JP2019085855A

JP2019085855A - 検出装置

Info

Publication number: JP2019085855A
Application number: JP2017217341A
Authority: JP
Inventors: 木下　明; Akira Kinoshita; 明木下; 英喜吉原; Hideki Yoshihara
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-06-06
Also published as: AU2018365641A1; US20200277759A1; EP3674488A1; CN111108251A; EP3674488A4; WO2019093097A1

Abstract

【課題】本発明は、フィールドでの使用環境下において、接触や干渉等による外力によって目印としての建設機械の一部の形状が多少変形したとしても、建設機械としての作業効率が悪化することのない建設機械に設けられる検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】検出ユニット４０内に、少なくとも形状を検出可能なセンサとしての３次元距離画像センサ４１と、センサ４１の視野内に捉えた建設機械の一部としてのカウンタウェイト３４の形状情報を目印形状情報として記憶するための記憶部４４と、前記目印形状情報と、前記視野内に新たに捉えたカウンタウェイト３４の形状情報である検出形状情報と、が合致しているか否かを比較演算する演算部４５と、を有した検出装置である。【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械に設けられる検出装置に関する。

近年、車載カメラを搭載した車両の運転支援システムが開発されている。例えば、車載カメラの撮影光軸がずれた場合、そのずれ量を車両の一部（フロントガラスのマーキング、トランク、ボンネット上のマスコット等）を目印として見積、補正を掛けることによって運転支援システムを動作させる技術である（特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示された技術によれば、走行中の振動や周囲温度の変化などによって車載カメラの撮影光軸がずれた場合、そのずれ量を自動的に検出し、この検出に基づいて運転支援システムを動作させることが可能である。

また、上記特許文献１に開示された技術によれば、撮影光軸のずれ量が所定の範囲内である場合は、フレームメモリを新たな画像位置情報に更新し、そのずれ量が所定の範囲を超え、大きい場合には、警告ブザーを発して警告するように構成されている。

特開２００４−１７３０３７号公報

しかし、上記特許文献１に開示された車載カメラを搭載した車両の運転支援システムは、車載カメラ側の経時変化による位置ずれは考慮されているが、ずれの基準となる車両の目印自体の変化については何らの言及もない。

ところが、建設機械のようなフィールドでの使用環境下では、接触や干渉等による外力によって目印としての建設機械の一部の形状（例えば、ボディとしての上部旋回体の後部に設けられたカウンタウェイトの形状）が変形することも多い。したがって、上記特許文献１に開示された技術を建設機械に適用し、目印が変形することにより、ずれ量が所定の範囲を超えたと判断された場合、その都度、警告ブザーを発報し続けるか、場合によっては目印自体を見失ってしまい、建設機械としての機能停止が発生してしまうという問題点がある。いずれにしても、建設機械としての作業効率が悪化するという課題がある。

本発明の目的は、フィールドでの使用環境下において、接触や干渉等による外力によって目印としての建設機械の一部の形状が多少変形したとしても、建設機械としての作業効率が悪化することのない建設機械に設けられる検出装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明の検出装置は、
建設機械に設けられる検出装置であって、
形状を検出可能なセンサと、
前記センサの視野内に捉えた前記建設機械の一部の形状情報を目印形状情報として記憶するための記憶部と、
前記目印形状情報と、前記視野内に新たに捉えた前記建設機械の一部の形状情報である検出形状情報と、が合致しているか否かを比較演算する演算部と、
を備え、
前記目印形状情報と前記検出形状情報とが合致せず、かつ、前記検出形状情報が新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するための予め定められた条件を満たした場合、前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するように構成されている。

上記構成により、フィールドでの使用環境下において、接触や干渉等による外力によって目印としての建設機械の一部の形状が多少変形したとしても、建設機械としての作業効率が悪化することのない建設機械に設けられる検出装置を提供することが可能である。

本発明に係る建設機械を説明するための模式説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本発明の建設機械に設けられる検出装置の概略構成を説明するための模式ブロック図である。図２に示すセンサの視野内に捉えた建設機械の一部の形状情報（工場出荷時）を説明する模式説明図ある。図２に示すセンサの視野内に捉えた建設機械の一部の形状情報（変形後）を説明する模式説明図ある。本発明の検出装置に係る動作原理を説明するためのフローチャート図である。

本発明者は、如何にすれば、フィールドでの使用環境下において、接触や干渉等による外力によって目印としての建設機械の一部の形状が多少変形したとしても、建設機械としての作業効率が悪化することのない建設機械に設けられる検出装置を実現できるのか鋭意研究を行った。その結果、以下に説明するような構成を採用することで初めて目的を達成できることを見出した。

