JP2013147887A - 周辺監視機能を備える産業機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】複雑な機構を必要とすることなく監視不可領域を削減可能な周辺監視機能を備える産業機械を提供すること。
【解決手段】本発明の実施例に係るショベルは、電気信号を生成する信号生成部21と、信号生成部21が生成する電気信号を伝送し、且つ、その電気信号に対応する電波を輻射する送信用漏洩伝送路22と、送信用漏洩伝送路22が輻射した電波を受信する受信用漏洩伝送路23と、受信用漏洩伝送路23が受信する電波に対応する電気信号を検出する信号検出部24と、信号検出部24が検出する電気信号に基づいてショベル周辺の物体を検知する物体検知部20と、を含む。
【選択図】図2
【解決手段】本発明の実施例に係るショベルは、電気信号を生成する信号生成部21と、信号生成部21が生成する電気信号を伝送し、且つ、その電気信号に対応する電波を輻射する送信用漏洩伝送路22と、送信用漏洩伝送路22が輻射した電波を受信する受信用漏洩伝送路23と、受信用漏洩伝送路23が受信する電波に対応する電気信号を検出する信号検出部24と、信号検出部24が検出する電気信号に基づいてショベル周辺の物体を検知する物体検知部20と、を含む。
【選択図】図2
Description
本発明は、周辺監視機能を備える産業機械に関し、より詳細には、漏洩伝送路を用いた周辺監視機能を備える産業機械に関する。
従来、油圧ショベルの上部旋回体の左右側面及び前後面のそれぞれに取り付けられるレーザレーダ、ミリ波レーダ、超音波センサ、赤外線センサ等の障害物検出器を用いて油圧ショベルに接近する物体を検知する周辺監視装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1に記載の装置では、油圧ショベルの周囲を監視するために、比較的高価な障害物検出器を少なくとも4つ設置する必要がある。そのため、製造コストの増大を招くという問題がある。
このような問題を解決するために、超音波センサ、赤外線センサ、レーザセンサ等の非接触型センサを左右方向に往復動させてその検知範囲を拡大できるようにしながら、油圧ショベルに接近する物体を検知する監視装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。この監視装置は、非接触型センサの往復動により、非接触型センサの設置数を最小限に抑えながらも非接触型センサの監視領域から外れる死角領域、すなわち監視不可領域を削減できるとしている。
しかしながら、特許文献2に記載の装置では、そもそも非接触型センサの設置数を最小限に抑えるためにその検知範囲を拡大するため、非接触型センサの検知範囲が拡大されたとしてもその設置数が限られる。そのため、非接触型センサの上部旋回体上の設置位置とその上部旋回体自体との位置関係によって不可避的に生じる、上部旋回体の影に隠れる監視不可領域の削減には限界があり、設置数を減らすことによってその監視不可領域を増大させてしまう場合もある。
また、非接触型センサを左右方向に往復動させるための複雑な機構を必要とするため、かえって製造コストを増大させるおそれがある。さらに、その複雑な機構は、過酷な環境下で使用される産業機械に適用するには耐久性にも問題がある。
上述の点に鑑み、本発明は、複雑な機構を必要とすることなく監視不可領域を削減可能な周辺監視機能を備える産業機械を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る産業機械は、周辺監視機能を備える産業機械であって、電気信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部が生成する電気信号を伝送し、且つ、該電気信号に対応する電波を輻射する、前記産業機械の表面に配置される少なくとも1本の送信用漏洩伝送路と、前記送信用漏洩伝送路が輻射した電波を受信する、前記産業機械の表面に配置される少なくとも1本の受信用漏洩伝送路と、前記受信用漏洩伝送路が受信する前記電波に対応する電気信号を検出する信号検出部と、前記信号検出部が検出する電気信号に基づいて前記産業機械の周辺の物体を検知する物体検知部と、を含むことを特徴とする。
