(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-12
(45)【発行日】2023-04-20
(54)【発明の名称】機械の場所及び向きを決定するための方法及び測位システム
(51)【国際特許分類】
G01S 17/48 20060101AFI20230413BHJP
G01S 17/66 20060101ALI20230413BHJP
G01S 17/86 20200101ALI20230413BHJP
E02F 9/26 20060101ALN20230413BHJP
G01B 11/00 20060101ALN20230413BHJP
G01C 15/00 20060101ALN20230413BHJP
G06T 7/70 20170101ALN20230413BHJP
【ＦＩ】
G01S17/48
G01S17/66
G01S17/86
E02F9/26 B
G01B11/00 H
G01C15/00 103Z
G01C15/00 104D
G06T7/70 Z
【請求項の数】
15
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020170345
(22)【出願日】2020-10-08
(65)【公開番号】P2021085877
(43)【公開日】2021-06-03
【審査請求日】2020-12-22
(31)【優先権主張番号】20196022
(32)【優先日】2019-11-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】520391778
【氏名又は名称】ノバトロン オサケ ユキチュア
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】トゥオマス コバネン
(72)【発明者】
【氏名】アンッティ コル
(72)【発明者】
【氏名】ペトリ モイシオ
(72)【発明者】
【氏名】ミッコ ベサネン
(72)【発明者】
【氏名】アルト アンティラ
【審査官】九鬼 一慶
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５９－１９５９３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１６８１３６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２０１６－５２６６７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０６３１６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５３４４８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５１６２５０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１
Ｇ０１Ｓ １７／００ －１７／９５
Ｅ０２Ｆ ９／２６
Ｇ０１Ｂ １１／００
Ｇ０１Ｃ １５／００
Ｇ０６Ｔ ７／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
作業現場内の機械の３次元の場所及び向きを決定するための方法であって、前記機械には、少なくとも１つのマーカ点（ＭＰ）が配置され、前記作業現場には、少なくとも１つの基準点（ＲＰ）が配置され、前記少なくとも１つのマーカ点（ＭＰ）が、前記機械に取り付けられ、機械座標系（ＭＣＳ）において決定された３次元の場所を有し、前記少なくとも１つの基準点（ＲＰ）が、前記作業現場（１３）にあり、作業現場座標系（ＷＣＳ）において決定された３次元の場所を有し、
少なくとも１つの追跡装置（ＴＡ）を前記作業現場に設置することと、
前記追跡装置（ＴＡ）によって、３次元の場所である、前記追跡装置（ＴＡ）に対する基準点（ＲＰ）及びマーカ点（ＭＰ）の場所を追跡することによってデータを取得することと、
前記取得データを前記追跡装置（ＴＡ）から少なくとも１つの位置決定ユニット（ＰＤＵ）に送信することと、
前記少なくとも１つの位置決定ユニット（ＰＤＵ）によって、前記取得データに少なくとも部分的に基づいて、前記作業現場（１３）内の前記機械の前記３次元の場所及び向きを決定することと
を含む方法。
【請求項2】
前記追跡装置がさらに、少なくとも１つのジャイロスコープ、
少なくとも１つの加速度計、又は
前記少なくとも１つの基準点（ＲＰ）に関する取得データを連続して観察すること
のうちの少なくとも１つによって、前記追跡装置（ＴＡ）の安定性に関するデータを取得する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記取得データに基づいて前記追跡装置の追跡状態を決定することをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記追跡装置（ＴＡ）が、前記追跡装置（ＴＡ）の前記追跡状態を決定し、前記追跡装置（ＴＡ）がさらに、前記追跡状態又は前記追跡状態の変化のうちの少なくとも１つを前記位置決定ユニット（ＰＤＵ）に送信する、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記機械の場所ベースの特徴の利用可能性が、前記追跡状態に依存する、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項6】
作業現場座標系（ＷＣＳ）内の任意の種類の点及び／又はスポットを正確に追跡できる追跡正確度のレベルに到達する前記追跡装置（ＴＡ）の前記追跡状態が、前記追跡装置（ＴＡ）に対する少なくとも３つの基準点（ＲＰ）を追跡することによってデータを取得すること、
前記追跡装置（ＴＡ）の傾斜若しくは前記追跡装置（ＴＡ）から北への方向のうちの少なくとも一方に関するデータを取得することに加えて、前記追跡装置（ＴＡ）に対する２つの基準点（ＲＰ）を追跡することによってデータを取得すること、
前記追跡装置（ＴＡ）の傾斜に関するデータを取得すること、及び前記追跡装置（ＴＡ）から北への方向に関するデータを取得することに加えて、前記追跡装置（ＴＡ）に対する少なくとも１つの基準点（ＲＰ）を追跡することによってデータを取得すること、又は
前記追跡装置（ＴＡ）に対する少なくとも４つの衛星の場所を決定することによってデータを取得すること
のうちの少なくとも１つによって決定され得る、請求項３から５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記追跡装置に（ＴＡ）に対する１つ又は複数の基準点（ＲＰ）の前記３次元の場所を追跡することによってデータを取得することが、半自動又は自動のうちの少なくとも一方によって前記１つ又は複数の基準点（ＲＰ）の初期の３次元の場所を識別することを伴う、請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記位置決定ユニット（ＰＤＵ）がさらに、前記機械の前記決定された３次元の場所及び向きの正確度レベルを決定し、前記機械が、前記決定された正確度レベルに基づいて、現在の正確度レベルで選択され得る動作モードを有効にすること、
現在の正確度レベルが、選択された動作モードに関する閾値レベル未満若しくはそれを下回っている状態のうちの少なくとも一方であるかどうかをオペレータに示すこと、又は、
前記機械のより正確な３次元の場所及び向きを必要とする動作モードを無効にすること
のうちの少なくとも１つを行う、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
作業現場内の機械の３次元の場所及び向きを決定するための測位システム（ＰＳ）であって、作業現場座標系（ＷＣＳ）において決定された３次元の場所を有する前記作業現場内の少なくとも１つの基準点（ＲＰ）と、
機械座標系（ＭＣＳ）において決定された３次元の場所を有する前記機械上の少なくとも１つのマーカ点（ＭＰ）と、
３次元の場所である、基準点（ＲＰ）及びマーカ点（ＭＰ）の場所を追跡するために前記作業現場に設置された少なくとも１つの追跡装置（ＴＡ）と、
少なくとも１つの位置決定ユニット（ＰＤＵ）であって、
前記少なくとも１つの基準点（ＲＰ）を識別し、且つ前記少なくとも１つのマーカ点（ＭＰ）を識別する前記追跡装置（ＴＡ）によって取得されたデータを受信するための受信手段、並びに、
前記受信されたデータに少なくとも部分的に基づいて、前記作業現場座標系（ＷＣＳ）内の前記機械の前記３次元の場所及び向きを決定するための決定手段
を備える少なくとも１つの位置決定ユニット（ＰＤＵ）と
を備える、測位システム。
【請求項10】
少なくとも１つの位置決定ユニット（ＰＤＵ）が、前記機械によって取得されたデータを受信するための受信手段をさらに備える、請求項９に記載の測位システム。
【請求項11】
前記機械又は前記少なくとも１つの追跡装置（ＴＡ）のうちの少なくとも一方が、位置、向き、傾斜、又は方位のうちの少なくとも１つを決定するための１つ又は複数のセンサを備える、請求項９又は１０に記載の測位システム。
【請求項12】
少なくとも１つの追跡装置（ＴＡ）が、互いに既知の位置及び向きにある少なくとも２つのカメラを備える、請求項９から１１までのいずれか一項に記載の測位システム。
【請求項13】
前記カメラの少なくとも１つが、調整可能なベース上に設置される、請求項１２に記載の測位システム。
【請求項14】
少なくとも１つの追跡装置（ＴＡ）が少なくとも１つのタキメータを備え、少なくとも１つのマーカ点（ＭＰ）がプリズム又はタグであり、前記機械が、前記少なくとも１つのマーカ点（ＭＰ）に対して既知の位置にある少なくとも１つのジャイロスコープをさらに備え、
前記少なくとも１つの位置決定ユニット（ＰＤＵ）が、
前記少なくとも１つのマーカ点（ＭＰ）に対する前記少なくとも１つのジャイロスコープの位置に関するデータ、及び
前記少なくとも１つのジャイロスコープからのデータ
を受信するための受信手段をさらに備える、請求項９に記載の測位システム。
【請求項15】
前記機械が、前記機械の前記場所及び向きに関するデータを取得するための取得手段を有する少なくとも１つの制御ユニット（１１）をさらに備え、前記少なくとも１つの制御ユニット（１１）が、少なくとも１つの位置決定ユニット（ＰＤＵ）からデータを受信するための受信手段を備える、請求項９から１４までのいずれか一項に記載の測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業現場内の機械の場所及び向きを決定するための方法及び測位システム（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）に関する。
【背景技術】
【0002】
様々な土工作業現場又は建設現場では、例えば、土又は岩の材料をある場所から別の場所に移動するため、又は建設に使用される材料を上昇又は降下させるために、様々なタイプの作業機械が利用されることがある。この種の作業現場の例には、例えば、建物の基礎建設作業現場又は住宅建設現場、及び道路建設作業現場が含まれる。このような作業機械は、例えば、掘削機及び移動式クレーンである。
【0003】
