尺寸确定装置以及尺寸确定方法与流程.docx

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尺寸确定装置以及尺寸确定方法与流程

尺寸确定装置以及尺寸确定方法与流程

本发明涉及具有小臂、铲斗的作业机的尺寸确定装置以及尺寸确定方法。

本申请主张2018年4月26日在日本申请的特愿2018-085853号的优先权，在此引用其内容。

背景技术：

在专利文献1中，公开了操作人员为了高精度地成形目标面，并显示表示铲斗的刀尖的位置与设计面的位置关系的图像的显示系统。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：

日本特开2012-172431号公报

技术实现要素：

发明将要解决的课题

然而，有时根据施工现场中的作业内容，将液压挖掘机等作业机械所具备的作业机的铲斗安装于相反方向。

例如在作业机械为反铲挖掘机的情况下，通常，以刀尖朝向车身方向的方式安装铲斗，但有时根据作业内容，以刀尖朝向前方的方式安装铲斗。

换句话说反铲挖掘机有时用于铲装车。

以下，将铲斗如通常那样安装称作正接（normalconnection），将铲斗以相反方向安装称作逆接（invertconnection）。

铲斗在基端部具有刀尖侧的连接部、尾侧的连接部，一方安装于小臂的前端，另一方安装于缸。

因而，在将铲斗为逆接状态的情况下，在正接时安装有小臂的连接部上安装有缸，在正接时安装有缸的连接部上安装有小臂。

在专利文献1所记载的显示系统中，铲斗的尺寸基于存储于存储装置的铲斗的尺寸信息确定。

铲斗的尺寸信息是表示相对于小臂设想的铲斗的安装方式的铲斗的尺寸的信息。

另一方面，从小臂的前端到铲斗的刀尖的长度在正接时和逆接时不同。

因此专利文献1所记载的显示系统在与设想不同的安装方式向小臂安装铲斗的情况下，不能准确地确定铲斗的尺寸。

本发明的目的在与提供一种能够与铲斗的安装方式无关地确定铲斗的尺寸的尺寸确定装置以及尺寸确定方法。

用于解决课题的手段

根据本发明的第一方式，尺寸确定装置为确定作业机的配件的尺寸的尺寸确定装置,该作业机具备小臂和配件，将设于所述配件的第一连接部或者第二连接部与小臂连接起来，具备：

尺寸存储部，其存储将所述第一连接部连接于所述小臂时的所述配件的尺寸即第一尺寸；尺寸计算部，其基于所述第一尺寸，计算所述第二连接部连接于所述小臂时的所述配件的尺寸即第二尺寸。

发明效果

根据上述方式，尺寸确定装置能够与铲斗的安装方式无关地确定铲斗的尺寸。

附图说明

图1是表示作业机的姿势的例子的图。

图2是表示第一实施方式的作业机械的构成的概略图。

图3是表示第一实施方式的作业机控制装置以及输入输出装置的构成的框图。

图4是表示正接状态下的铲斗的尺寸的图。

图5是表示逆接状态下的铲斗的尺寸的图。

图6是表示逆接状态下的铲斗的尺寸的计算方法的图。

图7是表示第一实施方式的作业机械的铲斗的设定方法的流程图。

图8是表示使用了第一实施方式中设定的尺寸的铲斗图像的显示处理以及介入控制处理的流程图。

图9是表示铲斗的图像的例子的图。

图10是表示其他实施方式的作业机械的铲斗的设定方法的流程图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对实施方式详细说明。

〈坐标系〉

图1是表示作业机的姿势的例子的图。

在以下说明中，规定三维的现场坐标系（xg，yg，zg）以及三维的车身坐标系（xm，ym，zm），并基于此对位置关系进行说明。

现场坐标系是将设于施工现场的gnss基准部的位置作为基准点沿南北延伸的的xg轴，将沿东西延伸的yg轴，沿铅垂方向延伸的zg轴构成坐标系。

作为gnss的例子，可列举gps（globalpositioningsystem）。

车身坐标系是由以后述作业机械100的旋转体120所规定的代表点o为基准沿前后延伸的xm轴，沿左右延伸的ym轴，沿上下延伸的zm轴构成的坐标系。

以旋转体120的代表点o为基准，将前方称作+xm方向，将后方称作-xm方向，将左方称作+ym方向，将右方称作-ym方向，将上方向称作+zm方向，将下方向称作-zm方向。

