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JP3789218B2 - Automatic operation construction machine and operation method thereof - Google Patents
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JP3789218B2 JP28992197A JP28992197A JP3789218B2 JP 3789218 B2 JP3789218 B2 JP 3789218B2 JP 28992197 A JP28992197 A JP 28992197A JP 28992197 A JP28992197 A JP 28992197A JP 3789218 B2 JP3789218 B2 JP 3789218B2
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転建設機械に係わり、特に、ダンプトラックやクラッシヤ等の作業機械への自動積み込み作業を行う自動運転建設機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、砕石現場等において、油圧ショベル等の建設機械によるダンプトラックやクラッシャへの積み込み作業は、ある決まった場所から土石を掘削し、ダンプトラックのベッセルやクラッシャのホッパ等の決まった場所へ放土するという単調な繰り返し作業である。このような単調な繰り返し作業は、オペレータにとって苦痛であり、人手を介在せずに自動的に行わせるという要求が高まっている。
【0003】
従来、このような積み込み作業の自動化方法の一つとしては、掘削位置と放土位置とを教示して、これらの位置間で、油圧ショベルを走行せずに旋回作業を主として繰り返し作業を行わせていた。
【0004】
特公昭54−7121号公報には、油圧ショベルを用いた自動化の一手法が開示されており、この従来技術は、教示動作によって得られた角度、位置等の動作状態量を記憶し、再生動作時に前述した記憶値を用いて油圧ショベルを再生動作させるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の方法は、再生動作時、自動運転を行う油圧ショベルとダンプトラック等の作業機械との位置関係の変更に関して考慮されていない形式の自己完結型のシステムである。
【0006】
そのため、油圧ショベルが採掘した土石等をダンプトラック等に積み込む際、毎回教示された同一位置に放土するため、土石が同一箇所のみ高く積み込まれてしまい適正な積み込みが行れなかったり、また、ダンプトラックも常に同一位置に配置されるとは限らず、さらにダンプトラックが適正な位置に配置されたとしても、再生動作を繰り返しているうちに油圧ショベル自身が位置ずれを起こしてしまった場合、ダンプトラックの放土すべき適正な箇所に放土できないという問題があった。
【0007】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、自動運転建設機械に撮像手段を設け、撮像データからダンプトラック等の作業機械への適切な放土位置を算出することを可能にした自動運転建設機械を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【0009】
教示される掘削から放土までの一巡の動作を、再生操作により繰り返し動作する自動運転建設機械において、該自動運転建設機械は、前記放土を受ける作業機械を撮像する撮像手段と、前記撮像した撮像データに基づいて前記撮像手段を基準とした座標系であるカメラ座標系での前記作業機械の特徴点の座標を算出するとともに、当該特徴点の座標を、前記自動運転建設機械を自動制御するための基準となる座標系である制御座標系の座標に変換して前記作業機械への適切な放土位置のデータを算出する放土位置データ算出手段と、を備え、再生動作時、前記算出した放土位置データに基づく放土位置が教示されることを特徴とする。
【0010】
また、請求項1記載の自動運転建設機械において、前記放土位置データ算出手段は、前記撮像した撮像データに基づいて前記作業機械への適切な放土位置を複数箇所に領域分割する複数の放土位置データ算出し、再生動作時、前記算出した複数の放土位置データに基づく複数の放土位置が、順次教示されることを特徴とする。
【0011】
また、教示される掘削から放土までの一巡の動作を、再生操作により繰り返し動作する自動運転建設機械の運転方法において、該自動運転建設機械の所定の作業位置で前記放土を受ける作業機械を撮像する工程と、前記撮像した撮像データに基づいて放土位置データ算出手段により前記撮像手段を基準とした座標系であるカメラ座標系での前記作業機械の特徴点の座標を算出するとともに、当該特徴点の座標を、前記自動運転建設機械を自動制御するための基準となる座標系である制御座標系の座標に変換して前記作業機械への適切な放土位置を複数箇所に領域分割する複数の放土位置データを算出する工程と、前記算出した複数の放土位置データに基づく複数の放土位置に順次放土する工程と、を含むことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図1から図7を用いて説明する。
【0013】
図1は本実施形態に係わる自動運転を行う油圧ショベル(以下自動運転ショベルという)の作業態様を示す図である。
【0014】
図において、1は後述する貯留された土石3を掘削して後述するダンプトラック2に放土する自動運転ショベル、2は、土石が積み込まれるベッセル14を備え、自動運転ショベル1から放土された土石を積み込み運搬するダンプトラック、3は土石貯留所に貯留された土石、15は自動運転ショベル1から遠隔の位置に配置され自動運転ショベル1を遠隔操作する遠隔操作装置である。
