(57)【要約】【課題】作業機械の位置計測システムにおいて、作業機械の３次元空間での位置と姿勢及びモニタポイントの絶対位置を演算、表示する際に、車体が静止した状態にあるときは表示のふらつきを低減し、車体が静止した状態にないときは表示の追従性の低下を抑え、ひいては作業効率を向上させる。【解決手段】ＧＰＳアンテナ３１，３２の３次元位置に基づいて上部旋回体３の位置及び姿勢をグローバル座標系の値で求め、この値のローパスフィルタリング処理を行う。このとき、油圧ショベル１が旋回又は走行をしている場合は、ノイズ成分除去のための高いカットオフ周波数で、そうでない場合は、表示の変動を抑えるための低いカットオフ周波数でローパスフィルタリング処理を行う。この演算値を元に、モニタに地形に対する油圧ショベル１の位置関係を重ね合わせて表示する。【選択図】図６
2007147588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の車体に設置され、それぞれ３次元空間での絶対位置を計測する複数の３次元位置計測装置と、前記複数の３次元位置計測装置の計測値を用いて、前記３次元空間での作業機械の位置と姿勢及び当該作業機械に設定されたモニタポイントの絶対位置を演算する位置姿勢演算手段と、前記位置姿勢演算手段の演算結果に基づいて前記作業機械の画像や目標地形等の地形情報とを表示するモニタ表示装置とを有する作業機械の位置計測システムにおいて、前記作業機械の動作状態を判定する判定手段と、前記判定手段の検出結果に応じて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理する平滑処理手段とを備えることを特徴とする作業機械の位置計測システム。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械の位置計測システムにおいて、前記判定手段は、前記作業機械における車体の作動検出する検出器からの信号を取り込み、前記作業機械の車体の静止を判定し、前記平滑処理手段は、前記判定手段から静止判定に基づいて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理することを特徴とする作業機械の位置計測システム。
【請求項３】
請求項１記載の作業機械の位置計測システムにおいて、前記判定手段は、前記作業機械の車体及びこの車体上の旋回体の作動検出する検出器からの信号を取り込み、前記作業機械の車体及び旋回体の静止を判定し、前記平滑処理手段は、前記判定手段から静止判定に基づいて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理することを特徴とする作業機械の位置計測システム。
【請求項４】
請求項１記載の作業機械の位置計測システムにおいて、前記判定手段は、前記複数の３次元位置計測装置によって計測した前回の計測値と現在の計測値に基づいて、前記作業機械の車体及び旋回体の静止を判定し、前記平滑処理手段は、前記判定手段から静止判定に基づいて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理することを特徴とする作業機械の位置計測システム。
【請求項５】
請求項１記載の作業機械の位置計測システムにおいて、前記判定手段は、前記作業機械における車速を検出する検出器からの信号を取り込み、前記作業機械の動作状態を判定し、前記平滑処理手段は、前記判定手段から動作状態に基づいて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理することを特徴とする作業機械の位置計測システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の作業機械の位置計測システムにおいて、前記平滑処理手段は、時間軸上でローパスフィルタリング処理を行うフィルタ処理演算手段であることを特徴とする作業機械の位置計測システム。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項記載の作業機械の位置計測システムにおいて、前記平滑処理手段は、時間軸上でローパスフィルタリング処理を行うフィルタ処理演算手段であり、前記フィルタ処理演算手段は、前記判定手段の判定結果に基づいて前記作業機械の車体が静止した状態にあるときは、第１カットオフ周波数を用いてローパスフィルタリング処理を行い、前記作業機械の車体が静止した状態にないときは、前記第１カットオフ周波数より高い第２カットオフ周波数を用いてローパスフィルタリング処理を行うことを特徴とする作業機械の位置計測システム。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項記載の作業機械の位置計測システムにおいて、前記平滑処理手段は、サンプリングを行う度に、その回のサンプリングデータを含めた過去の予め決められたサンプル数分のデータを平均し、これを現在のデータとして使用することにより演算値の平滑化を行う移動平均処理を行うことを特徴とする作業機械の位置計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械の３次元空間における絶対位置と姿勢及び、当該作業機械に設定されたモニタポイントの３次元空間での絶対位置を演算する作業機械の位置計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設施工現場においてＧＰＳ等の３次元位置計測装置を用いて走行式作業機械のモニタポイントの位置を計測し、作業管理を行うことがなされている。
【０００３】
モニタポイントの代表例としては作業機械の作業装置の位置、例えば油圧ショベルのバケット先端位置がある。このバケットの先端位置を計測できれば、その計測データを予め設定した地形データや目標形状データと照合することにより施工中の作業進行状況を把握でき、施工中の管理が行える。また、施工後も、計測データから出来形データ（例えば掘削地形データ）を生成することで、施工管理が行える。このような位置計測システムの従来技術として、例えば特許文献１に記載のものがある。
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、油圧ショベルの上部旋回体上に２個のＧＰＳアンテナを設置し、このＧＰＳアンテナの位置情報と、ブーム、アーム及びバケットの回転角度を検出する回転角センサの角度情報とからバケットの３次元空間での絶対位置を演算するものである。
【０００５】
特許文献１では、油圧ショベル等の作業機械の３次元位置及び作業機の方向と３次元の目標地形とを比較し、作業機の向いている方向を通過する縦断面の平面と３次元の目標地形との３次元上の交線を演算し、その交線を運転室内に設置した表示装置に車体と作業機とを同一画面上に表示することにより、目標の掘削面をガイダンスする装置を提案している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−９８５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１記載の従来技術では、バケットの３次元空間での位置を演算するために、２個のＧＰＳアンテナが受信した信号に基づいてそれぞれのＧＰＳ受信機により２個のＧＰＳアンテナが位置する上部旋回体上の２点の位置をＲＴＫ（Real Time Kinematic）計測し、この計測された上部旋回体上の２点の位置から、油圧ショベルの位置と姿勢を表す車体座標系を求め、ブーム、アーム及びバケットに取り付けられた回転角センサの角度情報などを組み合わせて、バケットの３次元空間での絶対位置を演算している。
【０００８】
ところで、３次元位置計測装置であるＧＰＳを用いて行うＲＴＫ計測では、天候や地形等の影響により計測状態が変化する。この計測状態には、FIX（約±１〜２ｃｍの精度）、FLOAT（〜約±１０ｃｍの精度）、DGPS（〜±ｍの精度）等がある。FIXは正規の計測状態であり、FLOAT、DGPS等は正規の計測状態が得られない場合である。しかし、正規の計測状態（FIX）であっても、捕捉しているＧＰＳ衛星の配置や電離層の影響等によって、±１〜２ｃｍの範囲で計測結果にバラツキが生じる。このため、当然、このＧＰＳの計測結果に基づいて演算される車体座標系の値にもバラツキが生じることになるが、上記従来技術のように、複数のＧＰＳを用いて演算する場合は、演算結果に与える影響がより大きく、操作レバーを操作せず車体が静止した状態においても、画面上に表示される油圧ショベルがふらついて表示されてしまうことになる。
