JP7739072B2 - Work machinery - Google Patents
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Description
本発明は、作業機械に関する。 The present invention relates to a work machine.
情報化施工に対応した油圧ショベルなどの作業機械においては、例えば、GNSSを用いることによって自身の地球座標系における位置座標を計測している。GNSSに用いられる測位衛星は地球上を周回しているものもあるため、測位衛星の位置の変化によってGNSSによる位置計測の精度が時々刻々と変化する。また、GNSSによる位置計測は様々な誤差要因を含んでいる。したがって、GNSSを利用するシステムが位置情報などをユーザへ提供する場合には、測位の信頼度に関わる情報も併せてユーザへ提供する必要がある。 Integrated construction machinery, such as hydraulic excavators, uses GNSS to measure its own position coordinates in the Earth's coordinate system. Because some of the positioning satellites used in GNSS orbit the Earth, the accuracy of GNSS position measurements changes from moment to moment due to changes in the position of the positioning satellites. Furthermore, GNSS position measurements contain various error factors. Therefore, when a system using GNSS provides location information to users, it is also necessary to provide information related to the reliability of the positioning.
GNSSを用いた測位情報の信頼度をユーザへ提供する従来技術としては次のものが知られている。例えば、特許文献1には、衛星からの受信電波に基づく衛星測位を行う衛星測位部を備えたナビゲーション装置であって、前記衛星測位部が衛星測位可能な期間中、当該衛星測位部が衛星測位した位置に基づいて現在位置を算定する現在位置算定手段と、前記衛星測位部が衛星測位不能な期間中に推定現在位置を、少なくとも当該推定現在位置が交差点に到達するまで算定する現在位置推定手段と、地図上に当該ナビゲーション装置の現在の位置を表すマークを配置した案内画像を表示する案内画像表示手段とを有し、前記現在位置推定手段は、前記衛星測位部が衛星測位不能となる直前に前記現在位置算定手段が算定した現在位置から、順次、前記推定現在位置を、前記衛星測位部が衛星測位不能となる直前に前記現在位置算定手段が算定した現在位置が位置する道路上を所定の移動速度で前記衛星測位部が衛星測位不能となる直前の進行方面に進めていくことにより前記推定現在位置を算定し、前記案内画像表示手段は、前記衛星測位部が衛星測位可能な期間中、地図上の、前記現在位置算定手段が算定した現在位置に対応する位置に前記マークを配置し、前記衛星測位部が衛星測位不能となってから、前記現在位置推定手段が算定した前記推定現在位置が交差点に到達するまでの期間中、前記地図上の、前記現在位置推定手段が算定した前記推定現在位置に対応する位置に前記マークを配置し、前記衛星測位部が衛星測位不能な期間中の、前記現在位置推定手段が算定した前記推定現在位置が交差点に到達した後の期間中、前記地図上の、当該到達した交差点に対応する位置に前記マークを配置するナビゲーション装置が開示されている。 The following prior art is known for providing users with the reliability of positioning information using GNSS. For example, Patent Document 1 discloses a navigation device equipped with a satellite positioning unit that performs satellite positioning based on radio waves received from satellites, the navigation device comprising: a current position calculation means that calculates a current position based on the position determined by the satellite positioning unit while the satellite positioning unit is capable of performing satellite positioning; a current position estimation means that calculates an estimated current position while the satellite positioning unit is unable to perform satellite positioning, at least until the estimated current position reaches an intersection; and a guide image display means that displays a guide image on a map in which a mark indicating the current position of the navigation device is placed, the current position estimation means sequentially calculating the estimated current position from the current position calculated by the current position calculation means immediately before the satellite positioning unit became unable to perform satellite positioning, and displaying the estimated current position on a road where the current position calculated by the current position calculation means immediately before the satellite positioning unit became unable to perform satellite positioning is located. The navigation device calculates the estimated current position by moving the satellite positioning unit at a predetermined speed in the direction of travel immediately before satellite positioning becomes impossible, and the guide image display means places the mark on the map at a position corresponding to the current position calculated by the current position calculation means during a period when the satellite positioning unit is able to perform satellite positioning; places the mark on the map at a position corresponding to the estimated current position calculated by the current position estimation means during a period from when the satellite positioning unit becomes unable to perform satellite positioning until the estimated current position calculated by the current position estimation means reaches an intersection; and places the mark on the map at a position corresponding to the intersection reached during a period after the estimated current position calculated by the current position estimation means reaches an intersection during a period when satellite positioning is impossible.
ところで、情報化施工において油圧ショベルなどの作業機械による施工精度は測位精度に大きく影響を受ける。このため、作業機械の利用者が作業の段取りを行う際には、作業機械の測位精度を考慮する必要がある。しかしながら、GNSSによる測位精度は、作業現場における作業機械や測位衛星の位置、作業現場の環境などによって変化するため、作業の段取りを適切に設定することは容易ではない。また、作業の段取りを適切に設定することができない場合には、施工全体の効率の低下が懸念される。 In information-based construction, the accuracy of construction work by work machines such as hydraulic excavators is greatly affected by positioning accuracy. For this reason, users of work machines need to take the positioning accuracy of the work machine into consideration when planning work. However, because the positioning accuracy of GNSS varies depending on the positions of the work machine and positioning satellites at the work site, the work site environment, and other factors, it is not easy to plan work appropriately. Furthermore, if work planning cannot be done appropriately, there is a concern that the efficiency of the entire construction work will decrease.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、GNSSの測位精度に係る情報を作業機械の利用者に適切に提供することにより作業の段取りを支援し、施工全体の効率化を図ることができる作業機械を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above, and aims to provide a work machine that can assist in work planning by appropriately providing information related to GNSS positioning accuracy to the work machine user, thereby improving the efficiency of the entire construction project.
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設けられ、前記下部走行体と共に車体を構成する上部旋回体と、作業具を含む複数の被駆動部材が互いに回動可能に連結されて構成され、前記上部旋回体に回動可能に支持された作業装置と、前記上部旋回体および前記複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢情報を計測する姿勢情報計測装置と、測位衛星からの航法信号に基づいて前記車体の施工現場における位置および向きを演算する位置計測装置と、前記位置計測装置からの演算結果、及び、前記姿勢情報計測装置からの姿勢情報に基づいて、前記施工現場の目標形状である設計データから得られる作業目標面と前記作業装置の先端に設けられた作業具との距離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、前記設計データに基づいて前記施工現場を複数の領域に分割し、分割した前記複数の領域のそれぞれについて代表位置を設定し、前記測位衛星の軌道情報と、前記施工現場を含む周辺地域の地形データと、前記地形データの範囲に含まれる構造物の位置及び形状を示す構造物データとに基づいて、前記位置計測装置による測位精度を前記複数の領域の代表位置についてそれぞれ演算し、前記測位精度と前記複数の領域のそれぞれの代表位置とを紐づけて示す測位信頼度マップを生成するものとする。 The present application includes multiple means for solving the above-mentioned problems, and one example thereof includes a lower traveling body, an upper rotating body that is rotatably mounted on the lower traveling body and that constitutes a vehicle body together with the lower traveling body, a working device that is rotatably supported on the upper rotating body and that is configured by rotatably connecting multiple driven members including a work implement to each other, an attitude information measuring device that measures attitude information of the upper rotating body and the multiple driven members, a position measuring device that calculates the position and orientation of the vehicle body at a construction site based on navigation signals from a positioning satellite, and a design design that is a target shape of the construction site based on the calculation results from the position measuring device and the attitude information from the attitude information measuring device. In a construction machine equipped with a controller that calculates the distance between a work target surface obtained from design data and a work implement attached to the tip of the work device, the controller divides the construction site into multiple areas based on the design data, sets a representative position for each of the multiple divided areas, calculates the positioning accuracy of the position measurement device for each of the representative positions of the multiple areas based on the orbital information of the positioning satellites, topographical data for the surrounding area including the construction site, and structure data indicating the position and shape of structures included within the range of the topographical data, and generates a positioning reliability map that links the positioning accuracy with the representative position of each of the multiple areas.
本発明によれば、GNSSの測位精度に係る情報を作業機械の利用者に適切に提供することにより作業の段取りを支援し、施工全体の効率化を図ることができる。 According to the present invention, by appropriately providing information related to the positioning accuracy of GNSS to users of work machines, it is possible to support work planning and improve the efficiency of the entire construction work.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として、フロント作業機を備える油圧ショベルを例示して説明するが、これに限られず、GNSSなどによる測位結果を用いて作業を行う他の作業機械においても本発明を適用することが可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in this embodiment, a hydraulic excavator equipped with a front working implement will be described as an example of a work machine, but this is not limited to this, and the present invention can also be applied to other work machines that perform work using positioning results from GNSS or the like.
図1は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベル1の外観を模式的に示す図である。また、図2は、油圧ショベル1全体の動作を制御する制御システムのうちマシンガイダンスシステム200の関連構成を抜き出して示す機能ブロック図である。 Figure 1 is a diagram showing a schematic view of the exterior of a hydraulic excavator 1, which is an example of a work machine according to this embodiment. Figure 2 is a functional block diagram showing the relevant components of a machine guidance system 200, which is part of a control system that controls the overall operation of the hydraulic excavator 1.
図1において、油圧ショベル1は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材(ブーム6、アーム7、バケット8)を連結して構成された多関節型のフロント作業機(作業装置)5と、車体を構成する上部旋回体3及び下部走行体2とを備え、上部旋回体3は下部走行体2に対して旋回可能に設けられている。 In Figure 1, the hydraulic excavator 1 comprises an articulated front working machine (working device) 5 formed by connecting multiple driven members (boom 6, arm 7, bucket 8) that each rotate vertically, and an upper rotating body 3 and a lower traveling body 2 that form the vehicle body, with the upper rotating body 3 being rotatable relative to the lower traveling body 2.
