特開 2024-55416 作業機械、および位置検出装置

(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】P2024055416

(43)【公開日】2024-04-18

(54)【発明の名称】作業機械、および位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240411BHJP

   G06T 7/60 20170101ALI20240411BHJP

   G06T 7/70 20170101ALI20240411BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Q

G06T7/60 180

G06T7/70 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022162335

(22)【出願日】2022-10-07

(71)【出願人】

【識別番号】513099603

【氏名又は名称】兵庫県公立大学法人

(71)【出願人】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100140718

【弁理士】

【氏名又は名称】仁内 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100145481

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 昌邦

(74)【代理人】

【識別番号】100211122

【弁理士】

【氏名又は名称】白石 卓也

(72)【発明者】

【氏名】荒木 望

(72)【発明者】

【氏名】栗栖 友希

(72)【発明者】

【氏名】志垣 富雄

(72)【発明者】

【氏名】勝又 亮太

【テーマコード（参考）】

2D003

5L096

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003BB07

2D003DA04

2D003DB04

2D003FA02

5L096BA08

5L096BA18

5L096CA02

5L096FA38

5L096FA67

5L096FA69

(57)【要約】

【課題】簡単な構成で、第２作用部と第３作用部の連結位置を精度よく検出することができる作業機械、および位置検出装置を提供する。
【解決手段】作業機械は、作業機本体と、第１作用部（ブーム）と、第２作用部（アーム）と、撮像部と、位置検出部とを備える。第１作用部は、作業機械本体に一端が接続し、前記作業機械本体に対して変位する。第２作用部は、前記第１作用部の他端にリンクする。撮像部は、前記作業機械本体に設けられ、前記第２作用部のうち、前記リンク側の一端を撮像する。位置検出部は、前記撮像部の画像に基づいて、前記第２作用部のうち、第３作用部（バケット）がリンクする側の他端の位置を検出する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械本体と、
前記作業機械本体に一端が接続し、前記作業機械本体に対して変位する第１作用部と、
前記第１作用部の他端にリンクする第２作用部と、
前記作業機械本体に設けられ、前記第２作用部のうち、前記リンク側の一端を撮像する撮像部と、
前記撮像部の画像に基づいて、前記第２作用部のうち、第３作用部がリンクする側の他端の位置を検出する位置検出部と、
を備える作業機械。

【請求項2】

前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記第１作用部と前記第２作用部とのなす角を示す第１角度を推定する角度推定部を備え、
前記位置検出部は、前記第１角度に基づいて、前記第２作用部のうち前記他端の位置を検出する、
請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記作業機械本体と前記第１作用部とのなす角を示す第２角度を検出する角度検出部を備え、
前記位置検出部は、前記第１角度と前記第２角度とに基づいて、前記位置を検出する、
請求項２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記撮像部は、標準レンズに比べて広角域を撮像可能なレンズを備え、
前記レンズを介して撮像された撮像結果を射影変換する変換部を備え、
前記角度推定部は、前記変換部によって射影変換された撮像結果に基づいて、前記第１角度を推定する、
請求項２または３に記載の作業機械。

【請求項5】

前記作業機械本体には、運転室が具備され、
前記撮像部は、前記運転室の内部に設けられる、
請求項１または２に記載の作業機械。

【請求項6】

建設機械が有する作用部の位置を検出する位置検出装置であって、
第１作用部と第２作用部とを有する作業機械本体に設けられ、前記第２作用部のうち、前記第１作用部と前記第２作用部とのリンク側の一端を撮像する撮像部と、
前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記第１作用部と前記第２作用部とのなす角を示す第１角度を推定する角度推定部と、
を備える位置検出装置。

【請求項7】

前記撮像部は、標準レンズに比べて広角域を撮像可能なレンズを備え、
前記レンズを介して撮像された撮像結果の歪みを補正する補正部と、
前記補正部によって補正された撮像結果を射影変換する変換部と、
を備える請求項６に記載の位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械、および位置検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、作業機械の姿勢を特定するために、作業機械を撮像するカメラを備えた建設機械が知られている。例えば、末端のリンクである旋回体を撮像するとともに、他のリンクであるブーム（第１作用部）とアーム（第２作用部）とバケット（第３作用部）とを撮像するカメラを備え、カメラが撮影した画像に基づいて隣り合うリンク同士の相対角度を検出する作業機械が知られている（例えば、下記特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－０５３６２７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、従来技術では、第２作用部と第３作用部の連結位置を、簡単な構成で精度よく検出できないことがある、という問題があった。このような要因としては、例えば、前記連結位置が旋回体から遠ざかると、その分、前記連結位置における詳細な撮像データが得られなくなってしまうことや、前記連結位置が撮像領域から外れてしまうことが挙げられる。

