测量装置、操作辅助系统以及工程机械

文档序号:30498600发布日期:2022-06-22 15:07来源:国知局
测量装置、操作辅助系统以及工程机械

1.本发明涉及一种测量可旋转地安装在臂构件上的容器的收容物的体积的技术。


背景技术:

2.在液压挖掘机,为了掌握作业当天的作业量,对铲斗挖掘的挖掘物的体积进行计算。而且,在液压挖掘机进行将挖掘物装载到翻斗车的作业的情况下,对挖掘物的体积进行计算以便使挖掘物的体积不会超过翻斗车的上限装载量。如此,由于挖掘物的体积可以应用于各种用途,最好能高精度地进行计算。作为计算挖掘物的体积的技术,已知有下述的专利文献1、2所公开的技术。
3.专利文献1公开了一种技术,该技术通过将在装入了挖掘物状态下的从铲斗的开口面到挖掘物表面为止的长度与在铲斗为空的状态下的从铲斗的底到铲斗的开口面为止的长度相加求出从铲斗的底到挖掘物表面为止的长度,并基于该长度计算挖掘物的体积。
4.专利文献2公开了一种技术,该技术基于距离测量装置的输出计算铲斗正在挖掘的地面的砂土的形状,并计算铲斗的齿尖位置,基于地面的砂土的形状和齿尖位置计算出从铲斗内部延伸到铲斗外部的砂土堆的推测负荷砂土的推测体积。
5.然而,专利文献1的技术仅公开了基于从铲斗的底到挖掘物的表面的长度求出挖掘物的体积,并没有公开在铲斗的一部分处于土中的挖掘动作中如何求出挖掘物的体积。为此,专利文献1的技术不能正确地计算出在挖掘动作中铲斗所收容的挖掘物的体积。
6.在专利文献2计算出的推测体积是推测负荷砂土的体积。该推测负荷砂土的体积包含在完成了挖掘动作时从铲斗溢出的砂土的体积。为此,专利文献2的技术不能正确地计算出在挖掘动作中铲斗所收容的真正的挖掘物的体积。专利文献2的技术所要解决的问题是推测施加在挖掘机上的负荷,并根据其推测结果进行警告或进行减轻负荷动作控制。在挖掘动作的执行中的挖掘机的负荷不仅仅包含铲斗所收容的挖掘物的体积还包含在该挖掘物的周围的砂土的体积。为此,在专利文献2计算出的推测体积中也包含从铲斗溢出的砂土的体积。
7.如专利文献1、2所示,现有技术并没有对在挖掘动作中铲斗所收容的收容物的体积进行计算,该问题本身就是个新的问题。
8.而且,这样的问题不仅仅存在于工程机械的技术领域,在进行挖取粒状物动作的机器人的技术领域也会产生同样的问题。
9.现有技术文献专利文献专利文献1:国际专利申请公开公报第2016/092684号专利文献2:日本专利公开公报特开2017-172316号。


技术实现要素:

10.本发明的目的在于提供一种能正确地计算出在执行容器的挖取动作中容器所收
容的收容物的体积的技术。
11.本发明的一实施方式涉及的测量装置,用于测量在包含臂构件和容器的作业装置中所述容器的收容物的体积,所述臂构件可起伏地安装于主体部,包含可以使该臂构件的姿势变更的一个以上的关节,所述容器可旋转地安装于所述臂构件,具有允许收容物相对于该容器进出的开口,所述测量装置包括:距离检测器,被安装于所述臂构件或所述主体部,用于测量表示物体的距离的测量数据;姿势检测器,用于测量表示所述作业装置的姿势的姿势数据;第一形状计算部,基于通过所述距离检测器测量到的空载的所述容器的所述测量数据即第一测量数据,计算表示所述容器的轮廓形状的第一形状数据;存储器,将在测量到所述第一测量数据的第一时间点的所述姿势数据即第一姿势数据与所述第一形状数据相互对应地进行存储;第二形状计算部,基于在所述第一时间点之后执行的所述容器的挖取动作执行中的第二时间点通过所述距离检测器测量到的所述容器收容的所述收容物的所述测量数据即第二测量数据,计算表示所述收容物的表面形状的第二形状数据;差分信息计算部,计算表示在所述第二时间点通过所述姿势检测器测量到的所述姿势数据即第二姿势数据与所述第一姿势数据之间的差的差分信息;旋转处理部,基于所述差分信息使所述第二形状数据在所述距离检测器的三维坐标空间内旋转,从而使所述作业装置在所述第二时间点从所述距离检测器到所述容器为止的姿势与所述作业装置在所述第一时间点从所述距离检测器到所述容器为止的姿势达到一致;以及,体积计算部,确定被插值形状数据、旋转后的所述第二形状数据以及所述第一形状数据所包围的区域,并基于所确定的所述区域计算表示所述容器在所述第二时间点的所述收容物的体积的第一体积,其中,所述插值形状数据用于插值在所述挖取动作的执行中所述容器所收容的收容物的表面形状。
附图说明
12.图1是表示液压挖掘机的外观构成的一个例子的示意图。
13.图2是表示液压挖掘机的构成的一个例子的方框图。
14.图3是表示着眼于第二控制器时的液压挖掘机的构成的一个例子的方框图。
15.图4是表示在测量模式下的液压挖掘机的处理的一个例子的流程图。
16.图5是用于说明基准铲斗角度的示意图。
17.图6是表示由测距传感器测量到的第一测量数据的一个例子的示意图。
18.图7是表示在被设定为铲斗区域的平面所包含的像素数据的一个例子的示意图。
19.图8是表示辅助液压挖掘机的操作人员的操作的处理的一个例子的流程图。
20.图9是第一形状数据、第二形状数据以及插值形状数据被重叠的处理的说明图。
21.图10是用于说明在执行挖掘动作时的作业装置的状态的示意图。
22.图11是横截面积的计算处理的说明图。
23.图12是第一体积的计算处理的说明图。
具体实施方式
24.以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外,以下说明的各实施方式都是具体化本发明的一个例子,并不用于限定本发明的技术保护范围。
25.以下,对本实施方式涉及的测量装置以及具备测量装置的操作辅助系统进行说
明。在以下的例子中,对操作辅助系统被安装到液压挖掘机上的例子进行说明。另外,测量装置以及操作辅助系统也可以是一部分构成要素被安装到液压挖掘机上,剩余的构成要素被安装到外部装置。作为外部装置例如采用云服务器。测量装置也可以搭载在液压挖掘机1以外的工程机械上。而且,测量装置以及操作辅助系统也可以搭载在工程机械以外的作业设备上。作为作业设备,只要是使用容器来收容物体的设备,无论是什么样的设备都可以。该作业设备的一个例子是具备臂构件和可旋转地安装在臂构件的远端部的容器的作业设备,所述臂构件包含一个以上的关节且其姿势可变更。所述容器包含开口,用于收容砂土、颗粒等的收容物。
26.图1是表示液压挖掘机1的外观构成的一个例子的示意图。液压挖掘机1包含下部行走体2、上部回转体3以及作业装置4。下部行走体2例如是可以相对于地面行走而构成的履带。上部回转体3被设置在下部行走体2的上部,可以相对于下部行走体2绕垂直轴回转。上部回转体3搭载有显示部80以及控制器90等。上部回转体3是主体部的一个例子。显示部80被设置在操纵室,向操作人员显示各种信息。控制器90负责液压挖掘机1的整体控制。
