JP2019190193A - 作業機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】外界センサを有する作業機械から得た情報を管制サーバへ送るタイミングを適切にする。【解決手段】作業機械は、作業機械の周辺を掘削するフロント作業機と、フロント作業機の姿勢を検出する姿勢センサと、フロント作業機の作業範囲を含む周辺の地形形状を示す地形形状情報を出力する外界センサと、地形形状情報の出力先となる出力装置と、姿勢センサ、前記外界センサ、および出力装置の其々に接続された地形形状情報出力装置と、を備える。地形形状情報出力装置は、姿勢センサからの出力に基づいてフロント作業機の姿勢の履歴を算出し、これに基づいてフロント作業機による作業の進捗度を演算する作業進捗度演算部と、作業の進捗度に応じて、出力装置への出力の要否を判定する出力判定部と、を含む。【選択図】図6
Description
本発明は作業機械に係り、特に作業機械の施工の進捗管理に関する。
作業機械においては、工程に沿った適切な施工を行うために、施工の進捗管理が重要である。施工の進捗管理技術の一例として、例えば、作業機械にステレオカメラを設置して、このステレオカメラが取得した地形データを管制サーバに無線で送信し、管制サーバで施工現場の進捗を管理する技術が特許文献1および特許文献2に開示されている。
特許文献1に開示されている技術では、「形状計測システムは、作業機械に取り付けられ、対象を検出して、前記対象の情報を出力する対象検出部と、前記対象検出部によって検出された前記対象の情報を用いて、前記対象の三次元形状を表す形状情報を出力する形状検出部と、前記形状情報に、前記形状情報を特定するための時刻情報を付けて出力する情報付与部と、を含む(要約抜粋)」とある。
また、特許文献2に開示されている技術では、「地形マッピングシステムが開示される。システムは、現場の現在の表面を定義する複数の現在の点を収集するように構成された少なくとも1つのセンサと、現場の以前の表面を定義するそれ以前に収集された複数の点を含むデータベースとを有する(要約抜粋)」とある。
特許文献1に開示の技術では、作業機械から管制サーバへの地形データの送信を作業機械のオペレータの判断に委ねているため、施工管理者が施工中の状況をリアルタイムに管理できない。そこで、作業機械が適切なタイミングで周囲の地形を管制サーバへ送信することが必要となる。また、特許文献2に開示の技術では、管制サーバへ送信されたデータに対して構造物や障害物の写りこんだ部分を除くフィルタリング処理が行われている。したがって、作業機械が管制サーバへ地形データを送信する際に決まった周期で送信を行うと、前回の測定から余り変化のない地形形状情報もサーバに送られ、地形変化の少ない現況地形データに対して比較処理やサーバとの通信を行う可能性があり、サーバや通信量に不要な負荷がかかることが懸念される。
本発明は、上記事項に鑑みてなされたもので、外界センサを有する作業機械から得た情報を管制サーバへ送るタイミングを適切にすることで、管制サーバへの無駄な通信や管制サーバ上の処理を減らし、施工管理者が効率のよい施工現場の進捗管理を行うことができる技術を提供することを目的とする。
上記課題を達成するために、本発明の特徴は特許請求の範囲に記載の構成を備える。その一例を挙げるならば、作業機械の周辺の地形形状を取得して出力する作業機械であって、前記作業機械は、前記作業機械の周辺を掘削するフロント作業機と、前記フロント作業機の姿勢を検出する姿勢センサと、前記フロント作業機の作業範囲を含む周辺の地形形状を検知し、地形形状情報を生成する外界センサと、前記地形形状情報の出力先となる出力装置と、前記姿勢センサ、前記外界センサ、および前記出力装置の其々に接続された地形形状情報出力装置と、を備え、前記地形形状情報出力装置は、前記姿勢センサからの出力に基づいて前記フロント作業機の姿勢の履歴を算出し、当該姿勢の履歴から前記フロント作業機による作業の進捗度を演算する作業進捗度演算部と、前記作業の進捗度に応じて、前記出力装置への出力の要否を判定する出力判定部と、を含む、ことを特徴とする。
本発明により、外界センサを有する作業機械から得た情報を管制サーバへ送るタイミングを適切にすることで、管制サーバへの無駄な通信やサーバ上の処理を減らし、施工管理者が効率のよい施工現場の進捗管理を行うことができる技術を提供することができる。上記した以外の課題および効果は、発明を実施するための形態で明らかにされる。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。全図を通じて同一の構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。
<実施形態1>
[構成]
まず、本実施形態の油圧ショベル100の概略構成を説明する。図1は、本実施形態の油圧ショベル100の概観を示す図である。
[構成]
まず、本実施形態の油圧ショベル100の概略構成を説明する。図1は、本実施形態の油圧ショベル100の概観を示す図である。
油圧ショベル100は、多関節フロント作業機110と車体130とを備える。
車体130は、上部旋回体131と下部走行体132とを備える。上部旋回体131および下部走行体132は、旋回モータ124の駆動により旋回し、右走行モータ125、および左走行モータ126の駆動により前後方向に走行する。
多関節フロント作業機110は、基端が上部旋回体131に俯仰可能に連結されたブーム111と、ブーム111の先端に揺動可能に連結されたアーム112と、アーム112の先端に揺動可能に連結されたバケット113とを備える。ブーム111とアーム112とバケット113とは、それぞれ、ブームシリンダ121とアームシリンダ122とバケットシリンダ123との各アクチュエータにより駆動され、掘削および土砂の運搬を行う。
また、上部旋回体131は、運転室151を備える。運転室151には、操作レバー152、モニタ(表示装置)153、ブザー154(図2参照)が設置される。
さらに、ブーム111、アーム112、バケット113、および、上部旋回体131は、それぞれの回動角を検出するブーム角度検出器181、アーム角度検出器182、バケット角度検出器183、および、旋回体角度検出器184を備える。これら各種角度検出器181〜184は、姿勢センサに相当する。
また、油圧ショベル100は、障害物情報を取得する障害物センサ156(図2参照)を備える。障害物センサ156は、例えば、カメラ、レーダ、レーザスキャナ等である。
また、油圧ショベル100は、周囲の地形を検知して地形形状を示す情報(地形形状情報)を生成する外界センサ170を備える。外界センサ170は、例えば、ステレオカメラ、レーザスキャナ、ミリ波レーダ等である。
また、油圧ショベル100は、右GNSS受信機171および左GNSS受信機172を備える。
また、油圧ショベル100は車体の重力に対する傾斜角度を検出する姿勢検出装置173を備える。姿勢検出装置173は例えばIMU(Inertial Measurement Unit)などである。姿勢検出装置173は姿勢センサに相当する。
[制御システム]
次に、本実施形態の油圧ショベル100の、制御システムの概要を説明する。図2は、油圧ショベル100の制御システムの一例を示す図である。
次に、本実施形態の油圧ショベル100の、制御システムの概要を説明する。図2は、油圧ショベル100の制御システムの一例を示す図である。
油圧ショベル100は、さらに、エンジン143と、油圧ポンプ142と、コントロールバルブ141と、メインコントローラ162と、情報コントローラ161とを備える。
油圧ポンプ142は、エンジン143の動力によって作動する。オペレータが操作レバー152を操作すると、その操作情報は、メインコントローラ162で制御信号に変換される。制御信号は、油圧ポンプ142とコントロールバルブ141とエンジン143に送られ、これらにより、旋回モータ124と、右走行モータ125、左走行モータ126と、ブームシリンダ121と、アームシリンダ122と、バケットシリンダ123とが、駆動される。
油圧ポンプ142は、エンジン143の動力によって作動する。オペレータが操作レバー152を操作すると、その操作情報は、メインコントローラ162で制御信号に変換される。制御信号は、油圧ポンプ142とコントロールバルブ141とエンジン143に送られ、これらにより、旋回モータ124と、右走行モータ125、左走行モータ126と、ブームシリンダ121と、アームシリンダ122と、バケットシリンダ123とが、駆動される。
情報コントローラ161は、CPU1611、RAM1612、ROM1613、および外部1/F1614がバス1615により互いに接続されたコンピュータを用いて構成される。
外部I/F1614は、メインコントローラ162、ブザー154、モニタ153(地形形状情報の出力装置の一つに相当する)、および記憶媒体155に接続される。情報コントローラ161は、ブザー154およびモニタ153を介したオペレータへの情報提示やメインコントローラ162へのコントロールバルブ141の制御指示の出力を行う。記憶媒体155には、処理動作データベース(DB)230が記憶される。処理動作DB230は、後述するように、各障害物に設定したレベル毎の制御動作を保持する。
