JP7386592B2 - Construction machinery operation assistance system - Google Patents
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Description
本発明は、操作者による建設機械の操作を補助する操作補助システムに関する。 The present invention relates to an operation assistance system that assists an operator in operating a construction machine.
従来、操作者による建設機械の操作補助や無人での建設機械の遠隔操作補助などを目的として、作業対象となる地盤等の形状を3次元レーザスキャナによって計測し、表示等を行う技術が開発されている。
例えば、下記特許文献1には、建設機械に搭載され、作業対象範囲の画像を取得する撮像部と、建設機械に搭載され、光線を対象物に投射して、点群データの集合である3次元距離データを取得する3次元スキャナーと、建設機械を無線により遠隔操作する操作入力部と、操作入力部の近傍に設置され、撮像部で取得された画像を表示する撮像画像表示部と、操作入力部の近傍に設置され、3次元スキャナーで取得された3次元距離データを表示するスキャナー画像表示部と、からなる遠隔操作装置が開示されている。
Conventionally, technology has been developed that uses a three-dimensional laser scanner to measure and display the shape of the ground, etc. that is the target of work, for the purpose of assisting operators in operating construction machinery and assisting unmanned remote control of construction machinery. ing.
For example, Patent Document 1 listed below discloses an imaging unit that is mounted on a construction machine and acquires an image of a work target area, and an imaging unit that is mounted on a construction machine and projects a light beam onto a target object to obtain a set of point cloud data. A three-dimensional scanner that acquires dimensional distance data, an operation input unit that remotely controls construction machinery by wireless, a captured image display unit installed near the operation input unit that displays images acquired by the imaging unit, and an operation input unit that displays images acquired by the imaging unit. A remote control device is disclosed that includes a scanner image display section that is installed near an input section and displays three-dimensional distance data acquired by a three-dimensional scanner.
しかしながら、3次元レーザスキャナは高価であることに加えて、振動や砂ぼこり、風雨などの影響が大きい土木現場での使用に耐え得るような耐久性を備えていない物がほとんどであるという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、低コストで作業対象物の3次元形状を把握することができる建設機械の操作補助システムを提供することにある。
However, in addition to being expensive, 3D laser scanners have the problem that most of them do not have the durability to withstand use at civil engineering sites where vibrations, dust, wind and rain are a major factor. .
The present invention has been made in view of these circumstances, and its purpose is to provide an operation assistance system for construction machinery that can grasp the three-dimensional shape of a work object at low cost.
上述の目的を達成するため、本発明は、計測対象物の変形作業を行う作業部材を備えた建設機械を第1の方向に旋回させる旋回部と、前記建設機械に取り付けられ、前記第1の方向と直交する第2の方向にレーザ光を走査し、前記計測対象物の前記第2の方向に沿った部分までの距離を計測する2次元レーザスキャナと、前記旋回部により前記建設機械を旋回させ、前記2次元レーザスキャナの検出値を連続的に得ることにより、前記計測対象物の表面形状の3次元データを算出する表面形状算出部と、前記表面形状算出部で算出された前記表面形状の3次元データと、前記作業部材の現在位置とを、前記建設機械の操作者が視認可能な位置に設けられたモニタに表示する表示制御部と、を備え、前記建設機械は、前記計測対象物を所定の目標形状へと変形させるために操作され、前記目標形状の3次元データを取得する目標形状取得部を更に備え、前記表示制御部は、前記目標形状の3次元データと、前記計測対象物の変形前における前記表面形状の3次元データと、前記計測対象物の変形後の前記表面形状の3次元データとに基づいて、前記目標形状の3次元画像と、前記変形前の前記表面形状の3次元画像と、前記変形後の前記表面形状の3次元画像とを前記モニタに重畳させずに並べて表示する、ことを特徴とする。
本発明は、前記目標形状の3次元データと前記変形後の前記表面形状の3次元データとの差分量を算出する差分算出部を更に備え、前記表示制御部は、前記差分量をヒートマップとして表示する、ことを特徴とする。
本発明は、前記目標形状の3次元データには、各点の基準座標における座標データが含まれており、前記建設機械の前記基準座標における位置情報を算出する機械位置情報算出部を更に備え、前記表面形状算出部は、前記建設機械の前記位置情報に基づいて、前記表面形状の3次元データの各点について前記基準座標における座標データを算出し、前記表示制御部による前記目標形状の3次元画像と、前記変形前の前記表面形状の3次元画像と、前記変形後の前記表面形状の3次元画像との前記モニタへの表示は、前記表面形状の3次元データの座標データと、前記目標形状の3次元データの座標データとを用いてなされる、ことを特徴とする。
本発明は、前記機械位置情報算出部は、前記建設機械に取り付けられた2つの衛星測位システム受信器で受信した信号に基づいて前記建設機械の前記基準座標における位置情報を算出する、ことを特徴とする。
