JP2001159518A - Tool position measuring device of construction machine, yaw angle detecting device, work machine automatic control device and calibration device - Google Patents

Tool position measuring device of construction machine, yaw angle detecting device, work machine automatic control device and calibration device

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JP2001159518A
JP2001159518A JP34130199A JP34130199A JP2001159518A JP 2001159518 A JP2001159518 A JP 2001159518A JP 34130199 A JP34130199 A JP 34130199A JP 34130199 A JP34130199 A JP 34130199A JP 2001159518 A JP2001159518 A JP 2001159518A
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JP
Japan
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vehicle body
tool
work machine
turning
measuring device
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Japanese (ja)
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Masahito Kageyama
雅人 影山
Masayuki Mori
眞幸 森
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the position and the direction of a tool on the head of a work machine without turning a car body. SOLUTION: This tool position measuring device of a construction machine measuring the position and the direction of the tool 8, based on signals from plural sensors 26, 27, 28 for detecting attitude of the work machine 5 and signals from three-dimensional position measuring devices 48, 49 installed on the work machine 5. The device is equipped with a turning detecting means for detecting whether the car body 2 turns or not, and a positioning controller 40 for measuring the three-dimensional positions of three or more plural points on a moving plane of the work machine, when the car body 2 does not turn and only the work machine 5 is driven, to thereby determine the moving plane of the work machine 5 based thereon, and by determining the three-dimensional positions of a base point C1 of a link mechanism 6, 7 of the work machine 5, based on attitude data of the work machine 5 on the points of time corresponding to each three-dimensional position, to thereby calculate the position and the direction of the tool 8.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械のツール
位置計測装置、ヨー角検出装置、作業機自動制御装置及
び校正装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tool position measuring device for a construction machine, a yaw angle detecting device, a work machine automatic control device, and a calibration device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年におけるＧＰＳを初めとする位置計
測装置の高性能化と低価格化による普及は著しい。建設
機械の土木作業に、このような３次元位置計測装置を用
いて効率化を図る技術には、例えば、特許登録第２５２
３００５号公報がある。これには、３次元位置検出装置
を備えた建設機械において、現在の地形データと目標の
地形データとを記憶し、その偏差に基づいて建設機械を
制御する技術と、現在の建設機械の位置、バケットの位
置データによって現在の地形データを更新する技術とが
示されている。2. Description of the Related Art In recent years, GPS and other position measuring devices have been widely used due to their high performance and low cost. Techniques for improving efficiency using such a three-dimensional position measuring device for civil engineering work on construction machines include, for example, Patent Registration No. 252
No. 3005 is known. For this, in a construction machine equipped with a three-dimensional position detection device, a technique for storing current terrain data and target terrain data and controlling the construction machine based on the deviation, a current construction machine position, A technique for updating current terrain data with bucket position data is disclosed.

【０００３】ブルドーザなどでは、特開平７−１８０１
０７号公報に見られるように、現在のブレードの位置を
求め、ブレードの高さを３次元目標地形にあわせて制御
する方法がある。例えば、ブレードの２ヶ所にＧＰＳア
ンテナを取り付けることによって、ブレードの位置及び
方向が判定することができる。この場合、単にその位置
の高さに合うようにブレードの高さを倣い制御すればよ
い。A bulldozer and the like are disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No.
As disclosed in JP-A-07-07, there is a method of obtaining the current blade position and controlling the blade height in accordance with the three-dimensional target terrain. For example, by attaching GPS antennas at two locations on the blade, the position and direction of the blade can be determined. In this case, the height of the blade may be simply controlled so as to match the height of the position.

【０００４】油圧ショベルの場合は、作業機を保持する
機構がより複雑なため、バケットなどのツールの位置の
計測は容易ではない。図８（ａ）は、特表平９−５００
７００号公報に記載された例である。油圧ショベル７１
ａは、車体７２ａと、車体７２ａの前部に設けられリン
ク機構によりバケット７８ａを駆動する作業機７５ａ
と、車体７２ａの下方に旋回自在に設けられた下部走行
体７３ａとを有している。ＧＰＳアンテナ７９ａを、車
体７２ａの旋回中心軸から離れた車体７２ａの上面後部
に設置し、車体７２ａが旋回するときに得られる旋回弧
上の複数の位置座標から旋回中心軸の位置及び方向を求
め、作業機７５ａのリンク機構に設けられたセンサから
の信号を加味して、バケット７８ａの位置を計算する方
法が開示されている。In the case of a hydraulic shovel, the position of a tool such as a bucket is not easily measured because a mechanism for holding a work machine is more complicated. FIG. 8A is a table 9-500.
This is an example described in Japanese Patent Publication No. 700. Hydraulic excavator 71
a includes a vehicle body 72a and a work implement 75a provided at a front portion of the vehicle body 72a and driving a bucket 78a by a link mechanism.
And a lower traveling body 73a rotatably provided below the vehicle body 72a. The GPS antenna 79a is installed at the rear of the upper surface of the vehicle body 72a away from the turning center axis of the vehicle body 72a, and the position and direction of the turning center axis are obtained from a plurality of position coordinates on the turning arc obtained when the vehicle body 72a turns. Discloses a method of calculating the position of the bucket 78a in consideration of a signal from a sensor provided in a link mechanism of the work machine 75a.

【０００５】ＧＰＳは、衛星からの電波を受信して位置
を計測しているので、障害物を回避するため、受信用の
アンテナは高い所にある方がよい。また、精度が要求さ
れる計測点はバケットの位置であり、受信用のアンテナ
はバケットに近い点が望ましい。この点を改良したもの
として、図８（ｂ）に示す米国特許第５，４０４，６６
１号がある。これは、油圧ショベル７１ｂの作業機７５
ｂのアーム７７ｂにＧＰＳアンテナ７９ｂを設け、車体
７２ｂが旋回するときに得られる旋回弧上の複数の位置
座標から旋回中心軸の位置及び方向を求め、作業機７５
ｂのリンク機構に設けられたセンサからの信号を加味し
て、バケット７８ｂの位置を求める装置である。[0005] Since the GPS measures the position by receiving radio waves from satellites, it is preferable that the receiving antenna be located at a high place in order to avoid obstacles. Also, the measurement point where accuracy is required is the position of the bucket, and the receiving antenna is desirably located near the bucket. As an improvement on this point, US Pat. No. 5,404,66 shown in FIG.
There is one. This is the working machine 75 of the excavator 71b.
b, a GPS antenna 79b is provided on the arm 77b, and the position and direction of the turning center axis are obtained from a plurality of position coordinates on a turning arc obtained when the vehicle body 72b turns, and the work machine 75
This is a device that determines the position of the bucket 78b in consideration of a signal from a sensor provided in the link mechanism b.

【０００６】上記方法によって、車体の位置及び方向が
得られ、バケットの位置を計測することが出来る。According to the above method, the position and direction of the vehicle body can be obtained, and the position of the bucket can be measured.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特表平
９−５００７００号、米国特許第５，４０４，６６１号
とも、車体７２ａ，７２ｂの旋回によって得られる複数
の点を利用するので、位置を計測するために必ず車体を
旋回する必要がある。油圧ショベルの作業は、移動後に
必ずしも車体を旋回させるとは限らない。However, in both Japanese Patent Publication No. 9-500700 and U.S. Pat. No. 5,404,661, a plurality of points obtained by turning the vehicle bodies 72a and 72b are used, so that the position is measured. It is necessary to turn the vehicle body in order to do so. The operation of the hydraulic excavator does not always turn the vehicle body after moving.

【０００８】例えば、上下水道、ガスなどの管工事の場
合、油圧ショベルは掘削する溝をまたぐような形で配置
され、ある位置から可能な掘削が終わると、溝に沿って
移動し、掘削を再開する。このとき、移動のあと車体を
旋回する必要はなく、直ちに掘削に取りかかれる。油圧
ショベルは、掘削のバランスを取るため、車体の後部に
カウンタウエイトを取りつけてあり、中型機以上の機種
では、このカウンタウエイトが車両幅より大きくなるの
が普通である。このカウンタウエイトは油圧ショベルの
オペレータの後方にあるため、車両移動後の通常作業で
は不必要な車体の旋回動作により、カウンタウエイト部
を作業現場の電柱や側壁等に衝突させてしまう虞があ
る。For example, in the case of pipe work for water supply and sewerage, gas, etc., a hydraulic excavator is arranged so as to straddle a trench to be excavated, and when excavation from a certain position is completed, the excavator moves along the trench and performs excavation. To resume. At this time, it is not necessary to turn the vehicle body after the movement, and the digging is immediately started. In order to balance excavation, a hydraulic excavator has a counterweight attached to a rear portion of a vehicle body. In the case of a medium-sized machine or more, the counterweight is usually larger than a vehicle width. Since the counterweight is located behind the operator of the hydraulic excavator, there is a possibility that the counterweight portion may collide with a utility pole, a side wall, or the like at the work site due to unnecessary turning operation of the vehicle body during normal work after the vehicle moves.

【０００９】さらに、米国特許第５，４０４，６６１号
では、車両の位置を計測するのに車体の旋回による円弧
状の点を必要とするため、位置計測のためには、作業機
を固定したまま車体を旋回する必要がある。油圧ショベ
ルが、車体を旋回させる一般的な作業として積み込み作
業がある。（掘削→旋回→積み込み→旋回）を繰り返す
作業であるが、一般的にはこの時、作業機と旋回とを同
時に駆動させ、サイクルタイムの短縮を図る。つまり、
地面を掘削するため低い位置にあるバケットを掘削終了
後トラックの荷台の高さまで持ち上げながら、同時に車
体を旋回させる。バケットを持ち上げた後、車体を旋回
させると、サイクルタイムの短縮が図れず生産性が下が
るため通常は用いられない。Further, in US Pat. No. 5,404,661, an arc-shaped point due to the turning of the vehicle body is required to measure the position of the vehicle, so that the work machine is fixed for position measurement. It is necessary to turn the body as it is. There is a loading operation as a general operation of turning a vehicle body by a hydraulic excavator. (Excavation → turn → load → turn) is repeated. Generally, at this time, the work machine and the turn are driven simultaneously to shorten the cycle time. That is,
After the excavation is completed, the vehicle body is turned while simultaneously lifting the bucket at a low position to excavate the ground to the height of the truck bed. When the vehicle body is turned after the bucket is lifted, the cycle time cannot be shortened and productivity is reduced, so that it is not usually used.

【００１０】これらの問題を解決するため、２つのＧＰ
Ｓアンテナを車体に取り付ける方法も考案されている
が、構成が複雑になるうえ費用的面で欠点が生ずる。In order to solve these problems, two GPs
Although a method of attaching the S antenna to the vehicle body has been devised, the configuration becomes complicated and disadvantages occur in terms of cost.

【００１１】また、このような油圧ショベルの位置計測
装置には、各作業機に取り付けた角度センサ（検出方法
によっては傾斜センサや位置センサでもよい）の精度
と、リンク機構の回転中心間の距離の精度とが重要とな
る。さらには、工場においてセンサ類を指定した場所に
指定精度で取り付けるだけではなく、このような位置計
測装置は必要に応じて取り外し、他の機械に取り付ける
場合もある。(油圧ショベルは汎用機械であり、測量を
必要とする精密な作業も、単に土山を移動するだけの作
業も実施する。)Further, in such a position measuring device of a hydraulic shovel, the accuracy of an angle sensor (or a tilt sensor or a position sensor depending on a detection method) attached to each work machine and the distance between the rotation centers of the link mechanism are known. Accuracy is important. Further, in addition to mounting the sensors at a specified location in a factory with a specified accuracy, such a position measuring device may be removed as necessary and mounted on another machine. (Hydraulic excavators are general-purpose machines, and perform both precise work that requires surveying and work that involves simply moving the soil.)

