CN110998230B - 作业机械的驾驶系统 - Google Patents

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Abstract

本发明减少利用GNSS的作业机械的驾驶系统的成本。作业机械的驾驶系统(10)具有具备GNSS接收部(12)的无人机(14)以及具备起降港(16)的作业机械(18、20)，且作业机械构成为通过配置于起降港(16)的无人机(14)的GNSS接收部(12)而得到关于作业机械(18、20)的位置信息。

Description

作业机械的驾驶系统
技术领域
本发明涉及一种利用GNSS的建设机械、农业机械等作业机械的驾驶系统。
背景技术
近年来，关于建设机械、农业机械等作业机械，利用GPS、GLONASS、Galileo等GNSS(Global Navigation Satellite System)的无人的自动驾驶系统、MG(MachineGuidance)、MC(Machine Control)这样的辅助操作人员的操作的驾驶系统被实用化(例如，参照专利文献1)。具体而言，作业机械具备用于接收从人工卫星发送的电波的天线(GNSS接收部)，并基于经由天线接收的人工卫星的轨道信息、时间信息而计算人工卫星与天线的距离。计算天线与多个(四个以上、优选为五个以上)人工卫星的距离，从而基于这些距离计算天线存在的位置。在GNSS中存在单独定位、DGPS(Differential GPS)、RTK(Real TimeKinematic)等种类。单独定位的误差为10m左右，而RTK的误差为几cm。通过利用RTK这样的高精度的GNSS，能够以高精度驾驶作业机械。
另一方面，RTK这样的高精度的GNSS所使用的天线价格高。因此，为了使价格高的天线不遭偷盗，通常在作业后，将天线从作业机械拆下并保管于规定的保管地(例如，参照专利文献2)。
然而，即使天线不遭偷盗，也存在由于天线价格高而作业机械的驾驶系统的成本升高这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-212469号公报
专利文献2：日本特开2008-102097号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于减少利用GNSS的作业机械的驾驶系统的成本。
用于解决课题的方案
本发明提供一种作业机械的驾驶系统，具有：无人机(Drone)，其具备GNSS接收部；以及作业机械，其具备起降港，作业机械构成为通过配置于起降港的无人机的GNSS接收部而得到关于作业机械的位置信息。
另外，本发明还提供一种作业机械，该作业机械具备起降港，且构成为通过配置于起降港的无人机的GNSS接收部而得到关于自身的位置信息。
发明效果
本发明的作业机械及其驾驶系统构成为通过配置于起降港的无人机的GNSS接收部而得到关于作业机械的位置信息，因此能够使共用的GNSS接收部在多个作业机械中容易地共享。由此能够减少利用GNSS的作业机械的驾驶系统的成本。
更详细而言，即使是能够通过利用GNSS的驾驶系统驾驶的作业机械，有时也不依赖于MG、MC地由操作人员驾驶、待机或者停止。例如，多数情况下，在作业现场配备有多个作业机械。另一方面，所有作业机械同时通过利用GNSS的驾驶系统驾驶的情况较少。有时仅有一部分作业机械通过利用GNSS的驾驶系统驾驶，而其他作业机械不依赖于MG、MC地由操作人员驾驶、待机或者停止。以往，有时具备高精度的GNSS接收部的作业机械也不依赖于MG、MC地由操作人员驾驶、待机或者停止。在这种情况下，高精度的GNSS接收部无助于作业效率的提升，且成为成本增加的原因。需要说明的是，虽然也可以考虑将GNSS接收部通过手工装卸，从而将共用的GNSS接收部在多个作业机械中共享，但是也存在作业现场广阔的情况，将GNSS接收部通过手工装卸可能反而带来成本增加。
相对于此，根据本发明，共用的无人机从作业机械朝向其他作业机械飞行，从而能够将无人机的GNSS接收部在多个作业机械中自动地共享，因此有助于成本减少。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的第一实施方式的作业机械的驾驶系统的概要的侧视图。
图2是放大示出在该驾驶系统中使用的作业机械以及无人机的后视图。
图3是放大示出该作业机械以及无人机的俯视图。
图4是进一步放大示出该作业机械的无人机起降部以及无人机的后视图。
