JP7349587B1 - positioning device - Google Patents

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Abstract

【課題】 作業機における可動操作具の先端部位の位置を、精度良く決定する。【解決手段】 バックホー10に適用される位置決定装置80は、走行車両20のGNSS40の位置を測定する車両位置測定手段81、走行車両20の回転角A0を取得する車両回転度取得手段82、第1回転部位(第1ブーム31、アーム33、バケット34)の回転角A1,A2,A3を取得する第1回転度取得手段83、第2回転部位(第2ブーム32)の回転角A4を取得する第2回転度取得手段84、及び、位置決定手段85を備える。位置決定手段85は、測定されたGNSS40の位置と、取得された回転角A0,A1,A2,A3,A4と、に基づいて、可動操作具30におけるバケット34の先端部位34bの位置を決定する。【選択図】 図7An object of the present invention is to accurately determine the position of the tip of a movable operating tool in a work machine. SOLUTION: A position determination device 80 applied to a backhoe 10 includes a vehicle position measuring means 81 that measures the position of a GNSS 40 of a traveling vehicle 20, a vehicle rotation degree acquisition means 82 that acquires a rotation angle A0 of the traveling vehicle 20, and a vehicle rotation angle acquisition means 82 that acquires a rotation angle A0 of the traveling vehicle 20. A first rotation degree acquisition means 83 that acquires rotation angles A1, A2, A3 of one rotation part (first boom 31, arm 33, bucket 34), and acquisition of rotation angle A4 of a second rotation part (second boom 32). The second rotation degree obtaining means 84 and the position determining means 85 are provided. The position determining means 85 determines the position of the tip portion 34b of the bucket 34 in the movable operating tool 30 based on the measured position of the GNSS 40 and the acquired rotation angles A0, A1, A2, A3, and A4. . [Selection diagram] Figure 7

Description

本発明は、少なくとも可動操作具を備えた作業機に適用され、可動操作具の先端部位の位置を決定する位置決定装置に関する。 The present invention relates to a position determining device that is applied to a working machine equipped with at least a movable operating tool and that determines the position of a tip end portion of the movable operating tool.

従来、建設機械等の作業機として、バックホーが知られている。バックホーは、一般に、ブーム、アーム、バケット等の可動操作具を備えている。この可動操作具は、運転者の操作等に応じて、作動制御される。特に、可動操作具の先端部位は、地表面の狙いの位置にて掘削するために、位置を取得することが好ましい。例えば、取得された先端部位の位置を用いて、運転者に対し、可動操作具の操作をナビゲートすることができる。このような事情を鑑みて、近年、可動操作具の先端部位の位置を決定するための技術が、開発されてきている。 Backhoes are conventionally known as working machines such as construction machines. Backhoes generally include movable operating tools such as a boom, an arm, and a bucket. The operation of this movable operating tool is controlled according to the driver's operation. In particular, it is preferable that the position of the tip of the movable operating tool be acquired in order to excavate at a targeted position on the ground surface. For example, the acquired position of the tip portion can be used to guide the driver in operating the movable operating tool. In view of these circumstances, techniques for determining the position of the tip of a movable operating tool have been developed in recent years.

特許文献1には、バックホーのバケット剣先の位置を求めるための手法が、開示されている。特許文献1の手法では、バックホーにおける機体の位置と、傾きと、ブーム、アーム、バケットそれぞれの回転角度とに基づいて、バケット剣先の位置が求められる。 Patent Document 1 discloses a method for determining the position of a bucket tip of a backhoe. In the method disclosed in Patent Document 1, the position of the bucket tip is determined based on the position of the backhoe, its inclination, and the rotation angles of each of the boom, arm, and bucket.

特開2021-148586号公報(請求項7,段落0083等)JP 2021-148586 A (Claim 7, paragraph 0083, etc.)

上記特許文献1の手法では、可動操作具の先端部位の位置の決定にあたり、ブーム、アーム、バケットそれぞれの回転角度が反映される。これらの回転角度は、1つの方向(例えば、平面視において走行車両の車幅方向に沿い、且つ、略水平な方向)に平行な軸を中心とするものである。他方、小型化のニーズに合わせ、バケットをオフセット移動させることができる作業機が、広まってきている。この種の作業機では、上記1つの方向とは別の方向(例えば、正面視において走行車両の車高方向に沿い、且つ、上記1つの方向と直交する方向)に平行な軸を中心として、ブームが回転可能な構成となっている場合が多い。 In the method disclosed in Patent Document 1, the rotation angles of the boom, arm, and bucket are reflected in determining the position of the distal end portion of the movable operating tool. These rotation angles are centered on an axis parallel to one direction (for example, a substantially horizontal direction along the width direction of the traveling vehicle in plan view). On the other hand, in response to the need for downsizing, work machines that can offset the bucket have become widespread. This type of work machine is centered on an axis parallel to a direction other than the one direction (for example, along the vehicle height direction of the traveling vehicle when viewed from the front and perpendicular to the one direction). The boom is often configured to be rotatable.

この場合、上記特許文献1の手法が適用されたとしても、オフセット移動のためのブームの回転が、位置の決定に反映されない。このため、作動によって移動した実際の先端部位の位置と、決定された先端部位の位置とに、乖離が生じるおそれがある。以上のことから、オフセット移動する場合であっても、先端部位の位置を精度良く決定できる技術が要望されている。 In this case, even if the method of Patent Document 1 is applied, the rotation of the boom for offset movement is not reflected in the position determination. For this reason, there is a possibility that a discrepancy will occur between the actual position of the tip portion moved by the operation and the determined position of the tip portion. In view of the above, there is a need for a technique that can accurately determine the position of the distal end portion even in the case of offset movement.

そこで、本発明は、上記要望に鑑み、作業機における可動操作具の先端部位の位置を決定する位置決定装置において、可動操作具がオフセット移動する場合であっても、先端部位の位置を精度良く決定できるものを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-mentioned needs, the present invention provides a position determining device for determining the position of the tip of a movable operating tool in a working machine, which accurately positions the tip of the movable operating tool even when the movable operating tool moves offset. The purpose is to provide what you can decide.

この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。本発明の位置決定装置は、走行車両と、前記走行車両から離間する先端部位に向かって延びる可動操作具と、を備えた作業機において、平面視において前記走行車両の車幅方向に沿い、且つ、略水平な方向である第1方向と、正面視において前記走行車両の車高方向に沿い、且つ、前記第1方向と直交する第2方向と、が規定され、前記可動操作具は、前記第1方向と平行な軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記正面視において前記先端部位の前記第2方向の移動を可能とする第1回転部位と、前記第2方向と平行な軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記平面視において前記先端部位の前記第1方向の移動を可能とする第2回転部位と、を備えた作業機に適用される。 The technical means of the present invention for solving this technical problem is characterized by the following points. The position determining device of the present invention is a working machine including a traveling vehicle and a movable operating tool extending toward a distal end part separated from the traveling vehicle, the position determining device is a working machine that extends along the width direction of the traveling vehicle in a plan view, and , a first direction that is a substantially horizontal direction, and a second direction that is along the vehicle height direction of the traveling vehicle when viewed from the front and that is orthogonal to the first direction; a first rotating part that is rotatable about an axis parallel to the first direction and that allows the distal end part to move in the second direction when viewed from the front; applied to a working machine comprising: a second rotating portion that is rotatable about a parallel axis and that rotates to enable movement of the tip portion in the first direction in the planar view; .

本発明の位置決定装置は、前記走行車両の所定部位の位置を測定する車両位置測定手段と、前記走行車両の回転度合いを取得する車両回転度取得手段と、前記第1回転部位の回転度合いを取得する第1回転度取得手段と、前記第2回転部位の回転度合いを取得する第2回転度取得手段と、前記測定された前記走行車両の前記所定部位の位置と、前記取得された前記走行車両の回転度合いと、前記取得された第1回転部位の回転度合いと、前記取得された前記第2回転部位の回転度合いと、に基づいて、前記可動操作具の前記先端部位の位置を決定する位置決定手段と、を備える。 The position determination device of the present invention includes a vehicle position measuring means for measuring the position of a predetermined part of the traveling vehicle, a vehicle rotation degree acquisition means for acquiring the rotation degree of the traveling vehicle, and a vehicle rotation degree acquisition means for acquiring the rotation degree of the first rotation part. a first degree of rotation acquisition means for acquiring a degree of rotation; a second degree of rotation acquisition means for acquiring a degree of rotation of the second rotation portion; the measured position of the predetermined portion of the traveling vehicle; The position of the tip portion of the movable operating tool is determined based on the degree of rotation of the vehicle, the obtained degree of rotation of the first rotation portion, and the obtained degree of rotation of the second rotation portion. and position determining means.

これによれば、車両位置測定手段により、走行車両の所定部位が測位される。車両回転度取得手段により、走行車両の回転度合いが取得される。第1回転度取得手段により、第1回転部位の回転度合いが取得される。第2回転度取得手段により、第2回転部位の回転度合いが取得される。位置決定手段により、測定された走行車両の所定位置と、取得された第1回転部位の回転度合い、第2回転部位の回転度合いと、に基づいて、可動操作具の先端部位の位置が決定される。 According to this, the predetermined portion of the traveling vehicle is positioned by the vehicle position measuring means. The vehicle rotation degree acquisition means acquires the rotation degree of the traveling vehicle. The first rotation degree acquisition means acquires the rotation degree of the first rotation portion. The second rotation degree acquisition means acquires the rotation degree of the second rotation portion. The position determining means determines the position of the distal end portion of the movable operating tool based on the measured predetermined position of the traveling vehicle, the obtained rotation degree of the first rotation portion, and the obtained rotation degree of the second rotation portion. Ru.

従って、作業機の作動に応じた、走行車両の位置移動、走行車両の回転、及び、第1回転部位の回転を反映して、可動操作具の先端部位の位置を決定できる。更に、作業機の作動に応じた、第2回転部位の回転も反映して、可動操作具の先端部位の位置を決定できる。このため、先端部位を第1方向にオフセット移動する場合であっても、先端部位の位置を精度良く決定できる。決定された先端部位の位置を、例えば、表示装置等に表示させることで、運転者に可動操作具の操作を、適切にナビゲートできる。 Therefore, the position of the distal end portion of the movable operating tool can be determined by reflecting the positional movement of the traveling vehicle, the rotation of the traveling vehicle, and the rotation of the first rotating portion in accordance with the operation of the working machine. Furthermore, the position of the tip end portion of the movable operating tool can be determined by also reflecting the rotation of the second rotating portion in accordance with the operation of the working machine. Therefore, even when the distal end portion is moved offset in the first direction, the position of the distal end portion can be determined with high accuracy. By displaying the determined position of the tip portion on, for example, a display device, the driver can appropriately navigate the operation of the movable operating tool.

本発明の位置決定装置において、前記作業機は、前記第2回転部位の回転の中心となる前記軸に同軸的に固定された軸部材、及び、前記第2回転部位の回転に伴って前記軸に対して相対回転する部位に固定され且つ前記軸部材と相対回転可能な回転部材を有し、前記軸部材に対する前記回転部材の回転度合いを検出し、前記軸部材に対する前記回転部材の回転度合いに対応する信号を送出する回転度検出装置を備え、前記第2回転度取得手段は、前記回転度検出装置により送出された信号に基づいて、前記第2回転部位の回転度合いを取得するように構成される。 In the position determining device of the present invention, the working machine includes a shaft member coaxially fixed to the shaft, which is a center of rotation of the second rotation portion, and a shaft member that is coaxially fixed to the shaft, which is a center of rotation of the second rotation portion; The rotary member is fixed to a portion that rotates relative to the shaft member and is rotatable relative to the shaft member, and detects the degree of rotation of the rotary member with respect to the shaft member, and detects the degree of rotation of the rotary member with respect to the shaft member. A rotation degree detection device that sends out a corresponding signal is provided, and the second rotation degree acquisition means is configured to acquire the rotation degree of the second rotation portion based on the signal sent out by the rotation degree detection device. be done.

本発明の位置決定装置において、前記作業機は、一端が前記第2回転部位に固定され、他端が前記第1回転部位または前記走行車両に固定され、前記一端から前記他端に向かう方向の直線距離が可変な棒部材と、前記直線距離を検出し、前記直線距離に対応する信号を送出する直線距離検出装置と、を備え、前記第2回転部位は、前記棒部材の前記直線距離の変化に応じて、前記第2方向と平行な軸を中心として回転可能に構成され、前記第2回転度取得手段は、前記直線距離検出装置により送出された信号に基づいて、前記第2回転部位の回転度合いを取得するように構成される。 In the position determining device of the present invention, one end of the working machine is fixed to the second rotating part, the other end is fixed to the first rotating part or the traveling vehicle, and the working machine has a direction from the one end to the other end. The second rotating portion includes a rod member whose linear distance is variable, and a linear distance detection device that detects the linear distance and sends a signal corresponding to the linear distance. The second rotation degree acquisition means is configured to be rotatable about an axis parallel to the second direction in accordance with the change, and the second rotation degree acquisition means detects the second rotation portion based on the signal sent by the linear distance detection device. is configured to obtain the degree of rotation.

本発明の位置決定装置において、前記作業機は、前記走行車両の前記所定部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記所定部位の位置を検出し、前記所定部位の位置に対応する信号を送出する車両位置検出装置と、前記第2回転部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記第2回転部位の位置を検出し、前記第2回転部位の位置に対応する信号を送出する回転位置検出装置と、を備え、前記車両位置測定手段は、前記車両位置検出装置により送出された信号に基づいて、前記走行車両の前記所定部位の位置を測定するように構成され、本発明の位置決定装置は、更に、前記測定された前記走行車両の前記所定部位の位置に基づいて、前記第2回転部位の回転の中心となる前記軸の位置を取得する軸位置取得手段と、前記回転位置検出装置により送出された信号に基づいて、前記第2回転部位の位置を測定する回転位置測定手段と、を備え、前記第2回転度取得手段は、前記取得された前記軸の位置と、前記測定された前記第2回転部位の位置と、に基づいて、前記第2回転部位の回転度合いを取得するように構成される。 In the position determining device of the present invention, the working machine is provided at the predetermined portion of the traveling vehicle, and detects the position of the predetermined portion based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite, and a vehicle position detection device that transmits a signal corresponding to the position of the vehicle; and a vehicle position detection device that is provided at the second rotating portion and detects the position of the second rotating portion based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite; a rotational position detection device that sends out a signal corresponding to the position of the second rotational portion; The position determination device of the present invention is further configured to measure the position of the second rotating portion based on the measured position of the predetermined portion of the traveling vehicle. and a rotational position measuring means for measuring the position of the second rotational part based on the signal sent by the rotational position detection device, The means is configured to obtain a rotation degree of the second rotation part based on the obtained position of the axis and the measured position of the second rotation part.

本発明の位置決定装置において、前記作業機は、前記第2回転部位の回転の中心となる前記軸の位置に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記軸の位置を検出し、前記軸の位置に対応する信号を送出する軸位置検出装置と、前記第2回転部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記第2回転部位の位置を検出し、前記第2回転部位の位置に対応する信号を送出する回転位置検出装置と、を備え、本発明の位置決定装置は、更に、前記軸位置検出装置により送出された信号と、前記回転位置検出装置により送出された信号と、に基づいて、前記軸の位置に対する前記第2回転部位の相対位置を取得する相対位置取得手段を備え、前記第2回転度取得手段は、前記取得された前記軸の位置に対する前記第2回転部位の相対位置に基づいて、前記第2回転部位の回転度合いを取得するように構成される。 In the position determination device of the present invention, the work implement is provided at a position of the axis that is a center of rotation of the second rotating part, and the work implement is configured to determine the position of the axis based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite. a shaft position detection device that detects the position of the shaft and sends a signal corresponding to the position of the shaft; A rotational position detection device that detects a position and sends out a signal corresponding to the position of the second rotating portion, and the position determination device of the present invention further includes: a signal sent out by the shaft position detection device; and a relative position acquisition means for acquiring a relative position of the second rotational part with respect to the position of the shaft based on a signal sent out by the rotational position detection device, and the second rotation degree acquisition means The rotation degree of the second rotation part is obtained based on the relative position of the second rotation part with respect to the position of the shaft.

本発明によれば、先端部位が第1方向にオフセット移動する場合であっても、先端部位の位置を精度良く決定できる。決定された先端部位の位置を、例えば、表示装置等に表示させることで、運転者に可動操作具の操作を、適切にナビゲートできる。 According to the present invention, even when the distal end portion moves offset in the first direction, the position of the distal end portion can be accurately determined. By displaying the determined position of the tip portion on, for example, a display device, the driver can appropriately navigate the operation of the movable operating tool.

本発明の第1実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機(バックホー)の側視図である。1 is a side view of a working machine (backhoe) to which a position determining device according to a first embodiment of the present invention is applied. 図1に示す作業機の正面図である。FIG. 2 is a front view of the work machine shown in FIG. 1. FIG. 図1に示す作業機の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the work machine shown in FIG. 1. FIG. 図1に示す作業機が備える第2回転度検出装置(RENC)の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a second rotation degree detection device (RENC) included in the working machine shown in FIG. 1. FIG. 図1に示す作業機が備える第2ブーム支軸近傍における、第1ブーム、第2ブーム、及び、第2回転度検出装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a first boom, a second boom, and a second rotation degree detection device in the vicinity of a second boom support shaft included in the working machine shown in FIG. 1. FIG. 図1に示す作業機が備える第2ブーム支軸近傍における、第1ブーム、第2ブーム、及び、第2回転度検出装置の縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the first boom, the second boom, and the second rotation degree detection device in the vicinity of the second boom support shaft included in the work machine shown in FIG. 1. FIG. 図1に示す作業機が備えるECUと、当該ECUに接続される各種装置とを示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing an ECU included in the work machine shown in FIG. 1 and various devices connected to the ECU. 図1に示す作業機が基準状態にある場合における、各部位の位置関係を説明するための作業機の側視図である。FIG. 2 is a side view of the working machine for explaining the positional relationship of each part when the working machine shown in FIG. 1 is in a standard state. 図1に示す作業機が備える走行車両が移動及び回転した場合における、各部位の位置関係を説明するための走行車両の側視図である。FIG. 2 is a side view of the running vehicle for explaining the positional relationship of each part when the running vehicle included in the working machine shown in FIG. 1 moves and rotates. 図1に示す作業機が備える第1ブームが移動及び回転した場合における、各部位の位置関係を説明するための第1ブーム及び第2ブームの側視図である。FIG. 2 is a side view of a first boom and a second boom for explaining the positional relationship of each part when the first boom included in the working machine shown in FIG. 1 moves and rotates. 図1に示す作業機が備えるアームが移動及び回転した場合における、各部位の位置関係を説明するためのアームの側視図である。FIG. 2 is a side view of the arm included in the work machine shown in FIG. 1 for explaining the positional relationship of each part when the arm is moved and rotated. 図1に示す作業機が備えるバケットが移動及び回転した場合における、各部位の位置関係を説明するためのバケットの側視図である。FIG. 2 is a side view of the bucket for explaining the positional relationship of each part when the bucket included in the work machine shown in FIG. 1 moves and rotates. 図1に示す作業機が備える第2ブームが回転した場合における、各部位の位置関係を説明するための可動操作具の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the movable operating tool for explaining the positional relationship of each part when a second boom included in the working machine shown in FIG. 1 rotates. 図1に示す作業機が備える位置決定装置による、一連の処理を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a series of processing by a position determining device included in the working machine shown in FIG. 1. FIG. 本発明の第2実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機(バックホー)が備える、直線距離検出装置(WENC)の構成図である。It is a block diagram of the linear distance detection device (WENC) with which the working machine (backhoe) to which the position determination device based on 2nd Embodiment of this invention is applied is equipped. 本発明の第2実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える、第2ブーム支軸近傍における、第1ブーム、第2ブーム、第2ブームシリンダ、及び、直線距離度検出装置の斜視図である。The first boom, the second boom, the second boom cylinder, and the linear distance detection device in the vicinity of the second boom support shaft, which are included in the work machine to which the position determining device according to the second embodiment of the present invention is applied. FIG. 本発明の第2実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える、第2ブーム支軸近傍における、第1ブーム、第2ブーム、第2ブームシリンダ、及び、直線距離度検出装置の平面図であって、オフセット移動が実行される場合に第2ブームが回転する様子を説明するための図である。The first boom, the second boom, the second boom cylinder, and the linear distance detection device in the vicinity of the second boom support shaft, which are included in the work machine to which the position determining device according to the second embodiment of the present invention is applied. FIG. 7 is a plan view for explaining how the second boom rotates when offset movement is executed. 直線距離と、第2ブームの回転角との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the straight line distance and the rotation angle of the second boom. 本発明の第2実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備えるECUと、当該ECUに接続される各種装置とを示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing an ECU included in a work machine to which a position determining device according to a second embodiment of the present invention is applied, and various devices connected to the ECU. 本発明の第3実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機(バックホー)が備える、第2ブーム支軸近傍における、第1ブーム、第2ブーム、及び、回転位置検出装置(GNSS)の斜視図である。A working machine (backhoe) to which the position determining device according to the third embodiment of the present invention is applied has a first boom, a second boom, and a rotational position sensing device (GNSS) in the vicinity of the second boom support shaft. FIG. 本発明の第3実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備えるECUと、当該ECUに接続される各種装置とを示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing an ECU included in a work machine to which a position determining device according to a third embodiment of the present invention is applied, and various devices connected to the ECU. 本発明の第3実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が基準状態にある場合における、各部位の位置関係を説明するための作業機の側視図である。FIG. 7 is a side view of the working machine to which the position determining device according to the third embodiment of the present invention is applied, for explaining the positional relationship of each part when the working machine is in a reference state. 本発明の第3実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える第1ブームが移動及び回転した場合における、各部位の位置関係を説明するための第1ブーム及び第2ブームの側視図である。Sides of the first boom and second boom for explaining the positional relationship of each part when the first boom included in the work machine to which the position determining device according to the third embodiment of the present invention is applied moves and rotates. This is a perspective view. 本発明の第3実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える第2ブームが回転した場合における、各部位の位置関係を説明するための第1ブーム及び第2ブームの平面図である。FIG. 7 is a plan view of the first boom and the second boom for explaining the positional relationship of each part when the second boom included in the work machine to which the position determining device according to the third embodiment of the present invention is applied rotates; FIG. be. 本発明の第3実施形態に係る位置決定装置による、一連の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a series of processing by the position determination device concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機(バックホー)が備える、第2ブーム支軸近傍における、第1ブーム、第2ブーム、回転位置検出装置(GNSS)、及び、回転位置検出装置(GNSS)の斜視図である。A work machine (backhoe) to which the position determining device according to the fourth embodiment of the present invention is applied includes a first boom, a second boom, a rotational position sensing device (GNSS), and a rotational position sensing device (GNSS) near the second boom support shaft. FIG. 2 is a perspective view of a rotational position sensing device (GNSS). 本発明の第4実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備えるECUと、当該ECUに接続される各種装置とを示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing an ECU included in a work machine to which a position determining device according to a fourth embodiment of the present invention is applied, and various devices connected to the ECU. 本発明の第4実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える第2ブームが回転した場合における、各部位の位置関係を説明するための第1ブーム及び第2ブームの平面図である。FIG. 7 is a plan view of the first boom and the second boom for explaining the positional relationship of each part when the second boom included in the work machine to which the position determining device according to the fourth embodiment of the present invention is applied rotates; FIG. be. 本発明の第3実施形態に係る位置決定装置による、一連の処理を示すフローチャートであるIt is a flowchart showing a series of processing by a position determining device according to a third embodiment of the present invention.