【0015】
自動運転ショベル1は、走行体4と、走行体4上に旋回可能に設けられた旋回体5と、旋回体5に俯仰動可能に設けられるブーム6と、ブーム6の先端に回動可能に設けられたアーム7と、アーム7の先端に回動可能に設けられたバケット8と、旋回体5とブーム6との俯仰角を検出する角度センサ9、ブーム6とアーム7との回動角を検出する角度センサ10、アーム7とバケット8との回動角を検出する角度センサ11と、旋回体5に設けられた運転台12と、運転台12等の屋上に設けられ、ダンプトラック2の積み込み場所を撮像するために設けられたビデオカメラ13と、から構成されている。
【0016】
なお、ビデオカメラ13の設置位置は放土時に放土目標であるベッセル14が常に見える位置が望ましい。
【0017】
図2は、本実施形態に係わる自動運転建設機械の再生操作時の制御機構を示すブロック図であり、この図において、図1に示す符号と同じ符号の箇所は図1に示すものと同一箇所を示す。
【0018】
図において、17は自動運転ショベル1に搭載される装置を示し、171は主としてコンピュータで構成される自動運転コントローラ、172は後述するサーボ制御部1717から出力される駆動信号によって駆動される図示されていないアクチュエータに流入する油量または油圧を制御する電磁制御弁、173はアクチュエータの動作量を検出する検出器である。
【0019】
自動運転コントローラ171は、検出器173からの検出信号に基づいて自動運転ショベルの動作位置を演算する現在位置演算部1711と、現在位置演算部1711からの帰還値と入力値とを比較してその偏差を補正する駆動信号を電磁制御弁172に出力するサーボ制御部1712と、教示時または再生動作時に教示されて教示位置データが記憶される教示位置格納部1713と、教示時に操作されて自動運転ショベル1の教示コマンドが記憶される教示コマンド格納部1720と、教示位置格納部1713に格納された教示位置データを出力する教示位置出力処理部1714と、教示位置出力処理部1714から出力される教示位置データ間を補間処理するサーボ前処理部1715と、教示コマンド格納部1720からの教示コマンドをシーケンシャルに読み出し、教示位置出力処理部1714に教示位置データ出力させるための指令信号を出力するとともに、教示点間の移動速度値を出力するコマンドインタプリタ部1716と、ビデオカメラ13によって撮像された画像に基づいて画像の特徴点の座標を算出する画像処理部1717と、ビデオカメラ13がベッセル14を撮像するのに適切と考えられる自動運転ショベル1の再生動作時の位置が格納されている画像取込位置格納部1718と、算出された特徴点の座標から放土位置を算出し放土位置データとして教示位置格納部1713に出力する放土位置データ演算部1719と、から構成されている。
【0020】
上記のごとく、教示位置格納部1713に格納される、例えば、放土位置、掘削位置、旋回体5の旋回方向等の教示位置データのうち、放土位置データは、他の教示位置データが教示操作時に前もって格納されるのに対して、再生動作時に、放土位置データ演算部1719によって算出される度に放土位置データとして格納される。なお、画像処理部1717および放土位置データ演算部1719における処理については図3において詳述する。
【0021】
遠隔操作装置15は、教示時に、教示位置格納部1713に教示位置データを格納させ、再生動作時に、教示コマンド格納部1720に教示コマンドを格納させる教示操作部151と、再生動作時に、コマンドインタプリタ部1716を起動させる再生操作部152とから構成される。
【0022】
次に、本実施形態に係わる自動運転建設機械の動作を図1および図2に基づいて説明する。
【0023】
はじめに、図1に示すように、自動運転ショベル1のバケット8によって、貯留されている土石3を掘削した後、バケット8をダンプトラック2のベッセル14の位置まで移動させ、このベッセル14の所定の位置で放土し、再び、バケット8を土石3の貯留場所に復帰させるまでの一巡の動作を再生動作する場合について説明する。
【0024】
再生起動するために、再生操作部152を操作すると、図示されていない、無線通信手段によって再生起動信号が遠隔操作装置15から自動運転ショベル1に伝達され、コマンドインタプリタ部1716に入力される。コマンドインタプリタ部1716は再生起動信号を入力すると、教示コマンド格納部1720に格納されているコマンドをシーケンシャルに読み出し、教示位置格納部1713から教示位置出力処理部1714に教示位置データを出力させる。教示位置データはサーボ前処理部1715に転送され、かつコマンドインタプリタ部1716から与えられる目標速度で、自動運転ショベル1のフロントの各関節が動作するように補間計算を行い、サーボ制御部1712に目標角度値を出力する。サーボ制御部1712では、現在位置演算部1711で演算された現在の位置をもとにフィードバック制御を行い、電磁制御弁172に駆動信号を出力する。これにより、予め教示された動作が再生される。
【0025】
次に、図2に示す画像処理部1717および放土位置データ演算部1719での処理手順を図3に示すフローチャートを用いて説明する。
【0026】
はじめに、画像処理部1717における処理について説明する。ステップ101において、現在位置演算部1711から入力される現在位置データと画像取込位置格納部1718に格納されている画像取込位置データとを対比して、自動運転ショベル1が画像取込位置に達したか否かを判断し、画像取込位置に達すると、ステップ102において、ビデオカメラ13から画像を取り込む。次いで、ステップ103において、取り込まれた画像信号をフイルタでノイズ除去し、ステップ104でエッジ抽出のオペレータを用いてエッジの抽出を行う。次に、ステップ105で抽出されたエッジからハフ変換などの手法を用いて直線の抽出を行う。次いで、ステップ106において、ステップ105で抽出された直線とステップ104で抽出されたエツジとから、画像内の線分の端点と交点を検出する。次に、ステップ107において、あらかじめ登録してある対象物、ここではダンプトラック2のベッセル14のモデルとステップ106で得られた線分の情報から対象物の形状の認識を行う。形状の認識ができると、ステップ108において、ベッセル14上の特徴点の位置情報を得る。
