WO2023063038A1 - バケット情報取得装置およびこれを備えた建設機械 - Google Patents

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WO2023063038A1
WO2023063038A1 PCT/JP2022/035174 JP2022035174W WO2023063038A1 WO 2023063038 A1 WO2023063038 A1 WO 2023063038A1 JP 2022035174 W JP2022035174 W JP 2022035174W WO 2023063038 A1 WO2023063038 A1 WO 2023063038A1
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WO
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bucket
unit
information acquisition
acquisition device
information
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/035174
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
涼太 ▲橋▼本
泰彦 島津
拓則 山口
翔 沖本
Original Assignee
国立大学法人広島大学
コベルコ建機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人広島大学, コベルコ建機株式会社 filed Critical 国立大学法人広島大学
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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

Definitions

  • the present invention relates to a bucket information acquisition device capable of acquiring information about the shape of a bucket and a construction machine equipped with the same.
  • a hydraulic excavator (construction machine) equipped with a bucket for excavating the ground of a work site has been known for some time.
  • the hydraulic excavator has an undercarriage capable of traveling on the ground, an upper body mounted on the undercarriage, and a work attachment supported by the upper body.
  • a bucket is attached to the tip of the work attachment.
  • Patent Document 1 discloses a technique for measuring the amount of work of a construction machine having a bucket.
  • a construction machine has a plurality of cameras and an image processing section.
  • a plurality of cameras photograph the bucket holding the earth and sand by the excavation work and the bucket after the earth and sand have been discharged, and acquire three-dimensional data of each.
  • the image processing unit acquires information (bucket shape information) about the shape of the bucket containing the earth and sand based on each three-dimensional data, and determines the operation of the bucket from the difference between the bucket shape information during excavation and the bucket shape information after unloading. Calculate the amount (amount of earth and sand transported).
  • the present invention is a bucket information acquisition device for acquiring information about the shape of a bucket in a construction machine.
  • the bucket rotates about a rotation center axis along a predetermined movement plane.
  • the bucket information acquisition device includes a distance distribution acquisition section, a reference cross section extraction section, an approximate line specification section, and a bucket shape calculation section.
  • the distance distribution acquisition unit acquires a three-dimensional distance distribution of the bucket with respect to a reference point.
  • the reference cross-section extraction unit extracts a reference cross-section, which is a cross-section of the bucket obtained by cutting the bucket along a plane parallel to the movement plane, from the distance distribution acquired by the distance distribution acquisition unit.
  • the approximate line identifying unit identifies an approximate line composed of a straight line and a curved line and approximating the reference cross section based on the reference cross section.
  • the bucket shape calculator calculates bucket shape information, which is information about the shape of the bucket, based on the approximation line.
  • a construction machine comprising: a body; A bucket that is rotatably supported around a center axis of rotation extending in the left-right direction; .
  • FIG. 1 is a side view of a construction machine including a bucket information acquisition device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a construction machine including a bucket information acquisition device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram of the bucket viewed from the body side of the construction machine.
  • FIG. 5 is a diagram showing a reference cross section and approximate lines of a bucket.
  • FIG. 6 is a diagram showing a bucket reference cross section, an approximate line, and a centroid.
  • FIG. 7 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device according to the modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view of a construction machine including a bucket information acquisition device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a construction machine including a bucket information acquisition device according to one
  • FIG. 8 is a diagram showing how the bucket is sequentially set to three postures.
  • FIG. 9 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device according to the modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device according to the modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device according to the modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of a construction machine and management device according to a modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a side view of a hydraulic excavator 1 (construction machine) according to one embodiment of the present invention.
  • the hydraulic excavator 1 includes a lower traveling body 10 that can travel on a ground G (traveling surface), an upper revolving body 12 that is rotatably supported by the lower traveling body 10, and a work attachment 20 that is mounted on the upper revolving body 12.
  • a lower traveling body 10 that can travel on a ground G (traveling surface)
  • an upper revolving body 12 that is rotatably supported by the lower traveling body 10
  • a work attachment 20 that is mounted on the upper revolving body 12.
  • the lower running body 10 and the upper revolving body 12 constitute the airframe of the present invention.
  • the lower traveling body 10 can travel on the ground G.
  • the lower traveling body 10 includes a crawler-type traveling portion.
  • the upper revolving body 12 has a revolving frame 121 supported by the lower traveling body 10 and a cab 13 mounted on the revolving frame 121 .
  • the cab 13 allows an operator to board, and various devices for operating the hydraulic excavator 1 are arranged.
  • the work attachment 20 is mounted on the upper revolving body 12 so as to be relatively movable with respect to the upper revolving body 12, and performs predetermined work on the ground.
  • the work attachment 20 includes a boom 21 connected to the front end of a revolving frame 121 so as to be rotatable about a horizontal central axis of rotation in the up-and-down direction, and a tip of the boom 21 rotatable about a horizontal central axis of rotation. and a bucket 23 rotatably connected to the tip of the arm 22 (the tip of the undulating body) about a horizontal rotation center axis (rotation axis extending in the left-right direction).
  • the rotation center axes of boom 21, arm 22 and bucket 23 are set parallel to each other.
  • Boom 21 and arm 22 constitute the undulating body of the present invention. again.
  • the work attachment 20 includes a boom cylinder 21S (elevating body cylinder) that extends and retracts to raise and lower (rotate) the boom 21, an arm cylinder 22S (elevating body cylinder) that extends and retracts to rotate the arm 22, and a bucket 23. It further has a bucket cylinder 23S that expands and contracts so as to rotate.
  • Each of these cylinders consists of a hydraulic cylinder.
  • the cab 13 is mounted on the front portion of the revolving frame 121 and adjacent to the boom 21 in the width direction of the revolving frame 121 (the left side of the boom 21 in the example shown in FIG. 1). configure the operator's cab for That is, in the cab 13 , the operator performs operations for traveling the lower travel body 10 , turning the upper revolving body 12 , and operating the work attachment 20 .
  • the hydraulic excavator 1 further includes a bucket information acquisition device 5.
  • the bucket information acquisition device 5 acquires information about the shape of the bucket 23 (bucket shape information).
  • FIG. 2 is a block diagram of the hydraulic excavator 1 including the hydraulic excavator 1 according to this embodiment.
  • the hydraulic excavator 1 further includes an operation unit 51, an input unit 52, a cylinder stroke sensor 61, a body position information acquisition unit 62 (position information acquisition unit), a stereo camera 63 (distance distribution acquisition unit), and an IMU ( It includes an inertial measurement unit 64 , a drive unit 71 , a display unit 72 , a transmission unit 73 and a notification unit 74 .
  • the operation unit 51 is arranged inside the cab 13 and operated by the operator. That is, the operation unit 51 receives an operation for operating the hydraulic excavator 1 .
  • the operation includes traveling of the lower traveling body 10, turning of the upper rotating body 12, driving of the work attachments 20 (boom 21, arm 22, bucket 23), and the like.
  • the input unit 52 is arranged inside the cab 13 and receives input of various information.
  • the input unit 52 has various input buttons, switches, a touch panel included in the display unit 72 described later, and the like.
  • the input unit 52 can receive input of information referred to in the bucket information acquisition process.
  • the cylinder stroke sensor 61 includes three sensors respectively mounted on the boom cylinder 21S, arm cylinder 22S and bucket cylinder 23S described above, and detects the stroke (extension amount, length) of each cylinder.
  • the stroke of each cylinder detected by cylinder stroke sensor 61 is used to calculate the position and attitude of bucket 23 .
  • an angle sensor that detects the rotation angles of boom 21, arm 22, and bucket 23 may be used.
  • the body position information acquisition unit 62 acquires position information of the hydraulic excavator 1 (body) at the work site.
  • the body position information acquisition unit 62 can acquire body coordinate information, which is information about the absolute coordinates of a body reference point provided in advance on the upper swing body 12 at the work site.
  • a body position information acquisition unit 62 that constitutes a body reference point is arranged on the upper surface of the cab 13 and functions as a GNSS mobile station.
  • a GNSS (Global Navigation Satellite System) reference station is provided in order to acquire the above body coordinate information (not shown).
  • a GNSS reference station is a reference station located at or closest to the work site.
  • a satellite positioning system such as GLONASS (Global Navigation Satellite System), Galileo, Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) may be adopted.
  • GLONASS Global Navigation Satellite System
  • Galileo Galileo
  • QZSS Quasi-Zenith Satellite System
  • the stereo camera 63 (distance distribution acquisition unit) is arranged at the front end of the top surface of the cab 13 .
  • the stereo camera 63 photographs surrounding objects in front of the cab 13 .
  • the stereo camera 63 has a reference point (coordinate origin) and is capable of acquiring a three-dimensional distance distribution of surrounding objects including the bucket 23 with respect to the reference point.
  • the three-dimensional distance distribution is distribution of distances between the reference point and a plurality of surrounding measurement points.
  • the obtained distance distribution is input to the control unit 50 as three-dimensional distance data.
  • the shape of the bucket 23 is estimated based on the three-dimensional distance data detected by the stereo camera 63 . At this time, the shape, position, etc. of the bucket 23 are set with reference to the reference point.
  • the reference point may be another specific portion of the excavator 1 .
  • the distance distribution acquisition unit may be configured by a TOF (Time Of Flight) sensor or a LiDAR (Light Detection And Ranging) sensor.
  • the IMU 64 detects the angle of the machine body (upper revolving body 12) of the hydraulic excavator 1 with respect to the horizontal plane.
  • the driving section 71 drives various structures of the hydraulic excavator 1, and drives the lower traveling body 10, the upper revolving body 12, the work attachment 20, and the like, which are operated by the operating section 51.
  • drive 71 is capable of driving work attachment 20 such that bucket 23 excavates the ground.
  • the drive unit 71 can receive a predetermined command signal and drive the work attachment 20 based on the output characteristics according to the command signal.
  • the output characteristics are set in stages such as weak, medium, and strong.
  • the drive unit 71 includes hydraulic circuits such as a hydraulic pump and a hydraulic motor.
  • the display unit 72 is arranged in the cab 13, receives a predetermined display command signal, and displays various information to be notified to the operator according to the display command signal.
  • the information includes bucket shape information, position information of the hydraulic excavator 1, and the like, which will be described later. Further, the display unit 72 can display map information of the work site, and the acquired bucket shape information and the position information of the hydraulic excavator 1 acquired by the body position information acquisition unit 62 are displayed on the map. can be displayed in relation to each other.
  • the transmission unit 73 transmits the position information of the hydraulic excavator 1 acquired by the main body position information acquisition unit 62 and the shape information of the bucket 23 acquired by the bucket information acquisition device 5 to data arranged at a location away from the work site. It is transmitted to a center or a remote management center (refer to the server 90 described later, an example of a management device).
  • the notification unit 74 notifies the worker of predetermined notification information.
  • the notification unit 74 includes a warning lamp, a warning buzzer, and the like provided on the cab 13 .
  • the control unit 50 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory) that stores control programs, a RAM (Random Access Memory) that is used as a work area for the CPU, and the like. As shown in FIG. 2, the control unit 50 includes an operation unit 51, an input unit 52, a cylinder stroke sensor 61, a body position information acquisition unit 62, a stereo camera 63, an IMU 64, a drive unit 71, a display unit 72, a transmission unit 73 and a notification unit 74 are connected.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the control unit 50 controls a drive control unit 501, a data processing unit 502 (reference cross section extraction unit), an approximate line identification unit 503, a bucket shape calculation unit 504, a judgment It functions to include a section 505 , an output characteristic setting section 506 and a storage section 507 .
  • the control unit 50 of the hydraulic excavator 1 forms part of the bucket information acquisition device 5 .
  • the drive control unit 501 inputs a drive command signal to the drive unit 71 according to the content of the operation received by the operation unit 51 . As a result, the operations of the lower running body 10, the upper revolving body 12, the work attachment 20, etc. are controlled.
  • the data processing unit 502 performs predetermined processing on the three-dimensional distance data (distance distribution) acquired by the stereo camera 63 .