【0005】

本発明は、簡単な構成で、前記連結位置を精度よく検出することができる作業機械、および位置検出装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る作業機械は、作業機械本体と、前記作業機械本体に一端が接続し、前記作業機械本体に対して変位する第１作用部と、前記第１作用部の他端にリンクする第２作用部と、前記作業機械本体に設けられ、前記第２作用部のうち、前記リンク側の一端を撮像する撮像部と、前記撮像部の画像に基づいて、前記第２作用部のうち、第３作用部がリンクする側の他端の位置を検出する位置検出部と、を備える。

【0007】

このように構成することで、撮像部からの距離が比較的近い上記一端の画像を用いることができるため、仮に、第３作用部が作業機械本体から遠ざかったとしても、取得する撮像データが極端に粗くなってしまうことを抑えることができる。また、第２作用部の一部や第３作用部が地中に埋没するなど、撮像領域から外れてしまう場合でも、第２作用部の一部である上記一端については撮像結果を得ることができるため、上記他端の位置を精度よく検出することができる。

【0008】

上記構成において、前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記第１作用部と前記第２作用部とのなす角を示す第１角度を推定する角度推定部を備え、前記位置検出部は、前記第１角度に基づいて、前記第２作用部のうち前記他端の位置を検出するようにしてもよい。

【0009】

上記構成において、前記作業機械本体と前記第１作用部とのなす角を示す第２角度を検出する角度検出部を備え、前記位置検出部は、前記第１角度と前記第２角度とに基づいて、前記位置を検出するようにしてもよい。

【0010】

上記構成において、前記撮像部は、標準レンズに比べて広角域を撮像可能なレンズを備え、前記レンズを介して撮像された撮像結果を射影変換する変換部を備え、前記角度推定部は、前記変換部によって射影変換された撮像結果に基づいて、前記第１角度を推定するようにしてもよい。

【0011】

上記構成において、前記作業機械本体には、運転室が具備され、前記撮像部は、前記運転室の内部に設けられるようにしてもよい。

【0012】

本発明の他の態様に係る位置検出装置は、建設機械が有する作用部の位置を検出する位置検出装置であって、第１作用部と第２作用部とを有する作業機械本体に設けられ、前記第２作用部のうち、前記第１作用部と前記第２作用部とのリンク側の一端を撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記第１作用部と前記第２作用部とのなす角を示す第１角度を推定する角度推定部と、を備える。

【0013】

このように構成することで、撮像部からの距離が比較的近い上記一端の画像を用いることができるため、仮に、第３作用部が作業機械本体から遠ざかったとしても、取得する撮像データが極端に粗くなってしまうことを抑えることができる。また、第２作用部の一部や第３作用部が地中に埋没するなど、撮像領域から外れてしまう場合でも、第２作用部の一部である上記一端については撮像結果を得ることができる。したがって、第１作用部と第２作用部とのなす角を推定することで、上記他端の位置を精度よく検出することができる。

【0014】

上記構成において、前記撮像部は、標準レンズに比べて広角域を撮像可能なレンズを備え、前記レンズを介して撮像された撮像結果の歪みを補正する補正部と、前記補正部によって補正された撮像結果を射影変換する変換部と、を備えるようにしてもよい。

【発明の効果】

【0015】

上述の作業機械、および位置検出装置は、簡単な構成で、第２作用部と第３作用部の連結位置を精度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態の位置検出装置１００を備える作業機械１１０の説明図。

【図2】位置検出装置１００のハードウェア構成の一例を示す説明図。

【図3】位置検出装置１００のハードウェア構成の一例を示す説明図。

【図4】第３リンク部１５３の位置の検出例を示す説明図。

【図5】アーム角度θ２の推定および突端部１７１の位置の特定に用いられる撮像データの一例を示す説明図。

【図6】本実施形態に係る位置検出装置１００が行う位置検出処理の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0018】

（作業機械１１０）
図１は、本実施形態の位置検出装置１００を備える作業機械１１０の説明図を示す。図１において、作業機械１１０は、例えば、油圧によってアクチュエータを動作させる油圧ショベルである。

