JPS62185932A - 掘削機械の作業状態監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パワーショベル等の掘削機械の作業状態を監
視する装置に関する。

〔従来の技術〕

ノ譬ワーショベル等の掘削機械を用いて法面や溝の掘削
を行なり場合、作業機の動作だけからでは適正な掘削作
業が行なわれているか否かを判断することが困難である
。

そこで第１１図に示す法面ｈｏ掘掘削においては、掘削
現場に基準線すを張って作業−〇の先端部がこの基準線
に沿うようにとの作業機を作動させる作業方法が従来か
ら実施されている。また電話線や水道管等が埋設されて
いる個所で溝を堀る場合には、第１２図に示す如く、補
助員が溝ｄ内に入ってオペレータに溝深さや作業機先端
の姿勢を指示する方法が採用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが第１１図に示した方法では、作業のサイクルタ
イムが長くなって作業効率が低下するという不都合を生
じ、また、第１２図に示した方法ではオペレータ以外の
人員を要することから、作業経費が嵩むという不都合を
生じる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、掘削機械の作業機の回動角を検出する回動角
検出手段と、上記回動角検出手段の出力および上記作業
機の長さに基づいて、この作業機の運動軌跡もしくは該
作業機の刃先の運動軌跡を求める演算手段と、目標掘削
ラインを設定するライン設定手段と、上記演算手段およ
びライン設定手段の出力に基づいて上記連通軌跡と上記
目標掘削ラインとを画像表示する画像表示手段とを備え
た構成をもつ。

〔作　業〕

本発明によれば、掘削目標ラインと掘削機械の作業機の
運動軌跡もしくは刃先の運動軌跡とが同機械の＋ヤピン
内に配置された画像表示手段に表示される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

掘削機械の１つであるノ臂ワーショベルハ、第１図に示
すように作業機としてブーム１、アーム２およびパケッ
ト３を備えている。

第２図は、上記各作業機を含み、シーム１０回動支点Ａ
を座標原点とするｘｔｙ平面を示す。同図において、ブ
ーム長、ブーム長およびパケット長をそれぞれｔｌ、ｔ
！および１３ｍブーム角、アーム角およびパケット角を
それぞれα、β、γとすると、アーム２の回動支点Ｂの
座標（’１Ｂ　ｒ　７Ｂ　）、パケット３の回動支点Ｃ
の座標（Ｘ（２ｍ’／ｃ）、およびパケット先端点りの
座標（ｘ、　ｅ　７ｏ　）は、それぞれ下式（１）　ｅ
　（２）および（３）で与えられる。

第３図は、上式（１）　、　（２）　オ！　ヒ（３）　
ｋ：　ｆｉづイテ上記ツーム１、アーム２およびパケッ
ト３の運動軌跡を求め、これを画像表示するようにした
本発明の実施例を示す。

同図に示すブーム回動角センサ５、アーム回動角センサ
６およびパケット回動角センサ７は、それぞれ第１図に
示す各回動支点Ａ　ｔ　ＢおよびＣに設けら、れておシ
、それらによりてプーム回動角α、アーム回動角βおよ
びパケット回動角ｒが各々検出される。傾斜角センサ６
は、第１図に示す車体４の前後方向傾斜角δを検出する
べく該車体４の適所に設けられてｂる。

演算用メモリ９には、前記ブーム長Ｌ’、アーｈ長ｔ、
ｐｔ、および第１図に示したブーム回動点Ａから履帯４
ａの接地面に到る距離Ｌ４等が格納され、一方画偉メモ
リ１０にはプーム１．アーム２、パケット３および車体
４と相似な形状の第４図に対するような形状ノ９ターフ
１００，２００゜３００および４００が格納されている
。

掘削深度設定器１１は、第１１ｇＫ示す履帯４＆の接地
面からの掘削深度ｔ５を設定するものであシ、後記する
目標掘削ラインを設定するために使用される。

ＣＰＵ　１２では、第５図に示す如く、まずセンサ５〜
８で検出される角度α、β、ｒおよびδが〜１変換器１
３〜１６を介して取）込まれ、ｔたメモリ９に格納され
ている各長さＡｘ−４４と設定器工１で設定された掘削
深度ｔ１とが取シ込まれる。そして、前記（１）　？　
（２）および（３）に示した演算、つまシ現時点での前
記Ｂ、ＣおよびＤ点の座標（ＸＢ　ｅ　Ｆｌ　）　ｚ　
（ＩＣｓ　ｙＣ）および（ｘＤｅ　ｙ、　）を求める演
算が実行される（ステップ５０２）。

ついでＣＰＵ　１２では、メモリ１０に格納されている
第４図に示した形状／ｆターフ１００，２００゜３００
および４００と、上記各被標（”ｍ　ｓ　Ｖ’Ｂ　）　
ｓ（Ｘｇ　＊　７（２）　ｚ　（）ＣＤ　ｅ　７Ｄ）を
に倍した座標（”ｌ　＃　）’ｊ）　。