  • the data processing unit 502 uses the distance distribution acquired by the stereo camera 63 to obtain a reference cross section J ( Figure 5) is extracted.
  • the approximate line specifying unit 503 specifies, based on the reference cross section J, an approximate line K (FIG. 5) composed of a straight line and a curve and approximating the reference cross section J.
  • the bucket shape calculation unit 504 calculates bucket shape information, which is information about the shape of the bucket 23 .
  • the bucket shape calculation unit 504 calculates bucket shape information based on the approximate line K identified by the approximate line identification unit 503 .
  • the bucket shape information includes the size and shape of the approximation line K, the accommodation cross-sectional area described later, the position of the centroid, the width dimension of the bucket 23, the bucket capacity V, the position of the bucket fulcrum 233 (rotating shaft), and the like. .
  • the determination unit 505 executes various determination processes that are executed in the bucket information acquisition process described later.
  • the output characteristic setting unit 506 sets (adjusts) the output characteristic of the drive unit 71 based on the bucket shape information calculated by the bucket shape calculation unit 504, and inputs a command signal corresponding to the characteristic to the drive unit 71. .
  • the storage unit 507 stores (stores) in advance various thresholds, parameters, and the like that are referred to in the operation of the hydraulic excavator 1 and the bucket information acquisition process.
  • FIG. 3 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device 5 according to this embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram of the bucket 23 viewed from the body side of the hydraulic excavator 1 .
  • FIG. 5 is a diagram showing a reference cross section J and an approximation line K of the bucket 23.
  • FIG. 6 is a diagram showing a reference cross section J, an approximation line K, and a centroid H of the bucket 23. As shown in FIG.
  • the bucket information acquisition process executed by the bucket information acquisition device 5 will be described with reference to FIG.
  • the operator can input a command for starting the bucket information acquisition process through the input unit 52 provided in the cab 13 .
  • the command may be issued when a new bucket 23 is attached to the tip of the arm 22 or at the start of work for the day.
  • the bucket 23 rotates about the rotation center axis along a predetermined movement plane.
  • the rotation center axis extends parallel to the left-right direction of the upper revolving body 12 .
  • step S1 When the bucket information acquisition process is started (step S1), the stereo camera 63 photographs the bucket 23 in front of the cab 13 . As a result, the distance distribution (three-dimensional data) of surrounding objects including the bucket 23 with respect to predetermined reference points is obtained (step S2).
  • the reference point (origin) is set on the upper surface of the cab 13 where the stereo camera 63 is arranged, for example.
  • the three-dimensional data acquired by the stereo camera 63 is input to the control unit 50 (step S3) and subjected to predetermined processing by the data processing unit 502. Since the imaging range of the stereo camera 63 includes the ground other than the bucket 23, the data processing unit 502 converts the distance distribution of the bucket 23 from the distance distribution (three-dimensional distance data) acquired by the stereo camera 63 to the reference point. Extract according to the distance from Further, from the extracted distance distribution, the data processing unit 502 obtains a reference which is a cross section of the bucket 23 obtained by cutting the bucket 23 along a plane parallel to the movement plane (a plane orthogonal (intersecting) with the left-right direction of the upper rotating body 12). Extract the section J (FIG. 5).
  • the data processing unit 502 extracts cross-sectional data (two-dimensional data) at the central portion of the bucket 23 in the left-right direction (step S4).
  • the cross-sectional data includes much distance distribution data in the thickness direction of the bucket 23 and in the length direction of the bucket 23 .
  • the mounting position of the stereo camera 63 and the lateral width of the central cross section of the work attachment 20 are stored in advance in the storage unit 507 .
  • the reference cross section J is preferably set to a plane parallel to the central cross section of the work attachment 20 or a plane perpendicular to the rotation axis of the bucket 23 .
  • the bucket 23 has a bucket body 230, a plurality of claw portions 231, a pair of left and right lateral claw portions 232, a pair of left and right bucket fulcrum portions 233, and a pair of left and right bucket link fulcrum portions 234 (FIG. 1).
  • the bucket body 230 is a body portion of the bucket 23 and has a shape that accommodates excavated earth and sand.
  • the bucket body 230 has a bottom portion 230A and a pair of left and right wall portions 230B.
  • the bottom portion 230A has a substantially U-shape when viewed in cross section.
  • the pair of left and right wall portions 230B are connected to the left and right ends of the bottom portion 230A, respectively.
  • a plurality of claw portions 231 are attached to the tip portion of the bottom portion 230A, respectively, and have a function of excavating the ground.
  • a pair of left and right lateral claws 232 are fixed to the end of the wall 230B to facilitate the entry of earth and sand into the bucket body 230. As shown in FIG.
  • a pair of left and right bucket fulcrum portions 233 are fixed to the base end portion (upper end portion) of the bucket body 230 .
  • the bucket fulcrum 233 is rotatably attached to the tip of the arm 22 by a connecting pin (not shown). That is, the pair of left and right bucket fulcrum portions 233 constitutes the central axis of rotation of the bucket 23 .
  • the pair of left and right bucket link fulcrum portions 234 are fixed to the bucket body 230 behind the pair of left and right bucket fulcrum portions 233 .
  • the pair of left and right bucket link fulcrum portions 234 are rotatably connected to a link member connected to the cylinder rod of the bucket cylinder 23S (FIG. 1).
  • step S4 in FIG. 3 when the data processing unit 502 extracts the two-dimensional data, cross-sectional data (reference cross section J) in FIG. 5 cut at the cross-sectional position VV in FIG. 4 is obtained.
  • the cutting plane for acquiring the two-dimensional data from the three-dimensional data may be set so as to extend in the vertical direction according to the detection result of the IMU 64, or may be set in advance in the coordinate system of the stereo camera 63. It may be a plane perpendicular to the virtual horizontal axis.
  • the central portion of the bucket 23 in the left-right direction may be determined from three-dimensional data, or its position may be stored in the storage unit 507 in advance and referred to by the data processing unit 502 .
  • the approximate line specifying unit 503 specifies the approximate line K corresponding to the reference cross section J of the bucket 23 (step S5 in FIG. 3).
  • the approximation line identifying unit 503 determines that the approximation line K is a pair of straight line segments (bottom plate upper straight line part AD, bottom plate lower straight line part BE) and at least one curved line connecting the pair of line segments. (curve portion DCE) and the approximation line K is specified (FIG. 5).
  • the approximate line identifying unit 503 fixes the end point (point A) of the bottom plate upper straight portion AD to the base end (board end) of the reference cross section J.
  • the approximate line specifying unit 503 fixes the end (point B) of the bottom plate lower straight portion BE to the tip (toe) of the reference cross section J.
  • the approximate line specifying unit 503 extends a straight line from the point A along the reference cross section J, and sets a point D at a position at which the reference cross section J separates from the straight line.
  • the approximate line specifying unit 503 extends a straight line from the point B along the reference cross section J, and sets a point E at a position at which the reference cross section J separates from the straight line.
  • the approximation line identifying unit 503 identifies the bottom plate upper linear portion AD and the bottom plate lower linear portion BE.
  • the bucket shape calculation unit 504 calculates the lengths (L2, L1) of the straight portions as bucket shape information.
  • the approximation line specifying unit 503 assumes that the curved portion DCE is an arc that touches the bottom plate upper straight portion AD and the bottom plate lower straight portion BE at points D and E, respectively. Calculate the radius of curvature R of . As a result, the approximate line identifying unit 503 identifies the shape of the curved portion DCE. Note that in another embodiment, the approximate line specifying unit 503 extracts an arbitrary point C on the reference cross section J between the points D and E, and draws an arc passing through the points D, C, and E as a curve. It may be specified as part DCE.
  • the approximate line specifying unit 503 preferably extracts the point at the deepest position (largest depth) with respect to the points A and B as the point C.
  • the approximate line specifying unit 503 can specify the approximate line K that approximates the reference cross section J of the bucket 23 .
  • the specified approximate line K may be displayed on the display unit 72 to inform the operator of its shape. At this time, it is desirable that the approximation line K and the reference cross section J are displayed on the display unit 72 in an overlapping manner.
  • the bucket shape calculation unit 504 calculates the area of the region surrounded by the approximate line K and the line segment AB connecting the tip (point B) of the approximate line K and the base end (point A) on the opposite side of the tip. is calculated as the shape information of the bucket (step S6 in FIG. 3).
  • a known image processing method can be used to calculate the area S.
  • the area surrounded by points A, B, C, D, and E in FIG. 6 may be binarized and the number of pixels thereof may be measured.
  • the area S may be calculated by integrating the distances from the line segment AB to the line segment AD, the curve DCE, and the line segment BE, using the line segment AB as a reference.
  • the bucket shape calculator 504 calculates the position of the centroid H in FIG. 6 (step S7 in FIG. 3). That is, the bucket shape calculator 504 calculates the position of the centroid H of the area surrounded by the approximate line K and the line segment AB connecting the tip (point B) and base end (point A) of the approximate line K.
  • FIG. For the calculation of the centroid H, a known calculation method using the moment of inertia of area can be used.
  • the bucket shape calculator 504 calculates the distance W (step S8 in FIG. 3).
  • the distance W corresponds to the width dimension, which is the dimension of the bucket 23 in the left-right direction.
  • the bucket shape calculator 504 identifies the relative positions of the pair of left and right walls 230B (side walls) (FIG. 4) of the bucket 23 with respect to the reference point.
  • the bucket shape calculation unit 504 calculates the distance W between the pair of left and right intersection points where the straight line extending in the left and right direction passing through the centroid H (FIG. 6) intersects with the pair of left and right wall portions 230B. Calculate (estimate) the width dimension of .
  • the horizontal direction may be set in advance according to the reference point (origin) of the stereo camera 63 , or may be set and corrected according to the detection result of the IMU 64 .
  • the bucket shape calculator 504 calculates the bucket capacity V (accommodated volume) as the bucket shape information (step S9 in FIG. 3). Specifically, the bucket shape calculator 504 calculates the bucket capacity V from the product of the calculated accommodation cross-sectional area S and the estimated distance W (width dimension).
  • the approximation line specifying unit 503 specifies the approximation line K from the cross-sectional data (two-dimensional data) at the central portion of the bucket 23 (cross-sectional position VV in FIG. 4), thereby accurately determining the cross-sectional shape of the bucket 23.
  • An approximation line K can be obtained.
  • the bucket shape information can be calculated with a small processing load. Therefore, the shape information of the bucket 23 can be obtained with high accuracy while suppressing the processing load of the control unit 50 (bucket shape calculation unit 504) in the hydraulic excavator 1, compared to the case where the bucket shape information is directly calculated from three-dimensional data or the like. can do.
  • the acquired bucket shape information may be used for other controls of the hydraulic excavator 1 or the like. In this case as well, since the bucket shape information is composed of a small amount of data, the processing load during control can be reduced.
  • the shape information of the bucket 23 acquired by the approximation line specifying unit 503 and the bucket shape calculating unit 504 is displayed on the display unit 72, so that the operator can easily understand the shape and characteristics of the bucket 23. can do.
  • a 3D model for simple display on the display unit 72 may be created based on the bucket shape information.
  • the stereo camera 63 acquires the distance distribution of the bucket 23, even if the bucket 23 unknown to the operator is attached to the hydraulic excavator 1, the shape information can be easily grasped. can.
  • the approximate line specifying unit 503 specifies the approximate line K such that the approximate line K is composed of a pair of line segments and at least one curve connecting the pair of line segments. , the amount of information for identifying the approximate line K can be reduced compared to when the approximate line K includes more line segments.
  • the bucket shape calculation unit 504 calculates the respective lengths L1 and L2 of the pair of line segments and the curvature radius R of the at least one arc as bucket shape information. Therefore, the shape of the bucket 23 can be specified based on simple information composed of length and radius. Note that the bucket shape information may include the angle of the arc.
