JP6587898B2 - 建設機械の干渉防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、姿勢が変更可能な作業装置と運転室とを備える建設機械の干渉防止装置に関するものである。

建設機械においては、建設機械の製造者が想定しているアタッチメント以外のアタッチメントがユーザーによって取り付けられることがある。また、解体機などの建設機械では、解体した建物などの部材が把持されることがある。これらの場合、アタッチメントや解体した建物の部材等が障害物となって運転室に干渉する可能性が高まるので、それを未然に防止する必要がある。そこで、建設機械の本体にセンサを取付け、運転室と障害物との距離を検知することで、障害物による運転室への干渉防止が図られている。

例えば、特許文献１には、ブーム用油圧シリンダに設けられた超音波センサを用いてブーム用油圧シリンダに近づく作業具の距離を検知し、検知結果に基づいて作業具がブーム用油圧シリンダから所定距離範囲内にあるか否かを判定し、所定距離範囲内にあると判定したときブザーを鳴動させる干渉防止装置が開示されている。

しかし、超音波センサは、計測範囲が狭いので、１つの超音波センサのみでは、障害物の距離を正確に検知できないという問題がある。

そこで、特許文献２では、複数の超音波センサを用いて、運転室の前方に設定された干渉危険領域にバケットが侵入したか否かを判定する干渉防止装置が開示されている。

特開２００５−２４８５０２号公報 特開２００１−６４９９２号公報

しかし、複数の超音波センサを同時に放射すると、超音波センサ同士が干渉し合うので、障害物の距離を正確に検知できないという問題がある。そこで、複数の超音波センサから超音波を時分割で放射させて障害物の距離を計測することが考えられる。しかし、超音波は光のように高速ではないので、複数の超音波センサの１フレームあたりの計測時間が長くなるという問題がある。

これに対して、ステレオ画像や赤外線画像を使って画素単位で障害物の距離を計測する距離センサが公知である。そこで、これらの距離センサを用いて障害物の干渉の有無を検知することも考えられる。

しかし、このような距離センサでは最接近ポイントの探索処理や、測距精度を上げるためのフィルタ処理といった画像処理が必要となるので、処理負荷が大きく、処理時間がかかるという問題がある。

また、干渉危険領域の一部の領域にしか存在していない障害物の接近を判断するために、距離センサを用いて干渉危険領域の全域を常に監視することは無駄であり、処理時間を短縮する上で更なる改善の余地がある。

本発明の目的は、障害物の干渉危険領域への干渉の有無を短時間で検知できる建設機械の干渉防止装置を提供することである。

本発明の一態様による建設機械の干渉防止装置は、姿勢が変更可能な作業装置と運転室とを備える建設機械の干渉防止装置であって、
前記運転室の前面に取り付けられ、自身から前記運転室の前方に位置する物体までの距離を計測する計測部と、
前記計測部によって計測された距離を用いて、前記作業装置又は前記作業装置の把持物である障害物による前記運転室への干渉の危険性を判定する干渉判定部と、
前記干渉判定部により前記干渉の危険性が有ると判定された場合、乗車者へ警告及び前記建設機械の動作制限の少なくとも一方を行う干渉防止部と、
前記作業装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する取得部と、
前記姿勢情報を用いて、前記運転室から前記障害物までのの接近位置を予測する予測部と、
前記予測部により予測された予測接近位置に従って前記計測部による計測範囲を限定する限定部とを備え、
前記干渉判定部は、前記限定部により限定された計測範囲において前記計測された前記物体の距離を用いて、前記干渉の危険性を判定する。

作業装置の姿勢が分かれば、その姿勢から作業装置又は作業装置の把持物である障害物の位置をある程度予想できる。本構成では、作業装置の姿勢を示す姿勢情報を用いて、運転室から障害物までの接近位置が予測され、予測された予測接近位置に従って計測部による計測範囲が限定されている。そのため、無駄な計測動作を省くことができ、障害物の干渉危険領域への干渉の有無を短時間で検知できる。更に、限定された計測範囲に処理範囲が絞られているので、検知精度を高めることができると同時に消費電力の抑制も可能となる。

上記態様において、前記計測部は複数の計測センサを備え、
前記限定部は、前記複数の計測センサの中から前記予測接近位置が計測可能な計測センサを選択することで前記計測範囲を限定してもよい。

干渉危険領域の全域をカバーするために、計測部を複数の計測センサで構成した場合、これらの計測センサが同時に距離計測を行うと、計測波同士が干渉し、計測精度が悪化することがある。特に、赤外線を照射し反射光を受光する計測センサで複数の計測センサを構成した場合、赤外線同士の干渉が問題となる。本態様では、複数の計測センサの中から予測接近位置が計測可能な計測センサを選択することで計測範囲が限定されている。よって、障害物の検知に最も有効な計測センサを選択することができ、計測精度の増大及び消費電力の削減を図ることができる。

上記態様において、前記限定部は、前記計測部の計測方向を変更する変更部を備え、前記変更部を用いて前記計測部の計測方向を前記予測接近位置に向けることで前記計測範囲を限定してもよい。

本態様では、予測接近位置に向けて計測部の計測方向を変更することで計測範囲が限定されているので、複数の計測部を設けなくても、予測接近位置付近の物体を計測部に計測させることができる。なお、計測部の計測方向の変更は、例えばアクチュエータを用いることで容易に実現できる。

上記態様において、前記計測部は、カメラを備え、
前記限定部は、前記カメラが取得する画像を示すデータから、前記予測接近位置を含む領域を抽出することで前記計測範囲を限定してもよい。

本態様では、カメラが取得する画像を示すデータから、予測接近位置を含む領域を抽出することで計測範囲が限定されているので、処理対象が絞られ、処理時間を短縮できる。

上記態様において、前記計測部は、赤外線を照射する光源と、前記赤外線の反射光を受光するカメラとを備える距離センサで構成されてもよい。

赤外線を照射する光源と、赤外線の反射光を受光するカメラとを備える距離センサは、近年、コンシューマゲーム向けの入力インターフェースとして実用化が進んでおり、信頼性が高い。本態様ではこのような距離センサが採用されているので、信頼性の高い距離計測を実現できる。

上記態様において、前記計測部はステレオカメラを備える距離センサで構成されてもよい。

ステレオカメラを備える距離センサは、近年、車載用途などで実用化が進んでおり、信頼性が高い。本態様では、このような距離センサが採用されているので、信頼性の高い距離計測を実現できる。

上記態様において、前記計測部は、前記運転室の近傍に予め設定された干渉危険領域の全域が計測可能となるように前記運転室に設置された複数の距離センサを備え、
前記干渉判定部は、前記限定部により限定された計測範囲において、前記複数の距離センサが計測した距離を用いて前記干渉の危険性を判定してもよい。

運転室前面は広い領域であり、更に運転室の上面まで干渉危険領域と考えると、超音波センサやミリ波センサ等の計測範囲の狭い距離センサを１つ設けただけでは干渉危険領域の全域をカバーしきれない。本態様では、運転室の近傍に予め設定された干渉危険領域の全域が計測可能となるように運転室に複数の距離センサが設置されている。そのため、複数の距離センサは死角無く干渉危険領域の全域を計測できる。また、本態様では、限定部により限定された計測範囲において、複数の距離センサが計測した距離を用いて干渉の危険性が判定されている。そのため、無駄な計測動作を省くことができ、障害物の干渉危険領域への干渉の有無を短時間で検知できる。更に、限定された計測範囲に処理範囲が絞られているので、検知精度を高めることができると同時に消費電力の抑制も可能となる。

上記態様において、前記限定部は、前記複数の距離センサの中から前記予測接近位置が計測可能な１以上の距離センサを選択することで前記計測範囲を限定し、
前記干渉判定部は、前記選択された１以上の距離センサが計測した距離を用いて前記干渉の危険性を判定してもよい。

本態様では、複数の計測センサの中から予測接近位置が計測可能な計測センサを選択することで計測範囲が限定されている。よって、障害物の検知に最も有効な計測センサを選択することができ、計測精度の増大及び消費電力の削減を図ることができる。

上記態様において、前記限定部は、前記複数の距離センサの全体の指向性が前記予測接近位置を向くように前記複数の距離センサのそれぞれから放射される計測波の位相を制御することで前記計測範囲を限定してもよい。

本態様では、複数の距離センサのそれぞれから放射される計測波の位相を制御することで、複数の距離センサの全体の指向性を任意の方向に設定可能となる。そのため、少ない距離センサで干渉危険領域の全域を計測できる。更に、予測接近位置を向くように複数の距離センサのそれぞれから放射される計測波の位相を制御することで、干渉危険領域への障害物の干渉の有無をピンポイントで判定でき、処理の高速化を図ることができる。

