JP2021050544A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械の上部旋回体の位置及び方位を精度よく測定する。【解決手段】作業機械は、上部旋回体４に設けられ複数の衛星から衛星信号を受信する複数のアンテナと、複数のアンテナで受信された衛星信号に基づいて上部旋回体４の位置及び方位を演算する演算装置と、を備える作業機械において、複数のアンテナには、メインアンテナ２８ａが含まれ、メインアンテナ２８ａの位相中心が上部旋回体４の旋回中心軸Ｃ０上に位置するように、メインアンテナ２８ａを支持するアンテナ支持装置８０と、上部旋回体４に設けられる外輪４１と、下部走行体５に設けられる内輪４２と、外輪４１と内輪４２との間に設けられる複数の転動体４３と、を有する旋回軸受装置４０と、を備え、アンテナ支持装置８０は、外輪４１と上部旋回体４とを接続する接続部材６０によって、上部旋回体４に固定される。【選択図】図３

Description

本発明は、作業機械に関する。

下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に設けられる上部旋回体と、上部旋回体の位置座標を算出するために設けられるＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球衛星測位システム）用の一対のアンテナと、を備えた作業機械が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、一対のアンテナ支持部が、上面視において、上部旋回体の旋回中心から車幅の１／４以上離れた位置に設けられていることが記載されている。

国際公開ＷＯ２０１４／０７６７６１

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、上部旋回体が旋回すると、一対のアンテナのそれぞれと、アンテナの上空を遮蔽するような障害物との位置関係が変化することに伴い、アンテナで信号を受信可能な衛星の数が変化し、作業機械の位置及び方位を精度よく測定することができないおそれがある。

本発明は、作業機械の上部旋回体の位置及び方位を精度よく測定することを目的とする。

本発明の一態様による作業機械は、下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に設けられる上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられる作業機と、前記上部旋回体に設けられ複数の衛星から衛星信号を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナで受信された衛星信号に基づいて前記上部旋回体の位置及び方位を演算する演算装置と、を備える作業機械において、前記複数のアンテナには、メインアンテナが含まれ、前記メインアンテナの位相中心が前記上部旋回体の旋回中心軸上に位置するように、前記メインアンテナを支持するアンテナ支持装置と、前記上部旋回体に設けられる外輪と、前記下部走行体に設けられる内輪と、前記外輪と前記内輪との間に設けられる複数の転動体と、を有する旋回軸受装置と、を備え、前記アンテナ支持装置は、前記外輪と前記上部旋回体とを接続する接続部材によって、前記上部旋回体に固定される。

本発明によれば、作業機械の上部旋回体の位置及び方位を精度よく測定することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成例を示す概略図である。 図２は、図１の油圧ショベルに取り付けられるアンテナ支持装置及びアンテナの位置を示す油圧ショベルの平面模式図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面模式図であり、旋回軸受装置及びアンテナ支持装置について示す。 図４は、本実施形態の比較例に係る油圧ショベルにおけるメインアンテナの上空視界について説明する図である。図４（ａ）は、所定の姿勢のときのメインアンテナの上空視界を模式的に示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の姿勢から上部旋回体を１８０度旋回させた姿勢のときのメインアンテナの上空視界を模式的に示している。 図５は、第１実施形態に係る油圧ショベルの主制御装置及び測位演算装置の機能ブロック図である。 図６は、第１実施形態に係る測位演算装置による測位演算処理の内容を示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態に係る油圧ショベルの主制御装置及び測位演算装置の機能ブロック図である。 図８は、第２実施形態に係る測位演算装置による測位演算処理の内容を示すフローチャートである。

＜第１実施形態＞
図面を参照して、本発明の実施形態に係る作業機械について説明する。本実施形態では、作業機械が、クローラ式の油圧ショベルである例について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る油圧ショベル１の構成例を示す概略図である。なお、図１では、後述するＧＮＳＳアンテナ２８及びアンテナ支持装置８０の図示を省略している。図１に示すように、油圧ショベル１は、車両本体２と、多関節型の作業機であるフロント作業機３と、を備える。車両本体２は、走行用油圧モータ１５により駆動されるクローラで走行可能に構成された下部走行体５と、下部走行体５上に旋回可能に設けられる上部旋回体４と、を有する。フロント作業機３は、上部旋回体４に設けられる。

上部旋回体４のフレーム（以下、旋回フレーム４９と記す）には、オペレータが搭乗する運転室１２、上部旋回体４を左右に旋回するための旋回用油圧モータ１３、エンジン３１、エンジン３１に駆動されて各油圧アクチュエータ９，１０，１１，１３，１５に作動油（作動流体）を供給する油圧ポンプ３２、及び、油圧ポンプ３２から各アクチュエータ９，１０，１１，１３，１５に供給される作動油を制御するコントロールバルブ３３等の装置が取り付けられている。

フロント作業機３は、ブーム６、アーム７、バケット（アタッチメント）８といった複数のフロント部材により構成されており、各フロント部材６，７，８はブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１により駆動される。

上部旋回体４の旋回フレーム４９には、直交３軸の角速度及び加速度の検出が可能なＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）が取り付けられている。以下、旋回フレーム４９に取り付けられるＩＭＵを旋回体ＩＭＵ２６と記す。

フロント作業機３には、フロント作業機３の姿勢を検出するための複数の作業機姿勢センサ２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）が搭載されている。作業機姿勢センサ２０ａは、ブーム６の姿勢（回転角）を検出するためのブーム角センサで、作業機姿勢センサ２０ｂは、アーム７の姿勢（回転角）を検出するためのアーム角センサで、作業機姿勢センサ２０ｃは、バケット８の姿勢（回転角）を検出するためのバケット角センサである。なお、本実施形態の作業機姿勢センサ２０は、各フロント部材６，７，８の回転角を検出するポテンショメータであるが、各フロント部材６，７，８の回転角を検出可能なＩＭＵを利用してもよい。

運転室１２には、オペレータがフロント作業機３、上部旋回体４及び下部走行体５等を操作するための操作レバー（操作装置）１７が設けられている。オペレータが操作レバー１７を操作することにより、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、旋回用油圧モータ１３、走行用油圧モータ１５をそれぞれ駆動させることが可能である。

下部走行体５は、左右両側に位置して、前後方向に延在するサイドフレーム５１を有するトラックフレーム５０と、サイドフレーム５１の一端部に設けられた駆動輪１６ａと、サイドフレーム５１の他端部に設けられた従動輪１６ｂと、駆動輪１６ａと従動輪１６ｂとに亘って巻回された履帯１４と、を有する。左右の履帯１４が、左右の駆動輪１６ａに接続された走行用油圧モータ１５によりそれぞれ駆動されることで、油圧ショベル１が走行する。

図２は、図１の油圧ショベル１に取り付けられるアンテナ支持装置８０及びアンテナ２８の位置を示す油圧ショベル１の平面模式図である。図２に示すように、上部旋回体４には、複数の衛星から衛星信号を受信するＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球衛星測位システム）用のアンテナ（以下、ＧＮＳＳアンテナと記す）２８が複数設けられる。本実施形態に係る油圧ショベル１は、２つのＧＮＳＳアンテナ２８として、上部旋回体４の旋回中心軸Ｃ０上に設けられるメインアンテナ２８ａと、旋回中心軸Ｃ０から離れた位置（例えば、上部旋回体４の右部）に設けられるサブアンテナ２８ｂと、を備える。メインアンテナ２８ａは、下部走行体５を停止させた状態で上部旋回体４を旋回動作させたときに位置が変わらないように設けられるアンテナであり、サブアンテナ２８ｂは、下部走行体５を停止させた状態で上部旋回体４を旋回動作させたときに位置が変わるように設けられるアンテナである。また、メインアンテナ２８ａは、受信した衛星信号に基づいて、上部旋回体４の位置及び方位を演算する際に必ず用いるメインアンテナ２８ａの位置を算出するために、上部旋回体４に搭載されるアンテナである。サブアンテナ２８ｂは、受信した衛星信号に基づいて基線ベクトルを算出するために上部旋回体４に搭載されるアンテナであり、算出された基線ベクトルは、その算出精度が許容できる精度である場合に上部旋回体４の位置及び方位を演算する際に用いられる。つまり、サブアンテナ２８ｂの位置情報は、サブアンテナ２８ｂの上空視界状況によっては、上部旋回体４の位置及び方位を演算する際に用いられない場合がある。上部旋回体４の位置及び方位の演算方法の詳細については後述する。メインアンテナ２８ａは、アンテナ支持装置８０によって支持され、サブアンテナ２８ｂは、上部旋回体４の旋回フレーム４９から旋回中心軸Ｃ０に沿って上方に延在する柱状の支持部材８９によって支持される。なお、メインアンテナ２８ａを支持するアンテナ支持装置８０の詳細については後述する。

