KR20230045068A - 작업 기계 - Google Patents

Abstract

작업 기계에 구비한 컨트롤러에는, 수신기에 의한 안테나의 위치의 연산에 이용하는 측위 위성을 선택하기 위한 복수의 마스크 범위이며, 작업 장치 및 선회체의 자세에 기초하여 안테나를 기준으로 설정되는 복수의 마스크 범위가 기억되어 있다. 컨트롤러는, 복수의 마스크 범위의 각각을 이용하여 선택되는 측위 위성의 위성 관련 데이터와, 복수의 마스크 범위의 어느 것도 이용하지 않고 선택되는 측위 위성의 위성 관련 데이터에 기초하여 복수의 측위 정밀도를 각각 연산한다. 수신기는, 연산한 상기 복수의 측위 정밀도 중에서 가장 측위 정밀도가 좋은 경우에 선택되는 측위 위성의 위성 신호에 기초하여 안테나의 위치를 연산한다.

Description

작업 기계

본 발명은, 측위 위성 시스템을 사용한 위치 검출이 행해지는 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 데이터와 ICT(Information and Communication Technology: 정보 통신 기술)의 활용에 의해 시공의 고효율화를 실현하는 시스템이다. 정보화 시공에 대응하는 기계로서는, 차체 위치나 프런트 작업 장치(작업 장치라 칭하는 경우도 있음)의 위치 및 자세를 시공 목표면의 위치 데이터와 함께 모니터에 표시하는 가이던스 기능이나, 버킷이 시공 목표면을 지나치게 파내지 않도록 프런트 작업 장치를 제어하는 머신 컨트롤 기능을 탑재하는 유압 셔블로 대표되는 작업 기계가 알려져 있다. 이러한 정보화 시공에 대응한 작업 기계는, 3차원 좌표 데이터를 갖는 정보화 시공 데이터를 바탕으로, 오퍼레이터에 대해 정보 제시하고, 작업 지원, 운전 지원하는 기능을 제공한다. 예를 들어 유압 셔블의 머신 가이던스에 있어서는, 차체의 위치 및 자세의 데이터나 프런트 작업 장치의 자세 데이터로부터 버킷 선단 위치가 연산되고, 시공 목표면에 대한 버킷의 위치가 모니터를 통해 오퍼레이터에 제시된다.

이러한 종류의 유압 셔블에는, 글로벌 좌표계(지리 좌표계)에 있어서의 상부 선회체(차체)의 위치를 연산하기 위해, 상부 선회체에 설치된 측위 안테나를 통해 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 프런트 부재가, 위성 측위 시스템의 측위 안테나보다도 상방에 존재하는 경우가 있고, 이들이 직선적인 루트에 의한 측위 신호의 수신을 방해하는 경우가 있다. 이러한 경우, 측위 안테나는, 측위 신호를 멀티패스라 칭해지는 회절파나 반사파로서 수신할 가능성이 높다. 회절파나 반사파를 수신하여 측위 연산에 사용하면 측위 결과에 오차를 포함할 가능성이 높아진다.

이에, 멀티패스의 영향의 저감을 시도한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1의 것이 있다. 특허문헌 1에는, GPS 수신기의 주위의 전파 장해물의 배치 등에 기초하여 정한 GPS 위성의 선택 규칙을 나타내는 마스크 범위(마스크 정보)를 소정 지역마다 데이터베이스에 기억하고, 당해 데이터베이스로부터 GPS 신호의 수신 지역에 대응하는 마스크 범위를 취득하고, 천공을 항행하는 복수의 GPS 위성 중 당해 마스크 범위 외에 위치하는 GPS 위성 중에서 측위에 이용할 GPS 위성을 선택하는 GPS 수신기의 제어 장치가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2004-184121호 공보

특허문헌 1에 기재된 기술은, 이동하지 않는 전파 장해물만을 상정하고 있고, 유압 셔블의 프런트 작업 장치와 같이 이동할 수 있는 전파 장해물이 측위 안테나의 주위에 존재하는 경우의 마스크 범위는 언급되어 있지 않다. 즉, 작업 기계의 분야에 있어서의 위성 측위 정밀도의 향상에는, 이동할 수 있는 전파 장해물인 프런트 작업 장치의 자세를 고려한 마스크 범위를 설정하는 것이 중요하다.

따라서, 프런트 작업 장치의 자세의 변화에 따라 위성 선택에 이용할 마스크 범위를 그때마다 변경하면(또는 변화시키면) 측위 정밀도의 저하를 억제할 수 있을 것 같지만 상황은 그리 단순하지 않다. 먼저, 작업 기계에서는 프런트 작업 장치를 동작시켜 작업을 행하기 때문에, 프런트 작업 장치의 자세 변경(예를 들어 붐의 상승 하강 동작)이 빈번히 행해진다. 그 자세 변경에 맞추어 마스크 범위를 변경하면, 측위 연산에 이용될 위성이 빈번히 전환되어 버려, 마스크 범위를 변경하는 편이 오히려 측위 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 또한, 측위 연산에 이용 가능한 위성이 극단적으로 적은 경우에 프런트 작업 장치의 자세에 따른 마스크 범위를 이용하면, 그 적은 위성조차도 측위에 이용할 수 없는 시간대가 나타나기 때문에, 마스크 범위를 이용하지 않는 편이 오히려 측위 정밀도의 저하를 억제할 수 있는 경우도 있다.

이와 같이 전파 장해물일 수 있는 프런트 작업 장치의 자세가 작업 중에 빈번히 변화할 수 있는 작업 기계에서는, 프런트 작업 장치가 존재하는 영역에 위치하는 위성을 측위 연산 시에 단순히 제외하는 것만으로는 작업 중의 측위 정밀도의 저하를 억제할 수 없는 경우가 있다.

또한, 상기에서는 주로 위성 배치에 기인한 측위 정밀도 저하에 대해 언급하였지만, 상기 외에, 예를 들어 위성 수나 위성 신호의 SN비(신호와 노이즈의 비)에 기인한 측위 정밀도 저하도 일어날 수 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이고, 그 목적은, 작업 장치의 동작에 수반하는 위성 측위 정밀도의 저하를 억제할 수 있는 작업 기계를 제공하는 것에 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체 상에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체와, 상기 상부 선회체에 설치된 다관절형의 작업 장치와, 상기 작업 장치 및 상기 상부 선회체의 자세를 검출하기 위한 복수의 자세 센서와, 상기 상부 선회체에 설치되어, 복수의 측위 위성으로부터의 위성 신호를 수신하기 위한 측위 안테나와, 상기 측위 안테나에서 수신되는 위성 신호에 기초하여 상기 측위 안테나의 위치를 연산하는 수신기와, 상기 복수의 자세 센서의 검출 신호에 기초하여, 상기 작업 장치의 자세와 상기 상부 선회체의 자세를 연산하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계이며, 상기 컨트롤러에는, 상기 수신기에 의한 상기 측위 안테나의 위치의 연산에 이용할 측위 위성을 선택하기 위해, 상기 작업 장치 및 상기 상부 선회체의 자세에 기초하여 상기 측위 안테나를 기준으로 설정되는 복수의 마스크 범위가 기억되어 있고, 상기 컨트롤러는, 상기 복수의 마스크 범위의 각각을 이용하여 측위 위성을 선택한 경우의 각각의 측위 정밀도와, 상기 복수의 마스크 범위의 어느 것도 이용하지 않고 측위 위성을 선택한 경우의 측위 정밀도를 포함하는 복수의 측위 정밀도를, 선택한 상기 측위 위성의 위성 관련 데이터에 기초하여 연산하고, 상기 수신기는, 상기 복수의 측위 정밀도 중 가장 측위 정밀도가 좋은 경우에 선택한 상기 측위 위성의 위성 신호에 기초하여 상기 측위 안테나의 위치를 연산하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 프런트 작업 장치의 동작과 함께 프런트 작업 장치의 자세를 반영한 마스크 범위가 변화해도, 가장 측위 정밀도가 좋은 마스크 범위가 선택된다. 이것에 의해 작업 장치의 동작에 수반하는 측위 정밀도의 저하를 억제할 수 있어, 작업 기계에 의한 작업 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블(1) 및 GNSS 기준국(8)의 측면도.
도 2는, 도 1의 유압 셔블(1)에 탑재된 차량 탑재 컨트롤러(40)의 기능 블록도.
도 3a는, GNSS 안테나(50A)를 기준으로 하는 제1 안테나 좌표계의 사시도.
도 3b는, 제1 안테나 좌표계에 있어서의 Z축 상에서 유압 셔블(1)을 내려다본 도면(평면도).
도 3c는, 제1 안테나 좌표계에 있어서의 +Y축 방향에서 유압 셔블(1)을 본 도면(측면도).
도 4는, 프런트 작업 장치(6)의 자세를 규정하는 각도의 설명도.
도 5a는, GNSS 안테나(50A)에 설정되는 제1 마스크 범위(21A)의 일례를 위성 배치도 상에 도시한 도면.
도 5b는, GNSS 안테나(50A)에 설정되는 제2 마스크 범위(22A)의 일례를 위성 배치도 상에 도시한 도면.
도 6은, 본 실시 형태에 관한 컨트롤러(40) 및 GNSS 수신기(51)에 의한 GNSS 안테나(50A)의 측위 처리의 흐름도.
도 7은, 붐(6A)의 각도(붐 각도)와 PDOP의 시간 변화의 일례를 도시한 도면.
도 8은, 어느 한 시각의 위성 배치와 제2 마스크 범위(22A)를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 이하의 실시 형태는, 작업 기계로서 크롤러식의 유압 셔블에 본 발명을 적용한 것이고, 버킷 선단과 시공 목표면의 위치 관계를 운전실 내의 모니터에 표시하는 머신 가이던스 기능과, 버킷 선단이 시공 목표면을 넘어가지 않도록 작업 장치의 동작(즉 프런트 부재를 구동하는 액추에이터의 동작)에 제한을 두는 머신 컨트롤 기능을 갖고 있다. 또한, 각 도면에 있어서 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여, 중복된 설명은 적절히 생략하는 것으로 한다.