  • the bucket shape calculation unit 504 can calculate the accommodation cross-sectional area of the bucket 23 using the approximation line K. Therefore, while suppressing the processing load of the bucket shape calculation unit 504, the basic capacity can be easily determined.
  • the bucket shape calculation unit 504 calculates the width dimension of the bucket 23 from the distance distribution acquired by the stereo camera 63, and calculates the accommodation volume of the bucket from the accommodation cross-sectional area and the width dimension. Therefore, it is possible to accurately grasp the dirt holding capacity of the bucket 23 while suppressing the processing load of the bucket shape calculation unit 504 .
  • the bucket shape calculator 504 calculates the width dimension of the bucket 23 based on the distance between the intersections of the straight line passing through the centroid and the pair of left and right wall portions 230B.
  • the processing load of the bucket shape calculation unit 504 can be further suppressed as compared with the case of calculation.
  • FIG. 7 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device according to the first modified embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing how the bucket is sequentially set to three postures.
  • the bucket shape calculator 504 further calculates the relative position of the bucket fulcrum 233 (rotating central axis) with respect to the reference point of the stereo camera 63 as bucket shape information. Also in this modified embodiment, the same bucket shape information as in FIG. 3 is acquired.
  • the repetition variable n is set to 1 (step S11), and the driving section 71 drives the bucket cylinder 23S.
  • the drive control unit 501 (drive command input unit) inputs a drive command signal to the bucket drive unit such that the bucket 23 takes at least three different postures with respect to the ground in order according to the variable n.
  • the bucket 23 is in the first posture (bucket 23P in FIG. 8)
  • the bucket is photographed (step S13), three-dimensional data is acquired (step S14), and the central portion is 2D data extraction (step S15) is executed respectively.
  • the bucket shape calculator 504 extracts the coordinates of the toe M(n) of the bucket 23 (step S16). For the coordinates of the toe M(n), the coordinates of the point B of the approximate line K can be used.
  • the acquired coordinates are stored in the storage unit 507 .
  • the determination unit 505 determines whether or not n is 3 (step S17). Here, if n ⁇ 3 (NO in step S17), 1 is added to n in step S18, and steps S12 to S17 are repeated. Note that FIG. 8 shows the second posture (bucket 23Q) and the third posture (bucket 23R) of the bucket 23, respectively.
  • the control section 50 can grasp the position of the bucket fulcrum section 233 with respect to the reference point of the stereo camera 63 .
  • the control unit 50 can grasp the movable range (arc CP) of the tip of the bucket 23 when it rotates, it is possible to accurately avoid the collision of the bucket 23 with surrounding objects.
  • the bucket shape calculation unit 504 calculates the center position of one arc passing through the tips (toes) of the three approximation lines K as the relative position of the bucket fulcrum 233 with respect to the reference point, the bucket fulcrum can be calculated with a small calculation load. 233 (rotation center axis) can be grasped.
  • the drive control unit 501 determines whether there is a possibility of collision between the tip (toe) of the bucket 23 and surrounding objects, based on the posture of the hydraulic excavator 1 and the posture of the work attachment 20 including the bucket 23 . may input an emergency stop signal to the drive unit 71 to stop the drive.
  • the bucket 23 is set in three postures, but the bucket 23 may be set in two or more (plural) postures. If there are two postures, it is desirable to set two reference points corresponding to the coordinates of the toe.
  • FIG. 9 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device according to the second modified embodiment of the present invention.
  • This modified embodiment is characterized in that the operator can correct the approximate line K specified by the approximate line specifying unit 503 .
  • steps S21 to S24 and steps S27 to S30 are the same as steps S2 to S5 and steps S6 to S9 in FIG. 3, respectively.
  • the approximation line specifying unit 503 when the approximation line specifying unit 503 specifies the approximation line K in step S24, the approximation line specifying unit 503 inputs a command signal to the display unit 72, and the display unit 72 displays the reference cross section J of the bucket 23. and the approximation line K are superimposed and displayed (step S25).
  • the operator inputs a command for correcting the approximate line K based on the relative positions of the approximate line K displayed on the display unit 72 and the reference cross section J (step S26).
  • the display unit 72 (correction command input unit) is a touch panel display
  • the operator operates the correction target portion of the approximate line K displayed on the display unit 72 with a finger to bring it closer to the reference cross section J. be able to.
  • the operator may input correction contents through the input unit 52 (correction command input unit).
  • the approximate line specifying unit 503 can modify the shape of the approximate line K according to the command input to the display unit 72 .
  • Information on the corrected approximate line K is stored in the storage unit 507 .
  • the display unit 72 can display the approximation line K, so the operator can easily grasp the basic shape of the bucket 23 by processing a small amount of data.
  • the approximation line K and the reference cross section J are superimposed and displayed on the display unit 72, the operator can compare the approximation line K displayed on the display unit 72 with the reference cross section J. approximation accuracy can be easily confirmed.
  • FIG. 10 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device according to the third modified embodiment of the present invention.
  • this modified embodiment it is possible to change the output characteristics of the hydraulic excavator 1 according to the shape information of the bucket 23 specified by the approximate line specifying unit 503 .
  • determination unit 505 determines whether or not the bucket information input mode is ON.
  • the bucket information input mode is a mode in which the operator inputs maintenance history, replacement history, etc. through the input unit 52 when the bucket 23 is removed from the tip of the arm 22 for maintenance or replacement.
  • step S31 when the bucket information input mode is turned on, since the bucket 23 has been replaced, the approximate line identifying unit 503 identifies the approximate line K and the bucket shape computing unit 504 determines the shape information of the bucket 23 (bucket shape information). is calculated (step S32).
  • the steps correspond, for example, to all the steps in FIG.
  • the determination unit 505 determines the previous bucket shape information (approximation line K, accommodation cross-sectional area S, width dimension W, bucket capacity V) stored in the storage unit 507 and the bucket shape information acquired in step S32. are compared (step S33).
  • the output characteristic setting unit 506 (FIG. 2) (output characteristic signal input unit) causes the drive unit 71 to is inputted (step S35).
  • the output characteristic signal is set corresponding to the acquired new bucket shape information. For example, when the accommodating cross-sectional area S and the bucket capacity V of the bucket 23 are relatively increased through replacement work, the maximum weight of the earth and sand accommodated in the bucket 23 also increases. to increase the output of
  • step S31 If the bucket information input mode is OFF in step S31 (NO in step S31) and if the bucket shape information is the same as that previously acquired in step S33 (YES in step S33), the output characteristics setting unit 506 The previous output characteristic is used (step S36), and an output characteristic signal corresponding to the output characteristic is input to the driving section 71 (step S35).
  • FIG. 11 is a flowchart of bucket information acquisition processing executed by the bucket information acquisition device according to the fourth modified embodiment of the present invention.
  • bucket shape information such as the dimension of the approximation line K is acquired at a predetermined cycle, and warning information is notified to the operator if there is a significant change in the information.
  • the storage unit 507 stores the acquired bucket shape information (approximation line K, etc.).
  • the determination unit 505 determines whether or not the time T that has elapsed since the bucket shape information was acquired exceeds a preset threshold value TA (step S42).
  • a preset threshold value TA TA
  • the process returns to step S42.
  • the threshold value TA cycle
  • the threshold value TA cycle
  • the determination unit 505 compares the bucket shape information obtained in steps S41 and S43. Specifically, the determination unit 505 first presets the absolute value (shift amount) of the difference (R(n) ⁇ R(n ⁇ 1)) in the radius of curvature R of the approximate line K acquired in both steps. It is determined whether or not it is equal to or less than the threshold value RA (step S44). Here, if the above absolute value exceeds the threshold value RA (NO in step S44), the bucket shape calculation section 504 (warning signal output section) outputs a warning signal to the reporting section 74. FIG. As a result, the notification unit 74 notifies warning information (step S46).
  • step S44 if the above absolute value is equal to or less than the threshold value RA (YES in step S44), the determination unit 505 determines the length difference (L(n )-L(n-1)) is equal to or less than a preset threshold value LA (step S45).
  • step S45 is executed in each of the bottom plate upper straight portion AD (FIG. 5) and the bottom plate lower straight portion BE.
  • the determination section 505 warning signal output section
  • the notification unit 74 notifies warning information (step S46).
  • step S45 if the above absolute value is equal to or less than the threshold value LA (YES in step S45), the bucket shape calculator 504 terminates the bucket information acquisition process.
  • the storage unit 507 may store all past bucket shape information, or may perform overwriting processing while leaving a predetermined history. Also, the acquired bucket shape information may be transmitted to a remote management device (server) or the like as described later.
  • server remote management device
  • FIG. 12 is a schematic diagram of the hydraulic excavator 1 and the server 90 (management device) according to the fifth modified embodiment of the present invention.
  • the information acquired by the approximate line identification unit 503 and the bucket shape calculation unit 504 is transmitted to the server 90 .
  • the server 90 is located in a data center or a remote control center that is located away from the work site.
  • the server 90 has a server-side receiving section 901, a server-side output characteristic setting section 902, a server-side storage section 903, and a server-side transmitting section 904.
  • the transmission unit 73 ( FIG. 2 ) associates the position information of the hydraulic excavator 1 and the bucket shape information with each other and transmits them to the server 90 .
  • the server-side reception unit 901 of the server 90 receives the information
  • the server-side storage unit 903 stores the information in association with each other.
  • the server 90 can acquire and accumulate the position information and bucket shape information at the work site acquired by the hydraulic excavator 1 . Therefore, as shown in FIG. 12, the server 90 determines what shape of the bucket 23 and what location and area the hydraulic excavator with work capacity is based on the information acquired from the hydraulic excavator 1A (first construction machine). You can see what you are working with. As a result, the server 90 instructs the receiver 75 of the hydraulic excavator 1B (another construction machine) different from the hydraulic excavator 1A from the server-side transmitter 904 about appropriate work contents (work position, work amount). be able to.
  • the hydraulic excavator 1B can be guided to another work site.
  • the hydraulic excavator 1B can assist the work of the hydraulic excavator 1A.
  • the server-side storage unit 903 of the server 90 in this way, the position information of the hydraulic excavator 1 at a plurality of work sites and the shape of the bucket 23 can be stored by a storage unit having a larger capacity than the storage unit 507 of the hydraulic excavator 1 . Information can be accumulated.
  • the curved portion of the approximation line K has been described as being a circular arc, but the curved portion may be a different curve instead of a circular arc. Also, the curved portion may be formed by connecting two or more curved lines (arcs).
  • the reference cross section J is positioned at the central portion in the width direction (horizontal direction) of the bucket 23, but the position of the reference cross section J is not limited to the central portion. .
  • the present invention is a bucket information acquisition device for acquiring information about the shape of a bucket in a construction machine.
  • the bucket rotates about a rotation center axis along a predetermined movement plane.
  • the bucket information acquisition device includes a distance distribution acquisition section, a reference cross section extraction section, an approximate line identification section, and a bucket shape calculation section.
  • a distance distribution acquisition unit acquires a three-dimensional distance distribution of the bucket with respect to a reference point.
  • the reference cross-section extraction unit extracts a reference cross-section, which is a cross-section of the bucket obtained by cutting the bucket along a plane parallel to the movement plane, from the distance distribution acquired by the distance distribution acquisition unit.
  • the approximate line identifying unit identifies an approximate line composed of a straight line and a curved line and approximating the reference cross section based on the reference cross section.
  • the bucket shape calculator calculates bucket shape information, which is information about the shape of the bucket, based on the approximation line.
  • the approximation line identifying unit can identify the approximation line from the reference cross section, and the bucket shape calculation unit can calculate the bucket shape information based on the approximation line. Since the amount of data of the approximate line information is smaller than that of the three-dimensional distance distribution (three-dimensional data) acquired by the distance distribution acquisition unit, it is compared with the case where the shape information of the bucket is directly calculated based on the three-dimensional distance distribution. As a result, it is possible to acquire the bucket shape information attached to the construction machine while reducing the amount of data handled by the bucket shape calculation unit and the processing load.
