KR20220143762A - 작업 기계의 측위 시스템, 작업 기계 및 작업 기계의 측위 방법 - Google Patents

작업 기계의 측위 시스템, 작업 기계 및 작업 기계의 측위 방법 Download PDF

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šœ이치로 곤도
유토 후지이
겐 다가미
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

위성의 측위 시스템을 이용한 RTK 측위를 사용한 작업 기계(1)의 측위 시스템(200)으로서, 작업 현장에 있어서 측위된 기지의 기준점 PR에 위치를 맞춘, 작업 기계(1)의 작업기(4)의 위치에 기초하여, 작업 기계(1)에 배치된 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 산출하는 산출부인 센서 컨트롤러(40)와, RTK 측위에 의해 측위 계산을 행하는 위성의 측위 시스템의 수신기에, 각 위성의 정수값 바이어스와 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 미지수로 하는, 측위 계산의 초기화 처리를, 산출한 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 사용하여 실행시키는 제어 지령을 출력하는 초기화 제어부인 모니터 컨트롤러(51)를 구비한다.

Description

작업 기계의 측위 시스템, 작업 기계 및 작업 기계의 측위 방법
본 개시는, 작업 기계의 측위 시스템, 작업 기계 및 작업 기계의 측위 방법에 관한 것이다.
최근, 유압 셔블 등의 작업 기계에 있어서, ICT(Information and Co㎜unication Technology)의 활용이 진행되고 있다. 예를 들면, GNSS(Global Navigation Satellite Systems) 등을 탑재하여 작업기의 위치를 검출하고, 작업기의 위치 정보와 작업 현장의 현황 지형을 나타내는 현황 지형 데이터를 비교하고, 작업기의 위치 또는 자세 등을 연산 처리하여 구하는 작업 기계 등이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본공개특허 제2014-205955호 공보
작업 기계에 있어서, GNSS를 이용한 실시간 이동(RTK: Realtime Kinematic) 측위(이하, 「RTK 측위」라고 함)을 행하는 경우, 초기화 처리를 행할 필요가 있다. 그런데, 고정국과 이동국 사이의 거리가 긴 경우, 또는, 이동국의 주변에 장해물이 있는 경우 등에는, 각 위성의 정수(整數)값 바이어스를 추정, 결정하는 계산이 결속되지 않아, 초기화 처리가 완료되지 않는 경우가 있다.
본 개시는, 상기를 감안하여 이루어지는 것이며, GNSS를 이용한 RTK 측위에 있어서, 초기화 처리를 적절하게 실행 가능한 작업 기계의 측위 시스템, 작업 기계 및 작업 기계의 측위 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 태양(態樣)에 따르면, 위성의 측위 시스템을 이용한 실시간 이동 측위로 사용한 작업 기계의 측위 시스템으로서, 작업 현장에 있어서 측위된 기지(旣知)의 기준점에 위치를 맞춘, 상기 작업 기계의 작업기의 위치에 기초하여, 상기 작업 기계에 배치된 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 산출하는 산출부와, 실시간 이동 측위에 의해 측위 계산을 행하는 위성의 측위 시스템의 수신기에, 각 위성의 정수값 바이어스와 상기 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 미지수로 하는, 측위 계산의 초기화 처리를, 상기 산출부가 산출한 상기 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 사용하여 실행시키는 제어 지령을 출력하는 초기화 제어부를 구비하는 작업 기계의 측위 시스템이 제공된다.
본 개시의 태양에 의하면, GNSS를 이용한 RTK 측위에 있어서, 초기화 처리를 적절하게 실행할 수 있다.
[도 1] 도 1은, 본 실시형태에 관한 작업 기계를 나타내는 사시도이다.
[도 2] 도 2는, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 운전실을 나타내는 도면이다.
[도 3] 도 3은, 작업 기계의 측위를 설명하는 도면이다.
[도 4] 도 4는, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 측위 시스템을 나타내는 개략도이다.
[도 5] 도 5는, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 측위 시스템의 일례를 나타내는 블록도이다.
[도 6] 도 6은, 본 실시형태에 관한 컴퓨터 시스템을 나타내는 블록도이다.
[도 7] 도 7은, 본 실시형태에 관한 작업 기계의 측위 방법의 일례를 나타내는 플로차트다.
이하, 본 개시에 관한 작업 기계의 측위 시스템, 작업 기계 및 작업 기계의 측위 방법의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 그리고, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시형태에서의 구성 요소에는, 당업자가 치환 가능하고 또한 용이한 것, 혹은 실질적으로 동일한 것이 포함된다.
도 1은, 본 실시형태에 관한 작업 기계(1)를 나타내는 사시도이다. 본 실시형태에 있어서는, 작업 기계(1)는 유압 셔블로 한다. 이하의 설명에 있어서는, 작업 기계(1)를 유압 셔블(1)로 한다. 유압 셔블(1)은 하부 주행체(2)와, 하부 주행체(2)에 지지되는 상부 선회체(旋回體)(3)와, 상부 선회체(3)에 지지되는 작업기(4)와, 작업기(4)를 구동하는 유압 실린더(5)를 구비한다.
