WO2015037642A1 - 掘削領域制限制御の基礎情報の演算装置及び演算方法、並びに建設機械 - Google Patents
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- WO2015037642A1 WO2015037642A1 PCT/JP2014/074002 JP2014074002W WO2015037642A1 WO 2015037642 A1 WO2015037642 A1 WO 2015037642A1 JP 2014074002 W JP2014074002 W JP 2014074002W WO 2015037642 A1 WO2015037642 A1 WO 2015037642A1
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- E02F9/265—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)
Definitions
- the present invention relates to a calculation device and calculation method for basic information of excavation area restriction control, and a construction machine.
- Some construction machines have an excavation area restriction function for restricting an excavation area by a work machine (see Patent Document 1).
- an operation command signal is output from the work machine controller based on an operation signal from the operation apparatus, and the work machine operates in accordance with the operation of the operation apparatus.
- An external controller can be connected to the work implement controller, and the work implement controller can execute excavation area restriction control based on input information from the external controller.
- the external controller is a relatively versatile controller that handles a lot of information such as 3D target landform information, which will be described later, and has functions such as creation of a 3D target landform.
- the work machine controller is a controller that places emphasis on the control of the work machine, and needs to match the specifications of the work machine. Therefore, in consideration of maintainability such as efficient development of a controller considering availability and replacement in the event of a controller failure, it is desirable to provide an external controller and a work machine controller separately.
- the input information from the external controller to the work machine controller includes, in addition to the preset 3D target landform information, the detection positions of two specific points on the construction machine, the work machine setting operation (slope drilling or Horizontal excavation), the set speed of the work implement, the command signal for automatic excavation, and the detection angle of each component of the work implement.
- the amount of information transmitted from the external controller to the work implement controller is large, it takes time to transmit the information.
- the 3D target landform includes a curved surface with a large curvature
- the trajectory of the work implement is finely controlled.
- the excavation area restriction control may not be able to follow the actual operation of the work machine.
- the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a calculation device and calculation method for basic information of excavation area restriction control and a construction machine capable of improving the efficiency of excavation area restriction control. .
- the present invention provides a basic information calculation device for calculating basic information of a region-limited excavation control for controlling a work machine of a construction machine so as not to excavate beyond an excavation target plane.
- a storage device that stores three-dimensional position information of a target surface, three-dimensional position information of the excavation target surface, and a reference that is a surface based on the excavation target surface based on the current position information of the construction machine
- a two-dimensional information extraction device that obtains an intersection line between a plane and an operation plane of the work implement, and extracts a reference line that is the intersection line or a line based on the intersection line as two-dimensional information of the reference plane on the operation plane
- a feature point information transmitting device that transmits information on a plurality of feature points on the reference line to the region limited excavation control device as the basic information.
- the excavation area restriction control can be made highly efficient.
- FIG. 1 is a perspective view illustrating an external configuration of a hydraulic excavator that is an example of a construction machine to which a basic information calculation device according to a first embodiment of the present invention is applied. It is a figure which shows the hydraulic drive unit with which the hydraulic excavator shown in FIG. 1 was equipped with the basic information arithmetic unit and the area
- FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a hydraulic excavator that is an example of a construction machine to which the basic information calculation apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied.
- the front of the driver's seat (upper left direction in the figure) is the front of the aircraft.
- FIG. 1 illustrates a hydraulic excavator as a construction machine to which the basic information calculation apparatus according to the present invention is applied
- the present invention can also be applied to other types of construction machines such as a bulldozer.
- a hydraulic excavator shown in the figure includes a vehicle body 10 and a work implement 20.
- the vehicle body 10 includes a traveling body 11 and a vehicle body 12.
- the traveling body 11 includes left and right crawlers (traveling drive bodies) 13a and 13b having endless track tracks, and left and right crawlers 13a and 13f (see also FIG. 2). It travels by driving 13b.
- left and right crawlers traveling drive bodies
- left and right crawlers 13a and 13f crawlers 13a and 13f (see also FIG. 2).
- It travels by driving 13b.
- hydraulic motors are used as the traveling motors 3e and 3f.
- the vehicle body 12 is a turning body provided on the traveling body 11 so as to be turnable.
- a driver's cab 14 in which an operator gets in is provided at the front of the vehicle body 12 (in the present embodiment, the left side of the front).
- a power chamber 15 that houses an engine, a hydraulic drive device, and the like is mounted, and a counterweight 16 that adjusts the balance in the front-rear direction of the fuselage is mounted at the rearmost portion.
- a turning frame (not shown) that connects the vehicle body 12 to the traveling body 11 is provided with a turning motor 3d (see FIG. 2), and the body body 12 turns relative to the traveling body 11 by the turning motor 3d. Driven.
- a hydraulic motor is used as the turning motor 3d.
- the working machine 20 is provided in the front part of the vehicle body 12 (in the present embodiment, on the right side of the cab 14).
- the work machine 20 is an articulated work device including a boom 21a, an arm 21b, and a bucket 21c.
- the boom 21a is connected to the frame of the vehicle body 12 by pins (not shown) extending horizontally and horizontally, and is pivoted up and down with respect to the vehicle body 12 by the boom cylinder 3a.
- the arm 21b is connected to the tip of the boom 21a by a pin (not shown) extending horizontally to the left and right, and is rotated with respect to the boom 21a by the arm cylinder 3b.
- the bucket 21c is connected to the tip of the arm 21b by a pin (not shown) extending horizontally to the left and right, and is rotated with respect to the arm 21b by the bucket cylinder 3c.
- hydraulic cylinders are used as the boom cylinder 3a, the arm cylinder 3b, and the bucket cylinder 3c.
- the work implement 20 moves up and down in a vertical plane extending in the front-rear direction.
- a plane including the trajectory of the working machine 20 that moves up and down (in this embodiment, a vertical plane extending in the front-rear direction) is referred to as an “operation plane”.
- the hydraulic excavator is provided with a detector for detecting information related to the position and orientation in place.
- angle detectors 8a-8c are provided at the respective rotation fulcrums of the boom 21a, the arm 21b, and the bucket 21c.
- the angle detectors 8a-8c are used as posture detectors that detect information related to the position and posture of the work machine 20, and detect the rotation angles of the boom 21a, the arm 21b, and the bucket 21c, respectively.
- the vehicle body 12 includes a tilt detector 8d, positioning devices 9a and 9b, a radio 9c (see FIG. 2 and the like), a basic information calculation device 30 (see FIG. 2 and the like), and a region limited excavation control device 40 (see FIG. 2 and the like). See).
- the inclination detector 8d is used as inclination detection means for detecting the inclination of the vehicle body 12 in the front-rear direction.
- RTK-GNSS Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite System
- the wireless device 9c receives correction information from a reference station GNSS (not shown).
- the basic information calculation device 30 and the area limited excavation control device 40 will be described later.
- FIG. 2 is a view showing the hydraulic drive device provided in the hydraulic excavator shown in FIG. 1 together with the basic information calculation device 30 and the area limited excavation control device 40.
- the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.
- the hydraulic drive device 2 is a device that drives a driven member of a hydraulic excavator, and is accommodated in a power chamber 15.
- the driven members include the work machine 20 (the boom 21a, the arm 21b, and the bucket 21c) and the vehicle body 10 (the crawlers 13a and 13b and the vehicle body 12).
- the hydraulic drive device includes a hydraulic actuator 3a-3f, a hydraulic pump 1, an operating device 4a-4f, a control valve 5a-5f, a relief valve 6, and the like.
- the hydraulic actuators 3a to 3f are a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3b, a bucket cylinder 3c, a turning motor 3d, and traveling motors 3e and 3f, respectively. These hydraulic actuators 3a to 3f are driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump 1.
- the hydraulic pump 1 is driven by an engine (not shown).
- the pressure oil discharged from the hydraulic pump 1 flows through the discharge pipe 2a and is supplied to the hydraulic actuators 3a-3f through the control valves 5a-5f.
- Each return oil from the hydraulic actuator 3a-3f flows into the return oil pipe 2b via the control valve 5a-5f, and is returned to the tank 7.
- the relief valve 6 regulates the maximum pressure of the discharge pipe 2a.
- the operation devices 4a-4f are electric lever devices corresponding to the hydraulic actuators 3a-3f, respectively, and are provided in the cab 14 (see FIG. 1).
- An operation signal (electrical signal) from the operation lever 4a-4f is input to the area limited excavation control device 40 and converted into a command signal (electrical signal) for driving the control valves 5a-5f.
- the control valves 5a-5f are electro-hydraulic operation type valves provided at both ends with electro-hydraulic conversion means (for example, a proportional electromagnetic valve) that converts a command signal from the region-limited excavation control device 40 into pilot pressure.
- control valves 5a-5f are switched and controlled by a command signal input from the area limited excavation control device 40 based on the operation of the operation devices 4a-4f, respectively, and the flow rate of pressure oil supplied to the hydraulic actuators 3a-3f and Control the direction.
- the area limited excavation control device 40 is a controller having a basic area control function and an area limited excavation control function.
- the basic airframe control function is a function for outputting a command signal to the control valves 5a-5f in response to an operation of the operation device 4a-4f.
- the area limited excavation control function is based on the signals from the angle detectors 8a-8c and the inclination detector 8d described above in addition to the operation signals from the operation devices 4a-4f so as not to excavate beyond the excavation target surface. This function controls the hydraulic actuators 3a to 3c of the machine 20, and restricts the operation area of the work machine 20.
- a basic information calculation device 30 is connected to the area limited excavation control device 40, and basic information of the area limited excavation control is input from the basic information calculation device 30.
- FIG. 3 is a block diagram of the area limited excavation control device 40, the display device 38, and the basic information calculation device 30.
- the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.
- the basic information calculation device 30 is a controller that calculates basic information of region limited excavation control based on signals input from the positioning devices 9a and 9b and the wireless device 9c and outputs the basic information to the region limited excavation control device 40.
- the basic information calculation device 30 includes an input port 31, a position / orientation calculation device 32, a target surface storage device 33, a two-dimensional information extraction device 34, a feature point information transmission device 35, a storage device 36, and a communication port 37.
- the input port 31 inputs the current position information received by the positioning devices 9a and 9b and the correction information (position information correction value) received by the wireless device 9c.
- the communication port 37 exchanges information between the area limited excavation control device 40 and the display device 38.
- the position / orientation calculation device 32 calculates the current position and orientation of the vehicle body 12 based on the position information of two points on the vehicle body 12 (for example, the positions of the positioning devices 9a and 9b).
- the target surface storage device 33 stores the three-dimensional position information of the excavation target surface.
- the excavation target plane refers to a target landform that is excavated (formed) by a hydraulic excavator.
- the three-dimensional position information of the excavation target surface refers to information obtained by adding position data to topographic data representing the excavation target surface with polygons. This three-dimensional position information is created in advance and stored in the target surface storage device 33.
- the two-dimensional information extraction device 34 operates based on the three-dimensional position information of the excavation target surface read from the target surface storage device 33 and the current position information of the excavator input from the positioning devices 9a and 9b and the radio device 9c.
- Two-dimensional information of the reference plane on the operation plane of the apparatus 20 is extracted.
- the reference surface may be a surface calculated based on the target excavation surface as well as the target excavation surface itself.
- the surface calculated based on the excavation target surface is a surface obtained by shifting the excavation target surface by a set distance, a surface inclined by a set angle, or the like.
- the surface obtained by shifting and tilting the excavation target surface is also included in the surface calculated based on the excavation target surface.
- the two-dimensional information of the reference plane refers to an intersection line between the operation plane of the work machine 20 and the reference plane in a predetermined area in front of the excavator or a line calculated based on the intersection line.
- the line calculated based on the intersection line is a line obtained by shifting the intersection line by a set distance, a line inclined by a set angle, or the like.
- a line obtained by shifting and tilting the intersection line is also included in the line calculated based on the intersection line.
- reference lines these intersection lines or lines based on the intersection lines are referred to as reference lines.
- the feature point information transmitting device 35 uses the communication port 37 as a basic information for the region limited excavation control, as information on a plurality of feature points on the reference line extracted by the two-dimensional information extraction device 34 (described later). Transmit to device 40. Details of the feature points extracted by the feature point information transmitting device 35 will be described later.
- the storage device 36 has an area for storing calculation values and the like of the position / orientation calculation device 32 and the two-dimensional information extraction device 34 in addition to an area storing various size data of the excavator, constants used for various calculations, programs, and the like. I have.
- Display Device A display device 38 is connected to the basic information calculation device 30 and the area limited excavation control device 40.
- the display device 38 is a device that displays information based on display signals from the basic information calculation device 30 and the region limited excavation control device 40, and provides settings and instructions to the basic information calculation device 30 and the region limited excavation control device 40.
- An operation unit is provided.
- the display device 38 is a touch panel, and the display unit also serves as an operation unit. However, a device that performs various operations using mechanical buttons, levers, or the like can also be used.
- the region limited excavation control device 40 includes an input port 41, a feature point information receiving device 42, a storage device 43, a command signal calculation device 44, a communication port 45, and an output port 46.
- the input port 41 inputs operation signals from the operation devices 4a-4f and detection signals from the angle detectors 8a-8c and the inclination detector 8d.
