JP2024076741A - Work machine, information processor, and program - Google Patents
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Images
Landscapes
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Abstract
Description
本開示は、作業機械等に関する。 This disclosure relates to work machines, etc.
従来、オペレータが操作する、或いは、自律運転を行うショベル等の作業機械が知られている(特許文献1参照)。 Conventionally, there are known work machines such as excavators that are operated by an operator or that operate autonomously (see Patent Document 1).
ところで、例えば、ショベルに搭乗するオペレータは、土砂の凹凸やショベルのアタッチメント等によって、作業対象の地面の一部が死角になる可能性がある。また、ショベルの遠隔操作が行われる場合、オペレータは、ショベルに搭載されるカメラの画像を見ながら操作を行う必要があり、カメラの画像の状態によっては、作業対象の地面の形状を把握しにくくなる可能性がある。そのため、カメラや測距センサ(距離センサ)等のデータに基づき、作業対象の形状が認識され、作業機械のキャビンに搭載されるディスプレイや遠隔操作用のディスプレイに作業対象の形状が表示される場合がある。 However, for example, an operator riding on a shovel may have a blind spot for part of the ground to be worked on due to unevenness in the soil and sand, shovel attachments, etc. Furthermore, when a shovel is remotely operated, the operator must operate it while looking at images from a camera mounted on the shovel, and depending on the state of the camera image, it may be difficult to grasp the shape of the ground to be worked on. For this reason, the shape of the work target is recognized based on data from a camera, a ranging sensor (distance sensor), etc., and the shape of the work target may be displayed on a display mounted in the cabin of the work machine or a display for remote operation.
また、例えば、ショベルの自律運転が行われる場合、作業対象の地面の土砂の形状に応じて、ショベルの作業部位(バケット)の軌道が決定される場合がある。この場合、カメラや測距センサ等のデータに基づき、作業対象の形状が認識され、その作業対象の形状に基づき、作業機械の作業部位の軌道が決定される。 For example, when an excavator is operated autonomously, the trajectory of the working part of the shovel (bucket) may be determined according to the shape of the soil on the ground where the work is to be carried out. In this case, the shape of the work object is recognized based on data from a camera, distance measurement sensor, etc., and the trajectory of the working part of the work machine is determined based on the shape of the work object.
しかしながら、ショベルに搭載されるカメラや測距センサ等を利用する場合、ショベルのアタッチメントや土砂の凹凸に遮蔽されて作業対象の一部の形状を測定できないオクルージョンが発生する可能性がある。そのため、例えば、ディスプレイに表示される作業対象の形状の一部に穴が生じ、オペレータの操作支援の観点で好ましくない状況が生じる可能性がある。また、例えば、作業対象の一部の形状が測定できないことから、自律運転のための作業部位の軌道の生成に関する精度が悪化する可能性がある。 However, when using a camera or distance measurement sensor mounted on an excavator, there is a possibility that occlusion will occur, where the shape of part of the work object cannot be measured because it is blocked by the excavator attachment or unevenness in the soil. This may result in, for example, a hole appearing in part of the shape of the work object displayed on the display, creating an unfavorable situation in terms of supporting the operator's operation. In addition, for example, because part of the shape of the work object cannot be measured, there is a possibility that the accuracy of generating the trajectory of the work part for autonomous driving will deteriorate.
そこで、上記課題に鑑み、作業機械の作業対象の形状をより適切に把握することが可能な技術を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the objective is to provide a technology that can more appropriately grasp the shape of the work target of a work machine.
上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
作業機械の動作に合わせて、作業対象の形状を推定する処理装置を備える、
作業機械が提供される。
In order to achieve the above object, in one embodiment of the present disclosure,
A processing device is provided for estimating the shape of a work target in accordance with the operation of the work machine.
A work machine is provided.
また、本開示の他の実施形態では、
作業機械の動作に合わせて、前記作業機械の作業対象の形状を推定する、
情報処理装置が提供される。
In another embodiment of the present disclosure,
A shape of a work target of the work machine is estimated in accordance with the operation of the work machine.
An information processing device is provided.
また、本開示の更に他の実施形態では、
情報処理装置に、
作業機械の動作に合わせて、前記作業機械の作業対象の形状を推定させる、
プログラムが提供される。
In still another embodiment of the present disclosure,
In the information processing device,
A shape of a work target of the work machine is estimated in accordance with the operation of the work machine.
The program is provided.
また、本開示の更に他の実施形態では、
支援装置に、
作業機械の動作に合わせて、前記作業機械の作業対象の形状を推定させ、
前記作業対象の形状の推定結果を表示させる、
プログラムが提供される。
In still another embodiment of the present disclosure,
Support equipment:
A shape of a work target of the work machine is estimated in accordance with the operation of the work machine;
Displaying the estimated result of the shape of the work object;
The program is provided.
上述の実施形態によれば、作業機械の作業対象の形状をより適切に把握することができる。 According to the above-described embodiment, it is possible to more appropriately grasp the shape of the work target of the work machine.
以下、図面を参照して実施形態について説明する。 The following describes the embodiment with reference to the drawings.
[稼働支援システムの概要]
図1~図3を参照して、本実施形態に係る稼働支援システムSYSの概要について説明をする。
[Overview of the operation support system]
An overview of an operation support system SYS according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
図1は、稼働支援システムSYSの一例を示す図である。図1において、ショベル100は、左側面図が示される。図2は、ショベル100の一例を示す上面図である。図3は、ショベル100の遠隔操作に関する構成の一例を示す図である。以下、ショベル100の上面視でアタッチメントATが延び出す方向(図2の上方向)を"前"と規定して、ショベル100における方向、或いは、ショベル100から見た方向を説明する場合がある。
Figure 1 is a diagram showing an example of an operation support system SYS. In Figure 1, a left side view of a
図1に示すように、稼働支援システムSYSは、ショベル100と、情報処理装置200と、センサ群300とを含む。
As shown in FIG. 1, the operation support system SYS includes an
稼働支援システムSYSは、情報処理装置200を用いて、ショベル100と連携し、ショベル100の稼働に関する支援を行う。
The operation support system SYS uses the
稼働支援システムSYSに含まれるショベル100は、1台であってもよいし、複数台であってもよい。
The operation support system SYS may include one or
ショベル100は、稼働支援システムSYSにおいて、稼働に関する支援の対象の作業機械である。
The
図1、図2に示すように、ショベル100は、下部走行体1と、上部旋回体3と、ブーム4、アーム5、及び、バケット6を含むアタッチメントATと、キャビン10とを備える。
As shown in Figures 1 and 2, the
下部走行体1は、クローラ1Cを用いて、ショベル100を走行させる。クローラ1Cは、左側のクローラ1CL及び右側のクローラ1CRを含む。クローラ1CLは、走行油圧モータ1MLで油圧駆動される。同様に、クローラ1CLは、走行油圧モータ1MRで油圧駆動される。これにより、下部走行体1は、自走することができる。
The lower
上部旋回体3は、旋回機構2を介して下部走行体1に旋回可能(旋回自在)に搭載される。例えば、上部旋回体3は、旋回油圧モータ2Mで旋回機構2が油圧駆動されることにより、下部走行体1に対して旋回する。
The upper rotating
ブーム4は、左右方向に沿う回転軸を中心として俯仰可能なように、上部旋回体3の前部中央に取り付けられる。アーム5は、左右方向に沿う回転軸を中心として回転可能なように、ブーム4の先端に取り付けられる。バケット6は、左右方向に沿う回転軸を中心として回転可能なように、アーム5の先端に取り付けられる。
The
バケット6は、エンドアタッチメントの一例であり、例えば、掘削作業や法面作業や整地作業等に用いられる。
The
バケット6は、ショベル100の作業内容に応じて、適宜交換可能な態様で、アーム5の先端に取り付けられている。つまり、アーム5の先端には、バケット6に代えて、バケット6とは異なる種類のバケット、例えば、相対的に大きい大型バケット、法面用バケット、浚渫用バケット等が取り付けられてもよい。また、アーム5の先端には、バケット以外の種類のエンドアタッチメント、例えば、攪拌機、ブレーカ、クラッシャー等が取り付けられてもよい。また、アーム5と、エンドアタッチメントとの間には、例えば、クイックカップリングやチルトローテータ等の予備アタッチメントが設けられてもよい。
The
ブーム4、アーム5、及び、バケット6は、それぞれ、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及び、バケットシリンダ9により油圧駆動される。
The
キャビン10は、オペレータが搭乗し、ショベル100を操作するための操縦室である。キャビン10は、例えば、上部旋回体3の前部左側に搭載される。
The
ショベル100は、通信装置60を搭載し、所定の通信回線NWを通じて、情報処理装置200と相互に通信を行うことができる。
The
通信回線NWは、例えば、作業現場のローカルネットワーク(LAN:Local Area Network)を含む。また、通信回線NWは、広域ネットワーク(WAN:Wide Area Network)を含んでもよい。広域ネットワークには、例えば、基地局を末端とする移動体通信網、通信衛星を利用する衛星通信網、インターネット網等が含まれる。また、通信回線NWは、例えば、WiFiやブルートゥース(登録商標)等の無線通信規格に基づく近距離通信回線が含まれてもよい。 The communication line NW may include, for example, a local network (LAN: Local Area Network) at a work site. The communication line NW may also include a wide area network (WAN: Wide Area Network). Wide area networks include, for example, mobile communication networks ending in base stations, satellite communication networks using communication satellites, and the Internet network. The communication line NW may also include, for example, short-distance communication lines based on wireless communication standards such as WiFi and Bluetooth (registered trademark).
例えば、ショベル100は、キャビン10に搭乗するオペレータの操作に応じて、下部走行体1(即ち、左右の一対のクローラ1CL,1CR)、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素を動作させる。
For example, the
また、ショベル100は、キャビン10に搭乗するオペレータによって操作可能に構成されるのに代えて、或いは、加えて、ショベル100の外部から遠隔操作(リモート操作)が可能に構成されてもよい。ショベル100が遠隔操作される場合、キャビン10の内部は、無人状態であってもよい。また、ショベル100が遠隔操作専用である場合、キャビン10は省略されてもよい。以下、オペレータの操作には、キャビン10のオペレータの操作装置26に対する操作、及び外部のオペレータの遠隔操作の少なくとも一方が含まれる前提で説明を進める。
In addition, instead of or in addition to being configured to be operable by an operator inside the
例えば、図3に示すように、遠隔操作には、ショベル100と通信回線NWを通じて通信可能な遠隔操作支援装置400で行われるショベル100のアクチュエータに関する操作入力によって、ショベル100が操作される態様が含まれる。遠隔操作支援装置400は、情報処理装置200と別に設けられてもよいし、情報処理装置200であってもよい。
For example, as shown in FIG. 3, remote operation includes a mode in which the
遠隔操作支援装置400は、例えば、ショベル100の作業を外部から管理する管理センタ等に設けられる。また、遠隔操作支援装置400は、可搬型の操作端末であってもよく、この場合、オペレータは、ショベル100の周辺からショベル100の作業状況を直接確認しながらショベル100の遠隔操作を行うことができる。
The remote
ショベル100は、例えば、後述の通信装置60を通じて、自身に搭載される撮像装置が出力する撮像画像に基づくショベル100の前方を含む周辺の様子を表す画像(以下、「周辺画像」)を遠隔操作支援装置400に送信してよい。また、ショベル100は、通信装置60を通じて、撮像装置の出力する撮像画像を遠隔操作支援装置400に送信し、遠隔操作支援装置400は、ショベル100から受信する撮像画像を加工し周辺画像を生成してもよい。そして、遠隔操作支援装置400は、ショベル100の前方を含む周辺の様子を表す周辺画像を自身の表示装置に表示させてよい。また、ショベル100のキャビン10の内部の出力装置50(表示装置50A)に表示される各種の情報画像(情報画面)は、同様に、遠隔操作支援装置400の表示装置にも表示されてよい。これにより、遠隔操作支援装置400を利用するオペレータは、例えば、表示装置に表示されるショベル100の周辺の様子を表す画像や情報画面等の表示内容を確認しながら、ショベル100を遠隔操作することができる。そして、ショベル100は、通信装置60により遠隔操作支援装置400から受信される、遠隔操作の内容を表す遠隔操作信号に応じて、アクチュエータを動作させ、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素を駆動してよい。
The
また、遠隔操作には、例えば、ショベル100の周囲の人(例えば、作業者)のショベル100に対する外部からの音声入力やジェスチャ入力等によって、ショベル100が操作される態様が含まれてもよい。具体的には、ショベル100は、自身に搭載される音声入力装置(例えば、マイクロフォン)やジェスチャ入力装置(例えば、撮像装置)等を通じて、周囲の作業者等により発話される音声や作業者等により行われるジェスチャ等を認識する。そして、ショベル100は、認識した音声やジェスチャ等の内容に応じて、アクチュエータを動作させ、下部走行体1(左右のクローラ1C)、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素を駆動してもよい。
Remote operation may also include a mode in which the
また、ショベル100は、オペレータの操作の内容に依らず、自動でアクチュエータを動作させてもよい。これにより、ショベル100は、下部走行体1、上部旋回体3、アタッチメントAT等の被駆動要素の少なくとも一部を自動で動作させる機能、即ち、いわゆる「自動運転機能」或いは「マシンコントロール(Machine Control:MC)機能」を実現することができる。
The
