DE112021002347T5

DE112021002347T5 - Kalibriervorrichtung und Kalibrierverfahren

Info

Publication number: DE112021002347T5
Application number: DE112021002347.0T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Konda; Ryuta Okuwaki
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2023-01-26
Also published as: WO2021256528A1; JP2022001836A; US20230250617A1; CN115867766A; KR20230006651A

Abstract

Eine Anstandserfassungseinheit erfasst erste Abstandsdaten, die Abstandsdaten in einem Bereich sind, in dem ein erstes Referenzobjekt, das an einer beliebigen Position außerhalb einer Arbeitsmaschine installiert ist, vorhanden ist, wobei die Abstandsdaten durch einen fahrzeuginternen Abstandssensor gemessen werden. Eine Positionsberechnungseinheit berechnet eine Position des ersten Referenzobjekts in einem vorbestimmten Koordinatensystem auf Grundlage der ersten Abstandsdaten. Eine Beziehungserfassungseinheit erfasst eine Positionsbeziehung zwischen dem ersten Referenzobjekt, und einem zweiten Referenzobjekt, von dem eine Position in dem Koordinatensystem bekannt ist. Eine Kalibriereinheit kalibriert auf Grundlage der ersten Abstandsdaten und der Positionsbeziehung einen Parameter, der zu verwenden ist, um eine Position in dem Koordinatensystem aus den Abstandsdaten des fahrzeuginternen Abstandssensors zu berechnen.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kalibriervorrichtung und ein Kalibrierverfahren, die einen fahrzeuginternen Anstandssensor, der in einer Arbeitsmaschine bereitgestellt ist, kalibrieren.
Es wird Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-106401 , eingereicht am 19. Juni 2020, beansprucht, deren Inhalt hierein durch Bezug aufgenommen ist.
[Hintergrund]
Patentdokument 1 offenbart eine Technik des Kalibrierens eines Abstandssensors in einer Arbeitsmaschine, die ein Arbeitswerkzeug und eine Abbildungsvorrichtung enthält. Insbesondere misst, in einem in Patentdokument 1 offenbarten Kalibriersystem, der Abstandssensor einen Anstand eines Ziels, das in dem Arbeitswerkzeug bereitgestellt ist, eine Positionsbeziehung zwischen dem Abstandssensor und dem Ziel wird von einem Bild erhalten, und der Abstandssensor wird auf Grundlage einer Lage des Arbeitswerkzeugs und der aus Abstandsdaten erhaltenen Positionsbeziehung kalibriert.
[Zitationsliste]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1]
PCT Internationale Veröffentlichung Nr. WO2016/148309
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technische Aufgabe]
Der in der Arbeitsmaschine bereitgestellte Abstandssensor ist nicht immer bereitgestellt, um auf die Vorderseite der Arbeitsmaschine gerichtet zu sein. Zum Beispiel kann der Abstandssensor auf einer Seitenoberfläche der Arbeitsmaschine bereitgestellt sein. In diesem Fall kann das in Patentdokument 1 offenbarte Kalibrierverfahren nicht durchgeführt werden, da das Arbeitswerkzeug nicht in einem Messbereich des Abstandssensors enthalten ist. Zudem sind alle Arbeitsmaschinen mit dem Arbeitswerkzeug nicht immer ausgestattet. Selbst in diesem Fall kann das in Patentdokument 1 offenbarte Kalibrierverfahren nicht durchgeführt werden.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Kalibriervorrichtung und ein Kalibrierverfahren bereitzustellen, die fähig sind, einen Abstandssensor zu kalibrieren, unabhängig davon, ob ein Arbeitswerkzeug in einem Messbereich des Abstandssensors erscheint oder nicht.
[Lösung der Aufgabe]
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Kalibriervorrichtung, die einen fahrzeuginternen Abstandssensor kalibriert, der in einer Arbeitsmaschine bereitgestellt ist: eine Abstandserfassungseinheit, die erste Abstandsdaten erfasst, die Abstandsdaten in einem Bereich sind, in dem ein erstes Referenzobjekt vorhanden ist, das an einer beliebigen Position außerhalb der Arbeitsmaschine installiert ist, wobei die Abstandsdaten durch den fahrzeuginternen Abstandssensor gemessen werden; eine Positionsberechnungseinheit, die eine Position des ersten Referenzobjekts in einem vorbestimmten Koordinatensystem berechnet, auf Grundlage der ersten Abstandsdaten; eine Beziehungserfassungseinheit, die eine Positionsbeziehung zwischen dem ersten Referenzobjekt und einem zweiten Referenzobjekt, von dem eine Position in dem Koordinatensystem bekannt ist, erfasst; und eine Kalibriereinheit, die auf Grundlage der ersten Abstandsdaten und der Positionsbeziehung einen Parameter kalibriert, der zum Messen einer Position in dem Koordinatensystem aus den Abstandsdaten des fahrzeuginternen Abstandssensor zu verwenden ist.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann die Kalibriervorrichtung den Abstandssensor kalibrieren, unabhängig davon, ob das Arbeitswerkzeug in dem Messbereich des Abstandssensors erscheint oder nicht.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Lage einer Arbeitsmaschine zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der Arbeitsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration einer Kabine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Computers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Diagramm, das eine Übersicht eines Kalibrierverfahrens eines Abstandssensors der Arbeitsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm, das das Kalibrierverfahren des Abstandssensors der Arbeitsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, das einen Überblick eines Kalibrierverfahrens eines Abstandssensors einer Arbeitsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das das Kalibrierverfahren des Abstandssensors der Arbeitsmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Diagramm, das einen Überblick eines Kalibrierverfahrens eines Abstandssensors einer Arbeitsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, das das Kalibrierverfahren des Abstandssensors der Arbeitsmaschine gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

[Beschreibung von Ausführungsformen]
<Koordinatensystem>
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Lage einer Arbeitsmaschine 100 zeigt. In der folgenden Beschreibung sind ein dreidimensionales Stätten-Koordinatensystem (Xg, Yg, Zg), ein dreidimensionales Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem (Xm, Ym, Zm), und ein dreidimensionales Sensor-Koordinatensystem (Xs, Ys, Zs) definiert, und die Positionsbeziehung wird auf Grundlage dieser beschrieben werden.
Das Stätten-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine Xg-Achse, die sich nach Norden und Süden erstreckt, eine Yg-Achse, die sich nach Osten und Westen erstreckt, und eine Zg-Achse, die sich in eine vertikale Richtung erstreckt, konfiguriert ist, mit einer Position einer Referenzstation eines globalen Satellitennavigationssystems (GNSS), die sich an einer Baustelle befindet, als ein Bezugspunkt. Beispielhafte Beispiele des GNSS enthalten ein globales Positionierungssystem (GPS). Es ist anzumerken, dass, in einer anderen Ausführungsform, ein globales Koordinatensystem, das durch Breite und Länge dargestellt wird, anstelle des Stätten-Koordinatensystems verwendet werden kann.
Das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das, wenn von einer Sitzposition eines Betreibers in einer später beschriebenen Kabine 170 gesehen, durch eine Xm-Achse, die sich nach hinten und nach vorne erstreckt, eine Ym-Achse, die sich nach links und rechts erstreckt, und eine Zm-Achse, die sich nach oben und nach unten erstreckt, konfiguriert ist, mit einem repräsentativen Punkt O, der für einen Schwenkkörper 130 der Arbeitsmaschine 100 definiert ist, als ein Bezug. Mit dem repräsentativen Punkt O des Schwenkkörpers 130 als ein Bezug werden eine Vorderseite als eine +Xm-Richtung bezeichnet, eine Rückseite als eine -Xm-Richtung bezeichnet, eine linke Seite als eine +Ym-Richtung bezeichnet, eine rechte Seite als eine -Ym-Richtung bezeichnet, eine Aufwärtsrichtung als eine +Zm-Richtung bezeichnet, und eine Abwärtsrichtung als eine -Zm-Richtung bezeichnet.
Das Stätten-Koordinatensystem und das Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem können ineinander umgewandelt werden, indem eine Position und eine Neigung der Arbeitsmaschine 100 in dem Stätten-Koordinatensystem spezifiziert werden.
