(57)【要約】【課題】迅速に法面施工を行うことができる建設機械用投影機、及びこれを備える建設機械を提供する。【解決手段】建設機械用投影機１７は、建設機械１が作業する現状施工面２１に像を投影する投影部３１を備える。さらに、目標施工面２３の少なくとも傾斜角度の情報が記憶された記憶部３５と、目標施工面２３の傾斜角度に対応させて目標施工面２３に投影したときに焦点が合うように投影像の形状を変化させる投影像変形部４１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建設機械が作業する現状施工面に、投影距離を目標施工面に合わせた投影像を投影する投影部と、、
目標施工面の少なくとも傾斜角度の情報が記憶された記憶部と、
前記目標施工面の傾斜角度に対応させて前記目標施工面に投影したときに傾斜角度に基づく投影像の歪みを阻止するように投影像の形状を変化させる投影像変形部と、
を備えることを特徴とする建設機械用投影機。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械用投影機であって、
前記現状施工面を撮像可能な撮像部と、
前記撮像部で認識された撮像と、前記投影部で投影する投影像との差を求める差分検出部と、
前記差分検出部で求められた差に対応する情報を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする建設機械用投影機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の建設機械用投影機であって、
前記投影像は、複数の直線が交差した網目模様の像であることを特徴とする建設機械用投影機。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の建設機械用投影機を備える建設機械であって、
バケットと、前記バケットを操作する操作部を有する操作室と、を備え、
前記操作室に前記建設機械用投影機が設けられていることを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の建設機械用投影機を備える建設機械であって、
バケットと、前記バケットを先端に備えるアームと、前記バケットを操作する操作部を有する操作室と、を備え、
前記アームに前記建設機械用投影機が設けられていることを特徴とする建設機械。
【請求項６】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の建設機械用投影機を備える建設機械、又は請求項４若しくは請求項５に記載の建設機械であって、
バケットと、前記バケットを操作する操作部を有する操作室と、を備え、
前記操作室には、前記目標施工面に投影された場合の前記投影像を操作者と前記現状施工面との間に表示する目標投影像表示部が設けられ、
前記目標投影像表示部は透過性を有していることを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械用投影機、及びこれを備える建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、施工面を掘削するバケットと、バケットを支えるアームと、バケットを操作可能な操作室と、操作室内に設けられたモニタとを備え、法面施工に用いられる建設機械であって、操作室内のモニタに法面施工の目標面が表示される建設機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。操作室内の操作者は、モニタに表示される目標面を見ながら法面施工を行うことができ、比較的経験が浅い作業者であっても容易に作業を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０３０２６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の建設機械では、操作者がモニタに移された法面施工の目標面を視認した後、実際に法面施工を行う面（以下、施工面という）を視認して、施工面がモニタに表示される目標面と同一になるように作業する。
【０００５】
