(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、この本体に可回動に取り付けられた少なくとも１つの腕と、この腕に取り付けられた作業具とを備え、指令に応じて前記腕および作業具の少なくとも一方を駆動して所要の作業を行う作業機械において、前記本体に取り付けられ前記腕の回動面に交差する方向に突出するカメラ突出機構と、このカメラ突出機構に取り付けられたカメラと、このカメラで撮影された画像信号をモニタへ送信する送信手段とを設けたことを特徴とする作業機械。
【請求項２】
請求項１において、前記カメラ突出機構は、前記カメラを、指令に応じて前記腕の回動面に交差した方向に移動させるアクチュエータを備えていることを特徴とする作業機械。
【請求項３】
本体と、この本体に可回動に取り付けられた少なくとも１つの腕と、この腕に取り付けられた作業具とを備え、指令に応じて前記腕および作業具の少なくとも一方を駆動して所要の作業を行う作業機械において、前記本体に取り付けられ前記腕の移動面に交差する方向である前記本体の側方に突出するカメラ突出機構と、このカメラ突出機構に取り付けられたカメラと、このカメラで撮影された画像信号をモニタへ送信する送信手段とを設けたことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１又は請求項２において、前記本体に、前記カメラ以外の少なくとも１つの他のカメラと、当該他のカメラで撮影された画像信号をモニタへ送信する送信手段とを設けたことを特徴とする作業機械。
【請求項５】
本体と、この本体に可回動に取り付けられた少なくとも１つの腕と、この腕に取り付けられた作業具とを備え、指令に応じて前記腕および作業具の少なくとも一方を駆動して所要の作業を行う作業機械において、前記本体に取り付けられ、前記腕の移動面に交差する方向に突出して前記作業具周辺を撮影する第１のカメラと、前記本体に取り付けられ、前記第１のカメラと異なる方向から前記作業具周辺を撮影する少なくとも１つの第２のカメラと、これらのカメラで撮影された画像信号をモニタへ送信する送信手段とを設けたことを特徴とする作業機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、指令に応じて駆動される腕あるいは作業具を有する油圧ショベル、油圧クレーン、ブルドーザ等の作業機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業機械、例えば油圧ショベルは、本体に可回動に取り付けられたブーム、このブームに可回動に取り付けられたアーム、およびこのアームに可回動に取り付けられたバケットを備え、オペレータがそれらに対応する操作レバーを操作してそれらを駆動することにより所望の作業を行なう。このような油圧ショベルによる作業は、通常、オペレータが運転室に搭乗し、運転室内に設置された操作レバーを操作して行なわれるが、危険な個所での作業、例えば、崖の近辺、崩壊のおそれのある建造物の近辺、河川等における作業、火山の土石流の除去作業等の作業を行なう場合には、オペレータが搭乗して作業をするのは危険であるので、遠隔操縦手段を用いた作業が行われる。
【０００３】
遠隔操縦手段は、受信信号に応じてブームやアーム等の腕、又は作業具であるバケットを駆動させる作業機械側制御装置と、油圧ショベルから遠く離れた遠隔地に設置されて当該作業機械側制御装置に有線又は無線で信号を送信する遠隔操縦装置とで構成される。遠隔操縦装置には、油圧ショベルの操作レバーに対応する操作レバーが備えられ、オペレータは遠隔操縦装置の各操作レバーを油圧ショベルの操作レバーと同じように操作することにより、その操作方向および操作量に応じた信号を作業機械側制御装置に送信し、油圧ショベルを操縦する。このような遠隔操縦においては、オペレータは油圧ショベルを見ることはできない場合が多く、その場合には、油圧ショベルにオペレータが搭乗したときのオペレータの目の位置又はそれと等価な位置にカメラを設置し、このカメラで撮影したブーム、アーム、バケットおよびそれらの近辺の映像を無線又は有線で遠隔操縦装置のそばに設置されたモニタへ送信、表示し、オペレータは表示された作業現場を見ながら各操作レバーを操作して作業を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
油圧ショベルによる作業において、ブーム、アーム、バケットの動きの方向は、運転室のオペレータから見てその前後方向である。オペレータが運転室に搭乗して油圧ショベルを操作する場合には、オペレータは自分の眼で作業個所を立体的に観察することができるので、作業実施に大きな不都合は生じない。しかし、上記遠隔操縦の場合には、カメラで撮影された映像を観察しながら作業を行うことになる。そして、カメラは人間の眼と異なり、地面を含む作業個所周辺の物体と作業具であるバケットとの距離感（カメラに対する前後方向の距離感）を把握することができないので、作業が困難となって操作性や作業効率が低下する。
