JP2020193503A - Operation support system of work machine, operation support method of work machine, maintenance support method of operation support system, and construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業機械の操縦支援システム、作業機械の操縦支援方法、操縦支援システムの保守支援方法、および建設機械に関する。 The present invention relates to a work machine maneuvering support system, a work machine maneuvering support method, a maneuvering support system maintenance support method, and a construction machine.
周囲の作業者などを障害物として検知するセンサを備える建設機械が知られている。例えば、特許文献1には、下部走行体と上部旋回体と監視領域設定手段と障害物検知センサと算出手段と時刻情報取得手段と記憶手段とを備えた建設機械が記載されている。この建設機械は、下部走行体と上部旋回体との相対角度に基づいて監視領域を設定し、その領域での障害物の位置座標を算出し、その算出結果と時刻情報とを関連付けて記憶する。
Construction machines equipped with sensors that detect surrounding workers as obstacles are known. For example,
本発明者らは、油圧等の動力で駆動されるブーム・アームとアタッチメント等を備える建設機械について、以下の認識を得た。 The present inventors have obtained the following recognition about a construction machine provided with a boom arm and an attachment driven by power such as flood control.
ある建設機械は、動力を利用してブームやアームなどの腕機構を駆動し、腕機構に取り付けられたバケット等のアタッチメントを動かして所定の作業を行う。この機械の操縦者は、アタッチメントを移動させる際、アタッチメントや腕機構が作業者等の障害物に触れないように注意深く操縦する必要がある。このことは、操縦者にとって大きな負担であり、作業効率低下の要因となっている。 A construction machine uses power to drive an arm mechanism such as a boom or an arm, and moves an attachment such as a bucket attached to the arm mechanism to perform a predetermined work. When moving the attachment, the operator of this machine must carefully operate the attachment and arm mechanism so that they do not touch obstacles such as workers. This is a heavy burden on the operator and is a factor in reducing work efficiency.
視認性を補うため、建設機械に取り付けられたカメラで撮影された映像を、操縦室のディスプレイに表示することが考えられる。しかし、この場合、ディスプレイの映像と作業内容とを同時に確認しながら操縦することになり、操縦者の負担はかえって増大し、操縦性が改善されるとはいえない。 In order to supplement the visibility, it is conceivable to display the image taken by the camera attached to the construction machine on the display in the cockpit. However, in this case, the maneuvering is performed while checking the display image and the work content at the same time, which increases the burden on the operator and cannot be said to improve the maneuverability.
操縦者の負担を軽減する観点からは、特許文献1に記載の建設機械は十分に対処されているとはいえない。このような課題は、建設機械だけでなく他の種類の作業機械についても生じうる。
From the viewpoint of reducing the burden on the operator, it cannot be said that the construction machinery described in
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、操縦者の負担を軽減可能な作業機械の操縦支援システムを提供することを目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of these problems, and one object of the present invention is to provide a maneuvering support system for a work machine capable of reducing the burden on the operator.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の作業機械の操縦支援システムは、作業機械の移動部の移動範囲に関する画像情報を取得する取得部と、画像情報に基づいて移動部に障害物との接触を回避する動作をさせる動作制御部とを備える。 In order to solve the above problems, the operation support system for a work machine according to an aspect of the present invention includes an acquisition unit that acquires image information regarding the movement range of the moving part of the work machine, and an obstacle in the moving part based on the image information. It is provided with an operation control unit that performs an operation of avoiding contact with.
なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above, and those in which the components and expressions of the present invention are mutually replaced between methods, devices, programs, temporary or non-temporary storage media on which programs are recorded, systems, and the like are also used. It is effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、操縦者の負担を軽減可能な作業機械の操縦支援システムを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a control support system for a work machine that can reduce the burden on the operator.
以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。 Hereinafter, the present invention will be described based on a preferred embodiment with reference to each drawing. In the embodiments and modifications, the same or equivalent components and members are designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. In addition, the dimensions of the members in each drawing are shown enlarged or reduced as appropriate for easy understanding. In addition, some of the members that are not important for explaining the embodiment in each drawing are omitted and displayed.
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。 Also, terms including ordinal numbers such as 1st and 2nd are used to describe various components, but this term is used only for the purpose of distinguishing one component from other components. The components are not limited by.