また外部I/F1614は、右GNSS受信機171、左GNSS受信機172、各種角度検出器181〜184、姿勢検出装置173、外界センサ170、および障害物センサ156に接続される。情報コントローラ161内に構成される地形形状情報出力装置200は、障害物情報や地形形状情報を用いた算出・出力処理を行う。
また、情報コントローラ161は、油圧ショベル100の外部(例えば管制サーバ)と地形形状情報や管制データの送受信を行う無線通信装置157(地形形状情報の出力装置の一つに相当する)に接続される。無線通信装置157は、無線LAN、Wi−Fi、Bluetooth(登録商標)、携帯回線などに接続する通信機器である。無線通信装置157及びモニタ153は、情報コントローラ161から地形形状情報を出力する複数の出力装置に相当する。
本実施形態の地形形状情報出力装置200の説明に先立ち、本実施形態の概要を説明する。
まず、本実施形態で用いる座標系について図3、図4を参照して説明する。図3は本実施形態で用いる車体座標系900について説明する図である。図4は車体座標系900、センサ座標系910およびサイト座標系930の関係を説明する図である。
本実施形態では、図3に示す車体130に固定された車体座標系900、および図4に示す外界センサ170に固定されたセンサ座標系910、施工現場の基準となる位置に固定されたサイト座標系930を用いる。サイト座標系930として以下ではGNSS座標系を用いるが、施工現場内で車体と施工現場の地面、障害物とに共通するローカル座標系でもよい。
図3に示す車体座標系900は、油圧ショベル100の旋回中心と下部走行体132が地面と接触する面とが交わる点を原点とし、水平面上にX軸とY軸とを取り、鉛直方向にZ軸を取る直交座標系である。本実施形態では、車体130の左右方向にX軸をとり、水平面上でX軸に直交する方向をY軸とする。
つぎに、図4を参照し、車体座標系900、センサ座標系910およびサイト座標系930の関係と、それら座標変換処理について説明する。
まず、外界センサ170が計測した、計測点920のセンサ座標系910から車体座標系900への座標変換について説明する。図4において、計測点920は、センサ座標系910上でPs(xs、ys、zs)と表され、車体座標系900上のPv(xv、yv、zy)に変換される。このときの座標変換式は、例えば、以下の式(1)に表される。
Rsvはセンサ座標系910から車体座標系900への回転行列であり、αs、βs、γs、はそれぞれ、センサ座標系910と車体座標系900のX軸同士、Y軸同士、Z軸同士がなす角である。外界センサ170が油圧ショベル100に固定されている場合、これらのなす角は、例えば、予め計測しておき、記憶媒体155に保存しておく。また、外界センサ170が稼動しながら計測する場合、外界センサ170に姿勢センサを備え付けるなどして、姿勢センサが検出した角度を用いてもよい。
Tsはセンサ座標系910から車体座標系900への並進行列である。xt、yt、ztは車体座標系900からみたセンサ座標系910の原点座標に等しく、外界センサ170の取り付け位置は、油圧ショベル100に対して固定されている場合が多く、これらの値は、例えば、予め位置を計測し、記憶媒体155に保存しておく。
つぎに、センサ座標系910からサイト座標系への座標変換について説明する。図4において、計測点920は、センサ座標系910上でPs(xs、ys、zs)と表され、車体座標系900上のPg(xg、yg、zg)に変換される。このときの座標変換式は、例えば、下式(2)の通りに表される。
Rvgは車体座標系900からサイト座標系930への回転行列であり、θr、θp、θy、はそれぞれ、車体座標系900とサイト座標系930のX軸同士、Y軸同士、Z軸同士がなす角である。θrおよびθpは、例えば、油圧ショベル100に備え付けられた姿勢検出装置173の出力から重力に対する傾斜角を算出し、それらを用いる。また、θyは油圧ショベル100に備え付けられた右GNSS受信機171および左GNSS受信機172が受信した測位データから算出した油圧ショベル100の方位を用いても良い。
また、Tsはセンサ座標系910から車体座標系900への並進行列である。xvg、yvg、zvgは車体座標系900からみたセンサ座標系910の原点座標に等しく、これらの値は、例えば、右GNSS受信機171および左GNSS受信機172が受信した測位データから算出した油圧ショベル100の位置を用いる。
次に、本実施形態の地形形状情報出力装置200の動作概要について説明する。図5は油圧ショベル100の動作シーン例を示す図である。図5(a)〜(c)は油圧ショベル100が周囲を掘削しており、油圧ショベル100に備えられた外界センサ170が施工対象の地形430および440の計測を行うシーンである。図5(a)における施工対象の地形430は、前回の計測時と比べて地形の変化が少ない場合、図5(b)および(c)における施工対象の地形440は、前回の計測時と比べて十分に施工を行い、地形変化が大きい場合を示している。
図5(a)の施工対象の地形430は前回の計測時と比べてあまり進捗がない。このような場合、外界センサ170が計測した地形データはデータの加工処理や無線通信により管制サーバへ送信したとしても、変化が少ないため、通信・処理のコストの面から無駄になる。このような場合、地形形状情報出力装置200は、外界センサ170が施工対象の地形を計測してもそのデータの処理や管制サーバへ通信を行わず、通信やデータ処理負荷を軽減する。
また、図5(b)における施工対象の地形440は前回の計測時と比べて十分進捗があるが、外界センサ170の計測範囲410に第1障害物420が写りこんでいるため、地形形状のデータとしては確からしさ(確度)が小さい。したがって、外界センサ170の計測したデータから構造物を取り除くなどの処理が必要となり、通信・処理負荷が高くなる。このような場合、地形形状情報出力装置200は、外界センサ170が施工対象の地形を計測してもそのデータの処理や管制サーバへ通信を行わず、通信や計算負荷を軽減する。本実施形態ではモニタ153のみに出力し、無線通信装置157への出力は行わない。
図5(c)における施工対象の地形440は施工前と比べて十分進捗があり、さらに、外界センサ170の計測範囲410に地形以外の障害物が移りこんでいない。このような場合、本実施形態の地形形状情報出力装置200では、外界センサ170が施工対象の地形440を計測したデータを加工し、モニタ153に表示し、更に無線通信装置157に出力する。無線通信装置157は無線通信回線を介して管制サーバに地形データを送信する。管制サーバへの出力は必須であるが、モニタ153は任意である。
[地形形状情報出力装置]
以下、上記のような進捗管理を実現する本実施形態の地形形状情報出力装置200を説明する。図6は、本実施形態の地形形状情報出力装置200の機能ブロック図である。
以下、上記のような進捗管理を実現する本実施形態の地形形状情報出力装置200を説明する。図6は、本実施形態の地形形状情報出力装置200の機能ブロック図である。
地形形状情報出力装置200は、機械状態取得部531、地形計測部541、作業進捗度演算部561、出力判定部571、および出力制御部581を備える。これらの各部は、情報コントローラ161が、予め定めたプログラムをメモリにロードして実行することにより実現される。プログラムは、例えば、記憶媒体155等に格納される。なお、情報コントローラ161が、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(field−programmable gate array)などのハードウェアを備え、全部または一部の機能は、これらによって実現されてもよい。また、各部の処理に用いる各種のデータ、処理中に生成される各種のデータは、メモリ、または、記憶媒体155に格納される。
[機械状態取得部531]
機械状態取得部531はブーム角度検出器181、アーム角度検出器182、バケット角度検出器183、および、旋回体角度検出器184と、右GNSS受信機171および左GNSS受信機172から、上部旋回体131の測位位置、方位、およびバケット113の先端位置を算出する。
機械状態取得部531はブーム角度検出器181、アーム角度検出器182、バケット角度検出器183、および、旋回体角度検出器184と、右GNSS受信機171および左GNSS受信機172から、上部旋回体131の測位位置、方位、およびバケット113の先端位置を算出する。
なお、本明細書では、バケット113の先端位置および油圧ショベル100の位置・姿勢のことを、機械状態と呼ぶ。バケット113の先端位置は、車体座標系900の座標値で表される。また、算出された機械状態は、記憶媒体155に保持されるとともに、地形形状情報確度評価部551および作業進捗度演算部561に出力される。
