JP2002310652A - 走行式建設機械の位置計測システム - Google Patents
走行式建設機械の位置計測システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】走行式建設機械の位置計測システムにおいて、
建設機械がどのような作業状態にありどのような種類で
あっても車体の方向を特定することができ、モニタポイ
ントの位置を計測することができるようにする。 【解決手段】油圧ショベル１に、ブーム角度、アーム角
度、バケット角度を検出する角度センサ２１，２２，２
３、上部旋回体３の前後方向の傾斜角を検出する傾斜セ
ンサ２４、２個のＧＰＳアンテナ３１，３２及びＧＰＳ
受信機４３，４４、基準局からの補正データ（後述）を
無線アンテナ３３，３４を介して受信する無線機４１，
４２、位置データを送信する無線アンテナ３５と、パネ
ルコンピュータ４５とを設け、ＧＰＳ受信機４３，４４
からの位置データと上記の各種センサ２１〜２４からの
角度データとに基づき、油圧ショベル１のバケット７の
先端（モニタポイント）の位置を演算する。
建設機械がどのような作業状態にありどのような種類で
あっても車体の方向を特定することができ、モニタポイ
ントの位置を計測することができるようにする。 【解決手段】油圧ショベル１に、ブーム角度、アーム角
度、バケット角度を検出する角度センサ２１，２２，２
３、上部旋回体３の前後方向の傾斜角を検出する傾斜セ
ンサ２４、２個のＧＰＳアンテナ３１，３２及びＧＰＳ
受信機４３，４４、基準局からの補正データ（後述）を
無線アンテナ３３，３４を介して受信する無線機４１，
４２、位置データを送信する無線アンテナ３５と、パネ
ルコンピュータ４５とを設け、ＧＰＳ受信機４３，４４
からの位置データと上記の各種センサ２１〜２４からの
角度データとに基づき、油圧ショベル１のバケット７の
先端（モニタポイント）の位置を演算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
走行式建設機械に設定されたモニタポイントの３次元空
間における絶対位置を計測する走行式建設機械の位置計
測システムに関する。
走行式建設機械に設定されたモニタポイントの３次元空
間における絶対位置を計測する走行式建設機械の位置計
測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、建設施工現場においてＧＰＳ等の
３次元位置計測装置を用いて走行式建設機械のモニタポ
イントの位置を計測し、作業管理を行うことがなされて
いる。モニタポイントの代表例としては建設機械の作業
装置の位置、例えば油圧ショベルのバケット先端位置が
ある。このバケットの先端位置を計測できれば、その計
測データを予め設定した地形データや目標形状データと
照合することにより施工中の作業進行状況を把握でき、
施工中の管理が行える。また、施工後も、計測データか
ら出来形データ（例えば掘削地形データ）を生成するこ
とで、施工管理が行える。
３次元位置計測装置を用いて走行式建設機械のモニタポ
イントの位置を計測し、作業管理を行うことがなされて
いる。モニタポイントの代表例としては建設機械の作業
装置の位置、例えば油圧ショベルのバケット先端位置が
ある。このバケットの先端位置を計測できれば、その計
測データを予め設定した地形データや目標形状データと
照合することにより施工中の作業進行状況を把握でき、
施工中の管理が行える。また、施工後も、計測データか
ら出来形データ（例えば掘削地形データ）を生成するこ
とで、施工管理が行える。
【０００３】このような位置計測システムの従来技術と
して、例えば特表平９−５００７００号公報や特開平９
−１５９４５０号公報に記載のものがある。
して、例えば特表平９−５００７００号公報や特開平９
−１５９４５０号公報に記載のものがある。
【０００４】特表平９−５００７００号公報に記載の技
術は、油圧ショベルの上部旋回体上の旋回中心以外の位
置に１個のＧＰＳアンテナを設置し、このＧＰＳアンテ
ナの位置情報と、ブーム、アーム及びバケットの回転角
度を検出する回転角センサの角度情報とからバケットの
３次元空間での絶対位置を演算するものである。その具
体的方法は、まず、作業開始前にオペレータにより上部
旋回体を旋回動作させ、円弧上の３以上の複数の位置に
おけるＧＰＳアンテナの位置を計測し、上部旋回体の旋
回中心を求めるといった初期化作業を行い、ＧＰＳの位
置データと上部旋回体の旋回中心位置とから油圧ショベ
ルの方向を特定する。次いで、その油圧ショベルの方向
とブーム、アーム、バケットの回転角度の角度データと
からバケットの位置を求める。
術は、油圧ショベルの上部旋回体上の旋回中心以外の位
置に１個のＧＰＳアンテナを設置し、このＧＰＳアンテ
ナの位置情報と、ブーム、アーム及びバケットの回転角
度を検出する回転角センサの角度情報とからバケットの
３次元空間での絶対位置を演算するものである。その具
体的方法は、まず、作業開始前にオペレータにより上部
旋回体を旋回動作させ、円弧上の３以上の複数の位置に
おけるＧＰＳアンテナの位置を計測し、上部旋回体の旋
回中心を求めるといった初期化作業を行い、ＧＰＳの位
置データと上部旋回体の旋回中心位置とから油圧ショベ
ルの方向を特定する。次いで、その油圧ショベルの方向
とブーム、アーム、バケットの回転角度の角度データと
からバケットの位置を求める。
【０００５】特開平９−１５９４５０号公報に記載の技
術は、油圧ショベルのバケットに垂直なポールを設け、
このポールの先端にＧＰＳアンテナを取り付けてバケッ
ト位置を直接計測するものである。
術は、油圧ショベルのバケットに垂直なポールを設け、
このポールの先端にＧＰＳアンテナを取り付けてバケッ
ト位置を直接計測するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。
来技術には次のような問題がある。
【０００７】特表平９−５００７００号公報に記載の従
来技術では、油圧ショベルの上部旋回体上の旋回中心以
外の位置に１個のＧＰＳアンテナで油圧ショベルの方向
（上部旋回体の方向）を特定するために、作業開始前に
オペレータにより上部旋回体を旋回動作させ、円弧上の
３以上の複数の位置におけるＧＰＳアンテナの位置を計
測し、上部旋回体の旋回中心を求めるといった初期化作
業を行っている。
来技術では、油圧ショベルの上部旋回体上の旋回中心以
外の位置に１個のＧＰＳアンテナで油圧ショベルの方向
（上部旋回体の方向）を特定するために、作業開始前に
オペレータにより上部旋回体を旋回動作させ、円弧上の
３以上の複数の位置におけるＧＰＳアンテナの位置を計
測し、上部旋回体の旋回中心を求めるといった初期化作
業を行っている。
【０００８】しかし、建設機械を走行しながら作業を行
う場合、車体の方向が変わるのが普通であり、また、走
行中は初期化作業が行えない。従って、このような作業
では車体の方向を特定することができず作業装置の位置
を正確に計測できないため、計測上の制限となってい
る。
う場合、車体の方向が変わるのが普通であり、また、走
行中は初期化作業が行えない。従って、このような作業
では車体の方向を特定することができず作業装置の位置
を正確に計測できないため、計測上の制限となってい
る。
【０００９】また、走行式建設機械には油圧ショベル以
外、走行式クレーン、ホイールローダ、ブルトーザ、ク
ローラキャリア等、種々のものがある。ホイールロー
ダ、ブルトーザ、クローラキャリア等は旋回体を持たな
い非旋回型である。このような非旋回型の建設機械にお
いても車体の方向を特定でき、バケット、ブレード等の
作業装置の所定箇所、或いは荷台、車体等の所定箇所に
設定したモニタポイントの位置を計測できれば、作業管
理に役立ち好都合である。
外、走行式クレーン、ホイールローダ、ブルトーザ、ク
ローラキャリア等、種々のものがある。ホイールロー
ダ、ブルトーザ、クローラキャリア等は旋回体を持たな
い非旋回型である。このような非旋回型の建設機械にお
いても車体の方向を特定でき、バケット、ブレード等の
作業装置の所定箇所、或いは荷台、車体等の所定箇所に
設定したモニタポイントの位置を計測できれば、作業管
理に役立ち好都合である。
【００１０】しかし、特表平９−５００７００号公報に
記載の技術では、上記のように上部旋回体を旋回動作さ
せて初期化作業を行うものであるので、非旋回型の建設
機械では車体の方向を特定することができない。
記載の技術では、上記のように上部旋回体を旋回動作さ
せて初期化作業を行うものであるので、非旋回型の建設
機械では車体の方向を特定することができない。
【００１１】更に、車体の方向を特定するため、初期化
作業は作業開始の都度、或いは走行後はその都度必要と
なるので、作業の準備に手間と時間がかかり、作業効率
が低下する。
作業は作業開始の都度、或いは走行後はその都度必要と
なるので、作業の準備に手間と時間がかかり、作業効率
が低下する。
【００１２】特開平９−１５９４５０号公報に記載の技
術は、油圧ショベルのバケット自体に設けたポールの先
端にＧＰＳアンテナを取り付けているため、ＧＰＳアン
テナの位置情報から直接バケットの位置を求めることが
