JP7195903B2

JP7195903B2 - ショベル

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Publication number: JP7195903B2
Application number: JP2018227713A
Authority: JP
Inventors: 岳哉泉川
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2022-12-26
Anticipated expiration: 2034-06-18
Also published as: JP2019031909A

Description

本発明は、エンドアタッチメントの先端位置を検知可能なショベルに関する。

油圧ショベルに搭載される２つのＧＰＳ用アンテナの出力と油圧ショベルのアタッチメントを構成する３つの可動部のそれぞれに取り付けられる３つのポジションセンサの出力とに基づいてバケットの刃先の三次元位置を検出する装置が知られている（特許文献１参照。）。

特開２００２－１８１５３８号公報

しかしながら、上述の装置は、３つの可動部のそれぞれに取り付けられる３つのポジションセンサの出力を用いるため、各センサの計測誤差が蓄積されてバケットの刃先の三次元位置の計測誤差を大きくしてしまう。

本発明の一実施形態に係るショベルは、走行動作を行う下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、ショベルの周囲に存在する反射体までの距離情報を取得する装置と、前記上部旋回体に取り付けられ、アタッチメントに含まれるブームと、前記ブームに取り付けられ、前記アタッチメントに含まれるアームと、前記距離情報を取得する装置の出力に基づいてエンドアタッチメントの爪先を含む位置に関する情報を取得する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記距離情報を取得する装置の出力に基づいて取得される反射体形状と予め記憶された前記エンドアタッチメントの複数の輪郭形状とに基づいて行われるパターンマッチング処理によって前記反射体形状の全部又は一部を前記エンドアタッチメントの形状として認識して前記エンドアタッチメントの爪先位置を導き出すように構成され、前記複数の輪郭形状のそれぞれは、前記アタッチメントの姿勢毎に予め記憶されている。

上述の手段により、エンドアタッチメントの現在の位置に関する情報をより高精度に検知可能なショベルが提供される。

本発明の実施例に係るショベルの側面図である。エンドアタッチメント位置検知システムの構成例を示すブロック図である。掘削アタッチメントの作業空間範囲と二次元走査型距離計測装置の走査面との関係を示す図である。計測座標系の構成例を示す概略図である。計測座標系の別の構成例を示す概略図である。図２のエンドアタッチメント位置検知システムを搭載するショベルの構成例を示す概略図である。図２のエンドアタッチメント位置検知システムを搭載するショベルの別の構成例を示す概略図である。

図１は、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルの側面図である。ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して機体としての上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３には、アタッチメントが取り付けられる。具体的には、上部旋回体３にはブーム４が取り付けられ、ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられる。エンドアタッチメントは、ブレーカ、グラップル等であってもよい。作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は掘削アタッチメントを構成し、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によりそれぞれ油圧駆動される。なお、アタッチメントは浚渫アタッチメント等であってもよい。また、上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ且つエンジン等の動力源が搭載される。また、上部旋回体３の前端部分には二次元走査型距離計測装置４０が取り付けられ、上部旋回体３の後端上部には測位装置４１が取り付けられる。また、キャビン１０内にはコントローラ３０及び表示装置５０が設置される。

図２は、図１のショベルに搭載されるエンドアタッチメント位置検知システム１００の構成例を示すブロック図である。エンドアタッチメント位置検知システム１００は、主に、コントローラ３０、二次元走査型距離計測装置４０、測位装置４１、姿勢検出装置４２、記憶装置４３、及び表示装置５０を含む。

コントローラ３０は、エンドアタッチメント位置検知システム１００の全般的な制御を行う制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。

具体的には、コントローラ３０は、各種装置の出力に基づいてエンドアタッチメントの位置を検知し、その検知結果を表示装置５０に表示させる。本実施例では、コントローラ３０は、二次元走査型距離計測装置４０、測位装置４１、姿勢検出装置４２、及び記憶装置４３のそれぞれの出力を受け、エンドアタッチメント検出部３１及び座標変換部３２のそれぞれに対応するソフトウェアプログラムを実行する。そして、その実行結果に応じて表示装置５０に各種情報を表示させる。

