(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
追尾駆動部と光波距離計とを備えた光学式の追尾計測装置を作業現場に設置するとともに、測距用の反射鏡と追尾用の発光体とを備えた追尾用ターゲットを作業車輛に搭載し、前記光波距離計により追尾用ターゲットまでの距離を計測するとともに、前記追尾用の発光体から発射される光を追尾駆動部により自動追尾して追尾用ターゲットの方向を検出し、作業車輛の位置や姿勢を連続的に計測する自動追尾計測システムに於いて、前記追尾計測装置に方向レーザ発光部を設けて追尾用ターゲットに向けて方向レーザ光を発射し、一方、追尾用ターゲットには前記方向レーザ光を受ける方向レーザ受光部を設け、該方向レーザ受光部は、上下面が閉鎖され且つ外周面の一箇所にスリットが開穿された円筒形のドラムと、該ドラムの中心部に設けたレーザ検知板と、該ドラム側方の所定位置からドラムの中心部に向けて基準レーザ光を発射する基準レーザ発光部と、前記ドラムの中心部を回転中心として該ドラムを水平方向へ回転するモータ駆動部と、該ドラムの回転速度を検出する速度検出器とからなり、該ドラムを一定速度で回転させながら、前記スリットから入射する基準レーザ光と方向レーザ光を前記レーザ検知板にて検知し、基準レーザ光の検知から方向レーザ光の検知までの時間を計測して、前記レーザ検知板を中心とする基準レーザ光と方向レーザ光の入射角度差を算出し、更に、前記追尾計測装置により計測される追尾用ターゲットの座標と、前記基準レーザ光と方向レーザ光の入射角度差とから、作業車輛のヨーイング角を検出するように構成されたことを特徴とする自動追尾計測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動追尾計測システムに関するものであり、特に、工事現場で作業車輛の機体の位置や姿勢を計測するために設置される自動追尾計測システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建設土木工事の作業現場では、光学式の自動追尾計測システムを設置して作業車輛の位置や姿勢を計測する方法が実施されつつある。例えばトンネル工事に於いて、測距用の反射鏡と追尾用の発光体とを備えた一対の追尾用ターゲットを作業車輛に取り付けるとともに、追尾駆動部と光波距離計とを備えた一対の追尾計測装置を相互に間隔を置いてトンネル内の適所に設置し、前記光波距離計により追尾用ターゲットまでの距離を計測するとともに、前記追尾用の発光体から発射される光を追尾駆動部により自動追尾して追尾用ターゲットの方向を検出し、作業車輛の位置及びヨーイング角を連続的に検出する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来は作業車輛の位置及びヨーイング角をリアルタイムに検出するために、作業車輛に２個の追尾用ターゲットを取り付けるとともに、工事現場に２台の追尾計測装置を設置している。従って、２組の自動追尾計測システムが必要となってコスト高になるとともに、追尾用ターゲット及び追尾計測装置の取付スペースを２箇所ずつ確保しなければならない。
【０００４】
そこで、１組の自動追尾計測システムのみで作業車輛の位置及びヨーイング角をリアルタイムに検出できるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、追尾駆動部と光波距離計とを備えた光学式の追尾計測装置を作業現場に設置するとともに、測距用の反射鏡と追尾用の発光体とを備えた追尾用ターゲットを作業車輛に搭載し、前記光波距離計により追尾用ターゲットまでの距離を計測するとともに、前記追尾用の発光体から発射される光を追尾駆動部により自動追尾して追尾用ターゲットの方向を検出し、作業車輛の位置や姿勢を連続的に計測する自動追尾計測システムに於いて、前記追尾計測装置に方向レーザ発光部を設けて追尾用ターゲットに向けて方向レーザ光を発射し、一方、追尾用ターゲットには前記方向