JP2004353281A - 建設機械の視野拡張装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１箇所に設けた監視カメラにより建設機械の運転室内でオペレータにとって死角となる全範囲の視野を得るようにする。
【解決手段】運転室８内で機械の操作を行っているオペレータが監視できる範囲を死角範囲Ｂの全体にまで広げるための全方位カメラユニット２０はテレビカメラやデジタルカメラ等からなる監視カメラ２１と凸面反射鏡２２とから構成され、監視カメラ２１により凸面反射鏡２２からの反射像が受像され、このようにして監視カメラ２１で取得した画像を画像処理部３１で、倍率変更、補間等の処理を含むパノラマ変換を行った上で少なくとも死角範囲Ｂの全体を含む画像がモニタ３２に表示される。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等からなる建設機械において、運転室の死角範囲にまで視野を拡張するための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、旋回体には、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としては、小型の機械であれば運転室内の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、死角になる範囲が存在することになる。特に、油圧ショベルのように、運転室の後部位置に機械室を構成する建屋が配置され、また側部に作業手段が装着されている場合には、後方及び作業手段の装着側における斜め後方に運転室内での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範囲が広くなる。
【０００３】
機械を作動させる際に、安全確保のために、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が、前述したような死角となる範囲に作業者等が入り込んでいても、オペレータの目視では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、運転室内でのオペレータによる死角範囲をカバーするように２台の監視カメラを設けて、これらの監視カメラで得られた画像を運転室内に設けたモニタ画面に表示する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２００１−１４０２８６号公報（第４−５頁、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来技術において、監視カメラの配置は、少なくとも旋回体の後部側を広い範囲で撮影しなければならない。このためには、少なくとも１台の監視カメラは旋回体の後面部に取り付けなければならない。油圧ショベル等の建設機械においては、旋回体の後部にはカウンタウエイトが設置されており、このカウンタウエイトの後面部は旋回動作時に障害物と衝突する可能性が極めて高いことから、監視カメラをカウンタウエイトの後面部から張り出すように装着すると、旋回動作時に損傷させるおそれがある。従って、カウンタウエイトの後面部に凹状の収容部を設けて、この収容部内に監視カメラを設けるようにしなければならない。そうすると、監視カメラの視野範囲が狭くなり、１台の監視カメラでは死角範囲の全体の像を取得できない。このために、他の部位にも、特に旋回体における運転室と対角方向を視野範囲とする監視カメラを設置する必要がある。前述した従来技術のものにあっても、カウンタウエイトの後面部と側面部との２箇所に監視カメラを設置している。油圧ショベル等の建設機械の構造から、車体の周囲のいずれかに監視カメラを設ける場合には、運転室からの死角となる範囲を完全に視野に収めるには、少なくとも２台のテレビカメラが必要となる。
【０００６】
複数台の監視カメラを配置する場合、各監視カメラの画像をどのようにしてモニタに表示するかという問題もある。監視カメラの数に対応する数のモニタを設置するか、または１つのモニタに画像を切り替え表示するかという２つの方法が可能であるが、モニタの数を増やすと、それらの設置スペースを確保するのが困難になる。また、いずれの方法を採用するにしろ、モニタを目視するオペレータの注意力が散漫になるという問題点もある。
【０００７】
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、１箇所に設けた監視カメラにより運転室内でオペレータにとって死角となる全範囲の視野を得ることが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、走行体に旋回体を装着した建設機械に設置された監視カメラと、運転室内に設置され、前記監視カメラの画像を表示するモニタとを備え、この建設機械の前記運転室からの視野範囲を死角範囲に拡張するための装置であって、前記監視カメラとして全方位カメラユニットを用い、この全方位カメラユニットを前記旋回体の後部位置における前記走行体との間の位置に取り付け、前記モニタには、前記全方位カメラユニットからの画像信号を画像処理によってパノラマ変換した画像または少なくとも前記運転室からの死角範囲となる部位の画像を表示する構成としたことをその特徴とするものである。
