JPH0538655A - 作業機械の安全監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサを増加させることなく、広い範囲に亙
って高速な安全判定ができ、信頼性の高い作業機械の安
全監視システムを提供することにある。 【構成】 原画像の１画面データを記憶しておき、画面
対応に現在画像と比較して差の画像データを採り、差の
画像データが危険領域内にあるか、否かにより安全であ
るか否かを判定することにより、個別にセンサを設ける
ことなく、広い範囲での安全管理が可能になる。したが
って、危険エリアに設置する安全用センサの数が減り、
安全告知の信頼性が高まる。また、センサの数が減るの
で、配線作業，配線検査チェック，センサ設置作業の工
数が減り、組立て工数が減る。しかも、作業機械の種類
に無関係に共通に使用できる安全システムを実現するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、安全監視システムに
関し、詳しくは、作業者が作業領域を有する作業機械に
対してあらかじめ設定されている作業機械の危険区域に
侵入した時に警報を発生するか、作業機械の動作を停止
させるような処理を行う安全監視システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】作業ロボットや、油圧ショベル、クレー
ン等のような土木・建設機械等の作業機械には、従来か
ら、例えば、リミットスイッチ等を用いる機械的な検出
機構や赤外線フォトトランジスタなどの光電センサを利
用した安全システムなどが施され、また、各種の安全シ
ステムが提案されている。

【０００３】後者の赤外線フォトトランジスタを用いる
ものでは、その光のさえぎりを電気信号に変換し、対象
物検出信号としてＣＰＵ等の制御装置に送り、この検出
信号に応じて制御装置が作業機械を停止させたり、警報
や音声による危険回避のメッセージを発生させるための
イベント信号出力（装置が安全動作を採るための出力信
号）を発生する。

【０００４】光電センサによる検出信号は、検出箇所と
１対１の対応になるので、この方法では、作業者等が侵
入すると思われると箇所には必ず１つのセンサを設置す
る必要がある。また、前者の機械的な検出機構も検出で
きる領域は狭い範囲である。しかし、作業機械には多く
の検出すべき危険エリアが存在していて１つのセンサや
検出機構を設けただけでは実際上あまり役に立たない。
そこで、通常は安全監視のためのセンサ等は、１つの作
業機械に対して複数箇所に設けなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】作業機械では、安全性
向上が重要な課題とされ、そのためにセンサを設置する
箇所が安全性の向上とともに増加してきている。それに
伴いセンサに対する配線作業，配線検査チェック作業等
のハード面の作業が多くなり、作業効率の低下が問題と
なっている。

【０００６】また、作業機械の形態の変更，拡大化，縮
小化などの場合には、安全用センサの数，安全用センサ
の種類，安全用センサの位置などの変更が余儀なくさ
れ、そのために発生する設計工数は、増加し、多大の労
力と時間とが必要とされる。しかも、マイクロプロセッ
サ（ＭＰＵ）等による制御では、通常、センサ１つに対
して１つの入力端子が割当てられ、それがＭＰＵのアド
レスを占有してしまっているので、安全用センサの数の
増加は、危険告知の動作判定の増加をまねくとともに、
判定処理に時間がかかる結果、それだけ安全性が低下す
る危険性も高くなる。この発明の目的は、このような従
来技術の問題点を解決するものであって、センサを増加
させることなく、広い範囲に亙って高速な安全判定がで
き、信頼性の高い作業機械の安全監視システムを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の作業機械の安全監視システムの特徴は、作
業機械について作業状態に入る以前の状態の画像を原画
像として採取して１画面分データとして記憶し、作業状
態に入ったときの現在画像を１画面分データとして採取
し、原画像の１画面データと画面対応で比較して差の画
像データを生成して記憶し、現在画像の採取を所定の周
期で採取して、この差の画像データを所定の周期で発生
して前記記憶された差の画像データに対してあらかじめ
採取画像について設定されている危険領域を示す画面対
応のデータとを画面位置対応に比較し、差の画像データ
が前記危険領域に入っているときに警報や作業機械を停
止させるイベント出力を発生するものである。

【０００８】

【作用】このように、原画像の１画面データを記憶して
おき、画面対応に現在画像と比較して差の画像データを
採り、差の画像データが危険領域内にあるか、否かによ
り安全であるか否かを判定することにより、個別にセン
サを設けることなく、広い範囲での安全管理が可能にな
る。しかも、作業機械の種類に無関係に共通に使用でき
る安全システムを実現することができる。

