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WO2024090014A1 - スイング角度較正方法、姿勢検出方法、スイング角度較正システムおよび姿勢検出システム - Google Patents

スイング角度較正方法、姿勢検出方法、スイング角度較正システムおよび姿勢検出システム Download PDF

Info

Publication number
WO2024090014A1
WO2024090014A1 PCT/JP2023/031259 JP2023031259W WO2024090014A1 WO 2024090014 A1 WO2024090014 A1 WO 2024090014A1 JP 2023031259 W JP2023031259 W JP 2023031259W WO 2024090014 A1 WO2024090014 A1 WO 2024090014A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
swing
swing angle
angle
work machine
posture
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/031259
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
峰鷹 西村
晃太 池上
Original Assignee
株式会社小松製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社小松製作所 filed Critical 株式会社小松製作所
Publication of WO2024090014A1 publication Critical patent/WO2024090014A1/ja

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations

Definitions

  • the present disclosure relates to a swing angle calibration method, a posture detection method, a swing angle calibration system, and a posture detection system.
  • the hydraulic excavator shown in Patent Document 1 is equipped with a vehicle body and a working implement.
  • the vehicle body is provided with, for example, a GNSS (Global Navigation Satellite System) antenna to detect the position of the vehicle body.
  • the vehicle body is equipped with, for example, an IMU (Inertial Measurement Unit).
  • the IMU detects the roll angle and pitch angle of the vehicle body.
  • the working implement has a boom, an arm, a bucket, and a hydraulic cylinder that drives them.
  • the hydraulic excavator controller calculates the position of the blade tip of the bucket based on parameters such as the positional relationship between the GNSS antenna and the boom pin, the respective lengths of the boom, arm, and bucket, and the respective rotation angles of the boom, arm, and bucket.
  • Patent Document 1 proposes performing calibration using the pitch angle measured by the IMU of the vehicle body in order to suppress a decrease in accuracy of the cutting edge position in the height direction caused by the hydraulic excavator tilting in the fore-and-aft direction of the vehicle body due to the weight of the work machine.
  • Patent Document 1 does not take into consideration cases where the angle sensor that detects the swing angle of the work machine has an error, which reduces the detection accuracy of the cutting edge position.
  • the present disclosure aims to provide a swing angle calibration method, a posture detection method, a swing angle calibration system, and a posture detection system that are capable of calibrating errors that occur when measuring the swing angle of a work machine with an angle sensor and accurately detecting the swing angle. (Means for solving the problem)
  • the swing angle calibration method of the first aspect is a swing angle calibration method for calibrating the swing angle of a working implement of a work machine, and includes a position information acquisition step, a first swing angle calculation step, a calibration second swing angle acquisition step, and a creation step.
  • the position information acquisition step acquires position information of a predetermined position of the working implement using a measuring device in a plurality of swing postures in which the working implement is fixed in a predetermined posture and only swings left and right.
  • the first swing angle calculation step calculates a first swing angle in each swing posture based on the position information.
  • the calibration second swing angle acquisition step acquires a second swing angle in each swing posture based on detection values in the plurality of swing postures by an angle sensor mounted on the working machine that detects the swing angle of the working implement.
  • the creation step creates a correlation table based on the first swing angle and the second swing angle in the plurality of swing postures.
  • the second aspect of the attitude detection method is an attitude detection method for detecting the attitude of a working implement of a work machine, and includes a second swing angle acquisition step, a corrected second swing angle detection step, and an attitude detection step.
  • the second swing angle acquisition step acquires a second swing angle based on a detection value of an angle sensor mounted on the work machine and detecting the swing angle of the working implement.
  • the corrected second swing angle detection step detects a second swing angle after error correction based on the correlation table of the swing angle calibration method of the first aspect and the second swing angle.
  • the attitude detection step detects the attitude of the working implement using the error-corrected second swing angle.
  • the swing angle calibration system of the third aspect of the present disclosure is a swing angle calibration system that calibrates the swing angle of a working implement of a work machine, and includes a measurement device, an angle sensor, and a controller.
  • the measurement device measures position information of a predetermined position of the working implement in multiple swing postures in which the working implement is fixed in a predetermined posture and only swings left and right.
  • the angle sensor is mounted on the work machine and detects the swing angle of the working implement.
  • the controller calculates a first swing angle in each swing posture based on the position information, obtains a second swing angle in each swing posture based on the detection values in the multiple swing postures by the angle sensor, and creates a correlation table based on the first swing angle and the second swing angle in the multiple swing postures.
  • a posture detection system is a posture detection system for detecting the posture of a working implement of a work machine, and includes an angle sensor, a storage unit, and a controller.
  • the angle sensor is mounted on the work machine and detects a swing angle of the working implement.
  • the storage unit stores a correlation table of the swing angle calibration method of the first aspect.
  • the controller corrects the swing angle detected by the angle sensor based on the correlation table, and detects the posture of the working implement using the corrected swing angle.
  • the present disclosure provides a swing angle calibration method, a posture detection method, and a posture detection system that can calibrate errors that occur when measuring the swing angle of a work machine using an angle sensor, and can detect the swing angle with high accuracy.
  • FIG. 1 illustrates a work machine system according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the vicinity of a swing bracket of the work machine of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a top view showing the vicinity of the swing bracket of FIG. 2 .
  • 1 is a block diagram showing the configuration of a drive system and a drive control system of a work machine. 2 is a block diagram showing a control configuration of the attitude detection system for the work machine.
  • FIG. FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a work machine.
  • FIG. 13 is a diagram showing a guide screen displayed on the display input device.
  • FIG. 1 is a flow diagram illustrating a swing angle calibration method according to the present disclosure.
  • FIG. 1 is a flow diagram illustrating a swing angle calibration method according to the present disclosure.
  • FIG. 1A is a front view showing the state in which the working machine is moved to multiple swing positions and the coordinates of the arm top are measured by a total station
  • FIG. 1B is a plan view showing the state in which the working machine has been moved to multiple swing positions.
  • FIG. 13 is a diagram showing a display screen of a display input device during swing angle calibration.
  • FIG. 13 is a diagram showing a display screen of a display input device during swing angle calibration.
  • 11A and 11B are diagrams for explaining a swing angle calibration method.
  • 11A and 11B are diagrams for explaining a swing angle calibration method.
  • 11A and 11B are diagrams for explaining a swing angle calibration method.
  • 11A and 11B are diagrams for explaining a swing angle calibration method.
  • FIG. 13 is a diagram showing a swing angle error table created by a swing angle calibration method.
  • FIG. 1 is a flow diagram illustrating a posture detection method according to the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing a work machine 1 according to the present disclosure.
  • An example of the work machine 1 is a hydraulic excavator.
  • the work machine 1 has a vehicle body 2 (an example of a work machine body) and a work implement 3 .
  • the vehicle body 2 has a rotating body 11, a lower structure 12, and a blade 13.
  • the rotating body 11 is disposed above the lower structure 12.
  • the rotating body 11 is supported so as to be rotatable relative to the lower structure 12.
  • the rotating body 11 has a floor 14 on its upper surface, a driver's seat 15 disposed on the floor 14, and a roof 16 disposed above the driver's seat 15.
  • the work machine 1 of this embodiment is a canopy type.
  • the lower structure 12 includes tracks 12a, 12b.
  • the work machine 1 travels by rotating the tracks 12a, 12b.
  • the blade 13 is disposed in front of the lower structure 12.
  • the blade 13 can be lifted by a hydraulic actuator.
  • front and rear refer to the front and rear of the vehicle body 2. Additionally, in the following description, “right,” “left,” “up,” and “down” refer to directions based on the state of looking forward from the driver's seat 15. "Vehicle width direction” and “left-right direction” are synonymous. In the figure, the forward direction F, rear direction B, left direction L, and right direction R are shown.
  • the work implement 3 is attached to the vehicle body 2.
  • the work implement 3 includes a swing bracket 20, a boom 21, an arm 22, and a bucket 23.
  • the swing bracket 20 is disposed on the front side of the rotating body 11.
  • Fig. 2 is a perspective view showing the vicinity of the swing bracket of the work machine 1.
  • Fig. 3 is a top view showing the vicinity of the swing bracket 20.
  • the work implement 3 is omitted in Fig. 3.
  • the swing bracket 20 shown in Figs. 2 and 3 is in a state where the work implement 3 is disposed along the fore-aft direction of the rotating body 11.
  • the swing bracket 20 is disposed on the front side of the rotating body 11. As shown in FIG. 2, the rotating body 11 has a support bracket 18 at its front end. The support bracket 18 is disposed so as to protrude forward. As shown in FIG. 3, the swing bracket 20 is attached to the support bracket 18 by a vertical pin 19 so as to be rotatable clockwise and counterclockwise when viewed from above. In FIG. 3, the center of rotation of the pin 19 is shown as axis A1.
  • the base end of the boom 21 is attached to the swing bracket 20 via a boom pin 24 so as to be rotatable in the vertical direction.
  • the base end of the arm 22 is rotatably attached to the tip of the boom 21 via an arm pin 25.
  • the bucket 23 is rotatably attached to the tip of the arm 22 via a bucket pin 26.
  • the arm 22 and bucket 23 are connected by a link 27.
  • the swing bracket 20 has a bracket body 32 and a lever portion 33.
  • the bracket body 32 is rotatably supported by the support bracket 18 via a pin 19.
  • the lever portion 33 protrudes from the bracket body 32 in the right direction R.
  • the bracket body 32 has a work machine support part 34 and a link mechanism support part 35.
  • the work machine support part 34 supports the work machine 3 so that it can rotate in the vertical direction.
  • the work machine support part 34 has a left side part 34a and a right side part 34b.
  • the left side part 34a and the right side part 34b are arranged to sandwich the base end of the boom 21 from the left and right.
  • the link mechanism support part 35 and the work machine support part 34 are arranged to sandwich the axis A1.
  • the link mechanism support part 35 supports the link mechanism 36 described below.
  • the work machine 3 includes a boom cylinder 28, an arm cylinder 29, a bucket cylinder 30, and a swing cylinder 31 (see FIG. 2).
  • the boom cylinder 28, the arm cylinder 29, the bucket cylinder 30, and the swing cylinder 31 are each a hydraulic cylinder.
  • the bottom end of the boom cylinder 28 is rotatably attached to the swing bracket 20.
  • the bottom end of the boom cylinder 28 is disposed between the left side portion 34a and the right side portion 34b shown in FIG. 3.
  • the rod end of the boom cylinder 28 is rotatably attached to the boom 21.
  • the bottom end of the arm cylinder 29 is rotatably attached to the boom 21.
  • the rod end of the arm cylinder 29 is rotatably attached to the arm 22.
  • the bottom end of the bucket cylinder 30 is rotatably attached to the arm 22.
  • the rod end of the bucket cylinder 30 is rotatably attached to the bucket 23 via a link 27.
  • the boom cylinder 28 extends and retracts, causing the boom 21 to rotate up and down.
  • the arm cylinder 29 extends and retracts, causing the arm 22 to rotate relative to the boom 21.
  • the bucket cylinder 30 extends and retracts, causing the bucket 23 to rotate relative to the arm 22.
  • the swing cylinder 31 connects the rotating body 11 and the lever portion 33.
  • the bottom end of the swing cylinder 31 is rotatably attached to the rotating body 11.
  • the rod end of the swing cylinder 31 is rotatably attached to the lever portion 33.
  • the work machine 1 has a drive system 41 and a drive control system 42.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configurations of the drive system 41 and the drive control system 42 of the work machine 1.
  • the drive system 41 includes a drive source 43 and a hydraulic pump 44.
  • the drive source 43 is, for example, an internal combustion engine. However, the drive source 43 may be an electric motor or a hybrid mechanism of an engine and an electric motor.
