JP5382453B2 - 建設機械と作業員との接触事故防止システム - Google Patents

Description

本発明は建設機械と作業員との接触事故防止システムに係り、建設工事現場で稼働する各種建設機械の周辺で作業する作業員に建設機械が接触する事故を防止するための建設機械と作業員との接触事故防止システムに関する。

従来、建設工事などでは、各種の建設機械（建設現場では、単に重機と呼ばれている。そこで、本明細書では、建設機械と重機とは同意で用いている。）と作業者とが同一作業箇所で錯綜しながら、それぞれの担当作業を進める場合が多い。その場合の重機と作業者との接触災害を防止する装置として、超音波を利用したトランスポンダ方式による親子局相互危険認識型の送受信装置が提案されている（特許文献１）。また、この発明の概念を具体的な製品として開発し、建設現場で災害防止のために実用化されている例もある（非特許文献１）。

非特許文献１に開示されたシステム製品においては、２種類の周波数帯（親局としての装置を搭載した重機と、子局としての応答装置（送受信機能、警報機能を有する装置）を装着した作業員との間の相互送信のために用いられる２種類の周波数帯）の超音波が用いられる。作業時においては、重機の周辺で作業する作業員は、重機が発信した超音波信号を応答装置で受信し、別の周波数で重機に、応答信号が発信される。この応答信号を受信した重機側では、作業員と重機との距離が計測される。その結果、作業員が重機周りの設定距離（たとえば１０m以内）任意の設定エリア（危険エリア）内に作業員が侵入して入る場合、作業員の存在を危険状態と見なし、重機の警報装置と作業員の警報装置（重機が作業員から危険エリア（１０m）以内にいる）とに警報を発するようになっている。

しかし、大規模な建設現場では、このシステム製品を搭載した複数台の重機が接近して（１０m以内）作業する場合もある。たとえば２台の重機が接近して作業するような状況では、一方の重機に搭載された、超音波発信・受信機能を有するセンサーが、他方の重機のオペレータ(作業員兼任のため、警報装置を装着している)に反応してしまい、必要でない不規則な警報を発し、危険状態の把握、警報の誤認等が生じるおそれがあった。そこで、特許文献１で開示された発明者らにより、この問題点を解決した発明も提案されている（特許文献２）。

特許第３２０２８６５号公報 特開２００５−１６４４４１号公報

有限会社アムカ（申請者）、"超音波通信を応用した建設機械と周辺作業員等との接近検知・警報システム"、国土交通省提供「ＮＥＴＩＳ（新技術情報提供システム）」ウエブサイト、［online］、平成１８年１１月２８日（申請者による最終更新）、［平成２１年１２月２日検索］、インターネット＜URL:http://www.netis.mlit.go.jp/RenewNetis/Search/Nt/NtDetail1.asp?REG_NO=TS-020002&TabType=2&nt=nt＞

特許文献２に開示された発明では、複数存在する親局の作業範囲をカバーする発振局を設け、この発振局から所定の周波数の電波をトリガー信号として各親局が同時受信できるように発信する。その後、各親局は子局に対して第１の超音波を発信する。そのとき、２機の重機（親局）が近接して、かつその間に作業者（子局）が存在すると、その距離差により超音波受信時に差が生じる。その遅延差を確認して、適切な方の親局と子局との接近関係を判断するようになっている。

特許文献２に開示された装置を用いた、重機と作業員との間の位置関係による危険検知を図るシステムでは、建設現場で多く起こりうる特殊な作業状況等までは考慮されていない。このため、無関係な関係にある複数の親局と子局の間を信号通信を統合して制御するシステムとなっている。そのため、複数の親局に同期をとってパルス信号を発信して制御するための発振局等の設備を必要とする。

