| 【発明の名称】 |
重機の姿勢認識装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】木村 裕喜
|
| 【要約】 |
【課題】従来、遠隔操縦，通常操縦いずれの場合も、重機が安全な姿勢かどうかを把握するためには、熟練者による監視や操縦が必要であり、熟練者であっても重機が安全な姿勢かどうかの判断を誤る可能性があるし、また、初心者による監視や操縦の場合、重機が安全な姿勢かどうかを判断することは困難である。
【解決手段】本発明による重機の姿勢認識装置は、重機の水平状態に対する前後，左右の傾きを検出するセンサ及び重機による作業状況を撮影する撮影手段を当該重機に取付けるとともに、表示手段５に、上記センサからの信号に基づく重機の姿勢情報表示画像３０，４０と上記撮影手段からの撮影画像１５とを表示するようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 重機の水平状態に対する前後，左右の傾きを検出するセンサ及び重機による作業状況を撮影する撮影手段を当該重機に取付けるとともに、上記重機を遠隔操縦するための移動操作室内に設けた表示手段に、上記センサからの信号に基づく重機の姿勢情報と上記撮影手段からの撮影情報とを表示するようにしたことを特徴とする重機の姿勢認識装置。
【請求項２】 上記姿勢情報と上記撮影情報とを、１つの表示手段の画面に同時に表示するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の重機の姿勢認識装置。
【請求項３】 重機の水平状態に対する前後，左右の傾きを検出するセンサを当該重機に取付けるとともに、上記重機の運転操作室内に設けた表示手段に、上記センサからの信号に基づく重機の姿勢情報を表示するようにしたことを特徴とする重機の姿勢認識装置。
【請求項４】 上部旋回体と下部走行体とに別れる重機において、上部旋回体と下部走行体のそれぞれに上記センサを取付け、これら各センサからの信号に基づく各姿勢情報を上記表示手段に表示するようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の重機の姿勢認識装置。
【請求項５】 上記センサからの信号により、上記重機の傾きが安全範囲から外れたと判定した時に、音声による警報処理，あるいは上記姿勢情報の表示の色や形態を変化させる等の視覚による警報処理を実行する警報判定処理手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の重機の姿勢認識装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル，ブルドーザ，ダンプトラック等の重機の姿勢を容易に把握できるようにした重機の姿勢認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】危険地域で遠隔操縦される重機を使った無人化施工において、その重機が安全な姿勢かどうかを把握しながら遠隔操縦することは難しい。従来、例えば、油圧ショベルなどの重機に当該重機の前方を撮影するためのカメラを搭載し、このカメラで撮影した重機による作業状況を遠隔操縦側に送信するようにし、この撮影映像を見ながら遠隔操縦するようにしていた。しかし、この場合、重機が傾くとカメラも傾くので、重機が傾いていることを撮影映像から判断できなくなり、最悪の場合、重機を転倒させてしまうおそれがある。そこで、重機から離れた外部にカメラを設置するようにして、この外部のカメラからの撮影映像を見ながら作業を行なっている重機の姿勢を監視することで、重機が安全な姿勢かどうかを判断するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遠隔操縦において、重機の外部にカメラを設置してこの外部のカメラからの撮影映像を見ながら重機が安全な姿勢かどうかを判断する方法によれば、カメラのズームにも限界があるので、重機の傾きを把握できる撮影映像を取得できる距離の所においてカメラを設置する必要があるとともに、カメラを水平に設置する必要があるので、設置場所を平坦にしなければならないが、危険地域においてこのような場所を設けることが難しくなってきている。即ち、重機との距離に制約が発生し、また、カメラの設定も煩雑となる。しかも、外部のカメラからの映像を熟練した監視者が目で見て経験により直感で判断するので、重機が安全な姿勢かどうかの判断を誤る可能性もあるし、監視者が初心者の場合にあっては、外部のカメラからの映像に基づいて重機が安全な姿勢かどうかを判断することは困難である。また、重機の運転席にオペレータが搭乗して行う通常操縦においても、熟練オペレータであれば無意識のうちに認識する重力の方向により、重機の傾きを安全な範囲で調整することも可能であるが、判断を誤る可能性もあるし、オペレータが初心者の場合にあっては、重機が安全な姿勢かどうかを判断して重機の傾きを安全な範囲で調整することは困難である。