フロント作業機5のブーム6の基端は上部旋回体3の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム7の一端はブーム6の基端とは異なる端部(先端)に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム7の他端にはバケット8が垂直方向に回動可能に支持されている。ブーム6、アーム7、バケット8、上部旋回体3、及び下部走行体2は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ9、アームシリンダ10、バケットシリンダ11、旋回モータ(図示せず)、及び左右の走行モータ(図示せず)によりそれぞれ駆動される。 The base end of the boom 6 of the front work implement 5 is supported on the front part of the upper rotating body 3 so as to be rotatable in the vertical direction, one end of the arm 7 is supported on an end (tip) different from the base end of the boom 6 so as to be rotatable in the vertical direction, and a bucket 8 is supported on the other end of the arm 7 so as to be rotatable in the vertical direction. The boom 6, arm 7, bucket 8, upper rotating body 3, and lower traveling body 2 are each driven by hydraulic actuators: a boom cylinder 9, an arm cylinder 10, a bucket cylinder 11, a swing motor (not shown), and left and right traveling motors (not shown).
車体(詳しくは上部旋回体3)、ブーム6、アーム7、及びバケット8には、それぞれ慣性計測装置(IMU: Inertial Measurement Unit)21~24が配置されている。以降、これらの慣性計測装置21~24を区別する必要が有る場合は、それぞれ、車体慣性計測装置21、ブーム慣性計測装置22、アーム慣性計測装置23、及びバケット慣性計測装置24と称する。 Inertial Measurement Units (IMUs) 21 to 24 are respectively disposed on the vehicle body (specifically, the upper rotating body 3), boom 6, arm 7, and bucket 8. Hereinafter, when it is necessary to distinguish between these IMUs 21 to 24, they will be referred to as the vehicle body IMU 21, boom IMU 22, arm IMU 23, and bucket IMU 24, respectively.
慣性計測装置21~24は、角速度及び加速度を計測するものである。慣性計測装置21~24が配置された上部旋回体3及び被駆動部材6~8が静止している場合を考えると、慣性計測装置21~24に設定されたIMU座標系における重力加速度の方向(つまり、鉛直下向き方向)と、慣性計測装置21~24の取り付け状態(つまり、慣性計測装置21~24と上部旋回体3及び被駆動部材6~8との相対的な位置関係)とに基づいて、上部旋回体3及び被駆動部材6~8の向き(対地角度)を姿勢情報として検出することができる。 The inertial measurement units 21-24 measure angular velocity and acceleration. Assuming that the upper rotating body 3 and driven members 6-8 on which the inertial measurement units 21-24 are mounted are stationary, the orientation (ground angle) of the upper rotating body 3 and driven members 6-8 can be detected as attitude information based on the direction of gravitational acceleration (i.e., the vertical downward direction) in the IMU coordinate system set in the inertial measurement units 21-24 and the mounting state of the inertial measurement units 21-24 (i.e., the relative positional relationship between the inertial measurement units 21-24 and the upper rotating body 3 and driven members 6-8).
慣性計測装置21の検出結果からは、上部旋回体3の前後方向の傾斜角度(ピッチ角度)や左右方向の傾斜角度(ロール角度)を算出することができる。また、慣性計測装置21~24の検出結果からは、上部旋回体3及び被駆動部材6~8のそれぞれの相対角度、すなわち、上部旋回体3に対するブーム6の回転角(ブーム角度)、ブーム6に対するアーム7の回転角(アーム角度)、及び、アーム7に対するバケット8の回転角(バケット角度)をそれぞれ算出することができる。また、慣性計測装置21で検出される角速度に基づいて上部旋回体3の旋回角度を検出することができる。すなわち、慣性計測装置21~24は、上部旋回体3及び被駆動部材6~8の相対角度を検出する角度検出器ともいえる。なお、上部旋回体3の旋回部や被駆動部材6~8の結合部などに慣性計測装置21~24に代えて角度検出装置を用いても良い。ここで、慣性計測装置21~24は、油圧ショベル1の姿勢に関する情報である姿勢情報を計測して出力する姿勢情報計測装置を構成している。 The detection results of the inertial measurement unit 21 can be used to calculate the forward/backward tilt angle (pitch angle) and left/right tilt angle (roll angle) of the upper rotating body 3. Furthermore, the detection results of the inertial measurement units 21-24 can be used to calculate the relative angles of the upper rotating body 3 and the driven members 6-8, i.e., the rotation angle of the boom 6 relative to the upper rotating body 3 (boom angle), the rotation angle of the arm 7 relative to the boom 6 (arm angle), and the rotation angle of the bucket 8 relative to the arm 7 (bucket angle). Furthermore, the rotation angle of the upper rotating body 3 can be detected based on the angular velocity detected by the inertial measurement unit 21. In other words, the inertial measurement units 21-24 can also be considered angle detectors that detect the relative angles of the upper rotating body 3 and the driven members 6-8. An angle detection device may be used instead of the inertial measurement units 21-24 at the rotating portion of the upper rotating body 3 or the connection portion of the driven members 6-8. Here, the inertial measurement units 21 to 24 constitute a posture information measurement device that measures and outputs posture information, which is information related to the posture of the hydraulic excavator 1.
上部旋回体3の上部前方には、オペレータが搭乗する運転室4が配置されている。運転室4には、複数の油圧アクチュエータ(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、旋回モータ、走行モータ)を操作するための操作信号を出力する複数の操作レバー(図示せず)が設けられており、複数の油圧アクチュエータの操作がそれぞれ割り当てられている。 The operator's cab 4, where the operator sits, is located at the top front of the upper rotating body 3. The cab 4 is equipped with multiple operating levers (not shown) that output operation signals to operate multiple hydraulic actuators (boom cylinder 9, arm cylinder 10, bucket cylinder 11, swing motor, and travel motor), each assigned to operate one of the multiple hydraulic actuators.
また、運転室4には、オペレータに情報を通知する機能と、オペレータによる情報の入力を可能とする機能を有する表示装置36が配置されている。表示装置36の画面には、例えば、表層に形成されたタッチパネルが設けられており、このタッチパネルの機能によりオペレータからの入力を受け付けることができる。 The operator's cab 4 is also equipped with a display device 36 that has the function of notifying the operator of information and allowing the operator to input information. The screen of the display device 36 is provided with, for example, a touch panel formed on the surface, and this touch panel's function allows it to accept input from the operator.
上部旋回体3上部の、例えば、運転室4の後方には、GNSS(Global Navigation Satellite System)による測位のための2個のGNSSアンテナ31,32が配置されている。GNSSアンテナ31,32は、上空を飛行している測位衛星から出力される航法信号を受信して、GNSS受信機33(図2参照)に送る。GNSS受信機33は、GNSSアンテナ31,32で受信した航法信号に基づいてGNSSアンテナ31,32の地球座標系における位置を演算して位置情報として出力する。なお、施工現場に設定される現場座標系と地球座標系とは容易に変換可能であり、地球座標系における位置は現場座標系における位置と同義であるといえる。 Two GNSS antennas 31, 32 for positioning using the Global Navigation Satellite System (GNSS) are located on top of the upper rotating body 3, for example, behind the driver's cab 4. The GNSS antennas 31, 32 receive navigation signals output from positioning satellites flying above and send them to the GNSS receiver 33 (see Figure 2). The GNSS receiver 33 calculates the positions of the GNSS antennas 31, 32 in the Earth coordinate system based on the navigation signals received by the GNSS antennas 31, 32 and outputs this as position information. Note that the site coordinate system set at the construction site can be easily converted to the Earth coordinate system, and a position in the Earth coordinate system can be said to be synonymous with a position in the site coordinate system.
GNSSアンテナ31,32の上部旋回体3に対する相対位置は固定かつ既知であるため、GNSSアンテナ31,32で計測される位置情報から油圧ショベル1の地球座標系における位置を算出することができる。また、2つのGNSSアンテナ31,32でそれぞれ計測される位置情報の偏差から、GNSSアンテナ31,32間の方向ベクトルを算出することができ、上部旋回体131の向きを算出することができる。 Because the relative positions of the GNSS antennas 31, 32 with respect to the upper rotating body 3 are fixed and known, the position of the hydraulic excavator 1 in the Earth coordinate system can be calculated from the position information measured by the GNSS antennas 31, 32. Furthermore, the direction vector between the GNSS antennas 31, 32 can be calculated from the deviation of the position information measured by the two GNSS antennas 31, 32, and the orientation of the upper rotating body 131 can be calculated.
ここで、GNSSアンテナ31,32を含むGNSS受信機33は、作業機械である油圧ショベル1の施工現場における位置を計測し、計測結果を位置情報として出力する位置計測装置を構成している。 Here, the GNSS receiver 33, which includes the GNSS antennas 31 and 32, constitutes a position measurement device that measures the position of the hydraulic excavator 1, which is a work machine, at a construction site and outputs the measurement results as position information.
また、例えば、運転室4の後側面上部には、RTK(Real time kinematic)測位に用いる補正データ(以降、RTK補正データと称する)を基準局から受信するための無線機34が配置されている。 Furthermore, for example, a radio 34 is located on the upper rear side of the driver's cab 4 to receive correction data (hereinafter referred to as RTK correction data) used for RTK (Real Time Kinematic) positioning from a reference station.
図3は、基準局としての機能を有する外部システム38の一例を示す図である。 Figure 3 shows an example of an external system 38 that functions as a reference station.
図3に示すように、外部システム38は、GNSSによる測位のためのGNSSアンテナ39と、GNSSアンテナ39で受信した航法信号に基づいてGNSSアンテナ39の地球座標系における位置を演算し、演算結果に示されるGNSSアンテナ39の位置と予め高精度に別途計測されたGNSSアンテナ39の位置とに基づいてRTK補正データを生成するGNSS受信機40と、GNSS受信機40で生成したRTK補正データを無線機アンテナ41aを介して出力する無線機41とを有している。 As shown in Figure 3, the external system 38 includes a GNSS antenna 39 for positioning using GNSS, a GNSS receiver 40 that calculates the position of the GNSS antenna 39 in the Earth coordinate system based on the navigation signal received by the GNSS antenna 39 and generates RTK correction data based on the position of the GNSS antenna 39 indicated by the calculation result and the position of the GNSS antenna 39 that has been measured separately in advance with high accuracy, and a radio 41 that outputs the RTK correction data generated by the GNSS receiver 40 via a radio antenna 41a.
