JP6342705B2 - 作業機用ブーム衝突回避装置 - Google Patents
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Description
ここで、特許文献1に記載の技術は、障害物に対するブームの位置を幾何学的に演算するものであるが、障害物を回避するため、作業環境データを入力しない他の方策としては、超音波やレーザースキャンによることも可能である。例えば超音波を用いる場合であれば、超音波を発信し、反射して戻ってくるまでの時間から障害物までの距離を測定することができる。また、例えばレーザースキャンによる場合であれば、レーザーを周囲に照射し、照射点のずれ方などから障害物までの距離を測定することができる。
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、人為的な作業規制範囲の設定が不要であり、複雑形状の障害物に対しても迅速に且つ近傍に人がいても安全に作業を開始することができる作業機用ブーム衝突回避装置を提供することを目的とする。
図1に示すように、この車両搭載型クレーン(以下、単に「クレーン本体」ともいう)1は、トラック等の車両9の運転席9aと荷台9bとの間に架装され、車両9のシャシフレーム(不図示)上にベース2が固定される。ベース2の左右には、車両幅方向に張り出し可能な一対のアウトリガ8が設けられている。ベース2上の車幅中央の位置にはコラム3が旋回自在に立設されている。そして、このコラム3の上端部に、ブーム4が伸縮および起伏自在に枢支されている。なお、コラム3にはウインチ(不図示)が設けられ、このウインチからのワイヤロープ5をブーム4の先端部4tのフック6に掛回している。
そして、クレーン作業に際しては、オペレータがクレーン本体1から離れた位置から不図示の遠隔操作器の各選択スイッチおよび速度レバーの操作により所望のクレーン操作の入力をすると、所望のクレーン操作に対応した信号が無線通信によって上記コントローラ30に入力され、コントローラ30は、クレーン本体1の各アクチュエータを作動させる作動指令を出力して所望のアクチュエータの作動を開始させるようになっている。
詳しくは、図1に示すように、上記ビデオカメラ10は、ブーム先端4tの下部側にクレーン本体1のコラム3を撮影可能なように設けられている。本実施形態の例では、ビデオカメラ10の姿勢が、自身の光軸をブーム4の下面の延在方向とほぼ平行とするように装着されている。そして、その光軸の延長線がクレーン本体1のコラム3上部と交わる点をブーム基点(図4参照)として設定している。
コントローラ30の衝突回避制御部で衝突回避処理が実行されると、図2に示すように、まずステップS1に移行して、上記閾値Cのラインを基準として事前に設定された警報距離、停止距離、および基準画像を読み込み初期設定が行われる。ここで、基準画像とは、ビデオカメラ10の視野内に障害物Sが存在しない状態でビデオカメラ10の視野方向からクレーン本体1のコラム3を見たときの画像(図5において障害物Sを除いた画像)である。
上記ステップS2での離隔距離測定処理は、本実施形態の例では上記画像処理装置20において実行され、図3に示すように、まずステップS21に移行して、ブーム先端4tに設けられたビデオカメラ10で撮影されたコラム3の画像を取得してステップS22に移行する。ステップS22では、画像比較のための事前処理として、ビデオカメラ10の画像の縮尺調整を行う。つまり、ビデオカメラ10から取得した画像の縮尺(ズーム率)と傾きを上記基準画像に合わせる。続くステップS23では、画像比較のための事前処理として、ノイズ除去のための平滑化処理やヒストグラムの平坦化などのフィルタリング処理を行ってステップS24に移行する。
また、ビデオカメラで撮影した画像には様々な要因によりノイズが生じるところ、ノイズを含む画像をそのまま処理した場合、撮影範囲には障害物が無いにも関わらずノイズを障害物と誤認識する可能性が高い。画像上の物体の投影面積の大小などの情報を用いて画像処理により障害物とノイズを分離することも可能だが、画像処理によって大量のノイズの判定を行うとノイズ除去に要する時間は膨大になる。そこで、障害物の判定を行う前に事前に平滑化処理を行ってノイズを除去しておく。
そして、ステップS26では、基準画像とビデオカメラ10で撮影されたカメラ画像との比較結果を判定する。ここで、上記基準画像は、画像処理装置20の記憶部に予め記憶しておき、障害物Sの認識にあたっては、差分処理による異物検出を用い、基準画像とビデオカメラ10で撮影されたカメラ画像とを比較する。
ステップS29では、障害物Sが写っているので、障害物判定結果を「障害物あり」に設定し、続くステップS30では、「離隔距離演算」を行って離隔距離Tを算出して処理をメイン処理である衝突回避処理に戻す。ここで、「離隔距離演算」は、図4,5に示すブーム基点と障害物Sの最上部との垂直方向距離(画素数)をブーム4の下面と障害物Sとの離隔距離に設定する演算を行うものである。
