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(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】P2024068508
(43)【公開日】2024-05-20
(54)【発明の名称】位置決定装置
(51)【国際特許分類】
E02F 9/20 20060101AFI20240513BHJP
【ＦＩ】
E02F9/20 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022179024
(22)【出願日】2022-11-08
(71)【出願人】
【識別番号】522077948
【氏名又は名称】株式会社Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ Ｊａｐａｎ
(74)【代理人】
【識別番号】110001564
【氏名又は名称】フェリシテ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】ツェツェグ ウルジー バトゾリグ
(72)【発明者】
【氏名】飯島 淳
(72)【発明者】
【氏名】今泉 斉朗
(72)【発明者】
【氏名】安富 敏
(72)【発明者】
【氏名】池田 充宏
【テーマコード（参考）】
2D003
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB01
2D003AB02
2D003AB03
2D003AB04
2D003BA02
2D003CA02
2D003DA04
2D003DB04
(57)【要約】
【課題】 作業機に備えられた車両位置測定装置の位置に対する較正を、容易且つ精度良く実施する。
【解決手段】 バックホー１０に適用される位置決定装置８０によれば、３Ｄキャリブレーションのための、プライマリアンテナ位置決定部８１が備えられている。プライマリアンテナ位置決定部８１は、プライマリアンテナ４１の位置として、車両座標系におけるプライマリアンテナ４１上の中心点Ｐ１に対応する第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）を決定するようになっている。プライマリアンテナ位置決定部８１では、第１原点Ｏ１、第１座標（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）、ピッチ角θ２、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第１方位角γ１に基づいて、第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）が決定される。
【選択図】 図２
【解決手段】 バックホー１０に適用される位置決定装置８０によれば、３Ｄキャリブレーションのための、プライマリアンテナ位置決定部８１が備えられている。プライマリアンテナ位置決定部８１は、プライマリアンテナ４１の位置として、車両座標系におけるプライマリアンテナ４１上の中心点Ｐ１に対応する第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）を決定するようになっている。プライマリアンテナ位置決定部８１では、第１原点Ｏ１、第１座標（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）、ピッチ角θ２、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第１方位角γ１に基づいて、第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）が決定される。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
走行車両と、
前記走行車両と接続部位を介して接続され、前記接続部位から離間する先端部位に向かう方向に沿って延びる可動操作具であって、前記接続部位を中心として前記走行車両に対して相対回転可能な可動操作具と、
前記走行車両の所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第１車両位置測定装置と、
前記走行車両の回転度合いを取得する車両回転度取得装置と、
前記可動操作具の回転度合いを取得する可動操作具回転度取得装置と、
を備え、
少なくとも、前記第１車両位置測定装置、前記車両回転度取得装置、及び、前記可動操作具回転度取得装置のそれぞれにより、測定・取得された前記第１車両位置測定装置の位置、前記走行車両の回転度合い、及び、前記可動操作具の回転度合いに基づいて、前記可動操作具の先端部位の位置が決定されるように構成された
作業機であって、
水平面に沿って前記接続部位から前記先端部位に向かう方向である第１方向と、
前記第１方向と直交し、且つ、前記走行車両の車幅方向に対応するとともに、前記水平面に沿って前記接続部位を通る第２方向と、
前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記接続部位を通る第３方向と、
前記接続部位を第１原点とし、前記第１方向、前記第２方向、及び、前記第３方向にて構成される３次元の車両座標系と、
が規定され、
前記車両座標系において、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第１方向を軸とした回転度合いを示すロール角がゼロとなる状態であるロール角ゼロ状態を達成可能に構成された
作業機に適用される位置決定装置において、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記第１原点と、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第１座標と、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第２方向を軸とした回転度合いを示すピッチ角と、
任意の点を第２原点とし、水平面に沿って前記第２原点を通る第４方向、前記第４方向と直交し、且つ、前記水平面に沿って前記第２原点を通る第５方向、及び、前記第４方向及び前記第５方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記第２原点を通る第６方向にて構成される３次元の測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第２座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する座標であって、前記第２座標の位置と異なる第３座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１座標に対応する前記可動操作具上の所定の点に対応する第４座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第５座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第２座標及び前記第３座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第１方位角と、
に基づいて、
前記第１車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第６座標を決定する第１車両位置測定装置位置決定部
を備えた
位置決定装置。
前記走行車両と接続部位を介して接続され、前記接続部位から離間する先端部位に向かう方向に沿って延びる可動操作具であって、前記接続部位を中心として前記走行車両に対して相対回転可能な可動操作具と、
前記走行車両の所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第１車両位置測定装置と、
前記走行車両の回転度合いを取得する車両回転度取得装置と、
前記可動操作具の回転度合いを取得する可動操作具回転度取得装置と、
を備え、
少なくとも、前記第１車両位置測定装置、前記車両回転度取得装置、及び、前記可動操作具回転度取得装置のそれぞれにより、測定・取得された前記第１車両位置測定装置の位置、前記走行車両の回転度合い、及び、前記可動操作具の回転度合いに基づいて、前記可動操作具の先端部位の位置が決定されるように構成された
作業機であって、
水平面に沿って前記接続部位から前記先端部位に向かう方向である第１方向と、
前記第１方向と直交し、且つ、前記走行車両の車幅方向に対応するとともに、前記水平面に沿って前記接続部位を通る第２方向と、
前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記接続部位を通る第３方向と、
前記接続部位を第１原点とし、前記第１方向、前記第２方向、及び、前記第３方向にて構成される３次元の車両座標系と、
が規定され、
前記車両座標系において、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第１方向を軸とした回転度合いを示すロール角がゼロとなる状態であるロール角ゼロ状態を達成可能に構成された
作業機に適用される位置決定装置において、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記第１原点と、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第１座標と、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第２方向を軸とした回転度合いを示すピッチ角と、
任意の点を第２原点とし、水平面に沿って前記第２原点を通る第４方向、前記第４方向と直交し、且つ、前記水平面に沿って前記第２原点を通る第５方向、及び、前記第４方向及び前記第５方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記第２原点を通る第６方向にて構成される３次元の測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第２座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する座標であって、前記第２座標の位置と異なる第３座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１座標に対応する前記可動操作具上の所定の点に対応する第４座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第５座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第２座標及び前記第３座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第１方位角と、
に基づいて、
前記第１車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第６座標を決定する第１車両位置測定装置位置決定部
を備えた
位置決定装置。
【請求項2】
請求項１に記載の位置決定装置において、
前記作業機は、更に、
前記走行車両において、前記第１車両位置測定装置の位置とは異なる所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第２車両位置測定装置を備え、
第１車両位置測定装置位置決定部に加え、更に、
