JP2023171611A - 作業機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】作業対象との相対位置を良好に計測できる作業機械を提供する。【解決手段】作業機械は、前輪が装着される車体前部と、関節機構を介して車体前部に連結され、後輪が装着される車体後部と、車体前部に連結される作業機と、車体前部に支持され、前輪の上方に配置される前照灯と、前輪の回転軸と平行な車幅方向において前照灯の外側に配置される三次元計測装置と、を備える。【選択図】図3
Description
本発明は、作業機械に関する。
作業現場において作業機械が使用される。作業機械の一種としてホイールローダが知られている。自動運転式ホイールローダの一例が特許文献1に開示されている。
作業機械による作業の自動化を実現する場合、作業機械と作業対象との相対位置を良好に計測できる技術が要望される。
本発明の態様は、作業対象との相対位置を良好に計測できる作業機械を提供することを目的とする。
本発明の態様に従えば、前輪が装着される車体前部と、関節機構を介して前記車体前部に連結され、後輪が装着される車体後部と、前記車体前部に連結される作業機と、前記車体前部に支持され、前記前輪の上方に配置される前照灯と、前記前輪の回転軸と平行な車幅方向において前記前照灯の外側に配置される三次元計測装置と、を備える作業機械が提供される。
本発明の態様によれば、作業対象との相対位置を良好に計測できる作業機械が提供される。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
[ホイールローダ]
図1は、本実施形態に係る作業機械1の一例を示す側面図である。図2は、本実施形態に係る作業機械1の一例を示す上面図である。図3は、本実施形態に係る作業機械1の一例を示す正面図である。作業機械1は、作業現場において所定の作業を実施する。本実施形態においては、作業機械1がアーティキュレート作業機械の一種であるホイールローダ1であることとする。ホイールローダ1は、掘削対象を掘削する掘削作業、及び掘削作業により掘削した掘削物を積込対象又は排出対象に積み込む又は排出する積込排出作業を実施する。掘削対象として、地山、岩山、及び壁面の少なくとも一つが例示される。地山は、土砂により構成される山であり、岩山は、岩又は石により構成される山である。積込対象又は排出対象として、運搬車両、作業現場の所定エリア、ホッパ、及びクラッシャの少なくとも一つが例示される。
図1は、本実施形態に係る作業機械1の一例を示す側面図である。図2は、本実施形態に係る作業機械1の一例を示す上面図である。図3は、本実施形態に係る作業機械1の一例を示す正面図である。作業機械1は、作業現場において所定の作業を実施する。本実施形態においては、作業機械1がアーティキュレート作業機械の一種であるホイールローダ1であることとする。ホイールローダ1は、掘削対象を掘削する掘削作業、及び掘削作業により掘削した掘削物を積込対象又は排出対象に積み込む又は排出する積込排出作業を実施する。掘削対象として、地山、岩山、及び壁面の少なくとも一つが例示される。地山は、土砂により構成される山であり、岩山は、岩又は石により構成される山である。積込対象又は排出対象として、運搬車両、作業現場の所定エリア、ホッパ、及びクラッシャの少なくとも一つが例示される。
図1、図2、及び図3に示すように、ホイールローダ1は、車体2と、運転席が設けられる運転台3と、車体2を支持する走行装置4と、車体2に支持される作業機10と、車体2に支持される前照灯8と、車体2よりも前方の作業対象を計測する三次元計測装置20と、制御装置80とを備える。
車体2は、車体前部2Fと車体後部2Rとを含む。車体前部2Fと車体後部2Rとは、関節機構9を介して屈曲可能に連結される。
運転台3は、車体2に支持される。本実施形態において、走行装置4は、運転者の操作により走行する。作業機10は、制御装置80から出力される制御信号に基づいて制御される。走行装置4を操作する走行操作装置が運転台3に配置される。運転者は、走行操作装置を操作して、走行装置4を作動させる。走行操作装置は、アクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングレバー、及び前後進切換スイッチを含む。アクセルペダルが操作されることにより、ホイールローダ1の走行速度が増大する。ブレーキペダルが操作されることにより、ホイールローダ1の走行速度が減少したりホイールローダ1の走行が停止したりする。ステアリングレバーが操作されることにより、ホイールローダ1は旋回する。前後進切換スイッチが操作されることにより、ホイールローダ1の前進又は後進が切り換えられる。
