DE112022002116T5

DE112022002116T5 - Steuersystem für arbeitsmaschine, arbeitsmaschine und verfahren zur steuerung einer arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE112022002116T5
Application number: DE112022002116.0T
Authority: DE
Inventors: Shogo Atsumi; Shoji Sonoyama; Toshihide Mineushiro; Taiki Sugawara; Toyohisa Matsuda
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2024-04-11
Also published as: KR20230171035A; JP2023010052A; CN117396653A; WO2023282203A1

Abstract

Ein Steuersystem einer Arbeitsmaschine mit einem Fahrkörper und einem Drehkörper enthält eine Positions-/Azimut-Berechnungseinheit, die eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage eines Bildes mehrerer Ziele, die außerhalb der Arbeitsmaschine installiert sind, und eines Neigungswinkels des Drehkörpers berechnet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Steuersystem für eine Arbeitsmaschine, eine Arbeitsmaschine und ein Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine.
Hintergrund
Auf einem technischen Gebiet, das sich auf eine Arbeitsmaschine bezieht, ist eine Technik zum Ausheben eines Aushubziels auf der Grundlage einer Ziel-Konstruktionsfläche bekannt, die in der Patentliteratur 1 offenbart ist. Als Technik zum Ausheben eines Aushubziels auf der Grundlage einer Ziel-Konstruktionsfläche ist eine Maschinenführungstechnik bekannt, um einem Bediener einer Arbeitsmaschine ein Führungsbild zu präsentieren, das die relativen Positionen einer Ziel-Konstruktionsfläche und einer Arbeitsausrüstung anzeigt, sowie eine Maschinensteuertechnik zur Unterstützung und Steuerung der Betätigung eines Bedieners, damit die Arbeitsausrüstung entsprechend einer Ziel-Konstruktionsfläche arbeitet.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: WO 2015/167022 A
Zusammenfassung
Technisches Problem
Wenn ein Aushubziel auf der Grundlage einer Ziel-Konstruktionsfläche ausgehoben wird, ist es notwendig, eine Position und einen Azimutwinkel einer Arbeitsmaschine zu berechnen. Die Position und der Azimutwinkel der Arbeitsmaschine werden mit Hilfe eines globalen Satellitennavigationssystems (GNSS) berechnet. Wenn ein Positionierungsausfall des GNSS auftritt, ist es schwierig, die Position und den Azimutwinkel der Arbeitsmaschine zu berechnen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine Position und einen Azimutwinkel einer Arbeitsmaschine zu berechnen, wenn ein Positionierungsausfall eines GNSS auftritt.
Lösung des Problems
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steuersystem einer Arbeitsmaschine, die einen Fahrkörper und einen Drehkörper umfasst, eine Positions-/Azimut-Berechnungseinheit, die eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage eines Bildes mehrerer Ziele, die außerhalb der Arbeitsmaschine installiert sind, und eines Neigungswinkels des Drehkörpers berechnet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Nach der vorliegenden Offenbarung werden eine Position und ein Azimutwinkel einer Arbeitsmaschine berechnet, wenn ein Positionierungsausfall eines GNSS auftritt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist ein schematisches Diagramm der Arbeitsmaschine nach der Ausführungsform.
3 ist ein Diagramm, das eine Kabine der Arbeitsmaschine nach der Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem der Arbeitsmaschine nach der Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Berechnungsmodus einer Position und eines Azimutwinkels eines Drehkörpers nach der Ausführungsform.
6 ist ein Diagramm, das mehrere Ziele zeigt, die nach der Ausführungsform auf einer Baustelle installiert sind.
7 ist ein Diagramm, das ein Ziel nach der Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers nach der Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Berechnung einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers nach der Ausführungsform.
10 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Berechnung einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers nach der Ausführungsform.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers veranschaulicht, nachdem der Drehkörper eine Drehbewegung nach der Ausführungsform durchgeführt hat.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Korrektur eines Berechnungsergebnisses der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers nach der Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist ein Blockdiagramm, das ein Computersystem gemäß dieser Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsform
Eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Die Bestandselemente der nachstehend erläuterten Ausführungsform können in geeigneter Weise kombiniert werden. Ein Teil der Bestandselemente wird manchmal nicht verwendet.
[Arbeitsmaschine]
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Arbeitsmaschine 1 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist eine schematische Darstellung der Arbeitsmaschine 1 nach der Ausführungsform. 3 ist ein Diagramm einer Kabine 2 der Arbeitsmaschine 1 gemäß dieser Ausführungsform.
Die Arbeitsmaschine 1 arbeitet auf einer Baustelle (kann auch als Arbeitsstelle bezeichnet werden). In der vorliegenden Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine 1 ein Bagger. In den folgenden Erläuterungen wird die Arbeitsmaschine 1 als Bagger 1 bezeichnet.
Der Bagger 1 umfasst einen Fahrkörper 3, einen Drehkörper 4, eine Arbeitsausrüstung 5, einen Hydraulikzylinder 6, eine Betätigungsvorrichtung 7, einen Bordmonitor 8, einen Positionssensor 9, einen Neigungssensor 10, eine Bildgebungsvorrichtung 11 und eine Steuervorrichtung 12.
Wie in 2 dargestellt, ist ein dreidimensionales Stellen-Koordinatensystem (Xg, Yg, Zg) an der Baustelle definiert. Ein dreidimensionales Fahrzeugkörper-Koordinatensystem (Xm, Ym, Zm) ist im Drehkörper 4 definiert. Ein dreidimensionales Kamera-Koordinatensystem (Xc, Yc, Zc) ist in der Bildgebungsvorrichtung 11 definiert.
Das Stellen-Koordinatensystem (kann auch als Baustellen-Koordinatensystem bezeichnet werden) wird durch eine Xg-Achse konfiguriert, die sich von einem an der Baustelle definierten Stellenreferenzpunkt Og nach Norden und Süden erstreckt, eine Yg-Achse, die sich vom Stellenreferenzpunkt Og nach Osten und Westen erstreckt, und eine Zg-Achse, die sich vom Stellenreferenzpunkt Og nach oben und unten erstreckt.
Das Fahrzeugkörper-Koordinatensystem wird durch eine Xm-Achse konfiguriert, die sich von einem repräsentativen Punkt Om, der in dem Drehkörper 4 definiert ist, in der Vorne-Hinten-Richtung des Drehkörpers 4 erstreckt, eine Ym-Achse, die sich vom repräsentativen Punkt Om in der Links-Rechts-Richtung des Drehkörpers 4 erstreckt, und eine Zm-Achse, die sich vom repräsentativen Punkt Om in der Auf-Ab-Richtung des Drehkörpers 4 erstreckt. Mit dem repräsentativen Punkt Om des Drehkörpers 4 als Referenz ist die + Xm-Richtung die Vorwärtsrichtung des Drehkörpers 4, die -Xm-Richtung ist die Rückwärtsrichtung des Drehkörpers 4, die + Ym-Richtung ist die Links-Richtung des Drehkörpers 4, die -Ym-Richtung ist die Rechtsrichtung des Drehkörpers 4, die + Zm-Richtung ist die Aufwärtsrichtung des Drehkörpers 4 und die -Zm-Richtung ist die Abwärtsrichtung des Drehkörpers 4.
Das Kamera-Koordinatensystem wird durch eine Xc-Achse konfiguriert, die sich von einem optischen Zentrum Oc einer Kamera 13, die die Bildgebungsvorrichtung 11 konfiguriert, in der Breitenrichtung der Kamera 13 erstreckt, eine Yc-Achse, die sich von dem optischen Zentrum Oc in der Auf-Ab-Richtung der Kamera 13 erstreckt, und eine Zc-Achse, die sich von dem optischen Zentrum Oc in einer Richtung parallel zu der optischen Achse eines optischen Systems der Kamera 13 erstreckt.
Der Fahrkörper 3 fährt in einem Zustand, in dem der Fahrkörper 3 den Drehkörper 4 stützt. Der Fahrkörper 3 umfasst ein Paar Raupenbänder 3A. Der Fahrkörper 3 führt eine Fahrbewegung entsprechend der Drehung der Raupenbänder 3A durch. Die Fahrbewegung des Fahrkörpers 3 umfasst eine Vorwärtsbewegung und eine Rückwärtsbewegung. Der Bagger 1 kann sich mit dem Fahrkörper 3 auf der Baustelle bewegen.
Der Drehkörper 4 wird von dem Fahrkörper 3 gestützt. Der Drehkörper 4 ist oberhalb des Fahrkörpers 3 angeordnet. Der Drehkörper 4 führt eine Drehbewegung aus, die auf der Drehachse RX zentriert ist, wenn der Drehkörper 4 von dem Fahrkörper 3 gestützt wird. Die Drehachse RX ist parallel zur Zm-Achse. Die Drehbewegung des Drehkörpers 4 umfasst eine Linksdrehbewegung und eine Rechtsdrehbewegung. Die Kabine 2 ist im Drehkörper 4 untergebracht.
