知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-13
(45)【発行日】2023-09-22
(54)【発明の名称】位置決定装置
(51)【国際特許分類】
G01S 19/49 20100101AFI20230914BHJP
E02F 3/43 20060101ALI20230914BHJP
E02F 9/26 20060101ALI20230914BHJP
【ＦＩ】
G01S19/49
E02F3/43 A
E02F9/26 A
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2023038507
(22)【出願日】2023-03-13
【審査請求日】2023-03-13
(31)【優先権主張番号】P 2022055479
(32)【優先日】2022-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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】安富 敏
(72)【発明者】
【氏名】池田 充宏
(72)【発明者】
【氏名】ブリセニョ 穂世
(72)【発明者】
【氏名】江夏 偉鵬
(72)【発明者】
【氏名】岡本 和久
【審査官】湯本 照基
(56)【参考文献】
【文献】実開平０５－０４２３４３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】再公表特許第２０１５／１８１９９０（ＪＰ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２１／０６４７７５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／１７３９２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／０４３８９８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２１／０６５３８４（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ １９／４９
Ｅ０２Ｆ ３／４３
Ｅ０２Ｆ ９／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
走行車両と、前記走行車両から離間する先端部位に向かって延びる可動操作具と、
を備えた作業機において、
平面視において前記走行車両の車幅方向に沿い、且つ、略水平な方向である第１方向と、
正面視において前記走行車両の車高方向に沿い、且つ、前記第１方向と直交する第２方向と、が規定され、
前記可動操作具は、
前記第１方向と平行な軸である第１ブーム支軸を介して前記走行車両に支持され、前記第１ブーム支軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記正面視において前記先端部位の前記第２方向の移動を可能とする第１回転部位としての第１ブームと、
前記第２方向と平行な軸である第２ブーム支軸を介して前記第１ブームの端部に支持され、前記第２ブーム支軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記平面視において前記先端部位の前記第１方向の移動を可能とする第２回転部位としての第２ブームと、
前記第１方向と平行な軸であるアーム支軸を介して前記第２ブームの端部に支持され、前記アーム支軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記正面視において前記先端部位の前記第２方向の移動を可能とするアームと、
前記第１方向と平行な軸であるバケット支軸を介して前記アームの端部に支持され、前記バケット支軸を中心として回転可能であって、回転径方向における最外部位に相当
する前記先端部位が設けられ、回転することで、前記正面視において前記先端部位の前記第２方向の移動を可能とするバケットと、
を備えた作業機
に適用される位置決定装置であって、
前記走行車両の所定部位の位置を測定する車両位置測定手段と、
前記走行車両の回転度合いを取得する車両回転度取得手段と、
前記第１回転部位の回転度合いを取得する第１回転度取得手段と、
前記第２回転部位の回転度合いを取得する第２回転度取得手段と、
前記測定された前記走行車両の前記所定部位の位置と、前記取得された前記走行車両の回転度合いと、前記取得された第１回転部位の回転度合いと、前記取得された前記第２回転部位の回転度合いと、に基づいて、前記可動操作具の前記先端部位の位置を決定する位置決定手段であって、
前記第１方向の成分をＭ、前記第２方向の成分をＮ、及び、前記第１、第２方向のそれぞれと直交する第３方向の成分をＬとして表記される座標（Ｌ，Ｍ，Ｎ）において、
前記作業機が基準となる姿勢および位置にて静止している状態である基準状態における、
前記車両位置測定手段の基準座標、前記第１ブーム支軸の基準座標、前記アーム支軸の基準座標、前記バケット支軸の基準座標、前記先端部位の基準座標、及び、前記第２ブーム支軸の基準座標を、
（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）、（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）、（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）、（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）、（Ｘｓ４，Ｙｓ４，Ｚｓ４）、及び、（Ｘｓ５，Ｙｓ５，Ｚｓ５）
とそれぞれ規定し、
前記作業機が前記基準状態から移動したときに、前記基準状態からの前記走行車両の回転度合いが回転角Ａ０、前記基準状態からの前記第１ブームの回転度合いが回転角Ａ１、前記基準状態からの前記アームの回転度合いが回転角Ａ２、及び、前記基準状態からの前記バケットの回転度合いが回転角Ａ３となったときにおける、
前記車両位置測定手段の座標、前記第１ブーム支軸の座標、前記アーム支軸の座標、前記バケット支軸の座標、前記先端部位の座標、及び、前記第２ブーム支軸の座標を、
（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）、（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）、（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）、及び、（Ｘ５，Ｙ５，Ｚ５）
とそれぞれ規定した場合に、
Ｘ１＝Ｘ０＋（Ｘｓ１―Ｘｓ０）（ｃｏｓ（Ａ０））
＋（Ｚｓ１―Ｚｓ０）（ｓｉｎ（Ａ０））
Ｙ１＝Ｙ０＋（Ｙｓ１―Ｙｓ０）
Ｚ１＝Ｘ０＋（Ｘｓ１―Ｘｓ０）（―ｓｉｎ（Ａ０））
＋（Ｚｓ１―Ｚｓ０）（ｃｏｓ（Ａ０））
と決定し、
Ｘ２＝Ｘ１＋（Ｘｓ２―Ｘｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））
＋（Ｚｓ２―Ｚｓ１）（ｓｉｎ（Ａ１））
Ｙ２＝Ｙ１＋（Ｙｓ２―Ｙｓ１）
Ｚ２＝Ｘ１＋（Ｘｓ２―Ｘｓ１）（―ｓｉｎ（Ａ１））
＋（Ｚｓ２―Ｚｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））
と決定し、
Ｘ３＝Ｘ２＋（Ｘｓ３―Ｘｓ２）（ｃｏｓ（Ａ２））
＋（Ｚｓ３―Ｚｓ２）（ｓｉｎ（Ａ２））
Ｙ３＝Ｙ２＋（Ｙｓ３―Ｙｓ２）
Ｚ３＝Ｘ２＋（Ｘｓ３―Ｘｓ２）（―ｓｉｎ（Ａ２））
＋（Ｚｓ３―Ｚｓ２）（ｃｏｓ（Ａ２））
と決定し、
Ｘ４＝Ｘ３＋（Ｘｓ４―Ｘｓ３）（ｃｏｓ（Ａ３））
＋（Ｚｓ４―Ｚｓ３）（ｓｉｎ（Ａ３））
Ｙ４＝Ｙ３＋（Ｙｓ４―Ｙｓ３）
Ｚ４＝Ｘ３＋（Ｘｓ４―Ｘｓ３）（―ｓｉｎ（Ａ３））
＋（Ｚｓ４―Ｚｓ３）（ｃｏｓ（Ａ３））
と決定し、
Ｘ５＝Ｘ１＋（Ｘｓ５―Ｘｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））
＋（Ｚｓ５―Ｚｓ１）（ｓｉｎ（Ａ１））
Ｙ５＝Ｙ１＋（Ｙｓ５―Ｙｓ１）
Ｚ５＝Ｘ１＋（Ｘｓ５―Ｘｓ１）（―ｓｉｎ（Ａ１））
＋（Ｚｓ５―Ｚｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））
と決定し、
さらに、前記基準状態からの前記第２ブームの回転度合いが回転角Ａ４となったときにおける、
前記先端部位の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と規定した場合に、
Ｘ＝Ｘ５＋(Ｘ４―Ｘ５)（ｃｏｓ（Ａ４））―(Ｙ４―Ｙ５)（ｓｉｎ（Ａ４））
Ｙ＝Ｙ５＋(Ｘ４―Ｘ５)（ｓｉｎ（Ａ４））＋(Ｙ４―Ｙ５)（ｃｏｓ（Ａ４））
Ｚ＝Ｚ４
と決定する位置決定手段と、
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、
前記第２回転部位の回転の中心となる前記軸に同軸的に固定された軸部材、及び、前記第２回転部位の回転に伴って前記軸に対して相対回転する部位に固定され且つ前記軸部材と相対回転可能な回転部材を有し、前記軸部材に対する前記回転部材の回転度合いを検出し、前記軸部材に対する前記回転部材の回転度合いに対応する信号を送出する回転度検出装置
を備え、
前記第２回転度取得手段は、
前記回転度検出装置により送出された信号に基づいて、前記第２回転部位の回転度合いを取得するように構成された
位置決定装置。
【請求項3】
請求項１に記載の位置決定装置において、前記作業機は、
一端が前記第２回転部位に固定され、他端が前記第１回転部位または前記走行車両に固定され、前記一端から前記他端に向かう方向の直線距離が可変な棒部材と、
前記直線距離を検出し、前記直線距離に対応する信号を送出する直線距離検出装置と、
を備え、
前記第２回転部位は、
前記棒部材の前記直線距離の変化に応じて、前記第２方向と平行な軸を中心として回転可能に構成され、
前記第２回転度取得手段は、
前記直線距離検出装置により送出された信号に基づいて、前記第２回転部位の回転度合いを取得するように構成された
位置決定装置。
【請求項4】
請求項１に記載の位置決定装置において、前記作業機は、
前記走行車両の前記所定部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記所定部位の位置を検出し、前記所定部位の位置に対応する信号を送出する車両位置検出装置と、
前記第２回転部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記第２回転部位の位置を検出し、前記第２回転部位の位置に対応する信号を送出する回転位置検出装置と、
を備え、
前記車両位置測定手段は、
前記車両位置検出装置により送出された信号に基づいて、前記走行車両の前記所定部位の位置を測定するように構成され、
更に、
前記測定された前記走行車両の前記所定部位の位置に基づいて、前記第２回転部位の回転の中心となる前記軸の位置を取得する軸位置取得手段と、
前記回転位置検出装置により送出された信号に基づいて、前記第２回転部位の位置を測定する回転位置測定手段と、
を備え、
前記第２回転度取得手段は、
前記取得された前記軸の位置と、前記測定された前記第２回転部位の位置と、に基づいて、前記第２回転部位の回転度合いを取得するように構成された
位置決定装置。
【請求項5】
請求項１に記載の位置決定装置において、前記作業機は、
前記第２回転部位の回転の中心となる前記軸の位置に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記軸の位置を検出し、前記軸の位置に対応する信号を送出する軸位置検出装置と、
前記第２回転部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記第２回転部位の位置を検出し、前記第２回転部位の位置に対応する信号を送出する回転位置検出装置と、
を備え、
更に、
前記軸位置検出装置により送出された信号と、前記回転位置検出装置により送出された信号と、に基づいて、前記軸の位置に対する前記第２回転部位の相対位置を取得する相対位置取得手段
を備え、
前記第２回転度取得手段は、
前記取得された前記軸の位置に対する前記第２回転部位の相対位置に基づいて、前記第２回転部位の回転度合いを取得するように構成された
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に適用され、可動操作具の先端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には、バックホーのバケット剣先の位置を求めるための手法が、開示されている。特許文献１の手法では、バックホーにおける機体の位置と、傾きと、ブーム、アーム、バケットそれぞれの回転角度とに基づいて、バケット剣先の位置が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０２１－１４８５８６号公報（請求項７，段落００８３等）
【発明の概要】
【0005】
上記特許文献１の手法では、可動操作具の先端部位の位置の決定にあたり、ブーム、アーム、バケットそれぞれの回転角度が反映される。これらの回転角度は、１つの方向（例えば、平面視において走行車両の車幅方向に沿い、且つ、略水平な方向）に平行な軸を中心とするものである。他方、小型化のニーズに合わせ、バケットをオフセット移動させることができる作業機が、広まってきている。この種の作業機では、上記１つの方向とは別の方向（例えば、正面視において走行車両の車高方向に沿い、且つ、上記１つの方向と直交する方向）に平行な軸を中心として、ブームが回転可能な構成となっている場合が多い。
【0006】
この場合、上記特許文献１の手法が適用されたとしても、オフセット移動のためのブームの回転が、位置の決定に反映されない。このため、作動によって移動した実際の先端部位の位置と、決定された先端部位の位置とに、乖離が生じるおそれがある。以上のことから、オフセット移動する場合であっても、先端部位の位置を精度良く決定できる技術が要望されている。