走行装置4は、車体2を支持する。走行装置4は、車輪5を有する。車輪5は、車体2に搭載されているエンジン40が発生する駆動力により回転する。タイヤ6が車輪5に装着される。車輪5は、車体前部2Fに装着される2つの前輪5Fと、車体後部2Rに装着される2つの後輪5Rとを含む。タイヤ6は、前輪5Fに装着される前タイヤ6Fと、後輪5Rに装着される後タイヤ6Rとを含む。走行装置4は、地面RSを走行可能である。
前輪5F及び前タイヤ6Fは、回転軸FXを中心に回転可能である。後輪5R及び後タイヤ6Rは、回転軸RXを中心に回転可能である。
以下の説明においては、前輪5Fの回転軸FXと平行な方向を適宜、車幅方向、と称し、地面RSと接触する前タイヤ6Fの接地面と直交する方向を適宜、上下方向、と称し、車幅方向及び上下方向の両方と直交する方向を適宜、前後方向、と称する。ホイールローダ1の車体2が直進状態で走行するとき、回転軸FXと回転軸RXとは平行である。
また、以下の説明においては、車幅方向において車体2の中心線CLに近い位置又は方向を適宜、車幅方向の内側又は内方、と称し、車体2の中心線CLから遠い位置又は方向を適宜、車幅方向の外側又は外方、と称する。また、車幅方向において、車体2の中心線CLの一方を適宜、右側又は右方、と称し、右側又は右方の逆側又は逆方向を適宜、左側又は左方、と称する。また、前後方向において、運転台3の運転席を基準として作業機10に近い位置又は方向を適宜、前側又は前方、と称し、前側又は前方の逆側又は逆方向を適宜、後側又は後方、と称する。また、上下方向において前タイヤ6Fの接地面に近い位置又は方向を適宜、下側又は下方、と称し、下側又は下方の逆側又は逆方向を適宜、上側又は上方、と称する。
車体前部2Fは、車体後部2Rよりも前方に配置される。前輪5F及び前タイヤ6Fは、後輪5R及び後タイヤ6Rよりも前方に配置される。前輪5F及び前タイヤ6Fは、車体2の車幅方向の両側に配置される。後輪5R及び後タイヤ6Rは、車体2の車幅方向の両側に配置される。車体前部2Fは、車体後部2Rに対して左右に屈曲する。
ホイールローダ1は、前タイヤ6Fの周囲の一部に配置されるフロントフェンダ7を備える。フロントフェンダ7は、前タイヤ6Fの上方に配置される第1部材7Aと、前タイヤ6Fの後方に配置される第2部材7Bとを含む。フロントフェンダ7は、車体前部2Fの右部及び左部のそれぞれに取り付けられる。フロントフェンダ7は、ホイールローダ1の走行において地面RSから飛散した土砂が車体2及び運転台3に当たることを抑制する。
作業機10は、車体前部2Fに移動可能に連結される。作業機10の少なくとも一部は、前輪5Fよりも前方に配置される。作業機10は、車体前部2Fに移動可能に連結されるブーム11と、ブーム11に移動可能に連結されるバケット12と、ベルクランク15と、リンク16とを有する。
ブーム11は、ブームシリンダ13が発生する動力によって作動する。ブームシリンダ13は、ブーム11を動作させるための動力を発生する油圧シリンダである。ブームシリンダ13の一端部は、車体前部2Fに連結される。ブームシリンダ13の他端部は、ブーム11に連結される。ブームシリンダ13は、2つ設けられる。一方のブームシリンダ13は、車幅方向において車体前部2Fの中心よりも右方に設けられる。他方のブームシリンダ13は、車幅方向において車体前部2Fの中心よりも左方に設けられる。ブームシリンダ13が伸縮することにより、ブーム11は上げ動作又は下げ動作する。
ブーム11の上げ動作とは、ブーム11の先端部が地面RSから離れるように上昇する動作をいう。ブーム11の下げ動作とは、ブーム11の先端部が地面RSに近付くように下降する動作をいう。ブーム11は、ブーム11の可動範囲において上げ動作及び下げ動作する。上げ動作するブーム11は、ブーム11の可動範囲の上端部よりも上方の移動を規制される。下げ動作するブーム11は、ブーム11の可動範囲の下端部よりも下方の移動を規制される。
バケット12は、刃先を含む先端部12Bを有する作業部材である。バケット12は、前輪5Fよりも前方に配置される。バケット12は、ブーム11の先端部に連結される。バケット12は、バケットシリンダ14が発生する動力によって作動する。バケットシリンダ14は、バケット12を移動するための動力を発生する油圧シリンダである。ベルクランク15の中央部がブーム11に回転可能に連結される。バケットシリンダ14の一端部は、車体前部2Fに連結される。バケットシリンダ14の他端部は、ベルクランク15の一端部に連結される。ベルクランク15の他端部は、リンク16を介してバケット12に連結される。バケットシリンダ14は、1つ設けられる。バケットシリンダ14は、車幅方向の中央部に設けられる。バケットシリンダ14が伸縮することにより、バケット12はダンプ動作又はチルト動作する。
バケット12のダンプ動作とは、バケット12の開口部が下方を向きバケット12の先端部12Bが地面RSに近付くようにバケット12が回転する動作をいう。バケット12のチルト動作とは、バケット12の開口部が上方を向きバケット12の先端部12Bが地面RSから離れるようにバケット12が回転する動作をいう。バケット12は、バケット12の可動範囲においてダンプ動作及びチルト動作する。ダンプ動作するバケット12は、バケット12の可動範囲の下端部よりも下方の移動を規制される。チルト動作するバケット12は、バケット12の可動範囲の上端部よりも上方の移動を規制される。
