(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも水平に対する傾斜角度を変化させて移動する移動体の位置を検出する装置であって、移動体は、水平走行する台車に少なくとも傾斜角度変化自在に支持された第１部材と、第１部材に先端の高さを一定に保ちつつ傾斜角度変化自在に取り付けられた第２部材とよりなり、第１部材に２以上のＧＰＳアンテナが取り付けられ、各ＧＰＳアンテナは、移動体の傾斜範囲の中間位置においてその中心軸が鉛直となるように移動体に固定されており、これら２以上のＧＰＳアンテナによって第２部材の位置が検出されるようになされている移動体位置検出装置。
【請求項２】
２つのＧＰＳアンテナによって第２部材の先端位置が検出されるようになされており、２つのアンテナの内、台車に近い方をアンテナＲ、第２部材に近い方をアンテナＱとして、これらの受信部をそれぞれ、Ｒ、Ｑとし、第２部材先端位置をＰ、第１部材の最上部をＳとし、Ｘ−Ｙ座標系およびＲを原点とするｘ−ｙ座標系をおき、Ｐ、Ｓ、ＱおよびＲを通る第１部材および第２部材の中心線をｍ軸とし、Ｒを通りｍ軸に垂直な軸をｌ軸とし、ｍ軸とｘ−ｙ軸とのなす角をθとし、ｍ軸に沿ってｍ−Ｚ座標系をおき、アンテナＱの支柱の付根をＡ、アンテナＲの支柱の付根をＢ、第１部材および第２部材の交点をＴとして、各点の座標を表し、アンテナＱの長さをＮＱ、Ａ点とＳ点との距離をＭＡＳ、Ｐ点とＴ点との距離をＭＰＴとし、Ｔ点とＳ点との距離をｒ、アンテナＱとＲとを結ぶ線と第１部材とのなす角をβ、アンテナＱとＲとを結ぶ線と地上とのなす角をγ、アンテナＱと第１部材とのなす角をαＱとして、
ＸＰ＝ＸＲ＋ｘＰ    …（１）
ＹＰ＝ＹＲ＋ｙＰ    …（２）
ただし、
ｘＰ＝ｍＰ×cosθ
ｙＰ＝ｍＰ×sinθ
tanθ＝（ＹＱ−ＹＲ）／（ＸＱ−ＸＲ）
ｍＰ＝ｍＴ＋｛ＭＰＴ２−（ＺＴ−ＺＰ）２｝１／２
ｍＴ＝ｍＳ＋ｒ×cos（π／２−β−γ）
ＺＴ＝ＺＳ−ｒ×sin（π／２−β−γ）
ｍＳ＝ｍＡ＋ＭＡＳ×cos（β＋γ）
ＺＳ＝ＺＡ＋ＭＡＳ×sin（β＋γ）
ｍＡ＝ｍＱ−ＮＱ×cos（αＱ＋β＋γ）
ＺＡ＝ＺＱ−ＮＱ×sin（αＱ＋β＋γ）
tanγ＝（ＺＱ−ＺＲ）／（ｍＱ−ｍＲ）
ｍＱ＝｛（ＸＲ−ＸＱ）２＋（ＹＲ−ＹＱ）２｝１／２
の式により、第２部材の先端位置Ｐが求められている請求項１記載の移動体位置検出装置。
【請求項３】
移動体は、クレーン台車に回動自在に取り付けられた第１部材としての第１アームと、第１アームの回動端に回動自在に取り付けられた第２部材としての第２アームと、第２アームの先端に設けられた上下に移動可能なフックとを備えており、第２アームの先端は、アームの伸縮によらず高さを一定に保って移動するように構成されている請求項２記載の移動体位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走行中にそのピッチ角やローリング角が変化する移動体の位置を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ(Global Positioning System)を使用し、人工衛星の発信する電波を受信することにより、受信者（例えば自動車）の位置を検出する装置は、従来より知られている。この種の位置検出装置では、図５に示すように、１本のドーム状のＧＰＳアンテナ(10)が支柱(11)を介して設置されるが、この際に、ＧＰＳアンテナ(10)は、その中心軸(10a)を鉛直にし、視野角が均等になるように設置される。