Das Sensor-Koordinatensystem ist ein Koordinatensystem, das durch eine Xs-Achse, die sich in eine Messrichtung eines Abstandssensors erstreckt, eine Ys-Achse, die sich nach links und rechts erstreckt, und eine Zs-Achse, die sich nach oben und unten erstreckt, konfiguriert ist, mit einer Position des in der Arbeitsmaschine 100 bereitgestellten Abstandssensors als ein Bezug.
Da der Abstandssensor an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, können das Sensorfahrzeugkarosserie-Koordinatensystem und das Sensorkoordinatensystem ineinander umgewandelt werden, in einem Fall, in dem eine Installationsposition des Abstandssensors in der Fahrzeugkarosserie bekannt ist.
<Erste Ausführungsform>
<<Konfiguration der Arbeitsmaschine 100>>
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration der Arbeitsmaschine 100 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
Die Arbeitsmaschine 100 wird an einer Baustelle betrieben und bearbeitet ein Aushebeobjekt wie Erde. Die Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist ein hydraulischer Bagger.
Die Arbeitsmaschine 100 enthält einen Unterwagen 110, den Schwenkkörper 130, ein Arbeitswerkzeug 150, und die Kabine 170.
Der Unterwagen 110 trägt die Arbeitsmaschine 100, um fahren zu können. Der Unterwagen 110 ist, zum Beispiel, ein Paar von linken und rechten Gleisketten. Der Schwenkkörper 130 wird durch den Unterwagen 110 getragen, um fähig zu sein, um ein Schwenkzentrum zu schwenken. Das Arbeitswerkzeug 150 wird durch hydraulischen Druck angetrieben. Das Arbeitswerkzeug 150 wird durch einen Vorderabschnitt des Schwenkkörpers 130 getragen, um fähig zu sein, in einer Hoch-Runter-Richtung angetrieben zu werden. Die Kabine 170 ist ein Raum, in den der Betreiber einsteigt und eine Bedienung der Arbeitsmaschine 100 durchführt. Die Kabine 170 ist in dem Vorderabschnitt des Schwenkkörpers 130 bereitgestellt.
<<Konfiguration des Schwenkkörpers 130>>
Wie in 2 gezeigt, enthält der Schwenkkörper 130 einen Positions/Azimuthrichtungs-Detektor 131, einen Neigungsdetektor 132, und einen Abstandssensor 133.
Der Positions/Azimuthrichtungs-Detektor 131 berechnet eine Position des Schwenkkörpers 130 in dem Stätten-Koordinatensystem und eine Azimuthrichtung, in die der Schwenkkörper 130 gerichtet ist. Der Positions/Azimuthrichtungs-Detektor 131 enthält zwei Antennen, die Positionierungssignale von künstlichen Satelliten empfangen, die das GNSS bilden. Die zwei Antennen sind an unterschiedlichen Positionen des Schwenkkörpers 130 installiert. Zum Beispiel sind die zwei Antennen in einem Gegengewichtsabschnitt des Schwenkkörpers 130 bereitgestellt. Der Positions/Azimuthrichtungs-Detektor 131 erkennt eine Position des repräsentativen Punkts O des Schwenkkörpers 130 in dem Stätten-Koordinatensystem, auf Grundlage des durch mindestens eine der zwei Antennen empfangenen Positionierungssignals. Der Positions/Azimuthrichtungs-Detektor 131 erkennt die Azimuthrichtung des Schwenkkörpers 130 in dem Stätten-Koordinatensystem, indem das von den zwei Antennen empfangene Positionierungssignal verwendet wird.
Der Neigungsdetektor 132 misst die Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit des Schwenkkörpers 130, und erkennt die Neigung des Schwenkkörpers 130 (zum Beispiel ein Rollen, das Drehung in Bezug auf die Xm-Achse darstellt, und ein Nicken, das Drehen in Bezug auf die Ym-Achse darstellt) auf Grundlage der Messergebnisse. Der Neigungsdetektor 132 ist zum Beispiel unter der Kabine 170 installiert. Beispielhafte Beispiele des Neigungsdetektors 132 einhalten eine inertiale Messeinheit (IMU).
Der Abstandssensor 133 ist in dem Schwenkkörper 130 bereitgestellt und erkennt den Abstand zu einem Zielobjekt in einem Messbereich. Die Abstandssensoren 133 sind auf beiden Seitenoberflächen des Schwenkkörpers 130 bereitgestellt, und erkennen den Abstand der Umgebung, einschließlich eines Bearbeitungsziels, in dem Messbereich um die Achse (Xs-Achse), die sich in eine Breitenrichtung des Schwenkkörpers 130 erstreckt. Als ein Ergebnis, wenn die Arbeitsmaschine 100 die Erde durch das Arbeitswerkzeug 150 aushebt, kann der Abstandssensor 133 den Abstand eines Transportfahrzeugs (nicht gezeigt) erkennen, das an der Seite der Arbeitsmaschine 100 angehalten ist und das ein Ziel darstellt, auf das die Erde geladen wird. Zudem kann, wenn die Arbeitsmaschine 100 die Erde auf das Transportfahrzeug lädt, der Abstandssensor 133 den Abstand des Bearbeitungsziels erkennen.
Der Abstandssensor 133 ist an einer Position bereitgestellt, an der das Arbeitswerkzeug 150 nicht den Messbereich dessen stört. Das heißt, der Abstandssensor 133 misst den Abstand in einem Bereich, in dem das Arbeitswerkzeug 150 nicht erscheint. Beispielhafte Beispiele des Abstandssensors 133 enthalten eine LiDAR-Vorrichtung, eine Radarvorrichtung, und eine Stereokamera. Der Abstandssensor 133 kann an einer anderen Position als der Seitenoberfläche des Schwenkkörpers 130 bereitgestellt sein, sofern die Arbeitsausrüstung 150 den Messbereich nicht stört. Zum Beispiel kann der Abstandssensor 133 an einer Position an einem oberen Abschnitt des Schwenkkörpers 130 und an einer Position, an der der Abstand auf der Seite der Fahrzeugkarosserie erkannt werden kann, bereitgestellt sein. Zudem kann der Abstandssensor 133 nur auf einer Seitenoberfläche des Schwenkkörpers 130 bereitgestellt sein.
Der Abstandssensor 133 ist abnehmbar an dem Schwenkkörper 130 bereitgestellt. Der Abstandssensor 133 ist ein Beispiel eines fahrzeuginternen Abstandssensors.
<<Konfiguration des Arbeitswerkzeugs 150>>
Wie in 2 gezeigt, enthält das Arbeitswerkzeug 150 einen Ausleger 151, einen Arm 152, und einen Löffel 155.
Ein Basisendabschnitt des Auslegers 151 ist an dem Schwenkkörper 130 durch einen Auslegerbolzen P1 angebracht. Der Arm 152 verbindet den Ausleger 151 und den Löffel 155. Ein Basisendabschnitt des Arms 152 ist an einen fernen Endabschnitt des Auslegers 151 durch einen Armbolzen P2 angebracht.
Der Löffel 155 enthält Zähne zum Ausheben der Erde und einen Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen der ausgehobenen Erde. Ein Basisendabschnitt des Löffels 155 ist an einen fernen Endabschnitt des Arms 152 durch einen Löffelbolzen P5 angebracht.
Das Arbeitswerkzeug 150 enthält eine Mehrzahl an hydraulischen Zylindern, bei denen es sich um Aktoren handelt, um Leistung zu erzeugen. Insbesondere enthält das Arbeitswerkzeug 150 einen Auslegerzylinder 156, einen Armzylinder 157, und einen Löffelzylinder 158.
Der Auslegerzylinder 156 ist ein hydraulischer Zylinder zum Antreiben des Auslegers 151. Ein Basisendabschnitt des Auslegerzylinders 156 ist an dem Schwenkkörper 130 angebracht. Ein ferner Endabschnitt des Auslegerzylinders 156 ist an dem Ausleger 151 angebracht. Der Auslegerzylinder 156 ist mit einem Auslegerzylinder-Hubsensor 1561 ausgestattet, der einen Hubbetrag des Auslegerzylinders 156 erkennt.
