特開 2022-186365 電子制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022186365

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】電子制御装置

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20221208BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20221208BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20221208BHJP

   G01S 19/53 20100101ALI20221208BHJP

   G01S 19/45 20100101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 N

E02F9/26 B

G01C15/00 102C

G01C15/00 104D

G01S19/53

G01S19/45

【審査請求】有

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021094540

(22)【出願日】2021-06-04

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-11-02

(71)【出願人】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石原 新士

(72)【発明者】

【氏名】泉 枝穂

(72)【発明者】

【氏名】中城 健太

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

5J062

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB02

2D003AC06

2D003BA02

2D003BB09

2D003CA02

2D003CA10

2D003DA04

2D003DB04

2D003DB05

2D003FA02

2D015HA03

2D015HB04

2D015HB05

5J062AA09

5J062AA11

5J062CC07

5J062DD23

(57)【要約】

【課題】ＧＮＳＳ端末が受信する衛星信号に基づいて算出される作業機械の位置が、ＧＮＳＳの通信環境の変化によってばらつくのを抑制し、その通信環境の改善後の位置誤差を従来よりも短時間に解消することが可能な電子制御装置を提供する。
【解決手段】電子制御装置は、ＧＮＳＳ情報に基づいて測位品質の良否を判定する測位品質判定部２１１と、作業機械の速度に基づいて停止状態を含む走行状態を判定する走行状態判定部２１２と、ＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を施す平滑化処理部２１３と、を備える。平滑化処理部２１３は、測位品質が良でありかつ走行状態が停止状態である平滑化条件を満たさない場合に処理強度を弱に切り替え、平滑化条件を満たしてから更新周期に相当する時間が経過した場合に処理強度を強に切り替える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械に搭載される電子制御装置であって、
前記作業機械に搭載されたＧＮＳＳアンテナが受信する衛星信号から算出される位置情報および測位状態を含むＧＮＳＳ情報に基づいて、測位品質の良否を判定する測位品質判定部と、
速度検出装置を用いて検出される速度情報に基づいて前記作業機械の走行状態を判定する走行状態判定部と、
前記測位品質判定部による前記測位品質の判定結果が良、かつ、前記走行状態判定部による前記走行状態の判定結果が停止状態である平滑化条件を満たす場合には第１強度で前記ＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を行い、前記平滑化条件を満たさない場合には前記第１強度よりも処理強度が低い第２強度で前記ＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を行う平滑化処理部と、を備え、
前記平滑化処理部は、前記平滑化条件を満たさない状態から前記平滑化条件を満たす状態に移行した場合には、前記平滑化条件を満たした時点から所定の時間経過後に処理強度を前記第２強度から前記第１強度に切り替えることを特徴とする作業機械の電子制御装置。

【請求項2】

前記平滑化処理が施された前記位置情報に基づいて前記作業機械の位置を算出する位置姿勢演算部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項3】

前記ＧＮＳＳ情報は、前記ＧＮＳＳアンテナの前記位置情報に基づいて算出される方位情報を含み、
前記位置姿勢演算部は、前記平滑化処理が施された前記方位情報に基づいて前記作業機械の方位を算出することを特徴とする請求項２に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項4】

前記ＧＮＳＳ情報は、前記位置情報の単位時間当たりの変化量に基づくＧＮＳＳ速度情報を含み、
前記速度検出装置は、前記衛星信号から前記位置情報および前記ＧＮＳＳ速度情報を算出する測位演算部を含むことを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項5】

前記速度検出装置は、前記作業機械に搭載された慣性計測装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項6】

前記電子制御装置は、前記作業機械に搭載された慣性計測装置が検出する加速度および角速度に基づいて前記位置情報を補完または補正した補正ＧＮＳＳ情報を出力する統合演算部をさらに備え、
前記平滑化処理部は、前記統合演算部から出力された前記補正ＧＮＳＳ情報に前記平滑化処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項7】

前記ＧＮＳＳ情報は、前記ＧＮＳＳアンテナの前記位置情報に基づいて算出される方位情報を含み、
前記統合演算部は、前記慣性計測装置が検出する加速度および角速度に基づいて前記方位情報を補完または補正した補正ＧＮＳＳ情報を出力することを特徴とする請求項６に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項8】

前記衛星信号から前記ＧＮＳＳ情報を算出して出力する測位演算部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項9】

前記作業機械のオペレータに対するガイダンスを行うガイダンス装置を制御するガイダンス制御部をさらに備え、
前記ガイダンス制御部は、前記平滑化条件を満たしてから所定時間が経過するまでは作業に適さない状態であることを前記ガイダンス装置に通知させ、前記所定時間の経過後に作業に適した状態であることを前記ガイダンス装置に通知させることを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械に搭載される電子制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から油圧ショベル等の作業機械の３次元空間における絶対位置と姿勢、および、当該作業機械に設定されたモニタポイントの３次元空間での絶対位置を演算する作業機械の位置計測システムに関する発明が知られている（下記特許文献１）。この従来の作業機械の位置計測システムは、複数の３次元位置計測装置と、位置姿勢演算手段と、モニタ表示装置とを有する（同文献、請求項１等）。

【0003】

上記複数の３次元位置計測装置は、作業機械の車体に設置され、それぞれ３次元空間での絶対位置を計測する。上記位置姿勢演算手段は、上記複数の３次元位置計測装置の計測値を用いて、上記３次元空間での作業機械の位置と姿勢および当該作業機械に設定されたモニタポイントの絶対位置を演算する。上記モニタ表示装置は、上記位置姿勢演算手段の演算結果に基づいて上記作業機械の画像や目標地形等の地形情報を表示する。

【0004】

この従来の作業機械の位置計測システムは、さらに、上記作業機械の動作状態を判定する判定手段と、この判定手段の検出結果に応じて上記位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理する平滑処理手段とを備える。この平滑処理手段は、たとえば、時間軸上でローパスフィルタリング処理を行うフィルタ処理演算手段である（同文献、請求項６）。

【0005】

このような構成により、この従来の位置計測システムは、作業機械の３次元空間での位置と姿勢および当該作業機械に設定されたモニタポイントの絶対位置を演算し、この演算結果に基づいて作業機械の画像を表示する。その際に、作業機械の車体が静止した状態にあるときは表示のふらつきを低減し、作業機械の車体が静止した状態にないときは表示の追従性の低下を抑え、ひいては作業効率を向上させることができる（同文献、第００２２段落）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００７－１４７５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記従来の位置計測システムにおいて、たとえば、上記複数の３次元位置計測装置の通信環境が悪化すると、上記位置姿勢演算手段の演算結果に誤差が生じる。その後、上記通信環境が改善して上記演算結果の誤差が解消された場合、上記従来の位置計測システムでは、上記平滑処理手段の演算値である作業機械の位置と姿勢の誤差が解消するまでに要する時間の短縮に改善の余地がある。

【0008】

本開示は、全球測位衛星システム（Global Navigation Satellite System：ＧＮＳＳ）端末が受信する衛星信号に基づいて算出される作業機械の位置が、ＧＮＳＳの通信環境の変化によってばらつくのを抑制し、その通信環境の改善後の位置誤差を従来よりも短時間に解消することが可能な電子制御装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様は、作業機械に搭載される電子制御装置であって、前記作業機械に搭載されたＧＮＳＳアンテナが受信する衛星信号から算出される位置情報および測位状態を含むＧＮＳＳ情報に基づいて、測位品質の良否を判定する測位品質判定部と、速度検出装置を用いて検出される速度情報に基づいて前記作業機械の走行状態を判定する走行状態判定部と、測位品質判定部による前記測位品質の判定結果が良、かつ、前記走行状態判定部による前記走行状態の判定結果が停止状態である平滑化条件を満たす場合には第１強度で前記ＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を行い、前記平滑化条件を満たさない場合には前記第１強度よりも処理強度が低い第２強度で前記ＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を行う平滑化処理部と、を備え、前記平滑化処理部は、前記平滑化条件を満たさない状態から前記平滑化条件を満たす状態に移行した場合には、前記平滑化条件を満たした時点から所定の時間経過後に処理強度を前記第２強度から前記第１強度に切り替えることを特徴とする作業機械の電子制御装置である。

【発明の効果】

【0010】

本開示の上記一態様によれば、ＧＮＳＳ情報に基づいて算出される作業機械の位置が、ＧＮＳＳの通信環境の変化によってばらつくのを抑制し、その通信環境の改善後の位置誤差を従来よりも短時間に解消することが可能な電子制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示に係る電子制御装置の一実施形態を示す作業機械の斜視図。

【図2】図１の作業機械の概略的なブロック図。

【図3】図２の電子制御装置の状態演算部の一例を示すブロック図。

【図4】図２の電子制御装置の状態演算部の一例を示すブロック図。

【図5】図３および図４の状態演算部の平滑化処理部の一例を示すブロック図。

【図6】図３または図４の電子制御装置の処理の流れの一例を示すフロー図。

【図7】図１の作業機械の各種の情報の時間的変化を示すグラフ。

【図8】図１の作業機械の各種の情報の時間的変化を示すグラフ。

【図9A】表示装置の画面に表示される画像の一例を示す画像図。

【図9B】表示装置の画面に表示される画像の一例を示す画像図。

【図9C】表示装置の画面に表示される画像の一例を示す画像図。

【図9D】表示装置の画面に表示される画像の一例を示す画像図。

【図10】図２の電子制御装置の状態演算部の一例を示すブロック図。

【図11】図２の電子制御装置の状態演算部の一例を示すブロック図。

【図12】図２の電子制御装置の状態演算部の一例を示すブロック図。

【図13】従来システムを搭載した作業機械の各種の情報の時間的変化を示すグラフ。

【図14】図１３に示す（ｄ）および（ｅ）のグラフの拡大図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本開示に係る電子制御装置の実施形態を説明する。

【0013】

（実施形態１）
図１は、本開示に係る電子制御装置の一実施形態を示す作業機械の斜視図である。図２は、図１の作業機械１００の概略的なブロック図である。本実施形態の電子制御装置２００は、たとえば、油圧ショベルなどの作業機械１００に搭載される。なお、作業機械１００は、油圧ショベルに限定されず、たとえば、ホイールローダ、道路機械、ダンプトラック、または双腕仕様機であってもよい。

【0014】

図１および図２に示す例において、油圧ショベルである作業機械１００は、たとえば、フロント装置１１０と、上部旋回体１２０と、下部走行体１３０と、油圧システム１４０と、操作装置１５０と、センシング装置１６０と、を備えている。また、作業機械１００は、たとえば、エンジン、燃料タンク、油圧装置、作動油タンクなどを備えている。

【0015】

フロント装置１１０は、たとえば、ブーム１１１、アーム１１２、およびバケット１１３などの複数の被駆動部材を備えている。フロント装置１１０は、これら複数の被駆動部材が、作業機械１００の幅方向に平行な回転軸を介して相互に回動可能に連結された多関節型の作業装置である。フロント装置１１０は、「フロント作業機」と呼ばれることもある。