27.作业装置4用于进行例如挖掘作业等的作业。作业装置4包含动臂401、斗杆402以及铲斗403。动臂401可起伏地安装于上部回转体3的前端。斗杆402绕水平轴可旋转地安装在动臂401的远端部。铲斗403可转动地安装在斗杆402的远端部。铲斗403是用于收容收容物的容器的一个例子。动臂401以及斗杆402是臂构件的一个例子。铲斗403包含开口403a。铲斗403收容通过挖掘作业从开口403a进入的砂土。收容物的一个例子是砂土。
28.液压挖掘机1还包含动臂缸21、斗杆缸31以及铲斗缸41。
29.动臂缸21介于上部回转体3和动臂401之间。动臂缸21通过伸缩使动臂401起伏。
30.斗杆缸31介于动臂401与斗杆402之间。斗杆缸31通过伸缩使斗杆402旋转。
31.铲斗缸41介于斗杆402与铲斗403之间。铲斗缸41通过伸缩使铲斗403转动。
32.液压挖掘机1还包含动臂角度传感器51、斗杆角度传感器52以及铲斗角度传感器53。
33.动臂角度传感器51检测动臂401相对于上部回转体3的起伏角度作为动臂角度。动臂角度传感器51例如设置在动臂401的根部侧。
34.斗杆角度传感器52检测斗杆402相对于动臂401的旋转角度作为斗杆角度。斗杆角度传感器52例如设置在斗杆402的根部侧。铲斗角度传感器53检测铲斗403相对于斗杆402的转动角度作为铲斗角度。铲斗角度传感器53例如设置在斗杆402的远端部。
35.测距传感器60(距离检测器的一个例子)被设置在作业装置4,用于测量表示物体的距离的测量数据。测距传感器60的一个例子是tof(time of flight)传感器或立体相机等能以多个像素单位测量深度的传感器。测距传感器60也可以是lidar。
36.测距传感器60被设置在斗杆402的背面402a。测距传感器60的传感器面60a朝向铲斗403侧。由此,测距传感器60可以测量铲斗403的内面以及被收容在铲斗403中的砂土的形状数据。背面402a是与铲斗403的开口403a相对向的对置面。
37.测距传感器60也可以相对于背面402a可拆卸地构成。由此,可以将本实施方式涉及的作业装置4安装到现有的液压挖掘机1上。在这种情况下,每次安装测距传感器60时,执行后述的测量模式,并将后述的第一形状数据和姿势数据存储到存储器。而且,也可以在安装了测距传感器60之后更换铲斗403的情况下执行该测量模式。而且,测距传感器60也可以
是液压挖掘机1默认具备的传感器。在这种情况下,例如每当更换铲斗403时执行该测量模式。
38.在本实施方式,液压挖掘机1具备半自动运转模式,该模式根据操作人员对斗杆402的操作半自动地进行挖掘动作以及提升动作。挖掘动作是挖取动作的一个例子。在该半自动运转模式,操作人员只需操作斗杆操作器即可。如果开始对斗杆操作器的操作,控制器90使作业装置4开始挖掘动作。在挖掘动作,在使铲斗403插入地面的状态下,自动地进行使铲斗403的远端部与地面平行地移动的动作。如果通过挖掘动作砂土被收容到铲斗403中,就开始提升动作。在提升动作,自动地进行使收容了砂土的铲斗403提升、上部回转体3回转、铲斗403在规定的位置打开排出砂土的一系列动作。
39.另外,在挖掘动作中,如果斗杆操作器因操作人员的操作返回到中立位置,控制器90就使挖掘动作在中途停止。这种情况在提升动作中也相同。铲斗403在挖掘动作以及提升动作中的移动速度根据输入到斗杆操作器的操作量而被设定为相应的值。
40.如此,在半自动运转模式,操作人员只需进行斗杆402的操作,之后,控制器90就自动地进行挖掘动作以及提升动作。因此,即使是对于液压挖掘机1操作经验较少的操作人员,也可以顺利地进行挖掘动作以及提升动作。
41.图2是表示液压挖掘机1的构成的一个例子的方框图。液压挖掘机1除了具备图1所示的控制器90、测距传感器60以及显示部80以外,还具备斗杆操作器10、动臂驱动回路20、斗杆驱动回路30、铲斗驱动回路40、姿势传感器50(姿势检测器的一个例子)以及开关70。图2的方框图仅示意了执行半自动运转模式所需的模块,省略了执行手动模式所需的模块的图示。
42.手动模式是指没有控制器90的辅助,仅基于操作人员的操作让液压挖掘机1进行挖掘动作以及提升动作等的动作的模式。另外,在本发明,挖掘动作以及提升动作并不局限于在半自动运转模式下执行,既可以在手动模式下执行,也可以在全自动运转模式下执行。全自动模式是指不需操作人员对斗杆402的操作就自动地执行挖掘动作以及提升动作的模式。在全自动模式下,操作人员只需进行例如输入挖掘开始按钮的操作即可。之后,控制器90将铲斗403的移动速度设定为规定的速度,并自动地执行挖掘动作以及提升动作。
43.斗杆操作器10由操作人员输入用于使斗杆402动作的斗杆操作。斗杆操作包含使斗杆402的远端部向上部回转体3一侧移动的收斗杆操作以及使斗杆402的远端部向上部回转体3的相反侧移动的推斗杆操作。
44.斗杆驱动回路30是用于驱动斗杆402的液压回路。斗杆驱动回路30除了包含图1所示的斗杆缸31之外还包含斗杆控制阀32、收斗杆先导压传感器33以及斗杆遥控阀34。
45.斗杆缸31通过接收来自液压泵的工作油的供给而进行伸缩,由此,使斗杆402进行收斗杆动作和推斗杆动作。
46.斗杆控制阀32由具有收斗杆先导端口以及推斗杆先导端口的先导操作式的三位置方向切换阀构成。斗杆控制阀32以与输入到收斗杆先导端口的收斗杆先导压对应的行程开阀。通过该开阀,供给到斗杆缸31的工作油的流量以及方向受到控制,斗杆402的速度以及方向受到控制,斗杆402进行收斗杆动作。斗杆控制阀32以与输入到推斗杆先导端口的推斗杆先导压对应的行程开阀。通过该开阀,供给到斗杆缸31的工作油的流量以及方向受到控制,斗杆402的速度以及方向受到控制,斗杆402进行推斗杆动作。
47.收斗杆先导压传感器33检测输入到斗杆控制阀32的收斗杆先导端口的收斗杆先导压,并将其输入到控制器90。
48.斗杆遥控阀34将与输入到斗杆操作器10的收斗杆操作的操作量对应大小的收斗杆先导压输入到斗杆控制阀32的收斗杆先导端口。斗杆遥控阀34将与输入到斗杆操作器10的推斗杆操作的操作量对应大小的推斗杆先导压输入到斗杆控制阀32的推斗杆先导端口。
49.动臂驱动回路20是用于驱动动臂401的液压回路。动臂驱动回路20除了包含图1所示的动臂缸21以外还包含动臂控制阀22、动臂提升流量操作阀23。
