WO2021106410A1 - 計測装置、及び建設機械 - Google Patents

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WO2021106410A1
WO2021106410A1 PCT/JP2020/038819 JP2020038819W WO2021106410A1 WO 2021106410 A1 WO2021106410 A1 WO 2021106410A1 JP 2020038819 W JP2020038819 W JP 2020038819W WO 2021106410 A1 WO2021106410 A1 WO 2021106410A1
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WO
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data
bucket
posture
shape
time point
Prior art date
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PCT/JP2020/038819
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English (en)
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Inventor
細　幸広
翔 藤原
佑介 船原
徹 玉木
Original Assignee
コベルコ建機株式会社
国立大学法人広島大学
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Publication date
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Priority to CN202080080587.5A priority patent/CN114761642B/zh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/08—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G19/00—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/08—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
    • G01G19/086—Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles wherein the vehicle mass is dynamically estimated

Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring the volume of a container rotatably attached to an arm member.
  • the volume of excavated material excavated by the bucket is calculated in order to grasp the amount of work on the day of work. Further, when the hydraulic excavator performs the work of loading the excavated material into the dump truck, the volume of the excavated material is calculated so that the volume of the excavated material does not exceed the upper limit load capacity of the dump truck. As described above, since the volume of the excavated material can be applied to various applications, it is desirable to calculate it with high accuracy.
  • Patent Documents 1 and 2 are known as techniques for calculating the volume of an excavated object.
  • Patent Document 1 the difference between the surface shape of the bucket calculated from the image of the bucket after excavation and the internal shape of the bucket calculated from the image of the inside of the bucket after excavation is calculated. By doing so, a technique for calculating the amount of work of the bucket is disclosed.
  • Patent Document 2 describes a bucket by adding the length from the opening surface of the bucket to the surface of the excavated object in the state where the excavated material is contained and the length from the bottom of the bucket to the opening surface of the bucket when the bucket is empty.
  • a technique is disclosed in which the length from the bottom of the excavation to the surface of the excavation is obtained and the volume of the excavation is calculated based on this length.
  • the technique of Patent Document 2 in learning, the length from the bottom of the bucket to the opening surface is only calculated, and the posture data of the bucket is not measured. Therefore, the technique of Patent Document 2 has a problem that the volume of the excavated object cannot be calculated accurately when the posture of the bucket during learning and the posture of the bucket during work are different.
  • An object of the present invention is to provide a technique capable of accurately calculating the volume of the contents contained in the bucket while preventing a decrease in work efficiency.
  • the measuring device is an arm member undulatingly attached to a main body portion, and includes an arm member including one or more joints capable of changing the posture of the arm member, and the above-mentioned arm member.
  • a measuring device that measures the volume of the contents of the container in a work device that includes a container that is rotatably attached to the arm member and has an opening that allows the contents to enter and exit the container.
  • the distance detector was attached to the arm member to measure the measurement data indicating the distance of the object, the attitude detector to measure the attitude data indicating the posture of the working device, and the distance detector.
  • a first shape calculation unit that calculates first shape data indicating the contour shape of the container based on the first measurement data that is the measurement data of the empty container, and a first that measures the first measurement data.
  • the memory that stores the first posture data, which is the posture data at the time point, and the first shape data in association with each other, and the container measured by the distance detector at the second time point after the first time point.
  • the second shape calculation unit that calculates the second shape data indicating the surface shape of the contained object based on the second measurement data that is the measured data of the contained object, and the attitude detector at the second time point.
  • the difference information calculation unit that calculates the difference information indicating the difference between the second posture data, which is the measured posture data, and the first posture data, and the work from the distance detector to the container at the second time point. Based on the difference information, the second shape data is converted into the three-dimensional coordinates of the distance detector so that the attitude of the device matches the attitude of the working device from the distance detector to the container at the first time point.
  • the rotation processing unit to be rotated in the space, the region surrounded by the rotated second shape data and the first shape data are specified, and based on the identified region, the container of the container at the second time point. It is provided with a volume calculation unit for calculating the volume of the contents.
  • the measuring device In the following example, an example in which the measuring device is mounted on a hydraulic excavator will be described.
  • some components may be mounted on the hydraulic excavator and the remaining components may be mounted on the external device.
  • a cloud server As the external device, for example, a cloud server is adopted.
  • the measuring device may be mounted on a construction machine other than the hydraulic excavator 1. Further, the measuring device may be mounted on a work machine other than the construction machine.
  • the working machine may be any machine as long as it is a machine that accommodates an object using a container.
  • An example of this work machine is a work machine including an arm member including one or more joints whose posture can be changed, and a container rotatably attached to the tip of the arm member.
  • This container contains openings and is used to contain inclusions such as earth and sand, particles and the like.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the external configuration of the hydraulic excavator 1.
  • the hydraulic excavator 1 includes a lower traveling body 2, an upper swivel body 3, and a working device 4.
  • the lower traveling body 2 is, for example, a crawler configured to be able to travel with respect to the ground.
  • the upper rotating body 3 is provided on the upper part of the lower traveling body 2 and is configured to be able to rotate around the vertical axis with respect to the lower traveling body 2.
  • the upper swivel body 3 is equipped with a display unit 80, a controller 90, and the like.
  • the upper swivel body 3 is an example of the main body portion.
  • the display unit 80 is provided in the driver's seat and displays various information to the operator.
  • the controller 90 controls the entire control of the hydraulic excavator 1.
  • the work device 4 is used to perform work such as excavation work.
  • the working device 4 includes a boom 401, an arm 402 and a bucket 403.
  • the boom 401 is undulatingly attached to the front end of the upper swing body 3.
  • the arm 402 is rotatably attached around the horizontal axis at the tip of the boom 401.
  • the bucket 403 is rotatably attached at the tip of the arm 402.
  • the bucket 403 is an example of a container for accommodating the contents.
  • the boom 401 and arm 402 are examples of arm members.
  • Bucket 403 includes opening 403a.
  • the bucket 403 accommodates the earth and sand that invades through the opening 403a due to the excavation work.
  • An example of the containment is earth and sand.
  • the hydraulic excavator 1 further includes a boom cylinder 21, an arm cylinder 31, and a bucket cylinder 41.
  • the boom cylinder 21 is interposed between the upper swing body 3 and the boom 401.
  • the boom cylinder 21 expands and contracts to raise and lower the boom 401.
  • the arm cylinder 31 is interposed between the boom 401 and the arm 402.
  • the arm cylinder 31 expands and contracts to rotate the arm 402.
  • the bucket cylinder 41 is interposed between the arm 402 and the bucket 403.
  • the bucket cylinder 41 expands and contracts to rotate the bucket 403.
  • the hydraulic excavator 1 further includes a boom angle sensor 51, an arm angle sensor 52, and a bucket angle sensor 53.
  • the boom angle sensor 51 detects the boom angle, which is the undulation angle of the boom 401 with respect to the upper swing body 3.
  • the boom angle sensor 51 is provided, for example, on the root side of the boom 401.
  • the arm angle sensor 52 detects the arm angle, which is the rotation angle of the arm 402 with respect to the boom 401.
  • the arm angle sensor 52 is provided, for example, on the root side of the arm 402.
  • the bucket angle sensor 53 detects the bucket angle, which is the rotation angle of the bucket 403 with respect to the arm 402.
  • the bucket angle sensor 53 is provided, for example, at the tip of the arm 402.
  • the distance measuring sensor 60 (an example of a distance detector) is provided in the working device 4 and measures measurement data indicating the distance of an object.
  • An example of the distance measuring sensor 60 is a sensor such as a TOF (Time of Flight) sensor or a stereo camera that can measure the depth in units of a plurality of pixels.
  • the ranging sensor 60 may be a lidar.
  • the distance measuring sensor 60 is provided on the back surface 402a of the arm 402. In the distance measuring sensor 60, the sensor surface 60a is directed toward the bucket 403 side. As a result, the distance measuring sensor 60 can measure the shape data of the inner surface of the bucket 403 and the earth and sand housed in the bucket 403.
  • the back surface 402a is an example of a facing surface facing the opening 403a of the bucket 403.
  • the distance measuring sensor 60 may be configured to be removable with respect to the back surface 402a. Thereby, the working device 4 according to the present embodiment can be mounted on the existing hydraulic excavator 1. In this case, each time the distance measuring sensor 60 is attached, the measurement mode described later is executed, and the first shape data and the posture data described later are stored in the memory. Further, this measurement mode may be executed when the bucket 403 is replaced after the distance measuring sensor 60 is attached. Further, the distance measuring sensor 60 may be provided by the hydraulic excavator 1 by default. In this case, this measurement mode is executed each time the bucket 403 is replaced, for example.
  • the hydraulic excavator 1 includes a semi-automatic operation mode in which excavation operation and lifting operation are semi-automatically performed by operating the arm 402 of the operator.
  • this semi-automatic operation mode the operator only needs to operate the arm manipulator.
  • the controller 90 causes the work device 4 to start the excavation operation.
  • the excavation operation the operation of moving the tip of the bucket 403 in parallel with the ground is automatically performed while the bucket 403 is invading the ground.
  • the lifting operation is started.
  • the bucket 403 containing the earth and sand is lifted, the upper swivel body 3 is swiveled, the bucket 403 is opened at a predetermined position, and a series of operations in which the earth and sand are discharged are automatically performed.
  • the controller 90 stops the excavation operation in the middle. This also applies to the lifting operation.
  • the moving speed of the bucket 403 during the excavation operation and the lifting operation is set to a value according to the operation amount input to the arm actuator.
  • the operator only operates the arm 402, and then the controller 90 automatically performs the excavation operation and the lifting operation. Therefore, even an operator who has little experience in maneuvering the hydraulic excavator 1 can smoothly perform the excavation operation and the lifting operation.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the hydraulic excavator 1.
  • the hydraulic excavator 1 includes an arm controller 10, a boom drive circuit 20, an arm drive circuit 30, a bucket drive circuit 40, and an attitude sensor 50 (attitude detection).
  • An example of a vessel An example of a vessel
  • a switch 70 An example of a vessel
  • the block diagram of FIG. 2 shows only the blocks necessary for executing the semi-automatic operation mode, and the blocks necessary for executing the manual mode are not shown.
  • the manual mode is a mode in which the hydraulic excavator 1 performs operations such as excavation operation and lifting operation based only on the operator's operation without the assistance of the controller 90.
  • the excavation operation and the lifting operation are not limited to the execution in the semi-automatic operation mode, and may be executed in the manual mode or the fully automatic operation mode.
  • the fully automatic mode is a mode in which the excavation operation and the lifting operation are automatically executed without imposing the operation of the arm 402 on the operator. In this fully automatic mode, the operator only has to perform an operation such as inputting an excavation start button. After that, the controller 90 sets the moving speed of the bucket 403 to a predetermined speed, and automatically executes the excavation operation and the lifting operation.
  • the operator inputs the arm operation for moving the arm 402.
  • the arm operation includes an arm pulling operation for moving the tip of the arm 402 toward the upper swing body 3 and an arm pushing operation for moving the tip of the arm 402 to the opposite side of the upper swing body 3.
  • the arm drive circuit 30 is a hydraulic circuit for driving the arm 402.
  • the arm drive circuit 30 includes an arm control valve 32, an arm pull pilot pressure sensor 33, and an arm remote control valve 34.
  • the arm cylinder 31 expands and contracts by receiving the supply of hydraulic oil from the hydraulic pump, whereby the arm 402 is made to perform the arm pulling operation and the arm pushing operation.
  • the arm control valve 32 is composed of a pilot-operated three-position direction switching valve having an arm pulling pilot port and an arm pushing pilot port.
  • the arm control valve 32 opens with a stroke corresponding to the arm pull pilot pressure input to the arm pull pilot port. By this valve opening, the flow rate and direction of the hydraulic oil supplied to the arm cylinder 31 are controlled, the speed and direction of the arm 402 are controlled, and the arm 402 performs an arm pulling operation.
  • the arm control valve 32 opens with a stroke corresponding to the arm pushing pilot pressure input to the arm pushing pilot port. By this valve opening, the flow rate and direction of the hydraulic oil supplied to the arm cylinder 31 are controlled, the speed and direction of the arm 402 are controlled, and the arm 402 performs an arm pushing operation.
  • the arm pull pilot pressure sensor 33 detects the arm pull pilot pressure input to the arm pull pilot port of the arm control valve 32 and inputs it to the controller 90.
  • the arm remote control valve 34 inputs an arm pull pilot pressure having a magnitude corresponding to the amount of the arm pull operation input to the arm controller 10 to the arm pull pilot port of the arm control valve 32.
  • the arm remote control valve 34 inputs an arm pushing pilot pressure having a magnitude corresponding to the operation amount of the arm pushing operation input to the arm controller 10 to the arm pushing pilot port of the arm control valve 32.
  • the boom drive circuit 20 is a hydraulic circuit for driving the boom 401.