<대상 기계>

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블(1) 및 GNSS 기준국(8)의 측면도이다. 이 도면에 도시하는 유압 셔블(1)은, 크롤러식의 주행체(하부 주행체)(2)와, 주행체(2)의 상부에 선회 가능하게 설치된 선회체(상부 선회체)(3)와, 일단(기단)이 선회체(3)의 전방에 설치된 다관절형의 링크 기구로 이루어지는 프런트 작업 장치(간단히 「작업 장치」라 칭하는 경우도 있음)(6)를 구비하고 있다. 도면 중의 부호 30은 지면을 나타낸다.

프런트 작업 장치(6)는, 일단이 선회체(3)에 연결된 붐(6A)과, 일단이 붐(6A)의 타단에 연결된 암(6B)과, 일단이 암(6B)의 타단에 연결된 버킷(6C)을 갖고 있고, 이들 각 프런트 부재(6A, 6B, 6C)는, 각각 상하 방향으로 회동하도록 구성되어 있다.

또한, 각 프런트 부재(6A, 6B, 6C)의 회동을 행하는 액추에이터(유압 실린더)로서, 붐 실린더(11A), 암 실린더(11B), 버킷 실린더(11C)가 구비되어 있다. 선회체(3)는, 도시되지 않은 선회 모터에 의해 선회 중심축 O를 중심으로 좌우로 선회 구동 가능하다.

붐(6A), 암(6B) 및 버킷(6C)은, 프런트 작업 장치(6)를 포함하는 공통의 평면 상에서 동작하고, 이하에서는 이 평면을 동작 평면이라 칭하는 경우가 있다. 즉 동작 평면이란, 붐(6A), 암(6B) 및 버킷(6C)의 회동축과 직교하는 평면이고, 예를 들어 붐(6A), 암(6B) 및 버킷(6C)의 폭 방향의 중심(즉 각 프런트 부재(6A, 6B, 6C)의 회동축의 중심)에 설정할 수 있다.

<자세 센서>

유압 셔블(1)에는, 프런트 작업 장치(6)와 선회체(3)의 자세를 검출하기 위한 복수의 자세 센서(75A, 75B, 75C, 23)가 구비되어 있다. 본 실시 형태에서는 각 자세 센서로, 각도(또는 각속도)와 가속도를 검출 가능한 관성 계측 장치(IMU: Inertial Measurement Unit)를 사용하고 있다. 이들 자세 센서 중, 붐(6A)에는 붐 자세 센서(75A)가, 암(6B)에는 암 자세 센서(75B)가, 버킷(6C)에는 버킷 자세 센서(75C)가 설치되어 있다(도 1 참조). 또한, 선회체(3)에는 선회체 자세 센서(23)가 설치되어 있고(도 1 참조), 그것에 의해 선회체(3)의 경사 각도(피치 각 및 롤 각), 선회 속도 및 선회 각도의 계측이 가능하게 되어 있다. 자세 센서(75A, 75B, 75C, 23)의 출력(검출 신호)은 접속선을 통해 컨트롤러(40)에 입력되고 있다. 또한, 프런트 작업 장치(6)의 자세 센서로서는, 각 프런트 부재의 회동 각도를 검출하는 각도 센서(예를 들어, 포텐셔미터나 로터리 인코더)를 사용해도 된다. 또한 버킷 자세 센서(75C)는 버킷이 아니라 버킷 링크에 설치되어 있어도 된다.

선회체(3)에는, 오퍼레이터에 의해 조작되는 복수의 조작 레버(도시되지 않음), 버킷(6C)과 시공 목표면의 위치 관계 등이 표시되는 모니터(60)가 설치된 운전석(4)과, 복수의 측위 위성(GNSS 위성)으로부터 위성 신호를 수신하기 위한 2개의 GNSS 안테나(측위 안테나)(50A, 50B)와, 기준국(8)으로부터 송신되는 GNSS 보정 데이터를 수신하기 위한 무선기(7)와, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 중 적어도 하나의 GNSS 안테나의 지리 좌표계(글로벌 좌표계)에 있어서의 위치 좌표와, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 방위(즉 선회체(3)의 방위)를 연산하는 GNSS 수신기(51)와, GNSS 수신기(51)에서 연산된 위치 및 방위와, 복수의 자세 센서(75A, 75B, 75C, 23)의 검출 신호에 기초하여, 프런트 작업 장치(6) 상의 원하는 위치 좌표를 연산하는 컴퓨터인 컨트롤러(40)가 구비되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 위치 및 선회체(3)의 방위각을 하나의 GNSS 수신기에서 연산하는 구성을 취하고 있지만, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 각각에 대응하는 2개의 GNSS 수신기(51A, 51B)를 탑재하는 구성을 취해도 된다.

<GNSS 기준국>

유압 셔블(1)의 무선기(7)에 대해 GNSS 보정 데이터를 무선 송신하는 GNSS 기준국(8)에 대해 설명한다. 지리 좌표계에 있어서의 좌표 위치가 기지인 GNSS 기준국(8)에는, 복수의 측위 위성(GNSS 위성)으로부터 위성 신호를 수신하기 위한 GNSS 안테나(80)와, GNSS 안테나(80)에서 수신된 위성 신호(위성 신호에는 위성의 코드, 캐리어, 위성 궤도 및 위성 신호 수신 레벨 등이 포함됨)에 기초하여 GNSS 안테나(80)의 지리 좌표계에 있어서의 위치 좌표를 연산하는 GNSS 수신기(81)와, GNSS 안테나(80)에서 수신된 복수의 위성 신호에 기초하여 무선기(7)에 무선 송신하기 위한 GNSS 보정 데이터를 생성하는 기준국 컨트롤러(82)와, 기준국 컨트롤러(82)에서 생성된 GNSS 보정 데이터를 무선기(7)에 송신하는 무선기(87)가 구비되어 있다. GNSS 기준국 안테나(80)에 접속된 GNSS 수신기(81)는, 기준국 컨트롤러(82)를 경유하여 무선기(87)로부터 GNSS 보정 데이터를 무선 송신한다. 무선기(7)에서 수신된 GNSS 보정 데이터를 GNSS 수신기(51)에서의 측위에 이용하면, 센티미터급의 고정밀도의 측위가 가능해진다.

<GNSS 안테나(50)>

2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)는, 각각 마스트(안테나 지지 부재)(52a, 52b)를 통해 상부 선회체(3)에 고정되어 있고, 상부 선회체(3)의 상면에 각각 위치하여, 프런트 작업 장치(6)의 전후 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다.

2개의 마스트(52a, 52b)는 각각 상부 선회체(3)의 상방에서 GNSS 안테나(50A, 50B)를 지지하기 위한 폴 형상의 지지 부재이다. 본 실시 형태의 2개의 마스트(52a, 52b)는, GNSS 안테나(50A, 50B)와 마찬가지로 상부 선회체(3)의 상면(제1 영역)에 배치되어 있다. 각 마스트(52a, 52b)의 기단은 상부 선회체(3)의 상면에 고정되어 있고, 각 마스트(52a, 52b)는 당해 기단으로부터 대략 수직으로 뻗어나 있다. 그리고 각 마스트(52a, 52b)의 선단에는, 중심부가 축 방향으로 부푼 대략 원반형의 외형을 갖는 GNSS 안테나(50A, 50B)가 설치되어 있고, 각 마스트(52a, 52b)는, 자신의 중심축심이 각 GNSS 안테나(50A, 50B)의 중심축심을 통과하도록 각 안테나(50A, 50B)를 지지하고 있다. 또한, GNSS 안테나(50A, 50B)의 지지 부재는, 폴 형상의 마스트(52a, 52b)로 한하지는 않고, 다양한 형상의 지지 부재에 의한 지지가 가능하다.

<GNSS 수신기(51)>

GNSS 수신기(51)는, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)에서 수신되는 복수의 위성 신호(위성의 코드, 캐리어, 위성 궤도 및 위성 신호 수신 레벨 등이 포함됨)에 기초하여, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 중 적어도 하나의 GNSS 안테나(예를 들어, GNSS 안테나(50B))의 지리 좌표계(글로벌 좌표계)에 있어서의 위치 좌표와, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 방위(즉 선회체(3)나 프런트 작업 장치(6)의 방위(헤딩이라고도 칭함))를 연산한다.

복수의 측위 위성으로부터는 송신 시각 정보를 포함한 전자파(위성 신호)가 송신되고 있다. GNSS 수신기(51)는, 각 GNSS 위성으로부터의 전자파의 수신 시각과 그 전자파에 포함된 송신 시각으로부터 도달 시간 차를 연산하고, 그 도달 시간 차를 바탕으로 각 GNSS 위성과 GNSS 안테나(50A, 50B)의 거리를 추측하여 GNSS 안테나(50A, 50B)의 위치를 산출한다. GNSS 위성은 정교한 시계를 탑재하고 있고, 각 위성으로부터의 전자파를 복조하여 얻어지는 도달 시간 차에 전자파의 속도를 승산함으로써 각 GNSS 위성과 GNSS 안테나 간의 거리가 산출된다.

산출한 각 GNSS 위성과 각 GNSS 안테나의 거리에 오차가 포함될 수 있다. 이 오차는, GNSS 위성과 GNSS 안테나 간에 존재하는 전리층이나 수증기에 의해 발생하는 전자파의 속도 변화가 방위나 앙각이 다른 각 GNSS 위성의 위치마다 다른 것이나, 각 GNSS 위성으로부터 전자파로 보내어지는 궤도 정보가 실제의 위치와 약간 다른 것이나, 각 GNSS 위성 간의 시계 정보에 약간의 오차가 있는 것 등의 요인에 의해 발생한다.

