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(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】P2024004776
(43)【公開日】2024-01-17
(54)【発明の名称】作業機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/26 20060101AFI20240110BHJP
G06T 7/70 20170101ALI20240110BHJP
G06T 7/60 20170101ALI20240110BHJP
【ＦＩ】
E02F9/26 B
G06T7/70 A
G06T7/60 180B
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022104598
(22)【出願日】2022-06-29
(71)【出願人】
【識別番号】000005522
【氏名又は名称】日立建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】小谷 匡士
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 哲平
(72)【発明者】
【氏名】成川 理優
(72)【発明者】
【氏名】伊東 英明
(72)【発明者】
【氏名】石本 英史
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 慧
【テーマコード（参考）】
2D015
5L096
【Ｆターム（参考）】
2D015HA03
2D015HB04
2D015HB05
5L096AA06
5L096AA09
5L096BA08
5L096BA18
5L096DA01
5L096DA02
5L096FA64
5L096FA66
5L096FA67
5L096GA51
5L096MA07
(57)【要約】
【課題】データのない運搬車両であっても精度良くそのトレイの位置を検出する。
【解決手段】運搬車両のトレイに運搬物を積み込む作業機械において、走行体と、前記走行体の上部に旋回可能に設けられた旋回体と、前記旋回体に取り付けられたフロント作業機と、前記作業機械の周囲の物体を計測して当該計測結果を示す点群を出力する計測装置と、前記計測装置が出力する前記点群から前記トレイの検出処理を実行する処理装置とを備え、前記処理装置は、前記計測装置が出力する前記点群から水平方向に対向する２面を抽出し、抽出した前記２面の面間距離が既定の設定距離より長いか否かを判定し、前記面間距離が前記設定距離より長いと判定した場合に、前記２面を左右の壁面とする前記トレイを検出し、前記トレイを検出した場合に前記トレイの位置を出力することを特徴とする作業機械を提供する。
【選択図】図１４
【解決手段】運搬車両のトレイに運搬物を積み込む作業機械において、走行体と、前記走行体の上部に旋回可能に設けられた旋回体と、前記旋回体に取り付けられたフロント作業機と、前記作業機械の周囲の物体を計測して当該計測結果を示す点群を出力する計測装置と、前記計測装置が出力する前記点群から前記トレイの検出処理を実行する処理装置とを備え、前記処理装置は、前記計測装置が出力する前記点群から水平方向に対向する２面を抽出し、抽出した前記２面の面間距離が既定の設定距離より長いか否かを判定し、前記面間距離が前記設定距離より長いと判定した場合に、前記２面を左右の壁面とする前記トレイを検出し、前記トレイを検出した場合に前記トレイの位置を出力することを特徴とする作業機械を提供する。
【選択図】図１４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
運搬車両のトレイに運搬物を積み込む作業機械において、
走行体と、
前記走行体の上部に旋回可能に設けられた旋回体と、
前記旋回体に取り付けられたフロント作業機と、
前記作業機械の周囲の物体を計測して当該計測結果を示す点群を出力する計測装置と、
前記計測装置が出力する前記点群から前記トレイの検出処理を実行する処理装置とを備え、
前記処理装置は、
前記計測装置が出力する前記点群から水平方向に対向する２面を抽出し、
抽出した前記２面の面間距離が既定の設定距離より長いか否かを判定し、
前記面間距離が前記設定距離より長いと判定した場合に、前記２面を左右の壁面とする前記トレイを検出し、前記トレイを検出した場合に前記トレイの位置を出力する
ことを特徴とする作業機械。
走行体と、
前記走行体の上部に旋回可能に設けられた旋回体と、
前記旋回体に取り付けられたフロント作業機と、
前記作業機械の周囲の物体を計測して当該計測結果を示す点群を出力する計測装置と、
前記計測装置が出力する前記点群から前記トレイの検出処理を実行する処理装置とを備え、
前記処理装置は、
前記計測装置が出力する前記点群から水平方向に対向する２面を抽出し、
抽出した前記２面の面間距離が既定の設定距離より長いか否かを判定し、
前記面間距離が前記設定距離より長いと判定した場合に、前記２面を左右の壁面とする前記トレイを検出し、前記トレイを検出した場合に前記トレイの位置を出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項2】
請求項１に記載の作業機械において、
前記設定距離は、前記フロント作業機のバケットの幅より大きく設定されていることを特徴とする作業機械。
前記設定距離は、前記フロント作業機のバケットの幅より大きく設定されていることを特徴とする作業機械。
【請求項3】
請求項１に記載の作業機械において、
前記処理装置は、
前記計測装置が出力する点群から、予め設定された大きさ以上の物体、又は走行輪に相当する円形を含む物体を前記運搬車両として検出し、
前記運搬車両の点群から水平方向に対向する２面を抽出する
ことを特徴とする作業機械。
前記処理装置は、
前記計測装置が出力する点群から、予め設定された大きさ以上の物体、又は走行輪に相当する円形を含む物体を前記運搬車両として検出し、
前記運搬車両の点群から水平方向に対向する２面を抽出する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項4】
請求項１に記載の作業機械において、
前記処理装置は、前記計測装置から点群が入力されない場合、及び前記運搬車両が検出されない場合、前記トレイの検出処理を中断することを特徴とする作業機械。
前記処理装置は、前記計測装置から点群が入力されない場合、及び前記運搬車両が検出されない場合、前記トレイの検出処理を中断することを特徴とする作業機械。
【請求項5】
請求項１に記載の作業機械において、
前記走行体に対する前記旋回体の角度を検出する旋回角度センサを備え、
前記計測装置は、前記旋回体に設置されており、
前記処理装置は、前記旋回角度センサの出力に基づき、前記旋回体が旋回中であると判定される場合、前記トレイの検出処理を中断する
ことを特徴とする作業機械。
前記走行体に対する前記旋回体の角度を検出する旋回角度センサを備え、
前記計測装置は、前記旋回体に設置されており、
前記処理装置は、前記旋回角度センサの出力に基づき、前記旋回体が旋回中であると判定される場合、前記トレイの検出処理を中断する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項6】
請求項１に記載の作業機械において、
前記走行体の走行を検知する走行センサを備え、
前記処理装置は、前記走行センサの出力に基づき、前記作業機械が走行中であると判定される場合、前記トレイの検出処理を中断する
ことを特徴とする作業機械。
前記走行体の走行を検知する走行センサを備え、
前記処理装置は、前記走行センサの出力に基づき、前記作業機械が走行中であると判定される場合、前記トレイの検出処理を中断する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項7】
請求項１に記載の作業機械において、
前記処理装置は、
前記トレイの検出処理で得られた前記トレイの最新の検出データを保持し、
前記トレイが検出されなくなった場合でも、前記運搬車両が検出されている間、前記最新の検出データを出力する
ことを特徴とする作業機械。
前記処理装置は、
前記トレイの検出処理で得られた前記トレイの最新の検出データを保持し、
前記トレイが検出されなくなった場合でも、前記運搬車両が検出されている間、前記最新の検出データを出力する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項8】
請求項１に記載の作業機械において、
前記処理装置は、
抽出した前記２面の長手方向の長さを比較し、
前記２面の長手方向の長さが異なる場合、長い方の面の検出データに合わせて短い方の面の検出データを補正する
ことを特徴とする作業機械。
前記処理装置は、
抽出した前記２面の長手方向の長さを比較し、
前記２面の長手方向の長さが異なる場合、長い方の面の検出データに合わせて短い方の面の検出データを補正する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項9】
請求項１に記載の作業機械において、
前記処理装置は、
前記トレイの長手方向の長さとして予め設定した閾値を記憶し、
検出した前記トレイの長手方向の長さを前記閾値と比較し、
検出した前記トレイの長さが前記閾値より短い場合、予め定めた設定トレイ長に前記トレイの長さを補正する
ことを特徴とする作業機械。
前記処理装置は、
前記トレイの長手方向の長さとして予め設定した閾値を記憶し、
検出した前記トレイの長手方向の長さを前記閾値と比較し、
検出した前記トレイの長さが前記閾値より短い場合、予め定めた設定トレイ長に前記トレイの長さを補正する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項10】
請求項９に記載の作業機械において、
前記処理装置は、検出した前記トレイの長さを前記運搬車両の前方に延ばして補正することを特徴とする作業機械。
前記処理装置は、検出した前記トレイの長さを前記運搬車両の前方に延ばして補正することを特徴とする作業機械。
【請求項11】
請求項１に記載の作業機械において、
前記計測装置は、前記旋回体に設置されていることを特徴とする作業機械。
前記計測装置は、前記旋回体に設置されていることを特徴とする作業機械。
【請求項12】
請求項１に記載の作業機械において、
運転室に配置されたモニタを備え、
前記処理装置は、前記トレイの検出データを前記計測装置からの点群と重ねて前記モニタに表示させる
ことを特徴とする作業機械。
運転室に配置されたモニタを備え、
前記処理装置は、前記トレイの検出データを前記計測装置からの点群と重ねて前記モニタに表示させる
ことを特徴とする作業機械。
【請求項13】
請求項１に記載の作業機械において、
前記運搬車両の位置データを受信する通信装置を備え、
前記処理装置は、前記通信装置で受信した前記運搬車両の位置データに基づき、予め設定されたエリアに前記運搬車両が位置すると判断される場合にのみ、前記トレイの検出処理を実行する
ことを特徴とする作業機械。
前記運搬車両の位置データを受信する通信装置を備え、
前記処理装置は、前記通信装置で受信した前記運搬車両の位置データに基づき、予め設定されたエリアに前記運搬車両が位置すると判断される場合にのみ、前記トレイの検出処理を実行する
ことを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関する。
【背景技術】
【0002】
多関節型のフロント作業機を持つ油圧ショベル等の作業機械が知られている。この種の作業機械は、掘削した土砂等の運搬物をダンプトラック等の運搬車両に積み込む積込作業に用いられる場合も多い。積込作業には、走行体に対して旋回体を旋回させてダンプトラック等の運搬車両まで運搬する運搬動作と、バケットをクラウドさせて運搬した運搬物を運搬車両に放出する放出動作（例えば放土動作）とが含まれる。
【0003】
積込作業を行う際、フロント作業機の高さ（例えばバケットの先端の高さ）が運搬車両のトレイより低い状態で旋回体が旋回すると、運搬動作の過程でフロント作業機が運搬車両に干渉する可能性がある。そこで、積込作業の際にオペレータによる作業機械の操作を支援する機能や、作業機械が積込作業を自動で行う技術が求められている。作業機械の積込作業を自動又は半自動で行うためには、作業機械に対する運搬車両の位置や角度を正確に検出して検出する必要がある。
【0004】
作業機械の積込作業の積込対象となる運搬車両を検出する従来技術として、例えば特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には、運搬車両が写る画像から運搬車両を含む領域を特定し、運搬車両を含む領域から運搬車両の少なくとも一つの面を特定する画像処理システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２０－１２６３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載された画像認識システムでは機械学習が用いられており、機械学習により得られたデータに基づき、作業機械に取り付けたカメラによる撮影画像から運搬車両の位置と角度が検出される。しかし、機械学習を用いるシステムは、現場や運搬車両が未学習のものである場合、運搬車両の位置や角度の検出結果の精度や妥当性が低下する。そのため、新たな現場で運搬車両を検出する場合や新たな運搬車両を検出する場合、検出結果の妥当性や精度を確保するためには、それら新たな現場や運搬車両の学習データを収集しなければならない。
【0007】
