JP7245119B2 - 建設機械 - Google Patents
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Description
図1は、本発明に係る建設機械の一例である油圧ショベルの外観及び内部構造の一部を示す図である。
方位角品質判断部MH01は、油圧ショベル100の姿勢情報を利用して、GNSSシステム17が算出した上部旋回体2の方位角の品質を判断する。本実施形態では、油圧ショベル100の姿勢情報として、車体IMU13とブームIMU14で取得した姿勢角情報を用いる。
バイアス除去実行部MH02は、車体IMU13が検出した角速度(旋回方向(z軸回り)の角速度)のバイアス、いわゆる、ジャイロバイアスの除去を実施する。
旋回動作実行判断部MH03は、バイアス除去実行部MH02で算出したジャイロバイアスを除去した角速度ωを用いて、上部旋回体2の旋回動作の有無を判断する。具体的には角速度ωの絶対値が所定値(例えば、0.5deg/s)以上のときに上部旋回体2が旋回していると判断する。この所定値は、車体IMU13の性能に応じて設計する必要があることは言うまでもない。
方位角演算統合演算部MH04は、方位角品質判断部MH01、バイアス除去演算実行部MH02、旋回動作実行判断部MH03のそれぞれの演算結果と、GNSSシステム17から出力された上部旋回体2の方位角を用いて、修正方位角の算出を行う。具体的な処理内容を以下に示す。
第1の実施形態は、油圧ショベル100に追加して取り付けられたセンサのみを用いる構成であった。
第1及び第2の実施形態は、フロント作業機1にIMUに代表される傾斜角検出器を用いるものであったが、本発明は、フロント作業機1に傾斜角検出器を用いなくても実施可能である。
例えば、山間部の作業現場では、図17に示すように油圧ショベル100の背後に急峻な傾斜面がある場合がある。このような状況では、油圧ショベル100の背面の衛星信号を受信することができないため、方位角の品質も当然低下する。
2 上部旋回体
3 下部走行体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
9 キャビン
9a,9b 操作レバー装置
11 モニタ
13 慣性計測装置(車体IMU)(角速度取得装置)(車体姿勢角取得装置)(車体傾斜センサ)
14 慣性計測装置(ブームIMU)(フロント姿勢角取得装置)(フロント傾斜センサ)
15 慣性計測装置(アームIMU)(フロント姿勢角取得装置)
16 慣性計測装置(バケットIMU)(フロント姿勢角取得装置)
17 GNSSシステム
17a,17b GNSSアンテナ
17c GNSS受信機
20 コントローラ
20a 位置姿勢演算部
20a-1 修正方位角演算部
20a-2 3次元位置姿勢演算部
20b 施工目標面演算部
20c モニタ表示制御部
20d 油圧システム制御部
20e 記憶装置
20f 記憶装置
20g 画像認識部
20h 周辺地形参照部
30 ステレオカメラ
31a 無線通信機
31b 無線通信機
31c 無線通信機
32 管理用カメラ
33 カメラ
34 無人航空機(ドローン)
35 画像認識装置
100 油圧ショベル
200 衛星信号受信可能領域
Σm 車体座標系
MH01 方位角品質判断部
MH02 バイアス除去実行部
MH03 旋回動作判断部
MH04 方位角統合演算部
Claims (8)
- 下部走行体と、
下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、
上部旋回体に対して垂直方向に回転可能に取り付けられた多関節型のフロント作業機と、
前記上部旋回体に取り付けられた2本のGNSSアンテナと、前記GNSSアンテナが受信した衛星信号に基づいて前記GNSSアンテナの3次元座標と前記上部旋回体の方位角を算出するGNSS受信機を有するGNSSシステムと、
前記上部旋回体に取り付けられ、前記上部旋回体の角速度を取得する角速度取得装置と、
前記上部旋回体に取り付けられ、前記上部旋回体の姿勢角を取得する車体姿勢角取得装置と、
前記フロント作業機の姿勢角を取得するフロント姿勢角取得装置と、
コントローラとを備え、