图5是示出该无人机的保持机构的仰视图。
图6是示意性地示出该无人机起降部以及无人机的电连接的框图。
图7是示出在本发明的第二实施方式的作业机械的驾驶系统中使用的作业机械以及无人机的俯视图。
图8是示出本发明的第三实施方式的作业机械的无人机起降部以及无人机的后视图。
具体实施方式
如图1～3所示，本发明的第一实施方式的作业机械的驾驶系统10具有具备GNSS接收部12的无人机14以及具备起降港16的作业机械18、20，且构成为通过配置于起降港16的无人机14的GNSS接收部12而得到关于作业机械18、20的位置信息。需要说明的是，位置信息包括水平方向的位置信息和高度的信息。在第一实施方式中，将RTK定位用作GNSS。GNSS接收部12承担用于RTK的移动站的任务。另外在作业现场设置有用于RTK的固定基站22。需要说明的是，也可以采用网络RTK，从而替代设置固定基站22而设定假想基点。
作业机械18是液压挖掘机，作业机械20是推土机。需要说明的是，在图1中为了方便起见，描绘了两台作业机械18和一台作业机械20，但作业机械的台数也可以是两台，还可以是四台以上。另外，只要是自动行驶的作业机械，则作业机械的种类并不作特别地限定。在第一实施方式中，作业机械18、20构成为分别具备两个起降港16，且通过配置于这两个起降港16的两架无人机14的两个GNSS接收部12而得到关于作业机械18、20的位置信息。通过利用两个GNSS接收部12，能够在取得作业机械18、20的位置信息之外，还取得作业机械18、20的朝向的信息。需要说明的是，能够基于液压缸的伸缩量而计算铲斗、推土铲的相对于起降港16的相对位置。另外，在作业机械18、20具备检测臂的角度的角度传感器，从而还能够基于角度传感器的检测值而计算铲斗、推土铲的相对于起降港16的相对位置。另外，在驾驶座周边具备拍摄铲斗、推土铲的相机，从而还能够基于图像数据而计算铲斗、推土铲的位置。通过具备两个相机能够计算铲斗、推土铲与相机的距离。另外具备一个激光测定器，从而也能够通过激光测定而计算铲斗、推土铲与激光测定器的距离。需要说明的是，也可以将激光测定器与一个相机并用。
两个起降港16以在宽度方向(左右方向)上分离的方式设置在作业机械18、20的后部附近。在两个起降港16分别设置有能够从上方视觉辨认的位置标识24A、24B。这些位置标识24A、24B的方式只要能够通过基于无人机14的相机的图像识别功能而相互识别、且能够识别位置就不作特别地限定。作为位置标识24A、24B的具体的例，能够列举有QR码(注册商标)等二维码这样的标识。另外，位置标识24A、24B也可以是由多个同心圆组成的标识、由多个放射线状的直线组成的标识等。在位置标识24A、24B的中心设置有用于保持无人机14的保持部26。如图4以及5所示，保持部26具有在上下方向上较长的圆棒状的基部26A、以及同轴地配备于基部26A的上端的圆板状的上端部26B。如图6示意性地所示，在上端部26B配备有用于无人机14的充电的电力传输装置28。电力传输装置28既可以为无线方式也可以为有线方式。作为无线方式，例如能够利用电磁感应方式、磁场共振方式等。另外在有线方式的情况下，例如，能够设置为上端部26B的一部分或者全部承担直流的正极的任务、起降港16的保持部26的周边的部分承担负极(接地)的任务的结构。另外，在作业机械18、20中也配备有无线通信装置30、CPU32、低精度的GNSS接收部34等。无线通信装置30例如是无线LAN。作业机械18、20能够经由无线通信装置30而与无人机14、指示终端36等通信。需要说明的是，用于与无人机14通信的无线通信装置和用于与指示终端36通信的无线通信装置既可以是共用的，也可以是不同的。低精度的GNSS接收部34例如与单独定位的GPS等对应。
无人机14除了高精度的GNSS接收部12之外，还具备保持机构38、相机40、转子42、腿部44等。在第一实施方式中，GNSS接收部12在一架无人机14中只配备有一个。保持机构38具有从无人机主体部46向下方突出的四根臂48。这些臂48以无人机主体部46侧的根部为旋转中心而摆动。臂48通过向相互接近的一侧摆动来抓握起降港16的保持部26的上端部26B，从而使得无人机14固定于起降港16。另外，臂48通过向相互分离的一侧摆动，从而使得无人机14从起降港16释放。需要说明的是，臂48也可以是三根，还可以是五根以上。能够将线性马达、旋转马达用作臂48的驱动源。腿部44具有如下这样的长度：在腿部44的下端与起降港16相接(无人机14在起降港16着陆)的状态下，无人机主体部46与起降港16的保持部26的上端部26B接近或者接触，且保持机构38的臂48配置于能够抓握上端部26B的高度。