上述の手段により、本発明は、複雑な機構を必要とすることなく監視不可領域を削減可能な周辺監視機能を備える産業機械を提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
図1は、本発明の実施例に係る産業機械の1例であるショベルを示す図であり、図1(A)がショベルの側面図を示し、図1(B)がショベルの上面図を示す。図2は、図1のショベルに搭載される周辺監視システム100の構成例を概略的に示す機能ブロック図である。
ショベルの下部走行体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の先端には、アーム5が取り付けられ、アーム5の先端には、バケット6が取り付けられる。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。上部旋回体3には、キャビン10が設けられ、且つエンジン等の動力源が搭載される。
周辺監視システム100は、ショベルの周辺を監視するシステムであり、主に、物体検知部20、信号生成部21、送信用漏洩伝送路22、受信用漏洩伝送路23、信号検出部24、操作部25、表示部26、音声出力部27で構成される。
物体検知部20は、ショベル周辺の物体を検知する機能要素であり、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を備えたコンピュータである。本実施例では、物体検知部20は、キャビン10内に設置される。
信号生成部21は、物体検知部20がショベル周辺の物体を検知するために利用する基準信号となる電気信号を生成する機能要素であり、例えば、アナログ電気回路、デジタル電気回路等の電気回路によって構成される。
本実施例では、信号生成部21は、キャビン10内に設置される。また、信号生成部21は、物体検知部20からの制御信号に応じて所定の波形を有する電気信号の生成を開始し、生成した電気信号を送電用漏洩伝送路22に対して出力する。なお、信号生成部21は、生成した電気信号自体、又はその電気信号に関する情報を物体検知部20に対して出力してもよい。基準信号としての電気信号の内容を物体検知部20に通知するためである。
送信用漏洩伝送路22は、信号生成部21が生成する電気信号を伝送する伝送路である。
本実施例では、送信用漏洩伝送路22は、漏洩同軸ケーブルである。具体的には、送信用漏洩伝送路22は、外部導体の長手方向に所定の間隔でスロットが形成される同軸ケーブルであり、電気信号を伝送し、且つ、その電気信号をスロットから電波として輻射するアンテナとしての機能を果たす。また、本実施例では、送信用漏洩伝送路22は、図1(A)で示すように上部旋回体3の左側面、後面、及び右側面のそれぞれの下端部に沿って配置される。
受信用漏洩伝送路23は、送信用漏洩伝送路22が輻射した電波を受信してその電波に対応する電気信号を伝送する伝送路である。
本実施例では、受信用漏洩伝送路23は、送信用漏洩伝送路22と同じ構成を有する漏洩同軸ケーブルである。具体的には、受信用漏洩伝送路23は、外部導体の長手方向に所定の間隔でスロットが形成される同軸ケーブルであり、電波を受信するアンテナとしての機能を果たし、且つ、その受信した電波に対応する電気信号を伝送する。また、本実施例では、受信用漏洩伝送路23は、図1(A)で示すように上部旋回体3の左側面、後面、及び右側面のそれぞれの上端部に沿って配置される。なお、送信用漏洩伝送路22が上端部に沿って配置され、受信用漏洩伝送路23が下端部に沿って配置されてもよい。
また、受信用漏洩伝送路23と上部旋回体3の左側面、後面、及び右側面のそれぞれとの間には電磁シールドや電波吸収体が設置されてもよい。上部旋回体3の内部に設置されたエンジン等の動力源のノイズが、受信用漏洩伝送路23による電波の受信に及ぼす影響を抑制或いは防止するためである。電磁シールドには、例えば、スチール製のレールが採用されてもよい。その場合、受信用漏洩伝送路23は、上部旋回体3の左側面、後面、及び右側面のそれぞれの上端部に沿って配置されたレールの溝内に設置される。
