工程机械制造技术

不论前作业机的抬升下降等工程机械的姿势变化如何，均能够利用GNSS计算出准确的方位角。为此，控制器(20)在位置姿势运算部(20a)中，在由车身IMU(13)获取到的上部旋转体(2)的姿势角和由动臂IMU(14)获取到的前作业机(1)的姿势角中的至少一方为阈值以上时，判断成由GNSS接收机(17c)计算出的上部旋转体(2)的方位角的质量低，并基于方位角的质量和由GNSS接收机(17c)计算出的上部旋转体(2)的方位角执行偏置除去运算，基于由GNSS接收机(17c)计算出的上部旋转体(2)的方位角和除去了陀螺偏置的上部旋转体(2)的角速度计算出上部旋转体(2)的修正方位角，使用该修正方位角对前作业机(1)的三维位置及姿势进行运算。机(1)的三维位置及姿势进行运算。机(1)的三维位置及姿势进行运算。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】工程机械


[0001]本专利技术涉及上部旋转体能够相对于下部行驶体旋转的液压挖掘机等工程机械。

技术介绍

[0002]伴随着面向信息化施工的对策，开发出了具有将多关节型的前作业机的位置和姿势向操作员显示的机械指导、和以使前作业机的位置及姿势沿着目标施工面移动的方式进行控制的机械控制的功能的液压挖掘机。
[0003]在这样的液压挖掘机中，为了应对三维信息化施工(3D信息化施工)，需要提供施工现场中的液压挖掘机自身的位置(坐标)和方位(前作业机的朝向)。为了提供这些信息，以往，开发出了在上部旋转体安装有两根GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)天线而进行GNSS测位的液压挖掘机。
[0004]在使用两根GNSS天线进行GNSS测位的液压挖掘机中，GNSS天线无法捕捉到所需数量的卫星信号的情况下，GNSS测位不再被正常地实施。在这样的状态下，由于无法提供位置和方位信息，所以不得不停止机械指导和机械控制的动作，作业效率有可能降低。
[0005]在专利文献1中，示出了如下技术：除了基于两根GNSS天线实施GNSS测位以外，还接收利用与施工现场所准备的基准局之间的无线通信发送的修正数据，针对位置信息实施RTK(Real Time Kinematic，实时动态)测位，并且具备陀螺仪等偏航角计测机构，由此计算出液压挖掘机车身(上部旋转体)的方位角，在RTK测位异常时能够使用该方位角计测位置信息。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开2004
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125580号公报

