JP2009107602A - アーティキュレート式建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】アーティキュレート式建設機械において、運転席内のオペレータが車体後方の状況とともに車体姿勢を容易に把握可能とする。
【解決手段】アーティキュレート式建設機械１０には後方映像表示システムが搭載されている。この後方映像表示システムでは、フロントフレーム１００に対するリアフレーム１２０の、アーティキュレートピン１１０周りの相対的な角度がフレーム角度θとして検出され、後方カメラ３３０が撮影した後方映像５００上に、このフレーム角度θを示すガイドライン画像５３０が重畳表示された合成画像が運転席内のバックモニタに表示される。
【選択図】図５

Description

本発明は、運転席内のオペレータが車体後方の状況と車体姿勢とを一見して把握可能な後方映像表示システムが搭載されたアーティキュレート式建設機械に関する。

油圧ショベル等の建設機械の作動状況に関する情報を、その運転室内のオペレータに提示する技術として、特許文献１記載の表示システムが知られている。この表示システムにおいては、車体に装着された監視用カメラで撮影される周辺映像と、車体の作動状況に関する情報とが、運転席斜め前のモニタに切り換え表示される。ここで、モニタに映しだされる周辺映像のひとつとして車体後方の映像が挙げられている。
特開２００５−１１３３９７号公報

ところで、アーティキュレート式のダンプトラックのように車体前部（フロントフレーム側）に運転席があるような建設機械のオペレータは、後退時、車体後方の状況とともに車体姿勢も把握しながらステアリングを操作する必要がある。ところが、アーティキュレート式建設機械では、アーティキュレート部で車体を屈曲させる油圧シリンダのオイル供給量制御系としてオープンループ制御系が採用されているため、ステアリングの角度からだけでは車体姿勢を把握することは困難である。また、アーティキュレート式のダンプトラックにおいては、車体後部（リアフレーム側）に対して車体前部のみが屈曲するため、後進時の旋回量、旋回方向の把握が困難である。このため、オペレータは、ステアリングの角度だけでなく、個々のアーティキュレート式建設機械に応じた、側方ミラーへの車体映り込み量等も考慮に入れて車体姿勢を判断している。このように、アーティキュレート式建設機械の操作にはオペレータ熟練を要し、例えばレンタル等による車体入れ替えがあると、オペレータがその操作に慣れるまで作業効率が低下する。

そこで、本発明は、運転席内のオペレータが車体後方の状況とともに車体姿勢を容易に把握することができるアーティキュレート式建設機械を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施態様に従う、フロントフレーム（１００）とリアフレーム（１２０）とが、前記フロントフレームの高さ方向を軸に相対的に回転可能に連結されたアーティキュレート式建設機械（１０）は、前記リアフレームに取り付けられ、前記アーティキュレート式建設機械の後退方向側を撮影する後方状態撮影手段（３３０）と、前記フロントフレームに対する前記リアフレームの、前記フロントフレームの高さ方向を軸とする回転における相対的な角度をフレーム角度として検出するフレーム角度検出手段（３１０，３５１７）と、前記後方状態撮影手段が撮影した映像に、前記フレーム角度検出手段が検出した前記フレーム角度が示す向きを表す画像を合成する画像処理手段（３５１３，３５１４，３５１５，３５１６）と、前記フロントフレームおよび前記リアフレームのいずれか一方に設けられた運転室内（１３０）に設けられ、前記画像処理手段が生成した合成画像を表示する画像表示手段（３４０）と、を備える。

好適な実施態様では、前記フレーム角度検出手段は、前記フロントフレームの高さ方向を軸とする、前記リアフレームに対する前記フロントフレームの相対的な回転角度を検出する角度センサ、および、前記フロントフレームと前記リアフレームとを相対的に回転させる油圧シリンダのピストン位置を検出する油圧シリンダストロークセンサのうちのいずれか一方のセンサ（３１０）と、前記センサの出力に基づき前記フレーム角度を算出するフレーム角度演算手段（３５１７）と、を有してもよい。