【０００９】

【実施例】図１に、この発明の作業機械の安全監視シス
テムを適用した一実施例のシステムのブロック図であ
り、図２は、その画像処理の説明図、図３は、作業機械
と安全監視システムの関係を示す説明図である。ＴＶカ
メラ（ＣＣＤカメラ）４から出力されるビデオ信号は、
Ａ／Ｄ変換器を有するビデオ処理部５に入力されて１画
面分のビデオ信号がＡ／Ｄ変換器により多階調のデジタ
ルデータにされて画像処理部６に所定の周期で取込まれ
る。画像処理部６は、ＭＰＵ１により制御され、基準画
面の記録指令の制御信号をＭＰＵ１から受けているとき
にはビデオ処理部５からのデータを基準画面メモリ３に
１画面分の表示データに展開して原画像として記憶す
る。それ以外のときには先のビデオ信号取込みの所定の
周期に対応して基準画面メモリ３に記憶されている１画
面分のデータを読出し、ビデオ処理部５からのデータを
その画面位置対応に比較して差分の１画面分データを抽
出して１画面の記憶容量を持つ軌跡画面メモリ２に画面
位置対応に差分データを記憶していく。なお、この場合
の差分データは、それが負の場合は、“正”にされて差
分データの絶対値が採られる。

【００１０】その結果、軌跡画面メモリ２の差分データ
は、先の所定の周期で順次重ねて記憶されていき、差分
のデータが人等の移動物体であるときには、その軌跡が
記憶されることになる。この軌跡画面メモリ２の差分デ
ータは、ＭＰＵ１により先の所定の周期に対応して周期
的に読出され、所定のスレッシュホールドＴＨ（図２の
（ｃ）参照）のレベルと比較されて２値化される。これ
によりノイズ成分が除去された２値データとなり、この
２値データがＭＰＵ１に設けられた画面対応の危険領域
パターンメモリ１ａの内容と２値レベルで比較される。
なお、この場合の２値化は、オペレータ等の検出側が黒
レベルであれば、一定レベル以下のものを黒レベルに設
定するか、白黒を反転させてスレッシュホールドレベル
と比較処理して白レベルに設定する判定処理をするもの
である。また、この場合の白レベル判定あるいは黒レベ
ル判定は、検出対象となるもののレベルとの関係で相対
的に決定すればよい。

【００１１】この比較の結果、危険領域メモリ１ａのパ
ターンの範囲に入っていないときには、ＭＰＵ１は、軌
跡画面メモリ２の内容をクリアする。これにより新しく
記憶される軌跡画面メモリ２の内容が次の読出しにより
判定を受ける。一方、先の判定において危険領域パター
ンメモリ１ａのパターンの範囲に入っているときには、
音声出力装置８にイベント信号が送出され、スピーカ９
から危険を知らせるメッセージが流れ、作業機械の動作
を一時的に停止させるイベント信号がＭＰＵ１から送出
される。なお、以上の場合、危険領域パターンメモリ１
ａの内容は、画面位置対応に危険の範囲にフラグを立て
て設定されるものであり、このフラグの設定は、原画画
像をディスプレイに表示し、表示画像のうち危険区域の
位置対応にフラグを設定し、フラグが立てられた画面の
座標を読取ることにより容易に画面位置対応に危険領域
のデータを生成することができる。なお、危険の度合い
に応じてフラグ内容を変えて危険報知動作と作業機械停
止動作とを分けて管理するようにすることもできる。

【００１２】ところで、軌跡画面メモリ２のデータは、
画像処理部６において順次ビデオ信号に変換されてビデ
オデッキ７に送出され、記録される。このように、移動
軌跡のデータをビデオデッキ７に順次記憶するようにす
れば、事故が起きたときの状態の解析に利用することが
できる。

【００１３】図２（ａ）は、図３に示す作業機械１１の
映像を監視システム１２により採取し、基準画像メモリ
３に記憶した場合に、その内容を１画面分のデータとし
てシリアルに読出したときの輝度信号をアナログ的に示
したものである。このようなデータがＭＰＵ１の制御の
下で基準画像として基準画面メモリ３にデジタル値で登
録されている。図２（ｂ）は、同様にシリアルに読出し
たときにオペレータ１０等の輝度レベルの物体が基準画
像のデータに加わった状態を示す。同図（ｃ）は、軌跡
画面メモリ２に記憶される差分データの信号であり、同
図（ｄ）は、危険領域パターンメモリ１ａに記憶された
フラグの位置を示す。

