路径设定系统的制作方法

1.本发明涉及设定工程机械的附属装置的目标路径的路径设定系统。


背景技术：

2.例如在专利文献1等中记载有设定附属装置的目标路径的技术。该文献所记载的技术以使附属装置的特定部位(作业机的刀尖)不与障碍物(当前地形)接触的方式，设定附属装置的目标路径。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利公开公报特开2020-20153号
6.该文献所记载的技术设定使附属装置进行避开障碍物的动作的目标路径。具体而言，以使附属装置从开始位置(当前位置)经过中途点到达结束位置(挖掘开始位置)的方式，设定目标路径。但是，根据附属装置的位置或障碍物的状态，未必需要必须让附属装置进行避开障碍物的动作。因此，存在附属装置有可能会进行多余的动作的间题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种路径设定系统，该路径设定系统能够抑制附属装置与障碍物接触，并且能够抑制附属装置的多余动作。
8.本发明提供的是路径设定系统。所述路径设定系统用于具有下部行走体、上部回转体及附属装置的工程机械，设定所述附属装置的特定的部位即附属装置特定部位的目标路径。路径设定系统包括三维信息获取部和控制器。所述上部回转体能够围绕沿着上下方向延伸的回转中心轴回转地搭载于所述下部行走体。所述附属装置安装于所述上部回转体而进行作业。所述三维信息获取部获取所述附属装置周围的障碍物的特定的部位即障碍物特定部位的三维信息。所述控制器设定所述附属装置特定部位从指定的开始点到指定的结束点为止的目标路径。所述控制器基于所述三维信息获取部的获取结果，判定所述目标路径的所述开始点与所述目标路径的所述结束点之间有无所述障碍物特定部位。所述控制器在判定为在所述目标路径的开始点与所述目标路径的结束点之间有所述障碍物特定部位的情况下，设定回避路径作为所述目标路径，在判定为在所述开始点与所述结束点之间无所述障碍物特定部位的情况下，设定非回避路径作为所述目标路径。所述回避路径是所述附属装置进行避开所述障碍物的回避动作，并且所述附属装置特定部位从所述开始点移动到所述结束点的路径。所述非回避路径是所述附属装置不进行所述回避动作，而所述附属装置特定部位从所述开始点移动到所述结束点的路径。
附图说明
9.图1是从横向观察本发明的一实施方式所涉及的工程机械及路径设定系统的示意图。
10.图2是俯视观察图1所示的工程机械及路径设定系统的示意图。
11.图3是本发明的一实施方式所涉及的路径设定系统的方框图。
12.图4是表示本发明的一实施方式所涉及的路径设定系统的工作的流程图。
13.图5是俯视观察本发明的一实施方式所涉及的路径设定系统及回避路径的示意图。
14.图6是从横向观察图5所示的回避路径等的示意图。
15.图7是从后方观察图5所示的回避路径等的示意图。
16.图8是俯视观察图1所示的路径设定系统及非回避路径的示意图。
17.图9是从后方观察图8所示的非回避路径的示意图。
18.图10是表示本发明的变形实施方式1的路径设定系统的工作的流程图。
19.图11是表示本发明的变形实施方式2的路径设定系统的工作的流程图。
20.图12是俯视观察本发明的变形实施方式4的路径设定系统及目标路径等的示意图。
21.图13是从后方观察图12所示的目标路径等的示意图。
具体实施方式
22.参照图1至图13说明本发明的各实施方式所涉及的路径设定系统1。
23.图1是从横向观察本发明的一实施方式所涉及的工程机械10及路径设定系统1的示意图。图2是俯视观察图1所示的工程机械10及路径设定系统1的示意图。图3是本实施方式所涉及的路径设定系统1的方框图。
24.路径设定系统1是设定图1所示的工程机械10的附属装置15的目标路径r的系统。路径设定系统1包括摄像装置21和控制器30。
25.工程机械10是进行使用了附属装置15的作业的机械，例如是进行建筑作业的建筑机械，例如是挖掘机等。例如，工程机械10能够进行捕获作业对象物(例如挖掘砂土)以及释放所捕获的作业对象物(例如排土)。上述作业对象物可以是砂土，也可以是石头，还可以是废弃物等。工程机械10例如能够自动驾驶。工程机械10包括下部行走体11、上部回转体13、附属装置15、驱动控制部17(参照图2，应为参照图3)及姿势检测部19(参照图2，应为参照图3)。
26.下部行走体11能够回转地支撑上部回转体13。下部行走体11使工程机械10行走。上部回转体13能够围绕沿着上下方向延伸的回转中心轴回转地搭载于下部行走体11。将上部回转体13相对于下部行走体11的回转中心轴定义为回转中心轴13a(参照图2)。
27.附属装置15安装于上部回转体13而进行作业。附属装置15包括动臂15a、斗杆15b及远端附属装置15c(leading end attachment 15c)。动臂15a能够起伏(能够向上下旋转)地安装于上部回转体13。斗杆15b能够旋转(能够推出、拉回)地安装于动臂15a的远端部。远端附属装置15c设置于附属装置15的远端部，且能够旋转地安装于斗杆15b的远端部。远端附属装置15c例如可以是挖起作业对象物的挖斗，也可以是夹住作业对象物的装置(抓斗等)。将附属装置15的特定的部位称为附属装置特定部位15s。如图5所示，将附属装置15的中心轴即沿着前后方向(关于方向，将在下文中叙述)延伸的中心线设为中心线15l。此外，在图5所示的例子中，虽然在从上下方向观察时，回转中心轴13a处在中心线15l上，但是回
memory，只读存储器)、被用作cpu的作业区域的ram(random access memory，随机存取存储器)等。姿势检测部19(参照图3)的检测结果及摄像装置21的摄像信息被分别输入至控制器30。控制器30与摄像装置21一起构成本发明的三维信息获取部。三维信息获取部获取附属装置15周围的障碍物o的特定的部位即障碍物特定部位oa的三维信息。此时，控制器30根据摄像装置21的摄像信息确定所述障碍物特定部位oa。
36.另外，控制器30设定(例如生成)附属装置特定部位15s从指定的开始点到指定的结束点为止的目标路径r。控制器30也可以设定目标路径r以外的附属装置15的路径(例如附属装置特定部位15s的路径)。控制器30通过对驱动控制部17(参照图3)进行控制，使工程机械10自动地进行动作。