前記コントローラは、前記GNSS受信機で算出された前記GNSSアンテナの3次元座標及び前記上部旋回体の方位角と、前記車体姿勢角取得装置で取得した前記上部旋回体の姿勢角、前記角速度取得装置で取得した前記上部旋回体の角速度及び前記フロント姿勢角取得装置で取得した前記フロント作業機の姿勢角に基づいて、前記フロント作業機の位置及び姿勢を演算し、前記フロント作業機の位置及び姿勢に基づいて前記フロント作業機の動作を制御する建設機械において、
前記コントローラは、
前記車体姿勢角取得装置で取得した前記上部旋回体の姿勢角と前記フロント姿勢角取得装置で取得した前記フロント作業機の姿勢角の少なくとも一方に基づいて、前記フロント作業機が前記GNSSアンテナの衛星信号受信可能領域を遮断する可能性があるときかどうかにより前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角の品質を判断し、かつ
前記フロント作業機が前記GNSSアンテナの衛星信号受信可能領域を遮断する可能性があるときには前記上部旋回体の方位角の品質が低いと判断し、前記方位角の品質の判断結果と、前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角とに基づいて、前記角速度取得装置で取得した前記上部旋回体の角速度からジャイロバイアスを除去するバイアス除去演算を実行し、かつ前記ジャイロバイアスを除去した前記上部旋回体の角速度に基づいて前記上部旋回体の旋回動作の有無を判断し、
前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角と、前記ジャイロバイアスを除去した前記上部旋回体の角速度と、前記上部旋回体の旋回動作の判断結果に基づいて前記上部旋回体の修正方位角を算出し、前記修正方位角を用いて前記フロント作業機の位置及び姿勢を演算することを特徴とする建設機械。 - 請求項1記載の建設機械において、
前記車体姿勢角取得装置は、前記上部旋回体に取り付けられた少なくとも1つの車体傾斜センサであり、
前記フロント姿勢角取得装置は、前記フロント作業機に取り付けられた少なくとも1つのフロント傾斜センサであり、
前記コントローラは、前記車体傾斜センサで検出した前記上部旋回体の姿勢角と前記フロント傾斜センサで検出した前記フロント作業機の姿勢角の少なくとも一方に基づいて前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角の品質を判断し、前記上部旋回体の方位角の品質が低下していると判断したときに前記バイアス除去演算を実行することを特徴とする建設機械。 - 請求項1記載の建設機械において、
前記車体姿勢角取得装置及び前記フロント姿勢角取得装置の少なくとも一方の姿勢角取得装置として画像認識装置を備え、
前記画像認識装置は、少なくとも1台のカメラから取得した画像情報に基づいて前記上部旋回体の姿勢角と前記フロント作業機の姿勢角の少なくとも一方を認識し、
前記コントローラは、前記画像認識装置で認識した前記上部旋回体の姿勢角と前記フロント作業機の姿勢角の少なくとも一方に基づいて前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角の品質を判断し、前記上部旋回体の方位角の品質が低下していると判断したときに前記バイアス除去演算を実行することを特徴とする建設機械。 - 請求項1記載の建設機械において、
前記コントローラは、
前記建設機械の周辺の地形情報を記憶している地形情報記憶装置を備え、
前記GNSS受信機によって算出した前記GNSSアンテナの3次元座標に基づいて、前記地形情報記憶装置に記憶した前記建設機械の周辺の地形情報を読み込み、
前記車体姿勢角取得装置で取得した前記上部旋回体の姿勢角と前記フロント姿勢角取得装置で取得した前記フロント作業機の姿勢角に基づく前記上部旋回体の方位角の品質の判断に加え、或いはその判断に代え、前記建設機械の周辺地形が前記GNSSアンテナの衛星信号受信可能領域を遮断する可能性があるとき、前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角の品質が低いと判断し、前記バイアス除去演算を実行することを特徴とする建設機械。 - 請求項1記載の建設機械において、
前記コントローラは、
前記上部旋回体の方位角の品質が高いと判断したときの方位角を記憶する方位角記憶装置を備え、
