JP2013133631A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】 モニタ装置に表示された画像を通して運転者が作業領域の状況を把握する際に、常に作業領域全体をモニタ装置に表示させることのできるショベルを提供することを課題とする。
【解決手段】 ショベルのアタッチメント６に撮像装置２０が取り付けられる。画像制御部５０は、撮像装置２０で目標領域を撮影して得られた画像をモニタ装置３０に表示させる。画像制御部５０は、モニタ装置３０に表示される画像に目標領域全体が含まれるか否かを判定する。
【選択図】 図５

Description

本発明はショベルの作業領域を撮影する撮像装置を有するショベルに関する。

一般的に、ショベル等の建設機械の運転者は、キャビン内の運転席に着座し、作業現場を目視しながらショベルの作業要素を操縦する。ショベルでの典型的な作業は、例えば、土砂を掘削し、掘削した土砂をトラックの荷台に積み込むという作業である。この場合、運転者は、まず掘削現場を目視しながらバケットで土砂を掘削し、その後バケットをトラックの荷台の上まで移動し、トラックの荷台に積み込まれた土砂を目視しながらバケット内の土砂をトラックに排出する。

上述の作業では、まず、掘削現場の土砂の状況を目視し、バケットで掘削すべき部分を判断する。通常、掘削すべき部分は掘削現場の凹凸（高低）により判断する。掘削現場に穴を掘るのであれば、凹部をさらに掘削して穴を深くする。掘削現場を平坦にするのであれば、凸部をならして平たくする。このように、ショベルの運転者は、掘削現場の凹凸の分布を判断しながら掘削作業を行なうことが多い。

また、土砂をトラックの荷台に積み込む作業では、トラックの荷台の中でそれまでに積み込まれた土砂が少ない部分に土砂を排出する。すなわち、トラックの荷台に積み込まれた土砂の凹凸の分布を判断しながら、土砂の低い部分に土砂を排出する作業を行なう。

以上のように、ショベルの運転者は作業現場の状況を逐次判断しながら作業を進めるため、作業現場の状況を常に認識している必要がある。

ここで、ショベルのカウンタウェイトに設けたカメラで撮像した画像を運転室のモニタに表示し、操作時に死角となる後方や斜め後方の画像を運転者に提供するショベルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１６３３７０号公報

以上のように、撮像装置で撮影した作業領域の画像を運転室に設けられたモニタに写し出すことで、ショベルの運転者にとって見にくい作業領域の状況を精確に把握できるように補助することができる。したがって、撮像装置で撮影した作業領域の画像は、作業領域を精確に撮影したものとする必要がある。

また、ショベルの作業領域を近接した位置から撮影する必要があり、撮像装置をショベルのアタッチメントに取り付ける場合がある。この場合、アタッチメントは可動部品であり、撮像装置自体も移動することとなるので、アタッチメントの位置によって、撮像装置の視野（撮像装置で撮影する範囲）が変化してしまい、作業領域を精確に撮影できないおそれがある。例えば、作業領域を上からカメラで撮影する場合、作業領域からカメラまでの距離が変化すると、モニタに表示された画像内に作業領域全体が入っていないおそれがある。

そこで、ショベルの運転者が、モニタに表示された画像を通して作業領域の状況を把握する際に、常に作業領域全体がモニタに表示されていることが望ましい。

本発明の一実施態様によれば、下部走行体と、該下部走行体の上に旋回自在に配置された上部旋回体と、該上部旋回体に搭載されるアタッチメントとを有し、該アタッチメントを駆動することにより作業領域内で作業処理を行なうショベルであって、前記アタッチメントに取り付けられた撮像装置と、該撮像装置で作業領域を撮影して得られた画像をモニタ装置に表示させる画像制御部とを有し、前記画像制御部は、前記モニタ装置に表示される画像に前記作業領域全体が含まれるか否かを判定することを特徴とするショベルが提供される。

本発明によれば、作業領域全体が適度な大きさでモニタ装置に表示されるため、運転者は、モニタ装置の画面上で作業領域の状況を容易に把握することができる。

本発明の一実施形態によるショベルの側面図である。 ショベルのバケットの土砂をトラックの荷台に積み込む作業を行なっている状態を示す側面図である。 作業領域全体が目標領域に含まれる画像を示す図である。 作業領域全体が目標領域に含まれない画像を示す図である。 本実施形態による画像制御装置の機能ブロック図である 画像制御部で行なわれる画像制御処理のフローチャートである。

