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公開番号2021033373
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210301
出願番号2019149083
出願日20190815
発明の名称作業機械
出願人日立建機株式会社
代理人個人
主分類G05D 1/02 20200101AFI20210201BHJP(制御;調整)
要約【課題】無人で稼働する作業機械であっても、周囲作業者の安全を確保しながら周囲作業者から手元作業の協力を受けられる作業機械を提供する。
【解決手段】本体(1)の周囲の任意方向に放音する全方位スピーカ(22a〜22d)を備え、コントローラ(30)は、周囲状況として少なくとも周囲の音声または画像を取得する周囲状況取得部(305,306)と、周囲状況を作業現場の管理者に報知する周囲状況出力部(330,340)と、管理者の発信音声DVを取得する発信音声取得部(304)と、発信音声DVの発信目標位置PTを設定する発信目標位置設定部(303)と、発信目標位置PT、本体の方向RC及び位置PCに基づいて、発信目標位置PTに届く発信音声DVの音量の変化が少なくなるよう、発信音声DVの発信方向CD及び音量CPを演算する発信方向音量演算部(310)と、発信方向音量演算部の演算結果に基づいて、発信音声DVを加工して音声信号を生成し、音声信号を全方位スピーカに出力する音声出力部(320)とを有する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
作業現場において走行するための走行装置を含む本体と、
コントローラと、を備えた作業機械であって、
前記本体は、
前記本体の向いている方向を検出する方位検出装置と、
前記本体の位置を検出する位置検出装置と、
前記本体の周囲の任意方向に放音する全方位スピーカとを備え、
前記コントローラは、
前記本体の周囲状況として少なくとも前記本体の周囲の音声または画像を取得する周囲状況取得部と、
前記周囲状況取得部が取得した周囲状況を作業現場の管理者に報知する周囲状況出力部と、
前記管理者の発信音声を取得する発信音声取得部と、
前記発信音声取得部が取得した前記発信音声の発信目標位置を設定する発信目標位置設定部と、
前記発信目標位置、前記方位検出装置により検出された前記本体の方向及び前記位置検出装置により検出された前記本体の位置に基づいて、前記発信目標位置に届く前記発信音声の音量の変化が少なくなるよう、前記発信音声の発信方向及び音量を演算する発信方向音量演算部と、
前記発信方向音量演算部の演算結果に基づいて、前記発信音声を加工して音声信号を生成し、前記音声信号を前記全方位スピーカに出力する音声出力部と、
を有することを特徴とする作業機械。
続きを表示(約 240 文字)【請求項2】
前記全方位スピーカは、前記本体の前方に向け放音する前方スピーカと、前記本体の左方に向け放音する左方スピーカと、前記本体の後方に向け放音する後方スピーカと、前記本体の右方に向け放音する右方スピーカとで構成され、
前記音声出力部は、前記発信方向音量演算部の演算結果に基づいて、前記前方スピーカ、前記左方スピーカ、前記後方スピーカ及び前記右方スピーカの少なくともいずれか1つ以上に前記音声信号を出力することを特徴とする、請求項1に記載の作業機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は作業機械に係り、特に周囲作業者に対する指示音声を発信する技術に関する。
続きを表示(約 7,000 文字)【背景技術】
【0002】
土木現場において舗装作業に従事するタイヤローラなどの作業機械は、本体を形成するフレーム、走行及び路面の転圧を行うための車輪を有し、オペレータによる操作指示により走行して所望の作業を行う。
【0003】
このような作業機械では近年、無人で所定の領域を自動的に施工する自律施工システムの導入が進められている。しかしながら、作業機械だけでは工程の全作業を行うことができないため、一般に手元作業とよばれる準備、検測、片付けなどの補助作業を行う作業者が作業機械の周囲で協働している。
【0004】
このような実情から、無人で稼働する作業機械であっても、周囲作業者の安全を確保しながら周囲作業者から手元作業の協力を受けられる運用の実現が求められている。例えば、移動体が検出した周囲情報に基づいて、接近警告音の生成及び複数のスピーカからの放音を行う接近警告音発生装置と呼ばれる装置を用いる技術が提案されている(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特許第5549306号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1に開示された技術を用いる場合、周囲作業者は接近警告音の放音を受けて安全を確保することができるが、単純に警告音による警告を受けるのみでは手元作業の段取りが分からず、自分の作業を遂行できない場合がある。