二次元走査型距離計測装置４０は、ショベルの周囲に存在する反射体までの距離を計測する装置であり、計測データをコントローラ３０に対して出力する。本実施例では、二次元走査型距離計測装置４０は、半導体レーザを用いた二次元走査型レーザレンジファインダである。具体的には、二次元走査型距離計測装置４０は、半導体レーザ発生器が発生させたレーザ光を回転ミラーで反射させて走査面上で放射状（例えば２７０度の範囲で０．２度毎）にレーザ光を出射する（図１の破線参照。）。そして、所定距離（例えば３０メートル）の範囲内に存在する反射体からの反射光の時間遅れ又は位相遅れを検出してその反射体までの距離（以下、「反射体距離」とする。）を導き出す。また、二次元走査型距離計測装置４０は、反射体距離に加え、そのときの回転ミラーの回転角度をコントローラ３０に対して出力する。レーザ光の出射方向、すなわち反射体の存在方向（以下、「反射体方向」とする。）をコントローラ３０が導出できるようにするためである。

図３は、掘削アタッチメントの作業空間範囲ＷＳと二次元走査型距離計測装置４０の走査面との関係を示す図である。具体的には、図３（Ａ）はショベルの上面図であり、図３（Ｂ）はショベルの側面図である。

図３の太点線で表される空間範囲はショベルの作業空間範囲ＷＳである。作業空間範囲ＷＳは、掘削アタッチメントを動作させることでバケット６が到達可能な空間範囲である。具体的には、作業空間範囲ＷＳは、図３（Ａ）に示すように、バケット６のＸ軸方向における幅と同じ幅を有し、図３（Ｂ）に示すような側面ＷＳＦを＋Ｘ側及び－Ｘ側に有する。

図３（Ａ）の一点鎖線で示す平面ＳＰは、二次元走査型距離計測装置４０の走査面を含む仮想平面である。図３（Ａ）に示すように、平面ＳＰは、作業空間範囲ＷＳをＸ軸方向（幅方向）で２つに分割するように設定される。バケット６の表面に二次元走査型距離計測装置４０のレーザ光が確実に当たるようにするためである。本実施例では、平面ＳＰは、掘削アタッチメントの中心面と一致し、作業空間範囲ＷＳを幅方向に二等分するように設定される。したがって、平面ＳＰは、ショベルが水平面上に位置する場合には鉛直面を構成する。なお、掘削アタッチメントの中心面は掘削アタッチメントを幅方向に二等分する仮想平面である。そのため、二次元走査型距離計測装置４０は、例えば、掘削アタッチメントの真下の空間内における上部旋回体３とブーム４との連結部分（以下、「アタッチメント連結部分」とする。）のところで上部旋回体３のフレームに取り付けられる。なお、平面ＳＰは、望ましくは掘削アタッチメントの中心面に平行となるように設定される。しかしながら、本発明は、平面ＳＰと中心面との間に角度が形成される構成を排除しない。

測位装置４１は、ショベルの位置及び向きを測定する装置である。本実施例では、測位装置４１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機及び電子コンパスを含み、コントローラ３０に対してショベルの位置及び向きに関する情報を出力する。電子コンパスは、例えば３軸磁気センサで構成される。また、測位装置４１は、２つのＧＰＳ受信機で構成されるＧＰＳコンパスであってもよい。

姿勢検出装置４２は、ショベルの姿勢を検出する装置である。本実施例では、姿勢検出装置４２は、機体傾斜センサを含む。具体的には、機体傾斜センサは、水平面に対する機体の傾斜を検出する角度センサである。そして、姿勢検出装置４２は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

記憶装置４３は、各種情報を記憶する装置である。本実施例では、記憶装置４３は、施工完了時の地形に関する情報である目標地形情報を記憶する。エンドアタッチメント位置検知システム１００は、各種記憶媒体、通信ネットワーク等を介して目標地形情報を取得して記憶装置４３に記憶する。また、目標地形情報は、例えば世界測地系を用いて生成される。

