JP2018172943A - 干渉監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々様々な作業空間内において多様な作業を行う建設機械に適用した場合であっても、的確に障害物への干渉を監視することができる干渉監視装置を提供する。【解決手段】建設機械に搭載され、干渉監視装置を含む制御装置Ｃは、移動体の移動状態の検出情報を取得する移動状態取得部Ｃ２と、作業機及び基体の運動状態の検出情報を取得する運動状態取得部Ｃ３と、建設機械の周囲に存在する障害物を検出する障害物検出部Ｃ１と、移動状態の検出情報、運動状態の検出情報及び障害物の検出情報を用いて、現在時刻以降における障害物と建設機械との干渉の発生を予測する干渉予測部Ｃ４とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械の干渉監視装置に関する。

従来、走行体等の移動体と、移動体に搭載され、運転席等が設けられた基体と、基体に対して可動である作業機（例えば、ブーム、アーム、バケット等で構成された作業機）とからなる建設機械（油圧ショベル等）がある。

この種の建設機械としては、超音波センサによって作業機の運動状態を認識し、その認識した運動状態に基づいて、建設機械の作業空間に存在する障害物と建設機械との干渉を監視するとともに、その監視結果に応じて警告信号の報知又は作業機の駆動の制限といった制御を行う干渉監視装置を搭載したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５３４４１１７号公報

ところで、特許文献１に記載の干渉監視装置は、特定の作業空間（例えば、水門、橋等の既設高架物の下側水域等）において一定の作業を繰り返し行う建設機械に用いられるものである。そのため、この干渉監視装置を種々様々な作業空間において多様な作業を行う建設機械に適用した場合には、作業機と障害物とが干渉してしまうおそれがあった。

例えば、この干渉防止装置では、ブームの運動状態の検出情報のみを用いて（具体的には、ブームの運動状態が所定の範囲内にあるか否かのみに基づいて）、干渉の発生を予測している。そのため、アーム又はバケットを運動させた際に、干渉が生じてしまうおそれがあった。

このようなアーム又はバケットの運動による干渉を防止するためには、干渉が発生しないと判定されるブームの運動状態の範囲を狭く設定するという方法が考えられる。

しかし、そのように設定した場合には、実際には干渉のおそれがない障害物について干渉するおそれがあると判定され、本来必要のない報知又は駆動制御が生じてしまうおそれがあった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、種々様々な作業空間内において多様な作業を行う建設機械に適用した場合であっても、的確に障害物への干渉を監視することができる干渉監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の干渉監視装置は、移動体と、前記移動体に旋回自在に搭載された基体と、前記基体に対して可動である作業機とを備えている建設機械の干渉監視装置であって、前記移動体の移動状態の検出情報を取得する移動状態取得部と、前記基体の旋回状態及び前記作業機の姿勢状態を含む運動状態の検出情報を取得する運動状態取得部と、前記移動状態の検出情報を用いて算出した前記移動体の現在時刻以降の経路、前記運動状態の検出情報を用いて推定した、該経路上における前記建設機械の存在領域及び前記障害物の検出情報を用いて、現在時刻以降における該障害物と前記建設機械との干渉の発生を予測する干渉予測部とを備えていることを特徴とする。

ここで、「障害物の検出情報」は、建設機械と建設機械の周囲に存在する障害物との相対的な位置関係を特定し得るような情報をいう。

また、ここで、「存在領域」は、その内部に建設機械が存在する領域であり、当該領域に障害物が存在する場合には、その障害物と建設機械との干渉が生じ得る領域を指す。この「存在領域」は、例えば、現在時刻以降の複数の時刻での存在領域、現在時刻以降の建設機械の予測される移動経路上の複数の地点での存在領域、又は、当該複数の時刻若しくは複数の地点での存在領域を連設してなる領域（換言すれば、現在時刻以降の建設機械の空間的な通過領域）のいずれであってもよい。

このように、本発明の干渉監視装置では、移動体の移動状態の検出情報、上部旋回体及び作業機の運動状態の検出情報及び障害物の検出情報を用いて、現在時刻以降における障害物と建設機械との干渉の発生を予測している。このため、建設機械の周囲に存在する実際の障害物を検出した状態で、建設機械の将来において予測される動作状態を反映させて、障害物と建設機械との干渉の発生を予測することができる。

ここで、その予測に際しては、移動体の経路の算出だけではなく、その経路上における建設機械の存在領域の推定も行っている。また、存在領域を推定する際には、作業機械の姿勢状態だけではなく、基体の旋回状態も考慮している。これにより、建設機械と障害物との干渉を判定すべき空間が明確に限定されることになるので、将来の（現在時刻以降の）干渉の発生の予測が適切に行われる。

したがって、本発明の干渉監視装置によれば、種々様々な作業空間内において多様な作業を行う建設機械に適用した場合であっても、的確に障害物への干渉を監視することができる。

また、本発明の干渉監視装置においては、前記干渉予測部は、前記移動体の進行方向における前記建設機械の最前端及び最後端で該進行方向に直交する２つの平面のうち少なくとも最前端側の平面と、前記建設機械の高さ方向における最上端で該高さ方向に直交する平面と、前記移動体の幅方向における前記建設機械の両端で該幅方向に直交する平面とで囲まれた領域を前記存在領域として推定するように構成されていることが好ましい。

ここで、移動体の進行方向における建設機械の「最前端」は、移動体の進行方向前方側（移動体が移動する向きに向かう側）の先端を意味し、移動体の進行方向における建設機械の「最後端」は、移動体の進行方向後方側（移動体が移動する向きと逆側）の先端を意味する。また、「幅方向」は、建設機械の進行方向及び高さ方向に直交する方向、又は、ほぼ直交する方向を指す。

このように、干渉予測部で認識する存在領域の形状を、建設機械の実際の形状そのもののような複雑な形状ではなく、上記のように規定した直方体のような単純な形状とすることにより、存在領域を推定する処理及び干渉の発生を予測する処理の演算負荷を軽減することができるとともに、干渉の発生の予測を簡易な処理で実現することができるようになる。

