(57)【要約】  コントローラは，アンテナの設置位置と，作業装置の可動範囲と，上部旋回体の姿勢と，上部旋回体の方位角とに基づいて，アンテナが複数の測位衛星から測位信号を受信する際に作業装置が障害物となり得る範囲を衛星マスク範囲として設定する。コントローラは，受信機から取得される衛星測位状況データに基づいて衛星マスク範囲の設定が受信機による測位演算精度を却って低下させると判断した場合に衛星マスク範囲の設定を解除する。衛星マスク範囲の設定が解除された場合には，受信機は，複数の測位衛星から送信される測位信号に基づいて上部旋回体の位置を演算する。
2021060533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と，
前記下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と，
前記上部旋回体に回動可能に取り付けられた作業装置と，
複数の測位衛星から測位信号を受信するためのアンテナと，
前記アンテナで受信された測位信号に基づいて，前記上部旋回体の位置を演算する受信機と，
前記上部旋回体及び前記作業装置の姿勢を検出するための姿勢センサと，
前記受信機により演算された前記上部旋回体の位置と，前記上部旋回体の方位角と，前記姿勢センサにより検出された前記作業装置の姿勢と，前記作業装置の寸法データとに基づいて，前記作業装置に設定された制御点の位置を演算するコントローラと
を備えた作業機械において，
前記コントローラは，前記作業装置により精度の要求される作業がされていると判定した場合に，前記アンテナの設置位置と，前記作業装置の可動範囲と，前記姿勢センサにより検出された前記上部旋回体の姿勢と，前記上部旋回体の方位角とに基づいて，前記アンテナが前記複数の測位衛星から測位信号を受信する際に前記作業装置が障害物となり得る前記アンテナの上空視界の範囲をマスク範囲として設定し，
前記コントローラが，前記受信機から取得される衛星測位状況データに基づいて前記マスク範囲の設定が前記受信機による前記上部旋回体の位置の演算精度を向上させると判断した第１の場合には，前記受信機は前記複数の測位衛星のうち前記マスク範囲に位置する測位衛星を除いた残りの測位衛星からの測位信号に基づいて前記上部旋回体の位置を演算し，
前記コントローラが，前記受信機から取得される衛星測位状況データに基づいて前記マスク範囲の設定が前記受信機による前記上部旋回体の位置の演算精度を低下させると判断した第２の場合には，前記受信機は前記マスク範囲を使用せずに前記複数の測位衛星から送信される測位信号に基づいて前記上部旋回体の位置を演算する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１の作業機械において，
前記第１の場合とは，前記残りの測位衛星から送信される測位信号に基づいて前記受信機で演算された前記上部旋回体の位置のバラツキが所定の範囲に収まっているときと，前記残りの測位衛星の幾何学的配置から演算される精度低下率が所定の精度低下率閾値未満のときと，前記残りの測位衛星の個数が所定の閾値以上のときと，のうち少なくとも１つのときであり，
前記第２の場合とは，前記残りの測位衛星から送信される測位信号に基づいて前記受信機で演算された前記上部旋回体の位置のバラツキが前記所定の範囲から外れているとき，または，前記残りの測位衛星の幾何学的配置から演算される前記精度低下率が前記所定の精度低下率閾値以上のとき，または，前記残りの測位衛星の個数が前記所定の閾値未満のとき，である
ことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１の作業機械において，
前記第１の場合とは，前記残りの測位衛星から送信される測位信号に基づいて前記受信機で演算された前記上部旋回体の位置のうち高さ方向における位置のバラツキが所定の範囲に収まっているときと，前記残りの測位衛星の幾何学的配置から演算される精度低下率が所定の精度低下率閾値未満のときと，前記残りの測位衛星の個数が所定の閾値以上のときと，のうち少なくとも１つのときであり，
前記第２の場合とは，前記残りの測位衛星から送信される測位信号に基づいて前記受信機で演算された前記上部旋回体の位置のうち高さ方向における位置のバラツキが前記所定の範囲から外れているとき，または，前記残りの測位衛星の幾何学的配置から演算される前記垂直精度低下率が前記所定の精度低下率閾値以上のとき，である
ことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項２の作業機械において，
外部サーバとデータを送受信するための通信装置をさらに備え，
前記コントローラは，前記受信機から入力される前記受信機による測位の信頼度が所定値以下のとき，前記残りの測位衛星の個数と，前記残りの測位衛星から送信される測位信号に基づいて前記受信機で演算された前記上部旋回体の位置のバラツキと，前記残りの測位衛星の前記精度低下率と，前記受信機から入力される前記受信機による前記測位の信頼度と，のうち少なくとも１つのデータを前記通信装置を介して前記外部サーバに出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１の作業機械において，
前記コントローラで演算される前記制御点の位置データと，前記作業装置の掘削作業により成形すべき施工目標面の位置データとに基づいて，前記作業装置と前記施工目標面の位置関係が表示されるモニタをさらに備え，
前記コントローラは，前記受信機から入力される前記受信機による測位の信頼度が所定値以下のとき，前記受信機による測位の信頼性が低いことを示す情報を前記モニタに表示する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項１の作業機械において，
前記コントローラは，前記作業装置の動作範囲が所定の施工目標面上及びその上方に制限されるように，前記作業装置と前記施工目標面との距離に基づいて前記作業装置を制御する制限制御を実行可能であり，
前記制限制御の制御モードとして，前記施工目標面の精度よりも前記作業装置の動作速度を優先する粗掘削モードと，前記作業装置の動作速度よりも前記施工目標面の精度を優先する仕上げモードとを選択するためのモード選択スイッチをさらに備え，
前記コントローラは，前記モード選択スイッチで前記仕上げモードが選択されているとき，前記作業機械が精度を要求する作業中であると判定して前記マスク範囲を設定する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項７】
請求項６の作業機械において，
前記コントローラは，前記モード選択スイッチで前記粗掘削モードが選択されているときであっても，前記作業装置と前記施工目標面との距離が所定値以下のとき，かつ，前記作業装置の姿勢が変化しているときには，前記作業機械が精度を要求する作業中であると判定して前記マスク範囲を設定する
ことを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，複数の衛星から受信した衛星信号に基づいて車体の位置を演算し，その演算結果と作業装置の姿勢とに基づいて作業機械上の制御点の位置を演算するコントローラを備えた作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年，施工現場において情報化施工の導入が進められている。情報化施工とは，調査，設計，施工，検査，管理などからなる一連の建設工程のうち，施工に注目して，電子情報とＩＣＴ（Information and Communication Technology：情報通信技術）の活用により施工の高効率化を実現するシステムである。情報化施工に対応する機械としては，車体位置やフロント作業装置の位置及び姿勢を施工目標面の位置情報とともにモニタに表示するガイダンス機能や，バケットが施工目標面を掘り過ぎないようにフロント作業装置を制御するマシンコントロール機能を搭載する油圧ショベルに代表される作業機械が知られている。このような情報化施工に対応した作業機械は，３次元座標情報を持つ情報化施工データをもとに，オペレータに対して情報提示し，作業支援，運転支援する機能を提供する。例えば油圧ショベルのマシンガイダンスにおいては，車体の位置及び姿勢情報やフロント作業装置の姿勢情報からバケット先端位置が演算され，施工目標面に対するバケットの位置がモニタを介してオペレータに提示される。【０００３】
