JP2024120453A

JP2024120453A - Construction Machinery

Info

Publication number: JP2024120453A
Application number: JP2023027261A
Authority: JP
Inventors: 裕之金澤; 大輔熊田; 量太相川; 雄一尾崎
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2023-02-24
Filing date: 2023-02-24
Publication date: 2024-09-05

Abstract

【課題】掘削爪の長さ寸法の変化を容易に、かつ正確に把握することにより、マシンガイダンスやマシンコントロールを用いた作業の信頼性を向上する。【解決手段】油圧ショベル１は、作業装置７のバケット１０を撮影するカメラを備えている。この上で、コントローラ１９は、カメラ１８が撮影したバケット１０の画像を解析して掘削爪１２の長さ寸法Ｌ１（Ｌ０）を算出し、算出した掘削爪１２の長さ寸法Ｌ１（Ｌ０）の変化量を爪先位置演算に反映させる。【選択図】図１[Problem] To improve the reliability of work using machine guidance or machine control by easily and accurately grasping changes in the length dimension of an excavation claw. [Solution] A hydraulic excavator 1 is equipped with a camera that photographs a bucket 10 of a working device 7. A controller 19 then analyzes an image of the bucket 10 photographed by a camera 18 to calculate the length dimension L1 (L0) of the excavation claw 12, and reflects the calculated amount of change in the length dimension L1 (L0) of the excavation claw 12 in the claw tip position calculation. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、マシンガイダンスやマシンコントロールを利用して作業を行う油圧ショベル等の建設機械に関する。 The present invention relates to construction machinery such as hydraulic excavators that use machine guidance and machine control to carry out work.

一般に、建設機械の代表例である油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、を備えている。上部旋回体の前側には、バケットを有する作業装置が回動可能に設けられ、この作業装置を用いて土砂の掘削作業等の土木作業が行われる。 Generally, hydraulic excavators, which are a typical example of construction machinery, are equipped with a self-propelled lower traveling body and an upper rotating body that is rotatably mounted on the lower traveling body. A working device with a bucket is rotatably mounted on the front side of the upper rotating body, and this working device is used to perform civil engineering work such as excavating soil and sand.

近年では、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）を用いた情報化施工が土木作業にも導入されている。この情報化施工には、トータルステーション（ＴＳ）や全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）を利用したマシンガイダンス（ＭＧ）、マシンコントロール（ＭＣ）がある。マシンガイダンス（ＭＧ）は、油圧ショベルのバケットの掘削爪の先端位置を演算し、演算したバケットの掘削爪の先端位置や、演算したバケットの掘削爪の先端位置と施工情報から設計値（三次元設計データ）との差分を算出してオペレータに提供し、油圧ショベルの操作をサポートするものである。マシンコントロール（ＭＣ）は、油圧ショベルのバケットの掘削爪の先端位置を演算し、バケットの掘削爪の先端位置が設計値（三次元設計データ）に沿うように機械をリアルタイムに自動制御し施工を行うものである。 In recent years, information-based construction using ICT (Information and Communication Technology) has been introduced into civil engineering work. This information-based construction includes machine guidance (MG) and machine control (MC) that use total stations (TS) and global navigation satellite systems (GNSS). Machine guidance (MG) calculates the tip position of the digging claws of the hydraulic excavator bucket, calculates the calculated tip position of the digging claws of the bucket, and calculates the difference between the calculated tip position of the digging claws of the bucket and the design value (three-dimensional design data) from the construction information, and provides this to the operator, thereby supporting the operation of the hydraulic excavator. Machine control (MC) calculates the tip position of the digging claws of the hydraulic excavator bucket, and automatically controls the machine in real time to perform construction so that the tip position of the digging claws of the bucket is in line with the design value (three-dimensional design data).

マシンガイダンスやマシンコントロールを行う油圧ショベルは、作業装置の姿勢を検出する姿勢検出センサと、姿勢検出センサによって検出された作業装置の姿勢に基づいて、バケットの掘削爪の先端位置を演算する爪先位置演算を実行するコントローラと、を備えている（特許文献１）。 A hydraulic excavator that performs machine guidance and machine control is equipped with a posture detection sensor that detects the posture of the work equipment, and a controller that performs a toe position calculation that calculates the tip position of the bucket's excavation claws based on the posture of the work equipment detected by the posture detection sensor (Patent Document 1).

しかし、バケットに設けられた掘削爪は、掘削時の衝撃や摩擦によって摩耗や欠損を生じて長さ寸法が短くなることがある。また、掘削爪を交換する場合、新品の掘削爪を取付けた場合と、中古の掘削爪を取付けた場合でも、長さ寸法が変化する。このように掘削爪の長さ寸法が変化すると、爪先位置演算を用いて作業を行う場合に、作業精度が低下する虞がある。 However, the digging claws on the bucket can become worn or damaged due to impacts and friction during digging, shortening their length. Furthermore, when replacing the digging claws, the length changes whether a new digging claw is installed or a used digging claw is installed. If the length of the digging claws changes in this way, there is a risk that the accuracy of work will decrease when work is performed using claw tip position calculations.

そこで、爪先位置演算を用いて作業を行う油圧ショベルには、掘削爪の長さ寸法の変化、例えば、掘削爪の摩耗量を算出する機能を備えたものがある。この油圧ショベルは、掘削爪の先端を地面に位置決めした状態でバケットを回動させることにより、任意の座標の移動寸法を検出して掘削爪の摩耗量を算出している（特許文献２）。 Some hydraulic excavators that use toe position calculations to carry out work are equipped with a function to calculate changes in the length dimension of the excavation claw, for example, the amount of wear on the excavation claw. This hydraulic excavator detects the movement dimension of any coordinate by rotating the bucket with the tip of the excavation claw positioned on the ground, and calculates the amount of wear on the excavation claw (Patent Document 2).

特開２０２１－４５４０号公報JP 2021-4540 A 特許第６４０１２９６号公報Patent No. 6401296

しかし、掘削爪の摩耗量による座標の変化は僅かであるから、掘削爪の先端の位置がずれないようにバケットを回動させる必要がある。これには、掘削爪を押付けることができる強固な地面が必要になる上に、熟練した作業装置の操作技術も必要になる。従って、掘削爪の正確な摩耗量を得るのが難しくなり、マシンガイダンスやマシンコントロールを用いた作業の信頼性が低下するという問題がある。 However, because the change in coordinates due to wear on the excavation claws is slight, it is necessary to rotate the bucket so that the position of the tip of the excavation claw does not shift. This requires a solid ground against which the excavation claws can be pressed, as well as skilled techniques for operating the work equipment. This makes it difficult to obtain an accurate measurement of the wear on the excavation claws, which reduces the reliability of work using machine guidance and machine control.

本発明の目的は、掘削爪の長さ寸法の変化を容易に、かつ正確に把握することにより、マシンガイダンスやマシンコントロールを用いた作業の信頼性を向上できるようにした建設機械を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a construction machine that can easily and accurately grasp changes in the length dimension of the excavation claws, thereby improving the reliability of work using machine guidance and machine control.

本発明は、車体と、前記車体に設けられ、先端にバケットを有する作業装置と、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出センサと、前記姿勢検出センサによって検出された前記作業装置の姿勢に基づいて、前記バケットの掘削爪の先端位置を演算する爪先位置演算を実行するコントローラと、を備えた建設機械において、前記バケットを撮影するカメラを備え、前記コントローラは、前記カメラが撮影した前記バケットの画像を解析して前記掘削爪の長さ寸法を算出し、算出した前記掘削爪の長さ寸法の変化量を前記爪先位置演算に反映させる。 The present invention relates to a construction machine including a vehicle body, a working device provided on the vehicle body and having a bucket at its tip, an attitude detection sensor for detecting the attitude of the working device, and a controller for executing a toe position calculation for calculating the tip position of the excavation claw of the bucket based on the attitude of the working device detected by the attitude detection sensor. The construction machine is equipped with a camera for photographing the bucket, and the controller analyzes an image of the bucket photographed by the camera to calculate the length dimension of the excavation claw, and reflects the calculated amount of change in the length dimension of the excavation claw in the toe position calculation.

本発明によれば、掘削爪の長さ寸法の変化を容易に、かつ正確に把握することができ、マシンガイダンスやマシンコントロールを用いた作業の信頼性を向上することができる。 According to the present invention, changes in the length dimension of the excavation claws can be easily and accurately grasped, improving the reliability of work using machine guidance and machine control.