また、本発明の干渉監視装置においては、前記干渉予測部は、前記存在領域及び前記障害物の検出情報を用いて算出した、前記存在領域から該障害物までの距離に基づいて、該障害物と前記建設機械との干渉の発生を予測するように構成されていることが好ましい。

このように、障害物の検出情報を用いて算出した存在領域から障害物までの距離を用いて干渉の発生を予測することにより、干渉の発生の予測の信頼性を高めることができるようになる。

また、本発明の干渉監視装置においては、前記干渉予測部によって干渉の発生が予測された場合に、前記障害物と前記建設機械との干渉の可能性が高まる方向への前記作業機の運動、前記移動体の移動又は前記基体の旋回を制限する動作制限部を備えていることが好ましい。

このように、干渉予測部が予測した結果に基づいて、作業機の運動、移動体の移動又は基体の旋回といった動作を制限することにより、運転者が干渉の可能性を認識していない場合、又は、運転者が非熟練者である場合であっても、干渉を防止しやすくなる。

ここで、動作制限部による「制限」は、その動作の停止、その動作の速度の低減等、その動作そのものの制限の他、その動作を行うための操作（例えば、動作を指示するためのレバー操作）の制限であってもよい。

また、本発明の干渉監視装置においては、前記動作制限部を備えている場合には、前記動作制限部は、前記障害物と前記存在領域とが接近する方向を前記干渉の可能性が高まる方向として認識するように構成されていることが好ましい。

このように、動作の制限の基準となる「干渉の可能性が高まる方向」として障害物と存在領域とが接近する方向を用いることにより、動作の制限による干渉の防止を的確に行うことができるようになる。

また、本発明の干渉監視装置としては、前記干渉予測部によって干渉の発生が予測された場合に、前記建設機械の運転者に報知を行う報知部を備えていることが好ましい。

このように、干渉予測部が予測した結果に基づいて報知を行うようにすることにより、容易に運転者が干渉の可能性を認識できるようになる。そのため、運転者は、的確に干渉を防止する処置を行うことができるようになる。

ここで、報知部による「報知」は、ブザー等の音声による報知の他、警告灯等による報知等、運転者が五感を通じて干渉の可能性を認識できるものであればどのようなものであってもよい。

また、本発明の干渉監視装置においては、前記移動状態取得部、前記運動状態取得部、前記障害物検出部及び前記干渉予測部は、それぞれの処理を逐次実行するように構成されていることが好ましい。

このよう構成することにより、移動体の移動状態の検出情報、作業機の運動状態の検出情報及び障害物の検出情報が逐次更新され、その更新された検出情報を用いて、干渉の発生の予測が行われる。このため、建設機械の周囲の障害物の状況変化、又は、建設機械の動作状態の変化を随時反映させながら、干渉の発生を予測できる。ひいては、干渉の発生の予測についての信頼性が高まり、さらに的確に障害物への干渉を監視することができるようになる。

実施形態に係る干渉監視装置を備える油圧ショベルを示す側面図。 図１の油圧ショベルを模式的に示す平面図。 図１の油圧ショベルの主要な油圧回路構成を示すブロック図。 図１の油圧ショベルの制御装置の構成を示すブロック図。 図１の油圧ショベルの進行方向を説明するための説明図。 図１の油圧ショベルの作動を説明するための説明図。 図４の油圧ショベルが行う干渉防止処理を示すフローチャート。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。まず、図１〜図３を参照して、建設機械である油圧ショベルＳの概略構成について説明する。

図１及び図２に示すように、油圧ショベルＳは、下部走行体１（移動体）と、下部走行体１に搭載されている上部旋回体２（基体）と、上部旋回体２に対して可動である作業機３と、上部旋回体２を下部走行体１に対して旋回可能に支持する旋回機構４とを備えている。

下部走行体１は、ロアフレーム１ａと、ロアフレーム１ａの両側に設けられた一対のクローラ１ｂとを備えている。クローラ１ｂは、油圧アクチュエータである走行用油圧モータ（左走行用油圧モータＭＬ及び右走行用油圧モータＭＲ（図３参照））によって駆動される。

なお、移動体は、ロアフレームとクローラとによって構成された走行体に限定されるものではなく、基体及び作業機を搭載可能であり、移動可能なものであればよい。例えば、移動体は、車輪で移動する移動体、又は、脚式の移動体であってもよい。また、建設機械が水上で使用されるものである場合には、移動体は、台船等であってもよい。

上部旋回体２のキャブ２ｂには、図１及び図２では図示省略されているが、ブザー、表示端末等からなる出力機器２ｂ１（図４参照）と、運転者が作業機３の運動、上部旋回体２の旋回動作、及び下部走行体１の移動動作を操作するための各種レバー（不図示）とが備えられている。

上部旋回体２の機械室２ｃには、図１及び図２では図示省略されているが、下部走行体１のクローラ１ｂ、作業機３、旋回機構４等のアクチュエータに油圧を供給する油圧回路ＨＣが設置されている。

図３を参照して、油圧ショベルＳの油圧回路ＨＣの主要な構成を概略的に説明する。

油圧回路ＨＣには、油圧ショベルＳのエンジン（不図示）により駆動される第１油圧ポンプＰ１及び第２油圧ポンプＰ２から、油圧が供給される。

第１油圧ポンプＰ１は、２つの吐出ポートを有している。その２つの吐出ポートのうちの１つである第１吐出ポートＰ１ａは、走行直進弁Ｖ０を介して、左走行用方向切換弁Ｖ１、ブーム用方向切換弁Ｖ２及びバケット用方向切換弁Ｖ３に接続されている。また、その２つの吐出ポートのうちの１つである第２吐出ポートＰ１ｂは、走行直進弁Ｖ０を介して、右走行用方向切換弁Ｖ４及びアーム用方向切換弁Ｖ５に接続されている。