  • the approximate line specifying unit preferably specifies the approximate line such that the approximate line is composed of a pair of line segments and at least one curve connecting the pair of line segments. .
  • the approximate line specifying unit specifies the approximate line by a pair of line segments and one or more curves
  • the approximate line may be specified by more line segments or may be specified as a collection of points. Compared to , the amount of data for the approximation line can be reduced.
  • the at least one curved line includes at least one arc
  • the bucket shape calculation unit calculates the length of each of the pair of line segments and the radius of curvature of the at least one arc to form the bucket shape. It is desirable to calculate each as information.
  • the bucket drive unit provided in the construction machine and capable of rotating the bucket about the rotation center axis is arranged such that the bucket sequentially takes a plurality of different postures with respect to the ground.
  • a drive command input unit for inputting a drive command signal is further provided, and the bucket shape calculation unit calculates a value for the reference point based on the approximation line specified in each of the plurality of postures set by the bucket drive unit. It is desirable to calculate the relative position of the rotation center axis as the bucket shape information.
  • the plurality of postures includes at least three postures
  • the bucket shape calculator determines the center position of one arc passing through the tips of at least three of the approximation lines corresponding to the at least three postures. It is desirable to calculate as the relative position of the rotation central axis.
  • the bucket shape calculation unit calculates the accommodation cross-sectional area, which is the area of the region surrounded by the approximation line and the line segment connecting the tip of the approximation line and the base end opposite to the tip. It is desirable to calculate as bucket shape information.
  • the bucket shape calculation unit calculates the width dimension, which is the dimension of the bucket in the left-right direction, from the distance distribution acquired by the distance distribution acquisition unit, and calculates the accommodation cross-sectional area and the width dimension. It is desirable to calculate the accommodation volume of the bucket from the above as the bucket shape information.
  • the bucket shape calculation unit calculates the relative positions of the pair of left and right side walls of the bucket with respect to the reference point from the distance distribution, and calculates the line segment connecting the tip end and the base end and the approximate line.
  • the distance between a pair of left and right intersection points where a straight line extending in the left and right direction passing through the center of the area intersects with the pair of left and right side walls is calculated as the width It is desirable to calculate as a dimension.
  • the above configuration further includes an output characteristic signal input section for inputting to the construction machine an output characteristic signal for changing the output characteristic of the construction machine according to the bucket shape information calculated by the bucket shape calculation section. is desirable.
  • the bucket shape calculation unit can calculate the bucket shape information at a predetermined cycle, and a storage unit that stores the bucket shape information calculated by the bucket shape calculation unit; a determination unit that determines a deviation amount between the past bucket shape information stored in the storage unit and the new bucket shape information calculated by the bucket shape calculation unit; It is desirable to further include a warning signal output unit that outputs a warning signal when the amount of deviation from the bucket shape information exceeds a preset threshold value.
  • the operator can easily grasp the basic shape of the bucket by checking the display.
  • the display unit can display the approximate line and the reference cross section in a superimposed manner.
  • the operator can easily check the approximation accuracy of the approximation line by comparing the approximation line displayed on the display unit with the reference cross section.
  • the above configuration further comprises a correction command input unit capable of receiving a command for correcting the approximation line according to the relative position between the approximation line displayed on the display unit and the reference cross section,
  • the approximate line specifying unit may be capable of correcting the shape of the approximate line according to the command input to the correction command input unit.
  • a position information acquisition unit that acquires position information of the construction machine at the work site, and a management device that associates the position information and the bucket shape information with each other and is arranged at a position away from the construction machine. It is preferable to further include a transmitter for transmitting.
  • the management device can acquire and store the location information and bucket shape information of the construction machine. Therefore, based on the information acquired from the construction machine, the management device can grasp what kind of bucket shape and work capacity the construction machine is working in in what position and area.
  • a construction machine comprising: a body; A bucket supported rotatably about a central axis of rotation extending in the left-right direction; and any one of the above-described bucket information acquisition devices capable of acquiring bucket shape information, which is information about the shape of the bucket. , provided.
  • the bucket shape information is acquired while reducing the amount of data handled by the bucket shape calculation unit and the processing load compared to the case where the bucket shape information is directly calculated based on the three-dimensional distance distribution. be able to.
  • a bucket information acquisition device capable of acquiring the bucket shape information while reducing the amount of data to be handled and the processing load compared to the case where the bucket shape information is directly calculated from three-dimensional data, and the same.
