KR20160003678A

KR20160003678A - 유압 쇼벨의 교정 시스템 및 교정 방법

Info

Publication number: KR20160003678A
Application number: KR1020157031044A
Authority: KR
Inventors: 마사노부 세키; 마사시 이치하라
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2016-01-11
Also published as: CN105636658B; US20150330060A1; WO2015173920A1; DE112014000091B4; JP5823046B1; CN105636658A; US9644346B2; DE112014000091T5; JPWO2015173920A1; KR101669787B1

Abstract

교정 장치는, 외부 계측 장치가 계측한, 작업기의 자세가 상이한 적어도 2 개의 작업점의 위치와 상기 작업기의 동작 평면 상의 소정의 기준점의 위치를 포함하는 작업기 위치 정보와, 상기 선회체의 상기 주행체에 대한 선회 각도가 상이한 적어도 3 개의 상기 작업점의 위치를 포함하는 선회체 위치 정보와, 상기 경사 정보 검출 장치에 의해 검출된, 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점에 대응한, 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보가 입력되는 입력부와, 상기 경사 정보에 기초하여 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점의 위치를 보정하는 보정부와, 상기 외부 계측 장치에 있어서의 좌표계로부터 상기 유압 쇼벨에 있어서의 차체 좌표계로 변환하는 좌표 변환부와, 상기 차체 좌표계로 변환된 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 파라미터의 교정값을 연산하는 교정 연산부를 구비한다.

Description

유압 쇼벨의 교정 시스템 및 교정 방법{CALIBRATION SYSTEM AND CALIBRATION METHOD FOR EXCAVATOR}

본 발명은 유압 쇼벨의 교정 시스템 및 교정 방법에 관한 것이다.

작업기의 작업점의 현재 위치를 검출하는 위치 검출 장치를 구비하는 유압 쇼벨이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 유압 쇼벨은, GPS 안테나로부터의 위치 정보에 기초하여, 버킷 날끝의 위치 좌표가 연산된다. 구체적으로는, GPS 안테나와 붐 핀의 위치 관계, 붐과 아암과 버킷의 각각의 길이, 붐과 아암과 버킷의 각각의 방향각 등의 파라미터에 기초하여, 버킷 날끝의 위치 좌표가 연산된다.

일본 공개특허공보 2002-181538호

연산된 버킷 날끝의 위치 좌표의 정밀도는, 전술한 파라미터의 정밀도의 영향을 받는다. 이 때문에, 유압 쇼벨의 위치 검출 장치의 초기 설정시에는, 위치 좌표의 실측값과 계산값이 일치하도록, 유압 쇼벨이 구비하는 작업기의 파라미터가 교정된다. 예를 들어, 외부 계측 장치에 의해 작업구가 있는 위치 (작업점) 를 계측하고, 그 계측값에 기초하여 작업기의 치수 등에 관한 파라미터를 교정하는 방법이 있다. 이 때, 작업기의 자중에 의해 유압 쇼벨이 기울어지는 경우가 있다. 이 때문에, 외부 계측 장치에 의해 계측된 작업점은, 본래의 작업점의 위치와 상이할 가능성이 있으므로, 파라미터의 교정의 정밀도 저하를 초래할 가능성이 있다.

본 발명은, 유압 쇼벨이 구비하는 작업기의 파라미터를 교정할 때, 정밀도 저하를 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 주행체와, 상기 주행체에 선회 가능하게 장착된 선회체와, 상기 선회체에 회동 (回動) 가능하게 장착된 붐과 상기 붐에 회동 가능하게 장착된 아암과 상기 아암에 회동 가능하게 장착된 작업구를 포함하는 작업기와, 상기 붐과 상기 아암과 상기 작업구의 치수와, 상기 선회체에 대한 상기 붐의 회동각과, 상기 붐에 대한 상기 아암의 회동각과, 상기 아암에 대한 상기 작업구의 회동각을 나타내는 복수의 파라미터에 기초하여 상기 작업구에 포함되는 작업점의 현재 위치를 연산하는 현재 위치 연산부를 포함하는 유압 쇼벨과, 상기 파라미터를 교정하기 위한 교정 장치와, 상기 작업점의 위치를 계측하는 외부 계측 장치와, 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보를 검출하는 경사 정보 검출 장치를 구비하고, 상기 교정 장치는, 상기 경사 정보 검출 장치에 의해 검출된 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보에 기초하여, 상기 외부 계측 장치에 의해 계측된 상기 작업점의 복수의 위치를 보정하고, 보정 후의 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 파라미터의 교정값을 연산하는, 유압 쇼벨의 교정 시스템이다.

본 발명은, 주행체와, 상기 주행체에 선회 가능하게 장착된 선회체와, 상기 선회체에 회동 가능하게 장착된 붐과 상기 붐에 회동 가능하게 장착된 아암과 상기 아암에 회동 가능하게 장착된 작업구를 포함하는 작업기와, 상기 선회체에 대한 상기 붐의 회동각과 상기 붐에 대한 상기 아암의 회동각과 상기 아암에 대한 상기 작업구의 회동각을 검출하는 각도 검출부와, 상기 붐과 상기 아암과 상기 작업구의 치수와 상기 회동각을 나타내는 복수의 파라미터에 기초하여 상기 작업구에 포함되는 작업점의 현재 위치를 연산하는 현재 위치 연산부를 포함하는 유압 쇼벨과, 상기 파라미터를 교정하기 위한 교정 장치와, 상기 작업점의 위치를 계측하는 외부 계측 장치와, 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보를 검출하는 경사 정보 검출 장치를 구비하고, 상기 교정 장치는, 상기 외부 계측 장치가 계측한, 상기 작업기의 자세가 상이한 적어도 3 개의 상기 작업점의 위치를 포함하는 작업기 위치 정보와, 상기 선회체의 상기 주행체에 대한 선회 각도가 상이한 적어도 3 개의 상기 작업점의 위치를 포함하는 선회체 위치 정보와, 상기 경사 정보 검출 장치에 의해 검출된, 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점에 대응한, 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보가 입력되는 입력부와, 상기 경사 정보에 기초하여 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점의 위치를 보정하는 보정부와, 보정 후의 상기 작업점을 포함하는 상기 작업기 위치 정보에 기초하여 상기 작업기의 동작 평면에 수직인 제 1 단위 법선 벡터를 연산하고, 상기 선회체 위치 정보에 기초하여 상기 선회체의 선회 평면에 수직인 제 2 단위 법선 벡터를 연산하고, 상기 제 1 단위 법선 벡터와 상기 제 2 단위 법선 벡터에 수직인 제 3 단위 법선 벡터를 연산하는 차체 좌표계 연산부와, 상기 외부 계측 장치에 의해 계측된 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표를, 상기 제 1 단위 법선 벡터와 상기 제 2 단위 법선 벡터와 상기 제 3 단위 법선 벡터를 사용하여, 상기 외부 계측 장치에 있어서의 좌표계로부터 상기 유압 쇼벨에 있어서의 차체 좌표계로 변환하는 좌표 변환부와, 상기 차체 좌표계로 변환된 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 파라미터의 교정값을 연산하는 교정 연산부를 포함하는, 유압 쇼벨의 교정 시스템이다.

상기 경사 정보는, 상기 유압 쇼벨의 피치각인 것이 바람직하다.

상기 차체 좌표계 연산부는, 상기 작업기의 동작 평면과 상기 선회체의 선회 평면의 교선 벡터를 연산하고, 상기 작업기의 동작 평면과 상기 선회 평면의 교선 벡터를 지나 상기 작업기의 동작 평면에 수직인 평면의 단위 법선 벡터를, 상기 제 2 단위 법선 벡터로서 연산하는 것이 바람직하다.

상기 작업기 위치 정보는, 상기 작업기의 상하 방향에 있어서의 위치 및 차체 전후 방향에 있어서의 위치가 상이한 복수의 위치 중 적어도 일방의 좌표를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 파라미터는, 상기 붐의 상기 선회체에 대한 회동 중심과 상기 아암의 상기 붐에 대한 회동 중심 사이의 제 1 거리와, 상기 아암의 상기 붐에 대한 회동 중심과 상기 작업구의 상기 아암에 대한 회동 중심 사이의 제 2 거리와, 상기 작업구의 상기 아암에 대한 회동 중심과 상기 작업점 사이의 제 3 거리를 포함하고, 상기 현재 위치 연산부는, 상기 제 1 거리와 상기 제 2 거리와 상기 제 3 거리와 상기 회동각에 기초하여 상기 차체 좌표계에 있어서의 상기 작업점의 현재 위치를 연산하고, 상기 교정 연산부는 상기 외부 계측 장치에 의해 계측되고, 상기 차체 좌표계로 변환된 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 제 1 거리와 상기 제 2 거리와 상기 제 3 거리와 상기 회동각을 산출하기 위한 파라미터의 교정값을 연산하는 것이 바람직하다.

상기 외부 계측 장치는, 토탈 스테이션인 것이 바람직하다.

본 발명은, 주행체와, 상기 주행체에 선회 가능하게 장착된 선회체와, 상기 선회체에 회동 가능하게 장착된 붐과 상기 붐에 회동 가능하게 장착된 아암과 상기 아암에 회동 가능하게 장착된 작업구를 포함하는 작업기를 포함하는 유압 쇼벨에 있어서, 상기 붐과 상기 아암과 상기 작업구의 치수와 상기 회동각을 나타내는 복수의 파라미터를 교정하기 위한 방법으로서, 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보를 취득하고, 상기 경사 정보에 기초하여, 상기 작업구에 포함되는 상기 작업점의 복수의 위치를 보정하고, 보정 후의 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 파라미터의 교정값을 연산하는, 유압 쇼벨의 교정 방법이다.

