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CN107923745A - 挖土机的测量装置 - Google Patents

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CN107923745A
CN107923745A CN201680049597.6A CN201680049597A CN107923745A CN 107923745 A CN107923745 A CN 107923745A CN 201680049597 A CN201680049597 A CN 201680049597A CN 107923745 A CN107923745 A CN 107923745A
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Abstract

本发明提供一种挖土机的测量装置。本发明的实施例所涉及的挖土机的测量装置具备下部行走体(1)；上部回转体(3)，能够回转地搭载于下部行走体(1)；及立体拍摄摄像机(S6)，安装于上部回转体(3)，其中，根据在挖土机的回转中或行走中摄像机(S6)所拍摄的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。

Description

挖土机的测量装置
技术领域
本发明涉及一种测量挖土机周边的地形的测量装置。
背景技术
已知有具备显示系统的挖土机，该显示系统根据挖土机主体的三维位置、动臂、斗杆及铲斗各自的倾斜角及挖土机主体的宽度方向的倾斜角来导出铲斗的刀尖的轨迹(例如，参考专利文献1)。
该显示系统将基于设计数据的设计地形的剖视图和由刀尖的轨迹表示的当前地形的剖视图显示于监视器上。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-148893号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，专利文献1的显示系统未考虑从铲斗溢落的土砂、崩落在洼坑中的土砂、回填的土砂等。因此，有可能无法准确地显示当前地形的剖视图。
鉴于上述，希望提供一种能够更准确地测量挖土机周边的地形的测量装置。
用于解决技术课题的手段
本发明的实施例所涉及的挖土机的测量装置具备：下部行走体；上部回转体，能够回转地搭载于所述下部行走体；及能够进行立体拍摄的摄像机，安装于所述上部回转体，其中，根据在挖土机的回转中或行走中所述摄像机所拍摄的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。
发明效果
通过上述方法，能够提供一种能够更准确地测量挖土机周边的地形的测量装置。
附图说明
图1是本发明的实施例所涉及的挖土机的侧视图。
图2是表示图1的挖土机的驱动系统的结构的图。
图3是表示设备引导装置的结构例的框图。
图4A是表示立体成对图像与摄像机之间的关系的图。
图4B是表示立体成对图像与摄像机之间的关系的图。
图4C是表示立体成对图像与摄像机之间的关系的图。
图5是表示摄像机的安装位置的挖土机的左侧视图。
图6A是表示摄像机的拍摄范围的挖土机的俯视图。
图6B是表示摄像机的拍摄范围的挖土机的俯视图。
图7是表示与上部回转体右向回转时的摄像机有关的测定对象范围的挖土机的俯视图。
图8是表示与上部回转体右向回转时的3台摄像机有关的测定对象范围的挖土机的俯视图。
图9A是示出表示所生成的地形数据的范围的圆环状区域的挖土机的俯视图。
图9B是示出表示所生成的地形数据的范围的圆环状区域的挖土机的俯视图。
图10是表示挖土机的移动路径与圆环状区域之间的位置关系的图。
图11是表示测量挖土机周边的地形的测量系统的一例的图。
具体实施方式
图1是本发明的实施例所涉及的挖土机(挖掘机)的侧视图。挖土机的下部行走体1上经由回转机构2能够回转地搭载有上部回转体3。上部回转体3上安装有动臂4。在动臂4的前端安装有斗杆5，在斗杆5的前端安装有作为端接附属装置的铲斗6。作为端接附属装置，也可以使用斜坡用铲斗、疏浚用铲斗等。
动臂4、斗杆5及铲斗6构成作为附属装置的一例的挖掘附属装置，通过动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9分别被液压驱动。动臂4上安装有动臂角度传感器S1，斗杆5上安装有斗杆角度传感器S2，铲斗6上安装有铲斗角度传感器S3。挖掘附属装置上也可以设置有铲斗倾斜机构。
动臂角度传感器S1检测动臂4的转动角度。本实施例中，动臂角度传感器S1为检测相对于水平面的倾斜而检测动臂4相对于上部回转体3的转动角度的加速度传感器。
斗杆角度传感器S2检测斗杆5的转动角度。本实施例中，斗杆角度传感器S2为检测相对于水平面的倾斜而检测斗杆5相对于动臂4的转动角度的加速度传感器。
铲斗角度传感器S3检测铲斗6的转动角度。本实施例中，铲斗角度传感器S3为检测相对于水平面的倾斜而检测铲斗6相对于斗杆5的转动角度的加速度传感器。当挖掘附属装置具备铲斗倾斜机构时，铲斗角度传感器S3追加检测铲斗6围绕倾斜轴的转动角度。
动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2及铲斗角度传感器S3也可以是利用可变电阻器的电位器、检测对应的液压缸的行程量的行程传感器、检测围绕连结销的转动角度的回转编码器等。
