JP2019108775A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ショベルなどの建設機械で作業する際に、アタッチメントを簡単に且つ迅速に目的位置へ移動させる操作補助を行う建設機械を提供すること。【解決手段】建設機械１０は、下部走行体、上部旋回体、作業装置、アタッチメントをそれぞれ作動させる複数のアクチュエータと、を備えている。建設機械１０は、入力インターフェース３３で仮想空間に指定された目的位置から実空間でのアタッチメントの目的位置を演算する目的位置演算部３４と、アタッチメントの実空間位置が実空間の目的位置に一致するように下部走行体、上部旋回体、作業装置及びアタッチメントのうち少なくともの１つの作動量を演算する作動量演算部３５と、演算された作動量にしたがって駆動装置１９、旋回モータ２８及び複数のアクチュエータ２２、２４、２８のうち少なくとも１つの動作を制御する制御部３６とを備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、油圧ショベルなどの建設機械で作業する際に、アタッチメントを簡単に且つ迅速に目的位置へ移動させる操作補助を行う建設機械に関する。

油圧ショベルなど建設機械を操作する際、操作室の操作者は、アタッチメントの現在位置および移動先の目的位置を確認しつつ、上部旋回体、作業装置（ブーム、アーム）およびアタッチメント等を、それらに対応する操作部を操作することで移動させる。

ところで、作業現場においては掘削する位置を建設機械に指示するために目印を設置していることがある。この目印にアタッチメントの先端などを合わせて建設機械の操作を行うが、アタッチメントが目印から離れていくに従い、目的位置が見えにくくなり目的位置との間に位置ずれが生じ易くなる。この対策として、施工面の形状と目印位置とを自動的に計測して、操作を簡単にする情報を操作者に提供することで作業補助を行う建設機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４３１１５７７号公報

特許文献１の建設機械は、建設機械の操作室に設置されたレーザ測距装置が、作業面の形状と目印位置とを自動計測する。施工面の近傍に設置された目印に基づいて、形成されるべき目標面に相当する仮想線を演算する。そして、施工面と仮想線の位置を示す画像を表示装置に断面表示することで、操作者は施工面と目標面（仮想線）との位置関係が分かる。操作者は、表示装置に断面表示された仮想線を目安として建設機械を操作することができる。

しかしながら、特許文献１の建設機械では、表示装置に施工面と目標面（仮想線）とが表示されるものの、建設機械の作業装置（ブーム、アーム）やアタッチメントの操作は、それらに対応する操作部を従来通り操作者がそれぞれ操作する必要があり、結局、操作者の操作技術に頼る部分が多くなるため、目的面にアタッチメントを簡単に且つ迅速に移動させるには改善の余地がある。

本発明は、以上の点に鑑み、油圧ショベルなどの建設機械で作業する際に、アタッチメントを簡単に且つ迅速に目的位置へ移動させる操作補助を行う建設機械を提供することを目的とする。

[１]上記目的を達成するため、本発明の建設機械は、
駆動装置により駆動される下部走行体と、当該下部走行体に旋回可能に設けられ旋回モータにより旋回される上部旋回体と、当該上部旋回体に回動自在に連結された作業装置と、当該作業装置の先端に連結されたアタッチメントと、当該アタッチメント及び前記作業装置をそれぞれ作動させる複数のアクチュエータとを備えた建設機械において、
前記アタッチメントの目的位置を仮想空間において指定させるための入力インターフェースと、
前記入力インターフェースで仮想空間に指定された目的位置から実空間での前記アタッチメントの目的位置を演算する目的位置演算部と、
前記アタッチメントの実空間位置が実空間の目的位置に一致するように前記下部走行体、前記上部旋回体、前記作業装置及び前記アタッチメントのうち少なくともの１つの作動量を演算する作動量演算部と、
前記作動量演算部により演算された作動量にしたがって前記駆動装置、前記旋回モータ及び前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つの動作を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、目的位置演算部で、入力インターフェースで仮想空間に指定された目的位置から実空間でのアタッチメントの目的位置を演算し、作動量演算部で、アタッチメントの実空間位置が実空間の目的位置に一致するように下部走行体、上部旋回体、作業装置及びアタッチメントのうち少なくともの１つの作動量を演算する。そして、制御部で、作動量演算部により演算された作動量にしたがって駆動装置、旋回モータ及び複数のアクチュエータのうち少なくとも１つの動作を制御するので、操作者は、駆動装置、旋回モータ及び複数のアクチュエータに応じた操作部を個別に操作しなくても、アタッチメントを実空間の目的位置に移動させることができる。結果、建設機械は、建設機械で作業する際に、アタッチメントを簡単に且つ迅速に目的位置へ移動させる操作補助を行うことができる。

[２]また、本発明においては、前記建設機械及び当該建設機械の周囲の所定位置の少なくとも一方に対して位置及び姿勢が固定され、前記建設機械の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得する三次元測定部と、
前記三次元測定部により取得された前記距離情報に基づき、前記対象物の画像を、前記入力インターフェースを構成する画像表示装置又は前記入力インターフェースに接続される画像表示装置に三次元的に表示させる表示制御部と、を備え、
前記画像表示装置において三次元的に表示された前記対象物の画像の一部が指定されることで、前記入力インターフェースへの前記実空間における前記アタッチメントの目的位置が指定されることが好ましい。

