CN111954739B - 装载机械的控制装置及装载机械的控制方法 - Google Patents

Abstract

装载机械的控制装置包括：测量数据获取部，其获取搭载于具有作业机的装载机械的测量装置的测量数据；对象计算部，其基于测量数据，计算用于装载由作业机的铲斗挖掘出的挖掘物的装载对象的上端部的位置；铲斗计算部，其计算铲斗的位置数据；重合判定部，其对测量数据中的装载对象的上端部与铲斗是否重合进行判定；以及作业机控制部，在判定为不重合时，其基于测量出的装载对象的上端部的位置，控制作业机。

Description

装载机械的控制装置及装载机械的控制方法

技术领域

本发明涉及装载机械的控制装置及装载机械的控制方法。

背景技术

在作业现场会使用装载机械。专利文献1公开了具有用于求取距挖掘对象物及装载对象的距离的测量器的自动挖掘机的一例。

专利文献1：日本特开平10-088625号公报

发明内容

实现基于装载机械的装载作业自动化时，要求能够较佳地测量装载机械与装载对象之间的相对位置的技术。

本发明的实施方式的目的在于，可较佳地测量装载机械与装载对象之间的相对位置。

依据本发明的实施方式，提供一种装载机械的控制装置，其包括：测量数据获取部，其获取搭载于具有作业机的装载机械的测量装置的测量数据；对象计算部，其基于上述测量数据，计算用于装载由上述作业机的铲斗挖掘出的挖掘物的装载对象的上端部的位置；铲斗计算部，其计算上述铲斗的位置数据；重合判定部，其对上述测量数据中的上述装载对象的上端部与上述铲斗是否重合进行判定；以及作业机控制部，在判定为不重合时，其基于测量出的上述装载对象的上端部的位置，控制上述作业机。

基于本发明的实施方式，能够较佳地测量装载机械与装载对象的相对位置。

附图说明

图1为表示本实施方式涉及的装载机械的侧视图。

图2为表示本实施方式涉及的装载机械的动作的示意图。

图3为表示本实施方式涉及的装载机械的装载作业模式的示意图。

图4为表示本实施方式涉及的装载机械的控制装置的功能框图。

图5为表示本实施方式涉及的三维测量装置的测量范围的一例的图。

图6为表示本实施方式涉及的三维测量装置的测量范围的一例的图。

图7为表示本实施方式涉及的三维测量装置的测量范围的一例的图。

图8为表示本实施方式涉及的装载机械的控制方法的流程图。

图9为用于说明本实施方式涉及的规定条件的判定方法的图。

图10为用于说明本实施方式涉及的规定条件的判定方法的图。

图11为用于说明本实施方式涉及的规定条件的判定方法的图。

图12为表示本实施方式涉及的由立体拍摄装置获取到的包含运载车辆的图像数据的一例的图。

图13为表示本实施方式涉及的对每个从立体拍摄装置到测量点的距离示出其与存在于该距离的测量点的数据数量之间的关系的柱状图的示意图。

图14为表示基于激光雷达的测量方法的图。

图15为表示本实施方式涉及的计算机系统的一例的框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明涉及的实施方式进行说明，但本发明并不限于此。以下说明的实施方式的组成要素能够适当地进行组合。此外，有时也可以省略部分组成要素。

轮式装载机

图1为表示本实施方式涉及的装载机械1的一例的侧视图。装载机械1在作业现场实施规定的作业。在本实施方式中，装载机械1为作为铰接式装载机械的一种的轮式装载机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、以及将通过挖掘作业挖掘出的挖掘物装载于装载对象的装载作业。装载作业的概念包括将挖掘物排出至排出对象的排出作业。作为挖掘对象，例示土山、岩山、煤、以及壁面中的至少一个。土山是由泥土构成的山。岩山是由岩或石构成的山。作为装载对象，例示运载车辆、作业现场的规定区域、料斗、带式输送机、以及粉碎机中的至少一个。

如图1所示，轮式装载机1具有：车身2、设置有驾驶席的驾驶台3、支承车身2的行驶装置4、由车身2支承的作业机10、用于检测作业机10的角度的角度传感器50、变速装置30、对位于车身2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及车身后部2R。车身前部2F与车身后部2R通过关节机构9连接成可弯折。

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支承车身2。行驶装置4具有车轮5。车轮5由于搭载于车身2的发动机所产生的驱动力而旋转。轮胎6安装于车轮5。车轮5包括安装于车身前部2F的两个前轮5F、以及安装于车身后部2R的两个后轮5R。轮胎6包括安装于前轮5F的前轮胎6F、以及安装于后轮5R的后轮胎6R。行驶装置4能够在地面RS行驶。

前轮5F及前轮胎6F能够以旋转轴FX为中心旋转。后轮5R及后轮胎6R能够以旋转轴RX为中心旋转。

在以下的说明中，将与前轮5F的旋转轴FX平行的方向适当地称作车宽方向，将与和地面RS接触的前轮胎6F的触地面正交的方向适当地称作上下方向，将与车宽方向及上下方向双方正交的方向适当地称作前后方向。轮式装载机1的车身2在以直行状态行驶时，旋转轴FX与旋转轴RX平行。

