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特開2024-62841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
(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】P2024062841
(43)【公開日】2024-05-10
(54)【発明の名称】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
(51)【国際特許分類】
E02F 3/43 20060101AFI20240501BHJP
【ＦＩ】
E02F3/43 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022170951
(22)【出願日】2022-10-25
(71)【出願人】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー
(72)【発明者】
【氏名】西村 峰鷹
(72)【発明者】
【氏名】池上 晃太
【テーマコード（参考）】
2D003
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB03
2D003AB04
2D003BA01
2D003BB07
2D003BB10
2D003CA02
2D003DA04
2D003DB04
2D003FA02
(57)【要約】
【課題】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を提供する。
【解決手段】スイング角度較正方法で、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。
【選択図】図１２
【解決手段】スイング角度較正方法で、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。
【選択図】図１２
【特許請求の範囲】
【請求項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。
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。
【請求項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。
請求項１に記載のスイング角度較正方法。
【請求項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。
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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
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。
【請求項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。
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１５／１７３９２０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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】
【0011】
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。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本開示にかかる作業機械システムを示す図である。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】作業機械の構成を模式的に示す側面図である。
【図7】表示入力装置に表示されるガイド画面を示す図である。
【図8A】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。
【図8B】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。
【図9】（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。
【図10A】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。
【図10B】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。
【図11A】スイング角度較正方法を説明するための図である。
【図11B】スイング角度較正方法を説明するための図である。
【図11C】スイング角度較正方法を説明するための図である。
【図11D】スイング角度較正方法を説明するための図である。
【図12】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。
【図13】本開示にかかる姿勢検出方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
（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。
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
（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。
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
（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。
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
（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。
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
（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。
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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）
（式２）
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）
（式４）
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）
（式６）
（式７）
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）
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）
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）
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）
（式１２）
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）
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）
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）
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）
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）
（式１８）
（式１９）
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。
（式１）
（式３）
（式５）
（式８）
（式９）
（式１０）
（式１１）
（式１３）
（式１４）
（式１５）
（式１６）
（式１７）
【0063】
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）
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。
（式２０）
【0064】
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。
【0065】
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）
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）
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。
（式２１）
（式２２）
【0066】
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）
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。
（式２３）
【0067】
（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。
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
（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。
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
（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。
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。
【0082】
（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。
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。
【0083】
（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。
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。
【0084】
（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。
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。
【0085】
（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。
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。
【0086】
（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。
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。
【0087】
（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。
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。
【0088】
（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。
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。
【0089】
（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。
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。
【0090】
（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。
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。
【産業上の利用可能性】
【0091】
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。
【符号の説明】
【0092】
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
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12】
【図13】