專利名稱：液壓挖掘機的校準系統(tǒng)及校準方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓挖掘機的校準系統(tǒng)及校準方法。
背景技術(shù)：
目前，公知的是具備檢測工作裝置工作點的當(dāng)前位置的位置檢測裝置的液壓挖掘機。例如，在專利文獻I所示的液壓挖掘機中，基于來自GPS天線的位置信息，運算鏟斗的齒尖的位置坐標(biāo)。具體而言，基于GPS天線和大臂銷的位置關(guān)系，大臂、小臂和鏟斗的各自的長度，大臂、小臂和鏟斗的各自的方向角等參數(shù)，運算鏟斗的齒尖的位置坐標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1:(日本)特開2002-181538號公報所運算的鏟斗的齒尖位置坐標(biāo)的精度受到上述參數(shù)精度的影響。但是，這些參數(shù)通常相對于設(shè)計值具有誤差。因此，在液壓挖掘機的位置檢測裝置的初始設(shè)定時，進行用卷尺等測量裝置測量參數(shù)的工作。但是，如上所述，用卷尺等測量裝置不容易高精度地測量參數(shù)。另外，在參數(shù)數(shù)目多的情況下，為了全部測定這些參數(shù)需要大量的時間，很煩雜。另外，在將所測定的參數(shù)輸入位置檢測裝置后，進行位置檢測裝置的位置檢測的精度的確認。例如，通過GPS直接測定鏟斗的齒尖的位置坐標(biāo)。然后，比較由位置檢測裝置運算的鏟斗的齒尖位置坐標(biāo)和由GPS測量裝置直接測定的鏟斗齒尖位置坐標(biāo)。當(dāng)由位置檢測裝置運算的鏟斗齒尖位置坐標(biāo)和由GPS測量裝置直接測定的鏟斗齒尖位置坐標(biāo)不一致時，反復(fù)進行用卷尺的參數(shù)的測定和向位置檢測裝置的輸入直至這些位置坐標(biāo)一致。即，進行參數(shù)值的校準直至位置坐標(biāo)的實測值和計算值一致。這樣的校準工作需要大量的時間，從而很煩雜。本發(fā)明的課題在于提供提高工作點的位置檢測精度，并且可以縮短校準工作時間的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)及校準方法。本發(fā)明第一方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)包括液壓挖掘機、校準裝置、外部測量裝置。液壓挖掘機包括行駛體、旋轉(zhuǎn)體、工作裝置、角度檢測部、當(dāng)前位置運算部。旋轉(zhuǎn)體可旋轉(zhuǎn)地安裝于行駛體。大臂可擺動地安裝于旋轉(zhuǎn)體。小臂可擺動地安裝于大臂。工作工具可擺動地安裝于小臂。角度檢測部檢測大臂相對于旋轉(zhuǎn)體的擺動角、小臂相對于大臂的擺動角、工作工具相對于小臂的擺動角。當(dāng)前位置運算部基于表示大臂、小臂和工作工具的尺寸及擺動角的多個參數(shù)，運算工作工具所具有的工作點的當(dāng)前位置。校準裝置是用于校準參數(shù)的裝置。外部測量裝置是測量工作點的位置的裝置。另外，校準裝置包括輸入部、車體坐標(biāo)系運算部、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部、校準運算部。輸入部是輸入有第一工作點位置信息、第二工作點位置信息的部分。第一工作點位置信息包括外部測量裝置所測量到的工作裝置的姿勢不同的至少兩個工作點的位置和工作裝置的動作平面上的規(guī)定的基準點的位置，或者包括外部測量裝置所測量到的工作裝置的姿勢不同的至少三個工作點的位置。第二工作點位置信息包括旋轉(zhuǎn)體相對于行駛體的旋轉(zhuǎn)角度不同的至少三個工作點的位置。車體坐標(biāo)系運算部基于第一工作點位置信息運算與工作裝置的動作平面垂直的第一單位法線矢量。車體坐標(biāo)系運算部基于第二工作點位置信息運算與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面垂直的第二單位法線矢量。車體坐標(biāo)系運算部運算與第一單位法線矢量和第二單位法線矢量垂直的第三單位法線矢量。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部使用第一單位法線矢量、第二單位法線矢量和第三單位法線矢量，將由外部測量裝置測量到的工作點在多個位置的坐標(biāo)，從外部測量裝置的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為液壓挖掘機的車體坐標(biāo)系。校準運算部基于被轉(zhuǎn)換為車體坐標(biāo)系的工作點在多個位置的坐標(biāo)，運算參數(shù)的校準值。