Der Armzylinder 157 ist ein hydraulischer Zylinder zum Antreiben des Arms 152. Ein Basisendabschnitt des Armzylinders 157 ist an dem Ausleger 151 angebracht. Ein ferner Endabschnitt des Armzylinders 157 ist an dem Arm 152 angebracht. Der Armzylinder 157 ist mit einem Armzylinder-Hubsensor 1571 ausgestattet, der einen Hubbetrag des Armzylinders 157 erkennt. Der Löffelzylinder 158 ist ein hydraulischer Zylinder zum Antreiben des Löffels 155. Ein Basisendabschnitt des Löffelzylinders 158 ist an dem Arm 152 angebracht. Ein ferner Endabschnitt des Löffelzylinders 158 ist an dem Löffel 155 angebracht. Der Löffelzylinder 158 ist mit einem Löffelzylinder-Hubsensor 1581 ausgestattet, der einen Hubbetrag des Löffelzylinders 158 erkennt.
<<Konfiguration der Kabine 170>>
3 ist ein Diagramm, das eine interne Konfiguration der Kabine gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Wie in 3 gezeigt sind ein Fahrersitz 171, eine Bedienvorrichtung 172, und eine Steuervorrichtung 173 in der Kabine 170 bereitgestellt.
Die Bedienvorrichtung 172 ist eine Schnittstelle zum Antreiben des Unterwagens 110, des Schwenkkörpers 130, und des Arbeitswerkzeugs 150 durch eine manuelle Bedienung des Betreibers. Die Bedienvorrichtung 172 enthält einen linken Bedienhebel 1721, einen rechten Bedienhebel 1722, ein linkes Fußpedal 1723, ein rechtes Fußpedal 1724, einen linken Fahrhebel 1725, und einen rechten Fahrhebel 1726.
Der linke Fahrhebel 1721 ist an einer linken Seite des Fahrersitzes 171 bereitgestellt. Der rechte Fahrhebel 1722 ist an einer rechten Seite des Fahrersitzes 171 bereitgestellt.
Der linke Bedienhebel 1721 ist ein Bedienmechanismus zum Durchführen eines Schwenkbetriebs des Schwenkkörpers 130, und eines Ziehbetriebs und eines Drückbetriebs des Arms 152. Insbesondere, wenn der Betreiber den linken Bedienhebel 1721 nach vorne neigt, wird der Armzylinder 157 angetrieben und der Drückbetrieb des Arms 152 wird durchgeführt. Zudem, wenn der Betreiber den linken Bedienhebel 1721 nach hinten neigt, wird der Armzylinder 157 angetrieben und der Ziehbetrieb des Arms 152 wird durchgeführt. Zudem, wenn der Betreiber den linken Bedienhebel 1721 in eine rechte Richtung neigt, schwenkt der Schwenkkörper 130 nach rechts. Zudem, wenn der Betreiber den linken Bedienhebel 1721 in eine linke Richtung neigt, schwenkt der Schwenkkörper 130 nach links.
Der rechte Bedienhebel 1722 ist ein Bedienmechanismus zum Durchführen eines Aushebebetriebs und eines Abkippbetriebs des Löffels 155, und eines Anhebebetriebs und eines Absenkbetriebs des Auslegers 151. Insbesondere, wenn der Betreiber den rechten Bedienhebel 1722 nach vorne neigt, wird der Auslegerzylinder 156 angetrieben und der Absenkbetrieb des Auslegers 151 wird durchgeführt. Zudem, wenn der Betreiber den rechten Bedienhebel 1722 nach hinten neigt, wird der Auslegerzylinder 156 angetrieben und der Anhebebetrieb des Auslegers 151 wird durchgeführt. Zudem, wenn der Betreiber den rechten Bedienhebel 1722 in die rechte Richtung neigt, wird der Löffelzylinder 158 angetrieben und der Abkippbetrieb des Löffels 155 wird durchgeführt. Zudem, wenn der Betreiber den rechten Bedienhebel 1722 in die linke Richtung neigt, wird der Löffelzylinder 158 angetrieben und der Aushebebetrieb des Löffels 155 wird durchgeführt. Es ist anzumerken, dass eine Beziehung zwischen Bedienrichtungen des linken Bedienhebels 1721 und des rechten Bedienhebels 1722, der Betriebsrichtung des Arbeitswerkzeugs 150, und der Schwenkrichtung des Schwenkkörpers 130 nicht die oben beschriebene Beziehung sein muss.
Das linke Fußpedal 1723 ist an einer linken Seite einer Bodenoberfläche vor dem Fahrersitz 171 bereitgestellt. Das rechte Fußpedal 1724 ist an einer rechten Seite der Bodenoberfläche vor dem Fahrersitz 171 bereitgestellt. Der linke Fahrhebel 1725 wird drehbar durch das linke Fußpedal 1723 getragen, und ist so eingerichtet, dass die Neigung des linken Fahrhebels 1725 und das Herabdrücken des linken Fußpedals 1723 miteinander gekoppelt sind. Der rechte Fahrhebel 1726 wird drehbar durch das rechte Fußpedal 1724 getragen, und ist so eingerichtet, dass die Neigung des rechten Fahrhebels 1726 und das Herabdrücken des rechten Fußpedals 1724 miteinander gekoppelt sind.
Das linke Fußpedal 1723 und der linke Fahrhebel 1725 entsprechen dem drehenden Antrieb einer linken Raupenkette des Unterwagens 110. Insbesondere, in einem Fall, in dem ein Antriebsrad des Unterwagens 110 rückwärts ist, wenn der Betreiber das linke Fußpedal 1723 oder den linken Fahrhebel 1725 nach vorne neigt, wird die linke Raupenkette in eine Vorwärtsrichtung gedreht. Zudem, wenn der Betreiber das linke Fußpedal 1723 oder den linken Fahrhebel 1725 nach hinten neigt, wird die linke Raupenkette in eine Rückwärtsrichtung gedreht.
Das rechte Fußpedal 1724 und der rechte Fahrhebel 1726 entsprechen dem drehenden Antrieb einer rechten Raupenkette des Unterwagens 110. Insbesondere, in einem Fall, in dem ein Antriebsrad des Unterwagens 110 rückwärts ist, wenn der Betreiber das rechte Fußpedal 1724 oder den rechten Fahrhebel 1726 nach vorne neigt, wird die rechte Raupenkette in eine Vorwärtsrichtung gedreht. Zudem, wenn der Betreiber das rechte Fußpedal 1724 oder den rechten Fahrhebel 1726 nach hinten neigt, wird die rechte Raupenkette in eine Rückwärtsrichtung gedreht.
Die Steuervorrichtung 173 steuert den Unterwagen 110, den Schwenkkörper 130, und das Arbeitswerkzeug 150 auf Grundlage der Bedienung des Betreibers. Die Steuervorrichtung 173 enthält eine Anzeige 1731, die eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung ist, und die Informationen in Bezug auf eine Mehrzahl an Funktionen der Arbeitsmaschine 100 anzeigt. Die Steuervorrichtung 173 ist ein Beispiel einer Kalibriervorrichtung. Eingabemittel der Steuervorrichtung 173 gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Hardkey. Es ist anzumerken, dass, in einer anderen Ausführunsform, ein Touchpanel, eine Maus, eine Tastatur, oder dergleichen als das Eingabemittel verwendet werden kann. Zudem ist die Steuervorrichtung 173 gemäß der ersten Ausführungsform integral mit der Anzeige 1731 bereitgestellt, allerdings kann die Anzeige 1731 getrennt von der Steuervorrichtung 173 in einer anderen Ausführungsform bereitgestellt sein.
<<Konfiguration der Steuervorrichtung 173>>
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Computers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die Steuervorrichtung 173 ist ein Computer, der einen Prozessor 210, einen Hauptspeicher 230, einen Speicher 250, und eine Schnittstelle 270 enthält.
Die Anzeige 1731 ist mit dem Prozessor 210 über die Schnittstelle 270 verbunden. Der Speicher 250 ist ein nichtflüchtiges materielles Speichermedium. Beispielhafte Beispiele des Speichers 250 enthalten eine magnetische Scheibe, eine magneto-optische Scheibe, eine optische Scheibe, und einen Halbleiterspeicher. Der Speicher 250 kann ein internen Medium sein, das direkt mit einem Bus der Steuervorrichtung 173 verbunden ist, oder kann ein externes Medium sein, das mit der Steuervorrichtung 173 über die Schnittstelle 270 oder eine Kommunikationsleitung verbunden ist. Der Speicher 250 speichert ein Kalibrierprogramm zum Kalibrieren des Abstandssensors 133.