この種の油圧ショベルには，グローバル座標系（地理座標系）における上部旋回体（車体）の位置情報を演算する為に，上部旋回体に取り付けられた測位アンテナを介して測位衛星からの測位信号を受信することで上部旋回体の位置を演算する衛星測位システム（例えばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム））が搭載されることがある。しかし，油圧ショベルにおいては，ブーム，アーム，バケット等のフロント部材が，衛星測位システムの測位アンテナよりも上方に存在することがある為，直線的なルートによる測位信号の受信を妨害することがある。このような場合，測位アンテナは，測位信号をマルチパスと呼ばれる回折波や反射波として受信する可能性が高い。回折波や反射波を受信して測位演算に使用すると測位結果に誤差を含む可能性が高くなる。そこで，マルチパスの影響の低減を試みた技術として，例えば特許文献１に記載のものがある。【０００４】
特許文献１に記載の油圧ショベルでは，測位アンテナよりも上方に位置し得るフロント作業装置等の上部構造体の外面を電波吸収体で覆っており，これにより測位信号が上部構造体で反射して測位アンテナに受信されることを抑制し，位置計測精度の低下抑制を試みている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−７５８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら，特許文献１に記載の技術は，上部構造体（フロント作業装置）で反射する信号（反射波）の影響を低減できるが，上部構造体を回折する信号（回折波）の影響は低減できない。【０００７】
一般的に油圧ショベルは，フロント作業装置を利用することで，掘削，旋回，放土等の一連の動作を繰り返して作業をおこなう作業機械であり，作業中のフロント作業装置の姿勢は頻繁に変化し得る。フロント作業装置の姿勢が変化すると，フロント作業装置で測位信号が遮られる測位衛星が変化し，それによって測位演算に使用する測位衛星の組合せが変化することがある。測位演算に使用する測位衛星の組合が変化すると，測位結果に大きなばらつきが生じたり，同じ位置で同じ作業を行っている場合でも測位結果の再現性が低下したりすることがある。その結果，フロント作業装置（バケット爪先）の位置演算精度が悪化し，実際に仕上げた面の形状が施工目標面と異なる等の課題が発生し得る。【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので，その目的は，測位衛星からの測位信号に基づいて作業機械の位置を高精度に演算できる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが，その一例を挙げるならば，下部走行体と，前記下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と，前記上部旋回体に回動可能に取り付けられた作業装置と，複数の測位衛星から測位信号を受信するためのアンテナと，前記アンテナで受信された測位信号に基づいて，前記上部旋回体の位置を演算する受信機と，前記上部旋回体及び前記作業装置の姿勢を検出するための姿勢センサと，前記受信機により演算された前記上部旋回体の位置と，前記上部旋回体の方位角と，前記姿勢センサにより検出された前記作業装置の姿勢と，前記作業装置の寸法データとに基づいて，前記作業装置に設定された制御点の位置を演算するコントローラとを備えた作業機械において，前記コントローラは，前記作業装置により精度の要求される作業がされていると判定した場合に，前記アンテナの設置位置と，前記作業装置の可動範囲と，前記姿勢センサにより検出された前記上部旋回体の姿勢と，前記上部旋回体の方位角とに基づいて，前記アンテナが前記複数の測位衛星から測位信号を受信する際に前記作業装置が障害物となり得る前記アンテナの上空視界の範囲をマスク範囲として設定し，前記コントローラが，前記受信機から取得される衛星測位状況データに基づいて前記マスク範囲の設定が前記受信機による前記上部旋回体の位置の演算精度を向上させると判断した第１の場合には，前記受信機は前記複数の測位衛星のうち前記マスク範囲に位置する測位衛星を除いた残りの測位衛星からの測位信号に基づいて前記上部旋回体の位置を演算し，前記コントローラが，前記受信機から取得される衛星測位状況データに基づいて前記マスク範囲の設定が前記受信機による前記上部旋回体の位置の演算精度を低下させると判断した第２の場合には，前記受信機は前記マスク範囲を使用せずに前記複数の測位衛星から送信される測位信号に基づいて前記上部旋回体の位置を演算するものとする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば，測位衛星からの測位信号に基づいて作業機械の位置を高精度に演算できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る制御システムのハードウェア構成の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係るコントローラの機能ブロック図を示す図である。
【図４】油圧ショベルと測位衛星との位置関係の一例を表す図である。
【図５】ＧＮＳＳアンテナ上空における測位衛星の配置の一例を表す図である。
【図６】図５に衛星マスク範囲を設定した場合の図である。
【図７】本発明の実施形態に係るコントローラの処理フローを表す図である。
【図８】本発明の実施形態に係るコントローラ（精度要求判定部）の処理フローを表す図である。
【図９】本発明の実施形態に係るコントローラ（衛星マスク設定部）の処理フローを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下，本発明の実施の形態について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制御点（コントローラ１００で位置を演算して制御対象とする油圧ショベル上の点）を設定した場合のものである。なお，制御点は油圧ショベルの何処に設定しても構わないし，フロント作業装置の作業具は以下で説明するバケットに限られない。また，測位衛星から測位信号をアンテナで受信してグローバル座標系における本体（上部旋回体）の位置を演算する受信機を備える作業機械であれば，以下で説明する油圧ショベルに限らず本発明が適用可能である。また，各図中，同じ部材には同じ符号を付し，重複した説明を省略することがある。
【００１３】
図１は油圧ショベル１の概略図である。図１において，油圧ショベル１は，車両本体２と，多関節型のフロント作業装置３で構成されている。車両本体２は，クローラ式の下部走行体５と，下部走行体５の上部に左右方向に旋回可能に取り付けられた上部旋回体４とを備えている。フロント作業装置３は，上部旋回体４に回動可能に取り付けられている。フロント作業装置３は，ブーム６，アーム７及びバケット８という複数のフロント部材により構成されており，それぞれ油圧シリンダであるブームシリンダ９，アームシリンダ１０，及びバケットシリンダ１１により駆動される。
【００１４】
フロント作業装置３には，フロント作業装置３の姿勢を検出するための複数の姿勢センサ２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）が搭載されている。複数の姿勢センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃはそれぞれフロント部材６，７，８に搭載されており，搭載されたフロント部材６，７，８の姿勢を演算するための姿勢データを出力する。出力された姿勢データからは各フロント部材６，７，８の姿勢が演算でき，それを組合わせることでフロント作業装置３の姿勢が演算できる。姿勢センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃとしては，例えば，所定の面（例えば水平面）に対する傾斜角を検出可能な慣性計測装置（ＩＭＵ）の利用が可能である。
【００１５】
上部旋回体４には，上部旋回体４の姿勢（傾斜角度）を検出するための姿勢センサ２０ｄ（図３参照）が搭載されている。姿勢センサ２０ｄが出力した姿勢データから上部旋回体４の姿勢が演算できる。姿勢センサ２０ｄとしては，姿勢センサ２０ａ−２０ｃと同様に例えば慣性計測装置（ＩＭＵ）の利用が可能である。
【００１６】
上部旋回体４には，運転室１２と，旋回油圧モータ（旋回駆動装置）１３と，エンジン（図示せず）と，エンジンにより駆動されて油圧ショベル内の油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプ（図示せず）などの装置が搭載されている。
