JP5113586B2

JP5113586B2 - 作業車両

Info

Publication number: JP5113586B2
Application number: JP2008088616A
Authority: JP
Inventors: 俊之竹本
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009243073A

Description

本発明は、作業車両に関する。

従来、作業車両には、車両の状態を表示する表示装置が備えられている。オペレータは、作業車両を操作しながら表示装置を目視することが多いため、視認性の高い表示装置が求められている。

例えば、特許文献１では、向きを変更可能に表示装置を取り付ける取付構造が開示されている。ここでは、固定ボルトを弛めることによって、オペレータが表示装置の取付角度を自由に変更することができる。
特開２０００−３５５９５８号公報

一方、作業車両には、各種の作業を行うための作業機が備えられており、オペレータは、作業機を操作しながら表示装置を目視する。この作業機の位置は運転状況に応じて大きく変化する。このため、従来の表示装置では、上記のように表示装置の取付角度が変更可能であっても、作業機が動作すると表示装置と作業機との視差が大きくなる。その結果、視認性が低下する。

本発明の課題は、表示装置に表示される画像の視認性を向上させることにある。

第１発明に係る作業車両は、運転室と、作業機と、表示装置と、表示位置変更部とを備える。作業機は、運転室内のオペレータの操作により動作する。表示装置は、運転室に設けられ、所定の画像を表示する。表示位置変更部は、表示装置における画像の表示位置を作業機の動きに応じて変更する。表示位置変更部は、表示位置のうち、作業機の先端部と運転室内のオペレータの視点位置とを結ぶ直線と交差する位置に画像を表示させる。

この作業車両では、作業機の動きに追従して表示装置における画像の表示位置が自動的に変更される。このため、作業機が動作した場合でも、表示される画像と作業機との視差を小さく維持することができる。これにより、表示装置に表示される画像の視認性を向上させることができる。

また、この作業車両では、オペレータの視野において、作業機の先端部に近接して画像を表示させることができる。作業機の先端部は、オペレータが作業機を操作する際に注視する部分である。このため、表示装置に表示される画像の視認性をより向上させることができる。

第２発明に係る作業車両は、第１発明の作業車両であって、視点位置を設定するための視点位置設定部をさらに備える。

この作業車両では、視点位置設定部によりオペレータごとに視点位置を設定することができる。このため、オペレータの視点位置の個人差に関わらず、画像の視認性を向上させることができる。

第３発明に係る作業車両は、第１発明又は第２発明の作業車両であって、表示装置は、運転室の前面に設けられオペレータが前方を視認可能な透明ディスプレイである。

この作業車両では、透明ディスプレイ上において作業機に近接して見える位置に画像が表示される。このため、作業機の動作が見えるように視野を確保しながら、画像の視認性を向上させることができる。

第４発明に係る作業車両は、第１発明又は第２発明の作業車両であって、表示装置は、運転室の前面の側部において上下方向に沿って設けられた表示パネルである。

この作業車両では、運転室の前面の側部に配置された表示装置上において、画像の表示位置が変更される。このため、作業機の動作が見えるように視野を確保しながら、画像の視認性を向上させることができる。

本発明に係る作業車両では、作業機の動きに追従して表示装置における画像の表示位置が自動的に変更される。このため、作業機が動作した場合でも、表示される画像と作業機との視差を小さく維持することができる。これにより、表示装置に表示される画像の視認性を向上させることができる。

＜第１実施形態＞
〔構成〕
本発明の第１実施形態にかかる油圧ショベル１を図１に示す。この油圧ショベル１は、車両本体２と作業機３とを備える。

車両本体２は、下部走行体２１と、上部旋回体２２とを有する。下部走行体２１は履帯２３，２４を有しており、履帯２３，２４が回転駆動されることにより、油圧ショベル１は走行する。上部旋回体２２は、下部走行体２１に対して旋回可能に設けられている。また、上部旋回体２２の前部左側には運転室２５が設けられている。運転室２５には、オペレータが着座するシート２６（図３参照）や操作部２７（図３参照）が設けられている。操作部２７は、各種のレバーやスイッチを有しており、オペレータは、操作部２７を操作することにより、油圧ショベル１の走行や作業機３の動作を制御することができる。

