JPWO2019012650A1

JPWO2019012650A1 - 測定冶具および油圧ショベルの較正方法

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Publication number: JPWO2019012650A1
Application number: JP2017560626A
Authority: JP
Inventors: 良輔奥井; 健夫山田; 剛介中島
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2037-07-13
Also published as: KR20190021185A; WO2019012650A1; US10597853B2; JP6845810B2; DE112017000124B4; US20190024344A1; CN109496264A; DE112017000124T5; CN109496264B

Abstract

測定冶具（１５０）は、旋回体（３）のアンテナ支持部材（２２ａ）に取り付けられ、外部計測装置（６２）とともに旋回体（３）の旋回位置の計測に用いられる。測定冶具（１５０）は、プリズムミラー（１０１）と、取付部材（１０３）とを備えている。プリズムミラー（１０１）は、外部計測装置（６２）からの投射光を反射する。取付部材（１０３）は、プリズムミラー（１０１）をアンテナ支持部材（２２ａ）に取り付けられる。取付部材（１０３）は、被取付部を挟み込むことによってアンテナ支持部材（２２ａ）に取り付けられるように構成されている。

Description

本発明は、測定冶具および油圧ショベルの較正方法に関するものである。

近年、作業機械を用いた土木作業などへの情報化施工の導入が進んでいる。情報化施工とは、土木工事などの施工作業を油圧ショベルなどの作業機械を用いて行う際に、情報化通信技術（ＩＣＴ：Information and Communication Technology）およびＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems）を駆使した施工である。具体的には情報化施工とは、作業機械における作業機の作業点の位置検出を行い、検出された作業点に基づいて作業機を自動制御することにより、当該施工作業を高効率に行い、高精度な施工結果を取得しようとするものである。

作業機械がたとえば油圧ショベルの場合、情報化施工における作業機の作業点はバケットの刃先の位置である。この刃先の位置は、ＧＮＳＳアンテナとブームフートピンとの位置関係、ブーム、アーム、バケットのそれぞれの長さ、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダのそれぞれのストローク長さなどのパラメータに基づき、設計上の位置座標として演算される。

上記演算に用いられるブーム、アーム、バケット、および各シリンダの長さとして、設計値の寸法が用いられる。しかし、それらの実際の寸法は、設計値に対して、製造上および組立上の寸法公差による誤差を含む。このため、設計値から演算された刃先の位置座標と実際の刃先の位置座標とは必ずしも一致せず、刃先の位置検出の精度低下をもたらす。刃先の位置検出の精度を向上させるためには、実際の位置計測で得られる位置座標に基づき、演算に用いられる設計値におけるパラメータを較正しなければならず、位置計測といった較正作業を行う必要がある。

たとえば国際公開第２０１５／０４０７２６号（特許文献１）には、トータルステーションからの投射光を反射するプリズムミラーをバケットの刃先に取り付けて、プリズムミラーからの反射光を計測することにより刃先の位置計測を行うことが記載されている。

国際公開第２０１５／０４０７２６号

ところで上記較正作業において旋回体の旋回位置を計測する場合がある。この場合、旋回体のたとえばカウンターウェイトの下面に磁石でプリズムミラーを取り付けることが考えられる。

しかしながら作業機械が小型の場合には、旋回角度によってはトータルステーションからプリズムミラーを観測できない場合がある。この場合、トータルステーションから投射光をプリズムミラーに投射することができない。このため較正の精度が著しく低下するか、もしくは較正作業における旋回位置の計測自体ができないという問題がある。

本開示の目的は、小型の作業機械においても、旋回角度位置によらずにプリズムミラーを観測できる測定冶具および油圧ショベルの較正方法を提供することである。

本開示における測定冶具は、旋回体の被取付部に取り付けられ、外部計測装置とともに旋回体の旋回位置の計測に用いられる測定冶具である。当該測定冶具は、プリズムミラーと、取付部材とを備えている。プリズムミラーは、外部計測装置からの投射光を反射する。取付部材は、プリズムミラーを被取付部に取り付けられる。取付部材は、被取付部を挟み込むことによって被取付部に取り付けられるように構成されている。

本開示における油圧ショベルの較正方法は、アンテナおよびそのアンテナを支持する支持部を有する旋回体と、その旋回体に取り付けられたブームとブームの先端に取り付けられたアームとアームの先端に取り付けられた作業具とを有する作業機と、旋回体の旋回位置を含む複数のパラメータに基づいて作業具に含まれる作業点の現在位置を演算するためのコントローラと、を備えた油圧ショベルにおいてパラメータを較正する方法である。上記油圧ショベルの較正方法は、以下の工程を備える。

まずプリズムミラーと、そのプリズムミラーに固定された取付部材とを有する測定冶具が、支持部に取り付けられる。支持部に取り付けられた取付部材のプリズムミラーに外部計測装置から投射光が投射され、プリズムミラーから反射した反射光が計測されることにより旋回体の旋回位置が測定される。測定された旋回位置に基づいてパラメータが較正される。

本開示によれば、小型の作業機械においても、旋回角度位置によらずにプリズムミラーを観測できる測定冶具および油圧ショベルの較正方法を実現することが可能となる。

本開示の一実施形態に係る油圧ショベルの構成を示す斜視図である。本開示の一実施形態に係る測定冶具の構成を示す正面図である。図２の測定冶具を油圧ショベルに取り付ける様子を示す斜視図である。油圧ショベルの構成を模式的に示す側面図（Ａ）、背面図（Ｂ）、平面図（Ｃ）である。油圧ショベルが備える制御系の構成を示すブロック図である。設計地形の構成の一例を示す図である。本開示の一実施形態に係る油圧ショベルの案内画面の一例を示す図である。パラメータのリストを示す図である。ブームの側面図である。アームの側面図である。バケットおよびアームの側面図である。バケットの側面図である。シリンダの長さを示すパラメータの演算方法を示す図である。オペレータが較正時に行う作業手順を示すフローチャートである。外部計測装置の設置位置を示す図である。作業機の５つの姿勢での刃先の位置を示す側面図である。第１〜第５位置の各位置におけるシリンダのストローク長さを示す表である。旋回角の異なる３つの刃先の位置を示す平面図である。較正装置の較正に係わる処理機能を示す機能ブロック図である。座標変換情報の演算方法を示す図である。座標変換情報の演算方法を示す図である。

以下、図面を参照して、本開示の一実施形態に係る油圧ショベルの構成および較正方法について説明する。

（油圧ショベルの構成）
まず本実施形態に係る油圧ショベルの構成について図１、図４および図５を用いて説明する。

図１は、較正装置による較正が実施される油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車体（車両本体）１と、作業機２とを有する。車体１は、旋回体３と、運転室４と、走行体５とを有する。旋回体３は、走行体５に旋回可能に取り付けられている。旋回体３は、油圧ポンプ３７（図５参照）、図示しないエンジンなどの装置を収容している。運転室４は旋回体３の前部に載置されている。運転室４内には、後述する表示入力装置３８および操作装置２５が配置される（図５参照）。走行体５は履帯５ａ、５ｂを有しており、履帯５ａ、５ｂが回転することにより油圧ショベル１００が走行する。

作業機２は、車体１の前部に取り付けられている。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有する。

ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車体１の前部に揺動可能に取り付けられている。ブームピン１３は、ブーム６の旋回体３に対する揺動中心に相当する。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられている。アームピン１４は、アーム７のブーム６に対する揺動中心に相当する。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が揺動可能に取り付けられている。バケットピン１５は、バケット８のアーム７に対する揺動中心に相当する。

ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２の各々は、油圧によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０の基端部は、ブームシリンダフートピン１０ａを介して旋回体３に揺動可能に取り付けられている。ブームシリンダ１０の先端部は、ブームシリンダトップピン１０ｂを介してブーム６に揺動可能に取り付けられている。ブームシリンダ１０は、油圧によって伸縮することによって、ブーム６を駆動する。

アームシリンダ１１の基端部は、アームシリンダフートピン１１ａを介してブーム６に揺動可能に取り付けられている。アームシリンダ１１の先端部は、アームシリンダトップピン１１ｂを介してアーム７に揺動可能に取り付けられている。アームシリンダ１１は、油圧によって伸縮することによって、アーム７を駆動する。

バケットシリンダ１２の基端部は、バケットシリンダフートピン１２ａを介してアーム７に揺動可能に取り付けられている。バケットシリンダ１２の先端部は、バケットシリンダトップピン１２ｂを介して第１リンク部材４７の一端および第２リンク部材４８の一端に揺動可能に取り付けられている。

第１リンク部材４７の他端は、第１リンクピン４７ａを介してアーム７の先端部に揺動可能に取り付けられている。第２リンク部材４８の他端は、第２リンクピン４８ａを介してバケット８に揺動可能に取り付けられている。バケットシリンダ１２は、油圧によって伸縮することによって、バケット８を駆動する。

車体１には、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ用の２つのアンテナ２１、２２が取り付けられている。アンテナ２１はたとえば運転室４に取り付けられている。アンテナ２２は、アンテナ支持部材２２ａを介在して旋回体３に取り付けられている。

アンテナ支持部材２２ａは、棒状に延びる棒状部分２２ａａと、その棒状部分２２ａａから外周側に張り出した台座部分２２ａｂとを有している。アンテナ支持部材２２ａは旋回体３の上面から上方に延びており、アンテナ支持部材２２ａの上端にアンテナ２２が取り付けられている。

アンテナ２１、２２は、車幅方向に沿って一定距離だけ互いに離間して配置されている。アンテナ２１（以下、「基準アンテナ２１」と呼ぶ）は、車体１の現在位置を検出するためのアンテナである。アンテナ２２（以下、「方向アンテナ２２」と呼ぶ）は、車体１（具体的には旋回体３）の向きを検出するためのアンテナである。なお、アンテナ２１、２２は、ＧＰＳ用のアンテナであってもよい。

旋回体３は、外装パネルとして、土砂カバー３ａ（カバー）と、板金パネル３ｂと、エンジンフード３ｃとを有している。土砂カバー３ａおよびエンジンフード３ｃの各々は、たとえば樹脂よりなっており、開閉可能に設けられている。板金パネル３ｂは、たとえば金属よりなっており、旋回体３に対して移動不能に固定されている。アンテナ支持部材２２ａは、たとえば土砂カバー３ａおよびエンジンフード３ｃを避けて、板金パネル３ｂの部分に支持されている。

図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のそれぞれは、油圧ショベル１００の構成を模式的に示す側面図、背面図、平面図である。図４（Ａ）に示されるように、ブーム６の長さ（ブームピン１３とアームピン１４との間の長さ）はＬ１である。アーム７の長さ（アームピン１４とバケットピン１５との間の長さ）はＬ２である。バケット８の長さ（バケットピン１５とバケット８の刃先Ｐとの間の長さ）はＬ３である。バケット８の刃先Ｐとは、バケット８の刃先の幅方向における中点Ｐを意味する。

次に、本実施形態の測定冶具の構成について図２および図３を用いて説明する。
図２は本開示の一実施形態に係る測定冶具の構成を示す正面図であり、図３は図２の測定冶具を油圧ショベルに取り付ける様子を示す斜視図である。図２および図３に示されるように、本実施形態の測定冶具１５０は、プリズムミラー１０１と、磁石部材１０２と、取付部材１０３とを主に有している。

プリズムミラー１０１は、外部計測装置６２（たとえばトータルステーション：図５）からの投射光を外部計測装置６２へ向けて反射するためのものである。プリズムミラー１０１は、プリズム本体１０１ａと、外装部材１０１ｂとを有している。プリズム本体１０１ａは、三角錐状に３つのプリズムを組み合わせることにより反射面を構成している。外装部材１０１ｂは、プリズム本体１０１ａを覆っている。

プリズム本体１０１ａの三角錐状の頂点は、外部計測装置６２を通して観測されるミラー中心になっている。外装部材１０１ｂの円形の正面は、透明なガラス面１０１ｂａとされている。外部計測装置６２から投射された投射光は、ガラス面１０１ｂａを通過して内部のプリズム本体１０１ａに入射し、プリズム本体１０１ａの反射面で反射した後、反射光としてガラス面１０１ｂａを通して外部計測装置６２へ出射する。

取付部材１０３は、プリズムミラー１０１を図１に示す油圧ショベル１００の被取付部（たとえばアンテナ支持部材２２ａ）に取り付けるための部材である。取付部材１０３は、磁石部材１０２を介在してプリズムミラー１０１に固定されている。

プリズムミラー１０１は、第１回動部１０６と、第２回動部１０５と、固定部１０４とを介在して磁石部材１０２に取り付けられている。固定部１０４は、磁石部材１０２に固定されている。第２回動部１０５は、上下方向に延びる回転軸１１１を中心に回動可能に固定部１０４に支持されている。第１回動部１０６は、左右方向に延びる回転軸１１２を中心に回動可能に第２回動部１０５に支持されている。プリズムミラー１０１は、第１回動部１０６に固定されている。回転軸１１１が延びる方向と回転軸１１２が延びる方向とは互いに直交していてもよい。

取付部材１０３は、第１部材１０３ａと、第２部材１０３ｂとを有している。第１部材１０３ａは、磁石部材１０２を介在してプリズムミラー１０１に固定されている。第１部材１０３ａは、固定部１０７を介在して磁石部材１０２に固定されている。第２部材１０３ｂは、第１部材１０３ａと別体で構成されている。第２部材１０３ｂは、第１部材１０３ａとの間で被取付部を挟み込んだ状態で第１部材１０３ａに固定可能に構成されている。

第１部材１０３ａおよび第２部材１０３ｂの各々は、たとえば半円筒形状を有している。このため第１部材１０３ａおよび第２部材１０３ｂを互いに固定することにより円筒形状の空間を構成することができる。この円筒形状の空間に油圧ショベル１００の被取付部を配置することにより、油圧ショベル１００の被取付部を第１部材１０３ａと第２部材１０３ｂとの間で挟み込むことが可能となる。

なお第１部材１０３ａおよび第２部材１０３ｂの各々は半円筒形状でなくても、油圧ショベル１００の被取付部を第１部材１０３ａと第２部材１０３ｂとの間で挟み込める形状であればよい。

第１部材１０３ａと第２部材１０３ｂとは、たとえば締結部材１０３ｃ、１０３ｄにより互いに固定可能である。締結部材１０３ｃ、１０３ｄは、ボルト１０３ｃと、ナット１０３ｄとにより構成されていてもよい。ボルト１０３ｃは、第１部材１０３ａの貫通孔１０３ａａと第２部材１０３ｂの貫通孔１０３ｂａとの双方を貫通して、ナット１０３ｄにねじ込まれる。これにより第１部材１０３ａと第２部材１０３ｂとは、ボルト１０３ｃおよびナット１０３ｄにより互いに固定可能である。

