JP6982588B2

JP6982588B2 - 作業機械

Info

Publication number: JP6982588B2
Application number: JP2019036514A
Authority: JP
Inventors: 弘樹武内; 正雄仮屋; 智之齋藤; 真中野
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: JP2020138851A

Description

本発明は作業機械に係り、特に吊荷作業の安全性を向上させる技術に関する。

油圧ショベル等の作業機械での吊荷作業中において、走行振動やフロントアタッチメントの操作により、吊荷が大きく揺動することがある。このような場合、揺動した吊荷が建物などの吊荷の周囲のもの（障害物）に接触する虞がある。

そこで、吊荷作業中に作業機械の走行動作を減速または停止させる制御を行なうことで吊荷の揺動を軽減するものがある（特許文献１）。

特開２００４−１２３３６２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される技術では、作業機械の走行動作によって吊荷が揺動して障害物に接触する可能性を軽減することは可能であるが、例えば、操作者がフロントアタッチメント（吊上装置）を急操作した場合などによって吊荷が揺動する場合については開示も示唆もされておらず、さらなる改善の余地があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吊荷の揺動によって該吊荷が障害物に接触することを抑制することができる作業機械を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の作業機械は、牽引部材を介して吊荷を吊上げる吊上装置を備えた作業機械において、所定の警告態様で警告する警告装置と、前記吊荷の周囲に障害物が位置することを検出する障害物検出装置と、前記警告装置を制御するコントローラと、前記吊荷より上方に位置し該吊荷を撮像する撮像装置を有し、前記コントローラは、前記撮像装置によって撮像された前記吊荷の撮像情報に基づいて前記吊荷の形状を判定する形状推定部と、前記吊荷を牽引部材回りに回転させた場合の回転軌跡を算出し、前記回転軌跡に基づき前記吊荷の揺動範囲を判定する揺動範囲判定部と、を含み、前記障害物検出装置によって前記揺動範囲に前記障害物が位置することを検出すると前記警告装置を作動させることを特徴とする。

これにより、揺動範囲判定部では、撮像装置によって上方から撮像された吊荷の撮像情報に基づき、吊荷を回転させた場合の回転軌跡、すなわち吊荷が回転したときに吊荷が位置する範囲に基づいて揺動範囲を的確に判定し、揺動範囲判定部によって判定された吊荷の揺動範囲に障害物が位置することを検出すると警告装置を作動させることにより例えば機体の外部に向かって警告することで、吊荷の揺動によって吊荷と障害物（例えば、作業者）とが接触する虞があることを警告することが可能とされる。

その他の態様として、前記揺動範囲判定部によって判定される前記揺動範囲には、前記回転軌跡に基づいて求められる回転周縁より内側の第１領域と前記回転周縁より外側の第２領域とを含み、前記コントローラは、前記障害物検出装置によって検出される前記障害物の位置が前記第１領域の場合と前記第２領域の場合とで前記警告装置による警告態様を変更するのが好ましい。

これにより、障害物の位置が回転周縁より内側の第１領域に位置する場合と外側の第２領域に位置する場合とで分けて警告装置による警告態様を変更することで、障害物が吊荷に接触する可能性の高さに応じて警告態様を分けることが可能とされる。

その他の態様として、前記コントローラは、前記吊荷の移動速度を算出する吊荷速度演算部を含み、前記揺動範囲判定部は、前記吊荷速度演算部によって算出される前記吊荷の移動速度に基づいて前記揺動範囲を判定するのが好ましい。

これにより、吊荷の移動速度に基づいて揺動範囲を判定することで、例えば牽引部を軸にして吊荷が回動するようにして揺動する場合に位置する可能性のある範囲を的確に判定して揺動範囲とすることが可能とされる。

また、本発明の作業機械は、牽引部材を介して吊荷を吊上げる吊上装置を備えた作業機械において、所定の警告態様で警告する警告装置と、前記吊荷の周囲に障害物が位置することを検出する障害物検出装置と、前記警告装置を制御するコントローラと、を有し、前記コントローラは、前記吊荷の形状を判定する形状推定部と、前記吊荷の移動速度を算出する吊荷速度演算部と、前記吊荷の揺動範囲を判定する揺動範囲判定部と、前記吊荷の移動速度から前記吊荷が落下する範囲を推定する落下範囲推定部と、を含み、前記障害物検出装置によって前記揺動範囲または前記吊荷が落下する範囲に前記障害物が位置することを検出すると前記警告装置を作動させることを特徴とする。