上部回转体3上设置有驾驶室10且搭载有引擎11等动力源。上部回转体3上安装有机体倾斜传感器S4、回转角速度传感器S5及摄像机S6。也可以安装有通信装置S7及定位装置S8。
机体倾斜传感器S4检测上部回转体3相对于水平面的倾斜。本实施例中，机体倾斜传感器S4为检测围绕上部回转体3的前后轴及左右轴的倾斜角的双轴加速度传感器。上部回转体3的前后轴及左右轴例如相互正交并通过作为挖土机的回转轴上的一点的挖土机中心点。
回转角速度传感器S5例如为陀螺仪传感器，检测上部回转体3的回转角速度。回转角速度传感器S5也可以是分解器、回转编码器等。
摄像机S6为获取挖土机的周边的图像的立体拍摄摄像装置。本实施例中，摄像机S6为安装于上部回转体3的1台或多台立体摄像机。但是，摄像机S6也可以是单目摄像机。此时，摄像机S6将稍微错开拍摄位置而拍摄的2个摄像机图像作为立体成对图像。拍摄位置的移动例如通过上部回转体3的回转来实现，且使用陀螺仪传感器、GNSS(Global NavigationSatellite System：全球导航卫星系统)等来测定。
通信装置S7为控制挖土机与外部之间的通信的装置。通信装置S7例如控制GNSS等测量系统与挖土机之间的无线通信。挖土机能够通过使用通信装置S7并经由无线通信来获取包括与目标施工面有关的信息等的设计数据。但是，挖土机也可以使用半导体存储器等来获取设计数据。
定位装置S8为测定挖土机的位置及朝向的装置。本实施例中，定位装置S8为组装有电子罗盘的GNSS接收机，测定挖土机的存在位置的维度、经度、高度，且测定挖土机的朝向。
驾驶室10内设置有输入装置D1、语音输出装置D2、显示装置(显示部)D3、存储装置D4、门锁杆D5、控制器30及设备引导装置50。
控制器30作为进行挖土机的驱动控制的主控制部发挥功能。本实施例中，控制器30由包括CPU及内部存储器的运算处理装置构成。控制器30的各种功能通过CPU执行存放于内部存储器的程序来实现。
设备引导装置50引导挖土机的操作。本实施例中，设备引导装置50例如将由操作人员设定的目标施工面与铲斗6的前端(铲尖)位置在铅垂直方向上的距离以视觉和听觉方式通知操作人员。由此，设备引导装置50引导由操作人员进行的挖土机的操作。设备引导装置50可以将该距离仅以视觉方式告知操作人员，也可以仅以听觉方式告知操作人员。具体而言，设备引导装置50与控制器30同样由包括CPU及内部存储器的运算处理装置构成。设备引导装置50的各种功能通过CPU执行存放于内部存储器的程序来实现。设备引导装置50也可以与控制器30单独地设置，或者也可以组装于控制器30。
输入装置D1为用于由挖土机的操作人员将各种信息输入至设备引导装置50的装置。本实施例中，输入装置D1为安装于显示装置D3的周围的膜片开关。作为输入装置D1，也可以使用触摸面板等。
语音输出装置D2根据来自设备引导装置50的语音输出指令来输出各种语音信息。本实施例中，作为语音输出装置D2，利用直接连接于设备引导装置50的车载扬声器。作为语音输出装置D2，也可以使用蜂鸣器等报警器。
显示装置D3根据来自设备引导装置50的指令来输出各种图像信息。本实施例中，作为显示装置D3，利用直接连接于设备引导装置50的车载液晶显示器。
存储装置D4为用于存储各种信息的装置。本实施例中，作为存储装置D4，使用半导体存储器等非易失性存储介质。存储装置D4存储设备引导装置50等所输出的各种信息。
门锁杆D5为防止挖土机被误操作的机构。本实施例中，门锁杆D5配置于驾驶室10的门与驾驶席之间。在门锁杆D5被提拉而无法使操作人员从驾驶室10退出的情况下，能够操作各种操作装置。另一方面，在门锁杆D5被按下而能够使操作人员从驾驶室10退出的情况下，无法操作各种操作装置。
图2是表示图1的挖土机的驱动系统的结构例的图。图2中，用双重线表示机械动力系统，用粗实线表示高压液压管路，用虚线表示先导管路，用细实线表示电力驱动/控制系统。
引擎11为挖土机的动力源。本实施例中，引擎11为采用不受引擎负荷的增减的影响而恒定维持引擎转速的无差(isochronous)控制的柴油引擎。引擎11中的燃料喷射量、燃料喷射定时、增压压力等通过引擎控制器单元(ECU)D7而被控制。
引擎11上连接有作为液压泵的主泵14及先导泵15。主泵14上经由高压液压管路连接有控制阀17。
控制阀17为进行挖土机的液压系统的控制的液压控制装置。右侧行走用液压马达、左侧行走用液压马达、动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、回转用液压马达等液压致动器经由高压液压管路连接于控制阀17。回转用液压马达也可以是回转用电动发电机。
先导泵15上经由先导管路连接有操作装置26。操作装置26包括操纵杆及踏板。操作装置26经由液压管路及门锁阀D6连接于控制阀17。
门锁阀D6切换连接控制阀17和操作装置26的液压管路的连通/阻断。本实施例中，门锁阀D6为根据来自控制器30的指令来切换液压管路的连通/阻断的电磁阀。控制器30根据门锁杆D5所输出的状态信号来判定门锁杆D5的状态。而且，控制器30在判定为门锁杆D5处于被提拉的状态的情况下，对门锁阀D6输出连通指令。若收到连通指令，则门锁阀D6将打开而使液压管路连通。其结果，操作人员对操作装置26的操作变为有效。另一方面，控制器30在判定为门锁杆D5处于拉下的状态的情况下，对门锁阀D6输出阻断指令。若收到阻断指令，则门锁阀D6将关闭而阻断液压管路。其结果，操作人员对操作装置26的操作变为无效。
