KR20230133903A - 전자 제어 장치 - Google Patents

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KR20230133903A
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electronic control
control device
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KR1020237028861A
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신지 이시하라
시호 이즈미
겐타 나카기
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

본 개시는, GNSS 단말기가 수신하는 위성 신호에 기초하여 산출되는 작업 기계의 위치가, GNSS의 통신 환경의 변화에 의해 변동되는 것을 억제하고, 그 통신 환경의 개선 후의 위치 오차를 종래보다도 단시간에 해소하는 것이 가능한 전자 제어 장치를 제공한다. 전자 제어 장치는, GNSS 정보에 기초하여 측위 품질의 양부를 판정하는 측위 품질 판정부(211)와, 작업 기계의 속도에 기초하여 정지 상태를 포함하는 주행 상태를 판정하는 주행 상태 판정부(212)와, GNSS 정보에 대하여 평활화 처리를 실시하는 평활화 처리부(213)를 구비한다. 평활화 처리부(213)는, 측위 품질이 양호이며 또한 주행 상태가 정지 상태인 평활화 조건을 충족시키지 않는 경우에 처리 강도를 약으로 전환하고, 평활화 조건을 충족하고 나서 갱신 주기에 상당하는 시간이 경과한 경우에 처리 강도를 강으로 전환한다.

Description

전자 제어 장치
본 개시는, 작업 기계에 탑재되는 전자 제어 장치에 관한 것이다.
종래부터 유압 셔블 등의 작업 기계의 3차원 공간에 있어서의 절대 위치와 자세, 및, 당해 작업 기계에 설정된 모니터 포인트의 3차원 공간에서의 절대 위치를 연산하는 작업 기계의 위치 계측 시스템에 관한 발명이 알려져 있다(하기 특허문헌 1). 이 종래의 작업 기계의 위치 계측 시스템은, 복수의 3차원 위치 계측 장치와, 위치 자세 연산 수단과, 모니터 표시 장치를 갖는다(동 문헌, 청구항 1 등).
상기 복수의 3차원 위치 계측 장치는, 작업 기계의 차체에 설치되며, 각각 3차원 공간에서의 절대 위치를 계측한다. 상기 위치 자세 연산 수단은, 상기 복수의 3차원 위치 계측 장치의 계측값을 사용하여, 상기 3차원 공간에서의 작업 기계의 위치와 자세 및 당해 작업 기계에 설정된 모니터 포인트의 절대 위치를 연산한다. 상기 모니터 표시 장치는, 상기 위치 자세 연산 수단의 연산 결과에 기초하여 상기 작업 기계의 화상이나 목표 지형 등의 지형 정보를 표시한다.
이 종래의 작업 기계의 위치 계측 시스템은, 또한, 상기 작업 기계의 동작 상태를 판정하는 판정 수단과, 이 판정 수단의 검출 결과에 따라서 상기 위치 자세 연산 수단에서 연산되는 작업 기계의 위치와 자세의 연산값을 평활 처리하는 평활 처리 수단을 구비한다. 이 평활 처리 수단은, 예를 들어 시간축 상에서 저역 통과 필터링 처리를 행하는 필터 처리 연산 수단이다(동 문헌, 청구항 6).
이와 같은 구성에 의해, 이 종래의 위치 계측 시스템은, 작업 기계의 3차원 공간에서의 위치와 자세 및 당해 작업 기계에 설정된 모니터 포인트의 절대 위치를 연산하고, 이 연산 결과에 기초하여 작업 기계의 화상을 표시한다. 그때, 작업 기계의 차체가 정지한 상태에 있을 때는 표시의 흔들림을 저감시키고, 작업 기계의 차체가 정지한 상태에 있지 않을 때는 표시의 추종성의 저하를 억제하고, 나아가서는 작업 효율을 향상시킬 수 있다(동 문헌, 제0022 단락).
일본 특허 공개 제2007-147588호 공보
상기 종래의 위치 계측 시스템에 있어서, 예를 들어 상기 복수의 3차원 위치 계측 장치의 통신 환경이 악화되면, 상기 위치 자세 연산 수단의 연산 결과에 오차가 발생한다. 그 후, 상기 통신 환경이 개선되어 상기 연산 결과의 오차가 해소된 경우, 상기 종래의 위치 계측 시스템에서는, 상기 평활 처리 수단의 연산값인 작업 기계의 위치와 자세의 오차가 해소될 때까지 요하는 시간의 단축에 개선의 여지가 있다.
본 개시는, 전구 측위 위성 시스템(Global Navigation Satellite System: GNSS) 단말기가 수신하는 위성 신호에 기초하여 산출되는 작업 기계의 위치가, GNSS의 통신 환경의 변화에 의해 변동되는 것을 억제하고, 그 통신 환경의 개선 후의 위치 오차를 종래보다도 단시간에 해소하는 것이 가능한 전자 제어 장치를 제공한다.
본 개시의 일 양태는, 작업 기계에 탑재되는 전자 제어 장치이며, 상기 작업 기계에 탑재된 GNSS 안테나가 수신하는 위성 신호로부터 산출되는 위치 정보 및 측위 상태를 포함하는 GNSS 정보에 기초하여, 측위 품질의 양부를 판정하는 측위 품질 판정부와, 속도 검출 장치를 사용하여 검출되는 속도 정보에 기초하여 상기 작업 기계의 주행 상태를 판정하는 주행 상태 판정부와, 측위 품질 판정부에 의한 상기 측위 품질의 판정 결과가 양호, 또한, 상기 주행 상태 판정부에 의한 상기 주행 상태의 판정 결과가 정지 상태인 평활화 조건을 충족시키는 경우에는 제1 강도로 상기 GNSS 정보에 대하여 평활화 처리를 행하고, 상기 평활화 조건을 충족시키지 않는 경우에는 상기 제1 강도보다도 처리 강도가 낮은 제2 강도로 상기 GNSS 정보에 대하여 평활화 처리를 행하는 평활화 처리부를 구비하고, 상기 평활화 처리부는, 상기 평활화 조건을 충족시키지 않는 상태로부터 상기 평활화 조건을 충족시키는 상태로 이행한 경우에는, 상기 평활화 조건을 충족시킨 시점으로부터 소정의 시간 경과 후에 처리 강도를 상기 제2 강도로부터 상기 제1 강도로 전환하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치이다.
본 개시의 상기 일 양태에 의하면, GNSS 정보에 기초하여 산출되는 작업 기계의 위치가, GNSS의 통신 환경의 변화에 의해 변동되는 것을 억제하고, 그 통신 환경의 개선 후의 위치 오차를 종래보다도 단시간에 해소하는 것이 가능한 전자 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시에 관한 전자 제어 장치의 일 실시 형태를 도시하는 작업 기계의 사시도.
도 2는 도 1의 작업 기계의 개략적인 블록도.
도 3은 도 2의 전자 제어 장치의 상태 연산부의 일 예를 도시하는 블록도.
도 4는 도 2의 전자 제어 장치의 상태 연산부의 일 예를 도시하는 블록도.
도 5는 도 3 및 도 4의 상태 연산부의 평활화 처리부의 일 예를 도시하는 블록도.
도 6은 도 3 또는 도 4의 전자 제어 장치의 처리의 흐름의 일 예를 도시하는 흐름도.
도 7은 도 1의 작업 기계의 각종 정보의 시간적 변화를 나타내는 그래프.
도 8은 도 1의 작업 기계의 각종 정보의 시간적 변화를 나타내는 그래프.
도 9a는 표시 장치의 화면에 표시되는 화상의 일 예를 도시하는 화상도.
도 9b는 표시 장치의 화면에 표시되는 화상의 일 예를 도시하는 화상도.
도 9c는 표시 장치의 화면에 표시되는 화상의 일 예를 도시하는 화상도.
도 9d는 표시 장치의 화면에 표시되는 화상의 일 예를 도시하는 화상도.
도 10은 도 2의 전자 제어 장치의 상태 연산부의 일 예를 도시하는 블록도.
도 11은 도 2의 전자 제어 장치의 상태 연산부의 일 예를 도시하는 블록도.
도 12는 도 2의 전자 제어 장치의 상태 연산부의 일 예를 도시하는 블록도.
도 13은 종래 시스템을 탑재한 작업 기계의 각종 정보의 시간적 변화를 나타내는 그래프.
도 14는 도 13에 도시한 (d) 및 (e)의 그래프의 확대도.
이하, 도면을 참조하여, 본 개시에 관한 전자 제어 장치의 실시 형태를 설명한다.
(실시 형태 1)
도 1은 본 개시에 관한 전자 제어 장치의 일 실시 형태를 도시하는 작업 기계의 사시도이다. 도 2는 도 1의 작업 기계(100)의 개략적인 블록도이다. 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 유압 셔블 등의 작업 기계(100)에 탑재된다. 또한, 작업 기계(100)는, 유압 셔블에 한정되지는 않고, 예를 들어 휠 로더, 도로 기계, 덤프 트럭, 또는 양팔 사양기여도 된다.
도 1 및 도 2에 도시한 예에 있어서, 유압 셔블인 작업 기계(100)는, 예를 들어 프론트 장치(110)와, 상부 선회체(120)와, 하부 주행체(130)와, 유압 시스템(140)과, 조작 장치(150)와, 센싱 장치(160)를 구비하고 있다. 또한, 작업 기계(100)는, 예를 들어 엔진, 연료 탱크, 유압 장치, 작동유 탱크 등을 구비하고 있다.
프론트 장치(110)는, 예를 들어 붐(111), 암(112), 및 버킷(113) 등의 복수의 피구동 부재를 구비하고 있다. 프론트 장치(110)는, 이들 복수의 피구동 부재가, 작업 기계(100)의 폭 방향에 평행인 회전축을 통해 서로 회동 가능하게 연결된 다관절형 작업 장치이다. 프론트 장치(110)는, 「프론트 작업기」라 불리는 경우도 있다.
상부 선회체(120)는, 하부 주행체(130)에 대하여 선회 가능하게 마련되어 있다. 상부 선회체(120)는, 예를 들어 엔진, 연료 탱크, 유압 장치, 작동유 탱크 등이 수용되며, 작업 기계(100)의 차체(121)를 구성하고 있다. 상부 선회체(120)의 전방부에는, 붐(111)의 기단부가, 작업 기계(100)의 폭 방향에 평행인 회전축을 통해 연결되어 있다. 또한, 상부 선회체(120)의 전방부의 붐(111)의 측방에는, 예를 들어 운전실(122)이 마련되어 있다.
하부 주행체(130)는, 예를 들어 작업 기계(100)의 폭 방향의 양측에 크롤러 벨트를 구비하고, 크롤러 벨트를 회전시킴으로써 작업 기계(100)를 주행시킨다.
유압 시스템(140)은, 예를 들어 붐 실린더(141)와, 암 실린더(142)와, 버킷 실린더(143)와, 선회 모터(144)와, 좌우의 주행 모터(145)와, 유압 펌프(146)와, 컨트롤 밸브(147)를 구비하고 있다. 붐 실린더(141), 암 실린더(142), 및 버킷 실린더(143)는, 예를 들어 유압 실린더이며, 선회 모터(144) 및 주행 모터(145)는, 예를 들어 유압 모터이다.
붐 실린더(141)는, 실린더의 기단부와 피스톤 로드의 선단부가, 각각, 상부 선회체(120)와 붐(111)의 중간부에 연결되어 있다. 붐 실린더(141)는, 피스톤 로드를 신축시킴으로써, 붐(111)의 기단부를 상부 선회체(120)의 전방부에 연결하는 회전축을 중심으로, 붐(111)을 상부 선회체(120)에 대하여 상하로 회동시킨다.
암 실린더(142)는, 실린더의 기단부와 피스톤 로드의 선단부가, 각각, 붐(111)의 중간부와 암(112)의 기단부에 연결되어 있다. 암 실린더(142)는, 피스톤 로드를 신축시킴으로써, 암(112)의 기단부를 붐(111)의 선단부에 연결하는 회전축을 중심으로, 암(112)을 붐(111)에 대하여 회동시킨다.
버킷 실린더(143)는, 실린더의 기단부와 로드의 선단부가, 각각, 암(112)의 기단부와, 버킷 링크(113a)에 연결되어 있다. 버킷 실린더(143)는, 피스톤 로드를 신축시킴으로써, 버킷(113)의 기단부를 암(112)의 선단부에 연결하는 회전축을 중심으로, 버킷 링크(113a)를 통해, 버킷(113)을 암(112)에 대하여 회동시킨다.