バケット12のダンプ動作が実施されることにより、バケット12ですくい上げられた掘削物がバケット12から排出される。バケット12のチルト動作が実施されることにより、バケット12は掘削物をすくい取る。
図2及び図3に示すように、車幅方向において、バケット12の両側の端部12Eは、タイヤ6よりも外側に配置される。すなわち、バケット12の右側の端部12Eと左側の端部12Eとの車幅方向の距離は、右側のタイヤ6の外側面と左側のタイヤ6の外側面との車幅方向の距離よりも大きい。
前照灯8は、照明光を前方に射出して、車体前部2Fよりも前方の照明範囲を照明する。前照灯8は、車体前部2Fに支持される。前照灯8は、前輪5F、前タイヤ6F、及びフロントフェンダ7の上方に配置される。前照灯8は、車幅方向においてブーム11の両側に、すなわち車体2の中心線CLに対して左方及び右方のそれぞれに1つずつ配置される。
[三次元計測装置]
図4は、本実施形態に係るホイールローダ1の一部を拡大した図であり、図3のA部分拡大図に相当する。図1、図2、図3、及び図4に示すように、ホイールローダ1は、前照灯8を支持するハウジング17と、ハウジング17を支持する支持部材18とを備える。ハウジング17は、前照灯8を囲むように配置される。支持部材18は、ロッド状の部材である。支持部材18の下端部は、車体前部2Fに固定される。支持部材18の上端部は、ハウジング17に固定される。前照灯8は、ハウジング17及び支持部材18を介して車体前部2Fに支持される。
図4は、本実施形態に係るホイールローダ1の一部を拡大した図であり、図3のA部分拡大図に相当する。図1、図2、図3、及び図4に示すように、ホイールローダ1は、前照灯8を支持するハウジング17と、ハウジング17を支持する支持部材18とを備える。ハウジング17は、前照灯8を囲むように配置される。支持部材18は、ロッド状の部材である。支持部材18の下端部は、車体前部2Fに固定される。支持部材18の上端部は、ハウジング17に固定される。前照灯8は、ハウジング17及び支持部材18を介して車体前部2Fに支持される。
前照灯8は、前後方向において関節機構9よりも前方に配置される。前照灯8は、上下方向において運転台3の上端部よりも下方に配置され、フロントフェンダ7よりも上方に配置される。本実施形態において、前照灯8は、上下方向において車体前部2Fの上端部よりも上方に配置される。
支持部材18は、上方に向かって前方且つ車幅方向の外側に傾斜する。支持部材18に支持されるハウジング17及び前照灯8は、前輪5F、前タイヤ6F、及びフロントフェンダ7の上方に配置される。
三次元計測装置20は、車体前部2Fよりも前方の作業対象の位置又は形状を計測する。作業対象は、掘削対象及び積込排出対象の一方又は両方を含む。また、後述の計測コントローラ81は、三次元計測装置20の計測データに基づいて、ホイールローダ1と作業対象との相対位置を計測する。
ホイールローダ1と作業対象との相対位置は、ホイールローダ1における任意の地点と作業対象における任意の地点との相対距離(絶対的な距離又は所定の座標系における1つの座標軸に関する距離)を含む。三次元計測装置20が作業対象の表面の複数の計測点のそれぞれとの距離を計測することによって、計測コントローラ81は、作業対象の三次元形状及び作業対象との相対位置を計測することができる。
三次元計測装置20は、前照灯8の周囲に配置される。前照灯8の周囲とは、例えば前照灯8の近傍でかつ上方、側方、下方のいずれかの位置をいう。三次元計測装置20は、車体2の中心線CLに対して左方及び右方のそれぞれに配置される。本実施形態において、三次元計測装置20は、車幅方向において前照灯8の外側に配置される。車体2の中心線CLに対して左方に配置される三次元計測装置20は、車体2の中心線CLに対して左方に配置される前照灯8よりも左方に配置される。車体2の中心線CLに対して右方に配置される三次元計測装置20は、車体2の中心線CLに対して右方に配置される前照灯8よりも右方に配置される。三次元計測装置20は、上下方向及び前後方向のそれぞれにおいて、前照灯8と実質的に同じ位置に配置される。すなわち、三次元計測装置20は、前照灯8の近傍に配置される。本実施形態において、三次元計測装置20は、ハウジング17に支持される。
三次元計測装置20は、車体前部2Fに他の部材を介して設置される。三次元計測装置20は、前後方向において関節機構9よりも前方に配置される。また、三次元計測装置20は、上下方向において運転台3の上端部よりも下方に配置され、フロントフェンダ7よりも上方に配置される。本実施形態において、三次元計測装置20は、上下方向において車体前部2Fの上端部よりも上方に配置される。三次元計測装置20は、バケット12が下方に位置した状態、例えばバケット12の底面が接地した状態において、バケット上端部よりも上方に配置される。また、三次元計測装置20は、バケット12が上方に位置した状態、たとえばブームが最大高さまで上昇している状態において、バケット下端部よりも下方に配置される。
