JP7009590B1 - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業装置の操作支援において不正確な姿勢情報の利用を抑制できる建設機械を提供する。【解決手段】建設機械は、車体３及び作業装置１への設置部分の加速度及び角速度を検出すると共に検出結果に基づき当該設置部分の基準面に対する角度を演算する角度計測装置２５、２６、２７、２８と、角度計測装置からの角度に基づき演算した車体３及び作業装置１の姿勢情報を基に作業装置１の操作支援を実行するコントローラ４０を備える。コントローラ４０は、操作支援に対して設定された第１要求精度に基づき角度計測装置の角度演算に対する第２要求精度を演算し、角度計測装置の検出結果に基づき車体３が動作中から停止状態へ変化しているかを判定し、角度計測装置の演算精度が第２要求精度を満たしているかを判定し、車体３が停止状態へ変化した場合かつ演算精度が第２要求精度を満たしていない場合に作業装置１の操作支援の停止または警告を講じる。【選択図】 図４

Description

本発明は、位置や姿勢が変化する作業装置を備えた建設機械に係り、更に詳しくは、作業装置などに取り付けられた計測装置から出力される角度情報を含む各種情報を基にオペレータの操作支援を行う建設機械に関する。

油圧ショベルなどの建設機械の分野では、近年、建設施工に情報通信技術を適用することで多様な情報を効率的に活用して施工の合理化を図る情報化施工の導入が進められている。例えば、ブーム、アーム及びバケットなどの複数部材を連結した多関節型の作業装置の位置や姿勢をオペレータへ表示するマシンガイダンスや、当該作業装置を目標施工面に沿って動くように制御するマシンコントロールなどのオペレータの操作を支援する機能を有するものがある。

マシンガイダンスやマシンコントロールなどの操作支援を行うときに、施工現場における自車の座標を利用するものを３次元情報化施工（以下、３Ｄ情報化施工と称す）という。３Ｄ情報化施工に対応する建設機械では、自車の位置を取得するために、衛星測位システム（Global Navigation Satellite System：ＧＮＳＳ）を備えている。ＧＮＳＳは、複数の衛星からの測位信号を受信して自車の３次元位置（緯度、経度、高度）を測定するものである。油圧ショベルのように作業装置を備える建設機械では、自車の位置だけでなく、作業装置が向いている方向（方位）も操作支援に必要である。そのため、測位信号を受信するＧＮＳＳアンテナを２つ搭載し、それらが受信した測位信号を基に作業装置の方位を特定する建設機械が公知である。

マシンガイダンスでは、バケット（作業具）のつめ先（先端位置）を施工目標面に沿って動作させるための各種情報をオペレータに提示するので、自車の位置情報だけでなく、作業装置の姿勢情報も重要である。そこで、作業装置を構成するブーム、アーム、バケットにはそれぞれ、角度を取得するためのセンサが取り付けられている。当該センサとして、取付の容易性や応答性の観点から、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit：ＩＭＵ）が選定されることが多い。

マシンガイダンスは、上述の通り、ＧＮＳＳとＩＭＵを併用して油圧ショベルの位置や姿勢を算出し、それらの情報をオペレータに提示する。したがって、ＧＮＳＳから取得した位置やＩＭＵから取得した角度の情報が実際の情報から乖離している場合には、不正確な情報がオペレータに対して提示されることになる。オペレータが不正確な情報に基づいて掘削作業を継続すると、目標とする施工面に対して地面を掘り過ぎてしまったり掘削量が不足したりすることで、施工のやり直しが必要になる懸念がある。

このような課題に対して、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の作業機械は、情報化施工の実行の際に作業装置（作業機）を的確に継続して制御すること及び作業のガイダンス画面に適正な情報を表示することのうち少なくとも１つを実現するために、ＧＮＳＳを利用して自車（作業機械）の位置を検出する位置検出装置、及び、作業機械の動作を示す動作情報を検出する状態検出装置（ＩＭＵ）を備えており、作業機の位置データの生成に用いる位置情報を位置検出装置の測位の状態及び作業機械の動作状態に応じて選択している。具体的には、位置検出装置による測位が正常である場合（第１モードの場合）には、位置検出装置により検出された位置の情報が当該位置情報として用いられる一方、測位が異常かつ作業機械が静定状態である場合（第２モードの場合）には、測位が異常となる前における作業機械の基準となる特定点及び状態検出装置（ＩＭＵ）により検出された動作情報の両方を用いて求めた位置の情報が当該位置情報として用いられる。なお、測位が異常かつ作業機械が非静定状態である場合（第３モードの場合）には、位置情報が提供されないようになっている。

国際公開第２０１５／１６７０２２号

特許文献１に記載の技術は、作業機の位置（例えば、バケットの刃先位置）のデータ生成に用いる作業機械の位置情報が正確である場合に限り、当該位置情報を操作支援（マシンガイダンス）に利用するものである。しかし、特許文献１に記載の技術においても、作業機の位置（バケットの刃先位置）のデータを生成するためには、作業機械の位置情報に加えて作業機械の角度情報を用いる必要がある。したがって、作業機械の角度情報が不正確である場合には、上述の作業機械の位置情報が正確であっても、バケットの刃先位置を正確に算出することは困難である。

ところで、前述したように、建設機械の角度情報を取得するセンサとして、ＩＭＵが用いられることがある。ＩＭＵは、加速度センサ及び角速度センサの２つのセンサを備えた装置であり、加速度センサにより検出された加速度及び角速度センサにより検出された角速度を用いることで角度を演算する角度演算機能も備えている。ＩＭＵは、次の２つの演算方法を切り替え、または、組み合わせて角度を演算している。第１の方法は、加速度センサによって検出された加速度と重力加速度とを比較することで基準面（例えば、水平面）に対する角度を算出するものである。第２の方法は、角速度センサによって検出された角速度を積分することで角度を算出するものである。ただし、第２の方法は、建設機械が静止状態のときの或る角度を起点とした角度変化しか算出することができない。このため、建設機械の静止時の任意の角度を算出可能な第１の演算方法を主に用いることが考えられる。

しかし、第１の演算方法は、重力加速度を参照値として用いるので、重力加速度以外の加速度が生じると角度を正確に算出することができなくなる場合がある。建設機械では、走行動作の開始や停止などによって並進加速度が生じると共に、旋回動作によって遠心加速度が生じる。このような状況下では、第１の演算方法では、「静止時に検出した加速度と重力加速度を比較する」という条件が成立していないので、当該方法の演算精度は低下する。このため、ＩＭＵの角度演算では、第１及び第２の演算方法による２つの演算結果をカルマンフィルタや相補フィルタなどにより統合することで演算結果の精度低下を抑制する技術が知られている。しかし、このような技術を用いても、ＩＭＵの角度演算の精度低下を無効化することは極めて困難である。

ＩＭＵの角度演算の精度低下について以下に具体的に説明する。建設機械が停止状態から走行動作を開始すると、車体に加速度が生じるので、ＩＭＵが検出した加速度の合成値が重力加速度と一致しない。この場合、ＩＭＵの角度演算として第１の方法を用いることができないので、走行動作の開始後の適切な時期に、演算方法が第１の方法から第２の方法へと切り替わる。走行中は、走行速度が一定の場合でも車体に振動が生じて車体に加速度が生じるので、第２の演算方法が維持される。このため、走行継続中は、角速度センサにより検出された角速度を逐次積分することで角度演算が行われるので、角速度センサのバイアスの影響が積分演算により積み重なることで演算誤差が徐々に大きくなってしまう。その後、建設機械が走行状態から完全に停止すると、停止後の適切な時期にＩＭＵの角度演算が第２の方法から第１の方法へと切り替わる。第２の方法から第１の方法へ演算方法を切り替えても、第２の方法の演算結果と第１の方法の演算結果に対して補間処理やフィルタ処理などの処理を行うことで演算結果の連続性を担保している。このため、建設機械が完全に停止してＩＭＵの角度演算が第１の方法に切り替わったとしても、完全な停止後の暫くの間、ＩＭＵが出力する角度情報には第２の演算方法に起因した誤差が残存するので、ＩＭＵの演算誤差が直ちに小さくなることはない。

ＩＭＵの演算結果における上述の誤差を考慮せずに、走行動作が行われていないことのみを判断材料としてマシンガイダンスを実行すると、ＩＭＵの演算誤差を含む不正確な姿勢情報に基づいて操作支援が行われるので、施工面を傷つけてしまう懸念がある。したがって、建設機械では、停止状態であっても、走行や旋回の動作状態から停止状態への移行後の一定期間は、ＩＭＵの角度演算の精度が低下している場合があることを考慮する必要がある。

本発明は、上記の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、マシンガイダンスやマシンコントロールなどの作業装置の操作支援において不正確な姿勢情報が利用されることを抑制することができる建設機械を提供することである。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、車体と、前記車体に対して回動可能に取り付けられた作業装置と、前記車体及び前記作業装置に設置され、設置部分の加速度及び角速度を検出すると共に検出結果に基づき当該設置部分の基準面に対する角度を演算する角度演算を行う角度計測装置と、前記角度計測装置により演算された角度に基づいて前記車体及び前記作業装置の姿勢を示す姿勢情報を演算し、演算された姿勢情報を表示装置に表示させると共に、演算された姿勢情報に基づいて前記作業装置の操作支援を実行するコントローラとを備えた建設機械において、前記コントローラは、前記作業装置の操作支援に用いられる情報に対して設定された要求精度である第１要求精度に基づいて、前記角度計測装置の前記角度演算に対する要求精度である第２要求精度を演算する要求精度演算を行い、前記角度計測装置の検出結果に基づいて、前記車体が動作している状態から停止状態へと変化しているか否かを判定する動作停止判定を行い、前記角度計測装置の前記角度演算の精度が前記第２要求精度を満たしているか否かを判定する精度判定を行い、前記車体が動作している状態から停止状態へと変化したと判定し、且つ、前記角度計測装置の前記角度演算の精度が前記第２要求精度を満たしてないと判定した場合には、前記作業装置の操作支援の停止または警告を講じることを特徴とする。

本発明によれば、車体が停止状態であっても、角度計測装置の角度演算の精度が要求精度を満たしていない場合には、コントローラがマシンガイダンスやマシンコントロールなどの作業装置の操作支援の停止または警告を講じるので、作業装置の操作支援の実行の際に不正確な姿勢情報が利用されることを抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の建設機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す斜視図である。 本発明の建設機械の第１の実施の形態及びその一部を構成するコントローラの機能ブロックを示す図である。 本発明の建設機械の第１の実施の形態の一部を構成する慣性計測装置（ＩＭＵ）の角度演算の精度低下を示す説明図である。 図２に示すコントローラのポジショニング演算部の機能構成及びモニタ表示部の機能構成を示すブロック図である。 図４に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成する要求角度精度演算部の機能構成を示すブロック図である。 図４に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成するＩＭＵ演算精度評価部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するコントローラにおけるガイダンス実行の判断の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７に示すフローチャートにおける車体の動作状態の判定の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図７に示すフローチャートにおけるＩＭＵの演算精度の判定の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の建設機械の第１の実施の形態の変形例におけるコントローラのポジショニング演算部の一部を構成する要求角度精度演算部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の建設機械の第２の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。 図１１に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成するＩＭＵ演算精度評価部の機能構成を示すブロック図である。 図１２に示す本発明の建設機械の第２の実施の形態のコントローラのＩＭＵ演算精度評価部における精度評価の方法を示す説明図である。 図１２に示す本発明の建設機械の第２の実施の形態におけるコントローラのＩＭＵ演算精度評価部の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の建設機械の第２の実施の形態における問題点を示す説明図である。 本発明の建設機械の第３の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。 図１６に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成するＩＭＵ演算精度評価部の機能構成を示すブロック図である。 図１７に示す本発明の建設機械の第２の実施の形態におけるコントローラのＩＭＵ演算精度評価部の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の建設機械の第３の実施の形態の作用及び効果を示す説明図である。 本発明の建設機械の第４の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。 図２０に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成する要求角度精度演算部の機能構成を示すブロック図である。 本発明の建設機械の第５の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。 本発明の建設機械の第６の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。

以下、本発明の建設機械の実施の形態について図面を用いて説明する。本実施の形態においては、建設機械の一例として油圧ショベルを例に挙げて説明する。

［第１の実施の形態］
まず、本発明の建設機械の第１の実施の形態としての油圧ショベルの構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の建設機械の第１の実施の形態を適用した油圧ショベルを示す斜視図である。図２は本発明の建設機械の第１の実施の形態及びその一部を構成するコントローラの機能ブロックを示す図である。ここでは、運転席に着座したオペレータから見た方向を用いて説明する。

図１において、建設機械としての油圧ショベルは、掘削作業等を行うためのフロント作業装置１と、フロント作業装置１が回動可能に取り付けられた車体とで構成されている。車体は、自走可能な下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に搭載された上部旋回体３とで構成されている。車体は、下部走行体２の走行動作や上部旋回体３の旋回動作の各動作に伴い変位するものである。

