KR20230171035A - 작업 기계의 제어 시스템, 작업 기계, 및 작업 기계의 제어 방법 - Google Patents

작업 기계의 제어 시스템, 작업 기계, 및 작업 기계의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

주행체 및 선회체를 구비하는 작업 기계의 제어 시스템은, 작업 기계의 외부에 설치된 복수의 타겟의 화상과, 선회체의 경사각에 기초하여, 선회체의 위치 및 방위각을 산출하는 위치 방위 산출부를 구비한다.

Description

작업 기계의 제어 시스템, 작업 기계, 및 작업 기계의 제어 방법
본 개시는, 작업 기계의 제어 시스템, 작업 기계, 및 작업 기계의 제어 방법에 관한 것이다.
작업 기계에 관한 기술 분야에 있어서, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은, 목표 시공면에 기초하여 굴삭 대상을 굴삭하는 기술이 알려져 있다. 목표 시공면에 기초하여 굴삭 대상을 굴삭하는 기술로서, 목표 시공면과 작업기의 상대 위치를 나타내는 가이던스(guidance) 화상을 작업 기계의 오퍼레이터에게 제시하는 머신 가이던스 기술과, 목표 시공면에 따라서 작업기가 동작하도록 오퍼레이터의 조작을 어시스트 제어하는 머신 컨트롤 기술이 알려져 있다.
국제공개 제2015/167022호
목표 시공면에 기초하여 굴삭 대상을 굴삭하는 경우, 작업 기계의 위치 및 방위각을 산출할 필요가 있다. 작업 기계의 위치 및 방위각은 전구 측위 위성 시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)을 이용하여 산출된다. GNSS의 측위 불량이 발생하면, 작업 기계의 위치 및 방위각을 산출하는 것이 곤란해진다.
본 개시는, GNSS의 측위 불량이 발생한 경우에 있어서, 작업 기계의 위치 및 방위각을 산출하는 것을 목적으로 한다.
본 개시에 따르면, 주행체 및 선회체를 구비하는 작업 기계의 제어 시스템으로서, 작업 기계의 외부에 설치된 복수의 타겟의 화상과, 선회체의 경사각에 기초하여, 선회체의 위치 및 방위각을 산출하는 위치 방위 산출부를 구비하는, 작업 기계의 제어 시스템이 제공된다.
본 개시에 의하면, GNSS의 측위 불량이 발생한 경우에 있어서, 작업 기계의 위치 및 방위각이 산출된다.
[도 1] 도 1은, 실시형태에 관련된 작업 기계를 나타내는 사시도이다.
[도 2] 도 2는, 실시형태에 관련된 작업 기계를 나타내는 모식도이다.
[도 3] 도 3은, 실시형태에 관련된 작업 기계의 운전실을 나타내는 도면이다.
[도 4] 도 4는, 실시형태에 관련된 작업 기계의 제어 시스템을 나타내는 블록도이다.
[도 5] 도 5는, 실시형태에 관련된 선회체의 위치 및 방위각의 산출 모드를 설명하기 위한 모식도이다.
[도 6] 도 6은, 실시형태에 관련된 작업 현장에 설치된 복수의 타겟을 나타내는 도면이다.
[도 7] 도 7은, 실시형태에 관련된 타겟을 나타내는 도면이다.
[도 8] 도 8은, 실시형태에 관련된 선회체의 위치 및 방위각의 산출 방법을 나타내는 플로차트다.
[도 9] 도 9는, 실시형태에 관련된 선회체의 위치 및 방위각의 산출 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
[도 10] 도 10은, 실시형태에 관련된 선회체의 위치 및 방위각의 산출 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
[도 11] 도 11은, 실시형태에 관련된 선회체가 선회 동작한 후의 선회체의 위치 및 방위각의 산출 방법을 나타내는 플로차트다.
[도 12] 도 12는, 실시형태에 관련된 선회체의 위치 및 방위각의 산출 결과의 보정 방법을 나타내는 플로차트다.
[도 13] 도 13은, 실시형태에 관련된 컴퓨터 시스템을 나타내는 블록도이다.
이하, 본 개시에 관련된 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 개시는 실시형태에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 실시형태의 구성 요소는 적절히 조합할 수 있다. 또한, 일부의 구성 요소를 이용하지 않는 경우도 있다.
[작업 기계]
도 1은, 실시형태에 관련된 작업 기계(1)를 나타내는 사시도이다. 도 2는, 실시형태에 관련된 작업 기계(1)를 나타내는 모식도이다. 도 3은, 실시형태에 관련된 작업 기계(1)의 운전실(2)을 나타내는 도면이다.
작업 기계(1)는, 작업 현장에 있어서 가동한다. 실시형태에 있어서, 작업 기계(1)는 유압 셔블이다. 이하의 설명에 있어서, 작업 기계(1)를 적절히 유압 셔블(1)이라고 한다.
유압 셔블(1)은 주행체(3)와, 선회체(4)와, 작업기(5)와, 유압 실린더(6)와, 조작 장치(7)와, 차량탑재 모니터(8)와, 위치 센서(9)와, 경사 센서(10)와, 촬상(撮像) 장치(11)와, 제어 장치(12)를 구비한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 작업 현장에 3차원의 현장 좌표계(Xg, Yg, Zg)가 규정된다. 선회체(4)에 3차원의 차체 좌표계(Xm, Ym, Zm)가 규정된다. 촬상 장치(11)에 3차원의 카메라 좌표계(Xc, Yc, Zc)가 규정된다.
현장 좌표계는, 작업 현장에 규정된 현장 기준점 Og로부터 남북으로 연장되는 Xg축, 현장 기준점 Og로부터 동서로 연장되는 Yg축, 및 현장 기준점 Og로부터 상하로 연장되는 Zg축에 의해 구성된다.
차체 좌표계는, 선회체(4)에 규정된 대표점 Om으로부터 선회체(4)의 전후 방향으로 연장되는 Xm축, 대표점 Om으로부터 선회체(4)의 좌우 방향으로 연장되는 Ym축, 및 대표점 Om으로부터 선회체(4)의 상하 방향으로 연장되는 Zm축에 의해 구성된다. 선회체(4)의 대표점 Om을 기준으로 하여, +Xm 방향은 선회체(4)의 전방이고, -Xm 방향은 선회체(4)의 후방이며, +Ym 방향은 선회체(4)의 좌방이고, -Ym 방향은 선회체(4)의 우방이며, +Zm 방향은 선회체(4)의 상방이고, -Zm 방향은 선회체(4)의 하방이다.
카메라 좌표계는, 촬상 장치(11)를 구성하는 1개의 카메라(13)의 광학 중심 Oc로부터 카메라(13)의 폭 방향으로 연장되는 Xc축, 광학 중심 Oc로부터 카메라(13)의 상하 방향으로 연장되는 Yc축, 및 광학 중심 Oc로부터 카메라(13)의 광학계의 광축에 평행한 방향으로 연장되는 Zc축에 의해 구성된다.
주행체(3)는 선회체(4)를 지지한 상태로 주행한다. 주행체(3)는 한 쌍의 크롤러 벨트(crawlers belts)(3A)를 가진다. 크롤러 벨트(3A)의 회전에 의해, 주행체(3)는 주행 동작한다. 주행체(3)의 주행 동작은 전진 동작 및 후진 동작을 포함한다. 유압 셔블(1)은 주행체(3)에 의해 작업 현장을 이동할 수 있다.
선회체(4)는 주행체(3)에 지지된다. 선회체(4)는 주행체(3)보다 상방에 배치된다. 선회체(4)는 주행체(3)에 지지된 상태에서 선회축(RX)을 중심으로 선회 동작한다. 선회축(RX)은 Zm축에 평행하다. 선회체(4)의 선회 동작은 좌선회 동작 및 우선회 동작을 포함한다. 운전실(2)은 선회체(4)에 설치된다.
작업기(5)는 선회체(4)에 지지된다. 작업기(5)는 작업을 실시한다. 실시형태에 있어서, 작업기(5)에 의해 실시되는 작업은, 굴삭 대상을 굴삭하는 굴삭 작업 및 굴삭물을 적입(積入) 대상에 싣는 적입 작업을 포함한다.
