(57)【要約】  位置検出装置によって検出された位置の情報を作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる特定点及び状態検出装置によって検出された動作情報の両方を用いて求めた位置の情報を前記位置情報として出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つで動作し、前記位置検出装置による測位が正常である場合は前記第１のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が静定状態である場合には前記第２のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が非静定状態である場合には前記第３のモードで動作する。
2015167022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業具を有する作業機及び走行装置を備える作業機械を制御するシステムであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、
前記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と、
前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる特定点及び前記状態検出装置によって検出された前記動作情報の両方を用いて求めた位置の情報を前記位置情報として出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つで動作し、
前記位置検出装置による測位が正常である場合は前記第１のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が静定状態である場合には前記第２のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が非静定状態である場合には前記第３のモードで動作する位置情報生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項２】
前記位置情報生成部は、
前記第２のモードで動作中に、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合、前記第３のモードで動作する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記作業機械は、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置に取り付けられて、前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備え、
前記特定点は、前記位置検出装置による測位が異常となる前における、前記旋回体の回転中心軸と前記走行装置が接地する面に対応する面との交点であり、
位置情報生成部は、さらに、前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は前記第１のモードで、前記第２のモードで動作中に前記作業機械が走行した場合を条件として前記第３のモードで動作する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合を条件として、前記第３のモードで動作する、
請求項３に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
走行装置、作業具を有する作業機、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備える作業機械を制御するシステムであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、
前記作業機械の動作を検出し、検出した動作を示す動作情報を検出する状態検出装置と、
前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる特定点及び前記状態検出装置によって検出された前記動作情報の両方を用いて求めた位置の情報を前記位置情報として出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つで動作し、
前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は前記第１のモードで、前記第２のモードで動作中に前記作業機械が非静定状態となった場合を条件として前記第３のモードで動作する位置情報生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項６】
前記位置情報生成部は、
前記旋回体の旋回中、前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は、少なくとも前記旋回体の旋回が終了するまで前記第２のモードでの動作を継続する、請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項７】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記第２のモードで動作中、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合を条件として、前記第３のモードで動作する、
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項８】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記第２のモードで動作した時間が閾値を超えた場合を条件として、前記第３のモードで動作する、
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項９】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記第２のモードで動作中、前記旋回体が同一方向に特定角度よりも大きく旋回した場合を条件として、前記作業機械の位置を出力しない、
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１０】
走行装置、作業具を有する作業機、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備える作業機械を制御するシステムであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、
前記作業機械の動作を検出し、検出した動作を示す動作情報を検出する状態検出装置と、
前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる位置であって、前記旋回体の回転中心軸と前記走行装置が接地する面に相当する面との交点である特定点及び前記状態検出装置によって検出された前記動作情報の両方を用いて求めた位置の情報を前記位置情報として出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つを、前記位置検出装置による測位の状態及び前記作業機械の状態を用いて選択して動作する位置情報生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項１１】
前記位置情報生成部は、
前記作業機械が静定状態かつ前記位置検出装置による測位が正常である場合には前記第１のモードで動作し、かつ前記特定点を求め、
前記作業機械が非静定状態又は前記位置検出装置による測位が異常になった場合に、前記特定点を用いて前記第２のモードで動作する、
請求項１０に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１２】
前記位置情報生成部は、
前記旋回体を操作する操作装置がＯＮである場合、又は前記走行装置を操作する操作装置がＯＮである場合、又は前記旋回体が旋回する速度が閾値以上である状態が第１時間継続した場合、前記非静定状態であると判定し、
前記旋回体を操作する操作装置がＯＦＦであって、かつ前記走行装置を操作する操作装置がＯＦＦであり、さらに前記旋回体が旋回する速度が閾値未満である状態が第２時間継続した場合、前記静定状態であると判定する、
請求項１１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の作業機械の制御システムを備える、作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機を備えた作業機械に用いられる作業機械の制御システム及び作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Global  Positioning  System）等を利用して作業機械の３次元位置を測位し、得られた作業機械の位置情報を用いて作業機械を管理したり、作業機械による施工状態を管理したり、作業機械を制御したりする技術が知られている。特許文献１には、作業機械の３次元位置の計測精度に変化が生じた場合でもモニタポイントの位置を正確に計測する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２００４−１２５５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
作業機械の位置を測位する機器を備える作業機械としては、その機器が検出した作業機械の位置の情報を用いて、作業機械の運転室内に設置された表示装置に作業のガイダンス画面を表示させたり、作業機の動作を制御したりするものがある。このような作業機械による施工は、情報化施工と呼ばれるが、作業機械は、何らかの理由によって自身の位置を測位できなくなった場合、測位をバックアップする機能を有することが好ましく、測位をバックアップする機能があれば情報化施工を的確に継続することができる。【０００５】
特許文献１に記載された技術は、３次元位置計測手段による計測精度が低下した場合には、ヨー角計測手段によって計測されたヨー角に基づいてモニタポイントの位置演算を補正する。しかし、ヨー角計測手段の動作不良又は通信不良等によってヨー角の正しい値が得られなかったり、作業機械が走行したりすると、ヨー角計測手段の計測値に基づいて補正をしても、演算結果を補正して得られた位置と実際の位置とが異なる可能性がある。演算結果を補正した位置と実際の位置とが異なる場合、補正した位置に基づいて作業機械の動作を制御すると、作業機は、的確に制御されない可能性がある。【０００６】
特許文献１に記載された技術は、油圧ショベルの座標系の原点を、旋回中心と旋回ベースのフレームとの交点としている。さらに、特許文献１に記載された技術は、ＧＰＳが正常でない場合、ロール角及びピッチ角の少なくとも一方の変化に対して両方のＧＰＳアンテナの精度が変動するが、この変動に対する補正について、特許文献１には記載も示唆もない。このため、特許文献１に記載された技術は、ＧＰＳが正常でない場合、作業機は、的確に制御されない可能性がある。【０００７】
本発明は、作業機械の位置を測位した結果に基づいて情報化施工を行う作業機械について、情報化施工が行われている際に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つを実現できる作業機械の制御システムおよび作業機械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】
【０００８】
本発明は、作業具を有する作業機及び走行装置を備える作業機械を制御するシステムであって、前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、前記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と、前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる特定点及び前記状態検出装置によって検出された前記動作情報の両方を用いて求めた位置の情報を前記位置情報として出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つで動作し、前記位置検出装置による測位が正常である場合は前記第１のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が静定状態である場合には前記第２のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が非静定状態である場合には前記第３のモードで動作する位置情報生成部と、前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、を含む、作業機械の制御システムである。【０００９】
前記位置情報生成部は、前記第２のモードで動作中に、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合、前記第３のモードで動作することが好ましい。【００１０】
前記作業機械は、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置に取り付けられて、前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備え、前記特定点は、前記位置検出装置による測位が異常となる前における、前記旋回体の回転中心軸と前記走行装置が接地する面に対応する面との交点であり、位置情報生成部は、さらに、前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は前記第１のモードで、前記第２のモードで動作中に前記作業機械が走行した場合を条件として前記第３のモードで動作することが好ましい。【００１１】
前記位置情報生成部は、前記条件に代えて、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合を条件として、前記第３のモードで動作することが好ましい。【００１２】
本発明は、走行装置、作業具を有する作業機、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備える作業機械を制御するシステムであって、前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、前記作業機械の動作を検出し、検出した動作を示す動作情報を検出する状態検出装置と、前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる特定点及び前記状態検出装置によって検出された前記動作情報の両方を用いて求めた位置の情報を前記位置情報として出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つで動作し、前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は前記第１のモードで、前記第２のモードで動作中に前記作業機械が非静定状態となった場合を条件として前記第３のモードで動作する位置情報生成部と、前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、を含む、作業機械の制御システムである。【００１３】
前記位置情報生成部は、前記旋回体の旋回中、前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は、少なくとも前記旋回体の旋回が終了するまで前記第２のモードでの動作を継続することが好ましい。【００１４】
前記位置情報生成部は、前記条件に代えて、前記第２のモードで動作中、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合を条件として、前記第３のモードで動作することが好ましい。【００１５】
前記位置情報生成部は、前記条件に代えて、前記第２のモードで動作した時間が閾値を超えた場合を条件として、前記第３のモードで動作することが好ましい。【００１６】
前記位置情報生成部は、前記条件に代えて、前記第２のモードで動作中、前記旋回体が同一方向に特定角度よりも大きく旋回した場合を条件として、前記作業機械の位置を出力しないことが好ましい。【００１７】
本発明は、走行装置、作業具を有する作業機、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備える作業機械を制御するシステムであって、前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、前記作業機械の動作を検出し、検出した動作を示す動作情報を検出する状態検出装置と、前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる位置であって、前記旋回体の回転中心軸と前記走行装置が接地する面に相当する面との交点である特定点及び前記状態検出装置によって検出された前記動作情報の両方を用いて求めた位置の情報を前記位置情報として出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つを、前記位置検出装置による測位の状態及び前記作業機械の状態を用いて選択して動作する位置情報生成部と、前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、を含む、作業機械の制御システムである。【００１８】
前記位置情報生成部は、前記作業機械が静定状態かつ前記位置検出装置による測位が正常である場合には前記第１のモードで動作し、かつ前記特定点を求め、前記作業機械が非静定状態又は前記位置検出装置による測位が異常になった場合に、前記特定点を用いて前記第２のモードで動作することが好ましい。【００１９】
前記位置情報生成部は、前記旋回体を操作する操作装置がＯＮである場合、又は前記走行装置を操作する操作装置がＯＮである場合、又は前記旋回体が旋回する速度が閾値以上である状態が第１時間継続した場合、前記非静定状態であると判定し、前記旋回体を操作する操作装置がＯＦＦであって、かつ前記走行装置を操作する操作装置がＯＦＦであり、さらに前記旋回体が旋回する速度が閾値未満である状態が第２時間継続した場合、前記静定状態であると判定することが好ましい。【００２０】
本発明は、前述した作業機械の制御システムを備える、作業機械である。【００２１】