表示装置５０は、各種情報を表示する装置であり、例えば、各種画像情報を表示する車載ディスプレイを含む。本実施例では、表示装置５０は、コントローラ３０からの制御指令に応じて各種情報を表示する。

次に、コントローラ３０が有する各種機能要素について説明する。

エンドアタッチメント検出部３１は、エンドアタッチメントの位置に関する情報を取得する機能要素である。本実施例では、エンドアタッチメント検出部３１は、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいてバケット６の現在の位置に関する情報を取得する。具体的には、エンドアタッチメント検出部３１は、二次元走査型距離計測装置４０が出力する反射体距離及び反射体方向に基づいてバケット６の現在の位置に関する情報を取得する。なお、バケット６の現在の位置に関する情報は、二次元走査型距離計測装置４０が計測した各反射点の座標を結ぶことで描画される反射体形状を含む。そして、エンドアタッチメント検出部３１は、その反射体形状の全部又は一部をバケット６の形状として認識する。

具体的には、エンドアタッチメント検出部３１は、バケット６の輪郭形状として予め記憶された所定の形状に対応する形状部分が反射体形状に含まれる場合、その形状部分をバケット６の形状として認識する。なお、エンドアタッチメント検出部３１は、二次元走査型距離計測装置４０の出力を利用して認識対象のバケット６の輪郭形状を事前に記憶してもよい。例えば、エンドアタッチメント検出部３１は、操作者による所定の入力操作が行われた場合に、所定の走査角度範囲を走査する二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状をバケット６の輪郭形状として記憶してもよい。具体的には、操作者は、掘削アタッチメントを所定の姿勢にした状態でタッチパネル等の入力装置（図示せず。）における記憶開始ボタンを押下して二次元走査型距離計測装置４０を作動させる。そして、そのときの二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状をバケット６の輪郭形状として記憶装置４３に記憶させる。この構成により、エンドアタッチメント検出部３１は、エンドアタッチメントが取り替えられた場合であっても、そのエンドアタッチメントの輪郭形状を事前に記憶しておくことでそのエンドアタッチメントの形状をリアルタイムに認識できる。

また、エンドアタッチメント検出部３１は、認識したバケット６の形状からバケット６の爪先位置を導き出す。具体的には、エンドアタッチメント検出部３１は、何れの反射点が爪先位置に対応するかを導き出す。なお、爪先位置は、記憶されたバケット６の輪郭形状毎に一意に決められている。そのため、エンドアタッチメント検出部３１は、反射点として計測されていない位置を爪先位置として導き出してもよい。そして、エンドアタッチメント検出部３１は、後述の座標変換により、バケット６の爪先位置の座標を導き出す。また、エンドアタッチメント検出部３１は、バケット６の形状を構成する各反射点の座標からバケット角度を導き出す。なお、バケット角度は、例えば、バケット６の背面の水平面に対する角度である。

座標変換部３２は、エンドアタッチメントの位置に関する情報を所望の測地基準系における位置情報に変換する機能要素である。本実施例では、座標変換部３２は、測位装置４１が出力する世界測地系におけるショベルの位置及び向きに関する情報と、エンドアタッチメント検出部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置を基準とする現在のエンドアタッチメントの位置に関する情報と、二次元走査型距離計測装置４０及び測位装置４１の所定の相対位置関係に関する情報とを取得する。そして、それら３種類の情報に基づいて、エンドアタッチメントの位置に関する情報を世界測地系における位置情報に変換する。

図４は、座標変換部３２が現在のエンドアタッチメントの位置に関する情報を世界測地系における位置情報に変換する際に用いる計測座標系の構成例を示す。具体的には、図４（Ａ）はショベルの側面図であり、図４（Ｂ）はショベルの上面図である。なお、世界測地系は、地球の重心に原点をおき、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Ｙ軸を東経９０度の方向に、そしてＺ軸を北極の方向にとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。