하부 주행체(2)는 상부 선회체(3)를 지지한 상태로 주행 가능하다. 하부 주행체(2)는 한 쌍의 크롤러 트랙(crawler tracks)을 가진다. 크롤러 트랙이 회전함으로써, 하부 주행체(2)가 주행한다.
상부 선회체(3)는 하부 주행체(2)에 지지된 상태에서, 하부 주행체(2)에 대하여 선회축(RX)을 중심으로 선회 가능하다. 상부 선회체(3)는, 유압 셔블(1)의 운전자가 탑승하는 운전실(6)을 가진다. 운전실(6)에는, 운전자가 착좌하는 운전 시트(9)가 설치된다.
작업기(4)는 상부 선회체(3)에 연결되는 붐(4A)과, 붐(4A)에 연결되는 암(4B)과, 암(4B)에 연결되는 버킷(4C)을 포함한다. 유압 실린더(5)는 붐(4A)을 구동하는 붐 실린더(5A)와, 암(4B)을 구동하는 암 실린더(5B)와, 버킷(4C)을 구동하는 버킷 실린더(5C)를 포함한다.
붐(4A)은, 붐 회전축(AX)을 중심으로 회전 가능하게 상부 선회체(3)에 지지된다. 암(4B)은 암 회전축(BX)을 중심으로 회전 가능하게 붐(4A)에 지지된다. 버킷(4C)은 버킷 회전축(CX)을 중심으로 회전 가능하게 암(4B)에 지지된다.
붐 회전축(AX)과, 암 회전축(BX)과, 버킷 회전축(CX)은 평행하다. 붐 회전축(AX), 암 회전축(BX), 및 버킷 회전축(CX)과, 선회축(RX)과 평행한 축은 직교한다. 이하의 설명에 있어서는, 선회축(RX)과 평행한 방향을 상하 방향이라고 하고, 붐 회전축(AX), 암 회전축(BX), 및 버킷 회전축(CX)과 평행한 방향을 좌우 방향이라고 하고, 붐 회전축(AX), 암 회전축(BX), 및 버킷 회전축(CX)과 선회축(RX)의 양쪽과 직교하는 방향을 전후 방향이라고 한다. 운전 시트(9)에 착좌한 운전자를 기준으로 하여 작업기(4)가 존재하는 방향이 전방이며, 전방의 역방향이 후방이다. 운전 시트(9)에 착좌한 운전자를 기준으로 하여 좌우 방향의 한쪽이 우방이며, 우측의 역방향이 좌방이다. 하부 주행체(2)의 접지면으로부터 멀어지는 방향이 상방이며, 상방의 역방향이 하방이다.
운전실(6)은 상부 선회체(3)의 전방에 배치된다. 운전실(6)은 작업기(4)의 좌방에 배치된다. 작업기(4)의 붐(4A)은 운전실(6)의 우방에 배치된다.
[운전실]
도 2는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(1)의 운전실(6)을 나타내는 도면이다. 유압 셔블(1)은 운전실(6)에 배치되는 조작부(10)를 구비한다. 조작부(10)는 유압 셔블(1)의 적어도 일부의 작동을 위해 조작된다. 조작부(10)는 운전 시트(9)에 착좌한 운전자에 의해 조작된다. 유압 셔블(1)의 작동은 하부 주행체(2)의 작동, 상부 선회체(3)의 작동, 및 작업기(4)의 작동 중 적어도 하나를 포함한다.
조작부(10)는, 상부 선회체(3) 및 작업기(4)의 작동을 위해 조작되는 좌측 작업 레버(11) 및 우측 작업 레버(12)와, 하부 주행체(2)의 작동을 위해 조작되는 좌측 주행 레버(13) 및 우측 주행 레버(14)와, 좌측 풋 페달(15) 및 우측 풋 페달(16)을 포함한다.
좌측 작업 레버(11)는 운전 시트(9)의 좌방에 배치된다. 좌측 작업 레버(11)가 전후 방향으로 조작됨으로써, 암(4B)이 덤프 동작 또는 굴삭 동작한다. 좌측 작업 레버(11)가 좌우 방향으로 조작됨으로써, 상부 선회체(3)가 좌선회 또는 우선회한다. 우측 작업 레버(12)는 운전 시트(9)의 우방에 배치된다. 우측 작업 레버(12)가 좌우 방향으로 조작됨으로써, 버킷(4C)이 굴삭 동작 또는 덤프 동작한다. 우측 작업 레버(12)가 전후 방향으로 조작됨으로써, 붐(4A)이 하강 동작 또는 상승 동작한다.
좌측 주행 레버(13) 및 우측 주행 레버(14)는 운전 시트(9)의 전방에 배치된다. 좌측 주행 레버(13)는 우측 주행 레버(14)의 좌방에 배치된다. 좌측 주행 레버(13)가 전후 방향으로 조작됨으로써, 하부 주행체(2)의 좌측의 크롤러 트랙이 전진 동작 또는 후진 동작한다. 우측 주행 레버(14)가 전후 방향으로 조작됨으로써, 하부 주행체(2)의 우측의 크롤러 트랙이 전진 동작 또는 후진 동작한다.
