JP6905137B2 - Inclination sensor correction amount acquisition method for construction work machines - Google Patents
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Description
本発明は建築作業機械における傾斜センサーの補正量を取得する方法に関する。 The present invention relates to a method of obtaining a correction amount of an inclination sensor in a construction work machine.
従来、土木、建設分野では、整地、舗装等を行うに際し、建設作業機械として油圧ショベルが使用される。近年この油圧ショベルの操作、油圧ショベル本体の移動や上部旋回体、ブーム、アーム、バケットの駆動や回転を指定した整地形状にあわせて自動的に制御したり、オペレータによる油圧ショベルの操作を補助したりする制御が行われている。このような制御を行うためには、バケットの刃先の位置(座標)を正確に把握しておく必要がある。このためには、上部旋回体、ブーム、アーム、バケット等の寸法と、各部材の傾斜角度を正確に把握しておく必要がある。このため、建築作業機械の回転部材には、回転部材の傾斜量を測定する傾斜センサーが設けられている。 Conventionally, in the fields of civil engineering and construction, a hydraulic excavator has been used as a construction work machine when leveling, pavement, etc. In recent years, the operation of this hydraulic excavator, the movement of the main body of the hydraulic excavator, and the drive and rotation of the upper swing body, boom, arm, and bucket are automatically controlled according to the specified leveling shape, and the operation of the hydraulic excavator is assisted by the operator. Control is being performed. In order to perform such control, it is necessary to accurately grasp the position (coordinates) of the cutting edge of the bucket. For this purpose, it is necessary to accurately grasp the dimensions of the upper swing body, boom, arm, bucket, etc. and the inclination angle of each member. Therefore, the rotating member of the construction work machine is provided with an inclination sensor for measuring the amount of inclination of the rotating member.
図6は本発明を適用できる建築作業機械を示す油圧ショベルの側面図である。図6に示すように。油圧ショベル10は、クローラ11を備えた移動部12、この移動部12の上に回転中心O1を中心に旋回可能な上部旋回体13、この上部旋回体13に回転中心O2を中心として回転可能なブーム14、このブーム14に回転中心O3を中心に旋回可能に配置されたアーム15、このアーム15に回転中心O4を旋回駆動可能に配置されたバケット16を備える。そして、ブーム14には傾斜センサー21、アーム15には傾斜センサー22、バケット16には傾斜センサー23を、上部旋回体13には、傾斜センサー24を配置している。
FIG. 6 is a side view of a hydraulic excavator showing a construction work machine to which the present invention can be applied. As shown in FIG. The
建築作業機械を構成する各部材の角度を取得する方法として、特許文献1には、複数の可動部を介して施工端部を支持する構成にしたアームが建設機械本体に旋回可能に設けられており、複数のポジションセンサーが複数の可動部のそれぞれの状態を検出し、GPS用のアンテナがアームの所定位置に設けられ、アンテナの3次元位置情報と複数のポジションセンサーからの出力に基づき、アームの旋回中心の3次元位置を演算する技術が記載されている。
As a method of acquiring the angle of each member constituting the construction work machine,
従来、傾斜センサーの補正量を取得するには、ブームを既知の傾斜角度、例えば水平に設定し、この状態で傾斜センサーの出力を得、これらを比較することで行われる。しかし、従来の方法では、ブームの角度を既知の傾斜角度例えば水平にするためには他の傾斜角度測定装置が必要となる他、不安定な姿勢により角度誤差に影響しないよう注意をはらう必要がある。 Conventionally, the correction amount of the tilt sensor is obtained by setting the boom to a known tilt angle, for example, horizontal, obtaining the output of the tilt sensor in this state, and comparing them. However, the conventional method requires another tilt angle measuring device to make the boom angle a known tilt angle, for example, horizontal, and care must be taken not to affect the angle error due to an unstable posture. be.
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、建築作業機械の回転可能な部材に配置された傾斜センサーの補正量を簡単かつ確実に取得することができる建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the correction amount of the inclination sensor in the construction work machine capable of easily and surely obtaining the correction amount of the inclination sensor arranged on the rotatable member of the construction work machine. The purpose is to provide an acquisition method.
