JP2016153335A - 吊荷監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モニタの画面から実空間上での任意の高さ位置を直感的に認識することのできる吊荷監視装置を提供する。
【解決手段】クレーンの伸縮ブームの先端部に設けた監視カメラ３０と、監視カメラ３０で撮像した画像を表示するモニタ７０とを備えた吊荷監視装置１００であって、監視カメラ３０が撮像している撮像空間の任意の高さの位置の平面を示す網目状のガイド線を、モニタ７０の画像上にその高さ位置に対応させて重畳表示する。
【選択図】図３

Description

この発明は、吊荷監視カメラで撮像された画像上に所定の高さ位置の水平面を示すガイド線を重畳表示する吊荷監視装置に関する。

従来から、ブームの先端部にテレビカメラを設けたクレーン用監視カメラ装置が知られている（特許文献１参照）。

係るクレーン用監視カメラ装置は、ブームの先端部にカメラハウジングを設け、このカメラハウジング内にテレビカメラを下向きに且つ揺動可能に設けたものである。

このクレーン用監視カメラ装置によれば、テレビカメラをＸ,Ｙ方向に適宜揺動させることによって、フックをモニタの画面中央に位置させることができ、これによりフック周辺領域が広く映し出され、フック周辺状況を明確に確認することができることになる。

特開平６−３０３１５号公報

しかしながら、このようなクレーン用監視カメラ装置にあっては、テレビカメラをＸ,Ｙ方向に適宜揺動させて、モニタの画面中央にフックを映し出すようにしただけなので、モニタの画面から実空間上での任意の高さ位置が直感的に認識し難いという問題があった。

この発明の目的は、モニタの画面から実空間上での任意の高さ位置を直感的に認識することのできる吊荷監視装置を提供することにある。

請求項１の発明は、作業車のブームの先端部に設けた吊荷監視カメラと、吊荷監視カメラで撮像した画像を表示するモニタとを備えた吊荷監視装置であって、
前記吊荷監視カメラが撮像している撮像空間の任意の高さの位置の平面を示す網目状のガイド線を、前記モニタの画像上にその高さ位置に対応させて重畳表示することを特徴とする。

この発明によれば、モニタの画面から実空間上での任意の高さ位置を直感的に認識することができる。

この発明に係る吊荷監視装置を搭載した移動式クレーンを示した側面図である。 吊荷監視装置の構成を示したブロック図である。 図２に示す吊荷監視装置の画像処理コントローラの構成を示したブロック図である。 フックの高さを示す平面に網目状のガイド線を重畳表示したモニタの画面の表示例を示した説明図である。 図４に示すフックを下げた場合を示した説明図である。 地上を任意の高さ位置とした場合の画面を示した説明図である。 ガイド線をクモの巣状に形成した場合の画面を示した説明図である。 ガイド線を半径方向と旋回方向を示す線で形成した場合の画面を示した説明図である。 他の例の高さ位置の平面を示した説明図である。

以下、この発明に係る吊荷監視装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１に作業領域線表示装置を搭載した作業機であるクレーン（作業車）としてラフテレーンクレーン１０を示す。このラフテレーンクレーン１０（以下クレーンとして記載する）は、走行機能を有する車両の本体部分となるキャリア１１と、このキャリア１１の前側に設けられた左右一対の前側アウトリガ１２と、キャリア１１の後側に設けられた左右一対の後側アウトリガ１３と、キャリア１１の上部に水平旋回可能に取り付けられた旋回台１４と、旋回台１４に設けたキャビン２０と、旋回台１４に固定されたブラケット１５に取り付けられた伸縮ブーム１６等とを備えている。

伸縮ブーム１６は、その基端部が支持軸１７を介して取り付けられており、支持軸１７を中心に起伏可能となっている。ブラケット１５と伸縮ブーム１６との間には起伏用シリンダ１８が介装され、この起伏用シリンダ１８の伸縮により伸縮ブーム１６が起伏される。

伸縮ブーム１６は、ベースブーム１６Ａと中間ブーム１６Ｂと先端ブーム１６Ｃとを有し、この順序でベースブーム１６Ａ内に外側から内側に入れ子式に組み合わされて構成されている。また、伸縮ブーム１６は伸縮シリンダ(図示せず)によって伸縮するようになっている。

