(57)【要約】【課題】旋回体の旋回時において、比較的高い測定精度を確保しつつ、アタッチメントの姿勢を容易に測定することが可能なショベルを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係るショベルは、走行体と、旋回自在に走行体に搭載される旋回体と、旋回体に取り付けられアタッチメントと、アタッチメントに取り付けられる第１の角速度センサと、アタッチメントの姿勢を測定する姿勢測定部と、を備え、姿勢測定部は、測定対象のアタッチメントに搭載されるセンサのうちの第１の角速度センサの検出値に基づき、アタッチメントの姿勢を測定する。【選択図】図３
2019203280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行体と、
旋回自在に前記走行体に搭載される旋回体と、
前記旋回体に取り付けられアタッチメントと、
前記アタッチメントに取り付けられる第１の角速度センサと、
前記アタッチメントの姿勢を測定する姿勢測定部と、を備え、
前記姿勢測定部は、測定対象の前記アタッチメントに搭載されるセンサのうちの前記第１の角速度センサの検出値に基づき、前記アタッチメントの姿勢を測定する、
ショベル。
【請求項２】
前記姿勢測定部は、前記旋回体が旋回している場合に、測定対象の前記アタッチメントに搭載されるセンサのうちの前記第１の角速度センサの検出値に基づき、前記アタッチメントの姿勢を測定する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
第２の角速度センサを更に備え、
前記アタッチメントは、複数のリンクを含み、
前記姿勢測定部は、前記旋回体が旋回している場合、前記複数のリンクのうちの測定対象の一のリンクに取り付けられる前記第１の角速度センサ、及び、前記旋回体、又は、前記複数のリンクのうちの他のリンクに取り付けられる前記第２の角速度センサの検出値に基づき、前記旋回体又は前記他のリンクに対する前記一のリンクの姿勢を測定する、
請求項２に記載のショベル。
【請求項４】
前記姿勢測定部は、前記旋回体が旋回している場合、前記第１の角速度センサの検出値の積分演算により算出される前記一のリンクの姿勢に対応する第１の姿勢情報を、前記第１の角速度センサ及び前記第２の角速度センサの検出値に基づき算出される前記一のリンクの姿勢に対応する第２の姿勢情報を用いて補正することにより、前記一のリンクの姿勢の測定値を算出する、
請求項３に記載のショベル。
【請求項５】
前記アタッチメントに取り付けられる加速度センサを更に備え、
前記姿勢測定部は、前記旋回体が旋回していない場合、前記加速度センサ及び前記第１の角速度センサの検出値に基づき、前記アタッチメントの姿勢を測定する、
請求項２乃至４の何れか一項に記載のショベル。
【請求項６】
前記姿勢測定部により測定された前記アタッチメントの姿勢に基づき、前記アタッチメントによる情報化施工に関する制御、又は、前記アタッチメントの姿勢の安定化に関する制御を行う制御部を更に備える、
請求項１乃至５の何れか一項に記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、旋回体に搭載される加速度センサの検出値から加速度センサに作用する旋回時の遠心加速度成分等を減算することにより、旋回停止時の加速度に補正し、補正した加速度と角速度センサの検出値から旋回体の姿勢を測定する方法が知られている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８０７１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アタッチメントは、旋回体に対して上下方向に回動する。よって、アタッチメントの姿勢測定に同様の方法を適用する場合、アタッチメントの加速度センサに作用する遠心加速度成分がアタッチメントの姿勢状態及び動作状態に応じて変化することに対応して、演算処理が複雑化してしまう可能性がある。
【０００５】
そこで、上記課題に鑑み、旋回体の旋回時において、比較的高い測定精度を確保しつつ、アタッチメントの姿勢を容易に測定することが可能なショベル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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、
走行体と、
旋回自在に前記走行体に搭載される旋回体と、
前記旋回体に取り付けられアタッチメントと、
前記アタッチメントに取り付けられる第１の角速度センサと、
前記アタッチメントの姿勢を測定する姿勢測定部と、を備え、
前記姿勢測定部は、測定対象の前記アタッチメントに搭載されるセンサのうちの前記第１の角速度センサの検出値に基づき、前記アタッチメントの姿勢を測定する、
ショベルが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
上述の実施形態によれば、旋回体の旋回時において、比較的高い測定精度を確保しつつ、アタッチメントの姿勢を容易に測定することが可能なショベルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ショベルの側面図である。
【図２】ショベルの構成の一例を示すブロック図である。
【図３】ブーム角度と上部旋回体及びブームのそれぞれに搭載されるＩＭＵにより検出される角速度との関係を説明する図である。
【図４】アーム角度とブーム及びアームのそれぞれに搭載されるＩＭＵにより検出される角速度との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
【００１０】
［ショベルの概要］
まず、図１を参照して、本実施形態に係るショベル１００の概要について説明をする。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るショベル１００の側面図である。
【００１２】
本実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回自在に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、アタッチメント（作業装置）としてのブーム４、アーム５、及びバケット６と、オペレータが搭乗するキャビン１０を備える。以下、ショベル１００の前方は、ショベル１００を上部旋回体３の旋回軸に沿って真上から平面視（以下、単に「平面視」と称する）で見たときに、上部旋回体３に対するアタッチメントの延出方向（以下、単に「アタッチメントの延出方向」と称する）に対応する。また、ショベル１００の左方及び右方は、それぞれ、ショベル１００を平面視で見たときに、キャビン１０内のオペレータの左方及び右方に対応する。
【００１３】
下部走行体１（走行体の一例）は、例えば、左右一対のクローラを含み、それぞれのクローラが走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ（図２参照）で油圧駆動されることにより、ショベル１００を走行させる。
【００１４】
上部旋回体３（旋回体の一例）は、旋回油圧モータ２Ａ（図２参照）で駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。
【００１５】
ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、アーム５の先端には、バケット６が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。
【００１６】
キャビン１０は、オペレータが搭乗する操縦室であり、上部旋回体３の前部左側に搭載される。
【００１７】
［ショベルの構成］
次に、図１に加えて、図２を参照して、ショベル１００の具体的な構成について説明する。
【００１８】
図２は、本実施形態に係るショベル１００の構成の一例を示すブロック図である。
【００１９】
尚、図中において、機械的動力ラインは二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御ラインは点線でそれぞれ示される。
【００２０】
本実施形態に係るショベル１００の油圧アクチュエータを油圧駆動する油圧駆動系は、エンジン１１と、レギュレータ１３と、メインポンプ１４と、コントロールバルブ１７を含む。また、本実施形態に係るショベル１００の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ、旋回油圧モータ２Ａ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９等の油圧アクチュエータを含む。
