JP6918524B2

JP6918524B2 - 建築作業機械における傾斜センサー補正量取得方法

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Publication number: JP6918524B2
Application number: JP2017042213A
Authority: JP
Inventors: 貴司小川; 亮一草場; 博村松; 康隆片山
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-03-06
Also published as: JP2018146408A; WO2018164079A1

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。

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。

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。

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。

特開２００２−１８１５３９号公報

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。

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。

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と前記平面の水平面に対する傾斜と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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、傾斜センサーが配置された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を測量装置で測量し、測定した複数の測定点の座標から測定対象部材の傾斜角度を算出し、測定対象部材に配置された前記傾斜センサーの出力値と比較する。
よって、測定対象部材を任意の位置に配置した状態で測定対象物の傾斜角度を取得し、この取得した傾斜角度に基づいて傾斜センサーの補正量を取得できる。

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。

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。

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。

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。

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である。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。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。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。油圧ショベルの傾斜及び寸法確認を示す模式図図である。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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

Claims

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と前記平面の水平面に対する傾斜と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。
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。
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。
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。
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。