이러한 오차는, GNSS 기준국(8)으로부터 송신되는 GNSS 보정 데이터를 수신하여 측위하는 RTK-GNSS(리얼타임 키네마틱 GNSS)를 이용함으로써 저감할 수 있다. 예를 들어, 유압 셔블(1)의 근처에(수 ㎞ 이내) 설치한 절대 위치가 기지인 기준국 GNSS 안테나(80)의 측위와 GNSS 보정 데이터의 연산을 기준국 GNSS 수신기(81)에서 행하고, 그 보정 데이터를 무선기(87)에서 셔블(1)의 수신기(51)에 송신한다. 그리고 2개의 GNSS 안테나(50A(50B), 80) 간의 절대 위치가 아니라 상대 위치(벡터)를 측정함으로써 오차를 저감할 수 있다.

GNSS 기준국(8)의 무선기(87)로부터 송신된 보정 데이터는, 유압 셔블(1)에 탑재된 무선기(7)에서 수신되어 GNSS 수신기(51)에 송신된다. GNSS 수신기(51)에서는, GNSS 안테나(50A)(이동국)에서 수신한 위성 신호와 보정 데이터로부터 얻은 기준국 GNSS 안테나(80)의 신호를 비교 연산함으로써, 기준국 GNSS 안테나(80)와 GNSS 안테나(50A) 간의 상대적인 위치(방향과 거리)를 산출한다. 이때, 보정 정보로서 기지국 안테나(80)가 수신한 위성으로부터의 위성 신호의 반송파 위상 정보를 송신하고, 이것을 이동국 안테나(50A)가 수신한 위성 신호의 반송파 위상 정보와 GNSS 수신기(51)에서 비교 연산한다. 이것에 의해 수㎝ 오더의 이동국 안테나(50A)의 측위가 가능해져, 거의 한 점에 수렴한 고정밀도의 상대 측위가 가능해진다. 또한, 전술한 보정 데이터 중에 기준국 GNSS 안테나(80)의 위치 정보를 포함시킴으로써, 이동국인 GNSS 안테나(50A)의 절대 위치를 구하는 것이 가능해진다. 또한, 기준국 GNSS 안테나(80)와 GNSS 안테나(50A)의 거리가 근거리(일반적으로 수 ㎞ 이내)인 경우에는, 전술한 오차 요인(전자파의 속도 변화, 각 GNSS 위성 간의 시계 정보 오차)을 잘 상쇄하는 것이 가능해진다. 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 방위나, 또 하나의 GNSS 안테나(50B)의 위치에 대해서도 마찬가지로 연산할 수 있다. GNSS 수신기(51)는, 각각의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 위도, 경도, 지오이드 높이를 포함하는 NMEA 포맷 등으로 GNSS 안테나(50A, 50B)의 측위 결과를 출력 가능하다.

그런데, 본 실시 형태의 GNSS 수신기(51)의 측위 대상에는 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)가 존재하기 때문에, 한쪽 GNSS 안테나(50A)를 기준국으로 하고 다른 쪽 GNSS 안테나(50B)를 이동국으로 간주할 수 있다. 이러한 방법이 무빙 베이스 방식이다. GNSS 안테나(50A)의 수신 신호에서 생성한 보정 데이터를 GNSS 안테나(50B)와의 상대 위치(벡터)의 측정에 이용함으로써, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 상대 위치(벡터)를 측정하는 것이 가능해진다. 무빙 베이스 방식에서는, 무선기(87)로부터 송신되는 보정 데이터를 이용하지 않고 상대 위치(벡터)를 연산 가능하다.

또한, 다른 방향 산출 방법으로서, 기준국 GNSS 안테나(80)로부터 GNSS 안테나(50A)와 GNSS 안테나(50B)의 위치를 각각 연산하여, 그 위치의 차분으로부터 방향을 구하는 방법도 있다. 그리고, 이와 같이 하여 연산한 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 방향에, 셔블(1)에 있어서의 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 설치 위치에 기인한 상수를 고려함으로써, 상부 선회체(2)(차체) 및 프런트 작업 장치(6)의 방각(방향)이 산출 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 기준국 GNSS 안테나(80)로부터 보정 데이터를 무선 송신하여 상부 선회체(3)나 프런트 작업 장치(6)의 방향을 연산하는 시스템에 대해 설명하였지만, VRS(가상 기준점 방식)나 준천정 위성 등의 보정 데이터를 네트워크에서 배신하는 서비스를 이용해도 된다. 또한, 말할 것도 없지만 측위 정밀도가 허용되는 범위라면, 기준국(8) 등으로부터의 보정 데이터를 이용하지 않고 GNSS 안테나(50A, 50B)의 측위를 해도 된다.

<컨트롤러(40)>

도 2는, 도 1의 유압 셔블(1)에 탑재된 컨트롤러(40)의 기능 블록도이다.

컨트롤러(40)는, GNSS 수신기(51)에서 연산된 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 위치와 선회체(3)의 방위(헤딩)와, 복수의 자세 센서(75A, 75B, 75C, 23)의 검출 신호에 기초하여, 프런트 작업 장치(6)를 구성하는 각 프런트 부재(6A, 6B, 6C)의 위치 좌표를 연산하는 컴퓨터이다.

컨트롤러(40)는, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU(도시되지 않음)), 기억 장치(예를 들어, ROM, RAM 등의 반도체 메모리)(56), 인터페이스(입출력 장치(도시되지 않음))를 구비하고 있고, 기억 장치(56) 내에 미리 보존되어 있는 프로그램(소프트웨어)을 연산 처리 장치에서 실행하고, 프로그램 내에서 규정되어 있는 데이터와 인터페이스로부터 입력된 데이터에 기초하여 연산 처리 장치가 연산 처리를 행하여, 인터페이스로부터 외부로 신호(연산 결과)를 출력한다. 또한, GNSS 수신기(51, 81)도 컨트롤러(40)와 동종의 하드웨어를 구비할 수 있다. 또한, 기억 장치(56)는 컨트롤러(40)로부터 독립된 장치로 해도 된다.

컨트롤러(40)는, 인터페이스를 통해, GNSS 수신기(51), 자세 센서(75A, 75B, 75C, 23), 모니터(60), 및 무선기(7)와 접속되어 있어, 데이터의 입출력이 가능하게 되어 있다.

컨트롤러(40)의 기억 장치(56)에는, 예를 들어, 유압 셔블(1)의 시공 대상인 시공 목표면의 위치를 정의한 시공 목표면 데이터(55)와, 차체 형상 치수 데이터와, 연산 처리 장치에 의해 실행되는 각종 프로그램 등이 기억되어 있다.

컨트롤러(40)는, 기억 장치(56) 내에 저장된 프로그램을 실행함으로써, 작업 장치 위치·자세 연산부(41), 측위 결과 입력부(42), 위성 위치 추출부(43), 제외 위성 결정부(44), 마스크 범위 연산부(45), 정밀도 연산부(46), 및 마스크 선택부(47)로서 기능한다.

(측위 결과 입력부(42))

측위 결과 입력부(42)는, GNSS 수신기(51)에서 연산되는 지리 좌표계에 있어서의 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 위치 데이터와, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 방위 데이터(상부 선회체(3)의 헤딩 데이터)를 입력한다.

(마스크 범위 연산부(45))

마스크 범위 연산부(45)는, GNSS 수신기(51)에 의한 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 위치의 연산(측위)에 이용할 측위 위성을 선택하기 위해 사용되는 복수의 마스크 범위를 연산한다. 마스크 범위 연산부(45)에 의해 연산된 복수의 마스크 범위는 컨트롤러(40) 내의 기억 장치(56)에 기억된다. 마스크 범위 연산부(45)는, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 각각을 기준으로 하여 복수의 마스크 범위를 연산(설정)한다. 여기서 연산되는 마스크 범위에는, 복수의 마스크 범위(예를 들어, 크기가 다른 복수의 마스크 범위)가 포함되고 있고, 그 중에는 연산 시(달리 말하면 자세 센서(75A 내지 75C, 23)에 의한 자세 검출 시)의 프런트 작업 장치(6) 및 상부 선회체(3)의 자세에 기초하여 변화하는 마스크 범위가 포함될 수 있다. 이하에서는, 주로 GNSS 안테나(50A)의 마스크 범위의 연산이나 설정에 대해 설명하지만, GNSS 안테나(50B)에 대해서도 마찬가지로 마스크 범위의 연산이나 설정이 행해진다.

(제1 마스크 범위(21A) 및 제2 마스크 범위(22A))

GNSS 안테나(50A)의 마스크 범위에는, GNSS 안테나(50A)가 위성 신호를 수신할 때 프런트 작업 장치(6)가 장해물이 될 수 있는 범위로 설정된 제1 마스크 범위(21A)와, 제1 마스크 범위(21A)에 포함되는 범위로 설정된 제2 마스크 범위(22A)가 포함된다.

제1 마스크 범위(21A)는, 상부 선회체(3)에 있어서의 GNSS 안테나(50A)의 설치 위치와, 선회체 자세 센서(23)를 통해 검출된 상부 선회체(3)의 자세와, 프런트 작업 장치(6)의 최대 가동 영역에 기초하여, GNSS 안테나(50A)가 위성 신호를 수신할 때 프런트 작업 장치가 장해물이 될 수 있는 최대 범위로 설정해도 된다.

제2 마스크 범위(22A)는, 상부 선회체(3)에 있어서의 GNSS 안테나(50A)의 설치 위치와, 선회체 자세 센서(23)를 통해 검출된 상부 선회체(3)의 자세와, 자세 센서(75A 내지 75C)를 통해 검출된 프런트 작업 장치(6)의 자세에 기초하여, 프런트 작업 장치(6)의 자세 연산 시(자세 검출 시)에 있어서의 프런트 작업 장치(6)가, GNSS 안테나(50A)가 위성 신호를 수신할 때 프런트 작업 장치가 장해물이 되는 범위로 설정해도 된다.

