JP2020012323A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータが作業機械の動作に応じた任意の報知領域を直感的かつ容易に設定することができる作業機械を提供すること。【解決手段】油圧ショベル１の動作を制御する制御装置２０は、通常モードと物報知領域設定モードとの何れかに選択的に切り換えるモード切換部２１と、モード切換部が報知領域設定モードに切り換えられている間に得られる姿勢情報を記憶し、記憶した姿勢情報から作業機械の移動範囲を算出する位置履歴管理部２２と、位置履歴管理部で算出した移動範囲を含むように報知領域を設定する報知領域設定部２３と、物体検知装置１０で検知した物体が報知領域設定部２３で設定した報知領域内にあるかどうかを判定する報知判定部２４と、報知判定部２４で物体が報知領域内にあると判定されたことをタッチパネルモニタ１５ａやブザー１５ｂを介してオペレータに報知する報知制御部２７とを備える。【選択図】 図２

Description

本発明は、作業機械に関する。

油圧ショベルなどの作業機械には、接触事故を防止するために、作業機械の周囲に存在する人または物体等の障害物を検出し、作業機械のオペレータに対してその存在を報知したり、検出結果に応じて作業機械の動作を制限する制御を行ったりする周囲監視装置を搭載したものがある。一方で、実際の作業現場においては、作業員が補助作業を行う場合など、作業機械の近傍で作業を行う作業員を認識した状態で作業機械を意図的に動作させるケースも多い。こうした環境下では、必要な作業員が近傍にいることを認識しているにも係わらず、周囲監視装置によって作業員の接近報知や作業機械の動作制限が必要以上に行われてしまい、作業効率の低下を招いてしまう。

このような問題を解決する技術として、例えば、特許文献１には、作業機械の姿勢及び動作のうち少なくとも１つに基づいて作業機械の周囲における危険範囲を算出し、作業機械周辺で検出した障害物が危険範囲内に存在する場合に警告表示を行う作業機械の周辺監視装置が開示されている。

また、特許文献２には、ユーザがモニタ上での操作を通じて、例えば、作業内容に応じた任意の監視領域を設定し、設定された監視領域内に作業員が侵入したか否かに応じて報知を行うことにより、過剰な報知の低減を図る作業機械の周囲監視装置が記載されている。

特許第５６６７６３８号公報

特許第５３９５２６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術においては、作業機械の周辺監視装置が危険範囲の判定を自動的に行うため、例えば、オペレータが作業機械の動作方向に存在する作業員を認識しながら、作業機械が作業員に接触をしないように注意を払って操作をしていたとしても、危険範囲と判定されてしまうことで装置からの警報が出力されるといったように、わずらわしさの要因となる可能性がある。

また、上記特許文献２に記載の従来技術においては、ユーザが監視領域を任意に設定することによって不必要な報知を抑制できるものの、監視領域の設定には、ユーザが作業機械の動作範囲を定量的に把握する必要があり、ユーザが意図した監視領域と実際に装置に設定された監視領域とにずれが生じ、結果的に不必要な報知が効果的に抑制されない可能性がある。また、監視領域をモニタ上の操作を通じてユーザが手作業で入力するため、設定にかかる手間が大きく、また、入力のために自由度の高いインターフェイスが必要となるといった問題がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、オペレータが作業機械の動作に応じた任意の報知領域を直感的かつ容易に設定することができる作業機械を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、車両本体と、前記車両本体に取り付けられた作業装置と、前記作業装置の姿勢情報を検出する姿勢情報取得装置と、前記車両本体と前記作業装置とを有する作業機械の周囲に存在する物体を検知し、検知された前記物体の前記作業機械に対する相対位置を算出する物体検知装置と、前記物体に関する情報をオペレータに報知する報知装置と、前記作業機械の動作を制御する制御装置とを備えた作業機械において、前記制御装置は、前記作業装置により作業を行う通常モードと前記物体の報知対象となる報知領域を設定する報知領域設定モードとの何れかに選択的に切り換えるモード切換部と、前記モード切換部が前記報知領域設定モードに切り換えられている間に得られる前記姿勢情報を記憶し、記憶した前記姿勢情報から前記作業機械の移動範囲を算出する位置履歴管理部と、前記位置履歴管理部で算出した前記移動範囲を含むように前記報知領域を設定する報知領域設定部と、前記物体検知装置で検知した前記物体が前記報知領域設定部で設定した前記報知領域の内側にあるかどうかを判定する報知判定部と、前記報知判定部で前記物体が前記報知領域の内側にあると判定されたことを報知装置を介してオペレータに報知する報知制御部とを備えたものとする。

本発明によれば、オペレータが作業機械の動作に応じた任意の報知領域を直感的かつ容易に設定することができる。

本発明の一実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの構成を概略的に示す図である。 制御装置の処理機能のうち、周囲監視装置としての機能部を関連構成とともに示す機能ブロック図である。 モード切換部の処理の流れを示す図である。 姿勢情報を説明する図であり、油圧ショベルの側面図である。 姿勢情報を説明する図であり、油圧ショベルの上面図である。 位置履歴管理部の処理の流れを示す図である。 報知領域外作業判定部の処理の流れを示す図である。 走行判定部の処理の流れを示す図である。 報知領域設定部の処理の流れを示す図である。 最大旋回半径及び旋回角の範囲（最小旋回角、最大旋回角）の一例を示す図である。 図１０に示す移動範囲に基づいて設定した報知領域の一例を示す図である。 走行動作における報知領域の一例を示す図である。 報知判定部の処理の流れを示す図である。 車体座標系を示す図である。 旋回体座標系を示す図である。 報知領域の設定における油圧ショベルの動作の一例を示す図である。 作業開始前におけるタッチパネルモニタの表示例を示す図である。 報知領域設定モード（新規）を選択した場合のタッチパネルモニタの表示例を示す図であり、報知領域設定モード（新規）を選択した直後の表示内容を示す図である。 報知領域設定モード（新規）を選択した場合のタッチパネルモニタの表示例を示す図であり、設定動作を行った後の表示内容を示す図である。 報知領域設定モード（新規）の終了後の通常モードのタッチパネルモニタの表示例を示す図であり、報知領域に物体（障害物）が侵入していない場合の表示内容を示す図である。 報知領域設定モード（新規）の終了後の通常モードのタッチパネルモニタの表示例を示す図であり、報知領域に物体（障害物）が侵入した場合の表示内容を示す図である。 通常モードでの作業において、報知領域外作業が行われた場合の表示内容を示す図である。 報知領域設定モード（追加）を選択した場合のタッチパネルモニタの表示例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの構成を概略的に示す図である。また、図２は、制御装置の処理機能のうち、周囲監視装置としての機能部を関連構成とともに示す機能ブロック図である。

