WO2016013490A1

WO2016013490A1 - 旋回式作業機の周囲表示装置

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Publication number: WO2016013490A1
Application number: PCT/JP2015/070458
Authority: WO
Inventors: 古渡　陽一; 藤田　浩二; 慶仁稲野辺; 裕宣田中; 隆史草間; 守飛太田; 石本　英史
Original assignee: 日立建機株式会社
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2016-01-28
Also published as: US10145087B2; US20170016210A1; CN106031167A; AU2015293229B2; EP3174291A4; JP2016030891A; CN106031167B; AU2015293229A1; EP3174291A1; JP6204884B2

Abstract

　旋回操作時に上部旋回体が接触するおそれのある切羽等の障害物を、その高さ位置を含めて認識できるようにする。　上部旋回体３にそれぞれ異なる方向の斜め下方を撮影する複数の俯瞰画像形成用の第１カメラ１３を設置して合成俯瞰画像２０をディスプレイ１５に表示するようになし、また上部旋回体３の旋回フレーム３ａの下部位置であって、この上部旋回体３の旋回に追従して回動するように、上部旋回体３の後端から側部へのコーナ部を視野範囲内に含むスルー画像撮影用の第２カメラ１６Ｒ，１６Ｌを設けて、コーナ部スルー画像３０Ｒ，３０Ｌをディスプレイ１５に、合成俯瞰画像２０に重畳させて表示できる構成とする。

Description

旋回式作業機の周囲表示装置

　本発明は、油圧ショベル等からなる旋回式作業機の周囲状況を画像表示する旋回式作業機の周囲表示装置に関するものである。

　旋回式作業機の一例として油圧ショベルがある。一般に、油圧ショベルは、走行手段を有する下部走行体と、この下部走行体上に設置した上部旋回体とから構成され、下部走行体と上部旋回体との間は旋回装置により連結されており、上部旋回体はこの旋回装置により下部走行体に対して旋回する構成となっている。上部旋回体にはフロント作業手段が設けられる。フロント作業手段はブーム，アーム及びフロントアタッチメントとから構成される。

　作業機として、例えば土砂の掘削作業を行う油圧ショベルがある。油圧ショベルではフロントアタッチメントとしてバケットが装着され、バケットにより土砂等の掘削が実行される。この油圧ショベルの稼働中において、その周囲を監視するための周囲監視装置を備えたものは従来から広く知られている。周囲監視装置の具体的な構成としては、車体にカメラを装着し、また運転室にオペレータが着座する運転席の前方位置にディスプレイを設置する構成とするのが一般的である。カメラにより撮像した画像は動画状態の映像にしてディスプレイ画面に表示される。

　作業機の周囲における広い範囲の視野を得るために、車体に複数のカメラを装着する構成とし、ディスプレイ上には作業機のほぼ全周にわたって監視視野の死角をなくために、各カメラで撮像した周囲の監視画像を信号処理により視点変換し、ディスプレイ画面には平面的に投影した平面視画像である俯瞰画像として表示する構成としたものが特許文献１に開示されている。この特許文献１では、油圧ショベルの上部旋回体において、後部位置と左右の両側部位置との３箇所にカメラが設置されている。なお、油圧ショベルの前方はオペレータが直接視認できることから、特許文献１では前方を画像化していないが、この前部位置にもカメラを設置したものも知られている。

　前述した各カメラの撮像用レンズの光軸は斜め下方に向けられる。これら各カメラにより撮像された画像はスルー画像であり、これらのスルー画像から上方視点となるように視点変換処理されて、車両の上方から見下ろした画像が俯瞰画像である。

　俯瞰画像はディスプレイ画面に表示されるが、このときにディスプレイ画面には作業機をシンボル化したイラストレーション（油圧ショベルを示す平面画像）を車両アイコンとして表示し、各々のカメラで取得した俯瞰画像はこの車両アイコンの周囲に配置する構成としている。特許文献１では、車両アイコンをディスプレイ画面の中央位置に表示して、この車両アイコンの後方領域及び左右の側方領域に各上方視点画像を並べて、周囲監視用としての合成俯瞰画像が表示される。

特開２０１０－２０４８２１号公報

　前述したように、油圧ショベルは土砂等の掘削作業を行うものであるが、掘削物は例えばダンプトラックのベッセルに投入されることになる。このために、上部旋回体に設けたフロント作業手段は方向を変える必要があり、上部旋回体を旋回させることになる。つまり、掘削作業の実行時には、掘削位置でのフロント作業手段による掘削動作と、上部旋回体の旋回動作と、ダンプトラックへの掘削物の投入動作と、上部旋回体の旋回動作とが繰り返し行われることになる。