  • the boom drive circuit 20 includes a boom control valve 22 and a boom raising flow rate operation valve 23 in addition to the boom cylinder 21 shown in FIG.
  • the boom cylinder 21 expands and contracts by receiving the supply of hydraulic oil from the hydraulic pump, whereby the boom 401 is made to perform the boom raising operation and the boom lowering operation.
  • the boom control valve 22 is composed of a pilot-operated three-position direction switching valve having a boom pulling pilot port and a boom pushing pilot port.
  • the boom control valve 22 opens with a stroke corresponding to the boom raising pilot pressure input to the boom raising pilot port.
  • the boom control valve 22 opens with a stroke corresponding to the boom lowering pilot pressure input to the boom lowering pilot port.
  • the flow rate and direction of the hydraulic oil supplied to the boom cylinder 21 are controlled, the speed and direction of the boom 401 are controlled, and the boom 401 performs the boom raising operation.
  • the boom control valve 22 opens with a stroke corresponding to the boom lowering pilot pressure input to the boom lowering pilot port. By this valve opening, the flow rate and direction of the hydraulic oil supplied to the boom cylinder 21 are controlled, the speed and direction of the boom 401 are controlled, and the boom 401 performs the boom lowering operation.
  • the boom raising flow rate operation valve 23 reduces the pilot pressure input from the pilot hydraulic source (not shown) to the boom raising pilot port in response to the boom flow rate command signal input from the controller 90. As a result, the controller 90 automatically operates the pilot pressure input to the boom raising pilot port through the boom raising flow rate operation valve 23.
  • the bucket drive circuit 40 is a flood control circuit for driving the bucket 403.
  • the bucket drive circuit 40 includes a bucket control valve 42 and a bucket scooping flow rate operation valve 43 in addition to the bucket cylinder 41 shown in FIG.
  • the bucket cylinder 41 expands and contracts by receiving the supply of hydraulic oil from the hydraulic pump, whereby the bucket 403 is made to perform the bucket scooping operation and the bucket opening operation.
  • the bucket control valve 42 is composed of a pilot-operated three-position direction switching valve having a bucket scooping pilot port and a bucket opening pilot port.
  • the bucket control valve 42 opens with a stroke corresponding to the bucket scooping pilot pressure input to the bucket scooping pilot port. By this valve opening, the flow rate and direction of the hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 41 are controlled, the speed and direction of the bucket 403 are controlled, and the bucket 403 performs a bucket scooping operation.
  • the bucket control valve 42 opens with a stroke corresponding to the bucket opening pilot pressure input to the bucket opening pilot port. By this valve opening, the flow rate and direction of the hydraulic oil supplied to the bucket cylinder 41 are controlled, the speed and direction of the bucket 403 are controlled, and the bucket 403 performs the bucket opening operation.
  • the bucket scooping flow rate operation valve 43 reduces the pilot pressure input from the pilot hydraulic source (not shown) to the bucket scooping pilot port in response to the bucket flow rate command signal input from the controller 90. As a result, the controller 90 automatically operates the pilot pressure input to the bucket scooping pilot port through the bucket scooping flow rate operating valve 43.
  • the posture sensor 50 includes the boom angle sensor 51, the arm angle sensor 52, and the bucket angle sensor 53 shown in FIG.
  • the boom angle sensor 51, the arm angle sensor 52, and the bucket angle sensor 53 each input the boom angle, arm angle, and bucket angle to the controller 90 at a predetermined calculation cycle, for example.
  • the distance measuring sensor 60 inputs the measurement data measured in a predetermined calculation cycle to the controller 90.
  • the measurement data is composed of distance image data indicating the depth of an object in the field of view of the distance measurement sensor 60 for each of a plurality of pixels.
  • the switch 70 is a switch to which an operation from the operator for switching the mode of the hydraulic excavator 1 is input.
  • the switch 70 may be a physical switch provided in the cockpit, or may be a graphical user interface displayed on the display unit 80.
  • the controller 90 is composed of a computer including a CPU and a memory or a dedicated electric circuit.
  • the controller 90 includes a first controller 110 and a second controller 120.
  • the first controller 110 controls the hydraulic excavator 1 in the semi-automatic operation mode.
  • the first controller 110 includes a bucket position calculation unit 111, an excavation operation control unit 112, a target speed calculation unit 113, and a lifting operation control unit 114.
  • the bucket position calculation unit 111 calculates the position of a specific part of the bucket 403 based on the boom angle, the arm angle, and the bucket angle measured by the boom angle sensor 51, the arm angle sensor 52, and the bucket angle sensor 53.
  • An example of this specific site is the tip position of the bucket 403.
  • the position of this specific portion is calculated, for example, by geometric calculation based on known boom length, arm length, and bucket length, and measured boom angle, arm angle, and bucket angle. This tip position is calculated, for example, in a predetermined calculation cycle.
  • the target speed calculation unit 113 determines the boom 401 and the bucket based on the arm pull pilot pressure measured by the arm pull pilot pressure sensor 33 and the position of the specific portion of the bucket 403 calculated by the bucket position calculation unit 111. Calculate each target speed of 403.
  • the target speed of the boom 401 during the excavation operation is, for example, the target speed in the raising direction of the boom 401 for bringing the construction surface closer to the predetermined target construction surface.
  • the target speed of the bucket 403 during the excavation operation is the target speed of the bucket 403 for automatically translating a specific part of the bucket 403 along the target construction surface according to the arm pulling operation.
  • the target speed of the boom 401 during the lifting operation is, for example, the target speed in the raising direction of the boom 401 for moving the bucket 403 to a predetermined soil discharge position after the excavation operation is completed.
  • the target speed of the bucket 403 during the lifting operation is, for example, the target speed in the scooping direction of the bucket 403 for moving the bucket 403 to a predetermined soil discharge position after the excavation operation is completed.
  • the excavation operation control unit 112 raises the boom flow rate operation valve 23 so that the boom 401 and the bucket 403 operate at the respective target speeds of the boom 401 and the bucket 403 in the excavation operation calculated by the target speed calculation unit 113. And each of the bucket scooping flow rate operating valve 43 is controlled. This control realizes semi-automatic operation of excavation operation.
  • the lifting operation control unit 114 controls the boom raising flow rate operation valve 23 so that the boom 401 and the bucket 403 operate at the respective target speeds of the boom 401 and the bucket 403 in the lifting operation calculated by the target speed calculation unit 113. And each of the bucket scooping flow rate operating valve 43 is controlled. This control realizes semi-automatic operation of lifting operation.
  • the target speed calculation unit 113 switches between the excavation operation and the lifting operation. For example, when the excavation operation is completed, the target speed calculation unit 113 causes the excavation operation control unit 112 to end the excavation operation and the lifting operation control unit 114 to start the lifting operation. On the other hand, when the target speed calculation unit 113 finishes soil removal during the lifting operation, the lifting operation control unit 114 may end the lifting operation and the excavation operation control unit 112 may start the excavation operation.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the hydraulic excavator 1 when focusing on the second controller 120.
  • the second controller 120 includes a first shape calculation unit 121, a second shape calculation unit 122, an attitude data acquisition unit 123, a memory 124, a difference information calculation unit 125, a rotation processing unit 126, and a volume calculation unit 127.
  • the first shape calculation unit 121 calculates the first shape data indicating the contour shape of the bucket 403 based on the first measurement data which is the measurement data of the empty bucket 403 measured by the distance measuring sensor 60.
  • the details of the processing of the first shape calculation unit 121 are as follows, for example.
  • the first shape calculation unit 121 extracts pixel data having a depth equal to or less than a threshold value from a plurality of pixel data included in the first measurement data.
  • This threshold value has a predetermined value for distinguishing the pixel data of the hydraulic excavator 1 included in the first measurement data from the pixel data which is the background of the hydraulic excavator 1.
  • pixel data indicating the empty bucket 403 is extracted from the first measurement data.
  • the first shape calculation unit 121 performs three-dimensional coordinate conversion in which each of the extracted plurality of pixel data is arranged in the three-dimensional coordinate space of the distance measuring sensor 60.
  • the first shape calculation unit 121 extracts the pixel data located on the plane parallel to the longitudinal direction of the bucket 403 from the pixel data arranged in the three-dimensional coordinate space as the first shape data.
  • first shape data showing the contour shape of the bucket 403 projected on the plane can be obtained.
  • the plane parallel to the longitudinal direction of the bucket 403 is a plane orthogonal to the axis of rotation of the bucket 403 with respect to the arm 402.
  • the posture data acquisition unit 123 associates the first posture data, which is the posture data at the first time point when the first measurement data is measured, with the first shape data calculated by the first shape calculation unit 121, and the memory 124. To memorize.
  • the first attitude data is the bucket angle at the first time point.
  • the present invention is not limited to this, and the first posture data may include the arm angle and the boom angle at the first time point.
  • the time when the posture of the bucket 403 reaches a predetermined reference bucket angle by the operation of the operator is set as the first time point.
  • the posture data acquisition unit 123 monitors the measurement data measured by the posture sensor 50, and when it detects that the bucket angle has reached the reference bucket angle, the first shape calculation unit 121 calculates the first.
  • the shape data may be stored in the memory 124 in association with the reference bucket angle.
  • the time point at which the operator inputs a measurement instruction to the switch 70 while the hydraulic excavator 1 is in operation may be adopted as the first time point.
  • the attitude data acquisition unit 123 may store the bucket angle measured by the attitude sensor 50 at the first time point in the memory 124 in association with the first shape data.
  • the posture data acquisition unit 123 acquires the second posture data measured by the posture sensor 50 at the second time point after the first time point.
  • the second attitude data is the bucket angle at the second time point.
  • the present invention is not limited to this, and the second posture data may include the arm angle and the boom angle at the second time point.
  • the memory 124 is composed of a non-volatile storage device such as a solid state drive and a flash memory.
  • the memory 124 stores the first shape data and the first posture data in association with each other.
  • the second shape calculation unit 122 determines the surface shape of the earth and sand based on the second measurement data which is the measurement data of the earth and sand contained in the bucket 403 measured by the distance measuring sensor 60 at the second time point after the first time point.
  • the second shape data shown is calculated.
  • the second time point indicates, for example, a sampling time point in which the excavation operation period and / or the lifting operation period is divided by a predetermined calculation cycle.
  • the details of the processing of the second shape calculation unit 122 are as follows, for example. First, the second shape calculation unit 122 extracts pixel data having a depth equal to or less than a threshold value from a plurality of pixel data included in the second measurement data.
  • This threshold value is the same as the above-mentioned threshold value used by the first shape calculation unit 121.
  • pixel data when the earth and sand contained in the bucket 403 is viewed from the opening 403a is extracted from the second measurement data.
  • the extracted pixel data may include pixel data at the edge of the bucket 403.
  • the second shape calculation unit 122 performs three-dimensional coordinate conversion in which each of the extracted plurality of pixel data is arranged in the three-dimensional coordinate space of the distance measuring sensor 60.
  • the second shape calculation unit 122 extracts the pixel data located on the plane parallel to the longitudinal direction of the bucket 403 from the pixel data arranged in the three-dimensional coordinate space as the second shape data.
  • second shape data showing the contour shape of the earth and sand projected on the plane can be obtained.
  • the second shape data may be repeatedly calculated in a predetermined calculation cycle while the hydraulic excavator 1 is in operation, or may be repeatedly calculated in a predetermined calculation cycle during the excavation operation and / or the lifting operation.
  • the difference information calculation unit 125 calculates the difference information indicating the difference between the second posture data and the first posture data, which is the posture data measured by the posture sensor 50 at the second time point.
  • the difference information calculation unit 125 since the distance measuring sensor 60 is attached to the arm 402, the difference information calculation unit 125 has the bucket angle measured by the attitude sensor 50 at the second time point and the bucket angle stored in the memory 124. The difference angle with and is calculated as the difference information.
  • the rotation processing unit 126 makes a difference so that the posture of the working device 4 from the distance measuring sensor 60 to the bucket 403 at the second time point matches the posture of the working device 4 from the distance measuring sensor 60 to the bucket 403 at the first time point.
  • the second shape data is rotated in the three-dimensional coordinate space of the distance measuring sensor 60.
  • the distance measuring sensor 60 is attached to the arm 402. Therefore, in the rotation processing unit 126, the posture of the working device 4 from the distance measuring sensor 60 to the bucket 403 at the first time point matches the posture of the working device 4 from the distance measuring sensor 60 to the bucket 403 at the second time point.
  • the second shape data is rotated. Specifically, the rotation processing unit 126 rotates the second shape data by a difference angle so that the bucket angle at the second time point and the bucket angle at the second time point match.
  • the rotation processing unit 126 performs a matrix operation for rotating the second shape data by ⁇ on the plane. By doing so, the second shape data may be rotated.
  • the appearance of the inner surface of the bucket 403 from the distance measuring sensor 60 differs depending on the bucket angle, but by rotating the second shape data in this way, the second shape data is the same bucket as the bucket angle at the first time point. It can be shape data measured by an angle.
