(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、該下部走行体の上に旋回自在に配置される上部旋回体と、該上部旋回体に搭載されるアタッチメントとを有し、該アタッチメントの駆動により作業領域内を作業処理するショベルの画像表示装置であって、
該作業処理の対象となる作業領域を表示する画像表示部を有し、
運転者が状態をよく把握できない状況である作業領域を含む撮像装置で得られた前記作業領域の画像に、前記作業領域の凹凸の分布を加えて示す画像処理を施して前記画像表示部に表示するショベルの画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載のショベルの画像表示装置であって、
作業すべき領域を示す指示領域を前記画像内に表示するショベルの画像表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のショベルの画像表示装置であって、
予め座標設定された作業領域を前記画像表示部に表示するショベルの画像表示装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載のショベルの画像表示装置であって、
前記画像表示部は前記ショベルから離れた場所に設置されるショベルの画像表示装置。
【請求項５】
請求項１記載のショベルの画像表示装置であって、
前記作業領域の凹凸の分布を加える画像処理は等高線を表示することであるショベルの画像表示装置。
【請求項６】
請求項５記載のショベルの画像表示装置であって、
前記等高線は段階的に色つけされているショベルの画像表示装置。
【請求項７】
請求項１記載のショベルの画像表示装置であって、
前記作業領域の凹凸の分布を加える画像処理は網掛け処理を行うことであるショベルの画像表示装置。
【請求項８】
請求項２記載のショベルの画像表示装置であって、
前記指示領域は前記作業領域内において前記作業領域の凹凸の高さが他の部分よりも高い部分を示すショベルの画像表示装置。
【請求項９】
請求項２記載のショベルの画像表示装置であって、
前記指示領域は前記作業領域内において前記作業領域の凹凸の高さが他の部分よりも低い部分を示すショベルの画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１記載のショベルの画像表示装置であって、
前記画像表示部は運転室に設けられるショベルの画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明はショベルの作業領域を画像表示する画像表示装置に関する。
【背景技術】  一般的に、ショベル等の建設機械の運転者は、キャビン内の運転席に着座し、作業現場を目視しながらショベルの作業要素を操縦する。ショベルでの典型的な作業は、例えば、土砂を掘削し、掘削した土砂をトラックの荷台に積み込むという作業である。この場合、運転者は、まず掘削現場を目視しながらバケットで土砂を掘削する。その後、運転者は、バケットをトラックの荷台の上まで移動し、トラックの荷台に積み込まれた土砂を目視しながらバケット内の土砂をトラックに排出する。
上述の作業では、まず、運転者は、掘削現場の土砂の状況を目視し、バケットで掘削すべき部分を判断する。通常、掘削すべき部分は掘削現場の凹凸（高低）により判断する。掘削現場に穴を掘るのであれば、運転者は、凹部をさらに掘削して穴を深くする。掘削現場を平坦にするのであれば、運転者は、凸部をならして平たくする。このように、ショベルの運転者は、掘削現場の凹凸の分布を判断しながら掘削作業を行なうことが多い。
また、土砂をトラックの荷台に積み込む作業では、運転者は、トラックの荷台の中でそれまでに積み込まれた土砂が少ない部分に土砂を排出する。すなわち、運転者は、トラックの荷台に積み込まれた土砂の凹凸の分布を判断しながら、土砂の低い部分に土砂を排出する作業を行なう。
以上のように、ショベルの運転者は作業現場の状況を逐次判断しながら作業を進めるため、作業現場の状況を常に認識している必要がある。
ここで、ショベルのカウンタウェイトに設けたカメラで撮像した画像を運転室のモニタに表示し、操作時に死角となる後方や斜め後方の画像を運転者に提供するショベルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２００５−１６３３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】  ショベルの運転席から目視することのできる範囲は限られている。例えば、掘削現場に大きな凹凸があると、運転者にとって凸部分の向こう側がどういう形状となっているのかは目視では認識できない。また、トラックの荷台のように作業領域が運転者より上に有る場合、運転者は荷台を見上げる状態となる。このため、運転者は、荷台の中全体を目視することができず、荷台に積み込まれた土砂の状況を把握することができない。