　ところで、フロント作業手段による掘削作業により地面には傾斜面乃至垂直面といった切羽が形成される。上部旋回体を旋回させたときに、この上部旋回体の後端部が切羽における切羽面に衝突すると、その衝撃により上部旋回体の安定性が失われることになり、また上部旋回体の構成各部や旋回装置にダメージが発生することになる。さらに、バケットに掘削物が収容されている場合には、衝撃により掘削物がバケットから外部に放出されてしまうこともある。従って、上部旋回体を旋回させる際には、この上部旋回体の後端部やその他の部位が切羽面等の障害物と干渉しないようにする必要がある。

　油圧ショベルを操作するオペレータは上部旋回体の後方における視野が十分に得られないことから、周囲監視装置が設けられており、オペレータはこの周囲監視装置を構成するディスプレイを視認することによって、後方確認を行うことができる。ただし、ディスプレイに表示されているのは俯瞰画像である。俯瞰画像は油圧ショベルの周囲に障害物等が存在するか否かの確認を行うのに都合が良い。ただし、俯瞰画像は平面画像であることから、切羽は存在していることの確認は可能であるが、切羽面の傾斜角を認識するのは困難である。上部旋回体は地面から離間した高さ位置にあることから、切羽面の傾斜角度によっては、この切羽面と干渉することなく旋回できることもあり、旋回すると切羽面に衝突することもある。このため、ディスプレイを見ただけでは、旋回時に上部旋回体が切羽面に衝突するか否かを正確に確認することができないといった問題点がある。また、油圧ショベルの後進時にも同様の問題点がある。

　本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、旋回式作業機における周囲監視装置を構成するディスプレイに、旋回操作時に上部旋回体が接触するおそれのある切羽等の障害物を、その高さ位置を含めて認識できるようにすることにある。

　以上の課題を解決するため、本発明は、下部走行体に旋回装置を介して連結した上部旋回体からなる旋回式作業機に設けられ、この上部旋回体にそれぞれ異なる方向の斜め下方を撮影する複数の俯瞰画像形成用の第１カメラを設置し、これら第１カメラが撮影した画像データを、それぞれ上方から見下ろした俯瞰画像となるように視点変換して俯瞰画像となし、これら各俯瞰画像を合成した合成俯瞰画像としてディスプレイに表示する構成とした旋回式作業機の周囲監視装置であって、前記上部旋回体の下部位置であって、この旋回体の旋回に追従して回動するように、１または複数のスルー画像撮影用の第２のカメラを設置し、前記第２カメラは前記上部旋回体の後端から側部へのコーナ部を視野範囲内に含むものであり、前記ディスプレイには前記第２カメラで撮影した画像をスルー画像として表示可能な構成としたことをその特徴とするものである。

　作業機の周囲を監視するために、この作業機の全周または周囲の一部についての俯瞰画像となる画像データを取得して、俯瞰画像をディスプレイに表示する。このために設けられるのが第１カメラである。第１カメラは複数設けられるものであり、全体として第１カメラ群として構成される。第１カメラ群を構成するカメラは少なくとも上部旋回体の後方を視野とするカメラを備えており、この後方カメラに加えて、左右いずれか一方または左右の両側方向を視野とするカメラも設けられる。さらに、上部旋回体の左右及び前後を視野とする４台乃至それ以上のカメラを設けることもできる。

　これら複数からなる第１カメラ群を構成するカメラのレンズ光軸は斜め下方向に向けるように設定される。これら第１カメラ群の各カメラにより撮影した画像データは画像処理により上方視点となるように視点変換して、俯瞰画像とする。各俯瞰画像はディスプレイの所定の領域に表示される。好ましくは、作業機の平面像若しくはそのイラストレーションからなる作業機アイコンをディスプレイの中央に配置し、この作業機アイコンの周囲に各々の位置に配置した第１カメラ群の各カメラで取得した俯瞰画像を並べて表示する。これを合成俯瞰画像という。

　合成俯瞰画像に基づいて、作業機の周囲に障害物等が存在しているか否か監視することができる。ここで、各俯瞰画像は上方から見下ろした画像であるために、障害物の有無と位置とを確認できるが、障害物の高さ寸法を正確には認識することはできない。

　そこで、俯瞰画像撮影用カメラに加えて、対象像の高さの認識性に優れたスルー画像撮影のための第２カメラを設ける。第２カメラにおけるカメラのレンズの光軸は概略水平方向に向けられており、カメラで撮影した画像は視点変換処理を行うことなく、そのままディスプレイに表示するものである。第２カメラは１または複数のカメラから構成され、複数のカメラから構成する場合には、第２カメラ群を構成する。