上記態様において、前記複数の距離センサは、２次元のアレイ状に配置されてもよい。

本態様では、複数の距離センサは２次元のアレイ状に配置されているので、複数の距離センサの全体の指向性を縦方向と横方向とを組み合わせた任意の方向に向けることが可能となり、運転室の前面や上部などに設定された２次元の干渉危険領域の全域をカバーできる。

上記態様において、前記干渉判定部は、前記限定部により限定された計測範囲において、前記複数の距離センサが計測した距離のうちの最小距離を用いて前記干渉の危険性を判定してもよい。

この構成によれば、限定部により限定された計測範囲において、複数の距離センサが計測した距離のうちの最小距離を用いて干渉の危険性が判定されているので、障害物の最接近位置が干渉危険領域に侵入したか否かを正確に判定できる。

上記態様において、前記複数の距離センサは、前記運転室の前面及び上面のうちの少なくとも一方に設置された格子状の部材上に配置された超音波センサで構成されてもよい。

一般的に超音波センサでは超音波が放射方向を中心に同心円状に広がるため、超音波センサ同士を近接させると、超音波同士が干渉してしまう。そこで、干渉危険領域の全域をカバーするためには超音波センサ同士をある一定の距離以上確保して配置する必要がある。本態様では、複数の超音波センサは運転室の前面及び上面のうちの少なくとも一方に配置された格子状の部材上に配置されているので、一定以上確保して超音波センサ同士を配置できる。

前記格子状の部材は、フロントガード及びヘッドガードの少なくともいずれか一方であってもよい。

鉄骨切断機、コンクリート圧砕機、解体用つかみ機などの建設機械では、安全確保のため防護設備として運転室前面を防護するためのフロントガードや運転席上面を防護するためのヘッドガードが備えられている。これらの部材を利用して超音波センサをフロントガード、ヘッドガード上に格子状に配置することにより、超音波センサを取り付けるために専用の部材を設けることが不要となり、オペレータの視界が防護設備以上に悪化されることがなくなる。

上記態様において、前記作業装置は、前記運転室に対して揺動可能に取り付けられたブームと、前記ブームに対して揺動可能に取り付けられたアームと、前記アームに対して揺動可能に取り付けられたアタッチメントとを備え、
前記取得部は、前記ブーム、前記アーム、及び前記アタッチメントの回動角の少なくとも１つを前記姿勢情報として取得してもよい。

ブーム、アーム、及びアタッチメントの回動角の少なくとも１つが分かれば、障害物の位置をある程度予測できる。本態様では、これらの回動角が姿勢情報として取得されているので、予測接近位置をある程度の精度で予測できる。

上記態様において、前記予測部は、前記アームの先端又は前記アタッチメントの先端と前記運転室との距離を前記接近位置として予測してもよい。

アームの先端又はアタッチメントの先端の位置が分かれば、運転室に最も近い障害物の位置（最接近位置）をある程度予測できる。本態様では、アームの先端又はアタッチメントの先端と運転室との距離が接近位置として予測されているので、最接近位置を厳密に予測する場合に比べて、処理負荷を軽減しつつ、最接近位置をある程度正確に検知できる。

本発明では、作業装置の姿勢を示す姿勢情報を用いて、障害物の運転室への接近位置が予測され、予測された予測接近位置に従って計測部による計測範囲が限定されている。そのため、無駄な計測動作を省くことができ、障害物の干渉危険領域への干渉の有無を短時間で検知できる。更に、限定された計測範囲に処理範囲が絞られているので、検知精度を高めることができると同時に消費電力の抑制も可能となる。

実施の形態１における干渉防止装置が適用された建設機械の外観図である。 実施の形態１における建設機械のシステム構成の一例を示すブロック図である。 予測部が予測接近位置を算出する処理の説明図である。 実施の形態１における建設機械の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２における建設機械の外観図である。 実施の形態２における建設機械のシステム構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態２における建設機械の処理を示すフローチャートである。 実施の形態３において、有効距離センサが取得した距離画像データの一例を示す図である。 実施の形態３における建設機械の処理を示すフローチャートである。 実施の形態４における建設機械の外観図である。 実施の形態４における建設機械の上方視の図である。 実施の形態４における建設機械のシステム構成を示すブロック図である。 実施の形態４による建設機械の処理を示すフローチャートである。 実施の形態５における建設機械の外観図である。 実施の形態５における建設機械のシステム構成を示すブロック図である。 実施の形態５における超音波センサの制御を説明する図である。 実施の形態５における建設機械の動作を示すフローチャートである。 実施の形態５の変形例１における超音波センサアレイの配置を示す図である。 実施の形態５の変形例１における建設機械の外観図である。 実施の形態５の変形例２における建設機械の上方視の図である。 実施の形態６における建設機械の外観図である。 超音波センサの指向性を示す図である。 上面格子部材及び前面格子部材の配置例を示した図である。 超音波センサの配置パターン１を示した図である。 超音波センサの配置パターン２を示した図である。 超音波センサの配置パターン３を示した図である。 実施の形態６において、建設機械に取り付けられた超音波センサが超音波を放射している様子を示した図である。 実施の形態６における建設機械が計測範囲を限定している様子を示す図である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における干渉防止装置が適用された建設機械１の外観図である。ここでは、建設機械１としてハイブリッドショベルを例に挙げるが、これ以外のショベルカー、クレーン等の建設機械に干渉防止装置は適用されてもよい。以下、運転室３１の前側の方向を前方と記述し、運転室３１の後側の方向を後方と記述し、運転室３１の上側の方向を上方と記述し、運転室３１の下側の方向を下方と記述する。また、前方と後方とを総称して前後方向と記述し、上方と下方とを総称して上下方向と記述する。また、運転室３１から前方を見て左側の方向を左方と記述し、右方向を右方と記述する。また、左方と右方とを総称して左右方向と記述する。

建設機械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、姿勢が変更可能な作業装置４とを備えている。

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１５と、ブーム１５の先端部に対して揺動可能に取り付けられたアーム１６と、アーム１６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１７とを備えている。

上部旋回体３は、箱体で構成され、オペレータが搭乗する運転室３１を備える。運転室３１において、前方側の面を前面３１ａ、上方側の面を上面３１ｃと記述する。なお、図１の例では、前面３１ａと上面３１ｃとの間には、後方に向かうにつれて徐々に高さが高くなる傾斜面３１ｂが設けられている。

運転室３１の前方には、前方側から順に警告領域Ｄ１及び自動運転領域Ｄ２が設定されている。警告領域Ｄ１は、障害物が侵入した場合、障害物が運転室３１に接近しており、危険が迫っていることをオペレータに報知したり、作業装置４の動作を制限させたりするための領域である。自動運転領域Ｄ２は、障害物が侵入した場合、作業装置４の動作を自動停止或いは制限させるための領域である。なお、警告領域Ｄ１は干渉危険領域の一例に該当する。

警告領域Ｄ１は、境界面Ｌ１と境界面Ｌ２とによって区画される。境界面Ｌ１は、前面３１ａを臨む境界面Ｌ１１と傾斜面３１ｂを臨む境界面Ｌ１２とで構成される。境界面Ｌ１１は、前面３１ａから前方に距離ｄ１１離れた位置において、前面３１ａと平行に設定された平面である。境界面Ｌ１２は、境界面Ｌ１１の上端Ｋ１から上側に設定され、傾斜面３１ｂと距離ｄ１１離れて設定された平面である。

自動運転領域Ｄ２は、境界面Ｌ２と前面３１ａ及び傾斜面３１ｂとで区画される。境界面Ｌ２は、前面３１ａを臨む境界面Ｌ２１と傾斜面３１ｂを臨む境界面Ｌ２２とで構成される。境界面Ｌ２１は、前面３１ａから前方に距離ｄ１２（＜ｄ１１）離れた位置において、前面３１ａと平行に設定された平面である。境界面Ｌ２２は、境界面Ｌ２１の上端Ｋ２から上側に設定され、傾斜面３１ｂと距離ｄ１２離れて設定された平面である。上端Ｋ１の高さは、上端Ｋ２よりも高い位置に設定されている。