Das Kalibrierprogramm kann ein Programm zum Realisieren einiger der Funktionen sein, die durch die Steuervorrichtung 173 ausgeübt werden. Zum Beispiel kann das Kalibrierprogramm ein Programm zum Ausüben der Funktionen in Kombination mit einem anderen bereits in dem Speicher 250 gespeicherten Programm, oder in Kombination mit einem auf einer anderen Vorrichtung implementierten Programm sein. Es ist anzumerken, dass, in einer anderen Ausführungsform, die Steuervorrichtung 173 eine benutzerdefinierte großskalige integrierte Schaltung (Englisch: large-scale integrated circuit; LSI), wie eine programmierbare Logikvorrichtung (Englisch: programmable logic device; PLD), zusätzlich zu der oben beschriebenen Konfiguration oder anstelle der oben beschriebenen Konfiguration enthalten kann. Beispielhafte Beispiele der PLD enthalten eine programmierbare Array-Logik (Englisch: programmable array logic; PAL), eine generische Array-Logik (Englisch: generic array logic; GAL), eine komplexe programmierbare Logikvorrichtung (Englisch: complex programmable logic device; CPLD), und ein feldprogrammierbares Gate-Array (Englisch: field-programmable gate array; FPGA). In diesem Fall kann ein Teil oder sämtliche der Funktionen, die durch den Prozessor 210 realisiert werden, durch die obige integrierte Schaltung realisiert werden.
Der Prozessor 210 führt das Kalibrierprogramm aus, um als eine Anzeigesteuereinheit 211, eine Erfassungseinheit 212, eine Positionsberechnungseinheit 213, eine Lagespezifikationseinheit 214, eine Kalibriereinheit 215, eine Koordinatentransformationseinheit 216 und eine Parameterspeichereinheit 217 zu wirken.
Die Anzeigesteuereinheit 211 erzeugt Bildschirmdaten, die auf der Anzeige 1731 anzuzeigen sind, und gibt die Bildschirmdaten an die Anzeige 1731 aus.
Die Erfassungseinheit 212 erfasst Messdaten von verschiedenen Sensoren. Insbesondere erfasst die Erfassungseinheit 212 die Messdaten des Positions/Azimuthrichtungs-Detektors 131, des Neigungsdetektors 132, des Abstandssensors 133, des Auslegerzylinder-Hubsensors 1561, des Armzylinder-Hubsensors 1571, und des Löffelzylinder-Hubsensors 1581.
Die Positionsberechnungseinheit 213 berechnet eine Position einer Markierung M, die zu verwenden ist, um den Abstandssensor 133 zu kalibrieren, in dem Sensor-Koordinatensystem auf Grundlage der Messdaten (im Folgenden als Abstandsdaten bezeichnet) des Abstandssensors 133, die durch die Erfassungseinheit 212 erfasst werden. Ein reflektierendes Material, das einen vorbestimmten Reflexionsgrad aufweist, kann als die Markierung M verwendet werden. Als ein Ergebnis kann die Positionsberechnungseinheit 213 die Position der Markierung M spezifizieren, indem in den Messdaten des Abstandssensors 133 nach einem Abschnitt gesucht wird, der den vorbestimmten Reflexionsgrad aufweist.
Die Lagespezifikationseinheit 214 spezifiziert die Position der Zähne des Löffels 155 in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem auf Grundlage der Messdaten des Auslegerzylinder-Hubsensors 1561, des Armzylinder-Hubsensors 1571, und des Löffelzylinder-Hubsensors 1581, die durch die Erfassungseinheit 212 erfasst werden. Im Folgenden wird ein Spezifikationsverfahren der Position der Zähne des Löffels 155 durch die Lagespezifikationseinheit 214 mit Bezug auf 1 beschrieben werden. Zuerst berechnet die Lagespezifikationseinheit 214 einen Neigungswinkel α des Auslegers 151 aus dem Messdaten des Auslegerzylinder-Hubsensors 1561. Die Lagespezifikationseinheit 214 spezifiziert eine Position des Armbolzens P2 in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem auf Grundlage des berechneten Neigungswinkels α, einer bekannten Position des Auslegerbolzens P1 in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, und einer bekannten Länge L1 des Auslegers 151. Die Lagespezifikationseinheit 214 berechnet einen Neigungswinkel β des Arms 152 aus den Messdaten des Armzylinder-Hubsensors 1571. Die Lagespezifikationseinheit 214 spezifiziert eine Position des Löffelbolzens P5 in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem auf Grundalge des berechneten Neigungswinkels β, der Position des Armbolzens P2 in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, und einer bekannten Länge L2 des Arms 152. Die Lagespezifikationseinheit 214 berechnet einen Neigungswinkel γ des Löffels 155 aus den Messdaten des Löffelzylinder-Hubsensors 1581. Die Lagespezifikationseinheit 214 spezifiziert die Position der Zähne des Löffels 155 in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem auf Grundlage des berechneten Neigungswinkels γ, der Position in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem P5, und einer bekannten Länge L3 des Löffels 155.
Die Kalibriereinheit 215 berechnet einen Parameter, der zu verwenden ist, um gemeinsam eine Position in dem Sensor-Koordinatensystem und eine Position in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem umzuwandeln, auf Grundlage der Position der Markierung M und der Position der Zähne des Löffels 155. Die Kalibriereinheit 215 speichert den berechneten Parameter in der Parameterspeichereinheit 217. Beispielhafte Beispiele des Parameters enthalten eine Position und eine Neigung (externe Parameter) des Abstandssensors 133 in der Arbeitsmaschine 100.
Die Koordinatentransformationseinheit 216 wandelt die Position in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem und die Position in dem Stätten-Koordinatensystem gemeinsam um, auf Grundlage der Messdaten des Positions/Azimuthrichtungs-Detektors 131 und des Neigungsdetektors 132, die durch die Erfassungseinheit 212 erfasst werden. Zudem wandelt die Koordinatentransformationseinheit 216 die Position in dem Sensor-Koordinatensystem und die Position in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem gemeinsam um, auf Grundlage des in der Parameterspeichereinheit 217 gespeicherten Parameters.
<<Kalibrierverfahren des Abstandssensors>>
5 ist ein Diagramm, das eine Übersicht eines Kalibrierverfahrens des Abstandssensors 133 der Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
In der ersten Ausführungsform sind eine Mehrzahl an Markierungen M in einem Messbereich R des Abstandssensors 133, der an der Arbeitsmaschine 100 angebracht ist, installiert, und die Positionen der Markierungen M werden gemessen, und dann bedient der Betreiber die Arbeitsmaschine 100, um die Zähne des Löffels 155 mit den Markierungen M in Kontakt zu bringen. Als ein Ergebnis kann die Steuervorrichtung 173 der Arbeitsmaschine 100 den Parameter des Abstandsensors 133 so kalibrieren, dass die Position der Markierung M, die von dem Abstandssensor 133 gemessen wird, und die Position der Markierung M, die aus der Position der Zähne des Löffels 155 berechnet wird, einander entsprechen. Es ist anzumerken, dass, in einer anderen Ausführungsform, die Steuervorrichtung 173 den Parameter des Abstandssensors 133 kalibrieren kann, indem nur eine Markierung M anstatt der Mehrzahl an Markierungen M verwendet wird. Jedoch ist es vorzuziehen, die Mehrzahl an Markierungen M zur Parameterkalibrierung zu verwenden. Indem die Positionen der Mehrzahl an Markierungen M verwendet werden, kann der Parameter mit hoher Genauigkeit kalibriert werden, selbst in einem Fall, in dem die Fahrzeugkarosserie geneigt ist.
6 ist ein Flussdiagramm, das das Kalibrierverfahren des Abstandssensors 133 der Arbeitsmaschine 100 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Wenn der Betreiber die Steuervorrichtung 173 bedient, um eine Kalibrierfunktion des Abstandssensors 133 zu aktivieren, beginnt die Steuervorrichtung 173 einen in 6 gezeigten Kalibrierprozess.