行驶装置4具有驱动装置4A、制动装置4B、以及转向装置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包括如柴油发动机这样的内燃机。由驱动装置4A产生的驱动力通过变速装置30被传递至车轮5，由此车轮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通过液压缸使车身前部2F弯转，由此来调整轮式装载机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受控制装置80控制。用于操作行驶装置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来使行驶装置4动作。行驶操作装置40包括油门踏板、制动踏板、转向杆、以及用于切换前进后退的换档杆41。通过操作油门踏板，轮式装载机1的行驶速度增大。通过操作制动踏板，轮式装载机1的行驶速度减小或行驶停止。通过操作转向杆，轮式装载机1转弯。通过操作换档杆41，切换轮式装载机1的前进或后退。

变速装置30将由驱动装置4A产生的驱动力传递至车轮5。

作业机10具有：可转动地与车身前部2F连接的动臂11、可转动地与动臂11连接的铲斗12、曲柄15、以及连杆16。

动臂11通过动臂缸13所产生的动力而动作。通过动臂缸13的伸缩，动臂11进行举升动作或下降动作。

铲斗12为具有包括齿尖的前端部12B的作业部件。铲斗12配置于前轮5F前方。铲斗12与动臂11的前端部连接。铲斗12通过铲斗缸14所产生的动力而动作。通过铲斗缸14的伸缩，铲斗12进行倾卸动作或收斗动作。

通过铲斗12实施的倾卸动作，由铲斗12铲起的挖掘物被从铲斗12中排出。通过铲斗12实施的收斗动作，铲斗12铲取挖掘物。

角度传感器50检测作业机10的角度。角度传感器50包括：用于检测动臂11的角度的动臂角度传感器51、以及用于检测铲斗12的角度的铲斗角度传感器52。动臂角度传感器51检测动臂11相对于例如规定于车身前部2F的车身坐标系的基准轴的角度。铲斗角度传感器52检测铲斗12相对于动臂11的角度。角度传感器50可以是电位计，也可以是检测液压缸的行程的行程传感器。

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由壳体17支承。三维测量装置20用于测量位于车身前部2F前方的测量对象。测量对象包括用于装载由作业机10挖掘出的挖掘物的装载对象。三维测量装置20对测量对象的三维形状进行测量。三维测量装置20测量从三维测量装置20到测量对象的表面的多个各测量点的相对位置，来对测量对象的三维形状进行测量。控制装置80基于测量出的装载对象的三维形状，计算与装载对象相关的参数。与装载对象相关的参数包括到装载对象的距离、装载对象的上端部的位置、以及装载对象的高度中的至少一个。

轮式装载机1与测量对象的相对位置包括轮式装载机1与测量对象的相对距离(三维距离)。三维测量装置20通过分别测量与测量对象的表面的多个测量点之间的距离，能够对测量对象的三维形状以及与测量对象的相对位置进行测量。

三维测量装置20包括作为激光测量装置的一种的激光雷达21、以及作为摄像测量装置的一种的立体拍摄装置22。

由激光雷达21获取到的测量数据被输出至控制装置80。控制装置80基于由激光雷达21得到的测量数据，对测量对象的三维形状进行测量。

立体拍摄装置22拍摄测量对象，以对测量对象进行测量。立体拍摄装置22具有第一拍摄装置22A及第二拍摄装置22B。由第一拍摄装置22A获取到的图像数据以及由第二拍摄装置22B获取到的图像数据被输出至控制装置80。控制装置80基于由第一拍摄装置22A获取到的图像数据以及由第二拍摄装置22B获取到的图像数据实施立体处理，来对测量对象的三维形状进行测量。图像数据为测量数据的一例。

动作

图2为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以多个作业模式作业。作业模式包括：以作业机10的铲斗12对挖掘对象进行挖掘的挖掘作业模式、以及将通过挖掘作业模式以铲斗12铲取的挖掘物装载于装载对象的装载作业模式。作为挖掘对象，可例示位于地面RS上的土山DS。作为装载对象，可例示可于地面行驶的运载车辆LS的箱斗BE。作为运载车辆LS，可例示自卸车。

在挖掘作业模式下，轮式装载机1以在作业机10的铲斗12中未保持挖掘物的状态，向土山DS前进，以用作业机10的铲斗12对土山DS进行挖掘。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如图2的箭头M1所示地前进而接近土山DS。控制装置80控制作业机10以用铲斗12对土山DS进行挖掘。

由铲斗12对土山DS进行挖掘，且挖掘物被铲斗12铲取后，轮式装载机1以在作业机10的铲斗12中保持有挖掘物的状态，后退而离开土山DS。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如图2的箭头M2所示地后退而离开土山DS。

接着，实施装载作业模式。在装载作业模式下，轮式装载机1以在作业机10的铲斗12中保持有挖掘物的状态，向运载车辆LS前进，以将由作业机10的铲斗12挖掘出的挖掘物装载。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如图2的箭头M3所示地边转弯边前进而接近运载车辆LS。搭载于轮式装载机1的三维测量装置20对运载车辆LS进行测量。控制装置80基于三维测量装置20的测量数据，控制作业机10以使保持于铲斗12的挖掘物被装载于运载车辆LS的箱斗BE中。即，控制装置80在轮式装载机1以接近运载车辆LS的方式前进的状态下，控制作业机10以使动臂11进行举升动作。动臂11进行举升动作而将铲斗12配置于箱斗BE上方后，控制装置80控制作业机10，以使铲斗12进行倾倒动作。由此，挖掘物从铲斗12中排出，被装载于箱斗BE。