50.动臂缸21通过接收来自液压泵的工作油的供给而进行伸缩,由此使动臂401进行动臂提升动作和动臂下降动作。
51.动臂控制阀22由具有动臂提升先导端口以及动臂下降先导端口的先导操作式的三位置方向切换阀构成。动臂控制阀22以与输入到动臂提升先导端口的动臂提升先导压对应的行程开阀。通过该开阀,供给到动臂缸21的工作油的流量以及方向受到控制,动臂401的速度以及方向受到控制,动臂401进行动臂提升动作。动臂控制阀22以与输入到动臂下降先导端口的动臂下降先导压对应的行程开阀。通过该开阀,供给到动臂缸21的工作油的流量以及方向受到控制,控制动臂401的速度以及方向受到控制,动臂401进行动臂下降动作。
52.动臂提升流量操作阀23,根据从控制器90输入的动臂流量指令信号,使从先导液压源(图示省略)输入到动臂提升先导端口的先导压减压。由此,控制器90通过动臂提升流量操作阀23自动操作输入到动臂提升先导端口的先导压。
53.铲斗驱动回路40是用于驱动铲斗403的液压回路。铲斗驱动回路40除了包含图1所示的铲斗液压缸41之外还包含铲斗控制阀42、铲斗挖取流量操作阀43。
54.铲斗缸41通过接收来自液压泵的工作油的供给而进行伸缩,由此使铲斗403进行铲斗挖取动作和铲斗打开动作。
55.铲斗控制阀42由具有铲斗挖取先导端口以及铲斗打开先导端口的先导操作式的三位置方向切换阀构成。铲斗控制阀42以与输入到铲斗挖取先导端口的铲斗挖取先导压对应的行程开阀。通过该开阀,供给到铲斗缸41的工作油的流量以及方向受到控制,铲斗403的速度以及方向受到控制,铲斗403进行铲斗挖取动作。铲斗控制阀42以与输入到铲斗打开先导端口的铲斗打开先导压对应的行程开阀。通过该开阀,供给到铲斗缸41的工作油的流量以及方向受到控制,铲斗403的速度以及方向受到控制,铲斗403进行铲斗打开动作。
56.铲斗挖取流量操作阀43,根据从控制器90输入的铲斗流量指令信号,使从先导液压源(图示省略)输入到铲斗挖取先导端口的先导压减压。由此,控制器90通过铲斗挖取流量操作阀43自动操作输入到铲斗挖取先导端口的先导压。
57.姿势传感器50包含图1所示的动臂角度传感器51、斗杆角度传感器52以及铲斗角度传感器53。
58.动臂角度传感器51、斗杆角度传感器52以及铲斗角度传感器53分别以例如规定的运算周期将动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度输入到控制器90。
59.测距传感器60将以规定的运算周期测量到的测量数据输入到控制器90。测量数据由针对多个像素的每个像素表示位于测距传感器60的视野内的某个物体的深度的距离图像数据构成。
60.开关70是被输入来自操作人员的用于切换液压挖掘机1的模式的操作的开关。开
关70既可以是设置在操纵室的实物的开关,也可以是显示在显示部80的图形用户界面。
61.控制器90由包含cpu以及存储器的计算机或专用的电路构成。控制器90包含第一控制器110以及第二控制器120。
62.第一控制器110负责半自动运转模式下的液压挖掘机1的控制。第一控制器110包含铲斗位置运算部111、挖掘动作控制部112、目标速度运算部113以及提升动作控制部114。
63.铲斗位置运算部111,基于通过动臂角度传感器51、斗杆角度传感器52以及铲斗角度传感器53测量到的动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度,计算铲斗403的特定部位的位置。该特定部位的一个例子是铲斗403的远端位置。该特定部位的位置通过基于例如已知的动臂长度、斗杆长度以及铲斗长度和测量到的动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度的几何运算而计算得出。该远端位置例如以规定的运算周期计算得出。
64.此外,目标速度运算部113,基于通过收斗杆先导压传感器33测量到的收斗杆先导压和通过铲斗位置运算部111计算出的铲斗403的特定部位的位置,计算动臂401以及铲斗403的各自的目标速度。
65.动臂401在挖掘动作中的目标速度为用于使施工面接近例如预先规定的目标施工面的动臂401在提升方向的目标速度。铲斗403在挖掘动作中的目标速度为用于使铲斗403的特定部位随着收斗杆动作沿着目标施工面自动地平行移动的铲斗403的目标速度。
66.动臂401在提升动作中的目标速度例如为在挖掘动作结束后用于使铲斗403移动到预先规定的排土位置的动臂401在提升方向的目标速度。铲斗403在提升动作中的目标速度为例如在挖掘动作结束后用于使铲斗403移动到预先规定的排土位置的铲斗403在挖取方向的目标速度。
67.挖掘动作控制部112分别控制动臂提升流量操作阀23以及铲斗挖取流量操作阀43,以便使动臂401以及铲斗403分别以通过目标速度运算部113计算出的动臂401以及铲斗403在挖掘动作中的各自的目标速度进行动作。通过该控制实现挖掘动作的半自动运转。
68.提升动作控制部114分别控制动臂提升流量操作阀23以及铲斗挖取流量操作阀43,以便使动臂401以及铲斗403分别以通过目标速度运算部113计算出的动臂401以及铲斗403在提升动作中的各自的目标速度进行动作。通过该控制实现提升动作的半自动运转。
69.在本实施方式,从挖掘动作到提升动作的切换由后述的第二控制器120的操作辅助部131进行。
70.第二控制器120计算作为铲斗403所收容的砂土的体积的第一体积,并基于该第一体积辅助操作人员的操作。图3是表示着眼于第二控制器120时的液压挖掘机1的构成的一个例子的方框图。
71.第二控制器120包含第一形状计算部121、第二形状计算部122、姿势数据获取部123、存储器124、差分信息计算部125、旋转处理部126、体积计算部127、动作判断部130、操作辅助部131以及阈值管理部132。
72.第一形状计算部121,基于作为通过测距传感器60测量到的空载的铲斗403的测量数据的第一测量数据,计算表示铲斗403的轮廓形状的第一形状数据。第一形状计算部121的处理的详细,例如,如下所述。首先,第一形状计算部121提取第一测量数据中所包含的多个像素数据之中深度在阈值以下的像素数据。该阈值具有为了区分第一测量数据所包含的液压挖掘机1的像素数据与作为液压挖掘机1的背景的像素数据而预先规定的阈值。由此,