작업기(5)는 붐(5A)과, 암(5B)과, 버킷(5C)을 포함한다. 붐(5A)의 기단부는 선회체(4)의 전부(前部)에 회동(回動) 가능하게 연결된다. 암(5B)의 기단부는 붐(5A)의 선단부에 회동 가능하게 연결된다. 버킷(5C)의 기단부는 암(5B)의 선단부에 회동 가능하게 연결된다.
유압 실린더(6)는 작업기(5)를 동작시킨다. 유압 실린더(6)는 붐 실린더(6A)와, 암 실린더(6B)와, 버킷 실린더(6C)를 포함한다. 붐 실린더(6A)는 붐(5A)을 인상 동작 및 인하 동작시킨다. 암 실린더(6B)는 암(5B)을 굴삭 동작 및 덤프 동작시킨다. 버킷 실린더(6C)는 버킷(5C)를 굴삭 동작 및 덤프 동작시킨다. 붐 실린더(6A)의 기단부는 선회체(4)에 연결된다. 붐 실린더(6A)의 선단부는 붐(5A)에 연결된다. 암 실린더(6B)의 기단부는 붐(5A)에 연결된다. 암 실린더(6B)의 선단부는 암(5B)에 연결된다. 버킷 실린더(6C)의 기단부는 암(5B)에 연결된다. 버킷 실린더(6C)의 선단부는 버킷(5C)에 연결된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 조작 장치(7)는 운전실(2)에 배치된다. 조작 장치(7)는 주행체(3), 선회체(4), 및 작업기(5) 중 적어도 하나를 동작시키기 위해 조작된다. 조작 장치(7)는 운전실(2)에 탑승한 오퍼레이터에게 조작된다. 오퍼레이터는, 운전실(2)에 배치된 운전 시트(14)에 착석한 상태에서, 조작 장치(7)를 조작할 수 있다.
조작 장치(7)는, 선회체(4) 및 작업기(5)의 동작을 위해 조작되는 좌측 작업 레버(7A) 및 우측 작업 레버(7B)와, 주행체(3)의 동작을 위해 조작되는 좌측 주행 레버(7C) 및 우측 주행 레버(7D)와, 좌측 풋 페달(7E) 및 우측 풋 페달(7F)을 포함한다.
좌측 작업 레버(7A)가 전후 방향으로 조작되는 것에 의해, 암(5B)이 덤프 동작 또는 굴삭 동작한다. 좌측 작업 레버(7A)가 좌우 방향으로 조작되는 것에 의해, 선회체(4)가 좌선회 동작 또는 우선회 조작한다. 우측 작업 레버(7B)가 좌우 방향으로 조작되는 것에 의해, 버킷(5C)이 굴삭 동작 또는 덤프 동작한다. 우측 작업 레버(7B)가 전후 방향으로 조작되는 것에 의해, 붐(5A)가 인하 동작 또는 인상 동작한다. 그리고, 좌측 작업 레버(7A)가 전후 방향으로 조작되었을 때 선회체(4)가 우선회 동작 또는 좌선회 동작하고, 좌측 작업 레버(7A)가 좌우 방향으로 조작되었을 때 암(5B)이 덤프 동작 또는 굴삭 동작해도 된다.
좌측 주행 레버(7C)가 전후 방향으로 조작되는 것에 의해, 주행체(3)의 좌측의 크롤러 벨트(3A)가 전진 동작 또는 후진 동작한다. 우측 주행 레버(7D)가 전후 방향으로 조작되는 것에 의해, 주행체(3)의 우측의 크롤러 벨트(3A)가 전진 동작 또는 후진 동작한다.
좌측 풋 페달(7E)은 좌측 주행 레버(7C)와 연동한다. 우측 풋 페달(7F)은 우측 주행 레버(7D)와 연동한다. 좌측 풋 페달(7E) 및 우측 풋 페달(7F)이 조작되는 것에 의해, 주행체(3)가 전진 동작 또는 후진 동작되어도 된다.
차량탑재 모니터(8)는 운전실(2)에 배치된다. 차량탑재 모니터(8)는 운전 시트(14)의 우측 전방에 배치된다. 차량탑재 모니터(8)는 표시 장치(8A)와, 입력 장치(8B)를 가진다.
표시 장치(8A)는 규정의 표시 데이터를 표시한다. 표시 장치(8A)로서, 액정 모니터(LCD: Liquid Crystal Display) 또는 유기 EL 디스플레이(OELD: Organic Electroluminescence Display)와 같은 플랫 패널 디스플레이가 예시된다.
입력 장치(8B)는 오퍼레이터에게 조작되는 것에 의해 입력 데이터를 생성한다. 입력 장치(8B)로서, 버튼 스위치, 컴퓨터용 키보드, 및 터치패널이 예시된다.
위치 센서(9)는 현장 좌표계에서의 위치를 검출한다. 위치 센서(9)는 전구 측위 위성 시스템(GNSS: Global Navigation Satellite System)을 이용하여 현장 좌표계에서의 위치를 검출한다. 전지구 항법 위성 시스템은 전지구 측위 시스템(GPS: Global Positioning System)을 포함한다. 전지구 항법 위성 시스템은 위도, 경도, 및 고도의 좌표 데이터로 규정되는 위치를 검출한다. 위치 센서(9)는 GNSS 위성으로부터 GNSS 전파를 수신하는 GNSS 수신기를 포함한다. 위치 센서(9)는 선회체(4)에 배치된다. 실시형태에 있어서, 위치 센서(9)는 선회체(4)의 카운터 웨이트에 배치된다.
위치 센서(9)는 제1 위치 센서(9A)와, 제2 위치 센서(9B)를 포함한다. 제1 위치 센서(9A)와 제2 위치 센서(9B)는 선회체(4)의 상이한 위치에 배치된다. 실시형태에 있어서, 제1 위치 센서(9A)와 제2 위치 센서(9B)는, 선회체(4)에 있어서 좌우 방향으로 간격을 두고 배치된다. 제1 위치 센서(9A)는, 제1 위치 센서(9A)가 배치되어 있는 위치를 나타내는 제1 측위 위치를 검출한다. 제2 위치 센서(9B)는, 제2 위치 센서(9B)가 배치되어 있는 위치를 나타내는 제2 측위 위치를 검출한다.
경사 센서(10)는 선회체(4)의 가속도 및 각속도를 검출한다. 경사 센서(10)는 관성 계측 장치(IMU: Inertial Measurement Unit)를 포함한다. 경사 센서(10)는 선회체(4)에 배치된다. 실시형태에 있어서, 경사 센서(10)는 운전실(2)의 하방에 설치된다.
촬상 장치(11)는 선회체(4)의 전방을 촬상한다. 촬상 장치(11)는 선회체(4)에 배치된다. 실시형태에 있어서, 촬상 장치(11)는 운전실(2)의 상부에 배치된다. 촬상 장치(11)는 복수의 카메라(13)를 포함한다. 카메라(13)는 광학계와, 광학계를 통하여 광을 수광하는 이미지 센서를 포함한다. 이미지 센서로서, CCD(Charge Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서가 예시된다.
실시형태에 있어서, 카메라(13)는 4개 설치된다. 카메라(13)는 카메라(13A)와, 카메라(13B)와, 카메라(13C)와, 카메라(13D)를 포함한다. 1세트의 카메라(13)에 의해 스테레오 카메라(15)가 구성된다. 실시형태에 있어서, 1세트의 카메라(13A, 13C)에 의해 제1 스테레오 카메라(15A)가 구성된다. 1세트의 카메라(13B, 13D)에 의해 제2 스테레오 카메라(15B)가 구성된다.
스테레오 카메라(15A)의 카메라(13A)와 카메라(13C)는 선회체(4)의 좌우 방향으로 간격을 두고 배치된다. 스테레오 카메라(15B)의 카메라(13B)와 카메라(13D)는 선회체(4)의 좌우 방향으로 간격을 두고 배치된다. 카메라(13A, 13C)의 광학계의 광축은 Xg축에 실질적으로 평행하다. 카메라(13B, 13D)의 광학계의 광축은 선회체(4)의 전방을 향하여 하방으로 경사진다.