[第1実施形態]
図面を参照して、本発明の第1実施形態に係る作業機械の操縦支援システム1の構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る作業機械の操縦支援システム1を概略的に示す側面図である。図2は、操縦支援システム1を概略的に示すブロック図である。図3は、操縦支援システム1を概略的に示す平面図である。
[First Embodiment]
The configuration of the
図1、図2に示すように、操縦支援システム1は、作業機械100と、取得部10と、動作制御部20とを含む。取得部10と、動作制御部20とは操縦支援装置30を構成する。本実施形態の作業機械100は、バケット46を移動させて建設作業を行う建設機械1000である。作業機械100は、下部走行部36と、上部車体部34と、腕機構48と、バケット46とを有する。下部走行部36は無限軌道などにより所定方向に走行可能に構成される。上部車体部34は、下部走行部36に搭載されている。上部車体部34は、旋回駆動部60により下部走行部36に対して鉛直軸まわりに旋回可能に構成される。旋回駆動部60は、例えば、旋回モータ(不図示)と旋回ギア(不図示)とで構成できる。上部車体部34には、操縦室38が設けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
説明の便宜上、操縦室38を後方から見て右側を「右」と、左側を「左」という。また、操縦室38の前側を「前方」と、その反対方向を「後方」という。
For convenience of explanation, the right side of the
腕機構48の基端部は、上部車体部34において操縦室38の右側に設けられる。腕機構48は、上部車体部34から前方に延びるブーム42とアーム44とを含む。腕機構48の先端側にはバケット46が取り付けられる。ブーム42は、上部車体部34側の基端部を中心に先端部が上下に回動可能に構成される。アーム44は、ブーム42側の基端部を中心に先端部が前後に回動可能に構成される。
The base end portion of the
バケット46は、アーム44側の基端部を中心に先端部が前後または上下に回動可能に構成される。ブーム42、アーム44およびバケット46は複数の油圧シリンダ56により関節部の屈曲角度を変化させて変形できる。これらが変形することによりバケット46を移動させることができる。以下、ブーム42と、アーム44と、バケット46とを総称するときは移動部40という。なお、ブーム42、アーム44およびバケット46はフロント部と称されることがある。
The
操縦室38の内部には、操縦席32が設けられる。操縦室38の側面には、操縦席32を囲む前窓38fと、右窓38gと、左窓38hと、後窓38jとが設けられる。操縦室38の操縦席32の近傍には、複数のレバーなどにより移動部40を操縦する操作入力部54が設けられる。操縦者は操縦席32において、各窓38f〜38jから周囲を目視しながら操作入力部54を操作して移動部40を操縦する。
A
操作入力部54から操作が入力されると、その操作に応じて複数の油圧バルブ58が開閉する。油圧バルブ58に開閉に応じて、油圧ポンプ(不図示)から供給される作動油が複数の油圧シリンダ56に送出される。複数の油圧シリンダ56は、作動油の送出量に応じて伸縮し、移動部40を変形させてブーム42、アーム44およびバケット46を移動させる。また、操作入力部54から旋回に関する操作が入力されると、その操作に応じて旋回駆動部60が上部車体部34および移動部40を一体的に旋回させる。このように、ブーム42、アーム44およびバケット46は、操縦者の操縦に応じて変形と旋回とをすることによって、移動範囲を三次元的に移動できる。
When an operation is input from the
本実施形態では、図3に示すように、操作入力部54を操作した際の移動部40の移動可能な立体的な範囲を移動範囲Rmと定義する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the movable three-dimensional range of the moving
図4は、操縦者の前方視界を模式的に示す図である。この図に示すように、前方視界の右側は腕機構48に遮られる。バケット46の先端部の視界を確保するように、操縦室38および操縦席32は上部車体部34の左側に寄せて配置される。この場合、バケット46の先端部周辺の視界は確保できるが、バケット46の右側の視界は不十分である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the front view of the operator. As shown in this figure, the right side of the front view is blocked by the
このように、操縦者の前方視界は腕機構48によって遮られる。つまり、図3に示すように、移動部40は操縦席32から見た移動範囲Rmに大きな死角領域Azを形成している。このため、死角領域Az内でバケット46を移動させる際は、操縦者は操縦席から身を乗り出すなど大きく姿勢を変えながら操縦する必要があり、操縦者に多大な負担がかかる。また、操縦者が障害物を見落とす可能性もある。
In this way, the driver's forward view is blocked by the
前方視界を補うために、操縦席32の近傍に配置したディスプレイに死角領域Azを撮像した映像を表示することが考えられる。しかし、この場合、ディスプレイの映像と作業内容とを同時に確認しながら操縦することになり、操縦者の負担はかえって増大する。
In order to supplement the front view, it is conceivable to display an image of the blind spot region Az on a display arranged near the driver's
