JP2021038649A - 作業機械の画像表示システム、作業機械の遠隔操作システム、作業機械、及び作業機械の画像表示方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態に係る作業機械の画像表示システム100及び作業機械の遠隔操作システム101を示す図である。作業機械の画像表示システム100(以下、適宜画像表示システム100と称する)は、オペレータが、作業機械である油圧ショベル1を遠隔操作する際に、油圧ショベル1の作業対象、より具体的には、油圧ショベル1が備える作業機2による作業の対象である地形面、すなわち作業対象WA及び作業具であるバケット8を撮像装置19で撮像し、得られた画像を表示装置52に表示させる。このとき、画像表示システム100は、撮像装置19によって撮像された作業対象WAの画像68と、格子画像65と、作業対象WA上においてバケット8の位置を示すための画像60と、を含む作業用の画像69を、表示装置52に表示させる。
図2は、実施形態に係る作業機械である油圧ショベル1を示す斜視図である。油圧ショベル1は、本体部としての車両本体1Bと作業機2とを有する。車両本体1Bは、旋回体である上部旋回体3と走行体としての走行装置5とを有する。上部旋回体3は、機関室3EGの内部に、動力発生装置であるエンジン及び油圧ポンプ等の装置を収容している。実施形態において、油圧ショベル1は、動力発生装置であるエンジンに、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられるが、動力発生装置は内燃機関に限定されない。油圧ショベル1の動力発生装置は、例えば、内燃機関と発電電動機と蓄電装置とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド方式の装置であってもよい。また、油圧ショベル1の動力発生装置は、内燃機関を有さず、蓄電装置と発電電動機とを組み合わせた装置であってもよい。
図3は、実施形態に係る作業機械である油圧ショベル1の制御系1Sを示す図である。制御系1Sは、通信装置25と、センサコントローラ26と、作業機制御装置27と、撮像装置19と、距離検出装置20と、グローバル位置演算装置23と、姿勢検出装置32と、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)33と、油圧システム36と、を備える。通信装置25と、センサコントローラ26と、作業機制御装置27とは、信号線35によって接続されている。このような構造により、通信装置25と、センサコントローラ26と、作業機制御装置27とは、信号線35を介して相互に情報をやり取りすることができる。制御系1S内で情報を伝達する信号線は、CAN(Controller Area Network)のような車内信号線が例示される。
図4は、実施形態に係る画像表示システム100及び遠隔操作システム101での座標系を説明するための図である。図5は、油圧ショベル1の背面図である。図6は、撮像装置及び距離検出装置の座標系を説明する図である。画像表示システム100及び遠隔操作システム101においては、グローバル座標系と、ローカル座標系と、撮像装置19の座標系と、距離検出装置20の座標系とが存在する。実施形態において、グローバル座標系とは、例えば、GNSSにおける座標系である。グローバル座標系は、油圧ショベル1の作業区画GAに設置された基準となる、例えば基準杭80の基準位置PGを基準とした、(X、Y、Z)で示される3次元座標系である。図5に示されるように、基準位置PGは、例えば、作業区画GAに設置された基準杭80の先端80Tに位置する。
図5に示されるように、上部旋回体3の左右方向、すなわち幅方向に対する傾斜角θ4は油圧ショベル1のロール角であり、上部旋回体3の前後方向に対する傾斜角θ5は油圧ショベル1のピッチ角であり、z軸周りにおける上部旋回体3の角度は油圧ショベル1のヨー角である。ロール角はIMU33によって検出されたx軸周りの角速度を時間で積分することにより、ピッチ角はIMU33によって検出されたy軸周りの角速度を時間で積分することにより、ヨー角はIMU33によって検出されたz軸周りの角速度を時間で積分することにより求められる。z軸周りの角速度は、油圧ショベル1の旋回角速度ωである。すなわち、旋回角速度ωを時間で積分することにより油圧ショベル1、より具体的には上部旋回体3のヨー角が得られる。
図7は、画像表示システム100及び遠隔操作システム101が実行する制御例のフローチャートである。図8は、撮像装置19及び距離検出装置20と作業対象WAとを示す図である。
図17は、ローディングショベル型の作業機2aを用いる場合の刃先位置画像61を説明するための図である。ローディングショベルでは、バケット8が油圧ショベル1の後方から前方に回動するため、土砂をすくうことができる。ローディングショベル型の作業機2aは、バケット8の刃先8Tが上部旋回体3の前方を向き、上部旋回体3の前方の作業対象である作業対象WAを掘削する。この場合、刃先位置画像61は、図17に示されるように、刃先8Tを水平方向、すなわち重力が作用する方向とは直交する方向の作業対象WAに投影したときに、作業対象WAの表面WAPの位置Pgt(X、Y、Z)で規定される画像である。水平方向は、グローバル座標系(X、Y、Z)におけるX方向又はY方向であり、Zとは直交する方向である。処理装置51は、作業対象WAの表面WAPの位置Pgt(X、Y、Z)の情報を用いて、前述した方法と同様の方法を用いて刃先位置画像61及び第1直線画像62及び第2直線画像63を生成する。処理装置51は、生成した刃先位置画像61、第1直線画像62及び第2直線画像63を、撮像装置19の視点の画像に変換して、作業具案内画像60を得る。
