JP5237408B2 - 油圧ショベルの較正システム及び較正方法 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルの較正システム及び較正方法に関する。

従来、作業機の作業点の現在位置を検出する位置検出装置を備える油圧ショベルが知られている。例えば、特許文献１に開示されている油圧ショベルでは、GPSアンテナからの位置情報に基づいて、バケットの刃先の位置座標が演算される。具体的には、GPSアンテナとブームピンとの位置関係、ブームとアームとバケットとのそれぞれの長さ、ブームとアームとバケットとのそれぞれの方向角などのパラメータに基づいて、バケットの刃先の位置座標が演算される。

特開２００２−１８１５３８号公報

演算されたバケットの刃先の位置座標の精度は、上述したパラメータの精度の影響を受ける。しかし、これらのパラメータは、設計値に対して誤差を有することが通常である。このため、油圧ショベルの位置検出装置の初期設定時には、パラメータをメジャーテープなどの計測手段によって計測することが行われる。しかし、上記のようにパラメータをメジャーテープなどの計測手段によって精度よく計測することは容易ではない。また、パラメータの数が多い場合には、それらのパラメータを全て測定するために多くの時間が必要であり、煩雑である。

また、測定されたパラメータを位置検出装置に入力した後に、位置検出装置による位置検出の精度の確認が行われる。例えば、GPSによりバケットの刃先の位置座標が直接的に測定される。そして、位置検出装置によって演算されたバケットの刃先の位置座標と、GPS計測装置によって直接的に測定されたバケットの刃先の位置座標とが比較される。位置検出装置によって演算されたバケットの刃先の位置座標と、GPS計測装置によって直接的に測定されたバケットの刃先の位置座標とが一致していない場合には、これらの位置座標が一致するまで、メジャーテープによるパラメータの測定と位置検出装置への入力とが繰り返される。すなわち、位置座標の実測値と計算値とが一致するまで、パラメータの値の合わせ込みが行われる。このような較正作業には非常に多くの時間が必要であり、煩雑である。

本発明の課題は、作業点の位置検出の精度を向上させると共に、較正作業時間を短縮することができる油圧ショベルの較正システム及び較正方法を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの較正システムは、油圧ショベルと、較正装置と、外部計測装置とを備える。油圧ショベルは、走行体と、旋回体と、作業機と、角度検出部と、現在位置演算部とを含む。旋回体は、走行体に旋回可能に取り付けられている。ブームは、旋回体に揺動可能に取り付けられている。アームは、ブームに揺動可能に取り付けられている。作業具は、アームに揺動可能に取り付けられている。角度検出部は、旋回体に対するブームの揺動角と、ブームに対するアームの揺動角と、アームに対する作業具の揺動角とを検出する。現在位置演算部は、ブームとアームと作業具との寸法と揺動角とを示す複数のパラメータに基づいて、作業具に含まれる作業点の現在位置を演算する。較正装置は、パラメータを較正するための装置である。外部計測装置は、作業点の位置を計測する装置である。また、較正装置は、入力部と、車体座標系演算部と、座標変換部と、較正演算部とを含む。入力部は、第１作業点位置情報と、第２作業点位置情報とが入力される部分である。第１作業点位置情報は、外部計測装置が計測した、作業機の姿勢が異なる少なくとも２つの作業点の位置と作業機の動作平面上の所定の基準点の位置とを含む、又は、外部計測装置が計測した、作業機の姿勢が異なる少なくとも３つの作業点の位置を含む。第２作業点位置情報は、旋回体の走行体に対する旋回角度が異なる少なくとも３つの作業点の位置を含む。車体座標系演算部は、第１作業点位置情報に基づいて作業機の動作平面に垂直な第１単位法線ベクトルを演算する。車体座標系演算部は、第２作業点位置情報に基づいて旋回体の旋回平面に垂直な第２単位法線ベクトルを演算する。車体座標系演算部は、第１単位法線ベクトルと第２単位法線ベクトルとに垂直な第３単位法線ベクトルを演算する。座標変換部は、外部計測装置で計測された作業点の複数の位置での座標を、第１単位法線ベクトルと第２単位法線ベクトルと第３単位法線ベクトルとを用いて、外部計測装置における座標系から油圧ショベルにおける車体座標系に変換する。較正演算部は、車体座標系に変換された作業点の複数の位置での座標に基づいて、パラメータの較正値を演算する。

本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの較正システムは、第１の態様の油圧ショベルの較正システムであって、車体座標系演算部は、作業機の動作平面と旋回体の旋回平面との交線ベクトルを演算する。車体座標系演算部は、作業機の動作平面と旋回平面との交線ベクトルを通り作業機の動作平面に垂直な平面の単位法線ベクトルを、第２単位法線ベクトルとして演算する。

本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの較正システムは、第１又は第２の態様の油圧ショベルの較正システムであって、第１作業点位置情報は、作業機の上下方向における位置、及び／又は、車体前後方向における位置が異なる複数の位置の座標を含む。

本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの較正システムは、第１から第３の態様のいずれかの油圧ショベルの較正システムであって、パラメータは、第１距離と第２距離と第３距離とを含む。第１距離は、ブームの旋回体に対する揺動中心と、アームのブームに対する揺動中心との間の距離である。第２距離は、アームのブームに対する揺動中心と、作業具のアームに対する揺動中心との間の距離である。第３距離は、作業具のアームに対する揺動中心と、作業点との間の距離である。現在位置演算部は、第１距離と第２距離と第３距離と揺動角とに基づいて、車体座標系における作業点の現在位置を演算する。較正演算部は、外部計測装置によって計測され車体座標系に変換された作業点の複数の位置での座標に基づいて、第１距離と第２距離と第３距離との較正値を演算する。

本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの較正システムは、第１から第４の態様のいずれかの油圧ショベルの較正システムであって、外部計測装置は、トータルステーションである。

本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの較正方法は、油圧ショベルにおいてパラメータを較正するための方法である。油圧ショベルは、走行体と、旋回体と、作業機と、角度検出部と、現在位置演算部とを含む。旋回体は、走行体に旋回可能に取り付けられている。ブームは、旋回体に揺動可能に取り付けられている。アームは、ブームに揺動可能に取り付けられている。作業具は、アームに揺動可能に取り付けられている。角度検出部は、旋回体に対するブームの揺動角と、ブームに対するアームの揺動角と、アームに対する作業具の揺動角とを検出する。現在位置演算部は、ブームとアームと作業具との寸法と揺動角とを示す複数のパラメータに基づいて、作業具に含まれる作業点の現在位置を演算する。油圧ショベルの較正方法は、次の第１ステップから第５ステップを備える。第１ステップでは、外部計測装置によって、作業点の位置を計測する。第２ステップでは、第１作業点位置情報と第２作業点位置情報とを、パラメータを較正するための較正装置に入力する。第１情報は、外部計測装置が計測した、作業機の姿勢が異なる少なくとも２つの作業点の位置と作業機の動作平面上の所定の基準点の位置とを含む、又は、外部計測装置が計測した、作業機の姿勢が異なる少なくとも３つの作業点の位置を含む。第２作業点位置情報は、旋回体の走行体に対する旋回角度が異なる少なくとも３つの作業点の位置を含む。第３ステップでは、較正装置が、第１作業点位置情報に基づいて作業機の動作平面に垂直な第１単位法線ベクトルを演算し、第２作業点位置情報に基づいて旋回体の旋回平面に垂直な第２単位法線ベクトルを演算し、第１単位法線ベクトルと第２単位法線ベクトルとに垂直な第３単位法線ベクトルを演算する。第４ステップでは、較正装置が、外部計測装置で計測された作業点の複数の位置での座標を、第１単位法線ベクトルと第２単位法線ベクトルと第３単位法線ベクトルとを用いて、外部計測装置における座標系から油圧ショベルにおける車体座標系に変換する。第５ステップでは、較正装置が、車体座標系に変換された作業点の複数の位置での座標に基づいて、パラメータの較正値を演算する。