后述作业机械100的作业机控制装置150能够通过计算，将某坐标系中的位置转换为其他坐标系中的位置。

例如作业机控制装置150能够将车身坐标系中的位置转换为现场坐标系中的位置，也可以转换为其相反的坐标系。

〈第一实施方式〉

（作业机械）

图2是表示第一实施方式的作业机械的构成的概略图。

作业机械100具备：

行驶体110、支承于行驶体110的旋转体120、通过油压工作并支承于旋转体120的作业机130。

旋转体120以旋转中心为中心旋转自如地支承于行驶体110。

作业机130具备：

大臂131、小臂132、惰连杆133、铲斗连杆134、铲斗135、大臂缸136、小臂缸137、铲斗缸138。

大臂131的基端部经由大臂销p1安装于旋转体120。

小臂132连结大臂131与铲斗135。

小臂132的基端部经由小臂销p2安装于大臂131的前端部。

惰连杆133的第一端经由惰连杆销p3安装于小臂132的前端侧的侧面。

惰连杆133的第二端经由铲斗缸销p4安装于铲斗缸138的前端部以及铲斗连杆134的第一端。

铲斗135具有用于挖掘砂土等的刀尖t和用于收容挖掘的砂土的收容部。

在铲斗135的基端部设有用于连接小臂132或者铲斗连杆134的两个连接部。

以下，将铲斗135的刀尖t侧的连接部称作前方连接部1351，将铲斗135的尾侧的连接部称作后方连接部1352。

铲斗135的一方的连接部（图2中为前方连接部1351）经由铲斗销p5安装于小臂132的前端部。

另外，铲斗135的另一方的连接部（图2中为后方连接部1352）经由铲斗连杆销p6安装于铲斗连杆134的第二端。

需要说明的是，铲斗135可以是例如法面铲斗那样的为了整地的铲斗，也可以是不具有收容部的铲斗。

另外，其他实施方式的作业机130也可以代替铲斗135，而具备通过击打而用于粉碎岩石的破碎锤等其他配件。

以下，将在铲斗135的前方连接部1351安装有小臂132以及铲斗销p5，在后方连接部1352安装有铲斗连杆134以及铲斗连杆销p6的状态称作正接状态。

另一方面，将在铲斗135的前方连接部1351安装有铲斗连杆134以及铲斗连杆销p6，在后方连接部1352安装有小臂132以及铲斗销p5的状态称作逆接状态。

前方连接部1351是第一连接部或者后述其他实施方式的第二连接部的一个例子。

后方连接部1352是第二连接部或者后述其他实施方式的第一连接部的一个例子。

大臂缸136是用于使大臂131工作的油压缸。

大臂缸136的基端部安装于旋转体120。

大臂缸136的前端部安装于大臂131。

小臂缸137是用于驱动小臂132的油压缸。

小臂缸137的基端部安装于大臂131。

小臂缸137的前端部安装于小臂132。

铲斗缸138是用于驱动铲斗135的油压缸。

铲斗缸138的基端部安装于小臂132。

铲斗缸138的前端部安装于惰连杆133以及铲斗连杆134。

旋转体120具备操作装置121、作业机控制装置150、输入输出装置160。

操作装置121是设于驾驶室的内部的两个操作杆。

操作装置121从操作人员接收大臂131的上升操作以及下降操作、小臂132的推操作以及拉操作、铲斗135的挖掘操作以及卸载操作、旋转体120的右旋转操作以及左旋转操作。