【０００９】
例えば、特許文献１記載のように油圧ショベルの上部旋回体上に２個のＧＰＳアンテナを設置して油圧ショベルの車体座標系を求める場合、２個のＧＰＳアンテナの位置の計測値は、それぞれ、±１〜２ｃｍの範囲で変動するため、２個のＧＰＳアンテナの位置を結ぶ直線の方向（姿勢）は、それらの計測値の変動とともに変動する。この場合、その直線の方向（姿勢）の変動は、２個のＧＰＳアンテナの位置の計測値が車体前後方向の反対方向にそれぞれ±２ｃｍ変動したときに最も大きい。２個のＧＰＳアンテナの位置の計測値に基づいて演算された車体座標系の姿勢（方向）の変動は２個のＧＰＳアンテナの位置を結ぶ直線の方向（姿勢）の変動に対応しており、２個のＧＰＳアンテナの位置の計測値が車体前後方向の反対方向にそれぞれ±２ｃｍ変動したときに車体座標系の姿勢（方向）も最も大きく変動し、表示装置に表示される車体と作業機が最も大きくふらつくことになる。この場合、特に作業機のバケットは作業機先端に位置し、２個のＧＰＳアンテナから遠い位置にあるため、バケットの位置及び姿勢の計測値の変動は拡大し、それに応じてバケットは大きくふらついて表示される。
【００１０】
その結果、バケットと目標地形との位置合わせに時間が掛かったり、計画とは違う場所を掘削してしまう等、作業効率の低下を招くといった問題が生じてしまう。
【００１１】
この不具合を解決する方法として、位置と姿勢の演算値を時間軸上で移動平均処理したり、ローパスフィルタリング処理を行って、数値の変動を抑えるような処理を行うことが考えられる。しかし、この場合は、走行中或いは旋回中など、車体の位置又は姿勢を変化させた状態で行う作業では、位置と姿勢に関する演算結果及び表示の追従性が低下するため、周囲の地形に対する作業機械（車体）の位置関係の把握に遅れが生じ、作業効率が低下してしまう。
【００１２】
本発明の目的は、作業機械の３次元空間での位置と姿勢及び当該作業機械に設定されたモニタポイントの絶対位置を演算し、この演算結果に基づいて作業機械の画像を表示する際に、作業機械の車体が静止した状態にあるときは表示のふらつきを低減し、作業機械の車体が静止した状態にないときは表示の追従性の低下を抑え、ひいては作業効率を向上させることができる作業機械の位置計測システムを提供することにある。
【００１３】
なお、本願明細書中において、「３次元空間の絶対位置」とは、作業機械の外部に設定された座標系により表現した位置のことであり、例えば３次元位置計測装置としてＧＰＳを用いる場合は、ＧＰＳで高さの基準として用いる準拠楕円体に固定した座標系により表現した位置のことである。また、本願明細書では、この準拠楕円体に設定した座標系をグローバル座標系と呼ぶ。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、第１の発明は、作業機械の車体に設置され、それぞれ３次元空間での絶対位置を計測する複数の３次元位置計測装置と、前記複数の３次元位置計測装置の計測値を用いて、前記３次元空間での作業機械の位置と姿勢及び当該作業機械に設定されたモニタポイントの絶対位置を演算する位置姿勢演算手段と、前記位置姿勢演算手段の演算結果に基づいて前記作業機械の画像や目標地形等の地形情報とを表示するモニタ表示装置とを有する作業機械の位置計測システムにおいて、前記作業機械の動作状態を判定する判定手段と、前記判定手段の検出結果に応じて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理する平滑処理手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記判定手段は、前記作業機械における車体の作動検出する検出器からの信号を取り込み、前記作業機械の車体の静止を判定し、前記平滑処理手段は、前記判定手段から静止判定に基づいて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理することを特徴とする。
【００１６】
更に、第３の発明は、第１の発明において、前記判定手段は、前記作業機械の車体及びこの車体上の旋回体の作動検出する検出器からの信号を取り込み、前記作業機械の車体及び旋回体の静止を判定し、前記平滑処理手段は、前記判定手段から静止判定に基づいて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理することを特徴とする。
【００１７】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記判定手段は、前記複数の３次元位置計測装置によって計測した前回の計測値と現在の計測値に基づいて、前記作業機械の車体及び旋回体の静止を判定し、前記平滑処理手段は、前記判定手段から静止判定に基づいて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理することを特徴とする。
【００１８】
更に、第５の発明は、第１の発明において、前記判定手段は、前記作業機械における車速を検出する検出器からの信号を取り込み、前記作業機械の動作状態を判定し、前記平滑処理手段は、前記判定手段から動作状態に基づいて前記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理することを特徴とする。
【００１９】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記平滑処理手段は、時間軸上でローパスフィルタリング処理を行うフィルタ処理演算手段であることを特徴とする。
【００２０】
更に、第７の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記平滑処理手段は、時間軸上でローパスフィルタリング処理を行うフィルタ処理演算手段であり、前記フィルタ処理演算手段は、前記判定手段の判定結果に基づいて前記作業機械の車体が静止した状態にあるときは、第１カットオフ周波数を用いてローパスフィルタリング処理を行い、前記作業機械の車体が静止した状態にないときは、前記第１カットオフ周波数より高い第２カットオフ周波数を用いてローパスフィルタリング処理を行うことを特徴とする。
【００２１】
また、第８の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記平滑処理手段は、サンプリングを行う度に、その回のサンプリングデータを含めた過去の予め決められたサンプル数分のデータを平均し、これを現在のデータとして使用することにより演算値の平滑化を行う移動平均処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、作業機械の３次元空間での位置と姿勢及び当該作業機械に設定されたモニタポイントの絶対位置を演算し、この演算結果に基づいて作業機械の画像を表示する際に、作業機械の車体が静止した状態にあるときは表示のふらつきを低減し、作業機械の車体が静止した状態にないときは表示の追従性の低下を抑え、ひいては作業効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の作業機械の位置計測システムの実施の形態を、図面を用いて説明する。本実施の形態は、作業機械としてクローラ式の油圧ショベルに本発明を適用し、油圧ショベルのバケット先端にモニタポイントを設定した場合のものである。
【００２４】
図１は、本発明の作業機械の位置計測システムの一実施の形態を搭載した油圧ショベルの外観を示す図である。
【００２５】
図１において、１は油圧ショベルであり、油圧ショベル１は下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられ、下部走行体２と共に車体を構成する上部旋回体３と、上部旋回体３に設けられたフロント作業機４とからなり、フロント作業機４は上部旋回体３に上下方向に回転可能に設けられたブーム５と、ブーム５の先端に上下方向に回転可能に設けられたアーム６と、アーム６の先端に上下方向に回転可能に設けられたバケット７とで構成され、それぞれ、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を伸縮することにより駆動される。上部旋回体３には運転室１１が設けられている。