【０００４】従って、従来は、遠隔操縦，通常操縦いずれの場合も、重機が安全な姿勢かどうかを把握するためには、熟練者による監視や操縦が必要であり、熟練者であっても重機が安全な姿勢かどうかの判断を誤る可能性があるし、また、初心者による監視や操縦の場合には、重機が安全な姿勢かどうかを判断することは困難であるという課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明に係る重機の姿勢認識装置は、重機の水平状態に対する前後，左右の傾きを検出するセンサ及び重機による作業状況を撮影する撮影手段を当該重機に取付けるとともに、上記重機を遠隔操縦するための移動操作室内に設けた表示手段に、上記センサからの信号に基づく重機の姿勢情報と上記撮影手段からの撮影情報とを表示するようにしたものである。また、上記姿勢情報と上記撮影情報とを、１つの表示手段の画面に同時に表示するようにした。また、重機の水平状態に対する前後，左右の傾きを検出するセンサを当該重機に取付けるとともに、上記重機の運転操作室内に設けた表示手段に、上記センサからの信号に基づく重機の姿勢情報を表示するようにした。また、上部旋回体と下部走行体とに別れる重機において、上部旋回体と下部走行体のそれぞれに上記センサを取付け、これら各センサからの信号に基づく各姿勢情報を上記表示手段に表示するようにした。さらに、上記において、上記センサからの信号により、上記重機の傾きが安全範囲から外れたと判定した時に、音声による警報処理，あるいは上記姿勢情報の表示の色や形態を変化させる等の視覚による警報処理を実行する警報判定処理手段を備えるようにした。
【０００６】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、本発明の実施の形態１につき図に基づいて説明する。図１において、１は危険地域Ｘにおいて遠隔操縦される重機である油圧ショベル、２は油圧ショベル１を遠隔操縦するための移動操作車である。当該油圧ショベル１のように、上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂに別れる重機の場合は、図２に示すように、上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂのそれぞれに傾斜センサを設置することが好ましい。傾斜センサ３Ａは、上部旋回体１Ａの水平状態に対する当該上部旋回体１Ａの前後の傾き角（ピッチ角）及び左右の傾き角（ロール角）を計測するもので、傾斜センサ３Ｂは、下部走行体１Ｂの水平状態に対する当該下部走行体１Ｂの前後の傾き角（ピッチ角）及び左右の傾き角（ロール角）を計測するものである。これら傾斜センサ３Ａ，３Ｂは、ジャイロを利用したセンサ、電荷負荷や磁界の変化を利用したセンサ等、油圧ショベル１の水平状態に対する当該油圧ショベル１の前後，左右の傾きを検出できるものであればよい。傾斜センサ３Ａ，３Ｂは、油圧ショベル１の上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂに取付ける際に、水平な状態において予めキャリブレーション設定されている。また、油圧ショベル１の場合、ブーム１ａ，作業アーム１ｂとバケット１ｃの動きを撮影するＣＣＤカメラ４Ａと，足元及びバケット１ｃで掘削する箇所を撮影するＣＣＤカメラ４Ｂとが取付けられている。
【０００７】図３に示すように、上記移動操作車２の移動操作室２０内には、上記傾斜センサ３Ａで計測されたピッチ角とロール角の計測信号に基づく上部旋回体１Ａの姿勢情報表示画像３０と、上記傾斜センサ３Ｂで計測されたピッチ角とロール角の計測信号に基づく下部走行体１Ｂの姿勢情報表示画像４０と、各傾斜センサ３Ａ，３Ｂからの傾斜センサデータを演算して求めた回転角度に基づいて作成される下部走行体１Ｂに対する上部旋回体１Ａの回転状況を示す姿勢情報表示画像５０と、上記ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂからの撮影画像１５と、が合成された合成画像を操作ＴＶ画面５ｆに表示するための表示手段５が設けられている。尚、２１は上記操作ＴＶ画面５ｆを見ながら油圧ショベル１を遠隔操縦するための操作機である。