これにより、落下範囲推定部によって吊荷が落下する範囲を推定し、該範囲に障害物が位置することを検出すると警告装置を作動させるようにすることで、吊荷が落下することを想定した場合の吊荷の落下する虞がある範囲に障害物が侵入することを抑制することが可能とされる。

本発明の作業機械によれば、揺動範囲判定部によって判定された吊荷の揺動範囲に障害物（例えば、作業者）が位置することを検出すると警告装置を作動させることにより機体の外部に向かって警告するようにしたので、吊荷の揺動によって吊荷と障害物とが接触する虞があることを警告することができる。これにより、吊荷の揺動によって該吊荷が障害物に接触することを抑制することができる。

機体の側面図である。第１実施形態に係る機体が吊荷作業を開始して吊荷が吊り上がる直前の状態を示す側面図である。第１実施形態に係る作業機械の制御に係るコントローラの接続構成が示されたブロック図である。第１実施形態に係る機体が吊荷作業を開始して吊荷が吊り上がる直前の状態を示す斜視図である。圧力センサが検出するブームシリンダに加わる圧力（縦軸）とフックの高さ（横軸）の相関を示すグラフである。第１実施形態に係る機体が吊荷を吊り上げた状態を示す側面図である。フロント操作レバーの操作量（縦軸）と吊荷の移動速度（横軸）の相関の一例を示すグラフである。第１実施形態に係る機体が吊り上げた吊荷が揺動している状態を示す側面図である。コントローラが実行する、第１実施形態に係る判定及び警告制御の一連の手順を示すルーチンが示されたフローチャートである。第２実施形態に係る作業機械の制御に係るコントローラの接続構成が示されたブロック図である。第２実施形態に係る機体が吊荷を吊り上げた状態を示す斜視図である。第２実施形態に係る機体が吊り上げた吊荷が揺動している状態を示す側面図である。コントローラが実行する、第２実施形態に係る判定及び警告制御の一連の手順を示すルーチンが示されたフローチャートである。

＜第１実施形態＞
以下、図面に基づき第１実施形態の一実施形態について説明する。

図１を参照すると、機体１の側面図が示されている。機体（作業機械）１は、下部走行体４に配設された車輪８を駆動することで走行し、下部走行体４上に配設された上部旋回体６のフロントアタッチメント（吊上装置）７を操作することで掘削作業等の作業をすることが可能なホイール式の油圧ショベルである。なお、機体１は、クローラ式油圧ショベルに於いても同様である。

下部走行体４は、その前後に配設された車輪８、これら車輪８を駆動する油圧式の走行モータ（図示せず）、車輪８を制動するブレーキ機構（図示せず）及び車輪８の向きを変えるステアリング機構（図示せず）を備えている。

上部旋回体６は、下部走行体４上に旋回ベアリング１２を介して旋回可能に設けられた上部フレーム１４を備え、この上部フレーム１４上の前部左側に運転室１６が設けられている。この運転室１６の右側、即ち、上部フレーム１４の前側中央部には、フロントアタッチメント７が配設されている。

フロントアタッチメント７は、ブーム１８、アーム２２及びバケット２６を備えており、上部フレーム１４とブーム１８とを回動可能に結合する第１結合部（可動部）３１、ブーム１８とアーム２２とを回動可能に結合する第２結合部（可動部）３２、アーム２２とバケット２６とを回動可能に結合する第３結合部（可動部）３３によって互いに回動可能に接続されている。

第１結合部３１の近傍には上部フレーム１４とブーム１８とに結合するブームシリンダ２０が、第２結合部３２の近傍にはブーム１８とアーム２２とに結合するアームシリンダ２８が、第３結合部３３の近傍にはアーム２２とリンク機構２４とに結合するバケットシリンダ３０がそれぞれ配設されている。

これにより、フロントアタッチメント７は、ブームシリンダ２０を伸縮させることでブーム１８を起伏し、アームシリンダ２８を伸縮させることでアーム２２を回動し、バケットシリンダ３０を伸縮させることでアーム２２の先端にリンク機構２４を介して取付けられたバケット２６を回動することが可能である。

