CN116034201A - 工程机械 - Google Patents

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CN116034201A
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石原新士
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Abstract

工程机械具备：角度计测装置，其检测向车身及作业装置的设置部分的加速度及角速度，并且基于检测结果运算该设置部分相对于基准面的角度；和控制器，其基于以来自角度计测装置的角度为基础运算出的车身及作业装置的姿势信息执行作业装置的操作支援。控制器基于对操作支援设定的第1要求精度而运算针对角度计测装置的角度运算的第2要求精度，基于角度计测装置的检测结果判断车身是否从动作过程中变化为停止状态，判断角度计测装置的运算精度是否满足第2要求精度，在车身变化为停止状态的情况且运算精度不满足第2要求精度的情况下采取作业装置的操作支援的停止或警告。

Description

工程机械
技术领域
本发明涉及具备位置和姿势会变化的作业装置的工程机械，更详细地说，涉及基于包含从安装于作业装置等的计测装置输出的角度信息的各种信息进行操作员的操作支援的工程机械。
背景技术
在液压挖掘机等工程机械的领域中，近年来，不断推进通过在建设施工中适用信息通信技术而有效地灵活运用多种多样的信息来实现施工的合理化的信息化施工的导入。例如，存在具有向操作员显示将动臂、斗杆及铲斗等多个部件连结而成的多关节型的作业装置的位置和姿势的机械引导、和以使该作业装置沿着目标施工面动作的方式进行控制的机械控制等对操作员的操作进行支援的功能的工程机械。
在进行机械引导或机械控制等操作支援时，将利用施工现场中的本车的坐标的施工称为三维信息化施工(以下，称为3D信息化施工)。在与3D信息化施工对应的工程机械中，为了获取本车的位置，具备卫星测位系统(Global Navigation Satellite System：GNSS)。GNSS接收来自多个卫星的测位信号来测量本车的三维位置(纬度、经度、高度)。在如液压挖掘机那样具备作业装置的工程机械中，不仅是本车的位置，作业装置所朝向的方向(方位)也是操作支援所需要的。因此，已知如下工程机械：搭载两个接收测位信号的GNSS天线，基于这些天线接收到的测位信号对作业装置的方位进行确定。
在机械引导中，由于向操作员提示用于使铲斗(作业工具)的齿尖(前端位置)沿着施工目标面动作的各种信息，所以不仅是本车的位置信息，作业装置的姿势信息也是重要的。因此，在构成作业装置的动臂、斗杆、铲斗上分别安装有用于获取角度的传感器。作为该传感器，从安装的容易性和响应性的观点出发，大多选择惯性计测装置(InertialMeasurement Unit：IMU)。
机械引导如上述那样，同时利用GNSS和IMU计算出液压挖掘机的位置和姿势，将这些信息提示给操作员。因此，在从GNSS获取到的位置或从IMU获取到的角度的信息相对于实际信息偏离的情况下，会对操作员提示不正确的信息。若操作员基于不正确的信息继续挖掘作业，则担心相对于设为目标的施工面而过度挖掘地面或挖掘量不足，从而需要重新施工。
针对这样的课题，已知专利文献1所记载的技术。专利文献1所记载的作业机械为了在执行信息化施工时实现确切地继续控制作业装置(作业机)以及在作业的引导画面上显示恰当的信息中的至少一方，具备利用GNSS检测本车(作业机械)的位置的位置检测装置、以及检测示出作业机械的动作的动作信息的状态检测装置(IMU)，根据位置检测装置的测位的状态以及作业机械的动作状态选择作业机的位置数据的生成中使用的位置信息。具体地说，在基于位置检测装置的测位正常的情况(第1模式的情况)下，将由位置检测装置检测出的位置的信息用作该位置信息，另一方面，在测位异常且作业机械为静定状态的情况(第2模式的情况)下，将使用测位变得异常之前的成为作业机械的基准的特定点以及由状态检测装置(IMU)检测出的动作信息这两方求出的位置的信息用作该位置信息。此外，在测位异常且作业机械为非静定状态的情况(第3模式的情况)下，不提供位置信息。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/167022号
发明内容
专利文献1所记载的技术仅限于在作业机的位置(例如，铲斗的齿尖位置)的数据生成中使用的作业机械的位置信息正确的情况下，将该位置信息利用于操作支援(机械引导)。但是，在专利文献1所记载的技术中也是，为了生成作业机的位置(铲斗的齿尖位置)的数据，需要在作业机械的位置信息的基础上还使用作业机械的角度信息。因此，在作业机械的角度信息不正确的情况下，即使上述的作业机械的位置信息正确，也难以正确地计算出铲斗的齿尖位置。
另外，如前述那样，作为获取工程机械的角度信息的传感器，存在使用IMU的情况。IMU是具备加速度传感器及角速度传感器这两个传感器的装置，也具备通过使用由加速度传感器检测出的加速度以及由角速度传感器检测出的角速度来运算角度的角度运算功能。IMU切换下面的两个运算方法，或者组合来运算角度。第1方法为，对由加速度传感器检测出的加速度与重力加速度进行比较，计算出相对于基准面(例如，水平面)的角度。第2方法为，通过对由角速度传感器检测出的角速度进行积分来计算出角度。但是，第2方法仅能够计算出以工程机械为静止状态时的某个角度为起点的角度变化。因此，考虑主要使用能够计算出工程机械的静止时的任意角度的第1运算方法。
但是，第1运算方法由于将重力加速度用作参考值，所以存在若产生重力加速度以外的加速度则无法正确地计算出角度的情况。在工程机械中，因行驶动作的开始或停止等而产生平移加速度，并且因旋转动作而产生离心加速度。在这样的状况下，在第1运算方法中，由于“对静止时检测出的加速度与重力加速度进行比较”这一条件不成立，所以该方法的运算精度降低。因此，在IMU的角度运算中，已知通过将基于第1及第2运算方法的两个运算结果利用卡尔曼滤波器或互补滤波器等统合来抑制运算结果精度降低的技术。但是，即使使用这样的技术，将IMU的角度运算的精度降低无效化也是极为困难的。
以下具体地说明IMU的角度运算的精度降低。若工程机械从停止状态开始行驶动作，则车身产生加速度，因此，IMU检测出的加速度的合成值与重力加速度不一致。该情况下，无法作为IMU的角度运算而使用第1方法，因此在行驶动作的开始后的适当时期，将运算方法从第1方法向第2方法切换。在行驶过程中，即使在行驶速度固定的情况下车身也会产生振动而车身产生加速度，因此维持第2运算方法。因此，在继续行驶过程中，通过对由角速度传感器检测出的角速度依次积分来进行角度运算，因此角速度传感器的偏差的影响因积分运算而累积，从而导致运算误差逐渐变大。之后，若工程机械从行驶状态完全停止，则在停止后的适当时期，将IMU的角度运算从第2方法向第1方法切换。即使将运算方法从第2方法向第1方法切换，也通过对第2方法的运算结果和第1方法的运算结果进行插补处理或滤波处理等处理来确保运算结果的连续性。因此，即使工程机械完全停止且IMU的角度运算切换到第1方法，在完全停止后的短暂期间，在IMU输出的角度信息中也存在因第2运算方法导致的误差，因此IMU的运算误差不会立即变小。
若不考虑IMU的运算结果中的上述误差就仅将不进行行驶动作这一情况作为判断材料来执行机械引导，则会基于包含IMU的运算误差的不正确的姿势信息进行操作支援，因此担心会损伤施工面。因此，在工程机械中，即使是停止状态，也需要考虑在从行驶或旋转的动作状态向停止状态转变后的一定期间内IMU的角度运算的精度降低的情况。
本发明是基于上述事项而做出的，其目的在于提供一种能够在机械引导和机械控制等作业装置的操作支援中抑制不正确的姿势信息被利用的工程机械。
本申请包含解决上述课题的多个方案，若列举其一例，则工程机械具备：车身；作业装置，其相对于上述车身能够转动地安装；角度计测装置，其设置于上述车身及上述作业装置，检测设置部分的加速度及角速度，并且进行基于检测结果来运算该设置部分相对于基准面的角度的角度运算；和控制器，其基于由上述角度计测装置运算出的角度来运算表示上述车身及上述作业装置的姿势的姿势信息，使运算出的姿势信息显示于显示装置，并且基于运算出的姿势信息而执行上述作业装置的操作支援，上述工程机械的特征在于，上述控制器进行以下：进行要求精度运算，基于对上述作业装置的操作支援中使用的信息设定的要求精度即第1要求精度，运算针对上述角度计测装置的上述角度运算的要求精度即第2要求精度；进行动作停止判断，基于上述角度计测装置的检测结果，判断是否从上述车身正在动作的状态变化为停止状态；进行精度判断，判断上述角度计测装置的上述角度运算的精度是否满足上述第2要求精度；在判断成从上述车身正在动作的状态变化为停止状态、且上述角度计测装置的上述角度运算的精度不满足上述第2要求精度的情况下，采取上述作业装置的操作支援的停止或警告。
发明效果
根据本发明，即使车身是停止状态，在角度计测装置的角度运算的精度不满足要求精度的情况下，控制器也会采取机械引导和机械控制等作业装置的操作支援的停止或警告，能够在执行作业装置的操作支援时抑制不正确的姿势信息被利用。
上述以外的课题、结构及效果将根据以下的实施方式的说明而得以明确。
附图说明
图1是表示适用了本发明的工程机械的第1实施方式的液压挖掘机的立体图。
图2是表示本发明的工程机械的第1实施方式以及构成其一部分的控制器的功能块的图。
图3是表示构成本发明的工程机械的第1实施方式的一部分的惯性计测装置(IMU)的角度运算的精度降低的说明图。
图4是表示图2所示的控制器的定位运算部的功能结构以及监视器显示部的功能结构的框图。
图5是表示构成图4所示的控制器的定位运算部的一部分的要求角度精度运算部的功能结构的框图。
图6是表示构成图4所示的控制器的定位运算部的一部分的IMU运算精度评估部的功能结构的框图。
图7是表示构成本发明的工程机械的第1实施方式的控制器中的引导执行的判断的处理顺序的一例的流程图。
图8是表示图7所示的流程图中的车身的动作状态的判断的处理顺序的一例的流程图。
图9是表示图7所示的流程图中的IMU的运算精度的判断的处理顺序的一例的流程图。
图10是表示构成本发明的工程机械的第1实施方式的变形例中的控制器的定位运算部的一部分的要求角度精度运算部的功能结构的框图。
图11是表示本发明的工程机械的第2实施方式中的控制器的功能结构的框图。
图12是表示构成图11所示的控制器的定位运算部的一部分的IMU运算精度评估部的功能结构的框图。
图13是表示图12所示的本发明的工程机械的第2实施方式的控制器的IMU运算精度评估部中的精度评估的方法的说明图。
图14是表示图12所示的本发明的工程机械的第2实施方式中的控制器的IMU运算精度评估部的处理顺序的一例的流程图。
图15是表示本发明的工程机械的第2实施方式中的问题点的说明图。
图16是表示本发明的工程机械的第3实施方式中的控制器的功能结构的框图。
图17是表示构成图16所示的控制器的定位运算部的一部分的IMU运算精度评估部的功能结构的框图。
图18是表示图17所示的本发明的工程机械的第2实施方式中的控制器的IMU运算精度评估部的处理顺序的一例的流程图。
图19是表示本发明的工程机械的第3实施方式的作用及效果的说明图。
图20是表示本发明的工程机械的第4实施方式中的控制器的功能结构的框图。
图21是表示构成图20所示的控制器的定位运算部的一部分的要求角度精度运算部的功能结构的框图。
图22是表示本发明的工程机械的第5实施方式中的控制器的功能结构的框图。
