CN105493503A - 产业机械的监视图像显示装置 - Google Patents

Abstract

在产业机械中减少监视器所显示的图像的死角而进一步提高作业安全性。为了取得监视用图像而将监视用摄像机(15F，15B，15L，15R)在作为产业机械的液压挖掘机(1)上设于上部回转体(3)的各处，将这些摄像机所取得的摄像机图像(21F，21B，21L，21R)与使液压挖掘机(1)插图图像化的标志图像(21C)一并显示于监视器(20)，摄像机(15F，15L，15R)设于支撑臂(40F，40L，40R)的前端，并设于从上部回转体(3)的回转体本体(3a)突出的位置，能够使在上部回转体(3)上设置的窄道(14)的下部的隐蔽部进入视野。

Description

产业机械的监视图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种产业机械的监视图像显示装置，其特别在包含矿山用的大型液压挖掘机、自卸车和道路施工机械等的产业机械工作时对其周围进行监视。

背景技术

产业机械例如液压挖掘机，其具有下部行驶体和在该下部行驶体上可回转地连结设置的上部回转体。在上部回转体上设置前作业机即作业单元。前作业机具有动臂及斗杆，动臂可俯仰动作地设于上部回转体，斗杆可在上下方向上转动地连结于动臂的前端。在斗杆的前端设置前附件。前附件在进行挖掘作业时可采用铲斗。

以往公知有在驱动作业单元即前作业机进行土砂挖掘等作业时，为了确保作业安全而设置对上部回转体的周围状况进行监视的周围监视装置的技术。该周围监视装置构成为，在上部回转体上装设摄像机，并且在驾驶室中供操作者就坐的驾驶席的前方位置上设置监视器。摄像机的摄影图像为动画状态的影像而在监视器画面上显示。为了在液压挖掘机行驶时或挖掘等作业时确保安全性等，上部回转体后方及左右两侧方的视野都是需要的。以往为了在作为产业机械的液压挖掘机的周围获得广范围的视野，采用在回转体上装设多个摄像机的结构。由此，能够在回转体的大致全周范围消除死角，确保作业安全并提高产业机械的操作性。

专利文献1公开了一种技术，其构成为对由多个摄像机取得的产业机械的周围图像以成为上方视点的方式进行视点变换，在监视器画面上显示为平面投影的俯视监视图像。在专利文献1中，为了取得周围监视图像，在液压挖掘机的上部回转体上设置多个摄像机，将来自该各摄像机的图像合成并在监视器画面上显示。

摄像机设置在液压挖掘机的后部位置和左右的两侧部位置的3个部位上，使该各摄像机的摄像透镜的光轴朝向斜下方。由各摄像机拍摄的图像是透明图像，而为了获得监视图像，可对该贯穿图像进行视点变换处理。进行该变换的视点是上方视点，由此可得从液压挖掘机上方投影的3枚上方视点图像。

上方视点图像显示在监视器画面上，但是此时构成为在监视器画面上显示将液压挖掘机象征化的插图图像(具体而言为液压挖掘机的平面插图图像)，由各摄像机取得的上方视点图像配置在该插图图像的周围。更具体而言，是在监视器画面的中心位置显示插图图像，在该插图图像的后方区域及左右的侧方区域排列各上方视点图像，显示周围监视用的俯瞰图像。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－204821号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另外，液压挖掘机也可用于矿山采矿。该矿山用的液压挖掘机为大型装备，下部行驶体是具有左右履带的履带式结构。在下部行驶体上经由回转装置装设的上部回转体距离地面为1.8m以上，在上部回转体上设置的摄像机在上部回转体的车体框架的下部位置存在较大的空间。在液压挖掘机周围进行作业的作业者，有时会进入到上部回转体的车体框架的下部位置，而无法在周围监视用的摄像机的视野中捕捉到。

为了使产业机械的周围监视更加有效，需要减少监视用摄像机的死角部位，希望理想地消除死角。当然，对产业机械的动作无影响的远离位置是当然的，而且作业者等不会进入的狭窄部位、或者构成下部行驶体的履带朝向地面的踏面不是监视对象，然而特别是在大型的产业机械中，需要尽量使上部回转体的框架以及从该框架突出的部位的下部区域尽量进入监视摄像机的视野。