前記決定された前記第６座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第５座標、及び、前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第７座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第２方位角と、
に基づいて、
前記第２車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第８座標を決定する第２車両位置測定装置位置決定部
を備えた
位置決定装置。
前記作業機は、更に、
前記走行車両において、前記第１車両位置測定装置の位置とは異なる所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第２車両位置測定装置を備え、
第１車両位置測定装置位置決定部に加え、更に、
前記決定された前記第６座標と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第５座標、及び、前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第７座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第２方位角と、
に基づいて、
前記第２車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第８座標を決定する第２車両位置測定装置位置決定部
を備えた
位置決定装置。
【請求項3】
請求項２に記載の位置決定装置において、
前記作業機はバックホーであり、
前記可動操作具は、
前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたブームであって、前記接続部位としてのブームピンを介して前記一端側が前記走行車両と接続され、前記第２方向と平行な前記ブームピンを通る軸を中心に回転可能なブームと、
前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたアームであって、前記一端側が前記ブームの他端側と接続されるアームと、
前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたバケットであって、バケットピンを介して前記一端側が前記アームの他端側と接続され、前記他端側が前記先端部位として構成されて、前記第２方向と平行な前記バケットピンを通る軸を中心に回転可能なバケットと、
を備え、
前記第１車両位置測定装置位置決定部は、
前記第１原点として、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブームピン上の点を用い、
前記第１座標として、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用い、
前記第２座標として、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブーム上の点を用い、
前記第３座標として、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットの前記先端部位の点を用い、
前記第４座標として、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用いるように構成された
位置決定装置。
前記作業機はバックホーであり、
前記可動操作具は、
前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたブームであって、前記接続部位としてのブームピンを介して前記一端側が前記走行車両と接続され、前記第２方向と平行な前記ブームピンを通る軸を中心に回転可能なブームと、
前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたアームであって、前記一端側が前記ブームの他端側と接続されるアームと、
前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたバケットであって、バケットピンを介して前記一端側が前記アームの他端側と接続され、前記他端側が前記先端部位として構成されて、前記第２方向と平行な前記バケットピンを通る軸を中心に回転可能なバケットと、
を備え、
前記第１車両位置測定装置位置決定部は、
前記第１原点として、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブームピン上の点を用い、
前記第１座標として、
前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用い、
前記第２座標として、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブーム上の点を用い、
前記第３座標として、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットの前記先端部位の点を用い、
前記第４座標として、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用いるように構成された
位置決定装置。
【請求項4】
請求項３に記載の位置決定装置において、
前記走行車両は、
所定の軸を中心に前記可動操作具と一体的に旋回可能に構成され、
前記第１原点と、
前記第１座標と、
前記第２座標と、
前記第３座標と、
前記第４座標と、
前記ピッチ角と、
前記第１方位角と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記走行車両の旋回にて描かれる前記可動操作具上の所定の点の円弧軌跡上の第９座標と、
に基づいて、
前記走行車両の旋回中心の位置として、前記車両座標系における前記走行車両の旋回中心の点に対応する第１０座標を決定する車両旋回中心位置決定部
を備えた
位置決定装置。
前記走行車両は、
所定の軸を中心に前記可動操作具と一体的に旋回可能に構成され、
前記第１原点と、
前記第１座標と、
前記第２座標と、
前記第３座標と、
前記第４座標と、
前記ピッチ角と、
前記第１方位角と、
前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記走行車両の旋回にて描かれる前記可動操作具上の所定の点の円弧軌跡上の第９座標と、
に基づいて、
前記走行車両の旋回中心の位置として、前記車両座標系における前記走行車両の旋回中心の点に対応する第１０座標を決定する車両旋回中心位置決定部
を備えた
位置決定装置。
【請求項5】
請求項４に記載の位置決定装置において、
前記測定座標系における前記第２座標、前記第３座標、前記第４座標、前記第５座標、前記第７座標、及び、前記第９座標のうち、少なくとも１つ又は２つ以上が、前記作業機から離間して設置された外部座標測定装置を用いて測定される
位置決定装置。
前記測定座標系における前記第２座標、前記第３座標、前記第４座標、前記第５座標、前記第７座標、及び、前記第９座標のうち、少なくとも１つ又は２つ以上が、前記作業機から離間して設置された外部座標測定装置を用いて測定される
位置決定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも可動操作具を備えた作業機であって、可動操作具の先端部位の位置を決定するように構成された作業機に適用され、作業機における所定部位の位置を決定する位置決定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、建設機械等の作業機として、バックホーが知られている。バックホーは、一般に、ブーム、アーム、バケット等の可動操作具を備えている。この可動操作具は、運転者の操作等に応じて、作動制御される。特に、可動操作具の先端部位は、地表面の狙いの位置にて掘削するために、位置を取得することが好ましい。例えば、取得された先端部位の位置を用いて、運転者に対し、可動操作具の操作をナビゲートすることができる。このような事情を鑑みて、近年、可動操作具の先端部位の位置を決定するための技術が、開発されてきている。
【0003】
特許文献１では、作業機としてのバックホーの刃先位置を決定する技術が、開示されている。バックホーの刃先位置を決定するために、少なくとも車体の位置情報が用いられる。車体位置を検出するために、バックホーに、ＧＮＳＳ用のアンテナが搭載されている。搭載されたアンテナの位置が、外部計測装置を用いて計測されて、アンテナパラメータが取得される。そして、アンテナパラメータは、較正値としてバケットの刃先位置の演算に用いられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５２３７４０８号公報（段落００６３、００７９等）
【発明の概要】
【0005】
上記特許文献１では、アンテナパラメータとして、車両座標系におけるブームピンと、アンテナとの間の距離が、演算される。当該距離は、３次元の各方向においてそれぞれ演算されることで、座標を構成する。他方、ブームピンの位置は、車体の３次元的な傾斜に伴って、種々変動する。係る観点を演算に十分に反映しなければ、アンテナパラメータも変動し、較正の精度を期待することが困難となる。上記特許文献１では、アンテナパラメータについて、具体的な演算プロセスも開示されていない。このため、アンテナの位置に対する較正を、容易且つ精度良く実施するにあたり、改善の余地があると言える。
【0006】
そこで、本発明は、上記を鑑み、少なくとも可動操作具、及び、車両位置測定装置を備えた作業機であって、可動操作具の先端部位の位置を、車両位置に基づき決定するように構成された作業機に適用され、作業機における所定部位の位置を決定する位置決定装置において、車両位置測定装置の位置に対する較正を、容易且つ精度良く実施できるものを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この技術的課題を解決するための本発明の技術的手段は、以下に示す点を特徴とする。本発明の位置決定装置は、走行車両と、前記走行車両と接続部位を介して接続され、前記接続部位から離間する先端部位に向かう方向に沿って延びる可動操作具であって、前記接続部位を中心として前記走行車両に対して相対回転可能な可動操作具と、前記走行車両の所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第１車両位置測定装置と、前記走行車両の回転度合いを取得する車両回転度取得装置と、前記可動操作具の回転度合いを取得
する可動操作具回転度取得装置と、を備え、少なくとも、前記第１車両位置測定装置、前記車両回転度取得装置、及び、前記可動操作具回転度取得装置のそれぞれにより、測定・取得された前記第１車両位置測定装置の位置、前記走行車両の回転度合い、及び、前記可動操作具の回転度合いに基づいて、前記可動操作具の先端部位の位置が決定されるように構成された作業機であって、水平面に沿って前記接続部位から前記先端部位に向かう方向である第１方向と、前記第１方向と直交し、且つ、前記走行車両の車幅方向に対応するとともに、前記水平面に沿って前記接続部位を通る第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記接続部位を通る第３方向と、前記接続部位を第１原点とし、前記第１方向、前記第２方向、及び、前記第３方向にて構成される３次元の車両座標系と、が規定され、前記車両座標系において、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第１方向を軸とした回転度合いを示すロール角がゼロとなる状態であるロール角ゼロ状態を達成可能に構成された作業機に適用される。
