JP6734485B2 - 作業機械 - Google Patents

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。しかし、実際の作業現場においては、作業員が作業機械の近傍で作業を行っていることを知りながら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、作業員が近傍にいることを知っているにも係わらず周囲監視装置によってその報知や作業機械の動作制限が行われてしまう。

このような問題の解決を試みた装置の１つとして、例えば、特許文献１に記載のものがある。この装置は、作業車両の周囲に設定された侵入禁止領域内で作業者などの侵入物が検知されたときに作業車両の停止制御を行う際に、侵入物の作業内容に応じて侵入禁止領域を設定可能とすることで、不必要な停止制御の介入を抑制し、作業効率低下の防止を図っている。

特開２００３−１０５８０７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、侵入物の作業内容に応じて侵入禁止領域を設定できるものの、作業機械の作業が変わる場合には、その都度オペレータが進入禁止領域を設定する必要があるため、頻繁に作業が切り替わるような状況では、オペレータの作業負荷が増大してしまう。このようなオペレータの作業負荷の増大は、作業効率の低下を招くことが考えられる。

また、オペレータの作業負荷が増大することに伴って、侵入禁止領域の設定操作に対する煩わしさも生じるため、侵入禁止領域の設定し忘れや作業機械の作業が変わった場合でも侵入禁止領域を固定したまま作業機械を動作させるといったような、本来想定された運用がなされない可能性がある。このような想定外の運用では、不必要な報知や作業機械の動作制限の抑制が十分になされず、結果として作業効率の低下を招くことが考えられる。

本発明は上記に鑑みて成されたものであり、オペレータの負担増大を抑制することにより、作業機械の周囲に存在する障害物に関して過不足の無い適切な制御を行いつつ、作業効率の低下を抑制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機と、前記作業機を駆動するための操作信号を検出する操作信号検出装置と、前記車両本体と前記作業機とを有する作業機械の周囲に存在する障害物を検出し、検出された前記障害物の前記作業機械に対する相対位置を算出する障害物位置演算部を有する制御装置とを備えた作業機械において、前記作業機械は、前記作業機械の作業モードを選択する作業モード選択装置を備え、前記制御装置は、前記操作信号検出装置の検出結果に基づいて、前記作業機械の作業内容が前記作業モード選択装置で選択された作業モードの作業内容とは異なる作業内容の作業が実施されているかどうかを判定する作業判定部と、前記作業モード選択装置の選択結果と前記作業判定部の判定結果とに基づいて前記作業機械の周辺に予め設定された複数の最小報知領域から１つを選択する最小報知領域決定部と、前記障害物位置演算部で算出された前記障害物の前記作業機械に対する相対位置が、前記最小報知領域決定部で決定された最小報知領域を含むように設定された報知領域の内側である場合に報知信号を報知装置に出力する報知判定部と
を有するものとする。

本発明によれば、オペレータの負担増大を抑制することにより、作業機械の周囲に存在する障害物に関して過不足の無い適切な制御を行いつつ、作業効率の低下を抑制することができる。

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。 油圧ショベルにおける周囲監視装置の処理機能の一部を関連構成とともに示す機能ブロック図である。 視界特性演算部の処理の流れを示す図である。 油圧ショベルの作業時における姿勢の一例を示す側面図である。 図４の姿勢における油圧ショベルの周囲における直接視界領域、間接視界領域、及び、死角領域の一例を示す図である。 動特性演算部の処理の流れを示す図である。 作業判定部の処理の流れを示す図である。 最小報知領域決定部の処理の流れを示す図である。 動特性データに対する動特性レベルの決定例を示す図である。 報知領域決定部の処理の流れを示す図である。 タッチパネルモニタに表示される報知領域の一例を示す図である。 作業機械である油圧ショベル１と各作業を行う位置の関係を概略的に示す図である。 標準モード時の最小報知領域の一例を示す図である。 走行姿勢の一例を示す側面図である。 土量計測モード時の最小報知領域の一例を示す図である。 ＭＧモード時の最小報知領域の一例を示す図である。 ＭＧモード時の追加報知領域の一例を示す図である。

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。

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（図１では一方のみ図示する）によって駆動される。上部旋回体１ｄは、旋回油圧モータ（図示せず）の発生するトルクによって駆動され、左右方向に旋回する。

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フロント作業装置１Ａ（作業装置）が取り付けられている。

フロント作業装置１Ａ（作業装置）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、アーム１ｂ、バケット１ｃ、及び、上部旋回体１ｄには、それぞれの姿勢情報として相対角度を検出する角度センサ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ（姿勢情報取得装置）が設けられている。なお、角度センサ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに代えて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、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。