压力传感器29以压力的形式检测操作装置26的操作内容。压力传感器29对控制器30输出检测值。
图2表示控制器30与显示装置D3之间的连接关系。本实施例中，显示装置D3经由设备引导装置50连接于控制器30。显示装置D3、设备引导装置50及控制器30可以经由CAN等通信网络连接，也可以经由专用线连接。
显示装置D3包括生成图像的转换处理部D3a。本实施例中，转换处理部D3a根据摄像机S6的输出生成显示用的摄像机图像。因此，显示装置D3经由设备引导装置50获取连接于设备引导装置50的摄像机S6的输出。但是，摄像机S6可以连接于显示装置D3，也可以连接于控制器30。
转换处理部D3a根据控制器30或设备引导装置50的输出生成显示用的图像。本实施例中，转换处理部D3a将控制器30或设备引导装置50所输出的各种信息转换成图像信号。控制器30所输出的信息例如包括表示引擎冷却水的温度的数据、表示工作油的温度的数据、表示燃料的余量的数据等。设备引导装置50所输出的信息包括表示铲斗6的前端(铲尖)位置的数据、表示工作对象的斜坡的朝向的数据、表示挖土机的朝向的数据、表示用于使挖土机与斜坡正对的操作方向的数据等。
转换处理部D3a可以不实现显示装置D3所具有的功能，而实现控制器30或设备引导装置50所具有的功能。
显示装置D3从蓄电池70受到电力的供给而进行动作。蓄电池70通过在引擎11的交流发电机11a(发电机)中发电的电力进行充电。蓄电池70的电力还供给至除控制器30及显示装置D3以外的挖土机的电气安装件72等。引擎11的启动装置11b通过来自蓄电池70的电力而被驱动，并启动引擎11。
引擎11通过引擎控制器单元D7而被控制。引擎控制器单元D7始终向控制器30发送表示引擎11的状态的各种数据。表示引擎11的状态的各种数据例如为表示由水温传感器11c检测的冷却水温度(物理量)的数据。因此，控制器30能够在临时存储部(存储器)30a中积蓄该数据，并且在需要时发送至显示装置D3。
如以下那样向控制器30供给各种数据。各种数据存放于控制器30的临时存储部30a。
首先，从作为可变容量式液压泵的主泵14的调整器14a向控制器30供给表示斜板偏转角的数据。并且，表示主泵14的吐出压力的数据从吐出压力传感器14b被送至控制器30。这些数据(表示物理量的数据)存放于临时存储部30a。在储藏主泵14所吸入的工作油的罐与主泵14之间的管路上设置有油温传感器14c。表示流经该管路的工作油的温度的数据从油温传感器14c供给至控制器30。
从燃料容纳部55中的燃料容纳量检测部55a向控制器30供给表示燃料容纳量的数据。本实施例中，从作为燃料容纳部55的燃料罐中的作为燃料容纳量检测部55a的燃料余量传感器向控制器30供给表示燃料的余量状态的数据。
具体而言，燃料余量传感器由追随液面的浮子和将浮子的上下变动量转换成电阻值的可变电阻器(电位器)构成。通过该结构，燃料余量传感器能够用显示装置D3无级显示燃料的余量状态。燃料容纳量检测部55a的检测方式能够根据使用环境等适当选择，也可以采用能够分级显示燃料的余量状态的检测方式。
由压力传感器29检测对操作装置26进行操作时被送至控制阀17的先导压力。压力传感器29将表示所检测的先导压力的数据供给至控制器30。
本实施例中，如图2所示，挖土机在驾驶室10内具备引擎转速调整刻度表75。引擎转速调整刻度表75为用于调整引擎11的转速的刻度表，本实施例中，能够以4个阶段切换引擎转速。从引擎转速调整刻度表75始终向控制器30发送表示引擎转速的设定状态的数据。引擎转速调整刻度表75能够以SP模式、H模式、A模式及怠速模式这4个阶段切换引擎转速。图2表示在引擎转速调整刻度表75中选择H模式的状态。
SP模式为在欲将工作量设为优先的情况下选择的转速模式，利用最高的引擎转速。H模式为欲兼顾工作量和油耗的情况下选择的转速模式，利用第二高的引擎转速。A模式为在欲将油耗设为优先并且以低噪音运行挖土机的情况下选择的转速模式，利用第三高的引擎转速。怠速模式为欲将引擎11设为怠速状态的情况下选择的转速模式，利用最低的引擎转速。而且，引擎11的转速以在引擎转速调整刻度表75中设定的转速模式的引擎转速被控制为恒定。
接着，参考图3对设备引导装置50的各种功能要素进行说明。图3是表示设备引导装置50的结构例的功能框图。
本实施例中，控制器30除了挖土机整体的动作的控制以外，还控制是否通过设备引导装置50进行引导。具体而言，控制器30根据门锁杆D5的状态、来自压力传感器29的检测信号等来控制是否通过设备引导装置50进行引导。
接着，对设备引导装置50进行说明。本实施例中，设备引导装置50例如接收从动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2、铲斗角度传感器S3、机体倾斜传感器S4、回转角速度传感器S5、输入装置D1及控制器30输出的各种信号及数据。而且，设备引导装置50根据所接收的信号及数据来计算附属装置(例如，铲斗6)的实际位置。而且，设备引导装置50在附属装置的实际位置与目标位置不同的情况下，向语音输出装置D2及显示装置D3发送报警指令而发出报警。