先端ブーム１６Ｃの先端部にはシーブ(図示せず)が設けられており、このシーブにワイヤロープ２５（以下ワイヤと表記する）が掛けられ、このワイヤ２５によってフックブロック１９が吊されている。フックブロック１９にはフック２１が取り付けられている。

ワイヤ２５は、図示しないウインチによって巻き取られたり、送り出されたりする。

先端ブーム１６Ｃの先端部には、監視カメラ（吊荷監視カメラ）３０が取り付けられている。

監視カメラ３０は、自重によって常に下方に向くようにダンパを介して先端ブーム１６Ｃの先端部に取り付けられており、図示しないパンモータやチルトモータによってパン及びチルト方向へ傾動させることができるようになっている。

監視カメラ３０の傾斜（向き）の操作はキャビン２０内に設けた操作部(図示せず)のパンスイッチ(図示せず)とチルトスイッチ(図示せず)の操作によって行われる。

図２は、吊荷監視装置１００の構成を示すブロック図である。

吊荷監視装置１００は、伸縮ブーム１６の先端部に設けられた監視カメラ３０と、監視カメラ３０の傾斜角を検出するチルトセンサＳ１及びパンセンサＳ２と、伸縮ブーム１６の姿勢を検出するブーム姿勢センサ５０と、操作レバーセンサ５１と、任意の高さ位置の平面を示す網目状のガイド線を生成したり作業領域線を求めたりする画像処理コントローラ６０と、監視カメラ３０で撮像した画像などを表示するモニタ７０とを備えている。

操作レバーセンサ５１は、伸縮ブーム１６を伸縮させる操作レバー(図示せず)や伸縮ブーム１６を旋回させる操作レバー(図示せず)などの操作を検出して検出信号を出力するものである。
［画像処理コントローラ］
画像処理コントローラ６０は、図３に示すように、監視カメラ３０と地上からの任意の高さとの間の距離を求める距離演算部６１と、作業領域線を求める作業領域演算部６２と、距離演算部６１が求めた距離と監視カメラ３０の傾斜角（チルト角,パン角）とに基づいて網目状のガイド線を生成するガイド線生成部６３と、このガイド線生成部６３が生成したガイド線Ｇ１（図４参照）と監視カメラ３０が撮像した画像とを合成する第１画像合成部６４と、監視カメラ３０で撮像された画像上の各位置におけるクレーン座標系の座標位置を求める座標位置演算部（座標位置演算手段）６５と、第２画像合成部６６と、操作レバーセンサ５１の検出信号に基づいてフック２１の移動方向を示す矢印を生成する矢印生成部５２と、画像処理演算部６７とを有している。
［距離演算部］
距離演算部６１は、ブーム姿勢センサ５０から出力される検出信号に基づいて伸縮ブーム１６の長さ及び起仰角を求め、この長さ及び起仰角から監視カメラ３０の高さ位置を求め、この監視カメラ３０の高さ位置と例えばフック２１までの離間距離と、地上からのフック２１の高さ位置を求める。
［ガイド線生成部］
ガイド線生成部６３は、距離演算部６１が求めた監視カメラ３０からフック２１までの離間距離やフック２１の高さ位置に基づいて、図４に示すようにフック２１の高さ位置の平面を示すとともに、その平面上のスケールを示す網目状のガイド線Ｇ１を生成する。このガイド線Ｇ１は、伸縮ブーム１６の伸縮方向（作業半径方向）に平行な複数の伸縮方向平行線Ｇ１ａと、この伸縮方向平行線Ｇ１ａに直交する複数の直交平行線Ｇ１ｂとから形成されている。

複数の伸縮方向平行線Ｇ１ａは、上記の平面上において１ｍの間隔を示すように等間隔に配置されており、同様に、複数の直交平行線Ｇ１ｂもその平面上において１ｍの間隔を示すように等間隔に配置されている。

監視カメラ３０がパンやチルトされている場合、ガイド線生成部６３は、チルトセンサＳ１及びパンセンサＳ２が検出するチルト角やパン角に応じて、そのパンやチルト方向にいくにしたがって間隔が狭くなるように網目状のガイド線を生成する。これにより、任意の高さにおける平面上の距離を正確に表示することができる。
［矢印生成部］
矢印生成部５２は、操作レバーセンサ５１の検出信号に基づいて、伸縮ブーム１６の伸縮方向すなわちフック２１の移動方向である作業半径方向を示す矢印Ｙｇ１（図４参照）と、フック２の旋回方向（旋回移動する円弧の接線方向）を示す矢印Ｙｇ２とを生成する。また、ウインチによってフック２１が上下動する移動方向を示す矢印Ｙ３を生成する。
［第１画像合成部］
第１画像合成部６４は、監視カメラ３０が撮像した画像に、ガイド線生成部６３で生成したガイド線Ｇ１と、矢印生成部５２が生成した矢印Ｙｇ１,Ｙｇ２とを合成する。

