JP7091896B2 - 旋回式作業機械の安全装置 - Google Patents

Description

本発明は、下部走行体及びこれに旋回可能に搭載される上部旋回体を備えた油圧ショベル等の作業機械に設けられ、当該作業機械の周囲の障害物の存在に基いて当該作業機械の安全のための制御を行う装置に関する。

従来、旋回式作業機械に設けられる安全装置として、特許文献１に記載されるものが知られている。この装置は、複数の障害物センサと、複数の方向検出スイッチと、コントローラと、を備える。前記複数の障害物センサは、作業機械の上部旋回体の後部に配置され、その後方に位置する障害物を感知する。前記方向検出スイッチは、前記上部旋回体が下部走行体に対して前方または後方を向いていることを検出する。前記コントローラは、前記複数の障害物センサのいずれかが障害物を検知したときであって、前記方向検出スイッチにより前記上部旋回体が前記下部走行体に対して前方または後方を向いていることが検出されたときに、前記障害物に近づく方向への前記下部走行体の走行動作を阻止する制御を行う。

特開２００１－２６２６２８号公報

前記特許文献１に記載される装置では、前記上部旋回体が前記下部走行体に対して前方または後方を向く姿勢にないとき、例えば下部走行体に対して正規の位置から９０°旋回した横向きの姿勢にあるとき、に安全動作を行うことができないという課題がある。上部旋回体がこのような姿勢にあるときでも、下部走行体の走行方向についてその前方または後方に障害物が存在する場合（特に障害物がオペレータの前方の視界から左または右に大きく外れて視認しにくい位置にある場合）、当該下部走行体の走行によって当該障害物と作業機械とが接触する可能性があることに変わりはなく、このような場合にも的確な安全動作を行うことが好ましい。

このような課題を解決するために前記障害物センサを上部旋回体ではなく下部走行体に取付けた場合、当該障害物センサと通常は前記上部旋回体に搭載される電源やコントローラとを電気的に接続するための配線が非常に困難となる。また、障害物センサが下部走行体に配置されると走行時に飛散する粉塵や泥等が障害物センサに影響を与える可能性が高くなり、前記配線の困難性と相俟って動作不良の要因となり易い。

本発明は、旋回式作業機械に設けられる安全装置であって、障害物を検知するための障害物センサを上部旋回体に配置しながら当該上部旋回体の姿勢にかかわらず的確な安全制御を行うことが可能な装置を提供することを目的とする。

提供されるのは、地面上を走行可能な下部走行体と、当該下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、を備えた作業機械に設けられる安全装置であって、前記上部旋回体の特定部位に設けられて前記作業機械の周囲の障害物を検知する障害物センサと、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出器と、前記障害物センサにより検知される前記障害物の位置であって前記上部旋回体を基準とする座標系における位置である上部側座標位置を演算する上部側座標位置演算部と、前記下部走行体を基準として少なくとも当該下部走行体の周囲に前記障害物の接近を判定するための下部側判定領域を設定する下部側判定領域設定部と、前記旋回角度検出器により検出される前記旋回角度に基づいて前記上部側座標位置と前記下部側判定領域の位置のうちの一方の位置を他方の位置が属する座標系における位置に変換することにより前記障害物の位置及び前記下部側判定領域の位置を特定する座標系を統一させる座標変換部と、当該座標変換部により統一された座標系において前記下部側判定領域内に前記障害物が存在するか否かを判定する下部側接近判定部と、前記下部側判定領域内に前記障害物が存在すると前記下部側接近判定部が判定した場合に前記作業機械に安全動作を行わせるための安全動作指令を出力する安全動作指令部と、を備える。