作業機械及び作業機械の作業工具は、設計された動作を適切に実行するために、作業現場に極めて正確に配置されなければならない。作業機械及びその工具の正確な場所に関する情報が作業機械のオペレータに対して表示され、それによりオペレータは、工具及び機械を制御する際にその情報を使用することができる。機械及びその工具のこの正確な場所情報は、半自動又は全自動の作業機械、すなわち、機械のオペレータによる一定の制御なしに少なくとも一定時間動作する作業機械で使用される場合に特に重要であり、そのため機械又はその工具の誤配置は、機械のオペレータによってすぐには修正されない。
【0004】
一般に、機械の自動測位は、例えば、ＧＰＳ（ＵＳ）、ＧＬＯＮＡＳＳ（ＲＵ）、Ｇａｌｉｌｅｏ（ＥＵ）、又はＣｏｍｐａｓｓ（ＣＮ）などの衛星ベースの測位システムである全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）に基づいてもよい。或いは、作業現場に配置されたトータル・ステーションによって、作業機械の測位が提供されてもよい。
【0005】
しかしながら、すべての作業現場で、必ずしも正確で十分な衛星ベースの測位システムが利用可能であるとは限らず、又は利用可能な測位システムは、機械の場所及び向きの高精度な決定に十分なほど精巧ではない。より古い機械を高精度システムに後付けすることは、必ずしも費用対効果が高いとは限らない。また、特にトータル・ステーション・ベースのシステムを毎日又は１日に何度も作業現場から撤去すべき場合、作業現場でのトータル・ステーション・ベースの測位システムの設定は手間がかかる場合がある。
【0006】
したがって、撤去及び再設定が容易である簡単な測位ソリューションが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、作業現場内の機械の場所及び向きを決定するための新規な方法及び新規な測位システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、独立請求項の機能を特徴とする。
【0009】
本発明は、作業現場内の機械の場所及び向きを決定するために、機械内に配置された少なくとも１つのマーカ点、作業現場内に配置された少なくとも１つの基準点、及び作業現場に設置される少なくとも１つの追跡装置を使用するという考えに基づく。追跡装置に対する基準点及びマーカ点の場所が追跡され、すなわち追跡装置によってデータを取得し、取得データに少なくとも部分的に基づいて、作業現場内の機械の場所及び向きが決定される。
【0010】
本解決策は、作業現場内の機械の場所及び向きを決定するための簡単な配置構成（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を提供し、追跡装置を特定の位置及び向きに設置する必要がないので、現在の作業領域の方向を向いた一般的な設置のみで十分である。これにより、追跡装置を持参し、それを作業現場に戻すのに数秒しかかからないため、機械のオペレータは、追跡装置を持参し、オペレータが例えば昼食のために作業現場を離れるたびに追跡装置を安全な場所に置くことができる。
【0011】
本発明のいくつかの実施例が、従属請求項に開示されている。
【0012】
方法の一実施例によれば、追跡装置はさらに、少なくとも１つのジャイロスコープ、少なくとも１つの加速度計、及び少なくとも１つの基準点に関する取得データを連続して観察することのうちの少なくとも１つによって、追跡装置の安定性に関するデータを取得する。
【0013】
方法の一実施例によれば、方法は、取得データに基づいて追跡装置の追跡状態を決定することをさらに含む。
【0014】
方法の一実施例によれば、追跡装置の追跡状態は、アクティブ、追跡、ポジティブ、保留、及び休止（Ｏｕｔ）のうちの１つである。
【0015】
方法の一実施例によれば、追跡装置は、追跡装置の追跡状態を決定し、追跡装置はさらに、追跡状態及び追跡状態の変化のうちの少なくとも一方を位置決定ユニットに送信する。
【0016】
方法の一実施例によれば、機械の場所ベースの特徴の利用可能性は、追跡状態に依存する。
【0017】
方法の一実施例によれば、作業現場座標系内の任意の種類の点及び／又はスポットを正確に追跡できる追跡正確度のレベルに到達する追跡装置の追跡状態は、追跡装置に対する少なくとも３つの基準点を追跡することによってデータを取得すること、追跡装置の傾斜及び追跡装置から北への方向のうちの少なくとも一方に関するデータを取得することに加えて、追跡装置に対する２つの基準点を追跡することによってデータを取得すること、並びに、追跡装置の傾斜に関するデータを取得すること、追跡装置から北への方向に関するデータを取得すること、及び追跡装置に対する少なくとも４つの衛星の場所を決定することによってデータを取得することに加えて、追跡装置に対する少なくとも１つの基準点を追跡することによってデータを取得すること、のうちの少なくとも１つによって決定されてもよい。
【0018】
方法の一実施例によれば、追跡装置に対して１つ又は複数の基準点の場所を追跡することによってデータを取得することは、半自動及び自動のうちの少なくとも一方によって１つ又は複数の基準点の初期の場所を識別することを伴う。
【0019】
方法の一実施例によれば、作業現場は、少なくとも１つの基準マーカを配備され、少なくとも１つの基準マーカはそれぞれ、少なくとも３つの基準点を含む。
【0020】
方法の一実施例によれば、機械は、少なくとも１つのマーカを配備され、少なくとも１つのマーカはそれぞれ、少なくとも３つのマーカ点を含む。
【0021】
方法の一実施例によれば、追跡装置はさらに、取得データに基づいて追跡装置の場所及び向きを決定し、追跡装置から少なくとも１つの位置決定ユニットに送信される取得データは、少なくとも、追跡装置の場所及び向きのデータ、少なくとも３つのマーカ点に関する追跡データ、及び追跡装置の追跡状態を決定することができるデータを含み、位置決定ユニットは、送信された取得データに基づいて機械の場所及び向きを決定する。
【0022】
方法の一実施例によれば、位置決定ユニットはさらに、機械の決定された場所及び向きの正確度レベルを決定し、機械は、決定された正確度レベルに基づいて、現在の正確度レベルで選択され得る動作モードを有効すること、現在の正確度レベルが選択した動作モードに関する閾値レベル未満及び閾値レベルを下回っている状態のうちの少なくとも一方であるかどうかをオペレータに示すこと、並びに、機械のより正確な場所及び向きを必要とする動作モードを無効にすることのうちの少なくとも１つを行う。
【0023】
方法の一実施例によれば、機械は、機械の場所及び向きに関するデータを取得する少なくとも１つの制御ユニットをさらに含み、制御ユニットは、制御ユニットが作業現場内の機械の決定された場所及び向きを受信する元となる少なくとも１つの位置決定ユニットを選択する。
【0024】
測位システムの一実施例によれば、少なくとも１つの位置決定ユニットは、機械によって取得されたデータを受信するための受信手段をさらに備える。
【0025】
測位システムの一実施例によれば、機械、及び少なくとも１つの追跡装置のうちの少なくとも一方は、位置、向き、傾斜、及び方位のうちの少なくとも１つを決定するための１つ又は複数のセンサを備える。
【0026】
測位システムの一実施例によれば、１つ又は複数のセンサは、ジャイロスコープ、加速度計、傾斜計、磁気コンパス、衛星ベースのコンパス、角度センサ、位置センサ、並びに、対象物及び／又は互いに取り付けられた１つ又は複数の対象物のうちの少なくとも１つの、位置、場所、及び向きのうちの少なくとも１つを決定するという目的に適した任意の他のセンサ、のうちの少なくとも１つである。
【0027】
測位システムの一実施例によれば、少なくとも１つの追跡装置は、互いに既知の位置及び向きにある少なくとも２つのカメラを備える。
【0028】
測位システムの一実施例によれば、少なくとも１つの追跡装置は、互いに既知の位置及び向きにある少なくとも３つのカメラを備える。
【0029】
測位システムの一実施例によれば、カメラの少なくとも１つは、調整可能ベース上に設置される。
【0030】
測位システムの一実施例によれば、追跡装置は、追跡装置に対する調整可能ベース上の各カメラの向きに関するデータを取得するための手段を備える。
【0031】
測位システムの一実施例によれば、少なくとも３つのカメラのうちの少なくとも１つには、機械よりも作業現場内の実質的に遠くに位置する基準点をカメラが正確に決定できるような焦点を有するレンズ又は対物レンズが装備される。
【0032】
測位システムの一実施例によれば、少なくとも１つの追跡装置は、少なくとも１つのタキメータを備え、少なくとも１つのマーカ点は、プリズム又はタグであり、機械は、少なくとも１つのマーカに対して既知の位置にある少なくとも１つのジャイロスコープをさらに備え、少なくとも１つの位置決定ユニットは、少なくとも１つのマーカ点に対する少なくとも１つのジャイロスコープの位置に関するデータ、及び少なくとも１つのジャイロスコープからのデータを受信するための受信手段をさらに備える。
【0033】
測位システムの一実施例によれば、少なくとも１つの位置決定ユニットは、有線又は無線ネットワークによって到達可能なコンピュータ、機械、及び追跡装置のうちの少なくとも１つの中に存在する。
【0034】
測位システムの一実施例によれば、機械は、機械の場所及び向きに関するデータを取得するための取得手段を有する少なくとも１つの制御ユニットをさらに備え、少なくとも１つの制御ユニットは、少なくとも１つの位置決定ユニットからデータを受信するための受信手段を備える。
【0035】
以下では、本発明を、添付の図面を参照して、好ましい実施例を用いてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】掘削機の概略側面図である。
【図2】作業現場の概略上面図である。
【図3】作業現場内の機械の場所及び向きを決定するための測位システムのいくつかの構成要素の概略図である。
【図4】作業現場内の機械の場所及び向きを決定するための方法の一実施例の概略図である。
【図5】作業現場内の機械の場所及び向きの決定のために作業現場内に配置されるいくつかの基準点を有する基準マーカの概略図である。
【図6】作業現場内の機械の場所及び向きの決定のために機械上に配置されるいくつかのマーカ点を有するマーカの概略図である。
【図7】追跡装置の一実施例の概略図である。
【図8】機械及び／又は追跡装置に配置される可能性のあるセンサの概略図である。
【図9】追跡装置のいくつかの可能な追跡状態の概略図である。
【図10】第２の作業現場の概略上面図である。
【図11】作業現場内の機械の場所及び向きを決定するための別の方法の一実施例の概略図である。
【図12】第３の作業現場の概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
明確にするために、図は、本発明のいくつかの実施例を、簡略化した方法で示している。同様の参照番号は、図の同様の要素を示す。
【0038】
図１は、掘削機１が動作されるよう意図された作業現場１３内の掘削機１の概略側面図である。掘削機１は、開示された方法及び測位システムが関連して利用され得る作業機械の一実例である。
【0039】