相机40能够调整拍摄方向。无人机14通过拍摄方向朝向正下方的相机40对作业机械18、20的起降港16的位置标识24A、24B进行图像识别，从而能够以与起降港16的位置(位置标识24A、24B的位置)一致的方式着陆。另外，无人机14能够一边飞行一边通过相机40取得作业现场的地形数据。在无人机14中，配备有与四个转子42对应的四个马达(未图示)。通过控制这些马达的转数能够沿各种方向飞行。
另外，在无人机14中，配备有与起降港16的电力传输装置28对应的充电装置50。如上述那样，电力传输既可以是无线也可以是有线。作为无线电力传输方式，例如能够利用电磁感应方式、磁场共振方式等。另外在有线电力传输的情况下，只要设置成无人机主体部46的一部分或者全部承担直流的正极的任务、且腿部44承担负极(接地)的任务的结构即可。需要说明的是，臂48也可以承担直流的正极或者负极的任务。另外，在无人机14中配备有无线通信装置52、CPU54、蓄电池56。无人机14能够经由无线通信装置52而与作业机械18、20、指示终端36等通信。需要说明的是，用于与作业机械18、20通信的无线通信装置和用于与指示终端36通信的无线通信装置既可以是共用的，也可以是不同的。
接下来，对作业机械的驾驶系统10的作用进行说明。在作业机械18、20以及无人机14中，由指示终端36给予关于驾驶的作业指示。另一方面，所有作业机械18、20同时通过利用GNSS的驾驶系统10驾驶的情况较少。例如，有时仅有一台作业机械18通过利用GNSS的驾驶系统10驾驶，而其他作业机械18、20不依赖于MG、MC地由操作人员驾驶、待机或者停止。在这种情况下，两架无人机14朝向通过利用GNSS的驾驶系统10驾驶的作业机械18飞行，以配置于该作业机械18的起降港16。需要说明的是，作业机械18的位置由低精度的GNSS接收部34取得。此时，两架无人机14中的一方或者两方一边飞行一边取得作业现场的地形数据，并向指示终端36、作业机械18等发送。
接下来，无人机14一边在由低精度的GNSS接收部34取得的、推断有作业机械18存在的位置和/或其周边的上方飞行，一边通过拍摄方向朝向正下方的相机40对作业机械18的起降港16的位置标识24A、24B进行图像识别。此时，无人机14在比作业机械18的最上部高的高度飞行。无人机14的位置、高度由无人机14的高精度的GNSS接收部12取得。作业机械18的最上部的高度基于作业机械18的设计值、地形数据等而被预先掌握。两架无人机14在对位置标识24A、24B进行图像识别后，以与起降港16的位置(位置标识24A、24B的位置)一致的方式进行定位并下降，从而着陆。需要说明的是，指示终端36指示两架无人机14中的一方在位置标识24A的上方着陆，另一方在位置标识24B的上方着陆。两架无人机14既可以同时着陆，也可以错开时间着陆。例如，也可以是，一方的无人机14在取得作业现场的地形数据之后延迟着陆，而另一方的无人机14不取得作业现场的地形数据，或者以比所述一方的无人机14短的时间取得作业现场的地形数据之后在先着陆。通过这样错开时间着陆，能够防止着陆时的两架无人机14的接触。
无人机14在起降港16着陆后，保持机构38的臂48向相互接近的一侧摆动，从而抓握起降港16的保持部26的上端部26B。由此，无人机14固定于起降港16。需要说明的是，无人机14向起降港16的着陆例如能够通过作业机械18的电力传输装置28与无人机14的充电装置50之间可通电而进行检测。通过配置于两个起降港16的两架无人机14的高精度的GNSS接收部12而计算两个起降港16的位置。即，计算作业机械18的位置与朝向。需要说明的是，起降港16的位置(GNSS接收部12的位置)也可以由无人机14的CPU54计算。另外，作业机械18的CPU32也可以从无人机14接收人工卫星的轨道信息、时间信息，从而计算起降港16的位置(GNSS接收部12的位置)。这样一来，基于计算出的起降港16的位置而计算作业机械18的铲斗的位置。作业机械18监视铲斗的位置并且通过利用GNSS的驾驶系统10驾驶，从而执行由指示终端36指示的作业计划。
