CN112334620A - 回转式工程机械的安全装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无论工程机械的上部回转体是何种姿势都能够进行准确的安全控制的安全装置。安全装置具备：设置于上部回转体的障碍物传感器(61～64)、回转角度检测器(66)、计算出以上部回转体为基准的上部侧坐标系中的障碍物位置即上部侧坐标位置的上部侧坐标位置计算部(71)、在以所述下部行走体为基准的下部侧坐标系中设定下部侧判定区域的下部侧判定区域设定部(72)、将上部侧坐标位置和下部侧判定区域的位置中的一方坐标变换到另一方的坐标系从而将坐标系统一的坐标变换部(73)、在统一后的坐标系中判定下部侧判定区域内是否存在障碍物的下部侧接近判定部(74)、以及基于判定结果输出安全动作指令的安全动作指令部(78)。

Description

回转式工程机械的安全装置

技术领域

本发明涉及一种设置在具备下部行走体和可回转地搭载在该下部行走体上的上部回转体的液压挖掘机等工程机械中的装置，其基于该工程机械周围的障碍物的存在情况进行确保该工程机械安全的控制。

背景技术

以往，作为设置于回转式工程机械的安全装置，已知有例如专利文献1所记载的装置。该装置具备多个障碍物传感器、多个方向检测开关和控制器。所述多个障碍物传感器配置在工程机械的上部回转体的后部，用于感测位于其后方的障碍物。所述方向检测开关用于检测所述上部回转体朝向下部行走体的前方或后方。所述控制器在所述多个障碍物检测器中的某一个检测到障碍物时，且所述方向检测开关检测出所述上部回转体朝向所述下部行走体的前方或后方时，控制所述下部行走体的行走动作以阻止其向接近所述障碍物的方向行走。

所述专利文献1记载的装置中，当所述上部回转体不是朝向所述下部行走体的前方或后方的姿势时，例如所述上部回转体相对于所述下部行走体从正对的位置转过90°的侧身姿势时，存在无法进行安全动作的问题。当上述回转体处于上述姿势时，在下部行走体的行走方向上在该下部行走体的前方或后方存在障碍物的情况下(尤其是障碍物位于从操作人员的前方视野向左或右大幅偏移从而不容易看到的位置上的情况下)，该下部行走体的行走还是有很大的可能导致该障碍物与工程机械相接触。因此，希望在上述情况下也能够准确地进行安全动作。

为了解决上述问题而将所述障碍物传感器安装到下部行走体上而不是上部回转体上的情况下，该障碍物传感器与通常搭载于所述上部回转体的电源或控制器进行电连接用的布线将变得非常困难。而且，障碍物传感器配置在下部行走体上时，行走时飞散的粉尘、泥土等有很大的可能会影响到障碍物传感器，再加上上述布线的困难，从而很容易导致动作不良。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本发明公开公报特开2001-262628

发明内容

本发明的目的在于提供一种设置在具备下部行走体和上部回转体的回转式工程机械上的安全装置，其将用于检测障碍物的障碍物传感器配置在所述上部回转体上，并且无论该上部回转体是何种姿势都能够准确地进行安全控制。

本发明提供一种工程机械的安全装置，所述工程机械具备能够在地面上行走的下部行走体以及可回转地搭载在所述下部行走体上的上部回转体，包括：障碍物传感器，设置于所述上部回转体的特定部位，用于检测所述工程机械周围的障碍物；回转角度检测器，用于检测所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度；上部侧坐标位置计算部，计算通过所述障碍物传感器检测到的作为所述障碍物的位置即在以所述上部回转体为基准的坐标系中的位置的上部侧坐标位置；下部侧判定区域设定部，以所述下部行走体为基准至少在该下部行走体的周围设定用于判定所述障碍物的接近的下部侧判定区域；坐标变换部，基于所述回转角度检测器检测出的所述回转角度，通过将所述上部侧坐标位置和所述下部侧判定区域的位置中的其中之一位置变换成在另一方位置所属的坐标系中的位置，从而使用于确定所述障碍物的位置的坐标系和用于确定所述下部侧判定区域的位置的坐标系统一；下部侧接近判定部，在由所述坐标变换部统一后的坐标系中判定在所述下部侧判定区域内是否存在所述障碍物；以及，安全动作指令部，在所述下部侧接近判定部判定为在所述下部侧判定区域内存在所述障碍物的情况下，向所述工程机械输出用于使其进行安全动作的安全动作指令。

附图说明

图1是表示本发明的各个实施方式所涉及的安全装置所搭载的回转式工程机械的示例即液压挖掘机的侧视图。

图2是表示所述液压挖掘机和其上配置的障碍物传感器等的配置的俯视图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的安全装置的框图。

图4表示所述实施方式1所涉及的安全装置的控制器进行的运算控制动作的流程图。

图5是表示本发明的实施方式1中设定的上部侧判定区域的俯视图。

图6是表示本发明的实施方式1中设定的下部侧判定区域的俯视图。

图7是表示本发明的实施方式2所涉及的安全装置的框图。

图8表示所述实施方式2所涉及的安全装置的控制器进行的运算控制动作的流程图。

图9是表示所述实施方式2中为了设定综合判定区域而计算出的各个距离的俯视图。

图10是表示本发明的实施方式2中设定的综合判定区域的俯视图。

图11是表示本发明的实施方式3所涉及的安全装置的框图。

图12表示所述实施方式3所涉及的安全装置的控制器进行的运算控制动作的流程图。

图13是表示所述实施方式3中以下部行走体为基准设定的下部侧判定区域的俯视图。

图14是表示本发明的实施方式3中所述下部侧判定区域的位置坐标变换到以上部回转体为基准的上部侧坐标系的位置后的该下部侧判定区域的俯视图。

图15是表示本发明的实施方式3中在所述上部侧坐标系内将所述下部侧判定区域和上部侧判定区域合成后的合成区域的俯视图。

具体实施方式

参照附图对本发明的较佳实施方式进行说明。

图1和图2是表示以下说明的各实施方式所涉及的安全装置所搭载的工程机械的示例即液压挖掘机。本发明所涉及的安全装置适用的工程机械不限于液压挖掘机。本发明能够广泛地应用于包括下部行走体及可回转地搭载于其上的上部回转体的工程机械，该工程机械有着基于其周边的障碍物存在而进行安全动作的需求。