本発明の第１の実施形態による油圧ショベルを示す左側面図である。FIG. 1 is a left side view showing a hydraulic excavator according to a first embodiment of the present invention. 図１中の作業装置を示す左側面図である。FIG. 2 is a left side view showing the working device in FIG. 1 . バケットの他端側とカメラを示す左側面図である。FIG. 13 is a left side view showing the other end of the bucket and the camera. カメラを示す左側面図である。FIG. カメラを示す斜視図である。FIG. マシンガイダンスを行うための構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram for performing machine guidance. カメラが撮影したバケットの他端側（掘削爪）の画像を示す説明図である。10 is an explanatory diagram showing an image of the other end side (digging claw) of the bucket captured by the camera. FIG. 爪先位置演算を行うための流れを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a procedure for calculating a toe position. 本発明の第２の実施形態によるマシンガイダンスを行うための構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram for performing machine guidance according to a second embodiment of the present invention. 第２の実施形態によるマシンガイダンスを行うための流れを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a flow for performing machine guidance according to a second embodiment. 本発明の第３の実施形態によるマシンガイダンスを行うための構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram for performing machine guidance according to a third embodiment of the present invention. 第３の実施形態による爪先位置演算を行うための流れを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a procedure for performing a toe position calculation according to the third embodiment.

以下、本発明に係る建設機械の実施形態を、クローラ式の油圧ショベルに適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実施形態では、作業装置の伸長方向を前後方向とし、作業装置の伸長方向と直交する作業装置の幅方向を左右方向として説明する。 Below, an embodiment of the construction machine according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings, taking as an example a case where it is applied to a crawler-type hydraulic excavator. Note that in the embodiment, the extension direction of the working device will be described as the front-rear direction, and the width direction of the working device, which is perpendicular to the extension direction of the working device, will be described as the left-right direction.

図１ないし図８は第１の実施形態を示している。図１において、建設機械の代表例である油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、下部走行体２に旋回可能に搭載され、下部走行体２と共に車体を構成する上部旋回体３と、上部旋回体３の前側に回動可能に取付けられた後述の作業装置７と、を備えている。油圧ショベル１は、下部走行体２によって作業の現場を走行し、上部旋回体３を旋回させつつ作業装置７を回動させることにより、土砂の掘削作業等を行う。 Figures 1 to 8 show the first embodiment. In Figure 1, a hydraulic excavator 1, which is a representative example of a construction machine, is equipped with a self-propelled crawler-type lower traveling body 2, an upper rotating body 3 that is rotatably mounted on the lower traveling body 2 and forms a vehicle body together with the lower traveling body 2, and a working device 7 (described below) that is rotatably attached to the front side of the upper rotating body 3. The hydraulic excavator 1 travels on the work site using the lower traveling body 2, and performs work such as excavating soil and sand by rotating the upper rotating body 3 while rotating the working device 7.

上部旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム４を有し、旋回フレーム４の前側の左右方向の中間部には、作業装置７のブーム８等が回動可能に取付けられている。上部旋回体３は、旋回フレーム４の左前部にキャブ５を備えている。 The upper rotating body 3 has a rotating frame 4 as a base, and a boom 8 of a work device 7 is rotatably attached to the front left-right middle part of the rotating frame 4. The upper rotating body 3 has a cab 5 at the front left of the rotating frame 4.

キャブ５は、運転室を画成するボックス状に形成され、その内部には、オペレータが座る運転席（図示せず）が設けられている。また、運転席の前側には、油圧ショベル１の走行動作を制御する走行用レバー・ペダル装置（図示せず）が設けられている。運転席の左右両側には、上部旋回体３の旋回動作および作業装置７の回動動作を制御する作業用レバー装置（図示せず）が設けられている。さらに、キャブ５内には、油圧ショベル１に搭載された機器（エンジン、アクチュエータ、センサ等）の状態、作業の状態、作業の指示等の情報を表示するモニタ６（本発明の表示装置）、後述のコントローラ１８が設けられている。 The cab 5 is formed in a box shape that defines the driver's compartment, and inside it is provided a driver's seat (not shown) where the operator sits. In addition, in front of the driver's seat is provided a travel lever and pedal device (not shown) that controls the travel operation of the hydraulic excavator 1. On both the left and right sides of the driver's seat are provided work lever devices (not shown) that control the rotation operation of the upper rotating body 3 and the rotation operation of the work device 7. Furthermore, inside the cab 5 are provided a monitor 6 (the display device of the present invention) that displays information such as the status of the equipment (engine, actuators, sensors, etc.) installed on the hydraulic excavator 1, the status of the work, and work instructions, and a controller 18, which will be described later.

図１、図２に示すように、作業装置７は、上部旋回体３の前側に回動可能に取付けられている。作業装置７は、後述するブーム８、アーム９、バケット１０、バケットリンク１３、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６を含んで構成されている。作業装置７は、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６を適宜に伸長、縮小させることにより、ブーム８、アーム９、バケット１０等を回動して土砂の掘削作業等を行う。また、作業装置７には、ブーム８、アーム９、バケット１０の姿勢を検出する後述の姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃが設けられている。 As shown in Figures 1 and 2, the working device 7 is rotatably attached to the front side of the upper rotating body 3. The working device 7 is composed of a boom 8, an arm 9, a bucket 10, a bucket link 13, a boom cylinder 14, an arm cylinder 15, and a bucket cylinder 16, which will be described later. The working device 7 rotates the boom 8, arm 9, bucket 10, etc. by appropriately extending and retracting the boom cylinder 14, arm cylinder 15, and bucket cylinder 16 to perform work such as excavating soil and sand. The working device 7 is also provided with posture detection sensors 17A, 17B, and 17C, which will be described later, that detect the postures of the boom 8, arm 9, and bucket 10.

ブーム８は、上部旋回体３の旋回フレーム４に回動可能に取付けられている。ブーム８は、前側に倒した状態で下側に位置する下面８Ａ、上側に位置する上面８Ｂおよび左右両側に位置する側面８Ｃ（左側のみ図示）を有している。ブーム８は、長さ方向の中間部が逆Ｖ字状に折り曲げられた角筒構造体として形成されている。 The boom 8 is rotatably attached to the rotating frame 4 of the upper rotating body 3. When the boom 8 is tilted forward, it has a lower surface 8A located on the lower side, an upper surface 8B located on the upper side, and side surfaces 8C located on both the left and right sides (only the left side is shown). The boom 8 is formed as a rectangular tube structure with the middle part in the length direction bent into an inverted V shape.

ブーム８は、一端側の端部が連結ピン（図示せず）を用いて旋回フレーム４に回動可能に取付けられている。ブーム８の他端側の端部には、アーム９の一端側の端部が取付けられている。ブーム８の下面８Ａには、アーム９とバケット１０を折り畳んだときに、バケット１０の他端側と対面する位置（長さ方向の中間部付近）に、後述のカメラ１８が取付けられている。さらに、上面８Ｂには、長さ方向の中間部付近に位置してアームシリンダブラケット８Ｄが設けられている。 One end of the boom 8 is rotatably attached to the swivel frame 4 using a connecting pin (not shown). One end of the arm 9 is attached to the other end of the boom 8. A camera 18 (described below) is attached to the underside 8A of the boom 8 in a position (near the middle in the length direction) that faces the other end of the bucket 10 when the arm 9 and bucket 10 are folded. In addition, an arm cylinder bracket 8D is provided on the upper side 8B, located near the middle in the length direction.

アーム９は、ブーム８の他端側の端部に回動可能に取付けられている。アーム９は、直線的な角筒構造体として形成されている。アーム９は、一端側の端部が左右方向に延びた連結ピン９Ａを用いてブーム８の他端側の端部に回動可能に取付けられている。アーム９の一端側の端部には、アームシリンダブラケット９Ｂが設けられている。また、アーム９の一端側には、バケットシリンダブラケット９Ｃが設けられている。アーム９の他端側の端部には、バケット１０の一端側の端部が取付けられている。 The arm 9 is rotatably attached to the other end of the boom 8. The arm 9 is formed as a linear rectangular tube structure. One end of the arm 9 is rotatably attached to the other end of the boom 8 using a connecting pin 9A that extends in the left-right direction. An arm cylinder bracket 9B is provided at one end of the arm 9. Also, a bucket cylinder bracket 9C is provided at one end of the arm 9. One end of the bucket 10 is attached to the other end of the arm 9.

バケット１０は、アーム９の他端側の端部に回動可能に取付けられている。バケット１０は、内部が土砂の収容空間となったバケット本体１１と、バケット本体１１の他端側に設けられた複数の掘削爪１２とを有している。 The bucket 10 is rotatably attached to the other end of the arm 9. The bucket 10 has a bucket body 11, the inside of which is a storage space for soil and sand, and a number of excavation claws 12 provided on the other end of the bucket body 11.

