JP2001348914A

JP2001348914A - 重機の姿勢認識装置

Info

Publication number: JP2001348914A
Application number: JP2000169585A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Kimura; 裕喜木村
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、遠隔操縦，通常操縦いずれの場合も、
重機が安全な姿勢かどうかを把握するためには、熟練者
による監視や操縦が必要であり、熟練者であっても重機
が安全な姿勢かどうかの判断を誤る可能性があるし、ま
た、初心者による監視や操縦の場合、重機が安全な姿勢
かどうかを判断することは困難である。【解決手段】本発明による重機の姿勢認識装置は、重
機の水平状態に対する前後，左右の傾きを検出するセン
サ及び重機による作業状況を撮影する撮影手段を当該重
機に取付けるとともに、表示手段５に、上記センサから
の信号に基づく重機の姿勢情報表示画像３０，４０と上
記撮影手段からの撮影画像１５とを表示するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル，ブ
ルドーザ，ダンプトラック等の重機の姿勢を容易に把握
できるようにした重機の姿勢認識装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】危険地域で遠隔操縦される重機を使った
無人化施工において、その重機が安全な姿勢かどうかを
把握しながら遠隔操縦することは難しい。従来、例え
ば、油圧ショベルなどの重機に当該重機の前方を撮影す
るためのカメラを搭載し、このカメラで撮影した重機に
よる作業状況を遠隔操縦側に送信するようにし、この撮
影映像を見ながら遠隔操縦するようにしていた。しか
し、この場合、重機が傾くとカメラも傾くので、重機が
傾いていることを撮影映像から判断できなくなり、最悪
の場合、重機を転倒させてしまうおそれがある。そこ
で、重機から離れた外部にカメラを設置するようにし
て、この外部のカメラからの撮影映像を見ながら作業を
行なっている重機の姿勢を監視することで、重機が安全
な姿勢かどうかを判断するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遠隔操
縦において、重機の外部にカメラを設置してこの外部の
カメラからの撮影映像を見ながら重機が安全な姿勢かど
うかを判断する方法によれば、カメラのズームにも限界
があるので、重機の傾きを把握できる撮影映像を取得で
きる距離の所においてカメラを設置する必要があるとと
もに、カメラを水平に設置する必要があるので、設置場
所を平坦にしなければならないが、危険地域においてこ
のような場所を設けることが難しくなってきている。即
ち、重機との距離に制約が発生し、また、カメラの設定
も煩雑となる。しかも、外部のカメラからの映像を熟練
した監視者が目で見て経験により直感で判断するので、
重機が安全な姿勢かどうかの判断を誤る可能性もある
し、監視者が初心者の場合にあっては、外部のカメラか
らの映像に基づいて重機が安全な姿勢かどうかを判断す
ることは困難である。また、重機の運転席にオペレータ
が搭乗して行う通常操縦においても、熟練オペレータで
あれば無意識のうちに認識する重力の方向により、重機
の傾きを安全な範囲で調整することも可能であるが、判
断を誤る可能性もあるし、オペレータが初心者の場合に
あっては、重機が安全な姿勢かどうかを判断して重機の
傾きを安全な範囲で調整することは困難である。