本発明は、作業機械の位置を測位した結果に基づいて情報化施工を行う作業機械について、情報化施工が行われている際に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つを実現できる作業機械の制御システムおよび作業機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、実施形態に係る作業機械の斜視図である。
【図２】図２は、油圧ショベルの制御システム及び油圧システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、油圧ショベルの側面図である。
【図４】図４は、油圧ショベルの背面図である。
【図５】図５は、実施形態に係る制御システムの制御ブロック図である。
【図６】図６は、油圧ショベルの姿勢を示す平面図である。
【図７】図７は、油圧ショベルの姿勢を示す平面図である。
【図８】図８は、実施形態に係る制御システムが位置情報を生成する処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、センサコントローラが動作するモードの遷移を示す図である。
【図１０】図１０は、第３のモードに遷移する条件を説明するための図である。
【図１１】図１１は、第３のモードに遷移する条件を説明するための図である。
【図１２】図１２は、上部旋回体の旋回時においてセンサコントローラが実行する処理のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態に係る作業機械の斜視図である。図２は、油圧ショベル１００の制御システム２００及び油圧システム３００の構成を示すブロック図である。作業機械としての油圧ショベル１００は、本体部としての車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、旋回体である上部旋回体３と走行体としての走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機関室３ＥＧの内部に、動力発生装置であるエンジン及び油圧ポンプ等の装置を収容している。
【００２５】
実施形態において、油圧ショベル１００は、動力発生装置であるエンジンに、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられるが、動力発生装置は内燃機関に限定されない。油圧ショベル１００の動力発生装置は、例えば、内燃機関と発電電動機と蓄電装置とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド方式の装置であってもよい。また、油圧ショベル１００の動力発生装置は、内燃機関を有さず、蓄電装置と発電電動機とを組み合わせた装置であってもよい。
【００２６】
上部旋回体３は、運転室４を有する。運転室４は、上部旋回体３の他端側に設置されている。すなわち、運転室４は、機械室３ＥＧが配置されている側とは反対側に設置されている。運転室４内には、図２に示す、表示部２９及び操作装置２５が配置される。上部旋回体３の上方には、手すり９が取り付けられている。
【００２７】
走行装置５の上には、上部旋回体３が搭載されている。走行装置５は、履帯５ａ、５ｂを有している。走行装置５は、左右に設けられた油圧モータ５ｃの一方又は両方によって駆動される。走行装置５の履帯５ａ、５ｂが回転することにより、油圧ショベル１００を走行させる。作業機２は、上部旋回体３の運転室４の側方側に取り付けられている。
【００２８】
油圧ショベル１００は、履帯５ａ、５ｂの代わりにタイヤを備え、エンジンの駆動力を、トランスミッションを介してタイヤへ伝達して走行が可能な走行装置を備えたものであってもよい。このような形態の油圧ショベル１００としては、例えば、ホイール式油圧ショベルがある。
【００２９】
上部旋回体３は、作業機２及び運転室４が配置されている側が前であり、機械室３ＥＧが配置されている側が後である。上部旋回体３の前後方向がｘ方向である。前に向かって左側が上部旋回体３の左であり、前に向かって右側が上部旋回体３の右である。上部旋回体３の左右方向は、幅方向又はｙ方向ともいう。油圧ショベル１００又は車両本体１は、上部旋回体３を基準として走行装置５側が下であり、走行装置５を基準として上部旋回体３側が上である。上部旋回体３の上下方向がｚ方向である。油圧ショベル１００が水平面に設置されている場合、下は鉛直方向、すなわち重力の作用方向側であり、上は鉛直方向とは反対側である。
【００３０】
作業機２は、ブーム６とアーム７と作業具であるバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に回動可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に回動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が取り付けられている。バケット８は、バケットピン１５を中心として回動する。バケット８は、バケットピン１５とは反対側に複数の刃８Ｂが取り付けられている。刃先８Ｔは、刃８Ｂの先端である。
【００３１】
バケット８は、複数の刃８Ｂを有していなくてもよい。つまり、図１に示すような刃８Ｂを有しておらず、刃先が鋼板によってストレート形状に形成されたようなバケットであってもよい。作業機２は、例えば、単数の刃を有するチルトバケットを備えていてもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベル１００が傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形したり、整地したりすることができ、底板プレートによる転圧作業もできるバケットである。この他にも、作業機２は、バケット８の代わりに、法面バケット又は削岩用のチップを備えた削岩用のアタッチメント等を作業具として備えていてもよい。
【００３２】
図１に示すブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油の圧力によって駆動される油圧シリンダである。以下において、作動油の圧力を、適宜油圧と称する。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動して、昇降させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動して、アームピン１４の周りを回動させる。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動して、バケットピン１５の周りを回動させる。
【００３３】
ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等の油圧シリンダと図２に示される油圧ポンプ３６、３７との間には、図２に示される方向制御弁６４が設けられている。方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６、３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等に供給される作動油の流量を制御するとともに、作動油が流れる方向を切り替える。方向制御弁６４は、油圧モータ５ｃを駆動するための走行用方向制御弁と、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２並びに上部旋回体３を旋回させる旋回モータ３８を制御するための作業機用方向制御弁とを含む。
【００３４】
操作装置２５から供給される、所定のパイロット圧力に調整された作動油が方向制御弁６４のスプールを動作させると、方向制御弁６４から流出する作動油の流量が調整されて、油圧ポンプ３６、３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、旋回モータ３８又は油圧モータ５ｃに供給される作動油の流量が制御される。その結果、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等の動作が制御される。
【００３５】
また、図２に示される作業機コントローラ２６が、図２に示される制御弁２７を制御することにより、操作装置２５から方向制御弁６４に供給される作動油のパイロット圧が制御されるので、方向制御弁６４からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２又は旋回モータ３８に供給される作動油の流量が制御される。その結果、作業機コントローラ２６は、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及び上部旋回体３の動作を制御することができる。
【００３６】
上部旋回体３の上部には、アンテナ２１、２２が取り付けられている。アンテナ２１、２２は、油圧ショベル１００の現在位置を検出するために用いられる。アンテナ２１、２２は、図２に示されるグローバル座標演算装置２３と電気的に接続されている。グローバル座標演算装置２３は、油圧ショベル１００の位置を検出する位置検出装置である。グローバル座標演算装置２３は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real  Time  Kinematic  -  Global  Navigation  Satellite  Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう）を利用して油圧ショベル１００の現在位置を検出する。以下の説明において、アンテナ２１、２２を、適宜ＧＮＳＳアンテナ２１、２２と称する。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、グローバル座標演算装置２３に入力される。グローバル座標演算装置２３は、グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の設置位置を求める。全地球航法衛星システムの一例としては、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）が挙げられるが、全地球航法衛星システムは、これに限定されるものではない。
【００３７】
ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、図１に示すように、上部旋回体３の上であって、油圧ショベル１００の左右方向、すなわち幅方向に離れた両端位置に設置されることが好ましい。実施形態において、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、上部旋回体３の幅方向両側にそれぞれ取り付けられた手すり９に取り付けられる。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が上部旋回体３に取り付けられる位置は手すり９に限定されるものではないが、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、可能な限り離れた位置に設置される方が、油圧ショベル１００の現在位置の検出精度は向上するので好ましい。また、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、オペレータの視界を極力妨げない位置に設置されることが好ましい。したがって、例えば、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、機械室３ＥＧの後方に配置されたカウンタウェイトの上に配置されてもよい。
【００３８】
図２に示すように、油圧ショベル１００の油圧システム３００は、エンジン３５と、油圧ポンプ３６、３７とを備える。油圧ポンプ３６、３７は、エンジン３５によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ３６、３７から吐出された作動油は、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とに供給される。また、油圧ショベル１００は、旋回モータ３８を備える。旋回モータ３８は、油圧モータであり、油圧ポンプ３６、３７から吐出された作動油によって駆動される。旋回モータ３８は、上部旋回体３を旋回させる。なお、図２では、２つの油圧ポンプ３６、３７が図示されているが、油圧ポンプは１つでもよい。旋回モータ３８は、油圧モータに限らず、電気モータであってもよい。
【００３９】
作業機械の制御システムである制御システム２００は、グローバル座標演算装置２３と、角速度及び加速度を検出する状態検出装置であるＩＭＵ（Inertial  Measurement  Unit：慣性計測装置）２４と、操作装置２５と、作業機制御部としての作業機コントローラ２６と、位置情報生成部としてのセンサコントローラ３９と、目標値生成部としての表示コントローラ２８と、表示部２９とを含む。操作装置２５は、図１に示す作業機２、上部旋回体３及び走行装置５の少なくとも１つを操作するための装置である。操作装置２５は、作業機２等を駆動させるためにオペレータによる操作を受け付けて、操作量に応じたパイロット油圧を出力する。
【００４０】
操作装置２５は、オペレータの左側に設置される左操作レバー２５Ｌと、オペレータの右側に配置される右操作レバー２５Ｒと、を有する。左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒは、前後左右の動作が２軸の動作に対応されている。例えば、右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作は、ブーム６の操作に対応されている。右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作は、バケット８の操作に対応されている。左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作は、アーム７の操作に対応している。左操作レバー２５Ｌの左右方向の操作は、上部旋回体３の旋回に対応している。
【００４１】
実施形態において、操作装置２５は、パイロット油圧方式が用いられる。操作装置２５には、油圧ポンプ３６から、図示しない減圧弁によって所定のパイロット圧力に減圧された作動油がブーム操作、バケット操作、アーム操作、旋回操作及び走行操作に基づいて供給される。
【００４２】
右操作レバー２５Ｒの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるブーム６の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０へ作動油が供給される。また、圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、ブーム操作信号ＭＢとして作業機コントローラ２６へ送信する。
【００４３】
操作装置２５とブームシリンダ１０との間のパイロット油路４５０には、圧力センサ６８、制御弁（以下、適宜介入弁と称する）２７Ｃ及びシャトル弁５１が設けられる。右操作レバー２５Ｒの左右方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるバケット８の操作が受け付けられる。右操作レバー２５Ｒの操作量に応じて右操作レバー２５Ｒが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０に作動油が供給される。また、圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、バケット操作信号ＭＴとして作業機コントローラ２６へ送信する。
【００４４】
左操作レバー２５Ｌの前後方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによるアーム７の操作が受け付けられる。左操作レバー２５Ｌの操作量に応じて左操作レバー２５Ｌが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０へ作動油が供給される。また、圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、アーム操作信号ＭＡとして作業機コントローラ２６へ送信する。
【００４５】
左操作レバー２５Ｌの左右方向の操作に応じて、パイロット油路４５０へパイロット油圧が供給可能とされて、オペレータによる上部旋回体３の旋回操作が受け付けられる。左操作レバー２５Ｌの操作量に応じて左操作レバー２５Ｌが備える弁装置が開き、パイロット油路４５０へ作動油が供給される。また、圧力センサ６６は、そのときのパイロット油路４５０内における作動油の圧力をパイロット圧として検出する。圧力センサ６６は、検出したパイロット圧を、旋回操作信号ＭＲとして作業機コントローラ２６へ送信する。
【００４６】
右操作レバー２５Ｒが操作されることにより、操作装置２５は、右操作レバー２５Ｒの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を方向制御弁６４に供給する。左操作レバー２５Ｌが操作されることにより、操作装置２５は、左操作レバー２５Ｌの操作量に応じた大きさのパイロット油圧を制御弁２７に供給する。このパイロット油圧によって、方向制御弁６４のスプールが移動する。
【００４７】
パイロット油路４５０には、制御弁２７が設けられている。右操作レバー２５Ｒ及び左操作レバー２５Ｌの操作量は、パイロット油路４５０に設置される圧力センサ６６によって検出される。圧力センサ６６が検出したパイロット油圧は、作業機コントローラ２６に入力される。作業機コントローラ２６は、入力されたパイロット油圧に応じた、パイロット油路４５０の制御信号Ｎを制御弁２７に出力して、パイロット油路４５０を開閉する。
【００４８】
操作装置２５は、走行用レバー２５ＦＬ、２５ＦＲを有する。実施形態において、操作装置２５は、パイロット油圧方式が用いられるので、油圧ポンプ３６から、減圧された作動油が方向制御弁６４に供給され、パイロット油路４５０内の作動油の圧力に基づき方向制御弁６４のスプールが駆動される。すると、油圧ショベル１００の走行装置５が備える油圧モータ５ｃ、５ｃに、油圧ポンプ３６、３７から作動油が供給され、走行可能となる。パイロット油路４５０内の作動油の圧力、すなわちパイロット圧は、圧力センサ２７ＰＣによって検出される。
【００４９】
油圧ショベル１００のオペレータが走行装置５を動作させる場合、オペレータは走行用レバー２５ＦＬ、２５ＦＲを操作する。オペレータによる走行用レバー２５ＦＬ、２５ＦＲの操作量は圧力センサ２７ＰＣで検出されて、作業機コントローラ２６へ操作信号ＭＤとして出力される。