【0019】

図１に示すように、作業機械１１０は、作業機械本体としての、旋回体１２０と、走行体１３０とを備える。旋回体１２０は、走行体１３０の上に旋回可能に設けられる。旋回体１２０は、操作者が搭乗可能な運転室１２１を備える。運転室１２１には、作用部に係る操作を受け付ける操作部１２２が設けられる。操作部１２２が操作を受け付けると、受け付けた操作に応じて、複数の油圧バルブが開閉する。油圧バルブの開閉に応じて、油圧ポンプから供給される作動油が複数の油圧シリンダ（ブームシリンダ１６１、アームシリンダ１６２、バケットシリンダ１６３）に送出される。油圧シリンダは、作動油の送出量に応じて伸縮する。

【0020】

作業機械１１０は、第１作用部としてのブーム１４１と、第２作用部としてのアーム１４２と、第３作用部としてのバケット１４３とを備える。各作用部は、リンク部１５１～１５３を介して接続される。

【0021】

具体的に説明すると、ブーム１４１は、第１リンク部１５１を介して、旋回体１２０に対して揺動自在に接続される。ブーム１４１および旋回体１２０には、ブームシリンダ１６１が接続されている。操作部１２２の操作に応じてブームシリンダ１６１が伸縮することによって、ブーム１４１は、旋回体１２０に対して揺動する。

【0022】

アーム１４２は、第２リンク部１５２を介して、ブーム１４１に対して揺動自在に接続される。具体的には、アーム１４２とブーム１４１とには、アームシリンダ１６２が接続されている。操作部１２２の操作に応じてアームシリンダ１６２が伸縮および揺動することによって、アーム１４２は、ブーム１４１に対して揺動する。

【0023】

バケット１４３は、第３リンク部１５３を介して、アーム１４２に対して揺動自在に接続される。具体的には、バケット１４３とアーム１４２とには、バケットシリンダ１６３が接続されている。操作部１２２の操作に応じてバケットシリンダ１６３が伸縮および揺動することによって、バケット１４３は、アーム１４２に対して揺動する。

【0024】

また、作業機械１１０は、運転室１２１内に撮像部１７０を備える。撮像部１７０は、標準レンズに比べて広角域を撮像可能な魚眼レンズを備える。撮像部１７０は、旋回体１２０に固定配置されており、動画、または静止画を連続的に撮像する。撮像部１７０には、ＣＣＤ（charge coupled device）カメラや、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラを用いることが可能である。撮像部１７０は、アーム１４２のうち、第２リンク部１５２側の一端である突端部１７１を中心に撮像する。なお、突端部１７１は、作業機械１１０の上部にあり、汚れにくいので、検知しやすい。

【0025】

撮像部１７０の撮像領域は、ブーム１４１およびアーム１４２の位置にかかわらず、突端部１７１が含まれていればよい。言い換えれば、撮像領域は、ブーム１４１の一部や、アーム１４２の一部や、バケット１４３の一部または全部が、含まれていなくてもよい。なお、撮像部１７０は、運転室１２１内に配置されることに限らず、運転室１２１の外に配置されていてもよい。

【0026】

なお、作業機械１１０、油圧によってアクチュエータを動作させることに限らず、例えば、水圧によってアクチュエータを動作させるものでもよいし、空圧によってアクチュエータを動作させるものでもよい。また、作業機械１１０は、油圧、水圧および空圧の３種類のうち、複数種類を併用してアクチュエータを動作させるものでもよい。

【0027】

（位置検出装置１００のハードウェア構成）
図２は、位置検出装置１００のハードウェア構成の一例を示す説明図である。図２に示すように、位置検出装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１と、メモリ２０２と、通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）２０３と、入力デバイス２０４と、センサ２０５と、出力デバイス２０６と、撮像部１７０とを備える。各部は、バス２２０によってそれぞれ接続される。

【0028】

ＣＰＵ２０１は、位置検出装置１００の全体の制御を司る。メモリ２０２は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）フラッシュメモリ、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの各種記憶部を含む。例えば、ＲＯＭは、各種プログラムを記憶する。各種プログラムは、本実施形態に係る位置検出プログラムを含む。位置検出プログラムは、撮像部１７０の撮像結果に基づいて、第３リンク部１５３の位置を検出（推定）するプログラムである。ＲＡＭは、ＣＰＵ２０１のワークエリアとして使用される。メモリ２０２に記憶されるプログラムは、ＣＰＵ２０１にロードされることで、コーディングされている処理をＣＰＵ２０１に実行させる。