また、図１に示すように、上部旋回体４には、２つのＧＮＳＳアンテナ２８（２８ａ，２８ｂ）で受信された複数の衛星信号に基づいて地理座標系（グローバル座標系）における上部旋回体４の位置及び方位を演算する演算装置である測位演算装置１１０（図５参照）を備えるＧＮＳＳ受信機２１と、ＧＮＳＳ受信機２１が上部旋回体４の位置の演算に利用する補正信号を基準局９０１（図５参照）から受信するための第１通信機２９と、管理センタに備えられている管理サーバ９０２（図５参照）と双方向通信をするための第２通信機２３と、が搭載されている。

上部旋回体４と下部走行体５の間には、旋回軸受装置（旋回輪）４０が設けられる。上部旋回体４は、旋回軸受装置４０を介して下部走行体５に旋回可能に取り付けられ、旋回用油圧モータ１３により駆動される。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面模式図であり、旋回軸受装置４０及びアンテナ支持装置８０について示す。図３に示すように、旋回軸受装置４０は、上部旋回体４に設けられる円環状の外輪４１と、下部走行体５に設けられ外輪４１の径方向内側に配置される円環状の内輪４２と、外輪４１の内周面に設けられた軌道溝４１ａと内輪４２の外周面に設けられた軌道溝４２ａとの間に設けられる複数の転動体（ボール）４３と、を有する。外輪４１と内輪４２とは、複数の転動体４３によって、旋回中心軸Ｃ０を中心として相対回転可能に支持される。

下部走行体５のトラックフレーム５０の上面を構成する上面板５２には、円筒状の円筒部５３が設けられる。円筒部５３の上端面には、旋回軸受装置４０の内輪４２が載置され、内輪取付ボルト（不図示）によって内輪４２が円筒部５３に固定される。

内輪４２は、その外周面の全周に亘って、半円状断面の凹溝である軌道溝４２ａが形成されている。一方、内輪４２の内周側には、旋回用油圧モータ１３の歯車１３ａが噛み合う内歯歯車４２ｂが形成されている。外輪４１は、内輪４２よりも一回り径が大きい円環状に形成されている。外輪４１の内周面には、内輪４２の軌道溝４２ａと対向する位置に半円状断面の凹溝からなる軌道溝４１ａが形成されている。ここで、外輪４１は、内輪４２に対して上側にオフセットした状態で設けられている。これにより、内輪４２と上部旋回体４を構成する旋回フレーム４９の底板４９ａとの干渉が防止される。

外輪４１には、周方向に沿って複数のボルト挿通孔４１ｂが形成されている。本実施形態では、複数のボルト挿通孔４１ｂは、旋回中心軸Ｃ０を中心とした円周上に等間隔で形成されている。なお、複数のボルト挿通孔４１ｂは、不等間隔で形成されていてもよい。各ボルト挿通孔４１ｂは、外輪４１の厚さ方向、すなわち旋回中心軸Ｃ０の方向（以下、軸方向とも記す）に貫通している。各ボルト挿通孔４１ｂには、下側から上側に向けて外輪取付ボルト６０が挿通されている。複数の外輪取付ボルト６０は、外輪取付ボルト６０の中心軸と旋回中心軸Ｃ０との間の距離が互いに等しくなるように配置される。

上部旋回体４の旋回フレーム４９には、外輪取付ボルト６０の雄ねじが螺合する雌ねじが形成されたねじ孔４９ｂが、ボルト挿通孔４１ｂに対向するように形成されている。外輪取付ボルト６０は、外輪４１のボルト挿通孔４１ｂに下側から上側に向かって挿通され、旋回フレーム４９の底板４９ａに形成されたねじ孔４９ｂに螺着される。これにより、外輪４１は、旋回フレーム４９の底板４９ａの下面に一体的に取り付けられる。

アンテナ支持装置８０は、メインアンテナ２８ａの位相中心が上部旋回体４の旋回中心軸Ｃ０上に位置するように、メインアンテナ２８ａを支持する。以下、アンテナ支持装置８０の構成及びアンテナ支持装置８０の上部旋回体４に対する取付構造について詳しく説明する。

図２及び図３に示すように、アンテナ支持装置８０は、アンテナ支持台８１と、アンテナ支持台８１に固定されるアンテナ取付部８５と、アンテナ支持台８１に固定される複数の支持脚８２，８３（１本の前側支持脚８２及び２本の後側支持脚８３）と、を有する。なお、アンテナ支持台８１とアンテナ取付部８５、及び、アンテナ支持台８１と支持脚８２，８３とは、溶接、ボルト締結等により、一体構造物として形成される。

アンテナ取付部８５には、メインアンテナ２８ａがボルト等により着脱自在に取り付けられる。なお、メインアンテナ２８ａは、ねじ接続によりアンテナ取付部８５に着脱自在に取り付けられる場合に限定されるものではない。メインアンテナ２８ａは、アンテナ取付部８５に対し、クランプ等の締結部材により着脱自在に取り付けてもよいし、リベット接続や溶接、接着等の取り外しを想定しない取付方法により取り付けてもよい。

図３に示すように、前側支持脚８２は、旋回フレーム４９の底板４９ａに当接する矩形平板状（帯状）の取付部８２ｂと、取付部８２ｂの基端部とアンテナ支持台８１とを接続する接続部８２ａと、を有する。接続部８２ａは、旋回中心軸Ｃ０よりも後側でアンテナ支持台８１に固定される固定部及びこの固定部から旋回中心軸Ｃ０に沿って下方に延在する鉛直部を有する上側接続部８２ａ１と、上側接続部８２ａ１の下端部から取付部８２ｂの基端部に向かって斜めに延在する下側接続部８２ａ２と、を有する。このように前側支持脚８２が構成されているため、アンテナ支持装置８０が設けられることにより、ブーム６の可動範囲が制限されることを防止できる。換言すれば、本実施形態によれば、ブーム６の可動範囲を広くとることができる。

図２及び図３に示すように、一対の後側支持脚８３は、旋回用油圧モータ１３を挟むようにして上部旋回体４の左右対称位置に配置される。一対の後側支持脚８３は、互いに同様の構成である。図３に示すように、後側支持脚８３は、旋回フレーム４９の底板４９ａに当接する矩形平板状の取付部８３ｂと、取付部８３ｂの基端部とアンテナ支持台８１とを接続する直線状の接続部８３ａと、を有する。支持脚８２，８３の取付部８２ｂ，８３ｂの先端部には、外輪取付ボルト６０（６０Ｂ）が挿通されるボルト挿通孔８４が形成されている。

図２及び図３に示すように、外輪４１と上部旋回体４とを接続するための複数の外輪取付ボルト６０には、２種類のボルト６０Ａ，６０Ｂが含まれる。ボルト６０Ａは、外輪４１と底板４９ａとを接続する機能のみを有する接続部材であり、ボルト６０Ｂは、外輪４１と底板４９ａとを接続する機能だけでなく、アンテナ支持装置８０を底板４９ａに固定する機能を有する接続部材である。

