CN113167052A

CN113167052A - 作业机械

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Publication number: CN113167052A
Application number: CN201980081900.4A
Authority: CN
Inventors: 石原新士; 泉枝穗; 金成靖彦
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: CN113167052B; EP3904606A4; KR20210088691A; JP7182458B2; JP2020105802A; WO2020137275A1; US20220056674A1; EP3904606A1; EP3904606B1; KR102479701B1

Abstract

基于使上部旋转体(2)相对于下部行驶体(3)朝向预先决定的方向的第一较正姿势下的前作业机(1)的惯性计测装置(14)～(16)以及车身惯性计测装置(13)的检测结果，来计算车身惯性计测装置(13)的绕着垂直于上部旋转体(2)的旋转轴地朝向前方设定的第一轴的安装误差，并基于使上部旋转体(2)相对于下部行驶体(3)从第一较正姿势旋转90度的第二较正姿势下的车身惯性计测装置(13)的检测结果、和车身惯性计测装置(13)的绕着第一轴的安装误差，来计算车身惯性计测装置(13)的绕着垂直于上部旋转体(2)的旋转轴以及第一轴地朝向侧方设定的第二轴的安装误差。由此，能够高精度地计算用于检测姿势信息的传感器的安装误差，能够提高传感器的较正精度。

Description

作业机械

技术领域

本发明涉及具有作业机的作业机械。

背景技术

近来年，伴随针对信息化施工的应对，作业机械中具有机械引导功能和机械控制功能等的作业机械被实用化，该机械引导功能为，相对于操作员显示具有动臂、斗杆、铲斗等被驱动部件的作业机的姿势和铲斗等作业工具的位置，该机械控制功能为，以使铲斗等作业工具沿着施工目标面运动的方式进行控制。作为具有这种功能的代表性机械而具有如下作业机械，其向监视器显示液压挖掘机的铲斗顶端位置和铲斗角度，以使铲斗顶端在固定距离处不会进一步接近施工目标面的方式对动作施加限制。

为了实现这种功能，需要进行作业机的姿势运算，该姿势运算的精度越高，越能够实现高质量的施工。为了运算作业机的姿势，例如需要使用电位器和惯性计测装置(IMU)等传感器来检测动臂、斗杆、铲斗各自的旋转角度。

另外，为了高精度的姿势运算，需要准确掌握传感器的安装位置和角度等。但是，在实际运用中，由于将传感器向作业机械安装时会产生安装误差，所以为了准确运算作业机械的作业机的姿势，需要具有用于修正这种误差的某种较正机构。

作为与这种传感器较正相关的技术，例如在专利文献1中公开了一种工程机械，其具有下部行驶体、和以能够绕着预先设定的旋转轴旋转的方式设于所述下部行驶体上的上部旋转体，该工程机械具有：检测绕着预先设定的X检测轴的角速度的X轴陀螺仪传感器；检测绕着与所述X检测轴正交的Y检测轴的角速度的Y轴陀螺仪传感器；检测绕着与所述X检测轴以及所述Y检测轴正交的Z检测轴的角速度的Z轴陀螺仪传感器；和基于由所述各陀螺仪传感器得到的检测结果来计算所述上部旋转体绕着所述旋转轴的角速度的角速度计算机构，为了通过将由所述X检测轴、所述Y检测轴以及所述Z检测轴所定义的检测用三维坐标系坐标转换为由与所述旋转轴一致的Z基准轴和在与其正交的平面上彼此正交的X基准轴以及Y基准轴所定义的基准三维坐标系，而修正所述检测用三维坐标系与所述基准三维坐标系之间的偏移来计算绕着所述Z基准轴的角速度，所述角速度计算机构采取两个处理：(A)利用在所述Z检测轴相对于所述Z基准轴绕着所述X基准轴旋转第1角度且绕着所述Y基准轴旋转第2角度的情况下，使用由所述各陀螺仪传感器得到的检测结果、所述第1角度及所述第2角度分别表示所述基准三维坐标系内的绕着3轴的角速度的三个关系式中与所述X基准轴以及所述Y基准轴有关的两个关系式所表达的角速度分别为0的内容，基于这两个关系式来计算所述第1角度以及所述第2角度；(B)基于所述三个关系式中与所述Z基准轴有关的关系式、和计算出的所述第1角度以及所述第2角度来计算绕着所述Z基准轴的角速度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－1385号公报

发明内容

但是，如通常所知那样，由于陀螺仪传感器的输出具有某种偏离(陀螺仪偏离)，所以实际上在没有产生角速度的轴向上，也会从陀螺仪传感器输出某个值。另外，陀螺仪偏离因传感器元件的温度等而大幅变化，由此考虑因进行较正动作的环境会导致较正的精度显著不同。因此，在没有将陀螺仪偏离的影响考虑在内的上述现有技术中，来自陀螺仪传感器的输出值成为因陀螺仪偏离的影响而从真实安装角具有误差的值。

另外，上述现有技术中，在较正过程中利用反正切函数(tan＾(－1))且在反正切函数的变量的分母部分包含旋转角速度ωz，在分子部分包含角速度ωy，为了减小角速度ωy的噪声等影响，需要增大分母的旋转角速度ωz。但是，越获得如使角速度ωy的噪声等影响变小那样的旋转角速度ωz，越难以增大旋转速度，无法提高较正的精度。

本发明是鉴于上述情况而做出的，目的为提供一种作业机械，其能够高精度地计算用于检测姿势信息的传感器的安装误差，并能够提高传感器的较正精度。

本申请包括多个解决上述课题的方式，但若举出一个例子，则作业机械具有：由下部行驶体、相对于所述下部行驶体能够旋转地设置的上部旋转体构成的车身；安装于所述车身且由能够转动地连结的多个前方部件构成的多关节型的作业机；设于所述作业机的至少一个前方部件并检测该前方部件的姿势信息的一个以上的第一姿势检测装置；设于所述上部旋转体并检测所述上部旋转体的姿势信息的第二姿势检测装置；和计算所述第二姿势检测装置的安装误差的控制装置，其中，所述控制装置基于使所述上部旋转体相对于所述下部行驶体朝向预先决定的方向的第一较正姿势下的所述第一姿势检测装置以及所述第二姿势检测装置的检测结果，来计算所述第二姿势检测装置的绕着垂直于所述上部旋转体的旋转轴地朝向前方设定的第一轴的安装误差，并且所述控制装置基于使所述上部旋转体相对于所述下部行驶体从所述第一较正姿势旋转90度的第二较正姿势下的所述第二姿势检测装置的检测结果、和所述第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差，来计算所述第二姿势检测装置的绕着垂直于所述上部旋转体的旋转轴以及所述第一轴地朝向侧方设定的第二轴的安装误差。