しかしながら、操作者はモニタと施工面とを同時に視認することができないため、両者を交互に視認する必要があり、法面施工が迅速に行えないという問題がある。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、迅速に法面施工を行うことができる建設機械用投影機、及びこれを備える建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］上記目的を達成するため、本発明の建設機械用投影機（例えば、実施形態の投影機１７。以下同一。）は、建設機械（例えば、実施形態の建設機械１。以下同一。）が作業する現状施工面（例えば、実施形態の現状施工面２１。以下同一。）に、投影距離を目標施工面に合わせた投影像（例えば、実施形態の現状投影像１８。以下同一。）を投影する投影部（例えば、実施形態の投影部３１。以下同一。）と、目標施工面（例えば、実施形態の目標施工面２３。以下同一。）の少なくとも傾斜角度の情報が記憶された記憶部（例えば、実施形態の記憶装置３５。以下同一。）と、前記目標施工面の傾斜角度に対応させて前記目標施工面に投影したときに傾斜角度に基づく投影像の歪みを阻止するように投影像の形状を変化させる投影像変形部（例えば、実施形態の投影像変形部４１。以下同一。）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、投影部から現状施工面に投影された投影像を建設機械の操作者が視認して投影像の歪んでいる部分が平らな面となっていない部分であることが分かる。従って、操作者は、歪んでいる部分がなくなるように歪んで切る部分を掘削していくことで、現状施工面を平らな面に均すことができる。
【０００９】
そして、従来のように操作室に設置されたモニタで確認することなく、現状施工面を視認するだけで目標施工面と一致しているか否かを把握することができるため、操作者は従来よりも迅速に作業を行うことができる。
【００１０】
また、本発明においては、目標施工面（例えば、実施形態の目標施工面２３。以下同一。）の少なくとも傾斜角度の情報が記憶された記憶部（例えば、実施形態の記憶装置３５。以下同一。）と、前記目標施工面の傾斜角度に対応させて前記目標施工面に投影したときに傾斜角度に基づく投影像の歪みを阻止するように投影像の形状を変化させる投影像変形部（例えば、実施形態の投影像変形部４１。以下同一。）と、を備える。
【００１１】
かかる構成によれば、傾斜角度の異なる目標施工面を施工する場合においても建設機械の操作者は同一の投影像を視認することができ、迅速な作業を行うことができる。
【００１２】
［２］また、本発明においては、
前記現状施工面を撮像可能な撮像部（例えば、実施形態の撮像部３３。以下同一。）と、
前記撮像部で認識された撮像（例えば、実施形態の現状投影像１８。以下同一。）と、前記投影部で投影する投影像（例えば、実施形態の目標投影像１９。以下同一。）との差を求める差分検出部（例えば、実施形態の差分検出部４３。以下同一。）と、
前記差分検出部で求められた差に対応する情報を出力する出力部（例えば、実施形態の出力部３９。以下同一。）と、
を備えることが好ましい。
【００１３】
かかる構成によれば、出力された情報に基づいて作業が完了したか否かを容易に判断することができる。
【００１４】
［３］また、本発明において、前記投影像は、複数の直線が交差した網目模様の像とすることができる。かかる構成によれば、直線が湾曲しているか否かで施工面の凹凸を判断することができ、凸部を掘削して現状施工面を目標施工面に近づけることができて、より迅速な作業を行うことができる。
【００１５】
［４］また、本発明の建設機械は、前記建設機械用投影機と、バケット（例えば、実施形態のバケット１０。以下同一。）と、前記バケットを操作する操作部を有する操作室（例えば、実施形態の操作室５。以下同一。）と、を備え、前記操作室に前記投影機が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、操作室に建設機械用投影機が設けられているため、建設機械を現状施工面の前に設置すれば投影機も設置することができる。
【００１７】
［５］また、本発明の建設機械は、バケットと、前記バケットを先端に備えるアーム（例えば、実施形態のアーム９。以下同一。）と、前記バケットを操作する操作部を有する操作室と、を備え、前記アームに前記建設機械用投影機が設けられていてもよい。かかる構成によれば、アームによって、建設機械用投影機を動かすことができ、投影機専用の可動装置を設ける必要がない。
【００１８】