【００１４】ここで、例えば、作業機械の全体の色は、
白色輝度の高い配色で塗装を行い、これによって得られ
た基準画データを白レベルに近い階調色のものとする。
一方、一般的に侵入物体は、作業者が多く、頭上にヘル
メットや紺色の作業帽をかぶり彩色が比較的低い輝度の
階調色になる。これによりより明確な差分の画像データ
を得ることができる。一方、この実施例の基準画面メモ
リ３に記憶する原画像のデータが黒レベルに近いもので
あれば、作業者等に白レベルに近い状態のベルト等を着
用させて差の画像データを得ればよい。また、ビデオ信
号を多階調化した情報は、差の画像データを生成できる
階調の差が生じればよく、１２８や２５６等の多階調デ
ータを用いれば、これにより対象画像と原画像とに同じ
輝度レベルの部分があっても相違する部分も生じ、検出
対象の輝度レベルにほとんど関係なく、階調差分のデー
タを得ることができる。

【００１５】以上のようにして、危険領域パターンメモ
リ１ａのフラグの位置に対応して差分データがあるとき
には、危険警報処理が行われ、イベント出力がＭＰＵ１
から発生する。このイベント出力は、警報を発する機器
や、アクチュエータをＯＮ−ＯＦＦさせる機器に接続す
れば、作業者への告知や、装置全体を停止させることが
でき、これにより作業者の安全が確保される。

【００１６】以上説明してきたが、実施例では、カメラ
４は、通常のカメラを用いているが、赤外線カメラを用
いて採取した映像を記録するようにしてもよい。特に、
赤外線カメラを用いたときには熱センサがあるところは
白レベルとなるので、作業機械側の映像を黒レベルに近
い状態で採取し、原画像を記憶することができる。な
お、この場合に作業機械等に白レベルの箇所があるとき
には、リミットをかけて、原画では、一定のレベル以上
にならないように（検出する白レベルに近づかないよう
に）設定しておくとよい。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明にあっては、原画像の１画面データを記憶してお
き、画面対応に現在画像と比較して差の画像データを採
り、差の画像データが危険領域内にあるか、否かにより
安全であるか否かを判定することにより、個別にセンサ
を設けることなく、広い範囲での安全管理が可能にな
る。したがって、危険エリアに設置する安全用センサの
数が減り、安全告知の信頼性が高まる。また、センサの
数が減るので、配線作業，配線検査チェック，センサ設
置作業の工数が減り、組立て工数が減る。しかも、作業
機械の種類に無関係に共通に使用できる安全システムを
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、この発明の作業機械の安全監視シス
テムを適用した一実施例のシステムのブロック図であ
る。

【図２】 図２は、その画像処理の説明図である。

【図３】 図３は、作業機械と安全監視システムの関係
を示す説明図である。

【符号の説明】

１…ＭＰＵ、２…軌跡画像メモリ、３…基準画像メモ
リ、４…カメラ、５…ビデオ処理部、６…画像処理部、
７…ビデオデッキ、８…音声出力装置、９…スピーカ、
１０…オペレータ、１１…作業機械、１２…監視システ
ム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野谷 一 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機エ ンジニアリング株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機械について作業状態に入る以前の
   状態の画像を原画像として採取して１画面分データとし
   て記憶し、作業状態に入ったときの現在画像を１画面分
   データとして採取し、前記原画像の１画面データと画面
   対応で比較して差の画像データを生成して記憶し、前記
   現在画像の採取を所定の周期で採取して、この差の画像
   データを所定の周期で発生して前記記憶された差の画像
   データに対してあらかじめ採取画像について設定されて
   いる危険領域を示す画面対応のデータとを画面位置対応
   に比較し、前記差の画像データが前記危険領域に入って
   いるときに警報や作業機械を停止させるイベント出力を
   発生することを特徴とする作業機械の安全管理システ
   ム。
2. 【請求項２】 あらかじめ所定のレベルまでに制限して
   原画像のデータの輝度を記憶し、現在画像におけるオペ
   レータ等に対する輝度レベルに対して差を設けたことを
   特徴とする請求項１記載の作業機械の安全管理システ
   ム。