본 실시 형태에서는, 제1 마스크 범위(21A) 및 제2 마스크 범위(22A)를, GNSS 안테나(50A)를 기준으로 하는 좌표계를 이용하여, 예를 들어 지리 좌표계 상에 설정하고 있다. 또한, GNSS 안테나(50A)를 기준으로 하는 좌표계를 제1 안테나 좌표계라 칭하고, 마찬가지로 GNSS 안테나(50B)를 기준으로 하는 좌표계를 제2 안테나 좌표계라 칭하는 경우가 있다. 또한, 제1 마스크 범위(21A) 및 제2 마스크 범위(22A)를 설정하는 좌표계는 지리 좌표계로 한해지지는 않고, 예를 들어 작업 현장 상에 원점을 갖는 현장 좌표계에 설정해도 된다.

제1 안테나 좌표계의 정의에 대해 설명한다.

도 3은, GNSS 안테나(50A)를 기준으로 하는 제1 안테나 좌표계를 도시하는 도면이고, 도 3a는 제1 안테나 좌표계의 사시도, 도 3b는, 제1 안테나 좌표계에 있어서의 Z축 상에서 유압 셔블(1)을 내려다본 도면(평면도), 도 3c는, 제1 안테나 좌표계에 있어서의 +Y축 방향에서 유압 셔블(1)을 본 도면(측면도)이다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 제1 안테나 좌표계는, 선회체(3)에 탑재된 GNSS 안테나(50A)의 중심을 원점으로 하는 좌표계이고, GNSS 안테나(50A), 즉 선회체(3)에 고정되어 있다. 제1 안테나 좌표계의 X축은 선회체(3)의 전후 방향을 따라 연장되는 직선이고, 선회체(3)의 전방이 양의 방향이다. Y축은 선회체(3)의 좌우 방향을 따라 연장되는 직선이고, 선회체(3)의 좌측 방향이 양의 방향이다. Z축은 X축 및 Y축과 직교하고 있고, 상방이 양의 방향이다. 각 좌표축 X, Y, Z를 중심으로 한 회전각(롤 각, 피치 각, 요 각(헤딩))의 + 방향이 도면 중에 기입되어 있다.

도 3b 중에 나타낸 헤딩(heading)은 선회체(3)나 프런트 작업 장치(6)가 향하고 있는 방향(방위)이고, 제1 안테나 좌표계의 X축을 수평면에 정사영한 선과 진북이 이루는 각도로 나타난다. 본 실시 형태에서는, 진북의 방향을 0도로 정의하고, X축을 연직 상방으로부터 내려다보아 시계 방향을 양으로 한다. 이것에 의해 헤딩은 0도에서 360도 사이에서 규정된다. 즉, 헤딩은 GNSS 수신기(51)에서 연산되는 방위와 일치한다.

지리 좌표계에 있어서의 좌표값은 위도, 경도 및 타원체고로 이루어지고, 평면 직각 좌표계, 지심 직교 좌표계 및 현장 좌표계의 좌표값은 X, Y, Z 좌표 등으로 이루어지는 3차원 직교 좌표계이다. 지리 좌표계 좌표값은, 가우스-크뤼거의 등각 투영법 등을 이용하여 평면 직각 좌표계 등의 3차원 직교 좌표계로 변환 가능하다. 또한, 평면 직각 좌표계, 지심 직교 좌표계 및 현장 좌표계는, 아핀 변환 또는 헬머트 변환 등을 이용함으로써 상호 변환 가능하다.

도 4를 이용하여, 프런트 작업 장치(6)의 자세를 규정하는 각도이자 자세 센서(75A 내지 75C)에 의해 검출되는 각도(붐 각, 암 각, 버킷 각)에 대해 설명한다. 이 도면에 있어서, 붐 각은, 붐(6A)의 회동축인 붐 핀의 중심으로부터 수평으로 연장되는 직선(차체 X축(도 3a의 X축과 마찬가지))을 기준으로 하여, 붐 핀의 중심과 암(6B)의 회동축인 암 핀의 중심을 지나는 직선(71)이 회전한 각도이다. 암 각은, 직선(71)을 기준으로 하여, 암 핀의 중심과 버킷(6C)의 회동축인 버킷 핀의 중심을 지나는 직선(72)이 회전한 각도이다. 버킷 각은, 직선(72)를 기준으로 하여, 버킷 핀의 중심과 버킷 선단을 지나는 직선(73)이 회전한 각도이다. 붐 각, 암 각, 버킷 각은, 각각 붐 자세 센서(75A), 암 자세 센서(75B), 버킷 자세 센서(75C)에 의해 검출된다.

마스크 범위 연산부(45)는, 붐 자세 센서(75A), 암 자세 센서(75B), 버킷 자세 센서(75C)의 검출 신호에 기초하여, 붐 각, 암 각, 버킷 각을 연산한다. 다음으로, 연산한 3개의 각도를 이용하여, 기억 장치(56)에 기억된 프런트 작업 장치(6)의 3차원 모델에 회전 이동과 평행 이동을 적절히 가하고, 그 3차원 모델의 자세를 실제의 프런트 작업 장치(6)의 자세에 맞춘다. 또한, 마스크 범위 연산부(45)는, 선회체 자세 센서(23)의 검출 신호에 기초하여 선회체(3)의 경사각인 롤 각 및 피치 각을 연산하고, 실제와 동일한 자세의 프런트 작업 장치(6)의 3차원 모델에 대해, 연산한 롤 각 및 피치 각의 값과, GNSS 수신기(51)에서 연산된 헤딩(선회체(3)의 방위)의 값을 더하고 회전시킨다. 여기서는 지리 좌표계에 있어서의 GNSS 안테나(50A)의 중심의 좌표를 (X0, Y0, Z0)으로 하고, 마찬가지로 프런트 작업 장치(6) 상의 임의의 점 Pn의 좌표를 (Xn, Yn, Zn)으로 한다. 단 n은 자연수이고, 그 최댓값은 프런트 작업 장치(6)의 3차원 모델을 규정하는 정점의 수이다. 이때, GNSS 안테나(50A)의 중심으로부터 프런트 작업 장치(6) 상의 임의의 점 Pn까지의 벡터 V는 하기 식 1로 나타낼 수 있다. 단, X'n=Xn-X0, Y'n=Yn-Y0, Z'n=Zn-Z0으로 한다. 벡터 V를 나타내는 좌표 (X'n, Y'n, Z'n)은 제1 안테나 좌표계 상의 좌표이다.

[식 1]

이 벡터 V를 제1 안테나 좌표계에 있어서의 XY 평면 상에 투영한 벡터 Vxy는 하기 식 2로 나타낼 수 있다.

[식 2]

XY 평면 상에서 북쪽 방향으로부터 벡터 Vxy까지의 각을 방위각 θan(도 3b 참조)으로 나타내면, 그 각도는 제1 안테나 좌표계 상의 좌표값 X'n, Y'n과 헤딩(헤딩 각)을 이용하여 하기 식 3으로 나타낼 수 있다. 또한, 하기 식 3에서는, X'n, Y'n의 조합에 따라 방위각 θan의 연산식을 5개의 경우로 구분하고 있다.

벡터 Vxy와 벡터 V가 이루는 각을 앙각 θen(도 3c 참조)으로 나타내면, 그 각도는 제1 안테나 좌표계 상의 좌표값 X'n, Y'n, Z'n을 이용하여 하기 식 4와 같이 계산할 수 있다. 또한, 하기 식 4에서는, X'n, Y'n, Z'n의 조합에 따라 앙각 θen의 연산식을 5개의 경우로 구분하고 있다.

상기 식 3, 4로부터, 방위각 θan 및 앙각 θen은 프런트 작업 장치(6) 상의 점 Pn의 제1 안테나 좌표계에 있어서의 좌표값으로부터 연산할 수 있다. 프런트 작업 장치(6)(붐(6A), 암(6B), 버킷(6C))의 치수는 기지(예를 들어, 차체 형상 치수 데이터(상세는 후술)로서 미리 기억 장치(56)에 저장되어 있음)이기 때문에, 자세 센서(75A 내지 75C)에 의해 프런트 작업 장치(6)의 자세(붐 각, 암 각, 버킷 각)를 특정하면, 그 자세에 있어서의 프런트 작업 장치(6) 상의 임의의 점 Pn에 관한 방위각 θan 및 앙각 θen을 연산할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 마스크 범위를 방위각 θan의 범위와 앙각 θen의 범위의 조합에 의해 정의하였다. 즉, 본 실시 형태의 마스크 범위는 2개의 방위각 θan과 2개의 앙각 θen이라는 4개의 파라미터에 의해 규정되어 있다.

도 5는, GNSS 안테나(50A)에 설정되는 제1 마스크 범위(21A) 및 제2 마스크 범위(22A)의 일례를 스카이플롯(위성 배치도) 상에 나타낸 도면이다. 도 5에서는, GNSS 안테나(50A)를 기준으로 하는 천공을, 방위각 및 앙각의 2개를 파라미터로 하는 2차원 좌표로 나타내고 있고, 마스크 범위에 도트를 찍어 회색으로 나타내고 있다. 원의 중심이 GNSS 안테나(50A)의 중심을 나타내고, 당해 원의 주위 방향이 방위각을, 당해 원의 직경 방향이 앙각을 나타내고 있다. 도면 중의 알파벳 G, R과 두 자릿수를 내포하는 복수의 원은, 각각 GNSS 수신기(51)에 의해 보충된 측위 위성의 위치를 나타내고, 알파벳 G, R과 두 자릿수는 각 측위 위성의 번호(위성 번호)이다.

도 5a에 제1 마스크 범위(21A)의 일례를 도시한다. 이 도면의 제1 마스크 범위(21A)는, 방위각이 α1 이상 또한 α2 이하의 범위(단 α2>α1)이고, 앙각이 α3 이상 또한 α4 이하의 범위(단 α4>α3)로 설정되어 있다. α1, α2, α3, α4는 프런트 작업 장치(6)의 최대 가동 영역에 기초하여 결정되어 있다. α1은 선회체(3)가 프런트 작업 장치(6)를 최대 가동 영역 내에서 동작시킨 경우에 방위각 θen이 취할 수 있는 값의 최솟값이고, α2는 동일한 조건에서 방위각 θen이 취할 수 있는 값의 최댓값이다. 마찬가지로, α3은 동일한 조건에서 앙각 θen이 취할 수 있는 값의 최솟값이고, α4는 동일한 조건에서 앙각 θen이 취할 수 있는 값의 최댓값이다. 예를 들어, 도 5a의 경우, α1=130, α2=210, α3=0, α4=75이다. 제1 마스크 범위(21A) 및 그것을 규정하는 4개의 파라미터는, 유압 셔블(1)(선회체(3))이 선회 동작이나 주행 동작을 하지 않는 한 고정된다.