そこで、本実施形態の操縦支援システム1は、操縦者の負担を軽くするために、取得部10と、動作制御部20とを備える。取得部10は、移動部40の移動範囲Rmに関する第1画像情報Gpを取得する。動作制御部20は、第1画像情報Gpに基づいて移動部40に障害物との接触を回避する回避動作をさせる。移動部40が自動的に回避動作を行うので、操縦者の負担を軽くできる。
Therefore, the
取得部10を説明する。取得部10は、第1画像情報Gpを取得するために画像を撮像可能な画像センサ12を含む。画像センサ12は、イメージセンサ等を用いて移動範囲Rmの一部または全部を撮像する。画像センサ12を1つだけ設けることも可能であるが、この場合、移動部40による死角を解消することが難しい。このため、取得部10は移動部40を互いに異なる位置や方向から撮像する複数の画像センサ12を備えてもよい。図3の例では、移動部40を挟んで左右に離間して配置される2つの画像センサ12−A、12−Bが設けられる。この図において、符号Ad−A、Ad−Bは、画像センサ12−A、12−Bの撮像範囲を示す。
The
2つの画像センサ12が移動部40の左右両側に配置されるので、撮像範囲Adを互いに補い合って死角を大幅に減らすことができる。つまり、2つの画像センサ12は、一方について死角となる領域が他方については死角にならないように配置できる。図3の例では、撮像範囲Ad−A、Ad−Bは、移動部40の近傍で一部重複し、そこから右と左に広がる扇状の領域である。
Since the two
2つの画像センサ12−A、12−Bは、移動部40を挟んで左右対称に配置されてもよい。この場合、2つのセンサの撮像結果を合成して一体化しやすい。なお、2つの画像センサ12−A、12−Bは、非対称に配置されてもよい。2つの画像センサ12−A、12−Bの撮像範囲Adの中心に沿った方向(以下、「視野方向」という)は、平行であってもよいし、非平行であってもよい。図3の例では、画像センサ12−Aの視野方向は、前後方向に対して右に傾いており、画像センサ12−Bの視野方向は、前後方向に対して左に傾いている。この場合、視野方向が平行な場合と比較して、撮像可能範囲を左右に広くできる。
The two image sensors 12-A and 12-B may be arranged symmetrically with the moving
なお、2つの画像センサ12−A、12−Bを備えることにより、2つのセンサの撮像結果の差分を計算して、その結果から高精度に移動部40と人8との位置や距離を特定することができる。加えて、画像センサが2台となることで計測視野が拡大されるため、高速旋回したときに、突発的に旋回範囲内に物体が侵入した場合や、移動部40の裏側に人が侵入した場合でも素早く回避動作することができる。また、視差を得ることができるので、立体的な画像情報を取得できる。
By providing the two image sensors 12-A and 12-B, the difference between the imaging results of the two sensors is calculated, and the position and distance between the moving
取得部10の配置高さは限定されないが、死角を小さくできる位置が望ましい。図1の例では、取得部10は、操縦室38の屋根よりも高い位置に配置されている。この場合、バケット46が作業する地面を撮像しやすい。複数の画像センサ12の配置高さは、互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。
The arrangement height of the
第1画像情報Gpに、移動部40に関する画像情報を含めないことも可能であるが、この場合、移動部40と障害物との間の距離を特定することが難しい。そこで、本実施形態の取得部10では、第1画像情報Gpが移動部40に関する画像情報を含むように構成されている。具体的には、2つの画像センサ12の一方が移動部40の左側面を含む領域を撮像し、他方が移動部40の右側面を含む領域を撮像するように配置されている。これにより、移動部40の左右何れに障害物が存在する場合でも、2つの画像センサ12のうちの一方の撮像結果から移動部40と障害物との間の距離を特定できる。
It is possible not to include the image information about the moving
図2を参照して、動作制御部20を説明する。図2に示す各機能ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのCPUをはじめとする電子素子や機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
The
動作制御部20は、図2に示すように画像情報生成部20aと、識別部20bと、距離特定部20dと、記憶部20mと、回避制御部20fと、バルブ制御部20gと、接触推定部20pと、情報出力部20eとを有する。画像情報生成部20aは、取得部10の複数の画像センサ12の第1画像情報Gpを統合して第2画像情報Gsを生成する。バルブ制御部20gは、回避制御部20fの制御に基づいて油圧バルブ58の開閉を制御できる。
As shown in FIG. 2, the
識別部20bは、人などの障害物と移動部40と作業機械本体とを逐次認識する。例えば、過去に生成された第2画像情報Gsとの差分から変化した領域と変化しない領域とを区分して、変化しない領域から作業機械本体を認識できる。また、変化した領域の変化パターンの違いにより障害物と移動部40とを区分して認識できる。このような認識処理を逐次行うことにより、障害物と移動部40と作業機械本体の変化パターンを学習して、認識精度を向上できる。
The
識別部20bは、障害物識別部20cと、人識別部20hと、移動部識別部20jと、特徴DB20kとを含む。特徴DB20kは、障害物に関する特徴情報Fiを予め記憶したデータベースである。障害物識別部20cは、画像情報生成部20aで生成された第2画像情報Gsと、特徴DB20kに予め記憶された特徴情報Fiとに基づいて障害物の種類を識別する。以下、一例として障害物が人である場合を説明するが、この説明は人以外の障害物についても同様に適用可能である。