　第１カメラは上部旋回体の上部位置に設けられるが、第２カメラは上部旋回体の下部側の位置、具体的には上部旋回体の旋回フレームより下側の位置に配置される。例えば、旋回フレームの下面に装着するか、旋回装置を構成する旋回ドラムに取り付けられる。つまり、上部旋回体の旋回時には、第２カメラはこの上部旋回体に追従して回動するものである。ここで、第２カメラの配設位置は上部旋回体において、できるだけ奥まった位置に配置することによって、小石等の飛散物が衝突しないようになり、カメラの損傷のおそれがなくなり、その保護が図られる。

　第２カメラの視野は、上部旋回体の後端部から側部へ移行するコーナ部分を含むものとする。しかも、上部旋回体の下面、つまり旋回フレームが視野の一部となるように設定される。しかも、第２カメラのレンズ光軸はほぼ水平方向に向けられる。上部旋回体の後端側のコーナ部が左右両側に存在する。１台のカメラで左右の両コーナ部を視野に入れることもできるが、このためには広角レンズを用いる必要がある。従って、望ましくは、第２カメラは２台設けて、それぞれ各コーナ部に向くようにそれぞれ配置する。これにより、視野範囲の狭いレンズを用いることができ、歪みの少ない良質な画像を取得することができる。

　第２カメラは、作業機が旋回する際に、その上部旋回体、特に上部旋回体の後端コーナ部が切羽等における土壁面や突起部等、さらに車両や人を含む障害物と衝突する可能性があるか否かをオペレータに認識させるためのものである。従って、少なくとも旋回時にはこの第２カメラの画像が表示される。合成俯瞰画像が表示されているディスプレイとは異なるディスプレイに表示することも可能であるが、合成俯瞰画像が表示されているディスプレイに合成俯瞰画像の一部に重畳するように表示するのがオペレータによる視認性等の観点で望ましい。

　第２カメラの画像は上部旋回体の下部位置から、そのコーナ部の延長線方向に視野を向けたスルー画像である。スルー画像はカメラのレンズ光軸が概略水平方向に向いた画像であり、その視野範囲内の画像を視点変換することなくそのまま表示するものである。この画像には上部旋回体の後端側のコーナ部、つまりカウンタウエイトが部分的に含まれる。従って、第２カメラはコーナ部スルー画像の画像データを作成するものである。

　ディスプレイにおいては、コーナ部スルー画像は合成俯瞰画像における後方の俯瞰画像が表示されている部位に、この俯瞰画像に重畳するようにして表示することができる。ただし、画像表示領域はこれに限定されるものではなく、例えば前方の俯瞰画像が表示される領域等に表示しても良い。

　ここで、ディスプレイに表示されるコーナ部スルー画像は、上部旋回体を旋回させる際に、その進行方向における前方であり、しかも画像の一部にカウンタエイトの下面が含まれていることから、旋回方向の前方に障害物が位置していると、この障害物がカウンタウエイトと干渉する可能性がある高さであるか否かを認識できるようになる。従って、コーナ部スルー画像を表示する必要があるのは、上部旋回体を旋回させる際であり、旋回操作はオペレータが操作レバー等からなる旋回操作手段を用いて行うものであるから、操作レバーの操作に連動させて、ディスプレイの表示の切り替えを行う構成とすることができる。また、スイッチ操作によっても画像の切り換えを行うようにしても良い。

　本発明は、旋回式作業機の周囲の状況を俯瞰画像としてディスプレイに表示したものであって、旋回時に上部旋回体の後端部が障害物に衝突若しくは接触する可能性の有無を正確に確認できる。

油圧ショベルの一例を示す側面図である。第１カメラ群を構成する各カメラの上部旋回体への取付部を示す図である。油圧ショベルの周囲表示装置の構成を示すブロック図である。第１カメラ群が撮影した画像に基づいてディスプレイに表示される合成俯瞰画像を示す説明図である。第２カメラの取り付け位置を示す油圧ショベルの後部側を示す図である。油圧ショベルが稼動する現場であって、切羽が存在している状態を示す説明図である。第１カメラ群による合成俯瞰画像と、この合成俯瞰画像に重畳表示されるコーナ部スルー画像とを表示したディスプレイを示す説明図である。ディスプレイの表示態様の切り替え手順を示すフローチャート図である。第２カメラの図５とは異なる取付構造を示す図である。図９とはさらに異なる第２カメラの取付構造を示す図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。以下においては、旋回式作業機として油圧ショベルを例示して説明するが、旋回式作業機は油圧ショベルには限定されない。例えば、クレーン等の作業機も旋回式作業機である。要は、旋回を行って所定の作業を行う機械であれば、任意の機械を旋回式作業機として適用することができる。

