JP2021173522A - 作業機械の測位システム、作業機械及び作業機械の測位方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＮＳＳを用いたＲＴＫ測位において、初期化処理を適切に実行可能な作業機械の測位システム、作業機械及び作業機械の測位方法を提供する。【解決手段】衛星の測位システムを用いたＲＴＫ測位を使用した作業機械１の測位システム２００であって、作業現場において測位された既知の基準点ＰＲに位置を合わせた、作業機械１の作業機４の位置に基づいて、作業機械１に配置された衛星の測位システムのアンテナ６１，６２の位置を算出する算出部であるセンサコントローラ４０と、ＲＴＫ測位によって測位計算を行う衛星の測位システムの受信機に、各衛星の整数値バイアスと衛星の測位システムのアンテナ６１，６２の位置とを未知数とする、測位計算の初期化処理を、算出した衛星の測位システムのアンテナ６１，６２の位置を使用して実行させる制御指令を出力する初期化制御部であるモニタコントローラ５１と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、作業機械の測位システム、作業機械及び作業機械の測位方法に関する。

近年、油圧ショベル等の作業機械において、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）の活用が進められている。例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems）等を搭載して作業機の位置を検出し、作業機の位置情報と作業現場の現況地形を示す現況地形データとを比較し、作業機の位置又は姿勢等を演算処理して求める作業機械等がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２０５９５５号公報

作業機械において、ＧＮＳＳを用いたリアルタイムキネマティック（ＲＴＫ：Realtime Kinematic）測位（以下、「ＲＴＫ測位」という。）を行う場合、初期化処理を行う必要がある。ところが、固定局と移動局との間の距離が長い場合、又は、移動局の周辺に障害物がある場合等には、各衛星の整数値バイアスを推定、決定する計算が収束せずに、初期化処理が完了しないことがある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、ＧＮＳＳを用いたＲＴＫ測位において、初期化処理を適切に実行可能な作業機械の測位システム、作業機械及び作業機械の測位方法を提供することを目的とする。

本開示の態様に従えば、衛星の測位システムを用いたリアルタイムキネマティック測位を使用した作業機械の測位システムであって、作業現場において測位された既知の基準点に位置を合わせた、前記作業機械の作業機の位置に基づいて、前記作業機械に配置された衛星の測位システムのアンテナの位置を算出する算出部と、リアルタイムキネマティック測位によって測位計算を行う衛星の測位システムの受信機に、各衛星の整数値バイアスと前記衛星の測位システムのアンテナの位置とを未知数とする、測位計算の初期化処理を、前記算出部が算出した前記衛星の測位システムのアンテナの位置を使用して実行させる制御指令を出力する初期化制御部と、を備える作業機械の測位システムが提供される。

本開示の態様によれば、ＧＮＳＳを用いたＲＴＫ測位において、初期化処理を適切に実行できる。

図１は、本実施形態に係る作業機械を示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係る作業機械の運転室を示す図である。 図３は、作業機械の測位を説明する図である。 図４は、本実施形態に係る作業機械の測位システムを示す概略図である。 図５は、本実施形態に係る作業機械の測位システムの一例を示すブロック図である。 図６は、本実施形態に係るコンピュータシステムを示すブロック図である。 図７は、本実施形態に係る作業機械の測位方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示に係る作業機械の測位システム、作業機械及び作業機械の測位方法の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る作業機械１を示す斜視図である。本実施形態においては、作業機械１は、油圧ショベルとする。以下の説明においては、作業機械１を、油圧ショベル１という。油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２に支持される上部旋回体３と、上部旋回体３に支持される作業機４と、作業機４を駆動する油圧シリンダ５とを備える。

下部走行体２は、上部旋回体３を支持した状態で走行可能である。下部走行体２は、一対の履帯を有する。履帯が回転することによって、下部走行体２が走行する。

上部旋回体３は、下部走行体２に支持された状態で、下部走行体２に対して旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。上部旋回体３は、油圧ショベル１の運転者が搭乗する運転室６を有する。運転室６には、運転者が着座する運転シート９が設けられる。

