JPH1150495A - 自動運転建設機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】旋回体の旋回輪に旋回角検出手段を設けること
を不要とした自動運転建設機械を提供する。 【解決手段】アクチュエータ１８と、電磁弁１６〜１７
と、フロント機構の各関節部の回転角および旋回体の旋
回角を検出する角度検出手段９〜１１，１３，１５１〜
１５３と、角度検出器からの角度信号を教示位置データ
として順次記憶し、記憶された教示位置データを順次読
み出して電磁弁を制御する教示再生手段１５４と、から
構成され、教示された掘削から放土までの一連の動作を
繰り返し動作する自動運転建設機械において、旋回体の
旋回角を検出する角度検出手段１３，１５１，１５２，
１５３は、旋回体または旋回体と同様に旋回する箇所に
設けられ、常時所定の方向を指向する手段１３，１５
１，１５３と、該指向方向に対する前記旋回体または前
記箇所との相対的な回転角を検出する手段１５２とから
構成されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動運転を行う建
設機械に係わり、特に、油圧ショベルの旋回輪に角度検
出手段を設けることなく、自動運転を可能にした自動運
転建設機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、砕石現場等において、油圧ショベ
ル等の建設機械によるダンプトラックやクラッシャへの
積み込み作業は、ある決まった場所から砕石を掘削し、
ダンプトラックのベッセルやクラッシャのホッパの決ま
った場所へ放土するという単調な繰り返し作業である。
このような単調な繰り返し作業は、オペレータにとって
苦痛であり、人を介在せずに自動的に行わせるという需
要が高まっている。

【０００３】従来、このような積み込み作業の自動化方
法の一つとしては、掘削位置と放土位置とを教示して、
これらの位置間で、油圧ショベルを走行せずに旋回作業
を主として繰り返し作業を行わせていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法を用いた自
動運転を行う油圧ショベルにおいては、上記旋回作業を
行わせるために、油圧ショベルの旋回輪に、その旋回角
を検出するための角度検出手段を設けなければならなか
った。しかし、油圧ショベルの旋回輪に角度検出手段を
設けるためには旋回輪に機械的な加工を施さなければな
らない等、構造上難しい問題があった。

【０００５】本発明は、上記の問題点に鑑みて、旋回輪
に角度検出手段を設けること無く、油圧ショベルに設置
される既存または新設のビデオカメラを利用して油圧シ
ョベルの旋回角度を検出して、従来のものより簡単な方
法で自動運転を行うことのできる建設機械を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
達成するために次のような手段を採用した。

【０００７】フロント機構および旋回体をそれぞれ作動
するアクチュエータと、前記アクチュエータを駆動する
電磁弁と、前記フロント機構の各関節部の回転角および
前記旋回体の旋回角を検出する角度検出手段と、教示
時、当該建設機械の任意の複数の姿勢において、前記角
度検出器から検出される角度信号を教示位置データとし
て順次記憶し、再生時、前記記憶された教示位置データ
を順次読み出して前記電磁弁を制御する教示再生手段
と、から構成され、前記教示された掘削から放土までの
一連の動作を繰り返し動作する自動運転建設機械におい
て、前記旋回体の旋回角を検出する角度検出手段は、前
記旋回体または前記旋回体と同様に旋回する箇所に設け
られ、常時所定の方向を指向する手段と、該指向方向に
対する前記旋回体または前記箇所との相対的な回転角を
検出する手段とから構成されることを特徴とする。

【０００８】また、請求項１の記載の自動運転建設機械
において、前記常時所定の方向を指向する手段として、
テレビカメラを用いることを特徴とする。

【０００９】また、請求項１ないしは請求項２のいずれ
か１つの請求項記載の自動運転建設機械において、前記
常時所定の指向方向が、放土位置であることを特徴とす
る。

【００１０】また、請求項１ないしは請求項３のいずれ
か１つの請求項記載の自動運転建設機械において、前記
常時所定の方向を指向する手段として、常時放土位置を
追尾する新設または既設のテレビカメラを用いることを
特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態を図１
〜図５を用いて説明する。

【００１２】図１は本実施形態に係わる自動運転を行う
油圧ショベル（以下自動運転ショベルという）の作業態
様を示す図である。

【００１３】図において、１は後述する貯留された土石
３を掘削して後述するダンプトラック２に放土する油圧
ショベル、２は油圧ショベル１から放土された土石を積
み込み運搬するダンプトラック、３は土石貯留所に貯留
された土石である。

【００１４】油圧ショベル１は、走行体４と、走行体４
上に旋回可能に設けられた旋回体５と、旋回体５に俯仰
動可能に設けられるブーム６と、ブーム６の先端に回動
可能に設けられたアーム７と、アーム７の先端に回動可
能に設けられたバケットと、旋回体５とブーム６との俯
仰角を検出する角度センサ９、ブーム６とアーム７との
回動角を検出する角度センサ１０、アーム７とバケット
８との回動角を検出する角度センサ１１と、旋回体５に
設けられた運転台１２と、運転台１２等の屋上に設けら
れ、旋回体５の旋回角検出手段として利用されるビデオ
カメラ１３と、から構成されている。なお、ビデオカメ
ラ１３は既に他の用途に用いられている場合はその既存
のものを利用してもよい。