本発明の目的は、データのない運搬車両であっても精度良くそのトレイの位置を検出することができる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明は、運搬車両のトレイに運搬物を積み込む作業機械において、走行体と、前記走行体の上部に旋回可能に設けられた旋回体と、前記旋回体に取り付けられたフロント作業機と、前記作業機械の周囲の物体を計測して当該計測結果を示す点群を出力する計測装置と、前記計測装置が出力する前記点群から前記トレイの検出処理を実行する処理装置とを備え、前記処理装置は、前記計測装置が出力する前記点群から水平方向に対向する２面を抽出し、抽出した前記２面の面間距離が既定の設定距離より長いか否かを判定し、前記面間距離が前記設定距離より長いと判定した場合に、前記２面を左右の壁面とする前記トレイを検出し、前記トレイを検出した場合に前記トレイの位置を出力することを特徴とする作業機械を提供する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、データのない運搬車両であっても精度良くそのトレイの位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明に係る作業機械の一例である油圧ショベルの側面図
【図3】油圧ショベルの一作業例を示す平面図
【図4】油圧ショベルの一作業例を示す側面図
【図5】状況データテーブルの一例
【図6】本発明の第１実施形態に係る作業機械の側面図と共に基準座標系を示す側面図
【図7】発明の第１実施形態に係る作業機械の側面図と共に基準座標系を示す平面図
【図8】本発明の第１実施形態に係る作業機械に備わった処理装置による運搬車両のトレイの検出処理に関する機能ブロック図
【図9】運搬車両の基準座標系を示す側面図
【図10】運搬車両の基準座標系を示す平面図
【図11】本発明の第１実施形態に係る作業機械のトレイ検出処理を含めた一連の動作の一例を示すフローチャート
【図14】トレイ検出処理の手順の一例を示すフローチャート
【図15】運搬車両のトレイの断面の例を示す模式図
【図16】運搬車両のトレイの断面の例を示す模式図
【図17】運搬車両のトレイの断面の例を示す模式図
【図18】運搬車両のトレイの断面の例を示す模式図
【図20】トレイ検出データの補正の一例の説明図
【図21】トレイ検出データの補正の一例の説明図
【図22】トレイ長の補正の一例の説明図
【図23】トレイの検出結果の表示例を示す図
【図24】本発明の第２実施形態に係る作業機械に備わった処理装置による運搬車両のトレイの検出処理に関する機能ブロック
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【0012】
（第１実施形態）
１．作業機械
図１は本発明に係る作業機械の一例である油圧ショベルの側面図、図２は図１に示した油圧ショベルに備わった油圧システム及び制御システムの要部を関連構成と共に抜き出して示すブロック図である。本願明細書において、図１中の左方向を油圧ショベル（厳密には旋回体７）の前方とする。また、図１では大型の油圧ショベルを例示的に図示してあるが、中型以下の油圧ショベル、或いはフロント作業機を有する他種の作業機械にも本発明は適用可能である。
１．作業機械
図１は本発明に係る作業機械の一例である油圧ショベルの側面図、図２は図１に示した油圧ショベルに備わった油圧システム及び制御システムの要部を関連構成と共に抜き出して示すブロック図である。本願明細書において、図１中の左方向を油圧ショベル（厳密には旋回体７）の前方とする。また、図１では大型の油圧ショベルを例示的に図示してあるが、中型以下の油圧ショベル、或いはフロント作業機を有する他種の作業機械にも本発明は適用可能である。
【0013】
図１において、油圧ショベル１（作業機械）は、作業現場において、地面等の掘削対象面を掘削する掘削作業、掘削した土砂等の運搬物をダンプトラック（後述）等の運搬車両に積み込む積込作業等を行うものである。積込作業には、バケット１０（後述）にすくい込んだ運搬物を走行体５（後述）に対して旋回体７（後述）の旋回により運搬車両まで運搬する運搬動作と、バケット１０から運搬車両に運搬物を放出する放出動作とが含まれる。油圧ショベル１は、車体３と、この車体３に搭載された多関節型のフロント作業機２（作業腕）とを備えている。
【0014】
車体３は、走行体５と旋回体７とを含んで構成されている。走行体５は、油圧ショベル１の下部構造体であり、走行モータ４（油圧モータ）により駆動されるクローラ式の左右の走行装置５ａを備えている。旋回体７は、旋回装置（不図示）を介して走行体５のフレームの上部に旋回可能に取り付けられており、旋回装置の旋回モータ６（油圧モータ）により駆動されて走行体５に対して旋回する。旋回体７には、原動機等を含め、油圧ショベル１の駆動システムや運転室２０が備わっている。
【0015】
フロント作業機２は、多関節型の作業装置であり、旋回体７の前部に取り付けられており、旋回体７と共に走行体５に対して旋回する。このフロント作業機２は、ブーム８と、アーム９と、バケット１０とを備える。ブーム８は、ブームピン８ａ（図６）を介して旋回体７の前部に回動可能に連結され、ブームシリンダ１１により上下方向に駆動される。アーム９は、アームピン９ａを介してブーム８の先端部に回動可能に連結され、アームシリンダ１２によりクラウド方向及びダンプ方向に駆動される。バケット１０は、バケットピン１０ａ及びバケットリンク１６を介してアーム９の先端部に回動可能に連結され、バケットシリンダ１３によりクラウド方向及びダンプ方向に駆動される。
【0016】
ブームピン８ａには、旋回体７に対するブーム８の角度を検出するブーム角度センサ１４（図６）が取り付けられている。アームピン９ａには、ブーム８に対するアーム９の角度を検出するアーム角度センサ１５が取り付けられている。バケットリンク１６には、アーム９に対するバケット１０の角度を検出するバケット角度センサ１７が取り付けられている。なお、ブーム８、アーム９及びバケット１０のそれぞれの角度は、基準面（例えば水平面）に対するブーム８、アーム９及びバケット１０の各角度を慣性計測装置（ＩＭＵ）により検出し、これら検出値から換算して取得されるようにしてもよい。また、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２及びバケットシリンダ１３の各ストロークをストロークセンサで検出し、これら検出値から換算してブーム８、アーム９及びバケット１０のそれぞれの角度が取得される構成とすることもできる。
【0017】
この他、旋回体７には、水平面等の基準面に対する車体３の傾斜角を検出する傾斜角センサ（不図示）が取り付けられている。走行体５と旋回体７とを連結する旋回装置には、走行体５に対する旋回体７の相対的な角度である旋回角度を検出する旋回角度センサ１９が取り付けられている。また、旋回体７には、旋回体７の角速度を検出する角速度センサ（不図示）が取り付けられている。
【0018】
本実施形態では、ブーム角度センサ１４、アーム角度センサ１５、バケット角度センサ１７、傾斜角センサ（不図示）、旋回角度センサ１９及び角速度センサ（不図示）を総称して、姿勢検出センサ５３（図２）と記載する。
【0019】
また、旋回体７に設けられた運転室２０の内部には、走行体５、旋回体７及びフロント作業機２の動作を指示する操作装置が配置されている（図２）。操作装置には、例えば、右走行レバー２３ａ、左走行レバー２３ｂ、右操作レバー２２ａ、左操作レバー２２ｂが含まれる。右走行レバー２３ａは、右側の走行装置の走行モータ４の操作に用いられる。左走行レバー２３ｂは、左側の走行モータ４の操作に用いられる。右操作レバー２２ａは、ブームシリンダ１１及びバケットシリンダ１３の操作に共用される。左操作レバー２２ｂは、アームシリンダ１２及び旋回モータ６の操作に共用される。本願明細書において、添え字を省略して操作レバー２２と記載する場合には、右操作レバー２２ａ及び左操作レバー２２ｂを意味する。同じく、操作レバー２３と記載する場合には、右走行レバー２３ａ及び左走行レバー２３ｂを意味する。操作レバー２２，２３は、電気レバー方式であり、オペレータによるレバーの操作量及び操作方向をそのセンサ５２ａ～５２ｆ（例えばロータリエンコーダ、ポテンショメータ）で検出し、操作量及び操作方向に応じた操作信号を出力する。
【0020】
また、旋回体７には、油圧ショベル１の周囲の物体を計測し点群を出力する計測装置７０が設置されている。この計測装置７０は、油圧ショベル１の周辺に存在する物体までの距離（深度）を計測する外界計測装置である。計測装置７０は、点群データを出力することができるものであれば良く、例えば、ＬｉＤＡＲ（Light Detection And Ranging）やステレオカメラを用いることができる。油圧ショベル１には、計測装置７０が１つ又は複数取り付けられている。計測装置７０の好適な配置については後述する。
【0021】
２．制御システム
図２に示した通り、油圧ショベル１の駆動システムには、原動機１０３、油圧ポンプ１０２、パイロットポンプ１０４、制御装置４０、電磁比例弁４７ａ～４７ｌ、流量制御弁１０１、処理装置（情報処理装置）５４等が備わっている。
図２に示した通り、油圧ショベル１の駆動システムには、原動機１０３、油圧ポンプ１０２、パイロットポンプ１０４、制御装置４０、電磁比例弁４７ａ～４７ｌ、流量制御弁１０１、処理装置（情報処理装置）５４等が備わっている。
【0022】
原動機１０３は、例えばエンジン（電動モータでも良い）であり、油圧ポンプ１０２とパイロットポンプ１０４とを駆動する。制御装置４０は、操作レバー２２，２３から入力される操作信号に応じ、フロント作業機２、走行体５、旋回体７の動作を制御する。具体的には、制御装置４０は、オペレータによる操作レバー２２，２３の操作に応じてセンサ５２ａ～５２ｆから入力される操作信号に基づき、指令信号を演算し電磁比例弁４７ａ～４７ｌに出力する。電磁比例弁４７ａ～４７ｌは、制御装置４０からの指令信号に応じて作動し、パイロットライン１００を介してパイロットポンプ１０４から供給される圧油を減圧して流量制御弁１０１にパイロット圧を出力する。
【0023】
なお、電磁比例弁４７ａ，４７ｂは、旋回モータ６の操作に係るパイロット圧を出力する。電磁比例弁４７ｃ，４７ｄは、アームシリンダ１２の操作に係るパイロット圧を出力する。電磁比例弁４７ｅ，４７ｆは、ブームシリンダ１１の操作に係るパイロット圧を出力する。電磁比例弁４７ｇ，４７ｈは、バケットシリンダ１３の操作に係るパイロット圧を出力する。電磁比例弁４７ｉ，４７ｊは、右側の走行モータ４の操作に係るパイロット圧を出力する。電磁比例弁４７ｋ，４７ｌは、左側の走行モータ４の操作に係るパイロット圧を出力する。
【0024】
流量制御弁１０１には、旋回モータ６、アームシリンダ１２、ブームシリンダ１１、バケットシリンダ１３、左右の走行モータ４に対応する方向制御弁（不図示）が備わっている。各方向制御弁は、電磁比例弁４７ａ～４７ｌのうち対応する弁から入力されるパイロット圧を受圧室に受けて作動し、油圧ポンプ１０２から供給される圧油の方向及び流量を制御して、対応する油圧アクチュエータに供給する。これにより、旋回モータ６、アームシリンダ１２、ブームシリンダ１１、バケットシリンダ１３、左右の走行モータ４が、オペレータによる操作レバー２２，２３の操作に応じて動作する。これにより、バケット１０の位置及び角度が変化したり、旋回体７が旋回したり、走行体５が走行したりする。
【0025】
処理装置５４は、コンピュータであり、計測装置７０が出力する点群に基づきトレイ検出処理（後述）を実行する機能を備えている。処理装置５４には、ＲＯＭ（Read Only Memory）７１、ＲＡＭ（Random Access Memory）７２、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７３、外部Ｉ／Ｆ（Interface）７４等が備わっている。ＲＯＭ７１、ＲＡＭ７２、ＣＰＵ７３、外部Ｉ／Ｆ７４は、バス７５を介して接続されている。また、処理装置５４には、制御装置４０、モニタ５５、計測装置７０、姿勢検出センサ５３、記憶装置５７（例えばハードディスクドライブや大容量フラッシュメモリ）が、外部Ｉ／Ｆ７４を介して接続される。モニタ５５は、運転室２０の内部において運転席に座ったオペレータから見易い位置に配置されている。処理装置５４の機能については後述する。
【0026】
３．作業例
図３及び図４は油圧ショベル１の一作業例を示す平面図及び側面図である。図３及び図４では、油圧ショベル１で土砂を掘削し、掘削した土砂を運搬して運搬車両２００のトレイＴに積み込む積込作業の様子を表している。例えば、油圧ショベル１が運搬物を積込可能な位置（例えば旋回体７の旋回中心線１２０から最大旋回半径以内で旋回体７の後端旋回半径以上のエリア内の位置）に、運搬車両２００が停車する。その際、油圧ショベル１では、計測装置７０の出力に基づき、処理装置５４によって運搬車両２００のトレイＴの位置及び角度を検出するトレイ検出処理が実行される。このトレイ検出処理の結果に基づき、油圧ショベル１の制御装置４０は、例えば運搬車両２００に対する運搬物の積込作業時にフロント作業機２等がトレイＴに衝突しないように、油圧ショベル１（例えばフロント作業機２）の動作を制御する。なお、トレイ検出処理による結果は、積込作業時に限らず広くトレイＴとフロント作業機２との干渉防止制御に適用でき、例えば、積込作業後に次の掘削地点に油圧ショベル１を移動させる際のトレイＴと油圧ショベル１との干渉回避にも適用できる。
図３及び図４は油圧ショベル１の一作業例を示す平面図及び側面図である。図３及び図４では、油圧ショベル１で土砂を掘削し、掘削した土砂を運搬して運搬車両２００のトレイＴに積み込む積込作業の様子を表している。例えば、油圧ショベル１が運搬物を積込可能な位置（例えば旋回体７の旋回中心線１２０から最大旋回半径以内で旋回体７の後端旋回半径以上のエリア内の位置）に、運搬車両２００が停車する。その際、油圧ショベル１では、計測装置７０の出力に基づき、処理装置５４によって運搬車両２００のトレイＴの位置及び角度を検出するトレイ検出処理が実行される。このトレイ検出処理の結果に基づき、油圧ショベル１の制御装置４０は、例えば運搬車両２００に対する運搬物の積込作業時にフロント作業機２等がトレイＴに衝突しないように、油圧ショベル１（例えばフロント作業機２）の動作を制御する。なお、トレイ検出処理による結果は、積込作業時に限らず広くトレイＴとフロント作業機２との干渉防止制御に適用でき、例えば、積込作業後に次の掘削地点に油圧ショベル１を移動させる際のトレイＴと油圧ショベル１との干渉回避にも適用できる。