好適な実施態様では、前記後方状態撮影手段は、前記リアフレームの左右の後測方をそれぞれ撮影する２台の後側方カメラ（３３１Ａ、３３１Ｂ）と、前記２台の後側方カメラの間に設けられた後方カメラ（３３０）と、を有し、前記画像処理手段は、前記２台の後側方カメラのうち、前記後方カメラに対して、前記フレーム角度に応じて定まる車体旋回方向側にある後側方カメラが撮影した映像のサムネイル画像（５４０）を、前記後方カメラが撮影した映像（５００）の、前記映像内における前記車体旋回方向側の位置に合成するようにしてもよい。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る一実施形態について説明する。

まず、本実施の形態に係るアーティキュレート式建設機械の構成について説明する。ここで、アーティキュレート式建設機械としては、例えば、ダンプトラックを挙げることができる。

図１に、本実施の形態に係るアーティキュレート式建設機械１０のアーティキュレート構造を示す。

図示するように、本実施の形態に係るアーティキュレート式建設機械１０は、運転室１３０が設けられたフロントフレーム１００と、フロントフレーム１００の高さ方向のアーティキュレートピン１１０でフロントフレーム１００の後部（後退方向側の端部）に回転可能に連結されたリアフレーム１２０と、を有している。これらのフレーム１００，１２０は、運転室１３０内のオーペレータによるステアリング操作に応じた油圧シリンダの出力によって、アーティキュレートピン１１０周りに相対的に回転する。すなわち、アーティキュレート式建設機械１０は、進路変更等のため、その車体が、フロントフレーム１００とリアフレーム１２０との連結位置（アーティキュレートピン１１０の位置）において左右両側に屈曲するようになっている。以下においては、図４（Ａ）に示すように、アーティキュレート式建設機械が直進方向に前進または後退するときの車体姿勢（以下、直進姿勢）におけるフロントフレーム１００の位置を基準位置として、この基準位置に対する、アーティキュレートピン１１０周りのリアフレーム１２０の角θをフレーム角と呼ぶこととする。つまり、フレーム角θは、アーティキュレートピン１１０からフロントフレーム１００の正面に向かうラインａを基準ラインとして、この基準ラインに対して、アーティキュレートピン１１０からリアフレーム１２０の後尾に向かうラインｂが、所定方向（例えば反時計回り等）になす角であって、直進姿勢において１８０度をなす角である。

さて、このアーティキュレート式建設機械には、タイヤ１４０、ラジエータ、エンジン等の駆動機構、駆動機構の動力をタイヤ等に伝達する動力伝達機構といった、通常の建設機械として動作を実現するための構成（不図示）が設けられている他、さらに、車体後方（アーティキュレート式建設機械の後退方向側）の状況に関する視覚情報を運転室１３０内のオペレータに提供する後方映像表示システムが搭載されている。図２に、この後方映像表示システムの構成を示す。

図示するように、この後方映像表示システムは、リアフレーム１２０とフロントフレーム１００とのアーティキュレートピン１１０周りの相対的な回転角度を検出する角度センサ（例えばエンコーダ等）３１０、車体後方を撮影するためにリアフレーム１２０の後部中央に取り付けられた後方カメラ３３０、運転室１３０内に取り付けられたバックモニタ３４０、オペレータのステアリング操作を補助するためのガイドライン画像と後方カメラ３３０の撮影映像（後方映像）の左右反転映像との合成画像（後方確認用映像）をバックモニタ３４０に出力する画像処理装置３５０、後方カメラ３３０と画像処理装置３５０とをつなぐカメラハーネス等のケーブル、を有している。

