JP2004343297A

JP2004343297A - 建設機械の周囲監視装置

Info

Publication number: JP2004343297A
Application number: JP2003135588A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Okano; 康雄岡野
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】簡単な構成で、危険領域内に例えば作業者等、認識すべき対象が存在しているか否かを容易に、しかも確実に検出できるようにする。
【解決手段】周囲監視装置２０はＣＣＤ等の固体撮像手段を有する監視カメラ２１と反射鏡２２とを備え、カウンタウエイト１０上の左右に２箇所配置されており、反射鏡２２は円錐形状で、監視カメラ２１の対物光学系２３の上方位置に配置し、その頂角部を真っ直ぐ下方に向け、その頂角θと高さ寸法ｈとを適宜設定することによって、この反射鏡２２により反射像が得られる範囲の限界部を危険領域ＤＺの境界部と実質的にオーバーラップさせ、監視カメラ２１から得た画像が予め設定されている認識すべき対象のパターンまたは色等の認識情報と比較される。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の大型の建設機械において、この建設機械が稼動している周辺において、作業者が危険領域内で作業している等の状況を正確に認識できるように監視する建設機械の周囲監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建設機械として、例えば油圧ショベルは、履帯式若しくはホイール式からなる走行手段を有し、この走行手段上に旋回体が旋回可能に設置されており、旋回体にオペレータが搭乗する運転室や、掘削手段等の作業を行う作業手段等が装着されている。このように構成される油圧ショベル等の建設機械において、小型の機械であれば、操作しているオペレータがほぼ全周を視野に収めるのは不可能ではないが、大型の機械になると、運転室の内部からは死角になる領域が存在することになる。特に、油圧ショベルのように、運転室の片側の側部には作業手段が装着され、また後部位置には機械室を構成する建屋が設けられている場合には、後方及び斜め後方に運転室内で機械を操作しているオペレータの目視による視野が確保できないか、目視が困難である死角領域が広くなる。
【０００３】
機械を作動させる際には、安全のために、オペレータは周囲に作業者等がいないことを確認しなければならない。しかしながら、運転室内から前述したような死角となる領域に作業者等が入り込んでいても、それを確実に認識ができないことがある。そこで、大型の油圧ショベル等の建設機械には、この機械の周囲に衝突を避けなければならない対象が存在しないことを確認できる安全装置を備える構成としたものは、従来から開発され、また実用化もなされている。この種の安全装置として、オペレータの視界に対して死角となる領域をカメラにより監視を行うシステムは従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１１６５７号公報（第６−１１頁、図１，図１２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術においては、２台のカメラを用いると共に、認識すべき物体等に特定の着色を施すようにしている。そして、着色物体がカメラの視野に入っているか否かを基準色と比較することにより認識するようになし、かつ２台のカメラの視差により認識対象物の位置までの距離を測定するように構成したものであり、認識対象物の位置が設定された距離以下であれば、警報を発する等といった措置が採られるようになっている。
【０００６】
しかしながら、視差により距離を測定するには２台のカメラが組として必要となり、かつ両カメラの画像上で同一パターンの位置のずれ量を測定しなければならない。従って、ある視野方向において２台のカメラを設けなければならないことから、構成が複雑になるだけでなく、信号処理も複雑になり認識のための時間が長くなる等といった問題点がある。しかも、この２台のカメラのユニットで死角領域全体をカバーできない場合には、このユニットを複数箇所設けなければならなくなることから、さらに構成が複雑になってしまう。