37.(由工程机械10进行的作业的例子)
38.工程机械10进行伴随附属装置15的移动的作业。附属装置15包含附属装置特定部位15s。附属装置特定部位15s例如是远端附属装置15c的远端部等。附属装置特定部位15s可以是点，也可以是范围。附属装置特定部位15s的移动通过上部回转体13的回转、动臂15a的起伏、斗杆15b相对于动臂15a的旋转及远端附属装置15c相对于斗杆15b的旋转中的至少任一个工作而进行。
39.附属装置特定部位15s的移动路径的具体例如下所述。
40.[例1a]附属装置15进行抬起所捕获的作业对象物并使其回转的工作(抬起回转)。此时，如图2所示，附属装置特定部位15s从位置p1经由位置p2而移动到位置p3。位置p1是附属装置15捕获了作业对象物的位置(例如挖掘了砂土的位置)。关于位置p2，将在后文中叙述。位置p3是附属装置15开始释放作业对象物的位置(例如排土开始位置)。
[0041]
[例1b]附属装置15释放作业对象物(例如进行排土)，例如将作业对象物装载至运输车t。此时，图1所示的远端附属装置15c相对于斗杆15b旋转。结果是，附属装置特定部位15s从位置p3移动到位置p4。位置p4是附属装置15完成释放作业对象物的位置(例如排土完成位置)。
[0042]
[例1c]附属装置15进行从释放了作业对象物的位置返回捕获作业对象物的位置的工作(复原回转)。此时，如图2所示，附属装置特定部位15s从位置p4经由位置p5而移动到位置p6。此外，关于位置p5，将在后文中叙述。位置p6是附属装置15开始捕获作业对象物的位置(例如砂土的挖掘开始位置)。
[0043]
[例1d]附属装置15捕获作业对象物(例如挖掘砂土)。此时，图1所示的远端附属装置15c相对于斗杆15b旋转。结果是，附属装置特定部位15s从位置p6移动到位置p1。
[0044]
如图2所示，控制器30在附属装置15的周围分别设定路径设定对象区域a、和除了该路径设定对象区域a以外的区域。路径设定对象区域a是路径设定系统1设定附属装置特定部位15s的目标路径r的区域(运算对象区域)。路径设定系统1也可以任何方式设定附属装置特定部位15s在路径设定对象区域a外部的路径(区域外路径)。区域外路径例如也可以是在控制器30预先存储的路径。区域外路径例如也可以是将操作员预先对工程机械10进行操作而使附属装置15移动时的附属装置15的移动路径存储于控制器30等的存储部而成的路径(示教路径)。
[0045]
在作业现场，附属装置15的周围有时存在障碍物o。障碍物o是在附属装置15移动时，有可能会与附属装置15接触的物体。障碍物o也可以是地形(堆形状的部分、洞形状的部
分等)。障碍物o也可以是作业对象物(例如砂土、废弃物等)。障碍物o也可以既是地形也是作业对象物，例如可以是砂土堆，也可以是以相对于地面凹陷的方式挖掘而成的洞(深坑)(参照图12及图13)。障碍物o还可以是既非地形也非作业对象物的物体。
[0046]
(设定目标路径r的概要)
[0047]
如图5所示，目标路径r是作为附属装置特定部位15s的目标的移动路径。控制器30根据在目标路径r的开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa，来改变开始点rs与结束点re之间的目标路径r的设定方法。开始点rs是使附属装置特定部位15s沿着目标路径r移动时的移动的起点。结束点re是使附属装置特定部位15s沿着目标路径r移动时的移动的终点。开始点rs及结束点re各自是三维信息，且是表示三维位置的坐标。控制器30根据如所述各例所示的工程机械10(附属装置15)的作业，分别设定开始点rs及结束点re。
[0048]
目标路径r即可以是工程机械10进行作业时的附属装置特定部位15s的移动路径的一部分，也可以是整个移动路径。
[0049]
[例2a]例如，如图2所示，目标路径r也可以是抬起回转(参照上述[例1a])的路径的一部分，具体而言，也可以是从位置p1到位置p2为止的路径。
[0050]
[例2b]例如，目标路径r也可以是复原回转(参照上述[例1c])的路径的一部分，具体而言，也可以是从位置p5到位置p6为止的路径。
[0051]
[例2c]目标路径r也可以是抬起回转的整个路径(从位置p1到位置p3为止的路径)。
[0052]
[例2d]目标路径r还可以是复原回转的整个路径(从位置p4到位置p6为止的路径)。
[0053]
(设定目标路径r的详情)
[0054]
图4是表示本实施方式所涉及的路径设定系统1的工作的流程图。图5是俯视观察本实施方式所涉及的路径设定系统1及回避路径r1的示意图。图6是从横向观察图5所示的回避路径r1等的示意图。图7是从后方观察图5所示的回避路径r1等的示意图。图8是俯视观察路径设定系统1及非回避路径r2的示意图。图9是从后方观察图8所示的非回避路径r2的示意图。
[0055]
基于图4所示的流程图等，对目标路径r的设定进行说明。参照图4，对流程图的各步骤(步骤s11至s23)进行说明。该图所记载的一系列的处理(从开始到结束为止的处理)例如针对图5所示的附属装置特定部位15s配置于开始点rs的每个周期(例如砂土的每个挖掘周期)进行。
[0056]
在步骤s11(参照图4)，图1所示的摄像装置21检测附属装置15周围的三维信息。摄像装置21所检测出的三维信息输入至控制器30。
[0057]
在步骤s12(参照图4)，图5所示的控制器30根据附属装置15周围的三维信息，检测(提取、计算、确定)障碍物o。控制器30计算障碍物特定部位oa的三维信息。障碍物特定部位oa可以是障碍物o的一部分，也可以是整个障碍物o。
[0058]
[例3a]如图6所示，障碍物特定部位oa也可以是障碍物o的一部分的点。例如，障碍物特定部位oa也可以是堆形状的障碍物o的顶峰(最高位置、顶点)，具体而言，例如也可以是砂土堆的顶峰。
[0059]
[例3b]障碍物特定部位oa也可以是障碍物o的一部分的线状部分。例如，障碍物特
定部位oa也可以是形成于地面的洞的边缘(参照后述的变形实施方式4)(参照图12及图13)。
[0060]
[例3c]障碍物特定部位oa也可以是障碍物o的面。具体而言，例如障碍物特定部位oa可以是构成砂土堆的面，也可以是构成洞的面(内表面)。