【００１２】このように、位置計測装置を他の機械に取
り付ける際、位置計測の精度に大きく影響するセンサの
取り付け精度の確保は容易ではない。また、センサの直
線性などの精度の良いものはコスト面で問題となる。As described above, when the position measuring device is mounted on another machine, it is not easy to secure the mounting accuracy of the sensor, which greatly affects the accuracy of the position measurement. In addition, a sensor with high accuracy such as linearity of a sensor poses a problem in terms of cost.

【００１３】本発明は、上記の課題の少なくとも１つを
解決する建設機械のツール位置計測装置またはヨー角検
出装置または作業機自動制御装置または校正装置を提供
することを目的としている。An object of the present invention is to provide a tool position measuring device, a yaw angle detecting device, a work implement automatic control device, or a calibration device of a construction machine which solves at least one of the above-mentioned problems.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、第１の発明は、移動自在な下部走
行体と、下部走行体上に旋回自在に設けられた車体と、
車体に設けられ複数のリンク機構により平面上を移動す
る作業用のツールを駆動する作業機とを有する建設機械
に搭載され、作業機の姿勢を検出する複数のセンサから
の信号及び作業機に設けられた３次元位置計測装置から
の信号に基づいて、ツールの位置及び方向を計測するツ
ール位置計測装置において、車体の旋回の有無を検出す
る旋回検出手段と、旋回検出手段の検出信号に基づいて
車体の旋回なしと判断し、かつリンク機構により作業機
のみが駆動されたときに、作業機移動平面上の３つ以上
の複数点の３次元位置を３次元位置計測装置により計測
し、３つの点の３次元位置に基づいて作業機の移動平面
を求めると共に、各３次元位置に対応した時点での作業
機の姿勢データに基づいて作業機のリンク機構の基点の
３次元位置を求めることにより、ツールの位置及び方向
を算出する測位コントローラとを備えたことを特徴とし
ている。Means for Solving the Problems, Functions and Effects In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is to provide a movable lower traveling body, a vehicle body rotatably provided on the lower traveling body,
A work machine that drives a work tool that moves on a plane by a plurality of link mechanisms provided on the vehicle body, is mounted on the construction machine, and is provided on the work machine with signals from a plurality of sensors that detect the posture of the work machine. In a tool position measuring device for measuring the position and direction of a tool based on a signal from the obtained three-dimensional position measuring device, a turning detecting means for detecting the presence or absence of turning of the vehicle body and a detection signal from the turning detecting means When it is determined that the vehicle body does not turn, and only the working machine is driven by the link mechanism, three-dimensional positions of three or more points on the working machine moving plane are measured by the three-dimensional position measuring device, and three The moving plane of the working machine is determined based on the three-dimensional position of the point, and the three-dimensional position of the base point of the link mechanism of the working machine is determined based on the posture data of the working machine at the time corresponding to each three-dimensional position. By, is characterized by comprising a positioning controller for calculating the position and orientation of the tool.

【００１５】第１の発明によると、車体の旋回動作をす
ることなく、作業機の駆動のみにより得られる作業機リ
ンクの所定点の３ヵ所の３次元位置より、ツールの位置
及び方向を算出している。これにより、位置及び方向を
求めるためだけの旋回動作（作業を行うのに不要な動
き）が不要となり、通常の作業駆動により車体やバケッ
トの位置及び方向を求めることができる。したがって、
作業効率を向上することができると共に、作業の安全性
をより向上できる。According to the first aspect of the present invention, the position and direction of the tool are calculated from three three-dimensional positions of predetermined points of the work implement link obtained only by driving the work implement without turning the vehicle body. ing. This eliminates the need for a turning operation (movement that is unnecessary for performing a task) merely to determine the position and the direction, and the position and the direction of the vehicle body and the bucket can be determined by normal work driving. Therefore,
Work efficiency can be improved, and work safety can be further improved.

【００１６】第２の発明は、第１の発明において、旋回
検出手段は、３つの点の３次元位置がほぼ同一平面上に
あり、かつこの平面が車体の旋回軸とほぼ平行であると
き、車体の旋回が無しと判定することを特徴としてい
る。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the turning detecting means is provided when the three-dimensional positions of the three points are substantially on the same plane and the plane is substantially parallel to the turning axis of the vehicle body. It is characterized in that it is determined that there is no turning of the vehicle body.

【００１７】第２の発明によると、３つの点の３次元位
置より車体の旋回の有無を検出している。これにより、
車体の旋回の有無を検出する旋回検出センサが不要とな
る。According to the second aspect, the presence or absence of the turning of the vehicle body is detected from the three-dimensional positions of the three points. This allows
A turning detection sensor for detecting the presence or absence of turning of the vehicle body becomes unnecessary.

【００１８】第３の発明は、移動自在な下部走行体と、
下部走行体上に旋回自在に設けられた車体と、車体に設
けられ複数のリンク機構により移動する作業用のツール
を駆動する作業機とを有する建設機械に搭載され、作業
機の姿勢を検出する複数のセンサからの信号及び作業機
に設けられた３次元位置計測装置からの信号に基づい
て、ツールの位置及び方向を計測するツール位置計測装
置において、車体の旋回の有無を検出する旋回検出手段
と、旋回検出手段の検出信号に基づいて車体の旋回あり
と判断し、かつリンク機構により作業機が駆動されたと
きに、３つ以上の複数の点の３次元位置を３次元位置計
測装置により計測し、計測した３つの点の３次元位置、
及び各３次元位置に対応した時点での作業機の姿勢デー
タに基づいて旋回軸上の一点との距離を求め、その３次
元位置を求めることにより、ツールの位置及び方向を算
出する測位コントローラとを備えたことを特徴としてい
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided a movable lower traveling body;
It is mounted on a construction machine having a vehicle body rotatably provided on the undercarriage and a work machine provided on the vehicle body and driving a work tool moved by a plurality of link mechanisms, and detects a posture of the work machine. Turning detection means for detecting presence or absence of turning of a vehicle body in a tool position measuring device for measuring a position and a direction of a tool based on signals from a plurality of sensors and signals from a three-dimensional position measuring device provided in a work machine. And determining that there is a turn of the vehicle body based on the detection signal of the turn detection means, and when the work implement is driven by the link mechanism, the three-dimensional position of three or more points is determined by the three-dimensional position measuring device. Measured, the three-dimensional position of the measured three points,
A positioning controller that calculates a position and a direction of a tool by calculating a distance from a point on a turning axis based on posture data of the work implement at a time corresponding to each three-dimensional position, and calculating the three-dimensional position. It is characterized by having.

【００１９】第３の発明によると、車体が旋回中でかつ
作業機が駆動しているときに得られる作業機リンクの所
定点の３ヵ所の３次元位置より、ツールの位置及び方向
を算出している。これにより、位置及び方向を求めるた
めだけの作業機を固定しての旋回動作（作業を行うのに
不要な動き）が不要となり、通常の作業駆動により車体
やバケットの位置及び方向を求めることができる。した
がって、作業効率を向上することができると共に、作業
の安全性をより向上できる。According to the third aspect of the present invention, the position and direction of the tool are calculated from three three-dimensional positions of predetermined points of the work implement link obtained when the vehicle body is turning and the work implement is driven. ing. This eliminates the need for a turning operation (movement unnecessary for performing work) with the work machine fixed only for obtaining the position and direction, and the position and direction of the vehicle body and bucket can be obtained by ordinary work driving. it can. Therefore, work efficiency can be improved, and work safety can be further improved.

【００２０】第４の発明は、第３の発明において、測位
コントローラは、車体が旋回せず作業機のみが駆動した
ときの旋回軸方向を求めて記憶手段に記憶し、この記憶
した旋回軸方向を用いて前記ツールの位置及び方向の演
算を行うことを特徴としている。In a fourth aspect based on the third aspect, the positioning controller obtains a turning axis direction when only the work implement is driven without turning the vehicle body and stores the obtained turning axis direction in the storage means. Is used to calculate the position and direction of the tool.

【００２１】第４の発明によると、現在記憶している旋
回軸の方向をツールの位置及び方向の演算に使用してい
る。これにより、作業機の移動量が小さく精度が期待で
きない場合でも、十分な精度を持った、ツールの位置及
び方向が算出できる。According to the fourth aspect, the currently stored direction of the turning axis is used for calculating the position and direction of the tool. Thereby, even when the moving amount of the work implement is small and accuracy cannot be expected, the position and direction of the tool with sufficient accuracy can be calculated.

【００２２】第５の発明は、左右１対のクローラまたは
左右２対のタイヤを備えた移動自在な下部走行体と、下
部走行体上に旋回自在に設けられた車体と、車体に設け
られ複数のリンク機構により平面上を移動する作業用の
ツールを駆動する作業機とを有する建設機械に搭載さ
れ、車体のヨー角を検出する車体のヨー角検出装置にお
いて、左右のクローラまたはタイヤのそれぞれの回転数
を検出する回転数検出手段と、車体または作業機のいず
れか一方に設けられた３次元位置計測装置と、車体の旋
回を検出する旋回検出手段と、回転数検出手段に基づい
て、クローラまたはタイヤが停止中と判断したときは、
車体の旋回または作業機の駆動による３つの点の３次元
位置より車体のヨー角を算出し、クローラまたはタイヤ
が回転中と判断したときは、回転数検出手段からの信号
及び旋回検出手段からの信号によりヨーイング方向の相
対方向変化量を求め、車体のヨー角を算出する測位コン
トローラとを備えたことを特徴としている。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a movable lower traveling body provided with a pair of right and left crawlers or two pairs of right and left tires, a vehicle body rotatably provided on the lower traveling body, and a plurality of vehicles provided on the vehicle body. A work machine that drives a work tool that moves on a plane by a link mechanism is mounted on a construction machine having a work machine that detects the yaw angle of the car body. A crawler based on rotation speed detection means for detecting the rotation speed, a three-dimensional position measurement device provided on one of the vehicle body and the working machine, rotation detection means for detecting the rotation of the vehicle body, and rotation speed detection means Or if it is determined that the tires are stopped,
The yaw angle of the vehicle body is calculated from the three-dimensional position of three points due to the turning of the vehicle body or the driving of the work machine, and when it is determined that the crawler or the tire is rotating, a signal from the rotation speed detecting means and a signal from the turning detecting means are output. A positioning controller for calculating a relative change amount in the yawing direction based on the signal and calculating a yaw angle of the vehicle body is provided.

【００２３】請求項５に記載の発明によると、走行して
いないときは、車体の旋回または作業機の駆動による作
業機リンクの所定点の３ヵ所の３次元位置より車体のヨ
ー角を算出し、走行中は、推測航法によりヨー角の変化
量を算出しヨー角を求めている。これにより、旋回動作
や作業機の動作がなくても、３次元位置計測装置と推測
航法のヨー角より、走行直後からツールの位置を示すこ
とができる。よって、操作性を向上できると共に、制御
精度を向上できる。According to the fifth aspect of the present invention, when the vehicle is not traveling, the yaw angle of the vehicle body is calculated from three three-dimensional positions of predetermined points of the work machine link by turning the vehicle body or driving the work machine. During traveling, the amount of change in the yaw angle is calculated by dead reckoning navigation to determine the yaw angle. Thus, the position of the tool can be indicated immediately after traveling from the three-dimensional position measuring device and the yaw angle of dead reckoning even if there is no turning operation or operation of the work implement. Therefore, operability can be improved and control accuracy can be improved.

【００２４】請求項６に記載の発明は、移動自在な下部
走行体と、下部走行体上に旋回自在に設けられた車体
と、車体に設けられ複数のリンク機構により平面上を移
動する作業用のツールを駆動する作業機とを有する建設
機械に搭載され、作業機の姿勢を検出する複数のセンサ
からの信号と、車体または作業機のいずれか一方に設け
られた３次元位置計測装置からの信号と、ツールの目標
位置を指示する指示装置からの信号とに基づいて、目標
指令信号を作成しツールを移動させる作業機自動制御装
置において、ツールの目標位置への移動によって得られ
る３つの点の３次元位置より、ツールの位置を求めて更
新すると共に、更新されたツールの位置に基づき目標指
令信号を更新する測位コントローラとを備えたことを特
徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a work for moving a lower traveling body, a vehicle body rotatably provided on the lower traveling body, and moving on a plane by a plurality of link mechanisms provided on the vehicle body. And a signal from a plurality of sensors for detecting the attitude of the working machine, and a signal from a three-dimensional position measuring device provided on one of the vehicle body and the working machine. In a work implement automatic control device that creates a target command signal based on a signal and a signal from a pointing device that indicates a target position of the tool and moves the tool, three points obtained by moving the tool to the target position And a positioning controller that obtains and updates the position of the tool from the three-dimensional position and updates the target command signal based on the updated position of the tool.