  • the hydraulic pump 44 is driven by the drive source 43 and discharges hydraulic oil.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 44 is supplied to the boom cylinder 28, the arm cylinder 29, the bucket cylinder 30, and the swing cylinder 31.
  • the work machine 1 includes a first traveling motor 45a, a second traveling motor 45b, and a swing motor 46.
  • the first traveling motor 45a drives the crawler belt 12a.
  • the second traveling motor 45b drives the crawler belt 12b.
  • the swing motor 46 causes the swing body 11 to swing.
  • the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 44 is supplied to the first travel motor 45a, the second travel motor 45b, and the swing motor 46.
  • one hydraulic pump 44 is illustrated in Fig. 4, a plurality of hydraulic pumps may be provided.
  • the drive control system 42 includes an operating device 47 and an input device 48.
  • the operating device 47 and the input device 48 are arranged around the driver's seat 15.
  • the operating device 47 accepts operations by the operator to drive the work machine 3, the rotating body 11, and the lower structure 12, and outputs an operation signal according to the operation.
  • the operating device 47 includes, for example, a lever, a pedal, a switch, etc.
  • the input device 48 accepts operations by the operator to set the control of the work machine 1, and outputs an operation signal corresponding to the operation.
  • the input device 48 is, for example, a touch screen.
  • the input device 48 may include a lever or a switch.
  • the drive control system 42 includes a main body controller 51, a memory device 52, and a control valve 53.
  • the main body controller 51 is programmed to control the work machine 1 based on the acquired operation signal.
  • the main body controller 51 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and memories such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory).
  • the memory device 52 is an example of a recording medium readable by a non-transitory processor.
  • the memory device 52 records computer instructions that are executable by the processor and for controlling the work machine 1.
  • the main body controller 51 receives operation signals from the operation device 47 and the input device 48.
  • the main body controller 51 controls the control valve 53 based on the operation signals.
  • the control valve 53 may be a pressure proportional control valve.
  • the control valve 53 may be an electromagnetic proportional control valve.
  • the control valve 53 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 44 to the first travel motor 45a and the second travel motor 45b. This allows the work machine 1 to travel in response to the operation of the operation device 47.
  • the control valve 53 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 44 to the boom cylinder 28, the arm cylinder 29, the bucket cylinder 30, and the swing cylinder 31.
  • the main body controller 51 generates a command signal to the control valve 53 so that the boom 21, the arm 22, and the bucket 23 operate in response to the operation of the operation device 47.
  • the control valve 53 controls the flow rate of hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 44 to the swing motor 46.
  • the main body controller 51 generates a command signal to the control valve 53 so that the rotating body 11 rotates in response to the operation of the operating device 47.
  • the main body controller 51 generates a command signal to the control valve 53 so that the work machine 3 swings left and right relative to the vehicle body 2 in response to the operation of the operating device 47.
  • the work machine 1 is equipped with an attitude detection system 60.
  • Fig. 5 is a block diagram showing the configuration of the attitude detection system 60.
  • the attitude detection system 60 includes a GNSS receiver 61, a pair of GNSS antennas 62a, 62b, a main body IMU 63, a boom IMU 64, an arm IMU 65, a bucket IMU 66, a swing angle sensor 67 (an example of an angle sensor), an attitude detection controller 68, a storage device 69, a display input device 70, and a communication device 71.
  • the GNSS receiver 61 and a pair of GNSS antennas 62a, 62b are arranged on the vehicle body 2. As shown in FIG. 1, the GNSS antennas 62a, 62b are arranged at a predetermined interval in the left-right direction.
  • the GNSS (Global Navigation Satellite System) receiver 61 is, for example, a receiver for the GPS (Global Positioning System).
  • the GNSS receiver 61 receives positioning signals from satellites, and uses the positioning signals to calculate the positions of the GNSS antennas 62a, 62b to create vehicle body position data.
  • the vehicle body position data includes position information in the global coordinate system by the GNSS and information on the orientation of the rotating body 11.
  • the attitude detection controller 68 acquires the vehicle body position data from the GNSS receiver 61.
  • the main body IMU 63 is disposed in the vehicle main body 2 as shown in FIG. 1.
  • the main body IMU 63 acquires main body inclination angle data.
  • the vehicle inclination angle data includes the angle (pitch angle) in the vehicle's fore-aft direction relative to the horizontal, and the angle (roll angle) in the vehicle's left-right direction relative to the horizontal.
  • the main body IMU 63 outputs the vehicle inclination angle data to the attitude detection controller 68.
  • the boom IMU 64 is disposed on the boom 21 as shown in FIG. 1.
  • the boom IMU 64 acquires inclination angle data of the boom 21.
  • the boom inclination angle data includes the inclination angle of the boom 21 in the up-down direction relative to the horizontal direction.
  • the boom IMU 64 outputs the boom inclination angle data to the attitude detection controller 68.
  • the arm IMU 65 is disposed on the arm 22 as shown in FIG. 1.
  • the arm IMU 65 acquires inclination angle data of the arm 22.
  • the arm inclination angle data includes the inclination angle of the arm 22 in the vertical direction relative to the horizontal direction.
  • the arm IMU 65 outputs the arm inclination angle data to the posture detection controller 68.
  • the bucket IMU 66 is disposed on the link 27 to which the bucket 23 is connected.
  • the bucket IMU 66 acquires inclination angle data of the bucket 23.
  • the bucket inclination angle data includes the inclination angle of the bucket 23 in the vertical direction relative to the horizontal direction.
  • the bucket IMU 66 outputs the bucket inclination angle data to the attitude detection controller 68.
  • the swing angle sensor 67 detects a detection value for determining the swing angle of the swing bracket 20 relative to the rotating body 11.
  • the swing angle sensor 67 is disposed to the side of the swing bracket 20.
  • the swing angle sensor 67 is fixed to the rotating body 11.
  • the swing angle sensor 67 is connected to the swing bracket 20 by the link mechanism 36.
  • the swing angle sensor 67 includes a rotation sensor (not shown), a magnet, and a pin 37 connected to the magnet.
  • the rotation sensor detects the rotation angle of the magnet, and outputs the detected value, which is swing angle data, to the posture detection controller 68.
  • the attitude detection controller 68 includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and memories such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory).
  • the storage device 69 is an example of a recording medium that can be read by a non-transitory processor.
  • the storage device 69 records computer instructions that can be executed by the processor and are used to control the work machine 1.
  • FIG. 6 is a side view showing a schematic configuration of the work machine 1.
  • the posture detection controller 68 calculates the boom angle ⁇ 1, the arm angle ⁇ 2, and the bucket angle ⁇ 3 based on the main body tilt angle data, the boom tilt angle data, the arm tilt angle data, and the bucket tilt angle data.
  • the boom angle ⁇ 1 indicates the tilt angle of the boom 21 relative to the vehicle body 2.
  • the arm angle ⁇ 2 indicates the tilt angle of the arm 22 relative to the boom 21.
  • the bucket angle ⁇ 3 indicates the tilt angle of the bucket 23 relative to the arm 22.
  • sensors may be provided to detect the stroke amounts of the boom cylinder 28, the arm cylinder 29, and the bucket cylinder 30, and the boom angle ⁇ 1, the arm angle ⁇ 2, and the bucket angle ⁇ 3 may be calculated from the detection values of the sensors.
  • the posture detection controller 68 calculates the swing angle from the swing angle data, and calculates the calibrated swing angle based on the swing angle error table stored in the storage device 69.
  • the swing angle error table and the calculation of the swing angle will be described in detail later.
  • the storage device 69 stores shape data of the vehicle body 2 and the work machine 3.
  • the shape data of the vehicle body 2 indicates the shape of the vehicle body 2.
  • the shape data of the vehicle body 2 indicates the positional relationship between the GNSS antenna 62 and a reference position on the vehicle body 2.
  • the shape data of the vehicle body 2 indicates the positional relationship between the reference position on the vehicle body 2 and the boom pin 24.
  • the shape data of the work machine 3 indicates the shape of the work machine 3.
  • the shape data includes boom length L1, arm length L2, and bucket length L3.
  • Boom length L1 is the length from boom pin 24 to arm pin 25.
  • Arm length L2 is the length from arm pin 25 to bucket pin 26.
  • Bucket length L3 is the length from bucket pin 26 to blade tip position P10 of bucket 23.
  • the attitude detection controller 68 detects bucket position data from the vehicle body position data acquired by the GNSS receiver 61, based on the vehicle inclination angle data, boom inclination angle data, arm inclination angle data, bucket inclination angle data, and swing angle data.
  • the bucket position data indicates the blade tip position P10 of the bucket 23.
  • the storage device 69 stores current terrain data and designed terrain data.
  • the current terrain data indicates the current terrain of the work site.
  • the designed terrain data indicates the target shape of the work site.
  • the attitude detection controller 68 displays a guide screen 72 shown in FIG. 7 on the display input device 70 based on the current terrain data, designed terrain data, and shape data. As shown in FIG. 7, the guide screen 72 indicates the current terrain 73, designed terrain 74, and the positions of the work machine 1.
  • the shape data includes data indicating the shape of the bucket 23.
  • the attitude detection controller 68 displays the position of the bucket 23 relative to the current terrain 73 and designed terrain 74 on the guide screen 72 based on the shape data and bucket position data of the bucket 23.
  • the display input device 70 displays the guide screen 72 based on the input instructions of the worker.
  • the display input device 70 communicates with the posture detection controller 68 over the Internet via the communication device 71.
  • the display input device 70 is, for example, a tablet terminal.
  • the communication device 71 connects the display input device 70 to the Internet.
  • the communication between the display input device 70 and the communication device 71 may be either wired or wireless.
  • the communication device 71 is, for example, a wireless LAN router.
  • FIGS. 8A and 8B are flow charts showing the swing angle calibration method.
  • step S10 the coordinates of a specified point (swing point) of the work machine are measured in multiple swing postures, and each point is projected onto a specified swing plane to create multiple swing points on the swing plane.
  • step S20 a swing coordinate system on the swing plane is created.
  • step S30 the swing angles at the multiple swing points in the swing coordinate system are calculated.
  • step S40 a swing angle error table is created.
  • Figure 9(a) is a front view showing the state in which the work machine 3 has been moved to multiple swing positions.
  • Figure 9(b) is a plan view showing the state in which the work machine 3 has been moved to multiple swing positions and the coordinates of the arm top are being measured by a total station TS (an example of a measuring device).
  • a prism is affixed to the tip of the arm 22 (arm top).
  • step S11 of step S10 the boom angle ⁇ 1, arm angle ⁇ 2, and bucket angle ⁇ 3 are fixed, and only the swing posture is changed, and the reflected waves from the prism attached to the arm top are received by the total station TS to measure the coordinates of the prism.
  • Point p1 is the position of the arm top in swing posture K1 (right end), which is the mechanical limit when the working machine 3 is swung to the right relative to the rotating body 11.
  • Point p3 is the position of the arm top in swing posture K3 (neutral posture) in which the working machine 3 is arranged parallel to the front-to-rear direction of the rotating body 11 in a plan view.
  • Point p2 is the position of the arm top in swing posture K2 between swing posture K1 and swing posture K3. Swing posture K2 is set so as to be located approximately in the center between swing posture K1 and swing posture K3.
  • Point p7 is the position of the arm top in swing posture K7 (left end), which is the mechanical limit when the working machine 3 is swung to the left relative to the rotating body 11.
  • Point p4 is the position of the arm top in swing posture K4.
  • Point p5 is the position of the arm top in swing posture K5.
  • Point p6 is the position of the arm top in swing posture K6.
  • Swing postures K4, K5, and K6 are set in order between swing postures K3 and K7. Swing postures K4, K5, and K6 are set so as to divide the gap between swing postures K3 and K7 into four equal parts. Note that swing postures K2 to K6 do not need to be set precisely and can be determined by the worker's eye.