三次元計測装置20は、車幅方向においてブーム11の両側に配置される。三次元計測装置20は、前輪5F、前タイヤ6F、及びフロントフェンダ7の上方に配置される。
三次元計測装置20は、車幅方向においてバケット12の端部12Eよりも内側に配置される。すなわち、三次元計測装置20は、車幅方向において、前照灯8とバケット12の端部12Eとの間に配置される。
本実施形態において、三次元計測装置20は、レーザ計測装置の一種であるレーザレーダ21と、写真計測装置の一種であるステレオカメラ22とを含む。
本実施形態において、レーザレーダ21とステレオカメラ22とは、車幅方向に配置される。ステレオカメラ22は、車幅方向においてレーザレーダ21よりも外側に配置される。
レーザレーダ21は、作業対象にレーザ光を照射する照射器と、作業対象で散乱したレーザ光の少なくとも一部を受光する受光器とを有する。レーザレーダ21の受光器で取得された受光データは、計測コントローラ81に出力される。計測コントローラ81は、レーザレーダ21の受光器による受光データに基づいて、作業対象の三次元形状及び作業対象との相対位置を計測する。
ステレオカメラ22は、第1カメラ22Aと第2カメラ22Bとを有する。本実施形態において、第1カメラ22Aと第2カメラ22Bとは上下方向に配置される。第1カメラ22Aに取得された画像データ及び第2カメラ22Bに取得された画像データは、計測コントローラ81に出力される。計測コントローラ81は、第1カメラ22Aに取得された画像データと第2カメラ22Bに取得された画像データとに基づいてステレオ処理を実施して、作業対象の三次元形状及び作業対象との相対位置を計測する。
なお、ハウジング17の下部にウインカーランプ19が設けられる。
[制御装置]
図5は、本実施形態に係るホイールローダ1の一例を示すブロック図である。制御装置80は、コンピュータシステムを含む。制御装置80は、計測コントローラ81と、作業機コントローラ82とを含む。計測コントローラ81、作業機コントローラ82、トランスミッションコントローラ83、及びエンジンコントローラ84のそれぞれは、CPU(Central Processing Unit)のようなプロセッサと、ROM(Read Only Memory)のような不揮発性メモリ及びRAM(Random Access Memory)のような揮発性メモリを含むメインメモリと、ストレージと、入出力回路を含むインターフェースとを有する。各コントローラの機能は、プログラムとしてストレージに記憶されている。プロセッサは、プログラムをストレージから読み出してメインメモリに展開し、プログラムに従って所定の処理を実行する。なお、プログラムは、ネットワークを介して各コントローラに配信されてもよい。
図5は、本実施形態に係るホイールローダ1の一例を示すブロック図である。制御装置80は、コンピュータシステムを含む。制御装置80は、計測コントローラ81と、作業機コントローラ82とを含む。計測コントローラ81、作業機コントローラ82、トランスミッションコントローラ83、及びエンジンコントローラ84のそれぞれは、CPU(Central Processing Unit)のようなプロセッサと、ROM(Read Only Memory)のような不揮発性メモリ及びRAM(Random Access Memory)のような揮発性メモリを含むメインメモリと、ストレージと、入出力回路を含むインターフェースとを有する。各コントローラの機能は、プログラムとしてストレージに記憶されている。プロセッサは、プログラムをストレージから読み出してメインメモリに展開し、プログラムに従って所定の処理を実行する。なお、プログラムは、ネットワークを介して各コントローラに配信されてもよい。
計測コントローラ81は、三次元計測装置20に接続される。計測コントローラ81は、三次元計測装置20から計測データを取得する。作業機コントローラ82は、作業機10を制御する制御信号を出力する。また、トランスミッションコントローラ83は、トランスミッション装置83を制御する制御信号を出力する。エンジンコントローラ84は、エンジン40を制御する制御信号を出力する。また、トランスミッションコントローラ83及びエンジンコントローラ84は、アクセルペダル85A及びブレーキペダル85Bにそれぞれ接続され、アクセルペダル85A及びブレーキペダル85Bからの信号に基づいて、トランスミッション装置83及びエンジン40を制御するための制御信号を出力する。
三次元計測装置20は、計測コントローラ81に接続される。三次元計測装置20の計測データは、計測コントローラ81に出力される。計測コントローラ81は、三次元計測装置20の計測データに基づいて、ホイールローダ1と作業対象との相対位置を算出する。