掘削機１は、下方キャリッジ２ａ、すなわち下部キャリッジ２ａと、上部キャリッジ２ｂとを含む、可動キャリッジ２を備える。下部キャリッジ２ａは、キャタピラーバンドを備えるが、代替として車輪を設けることもできる。上部キャリッジ２ｂは、上部キャリッジ２ｂの回転アクスル３によって下部キャリッジ２ａに連結される。上部キャリッジ２ｂは、矢印Ｒで概略的に示すように回転軸４の周りで下部キャリッジ２ａに対して相対的に回転されてもよい。回転軸４は、回転アクスル３の中心軸と一致する。
【0040】
掘削機１は、上部キャリッジ２ｂに連結されたブーム５をさらに備え、それによりブーム５は、上部キャリッジ２ｂと共に回転するように構成される。ブーム５は、少なくとも第１のブーム部位５ａを含んでもよい。ブーム５はまた、第２のブーム部位５ｂなどのさらなるブーム部位を含んでもよい。ブーム５は、矢印Ｌで概略的に示すように上部キャリッジ２ｂに対して相対的に上昇及び降下されてもよい。
【0041】
第２のブーム部位５ｂが、ジョイント６によって第１のブーム部位５ａに連結されることにより、第２のブーム部位５ｂは、矢印Ｔ６で概略的に示すように第１のブーム部位５ａの周りを回転することが可能になる。第２のブーム部位５ｂの遠位端には、作業工具、この場合はバケット７が存在し、バケット７と第２のブーム部位５ｂとの間にジョイント８があることにより、バケット７は、矢印Ｔ８で概略的に示すように第２のブーム部位５ｂに対して回転することが可能になる。ジョイント８に関連して、例えば、バケットを横方向に傾斜させることを可能にするジョイント又は機構がある場合もある。
【0042】
キャリッジ２上には、掘削機１のオペレータ１０用の制御キャビン９があってもよい。制御キャビン９に、例えば、制御キャビン９の垂直位置をキャリッジ２に対して相対的に調整することができる移動配置構成が設けられてもよい。
【0043】
掘削機１は、受信した制御アクションに応答して、キャリッジ２、ブーム５、及びバケット７の動作などの掘削機１の動作を制御するように構成された少なくとも１つの制御ユニット１１をさらに備える。
【0044】
掘削機１が、ある種の衛星ベースの測位システムＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）を利用できるよう意図されている場合、掘削機１は、アンテナ１２などのいくつかの衛星受信デバイスをさらに含んでもよい。アンテナ１２は、例えば、上部キャリッジ２ｂ上に配置されてもよい。
【0045】
図２は、掘削機１が動作しようとしている作業現場１３の概略上面図である。図２の実例では、作業現場座標系ＷＣＳ（ｗｏｒｋｓｉｔｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ）内において、作業現場１３に、掘削機１、並びに掘削機１の場所及び向きを決定するための測位システムＰＳ（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）のいくつかの機器、又は代替としていくつかの他の機器がある。また、掘削機１の制御システムは、それ自体の機械座標系ＭＣＳ（ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ）を備えてもよく、それにより、機械座標系ＭＣＳを、マーカ点ＭＰ（ｍａｒｋｅｒ ｐｏｉｎｔ）が機械内に配置された状態で機械に固定することができ、その結果、測位システムＰＳによって提供される測位により、機械座標系ＭＣＳを、作業現場座標系ＷＣＳに対して識別することが可能になる。作業現場座標系ＷＣＳ及び機械座標系ＭＣＳは、図１に概略的に示されている。次に、図３は、測位システムＰＳに関連するいくつかの追加の機器を有する測位システムＰＳの一実施例の概略図である。
【0046】
測位システムＰＳは、少なくとも１つの基準マーカＲＭ（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍａｒｋｅｒ）、すなわち、作業現場１３に設定された１つ又は複数の基準マーカＲＭを備える。作業現場１３に配置される基準マーカＲＭは、例えば、ａｒｕｃｏマーカ、ＱＲコード（登録商標）、発光マーカ、光反射マーカ、プリズムなどでもよい。各基準マーカＲＭは、少なくとも１つの基準点ＲＰ（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｏｉｎｔ）、すなわち１つ又は複数の基準点ＲＰを提供し、それにより、作業現場１３内には、機械の場所及び向きの決定のために作業現場座標系ＷＣＳで決定された少なくとも１つの基準点ＲＰがある。明確にするために、本明細書における作業現場内及び／又は座標系内の機械及び／又は装置の向きを決定及び／又は定義及び／又は計算することは、ロール、ピッチ、ヨーなどの必要な３つの角度を決定して、機械及び／又は装置が作業現場及び／又は座標系のどの位置にあるかを正確に決定することを意味する。したがって、点及び／又はスポットがそれ自体の座標系において既知である、機械及び／又は装置の少なくとも１つの点及び／又はスポットの場所が決定されるか又は決定され得るとともに、機械及び／又は装置の向きが決定されるか又は決定され得るとき、機械及び／又は装置が、作業現場内又は座標系内で正確に固定及び／又は配置及び／又は設定及び／又は測位され得る。
【0047】
図２の実例には、概略的に示された３つの基準マーカＲＭ、すなわち、作業現場１３内に設定又は配置された第１の基準マーカＲＭ１、第２の基準マーカＲＭ２、及び第３の基準マーカＲＭ３がある。各基準マーカＲＭ１、ＲＭ２、ＲＭ３は、１つの基準点ＲＰを含み、すなわち、第１の基準マーカＲＭ１は第１の基準点ＲＰ１を含み、第２の基準マーカＲＭ２は第２の基準点ＲＰ２を含み、第３の基準マーカＲＭ３は第３の基準点ＲＰ３を含む。特定の基準点ＲＰは、例えば、ａｒｕｃｏマーカ内の特定の点によって、又は発光マーカ内の特定の発光デバイスによって提供されてもよい。図５の実例では、３つの基準点ＲＰ、すなわち、第１の基準点ＲＰ１、第２の基準点ＲＰ２、及び第３の基準点ＲＰ３を有する基準マーカＲＭが概略的に示されている。基準点ＲＰはそれぞれ識別可能であり、基準点ＲＰの場所は、作業現場座標系ＷＣＳにおいて決定される。したがって、基準点ＲＰの識別データを有することにより、作業現場座標系ＷＣＳ内の基準点ＲＰの場所が決定されてもよい。
【0048】
測位システムＰＳは、少なくとも１つのマーカＭＡ（ｍａｒｋｅｒ）、すなわち、機械上すなわち掘削機１内に設定された１つ又は複数のマーカＭＡをさらに備える。機械上に配置されるマーカＭＡは、例えば、ａｒｕｃｏマーカ、ＱＲコード（登録商標）、ｏｐｔｉｔｒａｃｋなどの発光マーカ、光反射マーカなどでもよい。各マーカＭＡは、少なくとも１つのマーカ点ＭＰ、すなわち１つ又は複数のマーカ点ＭＰを提供し、それにより、機械上には、機械の場所及び向きの決定のための少なくとも１つのマーカ点ＭＰがある。各機械のマーカ点ＭＰはそれぞれ識別可能であり、マーカ点ＭＰの場所は、機械座標系ＭＣＳにおいて決定され、その結果、測位システムＰＳによるマーカ点ＭＰの測位及び識別は、機械座標系ＭＣＳ、すなわち機械を測位することであり得る。したがって、マーカ点ＭＰの識別データを有することにより、機械座標系ＭＣＳ内のマーカ点ＭＰの場所が決定されてもよい。
【0049】
図１の実例には、概略的に示された２つのマーカＭＡ、すなわち、機械上に配置された第１のマーカＭＡ１及び第２のマーカＭＡ２がある。各マーカＭＡ１、ＭＡ２は、１つのマーカ点ＭＰを含み、すなわち、第１のマーカＭＡ１は第１のマーカ点ＭＰ１を含み、第２のマーカＭＡ２は第２のマーカ点ＭＰ２を含む。特定のマーカ点ＭＰは、例えば、ａｒｕｃｏマーカ内の特定の点によって、又は発光マーカ内の特定の発光デバイスによって提供されてもよい。図６の実例では、３つのマーカ点ＭＰ、すなわち、第１のマーカ点ＭＰ１、第２のマーカ点ＭＰ２、及び第３のマーカ点ＭＰ３を有するマーカＭＡが概略的に示されている。
【0050】
測位システムＰＳは、少なくとも１つの追跡装置ＴＡ（ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）、すなわち、作業現場１３内に配置された１つ又は複数の追跡装置ＴＡをさらに備える。追跡装置ＴＡは、基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰ、特にそれらの識別データ、並びに作業現場１３内の追跡装置ＴＡに対するそれらの場所を追跡又は監視する。追跡装置ＴＡは、追跡の初期化に基づいて、作業現場１３内の少なくとも１つの識別された基準点ＲＰ、及び機械内の少なくとも１つの識別されたマーカ点ＭＰの場所を追跡する。したがって、測位システムＰＳは、少なくとも１つの基準点ＲＰの識別データを使用することによって、作業現場座標系ＷＣＳ内の基準点ＲＰを位置特定することができ、また測位システムＰＳは、少なくとも１つのマーカ点ＭＰの識別データを使用することによって、機械座標系ＭＣＳ内のマーカ点ＭＰを位置特定することができ、測位システムＰＳがそれに対する少なくとも１つの識別された基準点ＲＰ及び少なくとも１つの識別されたマーカ点ＭＰの場所を追跡した後、測位システムＰＳは、作業現場の座標系ＷＣＳにおける、機械座標系ＭＣＳ、すなわち機械の場所及び向きを決定することができる。追跡装置ＴＡは、少なくとも１つの追跡デバイスＴＤ（ｔｒａｃｋｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）、すなわち、追跡装置ＴＡと基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰとの間の視覚的通信を提供するための１つ又は複数の追跡デバイスＴＤを備える。さらに、追跡装置ＴＡは、情報を受信及び／又は送信するための入出力ユニットなどの手段を備える。
【0051】
追跡又は監視は、追跡装置ＴＡとそれぞれの基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰとの間の視覚的通信を介して実施又は実行される。図２の実例には、作業現場１３内に配置された２つの追跡装置ＴＡ、すなわち、第１の追跡装置ＴＡ１及び第２の追跡装置ＴＡ２がある。第１の追跡装置ＴＡ１は、３つの追跡デバイス、すなわち、第１の追跡デバイスＴＤ１と第１の基準点ＲＰ１との間の第１の視覚的接続ＴＤ１＿ＲＰ１、第２の追跡デバイスＴＤ２と第２の基準点ＲＰ２との間の第２の視覚的接続ＴＤ２＿ＲＰ２、及び第３の追跡デバイスＴＤ３と第３の基準点ＲＰ３との間の第３の視覚的接続ＴＤ３＿ＲＰ３をある時点で提供するための、第１の追跡デバイスＴＤ１、第２の追跡デバイスＴＤ２、及び第３の追跡デバイスＴＤ３を備える。さらに、第２の追跡デバイスＴＤ２は、第２の追跡デバイスＴＤ２と第２のマーカ点ＭＰ２との間の第４の視覚的接続ＴＤ２＿ＲＭ２を提供するように配置されている。第２の追跡装置ＴＡ２は、２つの追跡装置、すなわち、第４の追跡デバイスＴＤ４と第１のマーカ点ＭＰ１との間の第５の視覚的接続ＴＤ４＿ＭＰ１を提供するための第４の追跡デバイスＴＤ４、及び第５の追跡デバイスＴＤ５と第２のマーカ点ＭＰ２との間の第６の視覚的接続ＴＤ５＿ＭＰ２を提供するための第５の追跡デバイスＴＤ５を備える。さらに、第５の追跡デバイスＴＤ５は、第５の追跡デバイスＴＤ５と第２の基準点ＲＰ２との間の第７の視覚的接続ＴＤ５＿ＲＰ２を提供するように配置されている。
