CN116249813A - 作业区域设定系统和操作目标检测系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于进一步促进作业机器的自动驱动控制的技术。作业区域设定系统包括区域设定单元(24)。区域设定单元(24)被提供来设定作业区域(50)。作业区域(50)是作业机器(1)的操作目标(100)被堆叠在其中的预定范围。

Description

作业区域设定系统和操作目标检测系统

技术领域

本发明涉及一种作业区域设定系统和一种操作目标检测系统。

背景技术

关于在作业机器的自动驱动技术中检测操作目标的技术，专利文献1叙述了一种基于三维测量装置的测量数据来计算从轮式装载机到作为挖掘目标的自然地面的距离或自然地面的休止角的技术。

[引文列表]

[专利文献]

[专利文献1]日本特许公开专利公报第2019-178599号

发明内容

[技术问题]

假设例如在三维测量装置的检测区域内存在多个自然地面。在这种情况下，难以通过专利文献1中叙述的技术来指定挖掘目标的计算目标范围。结果，可能难以执行作业机器的自动驱动控制。

本发明的目的是提供一种作业区域设定系统，其促进作业机器的自动驱动控制。

[问题的解决方案]

一种作业区域设定系统包括区域设定单元，该区域设定单元被构造成设定作业区域的预定范围，作业机器的操作目标被堆叠在作业区域处。

[本发明的有利效果]

这种布置进一步促进作业机器的自动驱动控制。

附图说明

图1是作为作业机器的液压挖掘机和作为操作目标的土堆的侧视图。

图2是用于解释例如设定作业区域的过程的平面图。

图3是其中向图2中所示的作业区域添加了关于土堆的位置、范围和形状的三维信息的平面图。

图4是安装在液压挖掘机上的构成操作目标检测系统的控制器的框图。

图5是由图4中所示的检测控制器执行的过程的流程图。

图6是用于解释当土堆散布跨越作业区域和作业区域的外部时计算关于土堆的位置、范围和形状的三维信息的过程的平面图。

图7是用于解释当土堆散布跨越作业区域的外部和作业区域时计算关于土堆的位置、范围和形状的三维信息的过程的平面图。

图8对应于第二实施例并且等同于图1。

图9对应于第二实施例并且等同于图3。

图10是沿着图9的线F10-F10截取的箭头方向视图。

图11对应于第二实施例并且等同于图4。

图12是设定参数(诸如，图9中所示的作业区域和图10中所示的操作初始高度)的流程图。

图13是由图11中所示的控制器执行的过程的流程图。

具体实施方式

(第一实施例)

下文将参考诸图来描述本发明的实施例。下面的描述假设作业机器是液压挖掘机1。将描述第一实施例的作业区域设定系统和操作目标检测系统。

(液压挖掘机的结构)

如图1中所示，液压挖掘机1是通过使用附属设备4执行操作的机器。液压挖掘机1包括下部行走主体2、上部转动主体3、附属设备4、转向角度传感器16和倾斜角度传感器20。

下部行走主体2是液压挖掘机1行走所用的部分，并且包括履带牵引装置5。上部转动主体3通过转动装置6可旋转地附接到下部行走主体2，使得上部转动主体3设置在下部行走主体2上方。上部转动主体3包括驾驶室7。驾驶室7是设置在上部转动主体3的前部分处的驾驶员的舱室。

附属设备4附接到上部转动主体3以沿上下方向可旋转。附属设备4包括动臂10、斗杆11和挖斗12。动臂10的基底端部分附接到上部转动主体3。斗杆11的基底端部分附接到动臂10的前端部分。挖斗12附接到斗杆11的前端部分。挖斗12设置在附属设备4的前端部分处，以执行诸如挖掘、平整和铲取操作目标(诸如，土堆100)之类的操作。

动臂10、斗杆11和挖斗12分别由动臂缸13、斗杆缸14和挖斗缸15驱动。动臂缸13、斗杆缸14和挖斗缸15中的每一者均是液压致动器。例如，随着动臂缸13延伸和收缩，动臂缸13使动臂10上下移动。

转动角度传感器16被构造成检测上部转动主体3相对于下部行走主体2的转动角度。转动角度传感器16是例如编码器、旋转变压器或陀螺仪传感器。

倾斜角度传感器20被构造成检测附属设备4的姿势。倾斜角度传感器20包括动臂倾斜角度传感器17、斗杆倾斜角度传感器18和挖斗倾斜角度传感器19。

动臂倾斜角度传感器17被构造成检测动臂10的姿势。例如，动臂倾斜角度传感器17是被构造成获得动臂10相对于水平线的倾斜角度的传感器。例如，动臂倾斜角度传感器17附接到动臂10。动臂倾斜角度传感器17是例如倾斜传感器或加速度传感器。动臂倾斜角度传感器17可通过检测动臂座架销10a(动臂基底端部分)的旋转角度来检测动臂10的姿势。动臂倾斜角度传感器17可通过检测动臂缸13的行程量来检测动臂10的姿势。

斗杆倾斜角度传感器18被构造成检测斗杆11的姿势。例如，斗杆倾斜角度传感器18是被构造成获得斗杆11相对于水平线的倾斜角度的传感器。例如，斗杆倾斜角度传感器18附接到斗杆11。斗杆倾斜角度传感器18是例如倾斜传感器或加速度传感器。斗杆倾斜角度传感器18可通过检测斗杆连接销11a(斗杆基底端部分)的旋转角度来检测斗杆11的姿势。斗杆倾斜角度传感器18可通过检测斗杆缸14的行程量来检测斗杆11的姿势。