[地形計測部541]
地形計測部541は、外界センサ170が取得した周囲地形の点群データをサイト座標系930に変換して出力する。外界センサ170の計測タイミングは、任意であり、予め設定された周期で計測してもよいし、オペレータの判断や、ある計測アルゴリズムに沿った計測を行ってもよい。また、外界センサ170からサイト座標系930への変換式はあらかじめ保持しておく。
地形計測部541は、外界センサ170が取得した周囲地形の点群データをサイト座標系930に変換して出力する。外界センサ170の計測タイミングは、任意であり、予め設定された周期で計測してもよいし、オペレータの判断や、ある計測アルゴリズムに沿った計測を行ってもよい。また、外界センサ170からサイト座標系930への変換式はあらかじめ保持しておく。
[作業進捗度演算部561]
作業進捗度演算部561は、機械状態取得部531が取得した機械状態より、油圧ショベル100の作業量および作業範囲量を算出し、出力判定部571に送信する。作業進捗度演算部561は、作業量算出部562と、作業範囲記録部563と、作業範囲量算出部564と、を含む。
作業進捗度演算部561は、機械状態取得部531が取得した機械状態より、油圧ショベル100の作業量および作業範囲量を算出し、出力判定部571に送信する。作業進捗度演算部561は、作業量算出部562と、作業範囲記録部563と、作業範囲量算出部564と、を含む。
[作業量算出部562]
図7および図8を参照して作業量算出処理について説明する。図7は作業量算出処理の流れを示すフローチャートである。図8はバケットの先端距離を説明するための図である。
図7および図8を参照して作業量算出処理について説明する。図7は作業量算出処理の流れを示すフローチャートである。図8はバケットの先端距離を説明するための図である。
作業量算出部562は、機械状態取得部531から取得したバケット113の先端距離Dt(機械状態に相当する)より、油圧ショベル100の作業量を算出する。本実施形態では、バケット113の先端が、所定の距離以上の振幅を往復運動した回数(作業量Cg)を用いて作業量を推定する。往復運動した回数はバケット113の姿勢の履歴に相当する。この「所定の距離」とは、バケット113が掘削動作を行ったと見做せる振幅に相当する。所定の距離以上の振幅を移動したか否かは、例えば、図8に示すように、バケット近地点Dtnおよびバケット遠地点Dtfを予め設定しておき、一方の地点を通過後にもう一方を通過したか否かにより判定する。以下、図7の各ステップに沿って作業量算出部562の作業量算出処理について説明する。
<ステップS101>
機械状態取得部531は、ブーム角度検出器181、アーム角度検出器182、バケット角度検出器183から取得した角度と、予め機械状態取得部531が保持していたブーム111、アーム112、およびバケット113の長さを基に、バケット113の先端距離Dtを算出する。ここで、先端距離Dtとは図8に示すように車体座標系900の原点からバケット113の先端までの距離のことを指す。
機械状態取得部531は、ブーム角度検出器181、アーム角度検出器182、バケット角度検出器183から取得した角度と、予め機械状態取得部531が保持していたブーム111、アーム112、およびバケット113の長さを基に、バケット113の先端距離Dtを算出する。ここで、先端距離Dtとは図8に示すように車体座標系900の原点からバケット113の先端までの距離のことを指す。
<ステップS102>
作業量算出部562は、機械状態取得部531からバケット113の先端位置を取得し、それを基に、先端距離Dtの値がDtf以上であるか、Dtn以下であるか、それ以外かを判定する。Dtの値がDtf以上である場合、ステップS102はステップS103に進む。Dtの値がDtn以下である場合、ステップS102はステップS104に進む。それ以外の場合、ステップS102は作業量算出処理を終了する。
作業量算出部562は、機械状態取得部531からバケット113の先端位置を取得し、それを基に、先端距離Dtの値がDtf以上であるか、Dtn以下であるか、それ以外かを判定する。Dtの値がDtf以上である場合、ステップS102はステップS103に進む。Dtの値がDtn以下である場合、ステップS102はステップS104に進む。それ以外の場合、ステップS102は作業量算出処理を終了する。
<ステップS103>
作業量算出部562は、記憶媒体155に保存されているCtn、Cgの値を呼び出す。
作業量算出部562は、記憶媒体155に保存されているCtn、Cgの値を呼び出す。
<ステップS104>
作業量算出部562は、記憶媒体155に保存されているCtf、Cgの値を呼び出す。
作業量算出部562は、記憶媒体155に保存されているCtf、Cgの値を呼び出す。
<ステップS105>
作業量算出部562は、Ctfが1であるか否かを判定する。Ctf=1である場合、ステップS105はステップS108へ進む。Ctfが1でない場合、ステップS105はステップS107へ進む。
作業量算出部562は、Ctfが1であるか否かを判定する。Ctf=1である場合、ステップS105はステップS108へ進む。Ctfが1でない場合、ステップS105はステップS107へ進む。
<ステップS106>
作業量算出部562は、Ctfが1であるか否かを判定する。Ctf=1である場合、ステップS106はステップS108へ進む。Ctfが1でない場合、ステップS106はステップS109へ進む。
作業量算出部562は、Ctfが1であるか否かを判定する。Ctf=1である場合、ステップS106はステップS108へ進む。Ctfが1でない場合、ステップS106はステップS109へ進む。
<ステップS107>
作業量算出部562は、Ctf、Cgの値を、それぞれCtf=1、Cg=CgとしてステップS1410に進む。
作業量算出部562は、Ctf、Cgの値を、それぞれCtf=1、Cg=CgとしてステップS1410に進む。
<ステップS108>
作業量算出部562は、Cg、Ctf、Ctnの値を、それぞれCg=Cg+1、Cnf=0、Ctn=0として作業量算出処理を終了する。
作業量算出部562は、Cg、Ctf、Ctnの値を、それぞれCg=Cg+1、Cnf=0、Ctn=0として作業量算出処理を終了する。
<ステップS109>
作業量算出部562は、Ctn、Cgの値を、それぞれCtn=1、Cg=CgとしてステップS110に進む。
作業量算出部562は、Ctn、Cgの値を、それぞれCtn=1、Cg=CgとしてステップS110に進む。
<ステップS110>
作業量算出部562は、Ctf、Ctn、Cgの値を保存して、作業量算出処理を終了する。
作業量算出部562は、Ctf、Ctn、Cgの値を保存して、作業量算出処理を終了する。
[作業範囲記録部563]
つぎに、作業範囲記録部563における作業範囲記録処理について説明する。図9は障害物存在領域算出処理を説明する図である。図10は、作業範囲記録処理の流れを示すフローチャートである。
つぎに、作業範囲記録部563における作業範囲記録処理について説明する。図9は障害物存在領域算出処理を説明する図である。図10は、作業範囲記録処理の流れを示すフローチャートである。
作業範囲記録処理は、図9に示すように、油圧ショベル100の作業範囲量算出を行うための周囲領域700を、車体座標系900を基準として格子状に分割した作業グリッドデータ711について、バケット113が通過した領域を判定する。作業グリッドデータ711の各グリッドには、グリッドの中心座標(Xn、Yn)およびバケット113の通過の有無を示すフラグBbknが格納されている。作業グリッドデータ711において、バケット113が通過した作業グリッド721にはBbkn=1が割り当てられ、それ以外のグリッドはBbkn=0とする。また、各グリッドにはインデックスnが割り当てられている。各グリッドの中心座標(Xn、Yn)とインデックスnは、予め対応づけを記憶媒体155に保存して置き、与えられた座標(X、Y)に対して、その座標が含まれるグリッドが瞬時に探索できるようにしておくことが望ましい。なお、作業グリッドデータ711の格子の大きさは、車体の大きさおよび情報コントローラ161のスペック、外界センサ170の分解能、などを考慮して予め設定された値を用いる。なお、障害物存在領域算出のための周囲領域800(図18参照)と作業範囲算出のための周囲領域700は、同じ範囲の領域であってもよいし、外界センサ170の計測範囲911や、障害物の検出可能な領域に応じてそれぞれ別の領域から抽出してもよい。また障害物グリッドデータ811(図18参照)と作業グリッドデータ711のグリッドのサイズに関しても、同様に、同じ分割幅でもよいし、異なるものを採用しても良い。
以下、図10の作業範囲記録処理の各ステップ順に沿って説明する。
<ステップS201>
機械状態取得部531は、ブーム角度検出器181、アーム角度検出器182、バケット角度検出器183から取得した角度と、予め機械状態取得部531が保持していたブーム111、アーム112、およびバケット113の長さを基に、車体座標系900の原点の位置および、車体座標系900でのバケット先端位置を算出する。
