KR20230002979A - 정보 취득 시스템 및 정보 취득 방법 - Google Patents

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KR20230002979A
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나오토 사이토
슌스케 고토
šœ스케 고토
게이스케 쓰보이
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

작업 기계에 관한 정보를 간편한 작업으로 보다 정확하게 취득한다. 정보 취득 시스템은 유압 셔블(100)과, 타겟부(40)와, 위치 계측부(50)와, 정보 취득부 (60)를 구비하고 있다. 유압 셔블(100)은 선회체(3)와, 선회체(3)에 대하여 상대 이동 가능한 작업기(2)를 가지고 있다. 타겟부(40)는 작업기(2)에 장착되어 있다. 위치 계측부(50)는 작업기(2)의 선회체(3)에 대한 상대 이동에 따라 이동하는 타겟부(40)의 위치를 연속하여 계측한다. 정보 취득부(60)는 계측으로부터 얻어지는 타겟부(40)의 궤적으로부터, 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 취득한다.

Description

정보 취득 시스템 및 정보 취득 방법
본 개시는, 작업 기계에 관한 정보를 취득하기 위한 정보 취득 시스템 및 정보 취득 방법에 관한 것이다.
정보화 시공이란, 건설 토목 사업에서의 시공에 있어서, 정보 통신 기술(ICT)의 활용에 의해, 고효율이면서 또한 고정밀도인 시공을 실현하는 것이다. 정보화 시공 기술의 일례로서, 토탈 스테이션 또는 GNSS(Global Navigation Satellite Systems: 전지구 항법 위성 시스템) 등의 위치 계측 장치를 이용하여 작업 기계의 위치를 취득하고, 시공 개소의 설계 데이터와 현황 지형 데이터의 차분에 관한 정보를 작업 기계의 운전석 모니터에 제공하는, 머신 가이던스 기술이 제안되어 있다.
작업 기계의 하나로 유압 셔블이 있다. 유압 셔블은 붐, 암, 및 버킷으로 구성되는 작업기를 구비해도 된다. 붐, 암, 및 버킷은, 순서대로 핀에 의해 회동(回動) 가능하게 지지되어도 된다. 머신 가이던스 기술을 이용한 시공에 관한 것이며, 비특허문헌 1에는, ICT 유압 셔블의 암 치수 등 각 가동부(可動部)의 핀 사이의 치수 및 버킷 치수를 측정하는 것이 기재되어 있다.
국토 교통성 긴키 지방 정비국 긴키 기술 사무소 「머신 가이던스 기술(백호(Backhoe)편)의 안내서」, 2014년 3월, p.29
토탈스테이션 등을 이용하여 작업 기계에서의 작업기의 각 핀의 위치를 각각 측정한 결과로부터 핀 사이의 치수를 산출하기 위해서는, 각 핀의 위치에 측량 타겟을 장착할 필요가 있다. 이 측량 타겟의 장착 작업이 번거로운 데에다, 각 핀에 수작업으로 측량 타겟을 장착하므로 장착 정밀도가 확보되어 있지 않다.
본 개시에서는, 정보화 시공을 위한 작업 기계에 관한 정보를 간편한 작업으로 보다 정확하게 취득할 수 있는, 정보 취득 시스템 및 정보 취득 방법이 제안된다.
본 개시에 따르면, 정보 취득 시스템이 제안된다. 정보 취득 시스템은 작업 기계와, 타겟부와, 위치 계측부와, 정보 취득부를 구비하고 있다. 작업 기계는 베이스부와, 베이스부에 대하여 상대 이동 가능한 가동부를 가지고 있다. 타겟부는 가동부에 장착되어 있다. 위치 계측부는, 가동부의 베이스부에 대한 상대 이동에 따라 이동하는 타겟부의 위치를 연속하여 계측한다. 정보 취득부는, 계측으로부터 얻어지는 타겟부의 궤적으로부터, 작업 기계에 관한 3차원 정보를 취득한다.
본 개시에 따르면, 작업 기계에 관한 3차원 정보를 취득하는 정보 취득 방법이 제안된다. 작업 기계는, 베이스부와, 베이스부에 대하여 상대 이동 가능한 가동부를 가지고 있다. 작업 기계의 가동부에 타겟부가 장착된다. 정보 취득 방법은 이하의 처리를 구비하고 있다. 제1 처리는 가동부를 베이스부에 대하여 상대 이동시키는 것이다. 제2 처리는 가동부의 베이스부에 대한 상대 이동에 따라 이동하는 타겟부의 위치를 연속하여 계측하는 것이다. 제3 처리는, 계측으로부터 얻어지는 타겟부의 궤적으로부터, 작업 기계에 관한 3차원 정보를 취득하는 것이다.
본 개시에 관련된 정보 취득 시스템 및 정보 취득 방법에 의하면, 작업 기계에 관한 정보를 간편한 작업으로 보다 정확하게 취득할 수 있다.
[도 1] 유압 셔블의 외관도이다.
[도 2] 실시형태에 기초하는 정보 취득 시스템의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
[도 3] 정보 취득 시스템의 기능적 구성을 나타내는 블록도이다.
[도 4] 유압 셔블에 관한 3차원 정보를 취득하는 처리의 흐름을 나타내는 플로차트다.
[도 5] 선회체(旋回體)의 선회를 나타내는 평면 모식도이다.
[도 6] 선회 평면의 경사각 및 관성 계측 장치의 장착 오차를 나타내는 측면 모식도이다.
[도 7] 작업기 동작 평면의 도출 시의 붐의 동작을 나타내는 측면 모식도이다.
[도 8] 버킷 치수의 도출 시의 버킷의 동작을 나타내는 측면 모식도이다.
[도 9] 암 치수의 도출 시의 암의 동작을 나타내는 측면 모식도이다.
[도 10] 붐 치수의 도출 시의 붐의 동작을 나타내는 측면 모식도이다.
이하, 실시형태에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 동일 부품에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 이들의 명칭 및 기능도 동일하다. 따라서, 이들에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.
도 1은, 실시형태에 기초하는 정보 취득 시스템 및 정보 취득 방법에 의해 정보가 취득되는 작업 기계의 일례로서의, 유압 셔블(100)의 외관도이다. 실시형태에 있어서는, 작업 기계로서, 유압 셔블(100)을 예로 들어 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은 본체(1)와, 유압(油壓)에 의해 작동하는 작업기(2)를 구비하고 있다. 본체(1)는 선회체(3)와 주행체(5)를 구비하고 있다. 주행체(5)는, 한 쌍의 크롤러 벨트(5Cr)와, 주행 모터(5M)를 구비하고 있다. 주행 모터(5M)는 주행체(5)의 구동원으로서 설치되어 있다. 주행 모터(5M)는, 유압에 의해 작동하는 유압 모터다.