本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの較正システムでは、外部計測装置で計測された作業点の複数の位置での座標が車体座標系に変換される。そして、車体座標系に変換された作業点の複数の位置での座標に基づいて、パラメータの較正値が演算される。このため、パラメータの値をメジャーテープなどの測定手段によって実測する必要がない。或いは、実測が必要なパラメータの数を低減することができる。また、位置座標の実測値と計算値とが一致するまでパラメータの値の合わせ込みを行う必要がない。これにより、本発明に係る油圧ショベルの較正システムでは、作業点の位置検出の精度を向上させることができると共に、較正作業時間を短縮することができる。

本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの較正システムでは、第２作業点位置情報から特定される旋回平面に垂直な単位法線ベクトルを第２単位法線ベクトルとして用いるのではなく、まず、作業機の動作平面と旋回体の旋回平面との交線ベクトルとが演算される。そして、作業機の動作平面と旋回平面との交線ベクトルを通り作業機の動作平面に垂直な平面の単位法線ベクトルが、第２単位法線ベクトルとして演算される。このため、作業機の動作平面と旋回体の旋回平面とが厳密に垂直ではない場合であっても、車体座標系を精度よく演算することができる。これにより、作業点の位置検出の精度をより向上させることができる。

本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの較正システムでは、ブームの旋回体に対する揺動中心の位置と、様々な作業機の姿勢での作業点の位置との座標が、第１作業点位置情報に含まれる。このため、作業機の動作平面に垂直な第１単位法線ベクトルを精度よく演算することができる。

本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの較正システムでは、パラメータに第１距離と第２距離と第３距離とを含む。現在位置演算部は、これらの距離に基づいて作業点の現在位置を演算する。また、逆に、作業点の現在位置を外部計測装置によって計測することにより、外部計測装置の計測結果から第１距離と第２距離と第３距離との較正値を精度よく演算することができる。

本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの較正システムでは、トータルステーションによって、第１作業点位置情報と第２作業点位置情報とを容易に測定することができる。

本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの較正方法では、外部計測装置で計測された作業点の複数の位置での座標が車体座標系に変換される。そして、車体座標系に変換された作業点の複数の位置での座標に基づいて、パラメータの較正値が演算される。このため、パラメータの値をメジャーテープなどの測定手段によって実測する必要がない。或いは、実測が必要なパラメータの数を低減することができる。また、位置座標の実測値と計算値とが一致するまでパラメータの値の合わせ込みを行う必要がない。これにより、本発明に係る油圧ショベルの較正方法では、作業点の位置検出の精度を向上させることができると共に、較正作業時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの斜視図。 油圧ショベルの構成を模式的に示す図。 油圧ショベルが備える制御系の構成を示すブロック図。 設計地形の構成の一例を示す図。 案内画面の一例を示す図。 パラメータのリストを示す図。 ブームの側面図。 アームの側面図。 バケット及びアームの側面図。 バケットの側面図。 シリンダの長さを示すパラメータの演算方法を示す図。 オペレータが較正時に行う作業手順を示すフローチャート。 外部計測装置の設置位置を示す図。 作業機の５つの姿勢での刃先の位置を示す側面図。 第１〜第５位置の各位置におけるシリンダのストローク長さを示す表。 基準アンテナ上の第１計測点と第２計測点との位置を示す上面図。 方向アンテナ上の第３計測点と第４計測点との位置を示す上面図。 旋回角の異なる３つの刃先の位置を示す上面図。 較正装置の操作画面の一例を示す図。 較正装置の較正に係わる処理機能を示す機能ブロック図。 座標変換情報の演算方法を示す図。 座標変換情報の演算方法を示す図。

１．構成
１−１．油圧ショベルの全体構成
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの較正システム及び較正方法について説明する。図１は、較正システムによる較正が実施される油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車体１と作業機２とを有する。車体１は、旋回体３と運転室４と走行体５とを有する。旋回体３は、走行体５に旋回可能に取り付けられている。旋回体３は、油圧ポンプ３７（図３参照）や図示しないエンジンなどの装置を収容している。運転室４は旋回体３の前部に載置されている。運転室４内には、後述する表示入力装置３８及び操作装置２５が配置される（図３参照）。走行体５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１００が走行する。

作業機２は、車体１の前部に取り付けられており、ブーム６とアーム７とバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車体１の前部に揺動可能に取り付けられている。すなわち、ブームピン１３は、ブーム６の旋回体３に対する揺動中心に相当する。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられている。すなわち、アームピン１４は、アーム７のブーム６に対する揺動中心に相当する。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が揺動可能に取り付けられている。すなわち、バケットピン１５は、バケット８のアーム７に対する揺動中心に相当する。

図２は、油圧ショベル１００の構成を模式的に示す図である。図２（ａ）は油圧ショベル１００の側面図である。図２（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。図２（ｃ）は油圧ショベル１００の上面図である。図２（ａ）に示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３とアームピン１４との間の長さは、Ｌ１であり、本発明の第１距離に相当する。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４とバケットピン１５との間の長さは、Ｌ２であり、本発明の第２距離に相当する。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５とバケット８の刃先Ｐとの間の長さは、Ｌ３であり、本発明の第３距離に相当する。

図１に示すブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ油圧によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０の基端部は、ブームシリンダフートピン１０ａを介して旋回体３に揺動可能に取り付けられている。また、ブームシリンダ１０の先端部は、ブームシリンダトップピン１０ｂを介してブーム６に揺動可能に取り付けられている。ブームシリンダ１０は、油圧によって伸縮することによって、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１の基端部は、アームシリンダフートピン１１ａを介してブーム６に揺動可能に取り付けられている。また、アームシリンダ１１の先端部は、アームシリンダトップピン１１ｂを介してアーム７に揺動可能に取り付けられている。アームシリンダ１１は、油圧によって伸縮することによって、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２の基端部は、バケットシリンダフートピン１２ａを介してアーム７に揺動可能に取り付けられている。また、バケットシリンダ１２の先端部は、バケットシリンダトップピン１２ｂを介して第1リンク部材４７の一端及び第２リンク部材４８の一端に揺動可能に取り付けられている。第1リンク部材４７の他端は、第1リンクピン４７ａを介してアーム７の先端部に揺動可能に取り付けられている。第２リンク部材４８の他端は、第２リンクピン４８ａを介してバケット８に揺動可能に取り付けられている。バケットシリンダ１２は、油圧によって伸縮することによって、バケット８を駆動する。