この構成によれば、三次元測定部で、建設機械の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得し、表示制御部で、取得した距離情報に基づき、対象物の画像を、入力インターフェースを構成する画像表示装置又は入力インターフェースに接続される画像表示装置に三次元的に表示させる。画像表示装置において三次元的に表示された対象物の画像の一部が指定されることで、入力インターフェースへの実空間におけるアタッチメントの目的位置が指定されるので、画像表示装置上の三次元画像で目的位置を簡単に指定することができる。

[３]また、本発明においては、前記建設機械に対して位置及び姿勢が固定され、前記建設機械の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得する三次元測定部と、
前記建設機械に対して位置及び姿勢が固定され、前記建設機械の周囲の対象物を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された前記対象物の画像を、前記入力インターフェースを構成する画像表示装置又は前記入力インターフェースに接続される画像表示装置に三次元的に表示させる表示制御部と、を備え、
前記画像表示装置において表示された前記対象物の画像の一部が指定されることで、前記入力インターフェースへの前記実空間における前記アタッチメントの目的位置が指定され、
前記目的位置演算部が、前記画像表示装置において指定された前記対象物の画像の一部に基づき、前記三次元測定部により前記距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、前記撮像部で撮像した前記対象物の画像における複数の点のそれぞれとの対応関係にしたがって、前記実空間での前記アタッチメントの目的位置を演算することが好ましい。

この構成によれば、三次元測定部で、建設機械の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得し、撮像部で、建設機械の周囲の対象物を撮像し、表示制御部で、撮像された対象物の画像を画像表示装置に三次元的に表示させる。目的位置演算部が、画像表示装置において指定された対象物の画像の一部に基づき、三次元測定部により距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、撮像部で撮像した対象物の画像における複数の点のそれぞれとの対応関係にしたがって、実空間でのアタッチメントの目的位置を演算する。このため、画像表示装置上で、撮像部で撮像された実写の撮像画像の一部を指定することで実空間におけるアタッチメントの目的位置を指定することができ、見やすい画像で目的位置を指定することができる。

[４]また、本発明においては、前記表示制御部は、前記三次元測定部により取得された前記距離情報に基づく前記対象物の三次元形状を、平面視の画像にして前記画像表示装置に表示させ、
前記画像表示装置に平面視で表示された前記対象物の画像の一部が指定されることで、前記入力インターフェースへの前記実空間における前記アタッチメントの目的位置が指定されることが好ましい。

この構成によれば、表示制御部は、三次元測定部により取得された距離情報に基づく対象物の三次元形状を、平面視の画像に変換して前記画像表示装置に表示させるので、平面視の画像で目的位置を指定することができ、明確に且つ簡単に目的位置を指定することができる。

[５]また、本発明においては、前記画像表示装置は、タッチパネルであることが好ましい。

このため、画像表示装置上で直接に指などにより目的位置を指定することができる。さらに、画像表示装置が指示装置を兼ねるので、位置指定するための操作レバーやマウスが不要となり部品点数を削減することができる。タッチパネルを市販のタブレットにすることで、部品コストを低減することができる。

[６]また、本発明においては、前記建設機械は、当該建設機械に対して位置及び姿勢が固定され、前記対象物の表面における点までの距離を測定する距離測定部と、前記建設機械に対して位置及び姿勢が固定され操作者の視線方向を検出する視線検出部とを備え、
前記制御部は、前記視線検出部で検出された視線方向から車両前後方向に対する方位角θ１および水平方向に対する仰角θ２を演算し、
前記距離測定部は、前記検出された視線方向の前記対象物までの距離を測定することで、前記作業目的位置が特定されることが好ましい。

この構成によれば、建設機械は、建設機械に対して位置及び姿勢が固定され、対象物の表面における点までの距離を測定する距離測定部と、建設機械に対して位置姿勢が固定され操作者の視線方向を検出する視線検出部とを備える。制御部は、視線検出部で検出された方位角θ１および仰角θ２を演算し、これら方位角θ１および仰角θ２からなる視線方向に基づいて、距離測定部は対象物までの距離を測定し作業位置が特定される。作業目的位置を特定する構成が、距離測定部、視線検出部および制御部からなるので、簡単な構成とすることができる。

[７]また、本発明においては、前記制御部は、前記建設機械の機体情報を格納する記憶部を備え、当該記憶部に格納された機体情報に基づいて、前記駆動装置、前記旋回モータ及び前記複数のアクチュエータの制御量を補正することが好ましい。

この構成によれば、記憶部に機体情報を格納することで、アタッチメントを作業目的位置まで移動させる際に、重量や作業装置のリーチなどを考慮した動作制御をすることができる。

[８]また、本発明においては、前記機体情報は、少なくとも機体重量、重心、前記作業装置の長さを含むことが好ましい。

このため、例えば作業装置を構成するブームやアームの重量や長さをあらかじめ記憶部に格納することで、作業装置の動作の際の重心や上部旋回体からアタッチメントまでのリーチなどを考慮した動作制御をすることができる。