する可動操作具回転度取得装置と、を備え、少なくとも、前記第１車両位置測定装置、前記車両回転度取得装置、及び、前記可動操作具回転度取得装置のそれぞれにより、測定・取得された前記第１車両位置測定装置の位置、前記走行車両の回転度合い、及び、前記可動操作具の回転度合いに基づいて、前記可動操作具の先端部位の位置が決定されるように構成された作業機であって、水平面に沿って前記接続部位から前記先端部位に向かう方向である第１方向と、前記第１方向と直交し、且つ、前記走行車両の車幅方向に対応するとともに、前記水平面に沿って前記接続部位を通る第２方向と、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記接続部位を通る第３方向と、前記接続部位を第１原点とし、前記第１方向、前記第２方向、及び、前記第３方向にて構成される３次元の車両座標系と、が規定され、前記車両座標系において、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第１方向を軸とした回転度合いを示すロール角がゼロとなる状態であるロール角ゼロ状態を達成可能に構成された作業機に適用される。
【0008】
本発明の位置決定装置は、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記第１原点と、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第１座標と、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記車両回転度取得装置により取得される前記走行車両の前記第２方向を軸とした回転度合いを示すピッチ角と、任意の点を第２原点とし、水平面に沿って前記第２原点を通る第４方向、前記第４方向と直交し、且つ、前記水平面に沿って前記第２原点を通る第５方向、及び、前記第４方向及び前記第５方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って前記第２原点を通る第６方向にて構成される３次元の測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する第２座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記可動操作具上の所定の点に対応する座標であって、前記第２座標の位置と異なる第３座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１座標に対応する前記可動操作具上の所定の点に対応する第４座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第５座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第２座標及び前記第３座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第１方位角と、に基づいて、前記第１車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第１車両位置測定装置上の所定の点に対応する第６座標を決定する第１車両位置測定装置位置決定部を備える。
【0009】
本発明の位置決定装置において、前記作業機は、更に、前記走行車両において、前記第１車両位置測定装置の位置とは異なる所定部位に搭載され、前記搭載された位置を測定する第２車両位置測定装置を備え、第１車両位置測定装置位置決定部に加え、更に、前記決定された前記第６座標と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での、前記第５座標、及び、前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第７座標に基づき取得される前記水平面上の前記第４方向に対する成す角である第２方位角と、に基づいて、前記第２車両位置測定装置の位置として、前記車両座標系における前記第２車両位置測定装置上の所定の点に対応する第８座標を決定する第２車両位置測定装置位置決定部が備えられる。
【0010】
本発明の位置決定装置において、前記作業機はバックホーであり、前記可動操作具は、前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたブームであって、前記接続部位としてのブームピンを介して前記一端側が前記走行車両と接続され、前記第２方向と平行な前記ブームピンを通る軸を中心に回転可能なブームと、前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたアームであって、前記一端側が前記ブームの他端側と接続されるアームと、前記第１方向において一端側及び他端側が規定されたバケットであって、バケットピンを介して前記一端側が前記アームの他端側と接続され、前記他端側が前記先端部位として構成されて、前記第２方向と平行な前記バケットピンを通る軸を中心に回転可能なバケ
ットと、を備え、前記第１車両位置測定装置位置決定部は、前記第１原点として、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブームピン上の点を用い、前記第１座標として、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用い、前記第２座標として、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブーム上の点を用い、前記第３座標として、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットの前記先端部位の点を用い、前記第４座標として、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用いるように構成される。
ットと、を備え、前記第１車両位置測定装置位置決定部は、前記第１原点として、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブームピン上の点を用い、前記第１座標として、前記車両座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用い、前記第２座標として、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記ブーム上の点を用い、前記第３座標として、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットの前記先端部位の点を用い、前記第４座標として、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記バケットピン上の点を用いるように構成される。
【0011】
本発明の位置決定装置において、前記走行車両は、所定の軸を中心に前記可動操作具と一体的に旋回可能に構成され、前記第１原点と、前記第１座標と、前記第２座標と、前記第３座標と、前記第４座標と、前記ピッチ角と、前記第１方位角と、前記測定座標系における、前記ロール角ゼロ状態での前記走行車両の旋回にて描かれる前記可動操作具上の所定の点の円弧軌跡上の第９座標と、に基づいて、前記走行車両の旋回中心の位置として、前記車両座標系における前記走行車両の旋回中心の点に対応する第１０座標を決定する車両旋回中心位置決定部が備えられる。
【0012】
本発明の位置決定装置において、前記測定座標系における前記第２座標、前記第３座標、前記第４座標、前記第５座標、前記第７座標、及び、前記第９座標のうち、少なくとも１つ又は２つ以上が、前記作業機から離間して設置された外部座標測定装置を用いて測定される。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、作業機に備えられた車両位置測定装置の位置に対する較正を、容易且つ精度良く実施できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機（バックホー）の側視図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0016】
＜作業機の構成＞
図１、及び、図２は、本発明の実施形態に係る位置決定装置８０が適用される作業機１０を示している。本実施形態では、作業機１０が、バックホー１０であるものとして説明する。なお、作業機１０は、バックホーに限られず、可動操作具の先端を有する他の建設機械、農業機械等であってもよい。図１、及び、図２は、バックホー１０の側面図、及び、バックホー１０の上面図である。以下、バックホー１０の構成を詳述する。
図１、及び、図２は、本発明の実施形態に係る位置決定装置８０が適用される作業機１０を示している。本実施形態では、作業機１０が、バックホー１０であるものとして説明する。なお、作業機１０は、バックホーに限られず、可動操作具の先端を有する他の建設機械、農業機械等であってもよい。図１、及び、図２は、バックホー１０の側面図、及び、バックホー１０の上面図である。以下、バックホー１０の構成を詳述する。
【0017】
図１、及び、図２に示すように、バックホー１０は、走行車両２０、可動操作具３０、車両位置検出装置４０、回転度検出装置５０、駆動制御装置７０、及び、位置決定装置８０を、備えている。なお、駆動制御装置７０、及び、位置決定装置８０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０の一部を構成している。
【0018】
走行車両２０は、上部旋回体２１と、下部走行体２２とを有する。上部旋回体２１は、下部走行体２２に対し、所定の軸を中心として旋回可能に搭載されている。旋回中心の軸は、下部走行体２２が水平面に位置している場合に、鉛直方向と平行になっている。
【0019】
上部旋回体２１には、可動操作具３０、車両位置検出装置４０、及び、キャビン２１ａが備えられている。キャビン２１ａには、運転席、操作具２１ｂ（例えば、レバー、スイッチ、ペダル等、図３を参照）、表示装置２１ｃ（例えば、モニタ等、図３を参照）が設けられている。なお、各図において適宜矢印で示すよう、運転者が、キャビン２１ａ内に着座した状態において、運転者の前・後、運転者の左・右、運転者の上・下に対応する方向を、それぞれ前方・後方、左方・右方、上方・下方とする。
【0020】
下部走行体２２は、走行装置２２ａと、ドーザ装置２２ｂとを備えている。走行装置２２ａは、クローラ式となるよう構成されている。ドーザ装置２２ｂは、走行装置２２ａの前方に設けられている。上部旋回体２１において、左側に寄るようにキャビン２１ａが配置され、可動操作具３０はキャビン２１ａの右隣に配置されている。
【0021】
図１に示すように、可動操作具３０は、走行車両２０の上部旋回体２１と、ブームピン３１ａ（接続部位に相当）を介して接続されている。可動操作具３０は、ブームピン３１ａから、前方に離間するバケット３４の先端部位３４ｂに向かう方向に沿って、延びている。可動操作具３０は、ブームピン３１ａを中心として、走行車両２０に対して相対回転可能となっている。
【0022】
可動操作具３０は、ブーム３１、アーム３３、及び、バケット３４を備えている。また、可動操作具３０は、ブームシリンダ３６、アームシリンダ３８、及び、バケットシリンダ３９を備えている。これらのシリンダは、例えば、棒状の油圧シリンダ装置であり、運転者の操作により、一端から他端に向かう直線距離が変化するよう伸縮駆動が可能となっている。
【0023】