【００１７】
さらに，上部旋回体４には，グローバル座標系における上部旋回体４の位置を検出するための衛星測位システム２１（アンテナ２１ａ，２１ｂ及び受信機２１ｃ）と，油圧ショベル１（フロント作業装置３を含む）に設定された制御点の位置（例えば現場座標系における位置）を演算可能なコントローラ１００と，コントローラ１００が外部サーバ１０２をはじめとする外部端末と通信をするための通信装置２３（図２参照）が搭載されている。
【００１８】
運転室１２の中には油圧ショベル内の油圧アクチュエータを操作するための複数の操作レバー（操作装置）１８が設けられている。本実施形態では，オペレータが各操作レバー１８を操作することにより，ブームシリンダ９，アームシリンダ１０，バケットシリンダ１１，旋回油圧モータ１３，走行油圧モータ１５ａ，１５ｂをそれぞれ駆動させることが可能である。オペレータが各操作レバー１８に入力する操作量は操作センサ１７（図２参照）によって検出されてコントローラ１００に出力される。例えば，操作レバー１８が油圧パイロット式の場合，操作センサ１７としては圧力センサが利用可能である。
【００１９】
また，運転室１２には，施工目標面を生成するための設計面の３次元データ（３Ｄ設計面データ）をコントローラ１００内の記憶装置（図示せず）に登録するための施工目標面設定装置２４と，フロント作業装置３と施工目標面の位置関係をはじめとする各種情報を表示するためのモニタ（表示装置）１９と，後述する制限制御（マシンコントロール）の制御モードとしてオペレータが粗掘削モードと仕上げモードのいずれかを選択するための制御モード選択スイッチ２６と，コントローラ１００に入出力される各種情報を記録するための装置である記録装置（例えば半導体メモリ）２５（図２参照）が設けられている。本実施形態においては運転室１２内部に設置しているが，コントローラ１００や記録装置２５は運転室１２の外部に設置しても良い。また，記録装置２５はコントローラ１００内の記憶装置で代用しても良い。
【００２０】
下部走行体５は履帯１４ａ，１４ｂを左右両側に有しており，履帯１４ａ，１４ｂは走行油圧モータ１５ａ，１５ｂによりそれぞれ駆動されることで下部走行体５を走行させる。なお，図１では左側の履帯１４ａ及び走行油圧モータ１５ａのみを示しており，右側の履帯１４ｂ及び走行油圧モータ１５ｂは図示を省略している。上部旋回体４は下部走行体５に旋回輪１６を介して回動可能に接続されており，旋回油圧モータ１３により駆動される。
【００２１】
図２に本発明の実施形態における位置計測システムのシステム構成例を示す。
【００２２】
図２にいて，衛星測位システム２１は，上部旋回体４に搭載された無線機３０と接続されている。無線機３０は，グローバル座標系における座標が既知の基準局に設置された衛星測位システムから送信される補正データを受信するためのものであり，受信した補正データは衛星測位システム２１内の受信機２１ｃに出力される。
【００２３】
衛星測位システム２１は，図１に示すように上部旋回体４の上面に設置され，複数の測位衛星からの測位信号を受信するための２つのＧＮＳＳアンテナ２１（第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１ｂ）と，第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１ｂで受信された測位信号と無線機３０で受信した補正データとに基づいて上部旋回体４の位置及び方位角をリアルタイムに演算できる受信機２１ｃとを備えている。
【００２４】
第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１ｂは，ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic- Global Navigation Satellite Systems）用のアンテナである。
【００２５】
受信機２１ｃは，第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ２１ｂで受信した測位信号から各ＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂの位置データ（上部旋回体４の位置データ）を演算し，その２つのＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂの位置データを利用して一方のＧＮＳＳアンテナから他方のＧＮＳＳアンテナへのベクトルを演算し，当該ベクトルの方向に基づいて上部旋回体４の向き（方位角）を算出する。受信機２１ｃが演算した上部旋回体４の位置データと方位角データはコントローラ１００に出力される。
【００２６】
姿勢センサ２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）が検出した各フロント部材６，７，８と上部旋回体４の傾斜角データはコントローラ１００に出力されている。
【００２７】
操作センサ１７が検出した操作レバー１８の操作量のデータはコントローラ１００に出力されている。操作センサ１７は操作レバー１８による操作対象ごとに設けられており，ブーム６，アーム７，バケット８，上部旋回体４，及び下部走行体５の操作信号として出力される作動油の圧力（パイロット圧）を検出している。
【００２８】
操作レバー１８には制御モード選択スイッチ２６が備えられている。制御モード選択スイッチ２６は，後述する制限制御（マシンコントロール）の制御モードとして，施工目標面の精度よりもフロント作業装置３の動作速度（例えばアーム７の動作速度）を優先する粗掘削モードと，フロント作業装置３の動作速度（例えばアーム７の動作速度）よりも施工目標面の精度を優先する仕上げモードとを選択することができるスイッチである。
【００２９】
粗掘削モードは，例えば，制限制御の実行中にアーム７（アームシリンダ１０）の動作速度に制限を設けないモードである。このモードでは，アーム７の動作速度に制限が設けられず，アーム７はオペレータの操作通りの速度で動作するため，スピーディーな掘削作業が可能である。ただし，施工目標面にバケット８が近い状態でもアーム速度に制限が掛からないため，アーム速度によってはバケット８が施工目標面の下方に侵入する可能性がある。
【００３０】
仕上げモードは，例えば，制限制御の実行中にアーム７（アームシリンダ１０）の動作速度に制限を設けるモードである。このモードでは，例えば，バケット８が施工目標面に近づくにつれてアーム７の動作速度の最大値が小さく設定される。この場合，施工目標面の近傍でのアーム速度はオペレータ操作が規定する速度よりも減速され易いが，バケット８を施工目標面上またはその上方に位置させることが容易になるので，施工目標面を傷つけることなく高精度な掘削作業が可能である。
【００３１】
制御モード選択スイッチ２６としては，例えば，押しボタン式のスイッチが利用可能である。本実施形態においては，制御モード選択スイッチ２６を押すことによって，オペレータが制限制御を利用して施工する際に希望の制御モードに切替えることができる。特にオペレータが施工精度を要求するような作業において，手元に備えられているスイッチを押すことで，高精度な施工が可能な仕上げモードと，そうでない粗掘削モードに切替えることができる。また，本実施形態においては，制御モード選択スイッチ２６を操作レバー１８に設ける例で説明したが，別途，運転室１２内の他の場所に設けることや，モニタ１９上に画像のスイッチとして設けることも可能である。
【００３２】
施工目標面設定装置２４は，施工目標面を生成するための３Ｄ設計面データをコントローラ１００内の記憶装置（図示せず）に登録するための装置である。施工目標面設定装置２４は，例えば，情報化施工用に準備されているディスプレイを兼用したコントローラ（例えばタッチパネル式ディスプレイを備えたタブレット端末）であり，作業内容や各種設定を行うことができ，マシンガイダンスに関する設定も行うことができる。
【００３３】
３Ｄ設計面データは，例えば，不揮発性の半導体メモリなどを介して施工目標面設定装置２４に入力することが可能である。また，ネットワークを介してサーバから入力することによっても３Ｄ設計面データを読み込むことができる。この装置は，コントローラ１００と兼用になっているものでも良く，施工目標面設定装置２４の機能をコントローラ１００に搭載しても良い。
【００３４】
