JP2021130973A - 情報提示システム - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、所定の基準位置から対象物までの距離(1)を測定し、所定の基準位置から作業体までの距離(2)を測定し、これら測定した距離(1),(2)に基づいて、作業体と対象物との距離を測定する。これにより、高精度な距離の測定及び情報の提示が実現される。
すなわち、システムが対象物を撮像するカメラを含むものとし、カメラにより撮像した画像を画面上でのタッチ操作が可能デバイス(タッチスクリーン等)に表示する。システムから情報提示を受ける操作者は、画面上でタッチ操作を行うことにより、作業の対象とする物を容易に指定することができる。システムは、タッチ操作で指定された画像領域から対象物を設定することができる。
システム100の機器側の構成は、バックホウBHに搭載されている。具体的な配置はさらに別の図面を用いて後述するが、バックホウBHには、その車体に距離センサ102が取り付けられている他、例えば4つの魚眼カメラ104,106,108,110が取り付けられている。距離センサ102には、例えば既存のレーザセンサや超音波センサといった三次元領域センサを用いることができ、この距離センサ102は、センシング領域内にある各種の物体までの距離を検出することができる。また、魚眼カメラ104〜110についても同様に、既存の製品を用いることができる。魚眼カメラ104〜110で撮像された画像は、合成処理(ステレオ処理及び俯瞰画像化処理を含む)されて遠隔側に随時送信される。なお、合成画像についてはさらに後述する。
(1)バケットBKと対象物との距離を音声で伝達する(「1.5メートルです」等)。
(2)距離に応じて画面上での描画色を変える(距離が近づくほど濃色に描画される等)。
(3)距離に応じてアラーム音の出力を変える(距離が近づくほど高音で出力される等)。
(4)距離に応じてアラーム音の周期を変える(距離が近づくほど短周期で出力される等)。
次に、遠隔側の構成について説明する。
システム100の遠隔側の構成は、オペレーションルームRに設置されている。すなわち、オペレーションルームRには、操作部140や音出力部142、表示部144、タッチ入力部146といった各種デバイスが設置されている。操作部140は、操作者による操作入力を受け付ける物理インタフェースであり、例えば遠隔操作用のコントローラCNにより実現することができる。音出力部142は、例えば図示しないスピーカやヘッドセット等の音響機器である。表示部144及びタッチ入力部146は、例えばタッチ操作式の表示デバイスにより実現されている。本実施形態では、表示部144及びタッチ入力部146の例として2つのタッチスクリーンTS1,TS2がオペレーションルームR内に設置されている。操作者は、タッチスクリーンTS1,TS2の画面に触れることで、タッチ操作(タッチ入力)が可能である。
図2は、バックホウBHの側面図であり、図3は、バックホウBHの平面図である。バックホウBHは、主に走行体MV、旋回体TR及びフロント作業機構FRから構成されている。
旋回体TRは、旋回装置GRを介して走行体MVの上部に支持されており、旋回装置GRは、走行体MVに対して旋回体TRを鉛直軸線回りに旋回させる。旋回体TRの前方には運転室CBが備えられており、この運転室CB内には、図示しない座席とともに操作レバーや操作ペダル等が設置されているが、本実施形態ではシステム100の適用により、運転室CB内は基本的に無人である。
旋回体TRの前側には、左右のコーナ位置に2つの魚眼カメラ104,106が取り付けられている。このうち前側左コーナ位置にある魚眼カメラ104は、旋回体TRの左前方及び左側方を含む範囲を広角(例えば画角270°程度)に撮像する。また、前側右コーナ位置にある魚眼カメラ106は、旋回体TRの右前方及び右側方を含む範囲を広角に撮像する。これら魚眼カメラ104,106の撮像範囲は、バケットBKの作業範囲をカバーしている。このため、バケットBKを用いた作業時には、バケットBKが魚眼カメラ104,106によってステレオ撮像される。
図4は、システム100において生成される俯瞰画像の例を示す図である。俯瞰画像は、バックホウBHの上方に設定した仮想視点からの撮影画像として生成されている。この例では、あたかもバックホウBHの真上にカメラ視点があるかのように見えているが、実際には魚眼カメラ104〜110で撮像した画像を合成処理したものであり、バックホウBH自体はアイコン画像である。