유압 셔블(100)의 동작 시에는, 주행체(5), 보다 구체적으로는 크롤러 벨트(5Cr)가 지면에 접촉하고 있다. 주행체(5)는 크롤러 벨트(5Cr)의 회전에 의해 지면을 주행 가능하다. 그리고, 주행체(5)가 크롤러 벨트(5Cr) 대신에 차륜(타이어)를 가지고 있어도 된다.
선회체(3)는 주행체(5) 상에 배치되고, 또한 주행체(5)에 의해 지지되고 있다. 선회체(3)는 주행체(5)에 의해 상대 이동 가능하다. 선회체(3)는, 선회축(旋回軸)(RX)을 중심으로 하여 주행체(5)에 대하여 선회 가능하게, 주행체(5)에 탑재되어 있다. 선회체(3)는 주행체(5) 상에, 선회 써클부를 통하여 장착되어 있다. 선회 써클부는, 평면에서 본 본체(1)의 대략 중앙부에 배치되어 있다. 선회 써클부는, 원환형의 개략 형상을 가지고 있고, 내주면(內周面)에 선회용의 내치(內齒)를 가지고 있다. 이 내치와 맞물리는 피니언이, 도시하지 않은 선회 모터에 장착되어 있다. 선회 모터로부터 구동력이 전달되어 선회 써클부가 회전함으로써, 선회체(3)가 주행체(5)에 대하여 상대 회전 가능하게 되어 있다.
선회체(3)는 캡(cab)(4)을 가지고 있다. 유압 셔블(100)의 탑승자(오퍼레이터)는, 이 캡(4)에 탑승하여, 유압 셔블(100)을 조종한다. 캡(4)에는, 오퍼레이터가 착석하는 운전석(4S)이 설치되어 있다. 오퍼레이터는, 캡(4) 내에 있어서 유압 셔블(100)을 조작 가능하다. 오퍼레이터는, 캡(4) 내에 있어서, 작업기(2)의 조작이 가능하며, 주행체(5)에 대한 선회체(3)의 선회 조작이 가능하고, 또한 주행체(5)에 의한 유압 셔블(100)의 주행 조작이 가능하다. 본 개시에서는 유압 셔블(100)은 캡(4) 내로부터 조작되지만, 유압 셔블(100)로부터 떨어진 장소로부터 무선에 의해 원격조작되어도 된다.
실시형태에 있어서는, 캡(4) 내의 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터를 기준으로 하여, 유압 셔블(100)의 선회체(3)에서의 각 부의 위치 관계에 대하여 설명한다. 전후 방향이란, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 전후 방향을 말한다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터에 정대(正對)하는 방향이 전방향(前方向)이며, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 배후 방향이 후방향이다. 좌우 방향이란, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 좌우 방향을 말한다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터가 정면에 정대했을 때의 우측, 좌측이 각각 우측 방향, 좌측 방향이다. 상하 방향이란, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 상하 방향이다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 발밑 측이 하측, 두상 측이 상측이다.
전후 방향에 있어서, 선회체(3)보다 작업기(2)가 돌출되어 있는 측이 전방향이며, 전방향과는 반대 방향이 후방향이다. 전방향을 볼 때 좌우 방향의 우측, 좌측이 각각 우측 방향, 좌측 방향이다. 상하 방향에 있어서 지면이 있는 측이 하측, 비어 있는 측이 상측이다.
선회체(3)는, 엔진이 수용되는 엔진룸(9)과, 선회체(3)의 후부에 설치되는 카운터웨이트를 구비하고 있다. 엔진 룸(9)에는, 구동력을 발생하는 엔진, 엔진이 발생시키는 구동력을 받아 유압 액추에이터에 작동유를 공급하는 유압 펌프 등이 배치되어 있다.
선회체(3)에 있어서, 엔진룸(9)의 전방에 난간(19)이 설치되어 있다. 난간(19)에는, 안테나(21)가 설치되어 있다. 안테나(21)는, 예를 들면 GNSS용 안테나다. 안테나(21)는, 좌우 방향으로 서로 떨어지도록 선회체(3)에 설치된 제1 안테나(21B) 및 제2 안테나(21B)를 가지고 있다.
작업기(2)는 선회체(3)에 탑재되어 있고, 선회체(3)에 지지되어 있다. 작업기(2)는 붐(6)과, 암(7)과, 버킷(8)을 가지고 있다. 붐(6)은 선회체(3)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 암(7)은 붐(6)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 버킷(8)은 암(7)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 버킷(8)은 복수의 날을 가지고 있다. 버킷(8)의 선단부를 날끝(cutting edge)(8a)이라고 한다.
그리고, 버킷(8)은 날을 가지고 있지 않아도 된다. 버킷(8)의 선단부는, 스트레이트 형상의 강판으로 형성되어 있어도 된다.
붐(6)의 기단부는 붐 풋 핀(boom foot pin)(13)(이하, 붐 핀이라고 함)을 통하여 선회체(3)에 연결되어 있다. 암(7)의 기단부는 암 연결 핀(14)(이하, 암 핀이라고 함)을 통하여 붐(6)의 선단부에 연결되어 있다. 버킷(8)은 버킷 연결 핀(15)(이하, 버킷 핀이라고 함)을 통하여 암(7)의 선단부에 연결되어 있다. 붐 핀(13) 암 핀(14) 및 버킷 핀(15)은 대략 좌우 방향으로 연장되어 있다.
붐(6)은 선회체(3)에 대하여 상대 이동 가능하다. 붐(6)은 붐 핀(13)을 중심으로, 선회체(3)에 대하여 상대 회전 가능하다. 암(7)은 붐(6)에 대하여 상대 이동 가능하다. 암(7)은 암 핀(14)을 중심으로, 붐(6)에 대하여 상대 회전 가능하다. 버킷(8)은 암(7)에 대하여 상대 이동 가능하다. 버킷(8)은 버킷 핀(15)을 중심으로, 암(7)에 대하여 상대 회전 가능하다.
암(7) 및 버킷(8)은, 버킷(8)이 암(7)에 대하여 상대 회전하지 않는 상태에서, 일체적으로 붐(6)에 대하여 상대 이동 가능, 구체적으로는 상대 회전 가능하다. 붐(6), 암(7) 및 버킷(8)은, 버킷(8)이 암(7)에 대하여 상대 회전하지 않고, 또한 암(7)이 붐(6)에 대하여 상대 회전하지 않는 상태에서, 일체적으로 선회체(3)에 대하여 상대 이동 가능하고, 구체적으로는 상대 회전 가능하다. 작업기(2) 및 선회체(3)는, 작업기(2)가 선회체(3)에 대하여 상대 회전하지 않는 상태에서, 일체적으로 주행체(5)에 대하여 상대 이동 가능하고, 구체적으로는 상대 회전 가능하다.