선회 모터(144)는, 예를 들어 상부 선회체(120)에 마련되며, 작업 기계(100)의 높이 방향에 평행인 회전축을 중심으로, 상부 선회체(120)를 하부 주행체(130)에 대하여 선회시킨다. 주행 모터(145)는, 하부 주행체(130)의 폭 방향의 양측에 마련되며, 하부 주행체(130)의 폭 방향의 양측에 마련된 크롤러 벨트를 회전시켜 작업 기계(100)를 주행시킨다.
유압 펌프(146)는, 예를 들어 엔진이나 모터 등의 원동기에 의해 구동되며, 작동유 탱크의 작동유를, 컨트롤 밸브(147)로 압송한다.
컨트롤 밸브(147)는, 유압 펌프(146)로부터 공급된 작동유의 방향 및 유량을 제어함으로써, 붐 실린더(141), 암 실린더(142), 버킷 실린더(143), 선회 모터(144), 및 좌우의 주행 모터(145)의 동작을 제어한다. 컨트롤 밸브(147)는, 예를 들어 도시를 생략하는 파일럿 펌프로부터 전자 비례 밸브를 통해 공급되는 파일럿압이 구동 신호로서 입력되어, 작동유의 방향 및 유량을 제어한다.
조작 장치(150)는, 예를 들어 조작 레버(151, 152)와, 도시를 생략하는 조작 페달 등을 포함한다. 조작 레버(151, 152)는, 예를 들어 운전실(122)의 내부의 운전석의 좌우에 마련되며, 작업 기계(100)의 오퍼레이터의 조작에 기초하는 조작량을 검출한다. 조작 레버(151, 152)는, 검출한 조작량에 따라서, 붐 실린더(141), 암 실린더(142), 및 버킷 실린더(143)를 구동시키기 위한 조작 신호를, 배선을 통해 전자 제어 장치(200)로 출력한다. 즉, 조작 레버(151, 152)는, 예를 들어 전후 방향 또는 좌우 방향으로, 붐 실린더(141), 암 실린더(142), 및 버킷 실린더(143)의 조작이 각각 할당되어 있다.
조작 레버(151, 152)는, 예를 들어 유압 파일럿 방식을 채용하는 것도 가능하다. 이 경우, 조작 레버(151, 152)는, 오퍼레이터에 의한 조작 방향 및 조작량에 따른 파일럿압을, 컨트롤 밸브(147)에 구동 신호로서 공급한다. 이에 의해, 오퍼레이터에 의한 조작 방향 및 조작량에 따라서, 붐 실린더(141), 암 실린더(142), 및 버킷 실린더(143)를 구동시킬 수 있다.
센싱 장치(160)는, 예를 들어 관성 계측 장치(Inertial Measurement Unit: IMU)(161 내지 164)와, 전구 측위 위성 시스템(Global Navigation Satellite System: GNSS) 단말기(165 내지 167)를 구비하고 있다. IMU(161 내지 164)는, 예를 들어 붐 IMU(161)와, 암 IMU(162)와, 버킷 IMU(163)와, 차체 IMU(164)를 포함한다. GNSS 단말기(165 내지 167)는, 예를 들어 좌우의 GNSS 안테나(165, 166)와, GNSS 수신기(167)를 포함한다.
붐 IMU(161), 암 IMU(162), 및 버킷 IMU(163)는, 각각, 붐(111), 암(112), 및 버킷(113)의 적절한 위치에 설치되어, 붐(111), 암(112), 및 버킷(113)의 자세를 검출한다. 또한, 버킷 IMU(163)는, 버킷 링크(113a)에 설치되어 있어도 된다.
차체 IMU(164)는, 예를 들어 상부 선회체(120)를 구성하는 작업 기계(100)의 차체(121)에 설치되어, 차체(121)의 각속도 및 가속도를 검출하고, 차체(121)의 전후 방향의 기울기인 피치각과, 차체(121)의 폭 방향의 기울기인 롤각을 산출한다. 보다 상세하게는, 차체 IMU(164)는, 예를 들어 상부 선회체(120)가 선회하고 있지 않은 경우에, 차체(121)와의 상대적인 위치 관계와, IMU 좌표계에 있어서의 중력 가속도의 방향(연직 하향 방향)에 기초하여, 차체(121)의 피치각과 롤각을 산출할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 전술한 IMU(161 내지 164)가 각도 연산 기능을 갖는 것을 상정하고 있다. 또한, IMU(161 내지 164)가 각도 연산 기능을 갖지 않는 경우, IMU(161 내지 164)의 검출 결과에 기초하여, 전자 제어 장치(200)에 의해 각도 연산을 행하는 것도 가능하다.
GNSS 안테나(165, 166)는, 예를 들어 상부 선회체(120)를 구성하는 차체(121)의 후방부의 폭 방향 양측으로 이격하여 마련되어 있다. GNSS 안테나(165, 166)는, 예를 들어 배선을 통해 GNSS 수신기(167)에 접속되어 있다. GNSS 안테나(165, 166)는, 측위 위성으로부터 수신한 신호를, 배선을 통해 GNSS 수신기(167)에 송신한다.
GNSS 수신기(167)는, GNSS 안테나(165, 166)로부터 배선을 통해 수신한 신호를 사용하여 각종 연산을 행하여, GNSS 정보를 생성한다. GNSS 정보는, 예를 들어 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 좌표, 그 위치 좌표에 기초하는 차체(121)의 방위각, 및 GNSS 단말기(165 내지 167)의 측위 상태를 포함한다.
GNSS 수신기(167)는, 예를 들어 위치 좌표 및 방위각의 연산에 칼만 필터에 의한 통계 처리를 이용하고 있고, 위치 좌표 및 방위각의 분산도 동시에 계산하고 있다. 또한, GNSS 수신기(167)는, 예를 들어 GNSS 안테나(165, 166)가 마련된 차체(121)의 속도를 산출하는 것도 가능하다.
GNSS 수신기(167)는, 예를 들어 작업 기계(100)의 작업 현장에 설치된 기준국에 무선 통신 회선을 통해 접속되어, 리얼타임 동적(Real Time Kinematic: RTK)측위를 행한다. 또한, 작업 현장에 기준국이 설치되어 있지 않은 경우, GNSS 수신기(167)는, 인터넷 회선을 통해 전자 기준국으로부터 정보를 취득하는 네트워크형 RTK 측위를 실시해도 된다. 본 실시 형태에서는, GNSS 수신기(167)가 RTK 측위를 실시 가능한 것을 상정한다.
GNSS 수신기(167)는, 예를 들어 배선을 통해 전자 제어 장치(200)에 접속되어 있다. GNSS 단말기(165 내지 167)는, 예를 들어 GNSS 수신기(167)에 의해 생성한 GNSS 정보를, 배선을 통해 소정의 갱신 주기로 전자 제어 장치(200)로 출력한다.
전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 조작 레버(151, 152)로부터 입력되는 조작 신호에 기초하여 전자 비례 밸브를 제어함으로써, 붐 실린더(141), 암 실린더(142), 버킷 실린더(143), 선회 모터(144), 및 좌우의 주행 모터(145)의 동작을 제어한다. 또한, 도 2에 있어서, 조작 장치(150)의 도시는 생략되어 있다.
작업 기계(100)는, 전술한 바와 같이, 유압 시스템(140)과, GNSS 단말기(165 내지 167)와, IMU(161 내지 164)와, 전자 제어 장치(200)를 구비하고 있다. 또한, 작업 기계(100)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 예를 들어 기억 장치(170)를 구비하고 있다. 기억 장치(170)는, 예를 들어 ROM이나 하드 디스크 등의 불휘발성 메모리에 의해 구성되며, 3차원 시공 도면 등을 포함하는 시공 정보가, 시공 관리자 등에 의해 미리 기억되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 작업 기계(100)는, 예를 들어 가이던스 장치(180)를 더 구비하고 있다. 가이던스 장치(180)는, 예를 들어 운전실(122)의 내부에 설치되며, 작업 기계(100)의 오퍼레이터에 대한 가이던스를 행하는 장치이다. 보다 구체적으로는, 가이던스 장치(180)는, 예를 들어 표시 장치, 표시 램프, 스피커, 버저 중 적어도 하나를 포함한다. 본 실시 형태에 있어서, 가이던스 장치(180)는, 적어도 액정 표시 장치나 유기 EL 표시 장치 등의 표시 장치를 포함하고 있다.
본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 마이크로컨트롤러나 펌웨어에 의해 구성되며, 도시를 생략하는 중앙 처리 장치(CPU)와, ROM 등의 메모리와, 그 메모리에 기억된 프로그램과, 타이머와, 입출력부를 구비하고 있다. 전자 제어 장치(200)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상태 연산부(210)와, 시공 목표 연산부(220)를 구비하고 있다. 또한, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 구동 제어부(230)와, 가이던스 제어부(240)를 구비하고 있다. 또한, 구동 제어부(230)와, 가이던스 제어부(240)는, 전자 제어 장치(200)와는 다른 전자 제어 장치에 의해 구성해도 된다.
이들 전자 제어 장치(200)의 각 부는, 예를 들어 메모리에 기억된 프로그램을 CPU에 의해 실행함으로써 실현되는 전자 제어 장치(200)의 각 기능을 나타내고 있다. 또한, 도 2에 도시한 전자 제어 장치(200)의 각 기능은, 각각, 개별의 전자 제어 장치에 의해 실현해도 되고, 하나 또는 복수의 기능을, 하나 또는 복수의 전자 제어 장치에 의해 실현해도 된다.
상태 연산부(210)에는, 예를 들어 GNSS 단말기(165 내지 167)로부터 출력되는 GNSS 정보가 입력된다. GNSS 정보는, 예를 들어 2개의 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보, 방위 정보, 속도 정보, 이들의 분산, 및 측위 상태 등을 포함한다. 측위 상태는, 예를 들어 측위 위성의 수나, 보정 정보 등에 기초하여 분류된다. 이 경우, GNSS 수신기(167)는, 예를 들어 GNSS 안테나(165, 166)에 의해 수신된 위성 신호에 기초하여, GNSS 정보를 연산하는 측위 연산부를 갖고 있다.
또한, 상태 연산부(210)에는, 예를 들어 GNSS 단말기(165 내지 167)로부터 출력되는 GNSS의 위성 신호가 입력되어도 된다. 즉, GNSS 단말기(165 내지 167)의 GNSS 수신기(167)는, 예를 들어 GNSS 안테나(165, 166)에 의해 수신된 위성 신호를 출력한다. 이 경우, GNSS 수신기(167)는, 전술한 측위 연산부를 갖지 않아도 된다.
또한, 상태 연산부(210)에는, 예를 들어 IMU(161 내지 163)로부터 출력되는 프론트 장치(110)의 위치와 자세가 입력된다. 보다 상세하게는, 붐 IMU(161), 암 IMU(162), 및 버킷 IMU(163)는, 예를 들어 붐(111), 암(112), 및 버킷(113)의 각 부의 자세와 위치를 포함하는 프론트 장치(110)의 자세와 위치를 출력한다.
또한, 상태 연산부(210)에는, 예를 들어 IMU(161 내지 164)의 차체 IMU(164)로부터 출력되는 작업 기계(100)의 상부 선회체(120)의 위치와 자세가 입력된다. 또한, 상태 연산부(210)에는, 예를 들어 차체 IMU(164)로부터 출력되는 상부 선회체(120)의 속도가 입력되어도 된다.
도 3 및 도 4는, 각각, 도 2의 전자 제어 장치(200)의 상태 연산부(210)의 일 예를 도시하는 블록도이다. 도 3에 도시한 예에 있어서, 상태 연산부(210)는, GNSS 단말기(165 내지 167)로부터, 위성 신호에 기초하여 산출된 GNSS 정보가 입력된다. 한편, 도 4에 도시한 예에 있어서, 상태 연산부(210)는, GNSS 단말기(165 내지 167)로부터, 위성 신호가 입력된다.
도 3에 도시한 예에 있어서, 상태 연산부(210)는, 측위 품질 판정부(211)와, 주행 상태 판정부(212)와, 평활화 처리부(213)와, 위치 자세 연산부(214)를 구비하고 있다. 한편, 도 4에 도시한 예에 있어서, 상태 연산부(210)는, 도 3에 도시한 각 부에 더하여, 측위 연산부(215)를 구비하고 있다. 또한, 도 3에 도시한 예에서는, 도 4의 측위 연산부(215)에 상당하는 구성을, GNSS 단말기(165 내지 167)의 GNSS 수신기(167)가 구비하고 있다.