なお、警告領域Ｄ１及び自動運転領域Ｄ２の最上端は、例えば、計測センサ１１１の計測範囲Ｃ１１１の上端Ｃ１１１＿ａの近傍に設けられている。また、警告領域Ｄ１及び自動運転領域Ｄ２の最下端は、例えば、運転室３１の下部の前方に設けられている。また、警告領域Ｄ１及び自動運転領域Ｄ２の左右方向の幅は、例えば、前面３１ａの左右方向の幅或いはその幅に多少のマージンを設けた幅に設定されている。但し、これらは、一例であり、警告領域Ｄ１及び自動運転領域Ｄ２の最上端、最下端、及び左右方向の幅は規定されていなくてもよい。また、警告領域Ｄ１及び自動運転領域Ｄ２の最上端は、運転室３１の上面３１ｃの後方端まで延長されてもよい。以下、警告領域Ｄ１及び自動運転領域Ｄ２が設定されている３次元の座標系を建設機械１の座標系と記述する。

前面３１ａには、上端に計測センサ１１１が設けられ、下端に計測センサ１１２が設けられている。計測センサ１１１，１１２は、それぞれ、左右方向視において扇状の計測範囲Ｃ１１１，Ｃ１１２を持つ。計測センサ１１１，１１２は、計測範囲Ｃ１１１，Ｃ１１２が少なくとも境界面Ｌ２の全域をカバーできるように、前面３１ａにおいて上下方向に離間して設置されている。これにより、警告領域Ｄ１において計測センサ１１１，１１２の死角が発生せず、障害物が自動運転領域Ｄ２に侵入するまでに建設機械１は、オペレータに警告を発することが可能となる。

建設機械１は、更に、角度センサ１０１，１０２，１０３を備える。角度センサ１０１は、ブーム１５の回転支点に設けられ、ブーム１５の回転角度を計測する。角度センサ１０２は、アーム１６の回転支点に設けられ、アーム１６の回転角度を計測する。角度センサ１０３は、アタッチメント１７の回転支点に設けられ、アタッチメント１７の回転角度を計測する。

図２は、実施の形態１における建設機械１のシステム構成の一例を示すブロック図である。建設機械１は、エンジン２１０と、エンジン２１０の出力軸に連結された油圧ポンプ２５０及び発電電動機２２０と、油圧ポンプ２５０から油圧シリンダ２８１，２８２，２８３に対する作動油の給排を制御するコントロールバルブ２６０と、発電電動機２２０により発電された電力を充電可能な蓄電装置２４０と、蓄電装置２４０と発電電動機２２０との電力の変換を行うインバータ２３０と、作業装置４の姿勢を変更するためのオペレータによる操作を受け付ける操作レバー２７０とを備えている。

油圧ポンプ２５０は、エンジン２１０の動力により作動して、作動油を吐出する。油圧ポンプ２５０から吐出された作動油は、コントロールバルブ２６０によって流量制御された状態で、油圧シリンダ２８１，２８２，２８３に導かれる。

操作レバー２７０は、操作量を示す信号をコントローラ２７０に出力する。コントロールバルブ２６０は、コントローラ２７０の制御の下、操作レバー２７０の操作量に応じた開度に弁の開度を設定する。

油圧シリンダ２８１は、作動油の供給を受けて伸縮することにより、上部旋回体３に対してブーム１５を起伏させる。油圧シリンダ２８２は、作動油の供給を受けて伸縮することにより、ブーム１５に対してアーム１６を揺動させる。油圧シリンダ２８３は、作動油の供給を受けて伸縮することにより、アーム１６に対してアタッチメント１７揺動させる。

発電電動機２２０は、エンジン２１０の動力を電力に変換する発電機としての構成と、蓄電装置２４０が蓄える電力を動力に変換する電動機としての構成とを備えている。図２の例では、発電電動機２２０は例えば三相モータで構成されているが、これは一例であり、単相モータで構成されていてもよい。

蓄電装置２４０は、例えば、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ、電気二重層キャパシタ、及び鉛バッテリといった種々の二次電池で構成される。

インバータ２３０は、コントローラ１２０の制御の下、発電電動機２２０の発電機としての作動と、発電電動機２２０の電動機としての作動との切り換えを制御する。また、インバータ２３０は、コントローラ１２０の制御の下、発電電動機２２０に対する電流及び発電電動機２２０のトルクを制御する。図２の例では、インバータ２３０は例えば、３相インバータで構成されているが、これは一例であり単相インバータで構成されていてもよい。

更に、建設機械１は、取得部１００、計測部１１０、及びコントローラ１２０を備える。

取得部１００は、図１で説明した角度センサ１０１，１０２，１０２を備え、作業装置４の姿勢を示す姿勢情報を取得する。ここでは、ブーム１５の回転角度、アーム１６の回転角度、及びアタッチメント１７の回転角度が姿勢情報に該当する。

計測部１１０は、図１で説明した計測センサ１１１，１１２を備え、自身から、運転室３１の周囲に位置する物体までの距離を計測する。本実施の形態では、計測センサ１１１，１１２としては、例えば、赤外線を照射する光源と、赤外線及び可視光が受光可能なカメラと、カメラが撮像した画像データを処理するプロセッサとを備える深度センサで構成されている。

計測センサ１１１，１１２は、例えば、一定の時間毎（例えば３０ｆｐｓ）で赤外線を照射し、赤外線を照射してから反射光を受信するまでの時間を画素単位で計測することでセンサ面から物体までの距離分布を計測する。

赤外線を照射する深度センサは、距離計測手段として近年実用化例が増えてきており、ゲームなどでゼスチャ入力を行うための入力インターフェースとして活用されている。また、建設機械１は夜間に使用されることもあるので、赤外線を用いた深度センサは建設機械１にとって有用である。なお、赤外線を照射する深度センサにおいては、上記のように赤外線を照射してから反射光を受信するまでの時間を計測する方式はＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）方式として知られている。その他、深度センサとしては、特定パターンを照射した際の反射光の受光パターンから距離を計測するパターン照射方式が知られており、このパターン照射方式の深度センサが採用されてもよい。建設機械１は屋外で作業することが多いため、太陽光との干渉に強いレーザー走査ＴｏＦ方式の深度センサが採用されてもよい。

ここでは、計測センサ１１１，１１２として深度センサを用いたが、本発明はこれに限定されず、深度センサに比べて比較的安価なステレオカメラで構成されてもよい。この場合、計測センサ１１１，１１２は、例えば、ステレオカメラと、ステレオカメラを構成する各カメラで撮像された複数枚の画像データから物体までの距離分布を算出するプロセッサとで構成される。

なお、本実施の形態では、計測センサ１１１，１１２は上記のものに限定されず、取り付け位置や角度から運転室３１から物体までの距離が計算できる計測センサであれば、どのよう計測センサが採用されてもよい。例えば、非特許文献１で解説されている計測センサが採用されてもよい。

コントローラ１２０は、例えば、マイクロコントローラ等のプロセッサ及びプログラム等を記憶する記憶装置で構成されている。そして、コントローラ１２０は、予測部１２１、限定部１２２、干渉判定部１２３、及び干渉防止部１２４を備えている。予測部１２１〜干渉防止部１２４は、専用のハードウェア回路で構成されてもよいし、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現されてもよい。

予測部１２１は、角度センサ１０１〜１０３で計測された姿勢情報を用いて、運転室３１から障害物までの接近位置を予測する。以下、予測部１２１が予測した接近位置を予測接近位置と記述する。障害物としては、作業装置４又は作業装置４の把持物が該当するが、以下の説明では、アーム１６の先端やアタッチメント１７の先端が該当するものとして説明する。なお、作業装置４の把持物を障害物とする場合、予測部１２１は、アームの先端から後方向に向けて所定のオフセット距離だけ離れた位置を予測接近位置として採用すればよい。オフセット距離としては、想定される把持物の大きさが考慮された予め定められた値が採用されればよい。

アタッチメント１７がユーザーによって変更されている場合や、アタッチメント１７が把持物を把持している場合、計算した予測接近位置が運転室３１に干渉するとは限らない。よって、本実施の形態では、予測接近位置は、障害物のおよその位置を推定するための参考情報として活用する。つまり、算出した予測接近位置周辺の計測センサを有効とし、算出した予測接近位置から離れた計測センサは無効と判定するために予測接近位置は利用される。