取付部材１０３は、たとえば図３に示される油圧ショベル１００のアンテナ支持部材２２ａに取り付けられている。この状態においては、取付部材１０３の第１部材１０３ａと第２部材１０３ｂとはアンテナ支持部材２２ａを挟み込んでいる。

取付部材１０３がアンテナ支持部材２２ａ（被取付部）に取り付けられた状態で、取付部材１０３は、アンテナ支持部材２２ａと当接する部分に弾性部材１０３ｅａ、１０３ｅｂ、１０３ｆａ、１０３ｆｂを有している。弾性部材１０３ｅａ、１０３ｅｂ、１０３ｆａ、１０３ｆｂは、たとえばゴムよりなっている。

取付部材１０３が半円筒形状の第１部材１０３ａと第２部材１０３ｂとを有する場合、半円筒形状の第１部材１０３ａの円筒内周面に弾性部材１０３ｅａが設けられており、半円筒形状の第２部材１０３ｂの円筒内周面に弾性部材１０３ｅｂが設けられている。取付部材１０３が油圧ショベル１００のアンテナ支持部材２２ａに取り付けられた状態で、弾性部材１０３ｅａ、１０３ｅｂの各々は、アンテナ支持部材２２ａの棒状部分２２ａａの外周面に当接している。

また第１部材１０３ａの下端には半円環形状のフランジ部１０３ａｂが設けられており、第２部材１０３ｂの下端には半円環形状のフランジ部１０３ｂｂが設けられている。フランジ部１０３ａｂの下面には弾性部材１０３ｆａが設けられており、フランジ部１０３ｂｂの下面には弾性部材１０３ｆｂが設けられている。取付部材１０３が油圧ショベル１００のアンテナ支持部材２２ａに取り付けられた状態で、弾性部材１０３ｆａ、１０３ｆｂの各々は、アンテナ支持部材２２ａの台座部分２２ａｂの上面に当接している。

磁石部材１０２は、プリズムミラー１０１に固定されている。磁石部材１０２は、プリズムミラー１０１と取付部材１０３との間に配置されている。磁石部材１０２には、取付部材１０３の第１部材１０３ａが固定されている。

（油圧ショベルの制御系）
次に、本実施形態に係る油圧ショベルの制御系について図４〜図６を用いて説明する。

図５は、油圧ショベル１００が備える制御系の構成を示すブロック図である。図５に示されるように、油圧ショベル１００は、ブーム角度検出部１６と、アーム角度検出部１７と、バケット角度検出部１８とを有している。ブーム角度検出部１６、アーム角度検出部１７およびバケット角度検出部１８は、それぞれ図４（Ａ）に示されるブーム６、アーム７、バケット８に設けられている。角度検出部１６〜１８の各々は、たとえばポテンショメータであってもよく、またストロークセンサであってもよい。

図４（Ａ）に示されるように、ブーム角度検出部１６は、車体１に対するブーム６の揺動角αを間接的に検出する。アーム角度検出部１７は、ブーム６に対するアーム７の揺動角βを間接的に検出する。バケット角度検出部１８は、アーム７に対するバケット８の揺動角γを間接的に検出する。揺動角α、β、γの演算方法については後に詳細に説明する。

図４（Ａ）に示されるように、車体１は、位置検出部１９を有している。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の車体１の現在位置を検出する。位置検出部１９は、２つのアンテナ２１、２２と、３次元位置センサ２３とを有する。

アンテナ２１、２２の各々で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、アンテナ２１、２２のグローバル座標系における現在位置を検出する。

なお、グローバル座標系は、ＧＮＳＳによって計測される座標系であり、地球に固定された原点を基準とした座標系である。これに対して、後述する車体座標系は、車体１（具体的には旋回体３）に固定された原点を基準とする座標系である。

位置検出部１９は、基準アンテナ２１と方向アンテナ２２との位置によって、後述する車体座標系のｘ軸のグローバル座標系での方向角を検出する。

図５に示されるように、車体１は、ロール角センサ２４と、ピッチ角センサ２９とを有する。ロール角センサ２４は、図４（Ｂ）に示されるように、重力方向（鉛直線）に対する車体１の幅方向の傾斜角θ１（以下、「ロール角θ１」と呼ぶ）を検出する。ピッチ角センサ２９は、図４（Ａ）に示されるように、重力方向に対する車体１の前後方向の傾斜角θ２（以下、「ピッチ角θ２」と呼ぶ）を検出する。

なお、本実施形態において、幅方向とは、バケット８の幅方向を意味しており、車幅方向と一致している。ただし、作業機２が後述するチルトバケットを備える場合には、バケット８の幅方向と車幅方向とが一致しないことがあり得る。

図５に示されるように、油圧ショベル１００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、作業機制御装置２７と、油圧ポンプ３７とを有する。操作装置２５は、作業機操作部材３１と、作業機操作検出部３２と、走行操作部材３３と、走行操作検出部３４と、旋回操作部材５１と、旋回操作検出部５２とを有する。

作業機操作部材３１は、オペレータが作業機２を操作するための部材であり、たとえば操作レバーである。作業機操作検出部３２は、作業機操作部材３１の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。

走行操作部材３３は、オペレータが油圧ショベル１００の走行を操作するための部材であり、たとえば操作レバーである。走行操作検出部３４は、走行操作部材３３の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。

旋回操作部材５１は、オペレータが旋回体３の旋回を操作するための部材であり、たとえば操作レバーである。旋回操作検出部５２は、旋回操作部材５１の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。

作業機コントローラ２６は、記憶部３５と、演算部３６とを有している。記憶部３５は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などを有している。演算部３６はＣＰＵ（Central Processing Unit）などを有している。作業機コントローラ２６は、主として作業機２の動作および旋回体３の旋回の制御を行う。作業機コントローラ２６は、作業機操作部材３１の操作に応じて作業機２を動作させるための制御信号を生成して、作業機制御装置２７に出力する。

作業機制御装置２７は、比例制御弁などの油圧制御機器を有している。作業機制御装置２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて、油圧ポンプ３７から油圧シリンダ１０〜１２に供給される作動油の流量を制御する。油圧シリンダ１０〜１２は、作業機制御装置２７から供給された作動油に応じて駆動される。これにより、作業機２が動作する。

作業機コントローラ２６は、旋回操作部材５１の操作に応じて旋回体３を旋回させるための制御信号を生成して、旋回モータ４９に出力する。これにより、旋回モータ４９が駆動され、旋回体３が旋回する。

油圧ショベル１００は、表示システム２８を有する。表示システム２８は、作業エリア内の地面を掘削して後述する設計面のような形状に形成するための情報をオペレータに提供するためのシステムである。表示システム２８は、表示入力装置３８と、表示コントローラ３９とを有する。

表示入力装置３８は、タッチパネル式の入力部４１と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示部４２とを有する。表示入力装置３８は、掘削を行うための情報を提供するための案内画面を表示する。また、案内画面には、各種のキーが表示される。オペレータは、案内画面上の各種のキーに触れることにより、表示システム２８の各種の機能を実行させることができる。案内画面については後に詳細に説明する。

表示コントローラ３９は、表示システム２８の各種の機能を実行する。表示コントローラ３９と作業機コントローラ２６とは、無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能となっている。表示コントローラ３９は、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶部４３と、ＣＰＵなどの演算部４４とを有している。演算部４４は、記憶部４３に記憶されている各種のデータと、位置検出部１９の検出結果とに基づいて、案内画面を表示するための各種の演算を実行する。