アーム２２の第３結合部３３近傍には、フック４１が配設されており、ワイヤ（牽引部材）４３を介して吊荷１００を吊り上げること（吊荷作業）が可能である。
図２を参照すると、第１実施形態に係る機体１が吊荷作業を開始して吊荷１００が吊り上がる直前の状態を示す側面図が示されている。吊荷作業時におけるワイヤ４３のフック４１近傍には、カメラ（撮像装置、障害物検出装置）５１及び測距センサ５３が配設されている。

カメラ５１は、ワイヤ４３の延びる方向に臨み、吊荷１００の上部１０１を撮像する撮像装置である。このカメラ５１は、ワイヤ４３に配設されているため、ワイヤ４３がフック４１を軸にして回動すると、ワイヤ４３とともに回動する。

測距センサ５３は、カメラ５１と同様にワイヤ４３の延びる方向に臨み、測距センサ５３の下端から吊荷１００の上部１０１までの距離（以下、第１距離ｈ１という）を計測するセンサである。この測距センサ５３は、例えば上端がフック４１と同じ高さに位置するように配設されている。ここで、測距センサ５３の上下方向の高さ（以下、センサ距離ｈ０という）は、フック４１から測距センサ５３の下端と同じ距離となる。

図１に戻り、ブームシリンダ２０には圧力センサ６１が設けられており、ブームシリンダ２０に加わる圧力を計測することが可能である。また、運転室１６に配設されフロントアタッチメント７の操作をするフロント操作レバー６２には、レバー操作量センサ６３が設けられており、フロント操作レバー６２の操作状態を検出することが可能である。

またさらに、フロントアタッチメント７には、第１結合部３１、第２結合部３２及び第３結合部３３それぞれに角度センサ６５が配設されており、各結合部におけるブーム１８、アーム２２及びバケット２６の回動度合いを検出することが可能である。

図３を参照すると、第１実施形態に係る作業機械の制御に係るコントローラ７０の接続構成がブロック図で示されている。コントローラ７０は、エンジンの運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。

コントローラ７０の入力側には、カメラ５１、測距センサ５３、圧力センサ６１、レバー操作量センサ６３及び角度センサ６５が電気的に接続されている。これにより、カメラ５１からは吊荷１００の上部１０１についての撮像情報が入力され、測距センサ５３からは測距センサ５３から吊荷１００の上部１０１までの距離情報が入力され、圧力センサ６１からはブームシリンダ２０内の圧力情報が入力され、レバー操作量センサ６３からはフロント操作レバー６２の操作情報が入力され角度センサ６５からはブーム１８、アーム２２及びバケット２６の回動度合いに関する情報が入力される。

コントローラ７０内には、吊荷判定部７１、吊荷位置演算部７２、吊荷速度演算部７３、第１領域判定部（揺動範囲判定部）７４、第２領域判定部（揺動範囲判定部）７５及び指令部７６を備えており、コントローラ７０の出力側には、機体１の外部に向けて吹鳴可能なスピーカ７７が電気的に接続されている。
これより、コントローラ７０は、コントローラ７０に入力された情報を基に、吊荷判定部７１、吊荷位置演算部７２、吊荷速度演算部７３、第１領域判定部７４、第２領域判定部７５及び指令部７６によって演算及び判定が行われ、指令部７６の出力情報に基づいてスピーカ７７を吹鳴する。
吊荷判定部７１は、吊荷形状推定部（形状推定部）７１ａ及び吊荷中心位置推定部７１ｂを有し、吊荷１００の形状や中心を判定することができる。

図４を参照すると、第１実施形態に係る機体１が吊荷作業を開始して吊荷１００が吊り上がる直前の状態を示す斜視図が示され、図５を参照すると、圧力センサ６１が検出するブームシリンダ２０に加わる圧力（縦軸）とフック４１の高さ（横軸）の相関を示すグラフが示されている。以下、図４、５に沿って吊荷判定部７１の吊荷形状推定部７１ａ及び吊荷中心位置推定部７１ｂによる判定手法を詳しく説明する。

まず、吊荷作業においては、操縦者がフロントアタッチメント７を操作することでフック４１を上方に移動させる。このようにフック４１を上方に移動させると、ワイヤ４３の撓みがなくなる（ワイヤ撓み限界時）。その後もさらにフック４１を上方に移動させると、吊荷１００が地面から離れて上方に浮き上がろうとする（接地限界時）。