需要说明的是，行驶体110利用未图示的操作杆接收前进操作以及后退操作。

作业机控制装置150基于设于作业机械100的后述多个计测装置的计测值，确定现场坐标系中的铲斗135的位置以及姿势。

另外，作业机控制装置150基于操作装置121的操作控制作业机130。

此时，作业机控制装置150相对于操作装置121的操作进行后述的介入控制。

输入输出装置160显示表示作业机械100的铲斗135和施工现场的设计面的关系的画面。

另外，输入输出装置160根据利用者的操作生成输入信号，并向作业机控制装置150输出。

输入输出装置160设于作业机械100的驾驶室。

作为输入输出装置160，例如能够使用触摸面板。

需要说明的是，在其他实施方式中，作业机械100也可以代替输入输出装置160，分别具备输入装置和输出装置。

作业机械100具备多个计测装置。

各计测装置将计测值输出到作业机控制装置150。

具体而言，作业机械100具备：

大臂行程传感器141、小臂行程传感器142、铲斗行程传感器143、位置方位计算器144、倾斜检测器145。

大臂行程传感器141计测大臂缸136的行程量。

小臂行程传感器142计测小臂缸137的行程量。

铲斗行程传感器143计测铲斗缸138的行程量。

由此，作业机控制装置150能够基于大臂缸136、小臂缸137以及铲斗缸138各自的行程长，检测包含铲斗135的作业机130的车身坐标系中的位置以及姿势角。

需要说明的是，在其他实施方式中，也可以代替大臂缸136、小臂缸137以及铲斗缸138，而利用安装于作业机130的倾斜计、imu等角度传感器、其他传感器检测作业机130的车身坐标系中的位置以及姿势角。

位置方位计算器144计测旋转体120的现场坐标系中的位置以及旋转体120朝向的方位。

位置方位计算器144具备从构成gnss的人工卫星接收测位信号的第一接收器1441以及第二接收器1442。

第一接收器1441以及第二接收器1442分别设置于旋转体120的不同的位置。

位置方位计算器144基于第一接收器1441接收的测位信号，检测现场坐标系中的旋转体120的代表点o（车身坐标系的原点）的位置。

位置方位计算器144使用第一接收器1441接收的测位信号、第二接收器1442接收的测位信号，计算旋转体120的现场坐标系中的方位。

倾斜检测器145计测旋转体120的加速度以及角速度，基于计测结果检测旋转体120的姿势（例如表示相对于xm轴的旋转的侧偏，表示相对于ym轴的旋转的间距以及表示相对于zm轴的旋转的横摆）。

倾斜检测器145设置于例如驾驶室的下表面。

作为倾斜检测器145的例子，可列举imu（inertialmeasurementunit：

惯性计测装置）。

（作业机的姿势）

这里，一边参照图1一边对作业机130的位置以及姿势进行说明。

作业机控制装置150计算作业机130的位置以及姿势，基于其位置以及姿势生成作业机130的控制指令。

作业机控制装置150计算以大臂销p1为基准的大臂131的姿势角即大臂相对角α，以小臂销p2为基准的小臂132的姿势角即小臂相对角β，以铲斗销p5为基准的铲斗135的姿势角即铲斗相对角γ以及车身坐标系中的铲斗135的刀尖t的位置。

大臂相对角α利用从大臂销p1向旋转体120的上方向（+zm方向）延伸的的半直线与从大臂销p1向小臂销p2延伸的半直线所成的角表示。

需要说明的是，根据旋转体120的姿势（间距角）θ，旋转体120的上方向（+zm方向）与铅垂上方向（+zg方向）不一定一致。

小臂相对角β利用从大臂销p1向小臂销p2延伸的半直线与从小臂销p2向铲斗销p5延伸的半直线所成的角表示。

铲斗相对角γ利用从小臂销p2向铲斗销p5延伸的半直线与从铲斗销p5向铲斗135的刀尖t延伸的半直线所成的角表示。

这里，铲斗135相对于车身坐标系的zm轴的姿势角即铲斗绝对角η与大臂相对角α、小臂相对角β、铲斗相对角γ的和相等。

铲斗绝对角η与从铲斗销p5向旋转体120的上方向（+zm方向）延伸的半直线与从铲斗销p5向铲斗135的刀尖t延伸的半直线所成的角相等。

铲斗135的刀尖t的位置根据大臂131的尺寸即大臂长l1，小臂132的尺寸即小臂长l2，铲斗135的尺寸即铲斗长l3，大臂相对角α，小臂相对角β，铲斗相对角γ，铲斗135的形状信息，旋转体120的代表点o的现场坐标系中的位置以及代表点o与大臂销p1的位置关系求得。