【0007】
そこで、本発明は、上記要望に鑑み、作業機における可動操作具の先端部位の位置を決定する位置決定装置において、可動操作具がオフセット移動する場合であっても、先端部位の位置を精度良く決定できるもの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】
【0008】
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、前記走行車両から離間する先端部位に向かって延びる可動操作具と、を備えた作業機において、平面視において前記走行車両の車幅方向に沿い、且つ、略水平な方向である第１方向と、正面視において前記走行車両の車高方向に沿い、且つ、前記第１方向と直交する第２方向と、が規定され、前記可動操作具は、前記第１方向と平行な軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記正面視において前記先端部位の前記第２方向の移動を可能とする第１回転部位と、前記第２方向と平行な軸を中心として回転可能であって、回転することで、前記平面視において前記先端部位の前記第１方向の移動を可能とする第２回転部位と、を備えた作業機に適用される。
【0009】
本発明の位置決定装置は、前記走行車両の所定部位の位置を測定する車両位置測定手段と、前記走行車両の回転度合いを取得する車両回転度取得手段と、前記第１回転部位の回転度合いを取得する第１回転度取得手段と、前記第２回転部位の回転度合いを取得する第２回転度取得手段と、前記測定された前記走行車両の前記所定部位の位置と、前記取得された前記走行車両の回転度合いと、前記取得された第１回転部位の回転度合いと、前記取得された前記第２回転部位の回転度合いと、に基づいて、前記可動操作具の前記先端部位の位置を決定する位置決定手段と、を備える。
【0010】
これによれば、車両位置測定手段により、走行車両の所定部位が測位される。車両回転度取得手段により、走行車両の回転度合いが取得される。第１回転度取得手段により、第１回転部位の回転度合いが取得される。第２回転度取得手段により、第２回転部位の回転度合いが取得される。位置決定手段により、測定された走行車両の所定位置と、取得された第１回転部位の回転度合い、第２回転部位の回転度合いと、に基づいて、可動操作具の先端部位の位置が決定される。
【0011】
従って、作業機の作動に応じた、走行車両の位置移動、走行車両の回転、及び、第１回転部位の回転を反映して、可動操作具の先端部位の位置を決定できる。更に、作業機の作動に応じた、第２回転部位の回転も反映して、可動操作具の先端部位の位置を決定できる。このため、先端部位を第１方向にオフセット移動する場合であっても、先端部位の位置を精度良く決定できる。決定された先端部位の位置を、例えば、表示装置等に表示させることで、運転者に可動操作具の操作を、適切にナビゲートできる。
【0012】
本発明の位置決定装置において、前記作業機は、前記第２回転部位の回転の中心となる前記軸に同軸的に固定された軸部材、及び、前記第２回転部位の回転に伴って前記軸に対して相対回転する部位に固定され且つ前記軸部材と相対回転可能な回転部材を有し、前記軸部材に対する前記回転部材の回転度合いを検出し、前記軸部材に対する前記回転部材の回転度合いに対応する信号を送出する回転度検出装置を備え、前記第２回転度取得手段は、前記回転度検出装置により送出された信号に基づいて、前記第２回転部位の回転度合いを取得するように構成される。
【0013】
本発明の位置決定装置において、前記作業機は、一端が前記第２回転部位に固定され、他端が前記第１回転部位または前記走行車両に固定され、前記一端から前記他端に向かう方向の直線距離が可変な棒部材と、前記直線距離を検出し、前記直線距離に対応する信号を送出する直線距離検出装置と、を備え、前記第２回転部位は、前記棒部材の前記直線距離の変化に応じて、前記第２方向と平行な軸を中心として回転可能に構成され、前記第２回転度取得手段は、前記直線距離検出装置により送出された信号に基づいて、前記第２回転部位の回転度合いを取得するように構成される。
【0014】
本発明の位置決定装置において、前記作業機は、前記走行車両の前記所定部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記所定部位の位置を検出し、前記所定部位の位置に対応する信号を送出する車両位置検出装置と、前記第２回転部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記第２回転部位の位置を検出し、前記第２回転部位の位置に対応する信号を送出する回転位置検出装置と、を備え、前記車両位置測定手段は、前記車両位置検出装置により送出された信号に基づいて、前記走行車両の前記所定部位の位置を測定するように構成され、本発明の位置決定装置は、更に、前記測定された前記走行車両の前記所定部位の位置に基づいて、前記第２回転部位の回転の中心となる前記軸の位置を取得する軸位置取得手段と、前記回転位置検出装置により送出された信号に基づいて、前記第２回転部位の位置を測定する回転位置測定手段と、を備え、前記第２回転度取得手段は、前記取得された前記軸の位置と、前記測定された前記第２回転部位の位置と、に基づいて、前記第２回転部位の回転度合いを取得するように構成される。
【0015】
本発明の位置決定装置において、前記作業機は、前記第２回転部位の回転の中心となる前記軸の位置に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記軸の位置を検出し、前記軸の位置に対応する信号を送出する軸位置検出装置と、前記第２回転部位に設けられ、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、前記第２回転部位の位置を検出し、前記第２回転部位の位置に対応する信号を送出する回転位置検出装置と、を備え、本発明の位置決定装置は、更に、前記軸位置検出装置により送出された信号と、前記回転位置検出装置により送出された信号と、に基づいて、前記軸の位置に対する前記第２回転部位の相対位置を取得する相対位置取得手段を備え、前記第２回転度取得手段は、前記取得された前記軸の位置に対する前記第２回転部位の相対位置に基づいて、前記第２回転部位の回転度合いを取得するように構成される。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、先端部位が第１方向にオフセット移動する場合であっても、先端部位の位置を精度良く決定できる。決定された先端部位の位置を、例えば、表示装置等に表示させることで、運転者に可動操作具の操作を、適切にナビゲートできる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の第１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。
【図15】本発明の第２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）が備える、直線距離検出装置（ＷＥＮＣ）の構成図である。
【図16】本発明の第２実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える、第２ブーム支軸近傍における、第１ブーム、第２ブーム、第２ブームシリンダ、及び、直線距離度検出装置の斜視図である。
【図17】本発明の第２実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える、第２ブーム支軸近傍における、第１ブーム、第２ブーム、第２ブームシリンダ、及び、直線距離度検出装置の平面図であって、オフセット移動が実行される場合に第２ブームが回転する様子を説明するための図である。
【図18】直線距離と、第２ブームの回転角との関係を示すグラフである。
【図19】本発明の第２実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備えるＥＣＵと、当該ＥＣＵに接続される各種装置とを示す機能ブロック図である。
【図20】本発明の第３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）が備える、第２ブーム支軸近傍における、第１ブーム、第２ブーム、及び、回転位置検出装置（ＧＮＳＳ）の斜視図である。
【図21】本発明の第３実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備えるＥＣＵと、当該ＥＣＵに接続される各種装置とを示す機能ブロック図である。
【図22】本発明の第３実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が基準状態にある場合における、各部位の位置関係を説明するための作業機の側視図である。
【図23】本発明の第３実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える第１ブームが移動及び回転した場合における、各部位の位置関係を説明するための第１ブーム及び第２ブームの側視図である。
【図24】本発明の第３実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える第２ブームが回転した場合における、各部位の位置関係を説明するための第１ブーム及び第２ブームの平面図である。
【図25】本発明の第３実施形態に係る位置決定装置による、一連の処理を示すフローチャートである。
【図26】本発明の第４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）が備える、第２ブーム支軸近傍における、第１ブーム、第２ブーム、回転位置検出装置（ＧＮＳＳ）、及び、回転位置検出装置（ＧＮＳＳ）の斜視図である。
【図27】本発明の第４実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備えるＥＣＵと、当該ＥＣＵに接続される各種装置とを示す機能ブロック図である。
【図28】本発明の第４実施形態に係る位置決定装置が適用される作業機が備える第２ブームが回転した場合における、各部位の位置関係を説明するための第１ブーム及び第２ブームの平面図である。
【図29】本発明の第３実施形態に係る位置決定装置による、一連の処理を示すフローチャートである
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
【0019】
［第１実施形態］
＜作業機＞
図１、図２、及び図３は、本発明の第１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（ブルドーザ等）であってもよい。図１、図２、及び、図３は、バックホー１０の側面図、バックホー１０の正面図、及び、バックホー１０の平面図である。バックホー１０は、小型旋回型のオフセットブーム式バックホーである。以下、バックホー１０の構成を詳述する。
＜作業機＞
図１、図２、及び図３は、本発明の第１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（ブルドーザ等）であってもよい。図１、図２、及び、図３は、バックホー１０の側面図、バックホー１０の正面図、及び、バックホー１０の平面図である。バックホー１０は、小型旋回型のオフセットブーム式バックホーである。以下、バックホー１０の構成を詳述する。
【0020】
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、第１回転度検出装置５０、第２回転度検出装置６０、及び、駆動制御装置７０を備えている。位置決定装置８０は、バックホー１０に搭載されている。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。平面視において、走行車両２０の車幅方向に沿い、且つ、略水平な方向である第１方向Ｋ１が規定される。正面視において、走行車両２０の車高方向に沿い、且つ、第１方向Ｋ１と直交する第２方向Ｋ２が規定される。また、第１方向Ｋ１、第２方向Ｋ２のそれぞれと直交する第３方向Ｋ３が規定される。
【0021】
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、第２方向Ｋ２と平行な軸を中心として、旋回可能に搭載されている。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７を参照）、表示装置２１ｃ（例えば、モニタ等、図７を参照）が設けられている。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。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。
【0022】
図１に示すように、可動操作具３０は、第１ブーム３１、第２ブーム３２、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、第１ブームシリンダ３６、第２ブームシリンダ３７、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】
第１ブーム３１の後下側の端部は、第１ブーム支軸３１ａを介して、上部旋回体２１の前方に支持されている。第１ブームシリンダ３６の一端は、第１ブームシリンダ支軸３６ａを介して、上部旋回体２１の前方で、第１ブーム支軸３１ａよりも下側に接続されている。第１ブームシリンダ３６の他端は、第１ブームシリンダ支軸３６ｂを介して、第１ブーム３１を下方から支持している。第１ブーム支軸３１ａ、及び、第１ブームシリンダ支軸３６ａ，３６ｂは、第１方向Ｋ１と平行な軸である。第１ブームシリンダ３６の伸縮駆動により、第１ブーム３１が、第１ブーム支軸３１ａを中心として回転可能となっている。
【0024】
