工程机械制造技术

工程机械具备：角度计测装置，其检测向车身及作业装置的设置部分的加速度及角速度，并且基于检测结果运算该设置部分相对于基准面的角度；和控制器，其基于以来自角度计测装置的角度为基础运算出的车身及作业装置的姿势信息执行作业装置的操作支援。控制器基于对操作支援设定的第1要求精度而运算针对角度计测装置的角度运算的第2要求精度，基于角度计测装置的检测结果判断车身是否从动作过程中变化为停止状态，判断角度计测装置的运算精度是否满足第2要求精度，在车身变化为停止状态的情况且运算精度不满足第2要求精度的情况下采取作业装置的操作支援的停止或警告。取作业装置的操作支援的停止或警告。取作业装置的操作支援的停止或警告。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】工程机械


[0001]本专利技术涉及具备位置和姿势会变化的作业装置的工程机械，更详细地说，涉及基于包含从安装于作业装置等的计测装置输出的角度信息的各种信息进行操作员的操作支援的工程机械。

技术介绍

[0002]在液压挖掘机等工程机械的领域中，近年来，不断推进通过在建设施工中适用信息通信技术而有效地灵活运用多种多样的信息来实现施工的合理化的信息化施工的导入。例如，存在具有向操作员显示将动臂、斗杆及铲斗等多个部件连结而成的多关节型的作业装置的位置和姿势的机械引导、和以使该作业装置沿着目标施工面动作的方式进行控制的机械控制等对操作员的操作进行支援的功能的工程机械。
[0003]在进行机械引导或机械控制等操作支援时，将利用施工现场中的本车的坐标的施工称为三维信息化施工(以下，称为3D信息化施工)。在与3D信息化施工对应的工程机械中，为了获取本车的位置，具备卫星测位系统(Global Navigation Satellite System：GNSS)。GNSS接收来自多个卫星的测位信号来测量本车的三维位置(纬度、经度、高度)。在如液压挖掘机那样具备作业装置的工程机械中，不仅是本车的位置，作业装置所朝向的方向(方位)也是操作支援所需要的。因此，已知如下工程机械：搭载两个接收测位信号的GNSS天线，基于这些天线接收到的测位信号对作业装置的方位进行确定。
[0004]在机械引导中，由于向操作员提示用于使铲斗(作业工具)的齿尖(前端位置)沿着施工目标面动作的各种信息，所以不仅是本车的位置信息，作业装置的姿势信息也是重要的。因此，在构成作业装置的动臂、斗杆、铲斗上分别安装有用于获取角度的传感器。作为该传感器，从安装的容易性和响应性的观点出发，大多选择惯性计测装置(Inertial Measurement Unit：IMU)。
[0005]机械引导如上述那样，同时利用GNSS和IMU计算出液压挖掘机的位置和姿势，将这些信息提示给操作员。因此，在从GNSS获取到的位置或从IMU获取到的角度的信息相对于实际信息偏离的情况下，会对操作员提示不正确的信息。若操作员基于不正确的信息继续挖掘作业，则担心相对于设为目标的施工面而过度挖掘地面或挖掘量不足，从而需要重新施工。
[0006]针对这样的课题，已知专利文献1所记载的技术。专利文献1所记载的作业机械为了在执行信息化施工时实现确切地继续控制作业装置(作业机)以及在作业的引导画面上显示恰当的信息中的至少一方，具备利用GNSS检测本车(作业机械)的位置的位置检测装置、以及检测示出作业机械的动作的动作信息的状态检测装置(IMU)，根据位置检测装置的测位的状态以及作业机械的动作状态选择作业机的位置数据的生成中使用的位置信息。具体地说，在基于位置检测装置的测位正常的情况(第1模式的情况)下，将由位置检测装置检测出的位置的信息用作该位置信息，另一方面，在测位异常且作业机械为静定状态的情况(第2模式的情况)下，将使用测位变得异常之前的成为作业机械的基准的特定点以及由状
态检测装置(IMU)检测出的动作信息这两方求出的位置的信息用作该位置信息。此外，在测位异常且作业机械为非静定状态的情况(第3模式的情况)下，不提供位置信息。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：国际公开第2015/167022号

