JP2002340556A - Position-measuring system for travelling construction machine, position-measuring computer and position- measuring program - Google Patents
Position-measuring system for travelling construction machine, position-measuring computer and position- measuring programInfo
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Abstract
Description
【０００１】[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
間における位置を計測する走行式建設機械の位置計測シ
ステム、位置計測コンピュータ及び位置計測プログラム
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position measuring system, a position measuring computer and a position measuring program for a traveling construction machine for measuring the position of a monitor point set on a traveling construction machine such as a hydraulic shovel in a three-dimensional space. About.
【０００２】[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、作業管理を行うといったことが
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。2. Description of the Related Art In recent years, at a construction site, a position of a monitor point of a traveling construction machine is measured by using a three-dimensional position measuring device such as a GPS, and work management is performed. A representative example of the monitor point is a position of a working device of a construction machine, for example, a tip end position of a bucket of a hydraulic shovel. If the tip position of the bucket can be measured, the work progress status during construction can be grasped by comparing the measured data with preset topographic data and target shape data, and management during construction can be performed. Further, even after the construction, the construction management can be performed by generating the completed data (for example, the excavated terrain data) from the measurement data.
【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。As a prior art of such a position measuring system, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500700 and
No. 159450.
【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。In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500700, one GPS antenna is installed at a position other than the center of rotation on the upper swing body of a hydraulic shovel, and positional information of the GPS antenna, boom, The absolute position of the bucket in a three-dimensional space is calculated from the angle information of the rotation angle sensor that detects the rotation angles of the arm and the bucket. The specific method is as follows. First, before the start of work, the operator turns the upper revolving structure, measures the positions of the GPS antennas at three or more positions on the arc, and obtains the revolving center of the upper revolving structure. A work is performed, and the direction of the excavator is specified from the GPS position data and the turning center position of the upper turning body. Next, the position of the bucket is determined from the direction of the excavator and the angle data of the rotation angles of the boom, the arm, and the bucket.
【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。[0005] In the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-159450, a vertical pole is provided on a bucket of a hydraulic shovel,
A GPS antenna is attached to the tip of this pole to directly measure the bucket position.
【０００６】[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。However, the above prior art has the following problems.
【０００７】特表平９−５００７００号公報や特開平９
−１５９４５０号公報の従来技術はいずれもＧＰＳ（gr
obal positioning system）を利用する位置計測システ
ムである。ＧＰＳはＧＰＳアンテナ及びその受信機によ
り地球の回りを旋回する所定個数の人工衛星の電波を受
信し、コード情報を解析することによりＧＰＳアンテナ
の位置を３次元空間の位置データとしてリアルタイムに
計測するシステムである。しかし、このＧＰＳは所定個
数の人工衛星の電波を受信するシステムであるため、所
定個数の人工衛星の電波を受信できない場所、例えば地
下、ビル内、山間部などＧＰＳ衛星を捕捉できないよう
な作業現場では使用できない。また、人工衛星の電波を
受信できる場所であっても、天候や電離層の状態等によ
って受信状況が左右され、演算不能になるか演算精度が
低下し、気象状況によっては使用できない場合がある。[0007] Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-500700 and
All of the prior arts disclosed in Japanese Patent No.
obal positioning system). The GPS receives a radio wave of a predetermined number of artificial satellites orbiting around the earth using a GPS antenna and its receiver, and analyzes the code information to measure the position of the GPS antenna in real time as position data in three-dimensional space. It is. However, since this GPS is a system that receives radio waves of a predetermined number of artificial satellites, a work site that cannot receive the radio waves of a predetermined number of artificial satellites, such as an underground, a building, or a mountainous area where GPS satellites cannot be captured. Cannot be used. In addition, even in a place where satellite radio waves can be received, the reception condition is affected by the weather, the ionosphere, and the like, and the calculation becomes impossible or the calculation accuracy is reduced.
【０００８】本発明の目的は、建設機械の設置場所や気
象条件に左右されずに建設機械の位置と方向を特定で
き、モニタポイントの位置を計測することができる走行
式建設機械の位置計測システム、位置計測制御装置及び
位置計測プログラムを提供することである。An object of the present invention is to provide a position measuring system for a traveling construction machine capable of specifying the position and direction of the construction machine and measuring the position of a monitor point without being affected by the installation location of the construction machine or weather conditions. , A position measurement control device and a position measurement program.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
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、地上の外部基準に対する走行式建設機械の
特定の点の距離と方位を計測する３次元位置計測手段
と、地上に設置したレーザ灯台と、走行式建設機械に設
置したレーザ受光器と、前記レーザ受光器が前記レーザ
灯台の発するレーザ光を受光したことをトリガーとし
て、前記３次元位置計測手段の計測結果と前記外部基準
に対する前記レーザ光の位置関係とに基づき前記外部基
準に対する走行式建設機械の位置と姿勢を演算し、この
位置と姿勢の演算値に基づき走行式建設機械のモニタポ
イントの３次元空間での位置を演算する位置演算手段と
を備えるものとする。(1) In order to achieve the above object, the present invention relates to a position measuring system for a traveling construction machine, wherein the distance between a specific point of the traveling construction machine with respect to an external reference on the ground is determined. A three-dimensional position measuring means for measuring an azimuth, a laser lighthouse installed on the ground, a laser light receiver installed on a traveling construction machine, and a trigger that the laser light receiver receives laser light emitted from the laser lighthouse. Calculating the position and attitude of the traveling construction machine with respect to the external reference based on the measurement result of the three-dimensional position measuring means and the positional relationship of the laser beam with respect to the external reference, and running based on the calculated values of the position and attitude. Position calculating means for calculating the position of the monitor point of the construction machine in the three-dimensional space.
【００１０】このように本発明は、地上の外部基準に対
する走行式建設機械の特定の点の距離と方位を計測する
３次元位置計測手段と、レーザ灯台と、レーザ受光器
と、位置演算手段とにより走行式建設機械の位置と姿勢
を演算し、走行式建設機械のモニタポイントの３次元空
間での位置を演算するようにしたので、建設機械の設置
場所や気象条件に左右されずに建設機械の位置と方向を
特定でき、モニタポイントの位置を計測することができ
る。As described above, the present invention provides a three-dimensional position measuring means for measuring the distance and direction of a specific point of a traveling construction machine with respect to an external reference on the ground, a laser lighthouse, a laser light receiver, and a position calculating means. Calculates the position and orientation of the traveling construction machine, and calculates the position of the monitor point of the traveling construction machine in a three-dimensional space. Therefore, the construction machine is not affected by the installation location of the construction machine and weather conditions. Of the monitor point can be specified, and the position of the monitor point can be measured.
【００１１】（２）また、上記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、地上の外部基準に対する走行式建設機械の特定の点
の距離と方位を計測する３次元位置計測手段と、地上に
設置したレーザ灯台と、走行式建設機械に設置したレー
ザ受光器と、前記走行式建設機械の傾斜量を計測する傾
斜量計測手段と、前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の
発するレーザ光を受光したことをトリガーとして、前記
３次元位置計測手段と傾斜量計測手段のそれぞれの計測
結果と前記外部基準に対する前記レーザ光の位置関係と
に基づき前記外部基準に対する走行式建設機械の位置と
姿勢を演算し、この位置と姿勢の演算値に基づき走行式
建設機械のモニタポイントの３次元空間での位置を演算
する位置演算手段とを備えるものとする。(2) To achieve the above object,
The present invention provides a position measuring system for a traveling construction machine, comprising: a three-dimensional position measuring means for measuring a distance and an azimuth of a specific point of the traveling construction machine with respect to an external reference on the ground; a laser lighthouse installed on the ground; A laser receiver installed on a construction machine, an inclination measuring means for measuring an inclination of the traveling construction machine, and a trigger triggered by the laser receiver receiving laser light emitted from the laser lighthouse. The position and orientation of the traveling construction machine with respect to the external reference are calculated based on the respective measurement results of the three-dimensional position measuring means and the inclination amount measuring means and the positional relationship of the laser beam with respect to the external reference, and the calculation of the position and the posture is performed. Position calculating means for calculating the position of the monitor point of the traveling construction machine in the three-dimensional space based on the value.
【００１２】これにより上記（１）で述べたように、建
設機械の設置場所や気象条件に左右されずに建設機械の
位置と方向を特定でき、モニタポイントの位置を計測す
ることができる。Thus, as described in (1) above, the position and direction of the construction machine can be specified without being affected by the installation location of the construction machine and weather conditions, and the position of the monitor point can be measured.
【００１３】また、傾斜量計測装置を設置したので、建
設機械が傾斜していても建設機械の方向を特定でき、モ
ニタポイントの位置を正確に計測することができる。Further, since the inclination measuring device is installed, the direction of the construction machine can be specified even if the construction machine is inclined, and the position of the monitor point can be accurately measured.
【００１４】（３）また、上記目的を達成するために、
本発明は、走行装置と、この走行装置上に旋回可能に搭
載された上部旋回体とを有する走行式建設機械の位置計
測システムにおいて、地上の外部基準に対する前記上部
旋回体の回転軸近傍の点の距離と方位を計測する３次元
位置計測手段と、地上に設置したレーザ灯台と、走行式
建設機械に設置したレーザ受光器と、前記走行装置に対
する上部旋回体の回転角を計測する角度計測手段と、前
記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレーザ光を受
光したことをトリガーとして、前記３次元位置計測手段
と角度計測手段のそれぞれの計測結果と前記外部基準に
対する前記レーザ光の位置関係とに基づき前記外部基準
に対する前記走行装置の位置と姿勢を演算し、この位置
と姿勢の演算値に基づき走行式建設機械のモニタポイン
トの３次元空間での位置を演算する位置演算手段とを備
えるものとする。(3) In order to achieve the above object,
The present invention relates to a position measuring system of a traveling construction machine having a traveling device and an upper revolving structure pivotally mounted on the traveling device, wherein a point near a rotation axis of the upper revolving structure with respect to an external reference on the ground is provided. Three-dimensional position measuring means for measuring the distance and azimuth of the vehicle, a laser lighthouse installed on the ground, a laser light receiver installed on a traveling construction machine, and an angle measuring means for measuring the rotation angle of the upper swing body with respect to the traveling apparatus Triggered by the laser light receiver receiving the laser light emitted by the laser lighthouse, the measurement results of the three-dimensional position measurement means and the angle measurement means and the positional relationship of the laser light with respect to the external reference The position and orientation of the traveling device with respect to the external reference are calculated based on the external reference, and the three-dimensional space of the monitor point of the traveling construction machine is calculated based on the calculated values of the position and orientation. Shall and a position calculating means for calculating a position.
【００１５】これにより走行装置と上部旋回体を備えた
走行式建設機械において、上記（１）で述べたように、
建設機械の設置場所や気象条件に左右されずに建設機械
の位置と方向を特定でき、モニタポイントの位置を計測
することができる。Thus, in a traveling construction machine having a traveling device and an upper revolving structure, as described in (1) above,
The position and direction of the construction machine can be specified irrespective of the installation location of the construction machine and weather conditions, and the position of the monitor point can be measured.