所述液压挖掘机具备可在地面G上行走的下部行走体10、搭载在所述下部行走体10上且能相对于该下部行走体10进行回转动作的上部回转体12、以及图3所示的多个装置。该多个装置包括行走驱动装置30、回转驱动装置32和警报装置40。

所述下部行走体10具有行走装置。所述行走装置包括左右一对履带11L、11R，并进行动作以使下部行走体10及其上的所述上部回转体12(本实施方式中为整台液压挖掘机)沿着地面G移动。

所述上部回转体12具有回转架16和搭载在其上的多个要素。该多个要素包括作业装置14、用于收纳发动机的发动机室17、以及驾驶室(cab)18。

所述作业装置14能够进行挖掘作业及其它所需作业的动作。该作业装置14具有动臂20、斗杆22、铲斗24和多个液压缸。该多个液压缸包括：用于使所述动臂20进行动作的动臂缸26；用于使所述斗杆22进行动作的斗杆缸27；以及用于使所述铲斗24进行动作的铲斗缸28。所述动臂20具有基端部和位于其相反侧的远端部，所述基端部可起伏地被支撑在所述回转架16的前端，即能够绕着水平轴转动。所述斗杆22具有可绕水平轴转动地安装在所述动臂20的远端部上的基端部、以及其相反侧的远端部。所述斗杆24以能够绕水平轴转动的方式安装于所述斗杆22的远端部。

所述行走驱动装置30向前进方向和后退方向双向驱动所述履带11L、11R，从而使所述下部行走体10能够向前方和后方的任意方向行走。该行走驱动装置30例如由包含液压泵、左右行走马达、左右行走控制阀和行走用先导回路的液压回路构成。所述液压泵在发动机的驱动下排出工作油。所述左右行走马达分别由液压马达构成，接受所述液压泵排出的工作油的供给而向正反两个方向旋转，从而分别向前进方向和后退方向双向驱动所述左右履带11L、11R。所述左右行走控制阀进行开阀动作，以控制从所述液压泵10提供给该所述左右行走马达的工作油的供给方向和流量。

所述行走用先导回路包括：配置在所述驾驶室18内的左右行走遥控阀；将该左右行走遥控阀与所述左右行走控制阀加以连接的左右行走先导流路；设置在该左右行走先导流路各自的中途的行走限制电磁阀；以及图3所示的左右行走先导压传感器36。所述左右行走遥控阀接受操作人员作出的用于指令下部行走体10进行行走的行走指令操作而开阀，从而允许对应于该行走指令操作的行走先导压通过所述左右行走先导流路而提供给所述左右行走控制阀。所述行走限制电磁阀接收到行走动作限制信号的输入时进行动作，以对输入到所述左右行走控制阀的所述行走先导压进行减压。所述左右行走先导压传感器36分别检测从所述左右行走遥控阀提供给所述左右行走控制阀的所述行走先导压，生成与该行走先导压对应的电信号即先导压检测信号并输出。

所述回转驱动装置32驱动所述上部回转体12，以使该上部回转体1相对于所述下部行走体10向左回转方向和右回转方向双向回转。该回转驱动装置32例如由包含所述液压泵、图2所示的回转马达34、回转控制阀和回转用先导回路的液压回路构成。所述回转马达34接受从所述液压泵排出的工作油的供给，并向正反双向均能旋转，从而，使所述上部回转体12向左回转方向和右回转方向双向回转。所述回转控制阀进行开阀动作，以控制从所述液压泵提供给该所述回转马达34的工作油的供给方向和流量。

所述回转用先导回路包括：配置在所述驾驶室18内的回转遥控阀；将该回转遥控阀与所述回转控制阀加以连接的回转先导流路；设置在该回转先导流路的中途的回转限制电磁阀；以及图3所示的回转先导压传感器38。所述回转遥控阀接受操作人员作出的用于指令所述上部回转体12进行回转的回转指令操作而开阀，从而允许对应于该回转指令操作的回转先导压通过所述回转先导流路而提供给所述回转控制阀。所述回转限制电磁阀接收到回转动作限制信号时进行动作，以对输入到所述回转控制阀的所述回转先导压进行减压。所述回转先导压传感器38检测从所述回转遥控阀提供给所述回转控制阀的所述回转先导压，生成与该回转先导压对应的电信号并输出。

所述警报装置40如图2所示地设置于所述驾驶室18内，在接收到警报指令信号时，进行所需的警报动作(例如点亮警报灯或生成警报声)。

所述液压挖掘机还具备图3所示的安全装置。该安全装置例如检测图2所示的所述液压挖掘机周围的障碍物60的存在情况，并且基于其检测结果，使所述液压挖掘机进行用于避免所述障碍物和所述下部行走体10及所述上部回转体12进行接触的安全动作。具体而言，本实施方式所涉及的安全装置具备图2和图3所示的多个(图2所示的例子中为4个)障碍物传感器61、62、63、64、回转角度传感器66和控制器70。

