特開2022-128423作業機を有する作業機械において作業機の形状を示す形状データを取得するためのシステム及び方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022128423
(43)【公開日】2022-09-01
(54)【発明の名称】作業機を有する作業機械において作業機の形状を示す形状データを取得するためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
E02F 9/26 20060101AFI20220825BHJP
G01C 15/00 20060101ALI20220825BHJP
G01B 21/22 20060101ALI20220825BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20220825BHJP
【ＦＩ】
E02F9/26 B
G01C15/00 104D
G01B21/22
E02F9/20 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】24
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022023068
(22)【出願日】2022-02-17
(31)【優先権主張番号】P 2021026283
(32)【優先日】2021-02-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】横尾 貴史
(72)【発明者】
【氏名】根田 知樹
(72)【発明者】
【氏名】島野 佑基
【テーマコード（参考）】
2D003
2D015
2F069
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB04
2D003BA02
2D003BA06
2D003CA02
2D003DB04
2D003DB05
2D015HA03
2D015HB05
2F069AA71
2F069AA93
2F069BB04
2F069BB40
2F069DD16
2F069DD19
2F069GG04
2F069MM04
(57)【要約】
【課題】簡易な手続きで、精度の高い作業機の形状データを得る。
【解決手段】作業機は、所定の基準部分と第１部分とを含む。システムは、センサと、記憶装置と、コントローラとを備える。センサは、基準部分の位置を検出する。記憶装置は、作業機械の外部にある所定の基準点の位置を記憶している。コントローラは、第１部分が基準点に置かれているときに、作業機の姿勢を示す姿勢データを取得し、基準部分の位置と基準点の位置と姿勢データとから、基準部分に対する第１部分の位置を示す第１位置データを算出する。コントローラは、第１位置データを形状データとして記憶装置に保存する。
【選択図】図１３
【解決手段】作業機は、所定の基準部分と第１部分とを含む。システムは、センサと、記憶装置と、コントローラとを備える。センサは、基準部分の位置を検出する。記憶装置は、作業機械の外部にある所定の基準点の位置を記憶している。コントローラは、第１部分が基準点に置かれているときに、作業機の姿勢を示す姿勢データを取得し、基準部分の位置と基準点の位置と姿勢データとから、基準部分に対する第１部分の位置を示す第１位置データを算出する。コントローラは、第１位置データを形状データとして記憶装置に保存する。
【選択図】図１３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
所定の基準部分と第１部分とを含む作業機を有する作業機械において、前記作業機の形状を示す形状データを取得するためのシステムであって、
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
所定の基準点の位置を記憶している記憶装置と、
前記第１部分が前記基準点に置かれているときに、前記作業機の姿勢を示す姿勢データを取得し、前記基準部分の位置と前記基準点の位置と前記姿勢データとから、前記基準部分に対する前記第１部分の位置を示す第１位置データを算出し、前記第１位置データを前記形状データとして前記記憶装置に保存するコントローラと、
を備えるシステム。
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
所定の基準点の位置を記憶している記憶装置と、
前記第１部分が前記基準点に置かれているときに、前記作業機の姿勢を示す姿勢データを取得し、前記基準部分の位置と前記基準点の位置と前記姿勢データとから、前記基準部分に対する前記第１部分の位置を示す第１位置データを算出し、前記第１位置データを前記形状データとして前記記憶装置に保存するコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項2】
前記第１位置データは、前記基準部分と前記第１部分との間の距離を含む、
請求項１に記載のシステム。
請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記作業機は、第２部分をさらに含み、
前記コントローラは、前記第２部分が前記基準点に置かれているときに、前記基準部分の位置と前記基準点の位置と前記姿勢データとから、前記基準部分に対する前記第２部分の位置を示す第２位置データを算出し、前記第２位置データを前記形状データとして保存する、
請求項１又は２に記載のシステム。
前記コントローラは、前記第２部分が前記基準点に置かれているときに、前記基準部分の位置と前記基準点の位置と前記姿勢データとから、前記基準部分に対する前記第２部分の位置を示す第２位置データを算出し、前記第２位置データを前記形状データとして保存する、
請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項4】
前記コントローラからの指令信号に応じた画像を表示するディスプレイをさらに備え、
前記コントローラは、前記第１部分が前記基準点に置かれたときの前記作業機を示す第１画面と、前記第２部分が前記基準点に置かれたときの前記作業機を示す第２画面とを前記ディスプレイに表示させる、
請求項３に記載のシステム。
前記コントローラは、前記第１部分が前記基準点に置かれたときの前記作業機を示す第１画面と、前記第２部分が前記基準点に置かれたときの前記作業機を示す第２画面とを前記ディスプレイに表示させる、
請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
オペレータによる操作を示す操作信号を出力する入力装置をさらに備え、
前記コントローラは、
前記第１画面の表示中に前記操作信号を受信したときに、前記第１位置データを算出し、
前記第２画面の表示中に前記操作信号を受信したときに、前記第２位置データを算出する、
請求項４に記載のシステム。
前記コントローラは、
前記第１画面の表示中に前記操作信号を受信したときに、前記第１位置データを算出し、
前記第２画面の表示中に前記操作信号を受信したときに、前記第２位置データを算出する、
請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記第１部分は、前記作業機の側面視において前記基準部分と異なる位置であり、
前記コントローラは、前記第１位置データから、前記作業機の側面視における形状を示す前記形状データを取得する、
請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
前記コントローラは、前記第１位置データから、前記作業機の側面視における形状を示す前記形状データを取得する、
請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
【請求項7】
前記第１部分は、前記作業機の左右方向において前記基準部分と異なる位置であり、
前記コントローラは、前記第１位置データから、前記作業機の少なくとも左右方向の形状を示す前記形状データを取得する、
請求項１から６のいずれかに記載のシステム。
前記コントローラは、前記第１位置データから、前記作業機の少なくとも左右方向の形状を示す前記形状データを取得する、
請求項１から６のいずれかに記載のシステム。
【請求項8】
所定の基準部分と第１部分とを含む作業機を有する作業機械において、前記作業機の形状を示す形状データを取得するためにコントローラによって実行される方法であって、
前記基準部分の位置を検出することと、
前記作業機械の外部にある所定の基準点の位置を取得することと、
前記第１部分が前記基準点に置かれているときに、前記作業機の姿勢を示す姿勢データを取得することと、
前記基準部分の位置と前記基準点の位置と前記姿勢データとから、前記基準部分に対する前記第１部分の位置を示す第１位置データを算出することと、
前記第１位置データを前記形状データとして保存すること、
を備える方法。