図５によると、圧力センサ６１は、ワイヤ撓み限界時から接地限界時にかけて、ブームシリンダ２０に加わる圧力が徐々に増加することを検出する。また、接地限界時以降は、吊荷１００の質量に応じた力がブームシリンダ２０に加わることを検出する。したがって、吊荷判定部７１は、圧力センサ６１が検出するブームシリンダ２０に加わる圧力からワイヤ撓み限界時及び接地限界時を判定することができる。

ところで、吊荷１００は、ワイヤ撓み限界時から接地限界時にかけて中心がワイヤ４３の延びる方向に位置するように移動する。したがって、吊荷１００は、接地限界時に吊荷作業中の姿勢になり、以降、前後方向や左右方向の揺動がない場合はこの姿勢を保つ。

そこで、吊荷形状推定部７１ａは、接地限界時にカメラ５１によって撮像された情報により、吊荷１００における上部１０１の形状を特定する。これにより、吊上作業時における吊荷１００の上部１０１の形状を的確に判定することができる。

吊荷判定部７１は、センサ距離ｈ０を予め記憶している。したがって、吊荷判定部７１は、センサ距離ｈ０に第１距離ｈ１を加算することで、フック４１から吊荷１００の上部１０１までの距離（以下、ワイヤ長さｗという）を算出することができる。

さらに、吊荷判定部７１は、例えば角度センサ６５に基づき各結合部におけるブーム１８、アーム２２及びバケット２６の回動度合いを算出し、フロントアタッチメント７の姿勢を判定することで、接地限界時におけるフック４１の高さ（以下、第２高さｈ２という）を算出することが可能である。

このようにして算出した第２高さｈ２からワイヤ長さｗを減算することで、接地限界時における吊荷１００の上部１０１から下部１０２までの高さ（以下、第３高さｈ３という）を算出することができる。したがって、吊荷形状推定部７１ａは、接地限界時にカメラ５１によって撮像された情報により特定した、吊荷１００における上部１０１の形状と第３高さｈ３とに基づき、吊荷１００の形状を推定することができる。

吊荷中心位置推定部７１ｂは、吊荷１００の中心点Ｃが第３高さｈ３の上下方向中央に位置することを推定することができる。すなわち、吊荷中心位置推定部７１ｂは、第３高さｈ３を２で除算した値にワイヤ長さｗを加算することで、中心点Ｃからフック４１までの距離（以下、中心距離Ｌｃという）を算出することができる。

ここで、上記したように、吊荷１００の中心は、ワイヤ４３の延びる方向に位置するため、吊荷１００の中心点Ｃもまたワイヤ４３の延びる方向に位置するので、吊荷１００の中心点Ｃの前後左右方向の位置を推定することができる。これにより、吊荷中心位置推定部７１ｂは、吊荷１００の中心点Ｃの位置を３次元的に推定することができる。

吊荷位置演算部７２は、吊荷１００の現在の位置（現在位置）を演算することが可能な演算部である。図６を参照すると、第１実施形態に係る機体１が吊荷１００を吊り上げた状態を示す側面図が示されている。吊荷１００が所定高さＨ吊り上げられたとき、第２高さｈ２は、接地限界時より所定高さＨだけ高くなる。
そこで、吊荷位置演算部７２は、第２高さｈ２から吊荷判定部７１によって推定されたワイヤ長さｗ及び第３高さｈ３を減算することで、所定高さＨを算出することができる。

吊荷速度演算部７３は、フロント操作レバー６２の操作情報および吊荷中心位置推定部７１ｂによって算出される中心距離Ｌｃに基づき、フック４１を軸にした中心点Ｃの速度（以下、中心速度（移動速度）Ｖ０という）を演算する演算部である。

ここで、図７によると、フロント操作レバー６２の操作量（縦軸）と吊荷１００の移動速度（横軸）の相関の一例を示すグラフが示されており、例えばフロント操作レバー６２の操作量に比例して吊荷１００の移動速度も上昇する。また、フロント操作レバー６２の操作情報には、操作量以外にも操作方向に関する情報も含まれている。

これにより、フロント操作レバー６２の操作情報による操作方向について、中心点Ｃの速度および向きからフック４１を軸にした方向の速度成分を算出することで、中心速度Ｖ０を演算することができる（後述する図８参照）。