【０００５】
例えば、バケットで掘削した土砂をダンプトラックに積載する場合、映像では当該ダンプトラックの荷台とバケットとの位置関係が把握できず、バケットを回動して放土するとき、土砂が荷台の外に放土されたり、バケットが荷台の側板又はテールゲートに衝突して土砂積載ができないばかりか当該側板又はテールゲートを破損する等の事故が発生する場合も少なくない。
【０００６】
これに対処するため、例えば、社団法人  日本建設機械化協会、１９９４年７月発行の「建設機械による無人化施工技術シンポジュウム、資料」第８〜９頁に、上記カメラとして３Ｄカメラ（立体カメラ）を使用することが記載されているが、３Ｄカメラは極めて高価なカメラであり、特に、遠隔操縦を行わざるを得ない周囲環境においては、破損の危険が付きまとうこととなり、そのような破損のおそれのある個所に高価な３Ｄカメラを用いることは通常は採用し得ない。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、３Ｄカメラを用いなくても作業性や作業効率の低下を防止することができる遠隔操縦作業機械を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、本体と、この本体に可回動に取り付けられた少なくとも１つの腕と、この腕に取り付けられた作業具とを備え、指令に応じて前記腕および作業具の少なくとも一方を駆動して所要の作業を行う作業機械において、前記本体に取り付けられ前記腕の回動面に交差する方向に突出するカメラ突出機構と、このカメラ突出機構に取り付けられたカメラと、このカメラで撮影された画像信号をモニタへ送信する送信手段とを設けたことを特徴とする。
また、本発明は、上記構成において、前記カメラ突出機構は、前記カメラを、指令に応じて前記腕の回動面に交差した方向に移動させるアクチュエータを備えていることを特徴とする。
また、本発明は、本体と、この本体に可回動に取り付けられた少なくとも１つの腕と、この腕に取り付けられた作業具とを備え、指令に応じて前記腕および作業具の少なくとも一方を駆動して所要の作業を行う作業機械において、前記本体に取り付けられ前記腕の移動面に交差する方向である前記本体の側方に突出するカメラ突出機構と、このカメラ突出機構に取り付けられたカメラと、このカメラで撮影された画像信号をモニタへ送信する送信手段とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明は、上記構成において、前記本体に、前記カメラ以外の少なくとも１つの他のカメラと、当該他のカメラで撮影された画像信号をモニタへ送信する送信手段とを設けたことも特徴とする。
また、本発明は、本体と、この本体に可回動に取り付けられた少なくとも１つの腕と、この腕に取り付けられた作業具とを備え、指令に応じて前記腕および作業具の少なくとも一方を駆動して所要の作業を行う作業機械において、前記本体に取り付けられ、前記腕の移動面に交差する方向に突出して前記作業具周辺を撮影する第１のカメラと、前記本体に取り付けられ、前記第１のカメラと異なる方向から前記作業具周辺を撮影する少なくとも１つの第２のカメラと、これらのカメラで撮影された画像信号をモニタへ送信する送信手段とを設けたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
カメラ突出機構に取り付けられたカメラは、腕や作業具やそれら周辺の物体をそれらの斜め方向から撮影することになる。このように撮影された映像はそれら相互の位置関係を容易、明確に把握することができ、その結果、作業機械のオペレータの操作性や作業効率が低下することはない。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例に係る油圧ショベルの正面図である。この図で、１は下部走行体、２は上部旋回体、３は運転室であり、上部旋回体２と運転室３で油圧ショベルの本体を構成する。４は上部旋回体２に可回動に取り付けられたブーム、５はブーム４に可回動に取り付けられたアーム、６はアーム５に可回動に取り付けられたバケットを示す。ブーム４、アーム５、バケット６は、図示の状態においては紙面に垂直な面内で回動駆動される。７は上部旋回体２に固定された突起部、８は突起部７に取り付けられたカメラ突出機構（詳細構成は図２を参照して説明する）、９はカメラ突出機構の所定位置に取り付けられた雲台、１０は雲台９に取り付けられたカメラである。