【0016】

上部旋回体１２０は、下部走行体１３０に対して旋回可能に設けられている。上部旋回体１２０は、たとえば、エンジン、燃料タンク、油圧装置、作動油タンクなどが収容され、作業機械１００の車体１２１を構成している。上部旋回体１２０の前部には、ブーム１１１の基端部が、作業機械１００の幅方向に平行な回転軸を介して連結されている。また、上部旋回体１２０の前部のブーム１１１の側方には、たとえば、運転室１２２が設けられている。

【0017】

下部走行体１３０は、たとえば、作業機械１００の幅方向の両側に履帯を備え、履帯を回転させることによって作業機械１００を走行させる。

【0018】

油圧システム１４０は、たとえば、ブームシリンダ１４１と、アームシリンダ１４２と、バケットシリンダ１４３と、旋回モータ１４４と、左右の走行モータ１４５と、油圧ポンプ１４６と、コントロールバルブ１４７と、を備えている。ブームシリンダ１４１、アームシリンダ１４２、およびバケットシリンダ１４３は、たとえば、油圧シリンダであり、旋回モータ１４４および走行モータ１４５は、たとえば、油圧モータである。

【0019】

ブームシリンダ１４１は、シリンダの基端部とピストンロッドの先端部が、それぞれ、上部旋回体１２０とブーム１１１の中間部に連結されている。ブームシリンダ１４１は、ピストンロッドを伸縮させることで、ブーム１１１の基端部を上部旋回体１２０の前部に連結する回転軸を中心に、ブーム１１１を上部旋回体１２０に対して上下に回動させる。

【0020】

アームシリンダ１４２は、シリンダの基端部とピストンロッドの先端部が、それぞれ、ブーム１１１の中間部とアーム１１２の基端部に連結されている。アームシリンダ１４２は、ピストンロッドを伸縮させることで、アーム１１２の基端部をブーム１１１の先端部に連結する回転軸を中心に、アーム１１２をブーム１１１に対して回動させる。

【0021】

バケットシリンダ１４３は、シリンダの基端部とロッドの先端部が、それぞれ、アーム１１２の基端部と、バケットリンク１１３ａに連結されている。バケットシリンダ１４３は、ピストンロッドを伸縮させることで、バケット１１３の基端部をアーム１１２の先端部に連結する回転軸を中心に、バケットリンク１１３ａを介して、バケット１１３をアーム１１２に対して回動させる。

【0022】

旋回モータ１４４は、たとえば、上部旋回体１２０に設けられ、作業機械１００の高さ方向に平行な回転軸を中心に、上部旋回体１２０を下部走行体１３０に対して旋回させる。走行モータ１４５は、下部走行体１３０の幅方向の両側に設けられ、下部走行体１３０の幅方向の両側に設けられた履帯を回転させて作業機械１００を走行させる。

【0023】

油圧ポンプ１４６は、たとえば、エンジンやモータなどの原動機によって駆動され、作動油タンクの作動油を、コントロールバルブ１４７へ圧送する。

【0024】

コントロールバルブ１４７は、油圧ポンプ１４６から供給された作動油の方向および流量を制御することで、ブームシリンダ１４１、アームシリンダ１４２、バケットシリンダ１４３、旋回モータ１４４、および左右の走行モータ１４５の動作を制御する。コントロールバルブ１４７は、たとえば、図示を省略するパイロットポンプから電磁比例弁を介して供給されるパイロット圧が駆動信号として入力され、作動油の方向および流量を制御する。

【0025】

操作装置１５０は、たとえば、操作レバー１５１，１５２と、図示を省略する操作ペダルなどを含む。操作レバー１５１，１５２は、たとえば、運転室１２２の内部の運転席の左右に設けられ、作業機械１００のオペレータの操作に基づく操作量を検出する。操作レバー１５１，１５２は、検出した操作量に応じて、ブームシリンダ１４１、アームシリンダ１４２、およびバケットシリンダ１４３を駆動させるための操作信号を、配線を介して電子制御装置２００へ出力する。すなわち、操作レバー１５１，１５２は、たとえば、前後方向または左右方向に、ブームシリンダ１４１、アームシリンダ１４２、およびバケットシリンダ１４３の操作がそれぞれ割り当てられている。

【0026】

操作レバー１５１，１５２は、たとえば、油圧パイロット方式を採用することも可能である。この場合、操作レバー１５１，１５２は、オペレータによる操作方向および操作量に応じたパイロット圧を、コントロールバルブ１４７へ駆動信号として供給する。これにより、オペレータによる操作方向および操作量に応じて、ブームシリンダ１４１、アームシリンダ１４２、およびバケットシリンダ１４３を駆動させることができる。

【0027】

センシング装置１６０は、たとえば、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit：ＩＭＵ）１６１～１６４と、全球測位衛星システム（Global Navigation Satellite System：ＧＮＳＳ）端末１６５～１６７と、を備えている。ＩＭＵ１６１～１６４は、たとえば、ブームＩＭＵ１６１と、アームＩＭＵ１６２と、バケットＩＭＵ１６３と、車体ＩＭＵ１６４とを含む。ＧＮＳＳ端末１６５～１６７は、たとえば、左右のＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６と、ＧＮＳＳ受信機１６７とを含む。

【0028】

ブームＩＭＵ１６１、アームＩＭＵ１６２、およびバケットＩＭＵ１６３は、それぞれ、ブーム１１１、アーム１１２、およびバケット１１３の適切な位置に設置され、ブーム１１１、アーム１１２、およびバケット１１３の姿勢を検出する。なお、バケットＩＭＵ１６３は、バケットリンク１１３ａに設置されていてもよい。

【0029】

車体ＩＭＵ１６４は、たとえば、上部旋回体１２０を構成する作業機械１００の車体１２１に設置され、車体１２１の角速度および加速度を検出し、車体１２１の前後方向の傾きであるピッチ角と、車体１２１の幅方向の傾きであるロール角とを算出する。より詳細には、車体ＩＭＵ１６４は、たとえば、上部旋回体１２０が旋回していない場合に、車体１２１との相対的な位置関係と、ＩＭＵ座標系における重力加速度の方向（鉛直下向き方向）とに基づいて、車体１２１のピッチ角とロール角を算出することができる。

【0030】

本実施形態では、前述のＩＭＵ１６１～１６４が角度演算機能を有することを想定している。なお、ＩＭＵ１６１～１６４が角度演算機能を有しない場合、ＩＭＵ１６１～１６４の検出結果に基づき、電子制御装置２００により角度演算を行うことも可能である。

【0031】

ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６は、たとえば、上部旋回体１２０を構成する車体１２１の後部の幅方向両側に離隔して設けられている。ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６は、たとえば、配線を介してＧＮＳＳ受信機１６７に接続されている。ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６は、測位衛星から受信した信号を、配線を介してＧＮＳＳ受信機１６７へ送信する。

【0032】

ＧＮＳＳ受信機１６７は、ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６から配線を介して受信した信号を用いて各種の演算を行い、ＧＮＳＳ情報を生成する。ＧＮＳＳ情報は、たとえば、ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置座標、その位置座標に基づく車体１２１の方位角、およびＧＮＳＳ端末１６５～１６７の測位状態を含む。

【0033】

ＧＮＳＳ受信機１６７は、たとえば、位置座標および方位角の演算にカルマンフィルタによる統計処理を利用しており、位置座標および方位角の分散も同時に計算している。また、ＧＮＳＳ受信機１６７は、たとえば、ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６が設けられた車体１２１の速度を算出することも可能である。

【0034】

ＧＮＳＳ受信機１６７は、たとえば、作業機械１００の作業現場に設置された基準局に無線通信回線を介して接続され、リアルタイム動的（Real Time Kinematic：ＲＴＫ）測位を行う。なお、作業現場に基準局が設置されていない場合、ＧＮＳＳ受信機１６７は、インターネット回線を介して電子基準局から情報を取得するネットワーク型ＲＴＫ測位を実施してもよい。本実施形態では、ＧＮＳＳ受信機１６７がＲＴＫ測位を実施可能であることを想定する。

【0035】

ＧＮＳＳ受信機１６７は、たとえば、配線を介して電子制御装置２００に接続されている。ＧＮＳＳ端末１６５～１６７は、たとえば、ＧＮＳＳ受信機１６７によって生成したＧＮＳＳ情報を、配線を介して所定の更新周期で電子制御装置２００へ出力する。

【0036】

電子制御装置２００は、たとえば、操作レバー１５１，１５２から入力される操作信号に基づいて電磁比例弁を制御することで、ブームシリンダ１４１、アームシリンダ１４２、バケットシリンダ１４３、旋回モータ１４４、および左右の走行モータ１４５の動作を制御する。なお、図２において、操作装置１５０の図示は省略している。

【0037】

作業機械１００は、前述のように、油圧システム１４０と、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７と、ＩＭＵ１６１～１６４と、電子制御装置２００とを備えている。また、作業機械１００は、図２に示すように、たとえば、記憶装置１７０を備えている。記憶装置１７０は、たとえば、ＲＯＭやハードディスクなどの不揮発メモリによって構成され、３次元施工図面などを含む施工情報が、施工管理者などによってあらかじめ記憶されている。

【0038】

図２に示すように、作業機械１００は、たとえば、ガイダンス装置１８０をさらに備えている。ガイダンス装置１８０は、たとえば、運転室１２２の内部に設置され、作業機械１００のオペレータに対するガイダンスを行う装置である。より具体的には、ガイダンス装置１８０は、たとえば、表示装置、表示ランプ、スピーカ、ブザーの少なくとも一つを含む。本実施形態において、ガイダンス装置１８０は、少なくとも液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置を含んでいる。

【0039】

本実施形態の電子制御装置２００は、たとえば、マイクロコントローラやファームウェアによって構成され、図示を省略する中央処理装置（ＣＰＵ）と、ＲＯＭなどのメモリと、そのメモリに記憶されたプログラムと、タイマーと、入出力部と、を備えている。電子制御装置２００は、図２に示すように、状態演算部２１０と、施工目標演算部２２０と、を備えている。また、電子制御装置２００は、たとえば、駆動制御部２３０と、ガイダンス制御部２４０とを備えている。なお、駆動制御部２３０と、ガイダンス制御部２４０とは、電子制御装置２００とは別の電子制御装置によって構成してもよい。

【0040】

これら電子制御装置２００の各部は、たとえば、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵによって実行することで実現される電子制御装置２００の各機能を示している。なお、図２に示す電子制御装置２００の各機能は、それぞれ、個別の電子制御装置によって実現してもよく、一または複数の機能を、一または複数の電子制御装置によって実現してもよい。

【0041】

状態演算部２１０には、たとえば、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７から出力されるＧＮＳＳ情報が入力される。ＧＮＳＳ情報は、たとえば、二つのＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報、方位情報、速度情報、これらの分散、および測位状態などを含む。測位状態は、たとえば、測位衛星の数や、補正情報などに基づいて分類される。この場合、ＧＮＳＳ受信機１６７は、たとえば、ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６によって受信された衛星信号に基づいて、ＧＮＳＳ情報を演算する測位演算部を有している。

【0042】

また、状態演算部２１０には、たとえば、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７から出力されるＧＮＳＳの衛星信号が入力されてもよい。すなわち、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７のＧＮＳＳ受信機１６７は、たとえば、ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６によって受信された衛星信号を出力する。この場合、ＧＮＳＳ受信機１６７は、前述の測位演算部を有しなくてもよい。

