JP5759259B2 - 基準線追跡装置 - Google Patents

Description

作業の基準として引かれた線を追跡し、その基準線に従って移動体を動作させる基準線追跡技術が以下に開示される。

１つの例として、アスファルト舗装道路の施工に関し説明すると、その舗装作業では、表層を形成する舗装材料を敷き均す機械として、アスファルトフィニッシャと呼ばれる自走式の機械が使用される。この作業機械は、材料を溜めるホッパを前部に備えた走行車両に、前進しつつホッパから排出される材料を幅員方向へ敷き拡げる装置として、バーフィーダ及びスクリュースプレッダ等を備える。そして、敷き拡げられた材料を敷き均すためのスクリードと呼ばれる敷均し装置が、走行車両の後方に設けられ、締め固めまで行えるように構成されている。

このような材料を敷き均すための機械において、スクリードの傾きや施工高さなどの敷均し装置の姿勢を調整する姿勢調整装置を制御して、材料をできるだけ均一の敷均し高さで敷き均すために、高さの基準線を追跡する敷均し高さ制御装置が特許文献１に提案されている。特許文献１の敷均し高さ制御装置は、高さの基準線として電線を用い、該電線に通電して生じる磁界を検出することにより、基準線を追跡して姿勢調整装置を制御する。すなわち、敷均し装置を移動させる方向に沿わせて延設した基準電線と、該基準電線に給電する給電器と、敷均し装置に取り付けられて基準電線に近接して移動し、該基準電線を流れる電流により生じる磁界を検出する検出器と、該検出器の検出結果に応じて姿勢調整装置を制御する制御器と、を含んで構成される。

特開２００８−２８５９６２号公報

特許文献１の装置は、基準電線に生じる磁界を検出する仕組みのため、検出器が基準電線の磁界を検出可能な範囲で使用する必要がある。つまり、基準電線の配置に制約があり、敷均し装置に設置した検出器で磁界を検出しつつ作業するには、施工面の側方間近に基準電線を配置してある必要がある。したがって、橋梁における高欄やトンネルにおける側壁など適当な基準電線の配置場所が施工面側方近くに無い場合、基準電線を張り巡らすのに相当の工夫をしなくてはならない。

このような背景に鑑みると、敷均し高さなどの基準線が離れていてもこれを追跡して制御信号を発生できるような、基準線追跡装置の開発が望まれる。

当課題に対して提案する基準線追跡装置は、
追跡するべき基準線を撮影するカメラと、
前記カメラの撮影した前記基準線を映し出す画面において、前記基準線を挟んで一方の側の画面領域の光を受光する第１の光電変換素子及び他方の側の画面領域の光を受光する第２の光電変換素子と、
前記２つの光電変換素子の出力信号を比較して、前記画面における前記基準線の位置を表す信号を出力する比較回路と、を含んで構成され、
前記カメラはズーム機能を備えている。

上記提案に係る基準線追跡装置は、カメラで基準線を撮影して追跡する仕組みとしたので、基準線が装置から離れたところにあっても追跡することができる。特に、カメラのズーム機能を使用すれば、基準線が遠くても追跡可能である。

基準線追跡装置の適用例として示すアスファルトフィニッシャの外観図。 作業装置の一例として敷均し装置に取り付けた基準線追跡装置とこれが追跡する基準線を示した図。 基準線追跡装置の回路例。 基準線追跡装置の別の回路例。

作業装置の一例としてアスファルトフィニッシャの敷均し装置に適用する場合の基準線追跡装置につき説明する。図１に概略を示すようにアスファルトフィニッシャは、走行車両１の前部に、敷き均す材料を溜めるホッパ２を備えており、前進しながら該ホッパ２から排出される材料を、走行車両１の下部に設けられたバーフィーダ及びスクリュースプレッダ等で敷き拡げていく。そして、走行車両１の後方には、レベリングシリンダ（油圧シリンダ）及びレベリングアームを含んで構成された姿勢調整装置３によって姿勢調整される敷均し装置４として、スクリードが設けられており、敷き拡げられた材料が敷き均されていく。敷均し装置４は、レベリングシリンダの伸縮によって姿勢調整装置３のレベリングアームが回動することで、施工面に対する傾斜角を変えることができる。このように、例えば敷均し装置４の姿勢である傾斜角を姿勢調整装置３で調整することにより、敷均し装置４の下へ呑み込まれる材料の量が変わるので、敷均し装置４による敷均し高さを調整することができる。