表示装置１９は各種情報を表示する装置である。本実施形態では，表示装置１９は運転室１２内に設置される液晶ディスプレイのモニタであり，モニタ１９上には，各姿勢センサ２０により取得された情報をもとに生成された油圧ショベル１を側面視した画像及び施工目標面の断面形状などの情報がオペレータに対して提示される。
【００３５】
記録装置２５は，各種情報を記録するための装置である。記録装置は，例えば半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体であり，運転室１２内にある専用の差し込み口を通じて着脱することも可能である。
【００３６】
通信装置２３は，コントローラ１００と外部の端末（例えば，外部管理用サーバ１０２）とのデータの送受信に利用される装置である。通信装置２３は，例えば衛星通信を通じて，ショベル１と遠隔地にあるサーバ１０２との間のデータの送受信を行う。具体的には，通信装置２３は記録装置２５に記録されたデータ，又はそれらのデータに基づいて生成される二次的なデータを，基地局を通じてサーバ１０２に送信する。また，通信装置２３は，携帯電話網や狭域無線通信網等を通じて，ショベル１と基地局との間のデータのやり取りを実現するようにしても良い。
【００３７】
次にコントローラ１００で行われる処理を機能に分けて説明する。本実施形態において，コントローラ１００で行われる処理の一部を機能ごとにブロック化した図（機能ブロック図）を図３に示す。
【００３８】
コントローラ１００は，演算処理装置（例えばＣＰＵ（図示せず））及び記憶装置（例えば半導体メモリやハードディスクドライブ等（図示せず））を有するコンピュータであり，当該記憶装置に記憶されたプログラムを当該演算処理装置で実行することで，図３に示した各部（ショベル姿勢演算部４２，異常状態判定部４３，施工目標面演算部４４，油圧システム制御部４５，モニタ表示制御部４６，精度要求判定部４７，衛星マスク設定部４８，情報記憶部４９）として機能する。以下，各部で行われる処理を説明する。
【００３９】
ショベル姿勢演算部４２は，位置情報検出部４０と，姿勢演算部４１として機能する。
【００４０】
位置情報検出部４０は，衛星測位システム２１の受信機２１ｃで演算された第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａと第２ＧＮＳＳアンテナ２１ｂのグローバル座標系における位置データ（緯度，経度，高度）を，車体座標系における位置データ（座標値）に変換する演算を行う。例えば，第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａの車体座標系における座標値がショベル１の設計寸法やトータルステーションなどの測量機器による測定により既知であるので，車体座標系とグローバル座標系とは，上部旋回体４の傾斜角度（ピッチ角及びロール角）と，第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａの車体座標系における座標値と，グローバル座標系を元に求められる座標変換パラメータとを用いることで相互に変換可能である。そのため，車体座標系の原点であるブームピンの中心のグローバル座標系における座標値を算出可能である。車体座標系におけるショベル１の任意の点のグローバル座標系における座標値を演算できる。
【００４１】
姿勢演算部４１では，姿勢センサ２０ａ〜２０ｄで演算された各フロント部材６，７，８及び上部旋回体４の角度情報に基づいて，油圧ショベル１（フロント作業装置３及び上部旋回体４）の姿勢を演算する。
【００４２】
ショベル姿勢演算部４２は，位置情報検出部４０で算出されたブームピン（車体座標系の原点）の位置座標データと，上部旋回体４の向き（方位角）と，姿勢演算部４１で算出された姿勢データと，予め計測・記憶されている各フロント部材６，７，８の寸法データとにより，ショベル１が施工に使用するバケット８における制御点（例えば，バケット幅方向におけるバケット爪先の中心）の位置データ（座標値）を算出できる。また，ショベル１を側面視した画像をモニタ１９に表示するときの姿勢を算出するための姿勢データも演算できる。なお，本実施形態では，制限制御を実行するために制御点をバケット爪先に設定したが，マシンコントロールの処理内容に応じて制御点を他の位置に適宜設定しても良い。
【００４３】
施工目標面演算部４４では，施工目標面設定装置２４から入力された３Ｄ設計面データと，ショベル姿勢演算部４２で演算された現在のショベル１の位置データとに基づき，ショベル１が掘削するための施工目標面を演算し，油圧システム制御部４５に出力する。施工目標面は，フロント作業装置３の動作平面と３Ｄ設計面データとの交線であり，フロント作業装置３の動作平面とは各フロント部材６，７，８及びブームピンに直交する平面であってブームピンの軸方向における中心を通過する面である。算出された施工目標面は，モニタ１９で表示される施工目標面の形状としても利用可能であり，モニタ表示制御部４６に出力される。また精度要求判定部４７にも出力される。
【００４４】
モニタ表示制御部４６では，施工目標面演算部４４で演算された施工目標面と，ショベル姿勢演算部４２で演算されたフロント作業装置３の姿勢とに基づいて，施工目標面とフロント作業装置３の位置関係を演算し，施工目標面とフロント作業装置３をモニタ１９に表示する。これによって，例えば，ブーム６，アーム７，バケット８などのフロント作業装置３の姿勢や，バケット８の先端位置と角度をモニタ１９に表示してオペレータの操作を支援するマシンガイダンスシステムとしての機能を実現する。
【００４５】
油圧システム制御部４５では，油圧ポンプ，コントロールバルブ，及び各油圧アクチュエータ等からなる油圧ショベル１の油圧システムを制御する為の指令値を演算して出力する。本実施形態では，マシンコントロールとして，フロント作業装置３の動作範囲が施工目標面上及びその上方に制限されるように，フロント作業装置３と施工目標面との距離（目標面距離）に基づいてフロント作業装置３を制御する制限制御が実行可能である。
【００４６】
より具体的には，本実施形態における制限制御は，目標面距離がゼロに近づくにつれて，施工目標面に直交する方向のうち施工目標面に近づく方向におけるバケット爪先に速度成分がゼロに近づくように，オペレータが操作するアーム７の動作（例えばアームクラウド動作）に対して，コントローラ１００が自動的にブーム６の上げ動作を追加するものである。これにより施工目標面上では，施工目標面に直交するバケット爪先の速度成分がゼロに保持される。その際，施工目標面に平行なバケット爪先の速度成分はゼロとはならないので，例えばオペレータが操作レバー１８に対してアームクラウド操作を入力すれば，バケット８の爪先が施工目標面に沿って平行移動して施工目標面に沿った掘削が可能となる。コントローラ１００によってブーム６の上げ動作を自動的に追加する際には，入力される制御信号に応じてパイロット圧を出力する電磁比例弁（図示せず）に対してコントローラ１００から制御信号を出力し，当該パイロット圧によりブームシリンダ９の動作を制御するコントロールバルブ（図示せず）を制御することで行う。なお，本実施形態ではマシンコントロールとして制限制御について触れるが，例えば，油圧ショベル１の周囲に進入禁止領域を設定して，その進入禁止領域内に制御点が進入しないように各種油圧アクチュエータを自動的に制御する進入禁止制御などの他の制御にも利用可能である。
【００４７】
精度要求判定部４７は，フロント作業装置３が精度を要求する作業中か否かを判定する部分である。詳細については後述する図８のフローチャートを用いて説明するが，精度要求判定部４７は，操作レバー１８やショベル姿勢演算部４２で算出されたフロント作業装置３の位置データや，施工目標面演算部４４で演算された施工目標面データ等により，油圧ショベル１の作業内容やオペレータの要求を把握し，油圧ショベル１に設定された制御点の位置制御に対する要求精度が高いか否かを判定する。
【００４８】
異常状態判定部４３では，姿勢センサ２０，衛星測位システム２１，施工目標面設定装置２４及び通信装置２３等，ショベル１に搭載されている各機器に関する情報に基づいて，ショベル１に発生している異常が何かを判定する部分である。例えば，マシンガイダンス機能を搭載した情報化施工機では，オペレータはモニタ１９に提示されたバケット８と施工目標面の位置関係を参照しながら，実際のバケット８の爪先が施工目標面に沿って移動するようにフロント作業装置３の操作をおこなう。それにもかかわらず，バケット８によって掘削された出来形が施工目標面に対して掘り過ぎてしまった場合には，オペレータは油圧ショベル１に何らかの異常が発生したと認識することになる。異常状態判定部４３は，このような異常発生時において，その原因が機器の故障にあるのか，それとも測位衛星からの測位信号の受信状況や無線機３０による補正データの受信状況が悪いことにあるのかを判断する。異常状態判定部４３は，異常原因が衛星測位状況の悪化と判断した場合には「測位状況異常フラグ」を情報記憶部４９及びモニタ表示制御部４６に出力し，異常原因が機器の故障であると判断した場合には「機器異常フラグ」を情報記憶部４９及びモニタ表示制御部４６に出力する。
