KR20170139101A

KR20170139101A - 작업 기계의 교정 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 교정 방법

Info

Publication number: KR20170139101A
Application number: KR1020177033468A
Authority: KR
Inventors: 쓰토무 이와무라; 마사노부 세키; 마사시 이치하라; 겐지로 시마다; 사토루 신타니; 유키 시마노; 에이지 이시바시
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2017-12-18
Also published as: US20180171598A1; DE112015006905T5; CN107614803A; US10968607B2; JPWO2017072877A1; JP6701224B2; KR101972558B1; WO2017072877A1; CN107614803B

Abstract

작업기가 장착되어 선회하는 선회체를 가지는 작업 기계의 자세를 출력하는 자세 검출 장치의 상기 작업 기계에 대한 어긋남에 기인하는 오차를 보정하는 데 있어서, 상기 작업 기계가 제1 자세일 때에 있어서의 상기 작업 기계의 일부분의 위치인 제1 위치와, 상기 작업 기계가 제2 자세일 때에 있어서의 상기 일부분의 위치인 제2 위치를 이용하여 상기 오차를 보정한다.

Description

작업 기계의 교정 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 교정 방법

본 발명은, 작업 기계(work machine)의 교정 장치, 작업 기계 및 작업 기계의 교정 방법에 관한 것이다.

선회체(旋回體)를 구비한 작업 기계에 있어서, 작업 자세를 검출하고, 특정하기 위한 장치로서 쟈이로 센서(gyro sensor)를 구비한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1).

일본 공개특허 제2015-001385호 공보

작업 기계의 자세를 검출하는 장치(이하, 적절히 자세 검출 장치라고 함)는, 작업 기계에 장착되어, 가속도를 검출하거나, 각속도(角速度)를 검출하거나 한다. 자세 검출 장치는, 작업 기계에 장착될 기준의 위치에 대하여 어긋나게 장착되면, 검출값에 오차를 포함한다. 오차를 포함한 검출값을 이용하여 구해진 작업 기계의 자세도 오차를 포함하므로, 자세 검출 장치의 검출값에 포함되는 오차를 보정할 필요가 있다. 자세 검출 장치의 기준으로 되는 축이 작업 기계의 전후 방향에서의 축에 대하여 요우 방향(yaw direction)의 어긋남이 발생하고 있는 경우, 자세 검출 장치가 검출하는 작업기(working implement)의 자세각(姿勢角)이 경사지는 경우가 있다.

본 발명은, 자세 검출 장치가 작업 기계의 전후 방향에 대하여 요우각이 어긋나게 설정됨으로써, 경사가 발생하는 것에 기인하는, 자세 검출 장치의 검출값에 포함되는 오차를 보정하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 작업기가 장착되어 선회(旋回)하는 선회체를 가지는 작업 기계의 자세를 출력하는 자세 검출 장치의 상기 작업 기계에 대한 어긋남에 기인하는 오차를 보정하는 데 있어서, 상기 작업 기계가 제1 자세일 때에 있어서의 상기 작업 기계의 일부분의 위치인 제1 위치와, 상기 작업 기계가 제2 자세일 때에 있어서의 상기 일부분의 위치인 제2 위치를 이용하여 상기 오차를 보정하는, 작업 기계의 교정 장치이다.

상기 일부분의 위치는, 상기 작업기의 일부의 위치이며, 상기 제1 위치는, 상기 작업 기계가 경사면에 설치되고, 또한 상기 선회체가 제1 방향을 향하고 있을 때의 위치이며, 상기 제2 위치는, 상기 작업 기계가 경사면에 설치되고, 또한 상기 선회체가 제2 방향을 향하고 있을 때의 위치인 것이 바람직하다.

상기 제1 위치 및 상기 제2 위치는, 상기 자세 검출 장치가 출력한 피치각이 0°일 때의 위치인 것이 바람직하다.

상기 일부분의 위치는, 상기 작업 기계가 가지는 상기 작업기의 일부분의 위치인 것이 바람직하다.

상기 제1 위치 및 상기 제2 위치는, 상기 작업 기계 이외의 위치를 기준으로 하여 얻어진 상기 일부분의 위치이며, 상기 자세 검출 장치로부터 출력된, 상기 작업 기계의 자세에 관한 정보를 이용하여 구하는 것이 바람직하다.

상기 작업 기계의 자세에 관한 정보를 보정하기 위한 파라미터를 보정하면서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치의 재계산을 반복하고, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치와의 차이가 임계값 이하로 되었을 때의 상기 파라미터를 사용하여 상기 오차를 보정하는 것이 바람직하다.

상기 작업 기계의 자세에 관한 정보는, 상기 자세 검출 장치가 출력한 피치각 및 롤각(roll angle)인 것이 바람직하다.

본 발명은, 전술한 작업 기계의 교정 장치를 가지는, 작업 기계이다.

본 발명은, 작업기가 장착되어 선회하는 선회체를 가지는 작업 기계의 자세를 출력하는 자세 검출 장치의 상기 작업 기계에 대한 어긋남에 기인하는 오차를 보정하는 데 있어서, 상기 작업 기계가 제1 자세일 때에 있어서의 상기 작업 기계의 일부분의 위치인 제1 위치를 취득하고, 상기 작업 기계가 제2 자세일 때에 있어서의 상기 일부분의 위치인 제2 위치를 취득하고, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치를 이용하여 상기 오차를 보정하는, 작업 기계의 교정 방법이다.

본 발명은, 자세 검출 장치가 작업 기계의 전후 방향에 대하여 요우각이 어긋나게 설정됨으로써, 경사가 발생하는 것에 기인하는, 자세 검출 장치의 검출값에 포함되는 오차를 보정할 수 있다.

도 1은, 실시형태 1에 관한 작업 기계의 사시도이다.
도 2는, 차체 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 실시형태 1에 관한 작업 기계의 교정 장치를 포함하는 작업 기계의 교정 시스템의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는, 유압 셔블이 경사면에 놓여진 경우에 있어서, IMU가 장착 오차를 가지는 경우와 가지지 않는 경우를 나타낸 도면이다.
도 5는, IMU가 장착 오차를 가지지 않는 경우에서의 날끝(cutting edge)의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, IMU가 장착 오차를 가지는 경우에서의 날끝의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 실시형태 1에 관한 작업 기계의 교정 방법의 처리예를 나타낸 플로우차트이다.
도 8은, IMU의 계측 오차를 보정하기 위해 유압 셔블을 경사면에 설치한 상태를 나타낸 측면도이다.
도 9는, 경사면에 설치된 유압 셔블의 제1 자세를 나타낸 도면이다.
도 10은, 경사면에 설치된 유압 셔블의 제2 자세를 나타낸 도면이다.
도 11은, 제1 자세에서의 작업기의 위치와 제2 자세에서의 작업기의 위치와의 차이를 나타낸 측면도이다.
도 12는, 제1 자세에서의 작업기의 위치와 제2 자세에서의 작업기의 위치와의 차이를 나타낸 정면도이다.
도 13은, 제1 자세 및 제2 자세를 얻기 위한 변형예를 나타낸 도면이다.
도 14는, 실시형태 2에 있어서, 제1 자세로 제1 위치를 계측하는 예를 나타낸 도면이다.
도 15는, 실시형태 2에 있어서, 제2 자세로 제2 위치를 계측하는 예를 나타낸 도면이다.

