(57)【要約】【課題】ブームを旋回させずに衛星からの測位信号を取得し、ブームの先端位置を測位座標系から車両座標系に変換するための変換係数を求めることができる作業車両及び作業車両の位置検出方法を提供する。【解決手段】ブーム３１の単独伸縮操作を実行し、ブーム３１の全縮時のアンテナ４１の位置座標から伸長時のアンテナ４１の位置座標に向かう方向のベクトルを算出する第１算出処理と、ブーム３１の全縮時の長さとブームの全縮時のアンテナの位置座標の幾何学的関係に基づいてブーム３１の起伏支点となる位置座標を求める第２算出処理と、ブーム３１の起伏支点の位置座標から旋回体３の旋回中心へのオフセット量と測位座標系における水平面上における旋回体３の旋回角度により旋回中心を算出する第３算出処理と、を実行する。【選択図】図５
2020148563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両座標系における位置座標及び衛星による測位座標系における位置座標の一方を他方に変換するための変換係数を用いる作業車両であって、
走行体と、
前記走行体に旋回可能に支持される旋回体と、
前記走行体上に配置されたブームと、
前記ブームの先端部に設けられ、衛星からの電波を受信して測位信号を出力するアンテナと、
前記アンテナから出力された測位信号を受信し、該測位信号に基づいて前記アンテナの設置位置を示す位置信号を出力する受信機と、
前記受信機から出力される位置信号に基づいて前記ブームの先端部の位置を算出する制御部と、
前記アンテナの車両座標系における位置座標を記憶する記憶部と、を備え、
前記走行体が静止している状態において、前記制御部は、オペレータからの操作を受け付けて、単独操作で前記ブームの伸長操作を実行し、
前記測位座標系における前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標と前記ブームの伸長時の前記アンテナの位置座標を取得し、前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標から前記伸長時の前記アンテナの位置座標に向かう方向のベクトルを算出する第１算出処理と、
前記測位座標系において、前記ブームの全縮時の長さと前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標の幾何学的関係に基づいて前記ブームの起伏支点となる位置座標を求める第２算出処理と、
前記作業車両を水平設置した場合に、前記ブームの起伏支点の位置座標から前記旋回体の旋回中心へのオフセット量と前記測位座標系における水平面上における前記旋回体の旋回角度とを使って前記旋回体の旋回中心を算出する第３算出処理と、を実行することを特徴とする作業車両。
【請求項２】
前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標から前記ブームの伸長時の前記アンテナの位置座標に向かう方向のベクトルから求めた前記測位座標系における前記ブームの方向角度と、前記車両座標系における前記旋回体の旋回角度から前記測位座標系と前記車両座標系のなす角度を求める第４算出処理をさらに実行することを特徴とする請求項１に記載の作業車両。
【請求項３】
前記測位座標系は、前記アンテナの設置位置を原点とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の作業車両。
【請求項４】
車両座標系における位置座標及び衛星による測位座標系における位置座標の一方を他方に変換するための変換係数を用いる作業車両の位置検出方法であって、
前記作業車両は、
走行体と、
前記走行体に旋回可能に支持される旋回体と、
前記走行体上に配置されたブームと、
前記ブームの先端部に設けられ、衛星からの電波を受信して測位信号を出力するアンテナと、
前記アンテナから出力された測位信号を受信し、該測位信号に基づいて前記アンテナの設置位置を示す位置信号を出力する受信機と、
前記受信機から出力される位置信号に基づいて前記ブームの先端部の位置を算出する制御部と、
前記アンテナの車両座標系における位置座標を記憶する記憶部と、を備え、
前記走行体が静止している状態において、オペレータからの操作を受け付けた前記制御部により単独操作で前記ブームの伸長操作を実行する工程と、
前記測位座標系における前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標と前記ブームの伸長時の前記アンテナの位置座標を取得し、前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標から前記伸長時の前記アンテナの位置座標に向かう方向のベクトルを算出する第１算出処理工程と、