図３に示すように、外輪取付ボルト６０は、頭部６１と、頭部６１から延在する軸部６２と、を有し、軸部６２の先端部には、底板４９ａのねじ孔４９ｂに螺合する雄ねじが形成されている。ボルト６０Ｂの軸部６２は、ボルト６０Ａの軸部６２よりも長く形成されている。

ボルト６０Ｂの軸部６２は、外輪４１のボルト挿通孔４１ｂ、底板４９ａのねじ孔４９ｂ及びアンテナ支持装置８０の取付部８２ｂのボルト挿通孔８４に挿通される。ボルト６０Ｂは、その軸部６２の先端部が取付部８２ｂのボルト挿通孔８４から突出し、突出部に形成された雄ねじにナット６３が螺着される。つまり、取付部８２ｂ、底板４９ａ及び外輪４１が積層された状態でボルト６０Ｂの頭部６１とナット６３によって挟持され、取付部８２ｂが底板４９ａとともに外輪４１に取り付けられる。なお、取付部８３ｂも同様に、ボルト６０Ｂ及びナット６３によって底板４９ａとともに外輪４１に取り付けられる。

このように、本実施形態では、アンテナ支持装置８０の取付部８２ｂ，８３ｂが、底板４９ａ及び外輪４１とともにボルト６０Ｂ及びナット６３により締結されている。つまり、アンテナ支持装置８０の取付部８２ｂ，８３ｂは、旋回軸受装置４０の外輪４１と上部旋回体４の底板４９ａとが接続される部位（接続部）において、上部旋回体４に固定される。

アンテナ支持装置８０の取付部８２ｂ，８３ｂは、旋回中心軸Ｃ０からの距離が等しくなるように配置されるボルト（接続部材）６０Ｂによって上部旋回体４の旋回フレーム４９に固定される。アンテナ支持装置８０が上部旋回体４に取り付けられることにより、メインアンテナ２８ａの位相中心が旋回中心軸Ｃ０に位置することになる。なお、本実施形態では、メインアンテナ２８ａの最下部にオフセットの基準位置であるＡＲＰ(Antenna Reference Point)が設定されており、ＡＲＰも旋回中心軸Ｃ０上に位置している。

ＧＮＳＳアンテナ２８の位相中心とは、衛星信号（電波）の入射において仮想的に電波の集中点と見なせる点であり、アンテナの電気的な中心のことを指す。なお、理想的なアンテナではこの位相中心は一点に定まるが、実際には種々の要因でばらつく。ここでは、その平均の位置をアンテナの位相中心と定義する。

アンテナ支持装置８０は、旋回フレーム４９への取付作業の前に一体構造物として組み立てられる。一体構造物のアンテナ支持装置８０は、旋回フレーム４９上に載置され、外輪４１と旋回フレーム４９とを外輪取付ボルト６０によって接続する接続作業において、旋回フレーム４９に固定される。したがって、外輪４１と旋回フレーム４９との接続作業とは別に、アンテナ支持装置８０を旋回フレーム４９に取り付ける場合に比べて作業工数の低減を図ることができる。

ここで、メインアンテナ２８ａを支持するアンテナ支持装置が一体構造物でない場合であって、メインアンテナ２８ａと旋回フレーム４９とを接続する接続作業において、複数部品からなるアンテナ支持装置を組み立てる場合には、複数の部品の組み立てにより生じる累積誤差が大きくなるおそれがある。これに対して、本実施形態では、一体構造物であるアンテナ支持装置８０によって、旋回フレーム４９に対してメインアンテナ２８ａを固定するため、組み立てによる累積誤差を小さく抑えることができる。また、本実施形態では、アンテナ支持装置８０を旋回フレーム４９に固定するためのボルト６０Ｂが、外輪４１のボルト挿通孔４１ｂに挿通されている。このため、メインアンテナ２８ａの位相中心を外輪取付ボルト６０のＰＣＤ（Pitch Circle Diameter：ピッチ円直径）の精度に近い精度で旋回中心軸Ｃ０上に位置決めすることが可能となる。

旋回中心軸Ｃ０上にメインアンテナ２８ａの位相中心を位置させたことによる本実施形態の効果を、本実施形態の比較例と比較して説明する。図４は、本実施形態の比較例に係る油圧ショベル９１におけるメインアンテナ９２８ａの上空視界について説明する図である。図４（ａ）は、所定の姿勢のときのメインアンテナ９２８ａの上空視界を模式的に示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）の姿勢から上部旋回体４を１８０度旋回させた姿勢のときのメインアンテナ９２８ａの上空視界を模式的に示している。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施形態の比較例に係る油圧ショベル９１では、メインアンテナ９２８ａ及びサブアンテナ２８ｂが、旋回中心軸Ｃ０を挟むように、上部旋回体４の左部及び右部のそれぞれに配置されている。つまり、油圧ショベル９１では、メインアンテナ９２８ａが旋回中心軸Ｃ０から離れた位置に設けられている。

一般的に、油圧ショベルでは、下部走行体５を停止させた状態で、上部旋回体４を旋回動作させる作業が行われる。ここで、旋回動作が建造物等の障害物９９の近傍で行われる場合、上部旋回体４の方位（向き）が変わることによって、各アンテナと障害物９９との距離が変化する。その結果、アンテナの上空視界において障害物９９によって遮られる領域が変化し、アンテナで信号を受信可能な衛星の数が増減する場合がある。

本実施形態の比較例に係る油圧ショベル９１では、図４（ａ）に示す姿勢のときに、メインアンテナ９２８ａと障害物９９との間の距離がＤ１であり、メインアンテナ９２８ａの上空視界において障害物９９で遮られる領域の面積はＳ１となる。なお、メインアンテナ９２８ａと障害物９９との間の距離Ｄ１は、旋回中心軸Ｃ０と障害物９９との間の距離Ｄ０よりも大きい（Ｄ１＞Ｄ０）。このとき、油圧ショベル９１のメインアンテナ９２８ａで信号（電波）を受信可能な衛星９０の数は６つとなる。

一方、図４（ｂ）に示す姿勢では、メインアンテナ９２８ａと障害物９９との間の距離がＤ１よりも小さいＤ２となる（Ｄ２＜Ｄ１）。なお、メインアンテナ９２８ａと障害物９９との間の距離Ｄ２は、旋回中心軸Ｃ０と障害物９９との間の距離Ｄ０よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ０）。図４（ｂ）に示す姿勢では、メインアンテナ９２８ａと障害物９９との間の距離が図４（ａ）に示す姿勢のときよりも近くなるため、メインアンテナ９２８ａの上空視界において障害物９９で遮られる領域の面積がＳ１よりも大きいＳ２となる（Ｓ２＞Ｓ１）。その結果、油圧ショベル９１のメインアンテナ９２８ａで信号を受信可能な衛星９０の数は図４（ａ）の姿勢のときよりも１つ減って５つとなる。このように、図４（ｂ）に示す姿勢では、衛星９０Ａからメインアンテナ９２８ａへ向かう信号（電波）が障害物９９によって遮蔽されるため、メインアンテナ９２８ａによって衛星９０Ａからの信号を受信することができなくなる。

このように上部旋回体４の旋回動作中にメインアンテナ９２８ａで信号を受信可能な衛星９０の数が変化すると、測位に用いる衛星９０の組み合わせが変化する場合がある。この場合、組み合わせが変化したときに、メインアンテナ９２８ａで受信した信号に基づく測位演算に不連続点が生じ、測位精度が悪化するおそれがある。

これに対して、本実施形態では、図２及び図３に示すように、メインアンテナ２８ａは、その位相中心が旋回中心軸Ｃ０上に位置するように、アンテナ支持装置８０によって旋回フレーム４９に取り付けられている。これにより、上部旋回体４の旋回動作中にメインアンテナ２８ａで信号を受信可能な衛星９０の数が変化することを抑制することができ、測位に用いる衛星９０の組み合わせを一意的に保つことができる。つまり、本実施形態によれば、上部旋回体４の旋回動作中に、メインアンテナ２８ａで受信した信号に基づく測位演算に不連続点が生じることを防止できるため、測位精度を向上させることができる。