【0027】
４．計測装置のレイアウト
図３及び図４に例示した作業形態が想定される場合、例えば掘削時に旋回体７の左側のエリアの点群を取得できるように計測装置７０を設置することが一好適例である。但し、計測装置７０の設置位置はこの例に限らず、例えば、旋回体７の前方が計測できる位置に計測装置７０を取り付けることもできる。
図３及び図４に例示した作業形態が想定される場合、例えば掘削時に旋回体７の左側のエリアの点群を取得できるように計測装置７０を設置することが一好適例である。但し、計測装置７０の設置位置はこの例に限らず、例えば、旋回体７の前方が計測できる位置に計測装置７０を取り付けることもできる。
【0028】
また、トレイ検出処理では、計測装置７０から得られた点群データに基づき、運搬車両２００のトレイＴの左右両側の２面を抽出する。一般的に、運搬車両２００のトレイＴは左右両側の内壁面が平面又は滑らかな曲面で形成されているため、これら２面を抽出することによってトレイＴを検出することができる。この場合、運搬車両２００のトレイＴの内壁面が計測できるように計測装置７０を設置する必要がある。本実施形態では、油圧ショベル１の側方の所定位置に停車する運搬車両２００に計測装置７０を向けた状態で、計測装置７０が運搬車両２００の車幅の延長上（運搬車両２００後方へのトレイＴの射影上）に位置する。
【0029】
また、図３及び図４の例のように油圧ショベル１に対して運搬車両２００が低位置に停車する場合、運搬車両２００を斜めに俯瞰して計測できるように計測装置７０を設置することが望ましい。本実施形態において、計測装置７０は、運転室２０の上部における左端部に、旋回体７の左方領域に存在する物体を測距するように光軸を斜め下に向けて設置されている。図３及び図４中のθｓｈは計測装置７０の測定範囲の水平方向の角度、θｓｖの計測装置７０の測定範囲の鉛直方向の角度、Ｌｓｒは計測装置７０の測定範囲の油圧ショベル１からの距離を表している。
【0030】
５．状況データテーブル
図５は状況データテーブルの一例である。同図に示した状況データテーブル８００は、トレイ検出処理に係る現在の状況（遷移状態）と、状況毎の処理内容をまとめたデータテーブルであり、予め規定されて例えばＲＯＭ７１に格納されている。本実施形態では、トレイ検出処理に係る状況を、「点群未取得」、「運搬車両未検知」、「運搬車両検出」、「トレイ検出」、「旋回中」、「走行中」の６つに区分する。これら状態毎に、「該当条件」、「検出処理実行可否」、「検出結果出力可否」、「検出結果管理方法」が規定されている。状況データテーブル８００における現在の状況は、後述するように処理装置５４による運搬車両検出処理８３及び状況判定処理８４で判定され、例えばＲＡＭ７２の所定の記憶領域に一時的に保存される。各状況について説明する。
図５は状況データテーブルの一例である。同図に示した状況データテーブル８００は、トレイ検出処理に係る現在の状況（遷移状態）と、状況毎の処理内容をまとめたデータテーブルであり、予め規定されて例えばＲＯＭ７１に格納されている。本実施形態では、トレイ検出処理に係る状況を、「点群未取得」、「運搬車両未検知」、「運搬車両検出」、「トレイ検出」、「旋回中」、「走行中」の６つに区分する。これら状態毎に、「該当条件」、「検出処理実行可否」、「検出結果出力可否」、「検出結果管理方法」が規定されている。状況データテーブル８００における現在の状況は、後述するように処理装置５４による運搬車両検出処理８３及び状況判定処理８４で判定され、例えばＲＡＭ７２の所定の記憶領域に一時的に保存される。各状況について説明する。
【0031】
５－１．「点群未取得」
点群未取得は、通信状態等によって計測装置７０の点群データが処理装置５４に一定期間以上入力されない状況である。点群未取得としては、例えば、ネットワークや機器の不具合等で点群データが取得できないケースが想定される。この状況下では、処理装置５４によるトレイ検出処理は実行されない。この間、処理装置５４から制御装置４０へのトレイの検出結果の出力も行われない。また、トレイの検出結果が制御装置４０に出力されることがないように、処理装置５４は、トレイ検出処理に関してバッファ（例えばＲＡＭ７２）に保持されているデータを消去する。
点群未取得は、通信状態等によって計測装置７０の点群データが処理装置５４に一定期間以上入力されない状況である。点群未取得としては、例えば、ネットワークや機器の不具合等で点群データが取得できないケースが想定される。この状況下では、処理装置５４によるトレイ検出処理は実行されない。この間、処理装置５４から制御装置４０へのトレイの検出結果の出力も行われない。また、トレイの検出結果が制御装置４０に出力されることがないように、処理装置５４は、トレイ検出処理に関してバッファ（例えばＲＡＭ７２）に保持されているデータを消去する。
【0032】
５－２．「運搬車両未検知」
運搬車両未検出は、計測装置７０からの点群データは入力されるものの、油圧ショベル１の周囲にそれら点群から物体（地面を除く）と推定されるものが処理装置５４により検出されない状況である。この状況下では、処理装置５４によるトレイ検出処理は継続的に実行される。しかし、物体が検出されないため、処理装置５４から制御装置４０へのトレイの検出結果の出力は行われない（又はトレイが検出されない旨の検出結果が出力されても良い）。また、点群未検出の状況下と同じく、処理装置５４は、トレイ検出処理に関してバッファ（例えばＲＡＭ７２）に保持されているデータを消去する。
運搬車両未検出は、計測装置７０からの点群データは入力されるものの、油圧ショベル１の周囲にそれら点群から物体（地面を除く）と推定されるものが処理装置５４により検出されない状況である。この状況下では、処理装置５４によるトレイ検出処理は継続的に実行される。しかし、物体が検出されないため、処理装置５４から制御装置４０へのトレイの検出結果の出力は行われない（又はトレイが検出されない旨の検出結果が出力されても良い）。また、点群未検出の状況下と同じく、処理装置５４は、トレイ検出処理に関してバッファ（例えばＲＡＭ７２）に保持されているデータを消去する。
【0033】
５－３．「運搬車両検出」
運搬車両検出は、計測装置７０からの点群データに基づき油圧ショベル１の周囲に運搬車両２００に相当するサイズの物体が処理装置５４により検出されているものの、トレイＴが検出されていない状況である。運搬車両検出として、典型的には、運搬車両２００は継続的に検出されているものの、運搬車両２００への運搬物の積込の進捗に伴ってトレイＴが運搬物に隠れてしまい、トレイＴの左右少なくともいずれかの内壁面の形状が検出されなくなった状況が想定される。この状況下（つまり運搬物の積込作業中）では、処理装置５４はトレイ検出処理を継続して実行すると共に、運搬車両２００は停車したままであってトレイＴが動いていないため、最新のトレイ検出結果を依然有効なデータとして制御装置４０に出力する。つまり、「運搬車両検出」の状況下でトレイＴは検出されないが、例えば運搬車両検出の状況に遷移する直前に「トレイ検出」の状況下で得られて保持されている最新のトレイ検出結果が制御装置４０に出力される。また、運搬車両検出の状況下では、バッファ（例えばＲＡＭ７２）に保持されている最新のトレイ検出結果が継続して保持される。
運搬車両検出は、計測装置７０からの点群データに基づき油圧ショベル１の周囲に運搬車両２００に相当するサイズの物体が処理装置５４により検出されているものの、トレイＴが検出されていない状況である。運搬車両検出として、典型的には、運搬車両２００は継続的に検出されているものの、運搬車両２００への運搬物の積込の進捗に伴ってトレイＴが運搬物に隠れてしまい、トレイＴの左右少なくともいずれかの内壁面の形状が検出されなくなった状況が想定される。この状況下（つまり運搬物の積込作業中）では、処理装置５４はトレイ検出処理を継続して実行すると共に、運搬車両２００は停車したままであってトレイＴが動いていないため、最新のトレイ検出結果を依然有効なデータとして制御装置４０に出力する。つまり、「運搬車両検出」の状況下でトレイＴは検出されないが、例えば運搬車両検出の状況に遷移する直前に「トレイ検出」の状況下で得られて保持されている最新のトレイ検出結果が制御装置４０に出力される。また、運搬車両検出の状況下では、バッファ（例えばＲＡＭ７２）に保持されている最新のトレイ検出結果が継続して保持される。
【0034】
５－４．「トレイ検出」
トレイ検出は、計測装置７０からの点群データに基づき油圧ショベル１の周囲に運搬車両２００に相当するサイズの物体が処理装置５４により検出されており、なおかつトレイＴが検出されている状況である。この状況下では、処理装置５４はトレイ検出処理を継続して実行すると共に、リアルタイムに得られる最新のトレイ検出結果を制御装置４０に逐次出力する。また、トレイ検出の状況下では、トレイ検出結果が逐次更新され、常時最新のトレイ検出結果がＲＡＭ７２に保持される。
トレイ検出は、計測装置７０からの点群データに基づき油圧ショベル１の周囲に運搬車両２００に相当するサイズの物体が処理装置５４により検出されており、なおかつトレイＴが検出されている状況である。この状況下では、処理装置５４はトレイ検出処理を継続して実行すると共に、リアルタイムに得られる最新のトレイ検出結果を制御装置４０に逐次出力する。また、トレイ検出の状況下では、トレイ検出結果が逐次更新され、常時最新のトレイ検出結果がＲＡＭ７２に保持される。
【0035】
５－５．「旋回中」
旋回中は、油圧ショベル１の旋回体７が予め設定された設定速度（例えば１～５ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の旋回速度で旋回している状況である。旋回速度は、例えば旋回体７に設けた角速度センサで計測される。本実施形態では計測装置７０を旋回体７に設置しているため、旋回体７の旋回中は点群データの旋回方向の座標変換精度の低下に伴ってトレイ検出結果の精度が低下する可能性がある。そのため、運搬車両２００が検出されているか否かに関わらず、処理装置５４によるトレイ検出処理は実行されない。但し、運搬車両２００に対する運搬物の積込作業中、旋回体７の旋回の前後で運搬車両２００の位置は変化しないため、処理装置５４は、運搬車両検出の状況下と同じく、最新のトレイ検出結果を有効なデータとして制御装置４０に出力する。運搬物の積込作業中以外であれば、トレイ検出結果についてＲＡＭ７２のデータは消去されているため、旋回中に制御装置４０に出力されることはない。また、旋回中もＲＡＭ７２に保持されている最新のトレイ検出結果が継続して保持される。
旋回中は、油圧ショベル１の旋回体７が予め設定された設定速度（例えば１～５ｄｅｇ／ｓｅｃ）以上の旋回速度で旋回している状況である。旋回速度は、例えば旋回体７に設けた角速度センサで計測される。本実施形態では計測装置７０を旋回体７に設置しているため、旋回体７の旋回中は点群データの旋回方向の座標変換精度の低下に伴ってトレイ検出結果の精度が低下する可能性がある。そのため、運搬車両２００が検出されているか否かに関わらず、処理装置５４によるトレイ検出処理は実行されない。但し、運搬車両２００に対する運搬物の積込作業中、旋回体７の旋回の前後で運搬車両２００の位置は変化しないため、処理装置５４は、運搬車両検出の状況下と同じく、最新のトレイ検出結果を有効なデータとして制御装置４０に出力する。運搬物の積込作業中以外であれば、トレイ検出結果についてＲＡＭ７２のデータは消去されているため、旋回中に制御装置４０に出力されることはない。また、旋回中もＲＡＭ７２に保持されている最新のトレイ検出結果が継続して保持される。
【0036】
５－６．「走行中」
走行中は、油圧ショベル１が移動している状況である。本実施形態においては、油圧ショベル１の移動中は、運搬車両２００への運搬物の積込は行わないため、本実施形態では、処理装置５４によるトレイ検出処理は実行されない。また、油圧ショベル１が移動すると、油圧ショベル１と運搬車両２００との相対位置が変化するため、直前のトレイ検出結果を制御装置４０に通知しない。また、点群未検出の状況下と同じく、処理装置５４は、トレイ検出処理に関してＲＡＭ７２に保持されているデータを消去する。
走行中は、油圧ショベル１が移動している状況である。本実施形態においては、油圧ショベル１の移動中は、運搬車両２００への運搬物の積込は行わないため、本実施形態では、処理装置５４によるトレイ検出処理は実行されない。また、油圧ショベル１が移動すると、油圧ショベル１と運搬車両２００との相対位置が変化するため、直前のトレイ検出結果を制御装置４０に通知しない。また、点群未検出の状況下と同じく、処理装置５４は、トレイ検出処理に関してＲＡＭ７２に保持されているデータを消去する。
【0037】
なお、油圧ショベル１の走行動作は、センサ５２ｅ，５２ｆで検出される右走行レバー２３ａ及び左走行レバー２３ｂの操作量が予め設定した設定値以上であるかで判定される。但し、油圧ショベル１の走行動作の検出方法はこれに限らず種々の方法が提要可能であり、例えば速度計で油圧ショベル１の車速を計測したり回転数センサで走行モータ４の回転数を計測したりすることでも検出可能である。
【0038】
６．処理装置
６－１．概説
処理装置５４は、計測装置７０が出力する点群から運搬車両２００のトレイＴを検出するトレイ検出処理を実行する。トレイ検出処理において、処理装置５４は、まず計測装置７０が出力する点群から水平方向に対向する２面を抽出し、抽出した２面の面間距離が既定の設定距離より長いかどうかを判定する。その結果、２面の面間距離が設定距離より長い場合に、処理装置５４は、抽出した２面がトレイＴの左右の壁面であると判定し、抽出した２面を左右の壁面とするトレイＴを検出し、そのトレイＴの現在位置を制御装置４０に出力する。抽出される２面の面間距離と比較する設定距離は、少なくともフロント作業機２のバケット１０の左右方向の幅よりも大きく、例えば運搬車両２００として想定される車両の一般的な車幅かそれよりも若干小さく設定される。
６－１．概説