所述多个障碍物传感器61～64分别配置在所述上部回转体12外周所没定的多个设定部位，检测所述障碍物60的存在，并且生成与所述障碍物60相对于配置有所述障碍物传感器61～64的所述设定部位的相对位置所对应的电信号即障碍物检测信号，并将其输入到所述控制器70。所述多个障碍物传感器61～64分别由例如红外摄像头、超声波传感器构成。

图2表示所述多个障碍物传感器61～64的配置的一例。图2中，所述障碍物传感器61、62配置在上部回转体12的后端面上的左右位置，主要用于检测位于该上部回转体12后方的障碍物、例如图2所示的障碍物60。所述障碍物传感器63配置在驾驶室18的前部左侧面上，主要用于检测位于上部回转体12左方的障碍物。所述障碍物传感器64配置在所述上部回转体12的右前部侧面，主要用于检测位于上部回转体12右方的障碍物。

所述回转速度传感器66检测所述上部回转体12相对于所述下部行走体10的回转角度θ，生成与该回转角度θ相对应的电信号即回转检测信号，并将其输入到所述控制器70。

所述控制器70获取从所述行走先导压传感器36、所述回转先导压传感器38、所述障碍物传感器61～64及所述回转角度传感器66输入的检测信号，并基于该检测信号，输出用于使所述液压挖掘机进行安全动作的安全动作指令。该控制器70例如由计算机构成，作为用于进行所述安全控制的功能，具备图3所示的上部侧坐标位置计算部71、下部侧判定区域设定部73、坐标变换部73、下部侧接近判定部74、上部侧判定区域设定部75、下部侧接近判定部76、回转方向接近判定部77和安全动作指令部78。

所述上部侧坐标位置计算部71计算由所述障碍物传感器61～64中的至少一个传感器检测出的障碍物的上部侧坐标位置PU。该上部侧坐标位置PU例如图5所示，是以所述上部回转体12为基准的坐标系即上部侧坐标系中所确定的所述障碍物的位置。

所述下部侧判定区域设定部72存储以所述下部行走体10为基准预先在其周围设定的判定区域，并将其作为例如图6所示的下部侧判定区域AL设定到所述下部侧接近判定部74。该下部侧判定区域AL是用于判定障碍物接近所述下部行走体10的区域。所述下部侧判定区域没定部72可以将上述预先存储的判定区域直接设定为所述下部侧判定区域AL，也可以接受操作人员的变更操作，或者根据下部行走体10有无选择性安装的构件(例如推土机)而适当地变更所述判定区域，并将其设定为最终地下部侧判定区域AL。无论是哪一种情况，所述上部侧判定区域AL的位置都图6所示地由以所述下部行走体10为基准的坐标系即下部侧坐标系中的坐标来确定。

所述坐标变换部73基于所述回转角度传感器66检测出的所述回转角度θ，将所述上部侧坐标位置PU和所述下部侧判定区域AL的位置中的一个位置即上部侧坐标位置PU变换成用于确定另一个位置即下部侧判定区域AL的位置的坐标系即下部侧坐标系中的位置即下部侧坐标位置PL。通过该坐标变换，所述坐标变换部73将用于确定所述障碍物的位置的坐标系和用于确定所述下部侧判定区域的位置的坐标系统一为所述下部侧坐标系。

所述下部侧接近判定部74在操作人员在所述驾驶室18内对所述行走驱动装置30进行了所述行走指令操作时，具体而言，在所述行走先导压传感器36检测出的行走先导压达到一定值以上时，判定由所述坐标变换部73进行了坐标变换后的所述障碍物的位置即所述下部侧坐标位置PL是否为所述下部侧判定区域AL内的位置，即判定其是否包含在该下部侧判定区域AL内，从而判定该下部侧判定区域AL内是否存在所述障碍物。即，判定所述障碍物是否正在接近所述下部行走体10而达到要求对该下部行走体10的行走动作进行限制的程度。

所述上部侧判定区域设定部75存储以所述上部回转体12为基准预先在其周围设定的判定区域，并将其作为例如图5所示的上部侧判定区域AU设定到所述上部侧接近判定部76。该上部侧判定区域AU是用于判定障碍物接近所述上部回转体12的区域。所述上部侧判定区域设定部75可以将上述预先存储的判定区域直接设定为所述上部侧判定区域AU，也可以接受操作人员的变更操作，或者根据位于作业装置14远端的附属装置的种类(例如所述铲斗24或者代替其安装的可选设备)而适当地变更所述判定区域，并将其设定为最终的上部侧判定区域。无论是哪一种情况，所述上部侧判定区域AU的位置都图5所示地由以所述上部回转体12为基准的坐标系即上部侧坐标系中的坐标来确定。

所述上部侧接近判定部76判定由所述上部侧坐标位置计算部71计算出的所述上部侧坐标位置PU是否为所述上部侧判定区域AU内的位置，即判定其是否包含在该上部侧判定区域AU内，从而判定该上部侧判定区域AU内是否存在所述障碍物。即，判定所述障碍物是否正在接近所述上部回转体12而达到要求对所述下部行走体10的行走动作进行限制的程度。

所述回转方向接近判定部77在所述驾驶室18内由操作人员对所述回转驱动装置32施加了所述回转指令操作时，具体而言，当所述回转先导压传感器38检测出的回转先导压达到一定值以上时，判定所述上部侧坐标位置计算部71计算出的所述上部侧坐标位置PU是否在考虑了上部回转体12的回转而预先设定在该上部回转体12周围的回转方向判定区域内的位置，即判定所述障碍物是否正在接近所述上部回转体12而达到要求对该上部回转体12的回转动作进行限制的程度。该回转方向接近判定部77并不是构成本发明的必要因素。因此，本发明还包括了不具备该回转方向接近判定部77的方式。

