特許 6538315 ショベル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6538315

(24)【登録日】2019年6月14日

(45)【発行日】2019年7月3日

(54)【発明の名称】ショベル

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20190625BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20190625BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20190625BHJP

   G01C 7/02 20060101ALI20190625BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/26 B

   E02F9/20 N

   G01C15/00 103A

   G01C15/00 102C

   G01C7/02

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-131541(P2014-131541)

(22)【出願日】2014年6月26日

(65)【公開番号】特開2016-8484(P2016-8484A)

(43)【公開日】2016年1月18日

【審査請求日】2016年10月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】502246528

【氏名又は名称】住友建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】泉川 岳哉

【審査官】 神尾 寧

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２５５２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９４０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２８０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６３１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０２２６２９０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｇ０１Ｃ ７／０２

Ｇ０１Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行動作を行う下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、アタッチメントに含まれるブームと、
前記ブームに取り付けられ、前記アタッチメントに含まれるアームと、
前記上部旋回体に搭載され、レーザ光を出射し反射体までの距離を反射光により計測する装置と、
前記反射体までの距離を反射光により計測する装置の出力に基づいて反射体形状に関する情報を導き出し、前記反射体形状に関する情報から前記アタッチメントの形状に関する部分を除外して地形に関する情報を導き出す制御装置と、
を備えるショベル。

【請求項2】

前記上部旋回体に搭載された測位装置を更に備え、
前記制御装置は、前記測位装置から得られるショベルの位置及び向きに関する情報に基づき、前記地形に関する情報を、所定の座標に基づく位置情報へ変換する、
請求項１に記載のショベル。

【請求項3】

前記制御装置は、前記変換された所定の座標に基づく位置情報と目標地形情報とを比較する、
請求項２に記載のショベル。

【請求項4】

前記反射体までの距離を反射光により計測する装置は、三次元レーザスキャナである、
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。

【請求項5】

前記反射体までの距離を反射光により計測する装置は、二次元走査型距離計測装置である、
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。

【請求項6】

前記反射体までの距離を反射光により計測する装置は、前記アタッチメント、又は、前記アタッチメントが連結される機体に取り付けられる、
請求項１乃至５の何れかに記載のショベル。

【請求項7】

前記制御装置は、当該ショベルの旋回動作又は走行動作を利用して異なる向き又は位置における前記反射体までの距離を反射光により計測する装置の出力に基づいて当該ショベルの周囲の地形を検知する、
請求項１乃至６の何れか一項に記載のショベル。

【請求項8】

前記制御装置は、当該ショベルの前後方向、左右方向、及び上下方向を基準とする三次元座標系における位置情報として地形を検知する、
請求項１乃至７の何れか一項に記載のショベル。

【請求項9】

前記制御装置は、前記反射体までの距離を反射光により計測する装置の出力に基づいて検知した現在の地形に関する情報と目標地形情報とを表示装置に表示させる、
請求項１乃至８の何れか一項に記載のショベル。

【請求項10】

前記制御装置は、前記反射体までの距離を反射光により計測する装置の出力に基づいて前記アタッチメントの形状を導出する、
請求項１乃至９の何れか一項に記載のショベル。

【請求項11】

前記制御装置は、前記反射体までの距離を反射光により計測する装置の出力から、前記アタッチメントの輪郭を取り除く、
請求項１０に記載のショベル。

【請求項12】

当該ショベルの姿勢を検出する姿勢検出装置を更に備え、
前記制御装置は、前記姿勢検出装置の出力に基づいて前記アタッチメントの形状を導出する、
請求項１に記載のショベル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、掘削の対象となる地面の地形を検知可能なショベルに関する。