- the feature point information receiving device 42 receives basic information input from the basic information computing device 30 via the communication port 45.
- the storage device 43 stores programs and constants related to operation control of the work machine 20.
- the command signal calculation device 44 receives the operation information from the operation devices 4a-4f, the angle detectors 8a-8c and the inclination detector 8d, and the basic information input from the basic information calculation device 30 according to the program read from the storage device 43. Based on this, a command signal for the control valve 5a-5f is calculated, and the command signal is output to the control valve 5a-5f via the output port 46.
- the work device 20 operates according to the operation within a range where the excavation target surface is not excavated. Known techniques can be applied as appropriate for the area limited excavation control.
- FIG. 4 is a diagram illustrating the feature points extracted by the feature point information transmitting device 35 in the present embodiment. For those already described, the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.
- an axis extending forward from the reference point O set in advance to the excavator along the operation plane of the work machine 20 is extended upward along the operation plane from the reference point and the X coordinate axis.
- the axis be the Z coordinate axis.
- the X coordinate axis always extends horizontally forward from the reference point O along the operation plane
- the Z coordinate axis extends from the reference point O along the operation plane in a direction perpendicular to the X coordinate axis.
- the reference point O is the origin of the XZ coordinate system.
- the reference point O means an arbitrary point set for the hydraulic excavator or a point calculated based on the arbitrary one point.
- a point calculated based on an arbitrary point is a point having a preset positional relationship with respect to the arbitrary point.
- the fulcrum of the base of the boom 21a is set as the reference point O.
- a point having a fixed positional relationship with the fulcrum of the base of the boom 21a can also be the reference point O. Accordingly, the reference point O can be other than the points on the excavator.
- the line segment L shown in the figure is the reference line (two-dimensional information) extracted by the two-dimensional information extraction device 34.
- the line segment L is referred to as the reference line L.
- the reference line L is equal to the outline of the target terrain cross section cut by the operation plane of the work machine 20 or a line having a certain relationship with the outline.
- the feature points P1, P2,... Pn extracted by the feature point information transmitting device 35 are a plurality of points on the reference line L whose X coordinate is a constant interval.
- the X coordinate of the feature point P1 is the X coordinate (that is, 0) of the reference point O.
- the distance ⁇ X between the X coordinates of the feature points P1, P2,... Pn is not particularly limited, but can be, for example, about 20 cm.
- the feature point information transmitted from the feature point information transmitting device 35 to the region limited excavation control device 40 is only the Z coordinates of these feature points P1, P2,.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing one aspect of the feature point information transmitted from the basic information calculation device 30 to the area limited excavation control device 40 in the present embodiment.
- message ID-1 shown in FIG. 5 includes Z coordinates Z1-Z4 of feature points P1-P4, and message ID-2 includes Z coordinates Z5-Z8 of feature points P5-P8. ing. Since the X coordinates of the feature points P1, P2,... Pn are preset and known, the region limited excavation control device 40 receives the Z coordinates of the feature points P1, P2,. The XZ coordinates of the points P1, P2,... Pn are specified.
- FIG. 6 is a flowchart showing a basic information calculation and transmission procedure by the basic information calculation device 30.
- the basic information calculation device 30 starts When the operator gets into the cab 14 and turns on the power, the basic information calculation device 30 is turned on, and after a predetermined initial process, the procedure of FIG. 6 is started.
- the basic information calculation device 30 repeatedly executes the procedure (from start to end) in the figure at a constant cycle (for example, 200 ms).
- Step S100 When the procedure is shifted to step S100, the basic information calculation device 30 uses the position / orientation calculation device 32 on the vehicle body 12 based on the position information from the positioning devices 9a and 9b and the correction information from the wireless device 9c.
- the accurate three-dimensional current position information (X, Y, Z) of each (here, the positions of the positioning devices 9a, 9b) is calculated.
- the Y coordinate axis is a coordinate axis orthogonal to the XZ coordinate axis (on the operation plane of the work machine 20) at the reference point O.
- the current position information of the positioning devices 9 a and 9 b calculated by the position and orientation calculation device 32 is stored in the storage device 36.
- Step S110 When the procedure is shifted to step S110, the basic information calculation device 30 stores the three-dimensional position information of the positioning devices 9a and 9b and the information (known) of the mounting positions of the positioning devices 9a and 9b on the vehicle body 12 from the storage device 36.
- the three-dimensional information of the current position of the reference point O (in this embodiment, the fulcrum position on the base end side of the boom 21a) is calculated by the reading and position / orientation calculation device 32.
- the positional relationship between the reference point O and the positioning devices 9a and 9b is known.
- the current position information of the reference point O calculated by the position / orientation calculation device 32 is stored in the storage device 36.
- Step S120 When the procedure moves to step S120, the basic information calculation device 30 reads out the three-dimensional position information of the positioning devices 9a and 9b and the mounting position information of the positioning devices 9a and 9b calculated in step S100 from the storage device 36, The arithmetic device 32 calculates the posture of the vehicle body 12.
- the posture information of the vehicle body 12 includes the direction and inclination of the vehicle body.
- the direction of the vehicle body 12 is, for example, the front direction of the driver's seat.
- the inclination of the vehicle body 12 includes the front-rear and left-right inclinations of the vehicle body 12.
- the forward / backward inclination of the vehicle body 12 is calculated by the position / orientation calculation device 32 based on a detection signal from the inclination detector 8d input to the basic information calculation device 30 via the region limited excavation control device 40. Further, the right / left inclination is calculated by the position / orientation calculation device 32 in the same manner as the front / rear inclination based on the three-dimensional position information of the positioning devices 9a, 9b and the mounting position information of the positioning devices 9a, 9b.
- the posture information of the vehicle body 12 calculated by the position / orientation calculation device 32 is stored in the storage device 36.
- Step S130 the basic information calculation device 30 reads the three-dimensional position information of the excavation target surface from the target surface storage device 33.
- Step S140 When the procedure moves to step S140, the basic information calculation device 30 reads out the calculation results of steps S110 and S120 from the storage device 36, and the position information of the reference point O, the posture information of the vehicle body 12 and the three-dimensional of the excavation target surface. Based on the position information, the reference line is extracted as the two-dimensional information of the reference plane by the two-dimensional information extraction device 34 as described above. The reference line information calculated by the two-dimensional information extraction device 34 is stored in the storage device 36.
- Step S150 When the procedure moves to step S150, the basic information calculation device 30 reads the reference line from the storage device 36, and the feature point information transmission device 35 extracts the feature points.
- the feature point information transmission device 35 processes the information on the feature points into information for transmission to the area limited excavation control device 40 and stores the information in the storage device 36.
- the information processing performed here is to calculate the Z coordinates (see FIG. 5) of the feature points P1, P2,... Pn described above with reference to FIG.
- Step S160 When the procedure proceeds to step S160, the basic information calculation device 30 performs region-limited excavation control on the information (Z coordinate) of the feature points P1, P2,... Pn via the communication port 37 by the feature point information transmission device 35. Transmit to device 40.
- step S160 the procedure returns to step S100, and the procedure of FIG. 6 is repeatedly executed. If the power is turned off when the procedure of step S160 is completed, a predetermined termination process is executed and stopped.
- the basic information transmitted from the basic information calculation device 30 to the region limited excavation control device 40 for the region limited excavation control is only the Z coordinates of the feature points P1, P2,. is there. Since the basic information is extremely simple and has a small capacity as described above, even if the basic information calculation device 30 is divided into a controller different from the region limited excavation control device 40, communication to the region limited excavation control device 40 (transfer of basic information) ), And excavation area restriction control can be made highly efficient. In addition, since the communication time of basic information can be remarkably shortened, the basic information can be transferred with a margin before the operation of the work machine 20, and the accuracy of the area limited excavation control can be improved.
- the area limited excavation control device 40 having basic functions related to the area limited excavation control and the basic information calculation apparatus 30 that calculates basic information necessary for the area limited excavation control can be divided into separate controllers, It is possible to flexibly develop a construction machine having an area-limited excavation control function, and contribute to improvement of development efficiency.
- FIG. 7 is an explanatory diagram of the second embodiment of the present invention.
- the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.
- the present embodiment is an example in which the excavation operation range R of the work machine 20, that is, the range for obtaining the feature points P1, P2,.
- the setting of the excavation operation range R was not particularly mentioned.
- the X coordinate of the start point (feature point P1) of the excavation operation range R is 0 (X coordinate of the reference point O), and the X coordinate of the end point Pn is ( ⁇ X ⁇ (n ⁇ 1)).
- the end position Pn is the tip position of the bucket 21c when the work machine 20 is fully extended forward, the interval ⁇ X between the characteristic points P1, P2,.
- the excavation work is generally rarely performed using the entire movable range of the work machine 20, and in reality, the excavation work is often performed by partially using the movable range of the work machine 20. In this case, only a part of the characteristic points P1, P2,... Pn exists in the movable range used for the excavation work, and the calculation accuracy of the reference plane in the operation range of the work machine 20 used for the excavation work is lowered. .
- a setting device for setting the excavation operation range R for the feature point information transmitting device 35 is provided.
- this setting device may be provided separately, in the present embodiment, it is also used as the display device 38.
- the feature point information transmission device 35 divides the excavation operation range R into a set number n in the X coordinate axis direction.
- the X coordinate is determined.
- the X coordinates thus obtained by the feature point information transmitting device 35 are stored in the storage device 36 as X coordinate information of the feature points P1, P2,... Pn, and are transmitted to the region limited excavation control device 40. It is stored in the storage device 43 of the limited excavation control device 40.
- the reference line L calculated in step S140 of the basic information calculation procedure described above with reference to FIG. 6 is obtained in the set excavation operation range R.
- step S150 n features of the excavation operation range R are obtained. Points P1, P2,... Pn are extracted.
- Other configurations and control procedures are the same as those in the first embodiment.
- the present embodiment in addition to the same effects as those of the first embodiment, it is possible to suppress the modeling error with respect to the excavation target surface and improve the excavation modeling accuracy. This is because the interval ⁇ X between the feature points P1, P2,... Pn is narrowed by appropriately limiting the excavation operation range R in consideration of actual work.
- FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a menu screen of the setting screen for the excavation operation range R in the display device 38.
- the menu screen 51 shown in FIG. 8 is a screen displayed by appropriately operating and calling on the display screen of the display device 38.
- buttons 51a-51c are displayed together with a message for prompting selection of a setting method.
- Buttons 51a and 51b are selection buttons for selecting a setting method.
- a manual setting that specifies both ends of the excavation operation range R is selected.
- a select setting for selecting an appropriate one from a plurality of predetermined excavation operation ranges R is selected.
- the button 51c is pressed, the screen returns to the previous screen (the screen from which the menu screen 51 is called).
- FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a screen for designating one end of the excavation operation range R by manual setting.
- the screen 52 shown in FIG. 9 is the first screen for manual setting displayed when the button 51 a is pressed on the menu screen 51.
- buttons 52a and 52b are displayed together with a message prompting the user to specify the innermost part of the excavation operation range R (the position farthest from the cab 14).
- the button 52a is a button for designating the innermost part of the excavation operation range R (X coordinate of the feature point Pn), and extends the work machine 20 to the innermost part of the excavation operation range R assumed by the operator according to the message (for example, FIG.
- the button 52a is pressed (as indicated by a dotted line in FIG. 7)
- the X coordinate of the feature point Pn is designated. Pressing the button 52b returns to the menu screen 51.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a screen for designating the other end of the excavation operation range R by manual setting.
- buttons 53a and 53b are displayed together with a message prompting the user to designate the forefront of the excavation operation range R (the position closest to the cab 14).
- the button 53a is a button for designating the forefront of the excavation operation range R (X coordinate of the feature point P1), and returns the work implement 20 to the forefront of the excavation operation range R assumed by the operator according to the message (for example, FIG.
- the button 53a is pressed (as indicated by a solid line in FIG. 7)
- the X coordinate of the feature point P1 is designated.
- the setting ends, and for example, the screen returns to the screen that called the menu screen 51. Pressing the button 53b returns to the screen 52.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a screen for designating the excavation operation range R in the select setting.
- the screen 54 shown in FIG. 11 is a select setting screen displayed when the button 51b is pressed on the menu screen 51.
- buttons 54a to 54e are displayed together with a message for prompting specification of the excavation operation range R.
- the buttons 54a-54c are buttons for designating the excavation operation range R, and the buttons 54a-54c are based on the reference information (the model name of the aircraft that is currently on board and the vehicle model (vehicle body size)). Press the appropriate one.
- the setting of the excavation operation range R is completed, and the screen returns to the screen that called the menu screen 51, for example. If there is no appropriate option, the screen scrolls and another button is displayed when the button 54d is pressed, and the setting of the excavation range R ends when the appropriate button is pressed.
- the button 54e is pressed, the menu screen 51 is restored.
- FIG. 12 is an explanatory diagram of the third embodiment of the present invention.
- the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.
- This embodiment exemplifies another aspect of the information related to the reference line transmitted from the basic information calculation device 30 to the area limited excavation control device 40.
- the X coordinates of the feature points P1, P2,... Pn are determined in advance, and the Z of the feature points P1, P2,.
