JP2017089139A - Shovel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、周辺監視用のカメラと機体の姿勢の変化を検出するセンサとを備えたショベルに関する。 The present invention relates to an excavator provided with a peripheral monitoring camera and a sensor for detecting a change in the attitude of an airframe.
上部旋回体に取り付けられた周辺監視用のカメラと、ショベルの水平面に対する2軸方向の傾斜角を検出する傾斜センサとを備えたショベルが知られている(例えば、特許文献1参照)。 An excavator is known that includes a peripheral monitoring camera attached to an upper swing body and an inclination sensor that detects an inclination angle in a biaxial direction with respect to the horizontal plane of the excavator (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1では、運動検出装置としての傾斜センサはカメラの取り付け位置とは異なる位置に取り付けられている。そのため、傾斜センサ専用の電源ケーブル、信号ケーブル等が必要になる。その結果、傾斜センサ及びカメラを含む複数の装置のそれぞれに関する電源ケーブル、信号ケーブル等の配線が複雑になり、メンテナンスに支障を来すおそれがある。
In
上述に鑑み、運動検出装置及びカメラがより効果的に取り付けられたショベルを提供することが望ましい。 In view of the above, it is desirable to provide an excavator with a motion detection device and camera attached more effectively.
本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記上部旋回体に設けられるキャビンと、前記キャビン内に設けられ、前記上部旋回体を前記下部走行体に対して旋回させる操作装置と、前記キャビン内で運転席に向かって取り付けられる表示装置と、前記上部旋回体に取り付けられるカメラと、三次元空間における前記カメラの運動を検出する運動検出装置と、を備えるショベルであって、前記運動検出装置は、前記カメラと同じ位置に取り付けられる。 An excavator according to an embodiment of the present invention includes a lower traveling body, an upper revolving body that is turnably mounted on the lower traveling body, an attachment that is attached to the upper revolving body, and a cabin that is provided on the upper revolving body. An operation device that is provided in the cabin and causes the upper swing body to swing with respect to the lower traveling body, a display device that is mounted toward the driver's seat in the cabin, and a camera that is mounted on the upper swing body. A motion detection device that detects the motion of the camera in a three-dimensional space, wherein the motion detection device is mounted at the same position as the camera.
上述の手段により、運動検出装置及びカメラがより効果的に取り付けられたショベルを提供できる。 By the above-described means, a shovel to which the motion detection device and the camera are attached more effectively can be provided.
図1は本発明の実施例に係るショベル(掘削機)の側面図である。ショベルの下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が旋回可能に搭載される。上部旋回体3にはブーム4が取り付けられる。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット6が取り付けられる。
FIG. 1 is a side view of an excavator (excavator) according to an embodiment of the present invention. An
ブーム4、アーム5、及びバケット6は、アタッチメントの一例として掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。ブーム4にはブーム角度センサS1が取り付けられ、アーム5にはアーム角度センサS2が取り付けられ、バケット6にはバケット角度センサS3が取り付けられる。
The
ブーム角度センサS1はブーム4の回動角度を検出する。本実施例では、ブーム角度センサS1は水平面に対する傾斜を検出して上部旋回体3に対するブーム4の回動角度を検出する加速度センサである。
The boom angle sensor S1 detects the rotation angle of the
アーム角度センサS2はアーム5の回動角度を検出する。本実施例では、アーム角度センサS2は水平面に対する傾斜を検出してブーム4に対するアーム5の回動角度を検出する加速度センサである。
The arm angle sensor S2 detects the rotation angle of the
バケット角度センサS3はバケット6の回動角度を検出する。本実施例では、バケット角度センサS3は水平面に対する傾斜を検出してアーム5に対するバケット6の回動角度を検出する加速度センサである。
Bucket angle sensor S3 detects the rotation angle of
ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。 The boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, and the bucket angle sensor S3 are a potentiometer using a variable resistor, a stroke sensor that detects a stroke amount of a corresponding hydraulic cylinder, and a rotary encoder that detects a rotation angle around a connecting pin. Etc.
上部旋回体3にはキャビン10が設けられ且つエンジン11等の動力源が搭載される。また、上部旋回体3には機体傾斜センサS4、旋回角速度センサS5、及びカメラS6が取り付けられる。また、通信装置S7及び測位装置S8が取り付けられてもよい。
The
機体傾斜センサS4は水平面に対する上部旋回体3の傾斜を検出する。本実施例では、機体傾斜センサS4は上部旋回体3の傾斜角を検出する3軸加速度センサであり、カメラS6の筐体内に内蔵される。
The body tilt sensor S4 detects the tilt of the
旋回角速度センサS5は上部旋回体3の旋回角速度を検出する。本実施例では、旋回角速度センサS5はジャイロセンサであり、カメラS6の筐体内に内蔵される。
The turning angular velocity sensor S5 detects the turning angular velocity of the upper turning
カメラS6はショベルの周辺の画像を取得する撮像装置である。本実施例では、カメラS6は上部旋回体3の後端に取り付けられる。
The camera S6 is an imaging device that acquires an image around the excavator. In this embodiment, the camera S6 is attached to the rear end of the
通信装置S7は、ショベルと外部との間の通信を制御する装置である。通信装置S7は、例えば、GNSS等の測量システムとショベルとの間の無線通信を制御する。ショベルは、通信装置S7を用いることで無線通信を介して目標施工面に関する情報等を含む設計データを取得できる。但し、ショベルは、半導体メモリ等を介して設計データを取得してもよい。 The communication device S7 is a device that controls communication between the shovel and the outside. The communication device S7 controls, for example, wireless communication between a surveying system such as GNSS and an excavator. The shovel can acquire design data including information on the target construction surface and the like via wireless communication by using the communication device S7. However, the excavator may acquire design data via a semiconductor memory or the like.