좌측 풋 페달(15) 및 우측 풋 페달(16)은 운전 시트(9)의 전방에 배치된다. 좌측 풋 페달(15)은 우측 풋 페달(16)의 좌방에 배치된다. 좌측 풋 페달(15)은 좌측 주행 레버(13)와 연동한다. 우측 풋 페달(16)은 우측 주행 레버(14)와 연동한다. 좌측 풋 페달(15) 및 우측 풋 페달(16)이 조작됨으로써, 하부 주행체(2)가 전진 동작 또는 후진 동작되어도 된다.
[측위 시스템]
도 3은, 유압 셔블(1)의 측위를 설명하는 도면이다. 도 4는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(1)의 측위 시스템(200)을 나타내는 개략도이다. 도 5는, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(1)의 측위 시스템(200)의 일례를 나타내는 블록도이다. 측위 시스템(200)은, 위성의 측위 시스템인 GNSS를 이용한 RTK 측위를 사용하여, 유압 셔블(1)의 위치를 측위한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, RTK 측위에서는, 기지의 점 PF에 설치된 고정국(FS)과 이동하는 이동국(MS)에 각각 탑재된 위성의 측위 시스템의 수신기인 GNSS 수신기(RC)에 의해, 복수의 GNSS 위성(SV)가 송신하는 반송파(搬送波) 위상을 측정하여, 이동국(MS)의 위치를 결정하는 방식이다. 도 3에서는, GNSS 위성(SV1), GNSS 위성(SV2), GNSS 위성(SV3), GNSS 위성(SV4)을 도시하고 있다.
반송파 위상은, 각 GNSS 위성(SV)과 GNSS 수신기(RC) 사이의 거리의 변동량을 적산한 것이다. 각 GNSS 위성(SV)과 GNSS 수신기(RC) 사이에 몇 가지의 파수(波數)(「정수값 바이어스」 또는 「모호성(ambiguity)」이라고 함)가 포함되는지는, GNSS 수신기(RC)가 초기 상태(기동 직후)인 경우, 미지이다. 그러므로, 이동국(MS)에 탑재된 GNSS 수신기(RC)는, 초기화 처리로서, 각 위성의 거리 오차가 최소가 되는 이동국의 위치를 탐색(수속 계산이라고 함)함으로써, 고정밀한 이동국의 위치와 각 GNSS 위성(SV)의 정수값 바이어스를 결정한다.
고정국(FS)의 보정 정보를 이용하여, GNSS 수신기(RC)가 수신한 위치 정보를 보정하여 이동국의 위치를 구한다. 그런데, 고정국(FS)과 이동국(MS) 사이의 거리가 긴 경우, 보정 정보에 의한 보정 효과가 나빠지고, GNSS 수신기(RC)가 측정하는 위치의 오차가 증대해 버린다. 상기 오차가 증대함으로써, 초기화 처리 중인 GNSS 수신기(RC)는 위치의 탐색이 곤란하게 되고, 이동국(MS)의 고정밀도한 위치가 구해지지 않아, 초기화 처리가 완료되지 않는 경우가 있다.
그래서, 측위 시스템(200)은 먼저, 이동국(MS)의 위치를 RTK 측위 이외의 방법에 의해 산출한다. 그리고, 측위 시스템(200)은, 산출한 이동국(MS)의 위치에 기초하여, 이동국(MS)에 탑재된 GNSS 수신기(RC)가 초기화 처리를 행함으로써, 미지인 변수가 감소하여, 정수값 바이어스의 계산이 결속하기 쉽게 한다. 본 실시형태에서는, 측위 시스템(200)은, 작업 현장에 있어서 측위된 기지의 기준점 PR에 위치를 맞춘, 유압 셔블(1)의 작업기(4)의 날끝(4Cp)의 위치에 기초하여, 유압 셔블(1)에 배치된 위성의 측위 시스템의 안테나인 GNSS 안테나(61)의 위치를 산출한다. 측위 시스템(200)은, RTK 측위에 의해 측위 계산을 행하는 GNSS 수신기(60)에, 각 GNSS 위성의 정수값 바이어스와 GNSS 안테나(61)의 위치를 미지수로 하는, 측위 계산의 초기화 처리를, 산출한 GNSS 안테나(61)의 위치를 사용하여 실행시키는 제어 지령을 출력한다.
측위 시스템(200)은, 작업기(4)의 각 실린더의 스트로크 길이를 검출하는 실린더 스트로크 센서(5a)와, IMU(Inertial Measurement Unit: 관성 계측 장치)(30)와, 센서 컨트롤러(산출부)(40)와, 모니터(50)의 모니터 컨트롤러(초기화 제어부)(51)와, GNSS 수신기(60)와, GNSS 안테나(61, 62)를 포함한다. GNSS 안테나(61)는 유압 셔블(1)의 위치를 구하기 위해 사용되고, GNSS 안테나(62)는 유압 셔블(1)의 차체의 방위각인 편주각(yaw angle)을 구하기 위해 이용된다.