도 5b에 제2 마스크 범위(22A)의 일례를 도시한다. 이 도면의 제2 마스크 범위(22A)는, 방위각이 β1 이상 또한 β2 이하의 범위(단 β2>β1)이고, 앙각이 β3 이상 또한 β4 이하의 범위(단 β4>β3)로 설정되어 있다. β1, β2, β3, β4는, 프런트 작업 장치(6)와 선회체(3)의 자세(붐 각, 암 각, 버킷 각, 피치 각, 롤 각, 헤딩)를 연산한 시각 t에 있어서의 프런트 작업 장치(6)의 자세가 GNSS 안테나(50A)의 상공을 덮는 범위에 기초하여 결정되어 있다.

구체적으로는, 제2 마스크 범위(22A)의 연산 시에 마스크 범위 연산부(45)는, 상기 식 3, 4를 이용하여, 프런트 작업 장치(6)와 선회체(3)의 자세(붐 각, 암 각, 버킷 각, 피치 각, 롤 각, 헤딩)를 연산한 어느 한 시각 t에 있어서의 프런트 작업 장치(6)의 3차원 모델 상의 모든 정점 Pn에 대해 방위각 θan과 앙각 θen의 조합을 구한다. 여기서는, 시각 t에 있어서의 방위각 θan과 앙각 θen의 조합을, (θa1(t), θe1(t)), (θa2(t), θe2(t)), (θa3(t), θe3(t)), … (θan(t), θen(t))로 나타낸다. 마스크 범위 연산부(45)는, 구한 조합 중에서 가장 큰 방위각 θa_max(t)와 가장 큰 앙각 θe_max(t)와 가장 작은 방위각 θa_min(t)과 가장 작은 앙각 θe_min(t)을 선택한다. 제1 마스크 범위(21A)와 마찬가지로, 제2 마스크 범위(22A)도 4개의 파라미터(β1, β2, β3, β4)에 의해 규정되어 있고, β1=θa_min(t), β2=θa_max(t), β3=θe_min(t), β4=θe_max(t)로 한다. 예를 들어, 도 5b의 경우, β1=147, α2=185, α3=0, α4=38이다. 제2 마스크 범위(22A) 및 그것을 규정하는 4개의 파라미터는, 예를 들어, 프런트 작업 장치(6)의 자세가 변경될 때마다 연산된다. 제2 마스크 범위(22A)는, 그 성질상, 제1 마스크 범위(21A)보다도 작고 또한 제1 마스크 범위(21A)에 내포된다(도 5b 참조).

또한, 도 5a의 경우에는 헤딩과 α1을 동일한 값으로 표현할 수 있었지만, 도 5b의 경우에는, 헤딩과 β1이 다르다. 따라서, 반드시 헤딩이 θa_min(t)이 된다고는 할 수 없다.

상기와 같이 생성되는 마스크 범위(21A, 22A)는, 선회체(3)에 탑재된 GNSS 안테나(50A)의 위치를 기준으로 생성되기 때문에, 선회체(3)를 주행 동작시키거나 선회 동작시키거나 함으로써 GNSS 안테나(50A)의 지리 좌표계 상에 있어서의 위치를 변화시켜도 GNSS 안테나(50A)와 함께 움직인다. 즉, 지리 좌표계를 기준으로 하여 마스크 범위(21A, 22A)가 고정되는 것이 아니라, 도 3a에 도시한 제1 안테나 좌표계에 고정되게 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 4개의 파라미터에 의해 마스크 범위를 규정하는데, 예를 들어, 프런트 작업 장치(6A)를 최대 가동 영역 내에서 동작시킨 경우에 GNSS 안테나(50A)의 상공을 덮는 프런트 작업 장치(6A)의 윤곽을 제1 마스크 범위(21)의 윤곽으로 설정해도 된다.

(정밀도 연산부(46))

정밀도 연산부(46)는, 마스크 범위 연산부(45)에서 연산된 복수의 마스크 범위(예를 들어, 제1 마스크 범위(21A), 제2 마스크 범위(22A))의 각각을 이용하여 측위 위성을 선택한 경우와, 당해 복수의 마스크 범위의 어느 것도 이용하지 않고 측위 위성을 선택한 경우(마스크 범위에 의한 위성 선택을 중단한 경우)를 포함하는 복수의 경우에 있어서의 GNSS 수신기(51)의 측위 정밀도를 각각 연산(추정)하는 부분이다. 여기서의 「복수의 경우」의 수 N은, GNSS 안테나(50A, 50B)마다 존재하고, 각 GNSS 안테나(50A, 50B)에 설정된 마스크 범위의 총수의 각각에 1(즉, 마스크 범위를 사용하지 않는 경우)을 더한 수치가 해당한다. 즉, GNSS 안테나(50A)에 2개의 마스크 범위가 설정되어 있는 경우에는 N=3이 된다. 또한, GNSS 안테나(50B)의 N의 수치는 GNSS 안테나(50A)의 N의 수치와 달라도 된다. N을 마스크 범위의 선택 패턴의 수라 칭하는 경우도 있다.

GNSS 수신기(51)의 측위 정밀도란, GNSS 수신기(51)에 의한 각 GNSS 안테나(50A, 50B)의 측위 결과의 정밀도이고, 이하에서는 간단히 「측위 정밀도」라 칭하는 경우도 있다. 이 측위 정밀도는, 각 마스크 범위를 이용한 후에 선택 가능한 측위 위성에 관련되는 데이터(측위에 이용 가능한 측위 위성의 수나 배치(예를 들어, PDOP(Position Dilution of Precision))와, 측위에 이용 가능한 측위 위성으로부터 수신한 위성 신호의 SN비나 레벨 등(이하, 이들을 「위성 관련 데이터」라 칭하는 경우가 있음))으로부터 연산할 수 있다. 측위 정밀도는 상기한 위성 관련 데이터 중 적어도 하나에 기초하여 연산할 수 있는데, 측위 정밀도의 연산에 이용할 위성 관련 데이터는 N개의 경우 전부에서 일치시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기와 같이 N=3의 경우, 정밀도 연산부(46)에 의해 연산되는 측위 정밀도의 개수도 3이 된다.

일반적으로, 위성 수가 많을수록, PDOP의 값이 작을수록, 위성 신호의 SN비나 레벨이 높을수록, 측위 정밀도는 좋아진다. 본 실시 형태에서는, 이 점을 감안하여 위성 관련 데이터로부터 측위 정밀도를 나타내는 지표값(측위 정밀도 지표값)을 연산하고, 그 지표값의 높고 낮음에 따라 정밀도를 평가하는 것으로 한다. 이하에서는 측위 정밀도 지표값이 높을수록 정밀도가 좋은 것으로서 설명한다. 또한, 위성 관련 데이터는, GNSS 수신기(51)로부터 수신해도 되고, GNSS 안테나(50A, 50B)에서 수신한 위성 신호에 기초하여 컨트롤러(40)에서 연산해도 된다. GNSS 수신기(51)로부터 수신하는 경우에는, 위성 관련 데이터의 연산에 이용할 때 제외할 위성의 리스트(후술하는 제외 위성 리스트)를 컨트롤러(40)로부터 송신해도 된다.

정밀도 연산부(46)에는, GNSS 수신기(51)가 포착하고 있는 위성의 정보가 위성 위치 추출부(43)로부터 입력된다. 정밀도 연산부(46)는, 각 GNSS 안테나(50)에 설정된 복수의 마스크 범위 중 어느 한 마스크 범위(여기서 말하는 「마스크 범위」에는 마스크를 사용하지 않는 경우도 포함되는 것으로 함)를 이용한 후에 선택 가능한 위성의 위성 관련 데이터를, 위성 위치 추출부(43)로부터 입력되는 복수의 위성 중에서 당해 어느 한 마스크 범위에 포함되는 위성을 제외한 나머지 위성 정보로부터 취득하고 있다.

이 점을 구체예로 설명한다. 도 5의 예에서는, 정밀도 연산부(46)는, 제1 마스크 범위(21A)를 이용한 경우, 제2 마스크 범위(22A)를 이용한 경우, 어느 마스크 범위도 이용하지 않는 경우의 측위 정밀도를 연산한다.

즉, 제1 마스크 범위(21A)를 이용하여 측위 위성을 선택하는 경우(제1 경우)의 측위 정밀도(제1 측위 정밀도)는, GNSS 수신기(51)가 보충한 스카이플롯 상의 모든 위성으로부터 제1 마스크 범위(21A)에 포함되는 위성(G17, G19, R12, R22)을 제외한 위성의 위성 관련 데이터에 기초하여 정밀도 연산부(46)에 의해 연산된다. 제2 마스크 범위(22A)를 이용하여 측위 위성을 선택하는 경우(제2 경우)의 측위 정밀도(제2 측위 정밀도)는, GNSS 수신기(51)가 보충한 스카이플롯 상의 모든 위성으로부터 제2 마스크 범위(22A)에 포함되는 위성(G17)을 제외한 위성의 위성 관련 데이터에 기초하여 정밀도 연산부(46)에 의해 연산된다. 어느 마스크 범위도 이용하지 않고 측위 위성을 선택하는 경우(제3 경우)의 측위 정밀도(제3 측위 정밀도)는, GNSS 수신기(51)가 보충한 스카이플롯 상의 모든 위성의 위성 관련 데이터에 기초하여 정밀도 연산부(46)에 의해 연산된다.

정밀도 연산부(46)에서 연산된 N개의 경우의 측위 정밀도는 마스크 선택부(47)에 출력된다.