本発明は、前記機械位置情報算出部は、前記建設機械に取り付けられた単一の衛星測位システム受信器で受信した信号と、前記建設機械を中心とした方位情報とに基づいて前記建設機械の前記基準座標における位置情報を算出する、ことを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention includes: a rotating section for rotating a construction machine including a work member for deforming a measurement target in a first direction; a two-dimensional laser scanner that scans a laser beam in a second direction perpendicular to the direction and measures a distance to a portion of the object to be measured along the second direction; and a rotating section that rotates the construction machine. a surface shape calculation unit that calculates three-dimensional data of the surface shape of the object to be measured by continuously obtaining detection values of the two-dimensional laser scanner; and a surface shape calculation unit that calculates three-dimensional data of the surface shape of the measurement target object; and a display control unit that displays the three-dimensional data of and the current position of the work member on a monitor provided at a position visible to an operator of the construction machine , the construction machine The display controller further includes a target shape acquisition unit that is operated to transform the object into a predetermined target shape and acquires three-dimensional data of the target shape, and the display control unit is configured to acquire the three-dimensional data of the target shape and the three-dimensional data of the target shape. Based on three-dimensional data of the surface shape of the measurement target before deformation and three-dimensional data of the surface shape of the measurement target after deformation, a three-dimensional image of the target shape and the three-dimensional data of the surface shape of the measurement target before deformation are generated. A three-dimensional image of the surface shape and a three-dimensional image of the surface shape after the deformation are displayed side by side on the monitor without being superimposed.
The present invention further includes a difference calculation unit that calculates a difference amount between the three-dimensional data of the target shape and the three-dimensional data of the surface shape after the deformation , and the display control unit calculates the difference amount as a heat map. It is characterized by displaying.
The present invention further comprises: the three-dimensional data of the target shape includes coordinate data of each point in reference coordinates, and further comprises a machine position information calculation unit that calculates position information of the construction machine in the reference coordinates; The surface shape calculation section calculates coordinate data in the reference coordinates for each point of the three-dimensional data of the surface shape based on the position information of the construction machine, and calculates coordinate data in the reference coordinates for each point of the three-dimensional data of the surface shape, and Displaying an image, a three-dimensional image of the surface shape before the deformation, and a three-dimensional image of the surface shape after the deformation on the monitor is performed using the coordinate data of the three-dimensional data of the surface shape and the target. It is characterized in that it is performed using coordinate data of three-dimensional data of the shape.
The present invention is characterized in that the machine position information calculation unit calculates the position information of the construction machine at the reference coordinates based on signals received by two satellite positioning system receivers attached to the construction machine. shall be.
In the present invention, the machine position information calculation unit calculates the position of the construction machine based on a signal received by a single satellite positioning system receiver attached to the construction machine and azimuth information centered on the construction machine. The method is characterized in that position information at the reference coordinates is calculated.