次に、図５を参照して、油圧ショベル１に搭載された主制御装置１００及び測位演算装置１１０の機能について説明する。図５は、第１実施形態に係る油圧ショベル１の主制御装置１００及び測位演算装置１１０の機能ブロック図である。本実施形態では、測位演算装置１１０は、ＧＮＳＳ受信機２１に設けられる。なお、測位演算装置１１０の機能の一部または全部は、主制御装置１００が担うようにしてもよい。また、主制御装置１００の機能の一部または全部は、測位演算装置１１０が担うようにしてもよい。

主制御装置１００は、各種センサ、操作レバー（操作装置）１７等の情報に基づいて、油圧ショベル１の各部の動作を制御する。測位演算装置１１０は、主制御装置１００からの情報、ＧＮＳＳアンテナ２８からの情報、並びに第１通信機２９及び第２通信機２３からの情報に基づいて、地理座標系における車両本体２（上部旋回体４）の位置及び方位を演算する演算装置である。

主制御装置１００及び測位演算装置１１０は、動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。主制御装置１００及び測位演算装置１１０は、それぞれ複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

主制御装置１００及び測位演算装置１１０は、記憶装置に予め記憶されているプログラム（ソフトウェア）を実行し、プログラム内で規定されているデータとインタフェースから入力されたデータに基づいて演算処理を行い、インタフェースから外部に信号（演算結果）を出力する。

本実施形態では、主制御装置１００は、インタフェースを介して、作業機姿勢センサ２０、旋回体ＩＭＵ２６等と接続されている。測位演算装置１１０は、インタフェースを介して、ＧＮＳＳアンテナ２８、第１通信機２９及び第２通信機２３等と接続されている。また、主制御装置１００と測位演算装置１１０とは相互に情報の授受が可能なように接続されている。

主制御装置１００は、主制御装置１００の記憶装置に記憶されているプログラムを実行することにより、旋回体姿勢演算部１０１、作業機姿勢演算部１０２及び車両制御部１０３として機能する。

旋回体姿勢演算部１０１は、例えば、上部旋回体４が静止している場合、旋回体ＩＭＵ２６に設定されたＩＭＵ座標系における重力加速度の方向（つまり、鉛直下向き方向）と、旋回体ＩＭＵ２６の取り付け状態（つまり、旋回体ＩＭＵ２６と上部旋回体４との相対的な位置関係）とに基づき、車体座標系における上部旋回体４の姿勢情報を演算する。また、旋回体姿勢演算部１０１は、上部旋回体４が旋回動作中である場合、旋回体ＩＭＵ２６で測定された直交３軸周りの角速度を時間積分することにより、車体座標系における上部旋回体４の姿勢情報（上部旋回体４のロー角、ピッチ角、旋回角）を演算する。以下、上部旋回体４の姿勢情報は、旋回体姿勢情報とも記す。

作業機姿勢演算部１０２は、作業機姿勢センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃで検出された各フロント部材６，７，８の角度情報に基づいて、車体座標系におけるフロント作業機３の姿勢情報を演算する。以下、フロント作業機３の姿勢情報を作業機姿勢情報とも記す。

車両制御部１０３は、油圧ショベル１の各部の動作を制御するとともに、下部走行体５の走行状態（停止状態または走行状態）を監視する。

測位演算装置１１０は、測位演算装置１１０の記憶装置に記憶されているプログラムを実行することにより、メインアンテナ位置算出部１１１、第１上空視界情報生成部１１２、第２上空視界情報生成部１１３、メインアンテナ可用衛星特定部１１４、サブアンテナ可用衛星特定部１１５、基線ベクトル算出部１１６、基線ベクトル精度評価部１１８、ＩＭＵ方位精度評価部１０４、メインアンテナ精度評価部１１９及び位置・方位演算部１２０として機能する。

メインアンテナ位置算出部１１１は、メインアンテナ２８ａが受信した衛星信号及び第１通信機２９が基準局９０１から受信した補正信号に基づいて、メインアンテナ２８ａの緯度、経度及び楕円体高からなる地理座標系（グローバル座標系）における位置の座標値を算出する。補正信号は、電離層、対流圏等の外乱要因がメインアンテナ２８ａの位置の演算に与える悪影響を軽減するために用いられる。所定の位置座標に存在する基準局９０１は、上空の衛星からの信号（電波）を継続的に受信して、補正信号を継続的に発信する。メインアンテナ位置算出部１１１は、補正信号を用いることにより、メインアンテナ２８ａの位置の座標値を精度よく算出することができる。なお、メインアンテナ位置算出部１１１は、後述するメインアンテナ可用衛星特定部１１４により特定された衛星からの信号だけを用いて、メインアンテナ２８ａの位置の演算を行う。

第２通信機２３は、油圧ショベル１の周辺の地形、立体構造物の３次元情報を管理サーバ９０２から受信する。なお、本実施形態では、外部から３次元情報を取得する例について説明するが、油圧ショベル１に、上部旋回体４の周囲情報を検出可能な複数の周囲情報検出装置（例えば、カメラ、レーザレーダ等）を設け、周囲情報検出装置によって取得した情報に基づき、３次元情報を生成するようにしてもよい。また、記憶媒体を介して、３次元情報を取得するようにしてもよい。

第１上空視界情報生成部１１２は、メインアンテナ位置算出部１１１が算出したメインアンテナ２８ａの位置、旋回体姿勢演算部１０１が演算した上部旋回体４の姿勢情報（ロール角、ピッチ角及び旋回角）、及び第２通信機２３が衛星通信、携帯電話通信、狭域無線通信等を通じて管理サーバ９０２から受信した３次元情報に基づいて、メインアンテナ２８ａの上空視界と、その上空視界が油圧ショベル１の外部の構造物、地形によって遮られる範囲と、を含む第１のメイン上空視界情報を生成する。

第２上空視界情報生成部１１３は、作業機姿勢演算部１０２で演算されたフロント作業機３の姿勢情報、及び第１上空視界情報生成部１１２で生成された第１のメイン上空視界情報に基づいて、メインアンテナ２８ａの上空視界と、その上空視界が油圧ショベル１の外部の構造物、地形、及びフロント作業機３によって遮られる範囲と、を含む第２のメイン上空視界情報を生成する。

メインアンテナ可用衛星特定部１１４は、第２上空視界情報生成部１１３より生成された第２のメイン上空視界情報に基づき、メインアンテナ２８ａの位相中心に信号（電波）が直接届く衛星を特定する。すなわち、メインアンテナ可用衛星特定部１１４は、油圧ショベル１の上空に存在する複数の衛星の中から、メインアンテナ２８ａで直接信号を受信可能な衛星を選択する。

メインアンテナ精度評価部１１９は、メインアンテナ可用衛星特定部１１４で特定された衛星である可用衛星の数及び可用衛星の配置の情報、及び、メインアンテナ位置算出部１１１での算出結果のばらつきに基づいて、メインアンテナ２８ａの位置の算出精度が、許容できる精度であるか否かを判定する。

メインアンテナ２８ａの位置の算出精度は、メインアンテナ２８ａで信号（電波）を受信可能な可用衛星の数及び配置により変化する。可用衛星の配置状況により測位精度が受ける影響は、例えば、ＤＯＰ（Dilution of Precision：精度低下率）で表すことができる。可用衛星数が少なく、可用衛星間の距離が狭いほど、メインアンテナ２８ａの位置の算出精度は低くなる。メインアンテナ精度評価部１１９は、可用衛星の数及び可用衛星の配置の情報に基づき、精度評価用パラメータを演算する。精度評価用パラメータは、算出精度が高いほど高くなるパラメータである。

