JP2023122748A - Work position instruction system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業位置指示システムに関する。 The present invention relates to a work position indication system.
油圧ショベルなどの作業機械を目標の作業に適した位置まで誘導するシステムが知られている。例えば、特許文献１には、車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する油圧ショベルを、作業エリア内の目標面まで誘導する位置誘導システムであって、前記目標面の位置を示す地形データを記憶する地形データ記憶部と、前記作業機が届くことができる前記車両本体の周囲の作業可能範囲を示す作業機データを記憶する作業機データ記憶部と、前記車両本体の現在位置を検出する位置検出部と、前記地形データと前記作業機データと前記車両本体の現在位置とに基づいて、前記目標面と前記作業可能範囲との重なり合う掘削可能範囲が最大となる前記車両本体の位置を最適作業位置として算出する最適作業位置演算部と、前記最適作業位置を示す案内画面を表示する表示部と、を備える油圧ショベルの位置誘導システムが開示されている。
A system is known that guides a work machine such as a hydraulic excavator to a position suitable for a target work. For example,
しかしながら、油圧ショベルによる作業においては、上記従来技術のように、目標面と油圧ショベルの作業可能範囲とが重なり合う掘削可能範囲を最大とする車両本体の位置を油圧ショベルの誘導先とすると、その誘導先が必ずしも最適な作業位置ではない場合がある。例えば、作業機の先端が車体により近い状態で掘削作業を行う方が施工精度高くなる。しかしながら、目標面を高精度で施工することを必要とする場合であっても、上記従来技術においては目標面と車体との距離を考慮していないため、油圧ショベルの誘導先が目標面に沿って作業機を高精度で制御可能な作業位置とはならないことが考えられる。 However, in the work by the hydraulic excavator, if the position of the vehicle body that maximizes the excavable range where the target surface and the workable range of the hydraulic excavator overlap with each other is set as the guidance destination of the hydraulic excavator, as in the above-described prior art, the guidance The tip may not always be the optimal working position. For example, the excavation work can be performed with the tip of the work machine closer to the vehicle body, resulting in higher construction accuracy. However, even if it is necessary to construct the target surface with high precision, the above conventional technology does not take into account the distance between the target surface and the vehicle body, so that the hydraulic excavator can be guided along the target surface. Therefore, it is conceivable that the working position where the working machine can be controlled with high precision cannot be obtained.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、作業機械の作業位置をより適切に指示することができる作業位置指示システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a working position indicating system capable of more appropriately indicating the working position of a working machine.
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する作業機械に対して前記車両本体の作業位置を指示する作業位置指示システムであって、前記作業機により成形する目標地形の情報である目標地形情報を記憶する目標地形情報記憶装置と、前記作業機が到達可能な前記作業機械の作業範囲である作業範囲情報を記憶する作業範囲情報記憶装置と、前記作業機が成形作業を行った際の動作を評価する指標である作業評価値に関する情報である作業評価値情報を記憶する作業評価値情報記憶装置と、前記目標地形情報と前記作業範囲情報と前記作業評価値情報と前記作業機の先端の物理的状態を示す情報とに基づいて、前記作業範囲に含まれる前記目標地形を成形する際の前記作業機の動作に関する前記作業評価値が極値をとる前記車両本体の作業位置を決定して前記作業機械に指示する制御装置とを備えたものとする。 The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, the working position of the vehicle body is instructed to a working machine having a vehicle body and a working machine attached to the vehicle body. A work position indication system, comprising: a target landform information storage device for storing target landform information that is information of a target landform formed by the work machine; and a work range that is a work range of the work machine reachable by the work machine. a work range information storage device for storing information; and a work evaluation value information storage device for storing work evaluation value information, which is information on a work evaluation value that is an index for evaluating the operation of the work machine when performing the forming work. , the work when forming the target landform included in the work range based on the target landform information, the work range information, the work evaluation value information, and the information indicating the physical state of the tip of the work machine; a control device that determines a working position of the vehicle body at which the work evaluation value relating to the operation of the machine takes an extreme value and instructs the working machine.
本発明によれば、作業機械の作業位置をより適切に指示することができるため、例えば、目標面を高精度で施工することを必要とする場合に、作業機械を作業機が高精度で制御可能な作業位置に誘導することができる。 According to the present invention, the working position of the working machine can be indicated more appropriately. Can be guided to possible working positions.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施の形態に係る作業位置指示システムは、例えば作業機械に搭載され、有人操作状態（言い換えれば、手動操縦）において作業機械を最適な作業位置まで移動させるためのものである。なお、以下の説明においては、作業機械のとして油圧ショベルを例示して説明するが、これに限定されるものではなく、例えばホイールローダやブルドーザ等のような他の作業機械においても本願発明を適用することができる。 A working position indication system according to an embodiment of the present invention is mounted on a working machine, for example, and is used to move the working machine to an optimum working position in a manned operation state (in other words, manual operation). In the following description, a hydraulic excavator will be exemplified as a working machine, but it is not limited to this, and the present invention can also be applied to other working machines such as wheel loaders and bulldozers. can do.
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１～図１５を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 15. FIG.
図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を示す斜視図である。また、図２は、本実施の形態に係る作業位置指示システムの要部を関連構成とともに抜き出して示す図である。 FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a hydraulic excavator, which is an example of a working machine according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram extracting and showing the main part of the working position indicating system according to the present embodiment together with the related configuration.
図１において、油圧ショベル１は、動力系により走行する下部走行体４と，下部走行体４に対して左右方向に旋回自在に取り付けられた上部旋回体３と，上部旋回体３に取り付けられるとともに掘削等の作業を行う作業機２とを備えている。下部走行体４は左右一対のクローラ４４を持ち、クローラ４４はそれぞれ走行油圧モータ２６ｂ，２６ｃによって駆動される。また、下部走行体４はクローラ４４の長手方向において走行油圧モータ２６ｂ，２６ｃが取り付けられていない一端をクローラ先端４４１としており，油圧ショベル１が前進する方向は、下部走行体４と上部旋回体３が取りつけられている位置から見てクローラ先端４４１が存在する方向を示す。
In FIG. 1, a
上部旋回体３は、旋回油圧モータ２６ａによって旋回駆動される。なお、以下の説明では、旋回油圧モータ２６ａ、走行油圧モータ２６ｂ，２６ｃをまとめて「油圧モータ２６」と称する場合がある。
The upper revolving
作業機２は、上部旋回体３に対して上下方向に回動可能に構成されており、上部旋回体３に連結されたブーム２０と、ブーム２０に連結されたアーム２１と、アーム２１に連結されたバケット２２と、ブーム２０を駆動するブームシリンダ２３ａと、アーム２１を駆動するアームシリンダ２３ｂと、第１バケットリンク２４及び第２バケットリンク２５を介してバケット２２を駆動するバケットシリンダ２３ｃとを備えている。作業機２の先端には、土砂の掘削等を行う作業具としてのバケット２２が設けられる。
The
ブームシリンダ２３ａの両端は、それぞれ上部旋回体３とブーム２０に連結されている。ブーム２０は、ブームシリンダ２３ａの伸縮によって上部旋回体３に対して上下方向に回動する。アームシリンダ２３ｂの両端は、それぞれブーム２０とアーム２１に連結されている。アーム２１は、アームシリンダ２３ｂの伸縮によってブーム２０に対して上下方向に回動する。