작업기(2)는 붐 실린더(10)와, 암 실린더(11)와, 버킷 실린더(12)를 가지고 있다. 붐 실린더(10)는 붐(6)을 구동한다. 암 실린더(11)는 암(7)을 구동한다. 버킷 실린더(12)는 버킷(8)을 구동한다. 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)의 각각은, 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더다.
버킷 실린더(12)는 암(7)에 장착되어 있다. 버킷 실린더(12)가 신축함으로써, 암(7)에 대하여 버킷(8)이 회전한다. 작업기(2)는 버킷 링크를 구비하고 있다. 버킷 링크는 버킷 실린더(12)와 버킷(8)을 연결하고 있다.
유압 셔블(100)에는, 컨트롤러(26)가 탑재되어 있다. 컨트롤러(26)는 유압 셔블(100)의 동작을 제어한다.
도 2는, 실시형태에 기초하는 정보 취득 시스템의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 유압 셔블(100)에는, 타겟부(40)가 장착되어 있다. 타겟부(40)는 유압 셔블(100)의 1개소에 장착되어 있다. 도 2에 나타내어지는 예에서는, 버킷(8)의 날끝(8a)에 타겟부(40)가 장착되어 있다.
정보 취득 시스템은 위치 계측부(50)를 구비하고 있다. 위치 계측부(50)는 타겟부(40)의 위치를 계측한다. 위치 계측부(50)는 예를 들면 레이저 트래커(laser tracker)이며, 이 경우, 타겟부(40)는 타겟 리플렉터다.
레이저 트래커는 타겟 리플렉터를 향하여 레이저광(L)을 조사한다. 타겟 리플렉터는, 레이저광(L)이 조사되면, 조사된 방향과 동일한 방향으로 광을 반사한다. 그 반사광은 레이저 트래커에 되돌아오게 된다. 레이저 트래커는, 타겟 리플렉터로부터 레이저광(L)이 되돌아 온 시간으로부터, 레이저 트래커와 타겟 리플렉터의 거리를 구할 수 있다. 또한 레이저 트래커는 레이저광(L)을 조사한 방향을 자체적으로 파악하고 있다. 레이저 트래커는, 레이저광(L)을 조사한 방향과, 타겟 리플렉터까지의 거리로부터, 타겟 리플렉터의 3차원 위치를 구할 수 있다.
레이저 트래커는 이동하는 타겟 리플렉터의 3차원 위치를 높은 샘플링 레이트로 연속하여 계측할 수 있다. 레이저 트래커는 타겟 리플렉터의 이동을 자동적으로 추종하여, 3차원 위치를 연속하여 취득할 수 있다. 이로써, 레이저 트래커는 이동 중인 타겟 리플렉터의 궤적을 취득할 수 있다. 높은 샘플링 레이트로 연속하여 계측된 타겟 리플렉터의 3차원 위치는 타겟 리플렉터의 궤적으로서 처리할 수 있다.
위치 계측부(50)는 타겟부(40)의 3차원 위치를 취득할 수 있는 것이면 되고, 레이저 트래커에 한정되지 않는다. 예를 들면, 위치 계측부(50)는 타겟부(40)의 추종 기능을 구비한 토탈 스테이션이어도 된다. 또한 예를 들면 위치 계측부(50)는 스테레오 카메라로 대표되는 촬상(撮像) 장치라도 되고, 이 경우, 타겟부(40)는 촬상 화상 중에서의 타겟부(40)의 위치의 인식을 쉽게 하기 위한 마커(marker)라도 된다. 또한 예를 들면, 위치 계측부(50)는 임의의 각도계와 거리계의 조합에 의해 실현되어도 된다.
정보 취득 시스템은 정보 취득부(60)를 구비하고 있다. 정보 취득부(60)는 예를 들면 유압 셔블(100)의 외부에 설치되어 있다. 정보 취득부(60)는 무선 또는 유선의 통신 수단을 통하여, 위치 계측부(50)과 통신 가능하게 되어 있다. 정보 취득부(60)는 CPU(Central Processing Unit), 불휘발성 메모리, 타이머 등을 포함하여 구성되는 컴퓨터다.
정보 취득부(60)는 이동하는 타겟부(40)의 궤적으로부터, 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 취득한다. 정보 취득부(60)에 의해 취득되는 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보는, 예를 들면 유압 셔블(100)의 작업기(2)의 치수, 선회체(3)에 대하여 상대 회전하는 작업기(2)의 궤적이 그리는 평면, 주행체(5)에 대하여 상대 회전하는 선회체(3)의 궤적이 그리는 평면 등을 포함한다. 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보는, 3차원 공간에서의 유압 셔블(100)의 소정 위치의 위치 좌표 정보, 2개의 소정 위치 사이의 거리 정보, 유압 셔블(100)의 형상·자세 등에 의해 규정되는 평면의 정보 등이어도 된다. 3차원 공간의 좌표계는, ITRF(International Terrestrial Reference Frame) 좌표계이면 된다.
도 3은, 정보 취득 시스템의 기능적 구성을 나타내는 블록도이다. 유압 셔블(100)은 도 1을 참조하여 설명한 선회체(3), 붐(6), 암(7), 버킷(8) 및 컨트롤러(26)에 더하여, 관성 계측 장치(IMU)(30)를 구비하고 있다. 관성 계측 장치(30)는 유압 셔블(100)의 경사를 검출한다. 관성 계측 장치(30)는 전후 방향, 좌우 방향 및 상하 방향에 대한, 유압 셔블(100)의 경사 각도를 검출한다. 관성 계측 장치(30)는, 유압 셔블(100)이 위치하는 지면의 경사 각도를 검출하는, 실시형태의 경사 센서에 상당한다. 관성 계측 장치(30)는 도 2에 나타낸 바와 같이 선회체(3)의 전부(前部) 좌우 방향 중앙의 위치에 장착되어 있다.
타겟부(40)는 유압 셔블(100) 중, 선회체(3) 또는 작업기(2){붐(6), 암(7), 버킷(8)} 중 어느 1개소에 장착된다. 위치 계측부(50)는 선회체(3), 붐(6), 암(7)또는 버킷(8)에 장착된 타겟부(40)의 3차원 위치를 계측한다.
