特表 2025-503932 ダンプ車両に積載された材料の材料膨潤を測定するためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-06

(54)【発明の名称】ダンプ車両に積載された材料の材料膨潤を測定するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20250130BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 B

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024543577

(86)(22)【出願日】2023-01-16

(85)【翻訳文提出日】2024-07-23

(86)【国際出願番号】 US2023060703

(87)【国際公開番号】W WO2023150421

(87)【国際公開日】2023-08-10

(31)【優先権主張番号】17/590,512

(32)【優先日】2022-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】391020193

【氏名又は名称】キャタピラー インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＡＴＥＲＰＩＬＬＡＲ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ライト、クリストファー

(72)【発明者】

【氏名】スタインラージ、ジャスティン、エル．

【テーマコード（参考）】

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D015HA03

2D015HB05

(57)【要約】

フレーム（１０２）、エンジン（１０３）、接地係合要素（１０４）、作業機構（１０６）、および撮像装置（１１４）を含む作業機械（１００）を使用して、ダンプ車両（３００）に積載された材料の材料膨潤を測定するためのシステムおよび方法。作業機械（１００）上に設けられた撮像装置（１１４）は、地形現場（２００）でダンプ車両（３００）を識別し、連続３Ｄマッピングを使用して、現場（２００）およびダンプ車両（３００）を連続的に走査する。撮像装置（１１４）は、作業機械（１００）が、作業機構（１０６）で地形または現場（２００）の堆積物から材料の一積載量を除去し、一積載量をダンプ車両（３００）に移送する際に、作業機械（１００）の動作中に連続的に走査する。撮像装置（１１４）は、現場（２００）から除去された一積載量の堆積物の体積（６０６）およびダンプ車両（３００）内に移送された一積載量の掘削体積（７０６）を計算して、作業機械（１００）が動作するときの、一積載量の材料膨潤を決定する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレーム（１０２）、エンジン（１０３）、接地係合要素（１０４）、作業機構（１０６）、およびＧＰＳ位置システムを備える作業機械（１００）を使用して、ダンプベッド（３０２）を備えるダンプ車両（３００）に積載された材料の材料膨潤を測定する方法であって、
前記作業機械（１００）上に撮像装置（１１４）を提供することと、
オペレータ、運転者アプリ、画像認識特徴、および車両基準マーキングのうちの一つによって、現場（２００）で前記ダンプ車両（３００）を識別することと、
前記作業機械（１００）の動作中に、前記撮像装置（１１４）で前記現場（２００）および前記ダンプ車両（３００）を連続的に走査することと、
前記作業機構（１０６）で前記現場（２００）から材料の一積載量を除去し、前記ダンプ車両（３００）の前記ダンプベッド（３０２）内に前記材料の一積載量を移送することと、
前記撮像装置（１１４）で前記一積載量の堆積物の体積（６０６）を計算することと、
前記撮像装置（１１４）で前記一積載量の掘削体積（７０６）を計算することと、
前記撮像装置（１１４）で前記一積載量の前記材料膨潤を計算することと、
前記現場（２００）から材料の追加の積載量を除去し、前記ダンプ車両（３００）がダンプ閾値に達するまで、前記追加の積載量を前記ダンプ車両（３００）に移送することと、
前記ダンプ車両（３００）が前記ダンプ閾値に達した時に、前記現場（２００）から前記ダンプ車両（３００）内に移送された総積載体積の最終材料膨潤を計算することと、
前記撮像装置（１１４）での連続的な３Ｄ画像マッピングによって、前記現場（２００）およびダンプ車両（３００）を走査することと、
前記撮像装置（１１４）での連続３Ｄ画像マッピングから前記堆積物の体積（６０６）を決定するために、前記現場（２００）の視差現場マップ（６０４）を生成することと、
前記ダンプ車両（３００）の視差ベッドマップ（７０４）を生成して、前記撮像装置（１１４）での連続的な３Ｄ画像マッピングから前記掘削体積（７０６）を決定することと、
前記堆積物の体積（６０６）を前記掘削体積（７０６）と比較することによって、前記材料膨潤を計算することと、
前記材料膨潤および前記最終材料膨潤を、タイムスタンプ、前記現場（２００）のＧＰＳ位置タグ、および前記ダンプ車両（３００）の車両識別番号で記録することと、を含む、方法。