フロント作業装置１は、複数の被駆動部材を垂直方向に回動可能に連結することで構成された多関節型の作業装置である。複数の被駆動部材は、例えば、ブーム６、アーム７、作業具としてのバケット８とで構成されている。ブーム６の基端部は、上部旋回体３の前部に回動可能に支持されている。ブーム６の先端部には、アーム７の基端部が回動可能に支持されている。アーム７の先端部には、バケット８が回動可能に支持されている。ブーム６、アーム７、バケット８はそれぞれ、油圧アクチュエータであるブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２によって駆動される。なお、バケット８は、バケット８と連動して回動するリンク部材１３を介して駆動される。

下部走行体２は、例えば、左右にクローラ式の走行装置１４（一方側のみ図示）を備えている。走行装置１４は、油圧アクチュエータである走行油圧モータ１４ａによって駆動する。

上部旋回体３は、例えば、油圧アクチュエータである旋回油圧モータ４によって下部走行体２に対して旋回駆動されるように構成されている。上部旋回体３は、オペレータが搭乗する運転室１６と、各種機器を収容する機械室１７とを備えている。

運転室１６には、各油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２、１４ａを操作するための操作装置１８ａ、１８ｂ、１８ｃが設けられている。操作装置１８ａ、１８ｂは、例えば、前後左右に傾倒可能な操作レバーを有する電気式の操作レバー装置である。電気式の操作レバー装置１８ａ、１８ｂは、操作レバーの傾倒方向および傾倒量、すなわち操作方向および操作量を電気的に検出する検出装置（図示せず）を有しており、検出した操作方向および操作量に応じた操作信号をコントローラ４０（図２参照）へ電気配線を介して出力する。操作レバー装置１８ａ、１８ｂの前後方向の操作および左右方向の操作はそれぞれ、各油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２の操作として割り当てられている。すなわち、操作レバー装置１８ａ、１８ｂの各操作は、フロント作業装置１の操作や上部旋回体３の旋回操作などとして割り当てられている。操作装置１８ｃは、前後に傾倒可能な走行レバー及び走行ペダルを有する電気式の操作装置である。操作装置１８ｃは、油圧アクチュエータ１４ａの操作、すなわち、左右の走行装置１４の走行操作として割り当てられている。また、運転室１６には、各種情報の表示や入力が可能なモニタ１９（図２参照）が設置されている。

なお、操作装置１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、電気式でなく、油圧式で構成することも可能である。この構成の場合、各操作装置１８ａ、１８ｂ、１８ｃの操作方向及び操作量に応じた操作パイロット圧を制御弁ユニット２３の各制御弁に対して駆動信号として供給することで、各油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２、１４ａを駆動させるように構成する。

機械室１７には、エンジンや電動機などの原動機２１や原動機２１により駆動される油圧ポンプ装置２２などが配置されている。油圧ポンプ装置２２から吐出された圧油が油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２、１４ａの各々に供給されることで各油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２、１４ａが駆動する。各油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２、１４ａの駆動は、各油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２、１４ａに対応する制御弁の集合体である制御弁ユニット２３によって制御される。制御弁ユニット２３を構成する各制御弁は、対応する油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２、１４ａに対して油圧ポンプ装置２２から供給される圧油の方向及び流量を制御するものである。各制御弁の駆動は、例えば、パイロットポンプ（図示せず）から電磁比例弁（図示せず）を介して出力される操作パイロット圧により制御される。各電磁比例弁が操作装置１８ａ、１８ｂ、１８ｃからの操作信号に基づいてコントローラ４０により制御されることで、制御弁ユニット２３の各制御弁を介して各油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２、１４ａの動作が制御される。

上部旋回体３には、図１及び図２に示すように、車体の動作及び姿勢に関する情報を計測する慣性計測装置（Inertial Measurement Unit：ＩＭＵ）２５が設置されている。また、フロント作業装置１の構成部材であるブーム６、アーム７、バケット８にもそれぞれ、各構成部材６、７、８の姿勢に関する情報を計測する慣性計測装置（ＩＭＵ）２６、２７、２８が設置されている。これら４つの慣性計測装置２５、２６、２７、２８を区別するため、上部旋回体３（車体）用の慣性計測装置２５を車体ＩＭＵ、ブーム６用の慣性計測装置２６をブームＩＭＵ、アーム７用の慣性計測装置２７をアームＩＭＵ、バケット８用の慣性計測装置２８をバケットＩＭＵと称する。なお、バケットＩＭＵ２８は、バケット８ではなく、バケット８と連動して回動するリンク部材１３に設置することも可能である。

ＩＭＵは、加速度センサ３１及び角速度センサ３２（ともに図４参照）の２つのセンサを備えた装置であり、加速度センサにより検出された加速度及び角速度センサにより検出された角速度を用いて角度を演算する角度演算機能（角度演算部３３）を有している。ＩＭＵは、次の２つの演算方法を組み合わせて角度を演算している。第１の方法は、加速度センサが検出した加速度と重力加速度とを比較することで、基準面（例えば、水平面）に対する角度を演算するものである。第２の方法は、角速度センサが検出した角速度を積分することで角度を演算するものである。ただし、第２の方法は、建設機械が静止状態のときの或る角度を起点とした角度変化しか算出することができない。このため、ＩＭＵの角度演算としては、建設機械の静止時の任意の角度を算出可能な第１の方法が主に用いられる。

車体ＩＭＵ２５は、上部旋回体３（設置部分）に生じる加速度及び角速度を検出すると共に、検出結果（加速度及び角速度）に基づき当該設置部分３の基準面に対する角度を演算する角度演算を行うものである。具体的には、車体ＩＭＵ２５は、上部旋回体３が静止状態のとき、車体ＩＭＵ２５に設定されたＩＭＵ座標系において検出された重力加速度の方向（鉛直下向きの方向）および車体ＩＭＵ２５の取付状態（車体ＩＭＵ２５と上部旋回体３との相対的な位置関係）に基づき、水平面に対する上部旋回体３の前後方向への傾き（ピッチ角）および左右方向（幅方向）への傾き（ロール角）を演算することが可能である。車体ＩＭＵ２５は、上部旋回体３（車体）の加速度及び角速度の検出結果（上部旋回体３の動作に関する情報）及び車体２、３のピッチ角及びロール角（角度情報）の演算結果（車体の姿勢に関する情報）をコントローラ４０へ出力する。

ブームＩＭＵ２６、アームＩＭＵ２７、バケットＩＭＵ２８はそれぞれ、設置部分（ブーム６、アーム７、バケット８）の角速度及び加速度を検出すると共に、検出結果（加速度及び角速度）に基づき当該設置部分６、７、８の基準面に対する角度を演算する角度演算を行うものである。ブームＩＭＵ２６、アームＩＭＵ２７、バケットＩＭＵ２８は、車体ＩＭＵ２５と同様に、車体が静止している場合、各ＩＭＵ２６、２７、２８に設定されたＩＭＵ座標系において検出された重力加速度の方向および各ＩＭＵ２６、２７、２８の取付状態（フロント作業装置１の各構成部材６、７、８との相対的な位置関係）に基づいて、各構成部材６、７、８の角度情報を演算することが可能である。ブームＩＭＵ２６、アームＩＭＵ２７、バケットＩＭＵ２８はそれぞれ、各構成部材６、７、８の角速度及び加速度の検出結果及び各構成部材６、７、８の角度情報の演算結果（各構成部材６、７、８の姿勢に関する情報）をコントローラ４０へ出力する。

これら４つの車体ＩＭＵ２５、ブームＩＭＵ２６、アームＩＭＵ２７、バケットＩＭＵ２８は、上部旋回体３及びフロント作業装置１の各構成部材６、７、８の加速度及び角速度を検出すると共に検出結果の加速度及び角速度に基づいて角度演算を行うことで、建設機械の姿勢に関する情報を計測する角度計測装置として機能するものである。

上部旋回体３には、複数の衛星からの測位信号を受信可能な受信装置としての２つのＧＮＳＳアンテナ３６、３７が取り付けられている。各ＧＮＳＳアンテナ３６、３７が受信した測位信号は、図２に示すＧＮＳＳ受信機３８に入力される。ＧＮＳＳ受信機３８は、ＧＮＳＳアンテナ３６、３７が受信した測位信号を基に、アンテナ座標（車体の特定部分の位置）の演算や上部旋回体３（車体）の方位角の演算などの測位演算を行う測位演算装置として機能するものである。ＧＮＳＳアンテナ３６、３７とＧＮＳＳ受信機３８は、油圧ショベルに対する衛星測位を行う測位システム３５（図４参照）を構成している。ＧＮＳＳ受信機３８は、上述の位置及び方位角の演算に統計処理を用いているので、当該位置及び方位角に加えてそれらの分散も同時に計算している。また、ＧＮＳＳ受信機３８は、ＧＮＳＳアンテナ３６、３７（車体）の位置だけでなく、速度も演算可能である。ＧＮＳＳ受信機３８は、測位演算の演算結果であるＧＮＳＳアンテナ３６、３７（車体）の位置及び速度や上部旋回体３（車体）の方位角、並びに、それらの分散をコントローラ４０へ出力する。

ＧＮＳＳ受信機３８（測位システム３５）は、現場内に設置されたＧＮＳＳ固定局に無線通信を介して接続することで、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）測位を実行することが可能である。ＧＮＳＳ固定局がない現場の場合には、インターネットを介して電子基準局の情報を取得するネットワーク型ＲＴＫを利用した測位を実行することが可能である。以下、現場内の固定局の有無を問わず、ＧＮＳＳ受信機３８がＲＴＫ測位を実行可能であることを想定している。

コントローラ４０は、図２に示すように、ＧＮＳＳ受信機３８の演算結果、並びに、車体ＩＭＵ２５、ブームＩＭＵ２６、アームＩＭＵ２７、バケットＩＭＵ２８の検出結果及び角度演算の結果などに基づき、油圧ショベルの動作の制御やオペレータの操作支援を実行するものである。コントローラ４０は、ハード構成として例えば、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶装置４１と、ＣＰＵまたはＭＰＵ等からなる処理装置４２とを備えている。記憶装置４１には、油圧ショベルの動作制御に必要なプラグラムや各種情報が予め記憶されている。処理装置４２は、記憶装置４１からプログラムや各種情報を適宜読み込み、当該プログラムに従って処理を実行することで以下の機能を含む各種機能を実現する。

コントローラ４０は、処理装置４２により実行される機能の一部として、ポジショニング演算部５１、施工目標面演算部５２、モニタ表示制御部５３、油圧システム制御部５４を有している。

ポジショニング演算部５１は、ＧＮＳＳ受信機３８の演算結果、並びに、車体ＩＭＵ２５、ブームＩＭＵ２６、アームＩＭＵ２７、バケットＩＭＵ２８の検出結果及び角度演算の演算結果に基づき、油圧ショベルの作業現場内における位置（座標）及び方位、並びに、フロント作業装置１の姿勢情報を演算する姿勢演算を行うものである。フロント作業装置１の姿勢情報を算出するには、上部旋回体３とフロント作業装置１を構成するブーム６、アーム７、バケット８における各々の連結関係にある２つの部材の相対角を演算する必要がある。具体的には、ブーム６の相対角は、車体ＩＭＵ２５の演算結果の角度及びブームＩＭＵ２６の演算結果の角度に基づいて算出される。アーム７の相対角は、ブームＩＭＵ２６の演算結果の角度及びアームＩＭＵ２７の演算結果の角度に基づいて算出される。バケット８の相対角は、アームＩＭＵ２７の演算結果の角度及びバケットＩＭＵ２８の演算結果の角度に基づいて算出される。ポジショニング演算部５１は、施工目標面演算部５２、モニタ表示制御部５３、油圧システム制御部５４へ演算結果を出力する。ポジショニング演算部５１の演算結果の精度（油圧ショベルの実際上の位置や姿勢に対する誤差）は、これら各部５２、５３、５４の演算や制御に影響を与えてしまう。そのため、ポジショニング演算部５１の演算結果は高精度であることが求められている。ポジショニング演算部５１の構成の詳細は後述する。

施工目標面演算部５２は、記憶装置４１に予め記憶されている３次元施工図面などの施工情報、および、ポジショニング演算部５１の演算結果の油圧ショベル位置情報や姿勢情報に基づき、施工対象の目標形状を定義する施工目標面を演算するものである。施工情報は、例えば、入力デバイスとしてモニタ１９などを介して施工管理者が入力したものである。また、施工目標面演算部５２は、施工目標面と参照点（例えば、バケット８の爪先）との距離を算出する。なお、施工目標面は、オペレータがモニタ１９を操作してその場で設定することも可能である。施工目標面演算部５２は、モニタ表示制御部５３及び油圧システム制御部５４へ演算結果を出力する。