- the feature points Pb1-Pb3 and Pf1-Pf3 extracted in the present embodiment are a plurality of inflection points near the work machine 20 on the reference line L and close to the X coordinate, or a plurality of inflection points calculated based on these inflection points. This is the point.
- the plurality of points calculated based on the bending point are points having a fixed positional relationship with the bending point, etc., and are points deviated from the bending point to such an extent that the region-limited excavation control is not greatly affected.
- the feature points Pb1 to Pb3 are a plurality of bending points or points in the vicinity thereof taken from the specific position of the work machine 20 (in this embodiment, the central position in the width direction of the tip of the bucket 21c) in the order of the ⁇ X direction. There are three points in the present embodiment, but the number is not limited.
- the feature points Pf1 to Pf3 are a plurality of bending points taken in the order close to the + X direction from the specific position of the work machine 20 or points in the vicinity thereof. In the present embodiment, the number of points is three, but the number is not limited. .
- the distance between the specific position of the work machine 20 and the bending point is determined by, for example, the value of the X coordinate.
- the detection signals of the angle detectors 8a-8c are input from the area limited excavation control device 40, and the current position of the specific position of the work implement 20 is obtained. It is necessary to add a procedure for calculating. This procedure can be executed by the position / orientation calculation device 32 or the feature point information transmission device 35. The signals from the angle detectors 8a-8c may be input also to the basic information calculation device 30.
- FIGS. 13 and 14 are schematic diagrams of feature points in the present embodiment.
- the 3D information of the reference plane is expressed by combining polygons (generally triangles).
- polygons generally triangles
- FIG. 13 when the reference surface F has a simple shape consisting of the planes Fa1-Fa3 and the number of bending points on the reference line L is small, for example, the bucket 21c of the work machine 20 is indicated by a dotted line in FIG.
- the reference surface F is formed of the curved surfaces Fb1 to Fb3 as shown in FIG. 14 and the bending points on the reference line L are dense, the ⁇ X direction in order from the specific position of the bucket 21c even in the same range.
- Feature points Pb1-PB3 are extracted on the (rear side), and feature points Pf1-Pf3 are extracted on the + X direction (the front side).
- the basic information calculation device 30 determines the feature points Pb1-Pb3 and the feature points Pb1-Pb3 having a predetermined positional relationship with the work implement 20 as described above in step S150 in the basic information calculation procedure described above with reference to FIG. Pf1-Pf3 is extracted.
- FIG. 15 is a schematic diagram showing one aspect of the feature point information transmitted from the basic information calculation device 30 to the area limited excavation control device 40 in the present embodiment.
- the message ID-1 shown in FIG. 15 includes the XZ coordinates (X1, Z1, X2, Z2) of the feature points Pf3, Pf2. Unlike the first embodiment, since the X coordinates of the feature points Pf3 and Pf2 are not known values, in this embodiment, the XZ coordinates of the feature points Pf3 and Pf2 are transmitted.
- the message ID-2 has XZ coordinates (X3, Z3, X4, Z4) of feature points Pf1, Pb1, and the message ID-3 has XZ coordinates (X5, Z5, X6, Z6) of feature points Pb2, Pb3. )It is included.
- the area limited excavation control device 40 identifies the characteristic points Pb1-Pb3 and Pf1-Pf3, and executes the area limited excavation control.
- the basic information transmitted from the basic information calculation device 30 to the region limited excavation control device 40 for the region limited excavation control is only the XZ coordinates of the feature points Pb1-Pb3 and Pf1-Pf3. Similar to the first embodiment, the basic information is very simple and has a small capacity. Therefore, also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
- the more complicated the excavation target surface is the narrower the interval between the feature points Pb1-Pb3, Pf1-Pf3 in the X coordinate axis direction. Since the distance between the feature points is reduced corresponding to the complexity of the excavation target surface, there is an advantage that the density of information provided for the area limited excavation control is increased and the excavation modeling accuracy of the terrain is increased.
- the position of the positioning devices 9a and 9b detected by the positioning devices 9a and 9b may include errors such as the detected values of the positioning devices 9a and 9b and the mounting positions of the positioning devices 9a and 9b.
- the calculation position of the specific point of the working machine 20 may be deviated from the actual position, for example, due to dimensional tolerances or manufacturing errors of the components of the hydraulic excavator. In these cases, the accuracy of the reference point, reference line, and reference surface is lowered, which may affect the area limited excavation control. Therefore, typical examples of the correction mode of the reference point, the reference line, or the reference surface will be sequentially described below.
- the fulcrum on the base end side of the boom 21a (the intersection of the vertical plane passing through the center of the left and right width direction of the boom 21a and the rotation center axis) is set as a reference point that should be originally.
- the excavation target surface is used as a reference surface.
- FIG. 16 is an explanatory diagram of a correction mode according to the fourth embodiment of the present invention.
- the boom 21a is viewed from above (in the ⁇ Z direction).
- This embodiment is an example of correction of a reference line.
- the reference point O ′ shown in FIG. 16 is a reference point that is calculated by the position / orientation calculation device 32 from the positions of the positioning devices 9a and 9b when correction is not executed.
- the reference point O ′ is relative to the original reference point O due to detection values of the positioning devices 9a and 9b, errors in the mounting position, dimensional tolerances of manufacturing components of the excavator, manufacturing errors, and the like. It is shifted by ⁇ Y in the Y coordinate axis direction.
- the extracted reference line L ′ is also originally The reference line L to be extracted is shifted by ⁇ Y.
- the present embodiment is an example of obtaining the reference line L that should be originally in such a scene.
- FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a modification screen according to the present embodiment.
- the correction screen 55 shown in FIG. 17 is a screen for inputting and setting a correction amount (a value for offsetting the offset amount ⁇ Y) of the reference line in the Y coordinate axis direction, and is appropriately operated on the display screen of the display device 38 (see FIG. 3). And is displayed by calling.
- This correction screen 55 displays buttons 55a-55c and an indicator 55d for displaying the correction amount together with a message for prompting the input of the correction amount.
- the buttons 55a and 55b are pressed, the correction amount is increased or decreased.
- the correction amount increases by a predetermined value (for example, 1 mm) when the button 55a is pressed once, and increases by a predetermined value by repeatedly pressing the button 55a.
- the correction amount decreases by a predetermined value (for example, 1 mm), and when the button 55b is repeatedly pressed, the correction amount decreases by a predetermined value.
- the indicator 55d displays a correction amount that changes as the buttons 55a and 55b are operated, and can be set while checking the correction amount. Pressing the button 55c returns to the previous screen.
- the correction amount set on the correction screen 55 is input from the display device 38 to the basic information calculation device 30 via the communication port 37 and stored in the storage device 36 in the basic information calculation device 30.
- the two-dimensional information extraction device 34 uses the correction amount stored in the storage device 36 to extract the extracted reference line L ′ in the Y coordinate axis direction. Is shifted by ⁇ Y to obtain the reference line L. Thereby, the reference line L that should be originally obtained is obtained, and the influence of the error of the reference point O on the area limited excavation control can be suppressed.
- the scene where the correction mode of the present embodiment is effective is not limited to the case where the calculation is performed with the reference point O ′ shifted from the reference point O.
- the reference point O ′ is set so as to be shifted from the reference point O, for example, when the position information of the reference point O ′ is set to be the same regardless of the vehicle type of the excavator, this correction mode is significant. It is.
- the reference points O and O ′ are obtained with high accuracy in the individual excavators having different vehicle grades, and the correction amount of the reference point O ′ with respect to the reference point O is stored in the storage device 36 in advance.
- the reference line L ′ can be obtained by correcting the reference line L ′ by the two-dimensional information extracting device 34 based on the correction amount read from the storage device 36.
- the offset amount ⁇ Y obtained with high accuracy from the reference points O and O ′
- a high accuracy reference line L can be obtained.
- the fourth embodiment In the fourth embodiment, the case where the reference line L ′ is obtained by correcting the reference line L ′ based on the offset amount ⁇ Y of the reference point O ′ is exemplified. However, the reference point O ′ is corrected to the reference point O and the reference line L is obtained. It is also conceivable to obtain the line L.
- the same correction screen as that of the fourth embodiment can be used, and the correction amount set on the correction screen 55 is stored in the storage device 36.
- the position / orientation calculation device 32 corrects the calculated position information of the reference point O ′ based on the correction amount stored in the storage device 36. Thus, the position information of the reference point O is obtained.
- the reference line L is extracted from the motion plane passing through the reference point O and the reference plane by the two-dimensional information extraction device 34 in step S140. Thereby, the reference line L that should be originally obtained is obtained, and the influence of the error of the reference point O on the area limited excavation control can be suppressed.
- the reference line L ′ is not extracted.
- the scene in which the correction mode of the present embodiment is effective is not limited to the case where the calculation is performed with the reference point O ′ shifted from the reference point O.
- the reference point O ′ is set so as to be shifted from the reference point O, for example, when the position information of the reference point O ′ is set to be the same regardless of the vehicle type of the excavator, this correction mode is significant. It is.
- the reference points O and O ′ are obtained with high accuracy in the individual excavators having different vehicle grades, and the offset amount ⁇ Y of the reference point O ′ with respect to the reference point O is stored in the storage device 36 in advance.
- the reference point O can be obtained by correcting the reference point O ′ by the position and orientation calculation device 32 based on the offset amount ⁇ Y read from the storage device 36.
- the offset amount ⁇ Y obtained with high accuracy from the reference points O and O ′, a high accuracy reference line L can be obtained.
- the present embodiment is an example in which correction is performed three-dimensionally in the XYZ direction as well as in the Y coordinate axis direction. That is, if the offset amounts ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ Z of the XYZ coordinates of the reference points O, O ′ are set in advance in the same manner as ⁇ Y is set in the fourth and fifth embodiments, the reference point O 'Can be corrected three-dimensionally to the reference point O, or the reference line L' can be corrected three-dimensionally to the reference line L.
- this correction mode is applied to the correction of the specific point described in the third embodiment will be described.
- FIG. 18 is an explanatory diagram of a correction mode according to the sixth embodiment of the present invention.
- the boom 21a is viewed from the left side (in the ⁇ Y direction).
- the present embodiment is also an example of reference point correction.
- the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.
- the specific point Po ′ shown in FIG. 18 is determined from the position and position calculation device 32 or the two-dimensional information extraction device 34 from the positions of the positioning devices 9a and 9b as described in the third embodiment. Is a point calculated by.
- this specific point Po ′ is located on the tip of the work machine 20 due to the detected values of the positioning devices 9a and 9b, errors in the mounting position, dimensional tolerances of the components of the hydraulic excavator, manufacturing errors, and the like. Are shifted by ⁇ X in the X coordinate axis direction, ⁇ Y in the Y coordinate axis direction, and ⁇ Z in the Z coordinate axis direction.
- a three-dimensional offset amount having ⁇ X, ⁇ Y, and ⁇ Z as XYZ components is denoted by ⁇ S. Since the specific point Po ′ is the basis for extracting the feature points Pb1-Pb3 and Pf1-Pf3 in the third embodiment, if there is an error in the specific point Po ′, the feature points Pb1-Pb3 and Pf1-Pf3 are extracted. Accuracy can be reduced and can affect area limited excavation control. Therefore, in the present embodiment, the specific point Po ′ is three-dimensionally corrected to the specific point Po.
- FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a correction screen in the present embodiment.
- the correction screen 56 shown in FIG. 19 is a screen for inputting and setting an offset amount ⁇ S (offset amounts ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ Z in the respective coordinate axis directions) of a specific point as a correction amount, and is on the display screen of the display device 38 (see FIG. 3). It is displayed by appropriately operating and calling.
- This correction screen 56 displays buttons 56a-56f, 56j and indicators 56g-56i for displaying the correction amount, together with a message for prompting the input of the correction amount.
- the correction amount increases or decreases when the buttons 56a-56f are pressed.
- the correction amount in the X-coordinate axis direction increases by a predetermined value (for example, 1 mm), and repeatedly increases by a predetermined value.
- the correction amount in the X coordinate axis direction is decreased by a predetermined value (for example, 1 mm), and is repeatedly decreased by a predetermined value by repeatedly pressing the button 56b.
- the indicator 56g displays the correction amount in the X-coordinate axis direction that changes with the operation of the buttons 56a and 56b, and can be set while checking the correction amount.
- the indicator 56h displays the amount of correction in the Y-coordinate axis direction that changes as the buttons 56c and 56d are operated
- the indicator 56i displays the amount of correction in the Z-coordinate axis direction that changes as the buttons 56e and 56f are operated. Is done. Pressing button 56j returns to the previous screen.
- the correction amount input on the correction screen 56 is stored in the storage device 36 of the basic information calculation device 30.
- the position / orientation calculation device 32 or the two-dimensional information extraction device 34 reads the offset amount ⁇ S ( ⁇ X read from the storage device 36. , ⁇ Y, ⁇ Z), the calculated specific point Po ′ is corrected to obtain the actual specific point Po.
- the extraction accuracy of the feature points Pb1-Pb3, Pf1-Pf3, etc. can be improved, and the accuracy of the area limited excavation control can be improved.