【0027】
ここで、画像処理部1717が認識したベツセル14の形状および特徴点a,b,c,dの位置の例を図4に示す。なお、上記のステップ102からステップ108における画像処理は、その全部もしくは一部をハードウェアで実現することが可能であり、また、逆にその全部もしくは一部をソフトウェアで実現することも可能である。
【0028】
次に、放土位置データ演算部1719における処理について説明する。はじめに、ステップ109において、ステップ108で求めた特徴点a〜dの座標からカメラ座標系での特徴点の座標の算出を行う。
【0029】
なお、この算出は、図5に示すように、一般に、少なくともベッセル14等の対象物の3点の特徴点間の距離が既知であって、ビデオカメラ13で撮像された画面内のこれらの点の位置a〜dが解れば、後述する公知の計算方法によって各点の空間での位置を求めることができる。ここで、18に示すXo,Yo,Zoはベッセル14等の目標物に設定した目標物座標系であり、この座標系は空間中どこをとってもよいが、ここでは特徴点a〜dのうちの1つである点aを目標物座標系の原点と置いている。19に示すXc,Yc,Zcはカメラ13のレンズ中心を原点としたカメラ座標系である。20に示すXw,Yw,Zwは自動運転ショベル1を自動制御するための基準となる制御座標系である。なお、公知の計算方法としては、特開昭62−54108号公報、大村等によって発表された電子情報通信学会論文誌D−1Vol.J72−D−INo.9pp−1441−1447、が知られている。
【0030】
次いで、図3のステップ110において、ステップ109において算出されたカメラ座標系で求められた特徴点の座標を制御座標系の座標に変換するために、座標変換を行う。
【0031】
なお、この座標変換は、ビデオカメラ13を自動運転ショベル1に設置した時点で計算が可能となるものである。
【0032】
次いで、ステップ111において、ステップ110において制御座標系に変換された特徴点の座標から、後述する方法によって自動運転ショベル1がベッセル14に放土すべき放土位置データを算出する。
【0033】
ここで、算出された特徴点a〜dの座標から放土位置データを算出する方法(領域分割方法1)を図6に基づいて説明する。
【0034】
図において、四角形abcdの対角線acと対角線bdにより分けられる領域を積み込みの領域とする。次に、対角線acと対角線bdの交点をmとした時の三角形amd、三角形bma、三角形cmb、三角形dmcをそれぞれ領域f11、領域f12、領域f13、領域f14とする。次に、各領域f11〜f14の中心位置を計算し、求めた中心位置を放土位置とする。
【0035】
図7は算出された特徴点a〜dの座標から放土位置データを算出する方法(領域分割方法2)の他の例である。
【0036】
図において、特徴点a〜dから,辺adの中点m1、辺abの中点m2、辺bcの中点m3、辺cdの中点m4を検出する。次いで、直線m1m3と直線m2m4の交点をm5とする。ここで,四角形am2m5m1を領域f21、四角形bm3m5m2を領域f22、四角形cm4m5m3を領域f23、四角形dm1m5m4を領域f24とする。次に、領域f21では直線m1m3から距離d1、直線m2m4から距離d2離れた位置を放土位置とする。同様に領域f22では、直線m1m3から距離d3、直線m2m4から距離d4離れた位置を放土位置、領域f23では直線m1m3から距離d5、直線m2m4から距離d6離れた位置を放土位置、領域f24では直線m1m3から距離d7、直線m2m4から距離d8離れた位置を放土位置とする。
【0037】
次に図3のステップ112において、上記各方法で求めた複数の放土位置データは、領域f11(f21)、領域f12(f22)、領域f13(f23)、領域f14(f24)へと順番に放土を行うように、再生動作の一巡毎に、順次、教示位置格納部1713に格納される。
【0038】
なお、上記各方法では、領域を4箇所設定したが、何箇所設定するかは諸条件に応じて任意に設定し得ることである。
【0039】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明の一の発明によれば,自動運転建設機械から放土されるダンプトラックやクラッシャ等の作業機械を撮像し、撮像された撮像データに基づいて放土位置データ算出手段によりカメラ座標系での前記作業機械の特徴点の座標を算出し、当該特徴点の座標を制御系に変換して作業機械への放土位置データを算出するようにしたので、作業機械への適切な箇所に放土を可能として適切な積み込みを可能とする。
また、本発明の他の発明によれば、自動運転建設機械から放土されるダンプトラックやクラッシャ等の作業機械を撮像し、撮像された撮像データに基づいて放土位置データを放土位置データ算出手段により複数箇所に領域分割された複数の放土位置データから算出するようにしたので、再生動作時、算出された複数箇所の放土位置データに基づく複数箇所の放土位置に順次放土することができ、作業機械への積み込みが片寄らず、各領域にまんべんなく積み込むことができ、作業効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係わる自動運転ショベルの作業態様を示す図である。