方向切換弁である左走行用方向切換弁Ｖ１、ブーム用方向切換弁Ｖ２、バケット用方向切換弁Ｖ３、右走行用方向切換弁Ｖ４及びアーム用方向切換弁Ｖ５は、それぞれ油圧アクチュエータである、左走行用油圧モータＭＬ、ブームシリンダ３ｄ、バケットシリンダ３ｆ、右走行用油圧モータＭＲ、アームシリンダ３ｅに接続されている。これらの各油圧アクチュエータのそれぞれは、各々に対応する方向切換弁を介して、油圧ポンプＰ１から圧油が供給されるようになっている。

なお、走行直進弁Ｖ０は、油圧ショベルＳの直進走行時に左走行用油圧モータＭＬ及び右走行用油圧モータＭＲに供給される圧油の流量を均等にするためのものである。

第２油圧ポンプＰ２は、１つの吐出ポートを有している。その吐出ポートである第３吐出ポートＰ２ａは、旋回用方向切換弁Ｖ６に接続されている。

方向切換弁である旋回用方向切換弁Ｖ６は、油圧アクチュエータである旋回用油圧モータＭＴに接続されている。旋回用油圧モータＭＴは、旋回用方向切換弁Ｖ６介して、油圧ポンプＰ２から圧油が供給されるようになっている。

各方向切換弁は、それぞれに対応する油圧アクチュエータの動作方向及び動作速度を制御するためのスプール弁であり、パイロット操作器（不図示）から与えられるパイロット圧により作動するようになっている。

なお、図３を用いて説明した油圧回路ＨＣは一例であり、油圧回路は、上記と異なる構成のものでもよい。

図１及び図２に戻って、作業機３は、上部旋回体２に回動自在に連結されているブーム３ａと、ブーム３ａに回動自在に連結されているアーム３ｂと、アーム３ｂに回動自在に連結されているバケット３ｃとを有している。

また、作業機３は、上部旋回体２及びブーム３ａに両端が取り付けられ、ブーム３ａを動作させるブームシリンダ３ｄと、ブーム３ａ及びアーム３ｂに両端が取り付けられ、アーム３ｂを動作させるアームシリンダ３ｅと、アーム３ｂ及びバケット３ｃに両端が取り付けられ、バケット３ｃを動作させるバケットシリンダ３ｆとを有している。

ブーム３ａは、上部旋回体２に第１支軸３ｇで回動可能に連結されており、その第１支軸３ｇを支点として、ブームシリンダ３ｄの伸縮動作によって回動する。アーム３ｂは、ブーム３ａに第２支軸３ｈで回動可能に連結されており、その第２支軸３ｈを支点として、アームシリンダ３ｅの伸縮動作によって回動する。バケット３ｃは、アーム３ｂに第３支軸３ｉで回動可能に連結されており、その第３支軸３ｉを支点として、バケットシリンダ３ｆの伸縮動作によって回動する。

旋回機構４は、下部走行体１のロアフレーム１ａと上部旋回体２のアッパーフレーム２ａとの間に配置されている。旋回機構４は、旋回軸線ａを軸線として、ロアフレーム１ａに対してアッパーフレーム２ａをヨー方向に旋回可能に連結している。

図４を参照して、油圧ショベルＳには、さらに、各種センサと、制御装置Ｃとが搭載されている。

センサには、油圧ショベルＳの周囲の障害物（外界物体）を検出するための障害物センサＳ１と、下部走行体１の移動状態を示す情報として、下部走行体１のヨー方向の角速度及び移動速度をそれぞれ検出するための角速度検出用センサＳ２及び移動速度検出用センサＳ３と、作業機３の姿勢状態を検出するための作業機状態検出用センサＳ４と、上部旋回体２の旋回状態を検出するための旋回体状態検出用センサＳ５とが含まれる。

障害物センサＳ１は、本実施形態では、例えば、図１に示すように、キャブ２ｂ及び機械室２ｃの上部に取り付けられた複数の赤外線カメラ２ｄにより構成される。

複数の赤外線カメラ２ｄは、それぞれ、油圧ショベルＳの周囲（具体的には、前方、側方及び後方）の環境を距離画像として撮影するカメラである。

本実施形態では、複数の赤外線カメラ２ｄには、キャブ２ｂの上部に設置され、油圧ショベルＳの前方の距離画像を撮影する第１カメラ２ｄ１と、機械室２ｃの上部に設置され、油圧ショベルＳの側方の距離画像を撮影する左右一対の第２カメラ２ｄ２と、機械室２ｃの上部に設置され、油圧ショベルＳの後方の距離画像を撮影する第３カメラ２ｄ３とが含まれている。

なお、油圧ショベルＳは、前方用に１つ、側方用に２つ、後方用に１つの計４つの赤外線カメラ２ｄを備えているが、赤外線カメラ２ｄの設置数は、カメラの可動範囲、画角等に応じて適宜変更してもよい。また、赤外線カメラ２ｄの搭載場所は、上記と異なっていてもよい。

また、障害物センサＳ１は赤外線カメラ２ｄ以外のセンサであってもよい。例えば、赤外線カメラに代わり、レーザレンジファインダ、可視光の撮影を行うステレオカメラ等を障害物センサＳ１として使用することもできる。

角速度検出用センサＳ２は、例えば下部走行体１に搭載されるジャイロセンサ等により構成される。

移動速度検出用センサＳ３としては、本実施形態では、例えば下部走行体１の移動操作を行うためのレバーの操作量を検出するレバー操作量検出器が用いられる。

ここで、下部走行体１の移動速度は、下部走行体１の移動操作用のレバーの操作量に応じて調整されるので、上記レバー操作量検出器を、移動速度検出用センサＳ３として利用できる。ただし、レバー操作量検出器の代わりに、例えば、クローラ１ｂの回転速度を検出するセンサ等、下部走行体１の実際の移動速度に応じた検出信号を出力するセンサを移動速度検出用センサＳ３として用いてもよい。

作業機状態検出用センサＳ４は、本実施形態では、ブーム３ａ、アーム３ｂ及びバケット３ｃのそれぞれの回動角度θ１，θ２，θ３を検出する角度センサにより構成される。その角度センサは、例えばポテンショメータ、レゾルバ、ロータリーエンコーダ等により構成され得る。