図１において、作業機械である油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体１ｅと、下部走行体１ｅの上部に旋回可能に取り付けられ、下部走行体１ｅとともに作業機械の車両本体１Ｂを構成する上部旋回体１ｄとを備えている。下部走行体１ｅは、左右の走行油圧モータ３ｅ，３ｆ（図１では一方のみを図示し、他方については符号のみを括弧書きで示す）によって駆動される。上部旋回体１ｄは、旋回油圧モータ３ｄの発生するトルクによって駆動され、下部走行体１ｅに対して左右方向に旋回動作する。

上部旋回体１ｄ上には運転室１ｆが設置され、上部旋回体１ｄの前方の運転室１ｆの脇には目標地形等の形成作業を行う多関節型の作業装置１Ａが取り付けられている。

作業装置１Ａは、垂直方向にそれぞれ回動するブーム１ａ、アーム１ｂ、及び、バケット１ｃを連結して構成されており、それぞれ、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、及び、バケットシリンダ３ｃによって駆動される。ブーム１ａの基端は、上部旋回体１ｄに対して上下方向に回動可能に支持されており、ブーム１ａ、アーム１ｂ、及び、バケット１ｃには、上部旋回体１ｄに対するブーム１ａの相対角度、ブーム１ａに対するアーム１ｂの相対角度、及び、アーム１ｂに対するバケット１ｃの相対角度をそれぞれ姿勢情報として検出する姿勢情報取得装置としての角度センサ８ａ，８ｂ，８ｃが設けられている。また、上部旋回体１ｄには、下部走行体１ｅに対する上部旋回体１ｄの旋回角度（相対角度）を姿勢情報として検出する姿勢情報取得装置としての角度センサ８ｄが設けられている。なお、角度センサ８ａ〜８ｄとしては、角速度及び加速度を計測するＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）を用いることができ、その計測値から相対角度を求めるように構成してもよい。

上部旋回体１ｄの後方、右側方、左側方、及び、前方には、各方向の画像を撮影するためのカメラ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄがそれぞれ設置されている。なお、上部旋回体１ｄについては、下部走行体１ｅに対する上部旋回体１ｄの旋回中心から見て作業装置１Ａが設置された方向を前方とする。

運転室１ｆには、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回油圧モータ３ｄ、及び走行油圧モータ３ｅ，３ｆを駆動するための操作信号（油圧駆動方式の場合にはパイロット圧）を操作方向及び操作量に応じて発生し、その操作信号によってブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅを動作させるための操作レバー（図示せず）と、オペレータに対して油圧ショベルの周囲で物体（障害物）が検出されたことを報知するためのブザー１５ｂ（報知装置）と、オペレータへの各種情報の表示機能（障害物の検出を報知する報知装置としての機能を含む）やオペレータによる各種設定などの入力機能とを有するタッチパネルモニタ１５ａと、カメラ１３ａ〜１３ｄで撮影された画像を処理する画像処理装置１４ａと、油圧ショベル１の全体の動作を制御する制御装置２０とが配置されている。

操作レバーには、オペレータによる操作レバーから出力される操作信号（ここでは、パイロット圧）を検出するための圧力センサ９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ（操作信号検出装置）が設けられている。圧力センサ９ａは、走行油圧モータ３ｅ，３ｆの駆動を動作させるための操作信号（パイロット圧）を検出し、圧力センサ９ｂ〜９ｄは、それぞれ、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、及びバケットシリンダ３ｃを動作させるための操作信号（パイロット圧）を検出する。

なお、本実施形態では、オペレータへ各種情報を表示する出力装置としての機能とオペレータによる各種入力を行う入力装置としての機能とを有する装置としてタッチパネルモニタ１５ａを用いる構成としたが、タッチパネルモニタ１５ａに代えて、入力装置の機能を有する装置（例えば、スイッチなど）と出力装置の機能を有する装置（例えば、モニタなど）とをそれぞれ有する構成としても良い。

制御装置２０は、カメラ１３ａ〜１３ｄ及び画像処理装置１４ａで構成される物体検知装置１０とともに周囲監視装置としての機能を構成している。本実施の形態における周囲監視装置とは、油圧ショベル１の作業装置１Ａや車両本体１Ｂなどの動作範囲を考慮して油圧ショベル１の周囲に報知領域を設定し、物体検知装置１０で検知した物体（障害物）が報知領域に存在する場合に、そのことをオペレータに報知する周囲監視を行うものである。

物体検知装置１０は、油圧ショベル１の周囲に存在する物体（障害物）の存在を検知し、その位置を算出するものであり、油圧ショベル１の周囲の画像を撮影するカメラ１３ａ〜１３ｄと、カメラ１３ａ〜１３ｄで撮影された画像に基づいて物体（障害物）の検知、及び、検知した障害物の位置を算出する画像処理装置１４ａとから構成されている。画像処理装置１４ａでは、カメラ１３ａ〜１３ｄの設置位置及び設置方向を基準とした座標系（カメラ座標系）における物体（障害物）の座標を検知位置として出力する。画像処理装置１４ａにおける物体（障害物）の検知方法としては、例えば、カメラ１３ａ〜１３ｄで撮影された画像と教師データとのマッチングを行う方法や、複数の異なる視点から撮影された複数の画像に基づいて視差を求めることで撮影領域の深度情報を取得し、その深度上方から画像中の物体を検知する方法などが考えられる。また、その他には、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）や超音波センサなどの物体の位置を検出することができる検出装置を用いても良い。