【背景技術】

【0002】

地形形状計測装置を搭載したパワーショベルが知られている（特許文献１参照。）。この地形形状計測装置は、ステレオカメラを利用して計測対象地形までの距離を計測する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−２１１４７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、左右２台のカメラで構成されるステレオカメラを用いた計測は、左カメラ画像上の一点が右カメラ画像上のどの点に対応するかをパターンマッチング等の手法によって特定する必要がある。そのため、地面等の比較的特徴の少ない計測対象を写した２つのカメラ画像上の２つの点を対応付けることが困難な場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施形態に係るショベルは、走行動作を行う下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられ、アタッチメントに含まれるブームと、前記ブームに取り付けられ、前記アタッチメントに含まれるアームと、前記上部旋回体に搭載され、レーザ光を出射し反射体までの距離を反射光により計測する装置と、前記反射体までの距離を反射光により計測する装置の出力に基づいて反射体形状に関する情報を導き出し、前記反射体形状に関する情報から前記アタッチメントの形状に関する部分を除外して地形に関する情報を導き出す制御装置と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

上述の手段により、掘削の対象となる地面の地形をより確実に検知可能なショベルが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施例に係るショベルの側面図である。

【図2】地形検知システムの構成例を示すブロック図である。

【図3】掘削アタッチメントの作業空間範囲と二次元走査型距離計測装置の走査面との関係を示す図である。

【図4】計測座標系の構成例を示す概略図である。

【図5】より広い地面領域の形状を検知する場合のショベルの動きを示す図である。

【図6】二次元走査型距離計測装置の別の取り付け例を示す図である。

【図7】二次元走査型距離計測装置のさらに別の取り付け例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１は、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルの側面図である。ショベルの下部走行体１には、旋回機構２を介して機体としての上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３には、アタッチメントが取り付けられる。具体的には、上部旋回体３にはブーム４が取り付けられ、ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられる。エンドアタッチメントは、ブレーカ、グラップル等であってもよい。作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。なお、アタッチメントは浚渫アタッチメント等であってもよい。また、上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。また、上部旋回体３の前端部分には二次元走査型距離計測装置４０が取り付けられ、上部旋回体３の後端上部には測位装置４１が取り付けられる。また、キャビン１０内にはコントローラ３０及び表示装置５０が設置される。

【0009】

図２は、図１のショベルに搭載される地形検知システム１００の構成例を示すブロック図である。地形検知システム１００は、主に、コントローラ３０、二次元走査型距離計測装置４０、測位装置４１、姿勢検出装置４２、記憶装置４３、及び表示装置５０を含む。

【0010】

コントローラ３０は、地形検知システム１００の全般的な制御を行う制御装置である。本実施例では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、内部メモリに格納された制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。

【0011】

具体的には、コントローラ３０は、各種装置の出力に基づいて地形を検知し、その検知結果を表示装置５０に表示させる。本実施例では、コントローラ３０は、二次元走査型距離計測装置４０、測位装置４１、姿勢検出装置４２、及び記憶装置４３のそれぞれの出力を受け、地形取得部３１及び座標変換部３２のそれぞれに対応するソフトウェアプログラムを実行する。そして、その実行結果に応じて表示装置５０に各種情報を表示させる。

【0012】

二次元走査型距離計測装置４０は、ショベルの周囲に存在する反射体までの距離を計測する装置であり、計測データをコントローラ３０に対して出力する。本実施例では、二次元走査型距離計測装置４０は、半導体レーザを用いた二次元走査型レーザレンジファインダである。具体的には、二次元走査型距離計測装置４０は、半導体レーザ発生器が発生させたレーザ光を回転ミラーで反射させて走査面上で放射状（例えば２７０度の範囲で０．２度毎）にレーザ光を出射する（図１の破線参照。）。そして、所定距離（例えば３０メートル）の範囲内に存在する反射体からの反射光の時間遅れ又は位相遅れを検出してその反射体までの距離（以下、「反射体距離」とする。）を導き出す。また、二次元走査型距離計測装置４０は、反射体距離に加え、そのときの回転ミラーの回転角度をコントローラ３０に対して出力する。レーザ光の出射方向、すなわち反射体の存在方向（以下、「反射体方向」とする。）をコントローラ３０が導出できるようにするためである。

【0013】

図３は、掘削アタッチメントの作業空間範囲ＷＳと二次元走査型距離計測装置４０の走査面との関係を示す図である。具体的には、図３（Ａ）はショベルの上面図であり、図３（Ｂ）はショベルの側面図である。