【００１６】（４）更に、上記目的を達成するために、
本発明は、走行装置と、この走行装置上に旋回可能に搭
載された上部旋回体とを有する走行式建設機械の位置計
測システムにおいて、地上の外部基準に対する前記上部
旋回体の回転軸近傍の点の距離と方位を計測する３次元
位置計測手段と、地上に設置したレーザ灯台と、走行式
建設機械に設置したレーザ受光器と、前記走行装置に対
する上部旋回体の回転角を計測する角度計測手段と、前
記走行式建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測手段
と、前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレーザ
光を受光したことをトリガーとして、前記３次元位置計
測手段と角度計測手段と傾斜量計測手段のそれぞれの計
測結果と前記外部基準に対する前記レーザ光の位置関係
とに基づき前記外部基準に対する前記走行装置の位置と
姿勢を演算し、この位置と姿勢の演算値に基づき走行式
建設機械のモニタポイントの３次元空間での位置を演算
する位置演算手段とを備えるものとする。(4) Further, in order to achieve the above object,
The present invention relates to a position measuring system of a traveling construction machine having a traveling device and an upper revolving structure pivotally mounted on the traveling device, wherein a point near a rotation axis of the upper revolving structure with respect to an external reference on the ground is provided. Three-dimensional position measuring means for measuring the distance and azimuth of the vehicle, a laser lighthouse installed on the ground, a laser light receiver installed on a traveling construction machine, and an angle measuring means for measuring the rotation angle of the upper swing body with respect to the traveling apparatus And an inclination amount measurement unit that measures an inclination amount of the traveling construction machine; and the three-dimensional position measurement unit and the angle measurement unit, with the laser light receiver receiving laser light emitted from the laser lighthouse as a trigger. The position and orientation of the traveling device with respect to the external reference are calculated based on the respective measurement results of the inclination amount measuring means and the positional relationship of the laser light with respect to the external reference, Shall and a position calculating means for calculating a position in three-dimensional space of the traveling construction machine monitoring point based on calculated value of the location and orientation.
【００１７】これにより走行装置と上部旋回体を備えた
走行式建設機械において、上記（１）で述べたように、
建設機械の設置場所や気象条件に左右されずに建設機械
の位置と方向を特定でき、モニタポイントの位置を計測
することができる。As a result, in the traveling construction machine having the traveling device and the upper swing body, as described in the above (1),
The position and direction of the construction machine can be specified irrespective of the installation location of the construction machine and weather conditions, and the position of the monitor point can be measured.
【００１８】また、上記（２）で述べたように、傾斜量
計測装置を設置したので、建設機械が傾斜していても建
設機械の方向を特定でき、モニタポイントの位置を正確
に計測することができる。Further, as described in the above (2), since the inclination measuring device is installed, even if the construction machine is inclined, the direction of the construction machine can be specified, and the position of the monitor point can be accurately measured. Can be.
【００１９】（５）また、上記目的を達成するために、
本発明は、走行装置と、この走行装置上に旋回可能に搭
載された上部旋回体と、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又は伸縮な複数の
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、地上の外部基準に対する前記上部旋回体の回転軸
近傍の点の距離と方位を計測する３次元位置計測手段
と、地上に設置したレーザ灯台と、前記作業装置に設置
したレーザ受光器と、前記走行装置に対する上部旋回体
の回転角を計測する角度計測手段と、前記作業装置を構
成する複数の部材の位置と姿勢を計測する位置・姿勢計
測手段と、前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発する
レーザ光を受光したことをトリガーとして、前記位置・
姿勢計測手段の計測結果に基づき前記レーザ受光器の位
置を演算し、前記３次元位置計測手段と角度計測手段の
それぞれの計測結果とそのレーザ受光器の位置の演算結
果と前記外部基準に対する前記レーザ光の位置関係とに
基づき前記外部基準に対する前記走行装置の位置と姿勢
を演算し、この位置と姿勢の演算値に基づき前記作業装
置のモニタポイントの３次元空間での位置を演算する位
置演算手段とを備えるものとする。(5) In order to achieve the above object,
The present invention has a traveling device, an upper revolving unit rotatably mounted on the traveling device, and a working device provided on the upper revolving unit, and a plurality of members that rotate or expand and contract the working device. In the position measurement system of a traveling construction machine configured with: a three-dimensional position measurement means for measuring the distance and azimuth of a point near the rotation axis of the upper revolving structure with respect to an external reference on the ground, and a laser lighthouse installed on the ground, A laser receiver installed in the working device, an angle measuring device for measuring a rotation angle of the upper swing body with respect to the traveling device, and a position / posture measuring device for measuring positions and postures of a plurality of members constituting the working device And the laser receiver receiving the laser light emitted by the laser lighthouse as a trigger,
The position of the laser light receiver is calculated based on the measurement result of the attitude measuring means, the respective measurement results of the three-dimensional position measuring means and the angle measuring means, the calculation result of the position of the laser light receiver, and the laser with respect to the external reference. Position calculating means for calculating a position and a posture of the traveling device with respect to the external reference based on the positional relationship of light and calculating a position of a monitor point of the working device in a three-dimensional space based on a calculated value of the position and the posture; Are provided.
【００２０】これにより走行装置と上部旋回体を備え、
かつ回転又は伸縮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
設機械の設置場所や気象条件に左右されずに建設機械の
位置と方向を特定でき、モニタポイントの位置を計測す
ることができる。[0020] Thereby, a traveling device and an upper revolving superstructure are provided.
As described in the above (1), in a traveling construction machine having a working device composed of a plurality of rotating or telescopic members and setting a monitor point on the working device, as described in (1) above, the installation location of the construction machine and weather conditions The position and the direction of the construction machine can be specified without being influenced by the information, and the position of the monitor point can be measured.
【００２１】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。In addition, since the monitor point is set in the working device, it is possible to perform construction management relating to the working state.
【００２２】（６）更に、上記目的を達成するために、
本発明は、走行装置と、この走行装置上に旋回可能に搭
載された上部旋回体と、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又は伸縮な複数の
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、地上の外部基準に対する前記上部旋回体の回転軸
近傍の点の距離と方位を計測する３次元位置計測手段
と、地上に設置したレーザ灯台と、前記作業装置に設置
したレーザ受光器と、前記走行装置に対する上部旋回体
の回転角を計測する角度計測手段と、前記作業装置を構
成する複数の部材の位置と姿勢を計測する位置・姿勢計
測手段と、前記走行式建設機械の傾斜量を計測する傾斜
量計測手段と、前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発
するレーザ光を受光したことをトリガーとして、前記位
置・姿勢計測手段の計測結果に基づき前記レーザ受光器
の位置を演算し、前記３次元位置計測手段と角度計測手
段と傾斜量計測手段のそれぞれの計測結果とそのレーザ
受光器の位置の演算結果と前記外部基準に対する前記レ
ーザ光の位置関係とに基づき前記外部基準に対する前記
走行装置の位置と姿勢を演算し、この位置と姿勢の演算
値に基づき前記作業装置のモニタポイントの３次元空間
での位置を演算する位置演算手段とを備えるものとす
る。(6) Further, in order to achieve the above object,
The present invention has a traveling device, an upper revolving unit rotatably mounted on the traveling device, and a working device provided on the upper revolving unit, and a plurality of members that rotate or expand and contract the working device. In the position measurement system of a traveling construction machine configured with: a three-dimensional position measurement means for measuring the distance and azimuth of a point near the rotation axis of the upper revolving structure with respect to an external reference on the ground, and a laser lighthouse installed on the ground, A laser receiver installed in the working device, an angle measuring device for measuring a rotation angle of the upper swing body with respect to the traveling device, and a position / posture measuring device for measuring positions and postures of a plurality of members constituting the working device And an inclination amount measuring means for measuring the inclination amount of the traveling construction machine, and the laser light receiver receiving the laser light emitted from the laser lighthouse as a trigger, and the position / posture measuring means The position of the laser receiver is calculated based on the measurement result, and the respective measurement results of the three-dimensional position measurement means, the angle measurement means, and the inclination amount measurement means, the calculation result of the position of the laser light receiver, and the external reference A position calculation for calculating a position and a posture of the traveling device with respect to the external reference based on the positional relationship of the laser beam and calculating a position of a monitor point of the working device in a three-dimensional space based on the calculated values of the position and the posture. Means.
【００２３】これにより走行装置と上部旋回体を備え、
かつ回転又は伸縮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
設機械の設置場所や気象条件に左右されずに建設機械の
位置と方向を特定でき、モニタポイントの位置を計測す
ることができる。With this arrangement, a traveling device and an upper revolving superstructure are provided.
As described in the above (1), in a traveling construction machine having a working device composed of a plurality of rotating or telescopic members and setting a monitor point on the working device, as described in (1) above, the installation location of the construction machine and weather conditions The position and the direction of the construction machine can be specified without being influenced by the information, and the position of the monitor point can be measured.
【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。Further, since the monitor points are set in the working device, construction management relating to the working state can be performed.
【００２５】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、建設機械が傾斜していても建
設機械の方向を特定でき、モニタポイントの位置を正確
に計測することができる。Further, as described in the above (2), since the inclination measuring device is installed, even if the construction machine is inclined, the direction of the construction machine can be specified, and the position of the monitor point can be accurately measured. Can be.
【００２６】（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
手段の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。(7) In the above (1) to (6), preferably, the first display device is provided in the traveling construction machine and displays a position of the monitor point based on a calculation result of the position calculation means. Further provisions shall be made.
【００２７】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。Thus, the position of the monitor point can be notified to the operator.
【００２８】（８）また、上記（１）〜（７）におい
て、好ましくは、前記走行式建設機械と異なる場所に設
置され、前記位置演算手段の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２表示装置を更に備える
ものとする。(8) In the above (1) to (7), preferably, the monitor point is installed at a place different from the traveling construction machine, and the position of the monitor point is displayed based on the calculation result of the position calculation means. It is further provided with a second display device.
【００２９】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。また、遠隔地で建設機械のモニタポイントの動作を
観察できるので、無線操縦により建設機械を無人で運転
する場合の遠隔操作をアシストすることがができる。Thus, the position of the monitor point can be managed in a place different from the traveling construction machine. In addition, since the operation of the monitor point of the construction machine can be observed at a remote place, it is possible to assist remote operation when the construction machine is operated unmanned by radio control.
【００３０】（９）上記（１）〜（８）において、好ま
しくは、前記位置演算手段は前記走行式建設機械と異な
る場所に設置されたコンピュータに設けられ、入出力手
段により前記走行式建設機械とデータのやりとりを行う
ものとする。(9) In the above (1) to (8), preferably, the position calculating means is provided in a computer installed at a place different from the traveling type construction machine, and the input / output means makes the traveling type construction machine preferable. And exchange data.
【００３１】これにより車体コントローラの処理負担が
軽減し、車体コントローラに処理能力や記憶容量の制約
があってもモニタポイントの位置の演算を容易に行うこ
とができる。As a result, the processing load on the vehicle controller can be reduced, and the position of the monitor point can be easily calculated even if the processing capability and the storage capacity of the vehicle controller are limited.
【００３２】（１０）また、上記（９）において、好ま
しくは、前記入出力手段は無線通信手段である。(10) In the above (9), preferably, the input / output means is a wireless communication means.