作業機４は、上部旋回体３に連結されるブーム４Ａと、ブーム４Ａに連結されるアーム４Ｂと、アーム４Ｂに連結されるバケット４Ｃとを含む。油圧シリンダ５は、ブーム４Ａを駆動するブームシリンダ５Ａと、アーム４Ｂを駆動するアームシリンダ５Ｂと、バケット４Ｃを駆動するバケットシリンダ５Ｃとを含む。

ブーム４Ａは、ブーム回転軸ＡＸを中心に回転可能に上部旋回体３に支持される。アーム４Ｂは、アーム回転軸ＢＸを中心に回転可能にブーム４Ａに支持される。バケット４Ｃは、バケット回転軸ＣＸを中心に回転可能にアーム４Ｂに支持される。

ブーム回転軸ＡＸと、アーム回転軸ＢＸと、バケット回転軸ＣＸとは、平行である。ブーム回転軸ＡＸ、アーム回転軸ＢＸ、及びバケット回転軸ＣＸと、旋回軸ＲＸと平行な軸とは、直交する。以下の説明においては、旋回軸ＲＸと平行な方向を、上下方向、といい、ブーム回転軸ＡＸ、アーム回転軸ＢＸ、及びバケット回転軸ＣＸと平行な方向を、左右方向、といい、ブーム回転軸ＡＸ、アーム回転軸ＢＸ、及びバケット回転軸ＣＸと旋回軸ＲＸとの両方と直交する方向を、前後方向、という。運転シート９に着座した運転者を基準として作業機４が存在する方向が前方であり、前方の逆方向が後方である。運転シート９に着座した運転者を基準として左右方向の一方が右方であり、右方の逆方向が左方である。下部走行体２の接地面から離れる方向が上方であり、上方の逆方向が下方である。

運転室６は、上部旋回体３の前方に配置される。運転室６は、作業機４の左方に配置される。作業機４のブーム４Ａは、運転室６の右方に配置される。

［運転室］
図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１の運転室６を示す図である。油圧ショベル１は、運転室６に配置される操作部１０を備える。操作部１０は、油圧ショベル１の少なくとも一部の作動のために操作される。操作部１０は、運転シート９に着座した運転者によって操作される。油圧ショベル１の作動は、下部走行体２の作動、上部旋回体３の作動、及び作業機４の作動の少なくとも一つを含む。

操作部１０は、上部旋回体３及び作業機４の作動のために操作される左作業レバー１１及び右作業レバー１２と、下部走行体２の作動のために操作される左走行レバー１３及び右走行レバー１４と、左フットペダル１５及び右フットペダル１６とを含む。

左作業レバー１１は、運転シート９の左方に配置される。左作業レバー１１が前後方向に操作されることによって、アーム４Ｂがダンプ動作又は掘削動作する。左作業レバー１１が左右方向に操作されることによって、上部旋回体３が左旋回又は右旋回する。右作業レバー１２は、運転シート９の右方に配置される。右作業レバー１２が左右方向に操作されることによって、バケット４Ｃが掘削動作又はダンプ動作する。右作業レバー１２が前後方向に操作されることによって、ブーム４Ａが下げ動作又は上げ動作する。

左走行レバー１３及び右走行レバー１４は、運転シート９の前方に配置される。左走行レバー１３は、右走行レバー１４の左方に配置される。左走行レバー１３が前後方向に操作されることによって、下部走行体２の左側の履帯が前進動作又は後進動作する。右走行レバー１４が前後方向に操作されることによって、下部走行体２の右側の履帯が前進動作又は後進動作する。

左フットペダル１５及び右フットペダル１６は、運転シート９の前方に配置される。左フットペダル１５は、右フットペダル１６の左方に配置される。左フットペダル１５は、左走行レバー１３と連動する。右フットペダル１６は、右走行レバー１４と連動する。左フットペダル１５及び右フットペダル１６が操作されることによって、下部走行体２が前進動作又は後進動作されてもよい。

［測位システム］
図３は、油圧ショベル１の測位を説明する図である。図４は、本実施形態に係る油圧ショベル１の測位システム２００を示す概略図である。図５は、本実施形態に係る油圧ショベル１の測位システム２００の一例を示すブロック図である。測位システム２００は、衛星の測位システムであるＧＮＳＳを用いたＲＴＫ測位を使用して、油圧ショベル１の位置を測位する。

