KR20210115008A - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

컨트롤러는, 안테나의 설치 위치와, 작업 장치의 가동 범위와, 상부 선회체의 자세와, 상부 선회체의 방위각에 기초하여, 안테나가 복수의 측위 위성으로부터 측위 신호를 수신할 때 작업 장치가 장해물로 될 수 있는 범위를 위성 마스크 범위로서 설정한다. 컨트롤러는, 수신기로부터 취득되는 위성 측위 상황 데이터에 기초하여 위성 마스크 범위의 설정이 수신기에 의한 측위 연산 정밀도를 오히려 저하시킨다고 판단한 경우에 위성 마스크 범위의 설정을 해제한다. 위성 마스크 범위의 설정이 해제된 경우에는, 수신기는, 복수의 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호에 기초하여 상부 선회체의 위치를 연산한다.

Description

작업 기계

본 발명은 복수의 위성으로부터 수신한 위성 신호에 기초하여 차체의 위치를 연산하고, 그 연산 결과와 작업 장치의 자세에 기초하여 작업 기계 상의 제어점의 위치를 연산하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 관한 것이다.

근년, 시공 현장에 있어서 정보화 시공의 도입이 진행되고 있다. 정보화 시공이란, 조사, 설계, 시공, 검사, 관리 등으로 이루어지는 일련의 건설 공정 중 시공에 주목하여, 전자 정보와 ICT(Information and Communication Technology: 정보 통신 기술)의 활용에 의해 시공의 고효율화를 실현하는 시스템이다. 정보화 시공에 대응하는 기계로서는, 차체 위치나 프론트 작업 장치의 위치 및 자세를 시공 목표면의 위치 정보와 함께 모니터에 표시하는 가이던스 기능이나, 버킷이 시공 목표면을 지나치게 파지 않도록 프론트 작업 장치를 제어하는 머신 컨트롤 기능을 탑재하는 유압 셔블로 대표되는 작업 기계가 알려져 있다. 이러한 정보화 시공에 대응한 작업 기계는, 3차원 좌표 정보를 갖는 정보화 시공 데이터를 바탕으로, 오퍼레이터에 대하여 정보를 제시하고, 작업 지원, 운전 지원하는 기능을 제공한다. 예를 들어 유압 셔블의 머신 가이던스에 있어서는, 차체의 위치 및 자세 정보나 프론트 작업 장치의 자세 정보로부터 버킷 선단 위치가 연산되고, 시공 목표면에 대한 버킷의 위치가 모니터를 통하여 오퍼레이터에 제시된다.

이러한 종류의 유압 셔블에는, 글로벌 좌표계(지리 좌표계)에 있어서의 상부 선회체(차체)의 위치 정보를 연산하기 위해, 상부 선회체에 설치된 측위 안테나를 통하여 측위 위성으로부터의 측위 신호를 수신함으로써 상부 선회체의 위치를 연산하는 위성 측위 시스템(예를 들어 GNSS(Global Navigation Satellite System: 전구 측위 위성 시스템))이 탑재되는 경우가 있다. 그러나, 유압 셔블에 있어서는, 붐, 암, 버킷 등의 프론트 부재가, 위성 측위 시스템의 측위 안테나보다 상방에 존재하는 경우가 있기 때문에, 직선적인 루트에 의한 측위 신호의 수신을 방해하는 경우가 있다. 이러한 경우, 측위 안테나는, 측위 신호를 멀티패스라고 불리는 회절파나 반사파로서 수신할 가능성이 높다. 회절파나 반사파를 수신하여 측위 연산에 사용하면 측위 결과에 오차를 포함할 가능성이 높아진다. 그래서, 멀티패스의 영향의 저감을 시도한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 것이 있다.

특허문헌 1에 기재된 유압 셔블에서는, 측위 안테나보다 상방에 위치할 수 있는 프론트 작업 장치 등의 상부 구조체의 외면을 전파 흡수체로 덮고 있고, 이에 의해 측위 신호가 상부 구조체에서 반사되어 측위 안테나에 수신되는 것을 억제하여, 위치 계측 정밀도의 저하 억제를 시도하고 있다.

일본 특허 공개 제2017-75820호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술은, 상부 구조체(프론트 작업 장치)에서 반사되는 신호(반사파)의 영향을 저감할 수 있지만, 상부 구조체를 회절하는 신호(회절파)의 영향은 저감할 수 없다.

일반적으로 유압 셔블은, 프론트 작업 장치를 이용함으로써, 굴삭, 선회, 방토 등의 일련의 동작을 반복하여 작업을 행하는 작업 기계이며, 작업 중의 프론트 작업 장치의 자세는 빈번히 변화할 수 있다. 프론트 작업 장치의 자세가 변화하면, 프론트 작업 장치에서 측위 신호가 차단되는 측위 위성이 변화하고, 그에 따라 측위 연산에 사용하는 측위 위성의 조합이 변화하는 경우가 있다. 측위 연산에 사용하는 측위 위성의 조합이 변화하면, 측위 결과에 큰 변동이 생기거나, 동일한 위치에서 동일한 작업을 행하고 있는 경우라도 측위 결과의 재현성이 저하되거나 하는 경우가 있다. 그 결과, 프론트 작업 장치(버킷 발끝)의 위치 연산 정밀도가 악화되어, 실제로 마무리한 면의 형상이 시공 목표면과 다르다는 등의 과제가 발생할 수 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 측위 위성으로부터의 측위 신호에 기초하여 작업 기계의 위치를 고정밀도로 연산할 수 있는 작업 기계를 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있는데, 그 일례를 들면, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 회동 가능하게 설치된 작업 장치와, 복수의 측위 위성으로부터 측위 신호를 수신하기 위한 안테나와, 상기 안테나로 수신된 측위 신호에 기초하여, 상기 상부 선회체의 위치를 연산하는 수신기와, 상기 상부 선회체 및 상기 작업 장치의 자세를 검출하기 위한 자세 센서와, 상기 수신기에 의해 연산된 상기 상부 선회체의 위치와, 상기 상부 선회체의 방위각과, 상기 자세 센서에 의해 검출된 상기 작업 장치의 자세와, 상기 작업 장치의 치수 데이터에 기초하여, 상기 작업 장치에 설정된 제어점의 위치를 연산하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 작업 장치에 의해 정밀도가 요구되는 작업으로 되어 있다고 판정된 경우에, 상기 안테나의 설치 위치와, 상기 작업 장치의 가동 범위와, 상기 자세 센서에 의해 검출된 상기 상부 선회체의 자세와, 상기 상부 선회체의 방위각에 기초하여, 상기 안테나가 상기 복수의 측위 위성으로부터 측위 신호를 수신할 때에 상기 작업 장치가 장해물로 될 수 있는 상기 안테나의 상공 시계(視界)의 범위를 마스크 범위로서 설정하고, 상기 컨트롤러가, 상기 수신기로부터 취득되는 위성 측위 상황 데이터에 기초하여 상기 마스크 범위의 설정이 상기 수신기에 의한 상기 상부 선회체의 위치의 연산 정밀도를 향상시킨다고 판단한 제1 경우에는, 상기 수신기는 상기 복수의 측위 위성 중 상기 마스크 범위에 위치하는 측위 위성을 제외한 남은 측위 위성으로부터의 측위 신호에 기초하여 상기 상부 선회체의 위치를 연산하고, 상기 컨트롤러가, 상기 수신기로부터 취득되는 위성 측위 상황 데이터에 기초하여 상기 마스크 범위의 설정이 상기 수신기에 의한 상기 상부 선회체의 위치의 연산 정밀도를 저하시킨다고 판단한 제2 경우에는, 상기 수신기는 상기 마스크 범위를 사용하지 않고 상기 복수의 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호에 기초하여 상기 상부 선회체의 위치를 연산하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 측위 위성으로부터의 측위 신호에 기초하여 작업 기계의 위치를 고정밀도로 연산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 구성의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 제어 시스템의 하드웨어 구성의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 컨트롤러의 기능 블록도를 도시하는 도면이다.
도 4는 유압 셔블과 측위 위성의 위치 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 GNSS 안테나 상공에 있어서의 측위 위성의 배치의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5에 위성 마스크 범위를 설정한 경우의 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 컨트롤러의 처리 플로를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 컨트롤러(정밀도 요구 판정부)의 처리 플로를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 컨트롤러(위성 마스크 설정부)의 처리 플로를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 본 실시 형태는, 작업 기계로서 크롤러식 유압 셔블에 본 발명을 적용하고, 유압 셔블의 버킷 선단에 제어점(컨트롤러(100)에서 위치를 연산하여 제어 대상으로 하는 유압 셔블 상의 점)을 설정한 경우의 것이다. 또한, 제어점은 유압 셔블의 어느 곳에 설정해도 상관없으며, 프론트 작업 장치의 작업구는 이하에서 설명하는 버킷에 한정되지 않는다. 또한, 측위 위성으로부터 측위 신호를 안테나로 수신하여 글로벌 좌표계에 있어서의 본체(상부 선회체)의 위치를 연산하는 수신기를 구비하는 작업 기계라면, 이하에서 설명하는 유압 셔블에 한하지 않고 본 발명이 적용 가능하다. 또한, 각 도면 중, 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.

도 1은 유압 셔블(1)의 개략도이다. 도 1에 있어서, 유압 셔블(1)은, 차량 본체(2)와, 다관절형의 프론트 작업 장치(3)로 구성되어 있다. 차량 본체(2)는, 크롤러식 하부 주행체(5)와, 하부 주행체(5)의 상부에 좌우 방향으로 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(4)를 구비하고 있다. 프론트 작업 장치(3)는, 상부 선회체(4)에 회동 가능하게 설치되어 있다. 프론트 작업 장치(3)는, 붐(6), 암(7) 및 버킷(8)이라고 하는 복수의 프론트 부재에 의해 구성되어 있고, 각각 유압 실린더인 붐 실린더(9), 암 실린더(10) 및 버킷 실린더(11)에 의해 구동된다.