図３は、予測部１２１が予測接近位置を算出する処理の説明図である。図３において、ブーム１５、アーム１６、及びアタッチメント１７は説明を簡略化するために直線で示されている。ブーム１５、アーム１６、及びアタッチメント１７の長さは既知である。また、運転室３１の前面３１ａと角度センサ１０１との前後方向の距離ｄαも既知である。よって、ブーム１５の前面３１ａに対する回転角度θ１、アーム１６のブーム１５に対する回転角度θ２、及びアタッチメント１７のアーム１６に対する回転角度θ３が分かれば、三角関数を用いることで、予測接近位置Ｐ１の高度ｄｙ及び深度ｄｚを算出できる。ここで、高度ｄｙとは、例えば、前後方向と平行な基準面ＳＥから予測接近位置Ｐ１までの上下方向の距離を指し、深度ｄｚとは、例えば、前面３１ａから予測接近位置Ｐ１までの前後方向の距離を指す。図３の例では、角度センサ１０１を通るように基準面ＳＥが設定されているが、これは一例である。なお、図３の例では、建設機械１の座標系は、前面３１ａが前後方向の原点に設定され、基準面ＳＥが上下方向の原点に設定され、前面３１ａの左右方向の中心が左右方向の限定に設定されている。

なお、図３の点線で示す姿勢をアタッチメント１７がとる場合、アタッチメント１７の先端Ｐ２よりもアーム１６の先端Ｐ１’の方が、前面３１ａに近くなる。この場合、予測部１２１は、アタッチメント１７の先端ではなくアーム１６の先端Ｐ１’を予測接近位置Ｐ１として算出してもよい。

ここで、アタッチメント１７の姿勢が上下方向に対して前方に向いていれば、アーム１６の先端Ｐ１’がアタッチメント１７の先端Ｐ２よりも前面３１ａに近くなる。そこで、予測部１２２は、回転角度θ１〜θ３の大きさから、アタッチメント１７の姿勢が上下方向に対して前方に向いているか否かを判定し、前方に向いていれば、アーム１６の先端Ｐ１’を予測接近位置Ｐ１として算出し、後方に向いていれば、アタッチメント１７の先端を予測接近位置Ｐ１として算出してもよい。

或いは、予測接近位置Ｐ１は、計測範囲を限定するために用いられるので、厳密に予測される必要はなく、おおよその位置が特定できればよい。そこで、予測部１２１は、アーム１６の先端Ｐ１’を予測接近位置Ｐ１として算出してもよい。この場合、予測部１２１は、回転角度θ３を用いずに、予測接近位置Ｐ１を算出できる。或いは、予測部１２１は、ブーム１５の先端を予測接近位置Ｐ１として算出してもよい。この場合、予測部１２１は、回転角度θ３，θ２を用いずに予測接近位置Ｐ１を算出できる。

図２に参照を戻す。限定部１２２は、予測部１２１により予測された予測接近位置Ｐ１に従って計測部１１０による計測範囲を限定する。

本実施の形態では、限定部１２２は、計測センサ１１１，１１２の中から予測接近位置Ｐ１が計測可能な計測センサを有効計測センサとして選択することで計測範囲を限定する。例えば、図１を参照して、限定部１２２は、予測接近位置Ｐ１と計測範囲Ｃ１１１の中心線Ｃ１１１＿ｂとの距離を算出すると共に、予測接近位置Ｐ１と計測範囲Ｃ１１２の中心線Ｃ１１２＿ｂとの距離を算出し、距離が短い方の中心線を計測範囲とする計測センサを有効計測センサとして選択すればよい。これにより、障害物の検知に最も有効な計測センサを選択することができ、処理時間の短縮させると共に計測精度の増大及び消費電力の削減を図ることができる。

干渉判定部１２３は、計測部１１０によって計測された物体の距離を用いて、障害物による運転室３１への干渉の危険性を判定する。ここで、干渉判定部１２３は、有効計測センサで計測された物体の深度が警告領域Ｄ１或いは自動運転領域Ｄ２に侵入しているか否かにより、障害物による干渉の危険性を判定する。

具体的には、干渉判定部１２３は、有効計測センサで計測された計測データ示す深度のうち最小の深度を障害物の深度として検知する。この場合、干渉判定部１２３は、前面３１ａから境界面Ｌ１までの距離ｄ１１と、前面３１ａから境界面Ｌ２までの距離ｄ１２とを予め記憶しておけばよい。そして、干渉判定部１２３は、有効計測センサで計測された最小の深度を、有効計測センサの座標系から建設機械１の座標系に変換し、変換した深度が警告領域Ｄ１或いは自動運転領域Ｄ２に侵入しているか否かを判定すればよい。

或いは、干渉判定部１２３は、深度に加えて、検知された物体の高さを考慮して、干渉の危険性を判定してもよい。この場合、干渉判定部１２３は、距離ｄ１１，ｄ１２に加えて、更に境界面Ｌ１の最上端、上端Ｋ１、及び最下端の高さと、境界面Ｌ２の最上端、上端Ｋ１、及び最下端の高さとを予め記憶しておけばよい。そして、干渉判定部１２３は、有効計測センサが計測した深度のうち最小の深度を示す座標を、有効計測センサの座標系から建設機械１の座標系に変換し、変換した座標が警告領域Ｄ１或いは自動運転領域Ｄ２に侵入しているか否かを判定すればよい。

干渉防止部１２４は、干渉判定部１２３により干渉の危険性が有ると判定された場合、オペレータへ警告及び作業装置４の動作制限の少なくともいずれか一方を行う。具体的には、干渉判定部１２３により、障害物が警告領域Ｄ１に位置すると判定された場合、干渉防止部１２４は、ブザー１３０を鳴動させる。

また、干渉判定部１２３により、障害物が自動運転領域Ｄ２に位置すると判定された場合、干渉防止部１２４は、作業装置４を減速させる或いは自動停止させることで、作業装置４の動作を制限する。

この場合、干渉防止部１２４は、操作レバー２７０の操作量に応じて設定されるコントロールバルブ２６０の弁の開度を作業装置４を減速させるように方向に補正することで、作業装置４を減速させればよい。更にこの場合、干渉防止部１２４は、障害物の深度が運転室３１に近づくにつれて作業装置４の減速量を増大させてもよい。

ブザー１３０は、例えば運転室３１内に設けられ、干渉防止部１２４の制御の下、鳴動する。

なお、図２において、コントロールバルブ２６０は、コントローラ１２０を介して操作レバー２７０の操作量が伝達されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、操作レバー２７０及びコントロールバルブ２６０間に電磁弁を設け、この電磁弁が操作レバー２７０の出力する圧力を減圧し、減圧した圧力でコントロールバルブ２６０の弁の開度を制御する態様が採用されてもよい。

図４は、実施の形態１における建設機械１の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータにより操作レバー２７０が操作されると（Ｓ４０１でＹＥＳ）、予測部１２１は、角度センサ１０１〜１０３が計測した回転角度θ１〜θ２を用いて予測接近位置Ｐ１を算出する（Ｓ４０２）。一方、操作レバー２７０が操作されなければ（Ｓ４０１でＮＯ）、処理はＳ４０１に戻される。

次に、限定部１２２は、予測接近位置Ｐ１に基づいて有効計測センサを選択する（Ｓ４０３）。次に、限定部１２２は、有効計測センサが計測した計測データが示す物体の深度を計測する（Ｓ４０４）。

次に、干渉判定部１２３が、計測した物体の深度が警告領域Ｄ１に侵入したと判定すると（Ｓ４０５でＹＥＳ）、干渉防止部１２４は、障害物が警告領域Ｄ１に侵入したと判定し、ブザー１３０を鳴動させて警告する（Ｓ４０６）。一方、干渉判定部１２３は、計測した物体の深度が警告領域Ｄ１に侵入していないと判定すると（Ｓ４０５でＮＯ）、障害物が警告領域Ｄ１に侵入していないと判定し、処理をＳ４０１に戻す。

次に、干渉判定部１２３が、計測した物体の深度が自動運転領域Ｄ２に侵入していると判定すると（Ｓ４０７でＹＥＳ）、干渉防止部１２４は、障害物が自動運転領域Ｄ２に侵入したと判定し、作業装置４の動作を制限させる（Ｓ４０８）。Ｓ４０８が終了すると、処理はＳ４０１に戻される。一方、干渉判定部１２３は、計測した物体の深度が自動運転領域Ｄ２に侵入していないと判定すると（Ｓ４０７でＮＯ）、障害物が自動運転領域Ｄ２に侵入していないと判定し、処理をＳ４０１に戻す。

なお、上記フローチャートでは、障害物が警告領域Ｄ１に侵入したと判定した場合、警告のみが行われているが、作業装置４が減速されてもよい。そして、障害物が自動運転領域Ｄ２に侵入したと判定した場合、干渉防止部１２４は、作業装置４を自動停止させてもよい。或いは、障害物が警告領域Ｄ１に侵入したと判定した場合、操作レバー２７０の操作量に拘わらず、干渉防止部１２４は、自動運転領域Ｄ２内に障害物が侵入しないように作業装置４の動作を制限してもよい。