측위 연산부(215)는, 예를 들어 GNSS 단말기(165 내지 167)로부터 입력된 위성 신호에 기초하여, 2개의 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보, 방위 정보, 속도 정보, 이들의 분산, 및 측위 상태 등을 포함하는 GNSS 정보를 산출한다. 측위 연산부(215)는, 소정의 갱신 주기로 GNSS 정보를 출력한다. GNSS 정보에 속도 정보가 포함되는 경우, GNSS 단말기(165 내지 167)는, 작업 기계(100)의 속도를 검출하기 위한 속도 검출 장치로서 사용할 수 있다.
또한, GNSS 정보에 포함되는 측위 상태는, 예를 들어 RTK-Fix의 상태와, RTK-Fix 이외의 상태를 포함한다. RTK-Fix 이외의 상태는, 예를 들어 RTK-Float의 상태, 디퍼렌셜 측위, 및 단독 측위 등을 포함한다.
측위 품질 판정부(211)에는, 측위 연산부(215) 또는 GNSS 수신기(167)의 측위 연산부로부터 소정의 갱신 주기로 출력되는 GNSS 정보 중, 적어도 측위 상태가 입력된다. 측위 품질 판정부(211)는, 입력된 측위 상태에 기초하여, 측위 품질의 양부를 판정한다. 측위 품질 판정부(211)는, 예를 들어 측위 상태가 RTK-Fix의 상태인 경우, 측위 품질을 「양호」로 판정하고, 측위 상태가 RTK-Fix 이외의 상태인 경우, 측위 품질을 「불량」으로 판정한다. 측위 품질 판정부(211)는, 측위 품질의 양부의 판정 결과를, 평활화 처리부(213)로 출력한다.
주행 상태 판정부(212)에는, 측위 연산부(215) 또는 GNSS 수신기(167)의 측위 연산부로부터 출력된 GNSS 정보 중, 적어도 속도 정보가 입력된다. 즉, 주행 상태 판정부(212)에는, 작업 기계(100)에 탑재된 속도 검출 장치로서의 GNSS 단말기(165 내지 167)를 사용하여 검출되는 속도 정보가 입력된다. 주행 상태 판정부(212)는, 입력된 속도 정보에 기초하여, 작업 기계(100)의 정지 상태를 포함하는 주행 상태를 판정한다.
보다 구체적으로는, 주행 상태 판정부(212)에는, 예를 들어 측위 연산부(215) 또는 GNSS 수신기(167)로부터, 속도 정보로서, 이하의 식 (1a)에 나타내는 3차원 공간에 있어서의 속도 vaug=(vx, vy, vz)가 입력된다. 주행 상태 판정부(212)는, 예를 들어 입력된 속도 vaug가, 이하의 식 (1b)와 같이, 소정의 속도 역치 Vth 이하인 경우에, 작업 기계(100)의 주행 상태가, 정지 상태인 것을 판정한다.
또한, 주행 상태 판정부(212)는, 예를 들어 입력된 속도 vaug가, 상기 식 (1b)를 충족시키지 않는 경우, 즉, 속도 vaug가 소정의 속도 역치 Vth보다 높은 경우에, 작업 기계(100)의 주행 상태가, 주행 중인 것을 판정한다. 또한, 상기 식 (1a)에 나타내는 속도 vaug 자체가 변동을 갖는 경우가 있으므로, 저역 통과 필터에 의한 평활화 처리를 실시한 속도 vaug를 사용하여, 상기 식 (1b)의 판정을 행해도 된다.
속도 역치 Vth는, 예를 들어 0[㎞/h]으로 설정할 수 있다. 또한, 속도 역치 Vth는, 예를 들어 0[㎞/h]보다도 높은 속도로 설정해도 된다. 이 경우, 속도 역치 Vth는, 예를 들어 작업 기계(100)가 이동하고 있지 않은 상태에서, 작업 기계(100)의 진동에 의해 검출되는 미소한 속도보다도 높은 속도로 설정할 수 있다.
보다 구체적으로는, 유압 셔블 등의 작업 기계(100)에는, 엔진이 탑재되어 있다. 그 때문에, 엔진의 진동에 의해 작업 기계(100)에 탑재된 GNSS 안테나(165, 166)가 진동하고, 이들 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보에 기초하는 속도 vaug가, 0[㎞/h]으로 되지 않는 경우가 있다.
이와 같은 경우에, 속도 역치 Vth를, 작업 기계(100)의 진동에 의해 검출되는 미소한 속도보다도 높고, 작업 기계(100)의 최저 이동 속도보다도 낮은 속도로 설정할 수 있다. 이에 의해, 주행 상태 판정부(212)에 의한 작업 기계(100)의 정지 상태의 오판정을 방지하여, 주행 상태 판정부(212)에 의해 작업 기계(100)의 정지 상태를 보다 정확하게 또한 확실하게 판정하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 속도 vaug 및 작업 기계(100)의 최저 이동 속도는, 실험 결과에 기초하여 설계하는 것이 가능하다.
또한, 측위 연산부(215) 또는 GNSS 수신기(167)의 측위 연산부에 의한 속도 산출 알고리즘은, 도플러 시프트를 이용한 방법이 사용되고 있으며, 위치 산출 알고리즘과는 독립되어 있다. 그 때문에, 측위 품질이 「양호」가 아니어도, 정확한 속도를 산출하는 것이 가능하다.
또한, 유압 셔블 등의 크롤러 벨트를 구비한 작업 기계(100)는, 예를 들어 경사면이나 진창 등, 미끄럼이 발생하기 쉬운 상황에서 작업할 기회가 많다. 작업 기계(100)에 미끄럼이 발생하면, 작업 기계(100)가 주행하고 있지 않아도, 작업 기계(100)가 이동하는 경우가 있다. 이와 같은 경우라도, GNSS 단말기(165 내지 167)를 속도 검출 장치로서 이용함으로써, 작업 기계(100)의 오퍼레이터가 의도하지 않은 작업 기계(100)의 이동도 정확하게 검지할 수 있다.
평활화 처리부(213)에는, 측위 품질 판정부(211)로부터 출력된 측위 품질의 양부의 판정 결과와, 주행 상태 판정부(212)에 의해 판정된 작업 기계(100)의 주행 상태와, 측위 연산부(215) 또는 GNSS 수신기(167)로부터 출력된 GNSS 정보가 입력된다. 평활화 처리부(213)에 입력되는 GNSS 정보는, 적어도 위치 정보를 포함한다. 또한, 평활화 처리부(213)에 입력되는 GNSS 정보는, 예를 들어 방위 정보를 포함해도 된다.
평활화 처리부(213)는, 측위 연산부(215) 또는 GNSS 수신기(167)로부터 입력된 GNSS 정보에 대하여, 평활화 처리를 실시한다. 평활화 처리부(213)는, 측위 품질 판정부(211)로부터 입력된 측위 품질, 및, 주행 상태 판정부(212)로부터 입력된 주행 상태에 따른 처리 강도로, GNSS 정보에 평활화 처리를 실시한다.
도 5는 도 3 및 도 4의 평활화 처리부(213)의 일 예를 도시하는 블록도이다. 평활화 처리부(213)는, 예를 들어 전환 판정부(213a)와, 시상수 선택부(213b)와, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)를 구비하고 있다.
전환 판정부(213a)에는, 측위 품질 판정부(211)로부터 출력된 측위 품질의 양부의 판정 결과와, 주행 상태 판정부(212)로부터 출력된 작업 기계(100)의 주행 상태가 입력된다. 전환 판정부(213a)는, 입력된 측위 품질이 양호이며, 또한, 입력된 작업 기계(100)의 주행 상태가 정지 상태인 평활화 조건을 충족시키지 않는 경우에, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수를, 제1 시상수로 설정하는 것을 판정한다.
즉, 전환 판정부(213a)는, 입력된 측위 품질이 「불량」이거나, 또는, 입력된 작업 기계(100)의 주행 상태가 주행 중인 경우에, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수를, 후술하는 제2 시상수보다도 작은 제1 시상수로 설정하는 것을 판정한다. 제1 시상수는, 예를 들어 제로여도 된다. 이 경우, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 평활화 처리의 처리 강도가 제로로 되어, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)에 입력된 GNSS 정보는, 그대로 출력되게 된다. 또한, 제1 시상수는, 제로보다 큰 값이어도 된다.
또한, 전환 판정부(213a)는, 전술한 평활화 조건을 충족시키고 나서, GNSS 정보의 갱신 주기에 상당하는 시간이 경과한 경우에, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수를 제2 시상수로 전환하는 것을 판정한다. 제2 시상수의 값은, 전술한 제1 시상수의 값보다도 크다. 제2 시상수의 값은, 예를 들어 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 컷오프 주파수를 낮게 하여, 측위 연산부(215) 또는 GNSS 수신기(167)에 있어서 산출되는 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보의 미소 변동을 평활화하는 것이 가능한 값으로 설정된다.
시상수 선택부(213b)는, 전환 판정부(213a)의 판정 결과에 따라서, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 평활화 처리에 사용되는 제1 시상수 또는 제2 시상수를 선택한다.
작업 기계(100)의 정지 상태에 있어서의 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보의 미소 변동은, 예를 들어 수㎝ 정도이지만, 실제로는 GNSS 안테나(165, 166)는 고정되어 있는 상황이다. 그 때문에, 작업 기계(100)의 정지 상태에 있어서의 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보의 미소 변동은, 예를 들어 수㎜ 정도로 억제하는 것이 바람직하다.
제2 시상수의 구체적인 설계에 있어서는, 예를 들어 후술하는 도 14의 그래프 (d)에 나타내는 바와 같은 위치 정보의 미소 변동이 발생하는 실험 데이터를 취득한다. 그리고, 이 실험 데이터에 대해, 후술하는 도 14의 그래프 (e)에 나타내는 바와 같은, 미소 변동을 충분히 억제 가능한 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 제2 시상수를 시뮬레이션에 의해 구한다. 예를 들어, 일반적인 유압 셔블이면, 제2 시상수를 수십초 정도로 함으로써, 바람직한 결과를 실현할 수 있다.
한편, 제2 시상수보다도 작은 제1 시상수는, 측위 연산부(215) 또는 GNSS 수신기(167)가 산출한 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보를, 거의 지연없이 제공할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 전술한 바와 같이, 제1 시상수를 제로로 설정해도 된다. 단, 위치 정보의 순간적인 변동이나 이상치(아웃라이어)의 영향을 억제하기 위해, 제1 시상수를, 예를 들어 0.1초 내지 1초 정도의 범위로 설계하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 평활화 처리부(213)는, 위치 정보를 포함하는 GNSS 정보에 대하여, 측위 품질 판정부(211)로부터 입력되는 측위 품질과, 주행 상태 판정부(212)로부터 입력되는 주행 상태에 따른 처리 강도로, 평활화 처리를 실시한다. 평활화 처리부(213)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 평활화 처리가 실시된 위치 정보를 포함하는 GNSS 정보를, 위치 자세 연산부(214)로 출력한다.
위치 자세 연산부(214)에는, 평활화 처리부(213)에 의해 평활화 처리가 실시된 위치 정보를 포함하는 GNSS 정보와, IMU(161 내지 164)로부터 출력된 프론트 장치(110) 및 상부 선회체(120)의 자세가 입력된다. 위치 자세 연산부(214)는, 입력된 평활화 처리가 실시된 GNSS 정보와, 프론트 장치(110) 및 상부 선회체(120)의 자세에 기초하여, 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 위치와 자세를 산출한다.
위치 자세 연산부(214)에 의한 상기 연산은, 예를 들어 작업 기계(100)의 기구에 기초하는 좌표 변환을 행함으로써, 실행할 수 있다. 상태 연산부(210)는, 예를 들어 위치 자세 연산부(214)에 의해 산출된 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 위치와 자세를, 도 2에 도시한 바와 같이, 시공 목표 연산부(220), 구동 제어부(230), 및 가이던스 제어부(240)로 출력한다.
시공 목표 연산부(220)에는, 상태 연산부(210)로부터 출력된 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 위치와 자세가 입력된다. 또한, 시공 목표 연산부(220)는, 기억 장치(170)로부터 시공 정보를 취득한다. 시공 목표 연산부(220)는, 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 위치 및 자세와, 시공 정보에 기초하여, 예를 들어 시공 대상의 목표 형상을 정의하는 시공 목표면 등의 시공 목표를 산출한다. 시공 목표 연산부(220)는, 산출한 시공 목표를, 예를 들어 구동 제어부(230)와 가이던스 제어부(240)로 출력한다.