【００２１】
エンジン１１は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体３の後部に搭載される。具体的には、エンジン１１は、後述するコントローラ３０による直接或いは間接的な制御の下、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。
【００２２】
レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じて、メインポンプ１４の斜板の角度（以下、「傾転角」）を調節する。
【００２３】
メインポンプ１４は、例えば、エンジン１１と同様、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ラインを通じてコントロールバルブ１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、上述の如く、エンジン１１により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ３０による制御の下、レギュレータ１３により斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量（吐出圧）が制御されうる。
【００２４】
コントロールバルブ１７は、例えば、上部旋回体３の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置２６に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、上述の如く、高圧油圧ラインを介してメインポンプ１４と接続され、メインポンプ１４から供給される作動油を、操作装置２６の操作状態に応じて、油圧アクチュエータ（走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ、旋回油圧モータ２Ａ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９）に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する制御弁１７１〜１７６を含む。具体的には、制御弁１７１は、走行油圧モータ１Ｌに対応し、制御弁１７２は、走行油圧モータ１Ｒに対応し、制御弁１７３は、旋回油圧モータ２Ａに対応し、制御弁１７４は、バケットシリンダ９に対応し、制御弁１７５は、ブームシリンダ７に対応し、制御弁１７６は、アームシリンダ８に対応する。
【００２５】
本実施形態に係るショベル１００の操作系は、パイロットポンプ１５と、操作装置２６を含む。また、ショベル１００の操作系は、後述するコントローラ３０によるマシンコントロール機能に関する構成として、シャトル弁３２を含む。
【００２６】
パイロットポンプ１５は、例えば、上部旋回体３の後部に搭載され、パイロットラインを介して操作装置２６にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ１５は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン１１により駆動される。
【００２７】
操作装置２６は、キャビン１０の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種動作要素（下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、バケット６等）の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置２６は、オペレータがそれぞれの動作要素を駆動する油圧アクチュエータ（即ち、走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ、旋回油圧モータ２Ａ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等）の操作を行うための操作入力手段である。操作装置２６は、その二次側のパイロットラインを通じて直接的に、或いは、二次側のパイロットラインに設けられる後述のシャトル弁３２を介して間接的に、コントロールバルブ１７にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ１７には、操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に応じたパイロット圧が入力されうる。そのため、コントロールバルブ１７は、操作装置２６における操作状態に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。操作装置２６は、例えば、ブーム４（ブームシリンダ７）、アーム５（アームシリンダ８）、バケット６（バケットシリンダ９）、及び上部旋回体３（旋回油圧モータ２Ａ）のそれぞれを操作するレバー装置を含む。また、操作装置２６は、例えば、左右の下部走行体１（走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ）のそれぞれを操作するペダル装置或いはレバー装置を含む。
【００２８】
シャトル弁３２は、２つの入口ポートと１つの出口ポートを有し、２つの入口ポートに入力されたパイロット圧のうちの高い方のパイロット圧を有する作動油を出口ポートに出力させる。シャトル弁３２は、２つの入口ポートのうちの一方が操作装置２６（具体的には、操作装置２６に含まれる上述のレバー装置或いはペダル装置）に接続され、他方が比例弁３１に接続される。シャトル弁３２の出口ポートは、パイロットラインを通じて、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁（具体的には、制御弁１７１〜１７６のうちのシャトル弁３２の一方の入口ポートに接続される上述のレバー装置或いはペダル装置の操作対象である油圧アクチュエータに対応する制御弁）のパイロットポートに接続される。例えば、ショベル１００は、ブーム４（ブームシリンダ７）、アーム５（アームシリンダ８）、及びバケット６（バケットシリンダ９）を操作するレバー装置のそれぞれに対応するシャトル弁３２を含む。この場合、これらのシャトル弁３２の出口ポートは、それぞれ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９に対応する制御弁１７５、制御弁１７６、及び制御弁１７４に接続される。そのため、これらのシャトル弁３２は、それぞれ、操作装置２６（レバー装置）が生成するパイロット圧と比例弁３１が生成するパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁（制御弁１７５、制御弁１７６、或いは、制御弁１７４）のパイロットポートに作用させることができる。つまり、後述するコントローラ３０は、比例弁３１から操作装置２６（レバー装置）から出力される二次側のパイロット圧よりも高いパイロット圧を出力させることにより、オペレータによる操作装置２６の操作に依らず、対応する制御弁を制御し、アタッチメント（ブーム４、アーム５、及び、バケット６の少なくとも一つ）の動作を制御することができる。
【００２９】
本実施形態に係るショベル１００の制御系は、コントローラ３０と、吐出圧センサ２８と、操作圧センサ２９を含む。また、コントローラ３０は、後述するマシンガイダンス機能或いはマシンコントロール機能に関する構成として、比例弁３１と、ＩＭＵ４０，４２，４４，４６と、測位装置４８、表示装置５０、入力装置５１、音声出力装置５２を含む。
【００３０】
コントローラ３０（制御装置の一例）は、ショベル１００の駆動制御を行う。コントローラ３０は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。例えば、コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、不揮発性の補助記憶装置と、各種入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータを中心に構成されうる。コントローラ３０は、例えば、不揮発性の補助記憶装置等に格納される一以上のプログラムをＣＰＵ上で実行することにより実現される機能部として、旋回状態判定部３０１と、姿勢角測定部３０２と、マシンガイダンス部３０３を含む。