【０００４】従って、従来は、遠隔操縦，通常操縦いず
れの場合も、重機が安全な姿勢かどうかを把握するため
には、熟練者による監視や操縦が必要であり、熟練者で
あっても重機が安全な姿勢かどうかの判断を誤る可能性
があるし、また、初心者による監視や操縦の場合には、
重機が安全な姿勢かどうかを判断することは困難である
という課題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明に係る重機の姿
勢認識装置は、重機の水平状態に対する前後，左右の傾
きを検出するセンサ及び重機による作業状況を撮影する
撮影手段を当該重機に取付けるとともに、上記重機を遠
隔操縦するための移動操作室内に設けた表示手段に、上
記センサからの信号に基づく重機の姿勢情報と上記撮影
手段からの撮影情報とを表示するようにしたものであ
る。また、上記姿勢情報と上記撮影情報とを、１つの表
示手段の画面に同時に表示するようにした。また、重機
の水平状態に対する前後，左右の傾きを検出するセンサ
を当該重機に取付けるとともに、上記重機の運転操作室
内に設けた表示手段に、上記センサからの信号に基づく
重機の姿勢情報を表示するようにした。また、上部旋回
体と下部走行体とに別れる重機において、上部旋回体と
下部走行体のそれぞれに上記センサを取付け、これら各
センサからの信号に基づく各姿勢情報を上記表示手段に
表示するようにした。さらに、上記において、上記セン
サからの信号により、上記重機の傾きが安全範囲から外
れたと判定した時に、音声による警報処理，あるいは上
記姿勢情報の表示の色や形態を変化させる等の視覚によ
る警報処理を実行する警報判定処理手段を備えるように
した。

【０００６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、本発明の実
施の形態１につき図に基づいて説明する。図１におい
て、１は危険地域Ｘにおいて遠隔操縦される重機である
油圧ショベル、２は油圧ショベル１を遠隔操縦するため
の移動操作車である。当該油圧ショベル１のように、上
部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂに別れる重機の場合は、
図２に示すように、上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂの
それぞれに傾斜センサを設置することが好ましい。傾斜
センサ３Ａは、上部旋回体１Ａの水平状態に対する当該
上部旋回体１Ａの前後の傾き角（ピッチ角）及び左右の
傾き角（ロール角）を計測するもので、傾斜センサ３Ｂ
は、下部走行体１Ｂの水平状態に対する当該下部走行体
１Ｂの前後の傾き角（ピッチ角）及び左右の傾き角（ロ
ール角）を計測するものである。これら傾斜センサ３
Ａ，３Ｂは、ジャイロを利用したセンサ、電荷負荷や磁
界の変化を利用したセンサ等、油圧ショベル１の水平状
態に対する当該油圧ショベル１の前後，左右の傾きを検
出できるものであればよい。傾斜センサ３Ａ，３Ｂは、
油圧ショベル１の上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂに取
付ける際に、水平な状態において予めキャリブレーショ
ン設定されている。また、油圧ショベル１の場合、ブー
ム１ａ，作業アーム１ｂとバケット１ｃの動きを撮影す
るＣＣＤカメラ４Ａと，足元及びバケット１ｃで掘削す
る箇所を撮影するＣＣＤカメラ４Ｂとが取付けられてい
る。

【０００７】図３に示すように、上記移動操作車２の移
動操作室２０内には、上記傾斜センサ３Ａで計測された
ピッチ角とロール角の計測信号に基づく上部旋回体１Ａ
の姿勢情報表示画像３０と、上記傾斜センサ３Ｂで計測
されたピッチ角とロール角の計測信号に基づく下部走行
体１Ｂの姿勢情報表示画像４０と、各傾斜センサ３Ａ，
３Ｂからの傾斜センサデータを演算して求めた回転角度
に基づいて作成される下部走行体１Ｂに対する上部旋回
体１Ａの回転状況を示す姿勢情報表示画像５０と、上記
ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂからの撮影画像１５と、が合成
された合成画像を操作ＴＶ画面５ｆに表示するための表
示手段５が設けられている。尚、２１は上記操作ＴＶ画
面５ｆを見ながら油圧ショベル１を遠隔操縦するための
操作機である。

【０００８】図４に示すように、油圧ショベル１は、上
記傾斜センサ３Ａ，３Ｂで計測したピッチ角とロール角
の計測信号と上記ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂで撮影したＣ
ＣＤカメラ画像信号とを無線で上記移動操作車２に送信
するための信号処理装置としてのＡＤ変換ユニット６，
無線送信器７を備えている。これにより、上記傾斜セン
サ３Ａ，３Ｂで計測されたピッチ角とロール角の４つの
アナログ信号は、ＡＤ変換ユニット６により１つのデジ
タル信号に変換されて傾斜センサデータとして無線送信
器７に送られ、ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂにより撮像され
たＣＣＤカメラ画像信号と合成されて移動操作車２にデ
ータ送信される。