  • a swing angle calibration screen 80 shown in FIG. 10A is displayed on the display input device 70.
  • the swing angle calibration screen 80 instructs the worker to adopt the swing posture displayed on the screen.
  • the swing angle calibration screen 80 has a left screen 81, a right screen 82, an X coordinate input section 83, a Y coordinate input section 84, and a Z coordinate input section 85.
  • the left screen 81 displays a side view of the work machine 1.
  • the right screen 82 displays a plan view of the work machine 1.
  • a prism 91 is shown on the left screen 81 and the right screen 82.
  • a total station TS is shown on the right screen 82, and the XYZ coordinates of the total station TS are shown.
  • the worker operates the operating device 47 to drive the swing cylinder 31 and rotate the work machine 3 relative to the rotating body 11 so that the swing posture K3 is reached by visual estimation according to the swing angle calibration screen 80 shown in FIG. 10A.
  • the total station TS detects the position coordinates of the prism 91.
  • the XYZ coordinates detected by the total station TS are input by the worker to the X coordinate input unit 83, the Y coordinate input unit 84, and the Z coordinate input unit 85.
  • the input XYZ coordinates are output to the posture detection controller 68.
  • the worker After inputting the XYZ coordinates, the worker presses the proceed button 86, and the swing angle calibration screen 80 shown in FIG. 10B is displayed. On the swing angle calibration screen 80 in FIG. 10B, the worker is instructed to set the work machine 3 to the swing position K1.
  • the worker follows the swing angle calibration screen 80 and swings the work machine 3 to the right relative to the rotating body 11 until it reaches the mechanical limit, with the boom angle ⁇ 1, arm angle ⁇ 2, and bucket angle ⁇ 3 fixed. This causes the work machine 3 to assume a swing posture K1.
  • the total station TS then detects the position coordinates of the prism 91.
  • the XYZ coordinates detected by the total station TS are input by the worker to the X coordinate input unit 83, the Y coordinate input unit 84, and the Z coordinate input unit 85.
  • the input XYZ coordinates are output to the posture detection controller 68.
  • the swing angle calibration screen 80 displays an instruction to place the work machine 3 in swing position K2 with the boom angle ⁇ 1, arm angle ⁇ 2, and bucket angle ⁇ 3 fixed. Then, in the same manner as above, the XYZ coordinate values of point p2 detected by the total station TS in swing position K2 are input, and the input XYZ values are output to the position detection controller 68.
  • the XYZ coordinate values of points p4 to p7 measured by the total station TS are output to the posture detection controller 68.
  • the posture detection controller 68 obtains the XYZ coordinate values in the total station TS of points p1 to p7 of the arm top in swing postures K1 to K7.
  • the posture detection controller 68 calculates a swing motion plane using the least squares method. Specifically, as shown in formulas (1) and (2), the XYZ coordinates of the total station TS at points p1 to p7 are pi, and the center of gravity vector is g. (Equation 1) (Equation 2) If the equation of the swing plane U that has the smallest distance from each point pi is the following equation (3), a, b, and c can be found using the least squares method from the following equation (4).
  • equation 9) 11B the posture detection controller 68 calculates the unit vector sx of the p"1p"7 vector as the x-axis of the swing plane U. The unit vector sx is expressed by the following (Equation 10).
  • step S23 the posture detection controller 68 sets the cross product sy of sx and n (the unit vector of the normal vector N in step S12) to the y-axis of the swing plane U as shown in the following (Equation 11). Also, the posture detection controller 68 sets n to the z-axis of the swing plane U as shown in the following (Equation 12). (Equation 11) (Equation 12) Next, in step S24, the attitude detection controller 68 calculates a matrix Q for transforming from the coordinate system of the total station TS to the coordinate system of the swing plane U. The matrix Q is expressed by the following (Equation 13).
  • step S31 of step S30 the posture detection controller 68 converts the swing point pi'' into the swing coordinate system using the following (Equation 14), and sets the converted point as a swing transformation point psi.
  • Equation 14 8B
  • step S32 the posture detection controller 68 uses the least squares method to calculate a circle that minimizes the error with the swing transformation point psi on the swing plane U with sx as the x-axis and sy as the y-axis.
  • the circle is expressed by the following (Equation 15).
  • Equation 15 A, B, and C in this formula 15 can be obtained using the following formula 16.
  • Equation 16 Here, as shown in FIG.
  • step S33 the posture detection controller 68 calculates the swing angle ⁇ i (an example of a first swing angle) from the swing transformation point ps3 to the swing transformation points ps1, ps2, ps4, ps5, ps6, and ps7.
  • the vector from the swing center so to psi is defined as qi.
  • q3 is the neutral posture.
  • step S34 the posture detection controller 68 acquires swing angle data which is a detection value by the swing angle sensor 67 in the swing postures K1 to K7.
  • the swing angle data may be acquired by the swing angle sensor 67 when the work machine 3 is rotated relative to the revolving body 11 in step S11 to be placed in the swing postures K1 to K7.
  • step S35 the posture detection controller 68 calculates the swing angle in each swing posture from the swing angle data in the swing postures K1 to K7.
  • the swing angles ⁇ sw (an example of the second swing angle) calculated by the posture detection controller 68 are ⁇ sw1 , ⁇ sw2 , ..., ⁇ sw7 .
  • step S36 the posture detection controller 68 calculates the angle error ei in each of the swing postures K1 to K7.
  • the angle error ei is calculated by the following (Equation 21).
  • Equation 22 Fig. 12 is a diagram showing a swing angle error table T. The horizontal axis of Fig.
  • the 12 indicates the swing angle (deg) calculated from the swing angle sensor 67.
  • the vertical axis indicates the swing angle error (deg).
  • the swing angle to the right from the swing posture K3, which is the neutral posture is indicated by a negative value
  • the swing angle to the left from the swing posture K3 is indicated by a positive value.
  • the posture detection controller 68 uses the swing angle error table T to calibrate the swing angle ⁇ sw calculated from the swing angle data, which is the detection value of the swing angle sensor 67, as shown in the following formula (23), to calculate the swing angle ⁇ sw '.
  • step S11 corresponds to an example of a position information acquisition step.
  • Steps S12, S13, S21 to S24, and S31 to S33 correspond to an example of a first swing angle calculation step.
  • Steps S34 and S35 correspond to an example of a calibration second swing angle acquisition step.
  • Step S40 corresponds to an example of a creation step.
  • Step S12 corresponds to an example of a plane calculation step.
  • Steps S20 and S31 correspond to an example of a coordinate conversion step.
  • Step S32 corresponds to an example of a circle calculation step.
  • Step S33 corresponds to an example of an angle calculation step.
  • Step S36 corresponds to an example of an error calculation step.
  • the swing angle calibration system includes a total station TS, a swing angle sensor 67, and a posture detection controller 68.
  • step S110 the attitude detection controller 68 acquires vehicle body position data from the GNSS receiver 61.
  • step S120 the attitude detection controller 68 acquires body tilt angle data from the body IMU 63.
  • step S130 the attitude detection controller 68 acquires boom tilt angle data from the boom IMU 64.
  • step S140 the posture detection controller 68 acquires arm tilt angle data from the arm IMU 65.
  • step S150 the attitude detection controller 68 acquires bucket tilt angle data from the bucket IMU 66.
  • step S160 the posture detection controller 68 acquires swing angle data from the swing angle sensor 67, and calculates the swing angle ⁇ sw from the swing angle data.
  • Step S160 corresponds to an example of a second swing angle acquisition step.
  • step S170 the posture detection controller 68 calculates the boom angle ⁇ 1, arm angle ⁇ 2, and bucket angle ⁇ 3 from the main body tilt angle data, boom tilt angle data, arm tilt angle data, and bucket tilt angle data.
  • step S180 the posture detection controller 68 calculates an error e in the swing angle ⁇ sw based on the swing angle error table T stored in the storage device 69.
  • the posture detection controller 68 calculates an error-corrected swing angle ⁇ sw ' by subtracting the error e from the swing angle ⁇ sw .
  • Step S180 corresponds to an example of a step of detecting a second swing angle after correction.
  • step S190 the attitude detection controller 68 calculates the blade tip position P10 of the bucket 23 from the vehicle body position data, main body inclination angle data, boom angle ⁇ 1, arm angle ⁇ 2, bucket angle ⁇ 3, swing angle after error correction, and shape data of the vehicle body 2 and the work machine 3.
  • Step S190 corresponds to an example of an attitude detection step.
  • step S200 the attitude detection controller 68 displays the guide screen 72 shown in FIG. 7 on the display input device 70 based on the current terrain data, the designed terrain data, the shape data of the vehicle body 2 and the work machine 3, and the detected cutting edge position P10.
  • a swing angle error table T is created based on the swing angle ⁇ i calculated from the position information measured by the total station TS and the swing angle ⁇ swi calculated from the detection value of the swing angle sensor 67.
  • the swing angle ⁇ i which is the true value of the swing angle, with higher accuracy.
  • the true value corresponds to the first swing angle.
  • the angle sensor that detects the swing angle of the work machine 3 relative to the revolving body 11 is calibrated, but this is not limiting.
  • the swing angle calibration method of the present disclosure may be applied to an angle sensor that detects the rotation angle of the revolving body 11 relative to the lower structure 12.
  • the swing angle calibration method of the present disclosure may be applied to an angle sensor that detects the swing angle of an offset type shovel.
  • the coordinates of the position of the arm top in the swing postures K1 to K7 are acquired using a total station as an example of a measuring device, but this is not limited thereto.
  • a measuring device for example, the cutting edge of the bucket 23 may be placed on a plurality of reference points of known coordinates arranged at the work site to acquire coordinates.
  • the posture of the work machine may be acquired by an imaging device mounted on an unmanned aerial vehicle (UAV) and the position coordinates of the boom top may be acquired by image analysis.
  • the surrounding environment may be imaged by an imaging device mounted on the work machine, and the position coordinates of the boom top may be acquired based on the difference before and after the swing.
  • the posture of the work machine may be acquired by an imaging device installed at the work site, or a GNSS antenna may be placed at the measurement target position of the work machine, and the posture of the work machine may be acquired based on the position information of the GNSS antenna.
  • the position coordinates of the boom top are acquired, but this does not have to be limited to the boom top, and may be a specified position of the bucket 23, or any position of the work machine 3 that rotates in conjunction with the swing operation.
  • a swing angle error table showing the relationship between the swing angle acquired from the swing angle sensor 67 and the error is stored in the storage device 69, but this is not limited to this.
  • a correlation table showing the relationship between the swing angle acquired from the swing angle sensor 67 and the swing angle acquired from the total station TS may be stored in the storage device 69.
  • the posture detection controller 68 detects the blade tip position of the bucket 23 and creates the swing angle error table T, but the creation of the swing angle error table T may be performed by a separate controller.
  • the data acquisition steps of steps S11 and S34 may be performed by an on-board controller, and the acquired data may be transmitted to an off-vehicle controller, which may then process steps S12, S13, S20, S31 to S33, S36, and S40.
  • the created swing angle error table T may be transmitted to the on-board controller.
  • attitude detection controller 68 and the main body controller 51 are provided separately, but a single controller may serve both functions.
  • the guide screen 72 is displayed on the display input device 70, but if the input device 48 of the work machine 1 is equipped with a display such as a touch panel, it may be displayed on the input device 48. In that case, the communication device 71 does not need to be provided.
  • a hydraulic excavator has been used as the work machine 1, but it is not limited to a hydraulic excavator and may be other machines such as a mechanical shovel or a rope shovel.
  • the work machine 1 according to the above embodiment is a so-called back-hoe type shovel, but it may also be a face shovel.
  • the lower structure is not limited to tracks and may be wheels.
  • the lower structure may be a ship's hull such as a barge.
  • the work machine 1 may be a dredger equipped with a work implement including a boom.
  • the present disclosure provides a swing angle calibration method, a posture detection method, and a posture detection system that can calibrate errors that occur when measuring the swing angle of a work machine using an angle sensor, and can detect the swing angle with high accuracy.