【００５０】
左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒの操作量が、例えば、ポテンショメータ及びホールＩＣ等によって検出され、作業機コントローラ２６は、これらの検出値に基づいて方向制御弁６４及び制御弁２７を制御することによって、作業機２を制御してもよい。このように、左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒは、電気方式であってもよい。
【００５１】
制御システム２００は、第１ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ１８とを有する。例えば、第１ストロークセンサ１６はブームシリンダ１０に、第２ストロークセンサ１７はアームシリンダ１１に、第３ストロークセンサ１８はバケットシリンダ１２に、それぞれ設けられる。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０の伸長に対応する変位量を検出して、センサコントローラ３９に出力する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１の伸長に対応する変位量を検出して、センサコントローラ３９に出力する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２の伸長に対応する変位量を検出して、センサコントローラ３９に出力する。
【００５２】
作業機コントローラ２６は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等のプロセッサである処理部２６Ｐと、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）及びＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の記憶装置である記憶部２６Ｍとを有する。作業機コントローラ２６は、図２に示される圧力センサ６６の検出値に基づいて、制御弁２７及び介入弁２７Ｃを制御する。
【００５３】
図２に示される方向制御弁６４は、例えば比例制御弁であり、操作装置２５から供給される作動油によって制御される。方向制御弁６４は、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及び旋回モータ３８等の油圧アクチュエータと、油圧ポンプ３６、３７との間に配置される。方向制御弁６４は、油圧ポンプ３６、３７からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び旋回モータ３８に供給される作動油の流量を制御する。
【００５４】
ＧＮＳＳアンテナ２１は、自身の位置を示す基準位置データＰ１を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２２は、自身の位置を示す基準位置データＰ２を測位衛星から受信する。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、所定の周期で基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する。基準位置データＰ１、Ｐ２は、ＧＮＳＳアンテナが設置されている位置の情報である。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は、グローバル座標演算装置２３に入力される。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、基準位置データＰ１、Ｐ２を受信する毎に、グローバル座標演算装置２３に出力する。
【００５５】
グローバル座標演算装置２３は、グローバル座標系で表される２つの基準位置データＰ１、Ｐ２（複数の基準位置データ）を取得する。グローバル座標演算装置２３は、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２に基づいて、上部旋回体３の配置を示す旋回体配置データを生成する。実施形態において、旋回体配置データには、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２の少なくとも一方の基準位置データＰと、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２に基づいて生成された旋回体方位データＱとが含まれる。これら２個のＧＮＳＳアンテナ２１、２２によりＧＰＳコンパスを構成し、旋回体方位データＱを得るようにしてもよい。つまり、両方のＧＮＳＳアンテナ２１、２２の基準位置データは出力せず、２つのＧＮＳＳアンテナの相対位置から方位角を算出し、その方位角を旋回体方位データＱとしてもよい。
【００５６】
実施形態において、旋回体方位データＱは、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が取得した基準位置データＰから決定される方位が、グローバル座標の基準方位（例えば北）に対してなす角、すなわち方位角である。方位角は、油圧ショベル１００のヨー角でもある。旋回体方位データＱは、上部旋回体３、すなわち作業機２が向いている方位を示している。
【００５７】
グローバル座標演算装置２３は、ＣＰＵ等のプロセッサである処理部と、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶装置である記憶部とを有する。グローバル座標演算装置２３は、所定の周期でＧＮＳＳアンテナ２１、２２から２つの基準位置データＰ１、Ｐ２を取得する。グローバル座標演算装置２３は、取得した２つの基準位置データＰ１、Ｐ２から、旋回体方位データＱである油圧ショベル１００の方位角、より具体的には上部旋回体３の方位角を求める。グローバル座標演算装置２３は、２つの基準位置データＰ１、Ｐ２を取得する毎に、旋回体配置データ、すなわち基準位置データＰと旋回体方位データＱとを更新して、センサコントローラ３９に出力する。
【００５８】
表示コントローラ２８は、ＣＰＵ等のプロセッサである処理部２８Ｐと、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）及びＲＯＭ等の記憶装置である記憶部２８Ｍとを有する。表示コントローラ２８は、表示部２９に、例えば、後述するガイダンス画面等の画像を表示する他、センサコントローラ３９から得られる油圧ショベル１００の位置情報ＩＰＬを用いて、バケット８の刃先８Ｔの３次元位置である刃先位置を示すバケット刃先位置データＳを生成する。表示部２９は、例えば、液晶表示装置等であるが、これに限定されるものではない。表示部２９は、例えば入力部と表示部を一体化したタッチパネルを用いることができる。実施形態においては、表示部２９に隣接して、スイッチ２９Ｓが設置されている。スイッチ２９Ｓは、後述する掘削制御を実行させたり、実行中の掘削制御を停止させたりするための入力装置である。表示部２９にタッチパネルを用いる場合、スイッチ２９Ｓはタッチパネルの入力部に組み込まれてもよい。
【００５９】
表示コントローラ２８は、作業機２が掘削する対象の目標施工面の画像と、バケット刃先位置データＳを用いて生成したバケット８の画像とをガイダンス画面として表示部２９に表示させることができる。表示コントローラ２８は、ガイダンス画面により、目標施工面とバケット８との位置関係を油圧ショベル１００のオペレータに認識させ、情報化施工を行う際のオペレータの負担を軽減することができる。
【００６０】
ＩＭＵ２４は、油圧ショベル１００の動作を示す動作情報ＭＩを検出する状態検出装置である。油圧ショベル１００の動作は、上部旋回体３の動作及び走行装置５の動作の少なくとも一方を含む。実施形態において、動作情報ＭＩは、油圧ショベル１００の姿勢を示す情報を含んでいてもよい。油圧ショベル１００の姿勢を示す情報は、油圧ショベル１００のロール角、ピッチ角及び方位角が例示される。
【００６１】
実施形態において、ＩＭＵ２４は、油圧ショベル１００の角速度及び加速度を検出する。油圧ショベル１００の動作にともない、油圧ショベル１００には、走行時に発生する加速度、旋回時に発生する角加速度及び重力加速度といった様々な加速度が生じるが、ＩＭＵ２４は少なくとも重力加速度を含む加速度を検出し、各加速度の種類を区別することなく検出した加速度を出力する。ここで、重力加速度は、重力に対する抗力に対応した加速度である。ＩＭＵ２４は、図１に示されるローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）において、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の加速度と、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸周りの角速度（回転角速度）とを検出する。これらが動作情報ＭＩとなる。ローカル座標系とは、油圧ショベル１００を基準とした、（ｘ、ｙ、ｚ）で示される３次元座標系である。
【００６２】
ＩＭＵ２４が検出する動作情報ＭＩには、上部旋回体３の回転中心軸となるｚ軸を中心として上部旋回体３が旋回する回転角速度、すなわち旋回角速度ωが含まれる。旋回角速度ωは、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置を示す情報から取得された上部旋回体３の旋回角度を時間で微分することにより求められてもよい。旋回角速度ωを時間で積分することにより、旋回角度を求めることができる。
【００６３】
ＩＭＵ２４は、上部旋回体３に取り付けられている。ＩＭＵ２４は、より高い精度で加速度等を検出するために、例えば、油圧ショベル１００の上部旋回体３の旋回中心軸上に設けられることが望ましいが、ＩＭＵ２４は運転室４の下部に設置されてもよい。
【００６４】
センサコントローラ３９は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等のプロセッサである処理部３９Ｐと、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）及びＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の記憶装置である記憶部３９Ｍとを有する。センサコントローラ３９には、グローバル座標演算装置２３の検出値、ＩＭＵ２４の検出値、圧力センサ２７ＰＣ、６６、６８の検出値、第１ストロークセンサ１６の検出値、第２ストロークセンサ１７の検出値及び第３ストロークセンサ１８の検出値が入力される。センサコントローラ３９は、グローバル座標演算装置２３の検出値及びＩＭＵ２４の検出値から、油圧ショベル１００の位置に関連する位置情報ＩＰＬを求めて表示コントローラ２８及び作業機コントローラ２６に出力する。
【００６５】
図３は、油圧ショベル１００の側面図である。図４は、油圧ショベル１００の背面図である。車両本体１の左右方向、すなわち幅方向に対する傾斜角θ４は油圧ショベル１００のロール角であり、車両本体１の前後方向に対する傾斜角θ５は油圧ショベル１００のピッチ角であり、ｚ軸周りにおける上部旋回体３の角度は油圧ショベル１００の方位角である。ロール角はＩＭＵ２４によって検出されたｘ軸周りの角速度を時間で積分することにより、ピッチ角はＩＭＵ２４によって検出されたｙ軸周りの角速度を時間で積分することにより、方位角はＩＭＵ２４によって検出されたｚ軸周りの角速度を時間で積分することにより求められる。ｚ軸周りの角速度は、油圧ショベル１００の旋回角速度ωである。すなわち、旋回角速度ωを時間で積分することにより油圧ショベル１００、より具体的には上部旋回体３の方位角が得られる。
【００６６】
ＩＭＵ２４は、所定の周期で油圧ショベル１００の加速度及び角速度を更新する。ＩＭＵ２４の更新周期は、グローバル座標演算装置２３における更新周期よりも短いことが好ましい。ＩＭＵ２４が検出した加速度及び角速度は、動作情報ＭＩとしてセンサコントローラ３９又は作業機コントローラ２６に出力される。センサコントローラ３９は、ＩＭＵ２４から取得した動作情報ＭＩにフィルタ処理及び積分といった処理を施して、ロール角である傾斜角θ４、ピッチ角である傾斜角θ５及び方位角を求める。センサコントローラ３９は、求めた傾斜角θ４、傾斜角θ５及び方位角を、油圧ショベル１００の位置に関連する位置情報ＩＰＬとして、表示コントローラ２８に出力する。
【００６７】
表示コントローラ２８は、グローバル座標演算装置２３から基準位置データＰ及び旋回方位データＱを取得する。旋回方位データＱは、油圧ショベル１００の方位を示す情報であり、実施形態においては、上部旋回体３の方位を示す情報である。具体的には、旋回方位データＱは、上部旋回体３の方位角である。実施形態において、表示コントローラ２８は、作業機位置データとして、バケット刃先位置データＳを生成する。バケット刃先位置データＳは、センサコントローラ３９又は作業機コントローラ２６によって生成されてもよい。そして、表示コントローラ２８は、バケット刃先位置データＳと、目標施工情報Ｔとを用いて、掘削対象の目標形状を示す目標掘削地形データＵを生成する。目標施工情報Ｔは、表示コントローラ２８の記憶部２８Ｍ（目標施工情報格納部２８Ｃ）に記憶されている。目標施工情報Ｔは、油圧ショベル１００が備える作業機２の掘削対象の掘削後における仕上がりの目標となる情報であり、設計データから得られる目標施工面の情報を含む。目標掘削地形データＵは、ローカル座標系において刃先８Ｔの現時点における刃先位置を通る垂線と、目標施工面との交点を掘削対象位置としたとき、掘削対象位置の前後における単数又は複数の変曲点の位置を示す情報とその前後の線の角度情報である。
【００６８】
センサコントローラ３９は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長から、ローカル座標系における水平面と直交する方向（ｚ軸方向）に対するブーム６の傾斜角θ１（図３参照）を算出する。センサコントローラ３９は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長から、ブーム６に対するに対するアーム７の傾斜角θ２（図３参照）を算出する。センサコントローラ３９は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長から、アーム７に対するバケット８の傾斜角θ３を算出する。センサコントローラ３９は、算出した傾斜角θ１、θ２、θ３を、作業機コントローラ２６に出力する。また、ＩＭＵ２４は、旋回角速度ωを作業機コントローラ２６に出力する。
【００６９】
作業機コントローラ２６は、前述したように、図１に示されるｚ軸を中心として上部旋回体３が旋回するときにおける上部旋回体３の旋回角速度ωを、ＩＭＵ２４から取得する。また、作業機コントローラ２６は、圧力センサ６６からブーム操作信号ＭＢ、バケット操作信号ＭＴ、アーム操作信号ＭＡ及び旋回操作信号ＭＲを取得する。さらに、作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９からブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２及びバケット８の傾斜角θ３を取得する。
【００７０】
作業機コントローラ２６は、表示コントローラ２８から、目標掘削地形データＵを取得する。作業機コントローラ２６は、センサコントローラ３９から取得した作業機２の角度（θ１、θ２、θ３）からバケット８の刃先８Ｔの位置（以下、適宜刃先位置と称する）を算出する。作業機コントローラ２６の記憶部２６Ｍは、作業機２のデータ（以下、適宜作業機データという）を記憶している。作業機データは、ブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２及びバケット８の長さＬ３といった設計寸法を含む。図３に示されるように、ブーム６の長さＬ１は、ブームピン１３からアームピン１４までの長さに相当する。アーム７の長さＬ２は、アームピン１４からバケットピン１５までの長さに相当する。バケット８の長さＬ３は、バケットピン１５からバケット８の刃先８Ｔまでの長さに相当する。刃先８Ｔは、図１に示す刃８Ｂの先端である。また、作業機データは、ローカル座標系の原点位置ＰＬに対するブームピン１３までの位置の情報を含む。作業機コントローラ２６は、長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、傾斜角θ１、θ２、θ３及び原点位置ＰＬを用いて、原点位置ＰＬに対する刃先位置を求めることができる。
【００７１】
作業機コントローラ２６は、目標掘削地形データＵに沿ってバケット８の刃先８Ｔが移動するように、操作装置２５から入力されたブーム操作信号ＭＢ、バケット操作信号ＭＴ及びアーム操作信号ＭＡを、目標掘削地形データＵとバケット８の刃先８Ｔとの距離及びバケット８の刃先８Ｔの速度に基づき調整する。作業機コントローラ２６は、目標掘削地形データＵに沿ってバケット８の刃先８Ｔが移動するように作業機２を制御するための制御信号Ｎを生成して、図２に示される制御弁２７に出力する。このような処理により、作業機２が目標掘削地形データＵに近づく速度は、目標掘削地形データＵに対する距離に応じて制限される。
【００７２】
作業機コントローラ２６からの制御信号Ｎに応じて、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２のそれぞれに対して２個ずつ設けられた制御弁２７が開閉する。左操作レバー２５Ｌ又は右操作レバー２５Ｒの操作と制御弁２７の開閉指令とに基づき、方向制御弁６４のスプールが動作して、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２へ作動油が供給される。
【００７３】
グローバル座標演算装置２３は、グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の基準位置データＰ１、Ｐ２を検出する。グローバル座標系は、油圧ショベル１００の作業エリアＧＡに設置された基準となる、例えば基準杭６０の基準位置ＰＧを基準とした、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で示される３次元座標系である。図３に示されるように、基準位置ＰＧは、例えば、作業エリアＧＡに設置された基準杭６０の先端６０Ｔに位置する。実施形態において、グローバル座標系とは、例えば、ＧＮＳＳにおける座標系である。
【００７４】
