液压挖掘机的校准装置及液压挖掘机的校准方法

摘要

液压挖掘机的校准装置包括输入部（63）、第一校准运算部（65c）、第二校准运算部（65d）。输入部（63）是被输入工作点位置信息和天线位置信息的部分。工作点位置信息表示由外部测量装置测量到的工作点在多个位置的坐标。天线位置信息表示由外部测量装置测量到的天线的位置的坐标。第一校准运算部（65c）基于输入到输入部（63）的工作点位置信息，通过数值解析运算工作装置参数的校准值。第二校准运算部（65d）基于输入到输入部（63）的天线位置信息校准天线参数。

权利要求

1.一种液压挖掘机的校准装置，其特征在于，该液压挖掘机包括：车体；具有能够摆动地安装于所述车体的大臂、能够摆动地安装于所述大臂的小臂和能够摆动地安装于所述小臂的工作工具的工作装置；检测所述大臂相对于所述车体的摆动角、所述小臂相对于所述大臂的摆动角和所述工作工具相对于所述小臂的摆动角的角度检测部；包括天线且检测所述天线在整体坐标系中的当前位置的位置检测部；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摆动角的多个工作装置参数，运算所述工作工具所具有的工作点在车体坐标系中的当前位置的第一当前位置运算部；根据表示所述天线和所述大臂的位置关系的天线参数、所述位置检测部所检测到的所述天线在整体坐标系中的当前位置及所述第一当前位置运算部运算到的所述工作点在车体坐标系中的当前位置，运算所述工作点在整体坐标系中的当前位置的第二当前位置运算部；

该校准装置用于校准所述工作装置参数及所述天线参数，包括：

输入部，其被输入工作点位置信息和天线位置信息，该工作点位置信息表示由外部测量装置测量到的所述工作点在多个位置的坐标，该天线位置信息表示由所述外部测量装置测量到的所述天线的位置的坐标；

第一校准运算部，其基于输入到所述输入部的所述工作点位置信息，通过数值解析运算所述工作装置参数的校准值；

第二校准运算部，其基于输入到所述输入部的所述天线位置信息校准所述天线参数。

2.如权利要求1所述的液压挖掘机的校准装置，其特征在于，

所述天线位置信息包括表示以所述天线的上表面的中心为基准对称地配置的第一测量点及第二测量点的位置的坐标，所述第二校准运算部将所述第一测量点和所述第二测量点的中点的坐标作为所述天线的位置的坐标运算出。

3.一种液压挖掘机的校准方法，其特征在于，该液压挖掘机包括：车体、具有能够摆动地安装于所述车体的大臂、能够摆动地安装于所述大臂的小臂和能够摆动地安装于所述小臂的工作工具的工作装置；检测所述大臂相对于所述车体的摆动角、所述小臂相对于所述大臂的摆动角和所述工作工具相对于所述小臂的摆动角的角度检测部；包括天线且检测所述天线在整体坐标系中的当前位置的位置检测部；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摆动角的多个工作装置参数，运算所述工作工具所具有的工作点在车体坐标系中的当前位置的第一当前位置运算部；根据表示所述天线和所述大臂的位置关系的天线参数、所述位置检测部所检测到的所述天线在整体坐标系中的当前位置和所述第一当前位置运算部运算到的所述工作点在车体坐标系中的当前位置，运算所述工作点在整体坐标系中的当前位置的第二当前位置运算部；

该校准方法用于校准所述工作装置参数及所述天线参数，包括：

将表示由外部测量装置测量到的所述工作点在多个位置的坐标的工作点位置信息和表示由所述外部测量装置测量到的所述天线的位置的坐标的天线位置信息，输入校准所述工作装置参数及所述天线参数的校准装置的输入部的步骤；

所述校准装置基于输入到所述输入部的所述工作点位置信息，通过数值解析运算所述工作装置参数的校准值的步骤；

所述校准装置基于输入到所述输入部的所述天线位置信息校准所述天线参数的步骤。

说明书

液压挖掘机的校准装置及液压挖掘机的校准方法

技术领域

[0001] 本发明涉及液压挖掘机的校准装置及液压挖掘机的校准方法。

背景技术

[0002] 目前，公知的是具备检测工作装置工作点的当前位置的位置检测装置的液压挖掘机。例如，在专利文献1所示的液压挖掘机中，基于来自GPS天线的位置信息，运算铲斗的齿尖的位置坐标。具体而言，基于GPS天线和大臂销的位置关系，大臂、小臂和铲斗的各自的长度，大臂、小臂和铲斗的各自的方向角等参数，运算铲斗的齿尖的位置坐标。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：（日本）特开2002-181538号公报

[0006] 所运算的铲斗的齿尖位置坐标的精度受到上述参数精度的影响。但是，这些参数通常相对于设计值具有误差。因此，在液压挖掘机的位置检测装置的初始设定时，进行用卷尺等测量装置测量参数的工作。但是，如上所述，用卷尺等测量装置不容易高精度地测量参数。另外，在参数数目多的情况下，为了全部测定这些参数需要大量的时间，很烦杂。

[0007] 另外，在将所测定的参数输入位置检测装置后，进行位置检测装置的位置检测的精度的确认。例如，通过GPS直接测定铲斗的齿尖的位置坐标。然后，比较由位置检测装置运算的铲斗的齿尖位置坐标和由GPS测量装置直接测定的铲斗齿尖位置坐标。当由位置检测装置运算的铲斗齿尖位置坐标和由GPS测量装置直接测定的铲斗齿尖位置坐标不一致时，反复进行用卷尺的参数的测定和向位置检测装置的输入直至这些位置坐标一致。即，进行参数值的校准直至位置坐标的实测值和计算值一致。这样的校准工作需要大量的时间，从而很烦杂。