本发明是针对以上需求提出的，其目的是扩展监视摄像机的视野范围而进一步提高周围监视的实效性。

用于解决课题的手段

为了解决以上课题，本发明是一种产业机械的监视图像显示装置，具备：设于在至少一部分上具有可动机构的产业机械，以该产业机械的周围为视野，至少一部分设于从外形区域突出的位置的1个或多个监视用摄像机；由上述监视用摄像机生成从上方向下看的俯视图像的图像生成单元；生成上述产业机械的平面即至少使轮郭线图形化了的标志图像的标志图像生成单元；以将由上述图像生成单元取得的图像显示在由上述标志图像生成单元生成的上述标志图像的周围的方式进行合成处理的图像合成单元；以及以由图像合成单元合成的上述俯视图像部分地包含隐蔽在上述标志图像的显示区域内侧的部位的方式进行显示的图像显示单元。

本发明的产业机械的监视图像显示装置是在产业机械中用于对其动作时的周围进行安全确认等的装置，产业机械至少在一部分上具有可动机构。具体的而言是作业单元或行驶单元等。为了使这样构成的可动机构安全地动作而利用图像进行监视。图像在图像显示单元即监视器上显示。显示样态是将该产业机械的平面像显示为标志图像。标志图像以轮郭线表示。

将标志图像与监视摄像机的图像一并显示。因此，监视摄像机的图像为俯视图像。因此，通过将监视摄像机配置于高处并使光轴朝向下方而能够获得俯视图像。监视摄像机在至少1处或多处设置，并优选为了对产业机械的周围整体地进行摄影而设置4处或更多的监视摄像机。多个监视摄像机以视野相互重叠的方式配置，在进行显示时剪切图像而在彼此邻接的图像间保持连续性。

产业机械就构造而言在其外形的下部位置生成空间。例如在产业机械为大型液压挖掘机时设置供操作者等通行的窄道，该窄道以从作为构造体的上部回转体的框架向外方突出的方式设置。为了能够监视到该窄道的下部区域，在标志图像内部显示隐蔽部位的图像。

相对于窄道等构成机械外形的部位将监视摄像机的位置设定在较高的位置。并且，相对于构造体的轮郭线将监视摄像机配置在向外侧突出的位置。由此，地表的图像能够显示到外形内侧的部位。为了将视野扩展到更内侧，摄像机的位置比规定外形的部位更高，并且使从外形部突出的长度更长。但是，如果使向上方及侧方突出的量增大，则相应地与其它物体发生碰撞的可能性会增加。因此对突出量有限制。

在如液压挖掘机那样将上部回转体在下部行驶体上可回转地设置时，上部回转体的回转半径成为摄像机的装设位置的突出长度的限界位置。为了安全地回转，需要避免在上部回转体的回转半径内与其它物体等发生碰撞，即避免其它物体等在工作时进入回转半径内。因此，能够将摄像机的装设位置的突出长度的限界位置设定在上部回转体的回转半径内。并且可构成为，在液压挖掘机的构成上部回转体的回转体本体的规定位置上装设支撑臂，在该支撑臂的前端装设摄像机。另外，为了能够对摄像机的装设位置进行调整，也可以构成为能够对支撑臂进行长度调节。但是，在如液压挖掘机那样可能发生较大振动时，需要避免摄像机的装设位置发生偏移，因此优选将支撑臂牢固地装设。

另外，在液压挖掘机中为了挖掘土砂而在上部回转体上设有前作业机即作业单元。前作业机构成为包括：在上部回转体的回转框架上可俯仰动作地设置的动臂、在该动臂的前端可向上下方向转动的斗杆、在斗杆的前端经由关节机构连结的铲斗。在挖掘时使铲斗咬入地面。因此，在挖掘动作时铲斗接地的部位是危险区域，需要防止其它车辆或作业者进入。

因此，当液压挖掘机位于规定位置时，即上部回转***于规定的角度位置时，将利用铲斗进行挖掘的区域显示于监视器对于作业安全性很重要。特别是在不搭乘操作者而通过遥控操作进行挖掘作业时，将要进行挖掘的位置显示于监视器对于作业安全性或效率都特别重要。