【００３１】
尚、コントローラ３０の機能の一部は、他のコントローラ（制御装置）により実現されてもよい。即ち、コントローラ３０の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。
【００３２】
吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出する。吐出圧センサ２８により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。
【００３３】
操作圧センサ２９は、上述の如く、操作装置２６の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置２６におけるそれぞれの動作要素（油圧アクチュエータ）の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。操作圧センサ２９による操作装置２６における下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の操作状態に対応するパイロット圧の検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。
【００３４】
比例弁３１は、パイロットポンプ１５とシャトル弁３２とを接続するパイロットラインに設けられ、その流路面積（作動油が通流可能な断面積）を変更可能に構成されている。つまり、例えば、上述の如く、ブーム４（ブームシリンダ７）、アーム５、（アームシリンダ８）、及びバケット６（バケットシリンダ９）のそれぞれに対応するシャトル弁３２が設けられる場合、シャトル弁３２ごとに、対応する比例弁３１が設けられる。比例弁３１は、コントローラ３０から入力される制御指令に応じて動作する。これにより、コントローラ３０は、オペレータにより操作装置２６（具体的には、上述のレバー装置）が操作されていない場合であっても、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１及びシャトル弁３２を介して、コントロールバルブ１７内のアタッチメント（ブーム４、アーム５、或いは、バケット６）の動作に対応する制御弁１７４〜１７６のパイロットポートに供給できる。
【００３５】
ＩＭＵ４０，４２，４４，４６は、それぞれ、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及び、バケット６に取り付けられ、慣性測定原理に基づき、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及び、バケット６の三次元の加速度及び角速度を検出する。ＩＭＵ４０，４２，４４，４６は、それぞれ、自己に固定されたローカル直交座標系（以下、単に「ローカル座標系」と称する）の三軸方向（つまり、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及び、ｚ軸方向）の加速度を検出する加速度センサ４０Ａ，４２Ａ，４４Ａ，４６Ａを含む。また、ＩＭＵ４０，４２，４４，４６は、それぞれ、ローカル座標系の三軸回りの角速度を検出する角速度センサ４０Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，４６Ｂを含む。加速度センサ４０Ａ，４２Ａ，４４Ａ，４６Ａ及び角速度センサ４０Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，４６Ｂは、例えば、シリコンや水晶を材料とするＭＥＭＳ（Micro-Electro Mechanical Systems）素子を中心に構成される。ＩＭＵ４０，４２，４４，４６は、それぞれ、加速度センサ４０Ａ，４２Ａ，４４Ａ，４６Ａにより検出される三軸方向の加速度と角速度センサ４０Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，４６Ｂにより検出される三軸方向の角速度に対応する出力信号を出力する。このとき、ＩＭＵ４０，４２，４４，４６は、それぞれ、加速度センサ４０Ａ，４２Ａ，４４Ａ，４６Ａ及び角速度センサ４０Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，４６Ｂの出力信号をそのまま外部に出力してもよいし、これらの出力に対する軸間補正、温度補正、感度補正等の各種補正が加えられた信号を外部に出力してもよい。ＩＭＵ４０，４２，４４，４６の出力信号は、コントローラ３０に取り込まれる。
【００３６】
尚、ＩＭＵ４０，４２，４４，４６には、本来の組み付け位置及び姿勢に対する各種の組み付け誤差が生じうるが、以下、当該組み付け誤差による出力信号への影響を排除するための既知のキャリブレーション（較正）が実施済みである前提で説明を続ける。
【００３７】
測位装置４８は、上部旋回体３の位置及び向きを測定する。測位装置４８は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）コンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、上部旋回体３の位置及び向きに対応する検出信号は、コントローラ３０に取り込まれる。また、測位装置４８の機能のうちの上部旋回体３の向きを検出する機能は、上部旋回体３に取り付けられた方位センサにより代替されてもよい。
【００３８】
表示装置５０は、キャビン１０内のオペレータから視認し易い位置に配置され、コントローラ３０による制御下で、各種情報画像を表示する。表示装置５０は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイ等である。
【００３９】
入力装置５１は、キャビン１０内のオペレータから手が届く範囲内に配置され、コントローラ３０に対するオペレータからの各種操作入力を受け付ける。入力装置５１は、例えば、ボタンスイッチ、レバー、トグル、表示装置５０に実装されるタッチパネル、表示装置と別体のタッチパッド等を含む。
【００４０】
音声出力装置５２は、キャビン１０内に設けられ、コントローラ３０による制御下で、各種音声を出力する。音声出力装置５２は、例えば、スピーカやブザー等である。
【００４１】
旋回状態判定部３０１は、上部旋回体３が旋回しているか否かを判定する。例えば、旋回状態判定部３０１は、操作装置２６に含まれる上部旋回体３（旋回油圧モータ２Ａ）を操作するレバー装置の操作状態に対応する操作圧センサ２９の検出信号に基づき、上部旋回体３が旋回しているか否かを判定する。また、例えば、旋回状態判定部３０１は、ＩＭＵ４０から取り込まれる角速度センサ４０Ｂの出力信号に基づき、上部旋回体３が旋回しているか否かを判定する。具体的には、旋回状態判定部３０１は、角速度センサ４０Ｂから出力される、上部旋回体３の旋回軸３ａに平行なｚ軸回りの角速度に対応する出力信号に基づき、上部旋回体３が旋回しているか否かを判定する。
【００４２】
姿勢角測定部３０２（姿勢測定部の一例）は、ショベル１００の起動から停止までの運転中において、所定の処理周期ごとに、機体（上部旋回体３）の姿勢角を測定（算出）する。具体的には、姿勢角測定部３０２は、上部旋回体３の旋回軸３ａに垂直な旋回平面（以下、単に「旋回平面」）上の二軸（例えば、上部旋回体３の前後軸及び左右軸に対応するＩＭＵ４０のローカル座標系におけるｙ軸及びｚ軸）回りの姿勢角（つまり、傾斜角）を測定する。
【００４３】
例えば、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４０により検出された上部旋回体３の加速度及び角速度の検出値に基づき、既知の姿勢推定方法を用いて、上部旋回体３の傾斜角を測定する。具体的には、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４０により検出される上部旋回体３の加速度及び角速度の検出値のそれぞれから算出される上部旋回体３の姿勢角（観測値）に対して、カルマンフィルタ或いは相補フィルタ等による所定のフィルタ処理を適用することにより、上部旋回体３の姿勢角を測定（推定）してよい。
【００４４】