本發(fā)明第二方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)在第一方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，車體坐標(biāo)系運算部運算工作裝置的動作平面和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面的交線矢量。車體坐標(biāo)系運算部將通過工作裝置的動作平面和旋轉(zhuǎn)平面的交線矢量且與工作裝置的動作平面垂直的平面的單位法線矢量作為第二單位法線矢量來運算。本發(fā)明第三方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)在第一方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，第一工作點位置信息包括工作裝置在上下方向上的位置和/或在車體前后方向上的位置不同的多個位置的坐標(biāo)。本發(fā)明第四方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)在第一方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，參數(shù)包括第一距離、第二距離和第三距離。第一距離是大臂相對于旋轉(zhuǎn)體的擺動中心和小臂相對于大臂的擺動中心之間的距離。第二距離是小臂相對于大臂的擺動中心和工作工具相對于小臂的擺動中心之間的距離。第三距離是工作工具相對于小臂的擺動中心和工作點之間的距離。當(dāng)前位置運算部基于第一距離、第二距離和第三距離的擺動角，運算車體坐標(biāo)系的工作點的當(dāng)前位置。校準運算部基于由外部測量裝置測量且被轉(zhuǎn)換為車體坐標(biāo)系的工作點在多個位置的坐標(biāo)，運算第一距離、第二距離和第三距離的校準值。本發(fā)明第五方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)在從第一至第四方式中的任一方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，外部測量裝置是全站儀。本發(fā)明第六方式的液壓挖掘機的校準方法是在液壓挖掘機中用于校準參數(shù)的方法。液壓挖掘機包括行駛體、旋轉(zhuǎn)體、工作裝置、角度檢測部、當(dāng)前位置運算部。旋轉(zhuǎn)體可旋轉(zhuǎn)地安裝于行駛體。大臂可擺動地安裝于旋轉(zhuǎn)體。小臂可擺動地安裝于大臂。工作工具可擺動地安裝于小臂。角度檢測部檢測大臂相對于旋轉(zhuǎn)體的擺動角、小臂相對于大臂的擺動角、工作工具相對于小臂的擺動角。當(dāng)前位置運算部基于表示大臂、小臂和工作工具的尺寸及擺動角的多個參數(shù)，運算工作工具所具有的工作點的當(dāng)前位置。液壓挖掘機的校準方法包括下面的第一步驟至第五步驟。在第一步驟中，利用外部測量裝置測量工作點的位置。在第二步驟中，將第一工作點位置信息和第二工作點位置信息輸入用于校準參數(shù)的校準裝置。第一信息包括外部測量裝置所測量到的工作裝置的姿勢不同的至少兩個工作點的位置和工作裝置的動作平面上的規(guī)定的基準點的位置，或者包括外部測量裝置所測量到的工作裝置的姿勢不同的至少三個工作點的位置。第二工作點位置信息包括旋轉(zhuǎn)體相對于行駛體的旋轉(zhuǎn)角度不同的至少三個工作點的位置。在第三步驟中，校準裝置基于第一工作點位置信息運算與工作裝置的動作平面垂直的第一單位法線矢量，基于第二工作點位置信息運算與旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面垂直的第二單位法線矢量，并且運算與第一單位法線矢量和第二單位法線矢量垂直的第三單位法線矢量。在第四步驟中，校準裝置使用第一單位法線矢量、第二單位法線矢量和第三單位法線矢量，將由外部測量裝置測量到的工作點在多個位置的坐標(biāo)，從外部測量裝置的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為液壓挖掘機的車體坐標(biāo)系。在第五步驟中，校準裝置基于被轉(zhuǎn)換為車體坐標(biāo)系的工作點在多個位置的坐標(biāo)運算參數(shù)的校準值。發(fā)明效果在本發(fā)明第一方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)中，由外部測量裝置測量到的工作點在多個位置的坐標(biāo)被轉(zhuǎn)換為車體坐標(biāo)系。然后，基于被轉(zhuǎn)換為車體坐標(biāo)系的工作點在多個位置的坐標(biāo)運算參數(shù)的校準值。