- the correction of the specific point Po ′ is exemplified, but as described above, it can also be applied to the case where the offset amount ⁇ S ( ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ Z) occurs between the reference points O and O ′.
- the reference point O is a fulcrum of the base of the boom 21a.
- this embodiment is applied to the correction of the reference point O ′, as in the fourth and fifth embodiments, the scene where this correction mode is effective is shifted from the reference point O by the reference point O ′. It is not limited to the case where it is calculated.
- the reference point O ′ is set so as to be shifted from the reference point O, for example, when the position information of the reference point O ′ is set to be the same regardless of the vehicle type of the excavator, this correction mode is significant. It is.
- FIG. 20 is an explanatory diagram of a correction mode according to the seventh embodiment of the present invention.
- the boom 21a is viewed from above (in the ⁇ Z direction).
- This embodiment is also an example of reference line correction.
- the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.
- the reference line L ′ shown in FIG. 20 is a reference line calculated by the two-dimensional information extraction device 34 from the positions of the positioning devices 9a and 9b when correction is not executed.
- This reference line L ′ is inherently along the actual operation plane of the work machine 20 due to the detection values of the positioning devices 9a and 9b, errors in the mounting position, dimensional tolerances of the components of the hydraulic excavator, manufacturing errors, and the like. It is tilted by ⁇ around the reference point O with respect to the desired reference line L. In this case, there is an offset amount ⁇ between the actual operation plane of the work machine 20 and the calculation operation plane, and this error may affect the area limited excavation control.
- the present embodiment is an example in which the reference line L is obtained by correcting the inclination of the reference line L ′ in such a scene.
- FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the correction screen in the present embodiment.
- the correction screen 57 shown in FIG. 21 is a screen for inputting and setting a correction amount in the rotation direction of the reference line (a value that cancels the offset amount ⁇ ), and is appropriately operated on the display screen of the display device 38 (see FIG. 3). Displayed by calling. On the correction screen 57, a message for prompting the input of the correction amount, buttons 57a-57c, and an indicator 57d for displaying the correction amount are displayed. When the buttons 57a and 57b are pressed, the correction amount is increased or decreased. For example, the correction amount increases by a predetermined value (for example, once) when the button 57a is pressed once, and increases by a predetermined value by repeatedly pressing the button 57a.
- a predetermined value for example, once
- the correction amount is decreased by a predetermined value (for example, once), and is repeatedly decreased by a predetermined value by repeatedly pressing the button 57b.
- the indicator 57d displays a correction amount that changes as the buttons 57a and 57b are operated, and can be set while checking the correction amount. Pressing the button 57c returns to the previous screen.
- the correction amount set on the correction screen 57 is input from the display device 38 to the basic information calculation device 30 via the communication port 37 and stored in the storage device 36 in the basic information calculation device 30.
- the two-dimensional information extraction device 34 rotates the extracted reference line L ′ by ⁇ based on the correction amount stored in the storage device 36. To obtain the reference line L.
- the reference line L that should be originally obtained for the actual work machine 20 is obtained, and the influence of the error of the reference line L ′ on the area limited excavation control can be suppressed.
- the setting correction amount may be set to 0
- the case where the inclination of the extracted reference line L ′ is corrected has been described as an example.
- the reference line L is obtained by correcting the inclination of the operation plane.
- FIG. 22 is an explanatory diagram of a correction mode according to the eighth embodiment of the present invention.
- the excavator is viewed from the left side (in the ⁇ Y direction).
- This embodiment is an example of reference plane correction.
- the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.
- the reference point O ′ shown in FIG. 22 is shifted obliquely upward by an offset amount ⁇ S three-dimensionally with respect to the reference point O due to various errors and the like.
- an error due to the offset amount ⁇ S may occur between the actual trajectory of the work machine 20 and the calculated trajectory.
- the excavation target surface Fa stored in the target surface storage device 33 of the basic information calculation device 30 is moved obliquely upward by the offset amount ⁇ S in accordance with the deviation of the reference point O ′ from the reference point O.
- the calculated reference plane Fb is calculated.
- the reference plane Fb is shifted to a high position.
- the excavation landform of the work implement 20 follows the original excavation target plane Fa, and the trajectory error of the work implement 20 due to the deviation of the reference point O ′. Is offset.
- the correction screen the screen illustrated in FIG. 19 can be used.
- the correction amount set on this correction screen is stored in the storage device 36 of the basic information calculation device 30.
- the two-dimensional information extraction device 34 uses the offset amount ⁇ S ( ⁇ X, ⁇ Y, ⁇ Z) read from the storage device 36 as a basis. Then, the excavation target plane Fa is shifted by ⁇ S to obtain the reference plane Fb. The two-dimensional information extraction device 34 extracts the reference line L based on the calculated reference plane Fb. Thereby, the precision fall of area
- the scene in which the correction mode according to the present embodiment is effective is not limited to the case where the calculation is performed with the reference point O ′ shifted from the reference point O.
- the reference point O ′ is set so as to be shifted from the reference point O, for example, when the position information of the reference point O ′ is set to be the same regardless of the vehicle type of the excavator, this correction mode is significant. It is.
- Angle detector (Attitude detector) 9a, 9b Positioning device 10 Car body 20 Work implement 30 Basic information calculation device 33 Target surface storage device (storage device) 34 Two-dimensional information extraction device 35 Feature point information transmission device 40 Area limited excavation control device F Reference plane L Reference lines P1, P2,... Pn, Pb1-Pb3, Pf1-Pf3 Feature points