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

실시형태 1.

<작업 기계의 전체 구성>

도 1은, 실시형태 1에 관한 작업 기계의 사시도이다. 도 2는, 차체 좌표계를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시형태에 있어서, 작업 기계는 유압 셔블(100)이다. 유압 셔블(100)은, 차체(1) 및 작업기(2)를 가진다. 차체(1)는, 선회체(3), 운전실(4) 및 주행체(5)를 가진다. 선회체(3)는, 주행체(5)에, 선회 중심축 Zr을 중심으로 하여 선회 가능하게 장착되어 있다. 선회체(3)는, 유압(油壓) 펌프 및 엔진 등의 장치를 수용하고 있다.

선회체(3)는, 작업기(2)가 장착되어 선회한다. 선회체(3)의 상부에는 난간(9)이 장착되어 있다. 난간(9)에는, 안테나(21, 22)가 장착된다. 안테나(21, 22)는, RTK―GNSS(Real Time Kinematic―Global Navigation Satellite Systems, GNSS는 전지구 항법 위성 시스템을 말함)용의 안테나이다. 안테나(21, 22)는, 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)의 Ym축을 따라 일정 거리만큼 이격되어 배치되어 있다. 안테나(21, 22)는, GNSS 전파를 수신하고, 수신한 GNSS 전파에 따른 신호를 출력한다. 안테나(21, 22)는, GPS(Global Positioning System)용의 안테나라도 된다.

운전실(4)은 선회체(3)의 전부(前部)에 탑재되어 있다. 주행체(5)는, 크롤러 벨트(crawler belts)(5a, 5b)를 가지고 있다. 크롤러 벨트(5a, 5b)가 회전함으로써 유압 셔블(100)이 주행한다.

작업기(2)는, 차체(1)의 전부에 장착되어 있고, 붐(boom)(6), 암(arm)(7), 버킷(bucket)(8), 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)를 가진다. 붐(6)의 기단부(基端部)는, 붐 핀(boom pin)(13)을 통하여 차체(1)의 전부(前部)에 회동(回動) 가능하게 장착되어 있다. 즉, 붐 핀(13)은, 붐(6)의 선회체(3)에 대한 회동 중심에 상당한다. 암(7)의 기단부는, 암 핀(arm pin)(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 즉, 암 핀(14)은, 암(7)의 붐(6)에 대한 회동 중심에 상당한다. 암(7)의 선단부에는, 버킷 핀(bucket pin)(15)을 통하여 버킷(8)이 회동 가능하게 장착되어 있다. 즉, 버킷 핀(15)은, 버킷(8)의 암(7)에 대한 회동 중심에 상당한다.

도 1에 나타낸 붐 실린더(10), 암 실린더(11) 및 버킷 실린더(12)는, 각각 유압에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(10)의 기단부는, 붐 실린더 풋 핀(foot pin)(10a)을 통하여 선회체(3)에 회동 가능하게 장착되어 있다. 붐 실린더(10)의 선단부는, 붐 실린더 탑 핀(10b)을 통하여 붐(6)에 회동 가능하게 장착되어 있다. 붐 실린더(10)는, 유압에 의해 신축함으로써, 붐(6)을 구동한다.

암 실린더(11)의 기단부는, 암 실린더 풋 핀(11a)을 통하여 붐(6)에 회동 가능하게 장착되어 있다. 암 실린더(11)의 선단부는, 암 실린더 탑 핀(11b)을 통하여 암(7)에 회동 가능하게 장착되어 있다. 암 실린더(11)는, 유압에 의해 신축함으로써, 암(7)을 구동한다.

버킷 실린더(12)의 기단부는, 버킷 실린더 풋 핀(12a)을 통하여 암(7)에 회동 가능하게 장착되어 있다. 버킷 실린더(12)의 선단부는, 버킷 실린더 탑 핀(12b)을 통하여 제1 링크 부재(47)의 일단(一端) 및 제2 링크 부재(48)의 일단에 회동 가능하게 장착되어 있다. 제1 링크 부재(47)의 타단은, 제1 링크 핀(47a)을 통하여 암(7)의 선단부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 제2 링크 부재(48)의 타단은, 제2 링크 핀(48a)을 통하여 버킷(8)에 회동 가능하게 장착되어 있다. 버킷 실린더(12)는, 유압에 의해 신축함으로써, 버킷(8)을 구동한다.

버킷(8)은, 복수의 날(plurality of blades)(8B)을 가진다. 복수의 날(8B)은, 버킷(8)의 폭 방향을 따라 일렬로 정렬되어 있다. 날(8B)의 선단은, 날끝(8BT)이다. 버킷(8)은, 작업구(working tool)의 일례이다. 작업구는, 버킷(8)에 한정되지 않는다. 작업구는, 예를 들면, 단수의 날을 가지는 틸트 버킷(tilt bucket)이라도 되고, 법면(法面; slope) 버킷 또는 삭암용(削岩用)의 칩(rock drilling chip)을 구비한 삭암용의 부속품(attachment)이라도 되고, 이들 이외라도 된다.

선회체(3)에는, 위치 검출 장치(23)와, 자세 검출 장치의 일례인 IMU(Inertial Measurement Unit: 관성 계측 장치)(24)와, 작업 기계의 교정 장치(30)와, 유압 셔블(100)을 제어하는 제어 장치(25)가 장착되어 있다. 위치 검출 장치(23)는, 안테나(21, 22)로부터의 신호가 입력된다. 위치 검출 장치(23)는, 안테나(21, 22)로부터 취득한 신호를 사용하여, 글로벌 좌표계(Xg, Yg, Zg)에서의 안테나(21, 22)의 현재 위치 및 선회체(3)의 방위를 검출하여, 출력한다. 선회체(3)의 방위는, 글로벌 좌표계에서의 선회체(3)의 방향을 나타낸다. 선회체(3)의 방향은, 예를 들면, 글로벌 좌표계의 Zg축 주위에서의 선회체(3)의 전후 방향의 방향으로 표현할 수 있다. 본 실시형태에서는, 방위각 θd에 의해 선회체(3)의 방위가 표현된다. 방위각 θd는, 선회체(3)의 전후 방향에서의 기준축의, 글로벌 좌표계의 Zg축 주위에서의 회전각이다. 본 실시형태에 있어서, 위치 검출 장치(23)는, 2개의 안테나(21, 22)의 상대(相對) 위치로부터 방위각 θd를 산출한다.