【０００９】また、移動操作室２０には、上記無線送信
器７から送られてくるデータを無線受信アンテナ２ａ
（図１参照）を介して受信して、傾斜センサデータとＣ
ＣＤカメラ画像信号とに分解する無線受信器８と、この
無線受信器８から送られてくる傾斜センサデータを演算
し、上記上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂの回転角度を
求めて操作ＴＶ画面５ｆに表示する上記姿勢情報表示画
像５０を作成するとともに、上記傾斜センサデータに基
づいて、表示手段５の操作ＴＶ画面５ｆに表示する姿勢
情報表示画像３０，４０を作成する傾斜データ演算ユニ
ット９と、ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂで撮影したＣＣＤカ
メラ画像に上記姿勢情報表示画像３０，４０，５０を合
成する画像合成ユニット１０を備え、これにより、図３
に示すように、操作ＴＶ画面５ｆには、ＣＣＤカメラ４
Ａ，４Ｂからの撮影画像１５中に上記姿勢情報表示画像
３０，４０，５０が合成された合成画像が表示される。

【００１０】尚、傾斜データ演算ユニット９及び画像合
成ユニット１０は、演算処理プログラムや合成処理プロ
グラムを備えたパーソナルコンピュータ等により構成さ
れる。

【００１１】また、移動操作室２０の操作機２１の足元
に設けられたフットスイッチ等を操作することにより、
ＣＣＤカメラ４ＡとＣＣＤカメラ４Ｂで撮影したそれぞ
れの画像を切り替えて表示することができる。

【００１２】図３に示すように、上記各姿勢情報表示画
像３０，４０は、十字の縦横基準線を設定した丸枠Ｒ内
に姿勢情報線を表示した画像であり、これらは、ちょう
ど飛行機の操作パネルのようなイメージに近い画像であ
る。また、姿勢情報表示画像５０は、丸枠Ｒ内に、上か
ら見た油圧ショベル１の上部旋回体１Ａの回転状況を油
圧ショベル１の絵図５１で表示した画像である。各姿勢
情報表示画像３０，４０において、横基準線Ａはピッチ
角０°及びロール角０°を示す線、縦基準線Ｂはロール
角９０°を示すとともにピッチ角の目盛りが付される線
である。姿勢情報表示画像５０において、図示はしない
が、丸枠Ｒには目盛りが付されている。即ち、縦基準線
Ｂ１の上端に相当する位置は回転角０°、下端に相当す
る位置は回転角１８０°、横基準線Ａ１の左端に相当す
る位置は回転角９０°（あるいは２７０°）、右端に相
当する位置は回転角２７０°（あるいは９０°）を示す
目盛りが、これらに間には、例えば回転角１５°間隔で
の目盛りが付されている。

【００１３】各姿勢情報表示画像３０，４０における姿
勢情報線（上方の水平直線）は現在の上部旋回体１Ａの
ピッチ角を示すピッチ角表示線Ｃ１、現在の下部走行体
１Ｂのピッチ角を示すピッチ角表示線Ｃ２であり、図３
では上部旋回体１Ａ，下部走行体１Ｂが前上がりに傾い
ていることを示している。即ち、ピッチ角表示線Ｃ１，
Ｃ２が横基準線Ａより上方に表示される場合は前上がり
に傾いていることを示し、ピッチ角表示線Ｃ１，Ｃ２が
横基準線Ａより下方に表示される場合は前下がり（後上
がり）に傾いていることを示す。また、図示しないが縦
基準線Ｂにはピッチ角を表わす目盛りが付いており、縦
基準線Ｂの上端は前上がりピッチ角９０°を示し、縦基
準線Ｂの下端は前下がり（後上がり）ピッチ角９０°を
示し、縦基準線Ｂと横基準線Ａとの交差点（中心）であ
るピッチ角０°の位置から縦基準線Ｂの上下端の間にお
いて例えばピッチ角１５°間隔の目盛りが付されてい
る。

