KR20210034070A

KR20210034070A - 교정 작업 지원 시스템

Info

Publication number: KR20210034070A
Application number: KR1020217005363A
Authority: KR
Inventors: 겐타 나카기; 야스히코 가나리; 시호 이즈미
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-03-29
Also published as: KR102509346B1; JP7153594B2; EP3951103A4; CN112639226B; JP2020160777A; US20220018098A1; WO2020195135A1; US11891783B2; EP3951103A1; CN112639226A

Abstract

유압 셔블의 차격 정보와 프론트 작업기의 사양 정보를 포함하는 기계 정보를 입력하기 위한 입력 장치와, 입력 장치로부터 입력된 기계 정보와, 관성 계측 장치를 교정할 때의 프론트 작업기의 목표 계측 자세로서 미리 정해진 목표 자세 정보에 기초하여, 목표 계측 자세를 취한 프론트 작업기를 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향에서 본 경우의 화상인 목표 자세 화상을 생성하는 표시 제어 장치와, 표시 제어 장치에서 생성된 목표 자세 화상을 표시하는 HMD를 구비하고, HMD는, 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향에서 본 현실의 프론트 작업기에 목표 자세 화상이 중첩되도록 표시하고 있다.

Description

교정 작업 지원 시스템

본 발명은, 작업 기계가 구비하는 작업 장치에 설치된 관성 계측 장치의 교정 작업을 지원하는 교정 작업 지원 시스템에 관한 것이다.

유압 셔블은, 대표적인 작업 기계이고, 작업 장치로서 다관절형의 프론트 작업기를 구비하고 있다. 이 프론트 작업기의 자세를 운전자에게 제시하고, 유압 셔블에 의한 굴삭 작업을 지원하는 표시 시스템으로서, 머신 가이던스가 있다. 정확한 머신 가이던스의 실현에는 프론트 작업기의 자세를 정확하게 검출할 필요가 있다.

프론트 작업기의 자세 검출에 관한 기술로서, 특허문헌 1에는, 유압 실린더의 스트로크 길이를 계측하는 스트로크 센서와, 스트로크 센서에 의한 스트로크 길이의 계측값을 리셋하는 리셋 기준점을 계측하는 리셋 센서와, 유압 실린더의 스트로크 엔드 위치를 검출하는 스트로크 엔드 검출 처리부와, 리셋 기준점 및/또는 스트로크 엔드 위치를 검출한 경우에, 스트로크 길이의 계측값을 교정(矯正)(교정(較正))하는 교정 처리부와, 유압 실린더의 초기 교정 작업을 행하는 경우, 유압 실린더가 탑재되는 작업 기계 전체의 표시를 행하는 모니터와, 교정 대상의 유압 실린더를 구동시키기 위한 가동부를 강조 표시함과 함께 구동 방향을 표시하는 강조 표시 처리부를 구비한 유압 실린더의 스트로크 초기 교정 작업 지원 장치가 개시되어 있다.

국제 공개 2014/167731호 공보

근년, 머신 가이던스에 있어서의 프론트 작업기의 자세 계측 수단으로서, IMU(Inertial Measurement Unit)가 이용되고 있다. IMU란 자이로 센서와 가속도 센서로 이루어지는 관성 계측 장치이고, 그 2종류의 센서를 조합함으로써 고정밀도이고 또한 고응답의 자세 계측을 실현하고 있다. IMU는 유압 셔블의 차체 및 프론트 작업기의 각 부위(붐, 암, 버킷 등)의 표면에 설치되어, IMU의 설치 위치 및 설치 각도를 사전에 교정함으로써 프론트 작업기의 자세를 계측하고 있다. 즉, 교정 작업이 미실시인 경우에는, 운전자에게 프론트 작업기의 자세 정보를 제시할 수는 없다.

여기서, IMU의 교정 작업이란, 프론트 작업기의 각 부위에 설치된 IMU가 계측하는 계측값과, 실제의 프론트 작업기의 자세를 매칭시키는 작업이다. 구체적으로는, 프론트 작업기를 어느 자세(목표 계측 자세)로 정지시키고, 그때의 IMU의 계측값과, 각 부위의 회동부(붐 핀, 암 핀, 버킷링 핀 등)의 위치 좌표를 토탈 스테이션 등의 고정밀도의 측량 기기로 계측하고, 그 2개의 계측값을 머신 가이던스 컨트롤러에 학습시킨다는 것이다. 이때, 교정 작업의 정밀도를 향상시키기 위해, 복수의 자세로 계측값의 학습을 실시한다. 또한, 양산기마다의 정밀도의 변동을 억제하기 위해, 교정 작업에 있어서의 계측 자세 및 계측 횟수는, 작업 수순서 등으로 정해진다.

그러나, 기체의 차격이나 사양이 다양하기 때문에, 운전실 내에서 프론트 작업기를 조작하는 운전자가 특정한 자세로 프론트 작업기를 움직이게 하는 것은 곤란하다. 운전자의 시점(운전실로부터 본 프론트 작업기의 모습)으로부터 프론트 작업기의 자세를 파악하는 것이 어렵다는 것은, 머신 가이던스에 있어서, 프론트 작업기의 자세 정보를 다양한 시점을 사용하여 제시하고 있는 점에서도 명확하다. 그 때문에, 종래는, 운전실의 외부로부터 프론트 작업기의 자세를 직접 눈으로 보아, 바른 자세인지 여부를 확인하고 있다. 따라서, 교정 작업에는 직접 관계가 없는, 운전실의 외부로부터 자세를 확인한다는 여분의 작업이 발생하고 있기 때문에, 작업성이 저하되어 버리고 있다.

상기한 특허문헌 1에서는, 실린더 내장형의 스트로크 센서의 교정 작업에 관계되는 조작 지원 정보를 제시하고 있다. 구체적으로는, 동작시키는 부위(가동부)와 그 방향(구동 방향)을 제시하고, 실린더의 스트로크 엔드에 설치되는 검출 장치에서 스트로크의 동작을 검출하고, 교정 작업의 완료를 보고하는 것이다. 스트로크 센서를 사용하는 경우에는, 특허문헌 1의 발명을 사용함으로써, 숙련자가 아니더라도 교정 작업을 효율적으로 실시하는 것이 가능해진다.

그러나, 프론트 작업기의 자세 계측 수단으로서 IMU를 사용하는 경우, 동 자세 계측 수단으로서 스트로크 센서를 사용하는 특허문헌 1의 기술을 사용할 수는 없다. 왜냐하면, 특허문헌 1의 스트로크 센서는 실린더에 내장되기 때문에, 미리 센서의 설치 자세가 결정되어 있지만, IMU는 설치 자세가 불분명하여, 교정 작업 내에서 설치 자세를 교정할 필요가 있다. 그 때문에, 특허문헌 1과 같이, 실린더의 스트로크 엔드를 검지하여 교정 작업의 완료를 판단할 수 없다. 또한, IMU의 교정 작업에서는, 몇 가지의 계측 자세를 취할 필요가 있고, 특허문헌 1의 지원 정보(가동부와 그 구동 방향)로는, 프론트 작업기가 바른 계측 자세에 있는지 여부를 운전자는 판단할 수 없다.