前記基準部分の位置を検出することと、
前記作業機械の外部にある所定の基準点の位置を取得することと、
前記第１部分が前記基準点に置かれているときに、前記作業機の姿勢を示す姿勢データを取得することと、
前記基準部分の位置と前記基準点の位置と前記姿勢データとから、前記基準部分に対する前記第１部分の位置を示す第１位置データを算出することと、
前記第１位置データを前記形状データとして保存すること、
を備える方法。
【請求項9】
前記第１位置データは、前記基準部分と前記第１部分との間の距離を含む、
請求項８に記載の方法。
請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記作業機は、第２部分をさらに含み、
前記第２部分が前記基準点に置かれているときに、前記基準部分の位置と前記基準点の位置と前記姿勢データとから、前記基準部分に対する前記第２部分の位置を示す第２位置データを算出することと、
前記第２位置データを前記形状データとして保存すること、
をさらに備える請求項８又は９に記載の方法。
前記第２部分が前記基準点に置かれているときに、前記基準部分の位置と前記基準点の位置と前記姿勢データとから、前記基準部分に対する前記第２部分の位置を示す第２位置データを算出することと、
前記第２位置データを前記形状データとして保存すること、
をさらに備える請求項８又は９に記載の方法。
【請求項11】
前記コントローラは、前記第１部分が前記基準点に置かれたときの前記作業機を示す第１画面と、前記第２部分が前記基準点に置かれたときの前記作業機を示す第２画面とを、ディスプレイに表示することをさらに備える、
請求項１０に記載の方法。
請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記第１画面の表示中に、オペレータによって操作される入力装置からの操作信号を受信したときに、前記第１位置データを算出することと、
前記第２画面の表示中に前記操作信号を受信したときに、前記第２位置データを算出すること、
をさらに備える請求項１１に記載の方法。
前記第２画面の表示中に前記操作信号を受信したときに、前記第２位置データを算出すること、
をさらに備える請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１部分は、前記作業機の前後方向、及び／又は、上下方向において前記基準部分と異なる位置であり、
前記形状データは、前記作業機の少なくとも前後方向、及び／又は、上下方向の形状を示す、
請求項８から１２のいずれかに記載の方法。
前記形状データは、前記作業機の少なくとも前後方向、及び／又は、上下方向の形状を示す、
請求項８から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項14】
前記第１部分は、前記作業機の左右方向において前記基準部分と異なる位置であり、
前記形状データは、前記作業機の少なくとも左右方向の形状を示す、
請求項８から１３のいずれかに記載の方法。
前記形状データは、前記作業機の少なくとも左右方向の形状を示す、
請求項８から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項15】
所定の基準部分を含む作業機を有する作業機械によって未知の基準点の位置を検出するためのシステムであって、
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記作業機の所定部分を所定の基準点に当接させた前記作業機の第１の姿勢での前記基準部分の位置を第１位置として取得し、
前記所定部分を前記基準点に当接させた状態で、前記第１姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第２の姿勢での前記基準部分の位置を第２位置として取得し、
前記所定部分を前記基準点に当接させた状態で、前記第２姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第３の姿勢での前記基準部分の位置を第３位置として取得し、
少なくとも前記第１位置と前記第２位置と前記第３位置とを通る仮想円の中心の位置を、前記基準点の位置として算出する、
システム。
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記作業機の所定部分を所定の基準点に当接させた前記作業機の第１の姿勢での前記基準部分の位置を第１位置として取得し、
前記所定部分を前記基準点に当接させた状態で、前記第１姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第２の姿勢での前記基準部分の位置を第２位置として取得し、
前記所定部分を前記基準点に当接させた状態で、前記第２姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第３の姿勢での前記基準部分の位置を第３位置として取得し、
少なくとも前記第１位置と前記第２位置と前記第３位置とを通る仮想円の中心の位置を、前記基準点の位置として算出する、
システム。
【請求項16】
所定の基準部分を含む作業機を有する作業機械によって未知の基準点の位置を検出するためのシステムであって、
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記作業機の所定部分を所定の基準点に当接させた前記作業機の第１の姿勢での前記基準部分の位置を第１位置として取得し、
前記所定部分を前記基準点に当接させた状態で、前記第１姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第２の姿勢での前記基準部分の位置を第２位置として取得し、
前記所定部分と前記基準部分との間の距離を取得し、
少なくとも前記第１位置と前記第２位置とを通り、前記距離を半径とする仮想円の中心の位置を、前記基準点の位置として算出する、
システム。
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記作業機の所定部分を所定の基準点に当接させた前記作業機の第１の姿勢での前記基準部分の位置を第１位置として取得し、
前記所定部分を前記基準点に当接させた状態で、前記第１姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第２の姿勢での前記基準部分の位置を第２位置として取得し、
前記所定部分と前記基準部分との間の距離を取得し、
少なくとも前記第１位置と前記第２位置とを通り、前記距離を半径とする仮想円の中心の位置を、前記基準点の位置として算出する、
システム。
【請求項17】
所定の基準部分を含む作業機を有する作業機械によって未知の基準点の位置を検出するためのシステムであって、
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記作業機の所定部分を所定の基準点に当接させた前記作業機の第１の姿勢での前記基準部分の位置を第１位置として取得し、
前記第１位置から前記所定部分へ向かう第１方位を取得し、
前記所定部分を前記基準点に当接させた状態で、前記第１姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第２の姿勢での前記基準部分の位置を第２位置として取得し、
前記第２位置から前記所定部分へ向かう第２方位を取得し、
前記第１位置から前記第１方位へ延びる第１仮想線と、前記第２位置から前記第２方位へ延びる第２仮想線との交点の位置を、前記基準点の位置として算出する、
システム。
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記作業機の所定部分を所定の基準点に当接させた前記作業機の第１の姿勢での前記基準部分の位置を第１位置として取得し、
前記第１位置から前記所定部分へ向かう第１方位を取得し、
前記所定部分を前記基準点に当接させた状態で、前記第１姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第２の姿勢での前記基準部分の位置を第２位置として取得し、
前記第２位置から前記所定部分へ向かう第２方位を取得し、
前記第１位置から前記第１方位へ延びる第１仮想線と、前記第２位置から前記第２方位へ延びる第２仮想線との交点の位置を、前記基準点の位置として算出する、
システム。
【請求項18】
所定の基準部分と所定部分とを含む作業機を有する作業機械において、前記作業機の形状を示す形状データを取得するためのシステムであって、
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記所定部分を所定の基準点に当接させた前記作業機の第１の姿勢での前記基準部分の位置を第１位置として取得し、
前記第１姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第２の姿勢での前記基準部分の位置を第２位置として取得し、