なお、本実施例では、送信用漏洩伝送路22及び受信用漏洩伝送路23は、上部旋回体3の表面にそれぞれ1本ずつ配置されるが、例えば、左側面用に1本、後面用に一本、右側面用に1本というように複数本が配置されてもよい。また、送信用漏洩伝送路22の本数と受信用漏洩伝送路23の本数とは同じであってもよく、異なるものであってもよい。
また、本実施例では、送信用漏洩伝送路22及び受信用漏洩伝送路23は、上部旋回体3の左側面、後面、及び右側面の3面に沿うように配置される。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。送信用漏洩伝送路22及び受信用漏洩伝送路23は、例えば、前面を含めた上部旋回体3の全周に沿って配置されてもよく、左側面、後面、右側面、前面のうちの一又は複数の面に沿って配置されてもよく、何れかの面の一部のみに配置されてもよい。
また、本実施例では、送信用漏洩伝送路22及び受信用漏洩伝送路23は、ほぼ同じ長さを有するが、送信用漏洩伝送路22が受信用漏洩伝送路23より長くてもよく、送信用漏洩伝送路22が受信用漏洩伝送路23より短くてもよい。
また、本実施例では、送信用漏洩伝送路22及び受信用漏洩伝送路23は、上部旋回体3の表面の上辺又は下辺に沿って一直線に配置されるが、湾曲部を含んで配置されてもよく、一部が上部旋回体3の表面から浮き上がるように配置されてもよく、一部が上部旋回体3の内部に入り込むように配置されてもよい。
信号検出部24は、受信用漏洩伝送路23が受信した電波に対応する電気信号を検出する機能要素であり、例えば、アナログ電気回路、デジタル電気回路等の電気回路によって構成される。なお、以下では、検出した電気信号を「検出信号」と称する。
本実施例では、信号検出部24は、キャビン10内に設置され、検出信号自体、又はその検出信号に関する情報を物体検知部20に対して出力する。
操作部25は、ショベルの各操作体を操作するための装置であり、例えば、キャビン10内に設置される操作レバー、操作ペダル、操作ボタン等である。また、操作部25は、操作の有無又は操作内容を表す操作信号を物体検知部20に対して出力する。
具体的には、操作部25は、例えば、下部走行体1、旋回機構2、ブーム4、アーム5、バケット6のそれぞれを操作するための操作レバーであり、操作方向及び操作量を含む操作信号を電気的に或いは油圧的に物体検知部20に対して出力する。
表示部26は、各種情報を表示するための装置であり、例えば、キャビン10内に設置される液晶ディスプレイ、LED等である。
本実施例では、表示部26は、物体検知部20からの制御信号に応じて各種情報を表示する。具体的には、表示部26は、物体検知部20が検知した物体に関する情報(例えば、ショベルからの距離、ショベルから見た方向、物体の大きさ等である。)を含む制御信号に応じて、その物体に関する情報を表示する。
音声出力部27は、各種情報を音声出力するための装置であり、例えば、キャビン10内に設置されるスピーカ、ブザー等である。
本実施例では、音声出力部27は、物体検知部20からの制御信号に応じて各種情報を音声出力する。具体的には、音声出力部27は、物体検知部20が検知した物体に関する情報を含む制御信号に応じて、その物体に関する情報を音声出力し、或いは、物体を検知したことを操作者に知らせる警報を出力する。
このような構成により、周辺監視システム100は、図1の一点鎖線で示すように、受信用漏洩伝送路23の周囲、すなわち、上部旋回体3の周囲に検知空間Dを生じさせる。物体検知部20は、検知空間D内に進入する物体による検出信号への影響を監視することによって、ショベルに接近する物体を検知する。なお、受信用漏洩伝送路23と上部旋回体3の表面の間に電磁シールドや電波吸収体が設置される場合、検知空間Dは、上部旋回体3の外側のみに生成される。