自動運転機能には、例えば、半自動運転機能(操作支援型のMC機能)が含まれる。半自動運転機能は、オペレータの操作に応じて、操作対象の被駆動要素(アクチュエータ)以外の被駆動要素(アクチュエータ)を自動で動作させる機能である。また、自動運転機能には、完全自動運転機能(完全自動型のMC機能)が含まれてもよい。完全自動運転機能は、オペレータの操作がない前提で、複数の被駆動要素(油圧アクチュエータ)の少なくとも一部を自動で動作させる機能である。ショベル100において、完全自動運転機能が有効な場合、キャビン10の内部は無人状態であってよい。また、ショベル100が完全自動運転専用である場合、キャビン10は省略されてもよい。また、半自動運転機能や完全自動運転機能等には、例えば、ルールベースの自動運転機能が含まれる。ルールベースの自動運転機能は、自動運転の対象の被駆動要素(アクチュエータ)の動作内容が予め規定されるルールに従って自動的に決定される態様の自動運転機能である。また、半自動運転機能や完全自動運転機能等には、自律運転機能が含まれてもよい。自律運転機能は、ショベル100が自律的に各種の判断を行い、その判断結果に沿って、自動運転の対象の被駆動要素(油圧アクチュエータ)の動作内容が決定される態様の自動運転機能である。
The automatic driving function includes, for example, a semi-automatic driving function (operation assistance type MC function). The semi-automatic driving function is a function that automatically operates a driven element (actuator) other than the driven element (actuator) to be operated in response to the operation of the operator. The automatic driving function may also include a fully automatic driving function (fully automatic MC function). The fully automatic driving function is a function that automatically operates at least a part of a plurality of driven elements (hydraulic actuators) on the premise that there is no operation of the operator. In the
また、ショベル100の作業が遠隔監視されてもよい。この場合、遠隔操作支援装置400と同様の機能を有する遠隔監視支援装置が設けられてもよい。遠隔監視支援装置は、例えば、情報処理装置200である。これにより、遠隔監視支援装置のユーザである監視者は、遠隔監視支援装置の表示装置に表示される周辺画像を確認しながら、ショベル100の作業の状況を監視することができる。また、例えば、監視者は、安全性の観点から必要と判断した場合、遠隔監視支援装置の入力装置を用いて、所定の入力を行うことによって、ショベル100のオペレータによる操作や自動運転に介入しショベル100を緊急停止させることができる。
The work of the
情報処理装置200は、ショベル100と通信を行うことにより相互に連携し、ショベル100の稼働に関する支援を行う。
The
情報処理装置200は、例えば、ショベル100の作業現場内の管理事務所、或いは、ショベル100の作業現場とは異なる場所にある、ショベル100の稼働状況等を管理する管理センタ等に設置されるサーバ装置や管理用の端末装置である。サーバ装置は、オンプレミスサーバやクラウドサーバであってもよいし、エッジサーバであってもよい。管理用の端末装置は、例えば、デスクトップ型のPC(Personal Computer)等の定置型の端末装置であってもよいし、タブレット端末、スマートフォン、ラップトップ型のPC等の可搬型の端末装置(携帯端末)であってもよい。後者の場合、作業現場の作業者や作業を監督する監督者や作業現場を管理する管理者等は、可搬型の情報処理装置200を所持して作業現場内を移動することができる。また、後者の場合、オペレータは、例えば、可搬型の情報処理装置200をショベル100のキャビンに持ち込むことができる。
The
情報処理装置200は、例えば、ショベル100から稼働状態に関するデータを取得する。これにより、情報処理装置200は、ショベル100の稼働状態を把握し、ショベル100の異常の有無等を監視することができる。また、情報処理装置200は、例えば、後述の表示装置208を通じて、ショベル100の稼働状態に関するデータを表示し、ユーザに確認させることができる。また、情報処理装置200は、例えば、ショベル100の稼働状態を学習モデルに学習させ、ショベル100の稼働を支援するための学習済みモデルを生成することができる。
The
また、情報処理装置200は、ショベル100にコントローラ30等の処理で利用されるプログラムや参照データ等の各種データをショベル100に送信してもよい。これにより、ショベル100は、情報処理装置200からダウンロードされる各種データを用いて、ショベル100の稼働に関する各種の処理を行うことができる。
The
センサ群300は、ショベル100の作業現場に設けられる。作業対象は、例えば、ショベル100の周辺の作業領域の土砂である。
The
例えば、稼働支援システムSYSに複数のショベル100が含まれる場合、ショベル100ごとにセンサ群300が設けられる。また、稼働支援システムSYSに含まれる複数のショベル100が同じ作業現場で作業を行う場合、複数のショベル100に対して、1つのセンサ群300が共用されてもよい。
For example, if the operation support system SYS includes
センサ群300は、センサ300-1~300-M(M:2以上の整数)を含む。センサ300-1~300-Mは、ショベル100の周辺の作業現場の物体の状態を測定し、その状態に関する測定データを取得する。作業現場の物体には、ショベル100の周辺の作業対象(作業領域の土砂)の他、例えば、ショベル100の周辺の他のショベル、ブルドーザ等の作業機械や土砂運搬用のトラック等の作業車両が含まれる。物体の状態には、物体の形状や特性が含まれる。
The
センサ300-1~300-Mは、例えば、測距センサ(距離センサ)を含む。測距センサには、例えば、LIDAR(Light Detecting and Ranging)、ミリ波レーダ、超音波センサ、赤外線センサ等が含まれる。また、センサ300-1~300-Mは、例えば、ステレオカメラ、TOF(Time Of Flight)カメラ等、2次元の画像に加えて、距離(深度)に関するデータを取得可能な3Dカメラを含んでもよい。また、センサ300-1~300-Mの中には、測距センサ及び3Dカメラが混在していてもよい。これにより、センサ群300は、ショベル100の周辺の作業現場の物体の形状を表す測定データを取得することができる。以下、測距センサや3Dカメラ等、物体の形状を表す測定データを取得可能なセンサを便宜的に「形状センサ」と称する場合がある。
The sensors 300-1 to 300-M include, for example, a distance measurement sensor (distance sensor). The distance measurement sensor includes, for example, a LIDAR (Light Detecting and Ranging), a millimeter wave radar, an ultrasonic sensor, an infrared sensor, and the like. The sensors 300-1 to 300-M may also include, for example, a stereo camera, a TOF (Time Of Flight) camera, and other 3D cameras capable of acquiring data related to distance (depth) in addition to two-dimensional images. The sensors 300-1 to 300-M may also include a mixture of distance measurement sensors and 3D cameras. This allows the
また、センサ300-1~300-Mは、多波長分光カメラを含んでもよい。多波長分光カメラには、例えば、マルチスペクトルカメラやハイパースペクトルカメラ等が含まれる。これにより、例えば、センサ群300は、土砂の硬度や含水率等、ショベル100の周辺の作業現場の物体の特性を表す測定データを取得することができる。以下、多波長分光カメラ等、物体の特性を表す測定データを取得可能なセンサを便宜的に「特性センサ」と称する場合がある。
The sensors 300-1 to 300-M may also include a multi-wavelength spectroscopic camera. The multi-wavelength spectroscopic camera includes, for example, a multispectral camera and a hyperspectral camera. This allows the
例えば、センサ300-1~300-Mは、複数の形状センサを含む。そして、複数の形状センサは、ショベル100の周辺の作業現場の互いに異なる場所に、且つ、それぞれのセンシング可能な範囲が少なくとも1つの他の形状センサのセンシング範囲と重複するように設けられてもよい。これにより、例えば、一の形状センサの測定データでは、オクルージョンが発生し、センシング範囲の一部の物体の形状を表す測定データを取得できない場合でも、他の形状センサではその範囲の物体の形状を表す測定データを取得できる場合がある。そのため、センサ群300は、ショベル100の周辺の作業現場の物体の形状を表す測定データをより確実に取得することができる。
For example, sensors 300-1 to 300-M include multiple shape sensors. The multiple shape sensors may be provided in different locations on the work site around the
また、センサ300-1~300-Mは、複数の特性センサを含んでもよい。そして、複数の特性センサはショベル100の周辺の作業現場の互いに異なる場所に、且つ、それぞれのセンシング可能な範囲が少なくとも1つの他の特性センサと重複するように設けられてもよい。これにより、例えば、一の特性センサの測定データでは、オクルージョンが発生し、センシング範囲の一部の物体の特性を表す測定データを取得できない場合でも、他の形状センサではその範囲の物体の特性を表す測定データを取得できる場合がある。そのため、センサ群300は、ショベル100の周辺の作業現場の物体の特性を表す測定データをより確実に取得することができる。
The sensors 300-1 to 300-M may also include multiple characteristic sensors. The multiple characteristic sensors may be provided in different locations in the work site around the
また、センサ300-1~300-Mは、形状センサの機能及び特性センサの機能の双方を有するセンサ(以下、「統合センサ」)を含んでもよい。この場合、センサ300-1~300-Mは、複数の統合センサを含んでもよい。そして、複数の特性センサはショベル100の周辺の作業現場の互いに異なる場所に、且つ、それぞれのセンシング可能な範囲が少なくとも1つの他の特性センサと重複するように設けられてもよい。
The sensors 300-1 to 300-M may also include a sensor having both the functions of a shape sensor and a characteristic sensor (hereinafter, an "integrated sensor"). In this case, the sensors 300-1 to 300-M may include multiple integrated sensors. The multiple characteristic sensors may be provided at different locations in the work site around the
尚、センサ群300は、簡易的に、形状センサや特性センサを1つだけ含んでいてもよい。また、稼働支援システムSYSは、センサ群300に代えて、簡易的に、ショベル100の周辺の作業現場の物体の状態に関する測定データを取得可能なセンサを1つだけ含んでいてもよい。
The
センサ300-1~300-Mは、ショベル100の周辺の作業現場に固定されていてもよいし、ショベル100の周辺の作業現場の中を移動可能な移動体に搭載されていてもよい。移動体は、例えば、作業現場の中で移動する作業機械や作業車両を含む。また、作業現場の中を移動可能な移動体は、例えば、作業現場の上空を飛行するドローン等の飛行体を含んでもよい。
Sensors 300-1 to 300-M may be fixed to the work site around
センサ300-1~300-Mの出力(測定データ)は、通信回線NWを通じて、情報処理装置200に取り込まれる。センサ300-1~300-Mの出力は、例えば、通信回線NWを通じて、情報処理装置200に直接取り込まれる。また、センサ300-1~300-Mの出力は、通信回線NWを通じてショベル100に一旦取り込まれ、ショベル100を経由して情報処理装置200に取り込まれてもよい。また、センサ300-1~300-Mは、上述の移動体等、所定の機器に搭載されている場合、センサ300-1~300-Mの出力は、所定の機器の内部に一旦取り込まれ、当該機器から情報処理装置200に取り込まれてもよい。
The output (measurement data) of the sensors 300-1 to 300-M is taken into the
[稼働支援システムのハードウェア構成]
次に、図1~図3に加えて、図4、図5を参照して、稼働支援システムSYSのハードウェア構成について説明する。
[Hardware configuration of operation support system]
Next, the hardware configuration of the operation support system SYS will be described with reference to FIGS. 4 and 5 in addition to FIGS. 1 to 3.
尚、遠隔操作支援装置400のハードウェア構成は、情報処理装置200と同様であってよい。そのため、遠隔操作支援装置400のハードウェア構成に関する図示及び説明を省略する。
The hardware configuration of the remote
<ショベルのハードウェア構成>
図4は、ショベル100のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
<Excavator hardware configuration>
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of the
尚、図4では、機械的動力が伝達される経路は二重線、油圧アクチュエータを駆動する高圧の作動油が流れる経路は実線、パイロット圧が伝達される経路は破線、電気信号が伝達される経路は点線でそれぞれ示される。 In Figure 4, the paths through which mechanical power is transmitted are indicated by double lines, the paths through which high-pressure hydraulic oil that drives the hydraulic actuator flows are indicated by solid lines, the paths through which pilot pressure is transmitted are indicated by dashed lines, and the paths through which electrical signals are transmitted are indicated by dotted lines.
ショベル100は、被駆動要素の油圧駆動に関する油圧駆動系、被駆動要素の操作に関する操作系、ユーザとの情報のやり取りに関するユーザインタフェース系、外部との通信に関する通信系、及び各種制御に関する制御系等のそれぞれの構成要素を含む。
The
≪油圧駆動系≫
図4に示すように、ショベル100の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体1(左右のクローラ1C)、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素のそれぞれを油圧駆動する油圧アクチュエータHAを含む。また、本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系は、エンジン11と、レギュレータ13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17とを含む。
<Hydraulic drive system>
4 , the hydraulic drive system of the
油圧アクチュエータHAには、走行油圧モータ1ML,1MR、旋回油圧モータ2M、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等が含まれる。
The hydraulic actuator HA includes travel hydraulic motors 1ML, 1MR, swing
尚、ショベル100は、油圧アクチュエータHAの一部又は全部が電動アクチュエータに置換されてもよい。つまり、ショベル100は、ハイブリッドショベルや電動ショベルであってもよい。
In addition, in the
エンジン11は、ショベル100の原動機であり、油圧駆動系におけるメイン動力源である。エンジン11は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン11は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載される。エンジン11は、例えば、後述するコントローラ30による直接或いは間接的な制御下で、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ14及びパイロットポンプ15を駆動する。
The
尚、エンジン11に代えて、或いは、加えて、他の原動機(例えば、電動機)等がショベル100に搭載されてもよい。
In addition, other prime movers (e.g., electric motors) may be installed in the
レギュレータ13は、コントローラ30の制御下で、メインポンプ14の吐出量を制御(調節)する。例えば、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じて、メインポンプ14の斜板の角度(以下、「傾転角」)を調節する。
The
メインポンプ14は、高圧油圧ラインを通じてコントロールバルブ17に作動油を供給する。メインポンプ14は、例えば、エンジン11と同様、上部旋回体3の後部に搭載される。メインポンプ14は、上述の如く、エンジン11により駆動される。メインポンプ14は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ30の制御下で、レギュレータ13により斜板の傾転角が調節されることによりピストンのストローク長が調整され、吐出流量や吐出圧が制御される。
The
コントロールバルブ17は、オペレータの操作装置26に対する操作や遠隔操作の内容、或いは、自動運転機能に対応する操作指令に応じて、油圧アクチュエータHAを駆動する。コントロールバルブ17は、例えば、上部旋回体3の中央部に搭載される。コントロールバルブ17は、上述の如く、高圧油圧ラインを介してメインポンプ14と接続され、メインポンプ14から供給される作動油を、オペレータの操作、或いは、自動運転機能に対応する操作指令に応じて、それぞれの油圧アクチュエータに選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14から油圧アクチュエータHAのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の制御弁(方向切換弁)を含む。
The
≪操作系≫
図4に示すように、ショベル100の操作系は、パイロットポンプ15と、操作装置26と、油圧制御弁31と、シャトル弁32と、油圧制御弁33とを含む。
<Controls>
As shown in FIG. 4 , the operating system of the
パイロットポンプ15は、パイロットライン25を介して各種油圧機器にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、エンジン11と同様、上部旋回体3の後部に搭載される。パイロットポンプ15は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン11により駆動される。
The
尚、パイロットポンプ15は、省略されてもよい。この場合、メインポンプ14から吐出される相対的に高い圧力の作動油が所定の減圧弁により減圧された後の相対的に低い圧力の作動油がパイロット圧として各種油圧機器に供給されてよい。
The
操作装置26は、キャビン10の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種被駆動要素の操作を行うために用いられる。具体的には、操作装置26は、オペレータがそれぞれの被駆動要素を駆動する油圧アクチュエータHAの操作を行うために用いられ、その結果として、油圧アクチュエータHAの駆動対象の被駆動要素のオペレータによる操作を実現することができる。操作装置26は、それぞれの被駆動要素(油圧アクチュエータHA)を操作するためのペダル装置やレバー装置を含む。