【００１２】
図２はカメラ突出機構８の正面図である。なお、図１および図２において、同一部分には同一符号を付す。カメラ突出機構８は、油圧シリンダ８１、リンク８２、８３、平行リンク機構８４で構成されている。油圧シリンダ８１は突起部７に可回動にピン結合され、リンク８２は一端が運転室３に、他端が油圧シリンダ８１のロッド８１ｒにそれぞれピン結合され、リンク８３の一端はリンク８２とともにロッド８１ｒにピン結合されている。平行リンク機構８４は、２つの互いに平行なカメラ取付アーム８４１、８４２、および突起部７に平行なカメラ取付台８４３で構成され、カメラ取付アーム８４１、８４２はそれぞれ突起部７およびカメラ取付台８４３にピン結合されている。又、カメラ取付アーム８４１の一部にはリンク８３がピン結合されている。なお、図２は油圧シリンダ８１が図１に示す伸長状態に至る前の伸長中途の状態を示す。
【００１３】
図２に示すように、雲台９は図示されていない２つのモータによって水平軸Ｘおよびこれに垂直な垂直軸Ｚのまわりに回転可能であり、したがって、各モータを駆動することによりカメラ１０をそれら各軸Ｘ、Ｚのまわりに回動させることができる。このような雲台９は良く知られているので、その詳細構成の説明は省略する。
【００１４】
油圧シリンダ８１を最大ストロークで伸長させると、カメラ突出機構８は図１に示すように、リンク８２とリンク８３がほぼ直線状態となり、平行リンク機構８４がその平行四辺形の関係を保持したままの状態で側方、即ち運転室３の横方向に突出する。
図３はこの状態を上から見た平面図であり、図１に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。この実施例では、平行リンク機構８４はブーム４、アーム５、バケット６の回動面と直交する方向（運転室３の真横）に突出する構成が例示されているが、カメラ１０を突出させればよいのであるから、本実施例のように当該回動面と直交する方向に限ることはなく、当該回動面と交差する方向に突出すればよいのは当然である。θはカメラ１０の視野を示す。このように、カメラ突出機構８を油圧シリンダ８１を駆動して突出させ、かつ、雲台９の２つのモータを駆動してカメラ１０を適切な姿勢に制御すると、カメラ１０はブーム４、アーム５、バケット６の後部側方から、それらおよびそれらの周辺の物体を任意の視野で撮影できることになり、それらの回動面内での位置関係を明瞭に示す画像を得ることができる。
【００１５】
図４はカメラ突出機構８が非突出状態のときの油圧ショベルの正面図である。この図で、図１に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。油圧シリンダ８１を縮める方向に駆動すると、リンク８２、８３は図２に示す状態を経て折りたたまれ、これに伴って、傾いていた平行リンク機構８４も運転室３側に引き寄せられて垂直状態になる。この状態でも、カメラ取付台８４３は水平状態に保持されている。
【００１６】
図５は遠隔操縦の全体構成を示す図である。この図で、図１に示す部分と同一部分には同一符号が付してある。ＶＣ  は油圧ショベルのブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ旋回モータ等の各種アクチュエータの駆動を制御する各コントロールバルブを示すコントロールバルブ群、ＶＲ  は各コントロールバルブを制御する各比例弁を示す比例弁群である。図では、コントロールバルブが制御するアクチュエータとしてアームシリンダ、バケットシリンダ、および油圧シリンダ８１のみが示され、他の油圧アクチュエータの図示は省略されている。１１は作業機械側制御装置、１２ａ、１２ｂは作業機械側の無線機である。作業機械側制御装置１１は、通信インターフェース１１１、ＲＯＭ１１２、ＲＡＭ１１３、ＣＰＵ１１４、Ｄ／Ａ変換器１１５、１１７、およびＡ／Ｄ変換器１１６で構成されている。
【００１７】
Ｌは遠隔操縦装置の操作レバー群を示し、この操作レバー群Ｌの各操作レバーは油圧ショベルの各アクチュエータに対応している。Ｌ９  は雲台９の各モータを操作する操作レバー群、Ｓ８１は油圧シリンダ８１を図１に示す突出位置と図４に示す非突出位置のいずれかに駆動するスイッチである。１３は遠隔操縦装置の制御装置、１４はカメラ１０で撮影された映像を表示するモニタ、１５ａ、１５ｂは遠隔操縦装置の無線機である。遠隔操縦装置の制御装置１３は、Ａ／Ｄ変換器１３１、ＲＯＭ１３２、ＲＡＭ１３３、ＣＰＵ１３４、通信インターフェース１３５で構成されている。
【００１８】