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

[第1実施形態]
<作業機>
図1、図2、及び図3は、本発明の第1実施形態に係る位置決定装置80が適用される作業機10を示している。本実施形態では、作業機10が、バックホー10であるものとして説明する。なお、作業機10は、バックホーに限られず、可動操作具の先端を有する他の建設機械、農業機械等(ブルドーザ等)であってもよい。図1、図2、及び、図3は、バックホー10の側面図、バックホー10の正面図、及び、バックホー10の平面図である。バックホー10は、小型旋回型のオフセットブーム式バックホーである。以下、バックホー10の構成を詳述する。
[First embodiment]
<Work equipment>
1, 2, and 3 show a work machine 10 to which a position determining device 80 according to a first embodiment of the present invention is applied. In this embodiment, the working machine 10 will be described as a backhoe 10. Note that the work machine 10 is not limited to a backhoe, and may be another construction machine, agricultural machine, or the like (bulldozer, etc.) having a tip end of a movable operating tool. 1, 2, and 3 are a side view of the backhoe 10, a front view of the backhoe 10, and a plan view of the backhoe 10. The backhoe 10 is a small swivel offset boom type backhoe. The configuration of the backhoe 10 will be described in detail below.

バックホー10は、走行車両20、可動操作具30、車両位置検出装置40、第1回転度検出装置50、第2回転度検出装置60、及び、駆動制御装置70を備えている。位置決定装置80は、バックホー10に搭載されている。なお、駆動制御装置70、及び、位置決定装置80は、ECU(Electronic Control Unit)90の一部を構成している。平面視において、走行車両20の車幅方向に沿い、且つ、略水平な方向である第1方向K1が規定される。正面視において、走行車両20の車高方向に沿い、且つ、第1方向K1と直交する第2方向K2が規定される。また、第1方向K1、第2方向K2のそれぞれと直交する第3方向K3が規定される。 The backhoe 10 includes a traveling vehicle 20, a movable operating tool 30, a vehicle position detection device 40, a first rotation detection device 50, a second rotation detection device 60, and a drive control device 70. The position determining device 80 is mounted on the backhoe 10. Note that the drive control device 70 and the position determining device 80 constitute a part of an ECU (Electronic Control Unit) 90. In a plan view, a first direction K1 is defined that is along the vehicle width direction of the traveling vehicle 20 and is a substantially horizontal direction. In a front view, a second direction K2 is defined along the vehicle height direction of the traveling vehicle 20 and orthogonal to the first direction K1. Further, a third direction K3 is defined that is orthogonal to each of the first direction K1 and the second direction K2.

走行車両20は、上部旋回体21と、下部走行体22とを有する。上部旋回体21は、下部走行体22に対し、第2方向K2と平行な軸を中心として、旋回可能に搭載されている。上部旋回体21には、可動操作具30、車両位置検出装置40、及び、キャビン21aが備えられている。キャビン21aには、運転席、操作具21b(例えば、レバー、スイッチ、ペダル等、図7を参照)、表示装置21c(例えば、モニタ等、図7を参照)が設けられている。運転者が、キャビン21a内に着座した状態において、運転者の前・後、運転者の左・右、運転者の上・下に対応する方向を、それぞれ前方・後方、左方・右方、上方・下方とする。下部走行体22は、走行装置22aと、ドーザ装置22bとを備えている。走行装置22aは、クローラ式となるよう構成されている。ドーザ装置22bは、走行装置22aの前方に設けられている。上部旋回体21において、左側に寄るようにキャビン21aが配置され、可動操作具30はキャビン21aの右隣に配置されている。 The traveling vehicle 20 has an upper rotating body 21 and a lower traveling body 22. The upper rotating body 21 is mounted on the lower traveling body 22 so as to be pivotable about an axis parallel to the second direction K2. The upper revolving body 21 is equipped with a movable operating tool 30, a vehicle position detection device 40, and a cabin 21a. The cabin 21a is provided with a driver's seat, operating tools 21b (for example, levers, switches, pedals, etc., see FIG. 7), and a display device 21c (for example, a monitor, etc., see FIG. 7). When the driver is seated in the cabin 21a, the directions corresponding to the front/back of the driver, the left/right of the driver, and the top/bottom of the driver are respectively forward/backward, left/right, Upper and lower. The lower traveling body 22 includes a traveling device 22a and a dozer device 22b. The traveling device 22a is configured to be a crawler type. The dozer device 22b is provided in front of the traveling device 22a. In the upper revolving body 21, the cabin 21a is arranged closer to the left side, and the movable operating tool 30 is arranged to the right of the cabin 21a.

図1に示すように、可動操作具30は、第1ブーム31、第2ブーム32、アーム33、及び、バケット34を備えている。また、可動操作具30は、第1ブームシリンダ36、第2ブームシリンダ37、アームシリンダ38、及び、バケットシリンダ39を備えている。これらのシリンダは、例えば、棒状の油圧シリンダ装置であり、運転者の操作により、一端から他端に向かう直線距離が変化するよう伸縮駆動が可能となっている。 As shown in FIG. 1, the movable operating tool 30 includes a first boom 31, a second boom 32, an arm 33, and a bucket 34. The movable operating tool 30 also includes a first boom cylinder 36 , a second boom cylinder 37 , an arm cylinder 38 , and a bucket cylinder 39 . These cylinders are, for example, rod-shaped hydraulic cylinder devices, and can be driven to expand and contract so that the straight-line distance from one end to the other end is changed by operation by a driver.

第1ブーム31の後下側の端部は、第1ブーム支軸31aを介して、上部旋回体21の前方に支持されている。第1ブームシリンダ36の一端は、第1ブームシリンダ支軸36aを介して、上部旋回体21の前方で、第1ブーム支軸31aよりも下側に接続されている。第1ブームシリンダ36の他端は、第1ブームシリンダ支軸36bを介して、第1ブーム31を下方から支持している。第1ブーム支軸31a、及び、第1ブームシリンダ支軸36a,36bは、第1方向K1と平行な軸である。第1ブームシリンダ36の伸縮駆動により、第1ブーム31が、第1ブーム支軸31aを中心として回転可能となっている。 A lower rear end of the first boom 31 is supported in front of the upper revolving body 21 via a first boom support shaft 31a. One end of the first boom cylinder 36 is connected to the lower side of the first boom cylinder support shaft 31a in front of the upper revolving structure 21 via the first boom cylinder support shaft 36a. The other end of the first boom cylinder 36 supports the first boom 31 from below via a first boom cylinder support shaft 36b. The first boom support shaft 31a and the first boom cylinder support shafts 36a and 36b are axes parallel to the first direction K1. The first boom 31 is rotatable about the first boom support shaft 31a by the telescopic drive of the first boom cylinder 36.

第2ブーム32の後側の端部は、第2ブーム支軸32aを介して、第1ブーム31の前上側の端部に支持されている。第2ブームシリンダ37の一端は、第2ブームシリンダ支軸37aを介して、第1ブーム31の左側に接続されている。第2ブームシリンダ37の他端は、第2ブームシリンダ支軸37bを介して、第2ブーム32の左側に接続されている。また、第2ブーム32の左側には、第2ブームシリンダ37に並行して、オフセットリンク32bが設けられている。オフセットリンク32bの一端および他端は、それぞれ第1ブーム31及び第2ブーム32に接続されている。第2ブーム支軸32a、及び、第2ブームシリンダ支軸37a,37bは、第2方向K2と平行な軸である。第2ブームシリンダ37の伸縮駆動により、第2ブーム32が、第2ブーム支軸32aを中心として回転可能となっている。 The rear end of the second boom 32 is supported by the upper front end of the first boom 31 via the second boom support shaft 32a. One end of the second boom cylinder 37 is connected to the left side of the first boom 31 via a second boom cylinder support shaft 37a. The other end of the second boom cylinder 37 is connected to the left side of the second boom 32 via a second boom cylinder support shaft 37b. Further, on the left side of the second boom 32, in parallel with the second boom cylinder 37, an offset link 32b is provided. One end and the other end of the offset link 32b are connected to the first boom 31 and the second boom 32, respectively. The second boom support shaft 32a and the second boom cylinder support shafts 37a, 37b are axes parallel to the second direction K2. The second boom 32 is rotatable about the second boom support shaft 32a by the telescopic drive of the second boom cylinder 37.

アーム33の上後側の端部は、アーム支軸33aを介して、第2ブーム32の前側の端部に支持されている。アームシリンダ38の一端は、アームシリンダ支軸38aを介して、アーム支軸33aよりも上後方で、第2ブーム32の上側に接続されている。アームシリンダ38の他端は、アームシリンダ支軸38bを介して、アーム支軸33aよりも上前方で、アーム33を上方から支持している。アーム支軸33a、及び、アームシリンダ支軸38a,38bは、第1方向K1と平行な軸である。アームシリンダ38の伸縮駆動により、アーム33が、アーム支軸33aを中心として回転可能となっている。 An upper and rear end of the arm 33 is supported by a front end of the second boom 32 via an arm support shaft 33a. One end of the arm cylinder 38 is connected to the upper side of the second boom 32 via an arm cylinder support shaft 38a above and behind the arm support shaft 33a. The other end of the arm cylinder 38 supports the arm 33 from above via an arm cylinder support shaft 38b above and in front of the arm support shaft 33a. The arm support shaft 33a and the arm cylinder support shafts 38a and 38b are axes parallel to the first direction K1. By driving the arm cylinder 38 to extend and contract, the arm 33 is rotatable about the arm support shaft 33a.

バケット34の端部は、バケット支軸34aを介して、アーム33の下端部に支持されている。バケットシリンダ39の一端は、バケットシリンダ支軸39aを介して、アーム支軸33aよりも前方で、アーム33の上側に接続されている。バケットシリンダ39の他端は、バケットシリンダ支軸39bを介して、バケット支軸34aよりも下方で、バケット34を支持している。バケット支軸34a、及び、バケットシリンダ支軸39a,39bは、第1方向K1と平行な軸である。バケットシリンダ39の伸縮駆動により、バケット34が、バケット支軸34aを中心として回転可能となっている。 The end of the bucket 34 is supported by the lower end of the arm 33 via a bucket support shaft 34a. One end of the bucket cylinder 39 is connected to the upper side of the arm 33 in front of the arm support shaft 33a via a bucket cylinder support shaft 39a. The other end of the bucket cylinder 39 supports the bucket 34 via a bucket cylinder support shaft 39b below the bucket support shaft 34a. The bucket support shaft 34a and the bucket cylinder support shafts 39a and 39b are axes parallel to the first direction K1. By driving the bucket cylinder 39 to expand and contract, the bucket 34 can rotate around the bucket support shaft 34a.

また、バケット34は、先端部位34bを備えている。先端部位34bは、バケット34の回転径方向における最外部位に相当する。このように、可動操作具30は、走行車両20から前方に離間する先端部位34bに向かって延びるよう、構成されている。 Furthermore, the bucket 34 includes a tip portion 34b. The tip portion 34b corresponds to the outermost portion of the bucket 34 in the rotational radial direction. In this way, the movable operating tool 30 is configured to extend toward the tip portion 34b that is spaced forward from the traveling vehicle 20.

第1ブーム31、アーム33、及び、バケット34のうち、何れか1つ、2つ、又は、全てが回転することで、図2の破線にて示すように、バケット34の先端部位34bは、第2方向K2の移動(上方向又は下方向)が可能となる。これと同時に、バケット34の先端部位34bは、第3方向K3の移動(前方向又は後方向)も可能となる。第1ブーム31、アーム33、及び、バケット34は、第1回転部位に相当する。 When any one, two, or all of the first boom 31, arm 33, and bucket 34 rotate, the tip portion 34b of the bucket 34, as shown by the broken line in FIG. Movement in the second direction K2 (upward or downward) is possible. At the same time, the tip portion 34b of the bucket 34 can also move in the third direction K3 (forward or backward). The first boom 31, arm 33, and bucket 34 correspond to a first rotating portion.

第2ブーム32が回転することで、図2及び図3の一点鎖線にて示すように、バケット34の先端部位34bは、第1方向K1の移動(左方向又は右方向)が可能となる。これと同時に、バケット34の先端部位34bは、第3方向K3の移動(前方向又は後方向)も可能となる。このように、第2ブーム32の回転により、バケット34のオフセット移動が可能となる。第2ブーム32は、第2回転部位に相当する。 As the second boom 32 rotates, the tip portion 34b of the bucket 34 can move in the first direction K1 (leftward or rightward), as shown by the dashed line in FIGS. 2 and 3. At the same time, the tip portion 34b of the bucket 34 can also move in the third direction K3 (forward or backward). In this manner, rotation of the second boom 32 allows offset movement of the bucket 34. The second boom 32 corresponds to a second rotating portion.

図1、及び、図7に示すように、車両位置検出装置40は、走行車両20の上部旋回体21に、搭載されている。搭載位置(所定位置に相当)としては、例えば、上部旋回体21において、キャビン21aのルーフ上や、キャビン21aの後方等に、車両位置検出装置40が設けられてもよい。なお、本実施形態では説明を簡易化するため、車両位置検出装置40が、キャビン21aの後方に搭載されているものとする。 As shown in FIGS. 1 and 7, the vehicle position detection device 40 is mounted on the upper revolving structure 21 of the traveling vehicle 20. As shown in FIGS. As a mounting position (corresponding to a predetermined position), the vehicle position detection device 40 may be provided, for example, on the roof of the cabin 21a, behind the cabin 21a, etc. in the upper revolving body 21. In this embodiment, in order to simplify the explanation, it is assumed that the vehicle position detection device 40 is mounted at the rear of the cabin 21a.

車両位置検出装置40は、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、走行車両20の位置として上記搭載位置を検出する。この検出信号は、位置決定装置80に向けて送出されるようになっている。車両位置検出装置40は、例えば、GNSS等の衛星測位システムにより位置検出が可能なものであってもよい。本実施形態では、2周波L1,L2を利用して、車両位置検出装置40の搭載位置に対応する絶対座標が、決定されるようになっている。以下、車両位置検出装置40を、GNSS40と称呼する場合もある。なお、2周波L1,L2に代えて、2周波L1,L5であってもよいし、2周波以上のマルチ周波が用いられてもよい。 The vehicle position detection device 40 detects the mounting position as the position of the traveling vehicle 20 based on reception of positioning signals from global positioning satellites. This detection signal is sent out toward the position determining device 80. The vehicle position detection device 40 may be capable of position detection using a satellite positioning system such as GNSS, for example. In this embodiment, the absolute coordinates corresponding to the mounting position of the vehicle position detection device 40 are determined using two frequencies L1 and L2. Hereinafter, the vehicle position detection device 40 may be referred to as GNSS 40. Note that instead of the two frequencies L1 and L2, two frequencies L1 and L5 may be used, or a multi-frequency wave of two or more frequencies may be used.

第1回転度検出装置50は、走行車両20の上部旋回体21、第1ブーム31、アーム33、及び、バケット34の4か所に、それぞれ1つずつ搭載されている。これら4つの第1回転度検出装置50は、上記4つの部位における、第1方向K1と平行な軸を中心とする回転度合いをそれぞれ検出する。これらの検出信号は、位置決定装置80に向けてそれぞれ送出されるようになっている。第1回転度検出装置50は、例えば、IMU(Inertial Measurement Unit)等の回転角検出が可能なものであってもよい。以下、第1回転度検出装置50を、IMU50と称呼する場合もある。また、走行車両20の上部旋回体21、第1ブーム31、アーム33、及び、バケット34にそれぞれ搭載される第1回転度検出装置50を、IMU51、IMU52、IMU53、IMU54、と称呼する場合もある。 One first rotation degree detection device 50 is mounted on each of the four locations of the rotating upper body 21, the first boom 31, the arm 33, and the bucket 34 of the traveling vehicle 20. These four first rotation degree detection devices 50 each detect the degree of rotation about an axis parallel to the first direction K1 in the four regions. These detection signals are each sent to the position determining device 80. The first rotation angle detection device 50 may be, for example, an IMU (Inertial Measurement Unit) or the like capable of detecting a rotation angle. Hereinafter, the first rotation degree detection device 50 may be referred to as an IMU 50. Further, the first rotation degree detection devices 50 each mounted on the upper revolving body 21, the first boom 31, the arm 33, and the bucket 34 of the traveling vehicle 20 may also be referred to as IMU51, IMU52, IMU53, and IMU54. be.

図1、図4、図5、及び、図6に示すように、第2回転度検出装置60は、第1ブーム31、及び、第2ブーム支軸32aのそれぞれに跨りつつ、1つ搭載されている。第2回転度検出装置60は、第2ブーム32における、第2方向K2と平行な軸を中心とする回転度合いを検出する。この検出信号は、位置決定装置80に向けて送出されるようになっている。第2回転度検出装置60は、例えば、ロータリエンコーダ等の回転角検出が可能なものであってもよい。以下、第2回転度検出装置60を、RENC60と称呼する場合もある。 As shown in FIGS. 1, 4, 5, and 6, one second rotation degree detection device 60 is mounted on each of the first boom 31 and the second boom support shaft 32a. ing. The second rotation degree detection device 60 detects the degree of rotation of the second boom 32 about an axis parallel to the second direction K2. This detection signal is sent out toward the position determining device 80. The second rotation angle detection device 60 may be a device capable of detecting a rotation angle, such as a rotary encoder, for example. Hereinafter, the second rotation degree detection device 60 may be referred to as RENC 60.