【００４９】
（測位状況異常フラグの出力）
測位状況異常フラグに関して，受信機２１ｃは，自身（受信機２１ｃ）による測位の信頼度をコントローラ１００に随時出力しており，異常状態判定部４３（コントローラ１００）は当該信頼度が所定値Ｖｔ１以下のときに異常原因が衛星測位状況の悪化にあると判定し，測位状況異常フラグをモニタ表示制御部４６及び情報記憶部４９に出力する。
【００５０】
測位状況異常フラグを入力した表示制御部４６は，受信機２１ｃによる測位の信頼性が低いことを示す情報（メッセージや画像）をモニタ１９に表示する。これによりオペレータは衛星測位システム２１による測位精度が悪化しているため，例えば，仕上げ作業に制限制御（マシンコントロール）を利用している場合には，測位精度が回復するまで作業を中断する必要があることを認識できる。
【００５１】
測位状況異常フラグを入力した情報記憶部４９は，測位の信頼度が所定値Ｖｔ１以下となっている間に衛星測位状況データ（後述）を収集・記憶し，記憶した衛星測位状況データをそのデータの取得時刻とともに通信装置２３を介して外部管理用サーバ１０２に出力する。このとき，衛星測位状況データを記録装置２５に出力して油圧ショベル１側でも記憶しても良い。
【００５２】
衛星測位状況データは，受信機２１ｃから出力される衛星測位状況を示すデータの総称であり，例えば，測位に利用した測位衛星の個数，衛星測位により演算された位置（緯度，経度，高度）のうち高さ方向における位置（高度）の分散，測位に利用した測位衛星の幾何学的配置から演算されるＶＤＯＰ（Vertical Dilution of Precision：垂直精度低下率），及び，受信機２１ｃの測位信頼度のうち少なくとも１つのデータが含まれる。衛星測位状況データを外部管理用サーバ１０２や記録装置２５に記録することで，異常発生原因が機器の故障ではなく衛星測位状況にあったことを明確化でき，また，衛星測位状況が悪化した詳細な原因を事後的に特定できる可能性が高まる。
【００５３】
（機器異常フラグの出力）
機器異常フラグに関する機器としては，油圧ショベル１に搭載されているエンジン，油圧ポンプなどの標準的な機器に加えて，情報化施工用に搭載されている機器もある。情報化施工用機器としては，各フロント部材６，７，８や上部旋回体４に搭載されている姿勢センサ２０や，衛星測位システム２１における受信機２１ｃ，操作センサ（圧力センサ）１７，通信装置２３，無線機３０などがある。異常状態判定部４３は，異常発生を検知した際，これらの機器の稼働状況を検出する各種センサの出力値や当該機器から出力されるデータ等に基づいて，各機器に異常が発生しているか否かを判定し，異常が発生していると判断した場合には機器異常フラグをモニタ表示制御部４６及び情報記憶部４９に出力する。
【００５４】
機器異常フラグを入力した表示制御部４６は，機器に異常（故障）が発生したことを示す情報（メッセージや画像）をモニタ１９に表示する。これによりオペレータは機器に異常が発生したため，例えば，機器の交換要否の判断も含めて機器の詳細な異常診断を速やかに行う必要があることを認識できる。
【００５５】
機器異常フラグを入力した情報記憶部４９は，そのフラグを受信した時刻の前後，所定時間における機器稼働状況データ（スナップショットデータ）を収集・記憶し，記憶した機器稼働状況データをそのデータの取得時刻とともに通信装置２３を介して外部管理用サーバ１０２に出力する。このとき，機器稼働状況データを記録装置２５に出力して油圧ショベル１側でも記憶しても良い。機器稼働状況データは，機器異常の有無を判断した際に利用した各種データの総称であり，例えば，フロント作業装置３を含む油圧ショベル１の位置データや姿勢データ，オペレータの操作量，各油圧アクチュエータやそれに接続される油路に設置した圧力センサで検出される作動油の圧力値などが含まれる。機器稼働状況データを外部管理用サーバ１０２や記録装置２５に記録することで，異常発生原因が衛星測位状況ではなく機器の故障にあったことを明確化でき，また，機器が故障した詳細な原因を事後的に特定できる可能性が高まる。
【００５６】
外部管理用サーバ１０２には，３Ｄ設計面データや施工現場の土質情報，施工現場の周辺を含む地形情報，施工現場における通信可能エリア等が格納することができ，外部管理用サーバ１０２において通信状況についても把握可能な構成とすることができる。また，異常が起きた作業機械の周辺で作業している他の作業機械のデータも同時に外部管理用サーバ１０２にアップロードすることにより，衛星や通信等，環境に係る異常時データを把握することが可能となる。また，通信システムや衛星測位など環境にかかわるものにより，施工状態が悪化してしまう場合もあるため，本実施形態では，異常が起きた場合の衛星の配置状態（例えばＶＤＯＰを含むＤＯＰ値）やその時の信号レベル等がどうなっているかを調査し，レポートするために記録しておく。
【００５７】
特に，情報化施工を実施するにあたり，その中でも作業機械の一部の動作を自動化するようなマシンコントロールによる作業中には，施工目標面に対して深く掘り過ぎたり，施工目標面までバケット８が近づけなかったりといった事象の発生が考えられる。そういった場合に，従来は，サービス員が現場に行き，実際の機械の挙動を見たり，各種センサの状態などを確認したりすることで，機械の異常なのか，周囲状況の影響による測位状況の悪化なのか等を判断する必要があった。本実施形態においては，異常発生時における各種データを外部管理用サーバ１０２に送信した上で，作業内容や各搭載機器の状態を確認することができるので，異常発生後のサポートを効率良く行えるようになる。
【００５８】
次に，掘削作業時に衛星測位状況が悪化したシーンの一例について，図４−６を用いて説明する。
【００５９】
掘削動作中のフロント作業装置３によって測位衛星からの測位信号が遮られるシーンでの油圧ショベルの姿勢変化（姿勢Ａ，姿勢Ｂ）を図４に示し，その時における第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａの上空視界を図５，図６にそれぞれ示す。
【００６０】
図４において，油圧ショベル１は法面の切上げ作業をしている。オペレータは，モニタ１９に表示される施工目標面とバケット８の位置関係を参照しながら，バケット８の爪先が施工目標面に沿って移動するように油圧ショベルの掘削操作を行う。図６において破線で囲まれた領域６０は，フロント作業装置３（ブーム６，アーム７，バケット８）が障害物となって測位信号がＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂに到達するまでに遮られ得る領域（「遮蔽領域」と称することがある）を示し，この遮蔽領域６０には測位信号が遮られる衛星（例えば衛星Ｇ１）が存在する。図４に示すような状況において，姿勢Ａのようにブーム６を下げてショベル１よりも下方を掘削している状態では，図５に示すように衛星Ｇ１が見えているが，姿勢Ｂのようにアーム引きと同時にブーム６が上昇すると，図６に示すように衛星Ｇ１からの測位信号がブーム６に遮られる状況となる。よって，図４に示すような一連の動作をする間に，衛星Ｇ１の測位信号が直接受信できる場合（姿勢Ａ）と，衛星Ｇ１の測位信号が反射・回折などの影響を受けている場合（姿勢Ｂ）とがあり，随時，変化していることになる。この場合，位置計算に使用する測位衛星の組合せが変化する可能性があり，位置計測結果のばらつきが大きくなる。
【００６１】
位置計測に際して受信機２１ｃは，２つのＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂで受信される衛星からの測位信号の品質や，測位信号を受信しているＧＮＳＳ衛星の配置等，種々の条件判定を行って位置計算に使用する衛星（測位信号）を選択している。衛星の配置はＤＯＰ（Dilution Of Precision：精度低下率）という数値で評価されており，例えば測位衛星が上空視界の一方向に偏って分布している場合などはＤＯＰが悪く（数値が大きい），結果として計算される位置精度が悪化する。これに対して，衛星が上空視界に偏りなく分布している場合はＤＯＰが良く（数値が小さい），計算される位置精度が向上する。これは，衛星測位システム２１による位置計測が，三角測量を応用した計測システムであることに起因する。衛星測位システム２１による位置計測では，ＤＯＰ以外にもＧＮＳＳ衛星の時計誤差や軌道情報の誤差等，各衛星で微妙に異なる誤差要因があり，油圧ショベル１が同じ位置にあっても，位置計算に使用している衛星の組み合わせが異なると，位置の結果にズレが生じることがある。