[0061]
[例3d]障碍物特定部位oa可以仅存在于一处(例如一个点)，也可以存在于多处。以下，主要对障碍物特定部位oa为砂土堆的顶峰的点的情况进行说明。
[0062]
(判定有无障碍物o的方法)
[0063]
如下所述，控制器30判定图5所示的目标路径r的开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa(后述的步骤s21(参照图4))。以下，将该判定称为“有无障碍物o的判定”。有无障碍物o的判定可以基于回转角度θ进行，也可以基于前后方向上的位置(前后位置、从上部回转体13观察的纵深方向上的位置)进行(参照后述的变形实施方式1)。此处，对控制器30基于回转角度θ来判定有无障碍物o的情况进行说明。
[0064]
在步骤s13(参照图4)，控制器30基于摄像装置24(应为21)的摄像信息等，获取开始点回转角度θs、结束点回转角度θe及障碍物回转角度θo。
[0065]
开始点回转角度θs是附属装置特定部位15s配置于开始点rs时的回转角度0。更详细而言，开始点回转角度θs是从上下方向观察时，开始点rs配置在附属装置15的中心线15l上时的回转角度θ。
[0066]
例如，以如下方式获取开始点回转角度θs。
[0067]
[例4a]当附属装置特定部位15s实际配置于与开始点rs对应的位置(例如点p1)时，由回转角度检测部19a(参照图3)检测出的回转角度θ也可以被设为开始点回转角度θs。此情况下的具体例如下所述。当附属装置15捕获作业对象物的作业完成时，附属装置特定部位15s配置于点p1。控制器30将此时的附属装置特定部位15s的位置设为开始点rs。而且，附属装置特定部位15s配置于点p1时的回转角度θ由回转角度检测部19a(参照图3)检测。控制器30将检测出的回转角度θ设为开始点回转角度θs。
[0068]
[例4b]附属装置特定部位15s未实际配置于与开始点rs对应的位置(例如点p1)，也可以获取开始点回转角度θs。具体而言，控制器30也可以基于预先设定的开始点rs的三维信息，计算假设附属装置特定部位15s已配置于开始点rs时的回转角度θ，并将计算出的回转角度θ设为开始点回转角度θs。
[0069]
结束点回转角度θe是附属装置特定部位15s配置于结束点re时的回转角度θ。详细而言，结束点回转角度θe是从上下方向观察时，结束点re配置在附属装置15的中心线15l上时的回转角度θ。当附属装置特定部位15s实际配置于与结束点re对应的位置(例如点p2)时，由回转角度检测部19a(参照图3)检测出的回转角度θ也可以被设为结束点回转角度θe(参照上述[例4a])。另外，附属装置特定部位15s未实际配置于与结束点re对应的位置(例如点p2)，也可以通过控制器30的运算，获取结束点回转角度θe(参照上述[例4b])。
[0070]
障碍物回转角度θ0是附属装置特定部位15s配置于障碍物特定部位oa的位置时的回转角度θ。详细而言，障碍物回转角度θo是从上下方向观察时，障碍物特定部位oa配置在附属装置15的中心线15l上时的回转角度θ。当附属装置特定部位15s实际配置于与障碍物特定部位oa对应的位置时，由回转角度检测部19a(参照图3)检测出的回转角度θ也可以被设为障碍物回转角度θo(参照上述[例4a])。另外，附属装置特定部位15s未实际配置于与障
碍物特定部位oa对应的位置，也可以通过控制器30的运算，获取障碍物回转角度θo(参照上述[例4b])。
[0071]
如上所述，控制器30作为判断信息获取部而发挥作用，该判断信息获取部获取用于判定目标路径r的开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa的信息(判断信息)。
[0072]
在步骤s21(参照图4)，控制器30判定有无障碍物o。此外，在图4中，简略地利用不等号表示了上述点彼此的位置关系。后述的其他步骤也相同。控制器30在判定为在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa的情况下(步骤s21为“是(yes)”)，将回避路径r1设定为目标路径r(步骤s22)。在该例子中，当障碍物回转角度θo处于从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围内(角度范围b内)时，控制器30判定为“在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa”。这样，控制器30作为判定部而发挥作用，该判定部基于所述三维信息获取部的获取结果，判定目标路径r的开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa。
[0073]
如图8所示，控制器30在判定为在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa的情况下(步骤s21为“否(no)”)，将非回避路径r2设定为目标路径r(步骤s23)。在该例子中，当障碍物回转角度θo未处于从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围内(角度范围b内)时，控制器30判定为“在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa”，并将非回避路径r2设定为目标路径r。
[0074]
此外，将使附属装置特定部位15s以回转中心轴13a为中心，从开始点回转角度θs回转到结束点回转角度θe为止时的回转方向设为“目标回转方向”。上述“从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围”是使附属装置特定部位15s向目标回转方向旋转时的从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围。上述“从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围”并非是使附属装置特定部位15s向与目标回转方向相反的方向旋转时的从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围。角度范围b例如为180