因此，不需要利用卷尺等測定裝置實測參數(shù)的值?；蛘呖梢詼p少需要實測的參數(shù)的數(shù)量。另外，不需要進行參數(shù)的值的校準直至位置坐標(biāo)的實測值和計算值一致。由此，在本發(fā)明的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)中，可以提高工作點的位置檢測精度，并且可以縮短校準工作時間。在本發(fā)明第二方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)中，不是將從第二工作點位置信息特定的與旋轉(zhuǎn)平面垂直的單位法線矢量作為第二單位法線矢量使用，而是，首先運算工作裝置的動作平面和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面的交線矢量，然后通過工作裝置的動作平面和旋轉(zhuǎn)平面的交線矢量且與工作裝置的動作平面垂直的平面的單位法線矢量作為第二單位法線矢量來運算。因此，在工作裝置的動作平面和旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面不是嚴格地垂直的情況下，可以高精度地運算車體坐標(biāo)系，由此可以進一步提高工作點的位置檢測精度。在本發(fā)明第三方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)中，大臂相對于旋轉(zhuǎn)體的擺動中心的位置和以各種工作裝置姿勢下的工作點的位置的坐標(biāo)包含于第一工作點位置信息。因此，可以高精度地運算與工作裝置的動作平面垂直的第一單位法線矢量。在本發(fā)明第四方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)中，參數(shù)包括第一距離、第二距離和第三距離。當(dāng)前位置運算部基于這些距離運算工作點的當(dāng)前位置。相反，通過由外部測量裝置測量工作點的當(dāng)前位置，可以根據(jù)外部測量裝置的測量結(jié)果，可以高精度地運算第一距離、第二距離和第三距離的校準值。在本發(fā)明第五方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)中，利用全站儀可以容易地測定第一工作點位置信息和第二工作點位置信息。在本發(fā)明第六方式的液壓挖掘機的校準方法中，由外部測量裝置測量到的工作點在多個位置的坐標(biāo)被轉(zhuǎn)換為車體坐標(biāo)系。然后，基于被轉(zhuǎn)換為車體坐標(biāo)系的工作點在多個位置的坐標(biāo)，運算參數(shù)的校準值。因此，不需要利用卷尺等測定裝置實測參數(shù)的值?；蛘呖梢詼p少需要實測的參數(shù)的數(shù)量。另外，不需要進行參數(shù)的值的校準直至位置坐標(biāo)的實測值和計算值一致。由此，本發(fā)明的液壓挖掘機的校準方法可以提高工作點的位置檢測精度，并且縮短校準工作時間。


圖1是本發(fā)明一實施方式的液壓挖掘機的立體圖；圖2是示意地表示液壓挖掘機構(gòu)成的圖；圖3是表示液壓挖掘機所具備的控制系構(gòu)成的框圖；圖4是表示設(shè)計地形的構(gòu)成的一例的圖；圖5是表示導(dǎo)向畫面的一例的圖；圖6是表示參數(shù)表的圖；圖7是大臂的側(cè)視圖8是小臂的側(cè)視圖；圖9是鏟斗及小臂的側(cè)視圖；圖10是鏟斗的側(cè)視圖；圖11是表示運算表示液壓缸長度的參數(shù)的方法的圖；圖12是表示操作員在校準時所進行的工作順序的流程；圖13是表示外部測量裝置的設(shè)置位置的圖；圖14是表示工作裝置的五個姿勢下的齒尖位置的側(cè)視圖；圖15是表不第一 第五位置的各位置下的液壓缸行程長度的表；圖16是表示基準天線上的第一測量點和第二測量點的位置的俯視圖；圖17是表示方向天線上的第三測量點和第四測量點的位置的俯視圖；圖18是表示旋轉(zhuǎn)角不同的三個齒尖的位置的俯視圖；圖19是表示校準裝置的操作畫面的一例的`
圖20是表示校準裝置的校準所涉及的處理功能的功能框圖；圖21是表不坐標(biāo)轉(zhuǎn)換彳目息的運算方法的圖；圖22是表示坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息的運算方法的圖。