第２ブーム３２の後側の端部は、第２ブーム支軸３２ａを介して、第１ブーム３１の前上側の端部に支持されている。第２ブームシリンダ３７の一端は、第２ブームシリンダ支軸３７ａを介して、第１ブーム３１の左側に接続されている。第２ブームシリンダ３７の他端は、第２ブームシリンダ支軸３７ｂを介して、第２ブーム３２の左側に接続されている。また、第２ブーム３２の左側には、第２ブームシリンダ３７に並行して、オフセットリンク３２ｂが設けられている。オフセットリンク３２ｂの一端および他端は、それぞれ第１ブーム３１及び第２ブーム３２に接続されている。第２ブーム支軸３２ａ、及び、第２ブームシリンダ支軸３７ａ，３７ｂは、第２方向Ｋ２と平行な軸である。第２ブームシリンダ３７の伸縮駆動により、第２ブーム３２が、第２ブーム支軸３２ａを中心として回転可能となっている。
【0025】
アーム３３の上後側の端部は、アーム支軸３３ａを介して、第２ブーム３２の前側の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、アーム支軸３３ａよりも上後方で、第２ブーム３２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、アーム支軸３３ａよりも上前方で、アーム３３を上方から支持している。アーム支軸３３ａ、及び、アームシリンダ支軸３８ａ，３８ｂは、第１方向Ｋ１と平行な軸である。アームシリンダ３８の伸縮駆動により、アーム３３が、アーム支軸３３ａを中心として回転可能となっている。
【0026】
バケット３４の端部は、バケット支軸３４ａを介して、アーム３３の下端部に支持されている。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、アーム支軸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、バケット支軸３４ａよりも下方で、バケット３４を支持している。バケット支軸３４ａ、及び、バケットシリンダ支軸３９ａ，３９ｂは、第１方向Ｋ１と平行な軸である。バケットシリンダ３９の伸縮駆動により、バケット３４が、バケット支軸３４ａを中心として回転可能となっている。
【0027】
また、バケット３４は、先端部位３４ｂを備えている。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。このように、可動操作具３０は、走行車両２０から前方に離間する先端部位３４ｂに向かって延びるよう、構成されている。
【0028】
第１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、図２の破線にて示すように、バケット３４の先端部位３４ｂは、第２方向Ｋ２の移動（上方向又は下方向）が可能となる。これと同時に、バケット３４の先端部位３４ｂは、第３方向Ｋ３の移動（前方向又は後方向）も可能となる。第１ブーム３１、アーム３３、及び、バケット３４は、第１回転部位に相当する。
【0029】
第２ブーム３２が回転することで、図２及び図３の一点鎖線にて示すように、バケット３４の先端部位３４ｂは、第１方向Ｋ１の移動（左方向又は右方向）が可能となる。これと同時に、バケット３４の先端部位３４ｂは、第３方向Ｋ３の移動（前方向又は後方向）も可能となる。このように、第２ブーム３２の回転により、バケット３４のオフセット移動が可能となる。第２ブーム３２は、第２回転部位に相当する。
【0030】
図１、及び、図７に示すように、車両位置検出装置４０は、走行車両２０の上部旋回体２１に、搭載されている。搭載位置（所定位置に相当）としては、例えば、上部旋回体２１において、キャビン２１ａのルーフ上や、キャビン２１ａの後方等に、車両位置検出装置４０が設けられてもよい。なお、本実施形態では説明を簡易化するため、車両位置検出装置４０が、キャビン２１ａの後方に搭載されているものとする。
【0031】
車両位置検出装置４０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。車両位置検出装置４０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。本実施形態では、２周波Ｌ１，Ｌ２を利用して、車両位置検出装置４０の搭載位置に対応する絶対座標が、決定されるようになっている。以下、車両位置検出装置４０を、ＧＮＳＳ４０と称呼する場合もある。なお、２周波Ｌ１，Ｌ２に代えて、２周波Ｌ１，Ｌ５であってもよいし、２周波以上のマルチ周波が用いられてもよい。
【0032】
第１回転度検出装置５０は、走行車両２０の上部旋回体２１、第１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。これら４つの第１回転度検出装置５０は、上記４つの部位における、第１方向Ｋ１と平行な軸を中心とす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。第１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、第１回転度検出装置５０を、ＩＭＵ５０と称呼する場合もある。また、走行車両２０の上部旋回体２１、第１ブーム３１、アーム３３、及び、バケット３４にそれぞれ搭載される第１回転度検出装置５０を、ＩＭＵ５１、ＩＭＵ５２、ＩＭＵ５３、ＩＭＵ５４、と称呼する場合もある。
【0033】
図１、図４、図５、及び、図６に示すように、第２回転度検出装置６０は、第１ブーム３１、及び、第２ブーム支軸３２ａのそれぞれに跨りつつ、１つ搭載されている。第２回転度検出装置６０は、第２ブーム３２における、第２方向Ｋ２と平行な軸を中心とする回転度合いを検出する。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。第２回転度検出装置６０は、例えば、ロータリエンコーダ等の回転角検出が可能なものであってもよい。以下、第２回転度検出装置６０を、ＲＥＮＣ６０と称呼する場合もある。
【0034】
図４に示すように、ＲＥＮＣ６０は、スリットディスク６１、シャフト６２、ケーシング６３、光源６４、及び、受光部６５を備えている。スリットディスク６１は、円盤状に構成され、円周方向に並ぶ多数の開口スリット６１ａを有している。シャフト６２は、スリットディスク６１の中心から、スリットディスク６１の面に対し垂直に伸長している。スリットディスク６１は、シャフト６２と一体回転可能となっている。ケーシング６３は、円筒形状の筐体であり、スリットディスク６１、及び、シャフト６２と同軸的に、これらを内蔵する。ケーシング６３は、固定面６３ａの中心部に開口６３ｂを有している。シャフト６２は、開口６３ｂを介して摺動可能に支持されつつ、ケーシング６３の内部から外側に向けて、その一部が露出している。これにより、シャフト６２（スリットディスク６１）と、ケーシング６３とは、互いに相対回転するようになっている。
【0035】
ケーシング６３内壁には、光源６４、及び、受光部６５が、それぞれ離間するように固定されている。スリットディスク６１の円周近傍は、光源６４、及び、受光部６５の間に介装される。光源６４から受光部６５へ向かう光の方向は、シャフト６２の伸長方向と平行となっている。シャフト６２及びケーシング６３が相対回転した場合に、開口スリット６１ａにおける光の通過・遮断が、受光部６５により交互に検出される。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。この検出信号に基づいて、シャフト６２（スリットディスク６１）に対するケーシング６３の回転角が取得可能となっている。ここにおいて、シャフト６２が軸部材に相当し、ケーシング６３が回転部材に相当する。
【0036】
図５、及び、図６に示すように、第１ブーム３１の第２ブーム３２側の前側端部において、上下方向に抜ける篏合孔３１ｂが設けられている。第２ブーム３２の第１ブーム３１側の後側端部には、第２ブーム支軸３２ａが上方に突出するように固定されている。第２ブーム３２の後側端部の一部は、第１ブーム３１の前側端部にて覆われつつ、第２ブーム支軸３２ａが、篏合孔３１ｂに摺動可能に篏合している。これにより、第２ブーム３２は、第２ブーム支軸３２ａを中心として一体的に回転する。換言すると、第１ブーム３１は、第２ブーム３２の回転に伴って、第２ブーム支軸３２ａに対して相対回転する部位となる（図３を参照）。
【0037】
第１ブーム３１の篏合孔３１ｂまわりには、環状の固定部位３１ｃが設けられている。篏合孔３１ｂに第２ブーム支軸３２ａが篏合された場合に、固定部位３１ｃは、第２ブーム支軸３２ａを囲むように構成されている。また、第２ブーム支軸３２ａ及び固定部位３１ｃの上側頂面が、互いに略面一となっている。第２ブーム支軸３２ａの上側頂面には、中心にて下方に凹む凹部位３２ａ1が設けられている。凹部位３２ａ1に、ＲＥＮＣ６０のシャフト６２を先端から侵入させて、シャフト６２及び第２ブーム支軸３２ａを同軸的に固定させる。即ち、第２ブーム支軸３２ａ及びシャフト６２は、第２方向Ｋ２と平行となる。シャフト６２の固定とともに、第１ブーム３１の固定部位３１ｃに、ＲＥＮＣ６０の固定面６３ａを固定させる。
【0038】
これにより、第２ブーム３２が、第２ブーム支軸３２ａを中心として回転した場合、ＲＥＮＣ６０のシャフト６２に対してケーシング６３も、同じ回転角をもって相対回転する。従って、ＲＥＮＣ６０の検出信号に基づいて、第２ブーム３２の回転角を取得可能となっている。
【0039】
図１、及び、図７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、ＧＮＳＳ４０、ＩＭＵ５０、ＲＥＣＮ６０、及び、表示装置２１ｃと接続されている。
【0040】
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の第１ブームシリンダ３６、第２ブームシリンダ３７、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、第１ブーム３１、第２ブーム３２、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。
【0041】
位置決定装置８０は、車両位置測定手段８１、車両回転度取得手段８２、第１回転度取得手段８３、第２回転度取得手段８４、及び、位置決定手段８５を備えている。車両位置測定手段８１は、ＧＮＳＳ４０と接続されて、ＧＮＳＳ４０により検出された位置に対応する信号を受信する。車両位置測定手段８１は、当該信号に基づいて、走行車両２０の位置を測定する。測定される位置としては、例えば、３次元座標等であってもよい。車両回転度取得手段８２は、ＩＭＵ５１と接続されて、ＩＭＵ５１により検出された回転角に対応する信号を受信する。車両回転度取得手段８２は、当該信号に基づいて、走行車両２０の回転角を取得する。
【0042】
第１回転度取得手段８３は、ＩＭＵ５２，５３，５４とそれぞれ接続されて、ＩＭＵ５２，５３，５４により検出され送出された回転角に対応する信号を受信する。第１回転度取得手段８３は、当該信号に基づいて、第１ブーム３１、アーム３３、及び、バケット３４の回転角をそれぞれ取得する。第２回転度取得手段８４は、ＲＥＣＮ６０と接続されて、ＲＥＣＮ６０により検出され送出された回転角に対応する信号を受信する。第２回転度取得手段８４は、当該信号に基づいて、第２ブーム３２の回転角を取得する。
【0043】
位置決定手段８５は、上記測定された走行車両２０の位置と、上記取得された走行車両２０の回転角と、上記取得された第１ブーム３１、アーム３３、及び、バケット３４の回転角と、上記取得された第２ブーム３２の回転角と、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。決定される位置としては、例えば、３次元座標等であってもよい。具体的な位置の決定プロセスについては、後に詳述する。位置決定手段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。
【0044】
＜位置の決定プロセス＞
図８の破線は、バックホー１０が基準となる姿勢、位置にて静止している状態を示している。この状態を基準状態と称呼する。基準状態においては、第２ブーム３２は、第１ブーム３１の先端部から、第３方向Ｋ３に沿って前方へ伸長している。即ち、基準状態では、第２ブーム３２は、オフセット移動していない。
図８の破線は、バックホー１０が基準となる姿勢、位置にて静止している状態を示している。この状態を基準状態と称呼する。基準状態においては、第２ブーム３２は、第１ブーム３１の先端部から、第３方向Ｋ３に沿って前方へ伸長している。即ち、基準状態では、第２ブーム３２は、オフセット移動していない。
【0045】
位置決定装置８０は、先ず、基準状態における部位の座標である基準座標を決定する。基準状態において、ＧＮＳＳ４０の搭載位置に対応する基準座標を（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）とする。ＧＮＳＳ４０の基準座標（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）は、ＧＮＳＳ４０にて測位されたものである。なお、座標（Ｌ，Ｍ，Ｎ）の表記において、「Ｌ」は第３方向Ｋ３、「Ｍ」は第１方向Ｋ１、「Ｎ」は第２方向Ｋ２の成分を表している。
【0046】
基準状態において、ＧＮＳＳ４０の搭載位置から第１ブーム支軸３１ａの位置までの離間距離及び方向が既知である。上記測位されたＧＮＳＳ４０の基準座標（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、第１ブーム支軸３１ａの位置に対応する基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）が決定される。
【0047】
基準状態において、第１ブーム支軸３１ａの位置からアーム支軸３３ａの位置までの離間距離及び方向が既知である。上記決定された第１ブーム支軸３１ａの基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、アーム支軸３３ａの位置に対応する基準座標（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）が決定される。