Both ends of the
バケットシリンダ２３ｃの両端は、それぞれアーム２１と第１バケットリンク２４に連結されている。第１バケットリンク２４は、その一端がバケットシリンダ２３ｃと回動可能に連結され、他端が第２バケットリンク２５と回動可能に連結されている。そして、第２バケットリンク２５は、その一端が第１バケットリンク２４と連結され、他端がバケット２２と回動可能に連結されている。アーム２１、第１バケットリンク２４、第２バケットリンク２５及びバケット２２は、四節リンク機構を構成している。そして、バケットシリンダ２３ｃが伸縮すると、第１バケットリンク２４がアーム２１に対して相対的に回動し、それと連動して四節リンク機構を構成するバケット２２もアーム２１に対して上下方向に回動する。
Both ends of the
このように構成された油圧ショベル１は、ブームシリンダ２３ａ、アームシリンダ２３ｂ、バケットシリンダ２３ｃを適切な位置に駆動することにより、バケット２２を任意の位置、任意の姿勢に駆動し、掘削等の作業を行うことができる。ブームシリンダ２３ａ、アームシリンダ２３ｂ、及びバケットシリンダ２３ｃは、例えばそれぞれ油圧シリンダによって構成されている。なお、以下の説明では、これらのシリンダをまとめて「油圧シリンダ２３」と称する場合がある。
By driving the
上部旋回体３には、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）に係る２つのＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂが配置されている。ＧＮＳＳとは、全地球航法衛星システムであって、複数の測位衛星からの信号を受信し、地球上の自己位置を取得する衛星測位システムを指す。ＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂは、地球上空に位置する複数のＧＮＳＳ衛星（図示しない）からの測位信号（言い換えれば、電波）を受信し、受信した測位信号をＧＮＳＳコントローラ３２に出力する。ＧＮＳＳコントローラ３２は、ＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂで受信した測位信号に基づいて各ＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂの地球上の位置（例えば緯度、経度、標高）を演算する。
Two
なお、この衛星測位の方法には様々な種類が存在し、本発明はこれらを限定するものではない。例えば現場に配置したＧＮＳＳアンテナを含む基準局から補正情報を受信し、より高精度に自己位置を取得するＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic-GNSS）という手法を用いても良い。この場合、油圧ショベル１には基準局からの補正情報を受信するための受信機が必要となるが、より精度良くＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂの自己位置を測定することができる。
There are various types of satellite positioning methods, and the present invention is not limited to these. For example, a technique called RTK-GNSS (Real Time Kinematic-GNSS) may be used, which receives correction information from a reference station including a GNSS antenna placed on site and acquires its own position with higher accuracy. In this case, the
上部旋回体３におけるＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂの配置位置は予め設計情報などに含まれて適当な記憶機能部に記憶されているため、ＧＮＳＳアンテナ３１ａ、３１ｂの配置位置から逆算して上部旋回体３の地球上の位置を求めることができる。また、ＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂは２つともに上部旋回体３に搭載されているため、２つのＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂの相対位置から上部旋回体３の方位（例えば、ブーム２０、アーム２１、バケット２２がどの方向を向いているか）も取得することができる。なお、以下の説明では、ＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂをまとめて「ＧＮＳＳアンテナ３１」と称する場合がある。
Since the arrangement positions of the
また、上部旋回体３には、上部旋回体３の傾斜を計測するための車体ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２８ａが取り付けられている。同様に、ブーム２０にはブーム２０の傾きを計測するためのブームＩＭＵ２８ｂ、アーム２１にはアーム２１の傾きを計測するためのアームＩＭＵ２８ｃ、第１バケットリンク２４には第１バケットリンク２４の傾きを計測するためのバケットＩＭＵ２８ｄがそれぞれ取り付けられている。なお、以下の説明では、これらのＩＭＵ２８ａ～２８ｄをまとめて「ＩＭＵ２８」と称する場合がある。
A vehicle body IMU (Inertial Measurement Unit) 28 a for measuring the inclination of the upper revolving
ＩＭＵ２８は、加速度及び角速度を計測できるセンサユニットであり、計測した加速度及び角速度の結果を後述の情報制御コントローラ４５に出力する。情報制御コントローラ４５は、ＩＭＵ２８から出力された加速度及び角速度の計測値に基づいて、ＩＭＵ２８の姿勢を取得することができる。すなわち、情報制御コントローラ４５は、車体ＩＭＵ２８ａ、ブームＩＭＵ２８ｂ、アームＩＭＵ２８ｃ、バケットＩＭＵ２８ｄの計測結果に基づいて上部旋回体３の前後傾斜及び左右傾斜、ブーム２０の回動姿勢、アーム２１の回動姿勢、バケット２２の回動姿勢をそれぞれ取得することができる。
The IMU 28 is a sensor unit capable of measuring acceleration and angular velocity, and outputs the results of the measured acceleration and angular velocity to the
このように、ＧＮＳＳアンテナ３１と車体ＩＭＵ２８ａとに基づいて、上部旋回体３の位置、方位、前後傾斜、及び左右傾斜を取得することができるので、上部旋回体３が地球上のどの位置にどのような姿勢で存在するかを求めることができる。また、ブーム２０、アーム２１、バケット２２のそれぞれの寸法情報を持っていれば、これらの寸法情報と、ブームＩＭＵ２８ｂ、アームＩＭＵ２８ｃ、バケットＩＭＵ２８ｄから取得するブーム２０、アーム２１、バケット２２の各回動姿勢とに基づいて、上部旋回体３に対するバケット２２の先端２７の位置（図１ではバケット２２の爪先位置）を取得することができる。すなわち、バケット２２を含む作業機２が地球上のどの位置にどのような姿勢で存在するかを求めることができる。バケット２２の先端２７は、すなわち作業機２の先端であり、以下では単に「バケット先端２７」と称する。なお、ここではバケット先端２７（バケット２２の爪先位置）を作業機２の先端としているが、これに限定されず、作業機２の先端は、例えばバケット２２により転圧作業を行うことを想定する場合には、バケット２２の底部や背部等の特定の箇所をバケット先端および作業機２の先端の位置として設定することができる。
In this way, based on the
油圧ショベル１は、旋回角センサ３３及びレーザスキャナ３４ａ～３４ｄを更に備えている。旋回角センサ３３は、上部旋回体３と下部走行体４との間の旋回角度を計測するセンサであり、例えばロータリーエンコーダ等によって構成されている。旋回角センサ３３は、その計測結果を情報制御コントローラ４５に出力する。情報制御コントローラ４５は、上部旋回体３が地球上のどの位置にどのような姿勢で存在するかを求めることができるため、旋回角センサ３３で計測した旋回角度に基づいて、下部走行体４及びクローラ先端４４１が地球上のどの位置にどのような姿勢で存在するかを求めることができる。
The
レーザスキャナ３４ａ～３４ｄは、上部旋回体３の前後左右にそれぞれ配置され、油圧ショベル１の周囲環境（例えば周囲の地形及び物体）を計測する。より具体的には、レーザスキャナ３４ａ～３４ｄは、水平方向及び垂直方向の一定範囲にレーザ光を照射することで油圧ショベル１の車体周囲の地形及び物体の３次元点群データを計測する。そして、レーザスキャナ３４ａ～３４ｄは、計測した車体周囲の３次元点群データを、車体を基準とした位置情報として情報制御コントローラ４５へ出力する。このようにレーザスキャナ３４ａ～３４ｄを備えることにより、油圧ショベル１周囲の地形及び物体の形状を計測可能となっている。なお、以下の説明では、レーザスキャナ３４ａ～３４ｄをまとめて「レーザスキャナ３４」と称する場合がある。
The
なお、本実施の形態では、作業機２の各部の姿勢を計測するのにＩＭＵ２８を用いる場合を例示しているが、これに限るものではなく、例えばポテンショメータやシリンダストロークセンサ等を用いて姿勢に関する同様の情報を得られるように構成しても良い。また、本実施の形態では、車体の周囲の地形及び物体の形状を計測するのにレーザスキャナ３４を用いる場合を例示しているが、これに限るものではなく、例えばステレオカメラ等を用いて同様の情報が得られるように構成しても良い。ステレオカメラを用いる場合には、三角測量法により３次元直交座標が取得される。そこで、センサの配置位置と取得された直交座標から、各点のセンサの計測中心を原点とする３次元極座標系を算出することで物体までの距離および計測距離の情報を取得することができる。
In the present embodiment, the case where the IMU 28 is used to measure the attitude of each part of the
図２に示すように、油圧ショベル１は、エンジン３５、パイロット油圧ポンプ３６、メイン油圧ポンプ３７、方向制御弁３８、遮断弁３９、制御弁４０ａ～４０ｌ、アーム操作レバー３０ａ、ブーム操作レバー３０ｂ、バケット操作レバー３０ｃ、旋回操作レバー３０ｄ、及び走行操作レバー３０ｅ、３０ｆからなる操作レバー３０、ＧＮＳＳコントローラ３２、車体制御コントローラ４１、モニタ４２、及び情報制御コントローラ４５を備えている。なお、以下の説明では、制御弁４０ａ～４０ｌをまとめて「制御弁４０」と称する場合がある。
As shown in FIG. 2, the
パイロット油圧ポンプ３６とメイン油圧ポンプ３７とは、それぞれエンジン３５により駆動され、圧油を油圧回路内に供給する。ここで、パイロット油圧ポンプ３６により供給される油をパイロット油、メイン油圧ポンプ３７により供給される油を作動油と区別して呼ぶこととする。パイロット油圧ポンプ３６から供給されるパイロット油は、遮断弁３９と制御弁４０を通過し方向制御弁３８へ送られる。遮断弁３９と制御弁４０とは、それぞれ車体制御コントローラ４１と電気的に接続されており、車体制御コントローラ４１によって遮断弁３９の弁の開閉と、制御弁４０の弁開度を制御することが可能となっている。
The pilot
方向制御弁３８は、メイン油圧ポンプ３７から各油圧シリンダ２３及び各油圧モータ２６に供給される作動油の量や方向を制御するものであり、制御弁４０を通過したパイロット油の圧力に応じて、どの油圧シリンダ２３又は油圧モータ２６にどれだけの作動油をどの方向に流すかが決まる。具体的には、制御弁４０ａを経由して方向制御弁３８に送られたパイロット油の圧力に応じて、アームシリンダ２３ｂを１つの方向に駆動するような作動油の量が方向制御弁３８内で決まり、制御弁４０ｂを経由して方向制御弁３８に送られたパイロット油に応じて、アームシリンダ２３ｂをもう１つの方向に駆動するような作動油の量が方向制御弁３８内で決まる。
The
同様に、制御弁４０ｃ，４０ｄを経由したパイロット油によってブームシリンダ２３ａを駆動する作動油の量、制御弁４０ｅ，４０ｆを経由したパイロット油の圧力によってバケットシリンダ２３ｃを駆動する作動油の量、制御弁４０ｇ，４０ｈを経由したパイロット油の圧力によって旋回油圧モータ２６ａを駆動する作動油の量、制御弁４０ｉ，４０ｊを経由したパイロット油の圧力によって走行油圧モータ２６ｂを駆動する作動油の量、制御弁４０ｋ，４０ｌを経由したパイロット油によって走行油圧モータ２６ｃを駆動する作動油の量が、それぞれ方向制御弁３８内で決まる。
Similarly, the amount of hydraulic oil that drives the
操作レバー３０ａ～３０ｆは、例えば、２つの操作レバーのそれぞれの操作方向（上下方向、左右方向）と２つの走行用の操作レバーのそれぞれの操作方向（前後方向）とに対応しており、その操作量に応じた電圧又は電流を出力するものであって、車体制御コントローラ４１と電気的に接続されている。そして、操作レバー３０ａ～３０ｆの各操作量は、車体制御コントローラ４１で読み取り可能となっている。なお、以下の説明では、操作レバー３０ａ～３０ｆをまとめて「操作レバー３０」と称する場合がある。
The operating levers 30a to 30f correspond to, for example, the respective operating directions (up-down direction, left-right direction) of the two operating levers and the respective operating directions (forward-backward direction) of the two operating levers for traveling. It outputs voltage or current according to the amount of operation, and is electrically connected to the