挖斗倾斜角度传感器19被构造成检测挖斗12的姿势。例如，挖斗倾斜角度传感器19是被构造成获得挖斗12相对于水平线的倾斜角度的传感器。例如，挖斗倾斜角度传感器19附接到连杆部件21，通过该连杆部件驱动挖斗12。挖斗倾斜角度传感器19是例如倾斜传感器或加速度传感器。挖斗倾斜角度传感器19可通过检测挖斗连接销12a(挖斗基底端部分)的旋转角度来检测挖斗12的姿势。挖斗倾斜角度传感器19可通过检测挖斗缸15的行程量来检测挖斗12的姿势。

(作业区域设定系统和操作目标检测系统)

液压挖掘机1包括操作目标检测系统。操作目标检测系统包括三维测量装置9和控制器8。

三维测量装置9是被构造成获得土堆100(操作目标)的数据和土堆100的周围环境的数据的成像装置。在本实施例中，三维测量装置9附接到液压挖掘机1。然而，三维测量装置9可不附接到液压挖掘机1。三维测量装置9设置在能够拍摄操作目标的图像的位置处，例如，在操作目标被堆叠的位置附近的位置处。

三维测量装置9是例如LIDAR(光检测和测距)、激光雷达、毫米波雷达或立体相机。三维测量装置9可以是例如LIDAR和相机的组合。

图2中所示的便携式终端29是由操作员在作业场所操作的终端。便携式终端29的示例是平板电脑终端。便携式终端29能够与液压挖掘机1相互通信。

控制器8可设置在液压挖掘机1外部，或者可安装在液压挖掘机1上，如图4中所示。控制器8包括管理控制器22和检测控制器23。

管理控制器22包括区域设定单元24、操作目标区域确定单元25和附属设备前端路径位置确定单元30。检测控制器23包括数据接收器27和计算单元28。

区域设定单元24被提供用于设定(确定)作业区域50(见图2和图3)。作业区域50是例如在其中通过液压挖掘机1形成土堆100的预定范围。区域设定单元24构成作业区域设定系统。区域设定单元24、三维测量装置9和计算单元28构成操作目标检测系统。

操作目标区域确定单元25被提供以确定包括操作目标的区域。例如，操作目标区域确定单元25确定由计算单元28计算的土堆的范围(稍后描述)。

诸图(诸如，图2和图3)示出了使用液压挖掘机1为原点的三维坐标系。从液压挖掘机1到作业区域50的方向是X轴方向(X轴)。Y轴在水平面中沿垂直于X轴的方向延伸。Z轴垂直于X轴和Y轴两者。Z轴沿竖直方向延伸。Z轴方向是竖直向上的方向。

参考诸图(诸如，图2和图4)，下文将描述设定图2中所示的作业区域50的过程。例如，操作员(例如，液压挖掘机1的操作员)以以下方式执行作业区域50的教导。

液压挖掘机1的操作员设定点A和C，以用于指定作业区域50和该区域外部之间的边界。更具体来说，液压挖掘机1的操作员将附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端，例如，沿挖斗12的斗爪前端的宽度方向的中央部分)放置在地面G上的点A和点C处。例如，液压挖掘机1的操作员根据来自便携式终端29的指令来指定这些点。(这也适用于与点A和C的教导不同的稍后描述的教导。)

区域设定单元24(见图4)基于来自图1中所示的转动角度传感器16和倾斜角度传感器20(动臂倾斜角度传感器17、斗杆倾斜角度传感器18和挖斗倾斜角度传感器19)的信号来计算图2中所示的点A和C中的每一者的坐标。在与点A和C的教导不同的稍后描述的教导中，也基于这种信号来计算点的坐标。教导的具体示例如下。通过操作附属设备4，操作员将附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)移动到将被设定为点A的位置。然后，操作员例如按压便携式终端29的确认按钮。当例如确认按钮被按压时，区域设定单元24(见图4)计算附属设备4的前端的坐标，并将计算的坐标设定为点A的坐标。针对点C以类似方式执行教导和计算。替代地，点A和C的坐标的计算可由与区域设定单元24不同的单元来完成，并且计算的结果可发送到区域设定单元24。

基于点A和点C的坐标来确定用于指定作业区域50的其余两个点B和D的坐标。区域设定单元24(见图4)基于点A和C来确定点B和D。在确定所有点A到D的坐标之后，区域设定单元24设定(确定)并存储作业区域50。

点A是在附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)放置在其处的两个位置中靠近液压挖掘机1的点(第一位置)。点C是在附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)放置在其处的两个位置中远离液压挖掘机1的点(第二位置)。点A和C是平面图中在矩形作业区域50中彼此成对角线的位置。例如，当上部转动主体3设置成面向点A和C之间的中间点时上部转动主体3的前后方向被假设为矩形作业区域50的两侧(相对的两侧，即，线段AB和DC)在平面图中延伸所沿的方向。除此之外，在这种情况下，上部转动主体3的宽度方向被假设为矩形作业区域50的其余两侧(即，线段AD和BC)在平面图中延伸所沿的方向。

假设点A的二维坐标是A(XA，YA)，且点C的二维坐标是C(XC，YC)。参考点A和C的二维坐标，点B和D的二维坐标分别是B(XC，YA)和D(XA，YC)。

区域设定单元24(见图4)存储附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)放置在其处的位置(点A和C)，作为用于指定作业区域50和该区域外部之间的边界的点。此外，区域设定单元24存储基于点A和C所确定的位置(点B和D)，作为用于指定作业区域50和该区域外部之间的边界的点。当设定作业区域50时，通过由操作员进行的实际操作来确定用于指定作业区域50的点。因此，操作员能够掌握作业区域50。