作業機３は、上部旋回体２２の前部中央位置に取り付けられている。作業機３は、ブーム３１、アーム３２およびバケット３３と、これらを駆動する油圧シリンダ３４〜３６とを有する。ブーム３１は、中央部で屈曲した形状を有する。ブーム３１の基端部は上部旋回体２２に回動可能に取り付けられている。ブーム３１はブームシリンダ３４が伸縮することにより駆動される。アーム３２の基端部は、ブーム３１の先端部に回動可能に取り付けられている。アーム３２は、アームシリンダ３５が伸縮することにより駆動される。バケット３３は、アーム３２の先端部に回動可能に取り付けられている。バケット３３は、バケットシリンダ３６が伸縮することにより駆動される。

また、この油圧ショベル１は、図２に示す画像表示システム４を備えている。この画像表示システム４は、作業機３の動作に応じて所定の画像Ｇ（図３参照）の表示位置を変更して表示させる。画像表示システム４は、画像生成部４１と、バケット角度センサ４２と、アーム角度センサ４３と、ブーム角度センサ４４と、視点位置設定部４５と、表示位置演算部４６と、表示装置４７とを有する。

画像生成部４１は、表示装置４７に表示する画像Ｇを生成する。ここでの画像Ｇとは、車両の状態を示す情報を含んだものであり、例えば、車速計、エンジン回転計、燃料計、油温計などをグラフィック表示したものである。画像生成部４１は、油圧ショベル１の動力系を制御するコントローラ（図示せず）と接続されており、各種のセンサによって検知された情報やコントローラによる制御内容に関する情報などを示すデータが画像生成部４１に伝達される。画像生成部４１は、受信したデータに基づいて画像Ｇを生成する。

バケット角度センサ４２は、バケット３３の所定の基準位置からの相対角度を検出する。

アーム角度センサ４３は、アーム３２の所定の基準位置からの相対角度を検出する。

ブーム角度センサ４４は、ブーム３１の所定の基準位置からの相対角度を検出する。

視点位置設定部４５は、オペレータの視点位置を設定するための装置である。視点位置設定部４５は、シート２６の位置を検出するシート位置センサ４８と、オペレータが画像Ｇの位置を手動で調整するための調整装置４９とを有する。視点位置設定部４５は、シート２６の位置とオペレータによって設定された画像Ｇの位置とから、オペレータの視点位置を算出して表示位置演算部４６へ出力する。

表示装置４７は、図３に示すように、運転室２５の前面に設けられ所定の画像Ｇを表示するディスプレイパネルである。この表示装置４７は透明ディスプレイであり、オペレータは、表示装置４７を通して前方を視認することができる。

表示位置演算部４６は、表示装置４７における画像Ｇの表示位置を演算し、算出した表示位置に画像Ｇを表示させる。表示位置演算部４６は、表示装置４７のうち、作業機３の先端部と運転室２５内のオペレータの視点位置とを結ぶ直線と交差する位置Ｄ（図５参照）を表示位置として演算する。この表示位置は作業機３の動きに応じて上下方向に変化するため、表示位置演算部４６は、作業機３の動きに応じて画像Ｇの表示位置を上下方向に変更する。

なお、上記の画像生成部４１および表示位置演算部４６は、ＣＰＵなどの演算装置やＲＡＭ，ＲＯＭなどの記憶装置によって実現される。

〔画像表示処理の手順〕
以下、この画像表示システム４において行われる画像表示処理の手順について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１では、表示装置４７に表示するデータが取得される。ここでは、画像生成部４１に、画像を生成するためのデータが入力される。

ステップＳ２では、取得されたデータに基づいて画像Ｇが作成される。ここでは、画像生成部４１が、ステップＳ１で入力されたデータに基づいて画像Ｇを作成する。

また、ステップＳ３では、現在の作業機３の構成部材の角度と視点位置とが取得される。ここでは、バケット角度センサ４２、アーム角度センサ４３、ブーム角度センサ４４が検知した角度情報が表示位置演算部４６に入力される。また、視点位置設定部４５からオペレータの視点位置情報が表示位置演算部４６に入力される。