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Abstract
掘削目標面を越えて掘削しないように建設機械の作業機20を制御する領域制限掘削制御の基礎情報を演算する基礎情報演算装置30であって、掘削目標面の三次元位置情報を記憶した目標面記憶装置33と、掘削目標面の三次元位置情報、及び建設機械の現在位置情報を基に掘削目標面又はこれに基づく面である基準面と作業機20の動作平面との交線を求め、交線又はこれに基づく線である基準線Lを動作平面上における基準面の二次元情報として抽出する二次元情報抽出装置34と、基準線L上の複数の特徴点P1,P2,・・・PnのZ座標を基礎情報として領域制限掘削制御装置40に送信する特徴点情報送信装置35とを備える。これにより掘削領域制限制御を高効率化することができる。
Description
本発明は、掘削領域制限制御の基礎情報の演算装置及び演算方法、並びに建設機械に関する。
建設機械の中には、作業機による掘削領域を制限する掘削領域制限機能を備えたものがある(特許文献1等参照)。
特許文献1の装置においては、操作装置からの操作信号を基に作業機制御コントローラから動作指令信号が出力され、これによって操作装置の操作に応じて作業機が動作する。作業機制御コントローラには外部コントローラを接続することができ、作業機制御コントローラは、外部コントローラからの入力情報を基にして掘削領域制限制御を実行し得るようになる。外部コントローラは、後述する三次元目標地形情報等の多くの情報を扱い、三次元目標地形の作成等の機能を備える比較的汎用性の高いコントローラである。それに対し、作業機制御コントローラは、作業機の制御に重点を置いたコントローラであり、作業機の仕様に合わせる必要がある。よって入手性を考慮したコントローラの効率的な開発やコントローラ故障時の交換などメンテナンス性を考慮すると、外部コントローラと作業機制御コントローラとを各々別に備えることが望ましい。
しかしながら、外部コントローラから作業機制御コントローラへの入力情報には、予め設定された三次元目標地形情報の他、建設機械上の特定の2点の検出位置、作業機の設定動作(法面掘削か水平掘削か)、作業機の設定速度、自動掘削の指令信号、及び作業機の各構成要素の検出角度が含まれる。この場合、外部コントローラから作業機制御コントローラに送信する情報量が多いため情報の伝達に時間を要し、例えば三次元目標地形が曲率の大きな曲面を含むとき等、作業機の軌跡を細かく制御する必要があるときには、作業機の現実の動作に掘削領域制限制御が追従できなくなる可能性がある。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、掘削領域制限制御を高効率化することができる掘削領域制限制御の基礎情報の演算装置及び演算方法、並びに建設機械を提供することを目標とする。
上記目的を達成するために、本発明は、掘削目標面を越えて掘削しないように建設機械の作業機を制御する領域制限掘削制御の基礎情報を演算する基礎情報演算装置であって、前記掘削目標面の三次元位置情報を記憶した記憶装置と、前記掘削目標面の三次元位置情報、及び前記建設機械の現在位置情報を基に前記掘削目標面又は前記掘削目標面に基づく面である基準面と前記作業機の動作平面との交線を求め、前記交線又は前記交線に基づく線である基準線を前記動作平面上における前記基準面の二次元情報として抽出する二次元情報抽出装置と、前記基準線上の複数の特徴点の情報を前記基礎情報として領域制限掘削制御装置に送信する特徴点情報送信装置とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、掘削領域制限制御を高効率化することができる。
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
(第1の実施の形態)
1.建設機械
図1は本発明の第1の実施の形態に係る基礎情報演算装置を適用する建設機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。以下の説明において断り書きのない場合は運転席の前方(同図中では左上方向)を機体の前方とする。
1.建設機械
図1は本発明の第1の実施の形態に係る基礎情報演算装置を適用する建設機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。以下の説明において断り書きのない場合は運転席の前方(同図中では左上方向)を機体の前方とする。
図1では本発明に係る基礎情報演算装置を適用する建設機械として油圧ショベルを例示しているが、本発明はブルドーザ等の他の種類の建設機械にも適用され得る。本実施の形態においては、油圧ショベルを適用対象とした例を説明する。概略すると、同図に示した油圧ショベルは、車体10及び作業機20を備えている。車体10は、走行体11及び車体本体12を備えている。
走行体11は、本実施の形態では無限軌道履帯を有する左右のクローラ(走行駆動体)13a,13bを備えており、左右の走行モータ3e,3f(図2も参照)により左右のクローラ13a,13bをそれぞれ駆動することで走行する。走行モータ3e,3fには例えば油圧モータが用いられる。
車体本体12は、走行体11上に旋回可能に設けた旋回体である。車体本体12の前部(本実施の形態では前部左側)には、操作者が搭乗する運転室14が設けられている。車体本体12における運転室14の後側には、エンジンや油圧駆動装置等を収容した動力室15が、最後部には機体の前後方向のバランスを調整するカウンタウェイト16が搭載されている。車体本体12を走行体11に対して連結する旋回フレーム(不図示)には旋回モータ3d(図2参照)が設けられており、この旋回モータ3dによって走行体11に対して車体本体12が旋回駆動される。旋回モータ3dには例えば油圧モータが用いられる。
作業機20は、車体本体12の前部(本実施の形態では運転室14の右側)に設けられている。作業機20は、ブーム21a、アーム21b、及びバケット21cを備えた多関節型の作業装置である。ブーム21aは、水平左右に延びるピン(不図示)によって車体本体12のフレームに連結され、ブームシリンダ3aによって車体本体12に対して上下に回動する。アーム21bは、水平左右に延びるピン(不図示)によってブーム21aの先端に連結され、アームシリンダ3bによってブーム21aに対して回動する。バケット21cは、水平左右に延びるピン(不図示)によってアーム21bの先端に連結され、バケットシリンダ3cによってアーム21bに対して回動する。ブームシリンダ3a、アームシリンダ3b及びバケットシリンダ3cには、例えば油圧シリンダが用いられる。このような構成によって前後方向に延びる鉛直面内で作業機20は俯仰動作する。俯仰動作する作業機20の軌跡を含む平面(本実施の形態では前後方向に延びる鉛直面)を「動作平面」と記載する。
また、油圧ショベルには、位置や姿勢に関する情報を検出する検出器が適所に設けられている。例えば、ブーム21a、アーム21b及びバケット21cの各回動支点には、それぞれ角度検出器8a-8cが設けられている。角度検出器8a-8cは、作業機20の位置と姿勢に関する情報を検出する姿勢検出器として用いられ、それぞれブーム21a、アーム21b及びバケット21cの回動角を検出する。また、車体本体12には傾斜検出器8d、測位装置9a,9b、無線機9c(図2等参照)、基礎情報演算装置30(図2等参照)、領域制限掘削制御装置40(図2等参照)が備えられている。傾斜検出器8dは、車体本体12の前後方向の傾斜を検出する傾斜検出手段として用いられる。測位装置9a,9bには例えばRTK-GNSS(Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite System)が用いられ、測位装置9a,9bによって車体本体12の位置情報が取得される。無線機9cは、基準局GNSS(不図示)からの補正情報を受信するものである。基礎情報演算装置30及び領域制限掘削制御装置40については後述する。
2.油圧駆動装置
図2は図1に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置を基礎情報演算装置30及び領域制限掘削制御装置40とともに示す図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図2は図1に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置を基礎情報演算装置30及び領域制限掘削制御装置40とともに示す図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図2に示した油圧駆動装置は、油圧ショベルの被駆動部材を駆動する装置であって動力室15に収容されている。被駆動部材には、作業機20(ブーム21a、アーム21b及びバケット21c)、及び車体10(クローラ13a,13b及び車体本体12)が含まれる。この油圧駆動装置は、油圧アクチュエータ3a-3f、油圧ポンプ1、操作装置4a-4f、コントロールバルブ5a-5f、リリーフ弁6等を含む。
油圧アクチュエータ3a-3fは、それぞれブームシリンダ3a、アームシリンダ3b、バケットシリンダ3c、旋回モータ3d、走行モータ3e,3fである。これら油圧アクチュエータ3a-3fは、油圧ポンプ1から吐出される圧油により駆動される。
油圧ポンプ1はエンジン(図示せず)により駆動される。油圧ポンプ1から吐出された圧油は吐出配管2aを流れ、コントロールバルブ5a-5fを介してそれぞれ油圧アクチュエータ3a-3fに供給される。油圧アクチュエータ3a-3fからの各戻り油は、それぞれコントロールバルブ5a-5fを介して戻り油配管2bに流れ込んでタンク7に戻される。吐出配管2aの最高圧力を規制するのがリリーフ弁6である。
操作装置4a-4fは、それぞれ油圧アクチュエータ3a-3fに対応する電気レバー装置であり、運転室14(図1参照)に備えられている。操作レバー4a-4fからの操作信号(電気信号)は領域制限掘削制御装置40に入力され、コントロールバルブ5a-5fを駆動する指令信号(電気信号)に変換される。コントロールバルブ5a-5fは、領域制限掘削制御装置40からの指令信号をパイロット圧に変換する電気油圧変換手段(例えば比例電磁弁)を両端に備えた電気・油圧操作方式の弁である。これらコントロールバルブ5a-5fは、それぞれ操作装置4a-4fの操作を基に領域制限掘削制御装置40から入力される指令信号によって切換制御され、油圧アクチュエータ3a-3fに供給される圧油の流量及び方向を制御する。
領域制限掘削制御装置40は、基本的な機体制御機能の他、領域制限掘削制御機能を備えたコントローラである。基本的な機体制御機能とは、操作装置4a-4fの操作に応じてコントロールバルブ5a-5fに指令信号を出力する機能である。領域制限掘削制御機能とは、操作装置4a-4fからの操作信号に加え、前述した角度検出器8a-8c及び傾斜検出器8dの信号を基に、掘削目標面を越えて掘削しないように作業機20の油圧アクチュエータ3a-3cを制御し、作業機20の動作領域を制限する機能である。領域制限掘削制御装置40には、基礎情報演算装置30が接続されていて、領域制限掘削制御の基礎情報が基礎情報演算装置30から入力される。
3.基礎情報演算装置
図3は領域制限掘削制御装置40、表示装置38及び基礎情報演算装置30のブロック図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図3は領域制限掘削制御装置40、表示装置38及び基礎情報演算装置30のブロック図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
基礎情報演算装置30は、測位装置9a,9b及び無線機9cから入力される信号を基に、領域制限掘削制御の基礎情報を演算し領域制限掘削制御装置40に出力するコントローラである。この基礎情報演算装置30は、入力ポート31、位置姿勢演算装置32、目標面記憶装置33、二次元情報抽出装置34、特徴点情報送信装置35、記憶装置36及び通信ポート37を備えている。
入力ポート31は、測位装置9a,9bで受信した現在位置情報、及び無線機9cで受信した補正情報(位置情報の補正値)を入力する。通信ポート37は、領域制限掘削制御装置40及び表示装置38との間で情報を授受する。
位置姿勢演算装置32は、車体本体12上の二点(例えば測位装置9a,9bの位置)の位置情報を基に車体本体12の現在の位置や向き等を演算する。
目標面記憶装置33は、掘削目標面の三次元位置情報を格納している。掘削目標面とは、油圧ショベルで掘削形成する(造形する)目標地形のことをいう。掘削目標面の三次元位置情報とは、掘削目標面をポリゴンで表した地形データに位置データを付した情報をいう。この三次元位置情報は予め作成されて目標面記憶装置33に記憶される。
二次元情報抽出装置34は、目標面記憶装置33から読み出した掘削目標面の三次元位置情報、並びに測位装置9a,9b及び無線機9cから入力された油圧ショベルの現在位置情報を基に、作業装置20の動作平面上における基準面の二次元情報を抽出する。基準面とは、掘削目標面そのものをいう場合の他、掘削目標面を基に演算した面をいう場合もある。掘削目標面を基に演算した面とは、掘削目標面を設定距離だけシフトさせた面や設定角度だけ傾斜させた面等である。掘削目標面をシフト及び傾斜させた面も掘削目標面を基に演算した面に含まれる。基準面の二次元情報とは、油圧ショベルの前方の所定領域における作業機20の動作平面と基準面との交線又はこの交線を基に演算した線をいう。交線を基に演算した線とは、交線を設定距離だけシフトさせた線や設定角度だけ傾斜させた線等である。交線をシフト及び傾斜させた線も交線を基に演算した線に含まれる。以下、これら交線又は交線に基づく線を基準線と記載する。
特徴点情報送信装置35は、二次元情報抽出装置34で抽出した上記基準線上の複数の特徴点の情報(後述)を、領域制限掘削制御の基礎情報として通信ポート37を介して領域制限掘削制御装置40に送信する。特徴点情報送信装置35により抽出される特徴点の詳細については後述する。
記憶装置36は、油圧ショベルの各種寸法データや各種演算に使用する定数、プログラム等を格納した領域の他、位置姿勢演算装置32や二次元情報抽出装置34等の演算値等を記憶する領域を備えている。
4.表示装置
基礎情報演算装置30及び領域制限掘削制御装置40には表示装置38が接続されている。この表示装置38は、基礎情報演算装置30や領域制限掘削制御装置40からの表示信号を基に情報を表示する装置であり、基礎情報演算装置30や領域制限掘削制御装置40に対する設定や指示をしたりする操作部を備えている。この表示装置38はタッチパネルであって表示部が操作部を兼ねているが、機械式のボタンやレバー等によって各種操作をする装置を用いることもできる。
基礎情報演算装置30及び領域制限掘削制御装置40には表示装置38が接続されている。この表示装置38は、基礎情報演算装置30や領域制限掘削制御装置40からの表示信号を基に情報を表示する装置であり、基礎情報演算装置30や領域制限掘削制御装置40に対する設定や指示をしたりする操作部を備えている。この表示装置38はタッチパネルであって表示部が操作部を兼ねているが、機械式のボタンやレバー等によって各種操作をする装置を用いることもできる。
5.領域制限掘削制御装置
領域制限掘削制御装置40は、入力ポート41、特徴点情報受信装置42、記憶装置43、指令信号演算装置44、通信ポート45及び出力ポート46を備えている。
領域制限掘削制御装置40は、入力ポート41、特徴点情報受信装置42、記憶装置43、指令信号演算装置44、通信ポート45及び出力ポート46を備えている。