[９]また、本発明においては、前記記憶部は前記作業目的位置を演算する際の差分を格納し、
前記制御部は、前記差分に応じて前記作業目的位置の値を補正することが好ましい。

このため、例えば記憶部に、差分を所定距離だけ高い位置として格納することで、アタッチメントを対象物から所定距離だけオフセットした位置に移動させることができる。

[１０]また、本発明においては、前記差分は、鉛直方向で且つ前記作業目的位置よりも上方の値であることが好ましい。

このため、操作者は、駆動装置、旋回モータ及び複数のアクチュエータに応じた操作部を個別に操作せずに、アタッチメントを実空間の作業目的位置の上方まで簡単に移動させることができ、ＸＹ座標である程度の位置に合わせてから、アタッチメントを下方へ個別操作することで作業を行うことができる。すなわち、作業目的位置の上方までのアタッチメントの移動は入力インターフェースで簡単に行い、その後のアタッチメントを下降させながらの作業は操作部で詳細に行うことができる。

[１０]また、本発明においては、前記差分は、操作者が指定可能であることが好ましい。

このため、操作者の好みに応じて差分を指定することで、より操作性を向上させることができる。

[１１]また、本発明においては、前記記憶部は、作業内容の種類を格納可能であり、
前記差分は、前記作業内容の種類に応じて指定されることが好ましい。

このため、例えばあらかじめ掘削作業でよく使用される差分を記憶部に記憶しておけば、作業内容の種類を掘削作業とすることで、切換１つで掘削作業での操作性を向上させることができる。

[１２]また、本発明においては、前記建設機械は、前記アタッチメントの先端のみの位置および動作を操作する操作部を備え、
前記制御部は、前記操作部を介して入力された動作情報を実現するために前記作業装置の前記複数のアクチュエータの制御量を演算し、当該演算された制御量によって前記アクチュエータが制御されることが好ましい。

このため、アタッチメント用の操作部のみを操作することで、作業装置の複数のアクチュエータの制御量を演算し、当該演算された制御量によってアクチュエータが制御されるので、操作を容易にすることができる。

最後になおす
本発明の実施形態１、２に係る建設機械を示す側面図。 実施形態１，２に係る建設機械の操作室を示す斜視図。 実施形態１の構成を示すブロック図。 実施形態１のフローチャート。 図５Ａは画面表示装置に対象物を斜視表示した状態を示す図。図５Ｂは画面表示装置で対象物の一部を指示した状態を示す図。 図６Ａは仮想空間での目的位置を演算した状態を示す図。図６Ｂは実空間での目的位置を演算した状態を示す図。 図７は実施形態２の構成を示すブロック図。 実施形態２のフローチャート。 図９Ａは画面表示装置に対象物を斜視表示した状態を示す図。図９Ｂは画面表示装置で対象物の一部を指示した状態を示す図。 図１０Ａは実空間での目的位置を演算した状態を示す平面図。図１０Ｂは実空間での目的位置を演算した状態を示す側面図。 図１１Ａは実施形態３に係る建設機械を示す側面図。図１１Ｂは実施形態３に係る建設機械の操作室を示す斜視図。 実施形態３のフローチャート。 対象物の一部を指示した状態を示す斜視図。 図１４Ａは実空間での目的位置を演算した状態を示す平面図。図１４Ｂは実空間での目的位置を演算した状態を示す側面図。

（実施形態１）
図を参照して、本発明の実施形態の建設機械１０を詳しく説明する。なお、便宜上、建設機械１０を基準として、水平面のうち左右方向をＸ軸とし、水平面のうち前後方向をＹ軸とし、鉛直方向（上下方向）をＺ軸として、適宜（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を用いて説明する。
図１、図２に示すように、作業を実行する建設機械１０は、例えば解体機であり、駆動装置１９により駆動する下部走行体１２と、下部走行体１２上に旋回軸１３を介して旋回可能に設けられた上部旋回体１４と、上部旋回体１４に回動自在に設けられた作業装置１５と、下部走行体１２に設けられた開閉クランプアーム１６とを備えている。上部旋回体１４の前横部には操作室（キャブ）１１が搭載され、上部旋回体１４の後部には機械室１７に配置されたエンジンやカウンタウエイト１８が搭載されている。上部旋回体１４は、旋回モータ２８（図３参照）により旋回される。

上部走行体１４には、ブーム２１及びこのブーム２１を回動させるアクチュエータとしてのブームシリンダ２２が回動可能に軸支されている。ブームシリンダ２２の先端部はピン２２ａを介してブーム２１に回動可能に連結されている。ブーム２１の先端には、アーム２３がアクチュエータとしてのアームシリンダ２４により回動されるように軸支されている。アーム２３には、先端アタッチメントである破砕機２５がリンク部２６を介してアクチュエータとしての破砕機シリンダ２７により回動されるように軸支されている。作業装置１５は、ブーム２１、アーム２３等からなる。

建設機械１０は、当該建設機械１０に対して位置及び姿勢が固定され、建設機械１０の周囲の対象物１の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得する三次元測定部３１を備えている。操作室１１には、三次元測定部３１により取得された距離情報に基づき、対象物１及びその周囲の画像を三次元的に表示する画像表示装置３２が設けられている。