図5は、システム100において生成される前方画像の例を示す図である。前方画像は、例えば運転室CB内の仮想視点から前方視した撮影画像として生成されている。この例では、あたかもバックホウBHの運転室CB内にカメラ視点があるかのように見えているが、実際には、魚眼カメラ104,106で撮像した画像を合成処理したものである。
次に、システム100により情報提示の概要(概略的な流れ)について説明する。
例えば、バックホウBHが現場内を移動している場合、システム100は、バケットBKと対象物との距離に関する情報の提示を行わないモード(非提示モード)となっている。この非提示モードにおいても、システム100は図4に示される俯瞰画像や、図5に示される前方画像等の情報を随時(リアルタイムで)遠隔側に送信する。
ここで例えば、操作者が表示部144に表示される前方画像(図5)から、そこに映し出された盛り土FLを運搬作業の対象物にすると決定したとする。なお、前方画像には盛り土FLの他にも、前方の地面に続く遠景や構内に存在するトラックTK等の車両、縦屋BD等も映し出されている。これらの映像(前方画像)情報を頼りに、操作者はバックホウBH全体(車体)を盛り土FLまで接近移動させる操作を行う。
図6は、バックホウBHの移動終了時の前方画像を示す図である。操作者は、表示部144に表示される前方画像(図6)から、バックホウBH全体(バケットBKの作業可能範囲)が運搬対象の盛り土FLまで充分に近接したと判断し、バックホウBHの移動操作を停止する。このとき、画像内では盛り土FLが手前に大きく映し出され、バケットBKによる作業範囲内にあることが操作者に認識可能である。ただし、バケットBKの作業範囲内にあるとしても、バケットBKと盛り土FLとの具体的な距離感が画像の情報だけからは操作者に伝わりにくい。
図7は、バケットBKによる運搬作業開始時の前方画像を示す図である。例えば、操作者が操作部140(コントローラCN)で運搬作業に移行する操作を行うと、システム100において遠隔制御部150から機器制御部120に運搬作業の開始が伝達される。
具体的には、操作者がバケットBKを盛り土FLに向けて下ろしていく操作を操作部140で行うことで、システム100の遠隔制御部150が自動的に判断し、機器制御部120に対して運搬作業の開始を伝達する。合わせて、実際にバケットBKを下ろす操作信号が遠隔制御部150から機器制御部120に送信される。あるいは、操作者が操作部140を操作することで、遠隔制御部150から機器制御部120に対して明示的に、運搬作業の開始信号を与えることとしてもよい。
機器制御部120では、遠隔制御部150から運搬作業の開始が伝達されたことをトリガにして、概要以下の処理を実行する。
先ず、バケット間距離測定部124が基準位置からバケットBKまでの距離を測定する。距離の測定には公知技術を用いることができるが、本実施形態では以下のように処理するものとする。
第1ステップ:前方左側の魚眼カメラ104で撮像した画像の数フレームを利用して、画像内に存在する移動体を検出する。
第2ステップ:前方右側の魚眼カメラ106においても同様に移動体を検出する。
第3ステップ:バケットBKを下す動作をしているため、ここまでに検出した移動体には、バケットBKが含まれているはずである。ただし、バケットBK以外にも、画面内で移動している物があれば移動体として検出される。図7の例では、遠方のトラックTKが移動体として検出されることになる。
そこで、移動体の画像(画像特徴量)からバケットBKらしさを判定し、その中からバケットBKである移動体を検出する。具体的には、アームAMと垂直方向にあるバケットBKの下縁辺は通常、水平であることから、画像内で水平方向のエッジEGを含む移動体をバケットBKであると判断する。ここでは、図7中に二点鎖線で示すエッジEGが用いられる。なお、画像内の水平方向以外のエッジ、輪郭その他の画像特徴量に基づいてバケットBKを判断してもよい。
第4ステップ:バケットBKと判断した移動体のエッジEGから、バケットBKの左右両端を検出する。
第5ステップ:ステレオ処理によって、基準位置からバケットBKまでの距離Dbを算出する。この算出は、2台の魚眼カメラ104,106にバケットBKが撮像されていることで実施可能である。なお、上述のように基準位置と魚眼カメラ104〜110との位置関係は事前に初期設定(キャリブレーション調整)済である。