図２に示される表示コントローラ２８は、グローバル座標演算装置２３による検出結果に基づいて、グローバル座標系でのローカル座標系の位置を算出する。実施形態において、例えば、ローカル座標系の原点位置ＰＬは、旋回体の回転中心軸であるｚ軸と走行装置５が接地する面に相当する面との交点である。実施形態において、原点位置ＰＬの座標は、ローカル座標系において、（０、０、０）となる。走行装置５が接地する面は、履帯５ａ、５ｂが接する作業エリアＧＡの表面ＧＤである。走行装置５が接地する面に相当する面は、作業エリアＧＡの表面ＧＤであってもよいし、履帯５ａ、５ｂが接地する部分によって規定される平面ＣＰであってもよい。履帯５ａ、５ｂが接地する部分によって規定される平面ＣＰは、ローカル座標系（ｘ、ｙ、ｚ）において、油圧ショベル１００の設計寸法から一義的に決定される。
【００７５】
原点位置ＰＬは、ｚ軸と平面ＣＰとの交点に限定されるものではない。実施形態において、後述する疑似不動点の位置は、原点位置ＰＬと一致していてもよいし、一致していなくてもよい。ローカル座標系の原点位置ＰＬは、他の場所であってもよく、例えば、ブームピン１３の軸方向の長さの中心点を原点位置ＰＬとしてもよい。原点位置ＰＬは、ｚ軸上、かつ上部旋回体３が旋回するためのスイングサークル上に位置していてもよい。前述したように、作業機コントローラ２６は、原点位置ＰＬに対する刃先位置、すなわちローカル座標系での刃先位置を求めるので、グローバル座標系での原点位置ＰＬの座標が得られれば、ローカル座標系での刃先位置の座標を、グローバル座標系での刃先位置の座標に変換することができる。
【００７６】
作業機コントローラ２６は、バケット８が目標掘削地形を侵食することを抑制するために、作業機２が掘削対象に接近する方向の速度が制限速度以下になるように制御する。この制御を、適宜掘削制御という。掘削制御は、表示コントローラ２８から取得された目標掘削地形データＵとバケット刃先位置データＳとに基づいて、作業機２と掘削対象との相対位置を演算しながら作業機２が掘削対象に接近する方向の速度を制限速度以下になるようにする制御である。このような制御を実行することで、掘削対象を目標形状（目標施工情報Ｔが示す形状）に施工することができる。次に、制御システム２００について、より詳細に説明する。
【００７７】
＜制御システム２００＞
図５は、実施形態に係る制御システム２００の制御ブロック図である。図６及び図７は、油圧ショベル１００の姿勢を示す平面図である。実施形態において、制御システム２００の作業機コントローラ２６と、表示コントローラ２８と、センサコントローラ３９とは、信号線を介して互いに情報をやり取りすることができる。また、センサコントローラ３９は、グローバル座標演算装置２３から信号線を介して情報を取得することができる。制御システム２００内で情報を伝達する信号線は、ＣＡＮ（Controller  Area  Network）のような車内信号線が例示される。実施形態において、制御システム２００は、作業機コントローラ２６と、表示コントローラ２８とが別個の装置であるが、両者は１つの装置で実現されてもよい。
【００７８】
表示コントローラ２８は、刃先位置算出部２８Ａと、目標掘削地形データ生成部２８Ｂと、目標施工情報格納部２８Ｃとを有する。刃先位置算出部２８Ａ及び目標掘削地形データ生成部２８Ｂは、記憶部２８Ｍに記憶されたコンピュータプログラムを処理部２８Ｐが実行することにより実現される。目標施工情報格納部２８Ｃは、記憶部２８Ｍの記憶領域の一部によって実現される。
【００７９】
刃先位置算出部２８Ａは、センサコントローラ３９から取得する位置情報ＩＰＬに基づいて、上部旋回体３の旋回中心軸となるｚ軸を通る、油圧ショベル１００の旋回中心の位置を示す旋回中心位置データＸＲを生成する。刃先位置算出部２８Ａがセンサコントローラ３９から取得する位置情報ＩＰＬは、基準位置データＰ１、Ｐ２に基づく基準位置データＰ１ｃ、Ｐ２ｃ及び方位角θｄである。刃先位置算出部２８Ａは、旋回中心位置データＸＲと作業機２の傾斜角θ１、θ２、θ３と、ブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２及びバケット８の長さＬ３とに基づいて、バケット８の刃先８Ｔの現在位置を示すバケット刃先位置データＳを生成し、目標掘削地形データ生成部２８Ｂに出力する。バケット刃先位置データＳは、作業機２の位置を示す情報である。実施形態において、作業機２の位置は、刃先位置、すなわちバケット８の刃先８Ｔの３次元位置に限定されるものではなく、作業機２の特定の部分の位置であればよい。例えば、作業機２の位置は、バケット８の尻の部分の位置であってもよいし、法面バケットの底の部分の位置であってもよいし、作業機２のアタッチメントを取り付ける部分の位置であってもよい。
【００８０】
目標掘削地形データ生成部２８Ｂは、目標施工情報格納部２８Ｃに格納された目標施工情報Ｔと、刃先位置算出部２８Ａからのバケット刃先位置データＳと、を取得する。目標掘削地形データ生成部２８Ｂは、ローカル座標系において刃先８Ｔの現時点における刃先位置を通る垂線と目標施工面との交点を掘削対象位置として設定する。目標掘削地形データ生成部２８Ｂは、目標施工情報Ｔとバケット刃先位置データＳとに基づいて、目標掘削地形データＵを生成し、作業機コントローラ２６に出力する。
【００８１】
センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、姿勢角演算部３９Ａと、位置情報演算部３９Ｂとを有する。姿勢角演算部３９Ａ及び位置情報演算部３９Ｂは、記憶部３９Ｍに記憶されたコンピュータプログラムを処理部３９Ｐが実行することにより実現される。姿勢角演算部３９Ａには、ＩＭＵ２４の検出値である加速度ａ（ａｘ、ａｙ、ａｚ）及び角速度ω（ωｘ、ωｙ、ωｚ）、すなわち動作情報ＭＩと、グローバル座標演算装置２３の検出値である旋回体方位データＱ（方位角θｄａ）とが入力される。また、処理部３９Ｐの姿勢角演算部３９Ａ及び位置情報演算部３９Ｂには、圧力センサ６６、２７ＰＣの検出値が入力される。
【００８２】
グローバル座標演算装置２３は、グローバル座標演算装置２３が電波を受信できなくなった場合又はセンサコントローラ３９との通信に不良が発生した場合にエラー情報Ｅｒｒを生成し、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐ及び表示コントローラ２８の処理部２８Ｐに出力する。つまり、グローバル座標演算装置２３は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位に不具合が発生したか否かを判断する測位状態判断装置である。センサコントローラ３９は、エラー情報Ｅｒｒを取得すると、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位をバックアップする処理を実行する。この処理については後述する。表示コントローラ２８は、エラー情報Ｅｒｒを取得すると、図２に示される表示部２９に、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位に異常が発生したことを表示する。
【００８３】
姿勢角演算部３９Ａは、ＩＭＵ２４の検出値から、油圧ショベル１００のロール角である傾斜角θ４と、油圧ショベル１００のピッチ角である傾斜角θ５とを求めて、位置情報演算部３９Ｂ及び表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに出力する。姿勢角演算部３９Ａは、ＩＭＵ２４が検出したｚ軸周りの旋回角速度ωを積分して方位角θｄｉを求める。姿勢角演算部３９Ａは、位置検出装置であるグローバル座標演算装置２３の状態に応じて、自身が求めた方位角θｄｉ又はグローバル座標演算装置２３から取得した方位角θｄａを切り替えて、表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａ又は位置情報演算部３９Ｂに方位角θｄｃとして出力する。つまり、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が正常である場合には、グローバル座標演算装置２３から取得した方位角θｄａを用いてバケット刃先データＳが求められ、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が異常である場合には、ＩＭＵ２４が検出したｚ軸周りの旋回角速度ωを積分して求めた方位角θｄｉを用いてバケット刃先データＳが求められる。また、姿勢角演算部３９Ａから表示コントローラ２８に送られる傾斜角θ４、傾斜角θ５及び方位角θｄｃは、油圧ショベル１００の位置に関連する位置情報ＩＰＬである。以下において、傾斜角θ４を適宜ロール角θ４と称し、傾斜角θ５を適宜ピッチ角θ５と称する。
【００８４】
実施形態において、位置情報ＩＰＬは、前述したように、作業機械である油圧ショベル１００の位置に関連する情報である。位置情報ＩＰＬには、油圧ショベル１００の位置そのものの情報の他、油圧ショベル１００の位置を求めるために必要な情報も含む。油圧ショベル１００の位置そのものの情報は、基準位置データＰ１、Ｐ２及びバケット刃先位置データＳが例示され、油圧ショベル１００の位置を求めるために必要な情報は、傾斜角θ４、傾斜角θ５及び方位角θｄ（θｄｉ、θｄａ又はθｄｃ）が例示される。
【００８５】
位置情報演算部３９Ｂは、グローバル座標演算装置２３から取得した基準位置データＰ１、Ｐ２と、位置情報演算部３９Ｂが求めた基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉとを切り替えて、表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに基準位置データＰ１ｃ、Ｐ２ｃとして出力する。基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉは、グローバル座標演算装置２３の状態が異常となる前における原点位置ＰＬ及びＩＭＵ２４によって検出された動作情報ＭＩの両方を用いて位置情報演算部３９Ｂが求めた位置の情報である。
【００８６】
基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉは、次のようにして求められる。基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉは、ＩＭＵ２４の検出値である加速度ａ（ａｘ、ａｙ、ａｚ）及び角速度ω（ωｘ、ωｙ、ωｚ）から姿勢角演算部３９Ａが求めたロール角θ４及びピッチ角θ５と、姿勢角演算部３９Ａから出力される方位角θｄｃとによって求められる。この方位角θｄｃは、グローバル座標演算装置２３の状態が異常となる前に、姿勢角演算部３９Ａがグローバル座標演算装置２３から取得した方位角θｄａ又は方位角θｄａに旋回角速度ωの積分によって得られた方位角を加算した方位角である。
【００８７】
センサコントローラ３９は、油圧ショベル１００の位置情報ＩＰＬを表示コントローラ２８に出力するにあたって、第１モードと、第２モードと、第３モードとの３モードのうち、いずれか１つのモードで動作する。第１のモードは、センサコントローラ３９が、グローバル座標演算装置２３によって検出された位置の情報を油圧ショベル１００の位置情報ＩＰＬとして出力するモードである。第２のモードは、センサコントローラ３９が、グローバル座標演算装置２３による測位が異常となる前における油圧ショベル１００の原点位置ＰＬ及びＩＭＵ２４によって検出された動作情報ＭＩの両方を用いて求めた位置の情報を位置情報ＩＰＬとして出力するモードである。第３のモードは、センサコントローラ３９が、位置情報ＩＰＬを出力しないモードである。姿勢角演算部３９Ａ及び位置情報演算部３９Ｂ、すなわち処理部３９Ｐは、圧力センサ６６、２７ＰＣからの検出値に基づいて油圧ショベル１００の静定状態を判定し、判定結果に基づいて第１のモード、第２のモード又は第３のモードのうちいずれか１つを実行する。
【００８８】
センサコントローラ３９は、グローバル座標演算装置２３による測位が正常である場合は第１のモードで動作し、グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が走行せずに停止している場合には第２のモードで動作し、グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が走行している場合には第３のモードで動作する。第２のモードにおいて、油圧ショベル１００が走行せず停止している場合とは、上部旋回体３が旋回して停止している状態と旋回せずに停止している状態との両方を含む。実施形態において、静定状態は、油圧ショベル１００が走行せず、かつ上部旋回体３が旋回して停止している状態又は旋回せずに停止している状態である。実施形態において、非静定状態とは、油圧ショベル１００が走行している状態である。グローバル座標演算装置２３による測位が異常になることには、グローバル座標演算装置２３が出力する基準位置データＰ１、Ｐ２の座標値が異常値を示す場合、グローバル座標演算装置２３とセンサコントローラ３９との間で通信エラーが発生した場合及びＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位に不具合が発生した場合が含まれる。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が測位衛星からの電波を受信できなくなる又は電波を受信し難くなることにより、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位に不具合が発生する。
【００８９】
油圧ショベル１００の制御システム２００は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによって絶対位置、実施形態ではグローバル座標での位置を測位する。このため、何らかの理由でＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位に不具合が発生、すなわちグローバル座標演算装置２３による測位が異常になった場合、絶対位置の測位精度が低下する。ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位の不具合が短時間であれば、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位以外の方法で、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位をバックアップできる。制御システム２００は、後述する疑似不動点を用いてＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位をバックアップする。制御システム２００は、測位のバックアップを実行することで、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位の不具合が発生した場合でも、掘削制御及びガイダンス画面の表示を継続し、情報化施工を的確に継続することができる。
【００９０】
油圧ショベル１００の作業中において絶対位置が変化しない不動点が油圧ショベル１００に存在すれば、制御システム２００は不動点の絶対位置を保持し、不動点から車両本体１の任意の点までの相対位置を加えることにより、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位の不具合が発生し、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が実現できていなくても、油圧ショベル１００の任意の点の絶対位置を算出することができる。実際には油圧ショベル１００のエンジンＥＧ３５が稼働している限り、作業機２の動作等により振動が発生するため、不動点は存在しないので、不動点と見なせる近似的な位置を疑似不動点として選定し、制御システム２００は、選定した疑似不動点を、前述した不動点と同様に取り扱うことで、疑似不動点を用いてＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位をバックアップすることができる。疑似不動点を不動点と見なすことができるのは、油圧ショベル１００が移動していない場合、すなわち図１に示される履帯５ａ、５ｂが動いていない場合である。
【００９１】
次に、疑似不動点について説明する。実施形態において、疑似不動点は、図３及び図４に示される油圧ショベル１００の原点位置ＰＬである。なお、前述のようにローカル座標系の原点として原点位置ＰＬを定めているが、他の位置にローカル座標系の原点を定めてもよい。したがって、疑似不動点は、以下の説明において特定点と称することもある。作業中の油圧ショベル１００に回転が生ずるような動きがあった場合、その回転の支点は動かないので、疑似不動点がその支点にあれば、制御システム２００によって求められる位置、例えば、作業機２の特定の部分の位置又はバケットの８刃先８Ｔの位置を含む作業機２の位置の誤差が最も小さくなる。疑似不動点を回転の支点とすることができない場合でも、疑似不動点をできるだけ支点の近くに設定すれば、制御システム２００によって求められる位置（作業機２の位置）の誤差を小さくできる。上部旋回体３が旋回する際の支点は旋回中心軸、すなわち軸ｚであるので、疑似不動点を軸ｚ上にする。ロール角θ４の方向及びピッチ角θ５の方向における回転の支点は一定点ではないが、必ず油圧ショベル１００が接地する面上にあると考えられる。実施形態において、前述したように、原点位置ＰＬは、旋回体の回転中心軸であるｚ軸と走行装置５が接地する面に相当する面との交点である。実施形態では、疑似不動点である原点位置ＰＬを、油圧ショベル１００が接地する面上とすることで、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位の不具合が発生した際において、制御システム２００によって求められる位置、より具体的にはＧＮＳＳアンテナ２１、２２の絶対位置の誤差を小さくできる。
【００９２】
油圧ショベル１００は様々な作業を行うことができるが、法面の施工等の場合、走行装置５は停止したまま、作業機２又は上部旋回体３の操作だけで掘削や均しが行われることがある。情報化施工を可能とする油圧ショベル１００を用いて、このような法面施工等の施工を行う場合、疑似不動点を用いてＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位をバックアップすることで、掘削制御及びガイダンス画面の表示を継続し、情報化施工を的確に継続することができる。