尚、上部旋回体３の姿勢角（理論値）は、上部旋回体３（ＩＭＵ４０）に作用する加速度のうちの重力加速度成分に基づき算出されうる。よって、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４０（加速度センサ４０Ａ）により検出される上部旋回体３の加速度の検出値に基づき、ＩＭＵ４０に作用する動加速度（例えば、上部旋回体３の旋回時の遠心加速度や下部走行体１の走行時の並進加速度）による誤差を含む形で、フィルタ処理に供する上部旋回体３の姿勢角（観測値）を算出することができる。また、上部旋回体３の姿勢角（理論値）は、ＩＭＵ４０により検出される上部旋回体３の角速度の検出値が積分演算されることにより算出されうる。よって、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４０（角速度センサ４０Ｂ）により検出される上部旋回体３の角速度の検出値に基づき、積分演算によるドリフト誤差（バイアス誤差）を含む形で、フィルタ処理に供する上部旋回体３の姿勢角（観測値）を算出することができる。また、機体（上部旋回体３）の姿勢角（傾斜角）を演算する機能は、ＩＭＵ４０に内蔵されていてもよく、この場合、姿勢角測定部３０２による機体の姿勢角（傾斜角）を測定する機能は省略されうる。
【００４５】
また、姿勢角測定部３０２は、ショベル１００の起動から停止までの運転中において、所定の処理周期ごとに、アタッチメントの姿勢（姿勢角）を測定する。具体的には、姿勢角測定部３０２は、上部旋回体３に対するブーム４の相対角度（以下、「ブーム角度」）θ１、ブーム４に対するアーム５の相対角度（以下、「アーム角度」）θ２、及び、アーム５に対するバケット６の相対角度（以下、「バケット角度」）θ３を測定（算出）する。より具体的には、姿勢角測定部３０２は、旋回状態判定部３０１による判定結果に応じて、アタッチメントの姿勢角（ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及び、バケット角度θ３）の算出方法を異ならせる。
【００４６】
姿勢角測定部３０２は、旋回状態判定部３０１により上部旋回体３が旋回していないと判定された場合、ＩＭＵ４２により検出されたブーム４の加速度及び角速度の上部旋回体３に対する検出値に基づき、ブーム角度θ１を算出する。同様に、姿勢角測定部３０２は、旋回状態判定部３０１により上部旋回体３が旋回していないと判定された場合、ＩＭＵ４４により検出されたアーム５の加速度及び角速度のブーム４に対する検出値に基づき、アーム角度θ２を算出する。また、同様に、姿勢角測定部３０２は、旋回状態判定部３０１により上部旋回体３が旋回していないと判定された場合、ＩＭＵ４６により検出されたバケット６のアーム５に対する加速度及び角速度の検出値に基づき、バケット角度θ３を算出する。
【００４７】
一方、姿勢角測定部３０２は、旋回状態判定部３０１により上部旋回体３が旋回していると判定された場合、ブーム４（測定対象）に搭載されるセンサのうちの角速度センサ４２Ｂの検出値に基づき、ブーム角度θ１を算出する。同様に、姿勢角測定部３０２は、旋回状態判定部３０１により上部旋回体３が旋回していると判定された場合、アーム５（測定対象）に搭載されるセンサのうちの角速度センサ４４Ｂの検出値に基づき、アーム角度θ２を算出する。また、同様に、姿勢角測定部３０２は、旋回状態判定部３０１により上部旋回体３が旋回していると判定された場合、バケット６（測定対象）に搭載されるセンサのうちの角速度センサ４６Ｂの検出値に基づき、バケット角度θ３を算出する。
【００４８】
姿勢角測定部３０２によるアタッチメントの姿勢（ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３）の測定方法等の詳細は、後述する（図３、図４参照）。
【００４９】
マシンガイダンス部３０３（制御部の一例）は、ショベル１００による情報化施工に関する機能を実現する。
【００５０】
例えば、マシンガイダンス部３０３は、オペレータによるショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能に関する制御を行う。具体的には、マシンガイダンス部３０３は、表示装置５０や音声出力装置等を通じて、目標施工面とアタッチメントの作業部位（例えば、バケット６の爪先、バケット６の背面等）との距離等の作業情報をオペレータに通知する。目標施工面に関するデータは、例えば、コントローラ３０の不揮発性の補助記憶装置等の内部メモリやコントローラ３０に接続される外部記憶装置に予め格納される。目標施工面に関するデータは、例えば、基準座標系で表現されている。基準座標系は、例えば、世界測地系である。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Ｙ軸を東経９０度の方向に、そしてＺ軸を北極の方向にとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。オペレータは、入力装置５１に含まれる、ボタンスイッチ、レバー、トグル、タッチパネル、タッチパッド等を通じて、施工現場の任意の点を基準点と規定し、基準点との相対的な位置関係により目標施工面を設定してもよい。
【００５１】
より具体的には、マシンガイダンス部３０３は、測位装置４８により逐次測定されるショベル１００の位置及び向きと、姿勢角測定部３０２により逐次測定されるアタッチメントの姿勢とに基づき、アタッチメントの作業部位の基準座標系における座標点を算出する。例えば、マシンガイダンス部３０３は、測位装置４８により測定されたショベル１００の位置及び向きと、姿勢角測定部３０２により測定（算出）されたブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３からバケット６の爪先の座標点を算出する。
【００５２】
続いて、マシンガイダンス部３０３は、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離を算出する。
【００５３】
続いて、マシンガイダンス部３０３は、算出したバケット６の爪先と目標施工面との間の距離の大きさをショベルのオペレータに通知する。
【００５４】
マシンガイダンス部３０３は、視覚情報及び聴覚情報を用いて、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさをショベルのオペレータに伝える。例えば、マシンガイダンス部３０３は、音声出力装置５２から出力される断続音を用いて、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさをオペレータに通知する。この場合、マシンガイダンス部３０３は、鉛直距離が小さくなるほど、断続音の間隔を短くしてよい。また、マシンガイダンス部３０３は、音声出力装置５２から出力される連続音を用いてもよく、音の高低、強弱等を変化させて鉛直距離の大きさの違いを表すようにしてもよい。また、マシンガイダンス部３０３は、バケット６の爪先が目標施工面よりも低い位置になった場合、警報を発してもよい。当該警報は、例えば、断続音より顕著に大きい連続音である。
【００５５】
また、マシンガイダンス部３０３は、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさを作業情報として表示装置５０に表示させる。例えば、マシンガイダンス部３０３は、表示装置５０に、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさを示すアナログメータの画像、バーグラフインジケータの画像等を表示させる。
【００５６】
また、例えば、マシンガイダンス部３０３は、オペレータによるアタッチメントの操作を支援するマシンコントロール機能に関する制御を行う。具体的には、マシンガイダンス部３０３は、油圧アクチュエータを自動的に動作させることでオペレータによるショベルの手動操作を自動的に支援する。このとき、マシンガイダンス部３０３は、上述の如く、比例弁３１を制御することにより、それぞれの油圧アクチュエータに対応する制御弁（制御弁１７１〜１７６の何れか）に作用するパイロット圧を個別に且つ自動的に調整する。これにより、マシンガイダンス部３０３は、それぞれの油圧アクチュエータを自動的に動作させ、マシンコントロール機能を実現することができる。
【００５７】
