JP7253510B2 - 旋回角度の補正方法 - Google Patents
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Description
上部機構の旋回角度を検出する他の方法として、重機に取り付けられた複数のプリズムをトータルステーションで測距する方法や、重機に設置された複数の測位センサ(例えば、GPS受信機)により位置を検出する方法などがある。
ところが、トータルステーションを利用した方法は、トータルステーションを設置する場所を確保する必要があるとともに、重機の行動範囲がトータルステーションの測距範囲に限られてしまう。また、測位センサを利用する方法では、正確性を高めるために多数の測位センサを設置する必要がある。
また、特許文献1には、重機の旋回軸に設置されたエンコーダにより上部機構の旋回角度を検出する旋回角度検出装置が開示されている。しかしながら、エンコーダの設置作業に費用と手間がかかる。
なお、前記第二ステップでは、基準旋回角度に加えて初期時刻から前記検出センサと前記検出体とがすれ違うまでの前記旋回機構の稼働時間を求めてもよく、この場合には、第四ステップにおいて前記稼働時間と前記誤差量との関係から回帰式を求めればよい。
かかる旋回角度の補正方法によれば、慣性センサに生じたドリフト量を補正することができるため、旋回機構を有する重機などの正しい位置や向きを精度よく把握できる。また、第一ステップから第三ステップをより多く繰り返すことで求められた検出旋回角度を利用することで、より精度を高められる。また、ジャイロセンサ等の慣性センサと、検出センサおよび検出体とを利用した簡易な構成なため、既存の重機に後付けする場合であっても、重機に対する大掛かりな改造を必要としない。
θi=(1+k・α)ωi・dt+θi-1 ・・・式1
θi:補正旋回角度
k :1または-1
α :補正係数
ωi:角速度
dt:測定間隔
ここで、前記検出センサと前記検出体とが最初にすれ違った時点を誤差量0とすることが好ましい。
さらに、前記基準旋回角度から前記補正旋回角度を減じた値を補正値とし、前記検出センサと前記検出体とがすれ違ったときから次に前記検出センサと前記検出体とがすれ違うまでの補正旋回角度に前記補正値を加えることが好ましい。このようにすると、より高精度に旋回機構の旋回角度を検出することができる。
慣性センサ3は、上部機構12に取り付けられていて、上部機構12とともに旋回中心線回りに回動することで、上部機構12の角速度又は角加速度を検出する(図1参照)。慣性センサ3は、有線または無線通信回線を介して角度算出手段4に接続されており、慣性センサ3の検出値は、角度算出手段4に送信される。本実施形態では、慣性センサ3として一軸ジャイロセンサを使用する。なお、慣性センサ3の構成は限定されるものではなく、例えば、三軸加速度センサと三軸ジャイロセンサとを搭載したいわゆる六軸センサであってもよい。
θi=ωi・dt+θi-1 ・・・式2
θi:検出旋回角度(deg)
ωi:角速度(deg/s)
dt:測定間隔(s)
θi-1:過去の検出旋回角度(deg)
検出センサ6は、図3に示すように、旋回機構13の上部機構12側に固定されている。なお、検出センサ6は、上部機構12に直接固定してもよいし、台座等を介して上部機構12に固定してもよい。検出センサ6は、旋回機構13の外側において上部機構12の下面に、下向きに突出した状態で固定されている。検出センサ6は、検出体5とすれ違ったとき(対面したとき)に検出信号を出力するいわゆる近接センサ61により構成されている。検出センサ6は、図2に示すように、有線または無線通信回線を介して角度補正手段7に接続されていて、検出センサ6から出力された検出信号は角度補正手段7に送信される。本実施形態の検出センサ6は、上部機構12の旋回角が0°のときに、旋回軸から下部機構11の進行方向に向けて伸びる直線上に配置されている(図3参照)。
まず、旋回機構13に設けられた慣性センサ3により、旋回機構13に設けられた検出センサ6と下部機構11(ベース機構)に取り付けられた検出体5とがすれ違った際の旋回角度である検出旋回角度を検出する(第一ステップ)。すなわち、第一ステップでは、検出センサ6が検出体5を検出した際の角速度ωi又は角加速度を慣性センサ3により検知したら、式2により旋回角度(検出旋回角度)θiを求める。
次に、検出センサ6と慣性センサ3との位置関係により、検出センサ6と検出体5とがすれ違った際の慣性センサ3の旋回角度である基準旋回角度を求める(第二ステップ)。慣性センサ3と検出センサ6は、いずれも旋回機構13上に設けられているので、旋回機構13上において慣性センサ3と検出センサ6の位置関係(検出センサ6に対する慣性センサ3の角度)は不変である。したがって、第二ステップにおいて、検出センサ6が検出体5を検出した際の慣性センサ3の位置は、検出センサ6の位置と角度に基づいて求めることができる。