ブーム３１は、後述する第１方向において一端側及び他端側が規定されており、接続部位としてのブームピン３１ａを介して、一端側が走行車両２０と接続されている。後述する第２方向と平行なブームピン３１ａを通る軸を中心に、回転可能となっている。本実施形態では、ブーム３１の後下側の一端部は、ブームピン３１ａを介して、上部旋回体２１の前方に支持されている。ブームシリンダ３６の一端は、ブームシリンダ支軸３６ａを介して、上部旋回体２１の前方で、ブームピン３１ａよりも下側に接続されている。ブームシリンダ３６の他端は、ブームシリンダ支軸３６ｂを介して、ブーム３１を下方から支持している。ブームシリンダ３６の伸縮駆動により、ブーム３１が、ブームピン３１ａを中心として回転可能となっている。なお、本実施形態では、ブーム３１は、左右に向けてオフセットしないよう構成されているが、これに代えて、バックホー１０がオフセットブーム方式となっていてもよい。
【0024】
アーム３３は、第１方向において一端側及び他端側が規定されており、一端側がブーム３１の他端側と接続されている。本実施形態では、アーム３３の上後側の端部は、アームピン３３ａを介して、ブーム３１の前側の他端部に支持されている。アームシリンダ３８の一端は、アームシリンダ支軸３８ａを介して、アームピン３３ａよりも上後方で、ブーム３１の上側に接続されている。アームシリンダ３８の他端は、アームシリンダ支軸３８ｂを介して、アームピン３３ａよりも上前方で、アーム３３を上方から支持している。アームシリンダ３８の伸縮駆動により、アーム３３が、アームピン３３ａを中心として回転可能となっている。
【0025】
バケット３４は、第１方向において一端側及び他端側が規定されており、バケットピン３４ａを介して一端側がアーム３３の他端側と接続されている。バケット３４は、バケット３４の他端側が先端部位３４ｂとして構成されて、第２方向と平行なバケットピン３４ａを通る軸を中心に回転可能となっている。更に、バケット３４の一端側は、アーム３３の他端側と、リストリンク３４ｃを介して接続されている。本実施形態では、バケットシリンダ３９の一端は、バケットシリンダ支軸３９ａを介して、アームピン３３ａよりも前方で、アーム３３の上側に接続されている。バケットシリンダ３９の他端は、バケットシリンダ支軸３９ｂを介して、バケットピン３４ａよりも下方で、リストリンク３４ｃを介して、バケット３４を支持している。バケットシリンダ３９の伸縮駆動により、バケット３４が、バケットピン３４ａを中心として回転可能となっている。先端部位３４ｂは、バケット３４の回転径方向における最外部位に相当する。ブーム３１、アーム３３、及び、バケット３４のうち、何れか１つ、２つ、又は、全てが回転することで、バケット３４の先端部位３４ｂは、走行車両２０に対して、上方向、下方向、前方向、又は、後方向の移動が可能となっている。
【0026】
バックホー１０においては、第１方向、第２方向、及び、第３方向が規定されている。第１方向は、水平面に沿ってブームピン３１ａから先端部位３４ｂに向かう方向である。第２方向は、第１方向と直交し、且つ、走行車両２０の車幅方向の左から右に向かう方向に対応するとともに、水平面に沿って、ブームピン３１ａを通る方向である。第３方向は、第１方向及び第２方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直上方向に沿ってブームピン３１ａを通る方向である。図１、及び、図２に示すように、本実施形態では、第１方向はＸ方向、第２方向はＹ方向、第３方向はＺ方向に対応している。また、バックホー１０においては、３次元の車両座標系が規定されている。車両座標系は、ブームピン３１ａの位置を第１原点Ｏ１とし、Ｘ方向、Ｙ方向、及び、Ｚ方向にて構成されている。
【0027】
図１、及び、図２に示すように、車両位置検出装置４０は、プライマリアンテナ４１、及び、セカンダリアンテナ４２を備えている。プライマリアンテナ４１、及び、セカンダリアンテナ４２は、走行車両２０の上部旋回体２１に、それぞれ搭載されている。本実施
形態では、プライマリアンテナ４１の搭載位置は、上部旋回体２１におけるキャビン２１ａの後方である。セカンダリアンテナ４２の搭載位置は、上部旋回体２１におけるプライマリアンテナ４１の搭載位置よりも右方である。プライマリアンテナ４１、及び、セカンダリアンテナ４２のそれぞれの位置は、これに限定されず、走行車両２０上であれば任意である。
形態では、プライマリアンテナ４１の搭載位置は、上部旋回体２１におけるキャビン２１ａの後方である。セカンダリアンテナ４２の搭載位置は、上部旋回体２１におけるプライマリアンテナ４１の搭載位置よりも右方である。プライマリアンテナ４１、及び、セカンダリアンテナ４２のそれぞれの位置は、これに限定されず、走行車両２０上であれば任意である。
【0028】
プライマリアンテナ４１、及び、セカンダリアンテナ４２は、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、走行車両２０の位置として上記搭載位置を検出する。この検出信号は、位置決定装置８０に向けて送出されるようになっている。プライマリアンテナ４１、及び、セカンダリアンテナ４２は、例えば、ＧＮＳＳ等の衛星測位システムにより位置検出が可能なものであってもよい。プライマリアンテナ４１は、第１車両位置測定装置に相当し、セカンダリアンテナ４２は、第２車両位置測定装置に相当する。本実施形態では、プライマリアンテナ４１、及び、セカンダリアンテナ４２は別体で構成されているが、これに代えて、一体に構成されてもよい。
【0029】
回転度検出装置５０は、走行車両２０の上部旋回体２１、ブーム３１、アーム３３、及び、バケット３４の４か所に、それぞれ１つずつ搭載されている（図１を参照）。これら４つの回転度検出装置５０は、上記４つの部位における、回転度合いをそれぞれ検出する。これらの検出信号は、位置決定装置８０に向けてそれぞれ送出されるようになっている。回転度検出装置５０は、例えば、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）等の回転角検
出が可能なものであってもよい。以下。走行車両２０の上部旋回体２１、ブーム３１、アーム３３、及び、リストリンク３４ｃにそれぞれ搭載される回転度検出装置５０を、ＩＭＵ５１、ＩＭＵ５２、ＩＭＵ５３、及び、ＩＭＵ５４と称呼する場合もある。
出が可能なものであってもよい。以下。走行車両２０の上部旋回体２１、ブーム３１、アーム３３、及び、リストリンク３４ｃにそれぞれ搭載される回転度検出装置５０を、ＩＭＵ５１、ＩＭＵ５２、ＩＭＵ５３、及び、ＩＭＵ５４と称呼する場合もある。
【0030】
本実施形態では、ＩＭＵ５１は、２軸の傾斜センサに相当し、走行車両２０のＸ方向、Ｙ方向を軸中心とした各回転度合いを取得可能となっている。ここにおいて、Ｘ方向、及び、Ｙ方向を軸中心とした回転度合いは、ロール角、及び、ピッチ角として示される。ＩＭＵ５１は、車両回転度取得装置に相当する。ＩＭＵ５２、ＩＭＵ５３、及び、ＩＭＵ５４は、それぞれ１軸の傾斜センサに相当し、ブーム３１、アーム３３、及び、リストリンク３４ｃのそれぞれにおける、Ｙ方向と平行な軸を中心とした各回転度合いを取得可能となっている。ＩＭＵ５２、ＩＭＵ５３、及び、ＩＭＵ５４は、可動操作具回転度取得装置に相当する。
【0031】
図１、及び、図３に示すように、ＥＣＵ９０は、駆動制御装置７０、及び、位置決定装置８０で構成されている。駆動制御装置７０、及び、位置決定装置８０は、ＣＰＵ、電気回路等で構成されており、上記各種装置等と有線又は無線形式にて電気的に接続されている。具体的には、駆動制御装置７０は、操作具２１ｂ、可動操作具３０、及び、図示しない原動機、変速機等の動力伝達系と接続されている。位置決定装置８０は、車両位置検出装置４０、回転度検出装置５０、及び、表示装置２１ｃと接続されている。また、位置決定装置８０は、外部座標測定装置１００とも接続可能となっている。
【0032】
駆動制御装置７０は、運転者により操作される操作具２１ｂの操作信号を受信する。駆動制御装置７０は、当該操作信号に応じて、可動操作具３０のブームシリンダ３６、アームシリンダ３８、及び、バケットシリンダ３９の伸縮駆動を制御する。これにより、ブーム３１、アーム３３、及び、バケット３４の各支軸を中心とした各回転作動が制御されるようになっている。なお、駆動制御装置７０は、図示しない原動機、変速機等の動力伝達系も制御し、走行装置２２ａの走行制御も実行するようになっている。
【0033】
位置決定装置８０は、プライマリアンテナ位置決定部８１、セカンダリアンテナ位置決定部８２、車両旋回中心位置決定部８３、及び、バケット先端部位位置決定部８５を備え
ている。位置決定装置８０は、外部座標測定装置１００と接続されたとき、外部座標測定装置１００にて測定された座標に対応する信号を受信する。測定された座標等に基づいて、プライマリアンテナ位置決定部８１、セカンダリアンテナ位置決定部８２、及び、車両旋回中心位置決定部８３での各種演算が実行される。なお、演算については、後に詳述する。
ている。位置決定装置８０は、外部座標測定装置１００と接続されたとき、外部座標測定装置１００にて測定された座標に対応する信号を受信する。測定された座標等に基づいて、プライマリアンテナ位置決定部８１、セカンダリアンテナ位置決定部８２、及び、車両旋回中心位置決定部８３での各種演算が実行される。なお、演算については、後に詳述する。
【0034】
プライマリアンテナ位置決定部８１は、プライマリアンテナ４１の位置として、車両座標系におけるプライマリアンテナ４１上の所定の点に対応する座標を、決定するようになっている。プライマリアンテナ位置決定部８１は、外部座標測定装置１００と通信可能に接続され、外部座標測定装置１００にて測定された座標に対応する信号を受信可能となっている。プライマリアンテナ位置決定部８１では、外部座標測定装置１００にて測定された座標、回転度検出装置５０にて取得された角度等に基づいて、プライマリアンテナ４１における座標が決定される。プライマリアンテナ位置決定部８１は、第１車両位置測定装置位置決定部に相当する。
【0035】
セカンダリアンテナ位置決定部８２は、セカンダリアンテナ４２の位置として、車両座標系におけるセカンダリアンテナ４２上の所定の点に対応する座標を、決定するようになっている。セカンダリアンテナ位置決定部８２は、外部座標測定装置１００と通信可能に接続され、外部座標測定装置１００にて測定された座標に対応する信号を受信可能となっている。セカンダリアンテナ位置決定部８２では、上記決定されたプライマリアンテナ４１の座標、外部座標測定装置１００にて測定された座標等に基づいて、セカンダリアンテナ４２における座標が決定される。セカンダリアンテナ位置決定部８２は、第２車両位置測定装置位置決定部に相当する。
【0036】
車両旋回中心位置決定部８３は、走行車両２０の旋回中心の位置として、車両座標系における走行車両２０の旋回中心の点に対応する座標を、決定するようになっている。車両旋回中心位置決定部８３は、外部座標測定装置１００と通信可能に接続され、外部座標測定装置１００にて測定された座標に対応する信号を受信可能となっている。車両旋回中心位置決定部８３では、外部座標測定装置１００にて測定された座標、回転度検出装置５０にて取得された角度等に基づいて、走行車両２０の旋回中心における座標が決定される。
【0037】
バケット先端部位位置決定部８５は、走行車両２０の位置、走行車両２０の回転度合い、可動操作具３０の回転度合い等に基づいて、可動操作具３０のバケット３４における先端部位３４ｂの位置を決定する。走行車両２０の位置は、車両位置検出装置４０により測定される。走行車両の回転度合いは、ＩＭＵ５１により取得される。可動操作具３０の回転度合いは、ＩＭＵ５２，ＩＭＵ５３，ＩＭＵ５４により取得される。より具体的には、先端部位３４ｂの位置は、例えば、特許第５２３７４０８号公報に記載の演算等、周知のプロセスにより決定されてもよく、そのための演算式等も限定されない。