在由指示终端36指示的作业计划结束时，作业机械18从利用GNSS的驾驶系统10进行的驾驶作业中排除，从而其他作业机械执行利用GNSS的驾驶系统10进行的驾驶作业。例如，作业机械20进行下一次利用GNSS的驾驶系统10进行的驾驶作业。配置于作业机械18的两架无人机14通过保持机构38的臂48向相互分离的一侧摆动而从起降港16释放，从而从起降港16起飞并朝向作业机械20飞行。此时，两架无人机14中的一方或者两方一边飞行一边取得作业现场的地形数据，并向指示终端36、作业机械20等发送。然后两架无人机14在作业机械20的起降港16着陆后，与上述的利用GNSS的驾驶系统10进行的作业机械18的驾驶同样地执行利用GNSS的驾驶系统10进行的作业机械20的驾驶。以后，同样地通过共用的无人机14从作业机械18、20朝向其他作业机械18、20飞行，从而重复由多个作业机械进行的利用GNSS的驾驶系统10进行的驾驶。
如以上说明那样，共用的无人机14从作业机械18、20朝向其他作业机械18、20飞行，从而能够使无人机14的高精度的GNSS接收部12在多个作业机械18、20中自动地共享，因此不需要对高精度的GNSS接收部准备相当于作业机械台数的量。因此，有助于利用GNSS的作业机械的驾驶系统的成本减少。需要说明的是，在第一实施方式中使用了两台无人机14，但是在多个作业机械18、20可以同时通过利用GNSS的驾驶系统驾驶的情况下，只要准备能够通过利用GNSS的驾驶系统而驾驶的作业机械的台数的两倍数量的无人机14即可。
接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。在第一实施方式中，GNSS接收部12在一架无人机14中只配备有一个。相对于此，如图7所示，在第二实施方式中，无人机60具备两个GNSS接收部12。另外，作业机械18、20只具备一个起降港16，且构成为通过配置于起降港16的一架无人机60的两个GNSS接收部12得到关于作业机械18、20的位置信息。需要说明的是，在多个作业机械18、20能够同时通过利用GNSS的驾驶系统驾驶的情况下，只要准备与能够通过利用GNSS的驾驶系统驾驶的作业机械的台数数目相同的无人机60即可。其他结构与所述第一实施方式相同，因此对相同的结构利用相同附图标记并省略说明。
这样，无人机60具备两个GNSS接收部12，从而与第一实施方式相比能够将无人机的台数减半，因此有助于成本减少。另外，对于一台作业机械18、20，只要有一架无人机60起降即可，因此与两台无人机起降的情况相比，容易进行无人机的控制。需要说明的是，在图7中只描绘了一个起降港16的保持部26，但也可以是一个起降港16具备两个保持部26。在该情况下，无人机60具备两个保持机构38。这样，通过两个保持部26与两个保持机构38将无人机60保持在起降港16，从而能够可靠地防止无人机60相对于作业机械18、20的朝向偏离。需要说明的是，在第二实施方式中，对于一台作业机械18、20只要有一架无人机60起降即可，因此起降港也可以设置于驾驶座的屋顶之上。
接下来，对本发明的第三实施方式进行说明。在第一实施方式以及第二实施方式中，在无人机14(60)中配备有用于将无人机14(60)保持在起降港16的保持机构38。相对于此，如图8所示，在第三实施方式中，在起降港16配备有用于将无人机14(60)保持在起降港16的保持机构70。另外，在无人机14(60)中配备有被保持机构70保持的保持部72。其他结构与所述第一实施方式以及第二实施方式相同，因此对相同的结构利用相同附图标记并省略说明。
保持机构70具有在上下方向上较长的棒状的基部74、以及从基部74向上方突出的多个臂76。需要说明的是，在基部74配备有电力传输装置(未图示)。保持部72具有圆棒状的基部72A以及同轴地配备于基部72A的下端的圆板状的下端部72B。臂76形成为以基部74侧的根部为旋转中心而摆动。通过臂76向相互接近的一侧摆动来抓握无人机14(60)的下端部72B，从而使得无人机14(60)固定于起降港16。这样，保持机构不配备于无人机而配备于起降港，从而能够实现无人机的结构的简化、轻量化。
需要说明的是，在第一至第三实施方式中，保持机构38(70)是多个臂48(76)抓握保持部26(72)的结构，但是只要能够将无人机保持在起降港就不特别地限定保持机构的结构。例如，也可以是，无人机14(60)具备将腿部44的下端与其他腿部44的下端连结的两根或者四根横棒构件，且在起降港16配备有保持这些横棒构件的保持机构。