この車両搭載型クレーン1でクレーン作業を行う際は、オペレータがクレーン本体1から離れた位置から上記遠隔操作器の各選択スイッチおよび速度レバーの操作により所望のクレーン操作を入力する。これにより、所望のクレーン操作に対応した信号が無線通信によって上記コントローラ30に入力され、コントローラ30は、クレーン本体1の各アクチュエータを作動させる作動指令を出力し所望のアクチュエータが作動する。これにより、クレーン作業に際し、オペレータはクレーン本体1から離れた位置から、ブーム4の起伏、伸縮および旋回動作を含むブーム動作を行うことができる。
これに対し、本実施形態の車両搭載型クレーン1は、ビデオカメラ10、画像処理装置20およびコントローラ30を含んで構成される衝突回避装置を有し、この衝突回避装置が、上述した図2,3に示す衝突回避処理を実行して、画像処理に基づく衝突回避制御を行うので、作業現場の状況にあわせて取得された画像情報に基づいて、障害物である電線Sに対してブーム4の下面の衝突可能性の有無を判定することができる。
そして、この衝突回避装置によれば、ビデオカメラ10と画像処理装置20を用いて近接センサとしての機能を奏する構成なので、作業規制範囲の設定を間違えるなどの人為的ミスを無くすことができる。また、作業環境のデータを入力するような事前のセッティングも不要なので、迅速且つ安全に作業を開始することができる。
例えば、上記実施形態では、車両搭載型クレーンに本発明の一態様に係る作業機用ブーム衝突回避装置を搭載した例を説明したが、これに限定されず、作業用のブームを有する作業機であれば本発明を適用可能である。
また、上記実施形態では、本発明の利用可能な作業現場の状況の一例として、市街地や線路内などで、電線や電柱の近くで吊荷作業をする際に、電線との接触を防止する例を説明したが、これに限らず、作業時にブームが障害物と干渉するのを防ぐために、ブームの位置や姿勢を制限する用途に対して広く本発明を適用することができる。例えば建設現場で吊荷作業をする際に、足場等との接触を回避しながら荷物を搬入する用途に対して適用することができる。
2 ベース
3 コラム
4 ブーム
5 ワイヤロープ
6 フック
7 起伏シリンダ
8 アウトリガ
9 車両
10 ビデオカメラ
20 画像処理装置(画像処理部)
30 コントローラ(衝突回避制御部)
H 電柱
S 電線(障害物)
T 離隔距離
Claims (4)
- 作業用のブームを有する作業機に用いられ、作業時に前記ブームが障害物と衝突するのを防ぐために、前記ブームと前記障害物との衝突を回避する作業機用ブーム衝突回避装置であって、
前記ブームの先端に設けられたビデオカメラと、該ビデオカメラで随時に撮影した映像と基準画像とを比較して相互の画像の差異に基づいて障害物の有無を判定するとともに、障害物があると判定されたときには、そのときの画像処理した結果に基づいて前記ブームと障害物との離隔距離を算出する画像処理部と、該画像処理部から出力された前記離隔距離の情報に基づいて前記ブームと障害物との衝突を回避する衝突回避制御を行う衝突回避制御部とを備えることを特徴とする作業機用ブーム衝突回避装置。 - 作業用のブームを有する作業機に用いられ、作業時に前記ブームが障害物と衝突するのを防ぐために、前記ブームと前記障害物との衝突を回避する作業機用ブーム衝突回避装置であって、
前記ブームの先端に設けられたビデオカメラと、該ビデオカメラで撮影した画像を画像処理するとともに、その画像処理の結果に基づいて前記ブームと障害物との離隔距離を算出する画像処理部と、該画像処理部から出力された前記離隔距離の情報に基づいて前記ブームと障害物との衝突を回避する衝突回避制御を行う衝突回避制御部とを備え、
前記ビデオカメラは、前記ブームの先端からコラムを撮影するように設けられており、
前記画像処理部は、前記ビデオカメラで随時に撮影した前記コラムの映像と基準画像とを比較して相互の画像の差異に基づいて障害物の有無を判定するとともに、障害物があると判定されたときには、前記ブームの下面と障害物の最上部との対向距離を前記離隔距離の情報として生成し、
前記衝突回避制御部は、前記生成された離隔距離の情報に基づいて、前記ブーム下面と前記障害物との衝突のおそれがある場合に、オペレータへの警報、またはブームの減速、停止若しくは動作方向を規制する衝突回避制御を行うことを特徴とする作業機用ブーム衝突回避装置。 - 前記ビデオカメラは、前記ブームの先端から前記コラムを撮影するように、一台に限って設けられ、該ビデオカメラの姿勢が、自身の光軸を前記ブームの下面の延在方向とほぼ平行とするように装着され、その光軸の延長線が前記コラムの上部と交わる点をブーム基点として設定されていることを特徴とする請求項2に記載の作業機用ブーム衝突回避装置。
- 前記画像処理部は、前記ブーム基点と障害物の最上部とを含む全体画像をビットマップ形式で処理し、その処理にて得られた画素に基づいて前記全体画像を格子状に分けた格子点として認識し、当該全体画像における前記障害物の最上部と前記ブーム基点間の画素の垂直方向での格子点の数を算出し、その算出した格子点の数を、前記離隔距離の情報として取得することを特徴とする請求項3に記載の作業機用ブーム衝突回避装置。
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