また、メインアンテナ精度評価部１１９は、統計学においてデータのばらつき度合いを示す指標（例えば分散、標準偏差等）を演算する。メインアンテナ精度評価部１１９は、上記精度評価用パラメータが予め定めた閾値以上であり、かつ、メインアンテナ位置算出部１１１での算出結果のばらつき度合いを示す指標が予め定めた閾値未満の場合には、メインアンテナ２８ａの位置の算出精度は、許容できる精度であると判定する。一方、メインアンテナ精度評価部１１９は、上記精度評価用パラメータが予め定めた閾値未満である場合、または、メインアンテナ位置算出部１１１での算出結果のばらつき度合いを示す指標が予め定めた閾値以上の場合には、メインアンテナ２８ａの位置の算出精度が、許容できる精度ではないと判定する。

基線ベクトル算出部１１６は、メインアンテナ２８ａが受信した衛星信号と、サブアンテナ２８ｂで受信した衛星信号と、に基づいて、メインアンテナ２８ａ及びサブアンテナ２８ｂの緯度、経度及び楕円体高からなる位置の座標値を算出する。さらに、基線ベクトル算出部１１６は、算出したＧＮＳＳアンテナ２８の位置の座標値に基づいて、メインアンテナ２８ａからサブアンテナ２８ｂへの基線ベクトルを算出する。なお、基線ベクトル算出部１１６は、メインアンテナ可用衛星特定部１１４により特定されたメインアンテナ２８ａの衛星からの信号だけを用いて、メインアンテナ２８ａの位置の演算を行う。また、基線ベクトル算出部１１６は、後述するサブアンテナ可用衛星特定部１１５により特定された衛星からの信号だけを用いて、サブアンテナ２８ｂの位置の演算を行う。

第１上空視界情報生成部１１２は、メインアンテナ位置算出部１１１が算出したメインアンテナの位置、基線ベクトル算出部１１６が算出した基線ベクトル、旋回体姿勢演算部１０１が演算した上部旋回体４の姿勢情報（ロール角、ピッチ角及び旋回角）、及び第２通信機２３が管理サーバ９０２から受信した３次元情報に基づいて、サブアンテナ２８ｂの上空視界と、その上空視界が油圧ショベル１の外部の構造物、地形によって遮られる範囲と、を含む第１のサブ上空視界情報を生成する。

第２上空視界情報生成部１１３は、作業機姿勢演算部１０２で演算されたフロント作業機３の姿勢情報、及び第１上空視界情報生成部１１２で生成された第１のサブ上空視界情報に基づいて、サブアンテナ２８ｂの上空視界と、その上空視界が油圧ショベル１の外部の構造物、地形、及びフロント作業機３によって遮られる範囲と、を含む第２のサブ上空視界情報を生成する。

サブアンテナ可用衛星特定部１１５は、第２上空視界情報生成部１１３より生成された第２のサブ上空視界情報に基づき、サブアンテナ２８ｂの位相中心に信号（電波）が直接届く衛星を特定する。すなわち、サブアンテナ可用衛星特定部１１５は、油圧ショベル１の上空に存在する複数の衛星の中から、サブアンテナ２８ｂで直接信号を受信可能な衛星を選択する。

基線ベクトル精度評価部１１８は、サブアンテナ可用衛星特定部１１５で特定された衛星である可用衛星の数及び可用衛星の配置の情報、及び、基線ベクトル算出部１１６での算出結果のばらつきに基づいて、基線ベクトルの算出精度が、許容できる精度であるか否かを判定する。なお、基線ベクトルの算出精度が、許容できる精度であるか否かの判定方法は、メインアンテナ精度評価部１１９によるメインアンテナ２８ａの位置の算出精度が、許容できる精度であるか否かの判定方法と同様であるので、説明を省略する。

位置・方位演算部１２０は、メインアンテナ精度評価部１１９においてメインアンテナ２８ａの位置の算出精度が許容できる精度であると判定され、かつ、基線ベクトル精度評価部１１８において基線ベクトルの算出精度が許容できる精度であると判定された場合、メインアンテナ位置算出部１１１で算出されたメインアンテナ２８ａの位置と、基線ベクトル算出部１１６で算出された基線ベクトルと、に基づいて、上部旋回体４の位置及び上部旋回体４の方位（以下、ＧＮＳＳ方位とも記す）を演算する。

なお、上部旋回体４の位置とは、上部旋回体４の任意の位置であり、例えば、旋回中心軸Ｃ０上の位置、ブーム６の基端部と上部旋回体４とを接続するブームピンの中心軸上の位置等に設定される。測位演算装置１１０の記憶装置には、車体座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２８の位置の座標と、任意に設定される上部旋回体４の位置の座標との関係を表す幾何学情報が記憶されている。このため、位置・方位演算部１２０は、メインアンテナ２８ａの位置の座標、基線ベクトル及び上記幾何学情報に基づいて、地理座標系における上部旋回体４の位置の座標を算出することができる。

位置・方位演算部１２０は、メインアンテナ精度評価部１１９においてメインアンテナ２８ａの位置の算出精度が許容できる精度であると判定され、かつ、基線ベクトル精度評価部１１８において基線ベクトルの算出精度が許容できない精度であると判定された場合、メインアンテナ位置算出部１１１で算出されたメインアンテナ２８ａの位置と、旋回体姿勢演算部１０１で演算された旋回体姿勢情報に基づいて、上部旋回体４の位置及び上部旋回体４の方位（以下、ＩＭＵ方位とも記す）を演算する。なお、旋回体姿勢情報は、上述したように、旋回体ＩＭＵ２６の測定結果に基づいて、旋回体姿勢演算部１０１によって演算される。

位置・方位演算部１２０は、メインアンテナ精度評価部１１９において、メインアンテナ２８ａの位置の算出精度が許容できる精度ではないと判定された場合、上部旋回体４の位置及び上部旋回体４の方位の演算は行わない。また、位置・方位演算部１２０は、基線ベクトル精度評価部１１８において、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度ではないと判定され、かつ、後述するＩＭＵ方位精度評価部１０４において、ＩＭＵ方位の精度が許容できる精度ではないと判定された場合にも、上部旋回体４の位置及び上部旋回体４の方位の演算は行わない。なお、位置・方位演算部１２０での演算結果は、主制御装置１００の車両制御部１０３に出力され、油圧ショベル１の制御に用いられる。

ＩＭＵ方位精度評価部１０４は、基線ベクトル精度評価部１１８からの情報、及び旋回体姿勢演算部１０１からの情報に基づいて、位置・方位演算部１２０で演算されるＩＭＵ方位の精度が、許容できる精度であるか否かを判定する。ＩＭＵ方位精度評価部１０４は、基線ベクトル精度評価部１１８において、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度であると判定されている状態から、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度ではないと判定された場合、その時点ｔ０からの時間を計測する。

基線ベクトルの算出精度が許容できる精度ではないと判定されてからは、上述したように、位置・方位演算部１２０においてＩＭＵ方位が演算される。ここで、ＩＭＵ方位は、時点ｔ０において記憶装置に記憶されているＧＮＳＳ方位を基準とした上部旋回体４の方位角から演算される。ここで、上部旋回体４の方位角は、旋回体ＩＭＵ２６で検出された角速度を時間積分することにより演算される旋回体姿勢情報に基づき演算されるため、時間が経過するほど積分の誤差が蓄積する。

したがって、ＩＭＵ方位精度評価部１０４は、時点ｔ０からの計測時間が予め定めた時間（閾値）未満である場合には、ＩＭＵ方位の精度が許容できる精度であると判定し、時点ｔ０からの計測時間が予め定めた時間（閾値）以上である場合には、ＩＭＵ方位の精度が許容できる精度ではないと判定する。

