WO2019225133A1 - 油圧ショベル、およびシステム - Google Patents

Abstract

簡易な構成で作業機の姿勢を精度よく取得できる油圧ショベルを提供する。作業機および撮像装置は、旋回体に取り付けられている。作業機は、所定の動作平面上で動作する。撮像装置は、動作平面に対して０°より大きい角度で作業機を撮像する。コントローラは、撮像装置により撮像された撮像画像内における作業機の姿勢に基づいて、旋回体に対する作業機の相対位置を求める。

Description

油圧ショベル、およびシステム

　本開示は、油圧ショベルおよびシステムに関する。

　油圧ショベルに関し、特開２０１７－７１９８２号公報（特許文献１）には、ブームピンにブーム角度センサを取り付け、アームピンにアーム角度センサを取り付け、バケットリンクにバケット角度センサを取り付け、これら角度センサで検出した値に基づいてバケットの爪先の位置を算出する技術が開示されている。

特開２０１７－７１９８２号公報

　上記文献に記載の構成では、作業機の姿勢を取得するためにブーム、アームおよびバケットの各々の軸に高価なセンサを取り付ける必要があり、コスト上不利である。また、作業機にセンサを取り付ける構成の場合、作業機に付着する水または土砂などがセンサの耐久性に影響を及ぼすことが懸念される。

　本開示では、簡易な構成で作業機の姿勢を精度よく取得できる、油圧ショベルおよびシステムが提供される。

　本開示に従うと、旋回体と、作業機と、撮像装置と、コントローラとを備える油圧ショベルが提供される。作業機および撮像装置は、旋回体に取り付けられている。作業機は、所定の動作平面上で動作する。撮像装置は、動作平面に対して０°より大きい角度で作業機を撮像する。コントローラは、撮像装置により撮像された撮像画像内における作業機の姿勢に基づいて、旋回体に対する作業機の相対位置を求める。

　本開示に従えば、簡易な構成で作業機の姿勢を精度よく取得することができる。

実施形態に基づく油圧ショベルの外観図である。 ブーム角度、アーム角度およびバケット角度について説明する、作業機の側面図である。 図１に示す油圧ショベルの模式的平面図である。 出荷前の油圧ショベルのシステム構成を示すブロック図である。 工場出荷される油圧ショベルのシステム構成を示すブロック図である。 撮像装置により撮像された撮像画像の一例を示す模式図である。 撮像画像に設定されるブームおよびアーム用の記録点を示す模式図である。 撮像画像に設定されるバケット用の記録点を示す模式図である。 油圧ショベルを含むシステムの概略図である。

　以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

　図１は、実施形態に基づく油圧ショベル１００の外観図である。図１に示されるように、油圧ショベル１００は、本体１と、油圧により作動する作業機２とを有している。本体１は、旋回体３と、走行装置５とを有している。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有している。油圧ショベル１００は、履帯５Ｃｒの回転により走行可能である。なお、走行装置５が車輪（タイヤ）を有していてもよい。

　旋回体３は、走行装置５の上に配置され、かつ走行装置５により支持されている。旋回体３は、旋回軸ＲＸを中心として走行装置５に対して旋回可能である。旋回体３は、キャブ４を有している。油圧ショベル１００の乗員（オペレータ）は、このキャブ４に搭乗して、油圧ショベル１００を操縦する。キャブ４には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられている。オペレータは、キャブ４内において油圧ショベル１００を操作可能である。オペレータは、キャブ４内において、作業機２の操作が可能であり、走行装置５に対する旋回体３の旋回操作が可能であり、また走行装置５による油圧ショベル１００の走行操作が可能である。

　旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルーム９と、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトとを有している。エンジンルーム９には、図示しないエンジンおよび油圧ポンプなどが配置されている。

　旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり２９が設けられている。手すり２９には、アンテナ２１が設けられている。アンテナ２１は、たとえばＧＮＳＳ（Global　Navigation　Satellite　Systems：全地球航法衛星システム）用のアンテナである。アンテナ２１は、車幅方向に互いに離れるように旋回体３に設けられた第１アンテナ２１Ａおよび第２アンテナ２１Ｂを有している。

　作業機２は、旋回体３に支持されている。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８とを有している。ブーム６は、旋回体３に回動可能に連結されている。アーム７はブーム６に回動可能に連結されている。バケット８は、アーム７に回動可能に連結されている。バケット８は、複数の刃を有している。バケット８の先端部を、刃先８ａと称する。

　ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して旋回体３に連結されている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に連結されている。バケット８は、バケットピン１５を介してアーム７の先端部に連結されている。

　なお本実施形態においては、作業機２を基準として、油圧ショベル１００の各部の位置関係について説明する。

　作業機２のブーム６は、旋回体３に対して、ブーム６の基端部に設けられたブームピン１３を中心に回動する。旋回体３に対して回動するブーム６の特定の部分、たとえばブーム６の先端部が移動する軌跡は円弧状である。その円弧を含む平面が、図１に示す動作平面Ｐとして特定される。油圧ショベル１００を平面視した場合に、動作平面Ｐは直線として表される。この直線の延びる方向が、油圧ショベル１００の本体１の前後方向、または旋回体３の前後方向であり、以下では単に前後方向ともいう。油圧ショベル１００の本体１の左右方向（車幅方向）、または旋回体３の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向であり、以下では単に左右方向ともいう。

　前後方向において、油圧ショベル１００の本体１から作業機２が突き出している側が前方向であり、前方向と反対方向が後方向である。前方向を視て左右方向の右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。

　前後方向とは、キャブ４内の運転席に着座したオペレータの前後方向である。運転席に着座したオペレータに正対する方向が前方向であり、運転席に着座したオペレータの背後方向が後方向である。左右方向とは、運転席に着座したオペレータの左右方向である。運転席に着座したオペレータが正面に正対したときの右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。

　ブーム６は、ブームピン１３を中心に回動可能である。アーム７は、アームピン１４を中心に回動可能である。バケット８は、バケットピン１５を中心に回動可能である。アーム７およびバケット８のそれぞれは、ブーム６の先端側で移動可能な可動部材である。ブームピン１３、アームピン１４およびバケットピン１５は、動作平面Ｐと直交する方向、すなわち左右方向に延びている。動作平面Ｐは、ブーム６、アーム７およびバケット８の各々の回動中心となる軸線の、少なくとも一つ（実施形態の場合、三つ全て）と直交している。

　上述した通り、ブーム６は動作平面Ｐ上で旋回体３に対して回動動作する。同様に、アーム７は動作平面Ｐ上でブーム６に対して回動動作し、バケット８は動作平面Ｐ上でアーム７に対して回動動作する。実施形態の作業機２は、その全体が動作平面Ｐ上で動作する。バケット８の刃先８ａは、動作平面Ｐ上を移動する。動作平面Ｐは、作業機２の可動範囲を含む垂直な平面である。動作平面Ｐは、ブーム６、アーム７およびバケット８の各々と交差している。動作平面Ｐは、ブーム６、アーム７およびバケット８の左右方向の中心に設定することができる。

　図１に示すように、本明細書において、動作平面Ｐ上における水平な方向にＸ軸を設定し、動作平面Ｐ状における垂直上向き方向にＹ軸を設定する。Ｘ軸とＹ軸とは、互いに直交している。

　作業機２は、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有している。ブームシリンダ１０は、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、およびバケットシリンダ１２のそれぞれは、作動油によって駆動される油圧シリンダである。