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、走行油圧モータ３ｅ及び旋回油圧モータ（図示せず）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、オペレータへの情報表示やオペレータによる各種設定（入力）を行うためのタッチパネルモニタ１５ａ（後の図２参照）と、作業モードを選択して切り換えるためのモード選択装置１６ａ（後の図２参照）と、オペレータに対して油圧ショベルの周囲で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：後の図２参照）と、油圧ショベル１の全体の動作を制御する制御装置としての情報処理コントローラ２００（後の図２参照）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）を検出するためのパイロット圧センサ９ａ，９ｂ、９ｃ、９ｄ（操作信号検出装置）が設けれている。なお、モード選択装置１６ａは、運転室１ｆ内に設けられたスイッチなどで構成しても良く、また、タッチパネルモニタ１５ａへの入力によって作業モードを選択することによりモード選択装置１６ａの機能を実現するように構成しても良い。

上部旋回体１ｄの後方、右側方、左側方、及び、前方には、それぞれ、各方向の動画の撮影を行うためのステレオカメラ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設置されている。

図２は、油圧ショベルにおける周囲監視装置の処理機能の一部を関連構成とともに示す機能ブロック図である。

図２において、周囲監視装置は、情報処理コントローラ２００に実装されている。情報処理コントローラ２００は、油圧ショベル１の各デバイスと接続されており、一定の周期で処理動作を繰り返している。

情報処理コントローラ２００は、周囲監視装置の処理機能として、視界特性演算部２１０、動特性演算部２２０、作業判定部２３０、最小報知領域決定部２４０、報知領域決定部２５０、記憶部２６０Ａ、障害物位置演算部２７０、及び、報知判定部２８０を備えており、油圧ショベル１周辺に設定された報知領域の内側で作業員などの障害物が検知された場合に、報知信号を報知装置（例えば、ブザー１５ｂ）に出力することによって障害物の接近をオペレータに報知するものである。

視界特性演算部２１０は、フロント作業装置１Ａ（ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ）の姿勢に応じて、油圧ショベル１の周囲においてオペレータが運転室１ｆから視認可能な領域（直接視界領域、間接視界領域）の演算を行う。図１に示したように、本実施の形態で作業機械の一例として示す油圧ショベル１は、運転室１ｆから右前方にフロント作業装置１Ａが配置されているため、フロント作業装置１Ａの姿勢によってオペレータが運転室１ｆから視認可能な領域が変化する。そのため、油圧ショベル１における視界特性を求めるには、フロント作業装置１Ａの姿勢を考慮する必要がある。

図３は、視界特性演算部の処理の流れを示す図である。

図３において、視界特性演算部２１０は、まず、角度センサ８ａ〜８ｃからの検出結果（出力値）及び予め記憶部２６０Ａの情報記憶部２６１に記憶されたフロント作業装置１Ａ（ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ）のフロント形状データ２１１を基に、車体座標系（上部旋回体１ｄに対して設定される座標系）におけるブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃのそれぞれの位置と大きさの情報を有した演算用のフロント作業装置１Ａのモデルを生成する（ステップ２１２）。次に、油圧ショベル１の操作レバー装置による操作時におけるオペレータの頭部位置を所定の演算方法（例えば、ＩＳＯにより定められる標準的な位置）により決定し（ステップ２１３）、そのオペレータの頭部位置を原点として地表面上に任意の代表点を決定し（ステップ２１４）、決定した代表点へ向かう３次元ベクトル（オペレータの視線ベクトル）を定める（ステップ２１５）。ここで、フロント作業装置１Ａのモデルとの交差判定を行うことによって、運転室１ｆのオペレータが右前方領域（すなわち、フロント作業装置１Ａ方向の領域）の代表点を視認できているかを判定する（ステップ２１６）。ここで、ステップ２１４〜ステップ２１６の処理を地表面の全ての代表点に対して行うまで繰り返し実施し（ステップ２１７）、全ての代表点についてステップ２１４〜ステップ２１６の処理を終了すると、得られた結果を統合することによって、油圧ショベル１の外部において運転室１ｆからオペレータの死角となる領域などのオペレータの視界に関する情報である視界特性データを決定する（ステップ２１８）。視界特性演算部２１０で演算された視界特性データは、最小報知領域決定部２４０に出力される。

なお、オペレータの頭部位置の計算手法については特に上記の方法に限定されるものではなく、何らかの計測手段を用いることによって精度の高い頭部位置の計算を行い、より精度の高い視認判定を実施することも可能である。