【００１４】また、各姿勢情報表示画像３０，４０にお
ける姿勢情報線（斜線）は現在の上部旋回体１Ａのロー
ル角を示すロール角表示線Ｄ１、現在の下部走行体１Ｂ
のロール角を示すロール角表示線Ｄ２であり、図３では
上部旋回体１Ａ，下部走行体１Ｂが右上がりに傾いてい
ることを示している。即ち、ロール角表示線Ｄ１，Ｄ２
が、縦基準線Ｂと横基準線Ａとの交差点（中心）を介し
て右上がりに表示されている場合は右上がりに傾いてい
ることを示し、右下がりに表示されている場合は右下が
りに傾いていることを示している。また、図示しないが
丸枠Ｒの周囲にはロール角を表わす目盛りが付いてい
る。即ち、横基準線Ａの両端に相当する位置はロール角
０°、縦基準線Ｂの上下端に相当する位置はロール角９
０°、その間は例えばロール角１５°間隔の目盛りが付
されている。

【００１５】尚、上記ピッチ角表示線、ロール表示線、
縦横基準線は、それぞれ異なる色あるいは鎖線，点線等
の異なる形態で表示してもよい。

【００１６】また、各姿勢情報表示画像３０，４０の近
傍に、それぞれ、ピッチ角とロール角の数値を表示する
ようにしてもよい。また、姿勢情報表示画像５０の近傍
に、回転角の数値を表示するようにしてもよい。

【００１７】また、各姿勢情報表示画像３０，４０，５
０は、油圧ショベル１が停止状態で安定に掘削作業をし
ている間は必要ない。従って、図示しないが、例えば操
作機２１や表示手段５側に、各姿勢情報表示画像３０，
４０，５０の操作ＴＶ画面５ｆへの表示をオン／オフす
るためのボタン等を設けることが好ましい。

【００１８】上記実施の形態１によれば、遠隔操縦され
る油圧ショベル１の上部旋回体１Ａ及び下部走行体１Ｂ
の前後，左右の傾き（ピッチ角，ロール角）を検出する
傾斜センサ３Ａ，３Ｂと、油圧ショベル１による作業状
況を撮影するＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂと、を当該油圧シ
ョベル１に取付けるとともに、上記油圧ショベル１を遠
隔操縦するための移動操作室２０内に設けた表示手段５
の操作ＴＶ画面５ｆ上に、上記傾斜センサ３Ａ，３Ｂか
らの信号に基づく油圧ショベル１の上部旋回体１Ａ及び
下部走行体１Ｂの姿勢情報としての上記各姿勢情報表示
画像３０，４０やピッチ角，ロール角の数値情報と、撮
影情報としての上記ＣＣＤカメラ４Ａ，４Ｂからの撮影
画像１５と、を合成して表示するようにしたので、油圧
ショベル１の上部旋回体１Ａ，下部走行体１Ｂのおおよ
その前後，左右の傾き角度を把握することができる。ま
た、姿勢情報表示画像５０により、下部走行体１Ｂに対
する上部旋回体１Ａの回転状況も把握できる。したがっ
て、油圧ショベル１の遠隔操縦において、初心者は勿
論、熟練者にとっても油圧ショベル１が安全な姿勢かど
うかの判断を容易に行なえる。また、１つの表示手段５
の操作ＴＶ画面５ｆ上に、上記各姿勢情報表示画像３
０，４０，５０と上記撮影画像１５とを同時に表示する
ので、視線を極端に移動させることなく、遠隔操縦に集
中しながら、かつ、逐次、油圧ショベルが安全な姿勢か
どうかを確認できる。また、姿勢情報として、数値表示
に比べて一瞬にして傾きを把握しやすい姿勢情報表示画
像３０，４０，５０を表示するので、視認性を良くでき
る（つまり、数値表示だけの場合は、傾きが、前上がり
と前下がりの場合、右上がり右下がり場合とで、同じ数
値でも＋−や色を違わせる等しなければならず、情報表
示画像３０，４０等に比べて傾きを把握するのに時間が
かかり、視認性が良いとは言えない）。さらに、数値表
示も行なうので、具体的な角度も確認できる。本実施例
の場合は、姿勢情報表示画像３０，４０と一緒に表示す
るので、数値表示は単に数字を表示すればよい。