また、カメラで撮影してモニタに映し出された画像は、映し出された物体の輪郭がわかる程度である。ショベルの運転者は、モニタのみを見つめながら作業しているわけではない。また、モニタの画面は目視の視野に比べて極めて小さい。したがって、モニタの画面内での物体の大きさは実際の目視での大きさよりはるかに小さいように表示されている。これらの理由により、ショベルの運転者は、モニタに写し出された画像から例えば作業領域の細かな凹凸の分布を即座に認識することはできない。
以上のように、運転者が作業領域の状態をよく把握できない状況で作業を行なうと、例えば掘削する位置がずれてしまう。また、トラックの荷台に土砂を積み込む位置がずれてしまうことがある。したがって、そのような位置ずれを修正したり、作業をやり直したりするための余計な作業が発生し、ショベルによる作業効率が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】  本発明の総括的な目的は、上述の問題を解決した新規で有用なショベルの表示装置を提供することである。
本発明のより具体的な目的は、ショベルの運転者が、モニタに映し出された画像を通して作業領域の状況を即座に認識することのできるショベルの画像表示装置を提供することである。
上述の目的を達成するために、本発明の一実施態様によれば、下部走行体と、該下部走行体の上に旋回自在に配置される上部旋回体と、該上部旋回体に搭載されるアタッチメントとを有し、該アタッチメントの駆動により作業領域内を作業処理するショベルに設けられる画像表示装置であって、該作業処理の対象となる作業領域を表示する画像表示部を有し、運転者が状態をよく把握できない状況である作業領域を含む撮像装置で得られた画像に凹凸の分布を示す画像処理を施して前記画像表示部に表示するショベルの画像表示装置が提供される。
【発明の効果】  上述の発明によれば、作業領域における凹凸の分布が画像内に表示されるので、作業領域の状況が目視できないかあるいは目視しにくいようなときでも、運転者は作業すべき位置を即座に認識することができ、正確な位置で作業を行なうことができる。これにより、ショベルの作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による画像表示装置が設けられたショベルの側面図である。
【図２】バケットの土砂をトラックの荷台に積み込む作業を行なっているショベルの側面図である。
【図３】本発明の一実施形態による画像表示装置により表示される画像の一例を示す図である。
【図４】画像表示装置の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態による画像表示装置が設けられたショベルの側面図であり、掘削作業中の状態が示されている。
ショベルは、走行するための駆動部として下部走行体１を有する。下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には、ブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端に、アーム５が取り付けられ、アーム５の先端にバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、及びバケット６は、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。これらのブーム４、アーム５、バケット６は、ショベルのアタッチメントとして構成される。そして、作業領域内における掘削作業、ならし作業等の作業処理は、アタッチメントを駆動することにより実施される。
上部旋回体３には、運転席及び操縦装置が配置された運転室としてキャビン１０が設けられる。上部旋回体３には、キャビン１０の後ろ側にエンジン等の動力源や油圧ポンプや油圧回路などが搭載される。
ショベルの駆動系の構成は、一般的なショベルの駆動系と同等であり、その説明は省略する。
図１には、ショベルが掘削作業を行なっている状態が示されている。掘削作業では、作業領域の凹凸のために、図１のＡ部のように運転者から見えない部分がある場合がある。そこで、本実施形態では、ショベルのアーム５の先端にカメラ２０を設け、作業領域をカメラ２０で撮影し、得られた画像を運転席のモニタ（画像表示部）３０に表示する。
カメラ２０は作業領域をほぼ真上から撮影することができるので、運転者には見えない部分（図１のＡ部）も撮影することができる。したがって、運転者はモニタ３０の画面を見ることで、作業領域全体の状況を確認することができる。
ただし、カメラ２０で得られた画像の鮮明度はあまりよくなく、モニタ３０の大きさにも限度がある。したがって、運転者はモニタ３０に映し出された作業領域を見ても、どこが低くてどこが高いかなどの凹凸の状況をすぐに認識することができない。そこで、本実施形態による画像表示装置では、カメラ２０が撮影して得られた画像に対して、画像内の領域における凹凸を示す画像を加えてモニタ３０に表示する。凹凸を示す画像とは、例えば画像内の同じ高さの部分を示す等高線であり、一般の地図で山や谷を示すように、平面画像内で凸部や凹部がわかりやすいように表示した画像である。凹凸を示す画像については、図２に示す土砂の積み込み作業に関連して詳細に説明する。