図３に示すように、ＲＴＫ測位では、既知点ＰＦに設置された固定局ＦＳと移動する移動局ＭＳとにそれぞれ搭載された衛星の測位システムの受信機であるＧＮＳＳ受信機ＲＣによって、複数のＧＮＳＳ衛星ＳＶが送信する搬送波位相を測定して、移動局ＭＳの位置を決定する方式である。図３では、ＧＮＳＳ衛星ＳＶ_１、ＧＮＳＳ衛星ＳＶ_２、ＧＮＳＳ衛星ＳＶ_３、ＧＮＳＳ衛星ＳＶ_４を図示している。

搬送波位相は、各ＧＮＳＳ衛星ＳＶとＧＮＳＳ受信機ＲＣとの間の距離の変動量を積算したものである。各ＧＮＳＳ衛星ＳＶとＧＮＳＳ受信機ＲＣとの間にいくつの波数（「整数値バイアス」又は「アンビギュイティ」という。）が含まれるかは、ＧＮＳＳ受信機ＲＣが初期状態（起動直後）の場合、未知である。そのため、移動局ＭＳに搭載されたＧＮＳＳ受信機ＲＣは、初期化処理として、各衛星の距離誤差が最小になる移動局の位置を探索（収束計算という）することで、高精度な移動局の位置と各ＧＮＳＳ衛星ＳＶの整数値バイアスを決定する。

固定局ＦＳの補正情報を用いて、ＧＮＳＳ受信機ＲＣが受信した位置情報を補正して移動局の位置を求める。ところが、固定局ＦＳと移動局ＭＳとの間の距離が長い場合、補正情報による補正効果が悪くなり、ＧＮＳＳ受信機ＲＣが測定する位置の誤差が増大してしまう。上記誤差が増大することで、初期化処理中のＧＮＳＳ受信機ＲＣは位置の探索が困難となり、移動局ＭＳの高精度な位置が求まらず、初期化処理が完了しないことがある。

そこで、測位システム２００は、まず、移動局ＭＳの位置を、ＲＴＫ測位以外の方法によって算出する。そして、測位システム２００は、算出した移動局ＭＳの位置に基づいて、移動局ＭＳに搭載されたＧＮＳＳ受信機ＲＣが初期化処理を行うことによって、未知の変数が減って、整数値バイアスの計算が収束しやすくする。本実施形態では、測位システム２００は、作業現場において測位された既知の基準点ＰＲに位置を合わせた、油圧ショベル１の作業機４の刃先４Ｃｐの位置に基づいて、油圧ショベル１に配置された衛星の測位システムのアンテナであるＧＮＳＳアンテナ６１の位置を算出する。測位システム２００は、ＲＴＫ測位によって測位計算を行うＧＮＳＳ受信機６０に、各ＧＮＳＳ衛星の整数値バイアスとＧＮＳＳアンテナ６１の位置とを未知数とする、測位計算の初期化処理を、算出したＧＮＳＳアンテナ６１の位置を使用して実行させる制御指令を出力する。

測位システム２００は、作業機４の各シリンダのストローク長さを検出するシリンダストロークセンサ５ａと、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）３０と、センサコントローラ（算出部）４０と、モニタ５０のモニタコントローラ（初期化制御部）５１と、ＧＮＳＳ受信機６０と、ＧＮＳＳアンテナ６１、６２と、を含む。ＧＮＳＳアンテナ６１は、油圧ショベル１の位置を求めるために用いられ、ＧＮＳＳアンテナ６２は、油圧ショベル１の車体の方位角であるヨー角を求めるために用いられる。

シリンダストロークセンサ５ａは、作業機４の姿勢を表す情報を検出する。シリンダストロークセンサ５ａは、ブームシリンダセンサ５Ａａと、アームシリンダセンサ５Ｂａと、バケットシリンダセンサ５Ｃａとを含む。ブームシリンダセンサ５Ａａと、アームシリンダセンサ５Ｂａと、バケットシリンダセンサ５Ｃａとは、作業機４に配置されている。ブームシリンダセンサ５Ａａは、ブームシリンダ５Ａの動作量であるストローク長さを示すブームシリンダ長データを検出する。アームシリンダセンサ５Ｂａは、アームシリンダセンサ５Ｂａの動作量であるストローク長さを示すアームシリンダ長データを検出する。バケットシリンダセンサ５Ｃａは、バケットシリンダ５Ｃの動作量であるストローク長さを示すバケットシリンダ長データを検出する。シリンダストロークセンサ５ａは、検出した各シリンダ長データを、センサコントローラ４０へ出力する。