【0052】
図２の実施例では、２つの追跡装置、すなわち、基準点ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３の場所及び第２のマーカ点ＭＰ２の場所をある時点で追跡するための３つの追跡デバイスＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３を備えた第１の追跡装置ＴＡ１、並びにマーカ点ＭＰ１、ＭＰ２の場所及び第２の基準点ＲＰ２の場所をある時点で追跡するための２つの追跡デバイスＴＤ４、ＴＤ５を備えた第２の追跡装置ＴＡ２が示されている。しかしながら、各追跡装置ＴＡ１、ＴＡ２は、それぞれの基準点ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３の場所及びマーカ点ＭＰ１、ＭＰ２の場所を追跡するための単一の追跡デバイスのみを備えることができる。さらに、測位システムは、基準点ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３、及びマーカ点ＭＰ１、ＭＰ２の場所を追跡するための１つ又は複数の追跡デバイスＴＤを有する単一の追跡装置のみを備えることができる。さらに、２つ以上の追跡装置ＴＡ、例えばＴＡ１、ＴＡ２が、互いに対して既知の向き及び場所にある場合、これは、１つの追跡装置ＴＡ、及び２つ以上の追跡装置ＴＡ（ＴＡ１、ＴＡ２など）のすべての追跡デバイスＴＤ（ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３、ＴＤ４、ＴＤ５など）を有する配置構成に対応し、これにより、ＴＡ１が、基準点ＲＰのみを追跡するように管理し、ＴＡ２が、マーカ点ＭＰのみを追跡するように管理する場合、取得されたすべてのデータの組合せによって、作業現場１３内の機器の場所及び向きの決定が可能になる。
【0053】
追跡デバイスＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３、ＴＤ４、ＴＤ５は、追跡装置ＴＡと少なくとも１つの基準点ＲＰとの間の視覚的接続、及び／又は追跡装置と少なくとも１つのマーカ点ＭＰとの間の視覚的接続を確立又は提供することが可能なデバイスである。一実施例によれば、追跡デバイスは、カメラ、ステレオカメラ、ライダ、又はタキメータである。
【0054】
カメラ及び／又はステレオカメラには、カメラ及び／若しくはステレオカメラに実質的に近いままである対象物、又は、作業現場１３内で機械よりもカメラ及び／若しくはステレオカメラから実質的に遠くに位置する対象物などのカメラ及び／若しくはステレオカメラから遠い対象物への正確な視覚的接続をカメラ及び／又はステレオカメラが確立できるような焦点を有する、レンズ又は対物レンズが装備されてもよい。したがって、カメラ及び／又はステレオカメラは、追跡装置ＴＡから実質的に遠くに位置する対象物にズーム効果を提供することが可能であってもよい。
【0055】
追跡装置ＴＡの一実施例によれば、追跡装置ＴＡは、カメラ又は何らかの他の追跡デバイスＴＤと、カメラ又は何らかの他の追跡デバイス用のベースＢとを備え、これにより、追跡装置ＴＡは、作業現場１３内の地面での特定の固定位置に設置されてもよい。図７では、左側に、この種の追跡装置ＴＡを概略的に示している。
【0056】
１つのカメラ又は何らかの他の追跡デバイスＴＤ、追跡装置ＴＡを使用して高い正確度を得るために、追跡される基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰは、互いに遠くに離れているべきであり、且つ／又は追跡装置ＴＡからあまり遠くに離れてはいけない。１つのカメラを使用する場合、平面を形成する少なくとも４つの基準点ＲＰ、及び同様に平面を形成する少なくとも４つのマーカ点ＭＰが存在することが好ましい。２つのカメラを使用する場合、追跡装置ＴＡ内の３つ以上の追跡デバイスＴＤを使用すると、追跡装置ＴＡと基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰとの間の距離が長くなる可能性があり、追跡される基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰの量が少なくなる可能性がある。言い換えれば、追跡デバイスＴＤが多いほど、追跡される基準点ＲＰが多くなり、追跡されるマーカ点ＭＰが多くなり、追跡装置ＴＡと追跡される基準点ＲＰ及び追跡されるマーカ点ＭＰとの間の距離が短くなり、正確度が高くなる。追跡される基準点ＲＰの場所の互いの比較が正確度に影響することを考慮すると、同様に、追跡されるマーカ点ＭＰの場所の互いの比較も正確度に影響する。好ましくは、いくつかの追跡デバイスＴＤ、すなわち１つ又は複数の追跡デバイスを有する各追跡装置ＴＡは、少なくとも１つの基準点ＲＰ及び少なくとも１つのマーカ点ＭＰを常に追跡する。
【0057】
追跡装置ＴＡの別の実施例によれば、追跡装置ＴＡは、作業現場１３の境界内で移動することが可能なベースを備えることができ、それにより、作業現場１３内の追跡装置ＴＡの位置を容易に変更することができる。この種の追跡装置ＴＡは、例えば、２つ以上の追跡デバイスＴＤを備えたドローンでもよい。ドローンの制御ユニットは、ドローンが作業現場１３の境界を超えないように構成されてもよい。作業現場１３内の機械の場所及び向きの決定中、ドローンは静止していることが好ましい。代替として、ドローンは、機械の位置及び向きの要求された正確度に関する閾値レベルを超えてはならない場合にのみ、静止していてもよい。
【0058】
追跡装置ＴＡのベースＢは調整可能であってもよく、それにより、追跡装置ＴＡの位置合せが、ベースＢの位置合せを調整することによって調整されてもよい。したがって、測位システムＰＳの一実施例によれば、追跡デバイスＴＤのうちの少なくとも１つは、調整可能ベース上に設置されてもよい。追跡デバイスＴＤの調整可能ベースにより、ベースＢの配向が可能になり、それにより、例えば、機械が作動する領域及び／又は最も近い基準点ＲＰの場所を考慮することによって、追跡デバイスＴＤの向きを都合よく調整することができる。
【0059】
測位システムの一実施例によれば、追跡装置ＴＡは、調整可能ベースＢ上の追跡デバイスＴＤのそれぞれの追跡装置ＴＡに対する向きに関するデータを取得するための手段を備える。追跡装置ＴＡに対する追跡デバイスＴＤの向きが分かると、機械の位置及び向きを正確に決定することができる。ベースＢの調整は、自動化又は遠隔制御されてよいが、手動で動作されてもよく、それにより、ベースＢの向きを示すための目盛分割、例えば、５～１５度ごとに回転方向に選択可能な取付点があってもよい。
【0060】
測位システムＰＳは、少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵ（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）、すなわち１つ又は複数の位置決定ユニットＰＤＵをさらに備える。位置決定ユニットＰＤＵは、少なくとも１つの追跡装置ＴＡによって取得されたデータを受信するための受信手段を備える。少なくとも１つの追跡装置ＴＡによって取得されたデータは、基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰ、並びに追跡装置ＴＡに対するそれらの相対的な場所、すなわち、検出している追跡装置ＴＡの場所に対して相対的に識別される基準点ＲＰの場所及びマーカ点ＭＰの場所を識別するための識別データを含み、識別データは、作業現場座標系ＷＣＳ内の各特定の基準点ＲＰ及び機械座標系ＭＣＳ内の各特定のマーカ点ＭＰを、追跡装置ＴＡに対する相対的な各基準点ＲＰ及び各マーカ点ＭＰのそれぞれの場所データに関連付ける。
【0061】
追跡装置の場所に対する相対的な場所は、例えば、追跡装置の座標系内の３次元座標である。代替として、場所は、作業現場座標系ＷＣＳ内の３次元座標及び／又は機械座標系ＭＣＳ内の３次元座標でもよい。
【0062】
位置決定ユニットＰＤＵは、受信したデータに少なくとも部分的に基づいて、すなわち、追跡装置ＴＡによって取得されたデータに少なくとも部分的に基づいて、作業現場座標系ＷＣＳ内の機械の場所及び向きを決定するための決定手段をさらに備える。機械に固定された利用可能な機械座標系ＭＣＳがある場合、機械によって実行される作業タスクを実装するために、作業現場座標系ＷＣＳ内の機械の場所及び向きは、機械座標系ＭＣＳ内の作業現場の場所及び向きに変換されてもよい。
【0063】
少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵは、ハードウェアとソフトウェアの組合せによって実装されてもよい。実装形態は、位置決定ユニットＰＤＵに接続された他のデバイスと通信するための入力／出力ユニットと、位置決定ユニットＰＤＵによって受信されたデータを処理するように構成されたコンピュータ・プログラムを実行することができるマイクロプロセッサ又は何らかの他の処理手段とを含む。実装形態は、位置決定ユニットＰＤＵによって受信されたデータ及び／又は位置決定ユニットＰＤＵから送信すべきデータを少なくとも一時的に記憶するための少なくとも１つのメモリ・ユニットを含んでもよい。
【0064】
少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵは、例えば、任意の有線若しくは無線ネットワークによって到達可能なコンピュータ、及び／又は機械、及び／又は少なくとも１つの追跡装置ＴＡ内に存在してもよい。位置決定ユニットＰＤＵが任意の有線又は無線ネットワークによって到達可能なコンピュータ内に存在する場合、位置決定ユニットＰＤＵの物理的な場所は自由に選択されてもよく、したがって位置決定ユニットＰＤＵは、作業現場１３の内側又は外側にあってもよい。位置決定ユニットＰＤＵが機械内に存在する場合、位置決定ユニットＰＤＵは、例えば、機械の制御ユニット１１内に実装されてもよい。位置決定ユニットＰＤＵが少なくとも１つの追跡装置ＴＡ内に存在する場合、追跡装置ＴＡは、位置決定ユニットＰＤＵの動作を実施するために必要な手段を備えるように構成される。
【0065】
少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵが、任意の有線若しくは無線ネットワークによって到達可能なコンピュータ内若しくは少なくとも１つの追跡装置ＴＡ内に存在するか、又は少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵが、機械の制御ユニット内に存在しない場合、機械は、機械の場所及び向きに関するデータを取得する、制御ユニット１１などの少なくとも１つの制御ユニットを備え、制御ユニットは、制御ユニットが作業現場１３内の機械の決定された場所及び向きを受信する元となる少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵを選択するように構成される。
【0066】