モニタ表示制御部５３は、運転室１６内のモニタ１９の表示を制御するものである。モニタ表示制御部５３は、施工目標面演算部５２の演算結果である施工目標面、並びに、ポジショニング演算部５１の演算結果である油圧ショベルの位置情報及び姿勢情報に基づき、オペレータに対する操作支援の指示内容を演算し、演算結果を表示装置として機能するモニタ１９に表示する。モニタ表示制御部５３は、例えば、フロント作業装置１の姿勢ならびにフロント作業装置１のバケット８の先端位置や角度をモニタ１９に表示することで、オペレータの操作を支援するマシンガイダンスシステムとしての機能の一部を担っている。ＧＮＳＳ受信機３８の測位結果に異常が生じた場合、又は、４つのＩＭＵ２５、２６、２７、２８のいずれかの演算結果の角度情報の精度が設定された要求精度を満たしていない場合には、ガイダンスの実行を停止、または、ガイダンス中断の警告をモニタ１９に表示させる構成が可能である。また、モニタ１９に対して、画面表示だけでなく、音声を出力することで、作業指示や注意喚起を行うように構成することも可能である。すなわち、モニタ表示制御部５３は、ＧＮＳＳ受信機３８の測位結果やＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果に問題がある場合には、ガイダンスの実行に対して否定的な措置を講じるように構成されている。

なお、モニタ１９は、単なる表示デバイスではなく、タッチパネルを備えることで入力デバイスとして利用可能であることが望ましい。モニタ１９は、例えば、運転室１６内に据え付けた構成や可搬性のタブレット端末を運転室１６内に着脱可能に設置する構成が可能である。

油圧システム制御部５４は、油圧ポンプ装置２２、複数の油圧アクチュエータ４、１０、１１、１２、１４ａ、制御弁ユニット２３（共に図１参照）を含む油圧システムを制御するものである。油圧システム制御部５４は、例えば、施工目標面演算部５２の演算結果である施工目標面並びにポジショニング演算部５１の演算結果である油圧ショベルの位置情報及び姿勢情報に基づき油圧ショベルの動作を演算し、演算結果の動作を実現するように油圧システムを制御する。油圧システム制御部５４は、バケット８の先端が施工目標面に一定以上接近しないように動作に制限をかけたり、バケット８が施工目標面に沿って動くよう制御したりするマシンコントロールシステムとしての機能の一部を担っている。油圧システム制御部５４は、ＧＮＳＳ受信機３８の測位結果に異常が生じたとき又は４つのＩＭＵ２５、２６、２７、２８のいずれかの演算結果の角度情報の精度が所定の要求精度を満たしていないときに、モニタ表示制御部５３がガイダンスの実行を停止する場合には、それに応じてマシンコントロール機能を停止させることが望ましい。

以下において、施工目標面演算部５２とモニタ表示制御部５３の両機能を併せたものをマシンガイダンスシステムと呼ぶ。また、施工目標面演算部５２と油圧システム制御部５４の両機能を併せたものをマシンコントロールシステムと呼ぶ。

本実施の形態においては、１つのコントローラ４０が図２に示す機能部をすべて実行するように構成しているが、各機能部をそれぞれ異なるコントローラが実行する構成も可能である。各機能部が別々のコントローラによって実装される場合、各機能部を構成するコントローラの集合体が油圧ショベルの姿勢情報を演算してフロント作業装置１の操作支援を実行するコントローラを構成する。

次に、コントローラによるマシンガイダンスやマシンコントロールの実行に影響を及ぼすＩＭＵの角度演算の精度低下について説明する。コントローラ４０のポジショニング演算部５１は、油圧ショベルの姿勢情報を演算するために、衛星の測位信号を利用したＧＮＳＳ受信機３８（測位システム３５）の演算結果並びに４つのＩＭＵ２５、２６、２７、２８の検出結果及び演算結果を用いている。ポジショニング演算部５１の演算結果の姿勢情報は、モニタ表示制御部５３および油圧システム制御部５４で用いられる。各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果である角度情報の精度が低下すると、角度情報の精度低下の影響がポジショニング演算部５１の演算結果に及ぶので、モニタ表示制御部５３によってモニタ１９に表示されるバケット８の爪先位置が実際の位置から変動してしまい、適切なマシンガイダンスを実行することができない懸念がある。また、油圧システム制御部５４により制御されるバケット８の爪先位置が実際の位置とは異なってしまい、仕上げ面が波打つような形状になってしまう懸念がある。

以下に、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度情報の精度低下が生じる具体的な例について図３を用いて説明する。図３は本発明の建設機械の第１の実施の形態の一部を構成する慣性計測装置（ＩＭＵ）の角度演算の精度低下を示す説明図である。図３中、上段図は操作装置（走行レバーまたは走行ペダル）の操作量を、中段図はＩＭＵが検出した加速度の合成値の一例を、下段図はＩＭＵの角度演算の演算結果と真の角度との差分（ＩＭＵの演算角度の誤差）の一例を示している。ＩＭＵは、車体ＩＭＵ２５、ブームＩＭＵ２６、アームＩＭＵ２７、バケットＩＭＵ２８のいずれかのＩＭＵである。

図３の上段図に示すように、初期時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、操作装置１８ｃの走行レバーまたは走行ペダル（図１参照）が操作されておらず、油圧ショベルは走行せずに停止状態である。したがって、図３の中段図に示すように、ＩＭＵが検出する加速度の合成値は重力加速度ｇとほぼ一致する。このとき、油圧ショベルが静止状態なので、ＩＭＵの角度演算の方法として第１の方法が用いられる。ただし、ＩＭＵの演算結果の角度は、加速度センサのバイアス（定常的な誤差）や加速度センサでの量子化誤差などにより、真（実際上）の角度と完全には一致しない。ＩＭＵの角度演算において、静止状態（図３の下段図に示す時刻ｔ０から時刻ｔ１の間）のときに生じる角度誤差を最小誤差ε_ｍｉｎと呼ぶ。最小誤差ε_ｍｉｎは、ＩＭＵの演算精度に対する定常時の仕様値（許容誤差）ε_ｓ未満の値である。

図３の上段図に示すように、時刻ｔ１にて操作装置１８ｃ（走行レバー又は走行ペダル）が操作される。これにより、油圧ショベルが停止状態から走行動作に移行するので、油圧ショベルに加速度が生じる。このとき、図３の中段図に示すように、ＩＭＵにより検出された加速度の合成値が重力加速度ｇと一致しなくなるので、ＩＭＵは第１の演算方法を利用できない。そこで、ＩＭＵは、第１の方法から第２の方法へ演算方法を切り替えて角度演算を行う。演算方法の切替えを適切なタイミングで行うことで、図３の下段図に示すように、演算角度の誤差が時刻ｔ１以降に急激に大きくなることを防止している。しかし、第２の方法による角度演算は、角速度センサの検出結果（角速度）を積分するものなので、長時間適用すると、角速度センサのバイアスの影響が積み重なって、演算結果の精度が低下してしまう（演算角度の誤差が大きくなってしまう）。

時刻ｔ２から時刻ｔ３では、図３の上段図に示すように、操作装置１８ｃ（走行レバーまたは走行ペダル）の操作量が略一定なので、油圧ショベルの走行速度が略一定になる。このため、油圧ショベルには走行による加速度が生じなくなる。ただし、油圧ショベルが略一定速度で走行中（時刻ｔ２から時刻ｔ３の間）であっても、図３の中段図に示すように、ＩＭＵが検出する合成加速度は常に重力加速度ｇと一致しない。なぜなら、油圧ショベルでは、舗装された路面を走行する自動車とは異なり作業現場の凹凸のある路面を走行すると共に、走行装置１４（図１参照）が金属製の履帯の駆動により走行するので、走行時に比較的大きな振動が生じるからである。このため、油圧ショベルの走行中は、ＩＭＵの角度演算として第１の方法を利用することができない。しかし、第２の方法を継続して用いると、図３の下段図に示すように、角速度センサのバイアスの影響が積み重なることで、演算角度の誤差が徐々に大きくなっていく。

図３の上段図に示すように、時刻ｔ３にて操作装置１８ｃの操作が停止される。これにより、油圧ショベルが急減速するので、図３の中段図に示すように、ＩＭＵが検出した加速度の合成値が再び重力加速度ｇから大きく変動する。その後、油圧ショベルの並進加速度は０になるが、急減速によって生じた車体振動が継続する。時刻ｔ４になってようやく、図３の中段図に示すように、油圧ショベルが完全に停止した状態となる。

この場合、油圧ショベルの完全な停止後の適切な時期にＩＭＵの角度演算が第２の方法から第１の方法に切り替わる。この演算方法の切替時では、第２の方法による演算結果及び第１の方法による演算結果に対して補間処理やフィルタ処理などの処理を行うことで、演算結果の連続性を担保している。したがって、このため、油圧ショベルが完全に停止してＩＭＵの角度演算が第１の方法に切り替わったとしても、完全な停止後の暫くの間、ＩＭＵが出力する角度情報には第２の演算方法に起因した誤差が残存するので、ＩＭＵの演算角度の誤差が時刻ｔ４にて直ちに最小誤差ε_ｍｉｎになることはない。すなわち、ＩＭＵの演算角度の誤差は、図３の下段図に示すように、完全に車体が停止した時刻ｔ４以降も徐々に減少していき、時刻ｔ５にて最小誤差ε_ｍｉｎに収束する。

このように、ＩＭＵの演算角度の精度（誤差）は、走行動作から停止状態へと移行した後も暫くの間、定常時の仕様値（許容誤差）ε_ｓを満たすことができない場合がある。したがって、走行動作が行われておらず停止状態であることのみを判断材料にして、時刻ｔ４においてマシンガイダンスが実行されると、ＩＭＵが出力する低精度の角度情報を基に演算した不正確な姿勢情報にしたがって操作支援が行われるので、施工面を傷つけてしまう懸念がある。このことは、走行動作から停止状態へと移行した場合だけでなく、旋回動作から停止状態へと移行した場合にも当てはまる。

このため、マシンガイダンスやマシンコントロールなどの操作支援を実行する場合には、油圧ショベルが停止状態であっても、走行や旋回の動作状態から停止状態への移行後の一定期間はＩＭＵの演算角度の精度（誤差）が要求精度（許容誤差）を満たしてない場合があることを考慮する必要がある。そこで、本実施の形態に係るコントローラ４０は、車体（上部旋回体３）の走行動作及び旋回動作から停止状態への移行後におけるＩＭＵの演算角度の精度低下の有無を評価するように構成されている。コントローラ４０は、ＩＭＵが出力する低精度の角度情報を基にした不正確な姿勢情報の利用を抑制するために、ＩＭＵの演算角度の精度（誤差）が要求精度（許容角度）を満たしていないと判定した場合には、マシンガイダンスやマシンコントロールなどの作業装置１の操作支援の停止または警告などを講じるように構成されている。

次に、本発明の建設機械の第１の実施の形態におけるコントローラのポジショニング演算部の機能構成の詳細及びモニタ表示制御部の機能構成を図４～図６を用いて説明する。図４は図２に示すコントローラのポジショニング演算部の機能構成及びモニタ表示部の機能構成を示すブロック図である。図５は図４に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成する要求角度精度演算部の機能構成を示すブロック図である。図６は図４に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成するＩＭＵ演算精度評価部の機能構成を示すブロック図である。

図４において、コントローラ４０は、測位システム３５からの情報、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８からの情報、要求精度設定装置１９からの情報が入力されるように構成されている。測位システム３５は、ＧＮＳＳアンテナ３６、３７が受信した複数の衛星からの測位信号に基づきＧＮＳＳ受信機３８が演算した位置及びその分散の情報をコントローラ４０へ出力する。

各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８は、加速度を検出する加速度センサ３１及び角速度を検出する角速度センサ３２を備えている。また、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８は、加速度センサ３１により検出された加速度及び角速度センサ３２により検出された角速度に基づき、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８が設置された部分の基準面に対する角度を演算する角度演算を行う角度演算部３３としての機能を有している。各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８は、加速度センサ３１３が検出した加速度、角速度セン２３サが検出した角速度、角度演算部３３が演算した角度の各情報をコントローラ４０へ出力する。

要求精度設定装置は、例えば、入力デバイスを有するモニタ１９によって構成されており、フロント作業装置１の操作支援に用いられる情報に対して要求精度を設定するものである。具体的には、要求精度設定装置１９では、操作支援の情報に対する要求精度である仕上げ精度として、例えば、寸法次元の許容誤差（許容寸法誤差）をオペレータの操作によって入力可能である。仕上げ精度の許容寸法誤差は、例えば、粗掘削時に１０ｃｍ、仕上げ掘削時に２ｃｍなど、油圧ショベルの動作に応じて設定可能である。

コントローラ４０のポジショニング演算部５１は、油圧ショベルの姿勢を示す姿勢情報を演算する姿勢演算部６１と、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算に対する要求精度（第２要求精度）を演算する要求角度精度演算部６２と、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度を評価するＩＭＵ演算精度評価部６３とを有している。

具体的には、姿勢演算部６１は、測位システム３５の演算結果（位置及び方位角並びにその分散）と各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の検出結果（加速度及び角速度）及び演算結果（角度）とを用いて姿勢情報を演算するものである。姿勢情報は、例えば、バケット８の爪先中央位置などマシンガイダンスやマシンコントロールに必要な各種の３次元座標である。この演算は一般的な幾何学的な関係に従うものなので、詳細な説明は省略する。姿勢演算部６１の演算結果の姿勢情報は、施工目標面演算部５２、モニタ表示制御部５３、油圧システム制御部５４へ出力され、マシンガイダンスやマシンコントロールに利用される。