より具体的には、マシンガイダンス部３０３は、オペレータが操作装置２６（レバー装置）を通じて手動でアーム５の閉じ操作（以下、「アーム閉じ操作」）を行っている場合に、目標施工面とバケット６の爪先の位置とが一致するようにブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９の少なくとも一つを自動的に伸縮させてよい。このとき、マシンガイダンス部３０３は、マシンガイダンス機能の場合と同様の方法で、作業部位としてのバケット６の爪先の位置（座標点）を逐次算出しながら、当該位置が目標施工面に一致するように、自動制御の対象の油圧アクチュエータに対応する比例弁３１に制御指令を出力する。これにより、オペレータは、例えば、アーム閉じ操作を行うだけで、バケット６の爪先を目標施工面に一致させながら、アーム５を閉じることができる。当該自動制御は、入力装置５１に含まれる所定のボタンスイッチ（以下、「ＭＣ（Machine Control）スイッチ」）が押下されたときに実行される態様であってよい。ＭＣスイッチは、例えば、操作装置２６（レバー装置）の先端に配置されてよい。
【００５８】
また、マシンガイダンス部３０３は、上部旋回体３を目標施工面に正対させるために旋回油圧モータ２Ａを自動的に回転させてもよい。この場合、マシンガイダンス部３０３は、オペレータが入力装置５１に含まれる所定のボタンスイッチを押下するだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させてよい。また、マシンガイダンス部３０３は、オペレータが入力装置５１に含まれる所定のスイッチを押下するだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させ且つマシンコントロール機能を開始させてもよい。
【００５９】
［アタッチメントの姿勢の測定方法］
次に、図３、図４を参照して、コントローラ３０（姿勢角測定部３０２）によるアタッチメントの姿勢の測定方法の詳細について説明する。
【００６０】
＜上部旋回体の旋回停止時における測定方法＞
姿勢角測定部３０２は、上述の如く、旋回状態判定部３０１により上部旋回体３が旋回していないと判定された場合、ＩＭＵ４２により検出されたブーム４の加速度及び角速度の検出値に基づき、ブーム角度θ１を算出する。
【００６１】
例えば、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４２により検出されたブーム４の加速度及び角速度の検出値に基づき、上部旋回体３の姿勢角の場合と同様、既知の姿勢推定方法を用いて、ブーム角度θ１を測定する。具体的には、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４２により検出されるブーム４の加速度及び角速度の上部旋回体３に対する検出値のそれぞれから算出されるブーム角度θ１（観測値）に対して、カルマンフィルタ或いは相補フィルタ等による所定のフィルタ処理を適用することにより、ブーム角度θ１を測定（推定）してよい。
【００６２】
尚、ブーム角度θ１（理論値）は、ブーム４（ＩＭＵ４２）に作用する加速度のうちの上部旋回体３に対する重力加速度成分に基づき算出されうる。よって、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４２（加速度センサ４２Ａ）により検出されるブーム４の加速度の上部旋回体３に対する検出値に基づき、ＩＭＵ４２に作用する動加速度（例えば、ブーム４の動作時の遠心加速度）による誤差を含む形で、フィルタ処理に供するブーム角度θ１（観測値）を算出することができる。また、ブーム角度θ１（理論値）は、ＩＭＵ４２により検出されるブーム４の角速度の上部旋回体３に対する検出値が積分演算されることにより算出されうる。よって、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４２（角速度センサ４２Ｂ）により検出されるブーム４の角速度の上部旋回体３に対する検出値に基づき、積分演算によるドリフト誤差（バイアス誤差）を含む形で、フィルタ処理に供するブーム角度θ１（観測値）を算出することができる。
【００６３】
また、姿勢角測定部３０２は、ブーム４が動作している場合、当該動作に起因して加速度センサ４２Ａに作用する動加速度に相当する成分（以下、「動加速度成分」）を角速度センサ４２Ｂにより検出されるブーム４の角速度の上部旋回体３に対する検出値から算出し、加速度センサ４２Ａにより検出されたブーム４の加速度の検出値から減算する補正を行ってもよい。これにより、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４２に作用する動加速度の影響が除外された、補正後の加速度に基づき、フィルタ処理に供するブーム角度θ１（観測値）を算出できるため、より精度良く、ブーム角度θ１を測定（推定）することができる。
【００６４】
同様に、姿勢角測定部３０２は、上述の如く、旋回状態判定部３０１により上部旋回体３が旋回していないと判定された場合、ＩＭＵ４４により検出されたアーム５の加速度及び角速度のブーム４に対する検出値に基づき、アーム角度θ２を算出する。
【００６５】
例えば、姿勢角測定部３０２は、ブーム角度θ１の場合と同様、ＩＭＵ４４により検出されたアーム５の加速度及び角速度のブーム４に対する検出値に基づき、既知の姿勢推定方法を用いて、アーム角度θ２を測定する。具体的には、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４４により検出されるアーム５の加速度及び角速度のブーム４に対する検出値のそれぞれから算出されるアーム角度θ２（観測値）に対して、カルマンフィルタ或いは相補フィルタ等による所定のフィルタ処理を適用することにより、アーム角度θ２を測定（推定）してよい。
【００６６】
尚、アーム角度θ２（理論値）は、アーム５（ＩＭＵ４４）に作用する加速度のうちのブーム４に対する重力加速度成分に基づき算出されうる。よって、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４４（加速度センサ４４Ａ）により検出されるアーム５の加速度のブーム４に対する検出値に基づき、ＩＭＵ４４に作用する動加速度（例えば、ブーム４及びアーム５の少なくとも一方の動作時の遠心加速度）による誤差を含む形で、フィルタ処理に供するアーム角度θ２（観測値）を算出することができる。また、アーム角度θ２（理論値）は、ＩＭＵ４４により検出されるアーム５の角速度のブーム４に対する検出値が積分演算されることにより算出されうる。よって、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４４（角速度センサ４４Ｂ）により検出されるアーム５の角速度のブーム４に対する検出値に基づき、積分演算によるドリフト誤差（バイアス誤差）を含む形で、フィルタ処理に供するアーム角度θ２（観測値）を算出することができる。
【００６７】
また、姿勢角測定部３０２は、ブーム４及びアーム５の少なくとも一方が動作している場合、当該動作に起因して加速度センサ４４Ａに作用する動加速度成分を角速度センサ４２Ｂ，４４Ｂにより検出されるブーム４及びアーム５の角速度の検出値から算出し、加速度センサ４４Ａにより検出されたアーム５の加速度の検出値から減算する補正を行ってもよい。これにより、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４４に作用する動加速度の影響が除外された、補正後の加速度に基づき、フィルタ処理に供するアーム角度θ２（観測値）を算出できるため、より精度良く、アーム角度θ２を測定（推定）することができる。
【００６８】
また、同様に、姿勢角測定部３０２は、上述の如く、旋回状態判定部３０１により上部旋回体３が旋回していないと判定された場合、ＩＭＵ４６により検出されたバケット６の加速度及び角速度のアーム５に対する検出値に基づき、バケット角度θ３を算出する。
【００６９】
例えば、姿勢角測定部３０２は、ブーム角度θ１等の場合と同様、ＩＭＵ４６により検出されたバケット６の加速度及び角速度のアーム５に対する検出値に基づき、既知の姿勢推定方法を用いて、バケット角度θ３を測定する。具体的には、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４６により検出されるバケット６の加速度及び角速度のアーム５に対する検出値のそれぞれから算出されるバケット角度θ３（観測値）に対して、カルマンフィルタ或いは相補フィルタ等による所定のフィルタ処理を適用することにより、バケット角度θ３を測定（推定）してよい。
【００７０】