本発明によれば、2次元レーザスキャナを搭載した建設機械を旋回させることにより計測対象物の表面形状の3次元データを得るので、3次元レーザスキャナを用いる場合と比較して低コストで計測対象物の3次元形状を把握することができる。また、2次元レーザスキャナは3次元レーザスキャナと比較して耐久性が高いため、振動などの影響が大きい土木現場での使用に耐えうる建設機械の操作補助システムを構築することができる。
また、本発明によれば、計測対象物の表面形状の3次元データと、作業部材の現在位置とをモニタに表示するので、作業者は直接計測対象物を目視することなくモニタのみを用いて作業を行うことが可能となり、作業効率を向上させる上で有利となる。
また、本発明によれば、変形作業が必要な箇所および作業量を作業者が直感的に把握することができ、作業効率を向上させる上で有利となる。
また、本発明によれば、目標形状の3次元データと現在の計測対象物の3次元データとの差分量をヒートマップで色分けして表示するので、目標形状までの作業量を作業者がより直感的に把握することができ、作業効率を向上させる上で有利となる。
また、本発明によれば、計測対象物の表面形状の3次元データの座標データと、目標形状の3次元データの座標データとを用いて3次元データを重畳するので、より精度よく3次元データの位置合わせをすることができる。
また、本発明によれば、2つの衛星測位システム受信器で受信した信号に基づいて建設機械の位置情報を算出するので、旋回により位置の変化に追従して精度よく建設機械の位置を算出する上で有利となる。
また、本発明によれば、衛星測位システム受信器で受信した信号および方位情報に基づいて建設機械の位置情報を算出するので、旋回により位置の変化に追従して精度よく建設機械の位置を算出する上で有利となる。
According to the present invention, three-dimensional data of the surface shape of the object to be measured is obtained by rotating a construction machine equipped with a two-dimensional laser scanner, so the object to be measured can be measured at a lower cost than when using a three-dimensional laser scanner. Be able to grasp the three-dimensional shape of objects. Furthermore, since two-dimensional laser scanners have higher durability than three-dimensional laser scanners, it is possible to construct an operation assistance system for construction machinery that can withstand use at civil engineering sites where vibrations and other effects are significant.
Further, according to the present invention, the three-dimensional data of the surface shape of the object to be measured and the current position of the work member are displayed on the monitor, so the operator can use only the monitor without directly viewing the object to be measured. This makes it possible to perform the work, which is advantageous in improving work efficiency.
Further, according to the present invention , the worker can intuitively grasp the location and amount of work that requires deformation work, which is advantageous in improving work efficiency.
Furthermore, according to the present invention, the amount of difference between the three-dimensional data of the target shape and the three-dimensional data of the current measurement target is displayed in a color-coded heat map, so that the worker can easily understand the amount of work required to reach the target shape. It can be grasped intuitively, which is advantageous in improving work efficiency.
Further, according to the present invention, since the three-dimensional data is superimposed using the coordinate data of the three-dimensional data of the surface shape of the measurement object and the coordinate data of the three-dimensional data of the target shape, the three-dimensional data is more accurately can be aligned.
Further, according to the present invention, the position information of the construction machine is calculated based on the signals received by the two satellite positioning system receivers, so the position of the construction machine can be accurately calculated by following the change in position due to turning. It will be advantageous above.
Further, according to the present invention, the position information of the construction machine is calculated based on the signal and azimuth information received by the satellite positioning system receiver, so the position of the construction machine can be accurately calculated by following the change in position due to turning. It is advantageous to do so.
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる建設機械の操作補助システム(以下「操作補助システム」という)の好適な実施の形態を詳細に説明する。
まず、本発明にかかる操作補助システムが搭載される建設機械について説明する。本実施の形態では、建設機械が操作者により操作されるバックホウである場合について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a construction machine operation assistance system (hereinafter referred to as "operation assistance system") according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
First, a construction machine equipped with an operation assistance system according to the present invention will be explained. In this embodiment, a case where the construction machine is a backhoe operated by an operator will be described.