計測座標系は、測位装置４１の位置Ｐ４１に原点をおき、Ｕ軸をショベルの幅方向、Ｖ軸をショベルの前後方向に、そしてＷ軸をショベルの高さ方向にとる三次元直交ＵＶＷ座標系である。また、Ｗ軸はショベルの旋回軸に平行であり、ＶＷ平面は二次元走査型距離計測装置４０の走査面を含む仮想平面である平面ＳＰを含む。また、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標値は設計で決まる値であるため予め設定される。そのため、座標変換部３２は、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標と、エンドアタッチメント検出部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０を基準とする現在のエンドアタッチメントの位置に関する情報とに基づき、現在のエンドアタッチメントの位置を表す各反射点のＵＶＷ座標系における座標を取得できる。

具体的には、１つの反射点ＤＰのＵＶＷ座標系における座標値は、反射体方向によって決まる角度θと反射体距離Ｄと位置Ｐ４０の座標値とに基づいて決定される。

また、座標変換部３２は、機体傾斜センサの出力に基づいてＸＹＺ座標系に対するＵＶＷ座標系の傾きを導き出す。そして、その傾きを補正する演算、すなわちＵ軸、Ｖ軸、Ｗ軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に一致させる座標変換を行うことで反射点ＤＰのＸＹＺ座標系における座標を取得できる。

次に、図５を参照し、二次元走査型距離計測装置４０の別の取り付け例について説明する。なお、図５は、二次元走査型距離計測装置４０の別の取り付け例を示すショベルの側面図及び上面図であり、図４に対応する。

図５（Ａ）において、二次元走査型距離計測装置４０は、ブーム４の腹面（図の＋Ｖ側の面）の所定位置に取り付けられる。そのため、二次元走査型距離計測装置４０の位置は、ブーム４の姿勢の変化に応じて変化する。また、二次元走査型距離計測装置４０は、バケット６の走査に加え、アタッチメント連結部分を走査できる。二次元走査型距離計測装置４０がブーム４の側面（＋Ｕ側の面又は－Ｕ側の面）に取り付けられていた場合も同様である。

エンドアタッチメント検出部３１は、二次元走査型距離計測装置４０が出力する反射体距離及び反射体方向に基づき、バケット６の輪郭形状及びアタッチメント連結部分の輪郭形状を導き出す。

そして、エンドアタッチメント検出部３１は、アタッチメント連結部分の輪郭形状に基づいてブーム４の姿勢を導き出す。具体的には、アタッチメント連結部分の参照用輪郭形状はブーム４の姿勢毎に予め記憶されている。そして、エンドアタッチメント検出部３１は、予め記憶された複数の参照用輪郭形状のうちの何れかが反射体形状に含まれるかをパターンマッチング処理等で判定する。そして、１つの参照用輪郭形状が反射体形状に含まれると判定した場合にその参照用輪郭形状に対応するブーム４の姿勢を現在のブーム４の姿勢として導き出す。

そして、エンドアタッチメント検出部３１は、導き出したブーム４の姿勢と座標変換とにより二次元走査型距離計測装置４０の取り付け位置の座標を導き出す。その上で、エンドアタッチメント検出部３１は、バケット６の爪先位置の座標を導き出す。また、エンドアタッチメント検出部３１は、バケット６の形状を構成する各反射点の座標からバケット角度を導き出す。

座標変換部３２は、エンドアタッチメント検出部３１が導き出したブーム４の姿勢に基づいて二次元走査型距離計測装置４０と測位装置４１との間の相対位置関係を導き出す。

本実施例では、座標変換部３２は、エンドアタッチメント検出部３１によって導き出される上部旋回体３に対するブーム４の姿勢に基づいてその相対位置関係を導き出す。具体的には、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標値は、図５（Ａ）に示すように、ブームフートピンＰｂの位置のＵＶＷ座標系における座標値と、ブームフートピンＰｂから二次元走査型距離計測装置４０の取り付け位置までの距離Ｌ１と、角度αとに基づいて決定される。なお、ブームフートピンＰｂの位置のＵＶＷ座標系における座標値及び距離Ｌ１は設計で決まる値であるため予め設定される。また、角度αは、例えば、エンドアタッチメント検出部３１によって導き出される値である。