　図１は、旋回式作業機としての油圧ショベル１を示している。油圧ショベル１は、下部走行体２と上部旋回体３と旋回装置４とを備えている。下部走行体２は油圧ショベル１の走行手段であり、ここではクローラ式の下部走行体２を例示している。下部走行体２と上部旋回体３とは旋回装置４により連結されており、旋回装置４が旋回することにより、上部旋回体３は下部走行体２に対して旋回することになる。これにより、油圧ショベル１は旋回式作業機を構成している。

　上部旋回体３は、旋回フレーム３ａ上に運転室５，フロント作業手段６及び建屋７等が装着されており、また後端部にはカウンタウエイト８が設けられている。運転室５には油圧ショベル１を操作する各種の操作手段が設けられており、オペレータは運転室５に搭乗して油圧ショベル１の操作を行う。旋回装置４を操作する操作レバーからなる操作手段が運転室５に設けられている。また、建屋７はエンジン等の機械を収容するものであり、運転室５の後方位置に配置されており、カウンタウエイト８はさらに建屋７の後方に設けられており、従ってカウンタウエイト８は上部旋回体３の後端部を構成している。

　フロント作業手段６は、上部旋回体３の前部に運転室５とほぼ並ぶようにして設けられており、ブーム１０とアーム１１とバケット１２とを備えている。ブーム１０は基端部が上部旋回体３を構成する旋回フレーム３ａに連結ピンにより軸支されて俯抑動作可能となっている。ブーム１０の先端にはアーム１１が上下方向に回動可能に連結されており、アーム１１の先端にはバケット１２が上下方向に回動可能に連結されている。ブーム１０の俯抑動作はブームシリンダ１０ａを駆動することにより行われる。アーム１１はアームシリンダ１１ａにより、バケット１２はバケットシリンダ１２ａにより駆動される。バケット１２は交換可能なフロントアタッチメントであり、基本的には土砂を掘削するためのものである。

　油圧ショベル１の上部旋回体３には、図２に示したように、それぞれ異なる方向を撮影する複数のカメラ１３が設置されている。ここでは、油圧ショベル１の後方を撮影する後方カメラ１３Ｂ、左方を撮影する左方カメラ１３Ｌ、右方を撮影する右方カメラ１３Ｒ、前方を撮影する前方カメラ１３Ｆが設置されている。これら各カメラ１３は上部旋回体３の上方位置に設けられており、それらのレンズの光軸は地面に対して斜め下方を向けている。

　後方カメラ１３Ｂは、例えばカウンタウエイト８の上部に設けられており、左方カメラ１３Ｌは運転室５の上部に設けられ、右方カメラ１３Ｒ及び左方カメラ１３Ｌはそれぞれ上部旋回体３の側部に向けて張り出すように配設されている、さらに、前方カメラ１３Ｆは運転室５の上部に設けられている。ただし、各カメラ１３の設置位置はこれらに限定されるものではなく、上部旋回体３の構成に応じて任意の位置に配設することができる。ここで、各カメラ１３のレンズ光軸は斜め下方に向けられており、その視野範囲の両側部が他のカメラ１３の視野範囲とオーバーラップするように視野角や配設位置等が調整されている。例えば、後方カメラ１３Ｂの視野範囲と左方カメラ１３Ｌの視野範囲とは相互に部分的にオーバーラップしており、後方カメラ１３Ｂの視野範囲と右方カメラ１３Ｒの視野範囲とも部分的にオーバーラップしている。これにより、各カメラ１３の視野範囲の間に死角を生じないようになる。

　運転室５には、図３に示したように、画像処理装置１４及びこの画像処理装置１４で信号処理が行われた画像を表示するディスプレイ１５が設けられている、ここで、ディスプレイ１５は油圧ショベル１の周囲を監視するための監視画像を表示するために設けられるものである。監視画像は、油圧ショベル１を操作するオペレータがこの油圧ショベル１の稼動時に周囲に障害物等が存在するか否かの確認を行うためのものである。

