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公開番号2024052345
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-11
出願番号2022159004
出願日2022-09-30
発明の名称作業機械
出願人日立建機株式会社
代理人弁理士法人開知
主分類G01S 19/28 20100101AFI20240404BHJP(測定;試験)
要約【課題】衛星測位の精度悪化を防止できる作業機械を提供する。
【解決手段】作業機械の演算装置34、40は、機体姿勢検出装置21が検出した機体3の姿勢情報とGNSSアンテナ31、32が受信した複数の測位衛星の測位信号を基にアンテナ上空視界における第2遮蔽領域M2を設定し、複数の測位衛星の測位信号のうち第2遮蔽領域M2内に位置する測位衛星の測位信号を除外して機体3の測位演算を行う。第2遮蔽領域M2の範囲は、演算装置が、機体姿勢検出装置の機体の姿勢情報と複数の測位衛星の測位信号により機体の位置と方位と姿勢を演算し、演算された機体の位置と方位と姿勢を維持した状態で作業装置を施工対象面に対して所定距離の範囲内で沿うよう動作させたとき作業装置が取り得る複数の姿勢を演算し、演算された複数の姿勢を作業装置がとったときにアンテナ上空視界において作業装置により遮られる領域が包含される範囲を演算して設定する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
機体と、
前記機体に取り付けられ、姿勢が変化する作業装置と、
前記機体に取り付けられ、複数の測位衛星からの測位信号を受信するアンテナと、
前記機体の姿勢の情報を検出する機体姿勢検出装置と、
前記アンテナが受信した前記複数の測位衛星からの測位信号と前記機体姿勢検出装置の検出情報とを基に、前記機体の測位演算を行う演算装置と備えた作業機械において、
前記演算装置は、前記機体姿勢検出装置により検出された前記機体の姿勢情報と前記アンテナが受信した前記複数の測位衛星からの測位信号に基づいて、前記アンテナの上空視界における遮蔽領域を設定し、前記アンテナが受信した前記複数の測位衛星の測位信号のうち前記遮蔽領域の範囲内に位置する測位衛星からの測位信号を除外して、前記機体の測位演算を行うよう構成されており、
前記演算装置により設定される前記遮蔽領域の範囲は、前記演算装置が、前記機体姿勢検出装置により検出された前記機体の姿勢情報と前記アンテナが受信した前記複数の測位衛星の測位信号とにより前記機体の位置と方位と姿勢を演算し、演算された前記機体の位置と方位と姿勢を維持した状態のままで前記作業装置の特定部分を予め設定されている施工対象面に対して所定の距離の範囲内で沿うように動作させたとき前記作業装置が取り得る複数の姿勢を演算し、演算された前記複数の姿勢を前記作業装置がとったときに前記アンテナの上空視界において前記作業装置により遮られる領域が包含される範囲を演算して設定する
ことを特徴とする作業機械。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
前記作業装置は、複数の被駆動部材が駆動可能に連結された装置であり、
前記演算装置によって演算される前記作業装置が取り得る前記複数の姿勢は、前記作業装置の前記特定部分が前記施工対象面に対して接するという条件を満たす前記複数の被駆動部材の各々の角度範囲の組み合わせによって構成された情報である
ことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１に記載の作業機械において、
前記作業装置は、複数の被駆動部材が駆動可能に連結された装置であり、
前記演算装置によって演算される前記作業装置が取り得る前記複数の姿勢は、
前記複数の被駆動部材の各々の取り得る姿勢を、前記複数の被駆動部材の各々の取り得る角度範囲を有限数に分割して得られた各分割領域の境界位置の角度値を要素とする角度値の集合として規定され、
前記作業装置の取り得る姿勢を、前記複数の被駆動部材の各々の前記角度値の集合の中から１つずつ抽出して組み合わせることで得られる角度値の組み合わせを要素とする角度値の組み合わせの集合として規定され、
前記角度値の組み合わせの集合の中から、前記作業装置の前記特定部分と前記施工対象面との距離が所定値以下となる条件を満たす角度値の組み合わせである
ことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１に記載の作業機械において、
前記演算装置は、さらに、前記機体姿勢検出装置により検出された前記機体の姿勢情報と前記アンテナが受信した前記複数の測位衛星の測位信号とにより演算した前記機体の位置と方位と姿勢とを維持した状態のままで前記作業装置の前記特定部分が前記施工対象面に接触可能であるか否かを判定するように構成され、
前記演算装置による前記作業装置が取り得る前記複数の姿勢の演算は、前記作業装置の前記特定部分が前記施工対象面に接触可能であると判定された場合に実行される
ことを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１に記載の作業機械において、
前記演算装置は、前記機体の測位演算を繰り返し実行するように構成され、
前記演算装置による前記遮蔽領域の設定は、前に設定した遮蔽領域に基づき行われた前記機体の測位演算の結果を用いて行われるものである
ことを特徴とする作業機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、姿勢が変化する作業装置を備えた作業機械に係り、更に詳しくは、複数の衛星からの測位信号を受信して自身の位置情報を演算する作業機械に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルなどの作業機械の分野では、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。油圧ショベルの中には、例えば、ブーム、アーム及びバケットなどの複数の部材を連結した多関節型の作業装置の位置や姿勢を表示装置に表示するマシンガイダンスや、作業装置が施工面に沿って動くように半自動的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。
【０００３】