具體實施例方式I 構(gòu)成1-1液壓挖掘機的整體構(gòu)成下面，參照附圖對本發(fā)明一實施方式的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)及校準方法進行說明。圖1是用校準裝置實施校準的液壓挖掘機100的立體圖。液壓挖掘機100具有車體I和工作裝置2。車體I具有旋轉(zhuǎn)體3、駕駛室4和行駛體5。旋轉(zhuǎn)體3可旋轉(zhuǎn)地安裝于行駛體5上。旋轉(zhuǎn)體3收容液壓泵37 (參照圖3)及未圖示的發(fā)動機等裝置。駕駛室4載置于旋轉(zhuǎn)體3的前部。駕駛室4內(nèi)配置有后述的顯示輸入裝置38及操作裝置25 (參照圖3)。行駛體5具有履帶5a，5b，通過履帶5a，5b旋轉(zhuǎn)，使液壓挖掘機100行駛。工作裝置2安裝于車體I的前部，具有大臂6、小臂7、鏟斗8、大臂缸10、小臂缸11和鏟斗缸12。大臂6的基端部經(jīng)由大臂銷13可擺動地安裝于車體I的前部。即，大臂銷13相當(dāng)于大臂6相對于旋轉(zhuǎn)體3的擺動中心。小臂7的基端部經(jīng)由小臂銷14可擺動地安裝于大臂6的前端部。即，小臂銷14相當(dāng)于小臂7相對于大臂6的擺動中心。在小臂7的前端部經(jīng)由鏟斗銷15可擺動地安裝有鏟斗8。S卩，鏟斗銷15相當(dāng)于鏟斗8相對于小臂7的擺動中心。圖2是示意地表示液壓挖掘機100構(gòu)成的圖。圖2 (a)是液壓挖掘機100的側(cè)視圖。圖2 (b)是液壓挖掘機100的后視圖。圖2 (c)是液壓挖掘機100的俯視圖。如圖2(a)所示，大臂6的長度即大臂銷13和小臂銷14之間的長度為LI，相當(dāng)于本發(fā)明的第一距離。小臂7的長度即小臂銷14和鏟斗銷15之間的長度為L2，相當(dāng)于本發(fā)明的第二距離。鏟斗8的長度即鏟斗銷15和鏟斗8齒尖P之間的長度為L3，相當(dāng)于本發(fā)明的第三距離。圖1所示的大臂缸10、小臂缸11和鏟斗缸12分別是通過液壓驅(qū)動的液壓缸。大臂缸10的基端部經(jīng)由大臂缸下部銷IOa可擺動地安裝于旋轉(zhuǎn)體3上。另外，大臂缸10的前端部經(jīng)由大臂缸上部銷IOb可擺動地安裝于大臂6上。大臂缸10通過液壓進行伸縮，由此驅(qū)動大臂6。小臂缸11的基端部經(jīng)由小臂缸下部銷Ila可擺動地安裝于大臂6。另外，小臂缸11的前端部經(jīng)由小臂缸上部銷Ilb可擺動地安裝于小臂7。小臂缸11通過液壓進行伸縮，由此驅(qū)動小臂7。鏟斗缸12的基端部經(jīng)由鏟斗缸下部銷12a可擺動地安裝于小臂
7。另外，鏟斗缸12的前端部經(jīng)由鏟斗缸上部銷12b可擺動地安裝于第一連桿部件47的一端及第二連桿部件48的一端。第一連桿部件47的另一端經(jīng)由第一連桿銷47a可擺動地安裝于小臂7的前端部。第二連桿部件48的另一端經(jīng)由第二連桿銷48a可擺動地安裝于鏟斗8。鏟斗缸12通過液壓進行伸縮，由此驅(qū)動鏟斗8。圖3是表示液壓挖掘機100所具備的控制系構(gòu)成的框圖。大臂6、小臂7和鏟斗8上分別設(shè)置有第一 第三角度檢測部16 18。第一 第三角度檢測部16 18是行程傳感器，通過檢測各液壓缸10 12的行程長度，間接地檢測大臂6相對于車體I的擺動角、小臂7相對于大臂6的擺動角、鏟斗8相對于小臂7的擺動角。具體而言，第一角度檢測部16檢測大臂缸10的行程長度。后述的顯示控制器39根據(jù)第一角度檢測部16檢測到的大臂缸10的行程長度，運算大臂6相對于圖2 (a)所示的車體坐標(biāo)系中z軸的擺動角a。第二角度檢測部17檢測小臂缸11的行程長度。顯示控制器39根據(jù)第二角度檢測部17檢測到的小臂缸11的行程長度，運算小臂7相對于大臂6的擺動角P。第三角度檢測部18檢測鏟斗缸12的行程長度。顯示控制器39根據(jù)第三角度檢測部18檢測到的鏟斗缸12的行程長度，運算鏟斗8相對于小臂7的擺動角Y。關(guān)于擺動角a、P、Y的運算方法，將在后面詳細地說明。如圖2 (a)所示，車體I具備位置檢測部19。位置檢測部19檢測液壓挖掘機100的車體I的當(dāng)前位置。位置檢測部19具有圖1所示的RTK - GNSS (Real TimeKinematic - Global Navigation Satellite Systems、GNSS 稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))用的兩個天線21，22、圖2(a)所示的三維位置傳感器23。天線21，22沿后述的車體坐標(biāo)系x —I — z中的y軸(參照圖2 (C))離開一定距離配置。與由天線21、22接收的GNSS電波對應(yīng)的信號輸入三維位置傳感器23。三維位置傳感器23檢測天線21，22在整體坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置。需要說明的是，整體坐標(biāo)系是由GNSS測量的坐標(biāo)系，是以固定于地球的原點為基準的坐標(biāo)系。