The operating
例えば、図4に示すように、操作装置26は、油圧パイロット式である。具体的には、操作装置26は、パイロットライン25及びそこから分岐するパイロットライン25Aを通じてパイロットポンプ15から供給される作動油を利用し、操作内容に応じたパイロット圧を二次側のパイロットライン27Aに出力する。パイロットライン27Aは、シャトル弁32の一方の入口ポートに接続され、シャトル弁32の出口ポートに接続されるパイロットライン27を介して、コントロールバルブ17に接続される。これにより、コントロールバルブ17には、シャトル弁32を介して、操作装置26における各種被駆動要素(油圧アクチュエータHA)に関する操作内容に応じたパイロット圧が入力されうる。そのため、コントロールバルブ17は、オペレータ等による操作装置26に対する操作内容に応じて、それぞれの油圧アクチュエータHAを駆動することができる。
For example, as shown in FIG. 4, the operating
また、操作装置26は、電気式であってもよい。この場合、パイロットライン27A、シャトル弁32、及び油圧制御弁33は省略される。具体的には、操作装置26は、操作内容に応じた電気信号(以下、「操作信号」)を出力し、操作信号は、コントローラ30に取り込まれる。そして、コントローラ30は、操作信号の内容に応じた制御指令、つまり、操作装置26に対する操作内容に応じた制御信号を油圧制御弁31に出力する。これにより、油圧制御弁31からコントロールバルブ17に操作装置26の操作内容に応じたパイロット圧が入力され、コントロールバルブ17は、操作装置26の操作内容に応じて、それぞれの油圧アクチュエータHAを駆動することができる。
The operating
また、コントロールバルブ17に内蔵される、それぞれの油圧アクチュエータHAを駆動する制御弁(方向切換弁)は、電磁ソレノイド式であってもよい。この場合、操作装置26から出力される操作信号がコントロールバルブ17に(即ち、電磁ソレノイド式の制御弁に)直接入力されてもよい。
The control valves (directional control valves) built into the
また、上述の如く、油圧アクチュエータHAの一部又は全部は電動アクチュエータに置換されてもよい。この場合、コントローラ30は、操作装置26の操作内容や遠隔操作信号で規定される遠隔操作の内容に応じた制御指令を電動アクチュエータ或いは電動アクチュエータを駆動するドライバ等に出力してよい。また、ショベル100が遠隔操作される場合、操作装置26は省略されてもよい。
Also, as described above, part or all of the hydraulic actuator HA may be replaced with an electric actuator. In this case, the
油圧制御弁31は、操作装置26の操作対象の被駆動要素(油圧アクチュエータHA)ごと且つ被駆動要素(油圧アクチュエータHA)の駆動方向(例えば、ブーム4の上げ方向及び下げ方向)ごとに設けられる。例えば、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等を駆動するための複動式の油圧アクチュエータHAごとに、2つの油圧制御弁31が設けられる。油圧制御弁31は、例えば、パイロットポンプ15とコントロールバルブ17との間のパイロットライン25Bに設けられ、その流路面積(即ち、作動油が通流可能な断面積)を変更可能に構成されてよい。これにより、油圧制御弁31は、パイロットライン25Bを通じて供給されるパイロットポンプ15の作動油を利用して、所定のパイロット圧を二次側のパイロットライン27Bに出力することができる。そのため、油圧制御弁31は、パイロットライン27Bとパイロットライン27の間のシャトル弁32を通じて、間接的に、コントローラ30からの制御信号に応じた所定のパイロット圧をコントロールバルブ17に作用させることができる。よって、例えば、コントローラ30は、油圧制御弁31から自動運転機能に対応する操作指令に応じたパイロット圧をコントロールバルブ17に供給させ、自動運転機能によるショベル100の動作を実現することができる。
The
また、コントローラ30は、油圧制御弁31を制御し、ショベル100の遠隔操作を実現してもよい。具体的には、コントローラ30は、通信装置60によって、遠隔操作支援装置400から受信される遠隔操作信号で指定される遠隔操作の内容に対応する制御信号を油圧制御弁31に出力する。これにより、コントローラ30は、油圧制御弁31から遠隔操作の内容に対応するパイロット圧をコントロールバルブ17に供給させ、オペレータの遠隔操作に基づくショベル100の動作を実現することができる。
The
また、操作装置26が電気式の場合、コントローラ30は、油圧制御弁31から操作装置26の操作内容(操作信号)に応じたパイロット圧を直接的にコントロールバルブ17に供給させ、オペレータの操作に基づくショベル100の動作を実現することができる。
In addition, when the operating
シャトル弁32は、2つの入口ポートと1つの出口ポートを有し、2つの入口ポートに入力されたパイロット圧のうちの高い方のパイロット圧を有する作動油を出口ポートに出力させる。シャトル弁32は、油圧制御弁31と同様に、操作装置26の操作対象の被駆動要素(油圧アクチュエータHA)ごと且つ被駆動要素(油圧アクチュエータHA)の駆動方向ごとに設けられる。例えば、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等を駆動するための複動式の油圧アクチュエータHAごとに、2つのシャトル弁32が設けられる。シャトル弁32の2つの入口ポートのうちの一方が操作装置26(具体的には、操作装置26に含まれる上述のレバー装置やペダル装置)の二次側のパイロットライン27Aに接続され、他方が油圧制御弁31の二次側のパイロットライン27Bに接続される。シャトル弁32の出口ポートは、パイロットライン27を通じて、コントロールバルブ17の対応する制御弁のパイロットポートに接続される。対応する制御弁とは、シャトル弁32の一方の入口ポートに接続される上述のレバー装置或いはペダル装置の操作対象である油圧アクチュエータHAを駆動する制御弁である。そのため、これらのシャトル弁32は、それぞれ、操作装置26の二次側のパイロットライン27Aのパイロット圧と油圧制御弁31の二次側のパイロットライン27Bのパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。つまり、コントローラ30は、操作装置26の二次側のパイロット圧よりも高いパイロット圧を油圧制御弁31から出力させることで、オペレータの操作装置26に対する操作に依らず、対応する制御弁を制御することができる。よって、コントローラ30は、オペレータの操作装置26に対する操作状態に依らず、被駆動要素(下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、バケット6)の動作を制御し、自動運転機能や遠隔操作機能を実現することができる。
The
油圧制御弁33は、操作装置26とシャトル弁32とを接続するパイロットライン27Aに設けられる。油圧制御弁33は、例えば、その流路面積を変更可能なように構成される。油圧制御弁33は、コントローラ30から入力される制御信号に応じて動作する。これにより、コントローラ30は、オペレータにより操作装置26が操作されている場合に、操作装置26から出力されるパイロット圧を強制的に減圧させることができる。そのため、コントローラ30は、操作装置26が操作されている場合であっても、操作装置26の操作に対応する油圧アクチュエータHAの動作を強制的に抑制させたり停止させたりすることができる。また、コントローラ30は、例えば、操作装置26が操作されている場合であっても、操作装置26から出力されるパイロット圧を減圧させ、油圧制御弁31から出力されるパイロット圧よりも低くすることができる。そのため、コントローラ30は、油圧制御弁31及び油圧制御弁33を制御することで、例えば、操作装置26の操作内容とは無関係に、所望のパイロット圧をコントロールバルブ17内の制御弁のパイロットポートに確実に作用させることができる。よって、コントローラ30は、例えば、油圧制御弁31に加えて、油圧制御弁33を制御することで、ショベル100の自動運転機能や遠隔操作機能をより適切に実現することができる。
The
≪ユーザインタフェース系≫
図4に示すように、ショベル100のユーザインタフェース系は、操作装置26と、出力装置50と、入力装置52とを含む。
<User Interface>
As shown in FIG. 4 , the user interface system of the
出力装置50は、ショベル100のユーザ(例えば、キャビン10のオペレータや外部の遠隔操作のオペレータ)やショベル100の周辺の人(例えば、作業者や作業車両の運転者)等に向けて各種情報を出力する。
The
例えば、出力装置50は、視覚的な方法で各種情報を出力する照明機器や表示装置50A(図7参照)等を含む。照明機器は、例えば、警告灯(インジケータランプ)等である。表示装置50Aは、例えば、液晶ディスプレイや有機EL(Electroluminescence)ディスプレイ等である。例えば、図2に示すように、照明機器や表示装置50Aは、キャビン10の内部に設けられ、キャビン10の内部のオペレータ等に視覚的な方法で各種情報を出力してよい。また、照明機器や表示装置50Aは、例えば、上部旋回体3の側面等に設けられ、ショベル100の周囲の作業者等に視覚的な方法で各種情報を出力してもよい。
For example, the
また、出力装置50は、聴覚的な方法で各種情報を出力する音出力装置を含んでもよい。音出力装置には、例えば、ブザーやスピーカ等が含まれる。音出力装置は、例えば、キャビン10の内部及び外部の少なくとも一方に設けられ、キャビン10の内部のオペレータやショベル100の周囲の人(作業者等)に聴覚的な方法で各種情報を出力してよい。
The
また、出力装置50は、操縦席の振動等の触覚的な方法で各種情報を出力する装置を含んでもよい。
The
入力装置52は、ショベル100のユーザからの各種入力を受け付け、受け付けられた入力に対応する信号は、コントローラ30に取り込まれる。例えば、図2に示すように、入力装置52は、キャビン10の内部に設けられ、キャビン10の内部のオペレータ等からの入力を受け付ける。また、入力装置52は、例えば、上部旋回体3の側面等に設けられ、ショベル100の周辺の作業者等からの入力を受け付けてもよい。
The
例えば、入力装置52は、ユーザからの機械的な操作による入力を受け付ける操作入力装置を含む。操作入力装置には、表示装置50Aに実装されるタッチパネル、表示装置50Aの周囲に設置されるタッチパッド、ボタンスイッチ、レバー、トグル、操作装置26(レバー装置)に設けられるノブスイッチ等が含まれてよい。
For example, the
また、入力装置52は、ユーザの音声入力を受け付ける音声入力装置を含んでもよい。音声入力装置には、例えば、マイクロフォンが含まれる。
The
また、入力装置52は、ユーザのジェスチャ入力を受け付けるジェスチャ入力装置を含んでもよい。ジェスチャ入力装置には、例えば、ユーザが行うジェスチャの様子を撮像する撮像装置が含まれる。
The
また、入力装置52は、ユーザの生体入力を受け付ける生体入力装置を含んでもよい。生体入力には、例えば、ユーザの指紋、虹彩等の生体情報の入力が含まれる。
The
≪通信系≫
図4に示すように、本実施形態に係るショベル100の通信系は、通信装置60を含む。
<Communications>
As shown in FIG. 4 , the communication system of the
通信装置60は、外部の通信回線NWに接続し、ショベル100と別に設けられる装置と通信を行う。ショベル100と別に設けられる装置には、ショベル100の外部にある装置の他、ショベル100のユーザによってキャビン10に持ち込まれる可搬型の端末装置(携帯端末)が含まれてもよい。通信装置60は、例えば、4G(4th Generation)や5G(5th Generation)等の規格に準拠する移動体通信モジュールを含んでよい。また、通信装置60は、例えば、衛星通信モジュールを含んでもよい。また、通信装置60は、例えば、WiFi通信モジュールやブルートゥース(登録商標)通信モジュール等を含んでもよい。また、通信装置60は、接続可能な通信回線NWが複数ある場合、通信回線NWの種類に合わせて、複数の通信装置を含んでもよい。
The
例えば、通信装置60は、作業現場に構築される局所的な通信回線を通じて、作業現場内の情報処理装置200や遠隔操作支援装置400等の外部装置と通信を行う。局所的な通信回線は、例えば、作業現場に構築される局所的な5G(いわゆるローカル5G)による移動体通信回線やWiFi6によるローカルネットワークである。
For example, the
また、通信装置60は、作業現場を含む広域の通信回線、即ち、広域ネットワークを通じて、作業現場の外部にある情報処理装置200や遠隔操作支援装置400等と通信を行ってもよい。
The
≪制御系≫
図4に示すように、ショベル100の制御系は、コントローラ30を含む。また、本実施形態に係るショベル100の制御系は、操作圧センサ29と、センサ40と、センサS1~S9とを含む。
<Control System>
4, the control system of the
コントローラ30は、ショベル100に関する各種制御を行う。
The
コントローラ30の機能は、任意のハードウェア、或いは、任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現されてよい。例えば、図3に示すように、コントローラ30は、バスBS1で接続される、補助記憶装置30A、メモリ装置30B、CPU(Central Processing Unit)30C、及びインタフェース装置30Dを含む。
The functions of the
補助記憶装置30Aは、不揮発性の記憶手段であり、インストールされるプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。補助記憶装置30Aは、例えば、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)やフラッシュメモリ等である。
The
メモリ装置30Bは、例えば、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置30AのプログラムをCPU30Cが読み込み可能なようにロードする。メモリ装置30Bは、例えば、SRAM(Static Random Access Memory)である。
For example, when an instruction to start a program is received, the
CPU30Cは、例えば、メモリ装置30Bにロードされるプログラムを実行し、プログラムの命令に従って、コントローラ30の各種機能を実現する。
The
インタフェース装置30Dは、例えば、ショベル100の内部の通信回線に接続するための通信インタフェースとして機能する。インタフェース装置30Dは、接続する通信回線の種類に合わせて、複数の異なる種類の通信インタフェースを含んでもよい。
The
また、インタフェース装置30Dは、記録媒体からのデータの読み取りや記録媒体へのデータの書き込みのための外部インタフェースとして機能する。記録媒体は、例えば、キャビン10の内部に設置されるコネクタに着脱可能なケーブルで接続される専用ツールである。また、記録媒体は、例えば、SDメモリカードやUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の汎用の記録媒体であってもよい。これにより、コントローラ30の各種機能を実現するプログラムは、例えば、可搬型の記録媒体によって提供され、コントローラ30の補助記憶装置30Aにインストールされうる。また、プログラムは、通信装置60を通じて、ショベル100の外部の他のコンピュータ(例えば、情報処理装置200)からダウンロードされ、補助記憶装置30Aにインストールされてもよい。
The
尚、コントローラ30の機能の一部は、他のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。即ち、コントローラ30の機能は、ショベル100に搭載される複数のコントローラにより分散して実現される態様であってもよい。
Note that some of the functions of the
操作圧センサ29は、油圧パイロット式の操作装置26の二次側(パイロットライン27A)のパイロット圧、即ち、操作装置26におけるそれぞれの被駆動要素(油圧アクチュエータ)の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。操作圧センサ29による、操作装置26におけるそれぞれの被駆動要素(油圧アクチュエータHA)に関する操作状態に対応するパイロット圧の検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The operating
尚、操作装置26が電気式である場合、操作圧センサ29は省略される。コントローラ30は、操作装置26から取り込まれる操作信号に基づき、操作装置26を通じたそれぞれの被駆動要素の操作状態を把握することができるからである。
If the operating
センサ40は、例えば、ショベル100の周辺の物体の形状に関する測定データを取得する。
The
例えば、センサ40は、測距センサや3Dカメラ等の、ショベル100の周辺の物体の形状を表す測定データを取得可能な形状センサである。また、センサ40は、形状センサの機能に加えて、多波長分光カメラ等の、ショベル100の周辺の物体の特性を表す測定データを取得可能な特性センサの機能を有する統合センサであってもよい。
For example, the
例えば、図2に示すように、センサ40は、センサ40F,40B,40L,40Rを含む。センサ40Fは、上部旋回体3の前方の物体の状態(形状や特性)を測定する。センサ40Bは、上部旋回体3の物体の状態を測定する。センサ40Lは、上部旋回体3の左方の物体の状態を測定する。センサ40Rは、上部旋回体3の右方の物体の状態を測定する。これにより、センサ40は、ショベル100の上面視において、ショベル100を中心とする全周、即ち360度の角度方向に亘る範囲の物体の状態を測定することができる。以下、センサ40F,40B,40L,40Rを包括的に、或いは、個別に、「センサ40X」と称する場合がある。
2, the
センサ40(センサ40X)の出力データ(即ち、ショベル100の周辺の物体の状態に関する測定データ)は、一対一の通信線や車載ネットワークを通じて、コントローラ30に取り込まれる。これにより、例えば、コントローラ30は、センサ40Xの出力データに基づき、ショベル100の周辺の物体の形状や特性等の状態を把握することができる。
The output data of the sensor 40 (sensor 40X) (i.e., measurement data relating to the state of objects around the shovel 100) is input to the
尚、センサ40B,40L,40Rのうちの一部又は全部は省略されてもよい。
In addition, some or all of the
センサS1は、ブーム4に取り付けられ、ブーム4の姿勢状態を測定する。センサS1は、ブーム4の姿勢状態を表す測定データを出力する。ブーム4の姿勢状態は、例えば、ブーム4の上部旋回体3との連結部に相当する基端の回転軸回りの姿勢角度(以下、「ブーム角度」)である。センサS1は、例えば、ロータリポテンショメータ、ロータリエンコーダ、加速度センサ、角加速度センサ、6軸センサ、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)等を含む。以下、センサS2~S4についても同様であってよい。また、センサS1は、ブームシリンダ7の伸縮位置を検出するシリンダセンサを含んでもよい。以下、センサS2,S3についても同様であってよい。センサS1の出力(ブーム4の姿勢状態を表す測定データ)は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、ブーム4の姿勢状態を把握することができる。
The sensor S1 is attached to the
センサS2は、アーム5に取り付けられ、アーム5の姿勢状態を測定する。センサS2は、アーム5の姿勢状態を表す測定データを出力する。アーム5の姿勢状態は、例えば、アーム5のブーム4との連結部に相当する基端の回転軸回りの姿勢角度(以下、「アーム角度」)である。センサS2の出力(アーム5の姿勢状態を表す測定データ)は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、アーム5の姿勢状態を把握することができる。
Sensor S2 is attached to
センサS3は、バケット6に取り付けられ、バケット6の姿勢状態を測定する。センサS3は、バケット6の姿勢状態を表す測定データを出力する。バケット6の姿勢状態は、例えば、バケット6のアーム5との連結部に相当する基端の回転軸回りの姿勢角度(以下、「アーム角度」)である。センサS3の出力(バケット6の姿勢状態を表す測定データ)は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、バケット6の姿勢状態を把握することができる。
Sensor S3 is attached to