尚、バケット角度θ３（理論値）は、バケット６（ＩＭＵ４６）に作用する加速度のうちのアーム５に対する重力加速度成分に基づき算出されうる。よって、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４６（加速度センサ４６Ａ）により検出されるバケット６の加速度のアーム５に対する検出値に基づき、ＩＭＵ４６に作用する動加速度（例えば、ブーム４、アーム５、及びバケット６の少なくとも一つの動作時の遠心加速度）による誤差を含む形で、フィルタ処理に供するバケット角度θ３（観測値）を算出することができる。また、バケット角度θ３（理論値）は、ＩＭＵ４６により検出されるバケット６の角速度のアーム５に対する検出値が積分演算されることにより算出されうる。よって、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４６（角速度センサ４６Ｂ）により検出されるバケット６の角速度のアーム５に対する検出値に基づき、積分演算によるドリフト誤差（バイアス誤差）を含む形で、フィルタ処理に供するバケット角度θ３（観測値）を算出することができる。
【００７１】
また、姿勢角測定部３０２は、ブーム４、アーム５、及びバケット６の少なくとも一つが動作している場合、当該動作に起因して加速度センサ４６Ａに作用する動加速度成分を角速度センサ４２Ｂ，４４Ｂ，４６Ｂにより検出されるブーム４、アーム５、及びバケット６の角速度の検出値から算出し、加速度センサ４６Ａにより検出されたバケット６の加速度の検出値から減算する補正を行ってもよい。これにより、姿勢角測定部３０２は、ＩＭＵ４６に作用する動加速度の影響が除外された、補正後の加速度に基づき、フィルタ処理に供するバケット角度θ３（観測値）を算出できるため、より精度良く、バケット角度θ３を測定（推定）することができる。
【００７２】
＜上部旋回体の旋回時における測定方法＞
まず、図３を参照して、上部旋回体３の旋回時におけるブーム角度θ１の測定方法について説明する。
【００７３】
図３は、ブーム角度θ１と上部旋回体３及びブーム４のそれぞれに搭載されるＩＭＵ４０，４２により検出される角速度（角速度ωｘ０，ωｙ０，ωｚ０及び角速度ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１）との関係を説明する図である。具体的には、図３（ａ）は、それぞれのローカル座標系に沿って、ＩＭＵ４０，４２により検出される角速度ωｘ０，ωｙ０，ωｚ０及び角速度ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１を示す図であり、図３（ｂ）は、原点を一致させた場合のＩＭＵ４０，４２のそれぞれのローカル座標系ＣＳ０，ＣＳ１の関係を示す図である。
【００７４】
尚、本例では、ブーム角度θ１は、ブーム４の両端の支点間を結んだリンク直線が上部旋回体３の旋回平面に対して成す角度を示す。
【００７５】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ＩＭＵ４０のローカル座標系ＣＳ０は、ｘ軸が上部旋回体３の上下方向（つまり、上部旋回体３の旋回軸３ａに沿う方向）に対応し、ｙ軸が上部旋回体３の前後方向に対応し、ｚ軸が上部旋回体３の左右方向に対応している。
【００７６】
また、ＩＭＵ４２は、ローカル座標系ＣＳ１がＩＭＵ４０のローカル座標系ＣＳ０をｚ軸回りにブーム角度θ１だけ回転させた状態に対応するように、ブーム４に取り付けられている。
【００７７】
ここで、上部旋回体３が旋回角速度ωｓで旋回している場合、上部旋回体３のＩＭＵ４０（角速度センサ４０Ｂ）及びブーム４のＩＭＵ４２（角速度センサ４２Ｂ）は、同じ旋回角速度ωｓを検出する。一方、上述の如く、ＩＭＵ４２のローカル座標系ＣＳ１のｘ軸及びｙ軸は、ブーム４の上部旋回体３に対する相対的な動作（俯仰動作）の影響により、ＩＭＵ４０のローカル座標系ＣＳ０のｘ軸及びｙ軸と相違する。具体的には、ＩＭＵ４２のローカル座標系ＣＳ１のｘ軸及びｙ軸は、上述の如く、ＩＭＵ４０のローカル座標系ＣＳ０のｘ軸及びｙ軸をブーム角度θ１だけ回転した状態に対応している。そのため、旋回角速度ωｓは、ＩＭＵ４０のローカル座標系ＣＳ０では、ｘ軸回りの角速度ωｘ０として検出され、ＩＭＵ４２のローカル座標系ＣＳ１では、ｘ軸回りの角速度ωｘ１の成分及びｙ軸回りの角速度ωｙ１の成分に分けて検出される。よって、上部旋回体３に取り付られるＩＭＵ４０（角速度センサ４０Ｂ）により検出される、ローカル座標系ＣＳ０のｘ軸及びｙ軸回りの角速度ωｘ０，ωｙ０と、ブーム４に取り付けられるＩＭＵ４２（角速度センサ４２Ｂ）により検出される、ローカル座標系ＣＳ１のｘ軸及びｙ軸回りの角速度ωｘ１，ωｙ１との間には、以下の式（１）の関係が成立する。
【００７８】
【数１】
2019203280.tif 000003
尚、本例では、ブーム４を下げる方向を、ブーム角度θ１の回転方向と規定している。
【００７９】
式（１）の右辺は、ＩＭＵ４０により検出される角速度の検出値（角速度ωｘ０，ωｙ０）と、ブーム角度θ１を回転角とするｚ軸回りの回転行列との積、つまり、ＩＭＵ４０により検出される角速度の検出値をｚ軸回りでブーム角度θ１だけ回転させる回転変換を示している。換言すれば、式（１）は、ＩＭＵ４０の角速度の検出値をブーム角度θ１だけ回転させることにより、ＩＭＵ４２の角度の検出値に一致することを示している。
【００８０】
従って、姿勢角測定部３０２は、式（１）を用いて、ブーム角度θ１を算出（測定）することができる。つまり、姿勢角測定部３０２は、姿勢の測定対象であるブーム４に取り付けられるＩＭＵ４２による角速度の検出値と、姿勢の基準となる上部旋回体３に取り付けられるＩＭＵ４０による角速度の検出値に基づき、ブーム角度θ１を算出することができる。
【００８１】
尚、本例の場合、上述の如く、ＩＭＵ４０のローカル座標系ＣＳ０のｘ軸は、上述の如く、旋回軸３ａと平行に設定される。そのため、本例では、ＩＭＵ４０（角速度センサ４０Ｂ）により検出されるローカル座標系ＣＳ０のｘ軸回りの角速度ωｘ０は、旋回角速度ωｓに等しく（ωｘ０＝ωｓ）、ローカル座標系ＣＳ０のｙ軸回りの角速度ωｙ０は、ゼロである（ωｙ０＝０）。よって、本例の場合、式（１）は、以下の式（２）に変形される。
【００８２】
【数２】
2019203280.tif 000004
よって、姿勢角測定部３０２は、式（２）から導出される以下の式（３）を用いて、ブーム角度θ１を算出することができる。
【００８３】
【数３】
2019203280.tif 000005
つまり、本例では、姿勢角測定部３０２は、ブーム４に取り付けられるＩＭＵ４２の角速度の検出値だけに基づき、ブーム角度θ１を算出することができる。
【００８４】
上述の如く、ＩＭＵ４２により検出される加速度センサの検出値には、上部旋回体３の旋回動作に起因する動加速度（遠心加速度）に相当する成分が含まれてしまう。そのため、比較的高い精度を確保するには、動加速度成分を算出し、検出値から減算する等の動加速度の影響を低減させる追加の処理が必要になる。このとき、ブーム４は、上部旋回体３に対して俯仰動作を行うため、ＩＭＵ４２により検出される加速度、つまり、ＩＭＵ４２に作用する加速度の理論式において、動加速度成分に相当する項が多数に亘り、減算すべき動加速度成分の演算のための処理負荷が相対的に高くなってしまう可能性がある。
【００８５】
一方、本例では、姿勢角測定部３０２は、式（１）の関係から、ブーム角度θ１を算出できるため、上部旋回体３の旋回時において、測定精度を確保しつつ、ブーム４の姿勢（ブーム角度θ１）を容易に測定することができる。
【００８６】
また、姿勢角測定部３０２は、姿勢の測定対象であるブーム４に取り付けられるＩＭＵ４２（角速度センサ４２Ｂ）により検出されたブーム４の角速度（具体的には、ｚ軸回りの角速度ωｚ１）の上部旋回体３に対する検出値を積分演算して得られるブーム角度θ１（以下、「第１のブーム角度（第１の姿勢情報の一例）」）を、式（１）を用いて算出されるブーム角度θ１（以下、「第２のブーム角度（第２の姿勢情報の一例）」）で補正することにより、ブーム角度θ１を測定（推定）してもよい。例えば、姿勢角測定部３０２は、第１のブーム角度及び第２のブーム角度（観測値）に対して、上述と同様に、カルマンフィルタや相補フィルタ等の所定のフィルタ処理を適用することにより、ブーム角度θ１を推定（測定）する。これにより、複数の姿勢情報に基づくフィルタ処理に応じて、誤差の低減が図られるため、ブーム角度θ１の測定精度を更に向上させることができる。
【００８７】