Zuerst gibt die Anzeigesteuereinheit 211 einen Installationsanweisungsbildschirm an die Anzeige 1731 aus, der die Installation der Mehrzahl an Markierungen M in dem Messbereich R des Abstandssensors 133 anfordert (Schritt S1). Zum Beispiel enthält der Installationsanweisungsbildschirm eine Anleitungsnachricht wie „Bitte vier Markierungen in dem Messbereich des Abstandssensors installieren“. Zudem kann der Installationsanweisungsbildschirm dreidimensionale Daten anzeigen, die eine Form des Messbereichs R anzeigen, die auf Grundlage der Messdaten des Abstandssensors 133 erzeugt wird. Als ein Ergebnis kann der Betreiber visuell den Installationsanweisungsbildschirm erkennen und bestimmen, ob die Markierung M in dem Messbereich R installiert ist oder nicht.
Wenn der Betreiber die Installation der Markierung M abschließt, bedient der Betreiber die Steuervorrichtung 173 und fährt mit dem Prozess fort. Dann erfasst die Erfassungseinheit 212 die Messdaten von verschiedenen Sensoren (Schritt S2). Die Positionsberechnungseinheit 213 spezifiziert die Position der Markierung M in dem Sensor-Koordinatensystem auf Grundlage der in Schritt S2 erfassten Messdaten (Schritt S3).
Dann gibt die Anzeigesteuereinheit 211 an die Anzeige 1731 einen Bedienungsanweisungsbildschirm aus, der zu der Bedienung der Arbeitsmaschine 100 auffordert, um die Zähne des Löffels 155 in Kontakt mit einem der Mehrzahl an Markierungen M zu bringen (Schritt S4). Zum Beispiel enthält der Bedienungsanweisungsbildschirm eine Anleitungsnachricht wie „Bitte die Zähne in Kontakt mit der Markierung bringen“. Zudem kann der Bedienungsanweisungsbildschirm die dreidimensionalen Daten enthalten, die die Form des Messbereichs R anzeigen, die auf Grundlage der in Schritt S2 erfassten Messdaten erzeugt wird.
Der Betreiber bedient die Bedienvorrichtung 172, veranlasst den Schwenkkörper 130 zum Schwenken, treibt das Arbeitswerkzeug 150 an, und bringt die Zähne des Löffels 155 in Kontakt mit einer der Mehrzahl an Markierungen M. Wenn der Betreiber die Zähne in Kontakt mit einer der Mehrzahl an Markierungen M bringt, bedient der Betreiber die Steuervorrichtung 173 und gibt die Bewegungsbeendigung des Löffels 155 in die Steuervorrichtung 173 ein (Schritt S5). Zum Beispiel, indem ein Abschnitt berührt wird, in dem die Markierung M, mit der die Zähne des Löffels 155 in Kontakt gebracht sind, unter der Mehrzahl an Markierungen M, die in den dreidimensionalen Daten enthalten sind, die in dem Bedienungsanweisungsbildschirm gezeigt werden, erscheint, kann der Betreiber die Markierung M, mit der der Löffel 155 in Kontakt gebracht wird, unter der Mehrzahl an Markierungen M, in die Steuervorrichtung 173 eingeben, während die Bewegungsbeendigung des Löffels 155 eingegeben wird.
Dann erfasst die Erfassungseinheit 212 die Messdaten von verschiedenen Sensoren (Schritt S6). Die Lagespezifikationseinheit 214 spezifiziert die Position der Zähne des Löffels 155 in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem auf Grundlage der Messdaten des Auslegerzylinder-Hubsensors 1561, des Armzylinder-Hubsensors 1571, und des Löffelzylinder-Hubsensors 1581, die in Schritt S6 erfasst werden (Schritt S7). Die Position der Zähne des Löffels 155 zu dieser Zeit entsprechen im Wesentlichen der Position der Markierung M. Das heißt, die Lagespezifikationseinheit 214 ist ein Beispiel einer Beziehungserfassungseinheit, die eine Positionsbeziehung zwischen der Markierung M und den Zähnen des Löffels 155 erfasst.
Die Koordinatentransformationseinheit 216 wandelt die in Schritt S7 berechnete Position der Zähne des Löffels 155 in die Position dieser in dem Stätten-Koordinatensystem zu der Zeit von Schritt S2 um, auf Grundlage der in Schritt S6 erfassten Messdaten des Positions/Azimuthrichtungs-Detektors 131 und des Neigungsdetektors 132 (Schritt S8). Das heißt, die Koordinatentransformationseinheit 216 berechnet Änderungsbeträge der Position, des Schwenkwinkels, und der Neigung, indem ein Unterschied zwischen den in Schritt S2 erfassten Messdaten des Positions/Azimuthrichtungs-Detektors 131 und des Neigungsdetektors 132, und den in Schritt S7 erhaltenen Messdaten des Positions/Azimuthrichtungs-Detektors 131 und des Neigungsdetektors 132 erhalten wird. Dann kann die Koordinatentransformationseinheit 216 die Position in dem Stätten-Koordinatensystem zu der Zeit von Schritt S2 erhalten, indem die in Schritt S7 berechnete Position angepasst wird, auf Grundlage der berechneten Änderungsbeträge der Position, des Schwenkwinkels, und der Neigung.
Sie Kalibriereinheit 215 bestimmt, ob die Zähne des Löffels 155 in Kontakt mit allen der Mehrzahl an Markierungen M gebracht wurde oder nicht (Schritt S9). Zum Beispiel bestimmt die Kalibriereinheit 215, ob die Eingabe der Bewegungsbeendigung in Schritt S5 durch die in Schritt S1 designierte Anzahl der Markierungen M durchgeführt wurde oder nicht. In einem Fall, in dem die Markierung M vorhanden ist, mit der die Zähne des Löffel 155 nicht in Kontakt gebracht wurde (Schritt S9: NEIN), kehrt de Steuervorrichtung 173 den Prozess zu Schritt S4 zurück und gibt den Bedienungsanweisungsbildschirm an die Anzeige 1731 aus.
Andererseits, in einem Fall, in dem die Zähne des Löffel 155 in Kontakt mit allen der Mehrzahl an Markierungen M in Kontakt gebracht wurde (Schritt S9: JA), berechnet die Berechnungseinheit 215 den Parameter des Abstandssensors 133 auf Grundlage der in Schritt S3 berechneten Position der Markierung M in dem Sensor-Koordinatensystem, und der in Schritt S8 erfassten Position der Zähne des Löffels 155, entsprechend jeder in Schritt S8 erfassten Markierung M (Schritt S10). Das heißt, die in Schritt S8 erfasste Position der Zähne des Löffels 155 zeigt die Position der Markierung M in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem zu der Zeit von Schritt S2 an. Daher kann die Kalibriereinheit 215 die Position und die Neigung des Abstandssensors 133 der Arbeitsmaschine 100 spezifizieren, indem eine Matrix erhalten und so angewendet wird, dass alle der Mehrzahl an Positionen der Zähne des Löffels 155, die in Schritt S8 erhalten werden, die Positionen der Mehrzahl an Markierungen M, die in Schritt S3 berechnet werden, in einer Koordinatentransformation überlappen.
Die Kalibriereinheit 215 speichert den in Schritt S10 berechneten Parameter in der Parameterspeichereinheit 217 (Schritt S11).
<<Aktion und Wirkung>>
Wie oben beschrieben kalibriert die Steuervorrichtung 173 gemäß der ersten Ausführungsform den Parameter des Abstandssensors wie folgt.
Dier Erfassungseinheit 212 erfasst Abstandsdaten in einem Bereich, in dem die Markierung M, die an einer beliebigen Position außerhalb der Arbeitsmaschine 100 installiert ist, vorhanden ist, wobei die Abstandsdaten durch den Abstandssensor 133 gemessen werden. Die Positionsberechnungseinheit 213 berechnet die Position der Markierung M auf Grundlage der Abstandsdaten. Die Lagespezifikationseinheit 214 erfasst die Position der Zähne, wenn die Zähne des Löffels 155 in Kontakt mit der Markierung M gebracht werden, als die Positionsbeziehung zwischen der Markierung M und den Zähnen des Löffels 155, deren Position in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem und dem Stätten-Koordinatensystem bekannt ist. Die Kalibriereinheit 215 kalibriert den Parameter zum Spezifizieren der Position und der Neigung des Abstandssensors 155 in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, auf Grundlage der Position der Zähne, wenn die Zähne des Löffels 155 in Kontakt mit der Markierung M gebracht werden, und der Position der Markierung M, die durch den Abstandssensor 133 gemessen wird.