センサS4は、ショベル100の機体(例えば、上部旋回体3)の姿勢状態を測定する。センサS4は、ショベル100の機体の姿勢状態を表す測定データを出力する。ショベル100の機体の姿勢状態は、例えば、所定の基準面(例えば、水平面)に対する機体の傾斜状態である。例えば、センサS4は、上部旋回体3に取り付けられ、ショベル100の前後方向及び左右方向の2軸回りの傾斜角度(以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」)を測定する。センサS4の出力(ショベル100の機体の姿勢状態を表す測定データ)は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、機体(上部旋回体3)の姿勢状態(傾斜状態)を把握することができる。
The sensor S4 measures the attitude of the
センサS5は、上部旋回体3に取り付けられ、上部旋回体3の旋回状態を測定する。センサS5は、上部旋回体3の旋回状態を表す測定データを出力する。センサS5は、例えば、上部旋回体3の旋回角速度や旋回角度を測定する。センサS5は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を含む。センサS5の出力(上部旋回体3の旋回状態を表す測定データ)は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、上部旋回体3の旋回角度等の旋回状態を把握することができる。
The sensor S5 is attached to the upper
コントローラ30は、センサS1~S5の出力に基づき、アタッチメントATの先端(バケット6)の位置を把握(推定)することができる。
The
尚、センサS4に3軸回りの角速度を検出可能なジャイロセンサ、6軸センサ、IMU等が含まれる場合、センサS4の検出信号に基づき上部旋回体3の旋回状態(例えば、旋回角速度)が検出されてもよい。この場合、センサS5は、省略されてもよい。
If sensor S4 includes a gyro sensor, a six-axis sensor, an IMU, or the like capable of detecting angular velocity around three axes, the rotation state (e.g., rotation angular velocity) of the upper
センサS6は、ショベル100の位置を測定する。センサS6は、ワールド(グローバル)座標で位置を測定してもよいし、作業現場でのローカル座標で位置を測定してもよい。前者の場合、センサS6は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)センサである。後者の場合、センサS6は、作業現場の位置の基準となる機器と通信を行い、基準に対する位置に対応する信号を出力可能な送受信機である。センサS6の出力は、コントローラ30に取り込まれる。
The sensor S6 measures the position of the
センサS7は、ブームシリンダ7の油室の圧力(シリンダ圧)を測定する。センサS7は、例えば、ブームシリンダ7のロッド側の油室のシリンダ圧(ロッド圧)を測定するセンサと、ボトム側の油室のシリンダ圧(ボトム圧)を測定するセンサとを含む。センサS7の出力(ブームシリンダ7のシリンダ圧の測定データ)は、コントローラ30に取り込まれる。
Sensor S7 measures the pressure (cylinder pressure) in the oil chamber of boom cylinder 7. Sensor S7 includes, for example, a sensor that measures the cylinder pressure (rod pressure) in the oil chamber on the rod side of boom cylinder 7, and a sensor that measures the cylinder pressure (bottom pressure) in the oil chamber on the bottom side. The output of sensor S7 (measurement data of the cylinder pressure of boom cylinder 7) is input to
センサS8は、アームシリンダ8の油室の圧力(シリンダ圧)を測定する。センサS8は、例えば、アームシリンダ8のロッド側の油室のシリンダ圧(ロッド圧)を測定するセンサと、アームシリンダ8のボトム側の油室のシリンダ圧(ボトム圧)を測定するセンサとを含む。センサS8の出力(アームシリンダ8のシリンダ圧の測定データ)は、コントローラ30に取り込まれる。
Sensor S8 measures the pressure (cylinder pressure) in the oil chamber of
センサS9は、バケットシリンダ9の油室の圧力(シリンダ圧)を測定する。センサS9は、例えば、バケットシリンダ9のロッド側の油室のシリンダ圧(ロッド圧)を測定するセンサと、バケットシリンダ9のボトム側の油室のシリンダ圧(ボトム圧)を測定するセンサとを含む。センサS9の出力(バケットシリンダ9のシリンダ圧の測定データ)は、コントローラ30に取り込まれる。
Sensor S9 measures the pressure (cylinder pressure) in the oil chamber of
コントローラ30は、センサS7~S9の出力に基づき、アタッチメントATに作用する負荷状態を把握することができる。アタッチメントATに作用する負荷には、例えば、バケット6に作業対象(地面の土砂)から作用する反力やバケット6に収容される土砂の重量等が含まれる。
The
<情報処理装置のハードウェア構成>
図5は、情報処理装置200のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
<Hardware configuration of information processing device>
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of the
情報処理装置200の機能は、任意のハードウェア或いは任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現される。例えば、図5に示すように、情報処理装置200は、外部インタフェース201、補助記憶装置202、メモリ装置203、CPU204、高速演算装置205、通信インタフェース206、入力装置207、表示装置208、及び音出力装置209を含む。これらは、バスBS2で接続される。
The functions of the
外部インタフェース201は、記録媒体201Aからデータの読み取りや記録媒体201Aへのデータの書き込みのためのインタフェースとして機能する。記録媒体201Aには、例えば、フレキシブルディスク、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、BD(Blu-ray(登録商標) Disc)、SDメモリカード、USBメモリ等が含まれる。これにより、情報処理装置200は、記録媒体201Aを通じて、処理で利用する各種データを読み込み、補助記憶装置202に格納したり、各種機能を実現するプログラムをインストールしたりすることができる。
The
尚、情報処理装置200は、通信インタフェース206を通じて、外部装置から処理で利用する各種データやプログラムを取得してもよい。
In addition, the
補助記憶装置202は、インストールされた各種プログラムを格納すると共に、各種処理に必要なファイルやデータ等を格納する。補助記憶装置202は、例えば、HDD(Hard Disc Drive)やSSD(Solid State Disc)やフラッシュメモリ等を含む。
The
メモリ装置203は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置202からプログラムを読み出して格納する。メモリ装置203は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAMを含む。
When an instruction to start a program is received, the
CPU204は、補助記憶装置202からメモリ装置203にロードされた各種プログラムを実行し、プログラムに従って情報処理装置200に関する各種機能を実現する。
The
高速演算装置205は、CPU204と連動し、相対的に高い速度で演算処理を行う。高速演算装置205は、例えば、GPU(Graphics Processing Unit)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)等を含む。
The high-
尚、高速演算装置205は、必要な演算処理の速度に応じて、省略されてもよい。
The high-
通信インタフェース206は、外部機器と通信可能に接続するためのインタフェースとして用いられる。これにより、情報処理装置200は、通信インタフェース206を通じて、例えば、ショベル100等の外部機器と通信することができる。また、通信インタフェース206は、接続される機器との間の通信方式等によって、複数の種類の通信インタフェースを有してもよい。
The
入力装置207は、ユーザから各種入力を受け付ける。入力装置207には、ショベル100の遠隔操作を行うための遠隔操作用の操作装置が含まれる。
The
入力装置207は、例えば、ユーザからの機械的な操作入力を受け付ける形態の入力装置(以下、「操作入力装置」)を含む。遠隔操作用の操作装置は、操作入力装置であってよい。操作入力装置は、例えば、ボタン、トグル、レバー、キーボード、マウス、表示装置208に実装されるタッチパネル、表示装置208とは別に設けられるタッチパッド等を含む。
The
また、入力装置207は、ユーザからの音声入力を受付可能な音声入力装置を含んでもよい。音声入力装置は、例えば、ユーザの音声を集音可能なマイクロフォンを含む。
The
また、入力装置207は、ユーザからのジェスチャ入力を受付可能なジェスチャ入力装置を含んでもよい。ジェスチャ入力装置は、例えば、ユーザのジェスチャの様子を撮像可能なカメラを含む。
The
また、入力装置207は、ユーザからの生体入力を受付可能な生体入力装置を含んでもよい。生体入力装置は、例えば、ユーザの指紋や虹彩に関する情報を内包する画像データを取得可能なカメラを含む。
The
表示装置208は、情報処理装置200のユーザに向けて、情報画面や操作画面を表示する。表示装置208は、例えば、液晶ディスプレイや有機EL(Electroluminescence)ディスプレイ等である。
The
音出力装置209は、情報処理装置200のユーザに向けて、音によって各種情報を伝える。音出力装置209は、例えば、ブザー、アラーム、スピーカ等である。
The
[稼働支援システムの機能構成]
次に、図1~図5に加えて、図6、図7を参照して、稼働支援システムSYSの機能構成について説明する。具体的には、稼働支援システムSYSにおけるショベル100の作業部位の軌道の生成に関する機能構成について説明する。
[Functional configuration of the operation support system]
Next, the functional configuration of the operation support system SYS will be described with reference to Fig. 6 and Fig. 7 in addition to Fig. 1 to Fig. 5. Specifically, the functional configuration related to generation of a trajectory of a working part of the
<第1例>
図6は、稼働支援システムSYSの機能構成の第1例を示す機能ブロック図である。
<First Example>
FIG. 6 is a functional block diagram showing a first example of the functional configuration of the operation support system SYS.
以下、「ショベル100の作業部位の軌道」をショベル100の作業部位が既に移動した経路(即ち、軌跡)、及び将来的に移動する可能性のある経路の双方を含む意図で用いる。作業部位は、作業対象に対して変化を加えるために用いるアタッチメントのATの先端部に相当する。具体的には、作業部位は、バケット6である。
Hereinafter, the term "the trajectory of the working part of the
ショベル100は、支援装置150を含む。本例では、支援装置150は、自律運転機能により動作するショベル100に対する作業の実行に関する支援を行う。
The
図6に示すように、支援装置150は、コントローラ30と、油圧制御弁31と、センサ40と、センサS1~S9とを含む。
As shown in FIG. 6, the
コントローラ30は、機能部として、動作ログ提供部301と、作業支援部302とを含む。
The
尚、稼働支援システムSYSに含まれるショベル100が複数台である場合、コントローラ30が動作ログ提供部301及び作業支援部302のうちの前者のみを含むショベル100と、後者のみを含むショベル100とが存在してもよい。この場合、前者のショベル100は、後者のショベル100の作業支援機能のために用いられる、ショベル100の動作ログを取得し情報処理装置200に提供する機能のみを有する。後述の第2例の場合についても同様であってよい。
When the operation support system SYS includes a plurality of
情報処理装置200は、機能部として、ログ取得部2001と、シミュレータ部2002と、ログ記憶部2003と、教師データ生成部2004と、機械学習部2005と、学習済みモデル記憶部2006と、配信部2007とを含む。
The
動作ログ提供部301は、ショベル100の所定の動作時の動作ログを取得し、情報処理装置200に提供するための機能部である。
The operation
所定の動作は、例えば、掘削作業の際に利用される、掘削動作、ブーム上げ旋回動作、ブーム下げ旋回動作、排土動作、ほうき動作等を含む。また、所定の動作は、整地作業の際に利用される、掘削動作、排土動作、掃出し動作、水平引き動作、転圧動作、ほうき動作等を含んでもよい。また、所定の動作は、法面作業の際に利用される、切土動作、転圧動作等を含んでもよい。掃出し動作は、例えば、アタッチメントATを動作させ、バケット6を地面に沿って前方に押し出すことで、バケット6の背面で土砂を前方に掃出す動作である。掃出し動作では、例えば、アタッチメントATは、ブーム4の下げ動作、及びアーム5の開き動作を行う。水平引き動作は、例えば、アタッチメントATを動作させ、バケット6の爪先を地面に沿って略水平に手前に向かって引きつけるように移動させることで、地面(地形の表面)の凹凸を均す動作である。水平引き動作では、例えば、アタッチメントATは、ブーム4の上げ動作、アーム5の閉じ動作を行う。転圧動作は、例えば、アタッチメントATを動作させ、バケット6の背面で地面を押し付ける動作である。また、転圧動作は、バケット6を上下に移動させながら、バケット6の背面を地面に打ち付けるようにして地面を押し付ける動作であってもよい。また、転圧動作は、バケット6を地面に沿って前方に押し出すことで、バケット6の背面で土砂を前方の所定の位置まで掃出した後に、所定の位置の地面をバケット6の背面で地面を押し付ける動作であってもよい。転圧動作では、例えば、アタッチメントATは、地面を押し付ける際にブーム4の下げ動作を行う。ほうき動作は、例えば、上部旋回体3を動作させ、バケット6を地面に沿わせた状態で左右に旋回させる動作である。また、ほうき動作は、例えば、アタッチメントAT及び上部旋回体3を動作させ、バケット6を地面に沿わせた状態で左右交互に旋回させながら、バケット6を前方の押し出す動作であってもよい。ほうき動作では、例えば、上部旋回体3が左右の旋回動作を交互に繰り返す。また、ほうき動作では、例えば、上部旋回体3の左右交互の旋回動作に加えて、掃出し動作の場合と同様、アタッチメントATがブーム4の下げ動作及びアーム5の開き動作を行ってもよい。
The predetermined operation includes, for example, an excavation operation, a boom-raising and rotating operation, a boom-lowering and rotating operation, a soil dumping operation, a broom operation, etc., which are used during excavation work. The predetermined operation may also include an excavation operation, a soil dumping operation, a sweeping operation, a horizontal pulling operation, a rolling operation, a broom operation, etc., which are used during ground leveling work. The predetermined operation may also include a cutting operation, a rolling operation, etc., which are used during slope work. The sweeping operation is, for example, an operation in which the attachment AT is operated and the
ショベル100の動作ログは、ショベル100の動作状態を表す時系列のデータである。例えば、ショベル100の動作ログは、オペレータの操作内容を表す時系列のデータを含む。オペレータの操作内容を表す時系列のデータは、例えば、油圧パイロット式の操作装置26に対応する操作圧センサ29の時系列の出力データや電気式の操作装置26に対応する操作装置26の時系列の出力データ(操作信号のデータ)である。また、ショベル100の動作ログは、センサS1~S5の時系列の出力データや、センサS1~S5の出力データから取得される、ショベル100の姿勢状態を表す時系列のデータであってもよい。
The operation log of the
例えば、動作ログ提供部301は、ショベル100の運転歴が長く、相対的に経験のあるオペレータ(以下、便宜的に「熟練者」)がショベル100を操作したときの動作ログを取得し、情報処理装置200に提供する。これにより、後述の如く、ショベル100の動作ログに基づく機械学習によって、熟練者の操作によるショベル100の動作を再現可能な学習済みモデルLM2を生成することができる。
For example, the operation
また、後述の如く、学習済みモデルLM2は省略され、学習済みモデルLM1のみが生成されてもよい。この場合、情報処理装置200に提供されるショベル100の動作ログには、熟練者以外のオペレータがショベル100を操作したときの動作ログが含まれていてもよいし、自動運転機能によるショベル100の動作に対応する動作ログが含まれていてもよい。また、学習済みモデルLM1のためのショベル100の動作ログと、学習済みモデルLM2のためのショベル100の動作ログとが別々に取得されてもよい。
Also, as described below, the learned model LM2 may be omitted and only the learned model LM1 may be generated. In this case, the operation log of the
動作ログ提供部301は、動作ログ記録部301Aと、動作ログ記憶部301Bと、動作ログ送信部301Cとを含む。
The operation
動作ログ記録部301Aは、ショベル100の所定の動作時の動作ログを取得し、動作ログ記憶部301Bに記録する。例えば、動作ログ記録部301Aは、ショベル100の所定の動作が実行されるごとに、その動作中の動作ログを動作ログ記憶部301Bに記録する。
The operation
動作ログ記憶部301Bには、ショベル100の動作ログが記憶される。例えば、動作ログ記憶部301Bには、ショベル100が実行した所定の動作ごとに、動作ログと、所定の動作が実行された時刻(日時)のデータとが紐づけられて記憶される。所定の動作が実行された時刻のデータは、ショベル100の所定の動作の開始及び終了の双方の時刻のデータを含む。また、複数の所定の動作が規定されている場合、動作ログ記憶部301Bには、ショベル100が実行した所定の動作ごとに、動作ログと、所定の動作が実行された時刻のデータと、実行された所定の動作の識別情報のデータとが紐づけられて記憶される。以下、ショベル100の動作ログと紐づけられるデータを便宜的に「付随データ」と称する場合がある。例えば、動作ログ記憶部301Bには、ショベル100が実行した所定の動作ごとに、動作ログと付随データとの対応関係を表すレコードデータが蓄積されることにより、ショベル100の所定の動作の実行時の動作ログのデータベースが構築される。
The operation
尚、後述の動作ログ送信部301Cにより情報処理装置200に送信済みの動作ログ記憶部301Bの動作ログは、事後的に消去されてもよい。
In addition, the operation log of the operation
動作ログ送信部301Cは、動作ログ記憶部301Bに記憶される、ショベル100が所定の動作を実行したときの動作ログ、及び動作ログに紐付けられる付随データを、通信装置60を通じて情報処理装置200に送信する。また、動作ログ送信部301Cは、ショベル100が実行した所定の動作ごとのショベル100の動作ログと付随データとの対応関係を表すレコードデータを併せて情報処理装置200に送信してもよい。
The operation