まず、バックホウの構成について説明する。
図1、図2に示すように、バックホウ10は、下部走行体12と、上部旋回体14と、ブーム16と、アーム18と、バケット20を含んで構成される。
First, the configuration of the backhoe will be explained.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
下部走行体12は、クローラ1202の回転により地盤G上を走行する。
上部旋回体14は、下部走行体12の上部に旋回軸を中心に水平旋回可能に設けられている。すなわち、上部旋回体14は、旋回機構(旋回部)13(図2参照)により、下部走行体12および地盤Gに対して水平方向Hに旋回可能である。
上部旋回体14には操作室1402が設けられ、操作室1402には、下部走行体12の走行、上部旋回体14の旋回、ブーム16の揺動、アーム18の揺動、バケット20の揺動などを操作するためのいずれも不図示の操作レバーや操作ペダルなどの複数の操作装置が設置されている。
また、操作室1402にはモニタ28(図5参照)が設置されており、操作者によるバックホウ10の操作を補助するための情報が表示される。
また、操作室1402の天面には、後述する2次元レーザスキャナ302およびGNSS受信器304が載置されている。なお、2次元レーザスキャナ302およびGNSS受信器304の配置位置は操作室1402の天面に限らず、各機器における測定や受信に支障がない位置であればよい。
The lower
The upper revolving
The upper revolving
Further, a monitor 28 (see FIG. 5) is installed in the
Further, on the top surface of the
ブーム16は、その基端が水平方向に延在する支軸を介して上部旋回体14に揺動可能に支持されている。
アーム18は、その基端が水平方向に延在する支軸を介してブーム16の先端に揺動可能に支持されている。
バケット20は、その基端が水平方向に延在する支軸を介してアーム18の先端に揺動可能に支持されている。バケット20は、本実施の形態における計測対象物である土壌の掘削、すなわち変形作業を行う作業部材に対応する。
上部旋回体14とブーム16との間には、ブーム16を揺動させるブームシリンダ1602が設けられている。
ブーム16とアーム18との間には、アーム18を揺動させるアームシリンダ1802が設けられている。
アーム18とバケット20との間には、バケット20を揺動させるバケットシリンダ2002が設けられている。
これらブームシリンダ1602、アームシリンダ1802、バケットシリンダ2002は油圧シリンダである。
したがって、ブームシリンダ1602が伸縮することにより上部旋回体14に対してブーム16が揺動される。
また、アームシリンダ1802が伸縮することによりブーム16に対してアーム18が揺動される。
また、バケットシリンダ2002が伸縮することによりアーム18に対してバケット20が揺動される。
The base end of the
The
The
A
An
A
These
Therefore, as the
Furthermore, the
Furthermore, the
本実施の形態では、操作室1402に乗った操作者がバックホウ10の各部を操作して、バックホウ10の前方(バケット20)が位置する側に位置する作業対象土壌の掘削作業(変形作業)を行う。後述する操作補助システム30では、作業対象土壌を計測対象物Tとしてその表面形状を算出する。
In this embodiment, an operator in the
つぎに、バックホウ10の操作を補助する操作補助システム30について説明する。
図5は、操作補助システム30の構成を示すブロック図である。
操作補助システム30は、主に建設機械であるバックホウ10に取り付けられるセンサ類およびコンピュータ40によって構成される。
バックホウ10には、2次元レーザスキャナ302、GNSS(Global Navigation Satellite System)受信器304、傾斜センサ306が取り付けられている。
Next, the
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the
The
A two-
2次元レーザスキャナ302は、所定の方向にレーザ光Lを照射し、反射光を受光することによってレーザ照射位置までの距離を計測する。本実施の形態では、2次元レーザスキャナ302は、図3に示すように、地盤Gに対して垂直方向Vにレーザ光Lを走査して、この方向に沿った作業対象土壌(計測対象物T)の各点までの距離を計測する。すなわち、バックホウ10を静止させた状態では、計測対象物Tのうち垂直方向Vに沿った1ラインの距離を計測可能である。
ここで、バックホウ10の上部旋回体14は、地盤Gに対して水平方向Hに回転可能に設けられている。よって、図4に示すように、上部旋回体14を水平方向Hに旋回させながら2次元レーザスキャナ302を垂直方向Vに走査させることによって、計測対象物T全体の各点までの距離を計測することができる。
すなわち、2次元レーザスキャナ302は、建設機械であるバックホウ10に取り付けられ、バックホウ10の旋回方向である水平方向H(第1の方向)と直交する垂直方向V(第2の方向)にレーザ光Lを走査し、計測対象物Tの垂直方向Vに沿った部分までの距離を検出する。
The two-
Here, the upper revolving
That is, the two-
GNSS受信器(衛星測位システム受信器)304は、バックホウ10の天面に設置され、GNSS衛星からの信号を受信する。後述する機械位置情報算出部402は、GNSS受信器304で受信した信号に基づいてバックホウ10のGNSS受信器304の位置座標を算出する。
本実施の形態では、図2に示すようにバックホウ10の天面にGNSS受信器304が2つ設置されている。これは、バックホウ10の旋回による位置変化を精度よく検出するためである。GNSS受信器304を2つ設置し、2か所の位置座標を算出することによって、バックホウ10の旋回状態(ヨー角)を精度よく検出することができる。