发明效果

根据本发明，能够高精度地计算用于检测姿势信息的传感器的安装误差，并能够提高传感器的较正精度。

附图说明

图1是示意表示第1实施方式的作业机械的一例、即液压挖掘机的外观的图。

图2是示意表示搭载于液压挖掘机的控制器的一部分处理功能的图。

图3是概略表示控制器的姿势运算装置的处理功能的功能框图。

图4是概略表示姿势检测装置较正部的处理功能的功能框图。

图5是液压挖掘机的俯视图。

图6是液压挖掘机的侧视图。

图7是液压挖掘机的后视图。

图8是液压挖掘机的侧视图。

图9是表示使上部旋转体相对于下部行驶体旋转动作的情况下的车身惯性计测装置的侧倾角以及俯仰角的计测结果的变化的一例的图。

图10是表示姿势运算装置的处理内容的流程图。

图11是表示姿势运算装置的处理内容的流程图。

图12是表示姿势运算装置的处理内容的流程图。

图13是概略表示第2实施方式中的姿势运算装置的姿势检测装置较正部的处理功能的功能框图。

图14是表示第2实施方式中的姿势运算装置的处理内容的流程图。

图15是表示使上部旋转体相对于下部行驶体旋转动作的情况下的车身惯性计测装置的真实侧倾角和作为由惯性计测装置获得的检测结果的侧倾角的计测结果的变化的一例的图。

图16是表示使上部旋转体相对于下部行驶体旋转动作的情况下的车身惯性计测装置的真实侧倾角和作为由惯性计测装置获得的检测结果的侧倾角的计测结果的变化的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，在本实施方式中，作为作业机械的一例而例举了在前作业机的顶端作为作业工具而具有铲斗的液压挖掘机来进行说明，但也能够将本发明适用于具有铲板和磁铁等铲斗以外的附件的液压挖掘机。

＜第1实施方式＞

参照图1～图12来说明本发明的第1实施方式。

图1是示意表示本实施方式的作业机械的一例、即液压挖掘机的外观的图。

图1中，液压挖掘机100具有将沿垂直方向各自转动的多个被驱动部件(动臂4、斗杆5、铲斗(作业工具)6)连结而构成的多关节型的前作业机(作业机)1、和构成车身的上部旋转体2以及下部行驶体3，上部旋转体2相对于下部行驶体3能够旋转地设置。另外，前作业机1的动臂4的基端能够沿垂直方向转动地支承于上部旋转体2的前部，斗杆5的一端能够沿垂直方向转动地支承于与动臂4的基端不同的端部(顶端)，在斗杆5的另一端，能够沿垂直方向转动地支承有铲斗6。动臂4、斗杆5、铲斗6、上部旋转体2以及下部行驶体3分别由作为液压执行机构的动臂液压缸4a、斗杆液压缸5a、铲斗液压缸6a、旋转马达2a、以及左右的行驶马达3a(仅图示一方的行驶马达)驱动。

动臂4、斗杆5以及铲斗6在包含前作业机1的平面上动作，以下将该该平面称为动作平面。即，动作平面是与动臂4、斗杆5以及铲斗6的转动轴正交的平面，能够设定在动臂4、斗杆5以及铲斗6的宽度方向的中心。

在供操作员搭乘的驾驶室9，设有将用于操作液压执行机构2a～6a的操作信号输出的操作杆(操作装置)9a、9b。未图示的操作杆9a、9b分别能够向前后左右倾倒，包括对作为操作信号的杆的倾倒量、也就是说杆操作量进行电气检测的未图示的检测装置，并将检测装置检测到的杆操作量经由电气配线向作为控制装置的控制器20(参照随后的图2)输出。即，液压执行机构2a～6a的操作分别分配为操作杆9a、9b的前后方向或左右方向。此外，虽省略详细说明，但在驾驶室9还设有将用于操作行驶马达3a的操作信号输出的行驶操作杆。

动臂液压缸4a、斗杆液压缸5a、铲斗液压缸6a、旋转马达2a以及左右的行驶马达3a的动作控制是通过由控制阀8控制从由未图示的发动机和电动马达等原动机驱动的液压泵装置7向各液压执行机构2a～6a供给的工作油的方向以及流量而进行的。控制阀8通过由从未图示的先导泵经由电磁比例阀输出的驱动信号(先导压)而执行。基于来自操作杆9a、9b的操作信号由控制器20控制电磁比例阀，由此控制各液压执行机构2a～6a的动作。

此外，操作杆9a、9b可以不是液压先导方式，可以构成为，将分别与由操作员操作的操作杆9a、9b的操作方向以及操作量相应的先导压作为驱动信号而向控制阀8供给，来驱动各液压执行机构2a～6a。

在上部旋转体2的上部，配置有GNSS(Global Navigation Satellite System)用的接收天线18，基于由接收天线18接收到的信号而由未图示的位置运算装置来进行液压挖掘机100的地球坐标系内的位置的运算。

在上部旋转体2、动臂4、斗杆5以及铲斗6，分别作为姿势传感器而配置有惯性计测装置(IMU:Inertial Measurement Unit)13～16。以下，在需要区分这些惯性计测装置的情况下，分别称为车身惯性计测装置13、动臂惯性计测装置14、斗杆惯性计测装置15以及铲斗惯性计测装置16。