例えば、動作ログ送信部301Cは、情報処理装置200から受信される、ショベル100の動作ログの送信要求に応じて、動作ログ記憶部301Bに記憶される、未送信のショベル100の動作ログ及び付随データを情報処理装置200に送信する。また、動作ログ送信部301Cは、所定のタイミングで、動作ログ記憶部301Bに記憶される、未送信のショベル100の動作ログ及び付随データを自動的に情報処理装置200に送信してもよい。所定のタイミングは、例えば、ショベル100の稼働停止(キースイッチのオフ)時や稼働開始(キースイッチのオン)時等である。
For example, the operation
ログ取得部2001は、ショベル100が所定の動作を実行したときのログを取得する。
The
ショベル100が所定の動作を実行したときのログは、ショベル100が所定の動作を実行したときの動作ログ及び作業対象の状態ログを含む。作業対象の状態ログは、ショベル100の所定の動作の実行前及び実行後の作業対象の状態を表すデータを含む。作業対象の状態には、作業対象の土砂の形状(地形形状)や土砂の特性等が含まれる。ショベル100が所定の動作を実行したときの動作ログは、ショベル100からアップロードされる。ショベル100が所定の動作を実行したときの作業対象の状態ログは、センサ群300からアップロードされる測定データと、ショベル100からアップロードされる付随データ(所定の動作が実行された時刻のデータ)とに基づき取得される。
The log when the
シミュレータ部2002は、ショベル100及び作業対象(土砂)の仮想モデルを用いて、ショベル100の所定の動作に関するコンピュータシミュレーションを行う。
The
例えば、個別要素法(DEM:Distinct Element Method)を用いて、作業対象の地面の土砂を微小粒子の集まりとしてモデル化する。これにより、シミュレータ部2002は、ショベル100の仮想モデルに掘削動作等の所定の動作を実行させて、微小粒子の個々の運動を解析することで集合体として作業対象の土砂の全体の挙動や土砂からの反力等を仮想的に再現することができる。
For example, the distinct element method (DEM) is used to model the soil on the ground as a collection of minute particles. This allows the
シミュレータ部2002は、コンピュータシミュレーションによりショベル100が所定の動作を実行したときのログとして、ショベル100の作業部位の軌道のデータ、及び所定の動作の実行前後の作業対象(土砂)の状態のデータを取得する。前者のデータは、コンピュータシミュレーションによりショベル100が所定の動作を実行したときの動作ログに相当し、後者のデータは、コンピュータシミュレーションによりショベル100が所定の動作を実行したときの作業対象の状態ログに相当する。
The
シミュレータ部2002は、様々な作業対象(土砂)の状態、及び様々なショベル100の作業部位の軌道を用いて、ショベル100の所定の動作に関する多数のパターンのコンピュータシミュレーションを実施する。これにより、シミュレータ部2002は、互いに異なる条件下でコンピュータシミュレーションによりショベル100が所定の動作を実行したときのログをログ記憶部2003に蓄積させることができる。
The
ログ記憶部2003には、ログ取得部2001及びシミュレータ部2002により取得された、ショベル100が所定の動作を実行したときのログが蓄積される形で記憶される。例えば、ログ記憶部2003には、ショベル100が実際に或いはコンピュータシミュレーションにより実行した所定の動作ごとの動作ログと作業対象の状態ログと付随データとが紐づけられる形で記憶される。ログ記憶部2003において、ログ取得部2001により取得されたログと、シミュレータ部2002により取得されたログとは、識別可能な態様で記憶されていてもよいし、識別不可能な態様で混在して記憶されていてもよい。
The
教師データ生成部2004は、ログ記憶部2003に記憶される、ショベル100が所定の動作を実行したときのログに基づき、機械学習用の教師データを生成し、多数の教師データの集合体である教師データセットを出力する。教師データ生成部2004は、バッチ処理によって、自動的に教師データを生成してもよいし、情報処理装置200のユーザからの入力に応じて、教師データを生成してもよい。教師データ生成部2004は、教師データ生成部2004A,2004Bを含む。
The teacher
教師データ生成部2004Aは、学習済みモデルLM1を生成するための教師データセットを生成する。学習済みモデルLM1は、ショベル100の所定の動作の実行前の作業対象の形状のデータ、及びショベル100が所定の動作を実行したときの作業部位の軌道(軌跡)のデータを入力として、ショベル100の所定の動作の実行後の作業対象の形状を推論する。教師データは、入力データとしての、ショベル100の所定の動作の実行前の作業対象の状態、及びショベル100が所定の動作を実行したときの作業部位の軌道と、正解データとしての、所定の動作の実行後の作業対象の状態との組み合わせである。
The teacher
また、学習済みモデルLM1の入力データには、ショベル100の作業対象の土砂の特性を表すデータが含まれてもよい。例えば、土砂の特性を表すデータは、土砂の安息角のデータを含む。これにより、学習済みモデルLM1は、土砂の安息角を考慮して、より適切な土砂形状を推論することができる。この場合、教師データの中の入力データには、土砂の特性を表すデータ(安息角のデータ)が含まれる。
The input data of the trained model LM1 may also include data representing the characteristics of the soil that is the object of work by the
また、学習済みモデルLM1の入力データには、ショベル100の所定の動作の実行時の掘削反力を表すデータが含まれてもよい。これにより、学習済みモデルLM1は、例えば、地中の岩等にバケット6が当接し、結果として、土砂の掘削をすることができなかったような場合であっても、掘削反力を考慮して、適切な土砂形状を推定することができる。
The input data of the trained model LM1 may also include data representing the excavation reaction force when the
尚、学習済みモデルLM1を生成するための教師データセットは、ログ取得部2001により取得されるログ、及びシミュレータ部2002から出力されるログのうちの前者のログのみから生成されてもよい。この場合、シミュレータ部2002は、省略されてもよい。同様に、学習済みモデルLM1を生成するための教師データセットは、ログ取得部2001により取得されるログ、及びシミュレータ部2002から出力されるログのうちの後者のログのみから生成されてもよい。この場合、センサ群300及びショベル100の動作ログ提供部301は、省略されてもよい。また、学習済みモデルLM1を生成するための教師データセットは、ベースの教師データセットと、最終調整用(ファインチューニング用)の教師データセットとを含んでもよい。この場合、ベースの教師データセットは、多数のデータが必要であることから、シミュレータ部2002から出力されるログに基づき生成され、最終調整用の教師データセットは、ログ取得部2001により取得されるログ基づき生成されてもよい。以下、学習済みモデルLM2についても同様であってよい。
The teacher data set for generating the trained model LM1 may be generated from only the log acquired by the
教師データ生成部2004Bは、学習済みモデルLM2を生成するための教師データを生成する。学習済みモデルLM2は、ショベル100の周辺の作業対象の状態のデータを入力として、ショベル100の所定の動作での作業部位の目標軌道を推論する。教師データは、入力データとしての、ショベル100の所定の動作の実行前の作業対象の状態と、正解データとしての、熟練者の操作によりショベル100が所定の動作を実行したときの作業部位の軌道との組み合わせである。つまり、教師データ生成部2004は、ログ取得部2001により取得される、熟練者の操作によりショベル100が所定の動作をしたときのログに基づき、教師データセットを生成する。また、複数の種類の所定の動作が規定されている場合、学習済みモデルLM2は、所定の動作の種類ごとに生成されてよい。この場合、教師データ生成部2004Bは、所定の動作の種類ごとに、教師データセットを生成する。
The teacher
機械学習部2005は、教師データ生成部2004により生成される教師データセットに基づき、ベースの学習モデルに機械学習を行わせ、学習済みモデルLM1,LM2を生成する。学習済みモデル(ベースの学習モデル)は、例えば、DNN(Deep Neural Network)等のニューラルネットワークを含む。
The
機械学習部2005は、機械学習部2005A,2005Bを含む。
The
機械学習部2005Aは、教師データ生成部2004Aから出力される教師データセットに基づき、ベースの学習モデルM1に機械学習を行わせる。これにより、機械学習部2005Aは、ショベル100の所定の動作の実行前の作業対象の状態のデータ、及びショベル100の所定の動作を実行したときの作業部位の軌道のデータ等を入力として、ショベル100の所定の動作の実行後の作業対象の状態を出力(推論)可能な学習済みモデルLM1を生成することができる。また、機械学習部2005Aは、学習済みモデルLM1による推論結果と、実際のセンサ40の測定結果との誤差が小さくなるように、学習済みモデルLM1を補正(追加学習)してもよい。この場合、学習済みモデルLM1による推論結果、及び実際のセンサ40の測定結果のデータは、ショベル100から情報処理装置200にアップロードされる。
The
機械学習部2005Bは、教師データ生成部2004Bから出力される教師データセットに基づき、ベースの学習モデルM2に機械学習を行わせる。これにより、機械学習部2005Bは、ショベル100の周辺の作業対象の状態のデータを入力として、ショベル100の所定の動作での作業部位の目標軌道を出力(推論)可能な学習済みモデルLM2を生成することができる。
The
学習済みモデル記憶部2006には、機械学習部2005により出力される学習済みモデルLM1,LM2が記憶される。また、機械学習部2005Aによって、学習済みモデルLM1の再学習や追加学習がされる場合、学習済みモデル記憶部2006の学習済みモデルLM1は更新される。学習済みモデルLM2が機械学習部2005Bによって再学習や追加学習がされる場合についても同様である。
The trained
配信部2007は、学習済みモデルLM1,LM2のデータをショベル100に配信する。
The
例えば、配信部2007は、機械学習部2005Aにより学習済みモデルLM1が生成或いは更新されると、直近で生成或いは更新された学習済みモデルLM1をショベル100に配信する。また、配信部2007は、ショベル100から受信される、学習済みモデルLM1の配信を要求する信号に応じて、学習済みモデル記憶部2006の最新の学習済みモデルLM1をショベル100に配信してもよい。学習済みモデルLM2についても同様であってよい。
For example, when the
作業支援部302は、自律運転機能により動作するショベル100に対する作業の支援を行うための機能部である。
The
作業支援部302は、学習済みモデル記憶部302Aと、作業対象形状取得部302Bと、目標軌道生成部302Cと、動作制御部302Dとを含む。
The
学習済みモデル記憶部302Aには、情報処理装置200から配信され通信装置60を通じて受信される、学習済みモデルLM1,LM2が記憶される。
The trained model storage unit 302A stores trained models LM1 and LM2 that are distributed from the
作業対象形状取得部302Bは、ショベル100の所定の動作の実行時の作業部位の軌道(軌跡)に基づき、ショベル100の作業対象の土砂の形状を表すデータを取得する。具体的には、作業対象形状取得部302Bは、ショベル100の所定の動作の実行時の作業部位の軌道に基づき、所定の動作の実行前からの土砂の形状の変化を推定する形で、ショベル100の作業対象の土砂の形状を表すデータを取得してよい。また、作業対象形状取得部302Bは、センサ40(特性センサ)による作業対象の土砂の特性の測定データやセンサS7~S9の測定データ(作業部位への作業対象の土砂からの反力)のデータを考慮して、ショベル100の作業対象の土砂の形状を表すデータを取得してもよい。
The work object shape acquisition unit 302B acquires data representing the shape of the soil being the work object of the
この際、作業対象形状取得部302Bは、センサ40による作業対象の土砂の形状の測定データを前提として、ショベル100の所定の動作の実行時の作業部位の軌跡に基づき、センサ40により測定できない箇所の土砂形状を補間してよい。また、作業対象形状取得部302Bは、センサ40を利用せずに、ショベル100の作業対象の土砂の形状の初期状態をベースに、ショベル100の所定の動作の実行ごとの作業部位の軌跡に基づき、土砂の形状の変化を推定しながら、土砂形状を表すデータを取得してもよい。この場合、センサ40は、省略されてもよい。ショベル100の作業対象の土砂の形状の初期状態は、例えば、通信装置60を通じて、ショベル100の外部から配信されたり、入力装置52を通じて、ユーザにより入力されたりすることにより取得される。また、ショベル100の作業対象の土砂の形状の初期状態は、例えば、ショベル100のクローラが設置している地面と同じ高さの平面等のように固定されていてもよい。
At this time, the work object shape acquisition unit 302B may interpolate the shape of the soil at a location that cannot be measured by the
例えば、作業対象形状取得部302Bは、ショベル100の所定の動作の実行前の土砂形状、及びショベル100の所定の動作の実行時の作業部位の軌跡に基づき、学習済みモデルLM1を用いて、ショベル100の所定の動作の実行後の土砂形状を推定する。そして、作業対象形状取得部302Bは、上記の推定結果と、センサ40による、ショベル100の所定の動作の実行後の土砂形状の測定データとを統合することにより、現在の作業対象の状態を表すデータを取得してよい。具体的には、作業対象形状取得部302Bは、ショベル100の周辺の観測対象領域の中でセンサ40が土砂形状を測定できなかった箇所について、上記の推定結果のデータで補間する形でデータ統合が実行される。これにより、センサ40がオクルージョン等により観測対象領域の一部の箇所の作業対象の測定データを取得できない場合でも、コントローラ30は、その箇所の作業対象の形状を含む観測対象領域の作業対象の土砂の形状を表すデータを取得することができる。
For example, the work object shape acquisition unit 302B estimates the shape of the soil after the
ショベル100の所定の動作の実行前の作業対象の形状は、例えば、作業対象形状取得部302Bによる前回の出力に相当する。ショベル100の所定の動作における作業部位の軌道は、例えば、センサS1~S6の出力に基づき取得される。
The shape of the work object before the execution of a predetermined operation of the
尚、作業対象形状取得部302Bは、センサ40の出力に基づき、ショベル100の周辺の観測対象領域内に障害物が存在する場合、その障害物が存在する領域を作業対象の土砂の形状の推定対象から除外してもよい。障害物には、例えば、作業機械や作業車両等の移動体、電柱や柵等の地物が含まれる。また、同じ作業現場で稼働するショベル100が複数存在する場合、複数のショベル100は、互いに、所定の動作の実行時の作業部位の軌道(軌跡)を表すデータを共有してもよい。これにより、作業対象形状取得部302B(学習済みモデルLM1)は、他のショベル100の所定の動作による作業対象の土砂の形状の変化も考慮することができる。そのため、作業対象形状取得部302B(学習済みモデルLM1)は、ショベル100の周辺の作業対象の土砂の形状をより適切に推定することができる。作業対象形状取得部302Bの機能の一部又は全部は、処理能力が相対的に高い外部装置(例えば、情報処理装置200)に移管されてもよい。これにより、コントローラ30は、自身の処理能力が不足する場合であっても、ショベル100の所定の動作の実行時の作業部位の軌跡を考慮して、ショベル100の所定の動作の実行後における作業対象の土砂の形状を表すデータを取得することができる。
In addition, when an obstacle is present in the observation target area around the
目標軌道生成部302Cは、作業対象形状取得部302Bの推定結果(ショベル100の所定の動作の実行後の作業対象の状態)に基づき、ショベル100の所定の動作における目標軌道を生成する。
The target trajectory generating unit 302C generates a target trajectory for a specified operation of the
例えば、目標軌道生成部302Cは、作業対象形状取得部302Bにより取得される作業対象の土砂の形状に基づき、学習済みモデルLM2を用いて、ショベル100の所定の動作における作業部位の目標軌道を生成する。
For example, the target trajectory generation unit 302C uses the learned model LM2 to generate a target trajectory for the work part in a specified operation of the
尚、目標軌道生成部302Cは、学習済みモデルLM2に代えて、既知の任意の手法を適用することにより、ショベル100の周辺の作業対象の状態(予測結果)に合わせたショベル100の作業部位の目標軌道を生成してもよい。この場合、教師データ生成部2004C及び機械学習部2005Bは、省略されてもよい。例えば、目標軌道生成部302Cは、作業対象形状取得部302Bにより取得される作業対象の土砂の形状に基づき、MPC(Model Predictive Control:モデル予測制御)によって、ショベル100の作業部位の目標軌道のデータを生成してもよい。また、目標軌道生成部302Cは、作業対象形状取得部302Bにより取得される作業対象の土砂の形状に基づき、ショベル100の作業部位の予め規定される基準となる軌道を最適化することにより、ショベル100の作業部位の目標軌道のデータを生成してもよい。
The target trajectory generating unit 302C may generate a target trajectory of the working part of the
動作制御部302Dは、目標軌道生成部302Cにより生成される目標軌道に沿ってショベル100の所定部位が移動するように、ショベル100に所定の動作を行わせる。具体的には、動作制御部302Dは、センサS1~S5の出力等から作業部位の位置を把握しながら、油圧制御弁31を制御することで、ショベル100の作業部位が目標軌道に沿って移動するようにショベル100に所定の動作を行わせる。これにより、ショベル100は、作業対象の形状に合わせて、所定の動作を実行しながら、自律的に作業を進めることができる。
The
このように、本例では、コントローラ30は、ショベル100の所定の動作に合わせて、ショベル100の作業対象(地面)の土砂の形状を表すデータを取得する。具体的には、コントローラ30は、ショベル100の所定の動作の実行時の作業部位の軌道(軌跡)に基づき、ショベル100の作業対象(地面)の土砂の形状を表すデータを取得する。これにより、コントローラ30は、例えば、オクルージョン等によって、センサ40が土砂形状を測定できない箇所が生じるような状況であっても、ショベル100の作業部位の移動に伴う土砂形状の変化を考慮して、その箇所の土砂形状を補間することができる。また、センサ40を利用せずとも、ショベル100の作業部位の移動に伴う土砂形状の変化の履歴によって、ショベル100の作業対象の土砂形状を推定することができる。そのため、コントローラ30は、観測対象領域の中で、ショベル100の作業対象の土砂形状をより適切に把握し、その結果、ショベル100の作業部位の目標軌道をより適切に生成することができる。よって、コントローラ30は、ショベル100の自律運転をより適切に実行させることができる。
In this way, in this example, the
尚、作業対象形状取得部302B、目標軌道生成部302C、及び動作制御部302Dの機能の一部又は全部は、情報処理装置200に移管されてもよい。これにより、ショベル100の作業部位の目標軌道の生成に関する処理やショベル100の動作の制御に関する処理について、ショベル100の処理負荷を軽減することができる。
In addition, some or all of the functions of the work object shape acquisition unit 302B, the target trajectory generation unit 302C, and the
<第2例>
図7は、稼働支援システムSYSの機能構成の第2例を示す機能ブロック図である。
<Second Example>
FIG. 7 is a functional block diagram showing a second example of the functional configuration of the operation support system SYS.