図２はバケット６ですくい上げた土砂をトラックの荷台に積み込む作業を行なっている状態を示す側面図である。トラック４０の荷台４０ａには、土砂を均等な高さで積み込む必要があるが、図２に示す状況では、ショベルの運転者はトラック４０の荷台４０ａの中を目視することができないので、およその位置にバケット内の土砂を排出することとなる。
そこで、本実施形態では、カメラ２０でトラック４０の荷台４０ａを撮影した画像を、ショベルの運転室にあるモニタ３０に表示する。その際、カメラ２０で得られた画像に対して、図３に示すように凹凸を示す等高線を加えて表示し、運転者が作業領域内の凹凸をすぐに認識できるようにする。
図３はトラック４０の荷台４０ａをカメラ２０で撮影して得られた画像に等高線（点線）を加えてモニタ３０に表示した際のモニタ３０の画面を示す図である。モニタ３０の画面には、トラック４０の荷台４０ａの全体が映し出されており、荷台４０ａの中の土砂の高低（凹凸）がわかるように等高線５０−１〜５０−４が表示されている。
積み込み作業では高さの低い部分（凹部）に土砂を排出して、荷台４０ａ全体になるべく均一に土砂を積み込む必要がある。そこで、ショベルの運転者は、トラック４０の荷台４０ａが写し出されたモニタ３０の画面に表示された等高線５０−１〜５０−４に基づいて、荷台４０ａ上の土砂の高低（凹凸）を判断し、低い部分にバケット６の土砂を排出する。モニタ３０の画面だけでは高低（凹凸）が分りにくい場合であっても、等高線５０−１〜５０−４を見ることで直ちに高低（凹凸）を判断することができ、作業効率が向上する。また、高い部分にさらに土砂を排出してしまってそれを後から平らにならすといった余計な作業が不要となり、ショベルによる作業効率をさらに向上させることができる。
図３に示す例において、等高線５０−１〜５０−４のうち、等高線５０−１は最も低い部分をつないだ線であり、等高線５０−２はその次に低い部分、等高線５０−３はその次に低い部分、等高線５０−４が最も高い部分をつないだ線である。等高線の間隔（高低差）は、例えば３０ｃｍというように適当な値に設定すればよく、予め所定の値に設定することでもよく、あるいは運転者がわかりやすいような値を入力して設定するようにしてもよい。
また、等高線５０−１〜５０−４を色分けして、例えば最も低い位置を示す等高線５０−１を青とし、最も高い位置を示す等高線５０−４を赤とし、それらの間の等高線５０−２，５０−３も青から赤にかけて段階的に変化するような適当な色とすることとしてもよい。あるいは、画像全体に色つけや網かけ処理を行なって、同じ高さの部分（隣り合う等高線の間の領域）を同じ色又は同じ網かけとし、画像全体で段階的に高低（凹凸）が表示されるようにしてもよい。
作業領域内の高低（凹凸）の判断は、画像表示装置が作業領域内の画像を処理して画像認識により決定することができる。その他、カメラ２０に距離センサを組み込んでおき、作業領域内の複数の位置とカメラ２０との間の距離を測定して高低を判断してもよい。距離センサは例えば反射型の距離センサとすることができる。
また、図３に示す例では、モニタ３０の画面に、等高線５０−１〜５０−４に加えてさらに作業指示領域を示す指示領域枠６０が表示される。指示領域枠６０で囲まれた領域が作業指示領域である。指示領域枠６０は、図３に示す例では、荷台４０ａの中で土砂の積み込みが少ない領域であり、これから土砂を積み込むべき領域である。画像表示装置は、作業内容に基づいて、モニタ３０に画像表示する作業領域内において、作業を行なうべき領域（すなわち作業指示領域）を特定し、画面中に指示領域枠６０で囲って表示する。図３に示す例では、土砂の積み込み作業であるため、土砂の高さがなるべく均等になるように、土砂の高さが低い部分が指示領域枠６０で囲まれた作業指示領域として表示される。
作業内容が例えば掘削作業である場合は、掘削すべき領域が指示領域枠６０で囲われた作業指示領域として表示される。また、作業内容が土砂を平坦にならす作業である場合は、土砂の高さが高い部分（凸部）が指示領域枠６０で囲われた作業指示領域として表示される。
作業指示領域は、図３に示すように作業指示領域を指示領域枠６０で囲む表示に限ることなく、例えば作業指示領域に色を付けたり、網かけ処理を施す等、他の領域と区別できるような画像処理を行なって表示すればよい。
モニタ３０に写す画像は、ショベルで掘削や積み込み等を行なう作業領域全体である。作業領域の位置を座標位置として予め登録しておき、モニタ３０の画像内に作業領域全体を表示することもできる。図３において、作業領域は点線枠７０で囲まれた部分である。作業領域の座標位置は、ＧＰＳ機能を用いることでショベルの座標位置とともに検出することができる。この場合、カメラ２０にＧＰＳ装置が組み込まれる。可能であれば、ＧＰＳ機能によっても作業領域内の高低（凹凸）を判定することもできる。