第１領域判定部７４は、ワイヤ４３を軸にして回動することで吊荷１００が位置する可能性がある領域（以下、第１領域Ａ１（揺動範囲）という）を判定する判定部である。また、第２領域判定部７５は、例えば風や機体１の走行振動によって揺動することで吊荷１００が位置する可能性がある領域（以下、第２領域Ａ２（揺動範囲）という）を判定する判定部である。

指令部７６は、第１領域判定部７４及び第２領域判定部７５によって判定された第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２に基づき、警告制御を実施する。図９を参照すると、コントローラ７０の第１領域判定部７４、第２領域判定部７５及び指令部７６が実行する、第１実施形態に係る判定及び警告制御の一連の手順を示すルーチンがフローチャートで示されている。

以下、図８、９に沿い、吊荷１００が静止している場合と、吊荷１００がフロントアタッチメント７の操作によって揺動している場合とに分けて、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２について説明しつつ、第１実施形態に係る判定及び警告制御の一連の手順を説明する。ここで、本ルーチンは、吊荷判定部７１が接地限界時を判定したときに開始（スタート）し、圧力センサ６１が検出するブームシリンダ２０に加わる圧力が接地限界時における圧力未満になると終了する。

＜吊荷１００が静止している場合＞
ステップＳ１０では、吊荷速度演算部７３によって演算された中心速度Ｖ０に基づき、現在位置におけるワイヤ４３と重力方向との角度θ１を算出し、ステップＳ２０に移行する。なお、吊荷１００が静止している場合の角度θ１は０となるため、ここでの角度θ１の算出方向については説明を省略する。

ステップＳ２０では、第１領域判定部７４により、吊荷１００の上部１０１におけるワイヤ４３を軸にした最大回転半径の軌跡（回転軌跡）Ｒ０を、フック４１から地面に向けて投影した第１投影円（回転周縁）Ｒ１を想定し、第１投影円Ｒ１より内側の範囲を第１領域Ａ１としてステップＳ３０に移行する（図４、５参照）。

ステップＳ３０では、第２領域判定部７５により、例えば吊荷１００が風等の外力によって想定以上に揺動する可能性のある距離としての規定距離を第１投影円Ｒ１の半径に加算した第２投影円Ｒ２を想定し、第２投影円Ｒ２より内側の範囲を第２領域Ａ２としてステップＳ４０に移行する。これにより、後述する警告制御における警告閾値として、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を用いることができる。

＜吊荷１００がフロントアタッチメント７の操作によって揺動している場合＞
図８を参照すると、第１実施形態に係る機体１が吊り上げた吊荷１００が揺動している状態を示す側面図が示されている。

ステップＳ１０では、吊荷１００が静止している場合の説明にて述べたように、角度θ１を算出し、ステップＳ２０に移行する。詳しくは、吊荷１００は、吊荷速度演算部７３によって演算された中心速度Ｖ０に従いフック４１を軸にして揺動する。したがって、吊荷１００が揺動している場合の第１投影円Ｒ１及び第１領域Ａ１は、軌跡Ｒ０、中心速度Ｖ０及び中心距離Ｌｃを基に想定及び判定することができる。

ここで、吊荷１００の質量をＭ、重力加速度をｇ、現在位置における中心点Ｃの高さを第４高さｈ４とすると、運動エネルギ保存の法則により、下記式（１）が成り立つ。

また、第４高さｈ４と角度θ１との関係については、下記式（２）が成り立つ。

したがって、式（１）に式（２）を代入して変換することで、角度θ１については、下記式（３）が成り立つ。

ステップＳ２０では、第１領域判定部７４及び第２領域判定部７５により、ステップＳ２０で求めた角度θ１及び上記した軌跡Ｒ０に基づき、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を想定する。詳しくは、まず、角度θ１にしたがってフック４１から地面に向けて軌跡Ｒ０を投影した第１投影円Ｒ１を想定する。そして、フック４１から重力方向に引いた仮想線を軸にして第１投影円Ｒ１を回転させたときの最大半径を用いた円で囲われる範囲を第１領域Ａ１とする。

さらに、吊荷１００が静止している場合と同様に、第１投影円Ｒ１から規定距離広い第２投影円Ｒ２を想定し、第１領域Ａ１と同様に、フック４１の重力方向を軸にして第２投影円Ｒ２を回転させたときの最大半径を用いた円で囲われる範囲を第２領域Ａ２としてステップＳ４０に移行する。