レーザ光を受ける方向レーザ受光部を設け、該方向レーザ受光部は、上下面が閉鎖され且つ外周面の一箇所にスリットが開穿された円筒形のドラムと、該ドラムの中心部に設けたレーザ検知板と、該ドラム側方の所定位置からドラムの中心部に向けて基準レーザ光を発射する基準レーザ発光部と、前記ドラムの中心部を回転中心として該ドラムを水平方向へ回転するモータ駆動部と、該ドラムの回転速度を検出する速度検出器とからなり、該ドラムを一定速度で回転させながら、前記スリットから入射する基準レーザ光と方向レーザ光を前記レーザ検知板にて検知し、基準レーザ光の検知から方向レーザ光の検知までの時間を計測して、前記レーザ検知板を中心とする基準レーザ光と方向レーザ光の入射角度差を算出し、更に、前記追尾計測装置により計測される追尾用ターゲットの座標と、前記基準レーザ光と方向レーザ光の入射角度差とから、作業車輛のヨーイング角を検出するように構成された自動追尾計測システムを提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。図１及び図２はトンネル工事に使用される作業車輛１１を示し、該作業車輛１１の架台２８の略中央部に１個の追尾用ターゲット３０を搭載するとともに、トンネル内後方の天井部に架台４９を垂設し、この架台４９に１台の追尾計測装置５０を設置してある。後述するように、該追尾計測装置５０により前記追尾用ターゲット３０を自動追尾して、追尾計測装置５０から追尾用ターゲット３０までの距離と方向を検出し、作業車輛１１の位置や姿勢を連続的に計測すべく、自動追尾計測システムが構築されている。
【０００７】
次に、図３乃至図８に従って、自動追尾計測システムについて更に詳述する。前記追尾計測装置５０は追尾駆動部５１と光波距離計５２と方向レーザ発光部５３とを備え、追尾用ターゲット３０の発光体３１から発射される光を追尾駆動部５１の受光体５１ａで受光して、受光像と光軸のずれを検知する。そして、前記発光体３１からの光を常に追尾計測装置５０の正面で受光するように、サーボモータ（図示せず）を駆動して追尾計測装置５０を上下或いは左右に回向し、追尾用ターゲット３０を自動的に追尾する。該追尾計測装置５０の回向角度から追尾用ターゲット３０の方向を検出する。
【０００８】
また、光波距離計５２から発射される光が追尾用ターゲット３０の反射鏡３２で反射され、この反射光を光波距離計５２で受光することにより、追尾計測装置５０と追尾用ターゲット３０との距離を計測する。予め、該追尾計測装置５０の設置場所の座標が計測されているので、該追尾計測装置５０から追尾用ターゲット３０までの距離と方向とから追尾用ターゲット３０の座標が演算される。更に、追尾計測装置５０の上部に設けられた方向レーザ発光部５３から、追尾用ターゲット３０に向けて方向レーザ光Ｒ1 を発射する。
【０００９】
一方、追尾用ターゲット３０には追尾用の発光体３１と測距用の反射鏡３２と方向レーザ受光部３３とが設けられ、前述したように、追尾用の発光体３１から発射される光を前記追尾計測装置５０の追尾駆動部５１が追尾する。また、追尾計測装置５０の光波距離計５２から発射される光が測距用の反射鏡３２で反射され、この反射光によって前記追尾計測装置５０と追尾用ターゲット３０との距離が計測される。
【００１０】
ここで、前記方向レーザ受光部３３は、上下面が閉鎖された円筒形のドラム３４と、該ドラム３４の中心部に設けたレーザ検知板３５と、該ドラム３４側方の所定位置に設けた基準レーザ発光部３６と、前記ドラム３４の中心部を回転中心として該ドラム３４を水平方向へ回転するモータ駆動部３７と、該ドラム３４の回転速度を検出する速度検出器３８とからなり、該ドラム３４の側方であって前記追尾計測装置５０とは反対側に逆Ｌ字型のアーム３９が立設されている。
【００１１】