また、フロント作業装置１Ａの姿勢に影響されない領域の視界特性についてはあらかじめ記憶し、視界特性演算部２１０の処理によって算出された視界特性データとともに、オペレータの直視によって視認が可能である直接視界領域、ミラーやモニタ（すなわち、ステレオカメラ１３ａ〜１３ｄによる撮像）による視認が可能である間接視界領域、視認が不可能である死角領域の３種類の領域に分類し、それぞれの領域を表す点群データとして最小報知領域決定部２４０へ出力する。なお、図４に、油圧ショベル１の作業時における姿勢の一例を示し、図４の姿勢における油圧ショベル１の周囲における直接視界領域４０１、間接視界領域４０２、死角領域４０３の一例を図５に示す。

動特性演算部２２０は、最短衝突予測時間を算出する。最短衝突予測時間とは、油圧ショベル１の周囲の各領域に対して油圧ショベル１の少なくとも一部分が到達するまでの最短時間を予測したものであり、油圧ショベル１がその時点での姿勢から最大速度かつ最短経路で動作した場合にその目標とする領域まで到達する時間である。

図６は、動特性演算部の処理の流れを示す図である。

図６において、動特性演算部２２０は、まず、角度センサ８ａ〜８ｃからの検出結果（出力値）及び予め記憶部２６０Ａの情報記憶部２６１に記憶されたフロント作業装置１Ａ（ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ）のフロント形状データ２１１に基づき、車体座標系におけるバケット１ｃの先端位置を算出する（ステップ２２１）。次に、ステップ２２１において得られたバケット１ｃの先端位置（以降、バケット先端位置と称する）に基づいて、フロント作業装置１Ａ及び車両本体１Ｂを含む油圧ショベル１全体のモデル車体モデルを生成する（ステップ２２２）。続いて、予め記憶部２６０Ａの情報記憶部２６１に記憶された基本特性データ２２６を用いて現在のバケット先端位置を初期位置としたときの最短衝突予測時間を算出する（ステップ２２３）。基本動特性データ５０５は、各アクチュエータの基本的な動特性として、例えば、最大動作速度（最大旋回角速度や最大走行速度など）が記憶されており、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、旋回モータ（図示せず）、及び、左右の走行油圧モータ３ｅ（一方のみ図示）を単独で各動作方向へ作動させたときの最大速度を基に、最短衝突予測時間を算出する。なお、実際には、フロント作業装置１Ａの初期姿勢や作動油温度、複合動作の有無によって各アクチュエータの動特性は変化するが、ここではそれぞれのアクチュエータが最大動作速度で動作した場合を想定する。続いて、ステップ２２３での算出結果を統合して動特性データを生成する（ステップ２２４）。動特性演算部２２０で生成された動特性データは、最小報知領域決定部２４０に出力される。

作業判定部２３０は、油圧ショベル１に対して選択されている作業モードにおいて想定された作業を実施しているか、言い換えると、モード選択装置１６ａで選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されているかどうかを判定する。

図７は、作業判定部の処理の流れを示す図である。

図７において、作業判定部２３０は、まず、モード選択装置１６ａにより現在選択されている作業モードを識別し（ステップ２３２）、現在選択されている作業モードが標準モードかどうかを判定する（ステップ２３３）。

ここで、本実施の形態で定義する標準モード、ＭＧモード、土量計測モードの３つの作業モードについて説明する。

標準モードは、基本的な作業を行う場合の作業モードである。標準モードでは、通常の掘削放土作業や走行操作等を行う場合に選択される。油圧ショベル１の動作は、大きくブーム動作、アーム動作、バケット動作、旋回動作、走行動作の５つの動作に分類することができる。標準モードでは、掘削放土や走行を基本として、作業内容に応じて様々な動きを求められることが想定されるため、上記の５つのいずれの動作も行われる可能性がある。

ＭＧモード（マシンガイダンスモード）は、主に均し作業を行う場合に選択される作業モードである。ＭＧモードでは、運転室１ｆ内に設置されたタッチパネルモニタ１５ａなどの表示装置上に目標とする地表面とバケット１ｃの先端の相対位置の情報が表示される。オペレータは、表示装置（例えば、タッチパネルモニタ１５ａ）上に表示された情報に基づいて、バケット１ｃの先端位置を目標面に合わせるように操作を行うことにより、バケット１ｃの先端を直視しながら操作を行うよりも容易にバケット１ｃの位置合わせを行うことが可能となる。なお、ＭＧモードでは均し作業が中心となるため、油圧ショベル１の動作としては、主にブーム動作、アーム動作、バケット動作が行われ、旋回動作や走行動作などの動作の頻度や動作量は共に小さいことが想定される。

土量計測モードは、掘削した土の重さを計測するためのモードであり、掘削した土をダンプトラックに積み込む際など、過積載とならないようにオペレータがモニタ表示された積み込み量を確認しながら作業を行う。土量計測モードでは掘削積み込み作業が中心となるため、主にブーム動作、アーム動作、バケット動作、旋回動作が行われると想定される。