前記課題を解決する請求項1に記載の発明は、建設作業機械に配置された回転可能な部材に配置された傾斜センサーの補正量を取得する方法であって、前記傾斜センサーが配置された部材である測定対象部材に複数の測定点を設定し、これらの測定点の座標及び前記建設作業機械を配置した平面の任意の3箇所をプリズムモード又はノンプリズムモードでの測定を行う測量装置で測定し、測定した複数の測定点の座標から前記測定対象部材の傾斜角度を算出すると共に、前記平面の任意の3箇所の座標から前記平面の水平面に対する傾斜を算出し、取得した傾斜角度と前記傾斜センサーの出力値に基づいて前記傾斜センサーの補正値を取得することを特徴とする建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法である。
The invention according to
同じく請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法において、前記測量装置は、自己の位置、測定箇所の方位角、前記測定箇所の俯角又は仰角、及び前記測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力するトータルステーションであることを特徴とする。
Similarly, the invention according to claim 2 is the method for acquiring an inclination sensor correction amount in a construction work machine according to
同じく請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法において、前記建築作業機械が油圧ショベルであり、前記測定対象部材が回転する腕部材又はバケットであることを特徴とする。
Similarly, the invention according to claim 3 is the method for acquiring the tilt sensor correction amount in the construction work machine according to
同じく請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法において、計算機に測定結果を入力し、前記計算機が前記測定結果から前記測定対象部材の傾斜角度を演算することを特徴とする。
Similarly, the invention according to claim 4 inputs a measurement result to a computer in the method for acquiring an inclination sensor correction amount in a construction work machine according to
同じく請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法において、前記測定点の座標から測定対象部材の寸法をあわせて取得することを特徴とする。
Similarly, the invention according to claim 5 is characterized in that, in the inclination sensor correction amount acquisition method in the construction work machine according to
本発明に係る建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法によれば、建築作業機械の回転部材に配置された傾斜センサーの補正量を簡単かつ確実に取得することができる。 According to the inclination sensor correction amount acquisition method in the construction work machine according to the present invention, the correction amount of the inclination sensor arranged on the rotating member of the construction work machine can be easily and surely acquired.
即ち、請求項1に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法によれば、建設作業機械に配置された回転可能な部材に配置された傾斜センサーの補正量を取得する方法であって、前記傾斜センサーが配置された部材である測定対象部材に複数の測定点を設定し、これらの測定点の座標及び前記建設作業機械を配置した平面の任意の3箇所をプリズムモード又はノンプリズムモードでの測定を行う測量装置で測定し、測定した複数の測定点の座標から前記測定対象部材の傾斜角度を算出すると共に、前記平面の任意の3箇所の座標から前記平面の水平面に対する傾斜を算出し、取得した傾斜角度と前記傾斜センサーの出力値に基づいて前記傾斜センサーの補正値を取得することを特徴とする建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法である。 That is, according to the method for acquiring the correction amount of the inclination sensor in the construction work machine according to the first aspect, it is a method of acquiring the correction amount of the inclination sensor arranged in the rotatable member arranged in the construction work machine. A plurality of measurement points are set on the member to be measured, which is the member on which the inclination sensor is arranged, and the coordinates of these measurement points and any three points on the plane on which the construction work machine is arranged are set in prism mode or non-prism mode. The inclination angle of the member to be measured is calculated from the coordinates of a plurality of measurement points measured by the measuring device that performs the measurement, and the inclination of the plane with respect to the horizontal plane is calculated from the coordinates of any three points of the plane. This is a method for acquiring a correction amount of a tilt sensor in a construction work machine, which comprises acquiring a correction value of the tilt sensor based on the acquired tilt angle and an output value of the tilt sensor.
また、請求項2に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法によれば、測量装置は、自己の位置、測定箇所の方位角、測定箇所の俯角又は仰角、及び測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力するトータルステーションである。
よって、建設作業機械の測定対象物の測定点の位置を正確かつ迅速に測定してデジタル出力することができ、これに基づいて測定対象物の傾斜角度を取得し、傾斜センサーの補正量を取得できる。
Further, according to the method for acquiring the tilt sensor correction amount in the construction work machine according to claim 2, the surveying device determines its own position, the azimuth angle of the measurement point, the depression or elevation angle of the measurement point, and the distance to the measurement point. It is a total station that measures and outputs digitally.