このように、実施の形態１では、作業装置４の姿勢を示す姿勢情報を用いて、障害物の運転室３１への接近位置が予測され、予測された予測接近位置Ｐ１に従って計測部１１０による計測範囲が限定されている。そのため、無駄な計測動作を省くことができ、障害物の警告領域Ｄ１への干渉の有無を短時間で検知できる。更に、限定された計測範囲に処理範囲が絞られているので、検知精度を高めることができると同時に消費電力の抑制も可能となる。

なお、図１では、複数の計測センサが設けられているが、警告領域Ｄ１及び自動運転領域Ｄ２をカバーできるのであれば、計測センサの個数は１つであってもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２の建設機械１は、予測接近位置Ｐ１に計測センサの計測範囲を向けることを特徴とする。図５は、実施の形態２における建設機械１の外観図である。実施の形態２では、計測センサ１１１は１つである。計測センサ１１１にはアクチュエータ１１０ａが取り付けられている。アクチュエータ１１０ａは、計測センサ１１１と前面３１ａとの仰角を変更させる方向（矢印ＹＡに示す方向）に計測センサ１１１回転させ、計測センサ１１１の計測範囲Ｃ１１１を予測接近位置Ｐ１に位置決めする。これにより１つの計測センサ１１１で計測できる範囲が格段に大きくなり、警告領域Ｄ１の全域をカバーするために無駄な計測センサを追加せずに済む。

図６は、実施の形態２における建設機械１のシステム構成の一例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、計測部１１０から計測センサ１１２が省かれ、アクチュエータ１１０ａが設けられている点にある。それ以外は、図２と同じである。

限定部１２２は、予測部１２１により算出された予測接近位置Ｐ１が計測センサ１１１の計測範囲Ｃ１１１に含まれるように、計測センサ１１１を回転させる。図５を参照して、例えば、図示する位置に予測接近位置Ｐ１が算出されたとすると、限定部１２２は、アクチュエータ１１０ａを制御して、中心線Ｃ１１１＿ｂが予測接近位置Ｐ１と交差するように計測センサ１１１を回転させる。

図７は、実施の形態２における建設機械１の処理を示すフローチャートである。なお、本フローチャートにおいて、図４のフローチャートと同じ処理には同じ符号が付されている。

Ｓ４０２に続くＳ７０１では、限定部１２２は、アクチュエータ１１０ａを制御して、予測接近位置Ｐ１に向かうように計測センサ１１１の計測範囲Ｃ１１１の方向を変更する（Ｓ７０１）。

次に、計測センサ１１１は、変更された計測範囲Ｃ１１１において物体の深度を計測する（Ｓ７０２）。以降、図４と同じ処理が繰り返される。

このように、実施の形態２による建設機械１では、予測接近位置Ｐ１に向けて計測センサ１１１の計測範囲Ｃ１１１が変更されているので、複数の計測センサを設けなくても、予測接近位置Ｐ１付近の物体を計測センサ１１１に計測させることができる。

なお、図５では、計測センサ１１１の個数を１つとしたが、警告領域Ｄ１が大きく１つの計測センサ１１１では、警告領域Ｄ１の全域をカバーできない場合、計測センサを複数設けてもよい。この場合、各計測センサにアクチュエータ１１０ａを設け、各計測センサの計測範囲を個別に変更できるようにすればよい。

（実施の形態３）
実施の形態３の建設機械１は、実施の形態１において、有効計測センサが計測データとして取得した距離画像データから、予測接近位置Ｐ１を含む一部の領域を抽出し、抽出した領域内において物体の深度を検知することを特徴とする。

図８は、実施の形態３において、有効計測センサが取得した距離画像データＧ１の一例を示す図である。距離画像データＧ１には、運転室３１の前面３１ａ側から見たアーム１６とアタッチメント１７との画像が含まれている。

そして、図示する位置に予測接近位置Ｐ１が位置したとすると、限定部１２２は、距離画像データＧ１において、予測接近位置Ｐ１を中心に処理領域Ｄ８０を設定し、距離画像データＧ１から処理領域Ｄ８０を抽出する。この場合、限定部１２２は、予測接近位置Ｐ１の座標系を建設機械１の座標系から有効計測センサの座標系に変換することで距離画像データＧ１内に予測接近位置Ｐ１をプロットすればよい。

ここで、予測接近位置Ｐ１は、図３に示されるように、深度ｄｚと高度ｄｙの２成分のデータなので、左右方向の位置が分からない。したがって、限定部１２２は、予測接近位置Ｐ１の左右方向の位置を、作業装置４と運転室３１との相対的な位置関係から予め定められた位置に設定すればよい。或いは、作業装置４が左右方向に傾倒可能に構成されているのであれば、作業装置４の左右方向の回転角度を角度センサで計測させ、予測部１２１に予測接近位置Ｐ１の左右方向の位置を算出させてもよい。

なお、処理領域Ｄ８０は、アタッチメント１７の種類や把持物などが考慮された予め定められたサイズが採用される。この場合、限定部１２２は、アタッチメント１７の種類に応じて処理領域Ｄ８０の大きさを変更してもよい。なお、限定部１２２は、アタッチメント１７の種類をオペレータにより入力させることで、認識すればよい。

図９は、実施の形態３における建設機械１の処理を示すフローチャートである。なお、本フローチャートにおいて、図４のフローチャートと同じ処理には同じ符号が付されている。

Ｓ４０３に続くＳ９０１では、限定部１２２は、有効計測センサが計測した距離画像データから処理領域Ｄ８０を抽出する。次に、干渉判定部１２３は、処理領域Ｄ８０内の深度のうち最小の深度を障害物の深度として検知する（Ｓ９０２）。以降、図４と同じ処理が繰り返される。

このように、実施の形態３の建設機械１では、計測センサが取得する距離画像データＧ１から、予測接近位置Ｐ１を含む処理領域Ｄ８０を抽出することで計測範囲が限定されているので、処理対象が絞られ、処理時間を短縮できる。

なお、実施の形態３は、実施の形態２に適用されてもよい。この場合、計測範囲Ｃ１１１が予測接近位置Ｐ１を向くように位置決めされた計測センサ１１１が計測した距離画像データＧ１内から処理領域Ｄ８０が抽出されることになる。

（実施の形態４）
実施の形態４は、少なくとも警告領域Ｄ１がカバーできるように複数配置された超音波センサを用いることを特徴とする。

図１０は、実施の形態４における建設機械１の外観図である。運転室３１の前面３１ａには上下方向に３つの超音波センサ３１０が配置されている。図１１は、実施の形態４における建設機械１の上方視の図である。運転室３１の前面３１ａには、左右方向３つの超音波センサ３１０が配置されている。

このように本実施の形態では、３行×３列＝９個の超音波センサ３１０が運転室３１の前面３１ａにアレイ状に配置されている。

ここでは、超音波センサ３１０が採用されているが、物体との距離を計測できるセンサであれば、ミリ波や電波や光などの計測波を照射して物体との距離を計測するセンサが採用されてもよい。

超音波センサ３１０は、実施の形態１で示した深度センサのように深度の分布を計測することはできず、計測範囲Ｅ３１０内で最も接近している物体の深度しか計測できない。そのため、超音波センサ３１０は、前面３１ａに接近している物体であっても、斜め前方に位置する物体は、センサ面からの距離が長くなるので、深度を大きく計測してしまう。そのため、超音波センサ３１０の計測範囲Ｅ３１０を広角に設定できない。

運転室３１の前面３１ａは、例えば、縦２ｍ程度×横１ｍ程度であり広範囲である。よって、１つの超音波センサ３１０では警告領域Ｄ１の全域をカバーできない。そこで、図１０では、複数の超音波センサ３１０が設けられている。

具体的には、図１０、図１１に示すように、超音波センサ３１０は、計測範囲Ｅ３１０が少なくとも境界面Ｌ２の全域をカバーできるように上下方向及び左右方向に離間して配置されている。これにより、警告領域Ｄ１において超音波センサ３１０の死角が発生せず、障害物が自動運転領域Ｄ２に侵入するまでに建設機械１は、オペレータに警告を発することが可能となる。

図１２は、実施の形態４における建設機械１のシステム構成を示すブロック図である。図１２において、図２との相違点は、計測部１１０が計測センサ１１１，１１２ではなく、複数の超音波センサ３１０で構成されている点にある。

超音波センサ３１０は、例えば、一定時間毎（例えば数十ｍｓｅｃ程度毎）に超音波を放射し、放射してから反射波を受信するまでの時間を計測し、音速×時間／２の演算を行うことで、物体までの距離を計測する。