機械状態取得部531は、ブーム角度検出器181、アーム角度検出器182、バケット角度検出器183から取得した角度と、予め機械状態取得部531が保持していたブーム111、アーム112、およびバケット113の長さを基に、車体座標系900の原点の位置および、車体座標系900でのバケット先端位置を算出する。
<ステップS202>
作業範囲記録部563は、油圧ショベル100の周囲領域700における、作業グリッドデータ711を記憶媒体155から読み出す。なお、初期ステップなどで作業グリッドデータ711が存在しない場合は、ステップS202が算出した油圧ショベル100の車体座標系900の位置を原点とした作業グリッドデータ711を作成する。
作業範囲記録部563は、油圧ショベル100の周囲領域700における、作業グリッドデータ711を記憶媒体155から読み出す。なお、初期ステップなどで作業グリッドデータ711が存在しない場合は、ステップS202が算出した油圧ショベル100の車体座標系900の位置を原点とした作業グリッドデータ711を作成する。
<ステップS203>
作業範囲記録部563は、ステップS202で呼び出した作業グリッドデータ711の、サイト座標系930における原点座標(Xvg1、Yvg1、Zvg1)と、ステップS201で算出したサイト座標系930に置ける車体座標系900の原点位置(Xvg2、Yvg2、Zvg2)との距離R0を、以下の式(3)を用いて算出する。
作業範囲記録部563は、ステップS202で呼び出した作業グリッドデータ711の、サイト座標系930における原点座標(Xvg1、Yvg1、Zvg1)と、ステップS201で算出したサイト座標系930に置ける車体座標系900の原点位置(Xvg2、Yvg2、Zvg2)との距離R0を、以下の式(3)を用いて算出する。
<ステップS204>
作業範囲記録部563は、ステップS203で算出したR0が距離閾値Rdth以下であるか否を判定する。R0が距離閾値Rdth未満である場合、ステップS206へ進む。R0が距離閾値Rdth以上である場合、ステップS205に進む。
作業範囲記録部563は、ステップS203で算出したR0が距離閾値Rdth以下であるか否を判定する。R0が距離閾値Rdth未満である場合、ステップS206へ進む。R0が距離閾値Rdth以上である場合、ステップS205に進む。
<ステップS205>
作業範囲記録部563は、作業グリッドデータ711の原点をステップS203が算出したサイト座標系930における車体座標系900の原点位置に移動し、作業グリッドデータ711内の値を移動後の原点を基準した値(Xn、Yn、Bbkn)に更新する。更新方法は、例えば、原点移動後の作業グリッドデータ711の配列を新たに作成し、原点移動前のグリッドデータの各グリッドの中心座標について、移動後の作業グリッドデータから探索を行い、対応箇所が存在する場合は、移動後の作業グリッドデータの対応箇所のBbknを移動前の作業グリッドデータのBknと同じ値にする。
作業範囲記録部563は、作業グリッドデータ711の原点をステップS203が算出したサイト座標系930における車体座標系900の原点位置に移動し、作業グリッドデータ711内の値を移動後の原点を基準した値(Xn、Yn、Bbkn)に更新する。更新方法は、例えば、原点移動後の作業グリッドデータ711の配列を新たに作成し、原点移動前のグリッドデータの各グリッドの中心座標について、移動後の作業グリッドデータから探索を行い、対応箇所が存在する場合は、移動後の作業グリッドデータの対応箇所のBbknを移動前の作業グリッドデータのBknと同じ値にする。
<ステップS206>
作業範囲記録部563は、作業グリッドデータ711のバケット先端の最近傍格子を探索し、そのグリッドのインデックスnを取得する。
作業範囲記録部563は、作業グリッドデータ711のバケット先端の最近傍格子を探索し、そのグリッドのインデックスnを取得する。
<ステップS207>
作業範囲記録部563は、ステップS206で取得したインデックスnに対応する作業グリッドデータ711のBbknをBbkn=1にする。
作業範囲記録部563は、ステップS206で取得したインデックスnに対応する作業グリッドデータ711のBbknをBbkn=1にする。
<ステップS208>
作業範囲記録部563は、作業グリッドデータ711を記憶媒体155に保存し、作業範囲記録処理を終了する。
作業範囲記録部563は、作業グリッドデータ711を記憶媒体155に保存し、作業範囲記録処理を終了する。
[作業範囲量算出部564]
作業範囲量算出部564は、機械状態取得部531が取得した機械状態より、油圧ショベル100の作業範囲量を算出する。本実施形態では、バケット113の先端の移動軌跡を求め、移動軌跡を地面に投影した領域を作業範囲と推定する。「投影」は、バケット113の車体座標系900で表されたX,Y座標を、サイト座標系930に変換することにより実現できる。図11は作業範囲量算出処理の流れを示すフローチャートである。
作業範囲量算出部564は、機械状態取得部531が取得した機械状態より、油圧ショベル100の作業範囲量を算出する。本実施形態では、バケット113の先端の移動軌跡を求め、移動軌跡を地面に投影した領域を作業範囲と推定する。「投影」は、バケット113の車体座標系900で表されたX,Y座標を、サイト座標系930に変換することにより実現できる。図11は作業範囲量算出処理の流れを示すフローチャートである。
作業範囲量算出部564は、作業範囲記録部563が出力した周囲領域700における作業グリッドデータ711から外界センサ170の計測範囲911を抽出し、抽出された領域内のバケット113が通過した領域の割合から、作業範囲量Agを算出する。以下、図11の各ステップ順に沿って説明する。
<ステップS301>
作業範囲量算出部564は、外界センサ170の計測範囲911を抽出する。外界センサ170の計測範囲は、センサ座標系910が車体座標系900に対して固定されている場合、あらかじめ対応する作業グリッドデータ711のインデックスnを保存しておいたものを用いて、作業グリッドデータ711の対象領域を抽出しても良い。また、センサ座標系910が車体座標系900に対して可変な場合、機械状態取得部531が算出した機械状態から、外界センサ170の計測範囲911を抽出してもよい。
作業範囲量算出部564は、外界センサ170の計測範囲911を抽出する。外界センサ170の計測範囲は、センサ座標系910が車体座標系900に対して固定されている場合、あらかじめ対応する作業グリッドデータ711のインデックスnを保存しておいたものを用いて、作業グリッドデータ711の対象領域を抽出しても良い。また、センサ座標系910が車体座標系900に対して可変な場合、機械状態取得部531が算出した機械状態から、外界センサ170の計測範囲911を抽出してもよい。
<ステップS302>
作業範囲量算出部564は、ステップS301が抽出した計測範囲911の格子数Ng、および外界センサ170の計測範囲911内に含まれる、バケット113が通過したグリッド数Nwから、作業範囲量Agを算出し、作業範囲量算出処理を終了する。外界センサ170の計測範囲911内に含まれる格子数Ngは、例えば、抽出した配列の長さを計算する。外界センサ170の計測内に含まれる作業グリッドの数Nwは、例えば、抽出した格子内のすべてのBbknの合計を取るなどする。作業範囲量AgはNg、Nwを用いて以下の式(4)により算出する。
作業範囲量算出部564は、ステップS301が抽出した計測範囲911の格子数Ng、および外界センサ170の計測範囲911内に含まれる、バケット113が通過したグリッド数Nwから、作業範囲量Agを算出し、作業範囲量算出処理を終了する。外界センサ170の計測範囲911内に含まれる格子数Ngは、例えば、抽出した配列の長さを計算する。外界センサ170の計測内に含まれる作業グリッドの数Nwは、例えば、抽出した格子内のすべてのBbknの合計を取るなどする。作業範囲量AgはNg、Nwを用いて以下の式(4)により算出する。
[出力判定部571]
出力判定部571は、地形形状情報確度評価部551が算出した地形形状情報の確度と、作業進捗度演算部561が算出した油圧ショベル100の作業量および作業範囲を用いて、出力判定部571の処理内容を決定し、出力制御部581に出力する。図12は地形形状情報出力判定処理のフローチャートである。以下、図2の各ステップ順に沿って説明する。
出力判定部571は、地形形状情報確度評価部551が算出した地形形状情報の確度と、作業進捗度演算部561が算出した油圧ショベル100の作業量および作業範囲を用いて、出力判定部571の処理内容を決定し、出力制御部581に出力する。図12は地形形状情報出力判定処理のフローチャートである。以下、図2の各ステップ順に沿って説明する。
<ステップS401>
出力判定部571は、地形計測部541が出力した点群データを受信する。点群データを受信しない場合、ステップS406に進む。
