JP2017145564A - Safety apparatus of mobile machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、建設機械、自動車、及びロボットなどの可動機械が周囲の人物と干渉することを未然に防止する可動機械の安全装置に関するものである。 The present invention relates to a safety device for a movable machine that prevents a movable machine such as a construction machine, an automobile, and a robot from interfering with a surrounding person.
近年、建設機械、自動車、及びロボットといった可動機械の分野では、自動運転化のニーズに応えて、周囲の人物との干渉を防止する技術の研究が活発に行われている。例えば、建設機械において、周囲の人物との干渉は、建設機械の死角となる後方に、作業員が侵入しているにも拘わらず、オペレータがそれを知らずに、上部旋回体を旋回させたり、下部走行体を後方に移動させたりすることで発生する。 In recent years, in the field of movable machines such as construction machines, automobiles, and robots, research on techniques for preventing interference with surrounding people has been actively conducted in response to the need for automated driving. For example, in the construction machine, the interference with the surrounding person is that the operator turns the upper swing body without knowing it even though the operator has invaded behind the blind spot of the construction machine, It occurs when the lower traveling body is moved backward.
これを防止するために、図9に示すように、特許文献1では、建設機械(1)の周囲で作業する作業員(6)に赤外線発光器(7)を装着させると共に、建設機械(1)の上部旋回体(2)に赤外線受光器(5)を装着させる。そして、赤外線発光器(7)から出力された赤外線を赤外線受光器(5)が受光することで、建設機械(1)の警告領域に作業員(6)が侵入したことを検出し、作業員(6)に警報を行う技術が開示されている。
In order to prevent this, as shown in FIG. 9, in
また、図10に示すように、特許文献2では、パワーショベル本体(3)に、近接センサ(51,52)と空気吹出しノズル(61,62)とを設け、パワーショベル本体(3)が旋回した場合に、近接センサ(51,52)の応答に応じて、空気吹き出しノズル(61,62)からエアーを吹き出し、そのエアーによって作業員にパワーショベル本体(3)の接近を知らせる技術が開示されている。
As shown in FIG. 10, in
しかし、特許文献1では作業員(6)に赤外線発光器(7)を装着させる必要があるので、作業員への負担が発生するという問題がある。また、特許文献1では、赤外線発光器(7)の電池切れを管理する必要があり、メンテナンスに手間がかかるといった問題もある。
However, in
また、建設機械がアイドリング中である場合や掘削作業中である場合、後方走行や、後方に180度旋回するといった動作が行われないので、建設機械の後方に作業員がいても、作業員と建設機械とは干渉する可能性が極めて少ない。しかし、特許文献1では、このような場合であっても、赤外線受光器(5)が赤外線発光器(7)から発光される赤外線を受光する都度、警報が行われるので、建設機械の作業効率を著しく低下させるという問題がある。
In addition, when the construction machine is idling or excavating, there is no operation such as backward running or turning 180 degrees, so even if there are workers behind the construction machine, Very unlikely to interfere with construction machinery. However, in
また、特許文献2は、特許文献1にあるような、作業員の負担は発生せず、また、作業員が装着する装置のメンテナンスは不要である。しかし、エアーの出力が強いと、作業員が吹き飛ばされたり、作業員がバランスを崩したりするといった問題が発生する。逆に、エアーの出力を抑えれば、パワーショベル本体(3)が作業員にかなり接近した状態にならなければ、作業員がエアーを体感できないといった問題が生じる。
Further,
さらに、風が強い日であれば、空気吹き出しノズル(61,62)から吹き出されたエアーと、通常の風とを、作業員は区別することが困難となり、警告の信頼性が低下するという問題がある。 Further, if the wind is strong on the day, it becomes difficult for the operator to distinguish between the air blown from the air blowing nozzles (61, 62) and the normal wind, and the reliability of the warning is lowered. There is.
さらに、図10に示すように、エアーの吹出し口は、パワーショベル本体(3)の後方部の側面に対して垂直方向を向いているので、吹き出し口が作業員の正面の位置になるまでパワーショベル本体(3)が旋回しなければ、吹き出しノズル(61,62)はエアーを作業員に当てることができない。そのため、吹き出しノズル(61,62)は、干渉直前になってはじめて作業員にエアーを当てることができ、干渉の危険性が高いという問題がある。 Furthermore, as shown in FIG. 10, the air outlet is oriented perpendicularly to the side surface of the rear portion of the power shovel body (3). If the excavator body (3) does not turn, the blowing nozzle (61, 62) cannot apply air to the worker. For this reason, the blow-off nozzles (61, 62) have a problem that the air can be applied to the worker for the first time just before the interference, and there is a high risk of interference.
本発明の目的は、干渉の危険性がない人物に対して警報が行われることによる作業効率の低下を抑制すると同時に、周囲の人物と可動機械との干渉を未然に防止することができる可動機械の安全装置を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a movable machine capable of preventing a decrease in work efficiency due to a warning being given to a person who does not have the risk of interference, and at the same time preventing interference between a nearby person and the movable machine. Provide safety devices.
本発明の一態様に係る可動機械の安全装置は、可動機械と人物との干渉を防止する可動機械の安全装置であって、
前記可動機械の周囲に存在する人物の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部によって検出された人物の位置に基づいて、前記可動機械と前記人物との干渉の危険性を判定する干渉判定部と、
前記可動機械に設けられた超音波スピーカと、
前記干渉判定部により前記干渉の危険性があると判定された場合、前記検出された人物の位置に警報音が出力されるように、前記超音波スピーカの指向性を制御する報知制御部とを備える。
A safety device for a movable machine according to one aspect of the present invention is a safety device for a movable machine that prevents interference between the movable machine and a person,
A position detector for detecting the position of a person existing around the movable machine;
An interference determination unit that determines a risk of interference between the movable machine and the person based on the position of the person detected by the position detection unit;
An ultrasonic speaker provided in the movable machine;
A notification control unit that controls the directivity of the ultrasonic speaker so that an alarm sound is output to the detected position of the person when the interference determination unit determines that there is a risk of the interference; Prepare.