　バケットシリンダ１２は、アーム７に取り付けられている。バケットシリンダ１２が伸縮することにより、アーム７に対してバケット８が回動する。作業機２は、バケットリンクを有している。バケットリンクは、バケットシリンダ１２とバケット８とを連結している。バケットリンクは、第１リンク部材１６と、第２リンク部材１７とを有している。第１リンク部材１６の先端と第２リンク部材１７の先端とは、バケットシリンダトップピン１９を介して、相対回転可能に連結されている。バケットシリンダトップピン１９は、バケットシリンダ１２の先端に連結されている。したがって第１リンク部材１６および第２リンク部材１７は、バケットシリンダ１２にピン連結されている。

　第１リンク部材１６の基端は、アーム７の先端部のバケットピン１５の近傍において、第１リンクピン１８を介してアーム７に回転可能に連結されている。第１リンク部材１６は、アーム７にピン連結されている。第２リンク部材１７の基端は、第２リンクピン２０を介して、バケット８の根元部分のブラケットに回転可能に連結されている。第２リンク部材１７は、バケット８にピン連結されている。

　油圧ショベル１００は、撮像装置５０を有している。実施形態の撮像装置５０は、単眼カメラである。

　撮像装置５０は、旋回体３に取り付けられている。撮像装置５０は、キャブ４に取り付けられている。撮像装置５０は、キャブ４の内部に取り付けられている。撮像装置５０は、キャブ４の左フロントピラーの上端付近に取り付けられている。撮像装置５０は、キャブ４の内部空間における、左右方向において作業機２からより離れる位置である左フロントピラーの近傍に配置されている。撮像装置５０は、左右方向において、作業機２の動作平面Ｐから離れて配置されている。撮像装置５０は、動作平面Ｐよりも左方に配置されている。

　油圧ショベル１００には、コントローラ６０が搭載されている。コントローラ６０の詳細は後述する。

　実施形態においては、第１リンクピン１８とバケットシリンダトップピン１９とに、撮像装置５０による撮像画像内で認識可能なようにマークが付けられて、第１リンクピン１８が特徴点Ａとして設定され、バケットシリンダトップピン１９が特徴点Ｂとして設定される。特徴点をなすピンの全体に予め色を付けておくか、ピンを縁取るように色を付けて特徴点の外形線を際立たせておくことで、上記マークが形成され、特徴点を撮像画像内で認識可能とされている。

　図２は、ブーム角度θｂ、アーム角度θａ、およびバケット角度θｋについて説明する、作業機２の側面図である。

　図２に示すように、側方視において、ブームピン１３とアームピン１４とを通る直線と、上下方向に延びる直線との成す角度を、ブーム角度θｂとする。ブーム角度θｂは、旋回体３に対するブーム６の角度を表す。

　側方視において、ブームピン１３とアームピン１４とを通る直線と、アームピン１４とバケットピン１５とを通る直線との成す角度を、アーム角度θａとする。アーム角度θａは、ブーム６に対するアーム７の角度を表す。

　側方視において、アームピン１４とバケットピン１５とを通る直線と、バケットピン１５と刃先８ａとを通る直線との成す角度を、バケット角度θｋとする。バケット角度θｋは、アーム７に対するバケット８の角度を表す。

　動作平面Ｐ上における作業機２の姿勢は、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋの組み合わせで決まる。たとえば、アーム７の先端部の第１リンクピン１８に設定された特徴点Ａの動作平面Ｐ上の位置、すなわちＸＹ座標は、ブーム角度θｂおよびアーム角度θａの組み合わせで決まる。バケット８の動作に追随して変位するバケットシリンダトップピン１９に設定された特徴点Ｂの動作平面Ｐ上の位置、すなわちＸＹ座標は、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋの組み合わせで決まる。

　図３は、図１に示す油圧ショベル１００の模式的平面図である。図３には、図１を参照して説明した作業機２、旋回体３、キャブ４、および撮像装置５０が、模式的に図示されている。動作平面Ｐは、図３においては、図中の上下方向に延びる直線であり、二点鎖線で図示されている。図３に一点鎖線で図示されている光軸ＡＸは、撮像装置５０の光軸である。光軸ＡＸの延びる方向と、動作平面Ｐの延びる方向とは、非平行である。光軸ＡＸの延びる方向は、動作平面Ｐの延びる方向に対して傾斜している。