프론트 작업 장치(3)에는, 프론트 작업 장치(3)의 자세를 검출하기 위한 복수의 자세 센서(20)(20a, 20b, 20c)가 탑재되어 있다. 복수의 자세 센서(20a, 20b, 20c)는 각각 프론트 부재(6, 7, 8)에 탑재되어 있고, 탑재된 프론트 부재(6, 7, 8)의 자세를 연산하기 위한 자세 데이터를 출력한다. 출력된 자세 데이터로부터는 각 프론트 부재(6, 7, 8)의 자세를 연산할 수 있고, 그것을 조합함으로써 프론트 작업 장치(3)의 자세를 연산할 수 있다. 자세 센서(20a, 20b, 20c)로서는, 예를 들어 소정의 면(예를 들어 수평면)에 대한 경사각을 검출 가능한 관성 계측 장치(IMU)의 이용이 가능하다.

상부 선회체(4)에는, 상부 선회체(4)의 자세(경사 각도)를 검출하기 위한 자세 센서(20d)(도 3 참조)가 탑재되어 있다. 자세 센서(20d)가 출력한 자세 데이터로부터 상부 선회체(4)의 자세를 연산할 수 있다. 자세 센서(20d)로서는, 자세 센서(20a 내지 20c)와 마찬가지로 예를 들어 관성 계측 장치(IMU)의 이용이 가능하다.

상부 선회체(4)에는, 운전실(12)과, 선회 유압 모터(선회 구동 장치)(13)와, 엔진(도시하지 않음)과, 엔진에 의해 구동되고 유압 셔블 내의 유압 액추에이터에 작동유를 공급하는 유압 펌프(도시하지 않음) 등의 장치가 탑재되어 있다.

또한, 상부 선회체(4)에는, 글로벌 좌표계에 있어서의 상부 선회체(4)의 위치를 검출하기 위한 위성 측위 시스템(21)(안테나(21a, 21b) 및 수신기(21c))과, 유압 셔블(1)(프론트 작업 장치(3)를 포함함)에 설정된 제어점의 위치(예를 들어 현장 좌표계에 있어서의 위치)를 연산 가능한 컨트롤러(100)와, 컨트롤러(100)가 외부 서버(102)를 비롯한 외부 단말기와 통신을 하기 위한 통신 장치(23)(도 2 참조)가 탑재되어 있다.

운전실(12) 안에는 유압 셔블 내의 유압 액추에이터를 조작하기 위한 복수의 조작 레버(조작 장치)(18)가 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 오퍼레이터가 각 조작 레버(18)를 조작함으로써, 붐 실린더(9), 암 실린더(10), 버킷 실린더(11), 선회 유압 모터(13), 주행 유압 모터(15a, 15b)를 각각 구동시키는 것이 가능하다. 오퍼레이터가 각 조작 레버(18)에 입력하는 조작량은 조작 센서(17)(도 2 참조)에 의해 검출되어 컨트롤러(100)에 출력된다. 예를 들어, 조작 레버(18)가 유압 파일럿식인 경우, 조작 센서(17)로서는 압력 센서가 이용 가능하다.

또한, 운전실(12)에는, 시공 목표면을 생성하기 위한 설계면의 3차원 데이터(3D 설계면 데이터)를 컨트롤러(100) 내의 기억 장치(도시하지 않음)에 등록하기 위한 시공 목표면 설정 장치(24)와, 프론트 작업 장치(3)와 시공 목표면의 위치 관계를 비롯한 각종 정보를 표시하기 위한 모니터(표시 장치)(19)와, 후술하는 제한 제어(머신 컨트롤)의 제어 모드로서 오퍼레이터가 조굴삭 모드와 마무리 모드 중 어느 것을 선택하기 위한 제어 모드 선택 스위치(26)와, 컨트롤러(100)에 입출력되는 각종 정보를 기록하기 위한 장치인 기록 장치(예를 들어 반도체 메모리)(25)(도 2 참조)가 마련되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는 운전실(12) 내부에 설치하고 있지만, 컨트롤러(100)나 기록 장치(25)는 운전실(12)의 외부에 설치해도 된다. 또한, 기록 장치(25)는 컨트롤러(100) 내의 기억 장치로 대용해도 된다.

하부 주행체(5)는 크롤러 벨트(14a, 14b)를 좌우 양측에 갖고 있고, 크롤러 벨트(14a, 14b)는 주행 유압 모터(15a, 15b)에 의해 각각 구동됨으로써 하부 주행체(5)를 주행시킨다. 또한, 도 1에서는 좌측의 크롤러 벨트(14a) 및 주행 유압 모터(15a)만을 도시하고 있고, 우측의 크롤러 벨트(14b) 및 주행 유압 모터(15b)는 도시를 생략하고 있다. 상부 선회체(4)는 하부 주행체(5)에 선회륜(16)을 통하여 회동 가능하게 접속되어 있고, 선회 유압 모터(13)에 의해 구동된다.

도 2에 본 발명의 실시 형태에 있어서의 위치 계측 시스템의 시스템 구성예를 도시한다.

도 2에 있어서, 위성 측위 시스템(21)은, 상부 선회체(4)에 탑재된 무선기(30)와 접속되어 있다. 무선기(30)는, 글로벌 좌표계에 있어서의 좌표가 기지의 기준국에 설치된 위성 측위 시스템으로부터 송신되는 보정 데이터를 수신하기 위한 것이고, 수신한 보정 데이터는 위성 측위 시스템(21) 내의 수신기(21c)에 출력된다.

위성 측위 시스템(21)은, 도 1에 도시하는 바와 같이 상부 선회체(4)의 상면에 설치되고, 복수의 측위 위성으로부터의 측위 신호를 수신하기 위한 2개의 GNSS 안테나(21)(제1 GNSS 안테나(21a) 및 제2 GNSS 안테나(21b))와, 제1 GNSS 안테나(21a) 및 제2 GNSS 안테나(21b)에서 수신된 측위 신호와 무선기(30)에서 수신한 보정 데이터에 기초하여 상부 선회체(4)의 위치 및 방위각을 실시간으로 연산할 수 있는 수신기(21c)를 구비하고 있다.

제1 GNSS 안테나(21a) 및 제2 GNSS 안테나(21b)는, RTK-GNSS(Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems)용 안테나이다.

수신기(21c)는, 제1 GNSS 안테나(21a) 및 제2 GNSS 안테나(21b)에서 수신한 측위 신호로부터 각 GNSS 안테나(21a, 21b)의 위치 데이터(상부 선회체(4)의 위치 데이터)를 연산하고, 그 2개의 GNSS 안테나(21a, 21b)의 위치 데이터를 이용하여 한쪽의 GNSS 안테나로부터 다른 쪽의 GNSS 안테나로의 벡터를 연산하고, 당해 벡터의 방향에 기초하여 상부 선회체(4)의 방향(방위각)을 산출한다. 수신기(21c)가 연산한 상부 선회체(4)의 위치 데이터와 방위각 데이터는 컨트롤러(100)에 출력된다.

자세 센서(20)(20a, 20b, 20c, 20d)가 검출한 각 프론트 부재(6, 7, 8)와 상부 선회체(4)의 경사각 데이터는 컨트롤러(100)에 출력되고 있다.

조작 센서(17)가 검출한 조작 레버(18)의 조작량의 데이터는 컨트롤러(100)에 출력되고 있다. 조작 센서(17)는 조작 레버(18)에 의한 조작 대상마다 마련되어 있고, 붐(6), 암(7), 버킷(8), 상부 선회체(4) 및 하부 주행체(5)의 조작 신호로서 출력되는 작동유의 압력(파일럿압)을 검출하고 있다.

조작 레버(18)에는 제어 모드 선택 스위치(26)가 구비되어 있다. 제어 모드 선택 스위치(26)는, 후술하는 제한 제어(머신 컨트롤)의 제어 모드로서, 시공 목표면의 정밀도보다 프론트 작업 장치(3)의 동작 속도(예를 들어 암(7)의 동작 속도)를 우선하는 조굴삭 모드와, 프론트 작업 장치(3)의 동작 속도(예를 들어 암(7)의 동작 속도)보다 시공 목표면의 정밀도를 우선하는 마무리 모드를 선택할 수 있는 스위치이다.

조굴삭 모드는, 예를 들어 제한 제어의 실행 중에 암(7)(암 실린더(10))의 동작 속도에 제한을 마련하지 않는 모드이다. 이 모드에서는, 암(7)의 동작 속도에 제한이 마련되지 않으며, 암(7)은 오퍼레이터의 조작대로의 속도로 동작하기 때문에, 스피디한 굴삭 작업이 가능하다. 단, 시공 목표면에 버킷(8)이 가까운 상태라도 암 속도에 제한이 걸리지 않기 때문에, 암 속도에 따라서는 버킷(8)이 시공 목표면의 하방에 침입할 가능성이 있다.

마무리 모드는, 예를 들어 제한 제어의 실행 중에 암(7)(암 실린더(10))의 동작 속도에 제한을 마련하는 모드이다. 이 모드에서는, 예를 들어 버킷(8)이 시공 목표면에 근접함에 따라 암(7)의 동작 속도의 최댓값이 작게 설정된다. 이 경우, 시공 목표면의 근방에서의 암 속도는 오퍼레이터 조작이 규정하는 속도보다 감속되기 쉽지만, 버킷(8)을 시공 목표면 상 또는 그 상방에 위치시키는 것이 용이해지므로, 시공 목표면에 손상을 주지 않고 고정밀도의 굴삭 작업이 가능하다.

제어 모드 선택 스위치(26)로서는, 예를 들어 누름 버튼식 스위치가 이용 가능하다. 본 실시 형태에 있어서는, 제어 모드 선택 스위치(26)를 누름으로써, 오퍼레이터가 제한 제어를 이용하여 시공할 때 희망하는 제어 모드로 전환할 수 있다. 특히 오퍼레이터가 시공 정밀도를 요구하는 작업에 있어서, 수중에 제공되는 스위치를 누름으로써, 고정밀도의 시공이 가능한 마무리 모드와, 그렇지 않은 조굴삭 모드로 전환할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제어 모드 선택 스위치(26)를 조작 레버(18)에 마련하는 예를 설명하였지만, 별도로 운전실(12) 내의 다른 장소에 마련하는 것이나, 모니터(19) 상에 화상 스위치로서 마련하는 것도 가능하다.