  • a construction machine comprising:

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Abstract

建設機械において所定の移動面に沿って回動中心軸回りに回動するバケットの形状に関する情報を取得するバケット情報取得装置（５）は、基準点に対する前記バケットの３次元距離分布を取得する距離分布取得部（６３）と、前記距離分布取得部によって取得された前記距離分布から、前記バケットを前記移動面と平行な平面で切断した前記バケットの断面である基準断面を抽出する基準断面抽出部（５０２）と、直線および曲線から構成され前記基準断面に近似する近似線を前記基準断面に基づいて特定する近似線特定部（５０３）と、前記バケットの形状に関する情報であるバケット形状情報を前記近似線に基づいて演算するバケット形状演算部（５０４）と、を備える。

Description

バケット情報取得装置およびこれを備えた建設機械
　本発明は、バケットの形状に関する情報を取得することが可能なバケット情報取得装置およびこれを備えた建設機械に関する。
　従来から、作業現場の地面を掘削するためのバケットを備えた油圧ショベル（建設機械）が知られている。当該油圧ショベルは、地面上を走行可能な下部走行体と、当該下部走行体上に搭載される上部本体と、当該上部本体に支持される作業アタッチメントとを有する。前記作業アタッチメントの先端部には、バケットが装着される。
　特許文献１には、バケットを有する建設機械の作業量を計測する技術が開示されている。当該技術では、建設機械が複数のカメラと画像処理部とを有する。複数のカメラは、掘削作業によって土砂を抱え込んだ状態のバケットと、前記土砂を排土した後のバケットとをそれぞれ撮影し、それぞれの３次元データを取得する。画像処理部は、各３次元データに基づいて土砂を含むバケットの形状に関する情報（バケット形状情報）を取得し、掘削時のバケット形態情報と排土後のバケット形態情報との差からバケットの作業量（土砂運搬量）を算出する。
特開２００８－２４１３００号公報
　特許文献１に記載された技術では、画像処理部が、カメラで撮影された３次元データから各バケット形状情報を演算するため、演算時に画像処理部が扱うデータ量が多くなり、演算処理の負荷も大きくなるという問題がある。
　本発明の目的は、３次元データからバケット形状情報を直接演算する場合と比較して、取り扱うデータ量や処理負荷を低減しながら前記バケット形状情報を取得することが可能なバケット情報取得装置およびこれを備えた建設機械を提供することにある。
　本発明によって提供されるのは、建設機械においてバケットの形状に関する情報を取得するためのバケット情報取得装置である。前記バケットは、所定の移動面に沿って回動中心軸回りに回動する。前記バケット情報取得装置は、距離分布取得部と、基準断面抽出部と、近似線特定部と、バケット形状演算部とを備える。前記距離分布取得部は、基準点に対する前記バケットの３次元距離分布を取得する。前記基準断面抽出部は、前記距離分布取得部によって取得された前記距離分布から、前記バケットを前記移動面と平行な平面で切断した前記バケットの断面である基準断面を抽出する。前記近似線特定部は、直線および曲線から構成され前記基準断面に近似する近似線を前記基準断面に基づいて特定する。前記バケット形状演算部は、前記バケットの形状に関する情報であるバケット形状情報を前記近似線に基づいて演算する。
　また、本発明によって提供されるのは建設機械であって、当該建設機械は、機体と、先端部を有し前記機体に起伏可能に支持された起伏体と、前記起伏体の前記先端部に左右方向に延びる回動中心軸回りに回動可能に支持されたバケットと、前記バケットの形状に関する情報であるバケット形状情報を取得することが可能な上記に記載のバケット情報取得装置と、を備える。
図１は、本発明の一実施形態に係るバケット情報取得装置を含む建設機械の側面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るバケット情報取得装置を含む建設機械のブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るバケット情報取得装置が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。 図４は、建設機械の機体側からバケットを見た図である。 図５は、バケットの基準断面および近似線を示す図である。 図６は、バケットの基準断面、近似線および図心を示す図である。 図７は、本発明の変形実施形態に係るバケット情報取得装置が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。 図８は、バケットが３つの姿勢に順に設定される様子を示す図である。 図９は、本発明の変形実施形態に係るバケット情報取得装置が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。 図１０は、本発明の変形実施形態に係るバケット情報取得装置が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。 図１１は、本発明の変形実施形態に係るバケット情報取得装置が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。 図１２は、本発明の変形実施形態に係る建設機械および管理装置の模式図である。
　以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る油圧ショベル１（建設機械）の側面図を示す。
　油圧ショベル１は、地面Ｇ（走行面）上を走行可能な下部走行体１０および下部走行体１０に旋回可能に支持される上部旋回体１２と、上部旋回体１２に搭載される作業アタッチメント２０とを備える。下部走行体１０および上部旋回体１２は、本発明の機体を構成する。
　下部走行体１０は、地面Ｇ上を走行可能である。下部走行体１０は、クローラ式の走行部を含む。
　上部旋回体１２は、前記下部走行体１０に支持される旋回フレーム１２１と、当該旋回フレーム１２１上に搭載されるキャブ１３とを有する。キャブ１３は、作業者が搭乗することを許容するものであり、油圧ショベル１を操作するための各種の装置が配置されている。
　作業アタッチメント２０は、上部旋回体１２に対して相対移動可能なように上部旋回体１２に装着され、地面に対する所定の作業を行う。作業アタッチメント２０は、旋回フレーム１２１の前端部に水平な回転中心軸回りに起伏方向に回動可能に連結されるブーム２１と、当該ブーム２１の先端部に水平な回転中心軸回りに回動可能に連結されるアーム２２と、当該アーム２２の先端部（起伏体の先端部）に水平な回転中心軸（左右方向に延びる回転軸）回りに回動可能に連結されるバケット２３とを含む。ブーム２１、アーム２２およびバケット２３の回転中心軸は互いに平行に設定されている。ブーム２１およびアーム２２は、本発明の起伏体を構成する。また。作業アタッチメント２０は、ブーム２１を起伏（回動）させるように伸縮するブームシリンダ２１Ｓ（起伏体シリンダ）と、アーム２２を回動させるように伸縮するアームシリンダ２２Ｓ（起伏体シリンダ）と、バケット２３を回動させるように伸縮するバケットシリンダ２３Ｓとを更に有する。これらのシリンダの各々は油圧式シリンダから構成される。
　キャブ１３は、旋回フレーム１２１の前部であって当該旋回フレーム１２１の幅方向について前記ブーム２１と隣接する部位（図１に示される例ではブーム２１の左側）に搭載され、油圧ショベル１の操縦を行うための運転室を構成する。すなわち、当該キャブ１３内において、作業者は、下部走行体１０の走行、上部旋回体１２の旋回、及び作業アタッチメント２０の作動のための操作を行う。
　油圧ショベル１は、更にバケット情報取得装置５を備える。バケット情報取得装置５は、バケット２３の形状に関する情報（バケット形状情報）を取得する。図２は、本実施形態に係る油圧ショベル１を含む油圧ショベル１のブロック図である。油圧ショベル１は、更に、操作部５１と、入力部５２と、シリンダストロークセンサ６１と、本体位置情報取得部６２（位置情報取得部）と、ステレオカメラ６３（距離分布取得部）と、ＩＭＵ（慣性計測装置：ｉｎｅｒｔｉａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｕｎｉｔ）６４と、駆動部７１と、表示部７２と、送信部７３と、報知部７４とを備える。
　操作部５１は、キャブ１３内に配置され、作業者によって操作される。すなわち、操作部５１は、油圧ショベル１を操作するための操作を受け付ける。当該操作には、下部走行体１０の走行、上部旋回体１２の旋回、作業アタッチメント２０（ブーム２１、アーム２２、バケット２３）の駆動などが含まれる。
　入力部５２は、キャブ１３内に配置され、各種の情報の入力を受け付ける。一例として、入力部５２は、各種の入力ボタン、スイッチや後記の表示部７２に含まれるタッチパネルなどを有する。特に、入力部５２は、バケット情報取得処理において参照される情報の入力を受け付けることが可能とされている。
　シリンダストロークセンサ６１は、前述のブームシリンダ２１Ｓ、アームシリンダ２２Ｓおよびバケットシリンダ２３Ｓにそれぞれ装着される３つのセンサを含み、各シリンダのストローク（伸長量、長さ）を検出する。シリンダストロークセンサ６１によって検出された各シリンダのストロークは、バケット２３の位置や姿勢を演算するために使用される。なお、バケット２３の位置や姿勢を演算するために、シリンダストロークセンサ６１に代えて、ブーム２１、アーム２２およびバケット２３の回動角度をそれぞれ検出するアングルセンサが用いられても良い。
　本体位置情報取得部６２は、作業現場における油圧ショベル１（機体）の位置情報を取得する。一例として、本体位置情報取得部６２は、予め上部旋回体１２に設けられた本体基準点の作業現場における絶対座標に関する情報である本体座標情報を取得することが可能である。本体基準点を構成する本体位置情報取得部６２は、キャブ１３の上面部に配置されており、ＧＮＳＳ移動局として機能する。一方、上記の本体座標情報を取得するために、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ／全球測位衛星システム）基準局が設けられている（不図示）。ＧＮＳＳ基準局は、作業現場に配置された、または、作業現場に最も近い位置に配置された基準局である。なお、ＧＮＳＳとして、公知のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）に加え、ＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）、Ｇａｌｉｌｅｏ、準天頂衛星（ＱＺＳＳ：Ｑｕａｓｉ－Ｚｅｎｉｔｈ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）等の衛星測位システムが採用されてもよい。
　ステレオカメラ６３（距離分布取得部）は、キャブ１３の上面部の前端に配置されている。ステレオカメラ６３は、キャブ１３の前方の周囲物体を撮影する。詳しくは、ステレオカメラ６３は、基準点（座標原点）を有し、バケット２３を含む周囲物体の前記基準点に対する３次元距離分布を取得することが可能とされている。３次元距離分布は、前記基準点と周囲の複数の測定点との距離の分布である。取得された距離分布は、３次元距離データとして制御部５０に入力される。本実施形態では、ステレオカメラ６３が検出する３次元距離データに基づいて、バケット２３の形状が推定される。この際、バケット２３の形状、位置などは上記の基準点を基準として設定される。なお、基準点は、油圧ショベル１の他の特定部分であってもよい。また、他の実施形態において、前記距離分布取得部は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ　Ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ）センサやＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）センサから構成されてもよい。
　ＩＭＵ６４は、油圧ショベル１の機体（上部旋回体１２）の水平面に対する角度を検出する。
　駆動部７１は、油圧ショベル１の各種構造体を駆動するものであり、操作部５１によって操作される下部走行体１０、上部旋回体１２、作業アタッチメント２０などを駆動する。特に、駆動部７１は、バケット２３が地面を掘削するように作業アタッチメント２０を駆動することが可能である。この際、駆動部７１は、所定の指令信号を受け入れ当該指令信号に応じた出力特性に基づいて作業アタッチメント２０を駆動することが可能である。前記出力特性は、弱、中、強などのように段階的に設定される。駆動部７１は、油圧ポンプ、油圧モータなどの油圧回路を含む。
　表示部７２は、キャブ１３内に配置され、所定の表示指令信号を受け入れ、当該表示指令信号に応じて、作業者に報知する各種の情報を表示する。当該情報には、後記のバケット形状情報、油圧ショベル１の位置情報などが含まれる。また、表示部７２は、作業現場におけるマップ情報を表示することが可能であり、当該マップ上に、取得されたバケット形状情報と本体位置情報取得部６２によって取得された油圧ショベル１の位置情報とを互いに関連付けて表示することができる。
　送信部７３は、本体位置情報取得部６２によって取得された油圧ショベル１の位置情報とバケット情報取得装置５によって取得されるバケット２３の形状情報とを、作業現場から離れた場所に配置されたデータセンターや遠隔管理センター（後記のサーバー９０参照、管理装置の一例）などに送信する。
　報知部７４は、所定の報知情報を作業者に報知する。一例として、報知部７４は、キャブ１３に設けられた警告ランプや警告ブザーなどを含む。
　制御部５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。制御部５０には、図２に示すように、操作部５１、入力部５２、シリンダストロークセンサ６１、本体位置情報取得部６２、ステレオカメラ６３、ＩＭＵ６４、駆動部７１、表示部７２、送信部７３および報知部７４がそれぞれ接続されている。
　制御部５０は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、駆動制御部５０１、データ処理部５０２（基準断面抽出部）、近似線特定部５０３、バケット形状演算部５０４、判定部５０５、出力特性設定部５０６および記憶部５０７を備えるように機能する。油圧ショベル１の制御部５０は、バケット情報取得装置５の一部を構成する。