大臂长l1是从大臂销p1到小臂销p2的距离。

小臂长l2是从小臂销p2到铲斗销p5的距离。

铲斗长l3是从铲斗销p5到铲斗135的刀尖t的距离。

铲斗销p5在正接状态下安装于前方连接部1351，在逆接状态下安装于后方连接部1352时，从前方连接部1351到刀尖t的距离可能与从后方连接部1352到刀尖t的距离不一致。

在该情况下，铲斗长l3由于铲斗135为正接状态还是逆接状态而成为不同的值。

代表点o与大臂销p1的位置关系利用例如车身坐标系中的大臂销p1的位置表示。

（介入控制）

作业机控制装置150限制铲斗135接近施工对象的方向的速度，以使得铲斗135不侵入在施工现场设定的设计面。

以下，将作业机控制装置150限制铲斗135的速度也称作介入控制。

在介入控制中，作业机控制装置150在铲斗135与设计面的距离小于规定距离的情况下，生成大臂缸136的控制指令，以使得铲斗135不侵入设计面。

由此，以使铲斗135的速度成为铲斗135与设计面的距离相应的速度，驱动大臂131。

换句话说，作业机控制装置150通过大臂缸136的控制指令使大臂131上升来限制铲斗135的速度。

需要说明的是，在其他实施方式中，也可以在介入控制中生成小臂缸137的控制指令或者铲斗缸138的控制指令。

即，在其他实施方式中，通过在介入控制中使小臂132上升来限制铲斗135的速度，也可以直接限制铲斗135的速度。

（作业机控制装置）

图3是表示第一实施方式的作业机控制装置以及输入输出装置的构成的框图。

作业机控制装置150是尺寸确定装置的一个例子。

作业机控制装置150具备处理器151、主存储器153、存储部155、接口157。

在存储部155中存储有用于控制作业机130的程序。

作为存储部155的例子，可列举hdd（harddiskdrive）、ssd（solidstatedrive）、非易失性存储器等。

存储部155也可以是与作业机控制装置150的总线直接连接的内部介质，也可以是经由接口157或者通信线路与作业机控制装置150连接的外部介质。

处理器151从存储部155读取程序并在主存储器153展开，并根据程序执行处理。

另外，处理器151根据程序在主存储器153中确保存储区域。

接口157与操作装置121、输入输出装置160、大臂行程传感器141、小臂行程传感器142、铲斗行程传感器143、位置方位计算器144、倾斜检测器145以及其他周边机器连接，进行信号的输入输出。

程序也可以用于实现作业机控制装置150发挥的功能的一部分。

例如程序也可以通过已存储于存储部155的其他程序的组合，或者安装于其他装置的其他程序的组合来发挥功能。

需要说明的是，在其他实施方式中，作业机控制装置150除了上述构成以外，或者也可以代替上述构成而具备pld（programmablelogicdevice）等定制lsi（largescaleintegratedcircuit）。

作为pld的例子，可列举pal（programmablearraylogic），gal（genericarraylogic），cpld（complexprogrammablelogicdevice），fpga（fieldprogrammablegatearray）。

在该情况下，由处理器实现的功能的一部分或者全部也可以由该集成电路实现。

处理器151通过程序的执行，作为铲斗选择部1511、连接判定部1512、逆接尺寸计算部1513、操作量取得部1514、检测信息取得部1515、铲斗位置确定部1516、控制线决定部1517、显示控制部1518、介入控制部1519发挥功能。

另外，在存储部155中确保作业机械信息存储部1551、铲斗信息存储部1552、目标施工数据存储部1553的存储区域。

作业机械信息存储部1551存储大臂长l1、小臂长l2以及旋转体120的代表点o的位置与大臂销p1的位置关系。

图4是表示正接状态下的的铲斗的尺寸的图。

铲斗信息存储部1552与铲斗135的种类信息建立关联，存储该铲斗135的、前方连接部1351与后方连接部1352之间的长度即基端部长度lo，正接状态下的铲斗长l3，以及正接状态下的多个轮廓点的相对位置。

具体而言，铲斗信息存储部1552关于铲斗135的底面直线部与角部（尾部）的交点即轮廓点a，通过前方连接部1351与后方连接部1352的直线与铲斗135的轮廓的交点即轮廓点e，将轮廓点a与轮廓点e之间等分的轮廓点b，c，d存储相对位置。