【０００８】図４に示すように、油圧ショベル１は、上記傾斜センサ３Ａ，３Ｂで計測したピッチ角とロール角の計測信号と上記ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂで撮影したＣＣＤカメラ画像信号とを無線で上記移動操作車２に送信するための信号処理装置としてのＡＤ変換ユニット６，無線送信器７を備えている。これにより、上記傾斜センサ３Ａ，３Ｂで計測されたピッチ角とロール角の４つのアナログ信号は、ＡＤ変換ユニット６により１つのデジタル信号に変換されて傾斜センサデータとして無線送信器７に送られ、ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂにより撮像されたＣＣＤカメラ画像信号と合成されて移動操作車２にデータ送信される。
【０００９】また、移動操作室２０には、上記無線送信器７から送られてくるデータを無線受信アンテナ２ａ（図１参照）を介して受信して、傾斜センサデータとＣＣＤカメラ画像信号とに分解する無線受信器８と、この無線受信器８から送られてくる傾斜センサデータを演算し、上記上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂの回転角度を求めて操作ＴＶ画面５ｆに表示する上記姿勢情報表示画像５０を作成するとともに、上記傾斜センサデータに基づいて、表示手段５の操作ＴＶ画面５ｆに表示する姿勢情報表示画像３０，４０を作成する傾斜データ演算ユニット９と、ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂで撮影したＣＣＤカメラ画像に上記姿勢情報表示画像３０，４０，５０を合成する画像合成ユニット１０を備え、これにより、図３に示すように、操作ＴＶ画面５ｆには、ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂからの撮影画像１５中に上記姿勢情報表示画像３０，４０，５０が合成された合成画像が表示される。
【００１０】尚、傾斜データ演算ユニット９及び画像合成ユニット１０は、演算処理プログラムや合成処理プログラムを備えたパーソナルコンピュータ等により構成される。
【００１１】また、移動操作室２０の操作機２１の足元に設けられたフットスイッチ等を操作することにより、ＣＣＤカメラ４ＡとＣＣＤカメラ４Ｂで撮影したそれぞれの画像を切り替えて表示することができる。
【００１２】図３に示すように、上記各姿勢情報表示画像３０，４０は、十字の縦横基準線を設定した丸枠Ｒ内に姿勢情報線を表示した画像であり、これらは、ちょうど飛行機の操作パネルのようなイメージに近い画像である。また、姿勢情報表示画像５０は、丸枠Ｒ内に、上から見た油圧ショベル１の上部旋回体１Ａの回転状況を油圧ショベル１の絵図５１で表示した画像である。各姿勢情報表示画像３０，４０において、横基準線Ａはピッチ角０°及びロール角０°を示す線、縦基準線Ｂはロール角９０°を示すとともにピッチ角の目盛りが付される線である。姿勢情報表示画像５０において、図示はしないが、丸枠Ｒには目盛りが付されている。即ち、縦基準線Ｂ１の上端に相当する位置は回転角０°、下端に相当する位置は回転角１８０°、横基準線Ａ１の左端に相当する位置は回転角９０°（あるいは２７０°）、右端に相当する位置は回転角２７０°（あるいは９０°）を示す目盛りが、これらに間には、例えば回転角１５°間隔での目盛りが付されている。
【００１３】各姿勢情報表示画像３０，４０における姿勢情報線（上方の水平直線）は現在の上部旋回体１Ａのピッチ角を示すピッチ角表示線Ｃ１、現在の下部走行体１Ｂのピッチ角を示すピッチ角表示線Ｃ２であり、図３では上部旋回体１Ａ，下部走行体１Ｂが前上がりに傾いていることを示している。即ち、ピッチ角表示線Ｃ１，Ｃ２が横基準線Ａより上方に表示される場合は前上がりに傾いていることを示し、ピッチ角表示線Ｃ１，Ｃ２が横基準線Ａより下方に表示される場合は前下がり（後上がり）に傾いていることを示す。また、図示しないが縦基準線Ｂにはピッチ角を表わす目盛りが付いており、縦基準線Ｂの上端は前上がりピッチ角９０°を示し、縦基準線Ｂの下端は前下がり（後上がり）ピッチ角９０°を示し、縦基準線Ｂと横基準線Ａとの交差点（中心）であるピッチ角０°の位置から縦基準線Ｂの上下端の間において例えばピッチ角１５°間隔の目盛りが付されている。