【００３３】（１１）更に、上記（１）〜（６）におい
て、好ましくは、前記３次元位置計測手段はレーザ追尾
装置である。(11) Further, in the above (1) to (6), preferably, the three-dimensional position measuring means is a laser tracking device.
【００３４】（１２）また、上記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コンピュータ
において、走行式建設機械に設置したレーザ受光器がレ
ーザ灯台の発するレーザ光を受光したことをトリガーと
して、地上の外部基準に対する走行式建設機械の特定の
点の距離と方位の計測結果と前記外部基準に対する前記
レーザ光の位置関係とに基づき前記外部基準に対する走
行式建設機械の位置と姿勢を演算する手段と、この位置
と姿勢の演算値に基づき走行式建設機械のモニタポイン
トの３次元空間での位置を演算する手段とを有するもの
とする。(12) In order to achieve the above object, according to the present invention, in a position measuring computer for a traveling construction machine, a laser receiver installed in the traveling construction machine receives laser light emitted from a laser lighthouse. With that as a trigger, the position of the traveling construction machine with respect to the external reference based on the measurement result of the distance and orientation of the specific point of the traveling construction machine with respect to the external reference on the ground and the positional relationship of the laser light with respect to the external reference. The apparatus has means for calculating the attitude and means for calculating the position of the monitor point of the traveling construction machine in a three-dimensional space based on the calculated values of the position and the attitude.
【００３５】これにより上記（１）で述べたように、建
設機械の設置場所や気象条件に左右されずに建設機械の
位置と方向を特定でき、モニタポイントの位置を計測す
ることができる。Thus, as described in the above (1), the position and direction of the construction machine can be specified irrespective of the installation location of the construction machine and weather conditions, and the position of the monitor point can be measured.
【００３６】（１３）更に、上記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プログラムに
おいて、走行式建設機械のモニタポイントの位置を計測
するためにコンピュータを、走行式建設機械に設置した
レーザ受光器がレーザ灯台の発するレーザ光を受光した
ことをトリガーとして、地上の外部基準に対する走行式
建設機械の特定の点の距離と方位の計測結果と前記外部
基準に対する前記レーザ光の位置関係とに基づき前記外
部基準に対する走行式建設機械の位置と姿勢を演算する
手段と、この位置と姿勢の演算値に基づき走行式建設機
械のモニタポイントの３次元空間での位置を演算する手
段として機能させるものとする。(13) Further, in order to achieve the above object, according to the present invention, in a position measuring program for a traveling construction machine, a computer for measuring a position of a monitor point of the traveling construction machine is provided. Triggered by the laser light receiver installed on the machine receiving the laser light emitted by the laser lighthouse, the distance and direction measurement results of a specific point of the traveling construction machine with respect to the external reference on the ground and the laser light with respect to the external reference Means for calculating the position and orientation of the traveling construction machine with respect to the external reference on the basis of the positional relationship, and computing the position of the monitor point of the traveling construction machine in a three-dimensional space based on the computed values of the position and orientation. Function as a means.
【００３７】これにより上記（１）で述べたように、建
設機械の設置場所や気象条件に左右されずに建設機械の
位置と方向を特定でき、モニタポイントの位置を計測す
ることができる。Thus, as described in (1) above, the position and direction of the construction machine can be specified without being affected by the installation location of the construction machine and weather conditions, and the position of the monitor point can be measured.
【００３８】[0038]
【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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a crawler type excavator as a traveling construction machine, and a monitor point is set at a tip of a bucket of the excavator.
【００３９】図１は、本実施の形態に係わる作業位置計
測システムによりモニタポイントの位置を計測する油圧
ショベルの外観とその周辺の作業状況及び装置を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing the external appearance of a hydraulic shovel for measuring the position of a monitor point by the work position measuring system according to the present embodiment, and the surrounding working conditions and devices.
【００４０】図１において、１は油圧ショベルであり、
油圧ショベル１は走行装置を構成する下部走行体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。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a hydraulic shovel,
The hydraulic excavator 1 includes a lower traveling body 2 that constitutes a traveling device,
An upper revolving unit 3 is provided on the lower traveling unit 2 so as to be capable of turning and forms a vehicle body together with the lower traveling unit 2, and a front work unit 4 provided on the upper revolving unit 3. A boom 5 provided on the body 3 so as to be vertically rotatable, an arm 6 provided at a tip of the boom 5 so as to be vertically rotatable, and a bucket 7 provided at a tip of the arm 6 so as to be vertically rotatable. And driven by expanding and contracting the boom cylinder 8, the arm cylinder 9, and the bucket cylinder 10, respectively. An operator cab 11 is provided in the upper swing body 3.
【００４１】また、油圧ショベル１には、下部走行体２
と上部旋回体３との回転角（旋回角度）を検出する角度
センサ２０、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２
２、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２３、車体の前後方向の傾斜角
（ピッチ角度）と左右方向の傾斜角（ロール角）を検出
する傾斜センサ２４が設けられている。The hydraulic excavator 1 also includes a lower traveling body 2.
Sensor 20 for detecting a rotation angle (swing angle) between the upper revolving unit 3 and the upper revolving unit 3, an angle sensor 21 for detecting a rotation angle (boom angle) between the upper revolving unit 3 and the boom 5, and rotation of the boom 5 and the arm 6 Angle sensor 2 for detecting angle (arm angle)
2. Rotation angle between arm 6 and bucket 7 (bucket angle)
And an inclination sensor 24 for detecting an inclination angle (pitch angle) of the vehicle body in the front-rear direction and an inclination angle (roll angle) of the vehicle body in the left-right direction.
【００４２】更に、油圧ショベル１の上部旋回体３の上
部にはレーザ光のリフレクタ６１が設けられ、フロント
作業機４のアーム６の側面にはレーザ受光器２５が設け
られている。リフレクタ６１は上部旋回体３の旋回中心
である旋回軸近傍の位置に立てた柱の上端に設けられて
いる。Further, a reflector 61 for laser light is provided above the upper swing body 3 of the excavator 1, and a laser light receiver 25 is provided on a side surface of the arm 6 of the front working machine 4. The reflector 61 is provided at the upper end of a column that is set up near a turning axis that is the turning center of the upper turning body 3.
【００４３】また、油圧ショベルの外部には、リフレク
タ６１の位置をリアルタイムに追尾し、その距離と方位
を計測するレーザ追尾装置６２と、レーザ受光器２５に
対してレーザ光波面６３を投影するレーザ灯台６４が設
置されている。レーザ追尾装置６２とレーザ灯台６４は
共に地上に設置されている。リフレクタ６１とレーザ追
尾装置６２は自動追尾トータルステーションシステムと
して知られているものである。なお、レーザ追尾装置６
２の設置位置は油圧ショベル１に対し地上の外部基準と
なるものであり、この位置にワールド座標系が設定され
る（後述）。Outside the hydraulic excavator, a laser tracking device 62 for tracking the position of the reflector 61 in real time and measuring the distance and azimuth thereof, and a laser for projecting a laser light wavefront 63 to the laser light receiver 25. A lighthouse 64 is provided. The laser tracking device 62 and the laser lighthouse 64 are both installed on the ground. The reflector 61 and the laser tracking device 62 are known as an automatic tracking total station system. The laser tracking device 6
The installation position of 2 serves as an external reference on the ground with respect to the excavator 1, and a world coordinate system is set at this position (described later).
【００４４】図２は本実施の形態に係わる位置計測シス
テムの装置構成を示すブロック図である。位置計測シス
テムは、大きく分けて車体側システムＡとサイト側シス
テムＢとで構成されている。FIG. 2 is a block diagram showing a device configuration of the position measuring system according to the present embodiment. The position measurement system is roughly composed of a vehicle-side system A and a site-side system B.
【００４５】車体側システムＡは、油圧ショベル１に搭
載するシステムであり、上記の各種角度センサ２０〜２
４及びレーザ受光器２５と、アンテナ３１及び無線機３
２と、車体コントローラ３３と、表示装置３４とを備え
ている。車体コントローラ３３は、各種角度センサ２０
〜２４の信号とレーザ受光器２５の受光信号を入力し、
これらのデータを無線機３２及びアンテナ３１介してサ
イト側システムＢに送るとともに、サイト側システムＢ
で演算したバケット７の先端（モニタポイント）の位置
を、アンテナ３１及び無線機３２を介して入力する。ま
た、車体コントローラ３３はバケット７の先端（モニタ
ポイント）の位置をイラスト等を交えて表示装置３４に
表示させる。The vehicle-side system A is a system mounted on the hydraulic excavator 1 and includes the various angle sensors 20 to 2 described above.
4 and laser receiver 25, antenna 31 and radio 3
2, a vehicle controller 33, and a display device 34. The vehicle controller 33 includes various angle sensors 20
~ 24 and the light receiving signal of the laser receiver 25 are input,
These data are sent to the site-side system B via the radio 32 and the antenna 31, and the site-side system B
The position of the tip (monitor point) of the bucket 7 calculated in step (1) is input via the antenna 31 and the wireless device 32. Also, the vehicle controller 33 displays the position of the tip (monitor point) of the bucket 7 on the display device 34 with an illustration or the like.
【００４６】サイト側システムＢは、油圧ショベル１の
作業現場から離れた位置にあり、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に装備されるも
のであり、アンテナ４１及び無線機４２と、サイトコン
ピュータ４３と、表示装置４４とを備え、レーザ追尾装
置６２で追尾している油圧ショベル１上のリフレクタ６
１の位置が有線又は無線によりサイトコンピュータ４３
に入力される。サイトコンピュータ４３は、そのリフレ
クタ６１の位置と、車体コントローラ３３から送信され
る各種角度センサ２０〜２４の値とレーザ受光器２５の
受光状態から、外部基準（レーザ追尾装置６２の設置位
置）に対するバケット７の先端（モニタポイント）を演
算する。また、このサイトコンピュータ４３で演算した
位置データと管理データをイラストを交えて表示装置４
４に表示させる。更に、このサイトコンピュータ４３で
演算した位置データを無線機４２及びアンテナ４１を介
して車体側システムＡに送信する。The site-side system B is located at a position distant from the work site of the excavator 1 and is provided in an office for managing the positions of the excavator 1 and the bucket 7 and the work, and has an antenna 41 and a radio , A site computer 43, and a display device 44, and the reflector 6 on the hydraulic shovel 1 tracked by the laser tracking device 62.
1 is the site computer 43 by wire or wireless
Is input to Based on the position of the reflector 61, the values of the various angle sensors 20 to 24 transmitted from the vehicle body controller 33, and the light receiving state of the laser light receiver 25, the site computer 43 calculates a bucket with respect to an external reference (position where the laser tracking device 62 is installed). 7 (monitor point) is calculated. Further, the position data and the management data calculated by the site computer 43 are displayed on the display device 4 together with illustrations.
4 is displayed. Further, the position data calculated by the site computer 43 is transmitted to the vehicle-body-side system A via the wireless device 42 and the antenna 41.
【００４７】本実施の形態に係わる位置計測システムの
計測原理及び動作の概要を説明する。An outline of the measurement principle and operation of the position measurement system according to the present embodiment will be described.