次に、実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態によるショベルの側面図であり、掘削作業中の状態が示されている。

ショベルは、走行するための駆動部として下部走行体１を有する。下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。これらのブーム４、アーム５、バケット６は、ショベルのアタッチメントとして構成される。そして、作業領域内における掘削作業、ならし作業等の作業処理は、アタッチメントを駆動することにより実施される。

上部旋回体３には、運転席及び操縦装置が配置された運転室としてキャビン１０が設けられる。上部旋回体３には、キャビン１０の後ろ側にエンジン等の動力源や油圧ポンプや油圧回路などが搭載される。

ショベルの駆動系の構成は、一般的なショベルの駆動系と同等であり、その説明は省略する。

図１には、ショベルが掘削作業を行なっている状態が示されている。掘削作業では、作業領域の凹凸のために、図１のＡ部のように運転者から見えない部分があることがある。そこで、本実施形態によるショベルのアーム５の先端に撮像装置としてカメラ２０が設けられ、作業領域をカメラ２０で撮影し、得られた画像を運転席のモニタ（画像表示部）３０に表示する。カメラ２０として、動画を撮影するビデオあるいは静止画を撮影するカメラなどが用いられる。

カメラ２０は作業領域をほぼ真上から撮影することができるので、運転者には見えない部分（図１のＡ部）も撮影することができる。したがって、運転者はモニタ３０の画面を見ることで、作業領域全体の状況を確認することができる。

ただし、カメラ２０はアーム５の移動とともに移動するので、カメラ２０の視野もアーム５の位置により変化する。特に、アーム５の先端に取り付けられたカメラ２０の視野は、アーム５の先端の高さ（垂直方向の位置）により変化し、カメラ２０の位置が高いほど視野は広くなる。

図２はバケット６ですくい上げた土砂をトラックの荷台に積み込む作業を行なっている状態を示す側面図である。トラック４０の荷台４０ａには、土砂を均等な高さで積み込む必要があるが、図２に示す状況では、ショベルの運転者はトラック４０の荷台４０ａの中を目視することができないので、およその位置にバケット内の土砂を排出することとなる。

そこで、本実施形態では、カメラ２０でトラック４０の荷台４０ａを撮影した画像を、ショベルの運転室にあるモニタ３０に表示する。その際、カメラ２０の高さ、すなわちアーム５の先端の高さによって、カメラ２０で撮影できる範囲が決まる。例えば、トラック４０の荷台４０ａを上からカメラ２０で撮影した場合、カメラ２０の高さが適当でないと、トラック４０ａの荷台４０ａをうまく撮影できないこととなる。

例えば、適当な高さにカメラ２０が位置しているときは、トラック４０の荷台４０ａ全体がモニタ３０の画面内に写し出される（例えば、図３参照）。しかし、カメラ２０の位置が低すぎると、トラック４０の荷台４０ａ全体はモニタ３０に表示する画像内に含まれなくなる（例えば、図４参照）。すなわち、カメラ２０がトラック４０の荷台４０ａに近すぎると、カメラ２０で撮影できる撮影範囲が狭くなり、トラック４０の荷台４０ａの一部しか画像に含まれなくなってしまう。また、反対に、カメラ２０の位置が高すぎると、トラック４０の荷台４０ａ全体がモニタ３０に表示する画像内に含まれてはいるが、モニタ３０に表示された画像内において、トラック４０の荷台４０ａが小さくなり、荷台４０ａ内の細かい部分を画像で確認することができなくなる。

そこで、本実施形態によるショベルでは、カメラ２０で撮影した撮影領域内に目標領域全体（例えば、トラック４０の荷台４０ａ全体を含む領域全体）が含まれているか否かを判定する。そして、判定の結果に基づいて、カメラ２０で撮影した撮影領域内に目標領域全体が入るようにカメラ２０の位置を変えたり、カメラ２０の撮像範囲を変えたりするような制御を行なう。