【００２５】請求項６に記載の発明によると、ツールの
目標位置への移動を指令する目標指令信号に対して、ツ
ールの移動に伴う作業機リンクの所定点の３ヵ所の３次
元位置より車体自身の位置及びヨー角を更新して、これ
に基づき目標指令信号を更新している。これにより、移
動直後等の理由で車体の位置やヨー角が推定値である場
合においても、車体の位置やヨー角を求めるために、作
業機や車体を動かすといった無駄な動作をすることな
く、目標位置への移動動作により目標指令値が随時更新
され、常に精度よく目標位置に到達することが可能とな
る。According to the sixth aspect of the present invention, in response to the target command signal for commanding the movement of the tool to the target position, the vehicle body is moved from the three three-dimensional positions of the predetermined points of the work implement link accompanying the tool movement. It updates its own position and yaw angle and updates the target command signal based on this. Thereby, even when the position and the yaw angle of the vehicle body are estimated values just after the movement or the like, in order to obtain the position and the yaw angle of the vehicle body, without performing unnecessary operations such as moving the work machine or the vehicle body, The target command value is updated as needed by the movement operation to the target position, and it is possible to always accurately reach the target position.

【００２６】請求項７に記載の発明は、２つ以上のリン
ク部材を有する作業機の各回転角度を検出する角度セン
サの校正装置において、作業機の先端に設けられた３次
元位置計測装置と、各リンク部材を単独で駆動したとき
の、回転円弧上の３点の３次元位置に基づいて各回転中
心位置を求め、求めた中心位置と各回転円弧上の任意の
点の３次元位置とから各リンク部材の回転角度を求め、
この各リンク部材の回転角度と各点の３次元位置計測時
点での角度センサからの回転角度信号との関係を算出す
る演算手段とを備えたことを特徴としている。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an angle sensor calibration device for detecting each rotation angle of a working machine having two or more link members, wherein a three-dimensional position measuring device provided at a tip of the working machine is provided. When each link member is independently driven, the respective rotation center positions are obtained based on the three-dimensional positions of the three points on the rotation arc, and the obtained center position and the three-dimensional position of an arbitrary point on each rotation arc are calculated. From the rotation angle of each link member,
An arithmetic unit for calculating the relationship between the rotation angle of each link member and the rotation angle signal from the angle sensor at the time of measuring the three-dimensional position of each point is provided.

【００２７】請求項７に記載の発明によると、リンク部
材を順番に単独で駆動させることによって、複雑な校正
作業を簡単に行なうことができる。センサを使用して作
業機を制御するときには、この計測による角度値と角度
センサ入力値との対応関係を用いて角度センサ入力値に
応じた回転角度を求めて作業機を制御すればよい。これ
によって、取り付け精度を気にせずにセンサを取り付け
ることができるので取付作業が容易となり、また、直線
性の悪いセンサでも精度良く使うことができる。According to the seventh aspect of the present invention, a complicated calibration operation can be easily performed by independently driving the link members in order. When controlling the work implement using the sensor, the work implement may be controlled by obtaining a rotation angle corresponding to the angle sensor input value using the correspondence between the angle value obtained by the measurement and the angle sensor input value. Accordingly, the sensor can be mounted without worrying about the mounting accuracy, so that the mounting operation is facilitated, and even a sensor having poor linearity can be used with high accuracy.

【００２８】[0028]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について詳細に説明する。なお、以下におい
ては、建設機械として油圧ショベルを例にとって説明す
るが、クレーン等の建設機械に適用することも可能であ
る。図１は、本発明を適用する油圧ショベルの側面図で
ある。油圧ショベル１は、車体２と、車体２の前部に設
けられた作業機５と、車体２の下方に設けられた下部走
行体３とを有している。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, a hydraulic excavator will be described as an example of a construction machine, but the invention can also be applied to a construction machine such as a crane. FIG. 1 is a side view of a hydraulic shovel to which the present invention is applied. The hydraulic excavator 1 has a vehicle body 2, a working machine 5 provided at a front part of the vehicle body 2, and a lower traveling body 3 provided below the vehicle body 2.

【００２９】作業機５は、リンク部材として車体２前部
に基端部を回動自在に装着されたブーム６と、ブーム６
の先端部に基端部を回動自在に装着されたアーム７とを
有しており、作業用のツールとしてバケット８がその基
端部をアーム７の先端部に回動自在に装着されている。
作業機５はさらに、車体２とブーム６との間に装着され
たブームシリンダ１６と、ブーム６とアーム７との間に
装着されたアームシリンダ１７と、アーム７とバケット
８との間に装着されたバケットシリンダ１８とを有して
おり、これら油圧シリンダ１６，１７，１８の伸縮駆動
により作業機５は駆動される。The work machine 5 includes a boom 6 having a base end rotatably mounted on a front portion of the vehicle body 2 as a link member, and a boom 6
And an arm 7 having a base end rotatably mounted at the distal end of the arm 7. A bucket 8 is rotatably mounted at the base end to the distal end of the arm 7 as a working tool. I have.
The work machine 5 further includes a boom cylinder 16 mounted between the vehicle body 2 and the boom 6, an arm cylinder 17 mounted between the boom 6 and the arm 7, and mounted between the arm 7 and the bucket 8. The working machine 5 is driven by the expansion and contraction driving of the hydraulic cylinders 16, 17, and 18.

【００３０】車体２は、下部走行体３に対して旋回自在
に装着されており、旋回油圧モータ１２により旋回駆動
される。下部走行体３は、左右一対のクローラ４を有し
ており、走行油圧モータ１３の駆動によりクローラ４を
回転させて進行し、左右のクローラの回転速度差により
進行方向を変えることが可能である。アーム７の基端部
上面には、ＧＰＳ測量機のアンテナ４９が装着されてい
る。The vehicle body 2 is rotatably mounted on the undercarriage 3 and is turned by a turning hydraulic motor 12. The lower traveling body 3 has a pair of right and left crawlers 4, and is driven by the traveling hydraulic motor 13 to rotate the crawlers 4 to travel, and can change the traveling direction by a difference in rotational speed between the left and right crawlers. . An antenna 49 of a GPS surveying instrument is mounted on the upper surface of the base end of the arm 7.

【００３１】図２は、本実施形態のブロック構成図であ
る。FIG. 2 is a block diagram of the present embodiment.

【００３２】コントローラ３０は、操作レバー３３から
の指令に従って比例制御弁１１への制御電流を出力する
ことにより、油圧アクチュエータ１２，１３，１６，１
７，１８を駆動制御し、これにより操作レバー３３の操
作量に応じて、作業機５が駆動し、車体２が旋回し、ク
ローラ４による走行を行うことができる。操作レバー３
３としては、作業機及び旋回用の操作レバー３３ａと走
行用の操作レバー３３ｂとがあり、ブーム用信号、アー
ム用信号、バケット用信号、旋回用信号、右クローラ用
信号、左クローラ用信号としてそれぞれ、ｆ１、ｆ２、
ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６の信号を出力している。The controller 30 outputs a control current to the proportional control valve 11 in accordance with a command from the operation lever 33, thereby controlling the hydraulic actuators 12, 13, 16, 1
Drives 7 and 18 are controlled, whereby the work implement 5 is driven according to the operation amount of the operation lever 33, the vehicle body 2 turns, and the crawler 4 can travel. Operation lever 3
As 3, there are a working machine and an operating lever 33 a for turning and an operating lever 33 b for traveling, as a boom signal, an arm signal, a bucket signal, a turning signal, a right crawler signal, and a left crawler signal. F1, f2, respectively
The signals f3, f4, f5, and f6 are output.

【００３３】作業機５の姿勢を検出するリンク角度セン
サとして、各リンク部材の基端部の回動軸にそれぞれブ
ーム角センサ２６、アーム角センサ２７、バケット角セ
ンサ２８が装着され、それぞれからの角度信号ｑ１、ｑ
２、ｑ３をコントローラ３０に出力している。またコン
トローラ３０は、車体２の旋回角度を検出する回転セン
サ２２からの信号ｒ及び、左右のクローラ４の回転数を
それぞれ検出する一対の回転センサ２３からの信号ｍ
１、ｍ２も検出している。As link angle sensors for detecting the attitude of the work machine 5, a boom angle sensor 26, an arm angle sensor 27, and a bucket angle sensor 28 are respectively mounted on a rotation shaft at the base end of each link member. Angle signals q1, q
2 and q3 are output to the controller 30. Further, the controller 30 includes a signal r from a rotation sensor 22 for detecting the turning angle of the vehicle body 2 and a signal m from a pair of rotation sensors 23 for detecting the rotation speeds of the left and right crawlers 4 respectively.
1, m2 are also detected.

【００３４】またコントローラ３０は、操作切り替えス
イッチとして、自動掘削スイッチ３４、リンク角度セン
サ有無スイッチ３５及び、測位コントローラ有無スイッ
チ３６からの信号も入力している。自動掘削スイッチ３
４を切り替えることにより、リンク角度センサ２６，２
７，２８からの信号ｑ１、ｑ２、ｑ３に基づき、作業機
５の姿勢を監視しながら作業機５を駆動させることが可
能となり、直線掘削である水平掘削駆動や法面掘削駆動
等を選択することができる。また、操作レバー３３の操
作信号ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４の変化をコントローラ３
０の記憶部３１に記憶して、記憶信号に基づく駆動（テ
ィーチングプレイバック）を選択することもできる。The controller 30 also receives signals from an automatic excavation switch 34, a link angle sensor presence / absence switch 35, and a positioning controller presence / absence switch 36 as operation changeover switches. Automatic drilling switch 3
4, the link angle sensors 26, 2
Based on the signals q1, q2, q3 from 7, 28, the work machine 5 can be driven while monitoring the posture of the work machine 5, and a horizontal digging drive, a slope digging drive, or the like, which is a straight digging, is selected. be able to. In addition, the change of the operation signals f1, f2, f3, f4 of the operation lever 33 is determined by the controller 3.
The driving (teaching playback) based on the stored signal can be selected by storing the data in the storage unit 31 of “0”.

【００３５】グラフィカルユーザインタフェース４５
（以降、ＧＵＩ４５と呼ぶ）は、液晶などによる表示機
能と、タッチスイッチなどによる入力機能とを備え、測
位コントローラ４０に接続されている。地形マップや車
両位置を同時に表示したり、オペレータへの指示を表示
し、オペレータからの指示を入力することが可能であ
る。Graphical user interface 45
(Hereinafter referred to as a GUI 45) has a display function using a liquid crystal or the like and an input function using a touch switch or the like, and is connected to the positioning controller 40. It is possible to simultaneously display a terrain map and a vehicle position, display an instruction to an operator, and input an instruction from the operator.

【００３６】ＧＰＳ測量機４８は、汎地球測位システム
（ＧＰＳ）を用いた移動局側の測量機で、アンテナ４９
の３次元位置データＰを測位コントローラ４０に出力し
ている。本実施形態では、移動体の位置を実時間で精度
良く測位するため、ＲＴＫ（Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｋｉ
ｎｅｍａｔｉｃ）方式のＧＰＳを採用している。ＲＴＫ
方式は、搬送波位相を利用した相対測位（基準局から補
正情報を受け取ることで誤差を取り除く方式）であるの
で、数ｃｍという高い精度のリアルタイム測位が可能で
ある。The GPS surveying instrument 48 is a surveying instrument on the mobile station side using the global positioning system (GPS).
Is output to the positioning controller 40. In the present embodiment, in order to accurately measure the position of the moving body in real time, an RTK (Real Time Ki) is used.
Nematic) GPS is employed. RTK
Since the method is a relative positioning using a carrier phase (a method of removing an error by receiving correction information from a reference station), real-time positioning with a high accuracy of several cm is possible.