以下、上述の第1例と同じ或いは対応する構成には同一の符号を付し、上述の第1例と異なる箇所を中心に説明を行う。 In the following, the same reference numerals will be used for configurations that are the same as or correspond to those in the first example described above, and the explanation will focus on the differences from the first example described above.
ショベル100は、上述の第1例と同様、支援装置150を含む。本例では、支援装置150は、ショベル100を操作し作業を実行する、或いは、ショベル100の作業を監視するユーザに対する支援を行う。
The
図7に示すように、本例では、支援装置150は、コントローラ30と、センサ40と、表示装置50Aと、センサS1~S9とを含む。また、ショベル100の遠隔操作が行われる場合、支援装置150は、通信装置60を含んでもよい。
As shown in FIG. 7, in this example, the
コントローラ30は、機能部として、上述の第1例と同様、動作ログ提供部301と、作業支援部302とを含む。
The
動作ログ提供部301は、上述の第1例と同様、動作ログ記録部301Aと、動作ログ記憶部301Bと、動作ログ送信部301Cとを含む。
The operation
情報処理装置200は、機能部として、上述の第1例と同様、ログ取得部2001と、シミュレータ部2002と、ログ記憶部2003と、教師データ生成部2004と、機械学習部2005と、学習済みモデル記憶部2006と、配信部2007とを含む。
The
本例では、情報処理装置200は、教師データ生成部2004B、機械学習部2005B、及び学習済みモデルLM2が省略される点で上述の第1例と異なる。
In this example, the
作業支援部302は、ショベル100を操作し作業を実行する、或いは、ショベル100の作業を監視するユーザに対する支援を行うための機能部である。
The
作業支援部302は、学習済みモデル記憶部302Aと、作業対象形状取得部302Bと、表示処理部302Eとを含む。つまり、作業支援部302は、目標軌道生成部302C及び動作制御部302Dが省略され、表示処理部302Eが追加される点で上述の第1例と異なる。
The
表示処理部302Eは、ショベル100を操作し作業を実行する、或いは、ショベル100の作業を監視するユーザに対する作業支援に関する画面を表示装置50Aに表示させる。また、表示処理部302Eは、同様の画面に対応するデータを、通信装置60を通じて遠隔操作支援装置400や遠隔監視支援装置に送信し、遠隔操作支援装置400や遠隔監視支援装置に表示させてもよい。
The
例えば、表示処理部302Eは、作業対象形状取得部302Bの出力(ショベル100の所定の動作の実行後の作業対象の土砂の形状のデータ)に基づき、ショベル100の作業対象(地面)の土砂の形状を表す画像を表示装置50Aに表示させる。また、表示処理部302Eは、ショベル100の作業対象の土砂の形状を表す画像のデータを、通信装置60を通じて遠隔操作支援装置400や遠隔監視支援装置に送信し、遠隔操作支援装置400や遠隔監視装置に表示させてもよい。これにより、ユーザは、表示装置50A等に表示される、ショベル100の作業対象の土砂の形状を表す画像を通じて、ショベル100の作業対象の土砂の形状を把握しながら、ショベル100の操作を行ったり、ショベル100の作業を監視したりすることができる。また、表示装置50A等は、ショベル100の所定の動作の実行に合わせて、ショベル100の作業対象の土砂の形状を表す画像を更新することができる。そのため、ユーザは、リアルタイムにショベル100の作業対象の土砂の形状を把握しながらショベル100の操作やショベル100の作業の監視をより適切に行うことができる。
For example, the
このように、本例では、コントローラ30は、観測対象領域の中で、ショベル100の作業対象の土砂形状をより適切に把握し、その結果、その土砂形状を表す画像の表示を通じて、ユーザは、作業対象の土砂形状をより適切に把握することができる。そのため、ユーザは、作業対象の土砂形状を把握しながら、より適切にショベル100を操作したり、より適切にショベル100の作業を監視したりすることができる。
In this way, in this example, the
尚、ショベル100が遠隔操作される場合、学習済みモデル記憶部302A、作業対象形状取得部302B、及び表示処理部302Eの機能の一部又は全部は、遠隔操作支援装置400に設けられてもよい。また、作業対象形状取得部302Bの機能は、情報処理装置200に移管されてもよい。これにより、ショベル100の処理負荷を軽減することができる。
When the
[作業対象形状取得部の処理の具体例]
次に、図8~図10を参照して、作業対象形状取得部302Bの処理の具体例について説明する。
[Specific example of processing by the work object shape acquisition unit]
Next, a specific example of the processing of the work object shape acquisition section 302B will be described with reference to FIGS.
本例では、ショベル100の所定の動作が掘削動作である前提で説明を進める。
In this example, the explanation will be given under the assumption that the specified operation of the
図8は、作業対象形状取得部302Bの処理の一例を概略的に示すフローチャートである。図9は、観測対象領域の一例を示す図である。図10は、影響領域の一例を示す図である。 Figure 8 is a flow chart that shows an example of the processing of the work object shape acquisition unit 302B. Figure 9 is a diagram showing an example of the observation object area. Figure 10 is a diagram showing an example of the influence area.
図8のフローチャートは、例えば、ショベル100の掘削動作の実行後に行われる。以下、本フローチャートでは、作業開始からk回目(k:正の整数)のショベル100の掘削動作の実行後の作業対象の形状(土砂形状)を表すデータを取得する前提で説明を進める。
The flowchart in FIG. 8 is executed, for example, after the excavation operation of the
例えば、図9に示すように、ショベル100の周辺の観測対象領域TAが所定数Nの格子に区切られる。観測対象領域TAは、ショベル100の周囲において、作業対象形状取得部302Bが土砂形状を表すデータを取得する領域である。本例では、土砂形状を表すデータとして、観測対象領域TAの格子i(i=1~N)ごとの土砂の高さhe
k、及びその推定精度に対応する不確かさse
kを取得する。土砂の高さhe
k及び不確かさse
kは、以下の式(1),(2)で表される。
For example, as shown in Fig. 9, an observation target area TA around the
ステップS102にて、作業対象形状取得部302Bは、ショベル100の掘削動作の実行前の土砂形状のデータを入力する。ショベル100の掘削動作の実行前の土砂形状のデータは、(k-1)回目の掘削動作の実行後の土砂形状のデータ(土砂の高さhe
k―1及び不確かさse
k―1)に相当する。
In step S102, the work object shape acquisition unit 302B inputs data on the soil shape before the excavation operation of the
また、1回目の掘削動作(k=1)の場合、作業対象形状取得部302Bは、土砂形状のデータの初期値(土砂の高さhe 0及び不確かさse 0)を入力する。 Furthermore, in the case of the first excavation operation (k=1), the work object shape acquisition unit 302B inputs the initial values of the soil shape data (soil height he 0 and uncertainty s e 0 ).
尚、土砂形状のデータの初期値は、センサ40(形状センサ)の出力に基づき取得されてもよいし、ショベル100の外部から取得されてもよいし、予め規定される仮定値であってもよい。予め規定される仮定値は、例えば、観測対象領域TAの全体(全ての格子i)がショベル100の位置の地面と同じ高さであると仮定したときのゼロ(0)である。
The initial value of the soil shape data may be obtained based on the output of the sensor 40 (shape sensor), may be obtained from outside the
ステップS102の処理が完了すると、作業対象形状取得部302Bは、ステップS104に進む。 When the processing of step S102 is completed, the work object shape acquisition unit 302B proceeds to step S104.
ステップS104にて、作業対象形状取得部302Bは、観測対象領域TAの格子iごとのショベル100の今回の掘削動作のログを入力する。ログは、バケット6の刃先(爪先)の高さbk、バケット6の刃先(爪先)の角度φk、掘削反力fk、土砂特性λk、及び影響情報κkを含む。また、ログは、その他の情報ωkを含んでもよい。
In step S104, the work object shape acquisition unit 302B inputs a log of the current excavation operation of the
バケット6の刃先の高さbkは、観測対象領域TAの格子iごとの、ショベル100の今回の掘削動作でバケット6の刃先が通過した高さを意味し、以下の式(3)で表される。
The height bk of the blade tip of the
バケット6の刃先の高さbkは、バケット6が通過しなかった位置に対応する格子iについては、入力されなくてもよいし、適当な値が入力されてもよい。後述のバケット6の刃先の角度φk、及び掘削反力fkについても同様である。バケット6の刃先の高さbkは、例えば、ショベル100の今回の掘削動作時のバケット6の軌跡のデータに基づき取得される。バケット6の軌跡のデータは、例えば、ショベル100の今回の掘削動作時のセンサS1~S6の出力の時系列データに基づき取得される。
The height bk of the blade edge of the
バケット6の刃先の角度φkは、観測対象領域TAの格子iごとの、ショベル100の今回の掘削動作でバケット6の刃先が通過したときの所定の基準面(例えば、水平面)に対するバケット6の刃先の角度を意味し、以下の式(4)で表される。
The angle φ k of the blade tip of the
バケット6の刃先の角度φkは、例えば、ショベル100の今回の掘削動作時のバケット6の軌跡のデータと、バケット6の姿勢角度の時系列データとに基づき取得される。バケット6の姿勢角度の時系列データは、例えば、ショベル100の今回の掘削動作時のセンサS3の出力の時系列データに基づき取得される。
The angle φk of the blade tip of the
掘削反力fkは、観測対象領域TAの格子iごとの、ショベル100の今回の掘削動作で地面からバケット6に作用した反力を意味し、以下の式(5)で表される。
The excavation reaction force f k means the reaction force acting from the ground to the
掘削反力fkは、例えば、ショベル100の今回の掘削動作時のセンサS7~S9の出力の時系列データに基づき取得される。
The excavation reaction force f k is acquired, for example, based on the time-series data of the outputs of the sensors S7 to S9 during the current excavation operation of the
尚、格子iごとの掘削反力は、ベクトルとして表現されてもよい。この場合、観測対象領域TAの格子iごとの土砂特性λi kは、1次元でなく、3次元となる。 The excavation reaction force for each grid point i may be expressed as a vector. In this case, the soil characteristic λ i k for each grid point i in the observation target area TA is three-dimensional instead of one-dimensional.
土砂特性λkは、観測対象領域TAの格子iごとの土砂の特性を意味し、以下の式(6)で表される。 The sediment characteristic λ k means the sediment characteristic for each grid i in the observation target area TA, and is expressed by the following equation (6).
土砂特性λkは、例えば、観測対象領域TAの格子iごとの安息角である。土砂特性λkは、例えば、予め規定されている。また、土砂特性λkは、センサ40の出力やセンサS7~S9の出力の時系列データに基づき取得されてもよい。
The sediment characteristic λ k is, for example, the angle of repose for each grid i in the observation target area TA. The sediment characteristic λ k is, for example, specified in advance. The sediment characteristic λ k may also be obtained based on time series data of the output of the
尚、格子iごとの土砂特性は、複数の種類あってもよい。この場合、観測対象領域TAの格子iごとの土砂特性λi kは、1次元でなく、多次元となる。 Note that there may be multiple types of sediment characteristics for each grid point i. In this case, the sediment characteristics λ i k for each grid point i in the observation target area TA are multidimensional rather than one-dimensional.
影響情報κkは、観測対象領域TAの格子iごとの、ショベル100の今回の掘削動作による土砂形状への直接の影響の有無を表す。例えば、影響情報κkは、観測対象領域TAの格子iごとの、バケット6の刃先の通過の有無を意味し、以下の式(7)で表される。
The influence information κ k indicates whether or not the soil shape is directly influenced by the current excavation operation of the
例えば、今回の掘削動作時に、観測対象領域TAの格子i(i=1,・・・,N)をバケット6の刃先が通過し、且つ、そのときのバケット6の刃先の高さが土砂の高さhe,i
k―1以下である場合、影響情報κi
kは、"+1"に設定される(κi
k=+1)。一方、今回の掘削動作時に、観測対象領域TAの格子i(i=1,・・・,N)をバケット6の刃先が通過しなかった、或いは、通過したが、そのときの高さが土砂の高さhe,i
k―1より高い場合、影響情報κi
kは、"-1"に設定される(κi
k=-1)。
For example, if the blade tip of the
その他の情報ωkは、例えば、ショベル100の掘削動作の実行後にバケット6に収容されていた土砂の重量wk及び体積vkを含み、以下の式(8)で表される。
The other information ω k includes, for example, the weight w k and volume v k of the soil contained in the
ステップS104の処理が完了すると、作業対象形状取得部302Bは、ステップS106に進む。 When the processing of step S104 is completed, the work object shape acquisition unit 302B proceeds to step S106.
ステップS106にて、作業対象形状取得部302Bは、土砂形状の不確かさse,i k-1の更新を行う。 In step S106, the work object shape acquisition unit 302B updates the uncertainty s e,i k−1 of the soil shape.
例えば、作業対象形状取得部302Bは、ショベル100の今回の掘削動作によって土砂の形状(土砂の高さhe,i
k)に影響がある領域(以下、「影響領域」)Ωを設定する。そして、作業対象形状取得部302Bは、影響領域Ωに含まれる格子iについて、土砂形状の不確かさse,i
kが高まったと判断し、以下の式(9)により更新する。
For example, the work object shape acquisition unit 302B sets an area (hereinafter, "influence area") Ω in which the soil shape (soil height h e,i k ) is affected by the current excavation operation of the
例えば、図10に示すように、影響領域Ωは、掘削領域EAを四方に所定量だけ膨張させた範囲として設定される。掘削領域EAは、観測対象領域TAの中で、ショベル100の今回の掘削動作時に、バケット6の刃先が通過し、且つ、そのときのバケット6の刃先の高さが土砂の高さhe,i
k―1以下であった格子iの集合に相当する領域である。
For example, as shown in Fig. 10, the influence area Ω is set as a range obtained by expanding the excavation area EA by a predetermined amount in all directions. The excavation area EA is an area within the observation area TA that corresponds to a set of lattices i through which the blade tip of the
不確かさse,i kの増加分ciは、例えば、影響領域Ωの中の格子ごとに同じ値である。また、不確かさse,i kの増加分ciは、影響領域Ωの中において、掘削領域EAが最も大きく掘削領域EAから離れるにつれて小さくなるように設定されてもよい。 The increment c i of the uncertainty s e,i k is, for example, the same value for each grid in the affected area Ω. In addition, the increment c i of the uncertainty s e,i k may be set so that it is largest in the excavation area EA in the affected area Ω and becomes smaller as it moves away from the excavation area EA.
ステップS106の処理が完了すると、作業対象形状取得部302Bは、ステップS108に進む。 When the processing of step S106 is completed, the work object shape acquisition unit 302B proceeds to step S108.
ステップS108にて、作業対象形状取得部302Bは、センサ40の出力に基づき、ショベル100の今回の掘削動作の実行前の土砂形状を特定する。これにより、作業対象形状取得部302Bは、観測対象領域TAの中で、センサ40が土砂の高さを測定することができた格子iについて、ショベル100の今回の掘削動作の実行後の土砂の形状を特定することができる。
In step S108, the work object shape acquisition unit 302B identifies the shape of the soil before the
例えば、作業対象形状取得部302Bは、カルマンフィルタを適用し、センサ40の出力に基づき、ショベル100の前回の掘削動作の実行後の土砂の形状を補正することで、ショベル100の今回の掘削動作の実行後の土砂の形状を特定する。
For example, the work object shape acquisition unit 302B applies a Kalman filter and corrects the shape of the soil after the previous excavation operation of the
カルマンフィルタを適用すると、ショベル100の掘削動作の実行後の観測対象領域TAの任意の格子iについて、分散siで土砂の高さziが観測されたときに、土砂の高さhe,i
k及びその不確かさse,i
kは、以下の式(10)~(14)で表される。
When the Kalman filter is applied, when the soil height z i is observed with variance s i for any grid i in the observation area TA after the excavation operation of the
式(10)~(14)を関数Kとしてまとめると以下の式で表される。 Equations (10) to (14) can be summarized as function K, as shown below.