실린더 스트로크 센서(5a)는 작업기(4)의 자세를 표시하는 정보를 검출한다. 실린더 스트로크 센서(5a)는 붐 실린더 센서(5Aa)와, 암 실린더 센서(5Ba)와, 버킷 실린더 센서(5Ca)를 포함한다. 붐 실린더 센서(5Aa)와, 암 실린더 센서(5Ba)와, 버킷 실린더 센서(5Ca)는 작업기(4)에 배치되어 있다. 붐 실린더 센서(5Aa)는, 붐 실린더(5A)의 동작량인 스트로크 길이를 나타내는 붐 실린더 길이 데이터를 검출한다. 암 실린더 센서(5Ba)는, 암 실린더 센서(5Ba)의 동작량인 스트로크 길이를 나타내는 암 실린더 길이 데이터를 검출한다. 버킷 실린더 센서(5Ca)는, 버킷 실린더(5C)의 동작량인 스트로크 길이를 나타내는 버킷 실린더 길이 데이터를 검출한다. 실린더 스트로크 센서(5a)는, 검출한 각 실린더 길이 데이터를 센서 컨트롤러(40)에 출력한다.
IMU(30)는 유압 셔블(1)의 동작을 나타내는 동작 정보를 검출하는 상태 검출 장치이다. 그리고, 안테나(61, 62)도 상태 검출 장치의 일례이다. 본 실시형태에 있어서, 동작 정보는 유압 셔블(1)의 자세를 나타내는 정보를 포함해도 된다. 유압 셔블(1)의 자세를 나타내는 정보는 유압 셔블(1)의 롤각, 피치각 및 편주각이 예시된다. IMU(30)는 상부 선회체(3)에 장착되어 있다. IMU(30)는 예를 들면 운전실(6)의 하부에 설치되어도 된다.
IMU(30)는 유압 셔블(1)의 각속도 및 가속도를 검출한다. 유압 셔블(1)의 동작에 수반하여, 유압 셔블(1)에는, 주행 시에 발생하는 가속도, 선회 시에 발생하는 각 가속도 및 중력 가속도라는 다양한 가속도가 생기지만, IMU(30)는 적어도 중력 가속도를 검출하여 출력한다. 여기에서, 중력 가속도는 중력에 대한 항력에 대응한 가속도이다. IMU(30)는 예를 들면 3차원의 글로벌 좌표계(X, Y, Z)에 있어서, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향의 가속도와, X축, Y축 및 Z축 주변의 각속도(회전 각속도)를 검출한다.
글로벌 좌표계란, 지구에 고정된 원점을 기준으로 하는 좌표계다. 글로벌 좌표계는 GNSS에 의해 규정된다.
센서 컨트롤러(40)는 CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서인 처리부와, RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory) 등의 기억 장치인 기억부를 가진다. 센서 컨트롤러(40)에는, IMU(30)의 검출값, 및 붐 실린더 센서(5Aa)와 암 실린더 센서(5Ba)와 버킷 실린더 센서(5Ca)의 검출값이 입력된다. 센서 컨트롤러(40)에는, 모니터 컨트롤러(51)를 통하여, GNSS 수신기(60)가 구한, 유압 셔블(1)의 글로벌 좌표에서의 위치가 입력된다. 센서 컨트롤러(40)는 산출부로서 기능한다.
센서 컨트롤러(40)는 GNSS 수신기(60)의 초기화 처리의 완료 후는, 유압 셔블(1)의 날끝 위치 데이터와, 작업 현장의 현황 지형을 나타내는 현황 지형 데이터에 기초하여, 목표 날끝 위치를 나타낸 목표 날끝 위치 데이터를 생성한다. 날끝 위치 데이터는 유압 셔블(1)의 현재의 날끝(4Cp)의 위치를 나타내는 데이터다. 날끝 위치 데이터는 유압 셔블(1)의 글로벌 좌표에서의 위치, 실린더 스트로크 센서(5a)의 검출값, 및 IMU(30)의 검출값에 기초하여 생성된다. 목표 날끝 위치 데이터는, 예를 들면 현황 지형 데이터에 의해 나타내어지는 현황 지형을 소정 거리만큼 아래쪽으로 오프셋한 가상 목표 지면을 생성하고, 날끝(4Cp)이 해당 가상 목표 지면을 따르도록 생성된다. 센서 컨트롤러(40)는, 날끝 위치 데이터 및 목표 날끝 위치 데이터에 기초하여, 작업기(4)의 동작을 제어하는 작업기 지령값을 생성하여 출력한다.
센서 컨트롤러(40)는, 작업 현장에 있어서 측위된 기지의 기준점 PR에 위치를 맞춘, 작업기(4)의 날끝(4Cp)의 위치에 기초하여, 작업 기계(1)에 배치된 GNSS 안테나(61)의 위치를 산출한다. 센서 컨트롤러(40)는, 차체 좌표계에서 구해진 유압 셔블(1)의 GNSS 안테나(61)의 위치를 글로벌 좌표계로 변환하여, 모니터(50)의 모니터 컨트롤러(51)에 출력한다.
센서 컨트롤러(40)는 기지의 기준점 PR의 위치와, 작업기(4)의 날끝(4Cp)을 기준점 PR의 위치에 맞춘 상태에서의 작업기(4)의 자세를 표시하는 각도에 기초하여, GNSS 안테나(61)의 위치를 산출해도 된다. 보다 상세하게는, 센서 컨트롤러(40)는, 3차원의 현장 좌표계에서 계측된 기준점 PR의 위치와, 작업기(4)의 날끝(4Cp)을 기준점 PR의 위치에 맞춘 상태에서 검출된 실린더 스트로크 센서(5a)의 검출값에 기초하여, 유압 셔블(1)의 GNSS 안테나(61)의 위치를 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)에서 구한다.