ここで、有人操作状態において車体制御コントローラ４１が車体操作を行うための基本的な処理について説明する。すなわち、車体制御コントローラ４１は、操作レバー３０からの操作入力を受けて、まず各アクチュエータ（すなわち、各油圧シリンダ及び各油圧モータ）をどの方向にどの程度の速度（言い換えれば、目標速度）で動作させるかを決定する。
Here, basic processing for the
次に、車体制御コントローラ４１は、決定した方向と目標速度に基づいて、方向制御弁３８の各部に供給するパイロット油（言い換えれば、目標パイロット油）の圧力を決定する。このとき、車体制御コントローラ４１は、方向制御弁３８の各部にどれだけのパイロット油の圧力が供給されれば、各アクチュエータがどの方向にどれだけの速度で動作するかといったパイロット油とアクチュエータ速度との変換マップを持っており、これを適用することで目標速度から目標パイロット油に変換することができる。
Next, the
目標パイロット油が求まると、車体制御コントローラ４１は、動作させたいアクチュエータとその方向に対応するいずれかの制御弁４０の弁開度を調整し、方向制御弁３８に対して目標の圧力通りのパイロット油が供給されるように制御する。このとき、制御弁４０の弁開度が車体制御コントローラ４１から出力される電流によって制御される場合、車体制御コントローラ４１は、制御弁４０毎にどれくらいの電流を流せばどれだけのパイロット油の圧力が供給されるかといった電流とパイロット油の圧力との変換マップを持っており、これを適用することで目標パイロット油から制御弁４０への出力電流を求め、制御弁４０を通過するパイロット油が目標通りの圧力となるように制御弁４０の弁開度を制御することができる。
When the target pilot oil is obtained, the
このようにすることで、有人操作状態において、車体制御コントローラ４１は、操作レバー３０の操作量、すなわち、アーム操作レバー３０ａの操作量に応じて制御弁４０ａ、４０ｂの弁開度を制御し、ブーム操作レバー３０ｂの操作量に応じて制御弁４０ｃ、４０ｄの弁開度を制御し、バケット操作レバー３０ｃの操作量に応じて制御弁４０ｅ、４０ｆの弁開度を制御し、旋回操作レバー３０ｄの操作量に応じて制御弁４０ｇ、４０ｈの弁開度を制御し、走行操作レバー３０ｅの操作量に応じて制御弁４０ｉ、４０ｊの弁開度を制御し、走行操作レバー３０ｆの操作量に応じて制御弁４０ｋ、４０ｌの弁開度を制御する。したがって、オペレータ（作業者）が各操作レバー３０をそれぞれ操作することにより、アーム２１、ブーム２０、バケット２２、上部旋回体３、左クローラ、右クローラを駆動することができ、操作レバー３０の操作によって油圧ショベル１を移動させる等の任意の作業を実施できる。
By doing so, in the manned operation state, the
また、上述のように、車体制御コントローラ４１は遮断弁３９の弁の開閉も制御できる。遮断弁３９が閉じると、制御弁４０及び方向制御弁３８に供給されるパイロット油が遮断される。これによって、各アクチュエータが動作できなくなるので、車体制御コントローラ４１は、より確実に全てのアクチュエータの動作を停止させることができる。
Further, as described above, the
ＧＮＳＳコントローラ３２は、上述したように、ＧＮＳＳアンテナ３１より出力されたＧＮＳＳ衛星の信号に基づいて、ＧＮＳＳアンテナ３１の地球上の位置（例えば緯度、経度、標高）を演算し、演算した結果を情報制御コントローラ４５へ出力する。
As described above, the
情報表示装置であるモニタ４２は、オペレータ（作業者）からの情報入力を受け付ける情報入力装置としての機能も有している。具体的には、モニタ４２は、例えばタッチパネル式の入出力デバイスであり、作業者が視認や操作できる場所に配置されている。モニタ４２は作業評価値演算部１２４において作業評価関数に関する重み係数の値を入力する際に用いられる。モニタ４２は情報制御部１６において作業者が後述する作業支援の有無を入力する際に用いられる。さらにモニタ４２は、目標地形情報記憶部１３、作業範囲情報記憶部１４、作業評価値情報記憶部１５、に記憶された情報を作業者からの入力に基づいて編集可能である。作業評価値演算部１２４、作業評価関数、目標地形情報記憶部１３、作業範囲情報記憶部１４、作業評価値情報記憶部１５については後述する。
The
またモニタ４２は、作業者に対する情報出力を行う。モニタ４２は後述する作業位置決定部１２が決定した作業位置を作業者に対して表示する。また、モニタ４２は作業位置に対するクローラ先端４４１の移動距離を表示し、作業者の操縦レバー３０の操作を容易にする。
The
このように一つのモニタ４２で情報入力及び情報出力としての機能を兼ねることで、作業位置指示システムの構成部品を少なくすることができ、コンパクト化を図ることができる。
In this way, one
車体ＩＭＵ２８ａ、ブームＩＭＵ２８ｂ、アームＩＭＵ２８ｃ、バケットＩＭＵ２８ｄ、ＧＮＳＳコントローラ３２、旋回角センサ３３、レーザスキャナ３４、モニタ４２、は、それぞれ情報制御コントローラ４５と接続されている。
The
情報制御コントローラ４５は、例えば演算を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Read Only Memory）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Random Access Memory）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、記憶されたプログラムの実行によって油圧ショベル１に対する制御を行う。なお、本実施の形態において、情報制御コントローラ４５は油圧ショベル１に搭載されていることを想定しているが、情報制御コントローラ４５を油圧ショベル１の外部に配置し、無線通信等を介して油圧ショベル１と通信可能に構成することで同様の機能を持つように構成しても良い。
The
本実施の形態では、情報制御コントローラ４５は、油圧ショベル１が有人操作状態で作業を行う作業現場５（後の図３参照）において、油圧ショベル１を適切な作業位置に誘導する作業指示をモニタ４２を通してオペレータに行うことで、油圧ショベル１を適切な作業位置へ誘導する。
In the present embodiment, the
図３は、土木作業に係る作業現場の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a work site for civil engineering work.
図３に示すように、作業現場５には油圧ショベル1が掘削を行う対象である掘削対象６が存在する。作業現場５において、掘削対象６の３次元形状データは後述する情報制御コントローラ４５の作業位置決定部１２の掘削対象演算部１２２で演算される。作業現場５において、油圧ショベル１は、有人操作状態であり、作業者が操作レバー３０を操作することで動作する。作業者は、モニタ４２の使用方法及び油圧ショベル１の操作方法を習得している者であれば良い。作業現場５において、油圧ショベル１は、ブームシリンダ２３ａ、アームシリンダ２３ｂ、及びバケットシリンダ２３ｃを駆動させることにより、バケット２２の中に掘削対象６の土を格納することによって、掘削対象６を掘削し目標地形７の成形作業を行う。油圧ショベル１は、後述する目標地形情報に記載された目標地形７の３次元形状に沿って、バケット先端２７を高精度で動作させることで目標地形７の成形作業を行う。油圧ショベル１は、目標地形７の成形作業のためバケット先端２７を動作させる際、常に油圧ショベル１が存在する方向にバケット先端２７を動作させると仮定する。また、油圧ショベル１は作業者に対して作業支援を行う場合がある。作業支援とは、目標地形７の成形作業を実施する際に、バケット先端２７が目標地形７に沿って動作するように、バケット先端２７の位置を制御する制御動作を意味する。
As shown in FIG. 3 , an
図４は、本実施の形態に係る作業位置指示システムの全体構成を示す機能ブロック図である。 FIG. 4 is a functional block diagram showing the overall configuration of the working position indicating system according to this embodiment.
図４に示すように、作業位置指示システム１０は、上述のＩＭＵ２８、ＧＮＳＳコントローラ３２、旋回角センサ３３、レーザスキャナ３４、車体制御コントローラ４１、モニタ４２及び情報制御コントローラ４５によって構成されている。また、情報制御コントローラ４５は、計測データ処理部１１、作業位置決定部１２、目標地形情報記憶部１３、作業範囲情報記憶部１４、作業評価値情報記憶部１５及び情報制御部１６を備えている。また、車体制御コントローラ４１は、動作計画部１７及び車体制御部４１１を備えている。
As shown in FIG. 4, the working
（計測データ処理部１１）
計測データ処理部１１は、ＩＭＵ２８、ＧＮＳＳコントローラ３２、旋回角センサ３３、及びレーザスキャナ３４とそれぞれ電気的に接続され、ＩＭＵ２８、ＧＮＳＳコントローラ３２、旋回角センサ３３、及びレーザスキャナ３４からの情報に基づいて、上部旋回体３の傾斜角度及び位置、方位、旋回角度、作業機２各部の回動姿勢、クローラ先端４４１の位置、車体周囲の現況地形を演算する。
(Measurement data processing unit 11)
The measurement data processing unit 11 is electrically connected to the IMU 28, the
具体的には、情報制御コントローラ４５は、各ＩＭＵ２８からの加速度及び角速度の計測結果に基づいて、上部旋回体３の前後傾斜及び左右傾斜、ブーム２０の回動姿勢、アーム２１の回動姿勢、バケット２２の回動姿勢をそれぞれ演算する。例えば情報制御コントローラ４５は、ＩＭＵ２８からの計測結果について、角速度の積分処理による角度や重力加速度の取得による重力方向との成す角度などの情報を利用する相補フィルタやカルマンフィルタなどを用いることで、ＩＭＵ２８自体の重力方向に対する３次元角度を求め、各ＩＭＵ２８の油圧ショベル１の各取り付け部に対する取付姿勢を予め較正しておくことで、各ＩＭＵ２８自体の傾斜角度から上部旋回体３、ブーム２０、アーム２１、バケット２２の回動姿勢を取得する。
Specifically, the
また、情報制御コントローラ４５は、ＧＮＳＳコントローラ３２によって演算されたＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂの地球上の位置（例えば緯度、経度、標高）を取得する。
The
更に、情報制御コントローラ４５は、レーザスキャナ３４により計測された車体周囲の３次元点群データと、上部旋回体３に対するレーザスキャナ３４の配置箇所や配置姿勢情報とを基に、複数のレーザスキャナ３４から得られた情報を車体基準での１つの３次元点群データに統合する。本実施の形態では、上部旋回体３に４つのレーザスキャナ３４ａ～３４ｄが配置されており、これらのレーザスキャナ３４から得られた情報を統合することで車体の全周囲の３次元点群データを計測する。なお、十分な計測範囲を持つセンサを使用する場合に、レーザスキャナ３４の個数を減らすことも可能であるし、冗長性を持たせる等の理由から個数を増やしても良い。
Further, the
また、計測データ処理部１１は、車体座標系におけるＧＮＳＳアンテナ３１ａ、３１ｂとレーザスキャナ３４の車体配置位置を演算する。また、計測データ処理部１１は、ＧＮＳＳアンテナ３１ａ，３１ｂの車体座標系における車体配置位置と地球上の位置、車体座標系におけるレーザスキャナ３４の車体配置位置を用いて、レーザスキャナ３４から取得した車体周囲の３次元点群データの位置情報を地球上の位置情報であるグローバル座標系に変換する。更に、計測データ処理部１１は、レーザスキャナ３４から取得した車体周囲の３次元点群データに基づいて、油圧ショベル１の周囲の地形形状データである現況地形の３次元形状データを演算する。そして、計測データ処理部１１は、上部旋回体３の傾斜角度及び位置、方位、旋回角度、作業機各部の回動姿勢、車体周囲の現況地形の演算結果を作業位置決定部１２と情報制御部１６に出力する。
In addition, the measurement data processing unit 11 calculates the vehicle body arrangement positions of the
（目標地形情報記憶部１３）
目標地形情報記憶部１３は、油圧ショベル１の作業機２により成形する目標地形７の情報である目標地形情報を記憶している。本実施の形態において、目標地形情報記憶部１３には、グローバル座標系で定義された目標地形７の３次元形状データが目標地形情報として記憶されている。また目標地形情報記憶部１３には、目標地形７を寸法誤差何メートル以内で成形するといった許容精度が目標地形情報として記憶されている。
(Target terrain information storage unit 13)
The target landform
（作業範囲情報記憶部１４）
作業範囲情報記憶部１４は、油圧ショベル１の作業機２が到達可能な範囲である作業範囲情報１４１を記憶している。
(Work range information storage unit 14)
The work range
図５は、車体座標系においてバケット先端が到達可能な範囲を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the reachable range of the tip of the bucket in the vehicle body coordinate system.