前記第１姿勢から前記第２姿勢への前記基準点回りの前記作業機の回転角度を取得し、
前記第１位置と前記第２位置との間の距離と、前記回転角度とに基づいて、前記基準部分と前記所定部分との間の長さを、前記形状データとして算出する、
システム。
前記基準部分の位置を検出するセンサと、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記所定部分を所定の基準点に当接させた前記作業機の第１の姿勢での前記基準部分の位置を第１位置として取得し、
前記第１姿勢から前記基準点回りに前記作業機を回転させた第２の姿勢での前記基準部分の位置を第２位置として取得し、
前記第１姿勢から前記第２姿勢への前記基準点回りの前記作業機の回転角度を取得し、
前記第１位置と前記第２位置との間の距離と、前記回転角度とに基づいて、前記基準部分と前記所定部分との間の長さを、前記形状データとして算出する、
システム。
【請求項19】
前記作業機械は、車両本体をさらに有し、
前記作業機は、
前記車両本体に回転可能に取り付けられるブームと、
前記ブームに回転可能に取り付けられるアームと、
前記アームに回転可能に取り付けられるバケットと、
前記バケットと前記アームとの間に取り付けられるリンク部材と、
前記アームと前記リンク部材とに接続されるバケットシリンダと、
を含み、
前記バケットは、バケットピンを介して前記アームに取り付けられ、
前記リンク部材は、接続ピンを介して前記バケットに取り付けられ、
前記基準部分は、前記バケットピンであり、
前記所定部分は、前記バケットの刃先であり、
前記コントローラは、前記バケットピンと前記バケットの刃先との間の長さを、前記形状データとして算出する、
請求項１８に記載のシステム。
前記作業機は、
前記車両本体に回転可能に取り付けられるブームと、
前記ブームに回転可能に取り付けられるアームと、
前記アームに回転可能に取り付けられるバケットと、
前記バケットと前記アームとの間に取り付けられるリンク部材と、
前記アームと前記リンク部材とに接続されるバケットシリンダと、
を含み、
前記バケットは、バケットピンを介して前記アームに取り付けられ、
前記リンク部材は、接続ピンを介して前記バケットに取り付けられ、
前記基準部分は、前記バケットピンであり、
前記所定部分は、前記バケットの刃先であり、
前記コントローラは、前記バケットピンと前記バケットの刃先との間の長さを、前記形状データとして算出する、
請求項１８に記載のシステム。
【請求項20】
前記コントローラは、
所定の基準方向に対して、前記第１姿勢での前記バケットピンと前記接続ピンとを結ぶ直線のなす角を第１角度として取得し、
前記基準方向に対して、前記第２姿勢での前記バケットピンと前記接続ピンとを結ぶ前記直線のなす角を第２角度として取得し、
前記第１角度と前記第２角度との差を、前記回転角度として算出する、
請求項１９に記載のシステム。
所定の基準方向に対して、前記第１姿勢での前記バケットピンと前記接続ピンとを結ぶ直線のなす角を第１角度として取得し、
前記基準方向に対して、前記第２姿勢での前記バケットピンと前記接続ピンとを結ぶ前記直線のなす角を第２角度として取得し、
前記第１角度と前記第２角度との差を、前記回転角度として算出する、
請求項１９に記載のシステム。
【請求項21】
前記センサは、
前記車両本体に対する前記ブームの傾斜角を示すブーム角を検出するブーム角センサと、
前記ブームに対する前記アームの傾斜角を示すアーム角を検出するアーム角センサと、
前記アームに対する前記バケットの傾斜角を示すバケット角を検出するバケット角センサと、
を含み、
前記コントローラは、前記ブーム角と前記アーム角と前記バケット角とに基づいて、前記第１角度と前記第２角度とを算出する、
請求項２０に記載のシステム。
前記車両本体に対する前記ブームの傾斜角を示すブーム角を検出するブーム角センサと、
前記ブームに対する前記アームの傾斜角を示すアーム角を検出するアーム角センサと、
前記アームに対する前記バケットの傾斜角を示すバケット角を検出するバケット角センサと、
を含み、
前記コントローラは、前記ブーム角と前記アーム角と前記バケット角とに基づいて、前記第１角度と前記第２角度とを算出する、
請求項２０に記載のシステム。
【請求項22】
前記センサは、前記リンク部材に取り付けられ、前記リンク部材の水平方向に対する傾斜角を示すリンク角を検出するＩＭＵを含み、
前記コントローラは、前記リンク角に基づいて、前記第１角度と前記第２角度とを算出する、
請求項２０に記載のシステム。
前記コントローラは、前記リンク角に基づいて、前記第１角度と前記第２角度とを算出する、
請求項２０に記載のシステム。
【請求項23】
前記センサは、
前記アームに取り付けられ、前記アームの水平方向に対する傾斜角を示すアーム角を検出するＩＭＵと、
前記アームに対する前記バケットの角度を示すバケット角を検出するバケット角センサと、
を含み、
前記コントローラは、前記アーム角と前記バケット角とに基づいて、前記第１角度と前記第２角度とを算出する、
請求項２０に記載のシステム。
前記アームに取り付けられ、前記アームの水平方向に対する傾斜角を示すアーム角を検出するＩＭＵと、
前記アームに対する前記バケットの角度を示すバケット角を検出するバケット角センサと、
を含み、
前記コントローラは、前記アーム角と前記バケット角とに基づいて、前記第１角度と前記第２角度とを算出する、
請求項２０に記載のシステム。
【請求項24】
前記コントローラは、
前記アームに対する前記バケットの角度を示すバケット角を取得し、
前記アームの水平方向に対する傾斜角を示すアーム角を取得し、
水平方向と、バケットピンとバケットの刃先とを結ぶ刃先線との間のなす角を示す刃先角を取得し、
前記バケット角と、前記アーム角と、前記刃先角とに基づいて、前記バケットピンと前記接続ピンとを結ぶバケット線と、前記刃先線との間のなす角であるバケットフート角を算出する、
請求項１９に記載のシステム。
前記アームに対する前記バケットの角度を示すバケット角を取得し、
前記アームの水平方向に対する傾斜角を示すアーム角を取得し、
水平方向と、バケットピンとバケットの刃先とを結ぶ刃先線との間のなす角を示す刃先角を取得し、
前記バケット角と、前記アーム角と、前記刃先角とに基づいて、前記バケットピンと前記接続ピンとを結ぶバケット線と、前記刃先線との間のなす角であるバケットフート角を算出する、
請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、作業機を有する作業機械において作業機の形状を示す形状データを取得するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
作業機を有する作業機械において、作業機の位置を算出する技術が、従来、知られている。例えば、特許文献１の作業機械は、車両本体と作業機とを備えている。車両本体には、位置センサと姿勢センサとが配置されている。位置センサは、例えばGNSS（Global Navigation Satellite System）のアンテナを含む。位置センサは、車両本体の位置を検出する。姿勢センサは、例えばIMU（Inertial Measurement Unit）が配置されている。姿勢センサは、車両本体のロール角、及び、ピッチ角などの車両本体の姿勢を検出する。作業機は、ブームと、アームと、バケットと、それらを駆動する油圧シリンダとを有している。作業機械のコントローラは、車両本体の位置と姿勢、作業機の各部分の寸法、及び、油圧シリンダのストローク量などから、バケットの位置を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１６－０５６６７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の技術において、バケットの位置を精度よく算出するためには、バケットの形状を示す精度のよい情報（以下、「形状データ」と呼ぶ）が必要である。従来、バケットの形状データを得るために、ユーザが、巻尺、デジタル角度計、マグネットポールなどの器具を用いて、手作業でバケットの形状を計測している。そのため、作業が煩雑であると共に、精度の高い形状データを簡易に得ることは困難である。本開示の目的は、簡易な手続きで、精度の高い作業機の形状データを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の第１の態様に係るシステムは、作業機を有する作業機械において、作業機の形状を示す形状データを取得するためのシステムである。作業機は、所定の基準部分と第１部分とを含む。当該システムは、センサと、記憶装置と、コントローラとを備える。センサは、作業機の基準部分の位置を検出する。記憶装置は、作業機械の外部にある所定の基準点の位置を記憶している。コントローラは、作業機の第１部分が基準点に置かれているときに、作業機の姿勢を示す姿勢データを取得する。コントローラは、基準部分の位置と基準点の位置と姿勢データとから、基準部分に対する第１部分の位置を示す第１位置データを算出する。コントローラは、第１位置データを形状データとして記憶装置に保存する。