图23是表示本发明的工程机械的第6实施方式中的控制器的功能结构的框图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的工程机械的实施方式。在本实施方式中，作为工程机械的一例，列举液压挖掘机为例进行说明。
[第1实施方式]
首先，使用图1及图2说明作为本发明的工程机械的第1实施方式的液压挖掘机的结构。图1是表示适用了本发明的工程机械的第1实施方式的液压挖掘机的立体图。图2是表示本发明的工程机械的第1实施方式以及构成其一部分的控制器的功能块的图。在此，使用从落座于驾驶席的操作员观察到的方向进行说明。
在图1中，作为工程机械的液压挖掘机由用于进行挖掘作业等的前作业装置1和供前作业装置1能够转动地安装的车身构成。车身由能够自行的下部行驶体2和能够旋转地搭载在下部行驶体2上的上部旋转体3构成。车身伴随着下部行驶体2的行驶动作和上部旋转体3的旋转动作的各动作而位移。
前作业装置1是通过将多个被驱动部件以能够沿垂直方向转动的方式连结而构成的多关节型的作业装置。多个被驱动部件由例如动臂6、斗杆7、作为作业工具的铲斗8构成。动臂6的基端部能够转动地支承于上部旋转体3的前部。在动臂6的前端部，能够转动地支承斗杆7的基端部。在斗杆7的前端部，能够转动地支承铲斗8。动臂6、斗杆7、铲斗8分别通过作为液压执行机构的动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12而驱动。此外，铲斗8经由与铲斗8连动地转动的连杆部件13而被驱动。
下部行驶体2例如在左右具备履带式的行驶装置14(仅图示一侧)。行驶装置14通过作为液压执行机构的行驶液压马达14a而驱动。
上部旋转体3例如构成为通过作为液压执行机构的旋转液压马达4而相对于下部行驶体2旋转驱动。上部旋转体3具备供操作员搭乘的驾驶室16和收容各种设备的机械室17。
在驾驶室16中，设有用于对各液压执行机构4、10、11、12、14a进行操作的操作装置18a、18b、18c。操作装置18a、18b例如是具有能够向前后左右倾倒的操作杆的电气式的操作杆装置。电气式的操作杆装置18a、18b具有电气性地检测操作杆的倾倒方向及倾倒量、即操作方向及操作量的检测装置(未图示)，将与检测出的操作方向及操作量相应的操作信号经由电气配线向控制器40(参照图2)输出。操作杆装置18a、18b的前后方向上的操作及左右方向上的操作分别被分配为各液压执行机构4、10、11、12的操作。即，操作杆装置18a、18b的各操作被分配为前作业装置1的操作和上部旋转体3的旋转操作等。操作装置18c是具有能够向前后倾倒的行驶杆及行驶踏板的电气式的操作装置。操作装置18c被分配为液压执行机构14a的操作、即左右的行驶装置14的行驶操作。另外，在驾驶室16中，设置有能够进行各种信息的显示和输入的监视器19(参照图2)。
此外，操作装置18a、18b、18c可以不为电气式，也能够由液压式构成。在该结构的情况下，构成为通过将与各操作装置18a、18b、18c的操作方向及操作量相应的操作先导压作为驱动信号对控制阀单元23的各控制阀供给，从而使各液压执行机构4、10、11、12、14a驱动。
在机械室17中，配置有发动机或电动机等原动机21、通过原动机21而驱动的液压泵装置22等。从液压泵装置22排出的液压油被供给到各个液压执行机构4、10、11、12、14a，由此各液压执行机构4、10、11、12、14a驱动。各液压执行机构4、10、11、12、14a的驱动由作为与各液压执行机构4、10、11、12、14a对应的控制阀的集合体的控制阀单元23控制。构成控制阀单元23的各控制阀控制从液压泵装置22向对应的液压执行机构4、10、11、12、14a供给的液压油的方向及流量。各控制阀的驱动例如由从先导泵(未图示)经由电磁比例阀(未图示)输出的操作先导压控制。各电磁比例阀基于来自操作装置18a、18b、18c的操作信号而由控制器40控制，由此，借助控制阀单元23的各控制阀控制各液压执行机构4、10、11、12、14a的动作。
在上部旋转体3上，如图1及图2所示，设置有计测与车身的动作及姿势有关的信息的惯性计测装置(Inertial Measurement Unit：IMU)25。另外，在作为前作业装置1的构成部件的动臂6、斗杆7、铲斗8上，也分别设置有计测与各构成部件6、7、8的姿势有关的信息的惯性计测装置(IMU)26、27、28。为了区分这四个惯性计测装置25、26、27、28，将上部旋转体3(车身)用的惯性计测装置25称为车身IMU，将动臂6用的惯性计测装置26称为动臂IMU，将斗杆7用的惯性计测装置27称为斗杆IMU，将铲斗8用的惯性计测装置28称为铲斗IMU。此外，铲斗IMU28可以不设置于铲斗8，也能够设置于与铲斗8连动地转动的连杆部件13。
IMU是具备加速度传感器31及角速度传感器32(均参照图4)这两个传感器的装置，具有使用由加速度传感器检测出的加速度以及由角速度传感器检测出的角速度对角度进行运算的角度运算功能(角度运算部33)。IMU将以下两个运算方法组合来运算角度。第1方法为，通过对加速度传感器检测出的加速度与重力加速度进行比较，来运算相对于基准面(例如，水平面)的角度。第2方法为，通过对角速度传感器检测出的角速度进行积分来运算角度。但是，第2方法仅能够计算将工程机械为静止状态时的某个角度设为起点的角度变化。因此，作为IMU的角度运算，主要使用能够计算出工程机械的静止时的任意角度的第1方法。
车身IMU25检测上部旋转体3(设置部分)产生的加速度及角速度，并且进行角度运算，基于检测结果(加速度及角速度)对该设置部分3相对于基准面的角度进行运算。具体地说，车身IMU25能够在上部旋转体3为静止状态时，基于在对车身IMU25设定的IMU坐标系中检测出的重力加速度的方向(铅垂向下的方向)以及车身IMU25的安装状态(车身IMU25与上部旋转体3的相对位置关系)，对上部旋转体3相对于水平面的前后方向上的倾斜(俯仰角)以及左右方向(宽度方向)上的倾斜(滚动角)进行运算。车身IMU25将上部旋转体3(车身)的加速度及角速度的检测结果(与上部旋转体3的动作有关的信息)以及车身2、3的俯仰角及滚动角(角度信息)的运算结果(与车身的姿势有关的信息)向控制器40输出。
动臂IMU26、斗杆IMU27、铲斗IMU28分别检测设置部分(动臂6、斗杆7、铲斗8)的角速度及加速度，并且进行角度运算，基于检测结果(加速度及角速度)对该设置部分6、7、8相对于基准面的角度进行运算。动臂IMU26、斗杆IMU27、铲斗IMU28与车身IMU25同样地，能够在车身静止的情况下，基于在对各IMU26、27、28设定的IMU坐标系下检测出的重力加速度的方向以及各IMU26、27、28的安装状态(与前作业装置1的各构成部件6、7、8的相对位置关系)，对各构成部件6、7、8的角度信息进行运算。动臂IMU26、斗杆IMU27、铲斗IMU28分别将各构成部件6、7、8的角速度及加速度的检测结果以及各构成部件6、7、8的角度信息的运算结果(与各构成部件6、7、8的姿势有关的信息)向控制器40输出。
这四个车身IMU25、动臂IMU26、斗杆IMU27、铲斗IMU28通过检测上部旋转体3及前作业装置1的各构成部件6、7、8的加速度及角速度并基于检测结果的加速度及角速度进行角度运算，作为计测与工程机械的姿势有关的信息的角度计测装置而发挥功能。
在上部旋转体3，安装有能够接收来自多个卫星的测位信号的作为接收装置的两个GNSS天线36、37。各GNSS天线36、37接收到的测位信号被输入到图2所示的GNSS接收机38。GNSS接收机38作为基于GNSS天线36、37接收到的测位信号进行天线坐标(车身的特定部分的位置)的运算和上部旋转体3(车身)的方位角的运算等测位运算的测位运算装置而发挥功能。GNSS天线36、37和GNSS接收机38构成进行针对液压挖掘机的卫星测位的测位系统35(参照图4)。GNSS接收机38由于在上述的位置及方位角的运算中使用统计处理，所以除了该位置及方位角以外也同时计算它们的方差。另外，GNSS接收机38不仅能够运算GNSS天线36、37(车身)的位置，也能够运算速度。GNSS接收机38将作为测位运算的运算结果的GNSS天线36、37(车身)的位置及速度和上部旋转体3(车身)的方位角、以及它们的方差向控制器40输出。
GNSS接收机38(测位系统35)经由无线通信与设置于现场内的GNSS固定电台连接，由此能够执行RTK(Real Time Kinematic)测位。在没有GNSS固定电台的现场的情况下，能够利用经由因特网获取电子基准电台的信息的网络型RTK执行测位。以下，设想无论现场内有无固定电台，GNSS接收机38均能够执行RTK测位。
控制器40如图2所示，基于GNSS接收机38的运算结果、以及车身IMU25、动臂IMU26、斗杆IMU27、铲斗IMU28的检测结果及角度运算的结果等，执行液压挖掘机的动作的控制和操作员的操作支援。控制器40作为硬件结构，例如具备由RAM和ROM等构成的存储装置41、以及由CPU或MPU等构成的处理装置42。在存储装置41中，预先存储有液压挖掘机的动作控制所需要的程序和各种信息。处理装置42从存储装置41适当读取程序和各种信息，遵照该程序执行处理，由此实现包含以下功能的各种功能。
控制器40作为由处理装置42执行的功能的一部分，具有定位运算部51、施工目标面运算部52、监视器显示控制部53、液压系统控制部54。
定位运算部51进行姿势运算，基于GNSS接收机38的运算结果、以及车身IMU25、动臂IMU26、斗杆IMU27、铲斗IMU28的检测结果及角度运算的运算结果，运算液压挖掘机在作业现场内的位置(坐标)及方位、以及前作业装置1的姿势信息。对于计算前作业装置1的姿势信息，需要运算上部旋转体3和构成前作业装置1的动臂6、斗杆7、铲斗8中的各自处于连结关系的两个部件的相对角。具体地说，动臂6的相对角基于车身IMU25的运算结果的角度以及动臂IMU26的运算结果的角度而计算出。斗杆7的相对角基于动臂IMU26的运算结果的角度以及斗杆IMU27的运算结果的角度而计算出。铲斗8的相对角基于斗杆IMU27的运算结果的角度以及铲斗IMU28的运算结果的角度而计算出。定位运算部51向施工目标面运算部52、监视器显示控制部53、液压系统控制部54输出运算结果。定位运算部51的运算结果的精度(相对于液压挖掘机的实际上的位置和姿势的误差)会对这些各部分52、53、54的运算和控制带来影响。因此，谋求定位运算部51的运算结果为高精度。定位运算部51的结构的详情将后述。
施工目标面运算部52基于存储装置41中预先存储的三维施工图面等施工信息、以及定位运算部51的运算结果的液压挖掘机的位置信息和姿势信息，运算对施工对象的目标形状进行定义的施工目标面。施工信息例如由施工管理者借助作为输入设备的监视器19等而输入。另外，施工目标面运算部52计算出施工目标面与参考点(例如，铲斗8的齿尖)的距离。此外，施工目标面也能够由操作员操作监视器19而当场设定。施工目标面运算部52向监视器显示控制部53及液压系统控制部54输出运算结果。
监视器显示控制部53控制驾驶室16内的监视器19的显示。监视器显示控制部53基于作为施工目标面运算部52的运算结果的施工目标面、以及作为定位运算部51的运算结果的液压挖掘机的位置信息及姿势信息，运算对操作员的操作支援的指示内容，将运算结果显示于作为显示装置而发挥功能的监视器19。监视器显示控制部53例如通过在监视器19上显示前作业装置1的姿势以及前作业装置1的铲斗8的前端位置和角度，承担作为支援操作员的操作的机械引导系统的功能的一部分。能够构成为，在GNSS接收机38的测位结果产生了异常的情况下，或者，在四个IMU25、26、27、28中的某一个的运算结果的角度信息的精度不满足所设定的要求精度的情况下，停止引导的执行，或者使引导中断的警告显示于监视器19。另外，对于监视器19构成为，不仅进行画面显示，也能够通过输出声音进行作业指示或注意唤起。即，监视器显示控制部53构成为在GNSS接收机38的测位结果或IMU25、26、27、28的运算结果存在问题的情况下，对引导的执行采取否定措施。