本態様によれば、超音波スピーカを用いて警報音が出力されているので、指向性の強い音波を発生させることができ、干渉の危険性が高い人物にのみ警報を発報することができる。その結果、干渉の危険性が低い人物に警報が行われる煩わしさや、この人物に対して警報が行われることによる作業効率の低下を防ぐことができる。一方、干渉の危険性が高い人物には警報が発報されるので、該当する人物に干渉の危険性を確実に認識させ、可動機械と該当する人物との干渉を未然に防止することができる。また、特許文献2に示すようなエアーを用いて警報を行う技術と比較して、警報対象となる人物が、エアーによってバランスを崩したり吹き飛ばされたりといった危険性もない。
According to this aspect, since the alarm sound is output using the ultrasonic speaker, the sound wave having strong directivity can be generated, and the alarm can be issued only to a person having a high risk of interference. . As a result, it is possible to prevent bothersomeness of alarming a person who has a low risk of interference and a decrease in work efficiency due to the alarm being given to this person. On the other hand, since a warning is issued to a person who has a high risk of interference, the corresponding person can be surely recognized of the risk of interference, and interference between the movable machine and the corresponding person can be prevented in advance. . Moreover, compared with the technique which alerts using air as shown to patent
上記態様において、前記超音波スピーカの向きを物理的に変更するアクチュエータを更に備え、
前記報知制御部は、前記アクチュエータを制御することで、前記検出された人物の方向に前記超音波スピーカの指向性を向けてもよい。
In the above aspect, further comprising an actuator for physically changing the direction of the ultrasonic speaker,
The notification control unit may direct the directivity of the ultrasonic speaker toward the detected person by controlling the actuator.
本態様によれば、超音波スピーカの向きを物理的に変更するアクチュエータが設けられているので、可動機械に多くの超音波スピーカを配置しなくても、所望の向きに警報音を出力することができ、機器構成を簡易にすることできる。 According to this aspect, since the actuator for physically changing the direction of the ultrasonic speaker is provided, the alarm sound can be output in a desired direction without arranging many ultrasonic speakers in the movable machine. And the equipment configuration can be simplified.
上記態様において、前記超音波スピーカは、複数の超音波素子が平面上に配置された超音波アレイで構成され、
前記報知制御部は、前記複数の超音波素子から出力される超音波の位相を制御することで、前記検出された人物の方向に前記超音波スピーカの指向性を向けてもよい。
In the above aspect, the ultrasonic speaker is constituted by an ultrasonic array in which a plurality of ultrasonic elements are arranged on a plane,
The notification control unit may direct the directivity of the ultrasonic speaker toward the detected person by controlling phases of ultrasonic waves output from the plurality of ultrasonic elements.
本態様によれば、超音波素子から出力される超音波の位相を制御することで、警告音の指向性が調整されているので、可動機械に多くの超音波スピーカを配置しなくても、所望の向きに警報音を出力することができ、機器構成を簡易にすることできる。 According to this aspect, since the directivity of the warning sound is adjusted by controlling the phase of the ultrasonic wave output from the ultrasonic element, even without arranging many ultrasonic speakers in the movable machine, An alarm sound can be output in a desired direction, and the device configuration can be simplified.
上記態様において、前記可動機械を操作するための操作部を更に備え、
前記干渉判定部は、前記操作部の操作量に基づいて、前記検出された前記人物の位置に向けて前記可動機械が動作することを検出し、且つ、前記人物の位置が前記可動機械に対して所定の距離範囲内にある場合、前記干渉の危険性があると判定してもよい。
In the above aspect, further comprising an operation unit for operating the movable machine,
The interference determination unit detects that the movable machine operates toward the detected position of the person based on an operation amount of the operation unit, and the position of the person is relative to the movable machine. If it is within a predetermined distance range, it may be determined that there is a risk of the interference.
本態様によれば、検出された人物の位置に向けて可動機械が動作することを検出し、且つ人物が可動機械に対して所定の距離範囲内にある場合に干渉の危険性があると判定され、当該人物に警報が行われる。そのため、可動機械に対して人物が近接している場合であっても、可動機械が当該人物に対して離れる方向に動作していれば、当該人物に警報が行われることを防止できる。その結果、干渉の危険性が低い人物に警報が行われることによる、作業効率の低下を抑制できる。 According to this aspect, it is determined that there is a risk of interference when it is detected that the movable machine operates toward the detected position of the person and the person is within a predetermined distance range with respect to the movable machine. The person is warned. Therefore, even when a person is close to the movable machine, it is possible to prevent the person from being warned if the movable machine is operating in a direction away from the person. As a result, it is possible to suppress a decrease in work efficiency due to a warning given to a person having a low risk of interference.
本発明によれば、干渉の危険性が高い人物にのみ警報を発報することができるので、干渉の危険性が低い人物に警報が行われることによる作業効率の低下を抑制すると同時に、干渉を未然に防止することができる。 According to the present invention, since an alarm can be issued only to a person having a high risk of interference, a reduction in work efficiency due to an alarm being given to a person having a low risk of interference is suppressed, and at the same time It can be prevented in advance.