  • the volume calculation unit 127 identifies an area surrounded by the second shape data rotated by the rotation processing unit 126 and the first shape data stored in the memory 124, and based on the specified area, at the second time point.
  • the volume of earth and sand contained in the bucket 403 is calculated.
  • the volume calculation unit 127 may calculate the area of the region as the cross-sectional area of the earth and sand accommodated by the bucket 403, and multiply this cross-sectional area by the width of the bucket 403 to calculate the volume of the earth and sand.
  • the volume calculation unit 127 may calculate the cross-sectional area by dividing the area into a plurality of trapezoids and integrating the areas of each trapezoid.
  • the switch 70 receives an instruction from an operator who drives the hydraulic excavator 1 in a semi-automatic operation mode, a manual mode, or a fully automatic mode. Further, the switch 70 receives an operator's instruction for setting the operation mode of the hydraulic excavator 1 to the above-mentioned measurement mode or a measurement instruction for designating the first time point.
  • the display unit 80 displays an image showing the volume calculated by the volume calculation unit 127.
  • the displayed volume may be the volume of earth and sand excavated by one excavation operation.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of processing of the hydraulic excavator 1 in the measurement mode.
  • the measurement mode is started, for example, when an operator's instruction for changing the operation mode of the hydraulic excavator 1 to the measurement mode is input to the switch 70.
  • step S1 the distance measuring sensor 60 measures the measurement data of the bucket 403 positioned at the reference bucket angle by the operation of the operator as the first measurement data.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a reference bucket angle ⁇ ref. In the example of FIG. 8, the arm 402 and the bucket 403 when viewed from the side are shown.
  • the lateral direction is a direction parallel to the rotation axis of the bucket 403.
  • the longitudinal direction L1 is the direction of a straight line connecting the tip portion 401b of the boom 401 and the tip portion 402b of the arm 402.
  • the bucket angle ⁇ is the angle formed by the longitudinal direction L2 of the bucket 403 and the reference direction Lref.
  • the longitudinal direction L2 is the direction of a straight line connecting the tip portion 402b of the arm 402 and the tip portion 403b of the bucket 403.
  • the reference direction Lref is the longitudinal direction L2 when the longitudinal direction L1 and the longitudinal direction L2 are aligned in a straight line.
  • the bucket angle ⁇ has a positive rotation direction in which the tip portion 403b approaches the back surface 402a of the arm 402 with respect to the reference direction Lref (counterclockwise rotation direction in the example of FIG. 8), and the tip end portion 403b separates from the back surface 402a.
  • the rotation direction (clockwise rotation direction in the example of FIG. 8) is negative. This positive and negative relationship may be reversed.
  • the reference bucket angle ⁇ ref is 120 degrees.
  • the reference bucket angle ⁇ ref may be any angle as long as the entire inner surface of the bucket 403 is within the field of view of the distance measuring sensor 60.
  • the second controller 120 may display on the display unit 80 an image prompting the operator to perform an operation for setting the bucket angle of the empty bucket 403 to the reference bucket angle.
  • step S2 the first shape calculation unit 121 performs a three-dimensional coordinate transformation for arranging the first measurement data measured in step S1 in the three-dimensional coordinate space.
  • step S3 the first shape calculation unit 121 calculates the pixel data located on the plane parallel to the longitudinal direction of the bucket 403 as the first shape data among the pixel data arranged in the three-dimensional coordinate space. ..
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the first measurement data measured by the distance measuring sensor 60.
  • the first measurement data includes a bucket area 501 composed of pixel data indicating the inner surface of the bucket 403 as seen from the opening 403a side, and a background of the bucket 403.
  • the density of the bucket region 501 is represented by a constant value, but in reality, this density is represented by a shade corresponding to the distance between the distance measuring sensor 60 and the bucket 403.
  • the density of the background is represented by a solid white color, but in reality, this density is represented by a shade according to the distance between the object (for example, the ground) around the bucket 403 and the distance measuring sensor 60. ..
  • the first shape calculation unit 121 extracts pixel data having a depth equal to or less than a threshold value from the first measurement data as shown in FIG. 5, and arranges the pixel data in a three-dimensional coordinate space. As a result, the pixel data constituting the bucket area 501 is arranged in the three-dimensional coordinate space.
  • the first shape calculation unit 121 sets the plane 502 for the pixel data arranged in the three-dimensional coordinate space.
  • the plane 502 is a plane parallel to the longitudinal direction L2 of the bucket 403 and orthogonal to the opening surface of the bucket 403. Further, the plane 502 is set substantially in the center of the bucket 403 in the lateral direction.
  • the first shape calculation unit 121 extracts the pixel data included in the plane 502 from the pixel data of the bucket region 501.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of pixel data included in the plane 502 set in the bucket area 501.
  • the plane 502 has a Y-axis in the vertical direction and a Z-axis in the horizontal direction.
  • the Y-axis indicates the height direction of the distance measuring sensor 60 in the three-dimensional coordinate space.
  • the Z axis indicates the depth direction in this three-dimensional coordinate space.
  • the three-dimensional coordinate space is a space of a three-dimensional Cartesian coordinate system composed of three axes of X, Y, and Z.
  • the X-axis indicates the lateral direction of the hydraulic excavator 1.
  • a plurality of pixel data 602 indicating the inner surface of the empty bucket 403 are arranged on the plane 502.
  • the first shape data 601 is composed of the plurality of pixel data 602. From the above, the first shape data 601 is calculated.
  • step S4 the posture data acquisition unit 123 stores the first shape data and the reference bucket angle in the memory 124 in association with each other.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an example of the process of calculating the volume.
  • the flowchart of FIG. 7 is repeatedly executed at a predetermined calculation cycle.
  • the processing of one loop in the flowchart of FIG. 7 is the processing at the second time point.
  • step S11 the distance measuring sensor 60 measures the second measurement data, which is the measurement data at the second time point.
  • step S12 the attitude data acquisition unit 123 acquires the bucket angle measured by the attitude sensor 50 at the second time point.
  • step S13 the second shape calculation unit 122 extracts pixel data having a depth equal to or less than the threshold value from the second measurement data, and arranges the extracted pixel data in the three-dimensional coordinate space.
  • step S14 the second shape calculation unit 122 calculates the second shape data by extracting the pixel data on the plane 502 from the pixel data arranged in the three-dimensional coordinate space. As a result, second shape data showing the contour shape of the surface of the earth and sand housed in the bucket 403 at the second time point can be obtained.
  • step S15 the difference information calculation unit 125 calculates the difference angle between the bucket angle acquired in step S12 and the reference bucket angle stored in the memory 124.
  • step S16 the rotation processing unit 126 rotates the second shape data calculated in step S14 by the difference angle calculated in step S15. Since the details of the rotation process have been described above, the description thereof is omitted here.
  • step S17 the volume calculation unit 127 superimposes the first shape data and the second shape data rotated in step S16 on the plane 502.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of a process in which the first shape data 601 and the second shape data 901 are superimposed.
  • the left figure shows the first shape data 601 stored in the memory 124
  • the middle figure shows the second shape data after rotation
  • the right figure shows the first shape data 601 and the second shape data 901 after superposition. Is shown.
  • the second shape data 901 is converted into shape data measured at the same bucket angle as the reference bucket angle by the rotation process. Therefore, as shown in the right figure, by superimposing the first shape data 601 and the second shape data 901 on the plane 502, a region 1001 surrounded by the first shape data 601 and the second shape data 901 is formed. To.
  • step S18 the volume calculation unit 127 calculates the cross-sectional area of the earth and sand contained in the bucket 403.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a process for calculating the cross-sectional area of earth and sand.
  • the volume calculation unit 127 calculates the contour line 6011 of the first shape data 601 using the pixel data 602 that constitutes the first shape data 601 arranged on the plane 502. Further, the volume calculation unit 127 calculates the contour line 9011 of the second shape data 901 by using the second shape data 901 after rotation arranged on the plane 502. Then, the volume calculation unit 127 extracts the region 1001 surrounded by the contour line 6011 and the contour line 9011.
  • the volume calculation unit 127 that extracts the region 1001 divides the region 1001 by a plurality of straight lines 1003 parallel to the Y axis, and obtains the intersection of each straight line 1003 and the contour line 6011 and the intersection of each straight line 1003 and the contour line 9011. ..
  • the volume calculation unit 127 that has obtained the intersection points connects the adjacent intersection points with a straight line.
  • the region 1001 is divided into a plurality of trapezoids 1002 arranged in the Z-axis direction in the longitudinal direction parallel to the Y-axis.
  • the volume calculation unit 127 at the end of this section obtains the area of each trapezoid 1002 and integrates the obtained area.
  • the area of the region 1001, that is, the cross-sectional area of the earth and sand is calculated by the trapezoidal approximation.
  • step S19 the volume calculation unit 127 calculates the volume of the earth and sand by multiplying the cross-sectional area of the earth and sand calculated in step S18 by the width of the bucket 403.
  • step S19 the process returns to step S11.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of the calculation process of the volume of earth and sand. As shown in FIG. 11, the volume of earth and sand is calculated by multiplying the cross-sectional area of earth and sand calculated in step S18 by the predetermined width 1101 of the bucket 403. The width 1101 is stored in, for example, the memory 124.
  • the first shape data which is the shape data of the empty bucket 403 is calculated at the first time point, and is stored in the memory 124 in association with the bucket angle at the first time point. It will be remembered.
  • the second shape data which is the shape data of the bucket 403 containing the earth and sand is calculated.
  • the difference angle between the bucket angle at the first time point and the bucket angle at the second time point is calculated.
  • the second shape data is rotated by a difference angle in the coordinate space.
  • the second shape data after rotation becomes the shape data measured in the same posture as the bucket at the first time point.
  • the volume of the contents at the second time point can be calculated based on the region surrounded by the second shape data and the first shape data after rotation, and the volume of the contents can be calculated accurately.
  • the second shape data can be stored at the second time point without having to put the work device in a predetermined posture.
  • the volume of an object can be calculated. As a result, it is not necessary to put the work device in a predetermined posture each time the contained object is accommodated, and it is possible to prevent a decrease in work efficiency.
  • the memory 124 since the memory 124 is provided, it is possible to calculate the volume of the contained object every time the second shape data is calculated, and the calculation process of this volume can be executed in real time.
  • the first shape data is composed of pixel data located on one plane 502, but the present invention is not limited to this.
  • the first shape data may be composed of pixel data arranged on each of N (integer of 2 or more) planes 502.
  • the second shape data may also be composed of pixel data arranged on each of the N planes 502.
  • the second controller 120 may calculate the volume of earth and sand by the following processing.
  • the rotation processing unit 126 rotates the second shape data arranged on each of the N planes 502 by a difference angle.
  • the volume calculation unit 127 calculates N cross-sectional areas surrounded by N second shape data after rotation and N first shape data corresponding to N second shape data. ..
  • the N first shape data corresponding to the N second shape data is, for example, the second shape data arranged on the first plane 502 in the second shape data arranged on the first plane 502.
  • One shape data corresponds to, for example, in the second shape data arranged on the second plane 502, the first shape data arranged on the second plane 502 corresponds.
  • the volume calculation unit 127 calculates the integrated value of the cross-sectional areas of N pieces as the volume of earth and sand. According to this configuration, the volume of earth and sand is calculated more accurately.
  • the distance measuring sensor 60 is attached to the back surface 402a of the arm 402, but the present invention is not limited to this.
  • the distance measuring sensor 60 may be attached to the back surface 401a of the boom 401.
  • the processing of the second controller 120 in this case is as follows.
  • the posture data acquisition unit 123 acquires the bucket angle and the arm angle at the first time point as the first posture data, and associates the first posture data with the first shape data calculated by the first shape calculation unit 121 to the memory 124.
  • the posture data acquisition unit 123 acquires the bucket angle and the arm angle at the second time point as the second posture data.
  • the difference information calculation unit 125 calculates the arm difference angle, which is the difference angle between the arm angle at the second time point and the arm angle at the first time point.
  • the difference information calculation unit 125 calculates the bucket difference angle, which is the difference angle between the bucket angle at the second time point and the bucket angle at the first time point.
  • the rotation processing unit 126 uses the arm difference angle and the bucket difference angle to make the second shape data so that the postures of the arm 402 and the bucket 403 at the second time point match the postures of the arm 402 and the bucket 403 at the first time point. To rotate.
  • the volume calculation unit 127 calculates the volume of the earth and sand using the second shape data and the first shape data after the rotation in the same manner as described above.
  • the distance measuring sensor 60 may be attached to the front surface of the upper swing body 3.
  • the boom difference angle, the arm difference angle, and the bucket which are the difference angles between the boom angle, the arm angle, and the bucket angle at the first time point and the boom angle, the arm angle, and the bucket angle at the second time point, respectively.
  • the rotation processing unit 126 increases the boom difference angle and the arm difference angle so that the postures of the boom 401, arm 402, and bucket 403 at the second time point match the postures of the boom 401, arm 402, and bucket 403 at the first time point.