表示コントローラ３９の記憶部４３には、設計地形データが予め作成されて記憶されている。設計地形データは、３次元の設計地形の形状および位置に関する情報である。設計地形は、作業対象となる地面の目標形状を示す。表示コントローラ３９は、設計地形データや上述した各種のセンサからの検出結果などのデータに基づいて、案内画面を表示入力装置３８に表示させる。具体的には、図６に示されるように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。なお、図６では複数の設計面のうちの一部のみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。オペレータは、これらの設計面４５のうちの１つ、または、複数の設計面４５を目標面７０として選択する。表示コントローラ３９は、目標面７０の位置をオペレータに知らせるための案内画面を表示入力装置３８に表示させる。

表示コントローラ３９の演算部４４は、位置検出部１９の検出結果と、記憶部４３に記憶されている複数のパラメータとに基づいて、バケット８の刃先Ｐの現在位置を演算する。この演算部４４は、第１現在位置演算部４４ａと、第２現在位置演算部４４ｂとを有する。第１現在位置演算部４４ａは、後述する作業機パラメータに基づいて、バケット８の刃先Ｐの車体座標系における現在位置を演算する。第２現在位置演算部４４ｂは、後述するアンテナパラメータと、位置検出部１９が検出したアンテナ２１、２２のグローバル座標系における現在位置と、第１現在位置演算部４４ａが演算したバケット８の刃先Ｐの車体座標系における現在位置とから、バケット８の刃先Ｐのグローバル座標系における現在位置を演算する。

較正装置６０は、上述した揺動角α、β、γの演算と、バケット８の刃先Ｐ位置の演算とをするために必要なパラメータを較正する装置である。較正装置６０は、油圧ショベル１００および外部計測装置６２と共に、上述したパラメータを較正するための較正システムを構成する。

外部計測装置６２は、バケット８の刃先Ｐの位置を計測する装置であり、たとえば、トータルステーションである。較正装置６０は、有線または無線によって外部計測装置６２とデータ通信を行うことができる。また、較正装置６０は、有線または無線によって表示コントローラ３９とデータ通信を行うことができる。較正装置６０は、外部計測装置６２によって計測された情報に基づいて図８に示されるパラメータの較正を行う。パラメータの較正は、たとえば、油圧ショベル１００の出荷時やメンテナンス後の初期設定において実行される。

較正装置６０は、入力部６３と、表示部６４と、演算部６５（コントローラ）とを有する。入力部６３は、後述する第１作業点位置情報、第２作業点位置情報、アンテナ位置情報、バケット情報が入力される部分である。入力部６３は、オペレータがそれらの情報を手入力するための構成を備えており、たとえば複数のキーを有する。入力部６３は、数値の入力が可能であればタッチパネル式のものであってもよい。表示部６４は、たとえばＬＣＤであり、較正を行うための操作画面が表示される部分である。演算部６５は、入力部６３を介して入力された情報に基づいて、パラメータを較正する処理を実行する。

（油圧ショベルにおける案内画面）
次に、本実施形態に係る油圧ショベルの案内画面について図７を用いて説明する。

図７は、本開示の一実施形態に係る油圧ショベルの案内画面を示す図である。図７に示されるように、案内画面５３は、目標面７０とバケット８の刃先Ｐとの位置関係を示す。案内画面５３は、作業対象である地面が目標面７０と同じ形状になるように油圧ショベル１００の作業機２を誘導するための画面である。

案内画面５３は、平面図７３ａと、側面図７３ｂとを含む。平面図７３ａは、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す。側面図７３ｂは、目標面７０と油圧ショベル１００との位置関係を示す。

案内画面５３の平面図７３ａは、複数の三角形ポリゴンによって平面視による設計地形を表現している。より具体的には、平面図７３ａは、油圧ショベル１００の旋回平面を投影面として設計地形を表現している。したがって、平面図７３ａは、油圧ショベル１００の真上から見た図であり、油圧ショベル１００が傾いたときには設計面４５が傾くことになる。また、複数の設計面４５から選択された目標面７０は、他の設計面４５と異なる色で表示される。なお、図７では、油圧ショベル１００の現在位置が平面視による油圧ショベルのアイコン６１で示されているが、他のシンボルによって示されてもよい。

また平面図７３ａは、油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報を含んでいる。油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報は、正対コンパス７３として表示される。正対コンパス７３は、目標面７０に対する正対方向と油圧ショベル１００を旋回させるべき方向とを示すアイコンである。オペレータは、正対コンパス７３により、目標面７０への正対度を確認することができる。

案内画面５３の側面図７３ｂは、目標面７０とバケット８の刃先Ｐとの位置関係を示す画像と、目標面７０とバケット８の刃先Ｐとの間の距離を示す距離情報８８とを含む。具体的には、側面図７３ｂは、設計面線８１と、目標面線８２と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５とを含む。設計面線８１は、目標面７０以外の設計面４５の断面を示す。目標面線８２は目標面７０の断面を示す。設計面線８１と目標面線８２とは、図６に示されるように、バケット８の刃先Ｐの幅方向における中点Ｐ（以下、単に「バケット８の刃先Ｐ」と呼ぶ）の現在位置を通る平面７７と設計面４５との交線８０を演算することにより求められる。バケット８の刃先Ｐの現在位置を演算する方法については後に詳細に説明する。

以上のように、案内画面５３では、設計面線８１と、目標面線８２と、バケット８を含む油圧ショベル１００との相対位置関係が画像によって表示される。オペレータは、目標面線８２に沿ってバケット８の刃先Ｐを移動させることによって、現在の地形が設計地形になるように、容易に掘削することができる。

（刃先Ｐの現在位置の演算方法）
次に、上述したバケット８の刃先Ｐの現在位置の演算方法について図４、図５および図８を用いて説明する。

図８は、記憶部４３に記憶されているパラメータのリストを示す。図８に示されるように、パラメータは、作業機パラメータと、アンテナパラメータとを含む。作業機パラメータは、ブーム６、アーム７およびバケット８の各々の寸法と、揺動角とを示す複数のパラメータを含む。アンテナパラメータは、アンテナ２１、２２の各々とブーム６との位置関係を示す複数のパラメータを含む。

バケット８の刃先Ｐの現在位置の演算において、まず図４に示されるように、ブームピン１３の軸と後述する作業機２の動作平面との交点を原点とする車体座標系ｘ−ｙ−ｚを設定する。なお、以下の説明においてブームピン１３の位置は、ブームピン１３の車幅方向における中点の位置を意味するものとする。また角度検出部１６〜１８（図５）の検出結果から、上述したブーム６、アーム７、バケット８の現在の揺動角α、β、γ（図４（Ａ））が演算される。揺動角α、β、γの演算方法については後述する。車体座標系でのバケット８の刃先Ｐの座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、ブーム６、アーム７、バケット８の揺動角α、β、γと、ブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３とを用いて、以下の数１式により演算される。

また、数１式から求められた車体座標系でのバケット８の刃先Ｐの座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、以下の数２式により、グローバル座標系での座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換される。

ただし、ω、φ、κは以下の数３式のように表される。

ここで、上述したとおり、θ１はロール角である。θ２はピッチ角である。また、θ３は、Ｙａｗ角であり、上述した車体座標系のｘ軸のグローバル座標系での方向角である。したがって、Ｙａｗ角θ３は、位置検出部１９によって検出された基準アンテナ２１と方向アンテナ２２との位置に基づいて演算される。（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、車体座標系における原点のグローバル座標系での座標である。