図２において、制御装置２０は、モード切換部２１、位置履歴管理部２２、報知領域設定部２３、報知判定部２４、報知領域外作業判定部２５、走行判定部２６、報知制御部２７、車体データ記憶部２８、設置パラメータ記憶部２９、及び、表示パターン記憶部３０を備えている。

モード切換部２１は、油圧ショベル１の監視モードを、物体（障害物）の報知の対象範囲である報知領域を設定する報知領域設定モードと、報知領域設定モード以外の監視モードであって、設定された報知領域に基づいて周囲監視を行いつつオペレータが作業装置１Ａ等による作業を行う通常モードの何れかに選択的に切り換えて設定するものである。

モード切換部２１で選択する報知領域設定モードとしては、新規設定モード（以降、報知領域設定モード（新規）と称する）と追加設定モード（以降、報知領域設定モード（追加）と称する）の二つのモードがある。報知領域設定モード（新規）とは、それまでに設定された報知領域をリセットし（取り消し）て新たに報知領域を設定するモードであり、報知領域設定モード（追加）とは、現在の報知領域を含む報知領域を設定するモードである。報知領域設定モード（新規）と報知領域設定モード（追加）とを併せて報知領域設定モードと称し、オペレータが報知領域設定モードを選択する場合には、報知領域設定モード（新規）と報知領域設定モード（追加）との何れか一方を選択して設定する。

図３は、モード切換部の処理の流れを示す図である。

図３において、モード切換部２１は、タッチパネルモニタ１５ａを介したオペレータからの入力（タッチイベント）を取得し（ステップ２１ａ）、オペレータによって報知領域設定モードが選択されたかどうかを判定する（ステップ２１ｂ）。

ステップ２１ｂにおいて、報知領域設定モードが選択されていない場合（判定結果がＮＯの場合）には、監視モードを通常モードに設定し、その監視モードの設定内容を示すモード情報を位置履歴管理部２２と報知領域設定部２３とに出力する（ステップ２１ｃ）。

また、ステップ２１ｂにおいて、報知領域設定モードが設定されている場合（判定結果がＹＥＳの場合）には、監視モードを報知領域設定モード（報知領域設定モード（新規）／（追加）の何れか）に設定し（ステップ２１ｄ）、その監視モードの設定内容を示すモード情報を位置履歴管理部２２、報知領域設定部２３、及び、報知制御部２７に出力するとともに、タッチイベントを取得して（ステップ２１ｅ）、オペレータによって報知領域設定モードの終了が選択されたかどうかを判定する（ステップ２１ｆ）。

ステップ２１ｆにおいて、報知領域設定モードの終了が選択されていない場合（判定結果がＮＯの場合）には、判定結果がＮＯになるまでタッチイベントの取得を繰り返し（ステップ２１ｅ）、報知領域設定モードの終了が選択された場合（判定結果がＹＥＳの場合）には、報知領域設定モードの終了トリガを位置履歴管理部２２、報知領域設定部２３、及び、報知制御部２７に出力する（ステップ２１ｇ）。

なお、本実施の形態では、ステップ２１ｆにおいて、タッチイベントのようなオペレータによる何らかの操作を通じての明示的な選択に基づいて報知領域設定モードの終了を判定するように構成したが、例えば、予め定めた一定時間に機械動作がないことや、作業装置１Ａ等による作業を一定の範囲内で続けていることを検出して報知領域設定モードの終了を選択したとみなし、報知領域設定モードの終了を示す終了トリガを自動的に出力する構成としてもよい。

位置履歴管理部２２は、モード切換部２１が報知領域設定モードに切り換えられている間に得られる姿勢情報を記憶し、記憶した姿勢情報から算出される油圧ショベル１（作業装置１Ａ及び上部旋回体１ｄ）の移動範囲（位置履歴）を算出するものである。すなわち、位置履歴管理部２２は、モード切換部２１で報知領域設定モードが選択されるごとに、報知領域設定モードが終了されるまでの間（すなわち、報知領域設定モード中）の油圧ショベル１の姿勢情報を記憶し、記憶した姿勢上方から報知領域設定モード中における最大の旋回半径（最大旋回半径）、最大の旋回角（最大旋回角）、及び、最小の旋回角（最小旋回角）を算出し、油圧ショベル１（作業装置１Ａ及び上部旋回体１ｄ）の移動範囲を示すものとしてそれぞれ報知領域設定部２３へ出力する。

図４及び図５は、姿勢情報を説明する図であり、図４は油圧ショベルの側面図を、図５は上面図をそれぞれ示している。

図４及び図５に示すように、姿勢情報とは、作業装置１Ａを構成するブーム１ａ、アーム１ｂ、及び、バケット１ｃの回動中心を結ぶ直線を基準とした相対的な回転角度、及び、下部走行体１ｅに対する上部旋回体１ｄの相対的な旋回角度である。例えば、ブーム１ａの基端側の回動中心と先端側の回動中心とを結ぶ線（ブーム基準線）と上部旋回体１ｄに設けられた基準面（例えば、油圧ショベル１が水平面に配置された場合に、上部旋回体１ｄにおけるブーム１ａの基端側の回動中心に水平面と並行に設定された面）との相対角度をブーム角、アーム１ｂの両端の回動中心を結ぶ線（アーム基準線）とブーム基準線との相対角度をアーム角、バケット１ｃの回動中心と爪先とを結ぶ線（バケット基準線）とアーム基準線との相対角度をバケット角とする。また、油圧ショベル１を旋回軸上の上方から見た場合に、走行レバーを前方に倒したときの下部走行体１ｅの進行方向と、それに直行する方向とに旋回中心を通る座標軸を設定する座標系を車体座標系とし、車体座標系の進行方向の座標軸と作業装置１Ａの向く方向との相対角度を旋回角とする。このとき、旋回中心から下部走行体１ｅの進行方向に向かって右側への旋回角を正、左側への旋回角を負とする。