【請求項2】

前記作業機械（１００）が、ブーム（１０８）、アーム（１１０）、およびバケット（１１２）をさらに備える前記作業機構を備える掘削機であり、
前記撮像装置（１１４）が、前記掘削機の前記ブーム（１０８）の側面および前記アーム（１１０）の側面上に取り付けられた複数の撮像装置（１１４）である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記複数の撮像装置（１１４）が、前記作業機械（１００）上に磁気的に取り付けられる、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記複数の撮像装置（１１４）が、複数のステレオカメラ（１１４）をさらに備え、
前記ステレオカメラが、少なくとも一つのモノクロームレンズ（４００）および少なくとも一つのカラーレンズ（４０２）をさらに備える、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

作業機械（１００）であって、
フレーム（１０２）と、
移動のために前記フレーム（１０２）を支持する接地係合要素（１０４）と、
前記フレーム（１０２）に取り付けられたエンジン（１０３）と、
バケット（１１２）を備える前記フレーム（１０２）から延在する作業機構（１０６）と、
現場（２００）およびダンプ車両（３００）を連続的に走査することによって、前記作業機械（１００）の動作中に、前記現場（２００）から除去され、前記ダンプ車両（３００）に移送される材料の一積載量の材料膨潤を測定するための少なくとも一つの撮像装置（１１４）と、を備え、
前記少なくとも一つの撮像装置（１１４）が、前記現場（２００）および前記ダンプ車両（３００）の３Ｄ点マップを生成することができるプロセッサを備え、前記プロセッサが、前記現場（２００）および前記ダンプ車両（３００）の視差マップを生成することができる、作業機械（１００）。

【請求項6】

システムであって、
ダンプ車両（３００）と、
請求項６に記載の作業機械（１００）と、を備え、
前記材料膨潤が、前記撮像装置（１１４）によって決定された前記現場（２００）から除去された前記一積載量の堆積物の体積（６０６）と、前記撮像装置（１１４）によって決定された前記ダンプ車両（３００）内に移送された前記一積載量の掘削体積（７０６）とを比較することによって、前記現場（２００）から除去され、前記ダンプ車両（３００）に移送される各積載量に対して決定され、
前記撮像装置（１１４）が、前記材料膨潤を使用して、前記ダンプ車両（３００）を監視し、前記積載量を移送するときに前記ダンプ車両（３００）の過積載を防止するように構成される、システム。

【請求項7】

前記撮像装置（１１４）の前記連続走査が、前記現場（２００）および前記ダンプ車両（３００）を連続的に３Ｄマッピングし、前記現場（２００）から除去された前記堆積物の体積（６０６）および前記ダンプ車両（３００）内に移送された前記掘削体積（７０６）を決定して、前記一積載量の前記材料膨潤を計算するために、３Ｄ視差マップを生成するように構成される、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記作業機械（１００）が、オペレータ、運転者アプリ、画像認識特徴、または車両基準マーキングによって前記ダンプ車両（３００）を識別するように構成される、請求項６に記載のシステム。

【請求項9】

前記撮像装置（１１４）が、前記ダンプ車両（３００）画像認識特徴または車両基準マーキングを識別し、前記ダンプ車両（３００）の重量および体積容量を想起するように構成される、請求項７に記載のシステム。

【請求項10】

前記撮像装置（１１４）が、タイムスタンプ、前記現場（２００）のＧＰＳ位置タグ、および前記ダンプ車両（３００）の車両識別番号で、前記材料膨潤を記録および追跡するように構成される、請求項９に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、作業機械が現場から材料を掘削し、掘削された材料をダンプ車両に移送する際に、作業機械によって地形から除去された堆積材料の材料膨潤を測定するシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

バックホウ、フロントエンドローダ、掘削機などの土木作業機器は、掘削現場または地形から土、土壌、および他の材料を移動させるために使用される。掘削現場または地形の堆積から材料を掘削する、または除去する時、材料は、体積当たりの重量を減少させる空隙を作り出す異なる塊およびサイズの粒子に分解される。膨潤％値は、材料がその堆積状態から除去され、緩くなるときに材料が増加する元の体積の割合である。