処理装置５４は、計測装置７０が出力する点群から運搬車両２００のトレイＴを検出するトレイ検出処理を実行する。トレイ検出処理において、処理装置５４は、まず計測装置７０が出力する点群から水平方向に対向する２面を抽出し、抽出した２面の面間距離が既定の設定距離より長いかどうかを判定する。その結果、２面の面間距離が設定距離より長い場合に、処理装置５４は、抽出した２面がトレイＴの左右の壁面であると判定し、抽出した２面を左右の壁面とするトレイＴを検出し、そのトレイＴの現在位置を制御装置４０に出力する。抽出される２面の面間距離と比較する設定距離は、少なくともフロント作業機２のバケット１０の左右方向の幅よりも大きく、例えば運搬車両２００として想定される車両の一般的な車幅かそれよりも若干小さく設定される。
【0039】
このトレイ検出処理は、好ましくは、運搬車両２００が検出されていることを前提として実行されるようにすることができる。この場合、処理装置５４は、トレイ検出処理に先行して、計測装置７０が出力する点群から、予め設定された運搬車両相当サイズ以上の物体、又は走行輪に相当する円形を含んで検出された物体の検出処理を実行し、該当する物体が検出された場合にその物体を運搬車両２００として検出する。抽出される物体と比較する運搬車両相当サイズとしては、例えば現場が鉱山である場合、運搬車両２００に用いられるダンプカーの車幅が一般に小さいもので７ｍ程度であるため、それよりも若干小さい値（例えば５～６ｍ）が想定される。処理装置５４は、このように運搬車両２００を検出した上で、この運搬車両２００として検出した物体の点群から、トレイ検出処理の一環として水平方向に対向する上記の２面を抽出する。
【0040】
計測装置７０から点群が入力されない場合、及び運搬車両２００が検出されない場合、処理装置５４によるトレイ検出処理は中断される（実行されない）。この他にも、好ましくは、運搬車両２００が検出されているか否かに関わらず所定の場合には処理装置５４によるトレイ検出処理が中断される（実行されない）ようにすることができる。本実施形態の場合、左記に図５で説明した通り、旋回中や走行中は処理装置５４によるトレイ検出処理は実行されない。例えば、処理装置５４は、角速度センサの出力に基づき、旋回体７が旋回中であると判定される場合（例えば旋回速度が１ｄｅｇ／ｓｅｃ以上である場合）、トレイ検出処理を実行しないようにプログラムされる。また、処理装置５４は、走行センサ（例えばセンサ５２ｅ，５２ｆ）の出力に基づき油圧ショベル１が走行中であると判定される場合にはトレイ検出処理を実行しないようにプログラムされる。
【0041】
処理装置５４は、所定の場合（例えば図５の運搬車両検出、トレイ検出、旋回中の各状況）には、トレイ検出処理で得られたトレイＴの最新の検出データを保持しておく。処理装置５４は、トレイＴが検出されなくなった場合でも、運搬車両２００が検出されている間（例えば図５の運搬車両検出、旋回中の各状況）には、保持した最新の検出データを、リアルタイムに検出されるデータと同等であるとして制御装置４０に出力する。
【0042】
また、好ましくは、処理装置５４は、トレイ検出処理の際、所定の場合にはトレイ検出結果を補正する。一例として、トレイ検出処理の際に抽出した２面の長手方向の長さを比較し、２面の長手方向の長さが異なる場合、長い方の面の検出データ（長さ）に合わせて短い方の面の検出データ（長さ）が補正されるように、処理装置５４をプログラムすることができる。他の例として、処理装置５４は、トレイ検出処理で検出したトレイＴの長手方向の長さを閾値と比較し、検出したトレイＴの長さが閾値より短い場合、予め定めた設定トレイ長（例えば閾値よりも若干長く設定した値）にトレイＴの長さが補正されるように、プログラムされる。この場合の閾値は、運搬車両２００のトレイＴの前後長として一般に想定される値又はそれよりも若干短く予め設定した値であり、例えばＲＯＭ７１に記憶しておくことができる。トレイＴの前後長を設定トレイ長に合わせる際、検出したトレイＴの長さを、運搬車両２００の検出結果を基に運搬車両２００の前方に延ばして補正するように処理装置５４をプログラムすることが望ましい。
【0043】
また、処理装置５４は、トレイの検出データを計測装置７０からの点群と重ねてモニタ５５に表示させる。また、処理装置５４は、トレイＴの現在位置の制御装置４０への出力を停止している間、トレイＴの現在位置が検出されていない旨をモニタ５５に表示させる。
【0044】
６－２．具体例
処理装置５４の機能について具体的に説明する。
処理装置５４の機能について具体的に説明する。
【0045】
図６は基準座標系を油圧ショベルと共に示す側面図、図７はその平面図である。まず、処理装置５４の例えばＲＯＭ７１には、油圧ショベル１の構成要素の位置や角度を特定する基準座標系として、走行体５を基準とする車体３のローカル座標系である予め設定された車体座標系４００（図６及び図７）が記憶されている。本実施形態において、車体座標系４００は、例えば旋回体７の回転軸である旋回中心線１２０と走行体５の接地面（地面Ｇと接する底面）との交点を原点とするＸＹＺ右手直交座標系として定義される。車体座標系４００は、走行体５の前進方向をＸ軸の正方向、旋回中心線１２０に沿って走行体５から旋回体７に向かう方向をＺ軸の正方向、走行体５の左方をＹ軸の正方向とする。車体座標系４００において、旋回体７の旋回角度θｓｗ（図７）は、フロント作業機２がＸ軸方向の正を向き、かつフロント作業機２の中心線（図７中の一点鎖線）が車体座標系４００のＸ軸と平行な状態を０度とする。
【0046】
また、計測装置７０を基準とする予め設定されたｘｙｚ右手直交座標系がセンサ座標系３００として、作業現場の基準となる予め設定されたＸ’Ｙ’Ｚ’右手直交座標系が現場座標系５００として、ＲＯＭ７１に記憶されている。なお、図６中のＬｂｍはブーム８の長さ（ブームピン８ａとアームピン９ａの中心間距離）、Ｌａｍはアーム９の長さ（アームピン９ａとバケットピン１０ａの中心間距離）、Ｌｂｋはバケット１０の長さ（バケットピン１０ａの中心とバケット先端の距離）である。
【0047】
図８は処理装置５４によるトレイ検出処理に関する機能ブロック図である。図８に示したように、処理装置５４は、トレイ検出処理に関し、姿勢演算処理８１、座標変換処理８２、運搬車両検出処理８３、状況判定処理８４、検出結果補正処理８５を実行する。以下に各処理の内容を順次説明していく。
【0048】
－姿勢演算－
姿勢演算処理８１は、姿勢検出センサ５３の検出信号に基づき、車体座標系４００における油圧ショベル１の構成要素の位置や角度を演算する処理装置５４の処理である。
姿勢演算処理８１は、姿勢検出センサ５３の検出信号に基づき、車体座標系４００における油圧ショベル１の構成要素の位置や角度を演算する処理装置５４の処理である。
【0049】
例えば、ブーム角度センサ１４から出力されるブーム８の回動角度の検出信号を基に、Ｘ軸に対するブーム８の回動角度θｂｍ（図６）が演算される。また、アーム角度センサ１５から出力されるアーム９の回動角度の検出信号を基に、ブーム８に対するアーム９の回動角度θａｍ（図６）が演算される。バケット角度センサ１７から出力されるバケット１０の回動角度の検出信号を基に、アーム９に対するバケット１０の回動角度θｂｋ（図６）が演算される。旋回角度センサ１９から出力される旋回体７の旋回角度の検出信号を基に、走行体５に対する旋回体７の旋回角度θｓｗ（図７）が演算される。
【0050】
更に、傾斜角センサ（不図示）から出力される車体３の傾斜角の検出信号を基に、基準面ＤＰ（図６）に対する車体３（走行体５）の傾斜角θｇ（図６）が演算される。基準面ＤＰは、例えば重力方向に直交する水平面である。傾斜角θｇには、Ｙ軸周りの回転角θｐ（不図示）、及びＸ軸周りの回転角θｒ（不図示）を成分として含む。また、姿勢検出センサ５３の検出信号を基に、旋回体７の旋回角速度ωｓｗが演算される。
【0051】
－座標変換－
座標変換処理８２は、姿勢演算処理８１で演算された車体各部の位置や角度のデータを用い、計測装置７０の出力点群をセンサ座標系３００の値から車体座標系４００の値に座標変換する処理である。計測装置７０が出力する点群は、センサ座標系３００で示される３次元の点データＰｓ（Ｘｐｓ，Ｙｐｓ，Ｚｐｓ）の集合である。センサ座標系３００における点データ（Ｘｐｓ，Ｙｐｓ，Ｚｐｓ）は、次の（式１）～（式３）を用いて車体座標系４００における点データＰｖ（Ｘｐｖ，Ｙｐｖ，Ｚｐｖ）に変換される。
座標変換処理８２は、姿勢演算処理８１で演算された車体各部の位置や角度のデータを用い、計測装置７０の出力点群をセンサ座標系３００の値から車体座標系４００の値に座標変換する処理である。計測装置７０が出力する点群は、センサ座標系３００で示される３次元の点データＰｓ（Ｘｐｓ，Ｙｐｓ，Ｚｐｓ）の集合である。センサ座標系３００における点データ（Ｘｐｓ，Ｙｐｓ，Ｚｐｓ）は、次の（式１）～（式３）を用いて車体座標系４００における点データＰｖ（Ｘｐｖ，Ｙｐｖ，Ｚｐｖ）に変換される。
【0052】
【数1】
【0053】
【数2】
【0054】
【数3】
【0055】
ここで、Ｒｓｖは、センサ座標系３００の座標を車体座標系４００の座標に変換する回転行列であり、回転行列Ｒｓｖにおけるαｓ，βｓ，γｓは車体座標系４００における計測装置７０のｘｙｚ各軸に対する傾斜角度である。計測装置７０が油圧ショベル１に固定されている場合、αｓ，βｓ，γｓは、例えば、計測装置７０の位置や角度を車体座標系４００で測定することで取得し、ＲＯＭ７１又は記憶装置５７に事前に保存しておくことができる。
【0056】
θｓｗは、旋回体７の旋回角度であり、姿勢演算処理８１で演算される。
【0057】
Ｔｓｖは、車体座標系４００の原点を始端としセンサ座標系３００の原点を終端とする並進ベクトルである。Ｔｓｖの成分Ｌｓｘ，Ｌｓｙ，Ｌｓｚは、車体座標系４００におけるセンサ座標系３００の原点座標に等しい。計測装置７０が固定式である場合、車体座標系４００におけるセンサ座標系３００の原点位置は不動であるため、Ｔｓｖ（Ｌｓｘ，Ｌｓｙ，Ｌｓｚ）は事前に測定してＲＯＭ７１又は記憶装置５７に事前に保存しておくことができる。
【0058】
－運搬車両検出－
運搬車両検出処理８３は、座標変換処理８２で車体座標系４００の値に変換された計測装置７０の出力点群から、運搬車両２００のトレイＴの位置及び角度であるＰｄｕｍｐを算出する処理である。この運搬車両検出処理８３では、「点群未取得」、「運転車両未検出」、「運搬車両検出」、「トレイ検出」のいずれかに該当するか否かも併せて判定される。運搬車両検出処理８３のフローについては、図１図１３を用いて後述する。運搬車両検出処理８３において、運搬車両２００の位置及び角度は、具体的には次の原理で取得される。
運搬車両検出処理８３は、座標変換処理８２で車体座標系４００の値に変換された計測装置７０の出力点群から、運搬車両２００のトレイＴの位置及び角度であるＰｄｕｍｐを算出する処理である。この運搬車両検出処理８３では、「点群未取得」、「運転車両未検出」、「運搬車両検出」、「トレイ検出」のいずれかに該当するか否かも併せて判定される。運搬車両検出処理８３のフローについては、図１図１３を用いて後述する。運搬車両検出処理８３において、運搬車両２００の位置及び角度は、具体的には次の原理で取得される。
【0059】
図９は運搬車両の基準座標系を示す側面図、図１０は平面図である。図９及び図１０に示す通り、運搬車両２００の後輪の中心軸上の車幅中心の点を原点するＸ”Ｙ”Ｚ”右手直交座標系を、運搬車両２００の車体座標系６００とする。Ｘ”軸は原点から車両の前方に向かう方向を正方向、Ｙ”軸は原点から車輪軸に沿って左に向かう方向を正方向、Ｚ”軸はＸ”Ｙ”軸に直交し原点から車両の上方に向かう方向を正方向とする。本実施形態において、運搬車両２００のトレイＴの位置及び角度は、平面視で運搬車両２００のトレイＴの四隅に位置する４つ点Ｐｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４に基づき特定される。運搬車両検出処理８３では、油圧ショベル１の車体座標系４００に変換された計測装置７０の出力点群から点Ｐｄ１～Ｐｄ４が抽出され、これら点Ｐｄ１～Ｐｄ４の座標が運搬車両２００のトレイＴの位置及び角度のデータ（Ｐｄｕｍｐ）として得られる。運搬車両検出処理８３は、所定の周期（例えば１００ｍｓ～１ｓｅｃ程度）で実行される。
【0060】
－状況判定－
状況判定処理８４は、制御装置４０を介して取得されるレバー操作信号、姿勢演算処理８１で演算される各部の位置及び角度、旋回体７の旋回速度を基に、「走行中」及び「旋回中」のいずれかに該当するか否かを判定する処理である。状況判定処理８４のフローについては、図１２を用いて後述する。
状況判定処理８４は、制御装置４０を介して取得されるレバー操作信号、姿勢演算処理８１で演算される各部の位置及び角度、旋回体７の旋回速度を基に、「走行中」及び「旋回中」のいずれかに該当するか否かを判定する処理である。状況判定処理８４のフローについては、図１２を用いて後述する。
【0061】
－検出結果補正－
検出結果補正処理８５は、状況判定処理８４で判定された状況により必要に応じて、運搬車両検出処理８３で取得されたトレイＴの検出結果のデータを補正する処理である。検出結果補正処理８５を経て得られた最終的なトレイＴの検出結果のデータは、制御装置４０及びモニタ５５に出力され、制御装置４０による機体制御の基礎データとして用いられ、またモニタ５５に表示されてオペレータに通知される。検出結果補正処理８５の具体例は後述する。
検出結果補正処理８５は、状況判定処理８４で判定された状況により必要に応じて、運搬車両検出処理８３で取得されたトレイＴの検出結果のデータを補正する処理である。検出結果補正処理８５を経て得られた最終的なトレイＴの検出結果のデータは、制御装置４０及びモニタ５５に出力され、制御装置４０による機体制御の基礎データとして用いられ、またモニタ５５に表示されてオペレータに通知される。検出結果補正処理８５の具体例は後述する。
【0062】
【0063】
（ステップＳ１０１）