【0048】
基準状態において、アーム支軸３３ａの位置からバケット支軸３４ａの位置までの離間距離及び方向が既知である。上記決定されたアーム支軸３３ａの基準座標（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、バケット支軸３４ａの位置に対応する基準座標（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）が決定される。
【0049】
基準状態において、バケット支軸３４ａの位置から先端部位３４ｂの位置までの離間距離及び方向が既知である。上記決定されたバケット支軸３４ａの基準座標（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、先端部位３４ｂの位置に対応する基準座標（Ｘｓ４，Ｙｓ４，Ｚｓ４）が決定される。
【0050】
上述のように決定された基準座標（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）、（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）、（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）、（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）、（Ｘｓ４，Ｙｓ４，Ｚｓ４）は、バックホー１０の記憶装置に格納されて、必要な演算処理の際、読み出し可能とされる。
【0051】
次に、基準状態であったバックホー１０が作動開始すると、位置決定装置８０は、所定のタイミング毎に作動中の部位の座標を決定する。
【0052】
図９に示すように、バックホー１０の作動により、ＧＮＳＳ４０の搭載位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）から（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に移動したものとする。バックホー１０の作動により、走行車両２０が、第１方向Ｋ１の軸を中心として回転角Ａ０だけ基準状態から回転したものとする。ＧＮＳＳ４０の搭載位置の移動、及び、走行車両２０の回転に応じて、第１ブーム支軸３１ａの位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）から（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）に移動したものとする。ＧＮＳＳ４０の座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）は、ＧＮＳＳ４０にて測位されたものである。走行車両２０の回転角Ａ０は、ＩＭＵ５１にて検出されたものである。
【0053】
ＧＮＳＳ４０の基準座標（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）から、第１ブーム支軸３１ａの基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）に向かうベクトル（Ｘｓ１―Ｘｓ０，Ｙｓ１―Ｙｓ０，Ｚｓ１―Ｚｓ０）が既知である。上記測位されたＧＮＳＳ４０の座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角Ａ０とに基づいて、第１ブーム支軸３１ａの位置に対応する座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）が決定される。具体的には、下記（１）式、（２）式、（３）式に示すように、座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）及び上記ベクトルの和と、回転角Ａ０の回転行列とを用いて、座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）が決定される。なお、下記（１）式、（２）式、（３）式を用いるのに代えて、下記（１ａ）式、（２ａ）式、（３ａ）式を用いて、第１ブーム支軸３１ａの位置に対応する座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を決定すると、精度向上の観点でより好適である。
【0054】
Ｘ１＝（Ｘ０＋（Ｘｓ１―Ｘｓ０））（ｃｏｓ（Ａ０））＋
（Ｚ０＋（Ｚｓ１―Ｚｓ０））（ｓｉｎ（Ａ０）） …（１）
Ｙ１＝（Ｙ０＋（Ｙｓ１―Ｙｓ０）） …（２）
Ｚ１＝（Ｘ０＋（Ｘｓ１―Ｘｓ０））（―ｓｉｎ（Ａ０））＋
（Ｚ０＋（Ｚｓ１―Ｚｓ０））（ｃｏｓ（Ａ０）） …（３）
Ｘ１＝Ｘ０＋（Ｘｓ１―Ｘｓ０）（ｃｏｓ（Ａ０））＋
（Ｚｓ１―Ｚｓ０）（ｓｉｎ（Ａ０）） …（１ａ）
Ｙ１＝Ｙ０＋（Ｙｓ１―Ｙｓ０） …（２ａ）
Ｚ１＝Ｘ０＋（Ｘｓ１―Ｘｓ０）（―ｓｉｎ（Ａ０））＋
（Ｚｓ１―Ｚｓ０）（ｃｏｓ（Ａ０）） …（３ａ）
（Ｚ０＋（Ｚｓ１―Ｚｓ０））（ｓｉｎ（Ａ０）） …（１）
Ｙ１＝（Ｙ０＋（Ｙｓ１―Ｙｓ０）） …（２）
Ｚ１＝（Ｘ０＋（Ｘｓ１―Ｘｓ０））（―ｓｉｎ（Ａ０））＋
（Ｚ０＋（Ｚｓ１―Ｚｓ０））（ｃｏｓ（Ａ０）） …（３）
Ｘ１＝Ｘ０＋（Ｘｓ１―Ｘｓ０）（ｃｏｓ（Ａ０））＋
（Ｚｓ１―Ｚｓ０）（ｓｉｎ（Ａ０）） …（１ａ）
Ｙ１＝Ｙ０＋（Ｙｓ１―Ｙｓ０） …（２ａ）
Ｚ１＝Ｘ０＋（Ｘｓ１―Ｘｓ０）（―ｓｉｎ（Ａ０））＋
（Ｚｓ１―Ｚｓ０）（ｃｏｓ（Ａ０）） …（３ａ）
【0055】
図１０に示すように、バックホー１０の作動により、第１ブーム支軸３１ａの位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）から（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）に移動したものとする。バックホー１０の作動により、第１ブーム３１が、第１方向Ｋ１の軸を中心として回転角Ａ１だけ基準状態から回転したものとする。第１ブーム支軸３１ａの位置の移動、及び、第１ブーム３１の回転に応じて、アーム支軸３３ａの位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）から（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）に移動したものとする。第１ブーム３１の回転角Ａ１は、ＩＭＵ５２にて検出されたものである。
【0056】
第１ブーム支軸３１ａの基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）から、アーム支軸３３ａの基準座標（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）に向かうベクトル（Ｘｓ２―Ｘｓ１，Ｙｓ２―Ｙｓ１，Ｚｓ２―Ｚｓ１）が既知である。上記決定された第１ブーム支軸３１ａの座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角Ａ１とに基づいて、アーム支軸３３ａの位置に対応する座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）が決定される。具体的には、下記（４）式、（５）式、（６）式に示すように、座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び上記ベクトルの和と、回転角Ａ１の回転行列とを用いて、座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）が決定される。なお、第１ブーム支軸３１ａの座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を決定する際、上記（１ａ）式、（２ａ）式、（３ａ）式を用いた場合には、下記（４）式、（５）式、（６）式を用いるのに代えて、下記（４ａ）式、（５ａ）式、（６ａ）式を用いて、アーム支軸３３ａの位置に対応する座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を決定すると、精度向上の観点でより好適である。
【0057】
Ｘ２＝（Ｘ１＋（Ｘｓ２―Ｘｓ１））（ｃｏｓ（Ａ１））＋
（Ｚ１＋（Ｚｓ２―Ｚｓ１））（ｓｉｎ（Ａ１）） …（４）
Ｙ２＝（Ｙ１＋（Ｙｓ２―Ｙｓ１）） …（５）
Ｚ２＝（Ｘ１＋（Ｘｓ２―Ｘｓ１））（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚ１＋（Ｚｓ２―Ｚｓ１））（ｃｏｓ（Ａ１）） …（６）
Ｘ２＝Ｘ１＋（Ｘｓ２―Ｘｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））＋
（Ｚｓ２―Ｚｓ１）（ｓｉｎ（Ａ１）） …（４ａ）
Ｙ２＝Ｙ１＋（Ｙｓ２―Ｙｓ１） …（５ａ）
Ｚ２＝Ｘ１＋（Ｘｓ２―Ｘｓ１）（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚｓ２―Ｚｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１）） …（６ａ）
（Ｚ１＋（Ｚｓ２―Ｚｓ１））（ｓｉｎ（Ａ１）） …（４）
Ｙ２＝（Ｙ１＋（Ｙｓ２―Ｙｓ１）） …（５）
Ｚ２＝（Ｘ１＋（Ｘｓ２―Ｘｓ１））（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚ１＋（Ｚｓ２―Ｚｓ１））（ｃｏｓ（Ａ１）） …（６）
Ｘ２＝Ｘ１＋（Ｘｓ２―Ｘｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））＋
（Ｚｓ２―Ｚｓ１）（ｓｉｎ（Ａ１）） …（４ａ）
Ｙ２＝Ｙ１＋（Ｙｓ２―Ｙｓ１） …（５ａ）
Ｚ２＝Ｘ１＋（Ｘｓ２―Ｘｓ１）（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚｓ２―Ｚｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１）） …（６ａ）
【0058】
図１１に示すように、バックホー１０の作動により、アーム支軸３３ａの位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）から（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）に移動したものとする。バックホー１０の作動により、アーム３３が、第１方向Ｋ１の軸を中心として回転角Ａ２だけ基準状態から回転したものとする。アーム支軸３３ａの位置の移動、及び、アーム３３の回転に応じて、バケット支軸３４ａの位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）から（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）に移動したものとする。アーム３３の回転角Ａ２は、ＩＭＵ５３にて検出されたものである。
【0059】
アーム支軸３３ａの基準座標（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）から、バケット支軸３４ａの基準座標（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）に向かうベクトル（Ｘｓ３―Ｘｓ２，Ｙｓ３―Ｙｓ２，Ｚｓ３―Ｚｓ２）が既知である。上記決定されたアーム支軸３３ａの座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角Ａ２とに基づいて、バケット支軸３４ａの位置に対応する座標（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）が決定される。具体的には、下記（７）式、（８）式、（９）式に示すように、座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）及び上記ベクトルの和と、回転角Ａ２の回転行列とを用いて、座標（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）が決定される。なお、アーム支軸３３ａの座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を決定する際、上記（４ａ）式、（５ａ）式、（６ａ）式を用いた場合には、下記（７）式、（８）式、（９）式を用いるのに代えて、下記（７ａ）式、（８ａ）式、（９ａ）式を用いて、バケット支軸３４ａの位置に対応する座標（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を決定すると、精度向上の観点でより好適である。
【0060】
Ｘ３＝（Ｘ２＋（Ｘｓ３―Ｘｓ２））（ｃｏｓ（Ａ２））＋
（Ｚ２＋（Ｚｓ３―Ｚｓ２））（ｓｉｎ（Ａ２）） …（７）
Ｙ３＝（Ｙ２＋（Ｙｓ３―Ｙｓ２）） …（８）
Ｚ３＝（Ｘ２＋（Ｘｓ３―Ｘｓ２））（―ｓｉｎ（Ａ２））＋
（Ｚ２＋（Ｚｓ３―Ｚｓ２））（ｃｏｓ（Ａ２）） …（９）
Ｘ３＝Ｘ２＋（Ｘｓ３―Ｘｓ２）（ｃｏｓ（Ａ２））＋
（Ｚｓ３―Ｚｓ２）（ｓｉｎ（Ａ２）） …（７ａ）
Ｙ３＝Ｙ２＋（Ｙｓ３―Ｙｓ２） …（８ａ）
Ｚ３＝Ｘ２＋（Ｘｓ３―Ｘｓ２）（―ｓｉｎ（Ａ２））＋
（Ｚｓ３―Ｚｓ２）（ｃｏｓ（Ａ２）） …（９ａ）
（Ｚ２＋（Ｚｓ３―Ｚｓ２））（ｓｉｎ（Ａ２）） …（７）
Ｙ３＝（Ｙ２＋（Ｙｓ３―Ｙｓ２）） …（８）
Ｚ３＝（Ｘ２＋（Ｘｓ３―Ｘｓ２））（―ｓｉｎ（Ａ２））＋
（Ｚ２＋（Ｚｓ３―Ｚｓ２））（ｃｏｓ（Ａ２）） …（９）
Ｘ３＝Ｘ２＋（Ｘｓ３―Ｘｓ２）（ｃｏｓ（Ａ２））＋
（Ｚｓ３―Ｚｓ２）（ｓｉｎ（Ａ２）） …（７ａ）
Ｙ３＝Ｙ２＋（Ｙｓ３―Ｙｓ２） …（８ａ）
Ｚ３＝Ｘ２＋（Ｘｓ３―Ｘｓ２）（―ｓｉｎ（Ａ２））＋