図６は、位置履歴管理部の処理の流れを示す図である。

図６において、位置履歴管理部２２では、まず、モード切換部２１から現在選択されている監視モードを取得し（ステップ２１ａ）、報知領域設定モードが選択されているか否か、すなわち、報知領域設定モードがＯＮであるか否かを判定する（ステップ２１ｂ）。ステップ２１ｂにおいて、報知領域設定モードが選択されていないと判定された場合（すなわち、判定結果がＮＯの場合）には、ステップ２２ａの処理を繰り返す。また、ステップ２１ｂにおいて、報知領域設定モードが選択されていると判定された場合（すなわち、判定結果がＹＥＳの場合）には、報知領域設定モードの今回の選択以前に記憶された姿勢情報をリセットし（ステップ２２ｃ）、角度センサ８ａ〜８ｄの検出結果である姿勢情報を位置履歴管理部２２用の記憶領域（図示せず）に記憶する（ステップ２２ｄ）。続いて、記憶している姿勢情報と車体データ記憶部２８から得られる車体データ（油圧ショベル１の車体の大きさ等に関するデータ）とに基づいて、報知領域設定モード中の油圧ショベル１の動作における最大旋回半径、最小旋回角、及び、最大旋回角を算出し、報知領域設定部２３へ出力する（ステップ２２ｅ）。続いて、モード切換部２１から報知領域設定モードの終了を示すトリガが出力されたかどうか、すなわち、報知領域設定モードがＯＦＦであるかどうかを判定し（ステップ２２ｆ）、報知領域設定モードがＯＮである場合（すなわち、判定結果がＮＯである場合）には、判定結果がＹＥＳになるまでステップ２２ｄ，２２ｅの処理を繰り返し、報知領域設定モードがＯＦＦである場合（すなわち、判定結果がＹＥＳである場合）には、ステップ２２ａの処理に戻る。

報知領域外作業判定部２５は、作業装置１Ａが報知領域設定部２３で設定される報知領域の外側で動作している報知領域外作業であるか否かを判定するものである。

図７は、報知領域外作業判定部の処理の流れを示す図である。

図７において、報知領域外作業判定部２５は、まず、オペレータが現在設定している報知領域の範囲を表す旋回半径及び旋回角を報知領域設定部２３から取得するとともに（ステップ２５ａ）、角度センサ８ａ〜８ｄの検出結果出力と車体データ記憶部２８からの車体データ（油圧ショベル１の車体の大きさ等に関するデータ）とに基づいて、現在の作業装置１Ａの姿勢における旋回半径及び旋回角を演算し（ステップ２５ｂ）、ステップ２５ａで取得した報知領域とステップ２５ｂで取得した旋回半径及び旋回角とに基づいて、現在の旋回半径及び旋回角が報知領域の内側（以降、報知領域内外の境界を含む）であるか否かを判定する（ステップ２５ｃ）。ステップ２５ｃでの判定結果がＮＯの場合、すなわち、報知領域の内側で作業が行われていないと判定した場合には、報知領域外作業フラグに「１」を設定して報知領域設定部２３及び報知制御部２７に出力する（ステップ２５ｄ）。また、ステップ２５ｃでの判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、報知領域の内側で作業が行われていると判定した場合には、報知領域外作業フラグに「０（ゼロ）」を設定して報知領域設定部２３及び報知制御部２７に出力する（ステップ２５ｅ）。

走行判定部２６は、油圧ショベル１が走行動作をしているか否かを判定するものである。

図８は、走行判定部の処理の流れを示す図である。

図８において、走行判定部２６は、まず、走行油圧モータ３ｅ，３ｆの駆動を動作させるための操作信号（パイロット圧）を検出する圧力センサ９ａからの検出結果を取得し（ステップ２６ａ）、検出結果に基づいて、走行動作を行っているか否かの判定を行う（ステップ２６ｂ）。ステップ２６ｂでの判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、走行動作が行われていると判定した場合には、走行フラグに「１」を設定して報知領域設定部２３及び報知制御部２７に出力する（ステップ２６ｃ）。また、ステップ２６ｂでの判定結果がＮＯの場合、すなわち、走行動作が行われていないと判定した場合には、走行フラグに「０（ゼロ）」を設定して報知領域設定部２３及び報知制御部２７に出力する（ステップ２６ｄ）。ステップ２６ｂにおいて走行動作を行っているか否かを判定する方法としては、車体特性や動作環境等を踏まえて車体が走行動作を始めるときの操作信号を実験的に求めておき、その値に基づいて設定した閾値と操作信号との大小比較を行うことによって、車体が走行動作を行っているか否かを判定することが考えられる。なお、本実施形態においては、操作信号に基づいて走行動作を行っているか否かの判定を行っているが、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System）や慣性センサを搭載し、油圧ショベル１の動きから走行動作を行っているか否かを判定しても良い。

報知領域設定部２３は、位置履歴管理部２２で算出した最大旋回半径、最小旋回角度、及び、最大旋回角度が示す油圧ショベル１（作業装置１Ａ及び上部旋回体１ｄ）の移動範囲を含むように報知領域を設定するものである。

図９は、報知領域設定部の処理の流れを示す図である。

図９において、報知領域設定部２３は、まず、モード切換部２１から現在選択されている監視モードを取得し（ステップ２３ａ）、現在の監視モードが通常モード、報知領域設定モード（新規）、及び、報知領域設定モード（追加）の何れに設定されているかを判定する（ステップ２３ｂ）。