【００３７】リンク角度センサ有無スイッチ３５及び測
位コントローラ有無スイッチ３６が共にオンのとき、油
圧ショベル１は測位コントローラ４０からの指示に従っ
て駆動されるようになる。When both the link angle sensor presence / absence switch 35 and the positioning controller presence / absence switch 36 are ON, the excavator 1 is driven in accordance with an instruction from the positioning controller 40.

【００３８】測位コントローラ４０は、記憶部４１を有
しており、建物の基礎工事における基礎図などの目標地
形マップを記憶している。また、ＧＰＳ測量機４８及び
コントローラ３０からのデータに基づき、車体２とバケ
ット８の現在位置及び方向をリアルタイムで計算し、目
標地形マップと共にＧＵＩ４５に表示する。この表示を
参照することにより、建物の基礎工事において帳張りな
しでの掘削作業を行なうことが可能となる。The positioning controller 40 has a storage unit 41, and stores a target terrain map such as a base map in a building foundation work. Further, based on data from the GPS surveying instrument 48 and the controller 30, the current position and direction of the vehicle body 2 and the bucket 8 are calculated in real time, and displayed on the GUI 45 together with the target terrain map. By referring to this display, it is possible to perform excavation work without bookkeeping in the foundation work of the building.

【００３９】また、測位コントローラ４０は、オペレー
タがＧＵＩ４５画面に表示された目標地形マップ上の一
点を指示すると、その位置にバケット８の先端を移動さ
せる指示をコントローラ３０に送る。目標位置の３次元
座標を計算し、その位置での油圧ショベルの各軸の角度
を求める。表示画面は２次元であるので、表示されてい
る平面と垂直な方向の位置は、現在のバケット８の先端
の位置座標Ｑとなる。When the operator points to a point on the target terrain map displayed on the GUI 45 screen, the positioning controller 40 sends an instruction to the controller 30 to move the tip of the bucket 8 to that position. The three-dimensional coordinates of the target position are calculated, and the angle of each axis of the excavator at that position is obtained. Since the display screen is two-dimensional, the position in the direction perpendicular to the displayed plane is the current position coordinate Q of the tip of the bucket 8.

【００４０】つぎに、測位コントローラ４０を中心とし
た信号のやり取りについて説明する。Next, the exchange of signals centering on the positioning controller 40 will be described.

【００４１】後述するリンク角度センサの校正作業時、
測位コントローラ４０からは、一定の周期（例えば、４
Ｈｚ）で、ＧＰＳ測量機４８で測位した３次元位置Ｐ
（ＧＰＳ位置Ｐ）の位置データと、その位置データに対
応するｉｄ番号（Ｐid）とをコントローラ３０にシリア
ル通信で送信している。コントローラ３０はそのＰidを
受信した時点でのリンク角度センサ２６，２７，２８の
値をＰidと共に測位コントローラ４０に送り返してい
る。At the time of the calibration work of the link angle sensor described later,
From the positioning controller 40, a fixed period (for example, 4
Hz), the three-dimensional position P measured by the GPS surveying instrument 48
The position data of (GPS position P) and the id number (Pid) corresponding to the position data are transmitted to the controller 30 by serial communication. The controller 30 sends back the values of the link angle sensors 26, 27, 28 at the time of receiving the Pid to the positioning controller 40 together with the Pid.

【００４２】位置データにＰidを付けて位置データとリ
ンク角度データとを対応付けることで、コントローラ３
０と測位コントローラ４０との間の通信の遅れが回避で
きる。また、必要に応じてシリアルの信号とは別に、位
置を計測した時点を通知するパルス信号を送信してもよ
い。このようにすれば、コントローラ３０が入力する角
度センサ値と、測位コントローラ４０が入力するＧＰＳ
位置Ｐとの関連が、シリアル通信による遅れに左右され
ず、より正確な計測が行なえる。また、シリアル通信の
代わりにパラレル通信によりデータ送信してもよい。測
位コントローラ４０からコントローラ３０への通信遅れ
は、データ量を減らしＰidだけを送ることでもある程度
はカバーできる。By associating the position data with the link angle data by adding Pid to the position data, the controller 3
A communication delay between 0 and the positioning controller 40 can be avoided. Further, a pulse signal for notifying the time when the position is measured may be transmitted separately from the serial signal as needed. By doing so, the angle sensor value input by the controller 30 and the GPS signal input by the positioning controller 40
The relationship with the position P is not affected by the delay due to the serial communication, and more accurate measurement can be performed. Further, data may be transmitted by parallel communication instead of serial communication. The communication delay from the positioning controller 40 to the controller 30 can be covered to some extent by reducing the data amount and sending only Pid.

【００４３】オペレータは、ＧＵＩ４５に作業機のタイ
プ（標準仕様、オフセットブーム仕様等）、位置計測装
置のタイプ（ＧＰＳ、トータルステーション等）、位置
計測装置の取り付け位置（ブーム、アーム等）を入力す
る。位置計測装置の取り付け位置は、ＧＰＳ位置フラグ
としてコントローラ３０に伝達される。ついで、ＧＵＩ
４５の指示に従い、バケット８から順番に駆動操作を行
なう。ＧＵＩ４５には、移動が必要な軸の方向と角度と
が表示され、表示は随時更新される。測位コントローラ
４０では、後述する方法によって校正値の計算が行なわ
れ修正テーブルが作成される。すべての校正作業が終了
した時点で、リンク角修正テーブルなどキャリブレーシ
ョンデータがコントローラ３０に伝達される。キャリブ
レーションデータは、測位コントローラ４０が取り外さ
れた後もそのままコントローラ３０にて利用される。The operator inputs the type of working machine (standard specification, offset boom specification, etc.), the type of position measuring device (GPS, total station, etc.), and the mounting position of the position measuring device (boom, arm, etc.) on the GUI 45. The mounting position of the position measuring device is transmitted to the controller 30 as a GPS position flag. Next, the GUI
According to the instruction of 45, the driving operation is performed sequentially from the bucket 8. The GUI 45 displays the direction and angle of the axis that needs to be moved, and the display is updated as needed. In the positioning controller 40, a calibration value is calculated by a method described later, and a correction table is created. When all the calibration operations are completed, calibration data such as a link angle correction table is transmitted to the controller 30. The calibration data is used by the controller 30 as it is even after the positioning controller 40 is removed.

【００４４】測位コントローラ４０では、コントローラ
３０から送られるリンク角度センサ値と、操作レバー３
３の状態、ＧＰＳ測量機４８を用いて、現在の車体２の
位置及び方向と、バケット８の位置及び方向を含む、作
業機５の位置及び方向を後述の方法にて計算し、記憶部
４１に記憶されている目標地形マップと共にＧＵＩ４５
に表示する。自車両及び他車両で変更された、現在の地
形マップを同時に表示してもよい。さらに、詳細は後述
する演算方法により求めた車体２の座標系Ｘ１，Ｙ１，
Ｚ１，Ｃをコントローラ３０に随時送信する。In the positioning controller 40, the link angle sensor value sent from the controller 30 and the operation lever 3
3, the position and direction of the work machine 5 including the current position and direction of the vehicle body 2 and the position and direction of the bucket 8 are calculated using the GPS surveying instrument 48 by a method described later. GUI45 with the target terrain map stored in
To be displayed. The current terrain map changed by the own vehicle and another vehicle may be simultaneously displayed. Further, details of the coordinate system X1, Y1,
Z1 and C are transmitted to the controller 30 as needed.

【００４５】また、オペレータのＧＵＩ４５への入力に
よって、測位コントローラ４０は目標経路指令や、目標
位置指令等をコントローラ３０に送ることもできる。The positioning controller 40 can also send a target route command, a target position command, and the like to the controller 30 by an operator's input to the GUI 45.

【００４６】たとえば、目標位置指令が送られた場合、
コントローラ３０は車体２の座標系Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，
Ｃと、ＧＰＳ位置Ｐとを使って、リンク各軸の目標角度
を計算し、各軸がその角度に移動するように比例制御弁
１１に駆動指令電流を出力する。移動の指示を行なった
時点での車体２の位置及び方向は、推定に基づいている
場合もある。この場合、アーム７、ブーム６の移動や車
体２の旋回に伴い、移動中測位コントローラ４０から新
たに送られてくる、車体２の座標系Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，
Ｃまたは、ＧＰＳ位置Ｐによって、車体２の位置及び方
向を更新し、目標位置での各軸の目標角度も再度計算す
る。移動中にリンク各軸の目標角度は更新され、もっと
も確からしい車体２の位置及び方向を用いて目標位置に
到達する。なお、目標位置指令には、移動速度と移動方
法を示すフラグも含まれている。移動方法には、先に延
べた直交座標系内で各軸合成で直線に移動する場合と、
各軸ごと別々に目標角度に接近する場合との２通りがあ
る。For example, when a target position command is sent,
The controller 30 includes a coordinate system X1, Y1, Z1,
Using C and the GPS position P, a target angle of each axis of the link is calculated, and a drive command current is output to the proportional control valve 11 so that each axis moves to that angle. The position and direction of the vehicle body 2 at the time when the movement instruction is given may be based on the estimation. In this case, with the movement of the arm 7 and the boom 6 and the turning of the vehicle body 2, the coordinate systems X1, Y1, Z1, and
The position and direction of the vehicle body 2 are updated based on C or the GPS position P, and the target angle of each axis at the target position is calculated again. During the movement, the target angle of each axis of the link is updated, and the target position is reached using the most probable position and direction of the vehicle body 2. Note that the target position command also includes a flag indicating the moving speed and the moving method. The movement method includes a case where a straight line is formed by combining each axis in the previously extended rectangular coordinate system,
There are two cases: approaching the target angle separately for each axis.

【００４７】また、目標高さ指令が送られた場合、バケ
ット８を目標高さまでは自由に操作できるが、目標高さ
より低く操作しようとすると、ブーム６を自動で制御し
バケット８が目標高さと一致するように制御される。目
標高さ指令の他に、目標地形データや目標移動範囲デー
タを与える場合も同様に、バケット８の可動位置が自動
的に制限され、軌跡が制御される。When the target height command is sent, the bucket 8 can be freely operated up to the target height. However, if the bucket 8 is to be operated below the target height, the boom 6 is automatically controlled and the bucket 8 is adjusted to the target height. Controlled to match. Similarly, when the target topography data and the target movement range data are given in addition to the target height command, the movable position of the bucket 8 is automatically limited and the trajectory is controlled.

【００４８】リンク角度センサ２６，２７，２８と測位
コントローラ４０とは任意に取り外し可能となってお
り、他の油圧ショベルで利用することができる。コント
ローラ３０は、リンク角度センサの有無をリンク角度セ
ンサ有無スイッチ３５からの信号で判定し、リンク角度
センサがあるときには、リンク角度センサの断線などの
異常検出を行ない、リンク角度センサがないときには、
異常検出を行なわない。また、測位コントローラ４０に
対しても同様に、測位コントローラ有無スイッチ３６か
らの信号で測位コントローラ４０の有無を判定し、測位
コントローラ４０があるときには、測位コントローラ４
０の断線やＧＰＳ異常などの異常検出を行ない、測位コ
ントローラ４０がないときには、異常検出を行なわな
い。The link angle sensors 26, 27, 28 and the positioning controller 40 can be arbitrarily detached, and can be used with other hydraulic excavators. The controller 30 determines the presence / absence of the link angle sensor based on a signal from the link angle sensor presence / absence switch 35. When the link angle sensor is present, the controller 30 detects an abnormality such as disconnection of the link angle sensor.
Does not detect abnormality. Similarly, for the positioning controller 40, the presence / absence of the positioning controller 40 is determined based on a signal from the positioning controller presence / absence switch 36.
Abnormality detection such as disconnection of 0 or GPS abnormality is performed, and when there is no positioning controller 40, abnormality detection is not performed.