そのため、座標変換部３２は、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標と、エンドアタッチメント検出部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０を基準とする現在のバケット６の位置に関する情報とに基づき、現在のバケット６の位置を表す各反射点のＵＶＷ座標系における座標を取得できる。

具体的には、図５（Ａ）に示すように、１つの反射点ＤＰのＵＶＷ座標系における座標値は、反射体方向によって決まる角度θと反射体距離Ｄと位置Ｐ４０の座標値とに基づいて決定される。

その後、座標変換部３２は、測位装置４１が出力する世界測地系におけるショベルの位置及び向きに関する情報と、エンドアタッチメント検出部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置を基準とする現在のバケット６の位置に関する情報と、二次元走査型距離計測装置４０及び測位装置４１の相対位置関係とに基づいて、二次元走査型距離計測装置４０が取得したバケット６の位置に関する情報を世界測地系における位置情報に変換する。

このようにして、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、世界測地系におけるバケット６の位置に関する情報と目標地形情報と表示装置５０に表示させることができる。

図６は、図２のエンドアタッチメント位置検知システム１００を搭載するショベルの構成例を示す概略図である。具体的には、図６（Ａ）はショベルの側面図を示し、図６（Ｂ）はショベルの上面図を示す。また、図６（Ｃ）は図６（Ａ）の破線円６Ｃで囲まれた部分の拡大図を示し、図６（Ｄ）は図６（Ａ）の破線円６Ｄで囲まれた部分の拡大図を示す。

本実施例では、二次元走査型距離計測装置４０の走査面を含む仮想平面である平面ＳＰは、図６（Ｂ）に示すように、掘削アタッチメントの中心面から－Ｘ方向（幅方向）にずらされたところで作業空間範囲ＷＳを幅方向に２つに分割するように配置される。二次元走査型距離計測装置４０のレーザ光がアーム５の腹面を走査しないようにし、掘削アタッチメントがどのような姿勢にあってもバケット６を走査できるようにするためである。そのため、本実施例では、二次元走査型距離計測装置４０はブーム４の腹面の－Ｘ側の端部近くに取り付けられる。また、平面ＳＰは、掘削アタッチメントの中心面に平行となるように設定される。しかしながら、本発明は、平面ＳＰと中心面との間に角度が形成される構成を排除しない。また、二次元走査型距離計測装置４０は、掘削アタッチメントがどのような姿勢にあってもバケット６を走査できるという条件を満たす限り、ブーム４の腹面以外の位置に取り付けられてもよい。例えば、二次元走査型距離計測装置４０は、ブーム４の側面、アーム５の側面、又は上部旋回体３のフレームに取り付けられてもよい。

上述のような走査面の配置により、二次元走査型距離計測装置４０は、図６（Ｃ）に示すようにバケット６を走査し、且つ、図６（Ｄ）に示すようにアタッチメント連結部分を走査できる。なお、図６（Ｃ）の太点線で示す形状ＢＳは、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状に含まれるバケット６の輪郭形状を表す。また、図６（Ｄ）の太点線で示す形状ＲＳは、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状に含まれるアタッチメント連結部分の輪郭形状を表す。なお、図６（Ｄ）の点線で示すブームシリンダ７は、二次元走査型距離計測装置４０がブームシリンダ７よりも掘削アタッチメントの中心面に近いところでブーム４の腹面を走査することを表す。

エンドアタッチメント検出部３１は、二次元走査型距離計測装置４０が出力する反射体距離及び反射体方向に基づき、図６（Ｃ）に示すようなバケット６の輪郭形状ＢＳ、及び、図６（Ｄ）に示すようなアタッチメント連結部分の輪郭形状ＲＳを導き出す。

そして、エンドアタッチメント検出部３１は、アタッチメント連結部分の輪郭形状ＲＳに基づいてブーム４の姿勢を導き出す。そして、エンドアタッチメント検出部３１は、導き出したブーム４の姿勢と図５を用いて説明した座標変換とにより二次元走査型距離計測装置４０の取り付け位置の座標を導き出す。その上で、エンドアタッチメント検出部３１は、バケット６の爪先位置の座標を導き出す。また、エンドアタッチメント検出部３１は、バケット６の形状を構成する各反射点の座標からバケット角度を導き出す。