ＩＭＵ３０は、油圧ショベル１の動作を示す動作情報を検出する状態検出装置である。なお、アンテナ６１、６２も状態検出装置の一例である。本実施形態において、動作情報は、油圧ショベル１の姿勢を示す情報を含んでいてもよい。油圧ショベル１の姿勢を示す情報は、油圧ショベル１のロール角、ピッチ角及びヨー角が例示される。ＩＭＵ３０は、上部旋回体３に取り付けられている。ＩＭＵ３０は、例えば運転室６の下部に設置されてもよい。

ＩＭＵ３０は、油圧ショベル１の角速度及び加速度を検出する。油圧ショベル１の動作にともない、油圧ショベル１には、走行時に発生する加速度、旋回時に発生する角加速度及び重力加速度といった様々な加速度が生じるが、ＩＭＵ３０は少なくとも重力加速度を検出して出力する。ここで、重力加速度は、重力に対する抗力に対応した加速度である。ＩＭＵ３０は、例えば三次元のグローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの角速度（回転角速度）とを検出する。

グローバル座標系とは、地球に固定された原点を基準とする座標系である。グローバル座標系は、ＧＮＳＳによって規定される。

センサコントローラ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである処理部と、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶装置である記憶部とを有する。センサコントローラ４０には、ＩＭＵ３０の検出値、及びブームシリンダセンサ５Ａａとアームシリンダセンサ５Ｂａとバケットシリンダセンサ５Ｃａの検出値が入力される。センサコントローラ４０には、モニタコントローラ５１を介して、ＧＮＳＳ受信機６０が求めた、油圧ショベル１のグローバル座標における位置が入力される。センサコントローラ４０は、算出部として機能する。

センサコントローラ４０は、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理の完了後は、油圧ショベル１の刃先位置データと、作業現場の現況地形を示す現況地形データとに基づいて、目標刃先位置を示す目標刃先位置データを生成する。刃先位置データは、油圧ショベル１の現在の刃先４Ｃｐの位置を示すデータである。刃先位置データは、油圧ショベル１のグローバル座標における位置、シリンダストロークセンサ５ａの検出値、及びＩＭＵ３０の検出値に基づいて、生成される。目標刃先位置データは、例えば現況地形データにより示される現況地形を所定距離だけ下方にオフセットした仮想目標地面を生成し、刃先４Ｃｐが当該仮想目標地面に沿うように生成される。センサコントローラ４０は、刃先位置データ及び目標刃先位置データに基づいて、作業機４の動作を制御する作業機指令値を生成して出力する。

センサコントローラ４０は、作業現場において測位された既知の基準点ＰＲに位置を合わせた、作業機４の刃先４Ｃｐの位置に基づいて、作業機械１に配置されたＧＮＳＳアンテナ６１の位置を算出する。センサコントローラ４０は、車体座標系で求められた油圧ショベル１のＧＮＳＳアンテナ６１の位置を、グローバル座標系に変換して、モニタ５０のモニタコントローラ５１に出力する。

センサコントローラ４０は、既知の基準点ＰＲの位置と、作業機４の刃先４Ｃｐを基準点ＰＲの位置に合わせた状態における作業機４の姿勢を表す角度とに基づいて、ＧＮＳＳアンテナ６１の位置を算出してもよい。より詳しくは、センサコントローラ４０は、三次元の現場座標系で計測された、基準点ＰＲの位置と、作業機４の刃先４Ｃｐを基準点ＰＲの位置に合わせた状態で検出された、シリンダストロークセンサ５ａの検出値とに基づいて、油圧ショベル１のＧＮＳＳアンテナ６１の位置を、車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）で求める。

ブームシリンダセンサ５Ａａの検出値が示すブームシリンダ５Ａの動作量と、アームシリンダセンサ５Ｂａの検出値が示すアームシリンダ５Ｂの動作量と、バケットシリンダセンサ５Ｃａの検出値が示すバケットシリンダ５Ｃの動作量とから、作業機４の姿勢を表す情報が得られる。作業機４の姿勢を表す情報は、例えば、ブーム４Ａと上部旋回体３とのなす角度θ１、ブーム４Ａとアーム４Ｂとのなす角度θ２、及びアーム４Ｂとバケット４Ｃとのなす角度θ３によって規定される。