붐 실린더 센서(5Aa)의 검출값이 나타내는 붐 실린더(5A)의 동작량과, 암 실린더 센서(5Ba)의 검출값이 나타내는 암 실린더(5B)의 동작량과, 버킷 실린더 센서(5Ca)의 검출값이 나타내는 버킷 실린더(5C)의 동작량으로부터, 작업기(4)의 자세를 표시하는 정보가 얻어진다. 작업기(4)의 자세를 표시하는 정보는, 예를 들면 붐(4A)과 상부 선회체(3)가 이루는 각도 θ1, 붐(4A)과 암(4B)이 이루 각도 θ2, 및 암(4B)과 버킷(4C)이 이루는 각도 θ3에 의해 규정된다.
센서 컨트롤러(40)는 유압 셔블(1)의 롤각, 피치각 및 편주각을 포함하는 자세각에 기초하여, GNSS 안테나(61)의 위치를 산출해도 된다. 보다 상세하게는, 센서 컨트롤러(40)는, 또한, 작업기(4)의 날끝(4Cp)을 기준점 PR의 위치에 맞춘 상태로 검출된 IMU(30)의 검출값에 기초하여, 유압 셔블(1)의 GNSS 안테나(61)의 위치를 차체 좌표계에서 구한다.
IMU(30)의 검출값인, 유압 셔블(1)의 각속도 및 가속도로부터, 유압 셔블(1)의 자세각(롤각 및 피치각)이 얻어진다. 편주각은 모니터 컨트롤러(51)로부터 취득한다.
모니터(50)는 규정의 표시 데이터를 표시한다. 모니터(50)는 모니터 컨트롤러(51)와, 표시부(52)를 가진다. 그리고, 표시부(52)는 별체라도 된다. 모니터 컨트롤러(51)는 CPU 등의 프로세서인 처리부와, RAM 및 ROM(Read Only Memory) 등의 기억 장치인 기억부를 가진다. 모니터 컨트롤러(51)는 초기화 제어부로서 기능한다. 모니터 컨트롤러(51)는 RTK 측위에 의해 측위 계산을 행하는 GNSS 수신기(60)에, 각 GNSS 위성의 정수값 바이어스와 GNSS 안테나(61)의 위치를 미지수로 하는 측위 계산의 초기화 처리를, 센서 컨트롤러(40)가 산출한 GNSS 안테나(61)의 위치를 사용하여 실행시키는 제어 지령을 출력한다. 모니터 컨트롤러(51)는, 센서 컨트롤러(40)로부터 취득한, 글로벌 좌표계로 변환된 유압 셔블(1)의 GNSS 안테나(61)의 위치를 GNSS 수신기(60)에 출력한다.
모니터 컨트롤러(51)는, GNSS 수신기(60)가 구한 안테나 방위각과 GNSS 안테나(61, 62)의 차체 상에서의 배치 관계로부터, 차체의 방위각인 편주각을 구한다. 또한, 구한 편주각을 센서 컨트롤러(40)에 출력한다.
표시부(52)는 액정 모니터(LCD: Liquid Crystal Display) 또는 유기 EL 디스플레이(OELD: Organic Electroluminescence Display)와 같은 플랫 패널 디스플레이를 포함한다. 표시부(52)에는, GNSS 수신기(60)의 초기화 처리의 실행 중인 것, 초기화 처리가 종료된 것 등의, GNSS 수신기(60)의 초기화 처리의 진행 상황이 표시 가능하다. 모니터(50)는 센서 컨트롤러(40) 및 GNSS 수신기(60)와 데이터를 통신 가능하게 접속되어 있다.
GNSS 수신기(60)는 글로벌 좌표 연산 장치로서 기능한다. GNSS 수신기(60)는 CPU 등의 프로세서인 처리부와, RAM 및 ROM 등의 기억 장치인 기억부를 가진다. GNSS 수신기(60)는 GNSS를 이용하여 유압 셔블(1)의 현재의 위치를 검출하는 위치검출 장치이다. GNSS 수신기(60)는, GNSS 안테나(61)가 수신한 GNSS 전파에 따른 신호에 기초하여, 도 1에 나타낸 글로벌 좌표계에서의 GNSS 안테나(61)의 위치를 구한다. GNSS의 일례로서는, GPS(Global Positioning System)을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. GNSS 안테나(61)는 예를 들면 유압 셔블(1)에 설치된다.
GNSS 안테나(61)는 상부 선회체(3)에 배치되어 있다. GNSS 안테나(61)는 유압 셔블(1)의 현재 위치를 검출하기 위해 사용된다. GNSS 안테나(61)는 GNSS 수신기(60)와 접속되고 있다. GNSS 안테나(61)가 수신한 GNSS 전파에 따른 신호는 GNSS 수신기(60)에 입력된다.
GNSS 수신기(60)는 초기화 처리에 있어서, 수속 계산에 의해 각 GNSS 위성의 정수값 바이어스를 추정, 결정하여, 이동국인 GNSS 안테나(61)의 고정밀도의 위치를 구한다. GNSS 수신기(60)는 초기화 처리의 실행 시, 모니터(50)의 모니터 컨트롤러(51)로부터 취득한, 글로벌 좌표계에서 표시되는 GNSS안테나(61)의 위치를 취득한다. GNSS 수신기(60)는, 글로벌 좌표계로 표시되는 GNSS 안테나(61)의 위치를 사용하여, 수속 계산에 의해 각 GNSS 위성의 정수값 바이어스를 추정, 결정한다.