[제어 시스템]
도 4는, 실시형태에 관련된 작업 기계(1)의 제어 시스템(30)을 나타내는 블록도이다. 유압 셔블(1)은 제어 시스템(30)을 구비한다. 제어 시스템(30)은 차량탑재 모니터(8)와, 위치 센서(9)와, 경사 센서(10)와, 촬상 장치(11)와, 제어 장치(12)를 가진다. 제어 장치(12)는 유압 셔블(1)을 제어한다. 제어 장치(12)는 컴퓨터 시스템을 포함한다.
제어 장치(12)는 기억부(16)와, 제1 위치 방위 산출부(17)와, 제2 위치 방위 산출부(18)와, 경사각 산출부(19)와, 전환부(20)와, 3차원 데이터 산출부(21)와, 표시 제어부(22)와, 보정부(23)를 가진다.
기억부(16)는 규정의 기억 데이터를 기억한다. 기억부(16)는, 후술하는 타겟(24)에 관련된 타켓 데이터를 기억한다. 타겟(24)은 유압 셔블(1)의 외부에 복수 설치된다. 타켓 데이터는 복수의 타겟(24)의 각각의 3차원 위치를 포함한다. 타켓 데이터는, 타겟(24)의 식별 마크(27)에 의해 규정되는 식별 데이터와 타겟(24)의 3차원 위치의 관계를 나타내는 상관 데이터를 포함한다.
제1 위치 방위 산출부(17)는 위치 센서(9)의 검출 데이터에 기초하여, 현장 좌표계에서의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다. 전술한 바와 같이, 위치 센서(9)는 GNSS 전파를 수신하는 GNSS 수신기를 포함한다. 제1 위치 방위 산출부(17)는 GNSS 전파에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다. 선회체(4)의 방위각은 예를 들면 Xg축을 기준으로 하는 선회체(4)의 방위각이다.
제1 위치 방위 산출부(17)는, 제1 위치 센서(9A)에 의해 검출되는 제1 측위 위치 및 제2 위치 센서(9B)에 의해 검출되는 제2 측위 위치 중 적어도 한쪽에 기초하여, 선회체(4)의 위치를 산출한다. 제1 위치 방위 산출부(17)는, 제1 위치 센서(9A)에 의해 검출되는 제1 측위 위치와 제2 위치 센서(9B)에 의해 검출되는 제2 측위 위치의 상대 위치에 기초하여, 선회체(4)의 방위각을 산출한다.
제2 위치 방위 산출부(18)는 촬상 장치(11)에 의해 취득된 화상에 기초하여, 현장 좌표계에서의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다. 전술한 바와 같이, 유압 셔블(1)의 외부에 복수의 타겟(24)이 설치된다. 촬상 장치(11)는 타겟(24)을 촬상한다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 촬상 장치(11)로부터 복수의 타겟(24)의 화상을 취득한다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 유압 셔블(1)의 외부에 설치된 복수의 타겟(24)의 화상에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다.
경사각 산출부(19)는 경사 센서(10)의 검출 데이터에 기초하여, 선회체(4)의 경사각을 산출한다. 선회체(4)의 경사각은 선회체(4)의 롤각 및 피치각을 포함한다. 롤각이란, Xg축을 중심으로 하는 경사 방향에서의 선회체(4)의 경사각을 말한다. 피치각이란, Yg축을 중심으로 하는 경사 방향에서의 선회체(4)의 경사각을 말한다. 경사각 산출부(19)는 경사 센서(10)의 검출 데이터에 기초하여, 선회체(4)의 롤각 및 피치각을 산출한다.
전환부(20)는, 제1 위치 방위 산출부(17)에 의해 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출하는 제1 산출 모드와, 제2 위치 방위 산출부(18)에 의해 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출하는 제2 산출 모드를 전환한다.
3차원 데이터 산출부(21)는 스테레오 카메라(15)에 의해 촬상된 1세트의 화상에 기초하여, 스테레오 카메라(15)와 촬상 대상의 거리를 산출한다. 촬상 대상으로서, 작업기(5)에 의해 굴삭되는 굴삭 대상이 예시된다. 3차원 데이터 산출부(21)는, 스테레오 카메라(15)의 1세트의 카메라(13)가 촬상한 동일한 촬상 대상의 화상을 스테레오 처리하는 것에 의해, 촬상 대상의 3차원 데이터를 산출한다. 3차원 데이터 산출부(21)는 카메라 좌표계에서의 3차원 데이터를 산출한다.
표시 제어부(22)는 차량탑재 모니터(8)의 표시 장치(8A)를 제어한다. 표시 제어부(22)는 규정의 표시 데이터를 표시 장치(8A)에 표시시킨다.
보정부(23)는 경사 센서(10)의 오차를 보정한다.
[산출 모드]
도 5는, 실시형태에 관련된 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 모드를 설명하기 위한 모식도이다. 실시형태에 있어서, 선회체(4)의 위치 및 방위각은, 제1 산출 모드 및 제2 산출 모드 중 적어도 한쪽에 의해 산출된다. 선회체(4)의 위치는 현장 좌표계에서의 선회체(4)의 대표점 Om의 위치를 포함한다. 선회체(4)의 방위각은, 현장 좌표계에서의 선회체(4)의 대표점 Om을 기준으로 하는 차체 좌표계의 방위각을 포함한다.
제1 산출 모드는 GNSS 전파에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출하는 산출 모드이다. 제1 산출 모드에 있어서, 제1 위치 방위 산출부(17)는 위치 센서(9)의 검출 데이터에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다.
제2 산출 모드는 복수의 타겟(24)의 화상에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출하는 산출 모드이다. 제2 산출 모드에 있어서, 제2 위치 방위 산출부(18)는 촬상 장치(11)에 의해 촬상된 타겟(24)의 화상에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다.
GNSS의 측위 불량이 발생하면, 제1 위치 방위 산출부(17)에 의한 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출이 곤란해질 가능성이 있다. GNSS의 측위 불량은 GNSS의 측위 정밀도의 저하 및 측위 불가능을 포함한다. GNSS의 측위 불량으로서, 위치 센서(9)가 수신하는 GNSS 전파의 강도 부족 또는 GNSS 전파의 멀티패스가 예시된다. GNSS 전파의 멀티패스란, GNSS 위성으로부터 송신된 GNSS 전파가, 지면이나 건조물등에서 반사하거나, 전리층에 있어서 반사 또는 굴절하거나 하여, 위치 센서(9)가 복수의 전송 경로로부터 GNSS 전파를 수신하는 것에 의해, 검출되는 위치에 오차가 발생하는 현상을 말한다.
GNSS의 측위 불량이 발생하고 있지 않은 경우, 선회체(4)의 위치 및 방위각은 제1 산출 모드로 산출된다. GNSS의 측위 불량이 발생한 경우, 선회체(4)의 위치 및 방위각은 제2 산출 모드로 산출된다.
전환부(20)는 GNSS 전파의 수신 상황에 기초하여, 제1 산출 모드와 제2 산출 모드를 전환한다. 제1 위치 방위 산출부(17)는 GNSS 전파의 수신 상황의 양부(良否)를 판정할 수 있다. 제1 위치 방위 산출부(17)는 예를 들면 GNSS 전파의 강도를 판정할 수 있다. 전환부(20)는 위치 센서(9)에 의한 GNSS 전파의 수신 상황에 기초하여, 제1 산출 모드와 제2 산출 모드를 전환한다. 또한, 전환부(20)는 제1 위치 방위 산출부(17)에 의한 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출의 가부에 기초하여, 제1 산출 모드와 제2 산출 모드를 전환한다. 예를 들면 GNSS 전파의 강도가 부족하고, GNSS 전파의 수신 상황이 불량한 경우, 제1 위치 방위 산출부(17)는 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출 불가능한 상태로 될 가능성이 높다. 한편, GNSS 전파의 강도가 충족되고, GNSS 전파의 수신 상황이 양호한 경우, 제1 위치 방위 산출부(17)는 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출 가능한 상태로 될 가능성이 높다.
전환부(20)는, GNSS 전파의 수신 상황이 양호한 상태로부터 불량한 상태로 변화한 경우, 제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로 전환한다. 또한, 전환부(20)는, 제1 위치 방위 산출부(17)가 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출 가능한 상태로부터 산출 불가능한 상태로 변화시킨 경우, 제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로 전환한다.