ところで、実際の建設現場では、親局としての重機の周囲で作業をしている作業者は、重機による作業に関連した作業をすることが多い。また、作業の進行上、重機外で作業を行っていた作業員（運転有資格者）が、交代して重機のオペレータを担当するような場合もある。この場合には、接近した位置にある重機がそれぞれの作業員兼務のオペレータを、重機の周囲に設定された危険エリア内に存在すると誤認し、誤警報を発してしまう。このような特化したケースの場合にも、特許文献２に示した装置では、発振局からの信号送出によって、すべての親局と子局との間において、個々の位置関係や状況を認識する、統合的な制御を行っている。このため、装置の制御システムが複雑化してしまうと言う問題がある。そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する問題点を解消し、通常の建設機械と作業員との接触事故の防止を図るとともに、重機の周囲で作業する作業員が他の重機のオペレータとして作業するような場合を想定して、このような場合に危険状態の誤認、警戒信号鳴動等の誤動作を生じないようにした建設機械と作業員との接触事故防止システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は建設機械側に、信号到達範囲を監視エリアとして、第１信号を送信するエリア送信部と、前記第１信号と異なる周波数の第２信号を受信可能なエリア受信部とを備えたエリアセンサと、前記第１信号と第２信号の到達時間から前記第２信号の応答送信元の位置と建設機械との距離とを検出するとともに、前記応答送信元との距離と前記監視エリア範囲との比較を行い、その結果に応じて前記第１及び第２信号と異なる周波数の第３信号を送信指示を与える制御手段と、前記第３信号の送信に応じて動作して警報を発する警報手段とを備え、前記応答送信元としての作業員側に、前記第１信号を前記第３信号とを受信可能な応答受信部と、前記第２信号を送信可能な応答送信部とを備えた応答センサと、前記第１信号を受信したことを認識し、前記応答送信部に第２信号を送信指示するとともに、前記第３信号受信時に警報を発する認識装置とからなる応答装置を備え、前記建設機械側から見て前記作業員位置が前記監視エリア内に存在すると認識した場合に前記第３信号を送信し、前記作業員側において前記第３信号を受信した際に警報を発して、前記建設機械と作業員との接触を防止する建設機械と作業員との接触事故防止システムにおいて、前記建設機械とは別の他の建設機械側に、前記応答センサの前記第２信号発信を停止させる信号キャンセル手段を備え、前記作業員の前記他の建設機械への搭乗時に、前記信号キャンセル手段を前記応答装置に装着して前記第２信号発信を停止するようにしたことを特徴とする。

前記第１信号乃至第３信号は、それぞれ異なる周波数信号からなる超音波で構成することが好ましい。

前記監視エリアは、前記作業員側の認識装置の応答警報手段のみが動作する危険予知エリアと、前記応答警報手段および前記建設機械側の警報手段をともに動作させる危険エリアとに区分され、前記作業員位置が検知されるようにすることが好ましい。

前記信号キャンセル手段は、キャンセル信号であり、前記作業員に装着された応答センサに前記他の建設機械側の制御手段から発せられた前記キャンセル信号を伝達させて前記第２信号の発信を停止させることが好ましい。

前記信号キャンセル手段への動作指令は、前記他の建設機械側の制御手段から有線指令とすることが好ましい。

前記信号キャンセル手段は、治具であり、前記他の建設機械に搭乗した作業員が前記治具を装着することで、該作業員側の認識装置の常閉回路を開状態として、前記応答センサの第２信号発信を停止させることが好ましい。

以上に述べたように、本発明によれば、通常の建設機械と作業員との接触事故の防止を図るとともに、重機の周囲で作業する作業員が他の重機のオペレータとして作業するような場合にあっても、作業員の状態を的確に把握でき、そのため、危険状態の誤認、警戒信号鳴動等の誤動作を生じないようにでき、確実に建設機械と作業員との接触事故を防止できるという効果を奏する。

本発明の建設機械と作業員との接触事故防止システムの一実施例を、具体的にモデル化して示した概略システム構成図。 作業員が装着する応答センサと応答装置の具体的構成を示した模式モデル図。 重機の操縦席に着座した作業員がキャンセラを装着した状態を示した模式モデル図。 専任オペレータが重機を操縦して作業する際の本システムにおける運用について示したフローチャート。 作業員（運転資格者）が、交代して重機の操縦をし、キャンセラを用いた場合について示した概略システム構成図。 子局における他の信号キャンセル手段の装着状態を示した模式モデル図。 図６に示した信号キャンセル手段の動作状態を模式的に示した説明図。