【0003】

掘削現場または地形現場から除去された材料の材料膨潤を決定することは、ダンプトラックなどの過積載ダンプ車両を回避するのに有益である。ダンプ車両は、車両が物理的に保持できる材料の量に閾値制限を有する。ダンプ車両はまた、地方および連邦の道路での使用に対して州および連邦の規制で定められた法的な重量制限を遵守しなければならない。ダンプ車両に土木材料を過積載すると、トラックを著しく損傷し、トラックを損傷および／または動作不能にする可能性がある。同様に、過積載トラックは、特定の重量を超えて使用するために構築されていない道路を損傷し、重大な政府の罰金をもたらす可能性がある。

【0004】

現場位置から材料を除去するダンプ車両の過積載を避けるために、運転中に土木作業機器によってダンプ車両に配置される材料の体積を知ることが望ましい。また、ダンプ車両に配置される材料の量を知ることが、地方および連邦の高速道路規制に準拠することが望ましい。

【0005】

特定の地形現場から除去される材料の体積を決定する従来の方法は、従来の調査、航空写真、または運動ＧＰＳ調査技術によって収集された現場の地理的またはトポグラフィーのデジタルモデルを作成するためのコンピュータソフトウェアを必要とする。他の方法は、作業機械によって堆積物から除去された材料の体積を測定する試みを行った。例えば、オワードの米国特許第６，０８５，５８３号は、掘削現場の表現を使用し、バケットの軌道および掘削現場の形状を使用して、掘削機械のバケットによって捕捉された材料の体積を推定して、バケットが所望の容量に達した時を決定する方法を開示している。しかしながら、この方法は、多くの仮定を必要とし、正確さの劣る体積測定値をもたらす。

【0006】

別の実施例では、ベルの米国特許公開第２０２１０１４８０８６Ａ１号は、掘削現場の充填位置に土木を充填することができる自律的または半自律的な土木成形車両のシステムを開示している。ある体積の土を運ぶ運搬ツールで構成される第一の土木成形車両は、充填位置に移動する。充填位置で、第一の土木成形車両は、標的ツール経路上を進行して、運搬ツールから充填位置へと土を充填する。第一の土木成形車両が充填位置に土を充填すると、第一の土木成形車両に結合された測定センサは、充填位置に充填された土の締固めレベルを測定する。測定された締固めレベルが閾値締固めレベルを下回ると決定される場合、第一の土木成形車両は、締固めツールを用いて構成された第二の土木成形車両が充填位置に土を締固めするための要求を伝達する。充填推定エンジンは、空間センサを使用して集合された部位の現在の状態の点群表現を生成して、掘られた穴の土の掘削前体積を決定し、中央コンピューターまたはリモートサーバーから、ツール内の土の体積を穴内の土の掘削前体積に関連付ける土の膨潤係数にアクセスするために使用される。穴内の土の掘削前体積および土の膨潤係数特性を使用して、充填推定エンジンは、ツール内の土の体積を推定する。

【0007】

指定された現場からの材料の除去を実施する土木作業機器については、現場から除去され、土木作業機器の動作中にダンプ車両にリアルタイムで移送される材料の材料膨潤を知って、不正確であり得る予めロードされたデータまたは既存のデータに依存するのではなく、正確な材料膨潤測定値を得ることが望ましい。

【発明の概要】

【0008】

本開示の一態様では、材料膨潤を測定するための作業機械が提供される。作業機械は、フレームと、移動のためにフレームを支持する接地係合要素と、作業機械に動力を供給するためにフレームに取り付けられたエンジンと、バケットを備えるフレームから延在する作業機構と、作業機械の動作中に現場から除去され、ダンプ車両に移送される材料の材料膨潤を測定するための少なくとも一つの撮像装置とを備える。

【0009】

本開示の別の態様では、ダンプ車両と、フレームを備える作業機械と、移動のためにフレームを支持する接地係合要素と、フレームに取り付けられたエンジンと、バケットを備えるフレームから延在する作業機構とを備えるシステムが開示される。作業機構は、作業機械の動作中に現場から除去された材料の一積載量の材料膨潤を測定するための少なくとも一つの撮像装置をさらに備える。撮像装置は、作業機構が現場から材料の一積載量を除去し、ダンプ車両に一積載量を移送する際に、作業機械の動作中に現場およびダンプ車両の画像を連続的に走査することによって、一積載量の材料膨潤を計算する。現場から除去された一積載量の堆積物の体積およびダンプ車両内に移送された一積載量の掘削体積は、撮像装置によって走査された画像間の視差から測定され、材料の一積載量の材料膨潤を決定する。