惯性计测装置13～16计测角速度以及加速度。当考虑配置有惯性计测装置13～16的上部旋转体2和各被驱动部件4～6处于静止的情况时，基于各惯性计测装置13～16上设定的IMU坐标系内的重力加速度的方向(即，垂直朝下方向)、和各惯性计测装置13～16的安装状态(即，各惯性计测装置13～16与上部旋转体2和各被驱动部件4～6之间的相对位置关系)，能够检测各被驱动部件4～6的朝向(对地角度：相对于水平方向的角度)、以及上部旋转体2的前后方向的对地角度(俯仰角)和左右方向的对地角度(侧倾角)。在此，惯性计测装置14～16构成了检测与多个被驱动部件各自的姿势有关的信息(以下称为姿势信息)的姿势信息检测装置。

图2中，控制器(控制装置)20搭载于液压挖掘机100的规定位置，具有用于控制液压挖掘机100的动作的各种功能，作为其一部分而具有姿势运算装置21、监视器显示控制装置22、液压系统控制装置23以及施工目标面运算装置24的各功能部。

姿势运算装置21基于来自惯性计测装置13～16的检测结果来进行姿势运算处理(后述)，该姿势运算处理对包含前作业机1的液压挖掘机100的姿势信息进行运算。此外，当在所述姿势运算装置21中运算液压挖掘机100的姿势时，车身(上部旋转体2以及下部行驶体3)、动臂4、斗杆5、以及铲斗6各自的角度是需要的，所述姿势运算装置21将作为检测信号而从各惯性计测装置13～16输入的各惯性计测装置13～16自身的姿势信息(对地角度：相对于水平方向的角度)转换为液压挖掘机100的姿势。

施工目标面运算装置24基于由施工管理者预先记忆至未图示的记忆装置等内的三维施工图纸等施工信息17，来运算对施工对象的目标形状进行定义的施工目标面。

监视器显示控制装置22控制设于驾驶室9的未图示的监视器的显示，基于由施工目标面运算装置24运算的施工目标面、和由姿势运算装置21运算的液压挖掘机100的姿势来运算对操作员进行操作支援的指示内容，并将其显示于驾驶室9的监视器。也就是说，监视器显示控制装置22承担了作为机械引导系统的一部分功能，该机械引导系统例如将具有动臂4、斗杆5、铲斗6等被驱动部件的前作业机1的姿势、铲斗6的顶端位置和角度、铲斗6与施工目标面之间的相对位置等显示于监视器来支援操作员的操作。

液压系统控制装置23控制由液压泵装置7和控制阀8、各液压执行机构2a～6a等构成的液压挖掘机100的液压系统，基于由施工目标面运算装置24运算的施工目标面、和由姿势运算装置21运算的前作业机1的姿势来运算前作业机1的动作，并以实现该动作的方式控制液压挖掘机100的液压系统。也就是说，液压系统控制装置23承担了作为机械控制系统的一部分功能，该机械控制系统例如以使铲斗6等作业工具的顶端在固定距离处不会进一步接近施工目标面的方式对动作施加限制，或以使作业工具(例如，铲斗6的爪尖)沿着施工目标面运动的方式进行控制。

图3是概略表示控制器的姿势运算装置的处理功能的功能框图，图4是概略表示姿势运算装置的姿势检测装置较正部的处理功能的功能框图。另外，图5～图8是表示各惯性计测装置的液压挖掘机中的设置位置、与液压挖掘机以及各惯性计测装置的预先设定的坐标系之间的关系等的图，图5是液压挖掘机的俯视图，图6以及图8是侧视图，图7是后视图。

首先，说明本实施方式中的较正处理的基本原理。

如图5～图8所示，在本实施方式中，作为左右液压挖掘机100所配置的空间的坐标系，而将x轴设定于上部旋转体2的水平方向朝前方向，将y轴设定于与x轴垂直的水平方向朝左方，将z轴设定于垂直朝上方向。另外，定义以朝向x轴的方向顺时针转动方向作为正方向的侧倾角，并定义朝向x轴的方向以上方向作为正方向的俯仰角。此外，以下说明中分别设为，作为各变量的尾标而记载的bd涉及车身，bm涉及动臂4，am涉及斗杆5，bk涉及铲斗6。

如图6所示，在本实施方式所定义的坐标系内，例如若将前作业机1的被驱动部件(动臂4、斗杆5、铲斗(作业工具)6)的各构件杆长度分别设为L_bm、L_am、L_bk，将上部旋转体2以及前作业机1的被驱动部件4～6的姿势角(对地角：相对于水平方向的角度)分别设为θ_bd、θ_bm、θ_am、θ_bk，则从动臂4的车身侧的端部的转动中心至铲斗6的铲尖为止的水平距离X能够由如下的(式1)求出。

数式1

X＝L_bm×cos(θ_bm-θ_bd)+L_am×cos(θ_am-θ_bd)+L_bk×cos(θ_bk-θ_bd)···(式1)

如图5所示，作为加速度检测中的传感器轴，车身惯性计测装置13将z轴沿着上部旋转体2的旋转轴设定为朝上方向，将x轴设定为与z轴垂直的前方，将y轴设定为与z轴以及x轴垂直的朝左方向。同样地，作为加速度检测中的传感器轴，惯性计测装置14～16将x轴设定为各被驱动部件4～6的构件杆长度方向前方，将y轴设定为朝向x轴与前作业机1的动作平面垂直的方向上的朝左方向，将z轴设定为与x轴以及y轴垂直的朝上方向。另外，将车身惯性计测装置13的检测值表示为(x0，y0，z0)，将动臂惯性计测装置14的检测值表示为(x1，y1，z1)，将斗杆惯性计测装置15的检测值表示为(x2，y2，z2)，将铲斗惯性计测装置16的检测值表示为(x3，y3，z3)。在此，例如车身惯性计测装置13带有俯仰方向上的安装误差θt0、侧倾方向上的安装误差φt0而安装于上部旋转体2。

另外，如图7所示，考虑液压挖掘机100设置于有角度(斜度)φg的斜面上的状况。图5中，若假设液压挖掘机100处于静止状态，由车身惯性计测装置13检测到的加速度仅是重力加速度G。因此，若将车身惯性计测装置13自身的侧倾角(对地角)设为φ0，则传感器轴的y轴以及z轴的方向上的加速度能够分别由如下的(式2)以及(式3)获得。

数式2

y₀＝G cosφ₀···(式2)