【００１９】尚、姿勢情報としては、上述したような飛
行機の操作パネルのようなイメージの姿勢情報表示画像
３０，４０でなくとも、数値表示に比べて一瞬にして傾
きを把握しやすいような姿勢情報表示画像であれば、態
様は問わない。また、姿勢情報表示画像５０は必ずしも
表示しなくてもかまわない。

【００２０】また、姿勢情報と撮影情報を別々に処理
し、それぞれ別々の表示手段の画面上に表示するように
してもよい。

【００２１】また、上記では、上部旋回体１Ａと下部走
行体１Ｂのそれぞれに傾斜センサを設置するようにし、
上部旋回体１Ａの姿勢情報表示画像３０と下部走行体１
Ｂの姿勢情報表示画像４０の両方を表示するようにした
が、走行においては、回転状況を示す姿勢情報表示画像
５０と下部走行体１Ｂの傾きを把握するための姿勢情報
表示画像４０のみを表示するようにしてもよいし、さら
に、上部旋回体１Ａと下部走行体１Ｂのいずれか一方の
みに傾斜センサを設置するようにし、表示手段に表示す
る撮影画像１５中に１つの姿勢情報表示画像のみを表示
するようにしてもよい。尚、上部旋回体１Ａと下部走行
体１Ｂに別れていない重機、例えば、ブルドーザ，ダン
プトラック等の重機の場合は、傾斜センサ，ＣＣＤカメ
ラは１つづつで良く、傾斜センサからの信号に基づく姿
勢情報表示画像を表示するようにすればよい。

【００２２】また、上記では、傾斜センサデータとＣＣ
Ｄ画像信号とを合成してデータ送信するようにしたが、
別々に送信してもよい。ただし、重機が複数混在して作
業している場合など、別々に送信するとチャンネル数が
足らなくなるので、チャンネル数が不足しないように上
記のように合成して送信した方が好ましい。

【００２３】実施の形態２．また、どの程度の傾きまで
安全な範囲であるかは、重機によって異なる。従って、
使用する重機によって予めピッチ角，ロール角のしきい
値を設定しておき、しきい値を超えた場合に重機の傾き
が安全範囲から外れたと判定して、図３のスピーカ２２
から音声による警報を出力させる音声による警報処理を
実行する警報判定処理手段を設けるようにする。この警
報判定処理手段は、例えば、パーソナルコンピュータ
と、このパーソナルコンピュータに上記判定を行なわせ
る判定プログラムと、上記警報処理を行なわせる処理プ
ログラム等で構成すればよい。この処理プログラムは、
上記判定プログラムがしきい値を超えたと判定した場合
に、上記姿勢情報表示画像３０，４０の表示の色や形態
（例えば線種）、あるいは操作ＴＶ画面５ｆの色や明度
を変化させる等の視覚による警報処理を実行させるプロ
グラムとしてもよい。また、上記音声による警報処理及
び視覚による警報処理の両方を実行させる処理プログラ
ムとしてもよい。

【００２４】尚、上記しきい値は、実際の危険角度より
十分に安全な角度、即ち、余裕をもたせて設定してお
く。

【００２５】実施の形態２によれば、重機の傾き角度
（ピッチ角，ロール角）がしきい値を超えれば、自動的
に警報を発してくれるので、遠隔操縦者は安心して操縦
を行なうことができ、また、早めに重機の傾きを修正で
きるので、重機を転倒させてしまうようなことが無くな
る。