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Abstract

スイング角度較正方法のステップ（Ｓ１１）は、作業機（３）を左右方向へのスイングのみを行った複数のスイング姿勢（Ｋ１～Ｋ７）でトータルステーション（ＴＳ）を用いて作業機（３）の所定位置の位置情報を取得する。ステップ（Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２１～Ｓ２４、Ｓ３１～Ｓ３３）は、位置情報に基づいて各々のスイング姿勢におけるスイング角度（θｉ）を算出する。ステップ（Ｓ３４，Ｓ３５）は、スイング角度センサ（６７）による複数のスイング姿勢（Ｋ１～Ｋ７）での検出値に基づいて各々のスイング姿勢（Ｋ１～Ｋ７）におけるスイング角度（θswi）を取得する。ステップ（Ｓ４０）は、複数のスイング姿勢（Ｋ１～Ｋ７）におけるスイング角度（θｉ）とスイング角度（θswi）に基づいてスイング角度誤差テーブル（Ｔ）を作成する。

Description

スイング角度較正方法、姿勢検出方法、スイング角度較正システムおよび姿勢検出システム
　本開示は、スイング角度較正方法、姿勢検出方法、スイング角度較正システムおよび姿勢検出システムに関する。
　作業機を有する作業機械において、アタッチメントであるバケットの刃先の位置を算出する技術が、知られている。例えば、特許文献１に示す油圧ショベルは、車両本体と作業機とを備えている。車両本体には、車体の位置を検出するために、例えばGNSS（Global Navigation Satellite System）のアンテナが設けられている。また、車両本体には、例えばIMU（Inertial Measurement Unit）が配置されている。IMUは、車両本体のロール角、及び、ピッチ角などを検出する。作業機は、ブームと、アームと、バケットと、それらを駆動する油圧シリンダとを有している。油圧ショベルのコントローラは、GNSSアンテナとブームピンの位置関係、ブームとアームとバケットのそれぞれの長さ、ブームとアームとバケットのそれぞれの回転角度等のパラメータに基づいて、バケットの刃先の位置を演算している。
　このように刃先位置を演算するために、初期設定時には、油圧ショベルが備える作業機のパラメータが較正される。例えば、外部計測装置を用いて作業機の所定位置を計測し、その計測値に基づいて作業機の寸法等に関するパラメータが較正される。特許文献１では、作業機の自重により油圧ショベルが車体前後方向に傾斜することによって生じる高さ方向における刃先の位置の精度低下を抑制するために、車両本体のIMUによるピッチ角を利用して較正を行うことが提案されている。
国際公開第２０１５／１７３９２０公報
　しかしながら、特許文献１では、作業機のスイング角度を検出する角度センサが誤差を持つ場合は考慮しておらず、その場合には刃先位置の検出精度が低下していた。
　本開示は、作業機のスイング角度を検出する角度センサで測定する場合に生じる誤差を較正し、精度良くスイング角度を検出することが可能なスイング角度較正方法、姿勢検出方法、スイング角度較正システムおよび姿勢検出システムを提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
　本開示にかかる第１の態様のスイング角度較正方法は、作業機械の作業機のスイング角度を較正するスイング角度較正方法であって、位置情報取得ステップと、第１スイング角度算出ステップと、較正用第２スイング角度取得ステップと、作成ステップと、を備える。位置情報取得ステップは、作業機を所定の姿勢に固定した状態で左右方向へのスイングのみを行った複数のスイング姿勢で、計測装置を用いて作業機の所定位置の位置情報を取得する。第１スイング角度算出ステップは、位置情報に基づいて、各々のスイング姿勢における第１スイング角度を算出する。較正用第２スイング角度取得ステップは、作業機械に搭載され、作業機のスイング角度を検出する角度センサによる複数のスイング姿勢での検出値に基づいて、各々のスイング姿勢における第２スイング角度を取得する。作成ステップは、複数のスイング姿勢における第１スイング角度と第２スイング角度に基づいて相関テーブルを作成する。
　本開示にかかる第２の態様の姿勢検出方法は、作業機械の作業機の姿勢を検出する姿勢検出方法であって、第２スイング角度取得ステップと、補正後第２スイング角度検出ステップと、姿勢検出ステップと、を備える。第２スイング角度取得ステップは、作業機械に搭載され、作業機のスイング角度を検出する角度センサの検出値に基づいて第２スイング角度を取得する。補正後第２スイング角度検出ステップは、第１の態様のスイング角度較正方法の相関テーブルと第２スイング角度に基づいて、誤差補正後の第２スイング角度を検出する。姿勢検出ステップは、誤差補正後の第２スイング角度を用いて作業機の姿勢を検出する。
　本開示にかかる第３の態様のスイング角度較正システムは、作業機械の作業機のスイング角度を較正するスイング角度較正システムであって、計測装置と、角度センサと、コントローラと、を備える。計測装置は、作業機を所定の姿勢に固定した状態で左右方向へのスイングのみを行った複数のスイング姿勢で、作業機の所定位置の位置情報を計測する。角度センサは、作業機械に搭載され、作業機のスイング角度を検出する。コントローラは、位置情報に基づいて、各々のスイング姿勢における第１スイング角度を算出し、角度センサによる複数のスイング姿勢での検出値に基づいて、各々のスイング姿勢における第２スイング角度を取得し、複数のスイング姿勢における第１スイング角度と第２スイング角度に基づいて相関テーブルを作成する。
　本開示にかかる第４の態様の姿勢検出システムは、作業機械の作業機の姿勢を検出する姿勢検出システムであって、角度センサと、記憶部と、コントローラと、を備える。角度センサは、作業機械に搭載され、作業機のスイング角度を検出する。記憶部は、第１の態様のスイング角度較正方法の相関テーブルを記憶する。コントローラは、角度センサで検出したスイング角度を相関テーブルに基づいて補正し、補正後のスイング角度を用いて、作業機の姿勢を検出する。
（発明の効果）
　本開示によれば、作業機のスイング角度を検出する角度センサで測定する場合に生じる誤差を較正し、精度良くスイング角度を検出することが可能なスイング角度較正方法、姿勢検出方法および姿勢検出システムを提供することができる。
本開示にかかる作業機械システムを示す図である。 図１の作業機械のスイングブラケット近傍を示す斜視図である。 図２のスイングブラケットの近傍を示す上面図である。 作業機械の駆動システムと駆動制御システムの構成を示すブロック図である。 作業機械の姿勢検出システムの制御構成を示すブロック図である。 作業機械の構成を模式的に示す側面図である。 表示入力装置に表示されるガイド画面を示す図である。 本開示にかかるスイング角度較正方法を示すフロー図である。 本開示にかかるスイング角度較正方法を示すフロー図である。 （ａ）作業機を複数のスイング姿勢に移動させてトータルステーションでアームトップの座標を計測している状態を示す正面図であり、（ｂ）作業機を複数のスイング姿勢に移動させた状態を示す平面図である。 スイング角度較正の際の表示入力装置の表示画面を示す図である。 スイング角度較正の際の表示入力装置の表示画面を示す図である。 スイング角度較正方法を説明するための図である。 スイング角度較正方法を説明するための図である。 スイング角度較正方法を説明するための図である。 スイング角度較正方法を説明するための図である。 スイング角度較正方法で作成されたスイング角度誤差テーブルを示す図である。 本開示にかかる姿勢検出方法を示すフロー図である。
　以下、図面を参照して、本開示の一実施形態に係るスイング角度較正方法、姿勢検出方法および姿勢検出システムについて説明する。
　図１は、本開示にかかる作業機械１を示す図である。作業機械１は、例えば、油圧ショベルを挙げることができる。
　（作業機械１の概要）
　作業機械１は、車両本体２（作業機械本体の一例）と、作業機３を有する。
　車両本体２は、旋回体１１と、下部構造体１２と、ブレード１３と、を有する。旋回体１１は、下部構造体１２の上側に配置されている。旋回体１１は、下部構造体１２に対して旋回可能に支持されている。旋回体１１は、上面のフロア１４と、フロア１４に配置された運転席１５と、運転席１５の上方に配置されたルーフ１６とを有している。本実施形態の作業機械１は、キャノピー型である。下部構造体１２は履帯１２ａ、１２ｂを含む。履帯１２ａ、１２ｂが回転することにより作業機械１が走行する。ブレード１３は、下部構造体１２の前方に配置されている。ブレード１３は、油圧アクチュエータによってリフト動作可能である。
　なお、以下の説明において、「前」および「後」とは車両本体２の前後を意味する。また、以下の説明における「右」、「左」、「上」、及び「下」とは運転席１５から前方を見た状態を基準とする方向を示す。「車幅方向」と「左右方向」は同義である。図には、前方向Ｆ、後方向Ｂ、左方向Ｌおよび右方向Ｒが示されている。
　（作業機３）
　作業機３は、車両本体２に取り付けられている。作業機３は、スイングブラケット２０と、ブーム２１と、アーム２２と、バケット２３と、を含む。スイングブラケット２０は、旋回体１１の前側に配置されている。図２は、作業機械１のスイングブラケット近傍を示す斜視図である。図３は、スイングブラケット２０の近傍を示す上面図である。図３では作業機３は省略されている。図２および図３に示すスイングブラケット２０は、旋回体１１の前後方向に沿って作業機３が配置されている状態である。
　スイングブラケット２０は、旋回体１１の前側に配置されている。図２に示すように、旋回体１１は、前端部に支持ブラケット１８を有している。支持ブラケット１８は、前方に向かって突出するように配置されている。図３に示すように、スイングブラケット２０は、上下方向のピン１９によって上面視において時計回りおよび反時計回りに回転可能に支持ブラケット１８に装着されている。図３には、ピン１９の回転中心が軸Ａ１として示されている。