【００６２】
また，上述したような施工においては，掘削動作の後に放土作業を行うこともあり，その場合，掘削動作の終了後にブーム６を上げてアーム７やバケット８を巻き込んだ姿勢で旋回操作を行って放土位置に移動する。放土位置にてアーム７及びバケット８をダンプさせて放土作業をおこなった後に，再度，旋回して掘削位置に戻って作業を行う。このようなシーンにおいても，旋回時にはこれまで補足できていた衛星が見えなくなったり，これまで補足できていなかった衛星が見えるようになったりと，測位に使用する衛星が変化する。そのため，フロント作業装置３が元の位置に戻った場合においても，位置計測の再現性が悪化してしまったりすることがある。このように，位置計算結果の再現性が悪化すると，モニタ１９に表示されるバケット先端と施工目標面との位置関係が掘削作業毎に異なることになり，出来形が不連続になる等の問題が生じ得る。
【００６３】
この種の課題を解決するために，本実施形態では受信機２１ｃが衛星測位に利用する測位衛星を限定するためにコントローラ１００が衛星マスク範囲６５（図６参照）を車体座標形上に設定する。衛星測位に際して，受信機２１ｃは，コントローラ１００に設定された衛星マスク範囲６５に位置する測位衛星を除いた残りの測位衛星から送信される測位信号に基づいて第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａの位置を演算する処理を行う。
【００６４】
続いて本実施形態のコントローラ１００による衛星マスク範囲６５の設定処理の詳細について，図７の処理フローを用いて説明する。図７において，これらの処理フローは，一定周期間隔（例えば１００ｍｓ）で繰返し演算される。
【００６５】
（衛星マスク範囲の設定処理（１））
ステップＳ１０１において，コントローラ１００は，衛星測位システム２１（受信機２１ｃ）で演算された第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａの位置データと，第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａから第２ＧＮＳＳアンテナ２１ｂへのベクトルデータとを取得する。
【００６６】
ステップＳ１０２において，コントローラ１００は，ショベル姿勢演算部４２において，各フロント部材６，７，８及び上部旋回体４に取り付けられた姿勢センサ（ＩＭＵ）２０から出力されるデータ（姿勢センサデータ）に基づいて各部材５−８の姿勢データを演算する。続くステップＳ１０３では，ショベル姿勢演算部４２は，ステップＳ１０１で取得した衛星測位システム２１の演算データ（２つのＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂの３次元位置と，第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａから第２ＧＮＳＳアンテナ２１ｂへのベクトルデータ）と，ステップＳ１０２で演算した各部材５−８の姿勢データとに基づいて，一般的なベクトル演算と座標変換を行って，グローバル座標系や現場座標系における，油圧ショベル１の位置及び姿勢と，バケット先端（制御点）の３次元位置を演算する。ステップＳ１０３で演算された油圧ショベル１の位置及び姿勢とバケット先端（制御点）の位置とは，異常状態判定部４３，施工目標面演算部４４，油圧システム制御部４５，モニタ表示制御部４６，精度要求判定部４７，衛星マスク設定部４８等，コントローラ１００内で必要な箇所に出力される（ステップＳ１１０）。
【００６７】
ステップＳ１０４では，コントローラ１００は，精度要求判定部４７において，フロント作業装置３により精度の要求される作業がされているか否か（すなわち制御点（バケット先端）の位置演算について高精度の位置演算が要求されているか否か）を判定する。ここで，一旦図７の説明を中断し，精度が要求されているかどうかを精度要求判定部４７が判断する処理（精度要求フラグの演算処理）の詳細について図８を用いて説明する。図８に精度要求フラグを演算する方法の処理フローを示す。図８のフローにおいて精度要求判定部４７は，制御モード選択スイッチ２６から出力される制御モードデータと，施工目標面演算部４４から出力される施工目標面データと，ショベル姿勢演算部４２から出力されるショベル姿勢データとに基づいて精度要求フラグを演算している（精度要求フラグのＯＮ・ＯＦＦを決定している）。
【００６８】
（精度要求フラグの演算処理）
ステップＳ２０１では，精度要求判定部４７は，ショベル姿勢演算部４２で演算されたショベル姿勢データ（図７のステップＳ１０３で演算されたデータ）を取得する。
【００６９】
次に，精度要求判定部４７は，制御モード選択スイッチ２６によって選択されている制御モード（制御モードデータ）をステップＳ２０２で入力し，ステップＳ２０３で選択されている制御モードが仕上げモードか否かを判定する。
【００７０】
ステップＳ２０３において仕上げモードが選択されていると判断された場合，仕上げモードは，そのモードの性質上，バケット先端の位置を高精度で算出する必要があるため，衛星測位の精度も高精度である必要がある。よって，精度要求判定部４７は，ステップＳ２０４において精度要求フラグをＯＮにして，その結果を衛星マスク設定部４８に出力する。
【００７１】
一方，ステップＳ２０３において仕上げモードが選択されていないと判断された場合（つまり，本実施形態では粗掘削モードが選択されている場合）には，精度要求判定部４７は，ステップＳ２０５において，施工目標面演算部４４で演算された施工目標面データを取得する。続くステップＳ２０６では，精度要求判定部４７は，ステップＳ２０１で取得したショベル姿勢データとステップＳ２０５で取得した施工目標面データとに基づいて，バケット先端（フロント作業装置３）と施工目標面までの距離を演算してステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では，精度要求判定部４７は，ステップＳ２０６で演算したバケット先端（フロント作業装置３）から施工目標面までの距離が所定値Ｄ１以下（例えば３０ｃｍ以下）であるか否かを判定する。
【００７２】
ステップＳ２０７でバケット先端と施工目標面の距離が所定値Ｄ１より大きいと判定された場合には，精度要求判定部４７はステップＳ２１０に進んで精度要求フラグをＯＦＦにして，その結果を衛星マスク設定部４８に出力する。
【００７３】
一方，ステップＳ２０７でバケット先端と施工目標面の距離が所定値Ｄ１以下と判定された場合には，精度要求判定部４７は，ステップＳ２０８に進んでフロント作業装置３の姿勢変化を演算する。ステップＳ２０８では，精度要求判定部４７は，１制御周期前に取得したショベル姿勢と今回のフローで取得したショベル姿勢の差分に基づいて，フロント作業装置３の姿勢変化を演算して，ステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９では，精度要求判定部４７は，ステップＳ２０８で算出したショベル姿勢に変化があるか否かを判定する。
【００７４】
ステップＳ２０９でショベル姿勢に変化があると判断された場合には，バケット先端と施工目標面の距離が所定値Ｄ１以下で非常に近く，さらに，ショベル姿勢が変化しており，バケット先端が施工目標面を傷つける可能性があることを考慮して，バケット先端の位置を高精度に演算する必要がある。そこで，ステップＳ２０４に進んで精度要求フラグをＯＮにして，その結果を衛星マスク設定部４８に出力する。
【００７５】
一方，ステップＳ２０９でショベル姿勢に変化がないと判断された場合には，ステップＳ２１０に進んで精度要求フラグをＯＦＦにして，その結果を衛星マスク設定部４８に出力する。すなわち，この場合は，バケット先端と施工目標面との距離が所定値Ｄ１以下で近いときでも，油圧ショベル１が静止している状況であれば，フロント作業装置３が精度を要求する作業中ではないと判断する。なお，本実施形態では，フロント作業装置３が動作しているか否かを各フロント部材６，７，８の姿勢変化に基づいて演算したが（ステップＳ２０８），操作レバー１８から入力される情報，すなわち操作センサ１７から入力される情報に基づいて，フロント作業装置３の動作の有無を判定しても良い。また，油圧ショベル１の位置データ，姿勢センサデータ，操作レバー１８の圧力（操作量）や施工目標面データに基づいて，ショベル１が掘削中であるかどうかを判定しても良い。また，上記情報のみでは，ショベル１が実際に掘削作業をしているかどうかが不明確であるため，各油圧シリンダ９，１０，１１に付けた圧力センサの出力を用いて判別しても良い。