　ディスプレイ１５の画面には、図４に示したように、概略中央位置に作業機アイコン２０Ｓが表示され、その周囲に後方俯瞰画像２０Ｂ，左右の側部俯瞰画像２０Ｌ，２０Ｒ及び前方俯瞰画像２０Ｆからなる監視画像が表示される。ここで、作業機アイコン２０Ｓは油圧ショベル１の平面画像またはそのイラストレーションからなるものであり、また各俯瞰画像２０Ｂ，２０Ｌ，２０Ｒ，２０Ｆは各カメラ１３Ｂ，１３Ｌ，１３Ｒ及び１３Ｆで撮影した油圧ショベル１の周囲の画像である。ここで、各カメラ１３Ｂ，１３Ｌ，１３Ｒ，１３Ｆの画像はいずれも平面画像であって、これによりディスプレイ１５には油圧ショベル１とその周囲を俯瞰する合成俯瞰画像２０が表示されることになる。ここで、合成俯瞰画像２０は、上方視点から見た油圧ショベル１の周囲状況を平面視した、所謂バードアイビュー画像であり、この合成俯瞰画像を表示することによって、油圧ショベル１の周囲に、この油圧ショベル１の作動に対する障害となる障害物が存在するか否かを確認することができる。従って、カメラ１３Ｂ，１３Ｌ，１３Ｒ，１３Ｆは俯瞰画像を作成するための第１カメラ群を構成する。なお、図中において、上部旋回体３は走行手段である下部走行体２に対して旋回可能となっているので、旋回位置によっては、走行方向と上部旋回体３の運転室５の前方とが一致しない場合があるので、作業機アイコン２０Ｓには走行方向を指示する方向指示マークＤＬが表示される。

　図３に示した画像処理装置１４の構成について説明する。図中において、２１は俯瞰画像化処理部であり、この俯瞰画像化処理部２１では、カメラ１３Ｂ，１３Ｌ，１３Ｒ，１３Ｆで撮影したそれぞれの画像の視点が上方視点となるように視点変換が行われる。ここで、各カメラ１３Ｂ，１３Ｌ，１３Ｒ，１３Ｆで取得した画像は、それぞれ光軸方向の視野を有するスルー画像であり、これらのスルー画像は個別的に視点変換される。そして、俯瞰画像化処理部２１での信号処理により各々個別俯瞰画像２０Ｂ，２０Ｌ，２０Ｒ，２０Ｆが形成される。なお、俯瞰画像化処理部２１の具体的構成は従来から周知であるので、その詳細な説明は省略する。

　俯瞰画像化処理部２１から出力される個別俯瞰画像２０Ｂ，２０Ｌ，２０Ｒ，２０Ｆに関するデータは画像切り出し部２２に入力されて、この画像切り出し部２２によりそれぞれ図４に示したディスプレイ１５の各領域に表示するようにトリミングされる。また、アイコン画像作成部２３には作業機アイコン２０Ｓのデータが保有されている。そして、画像合成部２４において、それぞれトリミングされた個別俯瞰画像２０Ｂ，２０Ｌ，２０Ｒ，２０Ｆと作業機アイコン２０Ｓとが合成されることになり、表示画像生成部２５を介してディスプレイ１５の画面に合成俯瞰画像２０が表示されることになる。ここで、ディスプレイ１５に表示される合成俯瞰画像は動画状態である。

　このように、ディスプレイ１５に作業機アイコン２０Ｓの周囲の状況を表示することによって、油圧ショベル１による掘削作業等の作業の実行中、この油圧ショベル１の動作にとって障害となる物や人等の障害物が存在するか否か、存在する場合に、この障害物と接触する可能性があるか否かをオペレータが容易に認識できる。従って、障害物と接触乃至衝突する可能性がある場合には、この障害を回避する措置を採ることができ、作業を円滑に行うことができるようになる。

　ところで、油圧ショベル１の掘削により生じている地面の傾斜、例えば切羽が生じていることがある。図６に例示しように、油圧ショベル１の後方位置に掘削により発生する切羽面ＷＦが存在していたとする。この切羽面ＷＦをオペレータが直接視認できない後方側の位置にあるときには、ディスプレイ１５により確認することになる。しかしながら、カメラ１３Ｂの視野角と切羽面ＷＦの角度との関係で、ディスプレイ１５に表示されている後方俯瞰画像２０Ｂとして切羽面ＷＦの傾斜している部位のみが表示されている場合に、その高さを認識することは困難である。つまり、俯瞰画像は平面視の画像であるから、格別形状が顕著に変化している部位が存在しない限り、高さについての情報は俯瞰画像からは殆ど得られない。

　図示した油圧ショベル１にあっては、上部旋回体３は下部走行体２の上に設けられており、その底面、つまり旋回フレーム３ａの下面は地面より高所に位置している。しかも、カウンタウエイト８の後端部は下部走行体２より後方に張り出している。従って、切羽面ＷＦの形状によっては、上部旋回体２を旋回させたときに、この上部旋回体３を構成するカウンタウエイト８の後端部が切羽面ＷＦと干渉するか否かの確認を行うことができない。つまり、後方の俯瞰画像２０Ｂの表示からは油圧ショベル１の後方の地面が立ち上がる方向に傾斜しているか否か、また傾斜面となっていても、上部旋回体３を旋回させたときに、地面と接触するか否かを認識することはできないか、または認識することは困難である。従って、上部旋回体３の旋回方向の前方側にカウンタウエイト８と干渉するような切羽面ＷＦが存在していると、上部旋回体３を旋回させたときには、カウンタウエイト８が切羽面ＷＦに衝突することになる。

