CN106104197A - 工程机械的工作状态检测系统及工程机械 - Google Patents

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Abstract

工程机械的工作状态检测系统(100)包括：识别部(11、12、13)，其设于作业部(5)；摄像装置(10)，其设于工程机械主体部(3)，用于对作业部(5)进行拍摄；运算部(22)，其用于运算由摄像装置(10)拍摄到的识别部(11、12、13)的形状随着作业部(5)的动作而变化时的变化量；以及检测部(23)，其用于根据由运算部(22)运算出的变化量来检测作业部(5)的工作状态。

Description

工程机械的工作状态检测系统及工程机械
技术领域
本发明涉及用于检测工程机械的工作状态的工作状态检测系统及具备工作状态检测系统的工程机械。
背景技术
通常，液压挖掘机等工程机械一边由操作人员通过视觉观察确认铲斗等作业部的工作状态一边进行运转。
在JP2009－287298A中公开有一种测量装置，其在建筑机械的刀头上设置标记，并根据使用两台摄像机对标记进行拍摄而得到的图像，利用三角测量法测量建筑机械的刀头位置。
发明内容
然而，在JP2009－287298A的测量装置中，由于使用三角测量法，因此，为了测量刀头位置而需要两台以上的摄像机，结构较为复杂。
本发明的目的在于能够以简单的结构来检测工程机械的工作状态。
根据本发明的实施方式，提供一种工程机械的工作状态检测系统，其用于检测相对于工程机械主体部进行动作的作业部的工作状态，其中，该工程机械的工作状态检测系统包括：识别部，其设于所述作业部；摄像装置，其设于所述工程机械主体部，用于对所述作业部进行拍摄；运算部，其用于运算由所述摄像装置拍摄到的所述识别部的形状随着所述作业部的动作而变化时的变化量；以及检测部，其用于根据由所述运算部运算出的变化量来检测所述作业部的工作状态。
附图说明
图1是应用本发明的实施方式的工程机械的工作状态检测系统的工程机械的结构图。
图2是工程机械的工作状态检测系统的框图。
图3是表示由摄像装置拍摄到的图像的例子的图。
图4A是表示安装于动臂的识别部的例子的图。
图4B是表示安装于斗杆的识别部的例子的图。
图4C是表示安装于铲斗的识别部的例子的图。
图5A是说明识别部的缩尺的变化的图。
图5B是说明识别部的倾斜的变化的图。
图5C是说明识别部的应变的变化的图。
图6是工程机械的工作状态检测系统中的工作状态检测控制的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式的工程机械的工作状态检测系统(以下，简称为“工作状态检测系统”。)100以及作为具备工作状态检测系统100的工程机械的液压挖掘机1。
首先，参照图1，说明液压挖掘机1的结构。在此，说明工程机械为液压挖掘机1的情况，但工作状态检测系统100也能够应用于混合动力挖掘机、轮式装载机等其他工程机械。另外，在此，使用工作油作为工作流体，但也可以使用工作水等其他的流体来作为工作流体。
液压挖掘机1包括：行驶部2，其为履带式；回转部3，其作为工程机械主体部，以能够回转的方式设于行驶部2的上部；以及挖掘部5，其作为作业部，设于回转部3的前方中央部。回转部3具有供操作人员搭乘的驾驶室3a。
行驶部2通过利用行驶马达(未图示)驱动左右一对履带2a从而使液压挖掘机1行驶。回转部3由回转马达(未图示)驱动，并相对于行驶部2在左右方向上回转。
挖掘部5包括：动臂6，其以能够绕沿着回转部3的左右方向延伸的水平轴线摆动的方式安装于回转部3；斗杆7，其以能够摆动的方式安装于动臂6的顶端；以及铲斗8，其以能够摆动的方式安装于斗杆7的顶端，用于挖掘沙土等。另外，挖掘部5包括：动臂缸6a，其使动臂6上下转动；斗杆缸7a，其使斗杆7上下转动；以及铲斗缸8a，其使铲斗8转动。
接着，参照图1至图4C说明工作状态检测系统100。
工作状态检测系统100用于检测相对于回转部3进行动作的挖掘部5的工作状态。工作状态检测系统100包括：识别标记11～13，其作为识别部，设于挖掘部5；摄像机10，其作为摄像装置，设于回转部3并用于对挖掘部5进行拍摄；控制器20，其根据由摄像机10拍摄到的图像来检测挖掘部5的工作状态；以及监视器30，其作为用于向操作人员传递挖掘部5的工作状态的信息传递部。
摄像机10设于能够从斜侧方向对挖掘部5进行拍摄的位置。摄像机10的拍摄方向与挖掘部5进行摆动的平面不同。由此，例如，能够抑制安装于铲斗8的识别标记13成为斗杆7的死角而隐藏。摄像机10设于驾驶室3a的上部。但并不限定于此，也可以将摄像机10设在驾驶室3a内部等其他的位置。如图3所示，摄像机10设定为使挖掘部5的动臂6、斗杆7以及铲斗8全部进入到可拍摄范围内。
如图3所示，识别标记11安装于动臂6的侧面。识别标记12安装于斗杆7的下表面。识别标记13安装于铲斗8的侧面。识别标记11～13设于能够被摄像机10拍摄到的位置。
如图4A至图4C所示，识别标记11～13形成为在正方形中具有通过分别涂白色和黑色而划出的区域。识别标记11～13也可以不是正方形而是长方形，只要能够识别通过分别涂两种以上的颜色而形成的直角的基准线，也可以不是四边形。
识别标记11～13设定为各不相同的形状。由此，根据摄像机10所拍摄到的图像来识别识别标记11～13的形状，从而能够单独地检测动臂6、斗杆7以及铲斗8的位置。因而，能够同时检测多个部位的工作状态。
并不限定于此，也可以将识别标记11～13设定为相同的形状。由于动臂6、斗杆7以及铲斗8的可动范围各不相同，因此，即使将识别标记11～13设定为相同的形状，也能够单独地检测动臂6、斗杆7以及铲斗8的位置及姿势。另外，也可以不在动臂6、斗杆7以及铲斗8各自安装识别标记11～13，而是将动臂6、斗杆7以及铲斗8的各自的能够进行图像识别的部分作为识别标记来使用。
控制器20包括具备CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)以及I/O接口(输入输出接口)的微型电子计算机。RAM存储CPU的处理中的数据，ROM预先存储CPU的控制程序等，I/O接口用于在所连接的设备之间输入或输出信息。