與之相對，后述的車體坐標(biāo)系是以固定于車體I (具體而言是旋轉(zhuǎn)體3)的原點為基準的坐標(biāo)系。天線21 (下面，稱為“基準天線21”)是用于檢測車體I的當(dāng)前位置的天線。天線22 (下面，稱為“方向天線22”)是用于檢測車體I (具體而言是旋轉(zhuǎn)體3)的方向的天線。位置檢測部19根據(jù)基準天線21和方向天線22的位置檢測后述的車體坐標(biāo)系的X軸在整體坐標(biāo)系中的方向角。需要說明的是，天線21，22也可以是GPS用的天線。如圖3所示，車體I具備側(cè)傾角傳感器24和縱傾角傳感器29。如圖2 (b)所示，側(cè)傾角傳感器24檢測車體I的寬度方向相對于重力方向(鉛垂線)的傾斜角0 I (下面，稱為“側(cè)傾角0 1”)。需要說明的是，在本實施方式中，寬度方向是指鏟斗8的寬度方向，與車寬度方向一致。但是，在工作裝置2具備后述的傾斜鏟斗的情況下，有時存在鏟斗8的寬度方向和車寬度方向不一致的情況。如圖2 (a)所示，縱傾角傳感器29檢測車體I的前后方向相對于重力方向的傾斜角9 2 (下面，稱為“縱傾角0 2”)。如圖3所示，液壓挖掘機100具備操作裝置25、工作裝置控制器26、工作裝置控制裝置27和液壓泵37。操作裝置25具有工作裝置操作部件31、工作裝置操作檢測部32、行駛操作部件33、行駛操作檢測部34、旋轉(zhuǎn)操作部件51、旋轉(zhuǎn)操作檢測部52。工作裝置操作部件31是操作員用于操作工作裝置2的部件，例如是操作桿。工作裝置操作檢測部32檢測工作裝置操作部件31的操作內(nèi)容，并作為檢測信號向工作裝置控制器26發(fā)送。行駛操作部件33是操作員用于操作液壓挖掘機100的行駛的部件，例如是操作桿。行駛操作檢測部34檢測行駛操作部件33的操作內(nèi)容，并作為檢測信號向工作裝置控制器26發(fā)送。旋轉(zhuǎn)操作部件51是操作員用于操作旋轉(zhuǎn)體3的旋轉(zhuǎn)的部件，例如是操作桿。旋轉(zhuǎn)操作檢測部52檢測旋轉(zhuǎn)操作部件51的操作內(nèi)容，并作為檢測信號向工作裝置控制器26發(fā)送。工作裝置控制器26具有RAM、ROM等存儲部35及CPU等運算部36。工作裝置控制器26主要進行對于工作裝置2的動作及旋轉(zhuǎn)體3的旋轉(zhuǎn)的控制。工作裝置控制器26生成用于根據(jù)工作裝置操作部件31的操作使工作裝置2動作的控制信號并向工作裝置控制裝置27輸出。工作裝置控制裝置27具有比例控制閥等液壓控制設(shè)備。工作裝置控制裝置27基于來自工作裝置控制器26的控制信號，控制從液壓泵37向液壓缸10 12供給的工作油的流量。液壓缸10 12根據(jù)從工作裝置控制裝置27供給的工作油驅(qū)動。由此，工作裝置2動作。另外，工作裝置控制器26生成用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)操作部件51的操作使旋轉(zhuǎn)體3旋轉(zhuǎn)的控制信號，并向旋轉(zhuǎn)馬達49輸出。由此，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)馬達49，使旋轉(zhuǎn)體3旋轉(zhuǎn)。1- 2顯示系統(tǒng)28的構(gòu)成液壓挖掘機100上搭載有顯示系統(tǒng)28。顯示系統(tǒng)28是用于向操作員提供挖掘工作區(qū)域內(nèi)的地面以形成后述的設(shè)計面形狀的信息的系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)28具有顯示輸入裝置38和顯示控制器39。顯示輸入裝置38具有觸控面板式輸入部41、IXD等顯示部42。顯示輸入裝置38顯示導(dǎo)向畫面，該導(dǎo)向畫面提供用于進行挖掘的信息。另外，導(dǎo)向畫面顯示有各種鍵。操作員通過觸碰導(dǎo)向畫面上的各種鍵，可以執(zhí)行顯示系統(tǒng)28的各種功能。關(guān)于導(dǎo)向畫面，將在后面詳細說明。顯示控制器39執(zhí)行顯示系統(tǒng)28的各種功能。顯示控制器39和工作裝置控制器26通過無線或有線的通信裝置可相互通信。顯示控制器39具有RAM、ROM等存儲部43及CPU等運算部44。運算部44基于存儲在存儲部43的各種數(shù)據(jù)和位置檢測部19的檢測結(jié)果，執(zhí)行用于顯示導(dǎo)向畫面的各種運算。顯示控制器39的存儲部43內(nèi)預(yù)先制作并存儲有設(shè)計地形數(shù)據(jù)。設(shè)計地形數(shù)據(jù)是與三維設(shè)計地形的形狀及位置有關(guān)的信息。