なお、GNSS受信器304を2つ設置するのではなく、後述するように1つのGNSS受信器304と1つの方位計を設置したり、方位計を内蔵したGNSS受信器304を設置してもよい。
A GNSS receiver (satellite positioning system receiver) 304 is installed on the top of the
In this embodiment, two
Note that instead of installing two
傾斜センサ306は、バックホウ10の傾きを検出する。
本実施の形態では、バックホウ10のロール角およびピッチ角を検出する傾斜センサ306が取り付けられているものとする。
The
In this embodiment, it is assumed that a
コンピュータ40は、CPU、制御プログラムなどを格納・記憶するROM、制御プログラムの作動領域としてのRAM、各種データを書き換え可能に保持するEEPROM、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
コンピュータ40は、上記CPUが上記制御プログラムを実行することにより、機械位置情報算出部402、表面形状算出部404、目標形状取得部406、差分算出部408、表示制御部410として機能する。
The
The
なお、以下の説明において、基準座標とはバックホウ10が位置する空間に任意に設定された座標である。これに対して、絶対座標とはGNSS受信器304で受信した信号に基づいて位置情報を算出する際に使用する座標であり、例えば緯度、経度、高さで表される。基準座標と絶対座標とのずれ量は既知であり、一方の座標における位置情報は他方の座標における位置情報に相互に変換可能である。
また、バックホウ10の位置情報は、例えば2次元レーザスキャナ302のレーザ受光部(基準位置)Oの位置情報とする。
In addition, in the following description, the reference coordinates are coordinates arbitrarily set in the space where the
Further, the positional information of the
機械位置情報算出部402は、バックホウ10(建設機械)の基準座標における位置情報を算出する。
本実施の形態では、機械位置情報算出部402は、バックホウ10に取り付けられた2つのGNSS受信器304で受信した信号に基づいて、バックホウ10の基準座標における位置情報を算出する。まず、2つのGNSS受信器304で受信した信号に基づいて、それぞれのGNSS受信器304の絶対座標における位置情報を算出し、さらに基準座標上の位置情報に変換する。
つぎに、2つのGNSS受信器304の位置情報からレーザ受光部Oの基準座標における位置情報を算出する。GNSS受信器304の取り付け位置は既知であることから、レーザ受光部OとGNSS受信器304との位置のずれ量をオフセット値として設定することにより、GNSS受信器304の位置情報からレーザ受光部Oの位置情報を算出することができる。
また、機械位置情報算出部402は、傾斜センサ306の検出結果からバックホウ10の傾きを検知して各位置情報を補正する。
The machine position
In the present embodiment, machine position
Next, the position information of the laser light receiving unit O in the reference coordinates is calculated from the position information of the two
Furthermore, the machine position
本実施の形態では、2つのGNSS受信器304を搭載しており、これら2つのGNSS受信器304の位置情報の相対変化量からバックホウ10の旋回状態(ヨー角)を精度よく算出することができる。
なお、2つのGNSS受信器304を搭載するのではなく、単一のGNSS受信器304と、バックホウ10を中心とした方位を計測する方位計とを搭載することにより、バックホウ10の旋回状態を算出してもよい。この場合、GNSS受信器304内に方位計が内蔵されているタイプであってもよいし、GNSS受信器304と方位計とをそれぞれ単独で設置してもよい。
In this embodiment, two
Note that instead of installing two
表面形状算出部404は、旋回機構13によりバックホウ10を旋回させ、2次元レーザスキャナ302の検出値を連続的に得ることにより、計測対象物Tの表面形状の3次元データを算出する。上述のように、2次元レーザスキャナ302は、バックホウ10の旋回方向(水平方向H)と直交する垂直方向Vにレーザ光Lを走査し、計測対象物Tの垂直方向Vに沿った部分までの距離(本実施の形態では、レーザ受光部Oからの距離)を検出する。表面形状算出部404は、バックホウ10の旋回に伴って水平方向Hにも連続的に計測対象物Tの各点までの距離を検出可能である。そして、計測対象物Tの各点までの距離、および機械位置情報算出部402によって算出されたレーザ受光部Oの位置情報(基準座標における座標データ)に基づいて、計測対象物Tの各点の基準座標における座標データ(現時点における実座標データ)を算出する。
また、表面形状算出部404は、バックホウ10を用いた作業中、逐次2次元レーザスキャナ302によりスキャンを行い、計測対象物Tの表面形状の3次元データを更新する。
表面形状算出部404で算出した3次元データは、スキャンを行った時刻の情報とともに、図示しないハードディスク等に記録される。これにより、例えば作業前の計測対象物Tの表面形状の3次元データを算出しておき、一定時間(例えば一作業単位日)作業した後の表面形状と比較したり、一定期間内の作業量(3次元データの差分)を算出したりすることが可能となる。