数式3

z₀＝-G sinφ₀···(式3)

也就是说，车身惯性计测装置13利用由上述的(式2)以及(式3)计算的加速度y0、z0，能够由如下的(式4)计算车身惯性计测装置13自身的侧倾角。

数式4

在此，由如下的(式5)所示，由上述的(式4)获得的车身惯性计测装置13自身的侧倾角φ0成为安装误差φt0与斜面角度φg之差。

数式5

φ₀＝φ_g-φ_t0···(式5)

关于前作业机1所具有的动臂惯性计测装置14、斗杆惯性计测装置15以及铲斗惯性计测装置16分别也能够同样地进行针对车身惯性计测装置13的上述的(式5)的运算。也就是说，若将各惯性计测装置14～16的侧倾角设为φi，将安装误差设为φti(i＝1～3)，则针对动臂4、斗杆5以及铲斗6，能够分别得到如下的(式6)～(式8)。

数式6

φ₁＝φ_g-φ_t1···(式6)

数式7

φ₂＝φ_g-φ_t2···(式7)

数式8

φ₃＝φ_g-φ_t3···(式8)

接着，说明侧倾角中的各安装误差的运算。

通常，惯性计测装置等传感器的安装误差遵守平均值为0(零)的正态分布。因此，依照该原理，各惯性计测装置13～16的安装误差的总和为0(零)。即，若计算上述(式5)～(式8)的总和，则成为0(零)，因此能够由如下的(式9)获得斜面角度φg。

数式9

将由上述的(式9)获得的斜面角度φg代入上述的(式5)，由此能够如下的(式10)那样地计算安装误差φt0。

数式10

φ_t0＝φ_g-φ₀···(式10)

接着，说明斜面角度的运算。

通过上述的(式10)，已经能够计算侧倾方向的安装误差φt0。因此，通过使用车身惯性计测装置13的检测结果(输出值)，而利用针对侧倾角运算的上述的(式4)以及(式5)，能够从如下的(式11)计算出斜面的倾斜角度φg。

数式11

φ_g＝φ₀-φ_t0···(式11)

接着，说明俯仰角中的安装误差的运算。

与侧倾角的运算时同样地，在车身处于静止状态的情况下，若将车身惯性计测装置13自身的俯仰角设为θ0，则传感器轴的x轴以及z轴的方向上的加速度分别能够由如下的(式12)以及(式13)获得。

数式12

x₀＝-G cosθ₀···(式12)

数式13

z₀＝-G sinθ₀···(式13)

也就是说，车身惯性计测装置13利用由上述的(式12)以及(式13)计算的加速度x0、z0，能够由如下的(式14)计算车身惯性计测装置13自身的俯仰角。

数式14

在此，由上述的(式14)获得的车身惯性计测装置13自身的俯仰角θ0如下的(式15)所示地成为安装误差φt0与真实俯仰角θ0r之差。

数式15

θ₀＝θ_0r-θ_t0···(式15)图9是表示使上部旋转体相对于下部行驶体旋转动作情况下的车身惯性计测装置的侧倾角以及俯仰角的计测结果的变化的一例的图，横轴表示旋转角，纵轴表示侧倾角以及俯仰角。

如图9所示，当使上部旋转体2相对于下部行驶体3旋转动作，则车身惯性计测装置13的检测值不依赖安装误差θt0地，表示以车身配置位置的倾斜角φg的2倍值(2φg)为振幅的正弦曲线。另外，由车身惯性计测装置13检测到的侧倾角和俯仰角在沿横摆方向(绕旋转轴)旋转90度的情况下一致，具备相对于旋转角的正弦曲线和余弦曲线的关系。因此，如图9所示，例如在旋转角为0度处，能够根据真实侧倾角A1的值(也就是说，适用了由上述的(式4)计算的φ0、安装误差φt0的值)推定旋转角为90度中的真实俯仰角B1。并且，从这样求出的旋转角为90度的真实俯仰角B1(推定值)中减去由上述的(式14)计算的俯仰角B2的值，由此能够计算安装误差θt0。此外，为了通过上述的(式14)计算旋转角为90度的俯仰角，实际上需要使上部旋转体2相对于前期姿势(第1姿势：使下部行驶体3的前方与上部旋转体2的前方一致的姿势，旋转角为0度的状态)旋转90度。

本实施方式中，基于上述的基本原理来计算车身惯性计测装置13的侧倾角的安装误差φt0以及俯仰角的安装误差θt0，由此校正车身惯性计测装置13的检测值。以下详细说明控制器20的与这种车身惯性计测装置13的较正有关的处理功能。

图3中，姿势运算装置21基于来自惯性计测装置13～16的检测结果来进行运算前作业机1的姿势的姿势运算处理，具有姿势检测装置较正部211、姿势角转换部212、挖掘机姿势运算部213以及较正结果记忆部214的各功能部。

姿势检测装置较正部211按照后述的运算方法来运算各惯性计测装置13～16相对于各部位的安装角度的误差(安装角度误差θt)。运算出的安装角度误差θt发送至较正结果记忆部214而被保存。此外，姿势检测装置较正部211为了谋取较正作业的短缩化以及较正精度的提高，也可以将在较正结果记忆部214保存的前次较正结果作为前期较正值来使用。

较正结果记忆部214是ROM(Read Only Memory)和RAM(Random Access Memory)等记忆装置，保持由姿势检测装置较正部211得到的较正结果，也就是说通过姿势检测装置较正部211运算出的安装角度误差θt。

姿势角转换部212通过对各惯性计测装置13～16的检测结果(也就是说，各惯性计测装置13～16自身的角度：检测角度θs)加上从较正结果记忆部214输出的安装角度误差(角度θt)来计算各部位的姿势角度。

挖掘机姿势运算部213按照由姿势角转换部212运算的各部位的姿势角度来计算液压挖掘机100的姿势。

图4中，姿势运算装置21的姿势检测装置较正部211具有作为与安装误差的运算处理有关的处理部的第1姿势信息记忆部211a、第1轴误差运算部211b、第2姿势信息记忆部211c、第1轴角度运算部211d、第2轴角度运算部211e及第2轴误差运算部211f、和控制姿势检测装置较正部211的整体处理动作的未图示的控制功能部。