可以从第一测量数据提取表示空载的铲斗403的像素数据。其次,第一形状计算部121进行将提取的多个像素数据中的每个像素数据配置在测距传感器60的三维坐标空间的三维坐标变换。其次,第一形状计算部121将配置在三维坐标空间的像素数据之中位于与铲斗403的长度方向平行的平面上的像素数据作为第一形状数据进行提取。由此,获得表示被投影到所述平面的铲斗403的轮廓形状的第一形状数据。与铲斗403的长度方向平行的平面是与铲斗403相对于斗杆402的旋转轴正交的平面。
73.姿势数据获取部123将作为在测量第一测量数据的第一时间点的姿势数据的第一姿势数据与通过第一形状计算部121计算出的第一形状数据相互对应地存储到存储器124。在以下的说明中,假设第一姿势数据是在第一时间点的铲斗角度。但是,第一姿势数据并不局限于此,第一姿势数据也可以包含在第一时间点的斗杆角度以及动臂角度。
74.在本实施方式,在测量模式,通过操作人员的操作使铲斗403的姿势变成预先规定的基准铲斗角度的时间点为第一时间点。在这种情况下,姿势数据获取部123可以监视姿势传感器50测量到的测量数据(应为姿势数据),在检测到铲斗角度变为基准铲斗角度的情况下,将通过第一形状计算部121计算出的第一形状数据与基准铲斗角度相互对应地存储到存储器124。但是,这仅是一个例子而已,在液压挖掘机1的运行中,也可以采用例如操作人员向开关70输入测量指示的时间点作为第一时间点。在这种情况下,姿势数据获取部123可以将通过姿势传感器50在第一时间点测量到的铲斗角度与第一形状数据相互对应地存储在存储器124。
75.此外,姿势数据获取部123,在第一时间点之后执行的挖掘动作的执行中的第二时间点,获取通过姿势传感器50测量到的第二姿势数据。在以下的说明中,假设第二姿势数据是在第二时间点的铲斗角度。但是,第二姿势数据并不局限于此,第二姿势数据也可以包含在第二时间点的斗杆角度以及动臂角度。
76.存储器124例如由固态驱动器以及闪存等非易失性的存储装置构成。存储器124将第一形状数据与第一姿势数据相互对应地进行存储。
77.第二形状计算部122,在通过动作判断部130判断为挖掘动作的执行中的情况下,基于作为在挖掘动作的执行中的第二时间点通过测距传感器60测量到的铲斗403所收容的砂土的测量数据即第二测量数据,计算表示砂土的表面形状的第二形状数据。第二时间点表示例如以规定的运算周期划分挖掘动作期间的采样时间点。第二形状计算部122的处理的详细,例如,如下所述。首先,第二形状计算部122提取在第二测量数据包含的多个像素数据之中深度在阈值以下的像素数据。该阈值与第一形状计算部121使用的上述的阈值相同。由此,可以从第二测量数据提取从开口403a观察被收容在铲斗403中的砂土时的像素数据。所提取的像素数据也可以包含铲斗403的边缘的像素数据。其次,第二形状计算部122进行将提取到的多个像素数据中的每个像素数据配置在测距传感器60的三维坐标空间的三维坐标变换。其次,第二形状计算部122提取被配置在三维坐标空间的像素数据之中位于与铲斗403的长度方向平行的平面上的像素数据作为第二形状数据。由此,获得表示被投影到所述平面的砂土的轮廓形状的第二形状数据。第二形状数据在挖掘动作的执行中以规定的运算周期反复地计算得出。
78.差分信息计算部125计算表示作为在第二时间点通过姿势传感器50测量到的姿势数据的第二姿势数据与第一姿势数据之间的差的差分信息。在本实施方式,由于测距传感
器60被安装在斗杆402上,差分信息计算部125将在第二时间点通过姿势传感器50测量到的铲斗角度与存储在存储器124中的铲斗角度之间的差分角度作为差分信息进行计算。
79.旋转处理部126,基于差分信息使第二形状数据在测距传感器60的三维坐标空间内旋转,以便使作业装置4在第二时间点从测距传感器60到铲斗403的姿势与作业装置4在第一时间点从测距传感器60到铲斗403的姿势达到一致。在本实施方式,测距传感器60被安装在斗杆402上。因此,旋转处理部126使第二形状数据旋转,以便使作业装置4在第一时间点从测距传感器60到铲斗403的姿势与作业装置4在第二时间点从测距传感器60到铲斗403的姿势达到一致。具体而言,旋转处理部126,以使在第二时间点(应为第一时间点)的铲斗角度与在第二时间点的铲斗角度达到一致的方式,使第二形状数据旋转差分角度。
80.例如,假设差分角度δθ为从在第二时间点的铲斗角度减去在第一时间点的铲斗角度而得到的值,旋转处理部126可以通过进行使第二形状数据在所述平面旋转-δθ的矩阵运算使第二形状数据旋转。
81.从测距传感器60观察铲斗403的内面,虽然根据铲斗角度而有所不同,但是通过使第二形状数据如此地旋转,可以使第二形状数据成为用与在第一时间点的铲斗角度相同的铲斗角度测量到的形状数据。
82.体积计算部127,确定被用于插值在挖掘动作执行中被收容在铲斗403的砂土的表面形状的插值形状数据和通过旋转处理部126被旋转的第二形状数据以及存储在存储器124的第一形状数据所包围的区域,并基于所确定的区域计算作为在第二时间点铲斗403所收容的砂土的体积即第一体积。具体而言,体积计算部127可以将所述区域的面积作为铲斗403收容的砂土的横截面积进行计算,通过用铲斗403的横幅乘以该横截面积计算出砂土的体积。
83.在此,体积计算部127可以将上述区域划分为多个梯形,通过累计每个梯形的面积计算出上述横截面积。
84.体积计算部127计算表示在提升动作的执行中铲斗403所收容的收容物的体积的第二体积。在计算第二体积时,第二形状计算部122、旋转处理部126以及体积计算部127的处理与计算第一体积的处理相同。
85.动作判断部130基于姿势数据获取部123获取的姿势数据判断液压挖掘机1是否正在执行挖掘动作。例如,在动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度分别满足预先规定的挖掘姿势条件的情况下,动作判断部130就判断为正在执行挖掘动作。作为挖掘姿势条件,采用关于动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度的各自角度的角度范围。该角度范围采用用于推测作业装置4处于挖掘姿势的角度范围。
86.操作辅助部131判断通过体积计算部127计算出的第一体积是否超过了阈值,在判断为第一体积超过了阈值的情况下,执行对操作人员的操作辅助,即将作业装置4的动作从挖掘动作切换到提升铲斗403的提升动作。阈值例如被设定为通过挖掘动作铲斗403被填满时所收容的砂土的体积的估算值。阈值被存储在存储器124中。
87.在本实施方式,因为液压挖掘机1被设定为半自动运转模式,假设操作辅助是辅助从挖掘动作自动切换到提升动作。但是,这仅仅是一个例子而已。例如,在液压挖掘机1的动作模式被设定为手动模式的情况下,操作辅助也可以是从挖掘动作切换到提升动作的切换时机的通报。在这种情况下,如果检测到第一体积超过了阈值,操作辅助部131就使显示部