図３はトラック４０の荷台４０ａをカメラ２０で撮影して得られた画像をモニタ３０に表示した際のモニタ３０の画面を示す図である。モニタ３０の画面にはトラック４０の荷台４０ａの全体が映し出されており、ショベルの運転者は、荷台４０ａの中の土砂の状況（例えば凹凸）を直接目視できない場合でも、モニタ３０の画面を見ることで確認することができる。

積み込み作業では高さの低い部分（凹部）に土砂を排出して、荷台４０ａ全体になるべく均一に土砂を積み込む必要がある。そこで、ショベルの運転者は、トラック４０に荷台４０ａが写し出されたモニタ３０の画面を見て、荷台４０ａ上の土砂の高低（凹凸）を判断し、低い部分にバケットの土砂を排出する。したがって、荷台４０ａの状況を直接目視で確認することができない場合でも、モニタ３０の画像を見ることで荷台４０ａの状況を容易に確認することができ、作業効率が向上する。

以上のように、トラック４０の荷台４０ａの状況をモニタ３０の画面で確認するには、荷台４０ａ全体が適当な大きさで、且つ荷台４０ａ全体がモニタ３０の画面に表示されている必要がある。そこで、本実施形態では、荷台４０ａ全体を含む目標領域７０を予め登録しておき、カメラ２０で撮影して得られた画像が、目標領域７０全体を含んでいるか否かを判定する。そして、この判定結果に基づいて、カメラ２０で撮影して得られた画像に目標領域７０全体が適度な大きさで入るようにカメラ２０の位置及び／又はカメラ２０の撮像範囲を制御する。この制御機能を画像制御機能と称する。

図５は本実施形態によるショベルが行なう画像制御機能を示すブロック図である。画像制御機能は、ショベルに設けられた画像制御装置５０で行なわれる。画像制御装置５０は上述のショベル全体の動作を制御するコントローラ３０とは別個に設けられてもよいが、コントローラ３０に含まれていても良い。あるいは、画像制御装置５０はショベルから離れた場所に設置され、無線通信により画像データや各種指令の送受信をやりとりしてもよい。

図５に示すように、画像制御装置５０は、全体領域登録部５２、目標領域設定部５４、比較判定部５６、及び操作処理部５８を有している。カメラ２０で撮影して得られた画像データは、全体領域登録部５２及び目標領域設定部５４に供給される。

全体領域登録部５２は、ショベルでの作業を始める前に予めカメラ２０で撮影した作業領域全体を含む領域の画像を、全体領域画像として登録し保存する。すなわち、全体領域画像は、これから作業しようとるす作業領域全体が適度な大きさで表示された画像であり、ショベルの運転者がカメラ２０の位置を手動で操作しながら（すなわち、アーム５の先端又はバケット６の位置を操作レバーにより操作しながら）、作業領域全体が適度な大きさで入るようにした画像である。全体領域画像の画像データは記憶部に格納され、適時に比較判定部５６に供給される。

目標領域設定部５４は、カメラ２０から供給される画像データにより表示される画像中において目標領域を設定し、目標領域７０を設定した画像の画像データを比較判定部５６に供給する。本実施形態では、目標領域７０は、モニタ３０に表示される画像全体よりやや小さい画像領域として設定される。

比較判定部５６は、目標領域設定部５４から供給される目標領域が設定された画像データと、全体領域登録部５２から供給される全体領域の画像データとを比較し、目標領域設定部から供給される画像の目標領域内に、全体領域画像内における作業領域全体が含まれているか否かを判定する。すなわち、比較判定部５６は、現在カメラ２０で撮影して得られた画像内に作業領域全体が表示されているかを判定する。また、比較判定部５６は、現在カメラ２０で撮影して得られた画像内における作業領域の大きさと、全体領域登録部５２から供給される全体領域の画像に含まれる作業領域の大きさとを比較し、現在カメラ２０で撮影して得られた画像内において、作業領域全体が適度な大きさで表示されているか否かを判定する。比較判定部５６は判定結果を操作処理部５８に供給する。

操作処理部５８は、比較判定部５６の判定結果に基づいて、目標領域設定部５４から供給される画像の目標領域内に作業領域全体が含まれていない場合、及び作業領域全体が適度な大きさで表示されていない場合には、目標領域設定部５４から供給される画像の目標領域内７０に、作業領域全体が適度な大きさで表示されるように、カメラ２０の位置若しくはカメラ２０の撮影範囲を制御する指令を出力する。