図2に示すように、マシンガイダンスシステム200は、GNSS受信機33、無線機34、コントローラ35、表示装置36、慣性計測装置21~24、及びこれらの関連部材により構成されている。また、コントローラ35には、外部記憶媒体(記憶装置)37が接続されている。外部記憶媒体(記憶装置)37には、施工現場の目標形状である三次元設計データ、施工現場を含む周辺地域の三次元地形データ、及び、三次元地形データの範囲に含まれる地形以外の構造物の位置及び形状を示す三次元構造物データが記憶されている。 As shown in Figure 2, the machine guidance system 200 is composed of a GNSS receiver 33, a radio 34, a controller 35, a display device 36, inertial measurement units 21-24, and their associated components. An external storage medium (storage device) 37 is also connected to the controller 35. The external storage medium (storage device) 37 stores three-dimensional design data representing the target shape of the construction site, three-dimensional topographical data for the surrounding area including the construction site, and three-dimensional structure data indicating the position and shape of structures other than the topography included within the three-dimensional topographical data.
マシンガイダンスシステム200は、無線機34の無線機アンテナ34aによって基準局から受信したRTK補正データと、GNSSアンテナ31,32によって測位衛星から受信した航法信号に基づいてGNSS受信機33で演算された位置および向きの情報と、慣性計測装置21~24からの姿勢情報と、外部記憶媒体37に記憶された情報とに基づいて、コントローラ35により、油圧ショベル1の位置や姿勢、作業具(バケット8)の先端位置などを演算するコントローラ35を備えている。コントローラ35は、例えば、作業目標面とバケット8との距離を演算し、演算結果を表示装置36に出力して表示させる。 The machine guidance system 200 is equipped with a controller 35 that calculates the position and attitude of the hydraulic excavator 1, the tip position of the work implement (bucket 8), etc. based on RTK correction data received from a reference station by the radio antenna 34a of the radio 34, position and orientation information calculated by the GNSS receiver 33 based on navigation signals received from positioning satellites by the GNSS antennas 31 and 32, attitude information from the inertial measurement units 21 to 24, and information stored in an external storage medium 37. The controller 35 calculates, for example, the distance between the work target surface and the bucket 8, and outputs the calculation results to the display device 36 for display.
図示しないが、コントローラ35は、処理装置としてのCPU(Central Processing Unit)と、処理装置が実行するプログラム、及びそのプログラムの実行に必要なデータ等が格納される記憶装置(例えばROM、RAM等の半導体メモリ、或いは、バードディスクドライブなど)を有するコンピュータ相当のハードウェアである。なお、コントローラ35がASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(field-programmable gate array)などの集積回路を用いて構成されている場合には、コントローラ35の機能の一部または全部は、これら集積回路によって実現されてもよい。 Although not shown, the controller 35 is hardware equivalent to a computer that includes a CPU (Central Processing Unit) as a processing device, and a storage device (e.g., semiconductor memory such as ROM or RAM, or a hard disk drive) that stores programs executed by the processing device and data necessary for executing the programs. Note that if the controller 35 is configured using integrated circuits such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field-Programmable Gate Array), some or all of the functions of the controller 35 may be realized by these integrated circuits.
コントローラ35は、油圧ショベル1の位置姿勢と三次元設計データの位置関係を演算し、オペレータへの作業支援を行うマシンガイダンス部35aと、施工現場全体のGNSS測位の信頼度を演算する測位信頼度演算部35bと、油圧ショベル1の位置におけるGNSS測位の信頼度を演算する自己位置信頼度演算部35cと、油圧ショベル1のバケット8の先端の位置座標データとGNSS測位の信頼度データをと紐づけて記録する施工情報記録部35dとを備えている。 The controller 35 includes a machine guidance unit 35a that calculates the positional relationship between the position and attitude of the hydraulic excavator 1 and the three-dimensional design data, and provides work support to the operator; a positioning reliability calculation unit 35b that calculates the reliability of GNSS positioning for the entire construction site; a self-position reliability calculation unit 35c that calculates the reliability of GNSS positioning for the position of the hydraulic excavator 1; and a construction information recording unit 35d that records the position coordinate data of the tip of the hydraulic excavator's 1 bucket 8 and the reliability data of the GNSS positioning in association with each other.
図4は、マシンガイダンス部35aの処理機能をGNSS受信機33の一部機能を含む関連構成とともに抜き出して示す機能ブロック図である。 Figure 4 is a functional block diagram illustrating the processing functions of the machine guidance unit 35a along with related configuration, including some functions of the GNSS receiver 33.
図4において、GNSS受信機33は、無線機34を介してRTK補正データを受信するRTK補正データ受信部100と、GNSSアンテナ31,32を介して航法信号を受信する衛星信号受信部101と、衛星信号強度や衛星配置などに基づいて位置演算に使用する測位衛星を選択する衛星選択部102と、GNSSアンテナ31の位置及びGNSSアンテナ31からGNSSアンテナ32へのベクトルを演算するGNSS位置・ベクトル演算部103とを有している。 In Figure 4, the GNSS receiver 33 has an RTK correction data receiving unit 100 that receives RTK correction data via the radio 34, a satellite signal receiving unit 101 that receives navigation signals via the GNSS antennas 31 and 32, a satellite selecting unit 102 that selects a positioning satellite to use for position calculation based on the satellite signal strength and satellite position, etc., and a GNSS position/vector calculating unit 103 that calculates the position of the GNSS antenna 31 and the vector from the GNSS antenna 31 to the GNSS antenna 32.
また、図4において、マシンガイダンス部35aは、車体に設けられた慣性計測装置21からの姿勢情報に基づいて車体の姿勢を演算する車体姿勢演算部104と、フロント作業機5に設けられた慣性計測装置22~24からの姿勢情報に基づいてフロント作業機5の姿勢を演算するフロント姿勢演算部105と、外部記憶媒体37に記憶された三次元設計データ(施工現場の目標形状)37aを取得する三次元設計データ取得部106と、GNSS受信機33からの演算結果と車体姿勢演算部104からの演算結果とに基づいて車体の現場座標系における位置と姿勢とを演算する車体位置姿勢演算部107と、車体位置姿勢演算部107の演算結果とフロント姿勢演算部105からの演算結果とを統合して、フロント作業機5を含む油圧ショベル1全体の現場座標系における位置と姿勢とを出力する位置姿勢統合部108と、位置姿勢統合部108からの情報と三次元設計データ取得部106からの情報とに基づいて、フロント作業機5を含むように設定する作業平面における三次元設計データ37aの断面を演算する断面演算部109と、位置姿勢統合部108からの情報と断面演算部109からの演算結果とに基づいて、三次元設計データから得られる作業目標面とフロント作業機5との距離(具体的には、作業目標面とバケット8の爪先の距離)を演算し、表示装置36に表示させる距離演算部110とを備えている。 Also, in FIG. 4, the machine guidance unit 35a includes a vehicle body attitude calculation unit 104 that calculates the attitude of the vehicle body based on attitude information from the inertial measurement unit 21 provided on the vehicle body, a front attitude calculation unit 105 that calculates the attitude of the front work implement 5 based on attitude information from the inertial measurement units 22 to 24 provided on the front work implement 5, a three-dimensional design data acquisition unit 106 that acquires three-dimensional design data (target shape of the construction site) 37a stored in an external storage medium 37, a vehicle body position and attitude calculation unit 107 that calculates the position and attitude of the vehicle body in the site coordinate system based on the calculation results from the GNSS receiver 33 and the calculation results from the vehicle body attitude calculation unit 104, and a front attitude calculation unit 105 that calculates the position and attitude of the vehicle body in the site coordinate system based on the calculation results from the vehicle body position and attitude calculation unit 107 and the front attitude calculation unit 105. a cross section calculation unit 109 that calculates a cross section of the three-dimensional design data 37a on a work plane that is set to include the front work implement 5, based on information from the position and attitude integration unit 108 and information from the three-dimensional design data acquisition unit 106; and a distance calculation unit 110 that calculates the distance between the work target plane obtained from the three-dimensional design data and the front work implement 5 (specifically, the distance between the work target plane and the toe of the bucket 8) based on information from the position and attitude integration unit 108 and the calculation results from the cross section calculation unit 109, and displays the distance on the display device 36.
マシンガイダンス部35aでは、高精度の位置情報を必要とするため、GNSS受信機33でRTK測位を行って算出した位置情報を用いる。RTK補正データ受信部100は、基準局(外部システム)38で生成されて一定周期で送信されるRTK補正データを無線機34を介して受信する。 The machine guidance unit 35a requires highly accurate position information, and therefore uses position information calculated by RTK positioning performed by the GNSS receiver 33. The RTK correction data receiving unit 100 receives, via the radio 34, RTK correction data generated by the reference station (external system) 38 and transmitted at regular intervals.
GNSS受信機33では、無線機34を介して受信されるRTK補正データと、GNSSアンテナ31,32により受信される測位衛星からの信号に基づいて、アンテナ31の三次元位置とアンテナ31からアンテナ32へのベクトルをRTK測位を行う。このRTK測位によって、アンテナ31の三次元位置及びアンテナ31からアンテナ32へのベクトルが高精度で計測される。 The GNSS receiver 33 performs RTK positioning of the three-dimensional position of antenna 31 and the vector from antenna 31 to antenna 32 based on the RTK correction data received via the radio 34 and the signals from positioning satellites received by the GNSS antennas 31 and 32. This RTK positioning allows the three-dimensional position of antenna 31 and the vector from antenna 31 to antenna 32 to be measured with high accuracy.
コントローラ35は、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8の先端の三次元位置を演算する。また、油圧ショベル1の位置及び姿勢と外部記憶媒体37から入力した三次元設計データ37aに基づいて、三次元設計データ37aの断面形状及び、バケット8の先端と目標面の距離を演算する。 The controller 35 performs general vector calculations and coordinate transformations based on the various input data to calculate the position and posture of the hydraulic excavator 1 and the three-dimensional position of the tip of the bucket 8. Furthermore, based on the position and posture of the hydraulic excavator 1 and the three-dimensional design data 37a input from the external storage medium 37, it calculates the cross-sectional shape of the three-dimensional design data 37a and the distance between the tip of the bucket 8 and the target surface.
コントローラ35による演算結果を表示装置36へ出力することにより、オペレータは、高精度に計測された油圧ショベル1と三次元設計データとの位置関係を参照することができるため、土砂の整形作業を高い品質で行うことができる。 By outputting the calculation results from the controller 35 to the display device 36, the operator can refer to the highly accurately measured positional relationship between the hydraulic excavator 1 and the three-dimensional design data, enabling soil shaping work to be carried out with high quality.