なお、作業機状態検出用センサＳ４は、作業機３の姿勢状態を検出できるものであればよい。作業機状態検出用センサＳ４として、例えば、ブームシリンダ３ｄ，アームシリンダ３ｅ，バケットシリンダ３ｆのそれぞれのストローク長を検出する変位センサを用いることもできる。

旋回体状態検出用センサＳ５は、本実施形態では、例えば下部走行体１に対する上部旋回体２の旋回角度φ（具体的には、ロアフレーム１ａに対するアッパーフレーム２ａの旋回角度）を検出する角度センサにより構成される。その角度センサは、例えばレゾルバ、ポテンショメータ、ロータリーエンコーダ等により構成され得る。

なお、旋回体状態検出用センサＳ５は、上部旋回体２（基体）の旋回状態を検出できるものであれば、角度センサ以外のセンサを使用し得る。

制御装置Ｃは、干渉監視装置としての機能を含む制御装置である。この制御装置Ｃは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等を含む１つ又は複数の電子回路ユニットにより構成される。

この制御装置Ｃは、実装されたハードウェア構成又はプログラムにより実現される機能として、図４に示すように、油圧ショベルＳの周囲に存在する障害物の検出情報を取得する障害物検出部Ｃ１と、油圧ショベルＳの移動状態の検出情報を取得する移動状態取得部Ｃ２と、油圧ショベルＳの運動状態の検出情報を取得する運動状態取得部Ｃ３と、障害物と油圧ショベルＳとの干渉の発生を予測する干渉予測部Ｃ４と、油圧ショベルＳの運転者に報知を行う報知部Ｃ５と、作業機３の運動又は下部走行体１の移動を制限する動作制限部Ｃ６とを備えている。これらの各機能部の処理は逐次実行される。

障害物検出部Ｃ１には、障害物センサＳ１によって撮影した距離画像を示す画像データが入力される。そして、障害物検出部Ｃ１は、入力された画像データにより示される距離画像を、障害物の検出情報として取得する。

ここで、「障害物の検出情報」は、油圧ショベルＳとその周囲に存在する障害物との相対的な位置関係を特定し得るような情報をいう。上記距離画像は、障害物センサＳ１の撮影領域に存在する障害物（外界物体）の各部までの距離を示す画像であるので、該距離画像を、障害物の検出情報として利用できる。

移動状態取得部Ｃ２には、角速度検出用センサＳ２の検出信号と、移動速度検出用センサＳ３の検出信号とが入力される。そして、移動状態取得部Ｃ２は、角速度検出用センサＳ２の検出信号により示される下部走行体１のヨー方向の角速度（検出値）と、移動速度検出用センサＳ３の検出信号により示される下部走行体１の移動速度（指令値）とを、下部走行体１の移動状態の検出情報として取得する。

運動状態取得部Ｃ３には、作業機状態検出用センサＳ４の検出信号及び旋回体状態検出用センサＳ５の検出信号が入力される。そして、運動状態取得部Ｃ３は、作業機状態検出用センサＳ４の検出信号により示される回動角度θ１，θ２，θ３（図１参照）の検出値を作業機３の姿勢状態の検出情報として取得すると共に、旋回体状態検出用センサＳ５の検出信号により示される旋回角度φ（図２参照）の検出値を上部旋回体２の旋回状態の検出情報として取得する。

干渉予測部Ｃ４は、油圧ショベルＳの現在時刻以降の経路を算出する経路算出部Ｃ４１と、油圧ショベルＳの存在領域を推定する存在領域推定部Ｃ４２とを有している。

ここで、「存在領域」は、本実施形態においては、その内部に油圧ショベルＳが存在する領域であり、当該領域に障害物が存在する場合には、その障害物と油圧ショベルＳとの干渉が生じ得る領域を指す。

経路算出部Ｃ４１は、移動状態取得部Ｃ２が取得した検出情報（下部走行体１の角速度（検出値）及び移動速度（指令値））を用いて、油圧ショベルＳの現在時刻以降の経路を算出する。

具体的には、本実施形態では、経路算出部Ｃ４１は、取得された検出情報に基づいて認識された下部走行体１の現在の移動状態が継続したと仮定した場合に、油圧ショベルＳが現在時刻以降に走行すると予測される経路を算出して認識する。

ここで、図５に示すように、経路上における油圧ショベルＳの進行方向は、油圧ショベルＳが位置している位置における経路に対する接線方向である。後述する存在領域においては、この接線方向が前後方向に該当する。

存在領域推定部Ｃ４２は、本実施形態では、油圧ショベルＳの現在の運動状態（すなわち、作業機３の現在の姿勢状態（回動角度θ１，θ２，θ３）及び上部旋回体２の現在の旋回状態（旋回角度φ））が現在時刻以降も継続すると仮定して、下部走行体１の経路上の各位置における油圧ショベルＳの存在領域を推定する。

この場合、下部走行体１の経路上の各位置における油圧ショベルＳの存在領域（油圧ショベルＳの作業空間内での存在領域）は、油圧ショベル上体の現在状態における下部走行体１に対する相対的な存在領域と、経路上の位置及びその位置での下部走行体１の進行方向（経路の接線方向）とに応じて一義的に規定される。

そこで、本実施形態では、存在領域推定部Ｃ４２は、油圧ショベルＳの現在状態における上部旋回体２及び作業機３の全体の突出量（下部走行体１から見た突出量）を認識する突出量認識部Ｃ４２１を有している。以降、説明の便宜上、上部旋回体２及び作業機３の全体（油圧ショベルＳの下部走行体１を除いた部分の全体）を油圧ショベル上体という。

突出量認識部Ｃ４２１は、上部旋回体２及び作業機３に係る既知の寸法、並びに、運動状態取得部Ｃ３が取得した現在の回動角度θ１，θ２，θ３（図１参照）、及び、現在の旋回角度φ（図２参照）を用いて、突出量を算出する。