80显示表示切换到提升动作的消息。操作辅助部131也可以从扬声器输出表示该消息的声音。所输出的声音也可以不是消息而是蜂鸣音。
88.阈值管理器132,在第二体积小于存储器124所存储的阈值的当前值的情况下,计算第二体积与阈值的当前值之间的差分,并将差分与阈值的当前值相加设定新的阈值。
89.开关70受理来自操作人员的以半自动运转模式、手动模式或全自动模式驱动液压挖掘机1的指示。并且,开关70受理用于使液压挖掘机1的动作模式成为上述的测量模式的来自操作人员的指示或用于指定第一时间点的测量指示。
90.显示部80,在被设定为手动驾驶模式的情况下,显示用于通报从挖掘动作切换为提升动作的切换时机的消息。显示部80也可以显示表示体积计算部127计算出的体积的图像。所显示的体积也可以是通过一次挖掘动作挖掘出的砂土的体积。
91.其次,对测量模式的处理进行说明。图4是表示液压挖掘机1在测量模式的处理的一个例子的流程图。测量模式例如在将来自操作人员的用于使液压挖掘机1的动作模式成为测量模式的指示输入到开关70时开始。
92.在步骤s1,测距传感器60将通过操作人员的操作而定位于基准铲斗角度的铲斗403的测量数据作为第一测量数据进行测量。图5是用于说明基准铲斗角度θref的示意图。图5的例子表示从横向方向观察时的斗杆402以及铲斗403。横向方向是指与铲斗403的旋转轴平行的方向。纵向方向l1是连接动臂401的远端部401b和斗杆402的远端部402b的直线的方向。
93.在图5的例子中,铲斗角度θ是铲斗403的长度方向l2与基准方向lref之间形成的角度。长度方向l2是连接斗杆402的远端部402b和铲斗403的前端部403b的直线的方向。基准方向lref是纵向方向l1和长度方向l2成为一条直线时的长度方向l2。铲斗角度θ,在前端部403b相对于基准方向lref为向接近斗杆402的背面402a的旋转方向(在图5的例子中为逆时针的旋转方向)时为正,在前端部403b为向远离背面402a的旋转方向(在图5的例子中为顺时针的旋转方向)时为负。该正负关系也可以相反。
94.基准铲斗角度θref的一个例子是120度。另外,基准铲斗角度θref,只要是铲斗403的内面的整个区域都能进入测距传感器60的视野内的角度,可以采用任意的角度。
95.第二控制器120,在测量模式开始时,也可以使显示部80显示督促操作人员进行将空载的铲斗403的铲斗角度设定为基准铲斗角度的影像。
96.返回参照图4。在步骤s2,第一形状计算部121进行将在步骤s1测量到的第一测量数据配置在三维坐标空间的三维坐标变换。
97.在步骤s3,第一形状计算部121将配置在三维坐标空间的像素数据之中位于与铲斗403的长度方向平行的平面上的像素数据作为第一形状数据进行计算。
98.图6是表示测距传感器60测量到的第一测量数据的一个例子的示意图。如图6所示,第一测量数据包含由表示从开口403a侧观察到的铲斗403的内面的像素数据构成的铲斗区域501和铲斗403的背景。在此,为了便于说明,铲斗区域501的浓度用恒定值来表示,但是,实际上该浓度根据测距传感器60与铲斗403之间的距离用浓淡来表示。此外,背景的浓度用单纯的白色来表示,但是,实际上该浓度根据位于铲斗403的周围的物体(例如,地面)与测距传感器60之间的距离用浓淡来表示。
99.第一形状计算部121从图6所示的第一测量数据中提取深度在阈值以下的像素数
据,并将其配置到三维坐标空间。由此,构成铲斗区域501的像素数据被配置在三维坐标空间。
100.第一形状计算部121对被配置在三维坐标空间的像素数据设定平面502。该平面502是与铲斗403的长度方向l2平行且与铲斗403的开口面正交的平面。而且,该平面502被设定在铲斗403的横向方向的大致中央。其次,第一形状计算部121从铲斗区域501的像素数据之中提取被平面502所包含的像素数据。
101.图7是表示被设定在铲斗区域501的平面502所包含的像素数据的一个例子的示意图。平面502被设定成在纵向方向为y轴、在横向方向为z轴。y轴表示测距传感器60在三维坐标空间的高度方向。z轴表示测距传感器60在三维坐标空间的纵深方向。另外,该三维坐标空间是由x、y、z三个轴构成的三维正交坐标系的空间。x轴表示液压挖掘机1的横向方向。
102.在平面502配置有表示空载的铲斗403的内面的多个像素数据602。第一形状数据601由这些多个像素数据602构成。通过如上所述计算第一形状数据601。
103.返回参照图4。在步骤s4,姿势数据获取部123将第一形状数据与基准铲斗角度相互对应地存储到存储器124。
104.由此,结束测量模式的处理。接着,对辅助操作人员的操作的处理进行说明。图8是表示辅助液压挖掘机1的操作人员的操作的处理的一个例子的流程图。
105.在步骤s11,挖掘动作控制部112使挖掘动作开始。挖掘动作例如以操作人员操作了斗杆操作器10为触发而开始。
106.在步骤s12,测距传感器60测量作为在第二时间点的测量数据的第二测量数据。在步骤s13,姿势数据获取部123获取在第二时间点通过姿势传感器50测量到的铲斗角度。
107.在步骤s14,第二形状计算部122从第二测量数据提取深度在阈值以下的像素数据,并将所提取的像素数据配置在三维坐标空间中。
108.在步骤s15,第二形状计算部122通过提取被配置在三维坐标空间的像素数据之中位于平面502上的像素数据计算第二形状数据。由此,获得表示在第二时间点铲斗403收容的砂土的表面的轮廓形状的第二形状数据。
109.在步骤s16,差分信息计算部125计算在步骤s13获取的铲斗角度与存储在存储器124中的基准铲斗角度之间的差分角度。
110.在步骤s17,旋转处理部126使在步骤s15计算出的第二形状数据旋转在步骤s16计算出的差分角度。由于旋转处理的详细情况上述已经说明,在此省略其说明。
111.在步骤s18,体积计算部127使第一形状数据和在步骤s16被旋转的第二形状数据在平面502重叠。在步骤s19,体积计算部127还进一步使插值形状数据在平面502重叠。
112.图9是让第一形状数据601、第二形状数据901、插值形状数据重叠的处理的说明图。在图9中,左图表示存储在存储器124的第一形状数据601,中图表示第一形状数据601和旋转后的第二形状数据901在平面502被重叠的状态,右图表示对于中图的状态再进一步重叠插值形状数据1001的状态。