バケット本体１１は、掘削した土砂等を収容する。バケット本体１１は、凹湾曲状をなす底板１１Ａと、底板１１Ａの左右両側に固着された左側板１１Ｂおよび右側板１１Ｃ（図７参照）とを有し、これら底板１１Ａ、左側板１１Ｂ、右側板１１Ｃによって土砂の収容空間が形成されている。底板１１Ａの一端側には、左右方向に間隔をもって一対のブラケット１１Ｄが設けられている。また、底板１１Ａの他端側には、底板１１Ａよりも厚肉な平板状のカッティングエッジ１１Ｅが設けられている。そして、バケット本体１１は、一対のブラケット１１Ｄが左右方向に延びた連結ピン１１Ｆを用いてアーム９の他端側の端部に回動可能に取付けられている。また、一対のブラケット１１Ｄには、バケットリンク１３の前リンク１３Ｂが回動可能に取付けられている。 The bucket body 11 stores excavated soil and sand. The bucket body 11 has a bottom plate 11A having a concave curved shape, and a left plate 11B and a right plate 11C (see FIG. 7) fixed to both the left and right sides of the bottom plate 11A. The bottom plate 11A, the left plate 11B, and the right plate 11C form a storage space for soil and sand. A pair of brackets 11D are provided at one end of the bottom plate 11A with a gap in the left-right direction. A cutting edge 11E that is thicker than the bottom plate 11A is provided at the other end of the bottom plate 11A. The bucket body 11 is rotatably attached to the other end of the arm 9 by using a connecting pin 11F that extends in the left-right direction to the pair of brackets 11D. The front link 13B of the bucket link 13 is rotatably attached to the pair of brackets 11D.

掘削爪１２は、バケット本体１１の他端側に位置するカッティングエッジ１１Ｅの他端から突出して設けられている。掘削爪１２は、カッティングエッジ１１Ｅに左右方向に並んで複数本、例えば本実施形態においては５本配置されている。掘削爪１２は、後述のアダプタ１２Ａ、ポイント１２Ｂおよび固定ピン１２Ｃによって構成されている。 The digging claws 12 are provided protruding from the other end of the cutting edge 11E located on the other end side of the bucket body 11. A plurality of digging claws 12, for example five in this embodiment, are arranged side by side in the left-right direction on the cutting edge 11E. The digging claws 12 are composed of an adapter 12A, a point 12B, and a fixing pin 12C, which will be described later.

５本のアダプタ１２Ａは、バケット本体１１のカッティングエッジ１１Ｅに左右方向に一定の間隔をもって配置されている。アダプタ１２Ａは、カッティングエッジ１１Ｅを挟んだ状態で、カッティングエッジ１１Ｅに溶接によって固着されている。また、カッティングエッジ１１Ｅから突出したアダプタ１２Ａの先端部（他端部）には、ポイント１２Ｂが着脱可能に取付けられる。 The five adapters 12A are arranged at regular intervals in the left-right direction on the cutting edge 11E of the bucket body 11. The adapters 12A are fixed to the cutting edge 11E by welding while sandwiching the cutting edge 11E. In addition, a point 12B is removably attached to the tip (other end) of the adapter 12A protruding from the cutting edge 11E.

５本のポイント１２Ｂは、交換式の爪部として形成されている。ポイント１２Ｂは、長さ方向の基端側が厚肉となり、先端側が薄肉となっている。ポイント１２Ｂの基端側は、アダプタ１２Ａの先端部に被さる凹部となっている。 The five points 12B are formed as replaceable claws. The base end of the points 12B is thicker in the length direction and the tip end is thinner. The base end of the points 12B is recessed to cover the tip of the adapter 12A.

そして、ポイント１２Ｂは、基端側の凹部をアダプタ１２Ａの先端部に被せた（嵌合した）状態で、ポイント１２Ｂの凹部とアダプタ１２Ａの先端部とに亘り、カッティングエッジ１１Ｅの厚さ方向に固定ピン１２Ｃを打ち込むことにより、アダプタ１２Ａに固定的に取付けることができる。また、固定ピン１２Ｃを打ち込み方向と反対に打ち抜くことにより、アダプタ１２Ａからポイント１２Ｂを取外すことができる。これにより、ポイント１２Ｂは、大きく摩耗した場合や欠損した場合に交換することができる。 The point 12B can be fixedly attached to the adapter 12A by driving a fixing pin 12C in the thickness direction of the cutting edge 11E, spanning the recess of the point 12B and the tip of the adapter 12A, with the recess on the base end covering (fitting) the tip of the adapter 12A. The point 12B can also be removed from the adapter 12A by punching out the fixing pin 12C in the opposite direction to the driving direction. This allows the point 12B to be replaced if it becomes significantly worn or is missing.

ここで、図７に示すように、５本の掘削爪１２は、ポイント１２Ｂと反対側となるアダプタ１２Ａの基端部１２Ａ１からポイント１２Ｂの先端部１２Ｂ１までが全体の長さ寸法（全長寸法）となる。掘削爪１２の全長寸法は、新品の掘削爪１２の全長寸法となる後述の基準長さ寸法Ｌ２から摩耗や欠損を経て後述の算出長さ寸法Ｌ１へと短く変化する。アダプタ１２Ａの基端部１２Ａ１は、図７に示すカメラ１８が撮影した画像における固定点（摩耗や欠損が生じても変化しない点）となっている。摩耗や欠損による掘削爪１２の全長寸法の変化、具体的には、新品のポイント１２Ｂの先端部１２Ｂ２と比較して現状のポイント１２Ｂの先端部１２Ｂ１がどれだけ短くなったのかを計測する場合には、掘削爪１２の長さ方向において基準となる任意の点（本実施形態ではアダプタ１２Ａの基端部１２Ａ１）を設定し、その任意の点からポイント１２Ｂの先端部１２Ｂ１までの寸法を計測している。前述した基準となる任意の点は、摩耗や欠損が生じても変化しない点であればよく、固定ピン１２Ｃやポイント１２Ｂの基端部でもよい。 Here, as shown in FIG. 7, the five excavation claws 12 have an overall length dimension (total length dimension) from the base end 12A1 of the adapter 12A, which is the opposite side to the point 12B, to the tip end 12B1 of the point 12B. The total length dimension of the excavation claw 12 is shortened from the reference length dimension L2 described below, which is the total length dimension of a new excavation claw 12, to the calculated length dimension L1 described below through wear and damage. The base end 12A1 of the adapter 12A is a fixed point (a point that does not change even if wear or damage occurs) in the image taken by the camera 18 shown in FIG. 7. When measuring the change in the total length dimension of the excavation claw 12 due to wear and damage, specifically, how much the tip end 12B1 of the current point 12B has become shorter compared to the tip end 12B2 of the new point 12B, an arbitrary point (in this embodiment, the base end 12A1 of the adapter 12A) is set as a reference in the length direction of the excavation claw 12, and the dimension from the arbitrary point to the tip end 12B1 of the point 12B is measured. The arbitrary reference point mentioned above can be any point that does not change even if wear or damage occurs, and can be the base end of the fixed pin 12C or point 12B.

摩耗や欠損によって変化する掘削爪１２（ポイント１２Ｂ）の長さ寸法、即ち、算出長さ寸法Ｌ１を計測する場合、カメラ１８で撮影した画像を解析して掘削爪１２の外縁（輪郭）を明確にし、画像データから掘削爪１２を抽出する。このときに、アダプタ１２Ａの基端部１２Ａ１は、平坦なカッティングエッジ１１Ｅから突出しているから当該カッティングエッジ１１Ｅとの境界部分が明確であり、掘削爪１２の外縁を正確に抽出する（見分ける）ことができる。 When measuring the length dimension of the digging claw 12 (point 12B) that changes due to wear and tear, i.e., the calculated length dimension L1, the image captured by the camera 18 is analyzed to clarify the outer edge (contour) of the digging claw 12, and the digging claw 12 is extracted from the image data. At this time, since the base end 12A1 of the adapter 12A protrudes from the flat cutting edge 11E, the boundary with the cutting edge 11E is clear, and the outer edge of the digging claw 12 can be accurately extracted (distinguished).

バケットリンク１３は、アーム９の他端側とバケット１０との間に設けられている。バケットリンク１３は、一端がアーム９の先端側に連結された後リンク１３Ａと、一端が後リンク１３Ａの他端に連結され、他端がバケット本体１１のブラケット１１Ｄに連結された前リンク１３Ｂとにより構成されている。 The bucket link 13 is provided between the other end of the arm 9 and the bucket 10. The bucket link 13 is composed of a rear link 13A having one end connected to the tip side of the arm 9, and a front link 13B having one end connected to the other end of the rear link 13A and the other end connected to the bracket 11D of the bucket body 11.

ブームシリンダ１４は、ブーム８を挟んで左右に１本ずつ設けられている（左側のみ図示）。ブームシリンダ１４は、長さ方向の一端が旋回フレーム４に回動可能に取付けられ、他端がブーム８の側面８Ｃに回動可能に取付けられている。２本のブームシリンダ１４は、伸縮することにより、ブーム８を上部旋回体３（旋回フレーム４）に対して前後方向ないし上下方向に回動させる。 The boom cylinders 14 are provided on either side of the boom 8 (only the left side is shown). One end of the boom cylinder 14 in the length direction is rotatably attached to the rotating frame 4, and the other end is rotatably attached to the side surface 8C of the boom 8. The two boom cylinders 14 extend and retract to rotate the boom 8 in the front-rear and up-down directions relative to the upper rotating body 3 (rotating frame 4).