시공 목표면 설정 장치(24)는, 시공 목표면을 생성하기 위한 3D 설계면 데이터를 컨트롤러(100) 내의 기억 장치(도시하지 않음)에 등록하기 위한 장치이다. 시공 목표면 설정 장치(24)는, 예를 들어 정보화 시공용으로 준비되어 있는 디스플레이를 겸용한 컨트롤러(예를 들어 터치 패널식 디스플레이를 구비한 태블릿 단말기)이며, 작업 내용이나 각종 설정을 행할 수 있고, 머신 가이던스에 관한 설정도 행할 수 있다.

3D 설계면 데이터는, 예를 들어 불휘발성 반도체 메모리 등을 통하여 시공 목표면 설정 장치(24)에 입력하는 것이 가능하다. 또한, 네트워크를 통하여 서버로부터 입력함으로써도 3D 설계면 데이터를 읽어들일 수 있다. 이 장치는, 컨트롤러(100)와 겸용으로 되어 있는 것이어도 되고, 시공 목표면 설정 장치(24)의 기능을 컨트롤러(100)에 탑재해도 된다.

표시 장치(19)는 각종 정보를 표시하는 장치이다. 본 실시 형태에서는, 표시 장치(19)는 운전실(12) 내에 설치되는 액정 디스플레이의 모니터이며, 모니터(19) 상에는, 각 자세 센서(20)에 의해 취득된 정보를 바탕으로 생성된 유압 셔블(1)을 측면으로 본 화상 및 시공 목표면의 단면 형상 등의 정보가 오퍼레이터에 대하여 제시된다.

기록 장치(25)는, 각종 정보를 기록하기 위한 장치이다. 기록 장치는, 예를 들어 반도체 메모리 등의 불휘발성 기억 매체이며, 운전실(12) 내에 있는 전용 삽입구를 통하여 탈착하는 것도 가능하다.

통신 장치(23)는, 컨트롤러(100)와 외부 단말기(예를 들어, 외부 관리용 서버(102))의 데이터의 송수신에 이용되는 장치이다. 통신 장치(23)는, 예를 들어 위성 통신을 통하여, 셔블(1)과 원격지에 있는 서버(102) 사이의 데이터의 송수신을 행한다. 구체적으로는, 통신 장치(23)는 기록 장치(25)에 기록된 데이터, 또는 그들 데이터에 기초하여 생성되는 이차적인 데이터를, 기지국을 통하여 서버(102)에 송신한다. 또한, 통신 장치(23)는, 휴대 전화망이나 협역 무선 통신망 등을 통하여, 셔블(1)과 기지국 사이의 데이터의 교환을 실현하도록 해도 된다.

다음에 컨트롤러(100)에서 행해지는 처리를 기능으로 나누어 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 컨트롤러(100)에서 행해지는 처리의 일부를 기능별로 블록화한 도면(기능 블록도)을 도 3에 도시한다.

컨트롤러(100)는, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU(도시하지 않음)) 및 기억 장치(예를 들어 반도체 메모리나 하드 디스크 드라이브 등(도시하지 않음))를 갖는 컴퓨터이며, 당해 기억 장치에 기억된 프로그램을 당해 연산 처리 장치에서 실행함으로써, 도 3에 도시한 각 부(셔블 자세 연산부(42), 이상 상태 판정부(43), 시공 목표면 연산부(44), 유압 시스템 제어부(45), 모니터 표시 제어부(46), 정밀도 요구 판정부(47), 위성 마스크 설정부(48), 정보 기억부(49))로서 기능한다. 이하, 각 부에서 행해지는 처리를 설명한다.

셔블 자세 연산부(42)는, 위치 정보 검출부(40)와, 자세 연산부(41)로서 기능한다.

위치 정보 검출부(40)는, 위성 측위 시스템(21)의 수신기(21c)에서 연산된 제1 GNSS 안테나(21a)와 제2 GNSS 안테나(21b)의 글로벌 좌표계에 있어서의 위치 데이터(위도, 경도, 고도)를, 차체 좌표계에 있어서의 위치 데이터(좌푯값)로 변환하는 연산을 행한다. 예를 들어, 제1 GNSS 안테나(21a)의 차체 좌표계에 있어서의 좌푯값이 셔블(1)의 설계 치수나 토탈 스테이션 등의 측량 기기에 의한 측정에 의해 기지이므로, 차체 좌표계와 글로벌 좌표계는, 상부 선회체(4)의 경사 각도(피치각 및 롤각)와, 제1 GNSS 안테나(21a)의 차체 좌표계에 있어서의 좌푯값과, 글로벌 좌표계를 바탕으로 구해지는 좌표 변환 파라미터를 사용함으로써 서로 변환 가능하다. 그 때문에, 차체 좌표계의 원점인 붐 핀의 중심의 글로벌 좌표계에 있어서의 좌푯값을 산출 가능하다. 차체 좌표계에 있어서의 셔블(1)의 임의의 점의 글로벌 좌표계에 있어서의 좌푯값을 연산할 수 있다.

자세 연산부(41)에서는, 자세 센서(20a 내지 20d)에서 연산된 각 프론트 부재(6, 7, 8) 및 상부 선회체(4)의 각도 정보에 기초하여, 유압 셔블(1)(프론트 작업 장치(3) 및 상부 선회체(4))의 자세를 연산한다.

셔블 자세 연산부(42)는, 위치 정보 검출부(40)에서 산출된 붐 핀(차체 좌표계의 원점)의 위치 좌표 데이터와, 상부 선회체(4)의 방향(방위각)과, 자세 연산부(41)에서 산출된 자세 데이터와, 미리 계측ㆍ기억되어 있는 각 프론트 부재(6, 7, 8)의 치수 데이터에 의해, 셔블(1)이 시공에 사용하는 버킷(8)에 있어서의 제어점(예를 들어, 버킷 폭 방향에 있어서의 버킷 발끝의 중심)의 위치 데이터(좌푯값)를 산출할 수 있다. 또한, 셔블(1)을 측면으로 본 화상을 모니터(19)에 표시할 때의 자세를 산출하기 위한 자세 데이터도 연산할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제한 제어를 실행하기 위해 제어점을 버킷 발끝에 설정하였지만, 머신 컨트롤의 처리 내용에 따라 제어점을 다른 위치에 적절하게 설정해도 된다.

시공 목표면 연산부(44)에서는, 시공 목표면 설정 장치(24)로부터 입력된 3D 설계면 데이터와, 셔블 자세 연산부(42)에서 연산된 현재의 셔블(1)의 위치 데이터에 기초하여, 셔블(1)이 굴삭하기 위한 시공 목표면을 연산하고, 유압 시스템 제어부(45)에 출력한다. 시공 목표면은, 프론트 작업 장치(3)의 동작 평면과 3D 설계면 데이터의 교선이며, 프론트 작업 장치(3)의 동작 평면과는 각 프론트 부재(6, 7, 8) 및 붐 핀에 직교하는 평면이며 붐 핀의 축 방향에 있어서의 중심을 통과하는 면이다. 산출된 시공 목표면은, 모니터(19)에서 표시되는 시공 목표면의 형상으로서도 이용 가능하며, 모니터 표시 제어부(46)에 출력된다. 또한 정밀도 요구 판정부(47)에도 출력된다.

모니터 표시 제어부(46)에서는, 시공 목표면 연산부(44)에서 연산된 시공 목표면과, 셔블 자세 연산부(42)에서 연산된 프론트 작업 장치(3)의 자세에 기초하여, 시공 목표면과 프론트 작업 장치(3)의 위치 관계를 연산하고, 시공 목표면과 프론트 작업 장치(3)를 모니터(19)에 표시한다. 이에 의해, 예를 들어 붐(6), 암(7), 버킷(8) 등의 프론트 작업 장치(3)의 자세나, 버킷(8)의 선단 위치와 각도를 모니터(19)에 표시하여 오퍼레이터의 조작을 지원하는 머신 가이던스 시스템으로서의 기능을 실현한다.

유압 시스템 제어부(45)에서는, 유압 펌프, 컨트롤 밸브 및 각 유압 액추에이터 등으로 이루어지는 유압 셔블(1)의 유압 시스템을 제어하기 위한 명령값을 연산하여 출력한다. 본 실시 형태에서는, 머신 컨트롤로서, 프론트 작업 장치(3)의 동작 범위가 시공 목표면 상 및 그 상방에 제한되도록, 프론트 작업 장치(3)와 시공 목표면의 거리(목표면 거리)에 기초하여 프론트 작업 장치(3)를 제어하는 제한 제어가 실행 가능하다.

보다 구체적으로는, 본 실시 형태에 있어서의 제한 제어는, 목표면 거리가 제로에 근접함에 따라, 시공 목표면에 직교하는 방향 중 시공 목표면에 근접하는 방향에 있어서의 버킷 발끝에 속도 성분이 제로에 근접하도록, 오퍼레이터가 조작하는 암(7)의 동작(예를 들어 암 크라우드 동작)에 대하여, 컨트롤러(100)가 자동적으로 붐(6)의 인상 동작을 추가하는 것이다. 이에 의해 시공 목표면 상에서는, 시공 목표면에 직교하는 버킷 발끝의 속도 성분이 제로로 유지된다. 그때, 시공 목표면에 평행인 버킷 발끝의 속도 성분은 제로로는 되지 않으므로, 예를 들어 오퍼레이터가 조작 레버(18)에 대하여 암 크라우드 조작을 입력하면, 버킷(8)의 발끝이 시공 목표면을 따라 평행 이동하여 시공 목표면을 따른 굴삭이 가능하게 된다. 컨트롤러(100)에 의해 붐(6)의 인상 동작을 자동적으로 추가할 때에는, 입력되는 제어 신호에 따라 파일럿압을 출력하는 전자 비례 밸브(도시하지 않음)에 대하여 컨트롤러(100)로부터 제어 신호를 출력하고, 당해 파일럿압에 의해 붐 실린더(9)의 동작을 제어하는 컨트롤 밸브(도시하지 않음)를 제어함으로써 행한다. 또한, 본 실시 형태에서는 머신 컨트롤로서 제한 제어에 대하여 언급하지만, 예를 들어 유압 셔블(1)의 주위에 진입 금지 영역을 설정하여, 그 진입 금지 영역 내에 제어점이 진입하지 않도록 각종 유압 액추에이터를 자동적으로 제어하는 진입 금지 제어 등의 다른 제어에도 이용 가능하다.