【0014】

図３の太点線で表される空間範囲はショベルの作業空間範囲ＷＳである。作業空間範囲ＷＳは、掘削アタッチメントを動作させることでバケット６が到達可能な空間範囲である。具体的には、作業空間範囲ＷＳは、図３（Ａ）に示すように、バケット６のＸ軸方向における幅と同じ幅を有し、図３（Ｂ）に示すような側面ＷＳＦを＋Ｘ側及び−Ｘ側に有する。

【0015】

図３（Ａ）の一点鎖線で示す平面ＳＰは、二次元走査型距離計測装置４０の走査面を含む仮想平面である。図３（Ａ）に示すように、平面ＳＰは、作業空間範囲ＷＳをＸ軸方向（幅方向）で２つに分割するように設定される。バケット６で掘削しようとする地面の表面に二次元走査型距離計測装置４０のレーザ光が確実に当たるようにするためである。本実施例では、平面ＳＰは、掘削アタッチメントの中心面と一致し、作業空間範囲ＷＳを幅方向に二等分するように設定される。したがって、平面ＳＰは、ショベルが水平面上に位置する場合には鉛直面を構成する。なお、掘削アタッチメントの中心面は掘削アタッチメントを幅方向に二等分する仮想平面である。そのため、二次元走査型距離計測装置４０は、例えば、掘削アタッチメントの真下の空間内における上部旋回体３とブーム４との連結部分のところで上部旋回体３のフレームに取り付けられる。なお、平面ＳＰは、望ましくは掘削アタッチメントの中心面に平行となるように設定される。しかしながら、本発明は、平面ＳＰと中心面との間に角度が形成される構成を排除しない。

【0016】

測位装置４１は、ショベルの位置及び向き（方位）を測定する装置である。本実施例では、測位装置４１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機及び電子コンパスを含み、コントローラ３０に対してショベルの位置及び向きに関する情報を出力する。電子コンパスは、例えば３軸磁気センサで構成される。また、測位装置４１は、２つのＧＰＳ受信機で構成されるＧＰＳコンパスであってもよい。

【0017】

姿勢検出装置４２は、ショベルの姿勢を検出する装置である。本実施例では、姿勢検出装置４２は、機体傾斜センサ、ブーム角度センサ、アーム角度センサ、及びバケット角度センサを含む。具体的には、機体傾斜センサは、水平面に対する機体の傾斜を検出する角度センサである。また、ブーム角度センサは、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度を検出する角度センサである。また、アーム角度センサは、ブーム４に対するアーム５の回動角度を検出する角度センサである。また、バケット角度センサは、アーム５に対するバケット６の回動角度を検出する角度センサである。そして、姿勢検出装置４２は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。なお、ブーム角度センサ、アーム角度センサ、及びバケット角度センサの少なくとも１つは、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ等の他のセンサで置き換えられてもよい。

【0018】

記憶装置４３は、各種情報を記憶する装置である。本実施例では、記憶装置４３は、施工完了時の地形に関する情報である目標地形情報を記憶する。地形検知システム１００は、各種記憶媒体、通信ネットワーク等を介して目標地形情報を取得して記憶装置４３に記憶する。また、目標地形情報は、例えば世界測地系を用いて生成される。

【0019】

記憶装置４３は、さらに、後述する二次元走査型距離計測装置４０が取得した地形に関する情報を世界測地系における位置情報に変換したものを記憶する。なお、この地形に関する情報は、世界測地系における位置情報に変換する前のものであってもよい。

【0020】

表示装置５０は、各種情報を表示する装置であり、例えば、各種画像情報を表示する車載ディスプレイを含む。本実施例では、表示装置５０は、コントローラ３０からの制御指令に応じて各種情報を表示する。

【0021】

次に、コントローラ３０が有する各種機能要素について説明する。

【0022】

地形取得部３１は、ショベルの前方における現在の地形に関する情報を取得する機能要素である。本実施例では、地形取得部３１は、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいてショベルの前方における現在の地形に関する情報を取得する。具体的には、地形取得部３１は、二次元走査型距離計測装置４０が出力する反射体距離及び反射体方向に基づいて現在の地形に関する情報を取得する。なお、現在の地形に関する情報は、二次元走査型距離計測装置４０が計測した各計測点の座標を結ぶことで描画される反射体形状を含む。そして、地形取得部３１は、その反射体形状の全部又は一部を、ショベルの前方にある地面の形状を表す地形として認識する。

