JPH0874296A - 建設機械におけるカメラ自動追尾制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 建設機械に搭載したカメラの画像をディスプ
レイで確認しながら建設機械を遠隔操縦するとき、建設
機械の作業機先端をディスプレイの見やすい位置に設定
できるようにカメラを自動追尾制御させ、作業の効率化
を図る。 【構成】 油圧ショベル101 は、自装カメラ11で撮った
フロント作業機像を無線により別置の操作部102 に伝送
する。オペレータはこの操作部102 にてディスプレイ１
で作業機像を監視しながら操作器２により油圧ショベル
を遠隔操作する。作業機における各々の関節部の角度を
角度検出器18，19，20により検出すると作業機先端17n
の位置を得ることができる。この作業機先端位置を追従
目標として制御装置13によりカメラ11の上下方向角度、
左右方向角度および焦点位置をフィードバック制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遠隔操縦される油圧シ
ョベル等の建設機械におけるカメラ自動追尾制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来の無線により遠隔操縦される
油圧ショベルの制御系を示す。油圧ショベル101 に搭載
されたカメラ50で撮影した作業機像が無線により別置の
操作部102 に伝送され、オペレータは、この操作部102
にてディスプレイ41を見ながら操作器43を操作して油圧
ショベルを稼動している。

【０００３】カメラ50は、このカメラを上下方向および
左右方向に回動できる雲台51の上に設置され、かつ焦点
位置を調節するズーム機能を有し、油圧ショベル用操作
器43の近くに設置した別のカメラ用操作器42によってオ
ペレータの手動操作で駆動される。

【０００４】油圧ショベル用操作器43の信号は、送信機
46より受信機49に伝送され、この信号が油圧ショベル用
制御装置53に入力され油圧ショベルを制御する。カメラ
用操作器42の信号は、送信機45より受信機48に伝送さ
れ、この信号がカメラ用制御装置52に入力され、カメラ
50の雲台51を上下方向および左右方向に回動制御し、カ
メラ50のズームを制御する。一方、カメラ50からの画像
信号は、送信機47より受信機44に伝送され、ディスプレ
イ41に表示される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この従来の装置におい
ては、カメラ50の上下方向角度、左右方向角度および焦
点位置の調整は、操作器42から制御装置52に至る手動操
作系でしか操作することができず、このため、オペレー
タが油圧ショベルを操作している時にカメラ50を同時に
操作することはできない。

【０００６】例えば、掘削積込作業時のカメラ50の方向
はバケット刃先がディスプレイ41の画面中心に位置する
状態にセットされていると作業しやすいが、従来の装置
では掘削積込作業とカメラ操作とを同時に行えず、常に
カメラ50の方向を一定としているため、バケット刃先が
画面の上下方向および左右方向に移動して見づらく、ま
た、このために作業効率が低下する問題があった。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、建設機械に搭載したカメラの画像をディスプレイ
で確認しながら建設機械を遠隔操縦するとき、建設機械
の作業機先端をディスプレイの見やすい位置に設定でき
るようにカメラを自動追尾制御させ、作業の効率化を図
ることを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、自装カメラで撮った作業機像を無線により別置の
操作部に伝送し、この操作部にてディスプレイで作業機
像を監視しながら操作を行うオペレータにより無線で遠
隔操作される建設機械において、建設機械の作業機にお
ける各々の関節部に取付けられ各関節部の角度を検出す
る角度検出器と、この各角度検出器で検出された情報よ
り得られた作業機先端の位置を目標値としてカメラの上
下方向角度、左右方向角度および焦点位置をフィードバ
ック制御する制御装置とを具備した構成を有する建設機
械におけるカメラ自動追尾制御装置である。

【０００９】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載のカメラ自動追尾制御装置において、操作部に、カメ
ラを手動操作する手動操作モードと自動追尾制御する自
動制御モードとを切換え選択するスイッチと、手動操作
モードにてカメラを手動操作する操作器とが設けられた
ものである。