できる。しかし、掘削作業を行うバケットにＧＰＳアン
テナを取り付けているため、ＧＰＳアンテナの故障或い
は破損を生じ易く、高い信頼性を維持することができな
いという問題がある。また、１個のＧＰＳアンテナの位
置情報だけでは車体の方向が特定できないため、例えば
旋回体の後端や荷台のコーナ部など作業装置以外の箇所
の位置は計測することができず、その箇所に関する管理
を行うことができない。
術は、油圧ショベルのバケット自体に設けたポールの先
端にＧＰＳアンテナを取り付けているため、ＧＰＳアン
テナの位置情報から直接バケットの位置を求めることが
できる。しかし、掘削作業を行うバケットにＧＰＳアン
テナを取り付けているため、ＧＰＳアンテナの故障或い
は破損を生じ易く、高い信頼性を維持することができな
いという問題がある。また、１個のＧＰＳアンテナの位
置情報だけでは車体の方向が特定できないため、例えば
旋回体の後端や荷台のコーナ部など作業装置以外の箇所
の位置は計測することができず、その箇所に関する管理
を行うことができない。
【００１３】本発明の第１の目的は、建設機械がどのよ
うな作業状態にありかつどのような種類であっても車体
の方向を特定することができ、モニタポイントの位置を
計測することができる汎用性の高い走行式建設機械の位
置計測システムを提供することである。
うな作業状態にありかつどのような種類であっても車体
の方向を特定することができ、モニタポイントの位置を
計測することができる汎用性の高い走行式建設機械の位
置計測システムを提供することである。
【００１４】本発明の第２の目的は、計測のための初期
化作業が不要で作業効率を低下させることがなく、かつ
３次元位置計測装置の故障や破損を生じにくく高い信頼
性を維持することができる走行式建設機械の位置計測シ
ステムを提供することである。
化作業が不要で作業効率を低下させることがなく、かつ
３次元位置計測装置の故障や破損を生じにくく高い信頼
性を維持することができる走行式建設機械の位置計測シ
ステムを提供することである。
【００１５】なお、本願明細書中において、「３次元空
間の絶対位置」とは、走行式建設機械の外部に設定され
た座標系により表現した位置のことであり、例えば３次
元位置計測装置としてＧＰＳを用いる場合は、ＧＰＳで
高さの基準として用いる準拠楕円体に固定した座標系に
より表現した位置のことである。また、本願明細書で
は、この準拠楕円体に設定した座標系をグローバル座標
系と呼ぶ。
間の絶対位置」とは、走行式建設機械の外部に設定され
た座標系により表現した位置のことであり、例えば３次
元位置計測装置としてＧＰＳを用いる場合は、ＧＰＳで
高さの基準として用いる準拠楕円体に固定した座標系に
より表現した位置のことである。また、本願明細書で
は、この準拠楕円体に設定した座標系をグローバル座標
系と呼ぶ。
【００１６】
【課題を解決するための手段】（１）上記第１及び第２
の目的を達成するために、本発明は、走行式建設機械の
位置計測システムにおいて、走行式建設機械の車体に設
置され、それぞれ３次元空間での絶対位置を計測する少
なくとも２個の３次元位置計測装置と、前記３次元位置
計測装置による計測結果に基づき、走行式建設機械に設
定されたモニタポイントの３次元空間での絶対位置を演
算する位置演算装置とを備えるものとする。
の目的を達成するために、本発明は、走行式建設機械の
位置計測システムにおいて、走行式建設機械の車体に設
置され、それぞれ３次元空間での絶対位置を計測する少
なくとも２個の３次元位置計測装置と、前記３次元位置
計測装置による計測結果に基づき、走行式建設機械に設
定されたモニタポイントの３次元空間での絶対位置を演
算する位置演算装置とを備えるものとする。
【００１７】このように本発明は走行式建設機械の車体
に少なくとも２個の３次元位置計測装置を設置してモニ
タポイントの位置を演算するものであるため、２個の３
次元位置計測装置の位置情報から常に車体の方向を特定
することができ、走行中であってもモニタポイントの位
置演算が可能であり、建設機械がどのような作業状態に
あってもモニタポイントの位置を計測することができ
る。また、２個の３次元位置計測装置を使用するもので
あるため、非旋回式の建設機械などどのような種類の建
設機械であっても車体の方向を特定することができ、汎
用性の高い位置計測システムを提供できる。
に少なくとも２個の３次元位置計測装置を設置してモニ
タポイントの位置を演算するものであるため、２個の３
次元位置計測装置の位置情報から常に車体の方向を特定
することができ、走行中であってもモニタポイントの位
置演算が可能であり、建設機械がどのような作業状態に
あってもモニタポイントの位置を計測することができ
る。また、２個の３次元位置計測装置を使用するもので
あるため、非旋回式の建設機械などどのような種類の建
設機械であっても車体の方向を特定することができ、汎
用性の高い位置計測システムを提供できる。
【００１８】更に、２個の３次元位置計測装置を使用す
るため初期化作業が不要であり、作業効率を低下させる
ことがない。また、２個の３次元位置計測装置を車体に
設置するので、３次元位置計測装置の故障や破損を生じ
にくく高い信頼性を維持することができる。
るため初期化作業が不要であり、作業効率を低下させる
ことがない。また、２個の３次元位置計測装置を車体に
設置するので、３次元位置計測装置の故障や破損を生じ
にくく高い信頼性を維持することができる。
【００１９】（２）また、上記第１及び第２の目的を達
成するために、本発明は、走行式建設機械の位置計測シ
ステムにおいて、走行式建設機械の車体に設置され、そ
れぞれ３次元空間での絶対位置を計測する少なくとも２
個の３次元位置計測装置と、前記走行式建設機械の傾斜
量を計測する傾斜量計測装置と、前記３次元位置計測装
置と前記傾斜量計測装置とによる計測結果に基づき、走
行式建設機械に設定されたモニタポイントの３次元空間
での絶対位置を演算する位置演算装置とを備えるものと
する。
成するために、本発明は、走行式建設機械の位置計測シ
ステムにおいて、走行式建設機械の車体に設置され、そ
れぞれ３次元空間での絶対位置を計測する少なくとも２
個の３次元位置計測装置と、前記走行式建設機械の傾斜
量を計測する傾斜量計測装置と、前記３次元位置計測装
置と前記傾斜量計測装置とによる計測結果に基づき、走
行式建設機械に設定されたモニタポイントの３次元空間
での絶対位置を演算する位置演算装置とを備えるものと
する。
【００２０】これにより上記（１）で述べたように、建
設機械がどのような作業状態にありかつどのような種類
であっても車体の方向を特定することができ、モニタポ
イントの位置を計測することができる汎用性の高い装置
を提供できる。また、計測のための初期化作業が不要で
作業効率を低下させることがなく、かつ３次元位置計測
装置の故障や破損を生じにくく高い信頼性を維持するこ
とができる。
設機械がどのような作業状態にありかつどのような種類
であっても車体の方向を特定することができ、モニタポ
イントの位置を計測することができる汎用性の高い装置
を提供できる。また、計測のための初期化作業が不要で
作業効率を低下させることがなく、かつ３次元位置計測
装置の故障や破損を生じにくく高い信頼性を維持するこ
とができる。
【００２１】また、２個の３次元位置計測装置に加え傾
斜量計測装置を設置することにより、車体が傾斜してい
ても車体の方向を正確に特定でき、モニタポイントの位
置を正確に計測することができる。
斜量計測装置を設置することにより、車体が傾斜してい
ても車体の方向を正確に特定でき、モニタポイントの位
置を正確に計測することができる。
【００２２】（３）また、上記第１及び第２の目的を達
成するために、本発明は、車体と、この車体に設けられ
た作業装置とを有し、この作業装置を回転可能な複数の
部材で構成した走行式建設機械の位置計測システムにお
いて、前記車体に設置され、それぞれ３次元空間での絶
対位置を計測する少なくとも２個の３次元位置計測装置
と、前記作業装置を構成する複数の部材間の回転角度を
計測する少なくとも１個の角度計測装置と、前記３次元
位置計測装置と前記角度計測装置とによる計測結果に基
づき、前記作業装置に設定されたモニタポイントの３次
元空間での絶対位置を演算する位置演算装置とを備える
ものとする。
成するために、本発明は、車体と、この車体に設けられ
た作業装置とを有し、この作業装置を回転可能な複数の
部材で構成した走行式建設機械の位置計測システムにお
いて、前記車体に設置され、それぞれ３次元空間での絶
対位置を計測する少なくとも２個の３次元位置計測装置
と、前記作業装置を構成する複数の部材間の回転角度を
計測する少なくとも１個の角度計測装置と、前記３次元
位置計測装置と前記角度計測装置とによる計測結果に基
づき、前記作業装置に設定されたモニタポイントの３次
元空間での絶対位置を演算する位置演算装置とを備える
ものとする。
【００２３】これにより回転可能な複数の部材で構成し
た作業装置を有する走行式建設機械でその作業装置にモ
ニタポイントを設定したものにおいて、上記（１）で述
べたように、建設機械がどのような作業状態にありかつ