【0023】

また、地形取得部３１は、取得した反射体形状から、掘削アタッチメントの形状に関する部分を除外して地形を導き出してもよい。具体的には、地形取得部３１は、取得した反射体形状に、掘削アタッチメントの輪郭形状として予め記憶された所定の形状に対応する形状部分が含まれる場合、反射体形状からその形状部分を取り除いて地形を導き出してもよい。或いは、地形取得部３１は、姿勢検出装置４２の出力に基づいて現在の掘削アタッチメントの輪郭形状を導き出し、反射体形状からその輪郭形状に対応する形状部分を取り除いて地形を導き出してもよい。図１の太点線で示す形状ＡＳは、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状に含まれる掘削アタッチメントの輪郭形状を表す。また、図１の太実線で示す形状ＧＳは、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状から掘削アタッチメントの輪郭形状を取り除くことで導き出された地形を表す。なお、図１の一点鎖線で示す形状ＴＳは、目標地形情報に含まれる施工完了時の地形を表す。

【0024】

座標変換部３２は、現在の地形に関する情報を所望の測地基準系における位置情報に変換する機能要素である。本実施例では、座標変換部３２は、測位装置４１が出力する世界測地系におけるショベルの位置及び向きに関する情報と、地形取得部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置を基準とする現在の地形に関する情報と、二次元走査型距離計測装置４０及び測位装置４１の所定の相対位置関係に関する情報とを取得する。そして、それら３種類の情報に基づいて、地形取得部３１が取得した現在の地形に関する情報を世界測地系における位置情報に変換する。現在の地形に関する情報と目標地形情報とを比較できるようにするためである。

【0025】

図４は、座標変換部３２が現在の地形に関する情報を世界測地系における位置情報に変換する際に用いる計測座標系の構成例を示す。具体的には、図４（Ａ）はショベルの側面図であり、図４（Ｂ）はショベルの上面図である。なお、世界測地系は、地球の重心に原点をおき、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Ｙ軸を東経９０度の方向に、そしてＺ軸を北極の方向にとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。

【0026】

計測座標系は、測位装置４１の位置Ｐ４１に原点をおき、Ｕ軸をショベルの幅方向（左右方向）、Ｖ軸をショベルの前後方向に、そしてＷ軸をショベルの高さ方向（上下方向）にとる三次元直交ＵＶＷ座標系である。また、Ｗ軸は、図４（Ａ）の二点鎖線で示すショベルの旋回軸に平行であり、ＶＷ平面は、二次元走査型距離計測装置４０の走査面を含む仮想平面である平面ＳＰを含む。また、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標値は設計で決まる値であるため予め設定される。そのため、座標変換部３２は、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標と、地形取得部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０を基準とする現在の地形に関する情報とに基づき、現在の地形を表す各反射点のＵＶＷ座標系における座標を取得できる。

【0027】

具体的には、１つの反射点ＤＰのＵＶＷ座標系における座標値は、反射体方向によって決まる角度θと反射体距離Ｄと位置Ｐ４０の座標値とに基づいて決定される。

【0028】

また、座標変換部３２は、機体傾斜センサの出力に基づいてＸＹＺ座標系に対するＵＶＷ座標系の傾きを導き出す。そして、その傾きを補正する演算、すなわちＵ軸、Ｖ軸、Ｗ軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に一致させる座標変換を行うことで反射点ＤＰのＸＹＺ座標系における座標を取得できる。

【0029】

その後、座標変換部３２は、世界測地系における位置情報に変換された現在の地形に関する情報を記憶装置４３に記憶すると共に、現在の地形に関する情報と目標地形情報とを比較できるように両者を表示装置５０に表示させる。例えば、座標変換部３２は、図１に示すような関係を表示装置５０に表示させる。具体的には、掘削対象となっている地面の現在の地形と施工完了時の目標地形とを断面表示させる。

【0030】

次に、図５を参照し、ショベルの周囲におけるより広い地面領域の形状を検知する方法について説明する。なお、図５（Ａ）は、旋回動作を利用してより広い地面領域の形状を検知する場合のショベルの動きを示すショベルの上面図であり、図５（Ｂ）は、走行動作を利用してより広い地面領域の形状を検知する場合のショベルの動きを表すショベルの上面図である。