如图2所示，控制器20包括：基准形状存储部21，其预先储存挖掘部5位于基准位置的情况下的识别标记11～13的基准形状；运算部22，其运算由摄像机10拍摄到的图像中的、识别标记11～13的形状随着挖掘部5的动作而变化时的变化量；以及检测部23，其根据由运算部22运算出的识别标记11～13的形状的变化量来检测挖掘部5的工作状态。
在挖掘部5位于基准位置的状态下由摄像机10拍摄到的识别标记11～13的位置和形状作为基准形状被储存在基准形状存储部21。在挖掘部5可更换为其他的作业部的情况下，基准形状存储部21存储能够安装的多个作业部的识别标记的基准形状。另外，例如，在像仅能够更换铲斗8的情况那样，能够更换作业部的一部分的情况下也是同样的。
运算部22运算识别标记11～13的、相对于挖掘部5位于基准位置的情况下的识别标记11～13的基准形状的位置、缩尺、倾斜以及应变的变化量中的至少一个变化量。具体而言，如以下所述。另外，图5A至图5C中由双点划线所示的形状为识别标记11的基准形状。
如图5A所示，运算部22根据识别标记11～13的外形的大小自基准形状变化了多少来运算挖掘部5的远近的变化量。如图5B所示，运算部22根据识别标记11～13的基准线自基准形状倾斜了多少来运算挖掘部5的以摄像机10的拍摄方向为轴线的转动角度的变化。如图5C所示，运算部22根据识别标记11～13的外形自基准形状应变了多少来运算挖掘部5的以与摄像机10的拍摄方向垂直的方向为轴线的转动角度的变化。
检测部23根据识别标记11～13的变化量来运算挖掘部5的相对于回转部3的位置。液压挖掘机1的动臂6、斗杆7以及铲斗8的位置的变化与识别标记11～13的变化量之间存在相关关系。因而，若知道识别标记11～13的变化量，则能够运算动臂6、斗杆7以及铲斗8的位置的变化。
监视器30设于回转部3的供操作人员搭乘的驾驶室3a内。监视器30为以图像显示挖掘部5的动臂6、斗杆7以及铲斗8的工作状态的显示面板。由此，能够进行操作人员一边观察监视器30一边操作液压挖掘机1的所谓的信息化施工。另外，还可以设置语音引导部来代替监视器30，从而通过语音向操作人员通知挖掘部5的工作状态。
此外，也可以与液压挖掘机1分开地设置监视器30，从而能够自外部远程操作液压挖掘机1。另外，还可以利用使用了监视器30所显示的数据的反馈控制，使液压挖掘机1可自动运转。
接着，主要参照图6来说明工作状态检测系统100所进行的液压挖掘机1的工作状态检测控制。在液压挖掘机1的运转过程中，控制器20以例如每10毫秒的固定时间间隔重复执行图6所示的例程。
在步骤S101中，利用摄像机10拍摄图像。此时，可以拍摄静止图像，另外，也可以从动画中提取一个帧作为静止图像。
在步骤S102中，利用图像识别从在步骤S101中拍摄到的图像中检测识别标记11～13。
在步骤S103中，从基准形状存储部21中读取识别标记11～13的基准形状。
在步骤S104中，运算部22通过比较在步骤S102中检测到的识别标记11～13与在步骤S103中读取的识别标记11～13的基准形状，来运算识别标记11～13的位置、缩尺、倾斜以及应变的变化量。
在步骤S105中，检测部23根据在步骤S104中运算出的识别标记11～13的变化量来运算动臂6、斗杆7以及铲斗8的位置。该动臂6、斗杆7以及铲斗8的位置为挖掘部5的工作状态。
这样，在工作状态检测系统100中，根据由摄像机10拍摄到的图像来运算设于挖掘部5的识别标记11～13的形状的变化量，根据识别标记11～13的形状的变化量来检测挖掘部5的工作状态。因而，仅利用单一的摄像机10和识别标记11～13就能够检测挖掘部5的工作状态。因而，能够以简单的结构来检测液压挖掘机1的工作状态。
另外，由于不需要分别设于挖掘部5的动臂缸6a、斗杆缸7a以及铲斗缸8a的行程传感器等各种传感器类、将各种传感器类与控制器20电连接的电气布线等，因此，能够以低成本的结构来检测液压挖掘机1的工作状态。
在步骤S106中，向监视器30输出在步骤S105中运算出的动臂6、斗杆7以及铲斗8的位置。在监视器30上以图像显示挖掘部5中的动臂6、斗杆7以及铲斗8的工作状态。由此，能够进行操作人员一边观察监视器30一边操作液压挖掘机1的所谓的信息化施工。
另外，还可以将识别标记11～13设为从由摄像机10拍摄到的图像中能够识别的二维码。另外，还可以独立于识别标记11～13地在挖掘部5上安装二维码。在该情况下，能够将挖掘部5的动臂6以及斗杆7的长度、铲斗8的大小等、挖掘部5的固有的数据储存在二维码中。
由此，在更换了挖掘部5或挖掘部5的一部分的情况下，控制器20也能够根据储存在二维码中的数据自动地变更设定。此外，若在二维码中储存摄像机10的安装位置的数据，则能够应用于设定摄像机10的安装位置，例如在监视器30上显示使摄像机10向右再移动10mm的内容的指示等。
另外，二维码具有纠错功能，即：即使二维码的局部被污染，只要是7％～30％左右的错误就能够进行修复。因而，在识别标记11～13中应用了二维码的情况下，能够容许一定程度的污染、破损，能够提高检测精度。
根据以上的实施方式，起到以下所示的效果。
在工作状态检测系统100中，根据由摄像机10拍摄到的图像来运算设于挖掘部5的识别标记11～13的形状的变化量，根据识别标记11～13的形状的变化量来检测挖掘部5的工作状态。因而，能够仅利用单一的摄像机10和识别标记11～13来检测挖掘部5的工作状态。因而，能够以简单的结构来检测液压挖掘机1的工作状态。
另外，在监视器30上以图像显示挖掘部5的动臂6、斗杆7以及铲斗8的工作状态。由此，能够进行操作人员一边观察监视器30一边操作液压挖掘机1的所谓的信息化施工。
以上，说明了本发明的实施方式，但所述实施方式仅示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不在于将本发明的保护范围限定于所述实施方式的具体结构。
本申请基于2014年5月26日向日本国特许厅申请的日本特愿2014－107755主张优先权，该申请的全部内容通过参照编入到本说明书中。