図３は、油圧ショベル１００が備える制御系の構成を示すブロック図である。ブーム６とアーム７とバケット８には、それぞれ第１〜第３角度検出部１６−１８が設けられている。第１〜第３角度検出部１６−１８は、ストロークセンサであり、各シリンダ１０−１２のストローク長さを検出することにより、車体１に対するブーム６の揺動角と、ブーム６に対するアーム７の揺動角と、アーム７に対するバケット８の揺動角とを間接的に検出する。具体的には、第１角度検出部１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さを検出する。後述する表示コントローラ３９は、第１角度検出部１６が検出したブームシリンダ１０のストローク長さから、図２（ａ）に示す車体座標系のz軸に対するブーム６の揺動角αを演算する。第２角度検出部１７は、アームシリンダ１１のストローク長さを検出する。表示コントローラ３９は、第２角度検出部１７が検出したアームシリンダ１１のストローク長さから、ブーム６に対するアーム７の揺動角βを演算する。第３角度検出部１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さを検出する。表示コントローラ３９は、第３角度検出部１８が検出したバケットシリンダ１２のストローク長さから、アーム７に対するバケット８の揺動角γを演算する。揺動角α，β，γの演算方法については後に詳細に説明する。

図２（ａ）に示すように、車体１には、位置検出部１９が備えられている。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の車体１の現在位置を検出する。位置検出部１９は、図１に示すＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）用の２つのアンテナ２１，２２と、図２（ａ）に示す３次元位置センサ２３とを有する。アンテナ２１，２２は、後述する車体座標系ｘ−ｙ−zのｙ軸（図２（ｃ）参照）に沿って一定距離だけ離間して配置されている。アンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、アンテナ２１，２２のグローバル座標系における現在位置を検出する。なお、グローバル座標系は、ＧＮＳＳによって計測される座標系であり、地球に固定された原点を基準とした座標系である。これに対して、後述する車体座標系は、車体１（具体的には旋回体３）に固定された原点を基準とする座標系である。アンテナ２１（以下、「基準アンテナ２１」と呼ぶ）は、車体１の現在位置を検出するためのアンテナである。アンテナ２２（以下、「方向アンテナ２２」と呼ぶ）は、車体１（具体的には旋回体３）の向きを検出するためのアンテナである。位置検出部１９は、基準アンテナ２１と方向アンテナ２２との位置によって、後述する車体座標系のｘ軸のグローバル座標系での方向角を検出する。なお、アンテナ２１，２２は、ＧＰＳ用のアンテナであってもよい。

図３に示すように、車体１には、ロール角センサ２４と、ピッチ角センサ２９とが備えられている。ロール角センサ２４は、図２（ｂ）に示すように、重力方向（鉛直線）に対する車体１の幅方向の傾斜角θ１（以下、「ロール角θ１」と呼ぶ）を検出する。なお、本実施形態において、幅方向とは、バケット８の幅方向を意味しており、車幅方向と一致している。ただし、作業機２が後述するチルトバケットを備える場合には、バケット８の幅方向と車幅方向とが一致しないことがあり得る。ピッチ角センサ２９は、図２（ａ）に示すように、重力方向に対する車体１の前後方向の傾斜角θ２（以下、「ピッチ角θ２」と呼ぶ）を検出する。

図３に示すように、油圧ショベル１００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、作業機制御装置２７と、油圧ポンプ３７と、を備える。操作装置２５は、作業機操作部材３１と、作業機操作検出部３２と、走行操作部材３３と、走行操作検出部３４と、旋回操作部材５１と、旋回操作検出部５２とを有する。作業機操作部材３１は、オペレータが作業機２を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。作業機操作検出部３２は、作業機操作部材３１の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。走行操作部材３３は、オペレータが油圧ショベル１００の走行を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。走行操作検出部３４は、走行操作部材３３の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。旋回操作部材５１は、オペレータが旋回体３の旋回を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。旋回操作検出部５２は、旋回操作部材５１の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。

作業機コントローラ２６は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部３５や、ＣＰＵなどの演算部３６を有している。作業機コントローラ２６は、主として作業機２の動作及び旋回体３の旋回の制御を行う。作業機コントローラ２６は、作業機操作部材３１の操作に応じて作業機２を動作させるための制御信号を生成して、作業機制御装置２７に出力する。作業機制御装置２７は、比例制御弁などの油圧制御機器を有している。作業機制御装置２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて、油圧ポンプ３７から油圧シリンダ１０−１２に供給される作動油の流量を制御する。油圧シリンダ１０−１２は、作業機制御装置２７から供給された作動油に応じて駆動される。これにより、作業機２が動作する。また、作業機コントローラ２６は、旋回操作部材５１の操作に応じて旋回体３を旋回させるための制御信号を生成して、旋回モータ４９に出力する。これにより、旋回モータ４９が駆動され、旋回体３が旋回する。

１−２．表示システム２８の構成
油圧ショベル１００には、表示システム２８が搭載されている。表示システム２８は、作業エリア内の地面を掘削して後述する設計面のような形状に形成するための情報をオペレータに提供するためのシステムである。表示システム２８は、表示入力装置３８と、表示コントローラ３９とを有している。

表示入力装置３８は、タッチパネル式の入力部４１と、ＬＣＤなどの表示部４２とを有する。表示入力装置３８は、掘削を行うための情報を提供するための案内画面を表示する。また、案内画面には、各種のキーが表示される。オペレータは、案内画面上の各種のキーに触れることにより、表示システム２８の各種の機能を実行させることができる。案内画面については後に詳細に説明する。

表示コントローラ３９は、表示システム２８の各種の機能を実行する。表示コントローラ３９と作業機コントローラ２６とは、無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能となっている。表示コントローラ３９は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部４３と、ＣＰＵなどの演算部４４とを有している。演算部４４は、記憶部４３に記憶されている各種のデータと、位置検出部１９の検出結果とに基づいて、案内画面を表示するための各種の演算を実行する。

表示コントローラ３９の記憶部４３には、設計地形データが予め作成されて記憶されている。設計地形データは、３次元の設計地形の形状及び位置に関する情報である。設計地形は、作業対象となる地面の目標形状を示す。表示コントローラ３９は、設計地形データや上述した各種のセンサからの検出結果などのデータに基づいて、案内画面を表示入力装置３８に表示させる。具体的には、図４に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。なお、図４では複数の設計面のうちの一部のみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。オペレータは、これらの設計面４５のうちの１つ、或いは、複数の設計面４５を目標面７０として選択する。表示コントローラ３９は、目標面７０の位置をオペレータに知らせるための案内画面を表示入力装置３８に表示させる。

