JP2005188160A - 旋回式作業車両の後方視野表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業用車両の上部旋回体の後部に設けたカメラからの後方視野に関する画像をモニタに表示させる際に、その画像に現れる像の上部旋回体からの距離をより正確に把握できるようにする。
【解決手段】 モニタ２１の画面にカメラ２０からの画像に重ね合わせるようにして、距離表示ラインとしての目盛り２２が表示されるように設定している。この目盛り２２はカメラ２０を設置した上部旋回体４の旋回中心Aを中心とする円弧状のものであり、上部旋回体４の最後部であるカウンタウエイト１６の後端部Ｔを半径とする円弧を目盛り２２の原点である目盛り２２₀として、この原点目盛り２２₀の位置から後方に向けて順次目盛り２２₁，２２₂，・・・２２_nというように複数本形成されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、油圧ショベル等の旋回式作業車両において、その上部旋回体の後部位置にカメラを設けて、このカメラから得られる後方視野画像を運転室内に設置したモニタに表示する旋回式作業車両の後方視野表示装置に関するものであり、特にモニタを目視したときに、後方視野内に位置する物体等までの距離を正確に検出できるようにした後方視野表示装置に関するものである。

作業用車両の一例として、油圧ショベルはクローラ式走行手段を有する下部走行体に旋回装置を介して上部旋回体を設置したものから構成され、上部旋回体には、運転室及び作業手段としてのフロント作業機が装着されている。これら運転室及びフロント作業機は上部旋回体の前方に配置されている。また、上部旋回体における運転室の後部側には機械室を構成する建屋が設けられ、最後部位置にはカウンタウエイトが設置されている。

油圧ショベルは、主に土砂の掘削等の作業を行うために用いられる。運転室内にはオペレータが着座する運転席が設置されており、この運転席の左右両側部や前方部には操作手段としての操作レバーや操作ペダル等が設けられている。従って、オペレータは運転席に着座して各操作手段を操作するようになっており、その操作中には、運転室の前方及び側方の状況はオペレータの肉眼で確認できるが、前方を向いた姿勢では、後方及び斜め後方の視野が得られない。ここで、作業の安全性及び円滑性等の観点からは、後方視野を得ることは極めて重要なこととなる。

特に、油圧ショベルが稼動する作業現場において、作業者が立ち入って何等かの作業をしている場合や、周囲に構築物等が位置している場合等には、後方安全確認は極めて重要になってくる。ここで、後方視野が必要なのは、主に、下部走行体による後進時及び上部旋回体の旋回時であるが、土砂を掘削してダンプトラックに積載する等といった作業を行う際には、後進及び旋回は頻繁に行われることから、安全確認のために頻繁に下車するのは、作業効率の点で極めて不利であり、また面倒でもある。以上のことから、オペレータが運転室内で前方を向いた状態でも、後方の安全確認を行えるようにするために、上部旋回体の後方に監視用のカメラを設置して、このカメラからの映像を運転室内に設けたモニタに表示することによって、後方視野を得る構成としたものは、例えば特許文献１にあるように、従来から知られている。
特開２００２−３７１５９５号公報

ところで、油圧ショベル等の作業車両において、安全確認の対象となるのは、作業者等からなる人と、構築物や機械器具類等といった物体であり、従って作業車両と干渉する範囲内、つまり地面から上部旋回体の上面の高さ位置までの視野が得られれば、その目的が実質的に達成される。従って、作業車両の上部旋回体の後部位置に設置したカメラは、その視野の中心を斜め下方に向けるようになし、もって作業車両の周囲にこれら人的或いは物的障害までの距離をある程度把握できるようにするのが一般的である。

今、図８に示したように、カメラＣを地上Ｇから高さｈの位置に配置して、このカメラＣの視野中心Ａを斜め下方に向けて、地上Ｇにおける位置ｐから位置ｓまでの画角となる視野を得たとする。そして、このカメラＣで得られる画像を、図９に示したように、モニタＭに表示したときには、当然、位置ｐに近い像が大きく、位置ｓに近づくに応じて像が小さくなる。即ち、位置ｐから位置ｓまでの距離を一定間隔（図８に示した間隔ａ）に分解したときに、モニタＭ上の画像では、間隔ｄは位置ｐ側の方は間隔が広く、位置ｓ側に向けて連続的に間隔が狭くなるように表示される。従って、このモニタＭを目視しただけでは、車両から障害が存在する位置までの正確な距離を把握するのは必ずしも容易でないことがある。しかも、上部旋回体を旋回させたときに、上部旋回体と干渉するおそれのある位置に障害が存在するか否かをモニタＭの画像から的確に判断できないこともある。つまり、モニタＭでは画像は二次元的に表現されることから、たとえカメラＣの視野中心Ａを斜め下方に向けても、画像に示されている像の奥行き方向の情報が十分得られず、遠近感を必ずしも正確には把握できないことがある。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、モニタに表示される画像に現れる像の上部旋回体からの距離をより正確に把握できるようにすることにある。