设备引导装置50包括承担各种功能的功能部。本实施例中，设备引导装置50包括倾斜角计算部501、高度计算部503、比较部504、报警控制部505及引导数据输出部506来作为用于对附属装置的动作进行引导的功能部。并且，设备引导装置50包括立体成对图像获取部507、地形数据生成部508、坐标转换部509、坐标修正部510及地形数据显示部511来作为用于测量挖土机周边的地形的功能部，其作为挖土机的测量装置发挥功能。
倾斜角计算部501计算上部回转体3相对于水平面的倾斜角(挖土机的倾斜角)。例如，倾斜角计算部501使用来自机体倾斜传感器S4的检测信号计算挖土机的倾斜角。
高度计算部503计算端接附属装置的工作部位的高度。例如，高度计算部503根据倾斜角计算部501所计算出的倾斜角和动臂4、斗杆5及铲斗6的角度计算铲斗6的前端(铲尖)的高度。动臂4、斗杆5及铲斗6的角度是根据动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2及铲斗角度传感器S3的检测信号计算的。本实施例中，以铲斗6的前端进行挖掘，因此铲斗6的前端(铲尖)相当于端接附属装置的工作部位。另一方面，当以铲斗6的背面进行铺平土砂的工作时，铲斗6的背面相当于端接附属装置的工作部位。当使用破碎机作为铲斗6以外的端接附属装置时，破碎机的前端相当于端接附属装置的工作部位。
比较部504对高度计算部503所计算出的铲斗6的前端(铲尖)的高度与铲斗6的前端(铲尖)的目标高度进行比较。目标高度包含于从引导数据输出部506输出的引导数据中。也可以根据预先输入的设计图面、挖土机的当前位置及工作姿势来进行计算。也可以根据所设定的过去的挖土机的铲尖位置、所输入的目标深度、挖土机的倾斜角及当前的工作姿势(当前的铲尖位置)来进行计算。
报警控制部505在根据比较部504中的比较结果判断为需要报警时，向语音输出装置D2及显示装置D3这两个或其中一个发送报警指令。语音输出装置D2及显示装置D3若接收报警指令，则发出规定的报警通报给挖土机的操作人员。
引导数据输出部506从预先存放于设备引导装置50的存储装置的引导数据中抽取铲斗6的目标高度的数据并对比较部504输出。此时，引导数据输出部506也可以输出与挖土机的当前位置、工作姿势、倾斜角等相对应的铲斗6的目标高度的数据。
立体成对图像获取部507为获取立体成对图像的功能要素。立体成对图像为用于利用三角测量方法导出摄像机S6与成为测定对象的点(以下，设为“测定点”)之间的距离的1对摄像机图像。本实施例中，立体成对图像获取部507获取作为立体摄像机的摄像机S6所输出的1对摄像机图像作为立体成对图像。立体成对图像获取部507也可以获取作为单目摄像机的摄像机S6所输出的2个摄像机图像作为立体成对图像。作为单目摄像机的摄像机S6获取作为立体成对图像的2个摄像机图像时的摄像机S6的拍摄位置的移动例如通过上部回转体3的回转来实现，且使用陀螺仪传感器、GNSS等来测定。而且，能够根据摄像机S6的移动量，使用三角测量方法，与作为立体摄像机的摄像机S6的情况同样地导出摄像机S6与测定点之间的距离。并且，摄像机S6的安装位置、安装角度、焦距等与摄像机S6有关的参数预先存储于存储装置D4等。立体成对图像获取部507根据需要从存储装置D4等读出这些参数。
在此，参考图4A～图4C及图5对摄像机S6的详细内容进行说明。图4A～图4C是表示立体成对图像与摄像机S6之间的关系的图。具体而言，图4A是作为立体摄像机的摄像机S6的俯视图，图4B是作为单目摄像机的摄像机S6a的俯视图。图4C是摄像机S6或摄像机S6a所拍摄的立体成对图像的概略图。并且，图5是表示摄像机S6(摄像机S6a)的安装位置的挖土机的左侧视图。
如图4A所示，当挖土机中安装有作为立体摄像机的摄像机S6时，立体成对图像获取部507获取摄像机S6中的1对摄像部S61、S62各自同时拍摄的1对摄像机图像作为立体成对图像。而且，根据所获取的1对摄像机图像各自中与测定点P相对应的像素之间的偏移和摄像部S61与摄像部S62之间的距离L，利用三角测量方法来获取摄像机S6与测定点P之间的距离。
并且，如图4B所示，当挖土机中安装有作为单目摄像机的摄像机S6a时，立体成对图像获取部507获取摄像机S6a的摄像部S61a在不同的定时所拍摄的2个摄像机图像作为立体成对图像。例如，立体成对图像获取部507获取摄像机S6a位于实线所示的位置时所拍摄的第1摄像机图像和随后摄像机S6a移动至虚线所示的位置时所拍摄的第2摄像机图像作为立体成对图像。此时，摄像机S6a的移动例如通过挖土机主体的行走来实现。而且，立体成对图像获取部507根据GNSS的位置信息确定摄像机S6a的移动量L，并与图4A的情况同样地利用三角测量方法获取摄像机S6a与测定点P之间的距离。
并且，图4A～图4C中，摄像部S61及(摄像机S6a位于实线所示的位置时的)摄像部S61a各自的拍摄范围以被虚线围住的拍摄范围Ra表示。并且，摄像部S62及(摄像机S6a位于虚线所示的位置时的)摄像部S61a各自的拍摄范围以被虚线围住的拍摄范围Rb表示。并且，拍摄范围Ra与拍摄范围Rb的重复拍摄范围R以点图案画了阴影。被单点划线围住的测定对象范围X表示测定点的存在范围。本实施例中，测定对象范围X限定于各摄像机图像的中心部分。这是因为各摄像机图像的周缘部有时因暗角、畸变等的影响而无法准确地导出距离。但是，本发明并不排除测定对象范围X包括周缘部的结构。