【0007】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、無人で稼働する作業機械であっても、周囲作業者の安全を確保しながら周囲作業者から手元作業の協力を受けられる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の目的を達成するため、本発明の作業機械は、作業現場において走行するための走行装置を含む本体と、コントローラと、を備えた作業機械であって、前記本体は、前記本体の向いている方向を検出する方位検出装置と、前記本体の位置を検出する位置検出装置と、前記本体の周囲の任意方向に放音する全方位スピーカとを備え、前記コントローラは、前記本体の周囲状況として少なくとも前記本体の周囲の音声または画像を取得する周囲状況取得部と、前記周囲状況取得部が取得した周囲状況を作業現場の管理者に報知する周囲状況出力部と、前記管理者の発信音声を取得する発信音声取得部と、前記発信音声取得部が取得した前記発信音声の発信目標位置を設定する発信目標位置設定部と、前記発信目標位置、前記方位検出装置により検出された前記本体の方向及び前記位置検出装置により検出された前記本体の位置に基づいて、前記発信目標位置に届く前記発信音声の音量の変化が少なくなるよう、前記発信音声の発信方向及び音量を演算する発信方向音量演算部と、前記発信方向音量演算部の演算結果に基づいて、前記発信音声を加工して音声信号を生成し、前記音声信号を前記全方位スピーカに出力する音声出力部とを有する。
【0009】
その他の態様として、前記全方位スピーカは、前記本体の前方に向け放音する前方スピーカと、前記本体の左方に向け放音する左方スピーカと、前記本体の後方に向け放音する後方スピーカと、前記本体の右方に向け放音する右方スピーカとで構成され、前記音声出力部は、前記発信方向音量演算部の演算結果に基づいて、前記前方スピーカ、前記左方スピーカ、前記後方スピーカ及び前記右方スピーカの少なくともいずれか1つ以上に前記音声信号を出力する。
【発明の効果】
【0010】
本発明の作業機械によれば、管理者が音声を伝達したい周囲作業者等の位置と作業機械の位置及び方向に基づいて、管理者からの音声の発信方向及び発信音量を適切に演算し、管理者が音声を伝達したい周囲作業者等に向けて全方位スピーカで音声を発することができる。これにより、作業機械の管理者と周囲作業者の間で、安全や手元作業の段取りに関わる意思疎通を図ることが可能となる。その結果、無人で稼働する作業機械であっても、周囲作業者の安全を確保しながら周囲作業者から手元作業の協力を受けることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本発明に係る作業機械を左側から視た側面図である。
本発明に係る作業機械の上視図である。
管理者用コンピュータを示す図である。
遠隔地の管理事務所の管理者と作業機械の通信形態のイメージを示す図である。
コントローラ及び管理者用コンピュータの制御系を示すブロック図である。
コントローラと管理者用コンピュータの各制御のシーケンスを示す図である。
管理者用コンピュータが管理者用ディスプレイを介して管理者に表示する表示インタフェースの一例を示す図である。
発信方向及び発信音量の演算手順を示すフローチャートである。
指向性スピーカ単体の減衰特性を示す図である。
4つの指向性スピーカによる発信音声のカバー範囲を示すイメージ図である。
作業機械が発信目標位置の前を旋回しながら横切るように移動する状況を示す図である。
作業機械が図11に示すように移動した場合の発信方向音量ベクトルの変化を示す図である。
発信方向音量ベクトル及び発信音声の広がり方を示すイメージ図であって、作業機械の移動及び旋回を考慮しなかった補正なしの場合(a)と考慮した補正ありの場合(b)を示す図である。
発信方向音量ベクトルを作業機械の速度で速度補正する場合を示す図である。
発信方向の角度情報に基づいて出力するスピーカを選択する図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図1を参照すると、本発明に係る作業機械の左側から視た側面図が示されており、図2を参照すると、作業機械の上側から視た上視図が模式的に示されている。作業機械は、例えば転圧車両であって、本体フレーム2に前輪及び後輪としての転圧ローラ(走行装置)3、4が配設されて本体1が構成されてなるタイヤローラである。そして、このタイヤローラは、オペレータによって運転操作も可能である一方、主としてオペレータが搭乗せずに遠方の管理者により遠隔操作されることで自動運転可能に構成されている。