发明的效果

在液压挖掘机等产业机械中，减少监视器所显示的图像的死角而进一步提高作业安全性。

附图说明

图1是作为产业机械一例的液压挖掘机的主视图。

图2是图1的液压挖掘机的俯视图。

图3是图1的液压挖掘机的左侧视图。

图4是示意地表示图3位置上的摄像机视野范围的说明图。

图5是示意地表示图2位置上的摄像机视野范围的说明图。

图6是表示监视器的画面部上的各图像的显示区域的一例的图。

图7是表示在监视器上显示的标志图像的一例的俯视图。

图8是表示监视器的显示控制器的结构的框图。

图9是使窄道下部的隐蔽部进入摄影视野的原理说明图。

图10是表示包含铲斗可挖掘范围的监视器图像样态的另一例的说明图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。首先在图1至图3中示出作为产业机械一例的液压挖掘机1的结构。图1是液压挖掘机1的主视图、图2是俯视图、图3是左侧视图。这里，在图2及图3中省略后述的前作业机5进行表示。

液压挖掘机1具有：具有履带式行驶单元的下部行驶体2、在该下部行驶体2上可回转地设置的上部回转体3。在上部回转体3上设有驾驶室4，该驾驶室4用于搭乘操作者来操作机械，并且设有作业单元即前作业机5，该前作业机5进行土砂挖掘等作业。另外，前作业机5的具体结构是公知的，因此省略图示及详细说明。

因此，在作为产业机械的液压挖掘机1中，进行下部行驶体2的行驶、上部回转体3的回转以及由前作业机5执行的作业等动作。利用液压缸或液压马达进行上述各动作部的驱动，由可动部及其驱动部构成可动机构。并且，有时也采用电动马达等其它的执行器。

液压挖掘机1的可动机构由操作者进行操作，驾驶室4装设于上部回转体3的前方位置。在该驾驶室4的右手、大致并列的位置设有前作业机5。在上部回转体3的驾驶室4及前作业机5的后方位置设有构成机械室的机房6，由此构成回转体本体3a。另外，在最后端部设有对重7。

虽然图示省略，前作业机5构成为包括：在上部回转体3的回转体本体3a上可俯仰动作地设置的动臂、在该动臂的前端可向上下方向转动地连结的斗杆、在该斗杆的前端可转动地连结的进行土砂挖掘等作业的铲斗，这些动臂、斗杆及铲斗由液压缸驱动。另外，该前作业机5的具体结构是以往公知的结构。

在回转体本体3a上还设有梯子13以供操作者进入或离开驾驶室4，并且还具备构成通道的窄道14。窄道14在回转体本体3a的侧部、高度方向的中间位置向侧方突出地配置，该窄道14的下部位置为空间。另外，梯子13以与窄道14相连的方式配置。这里，回转体本体3a是框架构造，窄道14及梯子13为从回转体本体3a突出的部分。

液压挖掘机1具有上述可动机构，为了在该可动机构动作时确保周围的安全而设有周围监视装置。该周围监视装置设于上部回转体3，由可进行动画摄影的多个视频摄像机构成。即，在图4及图5中，15F是前方摄像机、15B是后方摄像机、15L，15R是左右的侧方摄像机。由这些摄像机15F，15B，15L，15R监视液压挖掘机1的周围。另外，在以下说明中总称摄像机监视用摄像机时使用符号15。

摄像机15F，15B，15L，15R设于上部回转体3的回转体本体3a并配置于高处，其光轴朝向下方或斜下方。即，如图4所示，由各摄像机15得到的图像是从上方向下看的俯视图像。各摄像机15的配设位置设定为能够监视液压挖掘机1的全周的位置关系。在图5中示出摄像机15F，15B，15L，15R的配置的一例。

如以上这样，由各摄像机15F，15B，15L，15R取得的图像，如图6所示，在作为图像显示单元的监视器20上显示。这里，监视器20在驾驶室4内配置在从操作者就坐进行液压挖掘机1的操作的驾驶席能够目视的位置。

在监视器20上显示的来自各摄像机15F，15B，15L，15R的图像是俯视图像，监视器20的画面分割为多个区域，对上述各俯视图像进行剪切而使其处于规定的范围，在监视器20上设定的各显示区域上显示摄像机图像21F，21B，21L，21R。另外，在画面中央设定有标志图像21C的显示区域，在该标志图像21C的显示区域上，如图7所示将液压挖掘机1的平面像进行象征化显示。这里，标志图像21C将作为监视对象的产业机械即液压挖掘机简化，在图中显示了液压挖掘机1的上部回转体3、前作业机5以及窄道14，这些结构的符号也在图9中标记。