정보 취득부(60)는 입력부(61)와, 선회 평면 도출부(62)와, 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)와, 작업기 동작 평면 도출부(64)와, 회전 반경 연산부(65)와, 벡터 처리부(66)와, 출력부(67)를 구비하고 있다.
도 4는, 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 취득하는 처리의 흐름을 나타내는 플로차트다. 도 3에 나타내어지는 정보 취득부(60)의 각 기능 블록의 기능과, 각 기능 블록에 의해 실현되는, 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 취득하는 처리의 상세에 대하여, 이하에 설명한다. 이하의 처리에 의해 취득되는 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보는, 정보화 시공을 실시함에 있어서, 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치를 정확하게 도출하여, 작업기(2)의 위치의 연산의 정밀도를 향상시키기 위해 필요한 파라미터다.
먼저, 스텝 S1∼S6의 처리에 있어서, 유압 셔블(100)의 선회체(3)에 탑재된 관성 계측 장치(30)의 장착 오차에 대한 교정값을 구하고, 수평면에 대한 선회체(3)의 경사를 정확하게 인식할 수 있도록 한다. 스텝 S1에 있어서, 선회체(3)의 선회 시의, 차체의 임의의 위치의 궤적(TR)을 측량한다.
도 5는, 선회체(3)의 선회를 나타내는 평면 모식도이다. 전술한 바와 같이, 선회 모터의 발생하는 구동력을 받아, 선회체(3)는 주행체(5)에 대하여 선회한다. 그리고, 유압 셔블(100)은, 붐(6)을 올리면서 선회체(3)가 선회하는 호이스트 선회, 붐(6)을 내리면서 선회체(3)가 선회하는 다운 선회가 가능하지만, 도 5에 나타내어지는 선회 중에는, 선회체(3)에 대한 작업기(2)의 상대 위치는 일정하게 유지된다. 정지(靜止) 부위인 주행체(5)를 베이스부, 베이스부에 대하여 상대적으로 회전 동작하는 선회체(3) 및 작업기(2)를 가동부로 한다.
타겟부(40)는 작업기(2) 또는 선회체(3)의 임의의 위치에 장착된다. 타겟부(40)는 예를 들면 붐(6)의 선단, 전형적으로는 암 핀(14)의 위치에 장착된다. 이 상태에서, 주행체(5)에 대하여 선회체(3)가 선회한다. 주행체(5)를 정지하는 베이스부로 하고, 선회체(3)를 가동부로 하여 선회시킨다. 전형적으로는, 주행체(5)에 대하여, 선회체(3)가 180°회전한다. 작업기(2) 및 선회체(3)의 주행체(5)에 대한 상대 회전에 따라 이동하는 타겟부(40)의 위치를, 위치 계측부(50)가 계측한다. 위치 계측부(50)는, 타겟부(40)의 3차원 위치를 연속하여 취득하고, 취득한 타겟부(40)의 3차원 위치 정보(위치 신호)를 정보 취득부(60)의 입력부(61)에 출력한다.
선회 평면 도출부(62)는 연속적으로 취득된 타겟부(40)의 3차원 위치로부터, 타겟부(40)의 궤적을 취득하고, 이것을 궤적(TR)으로 한다.
스텝 S2에 있어서, 선회 평면 도출부(62)는 스텝 S1에서 얻어진 궤적(TR)으로부터, 최소제곱법에 의해, 선회 평면(PR)의 방정식을 도출한다. 평면을 기울이고 있어, 타겟부(40)의 궤적(TR) 상의 점군과의 오차가 가장 작아지게 되는 평면을 구하고, 구해진 평면을 선회 평면(PR)으로 한다.
연속적으로 취득된 타겟부(40)의 3차원 위치로부터 최소제곱법에 의해 평면의 방정식을 도출하는 방법에 대해서는, 예를 들면 하기의 웹사이트에서 해설되고 있다.
“SOL 가부시키가이샤 메일 매거진 「알아서 득보는 간섭계 측정 기술！」 2009년 2월 10일호 VOL.001”, [레이와(令和) 2년 10월 27일 검색], 인터넷 <URL: https://www.sol-j.co.jp/mailmag/d-0001.html>
스텝 S3에 있어서, 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는, 스텝 S2에 서 얻어진 선회 평면(PR)의 방정식으로부터, 선회 평면(PR)의 수평면으로부터의 경사각 AID를 연산한다.
도 6은, 선회 평면(PR)의 수평면(H)로부터의 경사각 AID 및 관성 계측 장치(30)의 장착 오차 β를 나타내는 측면 모식도이다. 타겟부(40)는 붐(6)의 선단의 암 핀(14)의 위치에 장착되어 있다. 관성 계측 장치(30)는, 내장되는 센서의 좌표계의 원점 OP를 기준으로 하여 유압 셔블(100)의 본체(1)의 자세 정보(각도 신호)를 출력한다. 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는, 선회체(3)가 주행체(5)에 대하여 선회할 때의 타겟부(40)의 궤적(TR)으로부터, 최소제곱법에 의해, 선회 평면(PR)을 도출한다. 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는 수평면(H)에 대한 선회 평면(PR)의 경사각 AID를 연산한다.
스텝 S4에 있어서, 유압 셔블(100)에 탑재된 관성 계측 장치(30)의 계측 결과 정보(IMU 출력 신호)가 정보 취득부(60)의 입력부(61)에 입력된다. 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는 관성 계측 장치(30)의 출력으로부터 차체 자세, 즉 수평면(H)에 대한 유압 셔블(100)의 본체(1)의 경사각 AI를 취득한다.
스텝 S5에 있어서, 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는, 스텝 S3에서 연산된 선회 평면(PR)의 경사각 AID와, 스텝 S4에서 취득된 유압 셔블(100)의 본체(1)의 경사각 AI를 비교한다. 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는, 경사각 AID와 경사각 AI가 동등하지 않은지의 여부, 즉 경사각 AID에 대한 경사각 AI의 오차가 존재하는지의 여부를 판단한다.
경사각 AID와 경사각 AI가 동등하지 않다고 판단되면(스텝 S5에 있어서 YES), 스텝 S6으로 진행하고, 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는, 경사각 AID와 경사각 AI의 차분에 의해, 관성 계측 장치(30)의 얼라인먼트 오차(장착 오차)를 교정한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는 선회 평면(PR)의 경사각 AID와, 관성 계측 장치(30)가 인식한 각도인 경사각 AI의 차분으로서, IMU 장착 오차 β를 연산한다. 보다 상세하게는, 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는, 다음과 같이 IMU 장착 오차 β를 산출한다.