どのような種類であっても車体の方向を特定することが
でき、モニタポイントの位置を計測することができる汎
用性の高い装置を提供できる。また、計測のための初期
化作業が不要で作業効率を低下させることながく、かつ
３次元位置計測装置の故障や破損を生じにくく高い信頼
性を維持することができる。
た作業装置を有する走行式建設機械でその作業装置にモ
ニタポイントを設定したものにおいて、上記（１）で述
べたように、建設機械がどのような作業状態にありかつ
どのような種類であっても車体の方向を特定することが
でき、モニタポイントの位置を計測することができる汎
用性の高い装置を提供できる。また、計測のための初期
化作業が不要で作業効率を低下させることながく、かつ
３次元位置計測装置の故障や破損を生じにくく高い信頼
性を維持することができる。
【００２４】また、作業装置にモニタポイントを設定し
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
【００２５】（４）更に、上記第１及び第２目的を達成
するために、本発明は、車体と、この車体に設けられた
作業装置とを有し、この作業装置を回転可能な複数の部
材で構成した走行式建設機械の位置計測システムにおい
て、前記車体に設置され、それぞれ３次元空間での絶対
位置を計測する少なくとも２個の３次元位置計測装置
と、前記作業装置を構成する複数の部材間の回転角度を
計測する少なくとも１個の角度計測装置と、前記走行式
建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測装置と、前記３
次元位置計測装置と前記角度計測装置と前記傾斜量計測
装置とによる計測結果に基づき、前記作業装置に設定さ
れたモニタポイントの３次元空間での絶対位置を演算す
る位置演算装置とを備えるものとする。
するために、本発明は、車体と、この車体に設けられた
作業装置とを有し、この作業装置を回転可能な複数の部
材で構成した走行式建設機械の位置計測システムにおい
て、前記車体に設置され、それぞれ３次元空間での絶対
位置を計測する少なくとも２個の３次元位置計測装置
と、前記作業装置を構成する複数の部材間の回転角度を
計測する少なくとも１個の角度計測装置と、前記走行式
建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測装置と、前記３
次元位置計測装置と前記角度計測装置と前記傾斜量計測
装置とによる計測結果に基づき、前記作業装置に設定さ
れたモニタポイントの３次元空間での絶対位置を演算す
る位置演算装置とを備えるものとする。
【００２６】これにより回転可能な複数の部材で構成し
た作業装置を有する走行式建設機械でその作業装置にモ
ニタポイントを設定したものにおいて、上記（１）で述
べたように、建設機械がどのような作業状態にありかつ
どのような種類であっても車体の方向を特定することが
でき、モニタポイントの位置を計測することができる汎
用性の高い装置を提供できる。また、計測のための初期
化作業が不要で作業効率を低下させることがなく、かつ
３次元位置計測装置の故障や破損を生じにくく高い信頼
性を維持することができる。
た作業装置を有する走行式建設機械でその作業装置にモ
ニタポイントを設定したものにおいて、上記（１）で述
べたように、建設機械がどのような作業状態にありかつ
どのような種類であっても車体の方向を特定することが
でき、モニタポイントの位置を計測することができる汎
用性の高い装置を提供できる。また、計測のための初期
化作業が不要で作業効率を低下させることがなく、かつ
３次元位置計測装置の故障や破損を生じにくく高い信頼
性を維持することができる。
【００２７】また、作業装置にモニタポイントを設定し
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
【００２８】更に、上記（２）で述べたように、傾斜量
計測装置を設置したので車体が傾斜していても車体の方
向を正確に特定でき、モニタポイントの位置を正確に計
測することができる。
計測装置を設置したので車体が傾斜していても車体の方
向を正確に特定でき、モニタポイントの位置を正確に計
測することができる。
【００２９】（５）また、上記第１及び第２の目的を達
成するために、本発明は、下部走行体と、この下部走行
体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋
回体に設けられた作業装置とを有し、この作業装置を回
転可能な複数の部材で構成した走行式建設機械の位置計
測システムにおいて、前記上部旋回体に設置され、それ
ぞれ３次元空間での絶対位置を計測する少なくとも２個
の３次元位置計測装置と、前記作業装置を構成する複数
の部材間の回転角度を計測する少なくとも１個の角度計
測装置と、前記３次元位置計測装置と前記角度計測装置
とによる計測結果に基づき、前記作業装置に設定された
モニタポイントの３次元空間での絶対位置を演算する位
置演算装置とを備えるものとする。
成するために、本発明は、下部走行体と、この下部走行
体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋
回体に設けられた作業装置とを有し、この作業装置を回
転可能な複数の部材で構成した走行式建設機械の位置計
測システムにおいて、前記上部旋回体に設置され、それ
ぞれ３次元空間での絶対位置を計測する少なくとも２個
の３次元位置計測装置と、前記作業装置を構成する複数
の部材間の回転角度を計測する少なくとも１個の角度計
測装置と、前記３次元位置計測装置と前記角度計測装置
とによる計測結果に基づき、前記作業装置に設定された
モニタポイントの３次元空間での絶対位置を演算する位
置演算装置とを備えるものとする。
【００３０】これにより下部走行体と上部旋回体を備
え、かつ回転可能な複数の部材で構成した作業装置を有
する走行式建設機械でその作業装置にモニタポイントを
設定したものにおいて、上記（１）で述べたように、建
設機械がどのような作業状態にありかつどのような種類
であっても車体の方向を特定することができ、モニタポ
イントの位置を計測することができる汎用性の高い装置
を提供できる。また、計測のための初期化作業が不要で
作業効率を低下させることがなく、かつ３次元位置計測
装置の故障や破損が生じにくく高い信頼性を維持するこ
とができる。
え、かつ回転可能な複数の部材で構成した作業装置を有
する走行式建設機械でその作業装置にモニタポイントを
設定したものにおいて、上記（１）で述べたように、建
設機械がどのような作業状態にありかつどのような種類
であっても車体の方向を特定することができ、モニタポ
イントの位置を計測することができる汎用性の高い装置
を提供できる。また、計測のための初期化作業が不要で
作業効率を低下させることがなく、かつ３次元位置計測
装置の故障や破損が生じにくく高い信頼性を維持するこ
とができる。
【００３１】また、作業装置にモニタポイントを設定し
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
【００３２】（６）更に、上記第１及び第２の目的を達
成するために、本発明は、下部走行体と、この下部走行
体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋
回体に設けられた作業装置とを有し、この作業装置を回
転可能な複数の部材で構成した走行式建設機械の位置計
測システムにおいて、前記上部旋回体に設置され、それ
ぞれ３次元空間での絶対位置を計測する少なくとも２個
の３次元位置計測装置と、前記走行式建設機械の傾斜量
を計測する傾斜量計測装置と、前記作業装置を構成する
複数の部材間の回転角度を計測する少なくとも１個の角
度計測装置と、前記３次元位置計測装置と前記傾斜量計
測装置と前記角度計測装置とによる計測結果に基づき、
前記作業装置に設定されたモニタポイントの３次元空間
での絶対位置を演算する位置演算装置とを備えるものと
する。
成するために、本発明は、下部走行体と、この下部走行
体上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋
回体に設けられた作業装置とを有し、この作業装置を回
転可能な複数の部材で構成した走行式建設機械の位置計
測システムにおいて、前記上部旋回体に設置され、それ
ぞれ３次元空間での絶対位置を計測する少なくとも２個
の３次元位置計測装置と、前記走行式建設機械の傾斜量
を計測する傾斜量計測装置と、前記作業装置を構成する
複数の部材間の回転角度を計測する少なくとも１個の角
度計測装置と、前記３次元位置計測装置と前記傾斜量計
測装置と前記角度計測装置とによる計測結果に基づき、
前記作業装置に設定されたモニタポイントの３次元空間
での絶対位置を演算する位置演算装置とを備えるものと
する。
【００３３】これにより下部走行体と上部旋回体を備
え、かつ回転可能な複数の部材で構成した作業装置を有
する走行式建設機械でその作業装置にモニタポイントを
設定したものにおいて、上記（１）で述べたように、建
設機械がどのような作業状態にありかつどのような種類