Als ein Ergebnis kann die Steuervorrichtung 173 gemäß der ersten Ausführungsform den Abstandssensor 133 kalibrieren, der den Abstand in einem Bereich misst, in dem das Arbeitswerkzeug 150 nicht erscheint.
<Zweite Ausführungsform>
Die Steuervorrichtung 173 gemäß der ersten Ausführungsform benötigt zum Kalibrieren des Abstandssensors 133, dass die Arbeitsmaschine 100 gedreht und das Arbeitswerkzeug 150 angetrieben wird. Andererseits kalibriert die Steuervorrichtung 173 gemäß einer zweiten Ausführungsform den Abstandssensor 133 ohne die Arbeitsmaschine 100 zu betreiben.
7 ist ein Diagramm, das einen Überblick eines Kalibrierverfahrens des Abstandssensors 133 der Arbeitsmaschine 100 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
In der zweiten Ausführungsform werden die Positionen der Mehrzahl an Markierungen M und der Zähne des Löffels 155 gemessen, indem der Abstandssensor 133 getrennt von der Arbeitsmaschine 100 verwendet wird, und dann der Abstandssensor 133 in der Arbeitsmaschine 100 installiert wird, um die Position jeder Markierung M erneut zu messen. Als ein Ergebnis kann die Steuervorrichtung 173 der Arbeitsmaschine 100 den Parameter des Abstandssensors 133 so festlegen, dass eine Positionsbeziehung zwischen der Markierung M und den Zähnen des Löffels 155, die durch den getrennten Abstandssensor 133 gemessen werden, einer Beziehung zwischen der Position der Markierung M, die von dem angebrachten Abstandssensor 133 gemessen wird, und der Position der Zähne des Löffels 155, die durch den Zylinderhubsensor gemessen wird, entspricht.
<<Kalibrierverfahren des Abstandssensors>>
8 ist ein Flussdiagramm, das das Kalibrierverfahren des Abstandssensors 133 der Arbeitsmaschine 100 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
Wenn der Betreiber die Steuervorrichtung 173 bedient, um die Kalibrierfunktion des Abstandssensors 133 zu aktivieren, beginnt die Steuervorrichtung 173 einen in 8 gezeigten Kalibrierprozess.
Zuerst gibt die Anzeigesteuereinheit 211 den Installationsanweisungsbildschirm an die Anzeige 1731 aus, der zur Installation der Mehrzahl an Markierungen M in dem Messbereich R des Abstandssensors 133 auffordert (Schritt S31). Zum Beispiel enthält der Installationsanweisungsbildschirm die Anleitungsnachricht wie „Bitte vier Markierungen in dem Messbereich des Abstandssensors installieren“. Zudem kann der Installationsanweisungsbildschirm die dreidimensionalen Daten enthalten, die die Form des Messbereichs R anzeigen, die auf Grundlage der Messdaten des Abstandssensors 133 erzeugt wird. Als ein Ergebnis kann der Betreiber visuell den Installationsanweisungsbildschirm erkennen und bestimmen, ob die Markierungen M in dem Messbereich R installiert sind oder nicht.
Wenn der Betreiber die Installation der Markierungen M abschließt, bedient der Betreiber die Steuervorrichtung 173 und führt den Prozess fort.
Dann erfasst die Erfassungseinheit 212 die Messdaten von verschiedenen Sensoren (Schritt S32). Die Lagespezifikationseinheit 214 spezifiziert die Position der Zähne und des Löffels 155 in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem auf Grundlage der Messdaten des Auslegerzylinder-Hubsensors 1561, des Armzylinder-Hubsensors 1571, und des Löffelzylinder-Hubsensors 1581, die in Schritt S32 erfasst werden (Schritt S33).
Dann gibt die Anzeigesteuereinheit 211 einen Messanweisungsbildschirm an die Anzeige 1731 aus, der zum Entfernen des Abstandssensors 133 von der Arbeitsmaschine 100 und das Messen des Bereichs, der die Mehrzahl an Markierungen M und die Zähne des Löffels 155 enthält, durch den Abstandssensor 133 auffordert (Schritt S34). Zum Beispiel enthält der Messanweisungsbildschirm eine Anleitungsnachricht wie „Bitte den Abstandssensor entfernen, den Abstand der Markierung und der Zähne des Löffels messen, und dann den Abstandssensor wieder anbringen“.
Der Betreiber entfernt den Abstandssensor 133 von der Arbeitsmaschine 100 und misst den Bereich, der die Zähne des Löffels 155 und die Mehrzahl an Markierungen M enthält. Der Abstandssensor 133 hat, zum Beispiel, einen Messknopf, und der Betreiber kann den Messknopf drücken, um die manuelle Messung durch den Abstandssensor 133 durchzuführen.
Wenn der Abstandssensor 133 an der Arbeitsmaschine 100 durch den Betreiber angebracht ist, erfasst die Erfassungseinheit 212 die Abstandsdaten, die gemessen werden, während der Abstandssensor 133 entfernt ist (Schritt S35). Die Abstandsdaten, die gemessen werden, wenn der Abstandssensor 133 entfernt ist, sind die Abstandsdaten in dem Bereich, in dem die Zähne des Löffels 155 und die Markierung M vorhanden sind. Das heißt, die Erfassungseinheit 212 ist ein Beispiel einer Beziehungserfassungseinheit, die die Positionsbeziehung zwischen der Markierung M und den Zähnen des Löffels 155 erfasst. Die Positionsberechnungseinheit 213 spezifiziert die Positionen der Zähne des Löffels 155 und der Markierung M in dem Sensor-Koordinatensystem, wenn der Abstandssensor entfernt ist, auf Grundlage der in Schritt S35 erfassten Messdaten (Schritt S36).
Dann erfasst die Erfassungseinheit 212 die Abstandsdaten, die nach dem Entfernen des Abstandssensors 133 gemessen werden (Schritt S37). Die Positionsberechnungseinheit 213 spezifiziert die Position der Markierung M in dem Sensor-Koordinatensystem, nachdem der Abstandssensor angebracht wird, auf Grundlage der in Schritt S36 erfassten Messdaten (Schritt S38).
Dann spezifiziert die Kalibriereinheit 215 die Position jeder Markierung M in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, auf Grundlage der in Schritt S33 erfassten Position der Zähne des Löffels 155, und der Positionen der Zähne des Löffels 155 und der Markierungen M in dem Sensor-Koordinatensystem, wenn der Abstandssensor entfernt ist, die in Schritt S36 berechnet werden (Schritt S39). Die Kalibriereinheit 215 kann die Position der Markierung M in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem spezifizieren, indem die Position der Zähne in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem auf die in Schritt S36 erhaltene Position der Zähne des Löffels 155 und der Markierung M angewendet wird.
Dann berechnet die Kalibriereinheit 215 die Parameter, die die Installationsposition und die Neigung des Abstandssensors 133 in der Arbeitsmaschine 100 anzeigen, auf Grundlage der Position der Markierung M in dem Sensor-Koordinatensystem, nachdem der Abstandssensor angebracht wird, die in Schritt S38 spezifiziert ist, und der Position der Markierung M in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, die in Schritt S39 spezifiziert wird (Schritt S40). Die Kalibriereinheit 215 speichert den in Schritt S38 berechneten Parameter in der Parameterspeichereinheit 217 (Schritt S41),
<<Aktion und Wirkung>>
Wie oben beschrieben kalibriert die Steuervorrichtung 173 gemäß der zweiten Ausführungsform den Parameter des Abstandssensors wie folgt.
Die Erfassungseinheit 212 erfasst erste Abstandsdaten in dem Bereich, in dem die Markierung M, die an einer beliebigen Position außerhalb der Arbeitsmaschine 100 installiert ist, vorhanden ist, wobei die ersten Abstandsdaten durch den Abstandssensor 133, der an die Arbeitsmaschine 100 angebracht ist, gemessen wird. Ferner erfasst die Erfassungseinheit 212, als die Positionsbeziehung zwischen der Markierung M und den Zähnen des Löffels 155, deren Position in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem und dem Stätten-Koordinatensystem bekannt ist, zweite Abstandsdaten in einem Bereich, wo die Zähne des Löffels 155 und die Markierung M erscheinen, wobei die zweiten Abstandsdaten durch den Abstandssensor 133 gemessen werden, der von der Arbeitsmaschine 100 entfernt ist. Die Kalibriereinheit 215 kalibriert, auf Grundlage der ersten Abstandsdaten und der zweiten Abstandsdaten, den Parameter, der zu verwenden ist, um eine Position in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem aus den Abstandsdaten des Abstandssensors 133 zu messen.