　以上の点を考慮して、図５に示したように、旋回装置４に左右一対のカメラ１６Ｒ，１６Ｌからなる第２カメラ群が設けられている。これら第２カメラ群を構成するカメラ１６Ｒ，１６Ｌは旋回装置４を構成する旋回ドラムの外周面に固定的に設けられており、上部旋回体３の旋回時には、カメラ１６Ｒ，１６Ｌもこれに追従して回動することになる。

　カメラ１６Ｒの視野は右斜め後方に向けられており、上部旋回体３の下部であって、カウンタウエイト８の後端部から右側部に移行するコーナ部を中心として左右に所定角度分の視野を有するものである。そして、カウンタウエイト８の下面も視野範囲に入るように設定されている。また、カメラ１６Ｌは左斜め後方に視野を有するものであり、カメラ１６Ｒと同様、カウンタウエイト８の後端部から左側部に移行するコーナ部を中心としたカメラ１６Ｒと同様の視野角を有するものであって、カウンタウエイト８の下面も視野内のものとしている。従って、これらカメラ１６Ｒ，１６Ｌを構成するレンズ光軸は、ほぼ水平方向であって、図２に１６ＲＡ,１６ＬＡで示した方向に向けられている。

　ここで、第２カメラ群を構成するカメラ１６Ｒ，１６Ｌは、第１カメラ群を構成するカメラ１３Ｂ，１３Ｌ，１３Ｒ，１３Ｆとは異なる視野角を有するものであり、カメラ１６Ｒ，１６Ｌからの画像は画像処理装置１４に取り込まれるが、第１カメラ群とは異なり、視点変換をすることなく、スルー画像として表示されるものである。

　監視対象領域に障害物が存在する場合において、俯瞰画像からは油圧ショベル１からの距離を把握するのに有利であるが、障害物の大きさ、特に高さ寸法を認識する上ではスルー画像を表示する方が俯瞰画像より有利である。ここで、油圧ショベル１を旋回させる際においては、障害物が上部旋回体３の高さ位置より低いものであれば、この上部旋回体３を旋回させても、障害物と衝突することはない。特に問題となるのは、カウンタウエイト８の高さ位置より高い場合である。このために、油圧ショベル１の旋回時には、その旋回方向の前方側の部位に存在する障害物の高さを認識することが必要となる。特に、障害物の高さ位置は上部旋回体３の底面、つまり旋回フレーム３ａの下面との高さ位置関係を知ることは重要である。

　旋回装置４を構成する旋回ドラムの外側面には第２のカメラ群を構成するカメラ１６Ｒ，１６Ｌが装着されており、これらカメラ１６Ｒ，１４はカウンタウエイト８の後端側のコーナ部を視野に入れるようになっているので、旋回方向が左右いずれの方向であっても、その旋回方向の前方側の視野を取得することができる。ここで、油圧ショベル１の周囲の俯瞰画像は第１カメラ群を構成する各カメラ１３で取得されており、カメラ１６Ｒ，１６Ｌは、それらで取得した画像は視点変換することなく、スルー画像を表示するように設定されている、しかも、これらのカメラ１６Ｒ，１６Ｌの視野にはカウンタウエイト８の下面が含まれており、このために上部旋回体３の最後端部に位置するカウンタウエイト８の下面の高さ位置が認識できる画像となる。

　図７にカメラ１６Ｒ，１６Ｌの画像を表示したディスプレイ１５の一例を示す。同図にあるように、ディスプレイ１５には合成俯瞰画像が示されている。カメラ１６Ｒ，１６Ｌからのスルー画像は合成俯瞰画像において、後方の俯瞰画像２０Ｂが表示されている領域に重畳させて表示されるものである。図７においては、カメラ１６Ｒの右側のコーナ部スルー画像３０Ｒはディスプレイ１５の右下方の位置に表示され、またカメラ１６Ｌの左側のコーナ部スルー画像３０Ｌはディスプレイ１５の左下方の位置に表示されることになる。ここで、これらスルー画像３０Ｒ，３０Ｌはできるだけ大きく表示する方が望ましいものである。従って、これらは俯瞰画像２０Ｂの表示領域より多少広い範囲に表示するのが望ましい。