【0031】

図５（Ａ）に示すように、下部走行体１を停止させた状態で上部旋回体３を時計回りに旋回させてショベルの向きを変えることで、地形検知システム１００は、ドットハッチングで表される領域の地形を検知できる。この場合、地形検知システム１００は、電子コンパス、ＧＰＳコンパス等の旋回角度検出装置の出力を用い、地形取得部３１が取得した現在の地形に関する情報を補正してもよい。なお、地形検知システム１００は、下部走行体１によりショベルをピボットターン（超信地旋回）させた場合にも同様の領域の地形を検知できる。

【0032】

また、図５（Ｂ）に示すように、下部走行体１と上部旋回体３との間の相対角度が９０度の状態で上部旋回体３を固定したまま下部走行体１を図の右側に移動させてショベルの位置を変えることで、地形検知システム１００は、ドットハッチングで表される領域の地形を検知できる。この場合、地形検知システム１００は、ＧＰＳ受信機等の走行距離検出装置の出力を用い、地形取得部３１が取得した現在の地形に関する情報を補正してもよい。

【0033】

これにより、地形検知システム１００は、より広い地面領域の形状を空間的（三次元的）に簡易且つ迅速に検知でき、記憶装置４３に記憶することができる。そして、そのような広い地面領域の形状に関する情報により、例えば、掘削対象となっている地面の現在の地形を示す等高図を表示させることができる。また、掘削対象となっている地面の現在の地形を示す等高図と施工完了時の目標地形を示す等高図とを同時に表示させることができる。

【0034】

以上の構成により、地形検知システム１００は、掘削の対象となる地面の現在の地形を掘削直前に且つ掘削毎に検知して表示する。そのため、ショベルの操作者は、目標地形情報と現在の地形に関する情報とを比較し、どの程度埋めるのか或いは掘るのかをその都度確認できる。また、掘削作業中の現在の地形が目標地形と一致しているか否かを確認できる。また、地形検知システム１００は、二次元走査型距離計測装置４０を用いた単純な構成を採用するため、三次元レーザスキャナを採用する場合に比べ、掘削の対象となる地面の現在の地形の検知を低コストで実現できる。

【0035】

次に、図６を参照し、二次元走査型距離計測装置４０の別の取り付け例について説明する。なお、図６（Ａ）は、二次元走査型距離計測装置４０の別の取り付け例を示すショベルの側面図であり、図１に対応する。また、図６（Ｂ）は、座標変換部３２が座標変換の際に用いる計測座標系の構成例を示す図であり、図４（Ａ）に対応する。また、図６（Ａ）の太点線で示す形状ＡＳは、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状に含まれる掘削アタッチメントの輪郭形状を表す。また、図６（Ａ）の太実線で示す形状ＧＳは、反射体形状から掘削アタッチメントの輪郭形状を取り除くことで導き出された地形を表す。なお、図６（Ａ）の一点鎖線で示す形状ＴＳは、目標地形情報に含まれる施工完了時の地形を表す。

【0036】

図６（Ａ）において、二次元走査型距離計測装置４０は、ブーム４の腹面（図の＋Ｙ側の面）の所定位置に取り付けられる。そのため、二次元走査型距離計測装置４０の位置は、ブーム４の姿勢の変化に応じて変化する。そのため、座標変換部３２は、姿勢検出装置４２の出力に基づいて二次元走査型距離計測装置４０と測位装置４１との間の相対位置関係を導き出す。なお、二次元走査型距離計測装置４０は、ブーム４の側面（＋Ｘ側の面又は−Ｘ側の面）に取り付けられてもよい。

【0037】

本実施例では、座標変換部３２は、ブーム角度センサの出力から導き出される上部旋回体３に対するブーム４の姿勢に基づいてその相対位置関係を導き出す。具体的には、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標値は、図６（Ｂ）に示すように、ブームフートピンＰｂの位置のＵＶＷ座標系における座標値と、ブームフートピンＰｂから二次元走査型距離計測装置４０の取り付け位置までの距離Ｌ１と、角度αとに基づいて決定される。なお、ブームフートピンＰｂの位置のＵＶＷ座標系における座標値及び距離Ｌ１は設計で決まる値であるため予め設定される。また、角度αは、例えば、ブーム角度センサの出力値である。