【００２６】実施の形態３．上記実施の形態１，２で
は、遠隔操縦される重機の姿勢認識装置について説明し
たが、上記傾斜センサを重機に取付けるとともに、重機
の運転操作室内に設けた表示手段に、上記傾斜センサか
らの信号に基づく重機の姿勢情報を表示するようにすれ
ば、重機の運転席にオペレータが搭乗して行う通常操縦
の場合の重機の姿勢認識装置を構成できる。

【００２７】実施の形態３によれば、重機の通常操縦の
場合において、上述した実施の形態１，２と同様な効果
が得られる。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係る重機の姿勢認識装置によれ
ば、重機を遠隔操縦する場合、あるいは、重機を通常操
縦する場合において、重機の前後，左右の傾きを容易に
把握することができ、従って、初心者は勿論、熟練者に
とっても重機が安全な姿勢かどうかの判断を容易に行な
えるようになる。また、姿勢情報と撮影情報とを、１つ
の表示手段の画面に同時に表示することにより、視線を
極端に移動させることなく、遠隔操縦に集中しながら、
逐次、重機が安全な姿勢かどうかを確認できるようにな
る。また、上部旋回体と下部走行体とに別れる重機にお
いて、上部旋回体と下部走行体のそれぞれにセンサを取
付け、これら各センサからの信号に基づく各姿勢情報を
上記表示手段に表示するようにしたので、上部旋回体と
下部走行体とに別れる重機が安全な姿勢かどうかの判断
を容易に行なえるようになり、また、この場合、下部走
行体に対する上部旋回体の回転状況を把握することも可
能となる。また、警報判定処理手段を備え、重機の傾き
が安全範囲から外れたと判定した時に、自動的に警報を
発するようにしたので、安心して操縦を行なえるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による重機の姿勢認識
装置を説明するための概要図である。

【図２】重機側の構成を示す図である。

【図３】移動操作室内の表示手段に表示される表示画
像の一例を示す図である。

【図４】重機側と移動操作室側の処理機能及び処理手
順を説明するためのブロック説明図である。

【符号の説明】

１油圧ショベル（重機）、３Ａ，３Ｂ傾斜センサ
（センサ）、４Ａ，４ＢＣＣＤカメラ（撮影手段）、
５表示手段、５ｆ操作ＴＶ画面、１５撮影画像
（撮影情報）、２０移動操作室、３０，４０姿勢情
報表示画像（姿勢情報）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重機の水平状態に対する前後，左右の傾
きを検出するセンサ及び重機による作業状況を撮影する
撮影手段を当該重機に取付けるとともに、上記重機を遠
隔操縦するための移動操作室内に設けた表示手段に、上
記センサからの信号に基づく重機の姿勢情報と上記撮影
手段からの撮影情報とを表示するようにしたことを特徴
とする重機の姿勢認識装置。
【請求項２】上記姿勢情報と上記撮影情報とを、１つ
の表示手段の画面に同時に表示するようにしたことを特
徴とする請求項１に記載の重機の姿勢認識装置。
【請求項３】重機の水平状態に対する前後，左右の傾
きを検出するセンサを当該重機に取付けるとともに、上
記重機の運転操作室内に設けた表示手段に、上記センサ
からの信号に基づく重機の姿勢情報を表示するようにし
たことを特徴とする重機の姿勢認識装置。
【請求項４】上部旋回体と下部走行体とに別れる重機
において、上部旋回体と下部走行体のそれぞれに上記セ
ンサを取付け、これら各センサからの信号に基づく各姿
勢情報を上記表示手段に表示するようにしたことを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の重機
の姿勢認識装置。
【請求項５】上記センサからの信号により、上記重機
の傾きが安全範囲から外れたと判定した時に、音声によ
る警報処理，あるいは上記姿勢情報の表示の色や形態を
変化させる等の視覚による警報処理を実行する警報判定
処理手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求
項４のいずれかに記載の重機の姿勢認識装置。