【0029】

通信Ｉ／Ｆ２０３は、通信回線を通じて、インターネットなどのネットワークに接続され、ネットワークを介して他の装置（例えば、外部サーバや携帯端末など）に接続される。また、通信Ｉ／Ｆ２０３は、ネットワークと自装置内部とのインターフェースを司り、他の装置からのデータの入出力を制御する。

【0030】

入力デバイス２０４は、作業機械１１０に対するオペレータの各種操作を受け付ける操作部１２２を含む。また、入力デバイス２０４は、位置検出装置１００が備えるタッチパネルや操作ボタンなどの操作部を含む。
撮像部１７０は、突端部１７１を含む撮像データを入力する。
センサ２０５は、作業機械１１０が備える各種センサであり、例えば、ブーム１４１の旋回体１２０に対する角度を検出する角度センサ（角度検出部の一例）を含む。
出力デバイス２０６は、例えば、操作ディスプレイやスピーカを含む。出力デバイス２０６は、例えば、ＣＰＵ２０１が位置検出プログラムを実行することによって得られた第３リンク部１５３の位置の検出結果を表示または音声によって出力する。

【0031】

（位置検出装置１００のハードウェア構成例）
図３は、位置検出装置１００のハードウェア構成の一例を示す説明図である。図３に示すように、位置検出装置１００は、撮像結果取得部３０１と、位置検出部３０２と、角度推定部３０３と、位置特定部３０４と、角度取得部３０５と、補正部３０６と、変換部３０７とを備える。各機能部は、ＣＰＵ２０１によって実現される。すなわち、ＣＰＵ２０１がメモリ２０２に記憶される位置検出プログラムを実行することにより、各機能部を実現する。

【0032】

撮像結果取得部３０１は、撮像部１７０によって撮像された突端部１７１の撮像結果（撮像データ）を取得する。位置検出部３０２は、突端部１７１の撮像結果に基づいて、アーム１４２のうち、バケット１４３がリンクする側の一端の位置を検出する。本実施形態に係る作業機械１１０は、当該一端の位置と第３リンク部１５３の位置とが一致する構成であるため、当該一端の位置は第３リンク部１５３の位置としている。ここで、図４を用いて、第３リンク部１５３の位置の検出例について説明する。

【0033】

図４は、第３リンク部１５３の位置の検出例を示す説明図である。図４において、作業機械１１０が移動する方向（進行方向）をｘ軸、作業機械１１０の鉛直方向をｙ軸とする。図４に示すように、作業機械本体（ｘ軸）と、ブーム１４１とのなす角（以下「ブーム角度」という。）をθ１とする。具体的には、ブーム角度θ１は、第１リンク部１５１および第２リンク部１５２を結ぶ直線４０１と、ｘ軸とのなす角（ブーム１４１を上げる方向の角度）として表すことができる。なお、図示では、ブーム角度θ１は、直線４０１と、ｘ軸とのなす角とするが、これに限らない。例えば、ブーム角度θ１は、直線４０１と、ｙ軸とのなす角（ブーム１４１を下げる方向の角度）としてもよい。

【0034】

また、ブーム１４１に対するアームの角度を（以下「アーム角度」という。）をθ２とする。上述したように、ブーム角度θ１は、ｘ軸と直線４０１とのなす角である。このため、アーム角度θ２は、直線４０１と、第２リンク部１５２および第３リンク部１５３を結ぶ直線４０２とのなす角として表すことできる。なお、図示では、アーム角度θ２は、直線４０１に対してブーム１４１を下げる方向の角度とするが、これに限らない。例えば、アーム角度θ２は、直線４０１に対してブーム１４１を上げる方向の角度としてもよい。

【0035】

第３リンク部１５３の位置は、撮像部１７０によって撮像された突端部１７１の撮像結果に基づいて検出される。ここで、第３リンク部１５３の位置の検出について、一例を挙げて説明する。本実施形態において、アーム１４２の長さＬ２や、突端部１７１と第２リンク部１５２との位置関係を既知とする。このため、突端部１７１の位置と、アーム角度θ２とが特定されれば、演算により、第３リンク部１５３の位置を検出することが可能である。

