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公開番号2024068508
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-20
出願番号2022179024
出願日2022-11-08
発明の名称位置決定装置
出願人株式会社Hemisphere Japan
代理人フェリシテ弁理士法人
主分類E02F 9/20 20060101AFI20240513BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】作業機に備えられた車両位置測定装置の位置に対する較正を、容易且つ精度良く実施する。
【解決手段】バックホー10に適用される位置決定装置80によれば、3Dキャリブレーションのための、プライマリアンテナ位置決定部81が備えられている。プライマリアンテナ位置決定部81は、プライマリアンテナ41の位置として、車両座標系におけるプライマリアンテナ41上の中心点P1に対応する第6座標(X6,Y6,Z6)を決定するようになっている。プライマリアンテナ位置決定部81では、第1原点O1、第1座標(X1,Y2,Z3)、ピッチ角θ2、第2座標(S2,T2,U2)、第3座標(S3,T3,U3)、第4座標(S4,T4,U4)、第5座標(S5,T5,U5)、及び、第1方位角γ1に基づいて、第6座標(X6,Y6,Z6)が決定される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
走行車両と、
前記走行車両と接続部位を介して接続され、前記接続部位から離間する先端部位に向かう方向に沿って延びる可動操作具であって、前記接続部位を中心として前記走行車両に対して相対回転可能な可動操作具と、
前記走行車両の所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第１車両位置測定装置と、
前記走行車両の回転度合いを取得する車両回転度取得装置と、
前記可動操作具の回転度合いを取得する可動操作具回転度取得装置と、
を備え、
少なくとも、前記第１車両位置測定装置、前記車両回転度取得装置、及び、前記可動操作具回転度取得装置のそれぞれにより、測定・取得された前記第１車両位置測定装置の位置、前記走行車両の回転度合い、及び、前記可動操作具の回転度合いに基づいて、前記可動操作具の先端部位の位置が決定されるように構成された
作業機であって、
水平面に沿って前記接続部位から前記先端部位に向かう方向である第１方向と、
前記第１方向と直交し、且つ、前記走行車両の車幅方向に対応するとともに、前記水平面に沿って前記接続部位を通る第２方向と、
前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記接続部位を通る第３方向と、
前記接続部位を第１原点とし、前記第１方向、前記第２方向、及び、前記第３方向にて構成される３次元の車両座標系と、
が規定され、
前記車両座標系において、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第１方向を軸とした回転度合いを示すロール角がゼロとなる状態であるロール角ゼロ状態を達成可能に構成された
作業機に適用される位置決定装置において、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記第１原点と、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第１座標と、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第２方向を軸とした回転度合いを示すピッチ角と、
任意の点を第２原点とし、水平面に沿って前記第２原点を通る第４方向、前記第４方向と直交し、且つ、前記水平面に沿って前記第２原点を通る第５方向、及び、前記第４方向及び前記第５方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記第２原点を通る第６方向にて構成される３次元の測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第２座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する座標であって、前記第２座標の位置と異なる第３座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１座標に対応する前記可動操作具上の所定の点に対応する第４座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第５座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第２座標及び前記第３座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第１方位角と、
に基づいて、
前記第１車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第６座標を決定する第１車両位置測定装置位置決定部
を備えた
位置決定装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
請求項１に記載の位置決定装置において、
前記作業機は、更に、
前記走行車両において、前記第１車両位置測定装置の位置とは異なる所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第２車両位置測定装置を備え、
第１車両位置測定装置位置決定部に加え、更に、
前記決定された前記第６座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第５座標、及び、前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第７座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第２方位角と、
に基づいて、
前記第２車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第８座標を決定する第２車両位置測定装置位置決定部
を備えた
位置決定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位置決定装置において、
前記作業機はバックホーであり、
前記可動操作具は、
前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたブームであって、前記接続部位としてのブームピンを介して前記一端側が前記走行車両と接続され、前記第２方向と平行な前記ブームピンを通る軸を中心に回転可能なブームと、
前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたアームであって、前記一端側が前記ブームの他端側と接続されるアームと、
前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたバケットであって、バケットピンを介して前記一端側が前記アームの他端側と接続され、前記他端側が前記先端部位として構成されて、前記第２方向と平行な前記バケットピンを通る軸を中心に回転可能なバケットと、
を備え、
前記第１車両位置測定装置位置決定部は、
前記第１原点として、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブームピン上の点を用い、
前記第１座標として、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用い、
前記第２座標として、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブーム上の点を用い、
前記第３座標として、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットの前記先端部位の点を用い、
前記第４座標として、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用いるように構成された
位置決定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位置決定装置において、
前記走行車両は、
所定の軸を中心に前記可動操作具と一体的に旋回可能に構成され、
前記第１原点と、
前記第１座標と、
前記第２座標と、
前記第３座標と、
前記第４座標と、
前記ピッチ角と、
前記第１方位角と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記走行車両の旋回にて描かれる前記可動操作具上の所定の点の円弧軌跡上の第９座標と、
に基づいて、
前記走行車両の旋回中心の位置として、前記車両座標系における前記走行車両の旋回中心の点に対応する第１０座標を決定する車両旋回中心位置決定部
を備えた
位置決定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の位置決定装置において、
前記測定座標系における前記第２座標、前記第３座標、前記第４座標、前記第５座標、前記第７座標、及び、前記第９座標のうち、少なくとも１つ又は２つ以上が、前記作業機から離間して設置された外部座標測定装置を用いて測定される