【0043】

また、状態演算部２１０には、たとえば、ＩＭＵ１６１～１６３から出力されるフロント装置１１０の位置と姿勢が入力される。より詳細には、ブームＩＭＵ１６１、アームＩＭＵ１６２、およびバケットＩＭＵ１６３は、たとえば、ブーム１１１、アーム１１２、およびバケット１１３の各部の姿勢と位置を含むフロント装置１１０の姿勢と位置を出力する。

【0044】

また、状態演算部２１０には、たとえば、ＩＭＵ１６１～１６４の車体ＩＭＵ１６４から出力される作業機械１００の上部旋回体１２０の位置と姿勢が入力される。また、状態演算部２１０には、たとえば、車体ＩＭＵ１６４から出力される上部旋回体１２０の速度が入力されてもよい。

【0045】

図３および図４は、それぞれ、図２の電子制御装置２００の状態演算部２１０の一例を示すブロック図である。図３に示す例において、状態演算部２１０は、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７から、衛星信号に基づいて算出されたＧＮＳＳ情報が入力される。一方、図４に示す例において、状態演算部２１０は、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７から、衛星信号が入力される。

【0046】

図３に示す例において、状態演算部２１０は、測位品質判定部２１１と、走行状態判定部２１２と、平滑化処理部２１３と、位置姿勢演算部２１４とを備えている。一方、図４に示す例において、状態演算部２１０は、図３に示す各部に加えて、測位演算部２１５を備えている。なお、図３に示す例では、図４の測位演算部２１５に相当する構成を、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７のＧＮＳＳ受信機１６７が備えている。

【0047】

測位演算部２１５は、たとえば、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７から入力された衛星信号に基づいて、二つのＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報、方位情報、速度情報、これらの分散、および測位状態などを含むＧＮＳＳ情報を算出する。測位演算部２１５は、所定の更新周期でＧＮＳＳ情報を出力する。ＧＮＳＳ情報に速度情報が含まれる場合、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７は、作業機械１００の速度を検出すための速度検出装置として用いることができる。

【0048】

また、ＧＮＳＳ情報に含まれる測位状態は、たとえば、ＲＴＫ－Ｆｉｘの状態と、ＲＴＫ－Ｆｉｘ以外の状態とを含む。ＲＴＫ－Ｆｉｘ以外の状態は、たとえば、ＲＴＫ－Ｆｌｏａｔの状態、ディファレンシャル測位、および単独測位などを含む。

【0049】

測位品質判定部２１１には、測位演算部２１５またはＧＮＳＳ受信機１６７の測位演算部から所定の更新周期で出力されるＧＮＳＳ情報のうち、少なくとも測位状態が入力される。測位品質判定部２１１は、入力された測位状態に基づいて、測位品質の良否を判定する。測位品質判定部２１１は、たとえば、測位状態がＲＴＫ－Ｆｉｘの状態である場合、測位品質を「良」と判定し、測位状態がＲＴＫ－Ｆｉｘ以外の状態である場合、測位品質を「否」と判定する。測位品質判定部２１１は、測位品質の良否の判定結果を、平滑化処理部２１３へ出力する。

【0050】

走行状態判定部２１２には、測位演算部２１５またはＧＮＳＳ受信機１６７の測位演算部から出力されたＧＮＳＳ情報のうち、少なくとも速度情報が入力される。すなわち、走行状態判定部２１２には、作業機械１００に搭載された速度検出装置としてのＧＮＳＳ端末１６５～１６７を用いて検出される速度情報が入力される。走行状態判定部２１２は、入力された速度情報に基づいて、作業機械１００の停止状態を含む走行状態を判定する。

【0051】

より具体的には、走行状態判定部２１２には、たとえば、測位演算部２１５またはＧＮＳＳ受信機１６７から、速度情報として、以下の式（１ａ）に示す３次元空間における速度ｖ_ａｕｇ＝（ｖ_ｘ，ｖ_ｙ，ｖ_ｚ）が入力される。走行状態判定部２１２は、たとえば、入力された速度ｖ_ａｕｇが、以下の式（１ｂ）のように、所定の速度閾値Ｖ_ｔｈ以下である場合に、作業機械１００の走行状態が、停止状態であることを判定する。

【0052】

【数1】

【0053】

また、走行状態判定部２１２は、たとえば、入力された速度ｖ_ａｕｇが、上記式（１ｂ）を満たさない場合、すなわち、速度ｖ_ａｕｇが所定の速度閾値Ｖ_ｔｈより高い場合に、作業機械１００の走行状態が、走行中であることを判定する。なお、上記式（１ａ）に示す速度ｖ_ａｕｇ自体がばらつきを持つ場合があるので、ローパスフィルタによる平滑化処理を施した速度ｖ_ａｕｇを用いて、上記式（１ｂ）の判定を行ってもよい。

【0054】

速度閾値Ｖ_ｔｈは、たとえば、０［ｋｍ／ｈ］に設定することができる。また、速度閾値Ｖ_ｔｈは、たとえば、０［ｋｍ／ｈ］よりも高い速度に設定してもよい。この場合、速度閾値Ｖ_ｔｈは、たとえば、作業機械１００が移動していない状態で、作業機械１００の振動によって検出される微小な速度よりも高い速度に設定することができる。

【0055】

より具体的には、油圧ショベルなどの作業機械１００には、エンジンが搭載されている。そのため、エンジンの振動によって作業機械１００に搭載されたＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６が振動し、これらＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報に基づく速度ｖ_ａｕｇが、０［ｋｍ／ｈ］にならない場合がある。

【0056】

このような場合に、速度閾値Ｖ_ｔｈを、作業機械１００の振動によって検出される微小な速度よりも高く、作業機械１００の最低移動速度よりも低い速度に設定することができる。これにより、走行状態判定部２１２による作業機械１００の停止状態の誤判定を防止して、走行状態判定部２１２により作業機械１００の停止状態をより正確かつ確実に判定することが可能になる。なお、上記速度ｖ_ａｕｇおよび作業機械１００の最低移動速度は、実験結果に基づいて設計することが可能である。

【0057】

なお、測位演算部２１５またはＧＮＳＳ受信機１６７の測位演算部による速度算出アルゴリズムは、ドップラシフトを利用した手法が用いられており、位置算出アルゴリズムとは独立している。そのため、測位品質が「良」でなくても、正確な速度を算出することが可能である。

【0058】

また、油圧ショベルなどの履帯を備えた作業機械１００は、たとえば、斜面や泥濘など、滑りを生じやすい状況で作業する機会が多い。作業機械１００に滑りが生じると、作業機械１００が走行していなくても、作業機械１００が移動することがある。このような場合でも、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７を速度検出装置として利用することで、作業機械１００のオペレータが意図していない作業機械１００の移動も正確に検知することができる。

【0059】

平滑化処理部２１３には、測位品質判定部２１１から出力された測位品質の良否の判定結果と、走行状態判定部２１２によって判定された作業機械１００の走行状態と、測位演算部２１５またはＧＮＳＳ受信機１６７から出力されたＧＮＳＳ情報が入力される。平滑化処理部２１３に入力されるＧＮＳＳ情報は、少なくとも位置情報を含む。また、平滑化処理部２１３に入力されるＧＮＳＳ情報は、たとえば、方位情報を含んでもよい。

【0060】

平滑化処理部２１３は、測位演算部２１５またはＧＮＳＳ受信機１６７から入力されたＧＮＳＳ情報に対して、平滑化処理を施す。平滑化処理部２１３は、測位品質判定部２１１から入力された測位品質、および、走行状態判定部２１２から入力された走行状態に応じた処理強度で、ＧＮＳＳ情報に平滑化処理を施す。

【0061】

図５は、図３および図４の平滑化処理部２１３の一例を示すブロック図である。平滑化処理部２１３は、たとえば、切替判定部２１３ａと、時定数選択部２１３ｂと、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃと、を備えている。

【0062】

切替判定部２１３ａには、測位品質判定部２１１から出力された測位品質の良否の判定結果と、走行状態判定部２１２から出力された作業機械１００の走行状態とが入力される。切替判定部２１３ａは、入力された測位品質が良であり、かつ、入力された作業機械１００の走行状態が停止状態である平滑化条件を満たさない場合に、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数を、第１時定数に設定することを判定する。

【0063】

すなわち、切替判定部２１３ａは、入力された測位品質が「否」であるか、または、入力された作業機械１００の走行状態が走行中である場合に、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数を、後述する第２時定数よりも小さい第１時定数に設定することを判定する。第１時定数は、たとえば、ゼロであってもよい。この場合、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの平滑化処理の処理強度がゼロになり、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃに入力されたＧＮＳＳ情報は、そのまま出力されることになる。また、第１時定数は、ゼロより大きい値でもよい。

【0064】

また、切替判定部２１３ａは、前述の平滑化条件を満たしてから、ＧＮＳＳ情報の更新周期に相当する時間が経過した場合に、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数を第２時定数に切り替えることを判定する。第２時定数の値は、前述の第１時定数の値よりも大きい。第２時定数の値は、たとえば、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃのカットオフ周波数を低くして、測位演算部２１５またはＧＮＳＳ受信機１６７において算出されるＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報の微小変動を平滑化することが可能な値に設定される。

【0065】

時定数選択部２１３ｂは、切替判定部２１３ａの判定結果に従って、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの平滑化処理に使用される第１時定数または第２時定数を選択する。

【0066】

作業機械１００の停止状態におけるＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報の微小変動は、たとえば、数ｃｍ程度であるが、実際にはＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６は固定されている状況である。そのため、作業機械１００の停止状態におけるＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報の微小変動は、たとえば、数ｍｍ程度に抑制することが望ましい。

【0067】

第２時定数の具体的な設計にあたっては、たとえば、後述する図１４のグラフ（ｄ）に示すような位置情報の微小変動が生じる実験データを取得する。そして、この実験データに対し、後述する図１４のグラフ（ｅ）に示すような、微小変動を十分に抑制可能な可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの第２時定数をシミュレーションによって求める。たとえば、一般的な油圧ショベルであれば、第２時定数を数十秒程度にすることで、望ましい結果を実現することができる。

【0068】

一方、第２時定数よりも小さい第１時定数は、測位演算部２１５またはＧＮＳＳ受信機１６７が算出したＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報を、ほぼ遅れなく提供できるように設計することが望ましい。このため、前述のように、第１時定数をゼロに設定してもよい。ただし、位置情報の瞬間的なばらつきや外れ値（アウトライヤ）の影響を抑制するために、第１時定数を、たとえば０．１秒から１秒程度の範囲に設計することが望ましい。

【0069】

以上のように、平滑化処理部２１３は、位置情報を含むＧＮＳＳ情報に対して、測位品質判定部２１１から入力される測位品質と、走行状態判定部２１２から入力される走行状態とに応じた処理強度で、平滑化処理を施す。平滑化処理部２１３は、図３および図４に示すように、平滑化処理が施された位置情報を含むＧＮＳＳ情報を、位置姿勢演算部２１４へ出力する。