以下、本発明の建設機械と作業員との接触事故防止システムの実施するための形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の建設機械と作業員との接触事故防止システムの一実施例を、具体的にモデル化して示した概略システム構成図である。本発明のシステムは、同図には、超音波トランスポンダ方式からなり、油圧式パワーショベルやロードローラーなど土木・建築現場で稼働している建設機械１０（以下、重機１０と記す。）を親局としての重機１０の稼働時におけるオペレータからの死角など、重機１０の周囲に設定された監視エリアＡ内に、子局（レスポンダ）を装着している作業員が侵入した状態を示している。この状態で、親局としての重機１０内のエリアセンサ１１と、子局としての作業員Ｗの装着している応答センサ２１との間で相互交信される超音波信号を処理して、重機１０側のオペレータＤ及び作業員Ｗ双方に警報を発し、各レベルの危険状態を知らせることで、接触事故等の防止が図られる。

図１において、親局としての重機１０側には、２台のエリアセンサ１１，１１が重機１０の後部に後方を向いて設置されている。これらのエリアセンサ１１は、重機１０の後方死角となる所定の監視エリアＡをカバーし、この監視エリアＡを重機１０により接近した範囲である危険エリアと、危険エリアＡ１より所定幅分外側の領域である危険予知エリアとに区画され、それぞれのエリアにおいて、後述する警報装置において、対応した警報が作業員Ｗ側あるいは作業員Ｗと重機１０オペレータＤとに発せられる。

エリアセンサ１１は、送信部１１ｓと受信部１１ｒとから構成され、送信部１１ｓは、制御装置から出力された電気信号を、所定周波数（ｆ1（Hz））の超音波信号（第１信号Ｓ1）に変換して所定の監視エリアＡ範囲に送信する。受信部１１ｒは、後述する子局としての作業員Ｗが安全ベスト５に装着した応答センサ２１からの、超音波応答信号（第２信号Ｓ2：ｆ2（Hz））を受信する。その後、応答信号は、電気信号に再変換され制御装置１２に送られる。

制御装置１２は、エリアセンサ１１への信号出力等の超音波信号制御と、子局（レスポンダ）からの応答信号（第２信号Ｓ2）の検出と、検出した応答信号から子局としての作業員Ｗとの間の距離計測を行う。その結果に応じて作業員Ｗが危険エリアＡ１あるいは危険予知エリアＡ２内に侵入しているかを判断する。このとき作業員Ｗが危険エリアＡ１あるいは危険予知エリアＡ２内に存在することが確認されたら、エリアセンサ１１の送信部１１ｓは応答センサ２１に向けて第３信号Ｓ3（ｆ3（Hz））としての警報信号発信を指令する。

警報装置１３は、制御装置１２による子局の位置情報をもとに、ブザーによる警報音鳴動あるいはＬＥＤランプ点灯等による警報を発する。

本実施例では、制御装置１２と警報装置１３とは一体化して小型のケーシング１４に収容され、重機１０の操縦室１８内の操縦席１７近くに着脱自在に取り付けられている。さらに、このケーシング１４には、後述するキャンセル信号としての超音波信号（第４信号Ｓ4：ｆ4（Hz））発生装置として機能する信号キャンセル手段としてのキャンセラ１５が信号ケーブル１６を介して有線接続されている。このキャンセラ１５は、図３で後述するように、子局としての作業員Ｗが着用している安全ベスト５の応答センサ２１に被せるキャップ形状をなしている。