本例において基準線追跡装置１０は、図２に示すように、敷均し装置４においてスクリード４ａの側端面に固定された型枠代わりのエンドプレート４ｂに取り付けられ、敷均し装置４と一緒に移動する。具体的には、基準線追跡装置１０のカメラ１１が、エンドプレート４ｂの外側面に固定されたアーム４ｃに保持され吊り下げられている。アーム４ｃは、ハンドル４ｄを回すことで、吊り下げたカメラ１１の高さ調節を行うことができ、カメラ１１が基準線１２を中央に捉えることができるように調節される。

本例において追跡するべき基準線１２は、施工面から数メートル離れた壁状の構造物、例えば橋梁の高欄Ｘに、敷均し装置４を移動させる方向に沿わせて一直線状に延設することができる。高欄Ｘ等の適当な構造物がなければ、ベニヤ板等で形成するなども可能である。基準線１２は、黒色等のペイント線を高欄Ｘにけがいたり、黒色等のテープを高欄Ｘに貼り付けるなどの手法で延設することができる。背景となる高欄Ｘの色と基準線１２の色とが白黒など明確に区別のつくことが好ましい。

カメラ１１が撮影した基準線１２は、モニタ部１３の画面１４に映し出される。モニタ部１３は、一例としてエンドプレート４ｂの内側面上端部に固定したブラケット４ｅ上に載置される。このモニタ部１３の画面１４の脇には、基準線１２の初期位置を合わせるためのマーカー１５が画面側辺中央部位に付けられており、施工開始にあたって最初に、画面１４に映し出される基準線１２がマーカー１５と重なるように、カメラ１１の高さや角度が調節される。モニタ部１３において画面１４の下には、電源スイッチ１６、感度調節ツマミ１７、運転／待機スイッチ１８、上／下ランプ１９が設けられている。電源スイッチ１６のＯＮでカメラ１１及びモニタ部１３の電源が入り、撮影が開始される。感度調節ツマミ１７は、後述するオペアンプの増幅度を調節するダイヤル式のツマミである。運転／待機スイッチ１８は、基準線追跡装置１０の制御出力をＯＮ／ＯＦＦする。上／下ランプ１９は、運転／待機スイッチ１８がＯＮ（運転）のときに、基準線１２に対し敷均し高さが上又は下にずれるとどちらかが点灯し、該当する信号を出力していることが報知される。モニタ部１３から出力される信号は、姿勢調整装置３を制御するアスファルトフィニッシャの制御装置へ入力され、これに従って姿勢調整装置３が制御される。

カメラ１１の撮影した基準線１２を映し出す画面１４には、マーカー１５に合わせた基準線１２を挟んで、一方の側（図示の例では上側）の画面領域１４ａの光を受光する第１の光電変換素子２０と、他方の側（図示の例では下側）の画面領域１４ｂの光を受光する第２の光電変換素子２１と、が貼り付けられている。これら光電変換素子２０，２１は短冊状で、画面領域１４ａ，１４ｂから発せられる光に反応して電気信号を発生する、例えば太陽電池モジュールが使用される。

図３に示すように、光電変換素子２０，２１の出力信号は、比較回路２２へ入力されて電圧が比較され、該比較回路２２から、画面１４における基準線１２の位置を表す信号ＯＵＴが出力される。２つの光電変換素子２０，２１の低電位側は互いに接続されて接地電位とされ、高電位側出力が、比較回路２２のオペアンプ（差動増幅器）２３のプラス端子とマイナス端子へそれぞれ入力される。したがって、２つの光電変換素子２０，２１の出力信号の電圧が等しければ、オペアンプ２３の出力は０Ｖであり、マイコン（マイクロコンピュータ）２４は、位置ずれ無しを示す信号ＯＵＴを出力する。

図３Ａに示すように、敷均し高さが基準通りであり、基準線１２が画面１４の中央に位置していれば、両側の画面領域１４ａ，１４ｂの幅が等しいので、２つの光電変換素子２０，２１の出力電圧は等しく、オペアンプ２３の出力が０Ｖとなる。したがってマイコン２４は、位置ずれ無しを示す信号ＯＵＴを出力し、姿勢調整装置３の状態が維持される。