Die Arbeitsausrüstung 5 (kann auch als Arbeitsgerät bezeichnet werden) wird vom Drehkörper 4 gestützt. Die Arbeitsausrüstung 5 führt Arbeiten aus. In der Ausführungsform umfasst die von der Arbeitsausrüstung 5 ausgeführte Arbeit Aushubarbeiten zum Ausheben eines Aushubziels und Ladearbeiten zum Laden eines Aushubobjekts auf ein Ladeziel.
Die Arbeitsausrüstung 5 umfasst einen Ausleger 5A, einen Arm 5B und eine Schaufel 5C. Der proximale Endabschnitt des Auslegers 5A ist drehbar mit einem vorderen Abschnitt des Drehkörpers 4 gekoppelt. Der proximale Endabschnitt des Arms 5B ist drehbar mit dem distalen Endabschnitt des Auslegers 5A gekoppelt. Der proximale Endabschnitt der Schaufel 5C ist drehbar mit dem distalen Endabschnitt des Arms 5B gekoppelt.
Der Hydraulikzylinder 6 bewirkt eine Betätigung der Arbeitsausrüstung 5. Der Hydraulikzylinder 6 umfasst einen Auslegerzylinder 6A, einen Armzylinder 6B und einen Schaufelzylinder 6C. Der Auslegerzylinder 6A veranlasst den Ausleger 5A, eine Hebe- und eine Senkbewegung durchzuführen. Der Armzylinder 6B veranlasst den Arm 5B, eine Aushub- und eine Auskippbewegung durchzuführen. Der Schaufelzylinder 6C veranlasst die Schaufel 5C, eine Aushub- und eine Auskippbewegung durchzuführen. Der proximale Endabschnitt des Auslegerzylinders 6A ist mit dem Drehkörper 4 gekoppelt. Der distale Endabschnitt des Auslegerzylinders 6A ist mit dem Ausleger 5A gekoppelt. Der proximale Endabschnitt des Armzylinders 6B ist mit dem Ausleger 5A gekoppelt. Der distale Endabschnitt des Armzylinders 6B ist mit dem Arm 5B gekoppelt. Der proximale Endabschnitt des Schaufelzylinders 6C ist mit dem Arm 5B gekoppelt. Der distale Endabschnitt des Schaufelzylinders 6C ist mit der Schaufel 5C gekoppelt.
Wie in 3 dargestellt, ist die Betätigungsvorrichtung 7 in der Kabine 2 angeordnet. Die Betätigungsvorrichtung 7 wird betätigt, um mindestens eines von dem Fahrkörper 3, dem Drehkörper 4 und der Arbeitsausrüstung 5 zu betätigen. Die Betätigungsvorrichtung 7 wird von einem in der Kabine 2 sitzenden Bediener betätigt. Der Bediener kann die Betätigungsvorrichtung 7 in einem Zustand betätigen, in dem er auf einem in der Kabine 2 angeordneten Fahrersitz 14 Platz genommen hat.
Die Betätigungsvorrichtung 7 umfasst einen linken Arbeitshebel 7A und einen rechten Arbeitshebel 7B, die für Bewegungen des Drehkörpers 4 und der Arbeitsausrüstung 5 betätigt werden, einen linken Fahrhebel 7C und einen rechten Fahrhebel 7D, die für eine Bewegung des Fahrkörpers 3 betätigt werden, und ein linkes Fußpedal 7E und ein rechtes Fußpedal 7F.
Wenn der linke Arbeitshebel 7A in der Vorne-Hinten-Richtung betätigt wird, führt der Arm 5B eine Auskippbewegung oder eine Aushubbewegung durch. Der linke Arbeitshebel 7A wird in der Links-Rechts-Richtung betätigt, wobei der Drehkörper 4 die Linksdrehbewegung und die Rechtsdrehbetätigung durchführt. Der rechte Arbeitshebel 7B wird in der Links-Rechts-Richtung betätigt, wodurch die Schaufel 5C die Aushubbewegung oder die Auskippbewegung durchführt. Der rechte Arbeitshebel 7B wird in der Vorne-Hinten-Richtung betätigt, wodurch der Ausleger 5A die Absenkbewegung oder die Hebebewegung durchführt. Man beachte, dass der Drehkörper 4 die Rechtsdrehbewegung oder die Linksdrehbewegung durchführen kann, wenn der linke Arbeitshebel 7A in der Vorne-Hinten-Richtung betätigt wird, und der Arm 5B kann die Auskippbewegung oder die Aushubbewegung durchführen, wenn der linke Arbeitshebel 7A in der Links-Rechts-Richtung betätigt wird.
Der linke Fahrhebel 7C wird in der Vorne-Hinten-Richtung betätigt, wobei ein Raupenband 3A auf der linken Seite des Fahrkörpers 3 die Vorwärtsbewegung oder die Rückwärtsbewegung durchführt. Der rechte Fahrhebel 7D wird in der Vorne-Hinten-Richtung betätigt, wobei das Raupenband 3A auf der rechten Seite des Fahrkörpers 3 die Vorwärtsbewegung oder die Rückwärtsbewegung durchführt.
Das linke Fußpedal 7E verriegelt mit dem linken Fahrhebel 7C. Das rechte Fußpedal 7F verriegelt mit dem rechten Fahrhebel 7D. Das linke Fußpedal 7E und das rechte Fußpedal 7F werden betätigt, wodurch der Fahrkörper 3 eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung durchführen kann.
Der Bordmonitor 8 ist in der Kabine 2 angeordnet. Der Bordmonitor 8 ist an der rechten Vorderseite des Fahrersitzes 14 angeordnet. Der Bordmonitor 8 umfasst eine Anzeigevorrichtung 8A und eine Eingabevorrichtung 8B.
Die Anzeigevorrichtung 8A zeigt vorgeschriebene Anzeigedaten an. Beispiele für die Anzeigevorrichtung 8A sind ein Flachbildschirm, wie z. B. eine Flüssigkristallanzeige (LCD) oder eine organische Elektrolumineszenzanzeige (GELD).
Die Eingabevorrichtung 8B erzeugt Eingabedaten, indem sie von dem Bediener betätigt wird. Beispiele für die Eingabevorrichtung 8B sind ein Tastschalter, eine Computertastatur und ein Berührfeld.
Der Positionssensor 9 detektiert eine Position im Stellen-Koordinatensystem. Der Positionssensor 9 detektiert eine Position im Stellen-Koordinatensystem unter Verwendung eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS). Das globale Navigationssatellitensystem umfasst ein globales Positionierungssystem (GPS). Das globale Navigationssatellitensystem detektiert eine Position, die durch Koordinatendaten von Breitengrad, Längengrad und Höhe definiert ist. Der Positionssensor 9 umfasst einen GNSS-Empfänger, der GNSS-Funkwellen von einem GNSS-Satelliten empfängt. Der Positionssensor 9 ist in dem Drehkörper 4 angeordnet. In der Ausführungsform ist der Positionssensor 9 im Gegengewicht des Drehkörpers 4 angeordnet.
Der Positionssensor 9 umfasst einen ersten Positionssensor 9A und einen zweiten Positionssensor 9B. Der erste Positionssensor 9A und der zweite Positionssensor 9B sind an unterschiedlichen Positionen des Drehkörpers 4 angeordnet. In der Ausführungsform sind der erste Positionssensor 9A und der zweite Positionssensor 9B in Abständen in der Links-Rechts-Richtung im Drehkörper 4 angeordnet. Der erste Positionssensor 9A detektiert eine erste Positionierungsposition, die eine Position angibt, in der der erste Positionssensor 9A angeordnet ist. Der zweite Positionssensor 9B detektiert eine zweite Positionierungsposition, die eine Position angibt, an der der zweite Positionssensor 9B angeordnet ist.
Der Neigungssensor 10 detektiert die Beschleunigung und die Winkelgeschwindigkeit des Drehkörpers 4. Der Neigungssensor 10 umfasst eine Inertialmesseinheit (IMU). Der Neigungssensor 10 ist in dem Drehkörper 4 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Neigungssensor 10 unterhalb der Kabine 2 installiert.
Die Bildgebungsvorrichtung 11 bildet die Vorderseite des Drehkörpers 4 ab. Die Bildgebungsvorrichtung 11 ist im Drehkörper 4 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bildgebungsvorrichtung 11 in einem oberen Teil der Kabine 2 angeordnet. Die Bildgebungsvorrichtung 11 umfasst mehrere Kameras 13. Die Kameras 13 umfassen optische Systeme und Bildsensoren, die Licht über die optischen Systeme empfangen. Beispiele für die Bildsensoren sind ein CCD-Sensor (Charge Coupled Device) und ein CMOS-Sensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
In dieser Ausführungsform sind vier Kameras 13 vorgesehen. Die Kameras 13 umfassen eine Kamera 13A, eine Kamera 13B, eine Kamera 13C und eine Kamera 13D. Eine Stereokamera 15 ist durch einen Satz von Kameras 13 konfiguriert. In dieser Ausführungsform ist eine erste Stereokamera 15A durch einen Satz von Kameras 13A und 13C konfiguriert. Eine zweite Stereokamera 15B ist durch einen Satz von Kameras 13B und 13D konfiguriert.