此外，期望监视器19不仅仅是显示设备，也能够通过具备触摸面板而利用为输入设备。监视器19例如能够是安装于驾驶室16内的结构或将可移动性的平板终端能够装拆地设置于驾驶室16内的结构。
液压系统控制部54控制包含液压泵装置22、多个液压执行机构4、10、11、12、14a、控制阀单元23(均参照图1)的液压系统。液压系统控制部54例如基于作为施工目标面运算部52的运算结果的施工目标面以及作为定位运算部51的运算结果的液压挖掘机的位置信息及姿势信息，运算液压挖掘机的动作，以实现运算结果的动作的方式控制液压系统。液压系统控制部54承担以使铲斗8的前端不接近施工目标面一定程度以上的方式对动作施加限制、或以使铲斗8沿着施工目标面动作的方式进行控制的作为机械控制系统的功能的一部分。液压系统控制部54在GNSS接收机38的测位结果产生了异常时或四个IMU25、26、27、28中的某一个的运算结果的角度信息的精度不满足规定的要求精度时，监视器显示控制部53停止引导的执行的情况下，期望与之相应地使机械控制功能停止。
以下，将施工目标面运算部52和监视器显示控制部53这两个功能合并得到的系统称为机械引导系统。另外，将施工目标面运算部52和液压系统控制部54这两个功能合并得到的系统称为机械控制系统。
在本实施方式中，构成为一个控制器40执行图2所示的全部功能部，但也能够构成为由各自不同的控制器执行各功能部。在各功能部由不同的控制器实现的情况下，构成各功能部的控制器的集合体构成运算液压挖掘机的姿势信息并执行前作业装置1的操作支援的控制器。
接下来，说明对由控制器进行的机械引导和机械控制的执行带来影响的IMU的角度运算的精度降低。控制器40的定位运算部51为了运算液压挖掘机的姿势信息，使用利用了卫星的测位信号的GNSS接收机38(测位系统35)的运算结果以及四个IMU25、26、27、28的检测结果及运算结果。定位运算部51的运算结果的姿势信息在监视器显示控制部53及液压系统控制部54中使用。若作为各IMU25、26、27、28的运算结果的角度信息的精度降低，则角度信息的精度降低的影响波及定位运算部51的运算结果，因此担心利用监视器显示控制部53显示于监视器19上的铲斗8的齿尖位置会从实际位置变动，无法执行恰当的机械引导。另外，担心利用液压系统控制部54控制的铲斗8的齿尖位置与实际位置不同，作业面成为波浪那样的形状。
以下，使用图3说明产生IMU25、26、27、28的运算结果的角度信息的精度降低的具体例。图3是表示构成本发明的工程机械的第1实施方式的一部分的惯性计测装置(IMU)的角度运算的精度降低的说明图。图3中，上段图示出了操作装置(行驶杆或行驶踏板)的操作量，中段图示出了IMU检测出的加速度的合成值的一例，下段图示出了IMU的角度运算的运算结果与真实角度的差值(IMU的运算角度的误差)的一例。IMU是车身IMU25、动臂IMU26、斗杆IMU27、铲斗IMU28中的某一个IMU。
如图3的上段图所示，在初始时刻t0到时刻t1的期间，操作装置18c的行驶杆或行驶踏板(参照图1)未被操作，液压挖掘机不行驶而为停止状态。因此，如图3的中段图所示，IMU检测的加速度的合成值与重力加速度g大致一致。此时，由于液压挖掘机为静止状态，所以作为IMU的角度运算的方法而使用第1方法。但是，IMU的运算结果的角度由于加速度传感器的偏差(稳态误差)或加速度传感器中的量化误差等，而不与真实(实际上)的角度完全一致。在IMU的角度运算中，将静止状态(图3的下段图所示的时刻t0到时刻t1的期间)时产生的角度误差称为最小误差εmin。最小误差εmin是小于针对IMU的运算精度的稳定时的规格值(容许误差)εs的值。
如图3的上段图所示，在时刻t1操作装置18c(行驶杆或行驶踏板)被操作。由此，液压挖掘机从停止状态转变到行驶动作，因此液压挖掘机产生加速度。此时，如图3的中段图所示，由于由IMU检测出的加速度的合成值不与重力加速度g一致，所以IMU无法利用第1运算方法。因此，IMU从第1方法向第2方法切换运算方法并进行角度运算。通过在适当的时机进行运算方法的切换，如图3的下段图所示，防止运算角度的误差在时刻t1以后急剧变大。但是，基于第2方法进行的角度运算由于对角速度传感器的检测结果(角速度)进行积分，所以若长时间适用，则角速度传感器的偏差的影响积累，会导致运算结果的精度降低(导致运算角度的误差变大)。
在时刻t2到时刻t3，如图3的上段图所示，由于操作装置18c(行驶杆或行驶踏板)的操作量大致固定，所以液压挖掘机的行驶速度大致固定。因此，在液压挖掘机中不产生基于行驶的加速度。但是，即使在液压挖掘机以大致固定速度行驶的过程中(时刻t2到时刻t3的期间)，如图3的中段图所示，IMU检测的合成加速度也不始终与重力加速度g一致。这是因为，在液压挖掘机中，与在铺装的路面上行驶的汽车不同，在作业现场的存在凹凸的路面上行驶，并且行驶装置14(参照图1)通过金属制的履带的驱动而行驶，因此在行驶时会产生比较大的振动。因此，在液压挖掘机的行驶过程中，作为IMU的角度运算而无法利用第1方法。但是，若继续使用第2方法，则如图3的下段图所示，角速度传感器的偏差的影响累积，由此运算角度的误差逐渐变大。
如图3的上段图所示，在时刻t3操作装置18c的操作停止。由此，由于液压挖掘机急减速，所以如图3的中段图所示，IMU检测出的加速度的合成值再次相对于重力加速度g大幅变动。之后，液压挖掘机的平移加速度为0，但因急减速产生的车身振动继续。在时刻t4终于如图3的中段图所示，液压挖掘机成为完全停止的状态。
该情况下，在液压挖掘机的完全停止后的适当时期，IMU的角度运算从第2方法切换到第1方法。在该运算方法的切换时，对基于第2方法得到的运算结果以及基于第1方法得到的运算结果进行插补处理或滤波处理等处理，确保了运算结果的连续性。从而，因此，即使液压挖掘机完全停止且IMU的角度运算切换到第1方法，在完全停止后的短暂期间，在IMU输出的角度信息中也会残存因第2运算方法产生的误差，因此IMU的运算角度的误差不会在时刻t4立即成为最小误差εmin。即，IMU的运算角度的误差如图3的下段图所示，在车身完全停止的时刻t4以后也逐渐减少，在时刻t5收敛于最小误差εmin。
像这样，存在IMU的运算角度的精度(误差)在从行驶动作转变到停止状态后也在短暂期间无法满足稳定时的规格值(容许误差)εs的情况。因此，若仅将不进行行驶动作而为停止状态这一情况设为判断材料，并在时刻t4执行机械引导，则会根据基于IMU输出的低精度的角度信息运算出的不正确的姿势信息进行操作支援，因此担心损伤施工面。这不仅适用于从行驶动作转变到停止状态的情况，也适用于从旋转动作转变到停止状态的情况。
因此，在执行机械引导和机械控制等操作支援的情况下，即使液压挖掘机为停止状态，也需要考虑从行驶或旋转的动作状态转变到停止状态后的一定期间IMU的运算角度的精度(误差)不满足要求精度(容许误差)的情况。因此，本实施方式的控制器40构成为评估从车身(上部旋转体3)的行驶动作及旋转动作转变到停止状态后的IMU的运算角度有无精度降低。控制器40构成为，为了抑制基于IMU输出的低精度的角度信息而利用不正确的姿势信息，在判断成IMU的运算角度的精度(误差)不满足要求精度(容许角度)的情况下，采取机械引导和机械控制等作业装置1的操作支援的停止或警告等。
接下来，使用图4～图6说明本发明的工程机械的第1实施方式中的控制器的定位运算部的功能结构的详情以及监视器显示控制部的功能结构。图4是表示图2所示的控制器的定位运算部的功能结构以及监视器显示部的功能结构的框图。图5是表示构成图4所示的控制器的定位运算部的一部分的要求角度精度运算部的功能结构的框图。图6是表示构成图4所示的控制器的定位运算部的一部分的IMU运算精度评估部的功能结构的框图。
在图4中，控制器40构成为输入来自测位系统35的信息、来自各IMU25、26、27、28的信息、来自要求精度设定装置19的信息。测位系统35将GNSS接收机38基于GNSS天线36、37接收到的来自多个卫星的测位信号而运算出的位置及其方差的信息向控制器40输出。
各IMU25、26、27、28具备检测加速度的加速度传感器31以及检测角速度的角速度传感器32。另外，各IMU25、26、27、28具有作为进行角度运算的角度运算部33的功能，基于由加速度传感器31检测出的加速度以及由角速度传感器32检测出的角速度，运算设置有各IMU25、26、27、28的部分相对于基准面的角度。各IMU25、26、27、28将加速度传感器313检测出的加速度、角速度传感器23检测出的角速度、角度运算部33运算出的角度的各信息向控制器40输出。
要求精度设定装置例如由具有输入设备的监视器19构成，对前作业装置1的操作支援中使用的信息设定要求精度。具体地说，在要求精度设定装置19中，作为针对操作支援的信息的要求精度即作业精度，例如，能够通过操作员的操作而输入尺寸维度的容许误差(容许尺寸误差)。作业精度的容许尺寸误差例如在粗挖掘时设定为10cm，在精挖掘时设定为2cm等，能够根据液压挖掘机的动作而设定。
控制器40的定位运算部51具有：对表示液压挖掘机的姿势的姿势信息进行运算的姿势运算部61；运算针对IMU25、26、27、28的角度运算的要求精度(第2要求精度)的要求角度精度运算部62；和评估IMU25、26、27、28的角度运算的精度的IMU运算精度评估部63。
具体地说，姿势运算部61使用测位系统35的运算结果(位置及方位角以及其方差)和各IMU25、26、27、28的检测结果(加速度及角速度)及运算结果(角度)，运算姿势信息。姿势信息是例如铲斗8的齿尖中央位置等机械引导和机械控制所需的各种三维坐标。该运算遵循普通的几何学关系，因此省略详细的说明。姿势运算部61的运算结果的姿势信息被向施工目标面运算部52、监视器显示控制部53、液压系统控制部54输出，利用于机械引导和机械控制。
要求角度精度运算部62判断是否利用要求精度设定装置19设定了要求精度(第1要求精度)。而且，在设定了要求精度的情况下，基于由要求精度设定装置19设定的要求精度(第1要求精度)，运算针对IMU25、26、27、28的角度运算的运算结果的要求精度(第2要求精度)。
具体地说，要求角度精度运算部62将作为针对操作支援的信息的要求精度(第1要求精度)的容许尺寸误差，转换成被容许的角度维度的误差(容许角度误差)，来作为针对IMU25、26、27、28的角度运算的运算结果的要求精度(第2要求精度)。例如如图5所示，要求角度精度运算部62具备将从要求精度设定装置19输入的尺寸维度的容许误差(容许尺寸误差)转换成角度维度的容许误差(容许角度误差)的误差转换表621。误差转换表621例如如将作业精度(容许尺寸误差)为10cm时的容许角度误差设为0.5度、将作业精度为2cm时的容许角度误差设为0.1度那样，根据数值计算从事前计算出的关系性导出。要求角度精度运算部62针对由要求精度设定装置19设定的作为要求精度(第1要求精度)的容许尺寸误差，将一个容许角度误差(第1要求精度)向IMU运算精度评估部63输出。