（本発明の検出装置）
すなわち、本発明の検出装置は、
建設機械に設けられる検出装置であって、
形状を検出可能なセンサと、
前記センサの視野内に捉えた前記建設機械の一部の形状情報を目印形状情報として記憶するための記憶部と、
前記目印形状情報と、前記視野内に新たに捉えた前記建設機械の一部の形状情報である検出形状情報と、が合致しているか否かを比較演算する演算部と、
を備え、
前記目印形状情報と前記検出形状情報とが合致せず、かつ、前記検出形状情報が新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するための予め定められた条件を満たした場合、前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するように構成されていることを特徴とする。

以下、図１〜図５を参照しつつ、本発明の検出装置について説明する。

図１は本発明に係る建設機械を説明するための模式説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図１において、１０は建設機械としての油圧ショベル、２０は下部走行体、３０は下部走行体２０の上に旋回可能に搭載される上部旋回体、３１は上部旋回体３０に搭載される運転室、３２は上部旋回体３０に支持される作業アタッチメント、３３は上部旋回体３０に搭載されるエンジンルーム、３４は上部旋回体３０の後部を構成するカウンタウェイト、４０は油圧ショベル１０を構成するカウンタウェイト３４上に設けられる検出ユニットである。

図２は本発明の建設機械（油圧ショベル）に設けられる検出装置の概略構成を説明するための模式ブロック図である。図２において、４１は近赤外線ＬＥＤの高速光源４２とＣＭＯＳイメージセンサ４３から構成された形状を検出可能なセンサとしての３次元距離画像センサ（例えば、オプテックス社製）、４４は記憶部、４５は演算部、４６は比較結果出力部であり、検出ユニット４０は３次元距離画像センサ４１、記憶部４４、演算部４５と比較結果出力部４６を有している。また、５０は検出ユニット４０につながれた制御装置であり、比較結果出力部４６から出力された信号を受信するための受信部５１と、受信部５１で受信した信号に基づいて判断処理される判断処理部５２と、判断処理部５２に接続された報知出力部５３と、を有している。本実施形態において、検出装置は、検出ユニット４０と制御装置５０と、を有している。さらに、６０はディスプレイであり、報知出力部５３から出力された信号を受信してオペレータに報知するための報知手段６１と、オペレータに操作される入力手段６２と、を備えている。

図３は図２に示すセンサ４３の視野４３ａ内に捉えた建設機械（油圧ショベル１０）の一部の形状情報（例えば、工場出荷時のカウンタウェイト３４の形状情報）を説明する模式説明図、図４は図２に示すセンサ４３の視野４３ａ内に捉えた建設機械の一部の形状情報（変形後の上記カウンタウェイト３４の形状情報）を説明する模式説明図、図５は本発明の検出装置に係る動作原理を説明するためのフローチャート図である。

以下、図５に示すフローチャート図に従って、本発明の検出装置に係る動作原理を説明する。

油圧ショベル１０を始動させる（ステップＳ１）。

さらに、検出ユニット４０に電源を投入する（ステップＳ２）。このステップＳ２の段階で、センサ４１の視野４３ａ内に捉えた油圧ショベル１０の一部の形状情報としての工場出荷時のカウンタウェイト３４の形状情報（図３参照）が記憶部４４に目印形状情報として記憶されている。

次に、図４に示すような変形後のカウンタウェイト３４の形状情報｛すなわち、センサ４１の視野４３ａ内に新たに捉えた油圧ショベル１０の一部の形状情報としてのカウンタウェイト３４の形状情報（これを「検出形状情報」と称す）｝が読み込まれる（ステップＳ３）。

そして、記憶部４４に予め記憶されている目印形状情報（図３に示す工場出荷時のカウンタウェイト３４の形状情報）と新たな形状情報｛図４に示すような変形後のカウンタウェイト３４の形状情報（検出形状情報）｝とが合致しているか否かを演算部４５で比較演算する（ステップＳ４）。

次に、上述したステップＳ４での比較演算により、前記目印形状情報と前記検出形状情報とが合致しているか否かが判断される（ステップＳ５）。

次に、上述したステップＳ５での判断の結果、合致している（Ｙ）場合は、さらにセンサ４１で障害物の距離情報を取得し（ステップＳ６）、この取得動作が所定時間経過するまで行われたか判断される（ステップＳ７）。そして、所定時間経過している（Ｙ）場合は、上述したステップＳ３の前まで戻り、まだ所定時間経過していない（Ｎ）場合は、上述したステップＳ６の前まで戻る。