［６］また、本発明の建設機械は、バケットと、前記バケットを操作する操作部を有する操作室と、を備え、前記操作室には、前記目標施工面に投影された場合の前記投影像を操作者と前記現状施工面との間に表示する目標投影像表示部（例えば、実施形態の透明ディスプレイ１６。以下同一。）が設けられ、前記目標投影像表示部は透過性を有していることが好ましい。
【００１９】
かかる構成によれば、目標投影像表示部を通して現状施工面を操作者が視認することができ、目標投影像表示部に表示される投影像と、現状施工面に投影された投影像とのずれを見ながら、ずれが解消されるように、バケットを操作することにより、操作者は、従来よりもスムーズに掘削作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の投影機を搭載した建設機械の実施形態を示す説明図。
【図２】本実施形態の投影機のブロック図。
【図３】本実施形態の投影機から現状施工面に投影した像の例を示す説明図。
【図４】本実施形態の建設機械の操作室に表示された像と、現状施工面に投影された像とを操作室から視認した状態を示す説明図。
【図５】本実施形態の建設機械の作動を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図を参照して、本発明の実施形態の建設機械用投影機を搭載した建設機械を説明する。図１に示すように、本実施形態の建設機械１は、例えば、油圧ショベルであり、無限軌道２を有する走行体３と、走行体３の上に旋回自在に設けられた旋回体４と、を備える。なお、走行体３は走行できればよく、例えば、無限軌道２に代えて車輪を備えるものであってもよい。
【００２２】
旋回体４には、前方左側に設けられた操作室５と、操作室５の後方に隣接させて設けられた機械室６と、を備える。機械室６には、図示省略した電動機又は内燃機関などの動力源と当該動力源によって駆動される油圧モータとが設けられている。建設機械１は、この油圧モータから出力される動力を利用して走行体３の無限軌道２を駆動させる。動力源は、ディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンであってもよいし、内燃機関と電動機の両方を利用するものであってもよい。
【００２３】
旋回体４の前方右側には、操作室５の横であって、機械室６の前方に位置させて作業機７の基端部が接続されている。
【００２４】
作業機７は、基端が旋回体４に回動自在に連結されたブーム８と、ブーム８の先端に回動自在に基端部が連結されたアーム９と、アーム９の先端に回動自在に基端が連結されたバケット１０とを備える。ブーム８の中間部分には、旋回体４から延びるブーム用油圧シリンダ１１のロッド１１ａの先端が連結されており、ブーム用油圧シリンダ１１のロッド１１ａを進退させることによって、ブーム８が回動する。アーム９の基端には、ブーム８から延びるアーム用油圧シリンダ１２のロッド１２ａの先端が連結されており、アーム用油圧シリンダ１２のロッド１２ａを進退させることによって、アーム９が回動する。バケット１０の基端には、アーム９から延びるバケット用油圧シリンダ１３のロッド１３ａの先端がリンク１４を介して連結されており、バケット用油圧シリンダ１３のロッド１３ａを進退させることによって、バケット１０が回動する。
【００２５】
操作室５には、操作者が作業機７の回動、旋回体４の旋回、走行体３の走行を操作するための操作部（図示省略）、及び操作室５内から作業機７で作業する現状施工面２１を視認可能なフロントガラス１５が設けられている。フロントガラス１５には、操作者が操作室５から現状施工面２１を視認可能な透過性を有する透明ディスプレイ１６（本発明の目標投影像表示部に該当する。）がフロントガラス１５の内面に沿うように設けられている。
【００２６】
また、操作室５の天井の上には、投影機１７が設けられている。この投影機１７は、現状施工面２１に投影像を投影する。図１の符号２３は、目標施工面２３を示しており、現状施工面２１を目標施工面２３まで掘削することで、図１における法面施工が完了する。
【００２７】
図２に示すように、投影機１７は、投影像を現状施工面２１に投影する投影部３１と、現状施工面２１に投影された投影像を撮影する撮像部３３と、複数の目標施工面の少なくとも傾斜角度のデータが夫々記憶された記憶装置３５（本発明の記憶部に該当する）と、制御部３７と、出力部３９と、を備える。制御部３７は、ＣＰＵやメモリ等により構成された電子制御ユニットであり、メモリなどの記憶部に保持された制御プログラムをＣＰＵで実行する。