よって、観測対象領域TAの格子iについて、センサ40により分散sl,iで土砂の高さzl,iが測定されたときに、センサ40の出力に基づく土砂の高さhl,i
k及び不確かさsl,i
kは、以下の式(16)で表される。
Therefore, for a grid i in the observation area TA, when the soil height z l,i is measured by the
これにより、作業対象形状取得部302Bは、ショベル100の今回の掘削動作の実行後において、センサ40の出力に基づく土砂の高さhl,i
k及び不確かさsl,i
kを取得(特定)することができる。
As a result, the work object shape acquisition unit 302B can acquire (identify) the soil height h l,i k and uncertainty s l,i k based on the output of the
観測対象領域TAにおける格子iごとの、センサ40の出力に基づく土砂の高さhl
kは、以下の式(17)で表される。
The height h l k of soil for each grid point i in the observation target area TA, based on the output of the
センサ40は、オクルージョン等によって、観測対象領域TAの全ての格子iの高さを測定できない場合がある。そのため、土砂の高さhl,i
k及び不確かさsl,i
kは、センサ40により土砂の高さを測定できた格子iについてのみ、式(16)により取得される。センサ40により土砂の高さを測定できなかった格子iについての土砂の高さhl,i
k及び不確かさsl,i
kは、例えば、前回値(土砂の高さhl,i
k―1及び不確かさsl,i
k―1)に維持される。また、センサ40により土砂の高さを測定できなかった格子iについての土砂の高さhl,i
k及び不確かさsl,i
kは、不明であることを示す値("unknown")に指定されてもよい。以下、観測対象領域TAにおける格子iごとの、センサ40が土砂形状を測定できたか否かを表す測定可否情報ml
kが用いられる。例えば、測定可否情報ml
kは、以下の式(18)~(20)で表される。
The
ステップS108の処理が完了すると、作業対象形状取得部302Bは、ステップS110に進む。 When the processing of step S108 is completed, the work object shape acquisition unit 302B proceeds to step S110.
ステップS110にて、作業対象形状取得部302Bは、学習済みモデルLM1に相当する関数gを用いて、格子iごとの土砂形状(土砂の高さzp k及びその不確かさsp k)を推論する。 In step S110, the work object shape acquisition unit 302B uses a function g corresponding to the learned model LM1 to infer the soil shape (soil height z p k and its uncertainty s p k ) for each grid i.
関数gは、例えば、ディープニューラルネットワーク(DNN)を中心に構成される。また、入力及び出力を画像の形式とし、U-Netを用いることも可能である。この場合、上述の式(8)のその他の情報ωkは、画像の形式を取らないため、画像の形式に展開されてもよいし、中間層に直接入力する形が採用されてもよい。 The function g is, for example, mainly configured with a deep neural network (DNN). It is also possible to use U-Net with the input and output in the form of an image. In this case, the other information ω k in the above formula (8) does not take the form of an image, so it may be expanded into the form of an image, or may be directly input to the intermediate layer.
そして、作業対象形状取得部302Bは、ステップS108の場合と同様、カルマンフィルタを適用し、関数gの推論の結果に基づき、ショベル100の今回の掘削動作の実行後の土砂の形状を推定する。観測対象領域の格子iについて、関数gの推論結果に基づく土砂の高さhp,i
k及び不確かさsp,i
kは、以下の式(22)で表される。
Then, similarly to step S108, the work object shape acquisition unit 302B applies a Kalman filter and estimates the shape of the soil after the current excavation operation of the
ステップS110の処理が完了すると、作業対象形状取得部302Bは、ステップS112に進む。 When processing of step S110 is completed, the work object shape acquisition unit 302B proceeds to step S112.
ステップS112にて、作業対象形状取得部302Bは、ステップS108及びステップS110の双方の処理の出力に基づき、ショベル100の掘削動作の実行後の最終的な土砂の形状を表すデータ(土砂の高さhe
k及び不確かさse
k)を生成する。即ち、作業対象形状取得部302Bは、ステップS108の処理で出力される、センサ40の出力に基づく土砂の形状のデータと、ステップS110の処理で出力される、関数gの推論結果に基づく土砂の形状のデータとを統合する。
In step S112, the work object shape acquisition unit 302B generates data (height h e k and uncertainty s e k ) representing the final shape of the soil after the excavation operation of the
例えば、作業対象形状取得部302Bは、ステップS108の処理でセンサ40の出力に基づき特定された土砂形状のデータ(土砂の高さhl,i
k及び不確かさsl,i
k)を、最終的な土砂形状のデータ(土砂の高さhe,i
k及び不確かさse,i
k)とする。
For example, the work object shape acquisition unit 302B treats the data of the soil shape (soil height h l,i k and uncertainty s l,i k ) identified based on the output of the
但し、上述の如く、センサ40のオクルージョン等によって、ステップS108の処理でセンサ40の出力に基づき土砂の形状が特定されない格子i、つまり、測定可否情報ml
kの値が"-1"の格子iが存在する場合がある。そのため、この格子iについて、作業対象形状取得部302Bは、ステップS110の処理で関数gの推論の結果に基づき特定された土砂形状のデータ(土砂の高さhp,i
k及び不確かさsp,i
k)を、最終的な土砂形状のデータとする。
However, as described above, due to occlusion of the
つまり、作業対象形状取得部302Bは、以下の式(23),(24)によって、最終的な土砂形状のデータを生成する。 In other words, the work object shape acquisition unit 302B generates the final soil shape data using the following equations (23) and (24).
尚、ショベル100の今回の掘削動作の実行後の土砂形状をセンサ40が測定できている格子iについても、ステップS110の処理で関数gによる推論の結果に基づき特定された土砂形状のデータが最終的な土砂形状のデータとして用いられてもよい。
In addition, for the grid i for which the
ステップS110の処理が完了すると、作業対象形状取得部302Bは、ステップS112に進む。 When processing of step S110 is completed, the work object shape acquisition unit 302B proceeds to step S112.
ステップS112にて、作業対象形状取得部302Bは、ステップS110で生成される土砂形状のデータ(土砂の高さhe k及び不確かさse k)を出力する。 In step S112, the work object shape acquisition unit 302B outputs data on the soil shape (soil height h e k and uncertainty s e k ) generated in step S110.
これにより、例えば、目標軌道生成部302Cは、作業対象形状取得部302Bから出力される土砂形状のデータに基づき、ショベル100の作業部位、つまり、バケット6(の刃先)の目標軌道を生成することができる。
As a result, for example, the target trajectory generating unit 302C can generate a target trajectory for the working part of the
また、例えば、表示処理部302Eは、作業対象形状取得部302Bから出力される土砂形状のデータに基づき、ショベル100の周辺の観測対象領域TAの土砂形状を表す画像を生成することができる。そのため、表示処理部302Eは、ショベル100の周辺の観測対象領域TAの土砂形状を表す画像を表示装置50Aに表示させたり、通信装置60を通じて、遠隔操作支援装置400や遠隔監視支援装置に送信し、これらの表示装置に表示させたりすることができる。また、表示処理部302Eは、ショベル100の周辺の観測対象領域TAの土砂の形状を表す画像に不確かさse
kを反映させてもよい。例えば、表示処理部302Eは、ショベル100の周辺の観測対象領域TA内の格子iごとの不確かさse
kを土砂の形状を表す画像の格子iに対応する箇所の色によって表現する。これにより、表示処理部302Eは、ショベル100の周辺の観測対象領域TA内の格子iごとの不確かさの違いが認識可能なように、ショベル100の周辺の観測対象領域TAの土砂の形状を表す画像を表示することができる。
Further, for example, the
尚、作業対象形状取得部302Bは、土砂形状のデータに加えて、本フローチャートの処理の過程で得られる他のデータを出力してもよい。例えば、作業対象形状取得部302Bは、測定可否情報ml
kを出力してもよい。これにより、コントローラ30は、観測対象領域TAの中で、センサ40が土砂形状を測定できた格子iと、センサ40が土砂形状を測定できなかった格子iとを識別することができる。そのため、例えば、表示処理部302Eは、観測対象領域TAの土砂形状を表す画像を表示装置50A等に表示させる際に、センサ40の出力が反映されている格子iとセンサ40の出力が反映されていない格子とを区別して表示させることができる。
In addition, the work object shape acquisition unit 302B may output other data obtained in the process of the present flowchart in addition to the data on the soil shape. For example, the work object shape acquisition unit 302B may output measurement feasibility information m l k . This allows the
ステップS114の処理が完了すると、作業対象形状取得部302Bは、今回のフローチャートの処理を終了する。 When the processing of step S114 is completed, the work object shape acquisition unit 302B ends the processing of this flowchart.
このように、本例では、作業対象形状取得部302Bは、関数gを用いて、ショベル100の掘削動作時のバケット6の軌道(軌跡)や掘削反力や土砂の特性等を考慮して、掘削動作の実行前の土砂形状から掘削動作後の土砂形状を推定することができる。
In this way, in this example, the work object shape acquisition unit 302B can use the function g to estimate the soil shape after the excavation operation from the soil shape before the excavation operation is performed, taking into account the trajectory (track) of the
尚、本例では、所定の動作が排土動作である場合についても、作業対象形状取得部302Bは、上記と同様の処理によって、ショベル100の排土動作後の土砂形状のデータを生成し出力することができる。この場合、例えば、その他の情報ωkは、以下の式(25)で表される。
In this example, even if the specified operation is an earth-discharging operation, the work object shape acquisition unit 302B can generate and output data on the earth-discharging shape of the
式(25)に示すように、その他の情報ωkには、ショベル100の排土動作の実行前のバケット6に収容されていた土砂の重量Wk-1及び体積Vk-1及び排土動作の実行後のバケット6に収容されていた土砂の重量Wk及び体積Vkが含まれる。また、式(25)に示すように、排土先がトラックの荷台である場合、その他の情報ωkには、トラックの荷台の平面視の四辺の位置ρが含まれてもよい。これにより、作業対象形状取得部302Bは、トラックの荷台の形状を考慮した荷台の土砂形状を推定することができる。
As shown in formula (25), the other information ωk includes the weight Wk -1 and volume Vk-1 of the soil contained in the
また、ショベル100の掘削動作及び排土動作の組み合わせにより実行される作業についても、作業対象形状取得部302Bは、上記と同様の処理によって、ショベル100の掘削動作後或いは排土動作後の土砂形状のデータを生成し出力することができる。
In addition, for work performed by a combination of excavation and soil discharge operations of the
[学習済みモデルの生成方法の具体例]
次に、学習済みモデルLM1の生成方法の具体例について説明する。
[Specific example of how to generate a trained model]
Next, a specific example of a method for generating the trained model LM1 will be described.
本例では、上述の図8の処理で利用される学習済みモデルLM1に対応する関数gの生成方法について説明する。 In this example, we explain how to generate a function g corresponding to the trained model LM1 used in the process of Figure 8 above.
教師データセットDの教師データcj(j=1~L)は、例えば、以下の式(26)で表される。 The teacher data cj (j = 1 to L) of the teacher dataset D is expressed, for example, by the following equation (26).
教師データcjは、入力データh^e
j,s^e
j,hl
j,sl
j,ml
j,bj,φj,fj,λj,κj,ωjと、正解データとしてのショベル100の掘削動作後の土砂の高さhr
jとの組み合わせである。入力データh^e
j,s^e
j,hl
j,sl
j,ml
j,bj,φj,fj,λj,κj,ωjは、式(21)の関数gの入力データ(he
k-1,se
k-1,hl
k,sl
k,ml
k,bk,φk,fk,λk,κk,ωk)に対応する。
The teacher data cj is a combination of input data h^ej, s^ej , hlj , slj , mlj , bj, φj , fj , λj , κj , ωj and the height of the soil hrj after the excavation operation of the
以下の式(27)に示すように、関数gは、パラメータWを有し、そのパラメータWが教師データセットDによって最適化される形で機械学習が行われる。 As shown in the following equation (27), the function g has a parameter W, and machine learning is performed by optimizing the parameter W using the training data set D.
例えば、以下の式(28)の損失関数E(W)が最小になるようにパラメータWが最適化されることにより、学習済みモデルLM1に対応する関数gが生成される。 For example, the parameter W is optimized so that the loss function E(W) in the following equation (28) is minimized, and a function g corresponding to the trained model LM1 is generated.
教師データセットDは、上述の如く、ログ取得部2001により取得されるログから生成されてもよいし、シミュレータ部2002により取得されるログから生成されてもよいし、双方のログから生成されてもよい。
As described above, the teacher dataset D may be generated from the log acquired by the
シミュレータ部2002では、例えば、上述の如く、DEM等の粒子シミュレーションが採用され、粒子の位置に対して仮想的に配置されるLIDAR等の形状センサのレイトレースにより、土砂の高さhr
jが取得される。
In the
また、教師データセットDは、上述の如く、シミュレータ部2002により取得されるログから生成される、ベースの教師データセットと、ログ取得部2001により取得されるログから生成される、ファインチューニング用の教師データセットとを含んでもよい。この場合、ファインチューニング用の教師データセットに含まれる教師データの数は、比較的少数であってよい。
The teacher dataset D may also include a base teacher dataset generated from the log acquired by the
入力データhl
j,Sl
j,ml
jの取得に関連して、仮想的にセンサ群300の測定データやシミュレータ部2002の仮想空間上に配置される仮想的な形状センサの測定データの一部をマスクしてもよい。これにより、仮に、センサ群300やシミュレータ部2002の仮想空間上に配置される仮想的な形状センサにオクルージョンが生じていない場合でも、仮想的にオクルージョンを発生させた測定データを取得することができる。また、シミュレータ部2002の仮想空間上に配置される形状センサのレイトレースによって、観測対象領域TAの中でのオクルージョン領域が具体的に演算されてもよい。また、シミュレータ部2002の仮想空間上に配置される形状センサの位置を変化させながらオクルージョン領域を変化させてもよい。これにより、関数gについてのロバストな機械学習を実現することができる。
In relation to the acquisition of the input data h l j , S l j , and m l j , a part of the measurement data of the
また、入力データh^e j,s^e jは、前回の関数gの出力(推論結果)に相当し、時系列で繰り返される複数回の掘削動作を利用して取得されてよい。また、データの点数の増加を抑制する観点から、仮想的に大きなノイズを混ぜながら学習させることによって代用されてもよい。これにより、関数gについてよりロバストが機械学習を実現することができる。 In addition, the input data h^ej, s^ej correspond to the previous output (inference result) of the function g, and may be obtained by using multiple excavation operations repeated in time series. In addition, from the viewpoint of suppressing an increase in the number of data points, they may be substituted by learning while mixing a virtually large noise. This makes it possible to realize more robust machine learning for the function g.
このように、情報処理装置200は、教師データcjを含む教師データセットDを生成し、教師データセットDに基づく機械学習によって、学習済みモデルLM1に相当する関数gを生成することができる。
In this way, the
[作用]
次に、本実施形態に係る作業機械、情報処理装置、及びプログラムの作用について説明する。
[Action]
Next, the operations of the work machine, information processing device, and program according to this embodiment will be described.
本実施形態では、作業機械は、処理装置を備える。作業機械は、例えば、上述のショベル100である。処理装置は、例えば、上述のコントローラ30である。具体的には、処理装置は、作業機械の動作に合わせて、作業対象の形状を推定する。
In this embodiment, the work machine is equipped with a processing device. The work machine is, for example, the above-mentioned
また、本実施形態では、情報処理装置は、作業機械の動作に応じて、作業機械の作業対象の形状を推定してもよい。情報処理装置は、例えば、上述のコントローラ30や情報処理装置200や遠隔操作支援装置400である。
In addition, in this embodiment, the information processing device may estimate the shape of the work target of the work machine according to the operation of the work machine. The information processing device is, for example, the above-mentioned
また、本実施形態では、プログラムは、情報処理装置に、作業機械の動作に応じて、作業機械の作業対象の形状を推定させてもよい。 In addition, in this embodiment, the program may cause the information processing device to estimate the shape of the work target of the work machine based on the operation of the work machine.
これにより、作業機械等は、例えば、作業機械の動作に応じた作業対象の形状の変化を考慮して作業対象の状態を推定することができる。そのため、作業機械等は、作業対象の形状をより適切に把握することができる。 This allows the work machine etc. to estimate the state of the work object by taking into account changes in the shape of the work object according to the operation of the work machine, for example. As a result, the work machine etc. can more appropriately grasp the shape of the work object.
