JP4746384B2 - 作業機の自動制御システム - Google Patents

Description

本発明は、作業装置を走行機体に連結し、この作業装置の位置あるいは姿勢を駆動機構によって変更制御するよう構成した作業機の自動制御システムに関する。

例えば、ロータリ型の耕耘装置を走行機体に連結した農用トラクタにおいては、耕耘装置による耕深を設定された目標耕深に安定させる自動耕深制御や、耕耘装置の左右方向での傾斜姿勢を設定角度に維持する自動ローリング制御、などの各種自動制御が行われるようになっている。自動耕深制御においては、耕耘装置に備えられた後カバーの揺動角度で実耕深を電気的に検知し、この検知結果に基づいて耕耘装置昇降用の駆動機構であるリフトシリンダを作動制御している。また、自動ローリング制御においては、走行機体の左右傾斜角度を傾斜センサや傾斜角速度センサなどの検出手段で検知し、この検知結果に基づいてリフトロッドシリンダを作動制御して耕耘装置の走行機体に対する傾斜角度を変更制御するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−７８５０７号公報

近年、農作業機や土工機に導入される自動制御手段は次第に高度化されており、そのために位置制御や姿勢制御に係わる関節部や可動部の変化を検出するために各種のセンサが多く必要となり、制御システム全体がコスト高になる傾向がある。また、各種のセンサを用いて得られる情報は局所的なものにならざるを得ず、そのために検出精度を高めることが困難になる。

本発明は、このような点に着目してなされたものであって、数多くのセンサ類を要することなく、複雑な制御を高い精度で安定良く行うことができるようにすることを目的としている。

第１の発明は、走行機体に連結した作業装置の位置あるいは姿勢を駆動手段によって変更制御するよう構成した作業機の自動制御システムであって、
前記作業装置、あるいは、走行機体と作業装置を撮像手段によって撮影し、撮影した画像の解析によって前記作業装置の位置情報あるいは姿勢情報を取得し、取得された情報に基づいて前記駆動手段を作動制御するよう構成し、
前記作業装置がバックホウ装置であり、
前記撮像手段により前記バックホウ装置における各関節部および掘削作業用の各シリンダの連結点のそれぞれに設けた画像解析用のマークを撮影し、この撮影した画像の前記マークのそれぞれを指標点にした解析によって掘削作業用の各種の情報を取得し、これらの情報から前記バックホウ装置の掘削深さを計測して、この計測情報に基づいて予め設定された自動掘削制御を実行するよう構成してあることを特徴とする。

上記構成によると、撮影した画像の解析によって取得された情報に基づいて、作業装置の地面に対する高さ、作業装置の地面に対する傾斜姿勢、などを制御することが可能となる。この場合、画像の解析によって位置や姿勢が変化する速度や加速度を割り出すこともでき、きめ細かい制御のための情報として利用することができる。また、地面に対する走行機体の姿勢や沈下具合を検知することで、これらが作業装置の位置や姿勢の変化に及ぼす影響を前もって予測するようなことも容易となる。

上記構成によると、走行機体とバックホウ装置を撮影すると、バックホウ装置におけるブームの起伏角度、ブームに対するアームの屈折角度、アームに対するバケットの屈折角度、および、走行機体に対するバックホウ装置の旋回方向、などを画像解析によって得ることができ、この情報からバケットの先端掘削点の位置、その移動方向、移動速度、などを演算し、これに基づいてバックホウ装置を作動制御して所望深さの掘削作業や、水平掘削、法面の傾斜掘削、などを自動的に行うことが可能となる。

第２の発明は、上記第１の発明において、
前記走行機体に整地装置を備え、前記整地装置の位置あるいは姿勢を整地装置用の駆動手段によって変更制御するよう構成し、
前記整地装置、あるいは、走行機体と整地装置を前記撮像手段によって撮影し、撮影した前記整地装置、あるいは、走行機体と整地装置の画像の解析によって前記整地装置の位置情報あるいは姿勢情報を取得し、取得された整地用の情報に基づいて前記整地装置用の駆動手段を作動制御するよう構成し、
撮影した前記整地装置、あるいは、走行機体と整地装置の画像の解析によって前記整地装置の整地度合いを計測して、この計測情報に基づいて予め設定された自動整地制御を実行するよう構成してあるものである。

上記構成によると、走行機体と排土板やフロントローダなどの整地装置を撮影すると、整地装置の地面に対する高さや角度姿勢、走行機体の位置、などを画像解析によって得ることができ、この情報に基づいて走行機体の走行制御、整地装置の高さや角度姿勢を制御して、水平あるいは所望勾配での整地を自動的に行うことが可能となる。

第３の発明は、上記第１または２の発明において、
前記撮像手段を機外に配置してあるものである。

上記構成によると、走行機体と作業装置とを撮像することができ、走行機体に対する作業装置の位置や姿勢、地面に対する作業装置の位置や姿勢、地面に対する走行機体に位置や姿勢、などの数多くの情報を画像解析によって得ることができ、取得する情報の項目に比べてセンサ類の数を少なくすることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１，図２に、本発明を掘削機Ｂに適用した場合が示されており、この例の走行機体Ｔは、クローラ走行式の走行車体３１に旋回台３２を全旋回可能に搭載して構成されており、その旋回台３２の前部に、作業装置Ｓの一例であるバックホウ装置３３が連結されるとともに、走行車体３１の前部に他の作業装置Ｓとしてドーザブレード（整地装置）３４が昇降自在に連結されている。