操作処理部５８は、運転者に手動調整を行なわせるための指令として、例えば、モニタ３０の画面中に、図４に示すように、「全体が表示されていません。アームを上げてください。」といったメッセージを表示するための指令を画像処理部（図示せず）に出力する。運転者はこのメッセージを見ると、作業領域全体を表示するためにアームを上げる必要があるということを即座に知ることができる。したがって、運転者自身が操作レバーを操作してブーム４及び／又はアーム５を操作し、アーム５の先端部（すなわち、カメラ２０が取り付けられた部分）を上げてカメラ２０の撮影範囲を広げて、モニタ３０の画面中に作業領域全体が入るようにする。

一方、操作処理部５８は、自動調整を行なわせる指令として、カメラ２０の位置を上下させるためにアタッチメント（バケット６）を移動するための指令を出力することができる。アタッチメント（バケット６）を移動するための指令とは、例えばブーム４及び／又はアーム５を駆動してバケット６を移動するための指令である。バケット６を所定の距離（例えば５ｃｍ）だけ持ち上げてから、目標領域７０に作業領域全体が入ったか否かを判定し、入っていなければ、再度バケット６を所定の距離（例えば５ｃｍ）だけ持ち上げるというように、徐々にカメラ２０を持ち上げることで、目標領域７０に作業領域全体が入るように自動的に調整する。

また、操作処理部５８は、自動調整を行なわせる指令として、例えば、カメラ２０のズーム機能によりカメラ２０の撮影範囲を広げるような指令を、カメラ２０に対して出力することができる。カメラ２０自体の撮影範囲を広げることにより、カメラ２０の高さ位置を変えなくても、モニタ３０の画面にはより広い範囲が表示されることとなり、作業領域全体が表示されるようになる。

なお、手動調整とするか自動調整とするかについては、予め運転者が入力装置を操作して、操作処理部５８に対して作業モードを設定することにより行なわれる。

画像制御部５０による画像制御処理について、図６を参照しながら説明する。図６は画像処理部５０で行なわれる画像制御処理のフローチャートである。

画像制御処理が開始されると、ステップＳ１において、作業領域全体をカメラ２０で撮影して得られた画像データが全体領域登録部５２に供給され、全体領域登録部５２は、作業領域全体をカメラ２０で撮影して得られた画像データを全体領域の画像データとして登録・保存する。

その後、ショベルによる作業が始まると、ステップＳ２において、運転者は作業領域の状況を把握するために、作業領域をカメラ２０で撮影してモニタ３０に表示させる。このとき、カメラ２０で撮影して得られた画像データは、目標領域設定部５４に供給され、目標領域設定部５４は、画像中に目標領域７０を設定する。

続いて、ステップＳ３において、比較判定部５６は、目標領域設定部５４から供給される画像データと、全体領域登録部５２から供給される画像データとを比較し、目標領域設定部５４から供給される画像の目標領域７０内に、全体領域画像内における作業領域全体が含まれているか否かを判定する。図３に示す画面において、作業領域はトラック４０の荷台４０ａである。したがって、図３に示す画面の場合、比較判定部５６は、トラック４０の荷台４０ａ全体が目標領域７０内に含まれているかを判定する。この判定は、全体領域画像の作業領域から抽出した特徴（例えば荷台４０ａの輪郭）が目標領域７０内から抽出される特徴（物体の輪郭）と一致するか否かにより行なわれる。

ステップＳ３において、目標領域７０内に作業領域全体が含まれていると判定されると、処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、作業領域全体が適度な大きさで目標領域内に表示されるか否かが判定される。適度な大きさとは、例えば、予め登録してある全体領域における作業領域の大きさであり、目標領域７０のほぼ全体に作業領域が表示される大きさである。

ステップＳ４において、作業領域全体が適度な大きさで目標領域内に表示されると判定されると、画像制御処理はそのまま終了する。すなわち、作業領域全体が目標領域７０内に適度な大きさで表示されるため、カメラ２０の撮影範囲を調整する必要は無いとして、画像制御処理は終了する。