在图8中示出对监视器20上的图像进行显示控制的显示控制器30的结构。显示控制器30具有图像校正部31，利用该图像校正部31基于摄像机光学系参数等对从各摄像机15F，15B，15L，15R输入的摄像机图像进行像差校正、对比度校正、色彩校正等通常的图像信号处理，从而提高各输入的图像的画质。

监视器20分配为摄像机图像21F，21B，21L，21R的显示区域进行显示，因此显示控制器30具备图像剪切处理部32，由各摄像机15F，15B，15L，15R取得的摄像机图像21F，21B，21L，21R分别剪切为能够在各显示区域上显示的尺寸及形状。

在监视器20上一并显示4处的摄像机图像21F，21B，21L，21R和标志图像21，而标志图像21C由标志图像生成部33生成。并且，由图像合成部33对各摄像机图像21F，21B，21L，21R和标志图像21C进行合成显示。标志图像21C在监视器20的中央位置显示，各摄像机图像21F，21B，21L，21R配置在该标志图像21C的周围。图像合成部34的输出数据向显示图像生成部35输入，按照来自该显示图像生成部34的输出将上述各图像向各位置分配进行显示。

摄像机15F，15B，15L，15R以使光轴朝向大概垂直方向的状态进行摄影，因此取得的摄像机图像均为俯视图像。并且，标志图像21C也是使液压挖掘机1平面化的图像。因此，在监视器20上以平面状态显示液压挖掘机1及其周围的状况，因此能够使操作者容易识别液压挖掘机1工作时的状况。

在上部回转体3上设置的摄像机15到地面的光路上有时会存在各种部件或机构等遮蔽物。因此，无法获得这些遮蔽物下方位置的图像。例如，在设有驾驶室4的上部回转体3左侧的部位，在驾驶室4的下部位置与构成下部行驶体2的接地面的履带2的地面之间存在有较大的空间。并且，在驾驶室4的后方侧设有窄道14及梯子13，其下部位置也存在有较大空间。这些空间在俯视上部回转体3时，存在被驾驶室4及窄道14或梯子13等遮蔽的较大的隐蔽部。并且，在这种隐蔽部空间内部不仅存在操作者或其它作业者等进入的可能性，而且有时会配置工具或其它设备，并且在大型液压挖掘机时还有车辆等进入的余地。因此，从液压挖掘机1的周边监视等观点来看，希望能够在监视摄像机的视野内捕捉到上述隐蔽部的空间。

因此，如图9所示，对该区域进行摄影的摄像机15L并非在回转体本体3a上安装，设有从回转体本体3a向侧方突出的支撑臂40L，摄像机15L被支撑在支撑臂40L的前端。因此，装设于该支撑臂40L的摄像机15L的光轴位于比窄道14的外端部靠外侧尺寸p的位置。并且，摄像机15L位于从地上起高度为h的位置，因此在地表面及其近旁的高度位置，能够实质地使到构成下部行驶体2的履带的位置进入视野。并且，摄像机15L配置在比装设有梯子13的窄道14的位置靠近前方的位置，因此该窄道14的下部位置也能够进入视野。

右侧方摄像机15R及前方摄像机15F也同样地装设于从回转体本体3a向规定的方向突出的支撑臂40R，40F，能够扩展这些部位的视野范围。并且，在监视器20上，相对于字符图像21C，扩展视野范围而形成透视状态进行显示。此时，在标志图像21C上显示的液压挖掘机1的象征图像，即使部分地成为透视状态，也能够显示其外形的轮郭。因此，在以下说明中总称支撑臂时使用符号40。

这样，通过将摄像机15装设于从回转体本体3a突出地设置的支撑臂40的前端，能够使上部回转体3的隐蔽部进入视野范围。这里，支撑臂40的装设位置及突出长度可以按照上部回转体3的结构适当地设定，而只要突出长度以图2所示回转半径R为基准位于该回转半径R内侧，则即使从回转体本体3a较大地突出也不会与其它物体发生碰撞等。并且，支撑臂40优选以刚体构成，将摄像机15牢固地固定而不会因振动等发生位置偏移。

这里，作为本发明的实施例，在左侧面上设置的摄像机15L的支撑臂40L延设于侧方，摄像机15F及摄像机15R的支撑臂40F，40R延设于前方，但是基于在监视器20上显示的隐蔽部的位置来设定延设方向。并且，摄像机15B如图所示，在对重7的上部位置没有特别设置支撑臂。但是，该摄像机15B也设置为被支撑臂支撑。