図4に示すように、RENC60は、スリットディスク61、シャフト62、ケーシング63、光源64、及び、受光部65を備えている。スリットディスク61は、円盤状に構成され、円周方向に並ぶ多数の開口スリット61aを有している。シャフト62は、スリットディスク61の中心から、スリットディスク61の面に対し垂直に伸長している。スリットディスク61は、シャフト62と一体回転可能となっている。ケーシング63は、円筒形状の筐体であり、スリットディスク61、及び、シャフト62と同軸的に、これらを内蔵する。ケーシング63は、固定面63aの中心部に開口63bを有している。シャフト62は、開口63bを介して摺動可能に支持されつつ、ケーシング63の内部から外側に向けて、その一部が露出している。これにより、シャフト62(スリットディスク61)と、ケーシング63とは、互いに相対回転するようになっている。 As shown in FIG. 4, the RENC 60 includes a slit disk 61, a shaft 62, a casing 63, a light source 64, and a light receiving section 65. The slit disk 61 is configured in a disk shape and has a large number of opening slits 61a arranged in the circumferential direction. The shaft 62 extends from the center of the slit disk 61 perpendicularly to the surface of the slit disk 61. The slit disk 61 can rotate integrally with the shaft 62. The casing 63 is a cylindrical housing, and contains the slit disk 61 and the shaft 62 coaxially therein. The casing 63 has an opening 63b at the center of the fixed surface 63a. The shaft 62 is slidably supported through the opening 63b, and a portion thereof is exposed from the inside of the casing 63 to the outside. Thereby, the shaft 62 (slit disk 61) and the casing 63 are configured to rotate relative to each other.

ケーシング63内壁には、光源64、及び、受光部65が、それぞれ離間するように固定されている。スリットディスク61の円周近傍は、光源64、及び、受光部65の間に介装される。光源64から受光部65へ向かう光の方向は、シャフト62の伸長方向と平行となっている。シャフト62及びケーシング63が相対回転した場合に、開口スリット61aにおける光の通過・遮断が、受光部65により交互に検出される。この検出信号は、位置決定装置80に向けて送出されるようになっている。この検出信号に基づいて、シャフト62(スリットディスク61)に対するケーシング63の回転角が取得可能となっている。ここにおいて、シャフト62が軸部材に相当し、ケーシング63が回転部材に相当する。 A light source 64 and a light receiving section 65 are fixed to the inner wall of the casing 63 so as to be spaced apart from each other. The vicinity of the circumference of the slit disk 61 is interposed between the light source 64 and the light receiving section 65 . The direction of light from the light source 64 toward the light receiving section 65 is parallel to the direction in which the shaft 62 extends. When the shaft 62 and the casing 63 rotate relative to each other, the light receiving section 65 alternately detects passage and blocking of light through the opening slit 61a. This detection signal is sent out toward the position determining device 80. Based on this detection signal, the rotation angle of the casing 63 with respect to the shaft 62 (slit disk 61) can be obtained. Here, the shaft 62 corresponds to a shaft member, and the casing 63 corresponds to a rotating member.

図5、及び、図6に示すように、第1ブーム31の第2ブーム32側の前側端部において、上下方向に抜ける篏合孔31bが設けられている。第2ブーム32の第1ブーム31側の後側端部には、第2ブーム支軸32aが上方に突出するように固定されている。第2ブーム32の後側端部の一部は、第1ブーム31の前側端部にて覆われつつ、第2ブーム支軸32aが、篏合孔31bに摺動可能に篏合している。これにより、第2ブーム32は、第2ブーム支軸32aを中心として一体的に回転する。換言すると、第1ブーム31は、第2ブーム32の回転に伴って、第2ブーム支軸32aに対して相対回転する部位となる(図3を参照)。 As shown in FIGS. 5 and 6, a mating hole 31b is provided at the front end of the first boom 31 on the second boom 32 side, which extends in the vertical direction. A second boom support shaft 32a is fixed to the rear end of the second boom 32 on the first boom 31 side so as to project upward. A portion of the rear end of the second boom 32 is covered by the front end of the first boom 31, and the second boom support shaft 32a is slidably engaged with the engagement hole 31b. . Thereby, the second boom 32 rotates integrally around the second boom support shaft 32a. In other words, the first boom 31 becomes a part that rotates relative to the second boom support shaft 32a as the second boom 32 rotates (see FIG. 3).

第1ブーム31の篏合孔31bまわりには、環状の固定部位31cが設けられている。篏合孔31bに第2ブーム支軸32aが篏合された場合に、固定部位31cは、第2ブーム支軸32aを囲むように構成されている。また、第2ブーム支軸32a及び固定部位31cの上側頂面が、互いに略面一となっている。第2ブーム支軸32aの上側頂面には、中心にて下方に凹む凹部位32a1が設けられている。凹部位32a1に、RENC60のシャフト62を先端から侵入させて、シャフト62及び第2ブーム支軸32aを同軸的に固定させる。即ち、第2ブーム支軸32a及びシャフト62は、第2方向K2と平行となる。シャフト62の固定とともに、第1ブーム31の固定部位31cに、RENC60の固定面63aを固定させる。 An annular fixing portion 31c is provided around the mating hole 31b of the first boom 31. When the second boom support shaft 32a is engaged with the engagement hole 31b, the fixed portion 31c is configured to surround the second boom support shaft 32a. Further, the upper top surfaces of the second boom support shaft 32a and the fixed portion 31c are substantially flush with each other. A recessed portion 32a1 recessed downward at the center is provided on the upper top surface of the second boom support shaft 32a. The shaft 62 of the RENC 60 is inserted from the tip into the recessed portion 32a1, and the shaft 62 and the second boom support shaft 32a are fixed coaxially. That is, the second boom support shaft 32a and the shaft 62 are parallel to the second direction K2. Along with fixing the shaft 62, the fixing surface 63a of the RENC 60 is fixed to the fixing portion 31c of the first boom 31.

これにより、第2ブーム32が、第2ブーム支軸32aを中心として回転した場合、RENC60のシャフト62に対してケーシング63も、同じ回転角をもって相対回転する。従って、RENC60の検出信号に基づいて、第2ブーム32の回転角を取得可能となっている。 Thereby, when the second boom 32 rotates around the second boom support shaft 32a, the casing 63 also rotates relative to the shaft 62 of the RENC 60 with the same rotation angle. Therefore, the rotation angle of the second boom 32 can be obtained based on the detection signal of the RENC 60.

図1、及び、図7に示すように、ECU90は、駆動制御装置70、及び、位置決定装置80で構成されている。駆動制御装置70、及び、位置決定装置80は、CPU、電気回路等で構成されており、上記各種装置等と有線又は無線形式にて電気的に接続されている。具体的には、駆動制御装置70は、操作具21b、可動操作具30、及び、図示しない原動機、変速機等の動力伝達系と接続されている。位置決定装置80は、GNSS40、IMU50、RECN60、及び、表示装置21cと接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 7, the ECU 90 includes a drive control device 70 and a position determining device 80. The drive control device 70 and the position determining device 80 are composed of a CPU, an electric circuit, etc., and are electrically connected to the various devices described above in a wired or wireless manner. Specifically, the drive control device 70 is connected to the operating tool 21b, the movable operating tool 30, and a power transmission system such as a prime mover and a transmission (not shown). The position determining device 80 is connected to the GNSS 40, IMU 50, RECN 60, and display device 21c.

駆動制御装置70は、運転者により操作される操作具21bの操作信号を受信する。駆動制御装置70は、当該操作信号に応じて、可動操作具30の第1ブームシリンダ36、第2ブームシリンダ37、アームシリンダ38、及び、バケットシリンダ39の伸縮駆動を制御する。これにより、第1ブーム31、第2ブーム32、アーム33、及び、バケット34の各支軸を中心とした各回転作動が制御されるようになっている。なお、駆動制御装置70は、図示しない原動機、変速機等の動力伝達系も制御し、走行装置22aの走行制御も実行するようになっている。 The drive control device 70 receives an operation signal of the operating tool 21b operated by the driver. The drive control device 70 controls the telescopic drive of the first boom cylinder 36, the second boom cylinder 37, the arm cylinder 38, and the bucket cylinder 39 of the movable operating tool 30 in accordance with the operation signal. Thereby, each rotation operation of the first boom 31, second boom 32, arm 33, and bucket 34 about their respective support shafts is controlled. The drive control device 70 also controls a power transmission system such as a prime mover and a transmission (not shown), and also executes travel control of the travel device 22a.

位置決定装置80は、車両位置測定手段81、車両回転度取得手段82、第1回転度取得手段83、第2回転度取得手段84、及び、位置決定手段85を備えている。車両位置測定手段81は、GNSS40と接続されて、GNSS40により検出された位置に対応する信号を受信する。車両位置測定手段81は、当該信号に基づいて、走行車両20の位置を測定する。測定される位置としては、例えば、3次元座標等であってもよい。車両回転度取得手段82は、IMU51と接続されて、IMU51により検出された回転角に対応する信号を受信する。車両回転度取得手段82は、当該信号に基づいて、走行車両20の回転角を取得する。 The position determination device 80 includes a vehicle position measurement means 81 , a vehicle rotation degree acquisition means 82 , a first rotation degree acquisition means 83 , a second rotation degree acquisition means 84 , and a position determination means 85 . The vehicle position measuring means 81 is connected to the GNSS 40 and receives a signal corresponding to the position detected by the GNSS 40. Vehicle position measuring means 81 measures the position of traveling vehicle 20 based on the signal. The position to be measured may be, for example, three-dimensional coordinates. The vehicle rotation angle acquisition means 82 is connected to the IMU 51 and receives a signal corresponding to the rotation angle detected by the IMU 51 . The vehicle rotation angle acquisition means 82 acquires the rotation angle of the traveling vehicle 20 based on the signal.

第1回転度取得手段83は、IMU52,53,54とそれぞれ接続されて、IMU52,53,54により検出され送出された回転角に対応する信号を受信する。第1回転度取得手段83は、当該信号に基づいて、第1ブーム31、アーム33、及び、バケット34の回転角をそれぞれ取得する。第2回転度取得手段84は、RECN60と接続されて、RECN60により検出され送出された回転角に対応する信号を受信する。第2回転度取得手段84は、当該信号に基づいて、第2ブーム32の回転角を取得する。 The first rotation angle acquisition means 83 is connected to the IMUs 52, 53, and 54, respectively, and receives signals corresponding to rotation angles detected and transmitted by the IMUs 52, 53, and 54. The first rotation angle acquisition means 83 acquires the rotation angles of the first boom 31, arm 33, and bucket 34, respectively, based on the signals. The second rotation angle acquisition means 84 is connected to the RECN 60 and receives a signal corresponding to the rotation angle detected and sent out by the RECN 60. The second rotation angle acquisition means 84 acquires the rotation angle of the second boom 32 based on the signal.

位置決定手段85は、上記測定された走行車両20の位置と、上記取得された走行車両20の回転角と、上記取得された第1ブーム31、アーム33、及び、バケット34の回転角と、上記取得された第2ブーム32の回転角と、に基づいて、可動操作具30のバケット34における先端部位34bの位置を決定する。決定される位置としては、例えば、3次元座標等であってもよい。具体的な位置の決定プロセスについては、後に詳述する。位置決定手段85は、決定された先端部位34bの位置情報を、表示装置21cにて表示する。例えば、表示装置21cのモニタにて、圃場における走行車両20近傍の地図上に、先端部位34bのマークを重ねて表示してもよい。これにより、バケット34の先端部位34bの位置を表示装置21cにて視認でき、運転者の操作をナビゲートすることが可能となる。 The position determining means 85 determines the measured position of the traveling vehicle 20, the acquired rotation angle of the traveling vehicle 20, and the acquired rotation angles of the first boom 31, arm 33, and bucket 34, The position of the tip portion 34b of the movable operating tool 30 in the bucket 34 is determined based on the rotation angle of the second boom 32 obtained above. The determined position may be, for example, three-dimensional coordinates. A specific position determination process will be described in detail later. The position determining means 85 displays the determined position information of the distal end portion 34b on the display device 21c. For example, on the monitor of the display device 21c, the mark of the tip portion 34b may be displayed superimposed on a map of the vicinity of the traveling vehicle 20 in the field. Thereby, the position of the tip portion 34b of the bucket 34 can be visually confirmed on the display device 21c, and it becomes possible to navigate the driver's operation.

<位置の決定プロセス>
図8の破線は、バックホー10が基準となる姿勢、位置にて静止している状態を示している。この状態を基準状態と称呼する。基準状態においては、第2ブーム32は、第1ブーム31の先端部から、第3方向K3に沿って前方へ伸長している。即ち、基準状態では、第2ブーム32は、オフセット移動していない。
<Position determination process>
The broken line in FIG. 8 indicates a state in which the backhoe 10 is stationary in a reference posture and position. This state is called a reference state. In the standard state, the second boom 32 extends forward from the tip of the first boom 31 along the third direction K3. That is, in the standard state, the second boom 32 is not moved offset.

位置決定装置80は、先ず、基準状態における部位の座標である基準座標を決定する。基準状態において、GNSS40の搭載位置に対応する基準座標を(Xs0,Ys0,Zs0)とする。GNSS40の基準座標(Xs0,Ys0,Zs0)は、GNSS40にて測位されたものである。なお、座標(L,M,N)の表記において、「L」は第3方向K3、「M」は第1方向K1、「N」は第2方向K2の成分を表している。 The position determining device 80 first determines reference coordinates, which are the coordinates of the part in the reference state. In the reference state, reference coordinates corresponding to the mounting position of the GNSS 40 are assumed to be (Xs0, Ys0, Zs0). The reference coordinates (Xs0, Ys0, Zs0) of the GNSS 40 are those determined by the GNSS 40. Note that in the notation of coordinates (L, M, N), "L" represents a component in the third direction K3, "M" represents a component in the first direction K1, and "N" represents a component in the second direction K2.

基準状態において、GNSS40の搭載位置から第1ブーム支軸31aの位置までの離間距離及び方向が既知である。上記測位されたGNSS40の基準座標(Xs0,Ys0,Zs0)と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、第1ブーム支軸31aの位置に対応する基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)が決定される。 In the reference state, the distance and direction from the mounting position of the GNSS 40 to the position of the first boom support shaft 31a are known. Based on the measured reference coordinates (Xs0, Ys0, Zs0) of the GNSS 40 and the known separation distance and direction, the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) corresponding to the position of the first boom support shaft 31a are determined. be done.

基準状態において、第1ブーム支軸31aの位置からアーム支軸33aの位置までの離間距離及び方向が既知である。上記決定された第1ブーム支軸31aの基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、アーム支軸33aの位置に対応する基準座標(Xs2,Ys2,Zs2)が決定される。 In the reference state, the distance and direction from the position of the first boom support shaft 31a to the position of the arm support shaft 33a are known. Based on the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) of the first boom support shaft 31a determined above and the known separation distance and direction, the reference coordinates (Xs2, Ys2, Zs2) corresponding to the position of the arm support shaft 33a are determined. ) is determined.

基準状態において、アーム支軸33aの位置からバケット支軸34aの位置までの離間距離及び方向が既知である。上記決定されたアーム支軸33aの基準座標(Xs2,Ys2,Zs2)と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、バケット支軸34aの位置に対応する基準座標(Xs3,Ys3,Zs3)が決定される。 In the reference state, the distance and direction from the position of the arm support shaft 33a to the position of the bucket support shaft 34a are known. Based on the reference coordinates (Xs2, Ys2, Zs2) of the arm support shaft 33a determined above and the known separation distance and direction, the reference coordinates (Xs3, Ys3, Zs3) corresponding to the position of the bucket support shaft 34a are determined. It is determined.

基準状態において、バケット支軸34aの位置から先端部位34bの位置までの離間距離及び方向が既知である。上記決定されたバケット支軸34aの基準座標(Xs3,Ys3,Zs3)と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、先端部位34bの位置に対応する基準座標(Xs4,Ys4,Zs4)が決定される。 In the reference state, the distance and direction from the position of the bucket support shaft 34a to the position of the tip portion 34b are known. Based on the determined reference coordinates (Xs3, Ys3, Zs3) of the bucket support shaft 34a and the known separation distance and direction, the reference coordinates (Xs4, Ys4, Zs4) corresponding to the position of the tip portion 34b are determined. be done.

上述のように決定された基準座標(Xs0,Ys0,Zs0)、(Xs1,Ys1,Zs1)、(Xs2,Ys2,Zs2)、(Xs3,Ys3,Zs3)、(Xs4,Ys4,Zs4)は、バックホー10の記憶装置に格納されて、必要な演算処理の際、読み出し可能とされる。 The reference coordinates (Xs0, Ys0, Zs0), (Xs1, Ys1, Zs1), (Xs2, Ys2, Zs2), (Xs3, Ys3, Zs3), (Xs4, Ys4, Zs4) determined as described above are as follows: It is stored in the storage device of the backhoe 10 and can be read out during necessary arithmetic processing.

次に、基準状態であったバックホー10が作動開始すると、位置決定装置80は、所定のタイミング毎に作動中の部位の座標を決定する。 Next, when the backhoe 10 in the reference state starts operating, the position determining device 80 determines the coordinates of the operating part at every predetermined timing.

図9に示すように、バックホー10の作動により、GNSS40の搭載位置に対応する座標が、基準座標(Xs0,Ys0,Zs0)から(X0,Y0,Z0)に移動したものとする。バックホー10の作動により、走行車両20が、第1方向K1の軸を中心として回転角A0だけ基準状態から回転したものとする。GNSS40の搭載位置の移動、及び、走行車両20の回転に応じて、第1ブーム支軸31aの位置に対応する座標が、基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)から(X1,Y1,Z1)に移動したものとする。GNSS40の座標(X0,Y0,Z0)は、GNSS40にて測位されたものである。走行車両20の回転角A0は、IMU51にて検出されたものである。 As shown in FIG. 9, it is assumed that the coordinates corresponding to the mounting position of the GNSS 40 move from the reference coordinates (Xs0, Ys0, Zs0) to (X0, Y0, Z0) due to the operation of the backhoe 10. Assume that the operation of the backhoe 10 causes the traveling vehicle 20 to rotate from the reference state by a rotation angle A0 about the axis in the first direction K1. According to the movement of the mounting position of the GNSS 40 and the rotation of the traveling vehicle 20, the coordinates corresponding to the position of the first boom support shaft 31a change from the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) to (X1, Y1, Z1). Assume that it has moved. The coordinates (X0, Y0, Z0) of the GNSS 40 are those determined by the GNSS 40. The rotation angle A0 of the traveling vehicle 20 is detected by the IMU 51.

GNSS40の基準座標(Xs0,Ys0,Zs0)から、第1ブーム支軸31aの基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)に向かうベクトル(Xs1―Xs0,Ys1―Ys0,Zs1―Zs0)が既知である。上記測位されたGNSS40の座標(X0,Y0,Z0)と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角A0とに基づいて、第1ブーム支軸31aの位置に対応する座標(X1,Y1,Z1)が決定される。具体的には、下記(1)式、(2)式、(3)式に示すように、座標(X0,Y0,Z0)及び上記ベクトルの和と、回転角A0の回転行列とを用いて、座標(X1,Y1,Z1)が決定される。なお、下記(1)式、(2)式、(3)式を用いるのに代えて、下記(1a)式、(2a)式、(3a)式を用いて、第1ブーム支軸31aの位置に対応する座標(X1,Y1,Z1)を決定すると、精度向上の観点でより好適である。 A vector (Xs1-Xs0, Ys1-Ys0, Zs1-Zs0) directed from the reference coordinates (Xs0, Ys0, Zs0) of the GNSS 40 to the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) of the first boom support shaft 31a is known. Based on the measured coordinates (X0, Y0, Z0) of the GNSS 40, the known vector, and the detected rotation angle A0, the coordinates (X1, Y1 , Z1) are determined. Specifically, as shown in the following equations (1), (2), and (3), using the coordinates (X0, Y0, Z0), the sum of the above vectors, and the rotation matrix of the rotation angle A0, , coordinates (X1, Y1, Z1) are determined. In addition, instead of using the following formulas (1), (2), and (3), the following formulas (1a), (2a), and (3a) are used to calculate the first boom support shaft 31a. Determining the coordinates (X1, Y1, Z1) corresponding to the position is more suitable from the viewpoint of improving accuracy.