【００１４】また、各姿勢情報表示画像３０，４０における姿勢情報線（斜線）は現在の上部旋回体１Ａのロール角を示すロール角表示線Ｄ１、現在の下部走行体１Ｂのロール角を示すロール角表示線Ｄ２であり、図３では上部旋回体１Ａ，下部走行体１Ｂが右上がりに傾いていることを示している。即ち、ロール角表示線Ｄ１，Ｄ２が、縦基準線Ｂと横基準線Ａとの交差点（中心）を介して右上がりに表示されている場合は右上がりに傾いていることを示し、右下がりに表示されている場合は右下がりに傾いていることを示している。また、図示しないが丸枠Ｒの周囲にはロール角を表わす目盛りが付いている。即ち、横基準線Ａの両端に相当する位置はロール角０°、縦基準線Ｂの上下端に相当する位置はロール角９０°、その間は例えばロール角１５°間隔の目盛りが付されている。
【００１５】尚、上記ピッチ角表示線、ロール表示線、縦横基準線は、それぞれ異なる色あるいは鎖線，点線等の異なる形態で表示してもよい。
【００１６】また、各姿勢情報表示画像３０，４０の近傍に、それぞれ、ピッチ角とロール角の数値を表示するようにしてもよい。また、姿勢情報表示画像５０の近傍に、回転角の数値を表示するようにしてもよい。
【００１７】また、各姿勢情報表示画像３０，４０，５０は、油圧ショベル１が停止状態で安定に掘削作業をしている間は必要ない。従って、図示しないが、例えば操作機２１や表示手段５側に、各姿勢情報表示画像３０，４０，５０の操作ＴＶ画面５ｆへの表示をオン／オフするためのボタン等を設けることが好ましい。
【００１８】上記実施の形態１によれば、遠隔操縦される油圧ショベル１の上部旋回体１Ａ及び下部走行体１Ｂの前後，左右の傾き（ピッチ角，ロール角）を検出する傾斜センサ３Ａ，３Ｂと、油圧ショベル１による作業状況を撮影するＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂと、を当該油圧ショベル１に取付けるとともに、上記油圧ショベル１を遠隔操縦するための移動操作室２０内に設けた表示手段５の操作ＴＶ画面５ｆ上に、上記傾斜センサ３Ａ，３Ｂからの信号に基づく油圧ショベル１の上部旋回体１Ａ及び下部走行体１Ｂの姿勢情報としての上記各姿勢情報表示画像３０，４０やピッチ角，ロール角の数値情報と、撮影情報としての上記ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂからの撮影画像１５と、を合成して表示するようにしたので、油圧ショベル１の上部旋回体１Ａ，下部走行体１Ｂのおおよその前後，左右の傾き角度を把握することができる。また、姿勢情報表示画像５０により、下部走行体１Ｂに対する上部旋回体１Ａの回転状況も把握できる。したがって、油圧ショベル１の遠隔操縦において、初心者は勿論、熟練者にとっても油圧ショベル１が安全な姿勢かどうかの判断を容易に行なえる。また、１つの表示手段５の操作ＴＶ画面５ｆ上に、上記各姿勢情報表示画像３０，４０，５０と上記撮影画像１５とを同時に表示するので、視線を極端に移動させることなく、遠隔操縦に集中しながら、かつ、逐次、油圧ショベルが安全な姿勢かどうかを確認できる。また、姿勢情報として、数値表示に比べて一瞬にして傾きを把握しやすい姿勢情報表示画像３０，４０，５０を表示するので、視認性を良くできる（つまり、数値表示だけの場合は、傾きが、前上がりと前下がりの場合、右上がり右下がり場合とで、同じ数値でも＋−や色を違わせる等しなければならず、情報表示画像３０，４０等に比べて傾きを把握するのに時間がかかり、視認性が良いとは言えない）。さらに、数値表示も行なうので、具体的な角度も確認できる。本実施例の場合は、姿勢情報表示画像３０，４０と一緒に表示するので、数値表示は単に数字を表示すればよい。
【００１９】尚、姿勢情報としては、上述したような飛行機の操作パネルのようなイメージの姿勢情報表示画像３０，４０でなくとも、数値表示に比べて一瞬にして傾きを把握しやすいような姿勢情報表示画像であれば、態様は問わない。また、姿勢情報表示画像５０は必ずしも表示しなくてもかまわない。
【００２０】また、姿勢情報と撮影情報を別々に処理し、それぞれ別々の表示手段の画面上に表示するようにしてもよい。
【００２１】また、上記では、上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂのそれぞれに傾斜センサを設置するようにし、上部旋回体１Ａの姿勢情報表示画像３０と下部走行体１Ｂの姿勢情報表示画像４０の両方を表示するようにしたが、走行においては、回転状況を示す姿勢情報表示画像５０と下部走行体１Ｂの傾きを把握するための姿勢情報表示画像４０のみを表示するようにしてもよいし、さらに、上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂのいずれか一方のみに傾斜センサを設置するようにし、表示手段に表示する撮影画像１５中に１つの姿勢情報表示画像のみを表示するようにしてもよい。尚、上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂに別れていない重機、例えば、ブルドーザ，ダンプトラック等の重機の場合は、傾斜センサ，ＣＣＤカメラは１つづつで良く、傾斜センサからの信号に基づく姿勢情報表示画像を表示するようにすればよい。