なお、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されている状態も、モード選択装置１６ａにより選択される３つの作業モード以外の作業モードが選択されていると考えることができ、したがって、この状態も作業モードの一つと考えることができる。

ステップ２３３での判定結果がＮＯの場合、すなわち、現在設定されている作業モードが標準モード以外である場合には、油圧ショベル１の現在の動作が現在設定されている作業モード（例えば、ＭＧモードや土量測定モード）として行われる動作以外であるかどうか、すなわち、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されているかどうかを判定するための判定条件を、現在の作業モードに応じて決定する（ステップ２３４）。

ステップ２３４で用いる判定条件は作業モードの種類ごとに予め設定されており、記憶部２６０Ａの情報記憶部２６１に記憶されている。例えば、ＭＧモードについては、走行、旋回動作が一定時間以上継続していることを判定条件とし、また、土量計測モードについては、走行動作を行う場合や旋回動作が一定時間以上行われていないことなどを判定条件とする。

作業判定部２３０は、ステップ２３２の作業モードの識別と並行して、パイロット圧センサ９ａ〜９ｄの検出結果（出力値）に基づいて動作識別を行う（ステップ２３１）。油圧ショベル１では、オペレータによって操作レバー装置を操作することによりパイロット圧を変化させ（すなわち、操作信号を生成し）、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、旋回モータ（図示せず）及び左右の走行油圧モータ３ｅ（一方のみ図示）の各アクチュエータを駆動する油の流量を制御しているため、パイロット圧（操作信号）から機械の動作内容を識別することが可能である。本実施の形態では、前述のように、識別対象の動作の一例としてブーム動作、アーム動作、バケット動作、旋回動作、走行動作の５つの動作に分類して定義している。

ステップ２３１で識別された油圧ショベル１の動作とステップ２３４で決定された判定条件とが一致したかどうかを判定し（ステップ２３６）、判定結果がＮＯの場合、すなわち、一致しない場合には、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されているとして作業フラグをＦａｌｓｅとし（ステップ２３７）、作業判定部２３０の出力として作業フラグ（Ｆａｌｓｅ）を最小報知領域決定部２４０に出力する。

また、ステップ２３６での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、油圧ショベル１の動作と判定条件とが一致した場合には、作業フラグをＴｒｕｅとし（ステップ２３６）、作業判定部２３０の出力として作業フラグ（Ｔｒｕｅ）を最小報知領域決定部２４０に出力する。

また、ステップ２３３での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、現在設定されている作業モードが標準モードである場合には、作業フラグをＦａｌｓｅとし（ステップ２３７）、作業判定部２３０の出力として作業フラグ（Ｆａｌｓｅ）を最小報知領域決定部２４０に出力する。このように、作業モードが標準モードである場合には、油圧ショベルの動作を推定することが困難であり、また、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されているかどうかの判定（作業判定）が不要であるため、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されていると判定した場合と同様に作業フラグをＦａｌｓｅとする。

図８は、最小報知領域決定部の処理の流れを示す図である。

最小報知領域決定部２４０は、視界特性演算部２１０及び動特性演算部２２０の演算結果や作業判定部２３０の判定結果、モード選択装置１６ａにより選択された作業モードなどに応じて、油圧ショベル１の周辺に設定される最小報知領域を演算する。最小報知領域とは、各作業モードに応じた報知領域のそれぞれについて設定される、後述するオペレータなどによる変更を不可とする領域のことである。

図８において、最小報知領域決定部２４０は、まず、視界特性演算部２１０で演算された油圧ショベル１の視界特性データに基づき、油圧ショベル１の周囲の領域に対する視認性レベルを算出する（ステップ２４１）。ここで、視認性レベルとは、オペレータからの見やすさを示す指標であり、視認性レベルが高い領域ほどオペレータから見やすく、視認性レベルが低い領域ほどオペレータから見にくいことを表している。視界特性データは、油圧ショベル１の周囲における直接視界領域、間接視界領域、及び、死角領域の各領域の情報であり、ステップ２４１では、直接視界領域にレベル３を、間接視界領域にレベル２を、死角領域にレベル１をそれぞれ視認性レベルとして決定（算出）する。

また、ステップ２４１の視認性レベルの算出と並行して、動特性演算部２２０で演算された油圧ショベル１の動特性データに基づき、油圧ショベル１の動特性レベルを算出する（ステップ２４２）。前述のように、動特性データは油圧ショベル１の周囲の領域における最短衝突予測時間を表すものであり、ステップ２４１では、最短衝突予測時間の長さに応じて動特性レベルを決定（算出）する。