X1=(X0+(Xs1―Xs0))(cos(A0))+
(Z0+(Zs1―Zs0))(sin(A0)) …(1)
Y1=(Y0+(Ys1―Ys0)) …(2)
Z1=(X0+(Xs1―Xs0))(―sin(A0))+
(Z0+(Zs1―Zs0))(cos(A0)) …(3)

X1=X0+(Xs1―Xs0)(cos(A0))+
(Zs1―Zs0)(sin(A0)) …(1a)
Y1=Y0+(Ys1―Ys0) …(2a)
Z1=X0+(Xs1―Xs0)(―sin(A0))+
(Zs1―Zs0)(cos(A0)) …(3a)
X1=(X0+(Xs1-Xs0))(cos(A0))+
(Z0+(Zs1-Zs0))(sin(A0))...(1)
Y1=(Y0+(Ys1-Ys0))...(2)
Z1=(X0+(Xs1-Xs0))(-sin(A0))+
(Z0+(Zs1-Zs0))(cos(A0))...(3)

X1=X0+(Xs1-Xs0)(cos(A0))+
(Zs1-Zs0) (sin(A0)) ...(1a)
Y1=Y0+(Ys1-Ys0)...(2a)
Z1=X0+(Xs1-Xs0)(-sin(A0))+
(Zs1-Zs0) (cos(A0)) ...(3a)

図10に示すように、バックホー10の作動により、第1ブーム支軸31aの位置に対応する座標が、基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)から(X1,Y1,Z1)に移動したものとする。バックホー10の作動により、第1ブーム31が、第1方向K1の軸を中心として回転角A1だけ基準状態から回転したものとする。第1ブーム支軸31aの位置の移動、及び、第1ブーム31の回転に応じて、アーム支軸33aの位置に対応する座標が、基準座標(Xs2,Ys2,Zs2)から(X2,Y2,Z2)に移動したものとする。第1ブーム31の回転角A1は、IMU52にて検出されたものである。 As shown in FIG. 10, it is assumed that the coordinates corresponding to the position of the first boom support shaft 31a move from the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) to (X1, Y1, Z1) due to the operation of the backhoe 10. . Assume that the operation of the backhoe 10 causes the first boom 31 to rotate from the reference state by a rotation angle A1 about the axis in the first direction K1. According to the movement of the position of the first boom support shaft 31a and the rotation of the first boom 31, the coordinates corresponding to the position of the arm support shaft 33a change from the reference coordinates (Xs2, Ys2, Zs2) to (X2, Y2, It is assumed that the user has moved to Z2). The rotation angle A1 of the first boom 31 is detected by the IMU 52.

第1ブーム支軸31aの基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)から、アーム支軸33aの基準座標(Xs2,Ys2,Zs2)に向かうベクトル(Xs2―Xs1,Ys2―Ys1,Zs2―Zs1)が既知である。上記決定された第1ブーム支軸31aの座標(X1,Y1,Z1)と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角A1とに基づいて、アーム支軸33aの位置に対応する座標(X2,Y2,Z2)が決定される。具体的には、下記(4)式、(5)式、(6)式に示すように、座標(X1,Y1,Z1)及び上記ベクトルの和と、回転角A1の回転行列とを用いて、座標(X2,Y2,Z2)が決定される。なお、第1ブーム支軸31aの座標(X1,Y1,Z1)を決定する際、上記(1a)式、(2a)式、(3a)式を用いた場合には、下記(4)式、(5)式、(6)式を用いるのに代えて、下記(4a)式、(5a)式、(6a)式を用いて、アーム支軸33aの位置に対応する座標(X2,Y2,Z2)を決定すると、精度向上の観点でより好適である。 A vector (Xs2-Xs1, Ys2-Ys1, Zs2-Zs1) directed from the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) of the first boom support shaft 31a to the reference coordinates (Xs2, Ys2, Zs2) of the arm support shaft 33a is known. It is. Based on the coordinates (X1, Y1, Z1) of the first boom support shaft 31a determined above, the known vector, and the detected rotation angle A1, the coordinates ( X2, Y2, Z2) are determined. Specifically, as shown in the following equations (4), (5), and (6), using the coordinates (X1, Y1, Z1), the sum of the above vectors, and the rotation matrix of the rotation angle A1, , coordinates (X2, Y2, Z2) are determined. In addition, when determining the coordinates (X1, Y1, Z1) of the first boom support shaft 31a, if the above formulas (1a), (2a), and (3a) are used, the following formula (4), Instead of using equations (5) and (6), the following equations (4a), (5a), and (6a) are used to calculate the coordinates (X2, Y2, Determining Z2) is more suitable from the viewpoint of improving accuracy.

X2=(X1+(Xs2―Xs1))(cos(A1))+
(Z1+(Zs2―Zs1))(sin(A1)) …(4)
Y2=(Y1+(Ys2―Ys1)) …(5)
Z2=(X1+(Xs2―Xs1))(―sin(A1))+
(Z1+(Zs2―Zs1))(cos(A1)) …(6)

X2=X1+(Xs2―Xs1)(cos(A1))+
(Zs2―Zs1)(sin(A1)) …(4a)
Y2=Y1+(Ys2―Ys1) …(5a)
Z2=X1+(Xs2―Xs1)(―sin(A1))+
(Zs2―Zs1)(cos(A1)) …(6a)
X2=(X1+(Xs2-Xs1))(cos(A1))+
(Z1+(Zs2-Zs1))(sin(A1))...(4)
Y2=(Y1+(Ys2-Ys1))...(5)
Z2=(X1+(Xs2-Xs1))(-sin(A1))+
(Z1+(Zs2-Zs1))(cos(A1))...(6)

X2=X1+(Xs2−Xs1)(cos(A1))+
(Zs2-Zs1) (sin(A1)) ...(4a)
Y2=Y1+(Ys2-Ys1)...(5a)
Z2=X1+(Xs2-Xs1)(-sin(A1))+
(Zs2-Zs1) (cos(A1)) ...(6a)

図11に示すように、バックホー10の作動により、アーム支軸33aの位置に対応する座標が、基準座標(Xs2,Ys2,Zs2)から(X2,Y2,Z2)に移動したものとする。バックホー10の作動により、アーム33が、第1方向K1の軸を中心として回転角A2だけ基準状態から回転したものとする。アーム支軸33aの位置の移動、及び、アーム33の回転に応じて、バケット支軸34aの位置に対応する座標が、基準座標(Xs3,Ys3,Zs3)から(X3,Y3,Z3)に移動したものとする。アーム33の回転角A2は、IMU53にて検出されたものである。 As shown in FIG. 11, it is assumed that the coordinates corresponding to the position of the arm support shaft 33a move from the reference coordinates (Xs2, Ys2, Zs2) to (X2, Y2, Z2) due to the operation of the backhoe 10. Assume that due to the operation of the backhoe 10, the arm 33 rotates from the reference state by a rotation angle A2 about the axis in the first direction K1. According to the movement of the position of the arm support shaft 33a and the rotation of the arm 33, the coordinates corresponding to the position of the bucket support shaft 34a move from the reference coordinates (Xs3, Ys3, Zs3) to (X3, Y3, Z3). It shall be assumed that The rotation angle A2 of the arm 33 is detected by the IMU 53.

アーム支軸33aの基準座標(Xs2,Ys2,Zs2)から、バケット支軸34aの基準座標(Xs3,Ys3,Zs3)に向かうベクトル(Xs3―Xs2,Ys3―Ys2,Zs3―Zs2)が既知である。上記決定されたアーム支軸33aの座標(X2,Y2,Z2)と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角A2とに基づいて、バケット支軸34aの位置に対応する座標(X3,Y3,Z3)が決定される。具体的には、下記(7)式、(8)式、(9)式に示すように、座標(X2,Y2,Z2)及び上記ベクトルの和と、回転角A2の回転行列とを用いて、座標(X3,Y3,Z3)が決定される。なお、アーム支軸33aの座標(X2,Y2,Z2)を決定する際、上記(4a)式、(5a)式、(6a)式を用いた場合には、下記(7)式、(8)式、(9)式を用いるのに代えて、下記(7a)式、(8a)式、(9a)式を用いて、バケット支軸34aの位置に対応する座標(X3,Y3,Z3)を決定すると、精度向上の観点でより好適である。 A vector (Xs3-Xs2, Ys3-Ys2, Zs3-Zs2) directed from the reference coordinates (Xs2, Ys2, Zs2) of the arm support shaft 33a to the reference coordinates (Xs3, Ys3, Zs3) of the bucket support shaft 34a is known. . Based on the determined coordinates (X2, Y2, Z2) of the arm support shaft 33a, the known vector, and the detected rotation angle A2, the coordinates (X3, Y3, Z3) are determined. Specifically, as shown in the following equations (7), (8), and (9), using the coordinates (X2, Y2, Z2), the sum of the above vectors, and the rotation matrix of the rotation angle A2, , coordinates (X3, Y3, Z3) are determined. Note that when determining the coordinates (X2, Y2, Z2) of the arm support shaft 33a, if the above formulas (4a), (5a), and (6a) are used, the following formulas (7) and (8) are used. ) and (9), the following equations (7a), (8a), and (9a) are used to calculate the coordinates (X3, Y3, Z3) corresponding to the position of the bucket support shaft 34a. It is more preferable to determine this from the viewpoint of improving accuracy.

X3=(X2+(Xs3―Xs2))(cos(A2))+
(Z2+(Zs3―Zs2))(sin(A2)) …(7)
Y3=(Y2+(Ys3―Ys2)) …(8)
Z3=(X2+(Xs3―Xs2))(―sin(A2))+
(Z2+(Zs3―Zs2))(cos(A2)) …(9)

X3=X2+(Xs3―Xs2)(cos(A2))+
(Zs3―Zs2)(sin(A2)) …(7a)
Y3=Y2+(Ys3―Ys2) …(8a)
Z3=X2+(Xs3―Xs2)(―sin(A2))+
(Zs3―Zs2)(cos(A2)) …(9a)
X3=(X2+(Xs3-Xs2))(cos(A2))+
(Z2+(Zs3-Zs2))(sin(A2))...(7)
Y3=(Y2+(Ys3-Ys2))...(8)
Z3=(X2+(Xs3-Xs2))(-sin(A2))+
(Z2+(Zs3-Zs2))(cos(A2))...(9)

X3=X2+(Xs3−Xs2)(cos(A2))+
(Zs3-Zs2) (sin(A2)) ...(7a)
Y3=Y2+(Ys3-Ys2)...(8a)
Z3=X2+(Xs3-Xs2)(-sin(A2))+
(Zs3-Zs2) (cos(A2)) ...(9a)

図12に示すように、バックホー10の作動により、バケット支軸34aの位置に対応する座標が、基準座標(Xs3,Ys3,Zs3)から(X3,Y3,Z3)に移動したものとする。バックホー10の作動により、バケット34が、第1方向K1の軸を中心として回転角A3だけ基準状態から回転したものとする。バケット支軸34aの位置の移動、及び、バケット34の回転に応じて、先端部位34bの位置に対応する座標が、基準座標(Xs4,Ys4,Zs4)から(X4,Y4,Z4)に移動したものとする。バケット34の回転角A3は、IMU54にて検出されたものである。 As shown in FIG. 12, it is assumed that the coordinates corresponding to the position of the bucket support shaft 34a move from the reference coordinates (Xs3, Ys3, Zs3) to (X3, Y3, Z3) due to the operation of the backhoe 10. It is assumed that, due to the operation of the backhoe 10, the bucket 34 is rotated from the reference state by a rotation angle A3 about the axis in the first direction K1. According to the movement of the position of the bucket support shaft 34a and the rotation of the bucket 34, the coordinates corresponding to the position of the tip portion 34b have moved from the reference coordinates (Xs4, Ys4, Zs4) to (X4, Y4, Z4). shall be taken as a thing. The rotation angle A3 of the bucket 34 is detected by the IMU 54.

バケット支軸34aの基準座標(Xs3,Ys3,Zs3)から、先端部位34bの基準座標(Xs4,Ys4,Zs4)に向かうベクトル(Xs4―Xs3,Ys4―Ys3,Zs4―Zs3)が既知である。上記決定されたバケット支軸34aの座標(X3,Y3,Z3)と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角A3とに基づいて、先端部位34bの位置に対応する座標(X4,Y4,Z4)が決定される。具体的には、下記(10)式、(11)式、(12)式に示すように、座標(X3,Y3,Z3)及び上記ベクトルの和と、回転角A3の回転行列とを用いて、座標(X4,Y4,Z4)が決定される。なお、バケット支軸34aの座標(X3,Y3,Z3)を決定する際、上記(7a)式、(8a)式、(9a)式を用いた場合には、下記(10)式、(11)式、(12)式を用いるのに代えて、下記(10a)式、(11a)式、(12a)式を用いて、先端部位34bの位置に対応する座標(X4,Y4,Z4)を決定すると、精度向上の観点でより好適である。 A vector (Xs4-Xs3, Ys4-Ys3, Zs4-Zs3) directed from the reference coordinates (Xs3, Ys3, Zs3) of the bucket support shaft 34a to the reference coordinates (Xs4, Ys4, Zs4) of the tip portion 34b is known. Based on the determined coordinates (X3, Y3, Z3) of the bucket support shaft 34a, the known vector, and the detected rotation angle A3, the coordinates (X4, Y4) corresponding to the position of the tip portion 34b are determined. , Z4) are determined. Specifically, as shown in the following equations (10), (11), and (12), using the coordinates (X3, Y3, Z3), the sum of the above vectors, and the rotation matrix of the rotation angle A3, , coordinates (X4, Y4, Z4) are determined. Note that when determining the coordinates (X3, Y3, Z3) of the bucket support shaft 34a, if the above formulas (7a), (8a), and (9a) are used, the following formulas (10) and (11) are used. ) and (12), the following equations (10a), (11a), and (12a) are used to calculate the coordinates (X4, Y4, Z4) corresponding to the position of the tip portion 34b. If this is determined, it is more suitable from the viewpoint of improving accuracy.

X4=(X3+(Xs4―Xs3))(cos(A3))+
(Z3+(Zs4―Zs3))(sin(A3)) …(10)
Y4=(Y3+(Ys4―Ys3)) …(11)
Z4=(X3+(Xs4―Xs3))(―sin(A3))+
(Z3+(Zs4―Zs3))(cos(A3)) …(12)

X4=X3+(Xs4―Xs3)(cos(A3))+
(Zs4―Zs3)(sin(A3)) …(10a)
Y4=Y3+(Ys4―Ys3) …(11a)
Z4=X3+(Xs4―Xs3)(―sin(A3))+
(Zs4―Zs3)(cos(A3)) …(12a)
X4=(X3+(Xs4-Xs3))(cos(A3))+
(Z3+(Zs4-Zs3))(sin(A3))...(10)
Y4=(Y3+(Ys4-Ys3))...(11)
Z4=(X3+(Xs4-Xs3))(-sin(A3))+
(Z3+(Zs4-Zs3))(cos(A3))...(12)

X4=X3+(Xs4−Xs3)(cos(A3))+
(Zs4-Zs3) (sin(A3)) ...(10a)
Y4=Y3+(Ys4-Ys3)...(11a)
Z4=X3+(Xs4-Xs3)(-sin(A3))+
(Zs4-Zs3) (cos(A3)) ...(12a)

図13に示すように、バックホー10の作動により、第2ブーム32が、第2ブーム支軸32aを中心として回転角A4だけ基準状態から回転したものとする。第2ブーム32の回転に応じて、先端部位34bの位置に対応する座標が、(X4,Y4,Z4)から(X,Y,Z)に移動したものとする。即ち、当該移動は、第2ブーム32の回転に応じた、左方又は右方のオフセット移動に相当する。第2ブーム32の回転角A4は、RENC60にて検出されたものである。右方のオフセット移動における回転角A4を正の値とした場合、左方のオフセット移動における回転角A4を、負の値としてもよい。また、回転角A4の正負をその逆としてもよい。 As shown in FIG. 13, it is assumed that the operation of the backhoe 10 causes the second boom 32 to rotate from the reference state by a rotation angle A4 about the second boom support shaft 32a. Assume that the coordinates corresponding to the position of the tip portion 34b move from (X4, Y4, Z4) to (X, Y, Z) in accordance with the rotation of the second boom 32. That is, this movement corresponds to a leftward or rightward offset movement in accordance with the rotation of the second boom 32. The rotation angle A4 of the second boom 32 is detected by the RENC 60. If the rotation angle A4 in the rightward offset movement is a positive value, the rotation angle A4 in the leftward offset movement may be a negative value. Further, the positive and negative values of the rotation angle A4 may be reversed.

上記決定された先端部位34bの座標(X4,Y4,Z4)と、上記検出された回転角A4とに基づいて、第2ブーム32が回転する場合の先端部位34bの位置に対応する座標(X,Y,Z)が決定される。具体的には、下記(13)式、(14)式、(15)式に示すように、座標(X4,Y4,Z4)と、回転角A4の回転行列とを用いて、座標(X,Y,Z)が決定される。なお、先端部位34bの座標(X4,Y4,Z4)を決定する際、上記(10a)式、(11a)式、(12a)式を用いた場合には、下記(13)式、(14)式、(15)式を用いるのに代えて、下記(13a)式、(14a)式、(15a)式を用いて、第2ブーム32が回転する場合の先端部位34bの位置に対応する座標(X,Y,Z)を決定すると、精度向上の観点でより好適である。ここにおいて、下記(13a)式、(14a)式、(15a)式におけるX5、Y5は、下記(16a)式、(17a)式にてそれぞれ決定される第2ブーム支軸32aの位置に対応する座標に対応している(図23を参照)。 Based on the determined coordinates (X4, Y4, Z4) of the tip end portion 34b and the detected rotation angle A4, coordinates (X , Y, Z) are determined. Specifically, as shown in the following equations (13), (14), and (15), the coordinates (X, Y4, Z4) and the rotation matrix of the rotation angle A4 are used to calculate the coordinates (X, Y, Z) are determined. In addition, when determining the coordinates (X4, Y4, Z4) of the tip portion 34b, when using the above formulas (10a), (11a), and (12a), the following formulas (13) and (14) Instead of using equations (15) and (15), the following equations (13a), (14a), and (15a) are used to calculate the coordinates corresponding to the position of the tip portion 34b when the second boom 32 rotates. Determining (X, Y, Z) is more suitable from the viewpoint of improving accuracy. Here, X5 and Y5 in the following formulas (13a), (14a), and (15a) correspond to the position of the second boom support shaft 32a determined by the following formulas (16a) and (17a), respectively. (see FIG. 23).

X=X4(cos(A4))―Y4(sin(A4)) …(13)
Y=X4(sin(A4))+Y4(cos(A4)) …(14)
Z=Z4 …(15)

X=X5+(X4―X5)(cos(A4))―
(Y4―Y5)(sin(A4)) …(13a)
Y=Y5+(X4―X5)(sin(A4))+
(Y4―Y5)(cos(A4)) …(14a)
Z=Z4 …(15a)
X=X4(cos(A4))−Y4(sin(A4))…(13)
Y=X4(sin(A4))+Y4(cos(A4))...(14)
Z=Z4...(15)

X=X5+(X4-X5)(cos(A4))-
(Y4-Y5) (sin (A4)) ... (13a)
Y=Y5+(X4-X5)(sin(A4))+
(Y4-Y5)(cos(A4))...(14a)
Z=Z4...(15a)

以上のようにして、位置決定装置80により、バケット34の先端部位34bの位置に対応する座標(X,Y,Z)が決定される。 As described above, the position determining device 80 determines the coordinates (X, Y, Z) corresponding to the position of the tip portion 34b of the bucket 34.