The
人識別部20hを説明する。図5は、人識別部20hを説明するための図である。人の各所を細かく識別すると演算時間が長くなる。演算時間を短縮するために高速の演算素子を備えるとコスト的に不利である。そこで、本実施形態では、人の特徴点を抽出して、その特徴点に基づく所定の範囲を人の範囲として特定している。
The
図5の例では、人8の足下8bを特徴点としている。人8の足下8bは地面とのコントラストや形状の特徴から特定し易い。特に、本実施形態の人識別部20hは、障害物が人8であるとき当該人8の足下8bを特定して足下8bから所定の高さHhまでを人8の範囲として識別する。また、人識別部20hは、足下8bを中心とする所定直径Dhの円筒状の範囲を人8の範囲としてもよい。一例として、高さHhは2m、直径Dhは1mとしてもよい。この場合、安価な演算素子を用いて実用的な演算時間で人の範囲を特定できる。
In the example of FIG. 5, the
なお、人8の範囲は、足下8bが含まれる画像情報に基づいて算出されてもよいし、人8の足下8b以外の画像情報に基づいて算出されてもよい。例えば、人8の範囲は、人8の足下8b以外の骨格情報(人の足下を除く情報等)に基づいて算出されてもよい。
The range of the
移動部識別部20jを説明する。図6は、移動部識別部20jを説明するための図である。移動部識別部20jは、移動部40と作業機械本体とを識別する。特に、移動部識別部20jは、予め記憶された移動部40の所定部分に関する座標情報を用いて移動部40の範囲を識別する。
The moving unit identification unit 20j will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining the moving unit identification unit 20j. The moving unit identification unit 20j identifies the moving
座標情報を説明する。移動部40のブーム42、アーム44およびバケット46には、それぞれ計測点14a、14b、14cが予め設定される。計測点14a〜14cは、ボルトや孔などの既存の特定形状を有する部分に設定してもよい。図6の例では、計測点14a〜14cは、ブーム42、アーム44およびバケット46に設けられた目印を用いている。
The coordinate information will be described.
移動部識別部20jは、基準座標情報Zpと、取得座標情報Zsとに基づいて作業機械100の範囲を特定する。基準座標情報Zpは、過去に生成された第2画像情報Gsから特定される座標情報である。取得座標情報Zsは、随時取得される現時点の第2画像情報Gsから特定される座標情報である。例えば、基準座標情報Zpは、作業機械100を標準姿勢にした状態で生成された第2画像情報Gsから特定できる。特定された基準座標情報Zpは、記憶部20mに記憶される。
The moving unit identification unit 20j specifies the range of the
また、作業機械100の範囲を特定するため、記憶部20mには、作業機械100の設計情報から生成された作業機械100の外形座標に関する外形情報Eiが記憶される。外形情報Eiと、取得座標情報Zsとから作業機械100の取得時(現在)の範囲を特定できる。また、移動部識別部20jは、取得座標情報Zsに基づいて計測点14a〜14cの相対位置および相対角度から、移動部40の姿勢、位置および範囲を随時演算で特定できる。例えば、取得座標情報Zsの基準座標情報Zpとの差分を用いることにより、この演算を行うことができる。
Further, in order to specify the range of the
距離特定部20dを説明する。図7は、距離特定部20dを説明するための図である。距離特定部20dは、演算により障害物と移動部40との相対的な最短距離を特定する。例えば、距離特定部20dは、人識別部20hで特定された人8の範囲と、移動部識別部20jで特定された移動部40の範囲とにより、人8から移動部40までの最短の相対距離Dsを特定できる。図7の例では、計測点14a〜14cおよび人8のそれぞれの平面座標と画像センサ12からの角度とにより、人8から移動部40までの相対距離Dsを特定している。
The
回避制御部20fを説明する。図8は、回避制御部20fを説明するための図である。相対距離Dsが特定された場合、種々の方法により人8と移動部40との接触を回避できる。一例として、本実施形態では、回避制御部20fは、人8と移動部40との相対距離Dsに応じて複数の回避動作をするように、移動部40の移動態様を変化させる。
The
本実施形態では、回避制御部20fは、移動部40が人8から所定の第1距離D1以内に近づくと移動部40の移動速度を下げるように制御する(回避動作1)。例えば、相対距離Dsが第1距離D1以下である場合に、移動部40の移動速度を所定の速度以下になるように制動をかけてもよい。回避制御部20fは、旋回駆動部60を制御して上部車体部34の旋回速度を下げることができる。また、回避制御部20fは、バルブ制御部20gを介して油圧バルブ58を制御することにより、移動部40のブーム42、アーム44およびバケット46の回動速度を下げることができる。移動部40を徐行速度に減速することにより、危険な状態になったら直ぐに止めることができる。
In the present embodiment, the
なお、油圧バルブ58は、バルブ制御部20gの制御と操作入力部54の制御とが競合する場合、バルブ制御部20gの制御を優先してもよい。以下の制御についても同様である。
In the
本実施形態では、回避制御部20fは、移動部40が人8から所定の第2距離D2以内に近づくと移動部40の移動を止めるように制御する(回避動作2)。例えば、相対距離Dsが第2距離D2以下である場合に、移動部40の移動を停止してもよい。この場合、回避制御部20fは、上部車体部34の旋回を停止するとともに、移動部40のブーム42、アーム44およびバケット46の回動を停止してもよい。
In the present embodiment, the