センサコントローラ４０は、さらに油圧ショベル１のロール角ピッチ角及びヨー角を含む姿勢角に基づいて、ＧＮＳＳアンテナ６１の位置を算出してもよい。より詳しくは、センサコントローラ４０は、さらに、作業機４の刃先４Ｃｐを基準点ＰＲの位置に合わせた状態で検出された、ＩＭＵ３０の検出値に基づいて、油圧ショベル１のＧＮＳＳアンテナ６１の位置を、車体座標系で求める。

ＩＭＵ３０の検出値である、油圧ショベル１の角速度及び加速度から、油圧ショベル１の姿勢角（ロール角及びピッチ角）が得られる。ヨー角は、モニタコントローラ５１から取得する。

モニタ５０は、規定の表示データを表示する。モニタ５０は、モニタコントローラ５１と、表示部５２とを有する。なお、表示部５２は別体でもよい。モニタコントローラ５１は、ＣＰＵ等のプロセッサである処理部と、ＲＡＭ及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶装置である記憶部とを有する。モニタコントローラ５１は、初期化制御部として機能する。モニタコントローラ５１は、ＲＴＫ測位によって測位計算を行うＧＮＳＳ受信機６０に、各ＧＮＳＳ衛星の整数値バイアスとＧＮＳＳアンテナ６１の位置とを未知数とする、測位計算の初期化処理を、センサコントローラ４０が算出したＧＮＳＳアンテナ６１の位置を使用して実行させる制御指令を出力する。モニタコントローラ５１は、センサコントローラ４０から取得した、グローバル座標系に変換された油圧ショベル１のＧＮＳＳアンテナ６１の位置を、ＧＮＳＳ受信機６０に出力する。

モニタコントローラ５１は、ＧＮＳＳ受信機６０が求めたアンテナ方位角とＧＮＳＳアンテナ６１、６２の車体上での配置関係から、車体の方位角であるヨー角を求める。また、求めたヨー角をセンサコントローラ４０に出力する。

表示部５２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）又は有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ：Organic Electroluminescence Display）のようなフラットパネルディスプレイを含む。表示部５２には、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理の実行中であること、初期化処理が終了したこと等の、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理の進行状況が表示可能である。モニタ５０は、センサコントローラ４０及びＧＮＳＳ受信機６０とデータを通信可能に接続されている。

ＧＮＳＳ受信機６０は、グローバル座標演算装置として機能する。ＧＮＳＳ受信機６０は、ＣＰＵ等のプロセッサである処理部と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶装置である記憶部とを有する。ＧＮＳＳ受信機６０は、ＧＮＳＳを利用して油圧ショベル１の現在の位置を検出する位置検出装置である。ＧＮＳＳ受信機６０は、ＧＮＳＳアンテナ６１が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号に基づいて、図１に示すグローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ６１の位置を求める。ＧＮＳＳの一例としては、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられるが、これに限定されるものではない。ＧＮＳＳアンテナ６１は、例えば油圧ショベル１に設置される。

ＧＮＳＳアンテナ６１は、上部旋回体３に配置されている。ＧＮＳＳアンテナ６１は、油圧ショベル１の現在位置を検出するために用いられる。ＧＮＳＳアンテナ６１は、ＧＮＳＳ受信機６０と接続されている。ＧＮＳＳアンテナ６１が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、ＧＮＳＳ受信機６０に入力される。

ＧＮＳＳ受信機６０は、初期化処理において、収束計算により各ＧＮＳＳ衛星の整数値バイアスを推定、決定して、移動局であるＧＮＳＳアンテナ６１の高精度な位置を求める。ＧＮＳＳ受信機６０は、初期化処理の実行時、モニタ５０のモニタコントローラ５１から取得した、グローバル座標系で表されるＧＮＳＳアンテナ６１の位置を取得する。ＧＮＳＳ受信機６０は、グローバル座標系で表されるＧＮＳＳアンテナ６１の位置を使用して、収束計算により各ＧＮＳＳ衛星の整数値バイアスを推定、決定する。