Claims (6)

1.一种工程机械的工作状态检测系统，其用于检测相对于工程机械主体部进行动作的作业部的工作状态，其中，
该工程机械的工作状态检测系统包括：
识别部，其设于所述作业部；
摄像装置，其设于所述工程机械主体部，用于对所述作业部进行拍摄；
运算部，其用于运算由所述摄像装置拍摄到的所述识别部的形状随着所述作业部的动作而变化时的变化量；以及
检测部，其用于根据由所述运算部运算出的变化量来检测所述作业部的工作状态。
2.根据权利要求1所述的工程机械的工作状态检测系统，其中，
所述运算部用于运算所述识别部的缩尺、倾斜以及应变中的至少一者的变化量。
3.根据权利要求1所述的工程机械的工作状态检测系统，其中，
所述运算部用于运算相对于在所述作业部位于基准位置的情况下的所述识别部的基准形状的变化量，
所述检测部用于根据由所述运算部运算出的所述变化量来检测所述作业部的相对于所述工程机械主体部的位置。
4.根据权利要求1所述的工程机械的工作状态检测系统，其中，
所述工程机械为挖掘机，
所述作业部包括：动臂，其以相对于所述工程机械主体部能够摆动的方式安装于所述作业部主体部；斗杆，其以能够摆动的方式安装于所述动臂的顶端部；以及铲斗，其以能够摆动的方式安装于所述斗杆的顶端部，
所述识别部分别设于所述动臂、所述斗杆以及所述铲斗，且形状各不相同。
5.根据权利要求4所述的工程机械的工作状态检测系统，其中，
所述工程机械主体部具有驾驶室，
所述摄像装置设于所述挖掘机的驾驶室，且其拍摄方向与所述作业部进行摆动的平面不同。
6.一种工程机械，其中，
该工程机械具备权利要求1所述的工程机械的工作状态检测系统。
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