图4中所示的区域设定单元24将点A(见图2)和点C(见图2)的坐标数据发送到检测控制器23的数据接收器27。数据接收器27将点A和C的坐标数据转移到计算单元28。

在以上的示例中，图2中所示的附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)被放置在地面G上的两个点(即，点A和C)上，并且点A、B、C和D的坐标被算出。替代地，可以以这样的方式设定(确定)作业区域50，使得附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)被放置在地面G上的所有点A、B、C和D上。注意，图4中所示的区域设定单元24可不提供在管理控制器22中。点A到D(见图2)的坐标的计算可由与管理控制器22(见图2)不同的构件完成，并且计算的结果可发送到管理控制器22(见图2)。

当基于靠近液压挖掘机1的第一位置和远离液压挖掘机1的第二位置来确定其余两个点B和D时，液压挖掘机1的操作次数少，该第一位置和该第二位置是附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)放置在其处的两个位置。

例如，操作员(例如，液压挖掘机1的操作员)以以下方式执行附属设备4的前端的目标路径的教导。

液压挖掘机1的操作员指定提升转动起始点P1。提升转动起始点P1是当已铲取并提升土壤的挖斗12离开作业区域50时附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)的位置(起始点)。点P1是附属设备4的前端所通过的点。

如图2中所示，在平面图中，例如，提升转动起始点P1在线段CD(通过该线段指定作业区域50)上。提升转动起始点P1在地面G上方。例如，当线段CD设定在地面G上时，提升转动起始点P1定位在线段CD上方。在平面图中，提升转动起始点P1在作业区域50和该区域外部之间的边界上方。

附属设备前端路径位置确定单元30(见图4)将提升转动起始点P1设定为当附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)从作业区域50的内部移动到外部时该前端所通过的通过点。

液压挖掘机1的操作员执行从提升转动起始点P1到提升转动结束点P2(稍后描述)的路径的教导。当附属设备4从提升转动起始点P1移动到提升转动结束点P2时，控制器8总是连续地记录图1中所示的转动角度传感器16和倾斜角度传感器20(动臂倾斜角度传感器17、斗杆倾斜角度传感器18和挖斗倾斜角度传感器19)的信号数据(角度数据)。信号数据的连续记录也发生在从返回转动起始点P3到返回转动结束点P4的路径的教导中。

液压挖掘机1的操作员指定图2中所示的提升转动结束点P2。提升转动结束点P2是当其中具有土壤的挖斗12到达土壤被卸料的地方上方的位置时附属设备4的前端的位置(点)。提升转动结束点P2是附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)所通过的点。土壤被卸料的地方是例如用于输送土壤的输送车辆的货厢。

液压挖掘机1的操作员指定图2中所示的返回转动起始点P3。返回转动起始点P3是当已对土壤卸料的挖斗12离开土壤被卸料的地方时附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)的位置(起始点)。点P3是附属设备4的前端所通过的点。

液压挖掘机1的操作员执行从返回转动起始点P3到返回转动结束点P4(稍后描述)的路径的教导。

液压挖掘机1的操作员指定返回转动结束点P4。返回转动结束点P4是当已对土壤卸料的挖斗12到达作业区域50时附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)的位置(点)。点P4是附属设备4的前端所通过的点。

在平面图中，返回转动结束点P4例如在线段CD(通过该线段指定作业区域50)上。返回转动结束点P4在地面G上方。例如，当线段CD设定在地面G上时，返回转动结束点P4定位在线段CD上方。在平面图中，返回转动结束点P4在作业区域50和该区域外部之间的边界上方。

附属设备前端路径位置确定单元30(见图4)将返回转动结束点P4设定为当附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)从作业区域50的外部移动到内部时该前端所通过的通过点。

附属设备前端路径位置确定单元30(见图4)可仅将提升转动起始点P1和返回转动结束点P4中的一者设定为通过点。

下文将参考图3至图5描述对土堆100(见图1)的检测。

数据接收器27(见图4)从区域设定单元24(见图4)接收图3中所示的点A和C的坐标数据。(这是步骤1并在图5中被指示为S1。注意，其他步骤将被类似地指示。)在以下的描述中，将参考图5来解释图5中所指示的每个步骤。计算单元28(见图4)基于图3中所示的点A和C的坐标数据来确定由点A到D指定的作业区域50(S2)。

另一方面，三维测量装置9(见图1)获得土堆100(见图1)及其周围环境的点云数据。数据接收器27(见图4)接收由三维测量装置9(见图1)获得的点云数据(S3)。数据接收器27存储接收到的点云数据(S4)。计算单元28(见图4)对来自数据接收器27的存储的点云数据以及点A和C的坐标数据进行采样(S5)。

计算单元28(见图4)基于点云数据(由三维测量装置9(见图1)获得的测量数据)来计算关于作业区域50中的土堆100(见图1)的位置、范围和形状的三维信息(S6)。更具体来说，例如，计算单元28计算土堆的范围的三维信息，使得包括土堆100的点云数据。

更具体来说，例如，作为示例的图1中所示的土堆100的实际形状是圆锥形的。如图3中所示，计算单元28(见图4)计算土堆的范围的三维信息，使得包括圆锥形的土堆100。更具体来说，三维信息中土堆的范围的形状是四角锥，该形状由图3中所示的点a、b、c、d和e指定。三维信息包括点a、b、c、d和e的三维坐标。点a、b、c和d指定包括土堆100(见图1)的底部的区域，且点e指定土堆100的顶点。关于土堆100的位置、范围和形状的三维信息不限于形状为四角锥的土堆的范围。计算单元28(见图4)可计算土堆(该土堆的形状例如为八角金字塔)的范围，使得包括圆锥形的土堆100。