操作室１１は、三次元測定部３１により取得された距離情報に基づき、対象物１及びその周囲の画像を三次元的に表示する画像表示装置３２と、操作者の操作箇所５１としてのシートと、該操作箇所（シート）５１の前方に配置され建設機械１０を操作する操作レバー等からなる操作部５２とを備えている。なお、画像表示装置３２は、タッチパネルであっても差し支えない。また、実施形態では、三次元測定部３１を建設機械１０に対して位置及び姿勢が固定されたものとしたが、これに限定されず、三次元測定部３１を建設機械１０の周囲の所定位置に対して位置及び姿勢を固定されたものとしてもよい。例えば、解体工場内に建設機械１０が配置され、解体工場の天井から三次元測定部３１を吊り下げてもよい。

次に、建設機械１０における制御部分の構成についてブロック図で説明する。図３に示すように、建設機械１０は、破砕機（アタッチメント）２５の先端の目的位置を仮想空間において指定させるための入力インターフェース３３と、入力インターフェース３３で仮想空間に指定された目的位置Ａ（図６Ａ参照）から実空間での破砕機２５の目的位置Ｂ（図６Ｂ参照）を演算する目的位置演算部３４と、破砕機２５の実空間位置が実空間の目的位置Ｂに一致するように下部走行体１２、上部旋回体１４、作業装置１５及び破砕機２５のうち少なくともの１つの作動量を演算する作動量演算部３５と、作動量演算部３５により演算された作動量にしたがって駆動装置１９、旋回モータ２８及び複数のアクチュエータ２２、２４、２７のうち少なくとも１つの動作を制御する制御部３６とを備えている。

制御部３６は、建設機械１０の機体情報を格納する記憶部３７を備え、記憶部３７に格納された機体情報に基づいて、駆動装置１９、旋回モータ２８及び複数の他のアクチュエータ２２、２４、２７の制御量を補正する。機体情報は、少なくとも機体重量、重心、前記作業装置の長さを含む。また、記憶部３７は、作業目的位置を演算する際の差分を格納し、制御部３６は、差分に応じて作業目的位置Ｂの値を補正する。差分は操作者が指定可能である。さらに、記憶部３７は、作業内容の種類を格納可能であり、差分は作業内容の種類に応じて指定される。

また、建設機械１０は、三次元測定部３１により取得された距離情報に基づき、対象物１（図１参照）の画像を、入力インターフェース３３を構成する画像表示装置３２又は入力インターフェース３３に接続される画像表示装置３２に三次元的に表示させる表示制御部３８とを備えている。なお、画面表示装置３２は、専用のモニターとしてもよいが、いわゆるタブレットとしてもよい。画面表示装置３２をタブレットとした場合は、入力インターフェース３３に接続する際、タブレットの接続を容易に行うことができる。

次に、以上に述べた建設機械１０の制御の流れをフローチャートに基づいて説明する。図４に示すように、ＳＴＥＰ１（図４では、ＳＴＥＰをＳと表示する。以下同じ。）で、三次元測定部３１で対象物１及びその周辺の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報から、表示制御部３８で三次元形状を取得する。ＳＴＥＰ２で、表示制御部３８で取得した対象物１及びその周辺の三次元形状を、平面視の画像に変換する。

ＳＴＥＰ３で、変換した平面画像を画像表示装置３２に表示する。なお、三次元測定部３１を対象物１の上方に配置していれば、対象物１及びその周辺の三次元形状は平面視の画像に内部で変換することなく、そのまま平面視にして画像表示装置３２に表示される。ＳＴＥＰ４で、画像表示装置３２に平面視で表示された機械座標系における対象物１の画像の一部が仮想空間の目的位置Ａ（ｘ１、ｙ１）として指定される。ＳＴＥＰ５で、入力インターフェース３３への機械座標系における破砕機２５先端の実空間の目的位置Ｂ（Ｘ１、Ｙ１）が目的位置演算部３５で演算される。

ＳＴＥＰ６で、取得された三次元形状に基づいて、演算された目的位置Ｂ（Ｘ１、Ｙ１）に対応する高さ方向のＺ座標（Ｚ１）が目的位置演算部３５で演算される。ＳＴＥＰ７で、得られた実空間の目的位置Ｂ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を、記憶部３７に格納された差分（α、β、γ）に応じて目的位置Ｂの値を補正し、各アクチュエータ１９、２２、２４、２７、２８を制御して破砕機２５の先端を移動させる。

なお、差分の補正は行わなくても差し支えないが、差分の補正を行う場合は、差分を操作者が指定してもよく、さらには記憶部３７にあらかじめ格納された作業内容の種類を選択し、選択した作業内容の種類に応じてあらかじめ決められた差分によって補正してもよい。

次に、以上に述べた建設機械１０の作用を説明する。図５Ａに示すように、表示制御部３８（図３参照）で取得された対象物１および周辺の三次元形状が画像表示装置３２に表示される。図５Ｂに示すように、画像表示装置３２に対象物１および周辺の三次元形状が平面視の画像に変換される。操作者は、画像の一部を指定する。