【００１５】また、ダンプトラック２は土石が積載され
るベッセル１４を備える。

【００１６】図２は本実施形態に係わる自動運転を行う
油圧ショベルの制御機構のブロック図である。

【００１７】図において、１３１はカメラを水平方向お
よび垂直方向に旋回させる雲台、１３２は雲台１３１を
水平方向に旋回する水平軸モータ、１３３は雲台１３１
を垂直方向に旋回させる垂直軸モータである。

【００１８】１５は油圧ショベル１に搭載される車内搭
載装置であり、車内搭載装置１５には、後述する映像信
号処理装置１５３から制御信号を受けて水平軸モータ１
３２および垂直軸モータ１３３を駆動する雲台駆動部１
５１と、少なくとも水平軸モータ１３２に設けられ図示
されていないエンコーダからビデオカメラ１３の水平方
向の駆動角を検出する駆動角検出部１５２と、ビデオカ
メラ１３から入力される映像信号１３４と撮像画面の中
心点を表す画像信号とを対比し演算処理して、雲台駆動
部１５１に対して駆動信号１５５を出力する映像信号処
理装置１５３と、自動運転コントローラ１５４とから構
成される。

【００１９】１６は自動運転コントローラ１５４から出
力される駆動電流によって駆動される補助制御弁、１７
は補助制御弁１６から出力される油圧信号により制御さ
れ、アクチュエータに流入する油量を制御する主制御
弁、１８は油圧ショベル１の旋回体５、ブーム６、アー
ム７、およびバケット８の各シリンダおよび旋回モータ
を作動させるためのアクチュエータである。

【００２０】なお、図１に示す構成と同一の箇所は同一
符号を付して説明を省略する。

【００２１】図３は、図１および図２に示すテレビカメ
ラ１３によって撮像された撮像画面を表す。

【００２２】この撮像画面には、ダンプトラック２のベ
ッセル１４が撮像されており、ｓ１〜ｓ４は撮像された
ダンプトラック２のベッセル１４の特徴点、Ｍは特徴点
ｓ１ーｓ３を結ぶ線と特徴点ｓ２ーｓ４を結ぶ線との交
点を表す。

【００２３】図４は、図２に示す映像信号処理装置１５
３における処理手順を示すフローチャートである。

【００２４】以下にこの処理手順とこの処理の結果得ら
れた制御信号１５５による雲台１３１の駆動制御につい
て図２を用いて説明する。

【００２５】はじめに、図４において、ステップ１０１
において、テレビカメラ１３によって撮像して得られた
画像信号１３４を映像信号処理装置１５３に入力し、装
置１５３内に設けられたフイルターやソフトウエアでの
フイルターリングでノイズを除去する。次に、ステップ
１０２において、画像に対してエッジ抽出処理を行い、
ステップ１０３において、ハフ変換等の方法により画像
の直線の抽出を行う。次に、ステップ１０４において、
この抽出された直線のエッジから線分の端点と交点を検
出する。ステップ１０５において、あらかじめ登録して
ある対象物、ここではダンプトラックのベッセルのモデ
ルとステップ１０４で得られた線分の情報から対象物の
形状を認識する。次いで、ステップ１０６において、図
３に示すように、対象物であるベッセル１４の特徴点ｓ
１，ｓ２，ｓ３，ｓ４の４つの特徴点から直線ｓ１ーｓ
３と直線ｓ２ーｓ４とを結ぶ線の交点からベッセル１４
の中央部Ｍを算出する。次にステップ１０７において、
撮像画面の中心点と中央部Ｍとの差を算出し、この差が
零になるように雲台駆動部１５１に制御信号１５５を出
力する。

【００２６】次に、図２において、制御信号１５５が雲
台駆動部１５１に入力されると、入力された制御信号１
５５に基づいて、水平軸モータ１３２および垂直軸モー
タ１３３に対してそれぞれ駆動信号１５６，１５７を出
力してテレビカメラ１３を水平方向または垂直方向に回
動させる。

【００２７】その結果、テレビカメラ１３の撮像画面の
中心点は、常時、ベッセル１４の中央部Ｍに向くように
制御される。

【００２８】一方、駆動角検出部１５２では、テレビカ
メラ１３の水平方向の移動に伴って油圧ショベル１に対
する水平方向の駆動角が検出され、即ち、旋回体５の水
平方向の旋回角に係わる駆動角が常時検出されることに
なる。ここで検出された駆動角は自動運転コントローラ
１５４に入力され、自動運転のための旋回体５の旋回角
データとして利用される。