ＧＮＳＳ受信機６０は、初期化処理の完了後、生成したＧＮＳＳアンテナ６１の位置を、モニタ５０のモニタコントローラ５１に出力する。

ＧＮＳＳ受信機６０は、ＧＮＳＳアンテナ６１、６２の位置が受信した衛星信号から基線解析によって方位角を算出して、その方位角を、ＧＮＳＳアンテナ６１を軸としたＧＮＳＳアンテナ６２のアンテナ方位角とする。また、ＧＮＳＳ受信機６０は、算出したアンテナ方位角をモニタコントローラ５１に出力する。

［コンピュータシステム］
図６は、本実施形態に係るコンピュータシステム１０００を示すブロック図である。上述の測位システム２００は、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の測位システム２００の機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、コンピュータプログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、コンピュータプログラムに従って上述の処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。

コンピュータプログラム又はコンピュータシステム１０００は、上述の実施形態に従って、作業現場において測量された既知の基準点ＰＲに、作業機４の刃先４Ｃｐの位置を合わせることと、作業機４の刃先４Ｃｐの位置を合わせた基準点の位置から、作業機械１に配置されたＧＮＳＳアンテナ６１の位置を算出することと、リアルタイムキネマティック測位によって測位計算を行うＧＮＳＳ受信機６０に、各ＧＮＳＳ衛星の整数値バイアスとＧＮＳＳアンテナ６１の位置とを未知数とする、測位計算の初期化処理を、算出したＧＮＳＳアンテナ６１の位置を使用して実行させる制御指令を出力することと、を実行させることができる。

図７は、本実施形態に係る油圧ショベル１の測位方法の一例を示すフローチャートである。作業現場においては、基準点ＰＲが、三次元の現場座標系で計測されて、位置が既知になっている。油圧ショベル１が起動されると、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理が実行される。モニタ５０には、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理の実行中であること、初期化処理が終了したこと等の初期化処理の進行状況が表示可能である。ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理が完了しない場合、例えば、運転者の操作によって、図７に示す処理が実行される。まず、運転者は、作業機４を操作して、作業現場において測量された基準点ＰＲに、作業機４の刃先４Ｃｐの位置を合わせる。

測位システム２００は、センサコントローラ４０及びモニタ５０のモニタコントローラ５１において、ステップＳＰ１ないしステップＳＰ５の処理を実行する。また、ＧＮＳＳ受信機６０において、ステップＳＴ１ないしステップＳＴ４を実行する。

センサコントローラ４０は、ＧＮＳＳアンテナ６１の位置を算出する（ステップＳＰ１）。より詳しくは、センサコントローラ４０は、既知の基準点ＰＲの位置と、作業機４の刃先４Ｃｐを基準点ＰＲに合わせた状態で検出された、シリンダストロークセンサ５ａの検出値、及びＩＭＵ３０の検出値の少なくともどちらかに基づいて、油圧ショベル１のＧＮＳＳアンテナ６１の位置を、車体座標系で算出する。センサコントローラ４０は、算出したＧＮＳＳアンテナ６１の位置を、モニタコントローラ５１に出力する。

モニタコントローラ５１は、センサコントローラ４０から取得したＧＮＳＳアンテナ６１の位置を、ＧＮＳＳ受信機６０へ出力する（ステップＳＰ２）。

ＧＮＳＳ受信機６０は、モニタコントローラ５１から、ＧＮＳＳアンテナ６１の位置を取得する（ステップＳＴ１）。

モニタコントローラ５１は、ＧＮＳＳ受信機６０に、各ＧＮＳＳ衛星の整数値バイアスとＧＮＳＳアンテナ６１の位置とを未知数とする、初期化処理を、センサコントローラ４０が算出したＧＮＳＳアンテナ６１の位置を使用して実行するよう制御指令を出力する（ステップＳＰ３）。

ＧＮＳＳ受信機６０は、実行中の初期化処理を中断する（ステップＳＴ２）。

ＧＮＳＳ受信機６０は、取得したＧＮＳＳアンテナ６１の位置に基づいて、初期化処理のやり直しを行う（ステップＳＴ３）。

モニタコントローラ５１は、ＧＮＳＳ受信機６０による初期化処理が完了したか否かを判定する（ステップＳＰ４）。ＧＮＳＳ受信機６０による初期化処理が完了したと判定する場合（ステップＳＰ４でＹｅｓ）、ステップＳＰ５へ進む。ＧＮＳＳ受信機６０による初期化処理が完了したと判定しない場合（ステップＳＰ４でＮｏ）、ステップＳＰ４の処理を再度実行する。