であっても車体の方向を特定することができ、モニタポ
イントの位置を計測することができる汎用性の高い装置
を提供できる。また、計測のための初期化作業が不要で
作業効率を低下させることがなく、かつ３次元位置計測
装置の故障や破損が生じにくく高い信頼性を維持するこ
とができる。
え、かつ回転可能な複数の部材で構成した作業装置を有
する走行式建設機械でその作業装置にモニタポイントを
設定したものにおいて、上記（１）で述べたように、建
設機械がどのような作業状態にありかつどのような種類
であっても車体の方向を特定することができ、モニタポ
イントの位置を計測することができる汎用性の高い装置
を提供できる。また、計測のための初期化作業が不要で
作業効率を低下させることがなく、かつ３次元位置計測
装置の故障や破損が生じにくく高い信頼性を維持するこ
とができる。
【００３４】また、作業装置にモニタポイントを設定し
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
【００３５】更に、上記（２）で述べたように、傾斜量
計測装置を設置したので車体が傾斜していても車体の方
向を正確に特定でき、モニタポイントの位置を正確に計
測することができる。
計測装置を設置したので車体が傾斜していても車体の方
向を正確に特定でき、モニタポイントの位置を正確に計
測することができる。
【００３６】（７）上記（１）〜（６）において、好ま
しくは、前記走行式建設機械に設けられ、前記位置演算
装置による演算結果に基づき前記モニタポイントの位置
を表示する第１表示装置を更に備えるものとする。
しくは、前記走行式建設機械に設けられ、前記位置演算
装置による演算結果に基づき前記モニタポイントの位置
を表示する第１表示装置を更に備えるものとする。
【００３７】これによりオペレータにモニタポイントの
位置を知らせることができる。
位置を知らせることができる。
【００３８】（８）また、上記（１）〜（７）におい
て、好ましくは、前記作業位置演算装置による演算結果
によるモニタポイントの位置データを出力するデータ出
力手段と、前記走行式建設機械と異なる場所に設置さ
れ、前記データ出力手段により出力された位置データを
入力するデータ入力手段と、このデータ入力手段により
入力した位置データに基づき前記モニタポイントの位置
を表示する第２表示装置とを更に備えるものとする。
て、好ましくは、前記作業位置演算装置による演算結果
によるモニタポイントの位置データを出力するデータ出
力手段と、前記走行式建設機械と異なる場所に設置さ
れ、前記データ出力手段により出力された位置データを
入力するデータ入力手段と、このデータ入力手段により
入力した位置データに基づき前記モニタポイントの位置
を表示する第２表示装置とを更に備えるものとする。
【００３９】これにより走行式建設機械と異なる場所に
おいて、モニタポイントの位置を管理することができ
る。
おいて、モニタポイントの位置を管理することができ
る。
【００４０】（９）上記（８）において、好ましくは、
前記データ出力手段は、前記位置データを無線で送信す
る手段であり、前記データ入力手段は、前記位置データ
を無線で受信する手段である。
前記データ出力手段は、前記位置データを無線で送信す
る手段であり、前記データ入力手段は、前記位置データ
を無線で受信する手段である。
【００４１】（１０）また、上記（１）〜（６）におい
て、好ましくは、前記３次元位置計測装置はＧＰＳであ
る。
て、好ましくは、前記３次元位置計測装置はＧＰＳであ
る。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。本実施の形態は、走行式建設機械と
してクローラ式の油圧ショベルに本発明を適用し、油圧
ショベルのバケット先端にモニタポイントを設定した場
合のものである。
を用いて説明する。本実施の形態は、走行式建設機械と
してクローラ式の油圧ショベルに本発明を適用し、油圧
ショベルのバケット先端にモニタポイントを設定した場
合のものである。
【００４３】図１は、本実施の形態に係わる作業位置計
測システムを搭載した油圧ショベルの外観を示す図であ
る。
測システムを搭載した油圧ショベルの外観を示す図であ
る。
【００４４】図１において、１は油圧ショベルであり、
油圧ショベル１は下部走行体２と、下部走行体２上に旋
回可能に設けられ、下部走行体２と共に車体を構成する
上部旋回体３と、上部旋回体３に設けられたフロント作
業機４とからなり、フロント作業機４は上部旋回体３に
上下方向に回転可能に設けられたブーム５と、ブーム５
の先端に上下方向に回転可能に設けられたアーム６と、
アーム６の先端に上下方向に回転可能に設けられたバケ
ット７とで構成され、それぞれ、ブームシリンダ８、ア
ームシリンダ９、バケットシリンダ１０を伸縮すること
により駆動される。上部旋回体３には運転室１１が設け
られている。
油圧ショベル１は下部走行体２と、下部走行体２上に旋
回可能に設けられ、下部走行体２と共に車体を構成する
上部旋回体３と、上部旋回体３に設けられたフロント作
業機４とからなり、フロント作業機４は上部旋回体３に
上下方向に回転可能に設けられたブーム５と、ブーム５
の先端に上下方向に回転可能に設けられたアーム６と、
アーム６の先端に上下方向に回転可能に設けられたバケ
ット７とで構成され、それぞれ、ブームシリンダ８、ア
ームシリンダ９、バケットシリンダ１０を伸縮すること
により駆動される。上部旋回体３には運転室１１が設け
られている。
【００４５】また、油圧ショベル１には、上部旋回体３
とブーム５との回転角（ブーム角度）を検出する角度セ
ンサ２１、ブーム５とアーム６との回転角（アーム角
度）を検出する角度センサ２２、アーム６とバケット７
との回転角（バケット角度）を検出する角度センサ２
３、上部旋回体３の前後方向の傾斜角（ピッチ角度）を
検出する傾斜センサ２４が設けられている。
とブーム５との回転角（ブーム角度）を検出する角度セ
ンサ２１、ブーム５とアーム６との回転角（アーム角
度）を検出する角度センサ２２、アーム６とバケット７
との回転角（バケット角度）を検出する角度センサ２
３、上部旋回体３の前後方向の傾斜角（ピッチ角度）を
検出する傾斜センサ２４が設けられている。
【００４６】更に、油圧ショベル１には、ＧＰＳ衛星か
らの信号を受信する２個のＧＰＳアンテナ３１，３２、
基準局からの補正データ（後述）を受信するための無線
アンテナ３３，３４、位置データを送信する無線アンテ
ナ３５が設けられている。２個のＧＰＳアンテナ３１，
３２は上部旋回体３の旋回中心から外れた旋回体後部の
左右に設置されている。
らの信号を受信する２個のＧＰＳアンテナ３１，３２、
基準局からの補正データ（後述）を受信するための無線
アンテナ３３，３４、位置データを送信する無線アンテ
ナ３５が設けられている。２個のＧＰＳアンテナ３１，
３２は上部旋回体３の旋回中心から外れた旋回体後部の
左右に設置されている。
【００４７】図２は、本実施の形態に係わる作業位置計
測システムの装置構成を示すブロック図である。作業位
置計測システムは、基準局からの補正データ（後述）を
アンテナ３３，３４を介して受信する無線機４１，４
２、この無線機４１，４２で受信した補正データとＧＰ
Ｓアンテナ３１，３２により受信されるＧＰＳ衛星から
の信号とに基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の３次元
位置をリアルタイムに計測するＧＰＳ受信機４３，４
４、このＧＰＳ受信機４３，４４からの位置データと上
記の各種センサ２１〜２４からの角度データとに基づ
き、油圧ショベル１のバケット７の先端（モニタポイン
ト）の位置を演算するパネルコンピュータ４５、このパ
ネルコンピュータ４５により演算された位置データをイ
ラスト等を交えて表示する表示装置４６、パネルコンピ
ュータ４５により演算された位置データをアンテナ３５
を介して送信するための無線機４７を備えている。ＧＰ
Ｓアンテナ３１とＧＰＳ受信機４３、ＧＰＳアンテナ３
２とＧＰＳ受信機４４はそれぞれ１セットのＧＰＳ（gr
obal positioning system）を構成している。
測システムの装置構成を示すブロック図である。作業位
置計測システムは、基準局からの補正データ（後述）を
アンテナ３３，３４を介して受信する無線機４１，４
２、この無線機４１，４２で受信した補正データとＧＰ
Ｓアンテナ３１，３２により受信されるＧＰＳ衛星から
の信号とに基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の３次元
位置をリアルタイムに計測するＧＰＳ受信機４３，４
４、このＧＰＳ受信機４３，４４からの位置データと上
記の各種センサ２１〜２４からの角度データとに基づ
き、油圧ショベル１のバケット７の先端（モニタポイン
ト）の位置を演算するパネルコンピュータ４５、このパ
ネルコンピュータ４５により演算された位置データをイ
ラスト等を交えて表示する表示装置４６、パネルコンピ
ュータ４５により演算された位置データをアンテナ３５
を介して送信するための無線機４７を備えている。ＧＰ
Ｓアンテナ３１とＧＰＳ受信機４３、ＧＰＳアンテナ３