前記測位座標系において、前記ブームの全縮時の長さと前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標の幾何学的関係に基づいて前記ブームの起伏支点となる位置座標を求める第２算出処理工程と、
前記作業車両を水平設置した場合に、前記ブームの起伏支点の位置座標から前記旋回体の旋回中心へのオフセット量と前記測位座標系における水平面上における前記旋回体の旋回角度とを使って前記旋回体の旋回中心を算出する第３算出処理工程と、
前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標から前記ブームの伸長時の前記アンテナの位置座標に向かう方向のベクトルから求めた前記測位座標系における前記ブームの方向角度と、前記車両座標系における前記旋回体の旋回角度から前記測位座標系と前記車両座標系のなす角度を求める第４算出処理工程と、を有することを特徴とする作業車両の位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行体上にブームを備えた作業車両及び作業車両の位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、走行体と、旋回可能に走行体に支持された旋回体と、伸縮及び起伏可能に旋回体に支持されたブームとを備えるクレーンが知られている。このクレーンはブームの先端位置等を監視しながら、旋回体を旋回させ、ブームを伸縮及び起伏させる。しかしながら、近年のクレーンの大型化に伴って、クレーンに設けられたセンサでブームの先端位置を正確に検出することが難しくなっている。
【０００３】
そこで、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いてブームの先端位置を検出する手法が提案されている。すなわち、クレーンは、ＧＮＳＳアンテナが受信した測位衛星からの測位信号をＧＮＳＳ受信機でＧＮＳＳアンテナの設置位置を示す位置信号に変換することにより、ブームの先端位置を検出することができる。例えば、特許文献１〜３にはＧＮＳＳアンテナを取り付けた作業車両が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９８５８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５５８０号公報
【特許文献３】特開２００７−１４７５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ブームの先端位置を測位衛星からの測位信号を使って制御するためには、車両を基準とする車両座標系と緯度、経度及び高度を基準とするＧＮＳＳ座標系の関係を決定し、座標変換を行う必要がある。つまり、ブームの先端位置をＧＮＳＳ座標系から車両座標系に変換するときには、変換係数として例えば旋回体の旋回中心の座標等が必要になる。この変換係数となる旋回中心の座標を求める際には、ＧＮＳＳアンテナにより測位衛星からの測位信号を取得するために、ブームを大きく旋回させる必要があるが、狭い作業現場では実行することができない。
【０００６】
本発明は、ブームを旋回させずに衛星からの測位信号を取得し、ブームの先端位置を測位座標系から車両座標系に変換するための変換係数を求めることができる作業車両及び作業車両の位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、本発明は、車両座標系における位置座標及び衛星による測位座標系における位置座標の一方を他方に変換するための変換係数を用いる作業車両であって、走行体と、前記走行体に旋回可能に支持される旋回体と、前記走行体上に配置されたブームと、前記ブームの先端部に設けられ、衛星からの電波を受信して測位信号を出力するアンテナと、前記アンテナから出力された測位信号を受信し、該測位信号に基づいて前記アンテナの設置位置を示す位置信号を出力する受信機と、前記受信機から出力される位置信号に基づいて前記ブームの先端部の位置を算出する制御部と、前記アンテナの車両座標系における位置座標を記憶する記憶部と、を備え、前記走行体が静止している状態において、前記制御部は、オペレータからの操作を受け付けて、単独操作で前記ブームの伸長操作を実行し、前記測位座標系における前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標と前記ブームの伸長時の前記アンテナの位置座標を取得し、前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標から前記伸長時の前記アンテナの位置座標に向かう方向のベクトルを算出する第１算出処理と、前記測位座標系において、前記ブームの全縮時の長さと前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標の幾何学的関係に基づいて前記ブームの起伏支点となる位置座標を求める第２算出処理と、前記作業車両を水平設置した場合に、前記ブームの起伏支点の位置座標から前記旋回体の旋回中心へのオフセット量と前記測位座標系における水平面上における前記旋回体の旋回角度とを使って前記旋回体の旋回中心を算出する第３算出処理と、を実行するものである。