挖掘物从铲斗12中排出而被装载于箱斗BE后，轮式装载机1以在作业机10的铲斗12中未保持挖掘物的状态，后退而离开运载车辆LS。驾驶员操作行驶操作装置40，使轮式装载机1如图2的箭头M4所示地后退而离开运载车辆LS。

驾驶员及控制装置80重复上述动作，直至箱斗BE中满载挖掘物。

图3为表示本实施方式涉及的轮式装载机1的装载作业模式的示意图。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前进而接近运载车辆LS。如图3(A)所示，搭载于轮式装载机1的三维测量装置20对运载车辆LS的三维形状进行测量。控制装置80基于三维测量装置20的测量数据，检测轮式装载机1与运载车辆LS之间的距离、以及箱斗BE的上端部的高度。从轮式装载机1到运载车辆LS的距离包括：从铲斗12的前端部12B到运载车辆LS的距离、从铲斗12的任意的点到运载车辆LS距离、从轮式装载机1本体的任意的点到运载车辆LS的距离、以及从三维测量装置20到运载车辆LS的距离。从铲斗12的前端部12B起算的距离包括从前端部12B的中央部起算的距离、以及从前端部12B的两端中的任一点起算的距离。从轮式装载机1到运载车辆LS的距离包括：从铲斗12的前端部12B到沿车身前部2F的行进方向延伸而与运载车辆LS相交的点的距离、以及从铲斗12的前端部12B到运载车辆LS的最短距离。从轮式装载机1到运载车辆LS的距离包括水平距离、以及与地面RS平行的方向上的距离。此外，距运载车辆LS的距离包括：距运载车辆LS的最近点、即运载车辆LS中位于轮式装载机1侧的最接近的点的距离。

如图3(B)所示，控制装置80在轮式装载机1以接近运载车辆LS的方式前进的状态下，基于三维测量装置20的测量数据，以将铲斗12配置于箱斗BE的上端部上方，并且使保持于铲斗12的挖掘物不会从铲斗12中洒出的方式，边控制着铲斗12的角度边使动臂11进行举升动作。

如图3(C)所示，动臂11进行举升动作而将铲斗12配置于箱斗BE的上方后，控制装置80控制作业机10，以使铲斗12进行倾倒动作。由此，挖掘物从铲斗12中排出，被装载于箱斗BE。

控制装置

图4为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与作业机10、变速装置30、行驶装置4、三维测量装置20、角度传感器50、以及行驶操作装置40连接。

控制装置80具有测量数据获取部81、存储部82、铲斗计算部83、对象计算部86、重合判定部84、以及作业机控制部87。

测量数据获取部81从三维测量装置20获取三维测量装置20的测量数据。三维测量装置20将测量数据输出至控制装置80。

此外，存储部82存储作业机数据。作业机数据包括作业机10的设计数据或规格数据。作业机10的设计数据例如包括作业机10的CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计)数据。作业机数据包括作业机10的外形数据。作业机10的外形数据包括作业机10的尺寸数据。在本实施方式中，作业机数据包括动臂长度、铲斗长度、以及铲斗外形。动臂长度是指动臂旋转轴与铲斗旋转轴之间的距离。铲斗长度是指铲斗旋转轴与铲斗12的前端部12B之间的距离。动臂旋转轴是指动臂11相对于车身前部2F的旋转轴，包含将车身前部2F与动臂11连接的连接销。铲斗旋转轴是指铲斗12相对于动臂11的旋转轴，包含将动臂11与铲斗12连接的连接销。铲斗外形包括铲斗12的形状及尺寸。铲斗12的尺寸包括：表示铲斗12的左端与右端之间的距离的铲斗宽度、铲斗12的开口部的高度、以及铲斗底面的长度等。

铲斗计算部83基于由角度传感器50检测出的作业机10的角度数据、以及存储于存储部82的作业机10的作业机数据，计算作业机10的位置数据。铲斗计算部83计算例如车身坐标系中的铲斗12的位置数据。铲斗计算部83至少计算铲斗12的前端部12B的位置、铲斗12的下端部12E的位置以及高度。

对象计算部86基于由测量数据获取部81获取到的测量数据，计算包括由三维测量装置20测量出的箱斗BE的运载车辆LS的三维数据。运载车辆LS的三维数据表示运载车辆LS的三维形状。

对象计算部86基于运载车辆LS的三维数据，计算与运载车辆LS相关的参数。与运载车辆LS相关的参数包括：从轮式装载机1到运载车辆LS的距离、以及箱斗BE的上端部BEt的高度中的至少一个。箱斗BE的上端部BEt的高度为装载对象的上端部的位置、装载对象的高度、运载车辆LS的上端部的位置、以及运载车辆LS的高度的一例。