具体的には、信号生成部21は、所定の波形を有する電気信号を送信用漏洩伝送路22に対して出力する。送信用漏洩伝送路22は、信号生成部21に近いスロットから順に、その電気信号に対応する電波を、各スロットの位置に応じた時間差で順々に輻射する。その後、受信用漏洩伝送路23は、送信用漏洩伝送路22の各スロットから輻射される電波を順々に受信し、スロットの位置に応じた時間差で重ね合わされた電気信号を信号検出部24に伝える。信号検出部24が検出する電気信号(検出信号)の波形強度は、基本的には、受信用漏洩伝送路23が受信した場所にかかわらずほぼ同じである。但し、検知空間D内に物体が存在する場合には、検出信号のうち、その物体が存在する場所に対応する部分の波形強度が小さくなる。送信用漏洩伝送路22が輻射する電波の一部がその物体によって遮られ、受信用漏洩伝送路23に伝わりにくくなるためである。そのため、物体検知部20は、検出信号のうち波形強度が小さい部分を見つけ出すことによって、検知空間D内に存在する物体を検知できる。
なお、検出信号の波形強度は、送信用漏洩伝送路22と受信用漏洩伝送路23との間の結合損失のばらつきにより変化する場合がある。この場合、物体検知部20は、検知空間D内に物体が存在しない場合の検出信号の波形の包絡線を記憶しておく。そして、物体検知部20は、その包絡線の変化を監視することによって、すなわち、伝送路間の結合損失のばらつきによる検出信号への影響を打ち消した上で波形強度の変化を監視することによって、検知空間D内に存在する物体を検知できる。
また、物体検知部20は、上述のような波形強度の弱まり具合に基づく物体検知の感度を調節することにより、昆虫、小鳥等の小型生物及び非金属物体を検知することなく、人、大型犬等の大型生物、車両等の金属物体を選択的に検知することができる。また、物体検知部20は、波形強度が瞬間的に弱まった場合に物体を検知することにより、既に検知空間D内に存在する静止物体を検知することなく、現に検知空間D内に進入した物体を選択的に検知することができる。
物体を検知した場合、物体検知部20は、その検知結果を含む制御信号を表示部26及び音声出力部27に対して出力する。
また、物体検知部20は、操作部25の出力に基づいてショベルが静止中であるか否かを判断し、ショベルが静止中であると判断した場合に、ショベル周辺の物体の検知を実行する。
ここで、「静止中」とは、操作部25が何れも操作されていない状態を意味する。具体的には、「静止中」は、例えば、下部走行体1が作動しておらず(以下、この状態を「走行停止中」とする。)、且つ、上部旋回体3が旋回していない状態(以下、この状態を「旋回停止中」とする。)を意味する。なお、「静止中」は、エンジン等の動力源が作動している場合、すなわち、操作部25が操作されたときに、対応する操作体を即座に動作させることができる場合の1状態を意味する。但し、「静止中」は、エンジン等の動力源が作動していない場合の状態を含んでもよい。
ショベルが静止中でないと判断した場合にショベル周辺の物体の検知を実行しないのは、ショベルの一部が検知空間D内に進入することによって物体検知部20がショベル自体をショベル周辺の別の物体として検知してしまうのを防止するためである。例えば、上部旋回体3が旋回中であれば、物体検知部20は、上部旋回体3が旋回することによって検知空間D内に進入する下部走行体1をショベル周辺の別の物体として検知してしまい、ショベル周辺の物体を正確に検知できないおそれがあるためである。
次に、図3を参照しながら、周辺監視システム100がショベル周辺の物体の存否を判定する処理(以下、「物体存否判定処理」とする。)について説明する。なお、図3は、物体存否判定処理の流れを示すフローチャートであり、周辺監視システム100は、所定周期で繰り返しこの物体存否判定処理を実行する。
最初に、物体検知部20は、操作部25の出力に基づいてショベルが静止中であるか否かを判定する(ステップS1)。すなわち、物体検知部20は、エンジン等の動力源が作動している場合において、ショベルが走行停止中であり、且つ、旋回停止中であるか否かを判定する。
ショベルが静止中でないと判定した場合(ステップS1のNO)、物体検知部20は、今回の物体存否判定処理を終了させる。ショベルが静止中でないため、ショベル自体をショベル周辺の別の物体として検知してしまうおそれがあり、ショベル周辺の物体を正確に検知できないおそれがあるためである。