アームシリンダ１５は、ブーム８とアーム９との間に設けられている。アームシリンダ１５は、長さ方向の一端がブーム８のアームシリンダブラケット８Ｄに回動可能に取付けられ、他端がアーム９のアームシリンダブラケット９Ｂに回動可能に取付けられている。アームシリンダ１５は、伸縮することにより、アーム９をブーム８に対して前後方向ないし上下方向に回動させる。 The arm cylinder 15 is provided between the boom 8 and the arm 9. One end of the arm cylinder 15 in the longitudinal direction is rotatably attached to the arm cylinder bracket 8D of the boom 8, and the other end is rotatably attached to the arm cylinder bracket 9B of the arm 9. The arm cylinder 15 extends and retracts to rotate the arm 9 in the forward/backward or upward/downward direction relative to the boom 8.

バケットシリンダ１６は、アーム９とバケットリンク１３との間に設けられている。バケットシリンダ１６は、長さ方向の一端がアーム９のバケットシリンダブラケット９Ｃに回動可能に取付けられ、他端が後リンク１３Ａと前リンク１３Ｂとの連結部に回動可能に取付けられている。バケットシリンダ１６は、伸縮することにより、バケット１０をアーム９に対して前後方向ないし上下方向に回動させる。 The bucket cylinder 16 is provided between the arm 9 and the bucket link 13. One end of the bucket cylinder 16 in the longitudinal direction is rotatably attached to the bucket cylinder bracket 9C of the arm 9, and the other end is rotatably attached to the connection between the rear link 13A and the front link 13B. The bucket cylinder 16 extends and retracts to rotate the bucket 10 in the front-rear direction or the up-down direction relative to the arm 9.

姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、作業装置７に設けられ、作業装置７の姿勢を検出する。姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、後述のコントローラ１９の入力部に接続されている。姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、ブーム８、アーム９、バケット１０の角度を検出し、その検出データをコントローラ１９に出力する。姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃには、旋回フレーム４とブーム８との間、ブーム８とアーム９との間、アーム９とバケット１０との間に設けられた角度センサ、ブームシリンダ１４、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１６の伸縮状態（長さ寸法）を検出するストロークセンサ等が用いられる。 The attitude detection sensors 17A, 17B, and 17C are provided on the working device 7 and detect the attitude of the working device 7. The attitude detection sensors 17A, 17B, and 17C are connected to the input section of the controller 19 described below. The attitude detection sensors 17A, 17B, and 17C detect the angles of the boom 8, arm 9, and bucket 10, and output the detection data to the controller 19. The attitude detection sensors 17A, 17B, and 17C include angle sensors provided between the rotating frame 4 and the boom 8, between the boom 8 and the arm 9, and between the arm 9 and the bucket 10, and stroke sensors that detect the extension and contraction states (length dimensions) of the boom cylinder 14, arm cylinder 15, and bucket cylinder 16.

このように構成された作業装置７は、アームシリンダ１５とバケットシリンダ１６を大きく伸長させ、姿勢検出センサ１７Ｂ，１７Ｃを用いてアーム９とバケット１０とを所定の姿勢に配置する。これにより、バケット１０がブーム８の下面８Ａに対面した位置に配置される。以降の説明では、バケット１０がブーム８の下面８Ａに対面した姿勢を「特定位置」と呼称する。 The work device 7 configured in this manner greatly extends the arm cylinder 15 and bucket cylinder 16, and positions the arm 9 and bucket 10 in a specified position using the position detection sensors 17B, 17C. This positions the bucket 10 in a position facing the underside 8A of the boom 8. In the following description, the position in which the bucket 10 faces the underside 8A of the boom 8 is referred to as the "specific position."

カメラ１８は、ブーム８の下面８Ａに設けられている。カメラ１８は、ブーム８の下面８Ａに対して前後方向に回動可能に取付けられている。カメラ１８は、バケット１０がブーム８の下面８Ａに対面した特定位置（図１ないし図３に示す位置）に配置された状態で、掘削爪１２を含むバケット１０の他端側を撮影する。このときに、カメラ１８は、２本以上となる５本の掘削爪１２を含む範囲を撮影する。具体的には、カメラ１８は、図７に示す範囲を撮影する。 The camera 18 is provided on the underside 8A of the boom 8. The camera 18 is attached to the underside 8A of the boom 8 so that it can rotate in the front-rear direction. The camera 18 photographs the other end side of the bucket 10, including the excavation claws 12, when the bucket 10 is placed in a specific position (the position shown in Figures 1 to 3) facing the underside 8A of the boom 8. At this time, the camera 18 photographs an area including five (two or more) excavation claws 12. Specifically, the camera 18 photographs the area shown in Figure 7.

図４、図５に示すように、カメラ１８は、ブーム８の下面８Ａに取付けられた固定部材１８Ａと、固定部材１８Ａにボルト１８Ｂを介して前後方向に回動可能に連結された回動部材１８Ｃと、回動部材１８Ｃに設けられたカメラ本体１８Ｄと、により構成されている。カメラ本体１８Ｄは、有線または無線で後述のコントローラ１９に接続されている。カメラ１８は、ボルト１８Ｂを緩めて回動部材１８Ｃを回動させることにより、カメラ本体１８Ｄをバケット１０の他端側（カッティングエッジ１１Ｅ、掘削爪１２等）に対面させることができ、この位置でボルト１８Ｂを締付けることで固定することができる。従って、アーム９やバケット１０が交換された場合でも、回動部材１８Ｃを回動させて対応することができる。カメラ本体１８Ｄがバケット１０の他端側に対面した位置とは、カメラ本体１８Ｄの光軸がカッティングエッジ１１Ｅに直交した位置または凡そ直交した位置である。 As shown in Figures 4 and 5, the camera 18 is composed of a fixed member 18A attached to the underside 8A of the boom 8, a rotating member 18C connected to the fixed member 18A via a bolt 18B so as to be rotatable in the front-rear direction, and a camera body 18D provided on the rotating member 18C. The camera body 18D is connected to a controller 19, described later, by wire or wirelessly. The camera 18 can be made to face the other end side of the bucket 10 (cutting edge 11E, excavation claw 12, etc.) by loosening the bolt 18B and rotating the rotating member 18C, and can be fixed in this position by tightening the bolt 18B. Therefore, even if the arm 9 or bucket 10 is replaced, the rotating member 18C can be rotated to accommodate it. The position where the camera body 18D faces the other end side of the bucket 10 is a position where the optical axis of the camera body 18D is perpendicular or approximately perpendicular to the cutting edge 11E.

図６に示すように、コントローラ１９は、例えば上部旋回体３のキャブ５内に設けられている。コントローラ１９は、例えば、マイクロコンピュータからなる演算部（図示せず）、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリからなる記憶部１９Ａ、信号を受信する入力部、信号を発信する出力部（いずれも図示せず）等を備えている。コントローラ１９の入力部には、姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ、カメラ１８のカメラ本体１８Ｄ、エンジンスイッチ、各種センサ類（いずれも図示せず）が接続されている。一方、コントローラ１９の出力部には、キャブ５内のモニタ６等が接続されている。 As shown in FIG. 6, the controller 19 is provided, for example, in the cab 5 of the upper rotating body 3. The controller 19 includes, for example, a calculation unit (not shown) consisting of a microcomputer, a memory unit 19A consisting of semiconductor memory such as ROM or RAM, an input unit for receiving signals, and an output unit for transmitting signals (none of which are shown). The input unit of the controller 19 is connected to the attitude detection sensors 17A, 17B, and 17C, the camera body 18D of the camera 18, an engine switch, and various sensors (none of which are shown). On the other hand, the output unit of the controller 19 is connected to the monitor 6 in the cab 5, etc.