なお、二次元走査型距離計測装置４０が上部旋回体３のフレームに取り付けられる場合、エンドアタッチメント検出部３１は、アタッチメント連結部分の輪郭形状を導き出す必要はない。ブーム４の姿勢を導き出す必要がないためである。具体的には、エンドアタッチメント検出部３１は、図４を用いて説明した座標変換により、バケット６の爪先位置の座標及びバケット角度を導き出すことができるためである。

また、エンドアタッチメント検出部３１は、アタッチメント連結部分の輪郭形状に基づいてブーム４の姿勢を導き出す際に、ブーム角度センサの出力を追加的に利用してもよい。例えば、エンドアタッチメント検出部３１は、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づく反射体形状に含まれるアタッチメント連結部分の輪郭形状とブーム角度センサの出力値とに基づいてブーム４の姿勢を導き出してもよい。具体的には、エンドアタッチメント検出部３１は、ブーム角度センサの出力値に基づいてパターンマッチングに用いる参照用輪郭形状を選抜し、その上で、選抜された参照用輪郭形状のうちの何れかが反射体形状に含まれるかを判定してもよい。

次に、図７を参照し、図２のエンドアタッチメント位置検知システム１００を搭載するショベルの別の構成例について説明する。なお、図７（Ａ）はショベルの上面図を示し、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の破線円７Ｂで囲まれた部分の拡大図を示す。また、図７（Ｃ）はバケット６の拡大側面図であり、図６（Ｃ）に対応する。また、図７（Ｄ）はアタッチメント連結部分の拡大側面図であり、図６（Ｄ）に対応する。

図７のショベルは、バケットリンク６ａに計測用突起２０を備える点、上部旋回体３の前端部分に計測用突起２１を備える点、及び二次元走査型距離計測装置４０がブーム４の－Ｘ側の側面に取り付けられる点で図６のショベルと相違する。しかしながら、図７のショベルはその他の点で図６のショベルと共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。

計測用突起２０は、二次元走査型距離計測装置４０が走査可能な位置に設置される被走査部材の一例である。本実施例では、計測用突起２０は、バケット６の動きに連動する部材であるバケットリンク６ａに取り付けられる。

なお、図７（Ｂ）における計測用突起２０上の黒丸は二次元走査型距離計測装置４０の計測点を表す。また、図７（Ｃ）の太点線で示す形状ＤＳは、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状に含まれる計測用突起２０の輪郭形状を表す。

エンドアタッチメント検出部３１は、二次元走査型距離計測装置４０の出力から計測用突起２０の姿勢を導き出すことでバケット６の姿勢を一意に決定できる。なお、計測用突起２０の姿勢は、計測用突起２０の輪郭形状に基づいて導き出される。また、計測用突起２０の輪郭形状は、バケット６の輪郭形状を導き出す場合と同様の方法で導き出される。また、計測用突起２０を走査した二次元走査型距離計測装置４０の出力からエンドアタッチメント検出部３１がバケット６の姿勢を導き出すことができるのであれば、計測用突起２０の形状はどのようなものであってもよい。

また、計測用突起２０はバケット６に取り付けられてもよい。バケット６に取り付けられた計測用突起２０の姿勢を導き出すことで、エンドアタッチメント検出部３１はバケット６の姿勢を一意に決定できるためである。また、二次元走査型距離計測装置４０は、計測用突起２０を走査する代わりにバケットリンク６ａを走査してもよい。この場合も、エンドアタッチメント検出部３１は、二次元走査型距離計測装置４０の出力からバケットリンク６ａの姿勢を導き出すことでバケット６の姿勢を一意に決定できるためである。

このようにして、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、二次元走査型距離計測装置４０がバケット６の表面を走査できない場合であっても、バケット６と連動する部材の姿勢を導き出すことで、バケット６の爪先位置及びバケット角度を導き出すことができる。なお、二次元走査型距離計測装置４０がバケット６の表面を走査できない場合は、例えば、バケット６の全部又は一部が浚渫の際に水没した場合、掘削の際に地中に埋没した場合、土砂がバケット６の上に堆積した場合等を含む。