以下，参照图10～图12来说明包括姿势检测装置较正部211的姿势运算装置21的处理。图10～图12是表示姿势运算装置21的处理内容的流程图。

例如，操作员通过操作驾驶室9内搭载的控制台来开始图10～图12所示的姿势运算装置21中的较正作业的处理。另外，利用于导引的指示显示的监视器只要是触摸面板式的平板PC，该监视器也可以具有控制台的功能。

图10中，若开始较正作业，则姿势运算装置21的姿势检测装置较正部211首先进行停止判断处理(步骤S100)。如图11所示，在停止判断处理中，首先获得姿势检测器、即惯性计测装置13～16的输出值(步骤S101)来判断从惯性计测装置13～16的输出值获得的所有的角速度(在此为绝对值)是否不足预先决定的规定阈值(步骤S102)，在判断结果为否的情况下，重复步骤S101、S102的处理。此时优选为，考虑陀螺仪偏离而将阈值设定为非0(零)的正值。

另外，在步骤S102中的判断结果为是的情况下，也就是说，在从惯性计测装置13～16的输出值获得的所有的角速度不足预先决定的阈值的情况下，判断为液压挖掘机100处于没有进行作业的停止状态(步骤S103)，重复停止判断处理直到判断结果成为停止状态(步骤S110)。在步骤S110中的判断结果为是的情况下，将在较正开始时的前期姿势(第1姿势)下计测的各惯性计测装置13～16的检测值记忆至第1姿势信息记忆部211a(步骤S120)。

接着，第1轴误差运算部211b根据第1姿势信息记忆部211a内记忆的第1姿势下的各惯性计测装置13～16的信息，基于上述的基本原理，计算车身惯性计测装置13的侧倾角方向(第1轴)的安装误差φt0(步骤S130)。

接着，姿势运算装置21的姿势检测装置较正部211进行姿势变更指示处理(步骤S140)。姿势变更处理是为了获得用于校正俯仰角(第2轴)的信息而指示操作员通过操作杆9a、9b的操作而使上部旋转体2旋转的处理。

姿势变更处理中的对操作员的指示也可以通过根据旋转角逐次变更显示内容来进行。另外，作为姿势变更指示处理中的对操作员的指示方法，例如可想到使指示内容经由监视器显示控制装置22而显示于驾驶室9内的监视器的情况和用声音通知指示内容的情况等。

如图12所示，在姿势变更指示处理中，姿势运算装置21的姿势检测装置较正部211首先获得姿势检测器、即各惯性计测装置13～16的输出值(步骤S141)，运算上部旋转体2相对于下部行驶体3的从前期姿势(第1姿势)起的旋转角(步骤S142)。旋转角的运算能够通过分别对由步骤S141获得的惯性计测装置13～16的输出值(角速度)进行积分而获得。

接着，判断旋转角是否处于规定值(阈值)的范围内(步骤S143)。例如，在从前期姿势按每10度旋转角获得惯性计测装置13～16的输出值的情况下，将包含10度的范围指定为规定值的范围。通过将分别包含10度的整数倍的角度的范围设定为规定值的范围，能够获得每10度的输出值。

在步骤S143中的判断结果为是的情况下，对操作员指示旋转动作的停止(步骤S144)。另外，在步骤S143中的判断结果为否的情况下，对操作员指示旋转动作的继续(步骤S145)。这样地，在开始对操作员指示之后，希望持续进行作业指示直到到达规定角度。另外希望此时通知操作员进度状况。

当步骤S140的姿势变更指示处理结束后，判断液压挖掘机100是否处于停止中，也就是说判断从惯性计测装置13～16的输出值得到的全部的角速度(在此为绝对值)是否不足预先决定的规定阈值(步骤S150)。步骤S150的判断是为了避免因由旋转动作产生的离心加速度导致上述(式14)变为不成立的处理，由于角速度可以不完全为0(零)，所以也可以设定与步骤S110不同的判断条件。

在步骤S160中的判断结果为是的情况下，将计测的各惯性计测装置13～16的检测值记忆至第2姿势信息记忆部211c(步骤S160)，判断是否完成了必要动作(步骤S170)。另外，在步骤S150中的判断结果为否的情况下，接着判断是否完成了必要动作(步骤S170)。

在步骤S170中的判断结果为否的情况下，也就是说，在判断为没有完成对以后的运算所需要的信息的获得的情况下，重复步骤S140～S160的处理。需要的信息具体地是指，例如从旋转角为0度的基本姿势到旋转角为90度以上的姿势为止的每10度旋转角处的各惯性计测装置13～16的输出值。通过重复步骤S140～S160的处理，能够以大致10度旋转角的间隔获得姿势信息。

此外，虽然对于步骤S143中的判断所用的规定范围，越设定微小的值(狭窄范围)，越能够得到理想的绘制波形，但为了使旋转角收在规定范围内，需要操作员的技术。由此，该规定范围优选为，例如设定为±1度程度的范围，由此降低操作员的负担。即使假设旋转角相差1度程度，对俯仰角安装误差的计算结果的影响也是极小。

在步骤S170中的判断结果为是的情况下，第1轴角度运算部211d使用由第1轴误差运算部211b计算的安装误差，计算上部旋转体2的侧倾角(绕第1轴的角度)(步骤S180)。相对于第2姿势信息记忆部211c内记忆的全部数据执行该运算。例如在第2姿势信息记忆部211c内记忆有旋转角为0度～90度中的每10度的姿势信息(惯性计测装置13～16的检测值)的情况下，依照这些信息描绘旋转角与侧倾角(检测值)之间的关系，以由第1轴误差运算部211b计算的安装误差的量进行移位运算，由此能够描绘真实侧倾角。

接着，第2轴角度运算部211e基于由第1轴角度运算部211d运算的侧倾角来进行俯仰角的运算(步骤S190)。在此，俯仰角的运算相当于如由图9所说明那样地通过使真实侧倾角A1的相位偏移90度来计算真实俯仰角B1的操作。