測位装置S8は、ショベルの位置及び向きを測定する装置である。本実施例では、測位装置S8は、電子コンパス(地磁気センサ)を組み込んだGNSS受信機であり、ショベルの存在位置の緯度、経度、高度を測定し、且つ、ショベルの向きを測定する。また、測位装置S8は、2台のGNSS受信機で構成されるGNSSコンパスであってもよい。 The positioning device S8 is a device that measures the position and orientation of the excavator. In the present embodiment, the positioning device S8 is a GNSS receiver that incorporates an electronic compass (geomagnetic sensor), and measures the latitude, longitude, and altitude of the location of the shovel and measures the direction of the shovel. Further, the positioning device S8 may be a GNSS compass configured with two GNSS receivers.
キャビン10内には、入力装置D1、音声出力装置D2、表示装置D3、記憶装置D4、ゲートロックレバーD5、コントローラ30、及びマシンガイダンス装置50が設置される。
In the
コントローラ30は、ショベルの駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施例では、コントローラ30は、CPU及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。コントローラ30の各種機能は、CPUが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。
The
マシンガイダンス装置50は、ショベルの操作をガイドする。本実施例では、マシンガイダンス装置50は、例えば、操作者が設定した目標施工面とバケット6の先端(爪先)位置との鉛直方向における距離を視覚的に且つ聴覚的に操作者に報知する。これにより、マシンガイダンス装置50は操作者によるショベルの操作をガイドする。なお、マシンガイダンス装置50は、その距離を視覚的に操作者に知らせるのみであってもよく、聴覚的に操作者に知らせるのみであってもよい。具体的には、マシンガイダンス装置50は、コントローラ30と同様、CPU及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。マシンガイダンス装置50の各種機能はCPUが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。マシンガイダンス装置50は、コントローラ30とは別個に設けられてもよく、或いは、コントローラ30に組み込まれていてもよい。
The
また、マシンガイダンス装置50は、公知の画像認識処理を用いてカメラS6が撮像した画像内を探索して所定の認識対象の物体の画像を見つけ出すことで物体を検出する物体検出機能を有する。カメラS6が撮像した画像は、撮像画像そのものと、その撮像画像に基づいて生成される画像(例えば表示画像)とを含む概念であり、以下では「処理対象画像」とも称する。公知の画像認識処理は、例えば、SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)アルゴリズム、SURF(Speeded-Up Robust Features)アルゴリズム、ORB(ORiented BRIEF (Binary Robust Independent Elementary Features))アルゴリズム、HOG(Histograms of Oriented Gradients)アルゴリズム等を用いた画像認識処理、パターンマッチングを用いた画像認識処理等を含む。また、所定の認識対象の物体は、人(作業者等)及び物(障害物等)を含む。本実施例では、マシンガイダンス装置50は、例えば、ショベルの後方に存在する物体の画像を見つけ出す処理(以下、「物体検出処理」とする。)を所定周期で繰り返し実行する。なお、物体検出機能はマシンガイダンス装置50とは別の演算処理装置に実装されてもよく、コントローラ30に実装されてもよい。
The
入力装置D1は、ショベルの操作者がマシンガイダンス装置50に各種情報を入力するための装置である。本実施例では、入力装置D1は、表示装置D3の周囲に取り付けられるメンブレンスイッチである。入力装置D1としてタッチパネル等が用いられてもよい。
The input device D1 is a device for an excavator operator to input various information to the
音声出力装置D2は、マシンガイダンス装置50からの音声出力指令に応じて各種音声情報を出力する。本実施例では、音声出力装置D2として、マシンガイダンス装置50に直接接続される車載スピーカが利用される。なお、音声出力装置D2として、ブザー等の警報器が利用されてもよい。
The audio output device D2 outputs various audio information in response to an audio output command from the
表示装置D3は、マシンガイダンス装置50からの指令に応じて各種画像情報を出力する。本実施例では、キャビン10内で運転席に向かって取り付けられる表示装置D3として、マシンガイダンス装置50に直接接続される車載液晶ディスプレイが利用される。
The display device D3 outputs various image information in response to a command from the
記憶装置D4は、各種情報を記憶するための装置である。本実施例では、記憶装置D4として、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体が用いられる。記憶装置D4は、マシンガイダンス装置50等が出力する各種情報を記憶する。
The storage device D4 is a device for storing various information. In the present embodiment, a nonvolatile storage medium such as a semiconductor memory is used as the storage device D4. The storage device D4 stores various information output by the
ゲートロックレバーD5は、ショベルが誤って操作されるのを防止する機構である。本実施例では、ゲートロックレバーD5は、キャビン10のドアと運転席との間に配置される。キャビン10から操作者が退出できないようにゲートロックレバーD5が引き上げられた場合に、各種操作装置は操作可能となる。一方、キャビン10から操作者が退出できるようにゲートロックレバーD5が押し下げられた場合には、各種操作装置は操作不能となる。
The gate lock lever D5 is a mechanism that prevents the shovel from being operated accidentally. In the present embodiment, the gate lock lever D5 is disposed between the door of the
次に、図2及び図3を参照し、カメラS6及び運動検出装置MDの詳細について説明する。図2はショベルの上面図であり、カメラS6、マシンガイダンス装置50、及び表示装置D3の接続関係を示す。また、図3はカメラS6の内部構造を示す概略図である。
Next, details of the camera S6 and the motion detection device MD will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a top view of the excavator, and shows a connection relationship between the camera S6, the
図2に示すように、上部旋回体3の上面後端に取り付けられたカメラS6は、伝送媒体CB1を介し、キャビン10内に設置されたマシンガイダンス装置50に接続される。また、マシンガイダンス装置50は、伝送媒体CB2を介し、キャビン10内の右斜め前のピラーに取り付けられた表示装置D3に接続される。伝送媒体CB1は、上部旋回体3のハウジングの内壁に沿って配置される。伝送媒体CB2は、キャビン10の内壁に沿って配置される。また、カメラS6、マシンガイダンス装置50、表示装置D3は、電源ケーブルPC1、PC2、PC3を介して蓄電池70に接続される。伝送媒体CB1、CB2は、例えば、同軸ケーブル等の任意のケーブルで構成される。
As shown in FIG. 2, the camera S6 attached to the rear end of the upper surface of the
また、図3に示すように、カメラS6は、主に、レンズ部S6a、撮像部S6b、電源回路部S6c、及び信号処理部S6dで構成される。また、カメラS6はカバーCVで覆われて防水性を確保する。 As shown in FIG. 3, the camera S6 mainly includes a lens unit S6a, an imaging unit S6b, a power supply circuit unit S6c, and a signal processing unit S6d. The camera S6 is covered with a cover CV to ensure waterproofness.