[基本構成]
図1は、本発明の実施の形態に係る安全装置が適用された可動機械1の一例を示す図である。ここでは、可動機械1としては建設機械を採用するが、これは一例である。建設機械の他にも、ヒューマン型ロボット、及び溶接ロボットというように、人物と干渉する危険性のある可動部を有する機械、或いは、自動車といった移動する機械が可動機械1として採用されてもよい。なお、図1の例では、建設機械として、油圧ショベルが採用されているが、これは一例であり、油圧クレーンが採用されてもよい。
[Basic configuration]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a
図1に示す可動機械1は、クローラ式の下部走行体2と、下部走行体2上に旋回可能に設けられた上部旋回体3と、上部旋回体3に取り付けられた作業装置4とを備えている。なお、本明細書において、下部走行体2の前進方向を前方、下部走行体2の後進方向を後方、前方及び後方を総称した方向を前後方向と呼ぶ。また、下部走行体2を後方から前方に見たときの左側の方向を左方、下部走行体2を後方から前方に見たときの右側の方向を右方、左方及び右方を総称して左右方向と呼ぶ。また、可動機械1の上側の方向を上方、可動機械1の下側の方向を下方、上方及び下方を総称して上下方向と呼ぶ。なお、図1では、上方から下方に見たときの可動機械1が示されている。
A
作業装置4は、上部旋回体3に対して起伏可能に取り付けられたブーム41と、ブーム41の先端部に対して揺動可能に取り付けられたアーム42と、アーム42の先端部に対して揺動可能に取り付けられたアタッチメント43とを備える。ブーム41、アーム42、及びアタッチメント43は、それぞれに対応する油圧シリンダ(図略)によって、起伏或いは揺動される。
The
上部旋回体3は、大局的には、旋回角度が0度の場合において、前方に設けられた前側面3Fと、右方に設けられた右側面3Rと、後方に設けられた後側面3Bと、左方に設けられた左側面3Lとの4つの側面で取り囲まれた、直方体の形状を持つ。
In general, the
可動機械1を上方から下方に見て、上部旋回体3の4つの頂点には、1つずつ位置検出部5が設けられている。すなわち、上部旋回体3は、4つの位置検出部5を備えている。位置検出部5は、例えば、赤外線を照射することで可動機械1の周囲の人物を検出する赤外線センサで構成されている。なお、図1に示す位置検出部5の配置は一例にすぎず、例えば、5つ以上の位置検出部5が配置されてもよいし、3つ以下の位置検出部5が配置されてもよい。また、オペレータの死角にある人物を検出するという観点から、前側面3Fの位置検出部5は省かれても良い。
When the
可動機械1を上方から下方に見て、前側面3F、右側面3R、後側面3B、及び左側面3Lのほぼ中央の位置には、1つずつ超音波スピーカ6が設けられている。すなわち、上部旋回体3は、4つの超音波スピーカ6を備えている。なお、図1に示す超音波スピーカ6の配置は一例にすぎず、例えば、5つ以上の超音波スピーカ6が配置されてもよいし、3つ以下の超音波スピーカ6が配置されてもよい。また、オペレータの死角にいる人物に警報を行えば足りるという観点から、前側面3Fの超音波スピーカ6は省かれても良い。
When the
超音波スピーカ6は、トランデューサで構成された超音波素子61が平面上にアレイ状に配列された超音波アレイで構成されている。
The
図2は、図1に示す可動機械1の構成を示すブロック図である。可動機械1は、図1に示す位置検出部5及び超音波スピーカ6の他、エンジン21、油圧ポンプ22、走行モータ23、走行制御弁24、旋回モータ25、旋回制御弁26、コントローラ27、及び操作部28を備えている。なお、図2において、作動油の流れは太線で示し、制御信号の流れは細線で示している。また、図1において、エンジン21及び油圧ポンプ22以外の構成要素が本発明の実施の形態に係る可動機械1の安全装置の構成要素となる。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the
エンジン21は、例えばディーゼル式のエンジンで構成されている。油圧ポンプ22は、エンジン21の駆動軸21Xと接続され、エンジン21の動力によって駆動し、作動油を吐出する。
The
走行モータ23は、油圧ポンプ22から供給される作動油によって作動する油圧モータで構成され、下部走行体2を走行させる。ここで、走行モータ23は、走行制御弁24の制御の下、下部走行体2の前進と後進とを切り替えたり、走行速度を調整したり、走行動作を自動的に停止させたりする。
The traveling
走行制御弁24は、油圧ポンプ22及び走行モータ23を繋ぐ油圧経路上に設けられた電磁制御弁で構成され、コントローラ27の制御の下、油圧ポンプ22から走行モータ23への作動油の供給量を調整することで、走行モータ23の走行動作を制御する。
The
旋回モータ25は、油圧ポンプ22から供給される作動油によって作動する油圧モータで構成され、上部旋回体3を旋回させる。ここで、旋回モータ25は、旋回制御弁26の制御の下、上部旋回体3の左旋回と右旋回とを切り替えたり、旋回速度を調整したり、旋回動作を自動的に停止させたりする。
The turning
旋回制御弁26は、油圧ポンプ22及び旋回モータ25を繋ぐ油圧経路上に設けられた電磁制御弁で構成され、コントローラ27の制御の下、油圧ポンプ22から旋回モータ25への作動油の供給量を調整することで、旋回モータ25の旋回動作を制御する。
The
コントローラ27は、例えば、CPU、ROM、及びRAM等を備えるマイクロコンピュータで構成され、可動機械1の全体の制御を司る。本実施の形態では、コントローラ27は、干渉判定部271、報知制御部272、及び干渉防止部273を備える。干渉判定部271〜干渉防止部273は、例えば、CPUがプログラムを実行することで実現されてもよいし、専用のハードウェア回路で構成されてもよい。
The
干渉判定部271は、位置検出部5によって検出された人物の位置に基づいて、可動機械1と人物との干渉の危険性を判定する。ここで、干渉判定部271は、操作部28の操作量に基づいて、位置検出部5によって検出された人物の位置に向けて可動機械1が動作することを検出した場合、干渉の危険性があると判定すればよい。この場合、干渉判定部271は、操作部28の操作量から可動機械1の動作方向を決定し、決定した動作方向に応じて、警報領域DXを設定し(図8参照)、設定した警報領域DX内に人物が存在していれば、干渉の危険性があると判定すればよい。
The
報知制御部272は、干渉判定部271により干渉の危険性があると判定された場合、検出された人物の位置に警報音が出力されるように、超音波スピーカ6の指向性を制御する。警報音としては、例えば、ブザー音が採用されてもよいし、人物に干渉の危険が高いことを報知するための音声メッセージが採用されてもよい。
When the
干渉防止部273は、干渉判定部271により、干渉の危険性があると判定された場合であって、人物が自動運転領域DX1(図8参照)内に存在すると判定された場合、人物と可動機械1との干渉を回避するために、可動機械1を自動運転させる。具体的には、干渉防止部273は、走行制御弁24に停止信号を出力し、走行制御弁24に走行モータ23への作動油の供給を遮断させ、走行モータ23を自動停止させる。或いは、干渉防止部273は、旋回制御弁26に停止信号を出力し、旋回制御弁26に旋回モータ25への作動油の供給を遮断させ、旋回モータ25を自動停止させる。
The
また、干渉防止部273は、走行操作レバー281の操作量に応じた走行速度及び走行方向で、走行モータ23が作動するように、走行制御弁24を制御する。また、干渉防止部273は、旋回操作レバー282の操作量に応じた旋回速度及び旋回方向で、旋回モータ25が作動するように、旋回制御弁26を制御する。
In addition, the
位置検出部5は、例えば、赤外線を照射してから反射光を受光するまでの時間を計測することで、可動機械1の周囲の距離画像データを取得するレーザレンジファインダと、レーザレンジファインダで取得された距離画像データから人物を抽出し、抽出した人物を追跡する処理を行うことで人物認識を行うプロセッサとを備える人物検出センサで構成されている。ここで、プロセッサは、例えば、距離画像データをクラスタリングし、クラスタリングした画素群の形状が所定の条件を満たす場合、その画素群を人物と判定すればよい。以後、プロセッサは、レーザレンジファインダにより逐次取得される距離画像データから人物を示す画素群を追跡し、その画素群の距離データを逐次コントローラ27に出力する。これにより、コントローラ27は、可動機械1の周囲に位置する人物の距離データを取得できる。
The