一方、ショベルが静止中であると判定した場合(ステップS1のYES)、物体検知部20は、信号生成部21に対して制御信号を出力し、基準信号としての電気信号を信号生成部21に生成させる(ステップS2)。
その後、信号生成部21が生成した基準信号は、送信用漏洩伝送路22に伝送され、送信用漏洩伝送路22は、その基準信号に対応する電波を各スロットから輻射する(ステップS3)。
その後、受信用漏洩伝送路23は、送信用漏洩伝送路22が輻射した電波を受信し(ステップS4)、受信した電波に対応する電気信号を信号検出部24に対して出力する。
その後、信号検出部24は、受信用漏洩伝送路23が伝送する電気信号を検出信号として検出し(ステップS5)、その検出信号を物体検知部20に対して出力する。
その後、物体検知部20は、検出信号の波形強度を監視することによって、ショベル周辺に物体が存在するか否かを判定する(ステップS6)。
ショベル周辺に物体が存在しないと判定した場合、すなわち、ショベル周辺の物体を検知しない場合(ステップS6のNO)、物体検知部20は、今回の物体存否判定処理を終了させる。
一方、ショベル周辺に物体が存在すると判定した場合、すなわち、ショベル周辺の物体を検知した場合(ステップS6のYES)、物体検知部20は、検知結果を含む制御信号を表示部26及び音声出力部27に対して出力する(ステップS7)。検知結果を含む制御信号を受信した表示部26は、検知した物体に関する情報をディスプレイ上に表示し、検知結果を含む制御信号を受信した音声出力部27は、スピーカを通じて、ショベルから所定の距離範囲内に物体が存在することを操作者に通知する。
なお、上述の物体存否判定処理では、静止中であると判定した場合にステップS2〜ステップS7を実行し、静止中でないと判定した場合にステップS2〜ステップS7を省略する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、物体存否判定処理は、ステップS2〜S5を実行した後で静止中であるか否かを判定し、静止中であると判定した場合にステップS6及びステップS7を実行し、静止中でないと判定した場合にステップS6及びステップS7を省略してもよい。
以上の構成により、図1のショベルに搭載される周辺監視システム100は、上部旋回体3の表面に取り付けられた漏洩伝送路の多数のスロットのそれぞれから輻射される電波を用いてショベル周辺を監視する。これにより、周辺監視システム100は、複雑な機構を必要とすることなく、超音波センサ、赤外線センサ、レーザセンサ等の非接触型センサを用いる場合に比べ、監視不可領域を削減することができる。具体的には、周辺監視システム100は、漏洩同軸ケーブルにおける多数のスロットのそれぞれから輻射される電波を用いて物体の検知を実行するため、非接触型センサを用いる場合に比べ、監視不可領域すなわち電波の到達できない領域を大幅に削減することができる。
また、周辺監視システム100は、漏洩同軸ケーブルを用いて物体の検知を実行するため、すなわち電波を用いて物体を検知するため、光や超音波を用いて物体を検知する場合に比べ、周囲の明るさ、降雨、降雪等の外部環境の影響を受けにくい、実用的で耐候性の高いシステムを実現することができる。
また、周辺監視システム100は、検出信号のうちの波形強度が弱まった部分の位置から、受信用漏洩伝送路23のどの位置で受信した信号の波形強度が弱まったかを特定できる。そのため、周辺監視システム100は、検出信号の波形強度を監視することによって、ショベル周辺のどの位置で物体を検知したかを推定することができる。
また、周囲監視システム100は、漏洩同軸ケーブルを用いて物体の検知を実行するため、低コストのシステムを実現できる。
また、周辺監視システム100は、送信用漏洩伝送路22及び受信用漏洩伝送路23の長さを変更するのみで、他の構成要素を変更することなく、様々な大きさの上部旋回体に適用され得る。そのため、周辺監視システム100は、様々な機種のショベルに容易に適用され得る。