ステップ２３ｂにおいて、監視モードが報知領域設定モード（新規）に設定されていると判定した場合には、報知領域の前回の設定値をリセットし（ステップ２３ｃ）、報知領域を一時的に最大（最大報知領域）に設定し、報知判定部２４及び報知領域外作業判定部２５に出力する（ステップ２３ｄ）。また、ステップ２３ｂにおいて、監視モードが報知領域設定モード（追加）に設定されていると判定した場合には、報知領域の前回の設定値を維持したまま、ステップ２３ｄに進む。ステップ２３ｄにおける最大報知領域は、物体検知装置１０が物体（障害物）を検出可能な最大の範囲（最大検知範囲）に設定する報知領域のことである。

ステップ２３ｄの処理が終了すると、続いて、位置履歴管理部２２から取得した最大旋回半径、最小旋回角、及び、最大旋回角からで示される油圧ショベル１（作業装置１Ａ及び上部旋回体１ｄ）の移動範囲を含むように報知領域を演算し（ステップ２３ｅ）、報知領域設定モードが終了したかどうかを判定する（ステップ２３ｆ）。ステップ２３ｆでの判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳになるまでステップ２３ｅの処理を繰り返す。また、ステップ２３ｆでの判定結果がＹＥＳの場合には、ステップ２３ｅで演算した報知領域を確定し、ステップ２３ｄで一時的に設定した報知領域に代えて、報知判定部２４及び報知領域外作業判定部２５に出力する（ステップ２３ｇ）。なお、ステップ２３ｇでは、ステップ２３ｂで報知領域設定モード（上書き）が設定されていると判定された場合には、報知領域の前回の設定値に今回の設定値を重畳して新たな報知領域とする。

図１０は、最大旋回半径及び旋回角の範囲（最小旋回角、最大旋回角）の一例を示す図である。また、図１１は、図１０に示す移動範囲に基づいて設定した報知領域の一例を示す図である。

図１０及び図１１では、作業装置１Ａ及び上部旋回体１ｄの移動範囲９０２を含むように、移動範囲９０２に余剰範囲９０３を加えた報知領域９０４を設定している。余剰範囲は、報知領域設定モード中にオペレータが行った操作に対して実際に作業を行っているときの動作のバラつきや作業中の誤操作、動作範囲内へ作業員が侵入しようしたときの移動量分、作業機械の動特性や視認性、動作範囲内に侵入する可能性のある移動体の速度等を踏まえて設定することが望ましい。

また、報知領域設定部２３は、ステップ２３ｂにおいて、監視モードが通常モードに設定されていると判定した場合には、走行判定部２６から取得した走行フラグが「１」であるかどうかを判定し（ステップ２３ｈ）、判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、走行動作が行われていると判定された場合には、報知領域を一時的に最大報知領域に設定し、報知判定部２４及び報知領域外作業判定部２５に出力する（ステップ２３ｊ）。また、ステップ２３ｈでの判定結果がＮＯの場合、すなわち、走行フラグが「０（ゼロ）」であって走行動作が行われていないと判定された場合には、報知領域外作業判定部２５から取得した報知領域外作業フラグが「１」であるかどうかを判定し（ステップ２３ｉ）、判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、報知領域外作業が行われていると判定された場合には、報知領域を一時的に最大報知領域に設定し、報知判定部２４及び報知領域外作業判定部２５に出力する（ステップ２３ｊ）。また、ステップ２３ｉでの判定結果がＮＯの場合、すなわち、報知領域外作業フラグが「０（ゼロ）」であって報知領域の内側で作業が行われていると判定された場合には、現在設定されている報知領域を維持し、報知判定部２４及び報知領域外作業判定部２５に出力する（ステップ２３ｋ）。

なお、本実施の形態においては、走行動作時や報知領域外作業時に行うステップ２３ｉの処理において、報知領域を最大報知領域に設定するように構成したが、これに限られず、車体動特性や視認性、動作環境を考慮して予め用意した報知領域を設定するような構成としてもよい。例えば、走行動作時には報知領域を最大報知領域とせず、図１２に示すように、走行動作において物体（障害物）の検知が特に必要となり得る領域を推定して報知領域１００１として設定することにより、走行動作中における物体（障害物）の検知を十分に行いつつ、過剰な報知を低減することが可能である。

報知判定部２４は、物体検知装置１０で検知した物体（障害物）が報知領域設定部２３で設定した報知領域の内側にあるかどうかを判定するものである。

図１３は、報知判定部の処理の流れを示す図である。

図１３において、報知判定部２４は、まず、カメラ１３ａ〜１３ｄの油圧ショベル１に対する設置位置及び設置方向などの情報からなる設置パラメータを設置パラメータ記憶部２９から取得し、設置パラメータを用いて、物体検知装置１０の画像処理装置１４ａから出力された、検知された物体（障害物）の検知位置（位置座標）をカメラ座標系から旋回体座標系に変換し、報知制御部２７に出力する（ステップ２４ａ）。また、報知判定部２４は、報知領域設定部２３から得られた報知領域を、角度センサ８ａ〜８ｄの検出結果である姿勢上方を用いて、車体座標系から旋回体座標系に変換する（ステップ２４ｂ）。

図１４は、車体座標系を示す図である。また、図１５は、旋回体座標系を示す図である。

図１４に示すように、車体座標系は、油圧ショベル１を旋回軸上の上方から見た場合に、走行レバーを前方に倒したときの下部走行体１ｅの進行方向と、それに直行する方向とに旋回中心を通る座標軸を設定する座標系である。また、図１５に示すように、旋回体座標系は、上部旋回体１ｄに対して、ブーム１ａ、アーム１ｂ、及び、バケット１ｃからなる作業装置１Ａが向いている方向と、それに直行する方向とに旋回中心を通る座標軸を設定する座標系である。カメラ１３ａ〜１３ｄは、上部旋回体１ｄに取り付けられていることから、ステップ２４ｂに示したように、上部旋回体１ｄに対するカメラ１３ａ〜１３ｄの設置位置及び設置方向（設置パラメータ）に基づいて、旋回角に依らず、カメラ座標系から旋回体座標系への変換を行うことが可能である。