【００２８】
制御部３７は、複数の目標施工面の中から選択された今回の目標施工面の傾斜角度データを読み込み、この傾斜角度に合うように傾斜角度に基づく投影像の歪みを阻止するように投影部３１から投影させる投影像の形状を変形させる投影像変形部４１を備える。例えば、投影像変形部４１は、目標施工面の傾斜角度に基づいて、投影部３１からの距離が遠くなるほど該当する投影像の部分を小さくするように変形させる。この投影像変形部４１により、目標施工面の傾斜角度が異なる作業現場であっても投影像の歪みを阻止することができ、操作者は、常に同一の目標投影像となるように掘削作業を行うことができるため、傾斜角度ごとに目標投影像が変形してしまうものと比較してスムーズな作業を行うことができる。
【００２９】
また、制御部３７には、撮像部３３で撮影された現状施工面に投影された投影像と目標投影像とを比較し差分を検出する差分検出部４３が設けられている。差分検出部４３では、例えば、撮影された撮像と目標投影像とを比較して両者の差分が一定値以下である場合には、撮像が目標投影像と同一又は略同一であるとして現状施工面２１が目標施工面２３と一致した旨を出力部３９から透明ディスプレイ１６に表示させることができる。
【００３０】
なお、投影部３１及び撮像部３３のみを操作室５の屋根の上に配置し、記憶装置３５、制御部３７、出力部３９は、操作室５の中に配置させてもよい。
【００３１】
図３は、現状施工面２１に投影された投影像の一例を示している。本実施形態では、投影像は、４つの直線を縦横に夫々直交させた格子形状の像であり、図３に示すように、現状施工面２１が目標施工面２３と一致していない場合には、現状施工面２１の凹凸によって、格子状の直線が歪んで見える。操作者は、この直線がまっすぐになるように掘削していけばよいため、従来よりもスムーズに作業を行うことができる。
【００３２】
図４は、太線で透明ディスプレイ１６に表示された目標投影像を示し、細線で現状施工面２１に投影された投影像を示している。操作者は、現状施工面２１に投影された投影像が透明ディスプレイ１６に表示された目標投影像と一致するか又は相似形状となるまで掘削作業を行うことにより、現状施工面２１が目標施工面２３に到達したか否かを判定することができる。
【００３３】
図５は、制御部３７の処理を示すフローチャートである。まず、ＳＴＥＰ１で、現状施工面２１に対し格子状の投影像を投影像変形部４１で変形させた状態で投影させる。そして、ＳＴＥＰ２に進み、現状施工面２１に投影された投影像を撮像部３３で撮影し、投影像を検出する。そして、ＳＴＥＰ３に進み、記憶装置３５に記憶され、且つ、透明ディスプレイ１６に表示された目標投影像を読み込む。そして、ＳＴＥＰ４に進み、ＳＴＥＰ２で撮影された投影像と、目標投影像との差分を抽出する。そして、ＳＴＥＰ５に進み、抽出された差分に基づいて残りの作業量を演算して、作業が完了したか否かを判定する。そして、ＳＴＥＰ６に進み、求められた作業量及び作業完了か否かを出力部３９から透明ディスプレイ１６に出力して、今回の処理を終了する。ＳＴＥＰ５で作業が完了したと判定されたときには、投影部３１からの投影を終了させてもよい。
【００３４】
本実施形態の投影機１７を搭載した建設機械１によれば、投影部３１から現状施工面２１に投影された投影像を建設機械１の操作者が視認して投影像の歪んでいる部分が平らな面となっていない部分であることが分かる。従って、操作者は、歪んでいる部分がなくなるように歪んで切る部分を掘削していくことで、現状施工面２１を平らな面に均して目標施工面２３と一致（ほぼ一致したと判断できるものを含む）させることができる。
【００３５】
そして、本実施形態の建設機械１によれば、従来のように操作室に設置されたモニタで目標施工面を確認することなく、現状施工面２１を視認するだけで目標施工面２３と一致しているか否かを把握することができるため、操作者は従来よりも迅速に作業を行うことができる。また、夜間でも投影像によって明るい環境下で作業することができる。
【００３６】
また、本実施形態の建設機械１においては、目標施工面２３の少なくとも傾斜角度の情報が記憶された記憶部としての記憶装置３５と、目標施工面２３の傾斜角度に対応させて目標施工面２３に投影したときに焦点が合うように投影像の形状を変化させる投影像変形部４１と、を備えている。
【００３７】