前述した目的を達成するために、本発明においては、下部走行体に上部旋回体を旋回可能に装着した作業用車両において、上部旋回体の後部にカメラを設けて、この上部旋回体の後方視野を取得して、その画像をモニタに表示するに当って、このモニタには上部旋回体の旋回中心を中心とする円弧状の距離表示ラインをカメラで取得した画像に重ね合わせて表示する構成としたことをその特徴とするものである。

ここで、距離表示ラインは、旋回中心からの距離を表示する複数の目盛りとして形成することができ、また旋回半径を表示する旋回ラインであっても良く、さらには車両に設置されている作業手段の旋回時の軌跡等を表示することもできる。そして、特に好ましいのは、目盛りと旋回ラインとを表示するものであり、かつ旋回ラインは目盛りとは、色、太さ、線種等を変えるようにして表示することである。

また、距離表示ラインは、画像信号処理の段階で画像に重ね合わせるようにするのが最も適切であるが、撮像側、例えば対物光学系にラインを表示した透明フィルム等を介装してこのラインを同時に映し込むようにするか、または表示側、例えばモニタに予めライン表示がなされるように設定することもできる。

以上のように構成することによって、上部旋回体における所定の高さ位置において、視野を斜め下方に向けるようにして設置したカメラから得られる画像に含まれる像の上部旋回体からの距離を正確に判定することができる等の効果を奏する。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態では、旋回式作業車両の一例として油圧ショベルについて説明するが、本発明の後方視野表示装置が適用される作業車両としては、この油圧ショベルに限定されるものではないことは言うまでもない。

図１に旋回式作業車両である油圧ショベルを示す。図中において、油圧ショベル１は左右一対のクローラ式走行手段を備えた下部走行体２と、この下部走行体２に対して旋回装置３を介して連結した上部旋回体４とを備えている。従って、下部走行体２により前進及び後退等というように、車両全体を走行させることができ、また下部走行体２に対して上部旋回体４を旋回させることができる。この上部旋回体４の旋回時における旋回中心は図中にＯで示されている。

上部旋回体４には、オペレータが搭乗して、機械全体の操作を行うための運転室１０が設置されており、また作業機構として、ブーム１１，アーム１２及びバケット１３（このバケット１２は他のアタッチメントと交換可能となっている）からなる多関節のフロント作業機１４が装着されている。そして、これら運転室１０及びフロント作業機１４の設置部より後方の部位には、エンジンや油圧ポンプ、コントロールバルブ等の機器類を設置した建屋１５が設けられており、かつ作動油タンク及び燃料タンクといったタンク類も設置されている。さらに、上部旋回体４の最後部位置にはカウンタウエイト１６が設置されている。

油圧ショベル１を操作して、土砂の掘削等の作業を行う場合、運転室１０内でオペレータが操作レバー、操作ペダル等の操作手段を操作するが、フロント作業機１４はオペレータの前方で作動することから、オペレータはその作動状態を直接目視して、安全確認を行うことができる。また、車両の走行時及び上部旋回体４の旋回時には、前方の安全確認を行うことができる、後方における安全確認を行うのは困難であり、また建屋１５等により視野が遮られて、所謂死角となる方向もある。従って、車両を後進させる際や、上部旋回体４を旋回させる際には、その後方及び斜め後方の視野を補助的に得るために、上部旋回体４の最後部に位置するカウンタウエイト１６にカメラ２０を設置して、このカメラ２０により後方を撮影して、オペレータの視認を可能としている。ここで、カメラ２０は所定の時間間隔毎に静止画像を撮影するもので構成することもできるが、好ましくは動画状態で撮影できるもの、つまりテレビカメラで構成するのが望ましい。