본 발명의 목적은, IMU의 교정 작업 중인 작업 장치의 자세가 목표 계측 자세와 일치하고 있는지 여부를, 운전실 내에서 조작하는 운전자가 용이하게 판단할 수 있는 교정 작업 지원 시스템을 제공하는 데 있다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 작업 기계가 구비하는 작업 장치에 설치된 관성 계측 장치의 교정 작업을 지원하는 교정 작업 지원 시스템이며, 상기 작업 기계의 차격 정보와 상기 작업 장치의 사양 정보를 포함하는 기계 정보를 입력하기 위한 입력 장치와, 상기 입력 장치로부터 입력된 상기 기계 정보와, 상기 관성 계측 장치를 교정할 때의 상기 작업 장치의 목표 계측 자세로서 미리 정해진 목표 자세 정보에 기초하여, 상기 목표 계측 자세를 취한 상기 작업 장치를 소정의 시점 위치로부터 소정의 시선 방향에서 본 경우의 화상인 목표 자세 화상을 생성하는 제어 장치와, 상기 제어 장치에서 생성된 상기 목표 자세 화상을 표시하는 표시 장치를 구비하고, 상기 표시 장치는, 상기 소정의 시점 위치로부터 상기 소정의 시선 방향에서 본 현실의 상기 작업 장치에 상기 목표 자세 화상을 중첩 가능하게 구성되어 있는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, IMU의 교정 작업 중의 눈으로 보는 자세 확인 작업이 생략되므로, 교정 작업의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 운전실(7) 내의 개관도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 헤드 마운트 디스플레이의 하드웨어 구성도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 입력 장치의 하드웨어 구성도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 교정 작업 지원 시스템의 기능 블록도.
도 6은 헤드 마운트 디스플레이의 표시 제어 장치에 의한 목표 자세 화상 생성 흐름도.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 입력 장치의 입력 화면의 레이아웃 구성도.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 교정 작업 지원 시스템이 운전자에게 제시하는 지원 화상의 일례를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 관한 프론트 부재의 모델 좌표계와 프론트 작업기의 프론트 좌표계의 관계를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 관한 붐 근원 핀 위치와 마커 위치의 위치 관계를 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 관한 관성 계측 장치(S1, S2, S3)의 교정 작업에 필요한 시스템의 개략 구성도.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 관한 컨트롤러가 실행하는 교정 작업 처리의 흐름도.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 관한 프론트 작업기의 각 프론트 부재에 설치된 마커의 위치를 도시하는 도면.
도 14는 본 발명의 실시 형태의 변형예에 관한 표시 장치의 설치 위치를 도시하는 도면.
도 15는 본 발명의 실시 형태의 변형예에 관한 교정 작업 지원 시스템이 운전자에게 제시하는 지원 화상의 일례를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.

또한, 이하에는, 작업 기계로서, 작업 장치의 선단의 작업구(어태치먼트)로서 버킷을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 작업 기계에 본 발명을 적용해도 된다. 또한, 자세 검출에 IMU가 이용 가능한 작업 장치를 구비하는 작업 기계라면, 유압 셔블 이외의 작업 기계로의 적용도 가능하다.

(전체 구성)

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유압 셔블의 측면도이다. 또한, 도면 중의 좌측을 전, 우측을 후, 지면의 앞으로부터 안측을 향하는 방향을 우, 동 안측으로부터 앞을 향하는 방향을 좌라고 칭하는 경우가 있다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 유압 셔블(작업 기계)(1)은, 하부 주행체(1e)와, 이 하부 주행체(1e)의 상측에 선회 가능하게 설치된 상부 선회체(1B)를 구비하고 있다.

상부 선회체(1B)는, 베이스가 되는 선회 프레임(10)과, 이 선회 프레임(10)의 전방 좌측에 배치되는 운전실(7)과, 선회 프레임(10)의 전방 중앙에 상하 방향으로 회동 가능하게 설치되는 프론트 작업기(작업 장치)(1A)와, 선회 프레임(10)의 후방에 배치되는 카운터 웨이트(6)와, 프론트 작업기(1A)와 카운터 웨이트(6) 사이에 설치되는 엔진 룸(1d)을 구비하고 있다.

프론트 작업기(작업 장치)(1A)는, 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 프론트 부재(붐(1a), 암(1b) 및 버킷(1c))를 연결하여 구성되어 있다. 붐(1a)의 기단은 상부 선회체(1B)의 전방부에 있어서 붐 핀을 통해 회동 가능하게 지지되어 있다. 붐(1a)의 선단에는 암 핀을 통해 암(1b)의 기단이 회동 가능하게 연결되어 있고, 암(1b)의 선단에는 버킷 핀을 통해 버킷(1c)의 기단이 회동 가능하게 연결되어 있다. 붐(1a)은 붐 실린더(3a)에 의해 구동되고, 암(1b)은 암 실린더(3b)에 의해 구동되고, 버킷(1c)은 버킷 실린더(3c)에 의해 구동된다.

이 프론트 작업기(1A)는, 운전실(7)에 탑승한 운전자(M)에 의해 조작된다. 카운터 웨이트(6)는, 프론트 작업기(1A)와의 중량 균형을 잡기 위한 것이고, 예를 들어 대략 원호상의 수평 단면을 갖는 중량물로 형성할 수 있다.

또한, 프론트 작업기(1A)의 각 프론트 부재(붐(1a), 암(1b), 버킷(1c))의 측면에는, 각각의 자세를 계측하기 위한 자세 계측 장치로서의 관성 계측 장치(IMU)(S1 내지 S3)가 설치되어 있다.

도 2는 운전실(7) 내의 개관도이다. 또한, 앞의 도면과 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙여, 동일한 부분의 설명은 생략하는 경우가 있다(뒤의 도면에 있어서도 마찬가지로 함). 도 2에 도시한 바와 같이, 운전실(7)에는, 운전자(M)가 착좌하는 운전석(7A)과, 각 유압 액추에이터(3a 내지 3c)의 동작을 포함하는 차체의 동작을 지시하는 조작 장치로서의 4개의 조작 레버(7a1 내지 7a4)가 마련되어 있다.

조작 레버(7a1)(조작 좌측 레버)는 암 실린더(3b)(암(1b)) 및 상부 선회체(1B)(선회 유압 모터(도시하지 않음))를 조작하기 위한 것이고, 조작 레버(7a2)(조작 우측 레버)는 붐 실린더(3a)(붐(1a)) 및 버킷 실린더(3c)(버킷(1c))를 조작하기 위한 것이다. 또한, 조작 레버(7a3)(주행 좌측 레버)는 하부 주행체(1e)(좌측 주행 유압 모터(도시하지 않음))를 조작하기 위한 것이고, 조작 레버(7a4)(주행 우측 레버)는 하부 주행체(1e)(우측 주행 유압 모터(도시하지 않음))를 조작하기 위한 것이다.