この安全装置では、前記障害物センサが前記上部旋回体に配置されていても、当該障害物センサにより検知される障害物の当該上部旋回体を基準とした位置である上部側座標位置と、下部走行体を基準にその周囲に設定される下部側判定領域の位置と、のうちの一方を座標変換して両位置を特定する座標系を統一することにより、前記障害物センサが（前記下部走行体ではなく）前記上部旋回体に配置されているにもかかわらず、前記障害物が前記下部側判定領域内に存在するか否かを的確に判定することができる。このことは、前記上部旋回体の姿勢すなわち前記下部走行体に対する旋回角度にかかわらず、前記下部走行体の走行による当該下部走行体と前記障害物との接触を回避するための的確な安全制御の実現を可能にする。

前記座標変換部は、例えば、前記上部側座標位置を前記下部走行体を基準とする下部側座標位置に変換するものであり、前記下部側接近判定部は前記下部側座標位置が前記下部側判定領域内の位置であるか否かを判定するものであり、前記安全動作指令部は前記下部側座標位置が前記下部側判定領域内の位置であると前記下部側接近判定部が判定した場合に前記安全動作指令を出力することが、好ましい。この態様（第１の態様）では、前記上部側座標位置すなわち前記上部旋回体を基準とする障害物の位置を座標変換するだけの簡単な構成で、前記下部側判定領域の位置は座標変換することなく、当該下部側判定領域内に前記障害物が存在するか否かを判定することが可能である。

前記第１の態様において、前記安全装置は、前記上部旋回体を基準としてその周囲に前記上部旋回体に対する前記障害物の接近を判定するための上部側判定領域を設定する上部側判定領域設定部と、前記上部側座標位置が前記上部側判定領域内の位置であるか否かを判定する上部側接近判定部と、をさらに備え、前記安全動作指令部は、前記上部側座標位置が前記上部側判定領域内の位置であると前記上部側接近判定部が判定した場合にも前記安全動作指令を出力することが、より好ましい。これにより、前記下部走行体の走行動作によって前記上部旋回体と前記障害物とが接触することを回避するための安全制御の実現も可能になる。

あるいは、前記第１の態様において、前記下部側判定領域設定部は、前記下部側判定領域として、前記旋回角度検出器により検出される前記旋回角度に基づいて前記下部走行体及び前記上部旋回体の双方の周囲に総合判定領域を設定する総合判定領域設定部であり、前記下部側接近判定部は前記下部側座標位置が前記総合判定領域内の位置であるか否かを判定する総合接近判定部であり、前記安全動作指令部は前記下部側座標位置が前記総合判定領域内の位置であると前記総合接近判定部が判定した場合に前記安全動作指令を出力するものでもよい。このような総合判定領域と下部側座標位置との対比によっても、前記下部走行体及び前記上部旋回体の双方に対する前記障害物の接触を回避するための安全制御を実現することが可能である。

前記第１の態様とは別の第２の態様として、前記座標変換部は、前記旋回角度検出器により検出される前記旋回角度に基づいて前記下部側判定領域の位置を前記上部旋回体を基準とする位置に変換するものであり、前記下部側接近判定部は前記上部側座標位置が前記座標変換部により座標変換された後の前記下部側判定領域内の位置であるか否かを判定するものであり、前記安全動作指令部は前記上部側座標位置が前記座標変換部により座標変換された後の前記下部側判定領域内の位置であると前記下部側接近判定部が判定した場合に前記安全動作指令を出力するものでもよい。この第２の態様においても、障害物が下部走行体を基準とする下部側判定領域内に存在するか否かを的確に判定することが可能である。

前記作業機械が前記下部走行体に走行動作を行わせる走行駆動装置を備える場合、前記安全動作指令部は、前記安全動作指令として、前記障害物に近づく方向への前記下部走行体の走行動作を制限する走行動作制限指令（例えば走行動作の減速または停止の指令）を出力するものが、好適である。あるいは、前記作業機械がオペレータに対する警報動作を行うことが可能な警報装置を備える場合、前記安全動作指令部は前記安全動作指令として前記警報装置に警報動作を行わせる警報指令を出力するものであってもよい。