【００９３】
油圧ショベル１００の制御システム２００は、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２の絶対位置を測位している。このため、制御システム２００は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位の不具合が発生した場合に、次に説明するようにＧＮＳＳアンテナ２１、２２の絶対位置を演算して求めることにより、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位をバックアップできる。
【００９４】
式（１）は、ローカル座標系における原点位置ＰＬの位置ベクトルとＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルとの差分を、グローバル座標系における原点位置ＰＬの位置ベクトルとＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルとの差分に変換する式である。式（１）から、式（２）が得られる。式（３）は、式（１）のグローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルの測定値Ｒａｌを、グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルの計算値Ｒａｌｃに置き換えて、計算値Ｒａｌｃを求める式として表したものである。
【００９５】
Ｒｆｌ−Ｒａｌ＝Ｃｌｂ（Ｒｆｂ−Ｒａｂ）・・・（１）
Ｒｆｌ＝Ｃｌｂ（Ｒｆｂ−Ｒａｂ）＋Ｒａｌ・・・（２）
Ｒａｌｃ＝Ｃｌｂ（Ｒａｂ−Ｒｆｂ）＋Ｒｆｌ・・・（３）
ここで、
Ｒｆｂ：ローカル座標系における原点位置ＰＬの位置ベクトルの校正値
Ｒａｂ：ローカル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルの校正値
Ｒｆｌ：グローバル座標系における原点位置ＰＬの位置ベクトルの計算値
Ｒａｌ：グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルの測定値
Ｒａｌｃ：グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルの計算値
Ｃｌｂ：ローカル座標系からグローバル座標系への座標回転行列
【００９６】
校正値とは、油圧ショベル１００の各位置及び寸法を計測することによって得られた、原点位置ＰＬ及びＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置の値であり、作業機コントローラ２６の記憶部２６Ｍ及びセンサコントローラ３９の記憶部３９Ｍに記憶されている。校正値は、油圧ショベル１００の設計寸法に基づくものでもよいが、油圧ショベル１００毎にバラツキが生じるため、前述のように計測（キャリブレーション）に基づく校正値を得るほうが好ましい。座標回転行列Ｃｌｂは、ロール角θ４、ピッチ角θ５及びヨー角、すなわち方位角θｄｉを用いて式（４）のように表現される。ロール角θ４、ピッチ角θ５及び方位角θｄｉは、ＩＭＵ２４によって検出されたｘ軸周りの角速度ωｘ、ｙ軸周りの角速度ωｙ及びｚ軸周りの角速度ωｚを姿勢角演算部３９Ａが時間で積分されることによって求められる。式（４）中のｓｘはｓｉｎθ４、ｓｙはｓｉｎθ５、ｓｚはｓｉｎθｄｉ、ｃｘはｃｏｓθ４、ｃｙはｃｏｓθ５、ｃｚはｃｏｓθｄｉである。
【数１】
2015167022.tif 000003
【００９７】
制御システム２００は、式（２）を用いることにより、疑似不動点である特定点（実施形態では原点位置ＰＬ）を求めることができる。また、制御システム２００は、式（３）を用いることにより、疑似不動点である特定点を用いて、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２の絶対位置を求めることができる。制御システム２００は、式（２）及び式（３）を用いることによって、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位の不具合が発生した場合に、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２の絶対位置を求めることができる。
【００９８】
具体的には、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が正常である場合、制御システム２００のセンサコントローラ３９が備える姿勢角演算部３９Ａは、ロール角θ４、ピッチ角θ５及び方位角θｄｉを求め、表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに出力する。この場合、姿勢角演算部３９Ａは、グローバル座標演算装置２３から取得した基準位置データＰ１、Ｐ２を用いてグローバル座標系における方位角θｄｃ（ここでは方位角θｄａ）を取得する。基準位置データＰ１、Ｐ２によって旋回体方位データＱが得られるため、ローカル座標系について求められた作業機２の位置をグローバル座標系における作業機２の位置として求めることができる。姿勢角演算部３９Ａは、取得した方位角θｄａを、正常時の方位角、すなわちＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位に不具合が発生する前の方位角θｄｉｂとして記憶部３９Ｍに記憶させる。図６に示される例において、方位角θｄｉは、グローバル座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＹ軸に対する上部旋回体３の前後軸であるｘ軸の傾きを表す。方位角θｄｉによって油圧ショベル１００の方位Ｄ１が定まる。
【００９９】
位置情報演算部３９Ｂは、姿勢角演算部３９Ａによって求められたロール角θ４、ピッチ角θ５及び方位角θｄｉから座標回転行列Ｃｌｂを求める。また、位置情報演算部３９Ｂは、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が正常である状態でグローバル座標演算装置２３から取得した基準位置データＰ１、Ｐ２からグローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルの測定値Ｒａｌを求める。そして、位置情報演算部３９Ｂは、求めた座標回転行列Ｃｌｂと位置ベクトルの測定値Ｒａｌとを式（２）に与えて、グローバル座標系における原点位置ＰＬの位置ベクトルの計算値Ｒｆｌを求める。以下において、計算値Ｒｆｌを、適宜正常時原点位置Ｒｆｌと称する。位置情報演算部３９Ｂは、求めた正常時原点位置Ｒｆｌを記憶部３９Ｍに記憶させる。そして、位置情報演算部３９Ｂは、グローバル座標演算装置２３から取得した基準位置データＰ１、Ｐ２を、表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに基準位置データＰ１ｃ、Ｐ２ｃとして出力する。
【０１００】
ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位に不具合が発生した場合又は油圧ショベル１００が静定状態でなくなった場合（以下、適宜、測位不具合等が発生した場合と称する）、姿勢角演算部３９Ａは、ＩＭＵ２４の検出値を用いてロール角θ４、ピッチ角θ５及び方位角θｄｉを求める。姿勢角演算部３９Ａは、記憶部３９Ｍに記憶されている、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位に不具合が発生する前の方位角θｄｉｂと、測位不具合等が発生してから、ｚ軸周りの角速度ωｚを時間で積分することによって得られた方位角θｄｉａとの和を、方位角θｄｉとして求める。姿勢角演算部３９Ａは、求めたロール角θ４、ピッチ角θ５、さらに方位角θｄｉを、方位角θｄｃとして表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに出力する。
【０１０１】
位置情報演算部３９Ｂは、姿勢角演算部３９Ａから取得した、測位不具合等が発生した場合の後のロール角θ４、ピッチ角θ５及び方位角θｄｉを用いて、座標回転行列Ｃｌｂを生成する。位置情報演算部３９Ｂは、記憶部３９Ｍに記憶されている、測位不具合等が発生した場合の前の正常時原点位置Ｒｆｌを読み出す。そして、位置情報演算部３９Ｂは、読み出した正常時原点位置Ｒｆｌ及び生成した座標回転行列Ｃｌｂを式（３）に与え、グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルの計算値Ｒａｌｃを求める。位置情報演算部３９Ｂは、位置ベクトルの計算値Ｒａｌｃから、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２の基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを求め、表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに基準位置データＰ１ｃ、Ｐ２ｃとして出力する。基準位置データＰ１ｃ、Ｐ２ｃによって旋回体方位データＱが得られるため、ローカル座標系について求められた作業機２の位置をグローバル座標系における作業機２の位置として求めることができる。測位不具合等が発生した場合における制御システム２００のセンサコントローラ３９の動作は、前述した第２のモードに相当する。
【０１０２】
上部旋回体３が旋回している場合、位置情報演算部３９Ｂは、旋回中の方位角θｄｉを次のようにして求める。図７に示す例において、方位Ｄ１の状態から油圧ショベル１００の上部旋回体３が矢印ＲＴで示される方向に旋回を開始したとする。旋回開始時における方位角はθｄｉｂであり、センサコントローラ３９の記憶部３９Ｍに記憶されている。姿勢角演算部３９Ａは、方位Ｄ１から旋回を開始した上部旋回体３の旋回角速度ωを時間で積分することにより、方位Ｄ１からの方位角θｄｉａ（方位角変化量）を求め、位置情報演算部３９Ｂに出力する。位置情報演算部３９Ｂは、方位Ｄ１からの方位角θｄｉａと、記憶部３９Ｍから読み出した旋回開始時における方位角θｄｉｂとを加算し、得られた値を旋回中の方位角θｄｉとする。方位角θｄｉによって、旋回中における油圧ショベル１００の方位Ｄ２が定まる。
【０１０３】
測位の不具合等が発生した場合、制御システム２００は、測位不具合等が発生する前において正常に測位された基準位置データＰ１、Ｐ２を用いて得られた原点位置ＰＬを用いて基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを求める。このようにすることで、制御システム２００は、測位不具合等が発生した場合でも、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２の絶対位置を求めることができる。結果として、制御システム２００を備える油圧ショベル１００は、測位不具合等が発生した場合でも、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２の絶対位置を利用した掘削制御等を継続できる。次に、実施形態に係る制御システム２００が位置情報ＩＰＬを生成する処理を説明する。
【０１０４】
＜位置情報ＩＰＬを生成する処理＞
図８は、実施形態に係る制御システム２００が位置情報ＩＰＬを生成する処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、グローバル座標演算装置２３による測位が正常かつ油圧ショベル１００が静定状態であるか否かを判定する。グローバル座標演算装置２３による測位が正常であるか否かは、次のように判定される。
（１）グローバル座標演算装置２３の測位に関するいずれかのエラーが発生している場合又はＧＮＳＳアンテナ２１、２２のＺ方向における座標データの値が閾値を超えている場合には、グローバル座標演算装置２３による測位が異常である。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２のＺ方向における座標データの値が閾値以下である場合には、グローバル座標演算装置２３による測位が異常であるとしてもよい。
（２）グローバル座標演算装置２３の測位に関するエラーが発生していない場合かつＧＮＳＳアンテナ２１、２２のＺ方向における座標データの値が閾値を下回っている場合には、グローバル座標演算装置２３による測位が正常である。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２のＺ方向における座標データの値が閾値を超えている場合には、グローバル座標演算装置２３による測位が正常であるとしてもよい。
【０１０５】
油圧ショベル１００が静定状態であるか否かは、次のように判定される。以下の説明において、操作装置２５の操作レバーがＯＮとは、操作レバーが操作され中立状態でないことを示し、操作装置２５の操作レバーがＯＦＦとは、操作レバーが操作されず中立状態であること示す。
（１）左操作レバー２５Ｌが左右のいずれかに操作されて左操作レバー２５ＬがＯＮである場合、又は走行用レバー２５ＦＬ及び走行用レバー２５ＦＲの少なくとも一方がＯＮである場合、又は旋回角速度ωの絶対値が旋回角速度閾値ωｃ以上となる状態が第１時間ｔａ継続した場合には、油圧ショベル１００が非静定状態、すなわち動的状態である。旋回角速度閾値ωｃは限定されるものではないが、実施形態では１度／秒である。第１時間ｔａは限定されるものではないが、例えば０．０３秒である。旋回角速度ωの絶対値が旋回角速度閾値ωｃ以上となる状態が第１時間ｔａ継続した場合を非静定状態であることを判断条件の一つに入れた理由は、次の事由による。オペレータが、上部旋回体３を旋回させるために左操作レバー２５Ｌを操作している状態から旋回を止めるために左操作レバー２５Ｌから手を放したとする。このとき、左操作レバー２５Ｌは中立位置になり、左操作レバー２５ＬはＯＦＦとなる。しかし、この時点では、上部旋回体３が、慣性力により、ある程度の時間、旋回している状態が想定される。つまり、この状態は、油圧ショベル１００は動的状態と言える。したがって、各操作レバーのＯＮ／ＯＦＦだけでなく、旋回角加速度ωの絶対値が、所定の閾値以上となる状態が所定の時間継続した場合を非静定であることを判断条件の一つに入れている。
（２）左操作レバー２５Ｌが左右のいずれにも操作されず左操作レバー２５ＬがＯＦＦであって、かつ走行用レバー２５ＦＬ及び走行用レバー２５ＦＲの両方がＯＦＦであり、さらに旋回角速度ωの絶対値が旋回角速度閾値ωｃ未満となる状態が第２時間ｔｂ継続した場合には、油圧ショベル１００が静定状態、すなわち静的状態である。第２時間ｔｂは限定されるものではないが、第１時間ｔａよりも大きく、例えば４秒である。
【０１０６】
実施形態において、静定状態か否かは、図２に示される左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒのパイロット圧を検出する圧力センサ６６の検出値ＳＴｒ及び走行用レバー２５ＦＬ及び走行用レバー２５ＦＲのパイロット圧を検出する圧力センサ２７ＰＣの検出値ＳＴｄに基づいて判定される。圧力センサ６６、２７ＰＣの検出値ＳＴｒ、ＳＴｄが、パイロット圧の第１閾値を超えた場合、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、非静定状態であると判定する。圧力センサ６６、２７ＰＣの検出値ＳＴｒ、ＳＴｄが、パイロット圧の第１閾値よりも小さい第２閾値を下回った場合、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、静定状態であると判定する。
【０１０７】
センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、圧力センサ６６、２７ＰＣの検出値ＳＴｒ、ＳＴｄを用いて油圧ショベル１００の静定状態と非静定状態とを判定したが、静定状態と非静定状態との判定は、圧力センサ６６、２７ＰＣの検出値を用いる方法に限定されない。左操作レバー２５Ｌ、右操作レバー２５Ｒ、走行用レバー２５ＦＬ及び走行用レバー２５ＦＲの操作量が、ポテンショメータ又はホールＩＣ等によって検出される電気方式の操作装置２５である場合、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、ポテンショメータ又はホールＩＣの出力値を用いて油圧ショベル１００の静定状態と非静定状態とを判定してもよい。さらに、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、ＩＭＵ２４の検出値を用いて、油圧ショベル１００の静定状態と非静定状態とを判定してもよい。例えば、ＩＭＵ２４が旋回角速度ωを検出したり、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の少なくとも一方向の加速度を検出したりした場合に、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、油圧ショベル１００が非静定状態であると判定することができる。
【０１０８】
グローバル座標演算装置２３による測位が正常かつ油圧ショベル１００が静定状態である場合（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、センサコントローラ３９の姿勢角演算部３９Ａは、ステップＳ１０２において、ＩＭＵ２４から動作情報ＭＩを取得する。姿勢角演算部３９Ａは、取得した動作情報ＭＩから位置情報ＩＰＬであるロール角θ４、ピッチ角θ５及び方位角θｄｉを求めて、ロール角θ４、ピッチ角θ５及び方位角θｄｃとして位置情報演算部３９Ｂに出力する。
【０１０９】
ステップＳ１０３において、位置情報演算部３９Ｂは、取得したロール角θ４、ピッチ角θ５及び方位角θｄｉ（θｄｃ）から座標回転行列Ｃｌｂを求める。ステップＳ１０４において、位置情報演算部３９Ｂは、座標回転行列Ｃｌｂと、グローバル座標演算装置２３から取得した基準位置データＰ１、Ｐ２に基づくＧＮＳＳアンテナ２１、２２の位置ベクトルの測定値Ｒａｌとを式（２）に与えて、特定点（実施形態においては原点位置ＰＬ）の位置を求める。ステップＳ１０５において、位置情報演算部３９Ｂは、求めた原点位置ＰＬを記憶部３９Ｍに記憶させる。
【０１１０】