計測用突起２１は、二次元走査型距離計測装置４０が走査可能な位置に設置される被走査部材の別の一例である。本実施例では、計測用突起２１は、アタッチメント連結部分の輪郭形状の特徴をより際だたせるために上部旋回体３の前端部分に取り付けられる。アタッチメント連結部分の輪郭形状をより高精度に特定してブーム４の姿勢をより高精度に導き出すことができるようにするためである。なお、計測用突起２１は、ブームシリンダ７に取り付けられてもよい。また、二次元走査型距離計測装置４０がブーム４の腹面を走査する場合には、計測用突起２１は、ブーム４の腹面に取り付けられてもよい。

図７（Ｄ）の太点線で示す形状ＲＳは、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状に含まれる、計測用突起２１を含むアタッチメント連結部分の輪郭形状を表す。

エンドアタッチメント検出部３１は、二次元走査型距離計測装置４０の出力から計測用突起２１を含むアタッチメント連結部分の輪郭形状を導き出すことで、ブーム４の姿勢、ひいては二次元走査型距離計測装置４０の位置座標をより高精度に導き出すことができる。なお、計測用突起２１を含むアタッチメント連結部分を走査した二次元走査型距離計測装置４０の出力からエンドアタッチメント検出部３１がブーム４の姿勢をより高精度に導き出すことができるのであれば、計測用突起２１の形状はどのようなものであってもよい。

このようにして、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、ブーム４の姿勢をより高精度に導き出すことで、バケット６の爪先位置及びバケット角度をより高精度に導き出すことができる。

以上の構成により、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、二次元走査型距離計測装置４０によりバケット６の位置に関する情報を直接的に導き出すことができる。そのため、バケット６の爪先位置の座標、バケット角度等のバケット６の位置に関する情報をより高精度に導き出すことができる。

また、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、二次元走査型距離計測装置４０をアーム５又はブーム４に取り付けることで、キャビン１０内の操作者から見えないところにあるバケット６の位置に関する情報を導き出すことができる。例えば、深掘りの際にバケット６が穴の奥深くに入れられた場合、二次元走査型距離計測装置４０は、上部旋回体３の前端部分に取り付けられているときにはバケット６の表面を走査できないが、アーム５又はブーム４に取り付けられているときにはバケット６の表面を走査できる。その結果、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、深掘りの際であっても、バケット６の位置に関する情報を導き出して表示することができる。

また、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、バケットリンク６ａ等のバケット６の動きに連動する部材の表面を走査してその姿勢を導き出すことでバケット６の位置に関する情報を導き出してもよい。この場合、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、二次元走査型距離計測装置４０がバケット６の表面を直接的に走査できない場合であってもバケット６の位置に関する情報を導き出すことができる。また、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、バケット６又はバケットリンク６ａに取り付けられた計測用突起を走査してバケット６の位置に関する情報を導き出してもよい。この場合、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、そのような計測用突起がない場合に比べ、バケット６の位置に関する情報をより高精度に導き出すことができる。

また、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、ブーム４の腹面、ブームシリンダ７、上部旋回体３の前端部分等に取り付けられた計測用突起を含むアタッチメント連結部分を走査してアタッチメント連結部分の輪郭形状を導き出してもよい。この場合、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、そのような計測用突起がない場合に比べ、アタッチメント連結部分の輪郭形状をより高精度に導き出すことができる。なお、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、二次元走査型距離計測装置４０がアーム５に取り付けられる場合には、ブーム４とアーム５の連結部分を走査してアーム５のブーム４に対する姿勢を追加的に導き出してもよい。ブーム４及びアーム５の姿勢に基づいてバケット６の位置に関する情報を導き出すためである。