  • the bucket difference angle are used to rotate the second shape data 901.
  • the volume calculation unit 127 calculates the volume of the earth and sand using the second shape data 901 and the first shape data after the rotation in the same manner as described above. According to this configuration, when the distance measuring sensor 60 is attached to the upper swing body 3, the volume of the earth and sand contained in the bucket 403 can be calculated.
  • the measuring device is applied to the hydraulic excavator 1, but the measuring device is not limited to this.
  • the measuring device may be applied to a machine other than a construction machine such as a hydraulic excavator 1, for example, an arm robot.
  • This arm robot includes a main body and a working device.
  • the working device includes an arm member rotatably attached to the main body and a container rotatably attached to the tip of the arm member.
  • the arm member includes one or more joints and is configured so that its posture can be changed.
  • the container stores, for example, the contents by a scooping operation, and discharges the contents at a specific position.
  • the inclusion may be a granular food such as popcorn, a substance different from the food such as beads, a powdered chemical or the like. According to this configuration, even when the measuring device is applied to the arm robot, the volume of the contents contained in the container can be calculated.
  • the second controller 120 is mounted on the hydraulic excavator 1, but the present invention is not limited to this.
  • the second controller 120 may be mounted on a server connected to the hydraulic excavator 1 via a network.
  • the server may acquire posture data and measurement data from the distance measuring sensor 60 and the posture sensor 50 mounted on the hydraulic excavator 1.
  • the network may be, for example, a local area network or a wide area network including the Internet and a mobile phone communication network.
  • the display unit 80 displays an image showing the volume of earth and sand contained in the bucket 403, but the present invention is not limited to this.
  • the volume calculation unit 127 may calculate the weight of the earth and sand by multiplying the calculated volume by a predetermined specific gravity of the earth and sand, and display the weight on the display unit 80. According to this configuration, the operator can be notified of the weight of the earth and sand contained in the bucket 403. Further, the volume calculation unit 127 may calculate the work amount of the hydraulic excavator 1 from the calculated weight and display it on the display unit 80. In this case, the volume calculation unit 127 calculates the total value of the volume of the earth and sand contained in the bucket 403 per unit time such as per day and per hour, and the amount of work per unit time based on this total value. Should be calculated.
  • the volume calculation unit 127 may display information indicating that when the total value of the calculated volumes exceeds the upper limit load capacity of the dump truck, which is the destination of soil discharge, on the display unit 80.
  • the measuring device is an arm member undulatingly attached to a main body portion, and includes an arm member including one or more joints capable of changing the posture of the arm member, and the above-mentioned arm member.
  • a measuring device that measures the volume of the contents of the container in a work device that includes a container that is rotatably attached to the arm member and has an opening that allows the contents to enter and exit the container.
  • the distance detector was attached to the arm member to measure the measurement data indicating the distance of the object, the attitude detector to measure the attitude data indicating the posture of the working device, and the distance detector.
  • a first shape calculation unit that calculates first shape data indicating the contour shape of the container based on the first measurement data that is the measurement data of the empty container, and a first that measures the first measurement data.
  • the memory that stores the first posture data, which is the posture data at the time point, and the first shape data in association with each other, and the container measured by the distance detector at the second time point after the first time point.
  • the second shape calculation unit that calculates the second shape data indicating the surface shape of the contained object based on the second measurement data that is the measured data of the contained object, and the attitude detector at the second time point.
  • the difference information calculation unit that calculates the difference information indicating the difference between the second posture data, which is the measured posture data, and the first posture data, and the work from the distance detector to the container at the second time point. Based on the difference information, the second shape data is converted into the three-dimensional coordinates of the distance detector so that the attitude of the device matches the attitude of the working device from the distance detector to the container at the first time point.
  • the rotation processing unit to be rotated in the space, the region surrounded by the rotated second shape data and the first shape data are specified, and based on the identified region, the container of the container at the second time point. It is provided with a volume calculation unit for calculating the volume of the contents.
  • the first shape data at the first time point and the first attitude data of the empty bucket at the first time point are stored in association with each other.
  • the second shape data indicating the surface shape of the contained object is calculated based on the second measurement data measured at the second time point after the first time point. Difference information indicating the difference between the second posture data of the work device at the second time point and the first posture data of the work device at the first time point is calculated.
  • the second shape data is described so that the posture of the working device from the distance detector to the container at the second time point matches the posture of the working device from the distance detector to the container at the first time point. It is rotated within the 3D coordinate space of the distance detector.
  • the second shape data after rotation becomes the shape data measured in the same posture as the container at the first time point.
  • the volume of the contents at the second time point can be calculated based on the region surrounded by the second shape data and the first shape data after rotation, and the volume of the contents can be calculated accurately.
  • the second shape data can be stored at the second time point without having to put the work device in a predetermined posture.
  • the volume of an object can be calculated. As a result, it is not necessary to put the work device in a predetermined posture each time the contained object is accommodated, and it is possible to prevent a decrease in work efficiency.
  • the volume of the contained object can be calculated every time the second shape data is calculated, and the volume calculation process can be executed in real time.