一実施例によれば、少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵは、機械によって取得されたデータを受信するための受信手段を含む。機械によって取得されたデータは、例えば、少なくとも１つのセンサＳＭ（図１）によって取得されたデータ、すなわち、機械の位置及び／又は向き及び／又は傾斜及び／又は方位を決定するために機械に設置される可能性のある１つ又は複数のセンサＳＭによって取得されたデータに関するものでもよい。機械に設置される可能性のある１つ又は複数のセンサＳＭについては、後で詳細に説明する。
【0067】
作業現場１３内の機械の場所及び向きが決定されると、少なくとも１つのマーカ点ＭＰが機械上に配置され、少なくとも１つの基準点ＲＰが作業現場１３内に配置される。方法は、追跡装置ＴＡに対する基準点ＲＰの場所を追跡することによって、また追跡装置ＴＡに対するマーカ点ＭＰの場所を追跡することによってデータを取得するために、作業現場１３内に少なくとも１つの追跡装置ＴＡを配置することをさらに含む。追跡装置ＴＡによって取得されたデータは、追跡装置ＴＡから位置決定ユニットＰＤＵに送信される。位置決定ユニットＰＤＵは、追跡装置ＴＡから受信した取得データに少なくとも部分的に基づいて、作業現場１３内の機械の場所及び向きを決定する。図４は、作業現場１３内の機械の場所及び向きを決定するための方法の一実施例の概略図である。
【0068】
作業現場１３への追跡装置ＴＡの設置は、追跡装置ＴＡを作業現場１３内に配置することによってのみ実施されてもよく、その後、追跡装置ＴＡ自体が、作業現場１３内の少なくとも１つの基準点ＲＰ及び少なくとも１つのマーカ点ＭＰを追跡するか又は見つけ、作業現場１３内の少なくとも１つの基準点ＲＰ及び少なくとも１つのマーカ点ＭＰの場所に関するデータを取得してもよい。したがって、一般に知られているタキメータ又は同様のデバイスとは異なり、追跡装置ＴＡを作業現場１３に正確に調整又は配置する必要はない。
【0069】
基本的に、追跡装置ＴＡは、追跡装置ＴＡの動作範囲内にあるすべての基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰを見つけるように構成される。作業現場１３内に設定された基準点ＲＰ又はマーカ点ＭＰがない場合、追跡装置ＴＡは、少なくとも１つの基準点ＲＰから及び／又は少なくとも１つのマーカ点ＭＰからデータを取得することはできず、したがって、少なくとも１つの基準点ＲＰ及び／又は少なくとも１つのマーカ点ＭＰの場所に関するそれぞれのデータを提供しない。追跡装置ＴＡが作業現場１３に配置されており、基準点ＲＰ及び／又はマーカ点ＭＰを識別できない場合、追跡装置は、任意の知られている手段によってそれを信号で伝えてもよい。また、追跡装置は、任意の知られている手段によって、現在の場所から識別できる基準点及び／又はマーカ点ＭＰの数を信号で伝えてもよい。したがって、作業現場に追跡装置ＴＡを配置している人は、追跡装置ＴＡを配置している場所の種類に関するフィードバックを得てもよい。フィードバックは、追跡装置ＴＡの現在の位置によって到達可能な正確度レベルを示してもよい。
【0070】
追跡装置ＴＡが機械の場所及び向きを決定する際の支援を開始するための最小要件は、少なくとも１つの基準点ＲＰを識別して追跡装置に対するその場所を追跡し、少なくとも１つのマーカ点ＭＰを識別して追跡を識別して追跡装置に対するその場所を追跡し、追跡した基準点ＲＰの識別及び追跡したマーカ点ＭＰの識別に関するデータ、並びに追跡装置に関するそれらの追跡した場所を、少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵに送信することである。最小要件が満たされない場合、追跡装置ＴＡはそれを示してもよい。
【0071】
さらに、位置決定ユニットＰＤＵは、追跡装置ＴＡによって位置決定ユニットＰＤＵに送信されるすべての情報に加えて、作業現場座標系ＷＣＳ内で識別された基準点ＲＰの場所情報を取得し、機械座標系ＭＣＳ内で識別されたマーカ点ＭＰ場所の場所情報を取得する必要がある。作業現場座標系ＷＣＳ内の基準点ＲＰ及び機械座標系ＭＣＳ内のマーカ点ＭＰに関する場所情報は、任意の知られている方法で位置決定ユニットＰＤＵによって受信されてもよい。
【0072】
機械の場所及び向きの決定を開始するために、位置決定ユニットＰＤＵは追加情報を必要とする場合がある。必要な追加情報は、位置決定ユニットＰＤＵが追跡装置ＴＡから受信する情報の量に依存する。
【0073】
したがって、追跡装置ＴＡの配置に関して、追跡装置ＴＡは、少なくとも１つの基準点ＲＰ及び少なくとも１つのマーカ点ＭＰを識別できるように配置される必要がある。追跡装置ＴＡを配置する人は、機械がまだ作業現場１３に到着していないことを認識している可能性があるので、追跡装置ＴＡがマーカ点ＭＰを見つけることができないと通知した場合、その人はその情報を無視してもよい。或いは、何らかの一時的な障壁により、追跡装置ＴＡが１つ又は複数の基準点ＲＰを識別できず、追跡装置ＴＡが基準点ＲＰを識別できない状況につながる場合、人はその情報を無視し、一時的な障壁が取り除かれた後にのみ追跡が開始できることを認識してもよい。
【0074】
測位システムＰＳの一実施例によれば、少なくとも１つの追跡装置ＴＡは、追跡装置ＴＡの位置及び／又は向き及び／又は傾斜及び／又は方位を決定するための、少なくとも１つのセンサＳＴＡ（図７）、すなわち１つ又は複数のセンサＳＴＡを備える。追跡装置ＴＡの位置及び／又は向き及び／又は傾斜及び／又は方位に関する情報を含むデータもまた、追跡装置ＴＡによって取得されたデータであると見なされ、それにより、追跡装置によって取得されて位置決定ユニットＰＤＵに通信されるデータは、追跡装置ＴＡの位置及び／又は向き及び／又は傾斜及び／又は方位に関する情報を含むデータも含んでよい。
【0075】
測位システムＰＳの一実施例によれば、機械は、機械の位置及び／又は向き及び／又は傾斜及び／又は方位を決定するための、少なくとも１つのセンサＳＭ（図１）、すなわち１つ又は複数のセンサＳＭを備える。機械内のセンサには、機械の作業工具の向きの決定に関するセンサも含まれ得る。この実施例の効果は、例えば、機械と少なくとも１つの基準点ＲＰ及び／又はマーカ点ＭＰとの間に発生する障害物が原因で、追跡装置ＴＡと、作業現場１３内の少なくとも１つの基準点ＲＰ及び／又は機械内の少なくとも１つのマーカ点ＭＰとの間の視覚的通信が欠如している場合、機械は、それでもなお、機械の少なくとも１つのセンサＳＭによって取得された情報によって、少なくともしばらくの間その動作を継続できることである。機械は、例えば、追跡装置ＴＡと少なくとも１つの基準点ＲＰ及び／又はマーカ点ＭＰとの間に障害物が発生する前に位置決定ユニットＰＤＵによって既に決定されたその現在の状態に留まり、機械に対する相対的な作業工具の位置を引き続き決定又は追跡してもよい。機械がその動作を継続することが可能であり得る期間は、現在のタスクに必要とされる正確度、並びに機械と少なくとも１つの基準点ＲＰ及び／又は少なくとも１つのマーカ点ＭＰとの間に障害物が発生する前に追跡装置ＴＡによって取得されたデータに依存する場合がある。この期間は、同様に、機械内の少なくとも１つのセンサＳＭがどれ程正確であるか、及びセンサＳＭがいくつあるかにも依存する。機械内のセンサが機械の作業工具の向きの決定に関するセンサも含み得ることに関連する別の効果は、１つ又は複数のマーカ点ＭＰが、例えば、機械座標系ＭＣＳの原点が位置する機械の一部に固定的に連結されていない場所に存在する場合、位置決定ユニットＰＤＵが、その場所が機械座標系ＭＣＳに対してどのように方向付けられたかに関する情報、又は追跡の正確な時間における機械座標系ＭＣＳ内の問題としているマーカ点ＭＰの場所に関する情報を必要とすることである。この種の場所は、例えば、図１のＭＰ２が存在する掘削機１のブーム５から見つけることができる。
【0076】
機械内及び／又は追跡装置ＴＡ内の１つ又は複数のセンサは、ジャイロスコープ、加速度計、傾斜計、磁気コンパス、衛星ベースのコンパス、角度センサ、位置センサ、振り子、水準測定装置（ｓｐｉｒｉｔ ｌｅｖｅｌ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）、並びに、対象物及び／又は互いに取り付けられた１つ又は複数の対象物のうちの少なくとも１つの位置、場所、及び向きのうちの少なくとも１つを決定するという目的に適した、カメラ・センサ、レーザ受信機／検出器、又はライダなどの任意の他のセンサ、のうちの少なくとも１つでもよい。図８は、これらのセンサのいくつかを概略的に示す。例えば、掘削機１について考察する場合、本明細書における対象物という用語は、ブーム５、そのブーム部位５ａ、５ｂ、及びバケット７などの作業工具を指す。掘削機１において、センサは、好ましくは、下部キャリッジ２ａ及び上部キャリッジ２ｂの相互の向き、並びにブーム５及び／又はその部位５ａ、５ｂ、及びバケット７などの作業工具の、下部キャリッジ２ａ及び上部キャリッジ２ｂに対する相対的な向きを決定することが可能であるような方法で選択されることが好ましい。例えば、掘削機１について考察する場合、本明細書における対象物という用語は、追跡装置ＴＡ内の追跡デバイスＴＤの相互の向き、並びに追跡デバイスＴＤ及びその可能なベースＢの相互の向きを指す。
【0077】
一実施例によれば、追跡装置ＴＡはさらに、追跡装置ＴＡの安定性に関するデータを取得する。追跡装置の安定性は、追跡装置によって取得されたデータの信頼性を表す。
【0078】
追跡装置ＴＡの安定性に関するデータを取得するための一実施例によれば、追跡装置ＴＡは、追跡装置ＴＡの安定性を決定するための少なくとも１つのジャイロスコープ及び／又は少なくとも１つの加速度計を備える。少なくとも１つのジャイロスコープ及び／又は少なくとも１つの加速度計は、例えば、追跡装置ＴＡの揺動又は振動を決定するために使用されてもよく、追跡装置ＴＡの揺動又は振動の量は、追跡装置ＴＡの安定性を示し、この安定性が、追跡装置ＴＡによって取得されたデータの正確度を表す。
【0079】
追跡装置ＴＡの安定性に関するデータを取得するためのさらなる実施例によれば、追跡装置ＴＡの安定性は、少なくとも１つの基準点ＲＰに関する追跡装置ＴＡによって取得されたデータから連続して観察されてもよい。このような一実施例によれば、位置決定ユニットＰＤＵは、例えば、追跡装置ＴＡによって取得されたデータの変動を決定するように構成されてもよく、変動が顕著である場合、すなわち作業を実行するために必要とされる正確度よりも高い場合、基準点ＲＰ及び追跡装置ＴＡの少なくとも一方が揺動又は振動していると仮定することができ、それにより、追跡装置ＴＡによって取得されたデータの正確度が予想よりも低くなる可能性がある。顕著であることは、必要とされる現在の正確度に依存する可能性がある。特定の作業タスクの正確度は、例えば、作業現場１３に対して設定されたビルディング・インフォメーション・モデル（ＢＩＭ：ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌモデル）において設定されてもよい。位置決定ユニットＰＤＵは、例えば、ミリメートル及び／又は度で変動レベルを示してもよく、オペレータは、それを正確度の低下として考慮に入れてもよい。代替として、ＰＤＵは、追跡装置ＴＡによって取得されたデータを分析し、オペレータに変動の原因を示してもよい。
【0080】