【００４８】油圧ショベルで行う作業の一例として、図
１に示すような法面掘削作業を考える。この作業では、
まず、油圧ショベルを掘削すべき場所に移動し、下部走
行体２に対して上部旋回体３をある角度旋回させ、その
旋回位置でフロント作業機４を前後に動かしバケット７
により所定幅の法面を掘削する。この所定幅の法面掘削
が終了すると、上部旋回体３を更に旋回させ、その旋回
位置で同様にバケット７により所定幅の法面を掘削す
る。上部旋回体３を旋回させただけではバケット７の先
端が掘削したい位置に届かなくなると、オペレータは下
部走行体２を操作して油圧ショベル１を図示の位置から
若干移動し、この位置で同様に旋回操作、フロント操作
を行い法面を掘削する。As an example of an operation performed by a hydraulic excavator, a slope excavation operation as shown in FIG. 1 is considered. In this work,
First, the excavator is moved to a place to be excavated, the upper swing body 3 is swiveled by a certain angle with respect to the lower running body 2, and the front work machine 4 is moved back and forth at the swung position to move the bucket 7.
Excavates a slope with a predetermined width. When the slope excavation of the predetermined width is completed, the upper swing body 3 is further turned, and the bucket 7 is similarly excavated at the turning position by the bucket 7. When the tip of the bucket 7 does not reach the position to be excavated only by turning the upper revolving unit 3, the operator operates the lower traveling unit 2 to slightly move the hydraulic excavator 1 from the position shown in FIG. Perform the turning operation and the front operation to excavate the slope.
【００４９】このように油圧ショベルで作業を行う場合
は、下部走行体２の位置と方向（姿勢）はオペレータに
よる走行操作、掘削等の作業による位置ずれで作業中に
変化する。また、油圧ショベルの場合、下部走行体２の
位置と方向（姿勢）が一定であっても、上部旋回体３を
旋回させると作業装置であるバケット７の位置と方向は
変化し、バケット先端（モニタポイント）の位置が変化
する。このため、油圧ショベル１の外部でバケット７の
先端位置を把握するためには、ある外部基準に対し下部
走行体２の位置と方向（姿勢）を同定しておく必要があ
る。When the work is performed by the hydraulic excavator as described above, the position and the direction (posture) of the lower traveling body 2 change during the work due to a displacement caused by the operation such as the traveling operation by the operator and the excavation. In the case of a hydraulic excavator, even if the position and direction (posture) of the lower traveling body 2 are constant, the position and direction of the bucket 7 as a working device changes when the upper rotating body 3 is swung, and the tip of the bucket ( The position of the monitor point changes. Therefore, in order to grasp the position of the tip of the bucket 7 outside the excavator 1, it is necessary to identify the position and direction (posture) of the lower traveling body 2 with respect to a certain external reference.
【００５０】ここで、外部基準に対する下部走行体２の
位置と方向（姿勢）を同定するためには、外部基準に対
する上部旋回体３の位置と方向（姿勢）と、車体の旋回
角度及び傾斜（ピッチ角度トロール角度）とが分かれば
よい。Here, in order to identify the position and direction (posture) of the lower traveling structure 2 with respect to the external reference, the position and direction (posture) of the upper revolving structure 3 with respect to the external reference, the turning angle and the inclination ( Pitch angle and troll angle).
【００５１】本実施の形態では、外部基準に対する上部
旋回体３の位置（油圧ショベル１の位置）として旋回中
心の位置を計測し、この位置を高精度で計測するため、
図２に示したレーザ追尾装置６２を用いる。レーザ追尾
装置６２は、油圧ショベル１の旋回中心近傍に設置した
リフレクタ６１をリアルタイムに追尾可能であり、レー
ザ追尾装置６２の設置位置を外部基準とすれば、外部基
準に対するリフレクタ６１の距離と方向、つまり上部旋
回体３の旋回中心の位置をリアルタイムに精度良く計測
できる。計測したデータは、サイトコンピュータ４３に
入力される。In this embodiment, the position of the center of rotation is measured as the position of the upper swing body 3 (the position of the excavator 1) with respect to the external reference, and this position is measured with high accuracy.
The laser tracking device 62 shown in FIG. 2 is used. The laser tracking device 62 can track the reflector 61 installed near the turning center of the excavator 1 in real time. If the installation position of the laser tracking device 62 is set as an external reference, the distance and the direction of the reflector 61 with respect to the external reference, That is, the position of the center of rotation of the upper swing body 3 can be accurately measured in real time. The measured data is input to the site computer 43.
【００５２】また、本実施の形態では、外部基準（レー
ザ追尾装置６２の設置位置）に対する上部旋回体３の方
向（姿勢）を計測するため、レーザ灯台６３とレーザ受
光器２５、旋回角度センサ２０、ブーム角度計２１、ア
ーム角度計２２、傾斜センサ２４を用いる。また、レー
ザ灯台６３から発せられるレーザ光波面６３と外部基準
となるレーザ追尾装置６２との位置関係を予め把握して
おく。そして、レーザ受光器２５がレーザ光波面６３の
レーザ光を受光したことをトリガーとしてその受光タイ
ミングでブーム角度計２１、アーム角度計２２、傾斜セ
ンサ２４の信号を入力し、レーザ光波面６３とレーザ追
尾装置６２との位置関係とその入力値からそのときのレ
ーザ受光器２５の位置を演算することで上部旋回体３の
方向（姿勢）を演算する。In this embodiment, the laser lighthouse 63, the laser receiver 25, and the turning angle sensor 20 are used to measure the direction (posture) of the upper turning body 3 with respect to an external reference (the position where the laser tracking device 62 is installed). , A boom angle meter 21, an arm angle meter 22, and an inclination sensor 24. Further, the positional relationship between the laser light wavefront 63 emitted from the laser lighthouse 63 and the laser tracking device 62 serving as an external reference is grasped in advance. When the laser light receiver 25 receives the laser beam on the laser light wavefront 63 as a trigger, the signals of the boom angle meter 21, the arm angle meter 22, and the tilt sensor 24 are input at the light reception timing, and the laser light wavefront 63 and the laser light are received. The direction (posture) of the upper swing body 3 is calculated by calculating the position of the laser receiver 25 at that time from the positional relationship with the tracking device 62 and its input value.
【００５３】車体側システムＡでは、傾斜センサ２４に
より油圧ショベル１のピッチ角度とロール角度が、角度
センサ２０〜２３によつて上部旋回体３、ブーム５、ア
ーム６、バケット７の各角度がそれぞれ継続的に計測さ
れ、車体コントローラ３３に入力される。入力したデー
タは、無線機３２、アンテナ３１を介してサイト側シス
テムＢに送信される。サイト側システムＢでは、アンテ
ナ４１、無線機４２を介してサイトコンピュータ４３に
これらの値を入力する。ここで、上記のように外部基準
に対する油圧ショベル１の下部走行体２の位置と方向
（姿勢）が同定されれば、この下部走行体２の位置と方
向（姿勢）とそれらの入力値により、当該外部基準に対
するバケット７の先端位置（モニタポイント）を演算で
きる。In the vehicle-side system A, the pitch angle and the roll angle of the hydraulic shovel 1 are determined by the inclination sensor 24, and the angles of the upper revolving unit 3, the boom 5, the arm 6, and the bucket 7 are determined by the angle sensors 20 to 23, respectively. It is continuously measured and input to the vehicle body controller 33. The input data is transmitted to the site-side system B via the wireless device 32 and the antenna 31. The site-side system B inputs these values to the site computer 43 via the antenna 41 and the wireless device 42. Here, if the position and the direction (posture) of the lower traveling body 2 of the hydraulic excavator 1 with respect to the external reference are identified as described above, the position and the direction (posture) of the lower traveling body 2 and their input values are used. The tip position (monitor point) of the bucket 7 with respect to the external reference can be calculated.
【００５４】下部走行体２の位置と方向（姿勢）を同定
する方法の詳細を図３及び図４を用いて説明する。Details of a method for identifying the position and direction (posture) of the lower traveling body 2 will be described with reference to FIGS.
【００５５】図１に示した法面掘削では、レーザ灯台６
４の発光するレーザ光波面６３を、掘削動作を行うフロ
ント作業機４の適当な位置でレーザ受光器２５がよぎる
ように設置することができる。車体側システムＡでは、
各種角度センサ２０〜２４の信号及びレーザ受光器２５
の信号を車体コントローラ３３に取り込み、全ての入カ
データをサイト側システムＢに送信する。サイト側シス
テムＢのサイトコンピュータ４３ではこれらのデータを
受信する。オペレータの操作によりフロント作業機４を
動かし、レーザ受光器２５がレーザ灯台６４の発するレ
ーザ光波面６３を受光したとき、サイト側システムＢの
サイトコンピュータ４３では、そのことをトリガーとし
てそのときの受信データを用いて下部走行体２の位置と
方向を特定するための演算を開始する。In the slope excavation shown in FIG.
The laser light wavefront 63 that emits the light 4 can be installed at an appropriate position of the front work machine 4 that performs the excavation operation so that the laser light receiver 25 crosses the wavefront 63. In the car body system A,
Signals of various angle sensors 20 to 24 and laser light receiver 25
Is transmitted to the site-side system B. The site computer 43 of the site-side system B receives these data. When the front work machine 4 is moved by the operator's operation and the laser light receiver 25 receives the laser light wavefront 63 emitted from the laser lighthouse 64, the site computer 43 of the site-side system B uses this as a trigger to receive data at that time. The calculation for specifying the position and the direction of the lower traveling body 2 is started using.
【００５６】油圧ショベル１が水平に位置していると仮
定すると、受信データのうちブーム角度計２１とアーム
角度計２２の値から、リフレクタ６１を基準点としてレ
ーザ受光器２５までの水平距離（水平面に対する投影長
さ）ｌＢＫと、水平面に対する仰角αが求まる。実際に
は、油圧ショベル１は水平面に対し微少に傾斜して位置
することが多い。このため、更に傾斜計２４も用い、上
記の値を補正してリフレクタ６１を基準点としたレーザ
受光器２５の水平距離ｌＢＫと仰角αを求める。Assuming that the hydraulic excavator 1 is positioned horizontally, the horizontal distance (horizontal plane) from the values of the boom angle meter 21 and the arm angle meter 22 of the received data to the laser receiver 25 with the reflector 61 as a reference point. Length BK and the elevation angle α with respect to the horizontal plane are obtained. In practice, the excavator 1 is often positioned slightly inclined with respect to the horizontal plane. Therefore, the above values are further corrected using the inclinometer 24 to obtain the horizontal distance lBK and the elevation angle α of the laser light receiver 25 with the reflector 61 as a reference point.
【００５７】レーザ追尾装置６２を設置した位置を外部
基準として用いるため、便宜的にシステム全体を表現す
るための指標としてワールド座標系ΣＷを設定する。リ
フレクタ６１の位置は、レーザ追尾装置６２による計測
結果により既知である。これをワールド座標系で表現し
ＷＰｒｆとする。ここでＰは位置ベクトルであること
を、左上付き添え宇Ｗはワールド座標系表現であること
を、右下付き添え宇ｒｆはリフレクタを表すものとす
る。[0057] For using the laser tracker 62 was installed position as the external reference, to set the world coordinate system sigma W as an index for representing the overall system convenience. The position of the reflector 61 is known from the measurement result by the laser tracking device 62. This is represented in the world coordinate system
Let it be W P rf . Here, it is assumed that P is a position vector, the upper left suffix W is a representation in a world coordinate system, and the lower right suffix rf represents a reflector.