限定部１２２は、超音波センサ３１０の中から、予測接近位置Ｐ１が計測可能な１以上の超音波センサ３１０を有効計測センサとして選択することで計測範囲を限定する。例えば、図１０を参照して、限定部１２２は、左右方向視（側面視）において、計測範囲Ｅ３１０に予測接近位置Ｐ１が含まれる１以上の超音波センサ３１０を有効超音波センサとして選択する。或いは、限定部１２２は、予測接近位置Ｐ１と各超音波センサ３１０との距離を求め、求めた距離が閾値以下の超音波センサ３１０を有効超音波センサとして選択してもよい。ここで、閾値としては、例えば、超音波センサ３１０の計測範囲Ｅ３１０が予測接近位置Ｐ１を含むことが見込まれる予め定められた値が採用されればよい。

また、図１１を参照して、限定部１２２は、上方視において、計測範囲Ｅ３１０に予測接近位置Ｐ１が含まれる１以上の超音波センサ３１０を有効超音波センサとして設定する。なお、予測接近位置Ｐ１は、深度ｄｚと高度ｄｙとの２成分データであるので、限定部１２２は、運転室３１と作業装置４との相対的な位置関係から予め定められた位置を予測接近位置Ｐ１の左右方向の位置として設定してもよいし、作業装置４が左右方向に回転するのであれば、その回転角度から予測接近位置Ｐ１の左右方向の位置を設定してもよい。

図１２を参照し、干渉判定部１２３は、限定部１２２により選択された有効計測センサで計測された深度のうち、最小の深度を障害物の深度として検知する。そして、干渉判定部１２３は、検知した最小の深度が警告領域Ｄ１或いは自動運転領域Ｄ２内に侵入していれば、干渉の危険性があると判定すればよい。

図１３は、実施の形態４による建設機械１の処理を示すフローチャートである。なお、本フローチャートにおいて、図４のフローチャートと同じ処理には同じ符号が付されている。

Ｓ４０２に続くＳ１３０１では、限定部１２２は、予測接近位置Ｐ１に基づいて有効超音波センサを選択する。次に、有効超音波センサは、物体の深度を計測する（Ｓ１３０２）。次に、干渉判定部１２３は、有効超音波センサが計測した深度のうち最小の深度を特定する（Ｓ１３０３）。

次に、干渉判定部１２３により特定した最小の深度が警告領域Ｄ１に侵入していると判定されれば（Ｓ１３０４でＹＥＳ）、干渉防止部１２４は、ブザー１３０を鳴動させて警告する（Ｓ４０６）。また、干渉判定部１２３により特定した最小の深度が自動運転領域Ｄ２に侵入していると判定されれば（Ｓ１３０５でＹＥＳ）、干渉防止部１２４は、作業装置４の動作を制限する（Ｓ４０８）。なお、Ｓ１３０４でＮＯ、Ｓ１３０５でＮＯの場合、処理はＳ４０１に戻される。

このように実施の形態４の建設機械１では、警告領域Ｄ１の全域が計測可能となるように運転室３１に複数の超音波センサ３１０が設置されている。そのため、複数の超音波センサ３１０は死角無く警告領域Ｄ１の全域を計測できる。また、本態様では、有効超音波センサが計測した深度を用いて干渉の危険性が判定されている。そのため、無駄な計測動作を省くことができる。

（実施の形態５）
実施の形態５は、予測接近位置Ｐ１に超音波センサアレイの指向性が向くように各超音波センサが放射する超音波の位相を制御することを特徴とする。

図１４は、実施の形態５における建設機械１の外観図である。図１４に示すように超音波センサアレイ１７１０は、前面３１ａの上部に設けられている。超音波センサアレイ１７１０は、図１８に示されるように、送信側アレイ１７１１と受信側アレイ１７１２とを備える。送信側アレイ１７１１には、超音波を放射する送信素子３１０Ｓが所定行×所定列でアレイ状に配列されている。受信側アレイ１７１２には、超音波を受信する受信素子３１０Ｒが所定行×所定列でアレイ状に配列されている。ここで、送信側アレイ１７１１に配置された送信素子３１０Ｓと受信側アレイ１７１２に配置された受信素子３１０Ｒは、同一行同一列の送信素子３１０Ｓ及び受信素子３１０Ｒ同士が一対一に対応している。また、１つの送信素子３１０Ｓとそれに対応する１つの受信素子３１０Ｒとで１つの超音波センサ３１０が構成される。

図１５は、実施の形態５における建設機械１のシステム構成を示すブロック図である。図１５において、図２との相違点は、計測部１１０が計測センサ１１１，１１２に代えて超音波センサアレイ１７１０，１７２０を備えている点にある。それ以外は、同じである。

なお、図１５では、２つの超音波センサアレイ１７１０，１７２０が設けられているが、図１４に示すように１つの超音波センサアレイ１７１０で構成した場合、超音波センサアレイ１７２０は不要となる。

図１６は、実施の形態５における超音波センサの制御を説明する図である。図１４では超音波センサアレイ１７１０は運転室３１の前面３１ａの上部の１か所にしか配置されていないが、各超音波センサ３１０から放射される超音波の位相を制御することで超音波センサアレイ１７１０の全体の指向性を変更できる。図１６では、説明を簡略化するために、３つの超音波センサ３１１，３１２，３１３で超音波センサアレイ１７１０が構成されているとして説明する。

図１６のセクション（ａ）では、超音波センサ３１１〜３１３は、同位相で超音波を放射している。この場合、超音波センサアレイ１７１０のセンサ面Ｓ１６００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、超音波センサアレイ１７１０からは方向Ａ１に最大の強度を持つ超音波が放射される。

一方、セクション（ｂ）では、方向Ａ１に対して角度θｙだけ上側の方向Ａ２において、超音波成分Ｗ１〜Ｗ３の位相が揃うように、上から２番目の超音波センサ３１２と上から３番目の超音波センサ３１３とは超音波センサ３１１に対する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、超音波センサアレイ１７１０からは方向Ａ２に最大の強度をもつ超音波が放射される。

ここで、１番目の超音波センサ３１０に対して上からｎ（ｎは２以上の整数）番目の超音波センサ３１０の位相のずれをα（ｎ）（ｒａｄ）とおくと、α（ｎ）は式（１）で表される。

α（ｎ）＝２π（ｎ−１）・ｄ・ｓｉｎθｙ／λ （１）
但し、ｄは超音波センサ３１０間の距離をメートル単位で表し、λは超音波センサ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。

そこで、本実施の形態では、限定部１２２は、式（１）に基づいて各超音波センサ３１０の位相のずれを制御することで、超音波センサアレイ１７１０全体での超音波の指向性を調整し、計測範囲を限定する。

図１４を用いて具体的に説明すると、図示する予測接近位置Ｐ１は、前後方向に対する角度がθｙであったとする。この場合、限定部１２２は、１行目の超音波センサ３１０の位相に対して２行目以降の各行の超音波センサ３１０の位相のずれを以下のように設定する。

すなわち、限定部１２２は、２行目の超音波センサ３１０について、位相のずれα（２）を、α（２）＝２π・１・ｄ・ｓｉｎθｙ／λと設定し、３行目の超音波センサ３１０について、位相のずれα（３）を、α（３）＝２π・２・ｄ・ｓｉｎθｙ／λに設定し、・・・、ｎ行目の超音波センサ３１０について、位相のずれα（ｎ）を、α（ｎ）＝２π（ｎ−１）・ｄ・ｓｉｎθｙ／λに設定する。これにより、超音波センサアレイ１７１０から予測接近位置Ｐ１の方向に強度の高い超音波が放射され、計測範囲を効率良く限定できる。

図１７は、実施の形態５における建設機械１の動作を示すフローチャートである。なお、本フローチャートにおいて、図１３のフローチャートと同じ処理には同じ符号が付されている。

Ｓ４０２に続くＳ１７０１では、限定部１２２は、超音波センサアレイ１７１０の指向性が予測接近位置Ｐ１に向くように、式（１）を用いて超音波センサ３１０の位相のずれを調整する。

次に、超音波センサアレイ１７１０は、物体の深度を計測する（Ｓ１７０２）。ここでは、超音波センサアレイ１７１０を構成する超音波センサ３１０のそれぞれにより物体の深度が計測される。

次に、干渉判定部１２３は、各超音波センサ３１０で計測された深度の中から最小の深度を障害物の深度として特定する（Ｓ１７０３）。以降、図１３のフローチャートと同じ処理が繰り返される。