所述安全动作指令部78生成与所述各判定部74、76、77的判定结果相对应的安全动作指令并输出。具体如下所述。

(A)当所述下部侧接近判定部74判定为所述下部侧坐标位置PL是所述下部侧判定区域AL内的位置时，或者所述上部侧接近判定部76判定为所述上部侧坐标位置PU是所述上部侧判定区域AU内的位置时：安全动作指令部78向行走驱动装置30的适当要素输入行走动作限制信号。例如，在所述行走驱动装置30是上述液压回路的情况下，所述适当要素是行走控制电磁阀。从而，无论操作人员是否进行行走指令操作，所述安全动作指令部78都强行限制下部行走体10在接近障碍物的行走方向上的行走速度。该限制也包括将所述下部行走体10的行走强行停止。

(B)在所述回转方向接近判定部77判定所述上部侧坐标位置PU是所述回转方向判定区域内的位置时：安全动作指令部78向回转驱动装置32的适当要素输入回转动作限制信号。例如，在所述回转驱动装置32是上述液压回路的情况下，所述适当要素是回转控制电磁阀。从而，无论操作人员是否进行回转指令操作，所述安全动作指令部78都强行限制上部回转体12在接近障碍物的回转方向上的回转速度。该限制也包括将所述上部回转体12的回转强行停止。

(C)在(A)和(B)的情况下，所述安全动作指令部78都向警报装置40输入警报指令信号，使该警报装置40执行恰当的警报动作。

接下来，同时参照图4的流程图，对所述控制器70限制下部行走体10行走的具体安全控制动作进行说明。

所述控制阀70在所述障碍物传感器61～64中的至少一个传感器检测出液压挖掘机周围的障碍物的情况下(图4的步骤S0为“是”)，执行以下的安全控制动作。

(1)上部侧坐标位置PU的计算(步骤S1)

所述控制器70的所述上部侧坐标位置计算部71基于所述障碍物传感器61～64中检测到所述障碍物的障碍物传感器相对于上部回转体12的安装位置(与该障碍物传感器相对应的设定位置)相对于该障碍物的相对位置，计算出图5所示的上部侧坐标位置PU、即以所述上部回转体12为基准的所述上部侧坐标系中所确定的所述障碍物的位置。更详细而言，所述上部侧坐标位置计算部71计算该上部侧坐标位置PU在该上部侧坐标系中的X坐标XU和Y坐标YU。所述障碍物传感器61～64中的多个障碍物传感器检测到所述障碍物的情况下，所述上部侧坐标位置计算部71原则上采用离障碍物最近的障碍物传感器的安装位置。

(2)下部侧坐标位置PL的计算(步骤S2)

接着，所述控制器70的坐标变换部73将所述上部侧坐标位置PU的坐标(XU，YU)变换成图6所示的以所述下部行走体10为基准的下部侧坐标系中的坐标(XL，YL)，从而，计算出在该下部侧坐标系中确定的该障碍物的位置即下部侧坐标位置PL(XL，YL)。该坐标变换可以基于所述回转角度传感器66检测出的回转角度θ，利用如下的[数学式1]所示的变换矩阵来进行。

[数学式1]

(3)对障碍物接近上部回转体12的判定(步骤S3)

所述控制器70的上部侧接近判定部76判定由所述上部侧坐标位置计算部71计算出的所述上部侧坐标位置PU(XU，YU)是否为所述上部侧判定区域AU内的位置。所述上部侧判定区域AU是所述上部侧判定区域设定部75设定的区域，例如图5所示的区域。所述上部侧坐标位置PU和所述上部侧判定区域AU均设定在以上部回转体12为基准的所述上部侧坐标系，因此所述上部侧接近判定部76能够准确地判定所述障碍物是否存在于所述上部侧判定区域内，即判定该障碍物是否实际上正在接近上部回转体12。

图5是表示所述多个障碍物传感器61～64中的障碍物传感器64检测到的障碍物的上部侧坐标位置PU(XL，YL)与所述上部侧判定区域AU的相对位置关系的一个示例。这里所示的上部侧判定区域AU在俯视时具有与所述上部回转体12的轮廓相似的外形。但本发明所涉及的上部侧判定区域的具体形状并无限定。本发明还包括不进行该上部侧判定区域的判定的方式。

(4)对障碍物接近下部行走体10的判定(步骤S4)

所述上部侧坐标位置PU不在所述上部侧判定区域AU内的情况下(步骤S3为“否”)，例如图5所示，所述上部侧坐标位置PU在所述上部侧判定区域AU外侧的情况下，所述控制器70的所述下部侧接近判定部74判定所述下部侧坐标位置PL(XL，YL)是否为所述下部侧判定区域设定部72所设定的下部侧判定区域AL内的位置。所述下部侧坐标位置PL是所述坐标变换部73进行了坐标变换后的所述障碍物的位置，即以所述下部行走体10为基准的下部侧坐标系中的位置。由此，所述下部侧坐标位置PL和所述下部侧判定区域AL均在以下部行走体10为基准的下部侧坐标系中确定，因此，所述下部侧接近判定部74能够准确地判定该下部侧坐标系中所述障碍物是否存在于所述下部侧判定区域AL内，即该障碍物是否实际上正在接近下部行走体10。

图6所示的例子中的所述下部侧判定区域AL的外形被设定为在俯视时是沿着所述上部回转体12的履带11L、11R的外形的矩形形状。但本发明所涉及的上部侧判定区域的具体形状并无限定。

(5)安全动作指令的输出(步骤S5)

