CN111771032A - 作业机械的控制装置、挖掘机械的控制装置、及作业机械的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种作业机械的控制装置，具备：测量数据取得部，其取得三维测量装置的测量数据，该三维测量装置搭载于具有作业机的作业机械，对由作业机进行作业的作业对象的包括脊线的三维形状进行测量；以及对象计算部，其基于作业对象的脊线的测量数据，计算并输出从作业机械到作业对象为止的距离、或作业对象的休止角。

Description

作业机械的控制装置、挖掘机械的控制装置、及作业机械的控 制方法

技术领域

本发明涉及一种作业机械的控制装置、挖掘机械的控制装置、及作业机械的控制方法。

背景技术

在作业现场中使用作业机械。在专利文献1中公开了一种具备用来求取到挖掘对象及装载对象为止的距离的测量仪的自动挖掘机的一个示例。

专利文献1：日本特开平10-088625号公报

发明内容

在实现作业机械的作业自动化的情况下，需要能够取得与作业对象相关的参数。

本发明的目的在于取得与作业对象相关的参数。

根据本发明的形态，提供一种作业机械的控制装置，其具备：测量数据取得部，其取得测量包括作业对象的脊线的三维形状的三维测量装置的测量数据，所述三维测量装置搭载于具有作业机的作业机械，所述作业对象由所述作业机进行作业；以及对象计算部，其基于所述作业对象的所述脊线的测量数据，计算并输出从所述作业机械到所述作业对象为止的距离、或所述作业对象的休止角。

根据本发明，能够取得与作业对象相关的参数。

附图说明

图1是表示第1实施方式涉及的挖掘机械的侧视图。

图2是表示第1实施方式涉及的挖掘机械的正视图。

图3是表示第1实施方式涉及的挖掘机械的动作的示意图。

图4是表示第1实施方式涉及的挖掘机械的挖掘作业模式的示意图。

图5是表示第1实施方式涉及的挖掘机械的控制装置的功能框图。

图6是表示第1实施方式涉及的挖掘机械的控制方法的流程图。

图7是表示第1实施方式涉及的挖掘机械的控制方法的示意图。

图8是表示第1实施方式涉及的挖掘机械的控制方法的示意图。

图9是表示第2实施方式涉及的挖掘机械的控制方法的示意图。

图10是表示第2实施方式涉及的挖掘机械的控制方法的示意图。

图11是表示第2实施方式涉及的挖掘机械的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明涉及的实施方式进行说明，不过本发明不局限于此。以下说明的实施方式的结构要素能够适当组合。此外，也存在不使用其中一部分结构要素的情况。

第1实施方式

轮式装载机

图1是表示本实施方式涉及的挖掘机械1的一个示例的侧视图。挖掘机械1在作业现场中对作业对象实施规定的作业。在本实施方式中，挖掘机械1为铰接式挖掘机械的一种即轮式装载机1。规定的作业包括挖掘作业及装载作业。作业对象包括挖掘对象及装载对象。轮式装载机1实施对挖掘对象进行挖掘的挖掘作业、及将由挖掘作业挖掘出的挖掘物装载到装载对象的装载作业。装载作业的概念包括将挖掘物卸载到卸载对象的卸载作业。作为挖掘对象，可以例示土山、岩石山、煤、以及壁面中的至少一个。土山是由砂土构成的山，岩石山是由岩或石构成的山。此外，挖掘对象也可以是由碎石、矿石、及煤炭中的至少一个构成的山。作为装载对象，例示有搬运车辆、作业现场的规定区域、料斗、带式输送机、及破碎器中的至少一个。

如图1所示，轮式装载机1具备：车身2、设有驾驶席的驾驶台3、支承车身2的行驶装置4、支承于车身2的作业机10、变速箱装置30、对车身2的前方的测量对象进行测量的三维测量装置20、以及控制装置80。

车身2包括车身前部2F和车身后部2R。车身前部2F与车身后部2R通过关节机构9以能够弯折的方式连接。

驾驶台3由车身2支承。轮式装载机1的至少一部分由搭乘于驾驶台3的驾驶员操作。

行驶装置4对车身2进行支承。行驶装置4具有车轮5。车轮5通过搭载于车身2的发动机产生的驱动力而旋转。轮胎6安装到车轮5。车轮5包括安装于车身前部2F的2个前轮5F、安装于车身后部2R的2个后轮5R。轮胎6包括：安装到前轮5F的前轮胎6F、以及安装到后轮5R的后轮胎6R。行驶装置4能够在地面RS上行驶。

在下面的说明中，可将与前轮5F的旋转轴FX平行的方向称为车宽方向，与接触地面RS的前轮胎6F的触地面正交的方向称为上下方向，与车宽方向及上下方向的双方均正交的方向称为前后方向。在轮式装载机1的车身2以直行状态行驶时，旋转轴FX与旋转轴RX平行。