  • the first shape data indicates the contour shape of the container projected on a plane in the three-dimensional coordinate space orthogonal to the rotation axis of the container with respect to the arm member, and the second shape.
  • the data shows the surface shape of the container projected on the plane
  • the rotation processing unit rotates the second shape data on the plane based on the difference information
  • the volume calculation unit performs the volume calculation unit.
  • a region surrounded by the rotated second shape data and the first shape data is specified
  • the cross-sectional area of the container is calculated based on the region
  • the cross-sectional area is multiplied by the width of the container. It is preferable to calculate the volume of the contained material.
  • the second shape data is rotated based on the difference angle information in a plane in the coordinate space parallel to the longitudinal direction of the container.
  • the area surrounded by the second shape data after rotation and the first shape data on the plane is calculated.
  • the cross-sectional area of the inclusion is calculated based on this area.
  • the volume of the containment is calculated by multiplying this cross-sectional area by the width of the inclusion. Therefore, the volume of the contained object can be calculated by a simple process.
  • the cross-sectional area is preferably calculated by dividing the area surrounded by the first shape data and the second shape data into a plurality of trapezoids and integrating the areas of each trapezoid.
  • the area surrounded by the first shape data and the second shape data is divided into a plurality of trapezoids, and the area of each trapezoid is calculated.
  • the cross-sectional area is calculated by being approximated by a trapezoid, the cross-sectional area can be calculated more accurately than when the cross-sectional area is approximated by a plurality of quadrangles.
  • the arm member includes a facing surface facing the opening, and the distance detector is attached to the facing surface.
  • the container since the distance detector is mounted on the facing surface, the container can be measured from the opening side, and the measurement data of the contained object can be accurately measured.
  • the arm member is undulatingly attached to the main body of the construction machine.
  • the volume of the contents excavated by the construction machine can be calculated.
  • the contained object is preferably earth and sand.
  • the volume of earth and sand contained in the container can be calculated.
  • the construction machine is an arm member undulatingly attached to a main body portion, and includes an arm member including one or more joints capable of changing the posture of the arm member.
  • a work device including a bucket rotatably attached to the arm member, a distance detector attached to the arm member to measure measurement data indicating the distance of an object, and a posture indicating the posture of the work device.
  • a first shape data indicating the contour shape of the bucket is calculated based on the attitude detector that measures the data and the first measurement data that is the measurement data of the bucket in the empty state measured by the distance detector.
  • a memory that stores the first posture data, which is the posture data at the first time point when the first measurement data is measured, and the first shape data in association with each other, and the first time point.
  • the second shape data indicating the surface shape of the earth and sand is calculated based on the second measurement data which is the measurement data of the earth and sand contained in the bucket measured by the distance detector.
  • the shape calculation unit, the difference information calculation unit that calculates the difference information indicating the difference between the second attitude data, which is the attitude data measured by the attitude detector at the second time point, and the first attitude data, and the above.
  • the rotation processing unit that rotates the second shape data in the three-dimensional coordinate space of the distance detector, and the region surrounded by the rotated second shape data and the first shape data are specified and specified.
  • a volume calculation unit for calculating the volume of the earth and sand in the bucket at the second time point is provided based on the region.

Landscapes

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Abstract

計測装置は、第１時点における作業装置の第１姿勢データと、第１時点における空状態の容器の輪郭形状を示す第１形状データとを対応づけてメモリに記憶し、第１時点より後の第２時点において、距離検出器により計測された第２計測データに基づいて容器の収容物の表面形状を示す第２形状データを算出し、第２時点において姿勢検出器により計測された姿勢データである第２姿勢データと第１姿勢データとの差を示す差分情報を算出し、差分情報に基づいて、第２形状データを距離検出器の３次元座標空間内で回転させ、回転された第２形状データと第１形状データとによって囲まれる領域を特定し、特定した領域に基づいて、第２時点における容器の収容物の体積を算出する。

Description

計測装置、及び建設機械
　本発明は、腕部材に対して回転可能に取り付けられた容器の収容物の体積を計測する技術に関するものである。
　油圧ショベルにおいては、作業当日の作業量を把握するために、バケットが掘削した掘削物の体積が計算される。また、油圧ショベルが掘削物をダンプカーに積み込む作業を行うに場合、掘削物の体積がダンプカーの上限積載量を超えないように掘削物の体積が計算される。このように、掘削物の体積は、種々の用途に適用可能であるため、高精度に計算されることが望ましい。掘削物の体積を計算する技術として、下記の特許文献１、２が知られている。
　特許文献１には、掘削後のバケットの状況を撮影した画像から算出されたバケットの表面形状と、排土後のバケット内の状況を撮影した画像から算出したバケットの内部形状との差を演算することにより、バケットの作業量を算出する技術が開示されている。
　特許文献２には、掘削物が入った状態でバケットの開口面から掘削物表面までの長さと、バケットが空の時のバケットの底からバケットの開口面までの長さとを足すことにより、バケットの底から掘削物の表面までの長さを求め、この長さに基づいて掘削物の体積を計算する技術が開示されている。
　しかしながら、特許文献１の技術では、排土毎にバケットを所定の位置に移動させることが要求されるため、作業効率が低下する。
　特許文献２の技術では、空状態のバケットがステレオカメラ装置で撮影され、撮影画像からバケットの底からバケットの開口面までの長さに基づいてバケットの形状が予め学習されている。
　しかしながら、特許文献２の技術では、学習において、バケットの底から開口面までの長さが算出されているに過ぎず、バケットの姿勢データは計測されていない。そのため、特許文献２の技術は、学習時のバケットの姿勢と作業時のバケットの姿勢が異なる場合、掘削物の体積を精度よく算出できないという課題がある。
特開２００８－２４１３００号公報 国際公開第２０１６／０９２６８４号
　本発明の目的は、作業効率の低下を防止しつつ、バケットが収容する収容物の体積を正確に算出できる技術を提供することである。
　本発明の一態様に係る計測装置は、本体部に対して起伏可能に取り付けられた腕部材であって、当該腕部材の姿勢の変更を可能にする１以上の関節を含む腕部材と、前記腕部材に対して回転可能に取り付けられる容器であって、当該容器に対する収容物の出入を許容する開口をもつ容器と、を含む作業装置において、前記容器の収容物の体積を計測する計測装置であって、前記腕部材に取り付けられ、物体の距離を示す計測データを計測する距離検出器と、前記作業装置の姿勢を示す姿勢データを計測する姿勢検出器と、前記距離検出器により計測された空状態の前記容器の前記計測データである第１計測データに基づいて前記容器の輪郭形状を示す第１形状データを算出する第１形状算出部と、前記第１計測データが計測された第１時点における前記姿勢データである第１姿勢データと前記第１形状データとを対応づけて記憶するメモリと、前記第１時点より後の第２時点において、前記距離検出器により計測された前記容器が収容する前記収容物の前記計測データである第２計測データに基づいて前記収容物の表面形状を示す第２形状データを算出する第２形状算出部と、前記第２時点において前記姿勢検出器により計測された前記姿勢データである第２姿勢データと前記第１姿勢データとの差を示す差分情報を算出する差分情報算出部と、前記第２時点における前記距離検出器から前記容器までの前記作業装置の姿勢が前記第１時点における前記距離検出器から前記容器までの前記作業装置の姿勢に一致するように、前記差分情報に基づいて、前記第２形状データを前記距離検出器の３次元座標空間内で回転させる回転処理部と、回転された前記第２形状データと前記第１形状データとによって囲まれる領域を特定し、特定した前記領域に基づいて、前記第２時点における前記容器の前記収容物の体積を算出する体積算出部とを備える。
油圧ショベルの外観構成の一例を示す図である。 油圧ショベルの構成の一例を示すブロック図である。 第２コントローラに着目した場合の油圧ショベルの構成の一例を示すブロック図である。 計測モードにおける油圧ショベルの処理の一例を示すフローチャートである。 測距センサが計測した第１計測データの一例を示す図である。 バケット領域に設定された平面に含まれる画素データの一例を示す図である。 体積が算出される処理の一例を示すフローチャートである。 基準バケット角度を説明する図である。 第１形状データと第２形状データとが重畳される処理の説明図である。 土砂の断面積が算出される処理の説明図である。 土砂の体積の算出処理の説明図である。
　以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
　以下、本実施の形態に係る計測装置が説明される。以下の例では計測装置が油圧ショベルに実装された例が説明される。なお、計測装置は、一部の構成要素が油圧ショベルに実装され、残りの構成要素が外部装置に実装されてもよい。外部装置としては、例えばクラウドサーバが採用される。計測装置は油圧ショベル１以外の建設機械に搭載されてもよい。さらに、計測装置は建設機械以外の作業機械に搭載されてもよい。この作業機械としては、容器を用いて物体を収容する機械であればどのような機械であってもよい。この作業機械の一例は、一以上の関節を含み姿勢が変更可能に構成された腕部材と、腕部材の先端部に回転可能に取り付けられた容器とを備える作業機械である。この容器は、開口を含み、土砂、パーティクルなどの収容物を収容するために用いられる。
　図１は、油圧ショベル１の外観構成の一例を示す図である。油圧ショベル１は、下部走行体２、上部旋回体３、及び作業装置４を含む。下部走行体２は、例えば、地面に対して走行可能に構成されたクローラである。上部旋回体３は、下部走行体２の上部に設けられ、下部走行体２に対して鉛直軸回りに旋回可能に構成されている。上部旋回体３は、表示部８０及びコントローラ９０などが搭載されている。上部旋回体３は本体部の一例である。表示部８０は、操縦席に設けられ、オペレータに種々の情報を表示する。コントローラ９０は、油圧ショベル１の全体制御を司る。