【００１０】請求項３に記載された発明は、請求項１記
載のカメラ自動追尾制御装置において、操作部に、ディ
スプレイにおける作業機先端の画面位置を設定する設定
器が設けられたものである。

【００１１】

【作用】請求項１に記載された発明は、建設機械の作業
機における各関節部の動作角度を各関節部に取付けた角
度検出器により検出し、その検出信号を制御装置に入力
して、カメラ位置を原点とした作業機先端の位置を演算
する。この作業機先端位置をカメラの追従目標として、
カメラの上下方向角度、左右方向角度および焦点位置を
演算し、その演算値を指令値としたフィードバック制御
によりカメラを作業機先端の動きに自動追尾させる。こ
れにより、ディスプレイの所定位置に常に作業機先端を
位置させる。

【００１２】請求項２に記載された発明は、操作部のモ
ード切換用のスイッチにより自動追尾制御モードを手動
操作モードに切換え、操作器によりカメラの上下方向角
度、左右方向角度および焦点位置を手動遠隔操作する。

【００１３】請求項３に記載された発明は、作業によっ
ては、操作部の設定器により自動追尾制御モードにおけ
るディスプレイ上の作業機先端位置を画面中心からずら
して設定する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図１乃至図３に示される一実
施例を参照しながら詳細に説明する。

【００１５】図１は、建設機械としての油圧ショベル10
1 およびこの油圧ショベルをオペレータが無線により遠
隔操作するための別置の操作部102 の無線制御装置を示
す。

【００１６】この操作部102 の無線制御系は、油圧ショ
ベル101 のフロント作業機像を画面にリアルタイムで表
示するディスプレイ１と、油圧ショベルの走行系、旋回
系および作業機系を無線により遠隔操縦するための油圧
ショベル用操作器２と、図１に２点鎖線で示されるよう
に油圧ショベルのキャビン21の上部に設置された作業機
監視用カメラ11およびその雲台12を手動操作モードにて
無線により遠隔操縦するためのカメラ用操作器３と、デ
ィスプレイ１における作業機先端としてのバケット刃先
17n の画面位置を設定する設定器４と、カメラを手動操
作する手動操作モードと自動追尾制御する自動制御モー
ドとを切換え選択するスイッチ５と、例えばパラレル信
号をシリアル信号に変換する信号変換器６と、カメラ画
像用の受信機７と、油圧ショベル制御用の送信機８とに
よって構成されている。

【００１７】前記油圧ショベル101 の無線制御系は、カ
メラ画像用の送信機９と、油圧ショベル制御用の受信機
10と、前記信号変換器６とは逆の変換を行うための信号
変換器10´と、油圧ショベルのキャビン上部に設置した
ズーム機能を有するカメラ11およびこのカメラ11を上下
方向および左右方向に回動する雲台12と、このカメラ11
および雲台12を駆動制御するための制御装置13と、油圧
ショベルの走行系、旋回系および作業機系を制御するた
めの制御装置14とによって構成されている。

【００１８】さらに、油圧ショベル101 は、図示されな
い上部旋回体にブーム15、アーム16およびバケット17か
らなるフロント作業機が設けられ、この作業機における
各々の関節部に各関節部の角度を検出するポテンショメ
ータ等の角度検出器18，19，20が取付けられている。

【００１９】すなわち、上部旋回体とブーム15の基端部
との間の関節部にはブーム角度検出器18が設けられ、ブ
ーム15とアーム16との間の関節部にはアーム角度検出器
19が設けられ、アーム16とバケット17との間の関節部に
はバケット角度検出器20が設けられている。

【００２０】これらの各角度検出器18，19，20は、前記
カメラ用の制御装置13に接続され、制御装置13は、各角
度検出器18，19，20で検出された角度情報より後述する
演算手法により得られるバケット刃先17n の位置を目標
値として、カメラ11の上下方向角度、左右方向角度およ
び焦点位置をフィードバック制御するものである。