図５に示すように、作業範囲情報記憶部１４には、油圧ショベル１が、ブームシリンダ２３ａ、アームシリンダ２３ｂ、及びバケットシリンダ２３ｃを駆動させることにより、車体座標系においてバケット先端２７が到達可能な範囲を作業範囲情報１４１として記録している。車体座標系は、下部走行体４の底面と上部旋回体３の旋回中心軸の交点を原点として、下部走行体４の底面からの法線方向をＺ１軸、下部走行体４の底面と平行であり、かつクローラ先端４４１の方向をＸ１軸とする。
As shown in FIG. 5 , the working range
（作業評価値情報記憶部１５）
作業評価値情報記憶部１５は、油圧ショベル１が成形作業を行った際の動作を評価する指標である作業評価関数を記憶している。作業評価関数は、バケット先端軌道１５２を入力することで油圧ショベル１が実施する目標地形７の成形作業の作業評価定量値１５３を出力する関数である。
(Work evaluation value information storage unit 15)
The work evaluation value
図６は、車体座標系におけるバケット先端軌道を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the bucket tip trajectory in the vehicle body coordinate system.
バケット先端軌道１５２は、油圧ショベル１が目標地形７の成形作業を行う際、バケット先端２７を追従させる位置及び方向であり車体座標系で表現される。バケット先端軌道１５２は、作業位置決定部１２において目標地形７の形状から決定される。
The
（作業評価関数）
作業評価関数は、バケット先端軌道１５２を入力することで目標地形７の成形作業の作業評価定量値１５３を出力する関数である。作業評価関数は、例えば、データベース形式、モデル形式などで作成される。以下、それぞれの場合について説明する。
(work evaluation function)
The work evaluation function is a function that outputs a work evaluation quantitative value 153 of the forming work of the target landform 7 by inputting the
（データベース形式）
データベース形式の作業評価関数では、車体座標系におけるバケット先端２７の各位置で作業評価定量値１５３を予め計測し記憶することで、作業評価関数を作成する。データベース形式は、ある所定の動作速度でバケット先端２７を動作させた際の車体座標系におけるバケット先端２７の各位置における作業評価定量値１５３を予め計測し記憶する。データベース形式は、１種類以上の保存済み動作速度１６０で作業評価定量値１５３を予め計測し記憶する。保存済み動作速度１６０は、作業評価値情報記憶部１５に記録された作業評価関数を作成する際の、バケット先端２７の動作速度である。ここで、作業評価定量値１５３は、作業の良し悪しの評価（以降、作業評価と称する）に係る「施工誤差」や「掘削力」などの情報ごとに定量化したものであり、バケット先端２７の位置毎（後述の単位セル毎）に求められる。例えば、「施工誤差」に関する作業評価定量値を単独で見た場合、誤差が小さい方が施工品質が高くなるので作業評価定量値は小さい方が良く、また、「掘削力」に関する作業評価定量値を単独で見た場合、掘削力が大きい方が作業速度が早くなるので、作業評価定量値は大きい方が良い。
(database format)
In the database-type work evaluation function, the work evaluation function is created by measuring and storing in advance the work evaluation quantitative value 153 at each position of the
図７は、車体座標系においてセル単位で作成される作業評価情報の概念を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the concept of work evaluation information created for each cell in the vehicle body coordinate system.
図７に示すように、作業評価関数は、車体座標系における位置をセル単位に分割し、各セル（単位セル）で作業評価定量値１５３を算出し、全セルの作業評価定量値１５３の総和を目標地形７の成形作業の作業評価値情報として出力する。作業評価関数は、少なくとも作業範囲情報１４１で規定された範囲を含むようにセル単位で分割し、各セルで作業評価定量値１５３を算出する。作業評価関数は各セルにおいてバケット先端軌道１５２が通過するセルにおいて作業評価定量値１５３を算出し、その総和を目標地形７の成形作業の作業評価値情報として出力する。例えば、作業評価関数が「施工誤差」の作業評価定量値に関するものである場合には、作業評価関数は予定の掘削動作においてバケット先端が通過するセルの作業評価値（各セル毎に求められた「施工誤差」）の総和、すなわち、１回の掘削動作全体における「施工誤差」に関する作業評価のための情報を作業評価値情報として出力するものである。「施工誤差」に関する作業評価値情報が小さいほど１回の掘削動作全体における誤差が小さくなると言える。また、例えば、作業評価関数が「掘削力」の作業評価定量値に関するものである場合には、作業評価関数は予定の掘削動作においてバケット先端が通過するセルの作業評価値（各セル毎に求められた「掘削力」）の総和、すなわち、１回の掘削動作全体における「掘削力」に関する作業評価のための情報を作業評価値情報として出力するものである。「掘削力」に関する作業評価値情報が大きいほど１回の掘削動作全体における作業速度が早くなると言える。
As shown in FIG. 7, the work evaluation function divides the position in the vehicle body coordinate system into cells, calculates a work evaluation quantitative value 153 in each cell (unit cell), and sums the work evaluation quantitative values 153 of all cells. is output as work evaluation value information for the forming work of the target landform 7 . The work evaluation function is divided into cells so as to include at least the range defined by the
図８は、作業評価関数がセル内の作業評価定量値を出力する手法について説明する図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a method for outputting a work evaluation quantitative value in a cell by the work evaluation function.
図８に示すように、作業評価関数は、バケット先端軌道１５２の通過方向θを各セルにおいて算出する。初めに、バケット先端軌道１５２が通過するセルの中心位置にＸ１軸と平行な線を引く。次に、セル内を通過するバケット先端軌道１５２の動作方向から反時計回りに、セル中心位置に引いた平行線とのなす角を通過方向θとする。作業評価関数には、各セルの中心位置から特定の方向にバケット先端２７を移動させた際の作業評価定量値１５３を算出するデータマップが図８に示すように記録されているため、通過方向θに基づいて各セルで作業評価定量値１５３を算出できる。作業評価定量値１５３を算出するデータマップは、車体座標系におけるバケット先端２７の各位置で予め計測される。作業評価関数はバケット先端軌道１５２が通過する全てのセルで作業評価定量値１５３を算出し、その総和を目標地形７の成形作業の作業評価値情報として出力する。
As shown in FIG. 8, the work evaluation function calculates the passing direction θ of the
（モデル形式）
モデル形式の作業評価関数では、バケット先端軌道１５２に対し１種類以上の保存済み動作速度１６０でバケット先端２７を追従制御させるシミュレーションを行い、作業評価値情報を出力する。具体的には、モデル形式では、１種類以上の保存済み動作速度１６０でバケット先端軌道１５２に対しバケット先端２７を追従制御させるシミュレーションを行い、作業評価値情報を出力する。モデル形式で作成した作業評価関数は、バケット先端軌道１５２を入力として、バケット先端軌道１５２に対しバケット先端２７を追従させた際のバケット先端２７の車体座標系における位置・速度・加速度といった物理値を各時刻で算出可能なモデルを内包している。位置・速度・加速度といった物理値の算出方法としては、油圧ショベル１が、ブームシリンダ２３ａ、アームシリンダ２３ｂ、及びバケットシリンダ２３ｃを駆動させることにより、車体座標系においてバケット先端２７を保存済み動作速度１６０でバケット先端軌道１５２に追従させる状況をプラントモデル及び追従制御用コントローラモデルを用いてシミュレーションし、物理値を算出する手法が挙げられる。モデル形式で作成した作業評価関数は、算出した物理値を用いて、バケット先端軌道１５２に対しバケット先端２７を追従させた際の作業評価値情報を出力する。ここで、作業評価情報は、データベース形式と同様に「施工誤差」や「掘削力」などである。
(model format)
The work evaluation function in the model format performs a simulation of tracking control of the
すなわち、本実施の形態において、作業評価値情報記憶部１５には、以下に示すバケット先端２７の「施工誤差」、「掘削力」、といった作業評価値情報を出力する、油圧ショベルの成形作業を評価する作業評価関数が記録されている。
That is, in the present embodiment, the work evaluation value
（施工誤差）
本実施の形態において対象としている目標地形７の成形作業では、目標地形情報に記載された目標地形７の形状を油圧ショベル１の作業機２を用いて正確に成形することが求められる。目標地形７の正確な成形作業を実現するためには、油圧ショベル１がバケット先端２７を目標地形７の形状にそって正確に動作させる必要がある。そこで、目標地形７の形状をバケット先端軌道１５２とし、バケット先端２７をバケット先端軌道１５２に沿って動作させた際、動作方向に対する法線方向において発生するバケット先端２７の位置誤差を施工誤差と定義する。施工誤差は小さいほど望ましい。
(Installation error)
In the formation work of the target landform 7 targeted in the present embodiment, it is required to form the shape of the target landform 7 described in the target landform information using the working
データベース形式の作業評価関数では、１種類以上の保存済み動作速度１６０で各セルにおいてバケット先端２７を指定方向（掘削方向と同一）に動かした際に、その指定方向に対する法線方向の位置誤差の実測値が作業評価定量値１５３として記録されている。データベース形式の作業評価関数では、少なくとも油圧ショベル１がバケット先端２７を空中で動作させた際の指定方向に対する法線方向の位置誤差の実測値が作業評価定量値１５３として記録されている。データベース形式の作業評価関数では、計測していない角度θでバケット先端軌道１５２が入力された場合、一番近い角度で記録された作業評価定量値１５３を出力しても良いし、内挿あるいは外挿によって作業評価定量値１５３を出力しても良い。データベース形式の作業評価関数は、各セルにおいて発生した施工誤差の絶対値または２乗値の総和を計算し、目標地形７の成形作業の作業評価値情報として出力する。
In the database-type work evaluation function, when the
モデル形式の作業評価関数は目標地形７の形状に沿ってバケット先端２７を１種類以上の保存済み動作速度１６０で動作させた際のバケット先端２７の軌道を予測可能なモデルを内包している。作業評価関数は、１種類以上の保存済み動作速度１６０で目標地形７の形状に沿ってバケット先端２７を動作させた際のバケット先端２７の軌道を予測可能なモデルを内包している。モデル形式の作業評価関数は、予測した軌道とバケット先端軌道１５２の面積の差分を計測し目標地形７の成形作業の作業評価値情報として出力する。
The work evaluation function in model form contains a model that can predict the trajectory of the
（掘削力）
作業現場５において、油圧ショベル１が作業機２を用いて掘削する土砂の硬度・粘性はばらつきがあると考えられる。土砂の硬度・粘性によっては、油圧ショベル１のバケット先端２７の追従精度が変化する可能性があるため、安定した掘削を行うためには、バケット先端２７が強い力を発揮することが望ましい。そこで、油圧ショベル１のバケット先端２７で発生可能な力を掘削力と定義する。掘削力の向きはバケット先端軌道１５２の接線方向である。掘削力は大きいほど望ましい。
(Drilling force)
At the
データベース形の式作業評価関数では、１種類以上の保存済み動作速度１６０で各セルにおいてバケット先端２７を指定方向に動かす際の掘削力を作業評価定量値１５３として記録されている。データベース形式の作業評価関数は、各セルにおいて発生した掘削力の総和を計算し、目標地形７の成形作業の作業評価値情報として出力する。
In the database type formula work evaluation function, the excavation force when moving the
モデル形式の作業評価関数は、１種類以上の保存済み動作速度１６０で空中動作においてバケット先端軌道１５２にバケット先端２７を追従させた際の各時刻歴における各油圧シリンダ２３の駆動力を算出する。作業評価関数は、算出した各油圧シリンダ２３の駆動力からバケット先端２７の加速度を算出する。作業評価関数はバケット先端２７の加速度から掘削力を予測する。モデル形式の作業評価関数は、各時刻におけるバケット先端２７の掘削力の総和を計算し、目標地形７の成形作業の作業評価値情報として出力する。
A work evaluation function in model form calculates the driving force of each hydraulic cylinder 23 at each time history when the
（作業位置決定部１２）
図９は、作業位置決定部の構成を示す機能ブロック図である。
(Work position determining unit 12)
FIG. 9 is a functional block diagram showing the configuration of the work position determination unit.