【図2】 本実施形態に係わる自動運転ショベルの再生動作時の制御機構を示すブロック図である。
【図3】 図2に示す画像処理部1717および放土位置データ演算部1719における処理手順を示すフローチャートである。
【図4】 図2に示す画像処理部1717が認識したベツセル14の形状および特徴点a,b,c,dの各位置を示す図である。
【図5】 ベッセル14等の目標物に設定した目標物座標系、カメラ13のレンズ中心を原点としたカメラ座標系、および自動運転ショベル1を自動制御するため基準となる制御座標系の関係を示す図である。
【図6】算出された特徴点の座標から放土位置データを算出する方法を説明するための図である。
【図7】 算出された特徴点の座標から放土位置データを算出する他の方法を説明するための図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic driving construction machine, and more particularly, to an automatic driving construction machine that performs automatic loading work on work machines such as dump trucks and crashers.
[0002]
[Prior art]
Normally, loading work on a dump truck or crusher using a construction machine such as a hydraulic excavator is performed at a crushed stone site by excavating debris from a certain location and releasing it to a certain location such as a dump truck vessel or crusher hopper. It is a monotonous repetitive task of doing. Such a monotonous repetitive operation is painful for the operator, and there is an increasing demand for automatic operation without human intervention.
[0003]
Conventionally, as one of the methods for automating such loading work, the excavation position and the earthing position are taught, and the swivel work is mainly repeatedly performed between these positions without running the hydraulic excavator. It was.
[0004]
Japanese Patent Publication No. Sho 54-7121 discloses a method of automation using a hydraulic excavator. This prior art stores operation state quantities such as an angle and a position obtained by a teaching operation, and performs a reproduction operation. Sometimes the hydraulic excavator is regenerated using the stored value described above.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional method is a self-contained system of a type that does not take into consideration a change in the positional relationship between a hydraulic excavator that performs automatic operation and a work machine such as a dump truck during a regeneration operation.
[0006]
Therefore, when loading debris mined by a hydraulic excavator on a dump truck, etc., it is released at the same position taught each time, so the debris is loaded only at the same location high and proper loading is not possible, Even if the dump truck is not always arranged at the same position, and even if the dump truck is arranged at an appropriate position, if the excavator itself is displaced while repeating the regeneration operation, There was a problem that the dump truck could not be dumped at the proper place to be dumped.