まず、油圧ショベル１において、運搬物を積込可能な位置に運搬車両２００が停車しているかを確認する。この運搬車両２００の停車は、例えば作業現場で使用されるＦＭＳ（Fleet Management System）のような運搬車両２００の配車管理システムから運搬車両停車通知信号を受信することにより、油圧ショベル１の例えば処理装置５４により確認することができる。この場合には、配車管理システムのサーバとの無線通信をするための通信装置（不図示）が、油圧ショベル１に搭載されている。この他、運搬物を積込可能な位置に運搬車両２００が停車したことをオペレータが目視確認し、運搬車両２００が停車したことをオペレータが処理装置５４に手動で入力するようにしても良い。つまり、オペレータの入力による入力信号により、運搬物を積込可能な位置に運搬車両２００が停車しているかを処理装置５４により確認することができる。
まず、油圧ショベル１において、運搬物を積込可能な位置に運搬車両２００が停車しているかを確認する。この運搬車両２００の停車は、例えば作業現場で使用されるＦＭＳ（Fleet Management System）のような運搬車両２００の配車管理システムから運搬車両停車通知信号を受信することにより、油圧ショベル１の例えば処理装置５４により確認することができる。この場合には、配車管理システムのサーバとの無線通信をするための通信装置（不図示）が、油圧ショベル１に搭載されている。この他、運搬物を積込可能な位置に運搬車両２００が停車したことをオペレータが目視確認し、運搬車両２００が停車したことをオペレータが処理装置５４に手動で入力するようにしても良い。つまり、オペレータの入力による入力信号により、運搬物を積込可能な位置に運搬車両２００が停車しているかを処理装置５４により確認することができる。
【0064】
（ステップＳ１０２）
運搬物を積込可能な位置に運搬車両２００が停車したことを確認したら、油圧ショベル１は、積込作業の開始を検出する。積込作業の開始は、例えばセンサ５２ｅ，５２ｆの出力に基づき、処理装置５４により操作レバー２２，２３の操作を検出することで検出することができる。なお、積込作業の開始は、この方法に限らず、例えばＦＭＳ等の管制から掘削開始指令を受信することで検出することもできる。また、例えば積込作業の開始時には、運搬車両２００に向かって旋回体７が旋回する等、積込作業の開始に伴う油圧ショベル１の動作を予め深層学習して得たデータに基づき、このデータに基づき操作レバー２２，２３の操作から積込作業の開始を検出する構成とすることもできる。
運搬物を積込可能な位置に運搬車両２００が停車したことを確認したら、油圧ショベル１は、積込作業の開始を検出する。積込作業の開始は、例えばセンサ５２ｅ，５２ｆの出力に基づき、処理装置５４により操作レバー２２，２３の操作を検出することで検出することができる。なお、積込作業の開始は、この方法に限らず、例えばＦＭＳ等の管制から掘削開始指令を受信することで検出することもできる。また、例えば積込作業の開始時には、運搬車両２００に向かって旋回体７が旋回する等、積込作業の開始に伴う油圧ショベル１の動作を予め深層学習して得たデータに基づき、このデータに基づき操作レバー２２，２３の操作から積込作業の開始を検出する構成とすることもできる。
【0065】
（ステップＳ１０３）
積込作業の開始を検出したら、油圧ショベル１は、処理装置５４により、運搬物を積み込む運搬車両２００のトレイＴの位置及び角度の現在のデータを取得し、制御装置４０に出力する。ステップＳ１０３のトレイＴの位置及び角度のデータの取得手順については後述する。
積込作業の開始を検出したら、油圧ショベル１は、処理装置５４により、運搬物を積み込む運搬車両２００のトレイＴの位置及び角度の現在のデータを取得し、制御装置４０に出力する。ステップＳ１０３のトレイＴの位置及び角度のデータの取得手順については後述する。
【0066】
（ステップＳ１０４）
トレイＴの位置及び角度のデータを取得したら、油圧ショベル１は、制御装置４０によりトレイＴのデータに応じた積込制御を実行する。積込制御では、ステップＳ１０３で取得したトレイＴの位置及び角度のデータに基づき、旋回体７及びフロント作業機２（ブーム８やアーム９）の少なくとも一方の動作が制御される。一例として、旋回操作信号が入力された場合、ブーム上げ操作がされていなくても（又は操作量が適正より小さくても）旋回のみならず旋回速度に応じたブーブ上げが自動又は半自動で指令される。この積込制御により、トレイＴと衝突することなくフロント作業機２（特にバケット１０）が掘削位置及び放出位置（放土位置）の間を移動する。
トレイＴの位置及び角度のデータを取得したら、油圧ショベル１は、制御装置４０によりトレイＴのデータに応じた積込制御を実行する。積込制御では、ステップＳ１０３で取得したトレイＴの位置及び角度のデータに基づき、旋回体７及びフロント作業機２（ブーム８やアーム９）の少なくとも一方の動作が制御される。一例として、旋回操作信号が入力された場合、ブーム上げ操作がされていなくても（又は操作量が適正より小さくても）旋回のみならず旋回速度に応じたブーブ上げが自動又は半自動で指令される。この積込制御により、トレイＴと衝突することなくフロント作業機２（特にバケット１０）が掘削位置及び放出位置（放土位置）の間を移動する。
【0067】
（ステップＳ１０５）
油圧ショベル１は、積込制御とは別途に、現在傍らに停車している運搬車両２００に対する積込作業の終了判定を行う。例えば、オペレータは、トレイＴに対する運搬物の積込状態等を目視確認し、そのトレイＴに対する積込作業を終える場合、操作レバー２２，２３又はモニタ５５等で特定の操作を行って積込作業の終了を処理装置５４に入力する。これに伴って入力される信号に基づき、処理装置５４は積込作業の終了を判定することができる。なお、フロント作業機２のバケット積載量を例えばブームシリンダ１１の圧力等で計測し、運搬車両２００への累積積込量が規定値に達したら処理装置５４が積込作業の終了を判定する構成とすることもできる。その他、運搬車両２００に搭載された積載重量の計測器（例えばロードセル）の計測データを運搬車両２００から受信し、計測データが規定値に達したら処理装置５４が積込作業の終了を判定する構成とすることもできる。停車中の運搬車両２００に対する積込作業が終了していないと処理装置５４で判定されたら、油圧ショベル１はステップＳ１０５からステップＳ１０２に手順を戻し、現在停車中の運搬車両２００に対する積込作業に係る一連の処理を繰り返す。
油圧ショベル１は、積込制御とは別途に、現在傍らに停車している運搬車両２００に対する積込作業の終了判定を行う。例えば、オペレータは、トレイＴに対する運搬物の積込状態等を目視確認し、そのトレイＴに対する積込作業を終える場合、操作レバー２２，２３又はモニタ５５等で特定の操作を行って積込作業の終了を処理装置５４に入力する。これに伴って入力される信号に基づき、処理装置５４は積込作業の終了を判定することができる。なお、フロント作業機２のバケット積載量を例えばブームシリンダ１１の圧力等で計測し、運搬車両２００への累積積込量が規定値に達したら処理装置５４が積込作業の終了を判定する構成とすることもできる。その他、運搬車両２００に搭載された積載重量の計測器（例えばロードセル）の計測データを運搬車両２００から受信し、計測データが規定値に達したら処理装置５４が積込作業の終了を判定する構成とすることもできる。停車中の運搬車両２００に対する積込作業が終了していないと処理装置５４で判定されたら、油圧ショベル１はステップＳ１０５からステップＳ１０２に手順を戻し、現在停車中の運搬車両２００に対する積込作業に係る一連の処理を繰り返す。
【0068】
（ステップＳ１０６）
停車中の運搬車両２００に対する積込作業が終了したと処理装置５４で判定されたら、油圧ショベル１は運転終了の判定を行う。運転終了の判定は、例えば、オペレータ（無人機の場合は管理者）が油圧ショベル１の原動機１０３を停止させる操作をした際に入力（又は入力停止）される信号により、処理装置５４で判定される。運転終了の操作がなく運転継続中であると判定される場合、油圧ショベル１は、ステップＳ１０１に手順を戻し、次の運搬車両２００が運搬物を積込可能な位置に停車するまで待機する。運転終了の操作がされた場合、油圧ショベル１は、処理装置５４及び制御装置４０の終了処理（遅延処理）を実行し、図１１のフローを終える。
停車中の運搬車両２００に対する積込作業が終了したと処理装置５４で判定されたら、油圧ショベル１は運転終了の判定を行う。運転終了の判定は、例えば、オペレータ（無人機の場合は管理者）が油圧ショベル１の原動機１０３を停止させる操作をした際に入力（又は入力停止）される信号により、処理装置５４で判定される。運転終了の操作がなく運転継続中であると判定される場合、油圧ショベル１は、ステップＳ１０１に手順を戻し、次の運搬車両２００が運搬物を積込可能な位置に停車するまで待機する。運転終了の操作がされた場合、油圧ショベル１は、処理装置５４及び制御装置４０の終了処理（遅延処理）を実行し、図１１のフローを終える。
【0069】
７－２．トレイ位置取得
前述したトレイＴの位置及び角度のデータの取得手順（Ｓ１０３）について説明する。トレイＴの位置及び角度のデータを取得する手順では、処理装置５４により図１２～図１４及び図１９のフローが実行される。図１２及び図１３は状況判定のフローであり、図１４はトレイ検出処理のフロー、図１９は検出結果補正処理のフローである。具体的には、図１２のフローは、状況判定（図８）の処理手順を表しており、計測装置７０の変位によるトレイ検出処理の実行可否（つまり図５の「旋回中」、「走行中」の状況に該当するか否か）が判定される。図１３のフローは、運搬車両検出処理８３（図８）の手順を表しており、「点群未取得」、「運搬車両未検出」、「運搬車両検出」、「トレイ検出」の状況に該当するか否かが、処理装置５４により判定される。トレイ検出処理は、「トレイ検出」及び「運搬車両検出」のいずれの状況であるかを判定する過程で実行され、その手順が図１４で別に説明される。また、図１９のフローは、検出結果補正処理８５（図８）の手順を表している。トレイＴの位置及び角度のデータの取得手順（Ｓ１０３）で実行されるこれらの処理について、次に順次説明する。
前述したトレイＴの位置及び角度のデータの取得手順（Ｓ１０３）について説明する。トレイＴの位置及び角度のデータを取得する手順では、処理装置５４により図１２～図１４及び図１９のフローが実行される。図１２及び図１３は状況判定のフローであり、図１４はトレイ検出処理のフロー、図１９は検出結果補正処理のフローである。具体的には、図１２のフローは、状況判定（図８）の処理手順を表しており、計測装置７０の変位によるトレイ検出処理の実行可否（つまり図５の「旋回中」、「走行中」の状況に該当するか否か）が判定される。図１３のフローは、運搬車両検出処理８３（図８）の手順を表しており、「点群未取得」、「運搬車両未検出」、「運搬車両検出」、「トレイ検出」の状況に該当するか否かが、処理装置５４により判定される。トレイ検出処理は、「トレイ検出」及び「運搬車両検出」のいずれの状況であるかを判定する過程で実行され、その手順が図１４で別に説明される。また、図１９のフローは、検出結果補正処理８５（図８）の手順を表している。トレイＴの位置及び角度のデータの取得手順（Ｓ１０３）で実行されるこれらの処理について、次に順次説明する。
【0070】
【0071】
（ステップＳ２０１）
状況判定処理８４において、処理装置５４は、まずオペレータによる操作レバー２２，２３の操作に伴ってセンサ５２ａ～５２ｆ（図２）から入力される操作信号を取得する。
状況判定処理８４において、処理装置５４は、まずオペレータによる操作レバー２２，２３の操作に伴ってセンサ５２ａ～５２ｆ（図２）から入力される操作信号を取得する。
【0072】
（ステップＳ２０２）
処理装置５４は、入力された操作信号に基づき油圧ショベル１が走行中であるかを判定する。本実施形態では、センサ５２ｅ，５２ｆから入力される走行操作信号が予め設定された閾値Ｖｔｈ以上であるか否かで、走行中であるか否かが判定される。
処理装置５４は、入力された操作信号に基づき油圧ショベル１が走行中であるかを判定する。本実施形態では、センサ５２ｅ，５２ｆから入力される走行操作信号が予め設定された閾値Ｖｔｈ以上であるか否かで、走行中であるか否かが判定される。
【0073】
（ステップＳ２０３）
ステップＳ２０２において走行操作信号が閾値Ｖｔｈ以上であると判定された場合、処理装置５４は、油圧ショベル１が「走行中」であると状況判定し、現在の状況が「走行中」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１２の状況判定処理８４のフローを終了する。
ステップＳ２０２において走行操作信号が閾値Ｖｔｈ以上であると判定された場合、処理装置５４は、油圧ショベル１が「走行中」であると状況判定し、現在の状況が「走行中」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１２の状況判定処理８４のフローを終了する。
【0074】
（ステップＳ２０４）
一方、ステップＳ２０２において走行操作信号が閾値Ｖｔｈ未満であると判定された場合、処理装置５４は、油圧ショベル１は走行中ではない（走行体５が地面に対して静止している）と判定し、姿勢演算処理８１で演算した現在の旋回速度をＲＡＭ７２から読み込む。
一方、ステップＳ２０２において走行操作信号が閾値Ｖｔｈ未満であると判定された場合、処理装置５４は、油圧ショベル１は走行中ではない（走行体５が地面に対して静止している）と判定し、姿勢演算処理８１で演算した現在の旋回速度をＲＡＭ７２から読み込む。
【0075】
（ステップＳ２０５）
ステップＳ２０４において現在の旋回速度を取得したら、処理装置５４は、現在の旋回速度に基づき油圧ショベル１（旋回体７）が旋回中であるかを判定する。本実施形態では、現在の旋回速度が予め設定された閾値Ωｔｈ以上であるか否かで、旋回中であるか否かが判定される。
ステップＳ２０４において現在の旋回速度を取得したら、処理装置５４は、現在の旋回速度に基づき油圧ショベル１（旋回体７）が旋回中であるかを判定する。本実施形態では、現在の旋回速度が予め設定された閾値Ωｔｈ以上であるか否かで、旋回中であるか否かが判定される。
【0076】
（ステップＳ２０６）