并且，立体成对图像获取部507每当满足规定的获取条件时获取立体成对图像。规定的获取条件例如根据上部回转体3的回转角度、挖土机的移动距离等进行设定。本实施例中，立体成对图像获取部507在上部回转体3每回转规定的回转角度α时获取立体成对图像。回转角度例如根据回转角速度传感器S5的输出来导出。并且，立体成对图像获取部507也可以在挖土机每移动(行走)规定的距离D时获取立体成对图像。移动距离例如根据定位装置S8的输出来导出。或者，立体成对图像获取部507可以动态地确定与成为获取条件的回转角度、移动距离等有关的阈值，以便能够有效地获取包含所希望的测定点的图像的立体成对图像。并且，立体成对图像获取部507可以每隔规定的时间间隔获取立体成对图像，也可以根据由挖土机的操作人员进行的操作输入(例如开关操作)在任意的定时获取立体成对图像。作为测量装置的设备引导装置50根据如此获取的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。
在此，参考图6A及图6B对立体成对图像的获取条件的例子进行说明。图6A及图6B是表示摄像机S6的拍摄范围的挖土机的俯视图。具体而言，图6A表示摄像机S6的重复拍摄范围R1、R2，图6B表示由存在于挖土机的后方的物体B形成的死角区域BA1、BA2。并且，图6A及图6B各自中的点线所示的部分表示上部回转体3围绕回转轴SX回转回转角度α时的状态。
例如，立体成对图像获取部507获取在如图6A的实线所示挖土机朝向基准方向时摄像机S6所拍摄的1对摄像机图像作为立体成对图像。重复拍摄范围R1表示与此时摄像机S6所拍摄的1对摄像机图像各自的拍摄范围有关的重复拍摄范围。
然后，立体成对图像获取部507获取在如图6A的点线所示那样上部回转体3右回转回转角度α时摄像机S6所拍摄的1对摄像机图像作为立体成对图像。重复拍摄范围R2表示与此时摄像机S6所拍摄的1对摄像机图像各自的拍摄范围有关的重复拍摄范围。
并且，图6B表示在上部回转体3每回转回转角度α时获取立体成对图像的效果之一。具体而言，死角区域BA1表示在如图6B的实线所示挖土机朝向基准方向时所获取的立体成对图像中无法测量其距离的测定点所存在的范围。并且，死角区域BA2表示在如图6B的点线所示上部回转体3右回转回转角度α时所获取的立体成对图像中无法测量其距离的测定点所存在的范围。而且，死角区域BA12表示死角区域BA1与死角区域BA2重复的范围。如此，通过获取回转角度不同时所获取的2对立体成对图像，立体成对图像获取部507能够导出在1对立体成对图像中未被拍摄的范围所包含的测定点为止的距离。
并且，立体成对图像获取部507也可以对挖土机的操作人员发出指示，以便能够获取所希望的立体成对图像。例如，立体成对图像获取部507可以向语音输出装置D2及显示装置D3中的至少一个输出控制指令而将为获取所希望的立体成对图像所需要的操作的内容通知给挖土机的操作人员。具体而言，可以输出“向右回转”这样的语音消息。
地形数据生成部508为生成地形数据的功能要素。地形数据例如为表示挖土机周边的地面上的各点的三维坐标的集合。三维坐标例如为摄像机坐标系中的坐标。摄像机坐标系为以摄像机为基准的坐标系，例如为三维正交XYZ坐标系，其以摄像机S6的中心点为原点，在摄像机S6的2个光轴的中间取X轴，与包含该2个光轴的平面垂直地取Z轴。
本实施例中，地形数据生成部508根据立体成对图像获取部507所导出的各测定点为止的距离来导出摄像机坐标系中的各测定点的三维坐标。
坐标转换部509为将摄像机坐标系中的坐标转换成其他坐标系中的坐标的功能要素。例如，坐标转换部509将摄像机坐标系中的坐标转换成挖土机坐标系或基准坐标系中的坐标。挖土机坐标系为以挖土机为基准的坐标系，例如为以上部回转体3的回转轴与下部行走体1的接地面的交点为原点，将下部行走体1的前后轴设为X轴，将下部行走体1的左右轴设为Y轴，将回转轴设为Z轴的三维正交XYZ坐标系。基准坐标系例如包括世界测地系统。世界测地系统为在地球的重心置原点，在格林威治子午线与赤道的交点的方向上取X轴，在东经90度的方向上取Y轴，而且在北极方向上取Z轴的三维正交XYZ坐标系。
本实施例中，坐标转换部509将地形数据生成部508所导出的摄像机坐标系中的各测定点的三维坐标转换成世界测地系统中的坐标。但是，在挖土机不行走的情况下生成地形数据时，坐标转换部509也可以将地形数据生成部508所导出的摄像机坐标系中的各测定点的三维坐标转换成挖土机坐标系中的坐标。
坐标修正部510为修正坐标转换部509所导出的转换后的坐标的功能要素。本实施例中，当世界测地系统中的X轴坐标及Y轴坐标共通且Z轴(高度)坐标不同的2个以上的坐标对应于1个测定点时，坐标修正部510由2个以上的Z轴(高度)坐标导出1个代表性的Z轴(高度)坐标。例如，坐标修正部510导出2个以上的Z轴(高度)坐标的平均值作为代表性的Z轴(高度)坐标。用于导出该代表性的Z轴(高度)坐标的Z轴(高度)坐标的数量越多，坐标修正部510越能够更高精度地导出该测定点的高度。
地形数据显示部511为显示设备引导装置50所生成的地形数据的功能要素。本实施例中，地形数据显示部511根据地形数据生成挖土机周边的地形的三维图像(例如线框、多边形网格等)并显示于显示装置D3。地形数据例如为坐标转换部509所导出的转换后的坐标或坐标修正部510所修正的修正后的坐标的集合。地形数据显示部511也可以根据设计数据生成设计地形的三维图像，并将该设计地形的三维图像与挖土机周边的地形的三维图像一同显示于显示装置D3。地形数据显示部511也可以在挖土机周边的地形的三维图像上合成摄像机S6当前所拍摄的图像并进行显示。挖土机的操作人员能够视觉辨认所生成的地形数据来确认有无未测定部位。而且，若存在未测定部位，则能够任意测量该未测定部位的地形。