２とＧＰＳ受信機４４はそれぞれ１セットのＧＰＳ（gr
obal positioning system）を構成している。
【００４８】図３は、ＧＰＳ基準局としての役割を持つ
事務所側システムの装置構成を示すブロック図である。
事務所側システムの装置構成を示すブロック図である。
【００４９】図３において、５１は油圧ショベル１やバ
ケット７等の位置や作業管理を行う事務所であり、事務
所５１には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳア
ンテナ５２、補正データを油圧ショベル１に送信する無
線アンテナ５３、油圧ショベル１から上述した油圧ショ
ベル１やバケット７等の位置データを受信する無線アン
テナ５４、予め計測された３次元位置データとＧＰＳア
ンテナ５２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号とに
基づき、上述した油圧ショベル１のＧＰＳ受信機４３，
４４でＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）計測を行
うための補正データを生成するＧＰＳ基準局としてのＧ
ＰＳ受信機５５、ＧＰＳ受信機５５で生成された補正デ
ータをアンテナ５３を介して送信するための無線機５
６、アンテナ５４を介して位置データを受信する無線機
５７、無線機５７により受信した位置データに基づき油
圧ショベル１やバケット７の位置を表示・管理するため
の演算を行うコンピュータ５８、このコンピュータ５８
により演算した位置データと管理データをイラストを交
えて表示する表示装置５９が設置されている。ＧＰＳア
ンテナ５２とＧＰＳ受信機５５は１セットのＧＰＳを構
成する。
ケット７等の位置や作業管理を行う事務所であり、事務
所５１には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳア
ンテナ５２、補正データを油圧ショベル１に送信する無
線アンテナ５３、油圧ショベル１から上述した油圧ショ
ベル１やバケット７等の位置データを受信する無線アン
テナ５４、予め計測された３次元位置データとＧＰＳア
ンテナ５２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号とに
基づき、上述した油圧ショベル１のＧＰＳ受信機４３，
４４でＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）計測を行
うための補正データを生成するＧＰＳ基準局としてのＧ
ＰＳ受信機５５、ＧＰＳ受信機５５で生成された補正デ
ータをアンテナ５３を介して送信するための無線機５
６、アンテナ５４を介して位置データを受信する無線機
５７、無線機５７により受信した位置データに基づき油
圧ショベル１やバケット７の位置を表示・管理するため
の演算を行うコンピュータ５８、このコンピュータ５８
により演算した位置データと管理データをイラストを交
えて表示する表示装置５９が設置されている。ＧＰＳア
ンテナ５２とＧＰＳ受信機５５は１セットのＧＰＳを構
成する。
【００５０】本実施の形態に係わる作業位置計測システ
ムの動作の概要を説明する。
ムの動作の概要を説明する。
【００５１】本実施の形態では高精度での位置計測を行
うため、図２に示したＧＰＳ受信機４３，４４でそれぞ
れＲＴＫ計測を行う。このためには先ず、図３に示した
補正データを生成するＧＰＳ基準局５５が必要となる。
ＧＰＳ基準局５５は、上記のように予め３次元計測され
たアンテナ５２の位置データとアンテナ５２により受信
されるＧＰＳ衛星からの信号とに基づいて、ＲＴＫ計測
のための補正データを生成し、生成された補正データ
は、無線機５６によりアンテナ５３を介して一定周期で
送信される。
うため、図２に示したＧＰＳ受信機４３，４４でそれぞ
れＲＴＫ計測を行う。このためには先ず、図３に示した
補正データを生成するＧＰＳ基準局５５が必要となる。
ＧＰＳ基準局５５は、上記のように予め３次元計測され
たアンテナ５２の位置データとアンテナ５２により受信
されるＧＰＳ衛星からの信号とに基づいて、ＲＴＫ計測
のための補正データを生成し、生成された補正データ
は、無線機５６によりアンテナ５３を介して一定周期で
送信される。
【００５２】一方、図２に示した車載側のＧＰＳ受信機
４３，４４は、アンテナ３３，３４を介して無線機４
１，４２により受信される補正データと、アンテナ３
１，３２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号に基づ
き、アンテナ３１，３２の３次元位置をＲＴＫ計測す
る。このＲＴＫ計測によって、アンテナ３１，３２の３
次元位置が約±１〜２ｃｍの精度で計測される。そし
て、計測された３次元位置データはパネルコンピュータ
４５に入力される。
４３，４４は、アンテナ３３，３４を介して無線機４
１，４２により受信される補正データと、アンテナ３
１，３２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号に基づ
き、アンテナ３１，３２の３次元位置をＲＴＫ計測す
る。このＲＴＫ計測によって、アンテナ３１，３２の３
次元位置が約±１〜２ｃｍの精度で計測される。そし
て、計測された３次元位置データはパネルコンピュータ
４５に入力される。
【００５３】また、傾斜センサ２４によって油圧ショベ
ル１のピッチ角度、角度センサ２１〜２３によってそれ
ぞれブーム５、アーム６及びバケット７の各角度が計測
され、同様にパネルコンピュータ４５に入力される。
ル１のピッチ角度、角度センサ２１〜２３によってそれ
ぞれブーム５、アーム６及びバケット７の各角度が計測
され、同様にパネルコンピュータ４５に入力される。
【００５４】パネルコンピュータ２５はＧＰＳ受信機４
３，４４からの位置データと、各種センサ２１〜２４か
らの各角度データに基づき、一般的なベクトル演算と座
標変換を行って、バケット７の先端の３次元位置を演算
する。また、求めた３次元位置を表示装置４６のモニタ
上に表示してオペレータに作業状況を知らせると共に、
無線機４７によりアンテナ３５を介して送信する。
３，４４からの位置データと、各種センサ２１〜２４か
らの各角度データに基づき、一般的なベクトル演算と座
標変換を行って、バケット７の先端の３次元位置を演算
する。また、求めた３次元位置を表示装置４６のモニタ
上に表示してオペレータに作業状況を知らせると共に、
無線機４７によりアンテナ３５を介して送信する。
【００５５】送信されたバケット７の先端の位置データ
は、アンテナ５４を介して無線機５７により受信され、
コンピュータ５８に入力される。コンピュータ５８は入
力されたバケット７の先端の位置データを保存すると共
に、表示装置５９のモニタ上に表示する。これにより事
務所５１において油圧ショベル１の作業状態を管理する
ことができる。
は、アンテナ５４を介して無線機５７により受信され、
コンピュータ５８に入力される。コンピュータ５８は入
力されたバケット７の先端の位置データを保存すると共
に、表示装置５９のモニタ上に表示する。これにより事
務所５１において油圧ショベル１の作業状態を管理する
ことができる。
【００５６】次に、図４〜図６を用いてパネルコンピュ
ータ４５における演算処理について説明する。
ータ４５における演算処理について説明する。
【００５７】図４は、バケット７の先端の３次元空間で
の絶対位置を演算するために使用する座標系を示す図で
ある。
の絶対位置を演算するために使用する座標系を示す図で
ある。
【００５８】図４において、Σ0はＧＰＳの準拠楕円体
の中心に原点Ｏ0を持つグローバル座標系、Σ3は油圧シ
ョベル１の上部旋回体３に固定され、旋回ベースフレー
ムと旋回中心との交点に原点Ｏ3を持つショベルベース
座標系、Σ7はバケット７に固定され、バケット７の先
端に中心Ｏ7を持つバケット先端座標系である。
の中心に原点Ｏ0を持つグローバル座標系、Σ3は油圧シ
ョベル１の上部旋回体３に固定され、旋回ベースフレー
ムと旋回中心との交点に原点Ｏ3を持つショベルベース
座標系、Σ7はバケット７に固定され、バケット７の先
端に中心Ｏ7を持つバケット先端座標系である。
【００５９】ショベルベース座標系Σ3の原点（旋回ベ
ースフレームと旋回中心との交点）Ｏ3に対するＧＰＳ
アンテナ３１，３２の位置関係Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3は既知で
あるので、グローバル座標系Σ0でのＧＰＳアンテナ３
１，３２の３次元位置と油圧ショベル１のピッチ角度θ
2が分かれば、グローバル座標系Σ0でのショベルベース
座標系Σ3の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を求
めることができる。また、ショベルベース座標系Σ3の
原点（旋回ベースフレームと旋回中心との交点）Ｏ3と
ブーム５の基端との位置関係α3，α4及びアーム５、ア
ーム６、バケット７の寸法α5，α6，α7が既知である
ので、ブーム角度θ5、アーム角度θ6、バケット角度θ
7が分かれば、ショベルベース座標系Σ3でのバケット先