作为铲斗135的种类信息的例子，可列举铲斗135的型号、名称以及id等。

以铲斗销p5为基准的多个轮廓点的相对位置例如根据从铲斗销p5到各轮廓点的长度la，lb，lc，ld，le以及通过铲斗销p5与轮廓点的直线与通过铲斗销p5与刀尖t的直线所成的角θa，θb，θc，θd，θe表示。

铲斗信息存储部1552为尺寸存储部的一个例子。

以下，将正接状态下的铲斗长l3称作铲斗长l3n。

另外，将正接状态下的到各轮廓点的长度la，lb，lc，ld，le分别称作长度lan，lbn，lcn，ldn，len。

另外将正接状态下的各轮廓点的角θa，θb，θc，θd，θe分别称作θan，θbn，θcn，θdn，θen。

铲斗长l3n，长度lan，lbn，lcn，ldn，len以及角θan，θbn，θcn，θdn，θen为第一尺寸或者后述其他实施方式的第二尺寸的一个例子。

另外，长度lan，lbn，lcn，ldn，len以及角θan，θbn，θcn，θdn，θen为第一轮廓位置或者后述其他实施方式的第二轮廓位置的一个例子。

目标施工数据存储部1553存储表示施工现场的设计面的目标施工数据。

目标施工数据为由现场坐标系表示的三维数据，并且为表示设计面的多个三角形多边形构成的立体地形数据等。

构成目标施工数据的三角形多边形具有分别与邻接的其他三角形多边形共用的边。

即，目标施工数据表示由多个平面构成的连续的平面。

目标施工数据通过从外部存储介质读取，或者经由网络从外部服务器接收，而存储于目标施工数据存储部1553。

铲斗选择部1511在输入输出装置160显示铲斗信息存储部1552存储的铲斗135的选择画面。

另外，铲斗选择部1511经由输入输出装置160从操作人员接收铲斗135的选择。

连接判定部1512经由输入输出装置160，接收表示铲斗135的连接状态为正接状态还是逆接状态的连接信息的输入。

图5是表示逆接状态下的铲斗的尺寸的图。

逆接尺寸计算部1513基于铲斗信息存储部1552存储的正接状态下的铲斗135的尺寸信息，计算逆接状态下的铲斗135的尺寸信息。

即，逆接尺寸计算部1513计算逆接状态下的铲斗长l3，从铲斗销p5到多个轮廓点的长度la，lb，lc，ld，le以及逆接状态下的多个轮廓点的角θa，θb，θc，θd，θe。

逆接尺寸计算部1513是尺寸计算部的一个例子。

以下，将逆接状态下的铲斗长l3称作铲斗长l3i。

另外将逆接状态下的到各轮廓点的长度la，lb，lc，ld，le称作长度lai，lbi，lci，ldi，lei。

另外，也称作逆接状态下的各轮廓点的角θai，θbi，θci，θdi，θei。

铲斗长l3i，长度lai，lbi，lci，ldi，lei以及角θai，θbi，θci，θdi，θei为第二尺寸，或者后述其他实施方式的第一尺寸的一个例子。

另外，长度lai，lbi，lci，ldi，lei以及角θai，θbi，θci，θdi，θei为第二轮廓位置，或者后述其他实施方式的第一轮廓位置的一个例子。

图6是表示逆接状态下的铲斗的尺寸的计算方法的图。

逆接尺寸计算部1513通过以下的式

（1），计算逆接状态下的铲斗长l3i。

l3i²＝l3n²+lo²-2×l3n×lo×cosθen…

（1）

即，逆接尺寸计算部1513能够使用正接状态下的铲斗长l3n，基端部长度lo以及角θen，根据余弦定理，计算逆接状态下的铲斗长l3i。

需要说明的是，轮廓点e由于是通过前方连接部1351与后方连接部1352的直线和铲斗135的轮廓的交点，因此角θen与在正接状态下通过前方连接部1351与后方连接部1352的直线和通过前方连接部1351与刀尖t的直线所成的角即正接刀尖角度等价。