【0013】
本体1は、エンジン5、エンジン5で油圧ポンプを作動させて発生する圧油により油圧モータを作動させて転圧ローラ4を駆動するHST(Hydro Static Transmission)7及び前輪である転圧ローラ3を操舵する操舵装置8を備えている。これにより、本体1は、自動運転時には、後述するコントローラ30によってエンジン5、HST7及び操舵装置8を作動制御することで、転圧ローラ3、4を回転させ、適宜転圧ローラ3を操舵させて、施工領域における路面等の地盤を転圧することが可能である。
【0014】
本体1には、例えば転圧ローラ3の回転速度を検出することで自車両の走行速度を計測する速度センサ12、本体1の進行方位を計測する方位センサ(方位検出装置)14、及び、自車両の位置をGNSS(Global Navigation Satellite System)、例えばGPS(Global Positioning System)で計測する位置センサ(位置検出装置)16が設けられている。また、本体1には、本体1の前後左右の各位置に伝達ユニット20a、20b、20c、20dが配設されている。
【0015】
これら伝達ユニット20a〜20dは、それぞれ本体1の前後左右の各方向に向けて音声を出力する前方スピーカ22a、左方スピーカ22b、後方スピーカ22c及び右方スピーカ22d(以下、まとめてスピーカ22a〜22dとも言う)と、本体1の前後左右の音声を取得するマイク24a〜24dと、本体1の前後左右の光景を画像として取得するカメラ26a〜26dとを有して構成されている。なお、前方スピーカ22a、左方スピーカ22b、後方スピーカ22c及び右方スピーカ22dにより任意方向に放音可能な全方位スピーカが構成されている。
【0016】
そして、本体1には、本体1の各種作動制御を行うとともに、伝達ユニット20a〜20dのマイク24a〜24d及びカメラ26a〜26dから得られた音声や映像等の情報を処理して無線通信アンテナ32を介して遠隔地の管理事務所の管理者に送信する一方、無線通信アンテナ32を介して管理者から受信した音声情報に基づき出力すべき音量及び方向を演算してスピーカ22a〜22dに出力する音声信号を生成するコントローラ30を備えている。
【0017】
コントローラ30は、上述のように各種作動制御をはじめとして本体1の総合的な制御を行う制御装置であり、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)等を含んで構成されている。
【0018】
図3は、管理者用コンピュータ40を示す図である。管理者用コンピュータ40はノートパソコン等の民生用コンピュータであり、図3に示すように、無線通信によって音声や映像などを遠隔地の作業機械と送受する無線通信アンテナ41と、管理者が発信する音声の発信目標位置を指定する管理者用キーボード42と、管理者が発信する発信音声を取得する管理者用マイク44と、本体1の前後左右の音声を管理者に発信する管理者用スピーカ46と、本体1の前後左右の光景を管理者に画像で表示する管理者用ディスプレイ48とを備えている。
【0019】
図4は、遠隔地の管理事務所の管理者と作業機械の通信形態のイメージを示す図である。通常、管理者が管理する作業機械は作業機械A、B、Cのように複数台存在し、それぞれが担当する工区を与えられて、別々の場所で施工を行う。管理者は、管理事務所から管理者用コンピュータ40を用いて、図中の各作業機械を遠隔管理する。管理者用コンピュータ40は、各作業機械の本体1のコントローラ30が有する無線通信アンテナ32と同様に無線通信アンテナ41を有しているので、例えば無線電話回線を利用してインターネットに接続して相互に情報の送受信を行うことが可能である。以下、作業機械Aを例に説明する。作業機械B及び作業機械Cについては、作業機械Aと同様であり、説明を省略する。
【0020】
図5は、コントローラ30及び管理者用コンピュータ40の制御系を示すブロック図である。コントローラ30と管理者用コンピュータ40は、上述したように無線通信アンテナ32、41を介して無線による接続が確立されており、相互に通信可能な状態であるものとして説明する。
【0021】