一方、作業員Ｗが装着した安全ベスト５（図２参照）には、応答装置２５としての小型の応答センサ２１と認識装置２２とが取り付けられている。応答センサ２１は、図１に示したように、親局のエリアセンサ１１から送信された超音波信号（第１信号Ｓ1）を検知する受信部２１ｒと、受信部２１ｒで検知された信号が第１信号Ｓ1であることを認識装置２２で認識した後に、応答信号（第２信号Ｓ2）を発信する発信部２１ｓとを有する。

認識装置２２は、応答センサ２１で受信したエリアセンサ１１からの第１信号Ｓ1に応答信号を返信指示するとともに、後述する第３信号Ｓ3を受信した際に、内蔵された応答警報手段（図示せず）による鳴動等の指示を行う制御機能を有する。電源スイッチを入れた状態で、子局としての作業員Ｗが重機１０の監視エリアＡ内に侵入すると、応答センサ２１の送受信を動作させる。

作業員Ｗが装着する応答センサ２１と認識装置２２の具体的構成について、図２各図を参照して簡単に説明する。作業員Ｗは、走行車両等からの視認性を高めるために、図２（ａ）、（ｂ）に示したように、帯状の光反射ベルトからなる安全ベスト５を着用している。応答センサ２１は小型の薄円板状からなり、この安全ベスト５の胸部、背面及び腰部の５カ所に取り付けられている。応答センサ２１は作業員Ｗの上半身の各部に取り付けられているため、作業員Ｗがさまざまな姿勢をとって作業をしている場合でも、エリアセンサ１１からの第１信号Ｓ1を確実に受信できる。

認識装置２２は、安全ベスト５に設けられたポケット内に収容されて、光反射ベルト内に配線されたケーブル（図示せず）によって各応答センサ２１と結線されている。

図３は、オペレータＤとして重機１０（１０’）の操縦席１７に着座した作業員Ｗが、上述したキャンセラ１５を装着した状態を示している。キャップ形状のキャンセラ１５は、所定長さの信号ケーブル１６がケーシング１４から延長された端部に取り付けられ、応答センサ２１を覆うように用いられる。キャンセラ１５には、図示しない係止部等が形成され、安全ベスト５を装着したままでオペレータＤが重機を操縦している間に、キャンセラ１５が応答センサ２１から外れないようになっている。

ここで、図１に示したシステムにおいて、安全ベスト５を装着していない専任オペレータＤによる重機１０の操作と、作業中に監視エリアＡ内で作業員Ｗの存在を検知した場合のシステムの運用について図４に示したフローチャートを参照して説明する。

まず、親局としての重機１０に装備された制御装置１２において、エリアセンサ１１の監視エリアＡを設定する。監視エリアＡは危険エリアＡ１と、その外側の危険予知エリアＡ２の２段階での設定が可能である。危険エリアＡ１は、３〜１０mで適宜の距離に設定できる。危険予知エリアＡ２は、危険エリアの外側をさらに１〜３m幅で延長した範囲に設定される。

重機１０のエリアセンサ１１の送信部１１ｓからは、制御装置１２から出力された信号をもとに、所定周波数からなる超音波信号（第１信号Ｓ1：ｆ1（Hz））が、監視エリアＡ外延を限界到達出力範囲として発信される。監視エリアＡ内で子局（レスポンダ）としての作業員Ｗが作業をしていると、応答センサ２１の受信部２１ｒが第１信号Ｓ1を受信し、認識装置２２それを検知すると、応答信号としての超音波応答信号（第２信号Ｓ2：ｆ2（Hz））が応答センサ２１の送信部２１ｓから送出される。さらに、応答信号がエリアセンサ１１の受信部１１ｒで検知されると、その信号情報は制御装置１２に送られ、第１信号Ｓ1と第２信号Ｓ2の応答時間とを判断し、子局（レスポンダ）としての作業員Ｗの位置が監視エリアＡ内か応答範囲外か、さらに危険予知エリアＡ２内か危険エリアＡ１内かを判別する。危険予知エリアＡ２に作業員Ｗがいることが判明したら、制御装置１２からエリアセンサ１１に警告信号としての第３信号Ｓ3（ｆ3（Hz））を発信することを指令する。エリアセンサ１１から発信された第３信号Ｓ3を、作業員Ｗの応答センサ２１の受信部２１ｒが検知したら、認識装置２２は内蔵した警報装置（たとえばブザー）を鳴動させる。危険エリアＡ１内である場合には、この第３信号Ｓ3の発信による作業員Ｗへの注意喚起に加え、重機１０のオペレータＤにも危険エリアＡ１内に作業員Ｗが侵入していることを知らせるために、操縦室１８内の警報装置１３を鳴動させる。これらの警報発生後も、検知対象となっている作業員Ｗが監視エリアＡ外に退避したかを所定検知間隔で継続して検知（第１信号Ｓ1発信）し、作業員Ｗが監視エリアＡ外に退避するまで警報を鳴動させ、退避を促す。作業員Ｗが退避したら、重機１０の操縦を継続するとともに、近隣の他の作業員Ｗに対しても、同様に監視エリアＡ内での行動監視を行う。