ステップＳ２０５において旋回速度が閾値Ωｔｈ以上であると判定された場合、処理装置５４は、油圧ショベル１が旋回体７の「旋回中」であると状況判定し、現在の状況が「旋回中」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１２の状況判定処理８４のフローを終了する。
ステップＳ２０５において旋回速度が閾値Ωｔｈ以上であると判定された場合、処理装置５４は、油圧ショベル１が旋回体７の「旋回中」であると状況判定し、現在の状況が「旋回中」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１２の状況判定処理８４のフローを終了する。
【0077】
（ステップＳ２０７）
一方、ステップＳ２０５において旋回速度が閾値Ωｔｈ未満であると判定された場合、処理装置５４は、油圧ショベル１は旋回中ではない（走行体５に対して旋回体７が静止している）と判定し、運搬車両検出処理８３（図１３）で取得される現在の検出結果を取得する。
一方、ステップＳ２０５において旋回速度が閾値Ωｔｈ未満であると判定された場合、処理装置５４は、油圧ショベル１は旋回中ではない（走行体５に対して旋回体７が静止している）と判定し、運搬車両検出処理８３（図１３）で取得される現在の検出結果を取得する。
【0078】
（ステップＳ２０８）
ステップＳ２０７において運搬車両検出処理８３（図１３）による検出結果を取得したら、処理装置５４は、取得した検出結果でＲＡＭ７２に記憶されている状況判定のデータを更新し、図１２の状況判定処理８４を終了する。
ステップＳ２０７において運搬車両検出処理８３（図１３）による検出結果を取得したら、処理装置５４は、取得した検出結果でＲＡＭ７２に記憶されている状況判定のデータを更新し、図１２の状況判定処理８４を終了する。
【0079】
７－３．運搬車両検出処理８３（図８）の手順
図１３は運搬車両検出処理（図８）の手順の一例を示すフローチャートである。このフローは、図１２の運搬車両検出処理８３とは別個に（例えば並行して）処理装置５４により実行される。或いは、図１２の状況判定処理８４において「走行中」とも「旋回中」とも判定されない場合に、検出結果取得の処理（Ｓ２０７）として実行されるようにしても良い。この場合、図１３のステップＳ３０４，Ｓ３０５の処理（後述）は不要である。
図１３は運搬車両検出処理（図８）の手順の一例を示すフローチャートである。このフローは、図１２の運搬車両検出処理８３とは別個に（例えば並行して）処理装置５４により実行される。或いは、図１２の状況判定処理８４において「走行中」とも「旋回中」とも判定されない場合に、検出結果取得の処理（Ｓ２０７）として実行されるようにしても良い。この場合、図１３のステップＳ３０４，Ｓ３０５の処理（後述）は不要である。
【0080】
（ステップＳ３０１）
運搬車両検出処理８３において、処理装置５４は、まず計測装置７０で計測された最新の点群データを取得する。例えば、処理装置５４は、計測装置７０が出力した点群データを座標変換処理８２（図８）でセンサ座標系３００から車体座標系４００の値に変換してＲＡＭ７２に一時記憶しておき、図１１のステップＳ１０３の処理開始時点で最新のデータを読み出す。
運搬車両検出処理８３において、処理装置５４は、まず計測装置７０で計測された最新の点群データを取得する。例えば、処理装置５４は、計測装置７０が出力した点群データを座標変換処理８２（図８）でセンサ座標系３００から車体座標系４００の値に変換してＲＡＭ７２に一時記憶しておき、図１１のステップＳ１０３の処理開始時点で最新のデータを読み出す。
【0081】
（ステップＳ３０２）
次に、処理装置５４は、ステップＳ３０１で取得した最新の点群データの出力時刻（計測装置７０から出力された時刻）を現在時刻と比較し、点群データの出力時刻から現在時刻までの経過時間が予め設定された設定時間ΔＴ（例えば１～３ｓｅｃ）以下であるか否かを判定する。点群データの出力時刻には、例えば、計測装置７０から点群データが入力された際に処理装置５４で付与されるタイムスタンプを用いることができる。また、現在時刻には、処理装置５４の計時するリアルタイムの時刻が用いられる。
次に、処理装置５４は、ステップＳ３０１で取得した最新の点群データの出力時刻（計測装置７０から出力された時刻）を現在時刻と比較し、点群データの出力時刻から現在時刻までの経過時間が予め設定された設定時間ΔＴ（例えば１～３ｓｅｃ）以下であるか否かを判定する。点群データの出力時刻には、例えば、計測装置７０から点群データが入力された際に処理装置５４で付与されるタイムスタンプを用いることができる。また、現在時刻には、処理装置５４の計時するリアルタイムの時刻が用いられる。
【0082】
（ステップＳ３０３）
ステップＳ３０２において経過時刻が設定時間ΔＴ以上であると判定された場合、処理装置５４は、計測装置７０から一定時間（つまり設定時間ΔＴ以上）点群データが入力されていない「点群未取得」であると状況判定する。そして、処理装置５４は、現在の状況が「点群未取得」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。
ステップＳ３０２において経過時刻が設定時間ΔＴ以上であると判定された場合、処理装置５４は、計測装置７０から一定時間（つまり設定時間ΔＴ以上）点群データが入力されていない「点群未取得」であると状況判定する。そして、処理装置５４は、現在の状況が「点群未取得」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。
【0083】
（ステップＳ３０４）
ステップＳ３０２において経過時間が設定時間ΔＴに満たないと判定された場合、つまりリアルタイムに点群データが取得されている状況である場合、処理装置５４は、状況判定処理８４（図１２）で判定された現在の状況のデータを取得する。ここでは、具体的には、「走行中」又は「旋回中」であるか否かのデータが、処理装置５４によりＲＡＭ７２から読み込まれる。
ステップＳ３０２において経過時間が設定時間ΔＴに満たないと判定された場合、つまりリアルタイムに点群データが取得されている状況である場合、処理装置５４は、状況判定処理８４（図１２）で判定された現在の状況のデータを取得する。ここでは、具体的には、「走行中」又は「旋回中」であるか否かのデータが、処理装置５４によりＲＡＭ７２から読み込まれる。
【0084】
（ステップＳ３０５）
状況判定処理８４（図１２）の判定を読み込んだら、処理装置５４は、運搬車両２００やトレイＴの検出処理の実行可否を状況データテーブル８００（図５）に基づき判定する。現在が「走行中」又は「旋回中」の状況であれば、検出処理の実行は不可であり、処理装置５４は図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。反対に、ステップＳ３０５の判定は「点群未取得」の状況ではないことを条件に実行されるため、「走行中」でも「旋回中」でもなければ、処理装置５４は検出処理に手順を移す。
状況判定処理８４（図１２）の判定を読み込んだら、処理装置５４は、運搬車両２００やトレイＴの検出処理の実行可否を状況データテーブル８００（図５）に基づき判定する。現在が「走行中」又は「旋回中」の状況であれば、検出処理の実行は不可であり、処理装置５４は図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。反対に、ステップＳ３０５の判定は「点群未取得」の状況ではないことを条件に実行されるため、「走行中」でも「旋回中」でもなければ、処理装置５４は検出処理に手順を移す。
【0085】
（ステップＳ３０６）
ステップＳ３０５において「走行中」でも「旋回中」でもないと判定されて検出処理に手順を移した場合、処理装置５４は、ステップＳ３０１で取得した点群データから、油圧ショベル１の周囲の物体を検出する。例えば、処理装置５４は、点群データについて各点の距離を計算し、隣接する点との距離が所定距離以下の点の集合（クラスタ）を抽出し、所定値よりも点数の多いクラスタを周囲物体として検出する。その際、ステップＳ３０１で取得された点群データから、地面を測距した点と推定される点を除去し、残りのデータを周囲物体の検出に用いる。例えば、点群データから地面に相当する平面を抽出し、抽出した平面に含まれる点群を、地面を測距した点と推定して除去することができる。そして、地面を測距した点を除去して残った各点について隣接点との間の距離（２点間距離）を算出し、２点間距離が所定値よりも小さい点の集合を、同一物体を捕らえた点群クラスタとして抽出する。物体として検出する点群クラスタの抽出には、例えば、Euclidean Cluster Extraction アルゴリズムを適用することができる。また、地面の抽出には、例えば、ＲＡＮＳＡＣ（RANdom SAmple Consensus）アルゴリズムを適用することができる。
ステップＳ３０５において「走行中」でも「旋回中」でもないと判定されて検出処理に手順を移した場合、処理装置５４は、ステップＳ３０１で取得した点群データから、油圧ショベル１の周囲の物体を検出する。例えば、処理装置５４は、点群データについて各点の距離を計算し、隣接する点との距離が所定距離以下の点の集合（クラスタ）を抽出し、所定値よりも点数の多いクラスタを周囲物体として検出する。その際、ステップＳ３０１で取得された点群データから、地面を測距した点と推定される点を除去し、残りのデータを周囲物体の検出に用いる。例えば、点群データから地面に相当する平面を抽出し、抽出した平面に含まれる点群を、地面を測距した点と推定して除去することができる。そして、地面を測距した点を除去して残った各点について隣接点との間の距離（２点間距離）を算出し、２点間距離が所定値よりも小さい点の集合を、同一物体を捕らえた点群クラスタとして抽出する。物体として検出する点群クラスタの抽出には、例えば、Euclidean Cluster Extraction アルゴリズムを適用することができる。また、地面の抽出には、例えば、ＲＡＮＳＡＣ（RANdom SAmple Consensus）アルゴリズムを適用することができる。
【0086】
（ステップＳ３０７）
周囲物体の検出処理を終えたら、処理装置５４は、検出した周囲物体に運搬車両２００が含まれているか否かを判定する。例えば、ステップＳ３０６の処理で検出される点群のクラスタを囲む最小の立方体を計算し、その立方体の一辺が予め設定された大きさ（例えば５ｍ）以上である場合に、その立方体で囲まれた点群クラスタが運搬車両２００を検出するデータであると判定することができる。なお、砂埃を計測した点群グラスタを運搬車両２００として誤検出することを防止するも望まれる。その場合、例えば、点群のクラスタを囲む立方体の一辺が運搬車両の想定寸法の最大値又はそれよりも大きめに見積もった値（例えば１０ｍ）より大きい場合は、設定の大きさ以上の点群クラスタであっても運搬車両２００として検出されないように処理装置５４をプログラムすることができる。
周囲物体の検出処理を終えたら、処理装置５４は、検出した周囲物体に運搬車両２００が含まれているか否かを判定する。例えば、ステップＳ３０６の処理で検出される点群のクラスタを囲む最小の立方体を計算し、その立方体の一辺が予め設定された大きさ（例えば５ｍ）以上である場合に、その立方体で囲まれた点群クラスタが運搬車両２００を検出するデータであると判定することができる。なお、砂埃を計測した点群グラスタを運搬車両２００として誤検出することを防止するも望まれる。その場合、例えば、点群のクラスタを囲む立方体の一辺が運搬車両の想定寸法の最大値又はそれよりも大きめに見積もった値（例えば１０ｍ）より大きい場合は、設定の大きさ以上の点群クラスタであっても運搬車両２００として検出されないように処理装置５４をプログラムすることができる。
【0087】
なお、前述した通り、運搬車両２００の判定は、点群クラスタの大きさによる判定に限らず、運搬車両２００の特徴的な幾何形状（例えばタイヤの円形）が抽出されるか否かで判定することもできる。
【0088】
（ステップＳ３０８）
ステップＳ３０７において運搬車両２００が検出されていないと判定された場合、処理装置５４は、「運搬車両未検出」であると状況判定し、現在の状況が「運搬車両未検出」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。
ステップＳ３０７において運搬車両２００が検出されていないと判定された場合、処理装置５４は、「運搬車両未検出」であると状況判定し、現在の状況が「運搬車両未検出」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。
【0089】
（ステップＳ３０９）
ステップＳ３０７において運搬車両２００が検出されたと判定された場合、処理装置５４は、トレイ検出処理を実行する。このトレイ検出処理では、運搬車両２００と推定される点群クラスタについて、先に図９及び図１０で説明したＰｄｕｍｐ（Ｐｄ１～Ｐｄ４）が算出される。トレイ検出処理（ステップＳ３０９）については、図１４を用いて後で説明する。
ステップＳ３０７において運搬車両２００が検出されたと判定された場合、処理装置５４は、トレイ検出処理を実行する。このトレイ検出処理では、運搬車両２００と推定される点群クラスタについて、先に図９及び図１０で説明したＰｄｕｍｐ（Ｐｄ１～Ｐｄ４）が算出される。トレイ検出処理（ステップＳ３０９）については、図１４を用いて後で説明する。
【0090】
（ステップＳ３１０）
トレイ検出処理を実行したら、処理装置５４は、トレイ検出結果の成否を判定する。トレイ検出結果の妥当性は、トレイ検出処理で得られたＰｄｕｍｐに対して、幅方向の長さ（つまり左右の２面の面間距離）を算出し、それが所定の大きさ以上であるかで判定することができる。この時の所定の大きさは、例えば、運搬車両２００の幅相当とする。また、計測装置７０の計測範囲に油圧ショベル１のバケットが入り込む可能性がある場合、バケットの側面を運搬車両の側面と誤検出する可能性があるため、少なくともバケット幅以上とすることが望ましい。