出力判定部571は、地形計測部541が出力した点群データを受信する。点群データを受信しない場合、ステップS406に進む。
<ステップS402>
出力判定部571は、作業範囲量算出部564が算出した作業範囲量Agが予め設定された作業範囲量閾値Ath(作業進捗度閾値の一つである)以上か否かを判定する。AgがAth未満である場合、ステップS406に進む。AgがAth以上である場合、ステップS403に進む。
出力判定部571は、作業範囲量算出部564が算出した作業範囲量Agが予め設定された作業範囲量閾値Ath(作業進捗度閾値の一つである)以上か否かを判定する。AgがAth未満である場合、ステップS406に進む。AgがAth以上である場合、ステップS403に進む。
<ステップS403>
出力判定部571は、作業量算出部562が算出した作業量Cgが予め設定された作業量閾値Cth(作業進捗度閾値の一つである)以上か否かを設定する。CgがCth未満である場合、ステップS405に進む。CgがCth以上である場合、ステップS404に進む。
出力判定部571は、作業量算出部562が算出した作業量Cgが予め設定された作業量閾値Cth(作業進捗度閾値の一つである)以上か否かを設定する。CgがCth未満である場合、ステップS405に進む。CgがCth以上である場合、ステップS404に進む。
<ステップS404>
出力判定部571は、制御値βをβ=1に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
出力判定部571は、制御値βをβ=1に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
<ステップS405>
出力判定部571は、制御値βをβ=2に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
出力判定部571は、制御値βをβ=2に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
<ステップS406>
ステップS406は制御値βをβ=3に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
ステップS406は制御値βをβ=3に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
[出力制御部581]
出力制御部581は、地形計測部541から油圧ショベル100の周囲の地形形状情報を受け取った際に、出力判定部571が出力の要否を判定し、要と判定した際に選択した出力先(制御値βで表す)に基づいて地形形状情報を加工し、モニタ153に地形を出力、または無線通信装置157から無線通信によって管制サーバに地形形状情報を送信する。図13は出力制御処理の説明図であって、(a)は、本発明の実施形態の動作データベースの一例を説明するための説明図であり、(b)は、本発明の実施形態のモニタに表示される表示画面例を説明するための説明図である。
出力制御部581は、地形計測部541から油圧ショベル100の周囲の地形形状情報を受け取った際に、出力判定部571が出力の要否を判定し、要と判定した際に選択した出力先(制御値βで表す)に基づいて地形形状情報を加工し、モニタ153に地形を出力、または無線通信装置157から無線通信によって管制サーバに地形形状情報を送信する。図13は出力制御処理の説明図であって、(a)は、本発明の実施形態の動作データベースの一例を説明するための説明図であり、(b)は、本発明の実施形態のモニタに表示される表示画面例を説明するための説明図である。
図13(a)に示すように、出力判定部571が算出した制御値βが3のとき、出力制御部581は、点群データ処理(点群データからメッシュデータ333への変換処理)を行わず、モニタ153に地形の表示・更新を行わない。メッシュデータ333は、周辺の地形形状を示す2次元または3次元データをグリッドに分割したデータである。
出力判定部571が算出した制御値βが2のとき、出力制御部581は、点群をメッシュデータ333に変換し、モニタ153に地形へ表示する。モニタ153に出力する際、地形の高低差が分かり易いように、例えばバー表示334を表示しても良い。図13(b)の例では、モニタ153には、メッシュデータ333上にバケット113が重畳して表示されるが、作業範囲上を移動しないアーム112、ブーム111はメッシュデータ333上には重畳表示されない。
出力判定部571が算出した制御値βが3のとき、出力制御部581は、点群をメッシュデータ333に変換し、モニタ153に地形へ表示する。さらに、変換したメッシュデータ333を無線通信装置157に出力する。無線通信装置157は変換したメッシュデータ333を管制サーバに送信し、作業量Cgおよび作業範囲量Agの値を0にする。
このように本実施形態によれば、作業進捗量に基づいて、外界センサ170が撮影した点群データ処理の有無や管制サーバへの送信の有無を判定することで、施工前やデータ送信前の地形と比較して、進捗の少ない地形を計測した点群データを管制サーバへ送信することや、情報コントローラ161などで処理することを抑制できる。また、施工進捗に応じて、計測した地形データを油圧ショベル100のモニタ153のみに出力する等、出力先を限定することによって管制サーバとの通信の負荷を軽減し、かつ、オペレータに対して油圧ショベル100の周囲の施工状況を認識させることが出来る。したがって、施工現場の進捗管理の効率を向上できる。
<実施形態2>
以下、実施形態1との相違点について説明し、重複説明を省略する。
以下、実施形態1との相違点について説明し、重複説明を省略する。
[制御システム]
実施形態2の油圧ショベル100の制御システムの概要を説明する。図14は実施形態2に係る油圧ショベル100の制御システムの一例を示す図である。
実施形態2の油圧ショベル100の制御システムの概要を説明する。図14は実施形態2に係る油圧ショベル100の制御システムの一例を示す図である。
本実施形態では、実施形態1の制御システムに加え、記憶媒体155には、処理動作データベース(処理動作DB)230の他に、障害物データベース(障害物DB)210と、ID管理DB240が記憶される。
障害物DB210は、油圧ショベル100の周囲の障害物情報を保持する。保持する障害物情報は、例えば、障害物センサ156等で取得される。なお、障害物情報は、例えば、油圧ショベル100の外部に設置されたセンサにより取得され、無線通信により情報コントローラ161に送信されてもよい。また、障害物センサ156で取得した情報と、送信された情報との組み合わせであってもよい。障害物DB210が保持する障害物情報は、所定の時間間隔で、障害物センサ156等から送信され、更新される。
以下、本実施形態では、障害物は、油圧ショベル100が作業の対象としない物体または構造物を指す。
ID管理DB240は、後述するように、各障害物に設定した物体の大きさを保持する。
[地形形状情報出力装置200a]
図15は、本実施形態の地形形状情報出力装置200aの機能ブロック図である。実施形態2に係る地形形状情報出力装置200aは、実施形態1に係る地形形状情報出力装置200の各構成に加えて、障害物情報取得部511および障害物存在領域算出部521をさらに備える。
図15は、本実施形態の地形形状情報出力装置200aの機能ブロック図である。実施形態2に係る地形形状情報出力装置200aは、実施形態1に係る地形形状情報出力装置200の各構成に加えて、障害物情報取得部511および障害物存在領域算出部521をさらに備える。
[障害物情報取得部511]
障害物情報取得部511は、所定の時間間隔で、障害物DB210から障害物情報を取得する。なお、取得するタイミングは、障害物DB210の情報更新と同期していてもよいし、予め定めたタイミングであってもよい。このとき、まず、障害物情報取得部511の出力から、油圧ショベル100の周囲の障害物の有無を判定する。そして、障害物有りと判定された場合、障害物情報から得られる各障害物の位置情報を、それぞれ、車体座標系900に変換し、変換後障害物情報として算出する。変換式は、予め保持しておく。
障害物情報取得部511は、所定の時間間隔で、障害物DB210から障害物情報を取得する。なお、取得するタイミングは、障害物DB210の情報更新と同期していてもよいし、予め定めたタイミングであってもよい。このとき、まず、障害物情報取得部511の出力から、油圧ショベル100の周囲の障害物の有無を判定する。そして、障害物有りと判定された場合、障害物情報から得られる各障害物の位置情報を、それぞれ、車体座標系900に変換し、変換後障害物情報として算出する。変換式は、予め保持しておく。
障害物情報取得部511による障害物情報取得処理の流れを説明する。図16は、障害物情報取得処理の流れを示すフローチャートである。
<ステップS501>
障害物情報取得部511は、障害物DB210から障害物情報を取得する。
障害物情報取得部511は、障害物DB210から障害物情報を取得する。