ＧＰＳアンテナ(10)の有効視界範囲（水平面より上にある受信可能範囲）は、同図（ａ）に示すようにＧＰＳアンテナ(10)の中心軸(10a)を鉛直とした際には、約１５０°程度であり、この有効視界が確保されれば、アンテナ(10)によって衛星を捕らえることができ、移動体の位置検出が確実に行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えばクレーンのアームのように走行中にそのピッチ角やローリング角が変化する移動体に対して上記位置検出装置を使用するに際し、この装置をそのままクレーンのアーム(12)に取り付けた場合、図５（ｂ）のようにアーム(12)の水平に対する傾斜角度が最も小さい状態（例えば３０°）では、必要な有効視界が確保されるが、アーム(12)の傾斜角度が同図（ｃ）に示すように最も大きくなる（例えば６０°）と、アンテナ(10)の中心軸(10a)が鉛直から大きく傾いてしまい、有効視界が１３５°程度にまで減少してしまう。そのため、この状態のアンテナ(10)によっては衛星を捕らえることができなくなり、位置検出ができなくなるという問題が生じた。このため、アンテナが常に鉛直となるように支持する治具を使用してこれをフックの真上の位置に取り付けてフックの位置を決定することも行われているが、装置が複雑になり、しかも、アンテナがアームの影に入ってしまい、位置検出ができなくなるという問題が生じた。また、場合によっては物理的干渉が生じ、アンテナが破損することも考えられる。
【０００４】
この発明の目的は、上記実情に鑑み、ピッチ角やローリング角が変化する移動体であってもその位置を確実に検出することができる移動体位置検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明による移動体位置検出装置は、少なくとも水平に対する傾斜角度を変化させて移動する移動体の位置を検出する装置であって、移動体は、水平走行する台車に少なくとも傾斜角度変化自在に支持された第１部材と、第１部材に先端の高さを一定に保ちつつ傾斜角度変化自在に取り付けられた第２部材とよりなり、第１部材に２以上のＧＰＳアンテナが取り付けられ、各ＧＰＳアンテナは、移動体の傾斜範囲の中間位置においてその中心軸が鉛直となるように移動体に固定されており、これら２以上のＧＰＳアンテナによって第２部材の位置が検出されるようになされているものである。
【０００６】
ここで、移動体の傾斜範囲がθ1からθ2までの場合、中間位置は、例えば（θ1＋θ2）／２とされるが、移動体の使用条件を考慮して、（θ1＋θ2）／２以外の中間位置においてＧＰＳアンテナの中心軸が鉛直となるようにしてももちろんよい。
【０００７】
移動体は、水平走行する台車に少なくとも傾斜角度変化自在に支持された第１部材と、第１部材に傾斜角度変化自在に取り付けられた第２部材とよりなり、第１部材に２以上のＧＰＳアンテナが取り付けられ、これらのＧＰＳアンテナによって第２部材の位置が検出されるようになされていることにより、２次元としての平面位置を表すだけでなく、３次元での立体としての位置を測定することが可能となる。移動体が、共に傾斜角度を変化させながら全体として伸縮する２つのアームからなる場合、アームの方向およびアームの伸縮率を求めることで、アーム先端に設けられたフック位置を正確に測定することができる。
【０００８】
２つのＧＰＳアンテナによって第２部材の先端位置が検出されるようになされており、２つのアンテナの内、台車に近い方をアンテナＲ、第２部材に近い方をアンテナＱとして、これらの受信部をそれぞれ、Ｒ、Ｑとし、第２部材先端位置をＰ、第１部材の最上部をＳとし、Ｘ−Ｙ座標系およびＲを原点とするｘ−ｙ座標系をおき、Ｐ、Ｓ、ＱおよびＲを通る第１部材および第２部材の中心線をｍ軸とし、Ｒを通りｍ軸に垂直な軸をｌ軸とし、ｍ軸とｘ−ｙ軸とのなす角をθとし、ｍ軸に沿ってｍ−Ｚ座標系をおき、アンテナＱの支柱の付根をＡ、アンテナＲの支柱の付根をＢ、第１部材および第２部材の交点をＴとして、各点の座標を表し、アンテナＱの長さをＮＱ、Ａ点とＳ点との距離をＭＡＳ、Ｐ点とＴ点との距離をＭＰＴとし、Ｔ点とＳ点との距離をｒ、アンテナＱとＲとを結ぶ線と第１部材とのなす角をβ、アンテナＱとＲとを結ぶ線と地上とのなす角をγ、アンテナＱと第１部材とのなす角をαＱとして、