此外，在以下的说明中，可将在车宽方向上靠近车身2的中心的位置或方向称为车宽方向的内侧或内方，将远离车身2的中心的位置或方向称为车宽方向的外侧或外方。此外，在车宽方向上，车身2的中心线的一方侧称为右侧或右方，右侧或右方的相反侧或反向称为左侧或左方。此外，在前后方向上，以驾驶台3的驾驶席为基准，靠近作业机10的位置或方向称为前侧或前方，前侧或前方的相反侧或反向称为后侧或后方。此外，可将在上下方向上靠近前轮胎6F的触地面的位置或方向称为下侧或下方，将下侧或下方的相反侧或相反方向称为上侧或上方。

车身前部2F配置得比车身后部2R靠前方。前轮5F及前轮胎6F配置得比后轮5R及后轮胎6R靠前方。前轮5F及前轮胎6F配置于车身2的车宽方向的两侧。后轮5R及后轮胎6R配置于车身2的车宽方向的两侧。车身前部2F相对车身后部2R左右折向。

行驶装置4具有驱动装置4A、制动装置4B、及转向装置4C。驱动装置4A产生用于使轮式装载机1加速的驱动力。驱动装置4A包括如柴油发动机那样的内燃机。驱动装置4A所产生的驱动力经由变速箱装置30被传递至车轮5，车轮5旋转。

制动装置4B产生用于使轮式装载机1减速或停止的制动力。

转向装置4C能够调整轮式装载机1的行驶方向。轮式装载机1的行驶方向包括车身前部2F的朝向。转向装置4C通过由液压缸使车身前部2F折向来调整轮式装载机1的行驶方向。

在本实施方式中，行驶装置4由搭乘于驾驶台3的驾驶员操作。作业机10由控制装置80控制。操作行驶装置4的行驶操作装置40配置于驾驶台3。驾驶员操作行驶操作装置40，使行驶装置4动作。行驶操作装置40包括加速踏板、制动踏板、转向杆、及用于切换前进后退的换档杆。通过操作加速踏板，能使轮式装载机1的行驶速度增大。通过操作制动踏板，能使轮式装载机1的行驶速度减小或停止行驶。通过操作转向杆，能使轮式装载机1转弯。通过操作换档杆能够切换轮式装载机1的前进或后退。

变速箱装置30将驱动装置4A所产生的驱动力传递至车轮5。

作业机10具有：以能够转动的方式与车身前部2F连接的动臂11、以能够转动的方式与动臂11连接的铲斗12、双臂曲柄15、及连杆16。

动臂11通过由动臂缸13产生的动力来动作。通过动臂缸13进行伸缩，动臂11进行上升动作或下降动作。

铲斗12是具有包括齿尖的前端部12B的作业部件。铲斗12配置得比前轮5F靠前方。铲斗12与动臂11的前端部连接。铲斗12通过由铲斗缸14产生的动力来动作。通过铲斗缸14的伸缩，铲斗12进行翻斗动作或收斗动作。

通过实施铲斗12的翻斗动作，由铲斗12铲上的挖掘物被从铲斗12卸下。通过实施铲斗12的收斗动作，铲斗12铲取挖掘物。

三维测量装置

三维测量装置20搭载于轮式装载机1。三维测量装置20被支承于外罩17。三维测量装置20测量比车身前部2F靠前方的测量对象。测量对象包括作业机10的挖掘对象。此外，测量对象包括装载由作业机10挖掘出的挖掘物的装载对象。三维测量装置20测量从三维测量装置20到作业对象的表面的多个各测量点为止的相对位置。即，三维测量装置20对测量对象的三维形状进行测量。此外，后述的控制装置80基于测量出的作业对象的三维形状，计算轮式装载机1的作业机的前端部12B与作业对象之间的距离。

三维测量装置20的测量数据是表示作业对象的三维形状的三维数据。三维数据包括多个测量点的点云数据。此外，三维测量装置20的测量数据也可以包括图像数据。

三维测量装置20包括激光测量装置的一种即激光雷达21、以及摄影测量装置的一种即立体拍摄装置22。

动作

图2是表示本实施方式涉及的轮式装载机1的动作的示意图。轮式装载机1以多个作业模式进行作业。作业模式包括由铲斗12对挖掘对象进行挖掘的挖掘作业模式、以及将在挖掘作业模式由铲斗12铲取到的挖掘物装载到装载对象的装载作业模式。作为挖掘对象，例示有设置于地面RS的土山DS。作为装载对象，例示有能够在地面行驶的搬运车辆LS的箱斗BE(翻斗本体)。作为搬运车辆LS，例示有自卸车。

在挖掘作业模式中，轮式装载机1以在铲斗12中未保持有挖掘物的状态，为了由铲斗12挖掘土山DS，朝向土山DS前进。轮式装载机1的驾驶员操作行驶操作装置40，如图2的箭头M1所示的那样，使轮式装载机1前进并接近土山DS。搭载于轮式装载机1的三维测量装置20测量土山DS的三维形状。控制装置80基于三维测量装置20的测量数据，计算从轮式装载机1到土山DS为止的距离，并控制作业机10，以使铲斗12挖掘土山DS。即，在轮式装载机1处于以接近土山DS的方式前进的状态时，控制装置80控制作业机10，使铲斗12的前端部12B及底面部与地面RS接触。