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場合、作業機械自身の位置（座標）を利用する。作業機械は、自身の位置情報を取得するために、衛星測位システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）を利用する。ＧＮＳＳは、複数の測位衛星からの測位信号（電波）をアンテナによって受信して自身の３次元座標（緯度、経度、高度）を測定するものである。ＧＮＳＳを利用する関係上、正常に測位を行うためには、十分な数の測位衛星からの測位信号を捕捉する必要がある。ＧＮＳＳによる衛星測位が実行可能な場合であっても、測位に利用可能な測位衛星が少ない場合や配置に偏りがある場合には、測位精度が低下する。
【０００４】
作業機械は、市街地や急斜面付近で作業する場合がある。この場合、ＧＮＳＳアンテナよりも高い場所に建造物や地表面などが位置することがあり、これらの障害物によってＧＮＳＳアンテナの上空視界が遮られる場合がある。ＧＮＳＳアンテナの上空視界が障害物により遮られている状態では、測位衛星からの測位信号が当該障害物の影響を受けてＧＮＳＳアンテナに受信されることで、測位精度の低下を引き起こす懸念がある。すなわち、測位衛星が障害物によってＧＮＳＳアンテナから不可視の状態になると、測位精度が低下する。
【０００５】
自動車等の移動体などでは、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星を捕捉してＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機を搭載しているものがある。移動体に搭載されたＧＰＳ受信機では、移動体の移動と共に時々刻々と変化する建造物や地形等の障害物によって、ＧＰＳ受信機の位置から見渡すことができない天空の不可視領域を航行するＧＰＳ衛星からの衛星信号を良好に受信することができない。そこで、予め収集された天空の可視領域及び不可視領域の分布（電波障害物の分布）に関する情報から作成された地域毎のマスク情報（ＧＰＳ衛星の選択規則情報）を基に、天空を航行する複数のＧＰＳ衛星の中から捕捉対象とするＧＰＳ衛星を選択し、選択したＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を用いて測位計算を行う技術が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に記載の技術では、天空の可視領域を航行するＧＰＳ衛星を捕捉対象として選択可能に設定する一方、天空の不可視領域を航行するＧＰＳ衛星を捕捉対象として選択禁止に設定するマスク情報が作成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００４－１８４１２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のＧＰＳ受信機は、上述したように、天空の不可視領域を航行するＧＰＳ衛星を捕捉対象から除外し、天空の可視領域を航行するＧＰＳ衛星のみを捕捉対象として選択して測位計算を行っている。しかし、特許文献１に記載された技術を作業機械の衛星測位に適用しようとすると、次のような問題が生じることが考えられる。
【０００８】
作業機械は、機体の走行を停止させた状態で作業装置を動作させることで種々の施工を実施することが一般的に行われる。このとき、自機の作業装置自体が天空（アンテナの上空視界）を遮る遮蔽物となることがある。また、高い仕上げ精度が求められる施工面に対しては、掘削動作を繰り返し行うことで少しずつ施工面まで掘り進むといった手法により仕上げ精度の向上を図っている。かかる作業では、作業装置の姿勢の変化の繰り返しによって、アンテナの上空視界における所定領域が短時間のうちに繰り返し遮蔽される。このため、上空視界の当該所定領域を測位衛星が航行している場合には、当該測位衛星がアンテナから可視又は不可視の状態に頻繁に切り替わってしまう。このような状況に対して、特許文献１に記載された技術のようなマスク情報を作成すると、すなわち、天空（アンテナの上空視界）の可視領域を航行する測位衛星を測位演算に用いる測位衛星として選択可能に設定する一方、天空の不可視領域を航行する測位衛星を測位演算に用いる測位衛星として選択禁止に設定すると、天空（アンテナの上空視界）の当該所定領域を航行する測位衛星は、測位演算に用いる測位衛星として選択可能又は選択禁止として頻繁に切り替えられることになる。この場合、当該所定領域を航行する測位衛星が測位演算に用いる測位衛星として一時的に選択されることで、測位演算に用いる測位衛星の組み合わせが短時間のうちに変更される懸念がある。測位演算に用いる測位衛星の組み合わせの頻繁な変更は、測位精度の悪化を引き起こすことがあるので、望ましくない。
【０００９】
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、衛星測位の精度悪化を防止することができる作業機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、機体と、前記機体に取り付けられ、姿勢が変化する作業装置と、前記機体に取り付けられ、複数の測位衛星からの測位信号を受信するアンテナと、前記機体の姿勢の情報を検出する機体姿勢検出装置と、前記アンテナが受信した前記複数の測位衛星からの測位信号と前記機体姿勢検出装置の検出情報とを基に、前記機体の測位演算を行う演算装置と備えた作業機械において、前記演算装置は、前記機体姿勢検出装置により検出された前記機体の姿勢情報と前記アンテナが受信した前記複数の測位衛星からの測位信号に基づいて、前記アンテナの上空視界における遮蔽領域を設定し、前記アンテナが受信した前記複数の測位衛星の測位信号のうち前記遮蔽領域の範囲内に位置する測位衛星からの測位信号を除外して、前記機体の測位演算を行うよう構成されており、前記演算装置により設定される前記遮蔽領域の範囲は、前記演算装置が、前記機体姿勢検出装置により検出された前記機体の姿勢情報と前記アンテナが受信した前記複数の測位衛星の測位信号とにより前記機体の位置と方位と姿勢を演算し、演算された前記機体の位置と方位と姿勢を維持した状態のままで前記作業装置の特定部分を予め設定されている施工対象面に対して所定の距離の範囲内で沿うように動作させたとき前記作業装置が取り得る複数の姿勢を演算し、演算された前記複数の姿勢を前記作業装置がとったときに前記アンテナの上空視界において前記作業装置により遮られる領域が包含される範囲を演算して設定することを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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