<ステップS502>
障害物情報取得部511は、障害物DB210から取得した障害物情報を参照し、油圧ショベル100の周囲の障害物の有無を判定する。例えば、障害物情報として送信される位置情報の数で判定し、障害物情報として送信される位置情報がなければ障害物なし、と判定し、それ以外は障害物有りと判定する。
障害物情報取得部511は、障害物DB210から取得した障害物情報を参照し、油圧ショベル100の周囲の障害物の有無を判定する。例えば、障害物情報として送信される位置情報の数で判定し、障害物情報として送信される位置情報がなければ障害物なし、と判定し、それ以外は障害物有りと判定する。
<ステップS503>
障害物情報取得部511が障害物有り、と判定した場合、障害物の数を、障害物数Mobj(Mobjは、1以上の整数)に設定する。また、各障害物について、その位置情報を、それぞれ、車体座標系900の値に変換し、変換後障害物情報として、例えば、記憶媒体155等に一時的に保持し、処理を終了する。
障害物情報取得部511が障害物有り、と判定した場合、障害物の数を、障害物数Mobj(Mobjは、1以上の整数)に設定する。また、各障害物について、その位置情報を、それぞれ、車体座標系900の値に変換し、変換後障害物情報として、例えば、記憶媒体155等に一時的に保持し、処理を終了する。
<ステップS504>
なお、ステップS502において、障害物情報取得部511が障害物無しと判定した場合、障害物情報取得部511は、障害物の数Mobj(Mobjは、1以上の整数)に0を設定し、変換後障害物情報として保持し、処理を終了する。
なお、ステップS502において、障害物情報取得部511が障害物無しと判定した場合、障害物情報取得部511は、障害物の数Mobj(Mobjは、1以上の整数)に0を設定し、変換後障害物情報として保持し、処理を終了する。
ここで、変換後障害物情報の一例を、図17に示す。本図に示すように、本実施形態の変換後障害物情報311は、障害物毎の、位置情報(x、y、z)314を保持する。なお、障害物毎に、障害物ID313を付し、併せて保持してもよい。また、障害物毎に、レコード番号312を付し、レコード番号をさらに保持してもよいし、障害物の大きさが判別可能な場合は障害物ID313と各障害物の大きさを対応付けて、障害物毎の大きさを保持してもよい。
[障害物存在領域算出部521]
図18は障害物存在領域算出処理を説明する図であり、図19は障害物存在領域処理の流れを示すフローチャートである。
図18は障害物存在領域算出処理を説明する図であり、図19は障害物存在領域処理の流れを示すフローチャートである。
障害物存在領域算出部521は、障害物情報取得部511が取得した変換後障害物情報311の障害物情報を用いて油圧ショベル100の周囲の障害物が存在する領域を算出する。生成した障害物存在領域情報は、地形形状情報確度評価部551に出力される。
障害物存在領域情報は、図18に示すように、車体座標系900を原点として、油圧ショベル100の周囲領域800を格子状に分割した障害物グリッドデータ811について、障害物の存在を判定する。障害物グリッドデータ811の各グリッドには、グリッドの中心座標(Xn、Yn)および障害物の存在を示すフラグBobnが格納されている。障害物グリッドデータ811において、障害物が存在する障害物存在グリッド821にはBobn=1が割り当てられ、それ以外のグリッドはBobn=0とする。また、各グリッドにはインデックスnが割り当てられている。各グリッドの中心座標(Xn、Yn)とインデックスnは、予め対応づけを記憶媒体155に保存しておき、与えられた座標(X、Y)に対して、その座標が含まれるグリッドが瞬時に探索できるようにしておくことが望ましい。なお、障害物グリッドデータ811の格子の大きさは、車体の大きさおよび情報コントローラ161のスペック、外界センサ170の分解能、などを考慮して予め設定された値を用いる。
以下、図19の障害物存在領域処理の各ステップ順に沿って説明する。
<ステップS601>
障害物存在領域算出部521は、変換後障害物情報311を用い、油圧ショベル100の周囲の障害物の有無を判定する。ここでは、例えば、障害物数Mobj等を用いて判定する。障害物存在領域算出部521が障害物は存在しないと判定した場合、すなわち、Mobjが0の場合、障害物存在領域算出処理を終了する。障害物がないため、障害物グリッドデータ811の算出が不要である。
障害物存在領域算出部521は、変換後障害物情報311を用い、油圧ショベル100の周囲の障害物の有無を判定する。ここでは、例えば、障害物数Mobj等を用いて判定する。障害物存在領域算出部521が障害物は存在しないと判定した場合、すなわち、Mobjが0の場合、障害物存在領域算出処理を終了する。障害物がないため、障害物グリッドデータ811の算出が不要である。
<ステップS602>
一方、障害物存在領域算出部521が障害物があると判定した場合、すなわち、Mobjが1以上の場合、障害物存在領域算出部521は、各障害物について、障害物存在領域算出処理を行う。ここでは、各障害物に連番を付し、1番から順に以下の処理を行う。まず、連番のカウンタmに1を設定する。ここで、mは1以上の整数である。
一方、障害物存在領域算出部521が障害物があると判定した場合、すなわち、Mobjが1以上の場合、障害物存在領域算出部521は、各障害物について、障害物存在領域算出処理を行う。ここでは、各障害物に連番を付し、1番から順に以下の処理を行う。まず、連番のカウンタmに1を設定する。ここで、mは1以上の整数である。
<ステップS604>
障害物存在領域算出部521は、処理対象障害物Obj(m)の位置および大きさから、障害物が存在する範囲を算出する。ここで処理対象障害物Obj(m)の大きさはセンサ等で実際に測定された値を用いてもよいし、あらかじめ、変換後障害物情報311の障害物ID313と記憶媒体155に格納されているID管理DB240と対応付けておき、ID管理DB240に保存しておいた障害物ごとの大きさを用いてもよいし、あらかじめ設定された値を全ての障害物に対して用いてもよい。出力する障害物存在領域は、例えば車体座標系900を基準としたXの最大値および最小値とYの最大値および最小値の形で出力する。
障害物存在領域算出部521は、処理対象障害物Obj(m)の位置および大きさから、障害物が存在する範囲を算出する。ここで処理対象障害物Obj(m)の大きさはセンサ等で実際に測定された値を用いてもよいし、あらかじめ、変換後障害物情報311の障害物ID313と記憶媒体155に格納されているID管理DB240と対応付けておき、ID管理DB240に保存しておいた障害物ごとの大きさを用いてもよいし、あらかじめ設定された値を全ての障害物に対して用いてもよい。出力する障害物存在領域は、例えば車体座標系900を基準としたXの最大値および最小値とYの最大値および最小値の形で出力する。
<ステップS605>
障害物存在領域算出部521は、ステップS604において算出された障害物存在領域情報に該当する領域を、障害物グリッドデータ811から探索する。そして、探索されたすべての障害物存在グリッド821のBobnにBobn=1を代入する。
障害物存在領域算出部521は、ステップS604において算出された障害物存在領域情報に該当する領域を、障害物グリッドデータ811から探索する。そして、探索されたすべての障害物存在グリッド821のBobnにBobn=1を代入する。
<ステップS606,ステップS603>
障害物存在領域算出部521は、全障害物について処理を終えたか否かを判定し(m=Mobj?)、未処理の障害物情報がある場合、mを1インクリメントし(m=m+1)、ステップS604へ戻る。障害物存在領域算出部521は、全ての障害物情報について処理を終えると、障害物グリッドデータ811を地形形状情報確度評価部551に出力し、処理を終了する。
障害物存在領域算出部521は、全障害物について処理を終えたか否かを判定し(m=Mobj?)、未処理の障害物情報がある場合、mを1インクリメントし(m=m+1)、ステップS604へ戻る。障害物存在領域算出部521は、全ての障害物情報について処理を終えると、障害物グリッドデータ811を地形形状情報確度評価部551に出力し、処理を終了する。
[地形形状情報確度評価部]
地形形状情報確度評価部551の処理内容について説明する。図20は地形形状情報確度評価部551の処理内容の説明図であり、図21は地形形状情報確度評価処理の流れを示すフローチャートである。
地形形状情報確度評価部551の処理内容について説明する。図20は地形形状情報確度評価部551の処理内容の説明図であり、図21は地形形状情報確度評価処理の流れを示すフローチャートである。
地形形状情報確度評価部551は、障害物存在領域算出部521が算出した障害物グリッドデータ811と機械状態取得部531が取得した機械状態とより、外界センサ170の計測範囲911内に占める障害物の存在割合を算出し、地形の確度として出力判定部571に送信する。ここで地形の確度とは外界センサ170が地面撮像する領域において、障害物が存在する領域が占める割合である。