重合判定部84对测量数据中箱斗BE的上端部BEt与铲斗12是否重合进行判定。

重合判定部84基于三维测量装置20的位置、箱斗BE的上端部BEt的位置、以及铲斗12的位置之间的相对位置，判定箱斗BE的上端部BEt与铲斗12是否重合。

对象计算部86在重合判定部84判定为箱斗BE的上端部BEt与铲斗12不重合时，计算箱斗BE的上端部BEt的高度。

在本实施方式中，铲斗计算部83计算轮式装载机1的车身坐标系中的铲斗12的位置。对象计算部86在基于三维测量装置20的位置、箱斗BE的上端部BEt的位置、以及铲斗12的下端部的位置所确定的角度为规定角度以上时，计算箱斗BE的上端部BEt的位置。

作业机控制部87基于由对象计算部86计算出的距运载车辆LS的距离、以及箱斗BE的上端部BEt的高度，来控制将挖掘物装载于箱斗BE中的作业机10的动作。作业机控制部87在重合判定部84判定为箱斗BE的上端部BEt与铲斗12不重合时，基于箱斗BE的上端部BEt的位置，控制作业机10。

对作业机10的动作的控制包括对动臂缸13及铲斗缸14中的至少一方的动作的控制。轮式装载机1具有液压泵、用于控制从液压泵供给至动臂缸13的液压油的流量及方向的动臂控制阀、以及用于控制从液压泵供给至铲斗缸14的液压油的流量及方向的铲斗控制阀。作业机控制部87对动臂控制阀及铲斗控制阀输出控制信号，控制被供给至动臂缸13及铲斗缸14的液压油的流量及方向，能够控制动臂11的升降动作及铲斗12的升降动作。

在本实施方式中，对象计算部86基于由铲斗计算部83计算出的作业机10的位置数据，从测量数据中去除表示作业机10的至少一部分的部分数据，并基于去除了部分数据的测量数据，计算箱斗BE的上端部BEt的高度数据、以及距运载车辆LS的距离数据。

在本实施方式中，轮式装载机1具有变速控制部88、以及行驶控制部89。

变速控制部88基于轮式装载机1的驾驶员进行的行驶操作装置40的操作，控制变速装置30的动作。对变速装置30的动作的控制包括对换档的控制。

行驶控制部89基于轮式装载机1的驾驶员进行的行驶操作装置40的操作，控制行驶装置4的动作。行驶控制部89输出包括用于使驱动装置4A动作的加速指令、用于使制动装置4B动作的制动指令、以及用于使转向装置4C动作的转向指令的驾驶指令。

作业机控制部的处理

在本实施方式中，作业机控制部87基于由对象计算部86计算出的箱斗BE的上端部的位置、以及由铲斗计算部83计算出的铲斗12的下端部的位置，对箱斗BE的上端部与铲斗12的下端部的相对位置是否满足规定条件进行判定。

图5、图6及图7为表示作为三维测量装置20的测量范围AR的一例的、立体拍摄装置22的测量范围的图。以三维测量装置20对测量对象进行测量时，存在作业机10的至少一部分配置于三维测量装置20的测量范围AR内的可能性。在三维测量装置20为立体拍摄装置22的情况下，三维测量装置20的测量范围包括立体拍摄装置22的拍摄范围(立体拍摄装置22的光学系统的视野区域)。在三维测量装置20为激光雷达21的情况下，三维测量装置20的测量范围包括从激光雷达21射出的激光束的照射范围。

规定条件包括以下条件：箱斗BE的上端部不受作业机10的铲斗12遮挡地配置于三维测量装置20的测量范围AR内。

图5示出：铲斗12配置于三维测量装置20的测量范围AR内、且铲斗12的下端部12E配置于箱斗BE的上端部下方的示例。如图6所示，根据箱斗BE的上端部与铲斗12的下端部12E的相对位置，存在箱斗BE的上端部被铲斗12遮挡的情况。

图6示出：铲斗12配置于三维测量装置20的测量范围AR内、但铲斗12的下端部12E配置于箱斗BE的上端部上方的示例。如图6所示，根据箱斗BE的上端部与铲斗12的下端部12E的相对位置，存在箱斗BE的上端部不被铲斗12遮挡而出现在测量范围AR内的情况。

图7示出：铲斗12配置于三维测量装置20的测量范围AR内、且铲斗12的上端部12T配置于箱斗BE的上端部下方的示例。如图7所示，根据箱斗BE的上端部与铲斗12的上端部12T的相对位置，存在箱斗BE的上端部不被铲斗12遮挡而出现在测量范围AR内的情况。

在图5所示的状态的情况下，作业机控制部87判定为箱斗BE的上端部与铲斗12的下端部的相对位置不满足规定条件。作业机控制部87在判定为不满足规定条件时，例如基于表示在水平方向上距轮式装载机1最近的运载车辆LS的部位的最近点之间的距离，来控制作业机10的动作。另外，作业机控制部87也可以基于三维测量装置20与运载车辆LS的最近点之间的距离，使动臂11以规定的上升速度上升。

在图6所示的状态的情况下，作业机控制部87判定为箱斗BE的上端部与铲斗12的下端部的相对位置满足规定条件。作业机控制部87在判定为满足规定条件时，例如基于箱斗BE的上端部的高度、以及轮式装载机1与运载车辆LS的最近点之间的距离，来控制作业机10的动作。