かかる構成によれば、傾斜角度の異なる目標施工面２３を施工する場合においても建設機械１の操作者は同一の投影像を視認することができ、迅速な作業を行うことができる。
【００３８】
また、本実施形態の投影機１７は、現状施工面２１を撮像可能な撮像部３３と、撮像部３３で認識された撮像と、投影部３１で投影する投影像との差を求める差分検出部４３と、差分検出部４３で求められた差に対応する情報を出力する出力部３９と、を備えている。
【００３９】
かかる構成によれば、出力された情報に基づいて作業が完了したか否かを容易に判断することができる。なお、差分の出力方法としては、作業完了のみに限らず、例えば、撮像を複数の領域に区分し、領域ごとに完了したか否かを判断するようにしてもよい。このように構成すれば、どの領域の作業がまだ完了していないかを容易に把握することができる。
【００４０】
また、本実施形態において、投影像は、複数の直線が交差した網目模様の像としている。かかる構成によれば、直線が湾曲しているか否かで施工面の凹凸を判断することができ、凸部を掘削して現状施工面２１を目標施工面２３に近づけることができて、より迅速な作業を行うことができる。
【００４１】
なお、投影像は、格子状の直線が直交するものに限らない。操作者が現状施工面２１を視認する必要があるため、簡単な像が望ましいが、例えば、複数の円が組み合わされたものや三角形や五角形、六角形などの多角形が組み合わされたもの、縞模様または直線が交わるだけで直交していない網目模様であってもよい。
【００４２】
本実施形態の投影機１７は、操作室５に設けられているため、建設機械１を現状施工面２１の前に設置すれば投影機１７も同時に設置することができる。
【００４３】
なお、本発明の投影機は、操作室に設けられたものに限らず、例えば、アームに投影機を設けてもよい。かかる構成によれば、アームを回動させることによって、投影機を動かすことができ、投影機専用の可動装置を設ける必要がない。また、本発明の建設機械用投影機１７は、建設機械１とは独立して設けてもよい。
【００４４】
また、本実施形態の投影機１７と操作室５との間に、投影機１７の投影方向を可変可能な可動装置を設けてもよい。
【００４５】
また、本実施形態の建設機械１は、バケット１０と、バケット１０を操作する操作部（図示省略）を有する操作室５と、を備え、操作室５には、目標施工面２３に投影された場合の投影像を操作者と現状施工面２１との間に表示する目標投影像表示部としての透明ディスプレイ１６が設けられ、透明ディスプレイ１６は透過性を有している。
【００４６】
かかる構成によれば、目標投影像表示部としての透明ディスプレイ１６を通して現状施工面２１を操作者が視認することができ、図４に示すように、透明ディスプレイ１６に表示される投影像と、現状施工面２１に投影された投影像とのずれを見ながら、ずれが解消されるように、バケット１０を操作することにより、操作者は、従来よりもスムーズに掘削作業を行うことができる。
【００４７】
なお、本実施形態においては、目標投影像表示部として、透明ディスプレイ１６を用いて説明した。しかしながら、本発明の目標投影像表示部は、現状施工面２１を視認できる程度の透過性を有するものであれば他のものであってもよい。例えば、透過性を有するスクリーンシートをフロントガラスの手前に配置してもよい。また、フロントガラスに直接格子状の透明な模様を付してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１  建設機械
２  無限軌道
３  走行体
４  旋回体
５  操作室
６  機械室
７  作業機
８  ブーム
９  アーム
１０  バケット
１１  ブーム用油圧シリンダ
１１ａ  ロッド
１２  アーム用油圧シリンダ
１２ａ  ロッド
１３  バケット用油圧シリンダ
１３ａ  ロッド
１４  リンク
１５  フロントガラス
１６  透明ディスプレイ（目標投影像表示部）
１７  投影機
１８  現状投影像
１９  目標投影像
２１  現状施工面
２３  目標施工面
３１  投影部
３３  撮像部
３５  記憶装置（記憶部）
３７  制御部
３９  出力部
４１  投影像変形部
４３  差分検出部
【図１】
2019132075.tif 000003
【図２】
2019132075.tif 000004
【図３】
2019132075.tif 000005
【図４】
2019132075.tif 000006
【図５】
2019132075.tif 000007