　ブーム２１の基端は、図１に示すように、ブームピン２４を介してスイングブラケット２０に上下方向に回転可能に取り付けられている。アーム２２の基端は、アームピン２５を介してブーム２１の先端に回転可能に取り付けられている。バケット２３は、バケットピン２６を介してアーム２２の先端に回転可能に取り付けられている。アーム２２とバケット２３の間は、リンク２７によって接続されている。
　スイングブラケット２０は、図３に示すように、ブラケット本体３２と、レバー部３３と、を有する。ブラケット本体３２は、図３に示すように、ピン１９によって回転可能に支持ブラケット１８に支持されている。レバー部３３は、図２および図３に示すように、ブラケット本体３２から右方向Ｒに突出している。
　ブラケット本体３２は、図３に示すように、作業機支持部３４と、リンク機構支持部３５と、を有する。作業機支持部３４は、作業機３を上下方向に回転可能に支持する。作業機支持部３４は、図３に示すように、左側部３４ａと右側部３４ｂと、を有する。左側部３４ａと右側部３４ｂは、ブーム２１の基端を左右から挟むように配置されている。リンク機構支持部３５と作業機支持部３４は、軸Ａ１を挟んで配置されている。リンク機構支持部３５は、後述するリンク機構３６を支持する。
　作業機３は、図１に示すように、ブームシリンダ２８と、アームシリンダ２９と、バケットシリンダ３０、スイングシリンダ３１（図２参照）と、を含む。ブームシリンダ２８と、アームシリンダ２９と、バケットシリンダ３０と、スイングシリンダ３１は、それぞれ油圧シリンダである。
　ブームシリンダ２８のボトム側の端は、スイングブラケット２０に回転可能に取り付けられている。ブームシリンダ２８のボトム側の端は、図３に示す左側部３４ａと右側部３４ｂの間に配置される。ブームシリンダ２８のロッド側の端は、ブーム２１に回転可能に取り付けられている。
　アームシリンダ２９のボトム側の端は、ブーム２１に回転可能に取り付けられている。アームシリンダ２９のロッド側の端は、アーム２２に回転可能に取り付けられている。
　バケットシリンダ３０のボトム側の端は、アーム２２に回転可能に取り付けられている。バケットシリンダ３０のロッド側の端は、バケット２３にリンク２７を介して回転可能に取り付けられている。
　ブームシリンダ２８が伸縮することで、ブーム２１が上下方向に回転する。アームシリンダ２９が伸縮することで、ブーム２１に対してアーム２２が回転する。バケットシリンダ３０が伸縮することで、アーム２２に対してバケット２３が回転する。
　スイングシリンダ３１は、旋回体１１とレバー部３３の間を接続する。スイングシリンダ３１のボトム側の端は、旋回体１１に回転可能に取り付けられている。スイングシリンダ３１のロッド側の端は、レバー部３３に回転可能に取り付けられている。スイングシリンダ３１が伸縮することによって、スイングブラケット２０を含む作業機３が旋回体１１に対して左右方向にスイングする。
　（駆動システム４１および駆動制御システム４２）
　作業機械１は、駆動システム４１と、駆動制御システム４２と、を有する。図４は、作業機械１の駆動システム４１と駆動制御システム４２の構成を示すブロック図である。駆動システム４１は、駆動源４３と、油圧ポンプ４４とを備えている。駆動源４３は、例えば内燃エンジンである。ただし、駆動源４３は、電動モータ、あるいはエンジンと電動モータのハイブリッド機構であってもよい。油圧ポンプ４４は、駆動源４３によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ４４から吐出された作動油は、ブームシリンダ２８、アームシリンダ２９、バケットシリンダ３０，およびスイングシリンダ３１に供給される。作業機械１は、第１走行モータ４５ａと、第２走行モータ４５ｂと、旋回モータ４６と、を備えている。第１走行モータ４５ａは、履帯１２ａを駆動する。第２走行モータ４５ｂは、履帯１２ｂを駆動する。旋回モータ４６は、旋回体１１を旋回させる。油圧ポンプ４４から吐出された作動油は、第１走行モータ４５ａと、第２走行モータ４５ｂと、旋回モータ４６とに供給される。なお、図４では、１つの油圧ポンプ４４が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられていてもよい。
　駆動制御システム４２は、操作装置４７と、入力装置４８と、を備える。操作装置４７および入力装置４８は、運転席１５の周囲に配置されている。操作装置４７は、作業機３、旋回体１１、および下部構造体１２を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。操作装置４７は、例えば、レバー、ペダル、スイッチ等を含む。
　入力装置４８は、作業機械１の制御の設定を行うためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。入力装置４８は、例えば、タッチスクリーンである。或いは、入力装置４８は、レバー、あるいはスイッチを含んでもよい。
　駆動制御システム４２は、本体コントローラ５１と、記憶装置５２と、制御弁５３と、を含む。本体コントローラ５１は、取得した操作信号に基づいて作業機械１を制御するようにプログラムされている。本体コントローラ５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリを含む。記憶装置５２は、非一時的な（non-transitory）プロセッサで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置５２は、プロセッサによって実行可能であり作業機械１を制御するためのコンピュータ指令を記録している。
　本体コントローラ５１は、操作装置４７および入力装置４８から操作信号を取得する。本体コントローラ５１は、操作信号に基づいて、制御弁５３を制御する。制御弁５３は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁５３は、電磁比例制御弁であってもよい。制御弁５３は、油圧ポンプ４４から第１走行モータ４５ａと第２走行モータ４５ｂとに供給される作動油の流量を制御する。それにより、操作装置４７の操作に応じて作業機械１が走行する。制御弁５３は、油圧ポンプ４４から、ブームシリンダ２８、アームシリンダ２９、バケットシリンダ３０，およびスイングシリンダ３１に供給される作動油の流量を制御する。本体コントローラ５１は、操作装置４７の操作に応じて、ブーム２１、アーム２２、およびバケット２３が動作するように、制御弁５３への指令信号を生成する。制御弁５３は、油圧ポンプ４４から旋回モータ４６へ供給される作動油の流量を制御する。本体コントローラ５１は、操作装置４７の操作に応じて、旋回体１１が旋回するように、制御弁５３への指令信号を生成する。本体コントローラ５１は、操作装置４７の操作に応じて、作業機３が車両本体２に対して左右にスイングするように、制御弁５３への指令信号を生成する。
　（姿勢検出システム６０）
　作業機械１は、姿勢検出システム６０を備える。図５は、姿勢検出システム６０の構成を示すブロック図である。姿勢検出システム６０は、ＧＮＳＳレシーバ６１と、一対のＧＮＳＳアンテナ６２ａ、６２ｂと、本体ＩＭＵ６３と、ブームＩＭＵ６４と、アームＩＭＵ６５と、バケットＩＭＵ６６と、スイング角度センサ６７（角度センサの一例）と、姿勢検出コントローラ６８と、記憶装置６９と、表示入力装置７０と、通信装置７１と、を備える。
　ＧＮＳＳレシーバ６１および一対のＧＮＳＳアンテナ６２ａ、６２ｂは、車両本体２に配置されている。ＧＮＳＳアンテナ６２ａ、６２ｂは、図１に示すように、左右方向において所定間隔を空けて配置されている。ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）レシーバ６１は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）用の受信機である。ＧＮＳＳレシーバ６１は、衛星より測位信号を受信し、測位信号によりＧＮＳＳアンテナ６２ａ、６２ｂの位置を演算して車体位置データを作成する。車体位置データは、ＧＮＳＳによるグローバル座標系における位置情報と、旋回体１１の向きの情報を含む。姿勢検出コントローラ６８は、ＧＮＳＳレシーバ６１から車体位置データを取得する。
　本体ＩＭＵ６３は、図１に示すように、車両本体２に配置されている。本体ＩＭＵ６３は、本体傾斜角データを取得する。車両傾斜角データは、車両前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および車両左右方向の水平に対する角度（ロール角）を含む。本体ＩＭＵ６３は、姿勢検出コントローラ６８に車両傾斜角データを出力する。
　ブームＩＭＵ６４は、図１に示すように、ブーム２１に配置されている。ブームＩＭＵ６４は、ブーム２１の傾斜角データを取得する。ブーム傾斜角データは、ブーム２１の水平方向に対する上下方向への傾斜角を含む。ブームＩＭＵ６４は、姿勢検出コントローラ６８にブーム傾斜角データを出力する。
　アームＩＭＵ６５は、図１に示すように、アーム２２に配置されている。アームＩＭＵ６５は、アーム２２の傾斜角データを取得する。アーム傾斜角データは、アーム２２の水平方向に対する上下方向への傾斜角を含む。アームＩＭＵ６５は、姿勢検出コントローラ６８にアーム傾斜角データを出力する。
　バケットＩＭＵ６６は、図１に示すように、バケット２３が接続されているリンク２７に配置されている。バケットＩＭＵ６６は、バケット２３の傾斜角データを取得する。バケット傾斜角データは、バケット２３の水平方向に対する上下方向への傾斜角を含む。バケットＩＭＵ６６は、姿勢検出コントローラ６８にバケット傾斜角データを出力する。
　スイング角度センサ６７は、スイングブラケット２０の旋回体１１に対するスイング角度を求めるための検出値を検出する。スイング角度センサ６７は、スイングブラケット２０の側方に配置されている。スイング角度センサ６７は、旋回体１１に固定されている。
　スイング角度センサ６７は、図３に示すように、リンク機構３６によってスイングブラケット２０に接続されている。スイング角度センサ６７は、図示しない回転センサと、マグネットと、マグネットに接続されたピン３７と、を含む。スイングブラケット２０が回転すると、その回転がリンク機構３６を介してピン３７に伝達され、ピン３７が回転軸Ａ２を中心にして回転し、ピン３７に固定されているマグネットが回転する。マグネットの回転角度を回転センサが検出し、その検出値であるスイング角度データを姿勢検出コントローラ６８に出力する。