入力ポート41は、操作装置4a-4fからの操作信号、角度検出器8a-8c及び傾斜検出器8dからの検出信号を入力する。特徴点情報受信装置42は、通信ポート45を介して基礎情報演算装置30から入力される基礎情報を受信する。記憶装置43は、作業機20の動作制御に関するプログラムや定数を格納している。指令信号演算装置44は、記憶装置43から読み出したプログラムに従って、操作装置4a-4fからの操作信号、角度検出器8a-8c及び傾斜検出器8d、基礎情報演算装置30から入力された基礎情報を基にコントロールバルブ5a-5fに対する指令信号を演算し、出力ポート46を介してコントロールバルブ5a-5fに指令信号を出力する。その結果、掘削目標面を越えて掘削しない範囲で操作に応じて作業装置20が動作する。領域制限掘削制御については適宜公知技術が適用できる。
6.特徴点
図4は本実施の形態において特徴点情報送信装置35で抽出される上記特徴点を例示した図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図4は本実施の形態において特徴点情報送信装置35で抽出される上記特徴点を例示した図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図4に示すように、まず油圧ショベルに対して予め設定した基準点Oから作業機20の動作平面に沿って前方に延ばした軸をX座標軸、基準点から動作平面に沿って上方に延ばした軸をZ座標軸とする。油圧ショベルの姿勢によらず、X座標軸は常に基準点Oから動作平面に沿って水平前方に延び、Z座標軸は基準点Oから動作平面に沿ってX座標軸に直交する方向に延びる。基準点OはXZ座標系の原点である。ここで、基準点Oとは、油圧ショベルに対して設定した任意の一点又はこの任意の一点に基づいて演算された点をいう。任意の一点に基づいて演算された点とは、任意の一点に対して予め設定された位置関係にある点等である。本実施の形態では、例えばブーム21aの基部の支点を基準点Oとするが、ブーム21aの基部の支点と一定の位置関係にある点等も基準点Oとなり得る。従って、油圧ショベル上の点以外も基準点Oとなり得る。
同図に示した線分Lは二次元情報抽出装置34で抽出された上記基準線(二次元情報)である。以下、線分Lを基準線Lと呼び替える。この基準線Lは、作業機20の動作平面で切った目標地形断面の外形線又はこの外形線と一定の関係にある線に等しい。
特徴点情報送信装置35が抽出する特徴点P1,P2,・・・Pnは、X座標が一定間隔の基準線L上の複数の点である。特徴点P1のX座標は基準点OのX座標(つまり0)である。特徴点P1,P2,・・・PnのX座標の間隔ΔXは、特に限定されないが例えば20cm程度とすることができる。特徴点情報送信装置35から領域制限掘削制御装置40に送信される特徴点情報は、これら特徴点P1,P2,・・・PnのZ座標のみである。
図5は本実施の形態において基礎情報演算装置30から領域制限掘削制御装置40に送信される特徴点情報の一態様を表した模式図である。
基礎情報演算装置30から領域制限掘削制御装置40の通信にCAN(Controller Area Network)を用いた場合、8バイトの情報が1メッセージとして送信される。1つの位置情報に2バイトを要するため、1メッセージ当たり4つの位置情報が含まれる。具体例を説明すると、図5に示したメッセージID-1には特徴点P1-P4のZ座標Z1-Z4が、メッセージID-2には特徴点P5-P8のZ座標Z5-Z8が含まれている。特徴点P1,P2・・・PnのX座標は予め設定されていて既知であるため、領域制限掘削制御装置40においては特徴点P1,P2・・・PnのZ座標を受信することで、特徴点P1,P2・・・PnのXZ座標が特定される。
なお、図4において作業機20による掘削動作のX座標軸方向の範囲をRとして、掘削動作範囲RをX座標軸方向に設定数nで等分した場合、各区分のX座標軸方向の寸法を間隔ΔXとすると、掘削動作範囲Rによって間隔ΔXは変化するが、特徴点の数はnに定まり送信データ数は一定になる。
7.基礎情報の演算手順
図6は基礎情報演算装置30による基礎情報の演算及び送信の手順を表すフローチャートである。
図6は基礎情報演算装置30による基礎情報の演算及び送信の手順を表すフローチャートである。
・スタート
運転室14にオペレータが乗り込んで電源を入れると、基礎情報演算装置30に電源が投入され、所定の初期処理の後、図6の手順が開始される。基礎情報演算装置30は、同図の手順(スタートからエンドまで)を一定周期(例えば200ms)で繰り返し実行する。
運転室14にオペレータが乗り込んで電源を入れると、基礎情報演算装置30に電源が投入され、所定の初期処理の後、図6の手順が開始される。基礎情報演算装置30は、同図の手順(スタートからエンドまで)を一定周期(例えば200ms)で繰り返し実行する。
・ステップS100
ステップS100に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、測位装置9a,9bからの位置情報、及び無線機9cからの補正情報を基に、位置姿勢演算装置32によって車体本体12上の二点(ここでは測位装置9a,9bの位置)のそれぞれの正確な三次元現在位置情報(X,Y,Z)を演算する。Y座標軸は、XZ座標軸に(作業機20の動作平面に)基準点Oで直交する座標軸である。位置姿勢演算装置32で演算された測位装置9a,9bの現在位置情報は、記憶装置36に格納される。
ステップS100に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、測位装置9a,9bからの位置情報、及び無線機9cからの補正情報を基に、位置姿勢演算装置32によって車体本体12上の二点(ここでは測位装置9a,9bの位置)のそれぞれの正確な三次元現在位置情報(X,Y,Z)を演算する。Y座標軸は、XZ座標軸に(作業機20の動作平面に)基準点Oで直交する座標軸である。位置姿勢演算装置32で演算された測位装置9a,9bの現在位置情報は、記憶装置36に格納される。
・ステップS110
ステップS110に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、測位装置9a,9bの三次元位置情報、及び車体本体12上における測位装置9a,9bの取り付け位置の情報(既知)を記憶装置36から読み出し、位置姿勢演算装置32によって基準点O(本実施の形態ではブーム21aの基端側の支点位置)の現在位置の三次元情報を演算する。基準点Oと測位装置9a,9bの位置関係は既知である。位置姿勢演算装置32で演算された基準点Oの現在位置情報は、記憶装置36に格納される。
ステップS110に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、測位装置9a,9bの三次元位置情報、及び車体本体12上における測位装置9a,9bの取り付け位置の情報(既知)を記憶装置36から読み出し、位置姿勢演算装置32によって基準点O(本実施の形態ではブーム21aの基端側の支点位置)の現在位置の三次元情報を演算する。基準点Oと測位装置9a,9bの位置関係は既知である。位置姿勢演算装置32で演算された基準点Oの現在位置情報は、記憶装置36に格納される。
・ステップS120
ステップS120に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、ステップS100で演算した測位装置9a,9bの三次元位置情報、及び測位装置9a,9bの取り付け位置情報を記憶装置36から読み出し、位置姿勢演算装置32によって車体本体12の姿勢を演算する。車体本体12の姿勢情報には、車体の向き及び傾きが含まれる。車体本体12の向きは、例えば運転席の正面方向である。車体本体12の傾きには、車体本体12の前後及び左右の傾きが含まれる。車体本体12の前後の傾きは、領域制限掘削制御装置40を介して基礎情報演算装置30に入力される傾斜検出器8dからの検出信号を基に、位置姿勢演算装置32により演算される。また、左右の傾きは、測位装置9a,9bの三次元位置情報、及び測位装置9a,9bの取り付け位置情報を基に、前後の傾きと同様、位置姿勢演算装置32により演算される。位置姿勢演算装置32で演算された車体本体12の姿勢情報は、記憶装置36に格納される。
ステップS120に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、ステップS100で演算した測位装置9a,9bの三次元位置情報、及び測位装置9a,9bの取り付け位置情報を記憶装置36から読み出し、位置姿勢演算装置32によって車体本体12の姿勢を演算する。車体本体12の姿勢情報には、車体の向き及び傾きが含まれる。車体本体12の向きは、例えば運転席の正面方向である。車体本体12の傾きには、車体本体12の前後及び左右の傾きが含まれる。車体本体12の前後の傾きは、領域制限掘削制御装置40を介して基礎情報演算装置30に入力される傾斜検出器8dからの検出信号を基に、位置姿勢演算装置32により演算される。また、左右の傾きは、測位装置9a,9bの三次元位置情報、及び測位装置9a,9bの取り付け位置情報を基に、前後の傾きと同様、位置姿勢演算装置32により演算される。位置姿勢演算装置32で演算された車体本体12の姿勢情報は、記憶装置36に格納される。
・ステップS130
ステップS130に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、目標面記憶装置33から掘削目標面の三次元位置情報を読み込む。
ステップS130に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、目標面記憶装置33から掘削目標面の三次元位置情報を読み込む。
・ステップS140
ステップS140に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、ステップS110,S120の演算結果を記憶装置36から読み出し、基準点Oの位置情報、車体本体12の姿勢情報、及び掘削目標面の三次元位置情報を基に、二次元情報抽出装置34によって前述したように基準面の二次元情報として基準線を抽出する。二次元情報抽出装置34で演算された基準線の情報は、記憶装置36に格納される。
ステップS140に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、ステップS110,S120の演算結果を記憶装置36から読み出し、基準点Oの位置情報、車体本体12の姿勢情報、及び掘削目標面の三次元位置情報を基に、二次元情報抽出装置34によって前述したように基準面の二次元情報として基準線を抽出する。二次元情報抽出装置34で演算された基準線の情報は、記憶装置36に格納される。
・ステップS150
ステップS150に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、基準線を記憶装置36から読み出し、特徴点情報送信装置35によって特徴点を抽出する。特徴点情報送信装置35は、それら特徴点の情報を領域制限掘削制御装置40への送信用の情報に加工し、記憶装置36に格納する。ここで実行する情報の加工は、図4を用いて先に説明した特徴点P1,P2,・・・PnのZ座標(図5参照)を演算することである。
ステップS150に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、基準線を記憶装置36から読み出し、特徴点情報送信装置35によって特徴点を抽出する。特徴点情報送信装置35は、それら特徴点の情報を領域制限掘削制御装置40への送信用の情報に加工し、記憶装置36に格納する。ここで実行する情報の加工は、図4を用いて先に説明した特徴点P1,P2,・・・PnのZ座標(図5参照)を演算することである。
・ステップS160
ステップS160に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、特徴点情報送信装置35によって、通信ポート37を介して特徴点P1,P2,・・・Pnの情報(Z座標)を領域制限掘削制御装置40へ送信する。
ステップS160に手順を移すと、基礎情報演算装置30は、特徴点情報送信装置35によって、通信ポート37を介して特徴点P1,P2,・・・Pnの情報(Z座標)を領域制限掘削制御装置40へ送信する。
・エンド
前述した通り、基礎情報演算装置30は通電している間は、ステップS160の手順を終了したら手順をステップS100に戻し、図6の手順を繰り返し実行する。ステップS160の手順を終了した時点で電源が切られていれば、所定の終了処理を実行して停止する。
前述した通り、基礎情報演算装置30は通電している間は、ステップS160の手順を終了したら手順をステップS100に戻し、図6の手順を繰り返し実行する。ステップS160の手順を終了した時点で電源が切られていれば、所定の終了処理を実行して停止する。
8.効果
本実施の形態の場合、領域制限掘削制御のために基礎情報演算装置30から領域制限掘削制御装置40に送信される基礎情報は、特徴点P1,P2,・・・PnのZ座標のみである。このように基礎情報が極めて簡単で小容量であるため、基礎情報演算装置30を領域制限掘削制御装置40とは別のコントローラに分けても、領域制限掘削制御装置40に対する通信(基礎情報の受け渡し)に時間を要さず、掘削領域制限制御を高効率化することができる。また、基礎情報の通信時間が著しく短縮できるので、基礎情報の受け渡しを作業機20の動作に余裕を持って先行させることができ、領域制限掘削制御の精度を向上させることもできる。そして、領域制限掘削制御に関する基本的機能を備えた領域制限掘削制御装置40と、領域制限掘削制御に必要な基礎情報を演算する基礎情報演算装置30とを別々のコントローラに分けることができるので、領域制限掘削制御機能を有する建設機械の開発を柔軟化することができ、また開発効率の向上にも寄与する。
本実施の形態の場合、領域制限掘削制御のために基礎情報演算装置30から領域制限掘削制御装置40に送信される基礎情報は、特徴点P1,P2,・・・PnのZ座標のみである。このように基礎情報が極めて簡単で小容量であるため、基礎情報演算装置30を領域制限掘削制御装置40とは別のコントローラに分けても、領域制限掘削制御装置40に対する通信(基礎情報の受け渡し)に時間を要さず、掘削領域制限制御を高効率化することができる。また、基礎情報の通信時間が著しく短縮できるので、基礎情報の受け渡しを作業機20の動作に余裕を持って先行させることができ、領域制限掘削制御の精度を向上させることもできる。そして、領域制限掘削制御に関する基本的機能を備えた領域制限掘削制御装置40と、領域制限掘削制御に必要な基礎情報を演算する基礎情報演算装置30とを別々のコントローラに分けることができるので、領域制限掘削制御機能を有する建設機械の開発を柔軟化することができ、また開発効率の向上にも寄与する。
(第2の実施の形態)
図7は本発明の第2の実施の形態の説明図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図7は本発明の第2の実施の形態の説明図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態は、作業機20の掘削動作範囲R、すなわち特徴点P1,P2,・・・Pnを求める範囲を手動設定する例である。第1の実施の形態では、掘削動作範囲R(図4参照)の設定については特に触れなかった。第1の実施の形態の場合、掘削動作範囲Rの始点(特徴点P1)のX座標は0(基準点OのX座標)、終点PnのX座標は(ΔX×(n-1))であり、作業機20を前方に一杯に伸ばした場合のバケット21cの先端位置を終点Pnとした場合、特徴点P1,P2,・・・Pnの間隔ΔXは最大となる。その一方で、作業機20の可動範囲を全て使用して掘削作業をすることは一般的には少なく、現実には作業機20の可動範囲を部分的に用いて掘削作業をする場合が多い。この場合、掘削作業に使用する可動範囲には特徴点P1,P2,・・・Pnの一部しか存在せず、掘削作業に用いられる作業機20の動作範囲における基準面の演算精度が低下する。