この合成の際、ガイド線生成部６３が例えば図４に示すように、フック２１の高さ位置の平面を示すガイド線Ｇ１を生成した場合には、監視カメラ３０が撮像した画像から第１画像合成部６４が有している画像処理回路(図示せず)によりフック画像２１Ｇを抽出し、このフック画像２１Ｇの位置にガイド線Ｇ１の伸縮方向平行線Ｇ１ａと直交平行線Ｇ１ｂの交点Ｋ（図４参照）が位置するように第１画像合成部６４が合成する。また、その交点Ｋを通る伸縮方向平行線Ｇ１ａと直交平行線Ｇ１ｂに沿って、その交点Ｋに矢印Ｙｇ１,Ｙｇ２を合成する。
［作業領域演算部］
作業領域演算部６２は、吊荷の実荷重に基づいて吊荷の移動可能な領域を示す作業領域線を求める。この実荷重は起伏用シリンダ１８の圧力センサ(図示せず)によって検出されるシリンダ圧力と伸縮ブーム１６の起伏角度及び伸縮ブーム１６の長さとに基づいて画像処理コントローラ６０の図示しない演算部が演算して求める。吊荷を吊っていない場合、予め吊荷の荷重が分かっているときには、図示しない操作部のキー操作によって入力してもよく、仮想の荷重を入力してもよい。
［座標位置演算部］
座標位置演算部６５は、チルトセンサＳ１及びパンセンサＳ２が検出した検出角度とブーム姿勢センサ５０から出力される伸縮ブーム１６の各種の検出信号と監視カメラ３０のズーム倍率などに基づいて、伸縮ブーム１６の旋回中心位置を原点とする撮像された画像上の各位置におけるクレーン座標系の座標位置を求め、このクレーン座標系の座標位置と画像上の位置との対応関係を求める。

これは、監視カメラ３０の画角が既知であり、監視カメラ３０の高さ位置が分かれば、地上の撮像範囲を求めることができ、これによって撮像された画像上の各位置におけるクレーン座標系の座標位置を求めて、このクレーン座標系の座標位置と画像上の位置との対応関係を求めるものである。
［第２画像合成部］
第２画像合成部６６は、作業領域演算部６２が求めた作業領域線をガイド線生成部６３が生成するガイド線が示す平面上に投影した作業領域線(図示せず)として求め、この投影した作業領域線を座標位置演算部６５が演算した座標位置に対応する画像上の位置として求め、さらに、この画像上の作業領域線を第１画像合成部６４が合成した合成画像に合成するものである。

また、第２画像合成部６６は、平面上に投影した作業領域線がモニタ７０の表示画面７０Ａの外側に位置してしまう場合には、その表示画面７０Ａ内に表示される性能線を表示するとともにその負荷率を表示するようになっている。

平面上に投影した作業領域線がモニタ７０の表示画面７０Ａに表示できるか否かの判断は、画像処理演算部６７が座標位置演算部６５の演算データと作業領域演算部６２の演算データと距離演算部６１の距離データとに基づいて判断し、表示できないと判断したとき、表示画面７０Ａに表示できる最大性能線より少し小さめの性能線Ｌ１を求め、この性能線Ｌ１とこの性能線Ｌ１の負荷率（％）を表示画面７０Ａに表示させる。

なお、ガイド線が示す平面上に投影した作業領域線は、画像処理演算部６７が求めるようにしてもよい。
［動 作］
次に、上記のように構成される吊荷監視装置１００の動作について説明する。

先ず、クレーン１０を図１に示すように作業位置に固定し、伸縮ブーム１６を必要に応じて伸長させるとともに所定の起伏角にする。次いで、監視カメラ３０で撮像を開始させていき、画像処理コントローラ６０を動作させる。これにより、画像処理コントローラ６０の距離演算部６１は、ブーム姿勢センサ５０から出力される検出信号に基づいて、監視カメラ３０から例えばフック２１までの距離を求める。