要求角度精度演算部６２は、要求精度設定装置１９によって要求精度（第１要求精度）が設定されているか否かを判定するものである。さらに、要求精度が設定されている場合には、要求精度設定装置１９により設定された要求精度（第１要求精度）に基づき、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の演算結果に対する要求精度（第２要求精度）を演算するものである。

具体的には、要求角度精度演算部６２は、操作支援の情報に対する要求精度（第１要求精度）としての許容寸法誤差を、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の演算結果に対する要求精度（第２要求精度）として、許容される角度次元の誤差（許容角度誤差）に変換する。例えば図５に示すように、要求角度精度演算部６２は、要求精度設定装置１９から入力された寸法次元の許容誤差（許容寸法誤差）を角度次元の許容誤差（許容角度誤差）に変換する誤差変換テーブル６２１を備えている。誤差変換テーブル６２１は、例えば、仕上げ精度（許容寸法誤差）が１０ｃｍのときの許容角度誤差は０．５度、仕上げ精度が２ｃｍのときの許容角度誤差は０．１度というように、数値計算によって事前に算出した関係性から導出されたものである。要求角度精度演算部６２は、要求精度設定装置１９により設定された要求精度（第１要求精度）としての許容寸法誤差に対して１つの許容角度誤差（第１要求精度）をＩＭＵ演算精度評価部６３へ出力する。

許容角度誤差の最小値は、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の仕様値で定まるものであり、最小許容角度誤差Ａ_ｍｉｎと呼ぶ。最小許容角度誤差Ａ_ｍｉｎに対応する許容寸法誤差よりも小さい数値は、要求精度設定装置１９での入力を制限することが望ましい。例えば，最小許容角度誤差Ａ_ｍｉｎに対応する許容寸法誤差が２．０ｃｍの場合、オペレータが要求精度設定装置１９を操作して仕上げ精度として１．０ｃｍを入力しようとした場合、コントローラ４０が要求精度設定装置１９に対して仕上げ精度を２．０ｃｍ以上に設定するように警告メッセージを出力することが望ましい。

ＩＭＵ演算精度評価部６３は、図４に示すように、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の検出結果（加速度及び角速度）に基づき、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度に影響を及ぼす車体２、３の走行動作及び旋回動作の有無を判定する動作判定部６５と、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が要求角度精度演算部６２の演算結果の第２要求精度を満たしているか否かを判定する演算精度判定部６６とを備えている。

動作判定部６５は、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の検出結果の加速度及び角速度に基づき、車体２、３が動作している状態（走行状態や旋回状態）にあるか又は停止状態にあるかを判定する。すなわち、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８により検出された加速度及び角速度のいずれかが閾値を超えた場合には車体２、３が動作している状態であると判定する一方、閾値以下の場合には停止状態と判定する。また、動作判定部６５は、車体２、３が動作している状態（走行状態または旋回状態）から停止状態へと変化しているか否かを判定する動作停止判定も行う。動作判定部６５は、車体２、３の動作状態の判定結果を演算精度判定部６６へ出力する。

より具体的には、例えば、車体ＩＭＵ２５が検出したｘ軸の加速度をＡｘ、ｙ軸の加速度をＡｙ、ｚ軸の加速度をＡｚとする。このときの３軸の加速度の合成値Ａｃｃが重力加速度ｇと一致しない場合、または、３軸のいずれかの角速度が０でない場合、車体２、３が動作（走行動作又は旋回動作）している状態であると判定する。ただし、車体ＩＭＵ２５の検出値には、バイアス（定常的な誤差）が存在したりノイズが含まれていたりするので、判定には閾値を設けることが望ましい。例えば、加速度閾値をＡ_th、角速度閾値をω_thとし、次の（式１）～（式５）のいずれかの式が成立する場合には、動作判定部６５は、車体２、３が動作している状態であると判定する。

Ａｃｃ ＞ ｇ ＋ Ａ_th … （式１）
Ａｃｃ ＜ ｇ － Ａ_th … （式２）
｜ωｘ｜ ＞ ω_th … （式３）
｜ωｙ｜ ＞ ω_th … （式４）
｜ωｚ｜ ＞ ω_th … （式５）
なお、ωｘ、ωｙ、ωｚはそれぞれ、車体ＩＭＵ２５のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の角速度の検出値である。

演算精度判定部６６は、例えば図６に示すように、要求角度精度演算部６２の演算結果の第２要求精度（許容角度誤差）に基づき精度判定の比較対象である時間閾値を設定する時間変換テーブル６６１と、或る時点からの経過時間ｔをカウントするカウンタ６６２と、カウンタ６６２がカウントした経過時間ｔと時間変換テーブル６６１が出力する時間閾値とを比較することで、ＩＭＵの角度演算の精度が第２要求精度を満たしているか否かを判定する比較判定部６６３とを備えている。演算精度判定部６６は、油圧ショベルに搭載されたＩＭＵと高精度な角度センサの両者の出力を比較して図３の下段図に示すような油圧ショベルの動作状態とＩＭＵの演算角度の誤差との関係を示す実験データを予め取得し、当該実験データの関係を基に時間変換テーブル６６１を作成することで実現できる。例えば、油圧ショベルに搭載するには非常に高価であるが精度に優れた光ファイバジャイロスコープ（Fiber Optical Gyroscope：ＦＯＧ）を搭載した実験機を用いることで、図３の下段図に示すＩＭＵの演算角度の誤差の時系列を取得することができる。

時間変換テーブル６６１は、要求角度精度演算部６２の演算結果の第２要求精度である許容角度誤差θ_ａに対応する時間閾値Ｔ_ｔｈの関係が規定されている。時間変換テーブル６６１の許容角度誤差に対する時間閾値の関係は、許容角度誤差が大きくなる（第２要求精度が低くなる）にしたがって時間閾値が小さくなる一方、許容角度誤差が小さくなる（第２要求精度が高くなる）にしたがって時間閾値が大きくという特性を有している。時間変換テーブル６６１は、要求角度精度演算部６２の演算結果の許容角度誤差の入力に対して時間閾値を比較判定部へ出力する。

時間変換テーブル６６１の関係は、例えば、図３の下段図における時刻ｔ４（ＩＭＵにより検出された合成加速度が重力加速度に略一致した時点）から時刻ｔ５（ＩＭＵの演算角度の誤差が最小誤差ε_ｍｉｎになる時刻）までの演算角度の誤差の時間推移を示す実験データから得られたものである。すなわち、油圧ショベルの車体が走行状態又は旋回状態から停止状態へと変化したタイミングを起点として最小誤差ε_ｍｉｎに到達する時刻までの演算角度の誤差の時間推移を基に規定されている。すなわち、時間変換テーブル６６１の関係は、車体が走行状態又は旋回状態から停止状態へと変化しても、ＩＭＵの角度演算の誤差が要求精度内に収束するには或る程度の時間経過を必要とすることを示したものである。時間変換テーブル６６１では、要求角度精度演算部６２からの入力とは無関係に、最小の許容角度誤差θ_ｍｉｎに到達する時間閾値ｔ_ｍａｘ（図３の下段図における時刻ｔ４から時刻ｔ５までの経過時間に相当する期間）が予め定められる。

カウンタ６６２は、動作判定部６５によって車体２、３が走行状態又は旋回状態から停止状態へと変化したと判定された時点からの経過時間をカウントするものである。カウンタ６６２は、カウントした経過時間ｔを比較判定部６６３へ出力する。

比較判定部６６３は、カウンタ６６２がカウントした経過時間ｔと時間変換テーブル６６１が出力した時間閾値Ｔ_ｔｈとを比較することで、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が要求角度精度演算６２の演算結果の第２要求精度を満たしているか否かを判定するものである。比較判定部６６３は、カウンタ６６２の経過時間ｔが時間変換テーブル６６１の時間閾値Ｔ_ｔｈよりも小さい場合には、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていないと判定し、ＩＭＵの角度演算が要求精度を満たしていないことを示す低精度フラグを有効にする。一方、カウンタ６６２の経過時間ｔが時間変換テーブル６６１の時間閾値Ｔｔｈ以上の場合には、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていると判定し、低精度フラグを無効にする。なお、カウンタ６６２の経過時間ｔが時間変換テーブル６６１の最大の時間閾値ｔ_ｍａｘ以上になれば、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていると自動的に判定することができる。比較判定部６６３は、比較判定に応じて設定した低精度フラグの有効又は無効をモニタ表示制御部５３へ出力する。

コントローラ４０のモニタ表示制御部５３は、図４に示すように、ポジショニング演算部５１の姿勢演算部６１の演算結果の油圧ショベルの姿勢情報をモニタ１９に表示するガイダンス実行部５３１を備えている。ガイダンス実行部５３１は、また、ＩＭＵ演算精度評価部６３の評価結果の低精度フラグの有効又は無効に応じてマシンガイダンスの実行の継続または停止を判断する。低精度フラグが有効の場合には、マシンガイダンスの実行を停止する。なお、ガイダンス実行部５３１は、マシンガイダンスの実行の停止の代わりに、マシンガイダンスの実行に対する警告や作業停止を促す指示をモニタに表示するように構成することも可能である。すなわち、ガイダンス実行部５３１は、低精度フラグが有効の場合には、マシンガイダンスの実行に対して否定的な措置を講じるように構成される。

次に、本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するコントローラのポジショニング演算部及びモニタ表示制御部の処理手順の一例について図４及び図７～図９を用いて説明する。図７は本発明の建設機械の第１の実施の形態を構成するコントローラにおけるガイダンス実行の判断の処理手順の一例を示すフローチャートである。図８は図７に示すフローチャートにおける車体の動作状態の判定の処理手順の一例を示すフローチャートである。図９は図７に示すフローチャートにおけるＩＭＵの演算精度の判定の処理手順の一例を示すフローチャートである。

図７において、図４に示すコントローラ４０のポジショニング演算部５１は、先ず、測位システム３５（ＧＮＳＳ受信機３８）から演算結果（位置やその分散）を取り込むと共に、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８から検出結果（加速度及び角速度）及び演算結果（角度）を取り込む（ステップＳ１０）。

次に、ポジショニング演算部５１の姿勢演算部６１は、測位システム３５の演算結果の位置及び各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度に基づき、油圧ショベルの姿勢情報を演算する（ステップＳ２０）。

次いで、ポジショニング演算部５１の要求角度精度演算部６２は、操作支援の情報に対する要求精度（第１要求精度）としての仕上げ精度（許容寸法誤差）が要求精度設定装置１９によって設定されているか否かを判定する（ステップＳ３０）。第１要求精度が設定されている場合（ＹＥＳの場合）にはステップＳ４０に進む一方、第１要求精度が設定されていない場合（ＮＯの場合）にはステップＳ９０に進む。

ステップＳ３０にてＮＯの場合、コントローラ４０のモニタ表示制御部５３のガイダンス実行部５３１が姿勢演算部６１の演算結果の姿勢情報に基づきガイダンスを実行する（ステップＳ９０）。第１要求精度が設定されていない場合には、ＩＭＵの角度演算の精度に対する比較対象が存在しないので、当該精度が要求精度を満たしているかを評価することができない。したがって、この場合には、コントローラ４０は、従来と同様に、マシンガイダンスの機能を実行する。

一方、ステップＳ３０にてＹＥＳの場合、要求角度精度演算部６２は、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度に対する要求誤差を演算する（ステップＳ４０）。具体的には、要求角度精度演算部６２は、誤差変換テーブル６２１を参照して、要求精度設定装置１９によって設定された許容寸法誤差（仕上げ精度）から第２要求精度である許容角度誤差を演算する。

次に、ポジショニング演算部５１のＩＭＵ演算精度評価部６３の動作判定部６５が車体２、３の動作状態を判定する（ステップＳ５０）。ステップＳ５０では、概略すると、動作判定部６５がＩＭＵ２５、２６、２７、２８が検出した加速度及び角速度に基づき車体２、３が走行状態または旋回状態であるか否かを判定する。

具体的には、図８に示すように、動作判定部６５は、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８が検出した３軸方向の加速度を基に合成加速度を演算する（ステップＳ５１０）。次いで、演算した合成加速度が所定の閾値の範囲内で重力加速度ｇと一致するか否かを判定する（ステップＳ５２０）。この判定は、上述の式１及び式２に相当する。ステップＳ５２０にて、合成加速度が閾値の範囲内において重力加速度ｇと一致していない場合、すなわち上述の式１及び式２のいずれかが成立する場合（ＮＯの場合）には、車体２、３の動作状態が走行状態であると判定したことを示す走行フラグを有効し（ステップＳ５３０）、その後、ステップＳ５４０に進む。一方、合成加速度が閾値の範囲内において重力加速度ｇと一致する場合（ＹＥＳの場合）には、走行フラグを有効にすることなくステップＳ５４０に進む。

ステップＳ５４０において、動作判定部６５は、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８が検出した各軸方向の角速度を基に各軸方向の角速度の絶対値を演算する。次いで、演算した角速度の絶対値が予め設定されている閾値（角速度センサのバイアス）以下か否かを判定する（ステップＳ５５０）。この判定は、上述の式３～式５に相当する。ステップＳ５５０にて、角速度の絶対値が閾値よりも大きい場合、すなわち上述の式３～式５のいずれかが成立する場合（ＮＯの場合）には、車体２、３の動作状態が旋回状態であると判定したことを示す旋回フラグを有効し（ステップＳ５６０）、その後、ステップＳ５７０に進む。一方、角速度の絶対値が閾値以下の場合（ＹＥＳの場合）には、旋回フラグを有効にすることなくステップＳ５７０に進む。