　作業装置４は、例えば掘削作業などの作業を行うために用いられる。作業装置４は、ブーム４０１、アーム４０２及びバケット４０３を含む。ブーム４０１は、上部旋回体３の前端に対して起伏可能に取り付けられている。アーム４０２は、ブーム４０１の先端部において水平軸回りに回動可能に取付けられている。バケット４０３は、アーム４０２の先端部において回転可能に取付けられる。バケット４０３は、収容物を収容する容器の一例である。ブーム４０１及びアーム４０２は腕部材の一例である。バケット４０３は、開口４０３ａを含む。バケット４０３は、掘削作業によって開口４０３ａから侵入する土砂を収容する。収容物の一例は、土砂である。
　油圧ショベル１は、さらにブームシリンダ２１、アームシリンダ３１、及びバケットシリンダ４１を含む。
　ブームシリンダ２１は、上部旋回体３とブーム４０１との間に介在する。ブームシリンダ２１は、伸縮することによりブーム４０１を起伏させる。
　アームシリンダ３１は、ブーム４０１とアーム４０２との間に介在する。アームシリンダ３１は、伸縮することで、アーム４０２を回転させる。
　バケットシリンダ４１は、アーム４０２とバケット４０３との間に介在する。バケットシリンダ４１は、伸縮することで、バケット４０３を回動させる。
　油圧ショベル１は、さらにブーム角度センサ５１、アーム角度センサ５２、及びバケット角度センサ５３を含む。
　ブーム角度センサ５１は、上部旋回体３に対するブーム４０１の起伏角度であるブーム角度を検出する。ブーム角度センサ５１は、例えばブーム４０１の根元側に設けられている。
　アーム角度センサ５２は、ブーム４０１に対するアーム４０２の回転角度であるアーム角度を検出する。アーム角度センサ５２は、例えばアームの４０２の根元側に設けられている。バケット角度センサ５３は、アーム４０２に対するバケット４０３の回動角度であるバケット角度を検出する。バケット角度センサ５３は、例えばアーム４０２の先端部に設けられている。
　測距センサ６０（距離検出器の一例）は、作業装置４に設けられ、物体の距離を示す計測データを計測する。測距センサ６０の一例は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサ又はステレオカメラなどの複数の画素単位で深度が計測可能なセンサである。測距センサ６０はＬＩＤＡＲであってもよい。
　測距センサ６０は、アーム４０２の裏面４０２ａに設けられている。測距センサ６０はセンサ面６０ａがバケット４０３側に向けられている。これにより、測距センサ６０は、バケット４０３の内面及びバケット４０３に収容された土砂の形状データが計測可能である。裏面４０２ａは、バケット４０３の開口４０３ａと対向する対向面の一例である。
　測距センサ６０は、裏面４０２ａに対して取り外し可能に構成されてもよい。これにより、既存の油圧ショベル１に対して本実施の形態に係る作業装置４を実装できる。この場合、測距センサ６０が取り付けられる度に、後述する計測モードが実行され、後述する第１形状データと姿勢データとがメモリに記憶される。さらに、この計測モードは、測距センサ６０が取り付けられた後、バケット４０３が交換された場合に実行されてもよい。さらに、測距センサ６０は、油圧ショベル１がデフォルトで備えるものであってもよい。この場合、この計測モードは、例えばバケット４０３が交換される都度、実行される。
　本実施の形態では、油圧ショベル１は、オペレータのアーム４０２に対する操作によって、掘削動作と持ち上げ動作とを半自動的に行う半自動運転モードを備える。この半自動運転モードにおいて、オペレータはアーム操作器を操作するだけで済む。アーム操作器の操作が開始されると、コントローラ９０は、作業装置４に掘削動作を開始させる。掘削動作では、バケット４０３を地面に侵入させた状態で、バケット４０３の先端部を地面と平行に移動させる動作が自動的に行われる。掘削動作によりバケット４０３に土砂が収容されると、持ち上げ動作が開始される。持ち上げ動作では、土砂を収容したバケット４０３が持ち上げられ、上部旋回体３が旋回され、所定位置においてバケット４０３が開かれて土砂が排土される一連の動作が自動的に行われる。
　なお、掘削動作中において、アーム操作器がオペレータの操作によって中立位置に戻されると、コントローラ９０は、掘削動作を途中で停止させる。このことは、持ち上げ動作においても同じである。掘削動作及び持ち上げ動作中におけるバケット４０３の移動速度はアーム操作器に入力された操作量に応じた値に設定される。
　このように、半自動運転モードでは、オペレータはアーム４０２の操作のみを行えば、後はコントローラ９０により自動的に掘削動作及び持ち上げ動作が行われる。したがって、油圧ショベル１に対する操縦経験が浅いオペレータであっても掘削動作及び持ち上げ動作を円滑に行うことができる。
　図２は、油圧ショベル１の構成の一例を示すブロック図である。油圧ショベル１は、図１に示すコントローラ９０、測距センサ６０、及び表示部８０の他、アーム操作器１０、ブーム駆動回路２０、アーム駆動回路３０、バケット駆動回路４０、姿勢センサ５０（姿勢検出器の一例）、及びスイッチ７０を含む。図２のブロック図は、半自動運転モードを実行する上で必要なブロックのみが示されており、手動モードを実行する上で必要なブロックは図示が省略されている。
　手動モードとは、コントローラ９０のアシストなしで、オペレータの操作のみに基づいて掘削動作及び持ち上げ動作などの動作を油圧ショベル１が行うモードである。なお、本発明においては、掘削動作及び持ち上げ動作は半自動運転モードによる実行に限定されず、手動モードで実行されてもよいし、完全自動運転モードで実行されてもよい。完全自動モードとは、オペレータにアーム４０２の操作を課すことなく、掘削動作及び持ち上げ動作を自動的に実行するモードである。この完全自動モードにおいては、オペレータは、例えば掘削開始ボタンを入力する操作を行うだけでよい。後は、コントローラ９０が、バケット４０３の移動速度を所定の速度に設定し、掘削動作及び持ち上げ動作を自動的に実行する。
　アーム操作器１０は、アーム４０２を動かすためのアーム操作がオペレータにより入力される。アーム操作には、アーム４０２の先端部を上部旋回体３側に移動させるアーム引き操作及びアーム４０２の先端部を上部旋回体３の反対側に移動させるアーム押し操作が含まれる。
　アーム駆動回路３０は、アーム４０２を駆動するための油圧回路である。アーム駆動回路３０は、図１に示すアームシリンダ３１の他、アームコントロールバルブ３２、アーム引きパイロット圧センサ３３、及びアームリモコン弁３４を含む。
　アームシリンダ３１は、油圧ポンプからの作動油の供給を受けることにより伸縮し、これにより、アーム４０２にアーム引き動作とアーム押し動作とを行わせる。
　アームコントロールバルブ３２は、アーム引きパイロットポート及びアーム押しパイロットポートを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁で構成されている。アームコントロールバルブ３２は、アーム引きパイロットポートに入力されたアーム引きパイロット圧に対応するストロークで開弁する。この開弁により、アームシリンダ３１に供給される作動油の流量及び方向が制御され、アーム４０２の速度及び方向が制御され、アーム４０２はアーム引き動作を行う。アームコントロールバルブ３２は、アーム押しパイロットポートに入力されたアーム押しパイロット圧に対応するストロークで開弁する。この開弁により、アームシリンダ３１に供給される作動油の流量及び方向が制御され、アーム４０２の速度及び方向が制御され、アーム４０２はアーム押し動作を行う。
　アーム引きパイロット圧センサ３３は、アームコントロールバルブ３２のアーム引きパイロットポートに入力されるアーム引きパイロット圧を検出し、コントローラ９０に入力する。
　アームリモコン弁３４は、アーム操作器１０に入力されたアーム引き操作の操作量に対応した大きさのアーム引きパイロット圧をアームコントロールバルブ３２のアーム引きパイロットポートに入力する。アームリモコン弁３４は、アーム操作器１０に入力されたアーム押し操作の操作量に対応した大きさのアーム押しパイロット圧をアームコントロールバルブ３２のアーム押しパイロットポートに入力する。
　ブーム駆動回路２０は、ブーム４０１を駆動するための油圧回路である。ブーム駆動回路２０は、図１に示すブームシリンダ２１の他、ブームコントロールバルブ２２、ブーム上げ流量操作弁２３を含む。
　ブームシリンダ２１は、油圧ポンプからの作動油の供給を受けることにより伸縮し、これにより、ブーム４０１にブーム上げ動作とブーム下げ動作とを行わせる。
　ブームコントロールバルブ２２は、ブーム引きパイロットポート及びブーム押しパイロットポートを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁で構成されている。ブームコントロールバルブ２２は、ブーム上げパイロットポートに入力されたブーム上げパイロット圧に対応するストロークで開弁する。この開弁により、ブームシリンダ２１に供給される作動油の流量及び方向が制御され、ブーム４０１の速度及び方向が制御され、ブーム４０１はブーム上げ動作を行う。ブームコントロールバルブ２２は、ブーム下げパイロットポートに入力されたブーム下げパイロット圧に対応するストロークで開弁する。この開弁により、ブームシリンダ２１に供給される作動油の流量及び方向が制御され、ブーム４０１の速度及び方向が制御され、ブーム４０１はブーム下げ動作を行う。
　ブーム上げ流量操作弁２３は、パイロット油圧源（図略）からブーム上げパイロットポートに入力されるパイロット圧をコントローラ９０から入力されるブーム流量指令信号に応じて減圧する。これにより、コントローラ９０は、ブーム上げパイロットポートに入力されるパイロット圧をブーム上げ流量操作弁２３を通じて自動操作する。
　バケット駆動回路４０は、バケット４０３を駆動するための油圧回路である。バケット駆動回路４０は、図１に示すバケットシリンダ４１の他、バケットコントロールバルブ４２、バケット掬い流量操作弁４３を含む。
　バケットシリンダ４１は、油圧ポンプからの作動油の供給を受けることにより伸縮し、これにより、バケット４０３にバケット掬い動作とバケット開き動作とを行わせる。
　バケットコントロールバルブ４２は、バケット掬いパイロットポート及びバケット開きパイロットポートを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁で構成されている。バケットコントロールバルブ４２は、バケット掬いパイロットポートに入力されたバケット掬いパイロット圧に対応するストロークで開弁する。この開弁により、バケットシリンダ４１に供給される作動油の流量及び方向が制御され、バケット４０３の速度及び方向が制御され、バケット４０３はバケット掬い動作を行う。バケットコントロールバルブ４２は、バケット開きパイロットポートに入力されたバケット開きパイロット圧に対応するストロークで開弁する。この開弁により、バケットシリンダ４１に供給される作動油の流量及び方向が制御され、バケット４０３の速度及び方向が制御され、バケット４０３はバケット開き動作を行う。
　バケット掬い流量操作弁４３は、パイロット油圧源（図略）からバケット掬いパイロットポートに入力されるパイロット圧をコントローラ９０から入力されるバケット流量指令信号に応じて減圧する。これにより、コントローラ９０は、バケット掬いパイロットポートに入力されるパイロット圧をバケット掬い流量操作弁４３を通じて自動操作する。
　姿勢センサ５０は、図１に示すブーム角度センサ５１、アーム角度センサ５２、及びバケット角度センサ５３を含む。
　ブーム角度センサ５１、アーム角度センサ５２、及びバケット角度センサ５３は、それぞれ、例えば所定の演算周期でブーム角度、アーム角度、及びバケット角度をコントローラ９０に入力する。
　測距センサ６０は、所定の演算周期で計測した計測データをコントローラ９０に入力する。計測データは、測距センサ６０の視野内にある物体の深度を複数の画素毎に示す距離画像データで構成されている。
　スイッチ７０は、油圧ショベル１のモードを切り替えるためのオペレータからの操作が入力されるスイッチである。スイッチ７０は、操縦席に設けられた物理的なスイッチであってもよいし、表示部８０に表示されるグラフィカルユーザインターフェースであってもよい。
　コントローラ９０は、ＣＰＵ及びメモリを含むコンピュータまたは専用の電気回路で構成されている。コントローラ９０は、第１コントローラ１１０及び第２コントローラ１２０を含む。
　第１コントローラ１１０は、半自動運転モードにおける油圧ショベル１の制御を司る。第１コントローラ１１０は、バケット位置演算部１１１、掘削動作制御部１１２、目標速度演算部１１３、及び持ち上げ動作制御部１１４を含む。
　バケット位置演算部１１１は、ブーム角度センサ５１、アーム角度センサ５２、及びバケット角度センサ５３により計測されたブーム角度、アーム角度、及びバケット角度に基づいて、バケット４０３の特定部位の位置を算出する。この特定部位の一例は、バケット４０３の先端位置である。この特定部位の位置は、例えば既知のブーム長、アーム長、及びバケット長と、計測されたブーム角度、アーム角度、及びバケット角度とに基づく幾何演算により算出される。この先端位置は、例えば、所定の演算周期で算出される。
　さらに、目標速度演算部１１３は、アーム引きパイロット圧センサ３３により計測されたアーム引きパイロット圧と、バケット位置演算部１１１により算出されたバケット４０３の特定部位の位置とに基づいて、ブーム４０１及びバケット４０３のそれぞれの目標速度を算出する。
　掘削動作中におけるブーム４０１の目標速度は、例えば予め定められた目標施工面に施工面を近づけるためのブーム４０１の上げ方向の目標速度である。掘削動作中におけるバケット４０３の目標速度は、アーム引き動作に従って、バケット４０３の特定部位を目標施工面に沿って自動的に平行移動させるためのバケット４０３の目標速度である。
　持ち上げ動作中におけるブーム４０１の目標速度は、例えば掘削動作終了後にバケット４０３を予め定められた排土位置に移動させるための、ブーム４０１の上げ方向の目標速度である。持ち上げ動作中におけるバケット４０３の目標速度は、例えば掘削動作終了後にバケット４０３を予め定められた排土位置に移動させるためのバケット４０３の掬い方向の目標速度である。
　掘削動作制御部１１２は、目標速度演算部１１３によって算出された掘削動作におけるブーム４０１及びバケット４０３のそれぞれの目標速度で、ブーム４０１及びバケット４０３のそれぞれが動作するように、ブーム上げ流量操作弁２３及びバケット掬い流量操作弁４３のそれぞれを制御する。この制御により掘削動作の半自動運転が実現される。
　持ち上げ動作制御部１１４は、目標速度演算部１１３によって算出された持ち上げ動作におけるブーム４０１及びバケット４０３のそれぞれの目標速度で、ブーム４０１及びバケット４０３のそれぞれが動作するように、ブーム上げ流量操作弁２３及びバケット掬い流量操作弁４３のそれぞれを制御する。この制御により持ち上げ動作の半自動運転が実現される。
　掘削動作と持ち上げ動作との切り替えは目標速度演算部１１３により行われる。例えば、目標速度演算部１１３は、掘削動作が終了すると、掘削動作制御部１１２に掘削動作を終了させ、持ち上げ動作制御部１１４に持ち上げ動作を開始させる。一方、目標速度演算部１１３は、持ち上げ動作中において排土が終了した場合、持ち上げ動作制御部１１４に持ち上げ動作を終了させ、掘削動作制御部１１２に掘削動作を開始させればよい。
　第２コントローラ１２０は、バケット４０３が収容する土砂の体積を算出する処理を制御するものである。図３は、第２コントローラ１２０に着目した場合の油圧ショベル１の構成の一例を示すブロック図である。
　第２コントローラ１２０は、第１形状算出部１２１、第２形状算出部１２２、姿勢データ取得部１２３、メモリ１２４、差分情報算出部１２５、回転処理部１２６、及び体積算出部１２７を含む。
　第１形状算出部１２１は、測距センサ６０により計測された空状態のバケット４０３の計測データである第１計測データに基づいてバケット４０３の輪郭形状を示す第１形状データを算出する。第１形状算出部１２１の処理の詳細は、例えば以下の通りである。まず、第１形状算出部１２１は、第１計測データに含まれる複数の画素データのうち深度が閾値以下の画素データを抽出する。この閾値は、第１計測データに含まれる油圧ショベル１の画素データを、油圧ショベル１の背景となる画素データと区別するために予め定められた値を持つ。これにより、第１計測データから空状態のバケット４０３を示す画素データが抽出される。次に、第１形状算出部１２１は、抽出された複数の画素データのそれぞれを測距センサ６０の３次元座標空間に配置する３次元座標変換を行う。次に、第１形状算出部１２１は、３次元座標空間に配置された画素データのうち、バケット４０３の長手方向に対して平行な平面上に位置する画素データを第１形状データとして抽出する。これにより、前記平面に投影されたバケット４０３の輪郭形状を示す第１形状データが得られる。バケット４０３の長手方向に対して平行な平面とは、アーム４０２に対するバケット４０３の回転軸に直交する平面である。