次に、図4を参照しながら、漏洩伝送路の別の設置例について説明する。なお、図4は、図1に対応し、図4(A)がショベルの側面図を示し、図4(B)がショベルの上面図を示す。
本実施例では、送信用漏洩伝送路22は、図1(A)の場合と同様、図4(A)で示すように上部旋回体3の左側面、後面、及び右側面のそれぞれの下端部に沿って配置される。
一方、受信用漏洩伝送路23Aは、図1(A)における受信用漏洩伝送路23の場合と異なり、図4(A)で示すように上部旋回体3の左側面、後面、及び右側面のそれぞれの下端部に沿って配置される。すなわち、受信用漏洩伝送路23Aは、送信用漏洩伝送路22の上方に近接して、送信用漏洩伝送路22と共に上部旋回体3の左側面、後面、及び右側面のそれぞれの下端部に沿って配置される。
このような構成により、図4の周辺監視システムは、図4の一点鎖線で示すように、受信用漏洩伝送路23Aの周囲、すなわち、上部旋回体3の周囲に検知空間D1を生じさせる。物体検知部20は、検知空間D1内に進入する物体による検出信号への影響を監視することによって、ショベルに接近する物体を検知する。
なお、本実施例における送信用漏洩伝送路22及び受信用漏洩伝送路23Aは、図1に関する説明で記載されたものと同様の様々な変形配置を採用し得る。
以上の構成により、図4のショベルに搭載される周辺監視システムは、送信用漏洩伝送路22及び受信用漏洩伝送路23の設置範囲をより狭い範囲に限定しながら、図1のショベルに搭載される周辺監視システム100と同様の効果を実現させることができる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上述の実施例において、周辺監視システム100は、走行及び旋回が可能なショベルに搭載されるが、走行又は移動が可能であるが旋回機構を備えないホイールローダ等の産業機械に搭載されてもよく、旋回が可能であるが走行機構及び移動機構を備えないクレーン等の産業機械に搭載されてもよい。また、周辺監視システム100は、走行も旋回もしないが可動部を含む、建設機械、工作機械、木工機械、農業機械等の他の産業機械に搭載されてもよい。
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・・・物体検知部 21・・・信号生成部 22・・・送信用漏洩伝送路 23、23A・・・受信用漏洩伝送路 24・・・信号検出部 25・・・操作部 26・・・表示部 27・・・音声出力部 100・・・周辺監視システム
Claims (4)
- 周辺監視機能を備える産業機械であって、
電気信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部が生成する電気信号を伝送し、且つ、該電気信号に対応する電波を輻射する、前記産業機械の表面に配置される少なくとも1本の送信用漏洩伝送路と、
前記送信用漏洩伝送路が輻射した電波を受信する、前記産業機械の表面に配置される少なくとも1本の受信用漏洩伝送路と、
前記受信用漏洩伝送路が受信する前記電波に対応する電気信号を検出する信号検出部と、
前記信号検出部が検出する電気信号に基づいて前記産業機械の周辺の物体を検知する物体検知部と、
を含むことを特徴とする産業機械。 - 前記物体検知部は、前記産業機械が静止している際に、前記産業機械の周辺の物体を検知する、
ことを特徴とする請求項1に記載の産業機械。 - 前記産業機械は、移動又は旋回が可能であり、
前記物体検知部は、前記産業機械が移動或いは旋回している場合には、前記産業機械の周辺の物体を検知しない、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の産業機械。 - 前記産業機械の表面と前記受信用漏洩伝送路との間には電磁シールド又は電波吸収体が配置される、
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の産業機械。
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