そこで、本実施の形態では、特徴点情報送信装置35に対して掘削動作範囲Rを設定する設定装置を設けてある。この設定装置は別途設けても良いが、本実施の形態では表示装置38で兼ねてある。表示装置38によって掘削動作範囲R(掘削動作範囲Rの前後両端位置のX座標)が設定されると、特徴点情報送信装置35では、掘削動作範囲RをX座標軸方向に設定数nに区分するX座標が求められる。こうして特徴点情報送信装置35で求められたX座標は、特徴点P1,P2,・・・PnのX座標情報として記憶装置36に格納されるとともに、領域制限掘削制御装置40に送信され、領域制限掘削制御装置40の記憶装置43に記憶される。本実施の形態では、先に図6で説明した基礎情報演算手順のステップS140で演算される基準線Lは設定した掘削動作範囲Rで求められ、ステップS150では掘削動作範囲Rのn個の特徴点P1,P2,・・・Pnが抽出される。その他の構成や制御手順については第1の実施の形態と同様である。
本実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果に加え、掘削目標面に対する造形誤差を抑制し掘削造形精度を向上させることができるという効果が得られる。実作業を考慮して掘削動作範囲Rを適当に限定することによって特徴点P1,P2,・・・Pnの間隔ΔXが狭まるからである。
図8は表示装置38における掘削動作範囲Rの設定画面のメニュー画面の一態様を例示した図である。
図8に示したメニュー画面51は、表示装置38の表示画面上で適宜操作して呼び出すことで表示される画面である。このメニュー画面51には、設定方法の選択を促すメッセージとともに、ボタン51a-51cが表示されている。ボタン51a,51bは設定方法を選択する選択ボタンである。ボタン51aを押すと、掘削動作範囲Rの両端を指定するマニュアル設定が選択される。ボタン51bを押すと、予め決められた複数の掘削動作範囲Rから適当なものを選択するセレクト設定が選択される。ボタン51cを押すと、前の画面(メニュー画面51を呼び出した画面)に戻る。
図9はマニュアル設定で掘削動作範囲Rの一端を指定する画面の一態様を例示した図である。
図9に示した画面52は、メニュー画面51でボタン51aを押した場合に表示されるマニュアル設定の最初の画面である。同図に示した画面52には、掘削動作範囲Rの一番奥(運転室14から一番離れた位置)の指定を促すメッセージとともに、ボタン52a,52bが表示されている。ボタン52aは掘削動作範囲Rの一番奥(特徴点PnのX座標)を指定するボタンであり、メッセージに従ってオペレータが想定する掘削動作範囲Rの一番奥まで作業機20を伸ばして(例えば図7に点線で示した状態として)ボタン52aを押すと、特徴点PnのX座標が指定される。ボタン52bを押すと、メニュー画面51に戻る。
図10はマニュアル設定で掘削動作範囲Rの他端を指定する画面の一態様を例示した図である。
図10に示した画面53は、画面52でボタン52aを押した場合に表示されるマニュアル設定の第二の画面である。同図に示した画面53には、掘削動作範囲Rの一番手前(運転室14に一番近い位置)の指定を促すメッセージとともに、ボタン53a,53bが表示されている。ボタン53aは掘削動作範囲Rの一番手前(特徴点P1のX座標)を指定するボタンであり、メッセージに従ってオペレータが想定する掘削動作範囲Rの一番手前まで作業機20を戻して(例えば図7に実線で示した状態として)ボタン53aを押すと、特徴点P1のX座標が指定される。特徴点P1のX座標の指定が完了したら設定が終了し、例えばメニュー画面51を呼び出した画面に戻る。ボタン53bを押すと、画面52に戻る。
図11はセレクト設定で掘削動作範囲Rを指定する画面の一態様を例示した図である。
図11に示した画面54は、メニュー画面51でボタン51bを押した場合に表示されるセレクト設定の画面である。同図に示した画面54には、掘削動作範囲Rの指定を促すメッセージとともに、ボタン54a-54eが表示されている。ボタン54a-54cは掘削動作範囲Rを指定するボタンであり、すぐ横に示してある参考情報(現在搭乗している機体の機種名や車格(車体サイズ))を基に、ボタン54a-54cのうち該当するものを押す。ボタン54a-54cのうちのいずれかを押すと、掘削動作範囲Rの設定が終了し、例えばメニュー画面51を呼び出した画面に戻る。適当な選択肢がない場合には、ボタン54dを押すと画面がスクロールして別のボタンが表示されるので、その中の適当なボタンを押せば掘削動作範囲Rの設定が終了する。また、ボタン54eを押すと、メニュー画面51に戻る。
(第3の実施の形態)
図12は本発明の第3の実施の形態の説明図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図12は本発明の第3の実施の形態の説明図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態は、基礎情報演算装置30から領域制限掘削制御装置40に送信される基準線に関する情報の他の態様を例示するものである。第1及び第2の実施の形態においては、特徴点P1,P2,・・・PnのX座標が予め定まっていて、前述した基準線L上の特徴点P1,P2,・・・PnのZ座標が基礎情報演算装置30から送信させる場合を説明した。それに対し、本実施の形態において抽出される特徴点Pb1-Pb3及びPf1-Pf3は、基準線L上における作業機20とX座標の近い複数の屈曲点又はこれら屈曲点を基に演算された複数の点である。屈曲点を基に演算された複数の点とは、屈曲点と一定の位置関係にある点等であり、領域制限掘削制御に大きな影響を与えない程度に屈曲点からずれた点である。特徴点Pb1-Pb3は作業機20の特定位置(本実施の形態ではバケット21cの先端部の幅方向中央位置とする)から-X方向に近い順にとった複数の屈曲点又はその近傍の点であり、本実施の形態では3点としているが数に限定はない。同様に、特徴点Pf1-Pf3は作業機20の特定位置から+X方向に近い順にとった複数の屈曲点又はその近傍の点であり、本実施の形態では3点としているが数に限定はない。作業機20の特定位置と屈曲点の遠近は、例えばX座標の値で判断する。
なお、特徴点Pb1-Pb3及びPf1-Pf3を求めるに際し、本実施の形態においては領域制限掘削制御装置40から角度検出器8a-8cの検出信号を入力し、作業機20の特定位置の現在位置を演算する手順を追加する必要がある。この手順は、位置姿勢演算装置32又は特徴点情報送信装置35により実行されるようにすることができる。角度検出器8a-8cからの信号が基礎情報演算装置30にも入力されるようにしても良い。
図13及び図14は本実施の形態における特徴点の模式図である。
基準面の三次元情報は多角形(一般に三角形)のポリゴンを組み合わせで表現される。図13に示したように基準面Fが平面Fa1-Fa3からなる単純な形状であって基準線L上の屈曲点の数が少ない場合、例えば作業機20のバケット21cが同図に点線で示した位置にあるとすると、図示した範囲においては、バケット21cの特定位置(例えば先端部の幅方向中央位置)から-X方向(後方側)に特徴点Pb1、+X方向(前方側)に特徴点Pf1が抽出される。
それに対し、例えば基準面Fが図14に示したように曲面Fb1-Fb3からなり基準線L上の屈曲点が密になると、同程度の範囲でも、バケット21cの特定位置から近い順に-X方向(後方側)に特徴点Pb1-PB3、+X方向(前方側)に特徴点Pf1-Pf3が抽出される。
このように、抽出される特徴点の間隔は基準面Fの形状によって異なり、同程度の範囲でも特徴点の数が異なってくる。本実施の形態の場合、基礎情報演算装置30は、先に図6で説明した基礎情報演算手順におけるステップS150において、上記のように作業機20と所定の位置関係にある特徴点Pb1-Pb3及びPf1-Pf3を抽出する。
図15は本実施の形態において基礎情報演算装置30から領域制限掘削制御装置40に送信される特徴点情報の一態様を表した模式図である。
前述した通り、基礎情報演算装置30から領域制限掘削制御装置40の通信にCANを用いた場合、前述したように8バイトの情報(4つの位置情報)が1メッセージとして送信される。図15に示したメッセージID-1には特徴点Pf3,Pf2のXZ座標(X1,Z1,X2,Z2)が含まれている。第1の実施の形態と異なり、特徴点Pf3,Pf2のX座標は既知の値ではないので、本実施の形態では特徴点Pf3,Pf2のXZ座標を送信する。同様に、メッセージID-2には特徴点Pf1,Pb1のXZ座標(X3,Z3,X4,Z4)が、メッセージID-3には特徴点Pb2,Pb3のXZ座標(X5,Z5,X6,Z6)が含まれている。この基礎情報を基にして、領域制限掘削制御装置40において特徴点Pb1-Pb3及びPf1-Pf3が特定され、領域制限掘削制御が実行される。
その他の構成や制御手順については第1の実施の形態と同様である。
本実施の形態においては、領域制限掘削制御のために基礎情報演算装置30から領域制限掘削制御装置40に送信される基礎情報は、特徴点Pb1-Pb3及びPf1-Pf3のXZ座標のみであり、第1の実施の形態と同様に基礎情報は極めて簡単で小容量である。従って、本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態においては、掘削目標面が複雑な形状であるほど特徴点Pb1-Pb3,Pf1-Pf3のX座標軸方向の間隔が自然と狭まる。掘削目標面の複雑さに対応して特徴点の間隔が狭まるので、それだけ領域制限掘削制御に供される情報の密度が高まり、地形の掘削造形精度が高まる利点がある。
ここで、測位装置9a,9bで検出される測位装置9a,9bの位置には、測位装置9a,9bの検出値や測位装置9a,9bの取り付け位置等の誤差が含まれ得る。また、油圧ショベルの構成要素の寸法公差や製作誤差等によって、例えば作業機20の特定点の演算位置が実際の位置からずれる場合もある。これらの場合、基準点や基準線、基準面の精度が低下し、領域制限掘削制御に影響し得る。そこで、基準点、基準線又は基準面の補正態様について代表的な例を以下に順次説明する。以下の実施の形態では、ブーム21aの基端側の支点(ブーム21aの左右の幅方向の中央を通る鉛直面と回動中心軸との交点)を本来あるべき基準点とする。また、掘削目標面を基準面とする。
(第4の実施の形態)
図16は本発明の第4の実施の形態に係る補正態様の説明図である。同図では、ブーム21aを上方から(-Z方向に)見ている。本実施の形態は基準線の補正の一例である。
図16は本発明の第4の実施の形態に係る補正態様の説明図である。同図では、ブーム21aを上方から(-Z方向に)見ている。本実施の形態は基準線の補正の一例である。
図16に示した基準点O’は、補正を実行しない場合に測位装置9a,9bの位置等から位置姿勢演算装置32によって演算される基準点である。この例においては、基準点O’が測位装置9a,9bの検出値や取り付け位置の誤差、油圧ショベルの構成要素の寸法公差や製作誤差等に起因して、本来あるべき基準点Oに対してY座標軸方向にΔYだけずれている。この場合、二次元情報抽出装置34によって基準線L’を算出するときに用いられる作業機20の動作平面が現実の動作平面に対してΔYだけオフセットするため、抽出される基準線L’も本来抽出されるべき基準線Lに対してΔYだけずれてしまう。本実施の形態はこのような場面で本来あるべき基準線Lを得る例である。
図17は本実施の形態における修正画面の一態様を例示した図である。
図17に示した修正画面55は基準線のY座標軸方向の修正量(オフセット量ΔYを相殺する値)を入力設定する画面であり、表示装置38(図3参照)の表示画面上で適宜操作して呼び出すことで表示される。この修正画面55には修正量の入力を促すメッセージとともに、ボタン55a-55c、及び修正量を表示するインディケータ55dが表示されている。ボタン55a,55bを押すと修正量が増減する。例えば、ボタン55aを1回押すと修正量が所定値(例えば1mm)増大し、繰り返し押すことで所定値ずつ増大していく。また、ボタン55bを1回押すと修正量が所定値(例えば1mm)減少し、繰り返し押すことで所定値ずつ減少していく。インディケータ55dには、ボタン55a,55bの操作に伴って変化する修正量が表示され、修正量を確認しながら設定することができる。ボタン55cを押すと前画面に戻る。
修正画面55で設定した修正量は、表示装置38から通信ポート37を介して基礎情報演算装置30に入力され、基礎情報演算装置30内の記憶装置36に記憶される。本実施の形態の場合、例えば先に図6で説明したステップS140において、二次元情報抽出装置34は、記憶装置36に記憶された修正量を基に、抽出した基準線L’をY座標軸方向に-ΔYだけシフトさせて基準線Lを求める。これにより、本来あるべき基準線Lが得られ、領域制限掘削制御に対する基準点Oの誤差の影響を抑えることができる。
また、本実施の形態の補正態様が効果を奏する場面は、基準点Oに対して基準点O’がずれて演算される場合に限定されない。基準点O’が基準点Oに対してずらして設定してある場合、例えば基準点O’の位置情報を油圧ショベルの車格に関わらず同一の設定とした場合等にも本補正態様は有意義である。この場合、車格の異なる個々の油圧ショベルにおいて基準点O,O’を精度良く求めておき、基準点Oに対する基準点O’の修正量を予め記憶装置36に記憶させておく。これにより、記憶装置36から読み出した修正量を基に、二次元情報抽出装置34によって基準線L’を補正して基準線Lを求めることができる。基準点O,O’から高精度に求めたオフセット量ΔYを用いることで高精度な基準線Lが得られる。
なお、基準点O,O’のY座標にずれがない場合(ΔY=0の場合)、本補正の必要はない(言い換えれば設定修正量=0とすれば良い)。
なお、基準点O,O’のY座標にずれがない場合(ΔY=0の場合)、本補正の必要はない(言い換えれば設定修正量=0とすれば良い)。
(第5の実施の形態)
第4の実施の形態では基準点O’のオフセット量ΔYを基に基準線L’を補正して基準線Lを求める場合を例示したが、基準点O’を基準点Oに補正して基準線Lを求めることも考えられる。修正画面は第4の実施の形態と同様のものを用いることができ、修正画面55で設定した修正量は記憶装置36に記憶される。本実施の形態の場合、例えば先に図6で説明したステップS110において、位置姿勢演算装置32は、記憶装置36に記憶された修正量を基に、演算した基準点O’の位置情報を補正して基準点Oの位置情報を求める。その結果、ステップS140で二次元情報抽出装置34によって基準点Oを通る動作平面と基準面とから基準線Lが抽出される。これにより、本来あるべき基準線Lが得られ、領域制限掘削制御に対する基準点Oの誤差の影響を抑えることができる。本実施の形態の場合、基準線L’は抽出されない。
第4の実施の形態では基準点O’のオフセット量ΔYを基に基準線L’を補正して基準線Lを求める場合を例示したが、基準点O’を基準点Oに補正して基準線Lを求めることも考えられる。修正画面は第4の実施の形態と同様のものを用いることができ、修正画面55で設定した修正量は記憶装置36に記憶される。本実施の形態の場合、例えば先に図6で説明したステップS110において、位置姿勢演算装置32は、記憶装置36に記憶された修正量を基に、演算した基準点O’の位置情報を補正して基準点Oの位置情報を求める。その結果、ステップS140で二次元情報抽出装置34によって基準点Oを通る動作平面と基準面とから基準線Lが抽出される。これにより、本来あるべき基準線Lが得られ、領域制限掘削制御に対する基準点Oの誤差の影響を抑えることができる。本実施の形態の場合、基準線L’は抽出されない。