구동 제어부(230)에는, 상태 연산부(210)로부터 출력된 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 위치 및 자세와, 시공 목표 연산부(220)로부터 출력된 시공 목표가 입력된다. 구동 제어부(230)는, 입력된 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 위치 및 자세와, 시공 목표에 기초하여, 유압 시스템(140)을 제어한다. 보다 구체적으로는, 구동 제어부(230)는, 입력된 정보에 기초하여, 프론트 장치(110)의 동작을 연산하고, 그 동작을 실현하도록, 유압 시스템(140)을 제어한다.
즉, 구동 제어부(230)는, 예를 들어 버킷(113)의 선단과 시공 목표면의 거리가 소정의 거리 이하로 되지 않도록, 붐 실린더(141), 암 실린더(142), 및 버킷 실린더(143)의 동작을 제한한다. 또한, 구동 제어부(230)는, 예를 들어 버킷(113)의 선단이 시공 목표면을 따라서 이동하도록, 붐 실린더(141), 암 실린더(142), 및 버킷 실린더(143)의 동작을 제어한다.
이와 같이, 구동 제어부(230)는, 작업 기계(100)의 머신 컨트롤 시스템의 일부를 구성하고 있다. 또한, 후술하는 가이던스 제어부(240) 및 가이던스 장치(180)에 의해 오퍼레이터에게 경고를 발하는 경우에는, 구동 제어부(230)도 유압 시스템(140)의 머신 컨트롤 기능을 정지하는 것이 바람직하다.
가이던스 제어부(240)에는, 상태 연산부(210)로부터 출력된 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 위치 및 자세와, 시공 목표 연산부(220)로부터 출력된 시공 목표가 입력된다. 가이던스 제어부(240)는, 입력된 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 위치 및 자세와, 시공 목표에 기초하여, 가이던스 장치(180)에 포함되는 표시 장치, 표시 램프, 스피커, 버저 중 적어도 하나를 제어한다.
본 실시 형태에 있어서, 가이던스 제어부(240)는, 오퍼레이터에 대한 조작 지원의 지시 내용을 산출하여 가이던스 장치(180)에 포함되는 액정 표시 장치나 유기 EL 표시 장치 등의 표시 장치에 표시시킨다. 보다 구체적으로는, 가이던스 제어부(240)는, 예를 들어 붐(111), 암(112), 버킷(113) 등의 피구동 부재를 갖는 프론트 장치(110)의 위치 및 자세, 시공 목표면, 버킷(113)의 선단 위치와 각도를, 표시 장치에 표시시킨다. 이와 같이, 가이던스 제어부(240)는, 오퍼레이터의 조작을 지원하는 머신 가이던스 시스템의 일부를 구성하고 있다.
또한, 가이던스 제어부(240)는, 예를 들어 GNSS 단말기(165 내지 167)에 의한 측위 결과에 이상이 발생한 경우나, IMU(161 내지 164)에 의한 각도 검출 정밀도가 저하된 경우에, 가이던스 장치(180)에 포함되는 표시 장치에 경고를 표시시킨다. 이에 의해, 가이던스 제어부(240)는, 가이던스 장치(180)를 통해, 작업 기계(100)의 오퍼레이터에게 머신 가이던스 기능의 중단을 통지할 수 있다.
또한, 가이던스 제어부(240)는, 가이던스 장치(180)가 스피커나 버저를 포함하는 경우, 스피커나 버저에 의해 음성이나 경고음을 발생시켜, 오퍼레이터에 대하여 작업 가이던스나 주의 환기를 행할 수 있다. 또한, 가이던스 장치(180)는, 예를 들어 터치 패널이나 키보드 등의 입력 장치를 구비해도 되고, 태블릿 단말기 등의 휴대 정보 단말기를 포함해도 된다. 본 실시 형태의 가이던스 제어부(240)는, 예를 들어 가이던스 장치(180)에 포함되는 태블릿 단말기의 표시 화면에 조작 지원의 지시 내용이나 경고를 표시시켜, 태블릿 단말기의 터치 패널로부터 오퍼레이터의 입력을 접수한다.
본 실시 형태에 있어서, 머신 가이던스 시스템은, 예를 들어 시공 목표 연산부(220)와, 가이던스 제어부(240)를 포함한다. 또한, 머신 컨트롤 시스템은, 예를 들어 시공 목표 연산부(220)와, 구동 제어부(230)를 포함한다.
이하, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)의 작용에 대하여, 상기 종래의 위치 계측 장치와의 대비를 행하면서 설명한다.
머신 가이던스 시스템에 있어서는, 버킷(113)의 선단(클로 끝)의 위치가 시공 목표면을 따라서 동작하도록 오퍼레이터에게 각종 정보를 제시한다. 그 때문에, 작업 기계(100)의 위치뿐만 아니라, 프론트 장치(110)의 자세 정보가 중요해진다. 따라서, 붐(111), 암(112), 및 버킷(113)에는, 각각, 붐 IMU(161), 암 IMU(162), 버킷 IMU(163)가 설치되어 있다.
시공 현장에 있어서의 작업 기계(100)의 좌표를 이용하여 머신 가이던스나 머신 컨트롤에 의한 작업 지원을 행하는 3차원(3D) 정보화 시공 대응의 전자 제어 장치(200)는, GNSS 단말기(165 내지 167)를 사용하여 작업 기계(100)의 좌표를 취득한다. 그리고, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 취득한 좌표를 기점으로 하여, 붐 풋 핀이나 선회 중심 접지면 등의 작업 기계(100)의 특정점을 산출한다. 또한, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 산출한 특정점에 대하여, IMU(161 내지 164)나 각도 센서의 검출 결과에 기초하여 산출한 프론트 장치(110)의 자세를 고려함으로써, 3차원 공간에 있어서의 버킷(113)의 클로 끝 위치 등을 연산한다.
일반적으로, 작업 기계(100)의 오퍼레이터가 머신 가이던스나 머신 컨트롤을 이용하는 것은, 시공 중인 지형(현황 지형)이 시공 목표면에 근접한 상태에서 행해지는 마무리 작업인 경우가 많다. 이 마무리 작업에서는, 시공 목표면과 현황 지형을 고정밀도로 일치시킬 필요가 있다. 그 때문에, 마무리 작업에서는, 작업 기계(100)를 선회 또는 주행시키지 않고, 프론트 장치(110)만을 동작시켜, 버킷(113)의 클로 끝의 궤도를 안정시키는 것이 일반적이다. 즉, 마무리 작업 시에는, 통상, 작업 기계(100)의 위치 및 방위는 변화되지 않는다.
작업 기계(100)의 프론트 장치(110)는, 금속제의 부품에 의해 구성되어 있기 때문에, GNSS의 위성 신호가 작업 기계(100)에 의해 반사 또는 차폐되는 경우가 있다. 또한, 작업 기계(100)에 의한 굴삭 작업에서는, 프론트 장치(110)가 상하 이동을 반복하기 때문에, 위성 신호의 반사 또는 차폐가 반복하여 발생할 수 있다. 이와 같은 상황에서는, GNSS 안테나(165, 166)가 위성 신호를 수신 가능한 위성수는 변화되지만, 복수의 위성 신호를 GNSS 안테나(165, 166)에 의해 수신함으로써, 측위 상태가 RTK-Fix로 유지되어, 측위 연산을 계속하는 것이 가능하다. 그러나, 위성 신호를 수신 가능한 위성수나 위성의 배치가 변화됨으로써, 측위 연산의 결과는 변동될 수 있다. 그 때문에, 실제로는 GNSS 안테나(165, 166)의 위치가 변동되어 있지 않더라도, 프론트 장치(110)의 동작에 따라서, 측위 연산의 결과인 GNSS 안테나(165, 166)의 위치가, 예를 들어 수㎝ 정도, 변동되는 경우가 있다.
이와 같은 상황이 전술한 마무리 작업에 있어서 발생하면, 프론트 장치(110)의 동작에 따라서, 머신 가이던스 시스템에 의해 제공되는 작업 기계(100)의 위치가 변동되게 된다. 그렇게 되면, 오퍼레이터나 머신 컨트롤 시스템은, 작업 기계(100)의 위치에 기초하여 버킷(113)의 클로 끝 위치를 제어하기 때문에, 버킷(113)에 의해 형성되는 현황 지형에 작업 기계(100)의 위치 변동이 반영되어, 현황 지형이 파형과 같은 상태로 될 우려가 있다.
상기 종래의 위치 계측 시스템은, 전술한 바와 같이, 작업 기계의 동작 상태를 판정하는 판정 수단과, 이 판정 수단의 검출 결과에 따라서 위치 자세 연산 수단에서 연산되는 작업 기계의 위치와 자세의 연산값을 평활 처리하는 평활 처리 수단을 구비한다. 이 평활 처리 수단은, 예를 들어 시간축 상에서 저역 통과 필터링 처리를 행하는 필터 처리 연산 수단이다.
이와 같은 구성에 의해, 상기 종래의 위치 계측 시스템은, 작업 기계의 3차원 공간에서의 위치와 자세 및 당해 작업 기계에 설정된 모니터 포인트의 절대 위치를 연산할 때, 작업 기계의 차체가 정지한 상태에 있을 때는 표시의 흔들림을 저감할 수 있다. 그리고, 작업 기계의 차체가 정지한 상태에 있지 않을 때는 표시의 추종성의 저하를 억제할 수 있다.
그러나, 이 종래의 위치 계측 시스템은, 복수의 3차원 위치 계측 장치의 통신 환경이 악화되면, 전술한 바와 같이, 위치 자세 연산 수단의 연산 결과에 오차가 발생한다. 그 후, 통신 환경이 개선되어 연산 결과의 오차가 해소된 경우, 상기 평활 처리 수단의 연산값인 작업 기계의 위치와 자세의 오차가 해소될 때까지, 비교적 긴 시간을 필요로 한다. 이하, 도 13 및 도 14를 참조하여, 이 종래의 위치 계측 시스템의 과제를 설명한다.
도 13은 상기 종래의 위치 계측 시스템을 탑재한 작업 기계의 (a) 주행 조작의 유무, (b) 위치 계측 시스템의 측위 품질, (c) 저역 통과 필터 처리의 처리 강도, (d) 측위 연산의 연산 결과, 및, (e) 저역 통과 필터 처리에 의한 제공 위치의 시간적 변화를 나타내는 그래프이다. 도 14는, 도 13에 도시한 (d) 측위 연산의 연산 결과, 및, (e) 저역 통과 필터 처리에 의한 제공 위치의 시각 t1까지의 확대도이다. 또한, 도 13, 도 14의 (d), (e)의 그래프에 나타내는 위치는, 간단화를 위해, 1차원의 위치로서 나타내고 있다.
도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 시각 t1까지는 작업 기계의 주행 조작은 「없음」으로 되어 있다. 그 때문에, 종래의 위치 계측 시스템에 있어서, 도 13의 (c)에 도시한 저역 통과 필터 처리의 처리 강도는, 시각 t1까지는, 컷오프 주파수가 낮은 것을 나타내는 「강」으로 되어 있다. 이에 의해, 도 14의 (e)에 도시한 저역 통과 필터 처리 후의 제공 위치에서는, 도 14의 (d)에 도시한 GNSS 안테나(165, 166)의 참의 위치에 대한 측위 연산 결과의 미소한 변동을 억제할 수 있다.
시각 t1부터 시각 t2 동안, 도 13의 (a)에 도시한 작업 기계의 주행 조작은, 「있음」으로 되어 있다. 이 동안, 종래의 위치 계측 시스템에 있어서, 도 13의 (c)에 도시한 저역 통과 필터 처리의 처리 강도는, 컷오프 주파수가 높은 것을 나타내는 「약」으로 되어 있다. 그 때문에, 도 13의 (e)에 도시한 저역 통과 필터 처리 후의 제공 위치는, 도 13의 (d)에 도시한 측위 연산 결과에 의한 위치에 지체없이 추종하여 변화된다.
시각 t2부터 시각 t3 동안은, GNSS 단말기의 측위 상태가 RTK-Fix로부터 단독 측위나 디퍼렌셜 측위 등의 RTK-Fix 이외의 상태로 변화되어, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 측위 품질이 양호로부터 불량으로 악화되어 있다. 그렇게 되면, 도 13의 (d)에 도시한 바와 같이, GNSS 단말기가 수신한 위성 신호에 기초하여 산출되는 위치의 연산 결과는, GNSS 안테나의 참의 위치로부터의 괴리가 증가되어 간다. 그 결과, 도 13의 (e)에 도시한 종래의 위치 계측 시스템에 의한 저역 통과 필터 처리 후의 제공 위치도 마찬가지로, GNSS 안테나의 참의 위치로부터의 괴리가 증가되어 간다.