운전실(7)은 복수의 필러(16)로 지지되어 있고, 프론트측의 2개의 필러(16) 사이에 프론트 글래스(전창)(13)가 매립되어 있다. 또한, 운전실(7)의 전방에 설치된 프론트 글래스(13)에는 이차원 마커(7b)가 설치되어 있고, 운전석(7A)에 착좌한 운전자(M)로부터 보아 우측의 필러(16)에는 터치 패널식의 입력 장치(15)가 설치되어 있다. 입력 장치(15)에서는, 유압 셔블(1)의 차격 정보와, 프론트 작업기(1A)의 사양 정보와, 교정 작업의 대상을 특정하기 위한 작업 항목 정보와, 각 프론트 부재(1a, 1b, 1c)의 회전각에 의해 목표 계측 자세를 특정하기 위한 작업 수순 정보(목표 자세 정보라고도 칭함)를 입력할 수 있다. 또한, 입력 장치(15)는 표시 장치를 겸해도 된다.

유압 셔블(1)에 탑승하여 운전석(7A)에 착좌한 운전자(M)의 헤드부에는, 운전자(M)의 전방에 배치되는 투과형 디스플레이(하프 미러(17G))를 구비하는 표시 장치로서 헤드 마운트 디스플레이(이하 HMD)(17)가 장착된다.

도 3은 HMD(17)의 하드웨어 구성도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, HMD(17)는, 이차원 마커(7b)를 촬영함으로써 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향을 계측하는 계측 장치로서의 카메라(17A)와, 목표 계측 자세를 취한 프론트 작업기(1A)를 운전자(M)의 시점 위치로부터 운전자(M)의 시선 방향에서 본 경우의 화상인 목표 자세 화상(지원 화상이라고도 칭함)을 생성하는 표시 제어 장치(17B)와, 표시 제어 장치(17B)에서 생성된 목표 자세 화상을 출력하는 프로젝터(17E)와, 프로젝터(17E)로부터 출력되는 목표 자세 화상을 확대 축소하는 렌즈(17F)와, 렌즈(17F)를 통과한 목표 자세 화상이 투영되는 투과형 디스플레이인 하프 미러(17G)를 구비하고 있다. 하프 미러(17G)는, 목표 자세 화상을 표시하는 표시 장치로서 기능하는 한편, 그 투과성에 의해 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향에서 본 현실의 프론트 작업기(1A)에 목표 자세 화상을 중첩 가능하게 구성되어 있다.

카메라(17A)는 HMD(17)의 본체에 탑재되어 있고, 운전자(M)의 헤드부의 움직임에 맞추어 위치 및 광축 방향이 변화된다. 하프 미러(17G)는 HMD(17)를 장착한 운전자(M)의 눈동자의 전방에 배치되어 투과성과 반사성을 겸비하는 구조로 되어 있기 때문에, 운전자(M)는 하프 미러(17G) 상에 투영된 목표 자세 화상과 전방의 현실의 경치(현실의 프론트 작업기(1A)도 포함함)를 동시에 시인할 수 있다. 표시 제어 장치(17B)는, 연산 장치(17C)(예를 들어, CPU)와, 기억 장치(17D)(예를 들어, ROM, RAM 등의 반도체 메모리)와, 통신 인터페이스(I/F)(17H)와, 입출력 I/F(17J)를 구비하고 있다. 기억 장치(17D)에는, 미리 목표 자세 화상의 기초가 되는 프론트 작업기(1A)의 모델 데이터가, 프론트 부재마다, 후술하는 기계 정보와 대응지어서 기억되어 있는 것 외에, 카메라(17A)의 내부 파라미터나, 이차원 마커(7b)의 패턴 파일이 기억되어 있다. 또한, HMD(17)는 통신 I/F(17H)를 통해 네트워크에 접속되어, 입력 장치(15)와 데이터 통신을 행할 수 있다.

도 4는 입력 장치(15)의 하드웨어 구성도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이 입력 장치(15)는, 디스플레이(표시 장치)(15A)와, 디스플레이(15A)의 상면에 첩부된 터치 패널(위치 입력 장치)(15B)과, 디스플레이(15A) 및 터치 패널(15B)을 제어하는 입력 제어 장치(15G)를 구비하고 있다. 입력 제어 장치(15G)는, 표시 제어 장치(17B)와 마찬가지로, 연산 장치(15C)(예를 들어, CPU)와, 기억 장치(15D)(예를 들어, ROM, RAM 등의 반도체 메모리)와, 통신 I/F(15H)와, 입출력 I/F(15J)를 구비하고 있다.

도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 교정 작업 지원 시스템의 기능 블록도이다. HMD(17)의 표시 제어 장치(17B)는, 운전자(M)에 의해 입력 장치(15)의 디스플레이(15A)(터치 패널(15B))에 입력되는 정보(후술하는 기계 정보와 작업 정보(도 7 참조))를 이용하여, 기억 장치(17D)에 기억된 프로그램을 연산 장치(17C)에 의해 실행함으로써 도 5에 도시한 각 부로서 기능한다.

도 7은, 입력 장치(15)의 디스플레이(15A)에 표시되는 기계 정보 입력 화면(a)과, 작업 내용 입력 화면(b)과, 작업 수순 입력 화면(c)을 도시하는 도면이다.

기계 정보 입력 화면(a)에는, 유압 셔블(1)의 차격 정보와, 프론트 작업기(1A)의 각 부의 사양 정보(예를 들어, 붐의 사양으로서는, 표준 붐, 투피스 붐, 하이리프트 붐 등이 있음)를 포함하는 「기계 정보」의 입력을 운전자(M)로부터 접수하는 기계 정보 입력부(15a)가 마련되어 있다. 도 7의 예에서는, 차격 정보와 각 부의 사양 정보는, 풀다운 메뉴로부터 운전자(M)가 선택하도록 구성되어 있다.

작업 내용 입력 화면(b)과 작업 수순 입력 화면(c)에는, 각각, 관성 계측 장치(S1, S2, S3)를 교정할 때의 「작업 정보」의 입력을 운전자(M)로부터 접수하는 작업 정보 입력부(15b)가 마련되어 있다. 작업 내용 입력 화면(b)의 작업 정보 입력부(15b)에는 「작업 정보」 중 작업 항목의 정보("작업 항목 정보"는, 관성 계측 장치가 설치된 복수의 프론트 부재(붐, 암, 어태치먼트(버킷)) 중 어느 프론트 부재를 자세 계측의 대상, 즉 교정 작업의 대상으로 할지를 규정하는 정보임)가 입력되고, 작업 수순 입력 화면(c) 작업 정보 입력부(15b)에는 「작업 정보」 중 작업 수순의 정보("작업 수순 정보"는, 작업 항목에서 선택한 프론트 부재 상의 관성 계측 장치를 교정할 때에 프론트 작업기(1A)의 목표 계측 자세로서 미리 정해진 정보임)가 입력된다. 도 7의 예에서는, 작업 항목의 정보(자세 계측의 대상이 되는 프론트 부재)는, 풀다운 메뉴로부터 운전자(M)가 선택하도록 구성되어 있다. 작업 수순의 정보는, 미리 설정된 복수의 계측 자세를 미리 정해진 순서로 자동적으로 표시해도 되고, 운전자(M)가 각 프론트 부재의 각도를 수동 입력하여 복수의 목표 계측 자세를 취하도록 해도 된다.