接着，第2轴误差运算部211f基于第2姿势信息记忆部211c内记忆的与加速度有关的信息(侧倾角的检测值)来计算各旋转角中的俯仰角(例如相当于图9的俯仰角B2(检测值))，并将其与第2轴角度运算部211e的运算结果、即俯仰角进行比较，由此计算各惯性计测装置13～16的俯仰角的安装误差(第2轴误差)(步骤S200)。

接着，姿势检测装置较正部211将第2轴误差运算部211f的运算结果(安装误差)向较正结果记忆部214发送而记忆(步骤S210)，经由监视器显示控制装置22在驾驶室9内的监视器内显示表示较正处理结束的信息，向操作员报告较正处理的结束(步骤S220)，结束处理。

说明以上那样构成的本实施方式的效果。

为了运算作业机的姿势，需要使用惯性计测装置(IMU)等传感器来检测动臂、斗杆、铲斗各自的旋转角度。另外，为了高精度的姿势运算，需要准确掌握传感器的安装位置和角度等。通常由于在传感器的安装作业中利用专用治具等，所以安装误差为几度程度的较小角度。但是，在液压挖掘机中，由于前作业机的各部件的构件杆长度为几米程度，所以即使安装误差为几度，对铲尖位置的运算结果付与的影响也是非常大。例如，若考虑20t级别的液压挖掘机，在前部装置长度成为最长姿势(所谓的最远触达)下成为10m程度。在该姿势下，即便车身传感器的误差为0.5度，作业工具(铲斗)的铲尖位置的高度的误差也会被计算为10m×sin(0.5×π÷180)≒0.09m，对铲尖位置的高度产生9cm的误差。

在以往技术中，具有对将陀螺仪传感器安装于作业机械时产生的安装误差进行修正的技术。但是，如通常所知那样，由于陀螺仪传感器的输出具有某种偏离(陀螺仪偏离)，所以实际上在没有产生角速度的轴向上，也会从陀螺仪传感器输出某个值。另外，陀螺仪偏离因传感器元件的温度等而大幅变化，由此考虑因进行较正动作的环境会导致较正的精度显著不同。因此，在没有将陀螺仪偏离的影响考虑在内的上述现有技术中，来自陀螺仪传感器的输出值成为因陀螺仪偏离的影响而从真实安装角具有误差的值。

相对于此，在本实施方式中构成为，作业机械具有：由下部行驶体3、相对于下部行驶体3能够旋转地设置的上部旋转体2构成的车身；安装于车身且由能够转动地连结的多个前方部件(例如动臂4、斗杆5、铲斗6)构成的多关节型的作业机(例如前作业机1)；设于作业机的至少一个前方部件并检测该前方部件的姿势信息的一个以上的第一姿势检测装置(例如惯性计测装置14～16)；设于上部旋转体2并检测上部旋转体2的姿势信息的第二姿势检测装置(例如惯性计测装置13)；和计算第二姿势检测装置的安装误差的控制装置(控制器20)，其中，控制装置基于使上部旋转体2相对于下部行驶体3朝向预先决定的方向的第一较正姿势(前期姿势)下的第一姿势检测装置以及第二姿势检测装置的检测结果，来计算第二姿势检测装置的绕着垂直于上部旋转体2的旋转轴地朝向前方设定的第一轴的安装误差，并基于使上部旋转体2相对于下部行驶体3从第一较正姿势旋转90度的第二较正姿势下的第二姿势检测装置的检测结果、和第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差，来计算第二姿势检测装置的绕着垂直于上部旋转体2的旋转轴以及第一轴地朝向侧方设定的第二轴的安装误差，因此不需要考虑陀螺仪偏离，能够高精度地计算用于检测姿势信息的传感器的安装误差，能够提高传感器的较正精度。

另外，安装于车身的传感器大多安装于上部旋转体的壳体内和驾驶室内，由此难以从安装位置的外部进行确认。另外，前作业机的各部件的转动中心作为各构件杆的销位置而是唯一决定的，相对于此，针对上部旋转体的俯仰方向(前后的倾斜方向)和侧倾方向(左右的倾斜方向)的旋转中心并不是唯一决定的。因此，不同于安装于前作业机的动臂和斗杆、铲斗等的传感器，利用全站仪等外部计测装置的较正并不容易。

相对于此，在本实施方式中，由于不需要使用如全站仪那样的外部计测装置来测定安装于上部旋转体2的车身惯性计测装置13，所以能够更容易地进行惯性计测装置的较正。

＜第2实施方式＞

参照图13以及图14来说明本发明的第2实施方式。

本实施方式基于由外部计测装置计测前作业机的结果来运算惯性计测装置的侧倾角的安装误差。

图13是概略表示本实施方式中的姿势运算装置的姿势检测装置较正部的处理功能的功能框图。另外，图14是表示本实施方式中的姿势运算装置21的处理内容的流程图。图中，对与第1实施方式同样的部件标注相同的附图标记，省略说明。

首先，说明本实施方式中的较正处理的基本原理。

如图8所示，考虑由全站仪等外部计测装置来计测液压挖掘机100的前作业机1中的动臂支座销位置P1(xa、ya、za)以及动臂顶端销位置P2(xb，yb，zb)的三维坐标的情况。此时，能够由如下的(式16)表示由外部计测装置使用位置P1、P2的各坐标而获得的前作业机1的侧倾角φ1mes。

数式16

此外，上述的(式16)的前提是：前作业机1相对于下部行驶体3处于平行状态(也就是说，处于没有旋转的姿势)。

对由外部计测装置获得的前作业机1的侧倾角φ1mes、和例如由惯性计测装置14获得的侧倾角φ1进行比较，由此能够由如下的(式17)求出动臂惯性计测装置14的安装误差φt1。

数式17

φ_t1＝φ_1mes-φ₁···(式17)

在此，使用上述的(式6)以及(式17)来计算斜面倾斜φg，由此能够根据将上述的式(5)变形而得的如下的(式18)来计算车身惯性计测装置13的安装误差φt0。

数式18

φ_t0＝φ_1mes-φ₀···(式18)