【0038】

そのため、座標変換部３２は、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標と、地形取得部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０を基準とする現在の地形に関する情報とに基づき、現在の地形を表す各反射点のＵＶＷ座標系における座標を取得できる。

【0039】

具体的には、１つの反射点ＤＰのＵＶＷ座標系における座標値は、反射体方向によって決まる角度θと反射体距離Ｄと位置Ｐ４０の座標値とに基づいて決定される。

【0040】

また、座標変換部３２は、機体傾斜センサの出力に基づいてＸＹＺ座標系に対するＵＶＷ座標系の傾きを導き出す。そして、その傾きを補正する演算、すなわちＵ軸、Ｖ軸、Ｗ軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に一致させる座標変換を行うことで反射点ＤＰのＸＹＺ座標系における座標を取得できる。

【0041】

なお、座標変換部３２は、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて二次元走査型距離計測装置４０と測位装置４１との間の相対位置関係を導き出してもよい。具体的には、二次元走査型距離計測装置４０が取得する、上部旋回体３とブーム４との連結部分の輪郭形状から上部旋回体３に対するブーム４の姿勢を導き出し、その上で、二次元走査型距離計測装置４０と測位装置４１との間の相対位置関係を導き出す。

【0042】

その後、座標変換部３２は、測位装置４１が出力する世界測地系におけるショベルの位置及び向きに関する情報と、地形取得部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置を基準とする現在の地形に関する情報と、二次元走査型距離計測装置４０及び測位装置４１の相対位置関係とに基づいて、二次元走査型距離計測装置４０が取得した地形に関する情報を世界測地系における位置情報に変換し、記憶装置４３に記憶する。

【0043】

次に、図７を参照し、二次元走査型距離計測装置４０のさらに別の取り付け例について説明する。なお、図７（Ａ）は、二次元走査型距離計測装置４０のさらに別の取り付け例を示すショベルの側面図であり、図１及び図６（Ａ）に対応する。また、図７（Ｂ）は、座標変換部３２が座標変換の際に用いる計測座標系の構成例を示す図であり、図４（Ａ）及び図６（Ｂ）に対応する。また、図７（Ａ）の太点線で示す形状ＡＳは、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて取得される反射体形状に含まれる掘削アタッチメントの輪郭形状を表す。また、図７（Ａ）の太実線で示す形状ＧＳは、反射体形状から掘削アタッチメントの輪郭形状を取り除くことで導き出された地形を表す。なお、図７（Ａ）の一点鎖線で示す形状ＴＳは、目標地形情報に含まれる施工完了時の地形を表す。

【0044】

図７（Ａ）において、二次元走査型距離計測装置４０は、アーム５の腹面（図の−Ｚ側の面）の所定位置に取り付けられる。そのため、二次元走査型距離計測装置４０の位置は、ブーム４及びアーム５の少なくとも一方の姿勢の変化に応じて変化する。そのため、座標変換部３２は、姿勢検出装置４２の出力に基づいて二次元走査型距離計測装置４０と測位装置４１との間の相対位置関係を導き出す。なお、二次元走査型距離計測装置４０は、アーム５の側面（＋Ｘ側の面又は−Ｘ側の面）に取り付けられてもよい。

【0045】

本実施例では、座標変換部３２は、ブーム角度センサの出力から導き出される上部旋回体３に対するブーム４の姿勢と、アーム角度センサの出力から導き出されるブーム４に対するアーム５の姿勢とに基づいてその相対位置関係を導き出す。具体的には、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標値は、図７（Ｂ）に示すように、ブームフートピンＰｂの位置のＵＶＷ座標系における座標値と、ブームフートピンＰｂからアーム連結ピンＰａまでの距離Ｌ２と、角度αと、アーム連結ピンＰａから二次元走査型距離計測装置４０までの距離Ｌ３と、角度βとに基づいて決定される。なお、ブームフートピンＰｂの位置のＵＶＷ座標系における座標値、距離Ｌ２、及び距離Ｌ３は設計で決まる値であるため予め設定される。また、角度αは、例えば、ブーム角度センサの出力値であり、角度βは、例えば、アーム角度センサの出力値である。

