JP7843633B2 - 情報処理装置、情報処理システム及び情報処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、情報処理装置、情報処理システム及び情報処理プログラムに関する。

ショベルやクレーン等の作業機械が作業を行う現場では、路面に凹凸や亀裂が存在するなど、路面状態の悪い場合が珍しくない。路面状態が悪いと車体の転倒等の事故が生じ得るため、このような事故を未然に防ぐ点において、安全に走行できる領域を把握することはきわめて重要である。

そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、走行が禁止される禁止領域を設定し、禁止領域を含まない領域を走行可能な領域としている。
しかしながら、禁止領域以外の領域が必ずしも走行可能な領域であるとは限らない。

特許第６６９４３２８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、作業機械をより安全に走行させることを目的とする。

本発明に係る情報処理装置は、
作業機械の位置情報を取得する情報取得手段と、
前記作業機械の位置情報に基づいて、前記作業機械が走行した第１領域を地図表示した安全地図情報を生成する地図生成手段と、
前記作業機械の作業要素の稼働範囲を検出する検出手段と、
を備え、
前記地図生成手段は、
前記作業機械の位置情報の軌跡と、前記作業機械の走行幅とに基づいて、前記第１領域を求め、
前記第１領域から前記作業要素の稼働範囲を除外して非表示とした第２領域を地図表示したものを、前記安全地図情報として生成する。

本発明に係る情報処理システムは、
上記の情報処理装置と、
前記情報処理装置と情報を送受信可能な少なくとも１つの前記作業機械と、
を含む。

本発明に係る情報処理プログラムは、
コンピュータを、
作業機械の位置情報を取得する情報取得手段、
前記作業機械の位置情報に基づいて、前記作業機械が走行した第１領域を地図表示した安全地図情報を生成する地図生成手段、
前記作業機械の作業要素の稼働範囲を検出する検出手段、
として機能させ、
前記地図生成手段は、
前記作業機械の位置情報の軌跡と、前記作業機械の走行幅とに基づいて、前記第１領域を求め、
前記第１領域から前記作業要素の稼働範囲を除外して非表示とした第２領域を地図表示したものを、前記安全地図情報として生成する。

本発明によれば、作業機械をより安全に走行させることができる。

本実施形態に係るショベルの側面図である。 本実施形態に係る情報管理システムの概略構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る安全マップ表示処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態に係る安全マップ表示処理を説明するための図である。 本実施形態に係る安全マップ表示処理を説明するための図である。 本実施形態に係る安全マップ表示処理を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［ショベルの構成］
図１は、本実施形態に係るショベル１００の側面図である。
この図に示すように、ショベル１００は、本発明に係る作業機械の一例であり、下部走行体１と、旋回機構２を介して旋回可能に下部走行体１に搭載される上部旋回体３と、アタッチメント１１としてのブーム４、アーム５及びバケット６と、オペレータが搭乗するキャビン１０とを備える。アタッチメント１１は、作業要素（例えば、バケット、クラッシャー、クレーン装置等）が設けられていれば、これに限られない。

下部走行体１は、例えば、左右一対のクローラを含み、それぞれのクローラが走行油圧モータ（不図示）で油圧駆動されることにより、ショベル１００を走行させる。
上部旋回体３は、旋回油圧モータ或いは電動機（共に不図示）等で駆動されることにより、下部走行体１に対して旋回する。

ブーム４は、上部旋回体３の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム４の先端には、アーム５が上下回動可能に枢着され、アーム５の先端には、バケット６が上下回動可能に枢着される。ブーム４、アーム５及びバケット６は、それぞれ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９により油圧駆動される。
キャビン１０は、オペレータが搭乗する操縦室であり、例えば上部旋回体３の前部左側に搭載される。ショベル１００は、キャビン１０に搭乗するオペレータの操作に応じて、アクチュエータを動作させ、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６等の被駆動要素を駆動する。