ステップＳ５７０では、動作判定部６５は、前回と今回の制御サイクルのときの走行フラグを比較して走行フラグが有効から無効へと変化しているかを判定すると共に、前回と今回の制御サイクルのときの旋回フラグを比較して旋回フラグが有効から無効へと変化しているかを判定する。すなわち、車体２、３の動作状態が走行状態から停止状態への変化が生じたか否かを判定すると共に、旋回状態から停止状態への変化が生じたか否かを判定する。この状態は、車体２、３が停止状態であっても、ＩＭＵの角度演算の精度が低下する懸念がある状況である。動作判定部６５は、走行フラグの有効から無効への変化の有無の判定及び旋回フラグの変化の有効から無効への変化の有無の判定に対してＯＲ処理を行うことで、車体２、３の動作状態がＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度を低下させる所定の状態であることを示す情報を１つの信号に統合する。動作判定部６５がステップＳ５７０の手順を実行することでステップＳ５０が終了する。

ステップＳ５０の終了後、図７に示すように、ＩＭＵ演算精度評価部６３がＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度を評価する（ステップＳ６０）。ステップＳ６０では、概略すると、ＩＭＵ演算精度評価部６３は、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度の精度がステップＳ４０にて演算した第２要求精度を満たしているか否かを評価する。

具体的には、図９に示すように、動作判定部６５は、車体２、３の動作状態がＩＭＵの角度演算の精度が低下している所定の停止状態であるか否かを判定する（ステップＳ６１０）。つまり、車体２、３が走行状態から停止状態へと変化しているか又は旋回状態から停止状態へと変化しているかを判定する。具体的には、この判定は、走行フラグの有効から無効への変化の有無の判定及び旋回フラグの変化の有効から無効への変化の有無の判定の結果に基づき判定される。

ステップＳ６１０にて、車体２、３がＩＭＵの角度演算の精度を低下させるような停止状態である（ＹＥＳ）と動作判定部６５が判定した場合には、ステップＳ６２０に進む。ステップＳ６２０では、演算精度判定部６６が、時間変換テーブル６６１を参照することで、要求角度演算部６２の演算結果である許容角度誤差θ_ａに対応する時間閾値Ｔ_ｔｈを演算する。

次に、演算精度判定部６６のカウンタ６６２が起動して経過時間ｔをカウントする（ステップＳ６３０）。これは、車体２、３が走行状態または旋回状態から停止状態へと変化したときを起点に経過時間ｔをカウントするものである。

次いで、演算精度判定部６６の比較判定部６６３は、カウンタ６６２によりカウントされた経過時間ｔが時間変換テーブル６６１の出力である時間閾値Ｔ_ｔｈよりも小さいか否か判定する（ステップＳ６４０）。これは、図３の下段図の時刻ｔ４から時刻ｔ５までのＩＭＵの演算角度の誤差の時系列に示されているように、車体２、３が動作している状態から停止状態へと変化してからの経過時間がＩＭＵの演算精度の回復時間に到達したかを見極めるものである。

ステップＳ６４０にて、カウンタの経過時間ｔが時間閾値Ｔ_ｔｈよりも小さい場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ６５０に進み、比較判定部６６３はＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が要求精度を満たしていないことを示す低精度フラグを有効にする。一方、カウンタの経過時間ｔが時間閾値Ｔ_ｔｈ以上の場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ６６０に進み、比較判定部６６３は低精度フラグを無効にする。

一方、ステップＳ６１０にて、車体２、３の動作状態がＩＭＵの演算精度を低下させるような停止状態ではない（ＮＯ）と動作判定部６５が判定した場合には、ステップＳ６６０に進み、ＩＭＵの演算精度の判定が不要なので、演算精度判定部６６は低精度フラグを無効にする。

ステップＳ６５０又はステップＳ６６０の終了によりステップＳ６０の手順が終了する。これにより、コントローラ４０はステップＳ７０の手順へ進む。

図７に示すステップＳ７０では、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていないか否かを演算精度判定部６６が判定する。具体的には、演算精度判定部６６は、低精度フラグの有効の有無によって判定する。低精度フラグが有効である場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ８０に進む。一方、低精度フラグが無効である場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ９０に進む。

ステップＳ８０では、モニタ表示制御部５３のガイダンス実行部５３１がガイダンスの実行を停止する。なぜなら、車体２、３が停止状態であっても、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の低精度な演算角度を基にした不正確な姿勢情報にしたがって操作支援が行われると、施工面を傷つけてしまう懸念があるからである。一方、ステップＳ９０では、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が要求精度を満たしていると判定されているので、モニタ表示制御部５３のガイダンス実行部５３１はガイダンスを実行する。

ステップＳ８０又はステップＳ９０の手順を実行した後、コントローラ４０は開始に戻る。ポジショニング演算部５１及びモニタ表示制御部５３は、ステップＳ１０～Ｓ９０を１サイクルとする制御サイクルを何度も繰り返し実行することで操作支援の１つであるマシンガイダンスを実行したり停止したりする。

このように、本実施の形態に係るコントローラ４０は、車体２、３がＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度を低下させるような所定の停止状態であるか否かを判定し、車体２、３が所定の停止状態である場合にはマシンガイダンスの実行の停止や警告などの作業支援に対して否定的な措置を講じることで、マシンガイダンスの実行の際に不正確な姿勢情報の利用を抑制することができる。

上述したように、本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベル（建設機械）は、車体２、３と、車体２、３に対して回動可能に取り付けられたフロント作業装置１（作業装置）と、車体２、３及びフロント作業装置１（作業装置）に設置され、設置部分の加速度及び角速度を検出すると共に検出結果に基づき当該設置部分の基準面に対する角度を演算する角度演算を行うＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）と、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）により演算された角度に基づいて車体２、３及びフロント作業装置１（作業装置）の姿勢を示す姿勢情報を演算し、演算された姿勢情報をモニタ１９（表示装置）に表示させると共に、演算された姿勢情報に基づいてフロント作業装置１（作業装置）の操作支援を実行するコントローラ４０とを備えている。コントローラ４０は、フロント作業装置１（作業装置）の操作支援に用いられる情報に対して設定された要求精度である第１要求精度に基づいて、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算に対する要求精度である第２要求精度を演算する要求精度演算を行い、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の検出結果に基づいて、車体２、３が動作している状態から停止状態へと変化しているか否かを判定する動作停止判定を行い、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度が第２要求精度を満たしているか否かを判定する精度判定を行い、車体が動作している状態から停止状態へと変化したと判定し、且つ、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていないと判定した場合には、フロント作業装置１（作業装置）の操作支援の停止または警告を講じるように構成されている。

この構成よれば、車体２、３が停止状態であっても、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度が要求精度を満たしていない場合には、コントローラ４０がマシンガイダンスやマシンコントロールなどのフロント作業装置１（作業装置）の操作支援の停止または警告を講じるので、フロント作業装置１（作業装置）の操作支援の実行の際に不正確な姿勢情報が利用されることを抑制することができる。

また、本実施の形態に係るコントローラ４０の精度判定は、第２要求精度が高くなるにしたがって時間閾値時間閾値Ｔ_ｔｈが大きくなるように予め規定された時間変換テーブル６６１（変換テーブル）を用いて、要求精度演算により演算された第２要求精度から時間閾値Ｔ_ｔｈを設定し、動作停止判定において車体２、３が動作している状態から停止状態へと変化したと判定した時点からの経過時間ｔをカウントし、カウントしている経過時間ｔと設定された時間閾値Ｔ_ｔｈとを比較することで行われ、カウントした経過時間ｔが設定した時間閾値Ｔ_ｔｈよりも小さいときに、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていないと判定するものである。

この構成によれば、実験データなどを基に予め規定された変換テーブルを用いることで、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の演算結果を用いることなく、車体２、３の動作停止への移行時点からの経過時間ｔによってＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度を評価することができる。

［第１の実施の形態の変形例］
次に、本発明の建設機械の第１の実施の形態の変形例について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の建設機械の第１の実施の形態の変形例におけるコントローラのポジショニング演算部の一部を構成する要求角度精度演算部の機能構成を示すブロック図である。なお、図１０において、図１～図９に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

本発明の建設機械の第１の実施の形態の変形例が第１の実施の形態に対して相違する点は、コントローラ４０のポジショニング演算部５１における要求角度精度演算部６２Ａの機能構成が異なっていることである。第１の実施の形態に係る要求角度精度演算部６２は、要求精度設定装置１９から入力された１つの許容寸法誤差（第１要求精度）に対して１つの許容角度誤差（第２要求精度）を出力するものである（図５参照）。それに対して、第１の実施の形態の変形例に係る要求角度精度演算部６２Ａは、図１０に示すように、上部旋回体３、ブーム６、アーム７、バケット８にそれぞれ設置された各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８に対応した４つの誤差変換テーブル６２１１、６２１２、６２１３、６２１４と、要求精度設定装置１９により設定された許容寸法誤差（第１要求精度としての仕上げ精度）を各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８に対応した誤差変換テーブル６２１１、６２１２、６２１３、６２１４に対して予め定められた関係に基づき配分する要求精度配分演算部６２２とを備えている。

油圧ショベルでは、一般的に、ブーム６はバケット８に比べて長さ寸法が大きいので、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の誤差（精度）が同じ値であっても、バケットのつめ先の位置情報の演算に与える影響は異なっている。例えば、ブームＩＭＵ２６の角度演算の精度が０．５度低下すると、バケット８のつめ先位置の演算結果が５ｃｍ変化するのに対して、バケットＩＭＵ２８の角度演算の精度が０．５度低下しても、当該つめ先位置の演算結果は１ｃｍしか変化しない。第１の実施の形態の変形例に係る要求角度精度演算部６２Ａは、このことを考慮したものであり、ブーム６の相対角の演算に関係する車体ＩＭＵ２５及びブームＩＭＵ２６の角度演算の誤差（精度）をバケット８の相対角の演算に関係するアームＩＭＵ２７及びバケットＩＭＵ２８の角度演算の誤差（精度）とは異なるように設定するように構成したものである。

各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８用の第１～第４の誤差変換テーブル６２１１、６２１２、６２１３、６２１４は、図５に示す第１の実施の形態に係る要求角度精度演算部６２における誤差変換テーブル６２１と同様に、要求精度設定装置１９から入力された寸法次元の許容誤差（許容寸法誤差）を角度次元の許容誤差（許容角度誤差）に変換するものである。ただし、第１～第４の変換テーブル６２１１、６２１２、６２１３、６２１４は、要求精度配分演算部６２２の演算結果に応じて入力される許容寸法誤差の大きさが異なっている。

要求精度配分演算部６２２は、フロント作業装置１を構成するブーム６、アーム７、バケット８に対して、要求精度設定装置１９により設定された仕上げ精度、すなわち許容寸法誤差の割付けを行うものである。この割付けは、フロント作業装置１の各構成部材６、７、８の寸法に応じて設定されることが望ましい。例えば、要求精度配分演算部６２２は、要求精度設定装置１９により設定された仕上げ精度が１０ｃｍである場合、３つの構成部材６、７、８の寸法比に応じて、ブームパートを５ｃｍ、アームパートを３ｃｍ、バケットパートを２ｃｍに割り当てる。要求精度配分演算部６２２は、各パートに割り当てる許容寸法誤差を各パートに対応する誤差変換テーブル６２１１、６２１２、６２１３、６２１４へ出力する。これにより、各誤差変換テーブル６２１１、６２１２、６２１３、６２１４が各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８に対する許容角度誤差を算出する。

ブームパートの誤差は、車体ＩＭＵ２５及びブームＩＭＵ２６の角度演算の精度で決まる。このため、第１及び第２の誤差変換テーブル６２１１、６２１２に対する参照値はブームパートに対する誤差で決定される。アームパートの誤差は、ブームＩＭＵ２６及びアームＩＭＵ２７の精度で決まるが、ブームＩＭＵ２６に対する許容角度誤差は既に決定されているので、アームＩＭＵ２７の精度のみで決定することが可能である。バケットパートの誤差も、アームパートの誤差と同様に、バケットＩＭＵ２８の精度のみで決定することが可能である。

上述した本発明の建設機械の第１の実施の形態の変形例によれば、前述した第１の実施の形態と同様に、車体２、３が停止状態であっても、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度が要求精度を満たしていない場合には、コントローラ４０がフロント作業装置１（作業装置）の操作支援の停止または警告を講じるので、フロント作業装置１（作業装置）の操作支援の実行の際に不正確な姿勢情報が利用されることを抑制することができる。