[0008] 本发明的课题在于提供提高工作点的位置检测精度，并且可以缩短校准工作时间的液压挖掘机的校准装置及校准方法。

[0009] 用于解决课题的技术方案

[0010] 本发明的第一方面的液压挖掘机的校准装置是在液压挖掘机中用于校准工作装置参数及天线参数的校准装置。液压挖掘机包括车体、工作装置、角度检测部、位置检测部、第一当前位置运算部、第二当前位置运算部。工作装置包括可摆动地安装于车体的大臂、可摆动地安装于大臂的小臂和可摆动地安装于小臂的工作工具。角度检测部检测大臂相对于车体的摆动角、小臂相对于大臂的摆动角和工作工具相对于小臂的摆动角。位置检测部包括天线且检测天线在整体坐标系中的当前位置。第一当前位置运算部基于表示大臂、小臂和工作工具的尺寸及摆动角的多个工作装置参数，运算工作工具所具有的工作点在车体坐标系中的当前位置。第二当前位置运算部根据表示天线和大臂的位置关系的天线参数、位置检测部所检测到的天线在整体坐标系中的当前位置及第一当前位置运算部运算到的工作点在车体坐标系中的当前位置，运算工作点在整体坐标系中的当前位置。液压挖掘机包括输入部、第一校准运算部和第二校准运算部。输入部被输入工作点位置信息和天线位置信息。工作点位置信息表示由外部测量装置测量到的所述工作点在多个位置的坐标。天线位置信息表示由外部测量装置测量到的天线的位置的坐标。第一校准运算部基于输入到输入部的工作点位置信息，通过数值解析运算工作装置参数的校准值。第二校准运算部基于输入到输入部的天线位置信息校准天线参数。

[0011] 本发明第二方面的液压挖掘机的校准装置在第一方面的基础上，天线位置信息包括表示以天线的上表面的中心为基准对称地配置的第一测量点及第二测量点的位置坐标。第二校准运算部将第一测量点和第二测量点的中点的坐标作为天线的位置的坐标运算出。

[0012] 本发明第三方面的液压挖掘机的校准方法是在液压挖掘机中用于校准工作装置参数及天线参数的校准方法。液压挖掘机包括车体、工作装置、角度检测部、位置检测部、第一当前位置运算部和第二当前位置运算部。工作装置包括可摆动地安装于车体的大臂、可摆动地安装于大臂的小臂和可摆动地安装于小臂的工作工具。角度检测部检测大臂相对于车体的摆动角、小臂相对于大臂的摆动角和工作工具相对于小臂的摆动角。位置检测部包括天线且检测天线在整体坐标系中的当前位置。第一当前位置运算部基于表示大臂、小臂和工作工具的尺寸及摆动角的多个工作装置参数，运算工作工具所具有的工作点在车体坐标系中的当前位置。第二当前位置运算部根据表示天线和大臂的位置关系的天线参数、位置检测部检测到的天线在整体坐标系中的当前位置及第一当前位置运算部运算到的工作点在车体坐标系中的当前位置，运算工作点在整体坐标系中的当前位置。液压挖掘机的校准方法包括如下第一步骤～第三步骤。在第一步骤中，将工作点位置信息和天线位置信息输入校准工作装置参数及天线参数的校准装置。工作点位置信息表示由外部测量装置测量到的工作点在多个位置的坐标。天线位置信息表示由外部测量装置测量到的天线的位置的坐标。在第二步骤中，校准装置基于输入到输入部的工作点位置信息，通过数值解析运算工作装置参数的校准值。在第三步骤中，校准装置基于输入到输入部的天线位置信息校准天线参数。

[0013] 发明效果

[0014] 在本发明的第一方面的液压挖掘机的校准装置中，基于由外部测量装置测量到的工作点在多个位置的坐标，通过数值解析运算工作装置参数的校准值。因此，不需要利用卷尺等测定装置实测工作装置参数的值。或者可以减少需要实测的参数的数量。另外，不需要进行参数的值校准直至位置坐标的实测值和计算值一致。而且，天线参数基于由外部测量装置测量到的天线位置的坐标校准。天线的位置坐标相比工作装置参数误差大。因此，当通过数值解析运算包含天线参数的所有参数的校准值时，运算所需的时间变长，或难以通过运算求解。于是，在本发明的液压挖掘机的校准装置中，天线参数与工作装置参数不同，基于由外部测量装置测量到的天线的位置坐标进行校准。因此，能够通过数值解析在短时间内进行工作装置参数的校准值的运算。另外，能够高精度地进行天线参数的校准。由此，在本发明的液压挖掘机的校准装置中，能够提高工作点的位置检测精度，并且能够缩短校准工作时间。

[0015] 本发明第二方面的液压挖掘机的校准装置中，将第一测量点和第二测量点的中心的坐标作为天线的位置坐标运算出。因此，即使在难以正确地掌握天线的中心位置的情况下，也能够高精度地测定天线的中心位置的坐标。

[0016] 在本发明第三方面的液压挖掘机的校准方法中，基于由外部测量装置测量到的工作点在多个位置的坐标，通过数值解析运算工作装置参数的校准值。因此，不需要利用卷尺等测定装置实测工作装置参数的值。或者可以减少需要实测的参数数量。另外，不需要进行参数的值的校准直至位置坐标的实测值和计算值一致。而且，天线参数基于由外部测量装置测量到的天线位置的坐标校准。天线的位置坐标相比工作装置参数误差大。因此，当通过数值解析运算包含天线参数的所有参数的校准值时，运算所需的时间变长，或者难以通过运算求解。因此，在本发明的液压挖掘机的校准方法中，天线参数与工作装置参数不同，基于由外部测量装置测量到的天线的位置坐标进行校准。因此，能够通过数值解析在短时间内进行工作装置参数的校准值的运算。另外，能够高精度地进行天线参数的校准。由此，在本发明的液压挖掘机的校准装置中，能够提高工作点的位置检测的精度，并且能够缩短校准工作时间。