운전자(M)에 의해 각각의 입력 화면 (a), (b), (c)로부터 입력된 기계 정보와 작업 정보는, 네트워크를 경유하여 HMD(17)로 송신된다.

도 5에 있어서, 표시 제어 장치(17B)는, 입력 장치(15)에서 입력되는 기계 정보에 기초하여 그 대상 기계에 대응하는 프론트 작업기(1A)의 모델 데이터를 모델 데이터 기억부(17g)로부터 선택하는 모델 선택부(17a)와, 입력 장치(15)에서 입력되는 기계 정보 및 작업 정보, 그리고 마커 위치 정보 기억부(17j)에 기억된 마커(7b)의 설치 위치 정보에 기초하여 모델 데이터의 좌표를 변환하는 모델 좌표 변환부(17b)와, 입력 장치(15)로부터 입력된 기계 정보 및 작업 정보(작업 정보에는 목표 계측 자세가 포함됨)와, 카메라(17A)의 자세에 기초하여 산출되는 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향에 기초하여 목표 계측 자세를 취하고 있는 프론트 작업기(1A)를 운전자(M)로부터 본 경우의 화상(목표 자세 화상)을 생성하는 목표 자세 화상 생성부(17c)와, 목표 자세 화상 생성부(17c)에서 생성된 목표 자세 화상을 하프 미러(17G)에 투영하는 표시 제어부(17d)와, 마커 정보 기억부(17h)로부터 판독한 마커(7b)의 형상이나 크기를 포함하는 정보에 기초하여 카메라(17A)의 촬영 화상으로부터 마커(7b)를 검출하는 마커 검출부(17e)와, 마커 검출부(17e)가 검출한 마커(7b)의 형상이나 크기, 그리고 내부 파라미터 기억부(17i)에 기억되어 있는 카메라(17A)의 내부 파라미터에 기초하여 카메라(17A)의 위치와 자세(카메라(17A)의 외부 파라미터)를 산출하는 카메라 자세 추정부(17f)와, 차격이나 사양에 맞춘 복수의 프론트 작업기(1A)의 모델 데이터가 기억되어 있는 모델 데이터 기억부(17g)와, 마커(7b)의 형상이나 크기를 포함하는 정보가 기억되어 있는 마커 정보 기억부(17h)와, 카메라(17A)의 내부 파라미터(예를 들어, 초점 거리나 광학적 중심)가 기억되어 있는 내부 파라미터 기억부(17i)와, 운전실(7) 내에 있어서의 마커(7b)의 설치 위치 정보(예를 들어, 붐(1a)의 근원 핀(붐 핀)의 위치를 기준으로 한 위치)가 기억된 마커 위치 정보 기억부(17j)를 구비하고 있다.

(HMD(17)의 표시 제어 장치(17B)에 의한 목표 자세 화상 생성 흐름도)

HMD(17)의 표시 제어 장치(17B)에 의한 목표 자세 화상을 생성하는 방법에 대하여 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은 HMD(17)의 표시 제어 장치(17B)에 의한 목표 자세 화상 생성 흐름도이다. 표시 제어 장치(17B)는, 운전자(M)로부터의 교정 작업의 개시 지시의 입력을 트리거로 하여 도 6의 흐름을 실행하여 목표 자세 화상을 하프 미러(17G)에 투영한다.

표시 제어 장치(17B)는, 운전자(M)로부터의 교정 작업의 개시 지시를 입력 장치(15)로부터 입력하면 도 6의 흐름을 개시하여, 기계 정보의 취득(S101)과 작업 정보의 취득(S102)을 행한다. S101의 기계 정보로서는, 운전자(M)가 입력 장치(15)의 기계 정보 입력부(15a)에 입력한 정보가 입력 표시 제어 장치(17B)에 입력된다. 기계 정보에는, 교정 작업의 대상이 되는 기계(이하 대상 기계)의 차격과, 프론트 작업기(1A)를 구성하는 각 프론트 부재(붐(1a), 암(1b), 버킷(1c))의 사양이 포함된다. S102의 작업 정보로서는, 기계 정보와 마찬가지로 운전자(M)가 입력 장치(15)의 작업 정보 입력부(15b)에 입력한 정보가 표시 제어 장치(17B)에 입력된다. 작업 정보에는 교정 작업의 작업 항목(교정 대상의 관성 계측 장치가 설치된 프론트 부재)과, 그 작업 항목의 작업 수순(교정 대상을 교정하기 위해 프론트 작업기(1A)가 취해야 할 목표 계측 자세)이 포함된다.

S103에서는, 모델 선택부(17a)는, S101에서 취득한 기계 정보를 기초로, 대상 기계에 대응하는 모델 데이터를 모델 데이터 기억부(17g)로부터 판독한다. 전술한 바와 같이, 모델 데이터는, 미리 기계 정보와 대응지어져 모델 데이터 기억부(17g)에 기억되어 있다. 모델 데이터는, 붐(1a), 암(1b), 버킷(1c) 등, 프론트 부재(부위) 단위로 기억되어, 표준 붐, 투피스 붐 등, 다양한 사양에 대응하고 있다. 즉, 모델 선택부(17a)는, 입력된 차격, 사양에 대응하는 모델 데이터를 판독한다.

(모델 좌표계로부터 프론트 모델 좌표계로의 변환)

S104에서는, 모델 좌표 변환부(17b)는, 기계 정보와 작업 정보를 기초로, S103에서 판독한 각 부위의 모델 데이터를 각 부위의 모델 좌표계로부터 프론트 모델 좌표계로 좌표 변환을 행하여, 작업 항목 및 작업 수순에 기초하여 규정되는 적절한 목표 계측 자세를 취한 프론트 작업기(1A) 전체의 모델 데이터(이하, 프론트 모델 데이터라고 칭함)를 생성한다.

S104의 프론트 모델 좌표계로의 변환 방법의 상세에 대하여 도 9를 참조하면서 설명한다. 도 9는 프론트 작업기(1A)의 각 부의 좌표계와 프론트 모델 좌표계의 관계를 도시하는 도면이다. 프론트 모델 좌표계를, 프론트 작업기(1A)의 각 부위의 길이 방향을 Z축(프론트 전방이 정)으로 하는 왼손 직교 좌표계로 하면, 부위 모델 데이터(x_m, y_m, z_m)로부터 목표 계측 자세의 프론트 모델 데이터(x_f, y_f, z_f)로의 변환은 다음 식(수1 참조)을 사용하여 행할 수 있다. 또한, θ는, 작업 정보 입력부(15b)가 취득하는 작업 정보에 대응지어지는 각 부위의 회전 각도이고, (T_x, T_y, T_z)는, 각 부위마다의 병진 벡터를 나타낸다.