図5は、測位信頼度演算部35bの処理機能をGNSS受信機33の一部機能を含む関連構成とともに抜き出して示す機能ブロック図である。 Figure 5 is a functional block diagram illustrating the processing functions of the positioning reliability calculation unit 35b together with related configuration including some functions of the GNSS receiver 33.
図5において、GNSS受信機33は、無線機34を介して各測位衛星の衛星軌道情報を受信する衛星軌道情報受信部111を有している。衛星軌道情報受信部111は、例えば、基準局(外部システム38)のGNSS受信機40に記憶され、無線機41を介して送信された衛星軌道情報を無線機34を介して受信している。 In FIG. 5, the GNSS receiver 33 has a satellite orbit information receiving unit 111 that receives satellite orbit information for each positioning satellite via the radio 34. The satellite orbit information receiving unit 111 receives, via the radio 34, satellite orbit information that is stored in the GNSS receiver 40 of the reference station (external system 38) and transmitted via the radio 41, for example.
また、図5において、測位信頼度演算部35bは、外部記憶媒体37に記憶された構造物位置・形状データ(すなわち、三次元地形データ、三次元構造物データ)37bを取得し、逐次記憶されている施工現場の現状の地形を表す現況地形データ300と統合する構造物・地形データ取得部112と、外部記憶媒体37に記憶された三次元設計データ(施工現場の目標形状)37aを取得する三次元設計データ取得部106(マシンガイダンス部35a等と共用の機能部)と、三次元設計データ取得部106で取得した三次元設計データ37aの座標範囲に基づいて、施工現場を予め定めた大きさの複数の領域(ブロック)に分割し、分割した複数の領域のそれぞれについて代表位置(例えば、重心位置)を取得する代表位置座標取得部113と、構造物位置・形状データ37bと衛星軌道情報とに基づいて、代表位置座標取得部113で取得した複数の領域のそれぞれの代表位置における任意の時間の可視衛星(すなわち、当該代表位置において航法信号を受信可能な測位衛星)を特定する可視衛星特定部114と、可視衛星特定部114を介して得られる構造物位置・形状データ37bと衛星軌道情報とに基づき、可視衛星特定部114で特定した可視衛星について、GNSS受信機33による測位精度に係る情報(例えば、精度指標の一つである位置精度低下率(PDOP:Position Dilution of Precision))を複数の領域の代表位置についてそれぞれ演算する測位精度演算部115と、測位精度に係る情報(例えば、位置精度低下率:PDOP)と複数の領域のそれぞれの代表位置とを紐づけて示す測位信頼度マップを生成し、表示装置36に出力して表示させる測位信頼度マップ生成部116とを有している。 Also, in FIG. 5, the positioning reliability calculation unit 35b includes a structure/terrain data acquisition unit 112 that acquires structure position/shape data (i.e., three-dimensional terrain data, three-dimensional structure data) 37b stored in the external storage medium 37 and integrates it with current terrain data 300 that represents the current terrain of the construction site, which is stored sequentially; a three-dimensional design data acquisition unit 106 (a functional unit shared with the machine guidance unit 35a, etc.) that acquires three-dimensional design data (target shape of the construction site) 37a stored in the external storage medium 37; and a three-dimensional design data acquisition unit 106 that divides the construction site into multiple areas (blocks) of predetermined size based on the coordinate range of the three-dimensional design data 37a acquired by the three-dimensional design data acquisition unit 106, and calculates the coordinates of the multiple divided areas. The system includes a representative position coordinate acquisition unit 113 that acquires a representative position (e.g., center of gravity position) for each of the multiple areas; a visible satellite identification unit 114 that identifies visible satellites (i.e., positioning satellites that can receive navigation signals at the representative positions) at any time at the representative positions of each of the multiple areas acquired by the representative position coordinate acquisition unit 113 based on the structure position/shape data 37b and satellite orbit information; a positioning accuracy calculation unit 115 that calculates information related to the positioning accuracy of the GNSS receiver 33 for the visible satellites identified by the visible satellite identification unit 114 based on the structure position/shape data 37b and satellite orbit information obtained via the visible satellite identification unit 114 (e.g., position dilution of precision (PDOP), which is one of the accuracy indicators) for each of the representative positions of the multiple areas; and a positioning reliability map generation unit 116 that generates a positioning reliability map that links the information related to the positioning accuracy (e.g., position dilution of precision (PDOP)) with the representative positions of the multiple areas and outputs it to the display device 36 for display.
図8~図10は、測位信頼度演算部35bの処理内容を示すフローチャートであり、図8は代表位置座標取得部の処理内容を示すフローチャート、図9は構造物・地形データ取得部112の処理内容を示すフローチャート、図10は可視衛星特定部、測位精度演算部、及び測位信頼度マップ生成部の処理内容を示すフローチャートである。 Figures 8 to 10 are flowcharts showing the processing content of the positioning reliability calculation unit 35b. Figure 8 is a flowchart showing the processing content of the representative position coordinate acquisition unit. Figure 9 is a flowchart showing the processing content of the structure and terrain data acquisition unit 112. Figure 10 is a flowchart showing the processing content of the visible satellite identification unit, positioning accuracy calculation unit, and positioning reliability map generation unit.
測位信頼度演算部35bは、油圧ショベル1の作業エリアである施工現場全体におけるGNSS測位の信頼度を算出するため、各領域の代表位置における衛星配置をGNSS受信機33を介して予め取得している。 The positioning reliability calculation unit 35b obtains in advance via the GNSS receiver 33 the satellite positions at representative positions in each area in order to calculate the reliability of GNSS positioning for the entire construction site, which is the working area of the hydraulic excavator 1.
図8に示すように、測位信頼度演算部35bは、まず、三次元設計データ37aを取得し(ステップS100)、三次元設計データ37aの平面座標(=作業エリア)を予め定めた大きさの領域に分割し、各領域の代表位置の座標を取得する(ステップS110)。 As shown in FIG. 8, the positioning reliability calculation unit 35b first acquires the three-dimensional design data 37a (step S100), divides the planar coordinates (= work area) of the three-dimensional design data 37a into regions of a predetermined size, and acquires the coordinates of the representative position of each region (step S110).
また、図9に示すように、測位信頼度演算部35bは、構造物位置・形状データ(すなわち、三次元地形データ、三次元構造物データ)37bを取得する(ステップS200)。各代表位置における可視衛星を特定するためには、測位衛星の信号を遮蔽する障害物の情報が必要となる。施工現場では、現場周囲の構造物や現場の地形が障害物となる。これら障害物のデータはそれぞれ取得方法が異なっており、現場周囲の構造物は日々大きく変わらないため外部記憶媒体37に構造物の位置及び形状データを示す構造物位置・形状データ37bを持たせておくことでコントローラ35はこの情報を取得することができる。 Also, as shown in FIG. 9, the positioning reliability calculation unit 35b acquires structure position and shape data (i.e., three-dimensional terrain data, three-dimensional structure data) 37b (step S200). To identify visible satellites at each representative position, information on obstacles that block positioning satellite signals is required. At a construction site, obstacles are structures around the site and the site's topography. Data on these obstacles is acquired in different ways, and since structures around the site do not change significantly from day to day, the controller 35 can acquire this information by storing structure position and shape data 37b, which indicates the structure's position and shape data, in the external storage medium 37.
また、図示しない記憶領域に保持している現況地形データ300を読み出して取得する(ステップS210)。現場の地形は作業によって時々刻々と変化するため、油圧ショベル1のバケット8の先端の位置データを現況地形データ300としてコントローラ35内に保持しておく。 The controller 35 also reads and acquires the current terrain data 300 stored in a memory area (not shown) (step S210). Because the terrain at the work site changes from moment to moment depending on the work being done, the position data of the tip of the bucket 8 of the hydraulic excavator 1 is stored as the current terrain data 300 in the controller 35.
続いて、構造物位置・形状データ37bと現況地形データ300とを統合する(ステップS220)。このように情報を統合することで、施工現場内の各代表位置において測位衛星からの航法信号を遮る可能性のある障害物の形状と位置の情報を得ることができる。 Next, the structure position/shape data 37b and the current topography data 300 are integrated (step S220). By integrating the information in this way, it is possible to obtain information on the shape and position of obstacles that may block navigation signals from the positioning satellite at each representative position within the construction site.
また、図10に示すように、測位信頼度演算部35bは、衛星軌道情報を取得する(ステップS300)。各作業位置における衛星配置を取得するため、GNSS受信機33の無線機34を介して外部システム38からすべての測位衛星に係る衛星軌道情報を取得する。ここで、衛星軌道情報とは、各測位衛星の飛行起動と、過去及び未来の各時刻における位置を示す情報であり、測位衛星の管理者等により予め特定されて公開されている情報である。なお、各測位衛星は地球の周囲を一定の周期で周回しているため、数時間後の衛星軌道情報(衛星配置の時系列データ)をあらかじめ取得することもできる。 Also, as shown in FIG. 10, the positioning reliability calculation unit 35b acquires satellite orbit information (step S300). To acquire the satellite position at each work location, satellite orbit information for all positioning satellites is acquired from the external system 38 via the radio 34 of the GNSS receiver 33. Here, satellite orbit information is information indicating the flight start of each positioning satellite and its position at each time in the past and future, and is information that has been identified and made public in advance by the administrator of the positioning satellite, etc. Note that because each positioning satellite orbits the Earth at a regular interval, satellite orbit information for several hours into the future (time series data on satellite positioning) can also be acquired in advance.
続いて、測位衛星の配置情報、各代表位置の座標、及び、障害物の形状データから、各代表位置における可視衛星を特定する(ステップS310)。 Next, visible satellites at each representative position are identified from the positioning satellite location information, the coordinates of each representative position, and obstacle shape data (step S310).
本実施の形態においては、複数の領域の各代表位置と測位衛星の位置とを結ぶ直線の間に障害物が存在しない場合においては、その測位衛星を可視衛星とする。例えば、ある測位衛星の位置をPi、作業位置をpi、障害物の形状を構成するある面の法線をn、頂点をそれぞれa、b、cとすると、下記の(式1)~(式3)を用いて交差判定を行うことにより、その測位衛星が可視衛星であるか否かを判定することができる。 In this embodiment, if there are no obstacles on the line connecting the representative positions of multiple areas and the position of a positioning satellite, that positioning satellite is considered a visible satellite. For example, if the position of a positioning satellite is Pi, the work position is pi, the normal of a face that makes up the shape of an obstacle is n, and the vertices are a, b, and c, then it can be determined whether the positioning satellite is a visible satellite by performing an intersection detection using the following (Equations 1) to (Equations 3).