一方、図３Ｂに示すように、敷均し高さが基準よりも低くなってカメラ１１の撮影位置が下がると、撮影される基準線１２は、画面１４の上側へ位置ずれする。この場合、画面領域１４ａが狭まって上側の光電変換素子２０の出力電圧が低下する。すると、オペアンプ２３のプラス端子入力電圧が低くなるので、オペアンプ２３の出力電圧は、基準線１２の位置ずれ程度を反映してマイナスへ増加する。これに応じてマイコン２４は、基準線１２が上側に位置ずれしていることを示す信号ＯＵＴを出力するので、姿勢調整装置３が敷均し高さを高くするように制御される。

また、図３Ｃに示すように、敷均し高さが基準よりも高くなってカメラ１１の撮影位置が上がると、撮影される基準線１２は、画面１４の下側へ位置ずれする。この場合、画面領域１４ｂが狭まって下側の光電変換素子２１の出力電圧が低下する。すると、オペアンプ２３のマイナス端子入力電圧が低くなるので、オペアンプ２３の出力電圧は、基準線１２の位置ずれ程度を反映してプラスへ増加する。これに応じてマイコン２４は、基準線１２が下側に位置ずれしていることを示す信号ＯＵＴを出力するので、姿勢調整装置３が敷均し高さを低くするように制御される。

図３に示す光電変換素子２０，２１は、基準線１２から離れるにつれて単位長さあたりの受光面積が漸増するように形成されている。すなわち、２つの光電変換素子２０，２１の互いに対向して基準線１２にかかる部位は、角に三角形のテープを貼り付けるなどして非受光面部２０ａ，２１ａが形成されており、該非受光面部２０ａ，２１ａは三角形なので、基準線１２から離れるにつれ単位長さあたりの面積が徐々に小さくなる。このように受光面積の漸増構造を形成することにより、基準線１２の位置が光電変換素子２０，２１のいずれかの側へずれていったときに、漸増又は漸減する光電変換素子２０，２１の出力差を感知し易くなり、また、受光面先端が細くなることによって、基準線１２の側縁が素子先端を超えるときのステップ状の出力急変が抑制される。

図４に、変形例の光電変換素子２０’，２１’を示す。図４の光電変換素子２０’，２１’は、互いに斜辺を向かい合わせた直角三角形である。したがって、この光電変換素子２０’，２１’も、図３の素子同様に基準線１２から離れるにつれて単位長さあたりの受光面積が漸増するように形成されている。

上記基準線追跡装置１０に使用するカメラ１１は、ズーム機能を備えたものとすると好ましい。カメラ１１がズームアップして基準線１２を撮影すると、画面１４上では、そのズームの倍率分、基準線１２の変位量が大きくなり、基準線１２に対する変位感度をより敏感にすることができる。

以上のような基準線追跡装置１０は、カメラ１１で撮影した画像のデータ処理を伴わずに基準線１２を追跡することができるので、高価且つ複雑な画像処理回路を要せず、安価且つ簡素な回路で実現される。また、上記のような敷均し装置の高さ制御だけでなく、工場の床に基準線を引き、作業装置として搬送ロボットをその基準線に沿って移動させるような用途にも応用することができる。

１０ 基準線追跡装置
１１ カメラ
１２ 基準線
１４ 画面
２０，２１ 光電変換素子
２２ 比較回路

Claims (3)

1. 追跡するべき基準線を撮影するカメラと、
   前記カメラの撮影した前記基準線を映し出す画面において、前記基準線を挟んで一方の側の画面領域の光を受光する第１の光電変換素子及び他方の側の画面領域の光を受光する第２の光電変換素子と、
   前記２つの光電変換素子の出力信号を比較して、前記画面における前記基準線の位置を表す信号を出力する比較回路と、
   を含んで構成され、
   前記カメラはズーム機能を備えている、基準線追跡装置。
2. 前記カメラが、作業装置を移動させる方向に沿わせて延設した前記基準線を、前記作業装置と一緒に移動しつつ撮影し、
   前記比較回路の出力に従って、前記作業装置の姿勢が制御される、
   請求項１記載の基準線追跡装置。
3. 前記光電変換素子は、前記基準線から離れるにつれて受光面積が漸増するように形成されている、
   請求項１又は請求項２記載の基準線追跡装置。