図９は、動特性データに対する動特性レベルの決定例を示す図である。

図９においては、動特性レベルを設定する油圧ショベル１の周囲の領域９００について、最短衝突時間が１［ｓ］以下の領域９０１にレベル１を、最短衝突時間が１〜３［ｓ］の領域９０２にレベル２を、最短衝突時間が３［ｓ］以上の領域９０３にレベル３をそれぞれ動特性レベルとして決定（算出）する。

続いて、ステップ２４１で算出された視認性レベルとステップ２４２で算出された動特性レベルとに基づいて総合レベルの算出を行う。ここで、総合レベルとは、例えば、視認性レベルと動特性レベルの積によって算出されるものであり、総合レベルが低いほど作業員等の障害物の侵入をオペレータに報知する必要性が高いことを示す。上記の算出方法を用いた場合、例えば、総合レベルの算出対象となる領域の視認性レベルがレベル２であり、かつ、動特性レベルがレベル３である場合には、その領域の総合レベルはレベル６として決定される。

なお、視認性レベル、動特性レベル、及び、総合レベルの各レベルの決定方法は、上記に示した例に限定されるものではなく、本願発明の適用対象となる作業機械の種類やその作業環境などの要因を考慮して適宜変更することが可能である。

続いて、ステップ２４３で算出した総合レベルに応じて、まず、作業モードが標準モードである場合における最小報知領域を記憶部２６０Ａの情報記憶部２６１から読み出して設定する（ステップ２４４）。視認性レベルと動特性レベルの積によって求められた総合レベルが低いほど、運転室１ｆのオペレータから見えにくく、衝突までの時間が短い領域であることを表しているため、最小報知領域として設定する必要性が高くなる。なお、本実施の形態においては、総合レベルが１となる領域を最小報知領域として設定するが、ここでの閾値設定によってオペレータが任意に決めることができる追加報知領域（後述）の範囲が決まるため、管理者等の判断により任意の閾値での運用を行ってもよい。

続いて、モード選択装置１６ａの選択結果に基づいて、現在の作業モードが標準モードか否かの判定を行い（ステップ２４５）、標準モード以外の作業モードの場合は、作業判定部２３０の判定結果に基づいて、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されているかどうか、すなわち、作業フラグがＦａｌｓｅであるかどうかを確認する（ステップ２４６）。ステップＳ２４６において作業フラグがＦａｌｓｅでは無い場合（すなわち、作業フラグがＴｒｕｅである場合）、すなわち、選択された作業モードの作業内容の作業が実施されている場合には、作業モードに応じた最小報知領域を記憶部２６０Ａの情報記憶部２６１から読み出して設定し（ステップ２４７）、設定した最小報知領域を報知領域決定部２５０に出力する。

最小報知領域は、各作業モードにおける特性を考慮して設定されている。例えば、ＭＧモードでは、フロント作業装置１Ａの操作が主となるため、バケット１ｃの先端位置を中心にその近傍の領域に対して最小報知領域を設定し、走行操作が行われる頻度は低いことを考慮して車体（車両本体１Ｂ）後方の最小報知領域は標準モードよりも狭く設定する。同様に、土量計測モードでは旋回操作が主となるため、フロント作業装置１Ａの旋回方向及び車両本体１Ｂの後端の旋回方向に対する最小報知領域を拡大し、また、走行頻度・距離の低下に伴い、車両本体１Ｂの後方への最小報知領域を縮小するといった運用が有効である。また、ＭＧモード、土量計測モード等ではオペレータがモニタを注視しながら操作を行う運用が想定されるため、直接視界が確保されている領域にも関わらず、オペレータが物体の存在に気が付かないケースが懸念される。そのため、モニタへの表示を伴うような作業モードにおいては、直接視界の有無に関わらず、車体（車両本体１Ｂ）直近の領域については最小報知領域として設定するといった運用が効果的である。

また、ステップ２４５での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、作業モードが標準モードである場合には、ステップ２４４で設定した最小報知領域（標準モード）を報知領域決定部２５０に出力する。

また、ステップ２４６での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、作業判定部２３０からの作業フラグがＦａｌｓｅであって、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されていると判定されている場合にも、ステップ２４４で設定した最小報知領域（標準モード）を報知領域決定部２５０に出力する。つまり、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されている時には、作業機械である油圧ショベル１の動作の推定が困難であるため、標準モード時の最小報知領域を適用する。