ここで、画像処理装置３５０は、オペレータの操作を受け付ける各種キーを含む操作部３５２、操作部３５２からの信号により指示される各種処理を行う画像処理部３５１、を有している。そして、画像処理部３５１は、センサ類の出力信号（角度センサ３１０の出力信号等）および後方カメラ３３０の出力信号が逐次入力される入力制御部３５１１、後方カメラ３３０の撮影映像（後方映像）に対して左右反転および補正等の各種画像処理を施す映像信号処理部３５１３、画像メモリ部３５１４、角度センサ３１０の出力信号に応じたフレーム角データθを算出するセンサ信号処理部３５１７、センサ信号処理部３５１７からのフレーム角データθに基づきフレーム角ガイドライン画像を生成する制御処理部３５１５、制御処理部３５１５が生成したフレーム角ガイドライン画像等の各種ガイドライン画像と映像信号処理部３５１３による画像処理後の後方映像等とから後方確認用映像を生成する出力制御部３５１６、を有している。このような画像処理部３５１は、例えば、画像処理ＡＳＩＣ、ＣＰＵ、メモリ、センサコントローラ等により実現される。

つぎに、このような後方映像表示システムにおいて実行される後退操作支援処理について説明する。ここでは、オペレータによる、操作部３５２のスタートキー操作によって、バックモニタ３４０にはすでにメイン画面が表示されていることとする。

図３に、本実施の形態に係る後退操作支援処理のフローチャートを示す。

オペレータが、後方表示モードに切り替えるべく、操作部３５２の切替キーを操作すると（Ｓ４００）、制御処理部３５１５は、操作部３５２からの信号に応じて、以下の後方映像表示処理を開始する。

制御処理部３５１５は、後方確認用映像の表示を映像信号処理部３５１３に指示するとともに、センサ信号処理部３５１７から逐次出力されるフレーム角データθの取り込みを開始する（Ｓ４１０）。これにより、映像信号処理部３５１３は、入力制御部３５１１を介して後方カメラ３３０から逐次入力される後方映像データを画像メモリ部３５１４に格納するとともに、その後方映像データを画像メモリ部３５１４から読み出し、切り出し、左右反転および各種補正等の画像処理を行った後に出力制御部３５１６へと出力する。

一方、制御処理部３５１５は、入力制御部３５１１を介してセンサ信号処理部３５１７から逐次入力されるフレーム角データθを取り込むごとに、そのフレーム角度データθの値に基づき、アーティキュレート式建設機械が直進姿勢（図４（Ａ）参照）および屈曲姿勢（図５（Ａ）参照）のいずれをとっているか否かを判断する（Ｓ４２０）。例えば、アーティキュレート式建設機械が直進姿勢をとった場合におけるフレーム角の値（ここでは１８０度）と、新たに取り込んだフレーム角データθの値との差分が、予め定められた閾値ｄよりも小さいか否かを判断する。

その結果、アーティキュレート式建設機械が直進姿勢をとっていれば（Ｓ４２０：Ｙｅｓ）、制御処理部３５１５は、中心線ガイドライン画像と同色の、中心線ガイドライン画像に沿ったフレーム角ガイドライン画像を生成し、そのフレーム角ガイドライン画像の合成表示を出力制御部３５１６に指示する。

この指示を受け付けると、以後、出力制御部３５１６は、映像信号処理部３５１３から逐次入力される画像処理後の後方映像に３種類のガイドライン画像を合成する。例えば、後方映像内の所定の位置（リアフレーム１２０の後部左右のコーナー位置に対応する位置、後方映像の横幅の中心線に相当する位置）に、アーティキュレート式建設機械の車幅を表す２本の車幅ガイドライン画像と中心線ガイドライン画像とを合成するとともに、中心線ガイドライン画像上に重なるように、出力制御部３５１６が新たに生成したフレーム角ガイドライン画像を合成する。出力制御部３５１６は、このようにして逐次生成される合成画像を、後方確認用映像としてバックモニタ３４０に逐次出力する（Ｓ４３０）。