°
以下。
[0075]
在步骤s22(参照图4)，如图5所示，控制器30将回避路径r1设定为目标路径r。回避路径r1是附属装置15进行避开障碍物o的回避动作(参照图5至图7)，并且附属装置特定部位15s从开始点rs移动到结束点re的路径。回避路径r1包含回避动作路径r1a、回避位置r1b及回避后路径r1c。
[0076]
回避动作路径r1a是回避路径r1中的进行附属装置15的回避动作的部分，且是附属装置特定部位15s从开始点rs移动到回避位置r1b为止的路径。附属装置15的回避动作可以各种方式进行。
[0077]
[例6a]回避动作可以是避开障碍物特定部位oa(例如点)的动作，也可以是避开比障碍物特定部位oa更大的范围(例如包含障碍物特定部位oa的周边部的范围)的动作，还可以是避开整个障碍物o的动作。
[0078]
[例6b]在回避动作中，可以是附属装置特定部位15s避开障碍物o，也可以是附属装置15中的比附属装置特定部位15s更大的范围避开障碍物o。在回避动作中，还可以是整个附属装置15避开障碍物o。此外，控制器30基于附属装置15的姿势和附属装置15的形状信息，计算附属装置15移动时的附属装置15的轨迹。例如，控制器30基于该附属装置15的轨
迹，计算使整个附属装置15避开障碍物o的回避路径r1。
[0079]
[例6c]回避动作也可以是附属装置15在比障碍物特定部位oa高的位置，从开始点rs上方的位置移动到超过障碍物特定部位oa的位置为止(回避位置r1b为止)的动作(参照图7)。例如，回避动作也可以是附属装置15在比障碍物特定部位oa高的位置，从图5所示的开始点回转角度θs移动到超过障碍物回转角度θo为止的动作。具体而言，附属装置特定部位15s从开始点rs向上方移动到比障碍物特定部位oa高的位置为止(参照图7)。接着，附属装置特定部位15s沿着横向，从开始点回转角度θs的位置移动到超过障碍物回转角度θo为止(回避位置r1b为止)。
[0080]
另外，回避动作还可以是附属装置15在比障碍物特定部位oa高的位置，从开始点前后位置xs(后述)移动到超过障碍物前后位置xo(后述)为止的动作。
[0081]
[例6d]此外，只要附属装置15能够避开障碍物o，则回避动作可以是任何动作。例如，回避动作也可以是附属装置15沿着障碍物o的面移动的动作。
[0082]
回避后路径r1c是附属装置15从超过障碍物o的位置(回避位置r1b)向结束点re移动的路径。例如，回避后路径r1c也可以是附属装置特定部位15s从回避位置r1b直达结束点re的路径(参照后述的非回避路径r2的说明)。回避后路径r1c也可以是附属装置特定部位15s通过预先由控制器30设定的通过点而移动的路径。回避后路径r1c还可以是附属装置特定部位15s沿着预先由控制器30设定的路径移动的路径等。
[0083]
在步骤s23(参照图4)中，如图8所示，控制器30将非回避路径r2设定为目标路径r。非回避路径r2是附属装置15不进行回避动作，而附属装置特定部位15s从开始点rs移动到结束点re的路径。
[0084]
[例7a]非回避路径r2例如是附属装置特定部位15s从开始点rs直达结束点re为止的路径。例如，非回避路径r2也可以是从开始点rs到结束点re为止的最短路径(参照图9)，具体而言，也可以是直线路径。
[0085]
[例7b]例如，非回避路径r2也可以是在使附属装置特定部位15s从开始点rs移动到结束点re为止时，工程机械10的工作效率变得最高的路径(具体而言，是能耗变得最小的路径)。
[0086]
[例7c]非回避路径r2也可以是附属装置特定部位15s沿着预先设定的路径移动的路径。在此情况下，回避路径r1也可以是对预先设定的路径(即，非回避路径r2)进行修正而成的路径。
[0087]
控制器30向驱动控制部17(参照图3)输出指令(输入指令信号)，以使附属装置特定部位15s沿着所设定的目标路径r移动。结果是以使附属装置特定部位15s沿着目标路径r移动的方式，控制工程机械10。
[0088]
图1所示的路径设定系统1产生如下所述的效果。路径设定系统1用于工程机械10，且具备摄像装置21和控制器30。工程机械10的上部回转体13能够回转地搭载于下部行走体11。附属装置15安装于上部回转体13用于进行作业。摄像装置21与控制器30一起获取图5所示的附属装置15周围的障碍物o的特定的部位即障碍物特定部位oa的三维信息。此外，摄像装置21自身也可以具备确定障碍物特定部位oa及其位置的功能。控制器30设定附属装置15的特定的部位即附属装置特定部位15s从指定的开始点到指定的结束点为止的目标路径r。
[0089]
控制器30在判定为在目标路径r的开始点rs与目标路径r的结束点re之间有障碍
物特定部位oa的情况下，将回避路径r1设定为目标路径r。回避路径r1是附属装置15进行避开障碍物o的回避动作，并且附属装置特定部位15s从开始点rs移动到结束点re的路径。
[0090]
如图8所示，控制器30在判定为在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa的情况下，将非回避路径r2设定为目标路径r。非回避路径r2是附属装置15不进行回避动作，而附属装置特定部位15s从开始点rs移动到结束点re的路径。
[0091]
在本实施方式中，控制器30判定图5所示的开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa。在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa的情况下，控制器30将附属装置15进行回避动作的回避路径r1设定为目标路径r。由此，能够使附属装置15避开障碍物o，并且使附属装置特定部位15s从开始点rs移动到结束点re为止。如图8所示，在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa的情况下，控制器30将附属装置15不进行回避动作的非回避路径r2设定为目标路径r。由此，能够不使附属装置15进行多余的回避动作，而使附属装置特定部位15s从开始点rs移动到结束点re。因此，能够抑制附属装置15与障碍物o接触，并且能够抑制附属装置15的多余动作。