以上のように、本発明によれば、下部走行体及び上部旋回体を備えた旋回式作業機械に設けられる安全装置であって、障害物を検知するための障害物センサを上部旋回体に配置しながら当該上部旋回体の姿勢にかかわらず的確な安全制御を行うことが可能な装置が、提供される。

本発明のそれぞれの実施の形態に係る安全装置が搭載される旋回式作業機械の例である油圧ショベルを示す側面図である。 前記油圧ショベル及びこれに配置される障害物センサ等の配置を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る安全装置を示すブロック図である。 前記第１の実施の形態に係る安全装置のコントローラが行う演算制御動作を示すフローチャートである。 前記第１の実施の形態において設定される上部側判定領域を示す平面図である。 前記第１の実施の形態において設定される下部側判定領域を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る安全装置を示すブロック図である。 前記第２の実施の形態に係る安全装置のコントローラが行う演算制御動作を示すフローチャートである。 前記第２の実施の形態において総合判定領域を設定するために算定されるそれぞれの距離を示す平面図である。 前記第２の実施の形態において設定される総合判定領域を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る安全装置を示すブロック図である。 前記第３の実施の形態に係る安全装置のコントローラが行う演算制御動作を示すフローチャートである。 前記第３の実施の形態において下部走行体を基準に設定される下部側判定領域を示す平面図である。 前記第３の実施の形態において前記下部側判定領域の位置が上部旋回体を基準とする上部側座標系の位置に座標変換された後の当該下部側判定領域を示す平面図である。 前記第３の実施の形態において前記上部側座標系における前記下部側判定領域と上部側判定領域とを合成した合成領域を示す平面図である。

本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２は、以下に説明するそれぞれの実施の形態に係る安全装置が搭載される作業機械の例である油圧ショベルを示す。なお、本発明に係る安全装置が適用される作業機械は当該油圧ショベルに限らない。本発明は、下部走行体及びこれに旋回可能に搭載される上部旋回体を備える作業機械であって、その周辺の障害物の存在に基づく安全動作の要請が存在する作業機械に広く適用されることが可能である。

前記油圧ショベルは、地面Ｇの上を走行可能な下部走行体１０と、前記下部走行体１０に対して旋回動作が可能となるように当該下部走行体１０に搭載される上部旋回体１２と、図３に示すような走行駆動装置３０、旋回駆動装置３２、及び警報装置４０を備える。

前記下部走行体１０は、左右一対のクローラ１１Ｌ，１１Ｒを含む走行装置を備える。前記走行装置は地面Ｇに沿って下部走行体１０及びその上の前記上部旋回体１２（この実施の形態では油圧ショベル全体）を移動させるように、作動する。

前記上部旋回体１２は、旋回フレーム１６と、その上に搭載される複数の要素と、を有する。当該複数の要素は、作業装置１４、エンジンを収容するエンジンルーム１７、及び運転室であるキャブ１８を含む。

前記作業装置１４は、掘削作業その他の必要な作業のための動作を行うことが可能であり、ブーム２０、アーム２２及びバケット２４と、これらを動かす複数の油圧シリンダであるブームシリンダ２６、アームシリンダ２７及びバケットシリンダ２８と、を含む。前記ブーム２０は、前記旋回フレーム１６の前端に起伏可能すなわち水平軸回りに回動可能に支持される基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記アーム２２は、前記ブーム２０の先端部に水平軸回りに回動可能に取付けられる基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記バケット２４は、前記アーム２２の先端部に回動可能に取付けられる。