【００４９】工事現場での油圧ショベルの位置を計測す
る際、現場の座標系を計測する必要がある。このため、
アンテナ４９（ディファレンシャルデータ用ＳＳ無線の
アンテナを有する場合もある）を残して、ＧＰＳ測量機
４８を油圧ショベル１より取り外し、取り外したＧＰＳ
測量機４８を、ＧＰＳアンテナが設けられた計測用ポー
ル（図示せず）に設置し、現場の基準位置の計測を行
う。When measuring the position of a hydraulic excavator at a construction site, it is necessary to measure the coordinate system at the site. For this reason,
The GPS surveying instrument 48 is removed from the excavator 1 except for the antenna 49 (which may have an SS radio antenna for differential data), and the removed GPS
The surveying instrument 48 is installed on a measuring pole (not shown) provided with a GPS antenna, and measures a reference position at the site.

【００５０】まず、高さ基準であるベンチマークの高さ
を計測し、ついで、例えば建物の基礎工事の場合のＸ、
Ｙ方向の通り心の交点の水平面内でのＸ、Ｙ座標値をＧ
ＰＳ測量機４８を用いて計測する。このデータを用い
て、ＧＰＳで計測した絶対座標を現場の座標系に変換す
ることができる。First, the height of the benchmark, which is the height standard, is measured, and then, for example, X,
The X and Y coordinate values in the horizontal plane of the intersection of the center of
It measures using the PS surveying instrument 48. Using this data, the absolute coordinates measured by GPS can be converted to the coordinate system of the site.

【００５１】続いて、図３を参照しながら、位置の計測
の流れについて説明する。Next, the flow of position measurement will be described with reference to FIG.

【００５２】まず、ステップＳ１に進み、初期において
は、現場の座標系での車体２の方向θ（以降、ヨー（Ｙ
ａｗ）角と呼ぶ）は不明であるため、ヨー角θを不明を
意味する９９９．９９９に設定する。つぎに、ステップ
Ｓ２に進み、ＧＰＳ測量機４８から位置データＰを入力
すると共に、コントローラ３０から、リンク角度センサ
２６，２７，２８からの信号ｑ１、ｑ２、ｑ３、回転セ
ンサ２２からの信号ｒ、回転センサ２３からの信号ｍ
１、ｍ２、及び操作レバー３３からの信号ｆ１、ｆ２、
ｆ３、ｆ４を入力する。First, the process proceeds to step S1, and initially, the direction θ of the vehicle body 2 in the coordinate system of the site (hereinafter referred to as yaw (Y
aw) is unknown, so the yaw angle θ is set to 999.999 meaning unknown. Next, the process proceeds to step S2, where the position data P is input from the GPS surveying instrument 48, and signals q1, q2, q3 from the link angle sensors 26, 27, 28, signals r, Signal m from rotation sensor 23
1, m2 and signals f1, f2 from the operation lever 33,
Input f3 and f4.

【００５３】つぎに、ステップＳ３に進み、クローラ４
が停止しているか否かを判定する。回転センサ２３の信
号ｍ１、ｍ２により判定してもよいし、ステップＳ２に
おいて走行用の操作レバー３３ｂの信号ｆ５、ｆ６を入
力しておいてこの信号値により判定してもよい。Next, the process proceeds to step S3, where the crawler 4
Is stopped or not. The determination may be made based on the signals m1 and m2 of the rotation sensor 23, or the signals f5 and f6 of the operation lever 33b for traveling may be input in step S2, and the determination may be made based on the signal values.

【００５４】停止中であれば、次のステップＳ４に進
み、アンテナ位置Ｐが停止中か否か、すなわち、作業機
５及び車体２が共に停止中か否かを、作業機駆動検出手
段及び旋回検出手段により判定する。作業機駆動検出手
段としては、本実施形態においては、ＧＰＳアンテナ４
９をアーム７の基端部上面に装着しているため、バケッ
ト８の駆動ではアンテナ位置Ｐは移動しないので、操作
レバー信号であるブーム用操作信号ｆ１及びアーム用操
作信号ｆ２により判定すればよい。または、角度信号ｑ
１、ｑ２により判定してもよい。旋回検出手段として
は、操作レバー信号である旋回用操作信号ｆ４により判
定すればよい。または、回転センサ２２の信号ｒにより
判定してもよい。さらに、旋回に関しては、３つ以上の
複数の３次元位置がほぼ同一平面上にあり、その平面が
旋回軸とほぼ平行であるとき、車体２は旋回していない
と判定してもよい。作業機５及び車体２が共に停止して
いればステップＳ２に戻り、そうでなければ、次のステ
ップＳ５に進み、車体２が旋回しているか否かを判定す
る。If it is stopped, the process proceeds to the next step S4, where it is determined whether or not the antenna position P is stopped, that is, whether or not both the work machine 5 and the vehicle body 2 are stopped, by the work machine drive detecting means and the turning means. It is determined by the detecting means. In this embodiment, the work implement drive detecting means is a GPS antenna 4
Since the antenna 9 is mounted on the upper surface of the base end portion of the arm 7, the antenna position P does not move when the bucket 8 is driven. Therefore, the determination may be made based on the boom operation signal f1 and the arm operation signal f2 which are operation lever signals. . Or the angle signal q
The determination may be made based on 1, q2. The turning detection means may be determined by the turning operation signal f4, which is an operation lever signal. Alternatively, the determination may be made based on the signal r of the rotation sensor 22. Furthermore, with respect to turning, when three or more three-dimensional positions are substantially on the same plane and the plane is substantially parallel to the turning axis, it may be determined that the vehicle body 2 is not turning. If the work implement 5 and the vehicle body 2 are both stopped, the process returns to step S2; otherwise, the process proceeds to the next step S5 to determine whether the vehicle body 2 is turning.

【００５５】ステップＳ５において、旋回中でなければ
次のステップＳ６に進み、後述する作業機５のみの駆動
による位置計測の演算を実行し、車体２の座標系Ｘ１，
Ｙ１，Ｚ１，Ｃを求めてステップＳ７に進む。ステップ
Ｓ５において、旋回中であれば次のステップＳ１０に進
み、後述する作業機５の駆動と車体２の旋回駆動との複
合動作による位置計測の演算を実行し、車体２の座標系
Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｃを求めてステップＳ７に進む。In step S5, if the vehicle is not turning, the process proceeds to the next step S6, where a calculation of position measurement by driving only the working machine 5 described later is executed, and the coordinate system X1, X2
The process proceeds to step S7 to obtain Y1, Z1, and C. In step S5, if the vehicle is turning, the process proceeds to the next step S10, in which a calculation of position measurement by a combined operation of the driving of the work machine 5 and the turning drive of the vehicle body 2, which will be described later, is executed, and the coordinate system X1, Y1 of the vehicle body 2 is executed. , Z1, C are determined, and the process proceeds to step S7.

【００５６】つぎに、ステップＳ７において、演算で求
めた車体２の座標系Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｃを更新し、Ｙ
１を現在のヨー角θとして更新する。つぎに、ステップ
Ｓ８に進み、車体２の位置Ｃ、ヨー角θ及びリンク角度
ｑ１、ｑ２、ｑ３より、現在のバケットの位置及び方向
を計算する。つぎに、ステップＳ９に進み、車体２及び
バケット８の現在の位置及び方向をＧＵＩ４５に表示す
ると共に、目標位置への移動制御などの他の制御にこれ
らのデータを使用しステップＳ２に戻る。Next, in step S7, the coordinate system X1, Y1, Z1, C of the vehicle body 2 obtained by the calculation is updated, and Y
1 is updated as the current yaw angle θ. Next, the process proceeds to step S8 to calculate the current bucket position and direction from the position C of the vehicle body 2, the yaw angle θ, and the link angles q1, q2, q3. Next, proceeding to step S9, the current position and direction of the vehicle body 2 and the bucket 8 are displayed on the GUI 45, and the data is used for other control such as movement control to the target position, and the process returns to step S2.

【００５７】ステップＳ３において、停止中でない、す
なわち、クローラ４による移動中であれば次のステップ
Ｓ１１に進み、ヨー角θ＝９９９．９９９か否かを判定
する。ヨー角θ＝９９９．９９９であればステップＳ２
に戻り、そうでなければ、次のステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、回転センサ２３からの信号ｍ１、
ｍ２から求まる左右のクローラの回転数及び車体２の回
転センサ２２からの信号ｒから推測航法により、ヨー角
の変化量Δθを計算すると共に、移動量Δｘ、Δｙを計
算する。In step S3, if the vehicle is not stopped, that is, if the vehicle is moving by the crawler 4, the flow advances to the next step S11 to determine whether or not the yaw angle θ = 999.999. If yaw angle θ = 999.999, step S2
Otherwise, the process proceeds to the next step S12.
In step S12, the signal m1 from the rotation sensor 23,
From the rotational speeds of the left and right crawlers obtained from m2 and the signal r from the rotation sensor 22 of the vehicle body 2, the amount of change Δθ in yaw angle and the amount of movement Δx, Δy are calculated by dead reckoning navigation.

【００５８】つぎに、ステップＳ１３に進み、ヨー角θ
に変化量Δθを加え現在のヨー角θの推測値として更新
する。つぎに、ステップＳ１４に進み、この推測値であ
るヨー角θ及び移動量Δｘ、Δｙに基づき、車体２の座
標系Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｃを更新し、ステップＳ８に進
む。Next, the routine proceeds to step S13, where the yaw angle θ
, And updates the estimated value of the current yaw angle θ. Next, the process proceeds to step S14, where the coordinate system X1, Y1, Z1, C of the vehicle body 2 is updated based on the estimated values of the yaw angle θ and the movement amounts Δx, Δy, and then proceeds to step S8.

【００５９】つぎに、ステップＳ６における、作業機５
のみの駆動による位置計測について、図４を参照しなが
ら説明する。Next, the work machine 5 in step S6
The position measurement by only driving will be described with reference to FIG.

【００６０】車体２に対するブーム６の回動中心をＣ
１、ブーム６に対するアーム７の回動中心をＣ２、アー
ム７に対するバケット８の回動中心をＣ３とし、アンテ
ナ４９の装着位置をＰ、バケット８の先端位置をＱとす
る。車体２の旋回軸をＺ１とし、ブーム６の回動中心Ｃ
１の旋回軸Ｚ１への投影点を車体の座標系原点Ｃ（以
降、旋回中心Ｃと呼ぶ）とし、旋回中心Ｃの作業機平面
（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３にて定まる平面）への投影点をＣ’
とする。また、Ｃ１のＣに対する位置のＸ１成分、Ｙ１
成分をＬb2、Ｌb1とする。The rotation center of the boom 6 with respect to the vehicle body 2 is C
1. The center of rotation of the arm 7 with respect to the boom 6 is C2, the center of rotation of the bucket 8 with respect to the arm 7 is C3, the mounting position of the antenna 49 is P, and the tip position of the bucket 8 is Q. The turning axis of the vehicle body 2 is Z1, and the rotation center C of the boom 6 is
The projection point on the turning axis Z1 of 1 is defined as the origin C of the coordinate system of the vehicle body (hereinafter, referred to as the turning center C), and the projection point of the turning center C on the work machine plane (the plane defined by C1, C2, and C3) is calculated. C '
And Also, the X1 component of the position of C1 with respect to C, Y1
The components are Lb2 and Lb1.

【００６１】車体２が旋回せずに作業機５のみ駆動した
場合、アーム７に装着されたアンテナ４９は同一平面
（以降、作業機移動平面と呼ぶ）上を移動する。このと
き、アンテナ位置Ｐについて３つの位置Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3
の位置データを計測すると共に、各点におけるブーム角
ｑ１及びアーム角ｑ２の値も計測する。When only the work machine 5 is driven without turning the vehicle body 2, the antenna 49 mounted on the arm 7 moves on the same plane (hereinafter referred to as the work machine movement plane). At this time, three positions P1, P2, and P3 are set for the antenna position P.
And the values of the boom angle q1 and the arm angle q2 at each point are also measured.