附图说明

[0017] 图1是本发明一实施方式的液压挖掘机的立体图；

[0018] 图2是示意地表示液压挖掘机构成的图；

[0019] 图3是表示液压挖掘机所具备的控制系构成的框图；

[0020] 图4是表示设计地形的构成的一例的图；

[0021] 图5是表示导向画面的一例的图；

[0022] 图6是表示参数表的图；

[0023] 图7是大臂的侧视图；

[0024] 图8是小臂的侧视图；

[0025] 图9是铲斗及小臂的侧视图；

[0026] 图10是铲斗的侧视图；

[0027] 图11是表示运算表示液压缸长度的参数的方法的图；

[0028] 图12是表示操作员在校准时所进行的工作顺序的流程；

[0029] 图13是表示外部测量装置的设置位置的图；

[0030] 图14是表示工作装置的五个姿势下的齿尖位置的侧视图；

[0031] 图15是表示第一～第五位置的各位置下的液压缸行程长度的表；

[0032] 图16是表示基准天线上的第一测量点和第二测量点的位置的俯视图；

[0033] 图17是表示方向天线上的第三测量点和第四测量点的位置的俯视图；

[0034] 图18是表示旋转角不同的三个齿尖的位置的俯视图；

[0035] 图19是表示校准装置的操作画面的一例的图；

[0036] 图20是表示校准装置的校准所涉及的处理功能的功能框图；

[0037] 图21是表示坐标转换信息的运算方法的图；

[0038] 图22是表示坐标转换信息的运算方法的图。

具体实施方式

[0039] 1.构成

[0040] 1－1液压挖掘机的整体构成

[0041] 下面，参照附图对本发明一实施方式的液压挖掘机的校准装置及校准方法进行说明。图1是用校准装置实施校准的液压挖掘机100的立体图。液压挖掘机100具有车体1和工作装置2。车体1具有旋转体3、驾驶室4和行驶体5。旋转体3可旋转地安装于行驶体5上。旋转体3收容液压泵37（参照图3）及未图示的发动机等装置。驾驶室4载置于旋转体3的前部。驾驶室4内配置有后述的显示输入装置38及操作装置25（参照图3）。行驶体5具有履带5a，5b，通过履带5a,5b旋转，使液压挖掘机100行驶。

[0042] 工作装置2安装于车体1的前部，具有大臂6、小臂7、铲斗8、大臂缸10、小臂缸11和铲斗缸12。大臂6的基端部经由大臂销13可摆动地安装于车体1的前部。即，大臂销13相当于大臂6相对于旋转体3的摆动中心。小臂7的基端部经由小臂销14可摆动地安装于大臂6的前端部。即，小臂销14相当于小臂7相对于大臂6的摆动中心。在小臂7的前端部经由铲斗销15可摆动地安装有铲斗8。即，铲斗销15相当于铲斗8相对于小臂7的摆动中心。

[0043] 图2是示意地表示液压挖掘机100构成的图。图2（a）是液压挖掘机100的侧视图。图2（b）是液压挖掘机100的后视图。图2（c）是液压挖掘机100的俯视图。如图2（a）所示，大臂6的长度即大臂销13和小臂销14之间的长度为L1。小臂7的长度即小臂销14和铲斗销15之间的长度为L2。铲斗8的长度即铲斗销15和铲斗8齿尖P之间的长度为L3。

[0044] 图1所示的大臂缸10、小臂缸11和铲斗缸12分别是通过液压驱动的液压缸。大臂缸10的基端部经由大臂缸下部销10a可摆动地安装于旋转体3上。另外，大臂缸10的前端部经由大臂缸上部销10b可摆动地安装于大臂6上。大臂缸10通过液压进行伸缩，由此驱动大臂6。小臂缸11的基端部经由小臂缸下部销11a可摆动地安装于大臂6。另外，小臂缸11的前端部经由小臂缸上部销11b可摆动地安装于小臂7。小臂缸11通过液压进行伸缩，由此驱动小臂7。铲斗缸12的基端部经由铲斗缸下部销12a可摆动地安装于小臂7。另外，铲斗缸12的前端部经由铲斗缸上部销12b可摆动地安装于第一连杆部件47的一端及第二连杆部件48的一端。第一连杆部件47的另一端经由第一连杆销47a可摆动地安装于小臂7的前端部。第二连杆部件48的另一端经由第二连杆销48a可摆动地安装于铲斗8。铲斗缸12通过液压进行伸缩，由此驱动铲斗8。

[0045] 图3是表示液压挖掘机100所具备的控制系构成的框图。大臂6、小臂7和铲斗8上分别设置有第一～第三角度检测部16～18。第一～第三角度检测部16～18是行程传感器，通过检测各液压缸10～12的行程长度，间接地检测大臂6相对于车体1的摆动角、小臂7相对于大臂6的摆动角、铲斗8相对于小臂7的摆动角。具体而言，第一角度检测部16检测大臂缸10的行程长度。后述的显示控制器39根据第一角度检测部16检测到的大臂缸10的行程长度，运算大臂6相对于图2（a）所示的车体坐标系中z轴的摆动角α。第二角度检测部17检测小臂缸11的行程长度。显示控制器39根据第二角度检测部17检测到的小臂缸11的行程长度，运算小臂7相对于大臂6的摆动角β。第三角度检测部18检测铲斗缸12的行程长度。显示控制器39根据第三角度检测部18检测到的铲斗缸12的行程长度，运算铲斗8相对于小臂7的摆动角γ。关于摆动角α、β、γ的运算方法，将在后面详细地说明。

[0046] 如图2（a）所示，车体1具备位置检测部19。位置检测部19检测液压挖掘机100的车体1的当前位置。位置检测部19具有图1所示的RTK－GNSS（RealTime Kinematic–Global Navigation Satellite Systems、GNS S称为全球卫星导航系统）用的两个天线21,22、图2（a）所示的三维位置传感器23。天线21,22沿后述的车体坐标系x－y－z中的y轴（参照图2（c））离开一定距离配置。与由天线21、22接收的GNSS电波对应的信号输入三维位置传感器23。三维位置传感器23检测天线21,22在整体坐标系中的当前位置。
需要说明的是，整体坐标系是由GNSS测量的坐标系，是以固定于地球的原点为基准的坐标系。与之相对，后述的车体坐标系是以固定于车体1（具体而言是旋转体3）的原点为基准的坐标系。天线21（下面，称为“基准天线21”）是用于检测车体1的当前位置的天线。天线22（下面，称为“方向天线22”）是用于检测车体1（具体而言是旋转体3）的方向的天线。
位置检测部19根据基准天线21和方向天线22的位置检测后述的车体坐标系的x轴在整体坐标系中的方向角。需要说明的是，天线21,22也可以是GPS用的天线。