【００２１】図２は、カメラ11の自動追尾制御装置の構
成を示し、前記信号変換器10´の出力端子のうち、自動
制御モード時にバケット刃先17n を画面の所定位置（例
えば画面中心）に設定するための信号ａ，ｂ，ｃを出力
する画面位置設定用出力端子が、制御装置13に設けられ
た演算器22の入力端子に接続され、また、手動操作モー
ド時にカメラの上下方向角度、左右方向角度および焦点
位置を制御するための信号ｄ，ｅ，ｆを出力するカメラ
操作用出力端子および手動／自動モード切換信号ｇを出
力するためのモード切換用出力端子が、制御装置13に設
けられたカメラ上下方向用切換器23、カメラ左右方向用
切換器29、カメラ焦点用切換器35の各々の入力端子に接
続されている。

【００２２】また、前記演算器22には、ブーム角度検出
器18、アーム角度検出器19、バケット角度検出器20で検
出された角度信号が入力される。演算器22は、これらの
角度検出器18，19，20の角度情報よりバケット刃先17n
の位置（カメラ11の回動中心を原点とする上下方向角度
θ、左右方向角度ηおよび距離Ｒ）を演算し、このバケ
ット刃先位置を追従目標値として、カメラの上下方向角
度、左右方向角度および焦点位置を演算し、対応する信
号をそれぞれ切換器23，29，35に出力する。

【００２３】この各々の切換器23，29，35は、バケット
刃先17n の上下方向角度θ、左右方向角度ηおよび距離
Ｒに基づいて、カメラ11の上下方向角度、左右方向角度
および焦点位置をフィードバック制御する次の制御系に
あって目標値指令器として機能する。

【００２４】上下方向角度θに関する制御系は、前記切
換器23と、この切換器23からの指令値とフィードバック
量とを比較してその差を出力する減算器24と、比例、積
分および微分要素からなる制御器（ＰＩＤ制御器）25
と、この制御器25の出力に基づき電動モータを制御する
ドライバ26と、雲台12に設けられカメラ11を上下方向に
回動する電動モータ27と、その回動量を検出して減算器
24にフィードバックするフィードバックセンサ28とから
なる。

【００２５】同様に、左右方向角度ηに関する制御系
は、前記切換器29と、減算器30と、制御器（ＰＩＤ制御
器）31と、ドライバ32と、雲台12に設けられカメラ11を
左右方向に回動する電動モータ33と、フィードバックセ
ンサ34とからなる。

【００２６】さらに、距離Ｒに関する制御系は、前記切
換器35と、減算器36と、制御器（ＰＩＤ制御器）37と、
ドライバ38と、カメラ11に設けられたズーム機能を作動
させる電動モータ39と、フィードバックセンサ40とから
なる。

【００２７】次に、図１および図２に示された実施例の
作用を説明する。

【００２８】図１に示されるように、油圧ショベルのキ
ャビン21の上部に設置されたカメラ11で撮られた画像信
号は、送信機９から受信機７に無線電波により伝送さ
れ、ディスプレイ１に表示される。

【００２９】オペレータは、このディスプレイ１で作業
機の画像を監視しながら操作器２を操作し、信号変換器
６を介し他の信号とともに送信機８より受信機10に無線
電波を伝送し、信号変換器10´より制御装置14に入力し
た信号により油圧ショベルの走行系、旋回系および作業
機系を遠隔操作する。

【００３０】一方、カメラ11の制御は、スイッチ５から
出力された手動操作モードと自動制御モードとを切換え
る信号と、操作器３から出力されたカメラ11を手動操作
する信号と、設定器４から出力された自動制御モードで
のバケット刃先17n の画面位置を設定する信号とをそれ
ぞれ信号変換器６に入力し、これらのパラレル信号を信
号変換器６でシリアル信号に変換し、他の信号と共に無
線送信機８より受信機10に伝送する。