設(shè)計地形表示工作對象的地面的目標(biāo)形狀。顯示控制器39基于設(shè)計地形數(shù)據(jù)及來自上述各種傳感器的檢測結(jié)果等數(shù)據(jù)，使導(dǎo)向畫面顯示于顯示輸入裝置38。具體而言，如圖4所示，設(shè)計地形通過分別由三角多邊形表現(xiàn)的多個設(shè)計面45構(gòu)成。需要說明的是，圖4中僅對多個設(shè)計面中一部分標(biāo)注符號45，省略其它的設(shè)計面的符號。操作員將這些設(shè)計面45中一個或多個設(shè)計面45作為目標(biāo)面70來選擇。顯示控制器39使顯示輸入裝置38顯示用于使操作員知曉目標(biāo)面70的位置的導(dǎo)向畫面。2.導(dǎo)向畫面下面，對導(dǎo)向畫面進行詳細說明。導(dǎo)向畫面是用于表示目標(biāo)面70和鏟斗8齒尖的位置關(guān)系，以工作對象的地面成為與目標(biāo)面70相同的形狀的方式誘導(dǎo)液壓挖掘機100的工作裝置2的畫面。2 -1導(dǎo)向畫面的構(gòu)成圖5表不導(dǎo)向畫面53。導(dǎo)向畫面53包含表不工作區(qū)域的設(shè)計地形和液壓挖掘機100的當(dāng)前位置的俯視圖53a、表示目標(biāo)面70和液壓挖掘機100的位置關(guān)系的側(cè)視圖53b。導(dǎo)向畫面53的俯視圖53a利用多個三角多邊形表現(xiàn)俯視時的設(shè)計地形。更具體而言，俯視圖53a將液壓挖掘機100的旋轉(zhuǎn)平面作為投影面表現(xiàn)設(shè)計地形。因此，俯視圖53a是從液壓挖掘機100的正上方觀察的圖，液壓挖掘機100傾斜時，設(shè)計面45傾斜。另外，從多個設(shè)計面45中選擇的目標(biāo)面70用與其它的設(shè)計面45不同的顏色顯示。需要說明的是，圖5中液壓挖掘機100的當(dāng)前位置用俯視時的液壓挖掘機的圖標(biāo)61表示，但是也可以用其它的符號表不。另外，俯視圖53a包含用于使液壓挖掘機100與目標(biāo)面70正對的信息。用于使液壓挖掘機100與目標(biāo)面70正對的信息作為正對羅盤73來顯示。正對羅盤73是表示對目標(biāo)面70的正對方向和應(yīng)旋轉(zhuǎn)液壓挖掘機100的方向的羅盤。操作員利用正對羅盤73可以確認對目標(biāo)面70的正對度。導(dǎo)向畫面53的側(cè)視圖53b包含表不目標(biāo)面70和纟產(chǎn)斗8齒尖的位置關(guān)系的圖像和表示目標(biāo)面70和鏟斗8齒尖之間的距離的距離信息88。具體而言，側(cè)視圖53b包含設(shè)計面線81、目標(biāo)面線82、側(cè)視時的液壓挖掘機100的圖標(biāo)75。設(shè)計面線81表示目標(biāo)面70以外的設(shè)計面45的截面。目標(biāo)面線82表示目標(biāo)面70的截面。如圖4所示，設(shè)計面線81和目標(biāo)面線82通過運算經(jīng)過鏟斗8齒尖的寬度方向上的中點P (下面，簡單稱為“鏟斗8齒尖，，)的當(dāng)前位置的平面77和設(shè)計面45的交線80來求出。關(guān)于運算鏟斗8齒尖的當(dāng)前位置的方法，將在后面詳細說明。如上所述，在導(dǎo)向畫面53中，設(shè)計面線81、目標(biāo)面線82、包括鏟斗8的液壓挖掘機100的相對位置關(guān)系通過圖像來顯示。操作員通過沿著目標(biāo)面線82移動鏟斗8齒尖，以當(dāng)前的地形成為設(shè)計地形的方式可以容易地進行挖掘。2-2齒尖位置的運算方法下面，對上述鏟斗8齒尖位置的運算方法進行詳細說明。顯示控制器39的運算部44基于位置檢測部19的檢測結(jié)果及存儲于存儲部43的多個參數(shù)運算鏟斗8齒尖的當(dāng)前位置。圖6表示存儲于存儲部43的參數(shù)的表。參數(shù)包括工作裝置參數(shù)和天線參數(shù)。工作裝置參數(shù)包括表示大臂6、小臂7、纟產(chǎn)斗8的尺寸和擺動角的多個參數(shù)。天線參數(shù)包括表示天線21，22和大臂6的位置關(guān)系的多個參數(shù)。如圖3所示，顯示控制器39的運算部44具有第一當(dāng)前位置運算部44a和第二當(dāng)前位置運算部44b。第一當(dāng)前位置運算部44a基于工作裝置參數(shù)運算鏟斗8齒尖在車體坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置。