旋回や回動に制動力を加えても、上部車体部34や移動部40の慣性により、これらは直ぐには止まらず、人8との接触を回避できない場合がある。そこで、本実施形態では、回避制御部20fは、移動部40が人8から所定の第3距離D3以内に近づくと移動部40の移動コースを変化させるように制御する(回避動作3)。例えば、相対距離Dsが第3距離D3以下である場合に、移動部40の特にバケット46を上昇させて移動コースを変化させてもよい。この場合、回避制御部20fは、上部車体部34の旋回駆動部60にブレーキをかけるとともに、バルブ制御部20gを介して油圧バルブ58を制御することにより、ブーム42、アーム44およびバケット46を上昇させてもよい。
Even if a braking force is applied to turning or rotation, due to the inertia of the upper
なお、第3距離D3は第2距離D2より小さくてもよく、第2距離D2は第1距離D1より小さくてもよい。つまり、これらはD3<D2<D1の関係を有してもよい。これらの距離は、実験やシミュレーション等により設定できる。 The third distance D3 may be smaller than the second distance D2, and the second distance D2 may be smaller than the first distance D1. That is, they may have a relationship of D3 <D2 <D1. These distances can be set by experiments, simulations, and the like.
接触推定部20pを説明する。図9は、接触推定部20pを説明するための図である。接触推定部20pは、移動部40および人8の座標、移動方向および移動速度に応じて、これらの移動コースを演算によりシミュレーションして推定移動コースを求める。図9(a)は、移動部40と人8の推定移動コースを模式的に示している。この図は、左右方向と前後方向の座標上におけるそれぞれの推定移動コースを示している。接触推定部20pは、移動部40と人8の推定移動コースに基づき、時間ごとの移動部40と人8の推定離隔距離Dqを求める。図9(b)は、時間に対する推定離隔距離Dqの変化を示す。
The
回避制御部20fは、推定離隔距離Dqに応じて、移動部40と人8との接触を予防する接触予防動作を行う。例えば、回避制御部20fは、推定離隔距離Dqが所定の閾値D4以下になると予測されたとき、接触予防動作を実行する。この接触予防動作は、移動部40を減速する動作、移動部40の移動を停止する動作、移動部40の移動コースを変更する動作であってもよい。また、閾値D4を複数設定し、推定離隔距離Dqと複数の閾値D4とに基づいて、接触予防動作の内容を変更してもよい。
The
情報出力部20eは、障害物と移動部40との距離に関する情報を内部または外部に出力する。一例として情報出力部20eは、障害物の有無、移動部40と人8との相対距離Ds、推定離隔距離Dq等の情報や回避動作に関する情報を、情報端末50に出力してもよい。情報端末50は、これらの情報を文字やグラフィックにより表示してもよい。情報端末50は、操縦室38に設けられてもよい。また、情報出力部20eは、これらの情報に基づいて所定の警報を音や光として出力してもよい。
The
次に、図10のフローチャートを参照して、取得部10と動作制御部20とによる回避制御に関する処理S70を説明する。ここでは、障害物が人である例を説明する。
Next, the process S70 related to avoidance control by the
処理S70が開始されると、取得部10は移動部40の移動範囲Rmに関する画像情報を取得する(ステップS71)。
When the process S70 is started, the
次に、動作制御部20は、取得部10で取得された画像情報から障害物を識別する(ステップS72)。
Next, the
障害物がない場合(ステップS72のN)、動作制御部20は、処理をステップS71に戻して、ステップS71からの処理を繰り返す。障害物がある場合(ステップS72のY)、動作制御部20は、処理をステップS73に進める。
When there is no obstacle (N in step S72), the
次に、動作制御部20は、動作制御部20は、障害物識別部20cによって、障害物の種類を識別する(ステップS73)。
Next, the
次に、動作制御部20は、人識別部20hによって、障害物が人である場合は人の範囲を特定する(ステップS74)。
Next, the
次に、動作制御部20は、移動部識別部20jによって、移動部40の範囲を識別する(ステップS75)。
Next, the
次に、動作制御部20は、距離特定部20dによって、人と移動部40との相対的な最短距離Dsを特定する(ステップS76)。
Next, the
次に、動作制御部20は、回避制御部20fによって、距離Dsの大きさに応じて移動部40に回避動作をさせる(ステップS77)。
Next, the
距離Dsが第1距離D1より大きい場合(ステップS77のA)、動作制御部20は、処理をステップS71に戻して、ステップS71からの処理を繰り返す。
When the distance Ds is larger than the first distance D1 (A in step S77), the
距離Dsが第1距離D1以下の場合(ステップS77のB)、動作制御部20は、移動部40の移動速度を下げる(ステップS78)。
When the distance Ds is equal to or less than the first distance D1 (B in step S77), the
距離Dsが第2距離D2以下の場合(ステップS77のC)、動作制御部20は、移動部40の移動を停止する(ステップS79)。
When the distance Ds is the second distance D2 or less (C in step S77), the