　ここで、右側及び左側のコーナ部スルー画像３０Ｒ，３０Ｌは概略水平方向の画像であり、その視野範囲にはカウンタウエイト８の左右の両コーナ部を含み、かつ旋回フレーム３ａの後端部を含むスルー画像である。従って、コーナ部スルー画像３０Ｒ，３０Ｌは旋回方向の前方側の状況を確認でき、しかも障害物や傾斜面が存在する場合に、それがカウンタウエイト８の下面より低いか、または高いかの判定を容易かつ正確に行うことができるようになる。このために、図３に示したように、表示画像生成部２５にはスルー画像合成部２６が接続されており、スルー画像合成部２６にはカメラ１６Ｒ，１６Ｌのコーナ部スルー画像３０Ｒ，３０Ｌが取り込まれるようになっている。

　以上によりディスプレイ１５には、４つの態様の表示が行われる。第１の表示態様としては、図４に示した合成俯瞰画像２０を表示する態様である。また、第２の表示態様としては、図７に示したように、後方俯瞰画像２０Ｂの表示領域に右側及び左側のコーナ部スルー画像３０Ｒ，３０Ｌを同時に表示する態様である。さらに、これら右側及び左側のコーナ部スルー画像３０Ｒ，３０Ｌのうちの一方を重畳表示する態様も可能である（第３，第４の表示態様）。

　油圧ショベル１が通常の作業を行う際には、この油圧ショベル１の周囲全体の状況を確認する必要があることから、ディスプレイ１５には図４の合成俯瞰画像２０が表示される。これによって、油圧ショベル１を操作するオペレータは、その周囲に障害物等が存在するか否かを確認することができ、操作を円滑に行うことができる。

　油圧ショベル１の上部旋回体３は地面から所定の高さ位置にあり、その間に人や物が介在している可能性がある。そこで、油圧ショベル１を後進させる際には、上部旋回体３の下部位置に何らかの障害物が位置している可能性がある。このために、ディスプレイ１５を後進させる際において、上部旋回体３の下部における後部側の状況を確認するためには、図７に示したように、スルー画像３０Ｒ，３０Ｌの双方を俯瞰画像に重畳するように表示することができる。

　さらに、上部旋回体３を左右いずれかの方向に旋回させる際には、旋回方向の前方側のスルー画像３０Ｒまたは３０Ｌを表示する。旋回方向の後方側となるスルー画像を表示しても良いが、オペレータによる視認性を良好に保ち、また混乱が生じないようにするために、旋回方向前方のみのスルー画像を合成俯瞰画像に重畳表示することが望ましい。

　この表示により上部旋回体３の旋回方向の前方に障害物が存在するか否かを確認でき、しかも障害物の高さ位置を認識できるようになるので、上部旋回体３の下部位置に障害物が存在していても、この障害物が上部旋回体３の旋回動作時に干渉する可能性があるか否かも確認することができる。

　前述したディスプレイ１５における表示画像はオペレータがスイッチ（図示せず）操作により選択することができる。前述した４態様の表示モードをオペレータによるスイッチ操作で行うこともできるが、モード設定手段を設けて、このモード設定手段により油圧ショベル１の操作状況に応じてディスプレイ１５の画面が自動的に切り替わるＴモードと、合成俯瞰画像２０が表示されるＴ－１モードとに切り替え可能となるように設定される。このモード設定手段はディスプレイ１５に設けるようにしても良く、またディスプレイ１５以外のコントローラ（図示せず）に設けることもできる。

　従って、図８に示したように、Ｔモードを選択したときには、旋回操作が行われたときには、旋回方向に応じてコーナ部スルー画像３０Ｒ，３０Ｌのいずれかが合成俯瞰画像２０の所定の位置に重畳表示される。即ち、旋回操作手段である操作レバーが右旋回操作されたときには、スルー画像３０Ｒが合成俯瞰画像２０に重畳表示され、左旋回操作が行われると、スルー画像３０Ｌが合成俯瞰画像２０に重畳表示される。一方、Ｔモードが選択されている状態で、旋回操作がなされていないときには、Ｔ＝０となり、両スルー画像３０Ｒ，３０Ｌが合成俯瞰画像２０に重畳表示されることになる。そして、Ｔ－１操作モードが選択されると、ディスプレイ１５には合成俯瞰画像２０のみが表示されることになる。ここで、旋回操作が停止したときに、コーナ部スルー画像３０Ｒまたは３０Ｌから他の画像に直ちに切り替わるのではなく、多少のタイムラグを持たせるのが望ましい。

　油圧ショベル１により掘削作業が行われる際には、上部旋回体３を掘削箇所に向けた状態で掘削を行い、バケット１２に掘削物を収容した後には上部旋回体３を旋回させて、ダンプトラック等に投入する操作が繰り返し行われることになる。この掘削動作時には、切羽が発生することになり、切羽は掘削作業の進行に応じて形状変化することから、上部旋回体３の旋回操作がなされる毎にコーナ部のスルー画像３０Ｒまたは３０Ｌをディスプレイ１５に表示する。その結果、作業中には常に上部旋回体３が切羽面ＷＦと干渉するか否かの確認を行うことができる。