[0007]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an automatic driving construction machine provided with an imaging means, and capable of calculating an appropriate earthing position to a working machine such as a dump truck from the imaging data. To provide construction machinery.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0009]
In the automatic operation construction machine that repeatedly operates the revolving operation from the excavation to the earthing to be taught, the automatic operation construction machine includes an imaging unit that images the work machine that receives the earthing , and the imaged Based on the imaging data, the coordinates of the feature point of the work machine in the camera coordinate system, which is a coordinate system based on the imaging means, are calculated , and the coordinate of the feature point is automatically controlled by the automatic operation construction machine. and a Hodo position data calculating means for calculating the data of the appropriate Hodo position to the working machine is converted into a control coordinate system of the coordinate is serving as a reference coordinate system for, during playback operation, the calculated Hodo position based on the Hodo position data, characterized in that it is taught.
[0010]
The automatic operation construction machine according to claim 1, wherein the release position data calculation means includes a plurality of release positions for dividing an appropriate release position for the work machine into a plurality of regions based on the captured image data. calculating a soil location data, the reproducing operation, a plurality of Hodo position based on a plurality of Hodo position data the calculated, characterized in that it is sequentially taught.
[0011]
Further, in an operation method of an automatic operation construction machine that repeatedly performs a one-round operation from excavation to earth release taught by regenerating operation , a work machine that receives the earth release at a predetermined work position of the automatic operation construction machine is provided. a step of imaging, and calculates the coordinates of the feature points of the working machine in the camera coordinate system which is an imaging means coordinate system based on the by Hodo position data calculating means on the basis of the imaging data obtained by the imaging, the The coordinates of the feature points are converted into the coordinates of the control coordinate system , which is a reference coordinate system for automatically controlling the automatic operation construction machine, and the appropriate earthing position for the work machine is divided into a plurality of areas. The method includes a step of calculating a plurality of earthing position data, and a step of sequentially discharging to a plurality of earthing positions based on the calculated plurality of earthing position data .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0013]
FIG. 1 is a diagram showing a working mode of a hydraulic excavator (hereinafter referred to as an automatic driving excavator) that performs automatic driving according to the present embodiment.
[0014]
In the figure, 1 is an automatic driving excavator that excavates stored debris 3 to be described later and discharges it to a dump truck 2 to be described later, and 2 is provided with a vessel 14 on which debris is loaded and is discharged from the automatic operation shovel 1. A dump truck 3 loads and transports debris, 3 is debris stored in a debris reservoir, and 15 is a remote control device that is remotely located from the automatic excavator 1 and remotely operates the automatic excavator 1.
[0015]
The automatic driving excavator 1 includes a traveling body 4, a revolving body 5 provided on the traveling body 4 so as to be able to turn, a boom 6 provided on the revolving body 5 so as to be able to be lifted and lowered, and a turnable to the tip of the boom 6. The arm 7 provided, the bucket 8 rotatably provided at the tip of the arm 7, the angle sensor 9 for detecting the elevation angle between the swing body 5 and the boom 6, and the rotation angle between the boom 6 and the arm 7 The angle sensor 10 for detecting the angle, the angle sensor 11 for detecting the rotation angle between the arm 7 and the bucket 8, the cab 12 provided on the revolving body 5, the roof 12 such as the cab 12, and the dump truck 2 And a video camera 13 provided for imaging the loading location.
[0016]
The installation position of the video camera 13 is preferably a position where the vessel 14 that is the target for earthing can be seen at all times.
[0017]
FIG. 2 is a block diagram showing a control mechanism at the time of regeneration operation of the automatic operation construction machine according to the present embodiment. In this figure, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are the same as those shown in FIG. Indicates.
[0018]
In the figure, reference numeral 17 denotes an apparatus mounted on the automatic driving excavator 1, 171 is an automatic driving controller mainly composed of a computer, and 172 is driven by a driving signal output from a servo control unit 1717 described later. An electromagnetic control valve 173 for controlling the amount of oil flowing into the actuator or the hydraulic pressure, 173 is a detector for detecting the operation amount of the actuator.