レンズ部S6aは、光を収束させるための光学素子であり、例えば、単焦点レンズ、ズームレンズ等である。 The lens unit S6a is an optical element for converging light, and is, for example, a single focus lens or a zoom lens.
撮像部S6bは、レンズ部S6aが収束した光を電気信号に変換する機能要素であり、例えば、CCD、CMOS等である。 The imaging unit S6b is a functional element that converts the light converged by the lens unit S6a into an electrical signal, and is, for example, a CCD, a CMOS, or the like.
電源回路部S6cは、電源ケーブルPC1を通じて蓄電池70から供給される入力電力からカメラS6で必要とされる出力電力を生成する電源回路である。本実施例では、電源回路部S6cは、運動検出装置MD、撮像部S6b、及び信号処理部S6dのそれぞれに接続され、運動検出装置MD、撮像部S6b、及び信号処理部S6dのそれぞれに共通の直流電圧を供給する。
The power supply circuit unit S6c is a power supply circuit that generates output power required by the camera S6 from input power supplied from the
信号処理部S6dは、カメラS6及び運動検出装置MDのそれぞれが伝送媒体CB1を通じて送受信する信号を処理する機能要素である。本実施例では、信号処理部S6dは、機体傾斜センサS4、旋回角速度センサS5、及び撮像部S6bのそれぞれが出力する信号を受信して多重化するマルチプレクサであり、1本の伝送媒体CB1を通じて多重化信号をマシンガイダンス装置50に送信する。例えば、信号処理部S6dは、撮像部S6bが出力する映像信号に機体傾斜センサS4及び旋回角速度センサS5のそれぞれの検出値を重畳してマシンガイダンス装置50に送信する。この構成により、複数の伝送媒体を用いる場合に比べ、伝送媒体の取り回しを簡略化でき、且つ、製造コストを低減できる。但し、信号処理部S6dは、機体傾斜センサS4、旋回角速度センサS5、及び撮像部S6bのそれぞれが出力する信号をマシンガイダンス装置50に対して個別に送信する装置であってもよい。この場合、伝送媒体CB1は3本で構成される。また、信号処理部S6dは、必要に応じてAD−DA変換機能を有していてもよい。
The signal processing unit S6d is a functional element that processes signals transmitted and received by the camera S6 and the motion detection device MD through the transmission medium CB1. In the present embodiment, the signal processing unit S6d is a multiplexer that receives and multiplexes signals output from the body tilt sensor S4, the turning angular velocity sensor S5, and the imaging unit S6b, and multiplexes through one transmission medium CB1. The control signal is transmitted to the
運動検出装置MDは、三次元空間におけるカメラS6の運動を検出する装置であり、例えば、加速度センサ、角速度センサ(ジャイロセンサ)、地磁気センサ、GNSS(Global Navigation Satellite System)コンパス等である。本実施例では、運動検出装置MDは、三次元空間におけるカメラS6の移動及び回転を検出する装置であり、機体傾斜センサS4としての加速度センサと旋回角速度センサS5としてのジャイロセンサとの組み合わせで構成される。また、運動検出装置MDは、機体傾斜センサS4と、旋回角速度センサS5と、測位装置S8に含まれる地磁気センサ又は測位装置S8としてのGNSSコンパスとの組み合わせで構成されてもよい。 The motion detection device MD is a device that detects the motion of the camera S6 in a three-dimensional space, and is, for example, an acceleration sensor, an angular velocity sensor (gyro sensor), a geomagnetic sensor, a GNSS (Global Navigation Satellite System) compass, or the like. In this embodiment, the motion detection device MD is a device that detects the movement and rotation of the camera S6 in a three-dimensional space, and is configured by a combination of an acceleration sensor as the body tilt sensor S4 and a gyro sensor as the turning angular velocity sensor S5. Is done. Further, the motion detection device MD may be configured by a combination of the body tilt sensor S4, the turning angular velocity sensor S5, and a GNSS compass as the geomagnetic sensor or the positioning device S8 included in the positioning device S8.