また、第4の実施の形態と同様、本実施の形態の補正態様が効果を奏する場面は、基準点Oに対して基準点O’がずれて演算される場合に限定されない。基準点O’が基準点Oに対してずらして設定してある場合、例えば基準点O’の位置情報を油圧ショベルの車格に関わらず同一の設定とした場合等にも本補正態様は有意義である。この場合、車格の異なる個々の油圧ショベルにおいて基準点O,O’を精度良く求めておき、基準点Oに対する基準点O’のオフセット量ΔYを予め記憶装置36に記憶させておく。これにより、記憶装置36から読み出したオフセット量ΔYを基に、位置姿勢演算装置32によって基準点O’を補正して基準点Oを求めることができる。基準点O,O’から高精度に求めたオフセット量ΔYを用いることで高精度な基準線Lが得られる。
なお、基準点O,O’のY座標にずれがない場合(ΔY=0の場合)、本補正の必要はない(言い換えれば設定修正量=0とすれば良い)。
(第6の実施の形態)
本実施の形態は、Y座標軸方向のみではなくXYZ方向に三次元的に補正をする例である。即ち、第4及び第5の実施の形態でΔYを設定したのと同じ要領で基準点O,O’のXYZ座標の各オフセット量ΔX,ΔY,ΔZを予め設定しておけば、基準点O’を基準点Oに三次元的に補正する、或いは基準線L’を基準線Lに三次元的に補正することができる。本実施の形態では、第3の実施の形態で説明した特定点の補正に本補正態様を適用した例を説明する。
本実施の形態は、Y座標軸方向のみではなくXYZ方向に三次元的に補正をする例である。即ち、第4及び第5の実施の形態でΔYを設定したのと同じ要領で基準点O,O’のXYZ座標の各オフセット量ΔX,ΔY,ΔZを予め設定しておけば、基準点O’を基準点Oに三次元的に補正する、或いは基準線L’を基準線Lに三次元的に補正することができる。本実施の形態では、第3の実施の形態で説明した特定点の補正に本補正態様を適用した例を説明する。
図18は本発明の第6の実施の形態に係る補正態様の説明図である。同図では、ブーム21aを左側から(-Y方向に)見ている。本実施の形態も基準点の補正の一例である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図18に示した特定点Po’は、補正を実行しない場合において、第3の実施の形態で説明したように測位装置9a,9bの位置等から位置姿勢演算装置32又は二次元情報抽出装置34によって演算される点である。本実施の形態においては、この特定点Po’が測位装置9a,9bの検出値や取り付け位置の誤差、油圧ショベルの構成要素の寸法公差や製作誤差等に起因して、作業機20の先端上の本来あるべき特定点Poに対し、X座標軸方向にΔX、Y座標軸方向にΔY、Z座標軸方向にΔZだけずれている。ΔX,ΔY,ΔZをXYZ成分とする三次元的なオフセット量をΔSとする。特定点Po’は、第3の実施の形態において特徴点Pb1-Pb3及びPf1-Pf3の抽出の基礎となるので、特定点Po’に誤差があると特徴点Pb1-Pb3及びPf1-Pf3の抽出精度が低下し、領域制限掘削制御に影響し得る。そこで、本実施の形態では特定点Po’を特定点Poに三次元的に補正する。
図19は本実施の形態における修正画面の一態様を例示した図である。
図19示した修正画面56は特定点のオフセット量ΔS(各座標軸方向のオフセット量ΔX,ΔY,ΔZ)を修正量として入力設定する画面であり、表示装置38(図3参照)の表示画面上で適宜操作して呼び出すことで表示される。この修正画面56には、修正量の入力を促すメッセージとともに、ボタン56a-56f,56j、及び修正量を表示するインディケータ56g-56iが表示されている。図17に示した修正画面55と同様、ボタン56a-56fを押すと修正量が増減する。例えば、ボタン56aを1回押すとX座標軸方向の修正量が所定値(例えば1mm)増大し、繰り返し押すことで所定値ずつ増大していく。また、ボタン56bを1回押すとX座標軸方向の修正量が所定値(例えば1mm)減少し、繰り返し押すことで所定値ずつ減少していく。インディケータ56gには、ボタン56a,56bの操作に伴って変化するX座標軸方向の修正量が表示され、修正量を確認しながら設定することができる。同様に、インディケータ56hにはボタン56c,56dの操作に伴って変化するY座標軸方向の修正量が、インディケータ56iにはボタン56e,56fの操作に伴って変化するZ座標軸方向の修正量がそれぞれ表示される。ボタン56jを押すと前画面に戻る。
修正画面56で入力された修正量は、基礎情報演算装置30の記憶装置36に記憶され、例えば位置姿勢演算装置32又は二次元情報抽出装置34は、記憶装置36から読み出したオフセット量ΔS(ΔX,ΔY,ΔZ)を基に、演算した特定点Po’を補正して現実の特定点Poを求める。これにより、特徴点Pb1-Pb3及びPf1-Pf3等の抽出精度が向上し、領域制限掘削制御の精度を向上させることができる。
また、本実施の形態では特定点Po’の補正を例示したが、前述した通り基準点O,O’間にオフセット量ΔS(ΔX,ΔY,ΔZ)が生じた場合にも適用可能である。基準点Oは、前述した通りブーム21aの基部の支点等である。本実施の形態を基準点O’の補正に適用する場合、第4及び第5の実施の形態と同様、本補正態様が効果を奏する場面は、基準点Oに対して基準点O’がずれて演算される場合に限定されない。基準点O’が基準点Oに対してずらして設定してある場合、例えば基準点O’の位置情報を油圧ショベルの車格に関わらず同一の設定とした場合等にも本補正態様は有意義である。
なお、特定点Po’,Po(又は基準点O,O’)のXYZ各座標にずれがない場合(ΔX=ΔY=ΔZ=0の場合)、本補正の必要はない(言い換えれば設定修正量=0とすれば良い)。
(第7の実施の形態)
図20は本発明の第7の実施の形態に係る補正態様の説明図である。同図では、ブーム21aを上方から(-Z方向に)見ている。本実施の形態も基準線の補正の一例である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図20は本発明の第7の実施の形態に係る補正態様の説明図である。同図では、ブーム21aを上方から(-Z方向に)見ている。本実施の形態も基準線の補正の一例である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図20に示した基準線L’は、補正を実行しない場合に測位装置9a,9bの位置等から二次元情報抽出装置34によって演算される基準線である。この基準線L’は、測位装置9a,9bの検出値や取り付け位置の誤差、油圧ショベルの構成要素の寸法公差や製作誤差等に起因して、作業機20の現実の動作平面に沿った本来あるべき基準線Lに対して基準点Oを中心にしてΔθだけ傾いている。この場合、作業機20の現実の動作平面と演算上の動作平面との間にオフセット量Δθが存在することとなり、この誤差が領域制限掘削制御に影響し得る。本実施の形態はこのような場面で基準線L’の傾きを補正して基準線Lを得る例である。
図21は本実施の形態における修正画面の一態様を例示した図である。
図21示した修正画面57は基準線の回転方向の修正量(オフセット量Δθを相殺する値)を入力設定する画面であり、表示装置38(図3参照)の表示画面上で適宜操作して呼び出すことで表示される。この修正画面57には修正量の入力を促すメッセージとともに、ボタン57a-57c、及び修正量を表示するインディケータ57dが表示されている。ボタン57a,57bを押すと修正量が増減する。例えば、ボタン57aを1回押すと修正量が所定値(例えば1度)増大し、繰り返し押すことで所定値ずつ増大していく。また、ボタン57bを1回押すと修正量が所定値(例えば1度)減少し、繰り返し押すことで所定値ずつ減少していく。インディケータ57dには、ボタン57a,57bの操作に伴って変化する修正量が表示され、修正量を確認しながら設定することができる。ボタン57cを押すと前画面に戻る。
修正画面57で設定した修正量は、表示装置38から通信ポート37を介して基礎情報演算装置30に入力され、基礎情報演算装置30内の記憶装置36に記憶される。本実施の形態の場合、例えば先に図6で説明したステップS140において、二次元情報抽出装置34は、記憶装置36に記憶された修正量を基に、抽出した基準線L’をΔθだけ回転させて基準線Lを求める。これにより、現実の作業機20に対して本来あるべき基準線Lが得られ、領域制限掘削制御に対する基準線L’の誤差の影響を抑えることができる。
なお、基準線L,L’の傾きにずれがない場合(Δθ=0の場合)、本補正の必要はない(言い換えれば設定修正量=0とすれば良い)。
また、本実施の形態においては、抽出された基準線L’の傾きを補正する場合を例に挙げて説明したが、動作平面の傾きを補正して基準線Lを求めることも考えられる。
(第8の実施の形態)
図22は本発明の第8の実施の形態に係る補正態様の説明図である。同図では、油圧ショベルを左側から(-Y方向に)見ている。本実施の形態は基準面の補正の一例である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図22は本発明の第8の実施の形態に係る補正態様の説明図である。同図では、油圧ショベルを左側から(-Y方向に)見ている。本実施の形態は基準面の補正の一例である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図22に示した基準点O’は、各種誤差等に起因して基準点Oに対して三次元的にオフセット量ΔSだけ斜め上にずれている。この場合、作業機20の実際の軌跡と演算上の軌跡との間にオフセット量ΔSに起因する誤差が生じ得る。具体的には、現実の作業機20の基部支点が基準点O’よりも低位置にあるので、演算上の掘削位置よりも深く掘削してしまう。そこで、本実施の形態では、基準点Oに対する基準点O’のずれに合わせて、基礎情報演算装置30の目標面記憶装置33に記憶された掘削目標面Faをオフセット量ΔSだけ斜め上に移動させた基準面Fbを演算する。これにより基準面Fbが高位置にシフトするので、結果として作業機20の掘削地形が元の掘削目標面Faに倣うことになり、基準点O’のずれに起因する作業機20の軌跡の誤差が相殺される。
修正画面については図19に例示した画面を用いることができる。この修正画面で設定した修正量は、基礎情報演算装置30の記憶装置36に記憶され、例えば二次元情報抽出装置34は、記憶装置36から読み出したオフセット量ΔS(ΔX,ΔY,ΔZ)を基に、掘削目標面FaをΔSだけシフトさせて基準面Fbを求める。二次元情報抽出装置34は、演算した基準面Fbを基に基準線Lを抽出する。これにより、領域制限掘削制御の精度低下を抑制することができる。
なお、基準点O,O’のXYZ各座標にずれがない場合(ΔX=ΔY=ΔZ=0の場合)、本補正の必要はない(言い換えれば設定修正量=0とすれば良い)。
また、第4及び第5の実施の形態と同様、本実施の形態に係る補正態様が効果を奏する場面は、基準点Oに対して基準点O’がずれて演算される場合に限定されない。基準点O’が基準点Oに対してずらして設定してある場合、例えば基準点O’の位置情報を油圧ショベルの車格に関わらず同一の設定とした場合等にも本補正態様は有意義である。
最後に、以上説明した各実施の形態は適宜組み合わせて実施できることは言うまでもない。
8a-8c 角度検出器(姿勢検出器)
9a,9b 測位装置
10 車体
20 作業機
30 基礎情報演算装置
33 目標面記憶装置(記憶装置)
34 二次元情報抽出装置
35 特徴点情報送信装置
40 領域制限掘削制御装置
F 基準面
L 基準線
P1,P2,・・・Pn,Pb1-Pb3,Pf1-Pf3 特徴点
9a,9b 測位装置
10 車体
20 作業機
30 基礎情報演算装置
33 目標面記憶装置(記憶装置)
34 二次元情報抽出装置
35 特徴点情報送信装置
40 領域制限掘削制御装置
F 基準面
L 基準線
P1,P2,・・・Pn,Pb1-Pb3,Pf1-Pf3 特徴点
Claims (9)
- 掘削目標面を越えて掘削しないように建設機械の作業機を制御する領域制限掘削制御の基礎情報を演算する基礎情報演算装置であって、
前記掘削目標面の三次元位置情報を記憶した記憶装置と、
前記掘削目標面の三次元位置情報、及び前記建設機械の現在位置情報を基に前記掘削目標面又は前記掘削目標面に基づく面である基準面と前記作業機の動作平面との交線を求め、前記交線又は前記交線に基づく線である基準線を前記動作平面上における前記基準面の二次元情報として抽出する二次元情報抽出装置と、
前記基準線上の複数の特徴点の情報を前記基礎情報として領域制限掘削制御装置に送信する特徴点情報送信装置と
を備えたことを特徴とする基礎情報演算装置。 - 請求項1の基礎情報演算装置において、
前記建設機械に対して設定した任意の点又はこの任意の点に基づく点である基準点から前記動作平面に沿って前方に延ばした軸をX座標軸、前記基準点から前記動作平面に沿って上方に延ばした軸をZ座標軸として、
前記特徴点情報送信装置は、X座標が一定間隔の前記基準線上の複数の点を前記特徴点として抽出し、これら複数の特徴点のZ座標のみを前記領域制限掘削制御装置に送信することを特徴とする基礎情報演算装置。 - 請求項2の基礎情報演算装置において、
前記特徴点情報送信装置により抽出される前記複数の特徴点のX座標は、掘削動作範囲をX座標軸方向に設定数に区分する座標であること、
前記特徴点情報送信装置に対して前記掘削動作範囲を設定する設定装置をさらに備えていること
を特徴とする基礎情報演算装置。 - 請求項1の基礎情報演算装置において、
前記建設機械に対して設定した任意の点又はこの任意の点に基づく点である基準点から前記動作平面に沿って前方に延ばした軸をX座標軸、前記基準点から前記動作平面に沿って上方に延ばした軸をZ座標軸として、
前記特徴点情報送信装置は、前記作業機の位置情報を基に、前記基準線上における前記作業機とX座標の近い複数の屈曲点又はこれら屈曲点に基づく複数の点を前記特徴点として抽出し、これら複数の特徴点のXZ座標を前記領域制限掘削制御装置に送信することを特徴とする基礎情報演算装置。 - 車体と、
前記車体に設けた前記作業機と、
前記本体の位置情報を取得する測位装置と、
前記作業機の姿勢情報を検出する姿勢検出器と、
請求項1の基礎情報演算装置と、
前記基礎情報演算装置から受信した基礎情報を基に前記領域制限掘削制御を実行する領域制限掘削制御装置と
を備えたことを特徴とする建設機械。 - 掘削目標面を越えて掘削しないように建設機械の作業機を制御する領域制限掘削制御の基礎情報を演算する基礎情報演算方法であって、
前記掘削目標面の三次元位置情報、及び前記建設機械の現在位置情報を基に前記掘削目標面又は前記掘削目標面に基づく面である基準面と前記作業機の動作平面との交線を求め、前記交線又は前記交線に基づく線である基準線を前記動作平面上における前記基準面の二次元情報として抽出し、
前記基準線上の複数の特徴点の情報を前記基礎情報として領域制限掘削制御装置に入力する
ことを特徴とする基礎情報演算方法。 - 請求項6の基礎情報演算方法において、
前記建設機械に対して設定した任意の点又はこの任意の点に基づく点である基準点から前記動作平面に沿って前方に延ばした軸をX座標軸、前記基準点から前記動作平面に沿って上方に延ばした軸をZ座標軸として、
X座標が一定間隔の前記基準線上の複数の点を前記特徴点として抽出し、これら複数の特徴点のZ座標のみを前記領域制限掘削制御装置に入力することを特徴とする基礎情報演算方法。 - 請求項7の基礎情報演算方法において、前記作業機の動作領域にあって掘削に使用するX座標軸上の範囲を設定し、この掘削動作範囲をX座標軸方向に設定数に区分する複数のX座標の前記基準線上の点を前記特徴点とすることを特徴とする基礎情報演算方法。
- 請求項6の基礎情報演算方法において、
前記建設機械に対して設定した任意の点又はこの任意の点に基づく点である基準点から前記動作平面に沿って前方に延ばした軸をX座標軸、前記基準点から前記動作平面に沿って上方に延ばした軸をZ座標軸として、
前記基準線上における前記作業機とX座標の近い複数の屈曲点又はこれら屈曲点に基づく複数の点を前記特徴点として抽出し、これら複数の特徴点のXZ座標を前記領域制限掘削制御装置に入力することを特徴とする基礎情報演算方法。
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