図９において、作業位置決定部１２は、掘削対象演算部１２２、掘削範囲演算部１２３、作業評価値演算部１２４、作業位置演算部１２５から構成されている。
In FIG. 9 , the work
作業位置決定部１２は、計測データ処理部１１、モニタ４２、目標地形情報記憶部１３、作業範囲情報記憶部１４及び作業評価値情報記憶部１５からの情報に基づいて油圧ショベル１の適切な作業位置に関する情報である作業位置情報を決定する。本実施の形態において作業位置情報は、油圧ショベル１のクローラ先端４４１が位置すべきグローバル座標系における位置である。作業位置情報は、説明上クローラ先端４４１としているが、クローラ後端でもよい。作業位置決定部１２は、決定した作業位置情報を情報制御部１６に出力する。
The work
（掘削対象演算部１２２）
掘削対象演算部１２２は、計測データ処理部１１と目標地形情報記憶部１３とからの情報に基づいて、作業現場５において油圧ショベル1が掘削を行う対象である掘削対象６の３次元形状データを演算する。掘削対象演算部１２２は、計測データ処理部１１から車体周囲の現況地形の３次元形状データを取得し、目標地形情報記憶部１３から目標地形７の３次元形状データを目標地形情報として取得する。掘削対象演算部１２２は、車体周囲の現況地形の３次元形状データと目標地形情報の差分から、掘削対象６の３次元形状データを演算する。掘削対象演算部１２２は、算出した掘削対象６の３次元形状データを作業位置演算部１２５と作業評価値演算部１２４に対し出力する。
(Excavation target calculation unit 122)
The excavation
（掘削範囲演算部１２３）
掘削範囲演算部１２３は、目標地形情報記憶部１３、作業範囲情報記憶部１４及び作業評価値情報記憶部１５からの情報に基づいて掘削範囲情報１５５及び施工速度を決定する。掘削範囲情報１５５（後の図１１参照）は、車体座標系においてバケット先端２７による掘削動作が可能な範囲である。施工速度は、掘削範囲情報１５５において目標地形７を造成するためバケット先端２７を所定の動作速度で動作させる際のバケット先端２７の速度である。掘削範囲演算部１２３は、作業評価値情報記憶部１５に記憶された施工誤差の作業評価関数に記録されている速度が1種類の保存済み動作速度１６０のみである場合、掘削範囲情報１５５は作業範囲情報１４１と等しいものとする。その際、施工誤差の作業評価関数として記録された保存済み動作速度１６０をバケット先端２７の施工速度として決定する。
(Excavation range calculator 123)
The excavation
掘削範囲演算部１２３は、施工誤差の作業評価関数が２種類以上の保存済み動作速度１６０に関して記録されている場合、目標地形情報記憶部１３、作業範囲情報記憶部１４及び作業評価値情報記憶部１５からの情報に基づいて、掘削範囲情報１５５及びバケット先端２７の施工速度を決定する。
When the work evaluation function of construction error is recorded with respect to two or more types of saved operation speeds 160, the excavation
図１０は、掘削範囲演算部がバケット先端の施工速度及び掘削範囲情報を決定する様子を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing how the excavation range calculation unit determines the construction speed of the tip of the bucket and the excavation range information.
図１０に示すように、掘削範囲演算部１２３は、目標地形情報、作業範囲情報１４１、施工誤差に関する作業評価関数に基づいて、作業範囲内で目標地形７の許容誤差を満たす精度でバケット先端２７を動作可能な範囲を精度担保範囲１５７として決定する。本実施の形態では、作業評価値情報記憶部１５に小、中、大の３パターンの保存済み動作速度１６０における、施工誤差に関する作業評価関数が記憶されている。掘削範囲演算部１２３は、目標地形情報記憶部１３が記憶している目標地形７の許容精度内でバケット先端２７を動作可能な精度担保範囲１５７を、保存済み動作速度１６０の小、中、大それぞれで算出する。本実施の形態では、バケット先端２７の位置が油圧ショベル１の車体に近いほど、バケット先端２７を高精度で動作可能とする。
As shown in FIG. 10, the
なお、図１０においては、保存済み動作速度１６０を小とした場合の精度担保範囲１５７ａ、保存済み動作速度１６０を中とした場合の精度担保範囲１５７ｂ、保存済み動作速度１６０を大とした場合の精度担保範囲１５７ｃを示している。掘削範囲演算部１２３は、算出した精度担保範囲１５７ａ～１５７ｃに対し、目標地形７が収まるかどうかを判定する。図１０では、保存済み動作速度１６０が大の場合、精度担保範囲１５７ｃに目標地形７が収まらず、保存済み動作速度１６０が小や中の場合、精度担保範囲１５７ａや精度担保範囲１５７ｂに目標地形７が収まり、配置可能であることを示している。掘削範囲演算部１２３は、目標地形７が配置可能な精度担保範囲１５７の中から最大となる保存済み動作速度１６０を選択し、施工速度を決定する。図１０では、最大となる保存済み動作速度１６０は中であるため、保存済み動作速度１６０が中の時の精度担保範囲１５７ｂを掘削範囲情報１５５として決定し、施工速度を中として決定する。掘削範囲演算部１２３は、決定した掘削範囲情報１５５及び施工速度を作業評価値演算部１２４、情報制御部１６に出力する。
Note that in FIG. 10, an
（作業評価値演算部１２４）
作業評価値演算部１２４は、作業評価値情報記憶部１５、掘削対象演算部１２２、掘削範囲演算部１２３及びモニタ４２からの情報に基づいて、統合済みの作業評価関数（統合作業評価関数）１５４を決定する。統合作業評価関数１５４は、作業評価値情報記憶部１５に記録された複数種類の作業評価関数を統合することで、入力されたバケット先端軌道１５２に対し複数の作業評価値情報を考慮した統合作業評価関数１５４を出力する関数であり、例えば、下記の（式１）で表される。
(Work evaluation value calculator 124)
The work evaluation
上記（式１）において、（Ｘ，Ｚ）は車体座標系におけるバケット先端軌道１５２である。Ｘ及びＺはそれぞれベクトルであり、バケット先端軌道１５２の先端から終点までの座標が格納されている。Ｖは、掘削範囲演算部１２３で決定した施工速度である。ｆ（Ｘ，Ｚ，Ｖ）は施工誤差、ｇ（Ｘ，Ｚ，Ｖ）は掘削力に対応した作業評価関数である。αは施工誤差、βは掘削力にそれぞれ対応した、作業評価関数を統合作業評価関数１５４へ統合するための重み係数である。
In (Equation 1) above, (X, Z) is the
一般に、施工誤差は小さい方が望ましく、掘削力は大きい方が望ましい。そこで、施工誤差が小さいほど、或いは、掘削力が大きいほど、出力される作業評価値情報Ｊ（Ｘ，Ｚ）が小さくなるように、バケット先端軌道１５２を決定するための統合作業評価関数１５４を上記の（式１）のような形式として設計する。すなわち、作業評価値情報Ｊ（Ｘ，Ｚ）がより小さい極値をとる場合（極小値となる場合）に、バケット先端軌道１５２がより望ましものであると言える。なお、本実施の形態においては、作業評価値情報Ｊ（Ｘ，Ｚ）がより小さい場合（極小値となる場合）に、バケット先端軌道１５２がより望ましものであると言えるように設計する場合を例示しているが、これに限られず、作業評価値情報Ｊ（Ｘ，Ｚ）がより大きい極値をとる場合（極大値となる場合）に、バケット先端軌道１５２がより望ましものであると言えるように設計しても良い。
In general, a smaller construction error is desirable, and a larger excavating force is desirable. Therefore, the integrated work evaluation function 154 for determining the
重み係数α，βは、各作業評価関数が出力する作業評価値情報を正規化し、統合作業評価関数１５４へ統合するためのものである。また重み係数α，βの値を変更することで、作業位置の決定に際し重視する作業評価関数を選択・設定することが可能である。作業評価値演算部１２４は、モニタ４２からの入力に基づいて、重み係数α，βの値を変更する。モニタ４２は作業者の入力に応じて重み係数の値を変更する。
The weighting factors α and β are for normalizing the work evaluation value information output by each work evaluation function and integrating it into the integrated work evaluation function 154 . Also, by changing the values of the weighting coefficients α and β, it is possible to select and set the work evaluation function that is emphasized when determining the work position. The work
作業者は、例えば施工誤差の作業評価関数を用いずに作業位置を決定する場合、重み係数αの値を０（ゼロ）に定め、また、重み係数βの値を０（ゼロ）以外の値に定めることで統合作業評価関数１５４を決定する。 For example, when the worker determines the work position without using the work evaluation function of the construction error, the value of the weighting factor α is set to 0 (zero), and the value of the weighting factor β is set to a value other than 0 (zero). The integrated work evaluation function 154 is determined by defining
なお、重み係数に対し複数種類のパターンを用意して作業者に提示し、モニタ４２によって作業者が選択するように構成してもよい。作業者は、重み係数のパターンの中から重視したい作業評価関数に応じて、パターンを選択し統合作業評価関数１５４を決定する。例えば、重み係数α，βの組み合わせを定めた複数の設定パターンを予め用意しておき、モニタ４２に「掘削力重視モード」及び「施工誤差重視モード」を表示してこれらを選択することでモードを選択的に決定できるように構成し、作業者が「掘削力重視モード」を選択した場合には、掘削力に係る重み係数βの値をより大きく設定するとともに施工誤差に係る重み係数αの値をより小さく設定した設定パターンを採用し、作業者が「施工誤差重視モード」を選択した場合には、掘削力に係る重み係数βの値をより小さく設定するとともに施工誤差に係る重み係数αの値をより大きく設定した設定パターンを採用するように構成する。
It is also possible to prepare a plurality of types of patterns for the weighting factors and present them to the operator so that the operator can select one from the
ここで、本実施の形態においては、作業評価値情報Ｊ（Ｘ，Ｚ）を得るための統合作業評価関数を、施工誤差に係る作業評価関数ｆ（Ｘ，Ｚ，Ｖ）と掘削力に係る作業評価関数ｇ（Ｘ，Ｚ，Ｖ）の２つの作業評価関数を重み係数α，βを用いて統合して作成する場合を例示して説明したが、これに限られない。例えば、施工誤差に係る作業評価関数ｆ（Ｘ，Ｚ，Ｖ）と掘削力に係る作業評価関数ｇ（Ｘ，Ｚ，Ｖ）とに加え、燃費、作業性、生産性などに係る作業評価関数を予め設定し、これらの中から任意の２つの作業評価関数を選択して統合することで統合作業評価関数を得るように構成しても良い。また、３つ以上の作業評価関数を選択して統合することで統合作業評価関数を得るように構成してもよい。このように構成することで、施工誤差や掘削力以外の要素を重視した場合の作業位置を決定したり、より多くの要素を考慮した作業位置を決定したりすることができるので、作業機械の作業位置をより適切に指示することができる。 Here, in the present embodiment, the integrated work evaluation function for obtaining the work evaluation value information J (X, Z) is the work evaluation function f (X, Z, V) related to the construction error and the work evaluation function f (X, Z, V) related to the excavation force. Although the case where the two work evaluation functions of the work evaluation function g(X, Z, V) are integrated using the weighting coefficients α and β has been described as an example, the present invention is not limited to this. For example, in addition to the work evaluation function f (X, Z, V) related to the construction error and the work evaluation function g (X, Z, V) related to the excavation force, the work evaluation function related to fuel consumption, workability, productivity, etc. are set in advance, and two arbitrary work evaluation functions are selected from among them and integrated to obtain an integrated work evaluation function. Alternatively, an integrated work evaluation function may be obtained by selecting and integrating three or more work evaluation functions. By configuring in this way, it is possible to determine the working position when considering factors other than construction error and excavating force as important, or to determine the working position considering more factors. A work position can be indicated more appropriately.