【００２６】
また、油圧ショベル１には、上部旋回体３とブーム５との回転角（ブーム角度）を検出する角度センサ２１、ブーム５とアーム６との回転角（アーム角度）を検出する角度センサ２２、アーム６とバケット７との回転角（バケット角度）を検出する角度センサ２３、上部旋回体３の前後方向の傾斜角（ピッチ角度）を検出する傾斜センサ２４、上部旋回体３と下部走行体２との回転角（旋回角度）を検出する角度センサ２６が設けられている。
【００２７】
また、図１には示していないが、上部旋回体３の旋回操作時に生じるパイロット圧力（旋回パイロット圧力）を検出する圧力センサ２７（図２参照）、下部走行体２の走行操作時に生じるパイロット圧力（走行パイロット圧力）を検出する圧力センサ２８（図２参照）が設けられている。
【００２８】
更に、油圧ショベル１には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信する２個のＧＰＳアンテナ３１，３２、基準局からの補正データ（後述）を受信するための無線アンテナ３３、位置データを送信する無線アンテナ３４が設けられている。２個のＧＰＳアンテナ３１，３２は上部旋回体３の旋回中心から外れた旋回体後部の左右に設置されている。
【００２９】
図２は、本発明の作業機械の位置計測システムの一実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【００３０】
図２において、２００は本発明の位置計測システムの一実施の形態を示し、基準局からの補正データ（後述）をアンテナ３３を介して受信する無線機４１、この無線機４１で受信した補正データを分配する分配機４２、分配機４２からの補正データとＧＰＳアンテナ３１，３２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号とに基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の３次元位置をリアルタイムに計測するＧＰＳ受信機４３，４４、このＧＰＳ受信機４３，４４からの位置データと上記フロント作業機４の角度センサ２１〜２３、傾斜センサ２４、旋回角度センサ２６からの角度データ、パイロット圧力センサ２７，２８からの圧力データを入力し、集約するコントローラ４５、これらの集約された各種データに基づき、油圧ショベル１の位置及び姿勢やバケット７の先端（モニタポイント）の位置を演算し、表示するモニタ画面４６ａを備えた車載コンピュータ４６、車載コンピュータ４６により演算された位置データをアンテナ３４を介して送信するための無線機４７を備えている。ＧＰＳアンテナ３１とＧＰＳ受信機４３、ＧＰＳアンテナ３２とＧＰＳ受信機４４はそれぞれ１セットのＧＰＳ（Global  Positioning  System）受信部を構成している。
【００３１】
ここで、４８はＩＣカードであり、後述するサーバコンピュータで計画された作業範囲の原地形データや目標地形データなどが記憶されており、オペレータはシステム起動時にＩＣカード４８を車載コンピュータ４６に接続してデータを入力する。そして、作業終了時には計測データをＩＣカード４８に記録し、サーバコンピュータに接続して計測データを入力し、施工管理に使用する。
【００３２】
図３は、本発明の作業機械の位置計測システムに関連するＧＰＳ基準局としての役割を持つ事務所側システムの装置構成を示すブロック図である。
【００３３】
図３において、５１は油圧ショベル１及びバケット７等の位置や作業の管理を行う事務所であり、事務所５１には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナ５２、補正データを油圧ショベル１に送信する無線アンテナ５３、油圧ショベル１から上述した油圧ショベル１やバケット７等の位置データを受信する無線アンテナ５４、予め計測された３次元位置データとＧＰＳアンテナ５２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号とに基づき、上述した油圧ショベル１のＧＰＳ受信機４３，４４でＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）計測を行うための補正データを生成するＧＰＳ基準局としてのＧＰＳ受信機５５、ＧＰＳ受信機５５で生成された補正データをアンテナ５３を介して送信するための無線機５６、アンテナ５４を介して位置データを受信する無線機５７、無線機５７により受信した位置データに基づき油圧ショベル１やバケット７の位置を表示・管理するための演算及び表示を行うサーバコンピュータ５８が設置されている。ＧＰＳアンテナ５２とＧＰＳ受信機５５は１セットのＧＰＳ受信部を構成する。
【００３４】
また、サーバコンピュータ５８にはＩＣカード４８が接続可能になっており、原地形データや目標地形データさらに、計測データ等の入出力を行う。
【００３５】
次に、本発明の位置計測システムの一実施の形態の動作の概要を説明する。  
本実施の形態では、高精度での位置計測を行うため、図２に示したＧＰＳ受信機４３，４４でそれぞれＲＴＫ計測を行う。このためには先ず、図３に示した補正データを生成するＧＰＳ基準局５５が必要となる。ＧＰＳ基準局５５は、上記のように予め３次元計測されたＧＰＳアンテナ５２の位置データとＧＰＳアンテナ５２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号とに基づいて、ＲＴＫ計測のための補正データを生成し、生成された補正データは、無線機５６によりアンテナ５３を介して一定周期で送信される。
【００３６】
一方、図２に示した車載側のＧＰＳ受信機４３，４４は、アンテナ３３を介して無線機４１により受信される補正データと、アンテナ３１，３２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号に基づき、アンテナ３１，３２の３次元位置をＲＴＫ計測する。このＲＴＫ計測によって、アンテナ３１，３２の３次元位置が約±１〜２ｃｍの精度で計測される。そして、計測された３次元位置データはコントローラ４５に入力される。
【００３７】
また、角度センサ２１〜２３によってそれぞれブーム５、アーム６及びバケット７の回転角度、傾斜センサ２４によって油圧ショベル１のピッチ角度、旋回角度センサ２６によって下部走行体２の回転角度、パイロット圧力センサ２７，２８によって旋回及び走行パイロット圧がそれぞれ計測され、同様にコントローラ４５に入力される。
【００３８】
車載コンピュータ４６は、記憶部と演算部とを備え、コントローラ４５に入力された各種データに基づき、一般的なベクトル演算と座標変換を行って、油圧ショベル１の位置及び姿勢とバケット７の先端の３次元位置を演算する。また、求めた３次元位置と、ＩＣカード４８から入力した地形データとに基づき、車載コンピュータ４６のモニタ画面４６ａ上に表示してオペレータに作業状況を知らせるとともに、無線機４７によりアンテナ３４を介して送信する。
【００３９】
送信された油圧ショベル１の位置及び姿勢と、バケット７の先端の位置データは、アンテナ５４を介して無線機５７により受信され、サーバコンピュータ５８に入力される。サーバコンピュータ５８は入力された油圧ショベル１の位置及び姿勢と、バケット７の先端の位置データを保存するとともに、サーバコンピュータ５８のモニタ画面上に表示する。これにより事務所５１において油圧ショベル１の作業状態を管理することができる。
【００４０】
次に、図４〜図８を用いて本発明の位置計測システムの一実施の形態を構成する車載コンピュータ４６における演算処理について説明する。  
図４は、本発明の位置計測システムの一実施の形態に用いる油圧ショベル１の位置及び姿勢と、バケット７の先端の３次元空間での絶対位置を演算するために使用する座標系を示す図である。図４において、Σ０はＧＰＳの準拠楕円体の中心に原点Ｏ０を持つグローバル座標系、Σ３は油圧ショベル１の上部旋回体３に固定され、旋回体べースフレームと旋回中心との交点に原点Ｏ３を持つ上部旋回体座標系、Σ７はバケット７に固定され、バケット７の先端に中心Ｏ７を持つバケット先端座標系である。ＯＣは下部走行体２の地面との接地面と旋回中心との交点である。