次に、実施の形態５の変形例１について説明する。図１８は、実施の形態５の変形例１における超音波センサアレイの配置を示す図である。変形例１では、超音波センサアレイ１７１０に加えて超音波センサアレイ１７２０が設けられている点を特徴とする。

前面３１ａはフロントガラス１７０３で覆われているがフロントガラス１７０３上に超音波センサアレイ１７１０，１７２０を配置すると、作業者の視界を遮ることとなり操作性が悪化する。そこで、フロントガラス１７０３を覆う上ピラー１７０５に超音波センサアレイ１７１０は配置され、下ピラー１７０６に超音波センサアレイ１７２０は配置されている。

超音波センサアレイ１７２０は、超音波センサアレイ１７１０と同様、送信側アレイ１７２１及び受信側アレイ１７２２を備えている。送信側アレイ１７２１及び受信側アレイ１７２２は送信側アレイ１７１１及び受信側アレイ１７１２と同一構成なので説明を省略する。

図１９は、実施の形態５の変形例１における建設機械１の外観図である。図１９に示すように、変形例１では、前面３１ａの上部に設けられた超音波センサアレイ１７１０に加えて、前面の下部に超音波センサアレイ１７２０が配置されている。したがって、超音波センサアレイ１７１０、１７２０全体での計測範囲をより拡大できる。

変形例１において、限定部１２２は、超音波センサアレイ１７１０，１７２０の中から予測接近位置Ｐ１に対する距離が近い方の超音波センサアレイを選択し、選択した超音波センサアレイの指向性を予測接近位置Ｐ１に向けてもよい。これにより、物体の深度をより正確に検知できる。

次に、実施の形態５の変形例２について説明する。図２０は、実施の形態５の変形例２における建設機械１の上方視の図である。変形例２は、超音波センサアレイ１７１０の指向性を上下方向に加えて左右方向にも変更させる点を特徴とする。

例えば、予測接近位置Ｐ１が、超音波センサアレイ１７１０のセンサ面Ｓ１６００から、前後方向を基準としたときの左右方向の角度がθｘの方向Ａ３にあったとする。この場合、限定部１２２は、超音波センサアレイ１７１０の指向性が方向Ａ３を向くように、各超音波センサ３１０の位相のずれを調整する。なお、超音波センサアレイ１７１０の指向性を方向Ａ３に向ける位相のずれの制御は、図１６において、超音波センサ３１１〜３１３が左右方向に配列されていると考えれば容易に推測できる。

具体的には、式（１）のθｙをθｘに置き換える。そして、限定部１２２は、１列目の超音波センサ３１０の位相に対して２列目以降の各列の超音波センサ３１０の位相のずれを以下のように設定する。

すなわち、限定部１２２は、２列目の超音波センサ３１０について、位相のずれα（２）を、α（２）＝２π・１・ｄ・ｓｉｎθｘ／λと設定し、３列目の超音波センサ３１０について、位相のずれα（３）を、α（３）＝２π・２・ｄ・ｓｉｎθｘ／λと設定し、・・・、ｎ列目の超音波センサ３１０について、位相のずれα（ｎ）をα（ｎ）＝２π（ｎ−１）・ｄ・ｓｉｎθｘ／λと設定する。これにより、超音波センサアレイ１７１０から予測接近位置Ｐ１の方向に強度の高い超音波が放射され、計測範囲を効率良く限定できる。

更に、変形例２では、左右方向と上下方向とを組み合わせた方向に超音波センサアレイ１７１０の指向性を向けることも可能である。

例えば、超音波センサアレイ１７１０のセンサ面Ｓ１６００から前後方向を基準としたときの上下方向の角度がθｙの方向Ａ２（図１４参照）と、センサ面１６００から前後方向を基準としたときの左右方向の角度がθｘの方向Ａ３（図２０参照）とをベクトル加算した方向に予測接近位置Ｐ１があったとする。

この場合、限定部１２２は、まず、１行ｊ列目の超音波センサ３１０について、１行１列目の超音波センサ３１０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、限定部１２２は、ｉ行ｊ列目の超音波センサ３１０について、１行ｊ列目の超音波センサ３１０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。

これにより方向Ａ２と方向Ａ３とをベクトル加算した方向に超音波センサアレイ１７１０の指向性を向けることができる。なお、変形例２は変形例１と組み合わされても良い。

（実施の形態６）
実施の形態６は、実施の形態４に示す複数の超音波センサ３１０が配置された建設機械１において超音波センサ３１０を上面格子部材及び前面格子部材に取り付けた点を特徴とする。なお、本実施の形態において実施の形態１〜５と同一のものは同一の符号を付して説明を省略する。

図２１は、実施の形態６における建設機械１の外観図である。建設機械１の運転室３１の前面３１ａ及び上面３１ｃには、それぞれ、前面格子部材２１０２及び上面格子部材２１０１が配置されている。超音波センサ３１０は、前面格子部材２１０２及び上面格子部材２１０２に配置されている。

超音波センサ３１０は、運転室３１の前面３１ａや上面３１ｃへの障害物の干渉を事前に検知するために、数十ｍｓの間隔で超音波を発しながらその反射波を受信することで物体までの距離を計測する。

図２２は、超音波センサ３１０の指向性を示す図である。超音波センサ３１０の指向性の指標は半値角βによって表される。半値角βは、音響レベル（音の強さ）が最大の角度を基準として、角度をずらしていったときに、音響レベルが最大値の１／２に減衰する角度を示す。半値角βが広すぎると運転室３１から物体までの距離の誤差が大きくなり好ましくない。そのため、超音波センサ３１０の半値角βは小さい方が好ましい。この場合、１つの超音波センサ３１０だけでは、警告領域Ｄ１の全域をカバーできないので、複数の超音波センサ３１０を用いるのが現実的である。

そこで、本実施の形態６では、図２３に示すように上面格子部材２１０１及び前面格子部材２１０２を運転室３１の前面３１ａ及び上面３１ｃに配置し、上面格子部材２１０１及び前面格子部材２１０２に複数の超音波センサ３１０を配置した。

図２３は、上面格子部材２１０１及び前面格子部材２１０２の配置例を示した図である。図２３に示すように、上面格子部材２１０１は、上面３１ｃの全域を覆うように上面３１ｃの上方に設けられた格子状の部材である。前面格子部材２１０２は、前面３１ａの全域を覆うように前面３１ａの前方に設けられた格子状の部材である。具体的には、上面格子部材２１０１及び前面格子部材２１０２は、複数の縦棒２１１１と複数の横棒２１１２とが格子状に組み合わされて構成されている。

図２４は、超音波センサ３１０の配置パターン１を示した図である。配置パターン１では、縦棒２１１１及び横棒２１１２が交差する部分に超音波センサ３１０が配置されている。

なお、超音波センサ３１０の半値角βに基づいて、少なくとも警告領域Ｄ１への物体の検知をカバーできる範囲を検討し、上面格子部材２１０１及び前面格子部材２１０２の格子の間隔や形状は決定されればよい。

図２５は、超音波センサ３１０の配置パターン２を示した図である。ここで、横棒２１１２が行に対応し、縦棒２１１１が列に対応し、横棒２１１２と縦棒２１１１との交点が行及び列で表されると考える。配置パターン２では、奇数行においては、奇数列の交点に超音波センサ３１０が配置され、偶数行においては、偶数列の交点に超音波センサ３１０が配置されている。

図２６は、超音波センサ３１０の配置パターン３を示した図である。配置パターン３では、上面格子部材２１０１及び前面格子部材は２１０２は、格子がひし形である。具体的には、上面格子部材２１０１及び前面格子部材２１０２は四角形の枠体２６０１と、枠体２６０１の内部にひし形の格子が形成されるように組み込まれた複数の棒体２６０２とで構成されている。そして、格子の各交点に超音波センサ３１０が配置されている。

図２７は、実施の形態６において、建設機械１に取り付けられた超音波センサ３１０が超音波を放射している様子を示した図である。

図２７に示すように、超音波センサ３１０は、計測範囲２２０１が少なくとも境界面Ｌ２上の全域をカバーできるように格子状に配置されている。警告領域Ｄ１において超音波センサ３１０の死角が発生せず、障害物が自動運転領域Ｄ２に侵入するまでに建設機械１は、オペレータに警告を発することが可能となる。

鉄骨切断機、コンクリート圧砕機、及び解体用つかみ機といったアタッチメントを装着する建設機械では、安全確保のため防護設備としてフロントガード（運転室前面を防護）やヘッドガード（運転席上面を防護）する設備が備えられていることが多い。

超音波センサ３１０を配置するために専用の部材を建設機械１に取り付けてもよいが、もともと建設機械１が防護設備として備えているフロントガード、ヘッドガードを有効に活用すれば、専用の部材が不要となる。