　姿勢データ取得部１２３は、第１計測データが計測される第１時点における姿勢データである第１姿勢データと、第１形状算出部１２１により算出された第１形状データとを対応づけてメモリ１２４に記憶させる。以下の説明では、第１姿勢データは、第１時点におけるバケット角度であるものとする。但し、これに限定されず、第１姿勢データには、第１時点におけるアーム角度、及びブーム角度が含まれてもよい。
　本実施の形態では、計測モードにおいて、オペレータの操作によってバケット４０３の姿勢が予め定められた基準バケット角度になった時点が第１時点とされる。この場合、姿勢データ取得部１２３は、姿勢センサ５０が計測した計測データをモニタし、バケット角度が基準バケット角度になったことを検出した場合に、第１形状算出部１２１により算出された第１形状データを基準バケット角度と対応づけてメモリ１２４に記憶させればよい。但し、これは一例であり、油圧ショベル１の稼働中において、例えばオペレータがスイッチ７０に計測指示を入力した時点が第１時点として採用されてもよい。この場合、姿勢データ取得部１２３は、第１時点において姿勢センサ５０により計測されたバケット角度を第１形状データと対応づけてメモリ１２４に記憶させればよい。
　さらに、姿勢データ取得部１２３は、第１時点より後の第２時点において、姿勢センサ５０により計測される第２姿勢データを取得する。以下の説明では、第２姿勢データは、第２時点におけるバケット角度であるものとする。但し、これに限定されず、第２姿勢データには、第２時点におけるアーム角度及びブーム角度が含まれていてもよい。
　メモリ１２４は、例えばソリッドステートドライブ及びフラッシュメモリなどの不揮発性の記憶装置で構成される。メモリ１２４は、第１形状データ及び第１姿勢データを対応づけて記憶する。
　第２形状算出部１２２は、第１時点より後の第２時点において、測距センサ６０により計測されたバケット４０３が収容する土砂の計測データである第２計測データに基づいて土砂の表面形状を示す第２形状データを算出する。第２時点は、例えば掘削動作期間及び／又は持ち上げ動作期間を所定の演算周期で区切ったサンプリング時点を示す。第２形状算出部１２２の処理の詳細は、例えば以下の通りである。まず、第２形状算出部１２２は、第２計測データに含まれる複数の画素データのうち深度が閾値以下の画素データを抽出する。この閾値は、第１形状算出部１２１が使用した上述の閾値と同じである。これにより、第２計測データからバケット４０３に収容された土砂を開口４０３ａから見たときの画素データが抽出される。抽出される画素データにはバケット４０３の縁の画素データが含まれていてもよい。次に、第２形状算出部１２２は、抽出された複数の画素データのそれぞれを測距センサ６０の３次元座標空間に配置する３次元座標変換を行う。次に、第２形状算出部１２２は、３次元座標空間に配置された画素データのうち、バケット４０３の長手方向に対して平行な平面上に位置する画素データを第２形状データとして抽出する。これにより、前記平面に投影された土砂の輪郭形状を示す第２形状データが得られる。
　第２形状データは、例えば、油圧ショベル１の稼働中において所定の演算周期で繰り返し算出されてもよいし、掘削動作中及び／又は持ち上げ動作中において所定の演算周期で繰り返し算出されてもよい。
　差分情報算出部１２５は、第２時点において姿勢センサ５０により計測された姿勢データである第２姿勢データと第１姿勢データとの差を示す差分情報を算出する。本実施の形態では、測距センサ６０はアーム４０２に取り付けられているため、差分情報算出部１２５は、第２時点において姿勢センサ５０により計測されたバケット角度と、メモリ１２４に記憶されたバケット角度との差分角度を差分情報として算出する。
　回転処理部１２６は、第２時点における測距センサ６０からバケット４０３までの作業装置４の姿勢が第１時点における測距センサ６０からバケット４０３までの作業装置４の姿勢に一致するように、差分情報に基づいて、第２形状データを、測距センサ６０の３次元座標空間内で回転させる。本実施の形態では、測距センサ６０はアーム４０２に取り付けられている。そのため、回転処理部１２６は、第１時点における測距センサ６０からバケット４０３までの作業装置４の姿勢と、第２時点における測距センサ６０からバケット４０３までの作業装置４の姿勢とが一致するように、第２形状データを回転させる。具体的には、回転処理部１２６は、第２時点におけるバケット角度と第２時点におけるバケット角度とが一致するように第２形状データを差分角度回転させる。
　例えば、差分角度Δθが第２時点のバケット角度から第１時点のバケット角度を減じた値であるとすると、回転処理部１２６は、前記平面において第２形状データを－Δθ回転させる行列演算を行うことによって第２形状データを回転させればよい。
　測距センサ６０からのバケット４０３の内面の見え方は、バケット角度に応じて異なるが、第２形状データをこのように回転させることで、第２形状データを第１時点のバケット角度と同じバケット角度で計測された形状データにすることができる。
　体積算出部１２７は、回転処理部１２６によって回転された第２形状データと、メモリ１２４に記憶された第１形状データとによって囲まれる領域を特定し、特定した領域に基づいて、第２時点においてバケット４０３が収容する土砂の体積を算出する。具体的には、体積算出部１２７は、前記領域の面積をバケット４０３が収容する土砂の断面積として算出し、この断面積にバケット４０３の横幅を乗じることで土砂の体積を算出すればよい。
　ここで、体積算出部１２７は、前記領域を複数の台形に区画し、各台形の面積を積算することで前記断面積を算出すればよい。
　スイッチ７０は、半自動運転モード、手動モード、又は完全自動モードで油圧ショベル１を駆動させるオペレータの指示を受け付ける。さらに、スイッチ７０は、油圧ショベル１の動作モードを上述した計測モードにするためのオペレータの指示又は第１時点を指定するための計測指示を受け付ける。
　表示部８０は、体積算出部１２７が算出した体積を示す画像を表示する。表示される体積は１回の掘削動作により掘削された土砂の体積であってもよい。
　次に、計測モードにおける処理について説明する。図４は、計測モードにおける油圧ショベル１の処理の一例を示すフローチャートである。計測モードは、例えば油圧ショベル１の動作モードを計測モードにするためのオペレータの指示がスイッチ７０に入力されたときに開始される。
　ステップＳ１では、測距センサ６０は、オペレータの操作によって基準バケット角度に位置決めされたバケット４０３の計測データを第１計測データとして計測する。図８は、基準バケット角度θｒｅｆを説明する図である。図８の例では、横方向から見たときのアーム４０２及びバケット４０３が示されている。横方向とは、バケット４０３の回転軸と平行な方向である。長手方向Ｌ１はブーム４０１の先端部４０１ｂとアーム４０２の先端部４０２ｂとを繋ぐ直線の方向である。
　図８の例では、バケット角度θは、バケット４０３の長手方向Ｌ２と基準方向Ｌｒｅｆとのなす角度である。長手方向Ｌ２は、アーム４０２の先端部４０２ｂとバケット４０３の先端部４０３ｂとを繋ぐ直線の方向である。基準方向Ｌｒｅｆは、長手方向Ｌ１と長手方向Ｌ２とが１直線に揃ったときの長手方向Ｌ２である。バケット角度θは、基準方向Ｌｒｅｆに対して先端部４０３ｂがアーム４０２の裏面４０２ａに近づく回転方向（図８の例では反時計回りの回転方向）がプラスであり、先端部４０３ｂが裏面４０２ａから離れる回転方向（図８の例では時計回りの回転方向）がマイナスである。このプラスとマイナスの関係は逆であってもよい。
　基準バケット角度θｒｅｆの一例は、１２０度である。なお、基準バケット角度θｒｅｆは、測距センサ６０の視野内にバケット４０３の内面の全域が入る角度であればどのような角度が採用されてもよい。
　第２コントローラ１２０は、計測モードの開始時に、空状態のバケット４０３のバケット角度を基準バケット角度にするための操作をオペレータに促す映像を表示部８０に表示してもよい。
　図４に参照を戻す。ステップＳ２では、第１形状算出部１２１は、ステップＳ１で計測された第１計測データを３次元座標空間に配置する３次元座標変換を行う。
　ステップＳ３では、第１形状算出部１２１は、３次元座標空間に配置された画素データのうち、バケット４０３の長手方向に対して平行な平面上に位置する画素データを第１形状データとして算出する。
　図５は、測距センサ６０が計測した第１計測データの一例を示す図である。図５に示すように、第１計測データには、開口４０３ａ側から見たバケット４０３の内面を示す画素データからなるバケット領域５０１と、バケット４０３の背景とが含まれていることがわかる。ここでは、説明の便宜上、バケット領域５０１の濃度は一定で表されているが、実際にはこの濃度は測距センサ６０とバケット４０３との距離に応じた濃淡で表される。さらに、背景の濃度は白一色で表されているが、実際には、この濃度はバケット４０３の周囲にある物体（例えば、地面）と測距センサ６０との距離に応じた濃淡で表される。
　第１形状算出部１２１は、図５に示されるような第１計測データから深度が閾値以下の画素データを抽出し、３次元座標空間に配置する。これにより、バケット領域５０１を構成する画素データが３次元座標空間に配置される。
　第１形状算出部１２１は、３次元座標空間に配置された画素データに平面５０２を設定する。この平面５０２は、バケット４０３の長手方向Ｌ２と平行且つバケット４０３の開口面と直交する平面である。さらに、この平面５０２は、バケット４０３の横方向のほぼ中央に設定されている。次に、第１形状算出部１２１は、バケット領域５０１の画素データのうち、平面５０２に含まれる画素データを抽出する。
　図６は、バケット領域５０１に設定された平面５０２に含まれる画素データの一例を示す図である。平面５０２は縦方向にＹ軸、横方向にＺ軸が設定されている。Ｙ軸は測距センサ６０の３次元座標空間における高さ方向を示す。Ｚ軸はこの３次元座標空間における奥行き方向を示す。なお、この３次元座標空間は、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸からなる３次元直交座標系の空間である。Ｘ軸は油圧ショベル１の横方向を示す。
　平面５０２には、空状態のバケット４０３の内面を示す複数の画素データ６０２が配置されている。第１形状データ６０１は、これら複数の画素データ６０２により構成される。以上により第１形状データ６０１が算出される。
　図４に参照を戻す。ステップＳ４では、姿勢データ取得部１２３は、第１形状データと基準バケット角度とを対応づけてメモリ１２４に記憶する。
　以上により計測モードの処理が終了される。続いて、バケット４０３が収容する土砂の体積を算出する処理が説明される。図７は、体積が算出される処理の一例を示すフローチャートである。なお、図７のフローチャートは所定の演算周期で繰り返し実行される。図７のフローチャートの１ループの処理は第２時点における処理となる。
　ステップＳ１１では、測距センサ６０は、第２時点における計測データである第２計測データを計測する。ステップＳ１２では、姿勢データ取得部１２３は、第２時点において姿勢センサ５０により計測されたバケット角度を取得する。
　ステップＳ１３では、第２形状算出部１２２は、第２計測データから深度が閾値以下の画素データを抽出し、抽出した画素データを３次元座標空間に配置する。
　ステップＳ１４では、第２形状算出部１２２は、３次元座標空間に配置された画素データのうち平面５０２にある画素データを抽出することで第２形状データを算出する。これにより、第２時点においてバケット４０３が収容する土砂の表面の輪郭形状を示す第２形状データが得られる。
　ステップＳ１５では、差分情報算出部１２５は、ステップＳ１２で取得されたバケット角度と、メモリ１２４に記憶された基準バケット角度との差分角度を算出する。
　ステップＳ１６では、回転処理部１２６は、ステップＳ１４で算出された第２形状データをステップＳ１５で算出された差分角度、回転させる。回転処理の詳細は上述したため、ここでは説明が省略される。
　ステップＳ１７では、体積算出部１２７は、第１形状データと、ステップＳ１６で回転された第２形状データとを平面５０２に重畳する。図９は、第１形状データ６０１と第２形状データ９０１とが重畳される処理の説明図である。図９において左図はメモリ１２４に記憶された第１形状データ６０１を示し、中図は回転後の第２形状データを示し、右図は重畳後の第１形状データ６０１及び第２形状データ９０１を示している。
　中図に示されるように回転処理により、第２形状データ９０１は、基準バケット角度と同じバケット角度で計測された形状データにされている。そのため、右図に示すように、平面５０２に第１形状データ６０１と第２形状データ９０１とを重畳させることで、第１形状データ６０１と第２形状データ９０１とで取り囲まれる領域１００１が形成される。
　図７に参照を戻す。ステップＳ１８では、体積算出部１２７は、バケット４０３に収容された土砂の断面積を算出する。図１０は、土砂の断面積が算出される処理の説明図である。
　体積算出部１２７は、平面５０２に配置された第１形状データ６０１を構成する画素データ６０２を用いて第１形状データ６０１の輪郭線６０１１を算出する。さらに、体積算出部１２７は、平面５０２に配置された回転後の第２形状データ９０１を用いて第２形状データ９０１の輪郭線９０１１を算出する。そして、体積算出部１２７は、輪郭線６０１１と輪郭線９０１１とにより囲まれる領域１００１を抽出する。
　領域１００１を抽出した体積算出部１２７は、領域１００１をＹ軸と平行な複数の直線１００３で区切り、各直線１００３と輪郭線６０１１との交点、並びに各直線１００３と輪郭線９０１１との交点を求める。交点を求めた体積算出部１２７は、隣接する交点同士を直線でつなぐ。これにより、領域１００１は、長手方向がＹ軸と平行であり、Ｚ軸方向に配列された複数の台形１００２に区画される。この区画が終了した体積算出部１２７は、各台形１００２の面積を求め、求めた面積を積算する。これにより、台形近似により領域１００１の面積、すなわち、土砂の断面積が算出される。
　図７に参照を戻す。ステップＳ１９では、体積算出部１２７は、ステップＳ１８で算出した土砂の断面積にバケット４０３の横幅を乗じることで、土砂の体積を算出する。ステップＳ１９の処理が終了すると、処理はステップＳ１１に戻される。
　図１１は、土砂の体積の算出処理の説明図である。図１１に示すように、土砂の体積は、ステップＳ１８で算出された土砂の断面積に予め定められたバケット４０３の横幅１１０１を乗じることで算出される。横幅１１０１は、例えばメモリ１２４に記憶されている。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、第１時点において、空状態のバケット４０３の形状データである第１形状データが算出され、第１時点におけるバケット角度と対応づけてメモリ１２４に記憶される。第２時点において、土砂を収容したバケット４０３の形状データである第２形状データが算出される。第１時点におけるバケット角度と第２時点におけるバケット角度との差分角度が算出される。第２形状データは、座標空間内において差分角度回転される。これにより、回転後の第２形状データは、第１時点におけるバケットと同じ姿勢で計測された形状データとなる。その結果、回転後の第２形状データと第１形状データとに囲まれる領域に基づいて第２時点の収容物の体積が算出可能となり、収容物の体積を正確に算出できる。
　また、メモリ１２４を備えているため、１度、空状態のバケットの第１形状データを算出すれば、以後、作業装置を所定の姿勢にしなくても、第２形状データから第２時点における収容物の体積が算出可能となる。その結果、収容物が収容される毎に作業装置を所定に姿勢にする必要がなくなり、作業効率の低下を防止できる。さらに、メモリ１２４を備えているため、第２形状データを算出する毎に収容物の体積を算出することが可能となり、この体積の算出処理をリアルタイムで実行できる。
　本発明は、下記の変形例が採用できる。
　（１）図５の例では、第１形状データは１枚の平面５０２に位置する画素データで構成されていたが、本発明はこれに限定されない。第１形状データは、Ｎ（２以上の整数）枚の平面５０２のそれぞれに配置された画素データで構成されてもよい。第２形状データも、第１形状データと同様、Ｎ枚の平面５０２のそれぞれに配置された画素データで構成されてもよい。
　この場合、第２コントローラ１２０は下記の処理により土砂の体積を算出すればよい。まず、回転処理部１２６は、Ｎ枚の平面５０２のそれぞれに配置された第２形状データを差分角度回転させる。次に、体積算出部１２７は、回転後のＮ個の第２形状データと、Ｎ個の第２形状データに対応するＮ個の第１形状データとによって囲まれるＮ個の断面積を算出する。Ｎ個の第２形状データに対応するＮ個の第１形状データとは、例えば、１枚目の平面５０２に配置された第２形状データにおいては、１枚目の平面５０２に配置された第１形状データが該当し、例えば２枚目の平面５０２に配置された第２形状データにおいては、２枚目の平面５０２に配置された第１形状データが該当する。次に、体積算出部１２７は、Ｎ個の断面積の積算値を土砂の体積として算出する。この構成によれば、土砂の体積がより正確に算出される。