The surface
Furthermore, during work using the
The three-dimensional data calculated by the surface
目標形状取得部406は、計測対象物Tの目標形状の3次元データを取得する。
本実施の形態では、計測対象物T(作業対象土壌)を所定の目標形状へと変形させるためにバックホウ10を使用している。目標形状の3次元データとは、今回の作業の設計データに対応する。目標形状の3次元データ(設計データ)には、計測対象物Tの各点の基準座標における座標データ(目標座標データ)が含まれている。
目標形状取得部406は、例えば図示しないハードディスク装置から目標形状の3次元データを読み出したり、ネットワークを介して目標形状の3次元データを受信したりする。
The target
In this embodiment, a
The target
差分算出部408は、目標形状の3次元データと計測対象物Tの表面形状の3次元データとの差分量を算出する。すなわち、差分算出部408は、設計データにおける土壌の形状と、現時点における土壌の形状との差分を算出する。差分は、3次元データの各点について算出され、例えば〇cm△mm、などの形で算出される。この差分は、バックホウ10で作業すべき作業量(掘削量)となる。
The
表示制御部410は、表面形状算出部404で算出された計測対象物Tの表面形状の3次元データを、バックホウ10の操作者が視認可能な位置に設けられたモニタ28に表示する。
より詳細には、表示制御部410は、目標形状の3次元データ(設計データ)と計測対象物Tの表面形状の3次元データとを重畳して表示する。上述のように、目標形状の3次元データ(設計データ)には基準座標における座標データが含まれているため、表示制御部410は、計測対象物Tの表面形状の3次元データの座標データと、目標形状の3次元データの座標データとを用いて、表面形状の3次元データと目標形状の3次元データとを重畳する。このような重畳表示を行うことにより、操作者は計測対象物Tのどの領域を掘削すべきか直感的に認識することができ、作業の効率を向上させることができる。
The
More specifically, the
図6は、3次元データの重畳表示の一例を示す図であり、図6Aは、3つの3次元データD1~D3を重畳して表示した状態、図6Bは3つの3次元データD1~D3を個別に表示した状態である。
3次元データD1は作業前の計測対象物Tの形状、3次元データD2は現時点の計測対象物Tの形状、3次元データD3は設計データにおける計測対象物Tの形状を示す。
これらを重畳して表示することによって、現時点までの作業量や目標形状までの作業量、作業すべき箇所などを直感的に把握することができる。
なお、3つの3次元データD1~D3を全て重畳するのではなく、例えば現時点の形状を示す3次元データD2と、設計データの形状を示す3次元データD3を重畳するなど、組み合わせは自在である。
また、計測対象物Tの形状を3次元データで算出しているため、表示画像の視点についても任意に切り替え可能である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of superimposed display of three-dimensional data. FIG. 6A is a state in which three three-dimensional data D1 to D3 are superimposed and displayed, and FIG. 6B is a state in which three three-dimensional data D1 to D3 are displayed in a superimposed manner. They are displayed individually.
The three-dimensional data D1 indicates the shape of the measurement target T before work, the three-dimensional data D2 indicates the current shape of the measurement target T, and the three-dimensional data D3 indicates the shape of the measurement target T in the design data.
By superimposing and displaying these, it is possible to intuitively grasp the amount of work to date, the amount of work to achieve the target shape, the areas to be worked on, etc.
Note that instead of superimposing all three three-dimensional data D1 to D3, the combination can be freely selected, for example, by superimposing three-dimensional data D2 indicating the current shape and three-dimensional data D3 indicating the shape of the design data. .
Furthermore, since the shape of the measurement target T is calculated using three-dimensional data, the viewpoint of the displayed image can also be switched arbitrarily.