図１０は、報知領域決定部の処理の流れを示す図である。

報知領域決定部２５０は、最小報知領域決定部２４０で現在の作業モード（標準モード、ＭＧモード、土量計測モード、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業を示す作業モード（モード外作業）、など）について決定された最小報知領域に対して、油圧ショベル１の周辺に設定される報知領域を演算する。報知領域は、作業モード毎に設定される最小報知領域と、作業モード毎にそれぞれオペレータなどによって設定される追加報知領域とを合わせた領域である。つまり、報知領域は、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業を含む作業モードが変更された場合（すなわち、最小報知領域が変更された場合）には、報知領域が作業モードに合わせて切り替わる。なお、本実施の形態では、図８で示したように、標準モードと選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されている場合とにおいて同じ最小報知領域を用いる場合を例示している。

図１０において、報知領域決定部２５０は、まず、最小報知領域が変更されたかどうかを判定し（ステップ２５１）、判定結果がＹＥＳの場合には、報知領域設定記憶部２６０から報知領域（追加報知領域）の前回設定値を読み出し（ステップ２５２）、最小報知領域決定部２４０からの最小報知領域と追加報知領域の前回設定値とを含む報知領域をタッチパネルモニタ１５ａへ出力する（ステップ２５３）。また、判定結果がＮＯの場合には、最小報知領域と追加報知領域をそのままタッチパネルモニタ１５ａへ出力する（ステップ２５３）。

図１１は、タッチパネルモニタに表示される報知領域の一例を示す図である。

図１１に示すように、タッチパネルモニタ１５ａには、作業機械である油圧ショベル１を中心に最小報知領域１１０１および任意に設定した追加報知領域１１０２が表示されており、オペレータは追加報知領域１１０２を形成する可変点１１０３の追加や削除、位置の変更等をタッチ操作によって行うことで追加報知領域１１０２を任意の範囲に設定する。なお、選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されている場合には、現在設定されている作業モードを報知する表示１１０４に併せて、オペレータが選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施していることによって報知領域が切り替わっていることを通知するための表示１１０４ａを表示する。

ステップ２５３でタッチパネルモニタ１５ａに出力された報知領域に対してオペレータによる設定がなされたかどうか、すなわち、追加報知領域の変更がなされたかどうかを判定し（ステップ２５４）、判定結果がＮＯの場合には、設定された報知領域（最小報知領域１１０１及び追加報知領域１１０２）を報知領域決定部２５０の決定結果として報知判定部２８０に出力する。

また、ステップ２５４での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、追加報知領域の変更がなされた場合には、報知領域の設定（最小報知領域１１０１及び追加報知領域１１０２、又は、追加報知領域１１０２のみ）を報知領域設定記憶部２６０に出力して前回設定値として記憶し（ステップ２５５）、報知領域を再度タッチパネルモニタ１５ａ上に表示させる（ステップ２５３）。

報知領域設定記憶部２６０では、オペレータが設定した各作業モードにおける報知領域を記憶し、作業モードの変更（選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業への移行を含む）で報知範囲の切り替わりが生じた際に、前回設定値として出力する。こうした処理を行うことで、頻繁に作業モードが切り替わるような環境下であっても、その都度オペレータが報知範囲を設定し直す手間を低減することが可能となる。

障害物位置演算部２７０は、ステレオカメラ１３ａ〜１３ｄでそれぞれ取得した２つの画像を基に画像処理を通じて作業員などの障害物の存在を検出し、その位置を算出する。まず、ステレオカメラ１３ａ〜１３ｄで取得した画像に対して特徴点の抽出を行い、あらかじめ記憶している学習データに基づき、作業員の検出を行う。次に、検出された作業員などの障害物の画像上の位置を２つの画像から生成した視差画像を基に、ステレオカメラ座標系の３次元座標へと変換する。障害物位置演算部２７０は、車体座標系上におけるステレオカメラ１３ａ〜１３ｄが取り付けられている位置と角度を記憶しており、検出した作業員の位置をステレオカメラ座標系から車体座標系へと変換することで、油圧ショベル１と作業員の相対位置を把握する。なお、本実施例においてはステレオカメラ１３ａ〜１３ｄを用いた作業員検出の形態を示したが、作業機械である油圧ショベル１と作業員の相対位置を計測できればよいため、ＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）やＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いた構成としても良い。

報知判定部２８０は、報知領域決定部２５０及び障害物位置演算部２７０からの出力に基づいて、報知領域内に作業員などの障害物が存在するか否かの判定を行い、障害物が存在する場合には、報知装置（例えば、ブザー１５ｂ）に対して報知信号の出力を行う。

以上のように構成した本実施の形態における動作を説明する。

図１２は、作業機械である油圧ショベル１と各作業を行う位置の関係を概略的に示す図である。

図１２において、油圧ショベル１は、駐機地点Ａから掘削積み込み作業を行う作業地点Ｂまで移動して作業を行い、その後、法面整形（均し）作業を行う作業地点Ｃまで移動して作業を行い、その後、駐機地点Ａまで戻るという一連の作業を想定する。