정밀도 요구 판정부(47)는, 프론트 작업 장치(3)가 정밀도를 요구하는 작업 중인지 여부를 판정하는 부분이다. 상세에 대해서는 후술하는 도 8의 흐름도를 사용하여 설명하지만, 정밀도 요구 판정부(47)는, 조작 레버(18)나 셔블 자세 연산부(42)에서 산출된 프론트 작업 장치(3)의 위치 데이터나, 시공 목표면 연산부(44)에서 연산된 시공 목표면 데이터 등에 의해, 유압 셔블(1)의 작업 내용이나 오퍼레이터의 요구를 파악하고, 유압 셔블(1)에 설정된 제어점의 위치 제어에 대한 요구 정밀도가 높은지 여부를 판정한다.

이상 상태 판정부(43)에서는, 자세 센서(20), 위성 측위 시스템(21), 시공 목표면 설정 장치(24) 및 통신 장치(23) 등, 셔블(1)에 탑재되어 있는 각 기기에 관한 정보에 기초하여, 셔블(1)에 발생한 이상이 무엇인지를 판정하는 부분이다. 예를 들어, 머신 가이던스 기능을 탑재한 정보화 시공기에서는, 오퍼레이터는 모니터(19)에 제시된 버킷(8)과 시공 목표면의 위치 관계를 참조하면서, 실제의 버킷(8)의 발끝이 시공 목표면을 따라 이동하도록 프론트 작업 장치(3)의 조작을 행한다. 그럼에도 불구하고, 버킷(8)에 의해 굴삭된 완성형이 시공 목표면에 대하여 지나치게 파버린 경우에는, 오퍼레이터는 유압 셔블(1)에 어떠한 이상이 발생하였다고 인식하게 된다. 이상 상태 판정부(43)는, 이러한 이상 발생 시에 있어서, 그 원인이 기기의 고장에 있는 것인지, 그렇지 않으면 측위 위성으로부터의 측위 신호의 수신 상황이나 무선기(30)에 의한 보정 데이터의 수신 상황이 나쁜 것에 있는 것인지를 판단한다. 이상 상태 판정부(43)는, 이상 원인이 위성 측위 상황의 악화라고 판단한 경우에는 「측위 상황 이상 플래그」를 정보 기억부(49) 및 모니터 표시 제어부(46)에 출력하고, 이상 원인이 기기의 고장이라고 판단한 경우에는 「기기 이상 플래그」를 정보 기억부(49) 및 모니터 표시 제어부(46)에 출력한다.

(측위 상황 이상 플래그의 출력)

측위 상황 이상 플래그에 관하여, 수신기(21c)는, 자신(수신기(21c))에 의한 측위의 신뢰도를 컨트롤러(100)에 수시로 출력하고 있고, 이상 상태 판정부(43)(컨트롤러(100))는 당해 신뢰도가 소정값 Vt1 이하일 때 이상 원인이 위성 측위 상황의 악화에 있다고 판정하고, 측위 상황 이상 플래그를 모니터 표시 제어부(46) 및 정보 기억부(49)에 출력한다.

측위 상황 이상 플래그를 입력한 표시 제어부(46)는, 수신기(21c)에 의한 측위의 신뢰성이 낮음을 나타내는 정보(메시지나 화상)를 모니터(19)에 표시한다. 이에 의해 오퍼레이터는 위성 측위 시스템(21)에 의한 측위 정밀도가 악화되어 있기 때문에, 예를 들어 마무리 작업에 제한 제어(머신 컨트롤)를 이용하고 있는 경우에는, 측위 정밀도가 회복될 때까지 작업을 중단할 필요가 있음을 인식할 수 있다.

측위 상황 이상 플래그를 입력한 정보 기억부(49)는, 측위의 신뢰도가 소정값 Vt1 이하로 되어 있는 동안에 위성 측위 상황 데이터(후술)를 수집ㆍ기억하고, 기억한 위성 측위 상황 데이터를 그 데이터의 취득 시각과 함께 통신 장치(23)를 통하여 외부 관리용 서버(102)에 출력한다. 이때, 위성 측위 상황 데이터를 기록 장치(25)에 출력하여 유압 셔블(1)측에서도 기억해도 된다.

위성 측위 상황 데이터는, 수신기(21c)로부터 출력되는 위성 측위 상황을 나타내는 데이터의 총칭이며, 예를 들어 측위에 이용한 측위 위성의 개수, 위성 측위에 의해 연산된 위치(위도, 경도, 고도) 중 높이 방향에 있어서의 위치(고도)의 분산, 측위에 이용한 측위 위성의 기하학적 배치로부터 연산되는 VDOP(Vertical Dilution of Precision: 수직 정밀도 저하율), 및 수신기(21c)의 측위 신뢰도 중 적어도 하나의 데이터가 포함된다. 위성 측위 상황 데이터를 외부 관리용 서버(102)나 기록 장치(25)에 기록함으로써, 이상 발생 원인이 기기의 고장이 아니라 위성 측위 상황에 있었음을 명확화할 수 있고, 또한 위성 측위 상황이 악화된 상세한 원인을 사후적으로 특정할 수 있을 가능성이 높아진다.

(기기 이상 플래그의 출력)

기기 이상 플래그에 관한 기기로서는, 유압 셔블(1)에 탑재되어 있는 엔진, 유압 펌프 등의 표준적인 기기에 추가하여, 정보화 시공용으로 탑재되어 있는 기기도 있다. 정보화 시공용 기기로서는, 각 프론트 부재(6, 7, 8)나 상부 선회체(4)에 탑재되어 있는 자세 센서(20)나, 위성 측위 시스템(21)에 있어서의 수신기(21c), 조작 센서(압력 센서)(17), 통신 장치(23), 무선기(30) 등이 있다. 이상 상태 판정부(43)는, 이상 발생을 검지하였을 때, 이들 기기의 가동 상황을 검출하는 각종 센서의 출력값이나 당해 기기로부터 출력되는 데이터 등에 기초하여, 각 기기에 이상이 발생하였는지 여부를 판정하고, 이상이 발생하였다고 판단한 경우에는 기기 이상 플래그를 모니터 표시 제어부(46) 및 정보 기억부(49)에 출력한다.

기기 이상 플래그를 입력한 표시 제어부(46)는, 기기에 이상(고장)이 발생하였음을 나타내는 정보(메시지나 화상)를 모니터(19)에 표시한다. 이에 의해 오퍼레이터는 기기에 이상이 발생하였기 때문에, 예를 들어 기기의 교환 필요 여부의 판단도 포함시켜 기기의 상세한 이상 진단을 빠르게 행할 필요가 있음을 인식할 수 있다.

기기 이상 플래그를 입력한 정보 기억부(49)는, 그 플래그를 수신한 시각의 전후, 소정 시간에 있어서의 기기 가동 상황 데이터(스냅샷 데이터)를 수집ㆍ기억하고, 기억한 기기 가동 상황 데이터를 그 데이터의 취득 시각과 함께 통신 장치(23)를 통하여 외부 관리용 서버(102)에 출력한다. 이때, 기기 가동 상황 데이터를 기록 장치(25)에 출력하여 유압 셔블(1)측에서도 기억해도 된다. 기기 가동 상황 데이터는, 기기 이상의 유무를 판단하였을 때 이용한 각종 데이터의 총칭이며, 예를 들어 프론트 작업 장치(3)를 포함하는 유압 셔블(1)의 위치 데이터나 자세 데이터, 오퍼레이터의 조작량, 각 유압 액추에이터나 그것에 접속되는 유로에 설치한 압력 센서로 검출되는 작동유의 압력값 등이 포함된다. 기기 가동 상황 데이터를 외부 관리용 서버(102)나 기록 장치(25)에 기록함으로써, 이상 발생 원인이 위성 측위 상황이 아니라 기기의 고장에 있었음을 명확화할 수 있고, 또한 기기가 고장난 상세한 원인을 사후적으로 특정할 수 있을 가능성이 높아진다.

외부 관리용 서버(102)에는, 3D 설계면 데이터나 시공 현장의 토질 정보, 시공 현장의 주변을 포함하는 지형 정보, 시공 현장에 있어서의 통신 가능 에어리어 등을 저장할 수 있으며, 외부 관리용 서버(102)에 있어서 통신 상황에 대해서도 파악 가능한 구성으로 할 수 있다. 또한, 이상이 일어난 작업 기계의 주변에서 작업하고 있는 다른 작업 기계의 데이터도 동시에 외부 관리용 서버(102)에 업로드함으로써, 위성이나 통신 등, 환경에 관한 이상시 데이터를 파악하는 것이 가능하게 된다. 또한, 통신 시스템이나 위성 측위 등 환경에 관한 것에 의해, 시공 상태가 악화되어 버리는 경우도 있기 때문에, 본 실시 형태에서는, 이상이 일어난 경우의 위성의 배치 상태(예를 들어 VDOP를 포함하는 DOP값)나 그때의 신호 레벨 등이 어떻게 되어 있는지를 조사하고, 리포트하기 위해 기록해 둔다.

특히, 정보화 시공을 실시함에 있어서, 그 중에서도 작업 기계의 일부의 동작을 자동화하는 머신 컨트롤에 의한 작업 중에는, 시공 목표면에 대하여 깊게 지나치게 파거나, 시공 목표면까지 버킷(8)이 접근하지 않거나 하는 사상의 발생이 고려된다. 그러한 경우에, 종래에는 서비스원이 현장에 가서, 실제 기계의 거동을 보거나, 각종 센서의 상태 등을 확인하거나 함으로써, 기계가 이상한 것인지, 주위 상황의 영향에 의한 측위 상황의 악화인지 등을 판단할 필요가 있었다. 본 실시 형태에 있어서는, 이상 발생 시에 있어서의 각종 데이터를 외부 관리용 서버(102)에 송신한 후에, 작업 내용이나 각 탑재 기기의 상태를 확인할 수 있으므로, 이상 발생 후의 서포트를 효율적으로 행할 수 있게 된다.

다음에, 굴삭 작업 시에 위성 측위 상황이 악화된 씬의 일례에 대하여, 도 4 내지 도 6을 사용하여 설명한다.