【0036】

アーム角度θ２および突端部１７１の位置は、撮像部１７０によって撮像された撮像データに基づいて得られる。ここで、図５を用いて、アーム角度θ２よび突端部１７１の位置の特定について具体的に説明する。

【0037】

図５は、アーム角度θ２の推定および突端部１７１の位置の特定に用いられる撮像データの一例を示す説明図である。図５（Ａ）は、撮像部１７０によって撮像された撮像結果５１０を示す。撮像結果５１０は、魚眼レンズによって撮像されているため、歪みが含まれる。撮像結果５１０に示すように、ブーム１４１やアーム１４２は、湾曲している。補正部３０６は、撮像結果５１０の歪みを補正する。補正部３０６は、例えば、歪み補正用のパラメータを用いて座標変換および補間演算を行うことにより、歪みを補正する。

【0038】

図５（Ｂ）は、補正部３０６によって補正された補正画像５２０を示す。補正画像５２０に示すように、歪みをなくした所定の水平視野角の画像を示す。補正画像５２０に示すように、ブーム１４１やアーム１４２は、歪みが除去され、通常のレンズで撮像した際の画像と同じ様に、直線状に表されている。

【0039】

変換部３０７は、補正部３０６によって補正された補正画像５２０を射影変換する。具体的には、変換部３０７は、補正画像５２０に基づいて、平面射影変換により作業機械１１０の側方（図中左側）の仮想視点から見た変換画像５３０を生成する。

【0040】

図５（Ｃ）は、変換部３０７によって射影変換された変換画像５３０を示す。変換画像５３０は、作業機械１１０を側方から見た画像である。変換部３０７は、例えば、予め設定されたマッピングテーブルを用いて、側方に仮想視点を設定した射影変換処理を行う。射影変換処理では、補正画像５２０から得られる画像セグメントが、互いに重複する領域を重ね合わせるように組み合わされる。これにより、変換部３０７は、作業機械１１０を側方から見た変換画像５３０を得ることができる。

【0041】

角度推定部３０３は、変換画像５３０を画像解析することによって、アーム角度θ２を推定する。また、位置特定部３０４は、変換画像５３０を画像解析することによって、突端部１７１の位置（座標）を特定する。突端部１７１と第２リンク部１５２との位置関係を予め既知とすることから、位置特定部３０４は、突端部１７１の位置と当該位置関係とに基づいて、演算によって第２リンク部１５２の位置を特定することが可能である。位置検出部３０２は、位置特定部３０４によって特定された第２リンク部１５２の位置と、既知の長さＬ２と、アーム角度θ２とに基づいて、第３リンク部１５３の位置（座標）を検出する。

【0042】

（ブーム角度θ１の取得について）
第２リンク部１５２の位置は、突端部１７１の位置に基づいて特定されることに限らない。第２リンク部１５２の位置をより精度よく検出するという観点からすると、第２リンク部１５２の位置は、ブーム角度θ１に基づいて特定されるようにしてもよい。すなわち、ブーム角度θ１がわかれば、第２リンク部１５２の位置（座標）を特定することが可能である。

【0043】

具体的に説明すると、角度取得部３０５は、センサ２０５に含まれる角度センサの検出結果からブーム角度θ１を取得する。位置特定部３０４は、角度取得部３０５によって取得されたブーム角度θ１と、既知の長さＬ１とに基づいて、第２リンク部１５２の位置を特定する。例えば、ブーム角度θ１ごとの第２リンク部１５２の位置（座標）を対応させた「角度－位置テーブル」を予めメモリ２０２等に記憶させておき、位置特定部３０４は、角度取得部３０５によって取得されたブーム角度θ１に対応する位置（座標）を、当該テーブルから取得するようにしてもよい。

【0044】

このように、ブーム角度θ１に基づいて第２リンク部１５２の位置を特定することにより、位置特定部３０４は、第２リンク部１５２の位置の特定に係る精度を向上させることができる。このため、位置検出部３０２は、より精度よく第３リンク部１５３の位置を検出することができる。

【0045】

なお、ブーム角度θ１は、角度センサの検出結果に基づいて、取得されることに限らない。例えば、ブーム角度θ１は、撮像部１７０によって撮像された撮像結果（例えば、変換画像５３０）を画像解析することによって取得されるようにすることも可能である。すなわち、角度取得部３０５は、撮像結果に基づいて、ブーム角度θ１を取得してもよい。