続いて、検出旋回角度θiから基準旋回角度を減じて誤差量を算出する(第三ステップ)。
次に、これらの第一ステップから第三ステップを複数回繰り返すことにより求められた検出旋回角度θi0の絶対値と誤差量との関係から回帰式を求める(第四ステップ)。本実施形態では、誤差量の変化から最小二乗法により回帰直線式(y=Ax+B)を求める。
そして、回帰式の傾きAを補正係数αとし、式3に補正係数αを代入することで補正旋回角度θiを算出する(第五ステップ)。なお、本実施形態では、基準旋回角度から補正旋回角度θiを減じた値を補正値とし、検出センサ6と検出体5とがすれ違ったときから次に検出センサ6と検出体5とがすれ違うまでの検出旋回角度θiに補正値を加えるものとする。
θi=(1+k・α)ωi・dt+θi-1 ・・・式3
θi:補正旋回角度(deg)
k :1または-1
α :補正係数
ωi:角速度(deg/s)
dt:測定間隔(s)
θi-1:過去の旋回角度(deg)
θi=(1+k・α)ωi・dt+θF ・・・式4
θi:補正旋回角度(deg)
k :1または-1
α :補正係数
ωi:角速度(deg/s)
dt:測定間隔(s)
θF:検出体の位置に応じた旋回角度(deg)
また、ジャイロセンサ等の慣性センサ3と、検出センサ6および検出体5とを利用した簡易な構成なため、既存の重機に後付けする場合であっても、重機に対する大掛かりな改造を必要としない。
また、バックホウ1に検出センサ6および検出体5を設置する作業が簡易であるため、バックホウ1に対して大掛かりな改造を必要とせず、旋回角度検出装置2の設置の費用や手間が少ない。検出センサ6と検出体5は、バックホウ1の外側から取り付けることができる。したがって、既存の重機を無人化施工に使用する場合であっても、自動運転化に必要な改良を簡易に行うことができる。
本実験では、図4に示すように、台座111上に旋回テーブル112が設けられた試験台110を利用した。旋回テーブル112は、台座111に対して旋回可能である。台座111と旋回テーブル112との間には、回転位置を検知するエンコーダ108を旋回ベアリングに設けた。また、旋回テーブル112上には、慣性センサ103を設置するとともに、検出センサ106を設けた。一方、台座111には、三つの検出体105を互いに間隔をあけて設置した。検出体105は、原点から旋回中心線周りに所定角度だけ回転した位置に設置した。検出体105は、検出センサ106と面するように、台座111上に設けた。本実験では、慣性センサ103の測定値に基づいて旋回テーブル112の旋回角度を算出するとともに、検出センサ106による検出結果を利用して旋回角度の算出値を補正した結果を、エンコーダ108により検出された旋回角度と比較する。旋回テーブル112は、任意の回転数で正反転を行う。
θi=ωi・dt+α+θi-1 ・・・式5
θi=(1+α)・ωi・dt+θi-1 ・・・式6
|θi|=|ωi|・dt+|θi-1| ・・・式7
図8に検出センサ106が検出体105を通過したときの慣性センサ103の旋回角との誤差を示す。図8では、検出センサ106が最初に検出体105を通過した時点を初期値0としている。最小二乗法による回帰直線式を求めるためには、3つ以上の測点が必要なため、検出センサ106が検出体105を3回検知した時点から回帰直線式を求める。
慣性センサ103の補正式に用いるαには、回帰直線式(y=Ax+B)の傾きAを用いる。すなわち、α=-Aが慣性センサ103のドリフト量の補正係数となる。
図9に検出センサ106が検出体105を通過する毎に回帰直線を傾きAを算出した結果を示す。図9に示すように、既知点である検出体105の通過回数が増大する度に傾きAの値が安定していく(傾きAの値が-0.0075付近で収束していく)。
ここで、補正係数αを求めるためには、慣性センサ103から出力された角速度を絶対角速度としてαを求めたため、実際の任意な旋回方向(正転・逆転)時に補正係数αの値を正負に切り替える必要がある。すなわち、正転時の角速度を+ω、逆転時の角速度を-ωとして慣性センサ103から出力される場合、正転時の補正係数を+α、逆転時の補正係数を-αとする。
したがって、式6は、式8のようになる。
θi=(1+k・α)・ωi・dt+θi-1 ・・・式8
ここで、k:+1又は-1
したがって、本実施形態の旋回角度の補正方法により慣性センサ3を利用した旋回機構の旋回角度を検出する場合において発生するドリフト誤差を補正できることが確認できた。
例えば、本実施形態の旋回角度検出装置2を使用可能な重機は、下部機構11上で上部機構12が旋回する重機であればバックホウ1に限定されるものではなく、例えばクレーン等であってもよい。