図４は本実施形態による画像表示装置１００のシステム構成図である。画像表示装置１００は、画像処理部１１０、信号処理部１２０、座標演算部１３０、及び作業領域判定部１４０を含む制御部１０２を有する。
カメラ２０で撮影した作業現場の画像データは、画像処理部１１０に送られる。画像処理部１１０は、画像データを処理して、モニタ３０に表示する画像データとする。画像処理部１１０で処理された画像データは、作業領域判定部１４０に送られる。
また、カメラ２０にＧＰＳ装置２２が組み込まれている場合は、ＧＰＳ機能で検出したカメラ２０の位置座標データが作業領域判定部１４０に送られる。位置座標データは座標演算部１３０にも供給される。
また、カメラ２０に距離センサ２４が組み組み込まれている場合は、距離データが信号処理部１２０に送られる。距離データは、カメラ２０から作業領域の各位置まで距離を表すデータである。信号処理部１２０で処理された距離データは、座標演算部１３０に供給される。座標演算部１３０は、ＧＰＳ装置２２からの位置座標データと距離センサ２４からの距離データに基づいて、距離センサ２４測定した位置を位置座標データに対応させて距離を測定した領域の位置座標データを作成し、作業領域判定部１４０に出力する。
作業領域判定部１４０は、画像処理部１１０からの画像データと、ＧＰＳ装置２２からの位置座標データと、座標演算部１３０からの位置座標データを用いて、モニタ３０で写し出す画像を作成し、モニタ画像データをモニタ３０に送る。作業領域判定部１４０は、カメラ２０からの画像データから画像内の高低（凹凸）を認識して等高線５０−１〜５０−４を表すデータを画像データに加える。あるいは、高低（凹凸）を表すデータ（距離データ）が距離センサ２４から供給されている場合は、座標演算部１３０から供給される位置座標データに基づいて、等高線５０−１〜５０−４を表すデータを作成することもできる。
また、作業領域判定部１４０は、作業領域を示す点線枠７０内において、高低差を表すデータに基づいて作業を行なうべき作業指示領域を特定し、指示領域枠６０を示すデータを生成する。上述のように、土砂の積み込み作業であれば（この情報は予め運転者が入力する）作業領域内の高さの低い部分を囲うように指示領域枠６０を形成する。
作業領域判定部１４０で作成された画像データは、ショベルの運転室に設置されているモニタ３０に送られ、モニタ３０の画面に写し出される。運転者はモニタ３０の画面上で、等高線や作業指示領域を確認しながら作業を行なうことで、効率的に作業を行なうことができる。
ここで、画像表示装置１００の制御部１０２がショベルに搭載されている場合は、カメラ２０、ＧＰＳ装置２２、及び距離センサ２４からの各種データは、ショベル内の配線を介して制御部１０２に送られる。また、モニタ３０に表示するための画像データもショベル内の配線を介してモニタ３０に送られる。しかし、カメラ２０、位置座標データ２２、距離センサ２４及びモニタ３０の各々と制御部１０２の間は、必ずしも配線で繋ぐ必要はなく、無線送信で各種データを送ることとしてもよい。上述の実施の形態では掘削作業、積み込み作業を例に説明したが、水平な平面の形成が必要な、ならし作業にも有効である。
無線送信とすることにより、制御部１０２及びモニタ３０をショベルから離れた場所に設置することができる。例えば、ショベルを遠隔操作して作業を行なうときなどは、遠隔操縦者は作業領域を目視することができないことが多い。このような場合にも、本実施形態による画像表示装置により生成された画像データによる画像をモニタに写し出しながらショベルの遠隔操作を行なうことで、効率的な作業を達成することができる。また、本実施例によるモニタ（画像表示部）３０をスマートフォンなどの携帯情報端末の画面で実現するようにしてもよい。
本発明は具体的に開示された上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変形例及び改良例がなされるであろう。
本出願は、２０１１年１２月２６日出願の優先権主張日本国特許出願第２０１１−２８４０９５号に基づくものであり、その全内容は本出願に援用される。
【産業上の利用可能性】  本発明は、ショベルの作業領域を画像表示する画像表示装置に適用することができる。
【符号の説明】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
２０  カメラ
２２  ＧＰＳ装置
２４  距離センサ
３０  モニタ
４０  トラック
４０ａ  荷台
５０−１〜５０−４  等高線
６０  指示領域枠
７０  点線枠
１００  画像形成装置
１０２  制御部
１１０  画像処理部
１２０  信号処理部
１３０  座標演算部
１４０  作業領域判定部
【図１】
0005908500.tif 000002
【図２】
0005908500.tif 000003
【図３】
0005908500.tif 000004
【図４】
0005908500.tif 000005