스텝 S2에 있어서, 선회 평면(PR)의 방정식이, 높이를 z, 면의 종횡 방향을 x, y로 했을 때, z=a＋bx＋cy와 같이 구해졌다고 한다. 이 경우, 선회 평면(PR)의 경사를 나타내는 선회 평면(PR)의 법선 벡터는 (b, c, 1)로 된다. 또한, 관성 계측 장치(30)에 의해 계측되는 차체의 경사각 AI의 각도 벡터를 (A, B, C)로 하면, 선회 평면(PR)의 경사각 AID와 차체의 경사각 AI의 차분 벡터는 (A-b, B-c, C-1)로 된다. 이 차분 벡터가 IMU 장착 오차 β로 된다.
차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는, 선회 평면(PR)의 경사각 AID에 대한, 관성 계측 장치(30)가 인식한 각도인 경사각 AI의 차분을 취득한다. 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부(63)는 이 차분으로부터, 관성 계측 장치(30)에 의해 검출되는 경사각 AI에 대한 교정값을 취득한다. 출력부(67)는 이 교정값 정보(교정값 신호)를 유압 셔블(100)에 탑재된 컨트롤러(26)에 출력한다.
스텝 S5의 판단에 있어서 경사각 AID와 경사각 AI가 동등하다고 판단되면(스텝 S5에 있어서 NO), 관성 계측 장치(30)에 의해 검출되는 경사각 AI에 대한 교정의 필요가 없기 때문에, 스텝 S6의 처리는 행해지지 않고, 직접 스텝 S7로 진행된다.
다음으로, 스텝 S7∼S8의 처리에 있어서, 작업기(2)가 이동하는 평면을 구하고, 좌우 방향에서의 날끝(8a)의 위치의 어긋남을 정확하게 인식할 수 있도록 한다. 스텝 S7에 있어서, 작업기 동작 평면 도출부(64)는 작업기(2)의 붐(6)만을 동작시킬 때의, 붐(6)의 선단의 암 핀(14)의 궤적(TB)을 측량한다.
도 7은, 작업기 동작 평면(PI)(도 5 참조)의 도출 시의 붐(6)의 동작을 나타내는 측면 모식도이다. 타겟부(40)는 붐(6)의 선단의, 암 핀(14)의 위치에 장착된다. 이 상태에서, 선회체(3)에 대하여 붐(6)이 회전한다. 유압 셔블(100)의 본체(1)를 베이스부로 하고, 붐(6)을 가동부로서 회동시킨다. 전형적으로는, 붐 실린더(10)가 수축 측의 스트로크 엔드에 있는 붐(6)이 가장 들어올려진 위치로부터, 작업기(2)가 지면에 접촉하기 직전의 위치까지, 붐(6)이 내려진다. 이 때, 붐(6)에 대한 암(7) 및 버킷(8)의 상대 위치는 일정하게 유지된다.
이 때, 암 실린더(11)이 신장 측의 스트로크 엔드에 있어서, 암(7)이 굴삭 방향{암(7)이 붐(6)에 접근하는 방향, 도 7에 있어서는 암 핀(14) 주변의 시계 방향}으로 이동 가능한 극한의 위치에 있어도 된다. 버킷 실린더(12)가 신장 측의 스트로크 엔드에 있어서, 버킷(8)이 굴삭 방향{버킷(8)이 암(7)에 접근하는 방향, 도 7에 있어서는 버킷 핀(15) 주변의 시계 방향}으로 이동 가능한 극한의 위치에 있어도 된다. 이와 같이 암(7) 및 버킷(8)의 위치를 정함으로써, 도 7에 나타낸 바와 같이 작업기(2)가 가장 절첩된 자세가 되므로, 붐(6)을 내릴 수 있는 거리가 보다 커진다.
붐(6)의 선회체(3)에 대한 상대 회전에 따라 이동하는 타겟부(40)의 위치를 위치 계측부(50)가 계측한다. 위치 계측부(50)는 타겟부(40)의 3차원 위치를 연속하여 취득하고, 취득한 타겟부(40)의 3차원 위치 정보(위치 신호)를 정보 취득부(60)의 입력부(61)에 출력한다.
작업기 동작 평면 도출부(64)는 연속적으로 취득된 타겟부(40)의 3차원 위치로부터, 타겟부(40)의 궤적을 취득하고, 이것을 궤적(TB)로 한다.
스텝 S8에 있어서, 작업기 동작 평면 도출부(64)는 스텝 S7에서 얻어진 궤적(TB)로부터, 최소제곱법에 의해, 작업기 동작 평면(PI)의 방정식을 도출한다. 작업기 동작 평면(PI)의 방정식의 도출은, 스텝 S2에서의 선회 평면(PR)의 방정식의 도출과 동일하게 행할 수 있다.
출력부(67)는 구해진 작업기 동작 평면(PI)의 방정식의 정보(방정식 신호)를, 유압 셔블(100)에 탑재된 컨트롤러(26)에 출력한다.
다음으로, 스텝 S9∼S18의 처리에서 있어서, 붐(6), 암(7), 및 버킷(8)의 정확한 치수를 구한다. 스텝 S9에 있어서, 회전 반경 연산부(65)는, 작업기(2)의 버킷(8)만을 동작시킬 때의, 버킷(8)의 날끝(8a)의 궤적(TBk)을 측량한다.
도 8은, 버킷(8)의 치수를 도출할 때의 버킷(8)의 동작을 나타내는 측면 모식도이다. 타겟부(40)는 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치에 장착된다. 이 상태에서, 버킷 핀(15)을 중심으로 하여, 암(7)에 대하여 버킷(8)이 회전한다. 본체(1)와 붐(6)과 암(7)을 베이스부로 하고, 버킷(8)을 가동부로서 회동시킨다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)은 덤프 방향{버킷(8)이 차체로부터 멀어지는 방향, 도 8에 있어서는 버킷 핀(15) 주변의 반시계 방향}으로 이동해도 된다. 이 때, 붐(6) 및 암(7)은 정지한 채로 된다.
버킷(8)의 암(7)에 대한 상대 회전에 따라 이동하는 타겟부(40)의 위치를 위치 계측부(50)가 계측한다. 위치 계측부(50)는 타겟부(40)의 3차원 위치를 연속적으로 취득하고, 취득한 타겟부(40)의 3차원 위치 정보(위치 신호)를 정보 취득부(60)의 입력부(61)에 출력한다.
회전 반경 연산부(65)는 연속적으로 취득된 타겟부(40)의 3차원 위치로부터, 타겟부(40)의 궤적을 취득하고, 이것을 궤적(TBk)으로 한다.