作業機コントローラ82は、計測コントローラ81からの算出データに基づいて、作業機10の動作を制御する。作業機10の動作の制御は、ブームシリンダ13及びバケットシリンダ14の少なくとも一方の動作の制御を含む。ホイールローダ1は、油圧ポンプと、油圧ポンプからブームシリンダ13に供給される作動油の流量及び方向を制御するブーム制御弁と、油圧ポンプからバケットシリンダ14に供給される作動油の流量及び方向を制御するバケット制御弁とを有する。作業機コントローラ82は、ブーム制御弁に制御信号を出力して、ブームシリンダ13に供給される作動油の流量及び方向を制御することができる。また、作業機コントローラ82は、バケット制御弁に制御信号を出力して、バケットシリンダ14に供給される作動油の流量及び方向を制御することができる。
[動作]
図6は、本実施形態に係るホイールローダ1の動作を示す模式図である。本実施形態において、ホイールローダ1は、掘削対象をバケット12で掘削する掘削作業と、掘削作業によりバケット12ですくい取った掘削物を積込対象に積み込む積込作業とを実施する。掘削対象として、地山DSが例示される。積込対象として、ベッセルBE(ダンプボディ)を有するダンプトラックのような運搬車両LSが例示される。
図6は、本実施形態に係るホイールローダ1の動作を示す模式図である。本実施形態において、ホイールローダ1は、掘削対象をバケット12で掘削する掘削作業と、掘削作業によりバケット12ですくい取った掘削物を積込対象に積み込む積込作業とを実施する。掘削対象として、地山DSが例示される。積込対象として、ベッセルBE(ダンプボディ)を有するダンプトラックのような運搬車両LSが例示される。
ホイールローダ1の運転者は、走行操作装置を操作して、図6の矢印M1で示すように、ホイールローダ1を前進させて地山DSに接近させる。ホイールローダ1に搭載されている三次元計測装置20は、地山DSを計測する。作業機コントローラ82は、計測コントローラ81の算出データに基づいて、バケット12で地山DSが掘削されるように、作業機10を制御する。すなわち、作業機コントローラ82は、ホイールローダ1が地山DSに接近するように前進している状態で、バケット12の先端部12Bが地面RSに接触するように、作業機10を制御する。
地山DSがバケット12により掘削され、掘削物がバケット12にすくい取られた後、ホイールローダ1の運転者は、走行操作装置を操作して、図6の矢印M2で示すように、ホイールローダ1を後進させて地山DSから離間させる。
次に、ホイールローダ1の運転者は、走行操作装置を操作して、図6の矢印M3で示すように、ホイールローダ1を旋回させながら前進させて運搬車両LSに接近させる。ホイールローダ1に搭載されている三次元計測装置20は、運搬車両LSを計測する。作業機コントローラ82は、計測コントローラ81の算出データに基づいて、バケット12に保持されている掘削物が運搬車両LSのベッセルBEに積み込まれるように、作業機10を制御する。すなわち、作業機コントローラ82は、ホイールローダ1が運搬車両LSに接近するように前進している状態で、ブーム11が上げ動作するように、作業機10を制御する。ブーム11が上げ動作し、バケット12がベッセルBEの上方に配置された後、作業機コントローラ82は、バケット12がチルト動作するように、作業機10を制御する。これにより、バケット12から掘削物が排出され、ベッセルBEに積み込まれる。
バケット12から掘削物が排出され、ベッセルBEに積み込まれた後、運転者は、走行操作装置を操作して、図6の矢印M4で示すように、ホイールローダ1を後進させて運搬車両LSから離間させた後に、再び地山DSの方向に前進させる。
運転者は、ベッセルBEに掘削物が満載されるまで、上述の動作を繰り返す。
本実施形態において、三次元計測装置20は、車幅方向においてブーム11の両側に配置される。車体前部2Fは車体後部2Rよりも先に作業対象に向くことができるため、図6に示す例において、地山DSは、車幅方向において車体前部2Fの中心よりも右側に配置されている三次元計測装置20によっていち早く計測される。また、運搬車両LSは、車幅方向において車体前部2Fの中心よりも左側に配置されている三次元計測装置20によっていち早く計測される。
図7は、本実施形態に係るホイールローダ1による掘削作業を示す模式図である。ホイールローダ1の運転者は、走行操作装置を操作して、ホイールローダ1を前進させて地山DSに接近させる。
図7に示すように、ホイールローダ1に搭載されている三次元計測装置20は、地山DSの三次元形状を計測する。計測コントローラ81は、三次元計測装置20の計測データに基づいて、地面RSと地山DSとの境界DPの位置を特定し、ホイールローダ1との相対位置を算出する。そのため、図7に示すように、三次元計測装置20は、バケット12が下方に位置した状態、例えばバケット12の底面が接地した状態において、バケット上端部よりも上方に配置することが望ましい。