また、このとき、差分算出部408で算出した目標形状の3次元データと表面形状の3次元データとの差分量を、ヒートマップとして表示するようにしてもよい。すなわち、例えば差分量が2cm未満で掘削の必要がない場合は赤、差分量が2cm以上4cm未満の場合は橙、差分量が4cm以上6cm未満の場合は黄・・のように色分けして表示することにより、作業者はどの領域をどの程度掘削すべきか直感的に認識することができ、作業の効率をさらに向上させることができる。
Further, at this time, the amount of difference between the three-dimensional data of the target shape and the three-dimensional data of the surface shape calculated by the
さらに、表示制御部410は、計測対象物Tの表面形状の3次元データとともに、バックホウ10において掘削(変形)作業を行う作業部材であるバケット20の現在位置をモニタ28上に表示するようにしてもよい。これにより、作業者はモニタ28のみを目視しながらバックホウ10の操作を行えばよく、作業効率を一層向上させることができる。
なお、バケット20の現在位置は、バックホウ10の現在位置、姿勢、各種シリンダの稼働量等から算出可能である。
Furthermore, the
Note that the current position of the
以上説明したように、実施の形態にかかる操作補助システム30は、2次元レーザスキャナ302を搭載したバックホウ10を旋回させることにより計測対象物Tの表面形状の3次元データを得るので、3次元レーザスキャナを用いる場合と比較して低コストで計測対象物の3次元形状を把握することができる。また、2次元レーザスキャナ302は3次元レーザスキャナと比較して耐久性が高いため、振動などの影響が大きい土木現場での使用に耐えうる建設機械の操作補助システムを構築することができる。
また、操作補助システム30は、目標形状(設計データ)の3次元データと現在の計測対象物Tの3次元データとを重畳して表示するので、変形作業が必要な箇所および作業量を作業者が直感的に把握することができ、作業効率を向上させる上で有利となる。このとき、目標形状の3次元データと現在の計測対象物Tの3次元データとの差分量をヒートマップで色分けして表示するようにすれば、目標形状までの作業量を作業者がより直感的に把握することができ、作業効率を向上させる上で有利となる。
また、操作補助システム30において、計測対象物Tの表面形状の3次元データとともに作業部材であるバケット20の現在位置をモニタ28に表示するようにすれば、作業者は直接計測対象物を目視することなくモニタのみを用いて作業を行うことが可能となり、作業効率を向上させる上で有利となる。
また、操作補助システム30は、計測対象物Tの表面形状の3次元データの座標データと、目標形状の3次元データの座標データとを用いて3次元データを重畳するので、より精度よく3次元データの位置合わせをすることができる。
また、操作補助システム30は、2つのGNSS受信器304で受信した信号に基づいてバックホウ10の位置情報を算出するので、旋回により位置の変化に追従して精度よくバックホウ10の位置を算出する上で有利となる。
As described above, the
In addition, the
In addition, if the
In addition, since the
In addition, since the
なお、本実施の形態では、建設機械として旋回機構13が設けられ上部旋回体14が下部走行体12に対して旋回可能なバックホウ10を例にして説明したが、これに限らず、例えば建設機械を旋回台上に載置して、旋回台により旋回させることにより水平方向のスキャン位置を変更するようにしてもよい。このようにすることで、旋回機構13が設けられていない建設機械にも本発明が適用可能となる。
In addition, in this embodiment, the
また、本実施の形態では、操作者がバックホウ10に搭乗して操作する場合について説明したが、これに限らず、例えばバックホウ10から離れた位置にモニタ28を設け、このモニタ28を見ながら遠隔制御によりバックホウ10を操作する場合にも本発明は適用可能である。
Further, in this embodiment, the case where the operator operates the
10 バックホウ
12 下部走行体
13 旋回機構
14 上部旋回体
16 ブーム
18 アーム
20 バケット
28 モニタ
30 操作補助システム
302 3次元レーザスキャナ
304 GNSS受信器
306 傾斜センサ
40 コンピュータ
402 機械位置情報算出部
404 表面形状算出部
406 目標形状取得部
408 差分算出部
410 表示制御部
G 地盤
L レーザ光
O レーザ受光部
T 計測対象物
H 水平方向
V 垂直方向
10
Claims (5)
前記建設機械に取り付けられ、前記第1の方向と直交する第2の方向にレーザ光を走査し、前記計測対象物の前記第2の方向に沿った部分までの距離を計測する2次元レーザスキャナと、
前記旋回部により前記建設機械を旋回させ、前記2次元レーザスキャナの検出値を連続的に得ることにより、前記計測対象物の表面形状の3次元データを算出する表面形状算出部と、
前記表面形状算出部で算出された前記表面形状の3次元データと、前記作業部材の現在位置とを、前記建設機械の操作者が視認可能な位置に設けられたモニタに表示する表示制御部と、を備え、
前記建設機械は、前記計測対象物を所定の目標形状へと変形させるために操作され、
前記目標形状の3次元データを取得する目標形状取得部を更に備え、
前記表示制御部は、前記目標形状の3次元データと、前記計測対象物の変形前における前記表面形状の3次元データと、前記計測対象物の変形後の前記表面形状の3次元データとに基づいて、前記目標形状の3次元画像と、前記変形前の前記表面形状の3次元画像と、前記変形後の前記表面形状の3次元画像とを前記モニタに重畳させずに並べて表示する、
ことを特徴とする建設機械の操作補助システム。 a turning unit that turns a construction machine equipped with a work member that performs a work of deforming a measurement target in a first direction;
a two-dimensional laser scanner that is attached to the construction machine and scans a laser beam in a second direction perpendicular to the first direction to measure a distance to a part of the measurement target along the second direction; and,
a surface shape calculating section that calculates three-dimensional data of the surface shape of the measurement target by rotating the construction machine using the rotating section and continuously obtaining detection values of the two-dimensional laser scanner;
a display control unit that displays the three-dimensional data of the surface shape calculated by the surface shape calculation unit and the current position of the work member on a monitor installed at a position visible to an operator of the construction machine; , comprising:
The construction machine is operated to transform the measurement object into a predetermined target shape,
further comprising a target shape acquisition unit that acquires three-dimensional data of the target shape,
The display control unit is configured to display information based on three-dimensional data of the target shape, three-dimensional data of the surface shape of the measurement target before deformation, and three-dimensional data of the surface shape of the measurement target after deformation. displaying a three-dimensional image of the target shape, a three-dimensional image of the surface shape before the deformation, and a three-dimensional image of the surface shape after the deformation side by side without superimposing them on the monitor;
An operation assistance system for construction machinery, which is characterized by:
前記表示制御部は、前記差分量をヒートマップとして表示する、
ことを特徴とする請求項1記載の建設機械の操作補助システム。 further comprising a difference calculation unit that calculates a difference amount between the three-dimensional data of the target shape and the three-dimensional data of the surface shape after the deformation ,
The display control unit displays the difference amount as a heat map.
2. The construction machine operation assistance system according to claim 1 .
前記建設機械の前記基準座標における位置情報を算出する機械位置情報算出部を更に備え、
前記表面形状算出部は、前記建設機械の前記位置情報に基づいて、前記表面形状の3次元データの各点について前記基準座標における座標データを算出し、
前記表示制御部による前記目標形状の3次元画像と、前記変形前の前記表面形状の3次元画像と、前記変形後の前記表面形状の3次元画像との前記モニタへの表示は、前記表面形状の3次元データの座標データと、前記目標形状の3次元データの座標データとを用いてなされる、
ことを特徴とする請求項1または2記載の建設機械の操作補助システム。 The three-dimensional data of the target shape includes coordinate data of each point in reference coordinates,
further comprising a machine position information calculation unit that calculates position information of the construction machine in the reference coordinates,
The surface shape calculation unit calculates coordinate data in the reference coordinates for each point of the three-dimensional data of the surface shape based on the position information of the construction machine,
The display on the monitor of the three-dimensional image of the target shape, the three-dimensional image of the surface shape before the deformation, and the three-dimensional image of the surface shape after the deformation by the display control unit is based on the surface shape. The coordinate data of the three-dimensional data of the target shape and the coordinate data of the three-dimensional data of the target shape are used.
The operation assistance system for construction machinery according to claim 1 or 2, characterized in that:
ことを特徴とする請求項3記載の建設機械の操作補助システム。 The machine position information calculation unit calculates position information of the construction machine at the reference coordinates based on signals received by two satellite positioning system receivers attached to the construction machine.
4. The operation assistance system for construction machinery according to claim 3 .
ことを特徴とする請求項3記載の建設機械の操作補助システム。 The machine position information calculation unit is configured to calculate the location of the construction machine at the reference coordinates based on a signal received by a single satellite positioning system receiver attached to the construction machine and azimuth information centered on the construction machine. Calculate location information,
4. The operation assistance system for construction machinery according to claim 3 .
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