在铲斗12进入土山DS，土山DS被铲斗12挖掘，并且由铲斗12铲取了挖掘物之后，轮式装载机1以在铲斗12中保持有挖掘物的状态，后退离开土山DS。轮式装载机1的驾驶员操作行驶操作装置40，如图2的箭头M2所示的那样，使轮式装载机1后退并远离土山DS。

接着，实施装载作业模式。在装载作业模式中，轮式装载机1以在铲斗12中保持有挖掘物的状态，为了装载由铲斗12挖掘出的挖掘物，朝向搬运车辆LS前进。轮式装载机1的驾驶员操作行驶操作装置40，如图2的箭头M3所示的那样，使轮式装载机1转弯的同时前进并接近搬运车辆LS。搭载于轮式装载机1的三维测量装置20测量搬运车辆LS的三维形状。控制装置80基于三维测量装置20的测量数据，计算从轮式装载机1到搬运车辆LS为止的距离，并控制作业机10，以便将保持在铲斗12的挖掘物装载到搬运车辆LS的箱斗BE。即，在轮式装载机1处于以接近搬运车辆LS的方式前进的状态时，控制装置80控制作业机10，使动臂11进行上升动作。在动臂11进行上升动作而铲斗12配置到箱斗BE的上方之后，控制装置80控制作业机10以使铲斗12进行收斗动作。由此，从铲斗12卸载挖掘物并装载到箱斗BE。

在从铲斗12卸载挖掘物并装载到箱斗BE之后，轮式装载机1以在铲斗12中未保持有挖掘物的状态，后退离开搬运车辆LS。驾驶员操作行驶操作装置40，如图2的箭头M4所示的那样，使轮式装载机1后退并远离搬运车辆LS。

驾驶员及控制装置80反复进行上述动作直到挖掘物装满箱斗BE。

图3是表示本实施方式涉及的轮式装载机1的挖掘作业模式的示意图。轮式装载机1的驾驶员操作行驶操作装置40，使轮式装载机1前进并接近土山DS。

如图3中的(A)所示，搭载于轮式装载机1的三维测量装置20测量土山DS的三维形状。控制装置80基于三维测量装置20的测量数据，确定地面RS与土山DS之间的交界DP的位置。

图3中的(B)所示，在轮式装载机1处于以接近土山DS的方式前进的状态时，控制装置80基于三维测量装置20的测量数据，计算铲斗12的前端部12B与交界DP之间的距离，使动臂11进行下降动作的同时控制铲斗12的角度，以使铲斗12的前端部12B接近交界DP。

如图3中的(C)所示，轮式装载机1进一步前进，使铲斗12的前端部12B从交界DP插入土山DS。由此，土山DS被铲斗12挖掘，铲斗12能够铲取挖掘物。

控制装置

图4是表示本实施方式涉及的轮式装载机1的控制装置80的功能框图。控制装置80包括计算机系统。

控制装置80连接有：作业机10、三维测量装置20、及角度传感器50。

控制装置80具有：测量数据取得部81、存储部82、对象计算部86、以及作业机控制部87。

测量数据取得部81从三维测量装置20取得测量数据。

存储部82存储对测量数据进行处理的算法，所述测量数据由测量数据取得部81取得。在存储部82中，存储有：用来对由立体拍摄装置22测量出的土山DS的测量数据进行处理的算法、及用来对由激光雷达21测量出的土山DS的测量数据进行处理的算法。算法是指步骤、流程图、方法、或程序，其用来使用由测量数据取得部81取得的测量数据来输出规定数据。根据多种算法，可以使步骤、方法、或程序不同，也可以使输出的数据的数目或种类不同。

对象计算部86基于由测量数据取得部81取得的测量数据，计算从轮式装载机1到作业对象为止的距离。对象计算部86在计算从轮式装载机1到土山DS为止的距离数据之外，还可以计算土山DS的休止角的角度数据、及其他的与土山DS相关的参数。与土山DS相关的参数包括从轮式装载机1到土山为止的距离数据、及土山DS的休止角的角度数据、土山DS的岩土的质地、构成土山DS的岩土的粒度、土山DS的高度、到土山DS的顶点为止的距离、土山DS的形状、及土山DS的体积。

作业机控制部87基于由对象计算部86计算出的轮式装载机1与交界DP之间的距离数据，控制挖掘土山DS的作业机10。此外，作业机控制部87基于表示由对象计算部86计算出的土山DS的休止角的角度数据，控制挖掘土山DS的作业机10。

作业机10的动作控制包括动臂缸13及铲斗缸14中的至少一方的动作控制。轮式装载机1具有：未图示的液压泵、对从液压泵被供给至动臂缸13的液压油的流量及方向进行控制的未图示的动臂控制阀、以及对从液压泵被供给至铲斗缸14的液压油的流量及方向进行控制的未图示的铲斗控制阀。作业机控制部87通过向动臂控制阀输出控制信号，对被供给至动臂缸13的液压油的流量及方向进行控制，能够控制动臂11的上升动作、下降动作、及其动作速度。此外，作业机控制部87通过向铲斗控制阀输出控制信号，对被供给至铲斗缸14的液压油的流量及方向进行控制，能够控制铲斗12的翻斗动作、收斗动作、及其动作速度。