【0070】

位置姿勢演算部２１４には、平滑化処理部２１３によって平滑化処理が施された位置情報を含むＧＮＳＳ情報と、ＩＭＵ１６１～１６４から出力されたフロント装置１１０および上部旋回体１２０の姿勢が入力される。位置姿勢演算部２１４は、入力された平滑化処理が施されたＧＮＳＳ情報と、フロント装置１１０および上部旋回体１２０の姿勢に基づいて、作業機械１００の３次元空間における位置と姿勢を算出する。

【0071】

位置姿勢演算部２１４による上記の演算は、たとえば、作業機械１００の機構に基づく座標変換を行うことによって、実行することができる。状態演算部２１０は、たとえば、位置姿勢演算部２１４によって算出された作業機械１００の３次元空間における位置と姿勢を、図２に示すように、施工目標演算部２２０、駆動制御部２３０、およびガイダンス制御部２４０へ出力する。

【0072】

施工目標演算部２２０には、状態演算部２１０から出力された作業機械１００の３次元空間における位置と姿勢が入力される。また、施工目標演算部２２０は、記憶装置１７０から施工情報を取得する。施工目標演算部２２０は、作業機械１００の３次元空間における位置および姿勢と、施工情報に基づいて、たとえば、施工対象の目標形状を定義する施工目標面などの施工目標を算出する。施工目標演算部２２０は、算出した施工目標を、たとえば、駆動制御部２３０とガイダンス制御部２４０へ出力する。

【0073】

駆動制御部２３０には、状態演算部２１０から出力された作業機械１００の３次元空間における位置および姿勢と、施工目標演算部２２０から出力された施工目標とが入力される。駆動制御部２３０は、入力された作業機械１００の３次元空間における位置および姿勢と、施工目標とに基づいて、油圧システム１４０を制御する。より具体的には、駆動制御部２３０は、入力された情報に基づいて、フロント装置１１０の動作を演算し、その動作を実現するように、油圧システム１４０を制御する。

【0074】

すなわち、駆動制御部２３０は、たとえば、バケット１１３の先端と施工目標面との距離が所定の距離以下にならないように、ブームシリンダ１４１、アームシリンダ１４２、およびバケットシリンダ１４３の動作を制限する。また、駆動制御部２３０は、たとえば、バケット１１３の先端が施工目標面に沿って移動するように、ブームシリンダ１４１、アームシリンダ１４２、およびバケットシリンダ１４３の動作を制御する。

【0075】

このように、駆動制御部２３０は、作業機械１００のマシンコントロールシステムの一部を構成している。なお、後述するガイダンス制御部２４０およびガイダンス装置１８０によってオペレータに警告を発する場合には、駆動制御部２３０も油圧システム１４０のマシンコントロール機能を停止することが望ましい。

【0076】

ガイダンス制御部２４０には、状態演算部２１０から出力された作業機械１００の３次元空間における位置および姿勢と、施工目標演算部２２０から出力された施工目標とが入力される。ガイダンス制御部２４０は、入力された作業機械１００の３次元空間における位置および姿勢と、施工目標とに基づいて、ガイダンス装置１８０に含まれる表示装置、表示ランプ、スピーカ、ブザーの少なくとも一つを制御する。

【0077】

本実施形態において、ガイダンス制御部２４０は、オペレータに対する操作支援の指示内容を算出してガイダンス装置１８０に含まれる液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置に表示させる。より具体的には、ガイダンス制御部２４０は、たとえば、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３などの被駆動部材を有するフロント装置１１０の位置および姿勢、施工目標面、バケット１１３の先端位置と角度を、表示装置に表示させる。このように、ガイダンス制御部２４０は、オペレータの操作を支援するマシンガイダンスシステムの一部を構成している。

【0078】

また、ガイダンス制御部２４０は、たとえば、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７による測位結果に異常が発生した場合や、ＩＭＵ１６１～１６４による角度検出精度が低下した場合に、ガイダンス装置１８０に含まれる表示装置に警告を表示させる。これにより、ガイダンス制御部２４０は、ガイダンス装置１８０を介して、作業機械１００のオペレータにマシンガイダンス機能の中断を通知することができる。

【0079】

また、ガイダンス制御部２４０は、ガイダンス装置１８０がスピーカやブザーを含む場合、スピーカやブザーによって音声や警告音を発生させ、オペレータに対して作業ガイダンスや注意喚起を行うことができる。また、ガイダンス装置１８０は、たとえば、タッチパネルやキーボードなどの入力装置を備えてもよく、タブレット端末などの携帯情報端末を含んでもよい。本実施形態のガイダンス制御部２４０は、たとえば、ガイダンス装置１８０に含まれるタブレット端末の表示画面に操作支援の指示内容や警告を表示させ、タブレット端末のタッチパネルからオペレータの入力を受け付ける。

【0080】

本実施形態において、マシンガイダンスシステムは、たとえば、施工目標演算部２２０と、ガイダンス制御部２４０とを含む。また、マシンコントロールシステムは、たとえば、施工目標演算部２２０と、駆動制御部２３０とを含む。

【0081】

以下、本実施形態の電子制御装置２００の作用について、前記従来の位置計測装置との対比を行いつつ説明する。

【0082】

マシンガイダンスシステムにおいては、バケット１１３の先端（つめ先）の位置が施工目標面に沿って動作するようにオペレータに各種情報を提示する。そのため、作業機械１００の位置だけでなく、フロント装置１１０の姿勢情報が重要になる。したがって、ブーム１１１、アーム１１２、およびバケット１１３には、それぞれ、ブームＩＭＵ１６１、アームＩＭＵ１６２、バケットＩＭＵ１６３が取り付けられている。

【0083】

施工現場における作業機械１００の座標を利用してマシンガイダンスやマシンコントロールによる作業支援を行う３次元（３Ｄ）情報化施工対応の電子制御装置２００は、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７を用いて作業機械１００の座標を取得する。そして、電子制御装置２００は、たとえば、取得した座標を基点として、ブームフートピンや旋回中心接地面などの作業機械１００の特定点を算出する。さらに、電子制御装置２００は、たとえば、算出した特定点に対して、ＩＭＵ１６１～１６４や角度センサの検出結果に基づいて算出したフロント装置１１０の姿勢を考慮することで、３次元空間におけるバケット１１３のつめ先位置などを演算する。

【0084】

一般に、作業機械１００のオペレータがマシンガイダンスやマシンコントロールを利用するのは、施工中の地形（現況地形）が施工目標面に近づいた状態で行われる仕上げ作業であることが多い。この仕上げ作業では、施工目標面と現況地形とを高精度に一致させる必要がある。そのため、仕上げ作業では、作業機械１００を旋回または走行させず、フロント装置１１０だけを動作させ、バケット１１３のつめ先の軌道を安定させることが一般的である。すなわち、仕上げ作業時には、通常、作業機械１００の位置および方位は変化しない。

【0085】

作業機械１００のフロント装置１１０は、金属製の部品によって構成されているため、ＧＮＳＳの衛星信号が作業機械１００によって反射または遮蔽されることがある。また、作業機械１００による掘削作業では、フロント装置１１０が上下動を繰り返すため、衛星信号の反射または遮蔽が繰り返し発生し得る。このような状況では、ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６が衛星信号を受信可能な衛星数は変化するが、複数の衛星信号をＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６によって受信することで、測位状態がＲＴＫ－Ｆｉｘに維持され、測位演算を継続することが可能である。しかし、衛星信号を受信可能な衛星数や衛星の配置が変化することで、測位演算の結果は変動し得る。そのため、実際にはＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置が変動していなくても、フロント装置１１０の動作に応じて、測位演算の結果であるＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置が、たとえば数ｃｍ程度、変動する場合がある。

【0086】

このような状況が前述の仕上げ作業において生じると、フロント装置１１０の動作に応じて、マシンガイダンスシステムによって提供される作業機械１００の位置が変動することになる。すると、オペレータやマシンコントロールシステムは、作業機械１００の位置に基づいてバケット１１３のつめ先位置を制御するため、バケット１１３によって形成される現況地形に作業機械１００の位置の変動が反映され、現況地形が波打ったような状態になるおそれがある。

【0087】

前記従来の位置計測システムは、前述のように、作業機械の動作状態を判定する判定手段と、この判定手段の検出結果に応じて位置姿勢演算手段で演算される作業機械の位置と姿勢の演算値を平滑処理する平滑処理手段とを備える。この平滑処理手段は、たとえば、時間軸上でローパスフィルタリング処理を行うフィルタ処理演算手段である。

【0088】

このような構成により、前記従来の位置計測システムは、作業機械の３次元空間での位置と姿勢および当該作業機械に設定されたモニタポイントの絶対位置を演算する際に、作業機械の車体が静止した状態にあるときは表示のふらつきを低減することができる。そして、作業機械の車体が静止した状態にないときは表示の追従性の低下を抑えることができる。

【0089】

しかしながら、この従来の位置計測システムは、複数の３次元位置計測装置の通信環境が悪化すると、前述のように、位置姿勢演算手段の演算結果に誤差が生じる。その後、通信環境が改善して演算結果の誤差が解消された場合、上記平滑処理手段の演算値である作業機械の位置と姿勢の誤差が解消するまでに、比較的に長い時間を必要とする。以下、図１３および図１４を参照して、この従来の位置計測システムの課題を説明する。

【0090】

図１３は、前記従来の位置計測システムを搭載した作業機械の（ａ）走行操作の有無、（ｂ）位置計測システムの測位品質、（ｃ）ローパスフィルタ処理の処理強度、（ｄ）測位演算の演算結果、および、（ｅ）ローパスフィルタ処理による提供位置の時間的変化を示すグラフである。図１４は、図１３に示す（ｄ）測位演算の演算結果、および、（ｅ）ローパスフィルタ処理による提供位置の時刻ｔ１までの拡大図である。なお、図１３、図１４の（ｄ）、（ｅ）のグラフに示す位置は、簡単のため、１次元の位置として示している。

【0091】

図１３の（ａ）に示すように、時刻ｔ１までは作業機械の走行操作は「無」になっている。そのため、従来の位置計測システムにおいて、図１３の（ｃ）に示すローパスフィルタ処理の処理強度は、時刻ｔ１までは、カットオフ周波数が低いことを示す「強」になっている。これにより、図１４の（ｅ）に示すローパスフィルタ処理後の提供位置では、図１４の（ｄ）に示すＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の真の位置に対する測位演算結果の微小な変動を抑制することができる。

【0092】

時刻ｔ１から時刻ｔ２の間、図１３の（ａ）に示す作業機械の走行操作は、「有」になっている。この間、従来の位置計測システムにおいて、図１３の（ｃ）に示すローパスフィルタ処理の処理強度は、カットオフ周波数が高いことを示す「弱」になっている。そのため、図１３の（ｅ）に示すローパスフィルタ処理後の提供位置は、図１３の（ｄ）に示す測位演算結果による位置に遅滞なく追従して変化する。

【0093】

時刻ｔ２から時刻ｔ３の間は、ＧＮＳＳ端末の測位状態がＲＴＫ－Ｆｉｘから単独測位やディファレンシャル測位などのＲＴＫ－Ｆｉｘ以外の状態へ変化し、図１３の（ｂ）に示すように、測位品質が良から否へ悪化している。すると、図１３の（ｄ）に示すように、ＧＮＳＳ端末が受信した衛星信号に基づいて算出される位置の演算結果は、ＧＮＳＳアンテナの真の位置からの乖離が増加していく。その結果、図１３の（ｅ）に示す従来の位置計測システムによるローパスフィルタ処理後の提供位置も同様に、ＧＮＳＳアンテナの真の位置からの乖離が増加していく。