【0010】

本開示の別の態様では、作業機械を使用してダンプ車両に積載された材料の材料膨潤を測定する方法が開示される。方法は、作業機械上に撮像装置を提供することを含む。撮像装置で継続的に現場を走査する。ダンプ車両を撮像装置で連続的に走査する。作業機械上の作業機構を用いて、現場から材料の一積載量を除去する。現場から除去された一積載量の堆積物の体積を計算する。ダンプ車両に一積載量を移送する。ダンプ車両内に移送された一積載量の掘削体積を計算する。堆積物の体積および掘削体積から一積載量の材料膨潤を計算する。

【0011】

本開示のこれらおよびその他の態様および特徴は、添付図面と併せて読むときに以下の詳細な説明を読み取るとより容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本開示による作業機械の斜視図である。

【図2】図２は、一実施形態による、掘削現場における作業機械の概略図である。

【図3】図３は、本開示の一実施形態による、ダンプ車両に材料を移送する作業機械の概略図である。

【図4】図４は、本開示の一実施形態による、カメラシステムの概略図である。

【図5】図５は、本開示の一実施形態による、作業機械の一部分上に取り付けられたカメラシステムの概略図である。

【図6】図６は、一実施形態による、堆積物の体積を決定するための、現場から生成された現場マップおよび対応する視差マップの表現である。

【図7】図７は、一実施形態による、掘削体積を決定するためのダンプベッドから生成された現場マップおよび対応する視差マップの表現である。

【図8】図８は、一実施形態による、本発明の方法のフローチャートである。

【0013】

図は、例示のみを目的として、本発明の一実施形態を図示する。当業者であれば、本明細書に記載する構造および方法の代替的な実施形態が、本明細書に記載する原理から逸脱することなく用いられ得ることを、以下の考察から容易に認識するであろう。

【発明を実施するための形態】

【0014】

ここで図１を参照すると、例示的な作業機械１００が示され、掘削機として図示され、例えば、土、土壌、および他の材料を地形から除去するために使用され得る。掘削機は、掘削現場で地面または地形から土木材料を移動させるように設計された重機である。掘削機は通常、大きく、地面または地形表面の下から土を掻き取るか、または掘削することによって、一度に大量の土を掘削することができる。以下の詳細な説明は、掘削機に関連する例示的な態様を説明するが、当然のことながら、この説明は、他の機械における本開示の使用にも等しく適用される。

【0015】

作業機械１００は、連続トラックとして図示された接地係合要素１０４上に支持されるエンジン１０３を含むフレーム１０２を備える。接地係合要素１０４は、例えば、ホイールなどの任意の他のタイプの接地係合要素１０４であってもよいことが企図されるべきである。作業機械１００は、例えば、地形を掘削するか、またはその他の方法で土、土壌、または他の材料を移動させるなど、作業を行うための作業機構１０６をさらに含む。作業機構１０６は、ブーム１０８、アーム１１０、および地形現場から土、土壌、およびその他の材料を除去するために使用されるバケット１１２を含む。

【0016】

作業機械１００は、作業機械１００の動作中に、地形現場から材料を除去する間に、地形の３Ｄ現場マップを生成するための撮像装置１１４をさらに備える。撮像装置１１４は、地形現場で視野１１６を取得するため作業機構１０６上に位置付けられ得る。撮像装置１１４は、複数の撮像装置１１４を含み、作業機械１００の動作中にその視野１１６内の画像を捕捉するために、作業機械１００上に位置付けられる。

【0017】

図示した実施形態では、複数の撮像装置１１４は、ブーム１０８上に取り付けられた第一の撮像装置１１４ａと、アーム１１０上に取り付けられた第二の撮像装置１１４ｂとを含む。他の実施形態では、少なくとも一つの撮像装置１１４がブーム１０８およびアーム１１０の各側面に取り付けられた、少なくとも四つの撮像装置１１４があってもよい。撮像装置１１４は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、汎用グラフィック処理ユニット（ＧＰ－ＧＰＵ）、または画像もしくはリアルタイムビデオからの深度および体積を決定することができる、サポートアプリケーションソフトウェアを有する任意の他の好適なマイクロプロセッサによって提供されるビデオ処理加速度を含む、専用プロセッサオンボードを有するステレオカメラ、スマートカメラ、またはスマートビジョンシステムを含み得る。