また、運動検出装置MDは、カメラS6と同じ位置に取り付けられる。「カメラS6と同じ位置」はカメラS6の近傍の位置を含む。本実施例では、運動検出装置MDは、カメラS6に内蔵され、カメラS6と共に移動する。具体的には、運動検出装置MDは、カメラS6の筐体内に取り付けられ、カメラS6と同じ方向に移動し且つカメラS6と同じ方向に回転する。運動検出装置MD自体の移動に関する情報(運動検出装置MDの検出値)をカメラS6の移動に関する情報としてそのまま利用できるようにするためである。但し、運動検出装置MDは、カメラS6と同じように移動できるのであれば、カメラS6の外部に取り付けられてもよい。例えば、運動検出装置MDは、カメラS6の筐体の外面又はカバーCVの内面若しくは外面に取り付けられてもよい。また、運動検出装置MDがカメラS6と同じ運動をするため、運動検出装置MDの出力に基づいてカメラS6の運動内容を導き出す際に座標変換等の複雑な演算を省略でき、センサ精度の向上がもたらされる。また、複雑な演算を省略することで、カメラS6の運動に関する情報をより早期に取得できる。また、運動検出装置MDがカメラS6に内蔵されるため、組み立て性、メンテナンス性、センサ精度等の向上が実現される。また、防水性が確保され、且つ、製造コストが低減される。 The motion detection device MD is attached at the same position as the camera S6. “The same position as the camera S6” includes a position in the vicinity of the camera S6. In this embodiment, the motion detection device MD is built in the camera S6 and moves together with the camera S6. Specifically, the motion detection device MD is mounted in the housing of the camera S6, moves in the same direction as the camera S6, and rotates in the same direction as the camera S6. This is because information relating to movement of the motion detection device MD itself (detection value of the motion detection device MD) can be used as it is as information relating to movement of the camera S6. However, the motion detection device MD may be attached to the outside of the camera S6 as long as it can move in the same manner as the camera S6. For example, the motion detection device MD may be attached to the outer surface of the housing of the camera S6 or the inner surface or the outer surface of the cover CV. Further, since the motion detection device MD performs the same motion as the camera S6, complicated calculations such as coordinate transformation can be omitted when deriving the motion content of the camera S6 based on the output of the motion detection device MD, and the sensor accuracy can be improved. Brought about. Also, by omitting complicated calculations, information regarding the motion of the camera S6 can be acquired earlier. Further, since the motion detection device MD is built in the camera S6, it is possible to improve assemblability, maintainability, sensor accuracy, and the like. Moreover, waterproofness is ensured and manufacturing cost is reduced.
次に、図4を参照し、図1のショベルの駆動系について説明する。図4は、図1のショベルの駆動系の構成例を示す図である。図4において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示される。 Next, the drive system of the shovel of FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the drive system of the shovel of FIG. In FIG. 4, the mechanical power system is indicated by a double line, the high-pressure hydraulic line is indicated by a thick solid line, the pilot line is indicated by a broken line, and the electric drive / control system is indicated by a thin solid line.
エンジン11はショベルの動力源である。本実施例では、エンジン11は、エンジン負荷の増減にかかわらずエンジン回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を採用したディーゼルエンジンである。エンジン11における燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ブースト圧等は、エンジンコントローラユニット(ECU)D7により制御される。
The
エンジン11には油圧ポンプとしてのメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続される。メインポンプ14には高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ17が接続される。
The
コントロールバルブ17は、ショベルの油圧系の制御を行う油圧制御装置である。右側走行用油圧モータ、左側走行用油圧モータ、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、旋回用油圧モータ等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ17に接続される。なお、旋回用油圧モータは旋回用電動発電機であってもよい。
The
パイロットポンプ15にはパイロットラインを介して操作装置26が接続される。操作装置26はレバー及びペダルを含む。また、操作装置26は、油圧ライン及びゲートロック弁D6を介してコントロールバルブ17に接続される。操作装置26は、上部旋回体3を下部走行体1に対して旋回させるための旋回操作レバー、下部走行体1を走行させるための走行レバー等を含む。
An
ゲートロック弁D6は、コントロールバルブ17と操作装置26とを接続する油圧ラインの連通・遮断を切り換える。本実施例では、ゲートロック弁D6は、コントローラ30からの指令に応じて油圧ラインの連通・遮断を切り換える電磁弁である。コントローラ30は、ゲートロックレバーD5が出力する状態信号に基づいてゲートロックレバーD5の状態を判定する。そして、コントローラ30は、ゲートロックレバーD5が引き上げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁D6に対して連通指令を出力する。連通指令を受けると、ゲートロック弁D6は開いて油圧ラインを連通させる。その結果、操作装置26に対する操作者の操作が有効となる。一方、コントローラ30は、ゲートロックレバーD5が引き下げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁D6に対して遮断指令を出力する。遮断指令を受けると、ゲートロック弁D6は閉じて油圧ラインを遮断する。その結果、操作装置26に対する操作者の操作が無効となる。