스텝 S10에 있어서, 회전 반경 연산부(65)는 스텝 S9에서 궤적(TBk)으로부터, 최소제곱법에 의해, 버킷 핀(15)의 좌표와, 버킷 핀(15)과 타겟부(40)의 장착된 버킷(8)의 날끝(8a) 사이의 거리를 연산한다. 버킷 핀(15)을 중심으로 하여 회전하는 타겟부(40)의 궤적(TBk) 상의 점군으로부터, 임시로 정한 원호의 중심까지의 반경 오차를 최소화하도록 계산하고, 계산된 중심을 버킷 핀(15)의 좌표로 한다.
버킷 핀(15)을 중심으로 하여 회전 이동하는 타겟부(40)의 3차원 위치로부터 최소제곱법에 의해 회전 중심의 좌표와 회전 반경을 도출하는 방법에 대해서는, 예를 들면 하기의 웹사이트에서 해설되고 있다.
“최소제곱법에 의한 구의 추정”, [레이와 2년 10월 27일 검색], 인터넷 <URL: https://qiita.com/yujikaneko/items/955b4474772802b055bc>
스텝 S11에 있어서, 벡터 처리부(66)는 버킷 핀(15)과, 버킷(8)의 날끝(8a) 사이의 벡터 Vb를 생성한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 벡터 Vb는, 작업기(2)를 측방으로부터 본 경우에, 버킷 핀(15)을 시점으로 하여 버킷(8)의 날끝(8a)을 종점으로 하는 벡터다.
스텝 S12에 있어서, 회전 반경 연산부(65)는, 작업기(2)의 암(7)을 동작시킬 때의, 버킷(8)의 날끝(8a)의 궤적(TA)을 측량한다.
도 9는, 암(7)의 치수를 도출할 때의 암(7)의 동작을 나타내는 측면 모식도이다. 타겟부(40)는 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치에 장착된다. 이 상태에서, 암 핀(14)을 중심으로 하고, 붐(6)에 대하여 암(7) 및 버킷(8)이 회전한다. 본체(1)와 붐(6)을 베이스부로 하고, 암(7)을 가동부로서 회동시킨다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 암(7)은 덤프 방향{암(7)이 차체로부터 멀어지는 방향, 도 9에 있어서는 암 핀(14) 주변의 반시계 방향}으로 이동해도 된다. 이 때, 암(7)에 대한 버킷(8)의 상대 위치는 일정하게 유지된다. 버킷 실린더(12)가 신장 측 또는 수축 측 중 어느 한쪽의 스트로크 엔드에 위치하고 있어도 된다. 또한, 붐(6)은 정지한 채로 된다.
붐(6)에 대한 암(7) 및 버킷(8)의 상대 회전에 따라 이동하는 타겟부(40)의 위치를 위치 계측부(50)가 계측한다. 위치 계측부(50)는 타겟부(40)의 3차원 위치를 연속하여 취득하고, 취득한 타겟부(40)의 3차원 위치 정보(위치 신호)를 정보 취득부(60)의 입력부(61)에 출력한다.
회전 반경 연산부(65)는 연속적으로 취득된 타겟부(40)의 3차원 위치로부터, 타겟부(40)의 궤적을 취득하고, 이것을 궤적(TA)로 한다.
스텝 S13에 있어서, 회전 반경 연산부(65)는 스텝 S12에서 얻어진 궤적(TA)으로부터, 최소제곱법에 의해, 암 핀(14)의 좌표와, 암 핀(14)과 버킷(8)의 날끝(8a) 사이의 거리를 연산한다. 이 연산은, 스텝 S10에서의 회전 중심의 좌표와 회전 반경의 도출과 동일하게 행할 수 있다.
스텝 S14에 있어서, 벡터 처리부(66)는 암 핀(14)과, 버킷(8)의 날끝(8a) 사이의 벡터 Va’를 생성한다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 벡터 Va’는 작업기(2)를 측방으로부터 본 경우에, 암 핀(14)을 시점으로 하여 버킷(8)의 날끝(8a)을 종점으로 하는 벡터다.
스텝 S15에 있어서, 회전 반경 연산부(65)는, 작업기(2)의 붐(6)을 동작시킬 때의, 버킷(8)의 날끝(8a)의 궤적(VB)을 측량한다.
도 10은, 붐(6)의 치수를 도출할 때의 붐(6)의 동작을 나타내는 측면 모식도이다. 타겟부(40)는 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치에 장착된다. 이 상태에서, 붐 핀(13)을 중심으로 하여, 선회체(3)에 대하여 붐(6), 암(7) 및 버킷(8)이 회전한다. 본체(1)를 베이스부로 하고, 붐(6)을 가동부로 하여 회동시킨다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 붐(6)은 붐 올림 방향{도 10에 있어서는 붐 핀(13) 주변의 반시계 방향}으로 이동해도 된다. 이 때, 암(7)에 대한 버킷(8)의 상대 위치는 일정하게 유지된다. 버킷 실린더(12)가 신장 측 또는 수축 측 중 어느 한쪽의 스트로크 엔드에 위치하고 있어도 된다. 또한, 붐(6)에 대한 암(7)의 상대 위치는 일정하게 유지된다. 암 실린더(11)가 신장 측 또는 수축 측 중 어느 한쪽의 스트로크 엔드에 위치하고 있어도 된다.
선회체(3)에 대한 붐(6), 암(7) 및 버킷(8)의 상대 회전에 따라 이동하는 타겟부(40)의 위치를 위치 계측부(50)가 계측한다. 위치 계측부(50)는 타겟부(40)의 3차원 위치를 연속적으로 취득하고, 취득한 타겟부(40)의 3차원 위치 정보(위치 신호)를 정보 취득부(60)의 입력부(61)에 출력한다.
회전 반경 연산부(65)는 연속적으로 취득된 타겟부(40)의 3차원 위치로부터, 타겟부(40)의 궤적을 취득하고, 이것을 궤적(VB)으로 한다.
스텝 S16에 있어서, 회전 반경 연산부(65)는 스텝 S15에서 얻어진 궤적(VB)으로부터, 최소제곱법에 의해, 붐 핀(13)의 좌표와, 붐 핀(13)과 버킷(8)의 날끝(8a) 사이의 거리를 연산한다. 이 연산은, 스텝 S10에서의 회전 중심의 좌표와 회전 반경의 도출과 동일하게 행할 수 있다.
스텝 S17에 있어서, 벡터 처리부(66)는 붐 핀(13)과, 버킷(8)의 날끝(8a) 사이의 벡터 Vs’를 생성한다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 벡터 Vs’는 작업기(2)를 측방으로부터 본 경우에, 붐 핀(13)을 시점으로 하여 버킷(8)의 날끝(8a)을 종점으로 하는 벡터다.