技术实现思路

[0010]专利文献1所记载的技术仅限于在作业机的位置(例如，铲斗的齿尖位置)的数据生成中使用的作业机械的位置信息正确的情况下，将该位置信息利用于操作支援(机械引导)。但是，在专利文献1所记载的技术中也是，为了生成作业机的位置(铲斗的齿尖位置)的数据，需要在作业机械的位置信息的基础上还使用作业机械的角度信息。因此，在作业机械的角度信息不正确的情况下，即使上述的作业机械的位置信息正确，也难以正确地计算出铲斗的齿尖位置。
[0011]另外，如前述那样，作为获取工程机械的角度信息的传感器，存在使用IMU的情况。IMU是具备加速度传感器及角速度传感器这两个传感器的装置，也具备通过使用由加速度传感器检测出的加速度以及由角速度传感器检测出的角速度来运算角度的角度运算功能。IMU切换下面的两个运算方法，或者组合来运算角度。第1方法为，对由加速度传感器检测出的加速度与重力加速度进行比较，计算出相对于基准面(例如，水平面)的角度。第2方法为，通过对由角速度传感器检测出的角速度进行积分来计算出角度。但是，第2方法仅能够计算出以工程机械为静止状态时的某个角度为起点的角度变化。因此，考虑主要使用能够计算出工程机械的静止时的任意角度的第1运算方法。
[0012]但是，第1运算方法由于将重力加速度用作参考值，所以存在若产生重力加速度以外的加速度则无法正确地计算出角度的情况。在工程机械中，因行驶动作的开始或停止等而产生平移加速度，并且因旋转动作而产生离心加速度。在这样的状况下，在第1运算方法中，由于“对静止时检测出的加速度与重力加速度进行比较”这一条件不成立，所以该方法的运算精度降低。因此，在IMU的角度运算中，已知通过将基于第1及第2运算方法的两个运算结果利用卡尔曼滤波器或互补滤波器等统合来抑制运算结果精度降低的技术。但是，即使使用这样的技术，将IMU的角度运算的精度降低无效化也是极为困难的。
[0013]以下具体地说明IMU的角度运算的精度降低。若工程机械从停止状态开始行驶动作，则车身产生加速度，因此，IMU检测出的加速度的合成值与重力加速度不一致。该情况下，无法作为IMU的角度运算而使用第1方法，因此在行驶动作的开始后的适当时期，将运算方法从第1方法向第2方法切换。在行驶过程中，即使在行驶速度固定的情况下车身也会产生振动而车身产生加速度，因此维持第2运算方法。因此，在继续行驶过程中，通过对由角速度传感器检测出的角速度依次积分来进行角度运算，因此角速度传感器的偏差的影响因积分运算而累积，从而导致运算误差逐渐变大。之后，若工程机械从行驶状态完全停止，则在停止后的适当时期，将IMU的角度运算从第2方法向第1方法切换。即使将运算方法从第2方法向第1方法切换，也通过对第2方法的运算结果和第1方法的运算结果进行插补处理或滤波处理等处理来确保运算结果的连续性。因此，即使工程机械完全停止且IMU的角度运算切换到第1方法，在完全停止后的短暂期间，在IMU输出的角度信息中也存在因第2运算方法导
致的误差，因此IMU的运算误差不会立即变小。
[0014]若不考虑IMU的运算结果中的上述误差就仅将不进行行驶动作这一情况作为判断材料来执行机械引导，则会基于包含IMU的运算误差的不正确的姿势信息进行操作支援，因此担心会损伤施工面。因此，在工程机械中，即使是停止状态，也需要考虑在从行驶或旋转的动作状态向停止状态转变后的一定期间内IMU的角度运算的精度降低的情况。
[0015]本专利技术是基于上述事项而做出的，其目的在于提供一种能够在机械引导和机械控制等作业装置的操作支援中抑制不正确的姿势信息被利用的工程机械。
[0016]本申请包含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种工程机械，具备：车身；作业装置，其相对于所述车身能够转动地安装；角度计测装置，其设置于所述车身及所述作业装置，检测设置部分的加速度及角速度，并且进行基于检测结果来运算该设置部分相对于基准面的角度的角度运算；和控制器，其基于由所述角度计测装置运算出的角度来运算表示所述车身及所述作业装置的姿势的姿势信息，使运算出的姿势信息显示于显示装置，并且基于运算出的姿势信息而执行所述作业装置的操作支援，所述工程机械的特征在于，所述控制器进行以下：进行要求精度运算，基于对所述作业装置的操作支援中使用的信息设定的要求精度即第1要求精度，运算针对所述角度计测装置的所述角度运算的要求精度即第2要求精度；进行动作停止判断，基于所述角度计测装置的检测结果，判断是否从所述车身正在动作的状态变化为停止状态；进行精度判断，判断所述角度计测装置的所述角度运算的精度是否满足所述第2要求精度；在判断成从所述车身正在动作的状态变化为停止状态、且所述角度计测装置的所述角度运算的精度不满足所述第2要求精度的情况下，采取所述作业装置的操作支援的停止或警告。2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，所述控制器的所述精度判断通过以下进行：使用以随着所述第2要求精度变高而时间阈值变大的方式预先规定的转换表，根据通过所述要求精度运算而运算出的所述第2要求精度来设定时间阈值；对在所述动作停止判断中判断成从所述车身正在动作的状态变化为停止状态的时间点起的经过时间进行计时；对计时出的经过时间与所设定的时间阈值进行比较，在计时出的经过时间小于所设定的时间阈值时，判断成所述角度计测装置的所述角度运算的精度不满足所述第2要求精度。3.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于，所述控制器的所述精度判断通过以下进行：使用以随着所述第2要求精度变高而角度阈值变小的方式预先规定的转换表，根据通过所述要求精度运算而运算出的所述第2要求精度来设定角度阈值；对由所述角度计测装置运算出的角度的时间上的变化量进行运算；对运算出的角度的时间上的变化量与所设定的角度阈值进行比较，在运算出的角度的时间上的变化量大于所设定的角度阈值时，判断成所述角度计测装置的所述角度运算的精度不满足所述第2要求精度。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：石原新士，泉枝穗，金成靖彦，
申请(专利权)人：日立建机株式会社，
类型：发明
国别省市：