전환부(20)는, GNSS 전파의 수신 상황이 불량한 상태로부터 양호한 상태로 변화한 경우, 제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로 전환한다. 또한, 전환부(20)는, 제1 위치 방위 산출부(17)가 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출 불가능한 상태로부터 산출 가능한 상태로 변화한 경우, 제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로 전환한다.
실시형태에 있어서, 표시 제어부(22)는 GNSS 전파의 수신 상황을 표시 장치(8A)에 표시시킨다. 도 5에 나타낸 바와 같이, GNSS 전파의 수신 상황이 양호한 상태로부터 불량한 상태로 변화한 경우, 표시 제어부(22)는, GNSS 전파의 수신 상황이 불량한 것을 표시 장치(8A)에 표시시켜도 된다. 오퍼레이터는 표시 장치(8A)에 표시된 표시 데이터에 기초하여, GNSS 전파의 수신 상황이 불량한 것을 인식할 수 있다. 실시형태에 있어서, 제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로의 전환은, 오퍼레이터에 의한 입력 장치(8B)의 조작에 기초하여 실시되어도 된다. GNSS 전파의 수신 상황이 불량한 것을 인식한 오퍼레이터는 입력 장치(8B)를 조작하여, 제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로의 전환을 실시하기 위한 입력 데이터를 생성한다. 전환부(20)는 입력 장치(8B)로부터의 입력 데이터에 기초하여, 제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로 전환한다.
제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로 전환된 경우, 표시 제어부(22)는, 제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로 전환된 것을 표시 장치(8A)에 표시시켜도 된다. 이로써, 오퍼레이터는 제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로 전환된 것을 인식할 수 있다.
한편, GNSS 전파의 수신 상황이 불량한 상태로부터 양호한 상태로 변화한 경우, 표시 제어부(22)는, GNSS 전파의 수신 상황이 양호한 것을 표시 장치(8A)에 표시시킨다. 오퍼레이터는 표시 장치(8A)에 표시된 표시 데이터에 기초하여, GNSS 전파의 수신 상황이 양호한 것을 인식할 수 있다. 제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로의 전환은 오퍼레이터에 의한 입력 장치(8B)의 조작에 기초하여 실시되어도 된다. GNSS 전파의 수신 상황이 양호한 것을 인식한 오퍼레이터는 입력 장치(8B)를 조작하여, 제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로의 전환을 실시하기 위한 입력 데이터를 생성한다. 전환부(20)는 입력 장치(8B)로부터의 입력 데이터에 기초하여, 제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로 전환한다.
제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로 전환된 경우, 표시 제어부(22)는 제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로 전환된 것을 표시 장치(8A)에 표시시켜도 된다. 이로써, 오퍼레이터는 제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로 전환된 것을 인식할 수 있다.
[타겟]
도 6은, 실시형태에 관련된 작업 현장에 설치된 타겟(24)을 나타내는 도면이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 타겟(24)은 작업 현장에 있어서 유압 셔블(1)의 외부에 배치된다. 타겟(24)은 작업 현장에 있어서 유압 셔블(1)의 주위에 복수 배치된다. 타겟(24)은 표시판(25)에 그려진 마크를 포함한다. 실시형태에 있어서, 표시판(25)의 하단부에 접지판(26)이 고정된다. 표시판(25)은 접지판(26)을 통하여 작업 현장의 지면에 놓인다. 그리고, 표시판(25)은 작업 현장에 고정되어 있으면 된다. 타겟(24)은 예를 들면 작업 현장의 구조물에 첩부되어 있어도 된다. 타겟(24)은 파일(pile)과 같은 부재를 사용하여 작업 현장에 세워져도 된다.
도 7은, 실시형태에 관련된 타겟(24)을 나타내는 도면이다. 타겟(24)은, 식별 마크(27)과, 식별 마크(27)의 주위에 배치되는 방사(放射) 마크(28)를 포함한다. 식별 마크(27)는 타겟(24)을 식별하기 위한 식별 데이터를 포함한다. 실시형태에 있어서, 식별 마크(27)는 타겟(24)을 식별하는 2차원 바코드를 포함한다. 타겟(24)에 기준점 Ot가 규정된다. 방사 마크(28)는 타겟(24)의 기준점 Ot로부터 방사 방향으로 연장된다. 방사 마크(28)는 타겟(24)의 기준점 Ot로부터 방사 방향으로 연장되는 복수의 라인(28A)을 가진다. 라인(28A)은 방사 마크(28)의 에지를 포함한다. 복수의 라인(28A)의 교점에 타겟(24)의 기준점 Ot가 규정된다.
타겟(24)이 작업 현장에 설치된 후, 타겟(24)의 위치가 측량기에 의해 측량된다. 측량기는 현장 좌표계에서의 타겟(24)의 3차원 위치를 측정한다. 타겟(24)의 3차원 위치는 기준점 Ot의 3차원 위치를 포함한다. 측량기는 기준점 Ot의 3차원 위치를 측정한다. 측량기에 의해 측정된 복수의 타겟(24)의 각각의 3차원 위치는 기억부(16)에 기억된다. 기억부(16)는, 식별 마크(27)에 의해 규정되는 타겟(24)의 식별 데이터와, 측량기에 의해 측정된 타겟(24)의 3차원 위치의 관계를 나타내는 상관 데이터를 기억한다. 식별 마크(27)에 기초하여 타겟(24)이 특정되는 것에 의해, 특정된 타겟(24)의 3차원 위치가 특정된다.
[제2 산출 모드]
다음으로, 제2 산출 모드에 의한 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 방법에 대하여 설명한다. 도 8은, 실시형태에 관련된 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 방법을 나타내는 플로차트다. 도 9는, 실시형태에 관련된 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
선회체(4)의 위치 및 방위각을 제1 산출 모드로 산출할 수 없게 된 경우, 선회체(4)의 위치 및 방위각은 제2 산출 모드로 산출된다. 실시형태에 있어서, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 복수의 타겟(24)의 화상과, 선회체(4)의 경사각에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 촬상 장치(11)로부터 복수의 타겟(24)의 화상을 취득한다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 경사각 산출부(19)로부터 선회체(4)의 경사각을 취득한다. 전술한 바와 같이, 선회체(4)의 경사각은 선회체(4)의 롤각 및 피치각을 포함한다.
복수의 타겟(24)이 촬상 장치(11)에 의해 촬상된다. 촬상 장치(11)는 복수의 타겟(24)을 동시에 촬상한다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 3개의 타겟(24)이 촬상 장치(11)에 의해 동시에 촬상된다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 촬상 장치(11)에 의해 촬상된 3개의 타겟(24)의 화상(29)을 취득한다(스텝 SA1).
도 9에 나타낸 바와 같이, 1개의 화상(29)에 3개의 타겟(24)이 배치된다.
제2 위치 방위 산출부(18)는 타겟(24)의 식별 마크(27)에 의해 규정되는 식별 데이터에 기초하여, 타겟(24)을 식별한다(스텝 SA2).
제2 위치 방위 산출부(18)는 화상(29)에서의 식별 마크(27)에 기초하여, 타겟(24)을 특정한다. 제2 위치 방위 산출부(18)는, 화상(29)에서의 식별 마크(27)와, 기억부(16)에 기억되어 있는 상관 데이터에 기초하여, 기억부(16)로부터 타겟(24)의 3차원 위치를 취득한다(스텝 SA3).
전술한 바와 같이, 타겟(24)의 3차원 위치는 측량기에 의해 사전에 측정되고, 기억부(16)에 기억되어 있다. 또한, 기억부(16)에는, 타겟(24)의 식별 마크(27)에 의해 규정되는 식별 데이터와 타겟(24)의 3차원 위치의 관계를 나타내는 상관 데이터가 미리 기억되어 있다. 따라서, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 화상(29)에서의 식별 마크(27)와, 기억부(16)에 기억되어 있는 상관 데이터에 기초하여, 타겟(24)의 3차원 위치를 취득할 수 있다.
제2 위치 방위 산출부(18)는, 화상(29)에서의 타겟(24)의 2차원 위치를 취득한다(스텝 SA4).