前記走行駆動装置３０は、前記下部走行体１０が前方及び後方のうちの任意の方向に走行することができるように前記クローラ１１Ｌ，１１Ｒを前進方向及び後進方向の双方向に駆動する。当該走行駆動装置３０は、例えば、油圧ポンプ、左右走行モータ、左右走行コントロールバルブ、及び走行用パイロット回路を含む油圧回路からなる。前記油圧ポンプはエンジンにより駆動されて作動油を吐出する。前記左右走行モータは、それぞれ油圧モータからなり、前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて正逆両方向に回転することにより前記左右のクローラ１１Ｌ，１１Ｒをそれぞれ前進方向及び後進方向の双方に駆動する。前記左右走行コントロールバルブは前記油圧ポンプから前記左右走行モータへの作動油の供給方向及び流量を制御するように開弁作動する。

前記走行用パイロット回路は、前記キャブ１８内に配置される左右走行リモコン弁と、当該左右走行リモコン弁と前記左右走行コントロールバルブとを接続する左右走行パイロットラインと、当該左右走行パイロットラインのそれぞれの途中に設けられる走行制限電磁弁と、図３に示すような左右走行パイロット圧センサ３６を含む。前記左右走行リモコン弁は、下部走行体１０の走行を指令するためのオペレータによる走行指令操作を受け、当該走行指令操作に対応する走行パイロット圧が前記左右走行パイロットラインを通じて前記左右走行コントロールバルブに供給されることを許容するように開弁する。前記走行制限電磁弁は、走行動作制限信号の入力を受けることにより、前記左右走行コントロールバルブに入力される前記走行パイロット圧を減圧するように作動する。前記左右走行パイロット圧センサ３６は、それぞれ、前記左右走行リモコン弁から前記左右走行コントロールバルブに供給される前記走行パイロット圧を検出し、当該走行パイロット圧に対応する電気信号を生成して出力する。

前記旋回駆動装置３２は、前記下部走行体１０に対して前記上部旋回体１２を左旋回方向及び右旋回方向の双方向に駆動する。当該旋回駆動装置３２は、例えば、前記油圧ポンプ、図２に示される旋回モータ３４、旋回コントロールバルブ、及び旋回用パイロット回路を含む油圧回路からなる。前記旋回モータ３４は、前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて正逆両方向に回転することにより、前記上部旋回体１２を左旋回方向及び右旋回方向の双方に旋回させる。前記旋回コントロールバルブは前記油圧ポンプから前記旋回モータ３４への作動油の供給方向及び流量を制御するように開弁作動する。

前記旋回用パイロット回路は、前記キャブ１８内に配置される旋回リモコン弁と、当該旋回リモコン弁と前記旋回コントロールバルブとを接続する旋回パイロットラインと、当該旋回パイロットラインの途中に設けられる旋回制御電磁弁と、図３に示される旋回パイロット圧センサ３８と、を含む。前記旋回リモコン弁は、前記上部旋回体１２の旋回を指令するためのオペレータによる旋回指令操作を受け、当該旋回指令操作に対応する旋回パイロット圧が前記旋回パイロットラインを通じて前記旋回コントロールバルブに供給されることを許容するように開弁する。前記旋回制御電磁弁は、旋回動作制限信号を受けることにより、前記旋回コントロールバルブに入力される前記旋回パイロット圧を減圧するように作動する。前記旋回パイロット圧センサ３８は、前記旋回リモコン弁から前記旋回コントロールバルブに供給される前記旋回パイロット圧を検出し、当該旋回パイロット圧に対応する電気信号を生成して出力する。

前記警報装置４０は、図２に示すように前記キャブ１８内に設けられ、警報指令信号の入力を受けることにより必要な警報動作（例えば警報ランプの点灯や警報音の生成）を行う。

前記油圧ショベルは、さらに、図３に示すような安全装置を備える。当該安全装置は、例えば図２に示すような前記油圧ショベルの周囲の障害物６０の存在を検知するとともに、その検知結果に基づいて前記障害物６０と前記下部走行体１０及び前記上部旋回体１２との接触を回避するための安全動作を前記油圧ショベルに行わせる。具体的に、この実施の形態に係る安全装置は、図２及び図３に示されるような複数の（図２に示す例では４つの）障害物センサ６１，６２，６３，６４と、旋回角度センサ６６と、コントローラ７０と、を備える。