距離演算部６１がフック２１までの距離を求めると、ガイド線生成部６３は、図４に示すように、フック２１の位置の平面を示す網目状のガイド線Ｇ１を生成する。

伸縮ブーム１６を伸縮や旋回させる操作レバー(図示せず)が操作されると、矢印生成部５２は、操作レバーセンサ５１の検出信号に基づいて、フック２１の移動方向を示す矢印Ｙｇ１,Ｙｇ２を生成する。また、フック２１の上下方向の移動を示す矢印Ｙ３を生成する。なお、操作レバーが操作されて不感帯の位置に位置しているときには、伸縮ブーム１６の伸縮動作や旋回動作は行われないことになり、これら伸縮動作や旋回動作が実際に行われる前に矢印Ｙｇ１,Ｙｇ２を表示することが可能となる。

また、画像処理コントローラ６０の作業領域演算部６２は、フック２１に吊荷が吊られている場合、吊荷の実荷重に基づいて作業領域線を求める。吊荷が吊られていない場合には、予め吊荷の荷重が分かっているときには、操作部のキー操作によって入力し、あるいは仮想の荷重を入力する。

一方、座標位置演算部６５は、ブーム姿勢センサ５０から出力される検出信号とチルトセンサＳ１及びパンセンサＳ２が検出した検出角度とに基づいて、伸縮ブーム１６の旋回中心位置を原点にして撮像された画像上の各位置におけるクレーン座標系の座標位置を求め、このクレーン座標系の座標位置と画像上の位置との対応関係を求める。

第１画像合成部６４は、ガイド線生成部６３がガイド線Ｇ１を生成すると、監視カメラ３０が撮像した画像と、この画像のフック画像２１Ｇにガイド線Ｇ１の交点Ｋ（図４参照）が位置するように、ガイド線Ｇ１とを合成し、矢印生成部５２が生成した矢印Ｙｇ１,Ｙｇ２を、その交点Ｋを通る伸縮方向平行線Ｇ１ａと直交平行線Ｇ１ｂに沿って合成する。また、フック２１の上下動の方向を示す矢印Ｙ３も合成される。

第２画像合成部６６は、作業領域演算部６２が求めた作業領域線をガイド線が示す平面上に投影した作業領域線として求め、この投影した作業領域線を座標位置演算部６５が演算した座標位置に対応する画像上の位置として求め、この画像上の作業領域線を第１画像合成部６４が合成した合成画像に合成する。

画像上の作業領域線がモニタ７０の表示画面７０Ａの外側に位置してしまう場合には、その表示画面内に表示可能な最大の性能線より少し小さめの性能線Ｌ１を求め、この性能線Ｌ１を表示画面７０Ａに表示させる。また、この性能線Ｌ１の負荷率（６０％）を表示画面７０Ａに表示させる。

監視カメラ３０からフック２１までの距離が大きい場合には、監視カメラ３０からフック２１の高さ位置の平面までの距離が遠くなるので、図５に示すように、その平面を示すガイド線Ｇ１の網目の間隔は狭くなる。このため、負荷率（８０％）の大きい性能線Ｌ２を表示することが可能となる。

上述のように、監視カメラ３０が撮像した画像上に、ガイド線Ｇ１がフック画像２１Ｇの位置にその交点Ｋが位置するように合成されてモニタ７０の表示画面７０Ａに表示されるので、その表示画面７０Ａからフック２１の高さ位置の平面を直感的に認識することができる。このため、３次元空間（実空間）上でのフック位置を直感的に認識することができる。

また、ガイド線Ｇ１を伸縮方向平行線Ｇ１ａと直交平行線Ｇ１ｂとで形成したものであるから、作業半径方向や奥行き感が認識し易くなり、クレーン１０の操作が容易となる。さらに、操作レバーを操作した場合、その操作レバーの操作に基づいて、フック２１の移動方向を示す矢印Ｙｇ１,Ｙｇ２を伸縮方向平行線Ｇ１ａと直交平行線Ｇ１ｂに沿って、フック画像２１Ｇの位置に表示するので、３次元空間上でのフック２１の実際の移動方向を感覚的に認識することができる。