【0094】

時刻ｔ３から時刻ｔ４の間は、図１３の（ｂ）に示すように、測位品質が「否」の状態が継続している。また、図１３の（ａ）に示すように、作業機械の走行操作が「有」から「無」へ変化している。その結果、図１３の（ｃ）に示すローパスフィルタ処理の処理強度は、カットオフ周波数が低いことを示す「強」に変化している。しかし、この間、図１３の（ｂ）に示す測位品質が「否」の状態が継続しているため、図１３の（ｄ）に示す位置の演算結果も、図１３の（ｅ）に示す提供位置も、ＧＮＳＳアンテナの真の位置から乖離している。

【0095】

時刻ｔ４以降は、ＧＮＳＳ端末の測位状態がＲＴＫ－Ｆｉｘに戻り、図１３の（ｂ）に示すように、測位品質が「良」に変化している。これにより、図１３の（ｄ）に示す測位演算結果による位置は、ＧＮＳＳアンテナの真の位置に即時に復帰する。しかし、この間、従来の位置計測システムにおいて、図１３の（ｃ）に示すローパスフィルタ処理の処理強度は「強」になっている。そのため、図１３の（ｅ）に示すローパスフィルタ処理後の提供位置は、図１３の（ｄ）に示す測位演算結果による位置に対し、遅延してＧＮＳＳアンテナの真の位置に復帰する。

【0096】

このように、前記従来の位置計測システムは、図１３の（ｅ）に示すように、ローパスフィルタ処理後の提供位置がＧＮＳＳアンテナの真の位置に復帰する時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、真の位置に対する誤差の大きい位置情報を提供し続けることになる。そのため、前記従来の位置計測システムは、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、マシンガイダンスシステムとして十分な機能を提供できないという課題がある。

【0097】

これに対し、本実施形態の電子制御装置２００は、前述のような状況において、平滑化処理部２１３から出力される位置が遅延することを、前記従来の位置計測システムよりも減少させることができる。以下、図６から図８を参照して、本実施形態の電子制御装置２００の作用を説明する。

【0098】

図６は、本実施形態の電子制御装置２００による処理の流れの一例を示すフロー図である。電子制御装置２００は、図６に示す処理を開始すると、まず、初期設定処理Ｐ１を実行する。この初期設定処理Ｐ１において、電子制御装置２００は、平滑化処理部２１３の可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの初期時定数を設定する。

【0099】

この初期設定処理Ｐ１は、後述する処理強度を切り替える処理Ｐ６，Ｐ１０が実行される前に利用される処理強度を設定するための処理であり、後述する処理強度を切り替える処理Ｐ６，Ｐ１０の実行後は、省略することができる。この初期設定処理Ｐ１において、電子制御装置２００は、たとえば、初期時定数を、平滑化処理の処理強度が弱となる第１時定数に設定する。その後、電子制御装置２００は、データを取得する処理Ｐ２を実行する。

【0100】

この処理Ｐ２において、電子制御装置２００は、たとえば、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７およびＩＭＵ１６１～１６４から出力された位置、姿勢、速度などの検出結果を、状態演算部２１０によって取得する。次に、電子制御装置２００は、取得した速度情報と前記した式（１ａ）とを用い、たとえば、走行状態判定部２１２により、作業機械１００の３次元空間における合成速度ｖ_ａｕｇを算出する処理Ｐ３を実行する。次に、電子制御装置２００は、たとえば、走行状態判定部２１２により、作業機械１００の停止状態を判定する処理Ｐ４を実行する。

【0101】

図７は、本実施形態の作業機械１００の（ａ）走行操作の有無、（ｂ）ＧＮＳＳ端末１６５～１６７の測位品質、作業機械１００の（ｃ）速度および（ｄ）停止判定、（ｅ）切替判定部２１３ａの切替判定、ならびに（ｆ）平滑化処理の処理強度の時間的変化の一例を示すグラフである。図８は、本実施形態の作業機械１００の（ａ）衛星信号に基づく位置の演算結果と、（ｂ）平滑化処理部２１３による処理結果の時間的変化の一例を示すグラフである。

【0102】

図６に示す作業機械１００の停止状態を判定する処理Ｐ４において、電子制御装置２００は、たとえば、走行状態判定部２１２により、前の処理Ｐ３で算出した合成速度ｖ_ａｕｇが、前記した所定の速度閾値ｖ_ｔｈ以上であるか否かを判定する。図７に示す例では、（ａ）に示すように、時刻ｔ１において走行操作が実施され、（ｃ）に示すように作業機械１００の合成速度ｖ_ａｕｇが上昇するが、時刻ｔ１ａまでの間は速度ｖ_ａｕｇが速度閾値ｖ_ｔｈよりも低くなっている。

【0103】

この場合、この処理Ｐ４において、電子制御装置２００は、時刻ｔ１ａまでの間、たとえば、走行状態判定部２１２により、速度ｖ_ａｕｇが速度閾値ｖ_ｔｈ未満である、すなわち速度ｖ_ａｕｇが速度閾値ｖ_ｔｈ以上ではない（ＮＯ）、と判定する。なお、速度閾値ｖ_ｔｈは、たとえば、前述のように、作業機械１００の振動によって検出される微小な速度よりも高い０．１［ｋｍ／ｈ］程度の値に設定されている。そのため、時刻ｔ１と時刻ｔ１ａとの差は、実際には極僅かである。その後、電子制御装置２００は、測位品質を判定する処理Ｐ５を実行する。

【0104】

この処理Ｐ５において、電子制御装置２００は、たとえば、状態演算部２１０の測位品質判定部２１１により、ＲＴＫ－Ｆｉｘまたはそれ以外の状態を含む測位状態に基づいて、測位品質の良否を判定する。図７に示す例では、（ｂ）のグラフに示すように、時刻ｔ１ａまでの間は測位品質が「良」であるため、測位品質判定部２１１は、この処理Ｐ５において、測位品質は「良」である（ＹＥＳ）と判定する。その後、電子制御装置２００は、処理強度を切り替える処理Ｐ６を実行する。

【0105】

この処理Ｐ６において、電子制御装置２００は、たとえば、状態演算部２１０の平滑化処理部２１３により、平滑化処理の処理強度を切り替える。より具体的には、図７に示す時刻ｔ１ａまでの間は、この処理Ｐ６において、切替判定部２１３ａには、（ｂ）に示す測位品質として「良」が入力され、（ｃ）に示す停止状態が「真」の判定結果が走行状態として入力される。

【0106】

すると、切替判定部２１３ａは、測位品質が良であり、かつ、作業機械１００の走行状態が停止状態である、平滑化条件を満たしていることを判定する。また、切替判定部２１３ａは、ＧＮＳＳ情報の更新周期に相当する時間が経過しているか否かを判定するが、ここでは、この条件を満たしているものとする。

【0107】

すると、切替判定部２１３ａは、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数を、平滑化処理の処理強度を「強」にするための第２時定数に切り替える判定をする。その結果、時定数選択部２１３ｂは、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数として、第２時定数を選択する。これにより、時刻ｔ１ａまでの間は、図７の（ｆ）に示す可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの平滑化処理の処理強度が「強」になっている。

【0108】

次に、電子制御装置２００は、たとえば、平滑化処理部２１３により、平滑化処理Ｐ７を実行する。この処理Ｐ７において、平滑化処理部２１３は、たとえば、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃより、ＧＮＳＳ受信機１６７または測位演算部２１５から入力されるＧＮＳＳ情報に対し、時定数選択部２１３ｂが選択した第２時定数に対応する処理強度が「強」の平滑化処理を施す。

【0109】

これにより、本実施形態の電子制御装置２００は、前述の従来の位置計測システムと同様に、図１４の（ｄ）に示すような衛星信号に基づく位置の演算結果に対し、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃにより、処理強度が「強」の平滑化処理を施すことができる。したがって、本実施形態の電子制御装置２００は、走行状態が停車状態である時には、図１４の（ｅ）に示す前述の従来の位置計測システムによる提供位置と同様に、平滑化処理部２１３による平滑化処理の処理結果である位置の変動を抑制することができる。

【0110】

その後、電子制御装置２００は、たとえば、状態演算部２１０により、作業機械１００の位置および姿勢を演算する処理Ｐ８を実行する。この処理Ｐ８において、状態演算部２１０は、たとえば、位置姿勢演算部２１４により、平滑化処理が施されたＧＮＳＳ情報と、フロント装置１１０および上部旋回体１２０の姿勢に基づいて、作業機械１００の３次元空間における位置と姿勢を算出する。

【0111】

その後、電子制御装置２００は、たとえば、ガイダンス制御部２４０により、ガイダンス装置１８０を制御して、作業機械１００のオペレータにガイダンスを行う処理Ｐ９を実行する。この処理Ｐ９において、ガイダンス制御部２４０は、たとえば、ガイダンス装置１８０に含まれる表示装置を制御して、作業機械１００の位置および姿勢を表示装置に表示する。

【0112】

図９Ａから図９Ｄは、ガイダンス装置１８０に含まれる表示装置１８１の画面に表示される画像の一例を示す画像図である。これらの各図では、一例として作業機械１００の画像を二次元の側面図で表示しているが、作業機械１００の表示方法は特に限定されない。各図において、作業機械１００の画像Ｇ１は、フロント装置１１０の姿勢を含む作業機械１００の姿勢を視覚的に表す画像Ｇ１である。

【0113】

また、図９Ａにおいて、作業機械１００の前方に破線で示されている傾斜面の画像Ｇ２は、施工目標面を視覚的に表す画像Ｇ２である。左上の長方形の枠内に表示された数値の画像Ｇ３は、たとえば、作業機械１００のバケット１１３のつめ先と、施工目標面との距離を示す画像Ｇ３である。施工目標面との距離は、たとえば、バケット１１３のつめ先が施工目標面よりも上方にある場合は正の数値となり、バケット１１３のつめ先が施工目標面上にある場合はゼロになり、バケット１１３のつめ先が施工目標面よりも下方にある掘削過剰の場合は負の値となる。

【0114】

その後、電子制御装置２００は、図６に示す処理Ｐ９を終了させ、図６に示す処理フローを所定の周期で繰り返す。その後、時刻ｔ１ａを経過すると、図７の（ｃ）に示すように、作業機械１００の速度が所定の速度閾値ｖ_ｔｈ以上になっている。すると、電子制御装置２００は、前述の作業機械１００の停止状態を判定する処理Ｐ４において、走行状態判定部２１２により、速度ｖ_ａｕｇが速度閾値ｖ_ｔｈ以上である（ＹＥＳ）、と判定する。その後、電子制御装置２００は、平滑化処理の強度を変更する処理Ｐ１０を実行する。