在图7所示的状态的情况下，作业机控制部87判定为箱斗BE的上端部与铲斗12的下端部的相对位置满足规定条件。作业机控制部87在判定为满足规定条件时，例如基于箱斗BE的上端部的高度、以及轮式装载机1与运载车辆LS的最近点之间的距离，来控制作业机10的动作。

规定条件的判定方法

图8为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，其是包含规定条件的判定方法的流程图。图9、图10及图11为用于说明规定条件的判定方法的图。

在轮式装载机1为了装载由作业机10挖掘出的挖掘物而向运载车辆LS前进的装载作业模式下，三维测量装置20对至少包括运载车辆LS的测量对象进行测量。三维测量装置20的测量数据被输出至控制装置80。测量数据获取部81从三维测量装置20获取测量数据(步骤S10)。

对象计算部86基于由测量数据获取部81获取到的测量数据及铲斗的位置数据，计算铲斗12的前端部12B与运载车辆LS之间的距离Db(步骤S20)。铲斗的位置数据即铲斗12的前端部12B的位置能够利用铲斗12的作业机数据及作业机10的角度数据来求取。作业机10的角度数据由角度传感器50检测。作业机10的角度包括：由动臂角度传感器51检测出的动臂11的角度、以及由铲斗角度传感器52检测出的铲斗12的角度。表示作业机10的角度的角度数据被输出至铲斗计算部83。

铲斗计算部83基于作业机10的角度数据、以及存储于存储部82的作业机10的作业机数据，计算铲斗12的下端部12E的位置。铲斗12的下端部12E的位置例如规定于轮式装载机1的车身坐标系(步骤S30)。铲斗12的下端部12E的位置不是预先规定的位置，而是基于从三维测量装置20观察到的铲斗外形的下端部的位置来确定。

例如如图9所示，在铲斗12的下端部12E配置于箱斗BE的上端部BEt下方的情况下，如参照图5所说明的，箱斗BE的上端部BEt被铲斗12遮挡，箱斗BE的上端部BEt未配置于三维测量装置20的测量范围AR内。在该状态下，图9中的测量数据中的箱斗BE的上端部BEs被判断为箱斗BE的上端部，但如图9所示，测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的位置与真正的箱斗BE的上端部BEt并不一致，因此该判断是错误的。因此，在图5及图9所示的状态的情况下，作业机控制部87判定为无法计算箱斗BE的上端部BEt的位置。

重合判定部84对真正的箱斗BE的上端部BEt与铲斗12是否重合进行判定。在判定为二者不重合的情况下，如图10所示，测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的位置与真正的箱斗BE的上端部BEt一致，因此能够判定为测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的高度即是真正的箱斗BE的上端部BEt的高度。

例如如图10所示，在将三维测量装置20与测量数据中的箱斗BE的上端部BEs连结的虚拟线L1、以及将三维测量装置20与铲斗12的下端部12E连结的虚拟线L2所形成的判定角度θ1为规定角度以上的情况下，如参照图6所说明的，箱斗BE的上端部BEt出现，箱斗BE的上端部BEt配置于三维测量装置20的测量范围AR内。在图6及图10所示的状态的情况下，重合判定部84能够判定为铲斗12与运载车辆LS不重合。另一方面，如图9所示，在判定角度θ1几乎为0度时，真正的上端部BEt与铲斗12重合的可能性较大。这种情况下，重合判定部84判定为无法计算真正的上端部BEt。

对象计算部86基于由测量数据获取部81获取到的测量数据，计算测量数据中的上端部BEs的位置。箱斗BE的上端部BEs的位置例如规定于轮式装载机1的车身坐标系中(步骤S60)。

基于计算出的铲斗12的下端部12E的位置、计算出的测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的位置、以及三维测量装置20在车身坐标系中的位置，作业机控制部87计算判定角度θ1(步骤S70)。车身坐标系中的三维测量装置20的位置是已知的，并且存储于存储部82。此外，铲斗12的下端部12E的位置、以及测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的位置规定于车身坐标系中。因此，作业机控制部87能够计算判定角度θ1。

作业机控制部87对判定角度θ1是否为预先规定的阈值以上进行判定(步骤S80)。阈值为大于0度的角度。在本实施方式中，阈值例如为5度。这是因为：若虚拟线L1与虚拟线L2不隔开一定程度的距离，则无法判别测量数据中的箱斗BE的上端部BEs是否为真正的箱斗BE的上端部BEt。

在步骤S80中判定为判定角度θ1不为阈值以上的情况下(步骤S80中的“否”)，作业机控制部87基于从轮式装载机1到运载车辆LS的距离Db，控制作业机10的动作(步骤S50)。

在步骤S80中判定为判定角度θ1为阈值以上的情况下(步骤S80中的“是”)，对象计算部86基于箱斗BE的上端部的位置，计算相对于地面RS的箱斗BE的上端部BEt的高度Hb(步骤S85)。

作业机控制部87基于箱斗BE的上端部的高度Hb、以及从轮式装载机1到运载车辆LS的距离Db，控制作业机10的动作(步骤S90)。

即，如参照图3所说明的，作业机控制部87在轮式装载机1以接近运载车辆LS的方式前进的状态下，基于由对象计算部86计算出的箱斗BE的上端部的高度、以及距运载车辆LS的距离，以将铲斗12配置于箱斗BE的上端部上方，并且使保持于铲斗12的挖掘物不会从铲斗12中洒出的方式，边控制着铲斗12的角度边使动臂11进行举升动作。动臂11进行举升动作而将铲斗12配置于箱斗BE的上方后，作业机控制部87控制作业机10，以使铲斗12进行倾倒动作。由此，挖掘物从铲斗12中排出，被装载于箱斗BE。