ステップＳ１０６において、位置情報演算部３９Ｂは、グローバル座標系における基準位置データＰ１ｃ、Ｐ２ｃを求め、ステップＳ１０７において表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに位置情報ＩＰＬとして出力する。前述したように、刃先位置算出部２８Ａに出力される基準位置データＰ１ｃ、Ｐ２ｃは、グローバル座標演算装置２３から取得した基準位置データＰ１、Ｐ２である。ステップＳ１０７は、第１のモードに相当する。ステップＳ１０７が終了したら、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、ステップＳ１０１に戻り、以後の処理を実行する。
【０１１１】
ステップＳ１０１に戻り、グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が非静定状態である場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、位置情報演算部３９Ｂは、ステップＳ１０８において姿勢角演算部３９Ａから取得したロール角θ４、ピッチ角θ５及び旋回角速度ωを積分して得られた方位角θｄｉａと、記憶部３９Ｍに記憶されている方位角θｄｉｂと、から座標回転行列Ｃｌｂを求める。位置情報演算部３９Ｂが座標回転行列Ｃｌｂを求める際に用いる方位角θｄｉは、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも所定時間前に記憶部３９Ｍに記憶された方位角θｄｉｂが読み出され、前述のように、方位角θｄｉｂと方位角θｄｉａとの和を方位角θｄｉとして求められる。さらに、求められた方位角θｄｉと式（４）とを用いて座標回転行列Ｃｌｂが求められる。ここでの所定時間とは、グローバル座標演算装置２３とセンサコントローラ３９との間の通信時間及びセンサコントローラ３９の演算時間によって定められるため特定の値に限定されないが、例えば０．３秒としている。
【０１１２】
ステップＳ１０９において、位置情報演算部３９Ｂは、センサコントローラ３９の記憶部３９Ｍに記憶されている特定点（実施形態では原点位置ＰＬ）の位置を読み出す。実施形態において、センサコントローラ３９は、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも前の原点位置ＰＬを記憶部３９Ｍに記憶している。ステップＳ１０９において、位置情報演算部３９Ｂは、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも所定時間前に記憶部３９Ｍに記憶された原点位置ＰＬを読み出す。ステップＳ１０９での所定時間は、ステップＳ１０８の所定時間と同様である。
【０１１３】
ステップＳ１０８とステップＳ１０９とでは、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも所定時間前に記憶部３９Ｍに記憶された方位角θｄｉと原点位置ＰＬとを用いる。このため、位置情報演算部３９Ｂは、グローバル座標演算装置２３による測位が確実に正常であるときの方位角θｄｉ及び原点位置ＰＬを用いることができる。
【０１１４】
ステップＳ１１０において、位置情報演算部３９Ｂは、ステップＳ１０８で求めた座標回転行列ＣｌｂとステップＳ１０９で読み出した原点位置ＰＬとを式（３）に与えて、グローバル座標系における基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを求める。次に、ステップＳ１１１において、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、グローバル座標演算装置２３による測位が異常であるか否かを判定する。この判定については、前述した通りである。
【０１１５】
グローバル座標演算装置２３による測位が異常である場合（ステップＳ１１１、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２において、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、油圧ショベル１００が走行しているか否かを判定する。走行用レバー２５ＦＬ及び走行用レバー２５ＦＲの少なくとも一方がＯＮである場合、処理部３９Ｐは、油圧ショベル１００が走行していると判定し、走行用レバー２５ＦＬ及び走行用レバー２５ＦＲの両方がＯＦＦである場合、油圧ショベル１００が走行していない、すなわち停止していると判定する。
【０１１６】
油圧ショベル１００が走行している場合（ステップＳ１１２、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３に進み、センサコントローラ３９の位置情報演算部３９Ｂ及び姿勢角演算部３９Ａは、位置情報ＩＰＬを表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに出力しない。油圧ショベル１００が走行している場合、特定点（実施形態では原点位置ＰＬ）の位置も油圧ショベル１００とともに移動するため、移動後における原点位置ＰＬは、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも所定時間前に記憶部３９Ｍに記憶された原点位置ＰＬとは異なる。したがって、油圧ショベル１００が走行している場合に、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも前の原点位置ＰＬを用いて求めたグローバル座標系における基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉは、走行している油圧ショベル１００の実際の基準位置データＰ１、Ｐ２とは異なる。
【０１１７】
位置情報演算部３９Ｂ及び姿勢角演算部３９Ａは、油圧ショベル１００が走行している場合、位置情報ＩＰＬを表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに出力しない。このような処理により、表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａはバケット刃先位置データＳを生成しないので、目標掘削地形データ生成部２８Ｂも、目標掘削地形データＵを生成しない。目標掘削地形データＵが存在しないので、作業機コントローラ２６及び表示コントローラ２８は、目標掘削地形データＵを用いた処理、例えば掘削制御又は表示部２９に対して掘削補助のガイダンス画面の表示を実行しない。このように、制御システム２００は、油圧ショベル１００が走行している場合、実際の位置とは異なる位置に基づく掘削制御又は掘削補助のガイダンス画面の表示を実行しない。
【０１１８】
ステップＳ１１３は、第３のモードに相当する。ステップＳ１１３が終了したら、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、ステップＳ１０１に戻り、以後の処理を実行する。
【０１１９】
ステップＳ１１１に戻り、グローバル座標演算装置２３による測位が異常でない、すなわち正常である場合（ステップＳ１１１、Ｎｏ）、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、ステップＳ１１４において、ステップＳ１０８で得られた方位角θｄｉ及びステップＳ１１０で求められた基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉをセンサコントローラ３９の記憶部３９Ｍに記憶する。ステップＳ１１４が終了したら、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、ステップＳ１０１に戻り、以後の処理を実行する。
【０１２０】
ステップＳ１１１においてグローバル座標演算装置２３による測位が正常である場合、ステップＳ１１４において、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも前の原点位置ＰＬを用いてグローバル座標系における基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを求めるのみである。ステップＳ１１４において、処理部３９Ｐは、グローバル座標演算装置２３から取得した基準位置データＰ１、Ｐ２を基準位置データＰ１ｃ、Ｐ２ｃとして、表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに出力する。
【０１２１】
次に、ステップＳ１１２に戻り、油圧ショベル１００が走行していない場合（ステップＳ１１２、Ｎｏ）、ステップＳ１１５において、センサコントローラ３９の位置情報演算部３９Ｂ及び姿勢角演算部３９Ａは、ステップＳ１０８で得られたロール角θ４、ピッチ角θ５、方位角θｄｉ（θｄｃ）及びステップＳ１１０で求められた基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを位置情報ＩＰＬとして表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに出力する。ステップＳ１１５は、第２のモードに相当する。
【０１２２】
次に、ステップＳ１１６に進み、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、第３のモードに遷移するか否かを判定する。第３のモードに遷移するための条件が成立した場合（ステップＳ１１６、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３に進み、センサコントローラ３９の位置情報演算部３９Ｂ及び姿勢角演算部３９Ａは、位置情報ＩＰＬを表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに出力しない。第３のモードに遷移するための条件が成立しない場合（ステップＳ１１６、Ｎｏ）、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、ステップＳ１０１に戻り、以後の処理を実行する。次に、センサコントローラ３９の動作が、第１のモードと、第２のモードと、第３のモードとを遷移することについて説明する。
【０１２３】
＜センサコントローラ３９の動作の遷移について＞
図９は、センサコントローラ３９が動作するモードの遷移を示す図である。グローバル座標演算装置２３による測位が正常かつ油圧ショベル１００が静定状態である場合に、センサコントローラ３９は第１のモードＡで動作する。グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が非静定状態、より具体的には走行状態であるときに、センサコントローラ３９は、第１のモードＡでの動作から第３のモードＣでの動作に遷移（II）する。グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が非走行状態であるときに、センサコントローラ３９は、第１のモードＡでの動作から第２のモードＢでの動作に遷移（III）する。グローバル座標演算装置２３による測位が正常かつ油圧ショベル１００が非旋回状態であるときに、センサコントローラ３９は、第２のモードＢでの動作から第１のモードＡでの動作に遷移する（IV）。センサコントローラ３９は、第２のモードＢでの動作中、第３のモードに遷移する条件が成立したら、第３のモードＣでの動作に遷移する（V）。センサコントローラ３９は、第３のモードＣでの動作中、グローバル座標演算装置２３による測位が正常になると、第１のモードＡでの動作に遷移する（I）。
【０１２４】
第３のモードに遷移する条件について詳細に説明する。
（１）第２のモードＢで動作した時間ｔｃ２が閾値を超えた場合（第１条件）又は油圧ショベル１００が走行した場合（第２条件）又は油圧ショベル１００のセンサに異常があった場合（第３条件）に、第２のモードＢから第３のモードＣに遷移（V）する条件が成立する。閾値は限定されるものではないが、例えば、６０秒である。例えば、表示部２９の図示しない入力装置によって、この閾値の大きさを任意に変更できるようにしてもよい。このように第２のモードＢから第３のモードＣに遷移する条件に、第２のモードＢで動作した時間ｔｃ２が閾値を超えたかどうかを入れている理由については後述する。実施形態において、油圧ショベル１００のセンサの異常とは、油圧ショベル１００の動作を検出する機器及び油圧ショベル１００の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常である。油圧ショベル１００の動作を検出する機器は、ＩＭＵ２４、圧力センサ６６、２７ＰＣ、６８、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７、第３ストロークセンサ１８及びセンサコントローラ３９が例示されるが、これらに限定されるものではない。油圧ショベル１００の位置を求める機器は、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２、グローバル座標演算装置２３、センサコントローラ３９、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７、第３ストロークセンサ１８が例示されるが、これらに限定されるものではない。油圧ショベル１００の動作を検出する機器と油圧ショベル１００の位置を求める機器とは、共通する機器が両方の機能を実現してもよい。
（２）第２のモードＢで動作中、上部旋回体３が同一方向に旋回角度の閾値（例えば、特定角度として２５０度）よりも大きく旋回した場合（第４条件）に、第２のモードＢから第３のモードＣに遷移（V）する条件が成立する。特定角度は、旋回角度の閾値に対応する。例えば、表示部２９の図示しない入力装置によって、この閾値の大きさを任意に変更できるようにしてもよい。このように第２のモードＢから第３のモードＣに遷移する条件に、同一方向に旋回角度の閾値よりも大きく旋回したかどうかを入れている理由については後述する。以上のように、第２のモードＢから第３のモードＣに遷移（V）する条件である、第１条件から第４条件について説明したが、第１条件から第４条件のいずれかが成立した場合に、第２のモードＢから第３のモードＣに遷移（V）する。
【０１２５】
図１０及び図１１は、第３のモードに遷移する条件を説明するための図である。図１０に示される原点位置ＰＬａ（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）、ＰＬｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）は、いずれもグローバル座標系で表されている。図１０の原点位置ＰＬａは、油圧ショベル１００が静止しているときの位置である。原点位置ＰＬａがセンサコントローラ３９の記憶部３９Ｍに記憶されており、センサコントローラ３９は、グローバル座標演算装置２３による測位が異常である場合に原点位置ＰＬａを用いて位置情報ＩＰＬを生成しているとする。この状態で油圧ショベル１００が原点位置ＰＬａから移動して原点位置ＰＬｂになったとする。実際の油圧ショベル１００の原点位置ＰＬは、原点位置ＰＬｂであるが、グローバル座標演算装置２３による測位が異常である場合、センサコントローラ３９は、実際の原点位置ＰＬｂとは異なる原点位置ＰＬａを用いて位置情報ＩＰＬを生成することになる。このため、センサコントローラ３９は、第２のモードで動作しているときに油圧ショベル１００が走行した場合、第３のモードに遷移することで、実際とは異なる原点位置ＰＬａを用いて位置情報ＩＰＬを生成することを回避する。
【０１２６】
図１１の方位ＤＳは、センサコントローラ３９が第２のモードで動作を開始したときの方位を示し、方位ＤＥは、第２のモードで動作を開始した後、上部旋回体３が同一方向に１８０度よりも大きく旋回したときの方位を示している。矢印ＲＴａは、上部旋回体３が同一方向に１８０度よりも大きく旋回したときの旋回方向を示している。矢印ＲＴｂは、矢印ＲＴａとは反対方向に上部旋回体３が旋回して方位ＤＥとなる場合の旋回方向を示している。
【０１２７】
第２のモードにおいて、センサコントローラ３９の姿勢角演算部３９Ａは、旋回角速度ωを時間で積分することによって方位角θｄｉを求める。このため、上部旋回体３が同一の方向の旋回する量が大きくなると、ＩＭＵ２４の特性に起因する誤差、すなわち旋回角速度ωの積分による誤差が蓄積して、方位角θｄｉの精度が低下する可能性がある。また、上部旋回体３を方位ＤＳの状態から方位ＤＥとする場合、上部旋回体３の旋回方向は２通り存在する。油圧ショベル１００のオペレータは、通常は、上部旋回体３の旋回する量が１８０度未満となる旋回方向を採用する。つまり、図１１に示される例において、上部旋回体３が方位ＤＳから方位ＤＥに旋回する場合、オペレータは、通常矢印ＲＴｂで示される旋回方向を選択する。このため、第２のモードＢで動作中に上部旋回体３が同一方向に大きな旋回角度（特定角度）であって、例えば２５０度を超えて旋回した場合、通常は実行されない動作であることから、センサコントローラ３９は、第３のモードＣに遷移する。このような処理により、センサコントローラ３９は、方位角θｄｉの誤差を低減できる。
【０１２８】
また、ＩＭＵ２４は、種類によっては、上部旋回体３が旋回していない場合において旋回角速度ωの検出誤差が時間の経過とともに大きくなる可能性がある。このため、センサコントローラ３９は、第２のモードＢで動作した時間ｔｃ２が閾値を超えた場合に、第３のモードに遷移する。このような処理により、センサコントローラ３９は、方位角θｄｉの誤差を低減できる。
【０１２９】
前述したように、センサコントローラ３９が第２のモードで動作中、油圧ショベル１００のセンサに異常が発生した場合には、第３のモードに遷移する。第３のモードに遷移するためのセンサの異常は、ＩＭＵ２４とセンサコントローラ３９との間の通信異常、センサコントローラ３９と他のコントローラ（表示コントローラ２８、作業機コントローラ２６及びポンプコントローラ等）との通信異常、ＩＭＵ２４の異常、圧力センサ６６、２７ＰＣの異常が挙げられる。
【０１３０】
図１２は、上部旋回体３の旋回時においてセンサコントローラ３９が実行する処理のタイミングチャートである。実施形態において、上部旋回体３が旋回を開始したときにおける、第１のモードＡから第２のモードＢへの遷移について説明する。センサコントローラ３９は、上部旋回体３の旋回が開始されると（旋回ＯＮ）、油圧ショベル１００が非静定状態となる前の原点位置ＰＬ及び方位角θｄｉｂを用いてグローバル座標系における基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを求める。しかし、センサコントローラ３９は、グローバル座標演算装置２３による測位が正常である場合（測位ＯＫ）は、第２のモードＢには遷移せず、第１のモードＡで動作する。
【０１３１】