ここでは、位置検出部5としてレーザレンジファインダを用いた人物検出センサを採用したが、これは一例であり、自動車などで広く採用されているアラウンドビューモニタを用いて人物を検出する人物検出センサが採用されてもよい。これら既存技術により可動機械1の周囲の人物の位置を認識できる。
Here, a person detection sensor using a laser range finder is adopted as the
超音波スピーカ6は、例えば、超音波を使うことで出力する可聴音に鋭い指向性を持たせることができるパラメトリックスピーカで構成される。
The
パラメトリックスピーカとしては、2つの方式が知られている。一つ目の方式は、2つの超音波の周波数のずれを用いる方式であり、一定の周波数を持つ超音波とAM変調した超音波とを送信し、超音波の交差する空間に可聴音を再現する方式である。もう一つの方式は、可聴音をAM変調した超音波を、平面に複数個並べられたトランデューサから送信する方式である。本実施の形態では、超音波スピーカ6はいずれの方式が採用されてもよい。
Two types of parametric speakers are known. The first method uses a frequency shift between two ultrasonic waves, and transmits ultrasonic waves having a constant frequency and AM-modulated ultrasonic waves to reproduce audible sound in the space where the ultrasonic waves intersect. It is a method to do. Another method is a method of transmitting ultrasonic waves obtained by AM-modulating audible sound from a plurality of transducers arranged in a plane. In the present embodiment, any method may be adopted for the
これにより、特定の狭い範囲にいる人に選択的に可聴音を出力することができる。よって、可聴音として警報音を採用することで、干渉の危険に曝されている人物に対して選択的に警報音を出力することができる。その結果、関係のない人物へ警報音が出力される煩わしさや、その人物に警報音が出力されることによる作業効率の低下を防ぐことができる。 Thereby, an audible sound can be selectively output to a person in a specific narrow range. Therefore, by employing an alarm sound as an audible sound, an alarm sound can be selectively output to a person who is exposed to the risk of interference. As a result, it is possible to prevent the troublesomeness that an alarm sound is output to an irrelevant person and the reduction in work efficiency due to the output of an alarm sound to that person.
操作部28は、下部走行体2を走行させるためのオペレータからの操作が入力される走行操作レバー281と、上部旋回体3を旋回するためのオペレータからの操作が入力される旋回操作レバー282とを備える。
The
走行操作レバー281は、例えば、前後方向に傾倒可能に構成され、下部走行体2を前進させる場合、例えば、前方に傾倒され、下部走行体2を後進させる場合、後方に傾倒される。
For example, the traveling
旋回操作レバー282は、例えば、左右方向に傾倒可能に構成され、上部旋回体3を右方向に旋回させる場合、例えば、右方向に傾倒され、上部旋回体3を左方向に旋回させる場合、左方向に傾倒される。
The turning
なお、両操作レバーとも、傾倒量が0の場合を含む一定の角度範囲が中立範囲に設定されている。また、両操作レバーとも、例えば、ポテンショメータを含み、傾倒角度が増大するにつれて値が増大する操作量をコントローラ27に出力する。具体的には、走行操作レバー281は、前方に傾倒された場合、傾倒角度が増大するにつれて、値がプラスの方向に増大する操作量をコントローラ27に出力し、後方に傾倒された場合、傾倒角度が増大するにつれて、値がマイナスの方向に増大する操作量をコントローラ27に出力する。
Note that, for both operation levers, a certain angle range including the case where the tilt amount is 0 is set as the neutral range. Further, both the operation levers include, for example, a potentiometer, and output an operation amount whose value increases as the tilt angle increases to the
旋回操作レバー282は、右方に傾倒された場合、傾倒角度が増大するにつれて、値がプラスの方向に増大する操作量をコントローラ27に出力し、左方に傾倒された場合、傾倒角度が増大するにつれて、値がマイナスの方向に増大する操作量をコントローラ27に出力する。
When the turning
[フローチャート]
図3は、本発明の実施の形態に係る可動機械1の安全装置の処理を示すフローチャートである。図4のフローチャートは、可動機械1がエンジン21を駆動し、動作準備ができて時点で開始される。
[flowchart]
FIG. 3 is a flowchart showing processing of the safety device of the
S1では、位置検出部5は、可動機械1の周囲に存在する人物を検出する処理を実行する。
In S <b> 1, the
図4は、位置検出部5が人物PA,PBを検出する様子を示した図である。図5に示すように、上面視において上部旋回体3の4隅に位置検出部5が配置されている。位置検出部5は、上述したように、赤外線のレーザレンジファインダが採用されている。上面視において、1つの位置検出部5の画角は例えば270度程度である。したがって、位置検出部5を上部旋回体3の4隅に配置することで、人物が検出可能な検出可能範囲D41は、可動機械1の全方位(360度の範囲)に設定できる。
FIG. 4 is a diagram showing how the
図5の例では、検出可能範囲D41は、上面視において、可動機械1の中心から一定の半径を持つほぼ円形の領域に設定されている。そして、図5の例では、検出可能範囲D41に人物PA,PBの2人の人物が存在しているので、位置検出部5は、人物PA,PBのそれぞれを示す画素群の距離データを検出する。
In the example of FIG. 5, the detectable range D41 is set to a substantially circular region having a constant radius from the center of the
ここで、位置検出部5が検出する距離データについて少し補足する。位置検出部5は、それぞれ、個別にローカル座標空間を備えており、まず、ローカル座標空間において、人物の距離データを検出する。そして、位置検出部5は、ローカル座標空間を可動機械1の座標空間に変換するための演算を、検出した距離データに施し、コントローラ27に出力すればよい。なお、可動機械1の座標空間は、例えば、可動機械1の所定の位置(例えば、上部旋回体3の回転軸上の位置)を原点とし、前後方向、左右方向、及び上下方向の3つの座標成分によって各位置の座標を表す3次元の座標空間である。したがって、位置検出部5が出力する距離データは、これら3つの座標成分によって表される。但し、これは一例であり、可動機械1の座標空間は、極座標空間で表されても良い。
Here, the distance data detected by the