当所述上部侧接近判定部76判定为所述上部侧坐标位置PU是所述上部侧判定区域AU内的位置时(步骤S3为“是”)，或者所述下部侧接近判定部74判定为所述下部侧坐标位置PL是所述下部侧判定区域AL内的位置时(步骤S3为“是”)，所述控制器70的所述安全动作指令部78向所述行走驱动装置30的适当要素(例如所述行走控制电磁阀)输入行走动作限制信号，从而限制下部行走体10在行走方向中的接近障碍物的方向上的行走速度(也包括强行停止)，并且向警报装置40输入警报指令信号以使其进行警报动作。所述行走动作限制信号或所述警报指令信号可以仅在实际的行走方向是接近障碍物的方向的情况下才输出，也可以无论实际的行走方向是哪个方向都进行输出。在上述情况下，下部行走体10在远离所述障碍物的方向上的行走动作不会被限制。

图4中虽未图示，但当所述回转方向接近判定部77判定为所述上部侧坐标位置PU是所述回转方向判定区域内的位置时，本实施方式所涉及的所述安全动作指令部78向所述回转驱动装置32的适当要素(例如所述回转控制电磁阀)输入回转动作限制信号，从而限制上部回转体12的回转速度(也包括强行停止)，并且向警报装置40输入警报指令信号以使其进行警报动作。所述回转动作限制信号或警报指令信号也可以仅在实际的行走方向是接近障碍物的方向的情况下才输出，也可以无论实际的行走方向是哪个方向都进行输出。

以上说明的安全装置所涉及的所述坐标变换部73通过对所述障碍物的位置进行坐标变换，将用于确定该障碍物的位置的坐标系和用于确定在下部行走体10周围设定的下部侧判定区域AL的位置的坐标系统一为所述下部侧坐标系，由此，能够在该统一的坐标系中准确地判定所述障碍物是否存在于所述下部侧判定区域AL内。由此，即便所述障碍物传感器61～64配置在所述上部回转体12(而不是所述下部行走体10)上，无论所述上部回转体12相对于所述下部行走体10的姿势即所述上部回转体12的回转角度θ如何，也能够实现用于避免因所述下部行走体10的行走而导致该下部行走体10与所述障碍物相接触的准确的安全控制。

例如，当所述上部侧坐标位置PU位于图5所示的位置的情况下，仅通过以上部回转体12为基准的上部侧坐标位置PU与上部侧判定区域AU的对比来进行判定有可能导致虽然障碍物实际上位于下部行走体10的后方即存在于该下部行走体10的行走路径内，却无法进行安全动作。与此相对，上述那样基于坐标变换到下部侧坐标系的下部侧坐标位置PL和下部侧判定区域AL的对比进行判定能够在障碍物位于图5和图6所示的位置的情况下也可靠地限制下部行走体10的行走动作。

参照图7～图10，说明本发明的实施方式2。

该实施方式2的安全装置与实施方式1所涉及的安全装置的不同点仅在于以下方面。即，该实施方式2所涉及的安全装置具备与实施方式1所涉及的控制器70相同的图7所示的控制器70A，但该控制器70A具备综合判定区域设定部72A来代替实施方式1所涉及的下部侧判定区域设定部72，并且具备综合接近判定部74A来代替实施方式1所涉及的下部侧接近判定部74。所述综合判定区域设定部72A起到本发明的下部侧判定区域设定部的功能，所述综合接近判定部74A起到本发明的下部侧接近判定部的功能。另外，实施方式2所涉及的控制器70A不具备实施方式1所涉及的上部侧判定区域设定部75和上部侧接近判定部76。

所述综合判定区域设定部72A设定例如图10所示的综合判定区域AT作为本发明所涉及的下部侧判定区域。所述综合判定区域设定部72A基于回转角度传感器66检测出的回转角度0，在下部行走体10和上部回转体12双方的周围设定所述综合判定区域AT。所述上部侧接近判定部76判定控制器70的上部侧坐标位置计算部71和坐标变换部73计算出的下部侧坐标位置PL是否为在所述综合判定区域AT内的位置，即判定其是否包含在该综合判定区域AT内。所述下部侧坐标位置PL是以所述下部行走体10为基准的下部侧坐标系中的障碍物位置。

图8表示所述控制器70A进行的具体运算控制动作。障碍物传感器61～64中的某一个传感器检测到障碍物时(步骤S0为“是”)，与实施方式1同样，所述控制器70A的上部侧坐标位置计算部71计算该障碍物在上部侧坐标系中的位置即上部侧坐标位置PU(XU，YU)(步骤S1)，而且，坐标变换部73将该上部侧坐标位置PU变换到下部侧坐标系从而计算出下部侧坐标位置PL(XL，YL)(步骤S2)。另一方面，所述控制器70A的综合判定区域设定部72A基于所述回转角度θ，计算出下部侧坐标系中的综合判定区域AT(步骤S6)。

该实施方式2所涉及的所述综合判定区域设定部72A按照以下步骤来计算所述综合判定区域AT。该综合判定区域设定部72A首先基于下部行走体10和上部回转体12的形状的预先给出的信息、所述回转角度θ，针对包含下部行走体10和上部回转体12双方在内的整台液压挖掘机的外形进行计算。具体而言，该综合判定区域设定部72A分别计算图9所示的左侧车身宽度XLC、右侧车身宽度XRC、前侧车身长度YFC和后侧车身长度YRC。这些都是以所述下部行走体10为基准的所述下部侧坐标系中计算出的长度。具体而言，所述左侧车身宽度XLC是与所述下部行走体10的行走方向正交的方向为宽度方向时，从所述上部回转体12的回转中心Os到整台液压挖掘机的左端(图9所示的姿势下为上部回转体12的左后部)在所述宽度方向上的距离，所述右侧车身宽度XRC是从所述回转中心Os到整台液压挖掘机的右端(图9所示的姿势下为右侧履带11R的外端)在所述宽度方向上的距离。另外，所述前侧车身长度YFC是从所述回转中心0s到整台液压挖掘机的前端(图9所示的姿势下为两条履带11L、11R的前端)在所述行走方向上的距离，所述后侧车身长度YRC是从所述回转中心Os到整台液压挖掘机的后端(图9所示的姿势下为上部回转体12的右后部)在所述行走方向上的距离。图9所示的姿势下，由于作业装置14立起地足够多，因此在计算所述右侧车身宽度XRC和所述前侧车身长度YFC时并未考虑该作业装置14。