第二當(dāng)前位置運算部44b根據(jù)天線參數(shù)、位置檢測部19所檢測的天線21，22在整體坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置和第一當(dāng)前位置運算部44a所運算的鏟斗8齒尖在車體坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置，運算鏟斗8齒尖在整體坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置。具體而言，伊斗8齒尖的當(dāng)前位置如下所述求出。首先，如圖2所示，設(shè)定以大臂銷13的軸和后述的工作裝置2的動作平面的交點為原點的車體坐標(biāo)系X — y — z。在下面的說明中，大臂銷13的位置是指大臂銷13在車寬度方向上的中點的位置。另外，根據(jù)第一 第三角度檢測部16 18的檢測結(jié)果，運算上述的大臂6、小臂7、鏟斗8的當(dāng)前的擺動角a、P、Y。關(guān)于擺動角a、P、Y的運算方法，將在后面敘述。在車體坐標(biāo)系中的鏟斗8齒尖的坐標(biāo)(X、1、z)使用大臂6、小臂7、鏟斗8的擺動角a、P、Y和大臂6、小臂7、鏟斗8的長度L1、L2、L3，由下面的式I運算。(式I)X=Llsin a+L2sin ( a +) +L3sin ( a ++ y )
y=0Z=Llcos a +L2cos ( a + ) +L3cos ( a + + y )另外，根據(jù)式I求出的車體坐標(biāo)系中的鏟斗8齒尖的坐標(biāo)(X、Y、z)通過下面的式2轉(zhuǎn)換為整體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X, Y, Z)。(式2)
權(quán)利要求
1.一種液壓挖掘機的校準系統(tǒng)，其特征在于，包括: 液壓挖掘機，其包含行駛體；能夠旋轉(zhuǎn)地安裝于所述行駛體的旋轉(zhuǎn)體；包括能夠擺動地安裝于所述旋轉(zhuǎn)體的大臂、能夠擺動地安裝于所述大臂的小臂和能夠擺動地安裝于所述小臂的工作工具的工作裝置；檢測所述大臂相對于所述旋轉(zhuǎn)體的擺動角、所述小臂相對于所述大臂的擺動角和所述工作工具相對于所述小臂的擺動角的角度檢測部；基于表示所述大臂、所述小臂和所述工作工具的尺寸及所述擺動角的多個參數(shù)，運算所述工作工具所具有的工作點的當(dāng)前位置的當(dāng)前位置運算部； 校準裝置，其用于校準所述參數(shù)； 外部測量裝置，其測量所述工作點的位置； 所述校準裝置包括: 輸入部，其輸入有第一工作點位置信息和第二工作點位置信息，該第一工作點位置信息包括所述外部測量裝置所測量到的所述工作裝置的姿勢不同的至少兩個所述工作點的位置和所述工作裝置的動作平面上的規(guī)定的基準點的位置，或者包括所述外部測量裝置所測量到的所述工作裝置的姿勢不同的至少三個所述工作點的位置，該第二工作點位置信息包含所述旋轉(zhuǎn)體相對于所述行駛體的旋轉(zhuǎn)角度不同的至少三個所述工作點的位置； 車體坐標(biāo)系運算部，其基于所述第一工作點位置信息運算與所述工作裝置的動作平面垂直的第一單位法線矢量，基于所述第二工作點位置信息運算與所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面垂直的第二單位法線矢量，并且運算與所述第一單位法線矢量和所述第二單位法線矢量垂直的第三單位法線矢量； 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部，其使用所述第一單位法線矢量、所述第二單位法線矢量和所述第三單位法線矢量，將由所述外部測量裝置測量到的所述工作點在多個位置的坐標(biāo)，從所述外部測量裝置的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為所 述液壓挖掘機的車體坐標(biāo)系； 校準運算部，其基于被轉(zhuǎn)換為所述車體坐標(biāo)系的所述工作點在多個位置的坐標(biāo)，運算所述參數(shù)的校準值。
2.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)，其特征在于， 所述車體坐標(biāo)系運算部運算所述工作裝置的動作平面和所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面的交線矢量，且將通過所述工作裝置的動作平面和所述旋轉(zhuǎn)平面的交線矢量并與所述工作裝置的動作平面垂直的平面的單位法線矢量作為所述第二單位法線矢量來運算。
3.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一工作點位置信息包括所述工作裝置在上下方向上的位置和/或在車體前后方向上的位置不同的多個位置的坐標(biāo)。