113.通过如中图所示的旋转处理,第二形状数据901成为以与基准铲斗角度相同的铲斗角度测量到的形状数据。由此,第二形状数据901变成使铲斗403成为与第一形状数据601相同的姿势时测量到的形状数据。图10是用于说明作业装置4在执行挖掘动作时的状态的示意图。在执行挖掘动作时,由于从测距传感器60观察铲斗403的前端部403b是插入地面g
的,测距传感器60无法测量铲斗403所收容的砂土的表面形状的全部。在这种情况下,如图9的中图所示,无法形成被第一形状数据601和第二形状数据901包围的区域,体积计算部127无法计算铲斗403所收容的砂土的体积。
114.在此,在本实施方式,如图9的右图所示,体积计算部127将近似于通过挖掘动作装被装满的铲斗403所收容的砂土的表面形状的插值形状数据1001重叠到平面502上。
115.在挖掘动作用砂土装满铲斗403并转移至提升动作的情况下,铲斗403所收容的砂土的表面形状相对于开口403a呈向上凸的曲线形状。因此,在本实施方式,插值形状数据1001由近似于该曲线形状的例如二次曲线构成。另外,插值形状数据1001并不局限于二次曲线,也可以为高斯曲线或样条曲线(spline curve)等、只要是能近似于砂土的曲线形状的曲线可以由任意的曲线构成。插值形状数据1001是根据铲斗403的尺寸等预先创建的数据,被存储在存储器124中。
116.插值形状数据1001以使其中一端部位于第一形状数据601的前端部403b、另一端部位于第一形状数据601的后端部403c的方式重叠在第一形状数据601以及第二形状数据901上。由此,形成被第一形状数据601和第二形状数据901以及插值形状数据1001包围的前端部403b侧的区域1002,可以计算出在挖掘动作中铲斗403所收容的砂土的第一体积。
117.返回参照图8。在步骤s20,体积计算部127计算在铲斗403所收容的砂土的横截面积。首先,如图9的右图所示,体积计算部127提取被第一形状数据601和被旋转的第二形状数据901以及插值形状数据1001包围的前端部403b侧的区域1002。在此,用斜线表示的区域作为区域1002被提取。其次,体积计算部127以如下所述方式计算区域1002的横截面积。图11是横截面积的计算处理的说明图。
118.提取了区域1002的体积计算部127,用与y轴平行的多条直线1004分割区域1002,并求出每条直线1004与第一形状数据601之间的交点以及每条直线1004与第二形状数据901之间的交点。求出了交点的体积计算部127用直线连接相邻的交点。由此,区域1002被划分成其长度方向与y轴平行、沿着z轴方向排列的多个梯形1003。结束了该划分的体积计算部127,求出每个梯形1003的面积并累计所求出的面积。由此,通过梯形近似可以计算出区域1002的面积即砂土的横截面积。
119.返回参照图8。在步骤s21,体积计算部127通过将铲斗403的宽度乘以在步骤s20计算出的砂土的横截面积,计算出铲斗403所收容的砂土的第一体积v1。图12是第一体积v1的计算处理的说明图。如图12所示,通过将预先规定的铲斗403的宽度1101乘以在步骤s20计算出的砂土的横截面积计算得出第一体积v1。宽度1101例如被存储在存储器124中。由此,计算出在挖掘动作中的第二时间点的第一体积v1。
120.返回参照图8。在步骤s22,操作辅助部131判断第一体积v1是否在阈值vf以上。在第一体积v1小于阈值vf的情况下(在步骤s22为“否”),处理返回到步骤s12。之后,重复步骤s12至s22的处理直到第一体积v1变为阈值vf以上,并以规定的运算周期反复计算第一体积v1。
121.在第一体积v1在阈值vf以上的情况下(在步骤s22为“是”),操作辅助部131结束挖掘动作并开始提升动作(步骤s23)。在这种情况下,操作辅助部131可以例如将挖掘动作的结束指令输入到挖掘动作控制部112,提升动作的开始指令输入到提升动作控制部114。
122.在步骤s24,执行步骤s12至s20所示的处理a。由此,可以执行在提升动作中用于计
算铲斗403所收容的收容物的横截面积的各种处理,计算出该横截面积。
123.在步骤s25,体积计算部127通过将宽度1101乘以在步骤s24计算出的横截面积计算第二体积v2。
124.在步骤s26,体积计算部127判断第二体积v2是否在阈值vf以上。当第二体积v2在阈值vf以上的情况下(在步骤s26为“是”),阈值管理部132不变更阈值vf(步骤s27)。当第二体积v2小于阈值vf的情况下(在步骤s26为“否”),阈值管理部132变更阈值vf(步骤s28)。具体而言,阈值管理部132,假设存储在存储器124中的阈值vf的当前值为vf1、变更后的阈值vf为vf2,计算出vf1-v2的差分。而且,阈值管理部132通过vf1+(vf1-v2)计算出变更后的阈值vf2。用变更后的阈值vf2更新被存储在存储器124中的当前值vf1。由此,在挖掘动作中铲斗403可收容的收容物还有余地的情况下就增大阈值vf,可将阈值vf设定为适当的值。
125.如果步骤s27或步骤s28的处理结束,处理就返回到步骤s11。由此,开始下一次的挖掘动作。
126.如以上说明所述,本实施方式涉及的液压挖掘机1确定被插值形状数据1001、被旋转的第二形状数据901以及第一形状数据601包围的区域1002,并基于该区域1002计算收容物的第一体积v1,所述插值形状数据1001用于插值在挖掘动作的执行中铲斗403所收容的收容物的表面形状。由此,液压挖掘机1可以正确地计算出在挖掘动作的执行中铲斗403所收容的收容物的第一体积v1。
127.而且,由于具备存储器124,只要计算出一次空载的铲斗的第一形状数据601,之后,即使不使作业装置4处于规定的姿势,也可以根据第二形状数据901计算出在第二时间点的收容物的第一体积v1。其结果,没有必要在每次收容收容物时都需要使作业装置4处于规定的姿势,可以防止作业效率的降低。此外,由于具备存储器124,可以在每次计算第二形状数据901时都能计算出收容物的第一体积v1,可以实时地执行第一体积v1的计算处理。
128.本发明可以采用以下的变形例。
129.(1)在图7的例子中,第一形状数据106由位于一个平面502上的像素数据602构成,但是本发明并不局限于此。第一形状数据601也可以由分别被配置在n(2以上的整数)个平面502上的像素数据构成。第二形状数据也可以与第一形状数据相同,由分别被配置在n个平面502上的像素数据构成。