容许角度误差的最小值是由IMU25、26、27、28的规格值确定的，称为最小容许角度误差Amin。期望限制小于与最小容许角度误差Amin对应的容许尺寸误差的数值在要求精度设定装置19中的输入。例如，在与最小容许角度误差Amin对应的容许尺寸误差为2.0cm的情况下，在操作员对要求精度设定装置19进行操作而作为作业精度要输入1.0cm的情况下，期望控制器40输出警告消息以针对要求精度设定装置19将作业精度设定为2.0cm以上。
IMU运算精度评估部63如图4所示，具备：动作判断部65，其基于IMU25、26、27、28的检测结果(加速度及角速度)，判断有无对IMU25、26、27、28的角度运算的精度带来影响的车身2、3的行驶动作及旋转动作；和运算精度判断部66，其判断IMU25、26、27、28的角度运算的精度是否满足要求角度精度运算部62的运算结果的第2要求精度。
动作判断部65基于各IMU25、26、27、28的检测结果的加速度及角速度，判断是处于车身2、3正在动作的状态(行驶状态或旋转状态)还是处于停止状态。即，在由各IMU25、26、27、28检测出的加速度及角速度中的某一方超过了阈值的情况下，判断成处于车身2、3正在动作的状态，另一方面，在阈值以下的情况下判断成停止状态。另外，动作判断部65也进行判断是否从车身2、3正在动作的状态(行驶状态或旋转状态)向停止状态变化的动作停止判断。动作判断部65将车身2、3的动作状态的判断结果向运算精度判断部66输出。
更具体地说，例如，将车身IMU25检测出的x轴的加速度设为Ax，将y轴的加速度设为Ay，将z轴的加速度设为Az。在此时的3轴的加速度的合成值Acc不与重力加速度g一致的情况下，或者在3轴中某一个的角速度不为0的情况下，判断成是车身2、3正在动作(行驶动作或旋转动作)的状态。但是，由于车身IMU25的检测值中存在偏差(稳态误差)或包含噪声，因此期望对判断设定阈值。例如，将加速度阈值设为Ath，将角速度阈值设为ωth，在下面的(式1)～(式5)中的某一个式子成立的情况下，动作判断部65判断成是车身2、3正在动作的状态。
Acc ＞ g + Ath … (式1)
Acc ＜ g － Ath … (式2)
|ωx| ＞ ωth         … (式3)
|ωy| ＞ ωth         … (式4)
|ωz| ＞ ωth         … (式5)
此外，ωx、ωy、ωz分别是车身IMU25的x轴、y轴、z轴的角速度的检测值。
运算精度判断部66例如如图6所示，具备：时间转换表661，其基于要求角度精度运算部62的运算结果的第2要求精度(容许角度误差)，设定作为精度判断的比较对象的时间阈值；计时器662，其对从某个时间点起的经过时间t进行计时；以及比较判断部663，其对计时器662计时出的经过时间t和时间转换表661输出的时间阈值进行比较，由此判断IMU的角度运算的精度是否满足第2要求精度。运算精度判断部66能够通过如下实现：预先获取对搭载于液压挖掘机的IMU和高精度的角度传感器这两者的输出进行比较并示出图3的下段图所示那样的液压挖掘机的动作状态与IMU的运算角度的误差的关系的实验数据，基于该实验数据的关系创建时间转换表661。例如，通过使用搭载了对于搭载于液压挖掘机而言非常高价但精度优异的光纤陀螺(Fiber Optical Gyroscope：FOG)的实验机，能够获取图3的下段图所示的IMU的运算角度的误差的时间序列。
时间转换表661规定了与要求角度精度运算部62的运算结果的第2要求精度即容许角度误差θa对应的时间阈值Tth的关系。时间转换表661的时间阈值相对于容许角度误差的关系具有如下特征：随着容许角度误差变大(第2要求精度变低)而时间阈值变小，另一方面，随着容许角度误差变小(第2要求精度变高)而时间阈值变大。时间转换表661对于要求角度精度运算部62的运算结果的容许角度误差的输入而将时间阈值向比较判断部输出。
时间转换表661的关系例如从表示图3的下段图中的时刻t4(由IMU检测出的合成加速度与重力加速度大致一致的时间点)到时刻t5(IMU的运算角度的误差成为最小误差εmin的时刻)的运算角度的误差的时间推移的实验数据而得到。即，基于以液压挖掘机的车身从行驶状态或旋转状态变化成停止状态的时机为起点到达最小误差εmin的时刻为止的运算角度的误差的时间推移而规定。即，时间转换表661的关系示出了即使车身从行驶状态或旋转状态向停止状态变化，对于IMU的角度运算的误差收敛于要求精度内而言需要经过某种程度的时间。在时间转换表661中，与从要求角度精度运算部62的输入无关系地预先规定到达最小的容许角度误差θmin的时间阈值tmax(相当于图3的下段图中的时刻t4到时刻t5的经过时间的期间)。
计时器662对从由动作判断部65判断成车身2、3从行驶状态或旋转状态变化为停止状态的时间点起的经过时间进行计时。计时器662将计时出的经过时间t向比较判断部663输出。
比较判断部663通过对计时器662计时出的经过时间t和时间转换表661输出的时间阈值Tth进行比较，判断IMU25、26、27、28的角度运算的精度是否满足要求角度精度运算62的运算结果的第2要求精度。比较判断部663在计时器662的经过时间t小于时间转换表661的时间阈值Tth的情况下，判断成IMU25、26、27、28的角度运算的精度不满足第2要求精度，将表示IMU的角度运算不满足要求精度的低精度标志设为有效。另一方面，在计时器662的经过时间t为时间转换表661的时间阈值Tth以上的情况下，判断成IMU25、26、27、28的角度运算的精度满足第2要求精度，将低精度标志设为无效。此外，若计时器662的经过时间t为时间转换表661的最大的时间阈值tmax以上，则能够自动判断成IMU25、26、27、28的角度运算的精度满足第2要求精度。比较判断部663将根据比较判断设定的低精度标志的有效或无效向监视器显示控制部53输出。
控制器40的监视器显示控制部53如图4所示，具备将定位运算部51的姿势运算部61的运算结果的液压挖掘机的姿势信息显示于监视器19的引导执行部531。另外，引导执行部531根据IMU运算精度评估部63的评估结果的低精度标志的有效或无效判断机械引导的执行的继续或停止。在低精度标志为有效的情况下，停止机械引导的执行。此外，引导执行部531也能够构成为，取代机械引导的执行停止，使针对机械引导的执行的警告或敦促作业停止的指示显示于监视器。即，引导执行部531构成为在低精度标志为有效的情况下，对机械引导的执行采取否定措施。
接下来，使用图4及图7～图9说明构成本发明的工程机械的第1实施方式的控制器的定位运算部以及监视器显示控制部的处理顺序的一例。图7是表示构成本发明的工程机械的第1实施方式的控制器中的引导执行的判断的处理顺序的一例的流程图。图8是表示图7所示的流程图中的车身的动作状态的判断的处理顺序的一例的流程图。
图9是表示图7所示的流程图中的IMU的运算精度的判断的处理顺序的一例的流程图。
在图7中，图4所示的控制器40的定位运算部51首先，从测位系统35(GNSS接收机38)取入运算结果(位置及其方差)，并且从各IMU25、26、27、28取入检测结果(加速度及角速度)及运算结果(角度)(步骤S10)。
接着，定位运算部51的姿势运算部61基于测位系统35的运算结果的位置以及各IMU25、26、27、28的运算结果的角度，运算液压挖掘机的姿势信息(步骤S20)。
接着，定位运算部51的要求角度精度运算部62判断是否利用要求精度设定装置19设定了作为针对操作支援的信息的要求精度(第1要求精度)的作业精度(容许尺寸误差)(步骤S30)。在设定了第1要求精度的情况(是的情况)下进入步骤S40，另一方面，在未设定第1要求精度的情况(否的情况)下进入步骤S90。
在步骤S30中为否的情况下，控制器40的监视器显示控制部53的引导执行部531基于姿势运算部61的运算结果的姿势信息执行引导(步骤S90)。在未设定第1要求精度的情况下，不存在针对IMU的角度运算的精度的比较对象，因此无法评估该精度是否满足要求精度。因此，在该情况下，控制器40与以往同样地，执行机械引导的功能。
另一方面，在步骤S30中为是的情况下，要求角度精度运算部62运算针对IMU25、26、27、28的角度运算的精度的要求误差(步骤S40)。具体地说，要求角度精度运算部62参照误差转换表621，从由要求精度设定装置19设定的容许尺寸误差(作业精度)运算作为第2要求精度的容许角度误差。
接着，定位运算部51的IMU运算精度评估部63的动作判断部65判断车身2、3的动作状态(步骤S50)。在步骤S50中，概略地说，动作判断部65基于IMU25、26、27、28检测出的加速度及角速度判断车身2、3是否为行驶状态或旋转状态。
具体地说，如图8所示，动作判断部65基于IMU25、26、27、28检测出的3轴方向的加速度，运算合成加速度(步骤S510)。接着，判断运算得到的合成加速度在规定阈值的范围内是否与重力加速度g一致(步骤S520)。该判断相当于上述的式1及式2。在步骤S520中合成加速度在阈值的范围内不与重力加速度g一致的情况下，即在上述的式1及式2中的某一个成立的情况(否的情况)下，将表示判断成车身2、3的动作状态是行驶状态的行驶标志设为有效(步骤S530)，之后，进入步骤S540。另一方面，在合成加速度在阈值的范围内与重力加速度g一致的情况(是的情况)下，不将行驶标志设为有效而进入步骤S540。
在步骤S540中，动作判断部65基于IMU25、26、27、28检测出的各轴方向的角速度运算各轴方向的角速度的绝对值。接着，判断运算出的角速度的绝对值是否为预先设定的阈值(角速度传感器的偏差)以下(步骤S550)。该判断相当于上述的式3～式5。在步骤S550中角速度的绝对值大于阈值的情况下，即上述的式3～式5中的某一个成立的情况(否的情况)下，将表示判断成车身2、3的动作状态是旋转状态的旋转标志设为有效(步骤S560)，之后，进入步骤S570。另一方面，在角速度的绝对值为阈值以下的情况(是的情况)下，不将旋转标志设为有效而进入步骤S570。
在步骤S570中，动作判断部65对前次和本次的控制循环时的行驶标志进行比较，判断行驶标志是否从有效变化为无效，并且对前次和本次的控制循环时的旋转标志进行比较，判断旋转标志是否从有效变化为无效。即，判断车身2、3的动作状态是否产生了从行驶状态向停止状态的变化，并且判断是否产生了从旋转状态向停止状态的变化。该状态是即使车身2、3为停止状态，也担心IMU的角度运算的精度降低的状况。动作判断部65通过对有无行驶标志的从有效向无效的变化的判断以及有无旋转标志的从有效向无效的变化的判断进行OR处理，将表示车身2、3的动作状态为使IMU25、26、27、28的角度运算的精度降低的规定状态的信息统合为一个信号。动作判断部65通过执行步骤S570的顺序，步骤S50结束。
在步骤S50结束后，如图7所示，IMU运算精度评估部63评估IMU25、26、27、28的角度运算的精度(步骤S60)。在步骤S60中，概略地说，IMU运算精度评估部63评估IMU25、26、27、28的运算结果的角度的精度是否满足步骤S40中运算出的第2要求精度。
具体地说，如图9所示，动作判断部65判断车身2、3的动作状态是否是IMU的角度运算的精度降低的规定的停止状态(步骤S610)。也就是说，判断车身2、3是否从行驶状态变化为停止状态或者从旋转状态变化为停止状态。具体地说，该判断基于有无行驶标志的从有效向无效的变化的判断以及有无旋转标志的从有效向无效的变化的判断的结果而判断。
在步骤S610中动作判断部65判断成车身2、3是使IMU的角度运算的精度降低那样的停止状态(是)的情况下，进入步骤S620。在步骤S620中，运算精度判断部66通过参照时间转换表661，运算与作为要求角度运算部62的运算结果的容许角度误差θa对应的时间阈值Tth。