<実際の作動>
位置決定装置80の実際の作動について、図14のフローチャートを参照しつつ説明する。位置決定装置80により、バケット34の先端部位34bの位置を決定し、当該位置を表示する場合、先ず、ステップST1にて、位置決定装置80は、基準座標を決定する。位置決定装置80の車両位置測定手段81により、バックホー10が基準状態にて静止しているときに、GNSS40の搭載位置に対応する基準座標(Xs0,Ys0,Zs0)が測位される。位置決定装置80の位置決定手段85により、バックホー10が基準状態にて静止しているときに、第1ブーム支軸31a、アーム支軸33a、バケット支軸34a、及び、先端部位34bのそれぞれの位置に対応する基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)、(Xs2,Ys2,Zs2)、(Xs3,Ys3,Zs3)、(Xs4,Ys4,Zs4)が、それぞれ決定される。(図8を参照)。
<Actual operation>
The actual operation of the position determining device 80 will be explained with reference to the flowchart of FIG. 14. When the position determining device 80 determines the position of the tip portion 34b of the bucket 34 and displays the position, first, in step ST1, the position determining device 80 determines reference coordinates. The vehicle position measuring means 81 of the position determination device 80 positions the reference coordinates (Xs0, Ys0, Zs0) corresponding to the mounting position of the GNSS 40 when the backhoe 10 is stationary in the reference state. When the backhoe 10 is stationary in the standard state, the position determining means 85 of the position determining device 80 determines the position of each of the first boom support shaft 31a, arm support shaft 33a, bucket support shaft 34a, and tip portion 34b. Reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1), (Xs2, Ys2, Zs2), (Xs3, Ys3, Zs3), and (Xs4, Ys4, Zs4) corresponding to the positions are determined, respectively. (See Figure 8).

次に、ステップST2にて、位置決定装置80は、GNSS40の座標を測位する。位置決定装置80の車両位置測定手段81により、バックホー10が作動している場合に、GNSS40の搭載位置に対応する座標(X0,Y0,Z0)が測位される。 Next, in step ST2, the position determining device 80 measures the coordinates of the GNSS 40. The coordinates (X0, Y0, Z0) corresponding to the mounting position of the GNSS 40 are determined by the vehicle position measuring means 81 of the position determining device 80 when the backhoe 10 is in operation.

次に、ステップST3にて、位置決定装置80は、回転角A0,A1,A2,A3,A4を取得する。位置決定装置80の車両回転度取得手段82により、バックホー10が作動している場合に、走行車両20の回転角A0が取得される。位置決定装置80の第1回転度取得手段83により、バックホー10が作動している場合に、第1ブーム31、アーム33、及び、バケット34の回転角A1,A2,A3が、それぞれ取得される。位置決定装置80の第2回転度取得手段84により、バックホー10が作動している場合に、第2ブーム32の回転角A4が、それぞれ取得される。 Next, in step ST3, the position determining device 80 obtains rotation angles A0, A1, A2, A3, and A4. The vehicle rotation angle acquisition means 82 of the position determining device 80 acquires the rotation angle A0 of the traveling vehicle 20 when the backhoe 10 is operating. When the backhoe 10 is operating, the first rotation angle acquisition means 83 of the position determining device 80 acquires the rotation angles A1, A2, and A3 of the first boom 31, the arm 33, and the bucket 34, respectively. . The second rotation angle acquisition means 84 of the position determination device 80 acquires the rotation angle A4 of the second boom 32 when the backhoe 10 is operating.

次に、ステップST4にて、位置決定装置80は、先端部位34bの座標を決定する。位置決定装置80の位置決定手段85により、バックホー10が作動している場合に、ステップST1にて決定された基準座標、ステップST2にて測位されたGNSS40の座標、ステップST3にて取得された回転角A0,A1,A2,A3,A4、及び、上記(1)~(15)式(好ましくは、上記(1a)~(15a)式)を用いて、バケット34の先端部位34bの位置に対応する座標(X,Y,Z)が決定される(図9~図13を参照)。 Next, in step ST4, the position determining device 80 determines the coordinates of the tip portion 34b. When the backhoe 10 is in operation, the position determining means 85 of the position determining device 80 determines the reference coordinates determined in step ST1, the coordinates of the GNSS 40 determined in step ST2, and the rotation acquired in step ST3. Correspond to the position of the tip portion 34b of the bucket 34 using angles A0, A1, A2, A3, A4 and the above equations (1) to (15) (preferably the above equations (1a) to (15a)). The coordinates (X, Y, Z) are determined (see FIGS. 9 to 13).

そして、ステップST5にて、位置決定装置80は、先端部位34bの位置を表示する。位置決定装置80の位置決定手段85により、ステップST4にて決定された座標(X,Y,Z)の位置が、表示装置21cに表示される(図7を参照)。 Then, in step ST5, the position determining device 80 displays the position of the tip portion 34b. The position determining means 85 of the position determining device 80 displays the position of the coordinates (X, Y, Z) determined in step ST4 on the display device 21c (see FIG. 7).

<実施形態の効果>
以上説明したように、本発明の第1実施形態に係る位置決定装置80によれば、車両位置測定手段81により、走行車両20のGNSS40の搭載位置が測位される。車両回転度取得手段82により、走行車両20の回転角A0が取得される。第1回転度取得手段83により、第1回転部位(第1ブーム31、アーム33、バケット34)の回転角A1,A2,A3が取得される。第2回転度取得手段84により、第2回転部位(第2ブーム32)の回転角A4が取得される。位置決定手段85により、測定されたGNSS40の搭載位置と、取得された回転角A0,A1,A2,A3,A4と、に基づいて、バケット34の先端部位34bの位置が決定される。
<Effects of embodiment>
As explained above, according to the position determination device 80 according to the first embodiment of the present invention, the mounting position of the GNSS 40 of the traveling vehicle 20 is determined by the vehicle position measuring means 81. The vehicle rotation angle acquisition means 82 acquires the rotation angle A0 of the traveling vehicle 20. The first rotation degree acquisition means 83 acquires rotation angles A1, A2, and A3 of the first rotation parts (first boom 31, arm 33, bucket 34). The second rotation angle acquisition means 84 acquires the rotation angle A4 of the second rotation portion (second boom 32). The position determining means 85 determines the position of the tip portion 34b of the bucket 34 based on the measured mounting position of the GNSS 40 and the acquired rotation angles A0, A1, A2, A3, and A4.

従って、作業機10(バックホー10)の作動に応じた、走行車両20の位置移動、走行車両20の回転、及び、第1回転部位(第1ブーム31、アーム33、バケット34)の回転を反映して、バケット34の先端部位34bの位置を決定できる。更に、作業機10(バックホー10)の作動に応じた、第2回転部位(第2ブーム32)の回転も反映して、バケット34の先端部位34bの位置を決定できる。このため、先端部位34bが第1方向K1にオフセット移動する場合であっても、先端部位34bの位置を精度良く決定できる。決定された先端部位34bの位置を、例えば、表示装置21c等に表示させることで、運転者に可動操作具30の操作を、適切にナビゲートできる。 Therefore, the movement of the position of the traveling vehicle 20, the rotation of the traveling vehicle 20, and the rotation of the first rotating parts (first boom 31, arm 33, bucket 34) in response to the operation of the work equipment 10 (backhoe 10) are reflected. Thus, the position of the tip portion 34b of the bucket 34 can be determined. Furthermore, the position of the tip end portion 34b of the bucket 34 can be determined by also reflecting the rotation of the second rotating portion (second boom 32) in accordance with the operation of the working machine 10 (backhoe 10). Therefore, even if the tip portion 34b moves offset in the first direction K1, the position of the tip portion 34b can be determined with high accuracy. By displaying the determined position of the tip portion 34b on, for example, the display device 21c, the driver can appropriately navigate the operation of the movable operating tool 30.

本発明の第1実施形態に係る位置決定装置80では、特に、第2回転度検出装置60(RENC60)がバックホー10に備えられる。RENC60は、シャフト62、及び、シャフト62と相対回転可能なケーシング63を備えている。シャフト62は、第2ブーム支軸32aに同軸的に固定される。ケーシング63は、第1ブーム31に固定される。第1ブーム31は、第2ブーム32の回転に伴って、第2ブーム支軸32aに対して相対回転する。シャフト62に対するケーシング63の回転度合いが検出されて、第2ブーム32の回転角A4が取得される。これによれば、回転度検出装置を容易に取り付けることができ、第2ブーム32の回転角A4を、簡素な構成で確実に取得できる。 In the position determination device 80 according to the first embodiment of the present invention, the backhoe 10 is particularly equipped with the second rotation degree detection device 60 (RENC 60). The RENC 60 includes a shaft 62 and a casing 63 that is rotatable relative to the shaft 62. The shaft 62 is coaxially fixed to the second boom support shaft 32a. The casing 63 is fixed to the first boom 31. The first boom 31 rotates relative to the second boom support shaft 32a as the second boom 32 rotates. The degree of rotation of the casing 63 with respect to the shaft 62 is detected, and the rotation angle A4 of the second boom 32 is obtained. According to this, the rotation angle detection device can be easily attached, and the rotation angle A4 of the second boom 32 can be reliably acquired with a simple configuration.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る位置決定装置80について、説明する。第2実施形態では、上記第1実施形態の第2回転度検出装置60(RECN60)に代えて、直線距離検出装置60が用いられて第2ブーム32の回転角A4を取得する。この点で、第2実施形態は、上記第1実施形態と異なり、それ以外については上記第1実施形態と同じである。以下、上記第1実施形態と異なる点について、説明する。
[Second embodiment]
Next, a position determining device 80 according to a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, instead of the second rotation angle detection device 60 (RECN 60) of the first embodiment, a straight line distance detection device 60 is used to obtain the rotation angle A4 of the second boom 32. The second embodiment differs from the first embodiment in this respect, and is otherwise the same as the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be explained.

図15に示すように、直線距離検出装置60は、例えば、ワイヤエンコーダ等の直線距離を検出可能なものであってもよい。以下、直線距離検出装置60を、WENC60と称呼する場合もある。WENC60において、上記第1実施形態のRECN60の構成部位と同一又は等価なものについては、同じ符号を付すことで、説明を省略する。 As shown in FIG. 15, the linear distance detection device 60 may be a device capable of detecting a linear distance, such as a wire encoder, for example. Hereinafter, the straight-line distance detection device 60 may be referred to as WENC 60. In the WENC 60, components that are the same as or equivalent to the components of the RECN 60 of the first embodiment are given the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.

WENC60は、上記第1実施形態のRECN60の構成部位に加え、カバー66、導出口67、及び、ワイヤ68を更に備えている。カバー66は、ケーシング63と同径の円筒形状の筐体であり、シャフト62を覆うように、ケーシング63に固定されている。カバー66の底面が、固定面66aとなっている。ケーシング63の側面には、導出口67が設けられている。導出口67は、シャフト62の軸と直交する方向に突出しており、カバー66の内部空間及び外部を連通している。 The WENC 60 further includes a cover 66, an outlet 67, and a wire 68 in addition to the components of the RECN 60 of the first embodiment. The cover 66 is a cylindrical housing having the same diameter as the casing 63, and is fixed to the casing 63 so as to cover the shaft 62. The bottom surface of the cover 66 serves as a fixed surface 66a. An outlet port 67 is provided on the side surface of the casing 63. The outlet 67 protrudes in a direction perpendicular to the axis of the shaft 62 and communicates the interior space of the cover 66 with the outside.

ワイヤ68は、可撓性を有し、カバー66の内部にてシャフト62の側面にて巻き取られつつ、導出口67を介して外部に導出されている。シャフト62は、ワイヤ68を巻き取るために、一方の回転方向に常時付勢されている。ワイヤ68がカバー66外側にて引張られると、付勢力に抗しながらシャフト62が回転する。ワイヤ68がカバー66外側にて緩められると、付勢力に応じながらシャフト62が逆回転する。従って、カバー66外側にて、ワイヤ68の先端から導出口67の直線距離の伸縮に応じて、シャフト62(スリットディスク61)と、ケーシング63とは、互いに相対回転するようになっている。シャフト62及びケーシング63が相対回転した場合に、開口スリット61aにおける光の通過・遮断が、受光部65により交互に検出される。この検出信号は、位置決定装置80に向けて送出されるようになっている。この検出信号に基づいて、ワイヤ68の直線距離を取得可能となっている。 The wire 68 has flexibility and is wound around the side surface of the shaft 62 inside the cover 66 and led out to the outside through the outlet 67. The shaft 62 is constantly biased in one direction of rotation in order to wind up the wire 68. When the wire 68 is pulled outside the cover 66, the shaft 62 rotates while resisting the biasing force. When the wire 68 is loosened on the outside of the cover 66, the shaft 62 rotates in the opposite direction in response to the biasing force. Therefore, on the outside of the cover 66, the shaft 62 (slit disk 61) and the casing 63 rotate relative to each other in accordance with the expansion and contraction of the linear distance from the tip of the wire 68 to the outlet 67. When the shaft 62 and the casing 63 rotate relative to each other, the light receiving section 65 alternately detects passage and blocking of light through the opening slit 61a. This detection signal is sent out toward the position determining device 80. Based on this detection signal, the straight-line distance of the wire 68 can be obtained.

図16に示すように、第2ブームシリンダ37のアーム33側の第2ブームシリンダ支軸37bには、上方に突出するワイヤ固定部位37b1が、同軸的に設けられている。ワイヤ固定部位37b1にワイヤ68の先端を固定し、ワイヤ68を第2ブームシリンダ37と平行に張って、WENC60の固定面66aを第2ブームシリンダ支軸37aの上方に固定する。WENC60は、導出口67がワイヤ固定部位37b1に向くように、固定される。第2ブームシリンダ37の一端は、第2ブームシリンダ支軸37bを介して、第2ブーム32における左側面に固定される。第2ブームシリンダ37の他端は、第2ブームシリンダ支軸37aを介して、第1ブーム31における左側面に固定される。 As shown in FIG. 16, a wire fixing portion 37b1 that protrudes upward is coaxially provided on the second boom cylinder support shaft 37b of the second boom cylinder 37 on the arm 33 side. The tip of the wire 68 is fixed to the wire fixing portion 37b1, the wire 68 is stretched parallel to the second boom cylinder 37, and the fixing surface 66a of the WENC 60 is fixed above the second boom cylinder support shaft 37a. The WENC 60 is fixed such that the outlet 67 faces the wire fixing portion 37b1. One end of the second boom cylinder 37 is fixed to the left side surface of the second boom 32 via a second boom cylinder support shaft 37b. The other end of the second boom cylinder 37 is fixed to the left side surface of the first boom 31 via a second boom cylinder support shaft 37a.

図17に示すように、第2ブームシリンダ37は、短縮するよう駆動されると、一端(第2ブームシリンダ支軸37b)から他端(第2ブームシリンダ支軸37a)に向かう方向の直線距離が短縮する。これに応じて、第2ブーム32も第2ブーム32支軸を中心として回転し、左方へのオフセット移動がなされる。また、第2ブームシリンダ37が伸長するよう駆動されると、上記直線距離が伸長する。これに応じて、第2ブーム32も第2ブーム32支軸を中心として回転し、右方へのオフセット移動がなされる。第2ブームシリンダ37は、棒部材に相当する。 As shown in FIG. 17, when the second boom cylinder 37 is driven to shorten, the straight line distance in the direction from one end (second boom cylinder support shaft 37b) to the other end (second boom cylinder support shaft 37a) is shortened. Accordingly, the second boom 32 also rotates about the second boom 32 support shaft, and is offset to the left. Moreover, when the second boom cylinder 37 is driven to extend, the above-mentioned straight-line distance is extended. Correspondingly, the second boom 32 also rotates around the second boom 32 support shaft, and is offset to the right. The second boom cylinder 37 corresponds to a rod member.

ワイヤ68の直線距離は、第2ブームシリンダ37の直線距離の伸縮に対応して伸縮する。第2ブームシリンダ37の直線距離は、第2ブーム32の回転角に応じて変化する。従って、WENC60の検出信号に基づいて、第2ブーム32の回転角を取得可能となっている。 The straight-line distance of the wire 68 expands and contracts in response to the expansion and contraction of the straight-line distance of the second boom cylinder 37 . The linear distance of the second boom cylinder 37 changes depending on the rotation angle of the second boom 32. Therefore, the rotation angle of the second boom 32 can be obtained based on the detection signal of the WENC 60.

図17、及び、図18に示すように、本実施形態では、ワイヤ68(第2ブームシリンダ37)の直線距離Dは、基準状態における基準直線距離Dsから最大直線距離D1まで伸長可能となっている。直線距離Dが、DsからD1に遷移するのに応じて、正の回転角A4の絶対値は、大きくなっていく。また、直線距離Dは、基準直線距離Dsから最小直線距離D2まで短縮可能となっている。直線距離Dが、DsからD2に遷移するのに応じて、負の回転角A4の絶対値は、大きくなっていく。 As shown in FIGS. 17 and 18, in this embodiment, the straight-line distance D of the wire 68 (second boom cylinder 37) can be extended from the reference straight-line distance Ds in the standard state to the maximum straight-line distance D1. There is. As the straight line distance D changes from Ds to D1, the absolute value of the positive rotation angle A4 increases. Further, the straight line distance D can be shortened from the standard straight line distance Ds to the minimum straight line distance D2. As the straight line distance D changes from Ds to D2, the absolute value of the negative rotation angle A4 increases.

図19に示すように、第2実施形態の第2回転度取得手段84は、WENC60と接続されて、WENC60により検出され送出された直線距離に対応する信号を受信する。第2回転度取得手段84は、当該信号に基づいて、第2ブーム32の回転角を取得する。第2ブーム32の回転角A4は、例えば、検出された直線距離Dと、図18に示す直線距離D及び回転角A4の関係と、に基づいて、取得されてもよい。 As shown in FIG. 19, the second rotation degree acquisition means 84 of the second embodiment is connected to the WENC 60 and receives a signal corresponding to the linear distance detected and transmitted by the WENC 60. The second rotation angle acquisition means 84 acquires the rotation angle of the second boom 32 based on the signal. The rotation angle A4 of the second boom 32 may be obtained, for example, based on the detected linear distance D and the relationship between the linear distance D and the rotation angle A4 shown in FIG. 18.

本発明の第2実施形態に係る位置決定装置80では、特に、直線距離検出装置60(WENC60)がバックホー10に備えられる。WENC60は、ワイヤ68を備えており、ワイヤ68の直線距離は、第2ブームシリンダ37の直線距離の伸縮に対応して伸縮する。第2ブームシリンダ37の直線距離は、第2ブーム32の回転角に応じて変化する。このことを利用して、直線距離が検出されて、第2ブーム32の回転角A4が取得される。これによれば、直線距離検出装置を容易に取り付けることができ、第2ブーム32の回転角A4を、簡素な構成で確実に取得できる。 In the position determination device 80 according to the second embodiment of the present invention, the backhoe 10 is particularly equipped with a straight-line distance detection device 60 (WENC 60). The WENC 60 includes a wire 68, and the linear distance of the wire 68 expands and contracts in response to the expansion and contraction of the linear distance of the second boom cylinder 37. The linear distance of the second boom cylinder 37 changes depending on the rotation angle of the second boom 32. Utilizing this fact, the straight line distance is detected and the rotation angle A4 of the second boom 32 is obtained. According to this, the linear distance detection device can be easily attached, and the rotation angle A4 of the second boom 32 can be reliably obtained with a simple configuration.

なお、上記第2実施形態では、直線距離検出装置60として、WENC(ワイヤエンコーダ)60が用いられているが、第2ブームシリンダ37の直線距離を検出可能なものであれば、何れのものであってもよい。直線距離検出装置60は、例えば、光学式センサ、電波式センサ、音波式センサ等であってもよい。これらのセンサを用い、第2ブームシリンダ支軸37a,37b間の直線距離が、検出されるようにしてもよい。 In the second embodiment, the WENC (wire encoder) 60 is used as the linear distance detection device 60, but any device that can detect the linear distance of the second boom cylinder 37 may be used. There may be. The linear distance detection device 60 may be, for example, an optical sensor, a radio wave sensor, a sonic sensor, or the like. The linear distance between the second boom cylinder support shafts 37a and 37b may be detected using these sensors.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る位置決定装置80について、説明する。第3実施形態では、上記第1、第2実施形態のRECN60、WENC60に代えて、回転位置検出装置60Aが用いられて第2ブーム32の回転角A4を取得する。また、第3実施形態では、位置決定装置80は、更に、軸位置取得手段86、及び、回転位置測定手段87を備える。この点で、第3実施形態は、上記第1、第2実施形態と異なり、それ以外については上記第1、第2実施形態と同じである。以下、上記第1、第2実施形態と異なる点について、説明する。
[Third embodiment]
Next, a position determining device 80 according to a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, instead of the RECN 60 and WENC 60 of the first and second embodiments, a rotational position detection device 60A is used to obtain the rotation angle A4 of the second boom 32. Furthermore, in the third embodiment, the position determination device 80 further includes an axial position acquisition means 86 and a rotational position measurement means 87. In this respect, the third embodiment differs from the first and second embodiments described above, and is otherwise the same as the first and second embodiments. Hereinafter, differences from the first and second embodiments will be explained.