また、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、土砂等が付着していない状態のエンドアタッチメントの形状を所定のタイミングで事前に計測し、その計測した形状を認識対象の形状として記憶しておいてもよい。この場合、エンドアタッチメント位置検知システム１００は、例えばエンドアタッチメントの種類、サイズ等が変更された場合であっても、変更後の形状を事前に記憶しておくことで、その後の処理においてエンドアタッチメントの位置に関する情報を高精度に導き出すことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、二次元走査型距離計測装置４０は、上部旋回体３のフレーム又は掘削アタッチメントに１つだけ取り付けられる。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、二次元走査型距離計測装置４０は、上部旋回体３のフレーム又は掘削アタッチメントに複数個取り付けられてもよい。

また、二次元走査型距離計測装置４０は、上部旋回体３のフレーム又は掘削アタッチメントにおける複数の所定の取り付け位置の１又は複数に取り外し可能に取り付けられてもよい。この場合、利用者は必要に応じて二次元走査型距離計測装置４０の取り付け位置を変更できる。

また、二次元走査型距離計測装置４０は、上部旋回体３のフレーム又は掘削アタッチメントにおける任意の位置に取り外し可能に取り付けられてもよい。この場合、利用者は、二次元走査型距離計測装置４０の取り付け位置とアーム連結ピン、ブームフートピンＰｂ、又は測位装置４１との間の相対位置関係をコントローラ３０に事前に入力すればよい。

１・・・下部走行体２・・・旋回機構３・・・上部旋回体４・・・ブーム５・・・アーム６・・・バケット６ａ・・・バケットリンク７・・・ブームシリンダ８・・・アームシリンダ９・・・バケットシリンダ１０・・・キャビン２０、２１・・・計測用突起３０・・・コントローラ３１・・・エンドアタッチメント検出部３２・・・座標変換部４０・・・二次元走査型距離計測装置４１・・・測位装置４２・・・姿勢検出装置４３・・・記憶装置５０・・・表示装置１００・・・エンドアタッチメント位置検知システムＰｂ・・・ブームフートピンＷＳ・・・作業空間範囲ＷＳＦ・・・作業空間範囲の側面

Claims

走行動作を行う下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
ショベルの周囲に存在する反射体までの距離情報を取得する装置と、
前記上部旋回体に取り付けられ、アタッチメントに含まれるブームと、
前記ブームに取り付けられ、前記アタッチメントに含まれるアームと、
前記距離情報を取得する装置の出力に基づいてエンドアタッチメントの爪先を含む位置に関する情報を取得する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記距離情報を取得する装置の出力に基づいて取得される反射体形状と予め記憶された前記エンドアタッチメントの複数の輪郭形状とに基づいて行われるパターンマッチング処理によって前記反射体形状の全部又は一部を前記エンドアタッチメントの形状として認識して前記エンドアタッチメントの爪先位置を導き出すように構成され、
前記複数の輪郭形状のそれぞれは、前記アタッチメントの姿勢毎に予め記憶されている、
ショベル。
走行動作を行う下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
ショベルの周囲に存在する反射体までの距離情報を取得する装置と、
前記上部旋回体に取り付けられ、アタッチメントに含まれるブームと、
前記ブームに取り付けられ、前記アタッチメントに含まれるアームと、
前記距離情報を取得する装置の出力に基づいて、前記距離情報を取得する装置からエンドアタッチメントまでの位置に関する情報、及び、前記距離情報を取得する装置から前記上部旋回体までの位置に関する情報を取得する制御装置と、を備え、
前記距離情報を取得する装置は、前記ブーム若しくは前記アームに取り付けられている、
ショベル。
前記制御装置は、前記エンドアタッチメントの現在の位置に関する情報を取得する、
請求項１又は２に記載のショベル。
前記エンドアタッチメントの現在の位置に関する情報には、前記エンドアタッチメントの輪郭形状が含まれる、
請求項３に記載のショベル。
前記制御装置は、ショベルの高さ方向、前後方向及び幅方向で形成される三次元の座標系において、前記エンドアタッチメントの現在の位置に関する情報を取得する、
請求項１又は２に記載のショベル。
更に、前記アタッチメントには３つのポジションセンサを備える、
請求項１又は２に記載のショベル。