　撮像装置５０は、作業機２の動作平面を斜め方向から見る位置に装着されている。撮像装置５０は、動作平面Ｐに対して０°より大きい角度で、作業機２を撮像する。作業機２と撮像装置５０との両方が旋回体３に取り付けられているために、油圧ショベル１００が走行または旋回しても、動作平面Ｐに対する撮像装置５０の位置関係は変化しない。

　撮像装置５０は、作業機２を撮像する。撮像装置５０は、作業機２の動作平面Ｐを撮像する。撮像装置５０は、動作平面Ｐ上を移動する作業機２を撮像する。撮像装置５０による撮像画像は、作業機２の少なくとも一部を含んでいる。

　図４は、出荷前の油圧ショベル１００のシステム構成を示すブロック図である。油圧ショベル１００は、コントローラ６０を備えている。コントローラ６０は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）などの記憶装置と、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）などの演算装置を含んで構成されている。コントローラ６０は、画像処理部６１と、特徴点認識部６２と、角度抽出部６３と、記録部１６３とを有している。

　画像処理部６１は、撮像装置（カメラ）５０から、撮像装置５０により撮像された撮像画像の入力を受ける。画像処理部６１は、入力された撮像画像を画像処理する。画像処理部６１は、撮像画像に直交座標系を設定する。画像処理部６１は、撮像画像の横方向に延びるＵ軸と、撮像画像の縦方向に延びるＶ軸とを設定する。Ｕ軸とＶ軸とは、互いに直交している。画像処理部６１は、撮像画像内に、ＵＶ座標系を設定する。

　特徴点認識部６２は、作業機２に設定された特徴点を、撮像画像内に認識する。特徴点認識部６２は、撮像画像内における特徴点Ａ（第１リンクピン１８）の位置と、撮像画像内における特徴点Ｂ（バケットシリンダトップピン１９）の位置とを求める。より詳しくは、特徴点認識部６２は、特徴点ＡのＵＶ座標の座標成分と、特徴点ＢのＵＶ座標の座標成分とを求める。このようにして特徴点認識部６２は、撮像画像内における作業機２の姿勢を求める。

　角度抽出部６３は、撮像画像内における作業機２の姿勢に基づいて、旋回体３に対する作業機２の相対位置を求める。より詳しくは、角度抽出部６３は、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋを求める。上述した通り、動作平面Ｐに対する撮像装置５０の相対位置は、油圧ショベル１００の走行および旋回体３の旋回に関わらず、常に一定に保たれる。そのため、撮像画像内の特徴点Ａ，ＢのＵＶ座標成分が決まると、動作平面Ｐ上の特徴点Ａ，ＢのＸＹ座標成分が一義的に求められる。動作平面Ｐ上のＸＹ座標成分は、撮像画像内のＵＶ座標成分の関数であるといえる。

　出荷前の油圧ショベル１００は、エンコーダ１６１と、角度変換部１６２とを備えている。エンコーダ１６１は、ブームピン１３に取り付けられるブーム角度センサ、アームピンに取り付けられるアーム角度センサおよびバケットリンクに取り付けられるバケット角度センサの総称である。エンコーダ１６１に替えて、作業機２にポテンショメータを装着して角度を計測してもよい。また、油圧シリンダのストロークを検出するストロークセンサを装着して、油圧シリンダの移動量を角度に変換してもよい。

　角度変換部１６２は、エンコーダ１６１から電気信号の入力を受け、この電気信号をブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋに変換する。

　記録部１６３は、撮像画像に写り込んだ作業機の姿勢、より具体的には撮像画像内の第１リンクピン１８（特徴点Ａ）およびバケットシリンダトップピン１９（特徴点Ｂ）の座標と、撮像されたときのブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋとを、対応付けて記録する。記録部１６３への特徴点と角度との記録は、油圧ショベル１００の出荷前に、工場で行なわれる。