【０００９】
本発明は、前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標から前記ブームの伸長時の前記アンテナの位置座標に向かう方向のベクトルから求めた前記測位座標系における前記ブームの方向角度と、前記車両座標系における前記旋回体の旋回角度から前記測位座標系と前記車両座標系のなす角度を求める第４算出処理をさらに実行するものである。
【００１０】
前記測位座標系は、前記アンテナの設置位置を原点とするものである。
【００１１】
本発明は、車両座標系における位置座標及び衛星による測位座標系における位置座標の一方を他方に変換するための変換係数を用いる作業車両の位置検出方法であって、前記作業車両は、走行体と、前記走行体に旋回可能に支持される旋回体と、前記走行体上に配置されたブームと、前記ブームの先端部に設けられ、衛星からの電波を受信して測位信号を出力するアンテナと、前記アンテナから出力された測位信号を受信し、該測位信号に基づいて前記アンテナの設置位置を示す位置信号を出力する受信機と、前記受信機から出力される位置信号に基づいて前記ブームの先端部の位置を算出する制御部と、前記アンテナの車両座標系における位置座標を記憶する記憶部と、を備え、前記走行体が静止している状態において、オペレータからの操作を受け付けた前記制御部により単独操作で前記ブームの伸長操作を実行する工程と、前記測位座標系における前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標と前記ブームの伸長時の前記アンテナの位置座標を取得し、前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標から前記伸長時の前記アンテナの位置座標に向かう方向のベクトルを算出する第１算出処理工程と、前記測位座標系において、前記ブームの全縮時の長さと前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標の幾何学的関係に基づいて前記ブームの起伏支点となる位置座標を求める第２算出処理工程と、前記作業車両を水平設置した場合に、前記ブームの起伏支点の位置座標から前記旋回体の旋回中心へのオフセット量と前記測位座標系における水平面上における前記旋回体の旋回角度とを使って前記旋回体の旋回中心を算出する第３算出処理工程と、前記ブームの全縮時の前記アンテナの位置座標から前記ブームの伸長時の前記アンテナの位置座標に向かう方向のベクトルから求めた前記測位座標系における前記ブームの方向角度と、前記車両座標系における前記旋回体の旋回角度から前記測位座標系と前記車両座標系のなす角度を求める第４算出処理工程と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ブームを旋回させずに衛星からの測位信号を取得し、ブームの先端位置を測位座標系から車両座標系に変換する際の変換係数を求めることができる。よって、ブームが旋回できない狭い作業現場であっても、変換係数を容易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】走行時におけるクレーンを示す図である。
【図２】吊上作業時におけるクレーンを示す図である。
【図３】ＧＮＳＳアンテナの配置を説明するためのクレーンの模式平面図である。
【図４】ブームの先端位置検出に関する制御系の構成を示す図である。
【図５】変換係数の算出に関するクレーンの動作及び算出処理を示すフローチャートである。
【図６】第１算出処理及び第２算出処理を説明するための説明図である。
【図７】第３算出処理及び第４算出処理を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では作業車両としてラフテレーンクレーンを例に説明する。なお、作業車両としては、自走可能で且つブームを有していればよく、例えば、オールテレーンクレーン、カーゴクレーン、高所作業車等であってもよい。
【００１５】
＜クレーンの概要＞
まず、クレーン１について簡単に説明する。図１は、走行時におけるクレーン１を示す図である。図２は、吊上作業時におけるクレーン１を示す図である。クレーン１は、主に走行体２と旋回体３で構成されている。