【００４１】
上部旋回体座標系Σ３の原点（旋回べースフレームと旋回中心との交点）Ｏ３に対するＧＰＳアンテナ３１，３２の位置関係Ｘｇａ，Ｘｇｂ，Ｙｇａ，Ｙｇｂ，Ｚｇａ，Ｚｇｂは既知であるので、グローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の３次元位置と油圧ショベル１のピッチ角度θ２が分かれば、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を求めることができる。
【００４２】
また、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３とブーム５の基端との位置関係α３，α４，β４及びブーム５、アーム６、バケット７の寸法α５，α６，α７が既知であるので、ブーム角度θ５、アーム角度θ６、バケット角度θ７が分かれば、上部旋回体座標系Σ３でのバケット先端座標系Σ７の位置及び姿勢を求めることができる。
【００４３】
また、当然ながら上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３とＯＣとの位置関係αＣは既知であるので、旋回角度θＳＷが分かれば、上部旋回体座標系Σ３での下部走行体２の位置及び姿勢を求めることができる。
【００４４】
従って、車載側のＧＰＳ受信機４３，４４で求めたＧＰＳアンテナ３１，３２の３次元位置をグローバル座標系Σ０での値として求め、角度センサ２４で油圧ショベル１のピッチ角度θ２を求め、角度センサ２１〜２３でブーム角度θ５、アーム角度θ６、バケット角度θ７を求め、旋回角度センサ２６で旋回角度θＳＷを求め、座標変換演算を行うことにより、油圧ショベル１の位置及び姿勢（上部旋回体３の位置及び姿勢と、下部走行体２の位置及び姿勢）と、バケット７の先端位置をグローバル座標系Σ０の値で求めることができる。
【００４５】
図５は、本発明の位置計測システムの一実施の形態に用いるグローバル座標系の概念を説明する図である。  
図５において、ＧはＧＰＳで用いる準拠楕円体であり、グローバル座標系Σ０の原点Ｏ０は準拠楕円体Ｇの中心に設定されている。また、グローバル座標系Σ０のｘ０軸方向は赤道Ａと子午線Ｂの交点Ｃと準拠楕円体Ｇの中心とを通る線上に位置し、ｚ０軸方向は準拠楕円体Ｇの中心から南北に延ばした線上に位置し、ｙ０軸方向はｘ０軸とｚ０軸に直交する線上に位置している。ＧＰＳでは、地球上の位置を緯度及び経度と、準拠楕円体Ｇに対する高さ（深さ）で表現するので、このようにグローバル座標系Σ０を設定することで、ＧＰＳの位置情報をグローバル座標系Σ０の値に容易に変換することができる。
【００４６】
図６は、本発明の位置計測システムの一実施の形態を構成する車載コンピュータ４６の演算処理手順を示すフローチャート図である。  
図６において、まず、車載側のＧＰＳ受信機４３で求めたＧＰＳアンテナ３１の３次元位置（緯度、経度、高さ）を上記の考えに基づきグローバル座標系Σ０の値０Ｐ１に変換する（ステップＳ１０）。このための演算式は一般的によく知られているものなので、ここでは省略する。同様に、車載側のＧＰＳ受信機４４で求めたＧＰＳアンテナ３２の３次元位置をグローバル座標系Σ０の値０Ｐ２に変換する（ステップＳ２０）。
【００４７】
次いで、傾斜センサ２４で計測したピッチ角度θ２を入力し（ステップＳ３０）、ステップＳ１０，２０で求めたＧＰＳアンテナ３１，３２のグローバル座標系Σ０での３次元位置０Ｐ１，０Ｐ２と、そのピッチ角度θ２と、記憶装置に記憶した上部旋回体座標系Σ３の原点（旋回べースフレームと旋回中心との交点）Ｏ３に対するＧＰＳアンテナ３１，３２の位置関係Ｘｇａ，Ｘｇｂ，Ｙｇａ，Ｙｇｂ，Ｚｇａ，Ｚｇｂとから上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢をグローバル座標系Σ０の値０Σ３で求める（ステップＳ４０）。この演算は座標変換であり、一般的な数学的手法により行うことができる。
【００４８】
次いで、ステップＳ４０で求めた、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢０Σ３をローパスフィルタリング処理する（ステップＳ５０）。この処理の詳細については後述する。
【００４９】
次いで、旋回角度センサ２６の計測値から求めた旋回角度θＳＷを入力し、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢３Ｐ４を求める（ステップＳ６０）。次いで、角度センサ２１〜２３で検出したブーム角度θ５、アーム角度θ６、バケット角度θ７を入力し、これらの値と記憶装置に記憶した上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３とブーム５の基端との位置関係α３，α４，β４及びアーム５、アーム６、バケット７の寸法α５，α６，α７とから上部旋回体座標系Σ３でバケット先端位置３Ｐ７を求める（ステップＳ７０）。この演算も座標変換であり、一般的な数学的手法により行うことができる。
【００５０】
次いで、ステップＳ５０でフィルタリング処理したグローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３と、ステップＳ７０で求めた上部旋回体座標系Σ３でのバケット先端位置３Ｐ７とからグローバル座標系Σ０でのバケット先端位置０Ｐ７を求める（ステップＳ８０）。
【００５１】
次いで、以上のようにして求めた上部旋回体３の位置及び姿勢０Σ３と上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢３Ｐ４（以下０Σ３と３Ｐ４を合わせて適宜油圧ショベルの位置と姿勢という）と、バケット先端位置０Ｐ７の各データと、ＩＣカード４８から入力した地形データとに基づき表示データを作成し、車載コンピュータ４６のモニタ画面４６ａに地形に対する上部旋回体３及びバケット７と下部走行体２を含む油圧ショベル１との位置関係を重ね合わせて表示する（ステップＳ９０）。また、油圧ショベルの位置と姿勢とバケット先端位置データは無線機４７によりアンテナ３４を介して送信され、サーバコンピュータ５８のモニタ画面にも同様な画像が表示される。
【００５２】
図７は、本発明の位置計測システムの一実施の形態を構成する車載コンピュータ４６のモニタ画面４６ａ及びサーバコンピュータ５８のモニタ画面に表示される画像の一例を示す。  
図７において、１００は原地形や目標地形等の地形であり、この地形１００に油圧ショベル１が重ね合わせて表示されている。これにより、オペレータは地形とバケット７を含む油圧ショベル１の位置関係を正確に把握でき、安全に効率良く作業を行うことができる。
【００５３】
図８は、図６に示すフローチャートのステップＳ５０におけるローパスフィルタリング処理の詳細を示すフローチャート図である。
【００５４】
図８において、まず、圧力センサ２７，２８で計測される旋回パイロット圧力及び走行パイロット圧力を読み込む（ステップＳ５１，Ｓ５２）。
【００５５】
次いで、旋回パイロット圧力及び走行パイロット圧力がそれぞれ閾値以上か否かを比較し油圧ショベル１が旋回動作しているか否か、或いは油圧ショベル１が走行動作をしているか否かを判定する（ステップＳ５３）。ここで、それぞれの閾値は、上部旋回体３が動き出す値と、下部走行体２が動き出す値である。このような閾値を用いてステップＳ５３の判定を行うことにより、油圧ショベル１が旋回動作しているか否か、或いは油圧ショベル１が走行動作をしているか否かを判定することができる。
【００５６】
ステップＳ５３の判定結果が真（油圧ショベル１が旋回動作ないしは走行動作をしている）の場合は、ステップＳ５４へ移行し、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的とした、比較的高いカットオフ周波数（例えば５Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、旋回中ないし走行中の演算結果及び表示の追従性を向上することができる。
【００５７】