130.在这种情况下,第二控制器120可以通过下述的处理计算出第一体积v1。首先,旋转处理部126使被分别配置在n个平面502上的第二形状数据901旋转差分角度。其次,体积计算部127计算出被旋转后的n个第二形状数据901和与n个第二形状数据901对应的n个第一形状数据601包围的n个横截面积。与n个第二形状数据对应的n个第一形状数据601是指,例如,被配置在第一个平面502上的第二形状数据901对应于被配置在第一个平面502上的第一形状数据601,例如,被配置在第二个平面502上的第二形状数据901对应于被配置在第二个平面502上的第一形状数据601。其次,体积计算部127将n个横截面积的累计值作为第一体积v1进行计算。根据该构成,能更正确地计算出第一体积v1。该情况同样可以适用于对于第二体积v2的计算。
131.(2)在图1的例子中,测距传感器60被安装在斗杆402的背面402a,但是本发明并不局限于此。测距传感器60也可以安装在动臂401的背面401a。
132.在这种情况下的第二控制器120的处理如下所述。姿势数据获取部123将在第一时
间点的铲斗角度以及斗杆角度作为第一姿势数据进行获取,并将第一姿势数据与通过第一形状计算部121计算出的第一形状数据601相互对应地存储到存储器124。姿势数据获取部123将在第二时间点的铲斗角度以及斗杆角度作为第二姿势数据进行获取。差分信息计算部125计算作为在第二时间点的斗杆角度与在第一时间点的斗杆角度之间的差分角度的斗杆差分角度。差分信息计算部125计算作为在第二时间点的铲斗角度与在第一时间点的铲斗角度之间的差分角度的铲斗差分角度。旋转处理部126利用斗杆差分角度和铲斗差分角度使第二形状数据901旋转,以便使在第二时间点的斗杆402以及铲斗403的姿势与在第一时间点的斗杆402以及铲斗403的姿势达到一致。
133.如果旋转处理结束,体积计算部127与上述相同,利用旋转后的第二形状数据901和第一形状数据601计算第一体积v1。
134.根据该构成,即使是在测距传感器60被安装在动臂401的情况下,也能计算出第一体积v1。该情况同样可以适用于对于第二体积v2的计算。
135.此外,测距传感器60也可以安装在上部回转体3的前面。在这种情况下,计算出作为在第一时间点的动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度与在第二时间点的动臂角度、斗杆角度以及铲斗角度各自的差分角度的动臂差分角度、斗杆差分角度以及铲斗差分角度。旋转处理部126利用动臂差分角度、斗杆差分角度以及铲斗差分角度使第二形状数据901旋转,以便使在第二时间点的动臂401、斗杆402以及铲斗403的姿势与在第一时间点的动臂401、斗杆402以及铲斗403的姿势达到一致。
136.如果旋转处理结束,体积计算部127就与上述相同,利用旋转后的第二形状数据901和第一形状数据计算第一体积v1。根据该构成,即使是在测距传感器60被安装在上部回转体3的情况下,也能计算出第一体积v1。该情况同样可以适用于对于第二体积v2的计算。
137.(3)在上述实施方式,测量装置被应用于液压挖掘机1,但是并不局限于此。测量装置也可以被应用于除了液压挖掘机1等工程机械以外的设备例如手臂机器人。该手臂机器人具备主体部和作业装置。作业装置包含可转动地安装在主体部的臂构件和可转动地安装在臂构件的远端的容器。臂构件包含一个以上的关节其姿势可变更。容器收容通过挖取动作的例如收容物并在特定的位置排出收容物。收容物既可以是诸如爆米花之类的颗粒状的食品,也可以是与颗粒状的食品不同的物质,还可以是粉末药品等。根据该构成,即使在将测量装置应用于手臂机器人的情况下,也能计算出容器收容的收容物的第一体积v1以及第二体积v2。
138.(4)在图1的例子中,第二控制器120被安装到液压挖掘机1,但是并不局限于此。第二控制器120也可以安装在经由网络与液压挖掘机1连接的服务器上。在这种情况下,服务器可以从安装在液压挖掘机1的测距传感器60以及姿势传感器50获取姿势数据以及测量数据。网络例如既可以是局域网络也可以是包含因特网以及移动电话通信网的广域网络。
139.(5)体积计算部127例如也可以通过对计算出的第一体积v乘以预先规定的砂土的比重计算砂土的重量并使显示部80进行显示。根据该构成,可以通报操作人员铲斗403所收容的砂土的重量。该情况同样可以适用于第二体积v2。此外,体积计算部127也可以根据计算出的重量计算液压挖掘机1的作业量并使显示部80进行显示。在这种情况下,体积计算部127可以计算例如针对每一天、每个小时等单位时间的第二体积v2的合计值,并基于该合计值计算每个单位时间的作业量。
140.此外,体积计算部127,在所计算出的第二体积v2的合计值达到作为砂土的排土目的地的翻斗车的上限装载量以上的情况下,也可以使显示部80显示表示该情况的信息。
141.(6)动作判断部130也可以代替姿势数据,基于施加到作业装置4的负荷来判断是否处于挖掘动作中。在这种情况下,动作判断部130可以根据被安装在作业装置4上的负载传感器的检测结果,判断液压挖掘机1是否处于挖掘动作中。因为认为处于挖掘动作中的作业装置4的负荷被限制在某一范围内,所以可以根据该负荷来判断是否处于挖掘动作中。这种情况下的负荷传感器是测量作业装置4的状态的状态检测器的一个例子。而且,图3所示的姿势传感器50也是状态检测器的一个例子。
142.(7)在将上述实施方式适用于手动模式的情况下,挖掘动作控制部112以及提升动作控制部114只需限制作业装置4的动作即可,以便无论操作人员的操作如何都能维持在挖掘动作时为挖掘动作、在提升动作时为提升动作。
143.实施方式的总结本发明的实施方式总结如下。
144.本发明的一方面涉及的测量装置,用于测量在包含臂构件和容器的作业装置中所述容器的收容物的体积,所述臂构件可起伏地安装于主体部,包含可以使该臂构件的姿势变更的一个以上的关节,所述容器可旋转地安装于所述臂构件,具有允许收容物相对于该容器进出的开口,所述测量装置包括:距离检测器,被安装于所述臂构件或所述主体部,用于测量表示物体的距离的测量数据;姿势检测器,用于测量表示所述作业装置的姿势的姿势数据;第一形状计算部,基于通过所述距离检测器测量到的空载的所述容器的所述测量数据即第一测量数据,计算表示所述容器的轮廓形状的第一形状数据;存储器,将在测量到所述第一测量数据的第一时间点的所述姿势数据即第一姿势数据与所述第一形状数据相互对应地进行存储;第二形状计算部,基于在所述第一时间点之后执行的所述容器的挖取动作执行中的第二时间点通过所述距离检测器测量到的所述容器收容的所述收容物的所述测量数据即第二测量数据,计算表示所述收容物的表面形状的第二形状数据;差分信息计算部,计算表示在所述第二时间点通过所述姿势检测器测量到的所述姿势数据即第二姿势数据与所述第一姿势数据之间的差的差分信息;旋转处理部,基于所述差分信息使所述第二形状数据在所述距离检测器的三维坐标空间内旋转,从而使所述作业装置在所述第二时间点从所述距离检测器到所述容器为止的姿势与所述作业装置在所述第一时间点从所述距离检测器到所述容器为止的姿势达到一致;以及,体积计算部,确定被插值形状数据、旋转后的所述第二形状数据以及所述第一形状数据所包围的区域,并基于所确定的所述区域计算表示所述容器在所述第二时间点的所述收容物的体积的第一体积,其中,所述插值形状数据用于插值在所述挖取动作的执行中所述容器所收容的收容物的表面形状。