上述したアンテナパラメータは、アンテナ２１、２２と車体座標系における原点との位置関係（アンテナ２１、２２とブームピン１３の車幅方向における中点との位置関係）を示す。具体的には、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示されるように、アンテナパラメータは、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｘ軸方向の距離Lbbxと、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｙ軸方向の距離Lbbyと、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｚ軸方向の距離Lbbzとを含む。

またアンテナパラメータは、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｘ軸方向の距離Lbdxと、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｙ軸方向の距離Lbdyと、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｚ軸方向の距離Lbdzとを含む。

（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、アンテナ２１、２２が検出したグローバル座標系におけるアンテナ２１、２２の座標と、アンテナパラメータとに基づいて演算される。

以上のようにしてバケット８の刃先Ｐのグローバル座標系における現在位置（座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ））が演算により求められる。

図６に示されるように、表示コントローラ３９は、上記のように演算したバケット８の刃先Ｐの現在位置と、記憶部４３に記憶された設計地形データとに基づいて、３次元設計地形とバケット８の刃先Ｐを通る平面７７との交線８０を演算する。そして、表示コントローラ３９は、この交線８０のうち目標面７０を通る部分を上述した目標面線８２（図７）として演算する。また表示コントローラ３９は、この交線８０のうち目標面線８２以外の部分を設計面線８１（図７）として演算する。

（揺動角α、β、γの演算方法）
次に、角度検出部１６〜１８の各々の検出結果から、ブーム６、アーム７、バケット８の現在の揺動角α、β、γを演算する方法について図９〜図１３を用いて説明する。

図９は、ブーム６の側面図である。ブーム６の揺動角αは、図９に示されている作業機パラメータを用いて、以下の数４式によって表される。

図９に示されるように、Lboom2_xは、ブームシリンダフートピン１０ａとブームピン１３との間の車体１の水平方向（車体座標系のｘ軸方向に相当する）の距離である。Lboom2_zは、ブームシリンダフートピン１０ａとブームピン１３との間の車体１の鉛直方向（車体座標系のｚ軸方向に相当する）の距離である。Lboom1は、ブームシリンダトップピン１０ｂとブームピン１３との間の距離である。Lboom2は、ブームシリンダフートピン１０ａとブームピン１３との間の距離である。boom_cylは、ブームシリンダフートピン１０ａとブームシリンダトップピン１０ｂとの間の距離である。

側面視においてブームピン１３とアームピン１４とを結ぶ方向をxboom軸とし、xboom軸に垂直な方向をzboom軸とする。Lboom1_xは、ブームシリンダトップピン１０ｂとブームピン１３との間のxboom軸方向の距離である。Lboom1_zは、ブームシリンダトップピン１０ｂとブームピン１３との間のzboom軸方向の距離である。

図１０は、アーム７の側面図である。アーム７の揺動角βは、図９および図１０に示されている作業機パラメータを用いて、以下の数５式によって表される。

図９に示されるように、Lboom3_xは、アームシリンダフートピン１１ａとアームピン１４との間のxboom軸方向の距離である。Lboom3_zは、アームシリンダフートピン１１ａとアームピン１４との間のzboom軸方向の距離である。Lboom3は、アームシリンダフートピン１１ａとアームピン１４との間の距離である。arm_cylは、アームシリンダフートピン１１ａとアームシリンダトップピン１１ｂとの間の距離である。

図１０に示されるように、側面視においてアームシリンダトップピン１１ｂとバケットピン１５とを結ぶ方向をxarm2軸とし、xarm2軸に垂直な方向をzarm2軸とする。また、側面視においてアームピン１４とバケットピン１５とを結ぶ方向をxarm1軸とする。

Larm2は、アームシリンダトップピン１１ｂとアームピン１４との間の距離である。Larm2_xは、アームシリンダトップピン１１ｂとアームピン１４との間のxarm2軸方向の距離である。Larm2_zは、アームシリンダトップピン１１ｂとアームピン１４との間のzarm2軸方向の距離である。

Larm1_xは、アームピン１４とバケットピン１５との間のxarm2軸方向の距離である。Larm1_zは、アームピン１４とバケットピン１５との間のzarm2軸方向の距離である。アーム７の揺動角βは、xboom軸とxarm1軸との間のなす角である。

図１１は、バケット８およびアーム７の側面図である。図１２は、バケット８の側面図である。バケット８の揺動角γは、図１０〜図１２に示されている作業機パラメータを用いて、以下の数６式によって表される。

図１０に示されるように、Larm3_z2は、第１リンクピン４７ａとバケットピン１５との間のzarm2軸方向の距離である。Larm3_x2は、第１リンクピン４７ａとバケットピン１５との間のxarm2軸方向の距離である。

図１１に示されるように、Ltmpは、バケットシリンダトップピン１２ｂとバケットピン１５との間の距離である。Larm4は、第１リンクピン４７ａとバケットピン１５との間の距離である。Lbucket1は、バケットシリンダトップピン１２ｂと第１リンクピン４７ａとの間の距離である。Lbucket2は、バケットシリンダトップピン１２ｂと第２リンクピン４８ａとの間の距離である。Lbucket3は、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間の距離である。バケット８の揺動角γは、xbucket軸とxarm1軸との間のなす角である。

図１２に示されるように、側面視においてバケットピン１５とバケット８の刃先Ｐとを結ぶ方向をxbucket軸とし、xbucket軸に垂直な方向をzbucket軸とする。Lbucket4_xは、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のxbucket軸方向の距離である。Lbucket4_zは、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のzbucket軸方向の距離である。

なお、上述したLtmpは以下の数７式によって表される。

図１０に示されるように、Larm3は、バケットシリンダフートピン１２ａと第１リンクピン４７ａとの間の距離である。Larm3_x1は、バケットシリンダフートピン１２ａとバケットピン１５との間のxarm2軸方向の距離である。Larm3_z1は、バケットシリンダフートピン１２ａとバケットピン１５との間のzarm2軸方向の距離である。

また、上述したboom_cylは、図１３に示されるように、ブーム角度検出部１６が検出したブームシリンダ１０のストローク長bssにブームシリンダオフセットboftを加えた値である。同様に、arm_cylは、アーム角度検出部１７が検出したアームシリンダ１１のストローク長assにアームシリンダオフセットaoftを加えた値である。同様に、bucket_cylは、バケット角度検出部１８が検出したバケットシリンダ１２のストローク長bkssにバケットシリンダ１２の最小距離を含んだバケットシリンダオフセットbkoftを加えた値である。

以上のようにして角度検出部１６〜１８の各々の検出結果から、ブーム６、アーム７、バケット８の現在の揺動角α、β、γが演算により求められる。

（オペレータによる較正作業）
次に、本実施形態に係る油圧ショベルにおけるオペレータによる較正作業について図２、図４、図１４〜図１８を用いて説明する。

図１４は、オペレータが較正時に行う作業手順を示すフローチャートである。図１４に示されるように、まずステップＳ１において、オペレータは、外部計測装置６２を設置する。このとき、オペレータは、図１５に示されるように、ブームピン１３の真後ろに所定の距離Ｄｘと真横に所定の距離Ｄｙとを隔てて外部計測装置６２を設置する。また、ステップＳ２において、オペレータは、外部計測装置６２を用いてブームピン１３の端面（側面）における中心位置を測定する。