これにより、ステップＳ１０〜Ｓ３０では、吊荷速度演算部７３によって演算された中心速度Ｖ０に基づき、後述する警告制御における警告の閾値として、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２を判定することができる。

ステップＳ４０では、指令部７６により、例えばカメラ５１によって撮像される映像を基に、機体１近くの作業者（障害物）が第１領域Ａ１に位置するか否かを判別する。

ステップＳ４０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、作業者が第１領域Ａ１に位置しない場合はステップＳ６０に移行する。一方、ステップＳ４０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、作業者が第１領域Ａ１に位置する場合は、ステップＳ５０に移行してスピーカ７７を制御して第１警告音を吹鳴し、本ルーチンを終了する。これにより、吊荷１００が揺動する範囲に作業者が立入ることを抑制することができる。

ステップＳ６０では、ステップＳ４０と同様に、作業者が第２領域Ａ２に位置するか否かを判別する。ステップＳ６０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、作業者が第２領域Ａ２に位置しない場合は本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ６０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、作業者が第２領域Ａ２に位置する場合は、ステップＳ７０に移行してスピーカ７７を制御して第２警告音を吹鳴し、本ルーチンを終了する。以降、本ルーチンを繰り返し実行する。

このように、ステップＳ４０〜ステップＳ７０では、吊荷１００が揺動して作業者に接触する可能性の度合いに応じて警告態様を変更し、作業者が第１領域Ａ１または第２領域Ａ２に位置していることを作業者に警告することができる。

以上説明したように、第１実施形態に係る作業機械では、ワイヤ４３を介して吊荷１００を吊上げるフロントアタッチメント７を備えた機体１において、所定の警告態様で警告するスピーカ７７と、吊荷１００の周囲に作業者が位置することを検出するカメラ５１と、スピーカ７７を制御するコントローラ７０と、を有し、コントローラ７０は、吊荷１００の形状を判定する吊荷形状推定部７１ａと、吊荷１００の揺動範囲を判定する第１領域判定部７４及び第２領域判定部７５と、を含み、カメラ５１によって揺動範囲に作業者が位置することを検出するとスピーカ７７を作動させる。

従って、第１領域判定部７４及び第２領域判定部７５によって判定された吊荷１００の揺動範囲に作業者が位置することを検出するとスピーカ７７を作動させることにより機体の外部に向かって警告したので、吊荷１００の揺動によって吊荷１００と作業者とが接触する虞があることを警告することができる。

そして、吊荷１００より上方に位置し該吊荷１００を撮像する撮像装置を備え、吊荷形状推定部７１ａは、撮像装置によって撮像された吊荷１００の撮像情報に基づいて吊荷１００の形状を判定し、第１領域判定部７４及び第２領域判定部７５は、牽引部を軸にして吊荷１００を回転させた場合の軌跡Ｒ０を算出し、軌跡Ｒ０に基づき揺動範囲を判定したので、吊荷１００が位置する可能性のある範囲を的確に判定して揺動範囲を判定することができる。

そして、第１領域判定部７４及び第２領域判定部７５によって判定される揺動範囲には、第１投影円Ｒ１より内側の第１領域Ａ１と第１投影円Ｒ１より外側の第２領域Ａ２とを含み、コントローラ７０は、カメラ５１によって検出される作業者の位置が第１領域Ａ１の場合と第２領域Ａ２の場合とでスピーカ７７による警告態様を変更するようにしたので、作業者が吊荷１００に接触する可能性の高さに応じて警告態様を分けることができる。

そして、コントローラ７０は、吊荷１００の中心速度Ｖ０を算出する吊荷速度演算部７３を含み、吊荷速度演算部７３によって算出される吊荷１００の中心速度Ｖ０に基づいて揺動範囲を判定したので、例えば牽引部を軸にして吊荷１００が回動するようにして揺動する場合に位置する可能性のある範囲を的確に判定して揺動範囲とすることができる。

＜第２実施形態＞
以下、図１０〜１３に基づき第２実施形態について説明する。
なお、上記第１実施形態と共通の構成、作用効果については説明を省略し、ここでは第１実施形態と異なる部分について説明する。