（Ｚｓ３―Ｚｓ２）（ｃｏｓ（Ａ２）） …（９ａ）
【0061】
図１２に示すように、バックホー１０の作動により、バケット支軸３４ａの位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）から（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）に移動したものとする。バックホー１０の作動により、バケット３４が、第１方向Ｋ１の軸を中心として回転角Ａ３だけ基準状態から回転したものとする。バケット支軸３４ａの位置の移動、及び、バケット３４の回転に応じて、先端部位３４ｂの位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ４，Ｙｓ４，Ｚｓ４）から（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）に移動したものとする。バケット３４の回転角Ａ３は、ＩＭＵ５４にて検出されたものである。
【0062】
バケット支軸３４ａの基準座標（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）から、先端部位３４ｂの基準座標（Ｘｓ４，Ｙｓ４，Ｚｓ４）に向かうベクトル（Ｘｓ４―Ｘｓ３，Ｙｓ４―Ｙｓ３，Ｚｓ４―Ｚｓ３）が既知である。上記決定されたバケット支軸３４ａの座標（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角Ａ３とに基づいて、先端部位３４ｂの位置に対応する座標（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）が決定される。具体的には、下記（１０）式、（１１）式、（１２）式に示すように、座標（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）及び上記ベクトルの和と、回転角Ａ３の回転行列とを用いて、座標（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）が決定される。なお、バケット支軸３４ａの座標（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を決定する際、上記（７ａ）式、（８ａ）式、（９ａ）式を用いた場合には、下記（１０）式、（１１）式、（１２）式を用いるのに代えて、下記（１０ａ）式、（１１ａ）式、（１２ａ）式を用いて、先端部位３４ｂの位置に対応する座標（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）を決定すると、精度向上の観点でより好適である。
【0063】
Ｘ４＝（Ｘ３＋（Ｘｓ４―Ｘｓ３））（ｃｏｓ（Ａ３））＋
（Ｚ３＋（Ｚｓ４―Ｚｓ３））（ｓｉｎ（Ａ３）） …（１０）
Ｙ４＝（Ｙ３＋（Ｙｓ４―Ｙｓ３）） …（１１）
Ｚ４＝（Ｘ３＋（Ｘｓ４―Ｘｓ３））（―ｓｉｎ（Ａ３））＋
（Ｚ３＋（Ｚｓ４―Ｚｓ３））（ｃｏｓ（Ａ３）） …（１２）
Ｘ４＝Ｘ３＋（Ｘｓ４―Ｘｓ３）（ｃｏｓ（Ａ３））＋
（Ｚｓ４―Ｚｓ３）（ｓｉｎ（Ａ３）） …（１０ａ）
Ｙ４＝Ｙ３＋（Ｙｓ４―Ｙｓ３） …（１１ａ）
Ｚ４＝Ｘ３＋（Ｘｓ４―Ｘｓ３）（―ｓｉｎ（Ａ３））＋
（Ｚｓ４―Ｚｓ３）（ｃｏｓ（Ａ３）） …（１２ａ）
（Ｚ３＋（Ｚｓ４―Ｚｓ３））（ｓｉｎ（Ａ３）） …（１０）
Ｙ４＝（Ｙ３＋（Ｙｓ４―Ｙｓ３）） …（１１）
Ｚ４＝（Ｘ３＋（Ｘｓ４―Ｘｓ３））（―ｓｉｎ（Ａ３））＋
（Ｚ３＋（Ｚｓ４―Ｚｓ３））（ｃｏｓ（Ａ３）） …（１２）
Ｘ４＝Ｘ３＋（Ｘｓ４―Ｘｓ３）（ｃｏｓ（Ａ３））＋
（Ｚｓ４―Ｚｓ３）（ｓｉｎ（Ａ３）） …（１０ａ）
Ｙ４＝Ｙ３＋（Ｙｓ４―Ｙｓ３） …（１１ａ）
Ｚ４＝Ｘ３＋（Ｘｓ４―Ｘｓ３）（―ｓｉｎ（Ａ３））＋
（Ｚｓ４―Ｚｓ３）（ｃｏｓ（Ａ３）） …（１２ａ）
【0064】
図１３に示すように、バックホー１０の作動により、第２ブーム３２が、第２ブーム支軸３２ａを中心として回転角Ａ４だけ基準状態から回転したものとする。第２ブーム３２の回転に応じて、先端部位３４ｂの位置に対応する座標が、（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）から（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に移動したものとする。即ち、当該移動は、第２ブーム３２の回転に応じた、左方又は右方のオフセット移動に相当する。第２ブーム３２の回転角Ａ４は、ＲＥＮＣ６０にて検出されたものである。右方のオフセット移動における回転角Ａ４を正の値とした場合、左方のオフセット移動における回転角Ａ４を、負の値としてもよい。また、回転角Ａ４の正負をその逆としてもよい。
【0065】
上記決定された先端部位３４ｂの座標（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）と、上記検出された回転角Ａ４とに基づいて、第２ブーム３２が回転する場合の先端部位３４ｂの位置に対応する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が決定される。具体的には、下記（１３）式、（１４）式、（１５）式に示すように、座標（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）と、回転角Ａ４の回転行列とを用いて、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が決定される。なお、先端部位３４ｂの座標（Ｘ４，Ｙ４，Ｚ４）を決定する際、上記（１０ａ）式、（１１ａ）式、（１２ａ）式を用いた場合には、下記（１３）式、（１４）式、（１５）式を用いるのに代えて、下記（１３ａ）式、（１４ａ）式、（１５ａ）式を用いて、第２ブーム３２が回転する場合の先端部位３４ｂの位置に対応する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を決定すると、精度向上の観点でより好適である。ここにおいて、下記（１３ａ）式、（１４ａ）式、（１５ａ）式におけるＸ５、Ｙ５は、下記（１６ａ）式、（１７ａ）式にてそれぞれ決定される第２ブーム支軸３２ａの位置に対応する座標に対応している（図２３を参照）。
【0066】
Ｘ＝Ｘ４（ｃｏｓ（Ａ４））―Ｙ４（ｓｉｎ（Ａ４）） …（１３）
Ｙ＝Ｘ４（ｓｉｎ（Ａ４））＋Ｙ４（ｃｏｓ（Ａ４）） …（１４）
Ｚ＝Ｚ４ …（１５）
Ｘ＝Ｘ５＋(Ｘ４―Ｘ５)（ｃｏｓ（Ａ４））―
(Ｙ４―Ｙ５)（ｓｉｎ（Ａ４）） …（１３ａ）
Ｙ＝Ｙ５＋(Ｘ４―Ｘ５)（ｓｉｎ（Ａ４））＋
(Ｙ４―Ｙ５)（ｃｏｓ（Ａ４）） …（１４ａ）
Ｚ＝Ｚ４ …（１５ａ）
Ｙ＝Ｘ４（ｓｉｎ（Ａ４））＋Ｙ４（ｃｏｓ（Ａ４）） …（１４）
Ｚ＝Ｚ４ …（１５）
Ｘ＝Ｘ５＋(Ｘ４―Ｘ５)（ｃｏｓ（Ａ４））―
(Ｙ４―Ｙ５)（ｓｉｎ（Ａ４）） …（１３ａ）
Ｙ＝Ｙ５＋(Ｘ４―Ｘ５)（ｓｉｎ（Ａ４））＋
(Ｙ４―Ｙ５)（ｃｏｓ（Ａ４）） …（１４ａ）
Ｚ＝Ｚ４ …（１５ａ）
【0067】
以上のようにして、位置決定装置８０により、バケット３４の先端部位３４ｂの位置に対応する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が決定される。
【0068】
＜実際の作動＞
位置決定装置８０の実際の作動について、図１４のフローチャートを参照しつつ説明する。位置決定装置８０により、バケット３４の先端部位３４ｂの位置を決定し、当該位置を表示する場合、先ず、ステップＳＴ１にて、位置決定装置８０は、基準座標を決定する。位置決定装置８０の車両位置測定手段８１により、バックホー１０が基準状態にて静止しているときに、ＧＮＳＳ４０の搭載位置に対応する基準座標（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）が測位される。位置決定装置８０の位置決定手段８５により、バックホー１０が基準状態にて静止しているときに、第１ブーム支軸３１ａ、アーム支軸３３ａ、バケット支軸３４ａ、及び、先端部位３４ｂのそれぞれの位置に対応する基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）、（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）、（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）、（Ｘｓ４，Ｙｓ４，Ｚｓ４）が、それぞれ決定される。（図８を参照）。
位置決定装置８０の実際の作動について、図１４のフローチャートを参照しつつ説明する。位置決定装置８０により、バケット３４の先端部位３４ｂの位置を決定し、当該位置を表示する場合、先ず、ステップＳＴ１にて、位置決定装置８０は、基準座標を決定する。位置決定装置８０の車両位置測定手段８１により、バックホー１０が基準状態にて静止しているときに、ＧＮＳＳ４０の搭載位置に対応する基準座標（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）が測位される。位置決定装置８０の位置決定手段８５により、バックホー１０が基準状態にて静止しているときに、第１ブーム支軸３１ａ、アーム支軸３３ａ、バケット支軸３４ａ、及び、先端部位３４ｂのそれぞれの位置に対応する基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）、（Ｘｓ２，Ｙｓ２，Ｚｓ２）、（Ｘｓ３，Ｙｓ３，Ｚｓ３）、（Ｘｓ４，Ｙｓ４，Ｚｓ４）が、それぞれ決定される。（図８を参照）。
【0069】
次に、ステップＳＴ２にて、位置決定装置８０は、ＧＮＳＳ４０の座標を測位する。位置決定装置８０の車両位置測定手段８１により、バックホー１０が作動している場合に、ＧＮＳＳ４０の搭載位置に対応する座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）が測位される。
【0070】
次に、ステップＳＴ３にて、位置決定装置８０は、回転角Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を取得する。位置決定装置８０の車両回転度取得手段８２により、バックホー１０が作動している場合に、走行車両２０の回転角Ａ０が取得される。位置決定装置８０の第１回転度取得手段８３により、バックホー１０が作動している場合に、第１ブーム３１、アーム３３、及び、バケット３４の回転角Ａ１，Ａ２，Ａ３が、それぞれ取得される。位置決定装置８０の第２回転度取得手段８４により、バックホー１０が作動している場合に、第２ブーム３２の回転角Ａ４が、それぞれ取得される。
【0071】
次に、ステップＳＴ４にて、位置決定装置８０は、先端部位３４ｂの座標を決定する。位置決定装置８０の位置決定手段８５により、バックホー１０が作動している場合に、ステップＳＴ１にて決定された基準座標、ステップＳＴ２にて測位されたＧＮＳＳ４０の座標、ステップＳＴ３にて取得された回転角Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４、及び、上記（１）～（１５）式（好ましくは、上記（１ａ）～（１５ａ）式）を用いて、バケット３４の先端部位３４ｂの位置に対応する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が決定される（図９～図１３を参照）。
【0072】
そして、ステップＳＴ５にて、位置決定装置８０は、先端部位３４ｂの位置を表示する。位置決定装置８０の位置決定手段８５により、ステップＳＴ４にて決定された座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の位置が、表示装置２１ｃに表示される（図７を参照）。
【0073】
＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本発明の第１実施形態に係る位置決定装置８０によれば、車両位置測定手段８１により、走行車両２０のＧＮＳＳ４０の搭載位置が測位される。車両回転度取得手段８２により、走行車両２０の回転角Ａ０が取得される。第１回転度取得手段８３により、第１回転部位（第１ブーム３１、アーム３３、バケット３４）の回転角Ａ１，Ａ２，Ａ３が取得される。第２回転度取得手段８４により、第２回転部位（第２ブーム３２）の回転角Ａ４が取得される。位置決定手段８５により、測定されたＧＮＳＳ４０の搭載位置と、取得された回転角Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と、に基づいて、バケット３４の先端部位３４ｂの位置が決定される。
以上説明したように、本発明の第１実施形態に係る位置決定装置８０によれば、車両位置測定手段８１により、走行車両２０のＧＮＳＳ４０の搭載位置が測位される。車両回転度取得手段８２により、走行車両２０の回転角Ａ０が取得される。第１回転度取得手段８３により、第１回転部位（第１ブーム３１、アーム３３、バケット３４）の回転角Ａ１，Ａ２，Ａ３が取得される。第２回転度取得手段８４により、第２回転部位（第２ブーム３２）の回転角Ａ４が取得される。位置決定手段８５により、測定されたＧＮＳＳ４０の搭載位置と、取得された回転角Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と、に基づいて、バケット３４の先端部位３４ｂの位置が決定される。
【0074】
従って、作業機１０（バックホー１０）の作動に応じた、走行車両２０の位置移動、走行車両２０の回転、及び、第１回転部位（第１ブーム３１、アーム３３、バケット３４）の回転を反映して、バケット３４の先端部位３４ｂの位置を決定できる。更に、作業機１０（バックホー１０）の作動に応じた、第２回転部位（第２ブーム３２）の回転も反映して、バケット３４の先端部位３４ｂの位置を決定できる。このため、先端部位３４ｂが第１方向Ｋ１にオフセット移動する場合であっても、先端部位３４ｂの位置を精度良く決定できる。決定された先端部位３４ｂの位置を、例えば、表示装置２１ｃ等に表示させることで、運転者に可動操作具３０の操作を、適切にナビゲートできる。