Als ein Ergebnis kann die Steuervorrichtung 173 gemäß der zweiten Ausführungsform den Abstandssensor 133 kalibrieren, der den Abstand in dem Bereich misst, in dem das Arbeitswerkzeug 150 nicht erscheint.
Es ist anzumerken, dass gemäß der zweiten Ausführungsform die Abstandsdaten, die durch den Abstandssensor 133 gemessen werden, der von der Arbeitsmaschine 100 entfernt ist, als die zweiten Abstandsdaten verwendet werden, aber eine andere Ausführungsform ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können, gemäß einer anderen Ausführungsform, Abstandsdaten, die durch einen externen Abstandssensor, der getrennt von dem Abstandssensor 133 vorbereitet ist, als die zweiten Abstandsdaten verwendet werden.
<Dritte Ausführungsform>
Die Steuervorrichtung 173 gemäß der ersten Ausführungsform benötigt, dass die Arbeitsmaschine 100 gedreht wird und das Arbeitswerkzeug 150 angetrieben wird, um den Abstandssensor 133 zu kalibrieren. Andererseits kalibriert die Steuervorrichtung 173 gemäß einer dritten Ausführungsform den Abstandssensor 133 ohne die Arbeitsmaschine 100 zu betreiben. Die Steuervorrichtung 173 gemäß der dritten Ausführungsform kalibriert den Abstandssensor 133, indem die Messdaten eines externen Abstandssensors 300, der außerhalb bereitgestellt ist, verwendet werden. Der externe Abstandssensor 300 weist eine Positionierungsfunktion zum messen seiner Position in dem Stätten-Koordinatensystem auf. Die Steuervorrichtung 173 ist kommunizierend mit dem externen Abstandssensor 300 kabellos oder kabelgebunden verbunden. Die Steuervorrichtung 173 kann eingerichtet sein, die Daten von dem externen Abstandssensor 300 über ein entfernbares Medium oder dergleichen zu erfassen.
9 ist ein Diagramm, das einen Überblick eines Kalibrierverfahrens des Abstandssensors 133 der Arbeitsmaschine 100 gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
In der dritten Ausführungsform sind die Mehrzahl an Markierungen M und der externe Abstandssensor 300 in dem Messbereich R des Abstandssensors 133 installiert, und die Positionen der Mehrzahl an Markierungen M werden durch den externen Abstandssensor 300 gemessen. Als ein Ergebnis kann die Steuervorrichtung 173 der Arbeitsmaschine 100 den Parameter des Abstandssensors 133 festlegen, auf Grundlage der Position des externen Abstandssensors in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem, wenn die Position der Markierung M, die durch den Abstandssensor 133 gemessen wird, der Position der Markierung M entspricht, die durch den externen Abstandssensor 300 gemessen wird, und der bekannten Position des externen Abstandssensors in dem Stätten-Koordinatensystem.
«Kalibrierverfahren des Abstandssensors»
10 ist ein Flussdiagramm, das das Kalibrierverfahren des Abstandssensors 133 der Arbeitsmaschine 100 gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
Wenn der Betreiber die Steuervorrichtung 173 bedient, um die Kalibrierfunktion des Abstandssensors 133 zu aktivieren, beginnt die Steuervorrichtung 173 einen in 10 gezeigten Kalibrierprozess.
Zuerst gibt die Anzeigesteuereinheit 211 den Installationsanweisungsbildschirm an die Anzeige 1731 aus, der zu der Installation der Mehrzahl an Markierungen M und einer externen Messvorrichtung in dem Messbereich R des Abstandssensors 133 auffordert (Schritt S51). Zum Beispiel enthält der Installationsanweisungsbildschirm eine Anleitungsnachricht wie „Bitte vier Markierungen in dem Messbereich des Abstandssensors installieren, und dann den externen Abstandssensor in dem Messbereich installieren, so dass der externe Abstandssensor die vier Markierungen messen kann“. Zudem kann der Installationsanweisungsbildschirm die dreidimensionalen Daten enthalten, die die Form des Messbereichs R anzeigen, die auf Grundlage der Messdaten des Abstandssensors 133 erzeugt wird. Als ein Ergebnis kann der Betreiber visuell den Installationsanweisungsbildschirm erkennen und bestimmen, ob die Markierung und der externe Abstandssensor 300 in dem Messbereich R installiert sind oder nicht.
Wenn der Betreiber die Installation der Markierungen M und des externen Abstandssensors 300 abschließt, bedient der Betreiber die Steuervorrichtung 173 und fährt mit dem Prozess fort. Die Erfassungseinheit 212 erfasst die Messdaten von verschiedenen Sensoren (Schritt S52). Die Positionsberechnungseinheit 213 spezifiziert die Positionen der Markierungen M und des externen Abstandssensors 300 in dem Sensor-Koordinatensystem auf Grundlage der in Schritt S52 erfassten Abstandsdaten (Schritt S53). Die Koordinatentransformationseinheit 216 wandelt die Positionen der Markierung M und des externen Abstandssensors 300, die in Schritt S53 spezifiziert werden, in die Positionen in dem Stätten-Koordinatensystem um, auf Grundlage des in der Parameterspeichereinheit 217 gespeicherten Parameters und den Messdaten des Positions/Azimuthrichtungs-Detektors 131 und des Neigungsdetektors 132, die in Schritt S52 erfasst werden (Schritt S54).
Zudem erfasst die Erfassungseinheit 212 die Positionsdaten und die Messdaten, die die Position des externen Abstandssensors 300 in dem Stätten-Koordinatensystem anzeigen, von dem externen Abstandssensor 300 (Schritt S55).
Die Kalibriereinheit 215 spezifiziert die Position jeder Markierung M in dem Stätten-Koordinatensystem aus den Positionsdaten und den Messdaten des externen Abstandssensors 300, die in Schritt S55 erfasst werden (Schritt S56). Dann spezifiziert die Kalibriereinheit 215 die Parameter, die die Position und die Neigung des Abstandssensors 133 in der Arbeitsmaschine 100 anzeigen, so, dass ein Unterschied zwischen den Positionen der Markierung M und dem externen Abstandssensor 300, die in Schritt S54 spezifiziert werden, in dem Stätten-Koordinatensystem, und den Positionsdaten des externen Abstandssensors 300, die in Schritt S55 erfasst werden, und der Position der Markierung M in dem Stätten-Koordinatensystem, die in Schritt S56 spezifiziert wird, minimiert wird (Schritt S57).
Die Kalibriereinheit 215 speichert den in Schritt S57 berechneten Parameter in der Parameterspeichereinheit 217 (Schritt S58).
<<Aktion und Wirkung>>
Wie oben beschrieben kalibriert die Steuervorrichtung 173 gemäß der dritten Ausführungsform den Parameter des Abstandssensors wie folgt.
Die Erfassungseinheit 212 erfasst die ersten Abstandsdaten in dem Bereich, in dem die Markierung M und der externe Abstandssensor 300 vorhanden sind, die an beliebigen Positionen außerhalb der Arbeitsmaschine 100 installiert sind, wobei die ersten Abstandsdaten durch den Abstandssensor 133, der an der Arbeitsmaschine 100 angebracht ist, gemessen werden. Zudem erfasst die Erfassungseinheit 212, als die Positionsbeziehung zwischen der Markierung M, und des externen Abstandssensors 300, dessen Position in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem und dem Stätten-Koordinatensystem bekannt ist, die zweiten Abstandsdaten in dem Bereich, in dem die Markierung M erscheint, wobei die zweiten Abstandsdaten durch den externen Abstandssensor 300 gemessen werden. Die Kalibriereinheit 215 kalibriert, auf Grundlage der ersten Abstandsdaten und der zweiten Abstandsdaten, den Parameter, der zu verwenden ist, um eine Position in dem Fahrzeugkarosserie-Koordinatensystem zu messen, aus den Abstandsdaten des Abstandssensors 133.
Als ein Ergebnis kann die Steuervorrichtung 173 gemäß der dritten Ausführungsform den Abstandssensor 133 kalibrieren, der den Abstand in dem Bereich misst, in dem das Arbeitswerkzeug 150 nicht erscheint.