计算单元28(见图4)将关于土堆100(见图1)的位置、范围和形状的计算的三维信息发送到管理控制器22(见图4)的操作目标区域确定单元25(见图4)(S7)。由此，完成对土堆100(见图1)的检测。

每次附属设备4(挖斗12)挖掘土堆100(见图1)时，都执行关于土堆100(见图1)的位置、范围和形状的三维信息的计算。当完成土堆100处的操作时也执行三维信息的计算，且然后执行另一个土堆100处的操作。

当由区域设定单元24(见图4)设定作业区域50(该作业区域是作为液压挖掘机1的操作目标的土堆100(见图1)形成在其中的预定范围)时，容易进行例如液压挖掘机1的自动驱动控制以指定作为挖掘目标的土堆100。因为能够容易地指定土堆100，所以计算单元28(见图4)能够容易地执行计算。因此，容易执行液压挖掘机1的自动驱动控制。此外，有可能当例如在作业区域50外部存在另一个土堆时防止错误检测(如稍后描述的)。

图3中的P5指示挖掘起始点(操作起始点)。挖掘起始点P5是附属设备4(挖斗12)开始挖掘的点。操作目标区域确定单元25(见图4)包括作业位置确定单元26(见图4)。作业位置确定单元26基于由计算单元28(见图4)计算的三维信息来确定操作目标的挖掘起始点P5。这种布置使得能够当液压挖掘机1被自动驱动时自动地确定合适的挖掘位置。在图3中，挖掘起始点P5在平面图中的点c处。

附属设备4(挖斗12)从图2中所示的返回转动起始点P3移动到返回转动结束点P4，且然后从返回转动结束点P4移动到挖掘起始点P5(见图3)。

挖掘起始点P5(见图3)根据土堆100(见图1)的挖掘状态而改变。另一方面，附属设备4(挖斗12)的从返回转动起始点P3到返回转动结束点P4的路径不根据土堆100的挖掘状态而改变。因此，不需要根据土堆100的挖掘状态的变化来校正附属设备4(挖斗12)的从返回转动起始点P3到返回转动结束点P4的路径。

在本实施例中，设定了作业区域50，该作业区域是土堆100(见图1)形成在其中的预定范围。由于这个缘故，有可能将附属设备4(挖斗12)的从返回转动起始点P3到返回转动结束点P4的路径与附属设备4(挖斗12)的从返回转动结束点P4到挖掘起始点P5(见图3)的路径区分开，即，有可能将区域区分开。因此，当土堆100(见图1)的状态由于例如挖掘所致而改变时，不需要校正附属设备4(挖斗12)的从返回转动起始点P3到返回转动结束点P4的路径。由于这个原因，所以能够容易地完成液压挖掘机1的自动驱动控制。

由于附属设备前端路径位置确定单元30(见图4)的存在，所以得以进一步可靠地实现上文所描述的效果。附属设备前端路径位置确定单元30可确定当液压挖掘机1的附属设备4的前端从作业区域50的外部移动到内部时该前端所通过的通过点。附属设备前端路径位置确定单元30可确定当液压挖掘机1的附属设备4的前端从作业区域50的内部移动到外部时该前端所通过的通过点。

除以上之外，通过点(例如，提升转动起始点P1或返回转动结束点P4中的至少一者)在平面图中设置在作业区域50和该区域外部之间的边界上。结果，附属设备4(挖斗12)的路径得以彼此清楚地区分开，且因此操作员能够毫无顾虑地执行操作。

提升转动起始点P1和提升转动结束点P2之间的路径区域是教导指令被优先化的区域。因为附属设备4的路径设置在教导指令被优先化的区域中，并且操作员能够容易地掌握路径，所以确保了操作员的安全。返回转动起始点P3和返回转动结束点P4之间的路径区域是教导指令被优先化的区域。因为附属设备4的路径设置在教导指令被优先化的区域中，并且操作员能够容易地掌握路径，所以确保了操作员的安全。

图6和图7中的每一者是用于解释当土堆100散布跨越作业区域50的外部和作业区域50时计算关于土堆100的位置、范围和形状的三维信息的过程的平面图。

当土堆100散布跨越作业区域50的外部和作业区域50时，计算单元28(见图4)仅计算土堆100的存在于作业区域50内部的一部分的位置、范围和形状的三维信息。

利用这种布置，当土堆100散布跨越作业区域50的外部和作业区域50时，仅作业区域50的内部被设定为计算单元28(见图4)的处理目标。

在图6中，土堆100散布在连接点C和D的线段CD(通过该线段指定作业区域50)上。在这种情况下，当计算土堆100的位置、范围和形状的三维信息时，计算单元28(见图4)不使用土堆100的在作业区域50外部的一部分的点云数据。计算单元28通过仅使用作业区域50的内部的点云数据来计算土堆100的位置、范围和形状的三维信息。如图6中所示，在计算的点a、b、c、d和e当中，在平面图中，点c和d在线段CD(通过该线段指定作业区域50)上。

在图7中，土堆100散布在连接点B和C的线段BC上，通过该线段指定作业区域50。在这种情况下，当计算土堆100的位置、范围和形状的三维信息时，计算单元28(见图4)通过仅使用作业区域50的内部的点云数据来计算土堆100的位置、范围和形状的三维信息。如图7中所示，在计算的点a、b、c、d和e当中，在平面图中，点b和c在线段BC(通过该线段指定作业区域50)上。