GNSS 수신기(60)는 초기화 처리의 완료 후, 생성한 GNSS 안테나(61)의 위치를 모니터(50)의 모니터 컨트롤러(51)에 출력한다.
GNSS 수신기(60)는 GNSS 안테나(61, 62)의 위치가 수신된 위성 신호로부터 기선(基線) 해석에 의해 방위각을 산출하여, 그 방위각을 GNSS 안테나(61)를 축으로 한 GNSS 안테나(62)의 안테나 방위각으로 한다. 또한, GNSS 수신기(60)는 산출한 안테나 방위각을 모니터 컨트롤러(51)에 출력한다.
[컴퓨터 시스템]
도 6은, 본 실시형태에 관한 컴퓨터 시스템(1000)을 나타내는 블록도이다. 전술한 측위 시스템(200)은 컴퓨터 시스템(1000)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(1000)은 CPU(Central Processing Unit)와 같은 프로세서(1001)와, ROM(Read Only Memory)와 같은 불휘발성 메모리 및 RAM(Random Access Memory)와 같은 휘발성 메모리를 포함하는 메인 메모리(1002)와, 스토리지(1003)와, 입출력 회로를 포함하는 인터페이스(1004)를 가진다. 전술한 측위 시스템(200)의 기능은 컴퓨터 프로그램으로서 스토리지(1003)에 기억되어 있다. 프로세서(1001)는, 컴퓨터 프로그램을 스토리지(1003)로부터 판독하여 메인 메모리(1002)에 전개하고, 컴퓨터 프로그램에 따라서 전술한 처리를 실행한다. 그리고, 컴퓨터 프로그램은 네트워크를 통하여 컴퓨터 시스템(1000)에 배신(配信)되어도 된다.
컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 시스템(1000)은 전술한 실시형태에 따라서, 작업 현장에 있어서 측량된 기지의 기준점 PR에, 작업기(4)의 날끝(4Cp)의 위치를 맞추는 것과, 작업기(4)의 날끝(4Cp)의 위치를 맞춘 기준점의 위치로부터, 작업 기계(1)에 배치된 GNSS 안테나(61)의 위치를 산출하는 것과, 실시간 이동 측위에 의해 측위 계산을 행하는 GNSS 수신기(60)에, 각 GNSS 위성의 정수값 바이어스와 GNSS 안테나(61)의 위치를 미지수로 하는 측위 계산의 초기화 처리를, 산출한 GNSS 안테나(61)의 위치를 사용하여 실행시키는 제어 지령을 출력하는 것을 실행시킬 수 있다.
도 7은, 본 실시형태에 관한 유압 셔블(1)의 측위 방법의 일례를 나타내는 플로차트다. 작업 현장에 있어서는, 기준점 PR이 3차원의 현장 좌표계에서 계측되어, 위치가 이미 알려져 있다. 유압 셔블(1)이 기동되면, GNSS 수신기(60)의 초기화 처리가 실행된다. 모니터(50)에는, GNSS 수신기(60)의 초기화 처리의 실행 중인 것, 초기화 처리가 종료된 것 등의 초기화 처리의 진행 상황이 표시 가능하다. GNSS 수신기(60)의 초기화 처리가 완료되지 않을 경우, 예를 들면 운전자의 조작에 의해, 도 7에 나타내는 처리가 실행된다. 먼저, 운전자는 작업기(4)을 조작하여, 작업 현장에 있어서 측량된 기준점 PR에 작업기(4)의 날끝(4Cp)의 위치를 맞춘다.
측위 시스템(200)은, 센서 컨트롤러(40) 및 모니터(50)의 모니터 컨트롤러(51)에 있어서, 스텝 SP1 내지 스텝 SP5의 처리를 실행한다. 또한, GNSS 수신기(60)에 있어서, 스텝 ST1 내지 스텝 ST4를 실행한다.
센서 컨트롤러(40)는 GNSS 안테나(61)의 위치를 산출한다(스텝 SP1). 보다 상세하게는, 센서 컨트롤러(40)는 기지의 기준점 PR의 위치와, 작업기(4)의 날끝(4Cp)을 기준점 PR에 맞춘 상태로 검출된, 실린더 스트로크 센서(5a)의 검출값, 및 IMU(30)의 검출값 중 적어도 어느 쪽에 기초하여, 유압 셔블(1)의 GNSS 안테나(61)의 위치를 차체 좌표계에서 산출한다. 센서 컨트롤러(40)는, 산출한 GNSS 안테나(61)의 위치를 모니터 컨트롤러(51)에 출력한다.
모니터 컨트롤러(51)는, 센서 컨트롤러(40)로부터 취득한 GNSS 안테나(61)의 위치를 GNSS 수신기(60)에 출력한다(스텝 SP2).
GNSS 수신기(60)는 모니터 컨트롤러(51)로부터 GNSS 안테나(61)의 위치를 취득한다(스텝 ST1).