次に、ステップ２４ａ，２４ｂにおいて座標系が変換されると、続いて、報知領域（旋回体座標系）の内側に物体検知装置１０で検知された物体（障害物）が存在するかどうか、すなわち、物体（障害物）の位置座標（旋回体座標系）が報知領域（旋回体座標系）の内側にあるかどうかを判定し（ステップ２４ｃ）、判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、報知領域の内側に物体（障害物）が存在すると判定された場合には、報知フラグに「１」を設定して報知制御部２７に出力する（ステップ２４ｄ）。また、ステップ２４ｃでの判定結果がＮＯの場合、すなわち、報知領域の内側に物体（障害物）が存在しないと判定された場合には、報知フラグに「０（ゼロ）」を設定して報知制御部２７に出力する（ステップ２４ｅ）。

報知制御部２７は、報知判定部２４で物体（障害物）が報知領域内にあると判定された場合に、そのことを報知装置（タッチパネルモニタ１５ａ、ブザー１５ｂ）を介してオペレータに報知するものである。報知制御部２７は、表示パターン記憶部３０に記憶されている表示パターンを用い、角度センサ８ａ〜８ｄから得られる姿勢情報、モード切換部２１から出力されるモード情報、報知判定部２４から出力される報知フラグ、報知領域外作業判定部２５から出力される報知領域外作業フラグ、及び、走行判定部２６から出力される走行フラグに基づいた内容をタッチパネルモニタ１５ａに表示する。例えば、報知制御部２７は、報知判定部２４から出力された報知フラグが「１」の場合には、タッチパネルモニタ１５ａに危険を知らせる警告メッセージなどを表示させるとともに、ブザー１５ｂを介して報知音を出力する。また、報知フラグが「０」の場合には、タッチパネルモニタ１５ａへの警告メッセージの表示やブザー１５ｂからの報知音の出力を行わず、検知した物体（障害物）の油圧ショベル１に対する相対位置のみをタッチパネルモニタ１５ａ上に表示する。これにより、過剰な表示や報知音を低減し、わずらわしさを低減することが可能である。

ここで、本実施の形態における動作の詳細をタッチパネルモニタ１５ａの表示例等を示す図面を参照しつつ説明する。

図１６は、報知領域の設定における油圧ショベルの動作の一例を示す図である。

報知領域の設定では、オペレータは、監視モードを報知領域設定モード（新規）、又は、報知領域設定モード（追加）に切り換えた状態で、作業装置１Ａによる掘削位置と放土位置の間での作業動作を行うことにより報知領域の設定を行う。図１６に示す一例では、掘削位置において報知領域設定モードを「ＯＮ」にし、作業装置１Ａについて掘削位置から放土位置まで旋回動作を行った後、放土位置において報知領域設定モードを「ＯＦＦ」にすることで報知領域を設定している。なお、報知領域の設定において行う油圧ショベル１の動作は、設定のために擬似的に作業動作と同様の動作を行っても良いし、実際に作業の一部を行うことで報知領域の設定のための動作に代えても良い、何れの場合であっても報知領域として最大報知領域が一時的に設定されるため、物体（障害物）の検知及びオペレータへの報知が適宜行われる。

図１７は、作業開始前におけるタッチパネルモニタの表示例を示す図である。

図１７では、タッチパネルモニタ１５ａの表示部１００に、油圧ショベル１を上方から見た状態を模式的に示すアイコン１０１と、油圧ショベル１に対する物体検知装置１０の最大検知範囲１０２と、現在の監視モード（通常モード）を表示するモード表示部１０３と、報知領域設定モード（新規）を選択するための選択ボタン（Ｎｅｗボタン）１０４と、報知領域設定モード（追加）を選択するための選択ボタン（Ａｄｄボタン）１０５とが表示されている場合を示している。

オペレータは、作業開始前に、報知領域の設定を行うため、タッチパネルモニタ１５ａで選択ボタン１０４，１０５により、報知領域設定モード（新規）、又は、報知領域設定モード（追加）の何れかを選択する（図３のステップ２１ａ）。図１７においては、報知領域が未設定であり、報知領域の初期設定として最大報知領域（すなわち、最大検知範囲１０２）が設定されている場合を例示しており、報知領域として設定されている範囲（ここでは、最大検知範囲１０２）を他の領域と異なる色で示す場合を示している。なお、図１７を含む以降の説明においては、範囲ごとに異なる色で示す場合について、図示の都合により色の違いをハッチングの違い（有無）で示す。

図１８及び図１９は、報知領域設定モード（新規）を選択した場合のタッチパネルモニタの表示例を示す図であり、図１８は報知領域設定モード（新規）を選択した直後の表示内容を、図１９は設定動作を行った後の表示内容をそれぞれ示している。

図１８に示すように、報知領域設定モード（新規）が選択されると、タッチパネルモニタ１５ａの表示部１００のモード表示部１０３に報知領域設定モード（新規）が選択されたことを示す内容（例えば、「設定モード［Ｎｅｗ］」）が表示され、報知領域設定モード（新規）の終了を選択する選択ボタン１０６と、報知領域設定モード（新規）において必要な操作、すなわち、図１６で例示した動作をオペレータに促すメッセージ１０７とが表示される。このとき、報知領域として一時的に最大報知領域（すなわち、最大検知範囲１０２）が設定される（図９のステップ２３ｄ）。報知領域設定モード（新規）の選択後、メッセージ１０７に従って、オペレータは作業で予定されている操作を行い、車体を動作させる。