図１０を参照すると、第２実施形態に係る作業機械の制御に係るコントローラ（コントローラ）１７０の接続構成が示されたブロック図が示されている。第２実施形態におけるコントローラ１７０は、落下範囲推定部１８１を有している。この落下範囲推定部１８１は、図１１に沿って後述するように吊荷１００が揺動する速度や高さに関する情報を基に、ワイヤ（牽引部材）４３が切れたと想定したときに吊荷１００が落下する虞がある範囲を推定することが可能である。

また、第２実施形態における第１領域判定部（揺動範囲判定部）１７４及び第２領域判定部（揺動範囲判定部）１７５は、中心点Ｃを中心に球状の第１境界面Ｆ１及び第２境界面Ｆ２を想定する。図１１を参照すると、第２実施形態に係る機体１が吊荷１００を吊り上げた状態を示す斜視図が示されている。第２実施形態における第１領域判定部１７４及び第２領域判定部１７５は、中心点Ｃを中心に球状の第１境界面（回転軌跡）Ｆ１及び第２境界面Ｆ２を想定する。

詳しくは、第１境界面Ｆ１の半径ｆ１については、下記式（４）が成り立つ。

このようにして算出した半径ｆ１に基づいて、第１領域判定部１７４は、第１境界面Ｆ１を想定することができる。同様にして、第２領域判定部１７５は、半径ｆ１に第１実施形態と同様の規定距離を加算した距離ｆ２に基づいて第２境界面Ｆ２を想定することができる。

図１２を参照すると、第２実施形態に係る機体１が吊り上げた吊荷１００が揺動している状態を示す側面図が示されている。また、図１３を参照すると、コントローラ１７０の第１領域判定部１７４、第２領域判定部１７５、落下位置推定部１８１及び指令部７６が実行する、第２実施形態に係る判定及び警告制御の一連の手順を示すルーチンがフローチャートで示されている。以下、図１２、１３に沿い、第２実施形態に係る判定及び警告制御の一連の手順を説明する。

吊荷１００は、吊荷速度演算部７３によって演算された中心速度Ｖ０に従いフック４１を軸にして揺動する。そこで、ステップＳ１１０では、中心速度Ｖ０に基づき、吊荷１００が落下する軌跡を算出する。

ここで、吊荷１００の質量をＭ、重力加速度をｇ、現在位置におけるワイヤ４３と重力方向との角度を角度θ２、現在位置における吊荷１００の速度を移動速度Ｖ１とし、吊荷１００が現在位置に位置するときにワイヤ４３が切れたと仮定すると、運動エネルギ保存の法則により、下記式（５）が成り立つ。

この下記式（５）より、下記式（６）が成り立つ。

ここで、現在位置における吊荷１００の移動速度Ｖ１を機体前後方向（Ｖｘ）の成分と機体上下方向（Ｖｙ）の成分とに分けると、下記式（７）及び式（８）が成り立つ。

上記式（７）及び式（８）を時間ｔについてそれぞれ積分すると、下記式（９）及び式（１０）が成り立つ。

上記式（９）及び式（１０）に基づき、時間ｔを消去すると、下記式（１１）のようにｘ及びｙの関数が成り立つ。

ステップＳ１２０では、上記式（６）及び式（１１）を基に吊荷１００の中心点Ｃが地面に到達することを仮定したとき（ｙ＝０）、ｘが最大となる位置を推定することができる。さらに、第１領域判定部１７４は、フック４１から重力方向に引いた仮想線を軸にして、上記式（４）の半径ｆ１をｘが最大となる位置に加算した値を半径とした円（回転周縁）によって囲われる範囲を第１領域（揺動範囲）Ａ１とし、ステップＳ１３０に移行する。

ステップＳ１３０では、さらに第１領域Ａ１の半径に規定距離を加算した円によって囲われる範囲を第２領域（揺動範囲）Ａ２とし、ステップＳ４０に移行する。
以降、ステップＳ４０〜ステップＳ７０では、第１実施形態と同様に指令部７６によって警告制御を実施することで、ワイヤ４３が切れて吊荷１００が落下するような場合であっても吊荷１００が作業者等の障害物に接触することを抑制することができる。

以上説明したように、第２実施形態に係る機体１では、コントローラ１７０は、吊荷１００の中心速度Ｖ０を算出する吊荷速度演算部７３と、吊荷１００の移動速度Ｖ１から吊荷１００が落下する範囲を推定する落下範囲推定部１８１と、を含み、カメラ５１によって吊荷１００が落下する範囲に作業者が位置することを検出するとスピーカ（警告装置）７７を作動させる。