[수1]

전술한 바와 같이, 병진 벡터(T_x, T_y, T_z)는, 프론트 작업기(1A)의 부위마다 다르다. 교정 작업의 대상이 되는 기계의 프론트 작업기(1A)가, 붐(1a), 암(1b), 버킷(1c)으로 구성된다고 하면, 붐(1a)의 병진 벡터 T_B, 암(1b)의 병진 벡터 T_S, 버킷(1c)의 병진 벡터 T_A는 각각 다음 식(수2 참조)으로 표현된다. 여기서, L_B는 붐 길이, L_S는 암 길이, L_A는 버킷 길이, θ_B는 붐 회전 각도, θ_S는 암 회전 각도를 나타낸다.

[수2]

(프론트 모델 좌표계로부터 마커 좌표계로의 변환)

또한, 모델 좌표 변환부(17b)는, S105에 있어서 마커 위치 정보 기억부(17j)로부터 운전석(7) 내의 마커(7b)의 설치 위치 정보(예를 들어, 붐(1a)의 근원 핀(붐 핀)의 위치를 기준으로 한 위치)를 판독하고, 붐(1a)의 기단측의 회전축을 기준으로 한 프론트 모델 좌표계로부터 마커 좌표계로의 좌표 변환을 행한다(S106). 이에 의해 실제의 프론트 작업기(1A)의 붐(1a) 근원 핀 위치와, 프론트 모델 데이터의 붐 근원 핀 위치를 합치시킨다.

S106의 마커 좌표계로의 변환의 상세에 대하여 도 10을 참조하면서 설명한다. 도 10은 프론트 모델 좌표계와 마커 좌표계의 관계를 도시하는 도면이다. 마커 좌표계를, 마커 중심을 원점으로 하고, 마커 평면과 직교하는 방향을 Z축(차체 전방이 정)으로 하는 왼손 직교 좌표계로 하면, 실제의 유압 셔블(1)의 붐 핀의 중심 위치로부터 마커 설치 중심 위치까지의 거리 벡터(t_x, t_y, t_z)를 사용하여, 마커 좌표계로의 변환 후의 프론트 모델 데이터의 좌표(x_r, y_r, z_r)는 다음 식으로 표현된다. 또한, 마커(7b)의 설치 위치 정보는 미리 마커 위치 정보 기억부(17j)에 기억되어 있고, 마커(7b)는 붐 근원 핀과 평행하게 설치되어 있는 것으로 한다.

[수3]

(마커의 검출)

S107에서는, 마커 검출부(17e)는 카메라(17A)가 촬영한 운전자(M)의 전방의 화상(촬영 화상)을 취득한다. 계속해서 마커 검출부(17e)는, S107에서 취득한 촬영 화상에 대하여 에지 검출 등의 화상 처리를 행하고, 마커 정보 기억부(17h)로부터 마커의 형상이나 크기를 포함하는 정보를 판독하고(S108), 그 정보를 기초로 촬영 화상 내에 찍힌 마커(7b)를 검출한다(S109).

구체적으로는, 마커 검출부(17e)는, 카메라(17A)가 촬영하는 촬영 화상으로부터 마커(7b)를 검출하기 위한 전처리로서, 촬영한 RGB 화상에 대하여, 역치를 사용하여 각 화소의 명도값을 0 또는 255로 변환하는 역치 처리를 행함으로써, 촬영 화상을 2치화 화상으로 변환한다. 이어서, 마커(7b)의 윤곽을 검출하기 위해, 에지 검출 처리를 행한다. 명도차가 큰 화소를 에지로 한다. 에지 검출은, 예를 들어 소벨 필터를 사용하여, 2치화 화상과 소벨 필터의 커널의 컨볼루션 연산을 행함으로써 수평 방향과 수직 방향의 에지를 검출한다. 또한, 검출한 에지에 대하여 직선 근사를 행한다. 직선 근사에는 최소 제곱법이나 허프 변환을 사용한다. 직선 근사에 의해, 근사한 직선의 교점 좌표를 마커 직사각형의 정점으로서 취득한다. 또한, 마커 검출부(17e)는, 화상 처리 후의 촬영 화상으로부터 취득한 마커 직사각형의 4개의 정점으로 규정되는 사각형 영역(즉, 마커(7b)가 찍힌 영역)을 검출하고, 그 사각형 영역의 형상과, 마커 정보 기억부(17h)에 벡터 형식의 파라미터 데이터로서 미리 기억된 마커(7b)의 형상(템플릿 패턴)을 패턴 매칭한다. 그리고, 마커 검출부(17e)는, 양자의 매칭율이 소정의 역치를 초과한 경우, 촬영 화상 내에서 검출된 사각형 영역이 마커(7b)에 해당하고, 카메라(17A)의 촬영 화상에 마커(7b)가 찍혀 있다고 판정한다.

(마커 좌표계에 있어서의 카메라(17A)의 위치·자세의 추정)

카메라 자세 추정부(17f)는, S110에서 카메라(17A)의 내부 파라미터를 판독하고, 그 내부 파라미터와 S109에서 검출한 마커(7b)의 형상(즉, 카메라(17A)의 촬영 화상상의 마커(7b)의 형상)에 기초하여 카메라(17A)의 외부 파라미터(카메라(17A)의 자세와 위치)를 산출한다(S111). 카메라(17A)의 자세와 위치는, 카메라(17A)의 광축 방향과 설치 위치로 환언할 수 있다. 카메라(17A)의 자세와 위치로부터는 운전자(M)의 시점 위치와 시선 방향을 연산할 수 있다. 내부 파라미터는, 카메라(17A)의 왜곡을 포함하는 카메라(17A)의 위치나 자세의 변화에 의존하지 않는 하드웨어 고유의 파라미터이고, 기억 장치(17D) 내에 마련된 기억 영역인 내부 파라미터 기억부(17i)에 미리 기억되어 있다.

여기서 S111의 카메라(17A)의 자세와 위치의 추정의 상세에 대하여 설명한다. 또한, 카메라(17A)의 자세와 위치의 추정 방법에 대해서도, 일반적으로 공지이기 때문에, 상세는 생략하고 수순만을 기술한다.

먼저, 마커 좌표계로부터 카메라 좌표계로의 변환은, S111에서 추정하는 카메라(17A)의 자세와 위치를 나타내는 외부 파라미터를 사용하여 표현할 수 있다. 한편, 카메라 좌표계로부터 화면 좌표계로의 변환은 카메라(17A)의 내부 파라미터를 사용하여 나타낼 수 있다. 여기서, 내부 파라미터는, 하프 미러(17G)에 설정된 화면 좌표계의 원점, 카메라(17A)의 초점 거리, 픽셀의 스케일 팩터, 카메라(17A)의 반경 방향 및 원주 방향의 왜곡을 포함하고 있다.