(마스크 선택부(47))

마스크 선택부(47)는, 정밀도 연산부(46)에서 연산된 N개의 경우의 측위 정밀도 중에서, 가장 측위 정밀도가 좋은 경우를 선택한다. 가장 측위 정밀도가 좋은 경우에는, 각 GNSS 안테나(50A, 50B)에 설정된 복수의 마스크 범위 중 하나가 선택될 뿐만 아니라, 마스크 범위를 이용하지 않는 경우가 선택되는 경우도 있다. 마스크 선택부(47)에서 선택된 마스크 범위의 정보는 제외 위성 결정부(44)에 출력된다.

(위성 위치 추출부(43))

위성 위치 추출부(43)는, GNSS 수신기(51)가 위성 신호를 포착하고 있는 복수의 위성의 위치(지리 좌표계에 있어서의 앙각 및 방위각)를 추출하여, 제외 위성 결정부(44)와 정밀도 연산부(46)에 출력한다.

(제외 위성 결정부(44))

제외 위성 결정부(44)는, 마스크 선택부(47)에서 선택된 마스크 범위와, 위성 위치 추출부(43)로부터 입력하는 GNSS 수신기(51)가 포착하고 있는 측위 위성의 위치(앙각·방위각)에 기초하여, GNSS 수신기(51)가 측위 연산에 이용하지 않을 제외 위성을 결정한다. 구체적으로는, 제외 위성 결정부(44)는, 위성 위치 추출부(43)에서 추출된 복수의 위성 중에서 마스크 선택부(47)에서 선택된 마스크 범위에 위치하는 위성을 제외 위성으로서 결정하고, 그 제외 위성의 리스트를 GNSS 수신기(51)에 출력한다.

(GNSS 수신기(51))

GNSS 수신기(51)는, 제외 위성 결정부(44)로부터 출력되는 제외 위성의 리스트를 취득하고, 그 시점에서 위성 신호를 포착 가능한 복수의 측위 위성 중에서 당해 리스트에 포함되는 위성을 제외한 위성의 위성 신호에 기초하여, 지리 좌표계에 있어서의 적어도 하나의 GNSS 안테나(50)의 위치와, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 방위(상부 선회체(3)의 방위)를 연산한다. 이것에 의해 GNSS 수신기(51)는, 정밀도 연산부(46)가 연산한 N개의 측위 정밀도 중에서 가장 측위 정밀도가 좋은 경우에 선택되는 측위 위성의 위성 신호에 기초하여, 지리 좌표계에 있어서의 적어도 하나의 GNSS 안테나(50)의 위치와, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 방위를 연산하게 된다. 연산된 위치와 방위는 측위 결과 입력부(42)에 입력된다.

또한, GNSS 수신기(51)로부터 출력되는 위치 계측 결과는, 상기 지리 좌표계 외에도, 평면 직각 좌표계, 지심 직교 좌표계, 및 현장 좌표계 중 적어도 하나 이상의 좌표계의 좌표값을 출력 가능하게 해도 된다.

(작업 장치 위치·자세 연산부(41))

작업 장치 위치·자세 연산부(41)는, 측위 결과 입력부(42)로부터 입력하는 GNSS 안테나(50A, 50B)의 위치 및 상부 선회체(3)의 방위와, 복수의 자세 센서(75A, 75B, 75C, 23)의 출력으로부터 연산되는 각 프런트 부재(6A, 6B, 6C)의 각도값 및 상부 선회체(3)의 경사각(피치 각 및 롤 각)과, 기억 장치(56)에 기억된 차체 형상 치수 데이터에 기초하여, 작업 장치(6)의 위치 및 자세(예를 들어, 현장 좌표계에 있어서의 버킷(6C)의 선단 위치 및 자세)를 연산한다. 작업 장치(6)의 위치 및 자세의 연산에 이용되는 차체 형상 치수 데이터로서는, 예를 들어, 붐(6A)의 양단에 위치하는 2개의 핀 간의 길이(붐 핀 간 길이 LB(도 4 참조))와, 암(6B)의 양단에 위치하는 2개의 핀 간의 길이(암 핀 간 길이)와, 버킷(6C)의 선단과 버킷 핀 간의 길이(버킷 선단 길이)와, 상부 선회체(3)에 있어서의 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 위치 관계를 차체 좌표계에 있어서의 방위각으로 규정한 GNSS 설치 오프셋 방위각과, 상부 선회체(3)에 있어서의 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 차체 좌표계에 있어서의 설치 위치(안테나 설치 위치)와, 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B)의 각각을 기준으로 한 프런트 작업 장치(6)의 최대 가동 영역이 있다.

모니터(60)는, 작업 장치 위치·자세 연산부(41)에서 연산된 현장 좌표계에 있어서의 작업 장치(6)의 위치 및 자세 데이터와, 기억 장치(56)에 기억된 현장 좌표계에 있어서의 시공 목표면의 위치 데이터에 기초하여 연산되는 작업 장치(6)와 시공 목표면의 위치 관계를 표시할 수 있다. 이 표시에 의해 오퍼레이터는 시공 목표면에 대한 작업 장치(6)의 위치·자세를 용이하게 파악할 수 있다.

또한, 컨트롤러(40)에 의해, 작업 장치 위치·자세 연산부(41)에서 연산된 현장 좌표계에 있어서의 작업 장치(6)의 위치 및 자세 데이터와, 기억 장치(56)에 기억된 현장 좌표계에 있어서의 시공 목표면의 위치 데이터에 기초하여, 버킷 선단이 시공 목표면을 넘어가지 않도록 작업 장치(6)의 동작(즉 프런트 부재(6A, 6B, 6C)를 구동하는 액추에이터(11A, 11B, 11C)의 동작)에 제한을 두는 머신 컨트롤을 실행해도 된다.

또한, 상기 마스크 범위 연산부(45)는 마스크 범위를 방위각과 앙각으로 규정하였지만, 방위각만으로 마스크 범위를 규정해도 된다.

다음으로, 상술한 마스크 범위에 대해 도 5를 이용하여 설명을 추가한다.

도 5a가, 프런트 작업 장치(6)가 장해물로서 GNSS 안테나(50A)의 상공 시계를 가장 차단한 경우의 스카이플롯을 나타내고 있다고 한다. 이 경우, 제1 마스크 범위(21A)와 제2 마스크 범위(22A)가 동일한 범위가 되어, 제1 마스크 범위(21A)로 통합하여 나타낼 수 있다.

그러나, 도 5b의 경우에는 붐(6A)이 도 5a의 경우보다도 내려가 있어, 프런트 작업 장치(6)가 장해물로서 GNSS 안테나(50A)의 상공 시계를 차폐하는 범위가 도 5a의 경우보다도 좁아져 있다. 이 경우, 제1 마스크 범위(21A)와 제2 마스크 범위(22A)가 다르기 때문에, 각각의 마스크 범위(21A, 22A)를 이용한 경우에 선택되는 위성 수도 변한다. 도 5b의 경우에 제1 마스크 범위(21A)를 측위에 적용하면, 당해 제1 마스크 범위(21A)에 의해 위성 R12, G19, R22, G17의 합계 4개의 위성이 측위 시에 사용할 수 있는 위성에서 제외된다. 그러나, 도 5b의 경우에 제2 마스크 범위(22A)를 측위에 적용하면, 당해 제2 마스크 범위(22A)에 의해 위성 G17만이 측위 시에 사용할 수 있는 위성에서 제외된다. 그 때문에, 제1 마스크 범위(21A)를 이용한 경우보다도 측위에 사용할 수 있는 위성 수가 3개 늘어나 측위 정밀도를 높일 수 있다.

이와 같이 정밀도 연산부(46)는, 각 마스크 범위를 적용한 경우(단, 어느 마스크 범위도 이용하지 않는 경우를 포함시켜도 됨)에 측위에 사용할 수 있는 위성을 추출하고, 추출 후의 위성의 위성 관련 데이터에 기초하여 각 마스크 범위를 이용한 경우의 측위 정밀도를 연산한다. 마스크 선택부(47)는, 정밀도 연산부(46)가 연산한 복수의 측위 정밀도를 비교하여, 가장 좋은 측위 정밀도를 내놓는 마스크 범위를 결정하고, 그 마스크 범위를 이용하여 GNSS 수신기(51)에 의해 GNSS 안테나(50)의 측위가 행해진다. 이상의 일련의 흐름을 도 6의 흐름도로 설명한다.

<측위 처리의 흐름도>

도 6은, 본 실시 형태에 관한 컨트롤러(40) 및 GNSS 수신기(51)에 의한 GNSS 안테나(50A)의 측위 처리의 흐름도이다. 이 처리 흐름은, 일정 주기 간격(예를 들어 100㎳)으로 반복하여 연산된다. 또한, 여기서는 GNSS 안테나(50A)의 측위에 대해서만 설명하지만, GNSS 안테나(50B)에 대해서도 마찬가지의 처리가 행해지고, 양쪽 GNSS 안테나(50A, 50B)의 측위 결과에 기초하여 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 방위의 연산이 행해지는 것으로 한다.

스텝 51에 있어서, 컨트롤러(40)(위성 위치 추출부(43))는, GNSS 수신기(51)가 위성 신호를 포착하고 있는 복수의 위성의 데이터(위치 데이터 등을 포함함)를 GNSS 수신기(51)로부터 취득한다.

스텝 52에 있어서, 컨트롤러(40)(마스크 범위 연산부(45))는, 선회체 자세 센서(23)의 검출 신호에 기초하여 선회체(3)의 자세(피치 각, 롤 각)를 연산한다.

스텝 53에 있어서, 컨트롤러(40)(마스크 범위 연산부(45))는, 3개의 자세 센서(75A, 75B, 75C)의 검출 신호에 기초하여 프런트 작업 장치(6)의 자세를 연산한다.