모니터 컨트롤러(51)는 GNSS 수신기(60)에, 각 GNSS 위성의 정수값 바이어스와 GNSS 안테나(61)의 위치를 미지수로 하는 초기화 처리를, 센서 컨트롤러(40)가 산출한 GNSS 안테나(61)의 위치를 사용하여 실행하도록 제어 지령을 출력한다(스텝 SP3).
GNSS 수신기(60)는 실행 중인 초기화 처리를 중단한다(스텝 ST2).
GNSS 수신기(60)는, 취득한 GNSS 안테나(61)의 위치에 기초하여, 초기화 처리의 재시도를 행한다(스텝 ST3).
모니터 컨트롤러(51)는 GNSS 수신기(60)에 의한 초기화 처리가 완료되었는지 아닌지를 판정한다(스텝 SP4). GNSS 수신기(60)에 의한 초기화 처리가 완료되었다고 판정하는 경우(스텝 SP4에서 Yes), 스텝 SP5로 진행한다. GNSS 수신기(60)에 의한 초기화 처리가 완료되었다고 판정하지 않을 경우(스텝 SP4에서 No), 스텝 SP4의 처리를 다시 실행한다.
모니터 컨트롤러(51)는 GNSS 수신기(60)에, GNSS 안테나(61)의 위치의 고정 모드를 해제하도록 제어 지령을 출력한다(스텝 SP5).
GNSS 수신기(60)는 GNSS 안테나(61)의 위치의 고정 모드를 해제한다(스텝 ST4). GNSS 수신기(60)의 초기화 처리 중은 고정 모드로 설정되어 있고, GNSS 안테나(61)의 위치가 고정되어 있는 것으로서 처리가 행해진다. 고정 모드의 설정 중은, 유압 셔블의 위치를 RTK 측위에 의해 측정할 수 없다. 고정 모드가 해제됨으로써, 이동하는 유압 셔블(1)이 고정밀도의 위치를 RTK 측위에 의해 측정 가능하게 된다.
이와 같이 하여, GNSS 수신기(60)의 초기화 처리 시에, 미지의 변수가 감소하여, 정수값 바이어스의 계산이 결속하기 쉬워지므로, GNSS 수신기(60)의 초기화 처리가 적절하게 완료된다. GNSS 수신기(60)의 초기화 처리의 완료 후, 유압 셔블(1)이 이동해도, 유압 셔블(1)에 탑재된 GNSS 안테나(61)의 고정밀도의 위치가 구해진다.
그리고, 도 7의 플로차트는 일례이며, 다른 실시형태에 있어서는 반드시 모든 스텝을 실행하지 않아도 된다. 예를 들면, GNSS 수신기(60)의 초기화 처리가 완료되지 않을 경우의 예로서 설명하였으나, GNSS 수신기(60)의 초기화 처리가 완료되지 않을 때가 아니라도 실행해도 된다. 이 경우, 예를 들면 스텝 ST2, 스텝 SP3을 실행하지 않아도 된다.
[효과]
이상과 같이, 본 실시형태는, RTK 측위에 의해 측위 계산을 행하는 GNSS 수신기(60)에, 기지의 기준점 PR의 위치로부터 산출한 GNSS 안테나(61)의 위치에 기초하여, 측위 계산의 초기화 처리를 실행시킨다. 본 실시형태에 의하면, GNSS 수신기(60)에서는, GNSS 안테나(61)의 위치를 사용하여 수속 계산에 의해 각 GNSS 위성의 정수값 바이어스를 추정, 결정할 수 있다. 본 실시형태에 의하면, GNSS 수신기(60)의 초기화 처리가 완료되지 않는 상태의 발생을 억제할 수 있다. 본 실시형태는 GNSS 수신기(60)의 초기화 처리를 적절하게 실행할 수 있다.
이상, 실시형태를 설명하였으나, 전술한 내용에 의해 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 소위 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 실시형태의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성 요소가 각종 생략, 치환 및 변경 중 적어도 하나를 행할 수 있다. 예를 들면, 센서 컨트롤러(40)가 실행하는 것으로서 설명한 각 처리는, 모니터(50)의 모니터 컨트롤러(51) 또는 이들 이외의 컨트롤러가 실행해도 된다. 예를 들면, 모니터(50)의 모니터 컨트롤러(51)가 실행하는 것으로서 설명한 각 처리는 센서 컨트롤러(40) 또는 이들 이외의 컨트롤러가 실행해도 된다. 예를 들면, 센서 컨트롤러(40) 및 모니터(50)의 모니터 컨트롤러(51)과의 기능을 하나의 컨트롤러로 실장해도 된다.
본 실시형태에서 행하는, 작업기(4)의 날끝(4Cp)을 기지의 기준점 PR에 위치를 맞추는 작업은 종래도 작업 개시 시에 행하는 작업이다. 본 실시형태는, 운전자가 새로운 작업을 행하지 않으므로, 작업 부하의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 작업 기계로서, 유압 셔블(1)을 예로 들어 설명하였으나, 이것에 한정되지 않고, 불도저 또는 휠 로더 등, 다른 작업 기계라도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 작업기(4)의 날끝(4Cp)을 기지의 기준점 PR에 위치를 맞추는 것으로서 설명하였으나, 이것에 한정되지 않고, 작업기(4)의 다른 부분을 기지의 기준점 PR에 위치를 맞춰도 된다.