従って、落下範囲推定部によって吊荷１００が落下する範囲を推定し、該範囲に作業者が位置することを検出するとスピーカ７７を作動させるようにしたので、吊荷１００が落下することを想定した場合の吊荷１００の落下する虞がある範囲に作業者が侵入することを抑制することができる。

以上で本発明に係る作業機械の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本実施形態では、吊荷形状推定部７１ａが接地限界時に吊荷１００における上部１０１の形状を特定するようにしたが、接地限界時以降に上部１０１の形状を特定するようにしてもよく、吊荷１００が地面に接地していない状態における上部１０１の形状を特定することができればよい。

また、本実施形態では、吊荷１００の速度や位置、フック４１の位置等をレバー操作量センサ６３や角度センサ６５から演算するようにしたが、加速度センサやＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）等を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、スピーカ７７を用いて機体１の周囲の作業者に警告するようにしたが、通信機器を用いて作業者に通知するようにしてもよく、第１領域Ａ１や第２領域Ａ２に立ち入らないように警告することができればよい。

さらに、本実施形態では、機体１の周囲に位置する作業者に警告するようにしたが、機体の周囲に所謂自動走行型の作業機械が位置するような場合にあっては、第１領域Ａ１や第２領域Ａ２に立ち入らないよう指令をするようにしてもよい。

また、本実施形態では、式１〜式１１を用いて吊荷１００の揺動範囲等を演算するようにしたが、上記式は一例であり、適宜変更するようにしてもよい。

１機体（作業機械）
７フロントアタッチメント（吊上装置）
４３ワイヤ（牽引部材）
５１カメラ（撮像装置、障害物検出装置）
７０、１７０コントローラ
７１ａ吊荷形状推定部（形状推定部）
７３吊荷速度演算部
７４、１７４第１領域判定部（揺動範囲判定部）
７５、１７５第２領域判定部（揺動範囲判定部）
７７スピーカ（警告装置）
１００吊荷
１８１落下範囲推定部

Claims

牽引部材を介して吊荷を吊上げる吊上装置を備えた作業機械において、
所定の警告態様で警告する警告装置と、
前記吊荷の周囲に障害物が位置することを検出する障害物検出装置と、
前記警告装置を制御するコントローラと、
前記吊荷より上方に位置し該吊荷を撮像する撮像装置を有し、
前記コントローラは、前記撮像装置によって撮像された前記吊荷の撮像情報に基づいて前記吊荷の形状を判定する形状推定部と、前記吊荷を牽引部材回りに回転させた場合の回転軌跡を算出し、前記回転軌跡に基づき前記吊荷の揺動範囲を判定する揺動範囲判定部と、を含み、前記障害物検出装置によって前記揺動範囲に前記障害物が位置することを検出すると前記警告装置を作動させる
ことを特徴とする作業機械。
前記揺動範囲判定部によって判定される前記揺動範囲には、前記回転軌跡に基づいて求められる回転周縁より内側の第１領域と前記回転周縁より外側の第２領域とを含み、
前記コントローラは、前記障害物検出装置によって検出される前記障害物の位置が前記第１領域の場合と前記第２領域の場合とで前記警告装置による警告態様を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
前記コントローラは、前記吊荷の移動速度を算出する吊荷速度演算部を含み、
前記揺動範囲判定部は、前記吊荷速度演算部によって算出される前記吊荷の移動速度に基づいて前記揺動範囲を判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
牽引部材を介して吊荷を吊上げる吊上装置を備えた作業機械において、
所定の警告態様で警告する警告装置と、
前記吊荷の周囲に障害物が位置することを検出する障害物検出装置と、
前記警告装置を制御するコントローラと、を有し、
前記コントローラは、前記吊荷の形状を判定する形状推定部と、前記吊荷の移動速度を算出する吊荷速度演算部と、前記吊荷の揺動範囲を判定する揺動範囲判定部と、前記吊荷の移動速度から前記吊荷が落下する範囲を推定する落下範囲推定部と、を含み、前記障害物検出装置によって前記揺動範囲または前記吊荷が落下する範囲に前記障害物が位置することを検出すると前記警告装置を作動させる
ことを特徴とする作業機械。
前記揺動範囲判定部は、前記吊荷速度演算部によって算出される前記吊荷の移動速度に基づいて前記揺動範囲を判定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の作業機械。