시각 t3으로부터 시각 t4 동안은, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 측위 품질이 「불량」의 상태가 계속되고 있다. 또한, 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 작업 기계의 주행 조작이 「있음」으로부터 「없음」으로 변화되어 있다. 그 결과, 도 13의 (c)에 도시한 저역 통과 필터 처리의 처리 강도는, 컷오프 주파수가 낮은 것을 나타내는 「강」으로 변화되어 있다. 그러나, 이 동안, 도 13의 (b)에 도시한 측위 품질이 「불량」인 상태가 계속되고 있기 때문에, 도 13의 (d)에 도시한 위치의 연산 결과도, 도 13의 (e)에 도시한 제공 위치도, GNSS 안테나의 참의 위치로부터 괴리되어 있다.
시각 t4 이후는, GNSS 단말기의 측위 상태가 RTK-Fix로 되돌아가, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 측위 품질이 「양호」로 변화되어 있다. 이에 의해, 도 13의 (d)에 도시한 측위 연산 결과에 의한 위치는, GNSS 안테나의 참의 위치로 즉시 복귀한다. 그러나, 이 동안, 종래의 위치 계측 시스템에 있어서, 도 13의 (c)에 도시한 저역 통과 필터 처리의 처리 강도는 「강」으로 되어 있다. 그 때문에, 도 13의 (e)에 도시한 저역 통과 필터 처리 후의 제공 위치는, 도 13의 (d)에 도시한 측위 연산 결과에 의한 위치에 대해, 지연되어 GNSS 안테나의 참의 위치로 복귀한다.
이와 같이, 상기 종래의 위치 계측 시스템은, 도 13의 (e)에 도시한 바와 같이, 저역 통과 필터 처리 후의 제공 위치가 GNSS 안테나의 참의 위치로 복귀하는 시각 t4부터 시각 t5까지의 동안, 참의 위치에 대한 오차가 큰 위치 정보를 계속해서 제공하게 된다. 그 때문에, 상기 종래의 위치 계측 시스템은, 시각 t4부터 시각 t5까지의 동안, 머신 가이던스 시스템으로서 충분한 기능을 제공할 수 없다고 하는 과제가 있다.
이에 반해, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 전술한 바와 같은 상황에 있어서, 평활화 처리부(213)로부터 출력되는 위치가 지연되는 것을, 상기 종래의 위치 계측 시스템보다도 감소시킬 수 있다. 이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)의 작용을 설명한다.
도 6은 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 의한 처리의 흐름의 일 예를 나타내는 흐름도이다. 전자 제어 장치(200)는, 도 6에 도시한 처리를 개시하면, 먼저, 초기 설정 처리 P1을 실행한다. 이 초기 설정 처리 P1에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 평활화 처리부(213)의 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 초기 시상수를 설정한다.
이 초기 설정 처리 P1은, 후술하는 처리 강도를 전환하는 처리 P6, P10이 실행되기 전에 이용되는 처리 강도를 설정하기 위한 처리이며, 후술하는 처리 강도를 전환하는 처리 P6, P10의 실행 후에는, 생략할 수 있다. 이 초기 설정 처리 P1에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 초기 시상수를, 평활화 처리의 처리 강도가 약이 되는 제1 시상수로 설정한다. 그 후, 전자 제어 장치(200)는, 데이터를 취득하는 처리 P2를 실행한다.
이 처리 P2에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 GNSS 단말기(165 내지 167) 및 IMU(161 내지 164)로부터 출력된 위치, 자세, 속도 등의 검출 결과를, 상태 연산부(210)에 의해 취득한다. 다음으로, 전자 제어 장치(200)는, 취득한 속도 정보와 상기한 식 (1a)를 사용하여, 예를 들어 주행 상태 판정부(212)에 의해, 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 합성 속도 vaug를 산출하는 처리 P3을 실행한다. 다음으로, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 주행 상태 판정부(212)에 의해, 작업 기계(100)의 정지 상태를 판정하는 처리 P4를 실행한다.
도 7은 본 실시 형태의 작업 기계(100)의 (a) 주행 조작의 유무, (b) GNSS 단말기(165 내지 167)의 측위 품질, 작업 기계(100)의 (c) 속도 및 (d) 정지 판정, (e) 전환 판정부(213a)의 전환 판정, 그리고 (f) 평활화 처리의 처리 강도의 시간적 변화의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 8은 본 실시 형태의 작업 기계(100)의 (a) 위성 신호에 기초하는 위치의 연산 결과와, (b) 평활화 처리부(213)에 의한 처리 결과의 시간적 변화의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 6에 도시한 작업 기계(100)의 정지 상태를 판정하는 처리 P4에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 주행 상태 판정부(212)에 의해, 전의 처리 P3에서 산출한 합성 속도 vaug가, 상기한 소정의 속도 역치 vth 이상인지 여부를 판정한다. 도 7에 도시한 예에서는, (a)에 도시한 바와 같이, 시각 t1에 있어서 주행 조작이 실시되어, (c)에 도시한 바와 같이 작업 기계(100)의 합성 속도 vaug가 상승하지만, 시각 t1a까지의 동안은 속도 vaug가 속도 역치 vth보다도 낮게 되어 있다.
이 경우, 이 처리 P4에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 시각 t1a까지의 동안, 예를 들어 주행 상태 판정부(212)에 의해, 속도 vaug가 속도 역치 vth 미만인, 즉 속도 vaug가 속도 역치 vth 이상이 아니다("아니오")라고 판정한다. 또한, 속도 역치 vth는, 예를 들어 전술한 바와 같이, 작업 기계(100)의 진동에 의해 검출되는 미소한 속도보다도 높은 0.1[㎞/h] 정도의 값으로 설정되어 있다. 그 때문에, 시각 t1과 시각 t1a의 차는, 실제로는 아주 작다. 그 후, 전자 제어 장치(200)는, 측위 품질을 판정하는 처리 P5를 실행한다.
이 처리 P5에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 상태 연산부(210)의 측위 품질 판정부(211)에 의해, RTK-Fix 또는 그 이외의 상태를 포함하는 측위 상태에 기초하여, 측위 품질의 양부를 판정한다. 도 7에 도시한 예에서는, (b)의 그래프에 나타내는 바와 같이, 시각 t1a까지의 동안은 측위 품질이 「양호」이기 때문에, 측위 품질 판정부(211)는, 이 처리 P5에 있어서, 측위 품질은 「양호」이다("예")라고 판정한다. 그 후, 전자 제어 장치(200)는, 처리 강도를 전환하는 처리 P6을 실행한다.
이 처리 P6에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 상태 연산부(210)의 평활화 처리부(213)에 의해, 평활화 처리의 처리 강도를 전환한다. 보다 구체적으로는, 도 7에 도시한 시각 t1a까지의 동안은, 이 처리 P6에 있어서, 전환 판정부(213a)에는, (b)에 나타내는 측위 품질로서 「양호」가 입력되고, (c)에 도시한 정지 상태가 「참」인 판정 결과가 주행 상태로서 입력된다.
그렇게 되면, 전환 판정부(213a)는, 측위 품질이 양호이며, 또한, 작업 기계(100)의 주행 상태가 정지 상태인, 평활화 조건을 충족하고 있는 것을 판정한다. 또한, 전환 판정부(213a)는, GNSS 정보의 갱신 주기에 상당하는 시간이 경과하였는지 여부를 판정하지만, 여기에서는, 이 조건을 충족하고 있는 것으로 한다.
그렇게 되면, 전환 판정부(213a)는, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수를, 평활화 처리의 처리 강도를 「강」으로 하기 위한 제2 시상수로 전환하는 판정을 한다. 그 결과, 시상수 선택부(213b)는, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수로서, 제2 시상수를 선택한다. 이에 의해, 시각 t1a까지의 동안은, 도 7의 (f)에 도시한 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 평활화 처리의 처리 강도가 「강」으로 되어 있다.
다음으로, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 평활화 처리부(213)에 의해, 평활화 처리 P7을 실행한다. 이 처리 P7에 있어서, 평활화 처리부(213)는, 예를 들어 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)로부터, GNSS 수신기(167) 또는 측위 연산부(215)로부터 입력되는 GNSS 정보에 대해, 시상수 선택부(213b)가 선택한 제2 시상수에 대응하는 처리 강도가 「강」인 평활화 처리를 실시한다.
이에 의해, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 전술한 종래의 위치 계측 시스템과 마찬가지로, 도 14의 (d)에 도시한 바와 같은 위성 신호에 기초하는 위치의 연산 결과에 대해, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)에 의해, 처리 강도가 「강」인 평활화 처리를 실시할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 주행 상태가 정차 상태일 때는, 도 14의 (e)에 도시한 전술한 종래의 위치 계측 시스템에 의한 제공 위치와 마찬가지로, 평활화 처리부(213)에 의한 평활화 처리의 처리 결과인 위치의 변동을 억제할 수 있다.
그 후, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 상태 연산부(210)에 의해, 작업 기계(100)의 위치 및 자세를 연산하는 처리 P8을 실행한다. 이 처리 P8에 있어서, 상태 연산부(210)는, 예를 들어 위치 자세 연산부(214)에 의해, 평활화 처리가 실시된 GNSS 정보와, 프론트 장치(110) 및 상부 선회체(120)의 자세에 기초하여, 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 위치와 자세를 산출한다.
그 후, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 가이던스 제어부(240)에 의해, 가이던스 장치(180)를 제어하여, 작업 기계(100)의 오퍼레이터에게 가이던스를 행하는 처리 P9를 실행한다. 이 처리 P9에 있어서, 가이던스 제어부(240)는, 예를 들어 가이던스 장치(180)에 포함되는 표시 장치를 제어하여, 작업 기계(100)의 위치 및 자세를 표시 장치에 표시한다.
도 9a 내지 도 9d는, 가이던스 장치(180)에 포함되는 표시 장치(181)의 화면에 표시되는 화상의 일 예를 도시하는 화상도이다. 이들 각 도면에서는, 일 예로서 작업 기계(100)의 화상을 이차원의 측면도로 표시하고 있지만, 작업 기계(100)의 표시 방법은 특별히 한정되지는 않는다. 각 도면에 있어서, 작업 기계(100)의 화상 G1은, 프론트 장치(110)의 자세를 포함하는 작업 기계(100)의 자세를 시각적으로 나타내는 화상 G1이다.
또한, 도 9a에 있어서, 작업 기계(100)의 전방에 파선으로 나타내어져 있는 경사면의 화상 G2는, 시공 목표면을 시각적으로 나타내는 화상 G2이다. 좌측 상단의 직사각형의 프레임 내에 표시된 수치의 화상 G3은, 예를 들어 작업 기계(100)의 버킷(113)의 클로 끝과, 시공 목표면의 거리를 나타내는 화상 G3이다. 시공 목표면과의 거리는, 예를 들어 버킷(113)의 클로 끝이 시공 목표면보다도 상방에 있는 경우에는 양의 수치가 되고, 버킷(113)의 클로 끝이 시공 목표면 상에 있는 경우에는 제로로 되고, 버킷(113)의 클로 끝이 시공 목표면보다도 하방에 있는 굴삭 과잉의 경우에는 음의 값이 된다.
그 후, 전자 제어 장치(200)는, 도 6에 도시한 처리 P9를 종료시키고, 도 6에 도시한 처리 플로를 소정의 주기로 반복한다. 그 후, 시각 t1a를 경과하면, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 작업 기계(100)의 속도가 소정의 속도 역치 vth 이상으로 되어 있다. 그렇게 되면, 전자 제어 장치(200)는, 전술한 작업 기계(100)의 정지 상태를 판정하는 처리 P4에 있어서, 주행 상태 판정부(212)에 의해, 속도 vaug가 속도 역치 vth 이상이다("예")라고 판정한다. 그 후, 전자 제어 장치(200)는, 평활화 처리의 강도를 변경하는 처리 P10을 실행한다.
이 처리 P10에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 상태 연산부(210)의 평활화 처리부(213)에 의해, 평활화 처리의 처리 강도를 전환한다. 보다 구체적으로는, 도 7에 도시한 시각 t1a부터 시각 t2까지의 동안은, 이 처리 P10에 있어서, 전환 판정부(213a)에는, (b)에 도시한 측위 품질로서 「양호」가 입력되고, 주행 상태로서 (d)에 도시한 정지 상태가 「거짓」인 판정이 입력된다. 그렇게 되면, 전환 판정부(213a)는, 측위 품질이 양호이며, 또한, 작업 기계(100)의 주행 상태가 정지 상태인, 평활화 조건을 충족하고 있지 않은 것을 판정한다.