본 발명은, 주행체와, 상기 주행체에 선회 가능하게 장착된 선회체와, 상기 선회체에 회동 가능하게 장착된 붐과 상기 붐에 회동 가능하게 장착된 아암과 상기 아암에 회동 가능하게 장착된 작업구를 포함하는 작업기를 포함하는 유압 쇼벨에 있어서, 상기 붐과 상기 아암과 상기 작업구의 치수와 상기 회동각을 나타내는 복수의 파라미터를 교정하기 위한 방법으로서, 상기 작업기의 자세가 상이한 적어도 2 개의 상기 작업점의 위치와 상기 작업기의 동작 평면 상의 소정의 기준점의 위치를 포함하거나, 또는 상기 작업기의 자세가 상이한 적어도 3 개의, 상기 작업구에 포함되는 작업점의 위치를 포함하는 작업기 위치 정보와, 상기 선회체의 상기 주행체에 대한 선회 각도가 상이한 적어도 3 개의 상기 작업점의 위치를 포함하는 선회체 위치 정보와, 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점에 대응한, 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보를 취득하고, 상기 경사 정보에 기초하여 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점의 위치를 보정하고, 보정 후의 상기 작업점을 포함하는 상기 작업기 위치 정보에 기초하여 상기 작업기의 동작 평면에 수직인 제 1 단위 법선 벡터를 연산하고, 상기 선회체 위치 정보에 기초하여 상기 선회체의 선회 평면에 수직인 제 2 단위 법선 벡터를 연산하고, 상기 제 1 단위 법선 벡터와 상기 제 2 단위 법선 벡터에 수직인 제 3 단위 법선 벡터를 연산하고, 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표를, 상기 제 1 단위 법선 벡터와 상기 제 2 단위 법선 벡터와 상기 제 3 단위 법선 벡터를 사용하여, 상기 외부 계측 장치에 있어서의 좌표계로부터 상기 유압 쇼벨에 있어서의 차체 좌표계로 변환하고, 상기 차체 좌표계로 변환된 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 파라미터의 교정값을 연산하는, 유압 쇼벨의 교정 방법이다.

본 발명은 유압 쇼벨이 구비하는 작업기의 파라미터를 교정할 때, 정밀도 저하를 억제할 수 있다.

도 1 은 본 실시형태에 관련된 교정 시스템에 의한 교정이 실시되는 유압 쇼벨의 사시도이다.
도 2a 는 유압 쇼벨의 측면도이다.
도 2b 는 유압 쇼벨의 배면도이다.
도 2c 는 유압 쇼벨의 상면도이다.
도 3 은 유압 쇼벨이 구비하는 제어계의 구성 및 본 실시형태에 관련된 유압 쇼벨의 교정 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4 는 날끝 위치를 산출하기 위해서 필요하게 되는 파라미터의 리스트를 나타내는 도면이다.
도 5 는 붐의 측면도이다.
도 6 은 아암의 측면도이다.
도 7 은 버킷 및 아암의 측면도이다.
도 8 은 버킷의 측면도이다.
도 9 는 실린더의 길이를 나타내는 파라미터의 연산 방법을 나타내는 도면이다.
도 10 은 오퍼레이터가 교정시에 실시하는 작업 순서를 나타내는 플로 차트이다.
도 11 은 외부 계측 장치의 설치 위치를 나타내는 도면이다.
도 12 는 선회각이 상이한 3 개의 선회체의 위치를 나타내는 상면도이다.
도 13 은 작업기 (2) 의 5 개의 자세에서의 날끝의 위치를 나타내는 측면도이다.
도 14 는 유압 쇼벨의 측면도이다.
도 15 는 작업기 (2) 의 자중에 의해 유압 쇼벨이 차체 전후 방향으로 경사진 경우의 제 1 위치 내지 제 5 위치 및 본래의 제 1 위치 내지 제 5 위치를 나타내는 도면이다.
도 16 은 기준 안테나 상의 제 1 계측점과 제 2 계측점의 위치를 나타내는 상면도이다.
도 17 은 방향 안테나 상의 제 3 계측점과 제 4 계측점의 위치를 나타내는 상면도이다.
도 18 은 교정 장치의 조작 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19 는 연산부의 교정에 관한 처리 기능을 나타내는 기능 블록도이다.
도 20 은 유압 쇼벨의 측면도이다.
도 21 은 외부 계측 장치가 계측한 날끝의 위치를 보정하는 방법의 일례를 나타내는 도면이다.
도 22 는 좌표 변환 정보의 연산 방법을 나타내는 도면이다.
도 23 은 좌표 변환 정보의 연산 방법을 나타내는 도면이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태 (실시형태) 에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

＜유압 쇼벨의 전체 구성＞

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 교정 시스템에 의한 교정이 실시되는 유압 쇼벨 (100) 의 사시도이다. 도 2a 는 유압 쇼벨 (100) 의 측면도이다. 도 2b 는 유압 쇼벨 (100) 의 배면도이다. 도 2c 는 유압 쇼벨 (100) 의 상면도이다. 도 3 은, 유압 쇼벨 (100) 이 구비하는 제어계의 구성 및 본 실시형태에 관련된 유압 쇼벨 (100) 의 교정 시스템 (200) 을 나타내는 블록도이다.

유압 쇼벨 (100) 은 차체 (1) 와 작업기 (2) 를 갖는다. 차체 (1) 는 선회체 (3) 와 운전실 (4) 과 주행체 (5) 를 갖는다. 선회체 (3) 는 주행체 (5) 에 선회 가능하게 장착되어 있다. 선회체 (3) 는, 유압 펌프 (37) (도 3 참조) 및 도시되지 않은 엔진 등의 장치를 수용하고 있다. 선회체 (3) 의 상부에는 난간 (9) 이 장착되어 있다. 운전실 (4) 은 선회체 (3) 의 전부 (前部) 에 재치 (載置) 되어 있다. 운전실 (4) 내에는, 후술하는 표시 입력 장치 (38) 및 조작 장치 (25) 가 배치된다 (도 3 참조). 주행체 (5) 는 캐터필러 (5a, 5b) 를 가지고 있고, 캐터필러 (5a, 5b) 가 회전함으로써 유압 쇼벨 (100) 이 주행한다.

작업기 (2) 는, 차체 (1) 의 전부에 장착되어 있고, 붐 (6) 과 아암 (7) 과 작업구로서의 버킷 (8) 과 붐 실린더 (10) 와 아암 실린더 (11) 와 버킷 실린더 (12) 를 갖는다. 붐 (6) 의 기단부는, 붐 핀 (13) 을 개재하여 차체 (1) 의 전부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 즉, 붐 핀 (13) 은, 붐 (6) 의 선회체 (3) 에 대한 회동 중심에 상당한다. 아암 (7) 의 기단부는, 아암 핀 (14) 을 개재하여 붐 (6) 의 선단부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 즉, 아암 핀 (14) 은, 아암 (7) 의 붐 (6) 에 대한 회동 중심에 상당한다. 아암 (7) 의 선단부에는, 버킷 핀 (15) 을 개재하여 버킷 (8) 이 회동 가능하게 장착되어 있다. 즉, 버킷 핀 (15) 은, 버킷 (8) 의 아암 (7) 에 대한 회동 중심에 상당한다.

도 2a 에 나타내는 바와 같이, 붐 (6) 의 길이, 즉, 붐 핀 (13) 과 아암 핀 (14) 사이의 길이는 L1 로, 본 실시형태의 제 1 거리에 상당한다. 아암 (7) 의 길이, 즉, 아암 핀 (14) 과 버킷 핀 (15) 사이의 길이는 L2 로, 본 실시형태의 제 2 거리에 상당한다. 버킷 (8) 의 길이, 즉, 버킷 핀 (15) 과 버킷 (8) 의 날끝 (P) 사이의 길이는 L3 으로, 본 실시형태의 제 3 거리에 상당한다.

도 1 에 나타내는 붐 실린더 (10) 와 아암 실린더 (11) 와 버킷 실린더 (12) 는, 각각 유압에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더 (10) 의 기단부는, 붐 실린더 풋 핀 (10a) 을 개재하여 선회체 (3) 에 회동 가능하게 장착되어 있다. 붐 실린더 (10) 의 선단부는, 붐 실린더 톱 핀 (10b) 을 개재하여 붐 (6) 에 회동 가능하게 장착되어 있다. 붐 실린더 (10) 는, 유압에 의해 신축됨으로써 붐 (6) 을 구동시킨다.

아암 실린더 (11) 의 기단부는, 아암 실린더 풋 핀 (11a) 을 개재하여 붐 (6) 에 회동 가능하게 장착되어 있다. 아암 실린더 (11) 의 선단부는, 아암 실린더 톱 핀 (11b) 을 개재하여 아암 (7) 에 회동 가능하게 장착되어 있다. 아암 실린더 (11) 는, 유압에 의해 신축됨으로써 아암 (7) 을 구동시킨다.

버킷 실린더 (12) 의 기단부는, 버킷 실린더 풋 핀 (12a) 을 개재하여 아암 (7) 에 회동 가능하게 장착되어 있다. 버킷 실린더 (12) 의 선단부는, 버킷 실린더 톱 핀 (12b) 을 개재하여 제 1 링크 부재 (47) 의 일단 및 제 2 링크 부재 (48) 의 일단에 회동 가능하게 장착되어 있다. 제 1 링크 부재 (47) 의 타단은, 제 1 링크 핀 (47a) 을 개재하여 아암 (7) 의 선단부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 제 2 링크 부재 (48) 의 타단은, 제 2 링크 핀 (48a) 을 개재하여 버킷 (8) 에 회동 가능하게 장착되어 있다. 버킷 실린더 (12) 는, 유압에 의해 신축됨으로써 버킷 (8) 을 구동시킨다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 붐 (6) 과 아암 (7) 과 버킷 (8) 에는, 각각 제 1 각도 검출부 (16) 와, 제 2 각도 검출부 (17) 와, 제 3 각도 검출부 (18) 가 형성되어 있다. 제 1 각도 검출부 (16), 제 2 각도 검출부 (17) 및 제 3 각도 검출부 (18) 는, 예를 들어 스트로크 센서이며, 각 실린더 (10, 11, 12) 의 스트로크 길이를 검출함으로써, 차체 (1) 에 대한 붐 (6) 의 회동각과, 붐 (6) 에 대한 아암 (7) 의 회동각과, 아암 (7) 에 대한 버킷 (8) 의 회동각을 간접적으로 검출한다.