コントローラ30は、方位センサ14から車両方位信号を取り込んで現在車両方位RCとして記憶する現在車両方位記憶部301と、位置センサ16から車両位置信号を取り込んで現在車両位置PCとして記憶する現在車両位置記憶部302と、後述する発信目標位置取得部401から無線通信を通じて発信目標位置DTを取り込んで記憶する発信目標位置記憶部(発信目標位置設定部)303と、後述する発信音声取得部402から無線通信を通じて発信音声DVを取り込んで記憶する発信音声記憶部(発信音声取得部)304と、マイク24a〜24dから周囲音声信号を取り込んで周囲音声SSとして記憶する周囲音声記憶部(周囲状況取得部)305と、カメラ26a〜26dから周囲画像信号を取り込んで周囲画像SPとして記憶する周囲画像記憶部(周囲状況取得部)306と、現在車両方位記憶部301、現在車両位置記憶部302及び発信目標位置記憶部303からの入力に応じて発信方向CD、発信音量CPを演算する発信方向音量演算部310と、発信方向音量演算部310、発信音声記憶部304からの入力に応じて音声信号を生成し、スピーカ22a〜22dに発信する音声発信部(音声出力部)320と、周囲音声記憶部305から周囲音声SSを取り込んで無線通信により後述する周囲音声提示部403に送信する周囲音声送信部(周囲状況出力部)330と、周囲画像記憶部306から周囲画像SPを取り込んで無線通信により後述する周囲画像提示部404に送信する周囲画像送信部(周囲状況出力部)340とを備えている。
【0022】
管理者用コンピュータ40は、管理者用キーボード42から管理者操作信号を取り込んで、管理者の入力操作に応じた発信目標位置DTを演算して無線通信により発信目標位置記憶部303に送信する発信目標位置取得部401と、管理者用マイク44から管理者音声信号を取り込んで、発信音声DVとして無線通信により発信音声記憶部304に送信する発信音声取得部402と、周囲音声送信部330から周囲音声SSを取り込んで、提示用周囲音声信号を生成し、管理者用スピーカ46に出力する周囲音声提示部403と、周囲画像送信部340から周囲画像SPを取り込んで、提示用周囲画像信号を生成し、管理者用ディスプレイ48に出力する周囲画像提示部404とを備えている。
【0023】
図6は、管理者の管理者用コンピュータ40と作業機械のコントローラ30に対する操作及び管理者用コンピュータ40とコントローラ30間の送受信を含む管理者用コンピュータ40とコントローラ30の各制御のシーケンスを示す図である。
【0024】
同図に示すように、管理者が作業機械の電源をONにするとともに管理者用コンピュータ40の電源をONにすると、作業機械のコントローラ30とともに管理者用コンピュータ40が立ち上がり、作業機械のコントローラ30による本体1の各種作動制御が可能になるとともに管理者用コンピュータ40と作業機械のコントローラ30間の通信が開始される。
【0025】
以下、図6に沿い、管理者の操作、管理者用コンピュータ40及び作業機械のコントローラ30の本発明に係る制御内容について説明する。管理者用コンピュータ40及び作業機械のコントローラ30の当該制御は、管理者が管理者用コンピュータ40の電源をOFFにするとともに作業機械の電源をOFFにするまで周期的に実施され続ける(電源ON中ループ処理)。
【0026】
作業機械のコントローラ30は、周囲音声記憶部305において、マイク24a〜24dから周囲音声信号を周囲音声SSとして取り込み(ステップS201)、周囲画像記憶部306において、カメラ26a〜26dから周囲画像信号を周囲画像SPとして取り込む(ステップS202)。
【0027】
そして、コントローラ30は、周囲音声送信部330において、周囲音声記憶部305から周囲音声SSを読み出し、管理者用コンピュータ40の周囲音声提示部403に送信し(ステップS203)、周囲画像送信部340において、周囲画像記憶部306から周囲画像SPを読み出し、管理者用コンピュータ40の周囲画像提示部404に送信する(ステップS204)。
【0028】
また、コントローラ30は、現在車両方位記憶部301において、方位センサ14から車両方位信号を取り込み(ステップS205)、現在車両位置記憶部302において、位置センサ16から車両位置信号を取り込む(ステップS206)。
【0029】
管理者用コンピュータ40は、周囲音声提示部403において、周囲音声送信部330から周囲音声SSを取り込み(ステップS101)、周囲音声SSを基に提示用周囲音声信号を生成し、これを管理者用スピーカ46に出力する(ステップS103)。また、管理者用コンピュータ40は、周囲画像提示部404において、周囲画像送信部340から周囲画像SPを取り込み(ステップS102)、周囲画像SPを基に提示用周囲画像信号を生成し、これを管理者用ディスプレイ48に出力する(ステップS104)。
【0030】
図7は、管理者用コンピュータ40が管理者用ディスプレイ48を介して管理者に表示する表示インタフェースの一例を示す図である。このように、管理者用コンピュータ40は、本体1に搭載したカメラ26a〜26dから取得した画像を用いて、管理者に本体1の周囲状況を管理者用ディスプレイ48に視覚的に提示する。
(【0031】以降は省略されています)

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