【0046】

（本実施形態に係る位置検出装置１００が行う位置検出処理の一例）
図６は、本実施形態に係る位置検出装置１００が行う位置検出処理の一例を示すフローチャートである。図６に示すように、位置検出装置１００は、第３リンク部１５３の位置検出の開始であるか否かを判断する（ステップＳ６０１）。第３リンク部１５３の位置検出の開始とは、例えば、作業機械１１０や位置検出装置１００の電源オンとしてもよいし、位置検出機能のオン／オフの切替えを可能にした場合には当該機能のオンとしてもよいし、ブーム１４１、アーム１４２およびバケット１４３を含む各作用部の動作開始としてもよい。

【0047】

位置検出装置１００は、第３リンク部１５３の位置検出の開始となるまで待機する（ステップＳ６０１：ＮＯ）。第３リンク部１５３の位置検出の開始となると（ステップＳ６０１：ＹＥＳ）、位置検出装置１００（撮像結果取得部３０１）は、撮像部１７０によって撮像された撮像結果５１０（図５（Ａ））を取得する（ステップＳ６０２）。そして、位置検出装置１００（補正部３０６）は、撮像結果５１０の歪みを補正し（ステップＳ６０３）、補正画像５２０（図５（Ｂ））を得る。

【0048】

次に、位置検出装置１００（変換部３０７）は、補正画像５２０を射影変換し（ステップＳ６０４）、変換画像５３０（図５（Ｃ））を得る。そして、位置検出装置１００（角度推定部３０３）は、変換画像５３０を画像解析することによって、アーム角度θ２を推定する（ステップＳ６０５）。次に、位置検出装置１００（角度取得部３０５）は、センサ２０５に含まれる角度センサの検出結果からブーム角度θ１を取得する（ステップＳ６０６）。そして、位置検出装置１００（位置特定部３０４）は、ブーム角度θ１と、ブーム１４１の長さＬ１とに基づいて、第２リンク部１５２の位置を特定する（ステップＳ６０７）。

【0049】

次に、位置検出装置１００（位置検出部３０２）は、推定したアーム角度θ２と、特定した第２リンク部１５２の位置と、既知の長さＬ２とに基づいて、第３リンク部１５３の位置を検出する（ステップＳ６０８）。

【0050】

そして、位置検出装置１００は、検出した第３リンク部１５３の位置を示す検出結果を出力する（ステップＳ６０９）。検出結果は、モニタ上の画像で表示される。例えば、位置検出装置１００は、操作レバー等の入力信号に基づいてバケット１４３の位置や姿勢を特定し、特定したバケット１４３の位置や姿勢を、検出結果の画像に反映させて表示させることが可能である。

【0051】

次に、位置検出装置１００は、第３リンク部１５３の位置検出の終了であるか否かを判断する（ステップＳ６１０）。第３リンク部１５３の位置検出の終了とは、例えば、作業機械１１０や位置検出装置１００の電源オフとしてもよいし、位置検出機能のオン／オフの切替え機能のオフとしてもよいし、各作用部の動作終了としてもよい。

【0052】

位置検出装置１００は、第３リンク部１５３の位置検出の終了ではない場合（ステップＳ６１０：ＮＯ）、ステップＳ６０２の処理に戻り、ステップＳ６０２～Ｓ６１０の処理を繰り返す。一方、第３リンク部１５３の位置検出の終了となると（ステップＳ６１０：ＹＥＳ）、位置検出装置１００は、一連の処理を終了する。

【0053】

（本実施形態の作用・効果）
以上説明したように、本実施形態に係る位置検出装置１００および作業機械１１０は、アーム１４２の突端部１７１を撮像し、撮像した画像に基づいて、第３リンク部１５３の位置を検出する。これにより、撮像部１７０からの距離が比較的近い突端部１７１の画像を用いることができるため、仮に、バケット１４３が旋回体１２０から遠ざかったとしても、取得する撮像データが極端に粗くなってしまうことを抑えることができる。また、アーム１４２の一部やバケット１４３が地中に埋没するなど、撮像領域から外れてしまう場合でも、アーム１４２の一部である突端部１７１については撮像結果を得ることができるため、第３リンク部１５３の位置を精度よく検出することができる。したがって、本実施形態によれば、簡単な構成で、バケット１４３の位置を精度よく検出することができる。