　（２）図１の例では、測距センサ６０は、アーム４０２の裏面４０２ａに取り付けられていたが、本発明はこれに限定されない。測距センサ６０は、ブーム４０１の裏面４０１ａに取り付けられていてもよい。
　この場合の第２コントローラ１２０の処理は、下記の通りである。姿勢データ取得部１２３は、第１時点におけるバケット角度及びアーム角度を第１姿勢データとして取得し、第１姿勢データを第１形状算出部１２１により算出された第１形状データと対応づけてメモリ１２４に記憶する。姿勢データ取得部１２３は、第２時点におけるバケット角度及びアーム角度を第２姿勢データとして取得する。差分情報算出部１２５は、第２時点におけるアーム角度と第１時点におけるアーム角度との差分角度であるアーム差分角度を算出する。差分情報算出部１２５は、第２時点におけるバケット角度と第１時点におけるバケット角度との差分角度であるバケット差分角度を算出する。回転処理部１２６は、第２時点におけるアーム４０２及びバケット４０３の姿勢が第１時点におけるアーム４０２及びバケット４０３の姿勢と一致するように、アーム差分角度とバケット差分角度とを用いて第２形状データを回転させる。
　回転処理が終了すると、体積算出部１２７は、上記と同様に、回転後の第２形状データと第１形状データとを用いて土砂の体積を算出する。
　この構成によれば、測距センサ６０がブーム４０１に取り付けられた場合においても、バケット４０３が収容する体積が算出可能となる。
　さらに、測距センサ６０は上部旋回体３の前面に取り付けられてもよい。この場合、第１時点におけるブーム角度、アーム角度、及びバケット角度と、第２時点におけるブーム角度、アーム角度、及びバケット角度とのそれぞれの差分角度である、ブーム差分角度、アーム差分角度、及びバケット差分角度を算出する。回転処理部１２６は、第２時点におけるブーム４０１、アーム４０２、及びバケット４０３の姿勢が第１時点におけるブーム４０１、アーム４０２、及びバケット４０３の姿勢と一致するように、ブーム差分角度とアーム差分角度とバケット差分角度とを用いて第２形状データ９０１を回転させる。
　回転処理が終了すると、体積算出部１２７は、上記と同様に回転後の第２形状データ９０１と第１形状データとを用いて土砂の体積を算出する。この構成によれば、上部旋回体３に測距センサ６０が取り付けられている場合において、バケット４０３が収容する土砂の体積が算出可能となる。
　（３）上記実施の形態において、計測装置は油圧ショベル１に適用されたがこれに限定されない。計測装置は、油圧ショベル１などの建設機械以外の機械、例えばアームロボットに適用されてもよい。このアームロボットは、本体部と作業装置とを備えている。作業装置は本体部に対して回動自在に取り付けられた腕部材と、腕部材の先端に回動可能に取り付けられた容器とを含む。腕部材は１以上の関節を含みその姿勢が変更可能に構成されている。容器は、掬い動作により例えば収容物を収容し、特定の位置にて収容物を排出する。収容物は、例えばポップコーンのような粒状の食品であってもよいし、ビーズのような食品とは異なる物質であってもよいし、粉末薬品などであってもよい。この構成によれば、計測装置をアームロボットに適用した場合においても、容器が収容する収容物の体積が算出可能となる。
　（４）図１の例では、第２コントローラ１２０は、油圧ショベル１に実装されたが、これに限定されない。第２コントローラ１２０は、油圧ショベル１に対してネットワークを介して接続されたサーバに実装されてもよい。この場合、サーバは、油圧ショベル１に実装された測距センサ６０及び姿勢センサ５０から姿勢データ及び計測データを取得すればよい。ネットワークは例えばローカルエリアネットワークであってもよいし、インターネット及び携帯電話通信網を含むワイドエリアネットワークであってもよい。
　（５）上記実施の形態において表示部８０はバケット４０３が収容する土砂の体積を示す画像を表示するが、本発明はこれに限定されない。例えば、体積算出部１２７は、算出した体積に予め定められた土砂の比重を乗じることで土砂の重量を算出し、表示部８０に表示させてもよい。この構成によれば、オペレータにバケット４０３が収容する土砂の重量が報知可能となる。さらに、体積算出部１２７は、算出した重量から油圧ショベル１の作業量を算出して表示部８０に表示してもよい。この場合、体積算出部１２７は、例えば１日あたり、１時間あたりなどの単位時間あたりにバケット４０３が収容した土砂の体積の合計値を算出し、この合計値に基づいて単位時間あたりの作業量を算出すればよい。
　さらに、体積算出部１２７は、算出した体積の合計値が土砂の排土先となるダンプトラックの上限積載量以上になった場合、そのことを示す情報を表示部８０に表示させてもよい。
　（実施の形態の纏め）
　本実施の形態は下記のように纏められる。
　本発明の一態様に係る計測装置は、本体部に対して起伏可能に取り付けられた腕部材であって、当該腕部材の姿勢の変更を可能にする１以上の関節を含む腕部材と、前記腕部材に対して回転可能に取り付けられる容器であって、当該容器に対する収容物の出入を許容する開口をもつ容器と、を含む作業装置において、前記容器の収容物の体積を計測する計測装置であって、前記腕部材に取り付けられ、物体の距離を示す計測データを計測する距離検出器と、前記作業装置の姿勢を示す姿勢データを計測する姿勢検出器と、前記距離検出器により計測された空状態の前記容器の前記計測データである第１計測データに基づいて前記容器の輪郭形状を示す第１形状データを算出する第１形状算出部と、前記第１計測データが計測された第１時点における前記姿勢データである第１姿勢データと前記第１形状データとを対応づけて記憶するメモリと、前記第１時点より後の第２時点において、前記距離検出器により計測された前記容器が収容する前記収容物の前記計測データである第２計測データに基づいて前記収容物の表面形状を示す第２形状データを算出する第２形状算出部と、前記第２時点において前記姿勢検出器により計測された前記姿勢データである第２姿勢データと前記第１姿勢データとの差を示す差分情報を算出する差分情報算出部と、前記第２時点における前記距離検出器から前記容器までの前記作業装置の姿勢が前記第１時点における前記距離検出器から前記容器までの前記作業装置の姿勢に一致するように、前記差分情報に基づいて、前記第２形状データを前記距離検出器の３次元座標空間内で回転させる回転処理部と、回転された前記第２形状データと前記第１形状データとによって囲まれる領域を特定し、特定した前記領域に基づいて、前記第２時点における前記容器の前記収容物の体積を算出する体積算出部とを備える。
　メモリには、第１時点における第１形状データと第１時点における空状態のバケットの第１姿勢データとが対応づけて記憶されている。第１時点より後の第２時点において計測された第２計測データに基づいて収容物の表面形状を示す第２形状データが算出される。第２時点における作業装置の第２姿勢データと第１時点における作業装置の第１姿勢データとの差を示す差分情報が算出される。第２形状データは、第２時点における距離検出器から容器までの作業装置の姿勢が第１時点における距離検出器から容器までの作業装置の姿勢に一致するように、第２形状データが、前記距離検出器の３次元座標空間内で回転される。これにより、回転後の第２形状データは、第１時点における容器と同じ姿勢で計測された形状データとなる。その結果、回転後の第２形状データと第１形状データとに囲まれる領域に基づいて第２時点の収容物の体積が算出可能となり、収容物の体積を正確に算出できる。
　また、上記メモリを備えているため、１度、空状態のバケットの第１形状データを算出すれば、以後、作業装置を所定の姿勢にしなくても、第２形状データから第２時点における収容物の体積が算出可能となる。その結果、収容物が収容される毎に作業装置を所定に姿勢にする必要がなくなり、作業効率の低下を防止できる。さらに、上記メモリを備えているため、第２形状データを算出する毎に収容物の体積を算出することが可能となり、この体積の算出処理をリアルタイムで実行できる。
　上記計測装置において、前記第１形状データは、前記腕部材に対する前記容器の回転軸に対して直交する前記３次元座標空間内の平面に投影された前記容器の輪郭形状を示し、前記第２形状データは、前記平面に投影された前記収容物の表面形状を示し、前記回転処理部は、前記平面において、前記第２形状データを前記差分情報に基づいて回転させ、前記体積算出部は、前記平面において、回転された第２形状データと前記第１形状データとによって囲まれる領域を特定し、前記領域に基づいて前記収容物の断面積を算出し、前記断面積に前記容器の横幅を乗じて前記収容物の体積を算出することが好ましい。
　この構成によれば、容器の長手方向に対して平行な座標空間内の平面において第２形状データが差分角度情報に基づいて回転される。回転後の第２形状データと前記平面における第１形状データとによって囲まれる領域が算出される。この領域に基づいて収容物の断面積が算出される。この断面積に収容物の横幅が乗じられて収容物の体積が算出される。そのため、収容物の体積を簡素な処理によって算出できる。
　上記計測装置において、前記断面積は、前記第１形状データと前記第２形状データとによって囲まれる領域を複数の台形に区画し、各台形の面積を積算することによって算出されることが好ましい。
　この構成によれば、第１形状データと第２形状データとによって囲まれる領域が複数の台形に区画され、各台形の面積が算出される。このように、断面積が台形近似されて算出されているため、この断面積を複数の四角形で近似した場合に比べて、断面積を正確に算出できる。
　上記計測装置において、前記腕部材は、前記開口と対向する対向面を含み、前記距離検出器は、前記対向面に取り付けられていることが好ましい。
　この構成によれば、距離検出器は、対向面に取り付けられているため、容器を開口側から計測可能となり、収容物の計測データを正確に計測できる。
　上記計測装置において、前記腕部材は、建設機械の本体部に起伏可能に取り付けられていることが好ましい。
　この構成によれば、建設機械が掘削した収容物の体積を算出できる。
　上記計測装置において、前記収容物は、土砂であることが好ましい。
　この構成によれば、容器が収容した土砂の体積を算出できる。
　本発明の別の一態様にかかる建設機械は、本体部に対して起伏可能に取り付けられた腕部材であって、当該腕部材の姿勢の変更を可能にする１以上の関節を含む腕部材と、前記腕部材に対して回転可能に取り付けられるバケットとを含む作業装置と、前記腕部材に取り付けられ、物体の距離を示す計測データを計測する距離検出器と、前記作業装置の姿勢を示す姿勢データを計測する姿勢検出器と、前記距離検出器により計測された空状態の前記バケットの前記計測データである第１計測データに基づいて前記バケットの輪郭形状を示す第１形状データを算出する第１形状算出部と、前記第１計測データが計測された第１時点における前記姿勢データである第１姿勢データと、前記第１形状データとを対応づけて記憶するメモリと、前記第１時点より後の第２時点において、前記距離検出器により計測された前記バケットが収容する土砂の前記計測データである第２計測データに基づいて前記土砂の表面形状を示す第２形状データを算出する第２形状算出部と、前記第２時点において前記姿勢検出器により計測された前記姿勢データである第２姿勢データと前記第１姿勢データとの差を示す差分情報を算出する差分情報算出部と、前記第２時点における前記距離検出器から前記バケットまでの前記作業装置の姿勢が前記第１時点における前記距離検出器から前記バケットまでの前記作業装置の姿勢に一致するように、前記差分情報に基づいて、前記第２形状データを前記距離検出器の３次元座標空間内で回転させる回転処理部と、回転された前記第２形状データと前記第１形状データとによって囲まれる領域を特定し、特定した前記領域に基づいて、前記第２時点における前記バケットの前記土砂の体積を算出する体積算出部とを備える。
　本構成によれば、上記計測装置と同様、作業効率の低下を防止しつつ、バケットが収容する収容物の体積を正確に算出できる建設機械を提供できる。

Claims (7)

  1. 　本体部に対して起伏可能に取り付けられた腕部材であって、当該腕部材の姿勢の変更を可能にする１以上の関節を含む腕部材と、前記腕部材に対して回転可能に取り付けられる容器であって、当該容器に対する収容物の出入を許容する開口をもつ容器と、を含む作業装置において、前記容器の収容物の体積を計測する計測装置であって、
    　前記腕部材に取り付けられ、物体の距離を示す計測データを計測する距離検出器と、
    　前記作業装置の姿勢を示す姿勢データを計測する姿勢検出器と、
    　前記距離検出器により計測された空状態の前記容器の前記計測データである第１計測データに基づいて前記容器の輪郭形状を示す第１形状データを算出する第１形状算出部と、
    　前記第１計測データが計測された第１時点における前記姿勢データである第１姿勢データと前記第１形状データとを対応づけて記憶するメモリと、
    　前記第１時点より後の第２時点において、前記距離検出器により計測された前記容器が収容する前記収容物の前記計測データである第２計測データに基づいて前記収容物の表面形状を示す第２形状データを算出する第２形状算出部と、
    　前記第２時点において前記姿勢検出器により計測された前記姿勢データである第２姿勢データと前記第１姿勢データとの差を示す差分情報を算出する差分情報算出部と、
    　前記第２時点における前記距離検出器から前記容器までの前記作業装置の姿勢が前記第１時点における前記距離検出器から前記容器までの前記作業装置の姿勢に一致するように、前記差分情報に基づいて前記第２形状データを前記距離検出器の３次元座標空間内で回転させる回転処理部と、
    　回転された前記第２形状データと前記第１形状データとによって囲まれる領域を特定し、特定した前記領域に基づいて、前記第２時点における前記容器の前記収容物の体積を算出する体積算出部とを備える、
    　計測装置。
  2. 　前記第１形状データは、前記腕部材に対する前記容器の回転軸に対して直交する前記３次元座標空間内の平面に投影された前記容器の輪郭形状を示し、
    　前記第２形状データは、前記平面に投影された前記収容物の表面形状を示し、
    　前記回転処理部は、前記平面において、前記第２形状データを前記差分情報に基づいて回転させ、
    　前記体積算出部は、前記平面において、回転された第２形状データと前記第１形状データとによって囲まれる領域を特定し、前記領域に基づいて前記収容物の断面積を算出し、前記断面積に前記容器の横幅を乗じて前記収容物の体積を算出する、
    　請求項１記載の計測装置。
  3. 　前記断面積は、前記第１形状データと前記第２形状データとによって囲まれる領域を複数の台形に区画し、各台形の面積を積算することによって算出される、
    　請求項２記載の計測装置。
  4. 　前記腕部材は、前記開口と対向する対向面を含み、
    　前記距離検出器は、前記対向面に取り付けられている、
    　請求項１～３のいずれかに記載の計測装置。
  5. 　前記腕部材は、建設機械の本体部に起伏可能に取り付けられている、
    　請求項１～４のいずれかに記載の計測装置。
  6. 　前記収容物は、土砂である、
    　請求項１～５のいずれかに記載の計測装置。
  7. 　本体部に対して起伏可能に取り付けられた腕部材であって、当該腕部材の姿勢の変更を可能にする１以上の関節を含む腕部材と、前記腕部材に対して回転可能に取り付けられるバケットとを含む作業装置と、
    　前記腕部材に取り付けられ、物体の距離を示す計測データを計測する距離検出器と、
    　前記作業装置の姿勢を示す姿勢データを計測する姿勢検出器と、
    　前記距離検出器により計測された空状態の前記バケットの前記計測データである第１計測データに基づいて前記バケットの輪郭形状を示す第１形状データを算出する第１形状算出部と、
    　前記第１計測データが計測された第１時点における前記姿勢データである第１姿勢データと、前記第１形状データとを対応づけて記憶するメモリと、
    　前記第１時点より後の第２時点において、前記距離検出器により計測された前記バケットが収容する土砂の前記計測データである第２計測データに基づいて前記土砂の表面形状を示す第２形状データを算出する第２形状算出部と、
    　前記第２時点において前記姿勢検出器により計測された前記姿勢データである第２姿勢データと前記第１姿勢データとの差を示す差分情報を算出する差分情報算出部と、
    　前記第２時点における前記距離検出器から前記バケットまでの前記作業装置の姿勢が前記第１時点における前記距離検出器から前記バケットまでの作業装置の姿勢に一致するように、前記差分情報に基づいて、前記第２形状データを前記距離検出器の３次元座標空間内で回転させる回転処理部と、
    　回転された前記第２形状データと前記第１形状データとによって囲まれる領域を特定し、特定した前記領域に基づいて、前記第２時点における前記バケットの前記土砂の体積を算出する体積算出部とを備える、
    　建設機械。
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