ここで、図１に示すように、突出量Ｌ１は、下部走行体１に対して固定された点（下部走行体１に対する相対位置があらかじめ設計的に設定された点）である基準点ＲＰから、油圧ショベル上体の最前端までの距離であり、突出量Ｌ２は、基準点ＲＰから油圧ショベル上体の最上端までの距離であり、突出量Ｌ３は、基準点ＲＰから油圧ショベルＳの最後端までの距離である。

ここで、移動体の進行方向における建設機械の「最前端」は、移動体の進行方向前方側（移動体が移動する向きに向かう側）の先端を意味し、移動体の進行方向における建設機械の「最後端」は、移動体の進行方向後方側（移動体が移動する向きと逆側）の先端を意味する。

なお、油圧ショベル上体の最前端は、より詳しくは、下部走行体１の進行方向前方側の先端であり、油圧ショベル上体の最後端は、より詳しくは、下部走行体１の進行方向後方側の先端である。また、油圧ショベルＳでは、下部走行体１の進行方向は、クローラ１ｂの前後方向である。

また、図２に示すように、突出量Ｌ４は、基準点ＲＰから油圧ショベル上体の幅方向右側の最遠端までの距離であり、突出量Ｌ５は、基準点ＲＰから油圧ショベル上体の幅方向左側の最遠端までの距離である。

ここで「幅方向」は、下部走行体１の進行方向及び高さ方向に直交する方向、又は、ほぼ直交する方向を指す。

突出量Ｌ１は、下部走行体１の進行方向前方側に作業機３が突出している場合には、作業機３の各構成部材（ブーム３ａ、アーム３ｂ及びバケット３ｃ）の既知の寸法と、現在の回動角度θ１，θ２，θ３と、現在の旋回角度φとに基づいて算出される。また、上部旋回体２が突出している場合（例えば、下部走行体１の後退時等）には、上部旋回体２の既知の寸法と、現在の旋回角度φとに基づいて算出される。

突出量Ｌ２は、作業機３の各構成部材の既知の寸法と、現在の回動角度θ１，θ２，θ３と、上部旋回体２の既知の高さとに基づいて算出される。具体的には、現在の回動角度θ１，θ２，θ３から作業機３の最上端の高さを算出した後、その作業機３の高さと上部旋回体２の高さとを比較し、高い方を突出量Ｌ２とする。

突出量Ｌ３は、下部走行体１の進行方向後方側に上部旋回体２が突出している場合には、上部旋回体２の既知の寸法と、現在の旋回角度φとに基づいて算出される。また、作業機３が突出している場合（例えば、下部走行体１の後退時等）には、作業機３の各構成部材（ブーム３ａ、アーム３ｂ及びバケット３ｃ）の既知の寸法と、現在の回動角度θ１，θ２，θ３と、現在の旋回角度φとに基づいて算出される。

突出量Ｌ４は、下部走行体１の幅方向右側に作業機３が突出している場合には、作業機３の各構成部材の既知の寸法と、現在の回動角度θ１，θ２，θ３と、現在の旋回角度φとに基づいて算出される。また、上部旋回体２が突出している場合には、上部旋回体２の既知の寸法と、現在の旋回角度φとに基づいて算出される。

突出量Ｌ５は、下部走行体１の幅方向左側に作業機３が突出している場合には、作業機３の各構成部材の既知の寸法と、現在の回動角度θ１，θ２，θ３と、現在の旋回角度φに基づいて算出される。また、上部旋回体２が突出している場合には、上部旋回体２の既知の寸法と、現在の旋回角度φに基づいて算出される。

存在領域推定部Ｃ４２は、下部走行体１の既知の寸法と算出された油圧ショベル上体の突出量とを比較し、その比較結果に基づいて、下部走行体１の進行方向における油圧ショベルＳの最前端及び最後端でその進行方向に直交する２つの平面と、油圧ショベルＳの高さ方向における最上端でその高さ方向に直交する平面と、下部走行体１の幅方向における油圧ショベルＳの両端でその幅方向に直交する平面とで囲まれた直方体の領域（下部走行体１に対して固定された領域）を、経路算出部Ｃ４１が算出する経路上の任意の位置での下部走行体１から見た相対的な存在領域として推定する。

例えば、油圧ショベルＳの現在状態が図１に示した状態であり、油圧ショベルＳが前進している場合、存在領域の進行方向における最前端となる面を規定する際には、まず、基準点ＲＰから進行方向前側における下部走行体１の最前端までの寸法と油圧ショベル上体の最前端までの寸法である突出量Ｌ１とを比較する。図１の姿勢では、突出量Ｌ１の方が下部走行体１の対応する寸法よりも大きいので、突出量Ｌ１の先端と直交する平面が、存在領域の最前端の面となる（図１参照）。

また、存在領域の最上端となる面を規定するに際には、基準点ＲＰから下部走行体１の最上端までの寸法と油圧ショベル上体の最上端までの寸法である突出量Ｌ２とを比較する。図１の姿勢では、突出量Ｌ２の方が下部走行体１の対応する寸法よりも大きいので、突出量Ｌ２の先端と直交する面が、存在領域の最後端の面となる（図１参照）。

また、存在領域の進行方向における最後端となる面を規定するに際には、基準点ＲＰから進行方向後側における下部走行体１の最後端までの寸法と油圧ショベル上体の最後端までの寸法である突出量Ｌ３とを比較する。図１の姿勢では、突出量Ｌ３の方が下部走行体１の対応する寸法よりも大きいので、突出量Ｌ３の先端と直交する面が、存在領域の最後端の面となる（図１参照）。

また、存在領域の幅方向右側の最遠端となる面を規定するに際には、基準点ＲＰから進行方向後側における下部走行体１の幅方向右側の最遠端までの寸法と油圧ショベル上体の最遠端までの寸法である突出量Ｌ４とを比較する。図１の姿勢（すなわち、図２の姿勢）では、突出量Ｌ４の方が下部走行体１の対応する寸法よりも大きいので、突出量Ｌ４の先端と直交する面が、存在領域の幅方向右側の最遠端の面となる（図２参照）。