Die Kamera 13A und die Kamera 13C der Stereokamera 15A sind in Abständen in der Links-Rechts-Richtung des Drehkörpers 4 angeordnet. Die Kamera 13B und die Kamera 13D der Stereokamera 15B sind in Abständen in der Links-Rechts-Richtung des Drehkörpers 4 angeordnet. Die optischen Achsen der optischen Systeme der Kameras 13A und 13C sind im Wesentlichen parallel zur Xg-Achse. Die optischen Achsen der optischen Systeme der Kameras 13B und 13D sind nach unten in Richtung der Vorderseite des Drehkörpers 4 geneigt.
[Steuersystem]
4 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem 30 der Arbeitsmaschine 1 nach der Ausführungsform veranschaulicht. Der Bagger 1 enthält das Steuersystem 30. Das Steuersystem 30 umfasst den Bordmonitor 8, den Positionssensor 9, den Neigungssensor 10, die Bildgebungsvorrichtung 11 und die Steuervorrichtung 12. Die Steuervorrichtung 12 steuert den Bagger 1. Die Steuervorrichtung 12 umfasst ein Computersystem.
Die Steuervorrichtung 12 umfasst eine Speichereinheit 16, eine erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17, eine zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18, eine Neigungswinkel-Berechnungseinheit 19, eine Schalteinheit 20, eine Berechnungseinheit 21 für dreidimensionale Daten, eine Anzeigesteuereinheit 22 und eine Korrektureinheit 23.
Die Speichereinheit 16 speichert vorgeschriebene Speicherdaten. In der Speichereinheit 16 werden Zieldaten gespeichert, die sich auf ein nachfolgend erläutertes Ziel 24 beziehen. Außerhalb des Baggers 1 sind mehrere Ziele 24 installiert. Die Zieldaten umfassen eine dreidimensionale Position jedes der mehreren Ziele 24. Die Zieldaten enthalten Korrelationsdaten, die eine Beziehung zwischen Identifikationsdaten, die durch eine Identifikationsmarkierung 27 des Ziels 24 definiert sind, und einer dreidimensionalen Position des Ziels 24 angeben.
Die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 berechnet eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage von Detektionsdaten des Positionssensors 9. Wie oben erläutert, umfasst der Positionssensor 9 einen GNSS-Empfänger, der GNSS-Funkwellen empfängt. Die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 berechnet eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage der GNSS-Funkwellen. Der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 ist z.B. ein Azimutwinkel des Drehkörpers 4 bezogen auf die Xg-Achse.
Die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 berechnet die Position des Drehkörpers 4 auf der Grundlage mindestens einer von einer ersten Positionierungsposition, die von dem ersten Positionssensor 9A detektiert wird, und einer zweiten Positionierungsposition, die von dem zweiten Positionssensor 9B detektiert wird. Die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 berechnet den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage der relativen Positionen der ersten Positionierungsposition, die von dem ersten Positionssensor 9A detektiert wird, und der zweiten Positionierungsposition, die von dem zweiten Positionssensor 9B detektiert wird.
Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 berechnet die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage eines von der Bildgebungsvorrichtung 11 aufgenommenen Bildes. Wie oben erläutert, sind die mehreren Ziele 24 außerhalb des Baggers 1 installiert. Die Bildgebungsvorrichtung 11 bildet die Ziele 24 ab. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 erfasst ein Bild der mehreren Ziele 24 von der Bildgebungsvorrichtung 11. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 berechnet die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des Bildes der mehreren außerhalb des Baggers 1 installierten Ziele 24.
Die Neigungswinkel-Berechnungseinheit 19 berechnet einen Neigungswinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage von Detektionsdaten des Neigungssensors 10. Der Neigungswinkel des Drehkörpers 4 umfasst einen Rollwinkel und einen Nickwinkel des Drehkörpers 4. Der Rollwinkel bedeutet einen Neigungswinkel des Drehkörpers 4 in einer Neigungsrichtung, die auf die Xg-Achse zentriert ist. Der Nickwinkel ist ein Neigungswinkel des Drehkörpers 4 in einer Neigungsrichtung, die auf die Yg-Achse zentriert ist. Die Neigungswinkel-Berechnungseinheit 19 berechnet den Rollwinkel und den Nickwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage der Detektionsdaten des Neigungssensors 10.
Die Schalteinheit 20 schaltet einen ersten Berechnungsmodus, in dem die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnet, und einen zweiten Berechnungsmodus, in dem die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnet, um.
Die Berechnungseinheit 21 für dreidimensionale Daten berechnet einen Abstand zwischen der Stereokamera 15 und einem Bildgebungsziel auf der Grundlage eines Satzes von Bildern, die von der Stereokamera 15 aufgenommen wurden. Beispiele für das Bildgebungsziel sind ein Aushubziel, das von der Arbeitsausrüstung 5 ausgehoben werden soll. Die Berechnungseinheit 21 für dreidimensionale Daten berechnet dreidimensionale Daten des Bildgebungsziels durch stereoskopische Verarbeitung von Bildern desselben Bildgebungsziels, die von einem Satz von Kameras 13 der Stereokamera 15 aufgenommen wurden. Die Berechnungseinheit 21 für dreidimensionale Daten berechnet dreidimensionale Daten im Kamera-Koordinatensystem.
Die Anzeigesteuervorrichtung 22 steuert die Anzeigevorrichtung 8A des Bordmonitors 8. Die Anzeigesteuervorrichtung 22 veranlasst die Anzeigevorrichtung 8A, vorgegebene Anzeigedaten anzuzeigen.
Die Korrektureinheit 23 korrigiert einen Fehler des Neigungssensors 10.
[Berechnungsmodus]
5 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Berechnungsmodus für eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 nach der Ausführungsform. In der Ausführungsform werden die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 in mindestens einem von einem ersten Berechnungsmodus und einem zweiten Berechnungsmodus berechnet. Die Position des Drehkörpers 4 umfasst die Position des repräsentativen Punktes Om des Drehkörpers 4 im Stellen-Koordinatensystem. Der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 umfasst den Azimutwinkel des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems auf der Grundlage des repräsentativen Punktes Om des Drehkörpers 4 im Stellen-Koordinatensystem.
Der erste Berechnungsmodus ist ein Berechnungsmodus zum Berechnen der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers 4 auf der Grundlage einer GNSS-Funkwelle. Im ersten Berechnungsmodus berechnet die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage von Detektionsdaten des Positionssensors 9.
Der zweite Berechnungsmodus ist ein Berechnungsmodus zum Berechnen der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers 4 auf der Grundlage eines Bildes der mehreren Ziele 24. Im zweiten Berechnungsmodus berechnet die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des von der Bildgebungsvorrichtung 11 aufgenommenen Bildes der Ziele 24.
Wenn ein Positionierungsausfall des GNSS auftritt, ist es wahrscheinlich, dass es schwierig ist, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 mit der ersten Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 zu berechnen. Der Positionierungsausfall des GNSS umfasst eine Abnahme der Positionierungsgenauigkeit und die Unfähigkeit des GNSS zur Positionierungsbestimmung. Beispiele für den Positionierungsausfall des GNSS sind eine unzureichende Stärke der vom Positionssensor 9 empfangenen GNSS-Funkwelle oder ein Mehrwegeffekt der GNSS-Funkwelle. Der Mehrwegeffekt der GNSS-Funkwelle bezeichnet ein Phänomen, bei dem eine von einem GNSS-Satelliten gesendete GNSS-Funkwelle an einem Boden, einem Gebäude oder ähnlichem reflektiert oder in der Ionosphäre reflektiert oder gebrochen wird und der Positionssensor 9 GNSS-Funkwellen über mehrere Übertragungswege empfängt, wodurch ein Fehler in einer detektierten Position auftritt.
Wenn kein Positionierungsausfall des GNSS auftritt, werden die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im ersten Berechnungsmodus berechnet. Wenn ein Positionierungsausfall des GNSS auftritt, werden die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im zweiten Berechnungsmodus berechnet.
Die Schalteinheit 20 schaltet den ersten Berechnungsmodus und den zweiten Berechnungsmodus auf der Grundlage eines Empfangszustands der GNSS-Funkwelle um. Die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 kann bestimmen, ob ein Empfangszustand der GNSS-Funkwelle gut oder schlecht ist. Die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 kann z.B. die Intensität der GNSS-Funkwelle bestimmen. Die Schalteinheit 20 schaltet den ersten Berechnungsmodus und den zweiten Berechnungsmodus auf der Grundlage eines Empfangszustands der GNSS-Funkwelle durch den Positionssensor 9 um. Die Schalteinheit 20 schaltet den ersten Berechnungsmodus und den zweiten Berechnungsmodus in Abhängigkeit davon um, ob die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnen kann. Wenn zum Beispiel die Intensität der GNSS-Funkwelle unzureichend und der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle schlecht ist, ist es sehr wahrscheinlich, dass die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 in einen Zustand fällt, in dem die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 nicht in der Lage ist, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen. Andererseits, wenn die Intensität der GNSS-Funkwelle ausreichend und der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle gut ist, befindet sich die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 mit hoher Wahrscheinlichkeit in einem Zustand, in dem die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 in der Lage ist, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen.
Wenn der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle vom guten Zustand in den schlechten Zustand gewechselt hat, schaltet die Schalteinheit 20 den Berechnungsmodus vom ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus um. Wenn die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 von dem Zustand, in dem die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 in der Lage ist, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen, zu dem Zustand gewechselt hat, in dem die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 nicht in der Lage ist, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen, schaltet die Schalteinheit 20 den Berechnungsmodus von dem ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus um.