また、本実施形態では、作業機械は、第1の取得装置を備えてもよい。第1の取得装置は、例えば、上述のセンサS7~S9である。具体的には、第1の取得装置は、作業機械の作業部位の軌道に関するデータを取得してもよい。そして、処理装置や情報処理装置は、所定の動作の実行時の作業部位の軌道に関するデータに基づき、作業対象の形状を推定してもよい。 In this embodiment, the work machine may also be equipped with a first acquisition device. The first acquisition device is, for example, the above-mentioned sensors S7 to S9. Specifically, the first acquisition device may acquire data related to the trajectory of the work part of the work machine. The processing device or information processing device may then estimate the shape of the work object based on the data related to the trajectory of the work part when a specified operation is performed.
これにより、作業機械等は、作業部位の軌道から作業部位と作業対象との位置関係から作業対象の形状の変化を考慮し、作業対象の状態を推定することができる。 This allows the work machine, etc. to estimate the state of the work object by taking into account changes in the shape of the work object from the trajectory of the work area and the positional relationship between the work area and the work object.
また、本実施形態では、作業機械は、測定装置を備えてもよい。測定装置は、例えば、上述のセンサ40である。具体的には、測定装置は、作業機械の周辺の作業対象の形状を測定してもよい。そして、処理装置や情報処理装置は、作業対象の形状の測定データと、所定の動作の実行時の作業部位の軌道に関するデータとに基づき、作業対象の形状を推定してもよい。
In this embodiment, the work machine may also be equipped with a measuring device. The measuring device is, for example, the
これにより、作業機械等は、例えば、ある時点の作業対象の形状を起点として、作業部位の軌道から作業対象の形状の変化を考慮して、作業対象の形状を推定することができる。 This allows a work machine or the like to estimate the shape of a work object, for example, starting from the shape of the work object at a certain point in time, and taking into account changes in the shape of the work object from the trajectory of the work area.
また、本実施形態では、処理装置や情報処理装置は、所定の動作の実行前の作業対象の形状の測定データと、所定の動作の実行後の作業対象の形状の測定データと、所定の動作の実行時の作業部位の軌道に関するデータとに基づき、所定の動作の実行後の作業対象の形状を推定してもよい。 In addition, in this embodiment, the processing device or information processing device may estimate the shape of the work object after the specified operation is performed based on measurement data of the shape of the work object before the specified operation is performed, measurement data of the shape of the work object after the specified operation is performed, and data related to the trajectory of the work part when the specified operation is performed.
これにより、作業機械等は、例えば、作業機械の所定の動作の実行後の作業対象の形状について、測定装置の測定データをベースとしつつ、オクルージョン等により測定不可の箇所について、作業部位の軌道から作業対象の形状を推定することができる。 This allows the work machine, etc., to estimate the shape of the work object after the work machine has performed a specified operation, for example, based on the measurement data from the measuring device, and from the trajectory of the work area for areas that cannot be measured due to occlusion, etc.
また、本実施形態では、処理装置や情報処理装置は、作業対象の土砂、又は、作業機械の動作に応じて作業対象に追加される土砂の特性に基づき、作業対象の形状を推定してもよい。 In addition, in this embodiment, the processing device or information processing device may estimate the shape of the work object based on the characteristics of the soil to be worked on, or the soil to be added to the work object in response to the operation of the work machine.
これにより、作業機械等は、土砂の特性を考慮して、より適切に作業対象の形状を推定することができる。 This allows work machines, etc. to take into account the characteristics of the soil and sand and more accurately estimate the shape of the work target.
また、本実施形態では、土砂の特性は、土砂の安息角、土砂の含水率、及び土砂の粒度の少なくとも1つを含んでもよい。 In addition, in this embodiment, the characteristics of the soil may include at least one of the angle of repose of the soil, the moisture content of the soil, and the grain size of the soil.
これにより、作業機械等は、土砂の安息角や土砂の含水率や土砂の粒度を考慮して、より適切に作業対象の形状を推定することができる。 This allows work machines, etc. to more accurately estimate the shape of the work object by taking into account the angle of repose, moisture content, and grain size of the soil.
また、本実施形態では、作業機械は、第2の取得装置を備えてもよい。第2の取得装置は、例えば、上述のセンサS7~S9である。具体的には、第2の取得装置は、作業対象から作業部位への反力に関するデータを取得してもよい。そして、処理装置や情報処理装置は、所定の動作の実行時の作業部位への反力に関するデータに基づき、作業対象の形状を推定してもよい。 In this embodiment, the work machine may also be equipped with a second acquisition device. The second acquisition device is, for example, the sensors S7 to S9 described above. Specifically, the second acquisition device may acquire data related to the reaction force from the work object to the work part. The processing device or information processing device may then estimate the shape of the work object based on the data related to the reaction force to the work part when a specified operation is performed.
これにより、作業機械等は、例えば、作業機械の所定の動作の実行時の作業部位への反力から地中の岩等との接触を認識したり、土砂の硬度等の特性を認識したりすることができる。そのため、作業機械等は、これらの認識結果を考慮して、より適切に作業対象の形状を推定することができる。 This allows the work machine etc. to, for example, recognize contact with underground rocks from the reaction force on the working part when the work machine is performing a specified operation, and to recognize characteristics such as the hardness of the soil. Therefore, the work machine etc. can take these recognition results into account and more appropriately estimate the shape of the work target.
また、本実施形態では、処理装置や情報処理装置は、作業対象の形状の推定結果と、推定結果の出力後に測定装置により取得される、作業対象の形状の測定データとに基づき、作業対象の形状を推定してもよい。 In addition, in this embodiment, the processing device or information processing device may estimate the shape of the work object based on the estimated shape of the work object and measurement data of the shape of the work object obtained by the measuring device after the estimated shape is output.
これにより、処理装置や情報処理装置は、例えば、作業対象の形状の推定結果と、推定結果の出力後の測定装置の測定結果との差異に基づく機械学習の結果を利用して、より適切に作業対象の形状を推定することができる。 This allows the processing device or information processing device to more appropriately estimate the shape of the work object by using the results of machine learning based on the difference between the estimated result of the shape of the work object and the measurement result of the measuring device after the estimated result is output.
また、本実施形態では、作業機械の所定の動作は、複数あってもよい。そして、処理装置や情報処理装置は、複数の所定の動作のうちの作業機械が実行する所定の動作に応じて、作業対象の形状を推定してもよい。 In addition, in this embodiment, there may be multiple predetermined operations of the work machine. The processing device or information processing device may estimate the shape of the work target according to the predetermined operation performed by the work machine among the multiple predetermined operations.
これにより、作業機械等は、作業機械が実行する所定の動作に合わせて、作業対象の状態を推定することができる。 This allows the work machine, etc. to estimate the state of the work target in accordance with the specified operation performed by the work machine.
また、本実施形態では、作業機械の作業部位は、バケットであってもよい。そして、作業機械の所定の動作は、掘削動作又は排土動作であってもよい。 In addition, in this embodiment, the working part of the work machine may be a bucket. And the specified operation of the work machine may be an excavation operation or an earth removal operation.
これにより、作業機械等は、作業機械の掘削動作や排土動作に応じた作業対象の形状の変化を考慮して、より適切に作業対象の土砂の形状を推定することができる。 This allows the work machine, etc. to more appropriately estimate the shape of the soil being worked on, taking into account changes in the shape of the work object in response to the excavation and soil removal operations of the work machine.
また、本実施形態では、作業機械は、作業対象の形状の推定結果に基づき、作業機械の動作を制御する制御装置を備えてもよい。また、情報処理装置は、作業対象の形状の推定結果に基づき、作業機械の動作を制御する制御部を備えてもよい。 In addition, in this embodiment, the work machine may be equipped with a control device that controls the operation of the work machine based on the estimated result of the shape of the work object. Furthermore, the information processing device may be equipped with a control unit that controls the operation of the work machine based on the estimated result of the shape of the work object.
これにより、作業機械等は、作業対象の形状に合わせて、作業機械の動作を制御することができる。 This allows the work machine, etc. to control its operation according to the shape of the work object.
また、本実施形態では、作業機械は、作業対象の形状の推定結果を表示する表示装置を備えてもよい。表示装置は、例えば、上述の出力装置50である。
In addition, in this embodiment, the work machine may be equipped with a display device that displays the estimated results of the shape of the work target. The display device is, for example, the
また、本実施形態では、プログラムは、支援装置に、作業機械の動作に応じて、作業機械の作業対象の形状を推定させ、作業対象の形状の推定結果を表示させてもよい。支援装置は、例えば、遠隔操作支援装置400である。
In addition, in this embodiment, the program may cause the support device to estimate the shape of the work target of the work machine in accordance with the operation of the work machine and display the estimated shape of the work target. The support device is, for example, the remote
これにより、作業機械等は、作業対象の形状の推定結果をオペレータ等に提示することができる。 This allows the work machine, etc. to present the estimated shape of the work object to the operator, etc.
また、本実施形態では、作業機械は、作業対象の形状の推定結果を表示する表示装置を備えてもよい。また、処理装置や情報処理装置は、作業機械の動作に合わせて、作業対象の形状を推定すると共に、作業対象内の位置に応じた作業対象の形状の推定結果の不確かさを出力してもよい。そして、表示装置は、作業対象内の位置に応じた不確かさの違いが識別可能なように、作業対象の形状の推定結果を表示させてもよい。 In addition, in this embodiment, the work machine may be equipped with a display device that displays the estimated shape of the work object. The processing device or information processing device may estimate the shape of the work object in accordance with the operation of the work machine, and output the uncertainty of the estimated shape of the work object according to the position within the work object. The display device may then display the estimated shape of the work object so that the difference in uncertainty according to the position within the work object can be identified.
また、本実施形態では、プログラムは、支援装置に、作業機械の動作に応じて、作業機械の作業対象の形状を推定させると共に、作業対象内の位置に応じた作業対象の形状の推定結果の不確かさを出力させてもよい。そして、プログラムは、支援装置に、作業対象内の位置に応じた不確かさの違いが識別可能なように、作業対象の形状の推定結果を表示させてもよい。 In addition, in this embodiment, the program may cause the support device to estimate the shape of the work object of the work machine in accordance with the operation of the work machine, and output the uncertainty of the estimated result of the shape of the work object depending on the position within the work object. The program may then cause the support device to display the estimated result of the shape of the work object so that the difference in uncertainty depending on the position within the work object can be identified.
これにより、作業機械等は、作業対象の形状の推定結果をユーザに認識させることができると同時に、観測対象範囲内の位置に応じた推定結果の不確かさの違いをユーザに認識させることができる。 This allows the work machine, etc., to make the user aware of the estimated results of the shape of the work object, while at the same time making the user aware of the difference in the uncertainty of the estimated results depending on the position within the observation range.
以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, the present disclosure is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the invention as described in the claims.
1 下部走行体
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
30 コントローラ
31 油圧制御弁
32 シャトル弁
33 油圧制御弁
40 センサ
40B センサ
40F センサ
40L センサ
40R センサ
50 出力装置
50A 表示装置
52 入力装置
60 通信装置
100 ショベル
150 支援装置
200 情報処理装置
300 センサ群
300-1~300-M センサ
301 動作ログ提供部
301A 動作ログ記録部
301B 動作ログ記憶部
301C 動作ログ送信部
302 作業支援部
302A 学習済みモデル記憶部
302B 作業対象形状取得部
302C 目標軌道生成部
302D 動作制御部
302E 表示処理部
400 遠隔操作支援装置
2001 ログ取得部
2002 シミュレータ部
2003 ログ記憶部
2004 教師データ生成部
2004A 教師データ生成部
2004B 教師データ生成部
2005 機械学習部
2005A 機械学習部
2005B 機械学習部
2006 学習済みモデル記憶部
2007 配信部
AT アタッチメント
EA 掘削領域
LM1,LM2 学習済みモデル
S1~S9 センサ
SYS 稼働支援システム
TA 観測対象領域
Ω 影響領域
1 Lower traveling
Claims (16)
作業機械。 A processing device is provided for estimating the shape of a work target in accordance with the operation of the work machine.
Working machinery.
前記処理装置は、所定の動作の実行時の前記作業部位の軌道に関するデータに基づき、作業対象の形状を推定する、
請求項1に記載の作業機械。 A first acquisition device is provided for acquiring data relating to a trajectory of a working portion of a work machine,
The processing device estimates a shape of a work object based on data regarding a trajectory of the work part when a predetermined operation is performed.
2. The work machine of claim 1.
前記処理装置は、前記作業対象の形状の測定データと、前記所定の動作の実行時の前記作業部位の軌道に関するデータとに基づき、前記作業対象の形状を推定する、
請求項2に記載の作業機械。 A measuring device is provided for measuring the shape of a work target around the work machine,
The processing device estimates a shape of the work object based on measurement data of the shape of the work object and data related to a trajectory of the work part when the predetermined operation is performed.
3. A work machine according to claim 2.
請求項3に記載の作業機械。 the processing device estimates the shape of the work object after the execution of the predetermined motion based on measurement data of the shape of the work object before the execution of the predetermined motion, measurement data of the shape of the work object after the execution of the predetermined motion, and data relating to a trajectory of the working part during the execution of the predetermined motion.
4. A work machine according to claim 3.
請求項1乃至4の何れか一項に記載の作業機械。 The processing device estimates a shape of the work object based on characteristics of the soil of the work object or soil added to the work object in response to the operation of the work machine.
A work machine according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載の作業機械。 The characteristics include at least one of an angle of repose of the soil, a moisture content of the soil, and a grain size of the soil.
6. A work machine according to claim 5.
前記処理装置は、前記所定の動作の実行時の前記作業部位への反力に関するデータに基づき、前記作業対象の形状を推定する、
請求項2乃至4の何れか一項に記載の作業機械。 a second acquisition device that acquires data on a reaction force from the work object to the work part;
the processing device estimates a shape of the work object based on data relating to a reaction force on the work part when the predetermined motion is performed;
A work machine according to any one of claims 2 to 4.
請求項3又は4に記載の作業機械。 the processing device estimates a shape of the work object based on an estimation result of the shape of the work object and measurement data of the shape of the work object acquired by the measuring device after output of the estimation result;
A work machine according to claim 3 or 4.
前記処理装置は、複数の前記所定の動作のうちの作業機械が実行する前記所定の動作に応じて、前記作業対象の形状を推定する、
請求項2乃至4の何れか一項に記載の作業機械。 The predetermined operation may be a plurality of operations.
the processing device estimates a shape of the work target in accordance with a predetermined operation executed by a work machine among the plurality of predetermined operations;
A work machine according to any one of claims 2 to 4.
前記所定の動作は、掘削動作又は排土動作である、
請求項2乃至4の何れか一項に記載の作業機械。 the working part is a bucket,
The predetermined operation is an excavation operation or an earth removal operation.
A work machine according to any one of claims 2 to 4.
請求項1乃至4の何れか一項に記載の作業機械。 a control device that controls an operation of a work machine based on the estimation result of the shape of the work object;
A work machine according to any one of claims 1 to 4.
請求項1乃至4の何れか一項に記載の作業機械。 A display device is provided for displaying an estimation result of the shape of the work object.
A work machine according to any one of claims 1 to 4.
前記処理装置は、作業機械の動作に合わせて、前記作業対象の形状を推定すると共に、前記作業対象内の位置に応じた前記作業対象の形状の推定結果の不確かさを出力し、
前記表示装置は、前記作業対象内の位置に応じた前記不確かさの違いが識別可能なように、前記作業対象の形状の推定結果を表示する、
請求項1乃至4の何れか一項に記載の作業機械。 a display device that displays an estimation result of the shape of the work object;
the processing device estimates a shape of the work object in accordance with an operation of a work machine, and outputs an uncertainty of an estimation result of the shape of the work object according to a position within the work object;
the display device displays the estimation result of the shape of the work object so that a difference in the uncertainty according to a position within the work object can be identified.
A work machine according to any one of claims 1 to 4.
情報処理装置。 A shape of a work target of the work machine is estimated according to an operation of the work machine.
Information processing device.
作業機械の動作に応じて、前記作業機械の作業対象の形状を推定させる、
プログラム。 In the information processing device,
A shape of a work target of the work machine is estimated according to an operation of the work machine.
program.
作業機械の動作に応じて、前記作業機械の作業対象の形状を推定させ、
前記作業対象の形状の推定結果を表示させる、
プログラム。 Support equipment:
A shape of a work target of the work machine is estimated according to an operation of the work machine;
Displaying the estimated result of the shape of the work object;
program.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022188448A JP2024076741A (en) | 2022-11-25 | 2022-11-25 | Work machine, information processor, and program |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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2022
- 2022-11-25 JP JP2022188448A patent/JP2024076741A/en active Pending
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