接着，参考图7对地形数据的生成步骤的一例进行说明。图7是挖土机的俯视图，表示与上部回转体3右向回转时的摄像机S6有关的测定对象范围X1～X4。具体而言，测定对象范围X1为在如图7的实线所示挖土机朝向基准方向时摄像机S6所拍摄的1对摄像机图像中所包含的测定对象范围。测定对象范围X2为在如图7的虚线所示上部回转体3围绕回转轴SX回转回转角度α时摄像机S6所拍摄的1对摄像机图像中所包含的测定对象范围。测定对象范围X3为在如图7的单点划线所示上部回转体3围绕回转轴SX进一步回转回转角度α时摄像机S6所拍摄的1对摄像机图像中所包含的测定对象范围。测定对象范围X4为在如图7的双点划线所示上部回转体3围绕回转轴SX进一步回转回转角度α时摄像机S6所拍摄的1对摄像机图像中所包含的测定对象范围。
重复测定对象范围X12表示测定对象范围X1与测定对象范围X2重复的范围。重复测定对象范围X23表示测定对象范围X2与测定对象范围X3重复的范围，重复测定对象范围X34表示测定对象范围X3与测定对象范围X4重复的范围。
立体成对图像获取部507在上部回转体3每回转回转角度α时获取立体成对图像，并导出各立体成对图像中所包含的测定对象范围内的各测定点为止的距离。而且，地形数据生成部508根据立体成对图像获取部507所导出的各测定点为止的距离导出摄像机坐标系中的各测定点的三维坐标。而且，坐标转换部509将地形数据生成部508所导出的摄像机坐标系中的各测定点的三维坐标转换成世界测地系统中的坐标。
因此，若操作人员使上部回转体3回转360度，则设备引导装置50能够对挖土机周边的圆环状区域TR中所包含的各测定点获取2个Z轴(高度)坐标。
在对各测定点获取2个Z轴(高度)坐标的情况下，坐标修正部510导出这2个Z轴(高度)坐标的平均值作为代表性的Z轴(高度)坐标。
立体成对图像获取部507也可以在上部回转体3每回转回转角度2α(回转角度α的2倍)时获取立体成对图像。此时，设备引导装置50对挖土机周边的圆环状区域TR中所包含的各测定点获取1个Z轴(高度)坐标，并将该1个Z轴(高度)坐标直接设为代表性的Z轴(高度)坐标。如此一来，设备引导装置50能够生成圆环状区域TR的地形数据。
接着，参考图8对地形数据的生成步骤的另一例进行说明。图8是挖土机的俯视图，表示与上部回转体3右向回转时的3台摄像机S6(后方摄像机S6B、右侧方摄像机S6R、左侧方摄像机S6L)有关的测定对象范围。具体而言，测定对象范围X1、Y1、Z1为在如图8的实线所示挖土机朝向基准方向时后方摄像机S6B、右侧方摄像机S6R、左侧方摄像机S6L各自所拍摄的1对摄像机图像中所包含的测定对象范围。关于测定对象范围X2、Y2、Z2、X3、Y3、Z3也相同。
并且，重复测定对象范围X12表示测定对象范围X1与测定对象范围X2重复的范围。关于重复测定对象范围Y12、Z12、X23、Y23、Z23也相同。
立体成对图像获取部507在上部回转体3每回转回转角度α时获取3对立体成对图像，并导出各立体成对图像中所包含的测定对象范围内的各测定点为止的距离。而且，地形数据生成部508根据立体成对图像获取部507所导出的各测定点为止的距离来导出摄像机坐标系中的各测定点的三维坐标。而且，坐标转换部509将地形数据生成部508所导出的摄像机坐标系中的各测定点的三维坐标转换成世界测地系统中的坐标。
因此，若操作人员使上部回转体3回转180度，则设备引导装置50能够对挖土机周边的圆环状区域TR中所包含的各测定点获取2个或4个Z轴(高度)坐标。具体而言，圆环状区域TR中所包含的测定点由如下构成：具有根据左侧方摄像机S6L所拍摄的2对立体成对图像导出的2个Z轴(高度)坐标的测定点；具有根据右侧方摄像机S6R所拍摄的2对立体成对图像导出的2个Z轴(高度)坐标的测定点；及具有根据左侧方摄像机S6L或右侧方摄像机S6R所拍摄的2对立体成对图像和后方摄像机S6B所拍摄的2对立体成对图像导出的4个Z轴(高度)坐标的测定点。挖土机中也可以追加安装有前方摄像机。此时，若操作人员使上部回转体3回转90度，则设备引导装置50能够对挖土机周边的圆环状区域TR中所包含的各测定点获取2个Z轴(高度)坐标。
在对各测定点获取至少2个Z轴(高度)坐标的情况下，坐标修正部510导出该至少2个Z轴(高度)坐标的平均值作为代表性的Z轴(高度)坐标。
立体成对图像获取部507也可以在上部回转体3每回转回转角度2α(回转角度α的2倍)时获取立体成对图像。此时，设备引导装置50对挖土机周边的圆环状区域TR中所包含的各测定点获取1个或2个Z轴(高度)坐标。而且，当Z轴(高度)坐标的数量为1个时，将该1个Z轴(高度)坐标直接设为代表性的Z轴(高度)坐标，当Z轴(高度)坐标的数量为2个时，将其平均值设为代表性的Z轴(高度)坐标。如此一来，设备引导装置50能够生成圆环状区域TR的地形数据。