ここで、R(t)は障害物の形状を構成するある面と衛星Piから作業位置piへの直線が交差する交点の座標であり、tは衛星Piから交点R(t)までの距離を表す。また、u、vはそれぞれ面の内側に交点R(t)が存在するかどうかを判定するための変数である。 Here, R(t) is the coordinate of the intersection point where a surface constituting the shape of the obstacle intersects with the line from satellite Pi to work position pi, and t represents the distance from satellite Pi to intersection point R(t). Furthermore, u and v are variables used to determine whether intersection point R(t) exists inside the surface.
続いて、可視衛星の位置情報を用いて各代表位置の位置精度低下率(PDOP)を演算する(ステップS320)。 Next, the position dilution of precision (PDOP) for each representative position is calculated using the position information of visible satellites (step S320).
位置精度低下率(PDOP)は、衛星配置に起因するGNSS測位の精度指標として広く用いられており、下記の(式4)により求めることができる。 Position Dilution of Precision (PDOP) is widely used as an indicator of GNSS positioning accuracy due to satellite positioning, and can be calculated using the following formula (Equation 4):
ここで、上記(式4)のσxx^2、σyy^2、σzz^2は、下記の(式5)及び(式6)により求められる。 Here, σxx^2, σyy^2, and σzz^2 in the above (Equation 4) can be calculated using the following (Equation 5) and (Equation 6).
上記の(式5)及び(式6)では、衛星位置と作業位置の幾何学的な位置関係により求められる共分散行列Gのトレースを用いている。なお、上記(式6)のEL、AZはそれぞれ衛星の位置を表す仰角と方位角である。 Equations 5 and 6 above use the trace of the covariance matrix G, which is calculated from the geometric relationship between the satellite position and the work position. Note that EL and AZ in equation 6 above are the elevation angle and azimuth angle, respectively, that represent the satellite position.
続いて、得られた各代表位置の位置精度低下率(PDOP)を複数の領域のそれぞれと紐づけて測位信頼度マップを生成する(ステップS330)。なお、位置精度低下率(PDOP)は、衛星配置の時系列データ(衛星軌道情報)を用いることで、同様の手順により、現在の値だけではなく、数時間後の値を演算することも可能である。すなわち、任意の日時・時刻の測位信頼度マップを生成することができる。 Next, the positioning reliability map is generated by linking the positioning dilution of precision (PDOP) of each representative position obtained with each of the multiple regions (step S330). Note that by using time-series satellite positioning data (satellite orbit information), the positioning dilution of precision (PDOP) can be calculated using a similar procedure to calculate not only the current value but also the value several hours from now. In other words, a positioning reliability map can be generated for any date and time.
図13は、表示装置36における測位信頼度マップの表示の一例を示す図である。 Figure 13 shows an example of a positioning reliability map displayed on the display device 36.
図13に示すように、表示装置36には、施工現場における三次元設計データ37aの俯瞰図123に、施工現場における油圧ショベル1の位置や向きを示すショベルアイコン124が重畳表示されている。ショベルアイコン124は、例えば、マシンガイダンス部35aから出力される油圧ショベル1の位置姿勢に基づいて描画されるため、三次元設計データ37aの俯瞰図123とショベルアイコン124の位置関係は正しく表示されている。また、信頼度マップ125は、三次元設計データ37aの俯瞰図123に重畳表示されており、各領域(ブロック)の代表位置の位置精度低下率(PDOP)が、例えば、位置精度低下率に対応する色情報などを用いて描画されている。なお、本実施の形態においては、ハッチング等により位置精度低下率を例示している。また、時刻調整バー126が表示されており、オペレータによって時刻調整バー126の126aが操作されることにより、現在から数時間後(任意の時間)のある時点における位置精度低下率(PDOP)を反映した測位信頼度マップに表示を切り換えることができる。 As shown in FIG. 13, the display device 36 displays an overhead view 123 of the three-dimensional design data 37a at the construction site, superimposed on it, with a shovel icon 124 indicating the position and orientation of the hydraulic excavator 1 at the construction site. The shovel icon 124 is drawn based on, for example, the position and orientation of the hydraulic excavator 1 output from the machine guidance unit 35a, so the positional relationship between the overhead view 123 of the three-dimensional design data 37a and the shovel icon 124 is displayed correctly. Furthermore, a reliability map 125 is superimposed on the overhead view 123 of the three-dimensional design data 37a, and the positional accuracy degradation rate (PDOP) of the representative position of each region (block) is depicted using, for example, color information corresponding to the positional accuracy degradation rate. In this embodiment, the positional accuracy degradation rate is illustrated by hatching or the like. In addition, a time adjustment bar 126 is displayed, and by operating 126a of the time adjustment bar 126, the operator can switch the display to a positioning reliability map that reflects the position dilution of precision (PDOP) at a certain point in time several hours from now (any time).
以上のように、オペレータは現在および数時間後(任意の時刻)の施工現場全体について、各位置における衛星測位の信頼度を知ることができるので、最適な段取り(作業位置の経路)を検討することができ、作業効率を向上することができる。 As described above, operators can know the reliability of satellite positioning at each location across the entire construction site, both now and several hours from now (at any time), allowing them to consider the optimal setup (route to work locations) and improve work efficiency.
図6は、自己位置信頼度演算部35cの処理機能をGNSS受信機33の一部機能を含む関連構成とともに抜き出して示す機能ブロック図である。 Figure 6 is a functional block diagram showing the processing functions of the self-position reliability calculation unit 35c together with related configuration including some functions of the GNSS receiver 33.
図6において、GNSS受信機33は、アンテナ31の位置のばらつき(位置分散データ)を演算する位置分散演算部117を有している。 In Figure 6, the GNSS receiver 33 has a position dispersion calculation unit 117 that calculates the position dispersion (position dispersion data) of the antenna 31.
また、図6において、自己位置信頼度演算部35cは、GNSS受信機33から位置分散データを取得する位置分散取得部118と、外部記憶媒体37に記憶された三次元設計データ(施工現場の目標形状)37aを取得する三次元設計データ取得部106と、GNSS受信機33からの演算結果と車体姿勢演算部104からの演算結果とに基づいて車体の現場座標系における位置と姿勢とを演算する車体位置姿勢演算部107と、車体位置姿勢演算部107の演算結果とフロント姿勢演算部105からの演算結果とを統合して、フロント作業機5を含む油圧ショベル1全体の現場座標系における位置と姿勢とを出力する位置姿勢統合部108と、三次元設計データ取得部106で取得した三次元設計データ37aと位置姿勢統合部108で統合した油圧ショベル1の位置及び姿勢の情報とから、三次元設計データ37aを構成する多数の面のうち油圧ショベル1の作業対象となる目標面を取得する目標面取得部119と、位置分散取得部118で取得した位置分散データと目標面取得部119で取得した目標面と車体位置姿勢演算部107で算出した車体の位置及び姿勢(すなわち、マシンガイダンス部35aが演算する油圧ショベル1の方向ベクトル)とに基づいて、目標面に対する作業具(バケット8)の鉛直方向(高さ方向)の位置の誤差(目標面とバケットとの距離の誤差)である推定鉛直誤差を演算する推定鉛直誤差演算部120とを有している。なお、三次元設計データ取得部106、車体位置姿勢演算部107、位置姿勢統合部108は、マシンガイダンス部35a等との共用の機能部である。 Also, in FIG. 6, the self-position reliability calculation unit 35c includes a position variance acquisition unit 118 that acquires position variance data from the GNSS receiver 33, a three-dimensional design data acquisition unit 106 that acquires three-dimensional design data (target shape of the construction site) 37a stored in the external storage medium 37, a vehicle body position and attitude calculation unit 107 that calculates the position and attitude of the vehicle body in the site coordinate system based on the calculation results from the GNSS receiver 33 and the calculation results from the vehicle body attitude calculation unit 104, a position and attitude integration unit 108 that integrates the calculation results from the vehicle body position and attitude calculation unit 107 and the calculation results from the front attitude calculation unit 105 and outputs the position and attitude of the entire hydraulic excavator 1 including the front work implement 5 in the site coordinate system, and The system includes a target surface acquisition unit 119 that acquires a target surface to be worked on by the hydraulic excavator 1 from among the many surfaces constituting the three-dimensional design data 37a, based on the acquired three-dimensional design data 37a and the position and orientation information of the hydraulic excavator 1 integrated by the position and orientation integration unit 108, and an estimated vertical error calculation unit 120 that calculates an estimated vertical error, which is the error in the vertical (height) position of the working implement (bucket 8) relative to the target surface (error in the distance between the target surface and the bucket), based on the position variance data acquired by the position variance acquisition unit 118, the target surface acquired by the target surface acquisition unit 119, and the vehicle body position and orientation calculated by the vehicle body position and orientation calculation unit 107 (i.e., the direction vector of the hydraulic excavator 1 calculated by the machine guidance unit 35a). Note that the three-dimensional design data acquisition unit 106, vehicle body position and orientation calculation unit 107, and position and orientation integration unit 108 are functional units shared with the machine guidance unit 35a, etc.
図11は、自己位置信頼度演算部35cの処理内容を示すフローチャートである。 Figure 11 is a flowchart showing the processing performed by the self-location reliability calculation unit 35c.
自己位置信頼度演算部35cは、油圧ショベル1の目標面の掘削精度に対するGNSS測位の精度の影響を掘削方向である鉛直方向の誤差として算出する機能部である。 The self-position reliability calculation unit 35c is a functional unit that calculates the impact of the GNSS positioning accuracy on the excavation accuracy of the target surface of the hydraulic excavator 1 as an error in the vertical direction, which is the excavation direction.