端座標系Σ 7の位置及び姿勢を求めることができる。従
って、車載側のＧＰＳ受信機４３，４４で求めたＧＰＳ
アンテナ３１，３２の３次元位置をグローバル座標系Σ
0での値として求め、角度センサ２４で油圧ショベル１
のピッチ角度θ2を求め、角度センサ２１〜２３でブー
ム角度θ5、アーム角度θ6、バケット角度θ7を求め、
座標変換演算を行うことにより、バケット７の先端位置
をグローバル座標系Σ 0の値で求めることができる。
ースフレームと旋回中心との交点）Ｏ3に対するＧＰＳ
アンテナ３１，３２の位置関係Ｌ1，Ｌ2，Ｌ3は既知で
あるので、グローバル座標系Σ0でのＧＰＳアンテナ３
１，３２の３次元位置と油圧ショベル１のピッチ角度θ
2が分かれば、グローバル座標系Σ0でのショベルベース
座標系Σ3の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を求
めることができる。また、ショベルベース座標系Σ3の
原点（旋回ベースフレームと旋回中心との交点）Ｏ3と
ブーム５の基端との位置関係α3，α4及びアーム５、ア
ーム６、バケット７の寸法α5，α6，α7が既知である
ので、ブーム角度θ5、アーム角度θ6、バケット角度θ
7が分かれば、ショベルベース座標系Σ3でのバケット先
端座標系Σ 7の位置及び姿勢を求めることができる。従
って、車載側のＧＰＳ受信機４３，４４で求めたＧＰＳ
アンテナ３１，３２の３次元位置をグローバル座標系Σ
0での値として求め、角度センサ２４で油圧ショベル１
のピッチ角度θ2を求め、角度センサ２１〜２３でブー
ム角度θ5、アーム角度θ6、バケット角度θ7を求め、
座標変換演算を行うことにより、バケット７の先端位置
をグローバル座標系Σ 0の値で求めることができる。
【００６０】図５はグローバル座標系の概念を説明する
図である。
図である。
【００６１】図５において、ＧはＧＰＳで用いる準拠楕
円体であり、グローバル座標系Σ0 の原点Ｏ0は準拠楕円
体Ｇの中心に設定されている。また、グローバル座標系
Σ0のｘ0軸方向は赤道Ａと子午線Ｂの交点Ｃと準拠楕円
体Ｇの中心とを通る線上に位置し、ｚ0軸方向は準拠楕
円体Ｇの中心から南北に延ばした線上に位置し、ｙ0軸
方向はｘ0軸とｚ0軸に直交する線上に位置している。Ｇ
ＰＳでは、地球上の位置を緯度及び経度と、準拠楕円体
Ｇに対する高さ（深さ）で表現するので、このようにグ
ローバル座標系Σ0を設定することで、ＧＰＳの位置情
報をグローバル座標系Σ0の値に容易に変換することが
できる。
円体であり、グローバル座標系Σ0 の原点Ｏ0は準拠楕円
体Ｇの中心に設定されている。また、グローバル座標系
Σ0のｘ0軸方向は赤道Ａと子午線Ｂの交点Ｃと準拠楕円
体Ｇの中心とを通る線上に位置し、ｚ0軸方向は準拠楕
円体Ｇの中心から南北に延ばした線上に位置し、ｙ0軸
方向はｘ0軸とｚ0軸に直交する線上に位置している。Ｇ
ＰＳでは、地球上の位置を緯度及び経度と、準拠楕円体
Ｇに対する高さ（深さ）で表現するので、このようにグ
ローバル座標系Σ0を設定することで、ＧＰＳの位置情
報をグローバル座標系Σ0の値に容易に変換することが
できる。
【００６２】図６は演算処理手順を示すフローチャート
である。
である。
【００６３】図６において、まず、車載側のＧＰＳ受信
機４３で求めたＧＰＳアンテナ３１の３次元位置（緯
度、経度、高さ）を上記の考えに基づきグローバル座標
系Σ0の値GＰ1に変換する（ステップＳ１０）。このた
めの演算式は一般的によく知られているものなので、こ
こでは省略する。同様に、車載側のＧＰＳ受信機４４で
求めたＧＰＳアンテナ３２の３次元位置をグローバル座
標系Σ0の値GＰ2に変換する（ステップＳ２０）。次い
で、傾斜センサ２４で計測したピッチ角度θ2を入力し
（ステップＳ３０）、ステップＳ１０，２０で求めたＧ
ＰＳアンテナ３１，３２のグローバル座標系Σ0での３
次元位置GＰ1，GＰ2と、そのピッチ角度θ2と、記憶装
置に記憶したショベルベース座標系Σ3の原点（旋回ベ
ースフレームと旋回中心との交点）Ｏ3に対するＧＰＳ
アンテナ３１，３２の位置関係Ｌ1，Ｌ 2，Ｌ3とからシ
ョベルベース座標系Σ3の位置及び姿勢（上部旋回体３
の方向）をグローバル座標系Σ0の値GＰBで求める（ス
テップＳ４０）。この演算は座標変換であり、一般的な
数学的手法により行うことができる。次いで、角度セン
サ２１〜２３で検出したブーム角度θ5、アーム角度
θ6、バケット角度θ7を入力し、これらの値と記憶装置
に記憶したショベルベース座標系Σ3の原点（旋回ベー
スフレームと旋回中心との交点）Ｏ3とブーム５の基端
との位置関係α3，α4及びアーム５、アーム６、バケッ
ト７の寸法α5，α6，α7とからショベルベース座標系
Σ3でバケット先端位置BＰBKを求める（ステップＳ５
０）。この演算も座標変換であり、一般的な数学的手法
により行うことができる。次いで、ステップＳ４０で求
めたグローバル座標系Σ0でのショベルベース座標系Σ3
の値GＰBとステップＳ５０で求めたショベルベース座標
系Σ3でのバケット先端位置BＰBKとからグローバル座標
系Σ0でのバケット先端位置GＰBKを求める（ステップＳ
６０）。そして、このローバル座標系Σ0でのバケット
先端位置GＰBKを経度、緯度、高さに変換する。このた
めの演算式は一般的によく知られているものなので、こ
こでは省略する。
機４３で求めたＧＰＳアンテナ３１の３次元位置（緯
度、経度、高さ）を上記の考えに基づきグローバル座標
系Σ0の値GＰ1に変換する（ステップＳ１０）。このた
めの演算式は一般的によく知られているものなので、こ
こでは省略する。同様に、車載側のＧＰＳ受信機４４で
求めたＧＰＳアンテナ３２の３次元位置をグローバル座
標系Σ0の値GＰ2に変換する（ステップＳ２０）。次い
で、傾斜センサ２４で計測したピッチ角度θ2を入力し
（ステップＳ３０）、ステップＳ１０，２０で求めたＧ
ＰＳアンテナ３１，３２のグローバル座標系Σ0での３
次元位置GＰ1，GＰ2と、そのピッチ角度θ2と、記憶装
置に記憶したショベルベース座標系Σ3の原点（旋回ベ
ースフレームと旋回中心との交点）Ｏ3に対するＧＰＳ
アンテナ３１，３２の位置関係Ｌ1，Ｌ 2，Ｌ3とからシ
ョベルベース座標系Σ3の位置及び姿勢（上部旋回体３
の方向）をグローバル座標系Σ0の値GＰBで求める（ス
テップＳ４０）。この演算は座標変換であり、一般的な
数学的手法により行うことができる。次いで、角度セン
サ２１〜２３で検出したブーム角度θ5、アーム角度
θ6、バケット角度θ7を入力し、これらの値と記憶装置
に記憶したショベルベース座標系Σ3の原点（旋回ベー
スフレームと旋回中心との交点）Ｏ3とブーム５の基端
との位置関係α3，α4及びアーム５、アーム６、バケッ
ト７の寸法α5，α6，α7とからショベルベース座標系
Σ3でバケット先端位置BＰBKを求める（ステップＳ５
０）。この演算も座標変換であり、一般的な数学的手法
により行うことができる。次いで、ステップＳ４０で求
めたグローバル座標系Σ0でのショベルベース座標系Σ3
の値GＰBとステップＳ５０で求めたショベルベース座標
系Σ3でのバケット先端位置BＰBKとからグローバル座標
系Σ0でのバケット先端位置GＰBKを求める（ステップＳ
６０）。そして、このローバル座標系Σ0でのバケット
先端位置GＰBKを経度、緯度、高さに変換する。このた
めの演算式は一般的によく知られているものなので、こ
こでは省略する。
【００６４】以上のような演算を行うことによって、バ
ケット７の先端位置の３次元空間での絶対位置を求める
ことができる。
ケット７の先端位置の３次元空間での絶対位置を求める
ことができる。
【００６５】以上のように構成した本実施の形態におい
ては、油圧ショベル１の車体の一部である上部旋回体３
に２個のＧＰＳ（ＧＰＳアンテナ３１，３２とＧＰＳ受
信機４３，４４）とピッチ角度を検出する傾斜センサ２
４を設置したので、これらＧＰＳと傾斜センサ２４によ
り油圧ショベル１の車体（上部旋回体３）の方向（グロ
ーバル座標系Σ0でのショベルベース座標系Σ3の位置及
び姿勢）を常に特定することができる。このため走行中
であっても車体の方向を特定することができ、バケット
７の先端（モニタポイント）の位置演算が可能であるの
で、油圧ショベル１がどのような作業状態にあってもバ
ケット７の先端位置を計測することができる。また、本
実施の形態は旋回式の建設機械である油圧ショベルに適
用した場合のものであるが、２個のＧＰＳを使用するた
め、非旋回式の建設機械であっても車体の方向を特定す
ることができ、汎用性の高い位置計測システムを提供で
きる。
ては、油圧ショベル１の車体の一部である上部旋回体３
に２個のＧＰＳ（ＧＰＳアンテナ３１，３２とＧＰＳ受
信機４３，４４）とピッチ角度を検出する傾斜センサ２
４を設置したので、これらＧＰＳと傾斜センサ２４によ
り油圧ショベル１の車体（上部旋回体３）の方向（グロ
ーバル座標系Σ0でのショベルベース座標系Σ3の位置及
び姿勢）を常に特定することができる。このため走行中
であっても車体の方向を特定することができ、バケット
７の先端（モニタポイント）の位置演算が可能であるの
で、油圧ショベル１がどのような作業状態にあってもバ
ケット７の先端位置を計測することができる。また、本