【０００９】
全方位カメラユニットとしては、例えば対物光学系に魚眼レンズを用いたもの、複数台のカメラで構成したもの等、種々のものが開発され、また実用化もなされている。これら各種の全方位カメラを用いることができるが、構成が簡単で、収差を最小限に抑制するには、１台の監視カメラと概略円錐形状となった反射面を有する凸面反射鏡とを用い、凸面反射鏡を上部側に、カメラを下部側に配置する。ここで、凸面反射鏡は概略裁頭円錐形状となし、下方に向けて連続的に縮径するように配置する。従って、この場合には、カメラでは凸面反射鏡からの反射画像を撮影するように構成する。この全方位カメラユニットで得た画像信号データを所定の画像処理を行うことによって、モニタにパノラマ画像を表示するか、若しくはこのパノラマ画像のうちの一部分を取り出した部分画像を表示する。部分画像として表示する場合には、少なくとも死角範囲を含むようにしなければならない。このように、監視カメラから得た画像は画像処理を行うことから、写真用カメラではなく、テレビカメラ若しくはデジタルカメラが用いられる。
【００１０】
監視カメラによって視野範囲を拡張するという場合、必要な情報としては、対人情報、つまり機械の周囲に作業者等の立ち入っているか否かや、岩石，構築物等の障害物が存在するか否かの対物情報である。従って、地面を含むある高さ位置までの画像情報を取得すれば、つまり人であれば下半身程度、また物体であれば旋回体の高さ位置までの画像情報を含んでおれば、機械の周囲における死角範囲の監視及びそれに伴う安全措置を採る上で格別の支障を来たすことはない。全方位カメラユニットを旋回体の後部位置において、特にカウンタウエイトの下面において、この旋回体と走行体との間の位置に配置することによって、旋回時等にこの全方位カメラユニットが損傷するおそれがなく、しかも必要な情報を取得できる。
【００１１】
監視カメラによる周囲の監視が最も必要なのは、建設機械を作動させたときである。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が停止している状態から動き始めようとするときであり、このときには車体の揺れが生じていない。そこで、オペレータが運転室内で機械を操作するために、特に旋回及び後進の操作を行うために、操作レバーを動かしたときに、この操作レバーの動きを直接、または操作レバーの操作に応じて供給されるパイロット配管の圧力等を検出して、全方位カメラユニットにより撮影するように設定することができる。これによって、モニタには鮮明な画像が表示される。また、画像は動画状態である必要はなく、静止画であっても差し支えない。
【００１２】
さらに、旋回体を旋回させる際や、車両を後進させる際には、カウンタウエイトはあまり大きく振動したり、揺動したりすることはないので旋回用の操作レバー及び後進用の操作レバーが中立位置から操作位置に動く毎にモニタに全方位カメラユニットからの画像を表示するようにしても良い。この場合には、モニタ画像が多少ぶれることがあるが、車両の後方に人や障害物があるか否かの判定が可能な程度の画像を得ることは不可能ではない。
【００１３】
前述したように、全方位カメラユニットが作動するのは、主に建設機械が静止状態にあるときであるから、カウンタウエイトの下面またはアンダーカバーに透明保護容器を弾性支持部材を介して取り付けて、この透明保護容器の内部に全方位カメラユニットを収容させておけば、作業中に土砂等の飛散によって全方位カメラユニットを構成する部材が損傷するおそれはない。そして、透明保護容器の外面に反射防止コーティングを施しておけば、昼間において、強い太陽光が入射されても、画像の鮮明度が低下することはない。また、建設機械は太陽光が得られる昼間だけでなく、夜間作業も行われる。この夜間作業時にも全方位カメラユニットによる死角範囲の監視を行うには、例えば全方位カメラユニットの対物光学系にターレットを設けて、このターレットに赤外フィルタ装着して、この赤外フィルタを出し入れ可能に装着するように構成することもできる。従って、昼間は赤外フィルタを光路から外し、夜間では赤外フィルタを光路に臨ませることによって、監視カメラで赤外画像を取得できる。
【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乃至図３に、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おいて、運転室に搭乗したオペレータにより視野が得られる範囲と死角となる範囲とが示されている。
【００１５】
これらの図において、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。
【００１６】
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、この旋回範囲内に作業者を含む人や構築物等の障害物が存在していると、衝突の可能性がある。ところで、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、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、容易に目視可能な視野範囲は、図１にＶで示した範囲であり、同図にＢで示した範囲は死角範囲となる。