図６Ａに示すように、仮想空間の目的位置Ａ（ｘ１、ｙ１）が指定される。図６Ｂに示すように、実空間での目的位置Ｂ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）にアタッチメント２５の先端が移動される。このとき、差分（α、β、γ）に応じて目的位置Ｂ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）の値を補正し、補正された目的位置Ｂにアタッチメント２５の先端を移動させてもよい。

差分のＸＹ方向の成分（α、β）は、アタッチメント２５の移動が作業目的位置よりも手前側になるようにすることが好ましい。一般的に、建設機械１０の作業装置１５は質量が大きいことから移動時に慣性力の影響を大きく受けるので、作業装置１５の詳細な制御が難しくなるが、アタッチメント２５の移動先を作業目的位置よりも少し手前側にすることで、仮に慣性力の影響でアタッチメント２５が少し作業目的位置を通り過ぎても、通り過ぎる距離を少しの距離とすることができ、その後のアタッチメント２５の位置調整を最小限にすることができる。

なお、実施形態では、差分をＸＹＺ方向全ての成分（α、β、γ）としたが、これに限定されず、差分は、鉛直方向で且つ作業目的位置よりも上方の値であるとしてもよい。
差分をＺ方向のみの成分（０、０、γ）とすることで、操作者は、駆動装置１９、旋回モータ２８及び複数のアクチュエータ２２、２４、２７に応じた操作部５２を個別に操作せずに、入力インターフェース３３による指定によってアタッチメント２５を実空間の作業目的位置の上方まで簡単に移動させることができ、ＸＹ座標である程度の位置に合わせてから、アタッチメント２５を下方へ個別操作することで作業を行うことができる。すなわち、作業目的位置の上方までのアタッチメント２５の大まかな移動は入力インターフェース３３で簡単に行い、その後のアタッチメント２５を下降させての掘削や掴むといった作業は操作部５２で詳細に行うことができる。

なお、実施形態では、表示制御部３８で取得された対象物１および周辺の三次元形状を、画像表示装置３２で斜視から平面視に変換して仮想空間での目的位置Ａを指定したが、これに限定されず、表示制御部３８で取得された対象物１および周辺の三次元形状の画像を、画像表示装置３２で斜視のまま表示し、斜視の状態で表示された画像上で、仮想空間での目的位置Ａを指定しても差し支えない。この場合は、図４で示したフローにおいて、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ４に進み、仮想空間の目的位置Ａ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を指定する。

（実施形態２）
次に実施形態２について説明する。なお、実施形態１に共通する部品は、図面に符号を振り説明を省略する。図１に示すように、建設機械１０は、当該建設機械１０に対して位置及び姿勢が固定され、建設機械１０の周囲の対象物１を撮像する撮像部４１を備えている。

次に、実施形態２の建設機械１０における制御部分の構成についてブロック図で説明する。図７に示すように、建設機械１０は、撮像部４１により撮像された対象物１（図１参照）の画像を、入力インターフェース３３を構成する画像表示装置３２又は入力インターフェース３３に接続される画像表示装置３２に三次元的に表示させる表示制御部３９を備える。

画像表示装置３２において表示された対象物１の画像の一部が指定されることで、入力インターフェース３３への実空間における破砕機（アタッチメント）２５先端の目的位置が指定される。

また、三次元測定部３１により取得された距離情報は、表示制御部３８により三次元的に情報が変換され、画像表示装置上では非表示にされ、さらに三次元情報は目的位置演算部３４に送られる。なお、三次元測定部３１により取得された距離情報は、表示制御部３８により三次元的に情報を変換した後に、画面表示装置３２を介さずに目的位置演算部に送られてもよいものとする。

目的位置演算部３４が、画像表示装置３２において指定された対象物１の画像の一部に基づき、三次元測定部３１により距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、撮像部４１で撮像した対象物の画像における複数の点のそれぞれとの対応関係にしたがって、実空間での破砕機（アタッチメント）２５の目的位置を演算する。

次に、以上に述べた建設機械１０の制御の流れをフローチャートに基づいて説明する。図８に示すように、ＳＴＥＰ１１（図７では、ＳＴＥＰをＳと表示する。以下同じ。）で、三次元測定部３１で対象物１及びその周辺の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報から、表示制御部３８で三次元形状を取得する。ＳＴＥＰ１２で、表示制御部３８で取得した対象物１及びその周辺の三次元形状の情報を、目的位置演算部３４に送る。

ＳＴＥＰ１３で、撮像部４１により撮像された対象物１（図１参照）の画像を、入力インターフェース３３を構成する画像表示装置３２又は入力インターフェース３３に接続される画像表示装置３２に三次元的に表示させる。

ＳＴＥＰ１４で、画像表示装置３２において対象物１の画像の一部を指定する。ＳＴＥＰ１５で、目的位置演算部３４が、画像表示装置３２において指定された対象物１の画像の一部に基づき、三次元測定部３１により距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、撮像部４１で撮像した対象物１の画像における複数の点のそれぞれとの対応関係にしたがって、実空間での破砕機２５先端の目的位置Ａ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を演算する。