此外，也可以考虑轮式装载机1的行驶速度及当前时刻铲斗的高度。由此，能够以最佳的上升速度控制作业机10，以使前端部12B即将到达运载车辆LS的最近点时，前端部12B的位置位于高于箱斗BE的上端部BEt的位置。

在本实施方式中，即使箱斗BE的上端部出现在测量范围AR内，作业机控制部87也不参照箱斗BE的上端部的高度，仅基于距箱斗BE的距离控制作业机10，直到判定为判定角度θ1为阈值以上时为止。

另外，在本实施方式中，是基于判定角度θ1，对是否满足规定条件进行判定。如图11所示，也可以是：在铲斗12位于下方的情况下，在将三维测量装置20与箱斗BE的上端部BEt连结的虚拟线L1、以及将三维测量装置20与铲斗12的上端部12T连结的虚拟线L2所形成的角度θ2为规定角度(与θ1为反方向)以上的情况下，判定为能够计算真正的铲斗BE的上端部BEt。此外，在铲斗12位于下方的情况下，在检测出哪怕一点箱斗BE时，如图11所示，测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的位置与真正的箱斗BE的上端部BEt一致，因此也可以判定为能够计算真正的铲斗BE的上端部BEt。

重合判定部84不限于在测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的全部区域均与铲斗重叠时才判定为重合，例如也可以在测量数据中的箱斗BE的上端部BEs中的规定比例的区域与铲斗重叠时即判定为重合。

另外，也可以基于以地面RS为基准的、铲斗12的下端部12E相对于地面RS的高度He，来判定是否满足规定条件。例如，可以在铲斗12的下端部12E的高度He比测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的高度高出规定距离以上的情况下，求取测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的高度。地面RS例如可以基于轮胎6的触地面来规定。轮胎6的触地面的位置例如是规定于车身坐标系中的已知数据。

另外，在轮式装载机1上设有惯性测量装置(IMU：Inertial Measurement Unit)或倾斜传感器的情况下，也可以基于惯性测量装置或倾斜传感器的检测数据，来确定地面RS的位置。

基于立体拍摄装置的测量数据的箱斗的上端部的位置的计算方法

接着，对立体拍摄装置22的测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的位置的计算方法进行说明。

在轮式装载机1为了装载由作业机10挖掘出的挖掘物而向运载车辆LS前进的装载作业模式下，立体拍摄装置22对运载车辆LS进行测量。测量数据获取部81从立体拍摄装置22获取测量运载车辆LS的立体拍摄装置22的测量数据。

立体拍摄装置22分别测量与运载车辆LS的表面的多个测量点PI之间的距离。

图12为表示本实施方式涉及的由立体拍摄装置22获取到的包含运载车辆LS的图像数据的一例的图。在图12中，省略表示铲斗12的图像。另外，在图12中仅记载了一个测量点PI(点数据)，但测量点PI是对每个图12所示图像数据的像素进行设定的。立体拍摄装置22通过对图像数据进行立体处理，能够得到与各像素中的每个像素对应的点云数据、即三维数据。

对象计算部86基于立体拍摄装置22的测量数据即图像数据，计算车身坐标系中的从立体拍摄装置22到各像素所显示的运载车辆LS的表面的多个测量点PI的距离。对象计算部86分别基于距运载车辆LS的表面的多个测量点PI的距离，计算运载车辆LS的三维形状。

接着，对象计算部86制作示出距立体拍摄装置22的距离与表示该距离的测量点PI的数据数量之间的关系的柱状图。

图13为表示示出从立体拍摄装置22到测量点PI的距离、与存在于各距离的测量点PI的数据数量之间的关系的柱状图的示意图。各距离具有固定的距离范围。

在图12所示的图像数据中，因为包含例如地面这样的运载车辆LS以外的测量对象，如图13所示，柱状图的数据存在于广范围的距离。另一方面，在图12所示的图像数据中，运载车辆LS的侧面区域所占的比例较大。此外，运载车辆LS的侧面几乎垂直地竖立于地面，从立体拍摄装置22到运载车辆LS的侧面的各测量点的距离几乎固定。因此，在柱状图中，从立体拍摄装置22到运载车辆LS的测量点PI的距离中有较多的数据被计入。对象计算部86将处于有较多的数据被记入的距离范围的三维数据判断为是运载车辆LS的测量数据。并且，基于被判断为是运载车辆LS的测量数据的三维数据与铲斗12的位置数据，计算从轮式装载机1到运载车辆LS的距离Db。此外，基于被判断为是运载车辆LS的测量数据的三维数据，计算测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的高度。