Wenn der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle vom schlechten Zustand in den guten Zustand gewechselt hat, schaltet die Schalteinheit 20 den Berechnungsmodus vom zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus um. Ferner schaltet die Schalteinheit 20 den Berechnungsmodus von dem zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus um, wenn die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 von dem Zustand, in dem die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 nicht in der Lage ist, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen, in den Zustand gewechselt hat, in dem die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 in der Lage ist, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen.
In dieser Ausführungsform veranlasst die Anzeigesteuereinheit 22 die Anzeigevorrichtung 8A, den Empfangszustand der GNSS-Funkwelle anzuzeigen. Wie in 5 dargestellt, kann die Anzeigesteuereinheit 22 die Anzeigevorrichtung 8A veranlassen, anzuzeigen, dass der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle schlecht ist, wenn sich der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle vom guten Zustand in den schlechten Zustand geändert hat. Der Bediener kann anhand der auf der Anzeigevorrichtung 8A angezeigten Anzeigedaten erkennen, dass der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle schlecht ist. In der Ausführungsform kann das Umschalten des Berechnungsmodus vom ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus auf der Grundlage der Betätigung der Eingabevorrichtung 8B durch den Bediener erfolgen. Der Bediener, der erkannt hat, dass der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle schlecht ist, betätigt die Eingabevorrichtung 8B, um Eingabedaten für die Durchführung des Wechsels des Berechnungsmodus vom ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus zu erzeugen. Die Schalteinheit 20 schaltet den Berechnungsmodus auf der Grundlage der Eingabedaten von der Eingabevorrichtung 8B vom ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus um.
Wenn der Berechnungsmodus vom ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus umgeschaltet wurde, kann die Anzeigesteuereinheit 22 die Anzeigevorrichtung 8A veranlassen, anzuzeigen, dass der Berechnungsmodus vom ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus umgeschaltet wurde. Somit kann der Bediener erkennen, dass der Berechnungsmodus von dem ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus umgeschaltet wurde.
Andererseits, wenn der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle vom schlechten Zustand in den guten Zustand gewechselt hat, veranlasst die Anzeigesteuereinheit 22 die Anzeigevorrichtung 8A, anzuzeigen, dass der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle gut ist. Der Bediener kann auf der Grundlage der auf der Anzeigevorrichtung 8A angezeigten Anzeigedaten erkennen, dass der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle gut ist. Das Umschalten des Berechnungsmodus vom zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus kann auf der Grundlage der Betätigung der Eingabevorrichtung 8B durch den Bediener erfolgen. Der Bediener, der erkannt hat, dass der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle gut ist, betätigt die Eingabevorrichtung 8B, um Eingabedaten für die Implementierung des Umschaltens des Berechnungsmodus vom zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus zu erzeugen. Die Schalteinheit 20 schaltet den Berechnungsmodus auf der Grundlage der Eingabedaten von der Eingabevorrichtung 8B vom zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus um.
Wenn der Berechnungsmodus vom zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus umgeschaltet wird, kann die Anzeigesteuereinheit 22 die Anzeigevorrichtung 8A veranlassen, anzuzeigen, dass der Berechnungsmodus vom zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus umgeschaltet wurde. Folglich kann der Bediener erkennen, dass der Berechnungsmodus von dem zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus umgeschaltet worden ist.
[Ziel]
6 ist ein Diagramm, das die Ziele 24 zeigt, die nach der Ausführungsform auf der Baustelle installiert sind. Wie in 6 dargestellt, sind die Ziele 24 außerhalb des Baggers 1 an der Baustelle angeordnet. Die mehreren Ziele 24 sind um den Bagger 1 herum in der Baustelle angeordnet. Die Ziele 24 umfassen Markierungen, die auf Anzeigetafeln 25 gezeichnet sind. In dieser Ausführungsform sind an den unteren Endabschnitten der Anzeigetafeln 25 Erdungsplatten 26 befestigt. Die Anzeigetafeln 25 werden über die Erdungsplatten 26 auf den Boden der Baustelle gelegt. Man beachte, dass die Anzeigetafeln 25 nur an der Baustelle befestigt werden müssen. Die Ziele 24 können z. B. an Strukturen auf der Baustelle angebracht werden. Die Ziele 24 können auf der Baustelle mit Hilfe von Elementen wie Pfählen aufgestellt werden.
7 ist ein Diagramm, das das Ziel 24 nach der Ausführungsform veranschaulicht. Das Ziel 24 enthält eine Identifikationsmarkierung 27 und eine Strahlungsmarkierung 28, die um die Identifikationsmarkierung 27 herum angeordnet ist. Die Identifikationsmarkierung 27 enthält Identifikationsdaten zur Identifizierung des Ziels 24. In einer Ausführungsform enthält die Identifikationsmarkierung 27 einen zweidimensionalen Strichcode, der das Ziel 24 identifiziert. Im Ziel 24 ist ein Referenzpunkt Ot definiert. Die Strahlungsmarkierung 28 erstreckt sich in der Strahlungsrichtung vom Referenzpunkt Ot des Ziels 24. Die Strahlungsmarkierung 28 umfasst mehrere Linien 28A, die sich in der Strahlungsrichtung vom Referenzpunkt Ot des Ziels 24 aus erstrecken. Die Linien 28A umfassen die Kanten der Strahlungsmarkierung 28. Der Referenzpunkt Ot des Ziels 24 ist an einem Schnittpunkt der mehreren Linien 28A definiert.
Nachdem das Ziel 24 auf der Baustelle installiert wurde, wird die Position des Ziels 24 mit einem Vermessungsinstrument vermessen. Das Vermessungsinstrument misst eine dreidimensionale Position des Ziels 24 im Stellen-Koordinatensystem. Die dreidimensionale Position des Ziels 24 schließt eine dreidimensionale Position des Referenzpunktes Ot ein. Das Vermessungsinstrument misst die dreidimensionale Position des Referenzpunktes Ot. Die dreidimensionale Position jedes der mehreren vom Vermessungsinstrument gemessenen Ziele 24 wird in der Speichereinheit 16 gespeichert. Die Speichereinheit 16 speichert Korrelationsdaten, die eine Beziehung zwischen den Identifikationsdaten des Ziels 24, die durch die Identifikationsmarkierung 27 definiert sind, und der dreidimensionalen Position des Ziels 24, die durch das Vermessungsinstrument gemessen wurde, anzeigen. Das Ziel 24 wird auf der Grundlage der Identifikationsmarkierung 27 spezifiziert, wobei eine dreidimensionale Position des spezifizierten Ziels 24 identifiziert wird.
[Zweiter Berechnungsmodus]
Als nächstes wird ein Verfahren zur Berechnung einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers 4 im zweiten Berechnungsmodus erläutert. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers 4 nach der Ausführungsform veranschaulicht. 9 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens zur Berechnung einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers 4 nach der Ausführungsform.
Wenn eine Position und ein Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im ersten Berechnungsmodus nicht berechnet werden können, werden die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im zweiten Berechnungsmodus berechnet. In dieser Ausführungsform berechnet die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage eines Bildes der mehreren Ziele 24 und eines Neigungswinkels des Drehkörpers 4. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 erfasst ein Bild der mehreren Ziele 24 von der Bildgebungsvorrichtung 11. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 erfasst den Neigungswinkel des Drehkörpers 4 von der Neigungswinkel-Berechnungseinheit 19. Wie oben erläutert, umfasst der Neigungswinkel des Drehkörpers 4 einen Rollwinkel und einen Nickwinkel des Drehkörpers 4.
Die mehreren Ziele 24 werden von der Bildgebungsvorrichtung 11 abgebildet. Die Bildgebungsvorrichtung 11 bildet die mehreren Ziele 24 gleichzeitig ab. Wie in 9 dargestellt, werden drei Ziele 24 gleichzeitig von der Bildgebungsvorrichtung 11 abgebildet. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 erfasst ein Bild 29 der drei von der Bildgebungsvorrichtung 11 erfassten Ziele 24 (Schritt SA1).
Wie in 9 dargestellt, sind die drei Ziele 24 in einem Bild 29 angeordnet.
Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 identifiziert die Ziele 24 auf der Grundlage von Identifikationsdaten, die durch die Identifikationsmarkierungen 27 des Ziels 24 definiert sind (Schritt SA2).
Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 spezifiziert die Ziele 24 auf der Grundlage der Identifikationsmarkierungen 27 im Bild 29. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 erfasst die dreidimensionalen Positionen der Ziele 24 aus der Speichereinheit 16 auf der Grundlage der Identifikationsmarkierungen 27 im Bild 29 und der in der Speichereinheit 16 gespeicherten Korrelationsdaten (Schritt SA3) .