【0075】
本発明の第１実施形態に係る位置決定装置８０では、特に、第２回転度検出装置６０（ＲＥＮＣ６０）がバックホー１０に備えられる。ＲＥＮＣ６０は、シャフト６２、及び、シャフト６２と相対回転可能なケーシング６３を備えている。シャフト６２は、第２ブーム支軸３２ａに同軸的に固定される。ケーシング６３は、第１ブーム３１に固定される。第１ブーム３１は、第２ブーム３２の回転に伴って、第２ブーム支軸３２ａに対して相対回転する。シャフト６２に対するケーシング６３の回転度合いが検出されて、第２ブーム３２の回転角Ａ４が取得される。これによれば、回転度検出装置を容易に取り付けることができ、第２ブーム３２の回転角Ａ４を、簡素な構成で確実に取得できる。
【0076】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る位置決定装置８０について、説明する。第２実施形態では、上記第１実施形態の第２回転度検出装置６０（ＲＥＣＮ６０）に代えて、直線距離検出装置６０が用いられて第２ブーム３２の回転角Ａ４を取得する。この点で、第２実施形態は、上記第１実施形態と異なり、それ以外については上記第１実施形態と同じである。以下、上記第１実施形態と異なる点について、説明する。
次に、本発明の第２実施形態に係る位置決定装置８０について、説明する。第２実施形態では、上記第１実施形態の第２回転度検出装置６０（ＲＥＣＮ６０）に代えて、直線距離検出装置６０が用いられて第２ブーム３２の回転角Ａ４を取得する。この点で、第２実施形態は、上記第１実施形態と異なり、それ以外については上記第１実施形態と同じである。以下、上記第１実施形態と異なる点について、説明する。
【0077】
図１５に示すように、直線距離検出装置６０は、例えば、ワイヤエンコーダ等の直線距離を検出可能なものであってもよい。以下、直線距離検出装置６０を、ＷＥＮＣ６０と称呼する場合もある。ＷＥＮＣ６０において、上記第１実施形態のＲＥＣＮ６０の構成部位と同一又は等価なものについては、同じ符号を付すことで、説明を省略する。
【0078】
ＷＥＮＣ６０は、上記第１実施形態のＲＥＣＮ６０の構成部位に加え、カバー６６、導出口６７、及び、ワイヤ６８を更に備えている。カバー６６は、ケーシング６３と同径の円筒形状の筐体であり、シャフト６２を覆うように、ケーシング６３に固定されている。カバー６６の底面が、固定面６６ａとなっている。ケーシング６３の側面には、導出口６７が設けられている。導出口６７は、シャフト６２の軸と直交する方向に突出しており、カバー６６の内部空間及び外部を連通している。
【0079】
ワイヤ６８は、可撓性を有し、カバー６６の内部にてシャフト６２の側面にて巻き取られつつ、導出口６７を介して外部に導出されている。シャフト６２は、ワイヤ６８を巻き取るために、一方の回転方向に常時付勢されている。ワイヤ６８がカバー６６外側にて引張られると、付勢力に抗しながらシャフト６２が回転する。ワイヤ６８がカバー６６外側にて緩められると、付勢力に応じながらシャフト６２が逆回転する。従って、カバー６６外側にて、ワイヤ６８の先端から導出口６７の直線距離の伸縮に応じて、シャフト６２（スリットディスク６１）と、ケーシング６３とは、互いに相対回転するようになっている。シャフト６２及びケーシング６３が相対回転した場合に、開口スリット６１ａにおける光の通過・遮断が、受光部６５により交互に検出される。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。この検出信号に基づいて、ワイヤ６８の直線距離を取得可能となっている。
【0080】
図１６に示すように、第２ブームシリンダ３７のアーム３３側の第２ブームシリンダ支軸３７ｂには、上方に突出するワイヤ固定部位３７ｂ１が、同軸的に設けられている。ワイヤ固定部位３７ｂ１にワイヤ６８の先端を固定し、ワイヤ６８を第２ブームシリンダ３７と平行に張って、ＷＥＮＣ６０の固定面６６ａを第２ブームシリンダ支軸３７ａの上方に固定する。ＷＥＮＣ６０は、導出口６７がワイヤ固定部位３７ｂ１に向くように、固定される。第２ブームシリンダ３７の一端は、第２ブームシリンダ支軸３７ｂを介して、第２ブーム３２における左側面に固定される。第２ブームシリンダ３７の他端は、第２ブームシリンダ支軸３７ａを介して、第１ブーム３１における左側面に固定される。
【0081】
図１７に示すように、第２ブームシリンダ３７は、短縮するよう駆動されると、一端（第２ブームシリンダ支軸３７ｂ）から他端（第２ブームシリンダ支軸３７ａ）に向かう方向の直線距離が短縮する。これに応じて、第２ブーム３２も第２ブーム３２支軸を中心として回転し、左方へのオフセット移動がなされる。また、第２ブームシリンダ３７が伸長するよう駆動されると、上記直線距離が伸長する。これに応じて、第２ブーム３２も第２ブーム３２支軸を中心として回転し、右方へのオフセット移動がなされる。第２ブームシリンダ３７は、棒部材に相当する。
【0082】
ワイヤ６８の直線距離は、第２ブームシリンダ３７の直線距離の伸縮に対応して伸縮する。第２ブームシリンダ３７の直線距離は、第２ブーム３２の回転角に応じて変化する。従って、ＷＥＮＣ６０の検出信号に基づいて、第２ブーム３２の回転角を取得可能となっている。
【0083】
図１７、及び、図１８に示すように、本実施形態では、ワイヤ６８（第２ブームシリンダ３７）の直線距離Ｄは、基準状態における基準直線距離Ｄｓから最大直線距離Ｄ１まで伸長可能となっている。直線距離Ｄが、ＤｓからＤ１に遷移するのに応じて、正の回転角Ａ４の絶対値は、大きくなっていく。また、直線距離Ｄは、基準直線距離Ｄｓから最小直線距離Ｄ２まで短縮可能となっている。直線距離Ｄが、ＤｓからＤ２に遷移するのに応じて、負の回転角Ａ４の絶対値は、大きくなっていく。
【0084】
図１９に示すように、第２実施形態の第２回転度取得手段８４は、ＷＥＮＣ６０と接続されて、ＷＥＮＣ６０により検出され送出された直線距離に対応する信号を受信する。第２回転度取得手段８４は、当該信号に基づいて、第２ブーム３２の回転角を取得する。第２ブーム３２の回転角Ａ４は、例えば、検出された直線距離Ｄと、図１８に示す直線距離Ｄ及び回転角Ａ４の関係と、に基づいて、取得されてもよい。
【0085】
本発明の第２実施形態に係る位置決定装置８０では、特に、直線距離検出装置６０（ＷＥＮＣ６０）がバックホー１０に備えられる。ＷＥＮＣ６０は、ワイヤ６８を備えており、ワイヤ６８の直線距離は、第２ブームシリンダ３７の直線距離の伸縮に対応して伸縮する。第２ブームシリンダ３７の直線距離は、第２ブーム３２の回転角に応じて変化する。このことを利用して、直線距離が検出されて、第２ブーム３２の回転角Ａ４が取得される。これによれば、直線距離検出装置を容易に取り付けることができ、第２ブーム３２の回転角Ａ４を、簡素な構成で確実に取得できる。
【0086】
なお、上記第２実施形態では、直線距離検出装置６０として、ＷＥＮＣ（ワイヤエンコーダ）６０が用いられているが、第２ブームシリンダ３７の直線距離を検出可能なものであれば、何れのものであってもよい。直線距離検出装置６０は、例えば、光学式センサ、電波式センサ、音波式センサ等であってもよい。これらのセンサを用い、第２ブームシリンダ支軸３７ａ，３７ｂ間の直線距離が、検出されるようにしてもよい。
【0087】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る位置決定装置８０について、説明する。第３実施形態では、上記第１、第２実施形態のＲＥＣＮ６０、ＷＥＮＣ６０に代えて、回転位置検出装置６０Ａが用いられて第２ブーム３２の回転角Ａ４を取得する。また、第３実施形態では、位置決定装置８０は、更に、軸位置取得手段８６、及び、回転位置測定手段８７を備える。この点で、第３実施形態は、上記第１、第２実施形態と異なり、それ以外については上記第１、第２実施形態と同じである。以下、上記第１、第２実施形態と異なる点について、説明する。
次に、本発明の第３実施形態に係る位置決定装置８０について、説明する。第３実施形態では、上記第１、第２実施形態のＲＥＣＮ６０、ＷＥＮＣ６０に代えて、回転位置検出装置６０Ａが用いられて第２ブーム３２の回転角Ａ４を取得する。また、第３実施形態では、位置決定装置８０は、更に、軸位置取得手段８６、及び、回転位置測定手段８７を備える。この点で、第３実施形態は、上記第１、第２実施形態と異なり、それ以外については上記第１、第２実施形態と同じである。以下、上記第１、第２実施形態と異なる点について、説明する。
【0088】
図２０に示すように、回転位置検出装置６０Ａは、第２ブーム３２に搭載されている。搭載位置は、第２ブーム３２の何れでもよいが、例えば、第２ブーム支軸３２ａから極力離間した部位に、回転位置検出装置６０Ａが搭載されると、回転角Ａ４の検出精度を向上する観点で好適である。この観点と、搭載容易性の観点から、本実施形態では、回転位置検出装置６０Ａは、第２ブーム３２の上部であって、第２ブームシリンダ支軸３７ｂよりも前側（アーム３３側）に、搭載されている。
【0089】
回転位置検出装置６０Ａは、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、第２ブーム３２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。回転位置検出装置６０Ａ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。本実施形態では、２周波Ｌ１，Ｌ２を利用して、回転位置検出装置６０Ａの搭載位置に対応する絶対座標が、決定されるようになっている。以下、回転位置検出装置６０Ａを、ＧＮＳＳ６０Ａと称呼する場合もある。なお、２周波Ｌ１，Ｌ２に代えて、２周波Ｌ１，Ｌ５であってもよいし、２周波以上のマルチ周波が用いられてもよい。
【0090】
図２１に示すように、位置決定装置８０は、上記第１実施形態のものに加え、更に、軸位置取得手段８６、及び、回転位置測定手段８７を備えている。軸位置取得手段８６は、後述のように、第２ブーム３２の回転の中心となる第２ブーム支軸３２ａの位置を取得する。回転位置測定手段８７は、ＧＮＳＳ６０Ａと接続されて、ＧＮＳＳ６０Ａにより検出され送出された、第２ブーム３２の位置に対応する信号を受信する。回転位置測定手段８７は、当該信号に基づいて、第２ブーム３２の位置を測位する。第２回転度取得手段８４は、後述のように、上記取得された第２ブーム支軸３２ａの位置と、上記測位された第２ブーム３２の位置とに基づいて、第２ブーム３２の回転角を取得する。
【0091】
図２２に示すように、位置決定装置８０は、基準状態において、更に、第２ブーム支軸３２ａの位置に対応する基準座標（Ｘｓ５，Ｙｓ５，Ｚｓ５）、及び、ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に対応する基準座標（Ｘｓ６，Ｙｓ６，Ｚｓ６）を決定する。上記第１実施形態の構成部位、座標と同一又は等価なものについては、同じ符号を付すことで、説明を省略する。
【0092】
基準状態において、第１ブーム支軸３１ａの位置から第２ブーム支軸３２ａの位置までの離間距離及び方向が既知である。ＧＮＳＳ４０の基準座標（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）から決定された第１ブーム支軸３１ａの基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、第２ブーム支軸３２ａの位置に対応する基準座標（Ｘｓ５，Ｙｓ５，Ｚｓ５）が決定される。なお、これに代えて、ＧＮＳＳ４０の搭載位置から第２ブーム支軸３２ａの位置までの離間距離及び方向が既知であることを利用して、ＧＮＳＳ４０の基準座標（Ｘｓ０，Ｙｓ０，Ｚｓ０）に基づいて、第２ブーム支軸３２ａの基準座標（Ｘｓ５，Ｙｓ５，Ｚｓ５）が決定されてもよい。
【0093】
基準状態において、第２ブーム支軸３２ａの位置からＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置までの離間距離及び方向が既知である。上記決定された第２ブーム支軸３２ａの基準座標（Ｘｓ５，Ｙｓ５，Ｚｓ５）と、既知の離間距離及び方向とに基づいて、ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に対応する基準座標（Ｘｓ６，Ｙｓ６，Ｚｓ６）が決定される。
【0094】
図２３に示すように、バックホー１０の作動により、第１ブーム支軸３１ａの位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）から（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）に移動したものとする。バックホー１０の作動により、第１ブーム３１が、第１方向Ｋ１の軸を中心として回転角Ａ１だけ基準状態から回転したものとする。第１ブーム支軸３１ａの位置の移動、及び、第１ブーム３１の回転に応じて、第２ブーム支軸３２ａの位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ５，Ｙｓ５，Ｚｓ５）から（Ｘ５，Ｙ５，Ｚ５）に移動したものとする。第２ブーム３２が基準状態から回転しない（オフセット移動しない）場合に、ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に対応する座標が、基準座標（Ｘｓ６，Ｙｓ６，Ｚｓ６）から（Ｘ６ａ，Ｙ６ａ，Ｚ６ａ）に移動したものとする。第１ブーム３１の回転角Ａ１は、ＩＭＵ５２にて検出されたものである。
【0095】