　図５は、工場出荷される油圧ショベル１００のシステム構成を示すブロック図である。エンコーダ１６１は、記録部１６３への角度の記録のために作業機２に仮取り付けされ、記録部１６３への角度の記録が完了すると作業機２から取り外される。工場出荷される油圧ショベル１００は、エンコーダ１６１を備えていない。出荷される油圧ショベル１００は、図４に示すシステム構成のうち、撮像装置５０およびコントローラ６０のみを備えている。

　図６は、撮像装置５０により撮像された撮像画像の一例を示す模式図である。図６に示す撮像画像には、作業機２に含まれる構成のうち、アーム７およびバケット８、ならびにブームシリンダ１０と、旋回体３の前方の地形とが含まれている。第１リンクピン１８およびバケットシリンダトップピン１９にはマークが施され、第１リンクピン１８に設定された特徴点Ａとバケットシリンダトップピン１９に設定された特徴点Ｂとを画像処理によって容易に認識可能な構成とされている。

　図６に示す撮像画像は、縦長である。Ｕ軸は、撮像画像の横方向に延びている。Ｖ軸は、撮像画像の縦方向に延びている。撮像画像の右隅部分に、ＵＶ座標系の原点が設定されている。

　次に、撮像画像内における作業機２の姿勢に基づいて、すなわち撮像画像内における特徴点Ａ，Ｂの位置に基づいて、旋回体３に対する作業機の相対位置、典型的にはブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋを求める手法についての、詳細を説明する。

　図７は、撮像画像に設定されるブーム６およびアーム７用の記録点を示す模式図である。図７には、ＵＶ座標成分が（０，０）から（５，５）までの、計３６点の記録点が設定されている。記録点は、Ｕ軸に沿って６列並び、Ｖ軸に沿って６列並んで、６掛ける６の計３６点設定されている。

　図８は、撮像画像に設定されるバケット８用の記録点を示す模式図である。アーム７に対するバケット８の動きは、バケットピン１５を軸線とする回転移動である。そのため図８に示すように、（０）から（７）までの円弧上に並ぶ８点の記録点が設定されている。

　まず、図４に示すエンコーダ１６１を、作業機２に装着する。たとえばブームピン１３に、ブーム角度θｂを計測するためのエンコーダ１６１を装着する。たとえばアームピン１４に、アーム角度θａを計測するためのエンコーダ１６１を装着する。たとえばバケットシリンダトップピン１９などのバケットリンクに、バケット角度θｋを計測するためのエンコーダ１６１を装着する。

　作業機２にエンコーダ１６１が装着された状態で、ブーム６およびアーム７を操作して、撮像画像内の特徴点Ａの位置を動かし、図７に示す記録点のうちの１点に位置させる。このときのブーム角度θｂおよびアーム角度θａを、記録部１６３（図４）に記憶する。特徴点Ａを静止させたまま、バケット８を操作して、撮像画像内の特徴点Ｂの位置を動かし、図８に示す記録点のうちの１点に位置させる。このときのバケット角度θｋを、記録部１６３に記録する。

　図８に示す８点の記録点の全てについてバケット角度θｋの記録を終えると、ブーム６およびアーム７を操作して、特徴点Ａを、図７に示す記録点のうちの次の１点に位置させる。

　このような作業機２の操作と角度の記録とを、全ての記録点について行なう。全ての記録が終了した後に、エンコーダ１６１を作業機２から取り外す。これにより、油圧ショベル１００の工場出荷前に行なわれる準備作業が終了する。

　油圧ショベル１００の工場出荷時には、撮像画像内で特徴点Ａ，Ｂが各記録点に位置するときのブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋが、コントローラ６０（記録部１６３）に記憶されている。