在本实施方式中，轮式装载机1具有变速箱控制部88、及行驶控制部89。

变速箱控制部88基于轮式装载机1的驾驶员对行驶操作装置40的操作，控制变速箱装置30的动作即换档。

行驶控制部89基于轮式装载机1的驾驶员对行驶操作装置40的操作，控制行驶装置4的动作。行驶控制部89输出驾驶指令，所述驾驶指令包括：用来使驱动装置4A动作的油门指令、用来使制动装置4B动作的制动指令、及用来使转向装置4C动作的转向指令。

基于立体拍摄装置的测量数据的挖掘作业

图5是表示本实施方式涉及的轮式装载机1的控制方法的流程图，其中表示基于来自立体拍摄装置22的搬运车辆LS的测量数据的挖掘作业。

在轮式装载机1为了由作业机10挖掘土山DS而朝向土山DS前进的挖掘作业模式中，立体拍摄装置22测量至少包括土山DS的测量对象。在立体拍摄装置22的拍摄范围(立体拍摄装置22的光学系统的可视区域)中，作为测量对象，不仅配置土山DS，还配置例如地面RS或土山DS周围的物体。测量数据取得部81从立体拍摄装置22取得测量数据(步骤S10)。

立体拍摄装置22的测量数据包括测量对象的图像数据。图像数据由多个像素构成。测量对象的图像数据包括从第1摄像头22A取得的第1图像数据、及从第2摄像头22B取得的第2图像数据。立体拍摄装置22对图像数据(第1图像数据及第2图像数据)进行立体处理，计算三维形状数据。

测量数据取得部81从立体拍摄装置22取得立体拍摄装置22的测量数据即三维形状数据(步骤S10)。

三维形状数据包括对立体拍摄装置22的图像数据的每一个像素进行运算所得到的点数据的集合即点云数据。点云数据是例如与从立体拍摄装置开始的距离相关的数据。

在本实施方式中，对象计算部86确定土山DS的脊线，并基于脊线的三维形状数据计算并输出从轮式装载机1到土山DS为止的距离、或土山DS的休止角。

由于立体拍摄装置22能够取得大范围的点云数据，因此测量出了土山DS的大范围的地形，导致无法判定哪个点云数据为脊线的数据，无法判断后述的如图7那样的土山的截面。因此，为了确定脊线，对象计算部86将由立体拍摄装置22取得的三维形状数据分割成多个区域DA(步骤S30)。

图6是表示本实施方式涉及的由立体拍摄装置22取得的图像数据的一个示例的图。

对象计算部86将图像数据分割成多个区域DA。在本实施方式中，对象计算部86在上下方向上分割图像数据，生成多个区域DA。在下面的说明中，可将通过分割图像数据而生成出的每一个区域DA的点云数据称为分割点云数据。

对象计算部86在上下方向上分割图像数据，生成多个区域DA。区域DA在左右方向上较长。多个区域DA的每一个均包括表示从轮式装载机1(立体拍摄装置22)到土山DS为止的距离的分割点云数据。

接着，对象计算部86对于多个区域DA的每一个，基于分割点云数据确定土山DS的脊线RD。脊线RD是指从土山DS的顶点DT到任意的土山与地面的交界DP之间的连线，例如通过从每个区域DA提取中间点附近的数个点而能够导出近似的脊线RD。

如图6所示，在本实施方式中，对象计算部86在从每个区域DA提取中间点附近的数个点时，能够确定倾斜的脊线RD1。此外，脊线RD也可以是正面的脊线RD2或侧面的脊线RD3。另外，为了确定正面的脊线RD2，使用点云数据中的不是中间值而是距离最近的数个点即可提取。

将初始时期值1设定到计数器n(步骤S40)。对象计算部86分别对从第1区域DA1到第N区域DAN，确定与脊线RD对应的点数据。

对象计算部86计算由存在于区域DA的多个像素的每一个所表示的距离，确定该区域DA内的距离的中间值RP(步骤S50)。中间值RP可以是1个，也可以是多个。在为多个的情况下，确定中间值RP附近的数个点。中间值RP是指在该区域DA内，位于排序过的数据的中央的数据，称为中值或中央值。

由此，计算出区域DA的中间值RP。对象计算部86对多个区域DA的每一个实施上述的步骤S50的处理。即，对象计算部86判定计算全部区域DA的中间值RP的处理是否已经结束(步骤S60)。在判定为计算全部区域DA的中间值RP的处理没有结束的情况下(步骤S60：“否”)，递增计数器n(步骤S70)，返回步骤S50的处理。

在判定为计算全部区域DA的中间值RP的处理已结束的情况下(步骤S60：“是”)，对象计算部86合并多个区域DA，对每一个区域DA中计算出的中间值RP进行直线拟合处理。对象计算部86通过进行直线拟合处理，确定近似的脊线RD。

图7是表示对本实施方式涉及的多个中间值RP进行直线拟合处理的示例。如图8所示，对象计算部86实施多个中间值RP的直线拟合处理，基于多个中间值RP计算近似的脊线RE(步骤S80)。