ステップＳ３において、オペレータは、外部計測装置６２を用いて作業機２の５つの姿勢での刃先Ｐの位置を測定する。ここでは、オペレータは、作業機操作部材３１を操作して、図１６に示される第１位置Ｐ１から第５位置Ｐ５までの５つの位置にバケット８の刃先Ｐの位置を移動させる。

このとき、旋回体３は旋回させずに走行体５に対して固定された状態を維持する。そして、オペレータは、第１位置Ｐ１から第５位置Ｐ５の各位置での刃先Ｐの座標を、外部計測装置６２を用いて測定する。第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２は、地面上において車体前後方向に異なる位置である。第３位置Ｐ３および第４位置Ｐ４は、空中において車体前後方向に異なる位置である。第３位置Ｐ３および第４位置Ｐ４は、第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２に対して、上下方向に異なる位置である。第５位置Ｐ５は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２と第３位置Ｐ３と第４位置Ｐ４との間の位置である。

図１７は、第１位置Ｐ１〜第５位置Ｐ５の各位置における各シリンダ１０〜１２のストローク長さを、最大を１００％、最小を０％として示している。図１７に示されるように、第１位置Ｐ１では、アームシリンダ１１のストローク長さが最小となっている。すなわち、第１位置Ｐ１は、アーム７の揺動角が最小となる作業機の姿勢での刃先Ｐの位置である。

第２位置Ｐ２では、アームシリンダ１１のストローク長さが最大となっている。すなわち、第２位置Ｐ２は、アーム７の揺動角が最大となる作業機の姿勢での刃先Ｐの位置である。

第３位置Ｐ３では、アームシリンダ１１のストローク長が最小であり、バケットシリンダ１２のストローク長が最大となっている。すなわち、第３位置Ｐ３は、アーム７の揺動角が最小となりかつバケット８の揺動角が最大となる作業機２の姿勢での刃先Ｐの位置である。

第４位置Ｐ４では、ブームシリンダ１０のストローク長が最大となっている。すなわち、第４位置Ｐ４は、ブーム６の揺動角が最大となる作業機２の姿勢での刃先Ｐの位置である。

第５位置Ｐ５では、アームシリンダ１１、ブームシリンダ１０、バケットシリンダ１２のいずれのシリンダ長も、最小ではなく、また最大でもない、中間的な値になっている。すなわち、第５位置Ｐ５は、アーム７の揺動角、ブーム６の揺動角、バケット８の揺動角のいずれも最大ではなく、また最小でもない中間的な値になっている。

ステップＳ４において、オペレータは、第１作業点位置情報を較正装置６０の入力部６３に入力する。第１作業点位置情報は、外部計測装置６２で計測されたバケット８の刃先Ｐの第１位置Ｐ１〜第５位置Ｐ５での座標を示す。したがって、オペレータは、ステップＳ４において外部計測装置６２を用いて計測したバケット８の刃先Ｐの第１位置Ｐ１〜第５位置Ｐ５での座標を、較正装置６０の入力部６３に入力する。

ステップＳ５において、オペレータは、外部計測装置６２を用いてアンテナ２１、２２の位置を測定する。ここでは、図１５に示されるように、オペレータは、基準アンテナ２１上の第１計測点Ｐ１１と第２計測点Ｐ１２との位置を外部計測装置６２を用いて計測する。第１計測点Ｐ１１および第２計測点Ｐ１２は、基準アンテナ２１の上面の中心を基準にして対称に配置されている。基準アンテナ２１の上面の形状が長方形または正方形である場合には、第１計測点Ｐ１１および第２計測点Ｐ１２は、基準アンテナ２１の上面上の対角の２点である。

また、図１５に示されるように、オペレータは、方向アンテナ２２上の第３計測点Ｐ１３と第４計測点Ｐ１４との位置を外部計測装置６２を用いて計測する。第３計測点Ｐ１３および第４計測点Ｐ１４は、方向アンテナ２２の上面の中心を基準にして対称に配置されている。第１計測点Ｐ１１および第２計測点Ｐ１２と同様に、第３計測点Ｐ１３および第４計測点Ｐ１４は、方向アンテナ２２の上面上の対角の２点である。

なお、第１計測点Ｐ１１〜第４計測点Ｐ１４には計測を容易にするために目印が付されていることが好ましい。たとえば、アンテナ２１、２２の部品として含まれるボルトなどが目印として用いられてもよい。

ステップＳ６において、オペレータは、アンテナ位置情報を較正装置６０の入力部６３に入力する。アンテナ位置情報は、ステップＳ５において、オペレータが外部計測装置６２を用いて計測した第１計測点Ｐ１１〜第４計測点Ｐ１４の位置を示す座標を含む。

ステップＳ７において、オペレータは、旋回角の異なる３つの刃先Ｐの位置を測定する。ここでは図１８に示されるように、オペレータは、旋回操作部材５１を操作して、旋回体３を旋回させる。このとき、作業機２の姿勢は固定された状態に維持する。そして、オペレータは、外部計測装置６２を用いて、旋回角の異なる３つの刃先Ｐの位置（以下、「第１旋回位置Ｐ２１」、「第２旋回位置Ｐ２２」、「第３旋回位置Ｐ２３」と呼ぶ）を測定する。

この際、図３に示されるようにアンテナ支持部材２２ａに測定冶具１５０が取り付けられる。測定冶具１５０がアンテナ支持部材２２ａに取り付けられた状態で、刃先Ｐの位置が第１旋回位置Ｐ２１となるように旋回体３が旋回される。刃先Ｐの位置が第１旋回位置Ｐ２１となった状態で、外部計測装置６２から投射した投射光がプリズムミラー１０１によって反射されて外部計測装置６２に戻るように測定冶具１５０の各部の位置が調整される。具体的にはアンテナ支持部材２２ａに対する測定冶具１５０の回転角度位置、プリズムミラー１０１の位置などが調整される。この後、外部計測装置６２から投射光が測定冶具１５０のプリズムミラー１０１に投射され、プリズムミラー１０１からの反射光を計測することにより、第１旋回位置Ｐ２１における刃先Ｐの位置が測定される。

次に刃先Ｐの位置が第２旋回位置Ｐ２２となるように旋回体３が旋回される。刃先Ｐの位置が第２旋回位置Ｐ２２となった状態で、外部計測装置６２から投射した投射光がプリズムミラー１０１によって反射されて外部計測装置６２に戻るように、上記と同様に測定冶具１５０の各部の位置が調整される。この後、刃先Ｐの位置が第２旋回位置Ｐ２２となった状態で、外部計測装置６２から投射光が測定冶具１５０のプリズムミラー１０１に投射され、プリズムミラー１０１からの反射光を計測することにより、第２旋回位置Ｐ２２における刃先Ｐの位置が測定される。

さらに刃先Ｐの位置が第３旋回位置Ｐ２３となるように旋回体３が旋回される。刃先Ｐの位置が第３旋回位置Ｐ２３となった状態で、外部計測装置６２から投射した投射光がプリズムミラー１０１によって反射されて外部計測装置６２に戻るように、上記と同様に測定冶具１５０の各部の位置が調整される。この後、刃先Ｐの位置が第３旋回位置Ｐ２３となった状態で、外部計測装置６２から投射光が測定冶具１５０のプリズムミラー１０１に投射され、プリズムミラー１０１からの反射光を計測することにより、第３旋回位置Ｐ２３における刃先Ｐの位置が測定される。

ステップＳ８において、オペレータは、第２作業点位置情報を較正装置６０の入力部６３に入力する。第２作業点位置情報は、ステップＳ７において、オペレータが外部計測装置６２を用いて計測した第１旋回位置Ｐ２１と第２旋回位置Ｐ２２と第３旋回位置Ｐ２３とを示す座標を含む。