第１ブーム支軸３１ａの基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）から、第２ブーム支軸３２ａの基準座標（Ｘｓ５，Ｙｓ５，Ｚｓ５）に向かうベクトル（Ｘｓ５―Ｘｓ１，Ｙｓ５―Ｙｓ１，Ｚｓ５―Ｚｓ１）が既知である。上記（１）～（３）式（好ましくは、上記（１ａ）～（３ａ）式）にて決定された第１ブーム支軸３１ａの座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角Ａ１とに基づいて、第２ブーム支軸３２ａの位置に対応する座標（Ｘ５，Ｙ５，Ｚ５）が決定される。具体的には、下記（１６）式、（１７）式、（１８）式に示すように、座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び上記ベクトルの和と、回転角Ａ１の回転行列とを用いて、座標（Ｘ５，Ｙ５，Ｚ５）が決定される。軸位置取得手段８６は、以上のようにして第２ブーム支軸３２ａの位置を取得する。なお、下記（１６）式、（１７）式、（１８）式を用いるのに代えて、下記（１６ａ）式、（１７ａ）式、（１８ａ）式を用いて、第２ブーム支軸３２ａの位置に対応する座標（Ｘ５，Ｙ５，Ｚ５）を決定すると、精度向上の観点でより好適である。
【0096】
Ｘ５＝（Ｘ１＋（Ｘｓ５―Ｘｓ１））（ｃｏｓ（Ａ１））＋
（Ｚ１＋（Ｚｓ５―Ｚｓ１））（ｓｉｎ（Ａ１）） …（１６）
Ｙ５＝（Ｙ１＋（Ｙｓ５―Ｙｓ１）） …（１７）
Ｚ５＝（Ｘ１＋（Ｘｓ５―Ｘｓ１））（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚ１＋（Ｚｓ５―Ｚｓ１））（ｃｏｓ（Ａ１）） …（１８）
Ｘ５＝Ｘ１＋（Ｘｓ５―Ｘｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））＋
（Ｚｓ５―Ｚｓ１）（ｓｉｎ（Ａ１）） …（１６ａ）
Ｙ５＝Ｙ１＋（Ｙｓ５―Ｙｓ１） …（１７ａ）
Ｚ５＝Ｘ１＋（Ｘｓ５―Ｘｓ１）（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚｓ５―Ｚｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１）） …（１８ａ）
（Ｚ１＋（Ｚｓ５―Ｚｓ１））（ｓｉｎ（Ａ１）） …（１６）
Ｙ５＝（Ｙ１＋（Ｙｓ５―Ｙｓ１）） …（１７）
Ｚ５＝（Ｘ１＋（Ｘｓ５―Ｘｓ１））（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚ１＋（Ｚｓ５―Ｚｓ１））（ｃｏｓ（Ａ１）） …（１８）
Ｘ５＝Ｘ１＋（Ｘｓ５―Ｘｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））＋
（Ｚｓ５―Ｚｓ１）（ｓｉｎ（Ａ１）） …（１６ａ）
Ｙ５＝Ｙ１＋（Ｙｓ５―Ｙｓ１） …（１７ａ）
Ｚ５＝Ｘ１＋（Ｘｓ５―Ｘｓ１）（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚｓ５―Ｚｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１）） …（１８ａ）
【0097】
第１ブーム支軸３１ａの基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）から、第２ブーム支軸３２ａの基準座標（Ｘｓ５，Ｙｓ５，Ｚｓ５）を経て、ＧＮＳＳ６０Ａの基準座標（Ｘｓ６，Ｙｓ６，Ｚｓ６）に向かうベクトル（（Ｘｓ５―Ｘｓ１）＋（Ｘｓ６―Ｘｓ５），（Ｙｓ５―Ｙｓ１）＋（Ｙｓ６―Ｙｓ５），（Ｚｓ５―Ｚｓ１）＋（Ｚｓ６―Ｚｓ５））＝（Ｘｓ６―Ｘｓ１，Ｙｓ６―Ｙｓ１，Ｚｓ６―Ｚｓ１）が既知である。上記（１）～（３）式（好ましくは、上記（１ａ）～（３ａ）式）にて決定された第１ブーム支軸３１ａの座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と、既知の上記ベクトルと、上記検出された回転角Ａ１とに基づいて、ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に対応する座標（Ｘ６ａ，Ｙ６ａ，Ｚ６ａ）が決定される。具体的には、下記（１９）式、（２０）式、（２１）式に示すように、座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び上記ベクトルの和と、回転角Ａ１の回転行列とを用いて、座標（Ｘ６ａ，Ｙ６ａ，Ｚ６ａ）が決定される。なお、下記（１９）式、（２０）式、（２１）式を用いるのに代えて、下記（１９ａ）式、（２０ａ）式、（２１ａ）式を用いて、ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に対応する座標（Ｘ６ａ，Ｙ６ａ，Ｚ６ａ）を決定すると、精度向上の観点でより好適である。
【0098】
Ｘ６ａ＝（Ｘ１＋（Ｘｓ６―Ｘｓ１））（ｃｏｓ（Ａ１））＋
（Ｚ１＋（Ｚｓ６―Ｚｓ１））（ｓｉｎ（Ａ１）） …（１９）
Ｙ６ａ＝（Ｙ１＋（Ｙｓ６―Ｙｓ１）） …（２０）
Ｚ６ａ＝（Ｘ１＋（Ｘｓ６―Ｘｓ１））（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚ１＋（Ｚｓ６―Ｚｓ１））（ｃｏｓ（Ａ１）） …（２１）
Ｘ６ａ＝Ｘ１＋（Ｘｓ６―Ｘｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））＋
（Ｚｓ６―Ｚｓ１）（ｓｉｎ（Ａ１）） …（１９ａ）
Ｙ６ａ＝Ｙ１＋（Ｙｓ６―Ｙｓ１） …（２０ａ）
Ｚ６ａ＝Ｘ１＋（Ｘｓ６―Ｘｓ１）（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚｓ６―Ｚｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１）） …（２１ａ）
（Ｚ１＋（Ｚｓ６―Ｚｓ１））（ｓｉｎ（Ａ１）） …（１９）
Ｙ６ａ＝（Ｙ１＋（Ｙｓ６―Ｙｓ１）） …（２０）
Ｚ６ａ＝（Ｘ１＋（Ｘｓ６―Ｘｓ１））（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚ１＋（Ｚｓ６―Ｚｓ１））（ｃｏｓ（Ａ１）） …（２１）
Ｘ６ａ＝Ｘ１＋（Ｘｓ６―Ｘｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１））＋
（Ｚｓ６―Ｚｓ１）（ｓｉｎ（Ａ１）） …（１９ａ）
Ｙ６ａ＝Ｙ１＋（Ｙｓ６―Ｙｓ１） …（２０ａ）
Ｚ６ａ＝Ｘ１＋（Ｘｓ６―Ｘｓ１）（―ｓｉｎ（Ａ１））＋
（Ｚｓ６―Ｚｓ１）（ｃｏｓ（Ａ１）） …（２１ａ）
【0099】
ここにおいて、図２４に示すように、バックホー１０の作動によって、第２ブーム３２の第２ブーム支軸３２ａを中心とする回転（オフセット移動）が、実行されたものとする。この場合、ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に対応する座標が、（Ｘ６ａ，Ｙ６ａ，Ｚ６ａ）から（Ｘ６ｂ，Ｙ６ｂ，Ｚ６ｂ）に移動したものとする。ＧＮＳＳ６０Ａの座標（Ｘ６ｂ，Ｙ６ｂ，Ｚ６ｂ）は、ＧＮＳＳ６０Ａにて測位されたものである。
【0100】
上記決定された座標（Ｘ５，Ｙ５，Ｚ５）と、上記決定された座標（Ｘ６ａ，Ｙ６ａ，Ｚ６ａ）と、上記測位された座標（Ｘ６ｂ，Ｙ６ｂ，Ｚ６ｂ）とに基づいて、第２ブーム３２の回転角Ａ４が取得される。具体的には、下記（２２）式、（２３）式、（２４）式、（２５ａ）式に示すように、ベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）及び（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）の内積Ｓと、ベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）の絶対値Ｔと、ベクトル（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）の絶対値Ｕとを用いて、回転角Ａ４が決定される。第２回転度取得手段８４は、以上のようにして第２ブーム３２の回転角Ａ４を取得する。
【0101】
Ｓ＝（Ｘ６ａ―Ｘ５）（Ｘ６ｂ―Ｘ５）＋（Ｙ６ａ―Ｙ５）（Ｙ６ｂ―Ｙ５）＋
（Ｚ６―Ｚ５ａ）（Ｚ６ｂ―Ｚ５） …（２２）
Ｔ＝（（Ｘ６ａ―Ｘ５）２＋（Ｙ６ａ―Ｙ５）２＋（Ｚ６ａ―Ｚ５）２）１／２ …（２３）
Ｕ＝（（Ｘ６ｂ―Ｘ５）２＋（Ｙ６ｂ―Ｙ５）２＋（Ｚ６ｂ―Ｚ５）２）１／２ …（２４）
Ａ４＝ａｒｃｃｏｓ（Ｓ／（（Ｔ）（Ｕ））） …（２５ａ）
（Ｚ６―Ｚ５ａ）（Ｚ６ｂ―Ｚ５） …（２２）
Ｔ＝（（Ｘ６ａ―Ｘ５）２＋（Ｙ６ａ―Ｙ５）２＋（Ｚ６ａ―Ｚ５）２）１／２ …（２３）
Ｕ＝（（Ｘ６ｂ―Ｘ５）２＋（Ｙ６ｂ―Ｙ５）２＋（Ｚ６ｂ―Ｚ５）２）１／２ …（２４）
Ａ４＝ａｒｃｃｏｓ（Ｓ／（（Ｔ）（Ｕ））） …（２５ａ）
【0102】
第３実施形態における位置決定装置８０の実際の作動について、図２５のフローチャートを参照しつつ説明する。ステップＳＴ１における基準座標の決定においては、バックホー１０が基準状態にて静止している状態において、位置決定装置８０の位置決定手段８５により、上記第１、第２実施形態の基準座標に加え、更に、第２ブーム支軸３２ａ、及び、ＧＮＳＳ６０Ａのそれぞれの位置に対応する基準座標（Ｘｓ５，Ｙｓ５，Ｚｓ５）、（Ｘｓ６，Ｙｓ６，Ｚｓ６）も、それぞれ決定される。（図２２を参照）。
【0103】
次に、ステップＳＴ２を経てステップＳＴ２１にて、位置決定装置８０は、第２ブーム支軸３２ａの座標を取得する。位置決定装置８０の軸位置取得手段８６により、バックホー１０が作動している場合に、上記（１６）～（１８）式（好ましくは、上記（１６ａ）～（１８ａ）式）を用いて、第２ブーム支軸３２ａの位置に対応する座標（Ｘ５，Ｙ５，Ｚ５）が決定される（図２３を参照）。
【0104】
次に、ステップＳＴ２２にて、位置決定装置８０は、ＧＮＳＳ６０Ａの座標を測位する。位置決定装置８０の回転位置測定手段８７により、バックホー１０が作動している場合に、ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に対応する座標（Ｘ６ｂ，Ｙ６ｂ，Ｚ６ｂ）が測位される。
【0105】
次のステップＳＴ３における回転角の取得においては、位置決定装置８０の第２回転度取得手段８４により、バックホー１０が作動している場合に、上記（１９）～（２４）式、上記（２５ａ）式（好ましくは、上記（１９ａ）～（２１ａ）式、上記（２３）～（２４）式、上記（２５ａ）式）を用いて、第２ブーム３２の回転角Ａ４が取得される（図２４を参照）。なお、回転角Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３は、上記第１、第２実施形態と同様に取得される。以降、ステップＳＴ４，ＳＴ５に進み、上記第１、第２実施形態と同様の各処理が実行される。
【0106】
本発明の第３実施形態に係る位置決定装置８０では、特に、回転位置検出装置６０Ａ（ＧＮＳＳ６０Ａ）が、バックホー１０の第２ブーム３２に備えられる。また、位置決定装置８０は、更に、軸位置取得手段８６、及び、回転位置測定手段８７を備える。軸位置取得手段８６により、第２ブーム支軸３２ａの位置が取得される。ＧＮＳＳ６０Ａ、及び、回転位置測定手段８７により、第２ブーム３２におけるＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置が測位される。取得された第２ブーム支軸３２ａの位置と、測位された第２ブーム３２におけるＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置とに基づいて、第２ブーム３２の回転角Ａ４が取得される。これによれば、回転位置検出装置を、第２ブーム３２であれば、何れの部位にも搭載できる。例えば、構造物を避け搭載し易い部位や、回転角の精度を向上可能な部位等に、回転位置検出装置を搭載できる。従って、第２ブーム３２の回転角Ａ４を、容易かつ確実に取得できる。
【0107】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る位置決定装置８０について、説明する。第４実施形態では、上記第１、第２実施形態のＲＥＣＮ６０、ＷＥＮＣ６０に代えて、回転位置検出装置６０Ａ、及び、軸位置検出装置６０Ｂが用いられて第２ブーム３２の回転角Ａ４を取得する。また、第４実施形態では、位置決定装置８０は、上記第３実施形態の軸位置取得手段８６、及び、回転位置測定手段８７に代えて、相対位置取得手段８８を備える。この点で、第４実施形態は、上記第１、第２、第３実施形態と異なり、それ以外については上記第１、第２、第３実施形態と同じである。以下、上記第１、第２、第３実施形態と異なる点について、説明する。
次に、本発明の第４実施形態に係る位置決定装置８０について、説明する。第４実施形態では、上記第１、第２実施形態のＲＥＣＮ６０、ＷＥＮＣ６０に代えて、回転位置検出装置６０Ａ、及び、軸位置検出装置６０Ｂが用いられて第２ブーム３２の回転角Ａ４を取得する。また、第４実施形態では、位置決定装置８０は、上記第３実施形態の軸位置取得手段８６、及び、回転位置測定手段８７に代えて、相対位置取得手段８８を備える。この点で、第４実施形態は、上記第１、第２、第３実施形態と異なり、それ以外については上記第１、第２、第３実施形態と同じである。以下、上記第１、第２、第３実施形態と異なる点について、説明する。
【0108】
図２６に示すように、回転位置検出装置６０Ａ、及び、軸位置検出装置６０Ｂは、第２ブーム３２に搭載されている。軸位置検出装置６０Ｂは、第２ブーム支軸３２ａの上部に同軸的に搭載されている。回転位置検出装置６０Ａの搭載位置は、第２ブーム３２において、軸位置検出装置６０Ｂよりも前側の部位であれば何れでもよい。例えば、軸位置検出装置６０Ｂから極力離間した部位に、回転位置検出装置６０Ａが搭載されると、回転角Ａ４の検出精度を向上する観点で好適である。この観点と、搭載容易性の観点から、本実施形態では、回転位置検出装置６０Ａは、第２ブーム３２の上部であって、第２ブームシリンダ支軸３７ｂよりも前側（アーム３３側）に、搭載されている。
【0109】