脊线RE表示土山DS的斜面的形状。此外，脊线RE示出相对于地面RS的土山DS的斜面的休止角θ。对象计算部86基于脊线RE计算土山DS的休止角θ(步骤S85)。

土山DS的斜面的位置在轮式装载机1的车身坐标系中被规定。车身坐标系中立体拍摄装置22的设置位置是可以从轮式装载机1的设计数据导出的已知数据。

对象计算部86基于轮胎6的触地面，计算地面RS的位置(步骤S90)。车身坐标系中轮胎6的触地面的位置是可以从轮式装载机1的设计数据导出的已知数据。通过4个轮胎6中的至少3个的轮胎6的触地面，能够确定车身坐标系中地面RS的位置。

此外，在立体拍摄装置22的拍摄范围内配置了地面RS的情况下，也可以基于立体拍摄装置22的图像数据计算地面RS的位置。此外，在立体拍摄装置22的拍摄范围内配置了地面RS的情况下，在基于轮胎6的触地面能够确定地面RS的位置时，也可以删除由立体拍摄装置22测量出的地面RS的点云数据。

在计算出土山DS的斜面的位置和地面RS的位置之后，对象计算部86计算土山DS的脊线RD与地面RS之间的交界DP的位置(步骤S100)。

对象计算部86计算从轮式装载机1到土山DS为止的距离及土山DS的休止角θ并输出(步骤S110)。从轮式装载机1到土山DS为止的距离也可以是从铲斗12的前端部12B到交界DP为止的距离。从作业机10的前端部12B到交界DP为止的距离，在使用从立体拍摄装置22到交界DP为止的距离之外，还使用车身坐标系中的立体拍摄装置22的设置位置、作业机10的设置位置、作业机10的尺寸及角度等进行计算。

作业机控制部87基于由对象计算部86计算出的到交界DP为止的距离或土山DS的休止角θ，控制作业机10(步骤S120)。

即，如参照图3所说明的那样，在轮式装载机1处于以接近土山DS的方式前进的状态时，作业机控制部87基于由对象计算部86计算出的到交界DP为止的距离，能够使动臂11进行下降动作的同时控制铲斗12的角度，以使铲斗12的前端部12B接近交界DP。轮式装载机1进一步前进，则铲斗12的前端部12B从交界DP插入土山DS。由此，土山DS被铲斗12挖掘，铲斗12能够铲取挖掘物。

效果

如以上说明的那样，通过基于土山DS的三维形状数据控制作业机10，能够使轮式装载机1的作业机10移动至由交界DP规定的土山DS的挖掘起始点。因此，轮式装载机1能够良好地挖掘土山DS。

土山DS的三维形状数据包括土山DS的休止角。根据休止角θ，能够控制进入土山DS后的牵引力或作业机10的上升速度等。

此外，在本实施方式中，分割图像数据(点云数据)来确定脊线，但是也可以不进行分割而实施相同的处理，从而确定脊线。

第2实施方式

对实施方式2进行说明。在以下的说明中，对与上述实施方式相同或等同的结构要素标注相同的符号，简化或省略其说明。

基于激光雷达的测量数据的挖掘作业

在上述的实施方式中，对基于立体拍摄装置22的测量数据的挖掘作业进行了说明。在本实施方式中，对基于激光雷达21的测量数据的挖掘作业进行说明。

图8是表示本实施方式涉及的轮式装载机1的控制方法的示意图，是表示激光雷达21的动作的图。如图8所示，激光雷达21对测量对象的表面的多个照射点PJ分别照射激光，分别测量到多个照射点PJ的距离。

在本实施方式中，对象计算部86基于从轮式装载机1(激光雷达21)到多个照射点PJ的每一个为止的距离，将照射点PJ分类成多个组，基于相对于地面RS的组的斜率K(倾斜角度)、及组的重心高度H中的至少一方，确定测量对象。

例如，在挖掘作业模式中，测量对象包括：地面RS、土山DS、及土山DS的周围物体中的至少一个。对象计算部86基于组的倾斜角度K、及组的重心高度H中的至少一方，确定测量对象为地面RS和土山DS中的哪一方。

对象计算部86基于到照射点PJ为止的距离，对多个照射点PJ进行分组。分组是指，例如将相邻照射点PJ间的距离差为预先设定的阈值以下的多个照射点PJ分组成为1组。在图8所示的示例中，例如，通过对测量对象的表面进行照射而规定出的照射点PJa与通过对作业机10的一部分进行照射而规定出的照射点PJb之间的距离差较大。因此，在测量对象的表面规定出的照射点PJa成为1组，在作业机10的表面规定出的照射点PJb成为另一组。

对象计算部86去除表示作业机10的照射点PJb的组，对表示测量对象的照射点PJa的组进行组分割，将多个照射点PJ分类成第1组和第2组。

图9是表示本实施方式涉及的轮式装载机1的控制方法的示意图，是用于说明组分割的示意图。组分割是指，例如图9中的(A)所示，使用虚拟直线IM连接多个照射点PJ中位于最端部的照射点PJ，并将从直线IM开始的垂直距离最长的照射点PJ规定为分割点PJK，以所述分割点PJK为基准分成2个组的处理。