２．案内画面
以下、案内画面について詳細に説明する。案内画面は、目標面７０とバケット８の刃先との位置関係を示し、作業対象である地面が目標面７０と同じ形状になるように油圧ショベル１００の作業機２を誘導するための画面である。

２−１．案内画面の構成
図５に案内画面５３を示す。案内画面５３は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す上面図５３ａと、目標面７０と油圧ショベル１００との位置関係を示す側面図５３ｂとを含む。

案内画面５３の上面図５３ａは、複数の三角形ポリゴンによって上面視による設計地形を表現している。より具体的には、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の旋回平面を投影面として設計地形を表現している。従って、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の真上から見た図であり、油圧ショベル１００が傾いたときには設計面４５が傾くことになる。また、複数の設計面４５から選択された目標面７０は、他の設計面４５と異なる色で表示される。なお、図５では、油圧ショベル１００の現在位置が上面視による油圧ショベルのアイコン６１で示されているが、他のシンボルによって示されてもよい。また、上面図５３ａは、油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報を含んでいる。油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報は、正対コンパス７３として表示される。正対コンパス７３は、目標面７０に対する正対方向と油圧ショベル１００を旋回させるべき方向とを示すアイコンである。オペレータは、正対コンパス７３により、目標面７０への正対度を確認することができる。

案内画面５３の側面図５３ｂは、目標面７０とバケット８の刃先との位置関係を示す画像と、目標面７０とバケット８の刃先との間の距離を示す距離情報８８とを含む。具体的には、側面図５３ｂは、設計面線８１と、目標面線８２と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５とを含む。設計面線８１は、目標面７０以外の設計面４５の断面を示す。目標面線８２は目標面７０の断面を示す。設計面線８１と目標面線８２とは、図４に示すように、バケット８の刃先の幅方向における中点Ｐ（以下、単に「バケット８の刃先」と呼ぶ）の現在位置を通る平面７７と設計面４５との交線８０を演算することにより求められる。バケット８の刃先の現在位置を演算する方法については後に詳細に説明する。

以上のように、案内画面５３では、設計面線８１と、目標面線８２と、バケット８を含む油圧ショベル１００と、の相対位置関係が画像によって表示される。オペレータは、目標面線８２に沿ってバケット８の刃先を移動させることによって、現在の地形が設計地形になるように、容易に掘削することができる。

２−２．刃先位置の演算方法
次に、上述したバケット８の刃先位置の演算方法について詳細に説明する。表示コントローラ３９の演算部４４は、位置検出部１９の検出結果、及び、記憶部４３に記憶されている複数のパラメータに基づいて、バケット８の刃先の現在位置を演算する。図６に、記憶部４３に記憶されているパラメータのリストを示す。パラメータは、作業機パラメータと、アンテナパラメータとを含む。作業機パラメータは、ブーム６とアーム７とバケット８との寸法と揺動角とを示す複数のパラメータを含む。アンテナパラメータは、アンテナ２１，２２とブーム６との位置関係を示す複数のパラメータを含む。図３に示すように、表示コントローラ３９の演算部４４は、第１現在位置演算部４４ａと、第２現在位置演算部４４ｂとを有する。第１現在位置演算部４４ａは、作業機パラメータに基づいて、バケット８の刃先の車体座標系における現在位置を演算する。第２現在位置演算部４４ｂは、アンテナパラメータと、位置検出部１９が検出したアンテナ２１，２２のグローバル座標系における現在位置と、第１現在位置演算部４４ａが演算したバケット８の刃先の車体座標系における現在位置とから、バケット８の刃先のグローバル座標系における現在位置を演算する。具体的には、バケット８の刃先の現在位置は、次のように求められる。

まず、図２に示すように、ブームピン１３の軸と後述する作業機２の動作平面との交点を原点とする車体座標系ｘ−ｙ−ｚを設定する。なお、以下の説明においてブームピン１３の位置は、ブームピン１３の車幅方向における中点の位置を意味するものとする。また、第１〜第３角度検出部１６−１８の検出結果から、上述したブーム６、アーム７、バケット８の現在の揺動角α、β、γが演算される。揺動角α、β、γの演算方法については後述する。車体座標系でのバケット８の刃先の座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、ブーム６、アーム７、バケット８の揺動角α、β、γと、ブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３とを用いて、以下の数１式により演算される。

また、数１から求められた車体座標系でのバケット８の刃先の座標（ｘ、ｙ、ｚ）は、以下の数２式により、グローバル座標系での座標（X，Y，Z）に変換される。

ただし、ω，φ，κは以下のように表される。

ここで、上述したとおり、θ１はロール角である。θ２はピッチ角である。また、θ３は、Ｙａｗ角であり、上述した車体座標系のｘ軸のグローバル座標系での方向角である。従って、Ｙａｗ角θ３は、位置検出部１９によって検出された基準アンテナ２１と方向アンテナ２２との位置に基づいて演算される。（A,B,C）は、車体座標系の原点のグローバル座標系での座標である。上述したアンテナパラメータは、アンテナ２１，２２と車体座標系の原点との位置関係、すなわち、アンテナ２１，２２とブームピン１３の車幅方向における中点との位置関係を示す。具体的には、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、アンテナパラメータは、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｘ軸方向の距離Lbbxと、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｙ軸方向の距離Lbbyと、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のz軸方向の距離Lbbzとを含む。また、アンテナパラメータは、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｘ軸方向の距離Lbdxと、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｙ軸方向の距離Lbdyと、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のz軸方向の距離Lbdzとを含む。（A,B,C）は、アンテナ２１，２２が検出したグローバル座標系におけるアンテナ２１，２２の座標と、アンテナパラメータとに基づいて、演算される。

図４に示すように、表示コントローラ３９は、上記のように演算したバケット８の刃先Ｐの現在位置と、記憶部４３に記憶された設計地形データとに基づいて、３次元設計地形とバケット８の刃先を通る平面７７との交線８０を演算する。そして、表示コントローラ３９は、この交線８０のうち目標面７０を通る部分を上述した目標面線８２として演算する。この交線８０のうち目標面線８２以外の部分を設計面線８１として演算する。

２−３．揺動角α、β、γの演算方法
次に、第１〜第３角度検出部１６−１８の検出結果から、ブーム６、アーム７、バケット８の現在の揺動角α、β、γを演算する方法について説明する。

図７は、ブーム６の側面図である。ブーム６の揺動角αは、図７に示されている作業機パラメータを用いて、以下の数３式によって表される。

図７に示すように、Lboom2_xは、ブームシリンダフートピン１０ａとブームピン１３との間のブーム６が取り付けられる車体２の水平方向（すなわち車体座標系のx軸方向に相当する）の距離である。Lboom2_zは、ブームシリンダフートピン１０ａとブームピン１３との間のブーム６が取り付けられる車体２の鉛直方向（すなわち車体座標系のz軸方向に相当する）の距離である。Lboom1は、ブームシリンダトップピン１０ｂとブームピン１３との間の距離である。Lboom２は、ブームシリンダフートピン１０ａとブームピン１３との間の距離である。boom_cylは、ブームシリンダフートピン１０ａとブームシリンダトップピン１０ｂとの間の距離である。Lboom１_zは、ブームシリンダトップピン１０ｂとブームピン１３との間のzboom軸方向の距離である。なお、側面視においてブームピン１３とアームピン１４とを結ぶ方向をxboom軸とし、xboom軸に垂直な方向をzboom軸とする。Lboom１_xは、ブームシリンダトップピン１０ｂとブームピン１３との間のxboom軸方向の距離である。