Wie oben erläutert, werden die dreidimensionalen Positionen der Ziele 24 im Voraus durch das Vermessungsinstrument vermessen und in der Speichereinheit 16 gespeichert. Korrelationsdaten, die eine Beziehung zwischen den Identifikationsdaten, die durch die Identifikationsmarkierungen 27 der Ziele 24 definiert sind, und den dreidimensionalen Positionen der Ziele 24 angeben, werden im Voraus in der Speichereinheit 16 gespeichert. Daher kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die dreidimensionalen Positionen der Ziele 24 auf der Grundlage der Identifikationsmarkierungen 27 im Bild 29 und der in der Speichereinheit 16 gespeicherten Korrelationsdaten erfassen.
Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 erfasst zweidimensionale Positionen der Ziele 24 im Bild 29 (Schritt SA4).
Die zweidimensionalen Positionen der Ziele 24 im Bild 29 umfassen zweidimensionale Positionen der in den Zielen 24 definierten Referenzpunkte Ot. Wie oben erläutert, weisen die Ziele 24 die Strahlungsmarkierungen 28 einschließlich der Linien 28A auf. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 berechnet die zweidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Ot im Bild 29 auf der Grundlage der Strahlungsmarkierungen 28 im Bild 29. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 kann die zweidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Ot im Bild 29 auf der Grundlage der Strahlungsmarkierungen 28 sehr genau berechnen, indem sie eine Bildverarbeitung an dem Bild 29 der Ziele 24 durchführt. In der folgenden Erklärung werden die Referenzpunkte Ot im Bild 29 als Referenzpunkte Oti bezeichnet, wie es angemessen ist.
Die Neigungswinkel-Berechnungseinheit 19 erfasst die Detektionsdaten des Neigungssensors 10 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ziele 24 abgebildet werden, und berechnet einen Nickwinkel und einen Rollwinkel des Drehkörpers 4 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ziele 24 abgebildet werden. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 erfasst den Rollwinkel und den Nickwinkel des Drehkörpers 4 zu dem Zeitpunkt, zu dem die Ziele 24 von der Neigungswinkel-Berechnungseinheit 19 abgebildet werden (Schritt SA5).
Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 berechnet eine Position und einen Azimutwinkel der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage der im Schritt SA3 erfassten dreidimensionalen Positionen der drei Ziele 24, der im Schritt SA4 erfassten zweidimensionalen Positionen der Ziele 24 in dem Bild 29 und des im Schritt SA5 erfassten Roll- und Nickwinkels des Drehkörpers 4 (Schritt SA6).
In der Ausführungsform berechnet die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage eines Bündelungsverfahrens, das eine Art von Blockanpassungsverfahren bei der Lufttriangulation ist. Die Lufttriangulation bedeutet ein Verfahren zur Berechnung einer Bildgebungsposition und einer Bildgebungsrichtung jedes von mehreren Bildern 29 durch mehrere Kameras 13 auf der Grundlage bekannter Koordinaten der Referenzpunkte Ot unter Verwendung einer kollinearen Bedingung, die die Geradlinigkeit des Lichts und eine geometrische Eigenschaft einer Luftaufnahme angibt.
Um die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 auf der Grundlage des Bündelungsverfahrens zu berechnen, erfasst die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die dreidimensionalen Positionen der drei Referenzpunkte Ot, die zweidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Oti im Bild 29 sowie einen Roll- und einen Nickwinkel des Drehkörpers 4. Die dreidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Ot sind dreidimensionale Positionen im Stellen-Koordinatensystem. Die zweidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Oti sind zweidimensionale Positionen in dem im Bild 29 definierten Bild-Koordinatensystem. Das Bild-Koordinatensystem wird durch ein uv-Koordinatensystem dargestellt, in dem eine linke obere Ecke des Bildes 29 als Ursprung, eine seitliche Richtung als u-Achse und eine Längsrichtung als v-Achse festgelegt ist. Die zweidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Oti dienen als Durchgangspunkte für die Kombination überlappender Teile der mehreren Bilder 29.
Wenn zum Beispiel eine dreidimensionale Position des Referenzpunktes Ot im Vor-Ort-Koordinatensystem als P (X, Y, Z) dargestellt wird, eine dreidimensionale Position des Referenzpunktes Ot im Kamera-Koordinatensystem als Pc (Xc, Yc, Zc) dargestellt wird, eine zweidimensionale Position des Referenzpunktes Oti im Bild-Koordinatensystem als p (x, y) dargestellt wird, eine Position des optischen Zentrums Oc im Stellen-Koordinatensystem als O (Xo, Yo, Zo) dargestellt wird, eine Drehmatrix, die eine Stellung der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem angibt, als R dargestellt wird, und eine interne Parametermatrix als k dargestellt wird, gelten die folgenden Bedingungen von Ausdruck (1), Ausdruck (2) und Ausdruck (3).
$p = k - Pc$
$P = R - PC + O$
$P = R - (k^{- 1} - p)$
Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 kann die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem berechnen, indem sie eine Konvergenzberechnung der dreidimensionalen Positionen der drei Referenzpunkte Ot, der zweidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Oti im Bild 29 und des Roll- und des Nickwinkels des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des Bündelungsverfahrens durchführt.
Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 berechnet eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage der im Schritt SA6 berechneten Position und des Azimutwinkels der Kamera 13 (Schritt SA7).
Die relativen Positionen des optischen Zentrums Oc der Kamera 13 und des repräsentativen Punktes Om des Drehkörpers 4 sind bekannt. Eine Konvertierungsmatrix zur Konvertierung des Fahrzeugkörper-Koordinatensystems auf der Grundlage des repräsentativen Punktes Om, der in dem Fahrzeugkörper 4 definiert ist, und des Kamera-Koordinatensystems auf der Grundlage des optischen Zentrums Oc der Kamera 13 ist bekannt. Daher kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im Stellen-Koordinatensystem berechnen, indem sie die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage des Bündelungsverfahrens unter Verwendung des Bildes 29 berechnet, das durch Abbilden der Ziele 24 erhalten wurde, und die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 auf der Grundlage der Umrechnungsmatrix koordinatenkonvertiert.
Die Verarbeitung in den oben erläuterten Schritten SA1 bis SA7 wird durchgeführt, wenn die Ziele 24 abgebildet werden. Wenn die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnet werden, nachdem der Fahrkörper 3 die Fahrbewegung durchgeführt hat, wird die oben erläuterte Verarbeitung in den Schritten SA1 bis SA7 erneut durchgeführt.
Man beachte, dass bei der oben erläuterten Verarbeitung in den Schritten SA1 bis SA7 die drei Ziele 24 nicht abgebildet werden müssen und nur mindestens zwei Ziele 24 abgebildet werden müssen.
[Berechnung einer Position und eines Azimuts nach einer Drehbewegung].
Nachdem die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnet wurden, werden die Ziele 24 abgebildet, um eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen, wenn der Fahrkörper 3 eine Fahrbewegung durchführt. Wenn die Ziele 24 abgebildet sind, wird die oben erläuterte Verarbeitung im Schritt SA1 bis Schritt SA7 erneut durchgeführt.
Andererseits kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18, nachdem die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 durch die oben erläuterte Verarbeitung im Schritt SA1 bis Schritt SA7 berechnet wurden, wenn der Fahrkörper 3 die Fahrbewegung nicht durchgeführt hat und der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat, eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des Bildes 29 von mindestens einem Ziel 24 berechnen, ohne mindestens zwei Ziele 24 zu verwenden.
10 ist ein schematisches Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Berechnung einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers 4 gemäß der Ausführungsform. Wenn mindestens zwei Ziele 24 in einem Zustand abgebildet werden, in dem der Drehkörper 4 einer ersten Richtung D1 zugewandt ist, werden eine Position und ein Azimut des Drehkörpers 4 gemäß der oben erläuterten Verarbeitung im Schritt SA1 bis Schritt SA7 berechnet.
Nachdem die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnet wurden, wird, wenn der Drehkörper 4 sich aus der ersten Richtung D1 dreht, um einer zweiten Richtung D2 zugewandt zu sein, und mindestens ein Ziel 24 von der Bildgebungsvorrichtung 11 abgebildet wird, der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Drehkörper 4 der zweiten Richtung D2 zugewandt ist, auf der Grundlage des Bildes 29 des mindestens einen Ziels 24 berechnet. Nach der Berechnung der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers 4 unter Verwendung der mindestens zwei Ziele 24 kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des Bildes 29 des mindestens einen Ziels 24, das von der Bildgebungsvorrichtung 11 erfasst wurde, berechnen, wenn der Drehkörper 4 eine Drehbewegung durchführt, die um die Drehachse RX zentriert ist, um sich der zweiten Richtung D2 aus der ersten Richtung D1 zuzuwenden.
Das heißt, die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 berechnet einen Drehwinkel θ auf der Grundlage des Azimutwinkels des Drehkörpers 4 vor der Drehbewegung, der unter Verwendung der mindestens zwei in der ersten Richtung D1 vorhandenen Ziele 24, des Bildes 29 eines in der zweiten Richtung D2 vorhandenen Ziels 24, des Rollwinkels und des Nickwinkels des Drehkörpers 4 vor der Drehbewegung und des Rollwinkels und des Nickwinkels des Drehkörpers 4 nach der Drehbewegung berechnet wird. Durch die Berechnung des Drehwinkels θ kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 nach der Drehbewegung auf der Grundlage des Azimutwinkels des Drehkörpers 4 und des Drehwinkels θ berechnen, der unter Verwendung der mindestens zwei Ziele 24 berechnet wurde. Wenn der Fahrkörper 3 die Fahrbewegung nicht durchführt, ändert sich die Position der Drehachse RX nicht. Daher kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des berechneten Drehwinkels θ berechnen.
Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 kann gleichzeitig die Position der Drehachse RX, den Azimutwinkel des Drehkörpers 4, bevor der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchführt, und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4, nachdem der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat, auf der Grundlage des Bildes 29 von mindestens zwei Zielen 24, die von der Bildgebungsvorrichtung 11 aufgenommen wurden, bevor der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchführt, berechnen, des Rollwinkels und des Nickwinkels des Drehkörpers 4, bevor der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchführt, des Bildes 29 von mindestens einem Ziel 24, das von der Bildgebungsvorrichtung 11 aufgenommen wurde, nachdem der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat, und des Rollwinkels und des Nickwinkels des Drehkörpers 4, nachdem der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat.
Man beachte, dass die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 den Drehwinkel θ auf der Grundlage der Detektionsdaten des Neigungssensors 10 berechnen kann. Wie oben erläutert, umfasst der Neigungssensor 10 die Trägheitsmesseinheit (IMU). Die Trägheitsmesseinheit (IMU) fungiert als Drehsensor, der die Drehung des Drehkörpers 4 detektiert. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 kann den Drehwinkel θ auf der Grundlage der Detektionsdaten der Trägheitsmesseinheit (IMU) berechnen. Daher kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 nach der Berechnung der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers 4 unter Verwendung der drei Ziele 24, wenn der Fahrkörper 3 die Fahrbewegung nicht durchgeführt hat und der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat, auf der Grundlage der Detektionsdaten des Neigungssensors 10, der die Drehung des Drehkörpers 4 detektiert, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 nach der Durchführung der Drehbewegung berechnen.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers 4 veranschaulicht, nachdem der Drehkörper 4 gemäß der Ausführungsform die Drehbewegung durchgeführt hat. Nachdem der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat, bestimmt die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18, ob die Bildgebungsvorrichtung 11 die Ziele 24 erfolgreich abgebildet hat. Das heißt, die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 bestimmt, ob ein Bild von mindestens einem Ziel 24 erfolgreich erfasst wurde, nachdem der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat (Schritt SB1).
Wenn im Schritt SB1 bestimmt wird, dass das Bild des mindestens einen Ziels 24 erfolgreich erfasst wurde (Schritt SB1: Ja), berechnet die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 nach der Durchführung der Drehbewegung auf der Grundlage des Bildes 29 des mindestens einen Ziels 24, des Rollwinkels und des Nickwinkels des Drehkörpers 4 vor der Durchführung der Drehbewegung und des Rollwinkels und des Nickwinkels des Drehkörpers 4 nach der Durchführung der Drehbewegung (Schritt SB2).
Wenn im Schritt SB1 bestimmt wird, dass das Bild von mindestens einem Ziel 24 nicht erfolgreich erfasst wurde (Schritt SB1: Nein), berechnet die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 auf der Grundlage der Detektionsdaten des Neigungssensors 10, der die Drehung des Drehkörpers 4 detektiert, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4, nachdem die Drehbewegung durchgeführt wurde (Schritt SB3).
Wie oben erläutert, berechnet die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des Bildes 29 der mindestens zwei Ziele 24 und des Neigungswinkels des Drehkörpers 4, wenn sich die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 in dem Zustand befindet, in dem sie nicht in der Lage ist, eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen, und die Bildgebungsvorrichtung 11 mindestens zwei Ziele 24 abbildet, bevor der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchführt. Wenn sich die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 in dem Zustand befindet, in dem sie nicht in der Lage ist, eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen, und der Fahrkörper 3 die Fahrbewegung nicht durchgeführt hat und der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat, kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des Bildes 29 mindestens eines Ziels 24, das von der Bildgebungsvorrichtung 11 erfasst wurde, nachdem der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat, oder der Detektionsdaten des Neigungssensors 10, nachdem der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat, berechnen.
[Verarbeitung der Korrektureinheit]
Als nächstes wird die Verarbeitung der Korrektureinheit 23 erläutert. Die Korrektureinheit 23 korrigiert einen Fehler des Neigungssensors 10. Wie oben erläutert, kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18, nachdem der Fahrkörper 3 die Fahrbewegung nicht durchgeführt hat und der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat, wenn die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 nicht auf der Grundlage der Detektionsdaten des Positionssensors 9 und die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 nicht auf der Grundlage des Bildes 29 des mindestens einen Ziels 24 berechnet werden können, die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 auf der Grundlage der Detektionsdaten des Neigungssensors 10, einschließlich der IMU, die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnen, nachdem die Drehbewegung durchgeführt wurde. Wenn die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 nach der Durchführung der Drehbewegung unter Verwendung der Detektionsdaten des Neigungssensors 10 berechnet werden, wird die vom Neigungssensor 10 detektierte Beschleunigung doppelt über die Zeit integriert, wodurch die Position des Drehkörpers 4 berechnet wird, und die vom Neigungssensor 10 erfasste Winkelgeschwindigkeit wird über die Zeit integriert, wodurch der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnet wird. Wenn die Detektionsdaten des Neigungssensors 10 integriert werden, ist es wahrscheinlich, dass ein kumulativer Fehler in den Berechnungsergebnissen der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers 4 durch integrale Addition verursacht wird. Das heißt, es ist wahrscheinlich, dass sich Fehler aufgrund der Integration der Beschleunigung oder der Winkelgeschwindigkeit akkumulieren und die Berechnungsgenauigkeit der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers 4 verschlechtert wird.
Wenn der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle gut ist und die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 in dem Zustand ist, in dem sie in der Lage ist, eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen, kann die Korrektureinheit 23 Fehler in der Position und dem Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage eines Berechnungsergebnisses der ersten Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 korrigieren.
Andererseits, wenn der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle schlecht ist und die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 nicht in der Lage ist, eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen, kann die Korrektureinheit 23 Fehler in der Position und dem Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage eines Berechnungsergebnisses der zweiten Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 korrigieren.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Korrektur eines Berechnungsergebnisses einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers 4 gemäß der Ausführungsform dargestellt. Die Schalteinheit 20 bestimmt, ob die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 in einem Zustand ist, in dem sie einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnen kann (Schritt SC1).
Wenn im Schritt SC1 bestimmt wird, dass die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 in der Lage ist, einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen (Schritt SC1: Ja), korrigiert die Korrektureinheit 23 Fehler einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des von der ersten Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 berechneten Azimutwinkels des Drehkörpers 4 (Schritt SC2).
Wenn im Schritt SC1 bestimmt wird, dass die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17 nicht in der Lage ist, einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 zu berechnen (Schritt SC1: Nein), korrigiert die Korrektureinheit 23 Fehler der Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des von der zweiten Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 berechneten Azimutwinkels des Drehkörpers 4 (Schritt SC3).
[Computersystem]
13 ist ein Blockdiagramm, das ein Computersystem 1000 gemäß der Ausführungsform zeigt. Die oben erläuterte Steuervorrichtung 12 umfasst das Computersystem 1000. Das Computersystem 1000 umfasst einen Prozessor 1001, wie z. B. eine CPU (Central Processing Unit, zentrale Verarbeitungseinheit), einen Hauptspeicher 1002, der einen nichtflüchtigen Speicher, wie z. B. einen ROM (Read Only Memory, Festwertspeicher), und einen flüchtigen Speicher, wie z. B. einen RAM (Random Access Memory, Direktzugriffsspeicher), umfasst, einen Speicher 1003 und eine Schnittstelle 1004, die eine Eingabe- und Ausgabeschaltung umfasst. Die oben erläuterte Funktion der Steuervorrichtung 12 ist in dem Speicher 1003 als Computerprogramm gespeichert. Der Prozessor 1001 liest das Computerprogramm aus dem Speicher 1003, lädt das Computerprogramm in den Hauptspeicher 1002 und führt die oben beschriebene Verarbeitung gemäß dem Programm aus. Man beachte, dass das Computerprogramm über ein Netzwerk an das Computersystem 1000 verteilt werden kann.
Das Computerprogramm oder das Computersystem 1000 kann gemäß der oben erläuterten Ausführungsform das Erfassen eines Bildes der mehreren Ziele 24, die außerhalb des Baggers 1 einschließlich des Fahrkörpers 3 und des Drehkörpers 4 installiert sind, das Erfassen eines Neigungswinkels des Drehkörpers 4 und das Berechnen einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers 4 auf der Grundlage des Bildes der mehreren Ziele 24 und des Neigungswinkels des Drehkörpers 4 ausführen.
[Wirkungen]
Wie oben erläutert, wird nach der Ausführungsform ein Bild der mehreren außerhalb des Baggers 1 installierten Ziele 24 erfasst. Ein Rollwinkel und ein Nickwinkel, die in einem Neigungswinkel des Drehkörpers 4 enthalten sind, werden erfasst. Eine Position und ein Azimutwinkel des Drehkörpers 4 werden auf der Grundlage des Bildes der mehreren Ziele 24 und des Neigungswinkels des Drehkörpers 4 berechnet. Selbst bei einem Positionierungsausfall der GNSS werden die Position und der Azimutwinkel des Baggers 1 auf der Grundlage des Bildes der Ziele 24 berechnet. Daher kann der Bagger 1 auch bei einem Positionierungsausfall der GNSS Arbeiten durchführen, die auf einer Maschinenführungstechnologie oder einer Maschinensteuertechnologie basieren.