【００２９】図５は、自動運転に必要な油圧ショベル１
の放土位置および掘削位置を説明するための図であり、
油圧ショベル１、ベッセル１４、および掘削すべき土石
３に位置関係を上方から見た図である。

【００３０】Ｃ，Ｃ’は運転台１２上のテレビカメラ１
３の設置位置を表すと共に、Ｃの位置はベッセル１４の
中央部Ｍにおいて油圧ショベル１が放土する位置でのテ
レビカメラの向き、およびＣ’の位置は油圧ショベル１
が土石３を掘削する位置でのテレビカメラの向きを示し
ている。Ｏは旋回体５の旋回中心を表す。αは油圧ショ
ベル１が放土する位置でのテレビカメラ１３の水平方向
の駆動角、βは油圧ショベル１の掘削する位置でのテレ
ビカメラ１３の水平方向の駆動角を表している。後述す
るように自動運転コントローラは、ティーチング時はこ
れらの駆動角を教示位置データとして記憶する。

【００３１】次に、本実施形態のティーチング・プレー
バックの動作について図２を用いて説明する。

【００３２】ティーチング時は、自動運転コントローラ
１５４は駆動角検出部１５２から、図５に示すように、
教示位置データとして、放土位置での駆動角αを、また
掘削位置での駆動角βを記憶する。その他の教示位置デ
ータも角度センサ９〜１１を利用して同様に記憶され
る。

【００３３】プレーバック時は、自動運転コントローラ
１５４において、記憶されていた教示位置データが呼び
出され、角度センサ９〜１１および駆動角検出部１５２
から入手される現在位置データと対比しながら、この教
示位置データに合致するように、旋回体５、ブーム６、
アーム７、およびバケット８のそれぞれを作動させるた
めに補助制御弁１６に駆動電流が出力され、補助制御弁
１６からさらに主制御弁１７を介して各アクチュエータ
１８の油圧を制御して油圧ショベル１の自動運転を行わ
れる。

【００３４】

【発明の効果】上記のごとく、本発明によれば、自動運
転建設機械において、旋回体の旋回角を検出する手段を
旋回体の旋回輪に設ける必要がないので、旋回輪の加工
が不要となり、また、旋回角の検出手段として新設また
は既存のテレビカメラを用いたので、正確な放土位置を
確認しながら放土することができると共に、簡便な方法
で旋回体の旋回角の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる自動運転ショベル
の作業態様を示す図である。

【図２】本実施形態に係わる自動運転ショベルの制御機
構を示すブロック図である。

【図３】図１および図２に示すテレビカメラ１３によっ
て撮像された撮像画面を表す。

【図４】図２に示す映像信号処理装置１５３における処
理手順を示すフローチャートである。

【図５】本実施形態に係わる自動運転ショベルの放土位
置および掘削位置を説明する図である。

【符号の説明】

１ 油圧ショベル ２ ダンプトラック ３ 土石 ５ 旋回体 ６ ブーム ７ アーム ８ バケット ９ ，１０，１１ 角度センサ １２ 運転台 １３ テレビカメラ １３２ 水平軸モータ １３３ 垂直軸モータ １４ ベッセル １５ 車内搭載装置 １５１ 雲台駆動部 １５２ 駆動角検出部 １５３ 映像信号処理装置 １５４ 自動運転コントローラ １６ 補助制御弁 １７ 主制御弁 １８ アクチュエータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フロント機構および旋回体をそれぞれ作
   動するアクチュエータと、 前記アクチュエータを駆動する電磁弁と、 前記フロント機構の各関節部の回転角および前記旋回体
   の旋回角を検出する角度検出手段と、 教示時、当該建設機械の任意の複数の姿勢において、前
   記角度検出器から検出される角度信号を教示位置データ
   として順次記憶し、再生時、前記記憶された教示位置デ
   ータを順次読み出して前記電磁弁を制御する教示再生手
   段と、から構成され、 前記教示された掘削から放土までの一連の動作を繰り返
   し動作する自動運転建設機械において、 前記旋回体の旋回角を検出する角度検出手段は、 前記旋回体または前記旋回体と同様に旋回する箇所に設
   けられ、常時所定の方向を指向する手段と、該指向方向
   に対する前記旋回体または前記箇所との相対的な回転角
   を検出する手段と、から構成されることを特徴とする自
   動運転建設機械。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、 前記常時所定の方向を指向する手段として、テレビカメ
   ラを用いることを特徴とする自動運転建設機械。
3. 【請求項３】 請求項１ないしは請求項２のいずれか１
   つの請求項記載において、 前記常時所定の指向方向が、放土位置であることを特徴
   とする自動運転建設機械。
4. 【請求項４】 請求項１ないしは請求項３のいずれか１
   つの請求項記載において、 前記常時所定の方向を指向する手段として、常時放土位
   置を追尾する新設または既設のテレビカメラを用いるこ
   とを特徴とする自動運転建設機械。