【0115】

この処理Ｐ１０において、電子制御装置２００は、たとえば、状態演算部２１０の平滑化処理部２１３により、平滑化処理の処理強度を切り替える。より具体的には、図７に示す時刻ｔ１ａから時刻ｔ２までの間は、この処理Ｐ１０において、切替判定部２１３ａには、（ｂ）に示す測位品質として「良」が入力され、走行状態として（ｄ）に示す停止状態が「偽」の判定が入力される。すると、切替判定部２１３ａは、測位品質が良であり、かつ、作業機械１００の走行状態が停止状態である、平滑化条件を満たしていないことを判定する。

【0116】

また、図７に示す時刻ｔ２から時刻ｔ３ａまでの間は、この処理Ｐ１０において、切替判定部２１３ａには、（ｂ）に示す測位品質として「否」が入力され、（ｄ）に示す停止状態が「偽」の判定結果が走行状態として入力される。すると、切替判定部２１３ａは、測位品質が良であり、かつ、作業機械１００の走行状態が停止状態である、平滑化条件を満たしていないことを判定する。

【0117】

このように、切替判定部２１３ａは、（ｄ）に示す停止状態が「偽」である場合、すなわち作業機械１００の走行状態が走行中である場合には、測位品質の良否に関わらず、平滑化条件を満たしていないことを判定する。すると、切替判定部２１３ａは、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数を、平滑化処理の処理強度を「弱」にするための第１時定数に切り替える判定をする。

【0118】

その結果、時定数選択部２１３ｂは、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数として、第１時定数を選択する。これにより、時刻ｔ１ａから時刻ｔ３ａまでの間は、図７の（ｆ）に示す可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの平滑化処理の処理強度が「弱」になっている。

【0119】

次に、電子制御装置２００は、たとえば、前述の平滑化処理Ｐ７を実行する。この処理Ｐ７において、平滑化処理部２１３は、たとえば、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃより、ＧＮＳＳ受信機１６７または測位演算部２１５から入力されるＧＮＳＳ情報に対し、時定数選択部２１３ｂが選択した第１時定数に対応する処理強度が「弱」の平滑化処理を施す。その後、電子制御装置２００は、前述の処理Ｐ８および処理Ｐ９を実行して、図６に示す処理フローを終了する。

【0120】

これにより、本実施形態の電子制御装置２００は、作業機械１００の走行中は、衛星信号に基づく位置の演算結果に対する平滑化処理部２１３の平滑化処理を、停止または抑制することができる。したがって、本実施形態の電子制御装置２００によれば、作業機械１００の走行中は、ＧＮＳＳの衛星信号に基づく作業機械１００の位置の演算結果を、平滑化処理部２１３を介して、駆動制御部２３０およびガイダンス制御部２４０へ、遅れなく出力することが可能になる。

【0121】

また、図７に示す時刻ｔ２以降では、（ｂ）に示す測位品質が「否」となっている。そのため、図８の（ａ）に示すように、時刻ｔ２以降は、実線で示すＧＮＳＳの衛星信号に基づいて算出される位置の演算結果と、二点鎖線で示すＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の真の位置との乖離が増加している。ここでは、平滑化処理部２１３による平滑化処理の処理強度は、弱になっている。そのため、図８の（ｂ）に点線で示す平滑化処理の処理結果である位置は、ほぼ遅れなく、図８の（ａ）に示す位置の演算結果に追従している。

【0122】

また、時刻ｔ３において、図７の（ａ）に示す走行操作が停止されると、図８の（ａ）および（ｂ）に実線および点線で示す位置の演算結果および平滑化処理の処理結果と、二点鎖線で示すＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の真の位置との乖離の増加が抑制される。また、時刻ｔ３において、図７の（ａ）に示す走行操作が停止されると、図７の（ｃ）に示す作業機械１００の合成速度ｖ_ａｕｇが低下していく。そして、時刻ｔ３ａ以降では、（ｃ）に示す作業機械１００の合成速度ｖ_ａｕｇが、速度閾値ｖ_ｔｈよりも低くなっている。

【0123】

この場合、前述の処理Ｐ４において、電子制御装置２００は、たとえば、走行状態判定部２１２により、速度ｖ_ａｕｇが速度閾値ｖ_ｔｈ未満である、すなわち速度ｖ_ａｕｇが速度閾値ｖ_ｔｈ以上ではない（ＮＯ）と判定する。その結果、図７の（ｄ）に示すように、時刻ｔ３ａ以降では、走行状態判定部２１２による停止状態の判定結果が「真」になっている。その後、電子制御装置２００は、前述の測位品質を判定する処理Ｐ５を実行する。

【0124】

時刻ｔ３ａから時刻ｔ４までの間は、前述のように、図７の（ｂ）に示す測位品質が「否」である。そのため、測位品質判定部２１１は、この処理Ｐ５において、測位品質が「良」ではない（ＮＯ）と判定する。すると、電子制御装置２００は、前述の処理Ｐ３と同様に、再度、作業機械１００の３次元空間における合成速度ｖ_ａｕｇを算出する処理Ｐ１１を実行する。この処理Ｐ１１は、たとえば、前述の処理Ｐ３の後に作業機械１００の走行状態が変化している可能性がある場合に、作業機械１００の最新の走行状態を確認するために実行される。

【0125】

その後、電子制御装置２００は、前述の処理Ｐ４と同様に、再度、走行状態判定部２１２により、作業機械１００の停止状態を判定する処理Ｐ１２を実行する。この処理Ｐ１２において、作業機械１００が走行しており、作業機械１００の速度ｖ_ａｕｇが所定の速度閾値ｖ_ｔｈ以上である場合、走行状態判定部２１２は、速度ｖ_ａｕｇが所定の速度閾値ｖ_ｔｈ以上である（ＹＥＳ）と判定する。この場合、電子制御装置２００は、前述の処理Ｐ１０を実行して平滑化処理部２１３の処理強度を弱に切り替える。

【0126】

その後、電子制御装置２００は、前述の平滑化処理Ｐ７、位置姿勢演算処理Ｐ８、およびガイダンス処理Ｐ９を実行する。この場合のガイダンス処理Ｐ９では、前述の処理Ｐ５において、測位品質が「否」と判定されているため、たとえば、図９Ｂに示すように、表示装置１８１の表示画面にＧＮＳＳによる位置の検出精度が低下していることを示す画像Ｇ４を表示する。

【0127】

しかし、図７に示す例では、時刻ｔ３ａから時刻ｔ４までの間は、（ｃ）に示す作業機械１００の速度ｖ_ａｕｇが、速度閾値ｖ_ｔｈ未満の状態である。したがって、前述の処理Ｐ１２において、走行状態判定部２１２は、速度ｖ_ａｕｇが所定の速度閾値ｖ_ｔｈ以上ではない（ＮＯ）と判定する。この場合、電子制御装置２００は、さらに、前述の処理Ｐ５と同様の測位品質を判定する処理Ｐ１３を実行する。

【0128】

時刻ｔ３ａから時刻ｔ４までの間は、図７の（ｂ）に示す測位品質が「否」となっている。そのため、この処理Ｐ１３において、測位品質判定部２１１は、測位品質が「良」ではない（ＮＯ）と判定する。この場合、電子制御装置２００は、たとえば、平滑化処理部２１３の切替判定部２１３ａにより、経過時間を計測する処理Ｐ１６と、ＧＮＳＳ情報の更新周期に相当する時間が経過したか否かを判定する処理Ｐ１７を実行する。電子制御装置２００は、更新周期が経過すると、平滑化処理部２１３の可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数を、前述の初期設定処理Ｐ１で設定した時定数に維持して、前述の処理Ｐ７からＰ９までを実行し、図６に示す処理を終了する。

【0129】

その後、時刻ｔ４において、図７の（ｂ）に示す測位品質が「否」から「良」に変化すると、電子制御装置２００は、前述の処理Ｐ１３において、測位品質判定部２１１により、測位品質が「良」である（ＹＥＳ）と判定する。すると、電子制御装置２００は、たとえば、平滑化処理部２１３の切替判定部２１３ａにより、測位品質が「否」から「良」に変化してからの経過時間を計測する処理Ｐ１４を開始する。

【0130】

次に、電子制御装置２００は、たとえば、平滑化処理部２１３の切替判定部２１３ａにより、ＧＮＳＳ情報の更新周期に相当する時間が経過したか否かを判定する処理Ｐ１５を実行する。この処理Ｐ１５において、切替判定部２１３ａは、更新周期が経過していない（ＮＯ）と判定すると、前の処理Ｐ１４に戻り、経過時間の計測を継続する。

【0131】

この時刻ｔ４から時刻ｔ４ａまでの間、電子制御装置２００は、たとえば、ガイダンス制御部２４０によってガイダンス装置１８０の表示装置１８１を制御して、作業機械１００のオペレータにガイダンスを行ってもよい。より具体的には、電子制御装置２００は、たとえば、図９Ｃに示すように、表示装置１８１の表示画面にＧＮＳＳの位置情報が復帰中であることを示す画像Ｇ５を表示させてもよい。

【0132】

これにより、電子制御装置２００は、作業機械１００のオペレータに対し、ＧＮＳＳは正確な位置情報を提供可能であるが、マシンガイダンスシステムは正確な位置情報を提供できていないことを通知することができる。なお、表示装置１８１の表示画面における画像Ｇ５の表示位置は、図９Ｂに示す画像Ｇ４の表示位置と同一であってもよい。

【0133】

また、ＧＮＳＳの測位品質が良になった時刻ｔ４から、ＧＮＳＳの更新周期に相当する時間が経過する時刻ｔ４ａまでの間は、平滑化処理部２１３における平滑化処理の処理強度が弱に維持されている。そのため、図８の（ｂ）に示すように、平滑化処理部２１３による平滑化処理後の位置は、ほぼ遅れなく迅速に、図８の（ａ）に示すＧＮＳＳの衛星信号に基づく位置の演算結果に追従する。

【0134】

その後、時刻ｔ４ａにおいて前述の更新周期が経過すると、前述の処理Ｐ１５において、切替判定部２１３ａは、更新周期が経過した（ＹＥＳ）と判定する。すると、電子制御装置２００は、前述の処理強度を切り替える処理Ｐ６を実行する。この処理Ｐ６において、切替判定部２１３ａは、図７の（ｅ）に示すように、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数を、平滑化処理の処理強度を「強」にするための第２時定数に切り替える判定をする。

【0135】

その結果、時定数選択部２１３ｂは、時刻ｔ４ａにおいて、可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの時定数として、第２時定数を選択する。これにより、時刻ｔ４ａ以降は、図７の（ｆ）に示す可変時定数ローパスフィルタ２１３ｃの平滑化処理の処理強度が「強」になっている。このように、本実施形態の電子制御装置２００は、測位品質が良であり、かつ、走行状態が停止状態である平滑化条件を満たしてから、ＧＮＳＳ情報の更新周期に相当する時間が経過した場合に、平滑化処理の処理強度を強に切り替える。

【0136】

なお、時刻ｔ４から時刻ｔ４ａまでの時間Δｔは、前述のように、ＧＮＳＳ情報の更新周期に等しいか、または、その更新周期よりも長くなるように設定される。この時間Δｔは、短時間に設定するほど、マシンガイダンスシステムによって正確な位置情報が提供可能になるまで時間を短縮することができる。