接着，参考图9A、图9B及图10，对搭载于反复进行回转和行走的挖土机上的设备引导装置50生成地形数据的情况进行说明。图9A及图9B是在上部回转体3的上部后端搭载有摄像机S6的挖土机的俯视图。具体而言，图9A示出表示使停止行走中的挖土机回转360度时所生成的地形数据的范围的圆环状区域TR1(以斜线阴影表示的区域)。并且，图9B除了图9A的圆环状区域TR1以外，还示出表示使挖土机行走规定的距离D之后回转360度时所生成的地形数据的范围的圆环状区域TR2。并且，以细点阴影表示的区域TR12表示圆环状区域TR1与圆环状区域TR2的重复区域。并且，规定的距离D为从圆环状区域TR1、TR2的外径Da减去内径Db的长度。这意味着若挖土机行走规定的距离D，则圆环状区域TR1的内圆与圆环状区域TR2的外圆相切，且圆环状区域TR2的内圆与圆环状区域TR1的外圆相切。并且，图9B的以粗点阴影表示的区域表示使挖土机行走规定的距离D之后回转360度时最初生成的地形数据的范围。具体而言，是圆环状区域TR1的内圆的内侧的区域、及在圆环状区域TR1的外圆的外侧且圆环状区域TR2的外圆的内侧的区域。
接着，参考图10，对移动的挖土机为了生成地形数据而进行360度回转的定时和通过该360度回转而生成的地形数据的范围(圆环状区域)进行说明。图10表示挖土机的移动路径CT与圆环状区域TR1～TR8之间的位置关系。并且，图10表示挖土机沿着移动路径CT从左向右移动而以圆环状区域TR1、TR2、……的顺序生成地形数据。
图10中，圆环状区域TR3为止，表示在挖土机每移动距离D时回转360度的情况下所生成的地形数据的范围。从圆环状区域TR4至圆环状区域TR6为止，表示在挖土机每移动距离(Da+Db)时回转360度的情况下所生成的地形数据的范围。从圆环状区域TR7开始，表示在挖土机每移动距离2Da(圆环状区域的外径Da的2倍)时回转360度的情况下所生成的地形数据的范围。
如此一来，设备引导装置50能够在反复进行回转和移动的挖土机上一边在适当的定时自动获取立体成对图像一边生成地形数据。
设备引导装置50可以一边将为生成所希望的范围的地形数据所需要的操作的内容通知给挖土机的操作人员，一边以尽量避免重复或者尽量产生重复的方式生成该所希望的范围的地形数据。“重复”意味着关于1个测定点获取2个以上的不同的Z轴(高度)坐标。而且，避免重复会带来能够有效地生成地形数据的效果，另一方面，产生重复会带来能够提高地形数据的精度的效果。但是，工作现场的地形随着工作的进行而时时刻刻发生变化。因此，设备引导装置50也可以通过每隔规定时间测量挖土机周边的地形并以该测量结果更新地形数据来获取最新的地形数据。并且，也可以通过比较新旧的地形数据来计算成为工作对象的土砂的量。成为工作对象的土砂的量例如为通过挖掘工作挖掘出的土砂的量、回填工作中回填的土砂的量等。
通过以上的结构，作为挖土机的测量装置发挥功能的设备引导装置50根据在挖土机的回转中立体拍摄摄像机所拍摄的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。因此，能够生成挖土机周边(例如周围360度)的地形数据。其结果，能够实现施工进展状况的有效管理。
并且，设备引导装置50根据以各种回转角度拍摄的多对立体成对图像来测量挖土机周边的地形。因此，能够缩小由存在于挖土机周边的物体形成的死角区域(无法生成地形数据的区域)。
并且，通过利用后方摄像机S6B、右侧方摄像机S6R及左侧方摄像机S6L这3台摄像机各自所拍摄的立体成对图像，能够更有效地且/或更高精度地生成挖土机周边的地形数据。
并且，设备引导装置50使用如此生成的地形数据，能够支援由挖土机的操作人员进行的操作或者能够执行挖土机的自动控制。其结果，能够实现顺畅的施工。
并且，设备引导装置50由于根据立体成对图像测量挖土机周边的地形，因此能够比根据铲斗刀尖的轨迹导出地形数据的结构更准确地生成地形数据。这是因为能够掌握由例如从铲斗6溢落的土砂、崩落在洼坑的土砂、回填的土砂等引起的地表面的变化。
并且，设备引导装置50根据安装于上部回转体3的摄像机所拍摄的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。因此，无需在挖土机的外部设置摄像机，也不会存在摄像机成为工作障碍的情况。
并且，设备引导装置50也可以根据由第1立体成对图像导出的测定点的第1位置坐标和由在与第1立体成对图像不同的条件下拍摄的第2立体成对图像导出的该测定点的第2位置坐标来确定该测定点的位置坐标。并且，设备引导装置50也可以根据由第1摄像机所拍摄的立体成对图像导出的测定点的第1位置坐标和由第2摄像机所拍摄的立体成对图像导出的该测定点的第2位置坐标来确定该测定点的位置坐标。如此，设备引导装置50可以根据与1个测定点有关的多个位置坐标确定最终使用的位置坐标。例如，可以将多个高度坐标的平均值设为最终的高度坐标。
以上，详细说明了本发明的优选实施例。但是，本发明并不限于上述实施例。在不脱离本发明的范围的前提下，能够对上述实施例施加各种变形及置换。
例如，上述实施例中，用于测量挖土机周边的地形的功能部作为设备引导装置50的一部分而安装，但也可以组装于安装在挖土机主体的控制器30。并且，也可以组装于设置在挖土机的外部的管理装置或智能手机等移动终端。
图11是表示用于测量挖土机周边的地形的功能部组装于管理装置及移动终端中的至少1个的、作为测量装置的测量系统的一例的图。如图11所示，测量系统包括挖土机PS、管理装置FS、移动终端MS(支援装置)。挖土机PS、管理装置FS及移动终端MS作为通过通信网络CN相互连接的通信终端发挥功能。构成测量系统的挖土机PS、管理装置FS及移动终端MS可以分别为1台，也可以为多台。图11的例子中，测量系统包括1台挖土机PS、1台管理装置FS及1台移动终端MS。