【０００７】
ところで、安全装置という観点からすれば、機械の周囲に危険領域を設定して、この危険領域の中に認識すべき対象、例えば作業者等の人や構築物等の物体が存在しているか否かを検出すれば良く、機械から認識すべき対象までの絶対距離を測定する必要はないものである。本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な構成で、危険領域内に例えば作業者等、認識すべき対象が存在しているか否かを容易に、しかも確実に検出できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、建設機械の周囲に設定された危険領域内に認識すべき対象が位置しているか否かを検出する建設機械の周囲監視装置であって、前記危険領域のうち、少なくとも前記建設機械の運転室からの視野が得られない死角領域を映し出す反射鏡と、この反射鏡の反射像を撮像する監視カメラとを備え、前記反射鏡は前記監視カメラの上方位置に傾斜した反射面を有するものであることをその特徴とするものである。
【０００９】
監視カメラによって機械の周囲における危険領域を撮影するが、画像は機械が存在している位置から危険領域との境界部までであり、危険領域の外の像を取得する必要はない。また、認識すべき対象が危険領域内に存在するか否かを検出するようになし、危険領域内において機械に近いか遠いか、あるいは危険領域外で危険領域に近い位置に存在するかどうかを検出する必要もない。そこで、監視カメラによって取得する画像を危険領域に限定するために反射鏡を用いた。反射鏡を上方に配置し、その下方から監視カメラで反射鏡に映った反射像を撮影する。これによって、監視カメラの画像データから認識すべき対象が危険領域内に存在するか否かを検出できる。
【００１０】
以上のことから、１台の監視カメラと１枚の反射鏡とで周囲監視装置を構成することができる。従って、反射鏡により実質的に危険領域の範囲だけを反射鏡に反射させ、この反射像を監視カメラにより受像させる。監視カメラの撮像領域は反射鏡の全体を含んでおれば良く、監視カメラの撮像範囲が反射鏡より広くなっていても、この監視カメラが上を向いているので、撮像範囲のうち反射鏡による反射像が映らない余分な範囲では認識すべき対象が存在することはないので、誤検出が発生するおそれはない。
【００１１】
建設機械において、どの範囲を監視すべきかという点については、運転室に搭乗しているオペレータから死角となる領域の全体に及ぶようにするのが望ましい。建設機械の大きさや構造により死角となる領域が異なってくる。１台の監視カメラ及び反射鏡でどの程度の領域をカバーできるかは、それらの取付位置や高さ等とも関係するが、反射鏡のサイズや形状、さらには取付角度等によっても違いが生じる。反射鏡は平面形状であっても良いが、曲面形状、特に円錐形状にすれば、実質的に全方向を監視カメラの視野に収めることができる。また、建設機械によっては、１台の監視カメラと反射鏡とでは死角領域を十分カバーできない場合がある。この場合には、監視カメラと反射鏡との組み合わせを２台乃至それ以上設けるようにする。そして、反射鏡からの反射像は死角領域を実質的にカバーする必要があるが、運転室から目視可能な領域を含んでいても良い。
【００１２】
認識すべき対象として最も重要なのは、建設機械の周囲で作業を行っている作業者等の人が危険領域に入っているか否かの対人認識である。また、損壊させてはならない構築物等、対物認識も監視の対象とすることができる。対人認識を行う場合には、靴，脚，上半身，頭部等の身体の一部や身体全体のパターンを基準とする。また、パターンではなく色彩を認識するようにしても良い。この場合には、作業者が着用する靴やヘルメットを周囲の色とは異なる特殊な色に着色すると、撮像データと基準データとの比較をより簡略化することができる。
【００１３】
特に、対人認識を行うのは、建設機械を作動させたときに、危険領域内に人が入っていると、建設機械の作動を停止させるようにロックするか、若しくは少なくとも警報を発するためである。通常、建設機械が作動している間は、作業者を含む人が当該建設機械に近づくことはない。一方、建設機械が停止しているときには、作業者等がその近くにいる可能性が高くなる。従って、監視が最も必要なのは建設機械の起動時である。起動時には車体の揺れが生じないことから、監視カメラで鮮明な画像が得られる。ただし、建設機械の作動の間中監視を行うようにしても良い。さらに、運転室内にモニタを設置して、監視カメラの画像を表示することもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、図１には、建設機械の一例としての油圧ショベルと、この油圧ショベルの周囲に設定される危険領域と、運転室に搭乗したオペレータにとって死角となる領域とが示されている。