　駆動制御部５０１は、操作部５１が受ける操作の内容に応じて、駆動部７１に駆動指令信号を入力する。この結果、下部走行体１０、上部旋回体１２および作業アタッチメント２０などの動作が制御される。
　データ処理部５０２は、ステレオカメラ６３によって取得された３次元距離データ（距離分布）に所定の処理を行う。特に、データ処理部５０２は、ステレオカメラ６３によって取得された距離分布から、バケット２３を左右方向（上部旋回体１２の左右方向）と交差する平面で切断したバケット２３の断面である基準断面Ｊ（図５）を抽出する。
　近似線特定部５０３は、直線および曲線から構成され前記基準断面Ｊを近似する近似線Ｋ（図５）を前記基準断面Ｊに基づいて特定する。
　バケット形状演算部５０４は、バケット２３の形状に関する情報であるバケット形状情報を演算する。特に、バケット形状演算部５０４は、近似線特定部５０３によって特定された近似線Ｋに基づいてバケット形状情報を演算する。当該バケット形状情報には、近似線Ｋの寸法、形状、後記の収容断面積、図心の位置、バケット２３の幅寸法、バケット容量Ｖ、バケット支点部２３３（回転軸）の位置などが含まれる。
　判定部５０５は、後記のバケット情報取得処理において実行される各種の判定処理を実行する。
　出力特性設定部５０６は、バケット形状演算部５０４によって演算されるバケット形状情報に基づいて、駆動部７１の出力特性を設定（調整）し、当該特性に応じた指令信号を駆動部７１に入力する。
　記憶部５０７は、油圧ショベル１の作動や、バケット情報取得処理において参照される各種の閾値、パラメータなどを予め格納（記憶）している。
　図３は、本実施形態に係るバケット情報取得装置５が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。図４は、油圧ショベル１の機体側からバケット２３を見た図である。図５は、バケット２３の基準断面Ｊおよび近似線Ｋを示す図である。図６は、バケット２３の基準断面Ｊ、近似線Ｋおよび図心Ｈを示す図である。
　図３を参照して、バケット情報取得装置５が実行するバケット情報取得処理について説明する。作業者は、キャブ１３に設けられた入力部５２を通じてバケット情報取得処理を開始するための指令を入力ことができる。当該指令は、アーム２２の先端部に新たなバケット２３が装着された際や１日の作業が開始するタイミングで行われても良い。なお、バケット２３は、所定の移動面に沿って前記回動中心軸回りに回動する。油圧ショベル１が水平に配置される場合、前記回動中心軸は上部旋回体１２の左右方向と平行に延びる。
　バケット情報取得処理が開始されると（ステップＳ１）、ステレオカメラ６３がキャブ１３の前方のバケット２３を撮影する。この結果、バケット２３を含む周囲物体の所定の基準点に対する距離分布（３次元データ）が取得される（ステップＳ２）。なお、前記基準点（原点）は、たとえばステレオカメラ６３が配置されているキャブ１３の上面部に設定されている。
　ステレオカメラ６３によって取得された３次元データは、制御部５０に入力され（ステップＳ３）、データ処理部５０２によって所定の処理を受ける。ステレオカメラ６３の撮像範囲にはバケット２３以外の地面なども含まれているため、データ処理部５０２はステレオカメラ６３が取得した距離分布（３次元距離データ）からバケット２３の距離分布を前記基準点からの距離に応じて抽出する。更に、データ処理部５０２は、抽出された距離分布から、バケット２３を移動面と平行な平面（上部旋回体１２の左右方向と直交（交差）する平面）で切断したバケット２３の断面である基準断面Ｊ（図５）を抽出する。本実施形態では、データ処理部５０２は、バケット２３の左右方向の中央部における断面データ（２次元データ）を抽出する（ステップＳ４）。当該断面データには、バケット２３の厚さ方向およびバケット２３の長さ方向の距離分布データが多く含まれている。なお、基準断面Ｊの抽出のために、ステレオカメラ６３の取付位置と作業アタッチメント２０の中央断面の左右方向幅とが、予め記憶部５０７に記憶されている。そして、基準断面Ｊは、作業アタッチメント２０の中央断面と平行な面、または、バケット２３の回動軸と直交する面に設定されることが望ましい。
　図４を参照して、バケット２３の形状の一例について説明する。バケット２３は、バケット本体２３０と、複数の爪部２３１と、左右一対の横爪部２３２と、左右一対のバケット支点部２３３と、左右一対のバケットリンク支点部２３４（図１）とを有する。
　バケット本体２３０は、バケット２３の本体部分であって掘削した土砂を収容する形状を有している。バケット本体２３０は、底部２３０Ａと、左右一対の壁部２３０Ｂとを有する。底部２３０Ａは、断面視で略Ｕ字形状を有している。左右一対の壁部２３０Ｂは、底部２３０Ａの左右の端部にそれぞれ接続されている。複数の爪部２３１は、底部２３０Ａの先端部にそれぞれ装着されており、地面を掘削する機能を有している。左右一対の横爪部２３２は、壁部２３０Ｂの端部に固定されており、バケット本体２３０内への土砂の進入を促進する。
　左右一対のバケット支点部２３３は、バケット本体２３０の基端部（上端部）に固定されている。バケット支点部２３３は、不図示の連結ピンによってアーム２２の先端部に回動可能に装着される。すなわち、左右一対のバケット支点部２３３は、バケット２３の回動中心軸を構成する。左右一対のバケットリンク支点部２３４は、左右一対のバケット支点部２３３の後方においてバケット本体２３０に固定されている。左右一対のバケットリンク支点部２３４は、バケットシリンダ２３Ｓ（図１）のシリンダロッドに繋がるリンク部材に回動可能に接続されている。
　図３のステップＳ４において、データ処理部５０２が２次元データを抽出すると、図４の断面位置Ｖ－Ｖで切断された、図５の断面データ（基準断面Ｊ）が取得される。なお、３次元データに対して２次元データを取得するための切断面は、ＩＭＵ６４の検出結果に応じて鉛直方向に延びるように設定されてもよいし、予めステレオカメラ６３の座標系に設定された仮想水平軸と直交する平面でもよい。また、バケット２３の左右方向における中心部は、３次元データから決定されても良いし、予めその位置が記憶部５０７に格納され、データ処理部５０２によって参照されてもよい。
　次に、近似線特定部５０３が、バケット２３の前記基準断面Ｊに対応する近似線Ｋを特定する（図３のステップＳ５）。本実施形態では、近似線特定部５０３は、近似線Ｋが一対の直線状の線分（底板上部直線部ＡＤ、底板下部直線部ＢＥ）と当該一対の線分同士を接続する少なくとも一つの曲線（曲線部ＤＣＥ）とから構成されるように近似線Ｋを特定する（図５）。
　具体的に、近似線特定部５０３は、底板上部直線部ＡＤの端点（点Ａ）を基準断面Ｊの基端（板端）に固定する。次に、近似線特定部５０３は、底板下部直線部ＢＥの端部（点Ｂ）を基準断面Ｊの先端（爪先）に固定する。次に、近似線特定部５０３は、点Ａから基準断面Ｊに沿って直線を延ばし、基準断面Ｊが当該直線から離れる位置を点Ｄとする。同様に、近似線特定部５０３は、点Ｂから基準断面Ｊに沿って直線を延ばし、基準断面Ｊが当該直線から離れる位置を点Ｅとする。この結果、近似線特定部５０３が、底板上部直線部ＡＤ、底板下部直線部ＢＥを特定する。この際、バケット形状演算部５０４が、各直線部の長さ（Ｌ２、Ｌ１）をバケット形状情報として演算する。
　次に、近似線特定部５０３は、曲線部ＤＣＥを、点Ｄ、点Ｅにおいて底板上部直線部ＡＤ、底板下部直線部ＢＥにそれぞれ接する円弧と仮定し、バケット形状演算部５０４が、曲線部ＤＣＥの曲率半径Ｒを演算する。この結果、近似線特定部５０３が、曲線部ＤＣＥの形状を特定する。なお、他の実施形態において、近似線特定部５０３は、点Ｄと点Ｅとの間の基準断面Ｊ上の任意の点Ｃを抽出し、点Ｄ、点Ｃ、点Ｅを通る円弧を曲線部ＤＣＥとして特定してもよい。この際、近似線特定部５０３は、点Ａ、点Ｂに対して最も深い位置（奥行きが大きい）における点を、点Ｃとして抽出することが望ましい。上記のようにして、近似線特定部５０３は、バケット２３の基準断面Ｊを近似する近似線Ｋを特定することができる。なお、特定された近似線Ｋは表示部７２に表示されることで、その形状を作業者に報知してもよい。この際、近似線Ｋと基準断面Ｊとが重畳して表示部７２に表示されることが望ましい。
　次に、バケット形状演算部５０４が、近似線Ｋの先端（点Ｂ）と当該先端とは反対側の基端（点Ａ）とを結ぶ線分ＡＢと近似線Ｋとによって囲まれる領域の面積である収容断面積Ｓ（図６）をバケットの形状情報として演算する（図３のステップＳ６）。当該面積Ｓの演算は、公知の画像処理法を用いることができる。一例として、図６の点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅによって囲まれる領域を二値化して、その画素数を計測してもよい。また、線分ＡＢを基準として、当該線分ＡＢから線分ＡＤ、曲線ＤＣＥ、線分ＢＥまでの距離を積分することで面積Ｓが演算されてもよい。
　次に、バケット形状演算部５０４は、図６の図心Ｈの位置を演算する（図３のステップＳ７）。すなわち、バケット形状演算部５０４は、近似線Ｋの先端（点Ｂ）および基端（点Ａ）を結ぶ線分ＡＢと近似線Ｋとによって囲まれた領域の図心Ｈの位置を演算する。当該図心Ｈの演算にも、断面一次モーメントを用いた公知の演算法などを用いることができる。
　次に、バケット形状演算部５０４は、距離Ｗを算出する（図３のステップＳ８）。距離Ｗは、左右方向におけるバケット２３の寸法である幅寸法に相当する。具体的に、バケット形状演算部５０４は、ステレオカメラ６３によって取得された距離分布から、バケット２３の左右一対の壁部２３０Ｂ（側壁）（図４）の前記基準点に対する相対位置をそれぞれ特定する。更に、バケット形状演算部５０４は、図心Ｈ（図６）を通り左右方向に延びる直線と左右一対の壁部２３０Ｂとがそれぞれ交わる左右一対の交点間の距離Ｗを演算することで、バケット２３の幅寸法を演算（推定）する。この際、前記左右方向は予めステレオカメラ６３の基準点（原点）に応じて設定されてもよいし、ＩＭＵ６４の検出結果に応じて設定、補正されてもよい。
　次に、バケット形状演算部５０４は、バケット形状情報としてバケット容量Ｖ（収容容積）を算出する（図３のステップＳ９）。具体的に、バケット形状演算部５０４は、前記演算された収容断面積Ｓと前記推定された前記距離Ｗ（幅寸法）との積からバケット容量Ｖを演算する。
　上記のように、本実施形態では、ステレオカメラ６３によって取得された距離分布に基づいて、バケット２３の断面形状（基準断面Ｊ）を示す近似線Ｋの寸法、収容断面積Ｓ、幅寸法Ｗ、バケット容量Ｖを含むバケット形状情報を取得することができる。特に、近似線特定部５０３が、バケット２３の中央部（図４の断面位置Ｖ－Ｖ）における断面データ（２次元データ）から近似線Ｋを特定することで、バケット２３の断面形状を精度良く近似した近似線Ｋを取得することができる。近似線Ｋは、ステレオカメラ６３によって取得された３次元データ、２次元データと比較して情報量（データ量）が少ないため、バケット形状情報の演算処理を少ない処理負荷で実行することができる。したがって、３次元データなどからバケット形状情報を直接演算する場合と比較して、油圧ショベル１における制御部５０（バケット形状演算部５０４）の処理負荷を抑えながら、バケット２３の形状情報を精度良く取得することができる。なお、取得されたバケット形状情報は、油圧ショベル１のその他の制御などに利用してもよい。この場合も、バケットの形状情報が少ないデータ容量から構成されるため、制御時の処理負荷を低減することができる。
　また、本実施形態では、近似線特定部５０３およびバケット形状演算部５０４が取得したバケット２３の形状情報が表示部７２に表示されることで、作業者がバケット２３の形状、特徴を容易に理解することができる。この際、表示部７２に簡易表示するための３Ｄモデルが上記のバケット形状情報に基づいて作成されてもよい。なお、本実施形態では、ステレオカメラ６３がバケット２３の距離分布を取得するため、作業者にとって未知のバケット２３が油圧ショベル１に装着されている場合でも、その形状情報を容易に把握することができる。
　また、本実施形態では、近似線特定部５０３は、近似線Ｋが一対の線分と当該一対の線分同士を接続する少なくとも一つの曲線とから構成されるように近似線Ｋを特定するため、近似線Ｋが更に多くの線分を含む場合と比較して近似線Ｋを特定する情報量を少なくすることができる。
　更に、本実施形態では、バケット形状演算部５０４が、前記一対の線分のそれぞれの長さＬ１、Ｌ２と前記少なくとも一つの円弧の曲率半径Ｒとをバケット形状情報としてそれぞれ演算する。このため、長さおよび半径から構成される簡易な情報に基づいて、バケット２３の形状を特定することができる。なお、バケット形状情報には上記の円弧の角度が含まれても良い。
　また、本実施形態では、バケット形状演算部５０４が近似線Ｋを用いてバケット２３の収容断面積を演算することができるため、バケット形状演算部５０４の処理負荷を抑えながら、バケット２３の基本的な収容能力を容易に把握することができる。
　また、バケット形状演算部５０４は、ステレオカメラ６３によって取得された距離分布からバケット２３の幅寸法を演算するとともに、収容断面積と幅寸法とからバケットの収容容積を演算する。このため、バケット形状演算部５０４の処理負荷を抑えながら、バケット２３の土砂収容能力を正確に把握することができる。
　この際、バケット形状演算部５０４は図心を通る直線と左右一対の壁部２３０Ｂとの交点同士の距離に基づいてバケット２３の幅寸法を演算するため、３次元データを直接用いて幅寸法を演算する場合と比較して、バケット形状演算部５０４の処理負荷を更に抑えることができる。
　次に、本発明の各変形実施形態について説明する。図７は、本発明の第１変形実施形態に係るバケット情報取得装置が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。図８は、バケットが３つの姿勢に順に設定される様子を示す図である。本変形実施形態では、バケット形状演算部５０４が、ステレオカメラ６３の基準点に対するバケット支点部２３３（回動中心軸）の相対位置をバケット形状情報として更に演算する。なお、本変形実施形態においても、図３と同様のバケット形状情報が取得される。