これにより、バックモニタ３４０には、図４（Ｂ）に示すような後方確認用映像が表示される。この後方確認用映像においては、左右反転した後方映像５００上に、その中心線位置に配置された中心線ガイドライン画像５２０と、リアフレーム１２０の後部左右のコーナー部に対応する位置に配置された車幅ガイドライン画像５１０とが重畳表示されている。さらに、中心線ガイドライン画像５２０に沿って、中心線ガイドライン画像５２０と同色のフレーム角ガイドライン５３０とが重畳表示されている。

また、アーティキュレート式建設機械が直進姿勢ではなく、屈曲姿勢（図５（Ａ）参照）をとっていれば（Ｓ４２０：Ｎｏ）、制御処理部３５１５は、中心線ガイドライン画像に対して、フレーム角データθの値が表す角度だけ傾斜した新たなフレーム角ガイドライン画像を生成し、このフレーム角ガイドライン画像の合成表示を出力制御部３５１６に指示する。ここで生成されるフレーム角ガイドライン画像の色は、中心線ガイドライン画像の色とは異なる色（例えば、中心線ガイドライン画像の色と補色関係にある色等）である。

その指示を受け付けると、以後、出力制御部３５１６は、映像信号処理部３５１３から逐次入力される画像処理後の後方映像に３種類のガイドライン画像を合成する。具体的には、後方映像上の所定の位置（リアフレーム１２０の後部左右のコーナー位置に対応する位置、後方映像の横幅の中心線に相当する位置）に２本の車幅ガイドライン画像と中心線ガイドライン画像とを合成するとともに、出力制御部３５１６が新たに生成したフレーム角ガイドライン画像を合成する。出力制御部３５１６は、このようにして逐次生成する合成画像を、後方確認用映像としてバックモニタ３４０に逐次出力する（Ｓ４４０）。

これにより、バックモニタ３４０には、図５（Ｂ）に示すような後方確認用映像が表示される。この後方確認用映像においては、左右反転した後方映像５００上に、その中心線位置に配置された中心線ガイドライン画像５２０と、リアフレーム１２０の後部左右のコーナー部に対応する位置に配置された車幅ガイドライン画像５１０とが重畳表示されている。さらに、中心線ガイドライン画像５２０に対して所定方向（左右反転した後方映像上において、フロントフレームに対するリアフレームの傾斜方向に対応する方向）にフレーム角θだけ傾斜したフレーム角ガイドライン５３０が、中心線ガイドライン画像５２０の色と異なる色で重畳表示される。

このような後方確認用映像の表示中に、オペレータにより切替キーの操作がされない間は、ステップＳ４２０以降が繰り返し実行される（Ｓ４５０：Ｎｏ）。一方、オペレータにより切替キーの操作がされると（Ｓ４５０：Ｙｅｓ）、制御処理部３５１５は、操作部３５２からの信号に応じて、以上の後方映像表示処理を終了する。

このような後退操作支援処理によれば、後方映像上に、中心線ガイドライン画像５２０と、この中心線ガイドライン５２０に対して所定方向（後方映像上において、フロントフレームに対するリアフレームの傾斜方向に対応する方向）にフレーム角θだけ傾斜したフレーム角ガイドライン５３０とが重畳表示されるため、オペレータは、左右両側の側方ミラーにアイポイントを頻繁に移さなくても、運転室１３０内のバックモニタ３４０上の映像から車体姿勢を一見して把握することができる。また、オペレータは、車体後方の状況に関連付けて車体の進行方向を一目で把握することができるため、注目すべきエリアにすばやく注意を向けることができる。このため、オペレータは、アーティキュレート式建設機械を、よりスムーズに、かつ、より安全に操作することができる。

また、アーティキュレート式建設機械が直進姿勢をとる場合と屈曲姿勢をとる場合とにおいてフレーム角ガイドライン画像の表示形態（本実施形態では色）を変えているため、オペレータは、アーティキュレート式建設機械の車体姿勢をすばやく直感的に認識することができる。これにより、オペレータは、車体姿勢に対する注意が視覚により喚起され、注目すべきエリアにすばやく注意を向けるようになることが期待される。なお、本実施の形態では、フレーム角ガイドラインの表示形態のうち色を変えているが、オペレータが認識しやすい他の形態（例えば形状等）を変えてもよい。