ＸＰ＝ＸＲ＋ｘＰ    …（１）
ＹＰ＝ＹＲ＋ｙＰ    …（２）
ただし、
ｘＰ＝ｍＰ×cosθ
ｙＰ＝ｍＰ×sinθ
tanθ＝（ＹＱ−ＹＲ）／（ＸＱ−ＸＲ）
ｍＰ＝ｍＴ＋｛ＭＰＴ２−（ＺＴ−ＺＰ）２｝１／２
ｍＴ＝ｍＳ＋ｒ×cos（π／２−β−γ）
ＺＴ＝ＺＳ−ｒ×sin（π／２−β−γ）
ｍＳ＝ｍＡ＋ＭＡＳ×cos（β＋γ）
ＺＳ＝ＺＡ＋ＭＡＳ×sin（β＋γ）
ｍＡ＝ｍＱ−ＮＱ×cos（αＱ＋β＋γ）
ＺＡ＝ＺＱ−ＮＱ×sin（αＱ＋β＋γ）
tanγ＝（ＺＱ−ＺＲ）／（ｍＱ−ｍＲ）
ｍＱ＝｛（ＸＲ−ＸＱ）２＋（ＹＲ−ＹＱ）２｝１／２
の式により、第２部材の先端位置Ｐが求められていることがある。
【０００９】
移動体は、クレーン台車に回動自在に取り付けられた第１部材としての第１アームと、第１アームの回動端に回動自在に取り付けられた第２部材としての第２アームと、第２アームの先端に設けられた上下に移動可能なフックとを備えており、第２アームの先端は、アームの伸縮によらず高さを一定に保って移動するように構成されていることがある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、この発明による移動体位置検出装置の第１実施形態を示している。同図において、移動体(1)は、クレーン台車(2)に回動自在に取り付けられた第１アーム（第１部材）(3)と、第１アーム(3)の回動端に回動自在に取り付けられた第２アーム（第２部材）(4)とを有しており、図示されない移動体位置検出装置は、第１アーム(3)に支柱(6)を介して取り付けられた１本のドーム状ＧＰＳアンテナ(5)を有している。
【００１２】
第１および第２アーム(3)(4)は、水平走行する台車(2)に対して第１アーム(3)が傾斜角度を変化させ、さらに第２アーム(4)が第１アーム(3)に対して傾斜角度を変化させることにより、全体として図１（ａ）に示す伸長状態と同図（ｂ）に示す収縮状態との間を移動する。第２アーム(4)の先端には、上下に移動可能なフック(4a)が設けられている。
【００１３】
ＧＰＳアンテナ(5)は、図２（ａ）に示すアーム伸張状態において、傾斜角度が約３０°と最も小さくなっている第１アーム(3)に対して、その中心軸(5a)が４５°の角度傾斜して、すなわち、鉛直から約１５°アーム交点側に傾斜して取り付けられている。したがって、図２（ｂ）に示すアーム収縮状態において、第１アーム(3)の傾斜角度が約６０°と最も大きくなったときに、その中心軸(5a)が鉛直から約１５°アーム交点反対側に傾斜することになる。これにより、図５（ｃ）に示した不具合を生じることなく、傾斜角度が最小のときから最大のときまでのすべての範囲において、１５０°の有効視界が確保され、確実に衛星を捕らえることができ、アーム(3)(4)の位置検出が確実に行われる。また、アーム(3)(4)およびフック(4a)が種々の方向に移動しても、これによってＧＰＳアンテナ(5)が物理的干渉を受けて破損するようなこともない。
【００１４】
フック(4a)の位置を知るためには、第２アーム(4)の先端位置を求める必要があるが、このためには、第１アーム(3)にＧＰＳアンテナ(5)を２つ以上設けることが好ましい。アンテナ(5)を２つとしたときの計算方法を図３および図４を参照して説明する。ここで、このクレーンにおいては、フックを吊る第２アーム(4)の先端は、アーム(3)(4)の伸縮によらず高さを一定に保って移動するよう構成されており、以下では、この条件を使用して計算する。
【００１５】