【００３１】この受信機10に伝送されたカメラ制御信号
は、信号変換器10´にて前述の信号変換器６とは逆に変
換され、油圧ショベルの操作信号は制御装置14へ、カメ
ラ操作信号は制御装置13に伝送される。

【００３２】この制御装置13には、信号変換器10´より
カメラ11の焦点位置、上下方向角度および左右方向角度
をそれぞれ指令するカメラ操作信号がそれぞれ入力され
るとともに、フロント作業機の各関節部に設けられた角
度検出器18，19，20よりブーム15、アーム16およびバケ
ット17の各角度信号がそれぞれ入力され、さらに、カメ
ラ11より焦点位置に関するフィードバック信号が、また
雲台12より上下方向角度および左右方向角度に関するフ
ィードバック信号がそれぞれ入力される。

【００３３】そして、この制御装置13からカメラ11に焦
点位置を可変操作する信号が、また雲台12にカメラ11の
上下方向角度および左右方向角度を可変操作する信号が
それぞれ出力される。

【００３４】この制御装置13の機能を図２により説明す
ると、信号変換器10´より出力された手動／自動モード
切換信号ｇおよび手動操作モード時のカメラ操作信号
ｄ，ｅ，ｆが制御装置13の切換器23，29，35に入力され
るとともに、信号変換器10´より出力されたバケット刃
先17n の画面中心設定信号ａ，ｂ，ｃが制御装置13の演
算器22に入力される。

【００３５】この演算器22は、ブーム角度検出器18、ア
ーム角度検出器19およびバケット角度検出器20より入力
された角度信号と、前記信号変換器10´より入力された
バケット刃先17n の画面中心設定信号ａ，ｂ，ｃ、とか
ら、カメラ11の上下方向角度、左右方向角度および焦点
位置に関しそれぞれの作動すべき回動量またはズーム量
を演算し、これらに対応する信号を切換器23，29，35に
それぞれ出力する。

【００３６】モード切換信号ｇにより手動操作モードが
選択された場合は、信号変換器10´からの手動操作信号
ｄ，ｅ，ｆが切換器23，29，35より指令信号として出力
される。また、自動制御モードが選択された場合は、演
算器22からの演算値が切換器23，29，35より指令信号と
して出力される。

【００３７】各々の切換器23，29，35からの指令信号
は、減算器24，30，36でフィードバックセンサ28，34，
40からのフィードバック信号と比較計算され、その差が
零になるように制御器25，31，37において制御演算（Ｐ
ＩＤ制御演算）され、この制御器25，31，37から出力さ
れた信号によりドライバ26，32，38を介し電動モータ2
7，33，39が駆動制御され、各モータ27，33，39は切換
器23，29，35からの指令値と一致する作動状態で停止す
る。

【００３８】次に、図３に示されるように設定された座
標系により具体的な計算例を説明する。なお、図３は略
式に記載された図である。

【００３９】カメラ11の駆動中心を原点とした座標
（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を設定する。ここから（ＸA 、ＹA 、Ｚ
A ）の位置にブーム15のフート部が位置し、角度検出器
18によりブーム角度αを検出する。ブーム15の長さをＬ
B とする。

【００４０】ブーム15とアーム16の関節部に設けた角度
検出器19により、アーム角度βを検出し、さらにアーム
16とバケット17の関節部に設けた角度検出器20によりバ
ケット角度γを検出する。アーム16の長さはＬS とし、
バケット17は近似的に９０度の“く”字形とし、アーム
側の長さをＬBKとし、刃先側の長さをＬBBとする。

【００４１】以上から、原点に対するバケット刃先17n
の位置（ＸN 、ＹN 、ＺN ）は、次の式１で求めること
ができる。

【００４２】

【式１】 バケット刃先17n は（ＸN 、ＹN 、ＺN ）座標で原点と
なるので、ＸN ＝０、ＹN ＝０、ＺN ＝０とし、上式を
計算すると、次の式２を得る。

【００４３】

【式２】 これより、カメラ11の回動中心を原点とするバケット刃
先17n の上下方向角度θo 、左右方向角度ηo および距
離Ｒo は次の式３のように計算できる。