[0092]
如图5所示，上部回转体13相对于下部行走体11的回转角度θ，即附属装置特定部位15s配置于开始点rs时的回转角度θ被定义为开始点回转角度θs。附属装置特定部位15s配置于结束点re时的回转角度θ被定义为结束点回转角度θe。附属装置特定部位15s配置于障碍物特定部位oa的位置时的回转角度θ被定义为障碍物回转角度θo。
[0093]
当障碍物回转角度θo处于从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围(角度范围b)时，控制器30判定为在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa。如图8所示，当障碍物回转角度θo未处于从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围(角度范围b)时，控制器30判定为在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa。
[0094]
在上述结构中，控制器30基于回转角度θ，判定开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa(判定有无障碍物o)。由此，例如与基于三维空间中的开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa来判定有无障碍物o的情况等相比，能够抑制控制器30的计算负担。
[0095]
如图6所示，在障碍物o为堆形状的情况下，控制器30(三维信息获取部)将堆形状的障碍物o的顶峰设定为障碍物特定部位oa。
[0096]
在上述结构中，控制器30基于障碍物o的顶峰的三维信息，即，点的三维信息，判定开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa(判定有无障碍物o)。由此，与基于整个障碍物o的三维信息来判定有无障碍物o的情况相比，能够抑制控制器30的计算负担。
[0097]
如图7所示，回避动作是附属装置15(参照图5)在比障碍物特定部位oa高的位置，从开始点rs上方的位置移动到超过障碍物特定部位oa的位置为止(回避位置r1b为止)的动作。
[0098]
根据上述结构，附属装置15(参照图5)能够切实地避开障碍物特定部位oa，并且从开始点rs向结束点re移动。
[0099]
(变形实施方式1)
[0100]
图5所示的有无障碍物o的判定也可以各种方式进行。例如，在上述实施方式，基于回转角度θ来判定有无障碍物o。另一方面，在变形实施方式1，基于在前后方向上的位置(前后位置)来判定有无障碍物o。以下，说明变形实施方式1与上述实施方式之间的不同点。
[0101]
图10是表示本变形实施方式1的路径设定系统1的工作的流程图。代替图4所示的步骤s13，在变形实施方式1，进行图10所示的步骤s113。在步骤s113，图5所示的控制器30获取开始点前后位置xs、结束点前后位置xe及障碍物前后位置xo。开始点前后位置xs是开始点rs在前后方向上的位置(上部回转体13在前后方向上的位置)。结束点前后位置xe是结束点re在前后方向上的位置。障碍物前后位置xo是障碍物特定部位oa在前后方向上的位置。
[0102]
代替图4所示的步骤s21，在变形实施方式1，进行图10所示的步骤s121。在步骤s121，如图5所示，当障碍物前后位置xo处在开始点前后位置xs与结束点前后位置xe之间(前后范围c)时，控制器30判定为“在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa”。在此情况下(步骤s121(参照图10)为“是”)，控制器30将回避路径r1设定为目标路径r(步骤s22(参照图10))。如图8所示，当障碍物前后位置xo未处于开始点前后位置xs与结束点前后位置xe之间(前后范围c)时，控制器30判定为“在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa”。在此情况下(步骤s121(参照图10)为“否”)，控制器30将非回避路径r2设定为目标路径r(步骤s23(参照图10))。
[0103]
变形实施方式1的效果如下所述。如图5所示，将上部回转体13在前后方向上的开始点rs的位置定义为开始点前后位置xs。将上部回转体13在前后方向上的结束点re的位置定义为结束点前后位置xe。将上部回转体13在前后方向上的障碍物特定部位oa的位置定义为障碍物前后位置xo。
[0104]
当障碍物前后位置xo处在开始点前后位置xs与结束点前后位置xe之间(前后范围c)时，控制器30判定为在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa。如图8所示，当障碍物前后位置xo未处于开始点前后位置xs与结束点前后位置xe之间(前后范围c)时，控制器30判定为在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa。
[0105]
在上述结构中，基于前后方向上的位置(前后位置)，判定开始点rs与结束点re之间(前后范围c)是否有障碍物特定部位oa(判定有无障碍物o)。由此，例如与基于三维空间中的开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa来判定有无障碍物o的情况等相比，能够抑制控制器30的计算负担。
[0106]
(变形实施方式2)
[0107]
图5所示的有无障碍物o的判定在上述实施方式中，基于回转角度θ进行，在上述变形实施方式1中，基于前后方向上的位置进行。另一方面，在变形实施方式2，分别基于回转角度θ及在前后方向x上的位置来判定有无障碍物o。以下，说明变形实施方式2与上述实施方式之间的不同点。
[0108]
图11是表示本变形实施方式2的路径设定系统1的工作的流程图。如图11所示，控制器30进行步骤s13(参照图4)和步骤s113(参照图10)。
[0109]