Die dreidimensionalen Positionen der Ziele 24 werden von dem Vermessungsinstrument erfasst und im Voraus in der Speichereinheit 16 gespeichert. Auf der Grundlage des Bildes 29 der Ziele 24 werden zweidimensionale Positionen der Ziele 24 in dem Bild 29 von der zweiten Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 berechnet. Folglich kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage der dreidimensionalen Positionen der Ziele 24, den zweidimensionalen Positionen der Ziele 24 und dem Neigungswinkel des Drehkörpers 4 berechnen.
In der Ausführungsform werden eine Position und ein Azimutwinkel der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage der dreidimensionalen Positionen der Ziele 24, der zweidimensionalen Positionen der Ziele 24 und dem Neigungswinkel des Drehkörpers 4 berechnet. Nachdem die Position und der Azimutwinkel der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem berechnet wurden, werden die Position und der Azimutwinkel der Kamera 13 koordinatenkonvertiert, wodurch eine Position und ein Azimutwinkel des Drehkörpers 4 berechnet werden. Folglich kann, nachdem die Position und der Azimutwinkel der Kamera 13 berechnet wurden, die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage der Position und des Azimutwinkels der Kamera 13 korrekt berechnen.
Die dreidimensionalen Positionen der Ziele 24 sind die dreidimensionalen Positionen der in den Zielen 24 definierten Referenzpunkte Ot. Die zweidimensionalen Positionen der Ziele 24 im Bild 29 sind die im Ziel 24 definierten zweidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Oti im Bild 29. Es werden die Referenzpunkte Ot und die Referenzpunkte Oti verwendet, wodurch einer Verschlechterung der Berechnungsgenauigkeit der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers 4 entgegengewirkt wird.
Die Ziele 24 enthalten die Strahlungsmarkierungen 28, die sich in der Strahlungsrichtung von den Referenzpunkten Ot der Ziele 24 erstrecken. Einer Verschlechterung der Berechnungsgenauigkeit der zweidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Oti wird durch die Strahlungsmarkierungen 28 entgegengewirkt.
Die Ziele 24 enthalten die Identifikationsmarkierungen 27, die die Ziele 24 identifizieren. Korrelationsdaten, die eine Beziehung zwischen den Identifikationsdaten der Ziele 24, die durch die Identifikationsmarkierungen 27 definiert sind, und den dreidimensionalen Positionen der Ziele 24, die durch das Vermessungsinstrument gemessen wurden, anzeigen, werden im Voraus in der Speichereinheit 16 gespeichert. Folglich kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die dreidimensionalen Positionen der Ziele 24, die auf dem Bild 29 reflektiert werden, unter Bezugnahme auf die in der Speichereinheit 16 gespeicherten Korrelationsdaten auf der Grundlage der Identifikationsmarkierungen 27 im Bild 29 erfassen.
Der Neigungswinkel des Drehkörpers 4 wird auf der Grundlage der Detektionsdaten des im Drehkörper 4 angeordneten Neigungssensors 10 berechnet. Folglich wird der Neigungswinkel des Drehkörpers 4 mit hoher Genauigkeit berechnet.
Nachdem die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 von der zweiten Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 unter Verwendung der drei Ziele 24 berechnet worden sind, kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers 4 effizient berechnen, wenn ein Bild von mindestens einem Ziel 24 aufgenommen wird, wenn der Fahrkörper 3 die Fahrbewegung nicht durchgeführt hat und der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat.
Nachdem die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers 4 von der zweiten Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 unter Verwendung der drei Ziele 24 berechnet wurden, kann die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 auf der Grundlage der Detektionsdaten des Neigungssensors 10, der in der Lage ist, den Drehwinkel θ zu detektieren, ohne Verwendung der Ziele 24 effizient berechnen, wenn der Fahrkörper 3 die Fahrbewegung nicht durchgeführt hat und der Drehkörper 4 die Drehbewegung durchgeführt hat.
[Andere Ausführungsformen]
In der oben erläuterten Ausführungsform berechnet die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage der drei Referenzpunkte Ot. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 kann die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage der mindestens zwei Referenzpunkte Ot berechnen. Das heißt, die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 kann die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 in dem Stellen-Koordinatensystem berechnen, indem sie eine Konvergenzberechnung an den dreidimensionalen Positionen der mindestens zwei Referenzpunkte Ot, den zweidimensionalen Positionen der Referenzpunkte Oti in dem Bild 29 und dem Rollwinkel und dem Nickwinkel des Drehkörpers 4 durchführt.
In der oben erläuterten Ausführungsform berechnet die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 im Stellen-Koordinatensystem und berechnet die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im Stellen-Koordinatensystem. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 kann die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem berechnen oder die Position und den Azimutwinkel der Kamera 13 im Kamera-Koordinatensystem berechnen. Die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18 kann die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im Fahrzeugkörper-Koordinatensystem berechnen oder die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers 4 im Kamera-Koordinatensystem berechnen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das Ziel 24 von der Stereokamera 15 abgebildet. Das Ziel 24 kann auch mit einer monokularen Kamera abgebildet werden.
In der oben erläuterten Ausführungsform umfasst der Bordmonitor 8 die Anzeigevorrichtung 8A und die Eingabevorrichtung 8B. Zum Beispiel kann das Tablet-Terminal die Anzeigevorrichtung 8A und die Eingabevorrichtung 8B enthalten. Das heißt, die Anzeigevorrichtung 8A und die Eingabevorrichtung 8B können von dem Bagger 1 getrennt sein. In der oben erläuterten Ausführungsform sind die Anzeigevorrichtung 8A und die Eingabevorrichtung 8B in der Kabine 2 angeordnet. Eine oder beide der Anzeigevorrichtungen 8A und 8B können außerhalb der Kabine 2 angeordnet sein.
In der oben erläuterten Ausführungsform wird der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle auf der Anzeigevorrichtung 8A angezeigt. Die Anzeigesteuereinheit 22 kann die Anzeigevorrichtung 8A veranlassen, beispielsweise Empfehlungsanzeigedaten anzuzeigen, um den Wechsel zwischen dem ersten Berechnungsmodus und dem zweiten Berechnungsmodus zu empfehlen. Wenn sich beispielsweise der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle vom guten Zustand zum schlechten Zustand geändert hat, kann die Anzeigesteuereinheit 22 die Anzeigevorrichtung 8A veranlassen, Zeichendaten wie „es wird empfohlen, den Berechnungsmodus vom ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus umzuschalten“ anzuzeigen. Wenn der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle vom schlechten Zustand in den guten Zustand gewechselt hat, kann die Anzeigesteuereinheit 22 die Anzeigevorrichtung 8A veranlassen, Zeichendaten wie „es wird empfohlen, den Berechnungsmodus vom zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus umzuschalten“ anzuzeigen.
In der oben erläuterten Ausführungsform wird das Umschalten zwischen dem ersten Berechnungsmodus und dem zweiten Berechnungsmodus auf der Grundlage der Betätigung der Eingabevorrichtung 8B durch den Bediener durchgeführt. Der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle wird möglicherweise nicht auf der Anzeigevorrichtung 8A angezeigt. Das Umschalten zwischen dem ersten Berechnungsmodus und dem zweiten Berechnungsmodus kann automatisch von der Steuervorrichtung 12 durchgeführt werden. Wenn sich beispielsweise der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle vom guten Zustand zum schlechten Zustand geändert hat, kann die Schalteinheit 20 den Berechnungsmodus automatisch vom ersten Berechnungsmodus in den zweiten Berechnungsmodus umschalten, unabhängig von den Eingabedaten von der Eingabevorrichtung 8B. Wenn sich der Empfangszustand der GNSS-Funkwelle von dem schlechten Zustand in den guten Zustand geändert hat, kann die Schalteinheit 20 den Berechnungsmodus automatisch von dem zweiten Berechnungsmodus in den ersten Berechnungsmodus umschalten, unabhängig von den Eingabedaten von der Eingabevorrichtung 8B. Wenn der erste Berechnungsmodus und der zweite Berechnungsmodus automatisch umgeschaltet werden, kann die Anzeigesteuereinheit 22 die Anzeigevorrichtung 8A veranlassen, anzuzeigen, dass der erste Berechnungsmodus und der zweite Berechnungsmodus umgeschaltet sind.
In der oben erläuterten Ausführungsform können die Speichereinheit 16, die erste Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 17, die zweite Positions-/Azimut-Berechnungseinheit 18, die Neigungswinkel-Berechnungseinheit 19, die Schalteinheit 20, die Berechnungseinheit 21 für dreidimensionale Daten, die Anzeigesteuereinheit 22 und die Korrektureinheit 23 jeweils durch unterschiedliche Hardware konfiguriert werden.