作業評価値演算部１２４は、掘削対象演算部１２２が演算した掘削対象６の３次元形状データに基づいて、統合作業評価関数１５４を決定する。作業評価値演算部１２４は、掘削対象６に一定以上の厚みがあるか判断する。作業評価値演算部１２４は、目標地形７の法線方向における掘削対象６の最大の厚みを算出し、その最大の厚みが一定以上である場合、一度の掘削動作ではバケット先端２７が目標地形７まで達さないため、作業評価値演算部１２４は作業現場５において施工誤差を作業評価関数として考慮する必要がないと判断する。作業評価値演算部１２４は、施工誤差に該当する重み係数αの値を０（ゼロ）として統合作業評価関数１５４を決定し、情報制御部１６に出力する。作業評価値演算部１２４は、決定した統合作業評価関数１５４を情報制御部１６に出力する。
The work evaluation
（作業位置演算部１２５）
作業位置演算部１２５は、掘削対象演算部１２２、掘削範囲演算部１２３、作業評価値演算部１２４からの情報に基づいて作業位置情報を決定する。作業位置演算部１２５は、掘削対象演算部１２２からグローバル座標系における目標地形７の３次元形状を取得する。作業位置演算部１２５は、掘削対象演算部１２２で決定した掘削範囲情報１５５内を施工速度で施工するための作業位置情報を決定する。作業位置演算部１２５は、掘削範囲演算部１２３から取得した車体座標系における掘削範囲内にバケット先端軌道１５２を仮想配置した際、作業評価値情報が最も大きくなる位置を算出する。
(Work position calculator 125)
The work
図１１は、掘削範囲内に仮想配置した目標地形を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing target landforms virtually arranged within an excavation range.
図１１において、仮想配置した目標地形７は３つだが、目標地形７を仮想配置する数に制限はなく、少なくとも２つ以上であり、かつ、仮想配置する位置が異なっていればよい。作業位置演算部１２５は、仮想配置した目標地形７をバケット先端軌道１５２として、各仮想配置した目標地形７を統合作業評価関数１５４に入力し、作業評価値情報を算出する。作業位置演算部１２５は、算出した作業評価値情報に基づいて、作業評価値情報が最も大きい目標地形７の車体座標系上の仮想配置位置を決定する。作業位置演算部１２５は、車体座標系において仮想配置したバケット先端軌道１５２の位置とグローバル座標系における実際のバケット先端軌道１５２を比較することで、油圧ショベル１のクローラ先端４４１の位置を決定する。作業位置演算部１２５は、決定したクローラ先端４４１の位置を作業位置情報として情報制御部１６に出力する。作業位置情報は、説明上クローラ先端４４１としているが、前述したようにクローラ後端でもよい。
In FIG. 11, three target landforms 7 are virtually placed, but the number of target landforms 7 to be virtually placed is not limited as long as it is at least two and the virtual placement positions are different. The work
（情報制御部１６）
情報制御部１６は、計測データ処理部１１と作業位置決定部１２とからの情報に基づいて、モニタ４２上への作業者に対する情報提示及び車体制御コントローラ４１へ制御指令を行う。情報制御部１６は、グローバル座標系で決定した作業位置情報とグローバル座標系におけるクローラ先端４４１の位置から、クローラ先端４４１の移動距離を算出する。
(Information control unit 16)
Based on the information from the measurement data processing unit 11 and the work
図１２及び図１３は、情報制御部が行うモニタ上への作業者に対する情報提示の一例を示す図である。 12 and 13 are diagrams showing an example of information presentation to an operator on a monitor performed by the information control unit.
図１２に示すように、モニタ４２には、クローラ先端４４１を作業位置まで誘導するために、作業者がどの程度操作レバー３０を操作すればよいか判断可能な情報が提示される。モニタ４２に表示される情報は、クローラ先端４４１の変化に応じてリアルタイムに更新される。
As shown in FIG. 12, the
情報制御部１６は、クローラ先端４４１が作業位置まで移動し、モニタ４２から制御開始指令を受信した場合、車体制御コントローラ４１に対し作業支援の開始を指示する。
When the
図１３に示すように、モニタ４２は、作業者に対して作業支援の有無を確認する。作業者がモニタ４２上で作業支援の開始を指示した場合、情報制御部１６は車体制御コントローラ４１に対し作業支援を指示する。作業者がモニタ４２上で作業支援の開始を指示しない場合、情報制御部１６は車体制御コントローラ４１に対し４１制御開始指令を行わない。
As shown in FIG. 13, the
（車体制御コントローラ４１）
車体制御コントローラ４１は、情報制御コントローラ４５からの情報に基づいて油圧ショベル１の作業機２を制御することで、作業者に対し作業支援を行う。車体制御コントローラ４１は、情報制御コントローラ４５から作業開始指令を受信した場合、作業者に対し作業支援を行う。車体制御コントローラ４１は、動作計画部１７、車体制御部４１１を有するように構成されている。
(Car body controller 41)
The
（動作計画部１７）
動作計画部１７は、情報制御部１６から計測データ処理部１１で算出した上部旋回体３の傾斜角度及び位置、方位、旋回角度、作業機２各部の回動姿勢、クローラ先端４４１の位置、車体周囲の現況地形を取得する。動作計画部１７は、情報制御部１６から目標地形情報記憶部１３に記憶された、グローバル座標系で定義された目標地形７の３次元形状データである目標地形情報を取得する。動作計画部１７は、情報制御部１６から掘削範囲演算部１２３で決定した施工速度を取得する。動作計画部１７は、バケット先端２７の位置・速度と目標地形情報に基づいて、作業者が操作レバー３０を用いて実施する目標地形７の成形作業に対し、作業支援を行うための動作計画情報を決定する。作業者は操作レバー３０を用いて、目標地形情報に記載された目標地形７の３次元形状に沿って、バケット先端２７を動作させることで目標地形７の成形作業を行う。動作計画部１７は、目標バケット先端軌道１５９をバケット先端２７で追従するための動作計画情報を決定する。動作計画部１７は、目標地形７の形状に沿った目標バケット先端軌道１５９を決定する。
(Motion planning unit 17)
The
図１４は、動作計画部が決定する動作計画情報を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing motion planning information determined by the motion planning unit.
図１４に示すように、動作計画部１７は、バケット先端２７の位置・速度と目標バケット先端軌道１５９に基づいて、バケット先端２７の位置とを目標バケット先端軌道１５９の間の法線方向に差分が生じた場合、差分が０となるようバケット先端２７の位置を制御するための動作計画情報を決定する。動作計画部１７は、を目標バケット先端軌道１５９に対する法線方向にバケット先端２７の位置を制御するための動作計画情報を決定する。
As shown in FIG. 14 , based on the position/velocity of the
また、動作計画部１７は、を目標バケット先端軌道１５９と平行方向のバケット先端２７の速度が施工速度を超えた場合、を目標バケット先端軌道１５９と平行方向のバケット先端２７の速度を施工速度とするための動作計画情報を決定する。動作計画部１７は、を目標バケット先端軌道１５９に対する平行方向にバケット先端２７の位置を制御するための動作計画情報を決定する。動作計画部１７は、バケット先端２７の位置を制御するための各アクチュエータ（各油圧シリンダ２３）目標動作速度を演算する目標動作速度を演算し動作計画情報を決定する。動作計画部１７は、動作計画情報を車体制御部４１１に出力する。
Further, when the speed of the
（車体制御部４１１）
車体制御部４１１は、動作計画部１７と操作レバー３０とからの情報に基づいて油圧ショベル１を制御する。車体制御部４１１は、操作レバー３０の操作量に応じて各アクチュエータを動作させるよう制御弁５５を駆動する。車体制御部４１１は、動作計画情報に応じて各アクチュエータを動作させるよう制御弁５５を駆動する。車体制御部４１１は、操作レバー３０の操作量及び動作計画情報に応じて各アクチュエータを動作させることで、作業者が操作レバー３０の操作を誤った結果、を目標バケット先端軌道１５９上をバケット先端２７が追従できない場合でも、バケット先端２７を目標バケット先端軌道１５９上に位置させ、目標地形７の成形作業を正確に完了することが可能となる。また車体制御部４１１は、操作レバー３０の操作量及び動作計画情報に応じて各アクチュエータを動作させることで、作業者が操作レバー３０の操作を誤った結果、バケット先端２７が施工速度を超過した場合でも、バケット先端２７が施工速度となるよう制御し施工誤差の増大を防止する。
(Car body control unit 411)
The vehicle
図１５は、作業位置指示システムの処理内容を示すフローチャートである。 FIG. 15 is a flow chart showing the processing contents of the work position indicating system.