또한, 도 7에 도시한 시각 t2부터 시각 t3a까지의 동안은, 이 처리 P10에 있어서, 전환 판정부(213a)에는, (b)에 도시한 측위 품질로서 「불량」이 입력되고, (d)에 도시한 정지 상태가 「거짓」인 판정 결과가 주행 상태로서 입력된다. 그렇게 되면, 전환 판정부(213a)는, 측위 품질이 양호이며 또한 작업 기계(100)의 주행 상태가 정지 상태인, 평활화 조건을 충족하고 있지 않은 것을 판정한다.
이와 같이, 전환 판정부(213a)는, (d)에 도시한 정지 상태가 「거짓」인 경우, 즉 작업 기계(100)의 주행 상태가 주행 중인 경우에는, 측위 품질의 양부에 관계없이, 평활화 조건을 충족하고 있지 않은 것을 판정한다. 그렇게 되면, 전환 판정부(213a)는, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수를, 평활화 처리의 처리 강도를 「약」으로 하기 위한 제1 시상수로 전환하는 판정을 한다.
그 결과, 시상수 선택부(213b)는, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수로서, 제1 시상수를 선택한다. 이에 의해, 시각 t1a부터 시각 t3a까지의 동안은, 도 7의 (f)에 도시한 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 평활화 처리의 처리 강도가 「약」으로 되어 있다.
다음으로, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 상술한 평활화 처리 P7을 실행한다. 이 처리 P7에 있어서, 평활화 처리부(213)는, 예를 들어 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)로부터, GNSS 수신기(167) 또는 측위 연산부(215)로부터 입력되는 GNSS 정보에 대해, 시상수 선택부(213b)가 선택한 제1 시상수에 대응하는 처리 강도가 「약」인 평활화 처리를 실시한다. 그 후, 전자 제어 장치(200)는, 전술한 처리 P8 및 처리 P9를 실행하여, 도 6에 도시한 처리 플로를 종료한다.
이에 의해, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 작업 기계(100)의 주행 중에는, 위성 신호에 기초하는 위치의 연산 결과에 대한 평활화 처리부(213)의 평활화 처리를, 정지 또는 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 의하면, 작업 기계(100)의 주행 중에는, GNSS의 위성 신호에 기초하는 작업 기계(100)의 위치의 연산 결과를, 평활화 처리부(213)를 통해, 구동 제어부(230) 및 가이던스 제어부(240)에, 지연없이 출력하는 것이 가능해진다.
또한, 도 7에 도시한 시각 t2 이후에서는, (b)에 도시한 측위 품질이 「불량」으로 되어 있다. 그 때문에, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 시각 t2 이후에는, 실선으로 나타내는 GNSS의 위성 신호에 기초하여 산출되는 위치의 연산 결과와, 이점쇄선으로 나타내는 GNSS 안테나(165, 166)의 참의 위치의 괴리가 증가되어 있다. 여기에서는, 평활화 처리부(213)에 의한 평활화 처리의 처리 강도는, 약으로 되어 있다. 그 때문에, 도 8의 (b)에 점선으로 나타내는 평활화 처리의 처리 결과인 위치는, 거의 지연없이, 도 8의 (a)에 도시한 위치의 연산 결과에 추종하고 있다.
또한, 시각 t3에 있어서, 도 7의 (a)에 도시한 주행 조작이 정지되면, 도 8의 (a) 및 (b)에 실선 및 점선으로 나타내는 위치의 연산 결과 및 평활화 처리의 처리 결과와, 이점쇄선으로 나타내는 GNSS 안테나(165, 166)의 참의 위치의 괴리의 증가가 억제된다. 또한, 시각 t3에 있어서, 도 7의 (a)에 도시한 주행 조작이 정지되면, 도 7의 (c)에 도시한 작업 기계(100)의 합성 속도 vaug가 저하되어 간다. 그리고, 시각 t3a 이후에서는, (c)에 도시한 작업 기계(100)의 합성 속도 vaug가, 속도 역치 vth보다도 낮게 되어 있다.
이 경우, 전술한 처리 P4에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 주행 상태 판정부(212)에 의해, 속도 vaug가 속도 역치 vth 미만인, 즉 속도 vaug가 속도 역치 vth 이상이 아니다("아니오")라고 판정한다. 그 결과, 도 7의 (d)에 도시한 바와 같이, 시각 t3a 이후에서는, 주행 상태 판정부(212)에 의한 정지 상태의 판정 결과가 「참」으로 되어 있다. 그 후, 전자 제어 장치(200)는, 전술한 측위 품질을 판정하는 처리 P5를 실행한다.
시각 t3a부터 시각 t4까지의 동안은, 전술한 바와 같이, 도 7의 (b)에 도시한 측위 품질이 「불량」이다. 그 때문에, 측위 품질 판정부(211)는, 이 처리 P5에 있어서, 측위 품질이 「양호」가 아니다("아니오")라고 판정한다. 그렇게 되면, 전자 제어 장치(200)는, 전술한 처리 P3과 마찬가지로, 다시, 작업 기계(100)의 3차원 공간에 있어서의 합성 속도 vaug를 산출하는 처리 P11을 실행한다. 이 처리 P11은, 예를 들어 상술한 처리 P3 후에 작업 기계(100)의 주행 상태가 변화되어 있을 가능성이 있는 경우에, 작업 기계(100)의 최신의 주행 상태를 확인하기 위해 실행된다.
그 후, 전자 제어 장치(200)는, 전술한 처리 P4와 마찬가지로, 다시, 주행 상태 판정부(212)에 의해, 작업 기계(100)의 정지 상태를 판정하는 처리 P12를 실행한다. 이 처리 P12에 있어서, 작업 기계(100)가 주행하고 있어, 작업 기계(100)의 속도 vaug가 소정의 속도 역치 vth 이상인 경우, 주행 상태 판정부(212)는, 속도 vaug가 소정의 속도 역치 vth 이상이다("예")라고 판정한다. 이 경우, 전자 제어 장치(200)는, 전술한 처리 P10을 실행하여 평활화 처리부(213)의 처리 강도를 약으로 전환한다.
그 후, 전자 제어 장치(200)는, 전술한 평활화 처리 P7, 위치 자세 연산 처리 P8, 및 가이던스 처리 P9를 실행한다. 이 경우의 가이던스 처리 P9에서는, 전술한 처리 P5에 있어서, 측위 품질이 「불량」이라고 판정되어 있기 때문에, 예를 들어 도 9b에 도시한 바와 같이, 표시 장치(181)의 표시 화면에 GNSS에 의한 위치의 검출 정밀도가 저하되어 있는 것을 나타내는 화상 G4를 표시한다.
그렇게 되면, 도 7에 도시한 예에서는, 시각 t3a부터 시각 t4까지의 동안은, (c)에 도시한 작업 기계(100)의 속도 vaug가, 속도 역치 vth 미만인 상태이다. 따라서, 전술한 처리 P12에 있어서, 주행 상태 판정부(212)는, 속도 vaug가 소정의 속도 역치 vth 이상이 아니다("아니오")라고 판정한다. 이 경우, 전자 제어 장치(200)는, 또한 전술한 처리 P5와 마찬가지의 측위 품질을 판정하는 처리 P13을 실행한다.
시각 t3a부터 시각 t4까지의 동안은, 도 7의 (b)에 도시한 측위 품질이 「불량」으로 되어 있다. 그 때문에, 이 처리 P13에 있어서, 측위 품질 판정부(211)는, 측위 품질이 「양호」가 아니다("아니오")라고 판정한다. 이 경우, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 평활화 처리부(213)의 전환 판정부(213a)에 의해, 경과 시간을 계측하는 처리 P16과, GNSS 정보의 갱신 주기에 상당하는 시간이 경과하였는지 여부를 판정하는 처리 P17을 실행한다. 전자 제어 장치(200)는, 갱신 주기가 경과하였으면, 평활화 처리부(213)의 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수를, 전술한 초기 설정 처리 P1에서 설정한 시상수로 유지하여, 전술한 처리 P7부터 P9까지를 실행하고, 도 6에 도시한 처리를 종료한다.
그 후, 시각 t4에 있어서, 도 7의 (b)에 도시한 측위 품질이 「불량」으로부터 「양호」로 변화되면, 전자 제어 장치(200)는, 전술한 처리 P13에 있어서, 측위 품질 판정부(211)에 의해, 측위 품질이 「양호」이다("예")라고 판정한다. 그렇게 되면, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 평활화 처리부(213)의 전환 판정부(213a)에 의해, 측위 품질이 「불량」으로부터 「양호」로 변화되고 나서의 경과 시간을 계측하는 처리 P14를 개시한다.
다음으로, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 평활화 처리부(213)의 전환 판정부(213a)에 의해, GNSS 정보의 갱신 주기에 상당하는 시간이 경과하였는지 여부를 판정하는 처리 P15를 실행한다. 이 처리 P15에 있어서, 전환 판정부(213a)는, 갱신 주기가 경과하지 않았다("아니오")라고 판정하면, 전의 처리 P14로 되돌아가, 경과 시간의 계측을 계속한다.
이 시각 t4부터 시각 t4a까지의 동안, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 가이던스 제어부(240)에 의해 가이던스 장치(180)의 표시 장치(181)를 제어하여, 작업 기계(100)의 오퍼레이터에게 가이던스를 행해도 된다. 보다 구체적으로는, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 도 9c에 도시한 바와 같이, 표시 장치(181)의 표시 화면에 GNSS의 위치 정보가 복귀 중인 것을 나타내는 화상 G5를 표시시켜도 된다.
이에 의해, 전자 제어 장치(200)는, 작업 기계(100)의 오퍼레이터에 대해, GNSS는 정확한 위치 정보를 제공 가능하지만, 머신 가이던스 시스템은 정확한 위치 정보를 제공하지 못하고 있는 것을 통지할 수 있다. 또한, 표시 장치(181)의 표시 화면에 있어서의 화상 G5의 표시 위치는, 도 9b에 도시한 화상 G4의 표시 위치와 동일해도 된다.
또한, GNSS의 측위 품질이 양호로 된 시각 t4부터, GNSS의 갱신 주기에 상당하는 시간이 경과하는 시각 t4a까지의 동안은, 평활화 처리부(213)에 있어서의 평활화 처리의 처리 강도가 약으로 유지되어 있다. 그 때문에, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 평활화 처리부(213)에 의한 평활화 처리 후의 위치는, 거의 지연없이 신속하게, 도 8의 (a)에 도시한 GNSS의 위성 신호에 기초하는 위치의 연산 결과에 추종한다.
그 후, 시각 t4a에 있어서 전술한 갱신 주기가 경과하면, 전술한 처리 P15에 있어서, 전환 판정부(213a)는 갱신 주기가 경과하였다("예")라고 판정한다. 그렇게 되면, 전자 제어 장치(200)는, 전술한 처리 강도를 전환하는 처리 P6을 실행한다. 이 처리 P6에 있어서, 전환 판정부(213a)는, 도 7의 (e)에 도시한 바와 같이, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수를, 평활화 처리의 처리 강도를 「강」으로 하기 위한 제2 시상수로 전환하는 판정을 한다.
그 결과, 시상수 선택부(213b)는, 시각 t4a에 있어서, 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 시상수로서, 제2 시상수를 선택한다. 이에 의해, 시각 t4a 이후에는, 도 7의 (f)에 도시한 가변 시상수 저역 통과 필터(213c)의 평활화 처리의 처리 강도가 「강」으로 되어 있다. 이와 같이, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 측위 품질이 양호이며, 또한, 주행 상태가 정지 상태인 평활화 조건을 충족시키고 나서, GNSS 정보의 갱신 주기에 상당하는 시간이 경과한 경우에, 평활화 처리의 처리 강도를 강으로 전환한다.
또한, 시각 t4부터 시각 t4a까지의 시간 Δt는, 전술한 바와 같이, GNSS 정보의 갱신 주기와 동등하거나, 또는, 그 갱신 주기보다도 길어지도록 설정된다. 이 시간 Δt는, 단시간으로 설정할수록, 머신 가이던스 시스템에 의해 정확한 위치 정보가 제공 가능해질 때까지 시간을 단축할 수 있다.