[0047] 如图3所示，车体1具备侧倾角传感器24和纵倾角传感器29。如图2（b）所示，侧倾角传感器24检测车体1的宽度方向相对于重力方向（铅垂线）的倾斜角θ1（下面，称为“侧倾角θ1”）。需要说明的是，在本实施方式中，宽度方向是指铲斗8的宽度方向，与车宽度方向一致。但是，在工作装置2具备后述的倾斜铲斗的情况下，有时存在铲斗8的宽度方向和车宽度方向不一致的情况。如图2（a）所示，纵倾角传感器29检测车体1的前后方向相对于重力方向的倾斜角θ2（下面，称为“纵倾角θ2”）。

[0048] 如图3所示，液压挖掘机100具备操作装置25、工作装置控制器26、工作装置控制装置27和液压泵37。操作装置25具有工作装置操作部件31、工作装置操作检测部32、行驶操作部件33、行驶操作检测部34、旋转操作部件51、旋转操作检测部52。工作装置操作部件31是操作员用于操作工作装置2的部件，例如是操作杆。工作装置操作检测部32检测工作装置操作部件31的操作内容，并作为检测信号向工作装置控制器26发送。行驶操作部件33是操作员用于操作液压挖掘机100的行驶的部件，例如是操作杆。行驶操作检测部34检测行驶操作部件33的操作内容，并作为检测信号向工作装置控制器26发送。旋转操作部件51是操作员用于操作旋转体3的旋转的部件，例如是操作杆。旋转操作检测部52检测旋转操作部件51的操作内容，并作为检测信号向工作装置控制器26发送。

[0049] 工作装置控制器26具有RAM、ROM等存储部35及CPU等运算部36。工作装置控制器26主要进行对于工作装置2的动作及旋转体3的旋转的控制。工作装置控制器26生成用于根据工作装置操作部件31的操作使工作装置2动作的控制信号并向工作装置控制装置27输出。工作装置控制装置27具有比例控制阀等液压控制设备。工作装置控制装置27基于来自工作装置控制器26的控制信号，控制从液压泵37向液压缸10～12供给的工作油的流量。液压缸10～12根据从工作装置控制装置27供给的工作油驱动。由此，工作装置2动作。另外，工作装置控制器26生成用于根据旋转操作部件51的操作使旋转体3旋转的控制信号，并向旋转马达49输出。由此，驱动旋转马达49，使旋转体3旋转。

[0050] 1－2显示系统28的构成

[0051] 液压挖掘机100上搭载有显示系统28。显示系统28是用于向操作员提供挖掘工作区域内的地面以形成后述的设计面形状的信息的系统。显示系统28具有显示输入装置38和显示控制器39。

[0052] 显示输入装置38具有触控面板式输入部41、LCD等显示部42。显示输入装置38显示导向画面，该导向画面提供用于进行挖掘的信息。另外，导向画面显示有各种键。操作员通过触碰导向画面上的各种键，可以执行显示系统28的各种功能。关于导向画面，将在后面详细说明。

[0053] 显示控制器39执行显示系统28的各种功能。显示控制器39和工作装置控制器26通过无线或有线的通信装置可相互通信。显示控制器39具有RAM、ROM等存储部43及CPU等运算部44。运算部44基于存储在存储部43的各种数据和位置检测部19的检测结果，执行用于显示导向画面的各种运算。

[0054] 显示控制器39的存储部43内预先制作并存储有设计地形数据。设计地形数据是与三维设计地形的形状及位置有关的信息。设计地形表示工作对象的地面的目标形状。显示控制器39基于设计地形数据及来自上述各种传感器的检测结果等数据，使导向画面显示于显示输入装置38。具体而言，如图4所示，设计地形通过分别由三角多边形表现的多个设计面45构成。需要说明的是，图4中仅对多个设计面中一部分标注符号45，省略其它的设计面的符号。操作员将这些设计面45中一个或多个设计面45作为目标面70来选择。显示控制器39使显示输入装置38显示用于使操作员知晓目标面70的位置的导向画面。

[0055] 2.导向画面

[0056] 下面，对导向画面进行详细说明。导向画面是用于表示目标面70和铲斗8齿尖的位置关系，以工作对象的地面成为与目标面70相同的形状的方式诱导液压挖掘机100的工作装置2的画面。

[0057] 2－1导向画面的构成

[0058] 图5表示导向画面53。导向画面53包含表示工作区域的设计地形和液压挖掘机100的当前位置的俯视图53a、表示目标面70和液压挖掘机100的位置关系的侧视图53b。

[0059] 导向画面53的俯视图53a利用多个三角多边形表现俯视时的设计地形。更具体而言，俯视图53a将液压挖掘机100的旋转平面作为投影面表现设计地形。因此，俯视图53a是从液压挖掘机100的正上方观察的图，液压挖掘机100倾斜时，设计面45倾斜。另外，从多个设计面45中选择的目标面70用与其它的设计面45不同的颜色显示。需要说明的是，图5中液压挖掘机100的当前位置用俯视时的液压挖掘机的图标61表示，但是也可以用其它的符号表示。另外，俯视图53a包含用于使液压挖掘机100与目标面70正对的信息。用于使液压挖掘机100与目标面70正对的信息作为正对罗盘73来显示。正对罗盘73是表示对目标面70的正对方向和应旋转液压挖掘机100的方向的罗盘。操作员利用正对罗盘73可以确认对目标面70的正对度。

[0060] 导向画面53的侧视图53b包含表示目标面70和铲斗8齿尖的位置关系的图像和表示目标面70和铲斗8齿尖之间的距离的距离信息88。具体而言，侧视图53b包含设计面线81、目标面线82、侧视时的液压挖掘机100的图标75。设计面线81表示目标面70以外的设计面45的截面。目标面线82表示目标面70的截面。如图4所示，设计面线81和目标面线82通过运算经过铲斗8齿尖的宽度方向上的中点P（下面，简单称为“铲斗8齿尖”）的当前位置的平面77和设计面45的交线80来求出。关于运算铲斗8齿尖的当前位置的方法，将在后面详细说明。

[0061] 如上所述，在导向画面53中，设计面线81、目标面线82、包括铲斗8的液压挖掘机100的相对位置关系通过图像来显示。操作员通过沿着目标面线82移动铲斗8齿尖，以当前的地形成为设计地形的方式可以容易地进行挖掘。