尚、本例（図３）では、ＩＭＵ４０，４２のそれぞれのローカル座標系ＣＳ０，ＣＳ１の間のｚ軸回りの相対角度がブーム角度θ１になるように、ＩＭＵ４０，４２が取り付けられる場合を示したが、ＩＭＵ４０，４２のローカル座標系、即ち、ＩＭＵ４０，４２のそれぞれの上部旋回体３及びブーム４に対する取付姿勢が予め分かっていれば、ＩＭＵ４０，４２の取り付け方は任意であってよい。ＩＭＵ４０，４２のそれぞれの上部旋回体３及びブーム４に対する取付姿勢が予め分かっていれば、上述の式（１）のように、ブーム角度θ１を含む形でＩＭＵ４０，４２の双方の角速度の検出値間の回転変換が導出されうるからである。以下、アーム角度θ２の測定に関するＩＭＵ４２，４４の取り付け方や、バケット角度θ３の測定に関するＩＭＵ４４，４６の取り付け方についても、同様である。
【００８８】
続いて、図４を参照して、上部旋回体３の旋回時におけるアーム角度θ２の測定方法について説明する。
【００８９】
図４は、アーム角度θ２とブーム４及びアーム５のそれぞれに搭載されるＩＭＵ４２，４４により検出される角速度（角速度ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１及び角速度ωｘ２，ωｙ２，ωｚ２）との関係を説明する図である。具体的には、図４（ａ）は、それぞれのローカル座標系に沿って、ＩＭＵ４２，４４により検出される角速度ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１及び角速度ωｘ２，ωｙ２，ωｚ２を示す図であり、図４（ｂ）は、原点を一致させた場合のＩＭＵ４２，４４のそれぞれのローカル座標系ＣＳ１，ＣＳ２の関係を示す図である。
【００９０】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ＩＭＵ４４は、ローカル座標系ＣＳ２がＩＭＵ４２のローカル座標系ＣＳ１をｚ軸回りにアーム角度θ２だけ回転させた状態に対応するように、アーム５に取り付けられている。
【００９１】
ここで、上部旋回体３が旋回角速度ωｓで旋回している場合、ブーム４のＩＭＵ４２（角速度センサ４２Ｂ）及びアーム５のＩＭＵ４４（角速度センサ４４Ｂ）は、同じ旋回角速度ωｓを検出する。一方、上述の如く、ＩＭＵ４４のローカル座標系ＣＳ２のｘ軸及びｙ軸は、アーム５のブーム４に対する相対的な動作（上下回動動作）の影響により、ＩＭＵ４２のローカル座標系ＣＳ１のｘ軸及びｙ軸と相違する。具体的には、ＩＭＵ４４のローカル座標系ＣＳ１のｘ軸及びｙ軸は、上述の如く、ＩＭＵ４０のローカル座標系ＣＳ０のｘ軸及びｙ軸をアーム角度θ２だけ回転した状態に対応している。そのため、旋回角速度ωｓは、ＩＭＵ４２，４４のローカル座標系ＣＳ０，ＣＳ１において、ｘ軸回りの角速度ωｘ１，ωｘ２及びｙ軸回りの角速度ωｙ１，ωｙ２として検出されるものの、各軸の検出値の間には、差が生じる。よって、ブーム４に取り付られるＩＭＵ４２（角速度センサ４２Ｂ）により検出される、ローカル座標系ＣＳ１のｘ軸及びｙ軸回りの角速度ωｘ１，ωｙ１と、アーム５に取り付けられるＩＭＵ４４（角速度センサ４４Ｂ）により検出される、ローカル座標系ＣＳ２のｘ軸及びｙ軸回りの角速度ωｘ２，ωｙ２の間には、以下の式（４）の関係が成立する。
【００９２】
【数４】
2019203280.tif 000006
尚、本例では、アーム５を閉じる方向を、アーム角度θ２の回転方向と規定している。
【００９３】
式（４）の右辺は、ＩＭＵ４２により検出される角速度の検出値（角速度ωｘ１，ωｙ１）と、アーム角度θ２を回転角とするｚ軸回りの回転行列との積、つまり、ＩＭＵ４２により検出される角速度の検出値をｚ軸回りでアーム角度θ２だけ回転させる回転変換を示している。換言すれば、式（４）は、ＩＭＵ４２の角速度の検出値をアーム角度θ２だけ回転させることにより、ＩＭＵ４４の角度の検出値に一致することを示している。
【００９４】
従って、姿勢角測定部３０２は、式（４）を用いて、アーム角度θ２を算出（測定）することができる。つまり、姿勢角測定部３０２は、姿勢の測定対象であるアーム５に取り付けられるＩＭＵ４４による角速度の検出値と、姿勢の基準となるブーム４に取り付けられるＩＭＵ４２による角速度の検出値に基づき、アーム角度θ２を算出することができる。
【００９５】
上述の如く、ＩＭＵ４４により検出される加速度センサの検出値には、上部旋回体３の旋回動作に起因する動加速度（遠心加速度）に相当する成分が含まれてしまう。そのため、比較的高い精度を確保するには、動加速度成分を算出し、検出値から減算する等の動加速度の影響を低減させる追加の処理が必要になる。このとき、ブーム４は、上部旋回体３に対して俯仰動作を行い、且つ、アーム５は、そのブーム４に対して更に開閉動作（回動動作）を行うため、ＩＭＵ４４により検出される加速度、つまり、ＩＭＵ４４に作用する加速度の理論式において、動加速度成分に相当する項が多数に亘り（具体的には、ブーム４の場合よりも更に増加し）、減算すべき動加速度成分の演算のための処理負荷が相対的に高くなってしまう可能性がある。
【００９６】
一方、本例では、姿勢角測定部３０２は、式（２）の関係から、アーム角度θ２を算出できるため、上部旋回体３の旋回時において、測定精度を確保しつつ、アーム５の姿勢（アーム角度θ２）を容易に測定することができる。
【００９７】
また、姿勢角測定部３０２は、ブーム角度θ１を測定する場合と同様、姿勢の測定対象であるアーム５に取り付けられるＩＭＵ４４（角速度センサ４４Ｂ）により検出されたアーム５の角速度（具体的には、ｚ軸回りの角速度ωｚ２）のブーム４に対する検出値を積分演算して得られるアーム角度θ２（以下、「第１のアーム角度（第１の姿勢情報の一例）」）を、式（２）を用いて算出されるアーム角度θ２（以下、「第２のアーム角度（第２の姿勢情報の一例）」）で補正することにより、アーム角度θ２を測定（推定）してもよい。例えば、姿勢角測定部３０２は、第１のアーム角度及び第２のアーム角度（観測値）に対して、上述と同様に、カルマンフィルタや相補フィルタ等の所定のフィルタ処理を適用することにより、アーム角度θ２を推定（測定）する。これにより、複数の姿勢情報に基づくフィルタ処理に応じて、誤差の低減が図られるため、アーム角度θ２の測定精度を更に向上させることができる。
【００９８】
続いて、上部旋回体３の旋回時におけるバケット角度θ３の測定方法について説明する。
【００９９】
被測定対象及び測定対象としてのアーム５及びバケット６のそれぞれに搭載されるＩＭＵ４４，４６のそれぞれの検出値の間にも、上述した式（１）、（２）と同様の関係が成り立つ。
【０１００】
具体的には、ＩＭＵ４６のローカル座標系がＩＭＵ４４のローカル座標系をｚ軸回りにバケット角度θ３だけ回転させた状態に対応するように、ＩＭＵ４６がバケット６に取り付けられることにより、式（１），（２）と同様の式が成立する。
【０１０１】
従って、姿勢角測定部３０２は、上述の式を用いて、バケット角度θ３を算出（測定）することができる。
【０１０２】
上述の如く、ＩＭＵ４６により検出される加速度センサの検出値には、上部旋回体３の旋回動作に起因する動加速度（遠心加速度）に相当する成分が含まれてしまう。そのため、比較的高い精度を確保するには、動加速度成分を算出し、検出値から減算する等の動加速度の影響を低減させる追加の処理が必要になる。このとき、ブーム４は、上部旋回体３に対して俯仰動作を行い、且つ、アーム５は、そのブーム４に対して更に開閉動作を行い、且つ、バケット６は、そのアーム５に対して更に開閉動作を行うため、ＩＭＵ４６により検出される加速度、つまり、ＩＭＵ４６に作用する加速度の理論式において、動加速度成分に相当する項が多数に亘り（具体的には、アーム５の場合よりも更に増加し）、減算すべき動加速度成分の演算のための処理負荷が相対的に高くなってしまう可能性がある。
【０１０３】
一方、本例では、姿勢角測定部３０２は、上述の式の関係から、バケット角度θ３を算出できるため、上部旋回体３の旋回時において、測定精度を確保しつつ、バケット６の姿勢（バケット角度θ３）を容易に測定することができる。
【０１０４】
また、姿勢角測定部３０２は、ブーム角度θ１等を測定する場合と同様、姿勢の測定対象であるバケット６に取り付けられるＩＭＵ４６（角速度センサ４６Ｂ）により検出されたバケット６の角速度（具体的には、ｚ軸回りの角速度ωｚ０）のアーム５に対する検出値を積分演算して得られるバケット角度θ３（以下、「第１のバケット角度（第１の姿勢情報の一例）」）を、上述の式を用いて算出されるバケット角度θ３（以下、「第２のバケット角度（第２の姿勢情報の一例）」）で補正することにより、バケット角度θ３を測定（推定）してもよい。例えば、姿勢角測定部３０２は、第１のバケット角度及び第２のバケット角度（観測値）に対して、上述と同様に、カルマンフィルタや相補フィルタ等の所定のフィルタ処理を適用することにより、バケット角度θ３を推定（測定）する。これにより、複数の姿勢情報に基づくフィルタ処理に応じて、誤差の低減が図られるため、バケット角度θ３の測定精度を更に向上させることができる。