화상(29)에서의 타겟(24)의 2차원 위치는 타겟(24)에 규정된 기준점 Ot의 2차원 위치를 포함한다. 전술한 바와 같이, 타겟(24)은 라인(28A)을 포함하는 방사 마크(28)를 가진다. 제2 위치 방위 산출부(18)는, 화상(29)에서의 방사 마크(28)에 기초하여, 화상(29)에서의 기준점 Ot의 2차원 위치를 산출한다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 타겟(24)의 화상(29)을 화상 처리하는 것에 의해, 방사 마크(28)에 기초하여, 화상(29)에서의 기준점 Ot의 2차원 위치를 고정밀도로 산출할 수 있다. 이하의 설명에 있어서, 화상(29)에서의 기준점 Ot를 적절히 기준점 Oti라고 한다.
경사각 산출부(19)는, 타겟(24)이 촬상되어 있을 때의 경사 센서(10)의 검출 데이터를 취득하여, 타겟(24)이 촬상되어 있을 때의 선회체(4)의 피치각 및 롤각을 산출한다. 제2 위치 방위 산출부(18)는, 타겟(24)이 촬상되어 있을 때의 선회체(4)의 롤각 및 피치각을 경사각 산출부(19)로부터 취득한다(스텝 SA5).
제2 위치 방위 산출부(18)는, 스텝 SA3에 있어서 취득한 3개의 타겟(24)의 3차원 위치와, 스텝 SA4에 있어서 취득한 화상(29)에서의 타겟(24)의 2차원 위치와, 스텝 SA5에 있어서 취득한 선회체(4)의 롤각 및 피치각에 기초하여, 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출한다(스텝 SA6).
실시형태에 있어서, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 공중 삼각 측량에서의 블록 조정법의 1종인 번들법에 기초하여, 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출한다. 공중 삼각 측량(Aerial Triangulation)이란, 광의 직진성을 나타내는 공선(共線) 조건 및 공중 사진의 기하학적 성질 및을 이용하여, 기지(旣知)의 기준점 Ot의 좌표에 기초하여, 복수의 카메라(13)에 의한 복수의 화상(29)의 각각의 촬상 위치 및 촬상 방향을 산출하는 방법을 말한다.
제2 위치 방위 산출부(18)는, 번들법에 기초하여 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출하기 위하여, 3개의 기준점 Ot의 3차원 위치와, 화상(29)에서의 기준점 Oti의 2차원 위치와, 선회체(4)의 롤각 및 피치각을 취득한다. 기준점 Ot의 3차원 위치는 현장 좌표계에서의 3차원 위치이다. 기준점 Oti의 2차원 위치는 화상(29)에 규정되는 화상 좌표계에서의 2차원 위치이다. 화상 좌표계는, 화상(29)의 좌측 상부의 코너를 원점으로 하여 가로 방향을 u축으로 하고 세로 방향을 v축으로 하는 uv좌표계로 표시된다. 기준점 Oti의 2차원 위치는 복수의 화상(29)의 중복 부분을 결합하기 위한 패스 포인트로서 기능한다.
예를 들면, 현장 좌표계에서의 기준점 Ot의 3차원 위치를 P(X, Y, Z), 카메라 좌표계에서의 기준점 Ot의 3차원 위치를 Pc(Xc, Yc, Zc), 화상 좌표계에서의 기준점 Oti의 2차원 위치를 p(x, y), 현장 좌표계에서의 광학 중심 Oc의 위치를 O(Xo, Yo, Zo), 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 자세를 나타내는 회전 행렬을 R, 내부 파라미터 행렬을 k로 한 경우, 이하의 (1)식, 2(식), 및 (3)식의 조건이 성립한다.
p = k·Pc …(1)
P = R·PC+O …(2)
P = R·(k-1·p) …(3)
제2 위치 방위 산출부(18)는 번들법에 기초하여, 3개의 기준점 Ot의 3차원 위치와, 화상(29)에서의 기준점 Oti의 2차원 위치와, 선회체(4)의 롤각 및 피치각을 수속 계산하는 것에 의해, 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출할 수 있다.
제2 위치 방위 산출부(18)는 스텝 SA6에 있어서 산출한 카메라(13)의 위치 및 방위각에 기초하여, 현장 좌표계에서의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다(스텝 SA7).
카메라(13)의 광학 중심 Oc와 선회체(4)의 대표점 Om의 상대 위치는 이미 알고 있다. 또한, 선회체(4)에 규정된 대표점 Om을 기준으로 하는 차체 좌표계와 카메라(13)의 광학 중심 Oc를 기준으로 하는 카메라 좌표계를 변환하는 변환 행렬은 이미 알고 있다. 따라서, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 타겟(24)을 촬상한 화상(29)을 이용하여 번들법에 기초하여 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출하고, 변환 행렬에 기초하여 카메라(13)의 위치 및 방위각을 좌표 변환하는 것에 의해, 현장 좌표계에서의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출할 수 있다.
전술한 스텝 SA1부터 스텝 SA7의 처리는, 타겟(24)이 촬상된 경우에 실시된다. 주행체(3)가 주행 동작한 후에, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출하는 경우, 전술한 스텝 SA1부터 스텝 SA7의 처리가 다시 실행된다.
그리고, 전술한 스텝 SA1부터 스텝 SA7의 처리에 있어서, 3개의 타겟(24)이 촬상되지 않아도 되고, 적어도 2개의 타겟(24)이 촬상되면 된다.
[선회 동작 후의 위치 및 방위의 산출]
선회체(4)의 위치 및 방위각이 산출된 후, 주행체(3)가 주행 동작한 경우, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출하기 위하여, 타겟(24)이 촬상된다. 타겟(24)이 촬상된 경우, 전술한 스텝 SA1부터 스텝 SA7의 처리가 다시 실행된다.
한편, 전술한 스텝 SA1부터 스텝 SA7의 처리에 의해 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한 후에 있어서, 주행체(3)가 주행 동작하지 않고 선회체(4)가 선회 동작한 경우, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 적어도 2개의 타겟(24)을 이용할 일 없이, 적어도 1개의 타겟(24)의 화상(29)에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출할 수 있다.
도 10은, 실시형태에 관련된 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 선회체(4)가 제1 방향 D1을 향하고 있는 상태에 있어서, 적어도 2개의 타겟(24)이 촬상되는 것에 의해, 전술한 스텝 SA1부터 스텝 SA7의 처리에 따라서, 선회체(4)의 위치 및 방위가 산출된다.
선회체(4)의 위치 및 방위각이 산출된 후, 선회체(4)가 제1 방향 D1로부터 제2 방향 D2를 향하도록 선회하여, 촬상 장치(11)에 의해 적어도 1개의 타겟(24)이 촬상된 경우, 선회체(4)가 제2 방향 D2를 향하고 있을 때의 선회체(4)의 방위각은, 적어도 1개의 타겟(24)의 화상(29)에 기초하여 산출된다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 적어도 2개의 타겟(24)을 이용하여 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한 후에 있어서, 선회체(4)가 제1 방향 D1로부터 제2 방향 D2를 향하도록 선회축(RX)을 중심으로 선회 동작한 경우, 촬상 장치(11)에 의해 촬상된 적어도 1개의 타겟(24)의 화상(29)에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출할 수 있다.
즉, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 제1 방향 D1에 존재하는 적어도 2개의 타겟(24)을 이용하여 산출한 선회 동작하기 전의 선회체(4)의 방위각과, 제2 방향 D2에 존재하는 1개의 타겟(24)의 화상(29)과, 선회 동작하기 전의 선회체(4)의 롤각 및 피치각과, 선회 동작한 후의 선회체(4)의 롤각 및 피치각에 기초하여, 선회각 θ를 산출한다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 선회각 θ를 산출하는 것에 의해, 적어도 2개의 타겟(24)을 이용하여 산출한 선회체(4)의 방위각과 선회각 θ에 기초하여, 선회 동작한 후의 선회체(4)의 방위각을 산출할 수 있다. 또한, 주행체(3)가 주행 동작하고 있지 않는 경우, 선회축(RX)의 위치는 변화하지 않으므로, 제2 위치 방위 산출부(18)는 산출한 선회각 θ에 기초하여, 선회체(4)의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 선회체(4)가 선회 동작하기 전에 촬상 장치(11)에 의해 촬상된 적어도 2개의 타겟(24)의 화상(29)과, 선회체(4)가 선회 동작하기 전의 선회체(4)의 롤각 및 피치각과, 선회체(4)가 선회 동작한 후에 촬상 장치(11)에 의해 촬상된 적어도 1개의 타겟(24)의 화상(29)과, 선회체(4)가 선회 동작한 후의 선회체(4)의 롤각 및 피치각에 기초하여, 선회축(RX)의 위치와, 선회체(4)가 선회 동작하기 전의 선회체(4)의 방위각과, 선회체(4)가 선회 동작한 후의 선회체(4)의 방위각을 동시에 산출해도 된다.