스텝 54에 있어서, 컨트롤러(40)(마스크 범위 연산부(45))는, 스텝 52에서 연산한 선회체(3)의 자세와, 기억 장치(56)에 기억된 프런트 작업 장치(6)의 최대 가동 영역과, 전회의 주기로 연산되어 기억 장치(56)에 기억된 GNSS 안테나(50A)의 위치와, 전회의 주기로 연산되어 기억 장치(56)에 기억된 선회체(3)의 방위(이 방위(헤딩)는, 전회의 주기로 연산된 2개의 GNSS 안테나(50A, 50B) 간의 방위에 기초하여 연산되어 기억 장치(56)에 기억되어 있음)에 기초하여, 제1 마스크 범위(21A)를 연산한다. 또한, 컨트롤러(40)(마스크 범위 연산부(45))는, 스텝 52에서 연산한 선회체(3)의 자세와, 스텝 53에서 연산한 프런트 작업 장치(6)의 자세와, 전회의 주기로 연산한 GNSS 안테나(50A)의 위치와, 전회의 주기로 연산한 선회체(3)의 방위(헤딩)에 기초하여, 제1 마스크 범위(21A)에 포함되는 제2 마스크 범위(22A)를 연산한다.

스텝 55에 있어서, 컨트롤러(40)(정밀도 연산부(46))는, 제1 마스크 범위(21A)에 위치하는 위성을 제외하고 나머지 위성을 선택하는 제1 경우에 보충되는 위성의 위성 관련 데이터(위성 관련 데이터는, 예를 들어, 위성 수, PDOP(위성 배치), 위성 신호의 SN비 중 적어도 하나이고, 위성 위치 추출부(43)를 통해 GNSS 수신기(51)로부터 취득할 수 있음)에 기초하여 제1 경우에 있어서의 측위 정밀도인 제1 측위 정밀도를 연산한다. 마찬가지로, 제2 마스크 범위(22A)에 위치하는 위성을 제외하고 나머지 위성을 선택하는 제2 경우에 보충되는 위성의 위성 관련 데이터(단, 제1 측위 정밀도를 연산하였을 때 이용한 것과 동일한 종류로 함)에 기초하여 제2 경우에 있어서의 측위 정밀도인 제2 측위 정밀도를 연산하고, 어느 마스크 범위도 이용하지 않고 위성을 선택하는 제3 경우에 있어서의 위성 관련 데이터(단, 제1 측위 정밀도를 연산하였을 때 이용한 것과 동일한 종류로 함)에 기초하여 제3 경우에 있어서의 측위 정밀도인 제3 측위 정밀도를 연산한다.

스텝 56에 있어서, 컨트롤러(40)(마스크 선택부(47))는, 스텝 55에서 연산한 제1 측위 정밀도와 제2 측위 정밀도를 비교한다. 제1 측위 정밀도가 제2 측위 정밀도보다도 측위 정밀도가 좋은 경우에는 스텝 57로 진행되고, 제1 측위 정밀도가 제2 측위 정밀도와 측위 정밀도가 동일하거나 또는 나쁜 경우에는 스텝 59로 진행된다.

스텝 57에 있어서, 컨트롤러(40)(마스크 선택부(47))는, 스텝 51에서 위치가 취득된 복수의 위성 중에서 제1 마스크 범위(21A)에 위치하는 위성을 제외 위성으로서 결정하고, 그 제외 위성의 리스트(제외 위성 리스트)를 GNSS 수신기(51)에 출력한다.

여기서, 제1 측위 정밀도가 제2 측위 정밀도보다도 측위 정밀도가 좋은 경우, 즉, 제2 마스크 범위(22A)보다도 큰 제1 마스크 범위(21A)를 이용하는 편이 측위 정밀도가 좋아지는 경우의 구체예에 대해 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은, 붐(6A)의 각도(붐 각도)와 PDOP의 시간 변화의 일례를 도시한 도면이다. 이 도면에 있어서 단시간에 붐 각도가 상승하는 타이밍은 2회 있지만, 이 타이밍에서는 프런트 작업 장치(6)에 있어서의 붐 상승 조작과 선회체(3)의 선회 동작이 복합되어, 덤프 트럭 등에 대한 방토 작업이 행해진다. 한편, 붐 각도가 50도 미만으로 유지되는 기간이 3회 있는데, 이 타이밍에서는 프런트 작업 장치(6)에 의한 굴삭 작업이 행해진다. 즉, 도 7은, 굴삭과 방토(선회 동작)이 반복하여 행해지고 있는 상황을 나타내고 있다. 이 도면와 같이 굴삭과 선회 동작을 반복하는 경우에 제2 마스크 범위(22A)의 이용을 계속하면, 붐(6A)의 자세 변화와 선회 각도(선회체(3)의 방위)의 변화에 의해 차폐되는 위성이 크게 변화하여, 도면에 나타낸 바와 같이 붐 상승의 타이밍의 전후로 PDOP이 커지는, 즉 측위 정밀도가 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 이러한 경우에는, 더 범위가 넓은 제1 마스크 범위(21A)를 이용하여 마스크 범위의 변동을 억제하는 편이, 제2 마스크 범위(22A)를 이용하는 것보다도 측위 정밀도가 향상될 가능성이 있다.

스텝 58에 있어서, GNSS 수신기(51)는, 스텝 51에서 컨트롤러(40)에 데이터를 송신한 위성으로부터 스텝 57의 제외 위성 리스트에 포함되는 위성을 제외하고, 그 나머지 위성의 위성 신호에 기초하여 GNSS 안테나(50A)의 위치를 연산하고, 그것을 GNSS 안테나(50A)의 측위 결과로서 컨트롤러(40)에 출력한다.

스텝 59에 있어서, 컨트롤러(40)(마스크 선택부(47))는, 스텝 55에서 연산한 제2 측위 정밀도와 제3 측위 정밀도를 비교한다. 제2 측위 정밀도가 제3 측위 정밀도보다도 측위 정밀도가 좋은 경우에는 스텝 60으로 진행되고, 제2 측위 정밀도가 제3 측위 정밀도와 측위 정밀도가 동일하거나 또는 나쁜 경우에는 스텝 62로 진행된다.

스텝 60에 있어서, 컨트롤러(40)(마스크 선택부(47))는, 스텝 51에서 위치가 취득된 복수의 위성 중에서 제2 마스크 범위(22A)에 위치하는 위성을 제외 위성으로서 결정하고, 그 제외 위성의 리스트(제외 위성 리스트)를 GNSS 수신기(51)에 출력한다.

스텝(61)에 있어서, GNSS 수신기(51)는, 스텝 51에서 컨트롤러(40)에 데이터를 송신한 위성으로부터 스텝 60의 제외 위성 리스트에 포함되는 위성을 제외하고, 그 나머지 위성의 위성 신호에 기초하여 GNSS 안테나(50A)의 위치를 연산하고, 그것을 GNSS 안테나(50A)의 측위 결과로서 컨트롤러(40)에 출력한다.

스텝 62에 있어서, GNSS 수신기(51)는, 스텝 51에서 컨트롤러(40)에 데이터를 송신한 위성의 위성 신호에 기초하여 GNSS 안테나(50A)의 위치를 연산하고, 그것을 GNSS 안테나(50A)의 측위 결과로서 컨트롤러(40)에 출력한다.

여기서, 제3 측위 정밀도가 제2 측위 정밀도보다도 측위 정밀도가 좋은 경우, 즉, 어느 마스크 범위도 사용하지 않는 편이 제2 마스크 범위(22A)를 사용하는 것보다도 측위 정밀도가 좋아지는 경우(스텝 62로 진행되는 경우)의 구체예에 대해 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은, 어느 한 시각의 위성 배치와 제2 마스크 범위(22A)를 도시하는 도면이다. 이 도면의 경우, 프런트 작업 장치(6)의 방위에 존재하는 위성은 하나(G28)뿐이고, 프런트의 방위의 반대측의 방위(180도 더한 방위)에 존재하는 위성 수도 적다. 이러한 경우, 제2 마스크 범위(22A)에서 위성 G28을 제외해 버리면 위성 수가 충분하지 않아 측위 정밀도가 저하되기 쉽다. 즉, 제2 마스크 범위(22A)를 이용하면 오히려 측위 정밀도가 저하되기 때문에, 어느 마스크 범위도 사용하지 않는 편이 측위 정밀도가 좋아진다.

상기와 같이 구성된 유압 셔블(1)에서는, 복수의 마스크 범위가 설정되어 있는 경우에, 각 마스크 범위를 이용한 경우의 위성 관련 데이터에 기초하여 컨트롤러(40)가 각 마스크 범위를 이용한 경우의 측위 정밀도를 연산하고, 당해 연산한 측위 정밀도에 기초하여 당해 복수의 마스크 범위 중에서 GNSS 안테나(50A, 50B)의 측위에 이용할 마스크 범위를 하나 선택한다. 이것에 의해, 프런트 작업 장치(6)의 자세에 기초하여 마스크 범위를 선택하는 경우보다도 측위 정밀도가 향상될 수 있다.

도 6의 흐름도에서는, 컨트롤러(40)는, 크기가 다른 복수의 마스크 범위를 이용한 경우(마스크 범위를 설정하지 않는 경우도 포함함)에 있어서의 각각의 위성 관련 데이터에 기초하여 각 경우의 측위 정밀도를 연산하고, 그 중에서 가장 측위 정밀도가 좋은 경우에 관한 마스크 범위를 하나 선택한다. 즉, 마스크 범위의 선택에 위성 관련 데이터가 고려됨으로써, 프런트 작업 장치(6)의 자세와 함께 마스크 범위(상기 실시 형태에서는 제2 마스크 범위(22A))를 변화시키는 경우보다도 측위 정밀도의 저하를 억제할 수 있으므로, 결과적으로 유압 셔블(1)에 의한 작업 정밀도를 향상시킬 수 있다.

특히 본 실시 형태에서는, 마스크 범위의 후보로서, 프런트 작업 장치(6)의 가동 영역의 전부를 커버하는 제1 마스크 범위(21A)와, 그때의 프런트 작업 장치(6)의 자세로 가려지는 영역을 커버하는 제2 마스크 범위(22A)가 포함된다. 이것에 의해, 마스크 범위의 선택 및 측위 정밀도의 연산에 프런트 작업 장치(6)의 자세가 고려되게 되어, 프런트 작업 장치(6)가 측위 신호를 차폐하는 것이 측위 정밀도에 주는 영향도 작게 할 수 있다.