S2では、干渉判定部271は、操作部28が操作されているか否かを判定する。ここでは、干渉判定部271は、走行操作レバー281或いは旋回操作レバー282の操作量の絶対値が中立範囲以上の値を示す場合に、操作部28が操作されていると判定する。S2で操作部28が操作されていると判定された場合(S2でYES)、処理はS3に進められ、S2で操作部28が操作されていないと判定された場合(S2でNO)、処理はS1に戻される。
In S2, the
S3では、干渉判定部271は、S1で検出された人物と可動機械1との干渉の危険性を判定する。図8は、人物と可動機械1との干渉の危険性を判定する処理を説明する図である。
In S <b> 3, the
ここで、干渉判定部271は、例えば、下部走行体2を後進させる操作が入力された場合、下部走行体2の後方に警報領域DBを設定し、人物が警報領域DB内に位置していれば、S3でYESと判定する。また、干渉判定部271は、例えば、下部走行体2を前進させる操作が入力された場合、下部走行体2の前方に警報領域DFを設定し、人物が警報領域DF内に位置していれば、S3でYESと判定する。
Here, for example, when an operation for moving the
また、干渉判定部271は、例えば、上部旋回体3を右旋回させる操作が入力された場合、上部旋回体3の右側に警報領域DRを設定し、人物が警報領域DR内に位置していれば、S3でYESと判定する。また、干渉判定部271は、例えば、上部旋回体3を左旋回させる操作が入力された場合、上部旋回体3の左方に警報領域DLを設定し、人物が警報領域DL内に位置していれば、S3でYESと判定する。
Further, for example, when an operation for turning the
このように、干渉判定部271は、可動機械1の動作方向に応じて干渉の可能性が高い領域に警報領域DXを設定し、その警報領域DXに人物が位置する場合に限って、干渉の危険性があると判定する。これにより、可動機械1の動作方向が人物に向かっている場合に限って干渉の危険性があると判定されることになる。その結果、可動機械1の近傍に人物が位置するものの、可動機械1の動作方向が人物から離れている場合には、干渉の危険性がないと判定されるので、警報の頻発による作業効率の低下を抑制できる。
As described above, the
ここで、警報領域DFは、上面視において、左右方向の幅が下部走行体2の左右方向の幅程度の長さを持つ四角形状の領域である。警報領域DF内において、下部走行体2側には四角形状の自動運転領域DF1が設けられている。
Here, the warning area DF is a rectangular area having a width in the left-right direction that is about the same as the width in the left-right direction of the
警報領域DBは、上面視において、左右方向の幅が下部走行体2の左右方向の幅程度の長さを持つ四角形状の領域である。なお、警報領域DF,DBの前後方向の幅は、例えば、人物と上部旋回体3とが干渉する可能性がある長さに設定されている。警報領域DB内において、下部走行体2側には四角形状の自動運転領域DB1が設けられている。
The alarm area DB is a quadrangular area whose width in the left-right direction is about the same as the width in the left-right direction of the
警報領域DRは、上面視において、作業装置4の先端を起点として、作業装置4の右側に設けられた扇状の領域である。警報領域DRの円弧は、例えば、上部旋回体3が右旋回したときの作業装置4の先端が描く軌跡によって規定される。警報領域DR内において、作業装置4側には扇状の自動運転領域DR1が設けられている。
The alarm area DR is a fan-shaped area provided on the right side of the
警報領域DLは、上面視において、作業装置4の先端を起点として、作業装置4の左側に設けられた扇状の領域である。警報領域DLの円弧は、例えば、上部旋回体3が左旋回したときの作業装置4の先端が描く軌跡によって規定される。警報領域DL内において、作業装置4側には扇状の自動運転領域DL1が設けられている。
The alarm area DL is a fan-shaped area provided on the left side of the
図8の例では、警報領域DR,DLの中心角は、それぞれ、90度程度に設定されているが、これは一例であり、人物と作業装置4とが干渉する可能性がある角度であれば、どのような角度が採用されてもよい。以下、警報領域DF,DB,DR,DLを区別しない場合、警報領域DXと記述する。また、自動運転領域DF1,DB1,DR1,DL1を区別しない場合、自動運転領域DX1と記述する。
In the example of FIG. 8, the central angles of the alarm areas DR and DL are each set to about 90 degrees. However, this is an example, and the angle may cause the person and the
以後、S3で干渉の危険性があると判定された人物を警報対象となる「対象人物」と記述する。図8の例では、人物PAは、検出可能範囲D41内に存在するため、位置検出部5により検出されるが、警報領域DX内に位置しないため、対象人物とはならない。
Hereinafter, the person who is determined to have the risk of interference in S3 is described as the “target person” to be alarmed. In the example of FIG. 8, since the person PA exists in the detectable range D41, it is detected by the
また、人物PBは、警報領域DB内に位置するので、走行操作レバー281により後進する操作が入力されていれば、対象人物となる。一方、走行操作レバー281により後進する操作が入力されていなければ、可動機械1の動作方向が人物PBの位置に向いていないので、人物PBは対象人物とはならない。
In addition, since the person PB is located in the warning area DB, the person PB is a target person if an operation of moving backward by the traveling
図8の例では警報領域DXの上下方向の範囲が示されていないが、左右方向及び前後方向の座標成分のみ用いて、人物が警報領域DX内に存在するか否かを判定する場合は、警報領域DXは上下方向の範囲が規定されていなくてもよい。一方、上下方向の座標成分も用いて、人物が警報領域DX内に存在するか否かを判定する場合は、警報領域DXの上下方向の範囲は、例えば、地面から人物の高さより多少大きな高さ(2m、2.5mなど)までの範囲を採用すればよい。 In the example of FIG. 8, the range in the vertical direction of the alarm area DX is not shown, but when determining whether a person exists in the alarm area DX using only the coordinate components in the horizontal direction and the front-back direction, The alarm area DX may not have a specified range in the vertical direction. On the other hand, when determining whether or not a person exists in the alarm area DX using the vertical coordinate component, the vertical range of the alarm area DX is, for example, a height slightly higher than the height of the person from the ground. A range up to (2 m, 2.5 m, etc.) may be adopted.