このアーム３９の先端部にドラムの回転軸４０の上端部を枢支し、アーム３９の中間部に前記基準レーザ発光部３６と速度検出器３８とを設けてある。また、ドラム３４の外周面の一箇所にスリット４１が開穿され、該スリット４１下方部のドラム３４底面に発光器４２が装着されている。この発光器４２はドラム３４と一体に回転し、該発光器４２の回転軌跡上に前記速度検出器３８が上向きに取り付けられている。そして、前記基準レーザ発光部３６からドラム３４の中心部に向けて基準レーザ光Ｒ2 を発射し、発光器４２からドラム３４の下方に向けて速度検出光Ｒ3 を発射している。
【００１２】
尚、前記基準レーザ発光部３６及び速度検出器３８は、ともに追尾用ターゲット３０の中心線Ｌc 上に設けられているので、図３及び図４に示すように、スリット４１が基準レーザ発光部３６の正面に対峙したとき、前記発光器４２が速度検出器３８の真上に位置する。従って、基準レーザ発光部３６から発射される基準レーザ光Ｒ2 がスリット４１を通過してレーザ検知板３５に受光されると同時に、前記発光器４２から発射されている速度検出光Ｒ3 が速度検出器３８にて受光される。また、前記モータ駆動部３７によりドラム３４を水平方向に一定回転させる際、ドラム３４が一回転する都度、前記発光器４２から発射されている速度検出光Ｒ3 を速度検出器３８にて受光し、その受光間隔時間を計測することにより、該ドラム３４の回転速度が検出される。
【００１３】
次に、前記追尾計測装置５０の方向レーザ発光部５３から追尾用ターゲット３０に向けて発射されている方向レーザ光Ｒ1 を使用して、作業車輛１１の姿勢を検出する手順について説明する。尚、前記追尾用ターゲット３０は、予め追尾用ターゲットの中心線Ｌc と作業車輛１１の幅員中心線とが平行となるように取り付けられている。
【００１４】
前記方向レーザ受光部３３のドラム３４が、例えば水平方向の反時計回りに一定速度で回転している場合は、図４に示した位置にて、基準レーザ光Ｒ2 がスリット４１を通過してレーザ検知板３５に受光され、続いて、図５に示した位置にて、方向レーザ光Ｒ1 がスリット４１を通過してレーザ検知板３５に受光される。レーザ検知板３５を中心とする基準レーザ光Ｒ2 と方向レーザ光Ｒ1 の入射角度差、即ち基準レーザ光Ｒ2 と方向レーザ光Ｒ1 のなす角度をθとし、該角度θを求めることにより、追尾計測装置５０に対する追尾用ターゲット３０の中心線Ｌc の方向、即ち作業車輛１１のヨーイング角を検出することができる。
【００１５】
図６に示すように、追尾計測装置５０の２次元座標を（Ｘ0 ，Ｙ0 ）とすれば、該追尾計測装置５０から追尾用ターゲット３０までの距離と方向を検出することにより、追尾用ターゲット３０の２次元座標（ＸT ，ＹT ）が演算される。尚、該追尾用ターゲット３０の座標とは前記反射鏡３２の中心部の座標をいい、前記方向レーザ受光部３３の中心部に設けたレーザ検知板３５の２次元座標と一致する。追尾計測装置５０からみた追尾用ターゲット３０の方向、即ち追尾計測装置５０と追尾用ターゲット３０とを結ぶ直線がＹ軸と交差する角度αは次式で表される。
【００１６】
【数１】
0003929609.tif 000002
【００１７】
ここで、図７に示すように、前記レーザ検知板３５では基準レーザ光Ｒ2 と方向レーザ光Ｒ1 が交互に検知されるが、基準レーザ光Ｒ2 は速度検出光Ｒ3 と同時に受光されるため、基準レーザ光Ｒ2 と方向レーザ光Ｒ1 とを誤認することはない。速度検出光Ｒ3 の受光間隔時間ｔR からドラム３４の回転速度（角速度）ωを演算し、基準レーザ光Ｒ2 の検知から方向レーザ光Ｒ1 の検知までの時間ｔを計測すれば、基準レーザ光Ｒ2 と方向レーザ光Ｒ1 のなす角度θが算出される。
【００１８】
【数２】
0003929609.tif 000003
【００１９】
いま、例えば作業車輛１１がＹ軸に対して反時計方向にヨーイングしている場合、即ち追尾用ターゲットの中心線Ｌc がＹ軸に対して反時計方向に角度βだけ傾斜している場合、ヨーイング角βは次式で表される。
【００２０】
【数３】
0003929609.tif 000004
【００２１】
従って、（３式）に前記角度α及び角度θを代入すれば、作業車輛１１のヨーイング角βを求めることができる。