図８は、アーム7の側面図である。アーム7の揺動角βは、図７及び図８に示されている作業機パラメータを用いて、以下の数４式によって表される。

図７に示すように、Lboom３_zは、アームシリンダフートピン１１ａとアームピン１４との間のzboom軸方向の距離である。Lboom３_xは、アームシリンダフートピン１１ａとアームピン１４との間のxboom軸方向の距離である。Lboom３は、アームシリンダフートピン１１ａとアームピン１４との間の距離である。図８に示すように、Larm２は、アームシリンダトップピン１１ｂとアームピン１４との間の距離である。図７に示すように、arm_cylは、アームシリンダフートピン１１ａとアームシリンダトップピン１１ｂとの間の距離である。図８に示すように、Larm２_xは、アームシリンダトップピン１１ｂとアームピン１４との間のxarm2軸方向の距離である。Larm２_zは、アームシリンダトップピン１１ｂとアームピン１４との間のzarm2軸方向の距離である。なお、側面視においてアームシリンダトップピン１１ｂとバケットピン１５とを結ぶ方向をxarm2軸とし、xarm2軸に垂直な方向をzarm2軸とする。Larm１_xは、アームピン１４とバケットピン１５との間のxarm2軸方向の距離である。Larm１_zは、アームピン１４とバケットピン１５との間のzarm2軸方向の距離である。また、側面視においてアームピン１４とバケットピン１５とを結ぶ方向をxarm1軸とする。アーム７の揺動角βは、ｘboom軸とxarm1軸との間のなす角である。

図９は、バケット８及びアーム７の側面図である。図１０は、バケット８の側面図である。バケット８の揺動角γは、図８から図１０に示されている作業機パラメータを用いて、以下の数５式によって表される。

図８に示すように、Larm3_z2は、第1リンクピン４７ａとバケットピン１５との間のzarm2軸方向の距離である。Larm3_x2は、第1リンクピン４７ａとバケットピン１５との間のxarm2軸方向の距離である。図９に示すように、Ltmpは、バケットシリンダトップピン１２ｂとバケットピン１５との間の距離である。Larm４は、第1リンクピン４７ａとバケットピン１５との間の距離である。Lbucket１は、バケットシリンダトップピン１２ｂと第1リンクピン４７ａとの間の距離である。Lbucket3は、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間の距離である。Lbucket２は、バケットシリンダトップピン１２ｂと第２リンクピン４８ａとの間の距離である。図１０に示すように、Lbucket4_xは、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のxbucket軸方向の距離である。Lbucket4_zは、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のzbucket軸方向の距離である。なお、側面視においてバケットピン１５とバケット８の刃先Ｐとを結ぶ方向をxbucket軸とし、xbucket軸に垂直な方向をzbucket軸とする。バケット８の揺動角γは、xbucket軸とxarm1軸との間のなす角である。上述したLtmpは以下の数６式によって表される。

なお、図８に示すように、Larm3は、バケットシリンダフートピン１２ａと第1リンクピン４７ａトの間の距離である。Larm3_x1は、バケットシリンダフートピン１２ａとバケットピン１５との間のxarm2軸方向の距離である。Larm3_z1は、バケットシリンダフートピン１２ａとバケットピン１５との間のzarm2軸方向の距離である。

また、上述したboom_cylは、図１１に示すように、第１角度検出部１６が検出したブームシリンダ１０のストローク長bssにブームシリンダオフセットboftを加えた値である。同様に、arm_cylは、第２角度検出部１７が検出したアームシリンダ１１のストローク長assにアームシリンダオフセットaoftを加えた値である。同様に、bucket_cylは、第３角度検出部１８が検出したバケットシリンダ１２のストローク長bkssにバケットシリンダ１２の最小距離を含んだバケットシリンダオフセットbkoftを加えた値である。

３．較正装置６０
較正装置６０は、油圧ショベル１００において、上述した揺動角α，β，γの演算、及び、バケット８の刃先の位置を演算するために必要なパラメータを較正するための装置である。較正装置６０は、油圧ショベル１００及び外部計測装置６２と共に、上述したパラメータを較正するための較正システムを構成する。外部計測装置６２は、バケット８の刃先の位置を計測する装置であり、例えば、トータルステーションである。較正装置６０は、有線または無線によって外部計測装置６２とデータ通信を行うことができる。また、較正装置６０は、有線または無線によって表示コントローラ３９とデータ通信を行うことができる。較正装置６０は、外部計測装置６２によって計測された情報に基づいて図６に示すパラメータの較正を行う。パラメータの較正は、例えば、油圧ショベル１００の出荷時やメンテナンス後の初期設定において実行される。

図１２は、オペレータが較正時に行う作業手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、オペレータは、外部計測装置６２を設置する。このとき、オペレータは、図１３に示すように、ブームピン１３の真横に所定の距離を隔てて外部計測装置６２を設置する。また、ステップＳ２において、オペレータは、外部計測装置６２を用いてブームピン１３の側面中心位置を測定する。

ステップＳ３において、オペレータは、外部計測装置６２を用いて作業機２の５つの姿勢での刃先の位置を測定する。ここでは、オペレータは、作業機操作部材３１を操作して、図１４に示す第１位置Ｐ１から第５位置Ｐ５までの５つの位置にバケット８の刃先の位置を移動させる。このとき、旋回体３は旋回させずに走行体５に対して固定された状態を維持する。そして、オペレータは、第１位置Ｐ１から第５位置Ｐ５の各位置での刃先の座標を、外部計測装置６２を用いて測定する。第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２は、地面上において車体前後方向に異なる位置である。第３位置Ｐ３及び第４位置Ｐ４は、空中において車体前後方向に異なる位置である。第３位置Ｐ３及び第４位置Ｐ４は、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２に対して、上下方向に異なる位置である。第５位置Ｐ５は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２と第３位置Ｐ３と第４位置Ｐ４との間の位置である。図１５は、第１位置Ｐ１〜第５位置Ｐ５の各位置における各シリンダ１０−１２のストローク長さを、最大を１００％、最小を０％として示している。第１位置Ｐ１では、アームシリンダ１１のストローク長さが最小となっている。すなわち、第１位置Ｐ１は、アーム７の揺動角が最小となる作業機の姿勢での刃先の位置である。第２位置Ｐ２では、アームシリンダ１１のストローク長さが最大となっている。すなわち、第２位置Ｐ２は、アーム７の揺動角が最大となる作業機の姿勢での刃先の位置である。第３位置Ｐ３では、アームシリンダ１１のストローク長が最小であり、且つ、バケットシリンダ１２のストローク長が最大となっている。すなわち、第３位置Ｐ３は、アーム７の揺動角が最小となり且つバケット８の揺動角が最大となる作業機２の姿勢での刃先の位置である。第４位置Ｐ４では、ブームシリンダ１０のストローク長が最大となっている。すなわち、第４位置Ｐ４は、ブーム６の揺動角が最大となる作業機２の姿勢での刃先の位置である。第５位置Ｐ５では、アームシリンダ１１、ブームシリンダ１０、バケットシリンダ１２のいずれのシリンダ長も、最小ではなく、また最大でもない、中間的な値になっている。すなわち、第５位置Ｐ５は、アーム７の揺動角、ブーム６の揺動角、バケット８の揺動角のいずれも最大ではなく、また最小でもない中間的な値になっている。