【0046】

そのため、座標変換部３２は、二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０のＵＶＷ座標系における座標と、地形取得部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置Ｐ４０を基準とする現在の地形に関する情報とに基づき、現在の地形を表す各反射点のＵＶＷ座標系における座標を取得できる。

【0047】

具体的には、１つの反射点ＤＰのＵＶＷ座標系における座標値は、反射体方向によって決まる角度θと反射体距離Ｄと位置Ｐ４０の座標値とに基づいて決定される。

【0048】

また、座標変換部３２は、機体傾斜センサの出力に基づいてＸＹＺ座標系に対するＵＶＷ座標系の傾きを導き出す。そして、その傾きを補正する演算、すなわちＵ軸、Ｖ軸、Ｗ軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に一致させる座標変換を行うことで反射点ＤＰのＸＹＺ座標系における座標を取得できる。

【0049】

なお、座標変換部３２は、二次元走査型距離計測装置４０の出力に基づいて二次元走査型距離計測装置４０と測位装置４１との間の相対位置関係を導き出してもよい。具体的には、二次元走査型距離計測装置４０が取得する、上部旋回体３とブーム４との連結部分の輪郭形状から上部旋回体３に対するブーム４の姿勢を導き出す。また、二次元走査型距離計測装置４０が取得する、ブーム４の輪郭形状からブーム４に対するアーム５の姿勢を導き出す。その上で、二次元走査型距離計測装置４０と測位装置４１との間の相対位置関係を導き出す。

【0050】

その後、座標変換部３２は、測位装置４１が出力する世界測地系におけるショベルの位置及び向きに関する情報と、地形取得部３１が取得した二次元走査型距離計測装置４０の位置を基準とする現在の地形に関する情報と、二次元走査型距離計測装置４０及び測位装置４１の相対位置関係とに基づいて、二次元走査型距離計測装置４０が取得した地形に関する情報を世界測地系における位置情報に変換し、記憶装置４３に記憶する。

【0051】

このように、二次元走査型距離計測装置４０がブーム４又はアーム５に取り付けられた場合、地形検知システム１００は、上述の効果に加え、機体の近くを深掘りするときでも深掘りした地形を確実に検知して表示できるという追加的な効果を奏する。そのため、ショベルの操作者は、ショベル又は地面の死角に入って見えないところにある地形を認識できる。

【0052】

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

【0053】

例えば、上述の実施例では、二次元走査型距離計測装置４０は、上部旋回体３のフレーム又は掘削アタッチメントに１つだけ取り付けられる。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、二次元走査型距離計測装置４０は、上部旋回体３のフレーム又は掘削アタッチメントに複数個取り付けられてもよい。

【0054】

また、二次元走査型距離計測装置４０は、上部旋回体３のフレーム又は掘削アタッチメントにおける複数の所定の取り付け位置の１又は複数に取り外し可能に取り付けられてもよい。この場合、利用者は必要に応じて二次元走査型距離計測装置４０の取り付け位置を変更できる。

【0055】

また、二次元走査型距離計測装置４０は、上部旋回体３のフレーム又は掘削アタッチメントにおける任意の位置に取り外し可能に取り付けられてもよい。この場合、利用者は、二次元走査型距離計測装置４０の取り付け位置とアーム連結ピンＰａ、ブームフートピンＰｂ、又は測位装置４１との間の相対位置関係をコントローラ３０に事前に入力すればよい。

【符号の説明】

【0056】

１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン ３０・・・コントローラ ３１・・・地形取得部 ３２・・・座標変換部 ４０・・・二次元走査型距離計測装置 ４１・・・測位装置 ４２・・・姿勢検出装置 ４３・・・記憶装置 ５０・・・表示装置 １００・・・地形検知システム Ｐａ・・・アーム連結ピン Ｐｂ・・・ブームフートピン ＷＳ・・・作業空間範囲 ＷＳＦ・・・作業空間範囲の側面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】