(本发明的第一方面的效果)

[布置1]本实施例的作业区域设定系统包括区域设定单元24(见图4)。区域设定单元24被提供用于设定作业区域50(见图3)。作业区域50是土堆100(操作目标)被堆叠在其处的预定范围，该土堆是图1中所示的液压挖掘机1(作业机器)的操作目标。

根据[布置1]，区域设定单元24(见图4)设定图3中所示的作业区域50。由于这个缘故，所以能够容易地在例如液压挖掘机1的自动驱动控制中指定作为挖掘目标的土堆100。例如，因为能够容易地指定土堆100，所以计算单元28(见图4)能够容易地执行计算。由于这个原因，所以能够容易地完成液压挖掘机1的自动驱动控制。此外，有可能当例如在作业区域50外部存在另一个土堆时防止错误检测。

(本发明的第二方面的效果)

[布置2]区域设定单元24(见图4)存储液压挖掘机1的附属设备4的前端(挖斗12的斗爪前端)放置在其处的位置(例如，点A和C)，作为用于指定作业区域50和该区域外部之间的边界的点。

利用这种[布置2]，当设定作业区域50时，通过由操作员进行的实际操作来确定用于指定作业区域50的点。因此，操作员能够掌握作业区域50。

(本发明的第三方面的效果)

[布置3]作业区域50在平面图中是矩形。

利用这种[布置3]，与作业区域50在平面图中不是矩形而是复杂形状(例如，不是矩形而是多边形、圆形或椭圆形)的情况相比，关于作业区域50的计算负荷是轻的。

(本发明的第四方面的效果)

[布置4]基于附属设备4的前端放置在其处的第一位置(例如，点A)和第二位置(例如，点C)，确定其余两个点(B和C)。在附属设备4的前端放置在其处的两个位置(例如，点A和C)当中，靠近液压挖掘机1的位置是第一位置(例如，点A)，而远离液压挖掘机1的位置是第二位置(点C)。其余两个点(例如，点B和D)是四个点当中的与第一位置(点A)和第二位置(点B)不同的两个点，在[布置2]中由该四个点指定作业区域50和该区域外部之间的边界。

根据[布置4]，当确定其余两个点(点B和D)时，不需要将附属设备4的前端放置在点B和D处。因此，有利地减少了液压挖掘机1的操作次数。

(本发明的第五方面的效果)

[布置5]作业区域设定系统包括附属设备前端路径位置确定单元30(见图4)。附属设备前端路径位置确定单元30确定通过点(例如，图2中所示的提升转动起始点P1和/或返回转动结束点P4)。通过点是当液压挖掘机1的附属设备4的前端从作业区域50的外部移动到内部时和/或当前端从作业区域50的内部移动到外部时该前端所通过的点。

利用上文所描述的[布置5]，有可能将附属设备4(挖斗12)的在图2中所示的作业区域50外部的路径与附属设备4(挖斗12)的在作业区域50内部的路径区分开。换句话说，有可能将这些区域区分开。因此，即使土堆100(见图1)的状态由于例如挖掘所致而改变时，也不需要校正附属设备4(挖斗12)的在作业区域50外部的路径(例如，从返回转动起始点P3到返回转动结束点P4)。因此，由于这个原因，所以能够容易地完成液压挖掘机1的自动驱动控制。

(本发明的第六方面的效果)

[布置6]附属设备前端路径位置确定单元30(见图4)在平面图中确定在作业区域50和该区域外部之间的边界上的通过点(例如，提升转动起始点P1和/或返回转动结束点P4)。

这种[布置6]阐明了附属设备4(挖斗12)的路径的区域(见以上的[布置5])。由于这个原因，所以操作员能够毫无顾虑地执行操作。

(本发明的第八方面的效果)

[布置8]如图1中所示，操作目标检测系统包括三维测量装置9和计算单元28(见图4)。三维测量装置9获得土堆100及其周围环境的数据。计算单元28基于由三维测量装置9获得的测量数据来计算关于作业区域50(见图3)中的土堆100的位置、范围和形状的三维信息。

根据[布置8]，计算关于作业区域50(见以上的[布置1])中的土堆100的位置、范围和形状的三维信息。由于这个缘故，所以当在图3中所示的作业区域50外部存在另一个土堆时，不要求计算单元28(见图4)计算该土堆的三维信息。因此，有可能减轻计算单元28上的计算负荷。

(本发明的第九方面的效果)

[布置9]如图6中所示，当土堆100散布跨越作业区域50的外部和作业区域50时，计算单元28(见图4)仅计算土堆100的存在于作业区域50内部的一部分的三维信息。

利用[布置9]，仅作业区域50内部的土堆100被设定为计算单元28(见图4)的处理目标。因此，有可能减轻计算单元28上的计算负荷。

(本发明的第十方面的效果)

[布置10]操作目标检测系统包括作业位置确定单元26(见图4)。作业位置确定单元26基于由计算单元28(见图4)计算的三维信息来确定土堆100的挖掘起始点P5(操作起始点)。

这种[布置10]使得能够当液压挖掘机1被自动驱动时自动地确定合适的挖掘位置。

(第二实施例)

关于第二实施例的作业区域设定系统和操作目标检测系统，将参考图8至图13来描述与第一实施例的不同之处。关于第二实施例的作业区域设定系统和操作目标检测系统，将不再次解释与第一实施例的布置相同的布置。