位置決定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも可動操作具を備えた作業機であって、可動操作具の先端部位の位置を決定するように構成された作業機に適用され、作業機における所定部位の位置を決定する位置決定装置に関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、建設機械等の作業機として、バックホーが知られている。バックホーは、一般に、ブーム、アーム、バケット等の可動操作具を備えている。この可動操作具は、運転者の操作等に応じて、作動制御される。特に、可動操作具の先端部位は、地表面の狙いの位置にて掘削するために、位置を取得することが好ましい。例えば、取得された先端部位の位置を用いて、運転者に対し、可動操作具の操作をナビゲートすることができる。このような事情を鑑みて、近年、可動操作具の先端部位の位置を決定するための技術が、開発されてきている。
【０００３】
特許文献１では、作業機としてのバックホーの刃先位置を決定する技術が、開示されている。バックホーの刃先位置を決定するために、少なくとも車体の位置情報が用いられる。車体位置を検出するために、バックホーに、ＧＮＳＳ用のアンテナが搭載されている。搭載されたアンテナの位置が、外部計測装置を用いて計測されて、アンテナパラメータが取得される。そして、アンテナパラメータは、較正値としてバケットの刃先位置の演算に用いられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５２３７４０８号公報（段落００６３、００７９等）
【発明の概要】
【０００５】
上記特許文献１では、アンテナパラメータとして、車両座標系におけるブームピンと、アンテナとの間の距離が、演算される。当該距離は、３次元の各方向においてそれぞれ演算されることで、座標を構成する。他方、ブームピンの位置は、車体の３次元的な傾斜に伴って、種々変動する。係る観点を演算に十分に反映しなければ、アンテナパラメータも変動し、較正の精度を期待することが困難となる。上記特許文献１では、アンテナパラメータについて、具体的な演算プロセスも開示されていない。このため、アンテナの位置に対する較正を、容易且つ精度良く実施するにあたり、改善の余地があると言える。
【０００６】
そこで、本発明は、上記を鑑み、少なくとも可動操作具、及び、車両位置測定装置を備えた作業機であって、可動操作具の先端部位の位置を、車両位置に基づき決定するように構成された作業機に適用され、作業機における所定部位の位置を決定する位置決定装置において、車両位置測定装置の位置に対する較正を、容易且つ精度良く実施できるものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。本発明の位置決定装置は、走行車両と、前記走行車両と接続部位を介して接続され、前記接続部位から離間する先端部位に向かう方向に沿って延びる可動操作具であって、前記接続部位を中心として前記走行車両に対して相対回転可能な可動操作具と、前記走行車両の所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第１車両位置測定装置と、前記走行車両の回転度合いを取得する車両回転度取得装置と、前記可動操作具の回転度合いを取得
する可動操作具回転度取得装置と、を備え、少なくとも、前記第１車両位置測定装置、前記車両回転度取得装置、及び、前記可動操作具回転度取得装置のそれぞれにより、測定・取得された前記第１車両位置測定装置の位置、前記走行車両の回転度合い、及び、前記可動操作具の回転度合いに基づいて、前記可動操作具の先端部位の位置が決定されるように構成された作業機であって、水平面に沿って前記接続部位から前記先端部位に向かう方向である第１方向と、前記第１方向と直交し、且つ、前記走行車両の車幅方向に対応するとともに、前記水平面に沿って前記接続部位を通る第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記接続部位を通る第３方向と、前記接続部位を第１原点とし、前記第１方向、前記第２方向、及び、前記第３方向にて構成される３次元の車両座標系と、が規定され、前記車両座標系において、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第１方向を軸とした回転度合いを示すロール角がゼロとなる状態であるロール角ゼロ状態を達成可能に構成された作業機に適用される。
【０００８】
本発明の位置決定装置は、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記第１原点と、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第１座標と、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第２方向を軸とした回転度合いを示すピッチ角と、任意の点を第２原点とし、水平面に沿って前記第２原点を通る第４方向、前記第４方向と直交し、且つ、前記水平面に沿って前記第２原点を通る第５方向、及び、前記第４方向及び前記第５方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記第２原点を通る第６方向にて構成される３次元の測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第２座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する座標であって、前記第２座標の位置と異なる第３座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１座標に対応する前記可動操作具上の所定の点に対応する第４座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第５座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第２座標及び前記第３座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第１方位角と、に基づいて、前記第１車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第６座標を決定する第１車両位置測定装置位置決定部を備える。
【０００９】
本発明の位置決定装置において、前記作業機は、更に、前記走行車両において、前記第１車両位置測定装置の位置とは異なる所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第２車両位置測定装置を備え、第１車両位置測定装置位置決定部に加え、更に、前記決定された前記第６座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第５座標、及び、前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第７座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第２方位角と、に基づいて、前記第２車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第８座標を決定する第２車両位置測定装置位置決定部が備えられる。
【００１０】
本発明の位置決定装置において、前記作業機はバックホーであり、前記可動操作具は、前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたブームであって、前記接続部位としてのブームピンを介して前記一端側が前記走行車両と接続され、前記第２方向と平行な前記ブームピンを通る軸を中心に回転可能なブームと、前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたアームであって、前記一端側が前記ブームの他端側と接続されるアームと、前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたバケットであって、バケットピンを介して前記一端側が前記アームの他端側と接続され、前記他端側が前記先端部位として構成されて、前記第２方向と平行な前記バケットピンを通る軸を中心に回転可能なバケ
ットと、を備え、前記第１車両位置測定装置位置決定部は、前記第１原点として、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブームピン上の点を用い、前記第１座標として、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用い、前記第２座標として、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブーム上の点を用い、前記第３座標として、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットの前記先端部位の点を用い、前記第４座標として、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用いるように構成される。
（【００１１】以降は省略されています）

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