次に、遠隔操縦の動作の概略を説明する。油圧ショベルの作業現場から離れた遠隔地において、先ず、オペレータはスイッチＳ８１をＯＮとする。このＯＮ信号は制御装置１３に取り込まれ、ＣＰＵ１３４の制御により通信インターフェース１３５および無線機１５ｂを介して無線送信される。作業機械側制御装置１１は、無線機１２ｂおよび通信インターフェース１１１を介して当該ＯＮ信号を入力し、ＣＰＵはＲＯＭ１１２に格納された手順に従い、入力したＯＮ信号に相当する信号をＤ／Ａ変換器１１５を介して比例弁群ＶＲ  の対応する比例弁へ出力する。これにより、当該比例弁が作動して、パイロット圧を、コントロールバルブ群ＶＣ  中の油圧シリンダ８１を制御するコントロールバルブへ与える。この結果、油圧シリンダ８１が伸長作動して、それまで図４に示す非突出位置にあったカメラ突出機構８を図１に示す状態に突出させる。
【００１９】
この状態で、カメラ１０は、その視野内にある映像を映像信号として出力し、この映像信号は無線機１２ａを介して無線送信される。遠隔操縦装置の無線機１５ａは当該映像信号を受信し、これをモニタ１４に表示する。オペレータはモニタ１４に表示された現場の映像を見ながら、作業に都合の良い個所、例えばバケット６の掘削予定地面、又、さきの例でいえばバケット６とダンプトラックの側板又はテールゲート、がモニタ１４に表示されるように、操作レバー群Ｌ９  の所要の操作レバーを操作して雲台９を駆動し、カメラ１０の視野を調整する。この操作レバー群Ｌ９  の各操作レバーの操作信号は、さきのスイッチＳ８１の信号と同様、制御装置１３、無線機１５ｂ、１２ｂを経て作業機械側制御装置１１に入力され、ＣＰＵ１１４の制御の下にＤ／Ａ変換器１１７から雲台９の図示しないモータに与えられ、雲台９はこれに応じて図２に示すＸ、Ｚ軸まわりに回転して、カメラ１０の視野を変化させる。
【００２０】
この動作を経て、カメラ１０の視野が設定されると、オペレータは操作レバー群Ｌのうちの所要の操作レバーを操作して油圧ショベルにより所要の作業を行う。即ち、オペレータが所要の操作レバーを操作すると、その操作レバー、操作方向および操作量に対応した操作信号が制御装置１３のＡ／Ｄ変換器１３１へ入力され、ＣＰＵ１３４はＲＯＭ１３２に格納された処理手順に従って当該操作信号を通信インターフェース１３５、無線機１５ｂを介して送信し、作業機械側では無線機１２ｂでこれを受信し、作業機械側制御装置１１はこの操作信号を入力し、ＣＰＵ１１４の制御の下に操作信号に相当する信号をＤ／Ａ変換器１１５を介して比例弁群ＶＲ  の対応する比例弁へ出力する。これにより、それら比例弁が作動して、パイロット圧をコントロールバルブ群ＶＣ  中の対応するコントロールバルブへ与える。この結果、操作対象のアクチュエータがオペレータが遠隔地で操作する操作レバーの操作に応じて駆動され、その状態はカメラ１０の映像として前述のようにモニタ１４に表示される。
なお、作業機械側制御装置１１のＡ／Ｄ変換器１１６は雲台９の姿勢をフィードバック制御する場合に用いられる。
【００２１】
図６および図７はカメラ突出機構の他の具体例を示す図であり、図６は正面図、図７は平面図である。これらの図で、図１および図３に示す部分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省略する。これら各図で、８０は本具体例のカメラ突出機構を示す。２１は突起部７に固定されたモータ、２２はモータ２１に連結されたモータ、モータ２２に連結された２３は油圧シリンダ、９０は油圧シリンダ２３の先端に固定された雲台である。モータ２１およびモータ２２は油圧モータ又は電気モータが使用される。モータ２１は紙面に平行な軸まわりに回転し、油圧シリンダ２３を図７に示す矢印Ａ２１方向に移動させる。又、モータ２２は紙面に垂直な軸まわりに回転し、油圧シリンダ２３を図６に示す矢印Ａ２２方向に移動させる。さらに、油圧シリンダ２３は図６および図７に示す矢印Ａ２３方向に伸縮する。又、この具体例に使用されている雲台９０は、直交する３軸まわりに回転可能な構造となっている。
【００２２】
本具体例では、モータ２１、２２および油圧シリンダ２３を適切に駆動することにより、カメラ１０を広範囲（半径が変化する球面内）に位置させることができ、又、雲台９０はカメラ１０に自由な姿勢を採らせることができる。
なお、図６および図７に示す具体例において、モータ２１、２２の回転運動の代わりに油圧シリンダと歯車を組み合わせて回転運動を発生させることもできる。又、上記具体例において、カメラ１０の移動範囲が多少限定されるが、油圧シリンダ２３に代えて１本の棒状体又は伸縮できる複数段の棒状体を用いてもよいし、さらに、モータ２１を省略してもよい。
【００２３】