【００５８】上記ｌＢＫとαとＷＰｒｆとからレーザ受
光器２５が存在する可能性がある水平面内の領域をワー
ルド座標系による円の方程式で表すことができる。これ
を受光器存在可能円と呼ぶことにする。From the above lBK , α, and W Prf , the area in the horizontal plane where the laser receiver 25 may be present can be represented by a circle equation in the world coordinate system. This will be referred to as a light receiver existence possible circle.
【００５９】一方、レーザ光波面６３とレーザ追尾装置
６２との位置関係は予め設定可能であり、既知であり、
面の方程式で表現できる。例えば、油圧ショベル１が水
平に位置していると仮定すると、レーザ光波面６３を垂
直方向に設定した場合は、レーザ追尾装置６２とレーザ
灯台６４の距離（ワールド座標系のｙＷ座標値）でレー
ザ光波面６３を表現できる。レーザ光波面６３とレーザ
追尾装置６２との位置関係の一般的な同定方法について
は後述する。On the other hand, the positional relationship between the laser wavefront 63 and the laser tracking device 62 can be set in advance and is known.
It can be expressed by a surface equation. For example, assuming that the hydraulic excavator 1 is positioned horizontally, if you set the laser wavefront 63 in the vertical direction, at a distance of a laser tracking device 62 and the laser lighthouse 64 (y W coordinate values in the world coordinate system) The laser light wavefront 63 can be represented. A general method for identifying the positional relationship between the laser light wavefront 63 and the laser tracking device 62 will be described later.
【００６０】上記受光器存在可能円とレーザ光波面の方
程式よりそれらの交点であるＷＰＬ，ＷＰＬ′の２点が
求まる。油圧ショベル１の作業状況は、作業進行計画或
いは監視カメラ等により把握でき、その作業状況に応じ
てＷＰＬ，ＷＰＬ′のうちの一方であるＷＰＬを選択す
ることで、レーザ受光器２５の位置を特定できる。[0060] which is the intersection of those from the above equation photodetector can exist circle and the laser beam wavefront W P L, 2 points W P L 'is obtained. Working conditions of the hydraulic excavator 1 can grasp the work progress program or the monitoring camera and the like, by selecting either the is W P L of W P L, W P L 'in accordance with the working conditions, the laser light The position of the container 25 can be specified.
【００６１】ここで、リフレクタ６１の位置ＷＰｒｆは
ワールド座標系での上部旋回体３の位置に該当し、レー
ザ受光器２５の位置ＷＰＬはワールド座標系での上部旋
回体３の方向に該当する。つまり、ＷＰｒｆとＷＰＬに
よりワールド座標系での上部旋回体３の位置と方向を特
定できる。Here, the position W P rf of the reflector 61 corresponds to the position of the upper rotating body 3 in the world coordinate system, and the position W P L of the laser receiver 25 is the direction of the upper rotating body 3 in the world coordinate system. Corresponds to. That is, by W P rf and W P L can locate the direction of the upper rotating body 3 in the world coordinate system.
【００６２】このようにしてワールド座標系での上部旋
回体３の位置と方向を特定できれば、角度センサ２０で
検出した旋回角度の値θＳＷと傾斜センサ２４で検出し
たピッチ角とロール角の値から、下部走行体２の位置と
方向を特定できる。またこれにより、油圧ショベル１の
下部走行体２に設定した、ショベルの動作を表現するべ
一スとなる座標系であるショベルベース座標系ΣＳＢが
特定できる。If the position and direction of the upper swing body 3 in the world coordinate system can be specified in this way, the swing angle value θ SW detected by the angle sensor 20 and the pitch angle and roll angle values detected by the tilt sensor 24 Thus, the position and direction of the lower traveling body 2 can be specified. The was thus set to the lower traveling body 2 of the hydraulic excavator 1, can be identified excavator base coordinate system sigma SB is a coordinate system on which base Ichisu representing the operation of the excavator.
【００６３】次に、ショベルベース座標系ΣＳＢより、
各種角度センサ２０〜２４の値を元に、バケット７の先
端位置（モニタポイント）を演算できる。Next, from the shovel base coordinate system Σ SB ,
The tip position (monitor point) of the bucket 7 can be calculated based on the values of the various angle sensors 20 to 24.
【００６４】また、一度ショベルベース座標系が特定で
きれば、走行操作をしないか、あるいは下部走行体２が
位置ずれを起こさない限り、再度、ショベルベース座標
系を演算する必要はない。図１に示した法面掘削作業で
は、前述したように、上部旋回体３を旋回させることで
はバケット７の先端が掘削したい位置に届かなくなる
と、油圧ショベルを走行移動するので、このように油圧
ショベルを移動させた場合は、再度、オペレータはフロ
ント作業機４を動かし、受光器２５の受光信号をトリガ
ーとして上記の演算を行わせ、ショベルベース座標系Σ
ＳＢを特定する。Further, once the shovel base coordinate system can be specified, it is not necessary to calculate the shovel base coordinate system again unless the traveling operation is performed or the lower traveling body 2 does not shift. In the slope excavation work shown in FIG. 1, as described above, when the tip of the bucket 7 does not reach the position to be excavated by turning the upper swing body 3, the hydraulic excavator travels and moves. When the shovel is moved, the operator again moves the front work machine 4 to perform the above-described calculation with the light receiving signal of the light receiver 25 as a trigger, and the shovel base coordinate system Σ
Specify SB .
【００６５】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次元空間での位置を求めること
ができる。By performing the above calculations, the position of the tip end of the bucket 7 in the three-dimensional space can be obtained.
【００６６】図５は、上記の考え方に基づくサイトコン
ピュータ４３内での演算処理手順を示すフローチャート
である。この演算処理手順はサイトコンピュータ４３の
記憶装置であるＲＯＭ４３ａ（図２参照）にプログラム
として記憶され、これによりサイトコンピュータ４３は
走行式建設機械の位置計測演算制御装置として機能す
る。FIG. 5 is a flow chart showing the operation processing procedure in the site computer 43 based on the above concept. The arithmetic processing procedure is stored as a program in a ROM 43a (see FIG. 2) which is a storage device of the site computer 43, whereby the site computer 43 functions as a position measurement arithmetic control device of the traveling construction machine.
【００６７】図５において、まず、各種角度センサ２０
〜２４の値、レーザ受光器２５が受光状態であるかどう
かを示す信号、リフレクタ６１の位置ＷＰｒｆの入力を
行う（ステップＳ１０）。角度センサ２０〜２４の値と
レーザ受光器２５が受光状態であるかどうかを示す信号
に関しては、車体側システムＡからアンテナ４１、無線
機４２を介して入力する。リフレクタ６１の位置ＷＰ
ｒｆはレーザ追尾装置６２より入力する。In FIG. 5, first, various angle sensors 20
24, a signal indicating whether or not the laser light receiver 25 is in the light receiving state, and the position W P rf of the reflector 61 are input (step S10). The values of the angle sensors 20 to 24 and the signal indicating whether or not the laser light receiver 25 is in the light receiving state are input from the vehicle body side system A via the antenna 41 and the wireless device 42. Position W P of reflector 61
rf is input from the laser tracking device 62.
【００６８】次に、レーザ受光器２５が受光状態である
かどうかを判定し（ステップＳ２０）、受光状態ならス
テップＳ３０へ進み、受光状態でなければステップＳ６
７へ飛ぶ。ステップＳ３０では、受光器存在可能円の方
程式を求める（ステップＳ３０）。つまり、まず、角度
センサ２１，２２のブーム角度、アーム角度と傾斜セン
サ２４のピッチ角及びロール角とから上述したようにレ
ーザ受光器２５のリフレクタ６１に対する水平距離ｌ
ＢＫと水平面からの傾きαを求める。次に、この演算値
ｌＢＫ，αとリフレクタ６１の位置ＷＰｒｆとから水平
面と平行な受光器存在可能円の方程式を求める。Next, it is determined whether or not the laser light receiver 25 is in the light receiving state (step S20). If it is in the light receiving state, the process proceeds to step S30.
Fly to 7. In step S30, the equation of the circle in which the photodetector can exist is obtained (step S30). That is, first, as described above, the horizontal distance l of the laser receiver 25 with respect to the reflector 61 is determined from the boom angle and the arm angle of the angle sensors 21 and 22 and the pitch angle and the roll angle of the tilt sensor 24.
BK and the inclination α from the horizontal plane are obtained. Next, the equation of the circle where the light receiver can exist is parallel to the horizontal plane from the calculated value l BK , α and the position W P rf of the reflector 61.
【００６９】次に、予め設定されているレーザ光波面の
方程式とステップＳ３０で求めた受光器存在可能円の方
程式から、それらの交点ＷＰＬ，ＷＰＬ′を演算する
（ステップＳ４０）。そして、作業現場の条件（この例
では、レーザ追尾装置６２に近い側）により、レーザ受
光器２５の位置としてＷＰＬを選択する（ステップＳ５
０）。Next, the intersection points W P L and W P L ′ are calculated from the equation of the laser light wavefront which is set in advance and the equation of the circle where the photodetector can be obtained obtained in step S30 (step S40). Then, (in this example, the side close to the laser tracker 62) conditions work site by, selecting W P L as the position of the laser receiver 25 (step S5
0).
【００７０】以上のようにして求めたＷＰｒｆとＷＰＬ
によりワールド座標系での上部旋回体３の位置と方向を
特定し、角度センサ２０の旋回角度、傾斜センサ２４の
ピッチ角及びロール角の値より、ショベルベース座標系
ΣＳＢの位置と方向を求める（ステツプＳ６０）。 W P rf and W P L obtained as described above
To determine the position and direction of the upper revolving unit 3 in the world coordinate system, and obtain the position and direction of the shovel base coordinate system よ りSB from the values of the turning angle of the angle sensor 20, the pitch angle and the roll angle of the tilt sensor 24. (Step S60).
【００７１】次いで、計算不可能状態が設定されていれ
ばそれをクリアし（ステップＳ６７）、ステップＳ６７
に進む。ステップＳ６７では、計算不可能状態であるか
どうかを判断し、計算不可能状態であればステップＳ９
０に飛び、計算不可能状態でなければ、更にオペレータ
が走行操作中であるかどうか判断し（ステップＳ７
０）、走行操作中であればステップＳ９０に飛ぶ。ステ
ップＳ９０では、計算不可能状態であることを表示装置
４４に表示して、ステップＳ１０に戻る。Next, if the calculation impossible state is set, it is cleared (step S67), and step S67 is performed.
Proceed to. In step S67, it is determined whether or not it is in a calculation impossible state.
If the operation jumps to 0 and the calculation is not possible, it is further determined whether or not the operator is performing a traveling operation (step S7).
0), if it is during the traveling operation, the process jumps to step S90. In step S90, the fact that calculation is not possible is displayed on the display device 44, and the process returns to step S10.