コントローラ１９の記憶部１９Ａは、事前に入力した設計データの座標と全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）、トータルステーション（ＴＳ：Total Station）等を利用して算出した現状の座標との差を報知するマシンガイダンス、カメラ１８から送信された画像の解析（掘削爪１２の抽出）、解析した画像に基づく掘削爪１２の長さ寸法Ｌ１の算出、摩耗等による掘削爪１２の寸法変化を反映したマシンガイダンスの数値補正、等の処理プログラムを有している。また、記憶部１９Ａには、掘削爪１２の長さ寸法の基準値、本実施形態では、新品のポイント１２Ｂを取付けたときの掘削爪１２の基準長さ寸法Ｌ２が記憶されている。この掘削爪１２の基準長さ寸法Ｌ２は、マシンガイダンスの数値補正を行うときに使用される。 The memory unit 19A of the controller 19 has processing programs such as machine guidance that notifies the difference between the coordinates of the design data input in advance and the current coordinates calculated using the Global Navigation Satellite System (GNSS), a total station (TS), etc., analysis of the image transmitted from the camera 18 (extraction of the excavation claw 12), calculation of the length dimension L1 of the excavation claw 12 based on the analyzed image, and numerical correction of the machine guidance that reflects the dimensional change of the excavation claw 12 due to wear, etc. Also, the memory unit 19A stores a reference value of the length dimension of the excavation claw 12, which in this embodiment is the reference length dimension L2 of the excavation claw 12 when a new point 12B is attached. This reference length dimension L2 of the excavation claw 12 is used when performing numerical correction of the machine guidance.

コントローラ１９は、カメラ１８が撮影したバケット１０の掘削爪１２の画像を解析してバケット１０の掘削爪１２の長さ寸法を算出し、算出したバケット１０の掘削爪１２の長さ寸法の変化量を爪先位置演算に反映させる。また、コントローラ１９は、カメラ１８が撮影した掘削爪１２の画像を解析することにより算出した掘削爪１２の長さ寸法Ｌ１に基づき基準値となる基準長さ寸法Ｌ２を補正し、その補正した基準値長さ寸法Ｌ２により爪先位置演算を行うと共に、演算した掘削爪１２の爪先位置（先端部１２Ｂ１）の情報をモニタ６に表示させる。 The controller 19 analyzes the image of the excavation claw 12 of the bucket 10 captured by the camera 18 to calculate the length dimension of the excavation claw 12 of the bucket 10, and reflects the calculated change in the length dimension of the excavation claw 12 of the bucket 10 in the toe position calculation. The controller 19 also corrects the reference length dimension L2, which serves as a reference value, based on the length dimension L1 of the excavation claw 12 calculated by analyzing the image of the excavation claw 12 captured by the camera 18, performs the toe position calculation based on the corrected reference value length dimension L2, and displays information on the calculated toe position (tip portion 12B1) of the excavation claw 12 on the monitor 6.

摩耗や欠損による掘削爪１２の全長寸法の変化、具体的には、新品のポイント１２Ｂと比較して現状のポイント１２Ｂがどれだけ短くなったのかを計測する手段について、その一例を説明する。カメラ１８の画像を解析して掘削爪１２の長さ寸法Ｌ１を算出し、この算出長さ寸法Ｌ１を、新品のポイント１２Ｂが取付けられた掘削爪１２の基準長さ寸法Ｌ２と比較し、摩耗等によって短くなった差分の寸法ΔＬを算出する（Ｌ２－Ｌ１＝ΔＬ）。 An example of a means for measuring the change in the overall length of the excavation claw 12 due to wear or damage, specifically, how much the current point 12B has become shorter compared to a new point 12B, is described below. The image from the camera 18 is analyzed to calculate the length L1 of the excavation claw 12, and this calculated length L1 is compared with the reference length L2 of the excavation claw 12 with the new point 12B attached, and the difference ΔL that has been shortened due to wear, etc. is calculated (L2-L1=ΔL).

本実施形態による油圧ショベル１は上述の如き構成を有するもので、油圧ショベル１を用いて掘削作業を行う場合には、オペレータは、キャブ５内に乗込み、走行用レバー・ペダル装置（図示せず）を操作することにより、油圧ショベル１を所望の作業場所まで自走させる。そして、オペレータは、作業用レバー装置（図示せず）を操作することにより、上部旋回体３を旋回させつつ、作業装置７のブーム８、アーム９、バケット１０を回動させて土砂の掘削作業を行う。この掘削作業を含む各種作業を行うときに、例えば、全地球航法衛星システム、トータルステーション等にリンクしたマシンガイダンスを利用し、モニタ６に表示された指示に沿って作業を行うことで、簡単かつ正確に設計データ通りに作業することができる。 The hydraulic excavator 1 according to this embodiment has the above-mentioned configuration, and when performing excavation work using the hydraulic excavator 1, the operator gets into the cab 5 and operates the travel lever/pedal device (not shown) to drive the hydraulic excavator 1 to the desired work site. The operator then operates the work lever device (not shown) to rotate the upper rotating body 3 while rotating the boom 8, arm 9, and bucket 10 of the work device 7 to perform excavation work of soil and sand. When performing various works including this excavation work, for example, machine guidance linked to a global navigation satellite system, a total station, etc. is used, and the work is performed according to the instructions displayed on the monitor 6, allowing the work to be performed simply and accurately according to the design data.

ここで、バケット１０に設けられた掘削爪１２（ポイント１２Ｂ）は、掘削時の衝撃や摩擦によって摩耗や欠損を生じて全長寸法が短くなることがある。また、掘削爪１２のポイント１２Ｂを交換する場合、新品のポイント１２Ｂを取付けた場合と、中古のポイント１２Ｂを取付けた場合でも、掘削爪１２の全長寸法が変化する。このように掘削爪１２の全長寸法が変化すると、マシンガイダンスに沿って作業を行う場合に、作業精度が低下することが考えられる。 The excavation claw 12 (point 12B) provided on the bucket 10 may become worn or damaged due to impacts and friction during excavation, shortening its overall length. In addition, when replacing the point 12B of the excavation claw 12, the overall length of the excavation claw 12 changes whether a new point 12B is installed or a used point 12B is installed. If the overall length of the excavation claw 12 changes in this way, it is thought that the accuracy of work will decrease when working along machine guidance.

これに対し、特許文献１の発明の油圧ショベルは、掘削爪の先端を地面に位置決めした状態でバケットを回動させることにより、任意の座標の移動寸法を検出して掘削爪の摩耗量（長さ寸法）を算出している。 In contrast, the hydraulic excavator disclosed in Patent Document 1 rotates the bucket while the tip of the digging claw is positioned on the ground, and detects the movement dimension of any coordinate to calculate the wear (length dimension) of the digging claw.

しかし、掘削爪の摩耗量による座標の変化は僅かであるから、掘削爪の先端の位置がずれないようにバケットを回動させる必要がある。これには、掘削爪を押付けることができる強固な地面が必要になる上に、熟練した作業装置の操作技術も必要になる。従って、掘削爪の正確な摩耗量を把握するのが難しくなり、マシンガイダンスを用いた作業の信頼性が低下してしまう。そこで、本実施形態では、マシンガイダンスを利用して油圧ショベル１を操作するときに、マシンガイダンスの寸法表示（作業指示）をコントローラ１９によって補正している。 However, because the change in coordinates due to wear on the excavation claws is slight, it is necessary to rotate the bucket so that the position of the tip of the excavation claw does not shift. This requires a solid ground against which the excavation claws can be pressed, as well as skilled techniques for operating the work equipment. This makes it difficult to grasp the exact amount of wear on the excavation claws, reducing the reliability of work using machine guidance. Therefore, in this embodiment, when operating the hydraulic excavator 1 using machine guidance, the dimensional display (work instructions) of the machine guidance is corrected by the controller 19.

次に、マシンガイダンスを利用して油圧ショベル１で作業するときのコントローラ１９の制御処理およびマシンガイダンスに用いる寸法表示の補正処理について、図８を参照して説明する。 Next, the control process of the controller 19 when working with the hydraulic excavator 1 using machine guidance and the correction process of the dimensional display used in the machine guidance will be described with reference to FIG. 8.

図８のステップＳ１では、作業装置７の掘削爪１２を特定位置に配置する。具体的には、図１、図２に示すように、アームシリンダ１５とバケットシリンダ１６を大きく伸長させてアーム９とバケット１０を折り畳むことにより、バケット１０の他端側に位置する掘削爪１２がブーム８の下面８Ａに対面するように、姿勢検出センサ１７Ｂ，１７Ｃを用いてアーム９とバケット１０とを所定の姿勢、即ち、特定位置に配置する。これにより、掘削爪１２を含むバケット１０の他端側は、カメラ１８のカメラ本体１８Ｄに対し、所定の距離寸法および所定の角度位置に配置されている。 In step S1 of FIG. 8, the excavation claw 12 of the working device 7 is placed in a specific position. Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the arm cylinder 15 and bucket cylinder 16 are greatly extended to fold the arm 9 and bucket 10, and the arm 9 and bucket 10 are placed in a specific position, i.e., in a specific position, using the position detection sensors 17B and 17C so that the excavation claw 12 located at the other end of the bucket 10 faces the underside 8A of the boom 8. As a result, the other end of the bucket 10, including the excavation claw 12, is placed at a specific distance and angle relative to the camera body 18D of the camera 18.