所述综合判定区域设定部72A接着基于针对所述液压挖掘机的外形而计算出的所述各长度(距离)XLC、XRC、YFC、YRC，将俯视时比所述液压挖掘机整体的外形大一圈的区域设定为所述综合判定区域AT。该综合判定区域AT例如是前后左右4个方向上都比该外形要大的矩形。具体而言，将该综合判定区域AT的左端、右端、前端和后端到所述回转中心Os的距离分别设为XLA、XRA、YFA和YRA，可用下式来表示。

XLA＝XLC+ΔXL

XRA＝XRC+ΔXR

YFA＝YFC+ΔYF

YRA＝YRC+ΔYR

这里，ΔXL、ΔXR、ΔYF和ΔYR是为了确定各个区域从所述液压挖掘机的外形溢出的尺寸而预先设定的常熟，可以是相等的值，也可以是不同的值。这些常熟越大，则所述综合判定区域AT的外形越大。即，能够设定更加重视安全性的所述综合判定区域AT。

所述控制器70A的所述综合接近判定部74A执行图8所示的步骤S4A以代替所述实施方式1的步骤S4。即，判定所述下部侧坐标位置PL(XL，YL)是否在所述综合判定区域AT内。该综合判定区域AT是考虑了不仅包括所述下部行走体10还包括所述上部回转体12的整台液压挖掘机而设定的区域，因此无需基于图4所示的上部侧坐标位置PU和上部侧安定区域AU来进行判定(步骤S3)。因此，所述控制器70A的所述安全动作指令部78仅基于所述下部侧坐标位置PL(XL，YL)是否为在所述综合判定区域AT内的位置的判定来输出安全动作指令(步骤S5)，就能针对下部行走体10的行走动作进行准确的安全控制。

接着，参照图11～图15，说明本发明的实施方式3。

该实施方式3的安全装置与实施方式1所涉及的安全装置的不同点仅在于以下方面。即，该实施方式3所涉及的安全装置具备与实施方式1所涉及的控制器70相同的图11所示的控制器70B，但该控制器70B具备图11所示的坐标变换部73B来代替实施方式1的所述坐标变换部73，并且具备图11所示的下部侧接近判定部74B来代替实施方式1的所示下部侧接近判定部74。

所述实施方式1中的坐标变换部73将上部例坐标系中的障碍物位置即上部侧坐标位置PU(XU，YU)及下部侧坐标系中的下部侧判定区域AL中的所述上部侧坐标位置PU变换成所述下部侧判定区域AL的坐标系即下部侧坐标系的位置PL(XL，YL)，从而将用于确定该上部测坐标PU的坐标系和用于确定该下部侧判定区域AL的坐标系统一为所述下部侧坐标系(图4的步骤S2)，而实施方式3的所述坐标变换部73B在图12的流程图所示的步骤S2A中，将所述下部侧判定区域AL的位置变换到上部侧坐标系中的位置，从而将用于确定该上部侧坐标位置PU的坐标系和用于确定该下部侧判定区域AL的坐标系统一为所述上部侧坐标系。所述下部侧接近判定部74B执行图12所示的步骤S4A以代替图4的步骤S4。即，在上述统一后的坐标系即所述上部侧坐标系中，判定所述上部侧坐标位置PU(XU，YU)是否为变换到所述上部侧坐标系的所述下部侧判定区域AL内的位置。

所述下部侧判定区域AL是俯视时例如为图13所示的矩形区域的情况下，所述坐标变换部73B优选将该下部侧判定区域AL的4个顶点的位置PL1、PL2、PL3、PL4在下部侧坐标系中的坐标(XL1，YL1)、(XL2，YL2)、(XL3，YL3)、(XL4，YL4)分别变换成上部侧坐标系中的坐标(XU1，YU1)、(XU2，YU2)、(XU3，YU3)、(XU4，YU4)。从而，能够得到以与各个坐标相对应的4个位置PU1、PU2、PU3、PU4分别为顶点(即上部侧坐标系中设定)的下部侧判定区域AL。所述下部侧判定区域AL具有矩形以外的形状的情况下，也可以通过选定其代表点并对其进行坐标变换，从而将该下部侧判定区域AL从下部侧坐标系变换至上部侧坐标系。

另一方面，所述实施方式3的控制器70B中，所述上部侧接近判定部76也判定所述上部侧坐标位置PU是否为上部侧判定区域AU内的位置(步骤S3)。当所述上部侧接近判定部76判定为所述上部侧坐标位置PU(XU，YU)是所述上部侧判定区域AU内的位置时(步骤S3为“是”)，或者所述下部侧接近判定部74B判定为所述上部侧坐标位置PU(XU，YU)是所述下部侧判定区域AL内的位置时，所述控制器70B的安全动作指令部78都输出安全动作指令(步骤S5)。

即，所述控制器70B的下部侧接近判定部74B和上部侧接近判定部76相互协作，判定图15所示的合成区域ALU即所述下部侧判定区域AL与所述上部侧判定区域AU合成后的区域中是否包含所述上部侧坐标位置PU。

因而，本发明所涉及的安全装置还包括如下方式：作为其下部侧接近判定部，具备用于判定所述合成区域ALU那样由坐标变换后的下部侧判定区域和上部侧判定区域合成后的区域中是否包含所述上部侧坐标位置PU的判定部，来代替所述下部侧接近判定部74B和所述上部侧接近判定部76。