図20(a)のように、油圧ショベル100の周囲に第1障害物420および第2障害物460が存在するとする。この状況において、障害物存在領域算出部521は図20(b)のように、障害物存在グリッド821を含む障害物グリッドデータ811を算出する。そこで、地形形状情報確度評価部551は、この障害物グリッドデータ811から外界センサ170の計測範囲911を探索し、抽出する。その後、この計測範囲911において、図20(c)のように、計測範囲911の格子数Ngと、計測範囲911に含まれる障害物存在グリッド821の格子数Mobから、地形の確度Rgを算出する。
図21の各ステップ順に沿って、地形形状情報確度評価部551の処理フローについて説明する。
<ステップS701>
地形形状情報確度評価部551は、油圧ショベル100の周囲に存在する障害物の有無を判定する。ここでは、例えば、障害物数Mobj等を用いて判定する。障害物が存在すると判定した場合、ステップS703へ進む。障害物が存在しないと判定した場合、ステップS702へ進む。
地形形状情報確度評価部551は、油圧ショベル100の周囲に存在する障害物の有無を判定する。ここでは、例えば、障害物数Mobj等を用いて判定する。障害物が存在すると判定した場合、ステップS703へ進む。障害物が存在しないと判定した場合、ステップS702へ進む。
<ステップS702>
地形形状情報確度評価部551は、地形の確度Rgを1に設定し、地形形状情報確度評価処理を終了する。
地形形状情報確度評価部551は、地形の確度Rgを1に設定し、地形形状情報確度評価処理を終了する。
<ステップS703>
地形形状情報確度評価部551は、外界センサ170の計測範囲911を算出する。外界センサ170の計測範囲は、センサ座標系910が車体座標系900に対して固定されている場合、あらかじめ対応する障害物存在グリッド821のインデックスnを保存しておいたものを用いてもよい。また、センサ座標系910が車体座標系900に対して可動する場合、機械状態取得部531が算出した機械状態から、外界センサ170の計測範囲911を算出してもよい。外界センサ170の計測範囲911は対応する障害物グリッドのインデックスnの集合として算出する。
地形形状情報確度評価部551は、外界センサ170の計測範囲911を算出する。外界センサ170の計測範囲は、センサ座標系910が車体座標系900に対して固定されている場合、あらかじめ対応する障害物存在グリッド821のインデックスnを保存しておいたものを用いてもよい。また、センサ座標系910が車体座標系900に対して可動する場合、機械状態取得部531が算出した機械状態から、外界センサ170の計測範囲911を算出してもよい。外界センサ170の計測範囲911は対応する障害物グリッドのインデックスnの集合として算出する。
<ステップS704>
地形形状情報確度評価部551は、ステップS703で算出した計測範囲911を障害物グリッドデータ811から抽出する。
地形形状情報確度評価部551は、ステップS703で算出した計測範囲911を障害物グリッドデータ811から抽出する。
<ステップS705>
地形形状情報確度評価部551は、ステップS704が抽出した障害物グリッドデータ811における、外界センサ170の計測範囲911内に含まれる格子数Ng、および外界センサ170の計測範囲911内に含まれる障害物が存在する格子数Nobを算出する。外界センサ170の計測範囲911内に含まれる格子数Ngは、例えば、抽出した配列の長さを計算する。外界センサ170の計測範囲911内に含まれる障害物存在グリッド821の格子数Nobは、例えば、抽出した格子内のすべてのBobn合計を取るなどの処理をする。地形の確度RgはNg、Nobを用いて以下の式(5)により算出し、処理を終了する。
地形形状情報確度評価部551は、ステップS704が抽出した障害物グリッドデータ811における、外界センサ170の計測範囲911内に含まれる格子数Ng、および外界センサ170の計測範囲911内に含まれる障害物が存在する格子数Nobを算出する。外界センサ170の計測範囲911内に含まれる格子数Ngは、例えば、抽出した配列の長さを計算する。外界センサ170の計測範囲911内に含まれる障害物存在グリッド821の格子数Nobは、例えば、抽出した格子内のすべてのBobn合計を取るなどの処理をする。地形の確度RgはNg、Nobを用いて以下の式(5)により算出し、処理を終了する。
[出力判定部571]
出力判定部571は、地形形状情報確度評価部551が算出した地形形状情報の確度と、作業進捗度演算部561が算出した油圧ショベル100の作業量および作業範囲を用いて、出力制御部581の処理内容を決定し、その処理内容を示す制御値を出力制御部581に出力する。
出力判定部571は、地形形状情報確度評価部551が算出した地形形状情報の確度と、作業進捗度演算部561が算出した油圧ショベル100の作業量および作業範囲を用いて、出力制御部581の処理内容を決定し、その処理内容を示す制御値を出力制御部581に出力する。
図22は地形形状情報出力判定処理の流れを示すフローチャートである。
<ステップS801>
出力判定部571は、地形計測部541が出力した点群データ受信する。点群データを受信しない場合、ステップS807に進む。
出力判定部571は、地形計測部541が出力した点群データ受信する。点群データを受信しない場合、ステップS807に進む。
<ステップS802>
出力判定部571は、地形形状情報確度評価部551が算出した地形の確度Rgが予め設定された確度閾値Rth以上か否かを判定する。RgがRth未満である場合、ステップS807に進む。RgがRth以上である場合、ステップS803に進む。
出力判定部571は、地形形状情報確度評価部551が算出した地形の確度Rgが予め設定された確度閾値Rth以上か否かを判定する。RgがRth未満である場合、ステップS807に進む。RgがRth以上である場合、ステップS803に進む。
<ステップS803>
出力判定部571は、作業範囲量算出部564が算出した作業範囲量Agが予め設定された作業範囲量閾値Ath以上か否かを判定する。AgがAth未満である場合、ステップS807に進む。AgがAth以上である場合、ステップS804に進む。
出力判定部571は、作業範囲量算出部564が算出した作業範囲量Agが予め設定された作業範囲量閾値Ath以上か否かを判定する。AgがAth未満である場合、ステップS807に進む。AgがAth以上である場合、ステップS804に進む。
<ステップS804>
出力判定部571は、作業量算出部562が算出した作業量Cgが予め設定された作業量閾値Cth以上か否かを設定する。CgがCth未満である場合、ステップS807に進む。CgがCth以上である場合、ステップS805に進む。
出力判定部571は、作業量算出部562が算出した作業量Cgが予め設定された作業量閾値Cth以上か否かを設定する。CgがCth未満である場合、ステップS807に進む。CgがCth以上である場合、ステップS805に進む。
<ステップS805>
出力判定部571は、制御値βをβ=1に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
出力判定部571は、制御値βをβ=1に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
<ステップS806>
出力判定部571は、制御値βをβ=2に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
出力判定部571は、制御値βをβ=2に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
<ステップS807>
出力判定部571は、制御値βをβ=3に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
出力判定部571は、制御値βをβ=3に設定し、地形形状情報出力判定処理を終了する。
このように本実施形態によれば、油圧ショベル100の周囲の障害物情報および、作業進捗量に基づいて、外界センサ170が計測した点群データの管制サーバへの送信の有無を判定することで、施工前やデータ送信前の地形と比較して、進捗の少ない地形を計測した点群データを管制サーバへ送信することや、情報コントローラ161などで計測した地形形状情報の処理をすることを抑制できる。また、実施形態1に加えて、外界センサ170が計測した地形形状情報に車両や作業員などが写りこんだデータの処理や管制サーバへの送信を防ぐことが出来る。さらに、施工進捗に応じて、計測した地形形状情報を油圧ショベル100のモニタ153のみに出力する等、出力先を限定することによって管制サーバとの通信の負荷を軽減し、かつ、オペレータに対して油圧ショベル100の周囲の施工状況を認識させることが出来る。したがって、施工現場の進捗管理の効率を向上できる。