また、ステップＳ５３の判定結果が偽（油圧ショベル１が旋回、走行のどちらの動作もしていない）の場合は、ステップＳ５５へ移行し、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３に対して、モニタ表示における変動を抑えることを目的とした、比較的低いカットオフ周波数（例えば１Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、作業機械が停止もしくはフロント作業機４のみ動作している場合の演算結果のバラツキが低減し、表示のふらつきを低減させることができる。
【００５８】
以上において、ＧＰＳアンテナ３１，３２及びＧＰＳ受信機４３，４４と、無線アンテナ３３及び無線機４１は、作業機械である油圧ショベル１の車体（下部走行体２及び上部旋回体３）に設置され、それぞれ３次元空間での絶対位置を計測する複数の３次元位置計測装置を構成し、車載コンピュータ４６の図６に示すフローチャートのステップＳ１０〜Ｓ４０及びステップＳ６０〜Ｓ８０の処理機能は、前記複数の３次元位置計測装置の計測値を用いて、３次元空間での作業機械の位置と姿勢及び当該作業機械に設定されたモニタポイント（バケット先端）の絶対位置を演算する位置姿勢演算手段を構成し、車載コンピュータ４６の図６に示すフローチャートのステップＳ９０の処理機能及びモニタ画面４６ａは、その位置姿勢演算手段の演算結果に基づいて作業機械や目標地形等の地形情報とを表示するモニタ表示装置を構成する。また、旋回パイロット圧力を検出する圧力センサ２７及び走行パイロット圧力を検出する圧力センサ２８は、作業機械の動作状況を検出する動作検出手段を構成し、車載コンピュータ４６の図６に示すフローチャートのステップＳ５０（図８のステップＳ５１〜Ｓ５５）の処理機能は、その動作検出手段の検出結果に応じて上記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理する平滑処理手段を構成する。
【００５９】
次に、上述した本発明の業機械の位置計測システムの一実施の形態の作用効果を説明する。  
本発明が係わる油圧ショベル等の作業機械の位置計測システムでは、バケット７の３次元空間での位置を演算するために、２個のＧＰＳアンテナ３１，３２が受信した信号に基づいてそれぞれのＧＰＳ受信機４３，４４により２個のＧＰＳアンテナ３１，３２の位置（２個のＧＰＳアンテナ３１，３２が位置する上部旋回体３上の２点の位置）をＲＴＫ計測し、この計測された上部旋回体３上の２点の位置から、油圧ショベル１の位置と姿勢を表す車体座標系（上部旋回体座標系０Σ３）を求め、ブーム５、アーム６及びバケット７に取り付けられた角度センサ２１，２２，２３の角度情報などを組み合わせて、バケット７の３次元空間での絶対位置（バケット先端位置０Ｐ７）を演算している。
【００６０】
ところで、３次元位置計測装置であるＧＰＳを用いて行うＲＴＫ計測では、正規の計測状態（FIX）であっても、捕捉しているＧＰＳ衛星の配置や電離層の影響等によって、±１〜２ｃｍの範囲で計測結果にバラツキが生じるため、当然、このＧＰＳの計測結果に基づいて演算される車体座標系の値にもバラツキが生じる。本発明が係わる位置計測システムのように複数（２個）のＧＰＳを用いて演算する場合は、計測結果のバラツキが演算結果に与える影響がより大きく、操作レバーを操作せず車体（下部走行体２及び上部旋回体３）が静止した状態においても、車載コンピュータ４６のモニタ画面４６ａ上に表示される油圧ショベル１がふらついて表示されてしまうことになる。
【００６１】
油圧ショベル等の作業機械は、掘削等の実作業においては車体（下部走行体２及び上部旋回体３）を静止させ、フロント作業機４のみの動作で作業する場合が多い。この場合、旋回操作ないしは走行操作をしていないにも係わらず、ＧＰＳ計測値のバラツキによってモニタ画面４６ａ上に表示される油圧ショベル１の画像がふらつくと、位置合わせをするのが難しくなり、位置関係の誤認をする等の作業効率の低下を招くことになる。
【００６２】
例えば、法面掘削作業では、モニタ画面４６ａに表示された目標地形（目標法面）とバケットシンボルを見ながら目標地形に対するバケットの位置関係を確認し、目標地形（目標法面）を形成するようバケット７を操作して掘削を行う。このような作業において、モニタ画面４６ａ上に油圧ショベル１の画像がふらついて表示されると、位置合わせに時間が掛かったり、目標地形とは違う箇所を掘削してしまう可能性がある。
【００６３】
また、油圧ショベル移動後の現在位置の確認作業では、油圧ショベルを走行移動させた後の停止時に、現在の油圧ショベルの周囲地形に対する位置関係をモニタ画面４６ａに表示された地形データと油圧ショベルシンボルとにより確認し把握する。この場合も、モニタ画面４６ａ上に油圧ショベル１の画像がふらついて表示されると、周囲地形に対する位置関係の確認に時間が掛かったり、目標とは違う場所で停止してしまう可能性がある。
【００６４】
本実施の形態では、上記のように、油圧ショベル１が旋回動作しているか否か、或いは油圧ショベル１が走行動作をしているか否かを判定し（ステップＳ５３）、油圧ショベル１が旋回、走行のどちらの動作もしていない場合は、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３に対して、モニタ表示における変動を抑えることを目的とした、比較的低いカットオフ周波数（例えば１Ｈｚ）を用いたローパスフィルタリング処理を行う（ステップＳ５５）。これにより油圧ショベル１が停止もしくはフロント作業機４のみ動作している場合の油圧ショベル１の位置及び姿勢の演算結果のバラツキが低減し、表示のふらつきを低減させることができるため、上記のような法面掘削作業や油圧ショベル移動後の現在位置の確認作業において、モニタ画面４６ａにおける視認性が向上し、バケット刃先の位置合わせや周囲地形との位置関係の確認・把握が容易となり、作業効率を向上させることができる。
【００６５】
ここで、ローパスフィルタリング処理において、カットオフ周波数を低く設定した場合は演算結果及び表示の追従性が低下する。しかし、車体（下部走行体２及び上部旋回体３）が静止させて行う作業では、演算結果及び表示の追従性の低下に伴う悪影響は生じにくく、表示のふらつきが低減することによる視認性の向上によるメリットの方が大きい。
【００６６】
一方、走行中或いは旋回中など、車体（下部走行体２及び上部旋回体３）を動かした状態で行う作業では、車体（下部走行体２及び上部旋回体３）が静止した状態で行う作業と同様に低いカットオフ周波数（例えば１Ｈｚ）を用いてローパスフィルタリング処理を行うと、位置と姿勢に関する演算結果及び表示の追従性が低下し、モニタ画面４６ａ上の表示に遅れが生じるため、周囲の地形に対する作業機械（車体）の位置関係の把握に遅れが生じ、作業効率が低下してしまう。
【００６７】
例えば、走行中の位置確認作業は、油圧ショベル１の走行中に、油圧ショベル１と周囲地形の位置関係をモニタ画面４６ａに表示された地形データと油圧ショベルシンボルとにより確認し把握する。また、旋回作業では、上部旋回体３の旋回中に、フロント作業機４と周囲地形との位置関係をモニタ画面４６ａに表示された地形データと油圧ショベルシンボルとにより確認し把握する。この場合、モニタ画面４６ａ上の表示に遅れが生じると、周囲地形に対する実際の油圧ショベル１或いはフロント作業機４の位置関係と表示上の位置関係とにずれが生じてしまい、走行中或いは旋回中における目標地形（周囲地形）との位置合わせ性が低下する。
【００６８】
本実施の形態では、上記のように、油圧ショベル１が旋回動作しているか否か、或いは油圧ショベル１が走行動作をしているか否かを判定し（ステップＳ５３）、油圧ショベル１が旋回動作ないしは走行動作をしている場合は、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的とした、比較的高いカットオフ周波数（例えば５Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う（ステップＳ５４）。これにより旋回中ないし走行中の演算結果及び表示の追従性が向上するため、上記のような走行中の位置確認作業や旋回作業において、油圧ショベル１と周囲地形との位置関係を遅れなく把握でき、油圧ショベル１と目標地形との位置合わせ性が向上し、ひいては作業効率を向上させることができる。
【００６９】