【0018】

図示した実施形態では、第一の撮像装置１１４ａは、ブーム１０８上に設置され、作業機械１００が動作している地形のその視野１１６内の連続的な画像またはビデオを捕捉する。第二の撮像装置１１４ｂは、アーム１１０上に設置され、作業機械１００が動作している地形のその視野１１６で連続的な画像またはビデオを取得する。

【0019】

ここで図２を参照すると、作業機械１００は、現場２００で、掘削機として概略的に示され、図示されている。現場２００は、地形、地勢または土、土壌、もしくは他の材料の他の環境の堆積であってもよい。土木作業機器は、一般に、人間のオペレータによって操作されるが、自律的であり得る。

【0020】

図３を参照すると、作業機械１００は、ダンプ車両３００に材料を移送することが示されている。ダンプ車両３００は、例えば、道路、高速道路などを介して、現場２００から材料を収容する、および除去することができるダンプベッド３０２を備えるダンプトラックまたは他の一般のトラックであってもよい。作業機構１０６に統合された撮像装置１１４は、その視野１１６を使用して、ダンプ車両３００およびダンプベッド３０２の画像を補足して、ダンプベッド３０２の容積を分析する。撮像装置１１４はまた、画像認識および／または車両基準マーキング、およびこれに類するものによってダンプ車両３００を識別してもよく、重量および体積閾値限界、牽引容量、およびこれに類するものなどのダンプ車両３００の特徴を想起してもよい。

【0021】

図４を参照すると、撮像装置１１４が図示されている。図示した実施形態では、撮像装置１１４は、少なくとも一つのモノクロームカメラレンズ４００および少なくとも一つのカラーカメラレンズ４０２を含むステレオカメラである。少なくとも一つのモノクロームカメラレンズ４００を備えたステレオカメラは、撮像装置１１４が画像上の各位置を記録し、異なる光の量を示すことを可能にする。モノクロームの特徴は、当技術分野で一般的に既知の白黒の写真の全ての形態を含む。装備されたステレオカメラはまた、すべての既知の色調を含む少なくとも一つのカラーカメラレンズ４０２を備えてもよい。

【0022】

図５を参照すると、撮像装置１１４は、作業機械１００の作業機構１０６の一部分上のマウント５００上に図示されている。マウント５００は、磁気マウントであってもよく、または撮像装置１１４を作業機構１０６に統合するための別の一般的に既知のマウントであってもよい。一実施形態によれば、マウント５００は、図１～３に示すように、撮像装置１１４を作業機構１０６のブーム１０８またはアーム１０６に統合し得る。

【0023】

撮像装置１１４は、点を一緒にスチッチする当技術分野で一般的に既知の３Ｄ点群システムを利用して、現場２００およびダンプベッド３０２の３Ｄクラウドマップを作成する。撮像装置１１４は、連続的にマッピングすることによって、撮像装置１１４の視野１１６内の作業機械１００の周りの物体の奥行きおよび距離を決定することができる視覚を有する、三次元（３Ｄ）における現場２００の地勢を知覚する。連続マッピングとは、当技術分野で一般的に既知の、位相空間の二つの画像間の連続関数を指す。連続マッピングは、地勢の空間コンテキストを検出することができる。撮像装置１１４は、３Ｄ連続マッピングを通して３Ｄ点マップを生成し、新しい３Ｄ点マップと以前の３Ｄ点マップとの間の視差マップを生成することによって、現場１０２で除去され、ダンプベッド３０２に移送された材料の体積を決定し得る。３Ｄクラウドマップは、作業機械１００の各掘削および移送によって除去される体積を推定するためにリアルタイムで使用される。撮像装置１１４は、色の有無にかかわらず、日中および夜間に現場２００の地勢を捕捉することができてもよい。