【0038】
バケット先端部位位置決定部８５は、決定された先端部位３４ｂの位置情報を、表示装置２１ｃにて表示する。例えば、表示装置２１ｃのモニタにて、圃場における走行車両２０近傍の地図上に、先端部位３４ｂのマークを重ねて表示してもよい。これにより、バケット３４の先端部位３４ｂの位置を表示装置２１ｃにて視認でき、運転者の操作をナビゲートすることが可能となる。
【0039】
他方、先端部位３４ｂの位置を精度良く決定するために、車両位置検出装置４０（プライマリアンテナ４１、及び、セカンダリアンテナ４２）、走行車両２０の旋回中心について、予めキャリブレーションを実施しておくことが好適である。これらのキャリブレーションを、以下、「３Ｄキャリブレーション」と称呼することもある。３Ｄキャリブレーションは、外部座標測定装置１００を用いて測定された座標が、プライマリアンテナ位置決
定部８１、セカンダリアンテナ位置決定部８２、及び、車両旋回中心位置決定部８３に送信されて、それぞれ演算されることで実施される。
定部８１、セカンダリアンテナ位置決定部８２、及び、車両旋回中心位置決定部８３に送信されて、それぞれ演算されることで実施される。
【0040】
更に、先端部位３４ｂの位置を精度良く決定するために、回転度検出装置５０（ＩＭＵ５１～５４）、及び、バケット３４の回転角についても、予めキャリブレーションを実施しておくことが好適である。これらのキャリブレーションを、以下、「２Ｄキャリブレーション」と称呼することもある。本実施形態では、バックホー１０による実際の作業を実行する前に、上述の２Ｄキャリブレーション、及び、３Ｄキャリブレーションが、この順序で予め実施されるようになっている。なお、キャリブレーションに際し、各部位の寸法測定が必要となる場合には、例えば、コンベックス、金尺等、所定の機器を用い、各部位の寸法が測定されてもよい。当該所定の機器は、各部位を直接測定できるものであれば任意であり、限定されない。
【0041】
＜２Ｄキャリブレーションのプロセス＞
次に、２Ｄキャリブレーションのプロセスについて説明する。２Ｄキャリブレーションにおいては、以下の５つの補正量を決定する。これらの補正量は、例えば、センサの取付等により生じる誤差を補償し、また、バケット３４の回転軸から先端部位３４ｂまでの角度を算出するために用いられる。
次に、２Ｄキャリブレーションのプロセスについて説明する。２Ｄキャリブレーションにおいては、以下の５つの補正量を決定する。これらの補正量は、例えば、センサの取付等により生じる誤差を補償し、また、バケット３４の回転軸から先端部位３４ｂまでの角度を算出するために用いられる。
【0042】
１．走行車両２０の傾斜センサであるＩＭＵ５１の補正量Ｊ１，Ｊ２
２．ブーム３１の傾斜センサであるＩＭＵ５２の補正量Ｊ３
３．アーム３３の傾斜センサであるＩＭＵ５３の補正量Ｊ４
４．リストリンク３４ｃの傾斜センサであるＩＭＵ５４の補正量Ｊ５
５．バケット３４の内角としての補正量Ｊ６
２．ブーム３１の傾斜センサであるＩＭＵ５２の補正量Ｊ３
３．アーム３３の傾斜センサであるＩＭＵ５３の補正量Ｊ４
４．リストリンク３４ｃの傾斜センサであるＩＭＵ５４の補正量Ｊ５
５．バケット３４の内角としての補正量Ｊ６
【0043】
＜＜１．補正量Ｊ１，Ｊ２＞＞
図４に示すように、水平面に対し、Ｘ方向を軸中心とする走行車両２０の傾斜角をθ１とする。水平面に対し、Ｙ方向を軸中心とする走行車両２０の傾斜角をθ２とする。ＩＭＵ５１を走行車両２０に取り付ける際、ＩＭＵ５１の２軸をＸ方向、Ｙ方向にあわせると、傾斜角θ１，θ２と、補正量Ｊ１，Ｊ２とは、下記（１），（２）式で示す関係となる。下記（１），（２）式において、Ｋ１，Ｋ２は、ＩＭＵ５１の設置方向にて決定され、その絶対値は「１」となる。α１，α２は、ＩＭＵ５１の各軸における出力値である。
図４に示すように、水平面に対し、Ｘ方向を軸中心とする走行車両２０の傾斜角をθ１とする。水平面に対し、Ｙ方向を軸中心とする走行車両２０の傾斜角をθ２とする。ＩＭＵ５１を走行車両２０に取り付ける際、ＩＭＵ５１の２軸をＸ方向、Ｙ方向にあわせると、傾斜角θ１，θ２と、補正量Ｊ１，Ｊ２とは、下記（１），（２）式で示す関係となる。下記（１），（２）式において、Ｋ１，Ｋ２は、ＩＭＵ５１の設置方向にて決定され、その絶対値は「１」となる。α１，α２は、ＩＭＵ５１の各軸における出力値である。
【0044】
θ１＝Ｋ１＊α１＋Ｊ１ ・・・（１）
θ２＝Ｋ２＊α２＋Ｊ２ ・・・（２）
θ２＝Ｋ２＊α２＋Ｊ２ ・・・（２）
【0045】
この関係における補正量Ｊ１，Ｊ２を決定していく。より具体的には、先ず、任意方向にてＩＭＵ５１の出力値α１［１］，α１［２］を取得する。その後、走行車両２０（上部旋回体２１）を、１８０°旋回させた状態にてＩＭＵ５１の出力値α２［１］，α２［２］を取得する。そして、下記（３），（４）式で示す関係から、補正量Ｊ１，Ｊ２を決定する。
【0046】
Ｊ１＝（（Ｋ１＊α１［１］＋Ｋ１＊α１［２］）／２）＊（－１） ・・・（３）
Ｊ２＝（（Ｋ２＊α２［１］＋Ｋ２＊α２［２］）／２）＊（－１） ・・・（４）
Ｊ２＝（（Ｋ２＊α２［１］＋Ｋ２＊α２［２］）／２）＊（－１） ・・・（４）
【0047】
＜＜２．補正量Ｊ３＞＞
図５に示すように、水平面に対するブーム３１の傾斜角をθ３とする。ＩＭＵ５２をブーム３１に取り付ける際、ＩＭＵ５２の軸をブームの回転軸にあわせると、傾斜角θ３と、補正量Ｊ３とは、下記（５）式で示す関係となる。下記（５）式において、Ｋ３は、ＩＭＵ５２の設置方向にて決定され、その絶対値は「１」となる。α３は、ＩＭＵ５２の出
力値である。
図５に示すように、水平面に対するブーム３１の傾斜角をθ３とする。ＩＭＵ５２をブーム３１に取り付ける際、ＩＭＵ５２の軸をブームの回転軸にあわせると、傾斜角θ３と、補正量Ｊ３とは、下記（５）式で示す関係となる。下記（５）式において、Ｋ３は、ＩＭＵ５２の設置方向にて決定され、その絶対値は「１」となる。α３は、ＩＭＵ５２の出
力値である。
【0048】
θ３＝Ｋ３＊α３＋Ｊ３ ・・・（５）
【0049】
この関係における補正量Ｊ３を決定していく。より具体的には、先ず、上述した傾斜角θ１がゼロとなるよう、走行車両２０（上部旋回体２１）を旋回させる。その状態を維持し、ブーム３１、アーム３３の回転軸Ａ３が水平となるよう、ブーム３１の位置を調整する。この際、墨出レーザや水準器等を用い、水平であることを確認する。次に、水平とした状態におけるＩＭＵ５２の出力値α３を取得する。そして、下記（６）式で示す関係から、補正量Ｊ３を決定する。
【0050】
Ｊ３＝（－１）＊Ｋ３＊α３ ・・・（６）
【0051】
＜＜３．補正量Ｊ４＞＞
図６に示すように、水平面に対するアーム３３の傾斜角をθ４とする。ＩＭＵ５３をアーム３３に取り付ける際、ＩＭＵ５３の軸をアーム３３の回転軸にあわせると、傾斜角θ４と、補正量Ｊ４とは、下記（７）式で示す関係となる。下記（７）式において、Ｋ４は、ＩＭＵ５３の設置方向にて決定され、その絶対値は「１」となる。α４は、ＩＭＵ５３の出力値である。
図６に示すように、水平面に対するアーム３３の傾斜角をθ４とする。ＩＭＵ５３をアーム３３に取り付ける際、ＩＭＵ５３の軸をアーム３３の回転軸にあわせると、傾斜角θ４と、補正量Ｊ４とは、下記（７）式で示す関係となる。下記（７）式において、Ｋ４は、ＩＭＵ５３の設置方向にて決定され、その絶対値は「１」となる。α４は、ＩＭＵ５３の出力値である。
【0052】
θ４＝Ｋ４＊α４＋Ｊ４ ・・・（７）
【0053】
この関係における補正量Ｊ４を決定していく。より具体的には、先ず、上述した傾斜角θ１がゼロとなるよう、走行車両２０（上部旋回体２１）を旋回させる。その状態を維持し、アーム３３、バケット３４の回転軸Ａ４が水平に対し垂直となるよう、アーム３３の位置を調整する。この際、墨出レーザや水準器等を用い、垂直であることを確認する。次に、垂直とした状態におけるＩＭＵ５３の出力値α４を取得する。そして、下記（８）式で示す関係から、補正量Ｊ４を決定する。
【0054】
Ｊ４＝（－１）＊Ｋ４＊α４－９０° ・・・（８）
【0055】
＜＜４．補正量Ｊ５＞＞
図７に示すように、水平面に対するリストリンク３４ｃの傾斜角をθ５とする。ＩＭＵ５４をリストリンク３４ｃに取り付ける際、ＩＭＵ５４の軸をリストリンク３４ｃの回転軸にあわせると、傾斜角θ５と、補正量Ｊ５とは、下記（９）式で示す関係となる。下記（９）式において、Ｋ５は、ＩＭＵ５４の設置方向にて決定され、その絶対値は「１」となる。α５は、ＩＭＵ５４の出力値である。
図７に示すように、水平面に対するリストリンク３４ｃの傾斜角をθ５とする。ＩＭＵ５４をリストリンク３４ｃに取り付ける際、ＩＭＵ５４の軸をリストリンク３４ｃの回転軸にあわせると、傾斜角θ５と、補正量Ｊ５とは、下記（９）式で示す関係となる。下記（９）式において、Ｋ５は、ＩＭＵ５４の設置方向にて決定され、その絶対値は「１」となる。α５は、ＩＭＵ５４の出力値である。
【0056】
θ５＝Ｋ５＊α５＋Ｊ５ ・・・（９）
【0057】
この関係における補正量Ｊ５を決定していく。より具体的には、先ず、上述した傾斜角θ１がゼロとなるよう、走行車両２０（上部旋回体２１）を旋回させる。その状態を維持し、図７に示すリストリンク３４ｃにおける回転軸Ａ５が水平となるよう、バケット３４の位置を調整する。この際、墨出レーザや水準器等を用い、水平であることを確認する。次に、水平とした状態におけるＩＭＵ５４の出力値α５を取得する。そして、下記（１０）式で示す関係から、補正量Ｊ５を決定する。
【0058】
Ｊ５＝（－１）＊Ｋ５＊α５ ・・・（１０）
【0059】
＜＜５．補正量Ｊ６＞＞
図８に示すように、水平面に対するバケット３４の回転軸から先端部位３４ｂまでの方向の傾斜角をθ６とする。傾斜角θ６と、バケット３４の内角としての補正量Ｊ６とは、下記（１１）式で示す関係となる。下記（１１）式において、βは、リストリンク３４ｃの各種寸法、リストリンク３４ｃ及びアーム３３の傾斜角等に基づく値である。
図８に示すように、水平面に対するバケット３４の回転軸から先端部位３４ｂまでの方向の傾斜角をθ６とする。傾斜角θ６と、バケット３４の内角としての補正量Ｊ６とは、下記（１１）式で示す関係となる。下記（１１）式において、βは、リストリンク３４ｃの各種寸法、リストリンク３４ｃ及びアーム３３の傾斜角等に基づく値である。
【0060】
θ６＝β＋Ｊ６ ・・・（１１）
【0061】
この関係における補正量Ｊ６を決定していく。より具体的には、先ず、上述した傾斜角θ１がゼロとなるよう、走行車両２０（上部旋回体２１）を旋回させる。その状態を維持し、バケット３４の回転軸Ａ６及び先端部位３４ｂの方向が水平に対し垂直となるよう、バケット３４の位置を調整する。この際、墨出レーザや水準器等を用い、垂直であることを確認する。次に、水平とした状態における値βを取得する。そして、下記（１２）式で示す関係から、補正量Ｊ６を決定する。ここにおいて、値βは、下記（１３）式で示す関係と、上記傾斜角θ４と、値δ，μ１，μ２と、に基づいて決定される。
【0062】
Ｊ６＝（－１）＊β－９０° ・・・（１２）
β＝１８０°－μ１－μ２－δ－θ４ ・・・（１３）
β＝１８０°－μ１－μ２－δ－θ４ ・・・（１３）
【0063】
ここにおいて、値δ，μ１，μ２は、図９にて同記号で示す各角度に対応する値であり、下記（１４），（１５），（１６）式により算出される。下記（１５），（１６）式において、値ｄは、下記（１７）式により算出される。下記（１４），（１５），（１６），（１７）式において、値Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、図９にて同記号で示す各距離に対応する値である。