ＳＴＥＰ１６で、機械座標系における破砕機２５先端の実空間の目的位置Ｂ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）が目的位置演算部３５で演算される。ＳＴＥＰ１７で、得られた実空間の目的位置Ｂ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を、記憶部３７に格納された差分（α、β、γ）に応じて目的位置Ｂの値を補正し、各アクチュエータ１９、２２、２４、２７、２８を制御して破砕機２５の先端を移動させる。

次に、以上に述べた建設機械１０の作用を説明する。図９Ａに示すように、撮像部４１（図７参照）で撮像された対象物１および周辺の画像が画像表示装置３２に表示される。図９Ｂに示すように、仮想空間の目的位置Ａ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）が指定される。

図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、実空間での目的位置Ｂ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）にアタッチメント２５の先端が移動される。このとき、差分（α、β、γ）に応じて目的位置Ｂ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）の値を補正し、補正された目的位置Ｂにアタッチメント２５の先端を移動させてもよい。

（実施形態３）
次に実施形態３について説明する。なお、実施形態１に共通する部品は、図面に符号を振り説明を省略する。図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、建設機械１０は、当該建設機械１０に対して位置及び姿勢が固定され、対象物１の表面における点までの距離を測定する距離測定部６１と、建設機械１０に対して位置及び姿勢が固定され操作者の視線方向を検出する視線検出部６２とを備えている。

次に、以上に述べた建設機械１０の制御の流れをフローチャートに基づいて説明する。図１２に示すように、ＳＴＥＰ２１（図１２では、ＳＴＥＰをＳと表示する。以下同じ。）で、視線検出部６２で、操作者の視線方向を検出する。ＳＴＥＰ２２で、制御部３６は、視線検出部６２で検出された視線方向から車両前後方向に対する方位角θ１および水平方向に対する仰角θ２を演算する。

ＳＴＥＰ２３で、距離測定部６１の測定部座標を、操作者の所定の位置（目の位置とする基準位置）となる視線座標に座標変換する。ＳＴＥＰ２４で、距離測定部６１は、視線座標における検出された視線方向の対象物１までの距離Ｌを測定する。

ＳＴＥＰ２５で、制御部３６は、距離Ｌと、方位角θ１および仰角θ２から、視線座標における目的位置の座標を演算し、さらに視線座標における目的位置の座標を、機械座標の目的位置Ｂ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に変換、各アクチュエータ１９、２２、２４、２７、２８を制御して破砕機２５の先端を移動させる。

次に、以上に述べた建設機械１０の作用を説明する。図１３に示すように、視線検出部６２（図１１Ａ参照）によって操作者が所定時間だけ目視する対象物１の目的位置Ｂへの視線を検出する。

図１４Ａ、図１４Ｂにおいて、建設機械１の車幅方向をＸ座標、車両前後方向をＹ座標、高さ方向をＺ座標とする。図１４Ａでは、距離Ｌの平面視（ＸＹ平面）への投影距離をＬ１とし、図１４Ｂでは、距離Ｌの側面視（ＹＺ平面）への投影距離をＬ２とする。図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、検出された方位角θ１、仰角θ２の視線方向における視線座標における距離Ｌを測定する。

視線座標における目的位置ＢのＸ座標は（Ｌ１×ｓｉｎθ１＝Ｌ×ｃｏｓθ２×ｓｉｎθ１）、Ｙ座標は（Ｌ１×ｃｏｓθ１＝Ｌ×ｃｏｓθ２×ｃｏｓθ１）、Ｚ座標は（−Ｌ２×ｓｉｎθ２＝−Ｌ×ｃｏｓθ１×ｓｉｎθ２）と表わすことができる。

目的位置Ｂの視線座標を機械座標に座標変換し、機械座標の目的位置Ｂ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に粉砕機２５の先端が移動するように、各アクチュエータ１９、２２、２４、２７、２８を制御する。

本発明によれば、目的位置演算部３４で、入力インターフェース３３で仮想空間に指定された目的位置から実空間でのアタッチメント２５の目的位置を演算し、作動量演算部３５で、アタッチメント２５の実空間位置が実空間の目的位置に一致するように下部走行体１２、上部旋回体１４、作業装置１５及びアタッチメント２５のうち少なくともの１つの作動量を演算する。そして、制御部３６で、作動量演算部３５により演算された作動量にしたがって駆動装置、旋回モータ及び複数のアクチュエータのうち少なくとも１つの動作を制御するので、操作者は、駆動装置１９、旋回モータ２８及び複数のアクチュエータ２２、２４、２７に応じた操作部５２を個別に操作しなくても、アタッチメント２５を実空間の目的位置に移動させることができる。結果、建設機械１０は、建設機械１０で作業する際に、アタッチメント２５を簡単に且つ迅速に目的位置へ移動させる操作補助を行うことができる。

また、三次元測定部３１で、建設機械１０の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得し、表示制御部３８で、取得した距離情報に基づき、対象物の画像を、入力インターフェース３３を構成する画像表示装置３２又は入力インターフェース３３に接続される画像表示装置３２に三次元的に表示させる。画像表示装置３２において三次元的に表示された対象物１の画像の一部が指定されることで、入力インターフェース３３への実空間におけるアタッチメント２５の目的位置が指定されるので、画像表示装置３２上の三次元画像で目的位置を簡単に指定することができる。