【００７２】ステップＳ７０で走行操作中で無ければス
テップＳ８０に行く。ステップＳ８０では、油圧ショベ
ル１の旋回中心が一定以上ずれたかどうか判定する。こ
のためリフレクタ６１の前回の位置と今回の位置を比較
し、その差分がΔＸ以上であればステップＳ９０へ飛
ぶ。差分がΔＸ以下であればステップＳ１００へ進み、
上記のステップＳ６０で求めたショベルベース座標系Σ
ＳＢと角度センサ２０〜２４の入力値によりバケット７
の先端位置（モニタポイント）を演算する（ステップＳ
１００）。次いで、その演算結果を無線機４２、アンテ
ナ４１を介して車体側システムＡに出力する（ステップ
Ｓ１１０）。また、その演算結果を表示装置４４に出力
する（ステップＳ１２０）。以上の処理が終了したらス
テップＳ１０に戻り、処理を繰り返す。If it is determined in step S70 that the vehicle is not running, the process proceeds to step S80. In step S80, it is determined whether the turning center of the excavator 1 has deviated by a certain amount or more. Therefore, the previous position of the reflector 61 and the current position are compared, and if the difference is equal to or more than ΔX, the process jumps to step S90. If the difference is equal to or smaller than ΔX, the process proceeds to step S100,
The shovel base coordinate system Σ obtained in the above step S60
Bucket 7 based on SB and input values of angle sensors 20 to 24
Is calculated (step S)
100). Next, the calculation result is output to the vehicle body-side system A via the wireless device 42 and the antenna 41 (step S110). The calculation result is output to the display device 44 (step S120). When the above processing is completed, the process returns to step S10, and the processing is repeated.
【００７３】レーザ灯台６４から出力するレーザ光波面
６３とレーザ追尾装置６２との位置関係（レーザ光波面
６３のワールド座標系での方程式）を同定する方法及び
装置の一例を、図６により説明する。An example of a method and an apparatus for identifying the positional relationship between the laser light wavefront 63 output from the laser lighthouse 64 and the laser tracking device 62 (the equation of the laser light wavefront 63 in the world coordinate system) will be described with reference to FIG. .
【００７４】レーザ灯台６４には、レーザ灯台６４の位
置を特定するための代表点としてリフレクタ６１Ａを装
着する。このときリフレクタ６１Ａの位置とレーザ灯台
６４の発光の中心点の位置関係は、リフレクタ６１Ａの
取付部材の寸法等から既知である。一方、２つの地上設
置型のレーザ受光器６５，６６を用意する。レーザ受光
器６５にはリフレクタ６１Ｂが、レーザ受光器６６には
リフレクタ６１Ｃがそれぞれ装着されている。レーザ受
光器６５の受光部とリフレクタ６１Ｂの位置関係、レー
ザ受光器６６の受光部とリフレクタ６１Ｃの位置関係
は、リフレクタ６１Ｂ，６１Ｃの取付部材の寸法等から
既知である。The reflector 61A is mounted on the laser lighthouse 64 as a representative point for specifying the position of the laser lighthouse 64. At this time, the positional relationship between the position of the reflector 61A and the center point of light emission of the laser lighthouse 64 is known from the dimensions of the mounting member of the reflector 61A. On the other hand, two ground-mounted laser receivers 65 and 66 are prepared. A reflector 61B is mounted on the laser receiver 65, and a reflector 61C is mounted on the laser receiver 66, respectively. The positional relationship between the light receiving portion of the laser light receiver 65 and the reflector 61B, and the positional relationship between the light receiving portion of the laser light receiver 66 and the reflector 61C are known from the dimensions of the mounting members of the reflectors 61B and 61C.
【００７５】レーザ灯台６４から発光するレーザ光波面
６３を受光できる位置にレーザ受光器６５とレーザ受光
器６６とを設置する。この状態でレーザ追尾装置６２を
使用して、リフレクタ６１Ａ、リフレクタ６１Ｂ、リフ
レクタ６１Ｃそれぞれの位置を計測する。計測した３点
より、レーザ灯台６４の発光の中心点の位置、レーザ受
光器６５の受光部の位置、レーザ受光器６６の受光部の
位置が演算でき、この演算した３点の位置を含む平面の
方程式を求めることができる。これによりレーザ灯台６
４から出力するレーザ光波面６３の方程式を同定するこ
とができる。The laser light receiver 65 and the laser light receiver 66 are installed at positions where the laser light wavefront 63 emitted from the laser lighthouse 64 can be received. In this state, the positions of the reflector 61A, the reflector 61B, and the reflector 61C are measured using the laser tracking device 62. From the measured three points, the position of the center point of light emission of the laser lighthouse 64, the position of the light receiving portion of the laser light receiver 65, and the position of the light receiving portion of the laser light receiver 66 can be calculated, and a plane including the calculated positions of the three points Equation can be obtained. Thus, the laser lighthouse 6
4 can be identified.
【００７６】上記の例では２つのレーザ受光器６５，６
６を用いたが、レーザ受光器が１つだげの場合でも位置
をずらし、それぞれの位置でリフレクタの位置を計測す
ることにより、上記と同じくレーザ光波面６３上の３点
の位置を計測でき、同様にレーザ光波面６３の方程式を
同定することができる。In the above example, two laser receivers 65 and 6 are used.
6 was used, but even if there is only one laser receiver, the position is shifted and the position of the reflector is measured at each position, so that the positions of three points on the laser light wavefront 63 can be measured in the same manner as described above. Similarly, the equation of the laser light wavefront 63 can be identified.
【００７７】以上のように構成した本実施の形態におい
ては、油圧ショベルの外部に、油圧ショベルに設けたリ
フレクタ６１の位置をリアルタイムに追尾し、その距離
と方位を計測するレーザ追尾装置６２と、レーザ灯台６
４とを設け、油圧ショベル１のアーム側面にレーザ灯台
６４が発するレーザ光波面を受光するレーザ受光器２５
とを設けることで、下部走行体２の位置と姿勢を演算
し、バケット先端（モニタポイント）の３次元空間での
位置を演算するようにしたので、油圧ショベルが地下、
ビル内、山間部などＧＰＳ衛星を捕捉できないような作
業現場にあっても、またＧＰＳでは衛星からの電波が受
信できないような気象条件であっても、それらに左右さ
れず下部走行体（油圧ショベル）の位置と方向を特定す
ることができ、バケット先端（モニタポイントの）位置
を計測することができる。In the present embodiment configured as described above, a laser tracking device 62 for tracking the position of a reflector 61 provided on a hydraulic shovel in real time outside the hydraulic shovel and measuring the distance and azimuth thereof, Laser lighthouse 6
And a laser receiver 25 for receiving a laser wavefront emitted by the laser lighthouse 64 on the side of the arm of the excavator 1.
Is provided, the position and orientation of the lower traveling body 2 are calculated, and the position of the tip of the bucket (monitor point) in the three-dimensional space is calculated.
Even at work sites where GPS satellites cannot be captured, such as in buildings and mountainous areas, and even in weather conditions where GPS cannot receive radio waves from satellites, the lower vehicle (hydraulic shovel) is not affected by such conditions. ) Can be specified and the bucket tip (monitoring point) position can be measured.
【００７８】また、ＧＰＳを用いて簡便に建設機械の位
置と方向を特定しようとすると少なくとも２個のＧＰＳ
が必要となり高価であるが、本実施の形態では、レーザ
追尾装置６２と、安価なレーザ灯台６４で構成できるた
め、システム構成が安価となる。In order to easily specify the position and direction of the construction machine using the GPS, at least two GPS
However, in the present embodiment, since the laser tracking device 62 and the inexpensive laser lighthouse 64 can be used, the system configuration is inexpensive.
【００７９】更に、傾斜センサ２４を設置し、車体のピ
ッチ角とロール角を検出するので、車体が傾斜しても車
体の位置と方向を特定でき、バケット先端位置を正確に
計測することができる。Further, since the inclination sensor 24 is installed to detect the pitch angle and the roll angle of the vehicle body, the position and direction of the vehicle body can be specified even if the vehicle body is tilted, and the tip position of the bucket can be accurately measured. .
【００８０】また、フロント作業機４のバケット先端に
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。Further, since the monitor point is set at the tip of the bucket of the front work machine 4, construction management relating to the work state can be performed.
【００８１】また、サイト側システムＢに表示装置４４
を設けたので、遠隔地で油圧ショベル１のバケット先端
（モニタポイント）の動作を観察できるようになり、無
線操縦により油圧ショベル１を無人で運転する場合の遠
隔操作のアシストすることができる。The display device 44 is provided on the site side system B.
Is provided, the operation of the tip (monitor point) of the bucket of the excavator 1 can be observed at a remote place, and remote operation can be assisted when the excavator 1 is operated unmanned by radio control.
【００８２】また、油圧ショベル１と異なる場所に設置
されたサイトコンピュータ４３に位置計測プログラムを
記憶させ演算を行うので、車体コントローラ３３の処理
負担が軽減し、車体コントローラ３３に処理能力や記憶
容量の制約があってもバケット先端位置の演算を容易に
行うことができる。Further, since the position measurement program is stored in the site computer 43 installed in a place different from the excavator 1 and the calculation is performed, the processing load on the vehicle body controller 33 is reduced, and the processing capacity and the storage capacity of the vehicle body controller 33 are reduced. Even if there are restrictions, the calculation of the bucket tip position can be easily performed.
【００８３】本発明の他の実施の形態について説明す
る。Next, another embodiment of the present invention will be described.
【００８４】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、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、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。例えば、上部旋回
体の後部にモニタポイントを設定すれば、旋回体の旋回
動作を監視でき、安全管理に役立たせることができる。First, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a hydraulic shovel as a traveling construction machine, and a monitor point is set at the tip of a bucket. However, the present invention can be applied to any traveling construction machine other than the excavator (for example, traveling cranes, wheel loaders, bulldozers, crawler carriers, etc.). In particular, the present invention can specify the direction of the vehicle body even in a non-slewing type construction machine (for example, a wheel loader, a bulldozer, a crawler carrier, etc.), and can measure the position of a monitor point. Further, even when a monitor point is set on a work device other than the bucket or on the vehicle body instead of the work device, it is possible to specify the direction of the vehicle body and measure the position of the monitor point. For example, if a monitor point is set at the rear of the upper revolving unit, the revolving operation of the revolving unit can be monitored, which can be used for safety management.
【００８５】また、上述した実施の形態では、フロント
作業機４のアーム側部にレーザ受光器２５を設置した
が、レーザ受光器はそれ以外の場所、例えば上部旋回体
３の適所に設置してもよく、このようにしてもレーザ光
波面６３の受光タイミングで下部走行体２の位置と方向
を演算することができる。Further, in the above-described embodiment, the laser receiver 25 is installed on the arm side of the front working machine 4, but the laser receiver is installed in another place, for example, an appropriate place of the upper revolving unit 3. In this case, the position and the direction of the lower traveling body 2 can be calculated at the light receiving timing of the laser light wavefront 63.
【００８６】また、上述した実施の形態では、位置計測
プログラムをサイトコンピュータ４３のＲＯＭ４３ａに
記憶させたが、車体コントローラ３３の処理能力や記憶
容量に余裕がある場合は車体コントローラ３３側に記憶
させてもよい。In the above-described embodiment, the position measurement program is stored in the ROM 43a of the site computer 43. However, if the processing capacity and storage capacity of the vehicle controller 33 are sufficient, the position measurement program is stored in the vehicle controller 33. Is also good.