굴삭 동작 중인 프론트 작업 장치(3)에 의해 측위 위성으로부터의 측위 신호가 차단되는 씬에서의 유압 셔블의 자세 변화(자세 A, 자세 B)를 도 4에 도시하고, 그때에 있어서의 제1 GNSS 안테나(21a)의 상공 시계를 도 5, 도 6에 각각 도시한다.

도 4에 있어서, 유압 셔블(1)은 법면의 일단락 작업을 하고 있다. 오퍼레이터는, 모니터(19)에 표시되는 시공 목표면과 버킷(8)의 위치 관계를 참조하면서, 버킷(8)의 발끝이 시공 목표면을 따라 이동하도록 유압 셔블의 굴삭 조작을 행한다. 도 6에 있어서 파선으로 둘러싸인 영역(60)은, 프론트 작업 장치(3)(붐(6), 암(7), 버킷(8))가 장해물로 되어 측위 신호가 GNSS 안테나(21a, 21b)에 도달할 때까지 차단될 수 있는 영역(「차폐 영역」이라고 칭하는 경우가 있음)을 나타내고, 이 차폐 영역(60)에는 측위 신호가 차단되는 위성(예를 들어 위성 G1)이 존재한다. 도 4에 도시하는 바와 같은 상황에 있어서, 자세 A와 같이 붐(6)을 내려 셔블(1)보다 하방을 굴삭하고 있는 상태에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이 위성 G1이 보이지만, 자세 B와 같이 암 당김과 동시에 붐(6)이 상승하면, 도 6에 도시하는 바와 같이 위성 G1로부터의 측위 신호가 붐(6)에 차단되는 상황으로 된다. 따라서, 도 4에 도시하는 바와 같은 일련의 동작을 하는 동안에, 위성 G1의 측위 신호를 직접 수신할 수 있는 경우(자세 A)와, 위성 G1의 측위 신호가 반사ㆍ회절 등의 영향을 받고 있는 경우(자세 B)가 있으며, 수시로 변화하게 된다. 이 경우, 위치 계산에 사용하는 측위 위성의 조합이 변화할 가능성이 있으며, 위치 계측 결과의 변동이 커진다.

위치 계측 시에 수신기(21c)는, 2개의 GNSS 안테나(21a, 21b)에서 수신되는 위성으로부터의 측위 신호의 품질이나, 측위 신호를 수신하고 있는 GNSS 위성의 배치 등, 다양한 조건 판정을 행하여 위치 계산에 사용할 위성(측위 신호)을 선택하고 있다. 위성의 배치는 DOP(Dilution Of Precision: 정밀도 저하율)라고 하는 수치로 평가되고 있으며, 예를 들어 측위 위성이 상공 시계의 일방향으로 치우쳐 분포되어 있는 경우 등은 DOP가 나빠(수치가 큼), 결과로서 계산되는 위치 정밀도가 악화된다. 이에 비해, 위성이 상공 시계에 치우치지 않고 분포되어 있는 경우에는 DOP가 좋아(수치가 작음), 계산되는 위치 정밀도가 향상된다. 이것은, 위성 측위 시스템(21)에 의한 위치 계측이, 삼각 측량을 응용한 계측 시스템인 것에 기인한다. 위성 측위 시스템(21)에 의한 위치 계측에서는, DOP 이외에도 GNSS 위성의 시계(時計) 오차나 궤도 정보의 오차 등, 각 위성에서 미묘하게 다른 오차 요인이 있고, 유압 셔블(1)이 동일한 위치에 있어도, 위치 계산에 사용하고 있는 위성의 조합이 다르면, 위치의 결과에 어긋남이 생기는 경우가 있다.

또한, 상술한 바와 같은 시공에 있어서는, 굴삭 동작 후에 방토 작업을 행하는 경우도 있으며, 그 경우, 굴삭 동작의 종료 후에 붐(6)을 올려 암(7)이나 버킷(8)을 말려들게 한 자세로 선회 조작을 행하여 방토 위치로 이동한다. 방토 위치에서 암(7) 및 버킷(8)을 덤프시켜 방토 작업을 행한 후에, 다시 선회하여 굴삭 위치로 복귀되어 작업을 행한다. 이러한 씬에 있어서도, 선회 시에는 지금까지 보충되어 있었던 위성이 보이지 않게 되거나, 지금까지 보충되어 있지 않았던 위성이 보이게 되는 등, 측위에 사용하는 위성이 변화한다. 그 때문에, 프론트 작업 장치(3)가 원래의 위치로 복귀된 경우에 있어서도, 위치 계측의 재현성이 악화되어 버리거나 하는 경우가 있다. 이와 같이, 위치 계산 결과의 재현성이 악화되면, 모니터(19)에 표시되는 버킷 선단과 시공 목표면의 위치 관계가 굴삭 작업마다 다르게 되어, 완성형이 불연속으로 되는 등의 문제가 생길 수 있다.

이러한 종류의 과제를 해결하기 위해, 본 실시 형태에서는 수신기(21c)가 위성 측위에 이용할 측위 위성을 한정하기 위해 컨트롤러(100)가 위성 마스크 범위(65)(도 6 참조)를 차체 좌표형 상에 설정한다. 위성 측위 시에, 수신기(21c)는, 컨트롤러(100)에 설정된 위성 마스크 범위(65)에 위치하는 측위 위성을 제외한 남은 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호에 기초하여 제1 GNSS 안테나(21a)의 위치를 연산하는 처리를 행한다.

계속해서 본 실시 형태의 컨트롤러(100)에 의한 위성 마스크 범위(65)의 설정 처리의 상세에 대하여, 도 7의 처리 플로를 사용하여 설명한다. 도 7에 있어서, 이들 처리 플로는 일정 주기 간격(예를 들어 100ms)으로 반복하여 연산된다.

(위성 마스크 범위의 설정 처리 (1))

스텝 S101에 있어서, 컨트롤러(100)는, 위성 측위 시스템(21)(수신기(21c))에서 연산된 제1 GNSS 안테나(21a)의 위치 데이터와, 제1 GNSS 안테나(21a)로부터 제2 GNSS 안테나(21b)로의 벡터 데이터를 취득한다.

스텝 S102에 있어서, 컨트롤러(100)는, 셔블 자세 연산부(42)에 있어서, 각 프론트 부재(6, 7, 8) 및 상부 선회체(4)에 설치된 자세 센서(IMU)(20)로부터 출력되는 데이터(자세 센서 데이터)에 기초하여 각 부재(5 내지 8)의 자세 데이터를 연산한다. 이어지는 스텝 S103에서는, 셔블 자세 연산부(42)는, 스텝 S101에서 취득한 위성 측위 시스템(21)의 연산 데이터(2개의 GNSS 안테나(21a, 21b)의 3차원 위치와, 제1 GNSS 안테나(21a)로부터 제2 GNSS 안테나(21b)로의 벡터 데이터)와, 스텝 S102에서 연산한 각 부재(5 내지 8)의 자세 데이터에 기초하여, 일반적인 벡터 연산과 좌표 변환을 행하여, 글로벌 좌표계나 현장 좌표계에 있어서의, 유압 셔블(1)의 위치 및 자세와, 버킷 선단(제어점)의 3차원 위치를 연산한다. 스텝 S103에서 연산된 유압 셔블(1)의 위치 및 자세와 버킷 선단(제어점)의 위치는, 이상 상태 판정부(43), 시공 목표면 연산부(44), 유압 시스템 제어부(45), 모니터 표시 제어부(46), 정밀도 요구 판정부(47), 위성 마스크 설정부(48) 등, 컨트롤러(100) 내에서 필요한 개소에 출력된다(스텝 S110).

스텝 S104에서는, 컨트롤러(100)는, 정밀도 요구 판정부(47)에 있어서, 프론트 작업 장치(3)에 의해 정밀도가 요구되는 작업이 되어 있는지 여부(즉 제어점(버킷 선단)의 위치 연산에 대하여 고정밀도의 위치 연산이 요구되고 있는지 여부)를 판정한다. 여기서, 일단 도 7의 설명을 중단하고, 정밀도가 요구되고 있는지 여부를 정밀도 요구 판정부(47)가 판단하는 처리(정밀도 요구 플래그의 연산 처리)의 상세에 대하여 도 8을 사용하여 설명한다. 도 8에 정밀도 요구 플래그를 연산하는 방법의 처리 플로를 도시한다. 도 8의 플로에 있어서 정밀도 요구 판정부(47)는, 제어 모드 선택 스위치(26)로부터 출력되는 제어 모드 데이터와, 시공 목표면 연산부(44)로부터 출력되는 시공 목표면 데이터와, 셔블 자세 연산부(42)로부터 출력되는 셔블 자세 데이터에 기초하여 정밀도 요구 플래그를 연산하고 있다(정밀도 요구 플래그의 ONㆍOFF를 결정하고 있음).

(정밀도 요구 플래그의 연산 처리)

스텝 S201에서는, 정밀도 요구 판정부(47)는, 셔블 자세 연산부(42)에서 연산된 셔블 자세 데이터(도 7의 스텝 S103에서 연산된 데이터)를 취득한다.

다음에, 정밀도 요구 판정부(47)는, 제어 모드 선택 스위치(26)에 의해 선택되어 있는 제어 모드(제어 모드 데이터)를 스텝 S202에서 입력하고, 스텝 S203에서 선택되어 있는 제어 모드가 마무리 모드인지 여부를 판정한다.

스텝 S203에 있어서 마무리 모드가 선택되어 있다고 판단된 경우, 마무리 모드는, 그 모드의 성질상, 버킷 선단의 위치를 고정밀도로 산출할 필요가 있기 때문에, 위성 측위의 정밀도도 고정밀도일 필요가 있다. 따라서, 정밀도 요구 판정부(47)는, 스텝 S204에 있어서 정밀도 요구 플래그를 ON으로 하고, 그 결과를 위성 마스크 설정부(48)에 출력한다.