図8は、本実施形態に係るホイールローダ1による積込作業を示す模式図である。ホイールローダ1の運転者は、走行操作装置を操作して、ホイールローダ1を前進させて運搬車両LSに接近させる。図8(A)に示すように、ホイールローダ1に搭載されている三次元計測装置20は、運搬車両LSの三次元形状を計測する。計測コントローラ81は、三次元計測装置20の計測データに基づいて、ホイールローダ1と運搬車両LSとの相対位置を算出する。
図8(B)に示すように、計測コントローラ81は、ホイールローダ1が運搬車両LSに接近するように前進している状態で、三次元計測装置20の計測データに基づいて、バケット12がベッセルBEの上端部よりも上方に配置されるように、且つ、バケット12に保持されている掘削物がバケット12からこぼれないように、バケット12の角度を制御しながら、ブーム11を上げ動作させる。図8(B)に示すように、三次元計測装置20は、バケット12が上方に位置した状態、たとえばブームが最大高さまで上昇している状態において、バケット下端部よりも下方に配置することが望ましい。
[計測範囲]
図9は、本実施形態に係る三次元計測装置20の計測範囲ARを示す模式図である。バケット12は、上下方向に移動する。そのため、図9に示すように、三次元計測装置20の計測範囲ARの一部にバケット12が入り込む可能性がある。本実施形態において、三次元計測装置20の計測範囲ARは、車幅方向においてバケット12の端部12Eよりも外側の範囲を含むように規定されている。そのため、計測範囲ARの一部にバケット12が入り込んでも、三次元計測装置20は、バケット12の端部12Eよりも外側の範囲において、作業対象を計測することができる。
図9は、本実施形態に係る三次元計測装置20の計測範囲ARを示す模式図である。バケット12は、上下方向に移動する。そのため、図9に示すように、三次元計測装置20の計測範囲ARの一部にバケット12が入り込む可能性がある。本実施形態において、三次元計測装置20の計測範囲ARは、車幅方向においてバケット12の端部12Eよりも外側の範囲を含むように規定されている。そのため、計測範囲ARの一部にバケット12が入り込んでも、三次元計測装置20は、バケット12の端部12Eよりも外側の範囲において、作業対象を計測することができる。
[ステレオカメラ]
上述のように、本実施形態において、ステレオカメラ22の第1カメラ22Aと第2カメラ22Bとは上下方向に配置される。第1カメラ22Aと第2カメラ22Bとが上下方向に配置されることにより、ステレオカメラ22は、ベッセルBEを精度良く計測することができる。
上述のように、本実施形態において、ステレオカメラ22の第1カメラ22Aと第2カメラ22Bとは上下方向に配置される。第1カメラ22Aと第2カメラ22Bとが上下方向に配置されることにより、ステレオカメラ22は、ベッセルBEを精度良く計測することができる。
積込作業のためにホイールローダ1が運搬車両LSに接近するとき、ステレオカメラ22に撮影されるベッセルBEの上端部は、実質的に車幅方向(水平方向)に延在する。そのため、第1カメラ22Aと第2カメラ22Bとが車幅方向に配置されていると、ベッセルBEの上端部の計測精度が低下する可能性がある。第1カメラ22Aと第2カメラ22Bとが上下方向に配置されることにより、ベッセルBEの上端部の計測精度の低下が抑制される。
第1カメラ22Aは、作業対象の第1画像データMAを取得し、第2カメラ22Bは、作業対象の第2画像データMBを取得する。計測コントローラ81は、第1画像データMAと第2画像データMBとを三角測量の原理に基づいて画像処理して、作業対象の3次元形状を算出する。
具体的には、計測コントローラ81は、第1画像データMAにおける計測点の投影点と第2画像データMBにおける計測点の投影点との距離を示す視差に基づいて、ステレオカメラ22から作業対象の計測点までの距離を算出する。
第1カメラMAと第2カメラMBとが車幅方向に配置されていると、ベッセルBEの上端部をステレオ方式で画像処理するとき、エピポーラ線上には、注目画素PXaと近似する対応画素PXbが多数存在することとなる。その結果、探索成功する確率が低下し、ベッセルBEの上端部の計測精度が低下する可能性がある。
本実施形態においては、第1カメラMAと第2カメラMBとが、ベッセルBEの上端部の延在方向と直交する上下方向に配置されている。そのため、ベッセルBEの上端部をステレオ方式で画像処理するとき、エピポーラ線上において注目画素PXaと近似する対応画素PXbの数は少ない。したがって、探索成功する確率が上昇し、ベッセルBEの上端部の計測精度の低下が抑制される。
[効果]