技术实现思路

[0009]在利用两根GNSS天线计算车身(上部旋转体)的方位角的情况下，通常进行的是将两根GNSS天线中的一根天线用作主天线、将另一根用作副天线并在该主、副天线之间进行RTK测位。由此不论能否与施工现场所设置的基准局进行通信均能够针对车身的方位角实施RTK测位。
[0010]另外，由于液压挖掘机的前作业机由金属部件构成，所以可以想到GNSS的卫星信号会被前作业机反射或屏蔽。
[0011]另外，在液压挖掘机的挖掘动作中，由于前作业机会反复进行上下动作，所以会成为反复发生卫星信号反射或中断那样的GNSS使用环境。在这样的使用环境中，由于卫星配置显著地失衡，所以车身方位角的运算精度会降低。
[0012]并且，由于在液压挖掘机中频繁地进行前作业机的抬升下降作业，所以尽管没有旋转上部旋转体，但基于GNSS计算出的车身的方位角仍会有所偏差。若将该计算结果用于机械指导，则看上去像是上部旋转体在摇摇晃晃地动作。
[0013]此外，对于实施RTK测位，只要能够补充最少四个以上的卫星即可。因此，如上述那样仅由于作业机抬升下降而使得基于来自基准局的修正数据进行的RTK测位本身无法再实施的情况少，GNSS接收机持续进行正常的测位(RTK
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Fix状态)。
[0014]因此，在RTK测位变得异常时实施对策的专利文献1的技术中，无法解决上述课题。也就是说，若限定于方位角的计算，则GNSS测位变得异常的场景与专利文献1不同，在专利文献1的技术中，无法防止因前作业机的抬升下降等工程机械的姿势变化导致的车身(上部旋转体)方位角的运算精度的降低。
[0015]此外，只要将两根GNSS天线沿前后方向呈直线状排列配置，则屏蔽区域不会左右对称(参照后述的图15B及图15C)，因此上述现象多少会被缓和，但产生屏蔽区域的现象本身不会被消除。因此，无法根本上解决上述课题。
[0016]另外，只要使GNSS天线比前作业机的最高点高，则基于前作业机产生的屏蔽的影响会消失。但是，若GNSS天线变长则从构造上说GNSS天线会振动，反而有测位精度降低的隐忧。
[0017]本专利技术是为了解决上述课题而做出的，提供一种不论前作业机的抬升下降等前作业机的姿势变化如何，均能够利用GNSS计算出准确的车身方位角的工程机械。
[0018]本专利技术为了解决上述课题，提供一种工程机械，具备：下部行驶体；上部旋转体，其能够相对于下部行驶体旋转；多关节型的前作业机，其相对于上部旋转体能够沿垂直方向旋转地安装；GNSS系统，其具有安装于上述上部旋转体的两根GNSS天线、和基于上述GNSS天线接收到的卫星信号计算出上述GNSS天线的三维坐标及上述上部旋转体的方位角的GNSS接收机；角速度获取装置，其安装于上述上部旋转体，获取上述上部旋转体的角速度；车身姿势角获取装置，其安装于上述上部旋转体，获取上述上部旋转体的姿势角；前姿势角获取装置，其获取上述前作业机的姿势角；以及控制器，上述控制器基于由上述GNSS接收机计算出的上述GNSS天线的三维坐标及上述上部旋转体的方位角、由上述车身姿势角获取装置获取到的上述上部旋转体的姿势角、由上述角速度获取装置获取到的上述上部旋转体的角速度以及由上述前姿势角获取装置获取到的上述前作业机的姿势角，对上述前作业机的位置及姿势进行运算，并基于上述前作业机的位置及姿势控制上述前作业机的动作，在上述工程机械中，上述控制器基于由上述车身姿势角获取装置获取到的上述上部旋转体的姿势角和由上述前姿势角获取装置获取到的上述前作业机的姿势角中的至少一方对由上述GNSS接收机计算出的上述上部旋转体的方位角的质量进行判断，并基于上述方位角的质量的判断结果和由上述GNSS接收机计算出的上述上部旋转体的方位角，执行从由上述角速度获取装置获取到的上述上部旋转体的角速度除去陀螺偏置(Gyro bias)的偏置除去运算，并且，基于除去了上述陀螺偏置的上述上部旋转体的角速度判断上述上部旋转体有无旋转动作，基于由上述GNSS接收机计算出的上述上部旋转体的方位角、除去了上述陀螺偏置的上述上部旋转体的角速度、和上述上部旋转体的旋转动作的判断结果计算出上述上部旋转体的修正方位角，使用上述修正方位角对上述前作业机的位置及姿势进行运算。
[0019]专利技术效果
[0020]根据本专利技术，不论前作业机的抬升下降等工程机械的姿势变化如何，均能够利用GNSS计算出准确的上部旋转体的方位角，高精度且稳固(鲁棒性)地获取上部旋转体的方位角。
附图说明
[0021]图1是表示作为本专利技术的实施方式的工程机械的一个例子的液压挖掘机的外观及内部构造的一部分的图。
[0022]图2是表示搭载于本专利技术的第1实施方式中的液压挖掘机的控制器的处理功能的一部分的框图。
[0023]图3是表示作为第1实施方式的特征部分的控制器的位置姿势运算部的处理功能的框图。
[0024]图4是表示修正方位角运算部的处理功能的框图。
[0025]图5A是表示方位角质量判断部的质量判断处理的一个例子的图。
[0026]图5B是表示方位角质量判断部的质量判断处理的另一例子的图。
[0027]图6是表示修正方位角运算部的运算步骤的流程图。
[0028]图7是表示本专利技术的第2实施方式中的修正方位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种工程机械，具备：下部行驶体；上部旋转体，其能够相对于下部行驶体旋转；多关节型的前作业机，其相对于上部旋转体能够沿垂直方向旋转地安装；GNSS系统，其具有安装于所述上部旋转体的两根GNSS天线、和基于所述GNSS天线接收到的卫星信号计算出所述GNSS天线的三维坐标及所述上部旋转体的方位角的GNSS接收机；角速度获取装置，其安装于所述上部旋转体，获取所述上部旋转体的角速度；车身姿势角获取装置，其安装于所述上部旋转体，获取所述上部旋转体的姿势角；前姿势角获取装置，其获取所述前作业机的姿势角；以及控制器，所述控制器基于由所述GNSS接收机计算出的所述GNSS天线的三维坐标及所述上部旋转体的方位角、由所述车身姿势角获取装置获取到的所述上部旋转体的姿势角、由所述角速度获取装置获取到的所述上部旋转体的角速度以及由所述前姿势角获取装置获取到的所述前作业机的姿势角，对所述前作业机的位置及姿势进行运算，并基于所述前作业机的位置及姿势控制所述前作业机的动作，所述工程机械的特征在于，所述控制器基于由所述车身姿势角获取装置获取到的所述上部旋转体的姿势角和由所述前姿势角获取装置获取到的所述前作业机的姿势角中的至少一方，对由所述GNSS接收机计算出的所述上部旋转体的方位角的质量进行判断，基于所述方位角的质量的判断结果和由所述GNSS接收机计算出的所述上部旋转体的方位角，执行从由所述角速度获取装置获取到的所述上部旋转体的角速度除去陀螺偏置的偏置除去运算，并且基于除去了所述陀螺偏置的所述上部旋转体的角速度判断所述上部旋转体有无旋转动作，基于由所述GNSS接收机计算出的所述上部旋转体的方位角、除去了所述陀螺偏置的所述上部旋转体的角速度和所述上部旋转体的旋转动作的判断结果计算出所述上部旋转体的修正方位角，使用所述修正方位角对所述前作业机的位置及姿势进行运算。2.如权利要求1所述的工程机械，其特征在于，所述车身姿势角获取装置是安装于所述上部旋转体的至少一个车身倾斜传感器，所述前姿势角获取装置是安装于所述前作业机的至少一个前倾斜传感器，所述控制器基于由所述车身倾斜传感器检测出的所述上部旋转体的姿势角和由所述前倾斜传感器检测出的所述前作业机的姿势角中的至少一方，对由所述GNSS接收机计算出的所述上部旋转体的方位角的质量进行判断，在判断成所述上部旋转体的方位角的质量低下时执行所述偏置除去运算。3.如权利要求1所述的工程机械，其特征在于，作为所述车身姿势角获取装置及所述前姿势角获取装置中的至少一方的姿势角获取装置而具备图像识别装置，所述图像识别装置基于从至少一台摄像头获取到的图像信息识别所述上部旋转体的姿势角和...

【专利技术属性】
技术研发人员：石原新士，泉枝穗，小竹伸一，
申请(专利权)人：日立建机株式会社，
类型：发明
国别省市：