在步骤s221a中，图5所示的控制器30判定障碍物回转角度θo是否处在从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围(角度范围b)。另外，在步骤s221b(参照图11)中，控制器30判定障碍物前后位置xo是否处在开始点前后位置xs与结束点前后位置xe之间(前后范围c)。
[0110]
在障碍物回转角度θo处在角度范围b时、以及障碍物前后位置xo处在前后范围c时中的至少任一个情况下，控制器30判定为“在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa”。具体而言，如图11所示，在步骤s221a为“是”、以及步骤s221b为“是”中的至少任一个情
况下，图5所示的控制器30判定为“在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa”。在此情况下，控制器30将回避路径r1设定为目标路径r(步骤s22(参照图11))。
[0111]
如图8所示，当障碍物回转角度θo未处在角度范围b时，且障碍物前后位置xo未处在前后范围c时，控制器30判定为“在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa”。具体而言，如图11所示，在步骤s221a为“否”，且步骤s221b为“否”的情况下，图8所示的控制器30判定为在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa。在此情况下，控制器30将非回避路径r2设定为目标路径r(步骤s23(参照图11))。
[0112]
变形实施方式2的效果如下所述。如图5所示，将上部回转体13相对于下部行走体11的回转角度θ，即附属装置特定部位15s配置于开始点rs时的回转角度θ定义为开始点回转角度θs。将附属装置特定部位15s配置于结束点re时的回转角度θ定义为结束点回转角度θe。将附属装置特定部位15s配置于障碍物特定部位oa的位置时的回转角度θ定义为障碍物回转角度θo。将上部回转体13在前后方向上的开始点rs的位置设为开始点前后位置xs。将上部回转体13在前后方向上的结束点re的位置设为结束点前后位置xe。将上部回转体13在前后方向上的障碍物特定部位oa的位置设为障碍物前后位置xo。
[0113]
在障碍物回转角度θo处于角度范围b时、以及障碍物前后位置xo处于前后范围c时中的至少任一个情况下，控制器30判定为在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa。当障碍物回转角度θo未处于角度范围b，且当障碍物前后位置xo未处于前后范围c时，控制器30判定在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa。角度范围b是从开始点回转角度θs到结束点回转角度θe为止的范围。前后范围c是开始点前后位置xs与结束点前后位置xe之间的范围。
[0114]
根据上述结构，在障碍物回转角度θo处于角度范围b时、以及障碍物前后位置xo处于前后范围c时中的至少任一个情况下，将回避路径r1设定为目标路径r。由此，与仅基于回转角度θ及前后方向中的一者来判定有无障碍物o的情况相比，容易将回避路径r1设定为目标路径r。由此，能够进一步抑制附属装置15与障碍物o接触。
[0115]
(变形实施方式3)
[0116]
如图5所示，控制器30也可以，在障碍物回转角度θo处于角度范围b时且障碍物前后位置xo处于前后范围c时，判定为“在开始点rs与结束点re之间有障碍物特定部位oa”。如图8所示，控制器30也可以，在障碍物回转角度θo未处于角度范围b时以及障碍物前后位置xo未处于前后范围c时的至少任一个情况下，判定为“在开始点rs与结束点re之间无障碍物特定部位oa”。在此情况下，与仅基于回转角度θ及前后方向x中的一者来判定有无障碍物o的情况相比，容易将非回避路径r2设定为目标路径r。由此，能够进一步抑制附属装置15进行多余的回避动作。
[0117]
(变形实施方式4)
[0118]
在图5所示的例子中，障碍物特定部位oa是堆形状的障碍物o的顶峰(点)。图12是俯视观察本变形实施方式4的路径设定系统1及目标路径r等的示意图。图13是从后方观察图12所示的目标路径r等的示意图。在变形实施方式4，图12所示的障碍物o是形成于地面的洞(参照图13)。在此情况下，控制器30将洞的边缘(地面与洞之间的边界的线状部分)设定为障碍物特定部位oa。在障碍物特定部位oa为线状部分的情况下，障碍物回转角度θ0具有范围(障碍物前后位置xo(参照图5)也相同)。另外，在步骤s21(参照图4)，控制器30判定具
有范围的障碍物回转角度θo的至少一部分是否处在角度范围b内。在步骤s121(参照图10)，控制器30判定具有范围的障碍物前后位置xo(参照图5)的至少一部分是否处在前后范围c内。
[0119]
如图12所示，障碍物特定部位oa是形成于地面的洞的边缘(参照图13)。
[0120]
在上述结构中，控制器30基于洞即障碍物o的边缘的三维信息，亦即线状部分的三维信息，判定在开始点rs与结束点re之间是否有障碍物特定部位oa(判定有无障碍物o)。由此，与基于整个障碍物o的三维信息来判定有无障碍物o的情况等相比，能够减少控制器30的计算负担。
[0121]
(其他的变形实施方式)
[0122]
也可以进一步对上述实施方式及变形实施方式进行各种变形。例如，也可以将彼此不同的实施方式或变形实施方式的结构要素相互组合。例如，也可以变更各结构要素的配置或形状。例如，也可以变更图3所示的各结构要素的连接。例如，也可以变更图4、图10、图11所示的流程图的步骤的顺序。例如，可以变更结构要素的数量，也可以不设置结构要素的一部分。例如，虽然说明了彼此不同的多个部件或部分，但是也可以设为一个部件或部分。例如，虽然说明了一个部件或部分，但是也可以分成彼此不同的多个部件或部分而进行设置。
[0123]