図１５において、作業位置指示システムでは、まず、作業者がモニタ４２を用いて、目標地形情報記憶部１３に目標地形情報、作業範囲情報記憶部１４に作業範囲情報１４１、作業評価値情報記憶部１５に作業評価関数を入力する（ステップＳ１）。
In FIG. 15, in the work position indication system, first, the operator uses the
作業者はモニタ４２を用いて、外部ＰＣで作成した目標地形情報、作業範囲情報１４１、作業評価関数を入力してもよい。また作業者は、目標地形情報記憶部１３、作業範囲情報記憶部１４、作業評価値情報記憶部１５にデフォルトで記録されている情報を選択してもよい。
The operator may use the
続いて、掘削対象演算部１２２は、計測データ処理部１１及び目標地形情報記憶部１３からの情報に基づいて、グローバル座標系における掘削対象の３次元形状を演算する（ステップＳ２）。
Subsequently, the excavation
掘削範囲演算部１２３は、目標地形情報記憶部１３、作業範囲情報記憶部１４、作業評価値情報記憶部１５からの情報に基づいて、掘削範囲情報１５５、施工速度を演算する（ステップＳ３）。
The excavation
続いて、作業者がモニタ４２を用いて、統合作業評価関数１５４を作成するための重み係数α，βを入力する（ステップＳ４）。
Subsequently, the operator uses the
続いて、作業評価値演算部１２４は、掘削対象演算部１２２、掘削範囲演算部１２３、作業評価値情報記憶部１５、モニタ４２からの情報に基づいて、統合作業評価関数１５４を演算する（ステップＳ５）。
Subsequently, the work evaluation
続いて、掘削範囲演算部１２３は、掘削対象の厚みが一定以上存在するか否かを判定する（ステップＳ６）。
Subsequently, the excavation
ステップＳ６での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、掘削対象の厚みが一定以上存在する場合には、作業評価値演算部１２４は、統合作業評価関数１５４の施工誤差の重み係数αを０（ゼロ）にする（ステップＳ７）。
If the determination result in step S6 is YES, that is, if the thickness of the excavation target is equal to or greater than a certain thickness, the work evaluation
また、ステップＳ６での判定結果がＮＯの場合、すなわち、掘削対象の厚みが一定以上存在しない場合、又は、ステップＳ７の処理が終了した場合には、続いて、作業位置演算部１２５は、作業位置情報を演算する（ステップＳ８）。
Further, if the determination result in step S6 is NO, that is, if the thickness of the excavation target does not exceed a certain amount, or if the process of step S7 is completed, then the work
続いて、情報制御部１６は、計測データ処理部１１及び作業位置演算部１２５からの情報に基づいて、クローラ先端４４１から作業位置までの距離を演算する（ステップＳ９）。
Subsequently, the
続いて、情報制御部１６は、モニタ４２上にクローラ先端４４１から作業位置までの距離を表示する（ステップＳ１０）。
Subsequently, the
続いて、情報制御部１６は、計測データ処理部１１及び作業位置演算部１２５からの情報に基づいて、クローラ先端４４１が作業位置まで到達したか否かを判定する（ステップＳ１１）。
Subsequently, the
ステップＳ１１での判定結果がＮＯの場合、すなわち、クローラ先端４４１が作業位置まで到達していない場合には、ステップＳ９の処理に戻る。
If the determination result in step S11 is NO, that is, if the
また、ステップＳ１１での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、クローラ先端４４１が作業位置まで到達した場合には、作業者がモニタ４２を用いて、作業支援を行うか否かの選択を行い（ステップＳ１２）、情報制御部１６は、モニタ４２からの情報に基づいて作業支援を行うか否かを判定する（ステップＳ１３）。
If the determination result in step S11 is YES, that is, if the
ステップＳ１３での判定結果がＮＯの場合、すなわち、作業支援を行わない場合には、処理を終了する。 If the determination result in step S13 is NO, that is, if work assistance is not to be provided, the process ends.
また、ステップＳ１３での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、作業支援を行う場合には、続いて、動作計画部１７は、情報制御部１６からの情報に基づいて動作計画を決定する（ステップＳ１４）。
If the determination result in step S13 is YES, that is, if work assistance is to be provided, then the
続いて、車体制御部４１１は、動作計画部１７からの情報に基づいて、動作計画に従い油圧ショベル１を制御し（ステップＳ１５）、処理を終了する。
Subsequently, the vehicle
以上のように、本実施の形態の作業位置指示システム１０では、作業者が作業評価値情報記憶部１５に記憶された複数種類の作業評価関数の中からどの情報を重要とするかをモニタ４２を用いて作業位置決定部１２に入力する。そして、作業評価値演算部１２４を用いて、作業者の入力情報に応じた統合作業評価関数１５４を作成する。そして、統合作業評価関数１５４に基づいて、適切な作業位置を決定する。このように構成することにより、作業者がモニタ４２に入力した要望に応じて、油圧ショベル１の最適な作業位置まで誘導することができる。また、クローラ先端４４１に基づいて、作業者に作業位置を示すことで、クローラ先端４４１は上部旋回体３内部の作業者から目視可能であるため、操作レバー３０を用いた操作が容易となる。すなわち、本実施の形態の作業位置指示システム１０は、作業機械の作業位置をより適切に指示することができる。
As described above, in the work
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態について説明する。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described.
本実施の形態の作業位置指示システムは、情報制御部１６、動作計画部１７及び車体制御部４１１の処理において、作業現場５で油圧ショベル１が無人で作業を行う無人運転状態の場合（言い換えれば、自動操縦の場合）に対応する処理を行うものである。
In the processing of the
本実施の形態において、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。 In this embodiment, the description of the same configuration as in the first embodiment is omitted.
本実施の形態において、作業者は、モニタ４２を用いて目標地形情報記憶部１３に記憶された目標地形情報を編集することで、油圧ショベル１を用いた目標地形７の成形作業を無人運転状態で実施する。
In the present embodiment, the operator edits the target landform information stored in the target landform
作業者は、モニタ４２の使用方法を習得している者であれば良い。作業者は、上部旋回体３の運転室内部、あるいは作業現場５の内外において油圧ショベル１の作業を監視できる場所に存在すれば良い。更に、モニタ４２は、作業者が視認や操作できる場所に配置されれば良い。
The operator may be any person who has learned how to use the
（情報制御部１６）
情報制御部１６は、計測データ処理部１１から上部旋回体３の傾斜角度及び位置、方位、旋回角度、作業機２各部の回動姿勢、クローラ先端４４１の位置、車体周囲の現況地形を取得し、動作計画部１７に出力する。情報制御部１６は、作業位置決定部１２から目標地形情報及び作業位置情報を取得し、動作計画部１７に出力する。
(Information control unit 16)
The
（動作計画部１７）
動作計画部１７は、情報制御部１６から計測データ処理部１１で算出した上部旋回体３の傾斜角度及び位置、方位、旋回角度、作業機２各部の回動姿勢、クローラ先端４４１の位置、車体周囲の現況地形を取得する。動作計画部１７は、情報制御部１６から目標地形情報記憶部１３に記憶された、グローバル座標系で定義された目標地形７の３次元形状データである目標地形情報を取得する。動作計画部１７は、情報制御部１６から作業位置情報を取得する。
(Motion planning unit 17)
The
動作計画部１７は、現在位置から作業位置情報として決定した作業位置までの少なくともクローラ先端４４１の位置を含む動作計画を作成する。動作計画部１７は、少なくともクローラ先端４４１を作業位置まで誘導するためのクローラ先端４４１の目標軌跡算出し、動作計画を作成する。動作計画部１７は、決定した動作計画に基づいて各アクチュエータ（各油圧モータ２６）の目標動作速度を演算し、車体制御部４１１に出力する。動作計画部１７は、各アクチュエータの目標動作速度を車体制御部４１１に出力することで、クローラ先端４４１を作業位置まで誘導する。
The
動作計画部１７は、作業位置情報として決定した作業位置までクローラ先端４４１が到達した場合、次に作業位置情報として決定した作業位置における、少なくとも目標バケット先端軌道１５９を含む動作計画を作成する。動作計画部１７は、目標地形情報で記録した目標地形形状を車体座標系に変換しその表面を目標バケット先端軌道１５９として動作計画を作成する。動作計画部１７は、掘削範囲演算部１２３で決定した施工速度をバケット先端２７の制限速度とし、各アクチュエータの目標動作速度を演算し、車体制御部４１１に出力する。動作計画部１７は、各アクチュエータの目標動作速度を車体制御部４１１に出力することで、を目標バケット先端軌道１５９にバケット先端２７を追従させ、目標地形７の成形作業を完了させる。
When the
動作計画部１７は、作業機２各部の回動姿勢に基づいて、目標バケット先端軌道１５９に対するバケット先端２７の追従が終了したと判断した場合、車体制御部４１１に動作終了指示を行う。
When the
（車体制御部４１１）
車体制御部４１１は、動作計画部１７により作成された動作計画に基づいて油圧ショベル１の動作を制御する。車体制御部４１１は、動作計画部１７から取得した各アクチュエータの目標動作速度に応じて、各アクチュエータを動作させるよう制御弁５５を駆動させる。そして、車体制御部４１１は、動作計画部１７により動作終了指示を取得した場合、油圧ショベル１の動作を即時停止、あるいは予め指定された位置まで油圧ショベル１を移動させてから動作を停止する。なお、車体制御部４１１は、動作計画部１７から全作業の終了が出力された場合、モニタ４２に作業計画が終了したことを作業者に対して出力しても良い。
(Car body control unit 411)
The vehicle
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.
以上のように構成した本実施の形態の作業位置指示システム１０では、作業者がモニタ４２を操作して目標地形情報を入力する。そして、動作計画部１７で目標地形７を整形するまでの動作計画を決定し、各アクチュエータの目標速度を算出する。そして、車体制御部４１１において各アクチュエータの目標動作速度に応じて、各アクチュエータを動作させるよう制御弁５５を駆動させることで、目標地形７の成形作業を完了させる。このようにすれば、作業者がモニタ４２を操作して目標地形情報を入力するだけで、目標地形７を成形する作業を無人運転状態の油圧ショベル１で実施可能となり、作業現場５の省人化及び生産性の向上が期待できる。また、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
In the work
＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態を図１６を参照しつつ説明する。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施の形態は、目標地形情報記憶部、作業範囲情報記憶部及び作業評価値情報記憶部が油圧ショベル１（作業機械）の外部のサーバ４６に設けられる場合を示すものである。
This embodiment shows a case where the target landform information storage unit, the work range information storage unit, and the work evaluation value information storage unit are provided in the
図１６は、本実施の形態に係る作業位置指示システムの全体構成を示す機能ブロック図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。 FIG. 16 is a functional block diagram showing the overall configuration of the working position indication system according to this embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the same members as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
図１６に示すように、本実施の形態の作業位置指示システム１０Ａでは、情報制御コントローラ４５Ａから独立して油圧ショベル１（作業機械）の外部に設けられたサーバ４６に、目標地形情報記憶部５１３、作業範囲情報記憶部５１４及び作業評価値情報記憶部５１５が備えられている。サーバ４６は、例えば管理センターに配置され、情報制御コントローラ４５Ａとの間で通信可能に構成されている。なお、目標地形情報記憶部５１３、作業範囲情報記憶部５１４及び作業評価値情報記憶部５１５は、それぞれ、第１実施の形態の目標地形情報記憶部１３、作業範囲情報記憶部１４及び作業評価値情報記憶部１５と同様の構造を有している。また、情報制御コントローラ４５Ａは、サーバ４６と通信するための通信インターフェースを有している。
As shown in FIG. 16, in the working
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.