【0006】
本開示の第２の態様に係る方法は、作業機を有する作業機械において、作業機の形状を示す形状データを取得するためにコントローラによって実行される方法である。作業機は、所定の基準部分と第１部分とを含む。当該方法は、作業機の基準部分の位置を検出することと、作業機械の外部にある所定の基準点の位置を取得することと、作業機の第１部分が基準点に置かれているときに、作業機の姿勢を示す姿勢データを取得することと、基準部分の位置と基準点の位置と姿勢データとから、基準部分に対する第１部分の位置を示す第１位置データを算出することと、第１位置データを形状データとして保存すること、を備える。
【0007】
本開示の第３の態様に係るシステムは、作業機を有する作業機械によって、未知の基準点の位置を検出するためのシステムである。作業機は、所定の基準部分を含む。当該システムは、センサとコントローラとを備える。センサは、作業機の基準部分の位置を検出する。コントローラは、作業機の所定部分を所定の基準点に当接させた作業機の第１の姿勢での基準部分の位置を第１位置として取得する。コントローラは、所定部分を基準点に当接させた状態で、第１姿勢から所定の基準点回りに作業機を回転させた第２の姿勢での基準部分の位置を第２位置として取得する。コントローラは、所定部分を基準点に当接させた状態で、第２姿勢から基準点回りに作業機を回転させた第３の姿勢での基準部分の位置を第３位置として取得する。コントローラは、少なくとも第１位置と第２位置と第３位置とを通る仮想円の中心の位置を、基準点の位置として算出する。
【0008】
本開示の第４の態様に係るシステムは、作業機を有する作業機械によって、未知の基準点の位置を検出するためのシステムである。作業機は、所定の基準部分を含む。当該システムは、センサとコントローラとを備える。センサは、作業機の基準部分の位置を検出する。コントローラは、作業機の所定部分を所定の基準点に当接させた作業機の第１の姿勢での基準部分の位置を第１位置として取得する。コントローラは、所定部分を基準点に当接させた状態で、第１姿勢から所定の基準点回りに作業機を回転させた第２の姿勢での基準部分の位置を第２位置として取得する。コントローラは、所定部分と基準部分との間の距離を取得する。コントローラは、少なくとも第１位置と第２位置とを通り、当該距離を半径とする仮想円の中心の位置を、基準点の位置として算出する。
【0009】
本開示の第５の態様に係るシステムは、作業機を有する作業機械によって、未知の基準点の位置を検出するためのシステムである。作業機は、所定の基準部分を含む。当該システムは、センサとコントローラとを備える。センサは、作業機の基準部分の位置を検出する。コントローラは、作業機の所定部分を所定の基準点に当接させた作業機の第１の姿勢での基準部分の位置を第１位置として取得する。コントローラは、第１位置から所定部分へ向かう第１方位を取得する。コントローラは、所定部分を基準点に当接させた状態で、第１姿勢から所定の基準点回りに作業機を回転させた第２の姿勢での基準部分の位置を第２位置として取得する。コントローラは、第２位置から所定部分へ向かう第２方位を取得する。コントローラは、第１位置から第１方位へ延びる第１仮想線と、第２位置から第２方位へ延びる第２仮想線との交点の位置を、基準点の位置として算出する。
【0010】
本開示の第６の態様に係るシステムは、作業機を有する作業機械において、作業機の形状を示す形状データを取得するためのシステムである、作業機は、所定の基準部分と所定部分とを含む。当該システムは、センサとコントローラとを備える。センサは、基準部分の位置を検出する。コントローラは、所定部分を所定の基準点に当接させた作業機の第１の姿勢での基準部分の位置を第１位置として取得する、コントローラは、第１姿勢から基準点回りに作業機を回転させた第２の姿勢での基準部分の位置を第２位置として取得する。コントローラは、第１姿勢から第２姿勢への基準点回りの作業機の回転角度を取得する。コントローラは、第１位置と第２位置との間の距離と、回転角度とに基づいて、基準部分と所定部分との間の長さを、形状データとして算出する。
【発明の効果】
【0011】
本開示の第１、第２の態様では、作業機の第１部分が基準点に置かれているときに、基準部分の位置と基準点の位置と姿勢データとから、基準部分に対する第１部分の位置が算出される。従って、作業機の任意の部分を基準点に置くことで、基準部分に対する作業機の任意の部分の位置を容易に取得することができる。それにより、簡易な手続きで、精度の高い作業機の形状データを得ることができる。
【0012】
本開示の第３の態様では、作業機の所定部分を基準点に当接させた状態で、作業機を基準点回りに回転させることで得られる基準部分の第１～第３位置から、基準点の位置が算出される。そのため、ユーザが器具を手動で用いて基準点の位置を計測せずとも、容易に基準点の位置を取得することができる。
【0013】
本開示の第４の態様では、作業機の所定部分を基準点に当接させた状態で、作業機を基準点回りに回転させることで得られる基準部分の第１、第２位置から、基準点の位置が算出される。そのため、ユーザが器具を手動で用いて基準点の位置を計測する労力を軽減して、容易に基準点の位置を取得することができる。
【0014】
本開示の第５の態様では、作業機の所定部分を基準点に当接させた状態で、作業機を基準点回りに回転させることで得られる基準部分の第１、第２位置から、基準点の位置が算出される。そのため、ユーザが器具を手動で用いて基準点の位置を計測する労力を軽減して、容易に基準点の位置を取得することができる。
【0015】
本開示の第６の態様では、作業機を基準点回りに回転させることで得られる基準部分の第１、第２位置、及び作業機の回転角度から、基準部分と所定部分との間の長さが算出される。そのため、簡易な手続きで、精度の高い作業機の形状データを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】実施形態に係る作業機械の斜視図である。
【図2】作業機械の駆動系と制御システムとの構成を示すブロック図である。
【図3】作業機械の構成を模式的に示す図である。
【図4】ガイド画面の一例を示す図である。
【図5】バケットの側面図である。
【図6】バケットの寸法の入力画面の一例を示す図である。
【図7】基準点の位置を決定するための処理を示すフローチャートである。
【図8】第１指示画面の一例を示す図である。
【図9】第２指示画面の一例を示す図である。
【図10】第３指示画面の一例を示す図である。
【図11】第１姿勢と第２姿勢と第３姿勢とをとったバケットを示す側面図である。
【図12】バケットの形状データを検出するための処理を示すフローチャートである。
【図13】第４指示画面の一例を示す図である。
【図14】測定されるバケットの部分と形状データとを示すバケットの側面図である。
【図15】第５指示画面の一例を示す図である。
【図16】変形例に係る第１部分の位置を示すバケットの正面図である。
【図17】変形例に係る基準点の算出方法を示す図である。
【図18】他の変形例に係る基準点の算出方法を示す図である。
【図19】バケット長の算出方法を示すバケットの側面図である。
【図20】バケットの回転角度の算出方法を示す作業機の側面図である。
【図21】バケットの回転角度の算出方法を示す作業機の側面図である。
【図22】バケットの回転角度の算出方法の変形例を示す作業機の側面図である。
【図23】バケットの回転角度の算出方法の他の変形例を示す作業機の側面図である。
【図24】バケットフート角の算出方法を示す作業機の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る作業機械について説明する。図１は、実施形態に係る作業機械１の斜視図である。作業機械１は、車両本体２と作業機３とを有する。車両本体２は、旋回体４と走行装置５とを有する。旋回体４は、走行装置５に対して旋回可能に支持されている。旋回体４には、運転室６が配置されている。走行装置５は履帯５ａ，５ｂを含む。履帯５ａ，５ｂが回転することにより作業機械１が走行する。
【0018】
作業機３は、車両本体２に取り付けられている。作業機３は、ブーム１１と、アーム１２と、バケット１３とを含む。ブーム１１は、ブームピン１４を介して車両本体２に回転可能に取り付けられている。アーム１２は、アームピン１５を介してブーム１１に回転可能に取り付けられている。バケット１３は、バケットピン１６を介して、アーム１２に回転可能に取り付けられている。
【0019】