【0054】

また、本実施形態に係る位置検出装置１００および作業機械１１０は、突端部１７１の撮像結果に基づいて、アーム角度θ２を推定し、推定したアーム角度θ２に基づいて、第３リンク部１５３の位置を検出する。これにより、撮像結果からアーム角度θ２を推定するといった簡単な処理によって、第３リンク部１５３の位置を精度よく検出することができる。

【0055】

また、本実施形態に係る位置検出装置１００および作業機械１１０は、角度取得部３０５によって取得されたブーム角度θ１と、角度推定部３０３によって推定されたアーム角度θ２とに基づいて、第３リンク部１５３の位置を検出する。これにより、第２リンク部１５２の位置を精度よく検出することができるため、より精度よく第３リンク部１５３の位置を検出することができる。

【0056】

また、本実施形態に係る位置検出装置１００および作業機械１１０は、魚眼レンズを介して撮像された撮像結果を射影変換し、射影変換した撮像結果に基づいて、アーム角度θ２を推定する。これにより、アーム角度θ２の推定精度を向上させることができる。したがって、より精度よく第３リンク部１５３の位置を検出することができる。

【0057】

また、本実施形態に係る位置検出装置１００および作業機械１１０は、魚眼レンズを介して撮像された撮像結果の歪みを補正し、補正した撮像結果を射影変換する。これにより、アーム角度θ２の推定精度をより向上させることができる。したがって、より精度よく第３リンク部１５３の位置を検出することができる。

【0058】

また、本実施形態に係る位置検出装置１００および作業機械１１０は、作業機械本体に具備される運転室の内部に撮像部１７０を設ける。これにより、雨天時などにおいてレンズに雨水などが付着することを抑えることができる。このため、周辺環境にかかわらず、好適な撮像データを得ることができる。よって、第３リンク部１５３の位置を精度よく検出することができる。なお、撮像部１７０は外部でもよい。

【0059】

（本実施形態の他の態様）
上述した実施形態では、突端部１７１の位置とアーム角度θ２とに基づいて、第３リンク部１５３の位置を検出する例について説明した。ただし、アーム角度θ２を用いずに、第３リンク部１５３の位置を検出することも可能である。具体的に補足すると、例えば、アーム１４２の形状を予め既知としておく。位置検出部３０２は、当該既知の情報を用いて、突端部１７１の撮像結果を画像解析することによって、突端部１７１の位置とアーム１４２の姿勢（傾き）とを特定する。さらに、位置検出部３０２は、特定した位置と姿勢に基づいて、演算により第３リンク部１５３の位置を検出することも可能である。このようにしても、位置検出部３０２は、撮像部１７０の画像に基づいて、第３リンク部１５３の位置を検出することが可能である。

【0060】

また、上述した実施形態では、アーム１４２のバケット１４３側の一端と、第３リンク部１５３の位置とが一致する作業機械１１０を例に挙げて説明した。ただし、作業機械１１０によっては、例えば、バケット１４３がアーム１４２の一端よりも内側（ブーム１４１側）に接続される構成など、当該一端の位置と第３リンク部１５３の位置とが一致しない構成の場合もある。このような場合には、当該一端の位置と第３リンク部１５３との位置関係を予め既知とすることにより、位置検出部３０２は、当該一端の位置を検出して、検出した一端の位置と当該位置関係とに基づいて、演算により第３リンク部１５３を検出すればよい。

【0061】

なお、以上に説明した位置検出装置１００を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶し、そのプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記憶媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記憶されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

【0062】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【0063】

本明細書で開示した実施形態及び変形例において、複数の機能が分散して設けられているものは、当該複数の機能の一部又は全部を集約して設けてもよく、逆に複数の機能が集約して設けられているものを、当該複数の機能の一部又は全部が分散するように設けることができる。機能が集約されているか分散されているかにかかわらず、発明の目的を達成できるように構成されていればよい。

【符号の説明】

【0064】

１００…位置検出装置、１１０…作業機械、１２０…旋回体、１２１…運転室、１４１…ブーム、１４２…アーム、１４３…バケット、１５１…第１リンク部、１５２…第２リンク部、１５３…第３リンク部、１７０…撮像部、１７１…突端部、２０５…センサ、３０１…撮像結果取得部、３０２…位置検出部、３０３…角度推定部、３０４…位置特定部、３０５…角度取得部、３０６…補正部、３０７…変換部、５１０…撮像結果、５２０…補正画像、５３０…変換画像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】