図20に示すように、回転位置検出装置60Aは、第2ブーム32に搭載されている。搭載位置は、第2ブーム32の何れでもよいが、例えば、第2ブーム支軸32aから極力離間した部位に、回転位置検出装置60Aが搭載されると、回転角A4の検出精度を向上する観点で好適である。この観点と、搭載容易性の観点から、本実施形態では、回転位置検出装置60Aは、第2ブーム32の上部であって、第2ブームシリンダ支軸37bよりも前側(アーム33側)に、搭載されている。 As shown in FIG. 20, the rotational position detection device 60A is mounted on the second boom 32. The mounting position may be anywhere on the second boom 32, but for example, if the rotational position detection device 60A is mounted at a location as far away as possible from the second boom support shaft 32a, the detection accuracy of the rotation angle A4 may be improved. It is suitable for From this viewpoint and from the viewpoint of ease of mounting, in this embodiment, the rotational position detection device 60A is located at the upper part of the second boom 32 and in front of the second boom cylinder support shaft 37b (on the arm 33 side). It is installed.

回転位置検出装置60Aは、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、第2ブーム32の位置として上記搭載位置を検出する。この検出信号は、位置決定装置80に向けて送出されるようになっている。回転位置検出装置60Aは、例えば、GNSS等の衛星測位システムにより位置検出が可能なものであってもよい。本実施形態では、2周波L1,L2を利用して、回転位置検出装置60Aの搭載位置に対応する絶対座標が、決定されるようになっている。以下、回転位置検出装置60Aを、GNSS60Aと称呼する場合もある。なお、2周波L1,L2に代えて、2周波L1,L5であってもよいし、2周波以上のマルチ周波が用いられてもよい。 The rotational position detection device 60A detects the mounting position as the position of the second boom 32 based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite. This detection signal is sent out toward the position determining device 80. The rotational position detection device 60A may be capable of position detection using a satellite positioning system such as GNSS, for example. In this embodiment, the absolute coordinates corresponding to the mounting position of the rotational position detection device 60A are determined using two frequencies L1 and L2. Hereinafter, the rotational position detection device 60A may be referred to as GNSS 60A. Note that instead of the two frequencies L1 and L2, two frequencies L1 and L5 may be used, or a multi-frequency wave of two or more frequencies may be used.

図21に示すように、位置決定装置80は、上記第1実施形態のものに加え、更に、軸位置取得手段86、及び、回転位置測定手段87を備えている。軸位置取得手段86は、後述のように、第2ブーム32の回転の中心となる第2ブーム支軸32aの位置を取得する。回転位置測定手段87は、GNSS60Aと接続されて、GNSS60Aにより検出され送出された、第2ブーム32の位置に対応する信号を受信する。回転位置測定手段87は、当該信号に基づいて、第2ブーム32の位置を測位する。第2回転度取得手段84は、後述のように、上記取得された第2ブーム支軸32aの位置と、上記測位された第2ブーム32の位置とに基づいて、第2ブーム32の回転角を取得する。 As shown in FIG. 21, the position determination device 80 further includes an axial position acquisition means 86 and a rotational position measurement means 87 in addition to those of the first embodiment. The shaft position acquisition means 86 acquires the position of the second boom support shaft 32a, which is the center of rotation of the second boom 32, as described later. The rotational position measuring means 87 is connected to the GNSS 60A and receives a signal corresponding to the position of the second boom 32 detected and transmitted by the GNSS 60A. The rotational position measuring means 87 measures the position of the second boom 32 based on the signal. As described later, the second rotation angle acquisition means 84 determines the rotation angle of the second boom 32 based on the acquired position of the second boom support shaft 32a and the determined position of the second boom 32. get.

図22に示すように、位置決定装置80は、基準状態において、更に、第2ブーム支軸32aの位置に対応する基準座標(Xs5,Ys5,Zs5)、及び、GNSS60Aの搭載位置に対応する基準座標(Xs6,Ys6,Zs6)を決定する。上記第1実施形態の構成部位、座標と同一又は等価なものについては、同じ符号を付すことで、説明を省略する。 As shown in FIG. 22, in the reference state, the position determining device 80 further sets the reference coordinates (Xs5, Ys5, Zs5) corresponding to the position of the second boom support shaft 32a and the reference coordinates corresponding to the mounting position of the GNSS 60A. Determine the coordinates (Xs6, Ys6, Zs6). Components and coordinates that are the same as or equivalent to those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

基準状態において、第1ブーム支軸31aの位置から第2ブーム支軸32aの位置までの離間距離及び方向が既知である。GNSS40の基準座標(Xs0,Ys0,Zs0)から決定された第1ブーム支軸31aの基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、第2ブーム支軸32aの位置に対応する基準座標(Xs5,Ys5,Zs5)が決定される。なお、これに代えて、GNSS40の搭載位置から第2ブーム支軸32aの位置までの離間距離及び方向が既知であることを利用して、GNSS40の基準座標(Xs0,Ys0,Zs0)に基づいて、第2ブーム支軸32aの基準座標(Xs5,Ys5,Zs5)が決定されてもよい。 In the reference state, the distance and direction from the position of the first boom support shaft 31a to the position of the second boom support shaft 32a are known. Based on the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) of the first boom support shaft 31a determined from the reference coordinates (Xs0, Ys0, Zs0) of the GNSS 40 and the known separation distance and direction, the second boom support shaft 32a The reference coordinates (Xs5, Ys5, Zs5) corresponding to the position are determined. In addition, instead of this, the distance and direction from the mounting position of the GNSS 40 to the position of the second boom support shaft 32a are known, and based on the reference coordinates (Xs0, Ys0, Zs0) of the GNSS 40, , the reference coordinates (Xs5, Ys5, Zs5) of the second boom support shaft 32a may be determined.

基準状態において、第2ブーム支軸32aの位置からGNSS60Aの搭載位置までの離間距離及び方向が既知である。上記決定された第2ブーム支軸32aの基準座標(Xs5,Ys5,Zs5)と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、GNSS60Aの搭載位置に対応する基準座標(Xs6,Ys6,Zs6)が決定される。 In the reference state, the distance and direction from the position of the second boom support shaft 32a to the mounting position of the GNSS 60A are known. Based on the reference coordinates (Xs5, Ys5, Zs5) of the second boom support shaft 32a determined above and the known separation distance and direction, the reference coordinates (Xs6, Ys6, Zs6) corresponding to the mounting position of the GNSS 60A are determined. It is determined.

図23に示すように、バックホー10の作動により、第1ブーム支軸31aの位置に対応する座標が、基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)から(X1,Y1,Z1)に移動したものとする。バックホー10の作動により、第1ブーム31が、第1方向K1の軸を中心として回転角A1だけ基準状態から回転したものとする。第1ブーム支軸31aの位置の移動、及び、第1ブーム31の回転に応じて、第2ブーム支軸32aの位置に対応する座標が、基準座標(Xs5,Ys5,Zs5)から(X5,Y5,Z5)に移動したものとする。第2ブーム32が基準状態から回転しない(オフセット移動しない)場合に、GNSS60Aの搭載位置に対応する座標が、基準座標(Xs6,Ys6,Zs6)から(X6a,Y6a,Z6a)に移動したものとする。第1ブーム31の回転角A1は、IMU52にて検出されたものである。 As shown in FIG. 23, it is assumed that the coordinates corresponding to the position of the first boom support shaft 31a move from the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) to (X1, Y1, Z1) due to the operation of the backhoe 10. . Assume that the operation of the backhoe 10 causes the first boom 31 to rotate from the reference state by a rotation angle A1 about the axis in the first direction K1. According to the movement of the position of the first boom support shaft 31a and the rotation of the first boom 31, the coordinates corresponding to the position of the second boom support shaft 32a change from the reference coordinates (Xs5, Ys5, Zs5) to (X5, Y5, Z5). When the second boom 32 does not rotate from the reference state (does not move offset), the coordinates corresponding to the mounting position of the GNSS 60A are assumed to have moved from the reference coordinates (Xs6, Ys6, Zs6) to (X6a, Y6a, Z6a). do. The rotation angle A1 of the first boom 31 is detected by the IMU 52.

第1ブーム支軸31aの基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)から、第2ブーム支軸32aの基準座標(Xs5,Ys5,Zs5)に向かうベクトル(Xs5―Xs1,Ys5―Ys1,Zs5―Zs1)が既知である。上記(1)~(3)式(好ましくは、上記(1a)~(3a)式)にて決定された第1ブーム支軸31aの座標(X1,Y1,Z1)と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角A1とに基づいて、第2ブーム支軸32aの位置に対応する座標(X5,Y5,Z5)が決定される。具体的には、下記(16)式、(17)式、(18)式に示すように、座標(X1,Y1,Z1)及び上記ベクトルの和と、回転角A1の回転行列とを用いて、座標(X5,Y5,Z5)が決定される。軸位置取得手段86は、以上のようにして第2ブーム支軸32aの位置を取得する。なお、下記(16)式、(17)式、(18)式を用いるのに代えて、下記(16a)式、(17a)式、(18a)式を用いて、第2ブーム支軸32aの位置に対応する座標(X5,Y5,Z5)を決定すると、精度向上の観点でより好適である。 Vector (Xs5-Xs1, Ys5-Ys1, Zs5-Zs1) from the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) of the first boom support shaft 31a toward the reference coordinates (Xs5, Ys5, Zs5) of the second boom support shaft 32a is known. The coordinates (X1, Y1, Z1) of the first boom support shaft 31a determined by the above formulas (1) to (3) (preferably the above formulas (1a) to (3a)) and the known vector , and the detected rotation angle A1, the coordinates (X5, Y5, Z5) corresponding to the position of the second boom support shaft 32a are determined. Specifically, as shown in the following equations (16), (17), and (18), using the coordinates (X1, Y1, Z1), the sum of the above vectors, and the rotation matrix of the rotation angle A1, , coordinates (X5, Y5, Z5) are determined. The shaft position acquisition means 86 acquires the position of the second boom support shaft 32a as described above. In addition, instead of using the following formulas (16), (17), and (18), the following formulas (16a), (17a), and (18a) are used to calculate the second boom support shaft 32a. Determining the coordinates (X5, Y5, Z5) corresponding to the position is more suitable from the viewpoint of improving accuracy.

X5=(X1+(Xs5―Xs1))(cos(A1))+
(Z1+(Zs5―Zs1))(sin(A1)) …(16)
Y5=(Y1+(Ys5―Ys1)) …(17)
Z5=(X1+(Xs5―Xs1))(―sin(A1))+
(Z1+(Zs5―Zs1))(cos(A1)) …(18)

X5=X1+(Xs5―Xs1)(cos(A1))+
(Zs5―Zs1)(sin(A1)) …(16a)
Y5=Y1+(Ys5―Ys1) …(17a)
Z5=X1+(Xs5―Xs1)(―sin(A1))+
(Zs5―Zs1)(cos(A1)) …(18a)
X5=(X1+(Xs5-Xs1))(cos(A1))+
(Z1+(Zs5-Zs1))(sin(A1))...(16)
Y5=(Y1+(Ys5-Ys1))...(17)
Z5=(X1+(Xs5-Xs1))(-sin(A1))+
(Z1+(Zs5-Zs1))(cos(A1))...(18)

X5=X1+(Xs5−Xs1)(cos(A1))+
(Zs5-Zs1) (sin(A1)) ...(16a)
Y5=Y1+(Ys5-Ys1)...(17a)
Z5=X1+(Xs5-Xs1)(-sin(A1))+
(Zs5-Zs1) (cos(A1)) ...(18a)

第1ブーム支軸31aの基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)から、第2ブーム支軸32aの基準座標(Xs5,Ys5,Zs5)を経て、GNSS60Aの基準座標(Xs6,Ys6,Zs6)に向かうベクトル((Xs5―Xs1)+(Xs6―Xs5),(Ys5―Ys1)+(Ys6―Ys5),(Zs5―Zs1)+(Zs6―Zs5))=(Xs6―Xs1,Ys6―Ys1,Zs6―Zs1)が既知である。上記(1)~(3)式(好ましくは、上記(1a)~(3a)式)にて決定された第1ブーム支軸31aの座標(X1,Y1,Z1)と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角A1とに基づいて、GNSS60Aの搭載位置に対応する座標(X6a,Y6a,Z6a)が決定される。具体的には、下記(19)式、(20)式、(21)式に示すように、座標(X1,Y1,Z1)及び上記ベクトルの和と、回転角A1の回転行列とを用いて、座標(X6a,Y6a,Z6a)が決定される。なお、下記(19)式、(20)式、(21)式を用いるのに代えて、下記(19a)式、(20a)式、(21a)式を用いて、GNSS60Aの搭載位置に対応する座標(X6a,Y6a,Z6a)を決定すると、精度向上の観点でより好適である。 From the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) of the first boom support shaft 31a, via the reference coordinates (Xs5, Ys5, Zs5) of the second boom support shaft 32a, to the reference coordinates (Xs6, Ys6, Zs6) of the GNSS 60A. Vector ((Xs5-Xs1) + (Xs6-Xs5), (Ys5-Ys1) + (Ys6-Ys5), (Zs5-Zs1) + (Zs6-Zs5)) = (Xs6-Xs1, Ys6-Ys1, Zs6- Zs1) is known. The coordinates (X1, Y1, Z1) of the first boom support shaft 31a determined by the above formulas (1) to (3) (preferably the above formulas (1a) to (3a)) and the known vector , and the detected rotation angle A1, coordinates (X6a, Y6a, Z6a) corresponding to the mounting position of the GNSS 60A are determined. Specifically, as shown in the following equations (19), (20), and (21), using the coordinates (X1, Y1, Z1), the sum of the above vectors, and the rotation matrix of the rotation angle A1, , coordinates (X6a, Y6a, Z6a) are determined. In addition, instead of using the following formulas (19), (20), and (21), the following formulas (19a), (20a), and (21a) are used to correspond to the mounting position of GNSS60A. Determining the coordinates (X6a, Y6a, Z6a) is more suitable from the viewpoint of improving accuracy.

X6a=(X1+(Xs6―Xs1))(cos(A1))+
(Z1+(Zs6―Zs1))(sin(A1)) …(19)
Y6a=(Y1+(Ys6―Ys1)) …(20)
Z6a=(X1+(Xs6―Xs1))(―sin(A1))+
(Z1+(Zs6―Zs1))(cos(A1)) …(21)

X6a=X1+(Xs6―Xs1)(cos(A1))+
(Zs6―Zs1)(sin(A1)) …(19a)
Y6a=Y1+(Ys6―Ys1) …(20a)
Z6a=X1+(Xs6―Xs1)(―sin(A1))+
(Zs6―Zs1)(cos(A1)) …(21a)
X6a=(X1+(Xs6−Xs1))(cos(A1))+
(Z1+(Zs6-Zs1))(sin(A1))...(19)
Y6a=(Y1+(Ys6-Ys1))...(20)
Z6a=(X1+(Xs6-Xs1))(-sin(A1))+
(Z1+(Zs6-Zs1))(cos(A1))...(21)

X6a=X1+(Xs6−Xs1)(cos(A1))+
(Zs6-Zs1) (sin(A1)) ...(19a)
Y6a=Y1+(Ys6-Ys1)...(20a)
Z6a=X1+(Xs6-Xs1)(-sin(A1))+
(Zs6-Zs1) (cos(A1)) ...(21a)

ここにおいて、図24に示すように、バックホー10の作動によって、第2ブーム32の第2ブーム支軸32aを中心とする回転(オフセット移動)が、実行されたものとする。この場合、GNSS60Aの搭載位置に対応する座標が、(X6a,Y6a,Z6a)から(X6b,Y6b,Z6b)に移動したものとする。GNSS60Aの座標(X6b,Y6b,Z6b)は、GNSS60Aにて測位されたものである。 Here, as shown in FIG. 24, it is assumed that the operation of the backhoe 10 causes the second boom 32 to rotate (offset movement) about the second boom support shaft 32a. In this case, it is assumed that the coordinates corresponding to the mounting position of the GNSS 60A have moved from (X6a, Y6a, Z6a) to (X6b, Y6b, Z6b). The coordinates (X6b, Y6b, Z6b) of GNSS60A are those determined by GNSS60A.

上記決定された座標(X5,Y5,Z5)と、上記決定された座標(X6a,Y6a,Z6a)と、上記測位された座標(X6b,Y6b,Z6b)とに基づいて、第2ブーム32の回転角A4が取得される。具体的には、下記(22)式、(23)式、(24)式、(25a)式に示すように、ベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)及び(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)の内積Sと、ベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)の絶対値Tと、ベクトル(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)の絶対値Uとを用いて、回転角A4が決定される。第2回転度取得手段84は、以上のようにして第2ブーム32の回転角A4を取得する。 Based on the determined coordinates (X5, Y5, Z5), the determined coordinates (X6a, Y6a, Z6a), and the determined coordinates (X6b, Y6b, Z6b), the position of the second boom 32 is determined. A rotation angle A4 is obtained. Specifically, as shown in the following equations (22), (23), (24), and (25a), vectors (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5) and (X6b-X5, Inner product S of Y6b-Y5, Z6b-Z5), absolute value T of vector (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5), and absolute value of vector (X6b-X5, Y6b-Y5, Z6b-Z5) Rotation angle A4 is determined using U. The second rotation angle acquisition means 84 acquires the rotation angle A4 of the second boom 32 as described above.

S=(X6a―X5)(X6b―X5)+(Y6a―Y5)(Y6b―Y5)+
(Z6―Z5a)(Z6b―Z5) …(22)
T=((X6a―X5)+(Y6a―Y5)+(Z6a―Z5)1/2 …(23)
U=((X6b―X5)+(Y6b―Y5)+(Z6b―Z5)1/2 …(24)
A4=arccos(S/((T)(U))) …(25a)
S=(X6a-X5)(X6b-X5)+(Y6a-Y5)(Y6b-Y5)+
(Z6-Z5a) (Z6b-Z5) ...(22)
T = ((X6a-X5) 2 + (Y6a-Y5) 2 + (Z6a-Z5) 2 ) 1/2 ...(23)
U = ((X6b-X5) 2 + (Y6b-Y5) 2 + (Z6b-Z5) 2 ) 1/2 ...(24)
A4=arccos(S/((T)(U)))...(25a)

第3実施形態における位置決定装置80の実際の作動について、図25のフローチャートを参照しつつ説明する。ステップST1における基準座標の決定においては、バックホー10が基準状態にて静止している状態において、位置決定装置80の位置決定手段85により、上記第1、第2実施形態の基準座標に加え、更に、第2ブーム支軸32a、及び、GNSS60Aのそれぞれの位置に対応する基準座標(Xs5,Ys5,Zs5)、(Xs6,Ys6,Zs6)も、それぞれ決定される。(図22を参照)。 The actual operation of the position determining device 80 in the third embodiment will be explained with reference to the flowchart in FIG. 25. In determining the reference coordinates in step ST1, when the backhoe 10 is stationary in the reference state, the position determining means 85 of the position determining device 80 determines, in addition to the reference coordinates of the first and second embodiments, , the second boom support shaft 32a, and the reference coordinates (Xs5, Ys5, Zs5) and (Xs6, Ys6, Zs6) corresponding to the respective positions of the GNSS 60A are also determined. (See Figure 22).