作業機３は、ブームシリンダ１７と、アームシリンダ１８と、バケットシリンダ１９とを含む。ブームシリンダ１７と、アームシリンダ１８と、バケットシリンダ１９とは、それぞれ油圧シリンダである。ブームシリンダ１７が伸縮することで、ブーム１１が動作する。アームシリンダ１８が伸縮することで、アーム１２が動作する。バケットシリンダ１９が伸縮することで、バケット１３が動作する。
【0020】
図２は、作業機械１の駆動系２１と制御システム２２との構成を示すブロック図である。図２に示すように、駆動系２１は、駆動源２３と、油圧ポンプ２４とを備えている。駆動源２３は、例えば内燃エンジンである。ただし、駆動源は、電動モータ、或いはエンジンと電動モータとのハイブリッド機構であってもよい。油圧ポンプ２４は、駆動源２３によって駆動され、作動油を吐出する。油圧ポンプ２４から吐出された作動油は、ブームシリンダ１７とアームシリンダ１８とバケットシリンダ１９とに供給される。作業機械１は、第１走行モータ２５ａと、第２走行モータ２５ｂと、旋回モータ２６とを備えている。第１走行モータ２５ａは、履帯５ａを駆動する。第２走行モータ２５ｂは、履帯５ｂを駆動する。旋回モータ２６は、旋回体４を旋回させる。油圧ポンプ２４から吐出された作動油は、第１走行モータ２５ａと、第２走行モータ２５ｂと、旋回モータ２６とに供給される。なお、図２では、１つの油圧ポンプ２４が図示されているが、複数の油圧ポンプが設けられてもよい。
【0021】
制御システム２２は、操作装置２７と、入力装置２８と、ディスプレイ２９とを備える。操作装置２７と、入力装置２８と、ディスプレイ２９とは、運転室６に配置されている。操作装置２７は、作業機３、旋回体４、及び走行装置５を操作するための装置である。操作装置２７は、作業機３、旋回体４、及び走行装置５を駆動するためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。操作装置２７は、例えば、レバー、ペダル、スイッチ等を含む。
【0022】
入力装置２８は、作業機械１の制御の設定を行うためのオペレータによる操作を受け付け、操作に応じた操作信号を出力する。入力装置２８は、例えばタッチスクリーンである。或いは、入力装置２８は、レバー、或いはスイッチを含んでもよい。ディスプレイ２９は、ディスプレイ２９に入力される指令信号に応じた画像を表示する。ディスプレイ２９は、作業機械１の制御の設定を行うための画面を表示する。また、ディスプレイ２９は、作業機械１による作業を補助するためのガイド画面を表示する。
【0023】
制御システム２２は、コントローラ３１と、記憶装置３２と、制御弁３３とを含む。コントローラ３１は、取得したデータに基づいて作業機械１を制御するようにプログラムされている。コントローラ３１は、CPU（Central Processing Unit）などのプロセッサと、RAM（Random Access Memory）、及びROM（Read Only Memory）などのメモリとを含む。記憶装置３２は、半導体メモリ、或いはハードディスクなどを含む。記憶装置３２は、非一時的な（non-transitory）コントローラ３１で読み取り可能な記録媒体の一例である。記憶装置３２は、プロセッサによって実行可能であり作業機械１を制御するためのコンピュータ指令を記録している。
【0024】
コントローラ３１は、操作装置２７及び入力装置２８から操作信号を取得する。コントローラ３１は、操作信号に基づいて、制御弁３３を制御する。制御弁３３は、コントローラ３１からの指令信号によって制御される。なお、制御弁３３は、圧力比例制御弁であってもよい。或いは、制御弁３３は、電磁比例制御弁であってもよい。制御弁３３は、油圧ポンプ２４から第１走行モータ２５ａと第２走行モータ２５ｂとに供給される作動油の流量を制御する。それにより、操作装置２７の操作に応じて、作業機械１が走行する。制御弁３３は、油圧ポンプ２４から、ブームシリンダ１７、アームシリンダ１８、及びバケットシリンダ１９に供給される作動油の流量を制御する。コントローラ３１は、操作装置２７の操作に応じて、ブーム１１、アーム１２、及びバケット１３が動作するように、制御弁３３への指令信号を生成する。制御弁３３は、油圧ポンプ２４から、旋回モータ２６へ供給される作動油の流量を制御する。コントローラ３１は、操作装置２７の操作に応じて、旋回体４が旋回するように、制御弁３３への指令信号を生成する。
【0025】
制御システム２２は、位置センサ３４を備えている。位置センサ３４は、作業機械１の位置を測定する。位置センサ３４は、車両本体２に配置されている。位置センサ３４は、GNSS(Global Navigation Satellite System)レシーバ３５と、アンテナ３６と、IMU３７とを備える。GNSSレシーバ３５は、例えばGPS（Global Positioning System）用の受信機である。GNSSレシーバ３５は、衛星より測位信号を受信し、測位信号によりアンテナ３６の位置を演算して車体位置データを生成する。コントローラ３１は、GNSSレシーバ３５から車体位置データを取得する。IMU３７は、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit）である。IMU３７は、傾斜角データを取得する。傾斜角データは、車両前後方向の水平に対する角度（ピッチ角）、および車両横方向の水平に対する角度（ロール角）を含む。
【0026】
制御システム２２は、作業機３の姿勢センサ３８を含む。姿勢センサ３８は、作業機３の姿勢を示す姿勢データを検出する。姿勢センサ３８は、ブーム角センサ４１と、アーム角センサ４２と、バケット角センサ４３とを含む。姿勢データは、ブーム角と、アーム角と、バケット角とを含む。ブーム角センサ４１は、ブーム角θ１を検出する。図３は、作業機械１の構成を模式的に示す図である。図３に示すように、ブーム角θ１は、車両本体２におけるブーム１１の傾斜角を示す。
【0027】
アーム角センサ４２は、第１アーム角θ２を検出する。第１アーム角θ２は、ブーム１１に対するアーム１２の傾斜角を示す。バケット角センサ４３は、第１バケット角θ３を検出する。第１バケット角θ３は、アーム１２に対するバケット１３の傾斜角を示す。ブーム角センサ４１は、ブームシリンダ１７のストローク量を示す検出信号を出力する。アーム角センサ４２は、アームシリンダ１８のストローク量を示す検出信号を出力する。バケット角センサ４３は、バケットシリンダ１９のストローク量を示す検出信号を出力する。コントローラ３１は、それらの検出信号に基づいて、ブーム角θ１、第１アーム角θ２、及び第１バケット角θ３を算出する。ただし、ブーム角センサ４１と、アーム角センサ４２と、バケット角センサ４３とは、それぞれ、ブーム角θ１と、第１アーム角θ２と、第１バケット角θ３とを直接的に検出する角度センサであってもよい。角度センサは、傾斜角センサ、或いはIMUであってもよい。姿勢センサ３８は、作業機３に取り付けられたIMUであってもよい。
【0028】
記憶装置３２は、車両本体２と作業機３との形状データとを記憶している。車両本体２の形状データは、車両本体２の形状を示す。車両本体２の形状データは、アンテナ３６と車両本体２における基準位置との位置関係を示す。車両本体２の形状データは、車両本体２における基準位置と、ブームピン１４との位置関係を示す。
【0029】
作業機３の形状データは、作業機３の形状を示す。形状データは、ブーム長Ｌ１と、アーム長Ｌ２と、バケット長Ｌ３とを含む。ブーム長Ｌ１は、ブームピン１４からアームピン１５までの長さである。アーム長Ｌ２は、アームピン１５からバケットピン１６までの長さである。バケット長Ｌ３は、バケットピン１６からバケット１３の刃先Ｐ１０までの長さである。コントローラ３１は、傾斜角データと、姿勢データと、形状データとに基づいて、位置センサ３４が検出した車体位置データから、バケット位置データを算出する。バケット位置データは、バケット１３の刃先Ｐ１０の位置を示す。
【0030】
記憶装置３２は、現況地形データと設計地形データとを記憶している。現況地形データは、作業現場の現況地形を示す。設計地形データは、作業現場の目標形状を示す。コントローラ３１は、現況地形データと、設計地形データと、形状データとに基づいて、図４に示すガイド画面５１をディスプレイ２９に表示する。図４に示すように、ガイド画面５１は、現況地形５２と、設計地形５３と、作業機械１との位置を示す。形状データは、バケット１３の形状を示すデータを含む。コントローラ３１は、バケット１３の形状データとバケット位置データとに基づいて、現況地形５２及び設計地形５３に対するバケット１３の位置をガイド画面５１に示す。
【0031】
作業機械１のオペレータは、ガイド画面５１によって、バケット１３と現況地形５２と設計地形５３との位置関係を把握することができる。なお、作業機械１による作業は、オペレータによる手動操作で行われてもよい。或いは、作業機械１による作業は、コントローラ３１による自動制御によって行われてもよい。自動制御においては、コントローラ３１は、形状データとバケット位置データと現況地形データと設計地形データとに基づいて、作業機３を自動的に制御してもよい。例えば、コントローラ３１は、バケット１３の刃先Ｐ１０が設計地形５３に沿って移動するように、作業機３を制御してもよい。その際、コントローラ３１は、形状データに基づいて、バケット１３の刃先Ｐ１０以外の部分の現況地形５２への接触を避けるように、作業機３を制御してもよい。