図１９に示すように、報知領域設定モード（新規）が設定された状態で動作を行うと、報知領域設定モード（新規）が選択されてからその時点までの油圧ショベル１（作業装置１Ａ及び上部旋回体１ｄ）の移動範囲に余剰範囲を含めた領域１０８が他の領域とは異なる色で表示される。すなわち、領域１０８は、オペレータが行った操作によって設定される報知領域の範囲を表しており、オペレータが意図する領域が満たされていれば、選択ボタン１０６を選択して領域１０８を報知領域として確定し（図９のステップ２３ｆ，２３ｇ）、報知領域設定モード（新規）を終了する。

図２０及び図２１は、報知領域設定モード（新規）の終了後の通常モードのタッチパネルモニタの表示例を示す図であり、図２０は報知領域に物体（障害物）が侵入していない場合の表示内容を、図２１は報知領域に物体（障害物）が侵入した場合の表示内容をそれぞれ示している。また、図２２は、通常モードでの作業において、報知領域外作業が行われた場合の表示内容を示す図である。

図２０〜図２２においては、図１９で示した報知領域設定モード（新規）で報知領域として設定された領域１０８が他の領域とは異なる色で表示されており、最大検知範囲１０２の範囲で検知された作業員等の物体（障害物）の位置がアイコン１０９，１１０などにより表示されている。

図２０に示すように、報知領域（領域１０８）の内側（報知領域の境界を含む）に物体（障害物）が侵入していない状態では、物体（障害物）の位置をアイコン１０９，１１０で表示するが、オペレータへの報知は行わない。

一方、図２１に示すように、作業員などの物体（障害物）が報知領域の内側に侵入した状態では、注意喚起を促すメッセージ１１１が表示され、また、ブザー１５ｂからは報知音が出力される。

また、図２２に示すように、現在設定されている報知領域の外側での作業装置１Ａによる作業、すなわち、報知領域外作業が行われていると判定された場合には、報知領域として一時的に最大報知領域（すなわち、最大検知範囲１０２）が設定される（図９のステップ２３ｊ）。すなわち、最大検知範囲１０２が一時的に報知範囲に設定されるので、作業員などの物体（障害物）が最大検知範囲１０２の内側に居れば報知領域の内側に侵入した状態となり、モード表示部１０３に報知領域外作業中であることを示す内容が表示されるとともに、表示部１００には注意喚起を促すメッセージ１１１が表示され、ブザー１５ｂからは報知音が出力される。このように、報知領域の設定時に想定した範囲を超えた作業を行っている場合には一時的に報知領域を拡大することにより、オペレータに注意を促すことができ、異なる動作を行う作業へと移行する際に報知領域の再設定のし忘れを防止することできる。

図２３は、図１７に示した状態において報知領域設定モード（追加）を選択した場合のタッチパネルモニタの表示例を示す図である。

図２３に示すように、報知領域設定モード（追加）が選択されると、タッチパネルモニタ１５ａの表示部１００のモード表示部１０３に報知領域設定モード（追加）が選択されたことを示す内容（例えば、「設定モード［Ａｄｄ］」）が表示され、報知領域設定モード（追加）の終了を選択する選択ボタン１０６と、報知領域設定モード（追加）において必要な操作、すなわち、図１６で例示した動作をオペレータに促すメッセージ１０７とが表示される。また、表示部１００には、現在設定されている報知領域を示す現報知領域表示部１１２と、追加後の報知領域を示す追加後報知領域表示部１１３とが表示されている。このとき、報知領域として一時的に最大報知領域（すなわち、最大検知範囲１０２）が設定される（図９のステップ２３ｄ）。報知領域設定モード（追加）の選択後、メッセージ１０７に従って、オペレータは作業で予定されている操作を行い、車体を動作させる。

報知領域設定モード（追加）が設定された状態で動作を行うと、追加後報知領域表示部１１３において、報知領域設定モード（追加）が選択されてからその時点までの油圧ショベル１（作業装置１Ａ及び上部旋回体１ｄ）の移動範囲に余剰範囲を含めた領域１０８Ａが他の領域とは異なる色で表示される。ただし、この領域１０８Ａは、現報知領域表示部１１２に表示される現在の報知領域を示す領域１０８を含んでいる。すなわち、領域１０８Ａは、オペレータが行った操作によって設定される報知領域の範囲を表しており、オペレータが意図する領域が満たされていれば、選択ボタン１０６を選択して領域１０８Ａを報知領域として確定し（図９のステップ２３ｆ，２３ｇ）、報知領域設定モード（追加）を終了する。報知領域設定モード（追加）の終了後は通常モードとなり、図２０〜図２２で説明した動作と同様の動作を行う。

以上のように構成した本実施の形態においては、オペレータが作業機械の動作に応じた任意の報知領域を直感的かつ容易に設定することができるので、より効率的な作業を行うことができる。

以上のように構成した本実施の形態の特徴についてまとめる。

（１）上記においては、車両本体１Ｂと、前記車両本体に取り付けられた作業装置１Ａと、前記作業装置の姿勢情報を検出する姿勢情報取得装置（例えば、角度センサ８ａ〜８ｄ）と、前記車両本体と前記作業装置とを有する作業機械（例えば、油圧ショベル１）の周囲に存在する物体を検知し、検知された前記物体の前記作業機械に対する相対位置を算出する物体検知装置１０と、前記物体に関する情報をオペレータに報知する報知装置（例えば、タッチパネルモニタ１５ａ、ブザー１５ｂ）と、前記作業機械の動作を制御する制御装置２０とを備えた作業機械において、前記制御装置は、前記作業装置により作業を行う通常モードと前記物体の報知対象となる報知領域を設定する報知領域設定モードとの何れかに選択的に切り換えるモード切換部２１と、前記モード切換部が前記報知領域設定モードに切り換えられている間に得られる前記姿勢情報を記憶し、記憶した前記姿勢情報から前記作業機械の移動範囲を算出する位置履歴管理部２２と、前記位置履歴管理部で算出した前記移動範囲を含むように前記報知領域を設定する報知領域設定部２３と、前記物体検知装置で検知した物体が前記報知領域設定部で設定した報知領域内にあるかどうかを判定する報知判定部２４と、前記報知判定部で前記物体が前記報知領域内にあると判定されたことを報知装置を介してオペレータに報知する報知制御部２７とを備えたものとした。