<Andere Ausführungsform>
Obwohl die Ausführungsformen im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wurden, ist eine spezifische Konfiguration nicht auf das Obige beschränkt, und verschiedene Designänderungen und dergleichen können durchgeführt werden. Das heißt, in einer anderen Ausführungsform kann die Reihenfolge der oben beschriebenen Vorgänge wie angemessen geändert werden. Zudem können einige Vorgänge parallel durchgeführt werden.
Zum Beispiel kann, in einer anderen Ausführungsform, ein kinematischer GNSS-Echtzeit-Rover (Englisch: GNSS-real time kinematic (RTK) rover) verwendet werden, um die Positionen der Mehrzahl an Markierungen M in dem Stätten-Koordinatensystem zu spezifizieren und den Abstandssensor 133 auf Grundlage der Positionen in dem Stätten-Koordinatensystem zu kalibrieren.
Insbesondere kann die Steuervorrichtung 173 gemäß einer anderen Ausführungsform den Abstandssensor 133 durch das folgende Vorgehen kalibrieren. Die Steuervorrichtung 173 empfängt die Eingabe der Position in dem Stätten-Koordinatensystem von jeder von drei oder mehr Markierungen M, die durch den GNSS-RTK-Rover gemessen werden. Die Steuervorrichtung 173 wandelt die Position der Markierung M, die von dem Abstandssensor 133 gemessen wird, in eine Position in dem Stätten-Koordinatensystem um, auf Grundlage der Messdaten, die von dem Positions/Azimuthrichtungs-Detektors 131 und dem Neigungsdetektors 132 erhalten werden. Die Steuervorrichtung 173 kalibriert den Parameter des Abstandssensors 133 so, dass die umgewandelten Positionen der Mehrzahl an Markierungen M den Positionen der Mehrzahl an Markierungen entspricht, die durch den GNSS-RTK-Rover spezifiziert werden. Zudem kann die Steuervorrichtung 173 gemäß einer anderen Ausführungsform den Abstandssensor 133 durch das folgende Vorgehen kalibrieren. Die Steuervorrichtung 173 empfängt die Eingabe der Position von einer Markierung M in dem Stätten-Koordinatensystem, die durch den GNSS-RTK-Rover gemessen wird. Der Betreiber bedient die Arbeitsmaschine 100 und misst die Position der Markierung M durch den Abstandssensor 133 an drei oder mehreren unterschiedlichen Punkten, an denen die Markierung M in dem Messbereich R des Abstandssensors 133 positioniert ist. Die Steuervorrichtung 173 wandelt die Position der Markierung M, die an unterschiedlichen Positionen gemessen wird, in eine Position in dem Stätten-Koordinatensystem um, auf Grundlage der Messdaten, die von dem Positions/Azimuthrichtungs-Detektor 131 und dem Neigungsdetektor 132 erhalten werden. Die Steuervorrichtung 173 kalibriert den Parameter des Abstandssensors 133 so, dass die umgewandelten Positionen der Mehrzahl an Markierungen M den Positionen der Markierungen M entspricht, die durch den GNSS-RTK-Rover spezifiziert werden.
Die Steuervorrichtung 173 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen kann durch einen einzelnen Computer eingerichtet sein, oder die Konfiguration der Steuervorrichtung 173 kann geteilt sein und in einer Mehrzahl an Computern eingerichtet sein und die Mehrzahl an Computern kann als die Steuervorrichtung 173 wirken, indem sie miteinander zusammenarbeiten. In diesem Fall können einige der Computer, die die Steuervorrichtung 173 bilden, innerhalb der Arbeitsmaschine 100 angebracht sein, und andere können außerhalb der Arbeitsmaschine 100 bereitgestellt sein.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Lage des Arbeitswerkzeugs 150 auf Grundlage der Messdaten des Zylinderhubsensors erhalten, jedoch ist eine andere Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann, in einer anderen Ausführungsform, die Lage des Arbeitswerkzeugs 150 auf Grundlage der IMU spezifiziert werden, die an jedem des Auslegers 151, des Arms 152, und des Löffels 155 angebracht ist, oder eines Enkoders, der einen Drehbetrag jedes Bolzens misst, anstelle des Zylinderhubsensors.
Bezugszeichenliste

100: Arbeitsmaschine
133: Abstandssensor
150: Arbeitswerkzeug
212: Erfassungseinheit
213: Positionsberechnungseinheit
214: Lagespezifikationseinheit
215: Kalibriereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2020106401 [0002]
WO 2016148309 [0004]

Claims

Kalibriervorrichtung, die einen fahrzeuginternen Abstandssensor kalibriert, der in einer Arbeitsmaschine bereitgestellt ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Abstandserfassungseinheit, die erste Abstandsdaten erfasst, die Abstandsdaten in einem Bereich sind, in dem ein erstes Referenzobjekt vorhanden ist, das an einer beliebigen Position außerhalb der Arbeitsmaschine installiert ist, wobei die Abstandsdaten durch den fahrzeuginternen Abstandssensor gemessen werden; eine Positionsberechnungseinheit, die eine Position des ersten Referenzobjekts in einem vorbestimmten Koordinatensystem auf Grundlage der ersten Abstandsdaten berechnet; eine Beziehungserfassungseinheit, die eine Positionsbeziehung zwischen dem ersten Referenzobjekt und einem zweiten Referenzobjekt, von dem eine Position in dem Koordinatensystem bekannt ist, erfasst; und eine Kalibriereinheit, die auf Grundlage der ersten Abstandsdaten und der Positionsbeziehung einen Parameter kalibriert, der zu verwenden ist, um eine Position in dem Koordinatensystem aus den Abstandsdaten des fahrzeuginternen Abstandssensors zu messen.
Kalibriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Referenzobjekt ein Arbeitswerkzeug ist, das in der Arbeitsmaschine bereitgestellt ist, und die Beziehungserfassungseinheit eine Position des Arbeitswerkzeugs erfasst, wenn ein Teil des Arbeitswerkzeugs in Kontakt mit dem ersten Referenzobjekt gebracht wird.
Kalibriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Referenzobjekt ein Arbeitswerkzeug ist, das in der Arbeitsmaschine bereitgestellt ist, und die Beziehungserfassungseinheit zweite Abstandsdaten erfasst, die Abstandsdaten in einem Bereich sind, in dem das Arbeitswerkzeug und das erste Referenzobjekt vorhanden sind, wobei die Abstandsdaten durch einen externen Abstandssensor gemessen werden, der außerhalb der Arbeitsmaschine bereitgestellt ist.
Kalibriervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der fahrzeuginterne Abstandssensor abnehmbar an der Arbeitsmaschine bereitgestellt ist, und der externe Abstandssensor der fahrzeuginterne Abstandssensor ist, der von der Arbeitsmaschine abgenommen ist.
Kalibriervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Referenzobjekt ein externer Abstandssensor ist, der außerhalb der Arbeitsmaschine bereitgestellt ist und der eine Positionierungsfunktion aufweist, und die Beziehungserfassungseinheit die Abstandsdaten in dem Bereich erfasst, in dem das erste Referenzobjekt vorhanden ist, wobei die Abstandsdaten durch den externen Abstandssensor gemessen werden.
Kalibriervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die ersten Abstandsdaten Abstandsdaten in einem Bereich sind, in dem der externe Abstandssensor und das erste Referenzobjekt vorhanden sind.
Kalibrierverfahren eines fahrzeuginternen Abstandssensors, der in einer Arbeitsmaschine bereitgestellt ist, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Erfassens von ersten Abstandsdaten, indem ein Bereich gemessen wird, in dem ein erstes Referenzobjekt, das an einer beliebigen Position außerhalb der Arbeitsmaschine bereitgestellt ist, vorhanden ist, durch den fahrzeuginternen Abstandssensor; einen Schritt des Erfassens einer Positionsbeziehung zwischen dem ersten Referenzobjekt, und einem zweiten Referenzobjekt, von dem eine Position bekannt ist; und einen Schritt des Kalibrierens, auf Grundlage der ersten Abstandsdaten und der Positionsbeziehung, eines Parameters, der zu verwenden ist, um eine Position in einem Koordinatensystem aus den Abstandsdaten des fahrzeuginternen Abstandssensors zu messen.