分割点PJK是在连接构成1组的多个照射点PJ的虚拟线中成为拐点的照射点PJ。因此，以所述分割点PJK为基准，如图9中的(B)所示，能够分割成分别排列成直线状的2个组。由此，对象计算部86进行组分割，能够将多个照射点PJ分类成第1组和第2组。此外，作为分组的方法，不局限于本方式的方法，也可以使用其他算法进行分组。

对象计算部86对第1组及第2组各自的多个照射点PJ，实施拟合处理。对象计算部86实施拟合处理之后，计算相对于地面RS的各组的斜率K、及各组的重心高度H。在图9所示的示例中，对象计算部86计算与第1组相关的斜率K1及重心高度H1、和与第2组相关的斜率K2及重心高度H2。

对象计算部86基于组的倾斜角度K及组的重心高度H中的至少一方，确定测量对象为地面RS和土山DS中的哪一方。

对象计算部86在例如组的倾斜角度K为角度阈值以下时，判定为测量对象是地面RS。对象计算部86在组的倾斜角度K为角度阈值以上时，判定为测量对象是土山RS。

通常，地面RS与水平面为大致平行，因此在组的倾斜角度K较小即角度阈值以下的情况下，能够判定所述组是地面RS。由于土山DS的表面相对于地面RS倾斜，因此在组的倾斜角度K为角度阈值以上的情况下，能够判定所述组是土山DS。

此外，对象计算部86也可以在组的重心高度H为高度阈值以上的情况下，判定所述组是土山DS。对象计算部86也可以在组的重心高度H未达到高度阈值的情况下，判定所述组是地面RS。

图10是表示本实施方式涉及的轮式装载机1的控制方法的流程图，表示基于由激光雷达21测量到的土山DS的测量数据进行处理的方法。

在轮式装载机1为了由作业机10挖掘土山DS而朝向土山DS前进的挖掘作业模式中，激光雷达21测量土山DS。来自激光雷达21的土山DS的测量数据包括到被激光雷达21照射激光的土山DS表面上的多个照射点PJ的每一个为止的距离。来自激光雷达21的土山DS的测量数据被输出至控制装置80。测量数据取得部81取得来自激光雷达21的土山DS的测量数据(步骤S221)。

此外，从激光雷达21射出的激光不仅照射到土山DS，也照射到例如地面RS或土山DS的周边的物体。如参照图8所说明的那样，对象计算部86基于到照射点PJ为止的距离，删除测量了作业机10的点云数据或无关值的点云数据(步骤S222)。

此外，如参照图9的(A)所说明的那样，对象计算部86对表示测量对象的照射点PJ的点云数据进行组分割。此外，如参照图9的(B)所说明的那样，对象计算部86对分割出的各组，基于相对于地面RS的组的倾斜角度K、及相对于地面RS的组的重心高度H中的至少一方，确定地面RS和土山DS。

即，对象计算部86进行组分割，将多个照射点PJ的点云数据分类成土山组和地面组(步骤S223)。

对象计算部86基于轮胎6的触地面计算地面RS的位置(步骤S224)。

此外，对象计算部86也可以基于在步骤S223分类出的地面组的照射点PJ的点云数据，计算地面RS的位置。

通过对土山组的点云数据进行直线拟合，能够计算土山DS的脊线。在计算出土山DS的脊线的位置和地面RS的位置之后，对象计算部86计算土山DS的脊线与地面RS之间的交界DP的位置(步骤S225)。

对象计算部86计算从轮式装载机1到土山DS为止的距离、及休止角θ并输出(步骤S226)。从轮式装载机1到土山DS为止的距离也可以是从铲斗12的前端部12B到交界DP为止的距离。

作业机控制部87基于由对象计算部86计算出的到交界DP为止的距离、或土山DS的休止角θ控制作业机10(步骤S227)。

效果

如以上说明的那样，在本实施方式中，通过基于土山DS的三维数据控制作业机10，作业机10能够移动至挖掘起始点即交界DP。

土山DS的三维形状数据包括土山DS的休止角。能够根据休止角θ控制使作业机10进入土山DS之后的牵引力或作业机10的上升速度等。

在上述的实施方式中，由于使用立体拍摄装置22或激光雷达21求取到土山DS的交界DP为止的距离，因此轮式装载机1能够从远离土山DS的阶段一边接近一边求取正确的距离。由此，在轮式装载机1到达土山DS之前能够控制作业机10到所需的位置，能够从容地控制作业机10。

计算机系统

图12是表示计算机系统1000的一个示例的框图。上述的控制装置80包括计算机系统1000。计算机系统1000具有：如CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)那样的处理器1001、包括如ROM(Read Only Memory，只读存储器)那样的非易失性存储器及如RAM(Random Access Memory，随机存储器)那样的易失性存储器的主内存(main memory)1002、存储装置(storage)1003、及包括输入输出电路的接口1004。上述的控制装置80的功能以程序的形式存储于存储装置1003。处理器1001从存储器1003读取程序而转发给主内存1002，并根据程序进行上述的处理。另外，程序可以通过网络传送到计算机系统1000。

包括控制装置80的计算机系统1000能够执行：取得三维测量装置20的测量数据，该三维测量装置20搭载于具有作业机10的挖掘机械1，测量由作业机10挖掘的挖掘对象的三维形状；以及确定挖掘对象的脊线，并基于脊线的测量数据，计算并输出从挖掘机械到挖掘对象为止的距离、或挖掘对象的休止角。