一実施例によれば、追跡装置ＴＡの追跡状態が、決定する対象になる。追跡装置ＴＡの追跡状態は、追跡装置ＴＡの現在の優勢な動作状態を表す。追跡装置ＴＡの追跡状態は、追跡装置ＴＡによって取得されたデータに基づいて決定されてもよい。追跡装置ＴＡの動作は、少なくとも、優勢な状態の一段階ずつ、アクティブ、追跡、ポジティブ、保留、及び休止という状態を含んでもよい。図９は、追跡装置ＴＡのいくつかの可能な追跡状態を概略的に示す。
【0081】
追跡装置ＴＡがアクティブ状態にあるとき、追跡装置ＴＡは、基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰの場所を追跡することによってデータを取得し、取得したデータを位置決定ユニットＰＤＵに送信する。ただし、追跡装置ＴＡは、取得したデータの正確度、信頼性、又は妥当性についてのいかなる指標も提供しない。
【0082】
追跡装置ＴＡが追跡状態にあるとき、追跡装置ＴＡは、基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰの場所を追跡することによってデータを取得するとともに、追跡装置ＴＡに設置されたセンサＳＴＡからデータを取得し、取得したデータを位置決定ユニットＰＤＵに送信する。さらに、追跡装置ＴＡは、例えば、上記で開示されたように、決定した正確度、及び／又は取得したデータの量に基づいて、追跡装置ＴＡが作業現場座標系ＷＣＳ内の任意の種類の点及び／又はスポットを正確に、すなわち正しく十分に追跡することが可能であることを能動的に認識する。代替として、追跡装置ＴＡに設置されている（上記で開示された）センサＳＴＡの量及び種類に基づいて、追跡装置ＴＡが追跡状態にあると見なすことが可能であるように各状況で追跡できる基準点ＲＰ及び／又はマーカ点ＭＰの最小量が決定されてもよい。したがって、少なくとも最小量の基準点ＲＰ及び／又はマーカ点ＭＰが追跡される場合、追跡装置は追跡状態にあり、そうでない場合は何らかの他の状態にある。
【0083】
追跡装置ＴＡがポジティブ状態にあるとき、追跡装置ＴＡは、基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰの場所を追跡することによってデータを取得し、取得したデータを位置決定ユニットＰＤＵに送信する。また、追跡装置ＴＡは、追跡装置ＴＡが正しく動作していることを認識するが、いくつかの理由により、追跡装置ＴＡの正しい動作を確認することができない。理由の１つは、追跡状態にある間、追跡される基準点ＲＰの最小量が満たされていないが、例えば、追跡される基準点ＲＰが最小量を下回った状況の後に、追跡装置ＴＡに設置されたセンサが、追跡装置ＴＡの安定性がより低いレベルに変化していないことを確認できることである可能性がある。この種の状況に対する理由は、例えば、１つ又は複数の追跡される基準点ＲＰと追跡装置ＴＡとの間を人物が歩いていることである可能性がある。この種の状況が長すぎる場合、追跡状態はアクティブ状態であるか、又は、例えば誰かが追跡装置ＴＡに接近して追跡装置ＴＡを停止させたと見なされる。
【0084】
追跡装置ＴＡが休止状態にあるとき、追跡装置ＴＡは、動作の休止中である。例えば、追跡装置ＴＡが停止された可能性がある。
【0085】
追跡装置ＴＡが保留状態にあるとき、追跡装置ＴＡは、その動作を初期化し、その状態を休止状態から追跡状態又はアクティブ状態に変更している。
【0086】
一実施例によれば、追跡装置ＴＡは、その追跡状態を決定するように構成され、追跡装置ＴＡは、追跡状態及び／又は追跡状態の変化を位置決定ユニットＰＤＵに送信するようにさらに構成される。したがって、追跡装置ＴＡは、その状態を識別し、状態情報を送信するために必要なデータ処理手段を備えてもよい。
【0087】
一実施例によれば、機械の場所ベースの特徴の利用可能性は、追跡状態に依存する。この実施例によれば、追跡装置ＴＡの追跡状態によっては、機械に利用可能な位置データが全くないか、又は位置データが高精度を必要とする作業タスクに対して十分ではない可能性があり、それにより、必要な正確度が現在の利用可能な正確度を超える位置データを利用する必要がある作業タスクを実行することはできないが、依然として、利用可能な現在の正確度以下の正確度を必要とする何らかの他の作業タスクを実行できる場合がある。また、一部の作業タスクは、最小レベルの正確度で高い確実性を必要とする場合があり、したがって、追跡状態が追跡でない場合、これらの作業タスクは使用できない場合がある。或いは、機械が、位置決定ユニットＰＤＵを支援する多くのセンサＳＭを有する場合、少なくとも、例えば少し前の期間の状態が追跡だった場合、アクティブ及びポジティブの追跡状態でも十分である可能性がある。
【0088】
一実施例によれば、作業現場座標系ＷＣＳ内の任意の種類の点及び／又はスポットを正確に追跡できる追跡正確度のレベルに到達する追跡装置ＴＡの追跡状態は、ａ）追跡装置ＴＡに対する少なくとも３つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得すること、ｂ）追跡装置ＴＡの傾斜に関するデータを取得することに加えて、追跡装置ＴＡに対する１つから２つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得すること、及びｃ）追跡装置ＴＡに対する少なくとも４つの衛星の場所を決定することによってデータを取得することのうちの少なくとも１つによって決定されてもよい。
【0089】
したがって、一実施例によれば、作業現場座標系ＷＣＳ内の任意の種類の点及び／又はスポットを正確に追跡できる追跡正確度のレベルに到達する追跡装置ＴＡの追跡状態は、追跡装置ＴＡに対する少なくとも３つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得することによって決定されてもよい。これらの基準点は、３次元で観察される１本の線上にあってはならない。基準点ＲＰが３次元空間の１本の線から離れるほど、正確度が向上する。追跡装置ＴＡが追跡装置ＴＡの傾斜を決定するためのセンサＳＴＡを備えていない場合、作業現場座標系内の機械を追跡できるレベルに到達するために必要なデータが利用可能であるように、３次元空間の１本の線上にない少なくとも３つの基準点ＲＰが必要である。上記で説明したように、この状態を、追跡と名付けることができる。
【0090】
追跡装置ＴＡに対する少なくとも３つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得すること加えて、又はその代替として、作業現場座標系ＷＣＳ内の任意の種類の点及び／又はスポットを正確に追跡できる追跡正確度のレベルに到達する追跡装置ＴＡの追跡状態は、追跡装置ＴＡの傾斜及び追跡装置ＴＡから北への方向のうちの少なくとも一方に関するデータを取得することに加えて、追跡装置ＴＡに対する２つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得することによって決定されてもよい。したがって、この実施例では、追跡装置ＴＡの傾斜情報及び／又は追跡装置ＴＡから北への方向は、例えば上記で説明したような何らかの手段によって取得され、それにより、作業現場座標系ＷＣＳ内の機械を追跡できるレベルに到達する追跡装置ＴＡの追跡状態を決定するには、２つの基準点ＲＰのみの追跡で十分になる。
【0091】
２つの基準点ＲＰを追跡するのに追跡装置ＴＡの傾斜が使用される場合、基準点が、地球の重力場に対して上下に又は平行に存在してはならず、基準点がその状態の場合、北への方向は未解決のままであることに留意されたい。したがって、この場合、基準点が上下にある状態から離れる（角度で測定される）ほど、又は垂直であるほど、正確度が向上する。
【0092】
さらに、２つの基準点ＲＰを追跡するのに追跡装置ＴＡから北への方向が使用される場合、基準点は、地球から同じ高さ、すなわち地球の重力場に対して同じ平面に存在してはならならず、基準点がその状態の場合、追跡装置ＴＡの傾斜は未解決のままであることに留意されたい。したがって、この場合、基準点ＲＰが地球から同じ高さにある、すなわち地球の重力場に対して同じ平面にある状態から離れている（角度で測定される）ほど、又は平行であるほど、正確度が向上する。
【0093】
追跡装置ＴＡに対する少なくとも３つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得すること、並びに／若しくは、追跡装置ＴＡの傾斜及び追跡装置ＴＡから北への方向のうちの少なくとも一方に関するデータを取得することに加えて、追跡装置ＴＡに対する２つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得すること、に加えて、又はその代替として、作業現場座標系ＷＣＳ内の任意の種類の点及び／又はスポットを正確に追跡できる追跡正確度のレベルに到達する追跡装置ＴＡの追跡状態は、追跡装置の傾斜に関するデータを取得すること、及び追跡装置から北への方向に関するデータを取得することに加えて、追跡装置ＴＡに対する１つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得することにより決定されてもよい。したがって、この実施例では、追跡装置ＴＡの傾斜情報及び追跡装置ＴＡから北への方向は、例えば上記で説明したような何らかの手段によって取得され、それにより、作業現場座標系ＷＣＳ内の機械を追跡できるレベルに到達する追跡装置ＴＡの追跡状態を決定するためには、１つの基準点ＲＰのみの追跡で十分である。
【0094】
追跡装置ＴＡに対する少なくとも３つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得すること、並びに／若しくは、追跡装置ＴＡの傾斜及び追跡装置ＴＡから北への方向のうちの少なくとも一方に関するデータを取得することに加えて、追跡装置ＴＡに対する２つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得すること、並びに／若しくは、追跡装置の傾斜に関するデータを取得すること、及び追跡装置から北への方向に関するデータを取得することに加えて、追跡装置ＴＡに対する１つの基準点ＲＰを追跡することによってデータを取得すること、に加えて、又はその代替として、作業現場座標系ＷＣＳ内の任意の種類の点及び／又はスポットを正確に追跡できる追跡正確度のレベルに到達する追跡装置ＴＡの追跡状態は、追跡装置ＴＡに対して少なくとも４つの衛星の場所を決定することによってデータを取得することにより決定されてもよい。この実施例では、追跡装置ＴＡ内の少なくとも２つのアンテナ１２が、追跡装置ＴＡに対する少なくとも４つの衛星の場所を決定する。図７では、右側に、２つのアンテナ１２を備えた追跡装置ＴＡを概略的に示している。衛星が４つ未満の場合、追跡装置ＴＡが３つ以上のアンテナ１２を備えない限り、取得データは正確な情報を提供しない。この実施例では、作業現場内のすべての機械に少なくとも２つのアンテナ１２を装備する代わりに、追跡装置ＴＡが、少なくとも２つのアンテナ１２を装備していてもよい。さらに、追跡装置ＴＡが少なくとも２つのアンテナ１２を装備しているこの実施例に関して、少なくとも２つのアンテナ１２のうちの少なくとも一方は、作業現場１３内に存在してもよい。この実施例では、作業現場１３内に存在するアンテナ１２は、例えば、追跡装置ＴＡの追跡デバイスＴＤのうちの少なくとも１つを使用することによって、追跡装置ＴＡに対して関して光学的に配置される必要がある。