接着，运算精度判断部66的计时器662启动并对经过时间t进行计时(步骤S630)。这是以车身2、3从行驶状态或旋转状态变化为停止状态时为起点对经过时间t进行计时。
接着，运算精度判断部66的比较判断部663判断由计时器662计时出的经过时间t是否小于作为时间转换表661的输出的时间阈值Tth(步骤S640)。这如图3的下段图的从时刻t4到时刻t5的IMU的运算角度的误差的时间序列所示那样，认清从车身2、3正在动作的状态变化为停止状态起的经过时间是否到达了IMU的运算精度的恢复时间。
在步骤S640中计时器的经过时间t小于时间阈值Tth的情况(是的情况)下，进入步骤S650，比较判断部663将表示IMU25、26、27、28的角度运算的精度不满足要求精度的低精度标志设为有效。另一方面，在计时器的经过时间t为时间阈值Tth以上的情况(否的情况)下，进入步骤S660，比较判断部663将低精度标志设为无效。
另一方面，在步骤S610中动作判断部65判断成车身2、3的动作状态不是使IMU的运算精度降低那样的停止状态(否)的情况下，进入步骤S660，由于无需IMU的运算精度的判断，所以运算精度判断部66将低精度标志设为无效。
根据步骤S650或步骤S660的结束，步骤S60的顺序结束。由此，控制器40进入步骤S70的顺序。
在图7所示的步骤S70中，运算精度判断部66判断IMU25、26、27、28的角度运算的精度是否不满足第2要求精度。具体地说，运算精度判断部66根据低精度标志的有效有无进行判断。在低精度标志为有效的情况(是的情况)下，进入步骤S80。另一方面，在低精度标志为无效的情况(否的情况)下，进入步骤S90。
在步骤S80中，监视器显示控制部53的引导执行部531停止引导的执行。这是因为，即使车身2、3是停止状态，若根据以IMU25、26、27、28的低精度的运算角度为基础的不正确的姿势信息进行操作支援，则担心损伤施工面。另一方面，在步骤S90中，由于判断成IMU25、26、27、28的角度运算的精度满足要求精度，所以监视器显示控制部53的引导执行部531执行引导。
在执行了步骤S80或步骤S90的顺序后，控制器40返回开始。定位运算部51及监视器显示控制部53通过多次重复执行以步骤S10～S90为1循环的控制循环，执行或停止作为操作支援之一的机械引导。
像这样，本实施方式的控制器40判断车身2、3是否是使IMU25、26、27、28的运算精度降低那样的规定的停止状态，在车身2、3是规定的停止状态的情况下，采取机械引导的执行的停止或警告等对作业支援否定的措施，由此，能够在执行机械引导时抑制不正确的姿势信息的利用。
如上述那样，本发明的第1实施方式的液压挖掘机(工程机械)具备：车身2、3；前作业装置1(作业装置)，其相对于车身2、3能够转动地安装；IMU25、26、27、28(角度计测装置)，其设置于车身2、3及前作业装置1(作业装置)，检测设置部分的加速度及角速度并且进行基于检测结果运算该设置部分相对于基准面的角度的角度运算；和控制器40，其基于由IMU25、26、27、28(角度计测装置)运算出的角度，运算表示车身2、3及前作业装置1(作业装置)的姿势的姿势信息，使运算出的姿势信息显示于监视器19(显示装置)，并且基于运算出的姿势信息执行前作业装置1(作业装置)的操作支援。控制器40构成为，进行要求精度运算，基于对前作业装置1(作业装置)的操作支援中使用的信息设定的要求精度即第1要求精度，运算针对IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的要求精度即第2要求精度；进行动作停止判断，基于IMU25、26、27、28(角度计测装置)的检测结果，判断是否从车身2、3正在动作的状态变化为停止状态；进行精度判断，判断IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度是否满足第2要求精度；在判断成从车身正在动作的状态变化为停止状态、且IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度不满足第2要求精度的情况下，采取前作业装置1(作业装置)的操作支援的停止或警告。
根据该结构，即使车身2、3是停止状态，在IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度不满足要求精度的情况下，控制器40也会采取机械引导或机械控制等前作业装置1(作业装置)的操作支援的停止或警告，因此能够在执行前作业装置1(作业装置)的操作支援时抑制不正确的姿势信息被利用。
另外，本实施方式的控制器40的精度判断通过以下进行：使用以随着第2要求精度变高而时间阈值Tth变大的方式预先规定的时间转换表661(转换表)，根据通过要求精度运算而运算出的第2要求精度设定时间阈值Tth，对在动作停止判断中判断成从车身2、3正在动作的状态变化为停止状态的时间点起的经过时间t进行计时，对计时出的经过时间t与所设定的时间阈值Tth进行比较，在计时出的经过时间t小于设定的时间阈值Tth时，判断IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度不满足第2要求精度。
根据该结构，通过使用基于实验数据等预先规定的转换表，不使用IMU25、26、27、28(角度计测装置)的运算结果，能够根据从车身2、3向动作停止转变的时间点起的经过时间t评估IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度。
[第1实施方式的变形例]
接下来，使用图10说明本发明的工程机械的第1实施方式的变形例。图10是表示构成本发明的工程机械的第1实施方式的变形例中的控制器的定位运算部的一部分的要求角度精度运算部的功能结构的框图。此外，在图10中，附图标记与图1～图9所示的附图标记相同的部分是相同部分，因此省略其详细的说明。
本发明的工程机械的第1实施方式的变形例相对于第1实施方式的不同点为，控制器40的定位运算部51中的要求角度精度运算部62A的功能结构不同。第1实施方式的要求角度精度运算部62对于从要求精度设定装置19输入的一个容许尺寸误差(第1要求精度)输出一个容许角度误差(第2要求精度)(参照图5)。与之相对，第1实施方式的变形例的要求角度精度运算部62A如图10所示，具备：四个误差转换表6211、6212、6213、6214，其与上部旋转体3、动臂6、斗杆7、铲斗8上分别设置的各IMU25、26、27、28对应；和要求精度分配运算部622，其基于对与各IMU25、26、27、28对应的误差转换表6211、6212、6213、6214预先确定的关系而分配由要求精度设定装置19设定的容许尺寸误差(作为第1要求精度的作业精度)。
在液压挖掘机中，通常，动臂6与铲斗8相比长度尺寸大，因此，即使各IMU25、26、27、28的角度运算的误差(精度)为相同值，对铲斗的齿尖的位置信息的运算带来的影响也不同。例如，若动臂IMU26的角度运算的精度降低0.5度，则铲斗8的齿尖位置的运算结果变化5cm，与之相对，即使铲斗IMU28的角度运算的精度降低0.5度，该齿尖位置的运算结果也仅会变化1cm。第1实施方式的变形例的要求角度精度运算部62A考虑了该情况，构成为以使与动臂6的相对角的运算相关的车身IMU25以及动臂IMU26的角度运算的误差(精度)不同于与铲斗8的相对角的运算相关的斗杆IMU27及铲斗IMU28的角度运算的误差(精度)的方式进行设定。
各IMU25、26、27、28用的第1～第4误差转换表6211、6212、6213、6214与图5所示的第1实施方式的要求角度精度运算部62中的误差转换表621同样地，将从要求精度设定装置19输入的尺寸维度的容许误差(容许尺寸误差)转换为角度维度的容许误差(容许角度误差)。但是，第1～第4转换表6211、6212、6213、6214根据要求精度分配运算部622的运算结果而输入的容许尺寸误差的大小不同。
要求精度分配运算部622对于构成前作业装置1的动臂6、斗杆7、铲斗8，进行由要求精度设定装置19设定的作业精度、即容许尺寸误差的分配。该分配期望根据前作业装置1的各构成部件6、7、8的尺寸而设定。例如，要求精度分配运算部622在由要求精度设定装置19设定的作业精度为10cm的情况下，与三个构成部件6、7、8的尺寸比相应地，对动臂部分分配5cm，对斗杆部分配3cm，对铲斗部分分配2cm。要求精度分配运算部622将对各部分分配的容许尺寸误差向与各部分对应的误差转换表6211、6212、6213、6214输出。由此，各误差转换表6211、6212、6213、6214计算出针对各IMU25、26、27、28的容许角度误差。
动臂部分的误差根据车身IMU25及动臂IMU26的角度运算的精度确定。因此，针对第1及第2误差转换表6211、6212的参考值根据针对动臂部分的误差确定。虽然斗杆部分的误差根据动臂IMU26及斗杆IMU27的精度确定，但针对动臂IMU26的容许角度误差既已确定，所以能够仅根据斗杆IMU27的精度确定。铲斗部分的误差也与斗杆部分的误差同样地，能够仅根据铲斗IMU28的精度确定。
根据上述的本发明的工程机械的第1实施方式的变形例，与前述的第1实施方式同样地，即使车身2、3为停止状态，在IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度不满足要求精度的情况下，控制器40也会采取前作业装置1(作业装置)的操作支援的停止或警告，因此能够在执行前作业装置1(作业装置)的操作支援时抑制不正确的姿势信息被利用。
另外，关于本变形例中的控制器40的要求精度运算，对于各IMU25、26、27、28，与各构成部件6、7、8的姿势信息对前作业装置1的操作支援的信息(铲斗8的前端位置的信息)的影响程度相应地分配作为第1要求精度的容许尺寸误差，使用以随着容许尺寸误差变大而容许角度误差变大的方式预先规定的各IMU25、26、27、28的误差转换表6211、6212、6213、6214，从对各IMU25、26、27、28分配的容许尺寸误差运算作为针对各IMU25、26、27、28的角度运算的第2要求精度的容许角度误差。
根据该结构，通过根据各构成部件6、7、8的姿势信息对前作业装置1的操作支援的信息(铲斗8的前端位置的信息)的影响程度而变更容许尺寸误差(第1要求精度)的大小，能够根据前作业装置1的操作支援的信息(铲斗8的前端位置的信息)的影响程度变更针对各IMU25、26、27、28的角度运算的要求精度(第2要求精度)，因此，能够在执行前作业装置1的操作支援时进一步抑制不正确的姿势信息的利用。
[第2实施方式]
接下来，使用图11～图14说明本发明的工程机械的第2实施方式。图11是表示本发明的工程机械的第2实施方式中的控制器的功能结构的框图。图12是表示构成图11所示的控制器的定位运算部的一部分的IMU运算精度评估部的功能结构的框图。图13是表示图12所示的本发明的工程机械的第2实施方式的控制器的IMU运算精度评估部中的精度评估的方法的说明图。图14是表示图12所示的本发明的工程机械的第2实施方式中的控制器的IMU运算精度评估部的处理顺序的一例的流程图。此外，在图11～图14中，附图标记与图1～图10所示的附图标记相同的部分为相同部分，因此省略其详细的说明。
图11及图12所示的本发明的工程机械的第2实施方式相对于第1实施方式的不同点在于，控制器40的定位运算部51中的IMU运算精度评估部63B的运算精度判断部66B的功能结构不同。