The gate lock valve D6 switches communication / interruption of a hydraulic line connecting the
圧力センサ29は、操作装置26の操作内容を圧力の形で検出する。圧力センサ29は、検出値をコントローラ30に対して出力する。
The
また、図4はコントローラ30と表示装置D3とマシンガイダンス装置50との接続関係を示す。本実施例では、表示装置D3はマシンガイダンス装置50を介してコントローラ30に接続される。なお、表示装置D3、マシンガイダンス装置50、及びコントローラ30は、CAN等の通信ネットワークを介して接続されてもよく、専用線を介して接続されてもよい。
FIG. 4 shows a connection relationship among the
マシンガイダンス装置50は、カメラS6及び運動検出装置MDのそれぞれが伝送媒体を通じて送受信する信号を処理する信号処理部50aを含む。信号処理部50aは、カメラS6に内蔵される信号処理部S6dに対応する。本実施例では、信号処理部50aは、信号処理部S6dが多重化した信号を、機体傾斜センサS4、旋回角速度センサS5、及び撮像部S6bのそれぞれが出力した信号に分離するデマルチプレクサである。但し、信号処理部50aは、機体傾斜センサS4、旋回角速度センサS5、及び撮像部S6bのそれぞれが出力する信号を信号処理部S6dが多重化しない場合には省略され得る。また、信号処理部50aは、必要に応じてAD−DA変換機能を有していてもよい。
The
表示装置D3は画像を生成する変換処理部D3aを含む。本実施例では、変換処理部D3aは、カメラS6の出力に基づいて表示用のカメラ画像を生成する。そのため、表示装置D3は、マシンガイダンス装置50に接続されたカメラS6の出力をマシンガイダンス装置50経由で取得する。但し、カメラS6は、表示装置D3に接続されてもよく、コントローラ30に接続されてもよい。
The display device D3 includes a conversion processing unit D3a that generates an image. In the present embodiment, the conversion processing unit D3a generates a camera image for display based on the output of the camera S6. Therefore, the display device D3 acquires the output of the camera S6 connected to the
また、変換処理部D3aは、コントローラ30又はマシンガイダンス装置50の出力に基づいて表示用の画像を生成する。本実施例では、変換処理部D3aは、コントローラ30又はマシンガイダンス装置50が出力する各種情報を画像信号に変換する。なお、コントローラ30が出力する情報は、例えば、エンジン冷却水の温度を示すデータ、作動油の温度を示すデータ、燃料の残量を示すデータ等を含む。また、マシンガイダンス装置50が出力する情報は、バケット6の先端(爪先)位置を示すデータ、作業対象の法面の向きを示すデータ、ショベルの向きを示すデータ、ショベルを法面に正対させるための操作方向を示すデータ等を含む。
The conversion processing unit D3a generates a display image based on the output of the
なお、変換処理部D3aは、表示装置D3が有する機能としてではなく、コントローラ30又はマシンガイダンス装置50が有する機能として実現されてもよい。
Note that the conversion processing unit D3a may be realized not as a function of the display device D3 but as a function of the
また、表示装置D3は、蓄電池70から電力の供給を受けて動作する。なお、蓄電池70はエンジン11のオルタネータ11a(発電機)で発電した電力で充電される。蓄電池70の電力は、コントローラ30及び表示装置D3以外のショベルの電装品72等にも供給される。また、エンジン11のスタータ11bは、蓄電池70からの電力で駆動され、エンジン11を始動する。
Further, the display device D3 operates by receiving power from the
エンジン11は、エンジンコントローラユニットD7により制御される。エンジンコントローラユニットD7からは、エンジン11の状態を示す各種データ(例えば、水温センサ11cで検出される冷却水温(物理量)を示すデータ)がコントローラ30に常時送信される。したがって、コントローラ30は一時記憶部(メモリ)30aにこのデータを蓄積しておき、必要なときに表示装置D3に送信することができる。
The
また、コントローラ30には以下のように各種のデータが供給され、コントローラ30の一時記憶部30aに格納される。
Various data are supplied to the
まず、可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ14のレギュレータ14aから斜板傾転角を示すデータがコントローラ30に供給される。また、メインポンプ14の吐出圧力を示すデータが、吐出圧力センサ14bからコントローラ30に送られる。これらのデータ(物理量を表すデータ)は一時記憶部30aに格納される。また、メインポンプ14が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ14との間の管路には油温センサ14cが設けられており、その管路を流れる作動油の温度を表すデータが油温センサ14cからコントローラ30に供給される。
First, data indicating the swash plate tilt angle is supplied to the
また、燃料収容部55における燃料収容量検出部55aから燃料収容量を示すデータがコントローラ30に供給される。本実施例では、燃料収容部55としての燃料タンクにおける燃料収容量検出部55aとしての燃料残量センサから燃料の残量状態を示すデータがコントローラ30に供給される。
Further, data indicating the fuel storage amount is supplied to the
具体的には、燃料残量センサは、液面に追従するフロートと、フロートの上下変動量を抵抗値に変換する可変抵抗器(ポテンショメータ)とで構成される。この構成により、燃料残量センサは、表示装置D3で燃料の残量状態を無段階表示させることができる。なお、燃料収容量検出部の検出方式は、使用環境等に応じて適宜選択され得るものであり、燃料の残量状態を段階表示させることができる検出方式が採用されてもよい。 Specifically, the fuel remaining amount sensor includes a float that follows the liquid level, and a variable resistor (potentiometer) that converts the amount of vertical fluctuation of the float into a resistance value. With this configuration, the fuel remaining amount sensor can continuously display the fuel remaining state on the display device D3. Note that the detection method of the fuel storage amount detection unit can be appropriately selected according to the use environment and the like, and a detection method capable of displaying the remaining fuel level in stages may be adopted.