구체적으로는, 제 1 각도 검출부 (16) 는, 붐 실린더 (10) 의 스트로크 길이를 검출한다. 후술하는 표시 컨트롤러 (39) 는, 제 1 각도 검출부 (16) 가 검출한 붐 실린더 (10) 의 스트로크 길이로부터, 도 2a 에 나타내는 차체 좌표계의 z 축에 대한 붐 (6) 의 회동각 (α) 을 연산한다. 제 2 각도 검출부 (17) 는, 아암 실린더 (11) 의 스트로크 길이를 검출한다. 표시 컨트롤러 (39) 는, 제 2 각도 검출부 (17) 가 검출한 아암 실린더 (11) 의 스트로크 길이로부터, 붐 (6) 에 대한 아암 (7) 의 회동각 (β) 을 연산한다. 제 3 각도 검출부 (18) 는, 버킷 실린더 (12) 의 스트로크 길이를 검출한다. 표시 컨트롤러 (39) 는, 제 3 각도 검출부 (18) 가 검출한 버킷 실린더 (12) 의 스트로크 길이로부터, 아암 (7) 에 대한 버킷 (8) 의 회동각 (γ) 을 연산한다. 회동각 (α, β, γ) 의 연산 방법에 대해서는 후술한다.

도 2a 에 나타내는 바와 같이, 차체 (1) 에는, 위치 검출부 (19) 가 구비되어 있다. 위치 검출부 (19) 는, 유압 쇼벨 (100) 의 차체 (1) 의 현재 위치를 검출한다. 위치 검출부 (19) 는, 도 1 에 나타내는 RTK-GNSS (Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems, GNSS 는 전지구 항법 위성 시스템을 말한다) 용의 2 개의 안테나 (21, 22) 와, 도 2a 에 나타내는 3 차원 위치 센서 (23) 를 갖는다. 안테나 (21, 22) 는 난간 (9) 에 장착되고, 또한 후술하는 차체 좌표계 x-y-z 의 y 축 (도 2c 참조) 을 따라 일정 거리만큼 떨어져 배치되어 있다.

안테나 (21, 22) 가 수신하는 GNSS 전파에 따른 신호는, 3 차원 위치 센서 (23) 에 입력된다. 3 차원 위치 센서 (23) 는, 글로벌 좌표계 Xg-Yg-Zg 에 있어서의 안테나 (21, 22) 의 현재 위치를 검출한다. 또한, 글로벌 좌표계는, GNSS 에 의해 계측되는 좌표계로, 지구에 고정된 원점을 기준으로 한 좌표계이다. 이에 대하여, 후술하는 차체 좌표계는, 차체 (1) (구체적으로는 선회체 (3)) 에 고정된 원점을 기준으로 하는 좌표계이다. 안테나 (21) (이하, 기준 안테나 (21) 라고 칭한다) 는, 차체 (1) 의 현재 위치를 검출하기 위한 안테나이다. 안테나 (22) (이하, 방향 안테나 (22) 라고 칭한다) 는, 차체 (1), 구체적으로는 선회체 (3) 의 방향을 검출하기 위한 안테나이다. 위치 검출부 (19) 는, 기준 안테나 (21) 와 방향 안테나 (22) 의 위치에 의해, 후술하는 차체 좌표계의 x 축 및 y 축의 글로벌 좌표계에서의 방향각을 검출한다. 안테나 (21, 22) 는 GPS (Global Positioning System) 용 안테나여도 된다.

도 2a 내지 도 2c 에 나타내는 바와 같이, 차체 (1) 에는, IMU (Inertial Measurement Unit : 관성 계측 장치) (24) 가 구비되어 있다. 본 실시형태에 있어서, IMU (24) 는, 도 2a 및 도 2b 에 나타내는 바와 같이, 운전실 (4) 의 하방에 설치된다. IMU (24) 는, 유압 쇼벨 (100) 에 작용하는 가속도 및 각속도를 검출한다. IMU (24) 는, 도 2b 에 나타내는 바와 같이, 중력 방향 (연직선) 에 대한 차체 (1) 의 폭 방향의 경사각 (θr) (이하, 롤각 (θr) 이라고 칭한다) 을 검출한다.

본 실시형태에 있어서, 폭 방향이란 버킷 (8) 의 폭 방향을 의미하고 있으며, 차폭 방향과 일치하고 있다. 작업기 (2) 가, 후술하는 틸트 버킷을 작업구로서 구비하는 경우에는, 버킷 (8) 의 폭 방향과 차폭 방향이 일치하지 않는 경우가 있을 수 있다. IMU (24) 는, 도 2a 에 나타내는 바와 같이, 중력 방향에 대한 차체 (1) 의 전후 방향의 경사각 (θp) (이하, 적절히 피치각 (θp) 이라고 칭한다) 을 검출한다. 본 실시형태에 있어서, IMU (24) 는, 유압 쇼벨 (100) 의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보를 검출하는 경사 정보 검출 장치로서 기능한다. IMU (24) 를 경사 정보 검출 장치로서 사용함으로써, 유압 쇼벨 (100) 의 가속도, 각속도 및 롤각 등과 같은 유압 쇼벨 (100) 의 제어에 필요한 정보를 1 개의 장치로 취득할 수 있다. IMU (24) 대신에 롤각 센서 및 피치각 센서를 준비하고, 전자가 롤각 (θr) 을 검출하고, 후자가 피치각 (θp) 을 검출해도 된다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 유압 쇼벨 (100) 의 교정 시스템 (200) 은, 도 1 에 나타내는 유압 쇼벨 (100) 과, 교정 장치 (60) 와, 외부 계측 장치 (62) 와, 경사 정보 검출 장치로서의 IMU (24) 를 구비한다. 유압 쇼벨 (100) 은, 조작 장치 (25) 와, 작업기 컨트롤러 (26) 와, 작업기 제어 장치 (27) 와, 유압 펌프 (37) 를 구비한다. 조작 장치 (25) 는, 작업기 조작 부재 (31) 와, 작업기 조작 검출부 (32) 와, 주행 조작 부재 (33) 와, 주행 조작 검출부 (34) 와, 선회 조작 부재 (51) 와, 선회 조작 검출부 (52) 를 갖는다.

작업기 조작 부재 (31) 는, 유압 쇼벨 (100) 의 오퍼레이터가 작업기 (2) 를 조작하기 위한 부재로, 예를 들어 조작 레버이다. 작업기 조작 검출부 (32) 는, 작업기 조작 부재 (31) 의 조작 내용을 검출하여, 검출 신호로서 작업기 컨트롤러 (26) 에 보낸다. 주행 조작 부재 (33) 는, 오퍼레이터가 유압 쇼벨 (100) 의 주행을 조작하기 위한 부재로, 예를 들어 조작 레버이다. 주행 조작 검출부 (34) 는, 주행 조작 부재 (33) 의 조작 내용을 검출하여, 검출 신호로서 작업기 컨트롤러 (26) 에 보낸다. 선회 조작 부재 (51) 는, 오퍼레이터가 선회체 (3) 의 선회를 조작하기 위한 부재로, 예를 들어 조작 레버이다. 선회 조작 검출부 (52) 는, 선회 조작 부재 (51) 의 조작 내용을 검출하여, 검출 신호로서 작업기 컨트롤러 (26) 에 보낸다.

작업기 컨트롤러 (26) 는, RAM 및 ROM 등의 기억부 (35) 그리고 CPU 등의 연산부 (36) 를 가지고 있다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 주로 작업기 (2) 의 동작 및 선회체 (3) 의 선회의 제어를 실시한다. 작업기 컨트롤러 (26) 는, 작업기 조작 부재 (31) 의 조작에 따라 작업기 (2) 를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성하고, 작업기 제어 장치 (27) 에 출력한다. 작업기 제어 장치 (27) 는, 비례 제어 밸브 등의 유압 제어 기기를 가지고 있다. 작업기 제어 장치 (27) 는, 작업기 컨트롤러 (26) 로부터의 제어 신호에 기초하여, 유압 펌프 (37) 로부터 유압 실린더 (10, 11, 12) 에 공급되는 작동유의 유량을 제어한다. 유압 실린더 (10, 11, 12) 는, 작업기 제어 장치 (27) 로부터 공급된 작동유에 따라 구동된다. 그 결과, 작업기 (2) 가 동작한다. 또, 작업기 컨트롤러 (26) 는, 선회 조작 부재 (51) 의 조작에 따라 선회체 (3) 를 선회시키기 위한 제어 신호를 생성하고, 선회 모터 (49) 에 출력한다. 그 결과, 선회 모터 (49) 가 구동되어 선회체 (3) 가 선회한다.

＜표시 시스템 (28) 의 구성＞

유압 쇼벨 (100) 에는, 표시 시스템 (28) 이 탑재되어 있다. 표시 시스템 (28) 은, 작업 에어리어 내의 지면을 굴삭하고, 후술하는 설계면과 같은 형상으로 형성하기 위한 정보를 오퍼레이터에 제공하기 위한 시스템이다. 표시 시스템 (28) 은, 표시 입력 장치 (38) 와, 표시 컨트롤러 (39) 를 가지고 있다.

표시 입력 장치 (38) 는, 터치 패널식의 입력부 (41) 와 LCD 등의 표시부 (42) 를 갖는다. 표시 입력 장치 (38) 는, 굴삭을 실시하기 위한 정보를 제공하기 위한 안내 화면을 표시한다. 또, 안내 화면에는, 각종 키가 표시된다. 오퍼레이터는, 안내 화면 상의 각종 키에 접함으로써, 표시 시스템 (28) 의 각종 기능을 실행시킬 수 있다. 안내 화면에 대해서는 후술한다.

표시 컨트롤러 (39) 는, 표시 시스템 (28) 의 각종 기능을 실현한다. 표시 컨트롤러 (39) 와 작업기 컨트롤러 (26) 는, 무선 또는 유선의 통신 수단에 의해 서로 통신 가능하게 되어 있다. 표시 컨트롤러 (39) 는, RAM 및 ROM 등의 기억부 (43) 와 CPU 등의 연산부 (44) 를 가지고 있다. 연산부 (44) 는, 기억부 (43) 에 기억되어 있는 각종 데이터와, 위치 검출부 (19) 의 검출 결과에 기초하여, 안내 화면을 표시하기 위한 각종 연산을 실행한다. 다음으로, 전술한 버킷 (8) 의 날끝 위치의 연산 방법에 대해 상세하게 설명한다.