그리고, 제2 위치 방위 산출부(18)는 경사 센서(10)의 검출 데이터에 기초하여, 선회각 θ를 산출할 수 있다. 전술한 바와 같이, 경사 센서(10)는 관성 계측 장치(IMU)를 포함한다. 관성 계측 장치(IMU)는 선회체(4)의 선회를 검출하는 선회 센서로서 기능한다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 관성 계측 장치(IMU)의 검출 데이터에 기초하여, 선회각 θ를 산출할 수 있다. 따라서, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 3개의 타겟(24)을 이용하여 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한 후에 있어서, 주행체(3)가 주행 동작하지 않고 선회체(4)가 선회 동작한 경우, 선회체(4)의 선회를 검출하는 경사 센서(10)의 검출 데이터에 기초하여, 선회 동작한 후의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출할 수 있다.
도 11은, 실시형태에 관련된 선회체(4)가 선회 동작한 후의 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 방법을 나타내는 플로차트다. 선회체(4)가 선회 동작한 후, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 촬상 장치(11)가 타겟(24)을 촬상할 수 있었는지의 여부를 판정한다. 즉, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 선회체(4)가 선회 동작한 후에, 적어도 1개의 타겟(24)의 화상을 취득할 수 있었는지의 여부를 판정한다(스텝 SB1).
스텝 SB1에 있어서, 적어도 1개의 타겟(24)의 화상을 취득할 수 있었다고 판정한 경우(스텝 SB1: Yes), 제2 위치 방위 산출부(18)는, 적어도 1개의 타겟(24)의 화상(29)과, 선회 동작하기 전의 선회체(4)의 롤각 및 피치각과, 선회 동작한 후의 선회체(4)의 롤각 및 피치각에 기초하여, 선회 동작한 후의 선회체(4)의 방위각을 산출한다(스텝 SB2).
스텝 SB1에 있어서, 적어도 1개의 타겟(24)의 화상을 취득할 수 없다고 판정한 경우(스텝 SB1: No), 제2 위치 방위 산출부(18)는 선회체(4)의 선회를 검출하는 경사 센서(10)의 검출 데이터에 기초하여, 선회 동작한 후의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다(스텝 SB3).
이와 같이, 제1 위치 방위 산출부(17)가 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출 불가능한 상태, 또한, 선회체(4)가 선회 동작하기 전에 촬상 장치(11)가 적어도 2개의 타겟(24)을 촬상한 경우에 있어서, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 적어도 2개의 타겟(24)의 화상(29)과 선회체(4)의 경사각에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출한다. 제1 위치 방위 산출부(17)가 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출 불가능한 상태, 또한, 주행체(3)가 주행 동작하지 않고 선회체(4)가 선회 동작한 경우에 있어서, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 선회체(4)가 선회 동작한 후에 촬상 장치(11)에 의해 취득된 적어도 1개의 타겟(24)의 화상(29) 또는 선회체(4)가 선회 동작한 후의 경사 센서(10)의 검출 데이터에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출할 수 있다.
[보정부의 처리]
다음으로, 보정부(23)의 처리에 대하여 설명한다. 보정부(23)는 경사 센서(10)의 오차를 보정한다. 전술한 바와 같이, 주행체(3)가 주행 동작하지 않고 선회체(4)가 선회 동작한 후에 있어서, 위치 센서(9)의 검출 데이터에 기초하여 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출할 수 없고, 또한, 적어도 1개의 타겟(24)의 화상(29)에 기초하여 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출할 수 없는 경우, 제2 위치 방위 산출부(18)는 IMU를 포함하는 경사 센서(10)의 검출 데이터에 기초하여, 선회 동작한 후의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출할 수 있다. 경사 센서(10)의 검출 데이터를 이용하여 선회 동작한 후의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출하는 경우, 경사 센서(10)에 의해 검출된 가속도가 시간으로 2중 적분되는 것에 의해, 선회체(4)의 위치가 산출되고, 경사 센서(10)에 의해 검출된 각속도가 시간에 적분되는 것에 의해, 선회체(4)의 방위각이 산출된다. 경사 센서(10)의 검출 데이터가 적분되면, 적분 가산에 의해 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 결과에 누적 오차가 발생할 가능성이 있다. 즉, 가속도 또는 각속도의 적분에 의한 오차가 축적하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 정밀도가 저하될 가능성이 있다.
GNSS 전파의 수신 상황이 양호하고, 제1 위치 방위 산출부(17)가 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출 가능한 상태에 있어서, 보정부(23)는 제1 위치 방위 산출부(17)의 산출 결과에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각의 오차를 보정할 수 있다.
한편, GNSS 전파의 수신 상황이 불량하고, 제1 위치 방위 산출부(17)가 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출 불가능한 상태에 있어서, 보정부(23)는 제2 위치 방위 산출부(18)의 산출 결과에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각의 오차를 보정할 수 있다.
도 12는, 실시형태에 관련된 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 결과의 보정 방법을 나타내는 플로차트다. 전환부(20)는, 제1 위치 방위 산출부(17)가 선회체(4)의 방위각을 산출 가능한 상태인지의 여부를 판정한다(스텝 SC1).
스텝 SC1에 있어서, 제1 위치 방위 산출부(17)가 선회체(4)의 방위각을 산출 가능한 상태라고 판정된 경우(스텝 SC1: Yes), 보정부(23)는 제1 위치 방위 산출부(17)에 의해 산출된 선회체(4)의 방위각에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각의 오차를 보정한다(스텝 SC2).
스텝 SC1에 있어서, 제1 위치 방위 산출부(17)가 선회체(4)의 방위각을 산출 불가능한 상태라고 판정된 경우(스텝 SC1: No), 보정부(23)는, 제2 위치 방위 산출부(18)에 의해 산출된 선회체(4)의 방위각에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각의 오차를 보정한다(스텝 SC3).
[컴퓨터 시스템]
도 13은, 실시형태에 관련된 컴퓨터 시스템(1000)을 나타내는 블록도이다. 전술한 제어 장치(12)는 컴퓨터 시스템(1000)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(1000)은, CPU(Central Processing Unit)와 같은 프로세서(1001)와, ROM(Read Only Memory)과 같은 불휘발성 메모리 및 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리를 포함하는 메인 메모리(1002)와, 스토리지(1003)와, 입출력 회로를 포함하는 인터페이스(1004)를 가진다. 전술한 제어 장치(12)의 기능은 컴퓨터 프로그램으로서 스토리지(1003)에 기억되어 있다. 프로세서(1001)는, 컴퓨터 프로그램을 스토리지(1003)로부터 읽어내어 메인 메모리(1002)에 전개하고, 프로그램에 따라서 전술한 처리를 실행한다. 그리고, 컴퓨터 프로그램은 네트워크를 통하여 컴퓨터 시스템(1000)에 전송되어도 된다.
컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 시스템(1000)은 전술한 실시형태에 따라서, 주행체(3) 및 선회체(4)를 구비하는 유압 셔블(1)의 외부에 설치된 복수의 타겟(24)의 화상을 취득하는 것과, 선회체(4)의 경사각을 취득하는 것과, 복수의 타겟(24)의 화상과 선회체(4)의 경사각에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출하는 것을 실행할 수 있다.