また、操作装置26を操作した際にコントロールバルブ17に送られるパイロット圧が、圧力センサ29で検出され、検出したパイロット圧を示すデータがコントローラ30に供給される。
A pilot pressure sent to the
また、本実施例では、図4に示すように、ショベルは、キャビン10内にエンジン回転数調整ダイヤル75を備える。エンジン回転数調整ダイヤル75は、エンジン11の回転数を調整するためのダイヤルであり、本実施例ではエンジン回転数を4段階で切り換えできるようにする。また、エンジン回転数調整ダイヤル75からは、エンジン回転数の設定状態を示すデータがコントローラ30に常時送信される。また、エンジン回転数調整ダイヤル75は、SPモード、Hモード、Aモード、及びアイドリングモードの4段階でエンジン回転数を切り換えできるようにする。なお、図4は、エンジン回転数調整ダイヤル75でHモードが選択された状態を示す。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the excavator includes an engine
SPモードは、作業量を優先したい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Hモードは、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数を利用する。Aモードは、燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数を利用する。アイドリングモードは、エンジン11をアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数を利用する。そして、エンジン11は、エンジン回転数調整ダイヤル75で設定された回転数モードのエンジン回転数で一定に回転数制御される。
The SP mode is a rotation speed mode that is selected when priority is given to the amount of work, and uses the highest engine speed. The H mode is a rotation speed mode that is selected when both the work amount and the fuel consumption are desired, and uses the second highest engine speed. The A mode is a rotation speed mode that is selected when it is desired to operate the shovel with low noise while giving priority to fuel consumption, and uses the third highest engine speed. The idling mode is a rotational speed mode that is selected when the
次に、図5を参照しながら、マシンガイダンス装置50の各種機能要素について説明する。図5は、マシンガイダンス装置50の構成例を示す機能ブロック図である。
Next, various functional elements of the
本実施例では、コントローラ30は、ショベル全体の動作の制御に加えて、マシンガイダンス装置50によるガイダンスを行うか否かを制御する。具体的には、コントローラ30は、ゲートロックレバーD5の状態、圧力センサ29からの検出信号等に基づいてマシンガイダンス装置50によるガイダンスを行うか否かを制御する。
In this embodiment, the
マシンガイダンス装置50は、例えば、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回角速度センサS5、入力装置D1、及びコントローラ30から出力される各種信号及びやデータを受信する。そして、マシンガイダンス装置50は、受信した信号及びデータに基づいてアタッチメント(例えば、バケット6)の実際の動作位置を算出する。そして、マシンガイダンス装置50は、アタッチメントの実際の動作位置が目標動作位置とは異なる場合に、音声出力装置D2及び表示装置D3に警報指令を送信し、警報を発令させる。
The
マシンガイダンス装置50は、様々な機能を担う機能部を含む。本実施例では、マシンガイダンス装置50は、アタッチメントの動作をガイダンスするための機能部として、傾斜角算出部501、高さ算出部503、比較部504、警報制御部505、及びガイダンスデータ出力部506を含む。また、マシンガイダンス装置50は、カメラS6が撮像した画像から所定の物体の画像を見つけ出す機能部として画像認識部507を含み、画像認識部507が所定の物体の画像を見つけ出す際に採用する画像認識条件を調整する機能部として画像認識条件調整部508を含む。
The
傾斜角算出部501は、機体傾斜センサS4からの検出信号に基づいて、水平面に対する上部旋回体3の傾斜角(ショベルの傾斜角)を算出する。すなわち、傾斜角算出部501は、機体傾斜センサS4からの検出信号を用いて、ショベルの傾斜角を算出する。
The inclination
高さ算出部503は、傾斜角算出部501が算出した傾斜角と、センサS1〜S3の検出信号から算出されたブーム4、アーム5、バケット6の角度とから、エンドアタッチメントの作業部位としてのバケット6の先端(爪先)の高さを算出する。本実施例では、バケット6の先端で掘削を行うため、バケット6の先端(爪先)はエンドアタッチメントの作業部位に相当する。一方、バケット6の背面で土砂をならすような作業をするときには、バケット6の背面がエンドアタッチメントの作業部位に相当する。また、バケット6以外のエンドアタッチメントとしてブレーカを用いた場合には、ブレーカの先端がエンドアタッチメントの作業部位に相当する。
The
比較部504は、高さ算出部503が算出したバケット6の先端(爪先)の高さと、ガイダンスデータ出力部506から出力されるガイダンスデータで示されるバケット6の先端(爪先)の目標高さとを比較する。ここで、目標高さは、予め入力された設計図面とショベルの現在位置と作業姿勢とから算出されるようにしてもよい。また、設定された過去のショベルの爪先位置と、入力された目標深さと、角度と現在の作業姿勢(現在の爪先位置)から算出されるようにしてもよい。
The
警報制御部505は、比較部504での比較結果に基づいて、警報が必要と判断した場合には警報指令を音声出力装置D2及び表示装置D3の両方又は一方に送信する。音声出力装置D2及び表示装置D3は、警報指令を受けると所定の警報を発してショベルの操作者に通報する。
The
ガイダンスデータ出力部506は、上述のように、マシンガイダンス装置50の記憶装置に予め格納されていたガイダンスデータからバケット6の目標高さのデータを抽出して比較部504に対して出力する。この際、ガイダンスデータ出力部506は、ショベルの傾斜角に対応するバケット6の目標高さのデータを出力する。
As described above, the guidance
画像認識部507は、公知の画像認識処理を用いて処理対象画像内を探索して所定の認識対象の物体の画像を見つけ出す機能要素である。本実施例では、画像認識部507は、カメラS6が撮像した画像から生成される表示画像内の全領域を探索範囲としながら、認識対象の物体としての作業者の画像を見つけ出す。そして、画像認識部507は、例えば、作業者の画像を見つけ出した場合に、音声出力装置D2及び表示装置D3に制御指令を送信して警告を出力させる。
The
画像認識条件調整部508は、画像認識部507が所定の認識対象の物体の画像を見つけ出す際に採用する画像認識条件を調整する機能要素である。本実施例では、画像認識条件調整部508は、運動検出装置MDが検出するカメラS6の運動の内容に基づいて画像認識条件を調整する。画像認識条件の調整は、例えば、処理対象画像上の部分画像が所定の認識対象の物体の画像であるか否かを判定する際に用いられる閾値(以下、「画像判定閾値」とする。)の調整を含む。また、画像認識条件の調整は探索範囲の調整であってもよい。
The image recognition