図11に示すように自己位置信頼度演算部35cは、まず、三次元設計データ37aを取得し(ステップS400)、バケット8の先端位置を取得して(ステップS410)、これらの情報から、多数の面により構成される三次元設計データ37aのうち油圧ショベル1の現在の作業対象である目標面を特定し、目標面のデータを取得する(ステップS420)。なお、本実施の形態においては、目標面をシステムが自動で特定する場合を例示しているが、オペレータが手動で選択するように構成してもよい。 As shown in FIG. 11, the self-position reliability calculation unit 35c first acquires the three-dimensional design data 37a (step S400), acquires the tip position of the bucket 8 (step S410), and, from this information, identifies the target surface that is the current work target of the hydraulic excavator 1 from the three-dimensional design data 37a composed of multiple surfaces, and acquires data on the target surface (step S420). Note that while this embodiment illustrates a case in which the system automatically identifies the target surface, it may also be configured so that the operator manually selects it.
掘削作業を行う場合、油圧ショベル1のバケット8の先端は目標面上にあるため、バケット8の先端の位置から鉛直方向に引いた直線と三次元設計データ37aを構成する面との交差判定を行うことで、現在の作業対象である目標面を特定することができる。目標面の特定は、衛星信号と障害物の交差判定と同様に上記の(式1)~(式3)を代用することにより実現することができる。なお、特定した目標面と隣接する隣接面について、目標面の法線ベクトルと隣接面の法線ベクトルが一致している場合は隣接面を目標面の一部として扱う。 When performing excavation work, the tip of the bucket 8 of the hydraulic excavator 1 is located on the target surface, so the target surface that is the current work target can be identified by determining whether a line drawn vertically from the position of the tip of the bucket 8 intersects with the surfaces that make up the three-dimensional design data 37a. Identifying the target surface can be achieved by substituting the above (Equations 1) to (Equations 3), in the same way as determining whether a satellite signal intersects with an obstacle. Note that for adjacent surfaces adjacent to the identified target surface, if the normal vector of the target surface matches the normal vector of the adjacent surface, the adjacent surface is treated as part of the target surface.
続いて、油圧ショベル1の方向ベクトル、作業対象の目標面、及び、GNSS受信機33が演算するアンテナ31の位置分散データを取得し(ステップS430)、現在の油圧ショベル1の位置における衛星測位の信頼度を表す推定鉛直誤差を算出する(ステップS440)。 Next, the direction vector of the hydraulic excavator 1, the target surface of the work object, and the position dispersion data of the antenna 31 calculated by the GNSS receiver 33 are acquired (step S430), and an estimated vertical error representing the reliability of satellite positioning at the current position of the hydraulic excavator 1 is calculated (step S440).
推定鉛直誤差の算出は、下記の(式7)及び(式8)により行う。 The estimated vertical error is calculated using the following (Equation 7) and (Equation 8).
まず、上記の(式7)により、水平分散σxx,σyyを用いて水平方向の誤差Ehを求める。誤差Ehは、一般的に指標として用いられている2DRMSとしている。次に、上記の(式8)により、鉛直分散σzzと上記の(式7)で算出した水平誤差Ehとを用いてバケット8と目標面との距離の推定鉛直誤差Edを求める。目標面の勾配θmは、フロント作業機5(ブーム6、アーム7、バケット8)を通る平面と目標面とのなす交線の対地角度である。 First, the horizontal error Eh is calculated using the horizontal variances σxx and σyy using Equation 7 above. The error Eh is the 2DRMS, which is a commonly used index. Next, the estimated vertical error Ed in the distance between the bucket 8 and the target surface is calculated using Equation 8 above, using the vertical variance σzz and the horizontal error Eh calculated using Equation 7 above. The gradient θm of the target surface is the ground angle between the plane passing through the front work implement 5 (boom 6, arm 7, bucket 8) and the target surface.
なお、上記の(式7)及び(式8)では、水平位置分散と鉛直位置分散とを用いてバケット8と目標面との距離を算出したが、GNSS受信機33は、アンテナ間のベクトル(基線ベクトル)から方位角と方位角分散も演算する。そこで、上記のバケット8と目標面との鉛直距離の推定鉛直誤差Edを求める際に、水平位置分散に加えて方位角分散を用いてバケット8の水平位置の誤差を算出してもよい。 In the above (Equation 7) and (Equation 8), the distance between the bucket 8 and the target surface is calculated using the horizontal position variance and vertical position variance, but the GNSS receiver 33 also calculates the azimuth angle and azimuth angle variance from the vector (baseline vector) between the antennas. Therefore, when calculating the estimated vertical error Ed of the vertical distance between the bucket 8 and the target surface, the error in the horizontal position of the bucket 8 may be calculated using the azimuth angle variance in addition to the horizontal position variance.
図14は、表示装置36における推定鉛直誤差の表示の一例を示す図である。 Figure 14 shows an example of the display of the estimated vertical error on the display device 36.
図14に示すように、表示装置36には、マシンガイダンス部35aが出力するバケット8の先端から目標面までの距離を表す数値情報127と、距離を表示面積と色で表すライトバー128とが表示されている。 As shown in Figure 14, the display device 36 displays numerical information 127 output by the machine guidance unit 35a indicating the distance from the tip of the bucket 8 to the target surface, and a light bar 128 indicating the distance using display area and color.
自己位置信頼度演算部35cから出力される推定鉛直誤差129は、距離を表す数値情報127に付加して表示されている。なお、図示しないが、ライトバー128の色情報を推定鉛直誤差の大きさに応じて変化させてもよい。 The estimated vertical error 129 output from the self-position reliability calculation unit 35c is displayed in addition to the numerical information 127 representing the distance. Although not shown, the color information of the light bar 128 may be changed depending on the magnitude of the estimated vertical error.
以上のように構成することにより、オペレータはバケット8の先端から目標面までの距離情報をどの程度信頼すべきかを判断することができる。また、もし、推定鉛直誤差が施工現場に求められる精度を超えるような値だった場合は、測位信頼度演算部35bが出力する信頼度マップを確認し、施工の段取りを再検討することができる。 With the above configuration, the operator can determine how much reliability they should have in the distance information from the tip of the bucket 8 to the target surface. Furthermore, if the estimated vertical error exceeds the accuracy required at the construction site, they can check the reliability map output by the positioning reliability calculation unit 35b and reconsider the construction arrangements.
図7は、施工情報記録部35dの処理機能を示す機能ブロック図である。 Figure 7 is a functional block diagram showing the processing functions of the construction information recording unit 35d.
図7において、施工情報記録部35dは、車体位置姿勢演算部107の演算結果とフロント姿勢演算部105からの演算結果とを統合して、フロント作業機5を含む油圧ショベル1全体の現場座標系における位置と姿勢とを出力する位置姿勢統合部108と、位置分散取得部118で取得した位置分散データと目標面取得部119で取得した目標面と車体位置姿勢演算部107で算出した車体の位置及び姿勢(すなわち、マシンガイダンス部35aが演算する油圧ショベル1の方向ベクトル)とに基づいて、目標面に対する作業具(バケット8)の推定鉛直誤差を演算する推定鉛直誤差演算部120と、可視衛星特定部114を介して得られる構造物位置・形状データ37bと衛星軌道情報とに基づき、可視衛星特定部114で特定した可視衛星について、GNSS受信機33による測位精度に係る情報(例えば、精度指標の一つである位置精度低下率(PDOP:Position Dilution of Precision))を複数の領域の代表位置についてそれぞれ演算する測位精度演算部115と、現在の油圧ショベル1のバケット8の先端の位置座標に基づいて、施工現場の現状の土砂の形状を表す現況地形データ300を更新するか否かを判定する現況地形データ更新判定部121と、現況地形データ300を更新する際にGNSS測位の信頼度を合わせて記録する現況地形・測位信頼度記録部122とを有している。なお、位置姿勢統合部108、測位精度演算部115、現況地形データ300は、マシンガイダンス部35a、測位信頼度演算部35b、自己位置信頼度演算部35c等との共用の機能部である。 In FIG. 7, the construction information recording unit 35d includes a position and attitude integration unit 108 that integrates the calculation results from the vehicle body position and attitude calculation unit 107 and the front attitude calculation unit 105 to output the position and attitude of the entire hydraulic excavator 1 including the front work implement 5 in the on-site coordinate system; an estimated vertical error calculation unit 120 that calculates an estimated vertical error of the implement (bucket 8) relative to the target plane based on the position variance data acquired by the position variance acquisition unit 118, the target plane acquired by the target plane acquisition unit 119, and the vehicle body position and attitude calculated by the vehicle body position and attitude calculation unit 107 (i.e., the direction vector of the hydraulic excavator 1 calculated by the machine guidance unit 35a); and an estimated vertical error calculation unit 120 that calculates an estimated vertical error of the implement (bucket 8) relative to the target plane based on the structure position and shape data 37b and satellite orbit information obtained via the visible satellite identification unit 114, and outputs information related to the positioning accuracy of the GNSS receiver 33 (for example, the position dilution of precision (PDOP) which is one of the accuracy indicators) for the visible satellites identified by the visible satellite identification unit 114. The system includes a positioning accuracy calculation unit 115 that calculates the (Position Precision) for each representative position of a plurality of regions, a current terrain data update determination unit 121 that determines whether to update current terrain data 300 that represents the current shape of the soil and sand at the construction site based on the current position coordinates of the tip of the bucket 8 of the hydraulic excavator 1, and a current terrain and positioning reliability recording unit 122 that also records the reliability of GNSS positioning when updating the current terrain data 300. Note that the position and attitude integration unit 108, positioning accuracy calculation unit 115, and current terrain data 300 are functional units shared with the machine guidance unit 35a, positioning reliability calculation unit 35b, and self-position reliability calculation unit 35c, etc.
図12は、施工情報記録部35dの処理内容を示すフローチャートである。 Figure 12 is a flowchart showing the processing performed by the construction information recording unit 35d.
施工情報記録部35dは、油圧ショベル1の掘削作業により変化した現況地形の形状を表す三次元位置データを、バケット8の先端の位置座標を用いて計測し、バケット8の先端の位置座標と測位信頼度演算部35bが演算する位置精度低下率(PDOP)及び自己位置信頼度演算部35cが出力する推定鉛直誤差を紐づけて記録する機能部である。 The construction information recording unit 35d is a functional unit that measures three-dimensional position data representing the shape of the current terrain that has changed due to the excavation work of the hydraulic excavator 1 using the position coordinates of the tip of the bucket 8, and records the position coordinates of the tip of the bucket 8 in association with the positional dilution rate of precision (PDOP) calculated by the positioning reliability calculation unit 35b and the estimated vertical error output by the self-position reliability calculation unit 35c.