＜날끝 위치의 연산 방법＞

도 4 는, 날끝 위치를 산출하기 위해서 필요하게 되는 파라미터의 리스트를 나타내는 도면이다. 표시 컨트롤러 (39) 의 연산부 (44) 는, 위치 검출부 (19) 의 검출 결과 및 기억부 (43) 에 기억되어 있는 복수의 파라미터에 기초하여, 버킷 (8) 날끝의 현재 위치를 연산한다. 파라미터는, 작업기 파라미터와 안테나 파라미터를 포함한다. 작업기 파라미터는, 붐 (6) 과 아암 (7) 과 버킷 (8) 의 치수 및 이것들의 회동각을 나타내는 복수의 파라미터를 포함한다. 안테나 파라미터는, 안테나 (21, 22) 와 붐 (6) 의 위치 관계를 나타내는 복수의 파라미터를 포함한다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 표시 컨트롤러 (39) 의 연산부 (44) 는, 제 1 현재 위치 연산부 (44a) 와 제 2 현재 위치 연산부 (44b) 를 갖는다. 제 1 현재 위치 연산부 (44a) 는, 작업기 파라미터에 기초하여, 버킷 (8) 날끝의 차체 좌표계에 있어서의 현재 위치를 연산한다. 제 2 현재 위치 연산부 (44b) 는, 안테나 파라미터와 위치 검출부 (19) 가 검출한 안테나 (21, 22) 의 글로벌 좌표계에 있어서의 현재 위치와, 제 1 현재 위치 연산부 (44a) 가 연산한 버킷 (8) 날끝의 차체 좌표계에 있어서의 현재 위치로부터, 버킷 (8) 날끝의 글로벌 좌표계에 있어서의 현재 위치를 연산한다. 구체적으로는, 버킷 (8) 날끝의 현재 위치는, 다음과 같이 구해진다.

먼저, 도 2a 내지 도 2c 에 나타내는 바와 같이, 붐 핀 (13) 의 축과, 후술하는 작업기 (2) 의 동작 평면의 교점을 원점으로 하는 차체 좌표계 x-y-z 가 설정된다. 이하의 설명에 있어서 붐 핀 (13) 의 위치는, 붐 핀 (13) 의 차폭 방향에 있어서의 중점의 위치를 의미하는 것으로 한다. 제 1 각도 검출부 (16), 제 2 각도 검출부 (17) 및 제 3 각도 검출부 (18) 의 검출 결과로부터, 전술한 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (8) 의 현재의 회동각 (α, β, γ) 이 연산된다. 회동각 (α, β, γ) 의 연산 방법에 대해서는 후술한다. 차체 좌표계에서의 버킷 (8) 날끝의 좌표 (x, y, z) 는, 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (8) 의 회동각 (α, β, γ) 과, 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (8) 의 길이 (L1, L2, L3) 를 사용하여, 다음 수학식 1 에 의해 연산된다.

다음으로, 제 1 각도 검출부 (16), 제 2 각도 검출부 (17) 및 제 3 각도 검출부 (18) 의 검출 결과로부터, 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (8) 의 현재의 회동각 (α, β, γ) 을 연산하는 방법에 대해 설명한다.

＜회동각 (α, β, γ) 의 연산 방법＞

도 5 는 붐 (6) 의 측면도이다. 붐 (6) 의 회동각 (α) 은, 도 5 에 나타내고 있는 작업기 파라미터를 사용하여, 다음 수학식 2 에 의해 나타낸다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, Lboom2_x 는, 붐 실린더 풋 핀 (10a) 과 붐 핀 (13) 사이의 붐 (6) 이 장착되는 차체 (2) 의 수평 방향, 즉 차체 좌표계의 x 축 방향에 상당하는 방향의 거리이다. Lboom2_z 는, 붐 실린더 풋 핀 (10a) 과 붐핀 (13) 사이의 붐 (6) 이 장착되는 차체 (2) 의 연직 방향, 즉 차체 좌표계의 z 축 방향에 상당하는 방향의 거리이다. Lboom1 은, 붐 실린더 톱 핀 (10b) 과 붐 핀 (13) 사이의 거리이다. Lboom2 는, 붐 실린더 풋 핀 (10a) 과 붐 핀 (13) 사이의 거리이다. boom_cyl 은, 붐 실린더 풋 핀 (10a) 과 붐 실린더 톱 핀 (10b) 사이의 거리이다. Lboom1_z 는, 붐 실린더 톱 핀 (10b) 과 붐 핀 (13) 사이의 zboom 축 방향의 거리이다. 또한, 측면에서 보았을 때 붐 핀 (13) 과 아암 핀 (14) 을 연결하는 방향을 xboom 축으로 하고, xboom 축에 수직인 방향을 zboom 축으로 한다. Lboom1_x 는, 붐 실린더 톱 핀 (10b) 과 붐 핀 (13) 사이의 xboom 축 방향의 거리이다.

도 6 은 아암 (7) 의 측면도이다. 아암 (7) 의 회동각 (β) 은, 도 5 및 도 6 에 나타나 있는 작업기 파라미터를 사용하여, 다음 수학식 3 에 의해 나타낸다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, Lboom3_z 는, 아암 실린더 풋 핀 (11a) 과 아암 핀 (14) 사이의 zboom 축 방향의 거리이다. Lboom3_x 는, 아암 실린더 풋 핀 (11a) 과 아암 핀 (14) 사이의 xboom 축 방향의 거리이다. Lboom3 은, 아암 실린더 풋 핀 (11a) 과 아암 핀 (14) 사이의 거리이다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, Larm2 는, 아암 실린더 톱 핀 (11b) 과 아암 핀 (14) 사이의 거리이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, arm_cyl 은, 아암 실린더 풋 핀 (11a) 과 아암 실린더 톱 핀 (11b) 사이의 거리이다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, Larm2_x 는, 아암 실린더 톱 핀 (11b) 과 아암 핀 (14) 사이의 xarm2 축 방향의 거리이다. Larm2_z 는, 아암 실린더 톱 핀 (11b) 과 아암 핀 (14) 사이의 zarm2 축 방향의 거리이다. 또한, 측면에서 보았을 때 아암 실린더 톱 핀 (11b) 과 버킷 핀 (15) 을 연결하는 방향을 xarm2 축으로 하고, xarm2 축에 수직인 방향을 zarm2 축으로 한다. Larm1_x 는, 아암 핀 (14) 과 버킷 핀 (15) 사이의 xarm2 축 방향의 거리이다. Larm1_z 는, 아암 핀 (14) 과 버킷 핀 (15) 사이의 zarm2 축 방향의 거리이다. 또, 측면에서 보았을 때 아암 핀 (14) 과 버킷 핀 (15) 을 연결하는 방향을 xarm1 축으로 한다. 아암 (7) 의 회동각 (β) 은, xboom 축과 xarm1 축 사이가 이루는 각이다.

도 7 은 버킷 (8) 및 아암 (7) 의 측면도이다. 도 8 은 버킷 (8) 의 측면도이다. 도 9 는 실린더의 길이를 나타내는 파라미터의 연산 방법을 나타내는 도면이다. 버킷 (8) 의 회동각 (γ) 은, 도 6 내지 도 8 에 나타내고 있는 작업기 파라미터를 사용하여, 다음 수학식 4 에 의해 나타낸다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, Larm3_z2 는, 제 1 링크 핀 (47a) 과 버킷 핀 (15) 사이의 zarm2 축 방향의 거리이다. Larm3_x2 는, 제 1 링크 핀 (47a) 과 버킷 핀 (15) 사이의 xarm2 축 방향의 거리이다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, Ltmp 는, 버킷 실린더 톱 핀 (12b) 과 버킷 핀 (15) 사이의 거리이다. Larm4 는, 제 1 링크 핀 (47a) 과 버킷 핀 (15) 사이의 거리이다. Lbucket1 은, 버킷 실린더 톱 핀 (12b) 과 제 1 링크 핀 (47a) 사이의 거리이다. Lbucket3 은, 버킷 핀 (15) 과 제 2 링크 핀 (48a) 사이의 거리이다. Lbucket2 는, 버킷 실린더 톱 핀 (12b) 과 제 2 링크 핀 (48a) 사이의 거리이다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, Lbucket4_x 는, 버킷 핀 (15) 과 제 2 링크 핀 (48a) 사이의 xbucket 축 방향의 거리이다. Lbucket4_z 는, 버킷 핀 (15) 과 제 2 링크 핀 (48a) 사이의 zbucket 축 방향의 거리이다. 또한, 측면에서 보았을 때 버킷 핀 (15) 과 버킷 (8) 의 날끝 (P) 을 연결하는 방향을 xbucket 축으로 하고, xbucket 축에 수직인 방향을 zbucket 축으로 한다. 버킷 (8) 의 회동각 (γ) 은, xbucket 축과 xarm1 축 사이가 이루는 각이다. 전술한 Ltmp 는 이하 수학식 5 에 의해 나타낸다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, Larm3 은, 버킷 실린더 풋 핀 (12a) 과 제 1 링크 핀 (47a) 사이의 거리이다. Larm3_x1 은, 버킷 실린더 풋 핀 (12a) 과 버킷 핀 (15) 사이의 xarm2 축 방향의 거리이다. Larm3_z1 은, 버킷 실린더 풋 핀 (12a) 과 버킷 핀 (15) 사이의 zarm2 축 방향의 거리이다.