一方、ステップＳ３において、目標領域７０内に作業領域全体が含まれていないと判定されると、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、操作処理部５８は、カメラ２０により撮影される範囲を広げるための指令を出力する。例えば、手動調整モードが設定されている場合は、操作処理部５８は、モニタ３０の画面中に、図４に示すように、「全体が表示されていません。アームを上げてください。」といったメッセージを表示するための指令を画像処理部（図示せず）に出力する。あるいは、自動調整モードが設定されている場合は、操作処理部５８は、カメラ２０に対して、ズーム機能を用いて撮影範囲を広げて画像を縮小するように指令を出力する。ステップＳ５の処理を終了すると、画像制御処理は終了する。

また、ステップＳ４において、作業領域全体が適度な大きさで目標領域内に表示されないと判定された場合も、処理はステップＳ５に進む。このとき、ステップＳ５では、操作処理部５８は、カメラ２０により撮影される範囲を狭くするための指令を出力する。例えば、手動調整モードが設定されている場合は、操作処理部５８は、モニタ３０の画面中に、「画像を拡大するために、アームを下げてください。」といったメッセージを表示するための指令を画像処理部（図示せず）に出力する。あるいは、ブーム４及び／又はアーム５を下げてカメラ２０の位置を自動的に徐々に下げるような指令を出力してもよい。さらには、自動調整モードが設定されている場合は、操作処理部５８は、カメラ２０に対して、ズーム機能を用いて撮影範囲を狭めて画像を拡大するように指令を出力する。ステップＳ５の処理を終了すると、画像制御処理は終了する。

本実施形態では、撮像装置であるカメラ２０はショベルのアタッチメントとしてのアーム５の先端に取り付けられているが、アタッチメントであるバケット６に取り付けられていてもよい。すなわち、カメラ２０は、バケット６かあるいはバケット６の近傍に取り付けられていればよい。

また、本実施形態では画像制御部５０及びモニタ３０はショベルに搭載されているものとしたが、画像制御部５０及びモニタ３０をショベルとは離れた場所に設置してもよい。この場合、カメラ２０で撮影して得られた画像データは、無線通信により画像形成部５０に送信することとなる。また、画像形成部５０からは各種指令を無線通信によりカメラ２０やショベルのコントローラ３０に送信することとなる。

例えば、ショベルを遠隔操作して作業を行なうときなどは、遠隔操縦者は作業領域を目視することができないことが多く、本実施形態による画像制御処理により得られる画像データによる画像をモニタに映し出しながらショベルの遠隔操作を行なうことで、効率的な作業を達成することができる。

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
２０ カメラ
３０ モニタ
４０ トラック
４０ａ 荷台
５０ 画像制御部
５２ 全体領域登録部
５４ 目標領域設定部
５６ 比較判定部
５８ 操作処理部
７０ 目標領域

Claims (5)

1. 下部走行体と、該下部走行体の上に旋回自在に配置された上部旋回体と、該上部旋回体に搭載されるアタッチメントとを有し、該アタッチメントを駆動することにより作業領域内で作業処理を行なうショベルであって、
   前記アタッチメントに取り付けられた撮像装置と、
   該撮像装置で作業領域を撮影して得られた画像をモニタ装置に表示させる画像制御部と、
   を有し、
   前記画像制御部は、前記モニタ装置に表示される画像に前記作業領域全体が含まれるか否かを判定することを特徴とするショベル。
2. 請求項１記載のショベルであって、
   前記画像制御部は、前記モニタ装置に表示される画像に前記作業領域全体が含まれないと判定された場合、前記アタッチメントの位置を変えるように運転者に通知することを特徴とするショベル。
3. 請求項１記載のショベルであって、
   前記画像制御部は、前記モニタ装置に表示される画像に前記作業領域全体が含まれないと判定された場合であって、且つ自動調整に対する運転者の許可が入力された場合に、前記アタッチメントの位置を変更する指令を出力することを特徴とするショベル。
4. 請求項１記載のショベルであって、
   前記制御部は、前記モニタ装置に表示される画像に前記目標領域全体が含まれないと判定された場合、前記撮像装置の撮像範囲を広げるように前記撮像装置を制御することを特徴とするショベル。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のショベルであって、
   前記撮像装置は無線通信により画像データを前記画像制御部に送信することを特徴とするショベル。

Images