距離Dsが第3距離D3以下の場合(ステップS77のD)、動作制御部20は、移動部40の移動コースを変化させる。(ステップS80)。
When the distance Ds is the third distance D3 or less (D in step S77), the
ステップS78、S79、S80が終了したら、動作制御部20は、処理をステップS71に戻して、ステップS71からの処理を繰り返す。処理S70はあくまでも一例であり、他のステップを追加したり、一部のステップを変更または削除したり、ステップの順序を入れ替えてもよい。
When steps S78, S79, and S80 are completed, the
次に、本発明の第1実施形態に係る作業機械の操縦支援システム1の特徴を説明する。操縦支援システム1は、作業機械100の移動部40の移動範囲Rmに関する画像情報Gpを取得する取得部10と、画像情報Gpに基づいて移動部40に障害物との接触を回避する動作をさせる動作制御部20とを備える。
Next, the features of the
この構成によれば、障害物との接触を回避するように移動部40が自動的に回避動作するので、操縦が容易になり、操縦者の負担を軽減できる。また、安全性が確保されるので、移動部40の移動速度を高めて作業効率の向上を図れる。
According to this configuration, since the moving
取得部10は画像情報Gpに移動部40に関する画像情報を含むように構成されてもよい。この場合、画像情報Gpの中に移動部40と障害物とを一体的に捉えることができるので、離間距離を高精度に把握し易い。
The
取得部10は移動部40を互いに異なる位置から撮像する複数の画像センサ12を含んでもよい。この場合、複数の画像センサ12を用いるので、画像センサ12の死角を減らすことができる。また、移動部40や障害物の位置や範囲を立体的に捉えることが可能になり、障害物の検知漏れ防止を図れる。また、画像センサ12が複数となることで計測視野が拡大されるため、高速旋回したとき、突発的に旋回範囲内に物体が侵入した場合または移動部40の裏側に人が侵入した場合でも素早く回避動作することができる。
The
動作制御部20は移動部40が障害物から第1距離D1以内に近づくと移動部40の移動速度を下げるように制御してもよい。この場合、移動速度が下がるので、障害物との接触を回避し易い。
The
動作制御部20は移動部40が障害物から第2距離D2以内に近づくと移動部40の移動を止めるように制御してもよい。この場合、移動部40の移動を止めるので、障害物との接触を一層回避し易い。
The
動作制御部20は移動部40が障害物から第3距離D3以内に近づくと移動部40の移動コースを変化させるように制御してもよい。この場合、慣性により急に止まれない場合でも、移動部40の移動コースを変化させて接触の回避を図れる。
The
動作制御部20は予め記憶された障害物に関する特徴情報を用いて障害物の種類を識別する障害物識別部20cを有してもよい。この場合、種類を推定した障害物の種類に応じて回避方法や範囲を選択できる。
The
障害物が人であるとき当該人8の足下8bを特定して当該足下8bから所定の高さまでを人8の範囲として識別する人識別部20hを備えてもよい。この場合、足下8bは地面とのコントラストや形状の特徴から特定し易いので、足下8bから身長相当の高さまでを人の範囲とすることで、適切な回避方法や範囲を選択できる。動作制御部20は人識別部20hを含んでもよい。この場合、人識別部20hを動作制御部20とは別に設ける場合と比べて構成をコンパクトにできる。
When the obstacle is a person, the
移動部40の予め記憶された所定部分に関する座標情報を用いて移動部40の範囲を識別する移動部識別部20jを備えてもよい。この場合、特徴点を予め設定した部分とすることで識別が容易になり、移動部40の範囲を高速または高精度で推定できる。回避動作の遅れを少なくできる。動作制御部20は移動部識別部20jを含んでもよい。この場合、移動部識別部20jを動作制御部20とは別に設ける場合と比べて構成をコンパクトにできる。
The moving unit identification unit 20j may be provided to identify the range of the moving
移動部40は操縦者の操縦に応じて移動するように構成され、移動部40は作業機械100の操縦席32から見た移動範囲Rmに死角領域を形成するものであってもよい。この場合、作業機械100が自律的に障害物との接触を回避するので、移動範囲Rmに死角領域がある場合にも操縦者は身を乗り出さずに操縦できる。
The moving
障害物と移動部40との距離に関する情報を出力する情報出力部20eを備えてもよい。この場合、距離に関する情報を内部または外部に報知できる。
An
次に、本発明の第2〜第4実施形態を説明する。第2〜第4実施形態の図面および説明では、第1実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第1実施形態と重複する説明を適宜省略し、第1実施形態と相違する構成について重点的に説明する。 Next, the second to fourth embodiments of the present invention will be described. In the drawings and description of the second to fourth embodiments, the same or equivalent components and members as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals. The description overlapping with the first embodiment will be omitted as appropriate, and the configuration different from that of the first embodiment will be mainly described.