　工場出荷後に、現場で撮像装置５０を用いて作業機２が撮像されると、特徴点認識部６２（図４）は、撮像画像内の特徴点Ａの位置を認識する。角度抽出部６３は、図７に示す３６点の記録点のうち、認識された特徴点Ａの位置に最も近い記録点を判別する。図７を参照して、特徴点Ａとして設定されている第１リンクピン１８が図７中に示す位置にある場合には、ＵＶ座標成分が（３，２）の記録点が、最も近い記録点として判別される。

　角度抽出部６３は、最も近い記録点に対応するブーム角度θｂおよびアーム角度θａを記録部１６３から取り出して、現在のブーム角度θｂおよびアーム角度θａとする。

　特徴点認識部６２はまた、撮像画像内の特徴点Ｂの位置を認識する。角度抽出部６３は、図８に示す８点の記録点のうち、認識された特徴点Ｂの位置に最も近い記録点を判別する。図８を参照して、特徴点Ｂとして設定されているバケットシリンダトップピン１９が図８中に示す位置にある場合には、記録点（３）が最も近い記録点として判別される。

　角度抽出部６３は、最も近い記録点に対応するバケット角度θｋを記録部１６３から取り出して、現在のバケット角度θｋとする。

　このようにして、撮像画像内における特徴点Ａ，Ｂの位置に基づいて、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋを求めることができる。求められたブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋから、動作平面Ｐ上の特徴点Ａ，ＢのＸＹ座標成分が定められ、これにより旋回体３に対する作業機２の相対位置を求めることができる。

　次に、上述した実施形態の作用および効果について説明する。
　実施形態においては、図７，８に示すように、コントローラ６０は、撮像装置５０により撮像された撮像画像内における作業機２の姿勢に基づいて、旋回体３に対する作業機２の相対位置を求める。ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋを検出するための角度センサを不要にできる。角度センサの耐久性が油圧ショベル１００の作業に影響を及ぼすこともない。したがって、簡易で安価かつ信頼性の高い構成で、従前の油圧ショベル１００と同様に作業機２の現在の姿勢を取得することができる。

　また図３に示すように、撮像装置５０の光軸ＡＸは、作業機２の動作平面Ｐに交差している。このようにすれば、撮像装置５０は、動作平面Ｐに交差する方向から作業機２を撮像することができ、撮像画像内における作業機２の位置と動作平面Ｐ上の作業機２の位置とを一対一に対応付けることができる。したがって、撮像画像に基づいて、作業機２の現在の姿勢を精度よく取得することができる。

　また図４に示すように、撮像画像内における作業機２の姿勢に関する情報と、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋとの関係が、コントローラ６０、具体的には記録部１６３に予め記憶されている。コントローラ６０、具体的には角度抽出部６３は、撮像画像内における作業機２の姿勢に関する情報と、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋとの関係に基づいて、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋを求める。

　角度抽出部６３は、予め関連付けて記憶された撮像画像の情報と作業機２の角度とを用いて、撮像装置５０により撮像された撮像画像に基づいて、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋを求めることができる。角度センサを備えない簡易な構成で、角度センサを備える従前の油圧ショベルと同様に、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋを取得することができる。

　また角度抽出部６３は、図７に示すように、撮像画像内におけるアーム７の姿勢に基づいて、ブーム角度θｂおよびアーム角度θａを求め、図８に示すように、撮像画像内におけるバケット８の姿勢に基づいて、バケット角度θｋを求める。アーム７の姿勢はブーム角度θｂおよびアーム角度θａの組み合わせで決まり、バケット８の姿勢はブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋの組み合わせで決まる。先にアームの姿勢に基づいてブーム角度θｂおよびアーム角度θａを求め、次に、求められたブーム角度θｂおよびアーム角度θａとバケット８の姿勢とに基づいてバケット角度θｋを求めることができる。