【0064】
δ＝ａｒｃｓｉｎ（Ｌ５／Ｌ２） ・・・（１４）
μ１＝ａｒｃｃｏｓ（（Ｌ２＊Ｌ２＋ｄ＊ｄ－Ｌ１＊Ｌ１）／（２＊Ｌ２＊ｄ）） ・・・（１５）
μ２＝ａｒｃｃｏｓ（（Ｌ３＊Ｌ３＋ｄ＊ｄ－Ｌ４＊Ｌ４）／（２＊Ｌ３＊ｄ）） ・・・（１６）
ｄ＝√（Ｌ１＊Ｌ１＋Ｌ２＊Ｌ２－２＊Ｌ１＊Ｌ２＊ｃｏｓ（θ４＋δ＋θ５）） ・・・（１７）
μ１＝ａｒｃｃｏｓ（（Ｌ２＊Ｌ２＋ｄ＊ｄ－Ｌ１＊Ｌ１）／（２＊Ｌ２＊ｄ）） ・・・（１５）
μ２＝ａｒｃｃｏｓ（（Ｌ３＊Ｌ３＋ｄ＊ｄ－Ｌ４＊Ｌ４）／（２＊Ｌ３＊ｄ）） ・・・（１６）
ｄ＝√（Ｌ１＊Ｌ１＋Ｌ２＊Ｌ２－２＊Ｌ１＊Ｌ２＊ｃｏｓ（θ４＋δ＋θ５）） ・・・（１７）
【0065】
以上のように、２Ｄキャリブレーションにおいて、補正量Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６が決定される。決定された補正量Ｊ１～Ｊ６は、例えば、ＥＣＵ９０が別途備えるメモリに格納され、位置決定装置８０での演算の際、適宜読み出されるようにしてもよい。
【0066】
＜３Ｄキャリブレーションのプロセス＞
次に、３Ｄキャリブレーションのプロセスについて説明する。３Ｄキャリブレーションにおいては、以下の３つの位置を決定する。３Ｄキャリブレーションは、上述した２Ｄキャリブレーションの完了後に実施される。即ち、３Ｄキャリブレーションに、上述の傾斜角θ１～θ６が用いられる場合には、２Ｄキャリブレーションにて決定された補正量Ｊ１～Ｊ６にて補正されたものが用いられる。
次に、３Ｄキャリブレーションのプロセスについて説明する。３Ｄキャリブレーションにおいては、以下の３つの位置を決定する。３Ｄキャリブレーションは、上述した２Ｄキャリブレーションの完了後に実施される。即ち、３Ｄキャリブレーションに、上述の傾斜角θ１～θ６が用いられる場合には、２Ｄキャリブレーションにて決定された補正量Ｊ１～Ｊ６にて補正されたものが用いられる。
【0067】
１．車両座標系におけるプライマリアンテナ４１上の所定の点に対応する座標位置
２．車両座標系におけるセカンダリアンテナ４２上の所定の点に対応する座標位置
３．車両座標系における走行車両２０の旋回中心の点に対応する座標位置
２．車両座標系におけるセカンダリアンテナ４２上の所定の点に対応する座標位置
３．車両座標系における走行車両２０の旋回中心の点に対応する座標位置
【0068】
３Ｄキャリブレーションでは、バックホー１０の所定の点に対応する座標を、外部座標測定装置１００を用いて測定される。外部座標測定装置１００は、バックホー１０から離
間して設置され、測定系座標における座標として、バックホー１０の所定の点に対応する座標を測定するものである。外部座標測定装置１００は、例えば、トータルステーション、３Ｄスキャナ、レーザトラッカー等であり、座標を測定できるものであれば、何れの機器、システム、手法が用いられてもよい。
間して設置され、測定系座標における座標として、バックホー１０の所定の点に対応する座標を測定するものである。外部座標測定装置１００は、例えば、トータルステーション、３Ｄスキャナ、レーザトラッカー等であり、座標を測定できるものであれば、何れの機器、システム、手法が用いられてもよい。
【0069】
外部座標測定装置１００においては、３次元の測定座標系が構成される。測定座標系では、第２原点Ｏ２、第４方向、第５方向、及び、第６方向が規定されている。第２原点Ｏ２は、外部座標測定装置１００にて測定可能な範囲内における、任意の点である。第４方向は、水平面に沿って第２原点Ｏ２を通る方向である。第５方向は、第４方向と直交し、且つ、水平面に沿って第２原点Ｏ２を通る方向である。第６方向は、第４方向及び第５方向のそれぞれと直交し、且つ、鉛直方向に沿って第２原点Ｏ２を通る方向である。本実施形態では、第４方向はＳ方向、第５方向はＴ方向、第６方向はＵ方向に対応している（図１１～図１４を参照）。即ち、測定座標系は、任意の点を第２原点Ｏ２とし、Ｓ方向、Ｔ方向、及び、Ｕ方向にて構成されている。
【0070】
＜＜１．プライマリアンテナの座標位置＞＞
図１０に示すように、先ず、走行車両２０を旋回させて、車両座標系における、ＩＭＵ５１により取得されるＸ方向を軸とした傾斜角θ１（以下、「ロール角θ１」とも称呼する。）がゼロとなった状態で、旋回を完了する。この状態を、ロール角ゼロ状態と称呼する。即ち、バックホー１０は、ロール角ゼロ状態を達成可能に構成されている。旋回の完了後、ロール角ゼロ状態の姿勢を維持する。
図１０に示すように、先ず、走行車両２０を旋回させて、車両座標系における、ＩＭＵ５１により取得されるＸ方向を軸とした傾斜角θ１（以下、「ロール角θ１」とも称呼する。）がゼロとなった状態で、旋回を完了する。この状態を、ロール角ゼロ状態と称呼する。即ち、バックホー１０は、ロール角ゼロ状態を達成可能に構成されている。旋回の完了後、ロール角ゼロ状態の姿勢を維持する。
【0071】
次に、車両座標系における、ロール角ゼロ状態での、バケットピン３４ａの中心点に対応する第１座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を決定する。第１座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は、例えば、ブーム３１、アーム３３の寸法、ＩＭＵ５２、ＩＭＵ５３により取得されて補正量を反映した傾斜角等に基づき、プライマリアンテナ位置決定部８１にて決定される。なお、第１座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）におけるＹ１は、ゼロである。
【0072】
次に、車両座標系における、ロール角ゼロ状態での、ＩＭＵ５１により取得されるＹ方向を軸とした傾斜角θ２（以下、「ピッチ角θ２」とも称呼する。）を取得する。取得されたピッチ角θ２は、ＩＭＵ５１からプライマリアンテナ位置決定部８１に送信される。
【0073】
図１１に示すように、次に、測定座標系における、ロール角ゼロ状態での、掘削軸上の点に対応する第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）と、バケット３４の先端部位３４ｂに対応する第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）とを測定する。ここにおいて、掘削軸上の測定点は、例えば、ブーム３１上の点であって、ブームピン３１ａからバケットピン３４ａの間における任意の点であってもよい。第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、及び、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）は、例えば、バックホー１０の側面から、外部座標測定装置１００により測定される。測定された第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、及び、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）は、外部座標測定装置１００からプライマリアンテナ位置決定部８１に送信される。
【0074】
次に、測定座標系における、ロール角ゼロ状態での第１方位角γ１を取得する。第１方位角γ１は、測定座標系において、水平面上のＳ方向に対する成す角である。第１方位角γ１は、上記測定された第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、及び、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）に基づき、プライマリアンテナ位置決定部８１にて決定される。より具体的には、例えば、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、及び、下記（１８）式により、第１方位角γ１が決定される。
【0075】
γ１＝ａｒｃｔａｎ（（Ｔ３－Ｔ２）／（Ｓ３－Ｓ２））＊（１８０／π） ・・・（１８）
【0076】
図１２に示すように、次に、測定座標系における、ロール角ゼロ状態での、バケットピン３４ａの中心位置に対応する第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）を測定する。第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）は、例えば、バックホー１０の側面から、外部座標測定装置１００により測定される。測定された第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）は、外部座標測定装置１００からプライマリアンテナ位置決定部８１に送信される。
【0077】
次に、測定座標系における、ブームピン３１ａの中心位置に対応するベクトルＢを決定する。ベクトルＢは、例えば、ベクトルＭ、ベクトルＮ、ベクトルＫ、ベクトルＤ、及び、下記（１９）式により、プライマリアンテナ位置決定部８１にて決定される。ここにおいて、ベクトルＭは、測定座標系における、上記測定された第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）に対応するベクトルである。ベクトルＮは、測定座標系における、バックホー１０の方位ベクトルであり、例えば、上記決定された第１方位角γ１、及び、下記（２０）式により決定される。ベクトルＫは、測定座標系における、掘削軸上のべクトルであり、例えば、上記測定された第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）に基づき決定される。ベクトルＤは、測定座標系における、ブームピン３１ａからバケットピン３４ａに向かうベクトルであり、例えば、上記決定された第１座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、及び、ピッチ角θ２に基づき決定される。なお、ベクトルＭ，Ｎ，Ｋ，Ｄは、プライマリアンテナ位置決定部８１にて決定される。
【0078】
Ｂ＝（Ｎ・（Ｍ－Ｋ））×Ｎ＋Ｋ－Ｄ ・・・（１９）
Ｎ＝（ｃｏｓ（γ１），ｓｉｎ（γ１），０） ・・・（２０）
Ｎ＝（ｃｏｓ（γ１），ｓｉｎ（γ１），０） ・・・（２０）
【0079】
次に、測定座標系における、ロール角ゼロ状態での、プライマリアンテナ４１上の点に対応する第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）を測定する。ここにおいて、プライマリアンテナ４１上の測定点は、例えば、プライマリアンテナ４１及びセカンダリアンテナ４２が別体である場合、上面視におけるプライマリアンテナ４１の中心点Ｐ１（図２、及び、図１３を参照）である。これに代えて、例えば、プライマリアンテナ４１及びセカンダリアンテナ４２が一体である場合には、プライマリアンテナ４１寄りのネジ穴等の部位に対応する点が、測定点として用いられてもよい。第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）は、例えば、バックホー１０の側面から、外部座標測定装置１００により測定される。測定された第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）は、外部座標測定装置１００からプライマリアンテナ位置決定部８１に送信される。
【0080】