次に、ステップST2を経てステップST21にて、位置決定装置80は、第2ブーム支軸32aの座標を取得する。位置決定装置80の軸位置取得手段86により、バックホー10が作動している場合に、上記(16)~(18)式(好ましくは、上記(16a)~(18a)式)を用いて、第2ブーム支軸32aの位置に対応する座標(X5,Y5,Z5)が決定される(図23を参照)。 Next, in step ST21 after step ST2, the position determining device 80 acquires the coordinates of the second boom support shaft 32a. When the backhoe 10 is operating, the axis position acquisition means 86 of the position determining device 80 calculates the Coordinates (X5, Y5, Z5) corresponding to the position of the two-boom support shaft 32a are determined (see FIG. 23).

次に、ステップST22にて、位置決定装置80は、GNSS60Aの座標を測位する。位置決定装置80の回転位置測定手段87により、バックホー10が作動している場合に、GNSS60Aの搭載位置に対応する座標(X6b,Y6b,Z6b)が測位される。 Next, in step ST22, the position determining device 80 measures the coordinates of the GNSS 60A. When the backhoe 10 is operating, the rotational position measuring means 87 of the position determining device 80 measures the coordinates (X6b, Y6b, Z6b) corresponding to the mounting position of the GNSS 60A.

次のステップST3における回転角の取得においては、位置決定装置80の第2回転度取得手段84により、バックホー10が作動している場合に、上記(19)~(24)式、上記(25a)式(好ましくは、上記(19a)~(21a)式、上記(23)~(24)式、上記(25a)式)を用いて、第2ブーム32の回転角A4が取得される(図24を参照)。なお、回転角A0,A1,A2,A3は、上記第1、第2実施形態と同様に取得される。以降、ステップST4,ST5に進み、上記第1、第2実施形態と同様の各処理が実行される。 In acquiring the rotation angle in the next step ST3, when the backhoe 10 is operating, the second rotation angle acquisition means 84 of the position determining device 80 uses the above equations (19) to (24) and the above (25a). The rotation angle A4 of the second boom 32 is obtained using the formula (preferably the above formulas (19a) to (21a), the above formulas (23) to (24), and the above formula (25a)) (Fig. 24 ). Note that the rotation angles A0, A1, A2, and A3 are obtained in the same manner as in the first and second embodiments. Thereafter, the process advances to steps ST4 and ST5, and the same processes as in the first and second embodiments are executed.

本発明の第3実施形態に係る位置決定装置80では、特に、回転位置検出装置60A(GNSS60A)が、バックホー10の第2ブーム32に備えられる。また、位置決定装置80は、更に、軸位置取得手段86、及び、回転位置測定手段87を備える。軸位置取得手段86により、第2ブーム支軸32aの位置が取得される。GNSS60A、及び、回転位置測定手段87により、第2ブーム32におけるGNSS60Aの搭載位置が測位される。取得された第2ブーム支軸32aの位置と、測位された第2ブーム32におけるGNSS60Aの搭載位置とに基づいて、第2ブーム32の回転角A4が取得される。これによれば、回転位置検出装置を、第2ブーム32であれば、何れの部位にも搭載できる。例えば、構造物を避け搭載し易い部位や、回転角の精度を向上可能な部位等に、回転位置検出装置を搭載できる。従って、第2ブーム32の回転角A4を、容易かつ確実に取得できる。 In the position determination device 80 according to the third embodiment of the present invention, the second boom 32 of the backhoe 10 is particularly equipped with a rotational position detection device 60A (GNSS 60A). Furthermore, the position determination device 80 further includes an axial position acquisition means 86 and a rotational position measurement means 87. The shaft position acquisition means 86 acquires the position of the second boom support shaft 32a. The mounting position of the GNSS 60A on the second boom 32 is determined by the GNSS 60A and the rotational position measuring means 87. The rotation angle A4 of the second boom 32 is obtained based on the obtained position of the second boom support shaft 32a and the measured mounting position of the GNSS 60A on the second boom 32. According to this, the rotational position detection device can be mounted on any part of the second boom 32. For example, the rotational position detection device can be mounted at a location where it can be easily mounted while avoiding structures, or at a location where the accuracy of the rotation angle can be improved. Therefore, the rotation angle A4 of the second boom 32 can be easily and reliably obtained.

[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る位置決定装置80について、説明する。第4実施形態では、上記第1、第2実施形態のRECN60、WENC60に代えて、回転位置検出装置60A、及び、軸位置検出装置60Bが用いられて第2ブーム32の回転角A4を取得する。また、第4実施形態では、位置決定装置80は、上記第3実施形態の軸位置取得手段86、及び、回転位置測定手段87に代えて、相対位置取得手段88を備える。この点で、第4実施形態は、上記第1、第2、第3実施形態と異なり、それ以外については上記第1、第2、第3実施形態と同じである。以下、上記第1、第2、第3実施形態と異なる点について、説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a position determining device 80 according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, instead of the RECN 60 and WENC 60 of the first and second embodiments, a rotational position detection device 60A and a shaft position detection device 60B are used to obtain the rotation angle A4 of the second boom 32. . Furthermore, in the fourth embodiment, the position determination device 80 includes relative position acquisition means 88 instead of the axis position acquisition means 86 and rotational position measurement means 87 of the third embodiment. In this respect, the fourth embodiment differs from the first, second, and third embodiments described above, and is otherwise the same as the first, second, and third embodiments. Hereinafter, points different from the first, second, and third embodiments described above will be explained.

図26に示すように、回転位置検出装置60A、及び、軸位置検出装置60Bは、第2ブーム32に搭載されている。軸位置検出装置60Bは、第2ブーム支軸32aの上部に同軸的に搭載されている。回転位置検出装置60Aの搭載位置は、第2ブーム32において、軸位置検出装置60Bよりも前側の部位であれば何れでもよい。例えば、軸位置検出装置60Bから極力離間した部位に、回転位置検出装置60Aが搭載されると、回転角A4の検出精度を向上する観点で好適である。この観点と、搭載容易性の観点から、本実施形態では、回転位置検出装置60Aは、第2ブーム32の上部であって、第2ブームシリンダ支軸37bよりも前側(アーム33側)に、搭載されている。 As shown in FIG. 26, the rotational position detection device 60A and the shaft position detection device 60B are mounted on the second boom 32. The shaft position detection device 60B is coaxially mounted on the upper part of the second boom support shaft 32a. The rotational position detection device 60A may be mounted at any location in the second boom 32 as long as it is located in front of the shaft position detection device 60B. For example, it is preferable to mount the rotational position detection device 60A at a location as far away as possible from the shaft position detection device 60B, from the viewpoint of improving the detection accuracy of the rotation angle A4. From this viewpoint and from the viewpoint of ease of mounting, in this embodiment, the rotational position detection device 60A is located at the upper part of the second boom 32 and in front of the second boom cylinder support shaft 37b (on the arm 33 side). It is installed.

回転位置検出装置60Aは、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、第2ブーム32の位置として、第2ブーム32における上記搭載位置を検出する。この検出信号は、位置決定装置80に向けて送出されるようになっている。回転位置検出装置60Aは、例えば、GNSS等の衛星測位システムにより位置検出が可能なものであってもよい。軸位置検出装置60Bは、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、第2ブーム支軸32aの位置として、第2ブーム支軸32aにおける上記搭載位置を検出する。この検出信号は、位置決定装置80に向けて送出されるようになっている。軸位置検出装置60Bは、例えば、GNSS等の衛星測位システムにより位置検出が可能なものであってもよい。 The rotational position detection device 60A detects the mounting position on the second boom 32 as the position of the second boom 32 based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite. This detection signal is sent out toward the position determining device 80. The rotational position detection device 60A may be capable of position detection using a satellite positioning system such as GNSS, for example. The shaft position detection device 60B detects the mounting position on the second boom support shaft 32a as the position of the second boom support shaft 32a based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite. This detection signal is sent out toward the position determining device 80. The axis position detection device 60B may be capable of position detection using, for example, a satellite positioning system such as GNSS.

本実施形態では、1周波L1を利用した相対測位により、軸位置検出装置60Bの位置に対する回転位置検出装置60Aの相対位置を、取得可能となっている。即ち、第2ブーム支軸32aの位置に対する第2ブーム32の相対位置を、取得可能となっている。相対位置として、例えば、第2ブーム支軸32aの位置(軸位置検出装置60Bの位置)から、第2ブーム32における回転位置検出装置60Aの位置に向かうベクトルが、用いられてもよい。以下、回転位置検出装置60AをGNSS60A、軸位置検出装置60BをGNSS60Bと、それぞれ称呼する場合もある。 In this embodiment, the relative position of the rotational position detecting device 60A with respect to the position of the axis position detecting device 60B can be obtained by relative positioning using one frequency L1. That is, the relative position of the second boom 32 with respect to the position of the second boom support shaft 32a can be acquired. As the relative position, for example, a vector from the position of the second boom support shaft 32a (the position of the shaft position detection device 60B) to the position of the rotational position detection device 60A on the second boom 32 may be used. Hereinafter, the rotational position detection device 60A may be referred to as GNSS60A, and the axial position detection device 60B may be referred to as GNSS60B.

本実施形態におけるGNSS60A、及び、GNSS60Bは、上述のように相対測位が可能な構成であればよい。相対測位の場合、多周波を利用して絶対座標を決定する場合に比して、位置検出装置の構成を、より簡素なものとすることができる。このため、GNSS60A、及び、GNSS60Bとして、安価な位置検出装置を用いることができる。 The GNSS 60A and GNSS 60B in this embodiment may have any configuration as long as they can perform relative positioning as described above. In the case of relative positioning, the configuration of the position detection device can be made simpler than in the case of determining absolute coordinates using multi-frequency waves. Therefore, inexpensive position detection devices can be used as the GNSS 60A and the GNSS 60B.

図27に示すように、位置決定装置80は、上記第1実施形態のものに加え、更に、相対位置取得手段88を備えている。相対位置取得手段88は、後述のように、第2ブーム支軸32aの位置に対する第2ブーム32の相対位置を取得する。相対位置取得手段88は、GNSS60A、及び、GNSS60Bとそれぞれ接続され、GNSS60A,60Bによりそれぞれ検出され送出された、第2ブーム32、及び、第2ブーム支軸32aの位置に対応する信号を受信する。相対位置取得手段88は、当該信号に基づいて、上記相対位置を取得する。第2回転度取得手段84は、後述のように、上記取得された相対位置に基づいて、第2ブーム32の回転角を取得する。 As shown in FIG. 27, the position determination device 80 further includes relative position acquisition means 88 in addition to those of the first embodiment. The relative position acquisition means 88 acquires the relative position of the second boom 32 with respect to the position of the second boom support shaft 32a, as described later. The relative position acquisition means 88 is connected to the GNSS 60A and the GNSS 60B, and receives signals corresponding to the positions of the second boom 32 and the second boom support shaft 32a detected and sent out by the GNSS 60A and 60B, respectively. . The relative position acquisition means 88 acquires the relative position based on the signal. The second rotation angle acquisition means 84 acquires the rotation angle of the second boom 32 based on the acquired relative position, as will be described later.

図28に示すように、バックホー10の作動によって、第2ブーム32の第2ブーム支軸32aを中心とする回転(オフセット移動)が、実行されたものとする。図28に示す状態は、上述した図24に示す状態に対応するものである。即ち、この状態は、第1ブーム支軸31aの位置が、基準座標(Xs1,Ys1,Zs1)から座標(X1,Y1,Z1)に移動し、第1ブーム31が回転角A1だけ回転している状態である。 As shown in FIG. 28, it is assumed that the operation of the backhoe 10 causes the second boom 32 to rotate (offset movement) about the second boom support shaft 32a. The state shown in FIG. 28 corresponds to the state shown in FIG. 24 described above. That is, in this state, the position of the first boom support shaft 31a moves from the reference coordinates (Xs1, Ys1, Zs1) to the coordinates (X1, Y1, Z1), and the first boom 31 rotates by the rotation angle A1. It is in a state of being.

この状態において、第2ブーム32の回転が実行される前に、GNSS60A,60Bによる相対測位が実行される。具体的には、第2ブーム支軸32aにおけるGNSS60Bの搭載位置から、第2ブーム32におけるGNSS60Aの搭載位置に向かうベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)が、取得される。また、第2ブーム32の回転が実行されたときにも、GNSS60A,60Bによる相対測位が実行される。具体的には、第2ブーム支軸32aにおけるGNSS60Bの搭載位置から、第2ブーム32におけるGNSS60Aの搭載位置に向かうベクトル(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)が、取得される。相対位置取得手段88は、以上のようにして、相対位置としてのベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)、(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)を取得する。 In this state, before the second boom 32 is rotated, relative positioning is performed using the GNSSs 60A and 60B. Specifically, a vector (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5) from the mounting position of the GNSS 60B on the second boom support shaft 32a toward the mounting position of the GNSS 60A on the second boom 32 is acquired. Also, when the second boom 32 is rotated, relative positioning is performed using the GNSSs 60A and 60B. Specifically, a vector (X6b-X5, Y6b-Y5, Z6b-Z5) from the mounting position of the GNSS 60B on the second boom support shaft 32a toward the mounting position of the GNSS 60A on the second boom 32 is acquired. The relative position acquisition means 88 acquires vectors (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5) and (X6b-X5, Y6b-Y5, Z6b-Z5) as relative positions as described above.

なお、上記第3実施形態では、第2ブーム支軸32aの座標(X5,Y5,Z5)、GNSS60Aの座標(X6a,Y6a,Z6a)及び(X6b,Y6b,Z6b)が個別に取得されて、ベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)及び(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)が取得される。これに対し、本実施形態では、上述のように各座標を個別に取得することなく、GNSS60A,60Bによる相対測位により、ベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)及び(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)が直接取得される。この点で、本実施形態は、上記第3実施形態と異なる。 In the third embodiment, the coordinates (X5, Y5, Z5) of the second boom support shaft 32a, the coordinates (X6a, Y6a, Z6a) and (X6b, Y6b, Z6b) of the GNSS 60A are individually acquired, Vectors (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5) and (X6b-X5, Y6b-Y5, Z6b-Z5) are obtained. In contrast, in this embodiment, vectors (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5) and (X6b-X5 , Y6b-Y5, Z6b-Z5) are directly obtained. In this point, this embodiment differs from the third embodiment described above.

上記取得されたベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)及び(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)に基づいて、第2ブーム32の回転角A4が取得される。具体的には、上記(22)式、(23)式、(24)式、(25a)式に示すように、ベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)及び(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)の内積Sと、ベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)の絶対値Tと、ベクトル(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)の絶対値Uとを用いて、回転角A4が決定される。第2回転度取得手段84は、以上のようにして第2ブーム32の回転角A4を取得する。 The rotation angle A4 of the second boom 32 is obtained based on the vectors (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5) and (X6b-X5, Y6b-Y5, Z6b-Z5) obtained above. Specifically, as shown in the above equations (22), (23), (24), and (25a), vectors (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5) and (X6b-X5, Inner product S of Y6b-Y5, Z6b-Z5), absolute value T of vector (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5), and absolute value of vector (X6b-X5, Y6b-Y5, Z6b-Z5) Rotation angle A4 is determined using U. The second rotation angle acquisition means 84 acquires the rotation angle A4 of the second boom 32 as described above.

第4実施形態における位置決定装置80の実際の作動について、図29のフローチャートを参照しつつ説明する。ステップST1における基準座標の決定においては、バックホー10が基準状態にて静止している状態において、位置決定装置80の位置決定手段85により、上記第1、第2実施形態と同様に基準座標が決定される。(図8を参照)。 The actual operation of the position determining device 80 in the fourth embodiment will be explained with reference to the flowchart in FIG. 29. In determining the reference coordinates in step ST1, while the backhoe 10 is stationary in the reference state, the reference coordinates are determined by the position determining means 85 of the position determining device 80 in the same manner as in the first and second embodiments. be done. (See Figure 8).

次に、ステップST2を経てステップST23にて、位置決定装置80は、GNSS60A,60Bの相対位置を取得する。位置決定装置80の相対位置取得手段88により、ベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)及び(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)が取得される。ここにおいて、ベクトル(X6a―X5,Y6a―Y5,Z6a―Z5)は、第2ブーム32のオフセット移動実施前での、GNSS60Bの搭載位置から、GNSS60Aの搭載位置に向かうベクトルである。ベクトル(X6b―X5,Y6b―Y5,Z6b―Z5)は、第2ブーム32のオフセット移動実施時での、GNSS60Bの搭載位置から、GNSS60Aの搭載位置に向かうベクトルである。 Next, in step ST23 via step ST2, the position determining device 80 acquires the relative positions of the GNSSs 60A and 60B. The relative position acquisition means 88 of the position determining device 80 acquires vectors (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5) and (X6b-X5, Y6b-Y5, Z6b-Z5). Here, the vector (X6a-X5, Y6a-Y5, Z6a-Z5) is a vector from the mounting position of the GNSS 60B to the mounting position of the GNSS 60A before the offset movement of the second boom 32 is performed. The vector (X6b-X5, Y6b-Y5, Z6b-Z5) is a vector directed from the mounting position of the GNSS 60B to the mounting position of the GNSS 60A when the second boom 32 is offset moved.

次のステップST3における回転角の取得においては、位置決定装置80の第2回転度取得手段84により、バックホー10が作動している場合に、上記(22)~(24)、上記(25a)式を用いて、第2ブーム32の回転角A4が取得される(図28を参照)。なお、回転角A0,A1,A2,A3は、上記第1、第2実施形態と同様に取得される。以降、ステップST4,ST5に進み、上記第1、第2実施形態と同様の各処理が実行される。 In acquiring the rotation angle in the next step ST3, when the backhoe 10 is operating, the second rotation angle acquisition means 84 of the position determining device 80 calculates the above equations (22) to (24) and the above (25a). The rotation angle A4 of the second boom 32 is obtained using (see FIG. 28). Note that the rotation angles A0, A1, A2, and A3 are obtained in the same manner as in the first and second embodiments. Thereafter, the process advances to steps ST4 and ST5, and the same processes as in the first and second embodiments are executed.

本発明の第4実施形態に係る位置決定装置80では、特に、回転位置検出装置60A(GNSS60A)が、バックホー10の第2ブーム32に備えられ、軸位置検出装置60B(GNSS60B)が、バックホー10の第2ブーム支軸32aに備えられる。また、位置決定装置80は、更に、相対位置取得手段88を備える。GNSS60A,60Bの相対測位、及び、相対位置取得手段88により、第2ブーム支軸32a(GNSS60Bの搭載位置)に対する第2ブーム32(GNSS60Aの搭載位置)の相対位置が取得される。取得された相対位置に基づいて、第2ブーム32の回転角A4が取得される。これによれば、回転位置検出装置、及び、軸位置検出装置にて、相対測位が実行される。相対測位の場合、多周波を利用して絶対座標を決定する場合に比して、位置検出装置の構成を、より簡素なものとすることができる。このため、回転位置検出装置、及び、軸位置検出装置として、安価な位置検出装置を用いることができる。従って、第2ブーム32の回転角A4を、低コストで確実に取得できる。 In particular, in the position determining device 80 according to the fourth embodiment of the present invention, the second boom 32 of the backhoe 10 is equipped with a rotational position detecting device 60A (GNSS60A), and the shaft position detecting device 60B (GNSS60B) is equipped with the second boom 32 of the backhoe 10. The second boom support shaft 32a is provided with the second boom support shaft 32a. Furthermore, the position determination device 80 further includes relative position acquisition means 88 . The relative positioning of the GNSSs 60A and 60B and the relative position acquisition means 88 acquire the relative position of the second boom 32 (the mounting position of the GNSS 60A) with respect to the second boom support shaft 32a (the mounting position of the GNSS 60B). Based on the obtained relative position, the rotation angle A4 of the second boom 32 is obtained. According to this, relative positioning is performed by the rotational position detection device and the axial position detection device. In the case of relative positioning, the configuration of the position detection device can be made simpler than in the case of determining absolute coordinates using multi-frequency waves. Therefore, an inexpensive position detection device can be used as the rotational position detection device and the shaft position detection device. Therefore, the rotation angle A4 of the second boom 32 can be reliably obtained at low cost.

[変形例]
本発明の実施形態においては、種々の変形例を採用することができる。上記第1~第4実施形態においては、バックホー10の構成として、第1ブーム31は、第1ブーム支軸31aを中心として回転可能となっており、第2ブーム32が、第2ブーム支軸32aを中心として回転可能となっている。第2ブーム32の第1ブーム31に対する相対回転により、バケット34のオフセット移動が可能となっている。
[Modified example]
Various modifications can be adopted in the embodiments of the present invention. In the first to fourth embodiments described above, the configuration of the backhoe 10 is such that the first boom 31 is rotatable around the first boom support shaft 31a, and the second boom 32 is rotatable around the second boom support shaft 31a. It is rotatable around 32a. Relative rotation of the second boom 32 with respect to the first boom 31 allows offset movement of the bucket 34.