这样地，使用外部计测装置进行动臂惯性计测装置14的较正，使用该较正结果，由此能够间接地计算车身惯性计测装置13的安装误差来实施较正。此外，在本实施方式中，以使用由外部计测装置得到的动臂惯性计测装置14的较正结果来计算车身惯性计测装置13的安装误差φt0的情况为例进行说明，但在使用由外部计测装置得到的斗杆惯性计测装置15和铲斗惯性计测装置16的较正结果的情况下，能够同样地通过使用上述的(式17)以及(式18)来计算车身惯性计测装置13的安装误差φt0。

图13中，姿势检测装置较正部211A是与安装误差的运算处理有关的处理部，具有第1姿势信息记忆部211a、第1轴误差运算部211b、第2姿势信息记忆部211c、第1轴角度运算部211d、第2轴角度运算部211e、以及第2轴误差运算部211f、和控制姿势检测装置较正部211的整体处理动作的未图示的控制功能部。

以下，参照图14来说明包括姿势检测装置较正部211A的姿势运算装置21的处理。

例如通过操作员操作搭载于驾驶室9内的控制台而开始图14所示的较正作业的处理。图14中，当较正作业开始后，姿势检测装置较正部211首先参照较正结果记忆部214A(步骤S80)，判断是否具有必要数据(步骤S90)。在此，必要数据是指由本实施方式的较正处理的基本原理所说明的、基于外部计测装置得到的前作业机1的较正结果，通过全站仪等外部计测装置预先测定并记忆于较正结果记忆部214A。

在步骤S90中的判断结果为是的情况下，将第1实施方式的图10中的步骤S130的处理置换为基于本实施方式的基本原理来计算惯性计测装置13～16的侧倾角的安装误差的步骤S130A的处理并进行步骤S100～S220的处理。

也就是说，在步骤S130中，第1轴误差运算部211b根据第1姿势信息记忆部211a内记忆的第1姿势下的各惯性计测装置13的信息、以及较正结果记忆部214A内记忆的由惯性计测装置14～16的外部计测装置得出的较正结果，基于上述基本原理来计算车身惯性计测装置13的侧倾角方向(第1轴)的安装误差φt0(步骤S130A)。

另外，在步骤S90中的判断结果为否的情况下，经由监视器显示控制装置22在驾驶室9内的监视器显示表示必要数据不足的信息而报告操作员(步骤S91)，结束处理。

其他构成与第1实施方式相同。

以上构成的本实施方式也能够获得与第1实施方式同样的效果。

＜第3实施方式＞

参照图15以及图16来说明本发明的第3实施方式。

本实施方式基于使上部旋转体相对于下部行驶体旋转动作时的惯性计测装置的计测结果，来运算惯性计测装置的侧倾角的安装误差。

图15以及图16是表示使上部旋转体相对于下部行驶体旋转动作情况下的车身惯性计测装置的真实侧倾角与作为基于惯性计测装置得到的检测结果的侧倾角的计测结果的变化的一例的图，横轴表示旋转角，纵轴表示侧倾角。图中，对与第1实施方式同样的部件标注相同的附图标记，省略说明。

首先，说明本实施方式中的较正处理的基本原理。

例如，即便车身惯性计测装置13具有侧倾角的安装误差φt0以及俯仰角的安装误差θt0，但当使液压挖掘机100的上部旋转体2旋转动作时由上述的(式4)得到的检测值的最大值与最小值之差也是倾斜角度φg的2倍。

在图15中表示在以使前期姿势(旋转角为0度)的上部旋转体2的前后方向相对于倾斜角度φg的斜面的上下方向正交的方式配置液压挖掘机100的情况下(参照图7)，使上部旋转体旋转动作时的车身惯性计测装置的真实侧倾角和作为由惯性计测装置得到的检测结果的侧倾角的计测结果的变化。此外，液压挖掘机100的上部旋转体2能够向左右自由旋转，因此旋转角具有正负值，但为了便于说明，仅表示正方向的旋转。

首先，当旋转角为0度时，真实侧倾角A1为斜面角度φg，但由上述的(式4)计算的侧倾角A2是仅小了安装误差φt0的值，也就是说取(φg－φt0)的值。即便旋转角变化也继续维持该关系。

另外，若旋转角成为180度，则上部旋转体2的朝向反转，由此真实侧倾角A1取(－φg)的值。另一方面，由上述的(式4)计算的侧倾角A2取(－φg－φt0)的值。因此，若根据这些关系来对旋转角为0度的情况下的上述的(式4)的侧倾角的值和旋转角为180度的情况下的上述的(式4)的侧倾角的值进行减法运算，则能够得到如下的(式19)的关系。

数式19

(φ_g-φ_t0)-(-φ_g-φ_t0)＝2φ_g···(式19)

也就是说，通过将上述的(式19)的两边除以2，能够计算倾斜角φg。

此外，图15中，考虑了以使前期姿势(旋转角为0度)的上部旋转体2的前后方向相对于倾斜角度φg的斜面的上下方向正交的方式配置液压挖掘机100的情况，但并不限于前期姿势一定成为这种状态。

因此，如图16所示，考虑前期姿势(旋转角为0度)的上部旋转体2的前后方向没有相对于倾斜角度φg的斜面的上下方向正交的情况。

根据图16可知，旋转角为0度的情况与为180度的情况的侧倾角A2之差明显不足2φg，但旋转角为120度的情况与为300度的情况的侧倾角A2之差为2φg。也就是说，无论处于哪种前期姿势，只要相对于旋转角关注由上述的(式4)得到的值的最大值和最小值，上述的(式19)的关系式就会成立。

图15以及图16中的(式4)的侧倾角A2能够依照使上部旋转体2旋转动作时的车身惯性计测装置13的输出值(加速度)进行上述的(式4)的运算而进行绘制。然而，为了在绘制波形中包含检测值的最大值和最小值，需要进行旋转角为180度以上且不足360度的旋转动作。