S4では、報知制御部272は、対象人物の位置に警報音が出力されるように超音波スピーカ6の指向性を制御する。この制御の詳細については、後述する。
In S4, the
S5では、干渉判定部271は、対象人物が自動運転領域DX1内に位置するか否かを判定する。図8の例では、人物PBは、警報領域DB内に位置しているが、自動運転領域DB1内に位置していないので、S5ででNOと判定され、処理がS1に戻される。一方、対象人物が自動運転領域DX1内に位置していれば、S5でYESと判定され、処理はS6に進められる。
In S5, the
S6では、干渉防止部273は、対象人物が自動運転領域DX1に位置しており、干渉の危険性が高いので、操作部28の操作に拘わらず、可動機械1の動作を自動停止させる。
In S <b> 6, the
ここで、干渉防止部273は、自動運転領域DF1,DB1のいずれかに対象人物が位置していれば、走行制御弁24に停止信号を出力し、走行モータ23を自動停止させる。また、干渉防止部273は、自動運転領域DR1,DL1のいずれかに対象人物が位置していれば、旋回制御弁26に停止信号を出力し、旋回モータ25を自動停止させる。S6の処理が終了すると、処理はS1に戻され、引き続き、S1以降の処理が繰り返される。図4に示す処理はエンジン21が動作可能な状態にある限り継続される。
Here, the
なお、図8の例では、警報領域DFが設けられてるが、オペレータは可動機械1の前方にいる人物に気づく可能性が高いので、警報領域DFは省かれても良い。
In the example of FIG. 8, the warning area DF is provided. However, since the operator is highly likely to notice a person in front of the
[超音波スピーカ6の制御]
本実施の形態では、超音波スピーカ6の制御として下記の2つの手法を採用する。
[Control of ultrasonic speaker 6]
In the present embodiment, the following two methods are adopted as control of the
[手法1]
手法1は、アクチュエータ7を用いて超音波スピーカ6の向きを変更するものである。図5は、手法1を用いた場合の可動機械1の一例を示す図である。図5において、図1との相違点は、上部旋回体3に超音波スピーカ6の向きを変更するためのアクチュエータ7が更に設けられている点にある。なお、図5の例では、人物PBが対象人物であるとする。
[Method 1]
図3に示すように、超音波スピーカ6は、複数の超音波素子61がアレイ状に配置されている。これにより、可聴音をAM変調した超音波を各超音波素子61から出力することで、超音波素子61が配置された平面に直交する方向への指向性が高められている。
As shown in FIG. 3, the
図5の例では、後側面3Bに取り付けられた超音波スピーカ6が示されている。ここでは、超音波スピーカ6は、超音波素子61(図1参照)が配置された平面であるスピーカ面62に直交する方向が指向性方向D51に設定されている。このことは、前側面3F、右側面3R、左側面3Lに取り付けられた超音波スピーカ6も同じである。
In the example of FIG. 5, the
ここでは、説明を簡単にするために、アクチュエータ7は、例えば、水平面上で指向性方向D51が変更可能な、1軸のアクチュエータで構成されているものとする。水平面とは、左右方向と前後方向との2軸で表される平面のことを指す。また、超音波スピーカ6は、上部旋回体3の前側面3F、後側面3B、右側面3R、左側面3Lにおいて、作業員である人物PA、PBの背丈程度(例えば160〜180cm)の高さに設置されているものとする。
Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that the
したがって、報知制御部272は、上面視における人物PBの位置に指向性方向D51が向くようにアクチュエータ7を制御することで、警報音を人物PBに向けて出力できる。なお、上面視における人物PBの位置とは、人物PBの距離データを構成する3つの座標成分のうち左右方向及び前後方向の座標成分を示す。また、人物PBの位置としては、位置検出部5が出力する人物PBの代表点を採用すればよい。代表点としては、例えば、人物PB全体の中心点が採用されてもよいし、人物PBの胴体の中心点が採用されてもよいし、人物PBの顔の中心点が採用されてもよい。
Therefore, the
なお、アクチュエータ7は、水平面上に加えて、水平面と直交する鉛直面上にも指向性方向D51が変更可能な2軸のアクチュエータで構成されてもよい。この場合、報知制御部272は、人物PBの代表点において、水平方向及び前後方向の2つの座標成分に上下方向の座標成分を加えた3つの座標成分を考慮して、人物PBの代表点に指向性方向D51が向くようにアクチュエータ7を制御すればよい。
In addition to the horizontal plane, the
なお、図5の例では、後側面3Bに設置された超音波スピーカ6が人物PBに最も近いので、この超音波スピーカ6のみから警報音が出力され、且つ、この超音波スピーカ6が指向性方向D51の変更対象とされていた。これは、一例であり、警報音の出力対象となり、且つ、指向性方向D51の変更対象となる超音波スピーカ6は、4つの超音波スピーカ6のうち、対象人物の最も近く位置する超音波スピーカ6とされればよい。
In the example of FIG. 5, since the
例えば、図5において、人物PAが対象人物であれば、人物PAに最も近くに位置する左側面3Lに設置された超音波スピーカ6が警報音の出力対象、且つ、指向性方向D51の変更対象とされればよい。このことは、後述の手法2も同様である。
For example, in FIG. 5, if the person PA is the target person, the
また、可動機械1の周囲に複数の対象人物が検出されることもある。この場合、各対象人物に最も近い超音波スピーカ6が、警報音の出力対象、且つ、指向性方向D51の変更対象とされればよい。このことは、後述の手法2も同様である。
In addition, a plurality of target persons may be detected around the
また、複数の対象人物のそれぞれに対して最も近い超音波スピーカ6が1つの場合もある。この場合、報知制御部272は、複数の対象人物のうち、危険性の高い1人の対象人物に向けて警報音が出力されるようにアクチュエータ7を制御すればよい。危険性の高い1人の対象人物としては、例えば、可動機械1に最も近い人物が採用されればよい。また、可動機械1の前後左右に対象人物が存在する場合、報知制御部272は、全ての超音波スピーカ6から警報音を出力させてもよい。この場合、報知制御部272は、指向性方向D51を走査することで、警報音を全方位に出力させてもよい。このことは、後述の手法2も同様に適用可能である。