カメラ２０で得た後方視野画像は、運転室１０内に設置したモニタ２１に表示されるようになっている。このモニタ２１は、運転室１０に設けた運転席にオペレータが着座した状態で見易い位置であり、かつ前方視野をできるだけ妨げない位置に設置される。これによって、車両の後進時や上部旋回体４の旋回時等、後方視野が必要なときには、オペレータはこのモニタ２１を目視することによって、後方及び斜め後方の安全確認を行うことができるようになる。

図２に示したように、カメラ２０は、カウンタウエイト１６の幅方向の中間位置であって、ある程度の高さ位置に設置されるようになっている。ここで、カメラ２０の視野中心Ａは、図３に示したように、後方に向けて斜め下方となっている。即ち、後方視野を取得するのは、対人、対物の安全確保のためであり、カウンタウエイト１６の高さ位置より上方の情報はことさら必要ではなく、地上に存在する像が問題となることから、ある程度の広い範囲にわたって路面に立脚している像を取得する必要がある。このように、カメラ２０の視野を斜め下方に向けることによって、二次元的な表現表示のモニタ２１において、ある程度の距離感を出すようにしているが、このモニタ２１に表示されている像の遠近感は必ずしも正確に把握することはできない。

そこで、図４に示したように、モニタ２１の画面にカメラ２０からの画像に重ね合わせるようにして、距離表示ラインとしての目盛り２２が表示されるように設定している。この目盛り２２はカメラ２０を設置した上部旋回体４の旋回中心Ｏを中心とする円弧状のものであり、上部旋回体４の最後部であるカウンタウエイト１６の後端部Ｔを半径とする円弧を目盛り２２の原点である目盛り２２₀（この目盛り２２₀が上部旋回体４の旋回ラインとなる）として、この原点目盛り２２₀の位置から後方に向けて順次目盛り２２₁，２２₂，・・・２２_nというように複数本形成されている。ここで、目盛り２２の間隔は、例えば１ｍ毎等というように、一定のピッチ間隔ずつ大きくなる毎に形成されている。また、モニタ２１には、必要に応じて目盛り２２と共に、各目盛り２２までの距離を数値で示すようにすることもできる。

以上のように構成することによって、下部走行体２により車両を後進させる際や、上部旋回体４を旋回させる際等において、後方の安全を確認するために、オペレータがモニタ２１の画面に映し出されたカメラ２０の画像を見るときに、この画像に映し出されている人や物体等のカウンタウエイト１６からの距離を目盛り２２で読み取ることによって、オペレータは容易に、しかも正確に認識できることになる。従って、衝突を避けなければない障害であるか否か、そのまま作動を継続した場合には、衝突する可能性があるか否かを的確に判断できる。また、回避動作が必要なときには、どのような動作をどの手順で行えば良いか等を決定することができる結果、作業の安全性が確保されることになる。

ここで、カメラ２０からの画像に目盛り２２を重ね合わせて表示するためには、例えばカメラ２０の光学系に目盛り２２を表示した透明板を介在させる等の手法によることもできるが、カメラ２０の取付位置と上部旋回体４の旋回中心位置とは必ずしも一定ではないので、また目盛り２２のピッチ間隔を任意に設定できるようにするために、図５に示したように、カメラ２０からの画像信号を画像信号処理回路３０に取り込むようになし、この画像信号処理回路３０に目盛り設定手段３１を接続して、この目盛り設定手段３１により任意に設定された目盛り２２をカメラ２０の画像にスーパーインポーズするように構成することができる。

これによって、カメラ２０をどの位置に取り付け、その視野中心をどの程度傾けるかの設定を行ったときに、所望のピッチ間隔で正確な目盛り表示を行うことができるようになる。また、カウンタウエイト１６の後端部Ｔからの距離を正確に測定するためには目盛り２２の数を多くする方が望ましいが、あまり多くの数の目盛り２２が表示されていると、カメラ２０からの画像が見難くなってしまう。従って、目盛り２２のピッチ間隔を任意の間隔とするためにも、目盛り設定手段３１によって目盛り２２のピッチ間隔を自由に設定できるように構成するのが望ましい。