また、三次元測定部３１で、建設機械１０の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得し、撮像部４１で、建設機械１０の周囲の対象物１を撮像し、表示制御部３９で、撮像された対象物１の画像を画像表示装置３２に三次元的に表示させる。目的位置演算部３４が、画像表示装置３２において指定された対象物１の画像の一部に基づき、三次元測定部３１により距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、撮像部４１で撮像した対象物１の画像における複数の点のそれぞれとの対応関係にしたがって、実空間でのアタッチメント２５の目的位置を演算する。このため、画像表示装置３２上で、撮像部４１で撮像された実写の撮像画像の一部を指定することで実空間におけるアタッチメント２５の目的位置を指定することができ、見やすい画像で目的位置を指定することができる。

また、表示制御部３８は、三次元測定部３１により取得された距離情報に基づく対象物１の三次元形状を、平面視の画像に変換して画像表示装置３２に表示させるので、平面視の画像で目的位置を指定することができ、明確に且つ簡単に目的位置を指定することができる。

画像表示装置３２は、タッチパネルである。このため、画像表示装置３２上で直接に指などにより目的位置を指定することができる。さらに、画像表示装置３２が指示装置を兼ねるので、位置指定するための操作レバーやマウスが不要となり部品点数を削減することができる。タッチパネルを市販のタブレットにすることで、部品コストを低減することができる

建設機械１０は、建設機械１０に対して位置及び姿勢が固定され、対象物１の表面における点までの距離を測定する距離測定部６１と、建設機械１０に対して位置姿勢が固定され操作者の視線方向を検出する視線検出部６２とを備える。制御部３６は、視線検出部６２で検出された方位角θ１および仰角θ２を演算し、これら方位角θ１および仰角θ２からなる視線方向に基づいて、距離測定部６１は対象物までの距離を測定し作業位置が特定される。作業目的位置を特定する構成が、距離測定部６１、視線検出部６２および制御部３６からなるので、簡単な構成とすることができる。

また、記憶部３７に機体情報を格納することで、アタッチメント２５を作業目的位置まで移動させる際に、重量や作業装置のリーチなどを考慮した動作制御をすることができる。

また、例えば作業装置１５を構成するブーム２１やアーム２３の重量や長さをあらかじめ記憶部３７に格納することで、作業装置１５の動作の際の重心や上部旋回体１４からアタッチメント２５までのリーチなどを考慮した動作制御をすることができる。

例えば記憶部３７に、差分を所定距離だけ高い位置として格納することで、アタッチメント２５を対象物１から所定距離だけオフセットした位置に移動させることができる。

操作者の好みに応じて差分を指定することで、より操作性を向上させることができる。

例えばあらかじめ掘削作業でよく使用される差分を記憶部３７に記憶しておけば、作業内容の種類を掘削作業とすることで、切換１つで掘削作業での操作性を向上させることができる。

なお、実施形態では、画像表示装置３２で目的位置を指定し、制御部３６が各アクチュエータ１９、２２、２４、２７，２８を制御して建設機械１０を作動させたが、これに限定されず、建設機械１０は、アタッチメント２５の先端のみの位置および動作を操作する操作部５２を備え、制御部３６は、操作部５２を介して入力された動作情報を実現するために作業装置１５等の複数のアクチュエータ１９、２２、２４、２７，２８の制御量を演算し、当該演算された制御量によってアクチュエータが制御されるものとしてもよい。この場合、アタッチメント２５用の操作部のみを操作することで、作業装置の複数のアクチュエータの制御量を演算し、当該演算された制御量によってアクチュエータが制御されるので、操作を容易にすることができる。

また、実施形態では、制御部３６とは別に、目的位置演算部３４、作動量演算部３５、記憶部３７、表示制御部３８、３９を構成したが、これに限定されず、目的位置演算部３４、作動量演算部３５、記憶部３７、表示制御部３８、３９の機能を制御部３６に含めて一体的に構成しても差し支えない。

１ 対象物
１０ 建設機械
１２ 下部走行体
１４ 上部旋回体
１５ 作業装置
１９ 駆動装置（アクチュエータ）
２１ ブーム
２２ アクチュエータ（ブームシリンダ）
２３ アーム
２４ アクチュエータ（アームシリンダ）
２５ アタッチメント（破砕機）
２７ アクチュエータ（破砕機シリンダ）
２８ 旋回モータ（アクチュエータ）
３１ 三次元測定部
３２ 画像表示装置（タッチパネル）
３３ 入力インターフェース
３４ 目的位置演算部
３５ 作動量演算部
３６ 制御部
３７ 記憶部
３８、３９ 表示制御部
４１ 撮像部
６１ 距離測定部
６２ 視線検出部
Ａ 仮想空間での目的位置
Ｂ 実空間での目的位置

Claims (13)