回転位置検出装置６０Ａは、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、第２ブーム３２の位置として、第２ブーム３２における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。回転位置検出装置６０Ａ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。軸位置検出装置６０Ｂは、全球測位衛星からの測位用信号の受信に基づいて、第２ブーム支軸３２ａの位置として、第２ブーム支軸３２ａにおける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。軸位置検出装置６０Ｂ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。
【0110】
本実施形態では、１周波Ｌ１を利用した相対測位により、軸位置検出装置６０Ｂの位置に対する回転位置検出装置６０Ａの相対位置を、取得可能となっている。即ち、第２ブーム支軸３２ａの位置に対する第２ブーム３２の相対位置を、取得可能となっている。相対位置として、例えば、第２ブーム支軸３２ａの位置（軸位置検出装置６０Ｂの位置）から、第２ブーム３２における回転位置検出装置６０Ａの位置に向かうベクトルが、用いられてもよい。以下、回転位置検出装置６０ＡをＧＮＳＳ６０Ａ、軸位置検出装置６０ＢをＧＮＳＳ６０Ｂと、それぞれ称呼する場合もある。
【0111】
本実施形態におけるＧＮＳＳ６０Ａ、及び、ＧＮＳＳ６０Ｂは、上述のように相対測位が可能な構成であればよい。相対測位の場合、多周波を利用して絶対座標を決定する場合に比して、位置検出装置の構成を、より簡素なものとすることができる。このため、ＧＮＳＳ６０Ａ、及び、ＧＮＳＳ６０Ｂとして、安価な位置検出装置を用いることができる。
【0112】
図２７に示すように、位置決定装置８０は、上記第１実施形態のものに加え、更に、相対位置取得手段８８を備えている。相対位置取得手段８８は、後述のように、第２ブーム支軸３２ａの位置に対する第２ブーム３２の相対位置を取得する。相対位置取得手段８８は、ＧＮＳＳ６０Ａ、及び、ＧＮＳＳ６０Ｂとそれぞれ接続され、ＧＮＳＳ６０Ａ，６０Ｂによりそれぞれ検出され送出された、第２ブーム３２、及び、第２ブーム支軸３２ａの位置に対応する信号を受信する。相対位置取得手段８８は、当該信号に基づいて、上記相対位置を取得する。第２回転度取得手段８４は、後述のように、上記取得された相対位置に基づいて、第２ブーム３２の回転角を取得する。
【0113】
図２８に示すように、バックホー１０の作動によって、第２ブーム３２の第２ブーム支軸３２ａを中心とする回転（オフセット移動）が、実行されたものとする。図２８に示す状態は、上述した図２４に示す状態に対応するものである。即ち、この状態は、第１ブーム支軸３１ａの位置が、基準座標（Ｘｓ１，Ｙｓ１，Ｚｓ１）から座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）に移動し、第１ブーム３１が回転角Ａ１だけ回転している状態である。
【0114】
この状態において、第２ブーム３２の回転が実行される前に、ＧＮＳＳ６０Ａ，６０Ｂによる相対測位が実行される。具体的には、第２ブーム支軸３２ａにおけるＧＮＳＳ６０Ｂの搭載位置から、第２ブーム３２におけるＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に向かうベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）が、取得される。また、第２ブーム３２の回転が実行されたときにも、ＧＮＳＳ６０Ａ，６０Ｂによる相対測位が実行される。具体的には、第２ブーム支軸３２ａにおけるＧＮＳＳ６０Ｂの搭載位置から、第２ブーム３２におけるＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に向かうベクトル（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）が、取得される。相対位置取得手段８８は、以上のようにして、相対位置としてのベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）、（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）を取得する。
【0115】
なお、上記第３実施形態では、第２ブーム支軸３２ａの座標（Ｘ５，Ｙ５，Ｚ５）、ＧＮＳＳ６０Ａの座標（Ｘ６ａ，Ｙ６ａ，Ｚ６ａ）及び（Ｘ６ｂ，Ｙ６ｂ，Ｚ６ｂ）が個別に取得されて、ベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）及び（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）が取得される。これに対し、本実施形態では、上述のように各座標を個別に取得することなく、ＧＮＳＳ６０Ａ，６０Ｂによる相対測位により、ベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）及び（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）が直接取得される。この点で、本実施形態は、上記第３実施形態と異なる。
【0116】
上記取得されたベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）及び（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）に基づいて、第２ブーム３２の回転角Ａ４が取得される。具体的には、上記（２２）式、（２３）式、（２４）式、（２５ａ）式に示すように、ベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）及び（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）の内積Ｓと、ベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）の絶対値Ｔと、ベクトル（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）の絶対値Ｕとを用いて、回転角Ａ４が決定される。第２回転度取得手段８４は、以上のようにして第２ブーム３２の回転角Ａ４を取得する。
【0117】
第４実施形態における位置決定装置８０の実際の作動について、図２９のフローチャートを参照しつつ説明する。ステップＳＴ１における基準座標の決定においては、バックホー１０が基準状態にて静止している状態において、位置決定装置８０の位置決定手段８５により、上記第１、第２実施形態と同様に基準座標が決定される。（図８を参照）。
【0118】
次に、ステップＳＴ２を経てステップＳＴ２３にて、位置決定装置８０は、ＧＮＳＳ６０Ａ，６０Ｂの相対位置を取得する。位置決定装置８０の相対位置取得手段８８により、ベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）及び（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）が取得される。ここにおいて、ベクトル（Ｘ６ａ―Ｘ５，Ｙ６ａ―Ｙ５，Ｚ６ａ―Ｚ５）は、第２ブーム３２のオフセット移動実施前での、ＧＮＳＳ６０Ｂの搭載位置から、ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に向かうベクトルである。ベクトル（Ｘ６ｂ―Ｘ５，Ｙ６ｂ―Ｙ５，Ｚ６ｂ―Ｚ５）は、第２ブーム３２のオフセット移動実施時での、ＧＮＳＳ６０Ｂの搭載位置から、ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置に向かうベクトルである。
【0119】
次のステップＳＴ３における回転角の取得においては、位置決定装置８０の第２回転度取得手段８４により、バックホー１０が作動している場合に、上記（２２）～（２４）、上記（２５ａ）式を用いて、第２ブーム３２の回転角Ａ４が取得される（図２８を参照）。なお、回転角Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３は、上記第１、第２実施形態と同様に取得される。以降、ステップＳＴ４，ＳＴ５に進み、上記第１、第２実施形態と同様の各処理が実行される。
【0120】
本発明の第４実施形態に係る位置決定装置８０では、特に、回転位置検出装置６０Ａ（ＧＮＳＳ６０Ａ）が、バックホー１０の第２ブーム３２に備えられ、軸位置検出装置６０Ｂ（ＧＮＳＳ６０Ｂ）が、バックホー１０の第２ブーム支軸３２ａに備えられる。また、位置決定装置８０は、更に、相対位置取得手段８８を備える。ＧＮＳＳ６０Ａ，６０Ｂの相対測位、及び、相対位置取得手段８８により、第２ブーム支軸３２ａ（ＧＮＳＳ６０Ｂの搭載位置）に対する第２ブーム３２（ＧＮＳＳ６０Ａの搭載位置）の相対位置が取得される。取得された相対位置に基づいて、第２ブーム３２の回転角Ａ４が取得される。これによれば、回転位置検出装置、及び、軸位置検出装置にて、相対測位が実行される。相対測位の場合、多周波を利用して絶対座標を決定する場合に比して、位置検出装置の構成を、より簡素なものとすることができる。このため、回転位置検出装置、及び、軸位置検出装置として、安価な位置検出装置を用いることができる。従って、第２ブーム３２の回転角Ａ４を、低コストで確実に取得できる。
【0121】
［変形例］
本発明の実施形態においては、種々の変形例を採用することができる。上記第１～第４実施形態においては、バックホー１０の構成として、第１ブーム３１は、第１ブーム支軸３１ａを中心として回転可能となっており、第２ブーム３２が、第２ブーム支軸３２ａを中心として回転可能となっている。第２ブーム３２の第１ブーム３１に対する相対回転により、バケット３４のオフセット移動が可能となっている。
本発明の実施形態においては、種々の変形例を採用することができる。上記第１～第４実施形態においては、バックホー１０の構成として、第１ブーム３１は、第１ブーム支軸３１ａを中心として回転可能となっており、第２ブーム３２が、第２ブーム支軸３２ａを中心として回転可能となっている。第２ブーム３２の第１ブーム３１に対する相対回転により、バケット３４のオフセット移動が可能となっている。
【0122】
これに代えて、例えば、第１ブーム３１及び第２ブーム３２が一体的に構成され、第１ブーム３１に対する第２ブーム３２の相対回転が規制されており、第１ブーム３１が、第２方向Ｋ２に平行な軸を中心として、回転可能となっていてもよい。より具体的には、第１ブーム３１の走行車両２０の接続部位が、第１方向Ｋ１に平行な軸、及び、第２方向Ｋ２に平行な軸の２軸の回転中心となっていてもよい。これにより、第１ブーム３１の走行車両２０に対する相対回転により、バケット３４のオフセット移動が可能となる。この変形例の構成のバックホー１０に、位置決定装置８０が適用された場合であっても、上記各実施形態の効果と同じ効果を奏する。
【0123】
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】
【0124】
１０…作業機（バックホー）、２０…走行車両、３０…可動操作具、３１…第１ブーム、３１ａ…第１ブーム支軸、３２…第２ブーム、３２ａ…第２ブーム支軸、３３…アーム、３３ａ…アーム支軸、３４…バケット、３４ａ…バケット支軸、３４ｂ…先端部位、３６…第１ブームシリンダ、３７…第２ブームシリンダ、３８…アームシリンダ、３９…バケットシリンダ、４０…車両位置検出装置（ＧＮＳＳ）、５０…第１回転度検出装置（ＩＭＵ）、６０…第２回転度検出装置（ＲＥＮＣ）、６０…直線距離検出装置（ＷＥＮＣ）、６０Ａ…回転位置検出装置（ＧＮＳＳ）、６０Ｂ…軸位置検出装置（ＧＮＳＳ）、８０…位置決定装置、８１…車両位置測定手段、８２…車両回転度取得手段、８３…第１回転度取得手段、８４…第２回転度取得手段、８５…位置決定手段、８６…軸位置取得手段、８７…回転位置取得手段、８８…相対位置取得手段、９０…ＥＣＵ、Ａ０…回転角、Ａ１…回転角、Ａ２…回転角、Ａ３…回転角、Ａ４…回転角、Ｋ１…第１方向、Ｋ２…第２方向
【要約】
【課題】 作業機における可動操作具の先端部位の位置を、精度良く決定する。
【解決手段】 バックホー１０に適用される位置決定装置８０は、走行車両２０のＧＮＳＳ４０の位置を測定する車両位置測定手段８１、走行車両２０の回転角Ａ０を取得する車両回転度取得手段８２、第１回転部位（第１ブーム３１、アーム３３、バケット３４）の回転角Ａ１，Ａ２，Ａ３を取得する第１回転度取得手段８３、第２回転部位（第２ブーム３２）の回転角Ａ４を取得する第２回転度取得手段８４、及び、位置決定手段８５を備える。位置決定手段８５は、測定されたＧＮＳＳ４０の位置と、取得された回転角Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と、に基づいて、可動操作具３０におけるバケット３４の先端部位３４ｂの位置を決定する。
【選択図】 図７
【解決手段】 バックホー１０に適用される位置決定装置８０は、走行車両２０のＧＮＳＳ４０の位置を測定する車両位置測定手段８１、走行車両２０の回転角Ａ０を取得する車両回転度取得手段８２、第１回転部位（第１ブーム３１、アーム３３、バケット３４）の回転角Ａ１，Ａ２，Ａ３を取得する第１回転度取得手段８３、第２回転部位（第２ブーム３２）の回転角Ａ４を取得する第２回転度取得手段８４、及び、位置決定手段８５を備える。位置決定手段８５は、測定されたＧＮＳＳ４０の位置と、取得された回転角Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と、に基づいて、可動操作具３０におけるバケット３４の先端部位３４ｂの位置を決定する。
【選択図】 図７
【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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