以上説明したように、本実施形態によれば、三次元計測装置20は、車幅方向において前照灯8の外側に配置される。これにより、三次元計測装置20は、バケット12の端部12Eよりも外側の領域に存在する作業対象を計測することができる。これにより、三次元計測装置20は、計測範囲ARにおいてバケット12の端部12Eよりも外側に配置された作業対象との相対位置を良好に計測することができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、三次元計測装置20は、車幅方向において前照灯8の外側に配置される。これにより、三次元計測装置20は、バケット12の端部12Eよりも外側の領域に存在する作業対象を計測することができる。これにより、三次元計測装置20は、計測範囲ARにおいてバケット12の端部12Eよりも外側に配置された作業対象との相対位置を良好に計測することができる。
また、三次元計測装置20の計測範囲ARに作業機10が入り込むことが抑制される。三次元計測装置20が車幅方向において中央部に配置されていると、三次元計測装置20の計測範囲ARに作業機10が入り込む可能性が高くなり、作業対象に死角が生じる可能性がある。その結果、三次元計測装置20は、作業対象を良好に計測することが困難となる。本実施形態においては、三次元計測装置20は、車幅方向において前照灯8の外側に配置される。したがって、三次元計測装置20の計測範囲ARに作業機10が入り込むことが抑制され、三次元計測装置20は、計測範囲ARに配置された作業対象との相対位置を良好に計測することができる。
また、三次元計測装置20は、バケット12が下方に位置した状態、例えばバケット12の底面が接地した状態において、バケット上端部よりも上方に配置されるとともに、バケット12が上方に位置した状態、例えばブーム11が最大高さまで上昇している状態において、バケット12の下端部よりも下方に配置されるため、バケット12を下方に位置した状態で地山DSへ接近する際、及びバケット12を上方に位置した状態で運搬車両へ接近する際のいずれの状況において、確実に作業対象との相対位置を計測することができる。
また、三次元計測装置20は、車体前部2Fに支持される。これにより、三次元計測装置20は、関節機構9が屈曲した場合と屈曲しない場合とで、車体前部2Fよりも前方の作業対象を同一条件で計測することができる。また、三次元計測装置20を車体後部2Rに設置した場合に比べて、いち早く作業対象を計測することができる。
三次元計測装置20は、前照灯8を支持するハウジング17に支持される。すなわち、三次元計測装置20は、前照灯8の近傍に配置される。前照灯8は、三次元計測装置20の計測範囲ARを照明する。したがって、三次元計測装置20は、前照灯8で照明された作業対象を良好に計測することができる。特に、三次元計測装置20がステレオカメラ22のような写真計測装置である場合、作業対象が照明光で照明されることにより、写真計測装置は、作業対象を良好に計測することができる。
三次元計測装置20は、車幅方向においてバケット12の端部12Eよりも内側に配置される。これにより、ホイールローダ1の車幅の拡大が抑制される。
三次元計測装置20の計測範囲ARは、車幅方向においてバケット12の端部12Eよりも外側の範囲を含む。これにより、図9を参照したように、作業機10の姿勢の変化に起因して三次元計測装置20の計測範囲ARの一部にバケット12が入り込んだとしても、三次元計測装置20は、バケット12の端部12Eよりも外側の範囲において作業対象を計測することができる。
三次元計測装置20は、車幅方向においてブーム11の両側に配置される。また、車体前部2Fは、車体後部2Rよりも先に作業対象に向くことができるため、図6を参照して説明したように、ホイールローダ1の右前方及び左前方のそれぞれに作業対象(掘削対象及び積込対象)が配置された状態において、ホイールローダ1が旋回しながらそれぞれの作業対象に接近するとき、車幅方向においてブーム11の両側に配置される三次元計測装置20の少なくとも一方で、作業対象をいち早く計測することができる。例えば、ホイールローダ1が右旋回しながら前進して地山DSに接近するとき、少なくとも、ブーム11よりも右側に配置されている三次元計測装置20が地山DSをいち早く計測することができる。また、ホイールローダ1が左旋回しながら前進して運搬車両LSに接近するとき、少なくとも、ブーム11よりも左側に配置されている三次元計測装置20が運搬車両LSをいち早く計測することができる。
また、ステレオカメラ22の第1カメラ22Aと第2カメラ22Bとは上下方向に配置される。これにより、ステレオカメラ22は、ベッセルBEを良好に計測することができる。
なお、上述の実施形態において、三次元計測装置20は、前照灯8の周囲に配置されてもよい。また、三次元計測装置20は、車体前部2Fに取り付けられる複数の部材のうち最も上方且つ車幅方向外側に配置される部材に支持されてもよい。