【００６２】例えば、点Ｐ1とブーム６の回動中心Ｃ１
（３点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3によって定まる作業機移動平面上
にある）との距離は、点Ｐ1の位置データ及びリンク角
度データｑ１、ｑ２から求めることができる。よって、
作業機移動平面上にある３点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3の内のいず
れか２点から回動中心Ｃ１までの距離がそれぞれ求める
ことにより、作業機移動平面上にあるブーム６の回動中
心Ｃ１の位置を求める。同様に、３点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3に
よって定まる作業機移動平面上にある旋回中心Ｃの投影
点Ｃ’の位置を求める。また、作業機移動平面の垂線Ｘ
１も求まるので、固定値Ｌb2より旋回中心Ｃの位置が求
まる。Ｃ’とＣ１とからＹ１も求まり、Ｘ１とＹ１とか
ら旋回軸であるＺ１が求まる。これにより、車体２の座
標系Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｃが定まる。For example, the point P1 and the rotation center C1 of the boom 6
The distance from the point P1 (located on the work machine moving plane determined by the three points P1, P2, and P3) can be obtained from the position data of the point P1 and the link angle data q1 and q2. Therefore,
The distance from any two of the three points P1, P2, and P3 on the work machine movement plane to the rotation center C1 is determined, and the rotation center C1 of the boom 6 on the work machine movement plane is determined. Find the position. Similarly, the position of the projection point C 'of the turning center C on the work machine moving plane determined by the three points P1, P2, and P3 is determined. Also, the perpendicular X of the working machine moving plane
Since 1 is also obtained, the position of the turning center C is obtained from the fixed value Lb2. Y1 is also obtained from C ′ and C1, and Z1 which is a turning axis is obtained from X1 and Y1. Thereby, the coordinate systems X1, Y1, Z1, and C of the vehicle body 2 are determined.

【００６３】つぎに、ステップＳ１０における、作業機
５の駆動と車体２の旋回駆動との複合動作による位置計
測について、図５を参照しながら説明する。前出と同じ
ものについては、同じ符号をつけ説明を省略する。Next, the position measurement by the combined operation of the driving of the work implement 5 and the turning driving of the vehicle body 2 in step S10 will be described with reference to FIG. The same components as those described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

【００６４】図５（ａ）に示すように、旋回軸上の点で
旋回中心ＣからＬb3高い仮想点をＣ”とする。作業機５
と車体２とが同時に駆動した場合であっても、旋回軸上
にある旋回中心Ｃ及び仮想点Ｃ”の位置は不変である。
このとき、アンテナ位置Ｐについて３つの位置Ｐ6、Ｐ
7、Ｐ8の位置データを計測すると共に、各点におけるブ
ーム角ｑ１及びアーム角ｑ２の値も計測する。As shown in FIG. 5 (a), a virtual point Lb3 higher than the turning center C at a point on the turning axis is defined as C ".
And the vehicle body 2 are driven at the same time, the positions of the turning center C and the virtual point C ″ on the turning axis are unchanged.
At this time, three positions P6, P
7. While measuring the position data of P8, the values of the boom angle q1 and the arm angle q2 at each point are also measured.

【００６５】３点Ｐ6、Ｐ7、Ｐ8から旋回中心Ｃまでの
距離はそれぞれ、３点Ｐ6、Ｐ7、Ｐ8の位置データ及び
各点でのリンク角度データから求まるので、旋回中心Ｃ
の位置は定まる。同様に仮想点Ｃ”の位置も定まる。Ｃ
とＣ”とからＺ１が求まる。あるいは、ここでＺ１は、
前回作業機のみが駆動されたときのＺ１を用いてもよ
い。あるいは、傾斜角センサを車体２あるいは作業機５
に取り付けて求めてもよいし、あるいは鉛直であると仮
定してもよい。The distance from the three points P6, P7, P8 to the turning center C is obtained from the position data of the three points P6, P7, P8 and the link angle data at each point.
Is determined. Similarly, the position of the virtual point C "is determined. C
And C "to determine Z1. Alternatively, Z1 is
The Z1 at the time when only the working machine was driven last time may be used. Alternatively, the inclination angle sensor is connected to the vehicle body 2 or the work machine 5
Or may be assumed to be vertical.

【００６６】旋回によって座標軸Ｘ１、Ｙ１も回転する
わけであるが、ある任意のアンテナ位置Ｐにおける座標
軸Ｘ１、Ｙ１は、以下の様にして求められる。旋回中心
Ｃを含むＺ１に垂直な面へのＰの投影点をＰ’とする
と、Ｐ及びＰ'は共に作業機平面上にある。作業機平面
は旋回中心Ｃから固定値Ｌb2離れた平面であるから、図
５（ｂ）に示すように作業機平面は定まり、作業機平面
への垂線としてＸ１が求まる。Ｘ１とＺ１とからＹ１が
求まる。Although the coordinate axes X1 and Y1 are also rotated by turning, the coordinate axes X1 and Y1 at an arbitrary antenna position P are obtained as follows. Assuming that the projection point of P on the plane perpendicular to Z1 including the turning center C is P ', P and P' are both on the plane of the work machine. Since the work machine plane is a plane separated from the turning center C by a fixed value Lb2, the work machine plane is determined as shown in FIG. 5B, and X1 is obtained as a perpendicular to the work machine plane. Y1 is obtained from X1 and Z1.

【００６７】車体２の位置及び方向を求める上記方法
は、上記のように３点の位置を用いれば可能であるが、
さらに多くの点を使って統計処理を加えると、より高い
精度で求めることができる。統計処理の方法には多種の
方法がある。例えば、３つより多い複数の点の中から複
数の組み合わせを選び、その結果を平均してもよい。こ
の時、例えば相互距離の大きい点を選んだり、ＧＰＳの
出力する衛星数、ドップラー効果による移動速度、ＤＯ
Ｐ（Dilution Of Precision）など精度指標値の良い点
を選んだり、その時の各軸の速度が小さい点を選んだ
り、また、新しい点を優先したりしてもよい。移動しな
がら計算し、このような指標値や、計算した結果の標準
偏差が小さくなる場合だけ新たな車体の位置及び方向を
新たな値に書き換えてもよい。また、十分な精度が得ら
れないときには、その旨ワーニング表示してもよい。The above method for determining the position and direction of the vehicle body 2 can be performed by using the three positions as described above.
If statistical processing is performed using more points, it can be obtained with higher accuracy. There are various methods of statistical processing. For example, a plurality of combinations may be selected from a plurality of more than three points, and the results may be averaged. At this time, for example, a point having a large mutual distance is selected, the number of satellites output by the GPS, the moving speed by the Doppler effect, DO
A point with a good accuracy index value such as P (Dilution Of Precision) may be selected, a point with a low speed of each axis at that time may be selected, or a new point may be prioritized. The calculation may be performed while moving, and only when the index value or the standard deviation of the calculation result becomes small, the position and direction of the new vehicle body may be rewritten to new values. If sufficient accuracy cannot be obtained, a warning message may be displayed to that effect.

【００６８】つぎに、図６，７を参照しながら、位置計
測装置を他の機械に取り付けた際などに必要となるリン
ク角度センサ２６，２７，２８の校正方法について説明
する。Next, a method of calibrating the link angle sensors 26, 27, and 28 required when the position measuring device is attached to another machine will be described with reference to FIGS.

【００６９】前出と同じものについては、同じ符号をつ
け説明を省略する。作業機５を例えば図６のように、バ
ケット８、アーム７、ブーム６の順に単独で駆動させる
ことにする。単独に駆動すれば、駆動順は任意で良い。
また、ＧＰＳアンテナ４９はバケット８先端に取り付け
る。The same components as those described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The work machine 5 is driven independently in the order of the bucket 8, the arm 7, and the boom 6 as shown in FIG. 6, for example. If driven independently, the driving order may be arbitrary.
The GPS antenna 49 is attached to the tip of the bucket 8.

【００７０】最初に、バケット８のみを駆動させること
によって、図７（ａ）に示すようにＣ３を中心とする円
弧状の３点Ｐ31，Ｐ32，Ｐ33の位置データより、回転中
心Ｃ３及び回転半径Ｌ３を求めることができる。このと
き、３点Ｐ31，Ｐ32，Ｐ33でのバケット角センサ２８か
らの入力値を記憶しておく。つぎに、バケット８を動か
さずに、アーム７のみを駆動させることによって、図７
（ｂ）に示すようにＣ２を中心とする円弧状の３点Ｐ2
1，Ｐ22，Ｐ23の位置データより、回転中心Ｃ２及び、
Ｃ２とＣ３との距離Ｌ２を求めることができる。このと
き、３点Ｐ21，Ｐ22，Ｐ23でのアーム角センサ２７から
の入力値を記憶しておく。First, only the bucket 8 is driven to obtain the rotation center C3 and the rotation radius from the position data of the three arc-shaped points P31, P32 and P33 centered on C3 as shown in FIG. L3 can be determined. At this time, input values from the bucket angle sensor 28 at three points P31, P32, and P33 are stored. Next, by driving only the arm 7 without moving the bucket 8, FIG.
As shown in (b), three arc-shaped points P2 centered on C2
From the position data of 1, P22 and P23, the rotation center C2 and
The distance L2 between C2 and C3 can be obtained. At this time, input values from the arm angle sensor 27 at three points P21, P22, and P23 are stored.

【００７１】ここで、アームの回転中心Ｃ２が求まった
ので、先ほどの３点Ｐ31，Ｐ32，Ｐ33でのバケット角ｑ
３をそれぞれ算出できる。そこで、この算出した各バケ
ット角ｑ３と、先ほど記憶しておいたバケット角センサ
２８からの入力値との対応を記憶する。Here, since the rotation center C2 of the arm has been determined, the bucket angle q at the three points P31, P32 and P33 described above is obtained.
3 can be calculated respectively. Therefore, the correspondence between each of the calculated bucket angles q3 and the input value from the bucket angle sensor 28 stored earlier is stored.

【００７２】つぎに、同様にしてバケット８、アーム７
を共に動かさずに、ブーム６のみを駆動させることによ
って、図７（ｃ）に示すようにＣ１を中心とする円弧状
の３点Ｐ11，Ｐ12，Ｐ13の位置データより、回転中心Ｃ
１、作業機移動平面の垂線Ｘ１及び、Ｃ１とＣ２との距
離Ｌ１を求めることができる。このとき、３点Ｐ11，Ｐ
12，Ｐ13でのアーム角センサ２７からの入力値を記憶し
ておく。Next, similarly, the bucket 8, the arm 7
By driving only the boom 6 without moving both, the rotation center C is obtained from the position data of the three arc-shaped points P11, P12 and P13 centered on C1 as shown in FIG.
1. The perpendicular X1 of the work machine moving plane and the distance L1 between C1 and C2 can be obtained. At this time, three points P11, P
The input values from the arm angle sensor 27 at 12, P13 are stored.

【００７３】ここで、ブームの回転中心Ｃ１が求まった
ので、先ほどの３点Ｐ21，Ｐ22，Ｐ23でのアーム角ｑ２
をそれぞれ算出できる。そこで、この算出した各アーム
角ｑ２と、先ほど記憶しておいたアーム角センサ２７か
らの入力値との対応を記憶する。Here, since the rotation center C1 of the boom has been obtained, the arm angle q2 at the three points P21, P22 and P23 described above is obtained.
Can be calculated respectively. Therefore, the correspondence between each calculated arm angle q2 and the input value from the arm angle sensor 27 stored previously is stored.

【００７４】つぎに、同様にしてバケット８、アーム
７、ブーム６を共に動かさずに、車体２のみを旋回させ
ることによって、図７（ｄ）に示すようにＣ０を中心と
する円弧状の３点Ｐ01，Ｐ02，Ｐ03の位置データより、
回転中心Ｃ０及び旋回軸であるＺ１を求めることができ
る。Next, similarly, by turning only the vehicle body 2 without moving the bucket 8, the arm 7, and the boom 6 together, as shown in FIG. From the position data of points P01, P02 and P03,
The rotation center C0 and the rotation axis Z1 can be obtained.