【００１６】
走行体２は、左右一対のフロントタイヤ２１とリヤタイヤ２２を備えている。また、走行体２は、吊上作業を行う際に接地させて安定を図るアウトリガ２３を備えている。また、走行体２は、これらを駆動するためのアクチュエータに加え、エンジン２４やトランスミッションを備えている。また、走行体２は、旋回用モータ２５を備えている。旋回用モータ２５により、走行体２は、その上部に支持する旋回体３を旋回自在としている（図２の矢印Ｄ参照）。
【００１７】
旋回体３は、その後部から前方へ突き出すようにブーム３１を備えている。ブーム３１は、伸縮用シリンダ３２によって伸縮自在となっている（図２の矢印Ｅ参照）。また、ブーム３１は、起伏用シリンダ３３によって起伏自在となっている（図２の矢印Ｆ参照）。また、旋回体３はブーム３１の右方にキャビン３４を備えている。旋回体３は、走行体２に旋回可能に支持されている。
【００１８】
＜ブームの先端位置検出に関する構成＞
図３は、ＧＮＳＳアンテナ４１の配置を説明するためのクレーン１の模式平面図である。クレーン１は、ブーム３１の先端部３１ａに設けられたＧＮＳＳアンテナ４１を有している。
【００１９】
ＧＮＳＳアンテナ４１は全地球航法衛星システムで使用されるアンテナであり、図示しない測位衛星が出力する電波を受信し、受信電波に基づく測位信号を出力する。
【００２０】
図４は、ブームの先端位置検出に関する制御系の構成を示す図である。クレーン１は、制御部５１を備えている。制御部５１は、ブーム３１の伸縮動作や起伏動作のほか、様々な動作を制御できる。制御部５１は、例えばＣＰＵによって実現することができる。
【００２１】
制御部５１には、記憶部５２と、ＧＮＳＳ受信機５３と、情報取得部５４とが接続されている。ＧＮＳＳ受信機５３にはＧＮＳＳアンテナ４１が接続されている。
【００２２】
制御部５１は、ＧＮＳＳ受信機５３から出力される位置信号に基づいてブーム３１の先端部３１ａの位置を算出する。そして、制御部５１は算出したブーム３１の先端部３１ａの位置に基づいて、ブーム３１の伸縮動作、起伏動作及び旋回操作を制御する。
【００２３】
記憶部５２は、ブーム３１の先端位置を検出するための種々のプログラムやデータ（車両を基準とする車両座標系等）を格納している。その１つとして、記憶部５２は後述するブーム３１の伸縮操作（ブーム３１を伸ばす伸長操作）におけるＧＮＳＳアンテナ４１の測位座標系（ＥＮＵ座標系ともいう）における位置座標を記憶する。車両座標系とは、クレーン１の任意の位置（例えば旋回体３の旋回中心）を原点とし、水平方向において互いに直交する方向に延びるｘ軸及びｙ軸と、鉛直上方に延びるｚ軸とで定義される仮想空間である。車両座標系における各座標は（ｘ，ｙ，ｚ）で表現される。
【００２４】
ＧＮＳＳ受信機５３は、ＧＮＳＳアンテナ４１から出力された測位信号を受信し、該測位信号に基づいてＧＮＳＳアンテナ４１の設置位置を示す位置信号を制御部５１へ出力する。
【００２５】
情報取得部５４は、クレーン１に設けられた各種センサや操作スイッチから、クレーン１に関する各種の情報を取得する。この情報としては、例えば、クレーン１が走行モードであるかブーム３１を使用する作業モードであるかを示すモード情報、クレーンの姿勢情報（ブーム３１の起伏角度、伸長長さ、旋回角度、アウトリガ２３の張り出し状態等を示す作業状態情報等）がある。情報取得部５４としては、例えば、クレーン１の過負荷防止装置（ＡＭＬ）等が挙げられる。情報取得部５４は、制御部５１にクレーンの姿勢情報を出力する。
【００２６】
また制御部５１には、操作部５６と、アウトリガ２３と、旋回用モータ２５と、伸縮用シリンダ３２と、起伏用シリンダ３３とが接続されている。操作部５６はキャビン３４に設けられ、オペレータからの操作を受け付けるものである。操作部５６は受け付けた操作に応じた操作信号を制御部５１へ出力する。操作部５６はクレーン１を操作するためのレバー、ハンドル、ペダル、操作パネル等を含んでいる。
【００２７】
制御部５１は操作部５６から出力される各種信号に基づいて、アウトリガ２３と、旋回用モータ２５と、伸縮用シリンダ３２と、起伏用シリンダ３３の動作を制御する。例えば、制御部５１は、アウトリガ２３を張出状態に移動させることを指示する張出操作、逆に格納状態に移動させることを指示する格納操作を受け付ける。また制御部５１は、旋回用モータ２５に旋回体３を旋回させることを指示する旋回操作、伸縮用シリンダ３２にブーム３１を伸長又は縮小させることを指示する伸長操作又は縮小操作、起伏用シリンダ３３にブーム３１を起仰又は倒伏させることを指示する起仰操作又は倒伏操作を受け付ける。
【００２８】
＜クレーンの位置検出方法：ブームの先端位置検出に関する動作及び算出処理＞