前記複数の障害物センサ６１～６４は、前記上部旋回体１２の外周において設定された複数の設定部位のそれぞれに配置され、前記障害物６０の存在を検知するとともに、前記障害物センサ６１～６４が配置されている前記設定部位に対する前記障害物６０の相対位置に対応する電気信号である障害物検知信号を生成して前記コントローラ７０に入力する。前記複数の障害物センサ６１～６４のそれぞれは、例えば赤外線カメラや超音波センサにより構成される。

図２は、前記複数の障害物センサ６１～６４の配置の一例を示している。図２において、障害物センサ６１，６２は、上部旋回体１２の後端面上の左右の位置に配置され、主として当該上部旋回体１２の後方に位置する障害物、例えば図２に示すような障害物６０、の検知を行う。障害物センサ６３は、キャブ１８の前部左側面上に配置され、主として上部旋回体１２の左方に位置する障害物の検知を行う。障害物センサ６４は、前記上部旋回体１２の右前部側面に配置され、主として上部旋回体１２の右方に位置する障害物の検知を行う。

前記旋回角度センサ６６は、前記下部走行体１０に対する前記上部旋回体１２の旋回角度θを検出し、当該旋回角度θに対応する電気信号である旋回検出信号を生成して前記コントローラ７０に入力する。

前記コントローラ７０は、前記走行パイロット圧センサ３６、前記旋回パイロット圧センサ３８、前記障害物センサ６１～６４及び前記旋回角度センサ６６からそれぞれ入力される検出信号を取込み、その検出信号に基づいて、前記油圧ショベルに安全動作を行わせるための安全動作指令を出力する。当該コントローラ７０は、例えばコンピュータからなり、前記安全制御を行うための機能として、図３に示すような上部側座標位置演算部７１と、下部側判定領域設定部７２と、座標変換部７３と、下部側接近判定部７４と、上部側判定領域設定部７５と、上部側接近判定部７６と、旋回方向接近判定部７７と、安全動作指令部７８と、を有する。

前記上部側座標位置演算部７１は、前記障害物センサ６１～６４の少なくとも一つにより検出される障害物の上部側座標位置ＰＵを演算する。当該上部側座標位置ＰＵは、例えば図５に示されるように、前記上部旋回体１２を基準とする座標系である上部側座標系において特定される前記障害物の位置である。

前記下部側判定領域設定部７２は、前記下部走行体１０を基準としてその周囲に予め設定された判定領域を格納し、これを例えば図６に示されるような下部側判定領域ＡＬとして前記下部側接近判定部７４に設定する。当該下部側判定領域ＡＬは、前記下部走行体１０に対する障害物の接近を判定するために用いられる領域である。前記下部側判定領域設定部７２は、前記下部側判定領域ＡＬとして、前記のように予め格納した判定領域をそのまま設定してもよいし、オペレータの変更操作を受けて、あるいは下部走行体１０にオプション的に装着される部材の有無（例えばドーザ）に応じて前記判定領域を適宜変更したものを最終の下部側判定領域ＡＬとして設定してもよい。いずれの場合も、前記下部側判定領域ＡＬの位置は図６に示されるように前記下部走行体１０を基準とする座標系である下部側座標系での座標により特定される。

前記座標変換部７３は、前記旋回角度センサ６６により検出される前記旋回角度θに基づいて、前記上部側座標位置ＰＵと前記下部側判定領域ＡＬの位置のうちの一方の位置である上部側座標位置ＰＵを、他方の位置である下部側判定領域ＡＬの位置を特定する座標系すなわち下部側座標系における位置である下部側座標位置ＰＬに変換し、これにより、前記障害物の位置及び前記下部側判定領域の位置を特定する座標系を前記下部側座標系に統一させるものである。