전술한 boom_cyl 은, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 제 1 각도 검출부 (16) 가 검출한 붐 실린더 (10) 의 스트로크 길이 (bss) 에 붐 실린더의 최소 길이 (b_min) 와 붐 실린더 오프셋 (boft) 을 더한 값이다. 동일하게, arm_cyl 은, 제 2 각도 검출부 (17) 가 검출한 아암 실린더 (11) 의 스트로크 길이 (ass) 에 아암 실린더의 최소 길이 (a_min) 와 아암 실린더 오프셋 (aoft) 을 더한 값이다. 동일하게, bucket_cyl 은, 제 3 각도 검출부 (18) 가 검출한 버킷 실린더 (12) 의 스트로크 길이 (bkss) 에 버킷 실린더 (12) 의 최소 길이 (bk_min) 와 버킷 실린더 오프셋 (bkoft) 을 더한 값이다.

＜교정 장치 (60)＞

교정 장치 (60) 는, 유압 쇼벨 (100) 에 있어서, 전술한 회동각 (α, β, γ) 의 연산 및 버킷 (8) 날끝의 위치를 연산하기 위해서 필요한 파라미터를 교정하기 위한 장치이다. 또, 교정 장치 (60) 는, 유선 또는 무선에 의해 표시 컨트롤러 (39) 와 데이터 통신을 실시할 수 있다. 교정 장치 (60) 는, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 정보에 기초하여 도 4 에 나타내는 파라미터를 교정한다. 파라미터의 교정은, 예를 들어, 유압 쇼벨 (100) 의 출하시 또는 메인터넌스 후의 초기 설정에 있어서 실행된다.

도 10 은, 오퍼레이터가 교정시에 실시하는 작업 순서를 나타내는 플로 차트이다. 도 11 은, 외부 계측 장치 (62) 의 설치 위치를 나타내는 도면이다. 도 12 는, 선회각이 상이한 3 개의 선회체 (3) 의 위치를 나타내는 상면도이다. 먼저, 스텝 S1 에 있어서, 오퍼레이터는 외부 계측 장치 (62) 를 설치한다. 이 때, 오퍼레이터는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 붐 핀 (13) 의 옆에 소정의 거리를 두고 외부 계측 장치 (62) 를 설치한다.

스텝 S2 에 있어서, 오퍼레이터는, 버킷 정보를 도 3 에 나타내는 교정 장치 (60) 의 입력부 (63) 에 입력한다. 버킷 정보는, 버킷 (8) 의 치수에 관한 정보이다. 버킷 정보는, 전술한 버킷 핀 (15) 과 제 2 링크 핀 (48a) 사이의 xbucket 축 방향의 거리 (Lbucket4_x) 와, 버킷 핀 (15) 과 제 2 링크 핀 (48a) 사이의 zbucket 축 방향의 거리 (Lbucket4_z) 를 포함한다. 오퍼레이터는, 설계값 또는 메저 테이프 등의 계측 수단에 의해 계측한 값을, 버킷 정보로서 입력한다.

스텝 S3 에 있어서, 오퍼레이터는, 선회각이 상이한 3 개의 선회체 (3) 의 위치를 측정한다. 본 실시형태에서는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 오퍼레이터는, 도 3 에 나타내는 선회 조작 부재 (51) 를 조작하여, 선회체 (3) 를 선회시킨다. 이 때, 작업기 (2) 의 자세는 고정된 상태로 유지된다. 그리고, 오퍼레이터는 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여, 선회체 (3) 의 카운터 웨이트 (WT) 의 하방에 장착된 프리즘 (62P) 의 위치를, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 측정한다. 이 때, 선회각이 상이한 3 개의 프리즘 (62P) 의 위치를 선회체 (3) 의 위치 (이하, 제 1 선회 위치 (P21), 제 2 선회 위치 (P22), 제 3 선회 위치 (P23) 라고 칭한다) 로서 측정한다.

본 실시형태에 있어서, 프리즘 (62P) 의 위치 외에, 선회각이 상이한 3 개의 날끝의 위치가, 선회체 (3) 의 위치로서 측정되어도 된다. 이 경우에도, 작업기 (2) 의 자세는 고정된 상태로 유지된다.

스텝 S4 에 있어서, 오퍼레이터는, 선회체 위치 정보를 교정 장치 (60) 의 입력부 (63) 에 입력한다. 선회체 위치 정보는, 스텝 S3 에 있어서, 오퍼레이터가 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여 계측한 제 1 선회 위치 (P21) 와 제 2 선회 위치 (P22) 와 제 3 선회 위치 (P23) 를 나타내는 좌표를 포함한다.

스텝 S5 에 있어서, 오퍼레이터는, 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여 붐 핀 (13) 의 측면 중심 위치를 측정한다. 외부 계측 장치 (62) 의 좌표계는, 지구의 중력 좌표계 X-Y-Z 이다. 지구의 중력 좌표계 X-Y-Z 는, Z 축 방향이 중력의 작용 방향과 일치한다. X 축 방향 및 Y 축 방향은 Z 축 방향과 직교하고, X 축 방향과 Y 축 방향은 서로 직교한다.

도 13 은, 작업기 (2) 의 5 개의 자세에서의 날끝의 위치를 나타내는 측면도이다. 스텝 S6 에 있어서, 오퍼레이터는, 도 11 에 나타내는 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여 작업기 (2) 의 5 개의 자세에서의 날끝의 위치를 측정한다. 오퍼레이터는, 도 3 에 나타내는 작업기 조작 부재 (31) 를 조작하고, 도 13 에 나타내는 제 1 위치 (P1) 에서 제 5 위치 (P5) 까지의 5 개의 위치에 버킷 (8) 날끝의 위치를 이동시킨다. 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 는, 작업점의 위치에 상당한다. 이 때, 선회체 (3) 는 선회시키지 않고, 주행체 (5) 에 대해 고정된 상태가 유지된다. 오퍼레이터는, 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 의 각 위치에서의 날끝의 좌표를, 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여 측정한다.

제 1 위치 (P1) 및 제 2 위치 (P2) 는, 지면 (GD) 상에 있어서 차체 전후 방향으로 상이한 위치이다. 제 3 위치 (P3) 및 제 4 위치 (P4) 는, 공중에 있어서 차체 전후 방향으로 상이한 위치이다. 제 3 위치 (P3) 및 제 4 위치 (P4) 는, 제 1 위치 (P1) 및 제 2 위치 (P2) 에 대하여, 상하 방향으로 상이한 위치이다. 제 5 위치 (P5) 는, 제 1 위치 (P1) 와 제 2 위치 (P2) 와 제 3 위치 (P3) 와 제 4 위치 (P4) 사이의 위치이다.

도 14 는 유압 쇼벨 (100) 의 측면도이다. 도 15 는 작업기 (2) 의 자중에 의해 유압 쇼벨 (100) 이 차체 전후 방향으로 경사진 경우의 제 1 위치 (PS1) 내지 제 5 위치 (PS5) 및 본래의 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 를 나타내는 도면이다. 스텝 S6 에 있어서, 작업기 (2) 의 자세를 바꾼 5 개의 자세에서의 날끝 위치 (P) 가 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측될 때, 작업기 (2) 의 자중에 의한 차체 전후 방향의 경사에 의해, 상정 위치로부터 날끝의 위치 (P) 가 어긋난다. 이 때문에, 교정의 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 구체적으로는, 작업기 (2) 의 자중에 의해, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 유압 쇼벨 (100) 이 차체 전후 방향으로 경사진 결과, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측되는 날끝의 위치 (PS) 는, 본래의 날끝의 위치 (P) 보다 하방이 된다. 이 때문에, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 제 1 위치 (PS1) 내지 제 5 위치 (PS5) 는, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 본래의 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 보다 하방이 된다.

작업기 (2) 의 자중에 의해 유압 쇼벨 (100) 이 차체 전후 방향으로 경사지는 경우, 유압 쇼벨 (100) 은, 예를 들어 도 14 에 나타내는 바와 같이, 주행체 (5) 의 작업기 (2) 측의 전륜 (5F) 의 하방을 중심으로 하여 경사진다. 그 경우의 유압 쇼벨 (100) 의 자세각, 즉 피치각은 θp 이다. 본 실시형태에 있어서는, 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보로서 피치각 (θp) 을 사용하여, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 제 1 위치 (PS1) 내지 제 5 위치 (PS5), 즉 작업점의 복수의 위치가, 본래의 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 가 되도록 보정된다. 그리고, 보정 후에 있어서의 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 날끝 위치를 산출하기 위해서 필요하게 되는 파라미터의 교정값이 연산된다. 이와 같이 함으로써, 유압 쇼벨 (100) 의 높이 방향에 있어서의 날끝의 위치가 계측될 때의 정밀도 저하가 억제된다. 보정 후의 값을 사용하여 교정이 실행됨으로써, 교정의 정밀도 저하가 억제된다. 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 날끝의 위치의 보정에 대해서는 후술한다.

스텝 S7 에 있어서, 오퍼레이터는, 작업기 위치 정보를 교정 장치 (60) 의 입력부 (63) 에 입력한다. 작업기 위치 정보는, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 버킷 (8) 날끝의 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 에서의 좌표를 나타낸다. 오퍼레이터는, 스텝 S6 에 있어서 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여 계측한 버킷 (8) 날끝의 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 에서의 좌표를, 교정 장치 (60) 의 입력부 (63) 에 입력한다.

도 16 은, 기준 안테나 상의 제 1 계측점과 제 2 계측점의 위치를 나타내는 상면도이다. 도 17 은, 방향 안테나 상의 제 3 계측점과 제 4 계측점의 위치를 나타내는 상면도이다. 스텝 S8 에 있어서, 오퍼레이터는, 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여 안테나 (21, 22) 의 위치를 측정한다. 여기서는, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 오퍼레이터는, 기준 안테나 (21) 상의 제 1 계측점 (P11) 과 제 2 계측점 (P12) 의 위치를, 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여 계측한다. 제 1 계측점 (P11) 및 제 2 계측점 (P12) 은, 기준 안테나 (21) 의 상면의 중심을 기준으로 하여 대칭으로 배치되어 있다. 도 16 및 도 17 에 나타내는 바와 같이, 기준 안테나 (21) 의 상면의 형상이 장방형 또는 정방형인 경우에는, 제 1 계측점 (P11) 및 제 2 계측점 (P12) 은, 기준 안테나 (21) 의 상면 상의 대각의 2 점이다.