<기타>

도 6의 흐름에 있어서, 스텝 56에서 제1 측위 정밀도가 제2 측위 정밀도보다 정밀도가 좋다고 판정된 경우에는, 또한 제1 측위 정밀도와 제3 측위 정밀도를 비교하는 판정 처리를 추가해도 된다. 이 판정 처리에 있어서, 제1 측위 정밀도 쪽이 정밀도가 좋다고 판정된 경우에는 스텝 57로 진행되고, 제3 측위 정밀도 쪽이 정밀도가 좋다고 판정된 경우에는 스텝 62와 동일한 처리(즉, 어느 마스크 범위를 사용하지 않고 측위하는 처리)를 행하도록 해도 된다.

본 실시 형태에서는 2개의 마스크 범위(21A, 22A)를 이용하는 경우에 대해 설명하였지만, 각 마스크 범위가 달라져 있으면, 이용 가능한 마스크 범위의 수에 한정은 없다. 예를 들어, 제1 마스크 범위보다 큰 것을 설정해도 된다. 또한, 유압 셔블에서 반복하여 행해지는 작업(예를 들어, 굴삭 작업, 운반 작업, 방토 작업) 중, 동일한 작업에 있어서의 프런트의 동작 범위를 고려하여 마스크 범위를 설정하고, 유압 셔블에서 행해지는 작업을 추정하여 당해 작업에 설정된 마스크 범위를 이용하도록 해도 된다. 후자의 경우의 마스크 범위는, 제1 마스크 범위(21A)보다 작고, 제2 마스크 범위(22A)보다 커질 것이 상정된다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은 상기 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지는 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 일 실시 형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

또한, 상기 컨트롤러(40)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, 상기 컨트롤러(40)에 관한 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU)에 의해 판독·실행됨으로써 당해 컨트롤러(40)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 해석되는 것을 나타냈지만, 반드시 제품에 관한 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 상호 접속되어 있다고 생각해도 된다.

1: 유압 셔블
2: 주행체(하부 주행체)
3: 선회체(상부 선회체)
4: 운전석
6: 프런트 작업 장치
6A: 붐
6B: 암
6C: 버킷
7: 무선기
8: GNSS 기준국
8: 기준국
11A: 붐 실린더
11B: 암 실린더
11C: 버킷 실린더
21A: 제1 마스크 범위
22A: 제2 마스크 범위
23: 선회체 자세 센서
40: 컨트롤러
41: 작업 장치 위치·자세 연산부
42: 측위 결과 입력부
43: 위성 위치 추출부
44: 제외 위성 결정부
45: 마스크 범위 연산부
46: 정밀도 연산부
47: 마스크 선택부
50A: GNSS 안테나(측위 안테나)
50B: GNSS 안테나(측위 안테나)
51: GNSS 수신기
56: 기억 장치
60: 모니터
75A: 붐 자세 센서
75B: 암 자세 센서
75C: 버킷 자세 센서
80: 기준국 GNSS 안테나
81: GNSS 수신기
82: 기준국 컨트롤러
87: 무선기

Claims (9)

1. 하부 주행체와,
   상기 하부 주행체 상에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체와,
   상기 상부 선회체에 설치된 다관절형의 작업 장치와,
   상기 작업 장치 및 상기 상부 선회체의 자세를 검출하기 위한 복수의 자세 센서와,
   상기 상부 선회체에 설치되어, 복수의 측위 위성으로부터의 위성 신호를 수신하기 위한 측위 안테나와,
   상기 측위 안테나에서 수신되는 위성 신호에 기초하여 상기 측위 안테나의 위치를 연산하는 수신기와,
   상기 복수의 자세 센서의 검출 신호에 기초하여, 상기 작업 장치의 자세와 상기 상부 선회체의 자세를 연산하는 컨트롤러를 구비한 작업 기계이며,
   상기 컨트롤러에는, 상기 수신기에 의한 상기 측위 안테나의 위치의 연산에 이용할 측위 위성을 선택하기 위해, 상기 작업 장치 및 상기 상부 선회체의 자세에 기초하여 상기 측위 안테나를 기준으로 설정되는 복수의 마스크 범위가 기억되어 있고,
   상기 컨트롤러는, 상기 복수의 마스크 범위의 각각을 이용하여 측위 위성을 선택한 경우의 각각의 측위 정밀도와, 상기 복수의 마스크 범위의 어느 것도 이용하지 않고 측위 위성을 선택한 경우의 측위 정밀도를 포함하는 복수의 측위 정밀도를, 선택한 상기 측위 위성의 위성 관련 데이터에 기초하여 연산하고,
   상기 수신기는, 상기 복수의 측위 정밀도 중 가장 측위 정밀도가 좋은 경우에 선택한 상기 측위 위성의 위성 신호에 기초하여 상기 측위 안테나의 위치를 연산하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 마스크 범위에는,
   상기 측위 안테나가 위성 신호를 수신할 때 상기 작업 장치가 장해물이 될 수 있는 범위로 설정된 제1 마스크 범위와,
   상기 제1 마스크 범위에 포함되는 범위로 설정된 제2 마스크 범위가
   포함되어 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 마스크 범위는, 연산한 상기 상부 선회체의 자세와, 상기 작업 장치의 최대 가동 영역에 기초하여, 상기 측위 안테나가 위성 신호를 수신할 때 상기 작업 장치가 장해물이 될 수 있는 최대 범위로 설정되어 있고,
   상기 제2 마스크 범위는, 연산한 상기 상부 선회체의 자세와, 연산한 상기 작업 장치의 자세에 기초하여, 상기 작업 장치의 자세 연산 시에 있어서의 상기 작업 장치가, 상기 측위 안테나가 상기 복수의 측위 위성으로부터 위성 신호를 수신할 때 장해물이 되는 범위로 설정되어 있는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 제1 마스크 범위를 이용한 제1 경우에 있어서의 상기 위성 관련 데이터에 기초하여 상기 제1 경우에 있어서의 측위 정밀도인 제1 측위 정밀도를 연산하고,
   상기 제2 마스크 범위를 이용한 제2 경우에 있어서의 상기 위성 관련 데이터에 기초하여 상기 제2 경우에 있어서의 측위 정밀도인 제2 측위 정밀도를 연산하고,
   어느 마스크 범위도 이용하지 않는 제3 경우에 있어서의 상기 위성 관련 데이터에 기초하여 상기 제3 경우에 있어서의 측위 정밀도인 제3 측위 정밀도를 연산하고,
   상기 수신기는, 상기 제1 측위 정밀도, 상기 제2 측위 정밀도 및 상기 제3 측위 정밀도 중에서 가장 측위 정밀도가 좋은 경우에 선택되는 측위 위성의 위성 신호에 기초하여 상기 측위 안테나의 위치를 연산하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 컨트롤러는,
   상기 제1 마스크 범위를 이용한 제1 경우에 있어서의 상기 위성 관련 데이터에 기초하여 상기 제1 경우에 있어서의 측위 정밀도인 제1 측위 정밀도를 연산하고,
   상기 제2 마스크 범위를 이용한 제2 경우에 있어서의 상기 위성 관련 데이터에 기초하여 상기 제2 경우에 있어서의 측위 정밀도인 제2 측위 정밀도를 연산하고,
   어느 마스크 범위도 이용하지 않는 제3 경우에 있어서의 상기 위성 관련 데이터에 기초하여 상기 제3 경우에 있어서의 측위 정밀도인 제3 측위 정밀도를 연산하고,
   상기 수신기는, 상기 제1 측위 정밀도가 상기 제2 측위 정밀도보다도 측위 정밀도가 좋은 경우에는, 상기 수신기는, 상기 제1 마스크 범위를 이용한 경우에 선택되는 측위 위성의 위성 신호에 기초하여 상기 측위 안테나의 위치를 연산하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 측위 정밀도가 상기 제2 측위 정밀도와 측위 정밀도가 동일하거나 또는 나쁜 경우이며, 상기 제2 측위 정밀도가 상기 제3 측위 정밀도보다도 측위 정밀도가 좋은 경우에는, 상기 수신기는, 상기 제2 마스크 범위를 이용한 경우에 선택되는 측위 위성의 위성 신호에 기초하여 상기 측위 안테나의 위치를 연산하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 측위 정밀도가 상기 제2 측위 정밀도와 측위 정밀도가 동일하거나 또는 나쁜 경우이며, 상기 제2 측위 정밀도가 상기 제3 측위 정밀도와 측위 정밀도가 동일하거나 또는 나쁜 경우에는, 상기 수신기는, 어느 위성 마스크도 이용하지 않고 선택되는 측위 위성의 위성 신호에 기초하여 상기 측위 안테나의 위치를 연산하는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.
8. 제1항에 있어서,
   상기 위성 관련 데이터에는, 측위에 이용 가능한 측위 위성의 수와, 측위에 이용 가능한 측위 위성의 배치와, 측위에 이용 가능한 측위 위성의 위성 신호의 SN비 중 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
9. 제1항에 있어서,
   상기 측위 안테나는 제1 측위 안테나이고,
   상기 상부 선회체에 설치되어, 상기 복수의 측위 위성으로부터의 위성 신호를 수신하기 위한 제2 측위 안테나를 더 구비하고,
   상기 수신기는, 상기 제1 측위 안테나 및 상기 제2 측위 안테나의 2개의 측위 안테나에서 수신되는 위성 신호에 기초하여, 상기 2개의 측위 안테나 간의 방위를 연산하고,
   상기 컨트롤러는, 상기 제1 측위 안테나의 위치와, 상기 2개의 측위 안테나 간의 방위에 기초하여, 상기 상부 선회체의 방위를 연산하고,
   상기 복수의 마스크 범위는, 상기 작업 장치 및 상기 상부 선회체의 자세와, 상기 상부 선회체의 방위에 기초하여 설정되어 있는
   것을 특징으로 하는 작업 기계.

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