JP7103796B2

JP7103796B2 - 作業機械

Info

Publication number: JP7103796B2
Application number: JP2018015935A
Authority: JP
Inventors: 洋平関; 将崇尾崎; 康太今西
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: WO2019150602A1; JP2023171611A; EP3650605A1; US11560692B2; US20200224391A1; JP2019132068A; JP7368536B2; JP2022090113A; CN111065781A; EP3650605A4

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。

特開２００７－２９７８７３号公報

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。

図１は、本実施形態に係る作業機械を示す側面図である。図２は、本実施形態に係る作業機械を示す上面図である。図３は、本実施形態に係る作業機械を示す正面図である。図４は、本実施形態に係る作業機械の一部を拡大した図である。図５は、本実施形態に係る作業機械を示すブロック図である。図６は、本実施形態に係る作業機械の動作を示す模式図である。図７は、本実施形態に係る作業機械による掘削作業を示す模式図である。図８は、本実施形態に係る作業機械による積込作業を示す模式図である。図９は、本実施形態に係る三次元計測装置の計測範囲を示す模式図である。

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、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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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８３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、３０…トランスミッション装置、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

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、
前記車体前部に固定された支持部材に支持され、前記前照灯及び前記三次元計測装置を支持するハウジングと、を備え、
前記前照灯及び前記三次元計測装置の両方が、単一の前記ハウジングに支持されている、
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、
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。
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５のいずれか一項に記載の作業機械。