次に、上述したように、重機１０の監視エリア内で、作業員Ｗが重機１０’を操縦するような場合について、図５を参照して説明する。このような場合、対象の作業員Ｗは本システムの子局（レスポンダ）として機能する応答装置２５を備えた安全ベスト５を着用している。したがって、隣接して作業している重機１０内の制御装置１２がＯＮ状態であると、その重機１０の監視エリアＡ内に停めてある重機１０’の操縦室１８に入っても、隣接した重機１０のエリアセンサ１１からの第１信号Ｓ1に応答し、操縦席１７に着座した状態で、危険状態を知らせる安全ベスト５や重機１０の警報装置１３の警報ブザーが鳴動してしまう（図５（ａ）参照）。この状態を回避するために、図５（ｂ）に示したように、着座した作業員Ｗは操縦席１７脇のケーシング１４内の制御装置１２に付属しているキャンセラ１５を、安全ベスト５の応答センサ２１の一つに被せるように装着する。

このキャンセラ１５を、安全ベスト５の応答センサ２１の一つに被せる動作により、キャンセラ１５からキャンセル信号としての第４信号Ｓ4（（ｆ4（Hz））が発信され、応答センサに伝達される。認識装置２２は、応答センサ２１からのキャンセル信号を受信した場合に、応答信号（第２信号Ｓ2（ｆ2（Hz）））の発信中止を指令する。これにより、作業員Ｗは安全ベスト５を着用したまま、重機１０’の操縦を行える。その際、重機１０’のエリアセンサ１１は第１信号Ｓ1を発信しているので、自機が設定している監視エリアＡ内での他の作業員Ｗの行動監視は通常と同様に行える。

なお、作業員Ｗが重機１０’のオペレータＤとしての作業を終えた場合、キャンセラ１５を安全ベスト５の応答センサ２１から取り外して降車するが、その際は、重機１０’は停止（停車）状態となるため、システムを停止するには、手動ＯＦＦとしてもよいし、タイマーＯＦＦを設定してもよいし、操縦用イグニションキーを抜いてもよい。

以下、上述したキャンセラ１５を機構的に実現した他の実施例について、図６、図７各図を参照して説明する。図６は、他の実施例としてのキャンセラ１５の装着状態を模式的に示した説明図である。図６（ａ）は、安全ベスト５を着用した作業員Ｗと、操縦室１８内を示している。図６（ａ）に示した作業員Ｗの安全ベスト５の認識装置２２は、図７（ａ）にその内部構造を模式的に示したように、常閉の内部スイッチＳＷを下面のピン穴２２ａから、信号キャンセル手段としてのピン（治具）２３を挿入することで装着して、図７（ｂ）に示したように、開回路とすることができる機構を備えている。そのピン２３の根元には伸縮自在なワイヤ２４が接続されている。図６（ａ）に示したように、ワイヤ２４の他端は操縦席１７の近くに固定されている。図６（ｂ）に示したように、オペレータとして操縦席１７に着座した作業員Ｗは、ただちに認識装置２２のピン穴２２ａにピン２３を挿入する。これにより、認識装置２２は、図７（ｂ）に示したように、内部スイッチＳＷの回路を開状態にし、認識装置２２の動作を停止できる。作業員Ｗが降車する際、ピン２３が挿入されている状態では、降車できないので、作業員Ｗは必ずピン２３を外すから、その後、作業員Ｗが降車した場合には、安全ベスト５の応答センサ２１は稼働状態となり、近くの重機１０のエリアセンサ１１の検知用の第１信号Ｓ1を受信可能な状態となる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