トレイ検出処理を実行したら、処理装置５４は、トレイ検出結果の成否を判定する。トレイ検出結果の妥当性は、トレイ検出処理で得られたＰｄｕｍｐに対して、幅方向の長さ（つまり左右の２面の面間距離）を算出し、それが所定の大きさ以上であるかで判定することができる。この時の所定の大きさは、例えば、運搬車両２００の幅相当とする。また、計測装置７０の計測範囲に油圧ショベル１のバケットが入り込む可能性がある場合、バケットの側面を運搬車両の側面と誤検出する可能性があるため、少なくともバケット幅以上とすることが望ましい。
【0091】
（ステップＳ３１１）
ステップＳ３１０においてトレイＴが検出されたと判定された場合、処理装置５４は、「トレイ検出」であると状況判定し、現在の状況が「トレイ検出」であることを示すデータ、及び運搬車両２００やトレイＴの検出結果のデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。
ステップＳ３１０においてトレイＴが検出されたと判定された場合、処理装置５４は、「トレイ検出」であると状況判定し、現在の状況が「トレイ検出」であることを示すデータ、及び運搬車両２００やトレイＴの検出結果のデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。
【0092】
（ステップＳ３１２）
ステップＳ３１０においてトレイＴが検出されないと判定された場合、処理装置５４は、「運搬車両検出」であると状況判定し、現在の状況が「運搬車両検出」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。
ステップＳ３１０においてトレイＴが検出されないと判定された場合、処理装置５４は、「運搬車両検出」であると状況判定し、現在の状況が「運搬車両検出」であることを示すデータをＲＡＭ７２に格納し、状況データテーブル８００に規定された処理を適宜実行して図１３の運搬車両検出処理８３を終了する。
【0093】
７－４．トレイ検出処理
図１４はトレイ検出処理の手順の一例を示すフローチャートである。トレイ検出処理では、次のように、運搬車両２００のトレイＴの左右の２面（例えばトレイＴの左右の内壁面）が抽出され、トレイＴの特徴点としてＰｄｕｍｐが出力される。
図１４はトレイ検出処理の手順の一例を示すフローチャートである。トレイ検出処理では、次のように、運搬車両２００のトレイＴの左右の２面（例えばトレイＴの左右の内壁面）が抽出され、トレイＴの特徴点としてＰｄｕｍｐが出力される。
【0094】
（ステップＳ４０１）
トレイ検出処理を開始すると、処理装置５４は、まず運搬車両２００として抽出された点群クラスタのデータを取得する。
トレイ検出処理を開始すると、処理装置５４は、まず運搬車両２００として抽出された点群クラスタのデータを取得する。
【0095】
（ステップＳ４０２）
運搬車両２００として抽出された点群クラスタのデータを取得したら、処理装置５４は、点群クラスタの各点の法線ベクトルを算出する。各点の法線ベクトルは、一般的手法で求めることができ、例えば最小二乗法により、局所的な点群に平面を当てはめ、その平面に直交するベクトルを法線ベクトルとして求めることができる。
運搬車両２００として抽出された点群クラスタのデータを取得したら、処理装置５４は、点群クラスタの各点の法線ベクトルを算出する。各点の法線ベクトルは、一般的手法で求めることができ、例えば最小二乗法により、局所的な点群に平面を当てはめ、その平面に直交するベクトルを法線ベクトルとして求めることができる。
【0096】
（ステップＳ４０３）
各点の法線ベクトルを算出したら、処理装置５４は、隣接する点との距離が所定値以下で、かつ隣接する点と法線ベクトルが等しい（又は法線ベクトルの差異が所定値以下の）点群クラスタを抽出する（グルーピング処理）。法線を用いたグルーピング処理には、例えば、Region Growing アルゴリズムを適用することができる。
各点の法線ベクトルを算出したら、処理装置５４は、隣接する点との距離が所定値以下で、かつ隣接する点と法線ベクトルが等しい（又は法線ベクトルの差異が所定値以下の）点群クラスタを抽出する（グルーピング処理）。法線を用いたグルーピング処理には、例えば、Region Growing アルゴリズムを適用することができる。
【0097】
（ステップＳ４０４）
グルーピング処理を実行したら、処理装置５４は、グルーピングした点群クラスタ毎に近似平面を算出し、各点群クラスタの近似平面の法線ベクトルを算出する。近似平面の算出には、例えば、ＲＡＮＳＡＣアルゴリズムを適用することができる。
グルーピング処理を実行したら、処理装置５４は、グルーピングした点群クラスタ毎に近似平面を算出し、各点群クラスタの近似平面の法線ベクトルを算出する。近似平面の算出には、例えば、ＲＡＮＳＡＣアルゴリズムを適用することができる。
【0098】
（ステップＳ４０５）
近似平面を算出したら、処理装置５４は、不要な点群クラスタ、具体的にはステップＳ４０４で算出した法線ベクトルが重力方向ベクトルと平行な点群クラスタを除去する。例えば、法線ベクトルと車体座標系４００のＺ軸方向ベクトルとの内積を算出し、算出された内積が予め設定された閾値以上であるか否かで、法線ベクトルが重力方向ベクトルと平行であるか否かが判定される。運搬車両２００のピッチ角θｐｉｔｃｈ（図９）、ロール角θｒｏｌｌ（図９）及びヨー角θｙａｗ（図１０）を取得できる場合、それらピッチ角及びロール角を加味して内積を計算しても良い。
近似平面を算出したら、処理装置５４は、不要な点群クラスタ、具体的にはステップＳ４０４で算出した法線ベクトルが重力方向ベクトルと平行な点群クラスタを除去する。例えば、法線ベクトルと車体座標系４００のＺ軸方向ベクトルとの内積を算出し、算出された内積が予め設定された閾値以上であるか否かで、法線ベクトルが重力方向ベクトルと平行であるか否かが判定される。運搬車両２００のピッチ角θｐｉｔｃｈ（図９）、ロール角θｒｏｌｌ（図９）及びヨー角θｙａｗ（図１０）を取得できる場合、それらピッチ角及びロール角を加味して内積を計算しても良い。
【0099】
（ステップＳ４０６）
不要な点群クラスタを除去したら、処理装置５４は、ステップＳ４０４で算出された近似平面を構成する点群クラスタから、トレイＴの左右の内壁面としてペアをなす（例えば近似平面が平行な）点群クラスタの有無を判定する。例えば、ステップＳ４０４で抽出された各点群クラスタについて、各々の近似平面の法線ベクトルの内積の絶対値が予め設定した閾値以上で、かつ内積が最大の組み合わせが、トレイＴの左右の２面として算出される。
不要な点群クラスタを除去したら、処理装置５４は、ステップＳ４０４で算出された近似平面を構成する点群クラスタから、トレイＴの左右の内壁面としてペアをなす（例えば近似平面が平行な）点群クラスタの有無を判定する。例えば、ステップＳ４０４で抽出された各点群クラスタについて、各々の近似平面の法線ベクトルの内積の絶対値が予め設定した閾値以上で、かつ内積が最大の組み合わせが、トレイＴの左右の２面として算出される。
【0100】
なお、運搬車両２００のトレイには様々な形状がある。図１５～図１８は、運搬車両のトレイＴを車幅方向に延びる鉛直面で切断した断面の模式図である。図１６のトレイＴは左右の側面が平面でかつ平行な例であるが、トレイＴによっては、図１５のように左右の側面は平面であるものの、面間距離が上方ほど広がっており、左右の側面が平行でない場合もある。また、図１７や図１８に示したように、トレイＴの左右の側面の一部又は全部が曲面で形成されている場合もある。この場合には、点群クラスタから算出した近似平面の法線を比較する代わりに、例えば、車体座標系４００におけるＸＹ平面への近似平面の法線ベクトルの射影ベクトルを比較し、トレイＴの左右の２面を構成するペアを抽出することができる。
【0101】
（ステップＳ４０７）
ステップＳ４０６においてペアをなす２面が抽出されていないと判定された場合（例えば内積の絶対値が閾値以上の近似平面のペアが存在しない場合）、処理装置５４は、ステップＳ４０２（図１３）に手順を移す（図１４のトレイ検出を終了する）。
ステップＳ４０６においてペアをなす２面が抽出されていないと判定された場合（例えば内積の絶対値が閾値以上の近似平面のペアが存在しない場合）、処理装置５４は、ステップＳ４０２（図１３）に手順を移す（図１４のトレイ検出を終了する）。
【0102】
（ステップＳ４０８）
ステップＳ４０６においてペアをなす２面が抽出されたと判定された場合、処理装置５４は、トレイＴの四隅の頂点（図１０の点Ｐｄ１～Ｐｄ４）を算出する。例えば、点群の構成する各点群クラスタの上端面をなす２つの点群（線状に並ぶ点群）を抽出し、これら２つの点群の両端（始点及び終点）を点Ｐｄ１～Ｐｄ４として抽出する。その際、運搬車両２００が検出済みであるため、処理装置５４は、トレイＴの前後を検出することができる。
ステップＳ４０６においてペアをなす２面が抽出されたと判定された場合、処理装置５４は、トレイＴの四隅の頂点（図１０の点Ｐｄ１～Ｐｄ４）を算出する。例えば、点群の構成する各点群クラスタの上端面をなす２つの点群（線状に並ぶ点群）を抽出し、これら２つの点群の両端（始点及び終点）を点Ｐｄ１～Ｐｄ４として抽出する。その際、運搬車両２００が検出済みであるため、処理装置５４は、トレイＴの前後を検出することができる。
【0103】
【0104】
７－５．検出結果補正の処理手順
図１９は検出結果補正処理（図８）の手順の一例を示すフローチャートである。運搬車両検出処理８３によるトレイＴの検出結果は、以下に説明するように所定の場合に補正処理される。
図１９は検出結果補正処理（図８）の手順の一例を示すフローチャートである。運搬車両検出処理８３によるトレイＴの検出結果は、以下に説明するように所定の場合に補正処理される。
【0105】
（ステップＳ５０１）
運搬車両検出処理８３及び状況判定処理８４を終えたら、処理装置５４は、運搬車両検出処理８３及び状況判定処理８４で得られた状況判定やトレイ検出結果のデータを、ＲＡＭ７２から読み込む。
運搬車両検出処理８３及び状況判定処理８４を終えたら、処理装置５４は、運搬車両検出処理８３及び状況判定処理８４で得られた状況判定やトレイ検出結果のデータを、ＲＡＭ７２から読み込む。
【0106】
（ステップＳ５０２）
次に、処理装置５４は、状況データテーブル８００に基づき、検出結果の出力可否を判定する。つまり、現在の状況が「運搬車両検出」、「トレイ検出」又は「旋回中」であるか、それ以外の状況であるかを判定する。
次に、処理装置５４は、状況データテーブル８００に基づき、検出結果の出力可否を判定する。つまり、現在の状況が「運搬車両検出」、「トレイ検出」又は「旋回中」であるか、それ以外の状況であるかを判定する。
【0107】
（ステップＳ５０３）
現在の状況が「運搬車両検出」、「トレイ検出」又は「旋回中」である場合、処理装置５４は、運搬車両検出処理８３で検出されたＰｄｕｍｐの点Ｐｄ１～Ｐｄ４の座標を補正する。
現在の状況が「運搬車両検出」、「トレイ検出」又は「旋回中」である場合、処理装置５４は、運搬車両検出処理８３で検出されたＰｄｕｍｐの点Ｐｄ１～Ｐｄ４の座標を補正する。
【0108】
図２０及び図２１はトレイ検出データの補正の一例の説明図である。トレイＴは上から見て一般に矩形である。しかし、例えばトレイＴに積み込まれた土砂等の運搬物が干渉してトレイＴの四隅が計測装置７０で測距されない場合、計測装置７０から出力される点群の偏りが影響する場合等、検出されたトレイＴが図２０及び図２１のように台形になることがある。そこで、現実のトレイＴが矩形であることを前提として、台形状に検出されたトレイＴの点Ｐｄ１～Ｐｄ４を矩形の頂点となるように補正する。なお、図２０及び図２１において、ステップＳ５０３の補正前のトレイＴの頂点を点Ｐｄ１，Ｐｄ２，Ｐｄ３，Ｐｄ４、補正後のトレイＴの頂点を点Ｐｄ１’，Ｐｄ２’，Ｐｄ３’，Ｐｄ４’と表示する。
【0109】
点Ｐｄ１～Ｐｄ４の補正は、例えば次の（式４）～（式８）を用いて処理装置５４により実行される。図２０及び図２１の例では、線分Ｐｄ３－Ｐｄ４と線分Ｐｄ１－Ｐｄ２が平行であるが、長さが異なる。同例では、短い方の線分Ｐｄ１－Ｐｄ２の長さを長い方の線分Ｐｄ３－Ｐｄ４の長さに合わせ、点Ｐｄ１’～Ｐｄ４’が矩形をなすように点Ｐｄ１，Ｐｄ２を点Ｐｄ１’，Ｐｄ２’に補正する場合を例示している。図２０において点Ｐｄ１が点Ｐｄ１’に補正され、更に図２１において点Ｐｄ２が点Ｐｄ２’に補正されている。
【0110】
【数4】
【0111】
【数5】
【0112】
【数6】
【0113】
【数7】
【0114】
【数8】
【0115】
（ステップＳ５０４）
頂点を矩形に補正したら、処理装置５４は、補正後の点Ｐｄ１’～Ｐｄ４’で仮想されるトレイＴの前後長として検出トレイ長Ｌｒｅｃｇを算出する。Ｌｒｅｃｇは補正後のＰｄｕｍｐにおけるベクトルＡ（図２０）及びベクトルＤ（図２１）の長さに等しい。
頂点を矩形に補正したら、処理装置５４は、補正後の点Ｐｄ１’～Ｐｄ４’で仮想されるトレイＴの前後長として検出トレイ長Ｌｒｅｃｇを算出する。Ｌｒｅｃｇは補正後のＰｄｕｍｐにおけるベクトルＡ（図２０）及びベクトルＤ（図２１）の長さに等しい。
【0116】
（ステップＳ５０５）
検出トレイ長Ｌｒｅｃｇを算出したら、処理装置５４は、Ｌｒｅｃｇが予め設定された閾値Ｌｔｈ未満であるかを判定する。
検出トレイ長Ｌｒｅｃｇを算出したら、処理装置５４は、Ｌｒｅｃｇが予め設定された閾値Ｌｔｈ未満であるかを判定する。
【0117】
（ステップＳ５０６）
ＬｄｕｍｐがＬｔｈ未満である場合、処理装置５４は、Ｌｄｕｍｐが予め設定された設定トレイ長Ｌｄｕｍｐになるように点Ｐｄ１～Ｐｄ４の座標を補正する。
ＬｄｕｍｐがＬｔｈ未満である場合、処理装置５４は、Ｌｄｕｍｐが予め設定された設定トレイ長Ｌｄｕｍｐになるように点Ｐｄ１～Ｐｄ４の座標を補正する。
【0118】
図２２はトレイ長の補正の一例の説明図である。検出トレイ長Ｌｒｅｃｇは、同図が示すように運搬車両２００の進行方向（前方）に延長される。具体的には、点Ｐｄ２’，Ｐｄ３’の座標が（式９）を用いて点Ｐｄ２”，Ｐｄ３”に補正される。
【0119】
【数9】
【0120】
（ステップＳ５０７）