[0062] 2－2齿尖位置的运算方法

[0063] 下面，对上述铲斗8齿尖位置的运算方法进行详细说明。显示控制器39的运算部44基于位置检测部19的检测结果及存储于存储部43的多个参数运算铲斗8齿尖的当前位置。图6表示存储于存储部43的参数的表。参数包括工作装置参数和天线参数。工作装置参数包括表示大臂6、小臂7、铲斗8的尺寸和摆动角的多个参数。天线参数包括表示天线21,22和大臂6的位置关系的多个参数。如图3所示，显示控制器39的运算部44具有第一当前位置运算部44a和第二当前位置运算部44b。第一当前位置运算部44a基于工作装置参数运算铲斗8齿尖在车体坐标系中的当前位置。第二当前位置运算部44b根据天线参数、位置检测部19所检测的天线21,22在整体坐标系中的当前位置和第一当前位置运算部44a所运算的铲斗8齿尖在车体坐标系中的当前位置，运算铲斗8齿尖在整体坐标系中的当前位置。具体而言，铲斗8齿尖的当前位置如下所述求出。

[0064] 首先，如图2所示，设定以大臂销13的轴和后述的工作装置2的动作平面的交点为原点的车体坐标系x－y－z。在下面的说明中，大臂销13的位置是指大臂销13在车宽度方向上的中点的位置。另外，根据第一～第三角度检测部16～18的检测结果，运算上述的大臂6、小臂7、铲斗8的当前的摆动角α、β、γ。关于摆动角α、β、γ的运算方法，将在后面叙述。在车体坐标系中的铲斗8齿尖的坐标（x、y、z）使用大臂6、小臂7、铲斗8的摆动角α、β、γ和大臂6、小臂7、铲斗8的长度L1、L2、L3，由下面的式1运算。

[0065] （式1）

[0066] x＝L1sinα+L2sin（α+β）+L3sin（α+β+γ）

[0067] y=0

[0068] z=L1cosα+L2cos（α+β）+L3cos（α+β+γ）

[0069] 另外，根据式1求出的车体坐标系中的铲斗8齿尖的坐标（x、y、z）通过下面的式2转换为整体坐标系中的坐标（X，Y，Z）。

[0070] （式2）

[0071]

[0072] 其中，ω， κ如下所示：

[0073]

[0074]

[0075] κ=-θ3

[0076] 在此，如上所述，θ1为侧倾角；θ2为纵倾角；θ3是Yaw角，是上述车体坐标系的x轴在整体坐标系中的方向角。因此，Yaw角θ3基于位置检测部19所检测出的基准天线21和方向天线22的位置来运算。（A，B，C）是车体坐标系的原点在整体坐标系中的坐标。
上述的天线参数表示天线21,22和车体坐标系的原点的位置关系，即天线21,22和大臂销
13在车宽度方向上的中点的位置关系。具体而言，如图2（b）及图2（c）所示，天线参数包括大臂销13和基准天线21之间在车体坐标系的x轴向上的距离Lbbx、大臂销13和基准天线21之间在车体坐标系的y轴向上的距离Lbby、大臂销13和基准天线21之间在车体坐标系的z轴向上的距离Lbbz。另外，天线参数包括大臂销13和方向天线22之间在车体坐标系的x轴向上的距离Lbdx、大臂销13和方向天线22之间在车体坐标系的y轴向上的距离Lbdy、大臂销13和方向天线22之间在车体坐标系的z轴向上的距离Lbdz。（A，B，C）基于天线21,22所检测出的整体坐标系中的天线21,22的坐标和天线参数来运算。

[0077] 如图4所示，显示控制器39基于如上所述运算的铲斗8齿尖P的当前位置、存储于存储部43的设计地形数据，运算三维设计地形和经过铲斗8齿尖的平面77的交线80。然后，显示控制器39将该交线80中经过目标面70的部分作为上述目标面线82来运算。将该交线80中除目标面线82以外的部分作为设计面线81来运算。

[0078] 2－3摆动角α、β、γ的运算方法

[0079] 下面，说明根据第一～第三角度检测部16～18的检测结果运算大臂6、小臂7、铲斗8的当前的摆动角α、β、γ的方法。

[0080] 图7是大臂6的侧视图。大臂6的摆动角α使用图7所示的工作装置参数通过下面的式3表示。

[0081] （式3）

[0082]

[0083] 如图7所示，Lboom2x是大臂缸下部销10a和大臂销13之间在安装大臂6的车体2的水平方向（即相当于车体坐标系的x轴向）上的距离。Lboom2_z是大臂缸下部销10a和大臂销13之间在安装大臂6的车体2的铅垂方向（即相当于车体坐标系的z轴向）上的距离。Lboom1是大臂缸上部销10b和大臂销13之间的距离。Lboom2是大臂缸下部销10a和大臂销13之间的距离。boom_cyl是大臂缸下部销10a和大臂缸上部销10b之间的距离。
Lboom1_z是大臂缸上部销10b和大臂销13之间在zboom轴向上的距离。需要说明的是，侧视时，以连结大臂销13和小臂销14的方向为xboom轴，以与xboom轴垂直的方向为zboom轴。Lboom1_x是大臂缸上部销10b和大臂销13之间在xboom轴向上的距离。

[0084] 图8是小臂7的侧视图。小臂7的摆动角β使用图7及图8所示的工作装置参数，通过下面的式4表示。

[0085] （式4）

[0086]

[0087]

[0088] 如图7所示，Lboom3_z是小臂缸下部销11a和小臂销14之间在zboom轴向上的距离。Lboom3_x是小臂缸下部销11a和小臂销14之间在xboom轴向上的距离。Lboom3是小臂缸下部销11a和小臂销14之间的距离。如图8所示，Larm2是小臂缸上部销11b和小臂销14之间的距离。如图7所示，arm_cyl是小臂缸下部销11a和小臂缸上部销11b之间的距离。如图8所示，Larm2_x是小臂缸上部销11b和小臂销14之间在xarm2轴向上的距离。Larm2_z是小臂缸上部销11b和小臂销14之间在zarm2轴向上的距离。需要说明的是，侧视时，以连结小臂缸上部销11b和铲斗销15的方向为xarm2轴，以与xarm2轴垂直的方向为zarm2轴。Larm1_x是小臂销14和铲斗销15之间在xarm2轴向上的距离。Larm1_z是小臂销14和铲斗销15之间在zarm2轴向上的距离。另外，侧视时，以连结小臂销14和铲斗销15的方向为xarm1轴。小臂7的摆动角β是xboom轴和xarm1轴之间所形成的角。