【0032】
以上のように、コントローラ３１は、作業機３の形状データに基づいて、ガイド画面５１をディスプレイ２９に表示させる。或いは、コントローラ３１は、作業機３の形状データに基づいて、作業機３の自動制御を行う。次に、作業機３の形状データを取得するための方法について説明する。以下の説明では、作業機３の形状データのうち、ブーム１１とアーム１２との形状データは既知であり、バケット１３の形状データが未知である場合に、バケット１３の形状データを取得するための方法について説明する。
【0033】
図５は、バケット１３の側面図である。図５に示すように、バケット１３は、バケット本体６１と、接続部６２と、ティース６３とを含む。バケット本体６１は、開口部６４と、側板６５と、底板６６とを含む。接続部６２は、バケット本体６１に接続されている。接続部６２は、第１孔６７と第２孔６８とを含む。第１孔６７には、バケットピン１６が挿入される。第２孔６８には、バケット１３とバケットシリンダ１９とを接続する第１接続ピン６９（図１参照）が挿入される。ティース６３は、バケット本体６１に接続されている。上述したバケット１３の刃先Ｐ１０は、ティース６３の先端に位置する。
【0034】
コントローラ３１は、図６に示すバケット１３の寸法の入力画面５４をディスプレイ２９に表示する。入力画面５４は、バケット１３の寸法の一部をオペレータによる手作業で入力するための画面である。オペレータは、入力装置２８を用いて、バケット１３のピン間距離５５と、ティース６３の長さ５６と、バケット１３の幅５７とを、入力画面５４に入力する。バケット１３のピン間距離５５は、第１孔６７の中心と第２孔６８の中心との間の距離である。オペレータは、例えば巻き尺などの長さを測る器具を用いて、これらの寸法を測定し、入力装置２８を用いて入力する。
【0035】
次に、コントローラ３１は、基準点Ｒ０の位置を決定するための処理を実行する。基準点Ｒ０は、例えば、作業機械１の外部に位置する。基準点Ｒ０は、オペレータにとって何らかの目印になるものであればよく、オペレータによって任意に選ばれたものでよい。基準点Ｒ０は、作業機械１の一部であってもよい。例えば、基準点Ｒ０は、履帯の一部であってもよい。図７は、基準点Ｒ０の位置を決定するための処理を示すフローチャートである。
【0036】
なお、以下の説明において、基準点Ｒ０の位置、及び、バケット１３の各部分の位置は、地球を基準とするグローバル座標系、或いは、作業機械１が配置された作業現場を基準とするローカル座標系で示されてもよい。或いは、基準点Ｒ０の位置、及び、バケット１３の各部分の位置は、作業機械1を基準とする機械座標系で示されてもよい。
【0037】
図７に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ３１は、第１指示画面７１をディスプレイ２９に表示する。図８は、第１指示画面７１を示す図である。図８に示すように、第１指示画面７１は、バケット１３の刃先Ｐ１０を基準点Ｒ０においた第１の姿勢をとることを、オペレータに指示するための画面である。第１指示画面７１は、第１の姿勢でのバケット１３を示す画像を含む。
【0038】
ステップＳ１０２では、コントローラ３１は、入力装置２８による入力の有無を判定する。オペレータは、バケット１３を第１の姿勢に配置すると共に、入力装置２８を操作する。それにより、コントローラ３１は、入力装置２８による入力ありと判定し、処理はステップＳ１０３に進む。
【0039】
ステップＳ１０３では、コントローラ３１は、バケット１３の基準部分Ｐ１１の第１位置を取得する。基準部分Ｐ１１は、第１孔６７の中心である。第１孔６７の中心は、バケットピン１６の位置を意味する。コントローラ３１は、車両本体２の形状データと、ブーム１１及びアーム１２の形状データと、作業機３のブーム角θ１と第１アーム角θ２とに基づいて、バケット１３の基準部分Ｐ１１の位置を算出する。それにより、コントローラ３１は、第１の姿勢でのバケット１３の基準部分Ｐ１１の位置を第１位置として取得する。
【0040】
ステップＳ１０４では、コントローラ３１は、第２指示画面７２をディスプレイ２９に表示する。図９は、第２指示画面７２を示す図である。図９に示すように、第２指示画面７２は、バケット１３の刃先Ｐ１０を基準点Ｒ０においた第２の姿勢をとることをオペレータに指示するための画面である。第２指示画面７２は、第２の姿勢でのバケット１３を示している。第２姿勢は、第１姿勢から基準点Ｒ０回りにバケット１３を回転させた姿勢である。
【0041】
ステップＳ１０５では、コントローラ３１は、入力装置２８による入力の有無を判定する。オペレータは、バケット１３を第１姿勢から基準点Ｒ０回りに回転させて第２の姿勢に配置すると共に、入力装置２８を操作する。それにより、コントローラ３１は、入力装置２８による入力ありと判定し、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、コントローラ３１は、第１位置と同様にして、第２姿勢でのバケット１３の基準部分Ｐ１１の位置を第２位置として取得する。
【0042】
ステップＳ１０７では、コントローラ３１は、第３指示画面７３をディスプレイ２９に表示する。図１０は、第３指示画面７３を示す図である。図１０に示すように、第３指示画面７３は、バケット１３の刃先Ｐ１０を基準点Ｒ０においた第３の姿勢をとることをオペレータに指示するための画面である。第３指示画面７３は、第３の姿勢でのバケット１３を示している。第３姿勢は、第２姿勢から基準点Ｒ０回りにバケット１３をさらに回転させた姿勢である。
【0043】
ステップＳ１０８では、コントローラ３１は、入力装置２８による入力の有無を判定する。オペレータは、バケット１３を第２姿勢から基準点Ｒ０回りに回転させて第３の姿勢に配置すると共に、入力装置２８を操作する。それにより、コントローラ３１は、入力装置２８による入力ありと判定し、処理はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、コントローラ３１は、第１位置及び第２位置と同様にして、第３姿勢でのバケット１３の基準部分Ｐ１１の位置を第３位置として取得する。
【0044】
ステップＳ１１０では、コントローラ３１は、基準点Ｒ０の位置を算出する。コントローラ３１は、基準部分Ｐ１１の第１位置と第２位置と第３位置とから、基準点Ｒ０の位置を算出する。図１１は、第１姿勢と第２姿勢と第３姿勢とをとったバケット１３を示す側面図である。図１１において、符号Ｐ１１Ａは、基準部分Ｐ１１の第１位置を示している。符号Ｐ１１Ｂは、基準部分Ｐ１１の第２位置を示している。符号Ｐ１１Ｃは、基準部分Ｐ１１の第３位置を示している。
【0045】
図１１に示すように、コントローラ３１は、第１位置Ｐ１１Ａと第２位置Ｐ１１Ｂと第３位置Ｐ１１Ｃとを通る仮想円Ｃ１の中心の位置を、基準点Ｒ０の位置として算出する。例えば、コントローラ３１は、最小二乗法を用いた第１位置Ｐ１１Ａと第２位置Ｐ１１Ｂと第３位置Ｐ１１Ｃとを通る仮想円Ｃ１の近似計算により、基準点Ｒ０の位置を算出する。また、コントローラ３１は、仮想円Ｃ１の半径を算出する。仮想円Ｃ１の半径は、上述したバケット長Ｌ３に相当する。コントローラ３１は、基準点Ｒ０の位置を記憶装置３２に保存する。また、コントローラ３１は、バケット長Ｌ３を形状データとして記憶装置３２に保存する。
【0046】
次に、コントローラ３１は、バケット１３の複数の部分の寸法を、バケット１３の形状データとして検出する。図１２は、バケット１３の形状データを検出するための処理を示すフローチャートである。図１２に示すように、ステップＳ２０１では、コントローラ３１は、指示画面をディスプレイ２９に表示させる。指示画面は、バケット１３の所定の対象部分を基準点Ｒ０に置くことをオペレータに指示するための画面である。例えば、図１３に示すように、コントローラ３１は、第４指示画面７４をディスプレイ２９に表示させる。第４指示画面７４は、バケット１３の第１部分Ｐ１が基準点Ｒ０に置かれたときの作業機３を示す。
【0047】
ステップＳ２０２では、コントローラ３１は、入力装置２８による入力の有無を判定する。オペレータは、バケット１３の第１部分Ｐ１を基準点Ｒ０に配置すると共に、入力装置２８を操作する。それにより、コントローラ３１は、入力装置２８による入力ありと判定し、処理はステップＳ２０３に進む。
【0048】