これに代えて、例えば、第1ブーム31及び第2ブーム32が一体的に構成され、第1ブーム31に対する第2ブーム32の相対回転が規制されており、第1ブーム31が、第2方向K2に平行な軸を中心として、回転可能となっていてもよい。より具体的には、第1ブーム31の走行車両20の接続部位が、第1方向K1に平行な軸、及び、第2方向K2に平行な軸の2軸の回転中心となっていてもよい。これにより、第1ブーム31の走行車両20に対する相対回転により、バケット34のオフセット移動が可能となる。この変形例の構成のバックホー10に、位置決定装置80が適用された場合であっても、上記各実施形態の効果と同じ効果を奏する。 Instead, for example, the first boom 31 and the second boom 32 are integrally configured, the relative rotation of the second boom 32 with respect to the first boom 31 is regulated, and the first boom 31 is rotated in the second direction. It may be rotatable about an axis parallel to K2. More specifically, the connection portion of the first boom 31 to the traveling vehicle 20 may be the rotation center of two axes, an axis parallel to the first direction K1 and an axis parallel to the second direction K2. . Thereby, relative rotation of the first boom 31 with respect to the traveling vehicle 20 allows the bucket 34 to be offset. Even when the position determining device 80 is applied to the backhoe 10 having the configuration of this modification, the same effects as those of the above embodiments can be achieved.

今回開示された上記各実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが、意図される。 The above-mentioned embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.

10…作業機(バックホー)、20…走行車両、30…可動操作具、31…第1ブーム、31a…第1ブーム支軸、32…第2ブーム、32a…第2ブーム支軸、33…アーム、33a…アーム支軸、34…バケット、34a…バケット支軸、34b…先端部位、36…第1ブームシリンダ、37…第2ブームシリンダ、38…アームシリンダ、39…バケットシリンダ、40…車両位置検出装置(GNSS)、50…第1回転度検出装置(IMU)、60…第2回転度検出装置(RENC)、60…直線距離検出装置(WENC)、60A…回転位置検出装置(GNSS)、60B…軸位置検出装置(GNSS)、80…位置決定装置、81…車両位置測定手段、82…車両回転度取得手段、83…第1回転度取得手段、84…第2回転度取得手段、85…位置決定手段、86…軸位置取得手段、87…回転位置取得手段、88…相対位置取得手段、90…ECU、A0…回転角、A1…回転角、A2…回転角、A3…回転角、A4…回転角、K1…第1方向、K2…第2方向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Work equipment (backhoe), 20... Traveling vehicle, 30... Movable operating tool, 31... First boom, 31a... First boom support shaft, 32... Second boom, 32a... Second boom support shaft, 33... Arm , 33a... Arm support shaft, 34... Bucket, 34a... Bucket support shaft, 34b... Tip portion, 36... First boom cylinder, 37... Second boom cylinder, 38... Arm cylinder, 39... Bucket cylinder, 40... Vehicle position Detection device (GNSS), 50... First rotation detection device (IMU), 60... Second rotation detection device (RENC), 60... Straight distance detection device (WENC), 60A... Rotation position detection device (GNSS), 60B... Axis position detection device (GNSS), 80... Position determining device, 81... Vehicle position measuring means, 82... Vehicle rotation degree acquisition means, 83... First rotation degree acquisition means, 84... Second rotation degree acquisition means, 85 ...position determining means, 86...axis position acquisition means, 87...rotational position acquisition means, 88...relative position acquisition means, 90...ECU, A0...rotation angle, A1...rotation angle, A2...rotation angle, A3...rotation angle, A4...rotation angle, K1...first direction, K2...second direction

Claims (5)

走行車両と、
前記走行車両から離間する先端部位に向かって延びる可動操作具と、
を備えた作業機において、
平面視において前記走行車両の車幅方向に沿い、且つ、略水平な方向である第1方向と、
正面視において前記走行車両の車高方向に沿い、且つ、前記第1方向と直交する第2方向と、が規定され、
前記可動操作具は、
前記第1方向と平行な軸である第1ブーム支軸を介して前記走行車両に支持され、前記第1ブーム支軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記正面視において前記先端部位の前記第2方向の移動を可能とする第1回転部位としての第1ブームと、
前記第2方向と平行な軸である第2ブーム支軸を介して前記第1ブームの端部に支持され、前記第2ブーム支軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記平面視において前記先端部位の前記第1方向の移動を可能とする第2回転部位としての第2ブームと、
前記第1方向と平行な軸であるアーム支軸を介して前記第2ブームの端部に支持され、前記アーム支軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記正面視において前記先端部位の前記第2方向の移動を可能とするアームと、
前記第1方向と平行な軸であるバケット支軸を介して前記アームの端部に支持され、前記バケット支軸を中心として回転可能であって、回転径方向における最外部位に相当
する前記先端部位が設けられ、回転することで、前記正面視において前記先端部位の前記第2方向の移動を可能とするバケットと、
を備えた作業機
に適用される位置決定装置であって、
前記走行車両の所定部位の位置を測定する車両位置測定手段と、
前記走行車両の回転度合いを取得する車両回転度取得手段と、
前記第1回転部位の回転度合いを取得する第1回転度取得手段と、
前記第2回転部位の回転度合いを取得する第2回転度取得手段と、
前記測定された前記走行車両の前記所定部位の位置と、前記取得された前記走行車両の回転度合いと、前記取得された第1回転部位の回転度合いと、前記取得された前記第2回転部位の回転度合いと、に基づいて、前記可動操作具の前記先端部位の位置を決定する位置決定手段であって、
前記第1方向の成分をM、前記第2方向の成分をN、及び、前記第1、第2方向のそれぞれと直交する第3方向の成分をLとして表記される座標(L,M,N)において、
前記作業機が基準となる姿勢および位置にて静止している状態である基準状態における、
前記車両位置測定手段の基準座標、前記第1ブーム支軸の基準座標、前記アーム支軸の基準座標、前記バケット支軸の基準座標、前記先端部位の基準座標、及び、前記第2ブーム支軸の基準座標を、
(Xs0,Ys0,Zs0)、(Xs1,Ys1,Zs1)、(Xs2,Ys2,Zs2)、(Xs3,Ys3,Zs3)、(Xs4,Ys4,Zs4)、及び、(Xs5,Ys5,Zs5)
とそれぞれ規定し、
前記作業機が前記基準状態から移動したときに、前記基準状態からの前記走行車両の回転度合いが回転角A0、前記基準状態からの前記第1ブームの回転度合いが回転角A1、前記基準状態からの前記アームの回転度合いが回転角A2、及び、前記基準状態からの前記バケットの回転度合いが回転角A3となったときにおける、
前記車両位置測定手段の座標、前記第1ブーム支軸の座標、前記アーム支軸の座標、前記バケット支軸の座標、前記先端部位の座標、及び、前記第2ブーム支軸の座標を、
(X0,Y0,Z0)、(X1,Y1,Z1)、(X2,Y2,Z2)、(X3,Y3,Z3)、(X4,Y4,Z4)、及び、(X5,Y5,Z5)
とそれぞれ規定した場合に、

X1=X0+(Xs1―Xs0)(cos(A0))
+(Zs1―Zs0)(sin(A0))
Y1=Y0+(Ys1―Ys0)
Z1=X0+(Xs1―Xs0)(―sin(A0))
+(Zs1―Zs0)(cos(A0))
と決定し、
X2=X1+(Xs2―Xs1)(cos(A1))
+(Zs2―Zs1)(sin(A1))
Y2=Y1+(Ys2―Ys1)
Z2=X1+(Xs2―Xs1)(―sin(A1))
+(Zs2―Zs1)(cos(A1))
と決定し、
X3=X2+(Xs3―Xs2)(cos(A2))
+(Zs3―Zs2)(sin(A2))
Y3=Y2+(Ys3―Ys2)
Z3=X2+(Xs3―Xs2)(―sin(A2))
+(Zs3―Zs2)(cos(A2))
と決定し、
X4=X3+(Xs4―Xs3)(cos(A3))
+(Zs4―Zs3)(sin(A3))
Y4=Y3+(Ys4―Ys3)
Z4=X3+(Xs4―Xs3)(―sin(A3))
+(Zs4―Zs3)(cos(A3))
と決定し、
X5=X1+(Xs5―Xs1)(cos(A1))
+(Zs5―Zs1)(sin(A1))
Y5=Y1+(Ys5―Ys1)
Z5=X1+(Xs5―Xs1)(―sin(A1))
+(Zs5―Zs1)(cos(A1))
と決定し、
さらに、前記基準状態からの前記第2ブームの回転度合いが回転角A4となったときにおける、
前記先端部位の座標を(X,Y,Z)と規定した場合に、
X=X5+(X4―X5)(cos(A4))―(Y4―Y5)(sin(A4))
Y=Y5+(X4―X5)(sin(A4))+(Y4―Y5)(cos(A4))
Z=Z4
と決定する位置決定手段と、
を備えた
位置決定装置。
A running vehicle,
a movable operating tool extending toward a distal end portion separated from the traveling vehicle;
In a work machine equipped with
a first direction that is along the vehicle width direction of the traveling vehicle in a plan view and is a substantially horizontal direction;
A second direction is defined along the vehicle height direction of the traveling vehicle when viewed from the front and perpendicular to the first direction,
The movable operating tool is
an axis parallel to the first directionis supported by the traveling vehicle via a first boom support shaft, and the first boom support shaft isa first rotating part that is rotatable around the center and that, by rotating, allows the distal end part to move in the second direction when viewed from the front;The first boom asand,
an axis parallel to the second directionis supported by the end of the first boom via a second boom support shaft, and the second boom support shaft isa second rotating part that is rotatable around the center and that, by rotating, allows the distal end part to move in the first direction in the planar view;Second boom asand,
It is supported by the end of the second boom via an arm support shaft that is parallel to the first direction, and is rotatable about the arm support shaft, and by rotating, the an arm that allows the distal end portion to move in the second direction;
It is supported by the end of the arm via a bucket support shaft that is parallel to the first direction, is rotatable around the bucket support shaft, and corresponds to the outermost portion in the rotational radial direction.
a bucket that is provided with the tip portion that rotates to enable movement of the tip portion in the second direction when viewed from the front;
Work equipment equipped with
A positioning device applied to,
Vehicle position measuring means for measuring the position of a predetermined part of the traveling vehicle;
Vehicle rotation degree acquisition means for acquiring the rotation degree of the traveling vehicle;
a first rotation degree acquisition means for acquiring a rotation degree of the first rotation part;
a second degree of rotation acquisition means for acquiring the degree of rotation of the second rotation portion;
The measured position of the predetermined part of the running vehicle, the obtained rotation degree of the running vehicle, the obtained rotation degree of the first rotation part, and the obtained rotation degree of the second rotation part. determining the position of the tip portion of the movable operating tool based on the degree of rotation;A position determining means,
Coordinates (L, M, N ), in
In a reference state in which the work equipment is stationary in a reference posture and position,
Reference coordinates of the vehicle position measuring means, reference coordinates of the first boom support shaft, reference coordinates of the arm support shaft, reference coordinates of the bucket support shaft, reference coordinates of the tip portion, and the second boom support shaft. The reference coordinates of
(Xs0, Ys0, Zs0), (Xs1, Ys1, Zs1), (Xs2, Ys2, Zs2), (Xs3, Ys3, Zs3), (Xs4, Ys4, Zs4), and (Xs5, Ys5, Zs5)
and respectively stipulate that
When the work equipment moves from the reference state, the degree of rotation of the traveling vehicle from the reference state is a rotation angle A0, the degree of rotation of the first boom from the reference state is a rotation angle A1, and the degree of rotation from the reference state is When the degree of rotation of the arm is a rotation angle A2, and the degree of rotation of the bucket from the reference state is a rotation angle A3,
The coordinates of the vehicle position measuring means, the coordinates of the first boom support shaft, the coordinates of the arm support shaft, the coordinates of the bucket support shaft, the coordinates of the tip portion, and the coordinates of the second boom support shaft,
(X0, Y0, Z0), (X1, Y1, Z1), (X2, Y2, Z2), (X3, Y3, Z3), (X4, Y4, Z4), and (X5, Y5, Z5)
When stipulating respectively,

X1=X0+(Xs1-Xs0)(cos(A0))
+(Zs1-Zs0)(sin(A0))
Y1=Y0+(Ys1-Ys0)
Z1=X0+(Xs1-Xs0)(-sin(A0))
+(Zs1-Zs0)(cos(A0))
It was decided that
X2=X1+(Xs2-Xs1)(cos(A1))
+(Zs2-Zs1)(sin(A1))
Y2=Y1+(Ys2-Ys1)
Z2=X1+(Xs2-Xs1)(-sin(A1))
+(Zs2-Zs1)(cos(A1))
It was decided that
X3=X2+(Xs3-Xs2)(cos(A2))
+(Zs3-Zs2)(sin(A2))
Y3=Y2+(Ys3-Ys2)
Z3=X2+(Xs3-Xs2)(-sin(A2))
+(Zs3-Zs2)(cos(A2))
It was decided that
X4=X3+(Xs4-Xs3)(cos(A3))
+(Zs4-Zs3)(sin(A3))
Y4=Y3+(Ys4-Ys3)
Z4=X3+(Xs4-Xs3)(-sin(A3))
+(Zs4-Zs3)(cos(A3))
It was decided that
X5=X1+(Xs5-Xs1)(cos(A1))
+(Zs5-Zs1)(sin(A1))
Y5=Y1+(Ys5-Ys1)
Z5=X1+(Xs5-Xs1)(-sin(A1))
+(Zs5-Zs1)(cos(A1))
It was decided that
Furthermore, when the degree of rotation of the second boom from the reference state becomes a rotation angle A4,
When the coordinates of the tip portion are defined as (X, Y, Z),
X=X5+(X4-X5)(cos(A4))-(Y4-Y5)(sin(A4))
Y=Y5+(X4-X5)(sin(A4))+(Y4-Y5)(cos(A4))
Z=Z4
decide toposition determining means;
equipped with
Positioning device.
請求項1に記載の位置決定装置において、
前記作業機は、
前記第2回転部位の回転の中心となる前記軸に同軸的に固定された軸部材、及び、前記第2回転部位の回転に伴って前記軸に対して相対回転する部位に固定され且つ前記軸部材と相対回転可能な回転部材を有し、前記軸部材に対する前記回転部材の回転度合いを検出し、前記軸部材に対する前記回転部材の回転度合いに対応する信号を送出する回転度検出装置
を備え、
前記第2回転度取得手段は、
前記回転度検出装置により送出された信号に基づいて、前記第2回転部位の回転度合いを取得するように構成された
位置決定装置。
The position determining device according to claim 1,
The work machine is
a shaft member coaxially fixed to the shaft serving as a center of rotation of the second rotation portion; and a shaft member fixed to a portion that rotates relative to the shaft with rotation of the second rotation portion and the shaft member; A rotation degree detection device having a rotation member that is rotatable relative to the member, detects the degree of rotation of the rotation member with respect to the shaft member, and sends a signal corresponding to the degree of rotation of the rotation member with respect to the shaft member,
The second rotation degree obtaining means includes:
A position determining device configured to obtain a degree of rotation of the second rotating portion based on a signal sent out by the degree of rotation detection device.
請求項1に記載の位置決定装置において、
前記作業機は、
一端が前記第2回転部位に固定され、他端が前記第1回転部位または前記走行車両に固定され、前記一端から前記他端に向かう方向の直線距離が可変な棒部材と、
前記直線距離を検出し、前記直線距離に対応する信号を送出する直線距離検出装置と、
を備え、
前記第2回転部位は、
前記棒部材の前記直線距離の変化に応じて、前記第2方向と平行な軸を中心として回転可能に構成され、
前記第2回転度取得手段は、
前記直線距離検出装置により送出された信号に基づいて、前記第2回転部位の回転度合いを取得するように構成された
位置決定装置。
The position determining device according to claim 1,
The work machine is
a rod member having one end fixed to the second rotating part, the other end fixed to the first rotating part or the traveling vehicle, and having a variable linear distance in a direction from the one end to the other end;
a straight-line distance detection device that detects the straight-line distance and sends a signal corresponding to the straight-line distance;
Equipped with
The second rotation part is
configured to be rotatable about an axis parallel to the second direction according to a change in the linear distance of the rod member,
The second rotation degree obtaining means includes:
A position determining device configured to obtain a degree of rotation of the second rotating portion based on a signal sent out by the linear distance detecting device.
請求項1に記載の位置決定装置において、
前記作業機は、
前記走行車両の前記所定部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記所定部位の位置を検出し、前記所定部位の位置に対応する信号を送出する車両位置検出装置と、
前記第2回転部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記第2回転部位の位置を検出し、前記第2回転部位の位置に対応する信号を送出する回転位置検出装置と、
を備え、
前記車両位置測定手段は、
前記車両位置検出装置により送出された信号に基づいて、前記走行車両の前記所定部位の位置を測定するように構成され、
更に、
前記測定された前記走行車両の前記所定部位の位置に基づいて、前記第2回転部位の回転の中心となる前記軸の位置を取得する軸位置取得手段と、
前記回転位置検出装置により送出された信号に基づいて、前記第2回転部位の位置を測定する回転位置測定手段と、
を備え、
前記第2回転度取得手段は、
前記取得された前記軸の位置と、前記測定された前記第2回転部位の位置と、に基づいて、前記第2回転部位の回転度合いを取得するように構成された
位置決定装置。
The position determining device according to claim 1,
The work machine is
A vehicle position detection device that is provided at the predetermined portion of the traveling vehicle, detects the position of the predetermined portion based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite, and sends a signal corresponding to the position of the predetermined portion. and,
a rotational position provided in the second rotational part that detects the position of the second rotational part based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite and sends a signal corresponding to the position of the second rotational part; a detection device;
Equipped with
The vehicle position measuring means includes:
configured to measure the position of the predetermined portion of the traveling vehicle based on a signal sent out by the vehicle position detection device,
Furthermore,
an axis position acquisition means for acquiring the position of the axis, which is the center of rotation of the second rotating part, based on the measured position of the predetermined part of the traveling vehicle;
Rotational position measuring means for measuring the position of the second rotational part based on the signal sent out by the rotational position detection device;
Equipped with
The second rotation degree obtaining means includes:
A position determining device configured to obtain a degree of rotation of the second rotation part based on the obtained position of the axis and the measured position of the second rotation part.
請求項1に記載の位置決定装置において、
前記作業機は、
前記第2回転部位の回転の中心となる前記軸の位置に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記軸の位置を検出し、前記軸の位置に対応する信号を送出する軸位置検出装置と、
前記第2回転部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記第2回転部位の位置を検出し、前記第2回転部位の位置に対応する信号を送出する回転位置検出装置と、
を備え、
更に、
前記軸位置検出装置により送出された信号と、前記回転位置検出装置により送出された信号と、に基づいて、前記軸の位置に対する前記第2回転部位の相対位置を取得する相対位置取得手段
を備え、
前記第2回転度取得手段は、
前記取得された前記軸の位置に対する前記第2回転部位の相対位置に基づいて、前記第2回転部位の回転度合いを取得するように構成された
位置決定装置。
The position determining device according to claim 1,
The work machine is
It is provided at the position of the axis that is the center of rotation of the second rotating part, detects the position of the axis based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite, and outputs a signal corresponding to the position of the axis. A shaft position detection device for sending out,
a rotational position provided in the second rotational part that detects the position of the second rotational part based on reception of a positioning signal from a global positioning satellite and sends a signal corresponding to the position of the second rotational part; a detection device;
Equipped with
Furthermore,
Relative position acquisition means for acquiring the relative position of the second rotating portion with respect to the position of the shaft based on the signal sent out by the shaft position detection device and the signal sent out by the rotational position detection device. ,
The second rotation degree obtaining means includes:
A position determining device configured to obtain a rotation degree of the second rotation part based on a relative position of the second rotation part with respect to the obtained position of the axis.
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