使用由上述的(式19)获得的倾斜角φg、和由上述(式4)获得的检测值φ0，由此能够根据上述的(式10)计算车身惯性计测装置13的侧倾角的安装误差φt0。

其他构成是与第1以及第2实施方式同样的。

以上构成的第3的实施方式也能够获得与第1以及第2实施方式同样的效果。

接着说明上述的各实施方式的特征。

(1)在上述的实施方式中，作业机械(例如液压挖掘机100)具有：由下部行驶体3、相对于下部行驶体3能够旋转地设置的上部旋转体2构成的车身；安装于所述车身且由能够转动地连结的多个前方部件(例如动臂4、斗杆5、铲斗6)构成的多关节型的作业机(例如前作业机1)；设于所述作业机的至少一个前方部件并检测该前方部件的姿势信息的一个以上的第一姿势检测装置(例如惯性计测装置14～16)；设于上部旋转体2并检测上部旋转体2的姿势信息的第二姿势检测装置(例如惯性计测装置13)；和计算第二姿势检测装置的安装误差的控制装置(控制器20)，其中，所述控制装置基于使所述上部旋转体相对于所述下部行驶体朝向预先决定的方向的第一较正姿势下的所述第一姿势检测装置以及所述第二姿势检测装置的检测结果，来计算所述第二姿势检测装置的绕着垂直于所述上部旋转体的旋转轴地朝向前方设定的第一轴的安装误差，并且所述控制装置基于使所述上部旋转体相对于所述下部行驶体从所述第一较正姿势旋转90度的第二较正姿势下的所述第二姿势检测装置的检测结果、和所述第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差，来计算所述第二姿势检测装置的绕着垂直于所述上部旋转体的旋转轴以及所述第一轴地朝向侧方设定的第二轴的安装误差。

通过这种构成，能够高精度地计算用于检测姿势信息的传感器的安装误差，能够提高传感器的较正精度。

(2)另外，在上述实施方式中，在(1)的作业机械(例如液压挖掘机100)中，所述控制装置(例如控制器20)基于所述第一较正姿势下的所述第一姿势检测装置(例如惯性计测装置14～16)的检测结果和所述第二姿势检测装置(例如惯性计测装置13)的检测结果之间的平均值来计算所述第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差。

(3)另外，在上述实施方式中，在(1)的作业机械(例如液压挖掘机100)中，所述控制装置(例如控制器20)基于由能够从所述作业机械的外部对所述第一姿势检测装置(例如惯性计测装置14～16)的绕着所述第一轴的安装误差进行计测的外部计测装置(例如全站仪)获得的所述第一姿势检测装置的安装误差、所述第一较正姿势下的所述第一姿势检测装置的检测结果、和所述第二姿势检测装置(例如惯性计测装置13)的检测结果，来计算所述第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差。

(4)另外，在上述实施方式中，在(1)的作业机械(例如液压挖掘机100)中，所述控制装置(例如控制器20)根据使所述上部旋转体2相对于所述下部行驶体3从所述第一较正姿势旋转180度以上的情况下的所述第二姿势检测装置(例如惯性计测装置13)的检测结果的最大值和最小值来计算所述第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差。

＜附记＞

此外，本发明并不限定于上述实施方式，包含不脱离其要旨的范围内的各种变形例和组合。另外，本发明并不限于具有上述实施方式所说明的全部构成，包括将该构成的一部分删除的方式。另外，上述各构成、功能等可以使一部分或全部例如通过集成电路设计等而实现。另外，上述的各构成、功能等可以通过使处理器解读实现各个功能的程序并执行而由软件实现。

附图标记说明

1…前作业机(作业机)，2…上部旋转体，2a…旋转马达，3…下部行驶体，3a…行驶马达，4…动臂，4a…动臂液压缸，5…斗杆，5a…斗杆液压缸，6…铲斗，6a…铲斗液压缸，7…液压泵装置，8…控制阀，9…驾驶室，9a、9b…操作杆(操作装置)，13…车身惯性计测装置，14…动臂惯性计测装置，15…斗杆惯性计测装置，16…铲斗惯性计测装置，17…施工信息，18…接收天线，20…控制器，21…姿势运算装置，22…监视器显示控制装置，23…液压系统控制装置，24…施工目标面运算装置，100…液压挖掘机，211、211A…姿势检测装置较正部，211a…第1姿势信息记忆部，211b…第1轴误差运算部，211c…第2姿势信息记忆部，211d…第1轴角度运算部，211e…第2轴角度运算部，211f…第2轴误差运算部，212…姿势角转换部，213…挖掘机姿势运算部，214、214A…较正结果记忆部。

Claims

1.一种作业机械，具有：

由下部行驶体、相对于所述下部行驶体能够旋转地设置的上部旋转体构成的车身；

安装于所述车身且由能够转动地连结的多个前方部件构成的多关节型的作业机；

设于所述作业机的至少一个前方部件并检测该前方部件的姿势信息的一个以上的第一姿势检测装置；

设于所述上部旋转体并检测所述上部旋转体的姿势信息的第二姿势检测装置；和

计算所述第二姿势检测装置的安装误差的控制装置，所述作业机械的特征在于，

所述控制装置基于使所述上部旋转体相对于所述下部行驶体朝向预先决定的方向的第一较正姿势下的所述第一姿势检测装置以及所述第二姿势检测装置的检测结果，来计算所述第二姿势检测装置的绕着垂直于所述上部旋转体的旋转轴地朝向前方设定的第一轴的安装误差，并且

所述控制装置基于使所述上部旋转体相对于所述下部行驶体从所述第一较正姿势旋转90度的第二较正姿势下的所述第二姿势检测装置的检测结果、和所述第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差，来计算所述第二姿势检测装置的绕着垂直于所述上部旋转体的旋转轴以及所述第一轴地朝向侧方设定的第二轴的安装误差。

2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述控制装置基于所述第一较正姿势下的所述第一姿势检测装置的检测结果和所述第二姿势检测装置的检测结果之间的平均值来计算所述第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差。

3.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述控制装置基于由能够从所述作业机械的外部对所述第一姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差进行计测的外部计测装置获得的所述第一姿势检测装置的安装误差、所述第一较正姿势下的所述第一姿势检测装置的检测结果、和所述第二姿势检测装置的检测结果，来计算所述第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差。

4.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，

所述控制装置根据使所述上部旋转体相对于所述下部行驶体从所述第一较正姿势旋转180度以上的情况下的所述第二姿势检测装置的检测结果的最大值和最小值来计算所述第二姿势检测装置的绕着所述第一轴的安装误差。