There may be one
図6は、手法1を採用した場合の可動機械1の構成を示すブロック図である。図6において、図2との相違点は、新たにアクチュエータ7が設けられている点にある。アクチュエータ7としては、例えば、油圧モータが採用されてもよいし、電動モータが採用されてもよい。本実施の形態では、4つの超音波スピーカ6が設けられているので、それぞれに対応する4つのアクチュエータ7が設けられている。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the
手法1において、報知制御部272は、警報音を示す可聴音の信号を超音波でAM変調した信号を超音波スピーカ6から出力させると同時に、指向性方向D51が対象人物の方向に向くようにアクチュエータ7を制御すればよい。
In
手法1によれば、アクチュエータ7が用いられているので、例えば、上部旋回体3の側面の全域に亘って超音波スピーカ6を配置することなく、対象人物の方向に警報音を出力でき、構成を簡易化できる。
According to the
[手法2]
手法2は、複数の超音波素子61から出力される超音波の位相を制御することで、対象人物の方向に警報音を出力させる手法である。なお、手法2においては、アクチュエータ7が用いられないので、ブロック構成は、図2と同じになる。
[Method 2]
図7は、手法2における位相制御の説明図である。なお、図7においては、上面視からの超音波素子61が示されている。図1に示すように、超音波スピーカ6は、複数の超音波素子61がアレイ状に配置された超音波アレイで構成されている。そのため、各超音波素子61から出力される超音波の位相を制御することで、超音波スピーカ6の指向性方向D51を所望の方向に向けることができる。
FIG. 7 is an explanatory diagram of phase control in
図7において、左図は各超音波素子61から同位相で超音波が出力されている。この場合、スピーカ面62に対して90度の方向A1の超音波成分W1〜W3の位相が揃うので、この方向A1における超音波成分W1〜W3が強め合う。その結果、超音波スピーカ6からは方向A1に最大の強度を持つ超音波が出力され、指向性方向D51は方向A1を向く。なお、図7の例では、上面視からの超音波素子61が示されているので、指向性方向D51は水平面と平行になる。
In FIG. 7, in the left diagram, ultrasonic waves are output from the
一方、図7の右図では、方向A1に対して角度θxだけ傾斜した方向A2において、超音波成分W1〜W3の位相が揃うように、1列目の超音波素子61に対して、2列目の超音波素子61と3列目の超音波素子61とは位相がずらされている。これにより、方向A2の超音波成分W1〜W3が強め合い、超音波スピーカ6からは方向A2に最大の強度をもつ超音波が出力され、指向性方向D51は方向A2を向く。なお、図7の例では、上面視からの超音波素子61が示されているので、指向性方向D51は水平面と平行になる。
On the other hand, in the right diagram of FIG. 7, there are two rows with respect to the first row of
ここで、1列目の超音波素子61に対して上からn(nは2以上の整数)列目の超音波素子61の位相のずれをα(n)(rad)とおくと、α(n)は式(1)で表される。
Here, when the phase shift of the
α(n)=2π(n−1)・d・sinθx/λ (1)
但し、dは超音波素子61間の距離をメートル単位で表し、λは超音波素子61から放射される超音波の波長をメートル単位で表したものである。
α (n) = 2π (n−1) · d · sin θx / λ (1)
However, d represents the distance between the
そこで、手法2では、報知制御部272は、式(1)に基づいて各超音波素子61の位相のずれを制御することで、超音波スピーカ6全体での超音波の指向性方向D51を調整する。
Therefore, in
図7では、指向性方向D51を水平面上で変更させる例を示したが、鉛直面上で変更せることも可能である。この場合の位相制御は、図7において、超音波素子61が上下方向に配列されていると考えれば容易に推測できる。
Although FIG. 7 shows an example in which the directivity direction D51 is changed on the horizontal plane, it can be changed on the vertical plane. The phase control in this case can be easily estimated by assuming that the
具体的には、式(1)の水平面上での方向を示す角度θxを、鉛直面上での方向を示す角度θyに置き換える。そして、報知制御部272は、1行目の超音波素子61の位相に対して2行目以降の各行の超音波素子61の位相のずれを以下のように設定する。
Specifically, the angle θx indicating the direction on the horizontal plane in the expression (1) is replaced with the angle θy indicating the direction on the vertical plane. Then, the
すなわち、報知制御部272は、2行目の超音波素子61について、位相のずれα(2)を、α(2)=2π・1・d・sinθy/λと設定し、3行目の超音波素子61について、位相のずれα(3)を、α(3)=2π・2・d・sinθy/λと設定し、・・・、n列目の超音波素子61について、位相のずれα(n)をα(n)=2π(n−1)・d・sinθy/λと設定する。これにより、指向性方向D51を鉛直面上の所望の方向に向けることができる。
That is, the
これを踏まえて、指向性方向D51は、水平面上の方向(角度θx)と鉛直面上の方向(角度θy)とをベクトル加算した方向に向けることが可能である。 Based on this, the directivity direction D51 can be directed in the direction obtained by vector addition of the direction on the horizontal plane (angle θx) and the direction on the vertical plane (angle θy).