【００７６】
なお，精度要求フラグは常にＯＮにして，図８のフローは省略してもよい。また，ショベル１の姿勢データはステップＳ２０１ではなくて，制御モードが仕上げモードではないことが判明した後の例えばステップＳ２０５で取得しても良い。さらに，図８の例では，（１）選択されている制御モードが仕上げモードか否かと，（２）バケット先端と施工目標面の距離及びショベル姿勢の変化の有無の組み合わせとに基づいて精度要求フラグのＯＮ・ＯＦＦを決定したが，上記（１），（２）の少なくとも一方に基づいて精度要求フラグのＯＮ・ＯＦＦを決定しても良い。さらに（２）の条件からはショベル姿勢の変化の有無は省略しても良い。ショベル姿勢の変化には上記したフロント作業装置３の姿勢変化以外の姿勢変化も含めることができる。
【００７７】
（衛星マスク範囲の設定処理（２））
図７の説明に戻る。ステップＳ１０５では，コントローラ１００は，衛星マスク設定部４８において精度要求フラグがＯＮか否かを判定する。当該判定において精度要求フラグがＯＮであると判定された場合，衛星マスク設定部４８はステップＳ１０６に処理を進める。
【００７８】
ステップＳ１０６において，衛星マスク設定部４８は，ＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂがショベル上空の複数の測位衛星から測位信号を受信する際にフロント作業装置３が障害物となり得るＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂの上空視界の範囲である衛星マスク範囲６５を例えば車体座標系上に設定するために，衛星マスク範囲６５の設定パラメータを演算する。衛星マスク範囲６５の設定パラメータとしては，各ＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂの位置を基準として，マスクの方位角範囲を規定する最小方位角及び最大方位角と，マスクの仰角範囲を規定する最小仰角及び最大仰角がある（図６参照）。図６に示すように，衛星マスク範囲６５は，最小方位角から最大方位角までの方位角範囲と，最小仰角から最大仰角までの仰角範囲の双方に囲まれた範囲となる。なお，図６に示すように，最小方位角を上部旋回体４の方位角（車体方位角）としても良い。
【００７９】
衛星マスク範囲６５は，上部旋回体４（油圧ショベル１）における各ＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂの設置位置（例えば上部旋回体４に設定された車体座標系における座標位置）とフロント作業装置３（ブーム６，アーム７，バケット８）の可動範囲との位置関係と，姿勢センサ２０ｄで検出される上部旋回体４の傾斜角度と，第１ＧＮＳＳアンテナ２１ａから第２ＧＮＳＳアンテナ２１ｂへのベクトルデータから演算される上部旋回体４の方位角とに基づいて設定される。また，既存の建物や障害となり得る壁などがある場合においては，当該障害物に起因して測位に悪影響が発生する範囲を衛星マスク範囲６５に追加しても良い。なお，衛星マスク範囲６５の設定については，２つのＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂそれぞれで設定することが可能である。また，図６に示した旋回角と仰角で規定される衛星マスク範囲６５は一例に過ぎず，各ＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂを基準にして設定する領域であれば，その他のパラメータで衛星マスク範囲を規定しても構わない。
【００８０】
ステップＳ１０７において，衛星マスク設定部４８は，衛星測位システム２１内の受信機２１ｃから出力される衛星測位状況を示すデータ（衛星測位状況データ）を受信する。衛星測位状況データには，測位に利用した測位衛星の個数，衛星測位により演算された位置（緯度，経度，高度）のうち高さ方向における位置（高度）の分散，ＶＤＯＰ（垂直精度低下率），及び受信機２１ｃの測位信頼度などが含まれている。
【００８１】
ステップＳ１０８では，衛星マスク設定部４８は，ステップＳ１０７で取得した衛星測位状況データに基づいて衛星マスク禁止フラグを演算し，衛星マスク範囲６５を設定するか否かの判断を行う。ここで，再び図７の説明を中断し，ステップＳ１０８で衛星マスク設定部４８が行う処理の詳細について図９を用いて説明する。
【００８２】
（衛星マスク禁止フラグの演算処理）
衛星マスク設定部４８による衛星マスク処理の禁止フラグ（衛星マスク禁止フラグ）の算出方法に関する処理フローを図９に示す。ここでは，ステップＳ１０７で受信機２１ｃから取得した衛星測位状況データを用いて，衛星マスク範囲６５を設定するか否かを判断しており，衛星マスク範囲６５を設定することで受信機２１ｃによる測位演算（例えば上部旋回体４の位置データ）の精度が却って低下すると判断した場合には衛星マスク範囲６５の設定を解除する。衛星測位状況データは，受信機２１ｃで取得される複数の測位衛星に関する各種情報であり，例えば衛星測位の受信機２１ｃから得られるＮＭＥＡメッセージ等がある。衛星測位状況データには受信機２１ｃによる測位演算結果に関するデータも含めることができる。
【００８３】
まず，ステップＳ３０１において，衛星マスク設定部４８は，衛星測位システム２１に関する各種情報である衛星測位状況データを取得する。本実施形態で取得される衛星測位状況データには，測位演算に用いる各測位衛星の信号レベル，測位信号を受信可能な測位衛星数，測位信号を測位に利用した測位衛星数，測位結果及びその分散，測位衛星の配置の悪さを表す指標であるＶＤＯＰ（Vertical Dilution of Precision：垂直精度低下率），測位演算結果の信頼度（測位信頼度）が含まれている。
【００８４】
ステップＳ３０２では，衛星マスク設定部４８は，ステップＳ３０１で取得した衛星測位状況データのうち，測位に利用した測位衛星の個数が所定の閾値Ｎｓ（例えば，Ｎｓ＝４（個））以上か否かを判断する。衛星マスク処理は，測位信号がフロント部材６，７，８などの影響を受けそうなＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂの上空視界の範囲に対して衛星マスク範囲６５を設定して，その衛星マスク範囲６５内に位置する衛星を除外して測位ことで，測位性能を向上させるものではある。しかし，衛星数が少ない場合に衛星をマスクしてしまうと測位演算に使用する衛星数が不足し，測位演算にとっては好ましくない状況となり得る。そのため本実施形態では，そのような場合には衛星マスク処理を実施することを禁止する。ステップＳ３０２の判定において，測位に利用した衛星数が閾値Ｎｓ未満であると判定された場合にはステップＳ３０６へ進み，衛星マスク禁止フラグをＯＮにする。
【００８５】
一方，ステップＳ３０２で測位に利用した衛星数がＮｓ以上であると判定された場合にはステップＳ３０３に進む。
【００８６】
なお，閾値Ｎｓを４（個）と例示した理由は，３次元空間で位置を演算できる最小衛星数は３個であるが，時計の時差を修正するには４個の測位衛星からの測位信号が必要だからである。
【００８７】
ステップＳ３０３では，衛星マスク設定部４８は，ステップＳ３０１で取得した衛星測位状況データを用いて，受信機２１ｃで演算されるショベル１（上部旋回体４）の位置のうち高さ方向における位置（高度）のバラツキが所定の範囲に収まっているか否かに基づいて衛星マスク範囲６５の設定要否を判断する。本実施形態での具体的な方法について説明すると，衛星マスク設定部４８は，衛星測位で得られる高度の所定期間の平均値に対する偏差（高度の偏差）ｄｈが所定の範囲内に収まっているか否かを判断する。ここで衛星マスク設定部４８は，−σ＜偏差ｄｈ＜σが成立しているか否かを判断する。例えば，σは衛星測位で得られる高度の標準偏差である。高度の標準偏差は，衛星測位で得た高度と所定期間における高度の平均値との差を２乗した値の平均（高度の分散）の平方根である。偏差ｄｈと標準偏差σは，受信機２１ｃから出力される測位結果の時系列を基に衛星マスク設定部４８で演算できる。
【００８８】
ステップＳ３０３で高度のバラツキが所定の範囲から外れていると判定された場合にはステップＳ３０６へ進み，衛星マスク禁止フラグをＯＮにする。