다음에, 좌표계에 대하여 설명한다. 전술한 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)는, 차체(1), 본 실시형태에서는 선회체(3)에 고정된 원점을 기준으로 하는 좌표계이다. 실시형태에 있어서, 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)의 원점은, 예를 들면, 선회체(3)의 스윙 서클(swing circle)의 중심이다. 스윙 서클의 중심은, 선회체(3)의 선회 중심축 Zr 상에 존재한다. 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)의 Zm축은 선회체(3)의 선회 중심축 Zr로 되는 축이며, Xm축은 선회체(3)의 전후 방향으로 연장되고, 또한 Zm축과 직교하는 축이며, Ym축은 Zm축 및 Xm축과 직교하는, 선회체(3)의 폭 방향으로 연장되는 축이다. Xm축은, 선회체(3)의 전후 방향에서의 기준축이다. 전술한 글로벌 좌표계(Xg, Yg, Zg)는, GNSS에 의해 계측되는 좌표계이며, 지구에 고정된 원점을 기준으로 한 좌표계이다. IMU(24)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 자체의 좌표계(Xi, Yi, Zi)를 가지고 있다.

본 실시형태에 있어서, IMU(24)는, 운전실(4)의 아래쪽에 설치된다. IMU(24)는, 유압 셔블(100)에 작용하는 가속도를 검출한다. IMU(24)는, 차체(1), 본 실시형태에서는 선회체(3)의 폭 방향의 경사각을 검출할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 차체(1)의 폭 방향은, 붐 핀(13)의 축 방향과 평행한 방향이다. 차체(1)의 폭 방향의 경사각은, 도 2에 나타낸 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)의 Xm축 주위에서의 각도 θr이다. 이하에 있어서, 각도 θr을 적절히, 롤각 θr이라고 한다.

IMU(24)는, 검출한 각속도로부터, 중력이 작용하는 방향에 대한 차체(1), 본 실시형태에서는 선회체(3)의 전후 방향의 경사각을 검출할 수 있다. 차체(1)의 전후 방향은, 도 2에 나타낸 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)의 Xm축이 연장되는 방향이다. 차체(1)의 전후 방향의 경사각은, 도 2에 나타낸 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)의 Ym축 주위에서의 각도 θp이다. 이하에 있어서, 각도 θp를 적절히, 피치각 θp라고 한다.

IMU(24)는, 유압 셔블(100)의 가속도, 각속도, 롤각 θr, 피치각 θp 및 요우각 θy라는 유압 셔블(100)의 제어에 필요한 정보를 1개의 장치에 의해 구할 수 있다. 제어 장치(25)는, 작업기(2)의 위치, 예를 들면, 버킷(8)의 날끝(8BT)의, 글로벌 좌표계에서의 위치를 이용하여, 작업기(2)를 제어한다. 글로벌 좌표계에서의 작업기(2)의 위치를 구하는 데 있어서, 롤각 θr, 피치각 θp 및 방위각 θd가 사용된다. 본 실시형태에서는, 작업 기계의 교정 장치(30)가 작업기(2)의 위치를 구하지만, 작업기(2)의 위치는, 제어 장치(25)에 의해 구해져도 되고, 제어 장치(25) 이외의 기기(機器)에 의해 구해져도 된다.

<작업 기계의 교정 장치(30) 및 작업 기계의 교정 시스템(40)>

도 3은, 실시형태 1에 관한 작업 기계의 교정 장치(30)를 포함하는 작업 기계의 교정 시스템(40)의 일례를 나타낸 도면이다. 작업 기계의 교정 시스템(40)은, 작업 기계의 교정 장치(30)와, 위치 검출 장치(23)와, IMU(24)와, 입출력 장치(26)를 포함한다. 본 실시형태에 있어서 위치 검출 장치(23)는 반드시 필요한 것은 아니다. 이하에 있어서, 작업 기계의 교정 장치(30)를 적절히, 교정 장치(30)라고 하고, 작업 기계의 교정 시스템(40)을 적절히, 교정 시스템(40)이라고 한다.

교정 장치(30)는, 처리부(31), 기억부(32) 및 입출력부(33)를 가진다. 처리부(31)는, 보정부(31A) 및 위치 산출부(31B)를 가진다. 처리부(31)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서 및 메모리이다. 처리부(31)는, 실시형태에 관한 작업 기계의 교정 방법을 실행한다. 보정부(31A)는, 주로, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 교정 방법을 실행함으로써, IMU(24)가 유압 셔블(1)의 전후 방향에 대하여 요우각이 어긋나게 설정됨으로써, 경사가 발생하는 것에 기인하는, IMU(24)의 검출값에 포함되는 오차를 보정한다. 위치 산출부(31B)는, 주로, 보정된 IMU(24)의 검출값을 이용하여 작업기(2)의 위치를 구한다.

기억부(32)는, 예를 들면, RAM(Random Access Memory), ROM(Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Progra㎜able Random Access Memory), EEPROM(Electrically Erasable Progra㎜able Random Access Memory) 등의 불휘발성 또는 휘발성의 반도체 메모리, 자기(磁氣) 디스크, 플렉시블 디스크 및 광자기 디스크 중 하나 이상이 사용된다.

기억부(32)는, 실시형태에 관한 작업 기계의 교정 방법을 처리부(31)에 실행하도록 하기 위한 컴퓨터 프로그램, 및 처리부(31)가 실시형태에 관한 작업 기계의 교정 방법을 실행할 때 사용되는 정보를 기억한다. 처리부(31)는, 기억부(32)로부터 전술한 컴퓨터 프로그램을 읽어들여 실행함으로써, 실시형태에 관한 작업 기계의 교정 방법을 실현한다. 입출력부는, 교정 장치(30)와 기기류(機器類)를 접속하기 위한 인터페이스 회로이다. 입출력부(33)에는, IMU(24), 위치 검출 장치(23) 및 입출력 장치(26)가 접속된다.

입출력 장치(26)는, 표시부(26D)와 입력부(26I)를 가진다. 입출력 장치(26)의 표시부(26D)는, 예를 들면, 교정 장치(30)의 계산 결과 및 교정 장치(30)에 입력하는 정보를 표시한다. 표시부(26D)는, 액정 디스플레이 또는 유기 EL(Electro Luminescence) 디스플레이 등이지만, 이들에 한정되지 않는다. 입력부(26I)는, 교정 장치(30)에 정보를 입력하는 버튼식의 입력 키이지만, 이와 같은 것에 한정되지 않는다.

차체 좌표계의 기준 위치로 되는, 선회체(3)의 선회 중심에 IMU(24)를 배치할 수는 없기 때문에, IMU(24)의 좌표계(Xi, Yi, Zi)와, 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)와는 상이하다. IMU(24)는, IMU(24)의 좌표계(Xi, Yi, Zi)의 Xi축과 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)의 Xm축이 평행하게 되어 있으면, IMU(24)가 검출한 각속도 및 가속도로부터 구해지는 롤각 θr 및 피치각 θp의 정밀도가 보증된다. 본 실시형태에 있어서는, Xi축이 IMU(24)의 기준으로 되는 축이다. IMU(24)의 Xi축이 차체 좌표계의 Xm축에 대하여 요우각의 어긋남을 가지는, 즉 각도 어긋남을 가지면, 유압 셔블(100)의 일부인 선회체(3)에 장착된 IMU(24)는, 선회체(3)에 대하여 각도 어긋남을 가진다. 이 각도 어긋남을, 이하에 있어서는 적절히, 장착 오차라고 한다. IMU(24)의 유압 셔블(100)에 대한 어긋남을 나타낸다. IMU(24)가 장착 오차를 가지는 경우, IMU(24)가 검출하고, 교정 장치(30)가 인식하는 유압 셔블(100)의 피치각 θp 및 롤각 θr은 오차를 포함한다. 즉, IMU(24)의 검출값은, IMU(24)의 장착 오차에 기인하는 오차를 포함한다. 이 오차를, 이하에 있어서는 적절히, 계측 오차라고 한다.