駐機地点Ａから作業地点Ｂまでの移動では、標準モードにて走行し、移動する。このとき、油圧ショベル１は図１４に示すような走行姿勢をとる。走行姿勢時では、油圧ショベル１の右前方が運転室１ｆからの死角となるため、その領域が最小報知領域として自動的に設定される。このとき、最小報知領域は、例えば、図１３に示す最小報知領域１３０１のように設定される。

作業地点Ｂに到着後、オペレータが掘削積み込み操作を行うために作業モードを土量計測モードに設定すると、土量計測モードに適した最小報知領域が決定される。図１５は、土量計測モード時の最小報知領域の一例を示したものである。図１５においては、最小報知領域１５０１が設定されている場合を例示している。前述のように、土量計測モードでは、旋回操作が中心となるため、旋回操作時に危険となる領域が最小報知領域として設定されており、オペレータは自ら報知領域設定を行う必要がなく、設定操作の手間を低減することが可能である。

ここで、作業地点Ｂでの作業掘削積み込み作業終了後、作業地点Ｃへ移動する際に、オペレータが作業モードの切り替えを忘れたまま走行操作を開始した場合には、作業フラグがＴｒｕｅとなるため、最小報知領は標準モード時と同様の最小報知領域に切り替わる。なお、報知領域は報知領域設定記憶部２６０に前回設定値が記憶されているため、オペレータが事前に標準モード時の報知領域（追加報知領域）を任意に設定していれば、そのときの報知領域設定が反映される。

作業地点Ｃに到着後、オペレータが作業モードをＭＧモードへ切り替えると、最小報知領域がＭＧモードに適した範囲に自動的に切り替わる。図１６は、ＭＧモード時の最小報知領域の一例を示す図である。作業地点Ｃにおける作業では、右方向へ作業機械を移動させながら均し作業を繰り返し行う。そのため、オペレータは図１７のように右方向に対する報知領域（すなわち、追加報知領域）を広く設定し、作業を行う。このように、予定している作業における報知領域の設定が最小報知領域だけでは十分でない場合は、オペレータが任意に追加報知領域を設定し、作業を行う。

作業地点Ｃにおける作業終了後、オペレータは作業モードを標準モードへと切替え、駐機地点Ａまで走行操作を行う。

このように、オペレータは作業モードの切り替えのみで、基本的な作業内容に適した報知領域を設定することができ、さらに広範囲の報知領域が必要であると判断した場合のみ、最小報知領域に対して任意に追加報知領域を設定することによって報知領域を設定するといった運用となるため、オペレータが行う設定の手間を低減することが可能である。

以上のように構成した本実施の形態においては、作業モードごとに最小報知領域を規定するとともに、作業機械である油圧ショベル１において選択されている作業モードに適した最小報知領域へと自動的に切替えるので、オペレータが作業ごとに報知領域を設定し直す手間を低減することができる。

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、車両本体１Ｂに取り付けられたフロント作業装置１Ａ（作業機）と、フロント作業装置１Ａを駆動するための操作信号を検出するパイロット圧センサ９ａ〜９ｂ（操作信号検出装置）と、車両本体１Ｂとフロント作業装置１Ａとを有する油圧ショベル１（作業機械）の周囲に存在する障害物を検出し、検出された障害物の油圧ショベル１に対する相対位置を算出する障害物位置演算部２７０を有する情報処理コントローラ２００（制御装置）とを備えた油圧ショベル１において、油圧ショベル１は、油圧ショベル１の作業モードを選択するモード選択装置１６ａを備え、情報処理コントローラ２００は、パイロット圧センサ９ａ〜９ｂの検出結果に基づいて、油圧ショベル１の作業内容がモード選択装置１６ａで選択された作業モードの作業内容と異なる作業内容の作業が実施されているかどうかを判定する作業判定部２３０と、モード選択装置１６ａの選択結果と作業判定部２３０の判定結果とに基づいて油圧ショベル１の周辺に予め設定された複数の最小報知領域から１つを決定する最小報知領域決定部２４０と、障害物位置演算部２７０で算出された障害物の油圧ショベル１に対する相対位置が、最小報知領域決定部２４０で決定された最小報知領域を含むように設定された報知領域の内側である場合に報知信号をブザー１５ｂ（報知装置）に出力する報知判定部２８０とを有するものとした。

このような構成により、オペレータの負担増大を抑制することにより、作業機械の周囲に存在する障害物に関して過不足の無い適切な制御を行いつつ、作業効率の低下を抑制することができる。

（２）上記（１）の作業機械において、最小報知領域決定部２４０で決定された最小報知領域を含む任意の領域を報知領域としてオペレータが決定する報知領域決定部２５０を備えるものとした。