상기 실시형태에서는, 편주각을 모니터 컨트롤러(51)로 산출하는 것으로서 설명하였으나, 센서 컨트롤러(40)로 산출해도 된다. 구체적으로는, 모니터 컨트롤러(51)가, GNSS 수신기(60)가 구한 안테나 방위각을 센서 컨트롤러(40)에 출력하고, 센서 컨트롤러(40)가 안테나 방위각과, GNSS 안테나(61, 62)의 차체 상에서의 배치 관계로부터 편주각을 산출하면 된다.
상기 실시형태에서는, GNSS 안테나(61)는 유압 셔블(1)의 위치를 구하기 위해 사용되는 것으로서 설명하였으나, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면 GNSS 안테나(62)를, 유압 셔블(1)의 위치를 구하기 위해 사용해도 된다. 이 경우, GNSS 안테나(61)를, 유압 셔블(1)의 차체의 방위각인 편주각을 구하기 위해 사용해도 된다. 또한, GNSS 안테나(61), GNSS 안테나(62) 이외의 GNSS 안테나를 설치하여, 상기 GNSS 안테나를 사용하여 유압 셔블(1)의 위치를 구해도 된다.
상기 실시형태에서는, GNSS 안테나가 2개인 것으로서 설명하였으나 이에 한정되지 않고, GNSS 안테나는 1개라도 된다. 예를 들면, 작업 기계가 불도저인 경우, 1개의 GNSS 안테나가 검출하는 속도 벡터로부터 차체의 방위를 산출해도 된다.
상기 실시형태의 작업기는 일례이며, 불도저의 블레이드, 휠 로더의 버킷 등, 다른 작업 기계의 작업기에도 적용할 수 있다.
1: 유압 셔블(작업 기계), 2: 하부 주행체, 3: 상부 선회체, 4: 작업기, 4A: 붐, 4B: 암, 4C: 버킷, 5: 유압 실린더, 5A: 붐 실린더, 5Aa: 붐 실린더 센서, 5B: 암 실린더, 5Ba: 암 실린더 센서, 5C: 버킷 실린더, 5Ca: 버킷 실린더 센서, 6: 운전실, 9: 운전 시트, 10: 조작부, 11: 좌측 작업 레버, 12: 우측 작업 레버, 13: 좌측 주행 레버, 14: 우측 주행 레버, 15: 좌측 풋 페달, 16: 우측 풋 페달, 30: IMU, 40: 센서 컨트롤러(산출부), 50: 모니터, 51: 모니터 컨트롤러(초기화 제어부), 52: 표시부, 60: GNSS 수신기(위성의 측위 시스템의 수신기), 61: GNSS 안테나(위성의 측위 시스템의 안테나), 62: GNSS 안테나(위성의 측위 시스템의 안테나), 200: 측위 시스템, 1000: 컴퓨터 시스템, 1001: 프로세서, 1002: 메인 메모리, 1003: 스토리지, 1004: 인터페이스, AX: 붐 회전축, BX: 암 회전축, CX: 버킷 회전축, RX: 선회축.

Claims (6)

  1. 위성의 측위 시스템을 이용한 실시간 이동 측위를 사용한 작업 기계의 측위 시스템으로서,
    작업 현장에 있어서 측위된 기지(旣知)의 기준점에 위치를 맞춘, 상기 작업 기계의 작업기의 위치에 기초하여, 상기 작업 기계에 배치된 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 산출하는 산출부; 및
    실시간 이동 측위에 의해 측위 계산을 행하는 위성의 측위 시스템의 수신기에, 각 위성의 정수값 바이어스와 상기 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 미지수로 하는, 측위 계산의 초기화 처리를, 상기 산출부가 산출한 상기 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 사용하여 실행시키는 제어 지령을 출력하는 초기화 제어부;
    를 구비하는 작업 기계의 측위 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 기준점의 위치와, 상기 작업기의 자세를 표시하는 각도에 기초하여, 상기 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 산출하는, 작업 기계의 측위 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 작업기의 롤각, 피치각, 및 편주각(yaw angle)을 포함하는 자세각에 기초하여, 상기 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 산출하는, 작업 기계의 측위 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 기준점에 위치를 맞춘, 상기 작업기의 날끝의 위치에 기초하여, 상기 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 산출하는, 작업 기계의 측위 시스템.
  5. 상기 작업기를 탑재하여 주행하는 주행부; 및
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 작업 기계의 측위 시스템;
    을 구비하는 작업 기계.
  6. 위성의 측위 시스템을 이용한 실시간 이동 측위를 사용한 작업 기계의 측위 방법으로서,
    작업 현장에 있어서 측량된 기지의 기준점에, 작업기의 일부의 위치를 맞추는 단계;
    상기 작업기의 일부의 위치를 맞춘 상기 기준점의 위치로부터, 상기 작업 기계에 배치된 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 산출하는 단계; 및
    실시간 이동 측위에 의해 측위 계산을 행하는 위성의 측위 시스템의 수신기에, 각 위성의 정수값 바이어스와 상기 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 미지수로 하는, 측위 계산의 초기화 처리를, 산출한 상기 위성의 측위 시스템의 안테나의 위치를 사용하여 실행시키는 제어 지령을 출력하는 단계;
    를 포함하는 작업 기계의 측위 방법.
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