【0137】

時刻ｔ４ａにおいて、電子制御装置２００は、たとえば、ガイダンス制御部２４０によってガイダンス装置１８０の表示装置１８１を制御して、作業機械１００のオペレータにガイダンスを行ってもよい。より具体的には、電子制御装置２００は、たとえば、図９Ｄに示すように、表示装置１８１の表示画面にＧＮＳＳの正確な位置情報が提供可能であり、仕上げ掘削が可能であることを示す画像Ｇ６を表示させてもよい。

【0138】

以上のように、本実施形態の電子制御装置２００は、作業機械１００に搭載され、測位品質判定部２１１と、走行状態判定部２１２と、平滑化処理部２１３とを備えている。測位品質判定部２１１は、作業機械１００に搭載されたＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６が受信する衛星信号から算出され、所定の更新周期で出力される位置情報および測位状態を含むＧＮＳＳ情報に基づいて、測位品質の良否を判定する。走行状態判定部２１２は、作業機械１００に搭載された速度検出装置を用いて検出される速度情報に基づいて作業機械１００の停止状態を含む走行状態を判定する。平滑化処理部２１３は、ＧＮＳＳ情報に対して測位品質および走行状態に応じた処理強度で平滑化処理を施す。平滑化処理部２１３は、測位品質の判定結果が良、かつ、走行状態判定部２１２による走行状態の判定結果が停止状態である平滑化条件を満たす場合には、第１強度（強）でＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を行う。また、平滑化処理部２１３は、平滑化条件を満たさない場合には、第一強度よりも処理強度が低い第２強度（弱）でＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を行う。平滑化処理部２１３は、平滑化条件を満たさない状態から平滑化条件を満たす状態に移行した場合には、平滑化条件を満たした時点から所定時間（更新周期に相当する時間）経過後に処理強度を第２強度（弱）から第１強度（強）に切り替える。

【0139】

このような構成により、本実施形態の電子制御装置２００は、ＧＮＳＳ情報に基づいて算出される作業機械１００の位置が、ＧＮＳＳの通信環境の変化によってばらつくのを抑制し、その通信環境の改善後の位置誤差を従来よりも短時間に解消することができる。

【0140】

より具体的には、本実施形態の電子制御装置２００において、測位品質が良でありかつ走行状態が停止状態である平滑化条件を満たす状態が継続している場合、平滑化処理部２１３の平滑化強度は「強」になっている。これにより、本実施形態の電子制御装置２００は、前述の従来の位置計測システムと同様に、図１４の（ｄ）に示す衛星信号に基づく位置の演算結果のばらつきを、図１４の（ｅ）に示す従来の位置計測システムによる提供位置と同様に、平滑化処理部２１３による平滑化処理を施すことで、抑制することができる。

【0141】

また、本実施形態の電子制御装置２００において、平滑化処理部２１３は、測位品質が良でありかつ走行状態が停止状態である平滑化条件を満たさない場合に、平滑化処理の処理強度を弱に切り替える。これにより、作業機械１００の走行中は、平滑化処理部２１３による平滑化処理による遅れが最小限になり、作業機械１００の位置および方位を含むＧＮＳＳ情報を迅速に提供することが可能になる。

【0142】

また、本実施形態の電子制御装置２００において、平滑化処理部２１３は、測位品質が良でありかつ走行状態が停止状態である平滑化条件を満たしてから、ＧＮＳＳ情報の更新周期に相当する時間が経過した場合に、処理強度を強に切り替える。これにより、図８の（ｂ）に示すように、平滑化処理部２１３の処理結果である位置は、ほぼ遅れなく迅速に、図８の（ａ）に示すＧＮＳＳの衛星信号に基づく位置の演算結果に追従する。

【0143】

一方、前記従来の位置計測システムは、図１３の（ｂ）に示す測位品質が「良」に変化した時点で、図１３の（ｃ）に示すローパスフィルタ処理の処理強度は「強」になっている。そのため、図１３の（ｅ）に示すローパスフィルタ処理後の提供位置は、図１３の（ｄ）に示す測位演算結果による位置に対し、遅延してＧＮＳＳアンテナの真の位置に復帰する。

【0144】

すなわち、従来の位置計測システムでは、図１３の（ｄ）に示すように、衛星信号に基づく位置の演算結果と、ＧＮＳＳアンテナの真の位置との乖離が解消してから、図１３の（ｅ）に示す提供位置と真の位置との乖離が解消するまでに、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの比較的に長い時間を要する。

【0145】

これに対し、本実施形態の電子制御装置２００では、図８の（ａ）に示すように、衛星信号に基づく位置の演算結果と、ＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の真の位置との乖離が時刻ｔ４で解消してから、時刻ｔ４ａまでの極めて短時間で、図８の（ｂ）に示す処理結果と真の位置との乖離が解消する。なお、作業機械１００の位置だけでなく、作業機械１００の方位についても同様である。

【0146】

その結果、たとえば、時刻ｔ４と時刻ｔ４ａとの間の時間Δｔを、ＧＮＳＳ情報の更新周期の２倍とした場合に、上記従来の位置検出システムと比較して、正確な位置を提供することが可能になるまでの時間を、約２０秒程度、短縮することができる。なお、平滑化処理部２１３が、平滑化条件を満たしてから処理強度を強に切り替えるまでの時間Δｔは、従来の位置計測システムの提供位置と真の位置との乖離が解消するまでの時間である時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間よりも短い時間に設定する必要がある。

【0147】

また、本実施形態の電子制御装置２００は、平滑化処理が施された位置情報に基づいて作業機械１００の位置を算出する位置姿勢演算部２１４をさらに備えている。これにより、位置姿勢演算部２１４により算出される作業機械１００の位置が、ＧＮＳＳの通信環境の変化によってばらつくのを抑制することができる。また、ＧＮＳＳの通信環境の改善後に位置姿勢演算部２１４により算出される位置の誤差を、従来よりも短時間に解消することが可能になる。

【0148】

また、本実施形態の電子制御装置２００において、ＧＮＳＳ情報は、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７の複数のＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報に基づいて算出される方位情報を含む。そして、位置姿勢演算部２１４は、平滑化処理が施された方位情報に基づいて作業機械１００の方位を算出する。これにより、位置姿勢演算部２１４により算出される作業機械１００の方位が、ＧＮＳＳの通信環境の変化によってばらつくのを抑制することができる。また、ＧＮＳＳの通信環境の改善後に位置姿勢演算部２１４により算出される方位の誤差を、従来よりも短時間に解消することが可能になる。

【0149】

また、本実施形態の電子制御装置２００において、ＧＮＳＳ情報は、位置情報の単位時間当たりの変化量に基づくＧＮＳＳ速度情報を含む。また、速度検出装置は、衛星信号から位置情報および速度情報を算出する測位演算部２１５またはＧＮＳＳ受信機１６７の測位演算部を含んでいる。これにより、ＧＮＳＳ情報に含まれるＧＮＳＳ速度情報を、走行状態判定部２１２による走行状態の判定に用いることができる。

【0150】

また、本実施形態の電子制御装置２００において、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７は、衛星信号からＧＮＳＳ情報を算出して所定の更新周期で出力する測位演算部を備えてもよい。この構成により、電子制御装置２００は、衛星信号からＧＮＳＳ情報を算出する測位演算部２１５を省略することが可能になる。

【0151】

また、本実施形態の電子制御装置２００は、衛星信号からＧＮＳＳ情報を算出して所定の更新周期で出力する測位演算部２１５をさらに備えてもよい。この構成により、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７のＧＮＳＳ受信機１６７が測位演算部を有しない場合でも、電子制御装置２００の測位演算部２１５によって衛星信号からＧＮＳＳ情報を算出することが可能になる。

【0152】

また、本実施形態の電子制御装置２００は、作業機械１００のオペレータに対するガイダンスを行うガイダンス装置１８０を制御するガイダンス制御部２４０をさらに備えている。また、ガイダンス制御部２４０は、平滑化条件を満たしてから更新周期に相当する時間が経過するまでは作業に適さない状態であることをガイダンス装置１８０に通知させ、上記時間の経過後に作業に適した状態であることをガイダンス装置１８０に通知させる。

【0153】

このような構成により、本実施形態の電子制御装置２００は、たとえば、図９Ｃおよび図９Ｄに示すように、作業機械１００のオペレータに対して、作業機械１００が作業に適した状態か否かを、視覚または聴覚を通じて直感的に通知することが可能になる。

【0154】

以上説明したように、本実施形態によれば、ＧＮＳＳ情報に基づいて算出される作業機械１００の位置が、ＧＮＳＳの通信環境の変化によってばらつくのを抑制し、その通信環境の改善後の位置誤差を従来よりも短時間に解消することが可能な電子制御装置２００を提供できる。

【0155】

（実施形態２）
以下、図１および図２を援用し、図１０を参照して、本開示に係る電子制御装置の実施形態２を説明する。本実施形態の電子制御装置２００は、状態演算部２１０の構成が、前述の実施形態１の電子制御装置２００と異なっている。本実施形態の電子制御装置２００のその他の構成は、前述の実施形態１の電子制御装置２００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【0156】

図１０は、図２の電子制御装置２００の状態演算部２１０の一例を示すブロック図である。前述の実施形態１の電子制御装置２００において、図３に示す状態演算部２１０の走行状態判定部２１２は、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７から出力される速度情報が入力され、その速度情報に基づいて作業機械１００の停止状態を判定している。

【0157】

これに対し、本実施形態の電子制御装置２００では、図１０に示す状態演算部２１０の走行状態判定部２１２は、車体ＩＭＵ１６４から出力された作業機械１００の加速度情報が入力される。走行状態判定部２１２は、たとえば、入力された作業機械１００の加速度を積分することで、作業機械１００の速度を取得する。すなわち、本実施形態において、作業機械１００に搭載された速度検出装置は、車体ＩＭＵ１６４を含む。

【0158】

このように、本実施形態の電子制御装置２００において、速度検出装置は、作業機械１００に搭載された慣性計測装置である車体ＩＭＵ１６４を含む。この構成により、車体ＩＭＵ１６４によって作業機械１００の速度を検出することが可能になる。一般に、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７の更新周期は、たとえば、１秒から０．１秒程度である。これに対し、ＩＭＵ１６１～１６４の更新周期は、たとえば０．０１秒程度である。

【0159】

したがって、速度検出装置としてＧＮＳＳ端末１６５～１６７を利用する場合よりも、速度検出装置として車体ＩＭＵ１６４を利用する場合の方が、作業機械１００の停止状態と走行中の状態をより迅速かつ短時間に検知することができる。これにより、たとえば、図７に示す時刻ｔ１と時刻ｔ１ａの差をより小さくすることができる。また、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７による位置の検出精度が低下した場合でも、作業機械１００の速度を正確に検出することができる。

【0160】

（実施形態３）
以下、図１および図２を援用し、図１１を参照して、本開示に係る電子制御装置の実施形態３を説明する。本実施形態の電子制御装置２００は、状態演算部２１０の構成が、前述の実施形態１の電子制御装置２００と異なっている。本実施形態の電子制御装置２００のその他の構成は、前述の実施形態１の電子制御装置２００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【0161】