例如，在上述实施方式中，图5等所示的障碍物o的顶点或边缘被设为障碍物特定部位oa(参照图5、图12)。另一方面，障碍物o的形状的整体或大致整体也可以被设为障碍物特定部位oa。在上述实施方式中，控制器30基于回转角度θ或前后方向上的位置来判定有无障碍物o。另一方面，控制器30也可以基于三维位置来判定有无障碍物o。具体而言，例如也可以基于连结开始点rs与结束点re的线段的三维位置信息、和障碍物o的三维位置及形状是否重叠，判定有无障碍物o。另外，还可以基于假设已在非回避路径r2(参照图8)中从开始点rs移动到结束点re为止时的附属装置15的三维轨迹、和障碍物o的三维位置及形状是否重叠，判定有无障碍物o。
[0124]
本发明提供路径设定系统，其用于具有下部行走体、上部回转体及附属装置的工程机械，设定所述附属装置的特定的部位即附属装置特定部位的目标路径，所述上部回转体能够围绕沿着上下方向延伸的回转中心轴回转地搭载于所述下部行走体，所述附属装置安装于所述上部回转体而进行作业。该路径设定系统包括：三维信息获取部，获取所述附属装置周围的障碍物的特定的部位即障碍物特定部位的三维信息；以及控制器，设定所述附属装置特定部位从指定的开始点到指定的结束点为止的目标路径。所述控制器基于所述三维信息获取部的获取结果，判定所述目标路径的所述开始点与所述目标路径的所述结束点之间有无所述障碍物特定部位，所述控制器在判定为在所述目标路径的所述开始点与所述目标路径的所述结束点之间有所述障碍物特定部位的情况下，将回避路径设定为所述目标路径，在判定为在所述开始点与所述结束点之间无所述障碍物特定部位的情况下，将非回避路径设定为所述目标路径，所述回避路径是所述附属装置进行避开所述障碍物的回避动作，并且所述附属装置特定部位从所述开始点移动到所述结束点的路径，所述非回避路径是所述附属装置不进行所述回避动作，而所述附属装置特定部位从所述开始点移动到所述结束点的路径。
[0125]
在上述结构中，也可以是，所述控制器在障碍物回转角度处于从开始点回转角度
到结束点回转角度为止的范围时，判定为在所述开始点与所述结束点之间有所述障碍物特定部位，在所述障碍物回转角度未处于从所述开始点回转角度到所述结束点回转角度为止的范围时，判定为在所述开始点与所述结束点之间无所述障碍物特定部位，所述开始点回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述开始点时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述结束点回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述结束点时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述障碍物回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述障碍物特定部位的位置时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度。
[0126]
在上述结构中，也可以是，所述控制器在障碍物前后位置处于开始点前后位置与结束点前后位置之间时，判定为在所述开始点与所述结束点之间有所述障碍物特定部位，在所述障碍物前后位置未处于所述开始点前后位置与所述结束点前后位置之间时，判定为在所述开始点与所述结束点之间无所述障碍物特定部位，所述开始点前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述开始点的位置，所述结束点前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述结束点的位置，所述障碍物前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述障碍物特定部位的位置。
[0127]
在上述结构中，也可以是，在障碍物回转角度处于从开始点回转角度到结束点回转角度为止的范围时、以及障碍物前后位置处于开始点前后位置与结束点前后位置之间时中的至少任一个情况下，所述控制器判定为在所述开始点与所述结束点之间有所述障碍物特定部位，当所述障碍物回转角度未处于从所述开始点回转角度到所述结束点回转角度为止的范围，且所述障碍物前后位置未处于所述开始点前后位置与所述结束点前后位置之间时，所述控制器判定为在所述开始点与所述结束点之间无所述障碍物特定部位，所述开始点回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述开始点时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述结束点回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述结束点时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述障碍物回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述障碍物特定部位的位置时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述开始点前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述开始点的位置，所述结束点前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述结束点的位置，所述障碍物前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述障碍物特定部位的位置。
[0128]
在上述结构中，也可以是，在所述障碍物为堆形状的情况下，所述三维信息获取部将所述障碍物的顶峰设定为所述障碍物特定部位。
[0129]
在上述结构中，也可以是，在所述障碍物为形成于地面的洞的情况下，所述三维信息获取部将所述洞的边缘设定为所述障碍物特定部位。
[0130]
在上述结构中，所述回避动作也可以是所述附属装置在比所述障碍物特定部位高的位置，从所述开始点上方的位置移动到超过与所述障碍物特定部位对应的位置为止的动作。

技术特征：