在图1中所示的示例中，由附属设备4执行操作(例如，挖掘)所处的高度与下部行走主体2的高度基本上相同。在这方面，如图8中所示，执行操作所处的高度可低于下部行走主体2的高度。例如，土堆100可在土坑Pi内部，或者可被土坑Pi的壁W包围。

在第一实施例中，图3中所示的附属设备4开始操作的起始点(即，挖掘起始点P5)是由作业位置确定单元26基于由图4中所示的计算单元28计算的三维信息来确定的。图3中所示的附属设备4开始操作的起始点沿高度方向的位置是由作业位置确定单元26基于由图4中所示的计算单元28计算的三维信息来确定的。另一方面，在本实施例中，通过教导来确定图10中所示的操作初始高度Z1。更具体来说，操作目标检测系统包括操作初始高度确定单元240(见图11)，该操作初始高度确定单元被构造成确定操作初始高度Z1(如稍后描述的)。

(设置)

在操作目标检测系统中，以以下方式执行教导。以与第一实施例中相同的方式，图9中所示的液压挖掘机1的操作员操作液压挖掘机1以教导点A和C(图12中所示的S201和S202)。点A和C的高度可如图10中所示的在壁W的上端上方、与壁W的上端的高度相同、或者低于壁W的上端。

教导操作初始高度Z1(图12中所示的S203)。操作初始高度Z1是当在设定了图9中所示的作业区域50之后由附属设备4第一次针对操作目标执行操作(例如，挖掘)时挖掘起始点P5的(初始)高度。例如，通过操作附属设备4，操作员将附属设备4的前端移动到操作初始高度Z1将被设定在其处的高度(见图10)。在这阶段，可选地确定在平面图中附属设备4的前端的位置。当操作员然后按压例如便携式终端29的确认按钮时，附属设备4的前端的这个位置被设定为操作初始高度Z1。更具体来说，例如，图11中所示的操作初始高度确定单元240将操作初始高度Z1设定在图10中所示的附属设备4的前端放置在其处的位置的高度处。因为操作初始高度Z1以这种方式通过教导来确定，所以通过由操作员执行的实际操作来确定操作初始高度Z1。因此，操作员能够掌握操作初始高度Z1。此外，因为操作初始高度Z1是通过教导来确定的，所以即使当例如通过三维测量装置9(见图11)不能容易地检测土堆100时，也能够可靠地设定操作初始高度Z1。

可由控制器8(见图11)(例如，计算单元28(见图11))设定单循环深度Z2(图12中所示的S204)。单循环深度Z2是由附属设备4执行的单循环操作的深度。更具体来说，单循环深度Z2是挖斗12的挖掘深度。控制器8(见图11)可例如接收输入到便携式终端29(见图9)的单循环深度Z2的值(数值)，并将接收到的值设定为单循环深度Z2。(这同样适用于最终深度Z3)。控制器8可基于关于挖斗12的信息(例如，体积和形状)来计算单循环深度Z2。单循环深度Z2可以是在控制器8中事先设定的固定值。(这同样适用于最终深度Z3)。

可由控制器8(见图11)设定最终深度Z3(图12中所示的S205)。最终深度Z3是当附属设备4完成一系列操作(例如，重复一次以上的挖掘)时的深度。当附属设备4在最终深度Z3处完成操作时，则在土堆100处的所有操作都完成。最终深度Z3是从预定位置(例如，点A)起的深度。

(由作业位置确定单元26对挖掘起始点P5的确定)

在设定了图9中所示的作业区域50之后，作业位置确定单元26(见图11)确定附属设备4第一次执行操作所在的挖掘起始点P5(下文中称为挖掘起始点P5的初始位置)。在这阶段，图11中所示的作业位置确定单元26接收由操作初始高度确定单元240确定的操作初始高度Z1(见图10)并将图10中所示的操作初始高度Z1设定为挖掘起始点P5的初始位置的高度(图13中所示的S210)。

(在操作初始高度Z1处的操作)

随后，控制器8(见图11)使附属设备4在操作初始高度Z1处执行操作(例如，挖掘)。在这阶段，附属设备4从操作初始高度Z1将土壤挖掘仅单循环深度Z2。

(在比操作初始高度Z1深的位置处的操作)

当完成在操作初始高度Z1处的操作时，控制器8(见图11)使附属设备4在比操作初始高度Z1深单循环深度Z2的位置处执行操作(即，在高度Z1-Z2处执行操作)。例如，在针对整个土堆100(见图9)完成了平面图中在操作初始高度Z1处的操作之后，可执行在高度Z1-Z2处的操作。例如，在针对土堆100的一部分完成了平面图中在操作初始高度Z1处的操作之后，可执行在高度Z1-Z2处的操作。同样，控制器8(见图11)使附属设备4在逐渐更深的位置处(即，在深度彼此相差单循环深度Z2的位置处)执行操作，直到在最终深度Z3处执行操作。控制器8不使附属设备4在比最终深度Z3深的位置处执行操作。

(对操作初始高度Z1的校正)

如上文所描述的，操作初始高度Z1是通过教导来设定的。当土堆100是平的或几乎是平的时，附属设备4能够在操作初始高度Z1处适当地执行操作。另一方面，存在如下的情况：土堆100存在于高于操作初始高度Z1的位置处(见图10中所示的突出部分100a)。在这种情况下，当附属设备4试图在处于操作初始高度Z1的挖掘起始点P5处执行操作时，因为附属设备4在到达挖掘起始点P5之前与突出部分100a接触，所以附属设备4可能并不能够在处于操作初始高度Z1的挖掘起始点P5处适当地执行操作。