以上のように、本実施例では、カメラ突出機構８、８０を突出させ、カメラ１０を適切な姿勢に制御するようにしたので、カメラ１０はブーム４、アーム５、バケット６の後部側方から、それらおよびそれらの周辺の物体を任意の視野で撮影することになり、それらの回動面内での位置関係を明瞭に画像モニタ１４に表示させることができ、これにより、高価な３Ｄカメラを用いなくても、オペレータは作業現場における作業に関連する各物体相互の距離感を的確に把握することができ、ひいては適切な作業を行うことができる。又、カメラ突出機構８、８０は突出位置と非突出位置の両方の位置にセットすることができるので、カメラ突出機構８、８０が作業の邪魔になるような場合、カメラ突出機構８、８０を非突出位置とすれば支障なく作業を行うことができ、この場合でも、カメラ１０は従来のカメラと同様の機能を遂行させることができる。
【００２４】
なお、上記実施例の説明では、カメラ突出機構８を図１に示す位置と図４に示す位置のいずれか一方に操作する例について説明したが、カメラ突出機構８をそれら両位置およびそれらの中間の任意の位置にセットすることもできる。その場合には、図５に示すスイッチＳ８１に代えて、カメラ突出機構８の油圧シリンダ８１の伸縮量を制御する操作レバーが使用されることになる。さらに、カメラ突出機構８の突出量を、予想される作業の邪魔にならない程度にしてカメラ突出機構を突出位置に固定することもできる。この場合には、カメラ突出機構はカメラ１０を指示する１つのカメラアームのみで構成されることになる。カメラ突出機構８０をモータ２２により上記中間位置にセットすることができるのは明らかである。又、雲台は２軸回転又は３軸回転のものを例示して説明したが、これらに限ることはなく１軸回転のものを使用することもできる。
【００２５】
図８は本発明の他の実施例に係る作業機械の正面図である。この図で、図１に示す部分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。３０は運転室３内（又は運転室３の外部前方）に設けたカメラスタンド、１００はカメラスタンド３１に固定されたカメラ、３１は運転室３の外部天井に設けたカメラスタンド、１０１はカメラスタンド３１に固定されたカメラである。カメラ１００は運転室３のオペレータの眼の位置近辺からバケット６を撮影し、カメラ１０１はオペレータの眼の位置より高い位置からバケット６を撮影している。各カメラ１００、１０１の映像信号はそれぞれ対応する遠隔地のモニタへ送信される。なお、カメラの数および設置位置は任意に選択することができる。
【００２６】
このように、本実施例では、カメラ１０の外に他のカメラの映像もモニタに表示するようにしたので、オペレータはそれらの映像によって、さきの実施例に比較してより一層現場の状態を把握することができ、操作性を向上させることができる。
【００２７】
なお、上記各実施例の説明では、作業機械を遠隔地から操縦する場合について説明した。しかし、本発明は、遠隔地からの操縦に限ることはなく、運転室３にオペレータが搭乗して作業を行う場合にも適用することができる。即ち、運転室３内にモニタを備えてカメラ１０の映像を表示し、オペレータは作業具近辺の状態を肉眼と同時にモニタで観察する。これにより、肉眼単独よりも、より一層前後方向の距離感が強調され、作業性が向上する。勿論、崖の上から崖下を掘削する場合等のように、運転室３からは作業具の部分が見えない場合、運転室３内にモニタを備えることにより作業性は飛躍的に向上する。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、カメラ突出機構に取り付けられたカメラは、腕や作業具やそれらの周辺の物体をそれらの斜め方向から撮影するので、作業具とその周辺物体との相互の位置関係を明瞭に示す画像を得ることができ、これにより、高価な３Ｄカメラを用いなくても、オペレータは作業現場における各物体相互の距離感を的確に把握することができ、ひいては適切な作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る油圧ショベルの正面図である。
【図２】図１に示すカメラ突出機構の正面図である。
【図３】図１に示す油圧ショベルの平面図である。
【図４】本発明の実施例に係る油圧ショベルの正面図である。
【図５】遠隔操縦の全体構成を示す図である。
【図６】カメラ突出機構の他の具体例の正面図である。
【図７】カメラ突出機構の他の具体例の平面図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る油圧ショベルの正面図である。
【符号の説明】
２  本体
４  ブーム
５  アーム
６  バケット
８  カメラ突出機構
９  雲台
１０  カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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