図２は、ショベル１００を含む情報管理システム４００の概略構成を示すブロック図である。
この図に示すように、情報管理システム４００は、少なくとも１台のショベル１００と、当該ショベル１００と通信可能な管理装置２００及び端末装置３００を含んで構成される。

ショベル１００は、上記構成のほか、撮像装置４０と、距離センサ４１と、動作・姿勢状態センサ４２と、位置センサ４３と、方位センサ４４、操作装置４５と、表示装置５０と、音声出力装置６０と、通信機器８０と、コントローラ３０とを備える。

撮像装置４０は、ショベル１００の周辺を撮影してその画像をコントローラ３０に出力する。撮像装置４０は、例えば、ショベル１００の後方を撮影する後方カメラ、左方を撮影する左方カメラ、右方を撮影する右方カメラを含む。各撮像装置４０は、光軸が斜め下方に向くように設置され、ショベル１００近傍の地面からショベル１００の遠方までを含む上下方向の撮像範囲（画角）を有する。

距離センサ４１は、ショベル１００の周辺の物体までの距離を測定してその情報（二次元又は三次元の距離情報）を取得する測距手段であり、取得した情報をコントローラ３０に出力する。距離センサ４１は、例えば、撮像装置４０に対応してショベル１００の後方、左方、右方の３方の計測が可能なように設けられている。

動作・姿勢状態センサ４２は、ショベル１００の動作状態や姿勢状態を検出するセンサであり、検出結果をコントローラ３０に出力する。動作・姿勢状態センサ４２は、ブーム角度センサと、アーム角度センサと、バケット角度センサと、三軸慣性センサ（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）と、旋回角度センサと、加速度センサとを含む。
これらのセンサは、ブーム等のシリンダのストロークセンサ、ロータリーエンコーダ等の回転情報を取得するセンサで構成されてもよく、ＩＭＵで取得される加速度（速度、位置も含んでもよい）により代替されてもよい。
アーム角度センサは、ブーム４を基準とするアーム５の回動角度（以下、「アーム角度」と称する）を検出する。
バケット角度センサは、アーム５を基準とするバケット６の回動角度（以下、「バケット角度」と称する）を検出する。
ＩＭＵは、ブーム４及びアーム５の各々に取り付けられ、所定の三軸に沿ったブーム４及びアーム５の加速度、及び、所定の三軸廻りのブーム４及びアーム５の角加速度を検出する。
旋回角度センサは、上部旋回体３の所定の角度方向を基準とする旋回角度を検出する。ただし、これに限られず、上部旋回体３に設けられたＧＰＳやＩＭＵセンサに基づいて旋回角度が検出されてもよい。
加速度センサは、上部旋回体３の旋回軸から離れた位置に取り付けられ、上部旋回体３の当該位置における加速度を検出する。これにより、加速度センサの検出結果に基づき、上部旋回体３が旋回しているのか、或いは、下部走行体１が走行しているのか等が判別されうる。

位置センサ４３は、ショベル１００の位置（現在位置）の情報を取得するセンサであり、本実施形態ではＧＰＳ（Global Positioning System）受信機である。位置センサ４３は、ショベル１００の位置の情報を含むＧＰＳ信号をＧＰＳ衛星から受信し、取得したショベル１００の位置情報をコントローラ３０に出力する。なお、位置センサ４３は、ショベル１００の位置の情報を取得できるものであればＧＰＳ受信機でなくともよく、例えばＧＰＳ以外の衛星測位システムを利用するものであってもよい。また、位置センサ４３は、下部走行体１と上部旋回体３のいずれに設けられていてもよい。

方位センサ４４は、ショベル１００が向いている方位（方向）の情報を取得するセンサであり、例えば地磁気センサである。方位センサ４４は、ショベル１００の方位の情報を取得して、コントローラ３０に出力する。なお、方位センサ４４は、ショベル１００の方位の情報を取得できればよく、そのセンサ種別等は特に限定されない。例えばＧＰＳ受信機を２つ設け、その位置情報の差異から方位情報を取得してもよい。