（”ａ　、Ｆｃ　）　＊　（ＸＤ　＊　ＦＤ　）および
Ａ点の座標（ｏ、ｏ）と、角度α、βおよびｒと、距離
Ｌ４ｐＬｍをに倍した値ｔ４’　、　ｔ；とに基づいて
画像合成処理が行なわれる（ステップ５０３）。

すなわち、第６図に示すようにｘ、ｙ座標上で形状パタ
ーン１００，２００，３００および４００を配列させ、
かつ座標原点Ａ′より（４＋４）だけ下方の位置に掘削
目標ラインＬを形成する画像合酸処理が実行される。そ
して、合成された画像についてのデータが画像メモリ１
７に格納され（ステップ５０４）、こ゛つデータはＤ／
Ａ変換器１８を介して画像表示手段たるモニタテレビ１
９に加工られる（ステップ５０５）。この結果、モニタ
テレビ１９の画面には、上記合成された画像が第３図に
例示する態様で表示される。

第５図に示したＣＰｔ１１２の手順は時間を毎に繰シ返
えされ、これによって上記モニタテレビ１９には、・母
ワーク賃ベルの作業機の動作の態様（運動軌跡）とパケ
ット刃先の目標掘削２インＬに対する位置が画像表示さ
れる。

上記モニタテレビ１９は、パワーシＨベルのキャビン内
に配置されているので、オペレータはモニタテレビ１９
に表示された画像から掘削作業の状態および掘削深度を
的確に知ることができる。

なお、上記掛数Ｋには実際の一母ワーシ嘗ベルの各要素
の形状に対する第４図に示した各形状パターンの縮少倍
率を示している。

また、上記傾斜センサ８では検出される傾斜角δは、車
体４が傾斜した場合における角度α、βおよびγの補正
に用いられ、この補正を行なうことによって絶対水平を
基準したブーム角、アーム角およびパケット角を得るこ
とができる。

上記実施例では第４図に示した形状パターン１００〜４
００を用いてノＪ？ワーシ目ベル全体の画像を形成して
いるが、作業機のみについての画像を形成してこれをモ
ニタテレビに表示してもよく、また、上記形状１４ター
ンを用いないで、作業機の動作を第７図に示すような線
状の画像を用いて表示することも可能である。

また、パケット先端点りの位置変化、つｉシ同先端点り
の軌跡を前記式（３）に基づいて求め、これを第８図に
示すよ５に掘削目標ラインと共にモニタテレビ１７の画
面に表示させることもできる。

そしてこの軌跡を第３図に示すモニタ画面上の画像と合
成することも可能である。

上記軌跡の表示において、第８図に点線で示したように
たとえば５回の掘削についての軌跡をメモリＩＩＫ蓄積
してそれらの軌跡を同時に画面上に表示させることも可
能であシ、その場合、６本目の軌跡が表示される時点で
最先の軌跡についての画像データがクリアされるように
画像処理のン７トを作成しておけばよい。

さらに、上記モニタテレビ１９の画面上に探削深度を数
値表示させることも可能であシ、またパケット先端が掘
削深度をオーバーした場合にラング、ツブ−等の警報手
段を作動させることも可能である。

ところで、掘削作業には溝掘削作業の他にいわゆる法面
掘削作業がある。この実施例はこの法面掘削作業にも適
用で亀、その場合、まず法面にパケット３が当接する位
置ま゛で作業機が沖はされ、その位置におけるパケット
先端点りの座標（ｘｏ。

ｙＤ）が図示されていないスイッチの操作でメモリ９に
読込まれる。ついで法面角度設定器２０で設定された法
面角度θがＣＰＵ　１２に取込まれ、そして上記座標（
ＸＤ　ｚ　７Ｄ）を通シかつＸ軸に対し角度θをなす目
標掘削ラインがＣＰＵ　１２で作成される。

との目標掘削ラインはメモリ１１に格納され、とれによ
って第３図に示すモニタテレビ１９の画面上に２インＬ
／とじて表示される。

なお、同図に示す如く上記法面角度θと単体から法面に
到る距離とをモニタテレビの画面に表示させることも可
能である。

ところで、上記実施例では車体上に設定された座標系上
で作業機の位置を計測しているので車体の位置が変化し
た場合に、その変化分が作業機の位置計測値に加味され
ない。つまシ、たとえば溝の掘削時に車体４が上方また
は下方に１０ｍだけ位置変化した場合、モニタテレビ上
にはこの１０αの変化分が現われず、このため実際の掘
削深さとモニタテレビ１９の画面上での掘削深さとにズ
レを生じることになる。

これを改善するには、地上側に固定した座標系で作業機
の位置を計測すればよく、第９図はかかる考察に基づい
て構成された本発明の他の実施例を示してｂる。

同図に示すテレビカメラ２１は、第１０図に示すように
ノ４ワーショベルの側方に位置する地上に設置されてお
シ、このテレビカメラ２１によって車体４のキャビン側
方に付設されたマーク２２がとらえられる。

上記マーク２２は、車体４の色彩と識別しうる色彩をも
ち、第１図に示したブーム回動支点Ａに対応する位置に
設けられている。なお、マーク２２がカメラ２１で適正
とらえられているか否かはモニタテレビ２３で確認する
ことができる。