【００１７】
そこで、運転室８内で機械の操作を行っているオペレータが監視できる範囲を死角範囲Ｂの全体にまで広げるように、つまり視野範囲を拡張する機構について、図４に基づいて説明する。同図において、２０は全方位カメラユニットであって、この全方位カメラユニット２０はテレビカメラやデジタルカメラ等からなる監視カメラ２１と凸面反射鏡２２とから構成される。凸面反射鏡２２はほぼ裁頭円錐形をしたものであって、その円錐面が反射面２２ａとなっている。この凸面反射鏡２２は、その反射面２２ａの連続的に縮径される側を下方に向けて配置されており、監視カメラ２１の対物光学系２１ａは凸面反射鏡２２の下方に対向配設されて、その反射面２２ａの全体を撮像できる画角を有するものである。従って、監視カメラ２１により受像されるのは、凸面反射鏡２２からの反射像であり、受像面には円環状の画像が得られることになる。
【００１８】
これら監視カメラ２１と凸面反射鏡２２とからなる全方位カメラユニット２０は、土砂や岩石等と直接衝突乃至接触しないように保護するために、また防水保護するために、透明な合成樹脂等で形成した透明保護容器２３内に収容されている。そして、この透明保護容器２３の天板部２３ａはばね等からなる緩衝用支持部材２４によって、カウンタウエイト１０の下面（または建屋９のアンダーカバー）に形成した凹部１０ａに取り付けている。また、透明保護容器２３の底板２３ｂの下面には下部側が曲面形状となった保護部材２５が装着されている。なお、図４において、２６は監視カメラ２１からの配線であり、この配線２６は透明保護容器２３の内面に貼り付けられており、また透明保護容器２３から出た部位は保護シース内に挿通されたケーブル２７となし、このケーブル２７は緩衝用支持部材２４の内部に挿通されている。
【００１９】
次に、全方位カメラユニット２０の装着位置は、旋回体３のできるだけ後方位置であることが、視野範囲を広くする上で望ましい。ただし、図１に示したように、運転室８からの死角範囲Ｂは旋回体３の後方と、運転室８を設けた側とは反対側の側部である。そして、全方位カメラユニット２０により拡張しようとする視野はこの死角範囲Ｂである。従って、図３から明らかなように、全方位カメラユニット２０は、仮想線で示したように、カウンタウエイト１０の中央部に装着するか、若しくは同図に実線で示したように、運転室８の装着側とは反対側の端部近傍であることが望ましい。特に、実線で示した位置は、死角範囲Ｂにおいて、走行体２により視野がけられるのを最小限に抑制できるので、より望ましい。そして、全方位カメラユニット２０は旋回体３側にもうけられているから、この旋回体３が旋回する際に、全方位カメラユニット２０が走行体２と接触しないように、走行体２を構成する履帯の上面より高い位置となるように配置する。
【００２０】
さて、全方位カメラユニット２０を構成する監視カメラ２１では、凸面反射鏡２２の反射面２２ａでの反射像を撮像する。監視カメラ２１の撮像面にはこの反射像が円環状に映されることになる。従って、このままの像を表示しても、オペレータは周囲の状況を的確に把握することはできない。そこで、図５に示したように、監視カメラ２１で取得した画像を画像処理部３１において、倍率変更、補間等の処理を含むパノラマ変換を行った上でモニタ３２に表示される。即ち、図６に示したように、円環状の画像の外周部を水平方向の座標軸に変換し、内周側に向けて倍率を大きくし、かつ必要な補間処理等を行うことによってパノラマ画像に変換されて表示する。ここで、監視カメラ２１により取得しなければならない画像は運転室８から見て死角範囲Ｂであるから、必ずしもパノラマ画像としてモニタ３２に表示するのではなく、最低限死角範囲Ｂに相当する部位の画像が表示されれば良く、従って円環状の画像から扇形の部分を切り取って、前述のパノラマ変換と同様の画像処理を行ったものをモニタ３２に表示するようにしても良い。
【００２１】
全方位カメラユニット２０はカウンタウエイト１０の下部位置に設けられているので、この全方位カメラユニット２０で得られる画像は、主に旋回体３の高さより低い位置のものとなる。しかしながら、ここで画像を取得する目的は人や障害物との衝突を回避することであるから、最低限地上から１ｍ乃至それ以下の高さについての視野が得られれば、格別問題とはならない。そして、凸面反射鏡２３は旋回体３と走行体２との間の空間域において、３６０°の方位をカバーできるが、旋回体３は走行体２に対して旋回装置を介して連結されているので、この旋回装置の装着部では視野がけられることになる。ただし、全方位カメラユニット２０により取得する必要があるのは死角範囲Ｂであり、全方位カメラユニット２０を後方、乃至運転室８とは概略対角方向に配置されているので、旋回装置により視野が制限される範囲は視野範囲Ｖであるから、この視野範囲の一部の画像が得られなくても、格別問題とはならない。
【００２２】
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に装着した全方位カメラユニット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の近傍に立ち至るのは停止時である。従って、油圧ショベル１が停止している状態から作動を開始したときに全方位カメラユニット２０が作動すれば、実質的に目的が達成される。また、人だけでなく、旋回半径や後進時に死角範囲Ｂに障害物等が存在するかについても、油圧ショベル１が停止状態から作動状態に移行しようとするときにモニタ３２により確認すれば良いものである。