また、走行中、旋回中の作業でも表示のふらつきが問題となる場合がある。例えば、細い一本道を移動するような走行中は、表示がふらつくと作業機械が道の外にはみ出して表示されてしまう。本実施の形態では、走行中或いは旋回中であっても、ノイズ成分の除去を目的とした、比較的高いカットオフ周波数（例えば５Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行うので、表示の追従性を確保しつつ、表示のふらつきもある程度低減し、作業機械が目標地形（道）に対する表示性も向上させることができる。
【００７０】
以上のように本実施の形態によれば、作業機械の３次元空間での位置と姿勢及び当該作業機械に設定されたモニタポイントの絶対位置を演算し、その演算結果に基づいて作業機械の画像を表示する際に、作業機械の車体が静止した状態にあるときは表示のふらつきを低減し、作業機械の車体が静止した状態にないときは表示の追従性の低下を抑え、ひいては作業効率を向上させることができる。
【００７１】
図９は、本発明の位置計測システムの他の実施の形態におけるローパスフィルタリング処理の詳細を示すフローチャート図である。この図９において、図８のステップの符号と同符号のものは同一のステップである。
【００７２】
この実施の形態は、本発明の位置計測システムの一実施の形態を構成する車載コンピュータ４６の演算処理手順中のローパスフィルタリング処理における作業機械の移動（車体の走行若しくは上部旋回体の旋回）の有無の判定処理を、２個のＧＰＳアンテナ３１，３２の位置の移動量に基づいて行うようにしたものである。即ち、図９において、車載コンピュータ４６において、ＧＰＳアンテナ３１のグローバル座標系での位置（ＯＰ１）の１サイクル前の値と現在の値とからその移動距離Ｌ１を求める（ステップＳ５１）。
【００７３】
次に、ＧＰＳアンテナ３２のグローバル座標系での位置（ＯＰ２）の１サイクル前の値と現在の値とからその移動距離Ｌ２を求める（ステップＳ５２）。
【００７４】
次に、移動距離Ｌ１，Ｌ２が、それぞれ閾値以上か否かを比較し油圧ショベル１が旋回動作しているか否か、或いは油圧ショベル１が走行動作をしているか否かを判定する（ステップＳ５３）。ここで、それぞれの閾値は、ＲＴＫ−ＧＰＳのＦＩＸ状態での計測精度（例えば、２ｃｍ）を設定する。ここで、この閾値は、上部旋回体３が動き出す値と、下部走行体２が動き出す値である。このような閾値を用いてステップＳ５３の判定を行うことにより、油圧ショベル１が旋回動作しているか否か、或いは油圧ショベル１が走行動作をしているか否かを判定することができる。
【００７５】
その後は、前述した図８に示す処理と同様に、ステップＳ５３の判定結果が真（油圧ショベル１が旋回動作ないしは走行動作をしている）の場合は、ステップＳ５４へ移行し、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的とした、比較的高いカットオフ周波数（例えば５Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、旋回中ないし走行中の演算結果及び表示の追従性を向上することができる。
【００７６】
また、ステップＳ５３の判定結果が偽（油圧ショベル１が旋回、走行のどちらの動作もしていない）の場合は、ステップＳ５５へ移行し、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３に対して、モニタ表示における変動を抑えることを目的とした、比較的低いカットオフ周波数（例えば１Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、作業機械が停止もしくはフロント作業機４のみ動作している場合の演算結果のバラツキが低減し、表示のふらつきを低減させることができる。
【００７７】
この実施の形態によれば、前述した実施の形態と同様に作業機械の車体が静止した状態にあるときは表示のふらつきを低減し、作業機械の車体が静止した状態にないときは表示の追従性の低下を抑え、ひいては作業効率を向上させることができる。また、作業機械の動作状態を検出する検出器からの信号を取り込む必要がないので、そのための配線附設を省略することができる。
【００７８】
なお、以上述べた実施の形態は、本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。以下に変形例の幾つかを説明する。
【００７９】
＜変形例１＞  
上記実施の形態では、図６に示した車載コンピュータ４６の演算処理手順のうち、ステップＳ５０のローパスフィルタリング処理では、図８及び図９に示すように、油圧ショベル１が旋回動作しているか否か、或いは油圧ショベル１が走行動作をしているか否かを判定し（ステップＳ５３）、その判定結果が真（油圧ショベル１が旋回動作ないしは走行動作をしている）の場合は、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的とした、比較的高いカットオフ周波数（例えば５Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行った（ステップＳ５４）。
【００８０】
しかし、このステップＳ５４の処理では、ローパスフィルタリング処理を行わず、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３をそのまま図６のステップＳ８０において用い、グローバル座標系Σ０でのバケット先端位置０Ｐ７を求めてもよい。
【００８１】
本発明においてローパスフィルタリング処理（平滑処理）を行う主たる目的は、車体（下部走行体２及び上部旋回体３）を静止させ、フロント作業機４のみの動作で作業する場合など、車体が静止した状態あるときの車載コンピュータ４６のモニタ画面４６ａ上に表示される油圧ショベルの画像のふらつきの防止である。本変形例においても、図８のステップＳ５５において、油圧ショベル１が旋回、走行のどちらの動作もしていない（車体が静止した状態ある）場合に、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３に対して、モニタ表示における変動を抑えることを目的とした、比較的低いカットオフ周波数（例えば１Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行うことにより、演算結果及び表示のバラツキを低減することができ、当該目的を果たすことができる。また、油圧ショベル１が旋回動作ないしは走行動作をしている（車体が静止した状態にない）場合は、ローパスフィルタリング処理を行わないことにより、演算結果及び表示の追従性を向上することができる。
【００８２】
＜変形例２＞  
上記実施の形態では、図６に示した車載コンピュータ４６の演算処理手順のうちステップＳ５０において、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の値０Σ３に対してローパスフィルタリング処理を行った（ステップＳ５４，Ｓ５５）。しかし、ローパスフィルタリング処理は平滑処理の一例であり、他の平滑処理を行ってもよい。他の平滑処理としては、例えば移動平均処理がある。移動平均処理は、サンプリングを行う度に、その回のサンプリングデータを含めた過去の予め決められたサンプル数分のデータを平均し、現在のデータとして使用することにより演算値の平滑化を行う処理であり、平均するサンプリング数を増減することにより、平滑度を変えることができる。
【００８３】
例えば、高い平滑度を必要としない旋回中或いは走行中（車体が静止状態にないとき）は、サンプル数を少なくし（例えば２個程度）、高い平滑度を必要とする旋回中又は走行中以外の場合（車体が静止状態にあるとき）は、サンプル数を多くし（例えば１０個程度）、それぞれ、サンプル数分のデータを平均し、現在のデータとして使用する。これにより油圧ショベル１の車体が静止した状態にないときよりも静止した状態にあるときの方が、平滑度が高くなるよう平滑処理を行うことができ、車体が静止した状態あるときは、車載コンピュータ４６のモニタ画面４６ａ上に表示される油圧ショベルの画像のふらつきを防止し、車体が静止した状態にないときは、演算結果及び表示の追従性を向上することができる。
【００８４】
なお、この場合も、車体が静止した状態にないときは、平滑処理（移動平均処理）を行わなくてもよい。