尚、図８に示すように、作業車輛１１がＹ軸に対して時計方向にヨーイングしている場合は、（３式）に代えて次式によりヨーイング角βを求める。
【００２２】
【数４】
0003929609.tif 000005
【００２３】
また、図示は省略するが、追尾用ターゲット３０が追尾計測装置５０の左前方にある場合、即ちＹ軸から反時計方向に前記角度αがある場合についても、前述と同様に、基準レーザ光Ｒ2 と方向レーザ光Ｒ1 のなす角度θを算出することにより、作業車輛１１のヨーイング角βを検出できる。例えば、作業車輛１１がＹ軸に対して反時計方向にヨーイングしているときのヨーイング角βは（３式）により求め、作業車輛１１がＹ軸に対して時計方向にヨーイングしているときのヨーイング角βは（４式）により求めることができる。
【００２４】
このように、１個の追尾用ターゲット３０と１台の追尾計測装置５０とにより作業車輛１１のヨーイング角を検出し、図１及び図２に示した作業車輛１１に２軸の傾斜計（図示せず）を搭載してピッチング角とローリング角を検出すれば、作業車輛１１の位置及び姿勢をリアルタイムで連続的に検出できる。
【００２５】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２６】
【発明の効果】
上記一実施の形態に詳述したように、本発明は追尾用ターゲットに方向レーザ受光部を設け、方向レーザ受光部のドラムを一定速度で回転させながら追尾計測装置から発射される方向レーザ光を受け、基準レーザ光と方向レーザ光の入射角度差から作業車輛のヨーイング角を検出している。このため、１組の自動追尾計測システムにて作業車輛のヨーイング角をリアルタイムに検出できるようになり、追尾用ターゲット及び追尾計測装置の取付スペースが縮小されるとともに、コストダウンにも寄与できる等、正に著大な効果を奏する発明である。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施の形態を示すものである。
【図１】作業車輛及び自動追尾計測システムの構成を示す側面図。
【図２】切羽面側から見た作業車輛及び自動追尾計測システムの正面図。
【図３】追尾用ターゲットと追尾計測装置の側面図。
【図４】スリットが基準レーザ発光部の正面に対峙した状態の追尾用ターゲットの一部切欠平面図。
【図５】スリットが方向レーザ光の発射方向に向いた状態の追尾用ターゲットの一部切欠平面図。
【図６】作業車輛が反時計方向にヨーイングしている場合のヨーイング角検出手順についての解説図。
【図７】レーザ検知板に於ける基準レーザ光及び方向レーザ光の検知と、速度検出器に於ける速度検出光の検知とを示すタイムチャート。
【図８】作業車輛が時計方向にヨーイングしている場合のヨーイング角検出手順についての解説図。
【符号の説明】
１１        作業車輛
３０        追尾用ターゲット
３１        発光体
３２        反射鏡
３３        方向レーザ受光部
３４        ドラム
３５        レーザ検知板
３６        基準レーザ発光部
３７        モータ駆動部
３８        速度検出器
４１        スリット
５０        追尾計測装置
５１        追尾駆動部
５２        光波距離計
５３        方向レーザ発光部
Ｒ1         方向レーザ光
Ｒ2         基準レーザ光
Ｒ3         速度検出光
【図１】
0003929609.tif 000006
【図２】
0003929609.tif 000007
【図３】
0003929609.tif 000008
【図４】
0003929609.tif 000009
【図５】
0003929609.tif 000010
【図６】
0003929609.tif 000011
【図７】
0003929609.tif 000012
【図８】
0003929609.tif 000013