また、本変形例におけるコントローラ４０の要求精度演算は、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８に対してフロント作業装置１の操作支援の情報（バケット８の先端位置の情報）に対する各構成部材６、７、８の姿勢情報の影響の度合いに応じて第１要求精度としての許容寸法誤差を配分し、許容寸法誤差が大きくなるにしたがって許容角度誤差が大きくなるように予め規定された各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の誤差変換テーブル６２１１、６２１２、６２１３、６２１４を用いて各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８に対して配分された許容寸法誤差から各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算に対する第２要求精度としての許容角度誤差を演算するものである。

この構成によれば、フロント作業装置１の操作支援の情報（バケット８の先端位置の情報）に対する各構成部材６、７、８の姿勢情報の影響の度合いに応じて許容寸法誤差（第１要求精度）の大きさを変更することで、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算に対する要求精度（第２要求精度）をフロント作業装置１の操作支援の情報（バケット８の先端位置の情報）の影響の度合いに応じて変更することができるので、フロント作業装置１の操作支援の実行の際に不正確な姿勢情報の利用を更に抑制することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の建設機械の第２の実施の形態について図１１～図１４を用いて説明する。図１１は本発明の建設機械の第２の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。図１２は図１１に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成するＩＭＵ演算精度評価部の機能構成を示すブロック図である。図１３は図１２に示す本発明の建設機械の第２の実施の形態のコントローラのＩＭＵ演算精度評価部における精度評価の方法を示す説明図である。図１４は図１２に示す本発明の建設機械の第２の実施の形態におけるコントローラのＩＭＵ演算精度評価部の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図１１～図１４において、図１～図１０に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１１及び図１２に示す本発明の建設機械の第２の実施の形態が第１の実施の形態に対して相違する点は、コントローラ４０のポジショニング演算部５１におけるＩＭＵ演算精度評価部６３Ｂの演算精度判定部６６Ｂの機能構成が異なっていることである。

第１の実施の形態に係る演算精度判定部６６は、車体２、３の動作している状態から停止状態へと変化した後のＩＭＵの演算角度の誤差（精度）の時系列を予め取得しておくことでＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算角度の誤差（精度）と許容角度誤差の範囲内に達する時間との関係を示す時間変換テーブル６６１を用いるものである（図６参照）。演算精度判定部６６は、車体２、３が動作している状態から停止状態へと変化した後の経過時間ｔを時間変換テーブル６６１の参照により設定した時間閾値Ｔ_ｔｈと比較することで、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度が要求精度を満たしているか判定している（図６参照）。第１の実施の形態を実現するには、図３の下段図に示すような実験データを別途取得する必要があるので、当該機能をコントローラに実装するには大きな工数が必要となる。

それに対して、第２の実施の形態に係る演算精度判定部６６Ｂは、図１１及び図１２に示すように、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度を用いることで、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が要求精度を満たしているかを判定するものである。具体的には、演算精度判定部６６Ｂは、図１２に示すように、第１の実施の形態と同様な動作判定部６５に加えて、要求角度精度演算部６２の演算結果の第２要求精度（許容角度誤差）に基づき精度判定の比較対象である角度閾値θ_ｔｈを設定する角度閾値変換テーブル６６１Ｂと、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度に対して時間的変化量δθを演算する角度変化量演算部６６２Ｂと、角度変化量演算部６６２Ｂが演算した角度の時間的変化量δθと角度閾値変換テーブル６６１Ｂが出力する角度閾値θ_ｔｈとを比較することで、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が第２要求精度を満たしているか否かを判定する比較判定部６６３Ｂとを備えている。演算精度判定部６６Ｂは、次の内容を基に実現するものである。

図１３は、図３の下段図の時刻ｔ４以降のＩＭＵの角度演算の誤差を拡大した図である。車体が停止状態にある場合、ＩＭＵの演算結果の角度は，ＩＭＵのバイアスの影響を含んだ或る値θ_trueを取り続ける。ただし、車体が動作している状態から停止状態へと変化した直後では、車体の動作時におけるＩＭＵの角度演算の誤差が積み重なっているので、ＩＭＵの演算結果の角度は所定値θ_trueからずれた値となっている。時刻ｔ４以降は、車体の停止状態が継続することからＩＭＵの演算結果の角度が所定値θ_trueに徐々に近づいてき、ＩＭＵの角度演算の誤差も徐々に減少していく。時刻ｔ５以降、ＩＭＵが出力する角度は、所定値θ_trueとほぼ一致するようになる。

ここで、ＩＭＵの演算結果の角度θの変化量δθに注目する。δθは、或る時刻ｋのときのＩＭＵの演算結果の角度θ_ｋと次の時刻ｋ＋１のときのＩＭＵの演算結果の角度θ_ｋ＋１との差分の絶対値である。すなわち、δθ=｜θ_ｋ＋１－θ_ｋ｜である。図１３に示すように、時刻ｔ５以降では変化量δθが所定値θｔｈ以下であるというデータを得ることができる。この事実から、δθ=｜θ_ｋ＋１－θ_ｋ｜≦θ_ｔｈの場合には、ＩＭＵの角度演算の精度が低精度でないと判定することが可能である。

角度閾値変換テーブル６６１Ｂは、ＩＭＵの角度演算の角度変化量δθが収束したか否かの判定基準である角度閾値θ_ｔｈを設定するものである。角度閾値変換テーブル６６１Ｂは、要求角度精度演算部６２の演算結果の第２要求精度である許容角度誤差θ_ａに対応する角度閾値θ _ｔｈの関係が規定されている。角度閾値変換テーブル６６１Ｂの許容角度誤差θ_Ａに対する角度閾値θ_ｔｈの関係は、許容角度誤差が大きくなる（第２要求精度が低くなる）にしたがって角度閾値が大きくなる一方、許容角度誤差が小さくなる（第２要求精度が高くなる）にしたがって角度閾値が小さくなるという特性を有している。角度閾値変換テーブル６６１Ｂは、要求角度精度演算部６２の演算結果の許容角度誤差の入力に対して角度閾値を比較判定部６６３Ｂへ出力する。

角度変化量演算部６６２Ｂは、時刻ｋ＋１のときに取り込んだＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度θ_ｋ＋１と以前の時刻ｋのときに取り込んだＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度θ_ｋとの差分の絶対値である角度の時間的変化量δθを演算する。この角度変化量δθは、上述したように、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度が要求精度を満たしているか否かの指標となるものである。角度変化量演算部６６２Ｂは、車体２、３が動作している状態から停止状態への変化が生じたと動作判定部６５が判定した場合に（第１の実施の形態の演算精度判定部６６のカウンタ６６２の起動タイミングと同じときに）、角度変化量δθの演算を開始する。角度変化量演算部６６２Ｂは、演算した角度変化量δθを比較判定部６６３Ｂへ出力する。

比較判定部６６３Ｂは、角度変化量演算部６６２Ｂの演算した角度変化量δθと角度閾値変換テーブル６６１Ｂが出力した角度閾値θ_ｔｈとを比較することで、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が要求角度精度演算部６２の演算結果の第２要求精度を満たしているか否かを判定するものである。比較判定部６６３Ｂは、角度変化量演算部６６２Ｂの角度変化量δθが角度閾値変換テーブル６６１Ｂの角度閾値θ_ｔｈよりも大きい場合には、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていないと判定し、低精度フラグを有効にする。一方、角度変化量δθが角度閾値θ_ｔｈ以下の場合には、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていると判定し、低精度フラグを無効にする。

次に、第２実施の形態に係るＩＭＵ演算精度評価部６３Ｂの処理手順の一例を説明する。第１実施の形態のＩＭＵ演算精度評価部６３のＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度を評価する手順であるステップＳ６０（図９参照）の代わりに、図１４に示すステップＳ６０Ｂが実行される。

具体的には、第１実施の形態の場合と同様であるステップＳ６１０にて、車体２、３がＩＭＵの角度演算の精度を低下させるような停止状態である（ＹＥＳ）と動作判定部６５が判定した場合には、ステップＳ６２０Ｂに進む。ステップＳ６２０Ｂでは、演算精度判定部６６が、角度閾値変換テーブル６６１Ｂを参照することで、要求角度演算部６２の演算結果である許容角度誤差θ_Ａに対応する角度閾値θ_ｔｈを演算する。

次に、演算精度判定部６６の角度変化量演算部６６２Ｂが角度変化量δθの演算を行う（ステップＳ６３０Ｂ）。これは、車体２、３が走行状態または旋回状態から停止状態へと変化したときから演算を開始するものである。

次いで、演算精度判定部６６の比較判定部６６３Ｂは、角度変化量演算部６６２Ｂが演算した角度変化量δθが角度閾値変換テーブル６６１Ｂの出力である角度閾値θ_ｔｈよりも大きいか否か判定する（ステップＳ６４０Ｂ）。これは、図１３の時刻ｔ５以降のＩＭＵの演算角度の誤差の時系列に示されているように、車体２、３が停止状態へと変化してＩＭＵの演算角度が所定値の近傍に収束しているかを見極めるものである。

ステップＳ６４０Ｂにて、角度変化量δθが角度閾値θ_ｔｈよりも大きい場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ６５０に進み、比較判定部６６３Ｂは低精度フラグを有効にする。一方、角度変化量δθが角度閾値θ_ｔｈ以下の場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ６６０に進み、比較判定部６６３Ｂは低精度フラグを無効にする。ステップＳ６５０又はステップＳ６６０の終了によりステップＳ６０Ｂの手順が終了する。

上述した本発明の建設機械の第２の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様に、車体２、３が停止状態であっても、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度が要求精度を満たしていない場合には、コントローラ４０がフロント作業装置１（作業装置）の操作支援の停止または警告を講じるので、フロント作業装置１（作業装置）の操作支援の実行の際に不正確な姿勢情報が利用されることを抑制することができる。

また、本実施の形態に係るコントローラ４０の精度判定は、第２要求精度が高くなるにしたがって角度閾値θ_ｔｈが小さくなるように予め規定された角度閾値変換テーブル６６１Ｂを用いて要求精度演算により演算された第２要求精度から角度閾値θ_ｔｈを設定し、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）により演算された角度の時間的変化量δθを演算し、演算した角度の時間的変化量δθと設定した角度閾値θ_ｔｈとを比較することで行われ、演算した角度の時間的変化量δθが設定した角度閾値θ_ｔｈよりも大きいときに、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていないと判定するものである。

この構成によれば、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度判定の比較対象である閾値を設定するための変換テーブルが高価なセンサを利用して取得した実験データを基に規定されているものである第１の実施の形態の場合と比べると、精度判定の比較対象である閾値を設定するための角度閾値変換テーブル６６１Ｂが事前に実験データを取得せずとも規定することができるので、コントローラ４０への実装に大きな工数を必要としない。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の建設機械の第３の実施の形態について図１５～図１９を用いて説明する。図１５は本発明の建設機械の第２の実施の形態における問題点を示す説明図である。図１６は本発明の建設機械の第３の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。図１７は図１６に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成するＩＭＵ演算精度評価部の機能構成を示すブロック図である。図１８は図１７に示す本発明の建設機械の第２の実施の形態におけるコントローラのＩＭＵ演算精度評価部の処理手順の一例を示すフローチャートである。図１９は本発明の建設機械の第３の実施の形態の作用及び効果を示す説明図である。なお、図１５～１９において、図１～図１４に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

第２の実施形態のＩＭＵ演算精度評価部６３Ｂにおいては、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度の時間変化量δθに基づいてＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度を評価している。しかし、ＩＭＵの演算特性によっては、演算精度の評価を誤る懸念がある。例えば、ＩＭＵの演算特性が図１５に示すような特性を有している場合である。ＩＭＵの演算結果（出力値）の角度θは、所定値θ_ｔｒｕｅに単調に近づくのではなく、時刻ｔａから時刻ｔｂの間において当該角度θの時間的変化が一時的に停止し、その後、時刻ｔ５以降において所定値θ_ｔｒｕｅとほぼ一致するようになっている。このような場合、第２の実施の形態では、コントローラ４０のＩＭＵ演算精度評価部６３Ｂにおける角度の時間的変化量δθが時刻ｔａから時刻ｔｂの間で角度閾値θ_ｔｈ以下となるので、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度は要求精度を満たしていると判定してしまう。しかしこのとき、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度には所定値θ_ｔｒｕｅに対してΔθ_ａ分の誤差が生じているので、ＩＭＵ５、２６、２７、２８の演算精度が要求精度を満たしていない場合がある。

そこで、第３の実施の形態は、事前に高価なセンサを利用した実験データの取得が不要であるという第２の実施の形態の利点を維持しつつ、簡易な演算で判定の誤りが少ないＩＭＵの演算精度の評価を行うものである。図１６に示す本発明の建設機械の第３の実施の形態が第２の実施の形態に対して相違する点は、コントローラ４０のＩＭＵ演算精度評価部６３Ｃが動作判定部６５及び演算精度判定部６６Ｃに加えて傾斜角演算部６７を備えていること、及び、演算精度判定部６６Ｃの機能構成が異なることである。

具体的には、傾斜角演算部６７は、各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８によって検出された加速度を基に基準面に対する角度である傾斜角θｓを演算する。この演算は、重力加速度ｇを参照値とする上述のＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の第１の方法と同じことを実行していることに他ならない。