Therefore, the position of the measurement point of the measurement object of the construction work machine can be accurately and quickly measured and digitally output. Based on this, the inclination angle of the measurement object is acquired and the correction amount of the inclination sensor is acquired. can.
また、請求項3に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法によれば、建築作業機械が油圧ショベルであり、測定対象部材が回転する腕部材又はバケットであることを特徴とする請求項1に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法。
よって、油圧ショベルの腕部材であるブームやアーム、又はバケットに配置した傾斜センサーの補正量を取得できる。
Further, according to the method for acquiring an inclination sensor correction amount in a construction work machine according to claim 3, the construction work machine is a hydraulic excavator, and the member to be measured is a rotating arm member or bucket. The method for acquiring an inclination sensor correction amount in a construction work machine according to 1.
Therefore, it is possible to acquire the correction amount of the tilt sensor arranged on the boom or arm, which is the arm member of the hydraulic excavator, or the bucket.
更に、請求項4に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法によれば、計算機に測定結果を入力し、計算機が前記測定結果から前記測定対象部材の傾斜角度を演算する。
よって、傾斜センサーの補正量の取得に必要な回転部材の傾斜角度を計算機で自動的に正確かつ迅速に取得できる。
Further, according to the method for acquiring the tilt sensor correction amount in the construction work machine according to claim 4, the measurement result is input to the computer, and the computer calculates the tilt angle of the member to be measured from the measurement result.
Therefore, the tilt angle of the rotating member required to obtain the correction amount of the tilt sensor can be automatically and accurately and quickly obtained by the computer.
そして、請求項5に記載の建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法によれば、前記測定点の座標から測定対象部材の寸法をあわせて取得する。
よって、取得した各測定対象物の寸法から建築作業機械の制御に必要な各種補正値を取得することができる。
Then, according to the inclination sensor correction amount acquisition method in the construction work machine according to claim 5, the dimensions of the member to be measured are also acquired from the coordinates of the measurement point.
Therefore, it is possible to acquire various correction values necessary for controlling the construction work machine from the acquired dimensions of each measurement object.
以下、本発明を実施するための形態に係る建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法について説明する。図1は本発明の実施形態に係る建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法を示す模式図であり、(a)油圧ショベルと測量機の配置状態を示す平面図、(b)は測定状態を示す模式図、図2は同建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法におけるデータの流れを示すブロック図である。 Hereinafter, a method for acquiring an inclination sensor correction amount in a construction work machine according to a mode for carrying out the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic view showing a method of acquiring an inclination sensor correction amount in a construction work machine according to an embodiment of the present invention, (a) a plan view showing an arrangement state of a hydraulic excavator and a surveying instrument, and (b) a measurement state. The schematic diagram and FIG. 2 are block diagrams showing a data flow in the inclination sensor correction amount acquisition method in the same construction work machine.