以上においては、車体後方を撮影するための後方カメラ３３０をリアフレーム１２０の後部に取り付けているが、図６（Ａ）に示すものは、この後方カメラ３３０に加え、車体の後側方を撮影する後側方カメラ３３１Ａ，３３１Ｂをリアフレーム１２０の後部左右のコーナー部に取り付けて、それらの撮影映像もバックモニタ３４０に表示されるように、それらの出力信号を画像処理装置３５０の入出力制御部３５１１に入力されるようにしてもよい。この場合、出力制御部３５１６が、これらの後側方カメラ３３１Ａ，３３１Ｂのうち、後方カメラ３３０に対して、フレーム角に応じて定まる車体旋回方向の側にある後側方カメラの撮影映像の左右反転映像を、図６（Ｂ）に示すように視覚補助用サルネイム画像５４０として後方映像に選択的に合成するようにしてもよい。この視覚補助用サルネイム画像５４０は、例えば、車両が旋回してゆく側に対応する、後方映像上のコーナー部（フレーム角ガイドライン画像５３０が向いている側またはその反対側のコーナー部）に表示されるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、車体後方を撮影するための後方カメラ３３０をリアフレーム１２０の後部に取り付けているが、特にダンプトラックの場合は以下のようにしてもよい。すなわち、図７は、ダンプトラックの側面図であり、ベッセル１５０が最も下降した通常位置Ｃにある場合と、最も上昇した上昇位置Ｄにある場合とを示す。ダンプトラックでは、ベッセル１５０を上昇させたままの状態（上昇位置Ｄ）で後進することも可能であるから、ベッセル１５０の位置にかかわらず車体後方を撮影できる位置に後方カメラ３３０をセットする必要がある。そこで、ダンプトラックの場合、同図に示すように、後方カメラ３３０をベッセル１５０の最後端下部に取り付けてもよい。このとき、後方カメラ３３０は、ベッセル１５０の回転軸と平行な軸周りにモータ駆動などで回転可能とする。そして、ベッセルの上昇量をシリンダストロークセンサ等で検出し、シリンダストロークセンサ等の検出量に合わせてモータを駆動させることにより、後方カメラ３３０の姿勢が、常に、後方を撮影可能な向き（例えば、実質的に水平）になるように制御する。これにより、ベッセル１５０の位置にかかわらず、確実に後方を撮影することができる。後側方カメラ３３１Ａ，３３１Ｂについても同様である。

なお、本実施の形態においては、フレーム角θを検出するために、リアフレーム１２０とフロントフレーム１００とのアーティキュレートピン１１０周りの相対的な回転角度を検出する角度センサ３１０を用いているが、フレーム角θに相関する信号を出力する他のセンサを用いてもよい。例えば、車体を屈曲させるアクチュエータとして用いられる油圧シリンダのピストン位置を検出する油圧シリンダストロークセンサを用いてもよい。

また、本実施形態においては、中心線ガイドライン画像５２０に対して所定方向（フロントフレームに対するリアフレームの傾斜方向に対応する方向）にフレーム角θだけ傾斜したフレーム角ガイドライン５３０を後方映像５００上に重畳表示しているが、このフレーム角ガイドライン画像５３０とともに、フレーム角データθの数値が表示されるようにしてもよい。また、例えば上述の後方確認用映像と並べて、フロントフレームに対してリアフレームがフレーム角θだけ傾斜している車体画像を表示してもよい。

また、リアフレーム１２０に運転室１３０が設けられたアーティキュレート式建設機械を例に挙げたが、本発明は、フロントフレーム１００およびリアフレーム１２０のいずれに運転室１３０が設けられているアーティキュレート式建設機械にも適用可能である。