この場合、所定の距離寸法は、カメラ１８がバケット１０の他端側を撮影したときに、２本以上の掘削爪１２を撮影できる距離寸法である。本実施形態では、図７に示すように、５本の掘削爪１２を撮影できる距離寸法に設定している。 In this case, the predetermined distance is a distance that allows two or more excavation claws 12 to be photographed when the camera 18 photographs the other end of the bucket 10. In this embodiment, the distance is set to a distance that allows five excavation claws 12 to be photographed, as shown in FIG. 7.

また、所定の角度位置とは、アダプタ１２Ａの基端部１２Ａ１とポイント１２Ｂの先端部１２Ｂ１とを明確に撮影できる角度であり、望ましくは、カメラ本体１８Ｄの光軸がカッティングエッジ１１Ｅに直交する角度位置または凡そ直交した角度位置となる。これにより、カメラ１８は、複数本の掘削爪１２の全体を掘削爪１２の正面から明確に撮影することができる。 The predetermined angular position is an angle at which the base end 12A1 of the adapter 12A and the tip end 12B1 of the point 12B can be clearly photographed, and is preferably an angular position at which the optical axis of the camera body 18D is perpendicular to the cutting edge 11E or approximately perpendicular to it. This allows the camera 18 to clearly photograph the entirety of the multiple excavation claws 12 from the front of the excavation claws 12.

続いて、作業装置７の掘削爪１２を特定位置に配置したら、ステップＳ２に移り、カメラ１８で複数本（５本）の掘削爪１２（バケット１０の他端側）を撮影し、ステップＳ３では、撮影した画像データをコントローラ１９に送信する。 Next, once the excavation claws 12 of the work device 7 are positioned in a specific position, the process proceeds to step S2, where the camera 18 captures an image of the multiple (five) excavation claws 12 (on the other end side of the bucket 10), and in step S3, the captured image data is sent to the controller 19.

ステップＳ４では、画像データを画像解析して個々の掘削爪１２を抽出する。例えば、コントローラ１９は、カメラ１８で撮影した画像を解析して５本の掘削爪１２の外縁（輪郭）を明確にすることで、画像データから５本の掘削爪１２の全体像を抽出する。 In step S4, the image data is subjected to image analysis to extract the individual excavation claws 12. For example, the controller 19 analyzes the image captured by the camera 18 to clarify the outer edges (contours) of the five excavation claws 12, thereby extracting an overall image of the five excavation claws 12 from the image data.

続くステップＳ５では、コントローラ１９は、５本の掘削爪１２について、アダプタ１２Ａの基端部１２Ａ１からポイント１２Ｂの先端部１２Ｂ１までの直線距離で使用している画素の個数を数える。そして、カメラ本体１８Ｄの画素の間隔寸法（画素数）と計数した画素の個数との関係から個々の掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１を算出する。ここで、５本の掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１にばらつきがある場合には、各算出長さ寸法Ｌ１の平均値Ｌ０を用いる。 In the next step S5, the controller 19 counts the number of pixels used in the linear distance from the base end 12A1 of the adapter 12A to the tip end 12B1 of the point 12B for the five excavation claws 12. Then, the calculated length dimension L1 of each excavation claw 12 is calculated from the relationship between the pixel spacing dimension (number of pixels) of the camera body 18D and the number of counted pixels. Here, if there is variation in the calculated length dimensions L1 of the five excavation claws 12, the average value L0 of each calculated length dimension L1 is used.

掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ０を算出したら、ステップＳ６に移行して、予め記憶されていた摩耗していない（新品の）ポイント１２Ｂが取付けられた掘削爪１２の基準長さ寸法（基準値）Ｌ２と掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ０との変化量を爪先位置演算に反映させて差分の寸法ΔＬを算出する。続く、ステップＳ７では、算出した差分の長さ寸法ΔＬをマシンガイダンスに用いる数値に加算する補正を行う。即ち、掘削爪１２が摩耗した分（長さ寸法ΔＬ）だけバケット１０を掘削面の近くまで移動できるように指示する。ステップＳ８では、補正された爪先位置の情報（補正値）をモニタ６に表示する。そして、オペレータは、モニタ６に表示された爪先位置の情報を参照して作業を行うことにより、正確な作業を行うことができる。 After calculating the calculated length dimension L0 of the excavation claw 12, the process proceeds to step S6, where the amount of change between the reference length dimension (reference value) L2 of the excavation claw 12 to which the previously stored unworn (new) point 12B is attached and the calculated length dimension L0 of the excavation claw 12 is reflected in the toe position calculation to calculate the difference dimension ΔL. In the following step S7, a correction is performed by adding the calculated difference length dimension ΔL to the numerical value used for the machine guidance. In other words, the instruction is given so that the bucket 10 can be moved closer to the excavation surface by the amount of wear (length dimension ΔL) of the excavation claw 12. In step S8, the corrected toe position information (correction value) is displayed on the monitor 6. The operator can then perform the work accurately by referring to the toe position information displayed on the monitor 6.

かくして、本実施形態による油圧ショベル１は、作業装置７のバケット１０を撮影するカメラを備え、コントローラ１９は、カメラ１８が撮影したバケット１０の画像を解析して掘削爪１２の長さ寸法Ｌ１（Ｌ０）を算出し、算出した掘削爪１２の長さ寸法Ｌ１（Ｌ０）の変化量を爪先位置演算に反映させる。 Thus, the hydraulic excavator 1 according to this embodiment is equipped with a camera that photographs the bucket 10 of the working device 7, and the controller 19 analyzes the image of the bucket 10 photographed by the camera 18 to calculate the length dimension L1 (L0) of the excavation claw 12, and reflects the calculated amount of change in the length dimension L1 (L0) of the excavation claw 12 in the claw tip position calculation.

従って、掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１（Ｌ０）は、熟練した作業装置７の操作技術を必要とせず、容易かつ正確に計測される。この結果、油圧ショベル１でマシンガイダンスやマシンコントロールを用いた作業を行うときの信頼性を向上することができる。 Therefore, the calculated length dimension L1 (L0) of the excavation claw 12 can be easily and accurately measured without requiring skilled operation techniques for the working device 7. As a result, the reliability of work using machine guidance and machine control with the hydraulic excavator 1 can be improved.

また、カメラ１８は、ブーム８の下面８Ａに対して回動可能に取付けられている。これにより、アーム９やバケット１０が交換された場合でも、カメラ１８（カメラ本体１８Ｄ）をバケット１０の他端側に対面させることができる。また、カメラ１８の撮影範囲も調整可能である。 The camera 18 is also rotatably attached to the underside 8A of the boom 8. This allows the camera 18 (camera body 18D) to face the other end of the bucket 10 even when the arm 9 or bucket 10 is replaced. The shooting range of the camera 18 can also be adjusted.

また、バケット１０の掘削爪１２は、左右方向に並んで複数本、例えば５本設けられ、カメラ１８は、５本の掘削爪１２のうち、２本以上の掘削爪１２（本実施形態では５本）を含む範囲を撮影する構成としている。これにより、複数本の掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１を平均長さ寸法Ｌ０として求めることができ、マシンガイダンスの補正に対する信頼性（正確性）を向上することができる。 The bucket 10 has multiple, for example five, excavation claws 12 arranged in the left-right direction, and the camera 18 is configured to capture an image of an area including two or more of the five excavation claws 12 (five in this embodiment). This allows the calculated length dimension L1 of the multiple excavation claws 12 to be determined as the average length dimension L0, improving the reliability (accuracy) of the machine guidance correction.

さらに、表示装置としてのモニタ６を備えている。コントローラ１９は、カメラ１８が撮影した掘削爪１２の画像を解析することにより算出した掘削爪１２の長さ寸法Ｌ１（Ｌ０）に基づき基準値を補正し、その補正した基準値により爪先位置演算を行うと共に、演算した掘削爪１２の爪先位置となるポイント１２Ｂの先端部１２Ｂ１の情報をモニタ６に表示させる。これにより、モニタ６を目視することによってマシンガイダンスに沿って正確な作業を容易に行うことができる。 The device further includes a monitor 6 as a display device. The controller 19 corrects the reference value based on the length dimension L1 (L0) of the excavation claw 12 calculated by analyzing the image of the excavation claw 12 captured by the camera 18, calculates the tip position using the corrected reference value, and displays information on the tip 12B1 of the point 12B, which is the calculated tip position of the excavation claw 12, on the monitor 6. This allows the user to easily perform accurate work by visually checking the monitor 6 and following the machine guidance.

次に、図９および図１０は本発明の第２の実施形態を示している。本実施形態の特徴は、コントローラは、姿勢検出センサにより検出された作業装置の姿勢と爪先位置演算により算出した掘削爪の先端位置とに基づいて、掘削爪の先端位置が予め指定された経路に沿って動作するように作業装置を制御することにある。以下、このような掘削爪の制御手法を「マシンコントロール」と呼称する。なお、第２の実施形態では、前述した第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, Figures 9 and 10 show a second embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that the controller controls the working device so that the tip position of the digging claw moves along a pre-specified path based on the attitude of the working device detected by the attitude detection sensor and the tip position of the digging claw calculated by the tip position calculation. Hereinafter, this type of control method for the digging claw is referred to as "machine control." Note that in the second embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted.