実施形態に係る建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法では、図1及び図5に示すように、建設作業機械である油圧ショベル10の回転可能な腕部材、即ち上部旋回体13、ブーム14、アーム15や、バケット16の寸法や、これらに配置された傾斜センサー21、22、23、24を修正するための補正量を取得する。
In the method of acquiring the tilt sensor correction amount in the construction work machine according to the embodiment, as shown in FIGS. 1 and 5, the rotatable arm member of the
上述のように、油圧ショベル10は、クローラ11を備えた移動部12と、上部旋回体13と、ブーム14と、アーム15と、バケット16を備える。上部旋回体13は回転中心O1を中心として移動部12に対して水平面において回転可能(旋回可能)である。また、ブーム14は、回転中心O2を中心として上部旋回体13に対して上下方向に回転(揺動)可能である。同様に、アーム15は、回転中心O3を中心としてブーム14に対して上下方向に回転(揺動)可能である。そして、バケット16は、回転中心O4を中心としてアーム15に対して上下方向に回転(揺動)可能である。
As described above, the
本実施形態では、図1及び図2に示すように、平面に配置した油圧ショベル10の側方に測量装置30を配置し、この測量装置30で油圧ショベル10に設定した測定点の座標を測定する。なお、図中符号31は測量装置30を固定する三脚、符号40はオペレータを示している。また、全ての計測点を、一箇所に配置した測量装置30で一方向から計測できない場合、測量装置30の設置場所を移動し、他の方向から計測してもよい。測量装置30により油圧ショベル10に設定した測定点の座標を取得し、この取得した座標に基づいて油圧ショベル10の回転部材の寸法と傾斜量を算出することができる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, a
本実施形態で使用する測量装置30は、トータルステーションであり、測定箇所の方位角、測定箇所の俯角又は仰角、及び測定箇所までの距離を測定し、デジタル出力する。測量装置30はミラーやプリズムからの反射光を受信して計測するプリズムモード、及び測定対象部材からの反射光を受信して計測を行うノンプリズムモードでの測定ができる。
The surveying
そして、図2に示すように、これら測定データを計算機50に入力して、計算機50にインストールされているソフトウエアにより各測定点の座標から各部材の長さや傾斜を演算する。計算機50にインストールされているソフトウエアとしては表計算ソフトウエアを使用することができる。
Then, as shown in FIG. 2, these measurement data are input to the
次に、測量装置30による油圧ショベル10の測定点について説明する。図3は測定対象部材の測定点を説明するものであり、(a)は測定点を示す油圧ショベルの写真、(b)は測定結果の入力表を示す図である。測定対象となる油圧ショベル10には、位置取得手段としてトータルステーション装置が配置され、上部旋回体13には、プリズム17(図1(b))が配置されている。
Next, the measurement points of the
油圧ショベル10の測定点は複数、例えば以下の12箇所とすることができる。なお、この測定点は必要に応じて変更できる。また、名称の前に付されたアルファベットa〜lは図3(a)の写真に対応する。測定に際して、測量装置30から視認でき直接測定できる場合は、測量装置30のノンプリズムモードで測定し、測定箇所が視認できない場合は、反射用のミラー等を先端に配置した補助具を用いて、プリズムモードで測定を行う。測定補助具を使用する場合は、測定後補助具の寸法(H)を高さ位置から差し引く。
The
a:プリズム
b:IMU
c:旋回中心
d:掘削軸上
e:ブームピン
f:アームピン
g:バケットピン
h:リンクピン
i:リンクピン
j:リンクピン
k:バケット中央
l:履帯下
a: Prism b: IMU
c: turning center d: on the excavation axis e: boom pin f: arm pin g: bucket pin h: link pin i: link pin j: link pin k: bucket center l: under the track
また、本実施形態では、平面Gの任意の3箇所を測定する。これにより、平面Gの傾斜を取得する。なお、測量装置30による測定点は、傾斜センサーの補正量の取得だけのためだけではなく、各測定対象部材の長さ寸法(軸間寸法)を取得し、この長さ寸法と傾斜からバケット16の先端部とプリズム17とのオフセット量を取得するためにも使用できる。
Further, in the present embodiment, any three points on the plane G are measured. As a result, the inclination of the plane G is acquired. The measurement point by the measuring
オペレータ40は測量装置30での測定データを計算機50に入力する。入力表を図3(b)に示す。図4(b)に示すように、各部の位置が3次元情報(X,Y,Z)と目標高「H」とを入力する。計算機50はソフトウエアにより測定データを処理して、上部旋回体13、ブーム14、アーム15、バケット16の寸法と、各傾斜量を算出して出力する。この傾斜量と傾斜センサー21、22、23、24の出力値との差を各傾斜センサー21、22、23、24の補正値とする。
The
次に実施形態に係る建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法の処理について説明する。図4は同建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法の処理の流れを示すフローチャートである。補正値の取得に際しては、まず、油圧ショベル10を平面Gに配置する(ステップST1)。油圧ショベル10を配置する平面Gは水平であることが望ましい。しかし、平面Gに傾斜があった場合でも、後の処理により傾斜を補正することができる。
Next, the processing of the inclination sensor correction amount acquisition method in the construction work machine according to the embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a processing flow of the inclination sensor correction amount acquisition method in the construction work machine. When acquiring the correction value, first, the