　姿勢検出コントローラ６８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリを含む。記憶装置６９は、非一時的な（non-transitory）プロセッサで読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置６９は、プロセッサによって実行可能であり作業機械１を制御するためのコンピュータ指令を記録している。
　図６は、作業機械１の構成を模式的に示す側面図である。姿勢検出コントローラ６８は、本体傾斜角データ、ブーム傾斜角データ、アーム傾斜角データ、およびバケット傾斜角データに基づいて、ブーム角α１、アーム角α２、およびバケット角α３を算出する。ブーム角α１は、車両本体２に対するブーム２１の傾斜角を示す。アーム角α２は、ブーム２１に対するアーム２２の傾斜角を示す。バケット角α３は、アーム２２に対するバケット２３の傾斜角を示す。なお、ブームＩＭＵ６４、アームＩＭＵ６５、およびバケットＩＭＵ６６の代わりに、ブームシリンダ２８、アームシリンダ２９、およびバケットシリンダ３０の各々のストローク量を検出するセンサが設けられ、センサの検出値からブーム角α１、アーム角α２、およびバケット角α３を算出してもよい。
　姿勢検出コントローラ６８は、スイング角度データからスイング角度を算出し、記憶装置６９に記憶されているスイング角度誤差テーブルに基づいて、較正後のスイング角度を算出する。スイング角度誤差テーブルおよびスイング角度の算出については後段にて詳述する。
　記憶装置６９は、車両本体２と作業機３との形状データとを記憶している。車両本体２の形状データは、車両本体２の形状を示す。車両本体２の形状データは、ＧＮＳＳアンテナ６２と車両本体２における基準位置との位置関係を示す。車両本体２の形状データは、車両本体２における基準位置と、ブームピン２４との位置関係を示す。
　作業機３の形状データは、作業機３の形状を示す。形状データは、ブーム長Ｌ１と、アーム長Ｌ２と、バケット長Ｌ３とを含む。ブーム長Ｌ１は、ブームピン２４からアームピン２５までの長さである。アーム長Ｌ２は、アームピン２５からバケットピン２６までの長さである。バケット長Ｌ３は、バケットピン２６からバケット２３の刃先位置Ｐ１０までの長さである。姿勢検出コントローラ６８は、車両傾斜角データ、ブーム傾斜角データ、アーム傾斜角データ、バケット傾斜角データ、およびスイング角度データに基づいて、ＧＮＳＳレシーバ６１が取得した車体位置データから、バケット位置データを検出する。バケット位置データは、バケット２３の刃先位置Ｐ１０を示す。
　記憶装置６９は、現況地形データと設計地形データとを記憶している。現況地形データは、作業現場の現況地形を示す。設計地形データは、作業現場の目標形状を示す。姿勢検出コントローラ６８は、現況地形データと、設計地形データと、形状データとに基づいて、図７に示すガイド画面７２を表示入力装置７０に表示する。図７に示すように、ガイド画面７２は、現況地形７３と、設計地形７４と、作業機械１との位置を示す。形状データは、バケット２３の形状を示すデータを含む。姿勢検出コントローラ６８は、バケット２３の形状データとバケット位置データとに基づいて、現況地形７３及び設計地形７４に対するバケット２３の位置をガイド画面７２に示す。
　表示入力装置７０は、作業者の入力指示に基づいて、上記ガイド画面７２を表示する。表示入力装置７０は、通信装置７１を介してインターネットを通じて姿勢検出コントローラ６８と通信を行う。表示入力装置７０は、例えば、タブレット端末である。通信装置７１は、表示入力装置７０をインターネットに接続する。表示入力装置７０と通信装置７１の間の通信は、有線または無線のいずれで行われてもよい。通信装置７１は、例えば、無線ＬＡＮルータである。
　（スイング角度較正方法）
　次に、記憶装置６９に記憶されているスイング角度誤差テーブルを作成するスイング角度較正方法について説明するとともにスイング角度較正システムについても同時に述べる。図８Ａおよび図８Ｂは、スイング角度較正方法を示すフロー図である。
　図８Ａおよび図８Ｂに示すように、スイング角度較正方法では、ステップＳ１０において、複数のスイング姿勢において作業機の所定の点（スイング点）の座標を計測し、それぞれの点を所定のスイング平面上に投影し、スイング平面上における複数のスイング点を作成する。次に、ステップＳ２０において、スイング平面におけるスイング座標系を作成する。次に、ステップＳ３０において、スイング座標系において複数のスイング点におけるスイング角度を計算する。次に、ステップＳ４０において、スイング角度誤差テーブルを作成する。
　以下、ステップＳ１０～Ｓ４０の各々のステップにおける詳細について説明する。
　図９（ａ）は、作業機３を複数のスイング姿勢に移動させた状態を示す正面図である。図９（ｂ）は、作業機３を複数のスイング姿勢に移動させてトータルステーションＴＳ（計測装置の一例）でアームトップの座標を計測している状態を示す平面図である。例えばアーム２２の先端（アームトップ）にプリズムが貼り付けられる。
　ステップＳ１０におけるステップＳ１１において、ブーム角α１、アーム角α２、およびバケット角α３を固定した状態でスイング姿勢のみを変化させて、アームトップに貼り付けられているプリズムからの反射波をトータルステーションＴＳで受信してプリズムの座標を計測する。
　例えば、図９（ｂ）に示すように、複数のスイング姿勢Ｋ１～Ｋ７におけるアームトップの点ｐ１～ｐ７の座標が計測される。点ｐ１は、旋回体１１に対して作業機３を右方向にスイングさせた際の機構的限界となるスイング姿勢Ｋ１（右エンド）におけるアームトップの位置である。点ｐ３は、平面視において作業機３が旋回体１１の前後方向に平行に配置されたスイング姿勢Ｋ３（中立姿勢）におけるアームトップの位置である。点ｐ２は、スイング姿勢Ｋ１とスイング姿勢Ｋ３の間のスイング姿勢Ｋ２におけるアームトップの位置である。スイング姿勢Ｋ２は、スイング姿勢Ｋ１とスイング姿勢Ｋ３の概ね中央に位置するように設定される。点ｐ７は、旋回体１１に対して作業機３を左方向にスイングさせた際の機構的限界となるスイング姿勢Ｋ７（左エンド）におけるアームトップの位置である。点ｐ４は、スイング姿勢Ｋ４におけるアームトップの位置である。点ｐ５は、スイング姿勢Ｋ５におけるアームトップの位置である。点ｐ６は、スイング姿勢Ｋ６におけるアームトップの位置である。スイング姿勢Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６は、スイング姿勢Ｋ３とスイング姿勢Ｋ７の間に順に設定されている。スイング姿勢Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６は、概ねスイング姿勢Ｋ３とスイング姿勢Ｋ７の間を４等分するように設定されている。なお、スイング姿勢Ｋ２～Ｋ６は、厳密でなくてもよく、作業者による目測でよい。
　より具体的には、ステップＳ１１において、表示入力装置７０に、図１０Ａに示すスイング角度較正画面８０が表示される。スイング角度較正画面８０は、画面に表示されているスイング姿勢にするように作業者に指示を行う。スイング角度較正画面８０は、左画面８１と、右画面８２と、Ｘ座標入力部８３と、Ｙ座標入力部８４と、Ｚ座標入力部８５と、を有する。左画面８１は、作業機械１の側面図を表示する。右画面８２は、作業機械１の平面図を表示する。左画面８１および右画面８２には、プリズム９１が示されている。右画面８２には、トータルステーションＴＳが示されており、トータルステーションＴＳにおけるＸＹＺ座標が示されている。
　作業者が、図１０Ａに示すスイング角度較正画面８０に従って、目測でスイング姿勢Ｋ３になるように操作装置４７を操作してスイングシリンダ３１を駆動させ、作業機３を旋回体１１に対して回転させる。そして、トータルステーションＴＳによって、プリズム９１の位置座標が検出される。トータルステーションＴＳで検出されたＸＹＺ座標は、作業者によってＸ座標入力部８３と、Ｙ座標入力部８４と、Ｚ座標入力部８５に入力される。入力されたＸＹＺ座標は、姿勢検出コントローラ６８に出力される。
　ＸＹＺ座標の入力後、作業者が進む釦８６を押下すると、図１０Ｂに示すスイング角度較正画面８０が表示される。図１０Ｂのスイング角度較正画面８０では、作業機３をスイング姿勢Ｋ１にするように作業者に指示が行われる。
　作業者が、スイング角度較正画面８０に従って、ブーム角α１、アーム角α２、およびバケット角α３を固定した状態で旋回体１１に対して作業機３を機構限界に達するまで右方向にスイングさせる。これによって作業機３がスイング姿勢Ｋ１となる。そして、トータルステーションＴＳによって、プリズム９１の位置座標が検出される。トータルステーションＴＳで検出されたＸＹＺ座標は、作業者によってＸ座標入力部８３と、Ｙ座標入力部８４と、Ｚ座標入力部８５に入力される。入力されたＸＹＺ座標は、姿勢検出コントローラ６８に出力される。
　次に、進む釦８６を押下すると、スイング角度較正画面８０には、ブーム角α１、アーム角α２、およびバケット角α３を固定した状態で作業機３をスイング姿勢Ｋ２に配置させるような指示が表示される。そして、上記と同様に、スイング姿勢Ｋ２におけるトータルステーションＴＳで検出された点ｐ２のＸＹＺ座標の値が入力され、入力されたＸＹＺの値は、姿勢検出コントローラ６８に出力される。
　同様に、スイング姿勢Ｋ４～Ｋ７において、トータルステーションＴＳによる点ｐ４～ｐ７のＸＹＺ座標の値が姿勢検出コントローラ６８に出力される。
　以上の動作によって、姿勢検出コントローラ６８は、スイング姿勢Ｋ１～Ｋ７におけるアームトップの点ｐ１～ｐ７のトータルステーションＴＳにおけるＸＹＺ座標の値を取得する。
　次に、図８ＡのステップＳ１２に示すように、姿勢検出コントローラ６８は、最小二乗法を用いて、スイング動作平面を算出する。具体的には、式（１）および式（２）のように、点ｐ１～ｐ７におけるトータルステーションＴＳのＸＹＺ座標をｐｉ、その重心ベクトルをｇとする。
（式１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