本发明并不限于以上说明的实施方式及其变形例。本发明包含例如下述的方式。

(A)关于判定区域

本发明所涉及的下部侧判定区域的具体形状并无限定。例如，图5所示的下部行走体10在俯视时包含有从左右履带11L、11R向前后方向或左右方向突出的部分的情况下，下部侧判定区域的形状也可以不是矩形形状，而是设定成包含所述突出部分的不规则形状。

所述上部侧判定区域也可以根据具体的上部回转体的形状等自由地进行设定。另外，该上部侧判定区域也可以适当地省略。例如，在像小回转型挖掘机那样行走时的安全不是很需要考虑上部回转体的情况下，也可以进设定下部侧判定区域。

所述判定区域是使下部行走体减速的区域的情况下，也可以在其内侧进一步设定用于使该下部行走体强行停止的区域。相反，在所述判定区域是使下部行走体强行停止的区域的情况下，也可以在其外侧进一步设定减速区域。

另外，各判定区域的上端和下端的高度位置可以自由设定。

(B)关于安全动作指令

本发明所涉及的安全动作指令部也可以仅输出所述行走动作限制信号和所述警报指令信号中的任一方信号作为安全动作指令。另外，用于判定是否需要输出行走动作限制信号的判定区域和用于判定是否需要输出警报指令信号的判定区域也可以分开设定。另外，所述安全动作指令也可以是所述行走动作限制信号和所述警报指令信号以外的指令。

如上所述，本发明提供一种设置在具备下部行走体和上部回转体的回转式工程机械上的安全装置，其将用于检测障碍物的障碍物传感器配置在所述上部回转体上，并且无论该上部回转体是何种姿势都能够准确地进行安全控制。

本发明提供一种工程机械的安全装置，所述工程机械具备能够在地面上行走的下部行走体以及可回转地搭载在所述下部行走体上的上部回转体，包括：障碍物传感器，设置于所述上部回转体的特定部位，用于检测所述工程机械周围的障碍物；回转角度检测器，用于检测所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度；上部侧坐标位置计算部，计算通过所述障碍物传感器检测到的作为所述障碍物的位置即在以所述上部回转体为基准的坐标系中的位置的上部侧坐标位置；下部侧判定区域设定部，以所述下部行走体为基准至少在该下部行走体的周围没定用于判定所述障碍物的接近的下部侧判定区域；坐标变换部，基于所述回转角度检测器检测出的所述回转角度，通过将所述上部侧坐标位置和所述下部侧判定区域的位置中的其中之一位置变换成在另一方位置所属的坐标系中的位置，从而使用于确定所述障碍物的位置的坐标系和用于确定所述下部侧判定区域的位置的坐标系统一；下部侧接近判定部，在由所述坐标变换部统一后的坐标系中判定在所述下部侧判定区域内是否存在所述障碍物；以及，安全动作指令部，在所述下部侧接近判定部判定为在所述下部侧判定区域内存在所述障碍物的情况下，向所述工程机械输出用于使其进行安全动作的安全动作指令。

该安全装置中，即便所述障碍物传感器被设置在所述上部回转体上，通过对由该障碍物传感器检测到的以该上部回转体为基准的障碍物的位置即上部侧坐标位置与以下部行走体为基准在其周围设定的下部侧判定区域的位置中的一个位置进行坐标变换，使用于确定两位置的坐标系统一。由此，即使所述障碍物传感器被配置在所述上部回转体上(而不是在所述下部行走体上)，也能够在上述那样被统一的共通的坐标系中准确地判断在所述下部侧判定区域中是否所述障碍物。由此，无论所述上部回转体的姿势即相对于所述上部回转体的回转角度如何，都能够实现用于避免困所述下部行走体的行走而导致该下部行走体与所述障碍物相接触的安全控制。

所述安全装置的具体的较佳实施方式例如包括下述第1实施方式及第2实施方式。

所述第1实施方式中，所述坐标变换部构成为将所述上部侧坐标位置变换成以所述下部行走体为基准的下部侧坐标位置，所述下部侧接近判定部构成为判定所述下部侧坐标位置是否为所述下部侧判定区域内的位置，所述安全动作指令部构成为在所述下部侧接近判定部判定为所述下部侧坐标位置是所述下部侧判定区域内的位置时，输出所述安全动作指令。报据该第1实施方式，利用仅仅对上部侧坐标位置即以所述上部回转体为基准的障碍物的位置进行坐标变换的简单的结构，而无需对所述下部侧判定区域的位置进行坐标变换，就能够在统一的坐标系(即，以所述下部行走体为基准的坐标系)中准确地判定在该下部侧判定区域内是否存在所述障碍物。

所述第1实施方式中，较为理想的是，所述安全装置还包括：上部侧判定区域设定部，以所述上部回转体为基准在其周围设定用于判定所述障碍物接近所述上部回转体的上部侧判定区域；以及上部侧接近判定部，判定所述上部侧坐标位置是否为所述上部侧判定区域内的位置，其中，所述安全动作指令部构成为在所述上部侧接近判定部判定为所述上部侧坐标位置是所述上部侧判定区域内的位置时，也输出所述安全动作指令。由此，能够实现用于避免因所述下部行走体的行走动作而导致所述上述回转体与所述障碍物相接触的安全控制。

或者，所述第1实施方式中，所述下部侧判定区域设定部也可以是基于所述回转角度检测器检测出的所述回转角度在所述下部行走体及所述上部回转体双方的周围设定综合判定区域来作为所述下部侧判定区域的综合判定区域设定部，所述下部侧接近判定部是判定所述下部侧坐标位置是否为所述综合判定区域内的位置的综合接近判定部，所述安全动作指令部构成为在所述综合接近判定部判定为所述下部侧坐标位置是所述综合判定区域内的位置时，输出所述安全动作指令。通过像这样的综合判定区域与下部侧坐标位置进行对比，也能够实现用于避免所述障碍物与所述下部行走体及所述上述回转体双方相接触的安全控制。