前記下部側接近判定部７４は、前記キャブ１８内においてオペレータにより前記走行駆動装置３０に前記走行指令操作が与えられたとき、具体的には前記走行パイロット圧センサ３６により検出される走行パイロット圧が一定以上となったとき、前記座標変換部７３により座標変換された後の前記障害物の位置である前記下部側座標位置ＰＬが前記下部側判定領域ＡＬ内の位置であるか否か、つまり当該下部側判定領域ＡＬに含まれるか否か、を判定し、これにより、当該下部側判定領域ＡＬ内に前記障害物が存在するか否かを判定する。つまり、前記障害物が前記下部走行体１０に対して当該下部走行体１０の走行動作の制限を要する程度まで接近しているか否かを判定する。

前記上部側判定領域設定部７５は、前記上部旋回体１２を基準としてその周囲に予め設定された判定領域を格納し、これを例えば図５に示されるような上部側判定領域ＡＵとして前記上部側接近判定部７６に設定する。当該上部側判定領域ＡＵは、前記上部旋回体１２に対する障害物の接近を判定するために用いられる領域である。前記上部側判定領域設定部７５は、前記上部側判定領域ＡＵとして、前記のように予め格納した判定領域をそのまま設定してもよいし、オペレータの変更操作を受けて、あるいは作業装置１４の先端に位置するアタッチメントの種類（例えば前記バケット２４あるいはこれに代えて装着されるオプション機器）に応じて前記判定領域を適宜変更したものを最終の上部側判定領域として設定してもよい。いずれの場合も、前記上部側判定領域ＡＵの位置は図５に示されるように前記上部旋回体１２を基準とする座標系である前記上部側座標系での座標により特定される。

前記上部側接近判定部７６は、前記上部側座標位置演算部７１により演算される前記上部側座標位置ＰＵが前記上部側判定領域ＡＵ内の位置であるか否か、すなわち当該上部側判定領域ＡＵに含まれるか否か、を判定し、これにより、当該上部側判定領域ＡＵ内に前記障害物が存在するか否かを判定する。つまり、前記障害物が前記上部旋回体１２に対して前記下部走行体１０の走行動作の制限を要する程度まで接近しているか否かを判定する。

前記旋回方向接近判定部７７は、前記キャブ１８内においてオペレータにより前記旋回駆動装置３２に前記旋回指令操作が与えられたとき、具体的には前記旋回パイロット圧センサ３８により検出される旋回パイロット圧が一定以上となったとき、前記上部側座標位置演算部７１により演算される前記上部側座標位置ＰＵが上部旋回体１２の旋回を考慮して予め当該上部旋回体１２の周囲に設定された旋回方向判定領域内の位置であるか否か、つまり、前記障害物が前記上部旋回体１２に対して当該上部旋回体１２の旋回動作の制限を要する程度まで接近しているか否かを判定する。この旋回方向接近判定部７７は、本発明を構成する必須の要素ではない。従って、本発明は当該旋回方向接近判定部７７を含まない態様も包含する。

前記安全動作指令部７８は、前記各判定部７４，７６，７７の判定結果に対応した安全動作指令を生成し、これを出力する。具体的には次のとおりである。
（Ａ）前記下部側座標位置ＰＬが前記下部側判定領域ＡＬ内の位置であると前記下部側接近判定部７４が判定した場合、または、前記上部側座標位置ＰＵが前記上部側判定領域ＡＵ内の位置であると前記上部側接近判定部７６が判定した場合：安全動作指令部７８は、走行駆動装置３０の適当な要素（当該走行駆動装置３０が前記のような油圧回路である場合には走行制御電磁弁）に走行動作制限信号を入力することにより、オペレータによる走行指令操作にかかわらず、障害物に近づく走行方向についての下部走行体１０の走行速度を強制的に制限する（下部走行体１０の走行の強制停止も含む。）。
（Ｂ）前記上部側座標位置ＰＵが前記旋回方向判定領域内の位置であると前記旋回方向接近判定部７７が判定した場合：安全動作指令部７８は、旋回駆動装置３２の適当な要素（当該旋回駆動装置３２が前記のような油圧回路である場合には旋回制御電磁弁）に旋回動作制限信号を入力することにより、オペレータによる旋回指令操作にかかわらず、障害物に近づく旋回方向についての上部旋回体１２の旋回速度を強制的に制限する（上部旋回体１２の旋回の強制停止も含む。）。
（Ｃ）（Ａ）及び（Ｂ）のいずれの場合においても前記安全動作指令部７８は警報装置４０に警報指令信号を入力して当該警報装置４０に適当な警報動作を行わせる。