1. 駆動装置により駆動される下部走行体と、当該下部走行体に旋回可能に設けられ旋回モータにより旋回される上部旋回体と、当該上部旋回体に回動自在に連結された作業装置と、当該作業装置の先端に連結されたアタッチメントと、当該アタッチメント及び前記作業装置をそれぞれ作動させる複数のアクチュエータとを備えた建設機械において、
   前記アタッチメントの目的位置を仮想空間において指定させるための入力インターフェースと、
   前記入力インターフェースで仮想空間に指定された目的位置から実空間での前記アタッチメントの目的位置を演算する目的位置演算部と、
   前記アタッチメントの実空間位置が実空間の目的位置に一致するように前記下部走行体、前記上部旋回体、前記作業装置及び前記アタッチメントのうち少なくともの１つの作動量を演算する作動量演算部と、
   前記作動量演算部により演算された作動量にしたがって前記駆動装置、前記旋回モータ及び前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つの動作を制御する制御部とを備えていることを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械であって、
   前記建設機械及び当該建設機械の周囲の所定位置の少なくとも一方に対して位置及び姿勢が固定され、前記建設機械の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得する三次元測定部と、
   前記三次元測定部により取得された前記距離情報に基づき、前記対象物の画像を、前記入力インターフェースを構成する画像表示装置又は前記入力インターフェースに接続される画像表示装置に三次元的に表示させる表示制御部と、を備え、
   前記画像表示装置において三次元的に表示された前記対象物の画像の一部が指定されることで、前記入力インターフェースへの前記実空間における前記アタッチメントの目的位置が指定されることを特徴とする建設機械。
3. 請求項１に記載の建設機械であって、
   前記建設機械に対して位置及び姿勢が固定され、前記建設機械の周囲の対象物の表面における複数の点のそれぞれまでの距離情報を取得する三次元測定部と、
   前記建設機械に対して位置及び姿勢が固定され、前記建設機械の周囲の対象物を撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された前記対象物の画像を、前記入力インターフェースを構成する画像表示装置又は前記入力インターフェースに接続される画像表示装置に三次元的に表示させる表示制御部と、を備え、
   前記画像表示装置において表示された前記対象物の画像の一部が指定されることで、前記入力インターフェースへの前記実空間における前記アタッチメントの目的位置が指定され、
   前記目的位置演算部が、前記画像表示装置において指定された前記対象物の画像の一部に基づき、前記三次元測定部により前記距離情報が取得された複数の点のそれぞれと、前記撮像部で撮像した前記対象物の画像における複数の点のそれぞれとの対応関係にしたがって、前記実空間での前記アタッチメントの目的位置を演算することを特徴とする建設機械。
4. 請求項２に記載の建設機械であって、
   前記表示制御部は、前記三次元測定部により取得された前記距離情報に基づく前記対象物の三次元形状を、平面視の画像にして前記画像表示装置に表示させ、
   前記画像表示装置に平面視で表示された前記対象物の画像の一部が指定されることで、前記入力インターフェースへの前記実空間における前記アタッチメントの目的位置が指定されることを特徴とする建設機械操作補助システム。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項記載の建設機械であって、
   前記画像表示装置は、タッチパネルであることを特徴とする建設機械。
6. 請求項１に記載の建設機械であって、
   前記建設機械は、当該建設機械に対して位置及び姿勢が固定され、前記対象物の表面における点までの距離を測定する距離測定部と、前記建設機械に対して位置及び姿勢が固定され操作者の視線方向を検出する視線検出部とを備え、
   前記制御部は、前記視線検出部で検出された視線方向から車両前後方向に対する方位角θ１および水平方向に対する仰角θ２を演算し、
   前記距離測定部は、前記検出された視線方向の前記対象物までの距離を測定することで、前記作業目的位置が特定されることを特徴とする建設機械。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項記載の建設機械であって、
   前記制御部は、前記建設機械の機体情報を格納する記憶部を備え、当該記憶部に格納された機体情報に基づいて、前記駆動装置、前記旋回モータ及び前記複数のアクチュエータの制御量を補正することを特徴とする建設機械。
8. 請求項７に記載の建設機械であって、
   前記機体情報は、少なくとも機体重量、重心、前記作業装置の長さを含むことを特徴とする建設機械。
9. 請求項７又は請求項８に記載の建設機械であって、
   前記記憶部は前記作業目的位置を演算する際の差分を格納し、
   前記制御部は、前記差分に応じて前記作業目的位置の値を補正することを特徴とする建設機械。
10. 請求項９に記載の建設機械であって、
    前記差分は、鉛直方向で且つ前記作業目的位置よりも上方の値であることを特徴とする建設機械。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の建設機械であって、
    前記差分は、操作者が指定可能であることを特徴とする建設機械。
12. 請求項９から請求項１１のいずれか１項記載の建設機械であって、
    前記記憶部は、作業内容の種類を格納可能であり、
    前記差分は、前記作業内容の種類に応じて指定されることを特徴とする建設機械。
13. 請求項１に記載の建設機械であって、
    前記建設機械は、前記アタッチメントの先端のみの位置および動作を操作する操作部を備え、
    前記制御部は、前記操作部を介して入力された動作情報を実現するために前記作業装置の前記複数のアクチュエータの制御量を演算し、当該演算された制御量によって前記アクチュエータが制御されることを特徴とする建設機械。