第1实施方式的运算精度判断部66使用通过预先获取从车身2、3正在动作的状态变化为停止状态后的IMU的运算角度的误差(精度)的时间序列来表示IMU25、26、27、28的运算角度的误差(精度)与到达容许角度误差的范围内的时间之间的关系的时间转换表661(参照图6)。运算精度判断部66通过将从车身2、3正在动作的状态变化为停止状态后的经过时间t与通过参照时间转换表661设定的时间阈值Tth进行比较，判断IMU25、26、27、28的运算精度是否满足要求精度(参照图6)。对于实现第1实施方式，需要另行获取图3的下段图所示那样的实验数据，因此对于将该功能安装于控制器需要大的工时。
与之相对，第2实施方式的运算精度判断部66B如图11及图12所示，通过使用IMU25、26、27、28的运算结果的角度，判断IMU25、26、27、28的角度运算的精度是否满足要求精度。具体地说，运算精度判断部66B如图12所示，在与第1实施方式相同的动作判断部65的基础上，具备：角度阈值转换表661B，其基于要求角度精度运算部62的运算结果的第2要求精度(容许角度误差)来设定作为精度判断的比较对象的角度阈值θth；角度变化量运算部662B，其对于IMU25、26、27、28的运算结果的角度运算时间上的变化量δθ；以及比较判断部663B，其通过对角度变化量运算部662B运算出的角度的时间上的变化量δθ与角度阈值转换表661B输出的角度阈值θth进行比较，判断IMU25、26、27、28的角度运算的精度是否满足第2要求精度。运算精度判断部66B基于以下内容而实现。
图13是将图3的下段图的时刻t4以后的IMU的角度运算的误差放大的图。在车身处于停止状态的情况下，IMU的运算结果的角度持续取包含IMU的偏差的影响的某个值θtrue。但是，在车身刚从正在动作的状态变化为停止状态之后，车身动作时的IMU的角度运算的误差积累，因此IMU的运算结果的角度成为从规定值θtrue偏离的值。时刻t4以后，由于车身的停止状态继续，所以IMU的运算结果的角度逐渐接近规定值θtrue，IMU的角度运算的误差也逐渐减少。时刻t5以后，IMU输出的角度与规定值θtrue大致一致。
在此，关注IMU的运算结果的角度θ的变化量δθ。δθ是某个时刻k时的IMU的运算结果的角度θk与下一时刻k+1时的IMU的运算结果的角度θk+1之间的差值的绝对值。即，δθ＝|θk+1－θk|。如图13所示，在时刻t5以后能够得到变化量δθ为规定值θth以下的数据。根据该事实，在δθ＝|θk+1－θk|≦θth的情况下，能够判断成IMU的角度运算的精度不为低精度。
角度阈值转换表661B设定作为IMU的角度运算的角度变化量δθ是否收敛的判断基准的角度阈值θth。角度阈值转换表661B规定了与要求角度精度运算部62的运算结果的第2要求精度即容许角度误差θa对应的角度阈值θth的关系。角度阈值转换表661B的角度阈值θth相对于容许角度误差θA的的关系具有如下特征：随着容许角度误差变大(第2要求精度变低)而角度阈值变大，另一方面，随着容许角度误差变小(第2要求精度变高)而角度阈值变小。角度阈值转换表661B对于要求角度精度运算部62的运算结果的容许角度误差的输入，将角度阈值向比较判断部663B输出。
角度变化量运算部662B运算在时刻k+1时取入的IMU25、26、27、28的运算结果的角度θk+1与在之前的时刻k时取入的IMU25、26、27、28的运算结果的角度θk之间的差值的绝对值即角度的时间上的变化量δθ。该角度变化量δθ如上述那样，成为IMU25、26、27、28的运算精度是否满足要求精度的指标。角度变化量运算部662B在动作判断部65判断成产生了从车身2、3正在动作的状态向停止状态的变化的情况下(与第1实施方式的运算精度判断部66的计时器662的启动时机相同时)，开始角度变化量δθ的运算。角度变化量运算部662B将运算出的角度变化量δθ向比较判断部663B输出。
比较判断部663B通过对角度变化量运算部662B运算出的角度变化量δθ和角度阈值转换表661B输出的角度阈值θth进行比较，判断IMU25、26、27、28的角度运算的精度是否满足要求角度精度运算部62的运算结果的第2要求精度。比较判断部663B在角度变化量运算部662B的角度变化量δθ大于角度阈值转换表661B的角度阈值θth的情况下，判断成IMU25、26、27、28的角度运算的精度不满足第2要求精度，将低精度标志设为有效。另一方面，在角度变化量δθ为角度阈值θth以下的情况下，判断成IMU25、26、27、28的角度运算的精度满足第2要求精度，将低精度标志设为无效。
接下来，说明第2实施方式的IMU运算精度评估部63B的处理顺序的一例。取代第1实施方式的IMU运算精度评估部63的评估IMU25、26、27、28的角度运算的精度的顺序即步骤S60(参照图9)，执行图14所示的步骤S60B。
具体地说，在与第1实施方式的情况同样的步骤S610中动作判断部65判断成车身2、3是使IMU的角度运算的精度降低那样的停止状态的(是)的情况下，进入步骤S620B。在步骤S620B中，运算精度判断部66通过参照角度阈值转换表661B，运算与作为要求角度运算部62的运算结果的容许角度误差θA对应的角度阈值θth。
接着，运算精度判断部66的角度变化量运算部662B进行角度变化量δθ的运算(步骤S630B)。这是在从车身2、3从行驶状态或旋转状态变换为停止状态时开始运算的。
接着，运算精度判断部66的比较判断部663B判断角度变化量运算部662B运算出的角度变化量δθ是否大于角度阈值转换表661B的输出即角度阈值θth(步骤S640B)。这是如图13的时刻t5以后的IMU的运算角度的误差的时间序列所示那样，看清是否车身2、3向停止状态变化且IMU的运算角度收敛于规定值附近。
在步骤S640B中角度变化量δθ大于角度阈值θth的情况(是的情况)下，进入步骤S650，比较判断部663B将低精度标志设为有效。另一方面，在角度变化量δθ为角度阈值θth以下的情况(否的情况)下，进入步骤S660，比较判断部663B将低精度标志设为无效。根据步骤S650或步骤S660的结束，步骤S60B的顺序结束。
根据上述的本发明的工程机械的第2实施方式，与前述的第1实施方式同样地，即使车身2、3是停止状态，在IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度不满足要求精度的情况下，控制器40也会采取前作业装置1(作业装置)的操作支援的停止或警告，因此，能够在执行前作业装置1(作业装置)的操作支援时抑制不正确的姿势信息被利用。
另外，本实施方式的控制器40的精度判断通过以下进行：使用以随着第2要求精度变高而角度阈值θth变小的方式预先规定的角度阈值转换表661B，从通过要求精度运算而运算出的第2要求精度设定角度阈值θth，对由IMU25、26、27、28(角度计测装置)运算出的角度的时间上的变化量δθ进行运算，对运算出的角度的时间上的变化量δθ和所设定的角度阈值θth进行比较，在运算出的角度的时间上的变化量δθ大于所设定的角度阈值θth时，判断成IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度不满足第2要求精度。
根据该结构，与基于利用高价传感器获取的实验数据来规定用于设定作为IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度判断的比较对象的阈值的转换表的第1实施方式的情况相比，用于设定作为精度判断的比较对象的阈值的角度阈值转换表661B即使不事前获取实验数据也能够规定，因此对于向控制器40的安装无需大的工时。
[第3实施方式]
接下来，使用图15～图19说明本发明的工程机械的第3实施方式。图15是表示本发明的工程机械的第2实施方式中的问题点的说明图。图16是表示本发明的工程机械的第3实施方式中的控制器的功能结构的框图。图17是表示构成图16所示的控制器的定位运算部的一部分的IMU运算精度评估部的功能结构的框图。图18是表示图17所示的本发明的工程机械的第3实施方式中的控制器的IMU运算精度评估部的处理顺序的一例的流程图。图19是表示本发明的工程机械的第3实施方式的作用及效果的说明图。此外，在图15～19中，附图标记与图1～图14所示的附图标记相同的部分是相同部分，因此省略其详细的说明。
在第2实施方式的IMU运算精度评估部63B中，基于IMU25、26、27、28的运算结果的角度的时间变化量δθ，评估IMU25、26、27、28的角度运算的精度。但是，根据IMU的运算特性，担心搞错运算精度的评估。例如，是IMU的运算特性具有图15所示那样的特性的情况。IMU的运算结果(输出值)的角度θ不是单调接近规定值θtrue，而是在时刻ta到时刻tb的期间，该角度θ的时间上的变化暂时停止，然后，在时刻t5以后与规定值θtrue大致一致。在这样的情况下，在第2实施方式中，控制器40的IMU运算精度评估部63B中的角度的时间上的变化量δθ在时刻ta到时刻tb的期间为角度阈值θth以下，因此导致判断成IMU25、26、27、28的运算精度满足要求精度。但是此时，由于在IMU25、26、27、28的运算结果的角度中相对于规定值θtrue产生了Δθa的量的误差，所以存在IMU25、26、27、28的运算精度不满足要求精度的情况。
因此，第3实施方式维持无需事前获取利用了高价传感器的实验数据这一第2实施方式的优点，并且以简单的运算进行判断错误少的IMU的运算精度的评估。图16所示的本发明的工程机械的第3实施方式相对于第2实施方式的不同点在于，控制器40的IMU运算精度评估部63C除了动作判断部65及运算精度判断部66C以外还具备倾斜角运算部67，以及运算精度判断部66C的功能结构不同。
具体地说，倾斜角运算部67基于由各IMU25、26、27、28检测出的加速度来运算作为相对于基准面的角度的倾斜角θs。该运算与以重力加速度g为参考值的上述的IMU25、26、27、28的角度运算的第1方法同样地执行。
运算精度判断部66C如图17所示，取代第2实施方式的角度变化量运算部662B，具备角度差运算部662C。而且，具备利用与第2实施方式的比较判断部663B不同的判断方法来判断IMU25、26、27、28的运算精度的比较判断部663C。运算精度判断部66C无需第2实施方式的角度阈值转换表661B，比较判断部663C构成为直接输入要求角度精度运算部62的运算结果的容许角度误差。
角度差运算部662C运算IMU25、26、27、28的运算结果(输出值)的角度θ与倾斜角运算部67的运算结果的倾斜角θs之间的差值的绝对值即角度差Δθs。倾斜角运算部的运算结果的倾斜角θs在车身2、3为静止状态时成为IMU25、26、27、28的运算角度的真实值，所以角度差Δθs成为IMU的运算精度是否满足要求精度的指标。角度差运算部662C将运算出的角度误差Δθs向比较判断部663C输出。
比较判断部663C通过对角度差运算部662C运算出的角度差Δθs与要求角度精度运算部62的运算结果的容许角度误差进行比较，判断IMU25、26、27、28的运算精度是否满足第2要求精度。比较判断部663C在角度差运算部662C的角度差Δθs大于要求角度精度运算部62的容许角度误差θa的情况下，判断成IMU25、26、27、28的角度运算的精度不满足第2要求精度，将低精度标志设为有效。另一方面，在角度差运算部662C的角度差Δθs为要求角度精度运算部62的容许角度误差θa以下的情况下，判断成IMU25、26、27、28的角度运算的精度满足第2要求精度，将低精度标志设为无效。该判断仅在动作判断部65判断成车身2、3为停止状态时执行。