２つのアンテナ(5)の内、台車に近い方をアンテナＲ、第２アームに近い方をアンテナＱとして、これらの受信部をそれぞれ、Ｒ、Ｑとする。また、フック位置をＰ、第１アームの最上部をＳとする。前提条件として、図３（平面図）に示すように、基準点を原点とするＸ−Ｙ座標系およびＲを原点とするｘ−ｙ座標系をおき、Ｐ、Ｓ、ＱおよびＲを通るアームの中心線をｍ軸とし、Ｒを通りｍ軸に垂直な軸をｌ軸とする。また、ｍ軸とｘ−ｙ軸とのなす角をアーム角θとする。さらに、図４（側面図）に示すように、ｍ軸に沿ってｍ−Ｚ座標系をおき、アンテナＱの支柱(6)の付根をＡ、アンテナＲの支柱(6)の付根をＢ、アーム同士の交点をＴとする。各点の座標は、ＸＰ、ｘＰ、ｍＰ、…などと表すことにする。また、アンテナＱの長さをＮＱ、Ａ点とＳ点との距離をＭＡＳ、Ｐ点とＴ点との距離をＭＰＴとする。さらに、Ｔ点とＳ点との距離をｒ、アンテナＱとＲとを結ぶ線と第１アームとのなす角をβ、アンテナＱとＲとを結ぶ線と地上とのなす角をγ、アンテナＱと第１アームとのなす角をαＱとする。このとき、
ＸＰ＝ＸＲ＋ｘＰ    …（１）
ＹＰ＝ＹＲ＋ｙＰ    …（２）
が成り立つ。ただし、
ｘＰ＝ｍＰ×cosθ
ｙＰ＝ｍＰ×sinθ
tanθ＝（ＹＱ−ＹＲ）／（ＸＱ−ＸＲ）
ｍＰ＝ｍＴ＋｛ＭＰＴ２−（ＺＴ−ＺＰ）２｝１／２
ｍＴ＝ｍＳ＋ｒ×cos（π／２−β−γ）
ＺＴ＝ＺＳ−ｒ×sin（π／２−β−γ）
ｍＳ＝ｍＡ＋ＭＡＳ×cos（β＋γ）
ＺＳ＝ＺＡ＋ＭＡＳ×sin（β＋γ）
ｍＡ＝ｍＱ−ＮＱ×cos（αＱ＋β＋γ）
ＺＡ＝ＺＱ−ＮＱ×sin（αＱ＋β＋γ）
tanγ＝（ＺＱ−ＺＲ）／（ｍＱ−ｍＲ）
ｍＱ＝｛（ＸＲ−ＸＱ）２＋（ＹＲ−ＹＱ）２｝１／２
上記の（１）（２）の式より、フック位置を求めることができる。
【００１６】
こうして、２つのアンテナを第１アームに取り付けることにより、常に上空視界を確保するとともに、ＧＰＳのもつ３次元の測位システムを利用することで、フック位置を正確に決定することができる。
【００１７】
なお、上記において、より正確な位置検出を実現するために、既知の座標に設置されたＧＰＳの基準局からの補正データを利用したＤＧＰＳ(Differential Global Positioning System)を使用することが好ましい。また、上記では、クレーンを例にして説明したが、この移動体位置検出装置は、クレーンに限らず、回転および／または水平移動を行いながら少なくとも水平に対する傾斜角度を変化させる種々の移動体に対して適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明の移動体位置検出装置によると、移動体の傾斜角度が変化してもＧＰＳアンテナの有効視界範囲が確保されるので、移動体の位置検出が確実に行われる。
【００１９】
また、２次元としての平面位置を表すだけでなく、３次元での立体としての位置を測定することが可能となり、第１部材に対して移動する第２部材の所定位置（例えば伸縮するアームの先端位置）を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による移動体位置検出装置が使用される一例であるクレーンを示す図である。
【図２】  この発明による移動体位置検出装置の第１実施形態の要部を示す図である。
【図３】  この発明による移動体位置検出装置の第２実施形態を示す平面図である。
【図４】  同側面図である。
【図５】  従来の移動体位置検出装置を示す図である。
【符号の説明】
(3)     第１アーム（第１部材）
(4)     第２アーム（第２部材）
(5)     アンテナ
(Q)(R)  アンテナ
【図１】
0004058730.tif 000002
【図２】
0004058730.tif 000003
【図３】
0004058730.tif 000004
【図４】
0004058730.tif 000005
【図５】
0004058730.tif 000006