（式２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 
　点ｐｉ各点からの距離が最小となるスイング平面Ｕの方程式を以下の式（３）とすると、以下の式（４）より最小二乗法を用いてa, b, cが求められる。
（式３）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003

（式４）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004

 
　スイング平面Ｕの法線ベクトルをＮとし、原点からの距離をｈとし、Ｎの単位ベクトルをｎとすると、Ｎは以下の式（５）で示され、ｎは以下の式（６）で示され、ｈは以下の式（７）で示される。
（式５）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005

（式６）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006

（式７）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007

　次に、ステップＳ１３において、図１１Ａに示すように、姿勢検出コントローラ６８は、点ｐｉ（ｉ＝１、２、３、４、５、６、７）をスイング平面Ｕに投影し、点ｐ´ｉ（ｉ＝１、２、３、４、５、６、７）を作成する。スイング平面Ｕに投影した点ｐｉ´は、以下の式（８）で表わすことができる。
（式８）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008

　次に、ステップＳ２０（スイング座標系の作成）のステップＳ２１において、姿勢検出コントローラ６８は、スイング点ｐｉ´（ｉ＝１、２、３、４、５、６、７）を平行移動し、スイング点ｐ”ｉ（ｉ＝１、２、３、４、５、６、７）を作成する。具体的には、姿勢検出コントローラ６８は、以下の式（９）に示すように、スイング点ｐ´ｉを－ｐｉ´平行移動した点をｐ”ｉとする。これは、スイング座標系においてｐ´ｉを原点とするためである。
（式９）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009

　次に、ステップＳ２２において、図１１Ｂに示すように、姿勢検出コントローラ６８は、ｐ”１ｐ”７ベクトルの単位ベクトルｓｘをスイング平面Ｕのｘ軸として算出する。単位ベクトルｓｘは、以下の（式１０）で表わされる。
（式１０）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010

　次に、ステップＳ２３において、図１１Ｂに示すように、姿勢検出コントローラ６８は、以下の（式１１）に示すように、ｓｘとｎ（ステップＳ１２における法線ベクトルＮの単位ベクトル）の外積ｓｙをスイング平面Ｕのｙ軸に設定する。また、姿勢検出コントローラ６８は、以下の式（１２）に示すように、ｎをスイング平面Ｕのｚ軸に設定する。
（式１１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011

（式１２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012

　次に、ステップＳ２４において、姿勢検出コントローラ６８は、トータルステーションＴＳの座標系からスイング平面Ｕの座標系へと変換する行列Ｑを算出する。行列Ｑは、以下の（式１３）で表わされる。
（式１３）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013

　次に、ステップＳ３０（スイング角度計算）のステップＳ３１において、姿勢検出コントローラ６８は、以下の（式１４）を用いてスイング点ｐｉ”をスイング座標系へと変換した点をスイング変換点ｐｓｉとする。
（式１４）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014

　次に、図８Ｂに示すように、ステップＳ３２において、姿勢検出コントローラ６８は、最小二乗法を用いて、ｓｘをｘ軸とし、ｓｙをｙ軸とするスイング平面Ｕ上においてスイング変換点ｐｓｉとの誤差が最小となる円を算出する。円を以下の（式１５）で表わす。
（式１５）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015

この式１５のＡ、ＢおよびＣは、以下の（式１６）を用いて求めることができる。
（式１６）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016

　ここで、図１１Ｃに示すように、円の中心座標をｓｏ（ａ、ｂ）とし、半径をｒとすると、ａ、ｂ、およびｒと、Ａ、ＢおよびＣの関係は以下の（式１７）～（式１９）で表わすことができる。
（式１７）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000017

（式１８）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000018

（式１９）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000019

　これにより、円の中心座標ｓｏ（ａ、ｂ）および半径ｒが求められる。
　次に、ステップＳ３３において、姿勢検出コントローラ６８は、スイング変換点ｐｓ３からスイング変換点ｐｓ１、ｐｓ２、ｐｓ４、ｐｓ５、ｐｓ６、ｐｓ７までのスイング角度θｉ（第１スイング角度の一例）を算出する。図１１Ｄに示すように、スイング中心ｓｏからｐｓｉへのベクトルをｑｉとする。ｑ３が中立姿勢である。θｉ（ｉ＝１、２、４、５、６、７）は、以下の（式２０）によって求めることができる。
（式２０）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000020
　一方、ステップＳ３４において、姿勢検出コントローラ６８は、スイング姿勢Ｋ１～Ｋ７におけるスイング角度センサ６７による検出値であるスイング角度データを取得する。これらのスイング角度データは、ステップＳ１１において作業機３を旋回体１１に対して旋回してスイング姿勢Ｋ１～Ｋ７にしたときに、スイング角度センサ６７が取得すればよい。
　次に、ステップＳ３５において、姿勢検出コントローラ６８は、スイング姿勢Ｋ１～Ｋ７におけるスイング角度データから、各々のスイング姿勢におけるスイング角度を算出する。ここで、姿勢検出コントローラ６８が算出したスイング角度θsw（第２スイング角度の一例）をθsw1,θsw2,・・・θsw7とする。
　次に、ステップＳ３６において、姿勢検出コントローラ６８は、スイング姿勢Ｋ１～Ｋ７の各々における角度誤差ｅｉを算出する。角度誤差ｅｉは、以下の（式２１）によって算出される。
（式２１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000021

　次に、ステップＳ４０において、姿勢検出コントローラ６８は、スイング角度誤差テーブルＴ（相関テーブルの一例）を作成する。（θsw1,e1）、（θsw2,e2）、・・・（θsw7,e7）を結ぶ線分をy=ai*x+biとすると、aiとbiは以下の（式２２）で表される。
（式２２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000022

　図１２は、スイング角度誤差テーブルＴを示す図である。図１２の横軸は、スイング角度センサ６７から算出したスイング角度（deg）を示す。縦軸は、スイング角度の誤差（deg）を示す。横軸に示すように、中立姿勢であるスイング姿勢Ｋ３から右方向へのスイング角度をマイナスで示し、スイング姿勢Ｋ３から左方向へのスイング角度をプラスで示している。
　図１２に示すスイング角度誤差テーブルＴが記憶装置６９に記憶される。姿勢検出コントローラ６８は、スイング角度センサ６７の検出値であるスイング角度データから算出したスイング角度θswに対してスイング角度誤差テーブルＴを用いて、以下の式（２３）に示すように較正を行ってスイング角度θsw´を算出する。
（式２３）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000023