[0019]
The automatic operation controller 171 compares the current position calculation unit 1711 that calculates the operation position of the automatic operation shovel based on the detection signal from the detector 173, the feedback value from the current position calculation unit 1711 and the input value, and Servo control unit 1712 that outputs a drive signal for correcting the deviation to electromagnetic control valve 172, teaching position storage unit 1713 that is taught at the time of teaching or reproducing operation and stores teaching position data, and is operated automatically at the time of teaching. A teaching command storage unit 1720 that stores the teaching command of the excavator 1, a teaching position output processing unit 1714 that outputs teaching position data stored in the teaching position storage unit 1713, and a teaching that is output from the teaching position output processing unit 1714 Servo pre-processing unit 1715 that interpolates between position data, and teaching command from teaching command storage unit 1720 A command interpreter 1716 that outputs the command speed signal for sequentially reading and outputting the teaching position data to the teaching position output processing unit 1714 and outputting the moving speed value between the teaching points, and an image captured by the video camera 13 are output. An image processing unit 1717 that calculates the coordinates of the feature points of the image based on this, and an image capture that stores the position of the automatic driving excavator 1 that is considered appropriate for the video camera 13 to capture the vessel 14. A position storage unit 1718 and an earthing position data calculation unit 1719 that calculates the earthing position from the coordinates of the calculated feature points and outputs the earthing position data to the teaching position storage unit 1713 are configured.
[0020]
As described above, among the teaching position data stored in the teaching position storage unit 1713 such as the earthing position, the excavation position, and the turning direction of the revolving structure 5, the earthing position data is taught by other teaching position data. It is stored in advance during operation, whereas it is stored as release position data every time it is calculated by the release position data calculation unit 1719 during a reproduction operation. Note that processing in the image processing unit 1717 and the earthing position data calculation unit 1719 will be described in detail with reference to FIG.
[0021]
The remote operation device 15 includes a teaching operation unit 151 that stores teaching position data in the teaching position storage unit 1713 during teaching and stores teaching commands in the teaching command storage unit 1720 during playback operation, and a command interpreter unit during playback operation. And a playback operation unit 152 that activates 1716.
[0022]
Next, the operation of the automatic operation construction machine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0023]
First, as shown in FIG. 1, after excavating the stored debris 3 by the bucket 8 of the automatic operation shovel 1, the bucket 8 is moved to the position of the vessel 14 of the dump truck 2, and a predetermined amount of the vessel 14 is determined. A case will be described in which the recirculation operation is performed until the soil is discharged at the position and the bucket 8 is returned to the storage location of the debris 3 again.
[0024]
When the playback operation unit 152 is operated to start playback, a playback start signal is transmitted from the remote operation device 15 to the automatic driving excavator 1 by wireless communication means (not shown) and input to the command interpreter unit 1716. When the command interpreter 1716 receives the reproduction start signal, the command interpreter 1716 sequentially reads out the commands stored in the teaching command storage 1720, and causes the teaching position output processing unit 1714 to output teaching position data from the teaching position storage 1713. The teaching position data is transferred to the servo preprocessing unit 1715, and interpolation calculation is performed so that each front joint of the automatic driving shovel 1 operates at a target speed given from the command interpreter unit 1716. Outputs the angle value. The servo control unit 1712 performs feedback control based on the current position calculated by the current position calculation unit 1711 and outputs a drive signal to the electromagnetic control valve 172 . Thereby, the operation taught in advance is reproduced.
[0025]
Next, a processing procedure in the image processing unit 1717 and the earthing position data calculation unit 1719 shown in FIG. 2 will be described using the flowchart shown in FIG.
[0026]
First, processing in the image processing unit 1717 will be described. In step 101, the automatic driving excavator 1 is set to the image capture position by comparing the current position data input from the current position calculation unit 1711 with the image capture position data stored in the image capture position storage unit 1718. It is determined whether or not the image capture position has been reached, and when the image capture position is reached, an image is captured from the video camera 13 in step 102. Next, in step 103, the captured image signal is denoised by a filter, and in step 104, an edge is extracted using an edge extraction operator. Next, a straight line is extracted from the edge extracted in step 105 using a technique such as Hough transform. Next, at step 106, end points and intersections of line segments in the image are detected from the straight line extracted at step 105 and the edge extracted at step 104. Next, in step 107, the shape of the object is recognized from the object registered in advance, here, the model of the vessel 14 of the dump truck 2 and the line segment information obtained in step 106. If the shape can be recognized, the position information of the feature points on the vessel 14 is obtained in step 108.
[0027]
Here, FIG. 4 shows an example of the shape of the vessel 14 recognized by the image processing unit 1717 and the positions of the feature points a, b, c, and d. Note that the image processing from step 102 to step 108 described above can be realized in whole or in part by hardware, and conversely, in whole or in part, can also be realized by software. .
[0028]
Next, processing in the earthing position data calculation unit 1719 will be described. First, in step 109, performs the coordinate calculation of feature points in the camera coordinate system from the coordinates of the feature points a~d obtained in step 108.