由于这个缘故，所以作业位置确定单元26(见图11)基于由计算单元28(见图11)计算的三维信息来确定挖掘起始点P5的高度是设定在操作初始高度Z1处，还是设定在由校正操作初始高度Z1产生的高度(即，校正后的操作初始高度Z1a)处。下文将详述该过程。作业位置确定单元26(见图11)将由计算单元28(见图11)计算的三维信息与操作初始高度Z1进行比较(图13中所示的S211)。例如，作业位置确定单元26将在图10中所示的挖掘起始点P5及其周边部分处的土堆100的高度(该高度在三维信息中指示)与操作初始高度Z1进行比较。例如，作业位置确定单元26将三维信息中的土堆100的顶点高度(例如，突出部分100a的顶点高度)与操作初始高度Z1进行比较。

作业位置确定单元26(见图11)确定是否能够在挖掘起始点P5处完成在操作初始高度Z1处的操作(图13中所示的S212)。例如，当在图10中所示的挖掘起始点P5处的土堆100的高度等于或低于操作初始高度Z1时，在操作初始高度Z1处在挖掘起始点P5处的操作是可能的。当在操作初始高度Z1处在挖掘起始点P5处的操作有可能时(图13中的S212中为否)，作业位置确定单元26将操作初始高度Z1设定为挖掘起始点P5的高度。然后，控制器8(见图11)使附属设备4在操作初始高度Z1处在挖掘起始点P5处执行操作(图13中所示的S213)。

另一方面，例如，当在图10中所示的挖掘起始点P5处的土堆100(例如，突出部分100a)的高度高于操作初始高度Z1时，在操作初始高度Z1处在挖掘起始点P5处的操作是不可能的。当在操作初始高度Z1处在挖掘起始点P5处的操作不可能时(图13中所示的S212中为是)，作业位置确定单元26(见图11)将执行以下过程。在这种情况下，作业位置确定单元26基于图10中所示的土堆100(突出部分100a)的三维信息来校正挖掘起始点P5的高度(图13中所示的S214)。更具体来说，作业位置确定单元26(见图11)基于由计算单元28(见图11)计算的三维信息来校正图10中所示的操作初始高度Z1(校正到校正后的操作初始高度Z1a)。然后，作业位置确定单元26将挖掘起始点P5的高度设定在校正后的操作初始高度Z1a处。在这一点上，例如，作业位置确定单元26将校正后的操作初始高度Z1a设定在如下的高度处，即，该高度等于或高于三维信息中的在挖掘起始点P5处的土堆100(突出部分100a)的高度。例如，作业位置确定单元26可将校正后的操作初始高度Z1a设定在三维信息中的在挖掘起始点P5处的土堆100(突出部分100a)的高度处。例如，作业位置确定单元26可将校正后的操作初始高度Z1a设定在三维信息中的土堆100(突出部分100a)的顶点高度处。然后，控制器8(见图11)使附属设备4在校正后的操作初始高度Z1a处开始操作(图13中所示的S215)。由于这个缘故，所以附属设备4能够适当地执行操作。

(本发明的第七方面的效果)

[布置7]操作目标检测系统包括如图11中所示的操作初始高度确定单元240。操作初始高度确定单元240确定图10中所示的操作初始高度Z1。操作初始高度Z1是当在设定了作业区域50(见图9)之后由液压挖掘机1的附属设备4(见图9)第一次针对土堆100执行操作时挖掘起始点P5(操作起始点)的高度。操作初始高度确定单元240(见图11)将操作初始高度Z1设定在附属设备4的前端放置在其处的位置的高度处。

在上文所描述的[布置7]中，附属设备4的前端放置在其处的位置的高度被设定为操作初始高度Z1。由于这个缘故，所以当设定操作初始高度Z1时，能够通过由操作员执行的实际操作(教导)来确定操作初始高度Z1。因此，操作员能够掌握操作初始高度Z1。此外，因为操作初始高度Z1能够通过教导来确定，所以即使当例如通过三维测量装置9(见图1)不能容易地检测土堆100时，也能够可靠地设定操作初始高度Z1。

(本发明的第十一方面的效果)

[布置11-1]操作目标检测系统包括操作初始高度确定单元240(见图11)。操作初始高度确定单元240确定图10中所示的操作初始高度Z1。操作初始高度Z1是当在设定了作业区域50(见图9)之后由液压挖掘机1的附属设备4(见图9)第一次针对土堆100执行操作时挖掘起始点P5(操作起始点)的高度。操作初始高度确定单元240(见图11)将操作初始高度Z1设定在附属设备4的前端放置在其处的位置的高度处。

[布置11-2]作业位置确定单元26(见图11)基于由计算单元28(见图11)计算的三维信息来确定挖掘起始点P5的高度是设定在操作初始高度Z1处，还是设定在由校正操作初始高度Z1产生的高度处。

在上文所描述的[布置11-1]中，附属设备4的前端放置在其处的位置的高度被设定为操作初始高度Z1。在这方面，例如，存在如下的情况：已设定的操作初始高度Z1不适当，并且土堆100(例如，突出部分100a)存在于高于操作初始高度Z1的位置处。在这种情况下，例如，因为附属设备4在到达挖掘起始点P5之前与突出部分100a接触，所以附属设备4可能不能在处于操作初始高度Z1的挖掘起始点P5处适当地执行操作。由于这个缘故，所以如在上文所描述的[布置11-2]中，作业位置确定单元26(见图11)基于由计算单元28(见图11)计算的三维信息来确定挖掘起始点P5的高度是设定在操作初始高度Z1处，还是设定在由校正操作初始高度Z1产生的高度处。因此，作业位置确定单元26能够基于三维信息来适当地设定挖掘起始点P5的高度。由于这个缘故，所以附属设备4能够适当地执行操作。