実施の形態は旋回式の建設機械である油圧ショベルに適
用した場合のものであるが、２個のＧＰＳを使用するた
め、非旋回式の建設機械であっても車体の方向を特定す
ることができ、汎用性の高い位置計測システムを提供で
きる。
【００６６】更に、２個のＧＰＳと傾斜センサ２４を使
用するため初期化作業が不要であり、作業効率を低下さ
せることがない。また、２個のＧＰＳを車体に設置する
ので、故障や破損を生じにくく高い信頼性を維持するこ
とができる。
用するため初期化作業が不要であり、作業効率を低下さ
せることがない。また、２個のＧＰＳを車体に設置する
ので、故障や破損を生じにくく高い信頼性を維持するこ
とができる。
【００６７】また、作業装置であるバケット７の先端
（モニタポイント）の位置を計測するので、作業状態に
関する施工管理を行うことができる。
（モニタポイント）の位置を計測するので、作業状態に
関する施工管理を行うことができる。
【００６８】本発明の他の実施の形態について説明す
る。
る。
【００６９】まず、上述した実施の形態は、走行式建設
機械として油圧ショベルに本発明を適用し、バケット先
端にモニタポイントを設定した場合のものである。しか
し、本発明は少なくとも２個のＧＰＳを用いて車体の方
向を特定するので、油圧ショベル以外のいかなる走行式
建設機械（例えば走行式クレーン、ホイールローダ、ブ
ルトーザ、クローラキャリア等）にも適用することがで
きる。特に、本発明は、上述したように非旋回式の建設
機械（例えばホイールローダ、ブルトーザ、クローラキ
ャリア等）であっても車体の方向を特定することがで
き、モニタポイントの位置を計測することができる。ま
た、バケットと以外の作業装置或いは作業装置ではなく
車体にモニタポイントを設定した場合でも、車体の方向
を特定し、モニタポイントの位置を計測することができ
る。
機械として油圧ショベルに本発明を適用し、バケット先
端にモニタポイントを設定した場合のものである。しか
し、本発明は少なくとも２個のＧＰＳを用いて車体の方
向を特定するので、油圧ショベル以外のいかなる走行式
建設機械（例えば走行式クレーン、ホイールローダ、ブ
ルトーザ、クローラキャリア等）にも適用することがで
きる。特に、本発明は、上述したように非旋回式の建設
機械（例えばホイールローダ、ブルトーザ、クローラキ
ャリア等）であっても車体の方向を特定することがで
き、モニタポイントの位置を計測することができる。ま
た、バケットと以外の作業装置或いは作業装置ではなく
車体にモニタポイントを設定した場合でも、車体の方向
を特定し、モニタポイントの位置を計測することができ
る。
【００７０】また、上述した実施の形態では、２個のＧ
ＰＳアンテナ３１，３２と上部旋回体３の前後方向の傾
斜角（ピッチ角度）を検出する傾斜センサ２４とを用い
てグローバル座標系Σ0でのショベルベース座標系Σ3の
位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を求めた。このよ
うに傾斜センサ２４を併用することにより油圧ショベル
の車体が傾斜している場合でもショベルベース座標系Σ
3の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を正確に検出
することができる。しかし、油圧ショベルをほとんど平
坦な地形で稼動させる場合或いは多少の傾斜を無視でき
る場合は傾斜センサ２４は無くてもよい。この場合は、
車体の傾斜がゼロであるとみなすことで２個のＧＰＳア
ンテナ３１，３２だけでグローバル座標系Σ0でのショ
ベルベース座標系Σ3の位置及び姿勢を求めることがで
きる。
ＰＳアンテナ３１，３２と上部旋回体３の前後方向の傾
斜角（ピッチ角度）を検出する傾斜センサ２４とを用い
てグローバル座標系Σ0でのショベルベース座標系Σ3の
位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を求めた。このよ
うに傾斜センサ２４を併用することにより油圧ショベル
の車体が傾斜している場合でもショベルベース座標系Σ
3の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を正確に検出
することができる。しかし、油圧ショベルをほとんど平
坦な地形で稼動させる場合或いは多少の傾斜を無視でき
る場合は傾斜センサ２４は無くてもよい。この場合は、
車体の傾斜がゼロであるとみなすことで２個のＧＰＳア
ンテナ３１，３２だけでグローバル座標系Σ0でのショ
ベルベース座標系Σ3の位置及び姿勢を求めることがで
きる。
【００７１】更に、２個のＧＰＳアンテナと傾斜センサ
を使用する場合でも、上記の実施の形態では２個のＧＰ
Ｓアンテナ３１，３２を旋回体後部の左右に設置したた
め、傾斜センサとしても車体のピッチ角度を計測するも
のを用いたが、必ずしもこの組み合わせには限定されな
い。例えば、図７（ａ）に示すように上部旋回体３の側
部の前後にＧＰＳアンテナ３１Ａ，３１Ｂを設置し、上
部旋回体３の左右方向の傾斜角（ロール角度）を検出す
る傾斜センサを設けてもよく、これによってもＧＰＳア
ンテナ３１Ａ，３１Ｂの位置情報と傾斜センサのロール
角度とからグローバル座標系Σ0でのショベルベース座
標系Σ3の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を求め
を求めることができる。要は、２個のＧＰＳアンテナを
結んだ軸線回りの傾斜を検出できる傾斜センサであれ
ば、どのような組み合わせであってもよいものである。
を使用する場合でも、上記の実施の形態では２個のＧＰ
Ｓアンテナ３１，３２を旋回体後部の左右に設置したた
め、傾斜センサとしても車体のピッチ角度を計測するも
のを用いたが、必ずしもこの組み合わせには限定されな
い。例えば、図７（ａ）に示すように上部旋回体３の側
部の前後にＧＰＳアンテナ３１Ａ，３１Ｂを設置し、上
部旋回体３の左右方向の傾斜角（ロール角度）を検出す
る傾斜センサを設けてもよく、これによってもＧＰＳア
ンテナ３１Ａ，３１Ｂの位置情報と傾斜センサのロール
角度とからグローバル座標系Σ0でのショベルベース座
標系Σ3の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を求め
を求めることができる。要は、２個のＧＰＳアンテナを
結んだ軸線回りの傾斜を検出できる傾斜センサであれ
ば、どのような組み合わせであってもよいものである。
【００７２】更に、傾斜センサを設けずに、図７（ｂ）
に示すように上部旋回体３の旋回中心ＯSから外れた３
カ所に３個のＧＰＳアンテナ３１，３２，７０を設けて
もよく、この場合も３個のＧＰＳアンテナ３１，３２，
７０の位置情報でグローバル座標系Σ0でのショベルベ
ース座標系Σ3の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）
を求めることができる。
に示すように上部旋回体３の旋回中心ＯSから外れた３
カ所に３個のＧＰＳアンテナ３１，３２，７０を設けて
もよく、この場合も３個のＧＰＳアンテナ３１，３２，
７０の位置情報でグローバル座標系Σ0でのショベルベ
ース座標系Σ3の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）
を求めることができる。
【００７３】また、上述した実施の形態では、３次元位
置計測装置としてＧＰＳを使用したが、レーザ距離計や
超音波距離計を使用してもよく、この場合も機械に外部
に座標系を設定してモニタポイントの３次元空間での絶
対位置を計測することができ、同様な効果が得られる。
置計測装置としてＧＰＳを使用したが、レーザ距離計や
超音波距離計を使用してもよく、この場合も機械に外部
に座標系を設定してモニタポイントの３次元空間での絶
対位置を計測することができ、同様な効果が得られる。
【００７４】
【発明の効果】本発明によれば、少なくとも２個の３次
元位置計測装置を設置したので、建設機械がどのような
作業状態にありかつどのような種類であっても車体の方
向を特定することができ、モニタポイントの位置を計測
することができる汎用性の高い位置計測システムを提供
することができる。
元位置計測装置を設置したので、建設機械がどのような
作業状態にありかつどのような種類であっても車体の方
向を特定することができ、モニタポイントの位置を計測
することができる汎用性の高い位置計測システムを提供
することができる。
【００７５】また、計測のための初期化作業が不要であ
るので作業効率が低下することがなく、かつ３次元位置
計測装置の故障や破損を生じにくく高信頼性を維持する
ことができる。
るので作業効率が低下することがなく、かつ３次元位置
計測装置の故障や破損を生じにくく高信頼性を維持する
ことができる。
【００７６】更に、傾斜量計測装置を設置したので、車
体が傾斜していても車体の方向を正確に特定でき、モニ
タポイントの位置を正確に計測することができる。
体が傾斜していても車体の方向を正確に特定でき、モニ
タポイントの位置を正確に計測することができる。
【００７７】また、作業装置にモニタポイントを設定し