なお、上述の実施形態においては、三次元計測装置20としてレーザレーダ21及びステレオカメラ22の両方がホイールローダ1に設けられることとした。レーザレーダ21及びステレオカメラ22の一方がホイールローダ1に設けられてもよい。また、三次元計測装置20は、作業対象の三次元形状及び作業対象との相対位置を計測できればよく、レーザレーダ21及びステレオカメラ22に限定されない。
なお、上述の実施形態においては、トランスミッションコントローラ83及びエンジンコントローラ84は、運転者により操作されることとしたが、計測コントローラ81から出力される算出データに基づいて制御信号を生成してもよい。また、運転台3がなくてもよい。
また、走行装置4の動作及び作業機10の動作の両方が運転者により操作されてもよい。また、三次元計測装置20の計測データ及びホイールローダ1と作業対象との相対位置が運転台3に配置されている表示装置に表示されてもよい。運転者は、表示装置を介して三次元計測装置20の計測データを認識することができる。
上述の実施形態において、ホイールローダ1にGPSセンサのような位置検出装置及び慣性計測装置(Inertial Measurement Unit:IMU)のような姿勢検出装置が設けられ、ホイールローダ1の位置及び姿勢が検出されてもよい。位置検出装置及び姿勢検出装置の検出データに基づいて、現場座標系における掘削対象の位置が検出されてもよい。
なお、上述の各実施形態において、ホイールローダ1が作業を実施する作業現場は、鉱山の採掘現場でもよいし、施工現場又は建設現場でもよい。
なお、ホイールローダ1は、除雪作業に使用されてもよいし、農畜産業における作業に使用されてもよいし、林業における作業に使用されてもよい。
なお、上述の実施形態において、バケット12は、複数の刃を有してもよいし、ストレート状の刃先を有してもよい。
なお、ブーム11の先端部に連結される作業部材は、バケット12でなくてもよく、除雪作業に使用されるスノープラウ又はスノーバケットでもよいし、農畜産業の作業において使用されるベールグラブ又はフォークでもよいし、林業の作業において使用されるフォーク又はバケットでもよい。
1…ホイールローダ(作業機械)、2…車体、2F…車体前部、2R…車体後部、3…運転台、4…走行装置、5…車輪、5F…前輪、5R…後輪、6…タイヤ、6F…前タイヤ、6R…後タイヤ、7…フロントフェンダ、7A…第1部材、7B…第2部材、8…前照灯、9…関節機構、10…作業機、11…ブーム、12…バケット、12B…先端部、12E…端部、13…ブームシリンダ、14…バケットシリンダ、15…ベルクランク、16…リンク、17…ハウジング、18…支持部材、19…ウインカーランプ、20…三次元計測装置、21…レーザレーダ、22…ステレオカメラ、22A…第1カメラ、22B…第2カメラ、40…エンジン、80…制御装置、81…計測コントローラ、82…作業機コントローラ、83…トランスミッションコントローラ、84…エンジンコントローラ、85A…アクセルペダル、85B…ブレーキペダル、AR…計測範囲、BE…ベッセル(ダンプボディ)、DS…地山(掘削対象)、FX…回転軸、MA…第1画像データ、MB…第2画像データ、LS…運搬車両(積込対象)、RX…回転軸、RS…地面。
Claims (5)
- 前輪が装着される車体前部と、
関節機構を介して前記車体前部に連結され、後輪が装着される車体後部と、
前記車体前部に連結される作業機と、
前記車体前部に支持され、前記前輪の上方に配置され、前記車体前部より前方を照明する前照灯と、
前記前輪の回転軸と平行な車幅方向において前記前照灯の外側に配置され、前記車体前部より前方の作業対象の位置又は形状を計測する三次元計測装置と、を備え、
前記三次元計測装置は、第1カメラと第2カメラとを有するステレオカメラであり、
前記第1カメラと前記第2カメラとは上下方向に配置される、
作業機械。 - 前記作業機は、車体前部に連結されるブームと、前記ブームに連結されるバケットとを含み、
前記三次元計測装置は、前記車幅方向において前記バケットの端部よりも内側に配置される、
請求項1に記載の作業機械。 - 前記三次元計測装置の計測範囲は、前記車幅方向において前記バケットの端部よりも外側の範囲を含む、
請求項2に記載の作業機械。 - 前記三次元計測装置は、前記車幅方向において右方及び左方のそれぞれに配置される、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の作業機械。 - 前記作業機は、前記車体前部に連結されるブームと、前記ブームに連結されるバケットとを含み、
前記三次元計測装置は、前記バケットが下方に位置した状態において前記バケットの上端部よりも上方に配置されるとともに、前記バケットが上方に位置した状態において前記バケットの下端部よりも下方に配置される、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の作業機械。
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