145.在第一时间点的第一形状数据与在第一时间点的空载的铲斗(应为容器)的第一姿势数据相互对应地被存储在存储器。基于在第一时间点之后执行的容器的挖取动作执行中的第二时间点测量到的第二测量数据,计算表示收容物的表面形状的第二形状数据。计算表示作业装置在第二时间点的第二姿势数据与作业装置在第一时间点的第一姿势数据之间的差的差分信息。
146.第二形状数据在所述距离检测器的三维坐标空间内被旋转,从而使作业装置在第二时间点从距离检测器到容器为止的姿势与作业装置在第一时间点从距离检测器到容器
为止的姿势达到一致。由此,旋转后的第二形状数据变成用与容器在第一时间点相同的姿势而测量到的形状数据。
147.在挖取动作的执行中,因为容器的前端侧插入被挖取的物质群中,距离检测器无法测量到容器的收容物的轮廓形状的全部。在此,本发明的构成,确定被插值形状数据、旋转后的第二形状数据以及第一形状数据所包围的区域,并基于所确定的区域计算容器的收容物的体积,所述插值形状数据用于插值在挖取动作的执行中容器所收容的收容物的表面形状。由此,本发明的构成能正确地计算出在执行容器的挖取动作中容器所收容的收容物的体积。
148.而且,本发明的构成,由于具备所述存储器,只要计算出一次空载的铲斗(应为容器)的第一形状数据,之后,即使不使作业装置处于规定的姿势,也可以根据第二形状数据计算出在第二时间点的收容物的体积。其结果,没有必要在每次收容收容物时都需要使作业装置处于规定的姿势,可以防止作业效率的降低。此外,本发明的构成,由于具备所述存储器,可以在每次计算第二形状数据时都能计算出收容物的体积,可以实时地执行该体积的计算处理。
149.在所述的测量装置,优选还包括:状态检测器,用于检测所述作业装置的状态;和,动作判断部,基于所述状态检测器的检测结果,判断是否处于所述挖取动作的执行中。
150.根据该构成,能正确地判断是否处于挖取动作的执行中。
151.本发明的另一方面涉及的操作辅助系统包括:所述的测量装置;操作器,被输入操作人员对所述作业装置的操作;以及,操作辅助部,判断所述第一体积是否超过了阈值,在判断所述第一体积超过了所述阈值的情况下,执行对所述操作人员的操作辅助,用于将所述作业装置的动作从所述挖取动作切换到让所述容器提升所述收容物的提升动作。
152.根据该构成,当作为在挖取动作的执行中的收容物的体积的第一体积超过了阈值的情况下,执行用于将作业装置的动作从挖取动作切换到提升动作的操作辅助。因此,可以减轻操作人员对该切换的操作负担。
153.在所述的操作辅助系统,优选,所述操作辅助部,在判断所述第一体积超过了所述阈值的情况下,从所述挖取动作自动地切换到所述提升动作。
154.根据该构成,当收容物的第一体积超过了阈值的情况下,自动地进行从挖取动作向提升动作的切换。因此,操作人员不需输入从挖取动作向提升动作的切换指示,就可以自动地使提升动作开始。而且,在收容物的体积变为适当的值时,可以使挖取动作结束使提升动作开始。
155.在所述的操作辅助系统,优选,所述操作辅助部,在判断所述第一体积超过了所述阈值的情况下,通报从所述挖取动作向所述提升动作的切换时机。
156.根据该构成,当收容物的第一体积超过了阈值的情况下,因为通报从挖取动作向提升动作的切换时机,所以操作人员可以在适当的时刻输入该切换的操作。
157.在所述的操作辅助系统,优选,所述体积计算部,还计算表示在所述提升动作的执行中所述容器收容的所述收容物的体积的第二体积,所述的操作辅助系统还包括阈值管理部,在所述第二体积低于所述阈值的当前值的情况下,计算所述第二体积与所述当前值之间的差分,并将所述差分累加到所述当前值从而设定新的阈值。
158.在提升动作的执行中容器所收容的收容物的第二体积低于阈值表示在挖取动作
的执行中容器所收容的收容物的体积还有余地。本发明的构成,在第二体积低于阈值的情况下,使阈值增大第二体积与阈值之间的差分那部分阈值。因此,可以设定适当的阈值。
159.本发明的再另一方面涉及的工程机械,包括:作业装置,其包含臂构件和可旋转地安装于所述臂构件的铲斗,所述臂构件可起伏地安装于主体部,包含可以使该臂构件的姿势变更的一个以上的关节;距离检测器,被安装于所述臂构件或所述主体部,用于测量表示物体的距离的测量数据;姿势检测器,用于测量表示所述作业装置的姿势的姿势数据;第一形状计算部,基于通过所述距离检测器测量到的空载的所述铲斗的所述测量数据即第一测量数据,计算表示所述铲斗的轮廓形状的第一形状数据;存储器,将在测量到所述第一测量数据的第一时间点的所述姿势数据即第一姿势数据与所述第一形状数据相互对应地进行存储;第二形状计算部,基于在所述第一时间点之后执行的挖掘动作执行中的第二时间点通过所述距离检测器测量到的所述铲斗收容的砂土的所述测量数据即第二测量数据,计算表示所述砂土的表面形状的第二形状数据;差分信息计算部,计算表示在所述第二时间点通过所述姿势检测器测量到的所述姿势数据即第二姿势数据与所述第一姿势数据之间的差的差分信息;旋转处理部,基于所述差分信息使所述第二形状数据在所述距离检测器的三维坐标空间内旋转,从而使所述作业装置在所述第二时间点从所述距离检测器到所述铲斗为止的姿势与所述作业装置在所述第一时间点从所述距离检测器到所述铲斗为止的姿势达到一致;以及,体积计算部,确定被插值形状数据、旋转后的所述第二形状数据以及所述第一形状数据所包围的区域,并基于所确定的所述区域计算表示所述铲斗在所述第二时间点的所述砂土的第一体积,其中,所述插值形状数据用于插值在所述挖掘动作的执行中所述铲斗所收容的收容物(应为砂土)的表面形状。
160.根据该构成,可以提供能正确地计算在挖取动作执行中铲斗所收容的收容物的体积的工程机械。
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