ステップＳ９において、オペレータは、バケット情報を較正装置６０の入力部６３に入力する。バケット情報は、バケット８の寸法に関する情報である。バケット情報は、上述したバケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のxbucket軸方向の距離（Lbucket4_x）と、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のzbucket軸方向の距離（Lbucket4_z）とを含む。オペレータは、設計値または外部計測装置６２などの計測手段によって計測した値を、バケット情報として入力する。

ステップＳ１０において、オペレータは、較正装置６０に較正の実行を指示する。
（較正装置６０で実行される較正方法）
次に、較正装置６０で実行される処理について図５、図８および図１９〜図２１を用いて説明する。

図１９は、演算部６５の較正に係わる処理機能を示す機能ブロック図である。図１９に示されるように、演算部６５は、車体座標系演算部６５ａと、座標変換部６５ｂと、第１較正演算部６５ｃと、第２較正演算部６５ｄとを有している。

車体座標系演算部６５ａは、入力部６３によって入力された第１作業点位置情報と第２作業点位置情報とに基づいて、座標変換情報を演算する。座標変換情報は、外部計測装置６２を基準とした座標系を車体座標系に変換するための情報である。上述した第１作業点位置情報とアンテナ位置情報は、外部計測装置６２によって計測されたものであるため、外部計測装置６２を基準とした座標系（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）によって表わされている。座標変換情報は、第１作業点位置情報とアンテナ位置情報とを、外部計測装置６２を基準とした座標系から車体座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に変換するための情報である。以下、座標変換情報の演算方法について説明する。

まず、図１９および図２０に示されるように、車体座標系演算部６５ａは、第１作業点位置情報に基づいて作業機２の動作平面Ａに垂直な第１単位法線ベクトルＡＨを演算する。車体座標系演算部６５ａは、第１作業点位置情報に含まれる５つの位置より最小二乗法を用いて作業機２の動作平面を算出し、それに基づいて第１単位法線ベクトルＡＨを演算する。なお、第１単位法線ベクトルＡＨは、第１作業点位置情報に含まれる５つの位置のうち他の２つの位置より外れていない３つの位置の座標から求められる２つのベクトルａ１、ａ２に基づいて演算されても良い。

次に、車体座標系演算部６５ａは、第２作業点位置情報に基づいて旋回体３の旋回平面ＢＡに垂直な第２単位法線ベクトルＢＨＡを演算する。具体的には、車体座標系演算部６５ａは、第２作業点位置情報に含まれる第１旋回位置Ｐ２１、第２旋回位置Ｐ２２、第３旋回位置Ｐ２３（図１８）の座標から求められる２つのベクトルｂ１、ｂ２に基づいて、旋回平面ＢＡに垂直な第２単位法線ベクトルＢＨＡを演算する。

次に、図２１に示されるように、車体座標系演算部６５ａは、上述した作業機２の動作平面Ａと、旋回平面ＢＡとの交線ベクトルＤＡＢを演算する。車体座標系演算部６５ａは、交線ベクトルＤＡＢを通り作業機２の動作平面Ａに垂直な平面Ｂの単位法線ベクトルを、補正された第２単位法線ベクトルＢＨとして演算する。そして、車体座標系演算部６５ａは、第１単位法線ベクトルＡＨと補正された第２単位法線ベクトルＢＨとに垂直な第３単位法線ベクトルＣＨを演算する。第３単位法線ベクトルＣＨは、動作平面Ａと平面Ｂとの双方に垂直な平面Ｃの法線ベクトルである。

座標変換部６５ｂは、外部計測装置６２で計測された第１作業点位置情報とアンテナ位置情報とを、座標変換情報を用いて、外部計測装置６２における座標系（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）から油圧ショベル１００における車体座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に変換する。座標変換情報は、上述した第１単位法線ベクトルＡＨと、補正された第２単位法線ベクトルＢＨと、第３単位法線ベクトルＣＨとを含む。具体的には以下の数８式に示されるように、ベクトルｐで示されている外部計測装置６２の座標系での座標と、座標変換情報の各法線ベクトルＡＨ、ＢＨ、ＣＨとの内積により車体座標系での座標が演算される。

第１較正演算部６５ｃは、車体座標系に変換された第１作業点位置情報に基づいて、数値解析を用いることにより、パラメータの較正値を演算する。具体的には、以下の数９式に示されるように、最小二乗法によりパラメータの較正値を演算する。

上記のｋの値は、第１作業点位置情報の第１位置Ｐ１〜第５位置Ｐ５に相当する。したがって、ｎ＝５である。（ｘ１、ｚ１）は、車体座標系での第１位置Ｐ１の座標である。（ｘ２、ｚ２）は、車体座標系での第２位置Ｐ２の座標である。（ｘ３、ｚ３）は、車体座標系での第３位置Ｐ３の座標である。（ｘ４、ｚ４）は、車体座標系での第４位置Ｐ４の座標である。（ｘ５、ｚ５）は、車体座標系での第５位置Ｐ５の座標である。

この数９式の関数Ｊが最小になる点を探索していることにより、作業機パラメータの較正値が演算される。具体的には図８のリストにおいてＮｏ．１〜２９の作業機パラメータの較正値が演算される。

なお、図８のリストに含まれる作業機パラメータのうち、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のxbucket軸方向の距離Lbucket4_x、および、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のzbucket軸方向の距離Lbucket4_zは、バケット情報として入力された値が用いられる。

第２較正演算部６５ｄは、入力部６３に入力されたアンテナ位置情報に基づいてアンテナパラメータを較正する。具体的には、第２較正演算部６５ｄは、第１計測点Ｐ１１と第２計測点Ｐ１２との中点の座標を基準アンテナ２１の位置の座標として演算する。具体的には、基準アンテナ２１の位置の座標は上述したブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｘ軸方向の距離Lbbxと、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｙ軸方向の距離Lbbyと、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｚ軸方向の距離Lbbzとによって表される。

また、第２較正演算部６５ｄは、第３計測点Ｐ１３と第４計測点Ｐ１４との中点の座標を方向アンテナ２２の位置の座標として演算する。具体的には、方向アンテナ２２の位置の座標は、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｘ軸方向の距離Lbdxと、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｙ軸方向の距離Lbdyと、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｚ軸方向の距離Lbdzとによって表される。そして、第２較正演算部６５ｄは、これらのアンテナ２１、２２の位置の座標をアンテナパラメータLbbx、Lbby、Lbbz、Lbdx、Lbdy、Lbdzの較正値として出力する。

第１較正演算部６５ｃによって演算された作業機パラメータと、第２較正演算部６５ｄによって演算されたアンテナパラメータと、バケット情報とは、表示コントローラ３９の記憶部４３に保存され、上述した刃先Ｐ位置の演算に用いられる。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の測定冶具１５０およびそれを用いた較正方法においては、図２および図３に示されるように、取付部材１０３は、被取付部（たとえばアンテナ支持部材２２ａ：図３）を挟み込むことによって被取付部に取り付けられるように構成されている。このためアンテナ支持部材２２ａのように旋回体３から上方に延びる部分に測定冶具１５０を取り付けることが可能となる。これにより油圧ショベル１００が小型（たとえば後方超小旋回ショベル、超小旋回ショベルなど）であって図１８に示されるように刃先の位置Ｐが第１〜第３旋回位置Ｐ２１〜Ｐ２３のいずれに位置していても、取付部材１０３のプリズムミラー１０１を外部計測装置６２によって観測することができる。よって小型の油圧ショベル１００においても、旋回体３の旋回角度位置によらずにプリズムミラー１０１を外部計測装置６２によって観測することができる。これにより高い精度で較正を行なうことが可能となる。