스텝 S18에 있어서, 벡터 처리부(66)는 벡터 Vb의 크기를 구하고, 이것을 버킷(8)의 날끝(8a)와 버킷 핀(15) 사이의 거리, 즉 버킷(8)의 치수로 한다. 벡터 처리부(66)는, 벡터 Va’로부터 벡터 Vb를 뺀 차인 벡터 Va(도 9)의 크기를 구하고, 이것을 암 핀(14)과 버킷 핀(15) 사이의 거리, 즉 암(7)의 치수로 한다. 벡터 처리부(66)는, 벡터 Vs’로부터 벡터 Va와 벡터 Vb의 합을 뺀 차인 벡터 Vs(도 10)의 크기를 구하고, 이것을 붐 핀(13)과 암 핀(14) 사이의 거리, 즉 붐(6)의 치수로 한다.
출력부(67)는 구해진 붐(6), 암(7), 및 버킷(8)의 치수의 정보(치수 신호)를 유압 셔블(100)에 탑재된 컨트롤러(26)에 출력한다.
이와 같이 하여, 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 취득하는 일련의 처리를 종료한다(도 4의 END).
전술한 설명과 일부 중복되는 기재도 있지만, 본 실시형태의 특징적인 구성 및 작용 효과에 대하여 정리하여 기재하면, 다음과 같다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 위치 계측부(50)는 타겟부(40)의 위치를 계측한다. 타겟부(40)는 예를 들면 도 6, 7에 나타낸 바와 같이 붐(6)의 선단에 장착되어 있고, 선회체(3)의 주행체(5)에 대한 상대 이동에 따라 이동하거나, 붐(6)의 선회체(3)에 대한 상대 이동에 따라 이동하거나 한다. 또는 타겟부(40)는 예를 들면 도 8∼10에 나타낸 바와 같이 버킷(8)의 날끝(8a)에 장착되어 있고, 버킷(8)의 암(7)에 대한 상대 이동에 따라 이동하거나(도 8), 암(7)의 붐(6)에 대한 상대 이동에 따라 이동하거나(도 9), 붐(6)의 선회체(3)에 대한 상대 이동에 따라 이동하거나 한다(도 10).
위치 계측부(50)는 이동하는 타겟부(40)의 위치를 연속하여 계측한다. 도 3, 4에 나타낸 바와 같이, 정보 취득부(60)는 계측으로부터 얻어지는 타겟부(40)의 궤적으로부터, 유압 셔블(100)의 작업기(2)의 치수, 선회체(3)에 대하여 상대 회전하는 작업기(2)의 궤적이 그리는 평면, 주행체(5)에 대하여 상대 회전하는 선회체(3)의 궤적이 그리는 평면 등의, 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 취득한다. 작업기(2)의 치수를 산출하기 위해 각 핀의 위치에 측량 타겟을 장착하여 각 핀의 위치를 직접 계측하지 않아도 되므로, 단시간의 간편한 작업으로, 정보를 보다 정확하게 얻을 수 있다. 이들 정보에 기초하여, 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치를 정확하게 도출할 수 있으므로, 정보화 시공에서의 작업기(2)의 위치의 연산의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 선회체(3)는 주행체(5)에 대하여 상대 회전 가능하다. 도 7, 10에 나타낸 바와 같이, 붐(6)은 선회체(3)에 대하여 상대 회전 가능하다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 암(7)은 붐(6)에 대하여 상대 회전 가능하다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)은 암(7)에 대하여 상대 회전 가능하다. 회전하는 기계 부품에 타겟부(40)를 장착하여, 원호형으로 이동하는 타겟부(40)의 위치를 계측함으로써, 타겟부(40)의 원호형의 궤적을 측량할 수 있다. 이 타겟부(40)의 원호의 궤적으로부터, 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 취득할 수 있다.
도 4 및 도 8∼10에 나타낸 바와 같이, 정보 취득부(60)는 회전하는 기계 부품의 회전의 중심 위치를 취득한다. 정보 취득부(60)는 취득된 회전의 중심 위치의 정보로부터, 기계 부품의 치수를 구할 수 있다.
도 4, 8에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)은 암(7)에 대하여 상대 회전하고, 버킷(8)의 회전의 중심 위치가 버킷 핀(15)의 위치이다. 정보 취득부(60)는 버킷 핀(15)과 타겟부(40)의 거리를 취득한다. 정보 취득부(60)는 취득된 거리의 정보로부터, 버킷(8)의 치수를 구할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 암(7)은 암 핀(14)을 통하여 붐(6)에 접속되고 있다. 작업기(2)는, 붐(6)과 암(7)이 암 핀(14)을 통하여 접속되고, 암(7)과 버킷(8)이 버킷 핀(15)을 통하여 접속된, 링크 기구를 가지고 있다. 도 4, 10에 나타낸 바와 같이, 정보 취득부(60)는, 선회체(3)에 대하여 회전하는 붐(6)의 회전의 중심 위치인 붐 핀(13)과, 붐(6)과 암(7)을 접속하는 암 핀(14)의 거리를 취득한다. 정보 취득부(60)는 취득된 거리의 정보로부터, 붐(6)의 치수를 구할 수 있다.
도 4, 9에 나타낸 바와 같이, 정보 취득부(60)는, 붐(6)과 암(7)을 접속하는 암 핀(14)과, 암(7)과 버킷(8)을 접속하는 버킷 핀(15)의 거리를 취득한다. 정보 취득부(60)는 취득된 거리의 정보로부터, 암(7)의 치수를 구할 수 있다.
도 4, 7에 나타낸 바와 같이, 정보 취득부(60)는 선회체(3)에 대한 붐(6)의 상대 회전에 의해 형성되는 작업기 동작 평면(PI)의 정보를 취득한다. 취득된 작업기 동작 평면(PI)의 정보에 기초하여, 좌우 방향에서의 날끝(8a)의 위치의 어긋남을 정확하게 인식할 수 있으므로, 정보화 시공에서의 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치의 연산의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 4, 6에 나타낸 바와 같이, 정보 취득부(60)는 주행체(5)에 대한 선회체(3)의 상대 회전에 의해 형성되는 선회 평면(PR)의 정보를 취득한다. 취득된 선회 평면(PR)의 정보로부터, 유압 셔블(100)이 위치하는 지면의 경사 각도를 정확하게 취득할 수 있다.