【００２２】また、上記では、傾斜センサデータとＣＣＤ画像信号とを合成してデータ送信するようにしたが、別々に送信してもよい。ただし、重機が複数混在して作業している場合など、別々に送信するとチャンネル数が足らなくなるので、チャンネル数が不足しないように上記のように合成して送信した方が好ましい。
【００２３】実施の形態２．また、どの程度の傾きまで安全な範囲であるかは、重機によって異なる。従って、使用する重機によって予めピッチ角，ロール角のしきい値を設定しておき、しきい値を超えた場合に重機の傾きが安全範囲から外れたと判定して、図３のスピーカ２２から音声による警報を出力させる音声による警報処理を実行する警報判定処理手段を設けるようにする。この警報判定処理手段は、例えば、パーソナルコンピュータと、このパーソナルコンピュータに上記判定を行なわせる判定プログラムと、上記警報処理を行なわせる処理プログラム等で構成すればよい。この処理プログラムは、上記判定プログラムがしきい値を超えたと判定した場合に、上記姿勢情報表示画像３０，４０の表示の色や形態（例えば線種）、あるいは操作ＴＶ画面５ｆの色や明度を変化させる等の視覚による警報処理を実行させるプログラムとしてもよい。また、上記音声による警報処理及び視覚による警報処理の両方を実行させる処理プログラムとしてもよい。
【００２４】尚、上記しきい値は、実際の危険角度より十分に安全な角度、即ち、余裕をもたせて設定しておく。
【００２５】実施の形態２によれば、重機の傾き角度（ピッチ角，ロール角）がしきい値を超えれば、自動的に警報を発してくれるので、遠隔操縦者は安心して操縦を行なうことができ、また、早めに重機の傾きを修正できるので、重機を転倒させてしまうようなことが無くなる。
【００２６】実施の形態３．上記実施の形態１，２では、遠隔操縦される重機の姿勢認識装置について説明したが、上記傾斜センサを重機に取付けるとともに、重機の運転操作室内に設けた表示手段に、上記傾斜センサからの信号に基づく重機の姿勢情報を表示するようにすれば、重機の運転席にオペレータが搭乗して行う通常操縦の場合の重機の姿勢認識装置を構成できる。
【００２７】実施の形態３によれば、重機の通常操縦の場合において、上述した実施の形態１，２と同様な効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】本発明に係る重機の姿勢認識装置によれば、重機を遠隔操縦する場合、あるいは、重機を通常操縦する場合において、重機の前後，左右の傾きを容易に把握することができ、従って、初心者は勿論、熟練者にとっても重機が安全な姿勢かどうかの判断を容易に行なえるようになる。また、姿勢情報と撮影情報とを、１つの表示手段の画面に同時に表示することにより、視線を極端に移動させることなく、遠隔操縦に集中しながら、逐次、重機が安全な姿勢かどうかを確認できるようになる。また、上部旋回体と下部走行体とに別れる重機において、上部旋回体と下部走行体のそれぞれにセンサを取付け、これら各センサからの信号に基づく各姿勢情報を上記表示手段に表示するようにしたので、上部旋回体と下部走行体とに別れる重機が安全な姿勢かどうかの判断を容易に行なえるようになり、また、この場合、下部走行体に対する上部旋回体の回転状況を把握することも可能となる。また、警報判定処理手段を備え、重機の傾きが安全範囲から外れたと判定した時に、自動的に警報を発するようにしたので、安心して操縦を行なえるようになる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１３１７
【氏名又は名称】株式会社熊谷組
|
| 【出願日】 |
平成１２年６月６日（２０００．６．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０２９６
【弁理士】
【氏名又は名称】宮園 純一
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−３４８９１４（Ｐ２００１−３４８９１４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２１日（２００１．１２．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１６９５８５（Ｐ２０００−１６９５８５） |
|