そして、プライマリアンテナ位置決定部８１にて、上記測定された第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）に対応するベクトルから、上記（１９）式にて決定されたベクトルＢを減算する。この減算して得られたベクトルを、上記（１８）式にて決定された第１方位角γ１をもって、Ｚ方向の軸を中心に回転させる。回転させて得られた座標は、車両座標系における、プライマリアンテナ４１の中心点に対応する第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）となる。このように、プライマリアンテナ４１の位置として、プライマリアンテナ位置決定部８１にて、第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）が決定されるようになっている。
【0081】
＜＜２．セカンダリアンテナの座標位置＞＞
図１３に示すように、先ず、測定座標系における、ロール角ゼロ状態での、プライマリアンテナ４１上の点に対応する第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、セカンダリアンテナ４２上の点に対応する第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）を測定する。第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）としては、上述したプライマリアンテナ４１の第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）を決定する際に、測定されたものが援用されてもよい。
図１３に示すように、先ず、測定座標系における、ロール角ゼロ状態での、プライマリアンテナ４１上の点に対応する第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、セカンダリアンテナ４２上の点に対応する第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）を測定する。第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）としては、上述したプライマリアンテナ４１の第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）を決定する際に、測定されたものが援用されてもよい。
【0082】
セカンダリアンテナ４２上の測定点は、例えば、プライマリアンテナ４１及びセカンダ
リアンテナ４２が別体である場合、上面視におけるセカンダリアンテナ４２の中心点Ｐ２（図２を参照）である。これに代えて、例えば、プライマリアンテナ４１及びセカンダリアンテナ４２が一体である場合には、セカンダリアンテナ４２寄りのネジ穴等の部位に対応する点が、測定点として用いられてもよい。第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）は、例えば、バックホー１０の側面から、外部座標測定装置１００により測定される。測定された第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）は、外部座標測定装置１００からセカンダリアンテナ位置決定部８２に送信される。
リアンテナ４２が別体である場合、上面視におけるセカンダリアンテナ４２の中心点Ｐ２（図２を参照）である。これに代えて、例えば、プライマリアンテナ４１及びセカンダリアンテナ４２が一体である場合には、セカンダリアンテナ４２寄りのネジ穴等の部位に対応する点が、測定点として用いられてもよい。第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）は、例えば、バックホー１０の側面から、外部座標測定装置１００により測定される。測定された第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）は、外部座標測定装置１００からセカンダリアンテナ位置決定部８２に送信される。
【0083】
次に、測定座標系における、ロール角ゼロ状態での第２方位角γ２を取得する。第２方位角γ２は、測定座標系において、水平面上のＳ方向に対する成す角である。第２方位角γ２は、上記測定された第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）に基づき、セカンダリアンテナ位置決定部８２にて決定される。より具体的には、例えば、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）、及び、下記（２１）式により、第２方位角γ２が決定される。第２方位角γ２は、図２の破線で示すように、プライマリアンテナ４１からセカンダリアンテナ４２に向かう方向と、Ｘ方向との成す角に対応している。
【0084】
γ２＝ａｒｃｔａｎ（（Ｔ７－Ｔ５）／（Ｓ７－Ｓ５））＊（１８０／π） ・・・（２１）
【0085】
そして、セカンダリアンテナ位置決定部８２にて、上記決定された第２方位角γ２と、上記決定されたプライマリアンテナ４１の第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）と、に基づいて、車両座標系における、セカンダリアンテナ４２の中心点に対応する第８座標（Ｘ８，Ｙ８，Ｚ８）を決定する。このように、セカンダリアンテナ４２の位置として、セカンダリアンテナ位置決定部８２にて、第８座標（Ｘ８，Ｙ８，Ｚ８）が決定されるようになっている。
【0086】
＜＜３．旋回中心の点に対応する座標位置＞＞
図１４に示すように、先ず、測定座標系における、ロール角ゼロ状態での、可動操作具３０上の所定の点の円弧軌跡上の第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）を測定する。当該円弧軌跡は、走行車両２０の旋回にて描かれるものである。可動操作具３０上の所定の点は、任意の位置に対応する点であるが、旋回中心の位置からより離間した位置の点が用いられると好適である。
図１４に示すように、先ず、測定座標系における、ロール角ゼロ状態での、可動操作具３０上の所定の点の円弧軌跡上の第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）を測定する。当該円弧軌跡は、走行車両２０の旋回にて描かれるものである。可動操作具３０上の所定の点は、任意の位置に対応する点であるが、旋回中心の位置からより離間した位置の点が用いられると好適である。
【0087】
本実施形態では、上述した円弧軌跡を描くにあたり、先ず、ロール角ゼロ状態の所定の姿勢から、走行車両２０を９０°旋回させる。旋回後の状態を維持し、可動操作具３０上の所定の点に対応する１つ目の第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）を測定する。次に、更に走行車両２０を９０°旋回させて、最初の状態から１８０°旋回後の状態を維持する。この状態で、可動操作具３０上の所定の点に対応する２つ目の第９座標（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）を測定する。次に、更に走行車両２０を９０°旋回させて、最初の状態から２７０°旋回後の状態を維持する。この状態で、可動操作具３０上の所定の点に対応する３つ目の第９座標（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）を測定する。そして、更に走行車両２０を９０°旋回させて、最初の状態から３６０°旋回後の状態を維持する。この状態で、可動操作具３０上の所定の点に対応する４つ目の第９座標（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）を測定する。
【0088】
これら４つの第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）は、例えば、バックホー１０の
側面から、外部座標測定装置１００により測定される。測定された第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）は、外部座標測定装置１００から車両旋回中心位置決定部８３に送信される。
側面から、外部座標測定装置１００により測定される。測定された第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）は、外部座標測定装置１００から車両旋回中心位置決定部８３に送信される。
【0089】
次に、車両旋回中心位置決定部８３にて、上記測定された第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）に基づいて、測定座標系における旋回中心点Ｃを決定する。より具体的には、例えば、先ず、第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）がフィットする面を、最小二乗法により求める。次に、当該フィットする面に第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）を投影し、これらの座標を全て通る円弧を決定する。そして、決定された円弧における中心点を、測定座標系における旋回中心点Ｃとして決定してもよい。
【0090】
なお、本実施形態では、第９座標を４つ測定するようになっているが、これに代えて、測定点数を５つ以上としてもよい。この場合、９０°よりも小刻みとなる角度にて、走行車両２０を旋回させる毎に、外部座標測定装置１００にて座標を測定するようにしてもよい。また、第９座標の測定点数を３つ以下の複数としてもよい。この場合、９０°よりも粗刻みとなる角度にて、走行車両２０を旋回させる毎に、外部座標測定装置１００にて座標を測定するようにしてもよい。
【0091】
次に、車両旋回中心位置決定部８３にて、上記決定された測定座標系における旋回中心点Ｃの座標と、上記（１９）式にて決定されたベクトルＢとに基づいて、ブームピン３１ａの中心位置から旋回中心点に向かうベクトルＥを決定する。ベクトルＢとしては、上述したプライマリアンテナ４１の第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）を求める際に、決定されたものが援用されてもよい。
【0092】
そして、車両旋回中心位置決定部８３にて、上記決定されたベクトルＥを、上記（１８）式にて決定された第１方位角γ１をもってＺ方向の軸を中心に回転させ、次いで、ＩＭＵ５１にて取得されたピッチ角θ２をもってＹ方向の軸を中心に回転させる。回転させて得られた座標は、車両座標系における、走行車両２０の旋回中心の点に対応する第１０座標（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）となる。このように、走行車両２０の旋回中心の点に対応する位置として、車両旋回中心位置決定部８３にて、第１０座標（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）が決定されるようになっている。
【0093】
以上のように、３Ｄキャリブレーションにおいて、図１、及び、図２に示すように、車両座標系において、第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）、第８座標（Ｘ８，Ｙ９，Ｚ８）、及び、第１０座標（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）が、プライマリアンテナ４１の中心点Ｐ１、セカンダリアンテナ４２の中心点Ｐ２、及び、走行車両２０の旋回の中心点Ｐ３の、それぞれの位置に対応するよう決定される。バケット先端部位位置決定部８５では、３Ｄキャリブレーションにて決定された座標、及び、２Ｄキャリブレーションにて決定された補正量が用いられ、先端部位３４ｂの位置が決定される。即ち、２Ｄ，３Ｄキャリブレーションを経て決定された先端部位３４ｂを、表示装置２１ｃに表示できるため、運転者の操作を精度良くナビゲートすることが可能となる。