次に、クレーン１の位置検出方法について説明する。
具体的には、図５から図７を参照してブーム３１の先端位置検出に関する動作及び算出処理に関する工程を説明する。ここでは、作業現場の作業位置にクレーン１を停止させ、走行体２及び旋回体３が静止している状態でブーム３１を伸ばす伸縮操作をすることで変換係数を算出し、この変換係数を用いてブーム３１の先端部３１ａの位置を検出する方法について説明する。
【００２９】
図５は、変換係数の算出に関するクレーン１の動作及び算出処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０において、制御部５１はアウトリガ２３の接地が完了したか否かを判別する。具体的には、制御部５１は操作部５６から張出操作の指示を受け付け、アウトリガ２３の動作が終了したことをもってアウトリガ２３の接地が完了したと判別することができる。なお、アウトリガ２３の張出状態及び格納状態を検出するセンサを設け、制御部５１はこのセンサの検出信号からアウトリガ２３の接地が完了したか否かを判別してもよい。
【００３０】
アウトリガ２３の接地が完了すると、ステップＳ１０からステップＳ１１へ進んで、制御部５１は、操作部５６を介してオペレータからの操作を受け付けて、単独操作としてブーム３１を全縮状態から所定長伸ばす伸長操作を実行する。
【００３１】
測位座標系とは、ＧＮＳＳにより決定される座標系のことであり、現在のＧＮＳＳアンテナ４１の設置位置を原点とし、原点から東方向に延びるＥ軸と、原点から北方向に延びるＮ軸と、原点から鉛直上方に延びるＵ軸とで定義される仮想空間であり、ＥＮＵ（Ｅａｓｔ−Ｎｏｒｔｈ−Ｕｐ）座標系である。ＥＮＵ座標系における各座標は（Ｅ，Ｎ，Ｕ）で表現される。以下では、測位座標系のことをＥＮＵ座標系とも呼ぶ。
【００３２】
ステップＳ１１の伸長操作において、制御部５１は、ＧＮＳＳ受信機５３からＧＮＳＳアンテナ４１の位置信号を受信する。すなわち、制御部５１は、ＧＮＳＳアンテナ４１の位置を原点とする測位座標系（ＥＮＵ座標系）において、ブーム３１の全縮時（伸長操作開始時）におけるＧＮＳＳアンテナ４１の位置を示す位置座標Ｐ１と、ブーム３１を所定長伸ばした伸長時のＧＮＳＳアンテナ４１の位置を示す位置座標ＰｎをＧＮＳＳ受信機５３から出力される位置信号に基づいて取得する。制御部５１は、取得されたＧＮＳＳアンテナ４１の位置座標Ｐ１、Ｐｎを記憶部５２に記憶する。
【００３３】
以下に説明するステップＳ１２〜Ｓ１５の算出処理工程は、単独操作としてブーム３１の伸長操作によって取得されたブーム３１の全縮時（伸長操作開始時）におけるＧＮＳＳアンテナ４１の位置を示す位置座標Ｐ１と、ブーム３１を所定長伸ばした伸長時のＧＮＳＳアンテナ４１の位置を示す位置座標Ｐｎ等から、所定の演算により変換係数（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）、回転角度α（図７参照）を求める算出方法を具体的に示したものである。ステップＳ１２〜Ｓ１５の算出処理工程では、制御部５１は、車両座標系における位置座標及び測位座標系における位置座標の一方を他方に変換するための変換係数（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）、回転角度αを算出する。そして、制御部５１は、算出した変換係数（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）、回転角度αを記憶部５２に記憶する。
【００３４】
［第１算出処理：ベクトルＡの算出］
次に、ステップＳ１１からステップＳ１２へ進んで、制御部５１は第１算出処理を実行する。第１算出処理では、制御部５１は、ステップＳ１１で記憶部５２に記憶されたブーム３１の全縮時のＧＮＳＳアンテナ４１の位置を示す位置座標Ｐ１と、ブーム３１を所定長伸ばした伸長時のＧＮＳＳアンテナ４１の位置を示す位置座標Ｐｎの二つの座標を用いて以下に示すベクトルＡ＝ベクトルＰ１Ｐｎを算出する（図６参照）。
なお、本実施形態では、ＧＮＳＳアンテナ４１の先端の位置は、ブーム３１の先端部３１ａの位置に相当するが、ブーム３１の先端部３１ａの位置をより厳密に求めたい場合は、ＧＮＳＳアンテナ４１の先端の位置座標からブーム３１の先端部３１ａの位置座標へのオフセット量を予め記憶部５２に記憶しておき、当該オフセット量を考慮してブーム３１の先端部３１ａの位置座標を算出すればよい。
【００３５】
【数１】
2020148563.tif 000003
【００３６】
また、上記ベクトルＡを算出する際に使用する位置座標Ｐｎを複数取得して最小二乗法や多変量解析の一例である主成分分析手法（ＰＣＡ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）を用いて上記ベクトルＡを算出してもよい。これにより、ベクトルＡの算出結果の精度を上げることができる。