【００７５】Ｚ1と先ほど求めたＸ1とから、Ｙ１を求め
ることができるので、先ほどの３点Ｐ11，Ｐ12，Ｐ13で
のブーム角ｑ１をそれぞれ算出できる。そこで、この算
出した各ブーム角ｑ１と、先ほど記憶しておいたブーム
角センサ２６からの入力値との対応を記憶する。また、
Ｃ０、Ｃ１、Ｘ１及びＹ１より、旋回中心Ｃの位置と、
Ｃ１のＣからの距離パラメータＬb1、Ｌb2とを求めるこ
とができる。Since Y1 can be obtained from Z1 and X1 obtained previously, the boom angles q1 at the three points P11, P12 and P13 can be calculated. Therefore, the correspondence between each of the calculated boom angles q1 and the previously stored input value from the boom angle sensor 26 is stored. Also,
From C0, C1, X1, and Y1, the position of the turning center C,
Distance parameters Lb1 and Lb2 of C1 from C can be obtained.

【００７６】最後に、ＧＰＳアンテナ４９をアーム７の
通常使用する位置（図１参照）に装着する。その状態で
アーム７のみを回動させることによって、Ｃ２とアンテ
ナ位置Ｐとの距離Ｌｐを求めることができる。また、現
在のＣ１、Ｃ２の位置と、アーム角ｑ２とから、アンテ
ナ位置Ｐの角度パラメータｑｐも定めることができる。Finally, the GPS antenna 49 is mounted on the arm 7 at a position where it is normally used (see FIG. 1). By rotating only the arm 7 in this state, the distance Lp between C2 and the antenna position P can be obtained. Further, an angle parameter qp of the antenna position P can be determined from the current positions of C1 and C2 and the arm angle q2.

【００７７】このようにして、リンク部材を順番に単独
で駆動させることによって、複雑な校正作業を簡単に行
なうことができる。センサを使用して作業機を制御する
ときには、この計測による角度値と角度センサ入力値と
の対応関係を用いて角度センサ入力値より回転角度を求
めて作業機を制御すればよい。これによって、取り付け
精度を気にせずにセンサを取り付けることができるし、
直線性の悪いセンサでも精度良く使うことができる。In this way, by driving the link members independently in sequence, a complicated calibration operation can be easily performed. When controlling the work implement using the sensor, the work implement may be controlled by obtaining the rotation angle from the angle sensor input value using the correspondence between the angle value obtained by the measurement and the angle sensor input value. This allows the sensor to be mounted without worrying about the mounting accuracy,
Even a sensor with poor linearity can be used with high accuracy.

【００７８】ここでは、座標系を求める際、簡単のため
計算に必要な３点を用いて校正作業を行なったが、より
多い点を用いて統計的処理を加えてもよい。簡単には、
適当に選んだ３点の組み合わせで別々にパラメータを求
め、その平均値を利用してもよい。そのときのバラツキ
が閾値以下に収まらないときには、その旨ワーニングを
表示してもよい。さらに、必要な点の数と、移動角度を
予め定め、数が不足する場合には、つまり、作業機の操
作が小さすぎたり、早すぎた場合には、ワーニングを表
示してもよい。また、可動範囲全体にわたって、より多
くの点での角度と角度センサの入力値との対応関係を記
憶することが精度の向上にとって望ましい。Here, when obtaining the coordinate system, the calibration work was performed using three points required for calculation for simplicity, but statistical processing may be performed using more points. Briefly,
The parameters may be separately obtained by appropriately selecting three points, and the average value thereof may be used. If the variation at that time does not fall below the threshold, a warning to that effect may be displayed. Furthermore, the number of necessary points and the movement angle may be determined in advance, and a warning may be displayed if the number is insufficient, that is, if the operation of the work implement is too small or too fast. It is also desirable to store the correspondence between the angles at more points and the input values of the angle sensor over the entire movable range in order to improve the accuracy.

【００７９】なお、本実施形態では、ＧＰＳアンテナ４
９をアーム７に取り付けた場合を示したが、ブーム６に
あるいは、バケット８に取り付けても同様である。ま
た、角度センサは重力を利用した傾斜センサでもよい。
この場合、リンク相互の角度は、前後のリンクの傾斜角
センサ信号の差分より求めることが出来る。また、油圧
シリンダのストロークを検出する長さセンサでもよい。
さらに、また、ＧＰＳの代わりにロボティックトータル
ステーションまたは、その他の３次元位置計測装置を用
いてもよい。In this embodiment, the GPS antenna 4
Although the case where 9 is attached to the arm 7 is shown, the same applies to the case where it is attached to the boom 6 or the bucket 8. Further, the angle sensor may be an inclination sensor using gravity.
In this case, the angle between the links can be obtained from the difference between the inclination angle sensor signals of the front and rear links. Further, a length sensor for detecting the stroke of the hydraulic cylinder may be used.
Further, a robotic total station or other three-dimensional position measuring device may be used instead of the GPS.

【００８０】油圧ショベル１の作業機５には、テレスコ
ピックアームのように直動軸を持つものもあるが、その
場合は長さセンサを用いればよい。また、ツーピースブ
ームやオフセットブームを採用した場合でも、リンク部
材が増えた分だけセンサを加えればよい。この場合で
も、複数の３次元位置から旋回中心などへの距離を求め
る方法は同じである。The working machine 5 of the hydraulic excavator 1 has a linear motion shaft such as a telescopic arm. In this case, a length sensor may be used. Further, even when a two-piece boom or an offset boom is employed, it is only necessary to add a sensor as much as the number of link members increases. Even in this case, the method of obtaining distances from a plurality of three-dimensional positions to a turning center or the like is the same.

【００８１】また、作業機５に単独のＧＰＳを取り付け
るだけでなく、車体の例えば旋回中心軸上の車体にＧＰ
Ｓを取り付け、旋回中心の位置計測精度を向上させる方
法も考えられる。この場合にも、同様の方法で、旋回軸
の向きや車体の方向Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１を求めることがで
きる。In addition to attaching a single GPS to the work machine 5, the GP
A method of improving the accuracy of measuring the position of the turning center by attaching S is also conceivable. Also in this case, the direction of the turning axis and the directions X1, Y1, and Z1 of the vehicle body can be obtained in the same manner.

【００８２】また、図示しないが、ＧＰＳやトータルス
テーションのほかに水平方向の高さを計測するスキャン
式レーザをつけ、高さ方向の制御を実施することもでき
る。スキャン式レーザとアームの角度センサおよび、バ
ケットとアームとの角度センサがあれば、バケットの高
さ方向の情報を得ることができる。Although not shown, a scanning laser for measuring the height in the horizontal direction may be provided in addition to the GPS and the total station to control the height. If there is an angle sensor between the scanning laser and the arm and an angle sensor between the bucket and the arm, information in the height direction of the bucket can be obtained.

【００８３】走行方法は、クローラ４にて説明したが、
ホイールでも構わない。また、作業用ツールとしてバケ
ット８にて説明したが、ブレーカーやカッターでも同様
である。The traveling method has been described with reference to the crawler 4,
It can be a wheel. Also, the bucket 8 has been described as a working tool, but the same applies to a breaker and a cutter.

【００８４】以上説明したように、本発明によれば、旋
回をすることなく作業機を動かすだけで、車体やバケッ
トの位置及び方向を求めることができる。また、旋回中
に作業機を動かしていても、車体やバケットの位置及び
方向を求めることができる。つまり、位置及び方向を求
めるためだけの動き（作業を行うのに不要な動き）が不
要となり、通常の作業駆動により車体やバケットの位置
及び方向を求めることができ、作業効率を向上すること
ができる。また、不要な旋回を行う必要がないので、作
業の安全性をより向上できる。また、クローラによる車
両移動を行っても位置及び方向を推測しているので、移
動直後より正しいバケット位置を示すことができる。ま
た、その後目標位置へのバケットの移動指令をした際、
この移動に伴い車体の位置及び方向を再計算し、目標指
令値も随時更新され、精度よく目標位置に到達すること
が可能となる。As described above, according to the present invention, the position and direction of the vehicle body and the bucket can be obtained only by moving the work machine without turning. Further, the position and direction of the vehicle body and the bucket can be obtained even when the work machine is moved during the turning. In other words, a movement only for obtaining the position and the direction (a movement unnecessary for performing the work) is unnecessary, and the position and the direction of the vehicle body and the bucket can be obtained by the normal work drive, so that the work efficiency can be improved. it can. Further, since it is not necessary to perform unnecessary turning, the safety of work can be further improved. Further, since the position and the direction are estimated even when the vehicle is moved by the crawler, a correct bucket position can be indicated immediately after the movement. Also, when a command to move the bucket to the target position is issued thereafter,
With this movement, the position and direction of the vehicle body are recalculated, the target command value is updated as needed, and it is possible to accurately reach the target position.

【００８５】さらに、リンク角度センサを簡単に校正で
きるので、直線性の悪いセンサでも精度良く使うことが
でき、取り付け作業が簡単で、他の機械への汎用性が高
くなる。Further, since the link angle sensor can be easily calibrated, even a sensor having poor linearity can be used with high accuracy, the mounting work is simple, and the versatility to other machines is enhanced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施形態の油圧ショベルの側面図であ
る。FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の実施形態のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the present invention.

【図３】本発明の実施形態の演算フロー図である。FIG. 3 is a calculation flowchart of the embodiment of the present invention.

【図４】本発明の実施形態の演算を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation according to the embodiment of the present invention.

【図５】本発明の実施形態の別態様の演算を説明する図
である。FIG. 5 is a diagram illustrating a calculation according to another aspect of the embodiment of the present invention.

【図６】本発明の実施形態の校正動作を説明する図であ
る。FIG. 6 is a diagram illustrating a calibration operation according to the embodiment of the present invention.

【図７】本発明の実施形態の校正演算を説明する図であ
る。FIG. 7 is a diagram illustrating a calibration operation according to the embodiment of the present invention.

【図８】従来技術の油圧ショベルを説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional hydraulic excavator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…油圧ショベル、２…車体、３…下部走行体、４…ク
ローラ、５…作業機、６…ブーム、７…アーム、８…バ
ケット、２２…旋回用回転センサ２３、…クローラ用回
転センサ、２６…ブーム角センサ、２７…アーム角セン
サ、２８…バケット角センサ、３０…コントローラ、３
１…記憶部、４０…測位コントローラ、４１…記憶部、
４５…ＧＵＩ、４８…ＧＰＳ測量機、４９…ＧＰＳアン
テナ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydraulic excavator, 2 ... Body, 3 ... Lower traveling body, 4 ... Crawler, 5 ... Work machine, 6 ... Boom, 7 ... Arm, 8 ... Bucket, 22 ... Rotation rotation sensor 23, ... Crawler rotation sensor, 26: boom angle sensor, 27: arm angle sensor, 28: bucket angle sensor, 30: controller, 3
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Storage part, 40 ... Positioning controller, 41 ... Storage part,
45: GUI, 48: GPS surveying instrument, 49: GPS antenna.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB02 AB03 AB04 BA01 BA03 BA04 BA06 BA07 BB07 DB03 DB04 DB05 DC07 3F059 AA08 BA02 BB07 DA02 DB08 DD00 DE02 5J062 AA01 BB01 BB08 CC07  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 2D003 AA01 AB02 AB03 AB04 BA01 BA03 BA04 BA06 BA07 BB07 DB03 DB04 DB05 DC07 3F059 AA08 BA02 BB07 DA02 DB08 DD00 DE02 5J062 AA01 BB01 BB08 CC07