なお、ＩＭＵ方位精度評価部１０４は、車両制御部１０３から出力される下部走行体５の走行動作情報が停止状態を表す情報である場合には、旋回体ＩＭＵ２６からの情報に基づいた各種演算の結果については、信頼性が無いと判定する機能も有する。

図６は、第１実施形態に係る測位演算装置１１０による測位演算処理の内容を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートに示す処理は、例えば、図示しないイグニッションスイッチのオンにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、所定の制御周期で繰り返し実行される。

図６に示すように、ステップＳ１０１において、測位演算装置１１０は、各種情報を取得し、ステップＳ１０６へ進む。各種情報には、車両制御部１０３からの走行動作情報、メインアンテナ２８ａ及びサブアンテナ２８ｂからの衛星信号、第１通信機２９からの補正信号、第２通信機２３からの３次元情報、旋回体姿勢演算部１０１からの旋回体姿勢情報、作業機姿勢演算部１０２からの作業機姿勢情報等が含まれる。

ステップＳ１０６において、測位演算装置１１０は、ステップＳ１０１で取得した走行動作情報に基づき、下部走行体５が停止しているか否かを判定する。ステップＳ１０６において、下部走行体５が停止していると判定された場合、停止状態フラグをオンにして、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１０６において、下部走行体５が停止していない、すなわち下部走行体５が走行していると判定された場合、停止状態フラグをオフにして、図６に示す処理を終了する。

ステップＳ１１１において、測位演算装置１１０は、ステップＳ１０１で取得した３次元情報、旋回体姿勢情報及び作業機姿勢情報、並びに１制御周期前のステップＳ１２１で算出されたメインアンテナ２８ａの位置及び基線ベクトルに基づき、上空視界情報（第１のメイン及びサブ上級視界情報及び第２のメイン及びサブ上空視界情報）を生成し、ステップＳ１１６へ進む。

ステップＳ１１６において、測位演算装置１１０は、ステップＳ１１１で演算された第２のメイン上空視界情報に基づいて、メインアンテナ２８ａの可用衛星を特定するとともに、ステップＳ１１１で演算された第２のサブ上空視界情報に基づいて、サブアンテナ２８ｂの可用衛星を特定し、ステップＳ１２１へ進む。

ステップＳ１２１において、測位演算装置１１０は、ステップＳ１０１で取得したメインアンテナ２８ａ及びサブアンテナ２８ｂで受信した衛星信号及び補正信号に基づき、メインアンテナ２８ａの位置及び基線ベクトルを算出してステップＳ１２６へ進む。なお、ステップＳ１２１の演算に用いられる衛星信号は、ステップＳ１１６において特定された可用衛星の衛星信号である。

ステップＳ１２６において、測位演算装置１１０は、メインアンテナ２８ａの位置の算出精度が許容できる精度であるか否かを判定する。ステップＳ１２６において、メインアンテナ２８ａの位置の算出精度が許容できる精度であると判定された場合、ステップＳ１３１へ進み、メインアンテナ２８ａの算出精度が許容できる精度ではないと判定された場合、ステップＳ１５１へ進む。

ステップＳ１３１において、測位演算装置１１０は、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度であるか否かを判定する。ステップＳ１３１において、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度であると判定された場合、ステップＳ１３６へ進み、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度ではないと判定された場合、ステップＳ１４１へ進む。

ステップＳ１４１において、測位演算装置１１０は、ＩＭＵ方位の算出精度が許容できる精度であるか否かを判定する。ステップＳ１４１において、ＩＭＵ方位の算出精度が許容できる精度であると判定された場合、ステップＳ１４６へ進み、ＩＭＵ方位の算出精度が許容できる精度ではないと判定された場合、ステップＳ１５１へ進む。

ステップＳ１３６において、測位演算装置１１０は、ステップＳ１２１で算出されたメインアンテナ２８ａの位置及び基線ベクトルに基づいて、上部旋回体４の位置及び上部旋回体４の方位（ＧＮＳＳ方位）を算出し、図６に示す処理を終了する。

ステップＳ１４６において、測位演算装置１１０は、ステップＳ１２１で算出されたメインアンテナ２８ａの位置、ステップＳ１３６で演算されたＧＮＳＳ方位の最新値、及びステップＳ１０１で取得された旋回体姿勢情報に基づいて、上部旋回体４の方位（ＩＭＵ方位）を演算し、図６に示す処理を終了する。ここで、ＧＮＳＳ方位の最新値とは、繰り返し演算処理が行われる図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１２６及びステップＳ１３１の双方で肯定判定されているときに、ステップＳ１３６で演算されたＧＮＳＳ方位の最新の値であり、この値は記憶装置で保持される。

ステップＳ１５１において、測位演算装置１１０は、当該時刻（当該制御周期）での測位演算は行わないことを表す情報を記憶装置に記憶し、図６に示す処理を終了する。

このように、本実施形態では、ＧＮＳＳアンテナ２８（２８ａ，２８ｂ）の上空視界状況が良好、すなわち上空視界が遮られる範囲が小さく、ＧＮＳＳアンテナ２８（２８ａ，２８ｂ）で信号を受信可能な衛星（可用衛星）の数が十分であり、可用衛星が分散して配置されているときには、メインアンテナ２８ａの位置及び基線ベクトルに基づいて、上部旋回体４の方位（すなわち、ＧＮＳＳ方位）が演算される（Ｓ１２６でＹｅｓ→Ｓ１３１でＹｅｓ→Ｓ１３６）。

ここで、上部旋回体４が旋回することにより、サブアンテナ２８ｂの上空視界状況が悪化し、すなわち上空視界が遮られる範囲が大きくなり、サブアンテナ２８ｂの可用衛星の数が減少すると、ＧＮＳＳ方位を基準として、旋回動作した上部旋回体４の角速度を時間積分することにより上部旋回体４の方位（すなわち、ＩＭＵ方位）が演算される（Ｓ１２６でＹｅｓ→Ｓ１３１でＮｏ→Ｓ１４１でＹｅｓ→Ｓ１４６）。

なお、ＩＭＵ方位の算出精度は、時間が長くなるほど積分の誤差が蓄積する。このため、上部旋回体４の旋回動作が継続され、所定時間を超えると、ＩＭＵ方位の算出精度が許容できる精度ではなくなり、測位演算が終了する（Ｓ１２６でＹｅｓ→Ｓ１３１でＮｏ→Ｓ１４１でＮｏ→Ｓ１５１）。

上述したように、ＧＮＳＳアンテナ２８を油圧ショベル１の左右のいずれかに配置する場合、上部旋回体４の旋回動作に伴って、ＧＮＳＳアンテナ２８と障害物９９との距離が近くなったり遠くなったりする。これに対して、本実施形態では、メインアンテナ２８ａの位相中心が旋回中心軸Ｃ０上に位置している。したがって、メインアンテナ２８ａと障害物９９との間に一定の距離（障害物９９から旋回中心軸Ｃ０までの距離Ｄ０）を確保することができるとともに、上部旋回体４の旋回動作によって、メインアンテナ２８ａと障害物９９との位置関係が変化することを抑制できる。これにより、メインアンテナ２８ａの上空視界を良好な状態に維持することができ、メインアンテナ２８ａの位置の算出精度が上部旋回体４の旋回動作によって低下することが抑制される。

なお、上部旋回体４の旋回動作によって、サブアンテナ２８ｂと油圧ショベル１の近傍の障害物９９との位置関係が変化することがある。本実施形態に係る測位演算装置１１０は、サブアンテナ２８ｂの上空視界が良好のときには、サブアンテナ２８ｂで受信した衛星信号に基づき、上部旋回体４の方位を演算し、サブアンテナ２８ｂの上空視界が悪化したときには、旋回体ＩＭＵ２６の測定結果に基づいて上部旋回体４の方位を演算する。このため、上部旋回体４の旋回動作に起因して、上部旋回体４の方位の測定精度が低下することを抑制することができる。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）本実施形態では、アンテナ支持装置８０は、メインアンテナ２８ａの位相中心が旋回中心軸Ｃ０上に位置するように、メインアンテナ２８ａを支持する。これにより、上部旋回体４の旋回動作に伴って、メインアンテナ２８ａの上空視界の状態が変化することが抑制される。その結果、油圧ショベル１の上部旋回体４の位置及び方位を精度よく測定することができる。