【００３７】
［第２算出処理：点Ｑの算出］
次に、ステップＳ１２からステップＳ１３へ進んで、制御部５１は第２算出処理を実行する。第２算出処理では、制御部５１は、ブーム３１の全縮時の長さをＬ０（図６参照）として、クレーン１におけるブーム３１の全縮時長さＬ０と位置座標Ｐ１との幾何学的関係（Ｌ０が直角三角形の斜辺の長さと、位置座標Ｐ１が直角三角形の頂点になる関係）に基づいて点Ｑの座標を求める。ここで、点Ｑの座標は、ブーム３１の根元支点ピン軸（ブーム３１の起伏動作における起伏支点）のＥＮＵ座標系における位置を示す位置座標である。また、以下の算出処理では、ＧＮＳＳアンテナ４１の長さをＬａｎｔとして、点ＱからＧＮＳＳアンテナ４１の先端までの長さをＬ０＋Ｌａｎｔと表している。
具体的には、ＥＮＵ座標系における点Ｑの位置座標（ＥＱ，ＮＱ，ＵＱ）は、図６に示す幾何学的関係から、以下に示すように点Ｐ１を始点とするベクトルＡｕと、当該ベクトルＡｕの終点を始点とするベクトルＡｒと点Ｐ１の位置座標（Ｅ１，Ｎ１，Ｕ１）の和で表される。
【００３８】
【数２】
2020148563.tif 000004
【００３９】
また、ベクトルＡｕは、図６に示す幾何学的関係に基づいて、それぞれ以下のように表すことができる。なお、θ０は、ブーム３１の全縮時の起伏角度である。ブーム３１には、ブーム３１の起伏角度を検出する起伏用エンコーダ（図示せず）が設けられている。起伏用エンコーダは、制御部５１に起伏角度を示す信号を出力する。これにより、制御部５１はブーム３１の起伏角度を取得することができる。
【００４０】
【数３】
2020148563.tif 000005
【００４１】
また、ベクトルＡの点Ｐｎから点Ｑ方向に向かう単位ベクトルは、以下のように表せる。
【００４２】
【数４】
2020148563.tif 000006
【００４３】
よって、ベクトルＡｒは、上記単位ベクトルに基づいて以下のように表せる。
【００４４】
【数５】
2020148563.tif 000007
これにより、点Ｑの位置座標（ＥＱ，ＮＱ，ＵＱ）は、数２、数３、数５及び点Ｐ１の位置座標（Ｅ１，Ｎ１，Ｕ１）から、以下のように算出することができる。
【００４５】
【数６】
2020148563.tif 000008
【００４６】
［第３算出処理：旋回中心Ｃの算出］
次に、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進んで、制御部５１は第３算出処理を実行する。第３算出処理では、クレーン１を水平設置した場合に、制御部５１は、ＥＮＵ座標系における旋回中心の位置座標Ｃ（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）を、点Ｑからのオフセット量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）を使って以下のように算出する。
具体的には、ΔＸは点Ｑ−Ｃ間のＸ軸方向のオフセット量であり、ΔＹは点Ｑ−Ｃ間のＹ軸方向のオフセット量であり、ΔＺはＺ軸方向のオフセット量である。
【００４７】
【数７】
2020148563.tif 000009
上記の式中のベクトルａ、ベクトルｂ、ベクトルｃのそれぞれは以下のように表せる。
【００４８】
【数８】
2020148563.tif 000010
【００４９】
こうして、制御部５１は、車両座標系における位置座標及び測位座標系（ＥＮＵ座標系）における位置座標の一方を他方に変換するための変換係数（回転角度を除く）である旋回中心Ｃを算出する。そして、制御部５１は、算出した変換係数（回転角度を除く）である旋回中心の位置座標Ｃ（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）を記憶部５２に記憶する。
【００５０】
なお、クレーン１の水平設置が前提ではなく、クレーン１のフレーム平面が傾斜している場合は、起伏操作の単独操作を追加することで、車両（クレーン１）の傾きベクトルを求めて、旋回中心Ｃを補正することで、正しい旋回中心Ｃを求めることができる。
【００５１】
［第４算出処理：回転角度αの算出］
次に、ステップＳ１４からステップＳ１５へ進んで、制御部５１は第４算出処理を実行する。第４算出処理では、制御部５１は、ベクトルＡから求めたブーム３１の方向角度βと、車両座標系におけるブーム３１の旋回角度φからＥＮＵ座標系と車両座標系のなす角である回転角度αを求める。以下に、第４算出処理について説明する。なお、旋回体３には、その旋回位置（旋回角度）を検出する旋回位置検出センサ（図示せず）が設けられている。旋回位置検出センサは、制御部５１にブーム３１の旋回角度を示す信号を出力する。これにより、制御部５１はブーム３１の旋回角度φを取得することができる。