도 4는, 유압 셔블(100)이 경사면 PD에 놓여진 경우에 있어서, IMU(24)가 장착 오차를 가지는 경우와 가지지 않는 경우를 나타낸 도면이다. 도 5는, IMU(24)가 장착 오차를 가지지 않는 경우에서의 날끝(8BT)의 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은, IMU(24)가 장착 오차를 가지는 경우에서의 날끝(8BT)의 위치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는, 수평면으로부터의 경사각이 φ인 경사면 PD에, 도 1에 나타낸 유압 셔블(100)이 놓여졌을 때의 IMU(24) 상태를 나타내고 있다. 도 4 중의 A는, IMU(24)의 좌표계의 Xi축과 차체 좌표계의 Xm축이 평행하게 되어 있는 경우를 나타낸다. 즉, IMU(24)가 장착 오차를 가지지 않는 경우를 나타낸다. 도 4 중의 B는, IMU(24)의 좌표계의 Xi축과 차체 좌표계의 Xm축이 평행하게 되어 있지 않은 경우를 나타낸다. 이 예는, IMU(24)가 장착 오차를 가지는 경우를 나타낸다. 구체적으로는, 도 1에 나타낸 IMU(24)의 좌표계의 Xi 축 주위에 IMU(24)가 회전하여 차체(1), 본 실시형태에서는 선회체(3)에 장착된 결과, IMU(24)의 좌표계의 Xi축이 차체 좌표계의 Xm축에 대하여 각도 Δθy만큼 어긋나 있는 상태이다. 즉, IMU(24)가 유압 셔블(100)의 전후 방향에 대하여 요우 방향의 어긋남이 발생하여 장착되어 있는 상태이다.

IMU(24)가 장착 오차를 가지지 않는 경우, 피치각 θp는 0°이며, 롤각 θr은 φ으로 된다. IMU(24)가 장착 오차를 가지는 경우, 피치각 θp는 0°와는 상이한 값으로 되고, 롤각 θr은 φ와는 상이한 값으로 된다.

도 5 및 도 6에 있어서, 작업기(2)가 가지는 버킷(8)의 날끝(8BT)의 실제의 높이는 Hr, 도 3에 나타낸 교정 장치(30)가 인식하는 버킷(8)의 날끝(8BT)의 높이는 Hb인 것으로 한다. IMU(24)의 장착 오차를 가지지 않는 유압 셔블(100)이 경사면 PD에 놓여져 있는 경우, 도 1에 나타낸 선회체(3)가 선회하면, 도 5에 나타낸 바와 같이, 교정 장치(30)가 인식하는 날끝(8BT)의 높이 Hb는, 실제의 높이 Hr과 변함없다. 실제의 높이 Hr은, 기준면 PH로부터 날끝(8BT)의 위치까지의 높이이다. IMU(24)의 장착 오차를 가지는 유압 셔블(100)이 경사면 PD에 놓여져 있는 경우, 도 1에 나타낸 선회체(3)가 선회하면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 교정 장치(30)가 인식하는 선회체(3)의 날끝(8BT)의 높이 Hb는, 실제의 높이 Hr과는 상이하다.

일례로서, IMU(24)의 좌표계의 Xi축이 차체 좌표계의 Xm축에 대하여 어긋나 있는 각도, 즉 IMU(24)의 장착 오차가 ±1°정도인 유압 셔블(100)을 생각할 수 있다. 이 유압 셔블(100)이 경사면 PD에 놓여져 있는 경우에 선회체(3)를 회동시키면, 교정 장치(30)가 인식하는 날끝(8BT)의 높이 Hb에는 오차가 포함된다. 경사면 PD의 경사가 커지면, 작업기(2)가 최대 리치(reach)의 상태로 되었을 때, 교정 장치(30)가 인식하는 날끝(8BT)의 높이 Hb에는, 작업기(2)를 설계면을 따라 동작시키는 제어를 행하기 위한 정밀도를 보증할 수 없을 정도의 오차가 포함되는 경우가 있다.

피치각 θp는 버킷(8)의 날끝(8BT)의 위치에 대한 영향이 있는 것, 롤각 θr은 버킷(8)의 날끝의 병행도에 영향을 주므로, IMU(24)의 피치각 θp 및 롤각 θr에 대해서는, 설치 시의 경사 보정이 행해진다. 유압 셔블(1)이 대형으로 되면 IMU(24)의 장착 오차가, 경사면에서 피치각 θp의 오차에 주어지는 영향이 커지게 되는 결과, 경사면에서의 날끝(8BT)의 위치 정밀도에 영향이 나오는 것이 판명되었다. 그러므로, 본 실시형태에서는, IMU(24)의 계측 오차를 보정한다.

교정 장치(30)가 인식하는 날끝(8BT)의 높이 Hb에 포함되는 오차는, 유압 셔블(100)이 놓여지는 경사면의 아래쪽으로부터 위쪽을 향하는 방향과, 차체 좌표계의 Xm축이 직교하는 상태로 될 때 최대로 된다. 교정 장치(30) 및 본 실시형태에 관한 교정 방법은, IMU(24)가 장착 오차를 가지는 경우에, IMU(24)의 검출값을 보정함으로써 계측 오차를 보정한다. 다음에, 교정 장치(30)가 본 실시형태에 관한 교정 방법을 실행하여, IMU(24)의 계측 오차를 보정하는 처리를 설명한다.

<장착 오차의 보정>

도 7은, 실시형태 1에 관한 작업 기계의 교정 방법의 처리예를 나타낸 플로우차트이다. 도 8은, IMU(24)의 계측 오차를 보정하기 위해 유압 셔블(100)을 경사면 PD에 설치한 상태를 나타낸 측면도이다. 도 9는, 경사면 PD에 설치된 유압 셔블(100)의 제1 자세 FF를 나타낸 도면이다. 도 10은, 경사면 PD에 설치된 유압 셔블(100)의 제2 자세 FS를 나타낸 도면이다. 도 11은, 제1 자세 FF에서의 작업기(2)의 위치와 제2 자세 FS에서의 작업기(2)의 위치와의 차이를 나타낸 측면도이다. 도 12는, 제1 자세 FF에서의 작업기(2)의 위치와 제2 자세 FS에서의 작업기(2)의 위치와의 차이를 나타낸 정면도이다.

본 실시형태에 있어서 IMU(24)의 계측 오차가 보정되는 경우, 도 8에 나타낸 바와 같이, 보정 대상의 IMU(24)를 가지는 유압 셔블(100)은, 경사각 φ인 경사면 PD에 설치된다. 이 상태에서, 교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 유압 셔블(100)가 도 9 및 도 11에 나타낸 제1 자세 FF일 때에 있어서의 유압 셔블(100)의 일부분 Pm의 위치인 제1 위치 Pf를 취득한다(스텝 S101). 다음에, 교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 유압 셔블(100)가 도 10 및 도 11에 나타낸 제2 자세 FS일 때에 있어서의 유압 셔블(100)의 일부분 Pm의 위치인 제2 위치 Ps를 취득한다(스텝 S102).