한편, 스텝 S203에 있어서 마무리 모드가 선택되어 있지 않다고 판단된 경우(즉, 본 실시 형태에서는 조굴삭 모드가 선택되어 있는 경우)에는, 정밀도 요구 판정부(47)는, 스텝 S205에 있어서, 시공 목표면 연산부(44)에서 연산된 시공 목표면 데이터를 취득한다. 이어지는 스텝 S206에서는, 정밀도 요구 판정부(47)는, 스텝 S201에서 취득한 셔블 자세 데이터와 스텝 S205에서 취득한 시공 목표면 데이터에 기초하여, 버킷 선단(프론트 작업 장치(3))과 시공 목표면까지의 거리를 연산하여 스텝 S207로 진행한다. 스텝 S207에서는, 정밀도 요구 판정부(47)는, 스텝 S206에서 연산한 버킷 선단(프론트 작업 장치(3))에서부터 시공 목표면까지의 거리가 소정값 D1 이하(예를 들어 30㎝ 이하)인지 여부를 판정한다.

스텝 S207에서 버킷 선단과 시공 목표면의 거리가 소정값 D1보다 크다고 판정된 경우에는, 정밀도 요구 판정부(47)는 스텝 S210으로 진행하여 정밀도 요구 플래그를 OFF로 하고, 그 결과를 위성 마스크 설정부(48)에 출력한다.

한편, 스텝 S207에서 버킷 선단과 시공 목표면의 거리가 소정값 D1 이하라고 판정된 경우에는, 정밀도 요구 판정부(47)는, 스텝 S208로 진행하여 프론트 작업 장치(3)의 자세 변화를 연산한다. 스텝 S208에서는, 정밀도 요구 판정부(47)는, 1 제어 주기 전에 취득한 셔블 자세와 금회의 플로에서 취득한 셔블 자세의 차분에 기초하여, 프론트 작업 장치(3)의 자세 변화를 연산하고, 스텝 S209로 진행한다. 스텝 S209에서는, 정밀도 요구 판정부(47)는, 스텝 S208에서 산출한 셔블 자세에 변화가 있는지 여부를 판정한다.

스텝 S209에서 셔블 자세에 변화가 있다고 판단된 경우에는, 버킷 선단과 시공 목표면의 거리가 소정값 D1 이하로 매우 가깝고, 또한 셔블 자세가 변화되어 있어, 버킷 선단이 시공 목표면에 손상을 줄 가능성이 있는 것을 고려하여, 버킷 선단의 위치를 고정밀도로 연산할 필요가 있다. 그래서, 스텝 S204로 진행하여 정밀도 요구 플래그를 ON으로 하고, 그 결과를 위성 마스크 설정부(48)에 출력한다.

한편, 스텝 S209에서 셔블 자세에 변화가 없다고 판단된 경우에는, 스텝 S210으로 진행하여 정밀도 요구 플래그를 OFF로 하고, 그 결과를 위성 마스크 설정부(48)에 출력한다. 즉, 이 경우에는, 버킷 선단과 시공 목표면의 거리가 소정값 D1 이하로 가까울 때라도, 유압 셔블(1)이 정지해 있는 상황이라면, 프론트 작업 장치(3)가 정밀도를 요구하는 작업 중이 아니라고 판단한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 프론트 작업 장치(3)가 동작하고 있는지 여부를 각 프론트 부재(6, 7, 8)의 자세 변화에 기초하여 연산하였지만(스텝 S208), 조작 레버(18)로부터 입력되는 정보, 즉 조작 센서(17)로부터 입력되는 정보에 기초하여, 프론트 작업 장치(3)의 동작의 유무를 판정해도 된다. 또한, 유압 셔블(1)의 위치 데이터, 자세 센서 데이터, 조작 레버(18)의 압력(조작량)이나 시공 목표면 데이터에 기초하여, 셔블(1)이 굴삭 중인지 여부를 판정해도 된다. 또한, 상기 정보만으로는, 셔블(1)이 실제로 굴삭 작업을 하고 있는지 여부가 불명확하기 때문에, 각 유압 실린더(9, 10, 11)에 부착한 압력 센서의 출력을 사용하여 판별해도 된다.

또한, 정밀도 요구 플래그는 항상 ON으로 하고, 도 8의 플로는 생략해도 된다. 또한, 셔블(1)의 자세 데이터는 스텝 S201이 아니라, 제어 모드가 마무리 모드가 아님이 판명된 후인 예를 들어 스텝 S205에서 취득해도 된다. 또한, 도 8의 예에서는, (1) 선택된 제어 모드가 마무리 모드인지 여부와, (2) 버킷 선단과 시공 목표면의 거리 및 셔블 자세의 변화의 유무의 조합에 기초하여 정밀도 요구 플래그의 ONㆍOFF를 결정하였지만, 상기 (1), (2) 중 적어도 한쪽에 기초하여 정밀도 요구 플래그의 ONㆍOFF를 결정해도 된다. 또한 (2)의 조건으로부터는 셔블 자세의 변화의 유무는 생략해도 된다. 셔블 자세의 변화에는 상기한 프론트 작업 장치(3)의 자세 변화 이외의 자세 변화도 포함시킬 수 있다.

(위성 마스크 범위의 설정 처리 (2))

도 7의 설명으로 되돌아간다. 스텝 S105에서는, 컨트롤러(100)는, 위성 마스크 설정부(48)에 있어서 정밀도 요구 플래그가 ON인지 여부를 판정한다. 당해 판정에 있어서 정밀도 요구 플래그가 ON이라고 판정된 경우, 위성 마스크 설정부(48)는 스텝 S106으로 처리를 진행시킨다.

스텝 S106에 있어서, 위성 마스크 설정부(48)는, GNSS 안테나(21a, 21b)가 셔블 상공의 복수의 측위 위성으로부터 측위 신호를 수신할 때 프론트 작업 장치(3)가 장해물로 될 수 있는 GNSS 안테나(21a, 21b)의 상공 시계의 범위인 위성 마스크 범위(65)를 예를 들어 차체 좌표계 상에 설정하기 위해, 위성 마스크 범위(65)의 설정 파라미터를 연산한다. 위성 마스크 범위(65)의 설정 파라미터로서는, 각 GNSS 안테나(21a, 21b)의 위치를 기준으로 하여, 마스크의 방위각 범위를 규정하는 최소 방위각 및 최대 방위각과, 마스크의 앙각 범위를 규정하는 최소 앙각 및 최대 앙각이 있다(도 6 참조). 도 6에 도시하는 바와 같이, 위성 마스크 범위(65)는, 최소 방위각에서부터 최대 방위각까지의 방위각 범위와, 최소 앙각에서부터 최대 앙각까지의 앙각 범위의 양쪽에 둘러싸인 범위로 된다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 최소 방위각을 상부 선회체(4)의 방위각(차체 방위각)으로 해도 된다.

위성 마스크 범위(65)는, 상부 선회체(4)(유압 셔블(1))에 있어서의 각 GNSS 안테나(21a, 21b)의 설치 위치(예를 들어 상부 선회체(4)에 설정된 차체 좌표계에 있어서의 좌표 위치)와 프론트 작업 장치(3)(붐(6), 암(7), 버킷(8))의 가동 범위의 위치 관계와, 자세 센서(20d)에서 검출되는 상부 선회체(4)의 경사 각도와, 제1 GNSS 안테나(21a)로부터 제2 GNSS 안테나(21b)로의 벡터 데이터로부터 연산되는 상부 선회체(4)의 방위각에 기초하여 설정된다. 또한, 기존 건물이나 장해로 될 수 있는 벽 등이 있는 경우에 있어서는, 당해 장해물에 기인하여 측위에 악영향이 발생하는 범위를 위성 마스크 범위(65)에 추가해도 된다. 또한, 위성 마스크 범위(65)의 설정에 대해서는, 2개의 GNSS 안테나(21a, 21b) 각각으로 설정하는 것이 가능하다. 또한, 도 6에 도시한 선회각과 앙각으로 규정되는 위성 마스크 범위(65)는 일례에 지나지 않으며, 각 GNSS 안테나(21a, 21b)를 기준으로 하여 설정하는 영역이라면, 그 밖의 파라미터로 위성 마스크 범위를 규정해도 상관없다.

스텝 S107에 있어서, 위성 마스크 설정부(48)는, 위성 측위 시스템(21) 내의 수신기(21c)로부터 출력되는 위성 측위 상황을 나타내는 데이터(위성 측위 상황 데이터)를 수신한다. 위성 측위 상황 데이터에는, 측위에 이용한 측위 위성의 개수, 위성 측위에 의해 연산된 위치(위도, 경도, 고도) 중 높이 방향에 있어서의 위치(고도)의 분산, VDOP(수직 정밀도 저하율) 및 수신기(21c)의 측위 신뢰도 등이 포함되어 있다.

스텝 S108에서는, 위성 마스크 설정부(48)는, 스텝 S107에서 취득한 위성 측위 상황 데이터에 기초하여 위성 마스크 금지 플래그를 연산하고, 위성 마스크 범위(65)를 설정할지 여부의 판단을 행한다. 여기서, 다시 도 7의 설명을 중단하고, 스텝 S108에서 위성 마스크 설정부(48)가 행하는 처리의 상세에 대하여 도 9를 사용하여 설명한다.

(위성 마스크 금지 플래그의 연산 처리)

위성 마스크 설정부(48)에 의한 위성 마스크 처리의 금지 플래그(위성 마스크 금지 플래그)의 산출 방법에 관한 처리 플로를 도 9에 도시한다. 여기서는, 스텝 S107에서 수신기(21c)로부터 취득한 위성 측위 상황 데이터를 사용하여, 위성 마스크 범위(65)를 설정할지 여부를 판단하고 있고, 위성 마스크 범위(65)를 설정함으로써 수신기(21c)에 의한 측위 연산(예를 들어 상부 선회체(4)의 위치 데이터)의 정밀도가 오히려 저하된다고 판단한 경우에는 위성 마스크 범위(65)의 설정을 해제한다. 위성 측위 상황 데이터는, 수신기(21c)에서 취득되는 복수의 측위 위성에 관한 각종 정보이며, 예를 들어 위성 측위의 수신기(21c)로부터 얻어지는 NMEA메시지 등이 있다. 위성 측위 상황 데이터에는 수신기(21c)에 의한 측위 연산 결과에 관한 데이터도 포함시킬 수 있다.