ここで、図6を参照し、運動検出装置MDが検出するカメラS6の運動の内容に応じて画像認識条件調整部508が画像認識条件を調整する処理(以下、「画像認識条件調整処理」とする。)について説明する。図6は、画像認識条件調整処理のフローチャートである。なお、マシンガイダンス装置50は、所定周期で繰り返しこの画像認識条件調整処理と物体検出処理とを並行して実行する。
Here, referring to FIG. 6, the image recognition
最初に、マシンガイダンス装置50は、前回の物体検出処理において物体の画像を認識したか否かを判定する(ステップST1)。例えば、マシンガイダンス装置50は、表示画像で作業者の画像を認識したか否かを判定する。
First, the
前回の物体検出処理において物体の画像を認識していないと判定した場合(ステップST1のNO)、マシンガイダンス装置50は、今回の画像認識条件調整処理を終了させる。既に認識した物体の画像の現在位置(現在の表示画像上の位置)を推定できないためである。
If it is determined that the object image has not been recognized in the previous object detection process (NO in step ST1), the
一方、前回の物体検出処理において物体の画像を認識していると判定した場合(ステップST1のYES)、マシンガイダンス装置50は、その物体の画像が位置する表示画像内の領域(以下、「存在領域」とする。)を特定する(ステップST2)。例えば、マシンガイダンス装置50は、表示画像で作業者の画像を認識していると判定した場合、その作業者の画像が位置する存在領域を特定する。
On the other hand, when it is determined that the object image is recognized in the previous object detection process (YES in step ST1), the
その後、マシンガイダンス装置50は、カメラS6の運動内容を取得する(ステップST3)。具体的には、マシンガイダンス装置50は、運動検出装置MDの出力に基づいて前回の物体検出処理が実行された後のカメラS6の運動の内容を取得する。例えば、旋回操作レバー又は走行レバーの操作に応じてショベルが旋回或いは走行した場合、マシンガイダンス装置50は、カメラS6の運動内容として、ショベルの旋回又は走行によるカメラS6の移動方向及び移動距離を取得する。
Thereafter, the
その後、マシンガイダンス装置50は、前回の物体検出処理での表示画像における物体の画像の存在領域とその後のカメラS6の運動内容とに基づいて今回の物体検出処理での表示画像におけるその存在領域に対応する対応領域を導き出す(ステップST4)。また、ショベルが旋回も走行もせずに停止していた場合、マシンガイダンス装置50は、前回の物体検出処理での表示画像における存在領域の位置及び形状をそのまま今回の物体検出処理での表示画像における対応領域の位置及び形状とする。
Thereafter, the
その後、マシンガイダンス装置50は、導き出した対応領域の画像認識条件を調整する(ステップST5)。例えば、マシンガイダンス装置50は、今回の物体検出処理での表示画像における対応領域に関する画像判定閾値を、作業者の画像が認識され易くなるように調整する。これにより、マシンガイダンス装置50は、今回の物体検出処理での表示画像で作業者の画像を見失うことなく認識してその検出精度を向上できる。或いは、マシンガイダンス装置50は、今回の物体検出処理の際の作業者の画像に関する探索範囲をその対応領域に限定してもよい。この場合、マシンガイダンス装置50は、表示画像の全領域を探索範囲とする場合に比べ、画像認識処理に関する演算負荷を低減させることができる。そして、画像認識処理に要する時間を短縮し、物体をより早期に検出できる。
Thereafter, the
上述のように、図1のショベルでは、機体傾斜センサS4としても旋回角速度センサS5としても機能する運動検出装置MDがカメラS6と同じ位置に取り付けられる。そのため、カメラS6から離れた位置に運動検出装置MDが取り付けられる場合に比べ、防水性、組み立て性、メンテナンス性、低コスト性等の向上がもたらされる。また、運動検出装置MDがカメラS6と同じ運動をするため、運動検出装置MDの出力に基づいてカメラS6の運動内容を導き出す際に座標変換等の複雑な演算を省略でき、センサ精度の向上がもたらされる。特に、従来のショベルでは、アタッチメントの動作によって下部走行体1に対して上部旋回体3が上下方向に揺れた場合に認識対象の物体を検出するのが困難であった。しかしながら、本発明の実施例に係るショベルは、上述のように運動検出装置MDがカメラS6と同じ位置に取り付けられているため、アタッチメントの動作によって上部旋回体3が上下方向に揺れる場合であっても認識対象の物体をより早期に検出できる。
As described above, in the excavator of FIG. 1, the motion detection device MD that functions as both the body tilt sensor S4 and the turning angular velocity sensor S5 is mounted at the same position as the camera S6. Therefore, compared to the case where the motion detection device MD is attached at a position away from the camera S6, improvements in waterproofness, assembling property, maintainability, low cost, and the like are brought about. Further, since the motion detection device MD performs the same motion as the camera S6, complicated calculations such as coordinate transformation can be omitted when deriving the motion content of the camera S6 based on the output of the motion detection device MD, and the sensor accuracy can be improved. Brought about. In particular, in a conventional shovel, it is difficult to detect an object to be recognized when the
次に、図7及び図8を参照し、本発明の別の実施例に係るショベルについて説明する。図7はショベルの側面図であり、図8は図7のショベルの上面図である。 Next, with reference to FIG.7 and FIG.8, the shovel which concerns on another Example of this invention is demonstrated. 7 is a side view of the shovel, and FIG. 8 is a top view of the shovel of FIG.
図7のショベルは、カメラS6と運動検出装置MDとの複数の組み合わせを備える点で図1のショベルと相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。 The shovel in FIG. 7 is different from the shovel in FIG. 1 in that it includes a plurality of combinations of the camera S6 and the motion detection device MD, but is common in other points. Therefore, description of common parts is omitted, and different parts are described in detail.