도 17 에 나타내는 바와 같이, 오퍼레이터는, 방향 안테나 (22) 상의 제 3 계측점 (P13) 과 제 4 계측점 (P14) 의 위치를, 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여 계측한다. 제 3 계측점 (P13) 및 제 4 계측점 (P14) 은 방향 안테나 (22) 의 상면의 중심을 기준으로 하여 대칭으로 배치되어 있다. 제 1 계측점 (P11) 및 제 2 계측점 (P12) 과 동일하게, 제 3 계측점 (P13) 및 제 4 계측점 (P14) 은, 방향 안테나 (22) 의 상면 상의 대각의 2 점이다. 제 1 계측점 (P11) 내지 제 4 계측점 (P14) 에는 계측을 용이하게 하기 위해서 표식이 붙어있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 안테나 (21, 22) 의 부품으로서 포함되는 볼트 등이 표식으로서 사용되어도 된다.

스텝 S9 에 있어서, 오퍼레이터는, 안테나 위치 정보를 도 3 에 나타내는 교정 장치 (60) 의 입력부에 입력한다. 안테나 위치 정보는, 스텝 S6 에 있어서, 오퍼레이터가 외부 계측 장치 (62) 를 사용하여 계측한 제 1 계측점 (P11) 내지 제 4 계측점 (P14) 의 위치를 나타내는 좌표를 포함한다. 스텝 S10 에 있어서, 오퍼레이터는, 도 3 에 나타내는 교정 장치 (60) 에 교정의 실행을 지시한다.

다음으로, 교정 장치 (60) 에 의해 실행되는 처리에 대해 설명한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 교정 장치 (60) 는, 입력부 (63) 와, 표시부 (64) 와, 연산부 (65) 를 갖는다. 입력부 (63) 는, 전술한 작업기 위치 정보, 선회체 위치 정보, 안테나 위치 정보, 버킷 정보가 입력되는 부분이다. 입력부 (63) 는, 오퍼레이터가 전술한 정보를 손으로 입력하기 위한 구성을 구비하고 있고, 예를 들어 복수의 키를 갖는다. 입력부 (63) 는, 수치의 입력이 가능하면 터치 패널식의 것이어도 된다. 표시부 (64) 는, 예를 들어 LCD 로, 교정을 실시하기 위한 조작 화면이 표시되는 부분이다.

도 18 은, 교정 장치 (60) 의 조작 화면의 일례를 나타내는 도면이다. 표시부 (42) 의 조작 화면 (42D) 에는, 전술한 정보를 입력하기 위한 입력란 (66) 이 표시된다. 오퍼레이터는, 입력부 (63) 를 조작함으로써, 조작 화면의 입력란 (66) 에 전술한 정보를 입력한다. 입력란 (66) 에 입력되는 정보로는, 예를 들어, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 의 좌표 및 도 2a 내지 도 2c 및 도 3 에 나타내는 IMU (24) 가 검출한 유압 쇼벨 (100) 의 피치각 (θp) 등이 있다.

도 19 는, 연산부 (65) 의 교정에 관한 처리 기능을 나타내는 기능 블록도이다. 연산부 (65) 는, 입력부 (63) 를 통하여 입력된 정보에 기초하여, 파라미터를 교정하는 처리를 실행한다. 연산부 (65) 는, 차체 좌표계 연산부 (65a) 와, 좌표 변환부 (65b) 와, 제 1 교정 연산부 (65c) 와, 제 2 교정 연산부 (65d) 와, 보정부 (65e) 를 가지고 있다.

도 20 은 유압 쇼벨 (100) 의 측면도이다. 도 21 은 외부 계측 장치 (62) 가 계측한 날끝의 위치 (PS) 를 보정하는 방법의 일례를 나타내는 도면이다. 보정부 (65e) 는, 외부 계측 장치 (62) 가 계측한 날끝의 위치 (PS) 를, 피치각 (θp) 에 기초하여 보정한다. 작업기 위치 정보 (MI), 즉 외부 계측 장치 (62) 가 계측한 제 1 위치 (PS) 내지 제 5 위치 (PS5) 는, 작업기 (2) 의 자중의 영향을 받아 본래의 위치보다 낮은 위치에 있다. 이 때문에, 보정부 (65e) 는, 본래의 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 가 되도록, 피치각 (θp) 을 사용하여 제 1 위치 (PS) 내지 제 5 위치 (PS5) 를 보정한다.

도 20 에 나타내는 바와 같이, 유압 쇼벨 (100) 은, 주행체 (5) 의 작업기 (2) 측의 전륜 (5F) 의 하방을 중심으로 하여 차체 전후 방향으로 경사지는 것으로 하고, 경사의 중심을 위치 CP 로 한다. 또, 유압 쇼벨 (100) 이 차체 전후 방향으로 경사졌을 때의 피치각을 θp 로 한다. 유압 쇼벨 (100) 이 차체 전후 방향으로 경사지면, 붐 핀 (13) 은, 위치 CP 를 중심으로 하여 회동한다. 유압 쇼벨 (100) 이 차체 전후 방향으로 경사졌을 때의 붐 핀 (13) 의 위치를 부호 13S 로 나타낸다. 붐 핀 (13) 의 회동에 의해, 작업기 (2) 도 위치 CP 를 중심으로 하여 회동하는 결과, 날끝은 위치 P 로부터 위치 PS 로 변화한다.

도 21 에 나타내는 바와 같이, 외부 계측 장치 (62) 의 좌표계인 지구의 중력 좌표계 X-Z 에 있어서, 위치 CP 의 좌표는 (XC0, ZC0) 이다. 위치 CP 를 원점으로 한 좌표계 Xc-Zc 를 생각한다. 좌표계 Xc-Zc 의 원점의 좌표, 즉 위치 CP 의 좌표 (Xc0, Zc0) 는, 지구의 중력 좌표계 X-Z 의 원점 O (0, 0) 로부터 X 축 방향으로 Xc0, Y 축 방향으로 Zc0 만큼 떨어진 위치에 있다.

지구의 중력 좌표계 X-Z 에 있어서의 외부 계측 장치 (62) 가 측정한 날끝의 위치 (PS) 의 좌표를 (Xc', Zc'), 지구의 중력 좌표계 X-Z 에 있어서의 작업기 (2) 의 본래의 위치에 있어서의 날끝의 위치 (P) 의 좌표를 (Xc, Yc) 로 한다. 도 21 로부터 알 수 있는 바와 같이, 날끝의 위치 (P) 는, 위치 CP, 즉 좌표계 Xc-Zc의 원점을 중심으로 하여, 날끝의 위치 (PS) 를 피치각 (θp) 만큼 상방 (U) 을 향하여 회전시킨 위치가 된다. 날끝의 위치 (P) 의 좌표 (Xc, Yc) 는, 외부 계측 장치 (62) 가 측정한 날끝의 위치 (PS) 의 좌표 (Xc', Zc') 를, 위치 CP 를 원점으로 한 좌표계 Xc-Zc 의 원점을 중심으로 하여 회전 변환시킴으로써 구할 수 있다.

위치 CP 를 원점으로 한 좌표계에 있어서의 날끝의 위치 (P) 를 좌표 (xc, zc) 로 한다. 위치 CP 를 원점으로 한 날끝의 위치 (PS) 는, 지구의 중력 좌표계 X-Z 에 있어서의 날끝의 위치 (PS) 의 좌표 (Xc', Zc') 를 사용하면, 좌표 (Xc'-Xc0, Zc'-Zc0) 가 된다. 따라서, 위치 CP 를 원점으로 한 좌표계에 있어서의 날끝의 위치 (P) 의 좌표 (xc, zc) 는, 수학식 6 으로 구할 수 있다. 지구의 중력 좌표계 X-Z 에 있어서의 날끝의 위치 (P) 의 좌표 (Xc, Zc) 는, 수학식 6 에서 얻어진 좌표 (xc, zc) 및 위치 CP 의 좌표 (Xc0, Zc0) 를 사용하여, 좌표 (Xc0 ＋ xc, Zc0 ＋ zc) 로 구할 수 있다. 경사의 중심은 위치 CP 에 한정하지 않고, 다른 위치여도 된다. 예를 들어, 선회체 (3) 와 주행체 (5) 를 연결하는 선회축의 중심 위치를 경사의 중심으로 해도 된다.

보정부 (65e) 는, 외부 계측 장치 (62) 가 계측한 제 1 위치 (PS1) 내지 제 5 위치 (PS5) 를, 수학식 6 및 피치각 (θp) 을 사용하여 보정한다. 보정부 (65e) 는, 보정 후의 제 1 위치 (PS1) 내지 제 5 위치 (PS5) 를, 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 로서 도 19 에 나타내는 연산부 (65) 의 차체 좌표계 연산부 (65a) 에 출력한다. 이와 같이 보정부 (65e) 는, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 제 1 위치 (PS1) 내지 제 5 위치 (PS5) 를, 본래의 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 가 되도록 보정하므로 유압 쇼벨 (100) 의 높이 방향에 있어서의 날끝의 위치가 계측될 때의 정밀도 저하가 억제된다.

차체 좌표계 연산부 (65a) 는, 입력부 (63) 에 의해 입력된 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 와 선회체 위치 정보 (RI) 에 기초하여, 좌표 변환 정보를 연산한다. 좌표 변환 정보는, 외부 계측 장치 (62) 를 기준으로 한 좌표계를 차체 좌표계로 변환하기 위한 정보이다. 전술한 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) (작업기 위치 정보 (MI)) 와 안테나 위치 정보 (AI) 는, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 것이기 때문에, 외부 계측 장치 (62) 를 기준으로 한 지구의 중력 좌표계 X-Y-Z 에 의해 표현되고 있다. 좌표 변환 정보 (TI) 는, 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 와 안테나 위치 정보 (AI) 를, 외부 계측 장치 (62) 를 기준으로 한 지구의 중력 좌표계로부터 차체 좌표계 x-y-z 로 변환하기 위한 정보이다. 다음으로, 좌표 변환 정보 (TI) 의 연산 방법에 대해 설명한다.