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態は、作業機械の操縦支援方法である。この操縦支援方法は、移動部40を有する作業機械100の移動部40の移動範囲Rmに関する画像情報Gpを取得するステップS71と、画像情報Gpに基づいて移動部40に障害物との接触を回避する動作をさせるステップS72〜S80とを含む。
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention is a method for supporting the operation of a work machine. In this maneuvering support method, the step S71 for acquiring the image information Gp regarding the moving range Rm of the moving
第2実施形態の構成によれば、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。 According to the configuration of the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態は、作業機械100の操縦支援システム1の保守支援方法である。この保守支援方法S90は、取得された画像情報と予め記憶された基準画像情報との比較結果に基づいて操縦支援システム1の保守の要否を判定するステップS91を含む。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention is a maintenance support method for the
基準画像情報は、例えば作業機械100導入時等の過去に、ブーム42、アーム44およびバケット46が原点位置に配置されている状態で取得された第2画像情報Gs(以下、画像情報Gs−Aという)であってもよい。取得された画像情報は、現時点でブーム42、アーム44およびバケット46が原点位置に配置されている状態で取得された第2画像情報Gs(以下、画像情報Gs−Bという)であってもよい。
The reference image information is the second image information Gs (hereinafter, image information Gs-A) acquired in a state where the
ステップS91では、画像情報Gs−A、Gs−Bから計測点14a〜14cの過去と現在の座標を特定し、その差が閾値を超えた場合に、操縦支援システム1は保守が必要と判定し、閾値を超えていない場合に保守は不要と判定してもよい。
In step S91, the past and present coordinates of the
保守が必要と判定された場合、動作制御部20の情報出力部20eは、判定結果を情報端末50に出力してもよい。また、情報出力部20eは、判定結果に基づいて所定の警報を音や光として出力してもよい。
When it is determined that maintenance is necessary, the
第3実施形態によれば、操縦支援システム1の保守の要否を適確に把握できる。また、ブーム42、アーム44およびバケット46の原点位置を高精度にキャリブレーションできる。
According to the third embodiment, it is possible to accurately grasp the necessity of maintenance of the
[第4実施形態]
本発明の第4実施形態は、建設機械1000である。この建設機械1000は、移動部40と、移動部40の移動範囲Rmに関する画像情報Gpを取得する取得部10と、画像情報Gpに基づいて移動部40に障害物との接触を回避する動作をさせる動作制御部20とを備える。建設機械1000は、例えばバケット46を移動させて建設作業を行う機械であってもよい。建設機械1000の移動部40は、バケットの代わりにフォーク、ハンマー、クラッシャー等の多様なアタッチメントを備えてもよい。第4実施形態の構成によれば、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention is a
以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除などの多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。 The examples of the embodiments of the present invention have been described in detail above. All of the above-described embodiments are merely specific examples for carrying out the present invention. The content of the embodiment does not limit the technical scope of the present invention, and many design changes such as modification, addition, and deletion of components are made within the scope of the invention as defined in the claims. It is possible. In the above-described embodiment, the contents that can be changed in such a design are described with notations such as "in the embodiment" and "in the embodiment", but the contents are designed without such notations. It's not that changes aren't tolerated.
[変形例]
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第1実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
[Modification example]
Hereinafter, a modified example will be described. In the drawings and description of the modified examples, the same or equivalent components and members as those in the embodiment are designated by the same reference numerals. The description overlapping with the embodiment will be omitted as appropriate, and the configuration different from that of the first embodiment will be mainly described.