モニタコントローラ５１は、ＧＮＳＳ受信機６０に、ＧＮＳＳアンテナ６１の位置の固定モードを解除するよう制御指令を出力する（ステップＳＰ５）。

ＧＮＳＳ受信機６０は、ＧＮＳＳアンテナ６１の位置の固定モードを解除する（ステップＳＴ４）。ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理中は、固定モードに設定されており、ＧＮＳＳアンテナ６１の位置が固定されているものとして処理が行われる。固定モードの設定中は、油圧ショベルの位置をＲＴＫ測位によって測定できない。固定モードが解除されることによって、移動する油圧ショベル１の高精度な位置をＲＴＫ測位によって測定可能になる。

このようにして、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理時に、未知の変数が減って、整数値バイアスの計算が収束しやすくなるので、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理が適切に完了する。ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理の完了後、油圧ショベル１が移動しても、油圧ショベル１に搭載されたＧＮＳＳアンテナ６１の高精度な位置が求められる。

なお、図７のフローチャートは一例であり、他の実施形態においては、必ずしもすべてのステップを実行しなくてもよい。例えば、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理が完了しない場合の例として説明したが、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理が完了しない時でなくても実行してもよい。この場合、例えば、ステップＳＴ２、ステップＳＰ３を実行しなくてもよい。

［効果］
以上のように、本実施形態は、ＲＴＫ測位によって測位計算を行うＧＮＳＳ受信機６０に、既知の基準点ＰＲの位置から算出したＧＮＳＳアンテナ６１の位置に基づいて、測位計算の初期化処理を実行させる。本実施形態によれば、ＧＮＳＳ受信機６０では、ＧＮＳＳアンテナ６１の位置を使用して、収束計算により各ＧＮＳＳ衛星の整数値バイアスを推定、決定することができる。本実施形態によれば、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理が完了しない状態の発生を抑制することができる。本実施形態は、ＧＮＳＳ受信機６０の初期化処理を適切に実行できる。

以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。例えば、センサコントローラ４０が実行するものとして説明した各処理は、モニタ５０のモニタコントローラ５１又はこれら以外のコントローラが実行してもよい。例えば、モニタ５０のモニタコントローラ５１が実行するものとして説明した各処理は、センサコントローラ４０又はこれら以外のコントローラが実行してもよい。例えば、センサコントローラ４０及びモニタ５０のモニタコントローラ５１との機能を、１つのコントローラで実装してもよい。

本実施形態で行う、作業機４の刃先４Ｃｐを既知の基準点ＰＲに位置を合わせる作業は、従来も、作業開始時に行う作業である。本実施形態は、運転者が新たな作業を行わないので、作業負荷の増加を抑制できる。

また、上記実施形態では、作業機械として、油圧ショベル１を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、ブルドーザ又はホイールローダー等、他の作業機械であってもよい。

また、上記実施形態では、作業機４の刃先４Ｃｐを既知の基準点ＰＲに位置を合わせるものとして説明したが、これに限定されず、作業機４の他の部分を既知の基準点ＰＲに位置を合わせてもよい。

上記実施形態では、ヨー角をモニタコントローラ５１で算出するものとして説明したが、センサコントローラ４０で算出してもよい。具体的には、モニタコントローラ５１が、ＧＮＳＳ受信機６０が求めたアンテナ方位角をセンサコントローラ４０に出力し、センサコントローラ４０が、アンテナ方位角と、ＧＮＳＳアンテナ６１、６２の車体上での配置関係からヨー角を算出すればよい。

上記実施形態では、ＧＮＳＳアンテナ６１は、油圧ショベル１の位置を求めるために用いられるものとして説明したが、これに限られない。例えば、ＧＮＳＳアンテナ６２を、
油圧ショベル１の位置を求めるために用いてもよい。この場合、ＧＮＳＳアンテナ６１を、油圧ショベル１の車体の方位角であるヨー角を求めるために用いてもよい。また、ＧＮＳＳアンテナ６１、ＧＮＳＳアンテナ６２以外のＧＮＳＳアンテナを設けて、当該ＧＮＳＳアンテナを用いて油圧ショベル１の位置を求めてもよい。