走行操作装置２１は、キャブ５内に位置して運転席の前側に設けられた走行用レバー・ペダル装置、走行用レバー・ペダル装置の操作に応じて下部走行体２の駆動輪（走行モータ）を動作させる走行制御弁（いずれも図示せず）を含んで構成されている。また、作業操作装置２２は、キャブ５内に位置して運転席の左右両側に設けられた作業用レバー装置、作業用レバー装置の操作に応じて作業装置７、旋回装置を動作させる作業制御弁（いずれも図示せず）を含んで構成されている。そして、走行操作装置２１と作業操作装置２２は、コントローラ２３の出力部に接続されている。 The travel operation device 21 is configured to include a travel lever/pedal device located in the cab 5 and provided in front of the driver's seat, and a travel control valve (neither shown) that operates the drive wheels (travel motor) of the lower travel body 2 in response to operation of the travel lever/pedal device. The work operation device 22 is configured to include work lever devices located in the cab 5 and provided on both the left and right sides of the driver's seat, and a work control valve (neither shown) that operates the work device 7 and the turning device in response to operation of the work lever devices. The travel operation device 21 and the work operation device 22 are connected to the output section of the controller 23.

第２の実施形態のコントローラ２３には、第１の実施形態のコントローラ１９と同様に、記憶部２３Ａに、画像解析、掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１の算出、等の処理プログラムと、新品のポイント１２Ｂを取付けたときの掘削爪１２の基準長さ寸法Ｌ２とが保存されている。第２の実施形態によるコントローラ２３は、作業制御部２３Ｂと、マシンコントロールの数値を補正する機能とを有している点で、第１の実施形態のコントローラ１９と相違している。第２の実施形態のコントローラ２３は、マシンコントロールを行うとき、摩耗、欠損等による掘削爪１２の全長寸法の変化を反映して数値を補正する。 In the controller 23 of the second embodiment, like the controller 19 of the first embodiment, the memory unit 23A stores processing programs such as image analysis and calculation of the calculated length dimension L1 of the excavation claw 12, as well as the reference length dimension L2 of the excavation claw 12 when a new point 12B is attached. The controller 23 of the second embodiment differs from the controller 19 of the first embodiment in that it has a work control unit 23B and a function to correct the numerical values of the machine control. When performing machine control, the controller 23 of the second embodiment corrects the numerical values to reflect changes in the overall length dimension of the excavation claw 12 due to wear, damage, etc.

作業制御部２３Ｂは、姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃにより検出された作業装置７の姿勢と爪先位置演算により算出した掘削爪１２の先端部１２Ｂ１とに基づいて、掘削爪１２の先端部１２Ｂ１が予め指定された経路に沿って動作するように作業装置７を制御する。また、作業制御部２３Ｂは、事前に入力した設計データの座標と全地球航法衛星システム、トータルステーション等を利用して算出した現状の座標とを比較し、例えば、作業装置７が設計データよりも過剰に掘削するように操作されたときに、掘り過ぎないように作業装置７の動きを制限する。 The work control unit 23B controls the work device 7 so that the tip 12B1 of the excavation claw 12 moves along a pre-specified path based on the attitude of the work device 7 detected by the attitude detection sensors 17A, 17B, 17C and the tip 12B1 of the excavation claw 12 calculated by the toe position calculation. The work control unit 23B also compares the coordinates of the design data input in advance with the current coordinates calculated using a global navigation satellite system, a total station, etc., and restricts the movement of the work device 7 so as not to dig too much when the work device 7 is operated to excavate more than the design data.

次に、マシンコントロールを利用して油圧ショベル１で作業するときのコントローラ２３の制御処理およびマシンコントロールの数値補正について、図１０を参照して説明する。 Next, the control process of the controller 23 and the numerical correction of the machine control when working with the hydraulic excavator 1 using the machine control will be described with reference to FIG. 10.

図１０のステップＳ１１からステップＳ１６は、第１の実施形態のステップＳ１からステップＳ６と同様である。ステップＳ１８では、算出した差分に対応する長さ寸法ΔＬをマシンコントロールに用いる数値に加算する補正を行う。即ち、掘削爪１２が摩耗した分（長さ寸法ΔＬ）だけバケット１０を掘削面の近くまで移動できるように動作制限を変更する。ステップＳ１９では、補正された数値（補正値）を用いてマシンコントロールを実行する。具体的には、コントローラ２３は、記憶部２３Ａに記憶した掘削爪１２の基準長さ寸法Ｌ２と算出長さ寸法Ｌ１との差分の寸法ΔＬを加味し、作業制御部２３Ｂによるマシンコントロールによって掘削爪１２（バケット１０）を指定された経路に沿って動かすことにより、正確な作業を簡単に行うことができる。 Steps S11 to S16 in FIG. 10 are the same as steps S1 to S6 in the first embodiment. In step S18, a correction is made by adding the length dimension ΔL corresponding to the calculated difference to the numerical value used for machine control. That is, the operation limit is changed so that the bucket 10 can be moved closer to the excavation surface by the amount of wear (length dimension ΔL) of the excavation claw 12. In step S19, the corrected numerical value (correction value) is used to execute machine control. Specifically, the controller 23 takes into account the difference dimension ΔL between the reference length dimension L2 of the excavation claw 12 stored in the memory unit 23A and the calculated length dimension L1, and moves the excavation claw 12 (bucket 10) along a specified path by machine control by the work control unit 23B, allowing accurate work to be easily performed.

かくして、このように構成された第２の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。特に、第２の実施形態によれば、作業装置７は、当該作業装置７の姿勢を特定するための姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを備え、コントローラ２３は、掘削爪１２の基準長さ寸法Ｌ２を記憶する記憶部２３Ａと、新品の掘削爪１２の基準長さ寸法Ｌ２と姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃからの情報とを基にして掘削爪１２を予め指定された経路に沿って動かす作業制御部２３Ｂと、を備え、コントローラ２３は、記憶部２３Ａに記憶した掘削爪１２の基準長さ寸法Ｌ２と算出長さ寸法Ｌ１との差分の寸法ΔＬを加味し、作業制御部２３Ｂのマシンコントロールによって掘削爪１２を指定された経路に沿って動かすことができる。これにより、掘削爪１２が摩耗して算出長さ寸法Ｌ１が変化しても、正確な作業を簡単に行うことができる。 Thus, in the second embodiment configured as described above, the same action and effect as in the first embodiment can be obtained. In particular, according to the second embodiment, the working device 7 is provided with posture detection sensors 17A, 17B, and 17C for identifying the posture of the working device 7, and the controller 23 is provided with a memory unit 23A for storing the reference length dimension L2 of the excavation claw 12, and a work control unit 23B for moving the excavation claw 12 along a pre-specified path based on the reference length dimension L2 of the new excavation claw 12 and information from the posture detection sensors 17A, 17B, and 17C, and the controller 23 can move the excavation claw 12 along a specified path by machine control of the work control unit 23B, taking into account the difference dimension ΔL between the reference length dimension L2 of the excavation claw 12 stored in the memory unit 23A and the calculated length dimension L1. As a result, accurate work can be easily performed even if the calculated length dimension L1 changes due to wear of the excavation claw 12.

次に、図１１および図１２は本発明の第３の実施形態を示している。本実施形態の特徴は、コントローラは、掘削爪の算出長さ寸法と姿勢検出センサからの情報とを基にして掘削爪を予め指定された経路に沿って動かす作業制御部を備えている。なお、第３の実施形態では、前述した第２の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, Figures 11 and 12 show a third embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that the controller is equipped with a work control unit that moves the excavation claw along a pre-specified path based on the calculated length dimension of the excavation claw and information from the attitude detection sensor. Note that in the third embodiment, the same components as those in the second embodiment described above are given the same reference numerals, and their explanation will be omitted.

図１１において、第３の実施形態のコントローラ３１は、第２の実施形態のコントローラ２３と同様に、記憶部２３Ａに、画像解析、掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１の算出、等の処理プログラムを有している。しかし、第３の実施形態のコントローラ３１は、マシンコントロールの数値補正に代えてマシンコントロールの数値更新の機能を有している点で、第２の実施形態のコントローラ２３と相違している。マシンコントロールの数値更新は、摩耗、欠損等による掘削爪１２の寸法変化を反映してマシンコントロールを行うときの数値を更新する。 In FIG. 11, the controller 31 of the third embodiment, like the controller 23 of the second embodiment, has a processing program in the memory unit 23A for image analysis, calculation of the calculated length dimension L1 of the excavation claw 12, etc. However, the controller 31 of the third embodiment differs from the controller 23 of the second embodiment in that it has a function of updating the numerical values of the machine control instead of correcting the numerical values of the machine control. The numerical value update of the machine control updates the numerical values when performing machine control to reflect dimensional changes of the excavation claw 12 due to wear, damage, etc.