【００１５】
而して、図１において、１は油圧ショベルであって、この油圧ショベル１は履帯式の走行手段を有する走行体２を有する自走式のものであって、走行体２には旋回体３が旋回可能に設置されている。旋回体３には、作業手段として、ブーム４，アーム５及びフロントアタッチメントとしてのバケット６を備えたフロント作業機７が装着されており、またこのフロント作業機７に隣接する位置にはオペレータが搭乗して、機械の操作を行うための運転室、即ち運転室８が設けられている。また運転室８の後方位置には機械室の建屋９等が設けられており、さらに最後部位置にはカウンタウエイト１０が設置されている。
概略以上のように構成される油圧ショベル１は、旋回体３にフロント作業機７が設けられており、旋回体３は旋回可能となっているので、作業者を含む人がこの旋回範囲や、旋回時におけるフロント作業機７の移動軌跡の範囲内に入り込むと、これらの機構と衝突する可能性のある領域を危険領域ＤＺとして設定する。即ち、図１におけるサークルＡで示した領域がそれである。
【００１６】
そして、安全確保のために、後述する周囲監視装置２０を油圧ショベル１に設置して、油圧ショベル１の周囲の状況を監視して、認識すべき対象、例えば作業者等の人が危険領域ＤＺ内に存在しているか否かの判定を行う。ただし、この危険領域ＤＺの全範囲にわたって監視が必要であるという訳でもない。
【００１７】
監視が必要なのは、主として運転室８に搭乗しているオペレータにとって死角となる領域である。運転室８には広い窓が前後及び左右に形成されており、前方及びフロント作業機７と反対側における側部（ドア側）はほぼ全面的に窓が設けられて、広い視野が得られる。勿論、フロント作業機７の装着側にも、また後部側にも窓が設けられているが、フロント作業機７及び建屋９によって視野が制限される。とりわけ、後方視野は、建屋９の位置より高い位置になり（つまり、人の身長と同じかそれより高い位置）、かつ後方を確認するにはオペレータに無理な姿勢を強いることになる。従って、図１において、危険領域ＤＺ内でオペレータにとって死角となり、若しくは有効な視野が得られないのは斜線で示した領域であり、これを死角領域ＢＺとして設定して監視するようにしている。
【００１８】
そこで、図２乃至図５に基づいてこの周囲監視装置の構成を説明する。図２において、２０は周囲監視装置であって、この周囲監視装置２０はＣＣＤ等の固体撮像手段を有する監視カメラ２１と反射鏡２２とを備えている。周囲監視装置２０は１箇所設置するだけで、死角領域ＢＺの全体を視野に入れることができるのが望ましいが、不可能な場合には２箇所乃至それ以上に周囲監視装置２０を設置する。例えば、図１に示したように、周囲監視装置２０をカウンタウエイト１０上において、その左右に２箇所配置すれば、死角領域ＢＺをほぼ完全に監視できる。また、カウンタウエイト１０の中央部、またはそれより多少図１の右側に変位した位置に１箇所設けても、十分な高さを持たせれば死角領域ＢＺのほぼ全体を視野に入れることができる。
【００１９】
監視カメラ２１は、その対物光学系２３を上向きにして、台板２４上に固定的に設置されており、この台板２４は脚杆２４ａによってカウンタウエイト１０上に取り付けられている。また、反射鏡２２は円錐形状となし、監視カメラ２１の対物光学系２３の上方位置に配置し、その頂角部を真っ直ぐ下方に向ける。そして、反射鏡２２を支持させ、監視カメラ２１を収容するために、台板２４上には透明樹脂等からなる保持筒２５を取り付けて、この保持筒２５に反射鏡２２の上端部を固定する。従って、保持筒２５は反射鏡２２を固定する機能と、内部に設置した監視カメラ２１及び反射鏡２２を保護する機能とを発揮するものである。
【００２０】