ステップＳ４において、オペレータは、第１作業点位置情報を較正装置６０の入力部６３に入力する。第１作業点位置情報は、外部計測装置６２で計測されたバケット８の刃先の第１位置Ｐ１〜第５位置Ｐ５での座標を示す。従って、オペレータは、ステップＳ４において外部計測装置６２を用いて計測したバケット８の刃先の第１位置Ｐ１〜第５位置Ｐ５での座標を、較正装置６０の入力部６３に入力する。

ステップＳ５において、オペレータは、外部計測装置６２を用いてアンテナ２１，２２の位置を測定する。ここでは、図１６に示すように、オペレータは、基準アンテナ２１上の第１計測点Ｐ１１と第２計測点Ｐ１２との位置を外部計測装置６２を用いて計測する。第１計測点Ｐ１１及び第２計測点Ｐ１２は、基準アンテナ２１の上面の中心を基準にして対称に配置されている。図１６のように、基準アンテナ２１の上面の形状が長方形或いは正方形である場合には、第１計測点Ｐ１１及び第２計測点Ｐ１２は、基準アンテナ２１の上面上の対角の２点である。また、図１７に示すように、オペレータは、方向アンテナ２２上の第３計測点Ｐ１３と第４計測点Ｐ１４との位置を外部計測装置６２を用いて計測する。第３計測点Ｐ１３及び第４計測点Ｐ１４は、方向アンテナ２２の上面の中心を基準にして対称に配置されている。第１計測点Ｐ１１及び第２計測点Ｐ１２と同様に、第３計測点Ｐ１３及び第４計測点Ｐ１４は、方向アンテナ２２の上面上の対角の２点である。なお、第１計測点Ｐ１１〜第４計測点Ｐ１４には計測を容易にするために目印が付されていることが好ましい。例えば、アンテナ２１，２２の部品として含まれるボルトなどが目印として用いられてもよい。

ステップＳ６において、オペレータは、アンテナ位置情報を較正装置６０の入力部に入力する。アンテナ位置情報は、ステップＳ５において、オペレータが外部計測装置６２を用いて計測した第１計測点Ｐ１１〜第４計測点Ｐ１４の位置を示す座標を含む。

ステップＳ７において、オペレータは、旋回角の異なる３つの刃先の位置を測定する。ここでは図１８に示すように、オペレータは、旋回操作部材５１を操作して、旋回体３を旋回させる。このとき、作業機２の姿勢は固定された状態に維持する。そして、オペレータは、外部計測装置６２を用いて、旋回角の異なる３つの刃先の位置（以下、「第１旋回位置Ｐ２１」、「第２旋回位置Ｐ２２」、「第３旋回位置Ｐ２３」と呼ぶ）を測定する。

ステップＳ８において、オペレータは、第２作業点位置情報を較正装置６０の入力部６３に入力する。第２作業点位置情報は、ステップＳ７において、オペレータが外部計測装置６２を用いて計測した第１旋回位置Ｐ２１と第２旋回位置Ｐ２２と第３旋回位置Ｐ２３を示す座標を含む。

ステップＳ９において、オペレータは、バケット情報を較正装置６０の入力部６３に入力する。バケット情報は、バケット８の寸法に関する情報である。バケット情報は、上述したバケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のxbucket軸方向の距離（Lbucket4_x）と、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のzbucket軸方向の距離（Lbucket4_z）とを含む。オペレータは、設計値又はメジャーテープなどの計測手段によって計測した値を、バケット情報として入力する。

ステップＳ１０において、オペレータは、較正装置６０に較正の実行を指示する。

次に、較正装置６０で実行される処理について説明する。図３に示すように、較正装置６０は、入力部６３と、表示部６４と、演算部６５とを有する。入力部６３は、上述した第１作業点位置情報、第２作業点位置情報、アンテナ位置情報、バケット情報が入力される部分である。入力部６３は、オペレータが上述した情報を手入力するための構成を備えており、例えば複数のキーを有する。入力部６３は、数値の入力が可能であればタッチパネル式のものであってもよい。表示部６４は、例えばLCDであり、較正を行うための操作画面が表示される部分である。図１９は、較正装置６０の操作画面の一例を示す。操作画面には、上述した情報を入力するための入力欄６６が表示される。オペレータは、入力部６３を操作することにより、操作画面の入力欄６６に上述した情報を入力する。

演算部６５は、入力部６３を介して入力された情報に基づいて、パラメータを較正する処理を実行する。図２０は、演算部６５の較正に係わる処理機能を示す機能ブロック図である。演算部６５は、車体座標系演算部６５ａと、座標変換部６５ｂと、第１較正演算部６５ｃと、第２較正演算部６５ｄの各機能を有している。

車体座標系演算部６５ａは、入力部６３によって入力された第１作業点位置情報と第２作業点位置情報とに基づいて、座標変換情報を演算する。座標変換情報は、外部計測装置６２を基準とした座標系を車体座標系に変換するための情報である。上述した第１作業点位置情報とアンテナ位置情報は、外部計測装置６２によって計測されたものであるため、外部計測装置６２を基準とした座標系(xp,yp,zp)によって表わされている。座標変換情報は、第１作業点位置情報とアンテナ位置情報とを、外部計測装置６２を基準とした座標系から車体座標系(x,y,z)に変換するための情報である。以下、座標変換情報の演算方法について説明する。

まず、図２１に示すように、車体座標系演算部６５ａは、第１作業点位置情報に基づいて作業機２の動作平面Aに垂直な第１単位法線ベクトルAHを演算する。車体座標系演算部６５ａは、第１作業点位置情報に含まれる５つの位置より最小二乗法を用いて作業機２の動作平面を算出し、それに基づいて第１単位法線ベクトルAHを演算する。なお、第１単位法線ベクトルAHは、第１作業点位置情報に含まれる５つの位置のうち他の２つの位置より外れていない３つの位置の座標から求められる２つのベクトルa1,a2に基づいて演算されても良い。