【0095】
追跡装置ＴＡが作業現場座標系ＷＣＳ内の機械を追跡できるレベル、すなわち追跡状態に到達することに関する上述の実施例によれば、そのレベルに到達した後、どの時点においても最小要件が満たされているとは限らないが、追跡装置ＴＡがその安定性を維持していると追跡装置ＴＡが判断できる場合、レベルはそのままであってもよい。同様に、上述の実施例によれば、追跡状態が変化したかどうか、又は追跡状態が保留状態若しくは休止状態にあるかどうかを検出することが可能である。
【0096】
一実施例によれば、追跡装置ＴＡに対する１つ又は複数の基準点ＲＰの場所を追跡することによってデータを取得することは、半自動的に及び／又は自動的に１つ又は複数の基準点ＲＰの初期の場所を識別することを伴う。
【0097】
１つ又は複数の基準点ＲＰの初期の場所が半自動的に識別されると、オペレータ１０は、作業現場１３で少なくとも１つの基準点ＲＰを見つけ、追跡装置ＴＡを少なくとも１つの基準点に焦点を合わせるように誘導する。代替として、オペレータ１０は、追跡装置ＴＡを少なくとも１つの基準点ＲＰを含む領域に向けてもよく、追跡装置ＴＡ自体が、作業現場１３で少なくとも１つの基準点ＲＰを識別し、少なくとも１つの基準点ＲＰに焦点を合わせる。オペレータ１０は、例えば、基準点ＲＰのメニュー又はデータベース内で少なくとも１つの基準点ＲＰを選択して、特定の少なくとも１つの識別された基準点ＲＰとしてもよく、又は測位システムＰＳ自体が、基準点ＲＰのメニュー又はデータベース内で少なくとも１つの基準点ＲＰを識別する。基準点ＲＰのメニュー又はデータベースは、例えば、クラウド・サービスから掘削機１の制御ユニット１１の中へ取り出されてもよく、それにより、これらは、少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵによって掘削機１から検索可能になる。
【0098】
１つ又は複数の基準点ＲＰの初期の場所が自動的に識別されると、追跡装置ＴＡ自体が、作業現場１３で必要な数の基準点ＲＰを識別し、それらに作業現場情報を含むデータベース内の情報を割り当てる。
【0099】
１つ又は複数の基準点ＲＰの初期の場所の半自動的及び／又は自動的な識別は、掘削機１の制御ユニット１１によって、及び／又は追跡装置ＴＡによって、及び／又は位置決定ユニットＰＤＵによって制御されてもよい。１つ又は複数の基準点ＲＰの初期の場所の識別は、位置決定ユニットＰＤＵが正しく動作できるように、基準点ＲＰを位置決定ユニットＰＤＵに個別化し、識別された各基準点ＲＰに関する場所情報を検索するために実施される。作業現場１３内の各基準点ＲＰに関する場所情報は、無線若しくは有線のＩ／Ｏデバイスを使用して入力されてもよく、且つ／又は、作業現場コンピュータ、クラウド・サービス、及び／若しくは任意の有線若しくは無線ネットワークによって到達可能な任意のコンピュータ若しくはメモリ媒体などの任意の既知の場所から検索されてもよい。
【0100】
一実施例によれば、追跡装置ＴＡはさらに、取得データに基づいて追跡装置ＴＡ自体の場所及び向きを決定し、追跡装置ＴＡから少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵに送信される取得データは、少なくとも、追跡装置ＴＡの場所及び向きのデータ、少なくとも３つのマーカ点ＭＰに関する追跡データ、及び追跡装置ＴＡの追跡状態を決定することができるデータを含む。追跡装置ＴＡは、例えば上記に開示されたセンサを用いて、その場所及び向きを決定することが可能であってもよい。その後、位置決定ユニットＰＤＵは、追跡装置から位置決定ユニットＰＤＵに送信された取得データに基づいて、機械の場所及び向きを決定する。この実施例は、センサを１つも備えていないか、又は機械の位置及び向きを決定することに関する少数のセンサのみを中に備え、位置決定ユニットＰＤＵを備える機械で使用するのに適している。機械、特にその中の位置決定ユニットＰＤＵは、本明細書に開示された機能に基づいて、機械の場所及び向きを決定し、且つ決定された場所及び向きの正確度を決定することが可能なデータを十分に受信する。この実施例によれば、追跡装置ＴＡは、それ自体の位置を事前に決定するので、その場所及び向きが決定されることに基づいて即座にデータについて認識する必要はない。さらに、この実施例によれば、追跡装置ＴＡは、他の追跡装置ＴＡへの一時的な基準点として使用されてもよい。この場合、一時的な基準点は、いくつかの一般的に知られている手段によって、一時的な基準点としていつ使用できるかを示すべきである。したがって、追跡装置は、少なくとも１つの一時的な基準点を含むそれぞれの一時的な基準マーカを含んでもよく、したがって、場所情報が利用可能であるべきであり、同様に、上記に開示された各基準点ＲＰに関する場所情報も利用可能である。
【0101】
一実施例によれば、位置決定ユニットＰＤＵはさらに、機械の決定された場所及び向きの正確度レベルを決定し、機械は、決定された正確度レベルに基づいて、次の選択肢、すなわち、ａ）現在の正確度レベルで選択され得る動作モードを有効にすること、ｂ）現在の正確度レベルが、選択した機械の動作モードに関する閾値レベル未満及び／又は閾値レベルを下回っている状態であるかどうかをオペレータに示すこと、並びに、ｃ）機械のより正確な場所及び向きを必要とする動作モードを無効にすること、のうちの少なくとも１つを提供する。この実施例によれば、機械の動作モード、すなわち機械の作業タスクは、機械で特定の作業タスクを実行するために必要な機械の場所及び向きの正確度に基づいて分類されてもよい。機械の現在の場所又は向きの正確度が、特定の作業タスクを実行するのに十分な高さではない場合、場所及び向きの正確度が十分に高くなるまで機械にその特定のタスクを実行させないか、又は、場所及び向きの正確度がこの作業タスクで必要な閾値レベルを超えていないため、その特定の作業タスクが記録されない、及び／又は完了したと見なされない可能性があることを、少なくともオペレータが通知されてもよい。取得された基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰのデータが多いほど、場所の正確度は高いと見なされ、データが新しいほど、取得データの汎用性が高まる。場所の正確度は、同様に、上記で開示されているように、データが取得される基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰが互いにどれだけ接近しているか、並びに、これらの基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰの互いに対する場所、並びに、傾斜及び／又は北への方向など、どのようなセンサ情報が追加で利用可能であるかに依存する。
【0102】
基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰに関する場所及び向きのデータがどちらも、追跡装置ＴＡに実質的に近い場合、また追跡装置ＴＡから実質的に遠くに離れている場合、取得された基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰのデータは、汎用性がある。基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰのデータを含む情報に加えて、測位の正確度は、機械及びその中のセンサから受信されるような機械の安定性及び傾斜に関する利用可能な情報に依存する場合がある。
【0103】
測位システムＰＳの一実施例によれば、少なくとも１つの追跡装置ＴＡは、少なくとも１つのタキメータを備え、少なくとも１つのマーカ点ＭＰは、タキメータによって検出され得るプリズム又はタグである。さらに、この実施例によれば、機械は、少なくとも１つのマーカ点ＭＰに対して既知の位置にある少なくとも１つのジャイロスコープ及び／又は少なくとも１つの加速度センサを備え、少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵは、少なくとも１つのマーカ点ＭＰに対する少なくとも１つのジャイロスコープ及び／又は少なくとも１つの加速度センサの位置に関するデータを受信するための、また、少なくとも１つのジャイロスコープ及び／又は少なくとも１つの加速度センサからデータを受信するための受信手段をさらに備える。機械内のジャイロスコープは、機械の向きの変化、状況によっては北への方向に関する情報を提供し、ジャイロスコープは、例えば、下部キャリッジ２ａに対する上部キャリッジ２ｂの数回の回転によって、掘削機１の上部キャリッジ２ｂの向きを学習することが可能である。機械内の加速度センサは、地球の重力場の方向に関する情報、すなわち、機械の傾斜に関する情報を提供する。したがって、この実施例では、ジャイロスコープ及び／又は加速度センサからのデータも利用可能であり、このデータは、タキメータの動作サイクル間の機械の場所及び向きの変化を定義するために使用されてもよい。
【0104】
作業現場１３内の機械の場所及び向きを決定するための方法の一実施例によれば、作業現場１３には、少なくとも１つの基準点ＲＰが配備され、方法は、追跡装置ＴＡを機械上に設置することと、追跡装置ＴＡを用いて、追跡装置ＴＡに対する作業現場１３内の少なくとも１つの基準点ＲＰの場所を決定することによって機械を追跡することと、追跡に関するデータを追跡装置ＴＡから位置決定ユニットＰＤＵに送信することと、位置決定ユニットＰＤＵによって、追跡装置ＴＡから受信したデータに少なくとも部分的に基づいて作業現場１３内の機械の場所及び向きを決定することとを含む。この実施例によれば、掘削機１などの機械自体に、追跡装置ＴＡに対する作業現場１３内の少なくとも１つの基準点ＲＰの場所を決定することによって機械を追跡するように構成された追跡装置ＴＡが設けられる。図１０は、追跡装置ＴＡが設けられた機械を伴う作業現場１３の概略上面図であり、追跡装置ＴＡの追跡デバイスＴＤと基準マーカＲＭの基準点ＲＰとの間に、視覚的接続ＴＤ＿ＲＰがある。図１１は、作業現場１３内の機械の場所及び向きを決定するためのこの実施例による方法の概略図である。この実施例では、機械に再取り付けされた追跡装置ＴＡが以前に取り付けられたときと同じ位置及び向きに存在することを検証する際、機械に設定されるように意図されたマーカ点ＭＰが省略されてもよく、又は、機械座標系ＭＣＳ内で既知の１つ又は複数のマーカ点ＭＰが使用されてもよく、したがって、１日の作業後に追跡装置ＴＡを取り外すことが可能になる。
【0105】
一実施例によれば、追跡デバイスＴＤは、ライダでもよく、ライダは、機械式ライダ又はソリッド・ステート式ライダでもよい。ソリッド・ステート式ライダの視野は機械式ライダと比べて狭いため、特定の用途に必要なソリッド・ステート式ライダの数は、機械式ライダの数よりも多くなる可能性がある。しかしながら、必要なソリッド・ステート式ライダの数が多くなる可能性がある場合、ソリッド・ステート式ライダの価格が機械式ライダの価格と比べて著しく低いことにより相殺されることになる。
【0106】