操作装置４５は、キャビン１０の操縦席付近に設けられ、オペレータが各動作要素（下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６等）の操作を行う操作手段である。換言すれば、操作装置４５は、各動作要素を駆動するそれぞれの油圧アクチュエータの操作を行う操作手段である。操作装置４５は、例えばレバーやペダル、各種ボタン等を含み、これらの操作内容に応じた操作信号をコントローラ３０に出力する。
また、操作装置４５は、撮像装置４０、距離センサ４１、動作・姿勢状態センサ４２、位置センサ４３、表示装置５０、音声出力装置６０、通信機器８０等の操作を行う操作手段でもあり、これら各部に対する操作指令をコントローラ３０に出力する。

表示装置５０は、キャビン１０内の操縦席の周辺に設けられ、コントローラ３０による制御の下、オペレータに通知する各種画像情報を表示する。表示装置５０は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイであり、操作装置４５の少なくとも一部を兼ねるタッチパネル式であってもよい。

音声出力装置６０は、キャビン１０内の操縦席の周辺に設けられ、コントローラ３０による制御の下、オペレータに通知する各種音声情報を出力する。音声出力装置６０は、例えば、スピーカやブザー等である。

通信機器８０は、所定の無線通信規格に基づき、所定の通信ネットワークＮＷを通じて遠隔の外部機器や他のショベル１００等と各種情報を送受信する通信デバイスである。通信ネットワークＮＷには、例えば、基地局を末端とする移動体通信網、上空の通信衛星を利用する衛星通信網、ＷｉＦｉやブルートゥース（登録商標）等のプロトコルに準拠する近距離通信網、インターネット通信網等を含んでもよい。

コントローラ３０は、ショベル１００各部の動作を制御してショベル１００の駆動制御を行う制御装置である。コントローラ３０は、キャビン１０内に搭載される。コントローラ３０は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いはその組み合わせにより実現されてよく、例えば、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，Ｉ／Ｏ等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ３０は、これらの他にも、例えばＦＰＧＡやＡＳＩＣなどを含んで構成されてもよい。

また、コントローラ３０は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の内部メモリに規定される記憶領域としての記憶部３５を含む。
記憶部３５は、ショベル１００の各部を動作させるための各種プログラムや各種データ等を格納するほか、コントローラ３０の作業領域としても機能する。本実施形態の記憶部３５は、後述の安全マップＭを記憶する安全マップ記憶領域３５０を有する。

また、情報管理システム４００では、所定の通信ネットワークＮＷを通じて、各ショベル１００が管理装置２００や端末装置３００と相互に通信を行うことができる。

管理装置２００（情報処理装置の一例）は、ショベル１００及び端末装置３００を所持するユーザ等と地理的に離れた位置に配置される。管理装置２００は、例えば、ショベル１００が作業する作業現場外に設けられる管理センタ等に設置され、一又は複数のサーバコンピュータ等を中心に構成されるサーバ装置である。この場合、サーバ装置は、システムを運用する事業者或いは当該事業者に関連する関連事業者が運営する自社サーバであってもよいし、レンタルサーバであってもよい。また、このサーバ装置は、いわゆるクラウドサーバであってもよい。また、管理装置２００は、ショベル１００の作業現場内の管理事務所等に配置されるサーバ装置（いわゆるエッジサーバ）であってもよいし、定置型或いは携帯型の汎用のコンピュータ端末であってもよい。
管理装置２００は、上述の如く、通信ネットワークＮＷを通じて、ショベル１００及び端末装置３００のそれぞれと相互に通信を行うことができる。これにより、管理装置２００は、ショベル１００からアップロードされる各種情報を受信し、記憶（蓄積）しておくことができる。また、管理装置２００は、端末装置３００からの要求に応じて、端末装置３００に各種情報を送信することができる。また、管理装置２００は、複数のショベル１００に関する情報をショベル１００ごとに識別可能なように、各ショベル１００のＩＤ情報に対応付けるなどして管理（記憶）している。
具体的に、管理装置２００は、制御部２１０と記憶部２２０を備える。制御部２１０は、ユーザの操作内容等に基づいて管理装置２００の各部を動作させたり、記憶部２２０に予め記憶されているプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。記憶部２２０は、各種のプログラム及びデータを記憶するとともに、制御部２１０の作業領域としても機能する。