挖土机PS具有通信装置S7。通信装置S7向挖土机PS的外部发送信息。通信装置S7发送例如管理装置FS及移动终端MS中的至少一个能够接收的信息。
管理装置FS为管理挖土机PS的工作的装置，例如为设置于工作现场外的管理中心等的具备显示装置的计算机。管理装置FS也可以是使用者能够携带的便携式计算机。移动终端MS为具备显示装置的通信终端，包括智能手机、平板电脑终端、笔记本电脑等。
在挖土机PS中获取了立体成对图像的情况下，挖土机PS的通信装置S7经由通信网络CN向管理装置FS及移动终端MS发送信息。该信息包括为测量挖土机周边的地形所需要的信息。管理装置FS及移动终端MS生成挖土机周边的地形的三维图像(例如线框、多边形网格等)，并将该三维图像显示于附带的显示装置(显示部)。由此，挖土机PS的管理人员等能够使用管理装置FS及移动终端MS中的至少一个来确认挖土机周边的地形。其结果，能够掌握由从铲斗6溢落的土砂、崩落在洼坑的土砂、回填的土砂等引起的地表面的变化，能够实现施工进展状况的有效管理。
或者，挖土机PS或管理装置FS也可以生成挖土机周边的地形的三维图像，向移动终端MS发送与所生成的三维图像有关的数据，并在移动终端MS的显示装置(显示部)显示该三维图像。
并且，上述实施例中，设备引导装置50根据在挖土机的回转中摄像机S6所拍摄的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。然而，本发明并不限定于该结构。例如，设备引导装置50可以根据在挖土机的行走中摄像机S6所拍摄的立体成对图像来测量挖土机周边的地形，也可以根据在挖土机的行走中且回转中摄像机S6所拍摄的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。
本申请主张基于2015年8月26日申请的日本专利申请2015-167166号的优先权，并将该日本专利申请的全部内容通过参考援用于本申请中。
符号说明
1-下部行走体，2-回转机构，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-驾驶室，11-引擎，11a-交流发电机，11b-启动装置，11c-水温传感器，14-主泵，14a-调整器，14b-吐出压力传感器，14c-油温传感器，15-先导泵，17-控制阀，26-操作装置，29-压力传感器，30-控制器，30a-临时存储部，50-设备引导装置，55-燃料容纳部，55a-燃料容纳量检测部，70-蓄电池，72-电气安装件，75-引擎转速调整刻度表，501-倾斜角计算部，503-高度计算部，504-比较部，505-报警控制部，506-引导数据输出部，507-立体成对图像获取部，508-地形数据生成部，509-坐标转换部，510-坐标修正部，511-地形数据显示部，B-物体，CN-通信网络，FS-管理装置，MS-移动终端，S1-动臂角度传感器，S2-斗杆角度传感器，S3-铲斗角度传感器，S4-机体倾斜传感器，S5-回转角速度传感器，S6、S6a-摄像机，S6B-后方摄像机，S6L-左侧方摄像机，S6R-右侧方摄像机，S61、S61a、S62-摄像部，S7-通信装置，S8-定位装置，D1-输入装置，D2-语音输出装置，D3-显示装置，D3a-转换处理部，D4-存储装置，D5-门锁杆，D6-门锁阀，D7-引擎控制器单元。

Claims (10)

1.一种挖土机的测量装置，其具备：下部行走体；上部回转体，能够回转地搭载于所述下部行走体；及能够进行立体拍摄的摄像机，安装于所述上部回转体，其中，
根据在挖土机的回转中或行走中所述摄像机所拍摄的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。
2.根据权利要求1所述的挖土机的测量装置，其中，
所述摄像机由多个摄像机构成，
根据使用所述多个摄像机拍摄的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。
3.根据权利要求1所述的挖土机的测量装置，其中，
所述摄像机为单目摄像机，
所述摄像机获取在不同的定时所拍摄的2个图像作为立体成对图像，并根据所获取的立体成对图像来测量挖土机周边的地形。
4.根据权利要求1所述的挖土机的测量装置，其中，
将摄像机坐标系中的地形数据转换成挖土机坐标系中的地形数据。
5.根据权利要求1所述的挖土机的测量装置，其中，
将摄像机坐标系中的地形数据转换成基准坐标系中的地形数据，
所述基准坐标系包括世界测地系统。
6.根据权利要求1所述的挖土机的测量装置，其中，
每行走规定距离时、且/或每回转规定角度时、且/或每隔规定的时间间隔测量地形。
7.根据权利要求1所述的挖土机的测量装置，其中，
根据由所述挖土机的操作人员进行的操作输入来测量地形。
8.根据权利要求1所述的挖土机的测量装置，其中，
同时显示地形数据和设计数据。
9.根据权利要求1所述的挖土机的测量装置，其中，
测量地形的同时获取摄像机图像，并在地形数据上合成摄像机图像并进行显示。
10.根据权利要求1所述的挖土机的测量装置，其中，
通过每隔规定时间测量地形并以该测量结果更新地形数据来获取最新的地形数据，并通过比较新旧的地形数据来计算成为工作对象的土砂的量。
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