제1 위치 Pf는, 유압 셔블(100)이 경사면 PD에 설치되고, 또한 선회체(3)가 제1 방향을 향하고 있을 때의 위치이며, 제2 위치 Ps는, 유압 셔블(100)이 경사면 PD에 설치되고, 선회체(3)가 제2 방향을 향하고 있을 때의 위치이다. 즉, 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps는, 선회체(3)의 방향이 상이할 때에 있어서의 상이한 2개의 위치이다.

본 실시형태에 있어서, 유압 셔블(100)의 일부분 Pm은, 선회체(3) 및 이에 장착된 작업기(2)의 일부로서, 선회체(3)의 선회 중심 상 이외의 위치이면 된다. 이 예에서는, 일부분 Pm은, 작업기(2)의 일부분, 보다 구체적으로는 도 1에 나타낸암 실린더 탑 핀(11b)의 부분이지만, 이 부분에 한정되는 것은 아니다.

제1 자세 FF 및 제2 자세 FS는, IMU(24)가 출력한 피치각 θp이 0°로 될 때의 자세이다. 즉, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, IMU(24)가 출력한 피치각 θp이 0°로 될 때의 위치이다. 경사면 PD의 아래쪽으로부터 위쪽을 향하는 방향을 경사 방향 DD로 한다. 경사 방향 DD와 수평면이 이루는 각도는 경사각 φ이다. 경사 방향 DD와 직교하는 방향은 수평면과 평행이다. IMU(24)가 출력한 피치각 θp이 0°로 된 경우란, IMU(24)의 좌표계에서의 Yi축이 경사 방향 DD와 평행하게 된 경우이다.

제2 자세 FS는, 작업기(2)의 자세가 제1 자세 FF와는 상이한 자세이다. 본 실시형태에 있어서, 제2 자세 FS는, IMU(24)가 출력한 피치각 θp이 0°인 제1 자세 FF의 상태로부터 선회체(3)가 선회하여, IMU(24)가 출력한 피치각 θp이 다시 0°가 되었을 때의 자세이다. 이 경우, 선회체(3)는, 180°선회하게 된다.

본 실시형태에 있어서, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, 선회체(3)의 방향이 180° 상이할 때에 있어서의 상이한 2개의 위치이지만, 이와 같은 위치 관계에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, 선회체(3)의 방향이 180° 이외의 크기로 상이할 때에 있어서의 상이한 2개의 위치라도 된다. 이 경우, 상이한 2개의 방향의 사이에서의 크기에 따라 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Pf를 보정할 필요가 있다. 선회체(3)의 방향이 180° 상이할 때에 있어서의 상이한 2개의 위치를, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps로 함으로써, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Pf의 보정이 불필요해지므로, 바람직하다.

제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, 도 9 및 도 10에 나타낸 외부 계측 장치(TS)에 의해 계측된다. 본 실시형태에 있어서, 외부 계측 장치(TS)는, 예를 들면, 토탈 스테이션이라고 하는 계측 장치이지만, 이에 한정되지 않는다. 본 실시형태에 있어서, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, 글로벌 좌표계(Xg, Yg, Zg)에서의 위치이지만, 이에 한정되지 않는다. 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, 도 3에 나타낸 입출력 장치(26)로부터 교정 장치(30)에 입력되어도 된다. 또한, 외부 계측 장치(TS)가 교정 장치(30)의 입출력부(33)에 접속됨으로써, 교정 장치(30)는 외부 계측 장치(TS)로부터 직접 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps를 취득해도 된다.

IMU(24)가 장착 오차를 가지는 경우, 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps와는 상이하다. 예를 들면, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 위치 Pf의 기준면 PH로부터의 높이 Hf와 제2 위치 Ps의 기준면 PH로부터의 높이 Hs가 상이하다. 그 결과, 높이 Hf와 높이 Hs와의 차 Δh가 생긴다. IMU(24)의 장착 오차에 기인하는 것부분 Pm의 높이의 오차 D는, Δh/2로 된다.

본 실시형태에 있어서, 교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps를 사용하여, IMU(24)의 계측 오차를 보정한다(스텝 S103). 예를 들면, 교정 장치(30)는, 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps와의 차 Δh로부터 얻어지는 오차 D를 사용하여 IMU(24)의 계측 오차를 보정한다. 제2 자세 FS일 때에 있어서의 진정한 피치각 θpt2와, 오차 D와, 차체 좌표계의 원점에서 작업기(2)의 일부분 Pm까지의 거리 L와의 관계는, 경사각 φ및 각도 θy를 사용하여, 식(1)에 의해 구해진다.

sinθpt2=D/L=sinφ×sinΔθy … (1)

거리 L은, 차체 좌표계의 원점에서 일부분 Pm까지의 거리이며, 차체 좌표계의 Xm 방향에서의 거리이다. 거리 L은, 작업기(2)의 자세 및 치수로부터 구해진다. 경사각 φ은, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps의 계측 시에, 유압 셔블(100)이 설치되는 경사면 PD의 경사각이다. 경사각 φ은, 유압 셔블(100)이 제1 자세 FF로부터 제2 자세 FS로 변화할 때 선회체(3)가 선회했을 때, IMU(24)가 검출하고, 출력한 롤각 θr의 피크값이다. Δθy는, 요우각 오차이다. 요우각 오차 Δθy는, IMU(24)의 좌표계의 Xi축이 차체 좌표계의 Xm축에 대하여 어긋나 있었을 때의 Xi축과 Xm축이 이루는 각도이다. 요우각 오차 θy는, IMU(24)가 Zi축의 주위로 회전하여 유압 셔블(100), 본 실시형태에서는 선회체(3)에 장착되는 것에 의해 발생하는 오차이다.

식(1)을 변형시켜 요우각 오차 θy에 대하여 풀면, 식(2)를 얻을 수 있다.

Δθy=sin^―1{(D/L)×(1/sinφ)} … (2)

교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 식(2)에 오차 D와 거리 L와 IMU(24)의 검출값으로부터 얻어진 경사각 φ을 부여하여 요우각 오차 θy를 구한다. 교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 얻어진 요우각 오차 θy를, 도 3에 나타낸 기억부(32)에 기억시킨다. 교정 장치(30)의 처리부(31), 보다 구체적으로는, 도 3에 나타낸 위치 산출부(31B)는, 기억부(32)로부터 요우각 오차 θy를 판독하고, 이것을 사용하여 IMU(24)가 검출하고, 출력한 가속도 및 각도를 보정한다.

식(3)은, IMU(24)가 검출하고, 출력한 가속도의 보정값 Gxn, Gyn, Gzn을 나타낸다. 위치 산출부(31B)는, IMU(24)로부터 취득한 가속도를 보정하는 경우, 식(3)을 요우각 오차 θy로 보정한다.