[0089] 图9是铲斗8及小臂7的侧视图。图10是铲斗8的侧视图。铲斗8的摆动角γ使用图8～图10所示的工作装置参数，通过下面的式5表示。

[0090] （式5）

[0091]

[0092]

[0093] 如图8所示，Larm3_z2是第一连杆销47a和铲斗销15之间在zarm2轴向上的距离。Larm3_x2是第一连杆销47a和铲斗销15之间在xarm2轴向上的距离。如图9所示，Ltmp是铲斗缸上部销12b和铲斗销15之间的距离。Larm4是第一连杆销47a和铲斗销15之间的距离。Lbucket1是铲斗缸上部销12b和第一连杆销47a之间的距离。Lbucket3是铲斗销15和第二连杆销48a之间的距离。Lbucket2是铲斗缸上部销12b和第二连杆销48a之间的距离。如图10所示，Lbucket4_x是铲斗销15和第二连杆销48a之间在xbucket轴向上的距离。Lbucket4_z是铲斗销15和第二连杆销48a之间在zbucket轴向上的距离。需要说明的是，侧视时，以连结铲斗销15和铲斗8齿尖P的方向为xbucket轴，以与xbucket轴垂直的方向为zbucket轴。铲斗8的摆动角γ是xbucket轴和xarm1轴之间所形成的角。上述的Ltmp通过下面的式6表示。

[0094] （式6）

[0095]

[0096]

[0097]

[0098] 需要说明的是，如图8所示，Larm3是铲斗缸下部销12a和第一连杆销47a之间的距离。Larm3_x1是铲斗缸下部销12a和铲斗销15之间在xarm2轴向上的距离。Larm3_z1是铲斗缸下部销12a和铲斗销15之间在zarm2轴向上的距离。

[0099] 另外，如图11所示，上述boom_cyl是在第一角度检测部16所检测的大臂缸10的行程长bss加上大臂缸偏移量boft的值。同样，arm_cyl是在第二角度检测部17所检测的小臂缸11的行程长ass加上小臂缸偏移量aoft的值。同样，bucket_cyl是在第三角度检测部18所检测的铲斗缸12的行程长bkss加上包含铲斗缸12的最小距离的铲斗缸偏移量bkoft的值。

[0100] 3.校准装置60

[0101] 校准装置60是在液压挖掘机100中校准用于运算上述摆动角α，β，γ及铲斗8齿尖的位置所需的参数的装置。校准装置60与液压挖掘机100及外部测量装置62一起构成用于校准上述参数的校准系统。外部测量装置62是测量铲斗8齿尖的位置的装置，例如是全站仪。校准装置60可以通过有线或无线与外部测量装置62进行数据通信。另外，校准装置60可以通过有线或无线与显示控制器39进行数据通信。校准装置60基于由外部测量装置62测量到的信息进行如图6所示的参数的校准。参数的校准例如在液压挖掘机100的上市时及维修后的初始设定时执行。

[0102] 图12是表示操作员在校准时进行的工作顺序的流程。首先，在步骤S1中，操作员设置外部测量装置62。此时，如图13所示，操作员在大臂销13的正侧面隔开规定的距离设置外部测量装置62。另外，在步骤S2中，操作员使用外部测量装置62测定大臂销13的侧面中心位置。

[0103] 在步骤S3中，操作员使用外部测量装置62测定工作装置2在五个姿势下的齿尖位置。在此，操作员操作工作装置操作部件31，使铲斗8齿尖的位置从图14所示的第一位置P1至第五位置P5的五个位置移动。此时，旋转体3不旋转而维持相对于行驶体5固定的状态。然后，操作员使用外部测量装置62测定从第一位置P1至第五位置P5的在各位置下的齿尖的坐标。第一位置P1及第二位置P2是在地面上沿车体前后方向不同的位置。第三位置P3及第四位置P4是在空中沿车体前后方向不同的位置。第三位置P3及第四位置P4是相对于第一位置P1及第二位置P2沿上下方向不同的位置。第五位置P5是第一位置P1和第二位置P2和第三位置P3和第四位置P4之间的位置。在图15中，在第一位置P1～第五位置P5的各位置，将各液压缸10～12的最大行程长度设为100％、最小行程长度为0％。在第一位置P1，小臂缸11的行程长度为最小。即第一位置P1是小臂7的摆动角为最小的工作装置的姿势下的齿尖位置。在第二位置P2，小臂缸11的行程长度为最大。即第二位置P2是小臂7的摆动角为最大的工作装置的姿势下的齿尖位置。在第三位置P3，小臂缸11的行程长最小，且铲斗缸12的行程长为最大。即第三位置P3是小臂7的摆动角为最小且铲斗8的摆动角为最大的工作装置2的姿势下的齿尖位置。在第四位置P4，大臂缸
10的行程长为最大。即第四位置P4是大臂6的摆动角为最大的工作装置2的姿势下的齿尖位置。在第五位置P5，小臂缸11、大臂缸10、铲斗缸12中的任一液压缸长均不是最小或最大，是中间值。即第五位置P5是小臂7的摆动角、大臂6的摆动角、铲斗8的摆动角均不是最大或最小的中间值。

[0104] 在步骤S4中，操作员将第一工作点位置信息输入校准装置60的输入部63。第一工作点位置信息表示由外部测量装置62测量到的铲斗8齿尖在第一位置P1～第五位置P5的坐标。因此，操作员在步骤S4将使用外部测量装置62测量到的铲斗8齿尖在第一位置P1～第五位置P5的坐标输入校准装置60的输入部63。