[효과]
이상 설명한 바와 같이, 실시형태에 의하면, 유압 셔블(1)의 외부에 설치된 복수의 타겟(24)의 화상이 취득된다. 또한, 선회체(4)의 경사각인 롤각 및 피치각이 취득된다. 복수의 타겟(24)의 화상과 선회체(4)의 경사각에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각이 산출된다. GNSS의 측위 불량이 발생한 경우에 있어서도, 타겟(24)의 화상에 기초하여, 유압 셔블(1)의 위치 및 방위각이 산출된다. 따라서, GNSS의 측위 불량이 발생한 경우에도, 유압 셔블(1)은 머신 가이던스 기술 또는 머신 컨트롤 기술에 기초하여, 작업을 실시할 수 있다.
타겟(24)의 3차원 위치가 측량기에 의해 취득되고, 기억부(16)에 미리 기억된다. 타겟(24)의 화상(29)에 기초하여, 화상(29)에서의 타겟(24)의 2차원 위치가 제2 위치 방위 산출부(18)에 의해 산출된다. 이로써, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 타겟(24)의 3차원 위치와, 타겟(24)의 2차원 위치와, 선회체(4)의 경사각에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출할 수 있다.
실시형태에 있어서, 타겟(24)의 3차원 위치와, 타겟(24)의 2차원 위치와, 선회체(4)의 경사각에 기초하여, 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각이 산출된다. 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각이 산출된 후, 카메라(13)의 위치 및 방위각이 좌표 변환되는 것에 의해, 선회체(4)의 위치 및 방위각이 산출된다. 이로써, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 카메라(13)의 위치 및 방위각이 산출된 후, 카메라(13)의 위치 및 방위각에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 적정하게 산출할 수 있다.
타겟(24)의 3차원 위치는 타겟(24)에 규정된 기준점 Ot의 3차원 위치이다. 화상(29)에서의 타겟(24)의 2차원 위치는 타겟(24)에 규정된 화상(29)에서의 기준점 Oti의 2차원 위치이다. 기준점 Ot 및 기준점 Oti가 이용되는 것에 의해, 선회체(4)의 위치 및 방위각의 산출 정밀도의 저하가 억제된다.
타겟(24)은, 타겟(24)의 기준점 Ot로부터 방사 방향으로 연장되는 방사 마크(28)를 포함한다. 방사 마크(28)에 의해, 기준점 Oti의 2차원 위치의 산출 정밀도의 저하가 억제된다.
타겟(24)은 타겟(24)을 식별하는 식별 마크(27)를 포함한다. 식별 마크(27)에 의해 규정되는 타겟(24)의 식별 데이터와 측량기에 의해 측정된 타겟(24)의 3차원 위치의 관계를 나타내는 상관 데이터가 기억부(16)에 미리 기억된다. 이로써, 제2 위치 방위 산출부(18)는 화상(29)에서의 식별 마크(27)에 기초하여, 기억부(16)에 기억되어 있는 상관 데이터를 참조하는 것에 의해, 화상(29)에 찍혀 있는 타겟(24)의 3차원 위치를 취득할 수 있다.
선회체(4)의 경사각은 선회체(4)에 배치된 경사 센서(10)의 검출 데이터에 기초하여 산출된다. 이로써, 선회체(4)의 경사각이 고정밀도로 산출된다.
3개의 타겟(24)을 이용하여 제2 위치 방위 산출부(18)에 의해 선회체(4)의 위치 및 방위각이 산출된 후, 주행체(3)가 주행 동작하지 않고 선회체(4)가 선회 동작한 경우, 적어도 1개의 타겟(24)의 화상을 취득하면, 제2 위치 방위 산출부(18)는 선회체(4)의 위치 및 방위각을 효율적으로 산출할 수 있다.
3개의 타겟(24)을 이용하여 제2 위치 방위 산출부(18)에 의해 선회체(4)의 위치 및 방위각이 산출된 후, 주행체(3)가 주행 동작하지 않고 선회체(4)가 선회 동작한 경우, 제2 위치 방위 산출부(18)는 타겟(24)을 이용하지 않고, 선회각 θ를 검출 가능한 경사 센서(10)의 검출 데이터에 기초하여, 선회체(4)의 위치 및 방위각을 효율적으로 산출할 수 있다.
[기타의 실시형태]
전술한 실시형태에 있어서, 제2 위치 방위 산출부(18)는 3개의 기준점 Ot에 기초하여, 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출하는 것으로 하였다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 적어도 2개의 기준점 Ot에 기초하여, 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출해도 된다. 즉, 제2 위치 방위 산출부(18)는, 적어도 2개의 기준점 Ot의 3차원 위치와, 화상(29)에서의 기준점 Oti의 2차원 위치와, 선회체(4)의 롤각 및 피치각을 수속 계산하는 것에 의해, 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출해도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 제2 위치 방위 산출부(18)는 현장 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출하고, 현장 좌표계에서의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출하는 것으로 하였다. 제2 위치 방위 산출부(18)는 차체 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출해도 되고, 카메라 좌표계에서의 카메라(13)의 위치 및 방위각을 산출해도 된다. 또한, 제2 위치 방위 산출부(18)는 차체 좌표계에서의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출해도 되고, 카메라 좌표계에서의 선회체(4)의 위치 및 방위각을 산출해도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 타겟(24)은 스테레오 카메라(15)에 의해 촬상되는 것으로 하였다. 타겟(24)은 단안 카메라에 의해 촬상되어도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 차량탑재 모니터(8)가 표시 장치(8A) 및 입력 장치(8B)를 가지는 것으로 하였다. 예를 들면, 타블렛 단말기가 표시 장치(8A) 및 입력 장치(8B)를 가져도 된다. 즉, 표시 장치(8A) 및 입력 장치(8B)는 유압 셔블(1)로부터 분리되어도 된다. 또한, 전술한 실시형태에 있어서, 표시 장치(8A) 및 입력 장치(8B)는 운전실(2)에 배치되는 것으로 하였다. 표시 장치(8A) 및 입력 장치(8B)의 한쪽 또는 양쪽이 운전실(2)의 외부에 배치되어도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, GNSS 전파의 수신 상황이 표시 장치(8A)에 표시되는 것으로 하였다. 표시 제어부(22)는, 예를 들면, 제1 산출 모드와 제2 산출 모드의 전환을 권장하는 커맨드 표시 데이터를 표시 장치(8A)에 표시시켜도 된다. 예를 들면, GNSS 전파의 수신 상황이 양호한 상태로부터 불량한 상태로 변화한 경우, 표시 제어부(22)는 예를 들면, 「제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로 전환하는 것을 권장합니다」와 같은 문자 데이터를 표시 장치(8A)에 표시시켜도 된다. GNSS 전파의 수신 상황이 불량한 상태로부터 양호한 상태로 변화한 경우, 표시 제어부(22)는 예를 들면, 「제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로 전환하는 것을 권장합니다」와 같은 문자 데이터를 표시 장치(8A)에 표시시켜도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 제1 산출 모드와 제2 산출 모드의 전환이, 오퍼레이터에 의한 입력 장치(8B)의 조작에 기초하여 실시되는 것으로 하였다. GNSS 전파의 수신 상황이 표시 장치(8A)에 표시되지 않아도 된다. 또한, 제1 산출 모드와 제2 산출 모드의 전환은 제어 장치(12)에 의해 자동적으로 실시되어도 된다. 예를 들면, GNSS 전파의 수신 상황이 양호한 상태로부터 불량한 상태로 변화한 경우, 전환부(20)는 입력 장치(8B)로부터의 입력 데이터와 관계없이, 제1 산출 모드로부터 제2 산출 모드로 자동적으로 전환해도 된다. 또한, GNSS 전파의 수신 상황이 불량한 상태로부터 양호한 상태로 변화한 경우, 전환부(20)는 입력 장치(8B)로부터의 입력 데이터와 관계없이, 제2 산출 모드로부터 제1 산출 모드로 자동적으로 전환해도 된다. 제1 산출 모드와 제2 산출 모드가 자동적으로 전환된 경우, 표시 제어부(22)는 제1 산출 모드와 제2 산출 모드가 전환된 것을 표시 장치(8A)에 표시시켜도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 기억부(16), 제1 위치 방위 산출부(17), 제2 위치 방위 산출부(18), 경사각 산출부(19), 전환부(20), 3차원 데이터 산출부(21), 표시 제어부(22), 및 보정부(23)의 각각이 별도의 하드웨어에 의해 구성되어도 된다.