우선, 스텝 S301에 있어서, 위성 마스크 설정부(48)는, 위성 측위 시스템(21)에 관한 각종 정보인 위성 측위 상황 데이터를 취득한다. 본 실시 형태에서 취득되는 위성 측위 상황 데이터에는, 측위 연산에 사용하는 각 측위 위성의 신호 레벨, 측위 신호를 수신 가능한 측위 위성수, 측위 신호를 측위에 이용한 측위 위성수, 측위 결과 및 그의 분산, 측위 위성의 배치의 나쁨을 나타내는 지표인 VDOP(Vertical Dilution of Precision: 수직 정밀도 저하율), 측위 연산 결과의 신뢰도(측위 신뢰도)가 포함되어 있다.

스텝 S302에서는, 위성 마스크 설정부(48)는, 스텝 S301에서 취득한 위성 측위 상황 데이터 중, 측위에 이용한 측위 위성의 개수가 소정의 역치 Ns(예를 들어, Ns=4(개)) 이상인지 여부를 판단한다. 위성 마스크 처리는, 측위 신호가 프론트 부재(6, 7, 8) 등의 영향을 받을 것 같은 GNSS 안테나(21a, 21b)의 상공 시계의 범위에 대하여 위성 마스크 범위(65)를 설정하고, 그 위성 마스크 범위(65) 내에 위치하는 위성을 제외하고 측위함으로써, 측위 성능을 향상시키는 것이다. 그러나, 위성수가 적은 경우에 위성을 마스크해 버리면 측위 연산에 사용하는 위성수가 부족하여, 측위 연산에 있어서는 바람직하지 않은 상황이 될 수 있다. 그 때문에 본 실시 형태에서는, 그러한 경우에는 위성 마스크 처리를 실시하는 것을 금지한다. 스텝 S302의 판정에 있어서, 측위에 이용한 위성수가 역치 Ns 미만이라고 판정된 경우에는 스텝 S306으로 진행하고, 위성 마스크 금지 플래그를 ON으로 한다.

한편, 스텝 S302에서 측위에 이용한 위성수가 Ns 이상이라고 판정된 경우에는 스텝 S303으로 진행한다.

또한, 역치 Ns를 4(개)로 예시한 이유는, 3차원 공간에서 위치를 연산할 수 있는 최소 위성수는 3개이지만, 시계의 시차를 수정하기 위해서는 4개의 측위 위성으로부터의 측위 신호가 필요하기 때문이다.

스텝 S303에서는, 위성 마스크 설정부(48)는, 스텝 S301에서 취득한 위성 측위 상황 데이터를 사용하여, 수신기(21c)에서 연산되는 셔블(1)(상부 선회체(4))의 위치 중 높이 방향에 있어서의 위치(고도)의 변동이 소정의 범위에 들어갔는지 여부에 기초하여 위성 마스크 범위(65)의 설정 필요 여부를 판단한다. 본 실시 형태에서의 구체적인 방법에 대하여 설명하면, 위성 마스크 설정부(48)는, 위성 측위에서 얻어지는 고도의 소정 기간의 평균값에 대한 편차(고도의 편차) dh가 소정의 범위 내에 들어갔는지 여부를 판단한다. 여기서 위성 마스크 설정부(48)는, -σ<편차 dh<σ가 성립하고 있는지 여부를 판단한다. 예를 들어, σ는 위성 측위에서 얻어지는 고도의 표준 편차이다. 고도의 표준 편차는, 위성 측위에서 얻은 고도와 소정 기간에 있어서의 고도의 평균값의 차를 2승한 값의 평균(고도의 분산)의 평방근이다. 편차 dh와 표준 편차 σ는, 수신기(21c)로부터 출력되는 측위 결과의 시계열을 기초로 위성 마스크 설정부(48)에서 연산할 수 있다.

스텝 S303에서 고도의 변동이 소정의 범위로부터 벗어났다고 판정된 경우에는 스텝 S306으로 진행하고, 위성 마스크 금지 플래그를 ON으로 한다.

한편, 스텝 S303에서 고도의 변동이 소정의 범위에 들어갔다고 판정된 경우에는 스텝 S304로 진행한다.

스텝 S304에서는, 위성 마스크 설정부(48)는, 스텝 S301에서 취득한 위성 측위 상황 데이터를 사용하여, 위성 측위에 이용한 측위 위성의 기하학적 배치로부터 연산되는 VDOP가 소정의 정밀도 저하율 역치 α(예를 들어, α=1) 미만인지 여부에 기초하여, 위성 마스크 범위(65)의 설정 필요 여부를 판단한다. DOP에는, VDOP 외에도 PDOP(Position Dilution of Precision)나 HDOP(Horizontal Dilution of Precision)가 있고, 이들에 기초하는 판정도 가능하지만, VDOP의 값으로 판정하는 것이 바람직하다.

스텝 S304에서 VDOP가 정밀도 저하율 역치 α 이상이라고 판정된 경우에는, 위성 배치가 나쁘기 때문에, 스텝 S306으로 진행하여 위성 마스크 금지 플래그를 ON으로 한다. 반대로, 스텝 S304에서 VDOP가 정밀도 저하율 역치 α 미만이라고 판정된 경우에는, 스텝 S305로 진행하여 위성 마스크 금지 플래그를 OFF로 한다.

(위성 마스크 범위의 설정 처리 (3))

도 7의 설명으로 되돌아간다. 스텝 S109에서는, 컨트롤러(100)는 위성 마스크 설정부(48)에 있어서 위성 마스크 금지 플래그가 OFF인지 여부를 판정한다. 당해 판정에서 위성 마스크 금지 플래그가 ON이라고 판정된 경우(제2 경우)에는, 스텝 S111로 진행하고, 위성 마스크 설정부(48)는, 위성 마스크 범위(65)의 설정이 수신기(21c)에 의한 측위 정밀도를 저하시킨다고 판단하고, 스텝 S106에서 연산한 위성 마스크 범위(65)의 설정 파라미터(예를 들어, 최소 방위각, 최대 방위각, 최소 앙각, 최대 앙각)를 리셋한다. 이에 의해 위성 마스크 범위(65)의 설정이 해제되므로, 수신기(21c)는 프론트 작업 장치(3)가 장해물로 될 수 있는 위성으로부터의 측위 신호도 이용한 측위가 가능하게 된다.

한편, 스텝 S109의 판정에서 위성 마스크 금지 플래그가 OFF라고 판정된 경우(제1 경우)에는 스텝 S112로 진행한다. 스텝 S112에서는, 위성 마스크 설정부(48)는, 위성 마스크 범위(65)의 설정이 수신기(21c)에 의한 측위 정밀도를 향상시킨다(즉, 저하시키는 것은 아니다)고 판단하고, 스텝 S106에서 연산한 위성 마스크 범위(65)의 설정 파라미터를 수신기(21c)(위성 측위 시스템(21))에 출력한다. 이에 의해 설정 파라미터에 기초한 위성 마스크 범위(65)가 설정되고, 그 위성 마스크 범위(65) 내에 위치하는 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호는 수신기(21c)에 의한 측위에 이용되는 것이 중단된다.

(효과)

이상과 같이 구성된 본 실시 형태의 유압 셔블에서는, 위성 마스크 범위(65)를 설정함으로써, 각 GNSS 안테나(21a, 21b)로부터 보아 프론트 작업 장치(3)가 측위 신호의 장해물로 될 수 있는 범위에 위치하는 측위 위성이 측위에 이용되는 것을 방지할 수 있으므로, 유압 셔블(1)에 설정한 소정의 제어점(예를 들어 버킷 발끝)의 위치 연산 정밀도를 향상시킬 수 있고, 그 결과, 당해 제어점의 제어 정밀도나 시공 정밀도도 향상시킬 수 있다(제1 경우).

또한, 본 실시 형태의 유압 셔블에서는, 정밀도 요구 플래그가 ON이고 프론트 작업 장치(3)의 제어에 고정밀도를 요구하는 작업 중이라도, 사용 가능한 위성수가 불충분한 경우나, 측위 결과의 변동이 큰 경우나, 사용 가능한 위성의 배치에 치우침이 있는 경우(제2 경우)에는, 위성 마스크 범위(65)를 설정함으로써 오히려 측위 정밀도가 저하될 가능성이 높기 때문에, 이러한 조건에 해당하는 경우에는 위성 마스크 금지 플래그를 ON으로 설정하여 위성 마스크 범위(65)의 설정을 해제하는 것으로 하였다. 이에 따라 측위에 이용 가능한 위성수가 증가하므로, 위성 마스크 범위를 계속해서 설정한 경우와 비교하여 측위 정밀도를 향상시킬 수 있다.

특히 본 실시 형태에서는, VDOP나 측위 결과 중 고도의 변동과 같은 높이 방향(수직 방향)의 파라미터의 변화에 착안하여 위성 마스크 금지 플래그를 설정하고 있다. 고정밀도가 요구되는 작업에 종사하고 있는 유압 셔블(1)에서는 높이 방향의 이동은 통상은 행해지지 않으며, 이들 높이 방향의 파라미터의 변화는 한정적이다. 그 때문에, 이들 높이 방향의 파라미터에 착안하여 위성 마스크 금지 플래그의 ON/OFF를 판단함으로써, 수평 방향의 파라미터를 이용하여 마찬가지로 판단하는 경우와 비교하여 그 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

(기타)

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 여러 가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은 상기 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않으며, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어떤 실시 형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

도 9의 플로에서는, 위성수(스텝 S302), 고도의 변동(스텝 S303) 및 VDOP(스텝 S304)의 3개에 기초하여 위성 마스크 금지 플래그의 ON과 OFF를 설정하였지만, 이들 3개 중 적어도 1개에 기초하여 위성 마스크 금지 플래그의 ON과 OFF를 설정해도 된다. 예를 들어, 도 9의 플로에서는, 위성수가 소정의 역치 이상일 때, 또한 고도의 변동이 소정의 범위에 들어갔을 때, 또한 VDOP가 소정의 역치 미만일 때에 위성 마스크 금지 플래그를 OFF로 하였지만, 이들 3개의 조건 중 적어도 1개가 만족된 경우에 위성 마스크 금지 플래그를 OFF로 해도 된다. 또한, 위성수(스텝 S302), 고도의 변동(스텝 S303) 및 VDOP(스텝 S304)의 3개를 판정하는 순번은 도 9의 플로에 나타낸 순번에 한하지 않고 임의의 순번으로 판정해도 된다.