また、上述したステップＳ５での判断の結果、合致していない（Ｎ）場合は、カウンタウェイト３４の形状情報が工場出荷時のカウンタウェイト３４の形状情報と比べて変化が生じたことをオペレータに警報（またはアラートと称す）を報知するために、報知出力部５３から報知手段６１に信号を出力する（ステップＳ８）。前記ステップＳ８のような構成の採用により、オペレータ自身がカウンタウェイト３４の形状情報が工場出荷時のカウンタウェイト３４の形状情報と比べて変化したことを認識できるという作用効果を奏する。

また、前記目印形状情報と前記検出形状情報との差異（すなわち、形状変化量）が許容範囲であるか否かを制御装置５０内の判断処理部５２で判断処理する（ステップＳ９）。ここで、形状変化量が許容範囲であるか否かの判断基準は、例えば、下記二つの場合が考えられる。
（１）視野４３ａ内に占めるカウンタウェイト３４の形状情報（形状の面積の割合）が所定の閾値以下ならば、形状変化量が許容範囲であると判断し、前記所定の閾値を超えるならば、形状変化量が許容範囲ではないと判断する。
（２）視野４３ａ内に占めるカウンタウェイト３４の形状情報（形状に目印となる基準点を設け、その基準点の変化量）が所定の閾値以下ならば、形状変化量が許容範囲であると判断し、前記所定の閾値を超えるならば、形状変化量が許容範囲ではないと判断する。

次に、上述したステップＳ９で、形状変化量が許容範囲であるか否かの判断を行なうとともに、次ステップ（制御装置５０に予め定められた条件を満足するかの判断）に移行するかの判断を行なう（ステップＳ１０）。

次に、上述したステップＳ１０での判断の結果、許容範囲であるならば、次ステップに移行（Ｙ）し、制御装置５０に予め定められた条件（すなわち、前記検出形状情報が新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するための所定レベルの変形量に達しているならば、前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として記憶部４４に改めて記憶する）を満足するか否か（すなわち、記憶部４４へ再書込みするか否か）を判断処理部５２で自動的に判断処理する。また、その判断処理結果を踏まえて、さらに前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として記憶部４４に改めて記憶するか否か入力手段６２で選択（判断）する（ステップＳ１１）。

上述したステップＳ１１での選択（判断）の結果、前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報とする方が良いと判断された（すなわち、再書込みに値する）（Ｙ）場合は、記憶部４４へ前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として再書込みする（ステップＳ１２）。再書込みが実施された後は、ステップＳ６の前に進む。前記ステップＳ１２のような構成の採用により、建設機械の仕様変更やフィールドでの使用環境下における接触や干渉等による外力によって目印としての建設機械の一部の形状が多少変形することに対するロバスト性を有するという作用効果を奏する。また、変化した前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として使用するため、当然、建設機械としての作業効率が悪化することもないという作用効果を奏する。

また、上述したステップＳ１０での判断の結果、次ステップに移行しない（Ｎ）場合は、オペレータに警報（またはアラート）を報知するとともに油圧ショベル１０を停止させる（ステップＳ１３）。前記ステップＳ１３のような構成の採用により、形状変化量が許容範囲を超えた大きなものであることをオペレータ自身に認識させることができるばかりか、本来の検出装置としての性能が発揮されず二次災害につながることを未然に防止できるという作用効果を奏する。

また、上述したステップＳ１１での選択（判断）の結果、前記検出形状情報を新たな前記目印形状情報とする必要がないと判断された（すなわち、再書込みに値しない）（Ｎ）場合は、前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として記憶部４４に改めて記憶するまでもなく、上述したステップＳ２の段階で記憶部４４に記憶されている目印形状情報をそのまま使用し、油圧ショベル１０の操作を停止することなく継続させる（ステップＳ１４）。前記ステップＳ１４のような構成の採用により、記憶部４４へ前記新たな目印形状情報を再書込みする手間が減る。当然、建設機械としての作業効率が悪化することもない。

なお、本実施形態においては、ステップＳ１３で、上述したステップＳ１０での判断の結果、次ステップに移行しない（Ｎ）場合（すなわち、形状変化量が許容範囲を超えると判断した場合）は、オペレータに警報（またはアラート）を報知するとともに油圧ショベル１０を停止させる例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として記憶部４４に改めて記憶させず、報知出力部５３から報知手段６１に信号を出力するように構成し、アラート発報するだけでも構わない。