端末装置３００は、ユーザが利用するユーザ端末である。ユーザには、例えば、作業現場の監督者、管理者、ショベル１００のオペレータ、ショベル１００の管理者、ショベル１００のサービスマン、ショベル１００の開発者等が含まれてよい。端末装置３００は、例えば、ユーザが所持するラップトップ型のコンピュータ端末、タブレット端末、スマートフォン等の汎用の携帯端末である。また、端末装置３００は、デスクトップ型のコンピュータ等の定置型の汎用端末であってもよい。また、端末装置３００は、情報の提供を受けるための専用の端末（携帯端末或いは定置端末）であってもよい。
端末装置３００は、通信ネットワークＮＷを通じて、管理装置２００と相互に通信を行うことができる。これにより、端末装置３００は、管理装置２００から送信される情報を受信し、自身に搭載される表示装置を通じて、ユーザに情報を提供することができる。また、端末装置３００は、通信ネットワークＮＷを通じて、ショベル１００と相互に通信可能に構成されてもよい。

［安全マップ表示処理］
続いて、安全な走行領域を示す安全マップＭを生成して表示する安全マップ表示処理について説明する。
図３は、安全マップ表示処理の流れを示すフローチャートである。図４～図６は、安全マップ表示処理を説明するための図であって、これら各図の（ａ）が作業現場の平面図であり、（ｂ）が（ａ）に対応する安全マップＭである。

安全マップ表示処理は、ショベル１００のコントローラ３０（又は管理装置２００の制御部２１０）が記憶部に格納された所定のプログラムを実行することにより、ショベル１００と管理装置２００との間で協働して実行される。この処理は、オペレータの操作に基づいて実行・終了されてもよいし、ショベル１００の運転中に継続的に実行されてもよい。
ここでは、或る作業現場で作業する複数台のショベル１００からの情報に基づいて、管理装置２００がこの作業現場の安全マップＭを生成するものとする。安全マップＭは、ショベル１００が安全に走行できる（であると推定される）走行領域ＴＡ又は安全領域ＳＡを地図表示したものである。

図３に示すように、安全マップ表示処理が実行されると、まず各ショベル１００のコントローラ３０は、位置センサ４３により自車の位置情報を取得し、管理装置２００に送信する（ステップＳ１）。
このとき、各ショベル１００のコントローラ３０は、送信する位置情報を、自車のＩＤ情報と対応付けておいてもよい。

次に、管理装置２００の制御部２１０は、各ショベル１００から取得した位置情報に基づいて、各ショベル１００が実際に走行した走行領域ＴＡを求める（ステップＳ２）。
具体的には、図４（ａ）に示すように、制御部２１０は、ショベル１００の車幅Ｗの両側に追加幅αを加えたものを、ショベル１００の走行幅として走行領域ＴＡを求める。車幅Ｗの値は、各ショベル１００の車両情報として記憶されている場合にはそれを用いてもよいし、簡易的に一般的なショベル車等の車幅の値を用いてもよい。追加幅αの値は特に限定されず、ゼロであってもよいし、マイナス値であってもよい。