【0024】

作業機械１００の一実施形態に示すように、掘削機上の撮像装置１１４は、作業機構１０６のブーム１０６およびアーム１１０の両側面に配置された少なくとも二つのステレオカメラからなり、現場の許容可能な視野１１６を取得し得る。別の実施形態では、撮像装置１１４は、ブーム１０６および／またはスティック１１０の各側面に取り付けられた四つのステレオカメラモジュールのセットを含む。ステレオカメラ撮像装置１１４は、現場２００で掘削機の周りの環境の視野１１６を使用して、３Ｄ点マップを連続的に生成する。ステレオカメラは、カメラ画像を３Ｄ深度マップおよび点群に変換し、それらを高いフレームレートで配信し、画素データを正確な範囲測定値に変換する特徴を有する。結果として、本開示は、正確な深度マップ、ならびに現場２００の地勢およびダンプベッド３０２の高品質の画像の両方を作成し得る。

【0025】

ここで図７および図８を参照すると、代表的な現場マップおよび視差マップのセットが、それぞれ現場２００およびダンプベッド３０２について示される。視差マップは、当技術分野で一般的に既知の、一対の画像間の画素差または動きを指す。

【0026】

作業機械１００が動作すると、撮像装置１１４は、現場２００から材料を除去する際に、作業機械１００の周りの環境を連続的に走査する。撮像装置１１４は、現場２００を走査し、３Ｄ点群を出力し、第一の現場走査６００を作成する。第一の現場走査６００は、現場２００から材料を除去する前に生成され、材料が除去された後に新しい現場走査６０２が生成される。撮像装置１１４は、開始現場走査６００および新しい現場走査６０２の３Ｄ画像データを比較して、視差現場マップ６０４を生成して、現場２００から除去された材料の堆積物の体積６０６を測定する。視差現場マップ６０４は、作業機械１００によって除去される材料の堆積物の体積６０６を決定するために、一般的に既知の計算方法を使用して、開始現場走査６００と新しい現場走査６０２との間の差を計算する。

【0027】

一実施形態では、作業機械１００は、現場２００の地形の堆積から材料を除去し、除去された材料をダンプ車両３００のダンプベッド３０２に移送する。作業機械１００がダンプベッド３０２を除去された堆積材料６０６で充填すると、撮像装置１１４は、ダンプ車両３００のダンプベッド３０２内に移送された材料の体積を記録する。

【0028】

撮像装置１１４はまた、３Ｄ点群を出力して、ダンプベッド３０２に堆積物の体積６０６を移送する前に、ダンプベッド３０２の第一のベッド走査７００を作成し、材料が移送された後に新しいベッド走査７０２を生成する。撮像装置１１４は、第一のベッド走査７００と新しいベッド走査７０２とを比較して、視差ベッドマップ７０４を生成し、現場２００から除去された材料の掘削体積７０６を測定する。視差ベッドマップ７０４は、ダンプ車両３００内の作業機械１００によって移送される材料の掘削体積７０６を決定するために、一般的に既知の計算方法を使用して、第一のベッド走査７００と新しいベッド走査７０２との間の差を計算する。視差ベッドマップ７０４は、ダンプベッド３０２内に移送される材料の一積載量の体積を示す。

【0029】

材料の掘削体積７０６は、現場２００から除去される材料の緩い体積である。堆積物の体積６０６がダンプベッド３０２内に移送されると、掘削材料は、より大きな掘削体積７０６に緩められる。掘削体積７０６がダンプベッド３０２内に移送されると、ダンプベッド３０２内の利用可能な体積が減少し、撮像装置１１４は体積を追跡する。ダンプ車両３００の牽引能力によって許容される利用可能な重量は、作業機械１００がダンプベッド３０２内に追加の材料を移送することを防ぎ、ダンプ車両３００への過積載損傷を防止するために想起され得る。

【0030】

各積載の終了時に、ダンプベッド３０２の掘削体積７０６は、現場２００から除去された材料の堆積物の体積７０６と比較され、材料膨潤を判定する。材料膨潤＝（ダンプ車両内に移送される積載量の体積）／（現場から除去された材料の体積）＝（掘削体積７０６）／（堆積物の体積６０６）。材料膨潤は、バケットごとおよび充填されたダンプ車両３００ごとに計算することができる。充填されたダンプ車両３００の総材料膨潤は、ダンプ車両３００に搬送される各積載量に対する材料膨潤の平均であってもよい。