In der oben erläuterten Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine 1 ein Bagger mit dem Fahrkörper 3 und dem Drehkörper 4. Die Arbeitsmaschine 1 muss nicht unbedingt den Fahrkörper 3 und den Drehkörper 4 umfassen. Die Arbeitsmaschine 1 muss lediglich eine Arbeitsausrüstung enthalten und kann beispielsweise eine Planierraupe oder ein Radlader sein.
Referenzzeichenliste

1: BAGGER (ARBEITSMASCHINE)
2: KABINE
3: FAHRKÖRPER
3A: RAUPENBAND
4: DREHKÖRPER
5: ARBEITSAUSRÜSTUNG
5A: AUSLEGER
5B: ARM
5C: SCHAUFEL
6: HYDRAULIKZYLINDER
6A: AUSLEGERZYLINDER
6B: ARMZYLINDER
6C: SCHAUFELZYLINDER
7: BETÄTIGUNGSVORRICHTUNG
7A: LINKER ARBEITSHEBEL
7B: RECHTER ARBEITSHEBEL
7C: LINKER FAHRHEBEL
7D: RECHTER FAHRHEBEL
7E: LINKES FUSSPEDAL
7F: RECHTES FUSSPEDAL
8: BORDMONITOR
8A: ANZEIGEVORRICHTUNG
8B: EINGABEVORRICHTUNG
9: POSITIONSSENSOR
9A: ERSTER POSITIONSSENSOR
9B: ZWEITER POSITIONSSENSOR
10: NEIGUNGSSENSOR
11: BILDGEBUNGSVORRICHTUNG
12: STEUERVORRICHTUNG
13: KAMERA
13A: KAMERA
13B: KAMERA
13C: KAMERA
13D: KAMERA
14: FAHRERSITZ
15: STEREOKAMERA
15A: STEREOKAMERA
15B: STEREOKAMERA
16: SPEICHEREINHEIT
17: ERSTE POSITIONS-/AZIMUT-BERECHNUNGSEINHEIT
18: ZWEITE POSITIONS-/AZIMUT-BERECHNUNGSEINHEIT
19: NEIGUNGSWINKEL-BERECHNUNGSEINHEIT
20: SCHALTEINHEIT
21: BERECHNUNGSEINHEIT FÜR DREIDIMENSIONALE DATEN
22: ANZEIGESTEUEREINHEIT
23: KORREKTUREINHEIT
24: ZIEL
25: ANZEIGETAFEL
26: ERDUNGSPLATTE
27: IDENTIFIKATIONSMARKIERUNG
28: STRAHLUNGMARKIERUNG
28A: LINIE
29: BILD
30: STEUERSYSTEM
1000: COMPUTERSYSTEM
1001: PROZESSOR
1002: HAUPTSPEICHER
1003: SPEICHER
1004: SCHNITTSTELLE
D1: ERSTE RICHTUNG
D2: ZWEITE RICHTUNG
Oc: OPTISCHES ZENTRUM
Ot: REFERENZPUNKT
Og: STELLENREFERENZPUNKT
Om: REPRÄSENTATIVER PUNKT
Oti: REFERENZPUNKT
RX: DREHACHSE
θ: DREHWINKEL

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

WO 2015167022 A [0003]

Claims

Steuersystem für eine Arbeitsmaschine mit einem Fahrkörper und einem Drehkörper, wobei das Steuersystem umfasst eine Positions-/Azimut-Berechnungseinheit, die eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage eines Bildes mehrerer außerhalb der Arbeitsmaschine installierter Ziele und eines Neigungswinkels des Drehkörpers berechnet.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, umfassend eine Speichereinheit, die eine dreidimensionale Position von jedem der mehreren Ziele speichert, wobei die Positions-/Azimut-Berechnungseinheit eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage einer dreidimensionalen Position des Ziels, einer zweidimensionalen Position des Ziels im Bild und eines Neigungswinkels des Drehkörpers berechnet.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach Anspruch 2, umfassend eine Bildgebungsvorrichtung, die in dem Drehkörper angeordnet ist und das Ziel abbildet, wobei die Positions-/Azimut-Berechnungseinheit das Bild von der Bildgebungsvorrichtung erfasst.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach Anspruch 3, wobei die Positions-/Azimut-Berechnungseinheit eine Position und einen Azimutwinkel der Bildgebungsvorrichtung in einem Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage der dreidimensionalen Position des Ziels, der zweidimensionalen Position des Ziels und des Neigungswinkels des Drehkörpers berechnet und eine Position und einen Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage der Position und des Azimutwinkels der Bildgebungsvorrichtung berechnet.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die dreidimensionale Position und die zweidimensionale Position des Ziels jeweils eine dreidimensionale Position und eine zweidimensionale Position eines im Ziel definierten Referenzpunkts umfassen.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach Anspruch 5, wobei das Ziel eine Strahlungsmarkierung aufweist, die sich in einer Strahlungsrichtung von einem Referenzpunkt des Ziels aus erstreckt, und die Positions-/Azimut-Berechnungseinheit eine zweidimensionale Position des Referenzpunktes auf der Grundlage der Strahlungsmarkierung berechnet.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Ziel eine Identifikationsmarkierung enthält, die Speichereinheit Korrelationsdaten speichert, die eine Beziehung zwischen Identifikationsdaten, die durch die Identifikationsmarkierung definiert sind, und einer dreidimensionalen Position des Ziels angeben, und die Positions-/Azimut-Berechnungseinheit eine dreidimensionale Position des Ziels von der Speichereinheit auf der Grundlage der Identifikationsmarkierung im Bild erfasst.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend: einen Neigungssensor, der in dem Drehkörper angeordnet ist; und eine Neigungswinkel-Berechnungseinheit, die einen Neigungswinkel des Drehkörpers auf der Grundlage von Detektionsdaten des Neigungssensors berechnet, wobei die Positions-/Azimut-Berechnungseinheit den Neigungswinkel des Drehkörpers von der Neigungswinkel-Berechnungseinheit erfasst.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei, nach der Berechnung der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers, wenn der Drehkörper eine Drehbewegung durchführt, die Positions-/Azimut-Berechnungseinheit die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage eines Bildes von mindestens einem Ziel berechnet.
Steuersystem der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei, nach der Berechnung der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers, wenn der Drehkörper eine Drehbewegung durchführt, die Positions-/Azimut-Berechnungseinheit die Position und den Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage von Detektionsdaten eines Drehsensors berechnet, der die Drehung des Drehkörpers detektiert.
Arbeitsmaschine, umfassend das Steuersystem der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zur Steuerung einer Arbeitsmaschine mit einem Fahrkörper und einem Drehkörper, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen eines Bildes mehrerer Ziele, die außerhalb der Arbeitsmaschine installiert sind; Erfassen eines Neigungswinkels des Drehkörpers; und Berechnen einer Position und eines Azimutwinkels des Drehkörpers auf der Grundlage des Bildes der mehreren Ziele und eines Neigungswinkels des Drehkörpers.
Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine nach Anspruch 12, umfassend: Erfassen einer dreidimensionalen Position des Ziels; und Berechnen einer zweidimensionalen Position des Ziels in dem Bild auf der Grundlage des Bildes, wobei die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage einer dreidimensionalen Position des Ziels, einer zweidimensionalen Position des Ziels und eines Neigungswinkels des Drehkörpers berechnet werden.
Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine nach Anspruch 13, wobei das Bild der mehreren Ziele durch eine im Drehkörper angeordnete Bildgebungsvorrichtung erfasst wird, das Verfahren das Berechnen der Position und des Azimutwinkels der Bildgebungsvorrichtung in einem Stellen-Koordinatensystem auf der Grundlage der dreidimensionalen Position des Ziels, der zweidimensionalen Position des Ziels und des Neigungswinkels des Drehkörpers umfasst, und die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage der Position und des Azimutwinkels der Bildgebungsvorrichtung berechnet werden.
Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die dreidimensionale Position und die zweidimensionale Position des Ziels jeweils eine dreidimensionale Position und eine zweidimensionale Position eines im Ziel definierten Referenzpunkts umfassen.
Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine nach Anspruch 15, wobei das Ziel eine Strahlungsmarkierung enthält, die sich in einer Strahlungsrichtung vom Referenzpunkt des Ziels aus erstreckt, und die zweidimensionale Position des Referenzpunktes auf der Grundlage der Strahlungsmarkierung berechnet wird.
Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das Ziel eine Identifikationsmarkierung enthält, und eine dreidimensionale Position des Ziels auf der Grundlage der Identifikationsmarkierung in dem Bild und von Korrelationsdaten, die eine Beziehung zwischen den durch die Identifikationsmarkierung definierten Identifikationsdaten und der dreidimensionalen Position des Ziels angeben, erfasst wird.
Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Neigungswinkel des Drehkörpers auf der Grundlage von Detektionsdaten eines im Drehkörper angeordneten Neigungssensors berechnet wird.
Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei, nach der Berechnung der Position und des Azimutwinkels des Drehkörpers, wenn der Drehkörper eine Drehbewegung durchführt, die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage eines Bildes von mindestens einem Ziel berechnet werden.
Verfahren zur Steuerung der Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei, nachdem die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers berechnet wurden, wenn der Drehkörper eine Drehbewegung durchführt, die Position und der Azimutwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage von Detektionsdaten eines Drehsensors berechnet werden, der das Drehen des Drehkörpers detektiert.