前記実施形態では、検出旋回角度の絶対値と誤差量との関係から回帰式を求めるものとしたが、稼働時間と誤差量との関係から回帰式を求めてもよい。また、回帰式は、直線に限定されるものではない。
前記実施形態では、検出体5を検出した際に、検出体5の角度(既知の旋回角度θF)を、記憶手段41に記憶された前回の旋回角度θi-1と置き換えるものとしたが、前回の旋回角度θi-1は必ずしも置き換える必要はない。
また、前記実施形態では、検出センサ6が検出体5を最初に検知した時点を誤差量0としたが、誤差量を0にするタイミングは限定されるものではなく、例えば、バックホウ1の起動時であってもよい。
また、前記実施形態では、複数の検出体5を一つの検出センサ6により検知する場合について説明したが、複数の検出センサ6により一つの検出体5を検知するようにしてもよい。例えば、複数の検出センサ6を下部機構11の位置(原点に対する角度)が既知な位置に配設し、一つの検出体5を上部機構12に設けて、上部機構12とともに旋回する検出体5が検出センサ6の前を通過した際の検出センサ6の位置により補正を行ってもよい。
また、複数の検出体5を一つの検出センサ6により検知する場合における検出体5の数は、二つ以上であれば限定されるものではない。
また、前記実施形態では、検出センサ6として、近接センサ61を使用する場合について説明したが、検出センサ6の種類は限定さえるものではなく、例えば、光センサや磁気センサであってもよい。
11 下部機構(ベース機構)
12 上部機構
13 旋回機構
2 旋回角度検出装置
3 慣性センサ
4 角度算出手段
5 検出体
6 検出センサ
7 角度補正手段
Claims (5)
- ベース機構上で旋回する旋回機構の旋回角度を慣性センサにより検知する場合において、前記慣性センサに生じるドリフト量を補正する旋回角度の補正方法であって、
前記旋回機構に設けられた前記慣性センサにより、前記旋回機構に設けられた検出センサと前記ベース機構に取り付けられた検出体とがすれ違った際の旋回角度である検出旋回角度を検出する第一ステップと、
前記検出センサと前記慣性センサとの位置関係により、前記検出センサと前記検出体とがすれ違った際の前記慣性センサの旋回角度である基準旋回角度を求める第二ステップと、
前記検出旋回角度から前記基準旋回角度を減じて誤差量を算出する第三ステップと、
前記第一ステップから前記第三ステップを複数回繰り返すことにより求められた前記検出旋回角度の絶対値と前記誤差量との関係から回帰式を求める第四ステップと、
前記回帰式の傾きAを補正係数αとして補正旋回角度θiを算出する第五ステップと、を備えることを特徴とする、旋回角度の補正方法。 - 前記第五ステップにおいて、式1に前記補正係数αを代入することで前記補正旋回角度θiを算出することを特徴とする、請求項1に記載の旋回角度の補正方法。
θi=(1+k・α)ωi・dt+θi-1 ・・・式1
θi:補正旋回角度
k :1または-1
α :補正係数
ωi:角速度
dt:測定間隔 - ベース機構上で旋回する旋回機構の旋回角度を慣性センサにより検知する場合において、前記慣性センサに生じるドリフト量を補正する旋回角度の補正方法であって、
前記旋回機構に設けられた前記慣性センサにより、前記旋回機構に設けられた検出センサと前記ベース機構に取り付けられた検出体とがすれ違った際の旋回角度である検出旋回角度を検出する第一ステップと、
前記検出センサと前記慣性センサとの位置関係により、前記検出センサと前記検出体とがすれ違った際の前記慣性センサの旋回角度である基準旋回角度を求めるとともに、初期時刻から前記検出センサと前記検出体とがすれ違うまでの前記旋回機構の稼働時間を求める第二ステップと、
前記検出旋回角度から前記基準旋回角度を減じて誤差量を算出する第三ステップと、
前記第一ステップから前記第三ステップを複数回繰り返すことにより求められた前記稼働時間と前記誤差量との関係から回帰式を求める第四ステップと、
前記回帰式の傾きAを補正係数αとして補正旋回角度θiを算出する第五ステップと、を備えることを特徴とする、旋回角度の補正方法。 - 前記検出センサと前記検出体とが最初にすれ違った時点を誤差量0とすることを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の旋回角度の補正方法。
- 前記基準旋回角度から前記補正旋回角度を減じた値を補正値とし、
前記検出センサと前記検出体とがすれ違ったときから次に前記検出センサと前記検出体とがすれ違うまでの補正旋回角度に前記補正値を加えることを特徴とする、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の旋回角度の補正方法。
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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