另外，在第一至第三实施方式中，当无人机14(60)在起降港16着陆之际，仅通过位置标识24A、24B的图像识别校正着陆位置，但是也可以追加用机械的方式校正着陆位置的机构。例如，也可以是，在起降港16配备有外侧面朝向上方变细的圆锥面的锥形构件，且在无人机14(60)中形成有与该外侧面嵌合的内侧面的凹部。在该情况下，在无人机14(60)下降的同时以锥形构件与凹部嵌合的方式校正无人机14(60)的着陆位置。另外，锥形构件的外侧面以及凹部的内侧面也可以是三棱锥面或者四棱锥面。在该情况下，还能够校正无人机14(60)的朝向。锥形构件可以是与保持部26分体的构件，也可以将保持部26的上端部26B的侧面设置成圆锥面、三棱锥面或者四棱锥面。另外，也可以是，在无人机中配备有锥形构件，在起降港16配备有与锥形构件嵌合的凹部。
另外，在第一至第三实施方式中，在无人机14(60)从作业机械18、20朝向其他作业机械18、20飞行之际，无人机14(60)取得作业现场的地形数据，但是也可以在其他时刻取得作业现场的地形数据。例如，也可以是，在一台作业机械18(20)的利用GNSS的驾驶系统进行的驾驶中定期地(作为一例为每两小时)中断作业，无人机14(60)从作业机械18(20)起飞并取得作业现场的地形数据。在该情况下，在取得了地形数据之后，无人机14(60)在同一作业机械18(20)着陆，并再次开始利用GNSS的驾驶系统进行的驾驶作业。
另外，在第一至第三实施方式中，起降港16被直接安装于作业机械18、20，但是起降港16也可以被间接地安装于作业机械18、20。具体而言，也可以是，制作出具备起降港的起降港适配器，并将起降港适配器安装于作业机械。通过利用起降港适配器，容易应用于现有的作业机械。
另外，在第一至第三实施方式中，将RTK定位用作GNSS，但是只要能够进行高精度的定位也可以利用其他定位方式。另外，也可以并用GPS、GLONASS、QZSS、Galileo、BeiDou、Gagan等不同定位系统的人工卫星。
另外，在第一至第三实施方式中，作业机械18、20是液压挖掘机、推土机，但是作业机械也可以是其他建设机械。另外，本发明也能够应用于联合收割机、拖拉机这样的农业机械。另外，本发明并不限定应用于在陆地上自动行驶的作业机械，也能够应用于在水上移动的船舶类型的作业机械。
产业上的可利用性
本发明能够应用于建设机械、农业机械等作业机械。
附图标记说明
10 作业机械的驾驶系统
12 高精度的GNSS接收部
14、60 无人机
16 起降港
18、20 作业机械
22 固定基站
24A、24B 位置标识
26、72 保持部
28 电力传输装置
30 无线通信装置
32 CPU
34 低精度的GNSS接收部
36 指示终端
38、70 保持机构
40 相机
42 转子
44 腿部
46 无人机主体部
48、76 臂
50 充电装置
52 无线通信装置
54 CPU
56 蓄电池。

Claims (7)

1.一种作业机械的驾驶系统，其特征在于，具有：
无人机，其具备GNSS接收部；以及
作业机械，其具备起降港，
所述作业机械构成为通过着陆于所述起降港的所述无人机的所述GNSS接收部而得到关于所述作业机械的位置信息。
2.根据权利要求1所述的作业机械的驾驶系统，其特征在于，
所述无人机以及所述起降港中的至少一方具备用于将所述无人机保持在所述起降港的保持机构。
3.根据权利要求1所述的作业机械的驾驶系统，其特征在于，
所述作业机械具备两个所述起降港，且构成为通过着陆于这两个所述起降港的两架所述无人机的两个所述GNSS接收部而得到关于所述作业机械的位置信息。
4.根据权利要求1所述的作业机械的驾驶系统，其特征在于，
所述无人机具备两个所述GNSS接收部，
所述作业机械构成为通过着陆于所述起降港的一架所述无人机的两个所述GNSS接收部而得到关于所述作业机械的位置信息。
5.根据权利要求1所述的作业机械的驾驶系统，其特征在于，
所述无人机具备相机，且构成为一边飞行一边取得作业现场的地形数据。
6.一种作业机械的驾驶系统，其特征在于，具有：
无人机，其具备GNSS接收部；以及
起降港适配器，其具备起降港，且所述起降港适配器安装于作业机械而使用，
所述作业机械构成为通过着陆于所述起降港的所述无人机的所述GNSS接收部而得到关于所述作业机械的位置信息。
7.一种作业机械，其特征在于，
所述作业机械具备起降港，
所述作业机械构成为通过着陆于所述起降港的无人机的GNSS接收部而得到关于自身的位置信息。
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