この場合、報知制御部272は、まず、1行j列目の超音波素子61について、1行1列目の超音波素子61に対する位相のずれα(j)を、α(j)=2π(j−1)・d・sinθx/λに設定する。そして、報知制御部272は、i行j列目の超音波素子61について、1行j列目の超音波素子61に対する位相のずれα(i)を、α(i)=2π(i−1)・d・sinθy/λに設定する。
In this case, the
これにより、角度θxと角度θyとをベクトル加算した方向に指向性方向D51を向けることができる。 As a result, the directivity direction D51 can be directed in the direction in which the angle θx and the angle θy are vector-added.
手法2の技術を用いれば、位相を制御することで対象人物の方向に警報音を出力できるので、可動機械1の周囲全面に超音波スピーカ6を配置する必要がなく、安全装置の構成を簡易化できる。また、超音波スピーカ6の姿勢を物理的に変更する必要もないので、装置の信頼性を向上させることができる。
If the
このように、本実施の形態によれば、超音波スピーカ6を用いて警報音が出力されているので、指向性の強い音波を発生させることができ、干渉の危険性が高い人物にのみ警報を発報することができる。その結果、干渉の危険性が低い人物に警報が行われる煩わしさや、その人物に警報が行われることによる作業効率の低下を防ぐことができる。一方、干渉の危険性が高い人物には警報が発報されるので、該当する人物に干渉の危険性を確実に認識させ、可動機械1と該当する人物との干渉を未然に防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the alarm sound is output using the
なお、本実施の形態に係る安全装置を自動車に適用する場合は、例えば、自動車が前進する場合、自動車の前方に警報領域DFを設定し、自動車が後進する場合、自動車の後方に警報領域DBを設定すればよい。また、自動車が左折、又は右折する場合は、ステアリングの操作量から自動車の軌道を予測し、予測した軌道に沿うような形状を持つ警報領域を自動車の進行方向に設定すればよい。 When the safety device according to the present embodiment is applied to an automobile, for example, when the automobile moves forward, an alarm area DF is set in front of the automobile, and when the automobile moves backward, an alarm area DB is placed behind the automobile. Should be set. Further, when the vehicle turns left or right, the vehicle trajectory is predicted from the steering operation amount, and an alarm region having a shape along the predicted track may be set in the traveling direction of the vehicle.
D41 検出可能範囲
D51 指向性方向
DX,DF,DB,DR,DL 警報領域
DX1,DF1,DB1,DR1,DL1 自動運転領域
PA,PB 人物
1 可動機械
2 下部走行体
3 上部旋回体
4 作業装置
5 位置検出部
6 超音波スピーカ
7 アクチュエータ
23 走行モータ
24 走行制御弁
25 旋回モータ
26 旋回制御弁
27 コントローラ
61 超音波素子
271 干渉判定部
272 報知制御部
273 干渉防止部
28 操作部
281 走行操作レバー
282 旋回操作レバー
D41 Detectable range D51 Directional direction DX, DF, DB, DR, DL Alarm area DX1, DF1, DB1, DR1, DL1 Automatic operation area PA,
Claims (4)
前記可動機械の周囲に存在する人物の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部によって検出された人物の位置に基づいて、前記可動機械と前記人物との干渉の危険性を判定する干渉判定部と、
前記可動機械に設けられた超音波スピーカと、
前記干渉判定部により前記干渉の危険性があると判定された場合、前記検出された人物の位置に警報音が出力されるように、前記超音波スピーカの指向性を制御する報知制御部とを備える可動機械の安全装置。 A safety device for a movable machine that prevents interference between the movable machine and a person,
A position detector for detecting the position of a person existing around the movable machine;
An interference determination unit that determines a risk of interference between the movable machine and the person based on the position of the person detected by the position detection unit;
An ultrasonic speaker provided in the movable machine;
A notification control unit that controls the directivity of the ultrasonic speaker so that an alarm sound is output to the detected position of the person when the interference determination unit determines that there is a risk of the interference; Safety device for movable machines.
前記報知制御部は、前記アクチュエータを制御することで、前記検出された人物の方向に前記超音波スピーカの指向性を向ける請求項1記載の可動機械の安全装置。 An actuator for physically changing the direction of the ultrasonic speaker;
The safety device for a movable machine according to claim 1, wherein the notification control unit controls the actuator to direct the directivity of the ultrasonic speaker toward the detected person.
前記報知制御部は、前記複数の超音波素子から出力される超音波の位相を制御することで、前記検出された人物の方向に前記超音波スピーカの指向性を向ける請求項1又は2記載の可動機械の安全装置。 The ultrasonic speaker is composed of an ultrasonic array in which a plurality of ultrasonic elements are arranged on a plane,
The said alerting | reporting control part directs the directivity of the said ultrasonic speaker to the direction of the said detected person by controlling the phase of the ultrasonic wave output from these ultrasonic elements. Safety device for mobile machines.
前記干渉判定部は、前記操作部の操作量に基づいて、前記検出された前記人物の位置に向けて前記可動機械が動作することを検出し、且つ、前記人物の位置が前記可動機械に対して所定の距離範囲内にある場合、前記干渉の危険性があると判定する請求項1〜3のいずれかに記載の可動機械の安全装置。 An operation unit for operating the movable machine;
The interference determination unit detects that the movable machine operates toward the detected position of the person based on an operation amount of the operation unit, and the position of the person is relative to the movable machine. The safety device for a movable machine according to any one of claims 1 to 3, wherein it is determined that there is a risk of the interference when the distance is within a predetermined distance range.
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