（２）アンテナ支持装置８０が、外輪４１と上部旋回体４とを接続する外輪取付ボルト（接続部材）６０によって、上部旋回体４に固定される。本実施形態では、アンテナ支持装置８０は、外輪４１のボルト挿通孔４１ｂに挿通され旋回フレーム４９のねじ孔４９ｂに螺合するボルト（接続部材）６０Ｂによって、上部旋回体４に固定される。したがって、本実施形態によれば、外輪４１と上部旋回体４とを接続する外輪取付ボルト（接続部材）６０を基準として、アンテナ支持装置８０を位置決めすることができるため、メインアンテナ２８ａの位相中心を精度よく旋回中心軸Ｃ０上に位置決めすることができる。

（３）また、外輪４１と上部旋回体４とを接続する外輪取付ボルト（接続部材）６０を利用してアンテナ支持装置８０を上部旋回体４に固定することができる。つまり、ボルト（接続部材）６０Ｂが、外輪４１と上部旋回体４とを接続する機能だけでなく、アンテナ支持装置８０を上部旋回体４に固定する機能を有している。このため、アンテナ支持装置８０を固定するための、専用の固定部材を別途設ける必要もない。したがって、アンテナ支持装置８０を外輪４１のボルト挿通孔４１ｂに対応する位置とは異なる位置に、ボルト６０Ｂとは異なる固定部材によって上部旋回体４に取り付ける場合に比べて、部品点数（接続部材の数）を低減することができる。

（４）測位演算装置（演算装置）１１０は、メインアンテナ２８ａで受信した衛星信号と、サブアンテナ２８ｂで受信した衛星信号と、に基づいて、基線ベクトルを算出し、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度であるか否かを判定し、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度である場合には、基線ベクトルに基づいて上部旋回体４の方位を演算し、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度ではない場合には、旋回体ＩＭＵ（慣性計測装置）２６での測定結果に基づいて上部旋回体４の方位を演算する。したがって、上部旋回体４の旋回動作に伴って、サブアンテナ２８ｂの上空視界が悪化した場合であっても、上部旋回体４の位置及び方位を精度よく測定することができる。

＜第２実施形態＞
図７及び図８を参照して、第２実施形態に係る油圧ショベル１の測位演算装置２１０について説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図７は、図５と同様の図であり、第２実施形態に係る油圧ショベル１の主制御装置１００及び測位演算装置２１０の機能ブロック図である。

図７に示すように、第２実施形態に係る油圧ショベル１は、上記位置・方位演算部１２０に代えて、位置・方位演算部２２１及び旋回体方位精度評価部２２２を備え、上記基線ベクトル精度評価部１１８に代えてＧＮＳＳ方位精度評価部２１８を備え、ＩＭＵ方位精度評価部１０４に代えて、ＩＭＵ方位精度評価部２０４を備える。

ＧＮＳＳ方位精度評価部２１８は、上記基線ベクトル精度評価部１１８と同様の機能に加え、ＧＮＳＳ方位精度を所定の指標で区分し、その精度の高さを評価する機能を有する。ＧＮＳＳ方位精度評価部２１８は、サブアンテナ可用衛星特定部１１５で特定された衛星である可用衛星の数及び可用衛星の配置の情報、及び、基線ベクトル算出部１１６での算出結果のばらつきに基づいて、ＧＮＳＳ方位の精度の高さを表す第１の指標（以下、ＧＮＳＳ方位評価指標と記す）を算出する。ＧＮＳＳ方位の精度が高いほど、ＧＮＳＳ方位評価指標も高くなる。例えば、可用衛星の数が多いほど、ＧＮＳＳ方位評価指標は高くなる。また、基線ベクトル算出部１１６での算出結果のばらつきが小さいほど、ＧＮＳＳ方位評価指標は高くなる。

ＩＭＵ方位精度評価部２０４は、上記ＩＭＵ方位精度評価部１０４と同様の機能に加え、ＩＭＵ方位精度を所定の指標で区分し、その精度の高さを評価する機能を有する。ＩＭＵ方位精度評価部２０４は、上記時点ｔ０からの計測時間に基づいて、ＩＭＵ方位の精度の高さを表す第２の指標（以下、ＩＭＵ方位評価指標と記す）を算出する。ＩＭＵ方位の精度が高いほど、ＩＭＵ方位評価指標も高くなる。例えば、上記時点ｔ０からの計測時間が長くなるほど、ＩＭＵ方位評価指標は低くなる。

旋回体方位精度評価部２２２は、ＧＮＳＳ方位精度評価部２１８で算出されたＧＮＳＳ方位評価指標と、ＩＭＵ方位精度評価部２０４で算出されたＩＭＵ方位評価指標と、を比較し、いずれが高いかを指標であるかを判定する。

位置・方位演算部２２１は、旋回体方位精度評価部２２２によってＧＮＳＳ方位評価指標がＩＭＵ方位評価指標よりも高いと判定された場合、メインアンテナ位置算出部１１１で算出されたメインアンテナ２８ａの位置と、基線ベクトル算出部１１６で算出された基線ベクトルと、に基づいて、上部旋回体４の位置及び上部旋回体４の方位（すなわち、ＧＮＳＳ方位）を演算する。

位置・方位演算部２２１は、旋回体方位精度評価部２２２によってＩＭＵ方位評価指標がＧＮＳＳ方位評価指標よりも高いと判定された場合、メインアンテナ位置算出部１１１で算出されたメインアンテナ２８ａの位置と、旋回体姿勢演算部１０１で演算された旋回体姿勢情報と、に基づいて、上部旋回体４の位置及び上部旋回体４の方位（すなわち、ＩＭＵ方位）を演算する。

図８は、第２実施形態に係る測位演算装置２１０による測位演算処理の内容を示すフローチャートである。図８では、図６のフローチャートのステップＳ１３１の処理とＳ１３６の処理との間にステップＳ２３３の処理とＳ２３５の処理が追加されている。なお、図８において、図６に示す処理と同じ処理には同じ符号を付し、図６の処理と異なる部分を主に説明する。図８に示すフローチャートに示す処理は、例えば、図示しないイグニッションスイッチのオンにより開始され、図示しない初期設定が行われた後、所定の制御周期で繰り返し実行される。

図８に示すように、測位演算装置２１０は、ステップＳ１３１において、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度であると判定された場合、ステップＳ２３３へ進み、ステップＳ１４１と同様の処理、すなわち、ＩＭＵ方位の精度が許容できる精度であるか否かを判定する処理を実行する。ステップＳ２３３において、ＩＭＵ方位の精度が許容できる精度であると判定された場合、ステップＳ２３５へ進み、ＩＭＵ方位の精度が許容できる精度ではないと判定された場合、ステップＳ１３６へ進む。

つまり、基線ベクトルの算出精度が許容できる精度であり（Ｓ１３１でＹｅｓ）、かつ、ＩＭＵ方位の精度が許容できる精度である場合（Ｓ２３３でＹｅｓ）、ステップＳ２３５に進む。

ステップＳ２３５において、測位演算装置２１０は、ＧＮＳＳ方位評価指標がＩＭＵ方位評価指標よりも高いか否かを判定する。ステップＳ１２２において、測位演算装置２１０は、ＧＮＳＳ方位評価指標がＩＭＵ方位評価指標よりも高いと判定された場合には、ステップＳ１３６へ進み、メインアンテナ２８ａ及びサブアンテナ２８ｂで受信した衛星信号に基づいて、上部旋回体４の位置及び方位を算出する。