以上のように構成した本実施の形態の作業位置指示システム１０Ａによれば、上述の第１実施の形態と同様な作用効果を得られるほか、目標地形情報記憶部５１３、作業範囲情報記憶部５１４、作業評価値情報記憶部５１５はサーバ４６に設けられるので、作業位置指示システム１０Ａのコンパクト化を図ることができる。
According to the work
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。
<Appendix>
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and combinations within the scope of the invention. Moreover, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted.
例えば、上記第１～第３の実施の形態においては、操作レバーが作業機械内に搭載された油圧ショベルを例示して説明したが、これに限られず、油圧ショベル外に設けた遠隔操作室内に操作レバーを配置し、遠隔操作を可能とした油圧ショベルにも本願発明を適用することが可能である。 For example, in the above-described first to third embodiments, the hydraulic excavator in which the operation lever is mounted inside the working machine has been exemplified and explained. The present invention can also be applied to a hydraulic excavator that has an operating lever and that can be operated remotely.
また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。 Further, each of the above configurations, functions, etc. may be realized by designing a part or all of them, for example, with an integrated circuit. Moreover, each of the above configurations, functions, etc. may be realized by software by a processor interpreting and executing a program for realizing each function.
１…油圧ショベル、２…作業機、３…上部旋回体、４…下部走行体、５…作業現場、６…掘削対象、７…目標地形、１０…作業位置指示システム、１０Ａ…作業位置指示システム、１１…計測データ処理部、１２…作業位置決定部、１３…目標地形情報記憶部、１４…作業範囲情報記憶部、１５…作業評価値情報記憶部、１６…情報制御部、１７…動作計画部、２０…ブーム、２１…アーム、２２…バケット、２３ａ…ブームシリンダ、２３ｂ…アームシリンダ、２３ｃ…バケットシリンダ、２４…第１バケットリンク、２５…第２バケットリンク、２６ａ…旋回油圧モータ、２６ｂ…走行油圧モータ、２６ｃ…走行油圧モータ、２７…バケット先端、２８…ＩＭＵ、３０…操縦レバー、３１…ＧＮＳＳアンテナ、３２…ＧＮＳＳコントローラ、３３…旋回角センサ、３４…レーザスキャナ、３５…エンジン、３６…パイロット油圧ポンプ、３７…メイン油圧ポンプ、３８…方向制御弁、３９…遮断弁、４０…制御弁、４１…車体制御コントローラ、４２…モニタ、４４…クローラ、４５，４５Ａ…情報制御コントローラ、４６…サーバ、５５…制御弁、１２２…掘削対象演算部、１２３…掘削範囲演算部、１２４…作業評価値演算部、１２５…作業位置演算部、１４１…作業範囲情報、１５２…バケット先端軌道、１５３…作業評価定量値、１５４…作業評価関数（統合作業評価関数）、１５５…掘削範囲情報、１５７…精度担保範囲、１５９…目標バケット先端軌道、１６０…動作速度、４１１…車体制御部、４４１…クローラ先端、５１３…目標地形情報記憶部、５１４…作業範囲情報記憶部、５１５…作業評価値情報記憶部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記作業機により成形する目標地形の情報である目標地形情報を記憶する目標地形情報記憶部と、
前記作業機が到達可能な前記作業機械の作業範囲である作業範囲情報を記憶する作業範囲情報記憶部と、
前記作業機が成形作業を行った際の動作を評価する指標である作業評価値に関する情報である作業評価値情報を記憶する作業評価値情報記憶部と、
前記目標地形情報と前記作業範囲情報と前記作業評価値情報と前記作業機の先端の物理的状態を示す情報とに基づいて、前記作業範囲に含まれる前記目標地形を成形する際の前記作業機の動作に関する前記作業評価値情報が極値をとる前記車両本体の作業位置を決定して前記作業機械に指示する制御装置と
を備えたことを特徴とする作業位置指示システム。 A working position indication system for instructing a working position of a vehicle body to a working machine having a vehicle body and a working machine attached to the vehicle body,
a target landform information storage unit that stores target landform information that is information of a target landform formed by the working machine;
a work range information storage unit that stores work range information that is a work range of the work machine reachable by the work machine;
a work evaluation value information storage unit that stores work evaluation value information that is information about a work evaluation value that is an index for evaluating the operation of the work machine when performing a forming work;
The work machine when forming the target landform included in the work range based on the target landform information, the work range information, the work evaluation value information, and the information indicating the physical state of the tip of the work machine. and a control device for determining a working position of the vehicle body at which the work evaluation value information relating to the operation of the vehicle takes an extreme value and instructing the working machine.
前記作業評価値情報記憶部は、少なくとも前記作業機械の作業範囲内に含まれる前記目標地形情報に基づいて決定される前記作業評価値を前記作業評価値情報として記憶することを特徴とする作業位置指示システム。 In the work position indication system according to claim 1,
The work evaluation value information storage unit stores, as the work evaluation value information, the work evaluation value determined based on the target landform information included at least within the work range of the work machine. instruction system.
前記作業評価値情報記憶部は、少なくとも前記作業機械の作業範囲内における前記作業機の位置と動作方向とに基づいて決定される前記作業評価値を前記作業評価値情報として記憶することを特徴とする作業位置指示システム。 In the work position indication system according to claim 1,
The work evaluation value information storage unit stores, as the work evaluation value information, at least the work evaluation value determined based on the position and movement direction of the work machine within the working range of the work machine. work position indication system.
前記制御装置は、前記作業評価値情報記憶部に少なくとも２種類の前記作業評価値情報が記憶されている場合に、複数の前記作業評価値情報を組み合わせた統合作業評価値情報が極値をとる前記車両本体の作業位置を決定することを特徴とする作業位置指示システム。 In the work position indication system according to claim 1,
In the control device, when at least two types of work evaluation value information are stored in the work evaluation value information storage unit, integrated work evaluation value information obtained by combining a plurality of work evaluation value information takes an extreme value. A working position indication system, wherein the working position of the vehicle body is determined.
前記目標地形情報記憶部は、前記目標地形情報の許容精度に関する情報を許容精度情報としてさらに記憶し、
前記制御装置は、前記許容精度情報と前記作業評価値情報とに基づいて、前記目標地形情報の許容精度内で前記作業機が動作可能な範囲を前記作業範囲情報として前記車両本体の作業位置を決定することを特徴とする作業位置指示システム。 In the work position indication system according to claim 1,
The target topography information storage unit further stores information regarding the allowable accuracy of the target topography information as allowable accuracy information,
Based on the allowable accuracy information and the work evaluation value information, the control device determines a working position of the vehicle main body using the work range information as a range in which the work implement can operate within the allowable accuracy of the target topography information. A work position indication system characterized by determining:
前記作業機械の周囲環境を計測する周囲環境計測装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記周囲環境計測装置の計測結果と前記目標地形情報記憶部の前記目標地形情報とに基づいて、前記作業機械が前記作業機を用いて掘削する対象である掘削対象を決定することを特徴とする作業位置指示システム。 In the work position indication system according to claim 1,
further comprising an ambient environment measuring device for measuring the ambient environment of the working machine;
The control device determines an excavation target to be excavated by the work machine using the work machine, based on the measurement result of the ambient environment measurement device and the target landform information in the target landform information storage unit. A work position indication system characterized by:
前記作業機械の周囲環境を計測する周囲環境計測装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記作業評価値情報記憶部に少なくとも２種類の前記作業評価値情報が記憶されている場合、
前記周囲環境計測装置の計測結果と前記目標地形情報記憶部の前記目標地形情報とに基づいて、前記作業機械が前記作業機を用いて掘削する対象である掘削対象を決定し、決定した前記掘削対象の少なくとも形状または大きさに応じて作業位置決定の際の重み付けを複数の前記作業評価値情報のそれぞれについて選択するとともに、
前記重み付けに応じて複数の前記作業評価値情報を組み合わせた統合作業評価値情報が極値をとる前記車両本体の作業位置を決定することを特徴とする作業位置指示システム。 In the work position indication system according to claim 1,
further comprising an ambient environment measuring device for measuring the ambient environment of the working machine;
The control device is
When at least two types of work evaluation value information are stored in the work evaluation value information storage unit,
Based on the measurement result of the ambient environment measuring device and the target landform information in the target landform information storage unit, the work machine determines an excavation target to be excavated using the work machine, and the determined excavation selecting weighting for determining a work position for each of the plurality of work evaluation value information according to at least the shape or size of the object;
A work position indication system, wherein a work position of the vehicle body is determined in which integrated work evaluation value information obtained by combining a plurality of pieces of work evaluation value information takes an extreme value in accordance with the weighting.
情報表示装置をさらに備え、
前記情報表示装置は前記制御装置が決定した前記車両本体の作業位置の情報を表示することを特徴とする作業位置指示システム。 In the work position indication system according to claim 1,
further comprising an information display device,
A working position indication system, wherein the information display device displays information on the working position of the vehicle body determined by the control device.
作業者からの入力を受け付ける情報入力装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記作業者が情報入力装置において選択した、前記複数の前記作業評価値情報のそれぞれについての重み付けに応じて前記作業位置を決定することを特徴とする作業位置指示システム。 In the working position indication system according to claim 4,
further comprising an information input device for receiving input from the operator;
The work position indication system, wherein the control device determines the work position according to the weighting of each of the plurality of work evaluation value information selected by the worker using the information input device.
前記制御装置は、前記車両本体の作業位置まで移動するための前記作業機械の動作計画及び決定した前記車両本体の位置において前記目標地形情報記憶部に記録された前記目標地形情報に基づく前記作業機による成形作業の動作計画を作成することを特徴とする作業位置指示システム。 In the work position indication system according to claim 1,
The control device controls the work machine based on the target topography information recorded in the target topography information storage unit at the determined position of the vehicle body and the operation plan of the work machine for moving to the work position of the vehicle body. A work position indication system characterized by creating a motion plan for molding work by.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2022026427A JP2023122748A (en) | 2022-02-24 | 2022-02-24 | Work position instruction system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2023122748A true JP2023122748A (en) | 2023-09-05 |
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