ここで、図１に示した油圧ショベル１は標準機であり、この標準機としての油圧ショベル１は、その旋回中心Ｏからカウンタウエイト１６の後端部Ｔまでの距離は下部走行体２の幅寸法、つまり左右の履帯における外側端部間の間隔より長くなっており、旋回中心Ｏを境として、前方側と後方側とでは、後方側の方が大きく突出している。従って、このタイプの機械では、カウンタウエイト１６の後端部Ｔが上部旋回体４の旋回半径となる。これに対して、図６に示した油圧ショベル１０１にあっては、その上部旋回体１０４を旋回させたときに、この上部旋回体１０４の後端部が下部走行体１０２の左右の履帯における外側端部から外側に突出しない長さとした、所謂、後方小旋回型のものが実用化されている。この油圧ショベル１０１の場合、旋回体１０４の旋回中心Ｏから前端部までの長さＬＦと、後端部までの長さＬＢとを比較すると、前端部側の長さＬＦの方が、後端部までの長さＬＢより長くなっており、従って旋回上部旋回体１０４の旋回半径は上部旋回体１０４の前端部となる。

以上のように、後方小旋回型の油圧ショベル１０１に設けられる後方視野表示装置としてのモニタ２１には、図７に示したように、複数の目盛り２２に加えて、旋回半径を表示するように、円弧状に形成される距離表示ラインとして、旋回ライン２３も併せて表示することができる。ここで、この旋回ライン２３をモニタ２１に表示するに当っては、目盛り２２と識別できるように、色を変えたり、線種を変えたりするのが望ましい。特に、旋回ライン２３は目盛り２２と色及び線種を変えるようにするのがさらに望ましい。このように、旋回ライン２３を合わせて表示することで、旋回ライン２３を基準となるラインとして人的、物的障害が旋回ライン２３の内側であるか、外側であるかを判別できるようになる。

油圧ショベル等の旋回可能な上部旋回体を有する構成とした場合、通常は、上部旋回体は３６０°旋回可能になっている。従って、旋回半径が上部旋回体１０４の前端部の方が後端部より大きい場合において、旋回ライン２３を表示することによって、上部旋回体１０４を大きく旋回させようとする場合に、この上部旋回体１０４が人的、物的障害と衝突する可能性を予め予測できるようになるので、より高い安全性が確保される。

本発明の実施の一形態を示す後方視野表示装置を設置した旋回式作業車両としての油圧ショベルの全体構成図である。 図１の上部旋回体におけるカメラの設置位置を示す構成説明図である。 カメラの視野方向を示す構成説明図である。 後方視野表示装置のモニタ画面における表示の一態様を示す説明図である。 カメラ画像に目盛りを重ね合わせてモニタに表示するための回路構成を示す図である。 他の旋回式作業車両としての後方小旋回型の油圧ショベルを示す全体構成図である。 図６の油圧ショベルにおける後方視野表示装置のモニタ画面の表示の一態様を示す説明図である。 カメラを地上からある高さ位置に配置して、このカメラの視野中心を斜め下方に向けたときの視野範囲を示す説明図である。 図８の視野を有するカメラで取得した映像をモニタに表示させたときの距離と表示領域との関係を示す説明図である。

符号の説明

１，１０１ 油圧ショベル
２，１０２ 下部走行体
４，１０４ 上部旋回体
１０ 運転室
１６ カウンタウエイト
２０ カメラ
２１ モニタ
２２，２２₀，２２₁，２２₂，・・・２２_n 目盛り
２３ 旋回ライン
３０ 画像信号処理回路
３１ 目盛り設定手段

Claims (4)

1. 下部走行体に上部旋回体を旋回可能に装着した作業用車両において、前記上部旋回体の後部に設けられ、この上部旋回体の後方視野を得るためのカメラと、このカメラで得た画像を表示するモニタとを備えたものにおいて、
   前記モニタには、前記上部旋回体の旋回中心を中心とする円弧状の距離表示ラインを前記カメラで取得した画像に重ね合わせて表示する
   構成としたことを特徴とする旋回式作業車両の後方視野表示装置。
2. 前記距離表示ラインは、路面上での前記旋回中心からの距離を示す複数の目盛りからなることを特徴とする請求項１記載の旋回式作業車両の後方視野表示装置。
3. 前記距離表示ラインは前記上部旋回体の旋回半径を表示する旋回ラインであることを特徴とする請求項１記載の旋回式作業車両の後方視野表示装置。
4. 前記距離表示ラインは、路面上での前記旋回中心からの距離を示す複数の目盛りと、この目盛りとは識別可能なラインで形成した前記上部旋回体の旋回半径を表示する旋回ラインとを含むことを特徴とする請求項１記載の旋回式作業車両の後方視野表示装置。

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