上記実施例では、フック２１の高さ位置の平面を示すガイド線Ｇ１を示したが、図６に示すように、地面の位置の平面を示すガイド線Ｇ２を表示するようにしてもよい。なお、Ｇ２ａはＧ１ａと同様な伸縮方向平行線であり、Ｇ２ｂはＧ１ｂと同様な直交平行線である。

この場合、フック２１の真下の地面上の位置を示すマークＭ１を表示する。また、操作レバーを操作した場合のフック２１の方向を示す矢印Ｙｇ１,Ｙｇ２をそのマークＭ１を起点にして表示する。

このようにすることにより、地面からフック２１までの高さ位置を感覚的に認識することができ、しかもフック２１の真下の位置から対象物(図示せず)までの水平距離を把握することができる。また、フック２１から真下の地面までの距離「フック下：５ｍ」などを表示するようにしてもよい。この表示により、地上からフック２１までの高さを正確に認識することができる。
［他の例］
図７に示すガイド線Ｇ３は、クモの巣状に表示するようにした例を示したものである。このガイド線Ｇ３は、フック画像２１Ｇを中心にした複数の円弧を示す円弧線Ｇ３ａ〜Ｇ３ｃで形成して、フック２１の高さ位置の平面を示すようにしたものである。この円弧線Ｇ３ａ〜Ｇ３ｃにより、上記と同様に、フック２１の高さ位置の平面を直感的に認識することができる。さらに、円弧線Ｇ３ａ〜Ｇ３ｃによりフック２１から対象物(図示せず)までの距離が直ぐに分かることになる。

図８に示すガイド線Ｇ４は、Ｘ軸線Ｇ４ａとＹ軸線Ｇ４ｂとで形成したものである。Ｘ軸線Ｇ４ａは旋回方向を示すものであり、Ｙ軸線Ｇ４ｂは伸縮ブーム１６の伸縮方向を示すものである。このガイド線Ｇ４によって、フック２１の高さ位置の平面を直感的に認識することができ、矢印Ｙｇ１,Ｙｇ２の表示により、３次元空間上でのフック２１の実際の移動方向を認識することができる。

上記実施例は、フック２１の高さ位置や地面の高さ位置の平面を示すガイド線Ｇ１〜Ｇ４をモニタ７０の表示画面７０Ａに表示するようにしているが、これに限らず、どの高さの位置の平面を示すようにしてもよい。この場合、例えば、図９に示すように、ワイヤ画像Ｗｇの延長線Ｗａを表示し、この延長線Ｗａ上にその高さ位置を示すマークＭ２を示すとともに、フック２１の真下の地面上の位置をマークＭ１で示す。このようにすることにより、任意の高さの平面を感覚的に認識することができる。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０ クレーン
１６ 伸縮ブーム
２１ フック
３０ 監視カメラ（吊荷監視カメラ）
５０ ブーム姿勢センサ
６０ 画像処理コントローラ
６２ 作業領域演算部
６３ ガイド線生成部
６４ 第１画像合成部
６５ 第２画像合成部
７０ モニタ
１００ 吊荷監視装置

Claims (6)

1. 作業車のブームの先端部に設けた吊荷監視カメラと、吊荷監視カメラで撮像した画像を表示するモニタとを備えた吊荷監視装置であって、
   前記吊荷監視カメラが撮像している撮像空間の任意の高さの位置の平面を示す網目状のガイド線を、前記モニタの画像上にその高さ位置に対応させて重畳表示することを特徴とする吊荷監視装置。
2. 前記ガイド線は格子状に形成され、この格子を形成する線は、ブームの伸縮方向に平行な複数の伸縮方向平行線と、伸縮方向に直交する複数の直交平行線とから形成されることを特徴とする請求項１に記載の吊荷監視装置。
3. フックを伸縮方向に移動させる操作が行われた際に、伸縮方向を示す伸縮方向平行線に沿った矢印でフックの移動方向を示し、
   フックを旋回させる操作が行われた際に、フックの旋回方向を示す直交平行線に沿った矢印でフックの移動方向を示すことを特徴とする請求項２に記載の吊荷監視装置。
4. 前記ガイド線は、地上の高さ位置の平面を示し、フックの真下の地上の位置にマークを表示することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の吊荷監視装置。
5. 前記ガイド線は、フックの高さ位置の平面を示すことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の吊荷監視装置。
6. 前記ガイド線が示す平面上に作業領域を示す性能線を重畳表示することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の吊荷監視装置。