また本実施形態によれば、図２および図３に示されるように、測定冶具１５０はプリズムミラー１０１に固定された磁石部材１０２を有している。このため磁石部材１０２を旋回体３の金属部分（カウンタウェイトなど）に吸着させることにより測定冶具１５０を旋回体３に取り付けることもできる。これにより測定冶具１５０を取り付ける箇所の選択肢が増える。これにより油圧ショベル１００が小型の場合には取付部材１０３により油圧ショベル１００の被取付部（たとえばアンテナ支持部材２２ａ）に測定冶具１５０を取り付け、また油圧ショベル１００が中・大型の場合には磁石部材１０２により油圧ショベル１００の被取付部（たとえばカウンターウェイトの下面）に測定冶具１５０を取り付けることができる。

また本実施形態によれば、図２および図３に示されるように、測定冶具１５０の第２部材１０３ｂは、第１部材１０３ａと別体で構成され、かつ第１部材１０３ａとの間で被取付部（たとえばアンテナ支持部材２２ａ）を挟み込んだ状態で第１部材１０３ａに固定可能に構成されている。これにより簡易な構成で測定冶具１５０の取付部材１０３を構成することが可能となる。

また本実施形態によれば、図２および図３に示されるように、取付部材１０３は、取付部材１０３が被取付部（たとえばアンテナ支持部材２２ａ）に取り付けられた状態で、その被取付部と当接する部分に弾性部材１０３ｅａ、１０３ｅｂ、１０３ｆａ、１０３ｆｂを有している。これにより測定冶具１５０を油圧ショベル１００の被取付部に取り付ける際に、その被取付部に傷などがつきにくい。

また本実施形態によれば、図３に示されるように、弾性部材１０３ｅａ、１０３ｅｂ、１０３ｆａ、１０３ｆｂは、被取付部の棒状部分２２ａａと当接する弾性部材１０３ｅａ、１０３ｅｂと、台座部分２２ａｂと当接する弾性部材１０３ｆａ、１０３ｆｂとを有している。これにより測定冶具１５０を油圧ショベル１００の被取付部に取り付ける際に、被取付部の棒状部分２２ａａおよび台座部分２２ａｂの双方に傷などがつきにくい。

なお上記実施形態においては、測定冶具１５０をアンテナ支持部材２２ａに取り付けた場合について説明したが、測定冶具１５０は油圧ショベル１００の手摺りなどを挟み込むように取り付けられてもよい。

今回開示された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て請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味およ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。

１車体、２作業機、３旋回体、３ａ土砂カバー、３ｂ板金パネル、３ｃエンジンフード、４運転室、５走行体、５ａ，５ｂ履帯、６ブーム、７アーム、８バケット、１０ブームシリンダ１０ａブームシリンダフートピン、１０ｂブームシリンダトップピン、１１アームシリンダ、１１ａアームシリンダフートピン、１１ｂアームシリンダトップピン、１２バケットシリンダ、１２ａバケットシリンダフートピン、１２ｂバケットシリンダトップピン、１３ブームピン、１４アームピン、１５バケットピン、１６ブーム角度検出部、１７アーム角度検出部、１８バケット角度検出部、１９位置検出部、２１基準アンテナ、２２方向アンテナ、２２ａアンテナ支持部材、２２ａａ棒状部分、２２ａｂ台座部分、２３３次元位置センサ、２４ロール角センサ、２５操作装置、２６作業機コントローラ、２７作業機制御装置、２８表示システム、２９ピッチ角センサ、３１作業機操作部材、３２作業機操作検出部、３３走行操作部材、３４走行操作検出部、３５，４３記憶部、３６，４４，６５演算部、３７油圧ポンプ、３８表示入力装置、３９表示コントローラ、４１，６３入力部、４２，６４表示部、４４ａ第１現在位置演算部、４４ｂ第２現在位置演算部、４５設計面、４７第１リンク部材、４７ａ第１リンクピン、４８第２リンク部材、４８ａ第２リンクピン、４９旋回モータ、５１旋回操作部材、５２旋回操作検出部、５３案内画面、６０較正装置、６１，７５アイコン、６２外部計測装置、６５ａ車体座標系演算部、６５ｂ座標変換部、６５ｃ第１較正演算部、６５ｄ第２較正演算部、７０目標面、７３正対コンパス、７３ａ平面図、７３ｂ側面図、７７平面、８０交線、８１設計面線、８２目標面線、８８距離情報、１００油圧ショベル、１０１プリズムミラー、１０１ａプリズム本体、１０１ｂ外装部材、１０１ｂａガラス面、１０２磁石部材、１０３取付部材、１０３ａ第１部材、１０３ａａ，１０３ｂａ貫通孔、１０３ａｂ，１０３ｂｂフランジ部、１０３ｂ第２部材、１０３ｃボルト、１０３ｄナット、１０３ｅａ，１０３ｅｂ，１０３ｆａ，１０３ｆｂ弾性部材、１０４固定部、１０５第２回動部、１０６第１回動部、１１１，１１２回転軸、１５０測定冶具。

Claims

旋回体の被取付部に取り付けられ、外部計測装置とともに前記旋回体の旋回位置の計測に用いられる測定冶具であって、
前記外部計測装置からの投射光を反射するプリズムミラーと、
前記プリズムミラーを前記被取付部に取り付ける取付部材とを備え、
前記取付部材は、前記被取付部を挟み込むことによって前記被取付部に取り付けられるように構成されている、測定冶具。
前記プリズムミラーに固定された磁石部材をさらに備える、請求項１に記載の測定冶具。
前記取付部材は、
前記プリズムミラーに固定された第１部材と、
前記第１部材と別体で構成され、かつ前記第１部材との間で前記被取付部を挟み込んだ状態で前記第１部材に固定可能に構成された第２部材とを有する、請求項１に記載の測定冶具。
前記取付部材は、前記取付部材が前記被取付部に取り付けられた状態で、前記被取付部と当接する部分に弾性部材を有する、請求項１に記載の測定冶具。
前記被取付部は、棒状に延びる棒状部分と、前記棒状部分から外周側に張り出した台座部分とを有し、
前記弾性部材は、前記棒状部分と当接する第１弾性部材と、前記台座部分と当接する第２弾性部材とを有する、請求項４に記載の測定冶具。
アンテナおよび前記アンテナを支持する支持部を有する旋回体と、前記旋回体に取り付けられたブームと前記ブームの先端に取り付けられたアームと前記アームの先端に取り付けられた作業具とを有する作業機と、前記旋回体の旋回位置を含む複数のパラメータに基づいて前記作業具に含まれる作業点の現在位置を演算するためのコントローラと、を備えた油圧ショベルにおいて前記パラメータを較正する方法であって、
プリズムミラーと、前記プリズムミラーに固定された取付部材とを有する測定冶具を、前記支持部に取り付ける工程と、
前記支持部に取り付けられた前記取付部材の前記プリズムミラーに外部計測装置から投射光を投射し、前記プリズムミラーから反射した反射光を計測することにより前記旋回体の旋回位置を測定する工程と、
測定された前記旋回位置に基づいて前記パラメータを較正する、油圧ショベルの較正方法。