図12に示すように、まず、施工情報記録部35dは、マシンガイダンス部35aが演算するバケット8の先端の位置座標データ(現在位置座標と呼ぶ)を取得する(ステップS500)。 As shown in FIG. 12, first, the construction information recording unit 35d acquires the position coordinate data (referred to as the current position coordinates) of the tip of the bucket 8 calculated by the machine guidance unit 35a (step S500).
続いて、現在位置座標のXY座標における現況地形データ(過去位置座標と称する)を取得し(ステップS510)、現在位置座標のZ座標値と過去位置座標のZ座標の値とを比較して、現況地形データ300を更新するか否かを判定する(ステップS520)。ステップS520においては、現在位置座標のZ成分が過去位置座標のZ成分より小さい場合は、現況地形データ300を現在位置座標に更新する(YES)と判断する。また、現在位置座標のZ成分が過去位置座標のZ成分より大きい場合は、現況地形データ300を現在位置座標に更新しない(NO)と判断する。 Next, current terrain data (referred to as past position coordinates) for the X and Y coordinates of the current position coordinates are obtained (step S510), and the Z coordinate value of the current position coordinates is compared with the Z coordinate value of the past position coordinates to determine whether or not to update the current terrain data 300 (step S520). In step S520, if the Z component of the current position coordinates is smaller than the Z component of the past position coordinates, it is determined that the current terrain data 300 should be updated to the current position coordinates (YES). On the other hand, if the Z component of the current position coordinates is larger than the Z component of the past position coordinates, it is determined that the current terrain data 300 should not be updated to the current position coordinates (NO).
ステップS520での判定結果がYESの場合、すなわち、現況地形データを更新すると判定した場合には、位置精度低下率(PDOP)及び推定鉛直誤差(すなわち、測位信頼度)を取得し(ステップS530)、現在位置座標とその時の位置精度低下率(PDOP)及び推定鉛直誤差(すなわち、測位信頼度)を現況地形データと紐づけてコントローラ35の図示しない記憶領域に現況地形データ300として記録する(ステップS540)。 If the determination result in step S520 is YES, i.e., if it is determined that the current terrain data should be updated, the position dilution of precision (PDOP) and estimated vertical error (i.e., positioning reliability) are obtained (step S530), and the current position coordinates and the current position dilution of precision (PDOP) and estimated vertical error (i.e., positioning reliability) are linked to the current terrain data and recorded as current terrain data 300 in a memory area (not shown) of the controller 35 (step S540).
以上のように構成することにより、コントローラ35内に記録された施工履歴情報は、外部記憶媒体37へと出力され、オペレータ及び施工管理者は施工履歴情報を油圧ショベル1の稼働データとして活用することができる。すなわち、油圧ショベル1によって整形された現況地形とその形状の信頼度を参照することができるため、現況地形データ300を出来形管理等に用いるかどうかを判断することができる。 With the above configuration, the construction history information recorded in the controller 35 is output to the external storage medium 37, allowing the operator and construction manager to use the construction history information as operational data for the hydraulic excavator 1. In other words, because they can refer to the current terrain shaped by the hydraulic excavator 1 and the reliability of that shape, they can determine whether or not to use the current terrain data 300 for as-built management, etc.
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。 The effects of this embodiment configured as described above are now explained.
情報化施工において油圧ショベルなどの作業機械による施工精度は測位精度に大きく影響を受ける。このため、作業機械の利用者が作業の段取りを行う際には、作業機械の測位精度を考慮する必要がある。しかしながら、GNSSによる測位精度は、作業現場における作業機械や測位衛星の位置、作業現場の環境などによって変化するため、作業の段取りを適切に設定することは容易ではない。また、作業の段取りを適切に設定することができない場合には、施工全体の効率の低下が懸念される。 In information-based construction, the accuracy of construction work by hydraulic excavators and other work machines is significantly affected by positioning accuracy. For this reason, work machine users must take the work machine's positioning accuracy into consideration when planning work. However, because GNSS positioning accuracy varies depending on the location of the work machine and positioning satellites at the work site, as well as the work site environment, it is not easy to plan work appropriately. Furthermore, if work planning cannot be done appropriately, there are concerns that the efficiency of the entire construction work will decrease.
これに対して、本実施の形態においては、下部走行体と、下部走行体に旋回可能に設けられ、下部走行体と共に車体を構成する上部旋回体と、作業具を含む複数の被駆動部材が互いに回動可能に連結されて構成され、上部旋回体に回動可能に支持された作業装置と、上部旋回体および複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢情報を計測する姿勢情報計測装置と、測位衛星からの航法信号に基づいて車体の施工現場における位置および向きを演算する位置計測装置と、施工現場の目標形状である設計データ、施工現場を含む周辺地域の地形データ、及び、地形データの範囲に含まれる構造物の位置及び形状を示す構造物データを記憶する記憶装置と、位置計測装置からの演算結果、及び、姿勢情報計測装置からの姿勢情報に基づいて、設計データから得られる作業目標面と作業装置の先端に設けられた作業具との距離を演算するコントローラとを備えた作業機械において、コントローラは、設計データに基づいて施工現場を複数の領域に分割し、分割した複数の領域のそれぞれについて代表位置を設定し、測位衛星の軌道情報と地形データと構造物データとに基づいて、位置計測装置による測位精度を複数の領域の代表位置についてそれぞれ演算し、測位精度と複数の領域のそれぞれの代表位置とを紐づけて示す測位信頼度マップを生成するように構成したので、GNSSの測位精度に係る情報を作業機械の利用者に適切に提供することにより作業の段取りを支援し、施工全体の効率化を図ることができる。 In contrast, in this embodiment, the system includes a lower traveling body, an upper rotating body that is rotatably mounted on the lower traveling body and that together with the lower traveling body constitutes a vehicle body, a work device that is configured by rotatably connecting multiple driven members including a work implement to each other and is rotatably supported on the upper rotating body, an attitude information measuring device that measures the attitude information of each of the upper rotating body and the multiple driven members, a position measuring device that calculates the position and orientation of the vehicle body at the construction site based on navigation signals from a positioning satellite, a storage device that stores design data that is the target shape of the construction site, topographical data of the surrounding area including the construction site, and structure data that indicates the position and shape of structures included within the range of the topographical data, and calculation results from the position measuring device and a storage device that stores the calculation results from the attitude information measuring device. In a construction machine equipped with a controller that calculates the distance between a work target surface obtained from design data and a work implement attached to the tip of the work device based on attitude information from the design data, the controller divides the construction site into multiple areas based on the design data, sets a representative position for each of the multiple divided areas, calculates the positioning accuracy of the position measurement device for each representative position of the multiple areas based on positioning satellite orbit information, topographical data, and structure data, and generates a positioning reliability map that links the positioning accuracy with each representative position of the multiple areas.By appropriately providing information related to GNSS positioning accuracy to the user of the construction machine, it is possible to support work setup and improve the efficiency of the entire construction project.
すなわち、マシンガイダンス部35aが演算する作業支援情報と合わせてGNSS測位の信頼度を施工現場全体と現在の機械位置について得ることができる。その結果、オペレータは現在の作業を継続すべきかどうかの判断および他の作業位置への移動を検討できるため、段取りの効率が向上し、ひいては作業全体の効率を向上することが可能となる。 In other words, the reliability of GNSS positioning can be obtained for the entire construction site and the current machine position, combined with the work support information calculated by the machine guidance unit 35a. As a result, the operator can decide whether to continue the current work and consider moving to another work position, improving setup efficiency and ultimately improving the efficiency of the entire work process.
<付記>
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や組み合わせが含まれる。また、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、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
<Additional Notes>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and combinations within the scope of the gist thereof. Furthermore, the present invention is not limited to those including all of the configurations described in the above-described embodiments, and includes those in which some of the configurations are omitted. Furthermore, the above-described configurations, functions, etc. may be realized in part or in whole by designing them as, for example, integrated circuits. Furthermore, the above-described configurations, functions, etc. may be realized in software by a processor interpreting and executing a program that realizes each function.