[수식 1]

위치 산출부(31B)는, 요우각 오차 θy를 사용하여, IMU(24)로부터 취득한 각도, 본 실시형태에서는 피치각 θp 및 롤각 θr을 보정한다. 식(4)은, 보정 후의 롤각 θrn을 나타낸다. 식(5)은, 보정 후의 피치각 θpn을 나타낸다. 위치 산출부(31B)는, 기억부(32)로부터 판독한 요우각 오차 θy, IMU(24)로부터 출력된 롤각 θr 및 피치각 θp을 식(4) 및 식(5)에 부여함으로써, 보정 후의 롤각 θrn 및 보정 후의 피치각 θpn을 구한다. 작업기(2)의 위치는, 보정 후의 롤각 θrn 및 보정 후의 피치각 θpn 및 방위각 θd를 사용하여 구해진다.

[수식 2]

[수식 3]

작업기(2)의 위치로서, 버킷(8)의 날끝(8BT)의 위치(이하, 날끝 위치라고 함)를 구하는 예를 설명한다. 날끝 위치를 PB로 하면, 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)에서의 날끝 위치 PB는, 작업기(2)의 치수 및 자세로부터 구해진다. 얻어진 날끝 위치 PB는, 예를 들면, 식(1)에 의해, 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)로부터 글로벌 좌표계(Xg, Yg, Zg)의 값으로 변환된다.

PBg=R·PBm＋T… (6)

식(6) 중의 PBg는 글로벌 좌표계(Xg, Yg, Zg)에서의 날끝 위치 PB, PBm은 차체 좌표계에서의 날끝 위치 PB, R은 식(7)에 의해 나타내는 회전 행렬, T는 식(8)에 의해 나타내는 병진(竝進) 벡터이다.

[수식 4]

[수식 5]

식(7)로부터 알 수 있는 바와 같이, 회전 행렬(R)에는, 롤각 θr, 피치각 θp 및 방위각 θd가 포함된다. 롤각 θr 및 피치각 θp는 IMU(24)가 검출하고, 출력한 값이다. 방위각 θd는, 위치 검출 장치(23)가 안테나(21, 22)의 상대 위치로부터 산출하고, 출력한 값이다. 병진 벡터 T는, 위치 검출 장치(23)에 의해 검출된, 글로벌 좌표계(Xg, Yg, Zg)에서의 안테나(21, 22)의 위치와, 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)와의 위치 관계로부터 구해진다.

<변형예 1>

제2 자세 FS일 때에 있어서의 진정한 피치각 θpt2는, 오차 D 및 차체 좌표계의 원점에서 작업기(2)의 일부분 Pm까지의 거리 L를 사용하면, 식(9)에 의해 구해진다.

θpt2=sin^―1(D/L)… (9)

교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 식(9)를 사용하여 진정한 피치각 θpt2를 구한다. 진정한 피치각 θpt2와, 요우각 오차 θy와, IMU(24)가 검출하고, 출력한 롤각 θr 및 피치각 θp과의 관계는, 식(4) 및 식(5)로부터 구할 수 있다.

<변형예 2>

도 13은, 제1 자세 FF 및 제2 자세 FS를 얻기 위한 변형예를 나타낸 도면이다. 전술한 예에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)을 경사면 PD에 설치하였다. 변형예는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)의 주행체(5)의 일부를 플랫폼 TB에 올라타게 함으로써, 유압 셔블(100)을 경사면 PD에 설치한 경우와 동일한 자세를 작성할 수 있다. 플랫폼 TB를 사용함으로써, 경사면 PD가 존재하지 않는 장소에서도, 플랫폼 TB를 준비함으로써, 교정 장치(30)는, IMU(24)의 장착 오차에 기인하는 계측 오차를 보정할 수 있다.

본 실시형태 및 그 변형예는, IMU(24)가 유압 셔블(100)의 전후 방향에 대하여 요우각이 어긋나게 설정됨으로써, 경사가 발생하는 것에 기인하는, IMU(24)의 검출값에 포함되는 오차를 보정할 수 있다. IMU(24)의 요우 방향의 장착 오차는, IMU(24)가 장착되는 유압 셔블(100)의 차체(1)가 수평인 상태에 있어서는, 작업기(2)의 위치가 구해질 때의 정밀도에는 거의 영향을 주지 않지만, 경사지에 유압 셔블(100)이 놓여졌을 때, 작업기(2)의 위치가 구해질 때의 정밀도는 저하된다. 특히, 유압 셔블(100)의 차체(1)가 롤한 자세에서, 작업기(2)의 위치가 구해질 때의 정밀도는 저하된다.

본 실시형태 및 그 변형예는, 유압 셔블(100)의 차체(1)를 경사지게 한 자세를 하나 이상 포함하는 2개의 자세에서 계측된, 유압 셔블(100)의 일부 부분의 위치를 2개 사용하여, IMU(24)의 장착 오차에 기인하는 계측 오차를 보정한다. 이와 같이, 요우 방향에서의 IMU(24)의 장착 오차의 영향이 나오기 쉬운 유압 셔블(100)이 경사진 자세가 하나 이상, 본 실시형태에서는 2개 사용되므로, IMU(24)의 요우 방향에서의 장착 오차에 기인하는 계측 오차를 보정하기 위한 보정량이 용이하게 얻어진다.

본 실시형태 및 그 변형예는, 유압 셔블(100)의 차체(1)가 롤한 자세, 즉 IMU(24)가 출력한 피치각 θp이 0°인 제1 자세 FF 및 제2 자세 FS로, 각각 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps를 계측한다. 이와 같이 하여 계측된 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps로부터, IMU(24)의 요우 방향에서의 장착 오차를 보정하기 위한 보정량, 즉 요우각 오차 θy가 구해진다. 이와 같이, 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps는, 작업기(2)의 위치의 정밀도가 크게 저하되는 자세에서 얻어지므로, 양자의 차분은 커지게 된다. 그 결과, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps의 계측 오차의 영향을 저감할 수 있으므로, 전술한 보정량의 정밀도 저하가 억제된다.

본 실시형태 및 그 변형예는, 외부 계측 장치(TS)를 사용하여 유압 셔블(100)의 일부분 Pm을 계측하므로, IMU(24)가 검출하고, 출력한 피치각 θp 및 롤각 θr을 높은 정밀도로 보정할 수 있다. 또한, 본 실시형태 및 그 변형예는, 외부 계측 장치(TS)에 의해, GPS 등의 측위 위성을 사용한 계측이 불필요해지므로, 측위 위성을 사용한 계측에서의 측위 오차의 영향을 받지 않는다. 그 결과, 본 실시형태 및 그 변형예는, IMU(24)가 검출하고, 출력한 피치각 θp 및 롤각 θr을 높은 정밀도로 보정할 수 있다.

본 실시형태 및 그 변형예의 구성은, 이하에 있어서도 적절히 적용할 수 있다.

실시형태 2.