[0105] 在步骤S5中，操作员使用外部测量装置62测定天线21,22的位置。在此，如图16所示，操作员使用外部测量装置62测量基准天线21上的第一测量点P11和第二测量点P12的位置。第一测量点P11及第二测量点P12以基准天线21的上表面的中心为基准对称地配置。如图16所示，在基准天线21的上表面形状为长方形或正方形的情况下，第一测量点P11及第二测量点P12是基准天线21的上表面上的对角线上的两点。另外，如图17所示，操作员使用外部测量装置62测量方向天线22上的第三测量点P13和第四测量点P14的位置。第三测量点P13及第四测量点P14以方向天线22的上表面的中心为基准对称地配置。与第一测量点P11及第二测量点P12一样，第三测量点P13及第四测量点P14是方向天线
22的上表面上的对角线上的两点。需要说明的是，优选为了容易进行测量而在第一测量点P11～第四测量点P14附加标记。例如，也可以将作为天线21,22的零件被包含的螺栓等作为标记使用。

[0106] 在步骤S6中，操作员将天线位置信息输入校准装置60的输入部。天线位置信息包括表示在步骤S5中操作员使用外部测量装置62测量到的第一测量点P11～第四测量点P14的位置的坐标。

[0107] 在步骤S7中，操作员测定旋转角不同的三个齿尖的位置。在此，如图18所示，操作员操作旋转操作部件51使旋转体3旋转。此时，工作装置2的姿势维持在固定的状态。然后，操作员使用外部测量装置62测定旋转角不同的三个齿尖的位置（下面，称为“第一旋转位置P21”、“第二旋转位置P22”、“第三旋转位置P23）。

[0108] 在步骤S8中，操作员将第二工作点位置信息输入校准装置60的输入部63。第二工作点位置信息包括表示在步骤S7中操作员使用外部测量装置62测量到的第一旋转位置P21、第二旋转位置P22和第三旋转位置P23的坐标。

[0109] 在步骤S9中，操作员将铲斗信息输入校准装置60的输入部63。铲斗信息是关于铲斗8的尺寸的信息。铲斗信息包括上述的铲斗销15与第二连杆销48a之间在xbucket轴向上的距离（Lbucket4_x）、铲斗销15与第二连杆销48a之间在zbucket轴向上的距离（Lbucket4_z）。操作员将设计值或用卷尺等测量装置测量到的值作为铲斗信息来输入。

[0110] 在步骤S10中，操作员指示校准装置60执行校准。

[0111] 下面，说明由校准装置60执行的处理。如图3所示，校准装置60具有输入部63、显示部64和运算部65。输入部63是输入有上述的第一工作点位置信息、第二工作点位置信息、天线位置信息和铲斗信息的部分。输入部63具备操作员用手输入上述信息的构成，例如具有多个键。只要能够输入数值，输入部63也可以是触控面板式。显示部64例如是LCD，是显示用于进行校准的操作画面的部分。图19表示校准装置60的操作画面的一例。操作画面上显示有用于输入上述信息的输入栏66。操作员通过操作输入部63，向操作画面的输入栏66输入上述信息。

[0112] 运算部65基于经由输入部63输入到的信息执行校准参数的处理。图20是表示运算部65的校准所涉及的处理功能的功能框图。运算部65具有车体坐标系运算部65a、坐标转换部65b、第1校准运算部65c和第二校准运算部65d的各功能。

[0113] 车体坐标系运算部65a基于由输入部63输入到的第一工作点位置信息和第二工作点位置信息运算坐标转换信息。坐标转换信息是用于将以外部测量装置62为基准的坐标系转换为车体坐标系的信息。上述第一工作点位置信息和天线位置信息是由外部测量装置62测量到的，因此，通过以外部测量装置62为基准的坐标系(xp，yp，zp)来表示。坐标转换信息是用于将第一工作点位置信息和天线位置信息从以外部测量装置62为基准的坐标系转换为车体坐标系(x，y，z)的信息。下面，说明坐标转换信息的运算方法行。

[0114] 首先，如图21所示，车体坐标系运算部65a基于第一工作点位置信息运算与工作装置2的动作平面A垂直的第一单位法线矢量AH。车体坐标系运算部65a根据包含于第一工作点位置信息的五个位置，并使用最小二乘法算出工作装置2的动作平面，由此运算第一单位法线矢量AH。需要说明的是，第一单位法线矢量AH基于两个矢量a1,a2运算即可，该两个矢量a1,a2是通过从包含于第一工作点位置信息的五个位置中的其它两个位置偏离的三个位置的坐标求出的。

[0115] 下面，车体坐标系运算部65a基于第二工作点位置信息运算与旋转体3的旋转平面B垂直的第二单位法线矢量。具体而言，车体坐标系运算部65a基于两个矢量b1,b2运算与旋转平面B′垂直的第二单位法线矢量BH′，该两个矢量b1,b2是根据包含于第二工作点位置信息的第一旋转位置P21、第二旋转位置P22和第三旋转位置P23的坐标求出的。接着，如图22所示，车体坐标系运算部65a运算上述工作装置2的动作平面A与旋转平面B′的交线矢量DAB。车体坐标系运算部65a将经过交线矢量DAB并与工作装置2的动作平面A垂直的平面B的单位法线矢量作为被修正的第二单位法线矢量BH来运算。然后，车体坐标系运算部65a运算与第一单位法线矢量AH和被修正的第二单位法线矢量BH垂直的第三单位法线矢量CH。

[0116] 坐标转换部65b使用坐标转换信息将由外部测量装置62测量到的第一工作点位置信息和天线位置信息，从外部测量装置62的坐标系(xp，yp，zp)转换为液压挖掘机100的车体坐标系(x，y，z)。坐标转换信息包括上述第一单位法线矢量AH、被修正的第二单位法线矢量BH和第三单位法线矢量CH。具体而言，如下面的式7所示，根据由矢量p表示的外部测量装置62的坐标系中的坐标和坐标转换信息的各法线矢量AH,BH,CH的内积运算车体坐标系中的坐标。

[0117] （式7）

[0118]

[0119]

[0120]

[0121] 第一校准运算部65c基于转换为车体坐标系的第一工作点位置信息，通过使用数值解析，运算参数的校准值。具体而言，如下面的式8所示，通过最小二乘法运算参数的校准值。

[0122] （式8）

[0123]

[0124]