도 22 및 도 23 은, 좌표 변환 정보의 연산 방법을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 차체 좌표계 연산부 (65a) 는, 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 에 기초하여 작업기 (2) 의 동작 평면 (A) 에 수직인 제 1 단위 법선 벡터 (AH) 를 연산한다. 차체 좌표계 연산부 (65a) 는, 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 에 포함되는 5 개의 위치로부터 최소 이승법을 사용하여 작업기 (2) 의 동작 평면을 산출하고, 그에 기초하여 제 1 단위 법선 벡터 (AH) 를 연산한다. 또한, 제 1 단위 법선 벡터 (AH) 는, 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC)에 포함되는 5 개의 위치 중 다른 2 개의 위치로부터 어긋나지 않은 3 개의 위치의 좌표에서 구해지는 2 개의 벡터 (a1, a2) 에 기초하여 연산되어도 된다.

다음으로, 차체 좌표계 연산부 (65a) 는, 선회체 위치 정보 (RI) 에 기초하여 선회체 (3) 의 선회 평면 (B) 에 수직인 제 2 단위 법선 벡터를 연산한다. 구체적으로는, 차체 좌표계 연산부 (65a) 는, 선회체 위치 정보 (RI) 에 포함되는 제 1 선회 위치 (P21), 제 2 선회 위치 (P22), 제 3 선회 위치 (P23) 의 좌표에서 구해지는 2 개의 벡터 (b1, b2) 에 기초하여, 선회 평면 (B') 에 수직인 제 2 단위 법선 벡터 (BH') 를 연산한다. 다음으로, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 차체 좌표계 연산부 (65a) 는, 전술한 작업기 (2) 의 동작 평면 (A) 과 선회 평면 (B') 의 교선 벡터 (DAB) 를 연산한다.

차체 좌표계 연산부 (65a) 는, 교선 벡터 (DAB) 를 지나 작업기 (2) 의 동작 평면 (A) 에 수직인 평면 (B) 의 단위 법선 벡터를, 보정된 제 2 단위 법선 벡터 (BH) 로서 연산한다. 그리고, 차체 좌표계 연산부 (65a) 는, 제 1 단위 법선 벡터 (AH) 와 보정된 제 2 단위 법선 벡터 (BH) 에 수직인 제 3 단위 법선 벡터 (CH) 를 연산한다.

좌표 변환부 (65b) 는 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측되고, 보정부 (65e) 에서 보정된 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 와 안테나 위치 정보 (AI) 를, 좌표 변환 정보를 사용하여, 외부 계측 장치 (62) 에 있어서의 좌표계 X-Y-Z 로부터 유압 쇼벨 (100) 에 있어서의 차체 좌표계 x-y-z) 로 변환한다. 좌표 변환 정보는, 전술한 제 1 단위 법선 벡터 (AH) 와 보정된 제 2 단위 법선 벡터 (BH) 와 제 3 단위 법선 벡터 (CH) 를 포함한다. 구체적으로는 다음 수학식 7 에 나타내는 바와 같이, 벡터 p 로 나타나 있는 외부 계측 장치 (62) 의 좌표계에서의 좌표와, 좌표 변환 정보의 각 법선 벡터 (AH, BH, CH) 의 내적에 의해 차체 좌표계에서의 좌표가 연산된다.

제 1 교정 연산부 (65c) 는, 차체 좌표계로 변환된 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 에 기초하여, 수치 해석을 사용함으로써, 파라미터의 교정값을 연산한다. 구체적으로는, 다음 수학식 8 에 나타내는 바와 같이, 최소 이승법에 의해 파라미터의 교정값을 연산한다.

수학식 8 중의 k 의 값은, 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 의 제 1 위치 (P1) 내지 제 5 위치 (P5) 에 상당한다. 따라서, n = 5 이다. (x1, z1) 은, 차체 좌표계에서의 제 1 위치 (P1) 의 좌표이다. (x2, z2) 는, 차체 좌표계에서의 제 2 위치 (P2) 의 좌표이다. (x3, z3) 은, 차체 좌표계에서의 제 3 위치 (P3) 의 좌표이다. (x4, z4) 는, 차체 좌표계에서의 제 4 위치 (P4) 의 좌표이다. (x5, z5) 는, 차체 좌표계에서의 제 5 위치 (P5) 의 좌표이다. 이 수학식 8 의 함수 J 가 최소가 되는 점을 탐색하고 있는 것에 의해, 작업기 파라미터의 교정값이 연산된다.

구체적으로는, 도 4 의 리스트에 있어서 No. 1 ∼ No. 29 의 작업기 파라미터의 교정값이 연산된다. 또한, 도 4 의 리스트에 포함되는 작업기 파라미터 중, 버킷 핀 (15) 과 제 2 링크 핀 (48a) 사이의 xbucket 축 방향의 거리 Lbucket4_x, 및, 버킷 핀 (15) 과 제 2 링크 핀 (48a) 사이의 zbucket 축 방향의 거리 Lbucket4_z 는, 버킷 정보로서 입력된 값이 사용된다.

제 2 교정 연산부 (65d) 는, 입력부 (63) 에 입력된 안테나 위치 정보 (AI) 에 기초하여 안테나 파라미터를 교정한다. 구체적으로는, 제 2 교정 연산부 (65d) 는, 제 1 계측점 (P11) 과 제 2 계측점 (P12) 의 중점의 좌표를 기준 안테나 (21) 의 위치의 좌표로서 연산한다. 구체적으로는, 기준 안테나 (21) 의 위치의 좌표는 전술한 붐 핀 (13) 과 기준 안테나 (21) 사이의 차체 좌표계의 x 축 방향의 거리 (Lbbx) 와, 붐 핀 (13) 과 기준 안테나 (21) 사이의 차체 좌표계의 y 축 방향의 거리 (Lbby) 와, 붐 핀 (13) 과 기준 안테나 (21) 사이의 차체 좌표계의 z 축 방향의 거리 (Lbbz) 에 의해 나타낸다.

또, 제 2 교정 연산부 (65d) 는, 제 3 계측점 (P13) 과 제 4 계측점 (P14) 의 중점의 좌표를 방향 안테나 (22) 의 위치의 좌표로서 연산한다. 구체적으로는, 방향 안테나 (22) 의 위치의 좌표는, 붐 핀 (13) 과 방향 안테나 (22) 사이의 차체 좌표계의 x 축 방향의 거리 (Ldbx) 와, 붐 핀 (13) 과 방향 안테나 (22) 사이의 차체 좌표계의 y 축 방향의 거리 (Ldby) 와, 붐 핀 (13) 과 방향 안테나 (22) 사이의 차체 좌표계의 z 축 방향의 거리 (Lbbz) 에 의해 나타낸다. 그리고, 제 2 교정 연산부 (65d) 는, 이것들 안테나 (21, 22) 의 위치의 좌표를 안테나 파라미터 (Lbbx, Lbby, Lbbz, Lbdx, Lbdy, Lbdz) 의 교정값으로서 출력한다.

제 1 교정 연산부 (65c) 에 의해 연산된 작업기 파라미터와, 제 2 교정 연산부 (65d) 에 의해 연산된 안테나 파라미터와, 버킷 정보는, 표시 컨트롤러 (39) 의 기억부 (43) 에 보존되고, 전술한 날끝 위치의 연산에 사용된다.

유압 쇼벨 (100) 의 교정 시스템 (200) 은, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 버킷 (8) 날끝의 복수의 위치에서의 좌표가 차체 좌표계로 변환된다. 그리고, 차체 좌표계로 변환된 버킷 (8) 날끝의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 파라미터의 교정값이 수치 해석에 의해 자동적으로 연산된다. 이 때문에, 실측이 필요한 파라미터의 수를 저감시킬 수 있다. 또, 교정시에, 버킷 (8) 날끝의 위치 좌표의 실측값과 계산값이 일치할 때까지 파라미터의 값의 맞춤을 실시할 필요가 없다. 이 때문에, 유압 쇼벨 (100) 의 교정 시스템 (200) 에서는, 날끝의 위치 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있음과 함께, 교정 작업 시간을 단축할 수 있다.

교정에 있어서는, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 선회체 위치 정보 (RI) 로부터 특정되는 선회 평면 (B') 에 수직인 단위 법선 벡터 (BH') 를 제 2 단위 법선 벡터로서 사용하는 것은 아니고, 먼저, 도 23 에 나타내는 바와 같이, 작업기 (2) 의 동작 평면 (A) 과 선회체 (3) 의 선회 평면 (B') 의 교선 벡터 (DAB) 가 연산된다. 그리고, 교선 벡터 (DAB) 를 지나 작업기 (2) 의 동작 평면 (A) 에 수직인 평면 (B) 의 단위 법선 벡터 (BH) 가, 제 2 단위 법선 벡터로서 연산된다. 이 때문에, 작업기 (2) 의 동작 평면 (A) 과 선회체 (3) 의 선회 평면 (B') 이 엄밀하게 수직이 아닌 경우에도, 차체 좌표계를 양호한 정밀도로 연산할 수 있다. 그 결과, 버킷 (8) 날끝의 위치 검출의 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.

보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 는, 작업기 (2) 의 상하 방향에 있어서의 위치 및 차체 전후 방향에 있어서의 위치가 상이한 제 1 위치 (P1) ∼ 제 5 위치 (P5) 의 좌표를 포함한다. 이와 같이 다양한 위치의 좌표가 사용되기 때문에, 좌표 변환 정보를 양호한 정밀도로 연산할 수 있다. 또한, 보정 후 작업기 위치 정보 (MIC) 는, 외부 계측 장치 (62) 에 의해 계측된 작업기 위치 정보 (MI) 가, 유압 쇼벨 (100) 의 차체 전후 방향에 있어서의 경사를 고려하여 보정되어 있으므로, 본래의 날끝의 위치에 보다 가까운 값이 된다. 그 결과, 유압 쇼벨 (100) 의 높이 방향에 있어서의 날끝의 위치가 계측될 때의 정밀도 저하가 억제되므로, 교정의 정밀도 저하가 억제된다. 이 때문에, 작업기 파라미터의 교정값의 정밀도 저하가 억제된다.