作业机控制部87基于由对象计算部86计算出的箱斗BE的上端部的高度Hb、以及距运载车辆LS的距离Db，来控制作业机10。

基于激光雷达的测量数据的箱斗的上端部的位置的计算方法

接着，对基于激光雷达21的测量数据的箱斗BE的上端部的位置的计算方法进行说明。

图14示意性地表示基于激光雷达21的测量方法。另外，在图14中省略表示铲斗12的图。如图14所示，激光雷达21分别测量与运载车辆LS的表面的多个照射点PJ之间的距离。测量数据获取部81获取由各照射点PJ的位置数据构成的三维数据。对象计算部86将测量出的三维数据分割为地面组与运载车辆组。

对象计算部86基于运载车辆组的三维数据与作业机10的位置数据，计算从轮式装载机1到运载车辆LS的距离Db。

对象计算部86提取出运载车辆组的三维数据中位于最高的位置的照射点PJ，并基于该照射点PJ，计算箱斗BE的上端部BEt的高度Hb。

效果

如以上所说明的，依据本实施方式，在箱斗BE的上端部与铲斗12的下端部的相对位置满足规定条件时，作业机控制部87基于箱斗BE的上端部的位置、以及从轮式装载机1到运载车辆LS的距离，来控制作业机10。在箱斗BE的上端部被铲斗12遮挡的状态下，由对象计算部86计算出的测量数据中的箱斗BE的上端部BEs的位置与真正的箱斗BE的上端部BEt不一致的可能性较大。在本实施方式中，在满足箱斗BE的上端部不被铲斗12遮挡地配置于三维测量装置20的测量范围AR这一规定条件时，作业机控制部87基于由对象计算部86计算出的箱斗BE的上端部的位置，来控制作业机10。由此，作业机控制部87能够基于高精度地计算出的箱斗BE的上端部的位置，来控制作业机10。此外，在不满足规定条件时，作业机控制部87不参照箱斗BE的上端部的位置而控制作业机10。由此，能够防止作业机控制部87基于不正确的测量数据对作业机10进行控制。

计算机系统

图15为表示计算机系统1000的一例的框图。上述控制装置80由计算机系统1000构成。计算机系统1000具有：如CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)这样的处理器1001、包括如ROM(Read Only Memory，只读存储器)这样的非易失性存储器及如RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)这样的易失性存储器的主存储器(Main Memory)1002、存储装置(Storage)1003、以及包含输入输出电路的接口1004。上述控制装置80的功能以程序的形式存储于存储装置1003。处理器1001从存储装置1003读取并在主存储器1002中加载程序，并按照程序实施上述处理。另外，程序也可以通过网络传输到计算机系统1000。

其他的实施方式

另外，在上述实施方式中，作为三维测量装置20，是将激光雷达21及立体拍摄装置22双方设置于轮式装载机1。也可以仅将激光雷达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只要能够测量出作业对象的三维形状及与作业对象的相对位置即可，并不限于激光雷达21及立体拍摄装置22。

在上述实施方式中，可以使用作为测量装置的拍摄装置来获取测量对象的图像，以取代三维测量装置20，并通过人工智能(AI：Artificial Intelligence)等的图像识别来判定铲斗12与箱斗BE的上端部是否重合。此外，也可以基于由三维测量装置20测量出的三维数据，通过基于AI等的分析，来判定铲斗12与箱斗BE的上端部的重合度。

在上述实施方式中，对测量数据中的箱斗BE的上端部BEs是否被铲斗12遮挡进行了判定，但并不限于该方式，例如可以对测量数据中的运载车辆LS整体是否被铲斗12遮挡进行判定，例如在相对于测量数据中的运载车辆LS整体的区域，大于规定比例的区域与铲斗12重合的情况下，作业机控制部87不进行对作业机10的控制；在判定为相对于运载车辆LS整体的区域，仅有规定比例以下的区域与铲斗重合时，基于测量出的上述装载对象的位置，来控制作业机10。

在上述实施方式中，在判定为测量数据中的箱斗BE的上端部BEs是被铲斗12遮挡的情况下，基于距运载车辆LS的距离Db来控制作业机10，但并不限定于该方式，例如在判定为测量数据中的箱斗BE的上端部BEs是被铲斗12遮挡的情况下，也可以不进行对作业机10的控制，或者以使作业机10以规定的上升速度上升的方式进行控制。

或者，对象计算部86也可以：将在图11所示的状态下测量出的箱斗BE的上端部BEt的高度Hb预先存储于存储部82，即使在图9所示的状态下、判定为箱斗BE的上端部BEt被铲斗12遮挡的情况下，也基于已存储的箱斗BE的上端部BEt的高度Hb，来控制作业机10。

另外，在上述各实施方式中，轮式装载机1实施作业的作业现场可以是矿山的采掘现场，也可以是施工现场或工程现场。

另外，轮式装载机1可以在除雪作业中使用，可以在农畜牧业的作业中使用，也可以在林业作业中使用。

另外，在上述实施方式中，铲斗12可以具有多个铲齿，也可以具有直线状的齿尖。

另外，与动臂11的前端部连接的作业部件可以不是铲斗12，可以是在除雪作业中使用的雪犁或铲雪斗，可以是在农畜牧业的作业中使用的捆抓斗或货叉，也可以是在林业的作业中使用的货叉或铲斗。