図１２に示されるタイミングチャートでは、時間ｔがｔ１のときに、上部旋回体３の旋回が開始されたことを示しが、このタイミング（ｔ＝ｔ１）では、センサコントローラ３９は、油圧ショベル１００が非静定状態となる前の時間ｔ＝ｔ０の原点位置ＰＬ及び方位角θｄｉｂを用いてグローバル座標系における基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを求め、記憶部３９Ｍに記憶させるのみである。ｔ１からｔ０の時間は、前述した所定時間に相当し、例えば０．３秒である。つまり、センサコントローラ３９は、時間ｔ０の時点で基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを記憶部３９Ｍに記憶させている。上部旋回体３が旋回中かつグローバル座標演算装置２３による測位が正常である場合、センサコントローラ３９は、グローバル座標演算装置２３から取得した基準位置データＰ１、Ｐ２及びＩＭＵ２４によって検出された旋回角速度ωから求められた方位角θｄｉを出力する。すなわち、センサコントローラ３９は、第１のモードＡで動作し、第２のモードＢはＯＦＦとなる。
【０１３２】
時間ｔ＝ｔ２のタイミングで、上部旋回体３が旋回中に、グローバル座標演算装置２３による測位が異常（測位ＮＧ）になったとする。すると、センサコントローラ３９は、第１のモードＡでの動作から第２のモードＢでの動作（第２のモードＢがＯＮ）に遷移させる。時間ｔ＝ｔ３において上部旋回体３の旋回が終了すると（旋回ＯＦＦ）、グローバル座標演算装置２３による測位の状態及び油圧ショベル１００の状態によってセンサコントローラ３９の動作が決定される。図１２に示される例では、時間ｔ＝ｔ４で、例えば、前述のように第２のモードＢで動作した時間ｔｃ２が閾値（例えば、６０秒）を経過し、第３のモードＣに遷移する条件が成立し、時間ｔ＝ｔ４以後において、センサコントローラ３９は第３のモードＣで動作する。
【０１３３】
次に、上部旋回体３の旋回中にグローバル座標演算装置２３による測位が異常になったため第２のモードＢに遷移し、その後、第２のモードＢで動作中に上部旋回体３が旋回を終了せず、上部旋回体３の旋回中に測位が正常になった場合を説明する。グローバル座標演算装置２３とセンサコントローラ３９との間には通信の遅れが存在する。また、グローバル座標演算装置２３及びセンサコントローラ３９は、情報を処理するために時間を要する。このため、センサコントローラ３９は、上部旋回体３の旋回中に測位が正常になると同時に第１のモードＡに遷移しても、グローバル座標演算装置２３の検出値に基づく位置情報ＩＰＬを表示コントローラ２８へ直ちに送信することはできない。このため、実施形態において、センサコントローラ３９は、上部旋回体３の旋回中、かつ第２のモードＢで動作中にグローバル座標演算装置２３による測位が正常になった場合、少なくとも上部旋回体３の旋回が終了するまで、第２のモードＢでの動作を継続する。このようにすることで、センサコントローラ３９から表示コントローラ２８へ出力される基準位置データＰ１ｃ、Ｐ２ｃの急変に基づく、作業機２の掘削制御及びガイダンス画面の表示の不具合等を抑制できる。
【０１３４】
このように、第２のモードＢから第１のモードＡへ遷移する判断条件として、上部旋回体３が旋回状態であるか旋回終了状態（非旋回状態）であるかを判断条件としている。この判断は以下のようにして行われる。左操作レバー２５ＬがＯＮであるか、旋回角速度ωの絶対値が旋回角速度閾値ωｄ以上となる状態が第３時間ｔｃ３継続した場合には、上部旋回体３が旋回状態である。旋回角速度閾値ωｄは限定されるものではないが、実施形態では、３度／秒である。第３時間ｔｃは限定されるものではないが、例えば０．０３秒である。左操作レバー２５ＬがＯＦＦであって、かつ旋回角速度ωの絶対値が旋回角速度閾値ωｄ未満となる状態が、第４時間ｔｃ４継続した場合には、上部旋回体３が旋回終了状態である。第４時間ｔｄは限定されるものではないが、例えば１．５秒である。
【０１３５】
制御システム２００は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位の結果を用いて位置情報ＩＰＬを求める第１のモードと、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が正常であるときの原点位置ＰＬ及び方位角θｄを用いて位置情報ＩＰＬを求める第２のモードと、位置情報ＩＰＬを出力しない第３のモードとで動作する。制御システム２００は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位に異常が発生した場合は第２のモードによりバックアップを実現できる。また、油圧ショベル１００の動作を検出する機器及び油圧ショベル１００の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常がある状態又は油圧ショベル１００が走行する状態等によって、制御システム２００が求めた位置と油圧ショベル１００の実際の位置との差が大きくなる可能性がある場合には、制御システム２００は、第３のモードにより位置情報ＩＰＬを出力しない。このため、作業機コントローラ２６は目標掘削地形データＵを用いた掘削制御を実行せず、表示コントローラ２８は掘削補助のガイダンス画面の表示を実行しない。その結果、制御システム２００は、油圧ショベル１００の位置を測位した結果に基づいて情報化施工を行うにあたって、情報化施工が行われている際に作業機２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つを実現することが可能となる。
【０１３６】
制御システム２００は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が正常である場合に、ＩＭＵ２４が出力するヨー角を記憶しておくのではなく、２つのＧＮＳＳアンテナ２１、２２による測定値からグローバル座標系における方位角（絶対方位角）θｄを求めて記憶している。上部旋回体３は旋回角速度ωが速いため、ＩＭＵ２４が出力する方位角θｄｉは誤差を含んでしまう。このため、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が正常である場合にグローバル座標演算装置２３によって得られた基準位置データＰ１、Ｐ２から方位角θｄを求めている。このような処理により、制御システム２００は、上部旋回体３が旋回している際において、第２のモードで求めた基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉの精度の低下を抑制できる。
【０１３７】
油圧ショベル１００が、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２及びグローバル座標演算装置２３の他に、グローバル座標系における方位角θｄを求める装置を有していれば、制御システム２００は、その装置によって得られたグローバル座標系における方位角θｄを用いて、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が異常になった後等の基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを求めてもよい。ローバル座標系における方位角θｄを求める装置としては、地磁気センサが例示される。このようにすれば、センサコントローラ３９は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が正常である場合に得られた基準位置データＰ１、Ｐ２を用いて得られた方位角θｄｉｂを記憶部３９Ｍに記憶する必要はないので、処理の負荷を抑制し、記憶部３９Ｍが方位角θｄｉｂを記憶する分の記憶容量を低減できる。
【０１３８】
実施形態において、制御システム２００の表示コントローラ２８は、図２に示される表示部２９に、センサコントローラ３９の動作の状態を表示させてもよい。例えば、表示コントローラ２８は、センサコントローラ３９の動作が第１のモードであること、第２のモードであること又は第３のモードであることのいずれかを表示部２９に表示させる。このような処理により、油圧ショベル１００のオペレータは、現在どのようなモードであるかを把握することができる。
【０１３９】
実施形態において、制御システム２００のセンサコントローラ３９は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位は正常であるが、油圧ショベル１００が非静定状態になったときは、それよりも前の原点位置ＰＬ及び方位角θｄａを用いて位置情報ＩＰＬの計算のみを実行し、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによって測位された基準位置データＰ１、Ｐ２を位置情報ＩＰＬとして表示コントローラ２８に出力する。このセンサコントローラ３９の動作を第４のモードと称する。表示コントローラ２８は、第１のモードから第３のモードのいずれかを表示部２９に表示させることに加え、センサコントローラ３９の動作が第４のモードであることを表示部２９に表示させてもよい。このような処理により、油圧ショベル１００のオペレータは、現在どのモードであるかをより詳細に把握することができる。
【０１４０】
実施形態において、制御システム２００は、油圧ショベル１００の外部に設けられた管理装置のサーバーと通信する通信装置を備え、管理装置サーバーとの間で情報をやり取りしてもよい。制御システム２００と管理装置のサーバーとの間でやり取りされる情報は、油圧ショベル１００の状態に関する情報及び管理装置のサーバーから制御システム２００に送信されて制御システム２００を動作させる各種の命令等を含む。制御システム２００が管理装置サーバーと通信する通信装置を備える場合、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位の状態、第１のモードから第４のモードが実行された回数、実行された時間及び実行された時刻といった情報を管理装置のサーバーに送信してもよい。このような処理により、管理装置を用いて油圧ショベル１００を管理する管理者は、油圧ショベル１００の状態を詳細に把握しやすくなる。
【０１４１】
以上、実施形態を説明したが、前述した内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。例えば、センサコントローラ３９が実行する各処理は、作業機コントローラ２６、表示コントローラ２８、ポンプコントローラ又はこれら以外のコントローラが実行してもよい。作業機械は油圧ショベル１００に限定されず、ホイールローダー又はブルドーザのような他の作業機械であってもよい。図５に示される姿勢角演算部３９Ａと位置情報演算部３９Ｂとは、センサコントローラ３９に備えられるが、いずれか一方又は両方が表示コントローラ２８に備えられてもよいし、表示コントローラ２８以外のコントローラに備えられてもよい。
【符号の説明】
【０１４２】
１  車両本体
２  作業機
３  上部旋回体
５  走行装置
５ａ、５ｂ  履帯
５ｃ  油圧モータ
６  ブーム
７  アーム
８  バケット
８Ｂ  刃
８Ｔ  刃先
２１、２２  アンテナ（ＧＮＳＳアンテナ）
２３  グローバル座標演算装置
２５  操作装置
２５Ｒ  右操作レバー
２５Ｌ  左操作レバー
２５ＦＬ、２５ＦＲ  走行用レバー
２６  作業機コントローラ
２７ＰＣ、６６、６８  圧力センサ
２８  表示コントローラ
２８Ａ  刃先位置算出部
２８Ｂ  目標掘削地形データ生成部
２８Ｃ  目標施工情報格納部
２９  表示部
３９  センサコントローラ
３９Ａ  姿勢角演算部
３９Ｂ  位置情報演算部
１００  油圧ショベル
２００  制御システム
Ｃｌｂ  座標回転行列
ＩＰＬ  位置情報
ＭＩ  動作情報
Ｐ、Ｐ１、Ｐ１ｃ、Ｐ１ｉ、Ｐ２、Ｐ２ｃ、Ｐ２ｉ  基準位置データ
ＰＬ、ＰＬｂ  原点位置
θ４  ロール角
θ５  ピッチ角
θｄ、θｄａ、θｄｃ、θｄｉ、θｄｉａ、θｄｉｂ  方位角
ω  旋回角速度
【図１】
2015167022.tif 000004
【図２】
2015167022.tif 000005
【図３】
2015167022.tif 000006
【図４】
2015167022.tif 000007
【図５】
2015167022.tif 000008
【図６】
2015167022.tif 000009
【図７】
2015167022.tif 000010
【図８】
2015167022.tif 000011
【図９】
2015167022.tif 000012
【図１０】
2015167022.tif 000013
【図１１】
2015167022.tif 000014
【図１２】
2015167022.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月18日(2016.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業具を有する作業機及び走行装置を備える作業機械を制御するシステムであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、
前記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と、
前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記状態検出装置によって検出された前記動作情報及び前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる特定点の両方を用いて求められた前記位置情報を出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つで動作し、
前記位置検出装置による測位が正常である場合は前記第１のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が静定状態である場合には前記第２のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が非静定状態である場合には前記第３のモードで動作する位置情報生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項２】
前記位置情報生成部は、
前記第２のモードで動作中に、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合、前記第３のモードで動作する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記作業機械は、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置に取り付けられて、前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備え、
前記特定点は、前記位置検出装置による測位が異常となる前における、前記旋回体の回転中心軸と前記走行装置が接地する面に対応する面との交点であり、
位置情報生成部は、さらに、前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は前記第１のモードで、前記第２のモードで動作中に前記作業機械が走行した場合を条件として前記第３のモードで動作する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合を条件として、前記第３のモードで動作する、
請求項３に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
走行装置、作業具を有する作業機、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備える作業機械を制御するシステムであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、
前記作業機械の動作を検出し、検出した動作を示す動作情報を検出する状態検出装置と、
前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記状態検出装置によって検出された前記動作情報及び前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる特定点の両方を用いて求められた前記位置情報を出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つで動作し、
前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は前記第１のモードで、前記第２のモードで動作中に前記作業機械が非静定状態となった場合を条件として前記第３のモードで動作する位置情報生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項６】
前記位置情報生成部は、
前記旋回体の旋回中、前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は、少なくとも前記旋回体の旋回が終了するまで前記第２のモードでの動作を継続する、請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項７】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記第２のモードで動作中、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合を条件として、前記第３のモードで動作する、
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項８】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記第２のモードで動作した時間が閾値を超えた場合を条件として、前記第３のモードで動作する、
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項９】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記第２のモードで動作中、前記旋回体が同一方向に特定角度よりも大きく旋回した場合を条件として、前記作業機械の位置を出力しない、
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１０】