其它实施方式

在上述的实施方式中，在采用立体拍摄装置22时使用点云数据、在采用激光雷达21时通过分组来确定土山DS的脊线，但是不局限于此，例如可以通过图像识别技术确定土山DS的脊线，也可以基于点云数据的配置通过使用例如人工知能的方法来确定脊线DS，还可以使用其他算法。例如，可以基于某种算法从点云数据中确定地面数据并将其删除，判断剩余的数据为土山数据。

此外，在上述的各实施方式中，对象计算部86计算出从轮式装载机1到土山DS为止的距离、及土山DS的休止角作为土山DS的参数，但是不局限于此，也可以计算并输出土山DS的其他参数。

此外，在上述的实施方式中，作业机控制部87基于从轮式装载机1到交界DP为止的距离数据控制作业机10。对象计算部86能够基于三维测量装置20的测量数据，计算表示土山DS的休止角θ的角度数据。作业机控制部87也可以基于角度数据控制作业机10。例如，作业机控制部87也可以是，在土山DP的休止角θ较小的情况下，使铲斗12的前端部12B从交界DP进入土山DS，在土山DP的休止角θ较大的情况下，使铲斗12的前端部12B从比交界DP靠上方的土山DS的斜面进入土山DS。

在上述实施方式中，搭载于轮式装载机1的测量装置是三维测量装置20，测量数据取得部81所取得的测量数据是表示作业对象的三维形状的三维数据，但是不局限于此。作为测量装置，不局限于测量作业对象的三维测量装置20，也可以将拍摄作业对象的摄影测量装置即摄像头、及测量作业对象的位置的位置测量装置搭载于轮式装载机1。此外，测量装置也可以是包括挖掘物判定用传感器。在这种情况下，测量数据取得部81取得的测量数据不局限于作业对象的三维数据，还包括由摄像头拍摄到的作业对象的图像数据、由位置测量装置测量出的作业对象的位置数据、及挖掘物判定用传感器的测量数据中的至少一个。

例如，在作为测量装置使用拍摄作业对象的摄像头的情况下，对象计算部86使用拍摄挖掘对象而得到的图像数据，通过图像识别技术特定挖掘对象与地面之间的交界DP的位置，计算轮式装载机1到交界DP为止的距离。作为图像识别技术，可以使用公知的图像识别技术确定挖掘对象与地面之间的交界DP的位置。

在上述的实施方式中，作为从轮式装载机1到作业对象为止的距离，例示了从铲斗12的前端部12B开始的距离，但是不限于此，可以是从铲斗12的其他部位开始的距离，也可以是从轮式装载机1的任意的部位开始的距离。

此外，作业机控制部87在控制作业机10时，在考虑到土山DS为止的距离之外，还可以考虑轮式装载机1的行驶速度。

在上述的实施方式中，变速箱装置30及行驶装置4基于驾驶员对行驶操作装置40的操作而动作，但是也可以由变速箱控制部88及行驶控制部89基于到土山DS为止的距离及休止角θ，自动控制变速箱装置30及行驶装置4。

在上述的实施方式中，可以在显示装置中显示到土山DS为止的距离及休止角θ。显示装置可以设置于驾驶台3。此外，可以将表示到土山DS为止的距离及休止角θ的数据发送至存在于轮式装载机1的外部的服务器。

此外，在上述实施方式中，激光雷达21及立体拍摄装置22的双方作为三维测量装置20设置于轮式装载机1。也可以是激光雷达21及立体拍摄装置22中的一方设置于轮式装载机1。此外，三维测量装置20只要能够测量作业对象的三维形状及相对于作业对象的相对位置即可，不局限于激光雷达21及立体拍摄装置22。

此外，在上述的实施方式中，计算了到土山DS为止的距离及休止角θ，但是也可以计算到土山DS为止的距离及休止角θ中的任一方，并基于该计算结果控制作业机10。

此外，在上述的各实施方式中，作业对象不局限于挖掘对象，还可以包括例如装载对象、填土对象、平整对象、及卸土对象。

此外，在上述的各实施方式中，轮式装载机1实施作业的作业现场可以是矿山的开采现场，也可以是施工现场或工程现场。

此外，轮式装载机1可以用于除雪作业，也可以用于农畜业的作业，还可以用于林业的作业。

此外，在上述实施方式中，铲斗12可以具备多个齿尖，也可以具备直线状的齿尖。

此外，与动臂11的前端部连接的作业部件可以不是铲斗12，可以是用于除雪作业的雪犁或铲雪斗，也可以是用于农畜业的作业的钟形抓斗或叉子，还可以是用于林业的作业的叉子或铲斗。