　例えば、スイング角度センサ６７から得られたスイング角度θswがθsw1とθsw2の間の場合、y=a1*x+b1の直線Ｍ１（図１２参照）を用いて誤差を算出し、得られたスイング角度から誤差を引くことによって、誤差補正を行った後のスイング角度θsw´を得ることができる。なお、ステップＳ１１は、位置情報取得ステップの一例に対応する。ステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ２１～Ｓ２４、Ｓ３１～Ｓ３３は、第１スイング角度算出ステップの一例に対応する。ステップＳ３４、Ｓ３５は、較正用第２スイング角度取得ステップの一例に対応する。ステップＳ４０は、作成ステップの一例に対応する。ステップＳ１２は、平面算出ステップの一例に対応する。ステップＳ２０、Ｓ３１は、座標変換ステップの一例に対応する。ステップＳ３２は、円算出ステップの一例に対応する。ステップＳ３３は、角度算出ステップの一例に対応する。ステップＳ３６は、誤差算出ステップの一例に対応する。なお、スイング角度較正システムは、トータルステーションＴＳと、スイング角度センサ６７と、姿勢検出コントローラ６８と、を含む。
　（姿勢検出方法）
　次に、本実施形態の姿勢検出方法について説明する。図１３は、本実施形態の姿勢検出方法を示すフロー図である。
　はじめに、ステップＳ１１０において、姿勢検出コントローラ６８は、ＧＮＳＳレシーバ６１から車体位置データを取得する。
　次に、ステップＳ１２０において、姿勢検出コントローラ６８は、本体ＩＭＵ６３から本体傾斜角データを取得する。
　次に、ステップＳ１３０において、姿勢検出コントローラ６８は、ブームＩＭＵ６４からブーム傾斜角データを取得する。
　次に、ステップＳ１４０において、姿勢検出コントローラ６８は、アームＩＭＵ６５からアーム傾斜角データを取得する。
　次に、ステップＳ１５０において、姿勢検出コントローラ６８は、バケットＩＭＵ６６からバケット傾斜角データを取得する。
　次に、ステップＳ１６０において、姿勢検出コントローラ６８は、スイング角度センサ６７からスイング角度データを取得し、スイング角度データからスイング角度θswを算出する。ステップＳ１６０は、第２スイング角度取得ステップの一例に対応する。
　次に、ステップＳ１７０において、姿勢検出コントローラ６８は、本体傾斜角データ、ブーム傾斜角データ、アーム傾斜角データ、およびバケット傾斜角データから、ブーム角α１、アーム角α２、およびバケット角α３を算出する。
　次に、ステップＳ１８０において、姿勢検出コントローラ６８は、記憶装置６９に記憶されているスイング角度誤差テーブルＴに基づいてスイング角度θswにおける誤差ｅを算出する。姿勢検出コントローラ６８は、スイング角度θswから誤差ｅを差し引くことによって、誤差補正後のスイング角度θsw´を算出する。ステップＳ１８０は、補正後第２スイング角度検出ステップの一例に対応する。
　次に、ステップＳ１９０において、姿勢検出コントローラ６８は、車体位置データ、本体傾斜角データ、ブーム角α１、アーム角α２、バケット角α３、誤差補正後のスイング角度、および車両本体２と作業機３との形状データから、バケット２３の刃先位置Ｐ１０を算出する。ステップＳ１９０は、姿勢検出ステップの一例に対応する。
　次に、ステップＳ２００において、姿勢検出コントローラ６８は、現況地形データと、設計地形データと、車両本体２と作業機３との形状データと、検出した刃先位置Ｐ１０に基づいて、図７に示すガイド画面７２を表示入力装置７０に表示する。
　（特徴等）
　本実施形態のスイング角度較正方法では、トータルステーションＴＳで計測した位置情報から算出したスイング角度θｉとスイング角度センサ６７の検出値から算出したスイング角度θswiとに基づいてスイング角度誤差テーブルＴを作成する。作成したスイング角度誤差テーブルＴを用いることで、スイング角度センサの測定誤差や、車体の組立誤差等を較正できるので、スイング角度センサ６７によって精度良くスイング角度を検出することができる。
　また、複数のスイング姿勢Ｋ１～Ｋ７において取得した点ｐ１～ｐ７をスイング平面Ｕに投影し、スイング座標系においてスイング角度θｉを算出することによって、より精度良くスイング角度の真値であるスイング角度θｉを算出することができる。真値は、第１スイング角度に対応する。
　また、既存の作業機械１に姿勢検出システム６０を後付けすることによって、既存の作業機械に対してICT（Information and Communication Technology）施工を可能にすることができる。
　（他の実施形態）
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　（Ａ）
　上記実施形態では、作業機３の旋回体１１に対するスイング角度を検出する角度センサについて較正を行っているが、これに限らなくてもよい。例えば、旋回体１１の下部構造体１２に対する旋回角度を検出する角度センサに対して本開示のスイング角度較正方法を適用してもよい。また、オフセット式ショベルのスイング角度を検出する角度センサに対して本開示のスイング角度較正方法を適用してもよい。
　（Ｂ）
　上記実施形態では、計測装置の一例としてトータルステーションを用いてスイング姿勢Ｋ１～Ｋ７におけるアームトップの位置の座標を取得しているが、これに限らなくてもよい。計測装置として、例えば、作業現場に配置された複数の既知の座標の基準点にバケット２３の刃先を当てて座標を取得してもよい。また、無人航空機（ＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle））に搭載した撮像装置で作業機械の姿勢を取得してブームトップの位置座標を画像解析によって取得してもよい。さらに、作業機械に搭載している撮像装置で周辺環境を撮像し、スイングさせた前後の差分に基づいてブームトップの位置座標を取得してもよい。現場に設置された撮像装置で作業機械の姿勢を取得してもよいし、作業機械の測定対象位置にＧＮＳＳアンテナを配置し、ＧＮＳＳアンテナの位置情報に基づいて作業機械の姿勢を取得してもよい。
　（Ｃ）
　上記実施形態では、７つのスイング姿勢におけるアームトップの位置座標を７点取得したが、７点に限らなくてもよく、６点以下、８点以上であってもよい。また、上記（Ｂ）で記載した方法によって、７点の位置座標に対して補充を行ってもよい。
　（Ｄ）
　上記実施形態ではブームトップの位置座標を取得しているが、ブームトップに限らなくてもよく、バケット２３の所定位置等であってもよく、スイング動作に伴って回転する作業機３のいずれかの位置であればよい。
　（Ｅ）
　上記実施形態では、スイング角度センサ６７から取得したスイング角度と誤差の関係を示すスイング角度誤差テーブルが記憶装置６９に記憶されているが、これに限らなくてもよく、例えば、スイング角度センサ６７から取得したスイング角度と、トータルステーションＴＳから取得したスイング角度との関係を示す相関テーブルが記憶装置６９に記憶されていてもよい。
　（Ｆ）
　上記実施形態では、姿勢検出コントローラ６８が、バケット２３の刃先位置を検出し、且つスイング角度誤差テーブルＴを作成しているが、スイング角度誤差テーブルＴの作成は別のコントローラによって行われてもよい。例えば、ステップＳ１１とステップＳ３４のデータの取得ステップは、車載コントローラで実施し、取得したデータを車外コントローラに送信して、車外コントローラでステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ２０、Ｓ３１～Ｓ３３、Ｓ３６、およびＳ４０を処理することも可能である。その場合、作成したスイング角度誤差テーブルＴを車載コントローラに送信してもよい。
　（Ｇ）
　上記実施形態では、姿勢検出コントローラ６８と本体コントローラ５１が分けて設けられているが、１つのコントローラが兼ねていてもよい。
　（Ｈ）
　上記実施形態では、ガイド画面７２を表示入力装置７０に表示させているが、作業機械１の入力装置４８がタッチパネル等のディスプレイを備えている場合には、入力装置４８に表示させてもよい。その場合、通信装置７１は設けられていなくてもよい。
　（Ｉ）
　上記実施形態における作業機械１として油圧ショベルを用いて説明したが、油圧ショベルに限らず、機械式ショベル、ロープショベル等の他の機械であってもよい。上記の実施形態に係る作業機械１は、いわゆるバックフォー型のショベルであるが、フェースショベルであってもよい。また、下部構造体は、履帯に限らず、ホイールであってもよい。また、下部構造体は、台船等の船体であってもよい。すなわち、作業機械１は、ブームを含む作業機を備える浚渫船であってもよい。
　本開示によれば、作業機のスイング角度を検出する角度センサで測定する場合に生じる誤差を較正し、精度良くスイング角度を検出することが可能なスイング角度較正方法、姿勢検出方法および姿勢検出システムを提供することができる。
１　　　　　：作業機械
２　　　　　：車両本体
３　　　　　：作業機
１１　　　　：旋回体
１２　　　　：下部構造体
６７　　　　：スイング角度センサ
 

Claims (11)

  1. 　作業機械の作業機のスイング角度を較正するスイング角度較正方法であって、
    　前記作業機を所定の姿勢に固定した状態で左右方向へのスイングのみを行った複数のスイング姿勢で、計測装置を用いて前記作業機の所定位置の位置情報を取得する位置情報取得ステップと、
    　前記位置情報に基づいて、各々の前記スイング姿勢における第１スイング角度を算出する第１スイング角度算出ステップと、
    　前記作業機械に搭載され、前記作業機のスイング角度を検出する角度センサによる前記複数のスイング姿勢での検出値に基づいて、各々の前記スイング姿勢における第２スイング角度を取得する較正用第２スイング角度取得ステップと、
    　前記複数のスイング姿勢における前記第１スイング角度と前記第２スイング角度に基づいて相関テーブルを作成する作成ステップと、
    を備えたスイング角度較正方法。
  2. 　前記相関テーブルは、前記第１スイング角度と前記第２スイング角度の相関を示す、
    請求項１に記載のスイング角度較正方法。
  3. 　前記第１スイング角度と前記第２スイング角度に基づいて、前記角度センサの測定誤差を算出する誤差算出ステップを更に備え、
    　前記相関テーブルは、前記第２スイング角度と前記測定誤差の相関を示す、
    請求項１に記載のスイング角度較正方法。
  4. 　前記第１スイング角度算出ステップは、
    　前記複数のスイング姿勢における前記作業機の前記所定位置の位置情報に基づいて、複数の前記所定位置からの距離が最小となる平面を算出する平面算出ステップと、
    　前記複数の所定位置を前記平面上に投影した複数の投影位置の座標を前記計測装置の座標系から前記平面の座標系に変換する座標変換ステップと、
    　前記平面の座標系において、前記複数の投影位置との誤差が最小となる前記平面上の円を算出する円算出ステップと、
    　各々の前記投影位置の前記円における回転角度を算出し、前記回転角度を前記投影位置に対応する前記スイング姿勢における前記第１スイング角度とする角度算出ステップと、を有する、
    請求項１に記載のスイング角度較正方法。
  5. 　作業機械の作業機の姿勢を検出する姿勢検出方法であって、
    　前記作業機械に搭載され、前記作業機のスイング角度を検出する角度センサの検出値に基づいて第２スイング角度を取得する第２スイング角度取得ステップと、
    　請求項１～４のいずれかに記載のスイング角度較正方法の前記相関テーブルと前記第２スイング角度に基づいて、誤差補正後の第２スイング角度を検出する補正後第２スイング角度検出ステップと、
    　検出した前記誤差補正後の第２スイング角度を用いて前記作業機の姿勢を検出する姿勢検出ステップと、
    を備えた、姿勢検出方法。
  6. 　前記作業機械は、前記作業機が左右方向にスイング可能に取り付けられた作業機械本体を有し、
    　前記第２スイング角度取得ステップにおいて、前記角度センサは、前記作業機械本体に対する前記作業機のスイング角度を検出する、
    請求項５に記載の姿勢検出方法。
  7. 　前記作業機は、
    　前記作業機械本体に上下方向に回転可能に取り付けられたブームと、
    　前記ブームの先端に回転可能に取り付けられたアームと、
    　前記アームの先端に回転可能に取り付けられたバケットと、を有し、
    　前記姿勢検出ステップは、前記バケットの刃先位置を検出する、
    請求項６に記載の姿勢検出方法。
  8. 　作業機械の作業機のスイング角度を較正するスイング角度較正システムであって、
    　前記作業機を所定の姿勢に固定した状態で左右方向へのスイングのみを行った複数のスイング姿勢で、前記作業機の所定位置の位置情報を計測する計測装置と、
    　前記作業機械に搭載され、前記作業機のスイング角度を検出する角度センサと、
    　前記位置情報に基づいて、各々の前記スイング姿勢における第１スイング角度を算出し、前記角度センサによる前記複数のスイング姿勢での検出値に基づいて、各々の前記スイング姿勢における第２スイング角度を取得し、前記複数のスイング姿勢における前記第１スイング角度と前記第２スイング角度に基づいて相関テーブルを作成するコントローラと、を備えた、
    スイング角度較正システム。
  9. 　作業機械の作業機の姿勢を検出する姿勢検出システムであって、
    　前記作業機械に搭載され、前記作業機のスイング角度を検出する角度センサと、
    　請求項１～４のいずれかに記載のスイング角度較正方法の前記相関テーブルを記憶する記憶部と、
    　前記角度センサで検出した前記スイング角度を前記相関テーブルに基づいて補正し、補正後のスイング角度を用いて、前記作業機の姿勢を検出するコントローラと、を備えた、
    姿勢検出システム。
  10. 　前記作業機械は、前記作業機が左右方向にスイング可能に取り付けられた作業機械本体を有し、
    　前記角度センサは、前記作業機械本体に対する前記作業機のスイング角度を検出する、
    請求項９に記載の姿勢検出システム。
  11. 　前記作業機は、
    　前記作業機械本体に上下方向に回転可能に取り付けられたブームと、
    　前記ブームの先端に回転可能に取り付けられたアームと、
    　前記アームの先端に回転可能に取り付けられたバケットと、を有し、
    　前記コントローラは、前記バケットの刃先位置を検出する、
    請求項１０に記載の姿勢検出システム。
     
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