따라서, 마커 좌표계로부터 화면 좌표계로의 변환은, 카메라(17A)의 외부 파라미터와 내부 파라미터를 합하여 투시 투영 행렬로 표현할 수 있다. 투시 투영 변환 행렬은 3×4의 행렬이기 때문에, 미지수는 12개로 되지만, 상수배를 무시할 수 있는 것, 마커(7b)의 정점이 마커 좌표계에서의 동일 평면 상에 있는 것을 구속 조건으로 하여, 미지수는 7개로 된다. 따라서, 카메라(17A)의 촬영 화상으로부터 산출되는 카메라 좌표계에 있어서의 마커(7b)의 정점 좌표와, 마커 좌표계에 있어서의 마커(7b)의 정점 좌표의 조합이 4조 있으면 방정식을 풀 수 있다. 즉, 마커 검출부(17e)가 검출하는 카메라 좌표계에 있어서의 마커(7b)의 4개의 정점 좌표로부터 투시 투영 행렬의 성분을 구할 수 있다.

전술한 바와 같이, 투시 투영 행렬은, 카메라(17A)의 내부 파라미터와 외부 파라미터가 합쳐진 것이고, 마커(7b)의 정점으로부터 구한 투시 투영 행렬과, 기지인 내부 파라미터로부터, 카메라(17A)의 외부 파라미터, 즉 카메라(17A)의 위치·자세를 구할 수 있다.

(마커 좌표계로부터 화면 좌표계로의 변환과 목표 자세 화상의 생성)

S112에서는, 목표 자세 화상 생성부(17c)는, S111에서 취득한 카메라(17A)의 자세와 위치(카메라(17A)의 외부 파라미터)와, 카메라(17A)의 내부 파라미터를 사용하여 표현되는 투시 투영 행렬을 이용하여, 마커 좌표계에 있어서의 프론트 모델 데이터를 하프 미러(17G)에 설정된 화면 좌표계로 변환한다(투시 투영 변환). 이 투시 투영 변환에 의해, 프론트 모델 데이터는, 삼차원의 마커 좌표계로부터 이차원의 화면 좌표계로 변환된다. 이렇게 투시 투영 변환된 프론트 모델 데이터의 화상이, 도 8의 우측에 도시한, 운전자(M)로부터 본 프론트 작업기(1A)의 목표 계측 자세를 나타내는 목표 자세 화상(24)이다. 표시 제어부(17d)는, 목표 자세 화상 생성부(17c)에서 생성된 목표 자세 화상(24)을 프로젝터(17E)로 출력하고, 이에 의해 목표 자세 화상(24)이 하프 미러(17G)에 투영된다(S113). 도 8의 좌측에는 운전자(M)에게 하프 미러(17G)를 통해 보이는 현실의 프론트 작업기(1A)와 목표 자세 화상(24)이 중첩되어 있는 모습을 도시하고 있다. 즉, 본 실시 형태의 HDM(17)(하프 미러(17G))은, 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향에서 본 현실의 프론트 작업기(1A)에 목표 자세 화상(24)을 중첩 가능하게 구성된 표시 장치로서 기능한다.

(교정 작업)

이어서 관성 계측 장치(S1, S2, S3)의 교정 작업에 필요한 컨트롤러(교정 작업 제어 장치)(20)에 대하여 설명한다. 이 컨트롤러(20)는 HMD(17)를 이용하여 실제의 프론트 작업기(1A)에서 목표 계측 자세를 취할 때마다 이용된다.

도 11은 관성 계측 장치(S1, S2, S3)의 교정 작업에 필요한 시스템의 개략 구성도이다. 이 도면에 도시하는 시스템은, 관성 계측 장치(S1, S2, S3)의 출력 신호를 취득하고, 교정 작업을 담당하는 컨트롤러(교정 작업 제어 장치)(20)와, 프론트 작업기(1A)의 프론트 부재(1a, 1b, 1c)를 연결하는 각 핀 p1 내지 p6 및 버킷 갈고리 끝 p7(후술하는 도 13 참조)의 삼차원 위치 좌표를 계측하는 핀 위치 계측 장치(예를 들어, 토탈 스테이션)(19)를 구비하고 있다. 컨트롤러(20)는, 유압 셔블(1)에 탑재할 수 있고, 입력 장치(15), 관성 계측 장치(S1, S2, S2) 및 핀 위치 계측 장치(19)와 데이터 통신 가능하게 접속되어 있다. 또한, 컨트롤러(20)는, HMD(17)의 표시 제어 장치나 입력 장치(15)의 입력 제어 장치에 대하여 프로그램을 인스톨함으로써 HMD(17)나 입력 장치(15) 내에 구성해도 되고, 유압 셔블(1)과는 독립된 컴퓨터 내에 구성해도 된다.

컨트롤러(20)는, 표시 제어 장치(17B)나 입력 제어 장치(15G)와 마찬가지로, 연산 장치와, 기억 장치와, 통신 I/F와, 입출력 I/F(모두 도시하지 않음)를 구비하고 있고, 기억 장치 내에 기억된 프로그램을 연산 장치에서 실행함으로써 도 11 중에 나타낸 각 부로서 기능한다. 컨트롤러(20)는, 계측 지시 수신부(20a), 계측 지시 송신부(20b), 계측값 취득부(20c), 출력 신호 취득부(20d) 및 설치 각도 산출부(20e)로서 기능하고, 기억 장치 내의 기억 영역에 구성 정보 기억부(20f)를 확보하고 있다. 컨트롤러(20)의 각 부의 설명과 함께 컨트롤러(20)에서 실행되는 처리의 흐름도에 대하여 도 12를 사용하여 설명한다.

도 12는 컨트롤러(20)가 실행하는 교정 작업 처리의 흐름도이다.

운전자(M)가 HMD(17)에 표시되는 목표 자세 화상(24)에 기초하여 프론트 작업기(1A)의 자세를 목표 계측 자세로 한 후에 디스플레이(15A) 상의 교정 작업 개시 버튼에 접촉하면 계측 지시 신호가 출력되고, 컨트롤러(20)는 도 12에 도시한 흐름도를 개시한다. 흐름이 개시되면, 전기 하니스 등을 통해 입력 장치(15)와 접속된 컨트롤러(20)의 계측 지시 수신부(20a)는, 입력 장치(15)로부터 출력되는 계측 지시 신호를 취득한다(S114).