上述した実施形態によれば、運手室内のオペレータが車体後方の状況とともに車体姿勢を一見して把握できるため、アーティキュレート式建設機械をよりスムーズに後退させることができる。

本発明の一実施形態に係るアーティキュレート式建設機械のアーティキュレート構造を概略的に示した外観図である。 本発明の一実施形態に係る後方映像表示システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る後退支援処理のフローチャート図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアーティキュレート式建設機械の車体姿勢（直進姿勢）を示した図であり、（Ｂ）は、その車体姿勢においてバックモニタに表示される後方確認用映像の一例を示した図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアーティキュレート式建設機械の車体姿勢（屈曲姿勢）を示した図であり、（Ｂ）は、その車体姿勢においてバックモニタに表示される後方確認用映像の一例を示した図である。 （Ａ）は、本発明の一実施形態に係るアーティキュレート式建設機械に後側方カメラを取り付けた状態を示した図であり、（Ｂ）は、アーティキュレート式建設機械が屈曲姿勢をとった状態でバックモニタに表示される後方確認用映像の一例を示した図である。 ダンプトラックに後方カメラを取り付けた状態を示した図である。

符号の説明

１００：フロントフレーム、１１０：アーティキュレートピン、１２０：リアフレーム、１３０：運転室、１４０：タイヤ、３１０：角度センサ、３２０：センサコントローラ、３３０：後方カメラ、３３１Ａ，３３１Ｂ：後側方カメラ、３４０：バックモニタ、３５０：画像処理装置、３５２：操作部、３５１：画像処理部３５１、３５１１：入力制御部、３５１３：映像信号処理部、３５１４：画像メモリ部、３５１５：制御処理部、３５１６：出力制御部

Claims (3)

1. フロントフレーム（１００）とリアフレーム（１２０）とが、前記フロントフレームの高さ方向を軸に相対的に回転可能に連結されたアーティキュレート式建設機械（１０）であって、
   前記リアフレームに取り付けられ、前記アーティキュレート式建設機械の後退方向側を撮影する後方状態撮影手段（３３０）と、
   前記フロントフレームに対する前記リアフレームの、前記フロントフレームの高さ方向を軸とする回転における相対的な角度をフレーム角度として検出するフレーム角度検出手段（３１０，３５１７）と、
   前記後方状態撮影手段が撮影した映像に、前記フレーム角度検出手段が検出した前記フレーム角度が示す向きを表す画像を合成する画像処理手段（３５１３，３５１４，３５１５，３５１６）と、
   前記フロントフレームおよび前記リアフレームのいずれか一方に設けられた運転室内（１３０）に設けられ、前記画像処理手段が生成した合成画像を表示する画像表示手段（３４０）と、
   を備えることを特徴とするアーティキュレート式建設機械。
2. 前記フレーム角度検出手段は、
   前記フロントフレームの高さ方向を軸とする、前記リアフレームに対する前記フロントフレームの相対的な回転角度を検出する角度センサ、および、前記フロントフレームと前記リアフレームとを相対的に回転させる油圧シリンダのピストン位置を検出する油圧シリンダストロークセンサのうちのいずれか一方のセンサ（３１０）と、
   前記センサの出力に基づき前記フレーム角度を算出するフレーム角度演算手段（３５１７）と、を有することを特徴とする請求項１記載のアーティキュレート式建設機械。
3. 前記後方状態撮影手段は、前記リアフレームの左右の後測方をそれぞれ撮影する２台の後側方カメラ（３３１Ａ、３３１Ｂ）と、前記２台の後側方カメラの間に設けられた後方カメラ（３３０）と、を有し、
   前記画像処理手段は、前記２台の後側方カメラのうち、前記後方カメラに対して、前記フレーム角度に応じて定まる車体旋回方向側にある後側方カメラが撮影した映像のサムネイル画像（５４０）を、前記後方カメラが撮影した映像（５００）の、前記映像内における前記車体旋回方向側の位置に合成することを特徴とする請求項１または２に記載アーティキュレート式建設機械。

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