そこで、本実施の形態では、フロントガードとして前面格子部材２１０２、ヘッドガードとして上面格子部材２１０１を採用し、両部材の上に超音波センサ３１０を配置した。これにより、オペレータの視界が防護設備以上に悪化させることなくなる。その結果、本実施の形態では、建設機械１の余計な重量増大やコストの上昇を防ぐことができる。

図２８は、実施の形態６における建設機械１が計測範囲を限定している様子を示す図である。実施の形態４と同様にして予測接近位置Ｐ１が算出されている。そして、限定部１２２は、実施の形態４と同様、予測接近位置Ｐ１を計測範囲２２０１に含む超音波センサ３１０を有効超音波センサとして選択する。

図２８の例では前面格子部材２１０２に取り付けられた超音波センサ３１０のうち、上から１行目と２行目に位置する超音波センサ３１０の計測範囲２２０１に予測接近位置Ｐ１が位置していた。そのため、限定部１２２は、上から１行目と２行目に位置する超音波センサ３１０を有効超音波センサとして選択する。そして、干渉判定部１２３は、有効超音波センサで計測された深度のうち、最小の深度を障害物の深度と検知すればよい。そして、実施の形態４と同様にして、干渉の危険性が判定される。

Ｃ１１１，Ｃ１１２，Ｅ３１０ 計測範囲
Ｄ１ 警告領域
Ｄ２ 自動運転領域
Ｄ８０ 処理領域
Ｇ１ 距離画像データ
Ｐ１ 予測接近位置
θ１，θ２，θ３ 回転角度
１ 建設機械
４ 作業装置
１５ ブーム
１６ アーム
１７ アタッチメント
３１ 運転室
３１ａ 前面
３１ｂ 傾斜面
３１ｃ 上面
１００ 取得部
１０１，１０２，１０３ 角度センサ
１１０ 計測部
１１０ａ アクチュエータ
１１１，１１２ 計測センサ
１２０ コントローラ
１２１ 予測部
１２２ 限定部
１２３ 干渉判定部
１２４ 干渉防止部
１３０ ブザー
３１０ 超音波センサ
１７１０ 超音波センサアレイ
１７２０ 超音波センサアレイ
２１０１ 上面格子部材
２１０２ 前面格子部材

Claims (13)

1. 姿勢が変更可能な作業装置と運転室とを備える建設機械の干渉防止装置であって、
   前記運転室に取り付けられ、自身から前記運転室の周辺に位置する物体までの距離を計測する計測部と、
   前記計測部によって計測された距離を用いて、前記作業装置又は前記作業装置の把持物である障害物による前記運転室への干渉の危険性を判定する干渉判定部と、
   前記干渉判定部により前記干渉の危険性が有ると判定された場合、乗車者へ警告及び前記建設機械の動作制限の少なくとも一方を行う干渉防止部と、
   前記作業装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する取得部と、
   前記姿勢情報を用いて、前記運転室から前記障害物までの接近位置を予測する予測部と、
   前記予測部により予測された予測接近位置に従って前記計測部による計測範囲を限定する限定部とを備え、
   前記干渉判定部は、前記限定部により限定された計測範囲において前記計測された前記物体の距離を用いて、前記干渉の危険性を判定し、
   前記計測部は、カメラを備え、
   前記限定部は、前記カメラが取得する画像を示すデータから、前記予測接近位置を含む領域を抽出することで前記計測範囲を限定する建設機械の干渉防止装置。
2. 前記計測部は複数の計測センサを備え、
   前記限定部は、前記複数の計測センサの中から前記予測接近位置が計測可能な計測センサを選択することで前記計測範囲を限定する請求項１に記載の建設機械の干渉防止装置。
3. 前記限定部は、前記計測部の計測方向を変更する変更部を備え、前記変更部を用いて前記計測部の計測方向を前記予測接近位置に向けることで前記計測範囲を限定する請求項１又は２に記載の建設機械の干渉防止装置。
4. 前記計測部は、赤外線を照射する光源と、前記赤外線の反射光を受光するカメラとを備える距離センサで構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の干渉防止装置。
5. 前記計測部はステレオカメラを備える距離センサで構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の干渉防止装置。
6. 姿勢が変更可能な作業装置と運転室とを備える建設機械の干渉防止装置であって、
   前記運転室に取り付けられ、自身から前記運転室の周辺に位置する物体までの距離を計測する計測部と、
   前記計測部によって計測された距離を用いて、前記作業装置又は前記作業装置の把持物である障害物による前記運転室への干渉の危険性を判定する干渉判定部と、
   前記干渉判定部により前記干渉の危険性が有ると判定された場合、乗車者へ警告及び前記建設機械の動作制限の少なくとも一方を行う干渉防止部と、
   前記作業装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する取得部と、
   前記姿勢情報を用いて、前記運転室から前記障害物までの接近位置を予測する予測部と、
   前記予測部により予測された予測接近位置に従って前記計測部による計測範囲を限定する限定部とを備え、
   前記干渉判定部は、前記限定部により限定された計測範囲において前記計測された前記物体の距離を用いて、前記干渉の危険性を判定し、
   前記計測部は、前記運転室の近傍に予め設定された干渉危険領域の全域が計測可能となるように前記運転室に設置された複数の距離センサを備え、
   前記干渉判定部は、前記限定部により限定された計測範囲において、前記複数の距離センサが計測した距離を用いて前記干渉の危険性を判定し、
   前記限定部は、前記複数の距離センサの全体の指向性が前記予測接近位置を向くように前記複数の距離センサのそれぞれから放射される計測波の位相を制御することで前記計測範囲を限定する建設機械の干渉防止装置。
7. 前記限定部は、前記複数の距離センサの中から前記予測接近位置が計測可能な１以上の距離センサを選択することで前記計測範囲を限定し、
   前記干渉判定部は、前記選択された１以上の距離センサが計測した距離を用いて前記干渉の危険性を判定する請求項６に記載の建設機械の干渉防止装置。
8. 前記複数の距離センサは、２次元のアレイ状に配置されている請求項６に記載の建設機械の干渉防止装置。
9. 姿勢が変更可能な作業装置と運転室とを備える建設機械の干渉防止装置であって、
   前記運転室に取り付けられ、自身から前記運転室の周辺に位置する物体までの距離を計測する計測部と、
   前記計測部によって計測された距離を用いて、前記作業装置又は前記作業装置の把持物である障害物による前記運転室への干渉の危険性を判定する干渉判定部と、
   前記干渉判定部により前記干渉の危険性が有ると判定された場合、乗車者へ警告及び前記建設機械の動作制限の少なくとも一方を行う干渉防止部と、
   前記作業装置の姿勢を示す姿勢情報を取得する取得部と、
   前記姿勢情報を用いて、前記運転室から前記障害物までの接近位置を予測する予測部と、
   前記予測部により予測された予測接近位置に従って前記計測部による計測範囲を限定する限定部とを備え、
   前記干渉判定部は、前記限定部により限定された計測範囲において前記計測された前記物体の距離を用いて、前記干渉の危険性を判定し、
   前記計測部は、前記運転室の近傍に予め設定された干渉危険領域の全域が計測可能となるように前記運転室に設置された複数の距離センサを備え、
   前記干渉判定部は、前記限定部により限定された計測範囲において、前記複数の距離センサが計測した距離を用いて前記干渉の危険性を判定し、
   前記干渉判定部は、前記限定部により限定された計測範囲において、前記複数の距離センサが計測した距離のうちの最小距離を用いて前記干渉の危険性を判定する建設機械の干渉防止装置。
10. 前記複数の距離センサは、前記運転室の前面及び上面のうちの少なくとも一方に設置された格子状の部材上に配置された超音波センサで構成される請求項６〜９のいずれか１項に記載の建設機械の干渉防止装置。
11. 前記格子状の部材は、フロントガード及びヘッドガードの少なくともいずれか一方である請求項１０に記載の建設機械の干渉防止装置。
12. 前記作業装置は、前記運転室に対して揺動可能に取り付けられたブームと、前記ブームに対して揺動可能に取り付けられたアームと、前記アームに対して揺動可能に取り付けられたアタッチメントとを備え、
    前記取得部は、前記ブーム、前記アーム、及び前記アタッチメントの回動角の少なくとも１つを前記姿勢情報として取得する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の建設機械の干渉防止装置。
13. 前記予測部は、前記アームの先端又は前記アタッチメントの先端と前記運転室との距離を前記接近位置として予測する請求項１２に記載の建設機械の干渉防止装置。