S115에서는, 컨트롤러(20)의 계측 지시 송신부(20b)는, 입력 장치(15)로부터 계측 지시를 취득한 것을 트리거로 하여, 컨트롤러(20)와 무선 통신 가능하게 접속된 핀 위치 계측 장치(20)에 대하여 계측 지시 신호를 송신한다. 여기서 핀 위치 계측 장치(19)는, 예를 들어 토탈 스테이션 등의 각도와 거리를 고정밀도로 계측 가능한 장치이고, 이하에는 핀 위치 계측 장치(19)가 토탈 스테이션인 경우에 대하여 설명한다. 도 13에 도시한 바와 같이, 프론트 작업기(1A)의 각 프론트 부재(1a, 1b, 1c)를 연결하는 각 핀 p1 내지 p6 및 버킷 갈고리 끝 p7의 축방향 단부면에는 계측용의 마커가 미리 설치되어 있다. 컨트롤러(20)로부터 계측 지시 신호를 수신한 토탈 스테이션(핀 위치 계측 장치(19))은, 각 마커까지의 거리 및 각도를 계측한다. 계측이 종료되면, 토탈 스테이션(핀 위치 계측 장치(19))은 그 계측값(각 마커까지의 거리 및 각도)을 컨트롤러(20)로 송신하고, 이에 의해 컨트롤러(20)가 토탈 스테이션의 계측값을 취득한다(S116). 또한, 토탈 스테이션의 구성 및 동작에 대해서는 공지이기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.

S117에서는, 컨트롤러(20)의 출력 신호 취득부(20d)는, 관성 계측 장치(S1 내지 S3)의 출력 신호를 취득한다.

S118에서는, 컨트롤러(20)의 설치 각도 산출부(20e)는, S116에서 취득한 토탈 스테이션(핀 위치 계측 장치(19))의 계측값과, S117에서 취득한 관성 계측 장치(S1 내지 S3)의 출력 신호에 기초하여, 프론트 작업기(1A)의 각 프론트 부재에 대한 관성 계측 장치(S1 내지 S3)의 설치 각도를 산출하고(S118), 그것을 교정 정보로서 교정 정보 기억부(20f)에 기록한다(S119).

(작용 효과)

상기와 같이 구성한 교정 작업 지원 시스템에서는, 운전자(M)가 입력 장치(15)에 기계 정보(차격 정보 및 사양 정보를 포함함)와 작업 정보(작업 항목 정보 및 작업 수순 정보(목표 계측 자세)를 포함함)를 입력하면, 표시 제어 장치(17B)는, 목표 계측 자세를 취한 프론트 작업기(1A)를 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향에서 본 경우의 화상(목표 자세 화상(24))을 생성하고, 그 목표 자세 화상(24)을 HMD(17)의 하프 미러(17G)에 투영한다. HMD(17)의 하프 미러(17G)는 투과성이 있기 때문에, 그때의 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향에서 본 현실의 프론트 작업기(1A)에 목표 자세 화상(24)이 중첩된다(도 8 참조). 현실의 프론트 작업기(1A)와 마찬가지로 목표 자세 화상(24)도 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향에서 본 프론트 작업기(1A)의 모습이다. 그 때문에, 운전자(M)는, 현실의 각 프론트 부재가 하프 미러(17G) 상의 목표 자세 화상에 있어서의 각 프론트 부재에 중첩되도록 조작 레버(7a1, 7a1)를 조작하여 현실의 프론트 작업기(1A)를 동작시키는 것만으로, 운전실(7) 내에 앉은 채로 교정 작업에 필요한 목표 계측 자세를 프론트 작업기(1A)에 취하게 할 수 있다. 즉, 관성 계측 장치(S1, S2, S2)의 교정 작업에 있어서 운전자(M)가 운전실(7)로부터 내려와 유압 셔블(1)의 측방으로부터 프론트 작업기(1A)의 자세를 눈으로 보아 확인할 필요가 없어지고, 운전자(M)의 숙련도에 관계 없이 운전실(7)에 앉은 채로 바른 목표 계측 자세로 프론트 작업기(1A)를 조작할 수 있다. 그 결과, 운전실(7)의 외부로부터 눈으로 보아 확인하는 수순이 불필요해져, 교정 작업 전체의 작업성이 향상된다.

(변형예)

이어서 상기한 실시 형태의 변형예에 대하여 설명한다. 상술한 실시 형태에서는, 표시 장치로서 운전자의 헤드부에 장착하는 HMD(17)를 사용하여, HMD(17)의 카메라(17A)가 프론트 글래스(16) 상의 마커(7b)를 검출함으로써, 운전자(M)의 헤드부 자세를 추정하고, 하프 미러(17G) 상에서의 목표 자세 화상(24)의 표시를 제어하는 예를 나타냈다.

기타의 예로서, HMD(17) 대신에, 렌즈나 하프 미러 등의 광학계를 갖지 않는 일반적인 표시 장치(예를 들어, LCD 디스플레이나 유기 EL 디스플레이)를 사용해도 된다. 구체적으로는, 도 14에 도시한 바와 같이, 운전실(7)에 있어서의 우측의 필러(13)에 고정되는 표시 장치(18)가 이용 가능하다. 표시 장치(18)의 하우징 내에는 표시 제어 장치(17B)가 수납되어 있다.

도 15는 표시 장치(18)의 표면(도면 중 왼쪽)과 이면(도면 중 우측)을 도시하는 도면이다. 표시 장치(18)의 이면에는 카메라(18A)가 마련되어 있고, 이 카메라(18A)가, 프론트 작업기(1A)를 포함하는 운전실(7) 전방을 촬영한다. 목표 자세 화상(26)은, 상기한 실시 형태와 동일하게, 입력 장치(9)가 취득하는 기계 정보와 작업 정보를 기초로 생성된다. 표시 디스플레이(18)의 표면(도면 중 좌측)에는, 카메라(18A)가 촬영한 운전실 전방의 촬영 화상(25)과, 카메라(18A)의 설치 위치로부터 카메라(18A)의 광축 방향을 향해 목표 계측 자세를 취한 프론트 작업기(1A)의 모델 데이터를 본 경우의 화상(목표 자세 화상)(26)이 표시되어 있고, 촬상 화상(25) 상의 현실의 프론트 작업기(1A)에 목표 자세 화상(26)이 중첩 표시된다. 또한, 기타의 부분에 대해서는 앞의 실시 형태와 동일하고 설명은 생략한다.

상기와 같이 본 변형예에서는, 표시 제어 장치(17B)가 목표 자세 화상(26)을 생성할 때의 기준이 되는 위치 및 방향을, 유압 셔블(1)(필러(13))에 설치된 카메라(18A)의 설치 위치 및 광축 방향으로 하고 있다. 표시 제어 장치(17B)는, 입력 장치(15)로부터 입력된 기계 정보와, 목표 자세 정보(작업 정보)와, 카메라(18A)의 설치 위치 및 광축 방향에 기초하여, 목표 계측 자세를 취한 프론트 작업기(1A)를 카메라(18A)로 보았을 때의 화상(목표 자세 화상)(26)으로서 생성한다. 표시 장치(18)는, 운전실(7) 내의 운전실에 착좌한 운전자(M)의 전방에 배치되는 디스플레이이고, 카메라(18A)로 촬영한 현실의 프론트 작업기(1A)와 목표 자세 화상(26)을 중첩 표시하고 있다.