4.如權(quán)利要求1所述的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)，其特征在于， 所述參數(shù)包括所述大臂相對于所述旋轉(zhuǎn)體的擺動中心和所述小臂相對于所述大臂的擺動中心之間的第一距離、所述小臂相對于所述大臂的擺動中心和所述工作工具相對于所述小臂的擺動中心之間的第二距離、所述工作工具相對于所述小臂的擺動中心和所述工作點之間的第三距離， 所述當(dāng)前位置運算部基于所述第一距離、所述第二距離、所述第三距離和所述擺動角運算所述車體坐標(biāo)系中的所述工作點的當(dāng)前位置， 所述校準運算部基于由所述外部測量裝置測量且被轉(zhuǎn)換為所述車體坐標(biāo)系的所述工作點在多個位置的坐標(biāo)，運算所述第一距離、所述第二距離和所述第三距離的校準值。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的液壓挖掘機的校準系統(tǒng)，其特征在于， 所述外部測量裝置是全站儀。
6.一種液壓挖掘機的校準方法，其特征在于，該液壓挖掘機包括:行駛體；能夠旋轉(zhuǎn)地安裝于所述行駛體的旋轉(zhuǎn)體；包括能夠擺動地安裝于所述旋轉(zhuǎn)體的大臂、能夠擺動地安裝于所述大臂的小臂和能夠擺動地安裝于所述小臂的工作工具的工作裝置；檢測所述大臂相對于所述旋轉(zhuǎn)體的擺動角、所述小臂相對于所述大臂的擺動角和所述工作工具相對于所述小臂的擺動角的角度檢測部；基于表示所述大臂、所述小臂和所述工作工具的尺寸及所述擺動角的多個參數(shù)，運算所述工作工具所具有的工作點的當(dāng)前位置的當(dāng)前位置運算部；該校準方法在液壓挖掘機中用于校準所述參數(shù)，包括: 由外部測量裝置測量所述工作點的位置的步驟； 將第一工作點位置信息和第二工作點位置信息輸入用于校準所述參數(shù)的校準裝置的步驟，該第一工作點位置信息包括所述外部測量裝置所測量到的所述工作裝置的姿勢不同的至少兩個所述工作點的位置和所述工作裝置的動作平面上的規(guī)定的基準點的位置，或者包括所述外部測量裝置所測量到的所述工作裝置的姿勢不同的至少三個所述工作點的位置，該第二工作點位置信息包括 所述旋轉(zhuǎn)體相對于所述行駛體的旋轉(zhuǎn)角度不同的至少三個所述工作點的位置； 所述校準裝置基于所述第一工作點位置信息運算與所述工作裝置的動作平面垂直的第一單位法線矢量，基于所述第二工作點位置信息運算與所述旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)平面垂直的第二單位法線矢量，并且運算與所述第一單位法線矢量和所述第二單位法線矢量垂直的第三單位法線矢量的步驟； 所述校準裝置使用所述第一單位法線矢量、所述第二單位法線矢量和所述第三單位法線矢量，將由所述外部測量裝置測量到的所述工作點在多個位置的坐標(biāo)，從所述外部測量裝置的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為所述液壓挖掘機的車體坐標(biāo)系的步驟； 所述校準裝置基于被轉(zhuǎn)換為所述車體坐標(biāo)系的所述工作點在多個位置的坐標(biāo)，運算所述參數(shù)的校準值的步驟。
全文摘要
液壓挖掘機的當(dāng)前位置運算部基于表示大臂、小臂和工作工具的尺寸及擺動角的多個參數(shù)，運算工作工具所包含的工作點的當(dāng)前位置。校準裝置是用于校準參數(shù)的裝置。校準裝置的車體坐標(biāo)系運算部(65a)基于由外部測量裝置測量到的第一工作點位置信息和第二工作點位置信息，運算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部(65b)使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換信息將由外部測量裝置測量到的工作點在多個位置的坐標(biāo)，從外部測量裝置的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為液壓挖掘機的車體坐標(biāo)系。第一校準運算部(65c)基于被轉(zhuǎn)換為車體坐標(biāo)系的工作點在多個位置的坐標(biāo)，運算參數(shù)的校準值。
文檔編號E02F3/43GK103080426SQ201280002679
公開日2013年5月1日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
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