通过以上这样构成，不仅在液压挖掘机1周围的部位，而且在窄道14的下部位置等被上部回转体3所覆盖隐蔽的部位也能够显示于监视器20。并且，在装设有摄像机15的上部回转体3上，在从该视野隐蔽的部位，能够将作业者等可能进入的部位显示于监视器20，提高作为周围监视的实效性。

在构成上部回转体3的回转体本体3a的下部位置，将隐蔽部透视显示是在人等可能进入的部位，例如履带接地面等人等不会进入的部位则不必显示，因此装设摄像机15的支撑臂40的高度位置及突出长度，可以按照需要进行透视显示的隐蔽部的位置和宽度适当地进行设定。

另外，液压挖掘机1进行土砂挖掘等作业时则前作业机5动作。在利用该前作业机5进行土砂挖掘时，在其前端设置的铲斗从上方挖入土砂进行动作，因此当人或物***于铲斗的可动轨迹范围内时，则存在与其发生碰撞的可能性。在该作业中需要进行保护以避免前作业机5与人或物体等发生碰撞。当然，搭乘于驾驶室4的操作者能够识别前作业机的动作。因此，能够如图10所示在前作业机5的可及范围内，将存在该铲斗接地的可能性的范围作为可挖掘范围B显示于监视器20。

前作业机5设于上部回转体3，在该上部回转体3旋转动作时，前作业机5也同步回转。并且，监视用摄像机15F，15B，15L，15R也设于上部回转体3，因此在这些摄像机15F，15B，15L，15R的图像上与前作业机5的位置关系不会变化。因此，在监视器20上一并显示以标志图像21C为中心的摄像机图像21F，21B，21L，21R和存在前作业机5接地的可能性的可挖掘范围B，但是可挖掘范围B由铲斗的宽度尺寸及其最大可及长度来决定。铲斗具有宽度尺寸不同的多种，因此实际中优选根据在液压挖掘机12上装设的前作业机5的结构来改变可挖掘范围B。

这样，在监视器20上显示可挖掘范围B，从而在行驶及回转来选定挖掘部位时，能够以该可挖掘范围B为基准来驱动液压挖掘机1，容易进行挖掘部位的位置调整。因此，通过在监视器20上显示可挖掘范围B，不仅能够确保作业安全而且能够提高作业效率。

符号说明

1-液压挖掘机；2-下部行驶体；3-上部回转体；3a-回转体本体；4-驾驶室；5-前作业机；15，15F，15B，15L，15R-摄像机；20-监视器；21，21F，21B，21L，21R-摄像机图像；21C-标志图像。

Claims (3)

1.一种产业机械的监视图像显示装置，其特征在于，具备：

设于在至少一部分上具有可动机构的产业机械(1)，以该产业机械(1)的周围为视野，至少一部分设于从外形区域突出的位置的1个或多个监视用摄像机(15，15F，15B，15L，15R)；

由上述监视用摄像机(15，15F，15B，15L，15R)生成从上方向下看的俯视图像的图像生成单元(35)；

生成上述产业机械(1)的平面即至少使轮郭线图形化了的标志图像(21C)的标志图像生成单元(33)；

以将由上述图像生成单元(35)取得的图像显示在由上述标志图像生成单元(33)生成的上述标志图像(21C)的周围的方式进行合成处理的图像合成单元(34)；以及

以由图像合成单元合成的上述俯视图像部分地包含隐蔽在上述标志图像(21C)的显示区域内侧的部位的方式进行显示的图像显示单元(20)。

2.根据权利要求1所述的产业机械的监视图像显示装置，其特征在于，

上述产业机械(1)具有可回转的框架(3)，上述标志图像(21C)以轮郭线显示包含上述框架(3)及从该框架(3)向外方突出的突出部的区域，上述监视用摄像机(15)位于比构成上述轮郭线的部位靠上方的位置，且以比该轮郭线向外侧突出的方式设置。

3.根据权利要求1所述的产业机械的显示装置，其特征在于，

上述产业机械(1)具有从上述框架(3)突出的可动的作业机构(5)，上述标志图像(21C)具有显示上述作业机构(5)的移动轨迹的可动区域显示部(B)。