反射鏡２２は、図３に示したように、その頂点を真っ直ぐ下方に向けるように、つまり鉛直状態に配置されており、その頂角θ及び高さ寸法ｈは監視すべき領域により定まるものである。この円錐形状の反射鏡２２により得られる反射像の視野は、頂角θを小さくすればするほど、反射像の視野範囲が広くなり、また高さ寸法ｈを大きくすればするほど視野範囲が広くなる。従って、反射鏡２２を油圧ショベル１の所定の位置において、所定の高さ位置に配置したときに、反射鏡２２を構成する円錐の頂角θと高さ寸法ｈを適宜設定することによって、この反射鏡２２により得られる反射像が得られる範囲（図１に斜線で示した範囲）の限界部を危険領域ＤＺの境界部と実質的にオーバーラップさせることができる。
【００２１】
監視カメラ２１はこの反射鏡２２による反射像を撮像するものである。このために、監視カメラ２１の撮像範囲は反射鏡２２の頂角位置を含むようにするが、必ずしも監視カメラ２１における対物光学系２３の光軸中心と反射鏡２２の頂角位置とを一致させる必要はない。むしろ、油圧ショベル１の後方及び側方における死角領域ＢＺをできるだけ広くカバーするために、図４に撮像範囲ＰＡの中心Ｃを反射鏡２２の頂点位置Ｖよりカウンタウエイト１０の後方側等に必要な距離だけずらせた位置とするのが望ましい。
【００２２】
図５に示したように、監視カメラ２１は監視装置コントローラ２６に接続されており、この監視装置コントローラ２６は画像処理部２７と制御部２８とを含むものであり、画像処理部２７には認識すべき対象のパターンまたは色等が認識情報として予め設定されており、監視カメラ２１から得た画像にこの認識情報が含まれているか否かの判定が行われる。
【００２３】
ここで、認識対象が作業者等の対人認識である場合に、この認識情報としては、例えば人の身体パターンや、作業者等が着用している靴または靴から脚部にかけてのパターン，ヘルメットまたはヘルメットを含む上半身のパターン等の特徴的なパターンが含まれ、また作業服，ヘルメット，靴等の色を認識対象とすることもできる。従って、作業現場の状況等に応じて認識情報を適宜選択できるようになし、この認識情報を画像処理部２７に記憶させておく。例えば、図３に示したように、対人認識を行う場合には、人が履いている靴等を認識対象パターンとすることができる。そして、監視カメラ２１の画像に含まれるパターンが、このようにして設定された認識情報と一致するか否かによって、認識しようとする対象が監視カメラ２１により取得した画像に含まれているか否かの判定がなされる。
【００２４】
以上のようにして行われる判定結果によって、認識すべき対象が危険領域ＤＺ内に存在していると判定された場合には、制御部２８からの信号によって所定の安全措置が採られるようになっている。この安全措置としては、ブザー２９による警報の発生と、油圧ショベル１の作動ロック手段３０とのいずれか一方の安全手段を備えるようにするが、、好ましくはその両方の安全手段を設けるようにする。さらに、運転室８内にモニタ３１を設けて監視カメラ２１の映像を表示するようにすることもできる。油圧ショベル１の作動ロック手段３０としては、油圧パイロット配管３２（即ち、操作レバーを操作したときにコントロールバルブにパイロット圧を供給する配管）におけるパイロット圧の流れをロックする電磁作動式の開閉弁３３から構成することができる。ここで、油圧ショベル１が全く作動しないようにロックするように設定することもできるが、この安全装置においては、運転室８内のオペレータによる死角領域ＢＺに認識の対象が存在している場合であり、土砂の掘削や油圧ショベル１の前進作動時には死角領域ＢＺに認識すべき対象が存在していても、格別危険ではなく、危険になるのは旋回時及び後進時であるから、開閉弁３３は旋回用及び後進走行用の油圧パイロット配管３２に設けるように構成することもできる。
本発明の実施の形態は以上のように構成されるものであって、次に周囲監視装置２０の作動と、それに基づいて採られる安全措置について説明する。
【００２５】
而して、油圧ショベル１の作動中には旋回体３は大きく振動することから、この旋回体３に装着した周囲監視装置２０の監視カメラ２１が振動して、画像が大きくぶれることがある。しかしながら、通常、油圧ショベル１が作動中には、作業者等が危険であることを察知してそれに近づくことはなく、作業者等が油圧ショベル１の近傍における危険領域ＤＺに入り込むのは停止時である。従って、油圧ショベル１が停止している状態から起動したときに周囲監視装置２０が作動すれば、実質的に目的が達成される。
【００２６】