所述第2实施方式中，所述坐标变换部构成为基于所述回转角度检测器检测出的所述回转角度将所述下部侧判定区域的位置变换成以所述上部回转体为基准的位置，所述下部侧接近判定部构成为判定所述上部侧坐标位置是否为由所述坐标变换部进行了坐标变换后的所述下部侧判定区域内的位置，所述安全动作指令部构成为在所述下部侧接近判定部判定为所述上部侧坐标位置是由所述坐标变换部进行了坐标变换后的所述下部侧判定区域内的位置时，输出所述安全动作指令。根据该第2实施方式，也能够在统一的坐标系(即，以所述上部回转体为基准的坐标系)中准确地判定在以下部行走体为基准的下部侧判定区域内是否存在障碍物。

较为理想的是，在所述工程机械具备使所述下部行走体进行行走动作的行走驱动装置时，所述安全动作指令部构成为输出用于限制所述下部行走体向接近所述障碍物的方向进行行走动作的行走动作限制指令(例如使行走动作减速或者停止的指令)作为所述安全动作指令。或者，在所述工程机械具备能够向操作人员进行警报动作的警报装置时，所述安全动作指令部可以构成为输出用于使所述警报装置进行警报动作的警报指令作为所述安全动作指令。

Claims (7)

1.一种工程机械的安全装置，所述工程机械具备能够在地面上行走的下部行走体以及可回转地搭载在所述下部行走体上的上部回转体，其特征在于包括：

障碍物传感器，设置于所述上部回转体的特定部位，用于检测所述工程机械周围的障碍物；

回转角度检测器，用于检测所述上部回转体相对于所述下部行走体的回转角度；

上部侧坐标位置计算部，计算通过所述障碍物传感器检测到的作为所述障碍物的位置即在以所述上部回转体为基准的坐标系中的位置的上部侧坐标位置；

下部侧判定区域设定部，以所述下部行走体为基准至少在该下部行走体的周围设定用于判定所述障碍物的接近的下部侧判定区域；

坐标变换部，基于所述回转角度检测器检测出的所述回转角度，通过将所述上部侧坐标位置和所述下部侧判定区域的位置中的其中之一位置变换成在另一方位置所属的坐标系中的位置，从而使用于确定所述障碍物的位置的坐标系和用于确定所述下部侧判定区域的位置的坐标系统一；

下部侧接近判定部，在由所述坐标变换部统一后的坐标系中判定在所述下部例判定区域内是否存在所述障碍物；以及，

安全动作指令部，在所述下部侧接近判定部判定为在所述下部侧判定区域内存在所述障碍物的情况下，向所述工程机械输出用于使其进行安全动作的安全动作指令。

2.如权利要求1所述的工程机械的安全装置，其特征在于，

所述坐标变换部构成为将所述上部侧坐标位置变换成以所述下部行走体为基准的下部侧坐标位置，

所述下部侧接近判定部构成为判定所述下部侧坐标位置是否为在所述下部侧判定区域内的位置，

所述安全动作指令部构成为在所述下部侧接近判定部判定为所述下部侧坐标位置为在所述下部侧判定区域内的位置时，输出所述安全动作指令。

3.如权利要求2所述的工程机械的安全装置，其特征在于还包括：

上部侧判定区域设定部，以所述上部回转体为基准在其周围设定用于判定所述障碍物接近所述上部回转体的上部侧判定区域；以及，

上部侧接近判定部，判定所述上部侧坐标位置是否为在所述上部侧判定区域内的位置，其中，

所述安全动作指令部构成为在所述上部侧接近判定部判定为所述上部侧坐标位置为在所述上部侧判定区域内的位置时，也输出所述安全动作指令。

4.如权利要求2所述的工程机械的安全装置，其特征在于，

所述下部侧判定区域设定部是基于所述回转角度检测器检测出的所述回转角度在所述下部行走体及所述上部回转体双方的周围设定综合判定区域来作为所述下部侧判定区域的综合判定区域设定部，

所述下部侧接近判定部是判定所述下部侧坐标位置是否为在所述综合判定区域内的位置的综合接近判定部，

所述安全动作指令部构成为在所述综合接近判定部判定为所述下部侧坐标位置为在所述综合判定区域内的位置时，输出所述安全动作指令。

5.如权利要求1所述的工程机械的安全装置，其特征在于，

所述坐标变换部构成为基于所述回转角度检测器检测出的所述回转角度将所述下部侧判定区域的位置变换成以所述上部回转体为基准的位置，

所述下部侧接近判定部构成为判定所述上部侧坐标位置是否为在由所述坐标变换部进行了坐标变换后的所述下部侧判定区域内的位置，

所述安全动作指令部构成为在所述下部侧接近判定部判定为所述上部侧坐标位置为在由所述坐标变换部进行了坐标变换后的所述下部侧判定区域内的位置时，输出所述安全动作指令。

6.如权利要求1至5的任一项所述的工程机械的安全装置，其特征在于，

所述工程机械具备使所述下部行走体进行行走动作的行走驱动装置，所述安全动作指令部构成为输出用于限制所述下部行走体向接近所述障碍物的方向进行行走动作的行走动作限制指令作为所述安全动作指令。

7.如权利要求1至6的任一项所述的工程机械的安全装置，其特征在于，

所述工程机械具备能够向操作人员进行警报动作的警报装置，所述安全动作指令部构成为输出用于使所述警报装置进行警报动作的警报指令作为所述安全动作指令。

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