これにより、予定している作業における報知領域の設定が最小報知領域だけでは十分でない場合にオペレータが任意に追加報知領域を設定することができるので、より作業内容に適した障害物検知の報知が可能となる。

（３）上記（２）の作業機械において、報知領域決定部２５０で決定された報知領域を最小報知領域ごとに記憶する報知領域設定記憶部２６０を備え、報知領域決定部２５０は、最小報知領域決定部２４０で決定された最小報知領域に基づいて、報知領域設定記憶部２６０から報知領域を読み出すものとした。

（４）上記（１）の作業機械において、油圧ショベル１の姿勢情報を取得する角度センサ８ａ〜８ｂ（機械姿勢取得装置）と、角度センサ８ａ〜８ｂで取得した姿勢情報に基づいて、油圧ショベル１におけるオペレータの視界特性を演算する視界特性演算部２１０とを備え、最小報知領域決定部２４０は、視界特性演算部２１０で演算された油圧ショベル１の視界特性に基づいて、複数の最小報知領域をそれぞれ設定するものとした。

これにより、オペレータの視界や油圧ショベル１の作業内容に基づいて、より適切な最小報知領域を設定することができるので、より作業内容に適した障害物検知の報知が可能となる。

＜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、上記の情報処理コントローラ（制御装置）２００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、上記の情報処理コントローラ２００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情報処理コントローラ２００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。

また、上記の各実施の形態の説明では、制御線や情報線は、当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが、必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１…油圧ショベル、１ａ…ブーム、１Ａ…フロント作業装置、１ｂ…アーム、１Ｂ…車両本体、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、３ｅ…走行油圧モータ、８ａ〜８ｄ…角度センサ、９ａ〜９ｄ…パイロット圧センサ、１３ａ〜１３ｄ…ステレオカメラ、１５ａ…タッチパネルモニタ、１５ｂ…ブザー、１６ａ…モード選択装置、２００…情報処理コントローラ（制御装置）、２１０…視界特性演算部、２１１…フロント形状データ、２２０…動特性演算部、２２６…基本特性データ、２３０…作業判定部、２４０…最小報知領域決定部、２５０…報知領域決定部、２６０…報知領域設定記憶部、２６０Ａ…記憶部、２６１…情報記憶部、２７０…障害物位置演算部、２８０…報知判定部、４０１…直接視界領域、４０２…間接視界領域、４０３…死角領域、５０５…基本動特性データ、９００〜９０３…領域、１１０１…最小報知領域、１１０２…追加報知領域、１１０３…可変点、１３０１，１５０１…最小報知領域

Claims (4)

1. 車両本体と、
   前記車両本体に取り付けられた作業機と、
   前記作業機を駆動するための操作信号を検出する操作信号検出装置と、
   前記車両本体と前記作業機とを有する作業機械の周囲に存在する障害物を検出し、検出された前記障害物の前記作業機械に対する相対位置を算出する障害物位置演算部を有する制御装置とを備えた作業機械において、
   前記作業機械は、前記作業機械の作業モードを選択する作業モード選択装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記操作信号検出装置の検出結果に基づいて、前記作業機械の作業内容が前記作業モード選択装置で選択された作業モードの作業内容とは異なる作業内容の作業が実施されているかどうかを判定する作業判定部と、
   前記作業モード選択装置の選択結果と前記作業判定部の判定結果とに基づいて前記作業機械の周辺に予め設定された複数の最小報知領域から１つを選択する最小報知領域決定部と、
   前記障害物位置演算部で算出された前記障害物の前記作業機械に対する相対位置が、前記最小報知領域決定部で決定された最小報知領域を含むように設定された報知領域の内側である場合に報知信号を報知装置に出力する報知判定部と
   を有する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、
   前記最小報知領域決定部で決定された最小報知領域を含む任意の領域を前記報知領域としてオペレータが決定する報知領域決定部を備えたことを特徴とする作業機械。
3. 請求項２に記載の作業機械において、
   前記報知領域決定部で決定された前記報知領域を前記最小報知領域ごとに記憶する報知領域設定記憶部を備え、
   前記報知領域決定部は、前記最小報知領域決定部で決定された前記最小報知領域に基づいて、前記報知領域設定記憶部から前記報知領域を読み出す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、
   前記作業機械の姿勢情報を取得する機械姿勢取得装置と、
   前記機械姿勢取得装置で取得した姿勢情報に基づいて、前記作業機械におけるオペレータの視界特性を演算する視界特性演算部とを備え、
   前記最小報知領域決定部は、前記視界特性演算部で演算された前記作業機械の視界特性に基づいて、前記複数の最小報知領域をそれぞれ設定することを特徴とする作業機械。

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