【００８５】
＜変形例３＞  
上記の実施の形態では、本発明を油圧ショベルの位置計測システムに適用したが、車体を備えたものであれば他の作業機械にも適用することができる。車体を備えた他の作業機械としては例えばホイール式ショベル、クレーン車両、ホイールローダ、ブルドーザ、テレハンドラー、地雷処理機等がある。ホイール式ショベル、クレーン車両等は油圧ショベルと同様に車体に旋回台を備えており、油圧ショベルに適用した場合と同等の効果が得られる。ホイールローダ、ブルドーザ、テレハンドラー等は旋回台を備えていないが、非走行作業時に平滑度の高い平滑処理を行うことにより表示のふらつきを防止することができ、作業効率を向上させることができる。地雷処理機としては、例えば特開２００４−２３９５６６号公報に記載のような油圧ショベルを改造したものが知られており、このような地雷処理機の位置計測システムに本発明を適用することにより、モニタ画面の表示のふらつきが防止され、表示を見ながら車体静止時の地雷撤去作業を適切かつ安全に行うことができる。
【００８６】
図１０乃至図１３は、本発明の作業機械の位置計測システムの一実施の形態をホイルローダに適用した例を示すもので、図１０は、本実施の形態に係わる位置計測システムを搭載したホイールローダの外観を示す図である。この図１０において、１０１はホイールローダであり、ホイールローダ１０１は、車体１０２と、この車体１２に設けた運転室１０３と、車体１０２の側部に設けたタイヤ１０４（１０４ＦＬ：前左、１０４ＦＲ：前右、１０４ＲＬ：後左、１０４ＲＲ：後右）と、車体１０１の後部側に設けたフロント作業機１０５とから構成されている。
【００８７】
フロント作業機１０５は、フロント作業機の先端に設けられたアーム１０６と、アーム１０６の先端に回動可能に設けられたバケット１０７と、アーム１０６とバケット１０７をそれぞれ回動動作するためのシリンダ１０８、１０９とから構成され、フロント作業機１０５は車体１０２に対してシリンダ１１０（図示せず）により回動可能になっている。
【００８８】
ここで、アーム１０６は、左右一対のアーム１０６Ｌ（左側）と１０６Ｒ（右側）からなり、アーム１０６を回動動作させるシリンダ１８もそれぞれ１０８Ｌ（左側）と１０８Ｒ（右側）で構成される。また、バケット１０７は、シリンダ１０９によりベルクランク１１０を介して回動動作される。
【００８９】
また、ホイールローダ１０１には、トランスミッションに組み込まれた車速を計測する車速センサ１１１（図示せず、後述する）と、車体１０２とフロント作業機１０５との回動角（ステアリング角度）を検出する角度センサ１１２（図示せず）と、フロント作業機１０５とアーム１０６との回動角（アーム角度）を検出する角度センサ１１３と、アーム１０６とバケット１０７との回動角（バケット角度）を検出する角度センサ１１４と、車体１０２の前後方向の傾斜角（ピッチ角度）を検出する傾斜センサ１１５（図示せず）とが設けられている。
【００９０】
更に、ホイールローダ１０１には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信する２個のＧＰＳアンテナ３１，３２と、基準局からの補正データを受信するための無線アンテナ３３と、位置データを送信する無線アンテナ３４が設けられている。
【００９１】
図１１は、ホイールローダ１０１に搭載した本発明の作業機械の位置計測システムの一実施の形態の全体構成を示すブロック図である。この図１１において、図１０及び図２の符号と同符号のものは、同一または相当する部分である。  
図１１において、２００は本発明に係わる位置計測システムであり、基準局からの補正データをアンテナ３３を介して受信する無線機４１、この無線機４１で受信した補正データを分配する分配機４２、分配機４２からの補正データとＧＰＳアンテナ１０２５，１０２６により受信されるＧＰＳ衛星からの信号とに基づいてＧＰＳアンテナ１０２５，１０２６の３次元位置をリアルタイムに計測するＧＰＳ受信機３１，３２、このＧＰＳ受信機３１，３２からの位置データとフロント作業機１０５の角度センサ１１２〜１１４、傾斜センサ１１５からの角度データを入力し、集約するコントローラ４５、これらの集約された各種データに基づき、ホイールローダ１０１の位置及び姿勢やバケット１０７の先端（モニタポイント）の位置を演算し、表示するモニタ画面４６ａを備えた車載コンピュータ４６、車載コンピュータ４６により演算された位置データをアンテナ３４を介して送信するための無線機４７を備えている。
【００９２】
ここで、４８はＩＣカードであり、サーバコンピュータで計画された作業範囲の原地形データや目標地形データなどが記憶されており、オペレータはシステム起動時にＩＣカード４８を車載コンピュータ４６に接続してデータを入力する。そして、作業終了時には計測データをＩＣカード４８に記録し、サーバコンピュータに接続して計測データを入力し、施工管理に使用する。
【００９３】
なお、この実施の形態におけるホイールローダ１０１の位置及び姿勢やバケット１０７の先端（モニタポイント）の位置の座標系や演算手順に関しては、車体１０２部分までを考えればよく、図４における下部走行体をタイヤ、上部旋回体を車体、上部旋回体座標系Σ３を車体座標系Σ３と言葉を置き換えれば、同様に演算可能であるので、その説明は省略する。
【００９４】
図１２は、ローパスフィルタリング処理の詳細を示すフローチャートである。  
この図１２において、図８と同符号のものは同一のステップである。まず、車速センサ１１１で計測される車体速度ＢＤｖを読み込む（ステップＳ１２１）。
【００９５】
次いで、車体速度ＢＤｖが第１閾値以上かどうかが判定される（ステップＳ１２２）。
【００９６】
ここで、第１閾値は例えば１０ｋｍ／ｈを設定する。このような閾値を用いてステップＳ１２２の判定を行うことにより、ホイールローダ１００１が高速で走行をしているか否かを判定することができる。
【００９７】
ステップＳ１２２の判定結果が真（ホイールローダ１０１が高速で走行をしている）の場合は、ステップＳ１２１へ移行し、グローバル座標系Σ０での車体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的とした、比較的高いカットオフ周波数（例えば５Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、高速走行中の演算結果及び表示の追従性を向上することができる。
【００９８】
また、ステップＳ１２２の判定結果が偽（ホイールローダ１０１が高速走行していない）の場合は、ステップＳ１２３へ移行し、車体速度ＢＤｖが第２閾値以上かどうかが判定される。
【００９９】
ここで、第２閾値は例えば０．１ｋｍ／ｈを設定する。このような閾値を用いてステップＳ１３０４の判定を行うことにより、ホイールローダ１が低速で走行しているか否かを判定することができる。
【０１００】
ステップＳ１２３の判定結果が真（ホイールローダ１０１が低速で走行をしている）の場合は、ステップＳ１２４へ移行し、グローバル座標系Σ０での車体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的とした、中程度のカットオフ周波数（例えば３Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、低速走行中の演算結果及び表示の追従性を向上することができる。
【０１０１】
また、ステップＳ１２３の判定結果が偽（ホイールローダ１０１が走行していないもしくは走行していても極低速）の場合は、ステップＳ１２５へ移行し、グローバル座標系Σ０での車体座標系Σ３の値０Σ３に対して、モニタ表示における変動を抑えることを目的とした、比較的低いカットオフ周波数（例えば１Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、作業機械が走行していない場合の演算結果のバラツキが低減し、表示のふらつきを低減させることができる。
【０１０２】
図１３は、ローパスフィルタリング処理の詳細を示すフローチャートである。  
この図１３において、図８と同符号のものは同一のステップである。まず、ＧＰＳアンテナ３１とＧＰＳアンテナ３２の移動距離Ｌ１およびＬ２をそれぞれ、グローバル座標系での位置０Ｐ１の１サイクル前の値と現在の値、グローバル座標系での位置０Ｐ２の１サイクル前の値と現在の値とから求める（ステップＳ５１，Ｓ５２）。