上記実施形態では、ＧＮＳＳアンテナが２つであるものとして説明したがこれに限定されず、ＧＮＳＳアンテナは１つでもよい。例えば、作業機械がブルドーザである場合、１つのＧＮＳＳアンテナが検出する速度ベクトルから車体の方位を算出してもよい。

上記実施形態の作業機は一例であり、ブルドーザのブレード、ホイールローダーのバケットなど、他の作業機械の作業機にも適用可能である。

１…油圧ショベル（作業機械）、２…下部走行体、３…上部旋回体、４…作業機、４Ａ…ブーム、４Ｂ…アーム、４Ｃ…バケット、５…油圧シリンダ、５Ａ…ブームシリンダ、５Ａａ…ブームシリンダセンサ、５Ｂ…アームシリンダ、５Ｂａ…アームシリンダセンサ、５Ｃ…バケットシリンダ、５Ｃａ…バケットシリンダセンサ、６…運転室、９…運転シート、１０…操作部、１１…左作業レバー、１２…右作業レバー、１３…左走行レバー、１４…右走行レバー、１５…左フットペダル、１６…右フットペダル、３０…ＩＭＵ、４０…センサコントローラ（算出部）、５０…モニタ、５１…モニタコントローラ（初期化制御部）、５２…表示部、６０…ＧＮＳＳ受信機（衛星の測位システムの受信機）、６１…ＧＮＳＳアンテナ（衛星の測位システムのアンテナ）、６２…ＧＮＳＳアンテナ（衛星の測位システムのアンテナ）、２００…測位システム、１０００…コンピュータシステム、１００１…プロセッサ、１００２…メインメモリ、１００３…ストレージ、１００４…インターフェース、ＡＸ…ブーム回転軸、ＢＸ…アーム回転軸、ＣＸ…バケット回転軸、ＲＸ…旋回軸。

Claims (6)

1. 衛星の測位システムを用いたリアルタイムキネマティック測位を使用した作業機械の測位システムであって、
   作業現場において測位された既知の基準点に位置を合わせた、前記作業機械の作業機の位置に基づいて、前記作業機械に配置された衛星の測位システムのアンテナの位置を算出する算出部と、
   リアルタイムキネマティック測位によって測位計算を行う衛星の測位システムの受信機に、各衛星の整数値バイアスと前記衛星の測位システムのアンテナの位置とを未知数とする、測位計算の初期化処理を、前記算出部が算出した前記衛星の測位システムのアンテナの位置を使用して実行させる制御指令を出力する初期化制御部と、
   を備える、作業機械の測位システム。
2. 前記算出部は、前記基準点の位置と、前記作業機の姿勢を表す角度とに基づいて、前記衛星の測位システムのアンテナの位置を算出する、
   請求項１に記載の作業機械の測位システム。
3. 前記算出部は、前記作業機のロール角、ピッチ角、及びヨー角を含む姿勢角に基づいて、前記衛星の測位システムのアンテナの位置を算出する、
   請求項１又は２に記載の作業機械の測位システム。
4. 前記算出部は、前記基準点に位置を合わせた、前記作業機の刃先の位置に基づいて、前記衛星の測位システムのアンテナの位置を算出する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の作業機械の測位システム。
5. 前記作業機を搭載して走行する走行部と、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の作業機械の測位システムと、
   を備える作業機械。
6. 衛星の測位システムを用いたリアルタイムキネマティック測位を使用した作業機械の測位方法であって、
   作業現場において測量された既知の基準点に、作業機の一部の位置を合わせることと、
   前記作業機の一部の位置を合わせた前記基準点の位置から、前記作業機械に配置された衛星の測位システムのアンテナの位置を算出することと、
   リアルタイムキネマティック測位によって測位計算を行う衛星の測位システムの受信機に、各衛星の整数値バイアスと前記衛星の測位システムのアンテナの位置とを未知数とする、測位計算の初期化処理を、算出した前記衛星の測位システムのアンテナの位置を使用して実行させる制御指令を出力することと、
   を含む、作業機械の測位方法。

Images