図8は、オペレーションルームR内に設置されたタッチスクリーンTS2の前方画像を示す図である。遠隔地点にいる操作者は、タッチスクリーンTS2の画面上で盛り土FLの領域をタッチ操作することにより、対象物の領域を指定することができる。また、タッチ操作が行われると、画面上には対象物を囲む枠画像(一点鎖線で示す)が表示される。なお、タッチ操作に対するデバイスの感度には、ある程度の冗長性を持たせることで、操作者が意図する対象物と画面上でのタッチ位置の微妙なずれ等を吸収することができる。
上記(1)及び(2)で測定した距離Db,Doを用いて、バケット−対象物間距離測定部130が三次元処理によりバケットBKと対象物との距離Db−oを算出する。
上記(3)で算出した距離Db−oに応じて、遠隔地点にいる操作者に距離感が伝わる画像や音声等の情報を生成して出力する。情報を提示する態様の具体例は、既に述べた通りであるが、以下にその一例を示す。
図9は、バケットBKと対象物の距離がある程度遠い場合にタッチスクリーンTS2に提示される情報の態様を示す図である。この態様では、画面内にポップアップウィンドウが表示され、その中に「対象物−バケット間距離」の文字情報表示とともに、「1.25M」の距離情報が表示されている。この距離情報は、遠隔制御部150(バケット−対象物間距離測定部130)で測定した距離Db−oに対応している。また、ポップアップウィンドウの枠は、距離b−oに応じて例えば淡色、青色等で表示されている。合わせて、音出力部142から「1.25メートルです」等の音声ガイダンスが出力されたり、アラーム音(「ピーピーピーピー」等)が出力されたりしてもよい。
特に図示していないが、バケットBKを下ろしていく過程で、対象物との距離が中程度まで縮まってくると、タッチスクリーンTS2に提示される情報の態様が変化する。例えば、引き続き画面内にポップアップウィンドウが表示され、その中に「対象物−バケット間距離」の文字情報表示とともに、「0.95M」の距離情報が表示される。また、ポップアップウィンドウの枠は、その時点での距離Db−oに応じて例えば中濃色、黄色等で表示される。また、音出力部142からは「0.95メートルです」等の音声ガイダンスが出力されたり、アラーム音(中周期の「ピッピッピッピッ」等)が出力されたりしてもよい。
図10は、バケットBKと対象物の距離がより近接してきた場合にタッチスクリーンTS2に提示される情報の態様を示す図である。この態様においても、画面内にポップアップウィンドウが表示され、その中に「対象物−バケット間距離」の文字情報表示とともに、「0.63M」の距離情報が表示されている。このとき、ポップアップウィンドウの枠は、距離Db−oに応じて例えば濃色、赤色等で表示されている。ここでも同様に、音出力部142から「0.63メートルです」等の音声ガイダンスが出力されたり、アラーム音(短周期の「ピピピピピ・・・!」等)が出力されたりしてもよい。
先にある程度述べたように、遠隔制御部150では、以下の処理を行っている。
通常時においては、機器制御部120から送信されてきた画像データを再生処理し、表示部144(タッチスクリーンTS1,TS2)に俯瞰画像及び前方画像を表示する。操作者は、これらの画像を見ながら操作部140を用いてバックホウBHを遠隔操作する。
運搬作業の操作を行う場合、操作者が対象物にバケットBKを下す操作を開始する。このとき、操作部140に対する操作から遠隔制御部150が自動的に運搬モードと判断し、機器制御部120に運搬作業の開始を伝達する。また、機器制御部120に対してバケットBKを下す操作が開始されることを送信する。
操作者は、タッチスクリーンTS2の画面上で、これから運搬しようとする対象物の箇所をタッチ操作で指定する(図8参照)。遠隔制御部150は、指定された領域を機器制御部120に伝える。
以上の説明で処理の概要は明らかとなっているが、以下では、フローチャートを用いて具体的な処理の手順を説明する。
図11は、機器制御部120で実行されるプログラムの一部として情報提示管理処理の手順例を示すフローチャートである。この情報提示管理処理は、例えば機器制御部120のCPUによるタイマ割込処理の1スレッドとして実行することができる。以下、手順例に沿って説明する。