1…油圧ショベル、2…下部走行体、3…上部旋回体、4…運転室、5…フロント作業機(作業装置)、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、21~24…慣性計測装置(IMU)、31,32…GNSSアンテナ34…無線機、34a…無線機アンテナ、35…コントローラ、35a…マシンガイダンス部、35b…測位信頼度演算部、35c…自己位置信頼度演算部、35d…施工情報記録部、36…表示装置、37…外部記憶媒体(記憶装置)、37a…三次元設計データ、37b…構造物位置・形状データ、38…基準局(外部システム)、39…GNSSアンテナ、40…GNSS受信機、41…無線機、41a…無線機アンテナ、100…RTK補正データ受信部、101…衛星信号受信部、102…衛星選択部、103…GNSS位置・ベクトル演算部、104…車体姿勢演算部、105…フロント姿勢演算部、106…三次元設計データ取得部、107…車体位置姿勢演算部、108…位置姿勢統合部、109…断面演算部、110…距離演算部、111…衛星軌道情報受信部、112…構造物・地形データ取得部、113…代表位置座標取得部、114…可視衛星特定部、115…測位精度演算部、116…測位信頼度マップ生成部、117…位置分散演算部、118…位置分散取得部、119…目標面取得部、120…推定鉛直誤差演算部、121…現況地形データ更新判定部、122…現況地形・測位信頼度記録部、123…俯瞰図、124…ショベルアイコン、125…信頼度マップ、126…時刻調整バー、127…数値情報、128…ライトバー、129…推定鉛直誤差、131…上部旋回体、200…マシンガイダンスシステム、300…現況地形データ 1...hydraulic excavator, 2...undercarriage, 3...upper rotating body, 4...operator's cab, 5...front work machine (working device), 6...boom, 7...arm, 8...bucket, 9...boom cylinder, 10...arm cylinder, 11...bucket cylinder, 21-24...inertial measurement unit (IMU), 31, 32...GNSS antenna, 34...radio, 34a...radio antenna, 35...controller, 35a...machine guidance unit, 35b...positioning reliability calculation unit, 35c...self-position reliability calculation unit, 35d...construction information recording unit, 36...display device, 37...external storage medium (storage device), 37a...three-dimensional design data, 37b...structure position/shape data, 38...reference station (external system), 39...GNSS antenna, 40...GNSS receiver, 41...radio, 41a...radio antenna, 100...RTK correction data receiving unit, 101...satellite signal receiving unit, 102...satellite selection unit, 103...GNSS position/vector Torque calculation unit, 104... vehicle body attitude calculation unit, 105... front attitude calculation unit, 106... three-dimensional design data acquisition unit, 107... vehicle body position and attitude calculation unit, 108... position and attitude integration unit, 109... cross-section calculation unit, 110... distance calculation unit, 111... satellite orbit information receiving unit, 112... structure and terrain data acquisition unit, 113... representative position coordinate acquisition unit, 114... visible satellite identification unit, 115... positioning accuracy calculation unit, 116... positioning reliability map generation unit, 117... position distribution Calculation unit, 118...position variance acquisition unit, 119...target surface acquisition unit, 120...estimated vertical error calculation unit, 121...current terrain data update determination unit, 122...current terrain and positioning reliability recording unit, 123...bird's-eye view, 124...shovel icon, 125...reliability map, 126...time adjustment bar, 127...numerical information, 128...light bar, 129...estimated vertical error, 131...upper rotating body, 200...machine guidance system, 300...current terrain data
Claims (5)
前記下部走行体に旋回可能に設けられ、前記下部走行体と共に車体を構成する上部旋回体と、
作業具を含む複数の被駆動部材が互いに回動可能に連結されて構成され、前記上部旋回体に回動可能に支持された作業装置と、
前記上部旋回体および前記複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢情報を計測する姿勢情報計測装置と、
測位衛星からの航法信号に基づいて前記車体の施工現場における位置および向きを演算する位置計測装置と、
前記位置計測装置からの演算結果、及び、前記姿勢情報計測装置からの姿勢情報に基づいて、前記施工現場の目標形状である設計データから得られる作業目標面と前記作業装置の先端に設けられた作業具との距離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、
前記設計データに基づいて前記施工現場を複数の領域に分割し、
分割した前記複数の領域のそれぞれについて代表位置を設定し、
前記測位衛星の軌道情報と、前記施工現場を含む周辺地域の地形データと、前記地形データの範囲に含まれる構造物の位置及び形状を示す構造物データとに基づいて、前記位置計測装置による測位精度を前記複数の領域の代表位置についてそれぞれ演算し、
前記測位精度と前記複数の領域のそれぞれの代表位置とを紐づけて示す測位信頼度マップを生成するとともに、
前記作業装置の先端に配置された前記作業具と前記作業目標面との距離に基づいて、前記作業具の座標を記録するか否かを判定し、
前記作業具の座標を記録すると判定した場合には、前記作業具の座標と前記測位精度とを紐づけて記憶装置に記憶させることを特徴とする作業機械。 a lower running body;
an upper rotating body that is rotatably provided on the lower traveling body and that constitutes a vehicle body together with the lower traveling body;
a working device configured by a plurality of driven members including working implements rotatably connected to one another and rotatably supported on the upper rotating body;
a posture information measuring device that measures posture information of the upper rotating body and the plurality of driven members;
a position measurement device that calculates the position and orientation of the vehicle body at the construction site based on a navigation signal from a positioning satellite;
a controller that calculates a distance between a work target surface obtained from design data that is a target shape of the construction site and a work implement attached to a tip of the work implement based on a calculation result from the position measurement device and posture information from the posture information measurement device,
The controller
Dividing the construction site into a plurality of areas based on the design data;
A representative position is set for each of the divided regions;
Calculating the positioning accuracy of the position measuring device for each representative position of the plurality of areas based on the orbital information of the positioning satellite, topographical data of the surrounding area including the construction site, and structure data indicating the position and shape of structures included in the range of the topographical data;
generating a positioning reliability map that associates the positioning accuracy with each of the representative positions of the plurality of regions ;
determining whether or not to record coordinates of the work tool based on a distance between the work tool disposed at the tip of the work device and the work target surface;
When it is determined that the coordinates of the work implement should be recorded, the coordinates of the work implement are associated with the positioning accuracy and stored in a storage device .
前記下部走行体に旋回可能に設けられ、前記下部走行体と共に車体を構成する上部旋回体と、
作業具を含む複数の被駆動部材が互いに回動可能に連結されて構成され、前記上部旋回体に回動可能に支持された作業装置と、
前記上部旋回体および前記複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢情報を計測する姿勢情報計測装置と、
測位衛星からの航法信号に基づいて前記車体の施工現場における位置および向きを演算する位置計測装置と、
前記位置計測装置からの演算結果、及び、前記姿勢情報計測装置からの姿勢情報に基づいて、前記施工現場の目標形状である設計データから得られる作業目標面と前記作業装置の先端に設けられた作業具との距離を演算するコントローラとを備えた作業機械において、
前記位置計測装置は、前記車体の施工現場における位置の演算結果のばらつきである位置分散を演算し、
前記コントローラは、
前記設計データに基づいて前記施工現場を複数の領域に分割し、
分割した前記複数の領域のそれぞれについて代表位置を設定し、
前記測位衛星の軌道情報と、前記施工現場を含む周辺地域の地形データと、前記地形データの範囲に含まれる構造物の位置及び形状を示す構造物データとに基づいて、前記位置計測装置による測位精度を前記複数の領域の代表位置についてそれぞれ演算し、
前記測位精度と前記複数の領域のそれぞれの代表位置とを紐づけて示す測位信頼度マップを生成し、
前記位置分散に基づいて、前記作業目標面に対する鉛直方向における前記作業具の位置の精度である推定鉛直誤差を演算するとともに、
前記作業装置の先端に配置された前記作業具と前記作業目標面との距離に基づいて、前記作業具の座標を記録するか否かを判定し、
前記作業具の座標を記録すると判定した場合には、前記作業具の座標と前記推定鉛直誤差とを紐づけて記憶装置に記憶させることを特徴とする作業機械。 a lower running body;
an upper rotating body that is rotatably provided on the lower traveling body and that constitutes a vehicle body together with the lower traveling body;
a working device configured by a plurality of driven members including working implements rotatably connected to one another and rotatably supported on the upper rotating body;
a posture information measuring device that measures posture information of the upper rotating body and the plurality of driven members;
a position measurement device that calculates the position and orientation of the vehicle body at the construction site based on a navigation signal from a positioning satellite;
a controller that calculates a distance between a work target surface obtained from design data that is a target shape of the construction site and a work implement attached to a tip of the work implement based on a calculation result from the position measurement device and posture information from the posture information measurement device,
the position measurement device calculates a position variance, which is a variance of a calculation result of the position of the vehicle body at the construction site;
The controller
Dividing the construction site into a plurality of areas based on the design data;
A representative position is set for each of the divided regions;
Calculating the positioning accuracy of the position measuring device for each representative position of the plurality of areas based on the orbital information of the positioning satellite, topographical data of the surrounding area including the construction site, and structure data indicating the position and shape of structures included in the range of the topographical data;
generating a positioning reliability map that indicates the positioning accuracy and each representative position of the plurality of regions in association with each other;
Calculating an estimated vertical error, which is the accuracy of the position of the work tool in a vertical direction relative to the work target surface, based on the position variance;
determining whether or not to record coordinates of the work tool based on a distance between the work tool disposed at the tip of the work device and the work target surface;
When it is determined that the coordinates of the work implement should be recorded, the coordinates of the work implement and the estimated vertical error are linked and stored in a storage device .
前記コントローラは、前記測位信頼度マップに前記車体の三次元位置および向きの情報を重畳表示した俯瞰図画像を生成して表示装置に表示することを特徴とする作業機械。 2. The work machine according to claim 1,
The controller generates an overhead view image in which information on the three-dimensional position and orientation of the vehicle body is superimposed on the positioning reliability map, and displays the image on a display device.
前記位置計測装置は、前記車体の施工現場における位置の演算結果のばらつきである位置分散を演算し、
前記コントローラは、前記位置分散に基づいて、前記作業目標面に対する鉛直方向における前記作業具の位置の精度である推定鉛直誤差を演算することを特徴とする作業機械。 2. The work machine according to claim 1,
the position measurement device calculates a position variance, which is a variance of a calculation result of the position of the vehicle body at the construction site;
The working machine is characterized in that the controller calculates an estimated vertical error, which is the accuracy of the position of the working implement in a direction vertical to the work target surface, based on the position variance.
前記コントローラは、前記推定鉛直誤差に基づいて、前記作業装置の先端に配置された前記作業具と前記作業目標面との距離と、前記推定鉛直誤差とを同時に表示した距離表示画像を生成して表示装置に表示することを特徴とする作業機械。 5. The work machine according to claim 4 ,
the controller generates a distance display image that simultaneously displays the distance between the work implement disposed at the tip of the work device and the work target surface, and the estimated vertical error, based on the estimated vertical error, and displays the image on a display device.
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002189073A (en) | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Shimizu Corp | GPS satellite capture status determination system |
| JP2012202063A (en) | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Komatsu Ltd | Calibration device and calibration method for hydraulic shovel |
| WO2015140406A1 (en) | 2014-03-18 | 2015-09-24 | Novatron Oy | System and method for positioning construction machine |
| JP2019190193A (en) | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 日立建機株式会社 | Work machine |
| JP2020176489A (en) | 2019-04-22 | 2020-10-29 | 株式会社小松製作所 | Work machine, control method of work machine, control method of construction management device and construction management device |
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| WO2021060533A1 (en) | 2019-09-26 | 2021-04-01 | 日立建機株式会社 | Work machine |
-
2021
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002189073A (en) | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Shimizu Corp | GPS satellite capture status determination system |
| JP2012202063A (en) | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Komatsu Ltd | Calibration device and calibration method for hydraulic shovel |
| WO2015140406A1 (en) | 2014-03-18 | 2015-09-24 | Novatron Oy | System and method for positioning construction machine |
| JP2019190193A (en) | 2018-04-27 | 2019-10-31 | 日立建機株式会社 | Work machine |
| JP2020176489A (en) | 2019-04-22 | 2020-10-29 | 株式会社小松製作所 | Work machine, control method of work machine, control method of construction management device and construction management device |
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