ステップＳ２３５において、測位演算装置２１０は、ＧＮＳＳ方位評価指標がＩＭＵ方位評価指標以下であると判定された場合には、ステップＳ１４６へ進み、メインアンテナ２８ａで受信した衛星信号及び旋回体ＩＭＵ２６での測定結果に基づいて、上部旋回体４の位置及び方位を算出する。

このように、第２実施形態では、測位演算装置２１０が、基線ベクトルに基づいて演算される上部旋回体４の方位の精度（ＧＮＳＳ方位の精度）の高さを表すＧＮＳＳ方位評価指標（第１の指標）と、旋回体ＩＭＵ（慣性計測装置）２６での測定結果に基づいて演算される上部旋回体４の方位の精度（ＩＭＵ方位の精度）の高さを表すＩＭＵ方位評価指標（第２の指標）と、を比較する。測位演算装置２１０は、ＧＮＳＳ方位評価指標（第１の指標）がＩＭＵ方位評価指標（第２の指標）よりも高い場合、すなわちＧＮＳＳ方位の精度がＩＭＵ方位の精度よりも高いと推定される場合、基線ベクトルに基づいて上部旋回体４の方位を演算する。また、測位演算装置２１０は、ＩＭＵ方位評価指標（第２の指標）がＧＮＳＳ方位評価指標（第１の指標）よりも高い場合、すなわちＩＭＵ方位の精度がＧＮＳＳ方位の精度よりも高いと推定される場合、旋回体ＩＭＵ（慣性計測装置）２６での測定結果に基づいて上部旋回体４の方位を演算する。

したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができ、さらに、上部旋回体４の位置及び方位の測定精度を向上することができる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、３本の支持脚８２，８３を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。アンテナ支持台８１に固定される支持脚の本数は、２本以下であってもよいし、４本以上であってもよい。アンテナ支持装置８０は、メインアンテナ２８ａの位相中心が旋回中心軸Ｃ０上に位置するようにメインアンテナ２８ａを支持できる構成であればよい。また、支持脚の形状も上記実施形態に限定されない。

＜変形例２＞
アンテナ支持台８１と各支持脚８２，８３とは、着脱自在の構造としてもよい。この場合、アンテナ支持台８１と各支持脚８２，８３との位置関係が一意的に定まるように組み立て可能な構造とすることが好ましい。

＜変形例３＞
上記実施形態では、サブアンテナ２８ｂが上部旋回体４の右部に設けられている例について説明したが、本発明はこれに限定されない。サブアンテナ２８ｂは、上部旋回体４に設けられていればよい。サブアンテナ２８ｂは、例えば、上部旋回体４の左部に設けてもよいし、上部旋回体４の後端部に設けてもよい。

＜変形例４＞
上記実施形態では、２つのＧＮＳＳアンテナ２８を備えた油圧ショベル１を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。３つ以上のＧＮＳＳアンテナ２８を上部旋回体４に設けてもよい。少なくとも、複数のＧＮＳＳアンテナ２８が、メインアンテナ２８ａと、サブアンテナ２８ｂと、を含み、メインアンテナ２８ａの位相中心が旋回中心軸Ｃ０上に配置されていればよい。

＜変形例５＞
上記実施形態では、メインアンテナ精度評価部１１９及び基線ベクトル精度評価部１１８が、可用衛星の数及び可用衛星の配置の情報、及び、算出結果のばらつきに基づいて、算出精度が許容できる精度であるか否かを判定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。算出結果のばらつきのみを用いて算出精度が許容できる精度であるか否かを判定してもよいし、可用衛星の数及び可用衛星の配置の情報のみに基づいて算出精度が許容できる精度であるか否かを判定してもよい。また、精度の評価方法は、上述の例に限定されず、周知の種々の方法を採用することができる。

＜変形例６＞
上記実施形態では、外輪取付ボルト６０によって、外輪４１と上部旋回体４とを接続する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。外輪４１と上部旋回体４とを接続する接続部材は、外輪取付ボルト６０に限定されず、クランプ等の締結部材を接続部材として採用してもよい。

＜変形例７＞
上記実施形態では、フロント作業機３が、ブーム６、アーム７及びバケット８で構成される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。作業機の構造、関節の数等は、任意に構成することができる。例えば、バケット８の代わりに油圧で開閉して物体を把持するグラップルを装備してもよい。

＜変形例８＞
上記実施形態では、作業機械がクローラ式の油圧ショベル１である場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ホイール式の油圧ショベル、クローラクレーン等の移動式クレーン等、下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に設けられる上部旋回体と、を備える種々の作業機械に本発明を適用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１…油圧ショベル（作業機械）、３…フロント作業機（作業機）、４…上部旋回体、５…下部走行体、２８…アンテナ、２８ａ…メインアンテナ、２８ｂ…サブアンテナ、４０…旋回軸受装置、４１…外輪、４１ｂ…ボルト挿通孔、４２…内輪、４３…転動体、４９…旋回フレーム、４９ｂ…ねじ孔、６０…外輪取付ボルト（接続部材）、８０…アンテナ支持装置、９０…衛星、１０４…ＩＭＵ方位精度評価部、１１０，２１０…測位演算装置（演算装置）、Ｃ０…旋回中心軸。

Claims (4)

1. 下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に設けられる上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられる作業機と、前記上部旋回体に設けられ複数の衛星から衛星信号を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナで受信された衛星信号に基づいて前記上部旋回体の位置及び方位を演算する演算装置と、を備える作業機械において、
   前記複数のアンテナには、メインアンテナが含まれ、
   前記メインアンテナの位相中心が前記上部旋回体の旋回中心軸上に位置するように、前記メインアンテナを支持するアンテナ支持装置と、
   前記上部旋回体に設けられる外輪と、前記下部走行体に設けられる内輪と、前記外輪と前記内輪との間に設けられる複数の転動体と、を有する旋回軸受装置と、を備え、
   前記アンテナ支持装置は、前記外輪と前記上部旋回体とを接続する接続部材によって、前記上部旋回体に固定される、
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記外輪には、周方向に沿って複数のボルト挿通孔が形成され、
   前記上部旋回体の旋回フレームには、前記ボルト挿通孔に挿通されるボルトが螺合するねじ孔が形成され、
   前記アンテナ支持装置は、前記接続部材としての前記ボルトによって前記旋回フレームに固定される、
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記複数のアンテナには、前記メインアンテナとサブアンテナとが含まれ、
   前記上部旋回体に取り付けられる慣性計測装置をさらに備え、
   前記演算装置は、
   前記メインアンテナで受信した衛星信号と、前記サブアンテナで受信した衛星信号と、に基づいて、基線ベクトルを算出し、
   前記基線ベクトルの算出精度が許容できる精度であるか否かを判定し、
   前記基線ベクトルの算出精度が許容できる精度である場合には、前記基線ベクトルに基づいて前記上部旋回体の方位を演算し、
   前記基線ベクトルの算出精度が許容できる精度ではない場合には、前記慣性計測装置での測定結果に基づいて前記上部旋回体の方位を演算する、
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記複数のアンテナには、前記メインアンテナとサブアンテナとが含まれ、
   前記上部旋回体に取り付けられる慣性計測装置をさらに備え、
   前記演算装置は、
   前記メインアンテナで受信した衛星信号と、前記サブアンテナで受信した衛星信号と、に基づいて、基線ベクトルを算出し、
   前記基線ベクトルに基づいて演算される前記上部旋回体の方位の精度の高さを表す第１の指標と、前記慣性計測装置での測定結果に基づいて演算される前記上部旋回体の方位の精度の高さを表す第２の指標と、を比較し、
   前記第１の指標が前記第２の指標よりも高い場合、前記基線ベクトルに基づいて前記上部旋回体の方位を演算し、
   前記第２の指標が前記第１の指標よりも高い場合、前記慣性計測装置での測定結果に基づいて前記上部旋回体の方位を演算する、
   ことを特徴とする作業機械。

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