　本変形実施形態におけるバケット情報特定処理が開始されると、繰り返し変数ｎが１に設定され（ステップＳ１１）、駆動部７１によってバケットシリンダ２３Ｓが駆動される。この際、駆動制御部５０１（駆動指令入力部）は、バケット２３が地面に対して互いに異なる少なくとも３つの姿勢を変数ｎに応じて順にとるような駆動指令信号を前記バケット駆動部に入力する。バケット２３が１つ目の姿勢（図８のバケット２３Ｐ）とされると、先の実施形態と同様の手順で、バケットの撮影（ステップＳ１３）、３次元データの取得（ステップＳ１４）、中央部の２次元データの抽出（ステップＳ１５）がそれぞれ実行される。更に、バケット形状演算部５０４は、バケット２３の爪先Ｍ（ｎ）の座標を抽出する（ステップＳ１６）。当該爪先Ｍ（ｎ）の座標には、前述の近似線Ｋの点Ｂの座標を用いることができる。取得された座標は、記憶部５０７に記憶される。
　次に、判定部５０５が、ｎが３か否かを判定する（ステップＳ１７）。ここで、ｎ＜３（ステップＳ１７でＮＯ）の場合、ステップＳ１８においてｎに１が加えられ、ステップＳ１２からステップＳ１７までが繰り返される。なお、図８には、バケット２３の２つ目の姿勢（バケット２３Ｑ）、３つ目の姿勢（バケット２３Ｒ）がそれぞれ示されている。
　ステップＳ１７においてｎ＝３（ステップＳ１７でＹＥＳ）の場合、バケット形状演算部５０４は、記憶部５０７に記憶された各近似線Ｋの爪先の３つの座標、Ｍ（１）、Ｍ（２）、Ｍ（３）を通る一の円弧ＣＰの中心座標を、基準点に対するバケット支点部２３３の相対位置として算出する（ステップＳ１９）。
　この結果、制御部５０は、ステレオカメラ６３の基準点に対するバケット支点部２３３の位置を把握することができる。また、制御部５０は、バケット２３が回動した際のその先端の可動範囲（円弧ＣＰ）を把握することができるため、バケット２３が周囲の物体と衝突することを精度良く回避することができる。更に、バケット形状演算部５０４は、３つの近似線Ｋの先端（爪先）を通る一の円弧の中心位置を基準点に対するバケット支点部２３３の相対位置として演算するため、少ない演算負荷でバケット支点部２３３（回動中心軸）の位置を把握することができる。
　なお、駆動制御部５０１は、油圧ショベル１の機体の姿勢、バケット２３を含む作業アタッチメント２０の姿勢に基づいて、バケット２３の先端（爪先）と周囲の物体とが衝突する可能性がある場合には、駆動部７１に対して緊急停止信号を入力し、その駆動を停止させてもよい。
　なお、上記の説明では、バケット２３が３つの姿勢に設定される場合にて説明したが、バケット２３が２以上（複数）の姿勢に設定される態様でもよい。姿勢が２つの場合、上記の爪先の座標に相当する参照点が２カ所設定されることが望ましい。
　図９は、本発明の第２変形実施形態に係るバケット情報取得装置が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。本変形実施形態は、近似線特定部５０３が特定した近似線Ｋを作業者が修正可能な点に特徴を有する。図９において、ステップＳ２１からステップＳ２４、ステップＳ２７からステップＳ３０は、それぞれ、図３のステップＳ２からステップＳ５、ステップＳ６からステップＳ９と同じである。
　本変形実施形態では、ステップＳ２４において近似線特定部５０３が近似線Ｋを特定すると、近似線特定部５０３が表示部７２に対して指令信号を入力し、表示部７２にバケット２３の基準断面Ｊおよび近似線Ｋを重畳して表示させる（ステップＳ２５）。
　次に、作業者は、表示部７２に表示された近似線Ｋと基準断面Ｊとの相対位置に基づいて、近似線Ｋを修正するための指令を入力する（ステップＳ２６）。この際、表示部７２（修正指令入力部）がタッチパネル式のディスプレイであれば、作業者は表示部７２に表示された近似線Ｋの修正対象部分を指で操作して、基準断面Ｊに近づけることができる。なお、他の実施形態において、作業者は入力部５２（修正指令入力部）を通じて修正内容を入力してもよい。近似線特定部５０３は、表示部７２に入力された前記指令に応じて近似線Ｋの形状を修正することができる。修正された近似線Ｋの情報は、記憶部５０７に記憶される。
　このように、本変形実施形態では、表示部７２が近似線Ｋを表示することができるため、作業者は少ないデータ容量の処理でバケット２３の基本的な形状を容易に把握することができる。また、表示部７２には、近似線Ｋと基準断面Ｊとが重畳して表示されるため、作業者は表示部７２に表示された近似線と基準断面Ｊとを比較することで近似線Ｋの近似精度を容易に確認することができる。
　更に、表示部７２に表示された近似線Ｋと基準断面Ｊとに大きなずれがある場合には、作業者が自らの意思で近似線Ｋを修正することができるため、突発的に大きな近似誤差が生じた場合でも、バケット２３の形状情報を誤って演算することを防止することができる。また、作業者が自らの意思で近似線Ｋを修正することで、所定の検出時間を要する一連の処理フロー（たとえば図３）を再度実行することが抑止される。
　図１０は、本発明の第３変形実施形態に係るバケット情報取得装置が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。本変形実施形態では、近似線特定部５０３が特定したバケット２３の形状情報に応じて、油圧ショベル１の出力特性を変更することが可能とされている。図１０を参照して、当該出力特性変更処理が開始されると、判定部５０５が、バケット情報入力モードがＯＮ状態であるか否かを判定する。バケット情報入力モードは、メンテナンスや交換のためにバケット２３がアーム２２の先端から取り外された場合などに、作業者が入力部５２を通じてメンテナンス履歴、交換履歴などを入力するモードである。ステップＳ３１において、バケット情報入力モードがＯＮされた場合、バケット２３が交換されたため、近似線特定部５０３が近似線Ｋを特定するとともにバケット形状演算部５０４がバケット２３の形状情報（バケット形状情報）を演算する（ステップＳ３２）。当該ステップは、たとえば、図３のすべてのステップに相当する。
　次に、判定部５０５が、記憶部５０７に記憶されている前回のバケット形状情報（近似線Ｋ、収容断面積Ｓ、幅寸法Ｗ、バケット容量Ｖ）と、ステップＳ３２において取得されたバケット形状情報とを比較する（ステップＳ３３）。ここで、前回のバケット形状情報と新たなバケット形状情報とが異なる場合（ステップＳ３３でＮＯ）、出力特性設定部５０６（図２）（出力特性信号入力部）が駆動部７１に対して出力特性を変更するための出力特性信号を入力する（ステップＳ３５）。当該出力特性信号は、取得された新たなバケット形状情報に対応して設定される。たとえば、バケット２３の収容断面積Ｓやバケット容量Ｖが交換作業を通じて相対的に大きくなっている場合、バケット２３に収容される土砂の最大重量も増大するため、出力特性設定部５０６は駆動部７１の出力を増大させる。
　なお、ステップＳ３１においてバケット情報入力モードがＯＦＦの場合（ステップＳ３１でＮＯ）およびステップＳ３３においてバケット形状情報が前回取得されたものと同じ場合（ステップＳ３３でＹＥＳ）には、出力特性設定部５０６は前回の出力特性を使用し（ステップＳ３６）、当該出力特性に対応する出力特性信号を駆動部７１に入力する（ステップＳ３５）。
　このように、本変形実施形態では、バケット形状演算部５０４が演算したバケット形状情報に応じて、油圧ショベル１の出力を調整することが可能であるため、バケット２３の形状、作業量に対して油圧ショベル１の出力が不足することや過剰になることを防止することができる。この結果、油圧ショベル１の省エネ効果を高めることができる。
　図１１は、本発明の第４変形実施形態に係るバケット情報取得装置が実行するバケット情報取得処理のフローチャートである。本変形実施形態では、近似線Ｋの寸法などのバケット形状情報が所定の周期で取得され、その情報に大きな変化があれば作業者に警告情報が報知される。図１１に示すように、バケット情報取得処理が開始されると、図３のフローと同様に、近似線特定部５０３が近似線Ｋを特定し、バケット形状演算部５０４がバケット形状情報を演算する（図１１のステップＳ４１）。記憶部５０７は、取得されたバケット形状情報（近似線Ｋなど）を記憶する。
　次に、判定部５０５が、上記のバケット形状情報が取得されてから経過した時間Ｔが予め設定された閾値ＴＡを超えたか否かを判定する（ステップＳ４２）。ここで、時間Ｔが閾値ＴＡに達していない場合（ステップＳ４２でＮＯ）、ステップＳ４２に戻る。一方、時間Ｔが閾値ＴＡに達している場合（ステップＳ４２でＹＥＳ）、近似線特定部５０３およびバケット形状演算部５０４が図３のフローと同様にバケット形状情報を再取得する（図１１のステップＳ４３）。このように、本変形実施形態では、近似線特定部５０３およびバケット形状演算部５０４が、所定の周期でバケット形状情報を取得する。閾値ＴＡ（周期）は、作業現場の条件に応じて設定されればよいが、一例として１日または１週間、半年などに設定される。
　次に、判定部５０５が、ステップＳ４１、Ｓ４３でそれぞれ取得されたバケット形状情報を比較する。具体的に、判定部５０５は、まず、両ステップで取得された近似線Ｋの曲率半径Ｒの差（Ｒ（ｎ）－Ｒ（ｎ－１））の絶対値（ずれ量）が予め設定された閾値ＲＡ以下であるか否かを判定する（ステップＳ４４）。ここで、上記の絶対値が閾値ＲＡを超えている場合（ステップＳ４４でＮＯ）、バケット形状演算部５０４（警告信号出力部）は報知部７４に対して警告信号を出力する。この結果、報知部７４が警告情報を報知する（ステップＳ４６）。
　一方、ステップＳ４４において、上記の絶対値が閾値ＲＡ以下の場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、判定部５０５は、両ステップで取得された近似線Ｋの直線部Ｌの長さの差（Ｌ（ｎ）－Ｌ（ｎ－１））の絶対値（ずれ量）が予め設定された閾値ＬＡ以下であるか否かを判定する（ステップＳ４５）。なお、ステップＳ４５は、底板上部直線部ＡＤ（図５）、底板下部直線部ＢＥのそれぞれおいて実行される。ここで、上記の絶対値が閾値ＬＡを超えている場合（ステップＳ４５でＮＯ）、判定部５０５（警告信号出力部）は報知部７４に対して警告信号を出力する。この結果、報知部７４が警告情報を報知する（ステップＳ４６）。ステップＳ４５において、上記の絶対値が閾値ＬＡ以下の場合（ステップＳ４５でＹＥＳ）、バケット形状演算部５０４は、バケット情報取得処理を終了する。
　このように、本変形実施形態では、バケット２３に摩耗、変形、破損、損傷などが生じている可能性がある場合に、その事実を速やかに作業者に報知することができる。
　なお、記憶部５０７は、過去のバケット形状情報のすべてを記憶しても良いし、所定の履歴を残しながら上書き処理するものでもよい。また、取得されたバケット形状情報は、後記のように遠隔地の管理装置（サーバー）などに送信されてもよい。
　図１２は、本発明の第５変形実施形態に係る油圧ショベル１およびサーバー９０（管理装置）の模式図である。本変形実施形態では、近似線特定部５０３およびバケット形状演算部５０４が取得した情報がサーバー９０に送信される。サーバー９０は、作業現場から離れた場所に設置されたデータセンターや遠隔管理センターなどに配置されている。
　図１２を参照して、サーバー９０は、サーバー側受信部９０１と、サーバー側出力特性設定部９０２と、サーバー側記憶部９０３と、サーバー側送信部９０４とを有する。
　本変形実施形態では、近似線特定部５０３およびバケット形状演算部５０４が図３のようにバケット形状情報を取得すると、本体位置情報取得部６２（図２）が作業現場における最新の油圧ショベル１の位置情報を取得する。
　次に、送信部７３（図２）が、油圧ショベル１の位置情報とバケット形状情報とを互いに関連付けてサーバー９０に送信する。サーバー９０でサーバー側受信部９０１が当該情報を受信すると、サーバー側記憶部９０３が、これらの情報を互いに関連付けて記憶する。
　このように、本実施形態では、油圧ショベル１が取得した作業現場における位置情報およびバケット形状情報をサーバー９０が取得、蓄積することができる。このため、図１２に示すように、サーバー９０は、油圧ショベル１Ａ（一の建設機械）から取得した情報に基づいて、どのようなバケット２３の形状、作業能力を有する油圧ショベルがどの位置、地域で作業しているかを把握することができる。この結果、サーバー９０は、サーバー側送信部９０４から油圧ショベル１Ａとは異なる油圧ショベル１Ｂ（他の建設機械）の受信部７５に対して、適切な作業内容（作業位置、作業量）を指示することができる。たとえば、油圧ショベル１Ａの作業能力が現在の作業位置における作業内容に対して充分であれば、油圧ショベル１Ｂを他の作業現場に誘導することができる。一方、油圧ショベル１Ａの作業能力が現在の作業位置における作業内容に対して不足している場合には、油圧ショベル１Ｂに油圧ショベル１Ａの作業を補助させることができる。
　また、このようにサーバー９０のサーバー側記憶部９０３を用いることで、油圧ショベル１の記憶部５０７よりも大容量の記憶部によって、複数の作業現場における油圧ショベル１の位置情報、バケット２３の形状情報を蓄積することができる。
　なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形実施形態を更にとることができる。
　（１）上記の実施形態では、近似線Ｋの曲線部が円弧からなる態様にて説明したが、前記曲線部は円弧ではなく、他の曲線であってもよい。また、曲線部は、２以上の曲線（円弧）が繋がったものでもよい。
　（２）上記の実施形態では、基準断面Ｊがバケット２３の幅方向（左右方向）の中央部に位置する態様にて説明したが、基準断面Ｊの位置は中央部に限定されるものではない。
　（３）近似線Ｋの特定について、予め記憶部５０７に複数の近似線Ｋのパターンが記憶されており、その中から最も基準断面Ｊに合致した近似線Ｋが抽出、特定されてもよい。この際、記憶された近似線Ｋのパターンを拡大、縮小して、基準断面Ｊと比較してもよい。
　本発明によって提供されるのは、建設機械においてバケットの形状に関する情報を取得するためのバケット情報取得装置である。前記バケットは、所定の移動面に沿って回動中心軸回りに回動する。バケット情報取得装置は、距離分布取得部と、基準断面抽出部と、近似線特定部と、バケット形状演算部とを備える。距離分布取得部は、基準点に対する前記バケットの３次元距離分布を取得する。基準断面抽出部は、前記距離分布取得部によって取得された前記距離分布から、前記バケットを前記移動面と平行な平面で切断した前記バケットの断面である基準断面を抽出する。近似線特定部は、直線および曲線から構成され前記基準断面に近似する近似線を前記基準断面に基づいて特定する。バケット形状演算部は、前記バケットの形状に関する情報であるバケット形状情報を前記近似線に基づいて演算する。
　本構成によれば、近似線特定部が基準断面から近似線を特定し、バケット形状演算部が当該近似線に基づいてバケット形状情報を演算することができる。近似線の情報は距離分布取得部が取得する３次元距離分布（３次元データ）と比較してデータ量が小さいため、前記３次元距離分布に基づいてバケットの形状情報を直接演算する場合と比較して、バケット形状演算部が取り扱うデータ量や処理負荷を低減しながら、建設機械に装着されているバケット形状情報を取得することができる。