また、存在領域の幅方向左側の最遠端となる面を規定するに際には、基準点ＲＰから進行方向後側における下部走行体１の幅方向左側の最遠端までの寸法と油圧ショベル上体の最遠端までの寸法である突出量Ｌ５とを比較する。図１の姿勢（すなわち、図２の姿勢）では、突出量Ｌ５の方が下部走行体１の対応する寸法よりも大きいので、突出量Ｌ５の先端と直交する面が、存在領域の幅方向左側の最遠端の面となる（図２参照）。

存在領域推定部Ｃ４２は、上記の如く、油圧ショベルＳの現在状態が継続すると仮定して、現在時刻以降における下部走行体１に対する相対的な存在領域（下部走行体１から見た油圧ショベルＳの存在領域）を推定する。この場合、経路算出部Ｃ４１が算出した将来の経路上の各位置での油圧ショベルＳの存在領域（作業空間での存在領域）は、下部走行体１に対する相対的な存在領域を、経路上の各位置に移動させ、且つ、その位置での経路の接線方向に該存在領域の前後方向を一致させた領域として推定されることとなる。

油圧ショベルＳでは、存在領域推定部Ｃ４２で認識する存在領域の形状を、油圧ショベルＳの実際の形状そのもののような複雑な形状ではなく、上記のように規定した直方体のような単純な形状としている。これにより、下部走行体１の予測される経路上での存在領域を推定する処理及び干渉の発生を予測する処理の演算負荷を軽減することができるとともに、干渉の発生の予測を簡易な処理で実現することができるようになっている。

そして、干渉予測部Ｃ４は、下部走行体１の経路上の存在領域及び障害物の検出情報を用いて、存在領域から障害物までの距離を算出し、その算出した距離に基づいて、障害物と建設機械との干渉の発生を予測する。

具体的には、干渉予測部Ｃ４は、まず、障害物の検出情報である距離画像に基づいて、経路算出部Ｃ４１が算出した経路上の各位置（経路上の複数のサンプリング位置）における存在領域から障害物までの距離を算出する。次に、干渉予測部Ｃ４は、経路算出部Ｃ４１が算出した経路上の各位置において、存在領域から障害物までの距離が所定の値以下になるか否かを判定して、干渉の発生を予測する。

例えば、図６に示すように、油圧ショベルＳの進行方向前方側に、油圧ショベルの存在領域ＥＲと高さ方向で重なり得る位置に存在する障害物Ｏが検出されており、且つ、下部走行体１の経路上のある位置において、存在領域ＥＲから障害物Ｏまでの距離が所定の距離Ｄ以下になる場合に、干渉が発生すると判定する。

報知部Ｃ５は、干渉予測部Ｃ４によって干渉の発生が予測された場合に、油圧ショベルＳの運転者に報知を行う。

具体的には、上部旋回体２のキャブ２ｂに設置された出力機器を介して、運転者に対する報知が行われる。具体的には、ブザー等の音声による報知の他、警告灯による報知が行われる。

このように、油圧ショベルＳでは、干渉予測部Ｃ４が予測した結果に基づいて報知部Ｃ５が報知を行うので、容易に運転者が干渉の可能性を認識できる。そのため、運転者は、的確に干渉を防止する処置を行うことができる。

ここで、本発明の干渉監視装置における「報知」は、上記のようなブザー等の音声による報知及び警告灯等による報知に限定されるものではなく、運転者が五感を通じて干渉の可能性を認識できるものであればどのようなものであってもよい。

動作制限部Ｃ６は、干渉予測部Ｃ４によって干渉の発生が予測された場合に、障害物と油圧ショベルＳとの干渉の可能性が高まる方向への動作（本実施形態では、作業機３の運動及び下部走行体１の移動）を制限する。

具体的には、動作制限部Ｃ６は、下部走行体１の速度を検出するための移動速度検出用センサＳ３からの検出信号、及び、作業機３を操作するためのレバー（不図示）からの信号を検出し、その信号が存障害物と存在領域とが接近する方向のものである場合には、その動作を停止させるように、作業機３又は下部走行体１に対応する油圧アクチュエータ（図３参照）に供給される油圧を制御する。

ここで、動作制限部Ｃ６による「制限」は、上記のような動作の停止といった制限の他、その動作の速度の低減等のその動作そのものの制限、又は、その動作を行うための操作（例えば、動作を指示するためのレバーの操作）の制限であってもよい。

このように動作を制限することにより、油圧ショベルＳでは、運転者が干渉の可能性を認識していない場合、又は、運転者が非熟練者である場合にも、干渉を防止できるようになっている。

なお、油圧ショベルＳでは、動作制限部Ｃ６は、動作の制限による干渉の防止を的確に行うために、障害物と存在領域とが接近する方向を「干渉の可能性が高まる方向」として認識するように構成されている。

しかし、本発明の干渉監視装置における「干渉の可能性が高まる方向」は、そのような方向に限定されるものではない。例えば、経路の一定区間では干渉の可能性が低くなる方向であっても、経路の全体としては干渉の可能性が高くなる方向がある場合には、その方向を「干渉の可能性が高まる方向」として規定してもよい。

また、動作制限部Ｃ６による制限としては、作業機３の運動及び下部走行体１（移動体）の移動のいずれか一方を制限するようにしてもよい。また、油圧ショベルＳは下部走行体１（移動体）に対して上部旋回体２（基体）が旋回可能に構成されているものであるので、障害物と油圧ショベルＳとの干渉の可能性が高まる方向への上部旋回体２の旋回を制限するようにしてもよい。

なお、油圧ショベルＳでは、制御装置Ｃに報知部Ｃ５及び動作制限部Ｃ６を設けているが、本発明の干渉監視装置はそのような構成に限定されるものではなく、報知部Ｃ５及び動作制限部Ｃ６のいずれか一方又は両方を省略してもよい。