接下来，说明第3实施方式的IMU运算精度评估部的处理顺序的一例。取代第1实施方式的IMU运算精度评估部63的IMU25、26、27、28的评估角度运算的精度的顺序即步骤S60(参照图9)，执行图18所示的步骤S60C。
具体地说，IMU运算精度评估部63C的倾斜角运算部67基于由各IMU25、26、27、28检测出的加速度来运算倾斜角θs(步骤S620C)。接着，IMU运算精度评估部63C的运算精度判断部66C的角度差运算部662C运算IMU25、26、27、28的运算结果的角度θ与倾斜角运算部67的运算结果的倾斜角θs之间的差值的绝对值即角度差Δθs(步骤S630C)，进入步骤S635。
在步骤S635中，进行与第1实施方式的情况下的步骤S610同样的判断。即，动作判断部65判断车身2、3的动作状态是否是IMU的角度运算的精度降低的规定的停止状态。在动作判断部65判断成车身2、3是规定的停止状态(是)的情况下，进入步骤S640C。另一方面，在判断成否的情况下，与第1实施方式的情况同样地，进入步骤S660。
在步骤S640C中，判断角度差运算部662C运算出的角度差Δθs是否大于要求角度精度运算部62的容许角度误差θa。在步骤S640C中判断成角度差Δθs大于容许角度误差θa的情况(是的情况)下，进入步骤S650，比较判断部663C将低精度标志设为有效。另一方面，在角度差Δθs为容许角度误差θa以下的情况(否的情况)下，进入步骤S660，比较判断部663B将低精度标志设为无效。根据步骤S650或步骤S660的结束，步骤S60C的顺序结束。
接下来，使用图19说明本发明的工程机械的第3实施方式的作用及效果。图19中，粗虚线示出IMU的运算角度θ(输出值)，实线示出IMU运算精度评估部的倾斜角运算部的运算结果的倾斜角θs。
在刚刚时刻t3(车身2、3的行驶操作停止的时刻)之后车身2、3振动，因此在各种各样的方向上产生加速度。其结果为，控制器40的IMU运算精度评估部63C的倾斜角运算部67运算的倾斜角θs成为振动性的举动。另一方面，此时，在IMU25、26、27、28的角度运算中，主要通过使用角速度传感器32的检测结果而抑制了运算结果的角度θ变得振动性。但是，在IMU25、26、27、28的角度运算中，由于平滑化的效果而运算角度θ从真实值θtrue偏离。
在车身振动停止的时刻t4，由于不产生基于振动的加速度，所以倾斜角运算部67的运算结果的倾斜角θs与真实值θtrue大致一致。与之相对，IMU25、26、27、28的运算结果的角度θ成为与真实值θtrue不同的值。在包含时刻t4的时刻ta到时刻tb的期间，基于振动的加速度极小或不产生加速度，因此IMU25、26、27、28的运算结果的角度θ的时间上的变化暂时停止。
在前述的第2实施方式的情况下，在时刻ta到时刻tb的期间，控制器40的运算精度判断部66B的角度变化量运算部662B的运算结果的角度变化量δθ成为角度阈值θth以下。因此，运算精度判断部66B的比较判断部663B错误判断成IMU25、26、27、28的运算精度满足要求精度。
与之相对，在第3实施方式中，在时刻ta到时刻tb的期间，运算精度判断部66C的角度差运算部662C的运算结果的角度差Δθs大于容许角度误差θa。因此，比较判断部663C能够正确地判断成IMU25、26、27、28的运算精度不满足要求精度。像这样，在第3实施方式中，能够抑制第2实施方式那样的错误判断。
时刻tc以后，角度差Δθs变得小于容许角度误差θa，因此比较判断部663C能够正确地判断成IMU25、26、27、28的运算精度满足要求精度。
根据上述的本发明的工程机械的第3实施方式，与前述的第2实施方式同样地，即使车身2、3是停止状态，在IMU25、26、27、28的角度运算的精度不满足要求精度的情况下，控制器40也会采取前作业装置1的操作支援的停止或警告，因此能够在执行前作业装置1的操作支援时抑制不正确的姿势信息被利用。
另外，在本实施方式中，控制器40的要求精度运算是作为第2要求精度而运算作为角度维度的容许误差的容许角度误差θa，并且控制器40的精度判断通过以下进行：基于由IMU25、26、27、28(角度计测装置)检测出的加速度来运算相对于基准面的角度θs，对控制器40运算出的角度θs与IMU25、26、27、28(角度计测装置)运算出的角度θ之间的差值的绝对值即角度差Δθs进行运算，将运算出的角度差Δθs与容许角度误差θa进行比较，在运算出的角度差Δθs大于容许角度误差θa时，判断成IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度不满足第2要求精度。
根据该结构，与基于利用高价传感器获取到的实验数据来规定用于设定IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度判断的比较对象的转换表的第1实施方式的情况相比，无需这样的转换表，因此对于向控制器40的安装无需大的工时。而且，由于基于由控制器40以IMU25、26、27、28(角度计测装置)的检测结果的加速度为基础运算出的角度θs与IMU25、26、27、28(角度计测装置)的运算结果的角度θ之间的差值，进行IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度判断，所以即使是IMU25、26、27、28(角度计测装置)的运算结果为低精度且其时间上的变化量暂时不变化的情况，也能够以简单的运算进行错误少的判断。
[第4实施方式]
接下来，使用图20及图21说明本发明的工程机械的第4实施方式。图20是表示本发明的工程机械的第4实施方式中的控制器的功能结构的框图。图21是表示构成图20所示的控制器的定位运算部的一部分的要求角度精度运算部的功能结构的框图。此外，在图20及图21中，附图标记与图1～图19所示的附图标记相同的部分为相同部分，因此省略其详细的说明。
图20及图21所示的本发明的工程机械的第4实施方式相对于第1实施方式的不同点在于，控制器40的定位运算部51中的运算要求角度运算部62D的功能结构不同。第1实施方式的运算要求角度运算部62(第2及第3实施方式的情况也同样)对于由要求精度设定装置19设定的要求精度(作为作业精度的容许尺寸误差)运算针对IMU的角度运算的要求精度(容许角度误差)。然而，机械引导提供的液压挖掘机的姿势信息根据测位系统35的位置信息和IMU25、26、27、28的角度信息这两方确定。因此，即使IMU的运算角度正确，也担心在来自测位系统35的位置信息不正确的情况下，机械引导提供的姿势信息变得不正确。从该观点出发，本实施方式中的要求角度运算部62D考虑测位系统35的位置信息的精度来设定IMU25、26、27、28的角度运算的要求精度。
具体地说，要求角度精度运算部62D除了与第1实施方式同样的误差转换表621以外，具备如下结构：对于由要求精度设定装置19设定的第1要求精度(容许尺寸误差)，使用GNSS接收机38的测位运算的位置和速度的方差值(与运算误差对应的值)，计算出IMU25、26、27、28的运算中应当补偿的要求精度。即，要求角度精度运算部62D在GNSS接收机38的测位运算的误差大的情况下，与其相应地调整为提高IMU25、26、27、28的角度运算的要求精度。
在测位系统35中，即使在卫星的测位信号的接收环境良好且执行着RTK测位的情况下，测位运算的标准偏差(方差ζ2的平方根)也会为2cm左右。因此，难以对要求精度设定装置19的要求精度(容许尺寸误差)直接利用测位运算的标准偏差(方差的平方根)。这是因为，在精修作业时的要求精度被设定为2cm的情况下，若从要求精度设定装置19的要求精度单纯减去测位运算的标准偏差，则IMU25、26、27、28的角度运算中应当补偿的尺寸精度成为0cm，因此在IMU25、26、27、28的角度运算完全不容许误差。
因此，要求角度精度运算部62D具备将GNSS接收机38的测位运算的方差值转换成调整尺寸的转换表624。调整尺寸在IMU25、26、27、28的角度运算中，示出对于GNSS接收机38的测位运算的误差应当调整的尺寸维度的容许误差的大小。转换表624具有如下特性：在测位运算的方差值为规定值ζ2 th以下的情况调整尺寸为0，并且在该方差值大于规定值ζ2 th的情况下，随着方差值变大而调整尺寸变大。也就是说，若测位系统35的测位状态良好，则调整尺寸被设定为0cm。另一方面，若测位状态恶化而测位运算的方差值变大，则调整尺寸成为与方差值的大小相应的值。
另外，要求角度精度运算部62D具备容许误差调整部625，其通过从由要求精度设定装置19设定的容许尺寸误差减去由转换表624设定的调整尺寸，调整针对IMU25、26、27、28的角度运算的要求精度。容许误差调整部625根据GNSS接收机38的位置信息的误差，运算针对IMU25、26、27、28的角度运算的尺寸维度的要求精度即容许尺寸误差。容许误差调整部625将运算结果的容许尺寸误差向转换表621输出。假设在测位系统35的测位运算中可利用的卫星数变化而测位运算的方差值成为规定值ζ2 th以上的情况下，作为调整尺寸而输出1cm。在利用要求精度设定装置19将第1要求精度(容许尺寸误差)设定为2cm的情况下，容许误差调整部625的输出成为1cm。在容许误差调整部625的输出成为0cm以下的情况下，IMU25、26、27、28的运算精度无法实现要求精度。因此，能够以对监视器显示控制部53(引导执行部531)命令执行警告显示的方式构成容许误差调整部625。
此外，转换表621与第1实施方式的转换表相同，根据来自容许误差调整部625的容许尺寸误差而设定容许角度误差。设定的容许角度误差被向IMU运算精度评估部63输出。
根据上述的本发明的工程机械的第4实施方式，与前述的第1实施方式同样地，即使车身2、3为停止状态，在IMU25、26、27、28的角度运算的精度不满足要求精度的情况下，控制器40也会采取前作业装置1的操作支援的停止或警告，因此能够在执行前作业装置1的操作支援时抑制不正确的姿势信息被利用。
另外，本实施方式的液压挖掘机(工程机械)还具备：GNSS天线36、37(接收装置)，其安装于车身2、3，接收来自多个卫星的测位信号；和GNSS接收机38(测位运算装置)，其基于GNSS天线36、37(接收装置)接收到的来自多个卫星的测位信号，运算车身2、3的位置及车身2、3的位置的方差值。而且，控制器40的要求精度运算中，在作为第1要求精度而设定了尺寸维度的精度的情况下，在车身2、3的位置的方差值大于规定值ζ2 th的情况下使用以随着车身2、3的位置的方差值变高而调整尺寸变大的方式预先规定的转换表624，根据由GNSS接收机38(测位运算装置)运算出的车身2、3的位置的方差值设定调整尺寸；进行容许尺寸误差运算，从第1要求精度减去所设定的调整尺寸，由此运算针对IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的尺寸维度的要求精度即容许尺寸误差；使用以随着容许尺寸误差变大而第2要求精度变低的方式预先规定的转换表621，根据通过容许误差运算而运算出的容许尺寸误差运算第2要求精度。
根据该结构，基于对于针对操作支援设定的第1要求精度减去与GNSS接收机38(测位运算装置)的运算结果的位置的方差值相应地设定的调整尺寸得到的结果来设定第2要求精度，因此，能够与GNSS接收机38(测位运算装置)的位置信息的运算误差的大小相应地调整IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的要求精度的高低。在GNSS接收机38(测位运算装置)的位置信息为低精度时，通过将IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的要求精度设为严格，能够在执行操作支援时进一步抑制不正确的姿势信息的利用。