図１１は、図２の電子制御装置２００の状態演算部２１０の一例を示すブロック図である。前述の実施形態１の電子制御装置２００において、図３または図４に示す状態演算部２１０の平滑化処理部２１３は、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７または測位演算部２１５から出力されたＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報および方位情報を含むＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を行っている。これに対し、本実施形態の電子制御装置２００において、図１１に示す状態演算部２１０は、統合演算部２１６をさらに備えている。

【0162】

統合演算部２１６は、作業機械１００に搭載された慣性計測装置である車体ＩＭＵ１６４が検出する加速度および角速度に基づいて、上記ＧＮＳＳ情報に含まれる位置情報を補完または補正した補正ＧＮＳＳ情報を出力する。また、統合演算部２１６は、慣性計測装置である車体ＩＭＵ１６４が検出する加速度および角速度に基づいて、上記ＧＮＳＳ情報に含まれる方位情報を補完または補正した補正ＧＮＳＳ情報を出力する。

【0163】

このように、統合演算部２１６には、ＧＮＳＳ受信機１６７または測位演算部２１５で算出されたＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報および方位情報を含むＧＮＳＳ情報が入力される。そして、統合演算部２１６は、そのＧＮＳＳ情報と、車体ＩＭＵ１６４から入力された加速度および角速度とを利用したセンサフュージョンを施すことで、ＧＮＳＳ情報を補完および補正した補正ＧＮＳＳ情報を出力する。

【0164】

このセンサフュージョンによって、より更新周期が短い車体ＩＭＵ１６４の検出値を用いて作業機械１００の位置および方位の演算を行い、より更新周期が長いＧＮＳＳ情報に含まれる位置情報および方位情報を補完および補正することができる。より具体的には、以下の式（２ａ）から式（２ｄ）で表されるカルマンフィルタを用いて、位置情報および方位情報を補完および補正することができる。

【0165】

【数2】

【0166】

カルマンフィルタは状態量ｘ_ｋの推定値ｚ_ｋ｜ｋを各時刻の観測値ｙ_ｋに基づいて推定する手法である。ここで、状態量は位置や方位などに相当する。なお，Ｐ^ｚｚ _ｋ｜ｋは各時刻の推定値の分散・共分散行列であり，Ｋ_ｋはカルマンゲインである。また、ｕ_ｋは時刻ｋの制御入力である。さらに、上記式（２ｃ）のＱ_ｋはプロセス雑音であり、Ｒ_ｋは観測雑音の分散である。また、上記式（２ｃ）の上付き文字Ｔは、行列の転置を表す記号である。

【0167】

以下の式（３ａ）および式（３ｂ）を用いて位置情報の補完および補正にカルマンフィルタを適用する方法の一例を説明する。

【0168】

【数3】

【0169】

上記の式（３ａ）は、位置ｐと速度ｖを状態量ｘとした運動方程式である。上記の式（３ａ）は、位置ｐが速度ｖの積分値であり、速度ｖが加速度ａの積分値であることを表している。加速度ａは車体ＩＭＵ１６４で取得した値であり、制御入力ｕとして扱われる。なお、ｗ_ｋはプロセス雑音であり、車体ＩＭＵ１６４で取得した加速度のばらつきを表現するために利用される。この値の分散が上記の式（２ｃ）のＱ_ｋに相当する。

【0170】

上記の式（３ｂ）は観測方程式であり、ＧＮＳＳ受信機１６７または測位演算部２１５が算出した位置情報を観測値ｙとして扱う。つまり、位置ｐのみが観測可能であるとする。ここで、ｖ^ｐ _ｋは観測雑音であり、この値の分散が上記の式（２ｄ）のＲ_ｋになる。上記の式（３ａ）および（３ｂ）に基づいて、式（２ａ）から（２ｄ）のカルマンフィルタを適用することで、ＧＮＳＳ受信機１６７または測位演算部２１５が算出した位置および方位を補間および補正することができる。

【0171】

以上のように、本実施形態の電子制御装置２００は、統合演算部２１６をさらに備えている。統合演算部２１６は、作業機械１００に搭載された慣性計測装置である車体ＩＭＵ１６４が検出する加速度および角速度に基づいて、ＧＮＳＳ受信機１６７または測位演算部２１５から入力される位置情報を補完または補正した補正ＧＮＳＳ情報を出力する。平滑化処理部２１３は、統合演算部２１６から出力された補正ＧＮＳＳ情報に平滑化処理を施す。

【0172】

また、本実施形態において、ＧＮＳＳ受信機１６７または測位演算部２１５が出力するＧＮＳＳ情報は、ＧＮＳＳ端末１６５～１６７の複数のＧＮＳＳアンテナ１６５，１６６の位置情報に基づいて算出される方位情報を含む。また、本実施形態の電子制御装置２００において、統合演算部２１６は、慣性計測装置である車体ＩＭＵ１６４が検出する加速度および角速度に基づいて方位情報を補完または補正した補正ＧＮＳＳ情報を出力する。

【0173】

このような構成より、本実施形態の電子制御装置２００によれば、前述の実施形態１の電子制御装置２００と同様の効果を奏することができるだけではなく、ＧＮＳＳ受信機１６７または測位演算部２１５が算出した位置および方位を補間および補正することができる。

【0174】

（実施形態４）
以下、図１、図２、図７および図９Ｄを援用し、図１２を参照して、本開示に係る電子制御装置の実施形態４を説明する。本実施形態の電子制御装置２００は、状態演算部２１０の構成が、前述の実施形態１の電子制御装置２００と異なっている。本実施形態の電子制御装置２００のその他の構成は、前述の実施形態１の電子制御装置２００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【0175】

図１２は、図２の電子制御装置２００の状態演算部２１０の一例を示すブロック図である。本実施形態の電子制御装置２００において、状態演算部２１０は、図４に示す実施形態１の状態演算部２１０の各構成に加えて、ガイダンス判断部２１７をさらに備えている。ガイダンス判断部２１７には、平滑化処理部２１３から平滑化処理の処理強度の切替情報が入力される。

【0176】

より具体的には、平滑化処理部２１３は、たとえば、図７の（ｅ）に示す平滑化処理の時定数の切替判定もしくは図７の（ｆ）に示す平滑化処理の処理強度、またはこれらのフラグ情報を、ガイダンス判断部２１７へ出力する。ガイダンス判断部２１７は、平滑化処理部２１３から入力された情報が、平滑化処理の強度が「強」であることを示す情報である場合、ガイダンス制御部２４０に対して、平滑化処理の強度が「強」であることを示す情報またはフラグを出力する。

【0177】

ガイダンス制御部２４０には、ガイダンス判断部２１７から平滑化処理の強度が「強」であることを示す情報またはフラグが入力される。すると、ガイダンス制御部２４０は、図９Ｄに示すように、表示装置１８１の表示部にＧＮＳＳの測位精度が良好であること、または仕上げ作業に適した状態であることを表示し、オペレータに仕上げ作業の実行を推奨する。

【0178】

すなわち、平滑化処理の強度が「強」であることと、ＧＮＳＳによる正確な位置情報を提供できることとは等価であるため、平滑化処理の強度を「強」に切り替えるのと同時に、作業機械１００のオペレータに正確な位置情報を提供できることを通知する。これにより、オペレータの作業性を向上させることができる。

【0179】

以上、図面を用いて本開示に係る電子制御装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

【符号の説明】

【0180】

１００ 作業機械
１６１ ブームＩＭＵ
１６２ アームＩＭＵ
１６３ バケットＩＭＵ
１６４ 車体ＩＭＵ１６４（慣性計測装置、速度検出装置）
１６５ ＧＮＳＳアンテナ（ＧＮＳＳ端末）
１６６ ＧＮＳＳアンテナ（ＧＮＳＳ端末）
１６７ ＧＮＳＳ受信機（ＧＮＳＳ端末、速度検出装置、測位演算部）
１８０ ガイダンス装置
２００ 電子制御装置
２１１ 測位品質判定部
２１２ 走行状態判定部
２１３ 平滑化処理部
２１４ 位置姿勢演算部
２１５ 測位演算部（速度検出装置）
２１６ 統合演算部
２４０ ガイダンス制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【手続補正書】

【提出日】2022-09-08

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械に搭載される電子制御装置であって、
前記作業機械に搭載されたＧＮＳＳアンテナが受信する衛星信号から算出される位置情報および測位状態を含むＧＮＳＳ情報に基づいて、測位品質の良否を判定する測位品質判定部と、
速度検出装置を用いて検出される速度情報に基づいて前記作業機械の走行状態を判定する走行状態判定部と、
前記測位品質判定部による前記測位品質の判定結果が良、かつ、前記走行状態判定部による前記走行状態の判定結果が停止状態である平滑化条件を満たす場合には第１強度で前記ＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を行い、前記平滑化条件を満たさない場合には前記第１強度よりも処理強度が低い第２強度で前記ＧＮＳＳ情報に対して平滑化処理を行う平滑化処理部と、を備え、
前記平滑化処理部は、前記平滑化条件を満たさない状態から前記平滑化条件を満たす状態に移行した場合には、前記平滑化条件を満たした時点から所定の時間経過後に処理強度を前記第２強度から前記第１強度に切り替えることを特徴とする作業機械の電子制御装置。

【請求項2】

前記平滑化処理が施された前記位置情報に基づいて前記作業機械の位置を算出する位置姿勢演算部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項3】

前記ＧＮＳＳ情報は、前記ＧＮＳＳアンテナの前記位置情報に基づいて算出される方位情報を含み、
前記位置姿勢演算部は、前記平滑化処理が施された前記方位情報に基づいて前記作業機械の方位を算出することを特徴とする請求項２に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項4】

前記ＧＮＳＳ情報は、前記位置情報の単位時間当たりの変化量に基づくＧＮＳＳ速度情報を含み、
前記速度検出装置は、前記衛星信号から前記位置情報および前記ＧＮＳＳ速度情報を算出する測位演算部を含むことを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項5】

前記速度検出装置は、前記作業機械に搭載された慣性計測装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項6】

前記電子制御装置は、前記作業機械に搭載された慣性計測装置が検出する加速度および角速度に基づいて前記位置情報を補完または補正した補正ＧＮＳＳ情報を出力する統合演算部をさらに備え、
前記平滑化処理部は、前記統合演算部から出力された前記補正ＧＮＳＳ情報に前記平滑化処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項7】

前記ＧＮＳＳ情報は、前記ＧＮＳＳアンテナの前記位置情報に基づいて算出される方位情報を含み、
前記統合演算部は、前記慣性計測装置が検出する加速度および角速度に基づいて前記方位情報を補完または補正した補正ＧＮＳＳ情報を出力することを特徴とする請求項６に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項8】

前記衛星信号から前記ＧＮＳＳ情報を算出して出力する測位演算部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。

【請求項9】

前記作業機械のオペレータに対するガイダンスを行うガイダンス装置を制御するガイダンス制御部をさらに備え、
前記ガイダンス制御部は、前記平滑化条件を満たしてから前記所定の時間が経過するまでは作業に適さない状態であることを前記ガイダンス装置に通知させ、前記所定の時間の経過後に作業に適した状態であることを前記ガイダンス装置に通知させることを特徴とする請求項１に記載の作業機械の電子制御装置。