전술한 실시형태에 있어서, 작업 기계(1)가 주행체(3) 및 선회체(4)를 가지는 유압 셔블인 것으로 하였다. 작업 기계(1)는 주행체(3) 및 선회체(4)를 가지지 않아도 된다. 작업 기계(1)는 작업기를 가지고 있으면 되고, 예를 들면 불도저라도 되고 휠 로더라도 된다.
1: 유압 셔블(작업 기계), 2: 운전실, 3: 주행체, 3A: 크롤러 벨트, 4: 선회체, 5: 작업기, 5A: 붐, 5B: 암, 5C: 버킷, 6: 유압 실린더, 6A: 붐 실린더, 6B: 암 실린더, 6C: 버킷 실린더, 7: 조작 장치, 7A: 좌측 작업 레버, 7B: 우측 작업 레버, 7C: 좌측 주행 레버, 7D: 우측 주행 레버, 7E: 좌측 풋 페달, 7F: 우측 풋 페달, 8: 차량탑재 모니터, 8A: 표시 장치, 8B: 입력 장치, 9: 위치 센서, 9A: 제1 위치 센서, 9B: 제2 위치 센서, 10: 경사 센서, 11: 촬상 장치, 12: 제어 장치, 13: 카메라, 13A: 카메라, 13B: 카메라, 13C: 카메라, 13D: 카메라, 14: 운전 시트, 15: 스테레오 카메라, 15A: 스테레오 카메라, 15B: 스테레오 카메라, 16: 기억부, 17: 제1 위치 방위 산출부, 18: 제2 위치 방위 산출부, 19: 경사각 산출부, 20: 전환부, 21: 3차원 데이터 산출부, 22: 표시 제어부, 23: 보정부, 24: 타겟, 25: 표시판, 26: 접지판, 27: 식별 마크, 28: 방사 마크, 28A: 라인, 29: 화상, 30: 제어 시스템, 1000: 컴퓨터 시스템, 1001: 프로세서, 1002: 메인 메모리, 1003: 스토리지, 1004: 인터페이스, D1: 제1 방향, D2: 제2 방향, Oc: 광학 중심, Ot: 기준점, Og: 현장 기준점, Om: 대표점, Oti: 기준점, RX: 선회축, θ: 선회각.

Claims (20)

  1. 주행체 및 선회체를 구비하는 작업 기계의 제어 시스템으로서,
    상기 작업 기계의 외부에 설치된 복수의 타겟의 화상과, 상기 선회체의 경사각에 기초하여, 상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출하는 위치 방위 산출부를 구비하는 작업 기계의 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 타겟의 각각의 3차원 위치를 기억하는 기억부를 구비하고,
    상기 위치 방위 산출부는, 상기 타겟의 3차원 위치와, 상기 화상에서의 상기 타겟의 2차원 위치와, 상기 선회체의 경사각에 기초하여, 상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출하는, 작업 기계의 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선회체에 배치되고 상기 타겟을 촬상(撮像)하는 촬상 장치를 구비하고,
    상기 위치 방위 산출부는, 상기 촬상 장치로부터 상기 화상을 취득하는, 작업 기계의 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치 방위 산출부는, 상기 타겟의 3차원 위치와, 상기 타겟의 2차원 위치와, 상기 선회체의 경사각에 기초하여, 현장 좌표계에서의 상기 촬상 장치의 위치 및 방위각을 산출하고, 상기 촬상 장치의 위치 및 방위각에 기초하여, 상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출하는, 작업 기계의 제어 시스템.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟의 3차원 위치 및 2차원 위치의 각각은, 상기 타겟에 규정된 기준점의 3차원 위치 및 2차원 위치를 포함하는, 작업 기계의 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 타겟은, 상기 타겟의 기준점으로부터 방사(放射) 방향으로 연장되는 방사 마크를 포함하고,
    상기 위치 방위 산출부는, 상기 방사 마크에 기초하여, 상기 기준점의 2차원 위치를 산출하는, 작업 기계의 제어 시스템.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟은, 식별 마크를 포함하고,
    상기 기억부는, 상기 식별 마크에 의해 규정되는 식별 데이터와 상기 타겟의 3차원 위치의 관계를 나타내는 상관 데이터를 기억하고,
    상기 위치 방위 산출부는, 상기 화상에서의 상기 식별 마크에 기초하여, 상기 기억부에서 상기 타겟의 3차원 위치를 취득하는, 작업 기계의 제어 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회체에 배치된 경사 센서와,
    상기 경사 센서의 검출 데이터에 기초하여 상기 선회체의 경사각을 산출하는 경사각 산출부를 구비하고,
    상기 위치 방위 산출부는, 상기 경사각 산출부에서 상기 선회체의 경사각을 취득하는, 작업 기계의 제어 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 방위 산출부는, 상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출한 후에 있어서, 상기 선회체가 선회 동작한 경우, 적어도 1개의 타겟의 화상에 기초하여, 상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출하는, 작업 기계의 제어 시스템.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 방위 산출부는, 상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출한 후에 있어서, 상기 선회체가 선회 동작한 경우, 상기 선회체의 선회를 검출하는 선회 센서의 검출 데이터에 기초하여, 상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출하는, 작업 기계의 제어 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 작업 기계의 제어 시스템을 구비하는 작업 기계.
  12. 주행체 및 선회체를 구비하는 작업 기계의 제어 방법으로서,
    상기 작업 기계의 외부에 설치된 복수의 타겟의 화상을 취득하는 단계;
    상기 선회체의 경사각을 취득하는 단계; 및
    복수의 상기 타겟의 화상과 상기 선회체의 경사각에 기초하여, 상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출하는 단계;
    를 포함하는 작업 기계의 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 타겟의 3차원 위치를 취득하는 단계와,
    상기 화상에 기초하여 상기 화상에서의 상기 타겟의 2차원 위치를 산출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 선회체의 위치 및 방위각은, 상기 타겟의 3차원 위치와, 상기 타겟의 2차원 위치와, 상기 선회체의 경사각에 기초하여 산출되는, 작업 기계의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    복수의 상기 타겟의 화상은, 상기 선회체에 배치된 촬상 장치에 의해 취득되고,
    상기 타겟의 3차원 위치와, 상기 타겟의 2차원 위치와, 상기 선회체의 경사각에 기초하여, 현장 좌표계에서의 상기 촬상 장치의 위치 및 방위각을 산출하는 단계를 더 포함하고,
    상기 선회체의 위치 및 방위각은, 상기 촬상 장치의 위치 및 방위각에 기초하여 산출되는, 작업 기계의 제어 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟의 3차원 위치 및 2차원 위치의 각각은, 상기 타겟에 규정된 기준점의 3차원 위치 및 2차원 위치를 포함하는, 작업 기계의 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 타겟은, 상기 타겟의 기준점으로부터 방사 방향으로 연장되는 방사 마크를 포함하고,
    상기 방사 마크에 기초하여, 상기 기준점의 2차원 위치가 산출되는, 작업 기계의 제어 방법.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟은, 식별 마크를 포함하고,
    상기 화상에서의 상기 식별 마크와, 상기 식별 마크에 의해 규정되는 식별 데이터와 상기 타겟의 3차원 위치의 관계를 나타내는 상관 데이터에 기초하여, 상기 타겟의 3차원 위치가 취득되는, 작업 기계의 제어 방법.
  18. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회체의 경사각은, 상기 선회체에 배치된 경사 센서의 검출 데이터에 기초하여 산출되는, 작업 기계의 제어 방법.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출한 후에 있어서, 상기 선회체가 선회 동작한 경우, 적어도 1개의 타겟의 화상에 기초하여, 상기 선회체의 위치 및 방위각이 산출되는, 작업 기계의 제어 방법.
  20. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선회체의 위치 및 방위각을 산출한 후에 있어서, 상기 선회체가 선회 동작한 경우, 상기 선회체의 선회를 검출하는 선회 센서의 검출 데이터에 기초하여, 상기 선회체의 위치 및 방위각이 산출되는, 작업 기계의 제어 방법.
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