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
たので、作業状態に関する施工管理を行うことができ
る。
【図１】本発明の一実施の形態に係わる作業位置計測シ
ステムを搭載した油圧ショベルの外観を示す図である。
ステムを搭載した油圧ショベルの外観を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係わる作業位置計測シ
ステムの装置構成を示すブロック図である。
ステムの装置構成を示すブロック図である。
【図３】基準局としての役割を持つ事務所側システムの
装置構成を示すブロック図である。
装置構成を示すブロック図である。
【図４】バケットの先端の３次元空間での絶対位置を演
算するために使用する座標系を示す図である。
算するために使用する座標系を示す図である。
【図５】グローバル座標系の概要を説明する図である。
【図６】演算処理手順を示すフローチャートである。
【図７】ＧＰＳアンテナの他の配置例を示す図である。
１ 油圧ショベル ２ 下部走行体 ３ 上部旋回体 ４ フロント作業機 ５ ブーム ６ アーム ７ バケット ２１〜２３ 角度センサ ２４ 傾斜センサ ３１，３２ ＧＰＳアンテナ ３３，３４ 無線アンテナ ３５ 無線アンテナ ４１，４２ 無線機 ４３，４４ ＧＰＳ受信機 ４５ パネルコンピュータ ４６ 表示装置 ４７ 無線機 ５１ 事務所 ５２ ＧＰＳアンテナ ５３ 無線アンテナ ５４ 無線アンテナ ５５ ＧＰＳ受信機 ５６ 無線機 ５７ 無線機 ５８ コンピュータ ５９ 表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D015 HA03 HB05 5J062 AA01 BB08 CC07 DD13 EE04
Claims (10)
- 【請求項１】走行式建設機械の車体に設置され、それぞ
れ３次元空間での絶対位置を計測する少なくとも２個の
３次元位置計測装置と、 前記３次元位置計測装置による計測結果に基づき、走行
式建設機械に設定されたモニタポイントの３次元空間で
の絶対位置を演算する位置演算装置とを備えることを特
徴とする走行式建設機械の位置計測システム。 - 【請求項２】走行式建設機械の車体に設置され、それぞ
れ３次元空間での絶対位置を計測する少なくとも２個の
３次元位置計測装置と、 前記走行式建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測装置
と、 前記３次元位置計測装置と前記傾斜量計測装置とによる
計測結果に基づき、走行式建設機械に設定されたモニタ
ポイントの３次元空間での絶対位置を演算する位置演算
装置とを備えることを特徴とする走行式建設機械の位置
計測システム。 - 【請求項３】車体と、この車体に設けられた作業装置と
を有し、この作業装置を回転可能な複数の部材で構成し
た走行式建設機械の位置計測システムにおいて、 前記車体に設置され、それぞれ３次元空間での絶対位置
を計測する少なくとも２個の３次元位置計測装置と、 前記作業装置を構成する複数の部材間の回転角度を計測
する少なくとも１個の角度計測装置と、 前記３次元位置計測装置と前記角度計測装置とによる計
測結果に基づき、前記作業装置に設定されたモニタポイ
ントの３次元空間での絶対位置を演算する位置演算装置
とを備えることを特徴とする走行式建設機械の位置計測
システム。 - 【請求項４】車体と、この車体に設けられた作業装置と
を有し、この作業装置を回転可能な複数の部材で構成し
た走行式建設機械の位置計測システムにおいて、 前記車体に設置され、それぞれ３次元空間での絶対位置
を計測する少なくとも２個の３次元位置計測装置と、 前記作業装置を構成する複数の部材間の回転角度を計測
する少なくとも１個の角度計測装置と、 前記走行式建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測装置
と、 前記３次元位置計測装置と前記角度計測装置と前記傾斜
量計測装置とによる計測結果に基づき、前記作業装置に
設定されたモニタポイントの３次元空間での絶対位置を
演算する位置演算装置とを備えることを特徴とする走行
式建設機械の位置計測システム。 - 【請求項５】下部走行体と、この下部走行体上に旋回可
能に設けられた上部旋回体と、この上部旋回体に設けら
れた作業装置とを有し、この作業装置を回転可能な複数
の部材で構成した走行式建設機械の位置計測システムに
おいて、 前記上部旋回体に設置され、それぞれ３次元空間での絶
対位置を計測する少なくとも２個の３次元位置計測装置
と、 前記作業装置を構成する複数の部材間の回転角度を計測
する少なくとも１個の角度計測装置と、 前記３次元位置計測装置と前記角度計測装置とによる計
測結果に基づき、前記作業装置に設定されたモニタポイ
ントの３次元空間での絶対位置を演算する位置演算装置
とを備えることを特徴とする走行式建設機械の位置計測
システム。 - 【請求項６】下部走行体と、この下部走行体上に旋回可
能に設けられた上部旋回体と、この上部旋回体に設けら
れた作業装置とを有し、この作業装置を回転可能な複数
の部材で構成した走行式建設機械の位置計測システムに
おいて、 前記上部旋回体に設置され、それぞれ３次元空間での絶
対位置を計測する少なくとも２個の３次元位置計測装置
と、 前記走行式建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測装置
と、 前記作業装置を構成する複数の部材間の回転角度を計測
する少なくとも１個の角度計測装置と、 前記３次元位置計測装置と前記傾斜量計測装置と前記角
度計測装置とによる計測結果に基づき、前記作業装置に
設定されたモニタポイントの３次元空間での絶対位置を
演算する位置演算装置とを備えることを特徴とする走行
式建設機械の位置計測システム。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項記載の走行式
建設機械の位置計測システムにおいて、前記走行式建設
機械に設けられ、前記位置演算装置による演算結果に基
づき前記モニタポイントの位置を表示する第１表示装置
を更に備えることを特徴とする走行式建設機械の位置計
測システム。 - 【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項記載の走行式
建設機械の位置計測システムにおいて、前記作業位置演
算装置による演算結果によるモニタポイントの位置デー
タを出力するデータ出力手段と、前記走行式建設機械と
異なる場所に設置され、前記データ出力手段により出力
された位置データを入力するデータ入力手段と、このデ
ータ入力手段により入力した位置データに基づき前記モ
ニタポイントの位置を表示する第２表示装置とを更に備
えることを特徴とする走行式建設機械の位置計測システ
ム。 - 【請求項９】請求項８記載の走行式建設機械の位置計測
システムにおいて、前記データ出力手段は、前記位置デ
ータを無線で送信する手段であり、前記データ入力手段
は、前記位置データを無線で受信する手段であることを
特徴とする走行式建設機械の位置計測システム。 - 【請求項１０】請求項１〜６のいずれか１項記載の走行
式建設機械の位置計測システムにおいて、前記３次元位
置計測装置はＧＰＳであることを特徴とする走行式建設
機械の位置計測システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001120140A JP2002310652A (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | 走行式建設機械の位置計測システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001120140A JP2002310652A (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | 走行式建設機械の位置計測システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002310652A true JP2002310652A (ja) | 2002-10-23 |
Family
ID=18970235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001120140A Pending JP2002310652A (ja) | 2001-04-18 | 2001-04-18 | 走行式建設機械の位置計測システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002310652A (ja) |
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- 2001-04-18 JP JP2001120140A patent/JP2002310652A/ja active Pending
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