(修改)

上文所描述的实施例可如下改变。例如，可将不同实施例的元件组合。例如，可改变每个元件的布局和形状。例如，可改变图4和图11中所示的元件之间的连接。例如，可改变图5、图12和图13中所示的流程图中的步骤顺序，并且可不执行步骤中的一个或一些。例如，可改变元件的数量，并且可不提供元件中的一个或一些。例如，可直接或间接地执行元件之间的固定或连接。例如，被描述为不同构件或不同部分的那些构件或部分可以是单个构件或部分。例如，被描述为单个构件或部分的那些构件或部分可以以分割的方式被提供为多个构件或部分。

在附属设备4的前端部分处，可提供夹捏装置(例如，抓斗机)或用于压碎或挖掘的装置(例如，破碎机)以代替图1中所示的挖斗12。抓斗机是一种被构造成通过闭合彼此相对的多个(例如，两个或三个)弯曲的爪来抓取废料或木料的装置。

操作目标可以不是土堆100，并且可以是砾石堆、废料堆和橡胶堆。

作业区域50可以在平面图中不是矩形。作业区域50可以是圆形或椭圆形的，或者可具有非为矩形的多边形形状。

在以上的实施例中，附属设备4的前端的前端(挖斗12的斗爪前端)放置在其处的位置被视为用于指定作业区域50和该区域外部之间的边界的点。替代地，通过使用作业场所的绘图数据，区域设定单元24(见图4)可在绘图数据中将预定位置设定为用于指定作业区域50(见图3)和该区域外部之间的边界的点。在这种情况下，例如，绘图数据存储在区域设定单元24中。

作业区域设定系统和操作目标检测系统的元件中的至少一者可设置在液压挖掘机1外部。例如，图4和图11中所示的控制器8的元件(例如，区域设定单元24和计算单元28)中的至少一者可不安装在液压挖掘机1上。

[附图标记列表]

1 液压挖掘机(作业机器)

4 附属设备

9 三维测量装置

24 区域设定单元

26 作业位置确定单元

30 附属设备前端路径位置确定单元

50 作业区域

100 土堆(操作目标)

240 操作初始高度确定单元

P1 提升转动起始点(通过点)

P4 返回转动结束点(通过点)

P5 挖掘起始点(操作起始点)

Z1 操作初始高度

Z1a 校正后的操作初始高度

Claims (11)

1.一种作业区域设定系统，其包括区域设定单元，所述区域设定单元被构造成设定作业区域的预定范围，作业机器的操作目标被堆叠在作业区域处。

2.根据权利要求1所述的作业区域设定系统，其中，

所述区域设定单元将所述作业机器的附属设备的前端放置在其处的至少一个位置设定为用于指定所述作业区域和所述作业区域的外部之间的边界的至少一个点。

3.根据权利要求2所述的作业区域设定系统，其中，

所述作业区域在平面图中是矩形的。

4.根据权利要求3所述的作业区域设定系统，其中，

其余两个点基于远离所述作业机器的第一位置和靠近所述作业机器的第二点确定，所述第一点和所述第二点是所述前端放置在其处的点。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的作业区域设定系统，其进一步包括：

附属设备前端路径位置确定单元，其被构造成确定当所述作业机器的所述附属设备的所述前端从所述作业区域的外部移动到内部时和/或当所述前端从所述作业区域的内部移动到外部时所述前端所通过的通过点。

6.根据权利要求5所述的作业区域设定系统，其中，

所述附属设备前端路径位置确定单元被构造成在平面图中将所述通过点设定在所述作业区域和所述作业区域的外部之间的所述边界上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的作业区域设定系统，其进一步包括：

操作初始高度确定单元，其被构造成确定操作初始高度，其是操作起始点的高度，所述操作起始点是在设定了所述作业区域之后由所述作业机器的所述附属设备第一次针对所述操作目标执行操作所在的地方，

所述操作初始高度确定单元将所述附属设备的所述前端放置在其处的位置的高度设定为所述操作初始高度。

8.一种操作目标检测系统，其包括：

根据权利要求1至7中任一项所述的作业区域设定系统；

三维测量装置，其被构造成获得所述操作目标及所述操作目标的周围环境的数据；以及

计算单元，其被构造成基于由所述三维测量装置获得的测量数据来计算关于所述作业区域中的所述操作目标的位置、范围和形状的三维信息。

9.根据权利要求8所述的操作目标检测系统，其中，

当所述操作目标散布跨越所述作业区域的外部和所述作业区域时，所述计算单元仅计算所述操作目标的存在于所述作业区域内部的一部分的三维信息。

10.根据权利要求8或9所述的操作目标检测系统，其进一步包括：

作业位置确定单元，其被构造成基于由所述计算单元计算的所述三维信息来确定所述操作目标的操作起始点。

11.根据权利要求10所述的操作目标检测系统，其进一步包括：

操作初始高度确定单元，其被构造成确定操作初始高度，其是所述操作起始点的高度，所述操作起始点是在设定了所述作业区域之后由所述作业机器的所述附属设备第一次针对所述操作目标执行操作所在的地方，

所述操作初始高度确定单元将所述附属设备的所述前端放置在其处的位置的高度设定为所述操作初始高度，并且

所述作业位置确定单元基于由所述计算单元计算的所述三维信息来确定所述操作起始点的高度是设定在所述操作初始高度处，还是设定在由校正所述操作初始高度产生的高度处。

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