此外，作业机械不局限于轮式装载机，还包含例如液压挖掘机或推土机那样的具有作业机的挖掘机械。

符号说明

1…轮式装载机(挖掘机械)、2…车身、2F…车身前部、2R…车身后部、3…驾驶台、4…行驶装置、4A…驱动装置、4B…制动装置、4C…转向装置、5…车轮、5F…前轮、5R…后轮、6…轮胎、6F…前轮胎、6R…后轮胎、9…关节机构、10…作业机、11…动臂、12…铲斗、12B…前端部、13…动臂缸、14…铲斗缸、15…双臂曲柄、16…连杆、20…三维测量装置、21…激光雷达、22…立体拍摄装置、22A…第1摄像头、22B…第2摄像头、30…变速箱装置、40…行驶操作装置、50…角度传感器、80…控制装置、81…测量数据取得部、82…存储部、86…对象计算部、87…作业机控制部、88…变速箱控制部、89…行驶控制部、BE…箱斗(装载对象)、DS…土山(挖掘对象)、FX…旋转轴、LS…搬运车辆、PJ…照射点、RX…旋转轴、RS…地面。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种作业机械的控制装置，其特征在于，具备：

测量数据取得部，其取得三维测量装置的测量数据，所述三维测量装置搭载于具有作业机的作业机械，对由所述作业机进行作业的作业对象的包括脊线的三维形状进行测量；以及

对象计算部，其在所取得的所述测量数据中，确定所述作业对象的所述脊线的测量数据，并基于确定出的所述测量数据，计算并输出从所述作业机械到所述作业对象为止的距离、或所述作业对象的休止角。

2.根据权利要求1所述的作业机械的控制装置，其特征在于，具备：

作业机控制部，其基于所输出的从所述作业机械到所述作业对象为止的距离、或所述作业对象的休止角，控制所述作业机。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的作业机械的控制装置，其特征在于：

所述对象计算部，基于拟合处理后的所述脊线的测量数据、及地面的位置数据，计算从所述作业机械到所述作业对象与地面之间的交界为止的距离、或所述作业对象的休止角。

4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的作业机械的控制装置，其特征在于：

所述对象计算部将所述测量数据分成组，基于相对于地面的所述组的倾斜角度、及相对于地面的所述组的重心高度中的至少一方，确定所述作业对象的脊线的测量数据。

5.一种挖掘机械的控制装置，其特征在于，具备：

测量数据取得部，其取得测量装置的测量数据，所述测量装置搭载于具有所述作业机的挖掘机械，对由所述作业机挖掘的土山进行测量；

对象计算部，其基于所述测量数据，计算从挖掘机械到所述土山与地面之间的交界为止的距离；以及

作业机控制部，其基于所述距离控制所述作业机。

6.根据权利要求5所述的挖掘机械的控制装置，其特征在于：

所述测量数据取得部取得由拍摄装置拍摄所述土山而得到的图像数据，

所述对象计算部基于图像识别技术计算从所述挖掘机械到所述土山与地面之间的交界为止的距离。

7.一种作业机械的控制方法，其特征在于，包括：

取得三维测量装置的测量数据，所述三维测量装置对由作业机械的作业机进行作业的作业对象的包括脊线的三维形状进行测量；以及

在所取得的所述测量数据中，确定所述作业对象的所述脊线的测量数据，并基于确定出的所述测量数据，计算并输出从所述作业机械到所述作业对象为止的距离、或所述作业对象的休止角。

Claims (7)

1.一种作业机械的控制装置，其特征在于，具备：

测量数据取得部，其取得三维测量装置的测量数据，所述三维测量装置搭载于具有作业机的作业机械，对由所述作业机进行作业的作业对象的包括脊线的三维形状进行测量；以及

对象计算部，其基于所述作业对象的所述脊线的测量数据，计算并输出从所述作业机械到所述作业对象为止的距离、或所述作业对象的休止角。

2.根据权利要求1所述的作业机械的控制装置，其特征在于，具备：

作业机控制部，其基于所输出的从所述作业机械到所述作业对象为止的距离、或所述作业对象的休止角，控制所述作业机。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的作业机械的控制装置，其特征在于：

所述对象计算部，基于拟合处理后的所述脊线的测量数据、及地面的位置数据，计算从所述作业机械到所述作业对象与地面之间的交界为止的距离、或所述作业对象的休止角。

4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的作业机械的控制装置，其特征在于：

所述对象计算部将所述测量数据分成组，基于相对于地面的所述组的倾斜角度、及相对于地面的所述组的重心高度中的至少一方，确定所述作业对象的脊线的测量数据。

5.一种挖掘机械的控制装置，其特征在于，具备：

测量数据取得部，其取得测量装置的测量数据，所述测量装置搭载于具有所述作业机的挖掘机械，对由所述作业机挖掘的土山进行测量；

对象计算部，其基于所述测量数据，计算从挖掘机械到所述土山与地面之间的交界为止的距离；以及

作业机控制部，其基于所述距离控制所述作业机。

6.根据权利要求5所述的挖掘机械的控制装置，其特征在于：

所述测量数据取得部取得由拍摄装置拍摄所述土山而得到的图像数据，

所述对象计算部基于图像识别技术计算从所述挖掘机械到所述土山与地面之间的交界为止的距离。

7.一种作业机械的控制方法，其特征在于，包括：

取得三维测量装置的测量数据，所述三维测量装置对由作业机械的作业机进行作业的作业对象的包括脊线的三维形状进行测量；以及

基于所述作业对象的所述脊线的测量数据，计算并输出从所述作业机械到所述作业对象为止的距离、或所述作业对象的休止角。

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