　一方、Ｔモードが選択されている際において、旋回操作が行われていないときには、両コーナ部のスルー画像３０Ｒ，３０Ｌがディスプレイ１５に表示されることから、オペレータは上部旋回体３の下方位置の状況を認識することができる。そして、油圧ショベル１の後方位置を含めた全体の俯瞰画像が必要な場合には、Ｔ－１モードを選択すれば良い。

　なお、コーナ部のスルー画像を取得するために、２台のカメラ１６Ｒ，１６Ｌを設ける構成としているが、コーナ部スルー画像を取得するためには、必ずしも２台のカメラを設ける必要はなく、図９に示したように、旋回フレーム３ａの下面に１台のスルー画像用カメラ１６を設けるようにすることもできる。この場合には、スルー画像用カメラ１６の視野角はカウンタウエイト８の両コーナ部を含むものとする必要がある。また、このスルー画像用カメラ１６は上部旋回体３の下面に設けられることから、作業中に他の物体と衝突するおそれがある。そこで、図１０に示したように、旋回フレーム３ａに凹部３１を形成して、スルー画像用カメラ１６をこの凹部３１に収容させるようにすることもできる。

１　　油圧ショベル
２　　下部走行体
３　　上部旋回体
４　　旋回装置
５　　運転室
８　　カウンタウエイト
１３，１３Ｂ，１３Ｒ，１３Ｌ，１３Ｆ　　カメラ（第１カメラ群）
１４　　画像処理装置
１５　　ディスプレイ
１６，１６Ｒ，１６Ｌ　カメラ（第２カメラ群）
２０　　合成俯瞰画像
２０Ｂ，２０Ｒ，２０Ｌ，２０Ｆ　　俯瞰画像
２０Ｓ　　作業機アイコン
２１　　俯瞰画像化処理部
２２　　画像切り出し部
２３　　アイコン画像作成部
２４　　画像合成部
２５　　表示徐画像生成部
２６　　スルー画像合成部
３０Ｒ，３０Ｌ　　コーナ部スルー画像

Claims

　下部走行体（２）に旋回装置（４）を介して連結した上部旋回体（３）からなる旋回式作業機に設けられ、この上部旋回体（３）にそれぞれ異なる方向の斜め下方を撮影する複数の俯瞰画像形成用の第１カメラ（１３）を設置し、これら第１カメラ（１３）が撮影した画像データを、それぞれ上方から見下ろした俯瞰画像となるように視点変換して俯瞰画像（２０Ｂ，２０Ｒ，２０Ｌ，２０Ｆ）となし、これら各俯瞰画像（２０Ｂ，２０Ｒ，２０Ｌ，２０Ｆ）を合成した合成俯瞰画像（２０）としてディスプレイ（１５）に表示する構成とした旋回式作業機の周囲監視装置において、
　前記上部旋回体（３）の下部位置であって、この上部旋回体（３）の旋回に追従して回動するように、１または複数のスルー画像撮影用の第２のカメラ（１６，１６Ｒ，１６Ｌ）を設置し、
　前記第２カメラ（１６，１６Ｒ，１６Ｌ）は前記上部旋回体の後端から側部へのコーナ部を視野範囲内に含むものであり、
　前記ディスプレイ（１５）には前記第２カメラ（１６，１６Ｒ，１６Ｌ）で撮影した画像をスルー画像として表示可能な構成とした
ことを特徴とする旋回式作業機の周囲表示装置。
　前記第２カメラ（１６Ｒ，１６Ｌ）は、前記上部旋回体（３）の下部位置の左右の両コーナ部に向けて、水平方向のレンズ光軸を有する２台のカメラで構成したことを特徴とする請求項１記載の旋回式作業機の周囲表示装置。
　前記ディスプレイ（１５）には、前記合成俯瞰画像（２０）と、この合成俯瞰画像（２０）に重畳させて、前記両コーナ部に光軸を向けた右側及び左側の２つのコーナ部スルー画像（３０Ｒ，３０Ｌ）と、いずれか一方のコーナ部スルー画像（３０Ｒ，３０Ｌ）とを選択的に表示可能とする構成としたことを特徴とする請求項２記載の旋回式作業機の周囲表示装置。
　前記上部旋回体（３）の旋回操作時に、この旋回操作を行う左右いずれかの旋回操作手段が操作されたときに、旋回方向の前方側を視野とするコーナ部スルー画像（３０Ｒ，３０Ｌ）が表示されるように連動して切り替わる構成としたことを特徴とする請求項３記載の旋回式作業機の周囲表示装置。