【0031】

撮像装置１１４は、ダンプ車両３００の体積および重量制限を決定して、材料膨潤を使用することによって過積載を防止するために、ダンプ車両３００を識別する能力を有し得る。作業機械１００は、ダンプベッド３０２が完全に積載され、ダンプベッド３０２内に追加の掘削材料のための利用可能な体積がなくなるまで、現場２００とダンプ車両３００との間で前後に循環する。作業機械１００は、ダンプ車両３００が最大重量にあり、追加の材料を運ぶことができなくなるまで、現場２００とダンプベッド３０２との間で前後に循環し得る。

【0032】

ダンプベッド３０２内で除去および移送される材料の各積載量に対する材料膨潤は、将来の使用のためにタイムスタンプ、除去現場のＧＰＳ位置、および車両識別番号でタグ付けされてもよい。作業機械１００は、ＧＰＳシステムまたは他の一般的な地理的位置装置または特徴を備えてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0033】

概して、本開示は、掘削、農業、移動、耕作、およびこれに類するものを含むがこれらに限定されない、多くの実例で利用可能性を見出すことができる。図示した実施形態は、掘削機およびダンプトラックで一般的に説明されるように示されているが、これらは単なる例示であり、バックホウ、フロントエンドローダ、ダンプライン、鉱業トラック、粉砕機、およびこれに類するものなどに限定されない、多くの他の作業機械と同等の効率で使用することができることが理解されるべきである。

【0034】

図８を参照すると、本開示による方法がフローチャート形式で示されている。本開示は、作業機械１００によってダンプ車両３００内に除去および移送される材料の一積載量の材料膨潤を測定するための方法を提供する。方法は、作業機械１００の周りに連続的な３Ｄ画像マッピングを可能にする撮像装置１１４を備える作業機械１００を含む。

【0035】

方法は、作業機械１００で現場２００に到着する第一のステップ８００から始まる。作業機械１００は、ステップ８０２によって示されるように、現場２００の第一の現場走査６００に類似した既存の現場マップをアップロードする。一部の実例では、作業機械１００は、すでに現場１００に位置してもよい。現場２００における環境の既存の現場マップは、現場２００の以前のドローン走査、またはその他の方法で利用可能なものから導き出され得る。次に、作業機械１００は、ステップ８０４で現場２００にその位置を見つける。作業機械１００は、現場２００での正確な位置測位のためのＧＰＳ能力を有してもよい。既存の現場マップが存在しない場合、撮像装置１１４は、現場２００で第一の現場走査６００を生成することによって開始され得る。既存の現場マップおよび開始現場マップ６００は、同一であってもよい。

【0036】

次に、撮像装置１１４は、作業機械１００の周りの現場２００においてステップ８０６で環境の走査を開始し、第一の現場走査６００を作成する。例えば、撮像装置１１４は、画像またはビデオを撮影することによって環境を走査し、作業機械１００を現場１０２の環境の現状で更新する。視差は、撮像装置１１４内のソフトウェアをサポートすることによって、現場２００から除去された体積から計算され得る。

【0037】

ステップ８０８では、作業機械１００は次に、撮像装置１１４を使用してダンプ車両３００または他の保管現場を見つけ、ダンプベッド３０２を走査して、ステップ８１０でダンプベッド３０２の第一のベッド走査７００を生成する。ダンプ車両３００はまた、既存の現場マップ、運転者アプリ、画像認識、ＧＰＳシステム、および／または車両基準マーキングおよびこれに類するものを通して位置または識別されてもよい。ダンプベッド３０２は、当技術分野で一般的に既知の機械学習を使用して識別され得る。当業者は、ダンプ車両３００が、方法の早期または任意の時点で識別され、ダンプ車両３００が識別されるとすぐに、第一のベッド走査７００のためにダンプベッド３０２を走査し得ることを認識し得る。ダンプ車両３００を識別することは、撮像装置１１４が、重量制限および牽引能力などのダンプ車両３００の車両特性を想起することを可能にする。