도 14는, 실시형태 2에 있어서, 제1 자세 FF에서 제1 위치 Pf를 계측하는 예를 나타낸 도면이다. 도 15는, 실시형태 2에 있어서, 제2 자세 FS에서 제2 위치 Ps를 계측하는 예를 나타낸 도면이다. 본 실시형태에 있어서, 유압 셔블(100), 위치 검출 장치(23), IMU(24), 제어 장치(25), 교정 장치(30) 및 교정 시스템(40)은, 실시형태 1과 같으므로, 설명을 생략한다. 다음에, 있어서는, 도 7에 나타낸 플로우차트를 사용하여, 실시형태 2에 관한 작업 기계의 교정 방법의 처리예가 설명된다.

본 실시형태에 있어서, 도 14에 나타낸 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, 유압 셔블(100)의 일부분, 이 예에서는 유압 셔블(100) 이외의 위치(이하, 적절히 계측 위치라고 함)를 기준으로 하여 얻어진, 작업기(2)의 일부분 Pm의 위치이다. 본 실시형태에 있어서, 계측 위치는, 기준면 PH의 일부 PHbs이다. 계측 위치는, 제1 위치 Pf가 계측될 때와 제2 위치 Ps가 계측될 때 부동(不動) 또는 동일한 위치이면 되고, 기준면 PH의 일부 PHbs에 한정되지는 않는다. 이하에 있어서, 기준면 PH의 일부 PHbs를 적절히, 계측 위치 PHbs라고 한다.

제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, IMU(24)로부터 출력된, 유압 셔블(100)의 자세에 관한 정보를 이용하여 구해진다. 유압 셔블(100)의 자세에 관한 정보는, 롤각 θr, 피치각 θp 및 방위각 θd가 예시된다.

본 실시형태에 있어서, 작업기(2)의 일부분 Pm은, 버킷(8)의 날끝(8BT)이다. 제1 위치 Pf는, 유압 셔블(100)이 제1 자세 FF일 때, 날끝(8BT)이 계측 위치 PHbs에 접했을 때에 있어서의 날끝(8BT)의 위치이다. 제2 위치 Ps는, 유압 셔블(100)이 제2 자세 FS일 때, 날끝(8BT)가 계측 위치 PHbs에 접했을 때에 있어서의 날끝(8BT)의 위치이다. 이와 같이, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, 버킷(8)의 같은 날끝(8BT)이, 기준으로 한 점의 동일 부분에 접한 상태에서 얻어진다. 날끝(8BT)의 위치는, IMU(24)로부터 출력된, 유압 셔블(100)의 자세에 관한 정보인 롤각 θr 및 피치각 θp를 사용하여, 도 3에 나타낸 교정 장치(30)의 위치 산출부(31B)가 구한다. 본 실시형태에 있어서, 날끝(8BT)의 위치를 구하는 데 있어서는, IMU(24)로부터 출력된 롤각 θr 및 피치각 θp에 더하여, 작업기(2)의 위치 방위각 θd, 작업기(2)의 자세 및 치수가 사용된다.

제1 자세 FF는, 유압 셔블(100)이 기준면 PH 상에 설치되어 있는 상태에서의 유압 셔블(100)의 자세이다. 제2 자세 FS는, 유압 셔블(100)이, 기준면 PH에 대하여 경사지는 경사면 PD 상에 설치되어 있는 상태에서의 유압 셔블(100)의 자세이다. 교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 유압 셔블(100)이 제1 자세 FF일 때에 있어서의 제1 위치 Pf를 취득한다(도 7에서의 스텝 S101). 다음에, 교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 유압 셔블(100)이 제2 자세 FS일 때에 있어서의 제2 위치 Ps를 취득한다(도 7에서의 스텝 S102).

IMU(24)로부터 출력된 요우각 θy가 요우각 오차 θy를 포함하는 경우, 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps와는 일치하지 않는다. 요우각 오차 θy가 존재하면, IMU(24)가 출력하는 피치각 θp 및 롤각 θr도 오차를 포함하기 때문이다. 피치각 θp 및 롤각 θr을 보정하기 위해, 도 3에 나타낸 교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 요우각 오차 θy를 보정하고, 전술한 식(4) 및 식(5)을 사용하여 보정 후의 피치각 θpn 및 보정 후의 롤각 θrn을 구한다. 위치 산출부(31B)는, 보정 후의 피치각 θpn 및 보정 후의 롤각 θrn을 사용하여, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps를 재계산한다.

보정부(31A)는, 위치 산출부(31B)에 의해 구해진 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps와의 차(이하, 적절히, 위치 차분이라고 함)를 구하여, 임계값과 비교한다. 보정부(31A)는, 위치 차분이 임계값 이하로 되었는지의 여부를 판정한다. 위치 차분이 임계값보다 클 경우, 보정부(31A) 및 위치 산출부(31B)는, 위치 차분이 임계값 이하로 될 때까지, 요우각 오차 θy의 보정 및 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps의 재계산을 반복한다. 보정부(31A)는, 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps와의 차이가 임계값 이하로 되었을 때의 요우각 오차 θy를, IMU(24)의 요우 방향에서의 장착 오차로서, 도 3에 나타낸 기억부(32)에 기억시킨다. 위치 산출부(31B)는, 기억부(32)로부터 요우각 오차 θy를 판독하고, 식(4) 및 식(5)를 사용하여 IMU(24)가 검출하고, 출력한 가속도 및 피치각 θp 및 롤각 θr을 보정한다. 이와 같이, 교정 장치(30)는, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps를 사용하여 얻어진 요우각 오차(θy)를 사용하여, IMU(24)의 계측 오차를 보정한다(도 7에서의 스텝 S103.

보정부(31A)는, 유압 셔블(100)의 자세에 관한 정보를 보정하기 위한 파라미터, 본 실시형태에서는 요우각 오차 θy를 사용하여 보정하면서, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps의 재계산을 반복한다. 그리고, 교정 장치(30)의 보정부(31A)는, 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps와의 차(이하, 적절히, 위치 차분이라고 함)가 임계값 이하로 되었을 때의 요우각 오차 θy를 사용하여, IMU(24)의 장착 오차에 기인하는 계측 오차를 보정한다.

이와 같이 하여, 교정 장치(30)는, IMU(24)가 유압 셔블(100)의 전후 방향에 대하여 기울어 요우 방향의 어긋남이 발생하고 있는 것에 기인하는, IMU(24)의 검출값에 포함되는 오차를 보정할 수 있다. 본 실시형태에 있어서 보정부(31A)가 요우각 오차 θy를 보정하는 경우, 보정부(31A)는, 예를 들면, 요우각 오차 θy의 초기값을 정해 요우각 오차 θy가 초기값으로부터 증가하는 방향과 감소하는 방향의 양쪽에, 초기값으로부터 소정의 크기이며 요우각 오차 θy를 변화 시킨다. 예를 들면, 요우각 오차 θy의 초기값은 0°, 소정의 크기는 0.01도(degree)로 할 수 있지만 이들 값에 한정되지는 않는다.