ステップS102:機器制御部120は、現在距離の測定が実行中か否かを確認する。未だ距離の測定を実行していなければ(No)、次にステップS104を実行する。既に距離の測定を実行中である場合(Yes)、ステップS104をスキップしてステップS106に移行する。
図12は、バケット間距離測定処理の手順例を示すフローチャートである。この処理は、先の情報提示管理処理(図11)中で呼び出され、バケット間距離測定部124においてサブルーチンとして実行されるものである。以下、手順例に沿って説明する。
ステップS224:この場合、現在までの実行中ステップ番号を保存して一旦、本処理を抜け、呼び出し元の情報提示管理処理に復帰する(リターン)。したがって、次回の呼び出しでは、ステップS200においてステップS202から着手することが決定される。
ステップS206:取得済の数フレームを用いて移動体を検出する。ここでは上記のように、左前方の魚眼カメラ104で撮像された画像の数フレーム間の差分から、移動体に該当するオブジェクトを抽出する。
ステップS214:左前方及び右前方の魚眼カメラ104,106を用いた移動体の検出が完了したかを確認する。移動体の検出が完了していない場合(No)、ステップS224でステップ番号を保存し、本処理から呼び出し元に復帰する。この場合、次回の呼び出しでは、ステップS200においてステップS202から改めて着手することが決定される。一方、移動体の検出が完了していれば(Yes)、次にステップS216に進む。
ステップS218:次に、バケットBKの検出に成功したか否かを確認する。数フレームの画像から移動体が検出されても、画像特徴量からバケットBKに該当するものが検出されなかった場合(No)、ステップS224でステップ番号を保存し、本処理から呼び出し元に復帰する。この場合、次回の呼び出しでは、ステップS200においてステップS202から改めて着手することが決定される。一方、バケットBKの検出に成功していれば(Yes)、次にステップS220に進む。
ステップS222:そして、ステレオ処理によりバケットBKまでの距離Dbを算出する。ここで算出した距離Dbは、以後の情報提示管理処理において使用される。
以上の手順を実行すると、本処理から呼び出し元の情報提示管理処理に復帰する(リターン)。
図13は、対象物間距離測定処理の手順例を示すフローチャートである。この処理は、先の情報提示管理処理(図11)中で呼び出され、対象物間距離測定部128においてサブルーチンとして実行されるものである。以下、手順例に沿って説明する。
ステップS304:そして、設定した対象物までの距離Doを測定する。測定方法については、既に述べたように魚眼カメラ104,106の撮影画像を用いたステレオ処理によるもの、あるいは、距離センサ102を用いた測定によるもののいずれであってもよい。ここで測定した距離Doもまた、以後の情報提示管理処理において使用される。
以上の手順を実行すると、本処理から呼び出し元の情報提示管理処理に復帰する(リターン)。
図14は、遠隔制御部150で実行されるプログラムの一部として遠隔操作管理処理の手順例を示すフローチャートである。この遠隔操作管理処理は、例えば遠隔制御部150のCPUによるタイマ割込処理の1スレッドとして実行することができる。また、遠隔操作管理処理は、メインスレッド内に条件分岐を有しておらず、複数のサブルーチン群で構成されている。以下、サブルーチンについて説明する。
ステップS600:また、遠隔制御部150は、サブルーチンとして表示出力処理を実行する。ここでは、表示部144(タッチスクリーンTS1,TS2)で表示する画像信号の出力処理が行われる。
ステップS700:さらに遠隔制御部150は、サブルーチンとして音出力処理を実行する。ここでは、音出力部142(図示しないスピーカ、ヘッドセット等)から出力する音や音声の出力処理が行われる。
図15は、サブルーチンとして実行される操作入力処理の手順例を示すフローチャートである。この処理は、上記のように遠隔操作管理処理(図14)において定常的に呼び出し実行されている。
以上の手順を実行すると、遠隔制御部150は呼び出し元の遠隔操作管理処理に復帰する。
図16は、システム100の第2実施形態における各種デバイスの配置を示す図である。第1実施形態では、旋回体TRの四隅(前方左右コーナ、後方左右コーナ)に4つの魚眼カメラ104〜110を配置することで、バケットBKが2つの魚眼カメラ104,106から撮像される構成となっていた。