次に、車体座標系演算部６５ａは、第２作業点位置情報に基づいて旋回体３の旋回平面Bに垂直な第２単位法線ベクトルを演算する。具体的には、車体座標系演算部６５ａは、第２作業点位置情報に含まれる第１旋回位置Ｐ２１、第２旋回位置Ｐ２２、第３旋回位置Ｐ２３の座標から求められる２つのベクトルb1,b2に基づいて、旋回平面B’に垂直な第２単位法線ベクトルBH’を演算する。次に、図２２に示すように、車体座標系演算部６５ａは、上述した作業機２の動作平面Aと、旋回平面B’との交線ベクトルDABを演算する。車体座標系演算部６５ａは、交線ベクトルDABを通り作業機２の動作平面Aに垂直な平面Bの単位法線ベクトルを、補正された第２単位法線ベクトルBHとして演算する。そして、車体座標系演算部６５ａは、第１単位法線ベクトルAHと補正された第２単位法線ベクトルBHとに垂直な第３単位法線ベクトルCHを演算する。

座標変換部６５ｂは、外部計測装置６２で計測された第１作業点位置情報とアンテナ位置情報とを、座標変換情報を用いて、外部計測装置６２における座標系(xp,yp,zp)から油圧ショベル１００における車体座標系(x,y,z)に変換する。座標変換情報は、上述した第１単位法線ベクトルAHと補正された第２単位法線ベクトルBHと第３単位法線ベクトルCHとを含む。具体的には以下の数７式に示すように、ベクトルｐで示されている外部計測装置６２の座標系での座標と、座標変換情報の各法線ベクトルAH,BH,CHとの内積により車体座標系での座標が演算される。

第１較正演算部６５ｃは、車体座標系に変換された第１作業点位置情報に基づいて、数値解析を用いることにより、パラメータの較正値を演算する。具体的には、以下の数８式に示すように、最小二乗法によりパラメータの較正値を演算する。

上記のｋの値は、第１作業点位置情報の第１位置Ｐ１から第５位置Ｐ５に相当する。従って、ｎ＝５である。（x1,z1）は、車体座標系での第１位置Ｐ１の座標である。（x2,z2）は、車体座標系での第２位置Ｐ２の座標である。（x3,z3）は、車体座標系での第３位置Ｐ３の座標である。（x4,z4）は、車体座標系での第４位置Ｐ４の座標である。（x5,z5）は、車体座標系での第５位置Ｐ５の座標である。この数８式の関数Jが最小になる点を探索していることにより、作業機パラメータの較正値が演算される。具体的には図６のリストにおいてNo.１〜２９の作業機パラメータの較正値が演算される。なお、図６のリストに含まれる作業機パラメータのうち、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のxbucket軸方向の距離Lbucket4_x、及び、バケットピン１５と第２リンクピン４８ａとの間のzbucket軸方向の距離Lbucket4_zは、バケット情報として入力された値が用いられる。

第２較正演算部６５ｄは、入力部６３に入力されたアンテナ位置情報に基づいてアンテナパラメータを較正する。具体的には、第２較正演算部６５ｄは、第１計測点Ｐ１１と第２計測点Ｐ１２との中点の座標を基準アンテナ２１の位置の座標として演算する。具体的には、基準アンテナ２１の位置の座標は上述したブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｘ軸方向の距離Lbbxと、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のｙ軸方向の距離Lbbyと、ブームピン１３と基準アンテナ２１との間の車体座標系のz軸方向の距離Lbbzとによって表される。また、第２較正演算部６５ｄは、第３計測点Ｐ１３と第４計測点Ｐ１４との中点の座標を方向アンテナ２２の位置の座標として演算する。具体的には、方向アンテナ２２の位置の座標は、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｘ軸方向の距離Lbdxと、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のｙ軸方向の距離Lbdyと、ブームピン１３と方向アンテナ２２との間の車体座標系のz軸方向の距離Lbdzとによって表される。そして、第２較正演算部６５ｄは、これらのアンテナ２１，２２の位置の座標をアンテナパラメータLbbx, Lbby, Lbbz, Lbdx, Lbdy, Lbdzの較正値として出力する。

第１較正演算部６５ｃによって演算された作業機パラメータと、第２較正演算部６５ｄによって演算されたアンテナパラメータと、バケット情報とは、表示コントローラ３９の記憶部４３に保存され、上述した刃先位置の演算に用いられる。

４．特徴
本実施形態に係る較正システムは、以下のような特徴を有する。

外部計測装置６２で計測されたバケット８の刃先の複数の位置での座標が車体座標系に変換される。そして、車体座標系に変換されたバケット８の刃先の複数の位置での座標に基づいて、パラメータの較正値が数値解析により自動的に演算される。このため、実測が必要なパラメータの数を低減することができる。また、較正時に、バケット８の刃先の位置座標の実測値と計算値とが一致するまでパラメータの値の合わせ込みを行う必要がない。これにより、本実施形態に係る油圧ショベル１００の較正システムでは、刃先の位置検出の精度を向上させることができると共に、較正作業時間を短縮することができる。

図２１に示すように、第２作業点位置情報から特定される旋回平面Ｂ’に垂直な単位法線ベクトルＢＨ’を第２単位法線ベクトルとして用いるのではなく、まず、図２２に示すように、作業機２の動作平面Ａと旋回体３の旋回平面Ｂ’との交線ベクトルＤＡＢが演算される。そして、交線ベクトルＤＡＢを通り作業機２の動作平面Ａに垂直な平面Ｂの単位法線ベクトルＢＨが、第２単位法線ベクトルとして演算される。このため、作業機２の動作平面Ａと旋回体３の旋回平面Ｂ’とが厳密に垂直ではない場合であっても、車体座標系を精度よく演算することができる。これにより、バケット８の刃先の位置検出の精度をより向上させることができる。

第１作業点位置情報は、作業機２の上下方向における位置、及び、車体前後方向における位置が異なる第１位置Ｐ１〜第５位置Ｐ５の座標を含む。このように多様な位置の座標が用いられるため、座標変換情報を精度よく演算することができる。

５．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、以下のように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。

上記の実施形態では、作業具としてバケット８が例示されているが、バケット８以外の作業具が用いられもよい。また、作業点としてバケット８の刃先が例示されているが、バケット８以外の作業具が用いられる場合には、作業点は、作業具の先端に位置する点など、作業対象物と接触する部分であってもよい。

上記の実施形態ではブーム６、アーム７、バケット８の揺動角α、β、γは、シリンダのストローク長から演算されているが、角度センサによって直接的に検出されてもよい。

第１作業点位置情報は、上述したバケット８の刃先の５つの位置の座標に限られない。例えば、第１作業点位置情報は、作業機２の姿勢が異なる少なくとも３つの作業点の位置を含むものであればよい。この場合、３つの作業点の位置は、一直線上に並ぶのではなく、１つの作業点の位置が他の２つの作業点を結ぶ直線に対して、上下方向、又は、車体前後方向に離れていればよい。また、座標変換情報の演算に関しては、第１作業点位置情報は、作業機２の姿勢が異なる少なくとも２つの作業点の位置と、作業機２の動作平面上の所定の基準点（例えばブームピン１３の車幅方向における中点）の位置とを含むものであってもよい、
上記の実施形態では、第１作業点位置情報、第２作業点位置情報、アンテナ位置情報は、オペレータの手入力によって較正装置６０の入力部６３に入力されているが、有線または無線の通信手段によって、外部計測装置６２から較正装置６０の入力部６３に入力されてもよい。