이상, 본 실시형태를 설명했지만, 전술한 내용에 의해 본 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 또, 전술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시형태의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 여러 가지의 생략, 치환 및 변경 중 적어도 1 개를 실시할 수 있다. 예를 들어, 작업기 (2) 는, 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (8) 을 가지고 있지만, 작업기 (2) 에 장착되는 작업구는 버킷 (8) 에는 한정되지 않는다.

작업점으로서 버킷 (8) 의 날끝이 예시되어 있지만, 버킷 (8) 이외의 작업구가 사용되는 경우에는, 작업점은, 작업구의 선단에 위치하는 점 등, 작업 대상물과 접촉하는 부분이어도 된다. 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (8) 의 회동각 (α, β, γ) 은 각도 센서에 의해 직접 검출되어도 된다. 피치각 (θp) 은, 예를 들어, 유압 쇼벨 (100) 의 카운터 웨이트 (WT) 에 장착한 수준기를 경사 정보 검출 장치로 하여, 그 검출 결과로부터 구해져도 된다. 또, 붐 (6) 에 압력 센서를 형성하여 작업기 (2) 의 모멘트를 구하고, 얻어진 모멘트로부터 유압 쇼벨 (100) 의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보, 예를 들어 피치각 (θp) 을 구해도 된다.

작업기 위치 정보 (MI) 는, 전술한 버킷 (8) 날끝의 5 개의 위치의 좌표에 한정되지 않는다. 예를 들어, 작업기 위치 정보 (MI) 는, 작업기 (2) 의 자세가 상이한 적어도 3 개의 작업점의 위치를 포함하는 것이면 된다. 이 경우, 3 개의 작업점의 위치는, 일직선 상에 나열되는 것이 아니라, 1 개의 작업점의 위치가 다른 2 개의 작업점을 연결하는 직선에 대하여, 상하 방향 또는 차체 전후 방향으로 떨어져 있으면 된다.

작업기 위치 정보 (MI), 선회체 위치 정보 (RI) 및 안테나 위치 정보 (AI)는, 유선 또는 무선의 통신 수단에 의해, 외부 계측 장치 (62) 로부터 교정 장치 (60) 의 입력부 (63) 에 입력되어도 된다. 외부 계측 장치 (62) 는, 토탈 스테이션에 한정하지 않고, 작업점의 위치를 계측하는 다른 장치여도 된다. 본 실시형태에서는, 선회체 위치 정 (RI) 로부터 특정되는 선회 평면 (B') 에 수직인 단위 법선 벡터 (BH') 를 보정한 단위 법선 벡터 (BH) 가 좌표 변환 정보로서 사용되고 있지만, 단위 법선 벡터 (BH') 가 좌표 변환 정보로서 사용되어도 된다.

2 : 작업기
3 : 선회체
5 : 주행체
6 : 붐
7 : 아암
8 : 버킷 (작업구)
60 : 교정 장치
63 : 입력부
62 : 외부 계측 장치
65a : 차체 좌표계 연산부
65b : 좌표 변환부
65c : 제 1 교정 연산부
65d : 제 2 교정 연산부
65e : 보정부
100 : 유압 쇼벨

Claims

주행체와, 상기 주행체에 선회 가능하게 장착된 선회체와, 상기 선회체에 회동 가능하게 장착된 붐과 상기 붐에 회동 가능하게 장착된 아암과 상기 아암에 회동 가능하게 장착된 작업구를 포함하는 작업기와, 상기 붐과 상기 아암과 상기 작업구의 치수와, 상기 선회체에 대한 상기 붐의 회동각과, 상기 붐에 대한 상기 아암의 회동각과, 상기 아암에 대한 상기 작업구의 회동각을 나타내는 복수의 파라미터에 기초하여 상기 작업구에 포함되는 작업점의 현재 위치를 연산하는 현재 위치 연산부를 포함하는 유압 쇼벨과,
상기 파라미터를 교정하기 위한 교정 장치와,
상기 작업점의 위치를 계측하는 외부 계측 장치와,
상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보를 검출하는 경사 정보 검출 장치를 구비하고,
상기 교정 장치는,
상기 경사 정보 검출 장치에 의해 검출된 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보에 기초하여, 상기 외부 계측 장치에 의해 계측된 상기 작업점의 복수의 위치를 보정하고, 보정 후의 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 파라미터의 교정값을 연산하는, 유압 쇼벨의 교정 시스템.
주행체와, 상기 주행체에 선회 가능하게 장착된 선회체와, 상기 선회체에 회동 가능하게 장착된 붐과 상기 붐에 회동 가능하게 장착된 아암과 상기 아암에 회동 가능하게 장착된 작업구를 포함하는 작업기와, 상기 선회체에 대한 상기 붐의 회동각과 상기 붐에 대한 상기 아암의 회동각과 상기 아암에 대한 상기 작업구의 회동각을 검출하는 각도 검출부와, 상기 붐과 상기 아암과 상기 작업구의 치수와 상기 회동각을 나타내는 복수의 파라미터에 기초하여 상기 작업구에 포함되는 작업점의 현재 위치를 연산하는 현재 위치 연산부를 포함하는 유압 쇼벨과,
상기 파라미터를 교정하기 위한 교정 장치와,
상기 작업점의 위치를 계측하는 외부 계측 장치와,
상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보를 검출하는 경사 정보 검출 장치를 구비하고,
상기 교정 장치는,
상기 외부 계측 장치가 계측한, 상기 작업기의 자세가 상이한 적어도 3 개의 상기 작업점의 위치를 포함하는 작업기 위치 정보와, 상기 선회체의 상기 주행체에 대한 선회 각도가 상이한 적어도 3 개의 상기 작업점의 위치를 포함하는 선회체 위치 정보와, 상기 경사 정보 검출 장치에 의해 검출된, 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점에 대응한, 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보가 입력되는 입력부와,
상기 경사 정보에 기초하여 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점의 위치를 보정하는 보정부와,
보정 후의 상기 작업점을 포함하는 상기 작업기 위치 정보에 기초하여 상기 작업기의 동작 평면에 수직인 제 1 단위 법선 벡터를 연산하고, 상기 선회체 위치 정보에 기초하여 상기 선회체의 선회 평면에 수직인 제 2 단위 법선 벡터를 연산하고, 상기 제 1 단위 법선 벡터와 상기 제 2 단위 법선 벡터에 수직인 제 3 단위 법선 벡터를 연산하는 차체 좌표계 연산부와,
상기 외부 계측 장치에 의해 계측된 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표를, 상기 제 1 단위 법선 벡터와 상기 제 2 단위 법선 벡터와 상기 제 3 단위 법선 벡터를 사용하여, 상기 외부 계측 장치에 있어서의 좌표계로부터 상기 유압 쇼벨에 있어서의 차체 좌표계로 변환하는 좌표 변환부와,
상기 차체 좌표계로 변환된 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 파라미터의 교정값을 연산하는 교정 연산부를 포함하는, 유압 쇼벨의 교정 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 경사 정보는, 상기 유압 쇼벨의 피치각인, 유압 쇼벨의 교정 시스템.
주행체와, 상기 주행체에 선회 가능하게 장착된 선회체와, 상기 선회체에 회동 가능하게 장착된 붐과 상기 붐에 회동 가능하게 장착된 아암과 상기 아암에 회동 가능하게 장착된 작업구를 포함하는 작업기를 포함하는 유압 쇼벨에 있어서, 상기 붐과 상기 아암과 상기 작업구의 치수와 상기 회동각을 나타내는 복수의 파라미터를 교정하기 위한 방법으로서,
상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보를 취득하고,
상기 경사 정보에 기초하여, 상기 작업구에 포함되는 상기 작업점의 복수의 위치를 보정하고,
보정 후의 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 파라미터의 교정값을 연산하는, 유압 쇼벨의 교정 방법.
주행체와, 상기 주행체에 선회 가능하게 장착된 선회체와, 상기 선회체에 회동 가능하게 장착된 붐과 상기 붐에 회동 가능하게 장착된 아암과 상기 아암에 회동 가능하게 장착된 작업구를 포함하는 작업기를 포함하는 유압 쇼벨에 있어서, 상기 붐과 상기 아암과 상기 작업구의 치수와 상기 회동각을 나타내는 복수의 파라미터를 교정하기 위한 방법으로서,
상기 작업기의 자세가 상이한 적어도 2 개의 상기 작업점의 위치와 상기 작업기의 동작 평면 상의 소정의 기준점의 위치를 포함하거나, 또는 상기 작업기의 자세가 상이한 적어도 3 개의, 상기 작업구에 포함되는 작업점의 위치를 포함하는 작업기 위치 정보와, 상기 선회체의 상기 주행체에 대한 선회 각도가 상이한 적어도 3 개의 상기 작업점의 위치를 포함하는 선회체 위치 정보와, 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점에 대응한, 상기 유압 쇼벨의 차체 전후 방향에 있어서의 경사 정보를 취득하고,
상기 경사 정보에 기초하여 상기 작업기 위치 정보에 포함되는 각각의 상기 작업점의 위치를 보정하고,
보정 후의 상기 작업점을 포함하는 상기 작업기 위치 정보에 기초하여 상기 작업기의 동작 평면에 수직인 제 1 단위 법선 벡터를 연산하고, 상기 선회체 위치 정보에 기초하여 상기 선회체의 선회 평면에 수직인 제 2 단위 법선 벡터를 연산하고, 상기 제 1 단위 법선 벡터와 상기 제 2 단위 법선 벡터에 수직인 제 3 단위 법선 벡터를 연산하고,
상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표를, 상기 제 1 단위 법선 벡터와 상기 제 2 단위 법선 벡터와 상기 제 3 단위 법선 벡터를 사용하여, 상기 외부 계측 장치에 있어서의 좌표계로부터 상기 유압 쇼벨에 있어서의 차체 좌표계로 변환하고,
상기 차체 좌표계로 변환된 상기 작업점의 복수의 위치에서의 좌표에 기초하여, 상기 파라미터의 교정값을 연산하는, 유압 쇼벨의 교정 방법.