バックホウ装置３３は、ブーム３５、アーム３６、および、バケット３７を順次連結して、それぞれをブームシリンダＣ1、アームシリンダＣ2、および、バケットシリンダＣ3で起伏屈伸作動させるよう構成されている。図２に示すように、これらの掘削作業用のシリンダＣ1，Ｃ2，Ｃ3、および、ドーザブレード３４を昇降するドーザシリンダＣ4、旋回台駆動用の旋回モータＭＴ、および、左右の走行モータＭＬ，ＭＲの作動を司る電磁制御バルブＶ1〜Ｖ7が制御装置３８に接続されている。

上記のように構成された掘削機Ｂが稼働される作業地の適所、具体的には掘削機Ｂを横側面から望む位置にＣＣＤカメラを利用した撮像装置４１が設置される。バックホウ装置３３における各関節部、つまり、ブーム３５の基端支点p1、ブーム３５とアーム３６の枢支連結点ｐ2、および、アーム３６とバケット３７の枢支連結点ｐ3にそれぞれマークが設けられるとともに、シリンダ群の連結点ｐ4〜ｐ9にもマークが設けられて、画像解析における指標点に利用される。

撮像装置４１には、撮影した画像の解析を行う解析装置４２、画像解析によって取得された情報を無線で送信する送信装置４３を備えた解析ユニット４４が備えられている。他方、掘削機Ｂの走行機体３１にはこの無線情報を受信する受信装置４５が備えられて前記制御装置３８に接続されており、撮影された画像の解析によってバケット３７における掘削点ｘの位置が演算計測され、得られた情報に基づいて所望深さの掘削作業や、水平掘削、法面の傾斜掘削、などが行われる。

整地作業においては、走行機体３１の絶対傾斜角度、ドーザブレード３４の掘削点ｙの高さ位置、作業地の起伏具合、整地跡の傾斜角度、などの情報が画像解析によって取得されて制御装置３８に送信され、この情報に基づいてドーザブレード３４の高さが走行機体１の前後進に対応して制御され、水平整地や所望勾配の整地などが行われる。

この場合、走行機体３１の前後進制御およびドーザブレード３４の高さ制御を全て画像解析情報に基づいて全自動で行う他に、走行機体３１の前後進の切換えを搭乗作業者が行い、前後進に伴うドーザブレード３４の高さ制御を画像解析情報に基づいて行うこともできる。

〔他の実施例〕

（１）本発明は、作業装置Ｓだけを機外から撮影して画像解析を行う形態で実施することもできる。

（２）走行機体Ｔに備えた撮像装置で作業装置Ｓを撮影し、その画像解析によって、走行機体Ｔに対する作業装置Ｓの位置情報や姿勢情報を取得する形態で実施することも可能である。

掘削機の側面図 制御用のブロック図

３３ バックホウ装置
３４ 整地装置（ドーザブレード）
Ｓ 作業装置
Ｔ 走行機体
ｐ１〜ｐ３ バックホウ装置における各関節部
Ｃ１〜Ｃ３ 掘削作業用の各シリンダ
ｐ４〜ｐ９ 各シリンダの連結点

Claims (3)

1. 走行機体に連結した作業装置の位置あるいは姿勢を駆動手段によって変更制御するよう構成した作業機の自動制御システムであって、
   前記作業装置、あるいは、走行機体と作業装置を撮像手段によって撮影し、撮影した画像の解析によって前記作業装置の位置情報あるいは姿勢情報を取得し、取得された情報に基づいて前記駆動手段を作動制御するよう構成し、
   前記作業装置がバックホウ装置であり、
   前記撮像手段により前記バックホウ装置における各関節部および掘削作業用の各シリンダの連結点のそれぞれに設けた画像解析用のマークを撮影し、この撮影した画像の前記マークのそれぞれを指標点にした解析によって掘削作業用の各種の情報を取得し、これらの情報から前記バックホウ装置の掘削深さを計測して、この計測情報に基づいて予め設定された自動掘削制御を実行するよう構成してあることを特徴とする作業機の自動制御システム。
2. 前記走行機体に整地装置を備え、前記整地装置の位置あるいは姿勢を整地装置用の駆動手段によって変更制御するよう構成し、
   前記整地装置、あるいは、走行機体と整地装置を前記撮像手段によって撮影し、撮影した前記整地装置、あるいは、走行機体と整地装置の画像の解析によって前記整地装置の位置情報あるいは姿勢情報を取得し、取得された整地用の情報に基づいて前記整地装置用の駆動手段を作動制御するよう構成し、
   撮影した前記整地装置、あるいは、走行機体と整地装置の画像の解析によって前記整地装置の整地度合いを計測して、この計測情報に基づいて予め設定された自動整地制御を実行するよう構成してある請求項１記載の作業機の自動制御システム。
3. 前記撮像手段を機外に配置してある請求項１または２に記載の作業機の自動制御システム。

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