次に、下部走行体１０の走行の制限について前記コントローラ７０が行う具体的な安全制御動作を、図４のフローチャートも併せて参照しながら説明する。

コントローラ７０は、前記障害物センサ６１～６４のうちの少なくとも一つが油圧ショベルの周囲の障害物を検知した場合に（図４のステップＳ０でＹＥＳ）、以下の安全制御動作を実行する。

（１）上部側座標位置ＰＵの演算（ステップＳ１）
前記コントローラ７０の上部側座標位置演算部７１は、前記障害物センサ６１～６４のうち前記障害物を検知した障害物センサ（該当する障害物センサが複数存在する場合には原則として最も障害物に近いもの）の上部旋回体１２における取付位置（当該障害物センサに対応する設定部位）に対する当該障害物の相対位置に基づき、図５に示されるような上部側座標位置ＰＵ、すなわち、前記上部旋回体１２を基準とする前記上部側座標系において特定された前記障害物の位置、を演算する。より詳しくは、当該上部側座標位置ＰＵの当該上部側座標系におけるＸ座標ＸＵ及びＹ座標ＹＵを演算する。

（２）下部側座標位置ＰＬの演算（ステップＳ２）
次に、前記コントローラ７０の座標変換部７３は、前記上部側座標位置ＰＵの座標（ＸＵ，ＹＵ）を図６に示されるような前記下部走行体１０を基準とする下部側座標系での座標（ＸＬ，ＹＬ）に変換することにより、当該下部側座標系において特定された当該障害物の位置である下部側座標位置ＰＬ（ＸＬ，ＹＬ）を算定する。この座標変換は、前記旋回角度センサ６６により検出される旋回角度θに基づき、次の［数１］に示される変換行列を用いて行われることが可能である。

（３）上部旋回体１２に対する障害物の接近の判定（ステップＳ３）
前記コントローラ７０の上部側接近判定部７６は、前記上部側座標位置演算部７１により演算される前記上部側座標位置ＰＵ（ＸＵ，ＹＵ）が、例えば図５に示されるような、上部側判定領域設定部７５により設定される上部側判定領域ＡＵ内の位置であるか否かを判定する。前記上部側座標位置ＰＵ及び前記上部側判定領域ＡＵはいずれも上部旋回体１２を基準とする前記上部側座標系において設定されているので、前記判定は、前記障害物が前記上部側判定領域内に存在するか否か、つまり当該障害物が実際に上部旋回体１２に接近しているか否か、の的確な判定を可能にする。

図５は、前記複数の障害物センサ６１～６４のうちの障害物センサ６４により検知された障害物の上部側座標位置ＰＵ（ＸＬ，ＹＬ）と前記上部側判定領域ＡＵとの相対位置関係の一例を示したものである。ここに示される上部側判定領域ＡＵは、平面視において前記上部旋回体１２の輪郭に近似した外形を有している。しかし、本発明に係る上部側判定領域の具体的な形状は限定されない。また、本発明は当該上部側判定領域による判定を行わない態様も包含する。