トレイ長の長さを補正したら、又はステップＳ５０５でＬｄｕｍｐ≧Ｌｔｈであった場合、処理装置５４は、補正されたトレイＴの位置及び角度のデータ（Ｐｄｕｍｐ）を制御装置４０及びモニタ５５に出力し、検出結果補正処理８５に関する図１９の手順を終了する。
トレイ長の長さを補正したら、又はステップＳ５０５でＬｄｕｍｐ≧Ｌｔｈであった場合、処理装置５４は、補正されたトレイＴの位置及び角度のデータ（Ｐｄｕｍｐ）を制御装置４０及びモニタ５５に出力し、検出結果補正処理８５に関する図１９の手順を終了する。
【0121】
８．表示例
図２３はトレイＴの検出結果の表示例を示す図である。同図の例では、処理装置５４によって検出された運搬車両２００の位置及び角度のデータ（Ｐｄｕｍｐ）として、線分Ｐｄ１－Ｐｄ２及び線分Ｐｄ３－Ｐｄ４が、計測装置７０で測定された点群に重ねて表示されている。これにより、点群からトレイＴの側面の上端面が検出されていることをオペレータに知らせることができる。油圧ショベル１に搭乗するオペレータは、この表示から処理装置５４によるトレイＴの検出状態を目視確認することができ、例えば積込制御の作動タイミングの参考にすることができる。
図２３はトレイＴの検出結果の表示例を示す図である。同図の例では、処理装置５４によって検出された運搬車両２００の位置及び角度のデータ（Ｐｄｕｍｐ）として、線分Ｐｄ１－Ｐｄ２及び線分Ｐｄ３－Ｐｄ４が、計測装置７０で測定された点群に重ねて表示されている。これにより、点群からトレイＴの側面の上端面が検出されていることをオペレータに知らせることができる。油圧ショベル１に搭乗するオペレータは、この表示から処理装置５４によるトレイＴの検出状態を目視確認することができ、例えば積込制御の作動タイミングの参考にすることができる。
【0122】
また、好ましくは、計測装置７０で測定される点群のうち、運搬車両検出処理８３においてトレイＴの左右の側面として抽出された点群は、同図に示したように色又は濃度を変更する等して他の部分と区別して表示される。トレイの側面平面を適切に検出しているか目視で確認することができる。
【0123】
また、同図の例では、状況データテーブル８００で定義された状況に応じて表示色を変更した枠Ｆが表示される。例えば処理装置５４がトレイＴを検出している間、例えば枠Ｆを青や緑で表示することで、トレイＴが検出されていることをオペレータが直感的に確認できる。また、砂埃等で運搬車両２００が検出されない場合、例えば枠Ｆを赤色で表示することで、運搬車両２００が検出されていないことをオペレータが直感的に確認できる。このようにトレイ検出状況をオペレータに知らせることで、オペレータが油圧ショベル１の操作について自動制御を適用して良いか否かを適切に判断できる。また、同図のように「トレイ検出中」等のテキスト情報Ｉで状況を具体的に知らせることもできる。
【0124】
また、状況データテーブル８００に応じて処理装置５４による検出の状況を表示する場合、トレイＴの現在位置の出力が停止している間（例えば「点群未取得」、「運搬車両未検出」、「走行中」）、トレイＴの現在位置が検出されていない旨をモニタ５５に表示させることもできる。
【0125】
９．効果
（１）計測装置７０が出力する点群から水平方向に対向する２面を抽出し、抽出した２面の面間距離が既定の設定距離より長いかを判定し、面間距離が設定距離より長い場合に、２面を左右の壁面とするトレイＴを検出する。このように運搬車両２００に共通する特徴に基づいてトレイＴを検出することにより、機械学習に頼ることなく、トレイＴを検出することができる。データのない運搬車両であっても精度良くそのトレイＴの位置を検出することができる。勿論、新たな作業現場においても運搬車両２００のトレイＴを検出することができる。新たな機械学習が不要であるため、作業現場において処理装置５４の調整時間も短縮することができる。トレイＴの検出データを油圧ショベル１による積込動作の制御に適用することで、土砂運搬作業の生産性も向上する。
（１）計測装置７０が出力する点群から水平方向に対向する２面を抽出し、抽出した２面の面間距離が既定の設定距離より長いかを判定し、面間距離が設定距離より長い場合に、２面を左右の壁面とするトレイＴを検出する。このように運搬車両２００に共通する特徴に基づいてトレイＴを検出することにより、機械学習に頼ることなく、トレイＴを検出することができる。データのない運搬車両であっても精度良くそのトレイＴの位置を検出することができる。勿論、新たな作業現場においても運搬車両２００のトレイＴを検出することができる。新たな機械学習が不要であるため、作業現場において処理装置５４の調整時間も短縮することができる。トレイＴの検出データを油圧ショベル１による積込動作の制御に適用することで、土砂運搬作業の生産性も向上する。
【0126】
（２）抽出した２面の面間距離と比較する設定距離を、少なくともフロント作業機２のバケット１０の幅より大きく設定することで、計測装置７０でバケット１０が測定されて周囲物体として誤検出されることを抑制することができる。
【0127】
（３）また、本実施形態においては、計測装置７０が出力する点群から、予め設定された大きさ以上の物体、又は走行輪に相当する円形を含んで検出された物体を運搬車両２００として検出し、この運搬車両２００の点群から水平方向に対向する２面を抽出する。このように運搬車両２００が検出されることを前提としてトレイＴを検出することにより、運搬車両２００の構成要素であるトレイＴを合理的に検出することができる。
【0128】
（４）計測装置７０から点群が入力されない場合や、運搬車両２００が検出されない場合、トレイ検出処理に実効性が確保されない場合には、トレイ検出処理を中断することで、処理装置５４の負荷を軽減することができる。
【0129】
（５）旋回中や走行中でもトレイ検出処理自体は実行可能であるが、旋回中や走行中は計測装置７０が変位するため、その間の点群の座標演算精度が低下する。そこで、本実施形態のように油圧ショベル１が旋回中又は走行中である場合にトレイ検出処理を中断することで、精度を欠く検出結果の出力を抑制すると共に、処理装置５４の演算負荷を抑えることができる。
【0130】
（６）状況データテーブル８００に規定された状況毎のアルゴリズムが規定されているため、例えば運搬物の積込に伴ってトレイＴが検出されなくなった場合でも、運搬車両２００が検出されている間、最新の検出データが制御装置４０やモニタ５５に出力される。このように、トレイ検出処理の実行可否や検出結果の管理方法を予め規定しておくことで、状況に応じて精度良くトレイＴを検出したり処理装置５４の負荷を抑えたり柔軟な対応を取ることができる。また、「運搬車両検出」や「旋回中」は、トレイＴこそ検出されないものの有効なトレイ検出データを保持しておくことができ、有効なトレイ検出データが出力される機会が増加して生産性が向上する。
【0131】
（７）トレイ検出処理の際に抽出した２面の長手方向の長さが異なる場合、長い方の面に合わせて短い方の面の検出データが補正される。例えば運搬物が邪魔して計測装置７０で検出される部位の割合にトレイＴの左右の２面で差が生じる場合でも、トレイＴの左右の２面が現に左右対称であることから、トレイＴの検出部位を合理的に拡大することができる。
【0132】
（８）また、鉱山現場における運搬車両２００のトレイＴは、積み込んだ土砂が前方に寄るように、図９の模式図に示したように底に前方に下る傾斜がついている場合が多い。この場合、トレイＴへの土砂の積込の進捗に伴い、トレイＴの左右の内壁面における前側の部分が計測装置７０で計測できなくなり、ステップＳ５０４においてＬｒｅｃｇがトレイＴの現実の長さよりも大分短く算出される場合がある。
【0133】
そこで、本実施形態では、検出されたトレイＴの長さ、すなわち検出トレイ長Ｌｒｅｃｇが閾値Ｌｔｈより短い場合、検出トレイ長Ｌｒｅｃｇを設定トレイ長Ｌｄｕｍｐに補正する。その際、上記のようにトレイＴが前部の方が検出され難い事情を反映して、検出トレイ長Ｌｒｅｃｇを前方に延ばして補正することで、トレイＴの全体を合理的に検出することができる。
【0134】
（９）計測装置７０が旋回体７、特に本実施形態の場合は運転室２０の上部に設置されているので、運搬車両２００を計測装置７０で合理的に測定することができる。
【0135】
（１０）トレイＴの検出データを計測装置７０からの点群と重ねてモニタ５５に表示ことで、点群からトレイＴの側面の上端面が検出されていることをオペレータに知らせることができる。油圧ショベル１に搭乗するオペレータは、この表示から処理装置５４によるトレイＴの検出状態を目視確認することができ、例えば積込制御の作動タイミングの参考にすることができる。
【0136】
（１１）計測装置７０で測定される点群のうち、運搬車両検出処理８３においてトレイＴの左右の側面として抽出された点群が、色や濃度等で強調して表示される。これにより、オペレータは、強調表示された点群の形状等から、処理装置５４がトレイＴを適切に検出しているかを視覚的に確認することができる。モニタ５５に状況に応じて表示色を変更する枠Ｆや、具体的に状況を説明するテキスト情報Ｉの表示も、オペレータに状況を効果的に知らせることができる。
【0137】
（第２実施形態）
図２４は本発明の第２実施形態に係る作業機械に備わった処理装置によるトレイ検出処理に関する機能ブロックである。同図において、第１実施形態と同一の又は対応する要素については、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
図２４は本発明の第２実施形態に係る作業機械に備わった処理装置によるトレイ検出処理に関する機能ブロックである。同図において、第１実施形態と同一の又は対応する要素については、既出図面と同符号を付して説明を省略する。
【0138】
本実施形態に係る作業機械には、運搬車両２００の位置データを受信する通信装置６０が備わっている。処理装置５４は、通信装置６０を介して配車管理システム（例えばＦＭＳ）から油圧ショベル１の周囲の運搬車両２００の位置データを受信する。本実施形態の処理装置５４は、この通信装置６０で受信した運搬車両２００の位置データに基づき、予め設定されたエリアに運搬車両２００が位置すると判断される場合にのみ、トレイ検出処理を実行する。第１実施形態では、運搬車両２００の存否に関わらずトレイ検出処理（図１１のステップＳ１０３のトレイ位置取得の手順）が周期的に実行される。それに対し、本実施形態の処理装置５４は、通信装置６０を介する受信データに基づき、設定エリアに運搬車両２００が入ってから出ていくまでの間にのみ、トレイ検出処理（図１１のステップＳ１０３のトレイ位置取得の手順）を実行する。その他の点について、本実施形態は第１実施形態と同様である。
【0139】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加え、トレイ検出処理が需実行される機会を油圧ショベル１の周囲に運搬車両２００が位置しているときのみに限定することで、第１実施形態と比べて処理装置５４の処理負荷が軽減される効果が得られる。また、通信装置６０を介して受信する配車データに基づき、運搬車両２００が現実に油圧ショベル１の傍らに位置する状況でトレイ検出処理が実行されるので、トレイＴの検出精度も向上する。
【0140】
（変形例）
なお、本発明の実施形態は以上に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせを含む。例えば、前述した本質的な効果（１）を得るための構成（アルゴリズムを含む）を除き、その他の構成については、適宜省略又は変更しても構わない。幾つか例を挙げると、例えば、油圧ショベル１は運転室２０に搭乗するオペレータが操作する構成としたが、効果（１）を得る限りにおいて油圧ショベル１は有人機であっても無人機であっても構わない。無人機の場合、処理装置５４には、搭乗したオペレータの操作に伴う操作信号ではなく、例えば管制局等から無線通信で受信される操作信号が入力されるように設計変更される。また、計測装置７０として、光軸をスイングさせて物体をスキャンするタイプを適用することもできる。この場合には、センサ座標系３００から車体座標系４００に座標変換する回転行列Ｒｓｖとして、光軸の動きに応じてダイナミックに変化する行列を適用する。また、トレイ長の補正で検出トレイ長Ｌｒｅｃｇと比較される閾値Ｌｔｈや補正目標である設定トレイ長Ｌｄｕｍｐは、固定値でなくても良く、例えば過去のトレイ検出処理のトレイ検出結果のログデータに基づき設定される値であっても良い。
なお、本発明の実施形態は以上に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせを含む。例えば、前述した本質的な効果（１）を得るための構成（アルゴリズムを含む）を除き、その他の構成については、適宜省略又は変更しても構わない。幾つか例を挙げると、例えば、油圧ショベル１は運転室２０に搭乗するオペレータが操作する構成としたが、効果（１）を得る限りにおいて油圧ショベル１は有人機であっても無人機であっても構わない。無人機の場合、処理装置５４には、搭乗したオペレータの操作に伴う操作信号ではなく、例えば管制局等から無線通信で受信される操作信号が入力されるように設計変更される。また、計測装置７０として、光軸をスイングさせて物体をスキャンするタイプを適用することもできる。この場合には、センサ座標系３００から車体座標系４００に座標変換する回転行列Ｒｓｖとして、光軸の動きに応じてダイナミックに変化する行列を適用する。また、トレイ長の補正で検出トレイ長Ｌｒｅｃｇと比較される閾値Ｌｔｈや補正目標である設定トレイ長Ｌｄｕｍｐは、固定値でなくても良く、例えば過去のトレイ検出処理のトレイ検出結果のログデータに基づき設定される値であっても良い。
【符号の説明】
【0141】
１…油圧ショベル（作業機械）、２…フロント作業機、５…走行体、７…旋回体、１０…バケット、１９…旋回角度センサ、２０…運転室、５２ｅ，５２ｆ…センサ（走行センサ）、５４…処理装置、５５…モニタ、６０…通信装置、７０…計測装置、２００…運搬車両、Ｌｄｕｍｐ…設定トレイ長、Ｌｔｈ…閾値、Ｔ…トレイ
【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】