次に、ステップＳ４では、表示装置４７上の表示位置の座標が演算される。ここでの演算方法については、後に説明する。

そして、ステップＳ５では、ステップＳ４において算出された座標に画像Ｇが表示される。ここでは、表示位置演算部４６から表示装置４７に指令信号が出力され、算出された座標の位置に画像Gが表示される。

以下、表示位置の座標の演算方法について図５に基づいて詳細に説明する。

まず、図５における各点を以下のように定義する。

O：表示装置４７の表示座標の原点
M：ブーム３１の車両本体２への取り付け位置
B：アーム３２とブーム３１の接続点
A：バケット３３とアーム３２の接続点
Q：バケット３３の先端であり、オペレータが注視する点
E：オペレータの着座時の視点位置
D：表示装置４７上における画像Ｇを表示する位置。

ここで、オペレータからバケット３３の先端部への視線ベクトルをLとすると、ベクトルLは、以下の「数１」式のように表せる。

また、点Dは、ベクトルLとY軸との交点であり、位置Dのｙ座標の値 Dyは下記の「数２」式のように表せる。

ここで、hは、ベクトルLとX軸とのなす角度である。

Ex,Eyは、視点位置設定部４５からのオペレータの視点位置情報から得られる。

また、Qx,Qyは、以下の「数３」式および「数４」式から得られる。

ここで、|M|、|B|、|A|、|Q|は、作業機３の各構成部品の長さであり、図５におけるOM間の距離、MB間の距離、BA間の距離、AQ間の距離をそれぞれ示している。

θ_B、θ_A、θ_Qは、位置B、A、Qについて、各角度センサ４２〜４４で検出した基準位置からの相対角度(ラジアン)である。

θ_M0は、原点から見たブーム３１の車体本体２への取付点への方向を示し、OMのｘ軸正方向に対する角度である。

θ_B0、θ_A0、θ_Q0は、点B、A、Qが基準位置にあるときの絶対角度である。ここでの絶対角度は、x軸正方向を0ラジアンとして、反時計回りの方向を正とする。

上記の「数３」式より、Q点の座標（Qx，Qy）は以下の「数４」式のように表せる。

そして、上記の「数２」式および「数４」式より、画像Ｇの表示位置の座標Dyは、以下の「数５」式のように表せる。

〔特徴〕
この油圧ショベル１では、作業機３の動きに応じて表示装置４７における画像Ｇの表示位置が自動的に変更される。このため、作業機３が大きく動作しても、オペレータから見て画像Ｇが作業機３の先端部の近くに位置するように、画像Ｇが自動的に移動する。例えば、図６に示すように、作業機３の動きに合わせて、画像Ｇの表示位置が点Ｄから点Ｄ’に変更される。これにより、表示装置４７に表示される画像Ｇの視認性を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る油圧ショベルは、図７に示す画像表示システム５を備える。この画像表示システム５は、プロジェクタ５１とスクリーン５２（図８参照）と角度変更装置５３とを有する表示装置５０を備える。

プロジェクタ５１は、図８に示すように、運転室２５の天井部に取り付けられており、運転室２５のスクリーン５２に画像Ｇを投影する。

スクリーン５２は、運転室２５の前面に設けられており、光を透過する。このため、オペレータは、スクリーン５２を通して前方を視認することができる。

角度変更装置５３は、プロジェクタ５１の向きを上下に変更することにより、画像Ｇの投影方向を上下に変更する。

他の構造については、第１実施形態に係る油圧ショベル１と同様である。

以下、この画像表示システム５において行われる画像表示処理の手順について、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１１では、現在の作業機３の構成部材の角度と視点位置とが取得される。ここでは、バケット角度センサ４２、アーム角度センサ４３、ブーム角度センサ４４が検知した角度情報が表示位置演算部４６に入力される。また、視点位置設定部４５からオペレータの視点位置情報が表示位置演算部４６に入力される。

次に、ステップＳ１２において、投影角度が演算される。

そして、ステップＳ１３において、プロジェクタ５１の投影角度の変更が角度変更装置５３に出力される。ここでは、プロジェクタ５１の投影角度が、ステップＳ１２で算出された角度となるように、角度変更装置５３に指令信号が出力される。これにより、プロジェクタ５１の向きが変更される。また、プロジェクタ５１からスクリーン５２に画像Ｇが投影される。