도 4, 6에 나타낸 바와 같이, 정보 취득부(60)는 선회 평면(PR)의 수평면(H)에 대한 경사각 AID를 취득한다. 취득된 경사각 AID의 정보로부터, 유압 셔블(100)이 위치하는 지면의 경사 각도를 정확하게 취득할 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)은 관성 계측 장치(30)를 가지고 있다. 관성 계측 장치(30)는, 유압 셔블(100)이 위치하는 지면의 경사 각도를 나타내는 경사각 AI를 검출한다. 도 4, 6에 나타낸 바와 같이, 정보 취득부(60)는 경사각 AID에 대한 경사각 AI의 차분인 IMU 장착 오차 β를 취득한다. 취득된 IMU 장착 오차 β의 정보로부터, 관성 계측 장치(30)에 의한 검출 결과가, 유압 셔블(100)이 위치하는 지면의 경사각 AID에 대하여 어느 정도의 어긋남을 가지고 있는지를 인식할 수 있다.
도 4, 6에 나타낸 바와 같이, 정보 취득부(60)는 IMU 장착 오차 β로부터, 관성 계측 장치(30)에 의해 검출되는 경사각 AI에 대한 교정값을 취득한다. 취득된 교정값에 따라서 관성 계측 장치(30)에 의한 검출 결과를 교정함으로써, 시공 시에, 유압 셔블(100)이 위치하는 지면의 경사 각도를 관성 계측 장치(30)의 검출 결과에 기초하여 정확하게 인식할 수 있다. 이로써, 정보화 시공에서의 버킷(8) 날끝(8a)의 위치의 연산 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 2, 6∼10에 나타낸 바와 같이, 타겟부(40)는 작업기(2)의 1개소에 장착되어 있다. 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 취득하기 위해 복수의 측정 타겟을 장착하지 않아도 되므로, 작업을 간략화할 수 있고, 또한, 취득하는 정보의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 취득하는 정보 취득 방법은 예를 들면 버킷(8)을 암(7)에 대하여 상대 이동시키고, 이 버킷(8)의 이동에 따라 이동하는 타겟부(40)의 위치를 연속하여 계측하는 스텝 S9와, 계측에 의해 얻어지는 타겟부(40)의 궤적(TBk)으로부터, 버킷 핀(15)의 좌표와, 버킷 핀(15)과 버킷(8)의 날끝(8a) 사이의 거리를 취득하는 스텝 S10을 구비하고 있다.
단시간의 간편한 작업으로, 유압 셔블(100)에 관한 3차원 정보를 보다 정확하게 얻을 수 있고, 이들 정보에 기초하여, 버킷(8)의 날끝(8a)의 위치를 정확하게 도출할 수 있으므로, 정보화 시공에서의 작업기(2)의 위치의 연산의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기의 실시형태에서는, 작업 기계의 일례로서 유압 셔블(100)을 들고 있지만, 유압 셔블(100)에 한정되지 않고, 로딩 셔블, 기계식의 로프 셔블, 전동 셔블, 버킷 크레인 등의 다른 종류의 작업 기계에도 적용 가능하다.
이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명에서가 아니라 청구범위에 의해 나타내어지고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 본체, 2: 작업기, 3: 선회체, 5: 주행체, 6: 붐, 7: 암, 8: 버킷, 8a: 날끝, 10: 붐 실린더, 11: 암 실린더, 12: 버킷 실린더, 13: 붐 풋 핀, 14: 암 연결 핀, 15: 버킷 연결 핀, 26: 컨트롤러, 30: 관성 계측 장치, 40: 타겟부, 50: 위치 계측부, 60: 정보 취득부, 61: 입력부, 62: 선회 평면 도출부, 63: 차량탑재 IMU 얼라인먼트 오차 연산부, 64: 작업기 동작 평면 도출부, 65: 회전 반경 연산부, 66: 벡터 처리부, 67: 출력부, 100: 유압 셔블, AI, AID: 경사각, H: 수평면, L: 레이저광, OP: 원점, PI: 작업기 동작 평면, PR: 선회 평면, RX: 선회축 TA, TBk, TR, VB: 궤적, Va, Vb, Vs: 벡터.

Claims (13)

  1. 베이스부와, 상기 베이스부에 대하여 상대 이동 가능한 가동부(可動部)를 가지는, 작업 기계;
    상기 가동부에 장착된 타겟부;
    상기 가동부의 상기 베이스부에 대한 상대 이동에 따라 이동하는 상기 타겟부의 위치를 연속하여 계측하는 위치 계측부; 및
    상기 계측으로부터 얻어지는 상기 타겟부의 궤적으로부터, 상기 작업 기계에 관한 3차원 정보를 취득하는 정보 취득부;
    를 구비하는, 정보 취득 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동부는, 상기 베이스부에 대하여 상대 회전 가능한, 정보 취득 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 타겟부의 궤적은 원호인, 정보 취득 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 3차원 정보는, 상기 베이스부에 대한 상기 가동부의 상대 회전의 중심 위치의 정보인, 정보 취득 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 3차원 정보는, 상기 중심 위치와 상기 타겟부 사이의 거리의 정보인, 정보 취득 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 가동부는, 복수의 링크 부재가 관절을 통하여 접속된 링크 기구를 가지고,
    상기 3차원 정보는, 상기 중심 위치와 상기 관절 사이의 거리의 정보인, 정보 취득 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 3차원 정보는, 복수의 상기 관절 사이의 거리의 정보인, 정보 취득 시스템.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3차원 정보는, 상기 베이스부에 대한 상기 가동부의 상대 회전에 의해 형성되는 평면의 정보인, 정보 취득 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 3차원 정보는, 상기 평면의 수평면에 대한 경사 각도의 정보인, 정보 취득 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 작업 기계는, 상기 작업 기계가 위치하는 지면의 경사 각도를 검출하는 경사 센서를 더 가지고,
    상기 3차원 정보는, 상기 평면의 경사 각도에 대한 상기 지면의 경사 각도의 차분의 정보인, 정보 취득 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 정보 취득부는, 상기 차분으로부터, 상기 경사 센서에 의해 검출되는 상기 지면의 경사 각도에 대한 교정값을 취득하는, 정보 취득 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟부는, 상기 가동부의 1개소에 장착되어 있는, 정보 취득 시스템.
  13. 베이스부와, 상기 베이스부에 대하여 상대 이동 가능한 가동부를 가지고, 상기 가동부에 타겟부가 장착되는 작업 기계에 관한 3차원 정보를 취득하는 정보 취득 방법으로서,
    상기 가동부를 상기 베이스부에 대하여 상대 이동시키는 단계;
    상기 가동부의 상기 베이스부에 대한 상대 이동에 따라 이동하는 상기 타겟부의 위치를 연속하여 계측하는 단계; 및
    상기 계측에 의해 얻어지는 상기 타겟부의 궤적으로부터, 상기 3차원 정보를 취득하는 단계;
    를 포함하는, 정보 취득 방법.
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