以上のことから、周囲監視装置２０の監視カメラ２１は油圧ショベル１の停止状態から起動状態への移行時に限定しても良い。ただし、監視カメラ２１及び反射鏡２２はカウンタウエイト１０の上に設置されており、このカウンタウエイト１０は主にフロント作業機７が作動して土砂の掘削を行っている際に大きく振動乃至揺動するが、旋回時や走行時には比較的安定した状態に保持されるので、監視カメラ２１を常時作動させておき、画像の動き検出を行って、動きのない画像のみを監視装置コントローラ２６の画像処理部２７に取り込んで、認識対象物の認識処理を行うようにしても良い。
【００２７】
監視カメラ２１で得た画像が監視装置コントローラ２６における画像処理部２７に取り込まれ、この画像処理部２７において、画像に予め設定されている認識情報と一致するパターンが含まれているか否かの判定がなされる。その結果、監視カメラ２１の画像に認識情報が存在しないと判定されると、周囲に危険がないとして、油圧ショベル１をそのまま稼動させる。一方、画像に認識情報が含まれていると、つまり作業者等が危険領域ＤＺ内に位置していると判定されると、ブザー２９が鳴動して、オペレータ及び作業者等に警報する。これと共に、或いはブザー２９の鳴動に代えて、油圧パイロット配管３２に設けた開閉弁３３を閉鎖して、コントロールバルブへのパイロット圧の供給が停止されることから、油圧ショベル１の作動自体、特に旋回及び後進走行ができない状態となる。これによって、危険領域ＤＺ内に入り込んだ作業者等に危険が及ぶことはない。さらに、必要であれば、運転室８内にモニタ３１を設けておき、このモニタ３１をオペレータが目視することによって、死角領域ＢＺの状況判断を行うことができる。
【００２８】
このように、周囲監視装置２０として反射鏡２２を用いるという簡単な構成によって、運転室８における危険領域ＤＺにおいて、オペレータの目視による確認ができないか、若しくは確認が困難な死角領域ＢＺを監視カメラ２１で正確に監視できるようになる。つまり、周囲監視装置２０としては、認識すべき対象が死角領域ＢＺ内に位置しているかどうかを検出するものであり、この対象の油圧ショベル１からの距離を測定しなくても、安全装置として十分な機能を発揮する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、危険領域内に例えば作業者等の認識対象物が存在しているか否かを容易に、しかも確実に検出できる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】その周囲における危険領域及び死角領域と共に示す油圧ショベルの平面図である。
【図２】周囲監視装置を構成する監視カメラと反射鏡とのユニットを示す構成説明図である。
【図３】反射鏡の構成説明図である。
【図４】反射像と監視カメラの撮像範囲とを示す説明図である。
【図５】周囲監視装置と安全手段とを示す構成説明図である。
【符号の説明】
１油圧ショベル２走行体
３旋回体７フロント作業機
８運転室１０カウンタウエイト
２０周囲監視装置２１監視カメラ
２２反射鏡２４台板
２５保持筒２６監視装置コントローラ
２７画像処理部２８制御部
２９ブザー３０作動ロック手段
３１モニタ３２油圧パイロット配管
３３開閉弁
ＤＺ危険領域ＢＺ死角領域

Claims

建設機械の周囲に設定された危険領域内に認識すべき対象が位置しているか否かを検出する建設機械の周囲監視装置において、
前記危険領域のうち、少なくとも前記建設機械の運転室からの視野が得られない死角領域を映し出す反射鏡と、
この反射鏡の反射像を撮像する監視カメラとを備え、
前記反射鏡は前記監視カメラの上方位置に傾斜した反射面を有するものであることを特徴とする建設機械の周囲監視装置。
前記反射鏡は円錐形状のものであり、その頂点を下方に向けたものから構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の周囲監視装置。
前記監視カメラには画像認識手段が接続され、この画像認識手段によって、前記監視カメラの画像から認識すべき対象に関する所定のパターンを抽出して、このパターンが危険領域内に存在していると認識したときに作動する警報装置、または前記建設機械の作動を停止させる安全手段の少なくとも一方を備える構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の建設機械の周囲監視装置。