外部計測装置６２は、トータルステーションに限らず、作業点の位置を計測する他の装置であってもよい。

上記の実施形態では、第２作業点位置情報から特定される旋回平面Ｂ’に垂直な単位法線ベクトルＢＨ’を補正した単位法線ベクトルＢＨが座標変換情報として用いられているが、単位法線ベクトルＢＨ’が座標変換情報として用いられてもよい。

本発明によれば、作業点の位置検出の精度を向上させることができると共に、較正作業時間を短縮することができる油圧ショベルの較正システム及び較正方法を提供することができる。

５・・・走行体、３・・・旋回体、６・・・ブーム、７・・・アーム、８・・・バケット（作業具）、２・・・作業機、α・・・ブームの揺動角、β・・・アームの揺動角、γ・・・バケットの揺動角、１６−１８・・・角度検出部、４４ａ，４４ｂ・・・現在位置演算部、１００・・・油圧ショベル、６０・・・較正装置、６３・・・入力部、６２・・・外部計測装置、６５ａ・・・車体座標系演算部、６５ｂ・・・座標変換部、６５ｃ・・・第１較正演算部、Ｌ１・・・第１距離、Ｌ２・・・第２距離、Ｌ３・・・第３距離

Claims (6)

1. 走行体と、前記走行体に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体に揺動可能に取り付けられたブームと前記ブームに揺動可能に取り付けられたアームと前記アームに揺動可能に取り付けられた作業具とを含む作業機と、前記旋回体に対する前記ブームの揺動角と前記ブームに対する前記アームの揺動角と前記アームに対する前記作業具の揺動角とを検出する角度検出部と、前記ブームと前記アームと前記作業具との寸法と前記揺動角とを示す複数のパラメータに基づいて前記作業具に含まれる作業点の現在位置を演算する現在位置演算部と、を含む油圧ショベルと、
   前記パラメータを較正するための較正装置と、
   前記作業点の位置を計測する外部計測装置と、
   を備え、
   前記較正装置は、
   前記外部計測装置が計測した、前記作業機の姿勢が異なる少なくとも２つの前記作業点の位置と前記作業機の動作平面上の所定の基準点の位置とを含む、又は、前記外部計測装置が計測した、前記作業機の姿勢が異なる少なくとも３つの前記作業点の位置を含む第１作業点位置情報と、前記旋回体の前記走行体に対する旋回角度が異なる少なくとも３つの前記作業点の位置を含む第２作業点位置情報とが入力される入力部と、
   前記第１作業点位置情報に基づいて前記作業機の動作平面に垂直な第１単位法線ベクトルを演算し、前記第２作業点位置情報に基づいて前記旋回体の旋回平面に垂直な第２単位法線ベクトルを演算し、前記第１単位法線ベクトルと前記第２単位法線ベクトルとに垂直な第３単位法線ベクトルを演算する車体座標系演算部と、
   前記外部計測装置で計測された前記作業点の複数の位置での座標を、前記第１単位法線ベクトルと前記第２単位法線ベクトルと前記第３単位法線ベクトルとを用いて、前記外部計測装置における座標系から前記油圧ショベルにおける車体座標系に変換する座標変換部と、
   前記車体座標系に変換された前記作業点の複数の位置での座標に基づいて、前記パラメータの較正値を演算する較正演算部と、
   を含む、
   油圧ショベルの較正システム。
2. 前記車体座標系演算部は、前記作業機の動作平面と前記旋回体の旋回平面との交線ベクトルを演算し、前記作業機の動作平面と前記旋回平面との交線ベクトルを通り前記作業機の動作平面に垂直な平面の単位法線ベクトルを、前記第２単位法線ベクトルとして演算する、
   請求項１に記載の油圧ショベルの較正システム。
3. 前記第１作業点位置情報は、前記作業機の上下方向における位置、及び／又は、車体前後方向における位置が異なる複数の位置の座標を含む、
   請求項１又は２に記載の油圧ショベルの較正システム。
4. 前記パラメータは、前記ブームの前記旋回体に対する揺動中心と前記アームの前記ブームに対する揺動中心との間の第１距離と、前記アームの前記ブームに対する揺動中心と前記作業具の前記アームに対する揺動中心との間の第２距離と、前記作業具の前記アームに対する揺動中心と前記作業点との間の第３距離とを含み、
   前記現在位置演算部は、前記第１距離と前記第２距離と前記第３距離と前記揺動角とに基づいて前記車体座標系における前記作業点の現在位置を演算し、
   前記較正演算部は、前記外部計測装置によって計測され前記車体座標系に変換された前記作業点の複数の位置での座標に基づいて、前記第１距離と前記第２距離と前記第３距離との較正値を演算する、
   請求項１から３のいずれかに記載の油圧ショベルの較正システム。
5. 前記外部計測装置は、トータルステーションである、
   請求項１から４のいずれかに記載の油圧ショベルの較正システム。
6. 走行体と、前記走行体に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体に揺動可能に取り付けられたブームと前記ブームに揺動可能に取り付けられたアームと前記アームに揺動可能に取り付けられた作業具とを含む作業機と、前記旋回体に対する前記ブームの揺動角と前記ブームに対する前記アームの揺動角と前記アームに対する前記作業具の揺動角とを検出する角度検出部と、前記ブームと前記アームと前記作業具との寸法と前記揺動角とを示す複数のパラメータに基づいて前記作業具に含まれる作業点の現在位置を演算する現在位置演算部と、を含む油圧ショベルにおいて、前記パラメータを較正するための方法であって、
   外部計測装置によって、前記作業点の位置を計測するステップと、
   前記外部計測装置が計測した、前記作業機の姿勢が異なる少なくとも２つの前記作業点の位置と前記作業機の動作平面上の所定の基準点の位置とを含む、又は、前記外部計測装置が計測した、前記作業機の姿勢が異なる少なくとも３つの前記作業点の位置を含む第１作業点位置情報と、前記旋回体の前記走行体に対する旋回角度が異なる少なくとも３つの前記作業点の位置を含む第２作業点位置情報とを、前記パラメータを較正するための較正装置に入力するステップと、
   前記較正装置が、前記第１作業点位置情報に基づいて前記作業機の動作平面に垂直な第１単位法線ベクトルを演算し、前記第２作業点位置情報に基づいて前記旋回体の旋回平面に垂直な第２単位法線ベクトルを演算し、前記第１単位法線ベクトルと前記第２単位法線ベクトルとに垂直な第３単位法線ベクトルを演算するステップと、
   前記較正装置が、前記外部計測装置で計測された前記作業点の複数の位置での座標を、前記第１単位法線ベクトルと前記第２単位法線ベクトルと前記第３単位法線ベクトルとを用いて、前記外部計測装置における座標系から前記油圧ショベルにおける車体座標系に変換するステップと、
   前記較正装置が、前記車体座標系に変換された前記作業点の複数の位置での座標に基づいて、前記パラメータの較正値を演算するステップと、
   を備える油圧ショベルの較正方法。

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