시각 t4a에 있어서, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 가이던스 제어부(240)에 의해 가이던스 장치(180)의 표시 장치(181)를 제어하여, 작업 기계(100)의 오퍼레이터에게 가이던스를 행해도 된다. 보다 구체적으로는, 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 도 9d에 도시한 바와 같이, 표시 장치(181)의 표시 화면에 GNSS의 정확한 위치 정보가 제공 가능하고, 처리 굴삭이 가능한 것을 나타내는 화상 G6을 표시시켜도 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 작업 기계(100)에 탑재되며, 측위 품질 판정부(211)와, 주행 상태 판정부(212)와, 평활화 처리부(213)를 구비하고 있다. 측위 품질 판정부(211)는, 작업 기계(100)에 탑재된 GNSS 안테나(165, 166)가 수신하는 위성 신호로부터 산출되어, 소정의 갱신 주기로 출력되는 위치 정보 및 측위 상태를 포함하는 GNSS 정보에 기초하여, 측위 품질의 양부를 판정한다. 주행 상태 판정부(212)는, 작업 기계(100)에 탑재된 속도 검출 장치를 사용하여 검출되는 속도 정보에 기초하여 작업 기계(100)의 정지 상태를 포함하는 주행 상태를 판정한다. 평활화 처리부(213)는, GNSS 정보에 대하여 측위 품질 및 주행 상태에 따른 처리 강도로 평활화 처리를 실시한다. 평활화 처리부(213)는, 측위 품질의 판정 결과가 양호, 또한, 주행 상태 판정부(212)에 의한 주행 상태의 판정 결과가 정지 상태인 평활화 조건을 충족시키는 경우에는, 제1 강도(강)로 GNSS 정보에 대하여 평활화 처리를 행한다. 또한, 평활화 처리부(213)는, 평활화 조건을 충족시키지 않는 경우에는, 제1 강도보다도 처리 강도가 낮은 제2 강도(약)로 GNSS 정보에 대하여 평활화 처리를 행한다. 평활화 처리부(213)는, 평활화 조건을 충족시키지 않는 상태로부터 평활화 조건을 충족시키는 상태로 이행한 경우에는, 평활화 조건을 충족시킨 시점으로부터 소정 시간(갱신 주기에 상당하는 시간) 경과 후에 처리 강도를 제2 강도(약)로부터 제1 강도(강)로 전환한다.
이와 같은 구성에 의해, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, GNSS 정보에 기초하여 산출되는 작업 기계(100)의 위치가, GNSS의 통신 환경의 변화에 의해 변동되는 것을 억제하고, 그 통신 환경의 개선 후의 위치 오차를 종래보다도 단시간에 해소할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, 측위 품질이 양호이며 또한 주행 상태가 정지 상태인 평활화 조건을 충족시키는 상태가 계속되고 있는 경우, 평활화 처리부(213)의 평활화 강도는 「강」으로 되어 있다. 이에 의해, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 전술한 종래의 위치 계측 시스템과 마찬가지로, 도 14의 (d)에 도시한 위성 신호에 기초하는 위치의 연산 결과의 변동을, 도 14의 (e)에 도시한 종래의 위치 계측 시스템에 의한 제공 위치와 마찬가지로, 평활화 처리부(213)에 의한 평활화 처리를 실시함으로써, 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, 평활화 처리부(213)는, 측위 품질이 양호이며 또한 주행 상태가 정지 상태인 평활화 조건을 충족시키지 않는 경우에, 평활화 처리의 처리 강도를 약으로 전환한다. 이에 의해, 작업 기계(100)의 주행 중에는, 평활화 처리부(213)에 의한 평활화 처리에 의한 지연이 최소한으로 되어, 작업 기계(100)의 위치 및 방위를 포함하는 GNSS 정보를 신속하게 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, 평활화 처리부(213)는, 측위 품질이 양호이며 또한 주행 상태가 정지 상태인 평활화 조건을 충족시키고 나서, GNSS 정보의 갱신 주기에 상당하는 시간이 경과한 경우에, 처리 강도를 강으로 전환한다. 이에 의해, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 평활화 처리부(213)의 처리 결과인 위치는, 거의 지연없이 신속하게, 도 8의 (a)에 도시한 GNSS의 위성 신호에 기초하는 위치의 연산 결과에 추종한다.
한편, 상기 종래의 위치 계측 시스템은, 도 13의 (b)에 도시한 측위 품질이 「양호」로 변화된 시점에서, 도 13의 (c)에 도시한 저역 통과 필터 처리의 처리 강도는 「강」으로 되어 있다. 그 때문에, 도 13의 (e)에 도시한 저역 통과 필터 처리 후의 제공 위치는, 도 13의 (d)에 도시한 측위 연산 결과에 의한 위치에 대해, 지연되어 GNSS 안테나의 참의 위치로 복귀한다.
즉, 종래의 위치 계측 시스템에서는, 도 13의 (d)에 도시한 바와 같이, 위성 신호에 기초하는 위치의 연산 결과와, GNSS 안테나의 참의 위치의 괴리가 해소되고 나서, 도 13의 (e)에 도시한 제공 위치와 참의 위치의 괴리가 해소될 때까지, 시각 t4부터 시각 t5까지의 비교적 긴 시간을 요한다.
이에 반해, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에서는, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 위성 신호에 기초하는 위치의 연산 결과와, GNSS 안테나(165, 166)의 참의 위치의 괴리가 시각 t4에서 해소되고 나서, 시각 t4a까지의 매우 단시간에, 도 8의 (b)에 도시한 처리 결과와 참의 위치의 괴리가 해소된다. 또한, 작업 기계(100)의 위치뿐만 아니라, 작업 기계(100)의 방위에 대해서도 마찬가지이다.
그 결과, 예를 들어 시각 t4와 시각 t4a 사이의 시간 Δt를, GNSS 정보의 갱신 주기의 2배로 한 경우에, 상기 종래의 위치 검출 시스템과 비교하여, 정확한 위치를 제공하는 것이 가능해질 때까지의 시간을, 약 20초 정도, 단축할 수 있다. 또한, 평활화 처리부(213)가 평활화 조건을 충족시키고 나서 처리 강도를 강으로 전환할 때까지의 시간 Δt는, 종래의 위치 계측 시스템의 제공 위치와 참의 위치의 괴리가 해소될 때까지의 시간인 시각 t4부터 시각 t5까지의 시간보다도 짧은 시간으로 설정할 필요가 있다.
또한, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 평활화 처리가 실시된 위치 정보에 기초하여 작업 기계(100)의 위치를 산출하는 위치 자세 연산부(214)를 더 구비하고 있다. 이에 의해, 위치 자세 연산부(214)에 의해 산출되는 작업 기계(100)의 위치가, GNSS의 통신 환경의 변화에 의해 변동되는 것을 억제할 수 있다. 또한, GNSS의 통신 환경의 개선 후에 위치 자세 연산부(214)에 의해 산출되는 위치의 오차를, 종래보다도 단시간에 해소하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, GNSS 정보는, GNSS 단말기(165 내지 167)의 복수의 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보에 기초하여 산출되는 방위 정보를 포함한다. 그리고, 위치 자세 연산부(214)는, 평활화 처리가 실시된 방위 정보에 기초하여 작업 기계(100)의 방위를 산출한다. 이에 의해, 위치 자세 연산부(214)에 의해 산출되는 작업 기계(100)의 방위가, GNSS의 통신 환경의 변화에 의해 변동되는 것을 억제할 수 있다. 또한, GNSS의 통신 환경의 개선 후에 위치 자세 연산부(214)에 의해 산출되는 방위의 오차를, 종래보다도 단시간에 해소하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, GNSS 정보는, 위치 정보의 단위 시간당의 변화량에 기초하는 GNSS 속도 정보를 포함한다. 또한, 속도 검출 장치는, 위성 신호로부터 위치 정보 및 속도 정보를 산출하는 측위 연산부(215) 또는 GNSS 수신기(167)의 측위 연산부를 포함하고 있다. 이에 의해, GNSS 정보에 포함되는 GNSS 속도 정보를, 주행 상태 판정부(212)에 의한 주행 상태의 판정에 사용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, GNSS 단말기(165 내지 167)는, 위성 신호로부터 GNSS 정보를 산출하여 소정의 갱신 주기로 출력하는 측위 연산부를 구비해도 된다. 이 구성에 의해, 전자 제어 장치(200)는, 위성 신호로부터 GNSS 정보를 산출하는 측위 연산부(215)를 생략하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 위성 신호로부터 GNSS 정보를 산출하여 소정의 갱신 주기로 출력하는 측위 연산부(215)를 더 구비해도 된다. 이 구성에 의해, GNSS 단말기(165 내지 167)의 GNSS 수신기(167)가 측위 연산부를 갖지 않는 경우라도, 전자 제어 장치(200)의 측위 연산부(215)에 의해 위성 신호로부터 GNSS 정보를 산출하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 작업 기계(100)의 오퍼레이터에 대한 가이던스를 행하는 가이던스 장치(180)를 제어하는 가이던스 제어부(240)를 더 구비하고 있다. 또한, 가이던스 제어부(240)는, 평활화 조건을 충족시키고 나서 갱신 주기에 상당하는 시간이 경과할 때까지는 작업에 적합하지 않은 상태인 것을 가이던스 장치(180)에 통지시키고, 상기 시간의 경과 후에 작업에 적합한 상태인 것을 가이던스 장치(180)에 통지시킨다.
이와 같은 구성에 의해, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 예를 들어 도 9c 및 도 9d에 도시한 바와 같이, 작업 기계(100)의 오퍼레이터에 대하여, 작업 기계(100)가 작업에 적합한 상태인지 여부를, 시각 또는 청각을 통해 직감적으로 통지하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, GNSS 정보에 기초하여 산출되는 작업 기계(100)의 위치가, GNSS의 통신 환경의 변화에 의해 변동되는 것을 억제하고, 그 통신 환경의 개선 후의 위치 오차를 종래보다도 단시간에 해소하는 것이 가능한 전자 제어 장치(200)를 제공할 수 있다.
(실시 형태 2)
이하, 도 1 및 도 2를 원용하고, 도 10을 참조하여, 본 개시에 관한 전자 제어 장치의 실시 형태 2를 설명한다. 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 상태 연산부(210)의 구성이, 전술한 실시 형태 1의 전자 제어 장치(200)와 다르게 되어 있다. 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)의 그 밖의 구성은, 전술한 실시 형태 1의 전자 제어 장치(200)와 마찬가지이므로, 마찬가지의 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 10은 도 2의 전자 제어 장치(200)의 상태 연산부(210)의 일 예를 도시하는 블록도이다. 전술한 실시 형태 1의 전자 제어 장치(200)에 있어서, 도 3에 도시한 상태 연산부(210)의 주행 상태 판정부(212)는, GNSS 단말기(165 내지 167)로부터 출력되는 속도 정보가 입력되고, 그 속도 정보에 기초하여 작업 기계(100)의 정지 상태를 판정하고 있다.
이에 반해, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에서는, 도 10에 도시한 상태 연산부(210)의 주행 상태 판정부(212)는, 차체 IMU(164)로부터 출력된 작업 기계(100)의 가속도 정보가 입력된다. 주행 상태 판정부(212)는, 예를 들어 입력된 작업 기계(100)의 가속도를 적분함으로써, 작업 기계(100)의 속도를 취득한다. 즉, 본 실시 형태에 있어서, 작업 기계(100)에 탑재된 속도 검출 장치는, 차체 IMU(164)를 포함한다.
이와 같이, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, 속도 검출 장치는, 작업 기계(100)에 탑재된 관성 계측 장치인 차체 IMU(164)를 포함한다. 이 구성에 의해, 차체 IMU(164)에 의해 작업 기계(100)의 속도를 검출하는 것이 가능해진다. 일반적으로, GNSS 단말기(165 내지 167)의 갱신 주기는, 예를 들어 1초 내지 0.1초 정도이다. 이에 반해, IMU(161 내지 164)의 갱신 주기는, 예를 들어 0.01초 정도이다.
따라서, 속도 검출 장치로서 GNSS 단말기(165 내지 167)를 이용하는 경우보다도, 속도 검출 장치로서 차체 IMU(164)를 이용하는 경우쪽이, 작업 기계(100)의 정지 상태와 주행 중인 상태를 보다 신속하게 또한 단시간에 검지할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 도 7에 도시한 시각 t1과 시각 t1a의 차를 보다 작게 할 수 있다. 또한, GNSS 단말기(165 내지 167)에 의한 위치의 검출 정밀도가 저하된 경우라도, 작업 기계(100)의 속도를 정확하게 검출할 수 있다.