【００８７】更に、上述した実施の形態では、上部旋回
体３のピッチ角とロール角を検出する傾斜センサ２４を
用いてショベルベース座標系ΣＢＳの位置及び姿勢（下
部走行体２の位置と方向）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ΣＢＳの位置
及び姿勢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
ことで傾斜センサを用いずにショベルベース座標系Σ
ＢＳの位置及び姿勢を求めることができる。Further, in the above-described embodiment, the position and orientation of the shovel base coordinate system ＢＳBS (the position and direction of the lower traveling structure 2) are determined by using the inclination sensor 24 for detecting the pitch angle and the roll angle of the upper revolving structure 3. ). By using the inclination sensor 24 in this way, the position and orientation of the shovel base coordinate system ＢＳBS can be accurately detected even when the body of the hydraulic shovel is inclined. However, when the excavator is operated on almost flat terrain or when a slight inclination can be ignored, the inclination sensor 24 may not be provided. In this case, assuming that the inclination of the vehicle body is zero, the shovel base coordinate system Σ can be used without using the inclination sensor.
The position and attitude of the BS can be obtained.
【００８８】また、上述した実施の形態では、３次元位
置計測手段としてレーザ追尾装置６２を使用したが、レ
ーザ光の代わりにミリ波を使用したミリ波レーダや超音
波距離計などを使用してもよく、この場合も地上の外部
基準に対する走行式建設機械の特定の点の距離と方位を
計測することができ、同様な効果が得られる。In the above embodiment, the laser tracking device 62 is used as the three-dimensional position measuring means. However, a millimeter wave radar using a millimeter wave instead of a laser beam, an ultrasonic distance meter, or the like is used. In this case as well, the distance and direction of a specific point of the traveling construction machine with respect to the external reference on the ground can be measured, and the same effect can be obtained.
【００８９】[0089]
【発明の効果】本発明によれば、地上の外部基準に対す
る走行式建設機械の特定の点の距離と方位を計測する３
次元位置計測手段と、レーザ灯台と、レーザ受光器とを
設けることにより走行式建設機械の位置と姿勢を演算
し、走行式建設機械のモニタポイントの３次元空間での
位置を演算するようにしたので、建設機械が地下、ビル
内、山間部などＧＰＳ衛星を捕捉できないような作業現
場にあっても、またＧＰＳでは衛星からの電波が受信で
きないような気象条件であっても、それらに左右されず
走行式建設機械の位置と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。According to the present invention, the distance and direction of a specific point of a traveling construction machine with respect to an external reference on the ground are measured.
By providing the three-dimensional position measuring means, the laser lighthouse, and the laser light receiver, the position and orientation of the traveling construction machine are calculated, and the position of the monitor point of the traveling construction machine in the three-dimensional space is calculated. Therefore, even if the construction machine is in a work site where GPS satellites cannot be captured, such as underground, in a building, or in a mountainous area, or in weather conditions where GPS cannot receive radio waves from satellites, it is affected by such conditions. The position and direction of the traveling construction machine can be specified, and the position of the monitor point can be measured.
【００９０】また、ＧＰＳを用いて簡便に建設機械の位
置と方向を特定しようとすると少なくとも２個のＧＰＳ
が必要となり高価であるが、本発明では、３次元位置計
測手段として例えばレーザ追尾装置を使用でき、また安
価なレーザ灯台を用いるため、システム構成が安価とな
る。Further, if it is attempted to easily specify the position and direction of the construction machine using the GPS, at least two GPS
However, in the present invention, for example, a laser tracking device can be used as the three-dimensional position measuring means, and an inexpensive laser lighthouse is used, so that the system configuration is inexpensive.
【００９１】更に、傾斜量計測手段を設置し建設機械の
傾斜量を検出するので、建設機械が傾斜しても位置と方
向を特定でき、モニタポイントの位置を正確に計測する
ことができる。Further, since the inclination amount measuring means is installed and the inclination amount of the construction machine is detected, even if the construction machine is inclined, the position and the direction can be specified, and the position of the monitor point can be accurately measured.
【００９２】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。Further, since the monitor point is set in the working device, construction management relating to the working state can be performed.
【００９３】また、走行式建設機械と異なる場所に表示
装置を設け、モニタポイントの位置を表示するので、遠
隔地でモニタポイントの動作を観察でき、無線操縦によ
り建設機械を無人で運転する場合の遠隔操作をアシスト
することがができる。Further, since a display device is provided in a place different from the traveling construction machine to display the position of the monitor point, the operation of the monitor point can be observed at a remote place, and the operation of the construction machine by radio control can be performed unattended. Remote operation can be assisted.
【００９４】また、走行式建設機械と異なる場所に設置
されたコンピュータに位置演算手段を設けたので、車体
コントローラの処理負担が軽減し、車体コントローラに
処理能力や記憶容量の制約があってもモニタポイントの
位置の演算を容易に行うことができる。Further, since the position calculation means is provided in a computer installed in a place different from the traveling construction machine, the processing load on the vehicle body controller can be reduced, and even if the vehicle body controller is limited in processing capacity and storage capacity, it can be monitored. Calculation of the position of the point can be easily performed.
【図１】本発明の一実施の形態に係わる作業位置計測シ
ステムによりモニタポイントの位置を計測する油圧ショ
ベルの外観とその周辺の作業状況及び装置を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing an external appearance of a hydraulic shovel for measuring a position of a monitor point by a work position measuring system according to an embodiment of the present invention, and a working state and devices around the hydraulic shovel.
【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。FIG. 2 is a block diagram showing a device configuration of a work position measuring system according to one embodiment of the present invention.
【図３】本発明の作業位置計測システムの計測原理を説
明するための各部材の幾何学的関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a geometric relationship of each member for explaining a measurement principle of the work position measurement system of the present invention.
【図４】本発明の作業位置計測システムの計測原理を説
明するための各部材の幾何学的関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a geometric relationship of each member for explaining a measurement principle of the work position measurement system of the present invention.
【図５】サイトコンピュータ内での演算処理手順を示す
フローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a calculation processing procedure in the site computer.
【図６】レーザ灯台から出力するレーザ光波面とレーザ
追尾装置との位置関係（レーザ光波面のワールド座標系
での方程式）を同定する方法及び装置の一例を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a method and an apparatus for identifying a positional relationship (an equation of a laser light wavefront in a world coordinate system) between a laser light wavefront output from a laser lighthouse and a laser tracking device.
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：バケツト ２０〜２３：角度センサ ２４：傾斜センサ ２５：レーザ受光器 ３１：アンテナ ３２：無線機 ３３：車体コントローラ ３４：表示装置 ４１：アンテナ ４２：無線機 ４３：サイトコンピュータ ４４：表示装置 ６１：リフレクタ ６２：レーザ追尾装置 ６３：レーザ光波面 ６４：レーザ灯台 1: Hydraulic excavator 2: Lower traveling body 3: Upper revolving body 4: Front work machine 5: Boom 6: Arm 7: Bucket 20-23: Angle sensor 24: Tilt sensor 25: Laser receiver 31: Antenna 32: Radio 33: Body controller 34: Display device 41: Antenna 42: Wireless device 43: Site computer 44: Display device 61: Reflector 62: Laser tracking device 63: Laser light wavefront 64: Laser lighthouse
フロントページの続き (72)発明者 石橋 英人 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB01 AB02 BA04 DB04 FA02 2D015 HA03 HB04 HB05 Continuing from the front page (72) Inventor Hideto Ishibashi 650, Kandamachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki F-term in Tsuchiura Plant of Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. (Reference) 2D003 AA01 AB01 AB02 BA04 DB04 FA02 2D015 HA03 HB04 HB05
Claims (13)
特定の点の距離と方位を計測する３次元位置計測手段
と、 地上に設置したレーザ灯台と、 走行式建設機械に設置したレーザ受光器と、 前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレーザ光を
受光したことをトリガーとして、前記３次元位置計測手
段の計測結果と前記外部基準に対する前記レーザ光の位
置関係とに基づき前記外部基準に対する走行式建設機械
の位置と姿勢を演算し、この位置と姿勢の演算値に基づ
き走行式建設機械のモニタポイントの３次元空間での位
置を演算する位置演算手段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。1. A three-dimensional position measuring means for measuring a distance and an azimuth of a specific point of a traveling construction machine with respect to an external reference on the ground, a laser lighthouse installed on the ground, and a laser receiver installed on the traveling construction machine. And traveling with respect to the external reference based on a measurement result of the three-dimensional position measuring means and a positional relationship of the laser light with respect to the external reference, triggered by the laser light receiver receiving laser light emitted from the laser lighthouse. Position calculating means for calculating the position and orientation of the construction machine and calculating the position of the monitor point of the traveling construction machine in a three-dimensional space based on the calculated values of the position and orientation. Construction equipment position measurement system.
特定の点の距離と方位を計測する３次元位置計測手段
と、 地上に設置したレーザ灯台と、 走行式建設機械に設置したレーザ受光器と、 前記走行式建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測手段
と、 前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレーザ光を
受光したことをトリガーとして、前記３次元位置計測手
段と傾斜量計測手段のそれぞれの計測結果と前記外部基
準に対する前記レーザ光の位置関係とに基づき前記外部
基準に対する走行式建設機械の位置と姿勢を演算し、こ
の位置と姿勢の演算値に基づき走行式建設機械のモニタ
ポイントの３次元空間での位置を演算する位置演算手段
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。2. A three-dimensional position measuring means for measuring a distance and an azimuth of a specific point of the traveling construction machine with respect to an external reference on the ground, a laser lighthouse installed on the ground, and a laser receiver installed on the traveling construction machine. An inclination amount measuring means for measuring an inclination amount of the traveling construction machine; and the three-dimensional position measuring means and the inclination amount measuring means, triggered by the laser light receiver receiving laser light emitted from the laser lighthouse. Calculates the position and attitude of the traveling construction machine with respect to the external reference based on the respective measurement results and the positional relationship of the laser beam with respect to the external reference, and monitors the traveling construction machine based on the calculated values of the position and orientation. And a position calculating means for calculating a position of the point in a three-dimensional space.
搭載された上部旋回体とを有する走行式建設機械の位置
計測システムにおいて、 地上の外部基準に対する前記上部旋回体の回転軸近傍の
点の距離と方位を計測する３次元位置計測手段と、 地上に設置したレーザ灯台と、 走行式建設機械に設置したレーザ受光器と、 前記走行装置に対する上部旋回体の回転角を計測する角
度計測手段と、 前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレーザ光を
受光したことをトリガーとして、前記３次元位置計測手
段と角度計測手段のそれぞれの計測結果と前記外部基準
に対する前記レーザ光の位置関係とに基づき前記外部基
準に対する前記走行装置の位置と姿勢を演算し、この位
置と姿勢の演算値に基づき走行式建設機械のモニタポイ
ントの３次元空間での位置を演算する位置演算手段とを
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。3. A position measuring system for a traveling construction machine having a traveling device and an upper revolving structure pivotally mounted on the traveling device, wherein a position near a rotation axis of the upper revolving structure with respect to an external reference on the ground is determined. Three-dimensional position measuring means for measuring the distance and direction of a point; a laser lighthouse installed on the ground; a laser light receiver installed on a traveling construction machine; and an angle measurement for measuring the rotation angle of the upper revolving unit with respect to the traveling device. Means, with the laser receiver receiving the laser light emitted by the laser lighthouse as a trigger, the measurement results of the three-dimensional position measuring means and the angle measuring means, and the positional relationship of the laser light with respect to the external reference, And the position and orientation of the traveling device with respect to the external reference are calculated based on the three-dimensional monitor points of the traveling construction machine based on the calculated values of the position and orientation. Position measuring system of the traveling construction machine, characterized in that it comprises a position calculating means for calculating a position between.