また、本実施形態においては、形状を検出可能なセンサとしての３次元距離画像センサ（例えば、オプテックス社製）４１を用いた例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。本発明においては、少なくとも形状を検出可能なセンサであればよいが、３次元距離画像センサ４１を用いることで上述したステップＳ６に記載したような、障害物との距離情報を取得することが可能になるという効果を奏する。

なお、本実施形態においては、「形状を検出可能なセンサとしての３次元距離画像センサ４１」と「記憶部４４」と「演算部４５」とを有した検出ユニット４０と、「目印形状情報と検出形状情報との差異（すなわち、形状変化量）が許容範囲であるか否か」を判断処理し、さらに「前記検出形状情報を新たな目印形状情報として記憶部４４に改めて記憶するかを予め定められた条件を満足するか否か（すなわち、記憶部４４へ再書込みするか否か）」を自動的に判断処理する判断処理部５２を有した制御装置５０と、を備えた検出装置を例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の検出装置としては、「形状を検出可能なセンサ」と「記憶部」と「演算部」とを備え、目印形状情報と検出形状情報とが合致せず、かつ、前記検出形状情報が新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するための予め定められた条件を満たした場合、前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するように構成されていればよい。

ただし、上記検出ユニット４０として、「形状を検出可能なセンサとしての３次元距離画像センサ４１」、「記憶部４４」と「演算部４５」以外に、さらに「前記検出形状情報を新たな目印形状情報として記憶部４４に改めて記憶するかを予め定められた条件を満足するか否か（すなわち、記憶部４４へ再書込みするか否か）」を自動的に判断処理する判断処理部５２を備えたならば、上記制御装置５０としては、ディスプレイ６０と検出ユニット４０の間で情報の授受を仲介する機能があればよい構成となります。このように、上記制御装置５０で行う処理が少なく、上記制御装置５０の負担が低いため、処理能力の低い制御装置や余剰の処理能力が少ない制御装置でも本検出装置を構成でき、本検出装置を適用できる機械の幅が広がるという作用効果を奏する。また、上記構成の検出ユニットが１台であれば、制御装置を介さず、直接ディスプレイと接続することも可能になるという作用効果も奏する。

また、上記制御装置５０として、上記判断処理部５２以外に、さらに「記憶部４４」と「演算部４５」を備えたならば、上記検出ユニット４０としては、形状を検出可能なセンサならどのようなものでも使用可能になるという作用効果を奏する。また、上記検出ユニット４０として、機能が簡素であるため、上記センサの小型化が可能になるという作用効果も奏する。また、上記センサの機能が簡素であるため、上記センサの交換時に目印形状の初期設定などの作業が必要なく、故障時の交換も容易になるという作用効果も奏する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０油圧ショベル
２０下部走行体
３０上部旋回体
３１運転室
３２作業アタッチメント
３３エンジンルーム
３４カウンタウェイト
４０検出ユニット
４１３次元距離画像センサ
４２高速光源
４３ＣＭＯＳイメージセンサ
４３ａ視野
４４記憶部
４５演算部
４６比較結果出力部
５０制御装置
５１受信部
５２判断処理部
５３報知出力部
６０ディスプレイ
６１報知手段
６２入力手段

Claims

建設機械に設けられる検出装置であって、
形状を検出可能なセンサと、
前記センサの視野内に捉えた前記建設機械の一部の形状情報を目印形状情報として記憶するための記憶部と、
前記目印形状情報と、前記視野内に新たに捉えた前記建設機械の一部の形状情報である検出形状情報と、が合致しているか否かを比較演算する演算部と、
を備え、
前記目印形状情報と前記検出形状情報とが合致せず、かつ、前記検出形状情報が新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するための予め定められた条件を満たした場合、前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するように構成されていることを特徴とする検出装置。
請求項１に記載の検出装置において、
前記目印形状情報と前記検出形状情報とが合致しない場合、前記建設機械の形状に変化が生じたことをオペレータに報知するための報知手段をさらに備えたことを特徴とする検出装置。
請求項１または２に記載の検出装置において、
オペレータに操作される入力手段をさらに備え、
前記目印形状情報と前記検出形状情報とが合致せず、かつ、前記目印形状情報と前記検出形状情報との差異が許容範囲である場合、
前記入力手段を用いて、前記検出形状情報を前記新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶するか否かを選択可能なように構成されていることを特徴とする検出装置。
請求項２に記載の検出装置において、
前記目印形状情報と前記検出形状情報とが合致せず、かつ、前記目印形状情報と前記検出形状情報との差異が許容範囲を超えると判断された場合、
前記検出形状情報は前記新たな目印形状情報として前記記憶部に改めて記憶されず、前記報知手段から警報が発せられるように構成されていることを特徴とする検出装置。