[第5实施方式]
接下来，使用图3及图22说明本发明的工程机械的第5实施方式。图22是表示本发明的工程机械的第5实施方式中的控制器的功能结构的框图。此外，在图22中，附图标记与图1～图21所示的附图标记相同的部分是相同部分，因此省略其详细的说明。
图22所示的本发明的工程机械的第5实施方式相对于第2实施方式的不同点在于，控制器40的定位运算部51中的IMU运算精度评估部63E的运算精度的判断结果向液压系统控制部54输出，以及与该运算精度的判断结果相应地变更液压系统控制部54的控制。
如图3的下段图所示，在车身的行驶动作或旋转动作刚开始之后(刚刚时刻t1的之后)，IMU的运算角度的误差不大。但是，若该动作继续，则因IMU的传感器偏差的影响而运算角度的误差逐渐增加。相反地，若该动作不继续，则IMU的运算精度不会脱离要求精度，因此能够继续作业。
因此，在本实施方式中，若根据车身2、3的行驶动作或旋转动作而IMU25、26、27、28的运算精度脱离要求精度，则使作为IMU25、26、27、28的运算精度的降低原因的该行驶动作或旋转动作立即停止。具体地说，在利用IMU运算精度评估部63E的动作判断部65E判断成行驶或旋转的动作持续某个规定期间以上的情况下，在IMU运算精度评估部63E评估为IMU25、26、27、28的角度运算的精度不满足要求精度时，控制器40的液压系统控制部54以使该动作停止的方式控制液压系统。动作判断部65E的判断例如通过执行图8所示的流程图的步骤S50(步骤S510～S570)的处理而能够基本实现。其中，在步骤S570中，只要构成为动作判断部65E判断在控制循环的持续过程中行驶标志的有效是否持续规定期间以上、并且判断旋转标志的有效是否持续规定期间以上即可。动作判断部65E通过对行驶标志的有效的有无持续的判断以及旋转标志的有效的有无持续的判断进行OR处理，将表示车身2、3正在动作的状态持续规定期间以上的信息统合为一个信号。
此外，若使行驶及旋转的动作自动停止，则可能产生操作员的操作与液压挖掘机的动作不一致的状况。因此，本控制期望构成为能够利用平板终端等在任意时机进行有效与无效的切换。
根据上述的本发明的工程机械的第5实施方式，能够得到与前述的第2实施方式相同的效果。
另外，本实施方式的控制器40进一步构成为，进行基于IMU25、26、27、28(角度计测装置)的检测结果判断车身2、3正在动作的状态是否持续规定期间以上的动作持续判断，在判断成车身2、3正在动作的状态持续规定期间以上的情况下，并且，在判断成IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的精度不满足第2要求精度的情况下，使车身2、3的动作停止。
根据该结构，通过在IMU25、26、27、28(角度计测装置)的角度运算的误差变大之前使作为IMU25、26、27、28(角度计测装置)的运算精度的降低原因的动作停止，从而能够重新执行使用了正确姿势信息的机械引导。
[第6实施方式]
接下来，使用图23说明本发明的工程机械的第6实施方式。图23是表示本发明的工程机械的第6实施方式中的控制器的功能结构的框图。此外，在图23中，附图标记与图1～图22所示的附图标记相同的部分是相同部分，因此省略其详细说明。
图23所示的本发明的工程机械的第6实施方式相对于第1实施方式的不同点在于，控制器40的定位运算部51中的要求角度精度运算部62F基于由施工管理系统100管理的施工信息来运算作为第2要求精度的容许角度误差。施工管理系统100例如是管理施工信息等现场施工的进度状态的云系统。施工信息作为设计信息而包含作为尺寸维度的要求精度的容许尺寸误差。
要求角度精度运算部62F在没有来自要求精度设定装置19的输入的情况下，基于从施工管理系统100输入到施工目标面运算的施工信息中所含的要求精度，执行针对IMU25、26、27、28的角度运算的角度维度的要求精度的运算。控制器40能够构成为，根据施工管理系统100所管理的施工的进度状况，变更施工信息中所含的要求精度(第1要求精度)。例如，以随着施工管理系统100所管理的施工的进度状态的进展而减小作为设计信息的容许尺寸误差(提高要求精度)的方式进行变更。例如，在刚开始施工之后，由于为对于挖掘目标面而砂土存在于几十cm之上的状态，所以粗挖掘的设定值(例如，10cm)被自动设定，随着施工进行而逐渐向精挖掘的设定值(例如，2cm)切换。
在第1～第5实施方式中，构成为通过操作员自身的操作而借助要求精度设定装置19设定第1要求精度(容许尺寸误差)。在这样的结构中，操作员需要根据粗挖掘和精挖掘等操作来变更要求精度，因此操作员的操作变得繁琐。
与之相对，在本实施方式中，控制器40构成为，作为第1要求精度而从施工管理系统100取入对现场施工的进度状态进行管理的施工管理系统100所管理的施工信息中所含的要求精度，随着由施工管理系统100管理的施工的进度状态的进展而提高第1要求精度。
根据该结构，不依靠操作员的操作就设定第1要求精度，因此能够减轻操作员的操作工夫。另外，控制器40根据施工的进度状况自动变更第1要求精度，因此操作员无需根据粗挖掘和精挖掘等操作重新设定要求尺寸精度，能够减轻操作员的操作工夫。
根据上述的本发明的工程机械的第6实施方式，能够得到与前述的第1实施方式相同的效果。
[其他实施方式]
此外，在上述实施方式中，示出了将本发明适用于液压挖掘机的例子，本发明能够广泛适用于基于IMU的运算结果的角度信息控制的各种工程机械。
另外，本发明不限于本实施方式，包含各种各样的变形例。上述实施方式为了易于理解地说明本发明而详细进行了说明，但不限定于一定具备所说明的全部结构。能够将某个实施方式的结构的一部分置换成其他实施方式的结构，另外，也能够在某个实施方式的结构中加入其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。
附图标记说明
1…前作业装置(作业装置)，2…下部行驶体(车身)，3…上部旋转体(车身)，19…监视器(显示装置)，25…车身IMU(角度计测装置)，26…动臂IMU(角度计测装置)，27…斗杆IMU(角度计测装置)，28…铲斗IMU(角度计测装置)，36、37…GNSS天线(接收装置)，38…GNSS接收机(测位运算装置)，40…控制器，100…施工管理系统，621…误差转换表(转换表)，624…转换表，661…时间转换表(转换表)，661B…角度阈值转换表(转换表)。

Claims (7)

1.一种工程机械，具备：
车身；
作业装置，其相对于所述车身能够转动地安装；
角度计测装置，其设置于所述车身及所述作业装置，检测设置部分的加速度及角速度，并且进行基于检测结果来运算该设置部分相对于基准面的角度的角度运算；和
控制器，其基于由所述角度计测装置运算出的角度来运算表示所述车身及所述作业装置的姿势的姿势信息，使运算出的姿势信息显示于显示装置，并且基于运算出的姿势信息而执行所述作业装置的操作支援，
所述工程机械的特征在于，
所述控制器进行以下：
进行要求精度运算，基于对所述作业装置的操作支援中使用的信息设定的要求精度即第1要求精度，运算针对所述角度计测装置的所述角度运算的要求精度即第2要求精度；
进行动作停止判断，基于所述角度计测装置的检测结果，判断是否从所述车身正在动作的状态变化为停止状态；
进行精度判断，判断所述角度计测装置的所述角度运算的精度是否满足所述第2要求精度；
在判断成从所述车身正在动作的状态变化为停止状态、且所述角度计测装置的所述角度运算的精度不满足所述第2要求精度的情况下，采取所述作业装置的操作支援的停止或警告。
2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
所述控制器的所述精度判断通过以下进行：
使用以随着所述第2要求精度变高而时间阈值变大的方式预先规定的转换表，根据通过所述要求精度运算而运算出的所述第2要求精度来设定时间阈值；
对在所述动作停止判断中判断成从所述车身正在动作的状态变化为停止状态的时间点起的经过时间进行计时；
对计时出的经过时间与所设定的时间阈值进行比较，
在计时出的经过时间小于所设定的时间阈值时，判断成所述角度计测装置的所述角度运算的精度不满足所述第2要求精度。
3.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
所述控制器的所述精度判断通过以下进行：
使用以随着所述第2要求精度变高而角度阈值变小的方式预先规定的转换表，根据通过所述要求精度运算而运算出的所述第2要求精度来设定角度阈值；
对由所述角度计测装置运算出的角度的时间上的变化量进行运算；
对运算出的角度的时间上的变化量与所设定的角度阈值进行比较，
在运算出的角度的时间上的变化量大于所设定的角度阈值时，判断成所述角度计测装置的所述角度运算的精度不满足所述第2要求精度。
4.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
所述控制器的所述要求精度运算是将作为角度维度的容许误差的容许角度误差运算为所述第2要求精度的运算，
所述控制器的所述精度判断通过以下进行：
基于由所述角度计测装置检测出的加速度来运算相对于所述基准面的角度；
对所述控制器运算出的角度与所述角度计测装置运算出的角度之间的差值的绝对值即角度差进行运算；
将运算出的角度差与所述容许角度误差进行比较，
在运算出的角度差大于所述容许角度误差时，判断成所述角度计测装置的所述角度运算的精度不满足所述第2要求精度。
5.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，还具备：
接收装置，其安装于所述车身，接收来自多个卫星的测位信号；和
测位运算装置，其基于所述接收装置接收到的来自所述多个卫星的测位信号，运算所述车身的位置以及所述车身的位置的方差值，
关于所述控制器的所述要求精度运算，
在作为所述第1要求精度而设定了尺寸维度的精度的情况下，
在所述车身的位置的方差值大于规定值的情况下使用以随着所述车身的位置的方差值变大而调整尺寸变大的方式预先规定的转换表，根据由所述测位运算装置运算出的所述车身的位置的方差值来设定调整尺寸；
进行容许尺寸误差运算，通过从所述第1要求精度减去所设定的调整尺寸，运算针对所述角度计测装置的所述角度运算的尺寸维度的要求精度即容许尺寸误差；
使用以随着所述容许尺寸误差变大而所述第2要求精度降低的方式预先规定的转换表，根据通过所述容许尺寸误差运算而运算出的所述容许尺寸误差来运算所述第2要求精度。
6.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
所述控制器进一步进行以下：
进行动作持续判断，基于所述角度计测装置的检测结果，判断所述车身正在动作的状态是否持续规定期间以上；
在判断成所述车身正在动作的状态持续所述规定期间以上的情况下，并且判断成所述角度计测装置的所述角度运算的精度不满足所述第2要求精度的情况下，使所述车身的动作停止。
7.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，
所述控制器进行以下：
作为所述第1要求精度而从对现场的施工的进度状态进行管理的施工管理系统取入所述施工管理系统所管理的施工信息中所含的要求精度；
随着由所述施工管理系统管理的施工的进度状态的进展而提高所述第1要求精度。
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