[0125] 上述的k值相当于第一工作点位置信息的第一位置P1～第五位置P5。因此，n＝5。（x1，z1）是车体坐标系中的第一位置P1的坐标。（x2，z2）是车体坐标系中的第二位置P2的坐标。（x3，z3）是车体坐标系中的第三位置P3的坐标。（x4，z4）是车体坐标系中的第四位置P4的坐标。（x5，z5）是车体坐标系中的第五位置P5的坐标。通过研究式8的函数J为最小的点，运算工作装置参数的校准值。具体而言，运算图6的表中No.1～29的工作装置参数的校准值。需要说明的是，包含于图6的表的工作装置参数中，铲斗销15与第二连杆销48a之间在xbucket轴向上的距离Lbucket4_x及铲斗销15与第二连杆销48a之间在zbucket轴向上的距离Lbucket4_z使用作为铲斗信息被输入的值。

[0126] 第二校准运算部65d基于输入到输入部63的天线位置信息，对天线参数进行校准。具体而言，第二校准运算部65d将第一测量点P11和第二测量点P12的中点的坐标作为基准天线21的位置的坐标来运算。具体而言，基准天线21的位置的坐标由上述大臂销13与基准天线21之间在车体坐标系的x轴向上的距离Lbbx、大臂销13与基准天线21之间在车体坐标系的y轴向上的距离Lbby、大臂销13与基准天线21之间在车体坐标系的z轴向上的距离Lbbz表示。另外，第二校准运算部65d将第三测量点P13和第四测量点P14的中点的坐标作为方向天线22的位置的坐标来运算。具体而言，方向天线22的位置的坐标由大臂销13与方向天线22之间在车体坐标系的x轴向上的距离Lbdx、大臂销13与方向天线22之间在车体坐标系的y轴向上的距离Lbdy、大臂销13与方向天线22之间在车体坐标系的z轴向上的距离Lbdz表示。然后，第二校准运算部65d将这些天线21,22的位置的坐标作为天线参数Lbbx、Lbby、Lbbz、Lbdx、Lbdy、Lbdz的校准值输出。

[0127] 由第一校准运算部65c运算的工作装置参数、由第二校准运算部65d运算的天线参数和铲斗信息保存于显示控制器39的存储部43，用于上述齿尖位置的运算。

[0128] 4.特征

[0129] 本实施方式的液压挖掘机100的校准装置60具有下面的特征。

[0130] 基于由外部测量装置62测量到的铲斗8齿尖在多个位置的坐标，通过数值解析自动地运算参数的校准值。因此，可以减少需要实测的参数的数量。另外，校准时没有必要进行参数的值的校准直至铲斗8齿尖的位置坐标的实测值和计算值一致。另外，天线参数基于由外部测量装置62测量到的天线21,22的位置的坐标校准。天线21,22的位置的坐标相比工作装置参数，误差大。因此，在通过数值解析运算包含天线参数的所有参数的校准值时，运算所需的时间变长，或者难以通过运算得到解。于是，在本实施方式的液压挖掘机100的校准装置60中，天线参数与工作装置参数不同，基于由外部测量装置62测量到的天线21,22的位置坐标进行校准。因此，通过数值解析可以在短时间内进行工作装置参数的校准值的运算。另外，可以高精度地进行天线参数的校准。由此，在本实施方式的液压挖掘机100的校准装置60中，可以提高齿尖位置检测的精度，并且可以缩短校准工作时间。

[0131] 将第一测量点P11和第二测量点P12的中点的坐标作为基准天线21的位置坐标运算。另外，将第三测量点P13和第四测量点P14的中点的坐标作为方向天线22的位置的坐标运算。因此，即使在难以正确地掌握各天线21,22的中心位置的情况下，也能够更高精度地测定各天线21,22的中心位置的坐标。

[0132] 5．其它实施方式

[0133] 以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，在不脱离下面所述的发明要旨的范围内可进行种种变更。

[0134] 上述实施方式中，作为工作工具例示有铲斗8，但也可以使用铲斗8以外的工作工具。另外，作为工作点例示有铲斗8齿尖，但在使用铲斗8以外的工作工具的情况下，工作点也可以是位于工作工具的前端的点等与工作对象物接触的部分。

[0135] 在上述的实施方式中，对于大臂6、小臂7、铲斗8的摆动角α、β、γ，根据液压缸的行程长进行运算，但也可以通过角度传感器直接检测。

[0136] 第一工作点位置信息不限于上述五个位置的坐标。例如，第一工作点位置信息包含工作装置2的姿势不同的至少三个工作点的位置即可。该情况下，三个工作点的位置不是在一直线上排列，而是一个工作点的位置相对于连结其它两个工作点的直线，在上下方向或车体前后方向离开即可。另外，关于坐标转换信息的运算，第一工作点位置信息也可以包含工作装置2的姿势不同的至少两个工作点的位置和工作装置2的动作平面上的规定的基准点（例如，大臂销13在车宽度方向上的中点）的位置。

[0137] 在上述的实施方式中，第一工作点位置信息、第二工作点位置信息、天线位置信息通过操作员用手输入到校准装置60的输入部63，但也可以通过有线或无线的通信装置从外部测量装置62输入到校准装置60的输入部63。

[0138] 外部测量装置62不限于全站仪，也可以是测量工作点的位置的其它装置。

[0139] 天线21,22的上表面不限于长方形或正方形，也可以为圆形。该情况下，将以基准天线21的上表面的圆的中心为基准的对称的两个位置作为第一测量点及第二测量点的位置选择。另外，将以方向天线22的上表面的圆的中心为基准的对称的两个位置作为第三测量点及第四测量点的位置选择。

[0140] 天线21,22不限于用在全球卫星导航系统，只要是检测以固定于液压挖掘机100的外部的原点为基准的整体坐标系中的坐标的系统即可。

[0141] 工业实用性

[0142] 根据本发明，可以提供能够提高工作点的位置检测精度，并且可以缩短校准工作时间的液压挖掘机的校准装置及校准方法。

[0143] 符号说明

[0144] 1…车体、6…大臂、7…小臂、8…铲斗（工作工具）、2…工作装置、α…大臂的摆动角、β…小臂的摆动角、γ…铲斗的摆动角、16～18…角度检测部、21…基准天线、19…位置检测部、44a…第一当前位置运算部、44b…第二当前位置运算部、100…液压挖掘机、60…校准装置、63…输入部、65c…第一校准运算部、65d…第二校准运算部、P11…第一测量点、P12…第二测量点。