すなわち、第1実施形態と比較すると、第2実施形態では、ステレオ処理を行う代わりに、バケットBKの画像上での長さと、実際の長さを利用して求めることが違うだけであり、その他については第1実施形態と同様に行うことができる。
既に述べたように、システム100を適用する建設機械はバックホウBH以外であってもよいし、建設機械以外の自走式遠隔操作ロボット、レスキューロボット、あるいは大気圏外で使用されるマニピュレータ等の各種の作業機器に本システム100を適用してもよい。これらの場合、各種の作業機器が有する作業体(ロボットハンド等)とその対象物との距離を測定し、遠隔地点において距離感が伝わりやすい態様で情報を提示することができる。
120 機器制御部
124 バケット間距離測定部
126 対象物設定部
128 対象物間距離測定部
130 バケット−対象物間距離測定部
132 提示情報生成部
142 音出力部
144 表示部
146 タッチ入力部
150 遠隔制御部
Claims (9)
- 可動式の作業体による作業の対象物を設定する対象物設定手段と、
前記作業体と前記対象物との距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段により測定した距離に応じた態様で情報を提示する提示手段と
を備えた情報提示システム。 - 請求項1に記載の情報提示システムにおいて、
前記距離測定手段は、
前記作業体による作業の過程で、動的に変化する前記作業体と前記対象物との距離を測定し、
前記提示手段は、
前記距離測定手段により動的に測定した距離の変化に伴って、情報を提示する態様を変化させることを特徴とする情報提示システム。 - 請求項1又は2に記載の情報提示システムにおいて、
前記距離測定手段は、
所定の基準位置から前記対象物までの距離を測定する対象物間距離測定手段と、
前記基準位置から前記作業体までの距離を測定する作業体間距離測定手段とを含み、
前記対象物間距離測定手段及び前記作業体間距離測定手段により測定した各距離に基づいて前記作業体と前記対象物との距離を測定することを特徴とする情報提示システム。 - 請求項1から3のいずれかに記載の情報提示システムにおいて、
前記距離測定手段は、
所定の基準位置から前記作業体を撮像するステレオカメラを含み、
前記ステレオカメラにより撮像した前記作業体の画像に基づいて前記基準位置から前記作業体までの距離を測定することを特徴とする情報提示システム。 - 請求項1から3のいずれかに記載の情報提示システムにおいて、
前記距離測定手段は、
前記作業体が有する水平方向の実長を設定する実長設定手段と、
所定の基準位置から前記作業体を撮像するカメラとを含み、
前記カメラにより撮像した画像内に現れる前記作業体の水平方向の長さと、設定した前記実長とに基づいて前記基準位置から前記作業体までの距離を算出することを特徴とする情報提示システム。 - 請求項1から5のいずれかに記載の情報提示システムにおいて、
前記対象物設定手段は、
前記対象物を撮像するカメラと、
前記カメラにより撮像した画像を画面上でのタッチ操作が可能なデバイスに表示する表示手段とを含み、
前記画面上でのタッチ操作により、前記対象物を設定することを特徴とする情報提示システム。 - 請求項1から6のいずれかに記載の情報提示システムにおいて、
前記距離測定手段は、
所定の基準位置からの距離を測定可能な距離センサを含み、
前記距離センサにより測定した前記対象物までの距離を用いて前記作業体と前記対象物との距離を測定することを特徴とする情報提示システム。 - 請求項1から7のいずれかに記載の情報提示システムにおいて、
前記提示手段は、
情報の提示を行う提示モードと、提示を行わない非提示モードとを有しており、
前記作業体による作業として前記対象物の運搬を指定する操作がなされたことをトリガにして、前記提示モードと前記非提示モードとを切り替えることを特徴とする情報提示システム。 - 請求項8に記載の情報提示システムにおいて、
前記提示手段は、
前記提示モード中に前記作業体による作業以外を指定する操作がなされたことをトリガにして、前記非提示モードに切り替えることを特徴とする情報提示システム。
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