前記上部旋回体の方位角の品質が低いと判断し、前記上部旋回体の旋回動作無しを判断したときは、前記上部旋回体の方位角の品質が低いと判断する直前に前記方位角記憶装置に記憶した方位角を修正方位角として用い、前記フロント作業機の位置及び姿勢を演算することを特徴とする建設機械。 - 請求項1記載の建設機械において、
前記コントローラは、
前記上部旋回体の方位角の品質が低いと判断し、かつ前記上部旋回体の旋回動作有りを判断した後、前記上部旋回体の方位角の品質が低いまま所定の時間を経過したときは、前記上部旋回体の方位角の精度が低い可能性があることをユーザに通知することを特徴とする建設機械。 - 請求項1記載の建設機械において、
前記上部旋回体の動作を指示する第2操作レバー装置を更に備え、
前記コントローラは、
前記上部旋回体の旋回動作の有無の判断に際して、前記ジャイロバイアスを除去した前記上部旋回体の角速度のバックアップとして前記第2操作レバー装置の操作信号を入力し、この第2操作レバー装置の操作信号に基づいて、前記第2操作レバー装置の操作信号の大きさが所定値以上であるときに、前記上部旋回体の旋回動作が有りと判断することを特徴とする建設機械。 - 下部走行体と、
下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、
上部旋回体に対して垂直方向に回転可能に取り付けられた多関節型のフロント作業機と、
前記上部旋回体に取り付けられた2本のGNSSアンテナと、前記GNSSアンテナが受信した衛星信号に基づいて前記GNSSアンテナの3次元座標と前記上部旋回体の方位角を算出するGNSS受信機を有するGNSSシステムと、
前記上部旋回体に取り付けられ、前記上部旋回体の角速度を取得する角速度取得装置と、
前記上部旋回体に取り付けられ、前記上部旋回体の姿勢角を取得する車体姿勢角取得装置と、
前記フロント作業機の姿勢角を取得するフロント姿勢角取得装置と、
コントローラとを備え、
前記コントローラは、前記GNSS受信機で算出された前記GNSSアンテナの3次元座標及び前記上部旋回体の方位角と、前記車体姿勢角取得装置で取得した前記上部旋回体の姿勢角、前記角速度取得装置で取得した前記上部旋回体の角速度及び前記フロント姿勢角取得装置で取得した前記フロント作業機の姿勢角に基づいて、前記フロント作業機の位置及び姿勢を演算し、前記フロント作業機の位置及び姿勢に基づいて前記フロント作業機の動作を制御する建設機械において、
前記コントローラは、
前記車体姿勢角取得装置で取得した前記上部旋回体の姿勢角と前記フロント姿勢角取得装置で取得した前記フロント作業機の姿勢角の少なくとも一方に基づいて前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角の品質を判断し、
前記方位角の品質の判断結果と、前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角とに基づいて、前記角速度取得装置で取得した前記上部旋回体の角速度からジャイロバイアスを除去するバイアス除去演算を実行し、かつ前記ジャイロバイアスを除去した前記上部旋回体の角速度に基づいて前記上部旋回体の旋回動作の有無を判断し、
前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角と、前記ジャイロバイアスを除去した前記上部旋回体の角速度と、前記上部旋回体の旋回動作の判断結果に基づいて前記上部旋回体の修正方位角を算出し、前記修正方位角を用いて前記フロント作業機の位置及び姿勢を演算するとともに、
前記フロント作業機の動作を指示する第1操作レバー装置を更に備え、
前記コントローラは、
前記GNSS受信機で算出された前記上部旋回体の方位角の品質の判断に際して、前記フロント姿勢角取得装置で取得した前記フロント作業機の姿勢角のバックアップとして前記第1操作レバー装置の操作信号を入力し、この第1操作レバー装置の操作信号に基づいて、前記第1操作レバー装置の前記フロント作業機の上げ方向操作が所定時間以上継続したときに、前記上部旋回体の方位角の品質が低いと判断することを特徴とする建設機械。
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