【０１０５】
［本実施形態による作用］
次に、本実施形態に係るショベル１００の作用について説明する。
【０１０６】
本実施形態では、コントローラ３０は、上部旋回体３が旋回している場合、測定対象のアタッチメント（例えば、ブーム４）に搭載されるセンサのうちの第１の角速度センサ（例えば、ブーム４に取り付けられるＩＭＵ４２に内蔵される角速度センサ４２Ｂ）の検出値に基づき、アタッチメントの姿勢を測定する。
【０１０７】
具体的には、コントローラ３０は、上部旋回体３が旋回している場合、複数のリンク（例えば、ブーム４、アーム５、及びバケット６）のうちの測定対象の一のリンク（例えば、ブーム４）に取り付けられる第１の角速度センサ（例えば、ブーム４のＩＭＵ４２に内蔵される角速度センサ４２Ｂ）、及び、上部旋回体３に取り付けられる第２の角速度センサ（例えば、上部旋回体３のＩＭＵ４０に内蔵される角速度センサ４０Ｂ）の検出値に基づき、上部旋回体３に対する一のリンクの姿勢（例えば、ブーム角度θ１）を測定する。
【０１０８】
また、コントローラ３０は、上部旋回体３が旋回している場合、複数のリンク（例えば、ブーム４、アーム５、及びバケット６）のうちの測定対象の一のリンク（例えば、アーム５）に取り付けられる第１の角速度センサ（例えば、アーム５のＩＭＵ４４に内蔵される角速度センサ４４Ｂ）、及び、複数のリンクのうちの他のリンク（例えば、ブーム４）に取り付けられる第２の角速度センサ（例えば、ブーム４のＩＭＵ４２に内蔵される角速度センサ４２Ｂ）の検出値に基づき、他のリンクに対する一のリンクの姿勢（例えば、アーム角度θ２）を測定する。
【０１０９】
これにより、コントローラ３０は、上部旋回体３の旋回時に、上部旋回体３の旋回動作に起因する動加速度の影響を受ける加速度センサの検出値を用いることなく、アタッチメントの姿勢を測定できる。そのため、コントローラ３０は、アタッチメントの姿勢を測定する際に、相対的に高い測定精度を確保することができる。また、コントローラ３０は、上述の如く、測定対象のアタッチメント（一のリンク）の第１の角速度センサ、及び、測定される姿勢の基準に相当する対象（上部旋回体３或いは他のリンク）の第２の角速度センサの双方によって、同じ旋回加速度が検出される点を利用して、容易に、測定対象のアタッチメントの姿勢を測定（算出）することができる。つまり、本実施形態に係るショベル１００（コントローラ３０）は、比較的高い測定精度を確保しつつ、アタッチメントの姿勢を容易に測定することができる。
【０１１０】
尚、上述した例示（図３、図４）では、コントローラ３０は、隣接している、つまり、直接的に連結されている、姿勢の測定対象のアタッチメントと測定される姿勢の基準に相当する対象（例えば、上部旋回体３とブーム４、ブーム４とアーム５、或いは、アーム５とバケット６）との間での相対的な姿勢の測定を行うが、当該態様には限定されない。つまり、コントローラ３０は、隣接していない、つまり、間接的に連結されている、姿勢の測定対象のアタッチメントと測定される姿勢の基準に相当する対象との間での相対的な姿勢の測定を行ってもよい。具体的には、コントローラ３０は、直接的に連結されていない上部旋回体３とアーム５或いはバケット６との間の姿勢（相対角度）や、ブーム４とバケット６との間の姿勢（相対角度）を測定してもよい。
【０１１１】
また、本実施形態では、コントローラ３０は、上部旋回体３が旋回している場合、第１の角速度センサ（例えば、ブーム４のＩＭＵ４２に内蔵される角速度センサ４２Ｂ）の検出値の積分演算により算出される一のリンク（例えば、ブーム４）の姿勢に対応する第１の姿勢情報を、第１の角速度センサ及び第２の角速度センサ（例えば、上部旋回体３のＩＭＵ４０に内蔵される角速度センサ４０Ｂ）の検出値に基づき算出される一のリンクの姿勢に対応する第２の姿勢情報を用いて補正することにより、一のリンクの姿勢の測定値を算出する。
【０１１２】
これにより、コントローラ３０は、上述の如く、複数の姿勢情報を利用して誤差の低減が図ることができるため、アーム角度θ２の測定精度を更に向上させることができる。
【０１１３】
また、本実施形態では、コントローラ３０は、測定したアタッチメントの姿勢（ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３）に基づき、アタッチメントによる情報化施工に関する制御（例えば、マシンガイダンス機能やマシンコントロール機能に関する制御）を行う。
【０１１４】
これにより、コントローラ３０は、上部旋回体３の旋回時において、相対的に高い精度のアタッチメントの姿勢情報を利用できるため、結果として、情報化施工における相対的に高い施工精度を実現できる。
【０１１５】
尚、コントローラ３０は、測定したアタッチメントの姿勢（ブーム角度θ１、アーム角度θ２、及びバケット角度θ３）を他の制御に利用してもよい。例えば、コントローラ３０は、測定したアタッチメントの姿勢に基づき、アタッチメントの姿勢の安定化に関する制御を行ってもよい。アタッチメントの姿勢によっては、ショベル１００の転倒等が発生しうるからである。アタッチメントの姿勢の安定化に関する制御には、例えば、アタッチメントの姿勢から判断される安定度が所定基準を下回ると、当該安定度が高くなる方向にアタッチメントの動作を補正したり、これ以上安定度が低下しないように、アタッチメントの動作を停止させたりする制御が含まれうる。また、アタッチメントの姿勢の安定化に関する制御には、例えば、アタッチメントの姿勢から判断される安定度が所定基準を下回ると、オペレータに向けて当該状況を通知する（警報を出力する）制御が含まれうる。
【０１１６】
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１１７】
例えば、上述した実施形態では、ショベル１００は、アタッチメントの姿勢を測定するための慣性センサとして、ＩＭＵ４０，４２，４４，４６を搭載するが、当該態様には限定されない。具体的には、ショベル１００は、ＩＭＵ４０，４２，４４，４６に代えて、単体の加速度センサ及び角速度センサ（ジャイロセンサ）を、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれに取り付けてもよい。また、ショベル１００は、ＩＭＵ４０，４２，４４，４６に代えて、三次元の加速度センサ及び角速度センサが単純にユニット化された、いわゆる、６軸センサを、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれに取り付けてもよい。
【０１１８】
また、上述した実施形態及び変形例では、ショベル１００は、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６等の各種動作要素を全て油圧駆動する構成であったが、その一部が電気駆動される構成であってもよい。つまり、上述した実施形態で開示される構成等は、ハイブリッドショベルや電動ショベル等に適用されてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１  下部走行体
１Ｌ  走行油圧モータ
１Ｒ  走行油圧モータ
２Ａ  旋回油圧モータ
２  旋回機構
３  上部旋回体
４  ブーム
５  アーム
６  バケット
７  ブームシリンダ
８  アームシリンダ
９  バケットシリンダ
１０  キャビン
１１  エンジン
１４  メインポンプ
１５  パイロットポンプ
１７  コントロールバルブ
２５  パイロットライン
２６  操作装置
２９  操作圧センサ
３０  コントローラ
４０，４２，４４，４６  ＩＭＵ
４０Ａ，４２Ａ，４４Ａ，４６Ａ  加速度センサ
４０Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ，４６Ｂ  角速度センサ
４８  測位装置
５０  表示装置
５１  入力装置
５２  音声出力装置
１００  ショベル
３０１  旋回状態判定部
３０２  姿勢角測定部（姿勢測定部）
３０３  マシンガイダンス部（制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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