次に、図４、図５及び図７を参照して、干渉監視装置が油圧ショベルＳと障害物との干渉を監視する際に行う干渉防止処理について説明する。図７は、制御装置Ｃが行う干渉防止処理を示すフローチャートである。

まず、障害物検出部Ｃ１は、障害物センサＳ１である赤外線カメラ２ｄによって撮影した障害物の検出情報としての距離画像を取得する（図７／ＳＴＥＰ０１）。

次に、移動状態取得部Ｃ２は、角速度検出用センサＳ２の検出信号により示される下部走行体１のヨー方向における角速度と、移動速度検出用センサＳ３の検出信号により示される下部走行体１の移動速度を取得し、周囲の障害物を検出する（図７／ＳＴＥＰ０２）。

次に、運動状態取得部Ｃ３は、作業機状態検出用センサＳ４の検出信号により示される回動角度θ１，θ２，θ３（図１参照）、及び、旋回体状態検出用センサＳ５の検出信号により示される旋回角度φ（図２参照）を取得する（図７／ＳＴＥＰ０３）。

次に、干渉予測部Ｃ４の経路算出部Ｃ４１は、移動状態取得部Ｃ２が取得した下部走行体１の角速度、及び、移動速度を用いて、油圧ショベルＳの現在時刻以降の経路を算出する（図７／ＳＴＥＰ０４）。

次に、干渉予測部Ｃ４の存在領域推定部Ｃ４２は、油圧ショベル上体の突出量、下部走行体１の既知の寸法及び算出した経路を用いて、経路上の各位置（経路上の複数のサンプリング位置）における存在領域を推定する（図７／ＳＴＥＰ０５）。

具体的には、まず、干渉予測部Ｃ４の存在領域推定部Ｃ４２の突出量認識部Ｃ４２１が、上部旋回体２及び作業機３に係る既知の寸法、並びに、運動状態取得部Ｃ３が取得した回動角度θ１，θ２，θ３（図１参照）、及び、旋回角度φ（図２参照）を用いて、油圧ショベル上体の突出量Ｌ１〜Ｌ５を算出する。次に、干渉予測部Ｃ４の存在領域推定部Ｃ４２が、下部走行体１の既知の寸法と算出された油圧ショベル上体の突出量とを比較し、その比較結果に基づいて、存在領域を推定する。

次に、干渉予測部Ｃ４は、経路上の各位置における存在領域から障害物までの距離を算出する（図７／ＳＴＥＰ０６）。

次に、干渉予測部Ｃ４は、油圧ショベルＳの現在位置から所定の範囲内の位置、又は、所定の時間内に到達する位置において、算出した距離が所定の距離（例えば、図６で示した距離Ｄ）以下となる障害物が存在するか否かを判定する（図７／ＳＴＥＰ０７）。

障害物が存在する場合（ＳＴＥＰ０７でＹＥＳの場合）には、干渉の発生が予測されたことになるので、報知部Ｃ５は、運転者に報知を行う（図７／ＳＴＥＰ０８）。

次に、動作制限部Ｃ６は、下部走行体１及び作業機３を動作させるための信号（例えば、移動速度検出用センサＳ３からの検出信号）を検出し、その信号に基づく指示が干渉の可能性が高まる方向のものであるか否かを判定する（図７／ＳＴＥＰ０９）。

指示が干渉の可能性が高まる方向のものである場合（ＳＴＥＰ０９でＹＥＳの場合）には、下部走行体１又は作業機３の動作を制限するように、作業機３又は下部走行体１に対応する油圧アクチュエータ（図３参照）に供給される油圧を制御する（図７／ＳＴＥＰ１０）。

動作制限部Ｃ６による動作制限が行われた後、又は、障害物が存在しない場合（ＳＴＥＰ０７でＮＯの場合）若しくは指示が干渉の可能性が高まる方向のものでない場合（ＳＹＥＰ０９でＮＯの場合）には、制御装置Ｃは今回の干渉防止処理を終了する。

上記の干渉防止処理は、所定の時間の経過する度、又は、所定の距離を移動する度に、逐次実行される。そのため、油圧ショベルＳの制御装置Ｃでは、下部走行体１の移動状態の検出情報、上部旋回体２の旋回状態及び作業機３の姿勢状態を含む運動状態の検出情報及び障害物の検出情報が逐次更新され、その更新された検出情報を用いて、干渉の発生の予測が行われる。

このよう構成することにより、下部走行体１の移動状態の検出情報、上部旋回体２の旋回状態及び作業機３の姿勢状態を含む運動状態の検出情報及び障害物の検出情報が逐次更新され、その更新された検出情報を用いて、干渉の発生の予測が行われる。このため、油圧ショベルＳの周囲の障害物の状況変化、又は、油圧ショベルＳの動作状態の変化を随時反映させながら、干渉の発生を予測できる。

なお、干渉防止処理で行われる処理の全てについて逐次実行せずに、適宜必要な処理のみを行うようにしてもよい。例えば、経路や存在領域の認識（図７のＳＴＥＰ０２〜ＳＴＥＰ０５）は、上部旋回体２の旋回状態及び作業機３の姿勢状態を含む運動状態又は下部走行体１の移動状態の変更が行われた場合にのみに行うようにしてもよい。

以上説明したように、油圧ショベルＳの制御装置Ｃでは、下部走行体１の移動状態の検出情報、上部旋回体２の旋回状態及び作業機３の姿勢状態を含む運動状態の検出情報及び障害物の検出情報を用いて、現在時刻以降における障害物と油圧ショベルＳとの干渉の発生を予測している。このため、油圧ショベルＳの周囲に存在する実際の障害物を検出した状態で、油圧ショベルＳの将来において予測される動作状態を反映させて、障害物と油圧ショベルＳとの干渉の発生を予測することができる。

したがって、制御装置Ｃによれば、油圧ショベルＳが種々様々に環境な作業空間内において多様な作業を行う場合であっても、的確に障害物への干渉を監視することができる。

以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。

例えば、上記実施形態においては、存在領域推定部Ｃ４２で推定される存在領域は、現在時刻以降の油圧ショベルＳの予測される経路上の複数のサンプリング位置における所定の時刻において、その内部に油圧ショベルＳが存在する領域であり、当該領域に障害物が存在する場合には、その障害物と作業機３との干渉が生じ得る領域を指している。しかし、本発明の存在領域はそのような領域に限定されるものではない。