【０１０３】
次いで、移動距離Ｌ１およびＬ２がそれぞれ第１閾値以上かどうかが判定される（ステップＳ１３１）。
【０１０４】
ここで、第１閾値は例えば数１０ｃｍを設定する。このような閾値を用いてステップＳ１３１の判定を行うことにより、ホイールローダ１０１が高速で走行をしているか否かを判定することができる。
【０１０５】
ステップＳ１３１の判定結果が真（ホイールローダ１０１が高速で走行をしている）の場合は、ステップＳ５４へ移行し、グローバル座標系Σ０での車体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的とした、比較的高いカットオフ周波数（例えば５Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、高速走行中の演算結果及び表示の追従性を向上することができる。
【０１０６】
また、ステップＳ１３１の判定結果が偽（ホイールローダ１０１が高速走行していない）の場合は、ステップＳ１３２へ移行し、移動距離Ｌ１およびＬ２がそれぞれ第２閾値以上かどうかが判定される。
【０１０７】
ここで、第２閾値は、ＲＴＫ−ＧＰＳのFIX状態での計測精度（例えば２ｃｍ）を設定する。このような閾値を用いてステップＳ１３２の判定を行うことにより、ホイールローダ１が低速で走行しているか否かを判定することができる。
【０１０８】
ステップＳ１３２の判定結果が真（ホイールローダ１０１が低速で走行をしている）の場合は、ステップＳ１３３へ移行し、グローバル座標系Σ０での車体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的とした、中程度のカットオフ周波数（例えば３Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、低速走行中の演算結果及び表示の追従性を向上することができる。
【０１０９】
また、ステップＳ１３２の判定結果が偽（ホイールローダ１０１が走行していないもしくは走行していても極低速）の場合は、ステップＳ１３４へ移行し、グローバル座標系Σ０での車体座標系Σ３の値０Σ３に対して、モニタ表示における変動を抑えることを目的とした、比較的低いカットオフ周波数（例えば１Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより、作業機械が走行していない場合の演算結果のバラツキが低減し、表示のふらつきを低減させることができる。
【０１１０】
この実施の形態によれば、上記のように、ホイールローダ１０１が走行（低速。高速判定含む）しているか否かを判定し、ホイールローダ１０１が走行していない場合は、グローバル座標系Σ０での車体座標系Σ３の値０Σ３に対して、モニタ表示における変動を抑えることを目的とした、比較的低いカットオフ周波数（例えば１Ｈｚ）を用いたローパスフィルタリング処理を行う。これによりホイールローダ１０１が走行していない場合のホイールローダ１０１の位置及び姿勢の演算結果のバラツキが低減し、表示のふらつきを低減させることができるため、モニタ画面４６ａにおける視認性が向上し、バケット刃先の位置合わせや周囲地形およびダンプトラックなどの周辺機械との位置関係の確認・把握が容易となり、作業効率を向上させることができる。
【０１１１】
また、ホイールローダ１０１が低速で走行している場合は、グローバル座標系Σ０での車体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的としながらもモニタ表示における変動もある程度抑えることを目的とした、中程度のカットオフ周波数（例えば３Ｈｚ）を用いたローパスフィルタリング処理を行う。これによりホイールローダ１００１が低速で走行している場合のホイールローダ１０１の位置及び姿勢の演算結果のバラツキや表示のふらつきをある程度低減させるとともに、演算や表示の追従性もある程度確保できるため、例えばダンプトラックへの接近時などの位置関係の確認・把握が容易となり、作業効率を向上させることができる。
【０１１２】
また、ホイールローダ１０１が走行をしている場合は、グローバル座標系Σ０での車体座標系Σ３の値０Σ３に対して、ノイズ成分の除去を目的とした、比較的高いカットオフ周波数（例えば５Ｈｚ）のローパスフィルタリング処理を行う。これにより走行中の演算結果及び表示の追従性が向上するため、走行中の位置確認作業において、ホイールローダ１０１と周囲地形との位置関係を遅れなく把握でき、ホイールローダ１０１と目標地形との位置合わせ性が向上し、ひいては作業効率を向上させることができる。
【０１１３】
なお、この実施の形態においても、前述した変形例１，２を適用し得ることは、勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の位置計測システムの一実施の形態を搭載した油圧ショベルの外観を示す図である。
【図２】本発明の位置計測システムの一実施の形態の装置構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の位置計測システムの一実施の形態に関連する基準局としての役割も持つ事務所側システムの装置構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の位置計測システムの一実施の形態に用いる油圧ショベルの位置及び姿勢と、バケット先端の３次元空間での絶対位置を演算するために使用する座標系を示す図である。
【図５】本発明の位置計測システムの一実施の形態に用いるグローバル座標系の概要を説明する図である。
【図６】本発明の位置計測システムの一実施の形態を構成する車載コンピュータの演算処理手順を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の位置計測システムの一実施の形態を構成する車載コンピュータ及びサーバコンピュータのモニタ画面に表示される画像の一例を示す図である。
【図８】本発明の位置計測システムの一実施の形態におけるローパスフィルタリング処理の詳細を示すフローチャート図である。
【図９】本発明の位置計測システムの他の実施の形態におけるローパスフィルタリング処理の詳細を示すフローチャート図である。
【図１０】本発明の位置計測システム一実施の形態を搭載したホイールローダの外観を示す図である。
【図１１】図１０に示すホイールローダに搭載した本発明の作業機械の位置計測システムの一実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
【図１２】図１０に示す本発明の位置計測システムの一実施の形態におけるローパスフィルタリング処理の詳細を示すフローチャート図である。
【図１３】図１０に示す本発明の位置計測システムの他の実施の形態におけるローパスフィルタリング処理の詳細を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１          油圧ショベル
２          下部走行体
３          上部旋回体
４          フロント作業機
５          ブーム
６          アーム
７          バケット
２１〜２３  角度センサ
２４        傾斜センサ
２６        旋回角度センサ
２７        旋回パイロット圧力センサ
２８        走行パイロット圧力センサ
３１，３２  ＧＰＳアンテナ
３３，３４  無線アンテナ
４１        無線機
４３，４４  ＧＰＳ受信機
４５        コントローラ
４６        車載コンピュータ
４６ａ      モニタ画面（表示画面）
４７        無線機
４８        ＩＣカード
５１        事務所
５２        ＧＰＳアンテナ
５３，５４  無線アンテナ
５５        ＧＰＳ受信機
５６，５７  無線機
５８        サーバコンピュータ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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