【0038】

次に、ステップ８１２では、作業機械１００は、掘削を開始し、現場２００から堆積材料の一積載量を除去する。堆積材料の一積載量が現場２００から除去されると、撮像装置１１４は、作業機械１００の周りの現場２００の画像を撮影し、ステップ８１４で、各積載量が現場２００から取り除かれるにつれて動作中に新しい現場走査６０２を更新することによって、連続的に走査する。

【0039】

ステップ８１６では、視差現場マップ６０４が、新しい現場走査６０２を第一の現場走査６００と比較して生成される。視差現場マップ６０４は、除去された各掘削または積載量に対して除去された堆積物の体積６０６を得るために、現場２００から除去された材料の体積の差を示す。撮像装置１１４は、視差現場マップ６０４を記録する。

【0040】

その後、作業機械１００は、ステップ８１８で、掘削された材料の一積載量をダンプベッド３０２に投棄または移送する。撮像装置１１４は、ステップ８１８でダンプベッド３０２の新しいベッド走査７０２のためにダンプベッド３０２を走査して、現場２００の現場マップと同様に、ダンプベッド３０２の３Ｄ現場マップを作成する。

【0041】

新しいベッド走査７０２は、第一のベッド走査７００と比較される。ステップ８２２でダンプベッド３０２内の一積載量の掘削体積７０６を決定するために、視差ベッドマップ７０４が生成される。撮像装置１１４は、第一のベッド走査７００と新しいベッド走査２０７との間の体積の視差を計算して、ダンプベッド３０２内に移送された材料の掘削体積７０６を得る。ダンプベッド３０２内の利用可能な空の体積は、掘削された材料の各積載量がダンプベッド３０２内に移送されると減少する。撮像装置１１４は、積載量の各移送のためにダンプベッド３０２内に移送された掘削体積７０６を追跡する。

【0042】

前述のすべてに基づいて、本開示は、ステップ８２４で、現場２００から除去された堆積物の体積６０６をダンプベッド３０２内の材料の掘削体積７０６と比較して、各積載量に対する材料膨潤を決定することによって、先行技術を著しく改善する。

【0043】

ステップ８２６によって示されるように、作業機械１００は、ダンプ車両３００が、材料膨潤を使用することによって、材料の最大体積または材料の最大重量容量に達したかどうかを判定し得る。作業機械１００は、現場２００から材料を除去することと、ダンプ車両３００内の、現在緩んでいる堆積材料、掘削材料の積載を廃棄または移送することとの間を前後に循環する。作業機械１００は、ダンプベッド３０２が、重量または体積による材料の追加的な積載を受けるためにいかなる利用可能な体積も有さなくなるまで、この循環を継続する。作業機械１００は、ダンプ車両３００の過積載を防止するために、ステップ８０８でダンプ車両３００を識別することからダンプ車両３００の特徴を想起し得る。

【0044】

ステップ８２８では、ダンプ車両３００が充填されたときに、平均材料膨潤が計算され得る。平均材料膨潤は、現場２００から除去された総堆積物の体積、およびダンプ車両３００内に移送された総掘削体積から決定され得る。

【0045】

各積載および充填ダンプ車両３００の材料膨潤は、タイムスタンプ、除去現場のＧＰＳ位置、および車両識別番号で保存およびタグ付けされ得る。

【0046】

前述から、本明細書に開示される技術は、現場２００から除去され、ダンプ車両３００に移送される材料の材料膨潤を測定することなどであるが、これらに限定されない、様々な設定において産業適用性を有することが分かる。

【0047】

リアルタイムで、掘削または地形現場から除去された現場材料の材料膨潤を決定して、ダンプ車両３００を損傷および／または動作不能にさせ得る過積載を回避することは、有益である。材料膨潤を判定することはまた、ダンプ車両が地方および連邦の道路を運転するため州および／または連邦の規制によって定められた法的重量制限を確実に遵守するのに有益であり得る。

【0048】

本発明の他の態様、目的、および利点は、図面、本開示、および添付の特許請求の範囲の学習から得ることができる。

【0049】

特定の実施形態および用途が例示および説明されてきたが、開示された実施形態は、本明細書に開示される正確な構造および構成要素に限定されないことが理解されるべきである。添付の特許請求の範囲に定義される趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に開示される方法および装置の配置、動作、および詳細において、当業者に明らかであろう様々な修正、変更、および変形がなされ得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】