そして、測量装置30で測定点の計測を行う(ステップST2)。本例では、測定点は上述した12箇所の他、平面Gの任意の3箇所である。
Then, the surveying
次いで、油圧ショベル10の12箇所の測定結果と、平面Gの3箇所の測定結果を計算機50に入力する。すると、計算機50のソフトウエアは、まず、平面Gの3箇所の座標から油圧ショベル10を配置した平面の傾斜を計算し(ステップST3)、傾斜補正が必要であるかを確認する(ステップST4)。傾斜補正が必要な場合(ステップST4のYes)、傾斜補正量を計算する(ステップST5)。この傾斜補正量は、ブーム14、アーム15等の寸法等からプリズム17からバケット16先端までのオフセット量を測定する際に必要となる。
Next, the measurement results of 12 points of the
傾斜補正量の計算では、図5(a)に示すように油圧ショベル10を配置した平面Gに水平面Hに対して傾斜「α」があり、傾斜補正が必要な場合(ステップST4のYes)、計算機50が測定したプリズム17の高さ寸法「h1」から傾斜補正をした「h0」を計算する(ステップST6)。この傾斜補正した高さ寸法「h0」やプリズム17の座標に基づいてブーム14、アーム15、バケット16の寸法と傾斜量を計算する(ステップST6)。
In the calculation of the inclination correction amount, when the plane G on which the
傾斜補正が必要ない場合(ステップST4のNo)にはそのままブーム14、アーム15、バケット16の寸法と傾斜量を計算する。これにより、上部旋回体13、ブーム14、アーム15、バケット16の傾斜量が取得できた。次いで、この値と、傾斜センサー21、22、23、24の出力値とを比較して、傾斜センサー21、22、23、24の補正量を取得する(ステップST7)。これにより、一連の処理は終了する。
When the inclination correction is not required (No in step ST4), the dimensions and the amount of inclination of the
以上のように、本実施形態に係る建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法によれば、容易かつ正確に上部旋回体13、ブーム14、アーム15、バケット16の寸法や、傾斜センサー21、22、23、24の補正量を取得できる。よって、油圧ショベル10の自動運転制御や、運転支援にこれらの値を使用して正確な制御を行うことができる。
As described above, according to the inclination sensor correction amount acquisition method in the construction work machine according to the present embodiment, the dimensions of the
なお、油圧ショベル10を配置した平面Gの傾斜量を傾斜計で測定して計算機50で取得した傾斜量と比較することや、図5(b)に示すように、バケット16等の寸法Lを巻尺等で測定して計算機50の計算値と比較することにより、計算機50の演算結果を確認することができる。また、油圧ショベル10に配置した位置測定システムとしてGNSS(Global Navigation Satellite System)を利用してもよい。
The amount of inclination of the plane G on which the
10:油圧ショベル(建築作業機械)
11:クローラ
12:移動部
13:上部旋回体
14:ブーム(腕部材)
15:アーム(腕部材)
16:バケット
21、22、23、24:傾斜センサー
30:測量装置
50:計算機
10: Hydraulic excavator (construction work machine)
11: Crawler 12: Moving part 13: Upper swivel body 14: Boom (arm member)
15: Arm (arm member)
16:
Claims (5)
前記傾斜センサーが配置された部材である測定対象部材に複数の測定点を設定し、
これらの測定点の座標及び前記建設作業機械を配置した平面の任意の3箇所をプリズムモード又はノンプリズムモードでの測定を行う測量装置で測定し、
測定した複数の測定点の座標から前記測定対象部材の傾斜角度を算出すると共に、前記平面の任意の3箇所の座標から前記平面の水平面に対する傾斜を算出し、
取得した傾斜角度と前記傾斜センサーの出力値に基づいて前記傾斜センサーの補正値を取得することを特徴とする建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法。 It is a method of acquiring the correction amount of the tilt sensor placed on the rotatable member placed on the construction work machine.
A plurality of measurement points are set on the measurement target member, which is the member on which the inclination sensor is arranged, and the measurement points are set.
The coordinates of these measurement points and any three points on the plane on which the construction work machine is placed are measured with a surveying device that measures in prism mode or non-prism mode.
The inclination angle of the member to be measured is calculated from the coordinates of a plurality of measured points, and the inclination of the plane with respect to the horizontal plane is calculated from the coordinates of any three points on the plane.
A method for acquiring a tilt sensor correction amount in a construction work machine, which comprises acquiring a correction value of the tilt sensor based on the acquired tilt angle and an output value of the tilt sensor.
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