ステップＳ２０３では、コントローラ３１は、バケット１３の対象部分の位置データを取得する。位置データは、バケット１３の基準部分Ｐ１１に対する、バケット１３の対象部分の位置を示す。コントローラ３１は、車両本体２の形状データと、ブーム１１及びアーム１２の形状データと、姿勢データのブーム角θ１と第１アーム角θ２とに基づいて、バケット１３の基準部分Ｐ１１の位置を算出する。そして、コントローラ３１は、基準部分Ｐ１１の位置と、基準点Ｒ０の位置と、姿勢データの第１バケット角θ３とから、対象部分の位置データを算出する。対象部分の位置データは、バケット１３における対象部分の長さと角度とを含む。対象部分の長さは、基準部分Ｐ１１と対象部分との間の距離である。対象部分の角度は、基準部分Ｐ１１と対象部分と刃先Ｐ１０とのなす角である。例えば図１４に示すように、コントローラ３１は、第１部分Ｐ１の距離Ｄ１と角度Ａ１とを第１位置データとして取得する。第１部分Ｐ１の距離Ｄ１は、第１部分Ｐ１と基準部分Ｐ１１との間の距離である。第１部分Ｐ１の角度Ａ１は、第１部分Ｐ１と基準部分Ｐ１１と刃先Ｐ１０とのなす角である。
【0049】
ステップＳ２０４では、コントローラ３１は、全ての対象部分に対して、位置データの計測が完了したかを判定する。コントローラ３１は、バケット１３の計測対象となる全ての対象部分の計測が終了するまで、ステップＳ２０１からステップＳ２０３の処理を繰り返す。例えば、コントローラ３１は、図１５に示す第５指示画面７５をディスプレイ２９に表示する。第５指示画面７５は、バケット１３の第２部分Ｐ２が基準点Ｒ０に置かれたときの作業機３を示す。オペレータが、バケット１３の第２部分Ｐ２を基準点Ｒ０に配置すると共に、入力装置２８を操作すると、コントローラ３１は、第２位置データを取得する。第２位置データは、第２部分Ｐ２の距離Ｄ２と角度Ａ２とを含む。第２部分Ｐ２の距離Ｄ２は、基準部分Ｐ１１と第２部分Ｐ２との間の距離である。第２部分Ｐ２の角度Ａ２は、基準部分Ｐ１１と第２部分Ｐ２と刃先Ｐ１０とのなす角である。コントローラ３１は、第１位置データと同様に、基準部分Ｐ１１の位置と、基準点Ｒ０の位置と、姿勢データの第１バケット角θ３とから、第２位置データを算出する。
【0050】
例えば、図１４に示すように、コントローラ３１は、第１～第５部分Ｐ１－Ｐ５の位置データを取得する。第１～第５部分Ｐ１－Ｐ４は、バケット１３の底板６６上に位置する。第５部分Ｐ５は、バケット１３の接続部６２上に位置する。バケット１３の計測対象となる部分の数は５つに限らない。バケット１３の計測対象となる部分の数は５つより少なくてもよく、或いは５つより多くてもよい。コントローラ３１は、第１～第５部分Ｐ１－Ｐ５の位置データを、バケット１３の形状データとして記憶装置３２に保存する。
【0051】
以上説明した本実施形態に係る作業機械１の制御システム２２では、作業機３の第１部分Ｐ１が基準点Ｒ０に置かれているときに、基準部分Ｐ１１の位置と基準点Ｒ０の位置とから、基準部分Ｐ１１に対する第１部分Ｐ１の位置が算出される。従って、作業機３の任意の部分を基準点Ｒ０に置くことで、基準部分Ｐ１１に対する作業機３の任意の部分の位置を容易に取得することができる。それにより、簡易な手続きで作業機３の形状データを得ることができる。
【0052】
本実施形態に係る作業機械１の制御システム２２では、作業機３を基準点Ｒ０回りに回転させることで得られる基準部分Ｐ１１の第１～第３位置Ｐ１１Ａ－Ｐ１１Ｃから、基準点Ｒ０の位置が算出される。そのため、ユーザが器具を用いて基準点Ｒ０の位置を計測せずとも、容易に基準点Ｒ０の位置を取得することができる。それにより、簡易な手続きで作業機３の形状データを得ることができる。
【0053】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0054】
作業機械１は、上述した油圧ショベルに限らず、機械式ショベル、ロープショベル等の他の機械であってもよい。上記の実施形態に係る作業機械１は、いわゆるバックフォー型のショベルであるが、フェースショベルであってもよい。作業機３は、バケット１３に限らず、ブレーカ、コンパクタ、或いはブレードなどの他のアタッチメントを含んでもよい。アタッチメントは、チルトローテータを含んでもよい。バケット１３の形状は、上記の実施形態のものに限らず、法面バケットのように台形など他の形状であってもよい。作業機３は、ブーム、アーム、及びアタッチメントの３軸構造に限らず、４軸以上の構造を有してもよい。
【0055】
作業機械１は、遠隔操縦可能な車両であってもよい。その場合、制御システム２２３の一部は、作業機械１の外部に配置されてもよい。例えば、コントローラ３１は、作業機械１の外部に配置されてもよい。操作装置２７、入力装置２８、ディスプレイ２９は、作業機械１の外部に配置されてもよい。コントローラ３１は、互いに別体の複数のコントローラを含んでもよい。上述したコントローラ３１による処理は、複数のコントローラに分散して実行されてもよい。コントローラ３１は、複数のプロセッサを含んでもよい。上述したコントローラ３１による処理は、複数のプロセッサに分散して実行されてもよい。
【0056】
コントローラ３１による処理は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。上述した処理の一部が省略されてもよい。或いは、上述した処理の一部が変更されてもよい。例えば、基準点Ｒ０の位置は、他のコンピュータから、コントローラ３１に与えられてもよい。或いは、基準点Ｒ０の位置は、入力装置２８によって入力されてもよい。基準点Ｒ０を決定するための基準部分Ｐ１１の位置の数は、３つに限らず、３つより多くてもよい。
【0057】
基準部分Ｐ１１の位置は、作業機械１に搭載された視覚センサによって検出されてもよい。例えば、基準部分にマーカが付され、コントローラ３１は、視覚センサによって検出されたマーカの位置を、基準部分Ｐ１１の位置として取得してもよい。或いは、基準部分Ｐ１１にGNSSセンサが付されることで、基準部分Ｐ１１の位置が、直接的に計測されてもよい。
【0058】
上記の実施形態では、第１～第５部分Ｐ１－Ｐ５は、作業機３の側面視において基準部分Ｐ１１と異なる位置である。従って、コントローラ３１は、第１～第５部分Ｐ１－Ｐ５の位置データから、バケット１３の側面視における形状を示す形状データを取得している。しかし、第１～第５部分Ｐ１－Ｐ５の少なくとも一部は、作業機３の左右方向において、基準部分Ｐ１１と異なる位置であってもよい。図１６は、バケット１３の正面図である。例えば、第１部分Ｐ１は、バケット１３の左右方向において、基準部分Ｐ１１と異なる位置であってもよい。オペレータは、旋回体４を旋回させることで、第１部分Ｐ１を基準点Ｒ０上に置いてもよい。コントローラ３１は、旋回体４の旋回角度を取得し、旋回角度から、基準部分Ｐ１１に対する第１部分Ｐ１の左右方向における位置を含む第１位置データを取得してもよい。それにより、バケット１３の前後方向、及び、上下方向における形状だけではなく、バケット１３の左右方向における形状を示す形状データを取得することができる。
【0059】
基準点Ｒ０の位置を算出する方法は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、図１７に示すように、コントローラ３１は、基準部分Ｐ１１の第１位置Ｐ１１Ａと第２位置Ｐ１１Ｂを取得する。また、コントローラ３１は、基準部分Ｐ１１と刃先Ｐ１０との間の距離Ｄ３を取得する。基準部分Ｐ１１と刃先Ｐ１０との間の距離Ｄ３は、予め記憶装置３２に保存されていてもよい。基準部分Ｐ１１と刃先Ｐ１０との間の距離Ｄ３は、入力装置２８によって入力されてもよい。コントローラ３１は、少なくとも第１位置Ｐ１１Ａと第２位置Ｐ１１Ｂとを通り、距離Ｄ３を半径とする仮想円Ｃ２の中心の位置を、基準点Ｒ０の位置として算出する。なお、第１位置Ｐ１１Ａと第２位置Ｐ１１Ｂとを通り、距離Ｄ３を半径とする仮想円Ｃ２の中心の位置は２つ算出されうる。その場合、コントローラ３１は、例えば２つの中心のうち下方に位置する方、或いは上方に位置する方の位置を、基準点Ｒ０の位置として算出してもよい。いずれの中心が選択されるかは、例えば作業機３の姿勢データに応じて決定されてもよい。
【0060】
或いは、図１８に示すように、コントローラ３１は、基準部分Ｐ１１の第１位置Ｐ１１Ａと第２位置Ｐ１１Ｂを取得する。また、コントローラ３１は、第１位置Ｐ１１Ａから刃先Ｐ１０へ向かう第１方位Ｖ１を取得する。コントローラ３１は、第２位置Ｐ１１Ｂから刃先Ｐ１０へ向かう第２方位Ｖ２を取得する。第１方位Ｖ１と第２方位Ｖ２とは、例えば作業機３の姿勢データと、位置センサ３４によって検出される車両本体２の方位とから算出される。コントローラ３１は、第１位置Ｐ１１Ａから第１方位Ｖ１へ延びる第１仮想線ＶＬ１と、第２位置Ｐ１１Ｂから第２方位Ｖ２へ延びる第２仮想線ＶＬ２との交点の位置を、基準点Ｐ１０の位置として算出する。
【0061】
図１９に示すように、コントローラ３１は、第１位置Ｐ１１Ａと、第２位置Ｐ１１Ｂと、第１位置Ｐ１１Ａから第２位置Ｐ１１Ｂへのバケット１３の回転角度Δθとから、バケット長Ｌ３を算出してもよい。バケット長Ｌ３は、基準部分Ｐ１１と刃先Ｐ１０との間の距離Ｄ３に等しい。図１９において、（Ｘ１，Ｚ１）は、第１位置Ｐ１１Ａの座標を示す。（Ｘ２，Ｚ２）は、第２位置Ｐ１１Ｂの座標を示す。第１位置Ｐ１１Ａと第２位置との間の距離Ｄ４は、以下の式（１）で表される。