　また図６に示すように、アーム７に設けられた第１リンクピン１８に、特徴点Ａが設定されている。バケットリンクに設けられたバケットシリンダトップピン１９に、特徴点Ｂが設定されている。コントローラ６０、具体的には特徴点認識部６２は、撮像画像内における特徴点Ａの位置を求めることにより、アーム７の姿勢を求め、撮像画像内における特徴点Ｂの位置を求めることにより、バケット８の姿勢を求める。このように、撮像画像内で認識可能な特徴点Ａ，Ｂを設定することで、撮像画像内におけるアーム７およびバケット８の姿勢を求めることが容易になる。

　また図１，３に示すように、撮像装置５０は、キャブ４に取り付けられている。一般的に油圧ショベル１００では、ブーム６の基端部とキャブ４とが左右方向に並んで配置される。撮像装置５０をキャブ４に取り付けることで、確実に動作平面Ｐに交差する方向から作業機２を撮像することができる。キャブ４の左側面近くに撮像装置５０を配置し、撮像装置５０と作業機２との距離を大きくすることにより、撮像装置５０の光軸ＡＸが作業機２の動作平面Ｐに対して傾斜する角度を大きくでき、より高い精度で作業機２の現在の姿勢を取得することができる。

　また図１に示すように、撮像装置５０は、キャブ４の内部に取り付けられている。このようにすれば、土砂、粉塵または風雨などから、撮像装置５０を保護することができ、撮像装置５０の耐久性を向上することができる。また撮像装置５０の仕様として、防塵および防水の必要性を低下させることができ、より安価な撮像装置５０を採用することが可能になる。

　また図３に示すように、撮像装置５０は、単眼カメラである。安価な単眼カメラを撮像装置５０として適用することで、さらに簡易な構成で作業機２の現在の姿勢を取得することが可能になる。

　上記実施形態の説明では、撮像画像内における特徴点Ａ，Ｂの位置に最も近い記録点に対応付けて記憶されている作業機の角度を、現在の作業機の角度とする例を説明した。図７，８に示すように撮像画像内における特徴点の位置が記録点から外れている場合には、特徴点に近い隣り合う２点の記録点に対応付けられた作業機の角度を補間して現在の作業機の角度を求めてもよく、このようにすれば、現在の作業機の角度をより精度よく求めることができる。

　上記説明した記録部１６３に、撮像画像内の特徴点Ａ，Ｂの位置と作業機２の姿勢とを関連付けたデータを、複数組記録してもよい。たとえば、平面を整地するときのバケット８の位置と、法面の法肩付近を下方地面から整形するときのバケット８の位置とは大きく異なり、撮像装置５０の同じ一つの画角内に収めることは困難である。そのため、撮像装置５０が前方を撮像するときのデータと、撮像装置５０が斜め上方を撮像するときのデータとを予め記録するようにし、作業の内容に対応して撮像装置５０の角度を調整するとともに適切なデータを選択できるようにすれば、広範囲を作業する作業機２の現在の姿勢を精度よく取得することが可能になる。

　上記説明した特徴点Ａは、アーム７の先端部の第１リンクピン１８に設定されたが、ブーム６に特徴点Ａが設定されてもよい。この場合は、撮像画像内の特徴点Ａの位置からブーム角度θｂを求め、求められたブーム角度θｂとバケット８の姿勢とに基づいてアーム角度θａおよびバケット角度θｋを求めることで、実施形態の説明と同様に、ブーム角度θｂ、アーム角度θａおよびバケット角度θｋの全てを求めることが可能である。

　上記実施形態の説明では、油圧ショベル１００がコントローラ６０を備えており、油圧ショベル１００に搭載されているコントローラ６０が作業機２の相対位置を求める例について説明した。作業機２の相対位置を求めるコントローラは、必ずしも油圧ショベル１００に搭載されていなくてもよい。

　図９は、油圧ショベル１００を含むシステムの概略図である。油圧ショベル１００のコントローラ６０は撮像装置５０から入力された撮像画像を外部のコントローラ２６０へ送信する処理を行ない、撮像画像を受信した外部のコントローラ２６０が作業機２の相対位置を求めるシステムを構成してもよい。コントローラ２６０は、油圧ショベル１００の作業現場に配置されてもよく、油圧ショベル１００の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。