【００８９】
一方，ステップＳ３０３で高度のバラツキが所定の範囲に収まっていると判定された場合にはステップＳ３０４に進む。
【００９０】
ステップＳ３０４では，衛星マスク設定部４８は，ステップＳ３０１で取得した衛星測位状況データを用いて，衛星測位に利用した測位衛星の幾何学的配置から演算されるＶＤＯＰが所定の精度低下率閾値α（例えば，α＝１）未満か否かに基づいて，衛星マスク範囲６５の設定要否を判断する。ＤＯＰには，ＶＤＯＰの他にも，ＰＤＯＰ（Position Dilution of Precision）やＨＤＯＰ（Horizontal Dilution of Precision）があり，これらに基づく判定も可能であるが，ＶＤＯＰの値で判定することが好ましい。
【００９１】
ステップＳ３０４でＶＤＯＰが精度低下率閾値α以上であると判定された場合には，衛星配置が悪いため，ステップＳ３０６へ進んで衛星マスク禁止フラグをＯＮにする。反対に，ステップＳ３０４でＶＤＯＰが精度低下率閾値α未満であると判定された場合には，ステップＳ３０５に進んで衛星マスク禁止フラグをＯＦＦにする。
【００９２】
（衛星マスク範囲の設定処理（３））
図７の説明に戻る。ステップＳ１０９では，コントローラ１００は衛星マスク設定部４８において衛星マスク禁止フラグがＯＦＦか否かを判定する。当該判定にて衛星マスク禁止フラグがＯＮであると判定された場合（第２の場合）には，ステップＳ１１１に進んで，衛星マスク設定部４８は，衛星マスク範囲６５の設定が受信機２１ｃによる測位精度を低下させると判断し，ステップＳ１０６で演算した衛星マスク範囲６５の設定パラメータ（例えば，最小方位角，最大方位角，最小仰角，最大仰角）をリセットする。これにより衛星マスク範囲６５の設定が解除されるので，受信機２１ｃはフロント作業装置３が障害物となり得る衛星からの測位信号も利用した測位が可能となる。
【００９３】
一方，ステップＳ１０９の判定で衛星マスク禁止フラグがＯＦＦであると判定された場合（第１の場合）にはステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では，衛星マスク設定部４８は，衛星マスク範囲６５の設定が受信機２１ｃによる測位精度を向上させる（つまり，低下させるものではない）と判断し，ステップＳ１０６で演算した衛星マスク範囲６５の設定パラメータを受信機２１ｃ（衛星測位システム２１）に出力する。これにより設定パラメータに基づいた衛星マスク範囲６５が設定されて，その衛星マスク範囲６５内に位置する測位衛星から送信される測位信号は受信機２１ｃによる測位に利用されることが中断される。
【００９４】
（効果）
以上のように構成された本実施形態の油圧ショベルでは，衛星マスク範囲６５を設定することで，各ＧＮＳＳアンテナ２１ａ，２１ｂからみてフロント作業装置３が測位信号の障害物となり得る範囲に位置する測位衛星が測位に利用されることを防止できるので，油圧ショベル１に設定した所定の制御点（例えばバケット爪先）の位置演算精度を向上でき，その結果，当該制御点の制御精度や施工精度も向上できる（第１の場合）。
【００９５】
また，本実施形態の油圧ショベルでは，精度要求フラグがＯＮでフロント作業装置３の制御に高精度を要求する作業中であっても，使用可能な衛星数が不十分な場合や，測位結果のバラツキが大きい場合や，使用可能な衛星の配置に偏りがある場合（第２の場合）には，衛星マスク範囲６５を設定することで却って測位精度が低下する可能性が高いため，これらの条件に該当する場合には衛星マスク禁止フラグをＯＮに設定して衛星マスク範囲６５の設定を解除することとした。これにより測位に利用可能な衛星数が増えるので，衛星マスク範囲を設定し続けた場合と比較して測位精度を向上できる。
【００９６】
特に本実施形態では，ＶＤＯＰや測位結果のうち高度のバラツキといった高さ方向（垂直方向）のパラメータの変化に着目して衛星マスク禁止フラグを設定している。高精度が要求される作業に従事している油圧ショベル１では高さ方向の移動は通常は行われず，これらの高さ方向のパラメータの変化は限定的である。そのため，これらの高さ方向のパラメータに着目して衛星マスク禁止フラグのＯＮ／ＯＦＦを判断することにより，水平方向のパラメータを利用して同様の判断する場合と比較してその信頼性を向上できる。
【００９７】
（その他）
なお，本発明は，上記の実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【００９８】
図９のフローでは，衛星数（ステップＳ３０２），高度のバラツキ（ステップＳ３０３），及びＶＤＯＰ（ステップＳ３０４）の３つに基づいて衛星マスク禁止フラグのＯＮとＯＦＦを設定したが，これら３つのうち少なくとも１つに基づいて衛星マスク禁止フラグのＯＮとＯＦＦを設定しても良い。例えば，図９のフローでは，衛星数が所定の閾値以上のとき，かつ，高度のバラツキが所定の範囲に収まっているとき，かつ，ＶＤＯＰが所定の閾値未満のときに衛星マスク禁止フラグをＯＦＦとしたが，これら３つの条件のうち少なくとも１つが満たされた場合に衛星マスク禁止フラグをＯＦＦとしても良い。また，衛星数（ステップＳ３０２），高度のバラツキ（ステップＳ３０３），及びＶＤＯＰ（ステップＳ３０４）の３つを判定する順番は図９のフローに示した順番に限らず任意の順番に判定しても良い。
【００９９】
ステップＳ３０３でバラツキが所定の範囲に収まっているか否かを判定するのは図９に示した高度だけでなく，高度と同様に受信機２１ｃで演算される緯度及び経度を利用して判定しても良い。その場合，高度，緯度，経度のうち少なくとも１つのバラツキが所定の範囲に収まっているか否かに基づいて判定して良い。また上記では，衛星測位で得られる位置（高度）の所定期間の平均値に対する偏差が±σの範囲（σ＝標準偏差）内に収まっているか否かを判断すると説明したが，標準偏差の代わりに実際の数値，例えば±β［ｍｍ］の範囲に収まっているか否かを判断しても良い。±βの具体例としては±２０［ｍｍ］が挙げられる。これはマシンガイダンスやマシンコントロールではフロント作業装置の先端に位置するバケットにおける精度を要求されるが，機械誤差やその他の姿勢センサの誤差を考慮すると，この数値の範囲内でバラツキが収まることが好ましいからである。
【０１００】
ステップＳ３０４で所定の精度低下率閾値未満か否かを判定するのは図９に示したＶＤＯＰだけでなく，ＨＤＯＰやＤＯＰについても判定しても良い。
【０１０１】
また，上記のコントローラ１００に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，コントローラ１００に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることでコントローラ１００の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。
【０１０２】
また，上記の各実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【０１０３】
１…油圧ショベル，３…フロント作業装置，４…上部旋回体，５…下部走行体，６…ブーム，７…アーム，８…バケット，９…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…運転室，１３…旋回油圧モータ，１４ａ…履帯，１４ｂ…履帯，１５ａ…走行油圧モータ，１５ｂ…走行油圧モータ，１６…旋回輪，１７…操作センサ，１８…操作レバー，１９…モニタ（表示装置），２０ａ−２０ｄ…姿勢センサ（ＩＭＵ），２１…衛星測位システム，２１ａ…第１ＧＮＳＳアンテナ，２１ｂ…第２ＧＮＳＳアンテナ，２１ｃ…受信機，２３…通信装置，２４…施工目標面設定装置，２５…記録装置，２６…制御モード選択スイッチ，３０…無線機，４０…位置情報検出部，４１…姿勢演算部，４２…ショベル姿勢演算部，４３…異常状態判定部，４４…施工目標面演算部，４５…油圧システム制御部，４６…モニタ表示制御部，４７…精度要求判定部，４８…衛星マスク設定部，４９…情報記憶部，６０…遮蔽領域，６５…衛星マスク範囲，１００…コントローラ，１０２…外部管理用サーバ
【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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【国際調査報告】
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