追跡デバイスＴＤがライダである場合、それぞれの基準点ＲＰは、ライダが基準点ＲＰを検出できるように選択される。基準点ＲＰは、例えば、いくつかのボール、すなわち１つ又は複数のボールを含んでもよい。単一の基準マーカＲＭが基準点ＲＰとして単一のボールを含む場合、作業現場１３の異なる基準マーカＲＭは、他の基準マーカＲＭについて異なるサイズのボールを含んでもよく、これにより、各基準マーカＲＭ及び対応する基準点ＲＰは、他の基準マーカＲＭ及びその中のそれぞれの基準点ＲＰについて一意である。それぞれの基準点ＲＰを形成するボールの直径は、例えば、５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍ、…、又は２ｃｍ、４ｃｍ、６ｃｍ、８ｃｍ、…、又は３ｃｍ、６ｃｍ、９ｃｍ、１２ｃｍ、…などであるように選択されてもよい。ボールのサイズ及びそれらの相互の直径の差は、作業現場１３内の追跡デバイスＴＤと基準点ＲＰとの間の実際の距離に基づいて選択されてもよい。
【0107】
一実施例によれば、作業現場１３にいくつかの基準マーカ及びそれぞれの基準点ＲＰがある場合、基準点ＲＰがその他の基準点ＲＰと区別され得るように各基準点ＲＰを一意にするために、各基準点ＲＰは、同じサイズであるが異なる配置構成のいくつかのボール、又は同じ若しくは異なる配置構成で異なるサイズのいくつかのボールを含んでもよい。
【0108】
一実施例によれば、作業現場１３にいくつかの基準マーカＲＭ及びそれぞれの基準点ＲＰがある場合、各基準点ＲＰをその他の基準点ＲＰと区別するために、各基準点ＲＰは、同じサイズのいくつかのボールと、それに加えて、異なるサイズのいくつかのボール、すなわち１つ又は複数のボールとを備えてもよい。基準点ＲＰは、異なるサイズの１つ又は複数のボールの代わりに、基準点に適用されるコードによって互いに区別されてもよい。コードは、例えば、適切なセンサによって機械可読でもよく、又は、コードは、適切なメニュー若しくはデータベースに手動で格納されてもよく、それにより、作業現場１３での特定の基準点ＲＰの場所が、コードに基づいて決定されてもよい。基準点ＲＰのコード及びそれぞれの基準点ＲＰの場所は、測位システムＰＳが、最初に基準点を正常に測位した後でも実質的に中程度の正確度レベルで基準点を互いに区別することができるように測位システムＰＳに対して指示されてもよく、その測位システムＰＳの位置合せを変更するたびに基準点を再び測位する必要がなくなる。
【0109】
方法の一実施例によれば、機械に追跡装置ＴＡが設けられ、方法は、機械座標系ＭＣＳ内の追跡装置ＴＡの場所及び向きを決定することによって追跡装置ＴＡの追跡状態を初期化することをさらに含む。この実施例によれば、追跡装置ＴＡは、追跡装置ＴＡを機械上に設置し、追跡装置ＴＡが機械に対するその相対的な位置を確認又は検証できるようにすることによって、導入されてもよい。
【0110】
方法の一実施例によれば、機械に追跡装置ＴＡが設けられ、方法は、追跡装置ＴＡから受信したデータによって達成される機械の場所及び向きに関する現在の正確度レベルを、位置決定ユニットＰＤＵによって指示することをさらに含む。追跡装置ＴＡから受信したデータによって達成される機械の場所及び向きに関する正確度レベルにより、正確度レベルが低い場合、正確度レベルが十分な高さではない限り、高い正確度レベルを必要とする作業タスクが実行されないか、又は実行が終了するようにさせてもよい。
【0111】
方法の一実施例によれば、機械に追跡装置ＴＡが設けられ、方法は、達成されるべき、すなわち事前に決定された最小閾値レベルを超えるべき機械の場所及び向きに関する正確度レベルを決定することと、位置決定ユニットによって機械の場所及び向きに関するより高い正確度レベルの必要性を検出することと、位置決定ユニットによって、追跡装置から追加の追跡データを取得することとをさらに含む。この実施例によれば、達成されるべき機械の場所及び向きに関する正確度レベルは、機械によって実行すべき特定の作業タスクに基づいて、又はオペレータから提供された情報に基づいて、例えば、機械の制御ユニット、位置決定ユニットＰＤＵ、又は、例えばクラウド・サービス内若しくは作業現場内に存在するビルディング・インフォメーション・モデリング（ＢＩＭ）モデルによって、例えば最小閾値レベルとして決定されてもよい。その後、位置決定ユニットＰＤＵは、機械の場所及び向きに関するより高い正確度レベルの必要性を検出し、追跡装置ＴＡから追加の追跡データを取得してもよい。追加の追跡データは、追跡装置ＴＡから半自動的に及び／又は自動的に取得されてもよい。
【0112】
追跡装置ＴＡから追加の追跡データを取得することは、追跡装置ＴＡが少なくとも１つの基準点ＲＰを検出する必要があることをオペレータ１０に指示すること、追跡装置ＴＡが別の基準点ＲＰを検出する必要があることをオペレータに指示すること、及び追跡装置ＴＡが少なくとも１つのさらなる基準点ＲＰを検出する必要があることをオペレータに指示することのうちの少なくとも１つ提供するように位置決定ユニットＰＤＵを構成することを含み、これによりオペレータは、その指示に従って機械を動作させてもよい。したがって、追跡装置ＴＡから追加の追跡データの取得することは、追跡装置ＴＡが基準点ＲＰを検出できない場合に、少なくとも１つの基準点ＲＰの場所及び向きから情報を検索すること、又は、追跡装置ＴＡによって既に追跡されている基準点ＲＰが、作業現場１３内の機械の場所及び向きを十分に正確に決定するのに十分な情報を提供できない場合に、少なくとも１つの追加の基準点ＲＰの場所及び向きから情報を検索することを含む。
【0113】
追跡装置ＴＡから追加の追跡データを半自動的に取得するための方法の一実施例によれば、追跡装置ＴＡの機械上への設置は、調整可能ベースＢ上の機械上に追跡装置ＴＡを設置することを含み、これによりオペレータ１０は、位置決定ユニットＰＤＵから受信した指示に従って調整可能ベースＢを動作させてもよく、調整可能ベースＢの各動作の後、機械座標系ＭＣＳ内で追跡装置ＴＡの場所及び向きを決定することによる追跡装置ＴＡの追跡状態の初期化が行われる。この実施例によれば、オペレータ１０は、調整可能ベースＢを動作させることによって追跡装置ＴＡを調整して、追跡装置ＴＡによって追跡されることを意図した少なくとも１つの基準点ＲＰを見つけるか、又は位置特定してもよい。
【0114】
追跡装置ＴＡから追加の追跡データを自動的に取得するための方法の一実施例によれば、追跡装置ＴＡの機械上への設置は、調整可能ベースＢ上の機械上に追跡装置ＴＡを設置することを含み、追跡装置ＴＡからの追跡データは、追跡装置ＴＡ及び位置決定ユニットＰＤＵのうちの少なくとも一方によって調整可能ベースＢを制御することによって自動的に取得される。この実施例によれば、追跡装置ＴＡ及び位置決定ユニットＰＤＵのうちの少なくとも一方は、追跡装置ＴＡが、追跡されることを意図した少なくとも１つの基準点ＲＰを見つけるか、又は位置特定できるように、調整可能なベースＢを調整するように構成される。
【0115】
方法の一実施例によれば、機械に追跡装置ＴＡが設けられ、方法は、１つ又は複数の追加の追跡装置ＴＡを作業現場１３に設置し、機械に、機械座標系ＭＣＳ内で既知の少なくとも１つのマーカ点ＭＰを配備することと、１つ又は複数の追加の追跡装置ＴＡによって、それぞれの１つ又は複数の追加の追跡装置ＴＡに対する基準点ＲＰ及びマーカ点ＭＰの場所を追跡することによってデータを取得することと、取得したデータを１つ又は複数の追加の追跡装置ＴＡから少なくとも１つの位置決定ユニットＰＤＵに送信することと、位置決定ユニットＰＤＵによって、追跡装置及び１つ又は複数の追加の追跡装置のうちの少なくとも１つから受信したデータに少なくとも部分的に基づいて、作業現場座標系ＷＣＳ内の機械の場所及び向きを決定することとをさらに含む。言い換えれば、この実施例では、１つ又は複数の追加の追跡装置ＴＡは、作業現場１３に設置され、１つ又は複数の追加の追跡装置ＴＡによって追跡されることを意図した少なくとも１つのマーカ点ＭＰは、機械に設置される。図１２は、第１の追跡装置ＴＡ１を備えた機械と、第２の追跡装置ＴＡ２を備えた作業現場１３とを伴う、作業現場１３の概略上面図であり、機械上に設置された第１の追跡装置ＴＡ１内の第１の第１の追跡デバイスＴＤ１と、作業現場１３内の基準マーカＲＭにある基準点ＲＰとの間に、視覚的接続ＴＤ１＿ＲＰがあり、作業現場１３内に設置された第２の追跡装置ＴＡ２内の第２の追跡デバイスＴＤ２と、機械内に設置されたマーカＭＡにあるマーカ点ＭＰとの間に、視覚的接続ＴＤ２＿ＭＰがあり、作業現場１３内に設置された第２の追跡装置ＴＡ２内の第２の追跡デバイスＴＤ２と、作業現場１３内の基準マーカＲＭにある基準点ＲＰとの間に、ＴＤ２＿ＲＰがある。
【0116】
１つ又は複数の追加の追跡装置ＴＡを含む方法の一実施例によれば、機械座標系ＭＣＳ内の追跡装置ＴＡの場所及び向きの決定は、追加の追跡装置ＴＡのうちの１つを使用して決定されてもよい。この実施例によれば、機械内に設置された追跡装置ＴＡの場所及び向きの決定は、追加の追跡装置ＴＡのうちの１つを使用して、機械座標系ＭＣＳ内で決定されてもよい。
【0117】
掘削機１は、作業現場内の機械の場所及び向きを決定するための解決策と関連して利用され得る移動式土木機械の一実例である。このような掘削機に加えて、本明細書に開示される測定配置構成は、例えば、移動式クレーンの残りの部分に対して回転するように配置されたキャリッジ部分を備える移動式クレーンにおいても利用することができ、回転可能なキャリッジ部分は、吊り上げブームと、クレーンの作業工具を提供するブームの遠位端にあるフックとを備える。作業現場内の機械の場所及び向きを決定するための解決策は、移動式クレーンにおいても実質的に同様である。掘削機及び移動式クレーンに加えて、やはり開示された解決策を利用できる他の機械は、例えば、ブルドーザ、ホイールローダ、ローラ、バックホー、ダンプトラック、フォワーダ、収穫機などである。
【0118】
技術が進歩するにつれて本発明の概念が様々な方法で実施され得ることは当業者には明らかであろう。本発明及びその実施例は、上記の実例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で変更されてもよい。
【符号の説明】
【0119】
１ 掘削機
２ キャリッジ
２ａ 下部キャリッジ
２ｂ 上部キャリッジ
３ 回転アクスル
４ 回転軸
５ ブーム
５ａ 第１のブーム部位
５ｂ 第２のブーム部位
６ ジョイント
７ バケット
８ ジョイント
９ 制御キャビン
１０ オペレータ
１１ 制御ユニット
１２ アンテナ
１３ 作業現場
ＷＣＳ 作業現場座標系
ＭＣＳ 機械座標系
ＲＭ 基準マーカ
ＲＰ 基準点
ＭＡ マーカ
ＭＰ マーカ点
ＳＭ センサ
ＴＡ 追跡装置
ＴＤ 追跡デバイス
Ｂ ベース
ＳＴＡ センサ
２ キャリッジ
２ａ 下部キャリッジ
２ｂ 上部キャリッジ
３ 回転アクスル
４ 回転軸
５ ブーム
５ａ 第１のブーム部位
５ｂ 第２のブーム部位
６ ジョイント
７ バケット
８ ジョイント
９ 制御キャビン
１０ オペレータ
１１ 制御ユニット
１２ アンテナ
１３ 作業現場
ＷＣＳ 作業現場座標系
ＭＣＳ 機械座標系
ＲＭ 基準マーカ
ＲＰ 基準点
ＭＡ マーカ
ＭＰ マーカ点
ＳＭ センサ
ＴＡ 追跡装置
ＴＤ 追跡デバイス
Ｂ ベース
ＳＴＡ センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