以下、上記のステップＳ１２における投影角度の演算方法について図１０に基づいて説明する。図１０において、Tは、プロジェクタ５１の取付支点であり、点Ｔを中心に投影角度が変化する。Oは、スクリーン５２上の投影位置の原点である。また、θtはプロジェクタ５１の投影角度である。他の点については、第１実施形態と同様である。

プロジェクタ５１の投影角度θtは下記の「数６」式で得られる

ここで、Tx,Tyは、それぞれプロジェクタ５１の取付支点Tのｘ,ｙ座標である。またDyは画像Ｇを投影すべき表示位置のｙ座標であり、第1実施形態の「数５」式より得られる。

なお、投影される画像Ｇの生成処理は、第１実施形態のステップＳ１およびステップＳ２と同様である。

＜他の実施形態＞
（ａ）
表示装置として、図１１に示すような表示パネル６０が用いられてもよい。この表示パネル６０は、運転室２５の前面の側部において上下方向に沿って設けられており、運転室２５のピラー２５ａに沿って配置されている。

（ｂ）
上記の実施形態では、作業車両として油圧ショベル１が用いられているが、他の作業車両が用いられてもよい。例えば、図１２に示すようなホイールローダが用いられてもよい。この場合、図５および図１０における点Ａを点Qと同一座標とし、ベクトルQAとABとのなす角度を任意にとれば、第１実施形態および第２実施形態の演算式を用いて表示位置の座標を算出することができる。

また、上記の実施形態では、作業アタッチメントしてバケット３３が用いられているが、ブレーカやカッターなどの他の作業アタッチメントが用いられてもよい。

（ｃ）
上記の実施形態では、視点位置設定部４５は、オペレータが画像Ｇの表示位置を調整することにより視点位置を設定している。しかし、視点位置設定部４５による視点位置の設定方法はこれに限られない。例えば、視点位置設定部４５が、オペレータの目の位置を自動的に認識して視点位置を設定する装置であってもよい。

（ｄ）
上記の実施形態では、作業機３の動きに応じて画像Ｇの表示位置が上下方向に変更されているが、表示位置の変更方向はこれに限られない。例えば、作業機が左右方向に動作するものであれば、画像Ｇの表示位置が左右方向に変更されてもよい。また、上下左右の全ての方向に表示位置が変更されてもよい。

本発明は、表示装置に表示される画像の視認性を向上させる効果を有し、作業車両として有用である。

油圧ショベルの外観斜視図。画像表示システムの構成を示すブロック図。表示装置の配置を示す模式図。画像表示処理の手順を示すフローチャート。表示位置の座標の演算方法を説明するための図。表示位置の変更の一例を示す図。第２実施形態に係る画像表示システムの構成を示すブロック図。第２実施形態に係る表示装置を示す模式図。第２実施形態に係る画像表示処理の手順を示すフローチャート。第２実施形態に係る表示位置の座標の演算方法を説明するための図。他の実施形態に係る表示装置を示す模式図。他の実施形態に係るホイールローダでの表示位置の座標の演算方法を説明するための図。

１油圧ショベル（作業車両）
３作業機
２５運転室
４５視点位置設定部
４６表示位置演算部（表示位置変更部）
４７，５０，６０表示装置

Claims

運転室と、
前記運転室内のオペレータの操作により動作する作業機と、
前記運転室に設けられ所定の画像を表示する表示装置と、
前記表示装置における前記画像の表示位置を前記作業機の動きに応じて変更する表示位置変更部と、
を備え、
前記表示位置変更部は、前記表示位置のうち、前記作業機の先端部と前記運転室内のオペレータの視点位置とを結ぶ直線と交差する位置に前記画像を表示させる、
作業車両。
前記視点位置を設定するための視点位置設定部をさらに備える、
請求項１に記載の作業車両。
前記表示装置は、前記運転室の前面に設けられオペレータが前方を視認可能な透明ディスプレイである、
請求項１又は２に記載の作業車両。
前記表示装置は、前記運転室の前面の側部において上下方向に沿って設けられた表示パネルである、
請求項１又は２に記載の作業車両。