[0029]
In this calculation, as shown in FIG. 5, generally, at least the distance between the three feature points of the object such as the vessel 14 is known, and these points in the screen imaged by the video camera 13 are known. If the positions a to d are known, the position of each point in the space can be obtained by a known calculation method described later. Here, Xo, Yo, Zo shown in 18 is a target coordinate system set for a target such as the vessel 14, and this coordinate system may take anywhere in the space, but here, among the feature points a to d One point a is set as the origin of the target coordinate system. Xc, Yc, Zc shown in 19 is a camera coordinate system with the lens center of the camera 13 as the origin. Xw, Yw, and Zw shown in 20 are control coordinate systems that serve as a reference for automatically controlling the automatic driving excavator 1. As a known calculation method, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-54108, IEICE Transactions D-1 Vol. J72-D-INo. 9pp-1441-1447 is known.
[0030]
Next, in step 110 of FIG. 3, coordinate conversion is performed in order to convert the coordinates of the feature points obtained in the camera coordinate system calculated in step 109 into the coordinates of the control coordinate system.
[0031]
This coordinate transformation can be calculated when the video camera 13 is installed in the automatic driving excavator 1.
[0032]
Next, in step 111, from the coordinates of the feature points converted into the control coordinate system in step 110, the unloading position data to be unloaded on the vessel 14 by the automatic driving shovel 1 is calculated by the method described later.
[0033]
Here, a method (area division method 1) for calculating the earthing position data from the calculated coordinates of the feature points a to d will be described with reference to FIG.
[0034]
In the figure, an area divided by a diagonal line ac and a diagonal line bd of a quadrangle abcd is a loading area. Next, a triangle amd, a triangle bma, a triangle cmb, and a triangle dmc when the intersection of the diagonal line ac and the diagonal line bd is m are defined as a region f11, a region f12, a region f13, and a region f14, respectively. Next, the center position of each area | region f11-f14 is calculated, and let the calculated | required center position be an earth release position.
[0035]
FIG. 7 shows another example of the method (area division method 2) for calculating the earthing position data from the calculated coordinates of the feature points a to d.
[0036]
In the figure, the midpoint m1 of the side ad, the midpoint m2 of the side ab, the midpoint m3 of the side bc, and the midpoint m4 of the side cd are detected from the feature points a to d. Next, let m5 be the intersection of the straight line m1m3 and the straight line m2m4. Here, the square am2m5m1 is the area f21, the square bm3m5m2 is the area f22, the square cm4m5m3 is the area f23, and the square dm1m5m4 is the area f24. Next, in the region f21, a position away from the straight line m1m3 by the distance d1 and a distance d2 from the straight line m2m4 is set as the earthing position. Similarly, in the region f22, the position d3 away from the straight line m1m3 and the distance d4 from the straight line m2m4 is the earthing position, in the region f23 the distance d5 from the straight line m1m3, the position d6 from the straight line m2m4 is the earthing position, and in the region f24 A position that is a distance d7 from the straight line m1m3 and a distance d8 from the straight line m2m4 is defined as a discharge position.
[0037]
Next, in step 112 of FIG. 3, the plurality of earthing position data obtained by each of the above methods are sequentially input into the region f11 (f21), the region f12 (f22), the region f13 (f23), and the region f14 (f24). In order to release the earth, it is sequentially stored in the teaching position storage unit 1713 for each round of the reproduction operation.
[0038]
In each of the above methods, four regions are set, but how many regions can be set can be arbitrarily set according to various conditions.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to one aspect of the present invention, an image of a work machine such as a dump truck or a crusher discharged from an automatic operation construction machine is picked up, and the discharging position data calculation unit is based on the picked-up imaging data. calculating the coordinates of the feature points of the working machine in the camera coordinate system. Thus to calculate the Hodo position data to the working machine by converting the coordinates of the feature point in the control system, appropriate to the work machine It can be dumped at appropriate locations to enable proper loading.
Further, according to another invention of the present invention, an image of a work machine such as a dump truck or a crusher released from an automatic operation construction machine is imaged, and the earthing position data is extracted based on the imaged imaging data. Since the calculation means calculates from a plurality of earthing position data divided into a plurality of areas by the calculation means, during the reproduction operation, the earthing is sequentially performed at a plurality of earthing positions based on the calculated plurality of earthing position data. Therefore, the work machine can be loaded without any deviation, and can be loaded evenly in each area, so that the work efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a working mode of an automatic driving excavator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a control mechanism during a regeneration operation of the automatic driving shovel according to the present embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure in the image processing unit 1717 and the earthing position data calculating unit 1719 shown in FIG. 2;
4 is a diagram showing the shape of the vessel 14 recognized by the image processing unit 1717 shown in FIG. 2 and the positions of the feature points a, b, c, and d.