次に、管理装置２００の制御部２１０は、走行領域ＴＡからバケット６の稼働範囲Ｒを除外した安全領域ＳＡを求める（ステップＳ３）。
ここで、バケット６（アタッチメント１１）の「稼働」とは、バケット６（アタッチメント１１）が掘削等の作業（作業中の姿勢変更等も含む）を現に行っていることを意味し、単に掘削物を保持しているだけの状態等は含まない。つまり、バケット６の稼働範囲Ｒとは、バケット６が掘削等の作業を行っているときのその動作範囲をいう。
具体的に、バケット６の稼働範囲Ｒは、バケット６（アタッチメント１１）の稼働状況と、バケット６の位置情報とに基づいて求められる。アタッチメント１１の稼働状況（稼働しているか否か）は、アタッチメント１１を駆動する各種アクチュエータや動作・姿勢状態センサ４２からバケット６の動作や負荷を検出することにより求められる。また、バケット６の位置情報は、動作・姿勢状態センサ４２から取得したアタッチメント１１の姿勢情報から求められる。
例えば、図５（ａ）に示すように、ショベル１００が穴９１を掘削していたり、掘削した土を盛って土山９２にしていたりする場合、その周辺がバケット６の稼働範囲Ｒとされる。そして、この稼働範囲Ｒを走行領域ＴＡから除外することで安全領域ＳＡが求められる。
なお、バケット６の稼働範囲Ｒを求める手法は上記のものに限定されない。例えば、撮像装置４０を車体前方向きに取り付け、この撮像装置４０により取得された画像データに基づいて、アタッチメント１１の稼働範囲Ｒ又は稼働状況を取得してもよい。また、バケット６による作業は、例えば、単純掘削作業、法面仕上げ作業、溝掘削作業、水平掘削作業、旋回地ならし作業、土羽打ち作業、ばらまき作業、押し付け作業、クレーン作業、積み込み作業等を含む。

次に、管理装置２００の制御部２１０は、安全領域ＳＡを地図表示した安全マップＭを生成し、記憶部２２０に記憶させる（ステップＳ４）。
ここでは、例えば、図５（ｂ）に示すように、予め取得した作業現場の地図データ上に安全領域ＳＡをマッピングすることにより、安全マップＭが生成される。安全マップＭに含まれる情報は特に限定されず、例えば建物や道路等を含んでもよい。ただし、各ショベル１００の位置やその向きは含まれるのが好ましい。また、作業現場の地図データは予め取得したものでなくともよく、インターネット上などから取得してきてもよいし、新たに作成してもよい。

なお、安全マップＭは、図４（ｂ）に示すように、少なくとも走行領域ＴＡを地図表示したものであればよい。
また、図６（ａ），（ｂ）に示すように、例えば穴９１が埋められたり土山９２が削られたりした後に、ショベル１００が新たに走行した領域は、走行領域ＴＡ（安全領域ＳＡ）と見なしてよい。

次に、管理装置２００の制御部２１０が安全マップＭを各ショベル１００に送信し、各ショベル１００のコントローラ３０が、当該安全マップＭを安全マップ記憶領域３５０に記憶させるとともに表示装置５０に表示させる（ステップＳ５）。
これにより、各ショベル１００のオペレータは、表示された安全マップＭを見ることで、走行実績のある領域であってバケット６が作業していない領域を認識することができ、より安全にショベル１００を走行させることができる。
なお、表示装置５０に表示させる際には、自車を判別しやすいように安全マップＭ上で識別表示（強調表示）させるのが好ましい。

次に、制御部２１０は、安全マップ表示処理を終了させるか否かを判定し（ステップＳ６）、終了させないと判定した場合には（ステップＳ６；Ｎｏ）、上述のステップＳ１へ処理を移行する。これにより、安全マップ表示処理の実行中は、ステップＳ１～Ｓ５の処理が例えば一定の時間間隔で繰り返され、安全マップＭが随時更新される。
そして、例えば作業完了等により、安全マップ表示処理を終了させると判定した場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、管理装置２００の制御部２１０及びショベル１００のコントローラ３０は、安全マップ表示処理を終了させる。

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態によれば、ショベル１００の位置情報に基づいて、ショベル１００が走行した走行領域ＴＡを地図表示した安全マップＭが生成される。
すなわち、ショベル１００の走行実績がある領域を走行可能領域として地図表示することができる。したがって、禁止領域を含まない領域を走行可能領域としていた従来と異なり、より確実に走行できる領域を提示することができる。ひいては、ショベル１００をより安全に走行させることができる。