(실시 형태 3)
이하, 도 1 및 도 2를 원용하고, 도 11을 참조하여, 본 개시에 관한 전자 제어 장치의 실시 형태 3을 설명한다. 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 상태 연산부(210)의 구성이, 전술한 실시 형태 1의 전자 제어 장치(200)와 다르게 되어 있다. 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)의 그 밖의 구성은, 전술한 실시 형태 1의 전자 제어 장치(200)와 마찬가지이므로, 마찬가지의 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 11은 도 2의 전자 제어 장치(200)의 상태 연산부(210)의 일 예를 도시하는 블록도이다. 전술한 실시 형태 1의 전자 제어 장치(200)에 있어서, 도 3 또는 도 4에 도시한 상태 연산부(210)의 평활화 처리부(213)는, GNSS 단말기(165 내지 167) 또는 측위 연산부(215)로부터 출력된 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보 및 방위 정보를 포함하는 GNSS 정보에 대하여 평활화 처리를 행하고 있다. 이에 반해, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, 도 11에 도시한 상태 연산부(210)는, 통합 연산부(216)를 더 구비하고 있다.
통합 연산부(216)는, 작업 기계(100)에 탑재된 관성 계측 장치인 차체 IMU(164)가 검출하는 가속도 및 각속도에 기초하여, 상기 GNSS 정보에 포함되는 위치 정보를 보완 또는 보정한 보정 GNSS 정보를 출력한다. 또한, 통합 연산부(216)는, 관성 계측 장치인 차체 IMU(164)가 검출하는 가속도 및 각속도에 기초하여, 상기 GNSS 정보에 포함되는 방위 정보를 보완 또는 보정한 보정 GNSS 정보를 출력한다.
이와 같이, 통합 연산부(216)에는, GNSS 수신기(167) 또는 측위 연산부(215)에서 산출된 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보 및 방위 정보를 포함하는 GNSS 정보가 입력된다. 그리고, 통합 연산부(216)는, 그 GNSS 정보와, 차체 IMU(164)로부터 입력된 가속도 및 각속도를 이용한 센서 퓨전을 실시함으로써, GNSS 정보를 보완 및 보정한 보정 GNSS 정보를 출력한다.
이 센서 퓨전에 의해, 보다 갱신 주기가 짧은 차체 IMU(164)의 검출값을 사용하여 작업 기계(100)의 위치 및 방위의 연산을 행하여, 보다 갱신 주기가 긴 GNSS 정보에 포함되는 위치 정보 및 방위 정보를 보완 및 보정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 이하의 식 (2a) 내지 식 (2d)로 표시되는 칼만 필터를 사용하여, 위치 정보 및 방위 정보를 보완 및 보정할 수 있다.
칼만 필터는 상태량 xk의 추정값 zk |k를 각 시각의 관측값 yk에 기초하여 추정하는 방법이다. 여기서, 상태량은 위치나 방위 등에 상당한다. 또한, Pzz k |k는 각 시각의 추정값의 분산·공분산 행렬이며, Kk는 칼만 게인이다. 또한, uk는 시각 k의 제어 입력이다. 또한, 상기 식 (2c)의 Qk는 프로세스 잡음이며, Rk는 관측 잡음의 분산이다. 또한, 상기 식 (2c)의 윗첨자 문자 T는, 행렬의 전치를 나타내는 기호이다.
이하의 식 (3a) 및 식 (3b)를 사용하여 위치 정보의 보완 및 보정에 칼만 필터를 적용하는 방법의 일 예를 설명한다.
상기 식 (3a)는, 위치 p와 속도 v를 상태량 x로 한 운동 방정식이다. 상기 식 (3a)는, 위치 p가 속도 v의 적분값이며, 속도 v가 가속도 a의 적분값인 것을 나타내고 있다. 가속도 a는 차체 IMU(164)에서 취득한 값이며, 제어 입력 u로서 취급된다. 또한, wk는 프로세스 잡음이며, 차체 IMU(164)에서 취득한 가속도의 변동을 표현하기 위해 이용된다. 이 값의 분산이 상기 식 (2c)의 Qk에 상당한다.
상기 식 (3b)는 관측 방정식이며, GNSS 수신기(167) 또는 측위 연산부(215)가 산출한 위치 정보를 관측값 y로서 취급한다. 즉, 위치 p만이 관측 가능한 것으로 한다. 여기서, vp k는 관측 잡음이며, 이 값의 분산이 상기 식 (2d)의 Rk로 된다. 상기 식 (3a) 및 (3b)에 기초하여, 식 (2a) 내지 (2d)의 칼만 필터를 적용함으로써, GNSS 수신기(167) 또는 측위 연산부(215)가 산출한 위치 및 방위를 보간 및 보정할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 통합 연산부(216)를 더 구비하고 있다. 통합 연산부(216)는, 작업 기계(100)에 탑재된 관성 계측 장치인 차체 IMU(164)가 검출하는 가속도 및 각속도에 기초하여, GNSS 수신기(167) 또는 측위 연산부(215)로부터 입력되는 위치 정보를 보완 또는 보정한 보정 GNSS 정보를 출력한다. 평활화 처리부(213)는, 통합 연산부(216)로부터 출력된 보정 GNSS 정보에 평활화 처리를 실시한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, GNSS 수신기(167) 또는 측위 연산부(215)가 출력하는 GNSS 정보는, GNSS 단말기(165 내지 167)의 복수의 GNSS 안테나(165, 166)의 위치 정보에 기초하여 산출되는 방위 정보를 포함한다. 또한, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, 통합 연산부(216)는, 관성 계측 장치인 차체 IMU(164)가 검출하는 가속도 및 각속도에 기초하여 방위 정보를 보완 또는 보정한 보정 GNSS 정보를 출력한다.
이와 같은 구성으로부터, 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 의하면, 전술한 실시 형태 1의 전자 제어 장치(200)와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있을 뿐만 아니라, GNSS 수신기(167) 또는 측위 연산부(215)가 산출한 위치 및 방위를 보간 및 보정할 수 있다.
(실시 형태 4)
이하, 도 1, 도 2, 도 7 및 도 9d를 원용하고, 도 12를 참조하여, 본 개시에 관한 전자 제어 장치의 실시 형태 4를 설명한다. 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)는, 상태 연산부(210)의 구성이, 전술한 실시 형태 1의 전자 제어 장치(200)와 다르게 되어 있다. 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)의 그 밖의 구성은, 전술한 실시 형태 1의 전자 제어 장치(200)와 마찬가지이므로, 마찬가지의 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 12는 도 2의 전자 제어 장치(200)의 상태 연산부(210)의 일 예를 도시하는 블록도이다. 본 실시 형태의 전자 제어 장치(200)에 있어서, 상태 연산부(210)는, 도 4에 도시한 실시 형태 1의 상태 연산부(210)의 각 구성에 더하여, 가이던스 판단부(217)를 더 구비하고 있다. 가이던스 판단부(217)에는, 평활화 처리부(213)로부터 평활화 처리의 처리 강도의 전환 정보가 입력된다.
보다 구체적으로는, 평활화 처리부(213)는, 예를 들어 도 7의 (e)에 도시한 평활화 처리의 시상수의 전환 판정 혹은 도 7의 (f)에 도시한 평활화 처리의 처리 강도, 또는 이들의 플래그 정보를, 가이던스 판단부(217)에 출력한다. 가이던스 판단부(217)는, 평활화 처리부(213)로부터 입력된 정보가, 평활화 처리의 강도가 「강」인 것을 나타내는 정보인 경우, 가이던스 제어부(240)에 대하여, 평활화 처리의 강도가 「강」인 것을 나타내는 정보 또는 플래그를 출력한다.
가이던스 제어부(240)에는, 가이던스 판단부(217)로부터 평활화 처리의 강도가 「강」인 것을 나타내는 정보 또는 플래그가 입력된다. 그렇게 되면, 가이던스 제어부(240)는, 도 9d에 도시한 바와 같이, 표시 장치(181)의 표시부에 GNSS의 측위 정밀도가 양호한 것, 또는 처리 작업에 적합한 상태인 것을 표시하고, 오퍼레이터에게 마무리 작업의 실행을 권장한다.
즉, 평활화 처리의 강도가 「강」인 것과, GNSS에 의한 정확한 위치 정보를 제공할 수 있는 것은 등가이기 때문에, 평활화 처리의 강도를 「강」으로 전환하는 것과 동시에, 작업 기계(100)의 오퍼레이터에게 정확한 위치 정보를 제공할 수 있는 것을 통지한다. 이에 의해, 오퍼레이터의 작업성을 향상시킬 수 있다.
이상, 도면을 사용하여 본 개시에 관한 전자 제어 장치의 실시 형태를 상세하게 설명하였지만, 구체적인 구성은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서의 설계 변경 등이 있어도, 그것들은 본 개시에 포함되는 것이다.
100: 작업 기계
161: 붐 IMU
162: 암 IMU
163: 버킷 IMU
164: 차체 IMU(164)(관성 계측 장치, 속도 검출 장치)
165: GNSS 안테나(GNSS 단말기)
166: GNSS 안테나(GNSS 단말기)
167: GNSS 수신기(GNSS 단말기, 속도 검출 장치, 측위 연산부)
180: 가이던스 장치
200: 전자 제어 장치
211: 측위 품질 판정부
212: 주행 상태 판정부
213: 평활화 처리부
214: 위치 자세 연산부
215: 측위 연산부(속도 검출 장치)
216: 통합 연산부
240: 가이던스 제어부

Claims (9)

  1. 작업 기계에 탑재되는 전자 제어 장치이며,
    상기 작업 기계에 탑재된 GNSS 안테나가 수신하는 위성 신호로부터 산출되는 위치 정보 및 측위 상태를 포함하는 GNSS 정보에 기초하여, 측위 품질의 양부를 판정하는 측위 품질 판정부와,
    속도 검출 장치를 사용하여 검출되는 속도 정보에 기초하여 상기 작업 기계의 주행 상태를 판정하는 주행 상태 판정부와,
    상기 측위 품질 판정부에 의한 상기 측위 품질의 판정 결과가 양호, 또한, 상기 주행 상태 판정부에 의한 상기 주행 상태의 판정 결과가 정지 상태인 평활화 조건을 충족시키는 경우에는 제1 강도로 상기 GNSS 정보에 대하여 평활화 처리를 행하고, 상기 평활화 조건을 충족시키지 않는 경우에는 상기 제1 강도보다도 처리 강도가 낮은 제2 강도로 상기 GNSS 정보에 대하여 평활화 처리를 행하는 평활화 처리부를 구비하고,
    상기 평활화 처리부는, 상기 평활화 조건을 충족시키지 않는 상태로부터 상기 평활화 조건을 충족시키는 상태로 이행한 경우에는, 상기 평활화 조건을 충족시킨 시점으로부터 소정의 시간 경과 후에 처리 강도를 상기 제2 강도로부터 상기 제1 강도로 전환하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평활화 처리가 실시된 상기 위치 정보에 기초하여 상기 작업 기계의 위치를 산출하는 위치 자세 연산부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 GNSS 정보는, 상기 GNSS 안테나의 상기 위치 정보에 기초하여 산출되는 방위 정보를 포함하고,
    상기 위치 자세 연산부는, 상기 평활화 처리가 실시된 상기 방위 정보에 기초하여 상기 작업 기계의 방위를 산출하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 GNSS 정보는, 상기 위치 정보의 단위 시간당의 변화량에 기초하는 GNSS 속도 정보를 포함하고,
    상기 속도 검출 장치는, 상기 위성 신호로부터 상기 위치 정보 및 상기 GNSS 속도 정보를 산출하는 측위 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 속도 검출 장치는, 상기 작업 기계에 탑재된 관성 계측 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치는, 상기 작업 기계에 탑재된 관성 계측 장치가 검출하는 가속도 및 각속도에 기초하여 상기 위치 정보를 보완 또는 보정한 보정 GNSS 정보를 출력하는 통합 연산부를 더 구비하고,
    상기 평활화 처리부는, 상기 통합 연산부로부터 출력된 상기 보정 GNSS 정보에 상기 평활화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 GNSS 정보는, 상기 GNSS 안테나의 상기 위치 정보에 기초하여 산출되는 방위 정보를 포함하고,
    상기 통합 연산부는, 상기 관성 계측 장치가 검출하는 가속도 및 각속도에 기초하여 상기 방위 정보를 보완 또는 보정한 보정 GNSS 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위성 신호로부터 상기 GNSS 정보를 산출하여 출력하는 측위 연산부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 작업 기계의 오퍼레이터에 대한 가이던스를 행하는 가이던스 장치를 제어하는 가이던스 제어부를 더 구비하고,
    상기 가이던스 제어부는, 상기 평활화 조건을 충족하고 나서 소정 시간이 경과할 때까지는 작업에 적합하지 않은 상태인 것을 상기 가이던스 장치에 통지시키고, 상기 소정 시간의 경과 후에 작업에 적합한 상태인 것을 상기 가이던스 장치에 통지시키는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전자 제어 장치.
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