作業制御部３１Ｂは、掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１と姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃからの情報とを基にして掘削爪１２（バケット１０）を予め指定された経路に沿って動かす。作業制御部３１Ｂは、事前に入力した設計データの座標と全地球航法衛星システム、トータルステーション等を利用して算出した現状の座標とを比較し、例えば、作業装置７が設計データよりも過剰に掘削するように操作されたときに、掘り過ぎないように作業装置７の動きを制限するマシンコントロールを行う。 The work control unit 31B moves the excavation claw 12 (bucket 10) along a pre-specified path based on the calculated length dimension L1 of the excavation claw 12 and information from the attitude detection sensors 17A, 17B, and 17C. The work control unit 31B compares the coordinates of the design data input in advance with the current coordinates calculated using a global navigation satellite system, a total station, etc., and performs machine control to limit the movement of the work device 7 so that it does not dig too far when, for example, the work device 7 is operated to dig more than the design data.

次に、マシンコントロールを利用して油圧ショベル１で作業するときのコントローラ３１の制御処理およびマシンコントロールの数値更新について、図１２を参照して説明する。 Next, the control process of the controller 31 and the updating of the machine control values when working with the hydraulic excavator 1 using the machine control will be described with reference to FIG. 12.

図１２のステップＳ２１からステップＳ２５は、第２の実施形態のステップＳ１１からステップＳ１５と同様である。ステップＳ２６では、掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１に従ってマシンコントロールに用いる数値を更新する。すなわち、第３の実施形態においては、掘削爪１２の長さは固定された値として取り扱うのではなく、直前に実行されたステップＳ２５で計測された長さに都度更新される。ステップＳ２７では、更新された数値を用いてマシンコントロールを実行する。具体的には、コントローラ３１は、掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１と姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃからの情報とを基にし、作業制御部３１Ｂによるマシンコントロールによって掘削爪１２（バケット１０）を指定された経路に沿って動かすことにより、正確な作業を簡単に行うことができる。なお、この掘削爪１２の長さの更新頻度は任意で設定することができ、例えばエンジン始動時にだけ更新を行い、一連の作業中は更新しないと設定したり、一定の回数の掘削作業を行うたびに更新すると設定したりすることが可能である。 Steps S21 to S25 in FIG. 12 are the same as steps S11 to S15 in the second embodiment. In step S26, the numerical value used for machine control is updated according to the calculated length dimension L1 of the excavation claw 12. That is, in the third embodiment, the length of the excavation claw 12 is not treated as a fixed value, but is updated each time to the length measured in the immediately preceding step S25. In step S27, the updated numerical value is used to execute machine control. Specifically, the controller 31 moves the excavation claw 12 (bucket 10) along a specified path by the work control unit 31B machine control based on the calculated length dimension L1 of the excavation claw 12 and information from the attitude detection sensors 17A, 17B, and 17C, so that accurate work can be easily performed. The update frequency of the length of the excavation claw 12 can be set arbitrarily, and it is possible to set it to update only when the engine is started and not update during a series of work, or to update every time a certain number of excavation work is performed.

第３の実施形態によれば、作業装置７は、当該作業装置７の姿勢を特定するための姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃを備え、コントローラ３１は、掘削爪１２の算出長さ寸法Ｌ１と姿勢検出センサ１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃからの情報とを基にして掘削爪１２を予め指定された経路に沿って動かす作業制御部３１Ｂを備えている。そして、マシンコントロールを行うたびに計測される掘削爪１２の長さを基にして爪先が制御されるので、常に正確に制御される。また第３の実施形態では、掘削爪１２が他の掘削爪（平爪等）に交換されて長さが変化した場合でも、その都度算出する掘削爪の算出長さ寸法に従ってマシンコントロールに用いる数値を更新するので、容易に対応することができる。 According to the third embodiment, the working device 7 is equipped with posture detection sensors 17A, 17B, and 17C for identifying the posture of the working device 7, and the controller 31 is equipped with a work control unit 31B that moves the excavation claw 12 along a pre-specified path based on the calculated length dimension L1 of the excavation claw 12 and information from the posture detection sensors 17A, 17B, and 17C. The tip of the claw is controlled based on the length of the excavation claw 12 measured each time machine control is performed, so that the claw tip is always accurately controlled. In addition, in the third embodiment, even if the excavation claw 12 is replaced with another excavation claw (such as a flat claw) and the length changes, the numerical value used for machine control is updated according to the calculated length dimension of the excavation claw calculated each time, so that it can be easily handled.

なお、実施形態では、５本の掘削爪１２のうち、全部の掘削爪１２をカメラ１８で撮影した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、１本～４本の掘削爪１２を撮影する構成としてもよい。また、掘削爪は、バケットに１本～４本または６本以上設ける構成としてもよい。 In the embodiment, an example is shown in which all of the five excavation claws 12 are photographed by the camera 18. However, the present invention is not limited to this, and for example, one to four excavation claws 12 may be photographed. Also, one to four or six or more excavation claws may be provided on the bucket.

また、実施形態では、掘削爪１２を、バケット本体１１に固定されたアダプタ１２Ａと、アダプタ１２Ａに着脱可能に取付けられたポイント１２Ｂと、の２部材によって形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、１部材からなる掘削爪をバケット本体にボルトを用いて着脱可能に取付ける構成としてもよい。 In the embodiment, the excavation claw 12 is formed of two members: an adapter 12A fixed to the bucket body 11, and a point 12B removably attached to the adapter 12A. However, the present invention is not limited to this, and for example, the excavation claw may be configured to be removably attached to the bucket body using a bolt.

さらに、実施形態では、クローラ式の下部走行体２を備えた油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、ホイール式の下部走行体を備えた油圧ショベルに適用してもよい。本発明における表示装置は上述したモニタに限られず、各種情報を表示できる媒体であればよく、例えばヘッドマウントディスプレイや空中ディスプレイも可能である。 Furthermore, in the embodiment, a hydraulic excavator 1 equipped with a crawler-type lower traveling body 2 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to a hydraulic excavator equipped with a wheel-type lower traveling body. The display device in the present invention is not limited to the monitor described above, and may be any medium capable of displaying various types of information, such as a head-mounted display or an aerial display.

１油圧ショベル
２下部走行体（車体）
３上部旋回体（車体）
６モニタ（表示装置）
７作業装置
８ブーム
８Ａ下面
１０バケット
１２掘削爪
１２Ｂポイント
１２Ｂ１先端部（先端位置）
１８カメラ
１９，２３，３１コントローラ
１９Ａ，２３Ａ，３１Ａ記憶部
２３Ｂ，３１Ｂ作業制御部
Ｌ１（Ｌ０）掘削爪の算出長さ寸法
Ｌ２掘削爪の基準長さ寸法（基準値） 1 Hydraulic excavator 2 Undercarriage (vehicle body)
3. Upper rotating body (car body)
6 Monitor (display device)
7 Working device 8 Boom 8A Underside 10 Bucket 12 Excavation claw 12B Point 12B1 Tip (tip position)
18 Camera 19, 23, 31 Controller 19A, 23A, 31A Memory unit 23B, 31B Work control unit L1 (L0) Calculated length dimension of digging claw L2 Reference length dimension of digging claw (reference value)

Claims

The car body and
a working device provided on the vehicle body and having a bucket at its tip;
a posture detection sensor for detecting a posture of the working device;
a controller that executes a tip position calculation to calculate a tip position of an excavation claw of the bucket based on the attitude of the working device detected by the attitude detection sensor;
In a construction machine equipped with
A camera is provided to photograph the bucket,
The controller analyzes the image of the bucket taken by the camera to calculate the length dimension of the digging claw, and reflects the calculated change in the length dimension of the digging claw in the tip position calculation.

2. The construction machine according to claim 1,
A construction machine characterized in that the camera is rotatably attached to the underside of the boom.

2. The construction machine according to claim 1,
The excavation claws are provided in a plurality of pieces aligned in the left-right direction of the bucket,
The construction machine is characterized in that the camera photographs an area including two or more of the plurality of digging claws.

2. The construction machine according to claim 1,
Further comprising a display device,
The controller stores a reference value for the length dimension of the excavation claw,
The controller corrects the reference value based on the length dimension of the digging claw calculated by analyzing the image of the digging claw taken by the camera, calculates the tip position using the corrected reference value, and displays information on the calculated tip position of the digging claw on the display device.

2. The construction machine according to claim 1,
The controller controls the working device so that the tip position of the digging claw moves along a pre-specified path based on the attitude of the working device detected by the attitude detection sensor and the tip position of the digging claw calculated by the tip position calculation.