스텝 S303에서 변동이 소정의 범위에 들어갔는지 여부를 판정하는 것은 도 9에 도시한 고도뿐만 아니라, 고도와 마찬가지로 수신기(21c)에서 연산되는 위도 및 경도를 이용하여 판정해도 된다. 그 경우, 고도, 위도, 경도 중 적어도 1개의 변동이 소정의 범위에 들어갔는지 여부에 기초하여 판정해도 된다. 또한 상기에서는, 위성 측위에서 얻어지는 위치(고도)의 소정 기간의 평균값에 대한 편차가 ±σ의 범위(σ=표준 편차) 내에 들어갔는지 여부를 판단한다고 설명하였지만, 표준 편차 대신에 실제의 수치, 예를 들어 ±β[mm]의 범위에 들어갔는지 여부를 판단해도 된다. ±β의 구체예로서는 ±20[mm]를 들 수 있다. 이것은 머신 가이던스나 머신 컨트롤에서는 프론트 작업 장치의 선단에 위치하는 버킷에 있어서의 정밀도가 요구되지만, 기계 오차나 그 밖의 자세 센서의 오차를 고려하면, 이 수치의 범위 내에서 변동이 수렴되는 것이 바람직하기 때문이다.

스텝 S304에서 소정의 정밀도 저하율 역치 미만인지 여부를 판정하는 것은 도 9에 도시한 VDOP뿐만 아니라, HDOP나 DOP에 대해서도 판정해도 된다.

또한, 상기 컨트롤러(100)에 관한 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그것들의 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들어 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로로 설계하는 등)로 실현해도 된다. 또한, 컨트롤러(100)에 관한 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU)에 의해 판독ㆍ실행됨으로써 컨트롤러(100)의 구성에 관한 각 기능이 실현되는 프로그램(소프트웨어)으로 해도 된다. 당해 프로그램에 관한 정보는, 예를 들어 반도체 메모리(플래시 메모리, SSD 등), 자기 기억 장치(하드 디스크 드라이브 등) 및 기록 매체(자기 디스크, 광 디스크 등) 등에 기억할 수 있다.

또한, 상기 각 실시 형태의 설명에서는, 제어선이나 정보선은, 당해 실시 형태의 설명에 필요하다고 이해되는 것을 나타내었지만, 반드시 제품에 관한 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.

1: 유압 셔블
3: 프론트 작업 장치
4: 상부 선회체
5: 하부 주행체
6: 붐
7: 암
8: 버킷
9: 붐 실린더
10: 암 실린더
11: 버킷 실린더
12: 운전실
13: 선회 유압 모터
14a: 크롤러 벨트
14b: 크롤러 벨트
15a: 주행 유압 모터
15b: 주행 유압 모터
16: 선회륜
17: 조작 센서
18: 조작 레버
19: 모니터(표시 장치)
20a-20d: 자세 센서(IMU)
21: 위성 측위 시스템
21a: 제1 GNSS 안테나
21b: 제2 GNSS 안테나
21c: 수신기
23: 통신 장치
24: 시공 목표면 설정 장치
25: 기록 장치
26: 제어 모드 선택 스위치
30: 무선기
40: 위치 정보 검출부
41: 자세 연산부
42: 셔블 자세 연산부
43: 이상 상태 판정부
44: 시공 목표면 연산부
45: 유압 시스템 제어부
46: 모니터 표시 제어부
47: 정밀도 요구 판정부
48: 위성 마스크 설정부
49: 정보 기억부
60: 차폐 영역
65: 위성 마스크 범위
100: 컨트롤러
102: 외부 관리용 서버

Claims (7)

1. 하부 주행체와,
   상기 하부 주행체에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체와,
   상기 상부 선회체에 회동 가능하게 설치된 작업 장치와,
   복수의 측위 위성으로부터 측위 신호를 수신하기 위한 안테나와,
   상기 안테나로 수신된 측위 신호에 기초하여, 상기 상부 선회체의 위치를 연산하는 수신기와,
   상기 상부 선회체 및 상기 작업 장치의 자세를 검출하기 위한 자세 센서와,
   상기 수신기에 의해 연산된 상기 상부 선회체의 위치와, 상기 상부 선회체의 방위각과, 상기 자세 센서에 의해 검출된 상기 작업 장치의 자세와, 상기 작업 장치의 치수 데이터에 기초하여, 상기 작업 장치에 설정된 제어점의 위치를 연산하는 컨트롤러
   를 구비한 작업 기계에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 작업 장치에 의해 정밀도가 요구되는 작업으로 되어 있다고 판정된 경우에, 상기 안테나의 설치 위치와, 상기 작업 장치의 가동 범위와, 상기 자세 센서에 의해 검출된 상기 상부 선회체의 자세와, 상기 상부 선회체의 방위각에 기초하여, 상기 안테나가 상기 복수의 측위 위성으로부터 측위 신호를 수신할 때에 상기 작업 장치가 장해물로 될 수 있는 상기 안테나의 상공 시계의 범위를 마스크 범위로서 설정하고,
   상기 컨트롤러가, 상기 수신기로부터 취득되는 위성 측위 상황 데이터에 기초하여 상기 마스크 범위의 설정이 상기 수신기에 의한 상기 상부 선회체의 위치의 연산 정밀도를 향상시킨다고 판단한 제1 경우에는, 상기 수신기는 상기 복수의 측위 위성 중 상기 마스크 범위에 위치하는 측위 위성을 제외한 남은 측위 위성으로부터의 측위 신호에 기초하여 상기 상부 선회체의 위치를 연산하고,
   상기 컨트롤러가, 상기 수신기로부터 취득되는 위성 측위 상황 데이터에 기초하여 상기 마스크 범위의 설정이 상기 수신기에 의한 상기 상부 선회체의 위치의 연산 정밀도를 저하시킨다고 판단한 제2 경우에는, 상기 수신기는 상기 마스크 범위를 사용하지 않고 상기 복수의 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호에 기초하여 상기 상부 선회체의 위치를 연산하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 경우란, 상기 남은 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호에 기초하여 상기 수신기에서 연산된 상기 상부 선회체의 위치의 변동이 소정의 범위에 들어갔을 때와, 상기 남은 측위 위성의 기하학적 배치로부터 연산되는 정밀도 저하율이 소정의 정밀도 저하율 역치 미만일 때와, 상기 남은 측위 위성의 개수가 소정의 역치 이상일 때 중 적어도 하나일 때이고,
   상기 제2 경우란, 상기 남은 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호에 기초하여 상기 수신기에서 연산된 상기 상부 선회체의 위치의 변동이 상기 소정의 범위로부터 벗어났을 때, 또는 상기 남은 측위 위성의 기하학적 배치로부터 연산되는 상기 정밀도 저하율이 상기 소정의 정밀도 저하율 역치 이상일 때, 또는 상기 남은 측위 위성의 개수가 상기 소정의 역치 미만일 때인
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 경우란, 상기 남은 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호에 기초하여 상기 수신기에서 연산된 상기 상부 선회체의 위치 중 높이 방향에 있어서의 위치의 변동이 소정의 범위에 들어갔을 때와, 상기 남은 측위 위성의 기하학적 배치로부터 연산되는 정밀도 저하율이 소정의 정밀도 저하율 역치 미만일 때와, 상기 남은 측위 위성의 개수가 소정의 역치 이상일 때 중 적어도 하나일 때이고,
   상기 제2 경우란, 상기 남은 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호에 기초하여 상기 수신기에서 연산된 상기 상부 선회체의 위치 중 높이 방향에 있어서의 위치의 변동이 상기 소정의 범위로부터 벗어났을 때, 또는 상기 남은 측위 위성의 기하학적 배치로부터 연산되는 상기 수직 정밀도 저하율이 상기 소정의 정밀도 저하율 역치 이상일 때인
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
4. 제2항에 있어서, 외부 서버와 데이터를 송수신하기 위한 통신 장치를 더 구비하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 수신기로부터 입력되는 상기 수신기에 의한 측위의 신뢰도가 소정값 이하일 때, 상기 남은 측위 위성의 개수와, 상기 남은 측위 위성으로부터 송신되는 측위 신호에 기초하여 상기 수신기에서 연산된 상기 상부 선회체의 위치의 변동과, 상기 남은 측위 위성의 상기 정밀도 저하율과, 상기 수신기로부터 입력되는 상기 수신기에 의한 상기 측위의 신뢰도 중 적어도 하나의 데이터를 상기 통신 장치를 통하여 상기 외부 서버에 출력하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
5. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러에서 연산되는 상기 제어점의 위치 데이터와, 상기 작업 장치의 굴삭 작업에 의해 성형해야 할 시공 목표면의 위치 데이터에 기초하여, 상기 작업 장치와 상기 시공 목표면의 위치 관계가 표시되는 모니터를 더 구비하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 수신기로부터 입력되는 상기 수신기에 의한 측위의 신뢰도가 소정값 이하일 때, 상기 수신기에 의한 측위의 신뢰성이 낮음을 나타내는 정보를 상기 모니터에 표시하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
6. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 작업 장치의 동작 범위가 소정의 시공 목표면 상 및 그 상방에 제한되도록, 상기 작업 장치와 상기 시공 목표면의 거리에 기초하여 상기 작업 장치를 제어하는 제한 제어를 실행 가능하고,
   상기 제한 제어의 제어 모드로서, 상기 시공 목표면의 정밀도보다 상기 작업 장치의 동작 속도를 우선하는 조굴삭 모드와, 상기 작업 장치의 동작 속도보다 상기 시공 목표면의 정밀도를 우선하는 마무리 모드를 선택하기 위한 모드 선택 스위치를 더 구비하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 모드 선택 스위치에서 상기 마무리 모드가 선택되어 있을 때, 상기 작업 기계가 정밀도를 요구하는 작업 중이라고 판정하여 상기 마스크 범위를 설정하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
7. 제6항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 모드 선택 스위치에서 상기 조굴삭 모드가 선택되어 있을 때라도, 상기 작업 장치와 상기 시공 목표면의 거리가 소정값 이하일 때, 또한 상기 작업 장치의 자세가 변화하고 있을 때에는, 상기 작업 기계가 정밀도를 요구하는 작업 중이라고 판정하여 상기 마스크 범위를 설정하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
   

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