具体的には、図7のショベルは、上部旋回体3の上面後端に取り付けられる後方カメラS6B、上部旋回体3の上面左端に取り付けられる左側方カメラS6L、及び、上部旋回体3の上面右端に取り付けられる右側方カメラS6Rを備える。
Specifically, the excavator of FIG. 7 includes a rear camera S6B attached to the upper rear end of the
後方カメラS6B、左側方カメラS6L、右側方カメラS6Rはそれぞれ運動検出装置MDB、MDL、MDRを内蔵する。 The rear camera S6B, the left side camera S6L, and the right side camera S6R incorporate motion detection devices MDB, MDL, and MDR, respectively.
運動検出装置MDB、MDL、MDRは何れも、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成される。また、3台の加速度センサのうちの少なくとも1台は機体傾斜センサS4として利用され、且つ、3台のジャイロセンサのうちの少なくとも1台は旋回角速度センサS5として利用される。 The motion detection devices MDB, MDL, and MDR are all configured by a combination of an acceleration sensor and a gyro sensor. At least one of the three acceleration sensors is used as the body tilt sensor S4, and at least one of the three gyro sensors is used as the turning angular velocity sensor S5.
この構成により、複数のカメラに内蔵された複数の運動検出装置が出力する情報が利用可能となり、ショベルの運動の推定に関する計算の精度、ひいてはガイダンスの精度が更に向上する。ショベルの運動の推定は、例えば、上部旋回体3の傾斜角の推定、上部旋回体3の下部走行体1に対する旋回角度の推定等を含む。
With this configuration, information output from a plurality of motion detection devices incorporated in a plurality of cameras can be used, and the accuracy of calculation related to the estimation of excavator motion, and thus the accuracy of guidance, can be further improved. The estimation of the excavator motion includes, for example, estimation of the inclination angle of the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
1・・・下部走行体 2・・・旋回機構 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 5・・・アーム 6・・・バケット 7・・・ブームシリンダ 8・・・アームシリンダ 9・・・バケットシリンダ 10・・・キャビン 11・・・エンジン 11a・・・オルタネータ 11b・・・スタータ 11c・・・水温センサ 14・・・メインポンプ 14a・・・レギュレータ 14b・・・吐出圧力センサ 14c・・・油温センサ 15・・・パイロットポンプ 17・・・コントロールバルブ 26・・・操作装置 29・・・圧力センサ 30・・・コントローラ 30a・・・一時記憶部 50・・・マシンガイダンス装置 50a・・・信号処理部 55・・・燃料収容部 55a・・・燃料収容量検出部 70・・・蓄電池 72・・・電装品 75・・・エンジン回転数調整ダイヤル 501・・・傾斜角算出部 503・・・高さ算出部 504・・・比較部 505・・・警報制御部 506・・・ガイダンスデータ出力部 507・・・画像認識部 508・・・画像認識条件調整部 CB1、CB2・・・伝送媒体 CV・・・カバー S1・・・ブーム角度センサ S2・・・アーム角度センサ S3・・・バケット角度センサ S4・・・機体傾斜センサ S5・・旋回角速度センサ S6・・・カメラ S6B・・・後方カメラ S6L・・・左側方カメラ S6R・・・右側方カメラ S6a・・・レンズ部 S6b・・・撮像部 S6c・・・電源回路部 S6d・・・信号処理部 S7・・・通信装置 S8・・・測位装置 D1・・・入力装置 D2・・・音声出力装置 D3・・・表示装置 D3a・・・変換処理部 D4・・・記憶装置 D5・・・ゲートロックレバー D6・・・ゲートロック弁 D7・・・エンジンコントローラユニット MD、MDB、MDL、MDR・・・運動検出装置 PC1、PC2、PC3・・・電源ケーブル
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記上部旋回体に設けられるキャビンと、
前記キャビン内に設けられ、前記上部旋回体を前記下部走行体に対して旋回させる操作装置と、
前記キャビン内で運転席に向かって取り付けられる表示装置と、
前記上部旋回体に取り付けられるカメラと、
三次元空間における前記カメラの運動を検出する運動検出装置と、を備えるショベルであって、
前記運動検出装置は、前記カメラと同じ位置に取り付けられる、
ショベル。 A lower traveling body,
An upper swivel body that is turnably mounted on the lower traveling body;
An attachment attached to the upper swing body;
A cabin provided in the upper swing body;
An operating device provided in the cabin and for turning the upper swing body with respect to the lower traveling body;
A display device mounted toward the driver's seat in the cabin;
A camera attached to the upper swing body;
A motion detection device that detects the motion of the camera in a three-dimensional space,
The motion detection device is mounted at the same position as the camera;
Excavator.
請求項1に記載のショベル。 The camera and the motion detection device are connected to a common power supply circuit,
The excavator according to claim 1.
請求項1又は2に記載のショベル。 The motion detection device is mounted in a cover of the camera;
The shovel according to claim 1 or 2.
請求項1乃至3の何れか一項に記載のショベル。 The camera and the motion detection device use a common transmission medium.
The excavator according to any one of claims 1 to 3.
請求項1乃至4の何れか一項に記載のショベル。 Comprising a plurality of combinations of the camera and the motion detector;
The excavator according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載のショベル。 Estimating the movement of the excavator based on information output by a plurality of the movement detection devices;
The excavator according to claim 5.
請求項1乃至6の何れか一項に記載のショベル。 An arithmetic processing unit for deriving the tip position of the end attachment;
The excavator according to any one of claims 1 to 6.
前記演算処理装置は、前記運動検出装置が検出する前記カメラの運動の内容に基づいて前記画像認識処理で採用される画像認識条件を調整する、
請求項1乃至7の何れか一項に記載のショベル。 An arithmetic processing unit that searches an image captured by the camera using an image recognition process to find an image of a predetermined object;
The arithmetic processing device adjusts the image recognition condition employed in the image recognition processing based on the motion of the camera detected by the motion detection device.
The excavator according to any one of claims 1 to 7.
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