カメラ２１によりて撮像されたマーク２１の画像は送信
機２４およびアンテナ２５を介して無線で送信され、車
体４側に設けられたアンテナ２６を介して受信器２７に
よシ受信される。そして受信された画像はルΦ変換器２
８を介して前記ＣＰＵ１２に入力される。

ＣＰＵ　１２では、テレビ画面上における上記マークの
座標位置が求められ、この座標位置を基準とする画像合
成処理が第５図に示したステラｆ　５０３で実行される
。つまシ第６図におけるＡ′点の座標を上記マーク２２
の画像についての座標に置き換えた画像合成処理が実行
される。

この画像合成処理において、前記実施例では縮小倍率Ｋ
を用いているが、この実施例の場合にはこの縮小倍率を
カメラ２１の設置場所や同カメラのレンズの倍率等を考
慮して決定する必要がある〇そこでこの実施例では、た
とえばカメラ２１でマーク２２とともにブーム１をとら
え、このブーム１の実寸長（これは既知）とカメラでと
らえられたブームの長さとの比をＣＰＵ　１２に演算さ
せ、この比を縮小倍率に′として用いている。なお、テ
レビ画面上のブーム長は、たとえばモニタテレビ２５の
画面上でブーム画像の両端回動支点にカーソルを移動さ
せ、各々のカーソルの座標位置をＣＰＵ　１２に転送す
ることによシ演算することができる。

なおマーク２２と履帯４ａの接地面間の距離ｔ４は既知
であるから、テレビ画面における当該距離をカーソルで
指定することによシ縮小倍率Ｋを求めることも可能であ
る。

一方、この実施例では上記画像合成処理における掘削目
標ラインＬを次のように設定している。

すなわち掘削開始前において上記マーク２２の座標をメ
モリ９に取込み、このマークの座標と前記距離ｔ４ｍｔ
ｌ　と縮小倍率に′とを用いて画面上に表示するライン
Ｌを設定している。なお、このラインＬはテレビ画面上
の固定座標系に設定される・この実施例によれば、モニ
タテレビ１９の画面に設定された固定座標系上に上記マ
ーク２２の画像位置を座標原点とする座標系が乗ること
になるので、たとえば車体４が路面の凹凸等によシ上下
動してマーク２２の位置が変動すると、テレビ１９の画
面上における合成画像もこの変動分に対応した量だけ変
化する。このときモニタテレビ１９の画面上における掘
削目標ラインＬの位置は不変であるので、ラインＬの位
置に対するパケット刃先の位置が正確に表示されること
になる。

なお、上記実施例において上記カメラ２１の出力を有線
で掘削機械側に伝送することも当然可能である。

また、上記実施例ではマーク２２に特定色の色の色彩を
付して該マークをカメラ２１ａ認識させているが、マー
ク２２に特定の形状を持たせ、この形状から該マークを
認識させてもよい。さらにマーク２２を車体４の別の位
置に設けても本発明は実施可能であシ、また車体４の外
部における特定形状の機械要素をマークとして機能させ
ることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、掘削機械の作業機の運動軌跡または作
業機の刃先の運動軌跡と掘削目標ラインとを画像表示手
段に表示させているので、オペレータがこの表示手段の
画面を見ながら溝や法面の掘削作業を適正に行なうこと
ができる。

なお本発明は、／４ワーシ冒ペル以外の掘削機械にも適
用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は／４’ワーシ望ペルを側方からみた構成図、第
２図はブーム、アームおよびパケットの位置を二次元座
標上に示した図、第３図は本発明の一実施例を示したブ
ロック図、第４図はメモリに格納される形状ＡＩエタノ
ン示した図、第５図は第３図に示すＣＰＵの処理手順を
例示したフローチャート、第６図は合成画像の作成態様
を示した図、第７図および第８図はそれぞれモニタテレ
ビにおける画像の別の表示態様を例示した図、第９図は
本発明の他の実施例を示したブロック図、第１０図ハノ
クワーショベルに対するテレビカメラの設置態様を示し
た斜視図、第１．１図、第１２図はそれぞれ従来の掘削
作業の態様を示した概念図である。 ｌ・・・ブーム、２・・・アーム、３・・・パケット、
４・・・車体、４１Ｌ・・・履帯、５，６．７・・・回
動角センチ、８・・・傾斜角セ／す、９，１０，１１・
・・メモリ、１２・・・ＣＰＵ、１９．２３・・・モニ
タテレビ、１００゜２００．３００，４００・・・形状
ノぐターフ。 ２；図１ ソー：・４　因 第４図 第５図 ’３００ 第６図 第７図　　　　　　第８図 第９図 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 掘削機械の作業機の回動角を検出する回動角検出手段と
   、 上記回動角検出手段の出力および上記作業機の長さに基
   づいて、この作業機の運動軌跡もしくは該作業機の刃先
   の運動軌跡を求める演算手段と、目標掘削ラインを設定
   するライン設定手段と、上記演算手段およびライン設定
   手段の出力に基づいて上記運動軌跡と上記目標掘削ライ
   ンとを画像表示する画像表示手段とを備えてなる掘削機
   械の作業状態監視装置。