【００２３】
以上のことから、全方位カメラユニット２０の監視カメラ２１は油圧ショベル１の停止状態から作動状態への移行時に限定しても良い。従って、監視カメラ２１及び凸面反射鏡２２からなる全方位カメラユニット２０が緩衝用支持部材２４に連結されていても、監視カメラ２１により取得した画像は動きのない鮮明なものが得られる。従って、運転室８内で操作を行うオペレータがモニタ３２を目視することによって、周囲の状況を的確に把握することができ、安全な運転が可能となる。しかも、モニタ３２により得られる視野は主に後方視野であることから、オペレータは運転室８において、運転席に着座したままで、前方を肉眼で注視し、後方及び側方はモニタ３２を注視すれば良く、周囲の状況確認のためにオペレータが振り返って後方を確認する等のように、姿勢を変えたり、無理な姿勢を強いられたりすることはない。
【００２４】
ここで、モニタ３２に常時画像を表示しておくようにしても良いが、そうするとオペレータの注意力が散漫になる等の可能性があり、必ずしも好ましくはない場合がある。この場合には、オペレータが油圧ショベル１を作動させた後、暫くの時間、例えば数十秒乃至数分程度画像を表示して、その後は画面を消すようにしても良い。また、モニタ３２に表示される画像は、動画状態にして表示することもできるが、油圧ショベル１の作動直前における周囲の状況を把握するのであるから、全方位カメラユニット２０に最も揺れが少ない作動開始直前の画像を静止画として表示するようにしても良い。従って、監視カメラ２１としては、動画撮影が可能なテレビカメラである必要がなく、デジタルカメラを用いることもできる。そして、オペレータによる操作レバーの操作（特に旋回用，後進用のレバー）に連動してシャッタを作動させるようにするのが望ましい。
【００２５】
また、テレビカメラを監視カメラとして用いる場合には、画像処理部３１に動き検出機構を備えるようになし、テレビカメラで常に撮影を行って、動きのない（若しくはオペレータが画面から対人，対物認識が可能な程度の動きしか生じていない）画像が得られる毎に、数十秒〜１，２分程度画像表示するように設定することもできる。
【００２６】
全方位カメラユニット２０はカウンタウエイト１０の下部等に取り付けられているが、油圧ショベル１が作動する際には、土砂や小石等が飛散することになる。このような飛散物は主に走行体２の接地面側から跳ね上がってくるものである。全方位カメラユニット２０を収容する透明保護容器２３の底板２３ｂには保護部材２５が装着されており、また天板２３ａは緩衝用支持部材２４を介してカウンタウエイト１０に連結されているので、この透明保護容器２３に物体等が衝突しても、これらにより緩衝乃至吸収されるので、内部に設けた監視カメラ２１等を損傷させる等のおそれはない。
【００２７】
【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、１箇所に設けた監視カメラにより運転室内でオペレータにとって死角となる全範囲の視野を得ることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧ショベルの平面図である。
【図２】油圧ショベルの正面図である。
【図３】図２の右側面図である。
【図４】全方位カメラユニットの構成説明図である。
【図５】画像表示用の回路構成図である。
【図６】監視カメラで取得される画像とモニタに表示される画像とを示す説明図である。
【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 全方位カメラユニット ２１ 監視カメラ
２２ 凸面反射鏡 ２３ 透明保護容器
２４ 緩衝用支持部材 ３１ 画像処理部
３２ モニタ

Claims (3)

1. 走行体に旋回体を装着した建設機械に設置された監視カメラと、運転室内に設置され、前記監視カメラの画像を表示するモニタとを備え、この建設機械の前記運転室からの視野範囲を死角範囲に拡張するための装置において、
   前記監視カメラとして全方位カメラユニットを用い、この全方位カメラユニットを前記旋回体の後部位置における前記走行体との間の位置に取り付け、
   前記モニタには、前記全方位カメラユニットからの画像信号を画像処理によってパノラマ変換した画像または少なくとも前記運転室からの死角範囲となる部位の画像を表示する
   構成としたことを特徴とする建設機械の視野拡張装置。
2. 前記全方位カメラユニットは、概略円錐形状となった反射面を有する凸面反射鏡とテレビカメラ若しくはデジタルカメラからなる監視カメラとを上下に配置して、この監視カメラにより前記凸面反射鏡からの反射画像を撮影することを特徴とする請求項１記載の建設機械の視野拡張装置。
3. 前記旋回体に装着されるカウンタウエイト若しくはアンダーカバーに弾性的に取り付けた透明保護容器内に前記全方位カメラユニットを装着する構成としたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の建設機械の視野拡張装置。

Images