演算精度判定部６６Ｃは、図１７に示すように、第２の実施の形態の角度変化量演算部６６２Ｂに代えて、角度差演算部６６２Ｃを備えている。さらに、第２の実施の形態の比較判定部６６３Ｂとは異なる判定方法によってＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度を判定する比較判定部６６３Ｃを備えている。演算精度判定部６６Ｃは、第２の実施の形態の角度閾値変換テーブル６６１Ｂが不要であり、比較判定部６６３Ｃは要求角度精度演算部６２の演算結果の許容角度誤差が直接入力されるように構成されている。

角度差演算部６６２Ｃは、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果（出力値）の角度θと傾斜角演算部６７の演算結果の傾斜角θｓとの差分の絶対値である角度差Δθｓを演算する。傾斜角演算部の演算結果の傾斜角θｓは車体２、３が静止状態のときＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算角度の真値となるので、角度差ΔθｓはＩＭＵの演算精度が要求精度を満たしているか否かの指標となるものである。角度差演算部６６２Ｃは、演算した角度誤差Δθｓを比較判定部６６３Ｃへ出力する。

比較判定部６６３Ｃは、角度差演算部６６２Ｃの演算した角度差Δθｓと要求角度精度演算部６２の演算結果の許容角度誤差とを比較することで、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度が第２要求精度を満たしているか否かを判定するものである。比較判定部６６３Ｃは、角度差演算部６６２Ｃの角度差Δθｓが要求角度精度演算部６２の許容角度誤差θａよりも大きい場合には、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていないと判定し、低精度フラグを有効にする。一方、角度差演算部６６２Ｃの角度差Δθｓが要求角度精度演算部６２の許容角度誤差θａ以下の場合には、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていると判定し、低精度フラグを無効にする。この判定は、車体２、３が停止状態であると動作判定部６５が判定したときだけ実行される。

次に、第３実施の形態に係るＩＭＵ演算精度評価部６６Ｃの処理手順の一例を説明する。第１実施の形態のＩＭＵ演算精度評価部６３のＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度を評価する手順であるステップＳ６０（図９参照）の代わりに、図１８に示すステップＳ６０Ｃが実行される。

具体的には、ＩＭＵ演算精度評価部６３Ｃの傾斜角演算部６７が各ＩＭＵ２５、２６、２７、２８により検出された加速度を基に傾斜角θｓを演算する（ステップＳ６２０Ｃ）。次いで、ＩＭＵ演算精度評価部６３Ｃの演算精度判定部６６Ｃの角度差演算部６６２Ｃが、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度θと傾斜角演算部６７の演算結果の傾斜角θｓとの差分の絶対値である角度差Δθｓを演算し（ステップＳ６３０Ｃ）、ステップＳ６３５に進む。

ステップＳ６３５では、第１実施の形態の場合のステップＳ６１０と同様な判定を行う。すなわち、車体２、３の動作状態がＩＭＵの角度演算の精度が低下している所定の停止状態であるか否かを動作判定部６５が判定する。車体２、３が所定の停止状態である（ＹＥＳ）と動作判定部６５が判定した場合には、ステップＳ６４０Ｃに進む。一方、ＮＯと判定した場合には、第１実施の形態の場合と同様に、ステップＳ６６０に進む。

ステップＳ６４０Ｃでは、角度差演算部６６２Ｃが演算した角度差Δθｓが要求角度精度演算部６２の許容角度誤差θａよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ６４０Ｃにて、角度差Δθｓが許容角度誤差θａよりも大きい場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ６５０に進み、比較判定部６６３Ｃは低精度フラグを有効にする。一方、角度差Δθｓが許容角度誤差θａ以下の場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ６６０に進み、比較判定部６６３Ｂは低精度フラグを無効にする。ステップＳ６５０又はステップＳ６６０の終了によりステップＳ６０Ｃの手順が終了する。

次に、本発明の建設機械の第３の実施の形態の作用及び効果について図１９を用いて説明する。図１９中、太い破線はＩＭＵの演算角度θ（出力値）を、実線はＩＭＵ演算精度評価部の傾斜角演算部の演算結果の傾斜角θｓを示している。

時刻ｔ３（車体２、３の走行操作が停止された時刻）の直後は車体２、３が振動するので、様々な方向に加速度を生じる。その結果、コントローラ４０のＩＭＵ演算精度評価部６３Ｃの傾斜角演算部６７が演算する傾斜角θｓは振動的な振る舞いになる。一方、このとき、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算では、主に角速度センサ３２の検出結果を用いることで演算結果の角度θが振動的になることを抑制している。しかし、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算では、平滑化の効果によって演算角度θが真値θ_ｔｒｕｅから乖離してしまう。

車体振動が停止した時刻ｔ４では、振動による加速度が生じないので、傾斜角演算部６７の演算結果の傾斜角θｓは真値θ_ｔｒｕｅとほぼ一致している。それに対して、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度θは、真値θ_ｔｒｕｅとは異なる値となっている。時刻ｔ４を含む時刻ｔａから時刻ｔｂの間では、振動による加速度が極めて小さいか又は加速度が生じていないので、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算結果の角度θの時間的変化が一時的に止まっている。

前述した第２の実施の形態の場合には、時刻ｔａから時刻ｔｂの間において、コントローラ４０の演算精度判定部６６Ｂの角度変化量演算部６６２Ｂの演算結果の角度変化量δθが角度閾値θ_ｔｈ以下となる。このため、演算精度判定部６６Ｂの比較判定部６６３Ｂは、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度が要求精度を満たしていると誤った判定を行ってしまう。

それに対して、第３の実施の形態においては、時刻ｔａから時刻ｔｂの間において、演算精度判定部６６Ｃの角度差演算部６６２Ｃの演算結果の角度差Δθｓが許容角度誤差θａよりも大きくなっている。したがって、比較判定部６６３Ｃは、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度が要求精度を満たしていないと正しく判定することができる。このように、第３の実施の形態では、第２の実施の形態のような誤判定を抑制することができる。

時刻ｔｃ以降は、角度差Δθｓが許容角度誤差θａよりも小さくなっているので、比較判定部６６３ＣはＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度が要求精度を満たしていると正しく判定することができる。

上述した本発明の建設機械の第３の実施の形態によれば、前述した第２の実施の形態と同様に、車体２、３が停止状態であっても、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が要求精度を満たしていない場合には、コントローラ４０がフロント作業装置１の操作支援の停止または警告を講じるので、フロント作業装置１の操作支援の実行の際に不正確な姿勢情報が利用されることを抑制することができる。

また、本実施の形態においては、コントローラ４０の要求精度演算が第２要求精度として角度の次元の許容誤差である許容角度誤差θａを演算するものであり、かつ、コントローラ４０の精度判定は、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）により検出された加速度に基づいて基準面に対する角度θｓを演算し、コントローラ４０が演算した角度θｓとＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）が演算した角度θとの差分の絶対値である角度差Δθｓを演算し、演算した角度差Δθｓを許容角度誤差θａと比較することで行われ、演算した角度差Δθｓが許容角度誤差θａよりも大きいときに、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていないと判定するものである。

この構成によれば、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度判定の比較対象を設定するための変換テーブルを高価なセンサを利用して取得した実験データを基に規定する第１の実施の形態の場合と比べると、そのような変換テーブルが不要なので、コントローラ４０への実装に大きな工数を必要としない。さらに、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の検出結果の加速度を基にコントローラ４０で演算した角度θｓとＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の演算結果の角度θとの差分に基づき、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度判定を行うので、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の演算結果の低精度であってその時間的変化量が一時的に変化しない場合あっても、簡易な演算で誤りの少ない判定を行うことができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の建設機械の第４の実施の形態について図２０及び図２１を用いて説明する。図２０は 本発明の建設機械の第４の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。図２１は図２０に示すコントローラのポジショニング演算部の一部を構成する要求角度精度演算部の機能構成を示すブロック図である。なお、図２０及び図２１において、図１～図１９に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図２０及び図２１に示す本発明の建設機械の第４の実施の形態が第１の実施の形態に対して相違する点は、コントローラ４０のポジショニング演算部５１における演算要求角度演算部６２Ｄの機能構成が異なっていることである。第１の実施の形態に係る演算要求角度演算部６２（第２及び第３の実施の形態の場合も同様）は、要求精度設定装置１９によって設定された要求精度（仕上げ精度としての許容寸法誤差）に対してＩＭＵの角度演算に対する要求精度（許容角度誤差）を演算するものである。しかしながら、マシンガイダンスが提供する油圧ショベルの姿勢情報は、測位システム３５の位置情報とＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度情報の両方で定まるものである。そのため、ＩＭＵの演算角度が正確であっても、測位システム３５からの位置情報が不正確な場合には、マシンガイダンスが提供する姿勢情報が不正確なものになってしまう懸念がある。この観点から、本実施の形態における要求角度演算部６２Ｄは、測位システム３５の位置情報の精度を考慮してＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の要求精度を設定するようにしたものである。

具体的には、要求角度精度演算部６２Ｄは、第１の実施の形態と同様な誤差変換テーブル６２１に加えて、要求精度設定装置１９により設定された第１要求精度（許容寸法誤差）に対して、ＧＮＳＳ受信機３８の測位演算の位置や速度の分散値（演算誤差に対応する値）を用いてＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算で補償すべき要求精度を算出する構成を備えている。すなわち、要求角度精度演算部６２Ｄは、ＧＮＳＳ受信機３８の測位演算の誤差が大きい場合には、その分、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の要求精度を高めるように調整するものである。

測位システム３５では、衛星の測位信号の受信環境が良好で、かつ、ＲＴＫ測位が実行されている場合であっても、測位演算の標準偏差（分散σ^２の平方根）は２ｃｍ程度となる。したがって、要求精度設定装置１９の要求精度（許容寸法誤差）に対して測位演算の標準偏差（分散の平方根）をそのまま利用することは難しい。なぜなら、仕上げ作業時の要求精度が２ｃｍに設定された場合、要求精度設定装置１９の要求精度から測位演算の標準偏差を単純に減算すると、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算で補償すべき寸法精度は０ｃｍとなるので、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算で誤差を全く許容しないことになってしまう。

そこで、要求角度精度演算部６２Ｄは、ＧＮＳＳ受信機３８の測位演算の分散値を調整寸法に変換する変換テーブル６２４を備えている。調整寸法は、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算において、ＧＮＳＳ受信機３８の測位演算の誤差に対して調整すべき寸法の次元の許容誤差の大きさを示している。変換テーブル６２４は、測位演算の分散値が所定値σ^２ _ｔｈ以下の場合には調整寸法が０であると共に、当該分散値が所定値σ^２ _ｔｈよりも大きい場合には、分散値が大きくなるにしたがって調整寸法が大きくなる特性を有している。つまり、測位システム３５の測位状態が良好であれば、調整寸法が０ｃｍに設定される。一方、測位状態が悪化して測位演算の分散値が大きくなると、調整寸法が分散値の大きさに応じた値となる。

また、要求角度精度演算部６２Ｄは、要求精度設定装置１９で設定された許容寸法誤差から変換テーブル６２４で設定された調整寸法を減算することで、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算に対する要求精度を調整する許容誤差調整部６２５を備えている。許容誤差調整部６２５は、ＧＮＳＳ受信機３８の位置情報の誤差に応じて、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算に対する寸法の次元の要求精度である許容寸法誤差を演算するものである。許容誤差調整部６２５は、演算結果の許容寸法誤差を変換テーブル６２１へ出力する。もし、測位システム３５の測位演算に利用可能な衛星数が変化して測位演算の分散値が所定値σ^２ _ｔｈ以上となった場合において、調整寸法として１ｃｍを出力したとする。要求精度設定装置１９によって第１要求精度（許容寸法誤差）が２ｃｍに設定されている場合には、許容誤差調整部６２５の出力は１ｃｍになる。許容誤差調整部６２５の出力が０ｃｍ以下となった場合には、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度は要求精度を達成することができない。そこで、モニタ表示制御部５３（ガイダンス実行部５３１）に対して警告表示の実行を指令するように許容誤差調整部６２５を構成することが可能である。

なお、変換テーブル６２１は、第１の実施の形態の変換テーブルと同様であり、許容誤差調整部６２５からの許容寸法誤差に応じて許容角度誤差を設定する。設定した許容角度誤差はＩＭＵ演算精度評価部６３へ出力される。

上述した本発明の建設機械の第４の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様に、車体２、３が停止状態であっても、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が要求精度を満たしていない場合には、コントローラ４０がフロント作業装置１の操作支援の停止または警告を講じるので、フロント作業装置１の操作支援の実行の際に不正確な姿勢情報が利用されることを抑制することができる。