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 移動自在な下部走行体(3)と、下部走行
体(3)上に旋回自在に設けられた車体(2)と、車体(2)に
設けられ複数のリンク機構(6,7)により平面上を移動す
る作業用のツール(8)を駆動する作業機(5)とを有する建
設機械(1)に搭載され、作業機(5)の姿勢を検出する複数
のセンサ(26,27,28)からの信号及び作業機(5)に設けら
れた３次元位置計測装置(48,49)からの信号に基づい
て、ツール(8)の位置及び方向を計測するツール位置計
測装置において、 車体(2)の旋回の有無を検出する旋回検出手段と、 旋回検出手段の検出信号に基づいて車体(2)の旋回なし
と判断し、かつリンク機構(6,7)により作業機(5)のみが
駆動されたときに、作業機移動平面上の３つ以上の複数
の点の３次元位置を３次元位置計測装置(48,49)により
計測し、３つの点の３次元位置に基づいて作業機(5)の
移動平面を求めると共に、各３次元位置に対応した時点
での作業機(5)の姿勢データに基づいて作業機(5)のリン
ク機構(6,7)の基点(C1)の３次元位置を求めることによ
り、ツール(8)の位置及び方向を算出する測位コントロ
ーラ(40)とを備えたことを特徴とする建設機械のツール
位置計測装置。1. A movable lower traveling body (3), a vehicle body (2) rotatably provided on the lower traveling body (3), and a plurality of link mechanisms (6, 6) provided on the vehicle body (2). A plurality of sensors (26) mounted on a construction machine (1) having a work machine (5) for driving a work tool (8) moving on a plane by (7) and detecting the posture of the work machine (5). , 27, 28) and a tool position measuring device that measures the position and direction of the tool (8) based on signals from the three-dimensional position measuring device (48, 49) provided in the work machine (5). In the above, turning detection means for detecting the presence or absence of turning of the vehicle body (2), it is determined that there is no turning of the vehicle body (2) based on a detection signal of the turning detecting means, and the work machine (6, 7) by the link mechanism (6, 7) When only 5) is driven, the three-dimensional positions of three or more points on the work machine moving plane are measured by the three-dimensional position measuring device (48, 49), and the three-dimensional positions of the three points are measured. Based on The moving plane of the work machine (5) is obtained, and the base point (C1) of the link mechanism (6, 7) of the work machine (5) is determined based on the posture data of the work machine (5) at the time corresponding to each three-dimensional position. A) a positioning controller (40) for calculating the position and direction of the tool (8) by determining the three-dimensional position of the tool (8). 【請求項２】 請求項１記載の建設機械のツール位置計
測装置において、 旋回検出手段は、３つの点の３次元位置がほぼ同一平面
上にあり、かつこの平面が車体(2)の旋回軸とほぼ平行
であるとき、車体(2)の旋回が無しと判定することを特
徴とする建設機械のツール位置計測装置。2. The tool position measuring device for a construction machine according to claim 1, wherein the turning detecting means has a three-dimensional position of the three points substantially on the same plane, and the plane is a turning axis of the vehicle body (2). A tool position measuring device for a construction machine, wherein it is determined that there is no turning of the vehicle body (2) when the vehicle position is substantially parallel to the tool position measuring device. 【請求項３】 移動自在な下部走行体(3)と、下部走行
体(3)上に旋回自在に設けられた車体(2)と、車体(2)に
設けられ複数のリンク機構(6,7)により移動する作業用
のツール(8)を駆動する作業機(5)とを有する建設機械
(1)に搭載され、作業機(5)の姿勢を検出する複数のセン
サ(26,27,28)からの信号及び作業機(5)に設けられた３
次元位置計測装置(48,49)からの信号に基づいて、ツー
ル(8)の位置及び方向を計測するツール位置計測装置に
おいて、 車体(2)の旋回の有無を検出する旋回検出手段と、 旋回検出手段の検出信号に基づいて車体(2)の旋回あり
と判断し、かつリンク機構(6,7)により作業機(5)が駆動
されたときに、３つ以上の複数の点の３次元位置を３次
元位置計測装置(48,49)により計測し、計測した３つの
点の３次元位置、及び各３次元位置に対応した時点での
作業機(5)の姿勢データに基づいて旋回軸(Z1)上の一点
との距離を求め、その３次元位置を求めることにより、
ツール(8)の位置及び方向を算出する測位コントローラ
(40)とを備えたことを特徴とする建設機械のツール位置
計測装置。3. A movable lower traveling body (3), a vehicle body (2) rotatably provided on the lower traveling body (3), and a plurality of link mechanisms (6, 6) provided on the vehicle body (2). A construction machine having a work machine (5) for driving a work tool (8) moved by 7)
Signals from a plurality of sensors (26, 27, 28) mounted on (1) and detecting the attitude of the work machine (5) and 3 provided on the work machine (5)
In a tool position measuring device for measuring a position and a direction of a tool (8) based on a signal from a two-dimensional position measuring device (48, 49), turning detecting means for detecting the presence or absence of turning of the vehicle body (2); When it is determined that the vehicle body (2) is turning based on the detection signal of the detection means, and when the work machine (5) is driven by the link mechanism (6, 7), three or more three-dimensional points of three or more points are obtained. The position is measured by the three-dimensional position measuring device (48, 49), and the pivot axis is determined based on the three-dimensional positions of the three measured points and the posture data of the work machine (5) at the time corresponding to each of the three-dimensional positions. By finding the distance to one point on (Z1) and finding its three-dimensional position,
Positioning controller that calculates the position and direction of the tool (8)
(40) A tool position measuring device for a construction machine, comprising: 【請求項４】 請求項３記載の建設機械のツール位置計
測装置において、 測位コントローラ(40)は、車体(2)が旋回せず作業機(5)
のみが駆動したときの旋回軸方向(Z1)を求めて記憶手段
(41)に記憶し、この記憶した旋回軸方向(Z1)を用いて前
記ツール(8)の位置及び方向の演算を行うことを特徴と
する建設機械のツール位置計測装置。4. The tool position measuring device for a construction machine according to claim 3, wherein the positioning controller (40) operates the work machine (5) without turning the vehicle body (2).
The rotation axis direction (Z1) when only one is driven is obtained and stored.
A tool position measuring device for a construction machine, characterized in that the position and direction of the tool (8) are calculated using the stored turning axis direction (Z1). 【請求項５】 左右１対のクローラ(4)または左右２対
のタイヤを備えた移動自在な下部走行体(3)と、下部走
行体(3)上に旋回自在に設けられた車体(2)と、車体(2)
に設けられ複数のリンク機構(6,7)により平面上を移動
する作業用のツール(8)を駆動する作業機(5)とを有する
建設機械(1)に搭載され、車体(2)のヨー角を検出する車
体(2)のヨー角検出装置において、 左右のクローラ(4)またはタイヤのそれぞれの回転数を
検出する回転数検出手段(23,23)と、 車体(2)または作業機(5)のいずれか一方に設けられた３
次元位置計測装置(48,49)と、 車体(2)の旋回を検出する旋回検出手段(22)と、 回転数検出手段(23,23)に基づいて、クローラ(4)または
タイヤが停止中と判断したときは、車体(2)の旋回また
は作業機(5)の駆動による３つの点の３次元位置より車
体(2)のヨー角を算出し、クローラ(4)またはタイヤが回
転中と判断したときは、回転数検出手段(23,23)からの
信号及び旋回検出手段(22)からの信号によりヨーイング
方向の相対方向変化量を求め、車体(2)のヨー角を算出
する測位コントローラ(40)とを備えたことを特徴とする
建設機械のヨー角検出装置。5. A movable lower traveling body (3) provided with a pair of right and left crawlers (4) or two pairs of left and right tires, and a vehicle body (2) rotatably provided on the lower traveling body (3). ) And body (2)
A work machine (5) that drives a work tool (8) that moves on a plane by a plurality of link mechanisms (6, 7) installed on a construction machine (1), and a vehicle body (2) A yaw angle detecting device for detecting the yaw angle of the vehicle body (2), a rotational speed detecting means (23, 23) for detecting a rotational speed of each of the left and right crawlers (4) or tires; 3 provided in any one of (5)
The crawler (4) or the tire is stopped based on the three-dimensional position measuring device (48, 49), the turning detecting means (22) for detecting turning of the vehicle body (2), and the rotation speed detecting means (23, 23). When it is determined, the yaw angle of the vehicle body (2) is calculated from the three-dimensional position of three points by turning the vehicle body (2) or driving the work machine (5), and it is determined that the crawler (4) or the tire is rotating. When it is determined, the positioning controller calculates the amount of change in the relative direction in the yawing direction based on the signal from the rotation speed detecting means (23, 23) and the signal from the turning detecting means (22), and calculates the yaw angle of the vehicle body (2). (40) A yaw angle detecting device for a construction machine, comprising: 【請求項６】 移動自在な下部走行体(3)と、下部走行
体(3)上に旋回自在に設けられた車体(2)と、車体(2)に
設けられ複数のリンク機構(6,7)により平面上を移動す
る作業用のツール(8)を駆動する作業機(5)とを有する建
設機械(1)に搭載され、作業機(5)の姿勢を検出する複数
のセンサ(26,27,28)からの信号と、車体(2)または作業
機(5)のいずれか一方に設けられた３次元位置計測装置
(48,49)からの信号と、ツール(8)の目標位置を指示する
指示装置(45)からの信号とに基づいて、目標指令信号を
作成しツール(8)を移動させる作業機自動制御装置にお
いて、 ツール(8)の目標位置への移動によって得られる３つの
点の３次元位置より、ツール(8)の位置を求めて更新す
ると共に、更新されたツール(8)の位置に基づき目標指
令信号を更新する測位コントローラ(40)とを備えたこと
を特徴とする建設機械の作業機自動制御装置。6. A movable lower traveling body (3), a vehicle body (2) rotatably provided on the lower traveling body (3), and a plurality of link mechanisms (6, 6) provided on the vehicle body (2). A plurality of sensors (26) mounted on a construction machine (1) having a work machine (5) for driving a work tool (8) moving on a plane by (7) and detecting the posture of the work machine (5). , 27, 28) and a three-dimensional position measuring device provided on either the vehicle body (2) or the work machine (5)
Automatic control of work equipment that creates a target command signal and moves the tool (8) based on the signal from (48, 49) and the signal from the pointing device (45) that indicates the target position of the tool (8) In the apparatus, the position of the tool (8) is obtained and updated from the three-dimensional position of the three points obtained by moving the tool (8) to the target position, and the target is determined based on the updated position of the tool (8). A work machine automatic control device for a construction machine, comprising: a positioning controller (40) for updating a command signal. 【請求項７】 ２つ以上のリンク部材(6,7,8)を有する
作業機(5)の各回転角度を検出する角度センサ(26,27,2
8)の校正装置において、 作業機(5)の先端に設けられた３次元位置計測装置(48,4
9)と、 各リンク部材(6,7,8)を単独で駆動したときの、回転円
弧上の３点の３次元位置に基づいて各回転中心位置(C1,
C2,C3)を求め、求めた中心位置(C1,C2,C3)と各回転円弧
上の任意の点の３次元位置とから各リンク部材(6,7,8)
の回転角度を求め、この各リンク部材(6,7,8)の回転角
度と各点の３次元位置計測時点での角度センサ(26,27,2
8)からの回転角度信号との関係を算出する演算手段(40)
とを備えたことを特徴とする校正装置。7. An angle sensor (26, 27, 2) for detecting each rotation angle of a working machine (5) having two or more link members (6, 7, 8).
In the calibration device of 8), the three-dimensional position measurement device (48, 4
9), and each rotation center position (C1, C1) based on the three-dimensional position of three points on the rotating arc when each link member (6, 7, 8) is driven independently.
C2, C3), and from the obtained center position (C1, C2, C3) and the three-dimensional position of an arbitrary point on each rotating arc, each link member (6, 7, 8)
The rotation angle of each link member (6, 7, 8) and the angle sensor (26, 27, 2) at the time of measuring the three-dimensional position of each point are determined.
Calculation means (40) for calculating the relationship with the rotation angle signal from 8)
And a calibration device.
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