【0094】
＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本発明の実施形態に係る位置決定装置８０によれば、３Ｄキャリブレーションのための、プライマリアンテナ位置決定部８１が備えられている。プライマリアンテナ位置決定部８１は、プライマリアンテナ４１の位置として、車両座標系におけ
るプライマリアンテナ４１上の中心点Ｐ１に対応する第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）を決定するようになっている。プライマリアンテナ位置決定部８１では、第１原点Ｏ１、第１座標（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）、ピッチ角θ２、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第１方位角γ１に基づいて、第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）が決定される。
以上説明したように、本発明の実施形態に係る位置決定装置８０によれば、３Ｄキャリブレーションのための、プライマリアンテナ位置決定部８１が備えられている。プライマリアンテナ位置決定部８１は、プライマリアンテナ４１の位置として、車両座標系におけ
るプライマリアンテナ４１上の中心点Ｐ１に対応する第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）を決定するようになっている。プライマリアンテナ位置決定部８１では、第１原点Ｏ１、第１座標（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）、ピッチ角θ２、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第１方位角γ１に基づいて、第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）が決定される。
【0095】
これによれば、測定系座標における各座標を測定することで、ベクトル演算等を経て、容易且つ精度良く第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）を決定できる。即ち、バケット３４の先端部位３４ｂの位置決定に際し、プライマリアンテナ４１の位置に対する較正を、容易且つ精度良く実施することができる。
【0096】
本発明の実施形態では特に、３Ｄキャリブレーションのための、セカンダリアンテナ位置決定部８２が備えられている。セカンダリアンテナ位置決定部８２は、セカンダリアンテナ４２の位置として、車両座標系におけるセカンダリアンテナ４２上の中心点Ｐ２に対応する第８座標（Ｘ８，Ｙ８，Ｚ８）を決定するようになっている。セカンダリアンテナ位置決定部８２では、第６座標（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）、及び、第２方位角γ２に基づいて、第８座標（Ｘ８，Ｙ８，Ｚ８）が決定される。第２方位角γ２は、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、及び、第７座標（Ｘ７，Ｙ７，Ｚ７）に基づいて取得される。
【0097】
これによれば、測定系座標における各座標を測定することで、容易且つ精度良く第２方位角γ２を取得でき、第２方位角γ２を用いて第８座標（Ｘ８，Ｙ８，Ｚ８）を容易に決定できる。従って、プライマリアンテナ４１の位置に加え、セカンダリアンテナ４２の位置に対するそれぞれの較正を、容易且つ精度良く実施することができる。
【0098】
本発明の実施形態では特に、作業機はバックホー１０であり、可動操作具３０は、ブームピン３１ａを介して走行車両２０と接続されるブーム３１と、アーム３３と、バケットピン３４ａを介してアーム３３と接続されるバケット３４と、を備える。プライマリアンテナ位置決定部８１においては、第１原点Ｏ１として、ブームピン３１ａ上の中心点が用いられる。第１座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）として、バケットピン３４ａ上の中心点が用いられる。第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）として、ブーム３１上の点が用いられる。第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）として、バケット３４の先端部位３４ｂの点が用いられる。第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）として、バケットピン３４ａ上の中心点が用いられる。
【0099】
これによれば、測定系座標の各座標を測定するに際し、バックホー１０の構成部位において測定し易い点を、用いることができる。従って、測定系座標の各座標を、容易且つ精度良く測定することができる。
【0100】
本発明の実施形態では特に、３Ｄキャリブレーションのための、車両旋回中心位置決定部８３が備えられている。車両旋回中心位置決定部８３は、走行車両２０の旋回中心の位置として、車両座標系における走行車両２０の旋回の中心点Ｐ３に対応する第１０座標（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）を決定するようになっている。車両旋回中心位置決定部８３では、第１原点Ｏ１、第１座標（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）、ピッチ角θ２、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第１方位角γ１、及び、４つの第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）に基づいて、第１０座標（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）が決定される。４つの第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）は、走行車両２０の旋回にて描かれる、可動操作具３０上の所定の点の円弧軌跡上の座標である。
【0101】
これによれば、４つの第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）を測定することで、容易且つ精度良く測定系座標における旋回中心点Ｃを決定でき、旋回中心点Ｃを用いて第１０座標（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）を容易に決定できる。従って、プライマリアンテナ４１及びセカンダリアンテナ４２の位置に加え、走行車両２０の旋回中心の位置に対するそれぞれの較正を、容易且つ精度良く実施することができる。
【0102】
本発明の実施形態では特に、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）、及び、４つの第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）が、バックホー１０から離間して設置された、外部座標測定装置１００を用いて測定される。
【0103】
これによれば、外部座標測定装置１００を用いることで、測定座標系における各座標を、さらに容易且つ精度良く測定することができる。
【0104】
［変形例］
本発明の実施形態に係る位置決定装置８０においては、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）、及び、４つの第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）の全てが、外部座標測定装置１００を用いて測定される。これに代えて、例えば、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）、及び、４つの第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）の全てではなく、これらのうち、１つ又は２つ以上が外部座標測定装置１００を用いて測定されてもよい。
本発明の実施形態に係る位置決定装置８０においては、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）、及び、４つの第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）の全てが、外部座標測定装置１００を用いて測定される。これに代えて、例えば、第２座標（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）、第３座標（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）、第４座標（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）、第５座標（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）、第７座標（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）、及び、４つの第９座標（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）の全てではなく、これらのうち、１つ又は２つ以上が外部座標測定装置１００を用いて測定されてもよい。
【0105】
今回開示された上記各実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが、意図される。
【符号の説明】
【0106】
１０…バックホー、２０…走行車両、３０…可動操作具、３１…ブーム、３１ａ…ブームピン、３３…アーム、３４…バケット、３４ａ…バケットピン、３４ｂ…先端部位、３４ｃ…リストリンク、４０…車両位置検出装置、４１…プライマリアンテナ、４２…セカンダリアンテナ、５０…回転度検出装置、５１…ＩＭＵ、５２…ＩＭＵ、５３…ＩＭＵ、５４…ＩＭＵ、８０…位置決定装置、８１…プライマリアンテナ位置決定部、８２…セカンダリアンテナ位置決定部、８３…車両旋回中心位置決定部、８５…バケット先端部位位置決定部、９０…ＥＣＵ、Ｏ１…第１原点、Ｏ２…第２原点、（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）…第１座標、（Ｓ２，Ｔ２，Ｕ２）…第２座標、（Ｓ３，Ｔ３，Ｕ３）…第３座標、（Ｓ４，Ｔ４，Ｕ４）…第４座標、（Ｓ５，Ｔ５，Ｕ５）…第５座標、（Ｘ６，Ｙ６，Ｚ６）…第６座標、（Ｓ７，Ｔ７，Ｕ７）…第７座標、（Ｘ８，Ｙ８，Ｚ８）…第８座標、（Ｓ９１，Ｔ９１，Ｕ９１）…第９座標、（Ｓ９２，Ｔ９２，Ｕ９２）…第９座標、（Ｓ９３，Ｔ９３，Ｕ９３）…第９座標、（Ｓ９４，Ｔ９４，Ｕ９４）…第９座標、（Ｘ１０，Ｙ１０，Ｚ１０）…第１０座標、Ｂ…ベクトル、Ｃ…旋回中心、Ｄ…ベクトル、Ｅ…ベクトル、γ１…第１方位角、γ２…第２方位角、θ１…ロール角、θ２…ピッチ角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