【００５２】
図７は、変換係数である旋回中心の位置座標Ｃ（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）、回転角度αを用いて車両座標系（ＸＹＺ軸）及びＥＮＵ座標系（ＥＮＵ軸）の関係を示した図である。変換係数の角度成分である回転角度αは、車両座標系及びＥＮＵ座標系の対応する軸（ｘ軸とＥ軸、ｙ軸とＮ軸、ｚ軸とＵ軸）のなす角を示す。変換係数である位置座標Ｃ（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）は、車両座標系の原点と、ＥＮＵ座標系の原点との距離を示す。
【００５３】
ベクトルＡ＝（ＥＡ，ＮＡ，ＵＡ）とすると、制御部５１は、座標の回転角度αを、方向角度β、及び旋回角度φを用いて以下のように算出する。なお、方向角度βはＥＮＵ座標系を基準座標とする旋回角度であるため、制御部５１は上述した旋回位置検出センサを用いて、ブーム３１の方向角度βを取得することができる。
【００５４】
【数９】
2020148563.tif 000011
【００５５】
こうして、制御部５１は、変換係数の角度成分である回転角度αを算出する。制御部５１は、算出した回転角度αを記憶部５２に記憶する。こうして、第３算出処理及び第４算出処理によって、変換係数である旋回中心の位置座標Ｃ（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）、回転角度αが求められる。
【００５６】
［変換処理：変換係数による座標系の変換処理］
次に、ステップＳ１５からステップＳ１６へ進んで、制御部５１は座標系の変換処理を実行する。変換処理において制御部５１は、第３算出処理及び第４算出処理によって求められた変換係数となる旋回中心の位置座標Ｃ（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）、回転角度αを用いて所定の演算（同次変換行列とＥＮＵ座標の積）を行って、ＥＮＵ座標におけるＧＮＳＳアンテナ４１の位置座標を車両座標系における位置座標に変換する。
【００５７】
このように、本実施形態に係るクレーン１の位置検出方法においては、クレーン１の位置検出に必要な変換係数である旋回中心の位置座標Ｃ（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）、回転角度αを算出して、当該変換係数を用いてＥＮＵ座標から車両座標系への変換処理をすることができる。
【００５８】
以上のように、本実施形態に係るクレーン１及びクレーン１の位置検出方法によれば、ブーム３１を旋回させずに伸縮単独操作で衛星からの測位信号を取得し、ブーム３１の先端の位置座標をＥＮＵ座標系からクレーン１の車両座標系へ変換する変換係数として旋回中心の位置座標Ｃ（Ｅｃ，Ｎｃ，Ｕｃ）と、回転角度αを求めることができる。これにより、ブーム３１の先端位置及び姿勢を高精度に検出することができる。また、ブーム３１を旋回させずに伸縮単独操作で衛星からの測位信号を取得するため、ブーム３１が旋回できない狭い作業現場であっても、変換係数を容易に取得することができる。つまり、クレーン１を作業現場で使用するときに、オペレータがブーム３１を伸ばす伸長操作だけで車両座標系の設定を容易に行うことができる。
【００５９】
また、ＧＮＳＳアンテナ４１はブーム３１の先端部３１ａに設けられているので、上記ステップＳ１７の変換処理によりブーム３１の先端部３１ａのＥＮＵ座標系における位置座標をクレーン１の車両座標系における位置座標へ変換することができる。図５の一連の動作を短時間に繰り返すことで、刻々と変化するブーム３１の先端部３１ａの位置を適時検出することができる。そして、制御部５１は、検出したブーム３１の先端部３１ａの位置に基づいてブーム３１の移動を精度良く制御することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１          クレーン（作業車両）
２          走行体
３          旋回体
３１        ブーム
３１ａ      先端部
４１        ＧＮＳＳアンテナ
５１        制御部
５２        記憶部
５３        ＧＮＳＳ受信機（受信機）
５６        操作部
Ｌ０        ブームの全縮時の長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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