【００４４】

【式３】 これらの演算は、図２の演算器22で行なう。

【００４５】一方、作業によってはバケット刃先17n の
位置が画面中心よりも画面中心からずれた位置の方が好
ましい場合もあるので、これに対応できるように設けら
れた前記設定器４で設定された信号ａ，ｂ，ｃを、操作
部102 の送信機８より油圧ショベルの受信機10に伝送
し、信号変換器10´を経て制御装置13の演算器22に入力
し、この演算器22にて次のように計算する。

【００４６】

【式４】 このように、式３の計算で求めたバケット刃先方向に前
記信号ａ，ｂ，ｃの修正を加えたθ、η、Ｒを指令値と
し、フィードバック制御により、油圧ショベル操作中、
自動的にバケット刃先17n が常に設定された画面位置に
表示されるように、バケット刃先17n の上下方向角度
θ、左右方向角度ηおよび距離Ｒをフィードバックセン
サ28，34，40で監視しながら、雲台12の回動用電動モー
タ27，33およびカメラのズーム用電動モータ39を制御す
る。

【００４７】なお、本発明は、油圧ショベルのみに用途
限定されるものではなく、例えば油圧ショベルのバケッ
ト17に代えて他のアタッチメントを取付けた作業機にも
適用できるし、さらにローダなどの別の建設機械にも適
用できる。要するに、本発明は比較的広範囲に移動しう
る作業機先端を持つ建設機械の全般にわたって適用可能
である。

【００４８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、建設機械
を遠隔操縦する際、建設機械に搭載されたカメラの画像
をディスプレイで確認しながら行なうとき、カメラが作
業機先端を自動追尾して、常にその作業機先端を基準と
する画面状態で作業を監視できるため、ディスプレイを
見やすく、かつ作業の効率化を図れる。

【００４９】請求項２記載の発明によれば、モード切換
用のスイッチにより自動追尾制御だけでなく、必要に応
じて操作器によりカメラを手動操作することもできる。

【００５０】請求項３記載の発明によれば、作業によっ
ては、操作部の設定器によりディスプレイ上の作業機先
端位置を画面中心からずらして設定することにより、作
業に応じて作業性の向上を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る油圧ショベルの制御系を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明に係るカメラ自動追尾制御装置を示すブ
ロック図である。

【図３】本発明に係るバケット刃先位置を計算する際の
座標系を示す説明図である。

【図４】従来の油圧ショベルの無線制御装置を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

101 建設機械としての油圧ショベル 102 操作部 １ ディスプレイ ３ 操作器 ４ 設定器 ５ スイッチ 11 カメラ 13 制御装置 17n 作業機先端としてのバケット刃先 18，19，20 角度検出器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自装カメラで撮った作業機像を無線によ
   り別置の操作部に伝送し、この操作部にてディスプレイ
   で作業機像を監視しながら操作を行うオペレータにより
   無線で遠隔操作される建設機械において、 作業機における各々の関節部に取付けられ各関節部の角
   度を検出する角度検出器と、 この各角度検出器で検出された情報より得られた作業機
   先端の位置を目標値としてカメラの上下方向角度、左右
   方向角度および焦点位置をフィードバック制御する制御
   装置とを具備したことを特徴とする建設機械におけるカ
   メラ自動追尾制御装置。
2. 【請求項２】 操作部に、カメラを手動操作する手動操
   作モードと自動追尾制御する自動制御モードとを切換え
   選択するスイッチと、手動操作モードにてカメラを手動
   操作する操作器とが設けられたことを特徴とする請求項
   １記載の建設機械におけるカメラ自動追尾制御装置。
3. 【請求項３】 操作部に、ディスプレイにおける作業機
   先端の画面位置を設定する設定器が設けられたことを特
   徴とする請求項１記載の建設機械におけるカメラ自動追
   尾制御装置。