図18は、刃先位置画像を求める処理の第1変形例を示す図である。第1変形例において、処理装置51は、仮想平面70と作業対象WAとの交線71と直交し、かつバケット8の刃先8Tを通る直線72を求める。仮想平面70は、図5及び図6に示される油圧ショベル1のローカル座標系(x、y、z)におけるxz平面である。xz平面は、バケット8の幅方向Wbにおける中心を通る。
図21は、変形例に係る油圧ショベル1の制御系1Saを示す図である。前述した画像表示システム100及び遠隔操作システム101は、図1に示される施設50の操作装置53を用いて油圧ショベル1を遠隔操作した。本変形例は、図2に示される運転室4内に表示装置52が設けられており、油圧ショベル1にオペレータの作業を補助するために、作業用の画像69が表示装置52に表示される。
1B 車両本体
1S、1Sa 制御系
2、2a 作業機
3 上部旋回体
4 運転席
6 ブーム
7 アーム
8 バケット
8B 刃
8T 刃先
16 第1ストロークセンサ
17 第2ストロークセンサ
18 第3ストロークセンサ
19 撮像装置
20 距離検出装置
21、22 アンテナ(GNSSアンテナ)
23 グローバル位置演算装置
26 センサコントローラ
27 作業機制御装置
32 姿勢検出装置
33 IMU
50 施設
51 処理装置
52 表示装置
53、53a 操作装置
60 作業具案内画像(画像)
61 刃先位置画像
62 第1直線画像
63 第2直線画像
65 格子画像
66 第1の線画像
67 第2の線画像
68 画像
69 作業用の画像
100 作業機械の画像表示システム(画像表示システム)
101 作業機械の遠隔操作システム(遠隔操作システム)
Claims (13)
- 作業具を有する作業機を備えた作業機械に取り付けられ、前記作業機械の前方の作業対象の画像を取得する機能及び前記作業対象の形状を取得する機能の両方を有する計測装置と、
前記作業機の姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記作業機の姿勢の情報と、前記作業対象の形状の情報とを用いて、前記作業対象上で前記作業具に対応する部分の画像を生成し、前記作業対象の画像と合成して、表示装置に表示させる処理装置と、
を含む、作業機械の画像表示システム。 - 前記処理装置は、
前記作業対象の形状の情報を用いて前記作業対象の表面に沿った線画像を生成して、前記作業対象の画像と合成して前記表示装置に表示させる、請求項1に記載の作業機械の画像表示システム。 - 前記線画像は、
複数の第1の線画像と、前記複数の第1の線画像と交差する複数の第2の線画像とを備えた格子である、請求項2に記載の作業機械の画像表示システム。 - 前記作業具はバケットであり、
前記処理装置は、
前記作業対象上で前記作業具に対応する部分の画像として、前記作業対象上で前記バケットの刃先に対応する部分の線画像を生成する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の作業機械の画像表示システム。 - 前記処理装置は、
前記バケットの刃先の幅方向における一方の端部側と前記作業対象とを結ぶ直線の画像及び前記バケットの刃先の幅方向における他方の端部側と前記作業対象とを結ぶ直線の画像を生成し、前記作業対象の画像と合成して、表示装置に表示させる、請求項4に記載の作業機械の画像表示システム。 - 前記処理装置は、
前記作業具又は前記作業対象に関する空間位置情報を求めて前記表示装置に表示させる、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の作業機械の画像表示システム。 - 前記処理装置は、
前記作業具の位置、前記作業具の姿勢、前記作業対象の位置、前記作業対象の相対的な姿勢、前記作業具と前記作業対象との相対的な距離、及び前記作業具と前記作業対象との相対的な姿勢の少なくとも1つを求めて前記表示装置に表示させる、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の作業機械の画像表示システム。 - 前記処理装置は、
前記作業機の姿勢を用いて前記作業具が前記作業対象の画像に占める領域を求め、得られた前記領域を前記作業対象の形状の情報から除去する、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の作業機械の画像表示システム。 - 前記姿勢検出装置は、前記作業機械に取り付けられ、
前記処理装置及び前記表示装置は、前記作業機械を遠隔操作する操作装置を備えた施設に設けられる、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の作業機械の画像表示システム。 - 作業具を有する作業機を備えた作業機械を遠隔操作するにあたり、
表示装置と、
前記作業機の姿勢の情報と、前記作業機械に取り付けられた計測装置により取得された前記作業機械の前方の作業対象の形状の情報とを用いて、前記作業対象上で前記作業具に対応する部分の画像を、前記計測装置を基準として生成し、前記計測装置により取得された前記作業対象の画像と合成して、前記表示装置に表示させる処理装置と、
を含む、作業機械の画像表示システム。 - 請求項10に記載の作業機械の画像表示システムと、
前記作業機械が備える前記作業機を操作する操作装置と、
を含む、作業機械の遠隔操作システム。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の作業機械の画像表示システムを備えた、作業機械。
- 作業具を有する作業機を備えた作業機械の前方の作業対象の画像を取得することと、
前記作業対象の形状を取得することと、
前記作業機の姿勢を検出することと、
前記作業機の姿勢の情報と、前記作業対象の形状の情報とを用いて、前記作業対象上で前記作業具に対応する部分の画像を生成し、前記作業対象の画像と合成して、表示装置に表示させることと、
を含む、作業機械の画像表示方法。
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