このような構成により、オペレータが作業機械の動作に応じた任意の報知領域を直感的かつ容易に設定することができるので、より効率的な作業を行うことができる。

（２）上記（１）の作業機械（例えば、油圧ショベル１）において、前記制御装置２０は、前記作業機械が走行動作をしているか否かを判定する走行判定部２６を備え、前記報知領域設定部２３は、前記走行判定部の判定結果に応じて前記報知領域を設定するものとした。

（３）上記（２）の作業機械（例えば、油圧ショベル１）において、前記制御装置２０は、前記作業装置１Ａが前記報知領域設定部２３で設定された前記報知領域の外側で動作している報知領域外作業であるか否かを判定する報知領域外作業判定部２５を備え、前記報知領域設定部は、前記報知領域外作業判定部で前記報知領域外作業であると判定された場合には、前記報知領域を拡張するものとした。

（４）上記（１）の作業機械（例えば、油圧ショベル１）において、前記モード切換部２１は、前記報知領域設定モードとして、新規設定モードと追加設定モードの二つの設定モードの何れかに選択可能であり、前記報知領域設定部２３は、前記モード切換部によって前記新規設定モードに切り換えられた場合は、前記新規設定モードに切り換えられる前の前記報知領域を取り消して新たに報知領域を設定し、前記追加設定モードに切り換えられた場合は、前記報知領域に切り換えられる前の前記報知領域を含む新たな報知領域を設定するものとした。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

また、上記では油圧ショベルを例に挙げて説明したが、運転室からのオペレータの視界を遮る可能性のある作業装置を備える作業機械（例えば、ホイールローダ、クレーン）であれば本発明は適用可能である。

また、上記の制御装置２０に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、上記の制御装置２０に係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該制御装置２０の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。

１…油圧ショベル、１Ａ…作業装置、１Ｂ…車両本体、１ａ…ブーム、１ｂ…アーム、１ｃ…バケット、１ｄ…上部旋回体、１ｅ…下部走行体、１ｆ…運転室、３ａ…ブームシリンダ、３ｂ…アームシリンダ、３ｃ…バケットシリンダ、３ｄ…旋回油圧モータ、３ｅ，３ｆ…走行油圧モータ、８ａ〜８ｄ…角度センサ、９ａ〜９ｄ…圧力センサ、１０…物体検知装置、１３ａ〜１３ｄ…カメラ、１４ａ…画像処理装置、１５ａ…タッチパネルモニタ、１５ｂ…ブザー、２０…制御装置、２１…モード切換部、２２…位置履歴管理部、２３…報知領域設定部、２４…報知判定部、２５…報知領域外作業判定部、２６…走行判定部、２７…報知制御部、２８…車体データ記憶部、２９…設置パラメータ記憶部、３０…表示パターン記憶部、１００…表示部、１０１…アイコン、１０２…最大検知範囲、１０３…モード表示部、１０４〜１０６…選択ボタン、１０７，１１１…メッセージ、１０８，１０８Ａ…領域、１０９，１１０…アイコン、１１２…現報知領域表示部、１１３…追加後報知領域表示部、９０２…移動範囲、９０３…余剰範囲、９０４，１００１…報知領域

Claims (4)

1. 車両本体と、
   前記車両本体に取り付けられた作業装置と、
   前記作業装置の姿勢情報を検出する姿勢情報取得装置と、
   前記車両本体と前記作業装置とを有する作業機械の周囲に存在する物体を検知し、検知された前記物体の前記作業機械に対する相対位置を算出する物体検知装置と、
   前記物体に関する情報をオペレータに報知する報知装置と、
   前記作業機械の動作を制御する制御装置とを備えた作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記作業装置により作業を行う通常モードと前記物体の報知対象となる報知領域を設定する報知領域設定モードとの何れかに選択的に切り換えるモード切換部と、
   前記モード切換部が前記報知領域設定モードに切り換えられている間に得られる前記姿勢情報を記憶し、記憶した前記姿勢情報から前記作業機械の移動範囲を算出する位置履歴管理部と、
   前記位置履歴管理部で算出した前記移動範囲を含むように前記報知領域を設定する報知領域設定部と、
   前記物体検知装置で検知した前記物体が前記報知領域設定部で設定した前記報知領域の内側にあるかどうかを判定する報知判定部と、
   前記報知判定部で前記物体が前記報知領域の内側にあると判定されたことを報知装置を介してオペレータに報知する報知制御部と
   を備えたことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記作業機械が走行動作をしているか否かを判定する走行判定部を備え、
   前記報知領域設定部は、前記走行判定部の判定結果に応じて前記報知領域を設定することを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記作業装置が前記報知領域設定部で設定された前記報知領域の外側で動作している報知領域外作業であるか否かを判定する報知領域外作業判定部を備え、
   前記報知領域設定部は、前記報知領域外作業判定部で前記報知領域外作業であると判定された場合には、前記報知領域を拡張することを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記モード切換部は、前記報知領域設定モードとして、新規設定モードと追加設定モードの二つの設定モードの何れかに選択可能であり、
   前記報知領域設定部は、
   前記モード切換部によって前記新規設定モードに切り換えられた場合は、前記新規設定モードに切り換えられる前の前記報知領域を取り消して新たに報知領域を設定し、
   前記追加設定モードに切り換えられた場合は、前記報知領域に切り換えられる前の前記報知領域を含む新たな報知領域を設定することを特徴とする作業機械。

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