　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　本体、２　作業機、３　旋回体、４　キャブ、５　走行装置、６　ブーム、７　アーム、８　バケット、８ａ　刃先、１０　ブームシリンダ、１１　アームシリンダ、１２　バケットシリンダ、１３　ブームピン、１４　アームピン、１５　バケットピン、１６　第１リンク部材、１７　第２リンク部材、１８　第１リンクピン、１９　バケットシリンダトップピン、２０　第２リンクピン、５０　撮像装置、６０，２６０　コントローラ、６１　画像処理部、６２　特徴点認識部、６３　角度抽出部、１００　油圧ショベル、１６１　エンコーダ、１６２　角度変換部、１６３　記録部、Ａ，Ｂ　特徴点、ＡＸ　光軸、Ｐ　動作平面、ＲＸ　旋回軸。

Claims (11)

1. 　旋回体と、
   　前記旋回体に取り付けられ、所定の動作平面上で動作する作業機と、
   　前記旋回体に取り付けられ、前記動作平面に対して０°より大きい角度で前記作業機を撮像する撮像装置と、
   　前記撮像装置により撮像された撮像画像内における前記作業機の姿勢に基づいて、前記旋回体に対する前記作業機の相対位置を求めるコントローラと、を備える、油圧ショベル。
2. 　前記作業機は、前記旋回体に連結されたブームと、前記ブームに連結されたアームと、前記アームに連結されたバケットとを有し、
   　前記撮像画像内における前記作業機の姿勢に関する情報と、前記旋回体に対する前記ブームの角度、前記ブームに対する前記アームの角度、および前記アームに対する前記バケットの角度との関係が、前記コントローラに予め記憶されており、
   　前記コントローラは、前記関係に基づいて、前記ブームの角度と、前記アームの角度と、前記バケットの角度とを求める、請求項１に記載の油圧ショベル。
3. 　前記コントローラは、前記撮像画像内における前記アームの姿勢に基づいて、前記ブームの角度および前記アームの角度を求める、請求項２に記載の油圧ショベル。
4. 　前記アームに、特徴点が設定され、
   　前記コントローラは、前記撮像画像内における前記特徴点の位置を求めることにより、前記アームの姿勢を求める、請求項３に記載の油圧ショベル。
5. 　前記コントローラは、前記撮像画像内における前記バケットの姿勢に基づいて、前記バケットの角度を求める、請求項２～４のいずれか１項に記載の油圧ショベル。
6. 　前記作業機は、前記アームに取り付けられ、伸縮により前記アームに対して前記バケットを回動させるバケットシリンダと、前記バケットシリンダと前記バケットとを連結するバケットリンクとをさらに有し、
   　前記バケットリンクに、特徴点が設定され、
   　前記コントローラは、前記撮像画像内における前記特徴点の位置を求めることにより、前記バケットの姿勢を求める、請求項５に記載の油圧ショベル。
7. 　前記撮像装置の光軸が前記動作平面に交差する、請求項１～６のいずれか１項に記載の油圧ショベル。
8. 　乗員が搭乗するキャブをさらに備え、
   　前記撮像装置は、前記キャブに取り付けられる、請求項１～７のいずれか１項に記載の油圧ショベル。
9. 　前記撮像装置は、前記キャブの内部に取り付けられる、請求項８に記載の油圧ショベル。
10. 　前記撮像装置は、単眼カメラである、請求項１～９のいずれか１項に記載の油圧ショベル。
11. 　所定の動作平面上で動作する作業機と、
    　前記動作平面に対して０°より大きい角度で前記作業機を撮像する撮像装置と、
    　前記撮像装置により撮像された撮像画像内における前記作業機の姿勢に基づいて、前記撮像装置に対する前記作業機の相対位置を求めるコントローラと、を備える、システム。

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