また、本実施形態によれば、安全マップＭでは、走行領域ＴＡからバケット６の稼働範囲Ｒを除外した安全領域ＳＡが地図表示される。
これにより、作業中のバケット６が動いている範囲を、安全に走行できない（可能性がある）領域として、これを走行領域ＴＡから除いた安全マップＭを提示することができる。したがって、ショベル１００をより一層安全に走行させることができる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態やその変形例に限られない。
例えば、上記実施形態では、生成した安全マップＭを表示装置５０に表示させてオペレータに提示することとした。しかし、例えば自律走行する作業機械の走行制御など、作業の動作制御に利用してもよい。また、安全マップＭは、作業現場の作業管理情報として、当該作業現場の情報に紐付けられて管理装置２００に管理（記憶）されるのが好ましい。

また、上記実施形態では、本発明に係る情報処理装置として、専ら管理装置２００が主たる制御を行うこととした。しかし、本発明に係る情報処理装置はこれに限定されず、例えば作業機械に搭載されてもよい。この場合、各作業機械が個別に安全マップを生成・表示してもよいし、特定の作業機械が他の作業機械に安全マップに係る情報を送信してもよい。
また、本発明に係る情報処理システムは、情報処理装置と、少なくとも１つの作業機械とを含むものであればよい。

また、本発明に係る作業機械は、ショベルに限定されず、建設機械全般に適用可能であるのは勿論のこと、建設機械を含む作業機械にも好適に適用可能である。
その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

６ バケット（作業要素）
１１ アタッチメント
３０ コントローラ
３５ 記憶部
４２ 動作・姿勢状態センサ
４３ 位置センサ（情報取得手段）
５０ 表示装置（表示手段）
９１ 穴
９２ 土山
１００ ショベル（作業機械）
２００ 管理装置（情報処理装置）
２１０ 制御部
２２０ 記憶部
４００ 情報管理システム（情報処理システム）
Ｍ 安全マップ（安全地図情報）
Ｒ 稼働範囲
ＳＡ 安全領域
ＴＡ 走行領域
Ｗ 車幅
α 追加幅

Claims (5)

1. 作業機械の位置情報を取得する情報取得手段と、
   前記作業機械の位置情報に基づいて、前記作業機械が走行した第１領域を地図表示した安全地図情報を生成する地図生成手段と、
   前記作業機械の作業要素の稼働範囲を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記地図生成手段は、
   前記作業機械の位置情報の軌跡と、前記作業機械の走行幅とに基づいて、前記第１領域を求め、
   前記第１領域から前記作業要素の稼働範囲を除外して非表示とした第２領域を地図表示したものを、前記安全地図情報として生成する、
   情報処理装置。
2. 前記検出手段は、前記作業要素の稼働状況と、前記作業要素の位置情報とに基づいて、前記作業要素の稼働範囲を検出する、
   請求項１に記載の情報処理装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の情報処理装置と、
   前記情報処理装置と情報を送受信可能な少なくとも１つの前記作業機械と、
   を含む情報処理システム。
4. 前記少なくとも１つの作業機械の各々は、前記安全地図情報を表示する表示手段を備える、
   請求項３に記載の情報処理システム。
5. コンピュータを、
   作業機械の位置情報を取得する情報取得手段、
   前記作業機械の位置情報に基づいて、前記作業機械が走行した第１領域を地図表示した安全地図情報を生成する地図生成手段、
   前記作業機械の作業要素の稼働範囲を検出する検出手段、
   として機能させ、
   前記地図生成手段は、
   前記作業機械の位置情報の軌跡と、前記作業機械の走行幅とに基づいて、前記第１領域を求め、
   前記第１領域から前記作業要素の稼働範囲を除外して非表示とした第２領域を地図表示したものを、前記安全地図情報として生成する、
   情報処理プログラム。