走行装置、作業具を有する作業機、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備える作業機械を制御するシステムであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、
前記作業機械の動作を検出し、検出した動作を示す動作情報を検出する状態検出装置と、
前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記状態検出装置によって検出された前記動作情報及び前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる位置であって、前記旋回体の回転中心軸と前記走行装置が接地する面に相当する面との交点である特定点の両方を用いて求められた前記位置情報を出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つを、前記位置検出装置による測位の状態及び前記作業機械の状態を用いて選択して動作する位置情報生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項１１】
前記位置情報生成部は、
前記作業機械が静定状態かつ前記位置検出装置による測位が正常である場合には前記第１のモードで動作し、かつ前記特定点を求め、
前記作業機械が静定状態かつ前記位置検出装置による測位が異常になった場合に、前記特定点を用いて前記第２のモードで動作する、
請求項１０に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１２】
前記位置情報生成部は、
前記旋回体を操作する操作装置がＯＮである場合、又は前記走行装置を操作する操作装置がＯＮである場合、又は前記旋回体が旋回する速度が閾値以上である状態が第１時間継続した場合、前記作業機械が前記非静定状態であると判定し、
前記旋回体を操作する操作装置がＯＦＦであって、かつ前記走行装置を操作する操作装置がＯＦＦであり、さらに前記旋回体が旋回する速度が閾値未満である状態が第２時間継続した場合、前記作業機械が前記静定状態であると判定する、
請求項１１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の作業機械の制御システムを備える、作業機械。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２５５８０号公報
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態に係る作業機械の斜視図である。図２は、油圧ショベル１００の制御システム２００及び油圧システム３００の構成を示すブロック図である。作業機械としての油圧ショベル１００は、本体部としての車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、旋回体である上部旋回体３と走行体としての走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機械室３ＥＧの内部に、動力発生装置であるエンジン及び油圧ポンプ等の装置を収容している。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
姿勢角演算部３９Ａは、ＩＭＵ２４の検出値から、油圧ショベル１００のロール角である傾斜角θ４と、油圧ショベル１００のピッチ角である傾斜角θ５とを求めて、位置情報演算部３９Ｂ及び表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａに出力する。姿勢角演算部３９Ａは、ＩＭＵ２４が検出したｚ軸周りの旋回角速度ωを積分して方位角θｄｉを求める。姿勢角演算部３９Ａは、位置検出装置であるグローバル座標演算装置２３の状態に応じて、自身が求めた方位角θｄｉ又はグローバル座標演算装置２３から取得した方位角θｄａを切り替えて、表示コントローラ２８の刃先位置算出部２８Ａ又は位置情報演算部３９Ｂに方位角θｄｃとして出力する。つまり、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が正常である場合には、グローバル座標演算装置２３から取得した方位角θｄａを用いてバケット刃先位置データＳが求められ、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによる測位が異常である場合には、ＩＭＵ２４が検出したｚ軸周りの旋回角速度ωを積分して求めた方位角θｄｉを用いてバケット刃先位置データＳが求められる。また、姿勢角演算部３９Ａから表示コントローラ２８に送られる傾斜角θ４、傾斜角θ５及び方位角θｄｃは、油圧ショベル１００の位置に関連する位置情報ＩＰＬである。以下において、傾斜角θ４を適宜ロール角θ４と称し、傾斜角θ５を適宜ピッチ角θ５と称する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１１】
ステップＳ１０１に戻り、グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が非静定状態である場合にステップＳ１０１はＮｏであると判定され、位置情報演算部３９Ｂは、ステップＳ１０８において姿勢角演算部３９Ａから取得したロール角θ４、ピッチ角θ５及び旋回角速度ωを積分して得られた方位角θｄｉａと、記憶部３９Ｍに記憶されている方位角θｄｉｂと、から座標回転行列Ｃｌｂを求める。位置情報演算部３９Ｂが座標回転行列Ｃｌｂを求める際に用いる方位角θｄｉは、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも所定時間前に記憶部３９Ｍに記憶された方位角θｄｉｂが読み出され、前述のように、方位角θｄｉｂと方位角θｄｉａとの和を方位角θｄｉとして求められる。さらに、求められた方位角θｄｉと式（４）とを用いて座標回転行列Ｃｌｂが求められる。ここでの所定時間とは、グローバル座標演算装置２３とセンサコントローラ３９との間の通信時間及びセンサコントローラ３９の演算時間によって定められるため特定の値に限定されないが、例えば０．３秒としている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２０】
ステップＳ１１１においてグローバル座標演算装置２３による測位が正常である場合、ステップＳ１１４において、センサコントローラ３９の処理部３９Ｐは、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも前の原点位置ＰＬを用いてグローバル座標系における基準位置データＰ１ｉ、Ｐ２ｉを求めるのみである。
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月9日(2016.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業具を有する作業機及び走行装置を備える作業機械を制御するシステムであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、
前記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と、
前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記状態検出装置によって検出された前記動作情報及び前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる位置であって、前記旋回体の回転中心軸と前記走行装置が接地する面に相当する面との交点である特定点の両方を用いて求められた前記位置情報を出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つで動作し、
前記位置検出装置による測位が正常である場合は前記第１のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が静定状態である場合には前記第２のモードで、前記位置検出装置による測位が異常かつ前記作業機械が非静定状態である場合には前記第３のモードで動作する位置情報生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項２】
前記位置情報生成部は、
前記第２のモードで動作中に、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合、前記第３のモードで動作する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記作業機械は、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置に取り付けられて、前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備え、
前記位置情報生成部は、さらに、前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は前記第１のモードで、前記第２のモードで動作中に前記作業機械が走行した場合を条件として前記第３のモードで動作する、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合を条件として、前記第３のモードで動作する、
請求項３に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
走行装置、作業具を有する作業機、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備える作業機械を制御するシステムであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、
前記作業機械の動作を検出し、検出した動作を示す動作情報を検出する状態検出装置と、
前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記状態検出装置によって検出された前記動作情報及び前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる位置であって、前記旋回体の回転中心軸と前記走行装置が接地する面に相当する面との交点である特定点の両方を用いて求められた前記位置情報を出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つで動作し、
前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は前記第１のモードで、前記第２のモードで動作中に前記作業機械が非静定状態となった場合を条件として前記第３のモードで動作する位置情報生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項６】
前記位置情報生成部は、
前記旋回体の旋回中、前記第２のモードで動作中に前記位置検出装置による測位が正常になった場合は、少なくとも前記旋回体の旋回が終了するまで前記第２のモードでの動作を継続する、請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項７】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記第２のモードで動作中、前記作業機械の動作を検出する機器及び前記作業機械の位置を求める機器の少なくとも一方に関する異常があった場合を条件として、前記第３のモードで動作する、
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項８】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記第２のモードで動作した時間が閾値を超えた場合を条件として、前記第３のモードで動作する、
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項９】
前記位置情報生成部は、
前記条件に代えて、前記第２のモードで動作中、前記旋回体が同一方向に特定角度よりも大きく旋回した場合を条件として、前記作業機械の位置を出力しない、
請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１０】
走行装置、作業具を有する作業機、前記作業機が取り付けられ、かつ前記走行装置の上に搭載されて旋回する旋回体を備える作業機械を制御するシステムであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出装置と、
前記作業機械の動作を検出し、検出した動作を示す動作情報を検出する状態検出装置と、
前記位置検出装置によって検出された位置の情報を前記作業機械の位置に関連する位置情報として出力する第１のモードと、前記状態検出装置によって検出された前記動作情報及び前記位置検出装置による測位が異常となる前における前記作業機械の基準となる位置であって、前記旋回体の回転中心軸と前記走行装置が接地する面に相当する面との交点である特定点の両方を用いて求められた前記位置情報を出力する第２のモードと、前記位置情報を出力しない第３のモードと、のいずれか１つを、前記位置検出装置による測位の状態及び前記作業機械の状態を用いて選択して動作する位置情報生成部と、
前記位置情報生成部から得られる前記位置情報に基づき前記作業機の位置を求める目標値生成部と、
を含む、作業機械の制御システム。
【請求項１１】
前記位置情報生成部は、
前記作業機械が静定状態かつ前記位置検出装置による測位が正常である場合には前記第１のモードで動作し、かつ前記特定点を求め、
前記作業機械が静定状態かつ前記位置検出装置による測位が異常になった場合に、前記特定点を用いて前記第２のモードで動作する、
請求項１０に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１２】
前記位置情報生成部は、
前記旋回体を操作する操作装置がＯＮである場合、又は前記走行装置を操作する操作装置がＯＮである場合、又は前記旋回体が旋回する速度が閾値以上である状態が第１時間継続した場合、前記作業機械が前記非静定状態であると判定し、
前記旋回体を操作する操作装置がＯＦＦであって、かつ前記走行装置を操作する操作装置がＯＦＦであり、さらに前記旋回体が旋回する速度が閾値未満である状態が第２時間継続した場合、前記作業機械が前記静定状態であると判定する、
請求項１１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の作業機械の制御システムを備える、作業機械。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
油圧ショベル１００が静定状態であるか否かは、次のように判定される。以下の説明において、操作装置２５の操作レバーがＯＮとは、操作レバーが操作され中立状態でないことを示し、操作装置２５の操作レバーがＯＦＦとは、操作レバーが操作されず中立状態であること示す。
（１）走行用レバー２５ＦＬ及び走行用レバー２５ＦＲの少なくとも一方がＯＮである場合は、油圧ショベル１００が非静定状態、すなわち動的状態である。
（２）走行用レバー２５ＦＬ及び走行用レバー２５ＦＲの両方がＯＦＦである場合には、油圧ショベル１００が静定状態、すなわち静的状態である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１１】
ステップＳ１０１に戻り、グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が非静定状態である場合、グローバル座標演算装置２３による測位が正常かつ油圧ショベル１００が非静定状態である場合、グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が静定状態である場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、位置情報演算部３９Ｂは、ステップＳ１０８において姿勢角演算部３９Ａから取得したロール角θ４、ピッチ角θ５及び旋回角速度ωを積分して得られた方位角θｄｉａと、記憶部３９Ｍに記憶されている方位角θｄｉｂと、から座標回転行列Ｃｌｂを求める。位置情報演算部３９Ｂが座標回転行列Ｃｌｂを求める際に用いる方位角θｄｉは、ステップＳ１０１でＮｏと判定される時点よりも所定時間前に記憶部３９Ｍに記憶された方位角θｄｉｂが読み出され、前述のように、方位角θｄｉｂと方位角θｄｉａとの和を方位角θｄｉとして求められる。さらに、求められた方位角θｄｉと式（４）とを用いて座標回転行列Ｃｌｂが求められる。ここでの所定時間とは、グローバル座標演算装置２３とセンサコントローラ３９との間の通信時間及びセンサコントローラ３９の演算時間によって定められるため特定の値に限定されないが、例えば０．３秒としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２３】
＜センサコントローラ３９の動作の遷移について＞
図９は、センサコントローラ３９が動作するモードの遷移を示す図である。グローバル座標演算装置２３による測位が正常かつ油圧ショベル１００が静定状態である場合に、センサコントローラ３９は第１のモードＡで動作する。グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が非静定状態、より具体的には走行状態であるときに、センサコントローラ３９は、第１のモードＡでの動作から第３のモードＣでの動作に遷移（II）する。グローバル座標演算装置２３による測位が異常かつ油圧ショベル１００が非走行状態であるときに、センサコントローラ３９は、第１のモードＡでの動作から第２のモードＢでの動作に遷移（III）する。グローバル座標演算装置２３による測位が正常かつ油圧ショベル１００が非走行状態であるときに、センサコントローラ３９は、第２のモードＢでの動作から第１のモードＡでの動作に遷移する（IV）。センサコントローラ３９は、第２のモードＢでの動作中、第３のモードに遷移する条件が成立したら、第３のモードＣでの動作に遷移する（V）。センサコントローラ３９は、第３のモードＣでの動作中、グローバル座標演算装置２３による測位が正常になると、第１のモードＡでの動作に遷移する（I）。
【国際調査報告】
2015167022.tif 000016
2015167022.tif 000017
2015167022.tif 000018
2015167022.tif 000019