위치 차분과 비교되는 임계값은 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 거리의 절대값이 사용된다. 이 경우, 임계값은, 예를 들면, GNSS의 계측 오차 정도로 할 수 있다. 또한, 재계산에 의해 얻어진 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps와의 차이가, 보정 전에서의 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps와의 차의 소정의 비율 이하로 되었을 때의 요우각 θy를 사용하여, 계측 오차를 보정해도 된다. 이 경우, 임계값은, 보정 전에서의 제1 위치 Pf와 제2 위치 Ps와의 차의 소정의 비율로 된다. 소정의 비율은, 예를 들면, 1% 또는 5%로 할 수 있지만, 이들 값에 한정되지 않는다.

위치 산출부(31B)는, IMU(24)로부터 취득한 가속도를 보정하는 경우, 요우각 오차 θy로 보정한다. 위치 산출부(31B)는, IMU(24)에 의해 검출되고, 출력된 롤각 θr 및 피치각 θp를, 위치 차분이 임계값 이하로 되었을 때의 요우각 오차 θy를 보정값으로서 사용함으로써 보정한다.

본 실시형태는, 유압 셔블(100)의 차체(1)를 경사지게 한 자세를 하나 이상 포함하는 2개의 자세에서 계측된, 유압 셔블(100)의 일부의 부분의 위치를 이용하여, IMU(24)의 장착 오차에 기인하는 계측 오차를 보정한다. 이 때, 유압 셔블(100)의 일부의 부분의 위치는, 유압 셔블(100) 이외의 계측 위치 PHbs를 기준으로 하여 계측된다. 이와 같이, 본 실시형태는, 요우 방향에서의 IMU(24)의 장착 오차의 영향이 나오기 쉬운, 유압 셔블(100)이 경사진 자세를 하나 이상 사용하므로, IMU(24)의 요우 방향에서의 장착 오차를 보정하기 위한 보정량이 용이하게 얻어진다. 본 실시형태는, 외부 계측 장치(TS)는 불필요하므로, 외부 계측 장치(TS)가 없는 장소, 예를 들면, 유압 셔블(100)의 작업 현장이라도, IMU(24)의 장착 오차에 기인하는 계측 오차를 보정할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 기준면 PH의 계측 위치 PHbs에 버킷(8)의 날끝(8BT)을 접촉시켰지만, 날끝(8BT)과 계측 위치 PHbs와의 위치 관계를 알 수 있으면, 계측 위치 PHbs와 날끝(8BT)을 접촉시키지 않아도 된다. 예를 들면, 교정 장치(30)는, 계측 위치 PHbs의 연직(沿直) 방향에서의 위쪽의 소정 위치에, 날끝(8BT)을 정지시켰을 때의 IMU(24)의 출력을 이용하여, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps를 구해도 된다. 이와 같이, 제1 위치 Pf 및 제2 위치 Ps는, 유압 셔블(100) 이외의 위치를 기준으로 하여 얻어진, 유압 셔블(100)의 일부분의 위치이면 된다. 또한, 유압 셔블(100)의 일부분의 위치는, 버킷(8)의 날끝(8BT)에 한정되지 않고, 예를 들면, 버킷(8)의 백사이드(backside) 또는 도 1에 나타낸 제2 링크 부재(48)의 일부라도 된다.

이상, 실시형태 1, 그 변형예 및 실시형태 2를 설명하였으나, 전술한 내용에 의해 이들이 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정(想定)할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다. 또한, 실시형태1, 그 변형예 및 실시형태 2의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성 요소의 각종 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다.

1: 차체
2: 작업기
3: 선회체
4: 운전실
5: 주행체
6: 붐
7: 암
8: 버킷
8B: 날
8BT: 날끝
10: 붐 실린더
11: 암 실린더
12: 버킷 실린더
13: 붐 핀
14: 암 핀
15: 버킷 핀
23: 위치 검출 장치
25: 제어 장치
26: 입출력 장치
30: 교정 장치
31: 처리부
31A: 보정부
31B: 위치 산출부
32: 기억부
33: 입출력부
40: 교정 시스템
100: 유압 셔블
D: 오차
FF: 제1 자세
FS: 제2 자세
L: 거리
PD: 경사면
Pf: 제1 위치
PH: 기준면
PHbS: 계측 위치
PM: 일부분
PS: 제2 위치
TB: 플랫폼
TS: 외부 계측 장치
θr: 롤각
θp: 피치각
θy: 요우각
φ: 경사각
Δθy: 요우각 오차

Claims

작업기(working implement)가 장착되어 선회하는 선회체(旋回體)를 구비하는 작업 기계(work machine)의 자세를 출력하는 자세 검출 장치의 상기 작업 기계에 대한 어긋남에 기인하는 오차를 보정하는 데 있어서,
상기 작업 기계가 제1 자세일 때에 있어서의 상기 작업 기계의 일부분의 위치인 제1 위치와, 상기 작업 기계가 제2 자세일 때에 있어서의 상기 일부분의 위치인 제2 위치를 이용하여 상기 오차를 보정하는,
작업 기계의 교정 장치.
제1항에 있어서,
상기 일부분의 위치는, 상기 작업기의 일부의 위치이며,
상기 제1 위치는, 상기 작업 기계가 경사면에 설치되고, 또한 상기 선회체가 제1 방향을 향하고 있을 때의 위치이며,
상기 제2 위치는, 상기 작업 기계가 경사면에 설치되고, 또한 상기 선회체가 제2 방향을 향하고 있을 때의 위치인, 작업 기계의 교정 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 위치 및 상기 제2 위치는, 상기 자세 검출 장치가 출력한 피치각이 0°일 때의 위치인, 작업 기계의 교정 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일부분의 위치는, 상기 작업 기계가 가지는 상기 작업기의 일부분의 위치인, 작업 기계의 교정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 위치 및 상기 제2 위치는, 상기 작업 기계 이외의 위치를 기준으로 하여 얻어진 상기 일부분의 위치이며, 상기 자세 검출 장치로부터 출력된, 상기 작업 기계의 자세에 관한 정보를 이용하여 구하는, 작업 기계의 교정 장치.
제5항에 있어서,
상기 작업 기계의 자세에 관한 정보를 보정하기 위한 파라미터를 보정하면서, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치의 재계산을 반복하고, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치와의 차이가 임계값 이하로 되었을 때의 상기 파라미터를 사용하여 상기 오차를 보정하는, 작업 기계의 교정 장치.
제6항에 있어서,
상기 작업 기계의 자세에 관한 정보는, 상기 자세 검출 장치가 출력한 피치각 및 롤각(roll angle)인, 작업 기계의 교정 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 작업 기계의 교정 장치를 포함하는, 작업 기계.
작업기가 장착되어 선회하는 선회체를 가지는 작업 기계의 자세를 출력하는 자세 검출 장치의 상기 작업 기계에 대한 어긋남에 기인하는 오차를 보정하는 데 있어서,
상기 작업 기계가 제1 자세일 때에 있어서의 상기 작업 기계의 일부분의 위치인 제1 위치를 취득하는 단계;
상기 작업 기계가 제2 자세일 때에 있어서의 상기 일부분의 위치인 제2 위치를 취득하는 단계; 및
상기 제1 위치 및 상기 제2 위치를 이용하여 상기 오차를 보정하는 단계;
를 포함하는 작업 기계의 교정 방법.