また、本実施の形態に係る油圧ショベル（建設機械）は、車体２、３に取り付けられ、複数の衛星からの測位信号を受信するＧＮＳＳアンテナ３６、３７（受信装置）と、ＧＮＳＳアンテナ３６、３７（受信装置）が受信した複数の衛星からの測位信号を基に車体２、３の位置及び車体２、３の位置の分散値を演算するＧＮＳＳ受信機３８（測位演算装置）とを更に備えている。さらに、コントローラ４０の要求精度演算は、第１要求精度として寸法の次元の精度が設定されている場合において、車体２、３の位置の分散値が所定値σ^２ _ｔｈよりも大きい場合に車体２、３の位置の分散値が高くなるにしたがって調整寸法が大きくなるように予め規定された変換テーブル６２４を用いて、ＧＮＳＳ受信機３８（測位演算装置）により演算された車体２、３の位置の分散値から調整寸法を設定し、第１要求精度から設定された調整寸法を減算することで、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算に対する寸法の次元の要求精度である許容寸法誤差を演算する許容寸法誤差演算を行い、許容寸法誤差が大きくなるにしたがって第２要求精度が低くなるように予め規定された変換テーブル６２１を用いて、許容誤差演算により演算された許容寸法誤差から第２要求精度を演算するものである。

この構成によれば、操作支援に対して設定された第１要求精度に対して、ＧＮＳＳ受信機３８（測位演算装置）の演算結果の位置の分散値に応じて設定した調整寸法を減算した結果を基に第２要求精度を設定するので、ＧＮＳＳ受信機３８（測位演算装置）の位置情報の演算誤差の大小に応じてＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の要求精度の高低を調整することができる。ＧＮＳＳ受信機３８（測位演算装置）の位置情報が低精度のときには、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の要求精度を厳しくすることで、操作支援の実行の際に不正確な姿勢情報の利用を更に抑制することができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の建設機械の第５の実施の形態について図３及び図２２を用いて説明する。図２２は本発明の建設機械の第５の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。なお、図２２において、図１～図２１に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図２２に示す本発明の建設機械の第５の実施の形態が第２の実施の形態に対して相違する点は、コントローラ４０のポジショニング演算部５１におけるＩＭＵ演算精度評価部６３Ｅの演算精度の判定結果が油圧システム制御部５４へ出力されていること、及び、その演算精度の判定結果に応じて油圧システム制御部５４の制御を変更することである。

図３の下段図に示すように、車体の走行動作又は旋回動作が開始された直後（時刻ｔ１の直後）では、ＩＭＵの演算角度の誤差は大きくない。しかし、その動作が継続されると、ＩＭＵのセンサバイアスの影響により演算角度の誤差が徐々に増加する。逆に、その動作が継続さなければ、ＩＭＵの演算精度は要求精度を逸脱することないので、作業継続が可能である。

そこで、本実施の形態においては、車体２、３の走行動作又は旋回動作によってＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度が要求精度を逸脱すると、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の演算精度の低下の要因である当該走行動作又は旋回動作を直ちに停止するようにする。具体的には、ＩＭＵ演算精度評価部６３Ｅの動作判断部６５Ｅによって走行又は旋回の動作が或る所定の期間以上継続していると判定された場合において、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算の精度が要求精度を満たしていないとＩＭＵ演算精度評価部６３Ｅが評価したときに、コントローラ４０の油圧システム制御部５４は、当該動作を停止させるように油圧システムを制御する。動作判断部６５Ｅの判定は、例えば、図８に示すフローチャートのステップＳ５０（ステップＳ５１０～Ｓ５７０）の処理を実行することで基本的に可能である。ただし、ステップＳ５７０において、動作判定部６５Ｅは、制御サイクルの継続中に走行フラグの有効が所定の期間以上継続しているか否かを判定すると共に、旋回フラグの有効が所定の期間以上継続しているか否かを判定するように構成すればよい。動作判定部６５Ｅは、走行フラグの有効の継続の有無の判定及び旋回フラグの有効の継続の有無の判定に対してＯＲ処理を行うことで、車体２、３の動作している状態が所定の期間以上継続していることを示す情報を１つの信号に統合する。

なお、走行及び旋回の動作を自動的に停止させると、オペレータの操作と油圧ショベルの動作が一致しない状況が生じ得る。したがって、本制御は、タブレット端末などによって任意のタイミングで有効と無効の切替が可能である構成が望ましい。

上述した本発明の建設機械の第５の実施の形態によれば、前述した第２の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

また、本実施の形態に係るコントローラ４０は、さらに、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の検出結果に基づいて車体２、３の動作している状態が所定の期間以上継続しているか否かを判定する動作継続判定を行い、車体２、３の動作している状態が所定の期間以上継続していると判定した場合、且つ、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の精度が第２要求精度を満たしていないと判定した場合には、車体２、３の動作を停止させるように構成されている。

この構成によれば、ＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の角度演算の誤差が大きくなる前にＩＭＵ２５、２６、２７、２８（角度計測装置）の演算精度の低下の要因である動作を停止させることで、正確な姿勢情報を使用したマシンガイダンスを実行し直すことが可能である。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の建設機械の第６の実施の形態について図２３を用いて説明する。図２３は本発明の建設機械の第６の実施の形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。なお、図２３において、図１～図２２に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図２３に示す本発明の建設機械の第６の実施の形態が第１の実施の形態に対して相違する点は、コントローラ４０のポジショニング演算部５１における要求角度精度演算部６２Ｆが施工管理システム１００で管理している施工情報に基づいて第２要求精度である許容角度誤差を演算することである。施工管理システム１００は、例えば、施工情報などの現場の施工の進捗状態を管理するクラウドシステムである。施工情報は、設計情報として寸法の次元の要求精度である許容寸法誤差を含んでいる。

要求角度精度演算部６２Ｆは、要求精度設定装置１９からの入力がない場合には、施工管理システム１００から施工目標面演算に入力された施工情報に含まれる要求精度を基にＩＭＵ２５、２６、２７、２８の角度演算に対する角度の次元の要求精度の演算を実行する。コントローラ４０は、施工管理システム１００が管理している施工の進捗状況に応じて、施工情報に含まれる要求精度（第１要求精度）を変更するように構成することが可能である。例えば、施工管理システム１００が管理している施工の進捗状態が進行するほど、設計情報としての許容寸法誤差を小さくする（要求精度を高める）ように変更する。例えば、施工開始直後では、掘削目標面に対して土砂が数十ｃｍ上まで存在する状態なので、粗掘削の設定値（例えば、１０ｃｍ）が自動的に設定され、施工が進むにつれて徐々に仕上げ掘削の設定値（例えば、２ｃｍ）へと切り替わるようにする。

第１～第５の実施の形態においては、オペレータ自身の操作によって要求精度設定装置１９を介して第１要求精度（許容寸法誤差）が設定されるように構成されている。このような構成では、粗掘削や仕上げ掘削などの操作に応じてオペレータが要求精度を変更する必要があるので、オペレータの操作が煩雑になる。

それに対して、本実施の形態においては、コントローラ４０が、現場の施工の進捗状態を管理する施工管理システム１００で管理されている施工情報に含まれている要求精度を第１要求精度として施工管理システム１００から取り込み、施工管理システム１００によって管理されている施工の進捗状態が進行するにつれて第１要求精度を高めていくように構成されている。

この構成によれば、オペレータの操作によらずに第１要求精度が設定されるので、オペレータの操作の手間を軽減することができる。また、コントローラ４０が施工の進捗状況に応じて第１要求精度を自動的に変更するので、オペレータが粗掘削や仕上げ掘削などの操作に応じて要求寸法精度を設定し直す必要がなく、オペレータの操作の手間を軽減することができる。

上述した本発明の建設機械の第６の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

［その他の実施の形態］
なお、上述した実施の形態においては、本発明を油圧ショベルに適用した例を示したが、本発明はＩＭＵの演算結果の角度情報を基に制御する各種の建設機械に広く適用することができる。

また、本発明は本実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１…フロント作業装置（作業装置）、 ２…下部走行体（車体）、 ３…上部旋回体（車体）、 １９…モニタ（表示装置）、 ２５…車体ＩＭＵ（角度計測装置）、 ２６…ブームＩＭＵ（角度計測装置）、 ２７…アームＩＭＵ（角度計測装置）、 ２８…バケットＩＭＵ（角度計測装置）、 ３６、３７…ＧＮＳＳアンテナ（受信装置）、 ３８…ＧＮＳＳ受信機（測位演算装置）、 ４０…コントローラ、 １００…施工管理システム、 ６２１…誤差変換テーブル（変換テーブル）、 ６２４…変換テーブル、 ６６１…時間変換テーブル（変換テーブル）、 ６６１Ｂ…角度閾値変換テーブル（変換テーブル）

Claims (7)

1. 車体と、
   前記車体に対して回動可能に取り付けられた作業装置と、
   前記車体及び前記作業装置に設置され、設置部分の加速度及び角速度を検出すると共に検出結果に基づき当該設置部分の基準面に対する角度を演算する角度演算を行う角度計測装置と、
   前記角度計測装置により演算された角度に基づいて前記車体及び前記作業装置の姿勢を示す姿勢情報を演算し、演算された姿勢情報を表示装置に表示させると共に、演算された姿勢情報に基づいて前記作業装置の操作支援を実行するコントローラとを備えた建設機械において、
   前記コントローラは、
   前記作業装置の操作支援に用いられる情報に対して設定された要求精度である第１要求精度に基づいて、前記角度計測装置の前記角度演算に対する要求精度である第２要求精度を演算する要求精度演算を行い、
   前記角度計測装置の検出結果に基づいて、前記車体が動作している状態から停止状態へと変化しているか否かを判定する動作停止判定を行い、
   前記角度計測装置の前記角度演算の精度が前記第２要求精度を満たしているか否かを判定する精度判定を行い、
   前記車体が動作している状態から停止状態へと変化したと判定し、且つ、前記角度計測装置の前記角度演算の精度が前記第２要求精度を満たしてないと判定した場合には、前記作業装置の操作支援の停止または警告を講じる
   ことを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラの前記精度判定は、
   前記第２要求精度が高くなるにしたがって時間閾値が大きくなるように予め規定された変換テーブルを用いて、前記要求精度演算により演算された前記第２要求精度から時間閾値を設定し、
   前記動作停止判定において前記車体が動作している状態から停止状態へと変化したと判定した時点からの経過時間をカウントし、
   カウントしている経過時間と設定した時間閾値とを比較することで行われ、
   カウントした経過時間が設定した時間閾値よりも小さいときに、前記角度計測装置の前記角度演算の精度が前記第２要求精度を満たしていないと判定するものである
   ことを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラの前記精度判定は、
   前記第２要求精度が高くなるにしたがって角度閾値が小さくなるように予め規定された変換テーブルを用いて、前記要求精度演算により演算された前記第２要求精度から角度閾値を設定し、
   前記角度計測装置により演算された角度の時間的変化量を演算し、
   演算した角度の時間的変化量を設定した角度閾値と比較することで行われ、
   演算した角度の時間的変化量が設定した角度閾値よりも大きいときに、前記角度計測装置の前記角度演算の精度が前記第２要求精度を満たしていないと判定するものである
   ことを特徴とする建設機械。
4. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラの前記要求精度演算は、前記第２要求精度として角度の次元の許容誤差である許容角度誤差を演算するものであり、
   前記コントローラの前記精度判定は、
   前記角度計測装置により検出された加速度に基づいて前記基準面に対する角度を演算し、
   前記コントローラが演算した角度と前記角度計測装置が演算した角度との差分の絶対値である角度差を演算し、
   演算した角度差を前記許容角度誤差と比較することで行われ、
   演算した角度差が前記許容角度誤差よりも大きいときに、前記角度計測装置の前記角度演算の精度が前記第２要求精度を満たしていないと判定するものである
   ことを特徴とする建設機械。
5. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記車体に取り付けられ、複数の衛星からの測位信号を受信する受信装置と、
   前記受信装置が受信した前記複数の衛星からの測位信号を基に前記車体の位置及び前記車体の位置の分散値を演算する測位演算装置とを更に備え、
   前記コントローラの前記要求精度演算は、
   前記第１要求精度として寸法の次元の精度が設定されている場合において、
   前記車体の位置の分散値が所定値よりも大きい場合に前記車体の位置の分散値が大きくなるにしたがって調整寸法が大きくなるように予め規定された変換テーブルを用いて、前記測位演算装置により演算された前記車体の位置の分散値から調整寸法を設定し、
   前記第１要求精度から設定された調整寸法を減算することで、前記角度計測装置の前記角度演算に対する寸法の次元の要求精度である許容寸法誤差を演算する許容寸法誤差演算を行い、
   前記許容寸法誤差が大きくなるにしたがって前記第２要求精度が低くなるように予め規定された変換テーブルを用いて、前記許容寸法誤差演算により演算された前記許容寸法誤差から前記第２要求精度を演算するものである
   ことを特徴とする建設機械。
6. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラは、さらに、
   前記角度計測装置の検出結果に基づいて、前記車体が動作している状態が所定の期間以上継続しているか否かを判定する動作継続判定を行い、
   前記車体が動作している状態が前記所定の期間以上継続していると判定した場合、且つ、前記角度計測装置の前記角度演算の精度が前記第２要求精度を満たしていないと判定した場合には、前記車体の動作を停止させる
   ことを特徴とする建設機械。
7. 請求項１に記載の建設機械において、
   前記コントローラは、
   現場の施工の進捗状態を管理する施工管理システムで管理されている施工情報に含まれている要求精度を前記第１要求精度として前記施工管理システムから取り込み、
   前記施工管理システムによって管理されている施工の進捗状態が進行するにつれて前記第１要求精度を高めていく
   ことを特徴とする建設機械。

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