５ 安全ベスト
１０ 建設機械（重機）
１１ エリアセンサ
１１ｓ 送信部
１１ｒ 受信部
１２ 制御装置
１３ 警報装置
１５ キャンセラ（信号キャンセル手段）
２１ 応答センサ
２１ｓ 送信部
２１ｒ 受信部
２２ 認識装置
２３ ピン（治具）（信号キャンセル手段）
２５ 応答装置
Ａ 監視エリア
Ａ１ 危険エリア
Ａ２ 危険予知エリア
Ｄ オペレータ
Ｓｉ 第ｉ信号（ｉ＝１〜４）
Ｗ 作業員

Claims (6)

1. 建設機械側に、信号到達範囲を監視エリアとして、第１信号を送信するエリア送信部と、前記第１信号と異なる周波数の第２信号を受信可能なエリア受信部とを備えたエリアセンサと、前記第１信号と第２信号の到達時間から前記第２信号の応答送信元の位置と建設機械との距離とを検出するとともに、前記応答送信元との距離と前記監視エリア範囲との比較を行い、その結果に応じて前記第１及び第２信号と異なる周波数の第３信号を送信指示を与える制御手段と、前記第３信号の送信に応じて動作して警報を発する警報手段とを備え、
   前記応答送信元としての作業員側に、前記第１信号を前記第３信号とを受信可能な応答受信部と、前記第２信号を送信可能な応答送信部とを備えた応答センサと、前記第１信号を受信したことを認識し、前記応答送信部に第２信号を送信指示するとともに、前記第３信号受信時に警報を発する認識装置とからなる応答装置を備え、
   前記建設機械側から見て前記作業員位置が前記監視エリア内に存在すると認識した場合に前記第３信号を送信し、前記作業員側において前記第３信号を受信した際に警報を発して、前記建設機械と作業員との接触を防止する建設機械と作業員との接触事故防止システムにおいて、
   前記建設機械とは別の他の建設機械側に、前記応答センサの前記第２信号発信を停止させる信号キャンセル手段を備え、前記作業員の前記他の建設機械への搭乗時に、前記信号キャンセル手段を前記応答装置に装着して前記第２信号発信を停止するようにしたことを特徴とする建設機械と作業員との接触事故防止システム。
2. 前記第１信号乃至第３信号は、それぞれ異なる周波数信号からなる超音波で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の建設機械と作業員との接触事故防止システム。
3. 前記監視エリアは、前記作業員側の認識装置の応答警報手段のみが動作する危険予知エリアと、前記応答警報手段および前記建設機械側の警報手段をともに動作させる危険エリアとに区分され、前記作業員位置が検知されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の建設機械と作業員との接触事故防止システム。
4. 前記信号キャンセル手段は、キャンセル信号であり、前記作業員に装着された応答センサに前記他の建設機械側の制御手段から発せられた前記キャンセル信号を伝達させて前記第２信号の発信を停止させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の建設機械と作業員との接触事故防止システム。
5. 前記信号キャンセル手段への動作指令は、前記他の建設機械側の制御手段から有線指令されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の建設機械と作業員との接触事故防止システム。
6. 前記信号キャンセル手段は、治具であり、前記他の建設機械に搭乗した作業員が前記治具を装着することで、該作業員側の認識装置の常閉回路を開状態として、前記応答センサの第２信号発信を停止させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の建設機械と作業員との接触事故防止システム。

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