搭載された上部旋回体とを有する走行式建設機械の位置
計測システムにおいて、 地上の外部基準に対する前記上部旋回体の回転軸近傍の
点の距離と方位を計測する３次元位置計測手段と、 地上に設置したレーザ灯台と、 走行式建設機械に設置したレーザ受光器と、 前記走行装置に対する上部旋回体の回転角を計測する角
度計測手段と、 前記走行式建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測手段
と、 前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレーザ光を
受光したことをトリガーとして、前記３次元位置計測手
段と角度計測手段と傾斜量計測手段のそれぞれの計測結
果と前記外部基準に対する前記レーザ光の位置関係とに
基づき前記外部基準に対する前記走行装置の位置と姿勢
を演算し、この位置と姿勢の演算値に基づき走行式建設
機械のモニタポイントの３次元空間での位置を演算する
位置演算手段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。4. A position measuring system for a traveling type construction machine having a traveling device and an upper revolving unit pivotally mounted on the traveling device, wherein a position near a rotation axis of the upper revolving unit with respect to an external reference on the ground is determined. Three-dimensional position measuring means for measuring the distance and direction of a point; a laser lighthouse installed on the ground; a laser light receiver installed on a traveling construction machine; and an angle measurement for measuring the rotation angle of the upper revolving unit with respect to the traveling device. Means, an inclination amount measuring means for measuring an inclination amount of the traveling construction machine, and the three-dimensional position measuring means and the angle measuring means, triggered by the laser light receiver receiving laser light emitted from the laser lighthouse. And calculating the position and orientation of the traveling device with respect to the external reference based on the respective measurement results of the inclination amount measuring means and the positional relationship of the laser beam with respect to the external reference. Position measuring system of the traveling construction machine, characterized in that it comprises a position calculating means for calculating a position in three-dimensional space of the monitor points of the traveling construction machine based on the calculated value of the position and attitude.
搭載された上部旋回体と、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又は伸縮な複数
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、 地上の外部基準に対する前記上部旋回体の回転軸近傍の
点の距離と方位を計測する３次元位置計測手段と、 地上に設置したレーザ灯台と、 前記作業装置に設置したレーザ受光器と、 前記走行装置に対する上部旋回体の回転角を計測する角
度計測手段と、 前記作業装置を構成する複数の部材の位置と姿勢を計測
する位置・姿勢計測手段と、 前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレーザ光を
受光したことをトリガーとして、前記位置・姿勢計測手
段の計測結果に基づき前記レーザ受光器の位置を演算
し、前記３次元位置計測手段と角度計測手段のそれぞれ
の計測結果とそのレーザ受光器の位置の演算結果と前記
外部基準に対する前記レーザ光の位置関係とに基づき前
記外部基準に対する前記走行装置の位置と姿勢を演算
し、この位置と姿勢の演算値に基づき前記作業装置のモ
ニタポイントの３次元空間での位置を演算する位置演算
手段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。5. A traveling device, an upper revolving unit rotatably mounted on the traveling device, and a working device provided on the upper revolving unit. In a position measuring system for a traveling construction machine composed of members, three-dimensional position measuring means for measuring a distance and an azimuth of a point near a rotation axis of the upper revolving structure with respect to an external reference on the ground, and a laser lighthouse installed on the ground. A laser receiver installed in the working device; an angle measuring unit configured to measure a rotation angle of the upper swing body with respect to the traveling device; and a position / posture measurement configured to measure positions and postures of a plurality of members included in the working device. Means, with the laser receiver receiving the laser light emitted by the laser lighthouse as a trigger, calculating the position of the laser receiver based on the measurement result of the position / posture measuring means, The position and orientation of the traveling device with respect to the external reference based on the measurement results of the three-dimensional position measuring means and the angle measuring means, the calculation result of the position of the laser light receiver, and the positional relationship of the laser light with respect to the external reference. And a position calculating means for calculating the position of the monitor point of the working device in a three-dimensional space based on the calculated values of the position and the posture.
搭載された上部旋回体と、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又は伸縮な複数
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、 地上の外部基準に対する前記上部旋回体の回転軸近傍の
点の距離と方位を計測する３次元位置計測手段と、 地上に設置したレーザ灯台と、 前記作業装置に設置したレーザ受光器と、 前記走行装置に対する上部旋回体の回転角を計測する角
度計測手段と、 前記作業装置を構成する複数の部材の位置と姿勢を計測
する位置・姿勢計測手段と、 前記走行式建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測手段
と、 前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレーザ光を
受光したことをトリガーとして、前記位置・姿勢計測手
段の計測結果に基づき前記レーザ受光器の位置を演算
し、前記３次元位置計測手段と角度計測手段と傾斜量計
測手段のそれぞれの計測結果とそのレーザ受光器の位置
の演算結果と前記外部基準に対する前記レーザ光の位置
関係とに基づき前記外部基準に対する前記走行装置の位
置と姿勢を演算し、この位置と姿勢の演算値に基づき前
記作業装置のモニタポイントの３次元空間での位置を演
算する位置演算手段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。6. A traveling device, an upper revolving unit rotatably mounted on the traveling device, and a working device provided on the upper revolving unit. In a position measuring system for a traveling construction machine constituted by members, a three-dimensional position measuring means for measuring a distance and an azimuth of a point near a rotation axis of the upper rotating body with respect to an external reference on the ground, and a laser lighthouse installed on the ground. A laser receiver installed in the working device; an angle measuring unit configured to measure a rotation angle of the upper swing body with respect to the traveling device; and a position / posture measurement configured to measure positions and postures of a plurality of members included in the working device. Means, an inclination amount measuring means for measuring an inclination amount of the traveling construction machine, and the position / posture measurement triggered by the laser light receiver receiving a laser beam emitted from the laser lighthouse. Calculating the position of the laser light receiver based on the measurement result of the means, measuring the respective three-dimensional position measuring means, the angle measuring means, and the inclination measuring means, calculating the position of the laser light receiver, and setting the external reference The position and orientation of the traveling device with respect to the external reference are calculated based on the positional relationship of the laser beam with respect to the external reference, and the position of the monitor point of the working device in a three-dimensional space is calculated based on the calculated value of the position and the posture. A position measuring system for a traveling construction machine, comprising: a position calculating unit.
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、前記位置演算手段の演算結果に基づき
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。7. The position measuring system for a traveling construction machine according to claim 1, wherein the position of the monitor point is provided on the traveling construction machine based on a calculation result of the position calculation means. A position measuring system for a traveling construction machine, further comprising a first display device for displaying the position information.
建設機械の位置計測システムにおいて、前記走行式建設
機械と異なる場所に設置され、前記位置演算手段の演算
結果に基づき前記モニタポイントの位置を表示する第２
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。8. A position measuring system for a traveling construction machine according to claim 1, wherein said monitor is installed at a place different from said traveling construction machine, and said monitor is operated based on a calculation result of said position calculation means. Second to display the position of the point
A position measuring system for a traveling construction machine, further comprising a display device.
建設機械の位置計測システムにおいて、前記位置演算手
段は前記走行式建設機械と異なる場所に設置されたコン
ピュータに設けられ、入出力手段により前記走行式建設
機械とデータのやりとりを行うことを特徴とする走行式
建設機械の位置計測システム。9. A position measuring system for a traveling construction machine according to claim 1, wherein said position calculating means is provided in a computer installed in a place different from said traveling construction machine, A position measuring system for a traveling construction machine, wherein data is exchanged with the traveling construction machine by an output unit.
測システムにおいて、前記入出力手段は無線通信手段で
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。10. A position measuring system for a traveling construction machine according to claim 9, wherein said input / output means is a wireless communication means.
式建設機械の位置計測システムにおいて、前記３次元位
置計測手段はレーザ追尾装置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。11. A position measuring system for a traveling construction machine according to claim 1, wherein said three-dimensional position measuring means is a laser tracking device. Measurement system.
がレーザ灯台の発するレーザ光を受光したことをトリガ
ーとして、地上の外部基準に対する走行式建設機械の特
定の点の距離と方位の計測結果と前記外部基準に対する
前記レーザ光の位置関係とに基づき前記外部基準に対す
る走行式建設機械の位置と姿勢を演算する手段と、 この位置と姿勢の演算値に基づき走行式建設機械のモニ
タポイントの３次元空間での位置を演算する手段とを有
することを特徴とする走行式建設機械の位置計測コンピ
ュータ。12. A measurement result of a distance and an azimuth of a specific point of the traveling construction machine with respect to an external reference on the ground, triggered by the fact that the laser light receiver installed on the traveling construction machine receives the laser beam emitted from the laser lighthouse as a trigger. Means for calculating the position and orientation of the traveling construction machine with respect to the external reference, based on the position relationship of the laser beam with respect to the external reference, and three monitor points of the traveling construction machine based on the calculated values of the position and orientation. Means for calculating a position in a three-dimensional space.
を計測するためにコンピュータを、 走行式建設機械に設置したレーザ受光器がレーザ灯台の
発するレーザ光を受光したことをトリガーとして、地上
の外部基準に対する走行式建設機械の特定の点の距離と
方位の計測結果と前記外部基準に対する前記レーザ光の
位置関係とに基づき前記外部基準に対する走行式建設機
械の位置と姿勢を演算する手段と、 この位置と姿勢の演算値に基づき走行式建設機械のモニ
タポイントの３次元空間での位置を演算する手段として
機能させることを特徴とする走行式建設機械の位置計測
プログラム。13. A computer for measuring the position of a monitor point of a traveling construction machine, wherein a computer is mounted on the traveling construction machine and a laser light receiver receives laser light emitted from a laser lighthouse as a trigger. Means for calculating the position and orientation of the traveling construction machine with respect to the external reference based on the measurement result of the distance and orientation of a specific point of the traveling construction machine with respect to the reference and the positional relationship of the laser beam with respect to the external reference; A position measuring program for a traveling construction machine, which functions as means for computing the position of a monitor point of the traveling construction machine in a three-dimensional space based on the calculated values of the position and the posture.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001149582A JP2002340556A (en) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | Position-measuring system for travelling construction machine, position-measuring computer and position- measuring program |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001149582A JP2002340556A (en) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | Position-measuring system for travelling construction machine, position-measuring computer and position- measuring program |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002340556A true JP2002340556A (en) | 2002-11-27 |
Family
ID=18994728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001149582A Pending JP2002340556A (en) | 2001-05-18 | 2001-05-18 | Position-measuring system for travelling construction machine, position-measuring computer and position- measuring program |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002340556A (en) |
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- 2001-05-18 JP JP2001149582A patent/JP2002340556A/en active Pending
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