例えば、現在時刻以降の複数の時刻での存在領域、又は、当該複数の時刻若しくは複数の地点での存在領域を連設してなる領域（換言すれば、現在時刻以降の建設機械の空間的な通過領域）のいずれであってもよい。

また、上記実施形態においては、経路算出部Ｃ４１は、取得された検出情報に基づいて認識された現在の運動状態が継続したと仮定した場合に、油圧ショベルＳが現在時刻以降に走行すると予測される経路を算出して認識している。しかし、本発明の経路の算出方法は、このような取得された検出情報に基づいて認識された現在の運動状態が継続したと仮定する方法に限定されるものではない。

例えば、過去の所定期間における取得された移動体の移動状態の検出情報（すなわち、検出情報の履歴）を参照して、外挿的な手法によって将来の経路を予測する方法等を用いてもよい。

また、上記実施形態においては、存在領域推定部Ｃ４２の突出量認識部Ｃ４２１は、存在領域を推定する際に用いる突出量として、上部旋回体２（基体）及び作業機３の全体である油圧ショベル上体の突出量を用いている。しかし、本発明の干渉監視装置は、このような構成に限定されるものではない。例えば、基体の突出量と作業機の突出量を個別に算出し、それぞれと移動体の既知の寸法とを比較して、存在領域を推定するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、存在領域の形状は、建設機械と障害物との干渉の発生の予測に用い得る形状であれば、必ずしも直方体である必要はない。例えば、推定する存在領域は、建設機械の実際の形状そのもののような形状又はそれに近似させた形状であってもよい。

また、移動体は、進行方向前方に向かって移動するので、一般には、移動体の進行方向後方側で建設機械と障害物との干渉が発生する可能性はないか、もしくはほとんどない。したがって、建設機械の存在領域のうちの進行方向後方側の境界（上記実施形態の油圧ショベルＳにおいては、上部旋回体２の後方側の突出量Ｌ３）を考慮せずに存在領域を推定してもよい。

また、上記実施形態においては、経路算出部Ｃ４１及び存在領域推定部Ｃ４２において、存在領域の推定及び経路の算出を行って、現在時刻以降における障害物と建設機械である油圧ショベルＳとの干渉の発生を予測している。しかし、本発明の干渉監視装置は、存在領域の推定や経路の算出を行わずに、干渉の発生を予測するようにしてもよい。

例えば、基体及び作業機の運動状態の検出情報から現在時刻における建設機械の高さのみを認識し、移動体の移動状態の検出情報に基づいて算出された経路上に、建設機械の高さよりも低い障害物があるか否かを判定するようにしてもよい。

１…下部走行体（移動体）、２…上部旋回体（基体）、３…作業機、Ｃ…制御装置（干渉監視装置）、Ｃ１…障害物検出部、Ｃ２…移動状態取得部、Ｃ３…運動状態取得部、Ｃ４…干渉予測部、Ｃ５…報知部、Ｃ６…動作制限部、Ｄ…所定の距離、ＥＲ…存在領域、Ｏ…障害物、Ｓ…油圧ショベル（建設機械）。

Claims (7)

1. 移動体と、前記移動体に旋回自在に搭載された基体と、前記基体に対して可動である作業機とを備えている建設機械の干渉監視装置であって、
   前記移動体の移動状態の検出情報を取得する移動状態取得部と、
   前記基体の旋回状態及び前記作業機の姿勢状態を含む運動状態の検出情報を取得する運動状態取得部と、
   前記建設機械の周囲に存在する障害物を検出する障害物検出部と、
   前記移動状態の検出情報を用いて算出した前記移動体の現在時刻以降の経路、前記運動状態の検出情報を用いて推定した、該経路上における前記建設機械の存在領域及び前記障害物の検出情報を用いて、現在時刻以降における該障害物と前記建設機械との干渉の発生を予測する干渉予測部とを備えていることを特徴とする干渉監視装置。
2. 請求項１に記載の干渉監視装置において、
   前記干渉予測部は、前記移動体の進行方向における前記建設機械の最前端及び最後端で該進行方向に直交する２つの平面のうち少なくとも最前端側の平面と、前記建設機械の高さ方向における最上端で該高さ方向に直交する平面と、前記移動体の幅方向における前記建設機械の両端で該幅方向に直交する平面とで囲まれた領域を前記存在領域として推定するように構成されていることを特徴とする干渉監視装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の干渉監視装置において、
   前記干渉予測部は、前記存在領域及び前記障害物の検出情報を用いて算出した、前記存在領域から該障害物までの距離に基づいて、該障害物と前記建設機械との干渉の発生を予測するように構成されていることを特徴とする干渉監視装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の干渉監視装置において、
   前記干渉予測部によって干渉の発生が予測された場合に、前記障害物と前記建設機械との干渉の可能性が高まる方向への前記作業機の運動、前記移動体の移動又は前記基体の旋回を制限する動作制限部を備えていることを特徴とする干渉監視装置。
5. 請求項４に記載の干渉監視装置において、
   前記干渉予測部は、前記移動状態の検出情報を用いて前記移動体の現在時刻以降の経路を予測するとともに、前記運動状態を用いて該経路上における前記建設機械の存在領域を推定し、
   前記動作制限部は、前記障害物と前記存在領域とが接近する方向を前記干渉の可能性が高まる方向として認識するように構成されていることを特徴とする干渉監視装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の干渉監視装置において、
   前記干渉予測部によって干渉の発生が予測された場合に、前記建設機械の運転者に報知を行う報知部を備えていることを特徴とする干渉監視装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の干渉監視装置において、
   前記移動状態取得部、前記運動状態取得部、前記障害物検出部及び前記干渉予測部は、それぞれの処理を逐次実行するように構成されていることを特徴とする干渉監視装置。