另外，正接刀尖角度即角θen是第一刀尖角度，或者后述其他实施方式的第二刀尖角度的一个例子。

另外逆接尺寸计算部1513根据以下的式

（2），计算逆接状态下的从铲斗销p5到轮廓点a的长度lai。

lai²＝lan²+lo²-2×lan×lo×cos（θen-θan）…

（2）

即，逆接尺寸计算部1513能够使用正接状态下的从铲斗销p5到轮廓点a的长度lan，基端部长度lo，角θen以及角θan，通过余弦定理计算逆接状态下的从铲斗销p5到轮廓点a的长度lai。

同样，逆接尺寸计算部1513关于其他轮廓点b，c，d，e，也同样地计算长度lbi，lci，ldi，lei。

另外逆接尺寸计算部1513根据以下的式（3），计算逆接状态下的轮廓点a的角θai。

θai＝arccos（（l3i²+lai²-at²）/（2×l3i×lai））…（3）

即，逆接尺寸计算部1513能够使用逆接状态下的铲斗长l3i，逆接状态下的从铲斗销p5到轮廓点a的长度lai以及轮廓点a与刀尖t的距离at，根据余弦定理，计算逆接状态下的轮廓点a的角θai。

同样，逆接尺寸计算部1513关于其他轮廓点b，c，d，e也同样地计算角θbi，θci，θdi，θei。

需要说明的是，角θei与在逆接状态下通过前方连接部1351与后方连接部1352的直线和通过后方连接部1352与刀尖t的直线所成的角即逆接刀尖角度等价。

另外，逆接刀尖角度即角θei为第二刀尖角度，或者后述其他实施方式的第一刀尖角度的一个例子。

操作量取得部1514从操作装置121取得表示操作量的操作信号。

操作量取得部1514至少取得大臂131的操作量、小臂132的操作量以及铲斗135的操作量。

检测信息取得部1515取得分别检测大臂行程传感器141，小臂行程传感器142，铲斗行程传感器143，位置方位计算器144，以及倾斜检测器145的信息。

即，检测信息取得部1515取得旋转体120的现场坐标系中的位置信息，旋转体120朝向的方位，旋转体120的姿势，大臂缸136的行程长，小臂缸137的行程长以及铲斗缸138的行程长。

铲斗位置确定部1516基于检测信息取得部1515取得的信息，确定铲斗135的位置以及姿势。

此时铲斗位置确定部1516确定铲斗绝对角η。

铲斗位置确定部1516按照以下的顺序确定铲斗绝对角η。

铲斗位置确定部1516根据大臂缸136的行程长计算大臂相对角α。

铲斗位置确定部1516根据小臂缸137的行程长计算小臂相对角β。

铲斗位置确定部1516根据铲斗缸138的行程长计算铲斗相对角γ。

而且，铲斗位置确定部1516通过将大臂相对角α、小臂相对角β以及铲斗相对角γ相加，计算铲斗绝对角η。

另外，铲斗位置确定部1516基于检测信息取得部1515取得的信息与作业机械信息存储部1551存储的信息，确定铲斗135的刀尖t的现场坐标系中的的位置。

铲斗位置确定部1516按照以下的顺序确定作业机130的刀尖t的现场坐标系中的位置。

铲斗位置确定部1516基于检测信息取得部1515取得的大臂相对角α和作业机械信息存储部1551存储的大臂长l1，确定车身坐标系中的小臂销p2的位置。

铲斗位置确定部1516基于小臂销p2的位置、检测信息取得部1515取得的小臂相对角β与作业机械信息存储部1551存储的小臂长l2，确定车身坐标系中的铲斗销p5的位置。

铲斗位置确定部1516基于铲斗销p5的位置、检测信息取得部1515取得的铲斗相对角γ、铲斗长l3，确定铲斗135的刀尖t的位置以及姿势。

此时，铲斗位置确定部1516在铲斗135为正接状态的情况下，基于铲斗信息存储部1552存储的铲斗长l3确定铲斗135的刀尖t的位置以及姿势。

另一方面，铲斗位置确定部1516在铲斗135为逆接状态的情况下，基于逆接尺寸计算部1513计算的铲斗长l3确定铲斗135的刀尖t的位置以及姿势。

而且，铲斗位置确定部1