1.一种路径设定系统，被应用在具有下部行走体、上部回转体及附属装置的工程机械，用于设定所述附属装置的特定的部位即附属装置特定部位的目标路径，所述上部回转体能够围绕沿着上下方向延伸的回转中心轴回转地搭载于所述下部行走体，所述附属装置安装于所述上部回转体而进行作业，所述路径设定系统的特征在于包括：三维信息获取部，获取所述附属装置周围的障碍物的特定的部位即障碍物特定部位的三维信息；和控制器，设定所述附属装置特定部位从指定的开始点到指定的结束点为止的目标路径，其中，所述控制器，基于所述三维信息获取部的获取结果，判定在所述目标路径的所述开始点与所述目标路径的所述结束点之间有无所述障碍物特定部位，所述控制器，在判定为在所述目标路径的所述开始点与所述目标路径的所述结束点之间有所述障碍物特定部位的情况下，将回避路径设定为所述目标路径，在判定为在所述开始点与所述结束点之间无所述障碍物特定部位的情况下，将非回避路径设定为所述目标路径，所述回避路径是所述附属装置进行避开所述障碍物的回避动作，并且所述附属装置特定部位从所述开始点移动到所述结束点的路径，所述非回避路径是所述附属装置不进行所述回避动作，而所述附属装置特定部位从所述开始点移动到所述结束点的路径。2.根据权利要求1所述的路径设定系统，其特征在于：所述控制器，在障碍物回转角度处于从开始点回转角度到结束点回转角度为止的范围时，判定为在所述开始点与所述结束点之间有所述障碍物特定部位，在所述障碍物回转角度未处于从所述开始点回转角度到所述结束点回转角度为止的范围时，判定为在所述开始点与所述结束点之间无所述障碍物特定部位，所述开始点回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述开始点时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述结束点回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述结束点时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述障碍物回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述障碍物特定部位的位置时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度。3.根据权利要求1所述的路径设定系统，其特征在于：所述控制器，在障碍物前后位置处于开始点前后位置与结束点前后位置之间时，判定为在所述开始点与所述结束点之间有所述障碍物特定部位，在所述障碍物前后位置未处于所述开始点前后位置与所述结束点前后位置之间时，判定为在所述开始点与所述结束点之间无所述障碍物特定部位，所述开始点前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述开始点的位置，所述结束点前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述结束点的位置，所述障碍物前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述障碍物特定部位的位置。4.根据权利要求1所述的路径设定系统，其特征在于：所述控制器，在障碍物回转角度处于从开始点回转角度到结束点回转角度为止的范围
时以及障碍物前后位置处于开始点前后位置与结束点前后位置之间时中的至少任一个情况下，判定为在所述开始点与所述结束点之间有所述障碍物特定部位，所述控制器，在所述障碍物回转角度未处于从所述开始点回转角度到所述结束点回转角度为止的范围，且所述障碍物前后位置未处于所述开始点前后位置与所述结束点前后位置之间时，判定为在所述开始点与所述结束点之间无所述障碍物特定部位，所述开始点回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述开始点时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述结束点回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述结束点时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述障碍物回转角度是所述附属装置特定部位配置于所述障碍物特定部位的位置时的所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度，所述开始点前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述开始点的位置，所述结束点前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述结束点的位置，所述障碍物前后位置是所述上部回转体在前后方向上的所述障碍物特定部位的位置。5.根据权利要求1至4中任一项所述的路径设定系统，其特征在于：在所述障碍物为堆形状的情况下，所述三维信息获取部将所述障碍物的顶峰设定为所述障碍物特定部位。6.根据权利要求1至4中任一项所述的路径设定系统，其特征在于：在所述障碍物为形成于地面的洞的情况下，所述三维信息获取部将所述洞的边缘设定为所述障碍物特定部位。7.根据权利要求1至6中任一项所述的路径设定系统，其特征在于：所述回避动作是所述附属装置在比所述障碍物特定部位高的位置，从所述开始点上方的位置移动到超过与所述障碍物特定部位对应的位置为止的动作。

技术总结
本发明抑制附属装置与障碍物接触，并且抑制附属装置的多余动作。控制器在判定为在开始点与结束点之间有障碍物特定部位的情况下，将回避路径设定为目标路径。回避路径是附属装置进行避开障碍物的回避动作，并且附属装置特定部位从开始点移动到结束点的路径。控制器在判定为在开始点与结束点之间无障碍物特定部位的情况下，将非回避路径设定为目标路径。非回避路径是附属装置不进行回避动作，而附属装置特定部位从开始点移动到结束点的路径。特定部位从开始点移动到结束点的路径。特定部位从开始点移动到结束点的路径。


技术研发人员：秋山将贵 土井隆行 山下耕治
受保护的技术使用者：神钢建机株式会社
技术研发日：2021.08.05
技术公布日：2023/7/12