另外，装载机械(作业机械)并不限定于轮式装载机，在例如液压挖掘机或推土机这样具有作业机的装载机械中也能够应用在上述实施方式中说明的控制装置80及控制方法。

符号说明

1…轮式装载机(装载机械)、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、12E…下端部、13…动臂缸、14…铲斗缸、15…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…第一拍摄装置、22B…第二拍摄装置、30…变速装置、40…行驶操作装置、50…角度传感器、51…动臂角度传感器、52…铲斗角度传感器、80…控制装置、81…测量数据获取部、82…存储部、83…铲斗计算部、86…对象计算部、87…作业机控制部、88…变速控制部、89…行驶控制部、AR…测量范围、BE…箱斗(装载对象)、DS…土山(挖掘对象)、FX…旋转轴、LS…运载车辆、PJ…照射点、RX…旋转轴、RS…地面。

Claims (7)

1.一种装载机械的控制装置，其特征在于，包括：

测量数据获取部，其获取搭载于具有作业机的装载机械的测量装置的测量数据；

对象计算部，其从所述测量数据中去除表示所述作业机的至少一部分的部分数据，并基于去除了所述部分数据的测量数据，计算用于装载由所述作业机的铲斗挖掘出的挖掘物的装载对象的上端部的位置；

铲斗计算部，其计算所述铲斗的位置数据；

重合判定部，其对所述测量数据中的所述装载对象的上端部与所述铲斗是否重合进行判定，所述重合判定部基于所述测量装置、所述装载对象的上端部及所述铲斗的相对位置，来判定是否重合；以及

作业机控制部，在判定为不重合时，其基于测量出的所述装载对象的上端部的位置，控制所述作业机。

2.根据权利要求1所述的装载机械的控制装置，其特征在于：

所述铲斗计算部计算所述铲斗的下端部的位置；

所述对象计算部在基于所述测量装置、所述装载对象的上端部及所述铲斗的下端部所确定的角度为规定角度以上时，计算所述装载对象的上端部的位置。

3.根据权利要求1或2所述的装载机械的控制装置，其特征在于：

所述对象计算部基于所述测量数据及所述铲斗的位置数据，计算从所述装载机械到所述装载对象的距离，

在判定为所述测量数据中的所述装载对象的上端部与所述铲斗不重合时，所述作业机控制部基于所述装载对象的上端部的位置以及所述距离，控制所述作业机；在判定为所述测量数据中的所述装载对象的上端部与所述铲斗重合时，所述作业机控制部基于所述距离，控制所述作业机。

4.根据权利要求1或2所述的装载机械的控制装置，其特征在于：

所述测量装置包括拍摄装置，

所述测量数据包括图像数据，

所述重合判定部通过基于所述图像数据的图像分析来判定是否重合。

5.一种装载机械的控制装置，其特征在于，包括：

测量数据获取部，其获取搭载于具有作业机的装载机械的测量装置的测量数据；

对象计算部，其从所述测量数据中去除表示所述作业机的至少一部分的部分数据，并基于去除了所述部分数据的测量数据，计算用于装载由所述作业机的铲斗挖掘出的挖掘物的装载对象的位置；

铲斗计算部，其计算所述铲斗的位置数据；

重合判定部，其对所述测量数据中所述装载对象与所述铲斗是否重合进行判定，所述重合判定部基于所述测量装置、所述装载对象及所述铲斗的相对位置，来判定是否重合；以及

作业机控制部，在判定为所述装载对象中大于规定比例的区域与铲斗重合时，其不控制所述作业机；在判定为所述装载对象中规定比例以下的区域与铲斗重合时，其基于测量出的所述装载对象的位置，控制所述作业机。

6.一种装载机械的控制装置，其特征在于，包括：

测量数据获取部，其获取搭载于具有作业机的装载机械的测量装置的测量数据；

对象计算部，其从所述测量数据中去除表示所述作业机的至少一部分的部分数据，并基于去除了所述部分数据的测量数据，计算用于装载由所述作业机的铲斗挖掘出的挖掘物的装载对象的上端部的位置；

铲斗计算部，其计算所述铲斗的位置数据；

重合判定部，其对所述测量数据中的所述装载对象的上端部与所述铲斗是否重合进行判定，所述重合判定部基于所述测量装置、所述装载对象的上端部及所述铲斗的相对位置，来判定是否重合；以及

作业机控制部，在判定为不重合时，其基于测量出的所述装载对象的上端部的位置，控制所述作业机，并且

在判定为所述测量数据中的所述装载对象的上端部与所述铲斗不重合时，所述对象计算部存储所述装载对象的上端部的位置，

在判定为所述测量数据中的所述装载对象的上端部与所述铲斗重合时，所述作业机控制部基于已存储的所述装载对象的上端部的位置，控制所述作业机。

7.一种装载机械的控制方法，其特征在于，包括：

获取搭载于具有作业机的装载机械的测量装置的测量数据；

从所述测量数据中去除表示所述作业机的至少一部分的部分数据，并基于去除了所述部分数据的测量数据，计算用于装载由所述作业机的铲斗挖掘出的挖掘物的装载对象的上端部的位置；

计算所述铲斗的位置数据；

对所述测量数据中的所述装载对象的上端部与所述铲斗是否重合进行判定，基于所述测量装置、所述装载对象的上端部及所述铲斗的相对位置，来判定是否重合；以及

在判定为不重合时，基于测量出的所述装载对象的上端部的位置，控制所述作业机。

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