FIG. 5 shows the relationship among a target coordinate system set for a target such as a vessel 14, a camera coordinate system with the lens center of the camera 13 as an origin, and a control coordinate system serving as a reference for automatically controlling the automatic driving shovel 1. FIG.
FIG. 6 is a diagram for explaining a method for calculating earthing position data from coordinates of calculated feature points.
FIG. 7 is a diagram for explaining another method for calculating earthing position data from coordinates of calculated feature points.

Claims (3)

教示される掘削から放土までの一巡の動作を、再生操作により繰り返し動作する自動運転建設機械において、
該自動運転建設機械は、
前記放土を受ける作業機械を撮像する撮像手段と、
前記撮像した撮像データに基づいて前記撮像手段を基準とした座標系であるカメラ座標系での前記作業機械の特徴点の座標を算出するとともに
当該特徴点の座標を、前記自動運転建設機械を自動制御するための基準となる座標系である制御座標系の座標に変換して前記作業機械への適切な放土位置のデータを算出する放土位置データ算出手段と、を備え、
再生動作時、前記算出した放土位置データに基づく放土位置が教示されることを特徴とする自動運転建設機械。
In the automatic operation construction machine that repeatedly operates by regenerating operation, the one-round operation from excavation to earthmoving taught
The automatic operation construction machine is
Imaging means for imaging the work machine receiving the earth;
Calculates the coordinates of the feature points of the working machine in the camera coordinate system is a coordinate system based on said image pickup means based on the imaging data obtained by the imaging,
The coordinates of the feature points are converted into the coordinates of a control coordinate system , which is a reference coordinate system for automatically controlling the automatic operation construction machine, and data for an appropriate earthing position on the work machine is calculated. Soil position data calculating means,
An automatic operation construction machine characterized in that the earthing position based on the calculated earthing position data is taught during the regenerating operation.
請求項1記載の自動運転建設機械において、
前記放土位置データ算出手段は、前記撮像した撮像データに基づいて前記作業機械への適切な放土位置を複数箇所に領域分割する複数の放土位置データ算出し、
再生動作時、前記算出した複数の放土位置データに基づく複数の放土位置が、順次教示されることを特徴とする自動運転建設機械。
The automatic operation construction machine according to claim 1,
The earthing position data calculating means calculates a plurality of earthing position data for dividing an appropriate earthing position to the work machine into a plurality of areas based on the captured image data,
Playback operation, a plurality of Hodo position based on a plurality of Hodo position data the calculated, automatic operation of construction machine characterized in that it is sequentially taught.
教示される掘削から放土までの一巡の動作を、再生操作により繰り返し動作する自動運転建設機械の運転方法において、
該自動運転建設機械の所定の作業位置で前記放土を受ける作業機械を撮像する工程と、
前記撮像した撮像データに基づいて放土位置データ算出手段により前記撮像手段を基準とした座標系であるカメラ座標系での前記作業機械の特徴点の座標を算出するとともに
当該特徴点の座標を、前記自動運転建設機械を自動制御するための基準となる座標系である制御座標系の座標に変換して前記作業機械への適切な放土位置を複数箇所に領域分割する複数の放土位置データを算出する工程と、
前記算出した複数の放土位置データに基づく複数の放土位置に順次放土する工程と、
を含むことを特徴とする自動運転建設機械の運転方法。
In the operation method of the automatic operation construction machine in which the one-round operation from excavation to earthmoving taught is repeatedly operated by the regeneration operation,
Imaging a work machine that receives the earthing at a predetermined work position of the automatic operation construction machine;
It calculates the coordinates of the feature points of the working machine in the camera coordinate system which is an imaging means coordinate system based on the by Hodo position data calculating means on the basis of the imaging data obtained by the imaging,
The coordinates of the feature points are converted into the coordinates of the control coordinate system , which is the reference coordinate system for automatically controlling the autonomous driving construction machine, and the appropriate earthing position to the work machine is divided into a plurality of areas. Calculating a plurality of earthmoving position data ,
A step of sequentially discharging to a plurality of discharging positions based on the plurality of calculated discharging position data ;
A method for operating an automatic operation construction machine, comprising:
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