　上記の構成において、前記近似線特定部は、前記近似線が一対の線分と当該一対の線分同士を接続する少なくとも一つの曲線とから構成されるように前記近似線を特定することが望ましい。
　本構成によれば、近似線特定部が近似線を一対の線分と一以上の曲線とによって特定するため、近似線を更に多くの線分によって特定する場合や点の集合体として特定する場合と比較して、近似線のデータ量を少なくすることができる。
　上記の構成において、前記少なくとも一つの曲線は、少なくとも一つの円弧を含み、前記バケット形状演算部は、前記一対の線分のそれぞれの長さと、前記少なくとも一つの円弧の曲率半径とを前記バケット形状情報としてそれぞれ演算することが望ましい。
　本構成によれば、近似線を構成する一対の線分の長さおよび円弧の曲率半径という簡易な情報に基づいて、バケットの形状を特定することができる。
　上記の構成において、前記建設機械に備えられ前記バケットを前記回動中心軸回りに回動させることが可能なバケット駆動部に、前記バケットが地面に対して互いに異なる複数の姿勢を順にとるような駆動指令信号を入力する駆動指令入力部を更に備え、前記バケット形状演算部は、前記バケット駆動部によって設定される前記複数の姿勢のそれぞれにおいて特定された前記近似線に基づいて、前記基準点に対する前記回動中心軸の相対位置を前記バケット形状情報として演算することが望ましい。
　本構成によれば、バケットの複数の姿勢に基づいて回動中心軸の位置を容易に把握することができる。また、バケットが回動した際のその先端の可動範囲を把握することができるため、バケットが周囲の物体と衝突することを精度良く回避することができる。
　上記の構成において、前記複数の姿勢は、少なくとも３つの姿勢を含み、前記バケット形状演算部は、前記少なくとも３つの姿勢に対応する少なくとも３つの前記近似線の先端を通る一の円弧の中心位置を前記回動中心軸の前記相対位置として演算することが望ましい。
　本構成によれば、回動時の近似線の先端の軌跡を利用して回動中心軸の位置を把握することができる。
　上記の構成において、前記バケット形状演算部は、前記近似線の先端と当該先端とは反対側の基端とを結ぶ線分と前記近似線とによって囲まれる領域の面積である収容断面積を前記バケット形状情報として演算することが望ましい。
　本構成によれば、バケット形状演算部の処理負荷を抑えながら、バケットの基本的な収容能力を容易に把握することができる。
　上記の構成において、前記バケット形状演算部は、前記距離分布取得部によって取得された距離分布から前記左右方向における前記バケットの寸法である幅寸法を演算するとともに、前記収容断面積と前記幅寸法とから前記バケットの収容容積を前記バケット形状情報として演算することが望ましい。
　本構成によれば、バケット形状演算部の処理負荷を抑えながら、バケットの土砂収容能力を正確に把握することができる。
　上記の構成において、前記バケット形状演算部は、前記距離分布から前記バケットの左右一対の側壁の前記基準点に対する相対位置を演算するとともに、前記先端および前記基端を結ぶ線分と前記近似線とによって囲まれた領域の図心の前記基準点に対する相対位置を演算し、前記図心を通り前記左右方向に延びる直線と前記左右一対の側壁とがそれぞれ交わる左右一対の交点間の距離を前記幅寸法として演算することが望ましい。
　本構成によれば、３次元データを直接用いて幅寸法を演算する場合と比較して、バケット形状演算部の処理負荷を更に抑えることができる。
　上記の構成において、前記バケット形状演算部によって演算された前記バケット形状情報に応じて前記建設機械の出力特性を変更するための出力特性信号を前記建設機械に入力する出力特性信号入力部を更に備えることが望ましい。
　本構成によれば、バケットの形状、作業量に対して建設機械の出力が不足することや過剰になることを防止することができる。この結果、建設機械の省エネ効果を高めることができる。
　上記の構成において、前記バケット形状演算部は、所定の周期で前記バケット形状情報を演算することが可能であり、前記バケット形状演算部によって演算された前記バケット形状情報を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された過去のバケット形状情報と前記バケット形状演算部によって演算された新たなバケット形状情報とのずれ量を判定する判定部と、前記判定部によって前記過去のバケット形状情報と前記新たなバケット形状情報とのずれ量が予め設定された閾値を超えている場合に、警告信号を出力する警告信号出力部とを更に備えることが望ましい。
　本構成によれば、バケットに摩耗、変形、破損、損傷などが生じている可能性がある場合に、その事実を速やかに作業者に報知することができる。
　上記の構成において、前記近似線特定部によって特定された前記近似線を表示することが可能な表示部を更に備えることが望ましい。
　本構成によれば、作業者は表示部を確認することでバケットの基本的な形状を容易に把握することができる。
　上記の構成において、前記表示部は、前記近似線と前記基準断面とを重畳して表示することが可能であることが更に望ましい。
　本構成によれば、作業者は表示部に表示された近似線と基準断面とを比較することで、近似線の近似精度を容易に確認することができる。
　上記の構成において、前記表示部に表示された前記近似線と前記基準断面との相対位置に応じて前記近似線を修正するための指令を受け付けることが可能な修正指令入力部を更に備え、前記近似線特定部は、前記修正指令入力部に入力された前記指令に応じて前記近似線の形状を修正することが可能であるものでもよい。
　本構成によれば、表示部に表示された近似線と基準断面とに大きなずれがある場合には、作業者が自らの意思で近似線を修正することができるため、近似線の特定に突発的に大きな誤差が生じた場合でも、当該誤差を含んだ状態でバケットの形状情報を演算することを防止することができる。
　上記の構成において、作業現場における前記建設機械の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報と前記バケット形状情報とを互いに関連付けて前記建設機械から離れた位置に配置される管理装置に送信する送信部とを更に備えることが望ましい。
　本構成によれば、建設機械の位置情報およびバケット形状情報を管理装置が取得および蓄積することができる。このため、管理装置は、前記建設機械から取得した情報に基づいて、どのようなバケットの形状、作業能力を有する建設機械がどの位置、地域で作業しているかを把握することができる。
　また、本発明によって提供されるのは建設機械であって、当該建設機械は、機体と、先端部を有し前記機体に起伏可能に支持された起伏体と、前記起伏体の前記先端部に左右方向に延びる回動中心軸回りに回動可能に支持されたバケットと、前記バケットの形状に関する情報であるバケット形状情報を取得することが可能な上記の何れかに記載のバケット情報取得装置と、を備える。
　本構成によれば、３次元距離分布に基づいてバケットの形状情報を直接演算する場合と比較して、バケット形状演算部が取り扱うデータ量や処理負荷を低減しながら、バケットの形状情報を取得することができる。
　本発明によれば、３次元データからバケット形状情報を直接演算する場合と比較して、取り扱うデータ量や処理負荷を低減しながら前記バケット形状情報を取得することが可能なバケット情報取得装置およびこれを備えた建設機械が提供される。

Claims (15)

  1. 　建設機械において所定の移動面に沿って回動中心軸回りに回動するバケットの形状に関する情報を取得するバケット情報取得装置であって、
    　基準点に対する前記バケットの３次元距離分布を取得する距離分布取得部と、
    　前記距離分布取得部によって取得された前記距離分布から、前記バケットを前記移動面と平行な平面で切断した前記バケットの断面である基準断面を抽出する基準断面抽出部と、
    　直線および曲線から構成され前記基準断面に近似する近似線を前記基準断面に基づいて特定する近似線特定部と、
    　前記バケットの形状に関する情報であるバケット形状情報を前記近似線に基づいて演算するバケット形状演算部と、
    　を備える、バケット情報取得装置。
  2. 　請求項１に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記近似線特定部は、前記近似線が一対の線分と当該一対の線分同士を接続する少なくとも一つの曲線とから構成されるように前記近似線を特定する、バケット情報取得装置。
  3. 　請求項２に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記少なくとも一つの曲線は、少なくとも一つの円弧を含み、
    　前記バケット形状演算部は、前記一対の線分のそれぞれの長さと、前記少なくとも一つの円弧の曲率半径とを前記バケット形状情報としてそれぞれ演算する、バケット情報取得装置。
  4. 　請求項１乃至３の何れか１項に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記建設機械に備えられ前記バケットを前記回動中心軸回りに回動させることが可能なバケット駆動部に、前記バケットが地面に対して互いに異なる複数の姿勢を順にとるような駆動指令信号を入力する駆動指令入力部を更に備え、
    　前記バケット形状演算部は、前記バケット駆動部によって設定される前記複数の姿勢のそれぞれにおいて特定された前記近似線に基づいて、前記基準点に対する前記回動中心軸の相対位置を前記バケット形状情報として演算する、バケット情報取得装置。
  5. 　請求項４に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記複数の姿勢は、少なくとも３つの姿勢を含み、
    　前記バケット形状演算部は、前記少なくとも３つの姿勢に対応する少なくとも３つの前記近似線の先端を通る一の円弧の中心位置を前記回動中心軸の前記相対位置として演算する、バケット情報取得装置。
  6. 　請求項１乃至５の何れか１項に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記バケット形状演算部は、前記近似線の先端と当該先端とは反対側の基端とを結ぶ線分と前記近似線とによって囲まれる領域の面積である収容断面積を前記バケット形状情報として演算する、バケット情報取得装置。
  7. 　請求項６に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記バケット形状演算部は、前記距離分布取得部によって取得された距離分布から左右方向における前記バケットの寸法である幅寸法を演算するとともに、前記収容断面積と前記幅寸法とから前記バケットの収容容積を前記バケット形状情報として演算する、バケット情報取得装置。
  8. 　請求項７に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記バケット形状演算部は、前記距離分布から前記バケットの左右一対の側壁の前記基準点に対する相対位置を演算するとともに、前記先端および前記基端を結ぶ線分と前記近似線とによって囲まれた領域の図心の前記基準点に対する相対位置を演算し、前記図心を通り前記左右方向に延びる直線と前記左右一対の側壁とがそれぞれ交わる左右一対の交点間の距離を前記幅寸法として演算する、バケット情報取得装置。
  9. 　請求項１乃至８の何れか１項に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記バケット形状演算部によって演算された前記バケット形状情報に応じて前記建設機械の出力特性を変更するための出力特性信号を前記建設機械に入力する出力特性信号入力部を更に備える、バケット情報取得装置。
  10. 　請求項１乃至９の何れか１項に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記バケット形状演算部は、所定の周期で前記バケット形状情報を演算することが可能であり、
    　前記バケット形状演算部によって演算された前記バケット形状情報を記憶する記憶部と、
    　前記記憶部に記憶された過去のバケット形状情報と前記バケット形状演算部によって演算された新たなバケット形状情報とのずれ量を判定する判定部と、
    　前記判定部によって前記過去のバケット形状情報と前記新たなバケット形状情報とのずれ量が予め設定された閾値を超えている場合に、警告信号を出力する警告信号出力部と、
    　を更に備える、バケット情報取得装置。
  11. 　請求項１乃至１０の何れか１項に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記近似線特定部によって特定された前記近似線を表示することが可能な表示部を更に備える、バケット情報取得装置。
  12. 　請求項１１に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記表示部は、前記近似線と前記基準断面とを重畳して表示することが可能である、バケット情報取得装置。
  13. 　請求項１２に記載のバケット情報取得装置であって、
    　前記表示部に表示された前記近似線と前記基準断面との相対位置に応じて前記近似線を修正するための指令を受け付けることが可能な修正指令入力部を更に備え、
    　前記近似線特定部は、前記修正指令入力部に入力された前記指令に応じて前記近似線の形状を修正することが可能である、バケット情報取得装置。
  14. 　請求項１乃至１３の何れか１項に記載のバケット情報取得装置であって、
    　作業現場における前記建設機械の位置情報を取得する位置情報取得部と、
    　前記位置情報と前記バケット形状情報とを互いに関連付けて前記建設機械から離れた位置に配置される管理装置に送信する送信部と、
    　を更に備える、バケット情報取得装置。
  15. 　機体と、
    　先端部を有し前記機体に起伏可能に支持された起伏体と、
    　前記起伏体の前記先端部に左右方向に延びる回動中心軸回りに回動可能に支持されたバケットと、
    　前記バケットの形状に関する情報であるバケット形状情報を取得することが可能な、請求項１乃至１４の何れか１項に記載のバケット情報取得装置と、
    　を備える、建設機械。
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