第1実施形態の説明では、作業機械がバケット46を移動させて建設作業を行う建設機械である例を示したが、本発明はこれに限定されず、建設機械以外の作業機械にも適用できる。
In the description of the first embodiment, an example is shown in which the work machine is a construction machine for performing construction work by moving the
第1実施形態の説明では、障害物が人である例を示したが、本発明はこれに限定されない。第1実施形態の説明は、人以外の障害物に対しても適用可能である。 In the description of the first embodiment, an example in which the obstacle is a person is shown, but the present invention is not limited thereto. The description of the first embodiment is also applicable to obstacles other than humans.
第1実施形態の説明では、画像センサ12が2つの画像センサで構成される例を示したが、本発明はこれに限定されない。画像センサ12は、単一の画像センサで構成されてもよいし、3つ以上の画像センサで構成されてもよい。
In the description of the first embodiment, an example in which the
第1実施形態の説明では、画像センサ12が操縦室38の屋根に設けられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、画像センサ12は、作業機械100から離れた位置から撮像する外部画像センサを含んでもよい。例えば、外部画像センサは、ドローンに搭載されてもよいし、上空に張ったワイヤ等に吊られてもよい。この場合、作業機械から離れて設けられた画像センサを用いるので、障害物の検知漏れ防止を図れる。
In the description of the first embodiment, an example in which the
第1実施形態の説明では、第1〜第3距離D1〜D3が障害物の種類によらず一定である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1〜第3距離D1〜D3は障害物の種類に応じて変更されてもよい。障害物が人であるときは、それ以外の場合に比べて第1〜第3距離D1〜D3を大きくしてもよい。 In the description of the first embodiment, an example is shown in which the first to third distances D1 to D3 are constant regardless of the type of obstacle, but the present invention is not limited thereto. For example, the first to third distances D1 to D3 may be changed according to the type of obstacle. When the obstacle is a person, the first to third distances D1 to D3 may be made larger than in other cases.
第1実施形態の説明では、情報端末50が操縦室38に設けられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、情報端末50は、作業機械100の外部にいる作業員が所持するタブレット端末等の携帯端末であってもよい。
In the description of the first embodiment, an example in which the
第1実施形態の説明では、作業機械100が操縦席32に着座した操縦者によって操縦される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、作業機械は、自動操縦やリモコン操縦されるものであってもよい。
In the description of the first embodiment, an example in which the
上述の変形例は、第1実施形態と同様の作用・効果を奏する。 The above-mentioned modification has the same action / effect as that of the first embodiment.
上述した実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。 Any combination of the above-described embodiments and modifications is also useful as an embodiment of the present invention. The new embodiments resulting from the combination have the effects of the combined embodiments and variants.
1・・・操縦支援システム、8・・・人、8b・・・足下、10・・・取得部、12・・・画像センサ、20・・・動作制御部、20c・・・障害物識別部、20d・・・距離特定部、20e・・・情報出力部、20f・・・回避制御部、20g・・・バルブ制御部、20h・・・人識別部、20j・・・移動部識別部、30・・・操縦支援装置、32・・・操縦席、40・・・移動部、100・・・作業機械。
1 ... Maneuvering support system, 8 ... People, 8b ...
Claims (16)
前記画像情報に基づいて前記移動部に障害物との接触を回避する動作をさせる動作制御部と
を備える作業機械の操縦支援システム。 An acquisition unit that acquires image information about the movement range of the moving unit of the work machine,
A maneuvering support system for a work machine including a motion control unit that causes the moving unit to operate to avoid contact with an obstacle based on the image information.
前記移動部は前記作業機械の操縦席から見た前記移動範囲に死角領域を形成する請求項1から10のいずれかに記載の操縦支援システム。 The moving part is configured to move according to the maneuver of the operator.
The maneuvering support system according to any one of claims 1 to 10, wherein the moving unit forms a blind spot region in the moving range seen from the cockpit of the work machine.
前記画像情報に基づいて前記移動部に障害物との接触を避ける動作をさせるステップと
を含む作業機械の操縦支援方法。 Steps to acquire image information about the moving range of the moving part of the work machine,
A method for supporting the operation of a work machine, which includes a step of causing the moving portion to move to avoid contact with an obstacle based on the image information.
前記移動部の移動範囲に関する画像情報を取得する取得部と、
前記画像情報に基づいて前記移動部に障害物との接触を回避する動作をさせる動作制御部と
を備える建設機械。 Moving part and
An acquisition unit that acquires image information regarding the movement range of the movement unit, and
A construction machine including a motion control unit that causes the moving unit to operate to avoid contact with an obstacle based on the image information.
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