이렇게 시스템을 교정해도 앞의 실시 형태와 마찬가지로, 교정 작업의 대상이 되는 기계의 차격이나 사양을 막론하고, 실제의 프론트 위치와 겹치도록 목표 자세 화상(26)을 운전자에게 제시할 수 있다. 그 때문에, 운전자는 운전실(7)에 앉은 채로 목표 자세 화상(26)과 현재의 프론트 작업기(1A)의 자세의 차분을 용이하게 파악할 수 있다. 즉, 운전자의 숙련도에 관계없이, 운전실(7)에 앉은 채로도, 바른 계측 자세로 프론트 작업기(1A)를 조작할 수 있다. 그 결과, 운전실의 외부로부터 눈으로 보아 확인하는 수순이 불필요해져, 작업성이 향상된다.

(기타)

또한, 본 발명은, 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은, 상기한 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어느 실시 형태에 관한 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 관한 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.

또한, 상기에서는, 목표 자세 화상(24, 26)을 생성할 때에, 운전자(M)의 시점 위치 및 시선 방향과, 카메라(18A)의 설치 위치 및 광축 방향을 기준으로 했지만, 현실의 프론트 작업기(1A)와 목표 자세 화상을 공통의 시점 위치 및 시선 방향에서 중첩할 수 있는 시점 위치 및 시선 방향이라면, 원하는 시점 위치 및 시선 방향을 기준으로 하여 목표 자세 화상을 생성해도 상관없다.

또한, 상기한 실시 형태에 포함되는 제어 장치(예를 들어, 표시 제어 장치(17B), 입력 제어 장치(15G), 컨트롤러(20))에 관한 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그것들의 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들어, 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로로 설계하는 등)에서 실현해도 된다. 또한, 상기한 제어 장치에 관한 구성은, 연산 장치(예를 들어, CPU)에 의해 판독·실행됨으로써 당해 제어 장치의 구성에 관한 각 기능이 실현되는 프로그램(소프트웨어)으로 해도 된다. 당해 프로그램에 관한 정보는, 예를 들어 반도체 메모리(플래시 메모리, SSD 등), 자기 기억 장치(하드디스크 드라이브 등) 및 기록 매체(자기 디스크, 광 디스크 등) 등에 기억시킬 수 있다.

또한, 상기한 각 실시 형태의 설명에서는, 제어선이나 정보선은, 당해 실시 형태의 설명에 필요하다고 이해되는 것을 나타냈지만, 반드시 제품에 관한 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.

1: 유압 셔블
1A: 프론트 작업기
1a: 붐
1b: 암
1c: 버킷
S1 내지 S3: 자세 계측 장치
7: 운전실
M: 운전자
7b: 이차원 마커
13: 프론트 글래스
15: 입력 장치
15A: 디스플레이
15a: 기계 정보 입력부
15b: 작업 정보 입력부
16: 필러
17: 헤드 마운트 디스플레이
17A: 카메라
17B: 표시 제어 장치
17C: 연산 장치
17D: 기억 장치
17E: 프로젝터
17F: 렌즈
17G: 하프 미러
17H: 통신 I/F
17a: 모델 선택부
17b: 모델 좌표 변환부
17c: 목표 자세 화상 생성부
17d: 표시 제어부
17e: 마커 검출부
17f: 카메라 자세 추정부
17g: 모델 데이터 기억부
17h: 마커 정보 기억부
17i: 내부 파라미터 기억부
17j: 마커 위치 정보 기억부
18: 표시 장치
18A: 카메라
24, 26: 목표 자세 화상
25: 전경 화상

Claims

작업 기계가 구비하는 작업 장치에 설치된 관성 계측 장치의 교정 작업을 지원하는 교정 작업 지원 시스템이며,
상기 작업 기계의 차격 정보와 상기 작업 장치의 사양 정보를 포함하는 기계 정보를 입력하기 위한 입력 장치와,
상기 입력 장치로부터 입력된 상기 기계 정보와, 상기 관성 계측 장치를 교정할 때의 상기 작업 장치의 목표 계측 자세로서 미리 정해진 목표 자세 정보에 기초하여, 상기 목표 계측 자세를 취한 상기 작업 장치를 소정의 시점 위치로부터 소정의 시선 방향에서 본 경우의 화상인 목표 자세 화상을 생성하는 제어 장치와,
상기 제어 장치에서 생성된 상기 목표 자세 화상을 표시하는 표시 장치를 구비하고,
상기 표시 장치는, 상기 소정의 시점 위치로부터 상기 소정의 시선 방향에서 본 현실의 상기 작업 장치에 상기 목표 자세 화상을 중첩 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 교정 작업 지원 시스템.
제1항에 있어서, 상기 표시 장치는, 상기 작업 기계에 탑승하는 운전자의 전방에 배치되는 투과형 디스플레이이고,
상기 소정의 시점 위치 및 상기 소정의 시선 방향은, 상기 운전자의 시점 위치 및 시선 방향이고,
상기 운전자의 시점 위치 및 시선 방향을 계측하는 계측 장치를 더 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 입력 장치로부터 입력된 상기 기계 정보와, 상기 목표 자세 정보와, 상기 계측 장치에서 계측된 상기 운전자의 시점 위치 및 시선 방향에 기초하여, 상기 목표 계측 자세를 취한 상기 작업 장치를 상기 운전자의 시점 위치 및 시선 방향에서 보았을 때의 목표 자세 화상을 상기 목표 자세 화상으로서 생성하는 것을 특징으로 하는 교정 작업 지원 시스템.
제2항에 있어서, 상기 표시 장치는, 상기 작업 기계에 탑승하는 운전자가 장착하는 투과형의 헤드 마운트 디스플레이이고,
상기 계측 장치는, 상기 헤드 마운트 디스플레이에 탑재된 카메라이고, 상기 작업 기계의 운전실의 전방에 설치된 이차원 마커를 촬영하는 카메라이고,
상기 제어 장치는, 상기 카메라의 내부 파라미터와, 상기 카메라의 촬영 화상상의 상기 이차원 마커의 형상에 기초하여 상기 운전자의 시점 위치 및 시선 방향을 연산하는 것을 특징으로 하는 교정 작업 지원 시스템.
제1항에 있어서, 상기 소정의 시점 위치 및 상기 소정의 시선 방향은, 상기 작업 기계에 설치된 카메라의 설치 위치 및 광축 방향이고,
상기 제어 장치는, 상기 입력 장치로부터 입력된 상기 기계 정보와, 상기 목표 자세 정보와, 상기 카메라의 설치 위치 및 광축 방향에 기초하여, 상기 목표 계측 자세를 취한 상기 작업 장치를 상기 카메라로 보았을 때의 목표 자세 화상을 상기 목표 자세 화상으로서 생성하고,
상기 표시 장치는, 상기 작업 기계에 탑승하는 운전자의 전방에 배치되는 디스플레이이고, 상기 카메라로 촬영한 상기 현실의 작업 장치와 상기 목표 자세 화상을 중첩 표시하는 것을 특징으로 하는 교정 작업 지원 시스템.