【0062】
また、余弦定理から、バケット長Ｌ３は、以下の式（２）で表される。
【0063】
コントローラ３１は、ブーム角θ１と、第１アーム角θ２と、第２バケット角θ４とに基づいて、バケット１３の回転角度Δθを算出する。図２０に示すように、第２バケット角θ４は、バケット線Ｂ３とアーム線Ｂ２との間のなす角である。バケット線Ｂ３は、バケットピン１６と第１接続ピン６９とを結ぶ直線である。アーム線Ｂ２は、アームピン１５とバケットピン１６とを結ぶ直線である。上述した第１アーム角θ２は、ブーム線Ｂ１とアーム線Ｂ２との間のなす角である。ブーム線Ｂ１は、ブームピン１４とアームピン１５とを結ぶ直線である。上述したブーム角θ１は、車両本体２の所定の基準方向に対するブーム線Ｂ１のなす角である。車両本体２の所定の基準方向は、例えば、車両本体２の鉛直方向である。バケット１３の回転角度Δθは、以下の式（３）で表される。
【0064】
θ１Ａは、第１姿勢でのブーム角θ１である。θ２Ａは、第１姿勢での第１アーム角θ２である。θ４Ａは、第１姿勢での第２バケット角θ４である。従って、θ１Ａ＋θ２Ａ＋θ４Ａは、車両本体２の所定の基準方向に対して、第１姿勢でのバケット線Ｂ３のなす角である第１角度を示す。θ１Ｂは、第２姿勢でのブーム角θ１である。θ２Ｂは、第２姿勢での第１アーム角θ２である。θ４Ｂは、第２姿勢での第２バケット角θ４である。従って、θ１Ｂ＋θ２Ｂ＋θ４Ｂは、車両本体２の所定の基準方向に対して、第２姿勢でのバケット線Ｂ３のなす角である第２角度を示す。
【0065】
図２１は、第２バケット角θ４を算出する方法を示す図である。図２１に示すように、バケット１３は、リンク部材８０を介して、バケットシリンダ１９に接続されている。リンク部材８０は、第１リンク部材８１と第２リンク部材８２とを含む。第１リンク部材８１は、第１接続ピン６９を介して、バケット１３に回転可能に接続されている。第２リンク部材８２は、第２接続ピン８４を介して、アーム１２に回転可能に接続されている。第１リンク部材８１と第２リンク部材８２とは、第３接続ピン８５を介して、バケットシリンダ１９に回転可能に接続されている。また、第１リンク部材８１と第２リンク部材８２とは、第３接続ピン８５を介して、互いに回転可能に接続されている。バケットシリンダ１９は、バケットシリンダピン８６を介してアーム１２に接続されている。
【0066】
バケットピン１６と第１接続ピン６９との間の距離Ｄ５と、バケットピン１６と第２接続ピン８４との間の距離Ｄ６と、バケットシリンダピン８６と第２接続ピン８４との間の距離Ｄ７と、第１接続ピン６９と第３接続ピン８５との間の距離Ｄ８と、第２接続ピン８４と第３接続ピン８５との間の距離Ｄ９とは、記憶装置３２に保存されている。コントローラ３１は、バケットシリンダ１９のストローク長と、これらの距離Ｄ５－Ｄ９とに基づいて、第２バケット角θ４を算出する。
【0067】
以上のように、コントローラ３１は、第１位置Ｐ１１Ａと、第２位置Ｐ１１Ｂと、第１位置Ｐ１１Ａから第２位置Ｐ１１Ｂへのバケット１３の回転角度Δθとから、バケット長Ｌ３を算出することができる。この場合、コントローラ３１は、簡易な手続きで、精度の高いバケット１３の形状データを得ることができる。なお、コントローラ３１は、基準点Ｒ０の位置が不明であっても、上記の方法によって、バケット長Ｌ３を算出することができる。
【0068】
なお、第１位置Ｐ１１Ａと第２位置Ｐ１１Ｂとを取得する際、オペレータは、バケット１３を第１姿勢から、刃先Ｐ１０を基準点Ｒ０に当接させたまま、基準点Ｒ０回りに回転させて第２の姿勢に配置してもよい。或いは、オペレータは、第１姿勢で基準点Ｒ０に刃先Ｐ１０を当接させた後、一旦、刃先Ｐ１０を基準点Ｒ０から離して作業機３の姿勢を変え、その後、基準点Ｒ０に刃先Ｐ１０を当接させることで、第２の姿勢に配置してもよい。
【0069】
バケット１３の回転角度Δθは、上述した方法に限らず、他の方法で算出されてもよい。例えば、図２２に示すように、作業機械１は、IMU４４を備えてもよい。IMU４４は、第２リンク部材８２に取り付けられる。IMU４４は、所定の基準方向に対する第２リンク部材８２の傾斜角を示すリンク角θ５を検出する。基準方向は、例えば水平方向である。或いは、基準方向は、重力方向などの他の方向であってもよい。
【0070】
コントローラ３１は、リンク角θ５と、バケットピン１６と第１接続ピン６９との間の距離Ｄ５と、バケットピン１６と第２接続ピン８４との間の距離Ｄ６と、第１接続ピン６９と第３接続ピン８５との間の距離Ｄ８と、第２接続ピン８４と第３接続ピン８５との間の距離Ｄ９と基づいて、基準方向に対するバケット線Ｂ３の傾斜角ｆ（θ５）を算出する。コントローラ３１は、以下の式（４）により、バケット１３の回転角度Δθを算出する。
【0071】
θ５Ａは、第１姿勢でのリンク角θ５である。ｆ（θ５Ａ）は、第１姿勢での基準方向に対するバケット線Ｂ３の傾斜角である第１角度を示す。θ５Ｂは、第２姿勢でのリンク角θ５である。ｆ（θ５Ｂ）は、第２姿勢での基準方向に対するバケット線Ｂ３の傾斜角である第２角度を示す。
【0072】
或いは、図２３に示すように、作業機械は、IMU４５を備えてもよい。IMU４５は、アーム１２に取り付けられる。IMU４５は、所定の基準方向に対するアーム１２の傾斜角を示す第２アーム角θ６を検出する。所定の基準方向は、例えば水平方向である。或いは、基準方向は、重力方向などの他の方向であってもよい。コントローラ３１は、第２アーム角θ６と第２バケット角θ４とに基づいて、基準方向に対するバケット線Ｂ３の傾斜角（θ６＋θ４）を算出する。コントローラ３１は、以下の式（５）により、バケット１３の回転角度Δθを算出する。
【0073】
θ６Ａは、第１姿勢での第２アーム角θ６である。θ４Ａは、第１姿勢での第２バケット角θ４である。θ６Ａ＋θ４Ａは、第１姿勢での基準方向に対するバケット線Ｂ３の傾斜角である第１角度を示す。θ６Ｂは、第２姿勢での第２アーム角θ６である。θ４Ｂは、第２姿勢での第２バケット角θ４である。θ６Ｂ＋θ４Ｂは、第２姿勢での基準方向に対するバケット線Ｂ３の傾斜角である第２角度を示す。
【0074】
コントローラ３１は、バケットフート角を形状データとして取得してもよい。図２４に示すように、バケットフート角θ７は、バケット線Ｂ３と刃先線Ｂ４との間のなす角である。刃先線Ｂ４は、バケットピン１６とバケット１３の刃先Ｐ１０とを結ぶ直線である。コントローラ３１は、以下の式（６）により、バケットフート角θ７を算出する。
【0075】
θ８は、第１リンク角である。第１リンク角θ８は、バケット線Ｂ３と第１リンク線Ｂ５との間のなす角である。第１リンク線Ｂ５は、バケットピン１６と第３接続ピン８５とを結ぶ直線である。θ９は、第２リンク角である。第２リンク角θ９は、第１リンク線Ｂ５と第２リンク線Ｂ６との間のなす角である。第２リンク線Ｂ６は、バケットピン１６と第２接続ピン８４とを結ぶ直線である。コントローラ３１は、例えばバケットシリンダ１９のストローク長から、第１リンク角θ８と第２リンク角θ９とを算出する。
【0076】
θ１０は、第３リンク角である。第３リンク角θ１０は、アーム線Ｂ２と第２リンク線Ｂ６との間のなす角である。第３リンク角θ１０は、固定値であり、コントローラ３１は、形状データとして、第３リンク角θ１０を記憶している。第２アーム角θ６は、水平方向とアーム線Ｂ２との間のなす角である。θｔは、刃先角である。刃先角θｔは、水平方向と刃先線Ｂ４との間のなす角である。コントローラ３１は、以下の式（７）により、刃先角θｔを算出する。
【0077】
（Ｘ１，Ｚ１）は、基準部分Ｐ１１すなわちブームピン１６の座標を示す。（Ｘ，Ｙ）は、刃先Ｐ１０の座標を示す。以上のように、コントローラ３１は、リンク角θ８，θ９，θ１０と、第２アーム角θ６と、刃先角θｔとから、バケットフート角θ７を算出してもよい。なお、リンク角θ８，θ９，θ１０の合計は、上述した第２バケット角θ４に相当する。すなわち、コントローラ３１は、第２バケット角θ４と、第２アーム角θ６と、刃先角θｔとから、バケットフート角θ７を算出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0078】
本開示によれば、簡易な手続きで、精度の高い作業機の形状データを得ることができる。
【符号の説明】
【0079】
１ 作業機械
３ 作業機
２８ 入力装置
２９ ディスプレイ
３４ 位置センサ
３２ 記憶装置
３１ コントローラ
Ｐ１ 第１部分
Ｐ２ 第２部分
Ｐ１１ 基準部分
３ 作業機
２８ 入力装置
２９ ディスプレイ
３４ 位置センサ
３２ 記憶装置
３１ コントローラ
Ｐ１ 第１部分
Ｐ２ 第２部分
Ｐ１１ 基準部分
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】