上記実施形態は本発明を限定する趣旨ではなく、本発明の要旨を逸脱しない様々な変更態様は、本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、作業機械は油圧ショベルに限定されず、ホイールローダやドーザでもよい。その場合、ホイールローダやドーザの其々に搭載されたフロント作業機の先端位置を用いて、本実施形態の各処理を実行することができる。
また、上記実施形態では、外界センサ170と障害物センサ156とを別センサで構成したが、外界センサ170と障害物センサ156を同一のセンサを用いて構成してもよい。これにより、従来から搭載されていた障害物センサ156又は外界センサ170のいずれかがあれば、それを用いて地面を計測し、本実施形態を適用して出力制御が行える。
100 :油圧ショベル
110 :多関節フロント作業機
111 :ブーム
112 :アーム
113 :バケット
121 :ブームシリンダ
122 :アームシリンダ
123 :バケットシリンダ
124 :旋回モータ
125 :右走行モータ
126 :左走行モータ
130 :車体
131 :上部旋回体
132 :下部走行体
141 :コントロールバルブ
142 :油圧ポンプ
143 :エンジン
151 :運転室
152 :操作レバー
153 :モニタ
154 :ブザー
155 :記憶媒体
156 :障害物センサ
157 :無線通信装置
161 :情報コントローラ
162 :メインコントローラ
170 :外界センサ
171 :右GNSS受信機
172 :左GNSS受信機
173 :姿勢検出装置
181 :ブーム角度検出器
182 :アーム角度検出器
183 :バケット角度検出器
184 :旋回体角度検出器
200 :地形形状情報出力装置
200a :地形形状情報出力装置
110 :多関節フロント作業機
111 :ブーム
112 :アーム
113 :バケット
121 :ブームシリンダ
122 :アームシリンダ
123 :バケットシリンダ
124 :旋回モータ
125 :右走行モータ
126 :左走行モータ
130 :車体
131 :上部旋回体
132 :下部走行体
141 :コントロールバルブ
142 :油圧ポンプ
143 :エンジン
151 :運転室
152 :操作レバー
153 :モニタ
154 :ブザー
155 :記憶媒体
156 :障害物センサ
157 :無線通信装置
161 :情報コントローラ
162 :メインコントローラ
170 :外界センサ
171 :右GNSS受信機
172 :左GNSS受信機
173 :姿勢検出装置
181 :ブーム角度検出器
182 :アーム角度検出器
183 :バケット角度検出器
184 :旋回体角度検出器
200 :地形形状情報出力装置
200a :地形形状情報出力装置
Claims (11)
- 作業機械の周辺の地形形状を取得して出力する作業機械であって、
前記作業機械は、
前記作業機械の周辺を掘削するフロント作業機と、
前記フロント作業機の姿勢を検出する姿勢センサと、
前記フロント作業機の作業範囲を含む周辺の地形形状を検知し、地形形状情報を生成する外界センサと、
前記地形形状情報の出力先となる出力装置と、
前記姿勢センサ、前記外界センサ、および前記出力装置の其々に接続された地形形状情報出力装置と、を備え、
前記地形形状情報出力装置は、
前記姿勢センサからの出力に基づいて前記フロント作業機の姿勢の履歴を算出し、当該姿勢の履歴から前記フロント作業機による作業の進捗度を演算する作業進捗度演算部と、
前記作業の進捗度に応じて、前記出力装置への出力の要否を判定する出力判定部と、を含む、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1に記載の作業機械であって、
前記地形形状情報出力装置は、前記作業機械の周辺の障害物を検知し、当該障害物の位置を示す障害物情報を出力する障害物センサ又は前記障害物情報を記録する障害物データベースに接続され、
前記地形形状情報出力装置は、
前記障害物情報を基に、前記外界センサの計測範囲内において前記障害物が存在する領域を算出する障害物存在領域算出部と、
前記障害物が存在する領域の大きさに応じて、前記地形形状情報の実際の地形形状に対する確度を評価する地形形状情報確度評価部と、を更に含み、
前記出力判定部は、前記地形形状情報の確度が予め定められた確度閾値以上の場合に、前記出力装置に対して前記地形形状情報を出力すると判定する、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1に記載の作業機械であって、
前記作業進捗度演算部は、前記姿勢センサからの出力に基づいて前記フロント作業機の先端が掘削動作を行ったと見做せる振幅以上の往復運動した回数を数えることにより作業量を算出する作業量算出部を含み、
前記出力判定部は、前記作業量を基に前記出力装置への出力の要否を判定する、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1に記載の作業機械であって、
前記作業進捗度演算部は、前記姿勢センサからの出力に基づいて前記フロント作業機の先端の移動軌跡を求め、当該移動軌跡を地面に投影した領域に基づいて前記フロント作業機が作業を行った地面からなる作業範囲を算出して記録する作業範囲記録部と、
前記記録された作業範囲を読み出して、前記フロント作業機が作業を行ったと推定される領域の大きさである作業範囲量を算出する作業範囲量算出部と、を更に備え、
前記出力判定部は、前記作業範囲量を基に前記出力装置への出力の要否を判定する、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項4に記載の作業機械であって、
前記作業進捗度演算部は、前記姿勢センサからの出力に基づいて前記フロント作業機の先端が掘削動作を行ったと見做せる振幅以上の往復運動した回数を数えることにより作業量を算出する作業量算出部を更に含み、
前記出力判定部は、前記作業量があらかじめ定められた作業量閾値以上であり、かつ前記作業範囲量があらかじめ定められた作業範囲量閾値以上の場合に、前記地形形状情報を前記出力装置に出力すると判定する、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1に記載の作業機械であって、
前記地形形状情報出力装置は、複数の出力装置が其々に接続され、
前記出力判定部は、前記作業の進捗度に応じて前記地形形状情報の出力先を選択する、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項6に記載の作業機械であって、
前記複数の出力装置は、前記作業機械に搭載された表示装置、および無線通信装置であって、
前記出力判定部は、前記作業の進捗度が予め定められた作業進捗度閾値未満の場合は、前記地形形状情報を前記表示装置に対してのみ出力し、前記作業の進捗度が前記作業進捗度閾値以上の場合は、少なくとも前記無線通信装置に対して前記地形形状情報を出力し、前記無線通信装置は前記作業機械の管制サーバに向けて前記地形形状情報を送信する、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項7に記載の作業機械であって、
前記地形形状情報出力装置は、
前記外界センサからの出力を基に、点群データからなる地形形状情報を生成する地形計測部と、
前記出力装置に対して前記地形形状情報を出力する出力制御部と、を更に含み、
前記出力判定部が前記地形形状情報を前記出力装置に出力すると判定すると、前記出力制御部は、前記点群データからなる地形形状情報を、周辺の地形形状を示す2次元または3次元データであってグリッドに分割されたメッシュデータに変換し、前記表示装置に出力する、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1に記載の作業機械であって、
前記作業機械は、
下部走行体と、
前記下部走行体上に搭載される上部旋回体と、を備え、
前記フロント作業機は、前記上部旋回体に基端が俯仰可能に連結されたブームと、前記ブームの先端に揺動可能に連結されたアームと、前記アームの先端に揺動可能に連結されたバケットと、を含む多関節フロント作業機であり、
前記姿勢センサは、前記ブームの角度を検知するブーム角度検出器、前記アームの角度を検知するアーム角度検出器、および前記バケットの角度を検知するバケット角度検出器からなる、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項2に記載の作業機械であって、
前記外界センサおよび前記障害物センサは、同一のセンサにより構成される、
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項2に記載の作業機械であって、
前記外界センサおよび前記障害物センサは、ステレオカメラ、レーザスキャナ、ミリ波レーダの少なくとも一つを用いて構成される、
ことを特徴とする作業機械。
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