（４）下部走行体１０に対する障害物の接近の判定（ステップＳ４）
前記上部側座標位置ＰＵが前記上部側判定領域ＡＵ内にない場合（ステップＳ３でＮＯ）、例えば図５に示されるように前記上部側座標位置ＰＵが前記上部側判定領域ＡＵの外側にある場合、前記コントローラ７０の下部側接近判定部７４は、前記座標変換部７３により座標変換された後の前記障害物の位置、つまり前記下部走行体１０を基準とする下部側座標系における位置、である前記下部側座標位置ＰＬ（ＸＬ，ＹＬ）が、下部側判定領域設定部７２により設定される下部側判定領域ＡＬ内の位置であるか否かを判定する。前記下部側座標位置ＰＬ及び前記下部側判定領域ＡＬはいずれも下部走行体１０を基準とする下部側座標系において特定されているので、前記判定は、前記障害物が前記下部側判定領域ＡＬ内に存在するか否か、つまり当該障害物が実際に下部走行体１０に接近しているか否か、を的確に判定することを可能にする。

図６に例示されている前記下部側判定領域ＡＬの外形は、平面視において前記上部旋回体１２のクローラ１１Ｌ，１１Ｒの外形に沿った矩形状に設定されている。しかし、本発明に係る上部側判定領域の具体的な形状は限定されない。

（５）安全動作指令の出力（ステップＳ５）
前記コントローラ７０の安全動作指令部７８は、前記上部側座標位置ＰＵが前記上部側判定領域ＡＵ内の位置であると前記上部側接近判定部７６が判定した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、または、前記下部側座標位置ＰＬが前記下部側判定領域ＡＬ内の位置であると前記下部側接近判定部７４が判定した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）に、走行駆動装置３０の適当な要素（例えば前記走行制御電磁弁）に走行動作制限信号を入力することにより、走行方向（前進方向及び後進方向）のうち障害物に近づく方向についての下部走行体１０の走行速度を制限する（強制停止も含む。）とともに、警報装置４０に警報指令信号を入力して警報動作を行わせる。前記走行動作制限信号や警報指令信号の出力は、実際の走行方向が障害物に近づく方向である場合にのみ行われてもよいし、実際の走行方向にかかわらず行われてもよい。いずれの場合も、前記障害物から離れる方向への下部走行体１０の走行動作は制限されない。

また、図４には示されていないが、この実施の形態に係る前記安全動作指令部７８は、前記上部側座標位置ＰＵが前記旋回方向判定領域内の位置であると前記旋回方向接近判定部７７が判定した場合、旋回駆動装置３２の適当な要素（例えば前記旋回制御電磁弁）に旋回動作制限信号を入力することにより上部旋回体１２の旋回速度を制限する（強制停止も含む。）とともに、警報装置４０に警報指令信号を入力して警報動作を行わせる。前記旋回動作制限信号や警報指令信号の出力も、実際の走行方向が障害物に近づく方向である場合にのみ行われてもよいし、実際の走行方向にかかわらず行われてもよい。

以上説明した安全装置において、前記座標変換部７３による障害物の位置の座標変換は、当該障害物の位置を特定する座標系と下部走行体１０の周囲に設定される下部側判定領域ＡＬの位置を特定する座標系を下部側座標系に統一することを可能にし、これにより、前記障害物が前記下部側判定領域ＡＬ内に存在するか否かを的確に判定することを可能にする。このことは、前記障害物センサ６１～６４が（前記下部走行体１０ではなく）前記上部旋回体１２に配置されているにもかかわらず、前記上部旋回体１２の姿勢すなわち前記下部走行体１０に対する上部旋回体１２の旋回角度θに関係なく、前記下部走行体１０の走行による当該下部走行体１０と前記障害物との接触を回避するための的確な安全制御の実現を可能にする。

例えば、前記上部側座標位置ＰＵが図５に示されるような位置である場合、上部旋回体１２を基準とする上部側座標位置ＰＵと上部側判定領域ＡＵとの対比のみで判定を行うと、実際には障害物が下部走行体１０の後方にあって当該下部走行体１０の走行系路内に存在するにもかかわらず、安全動作が実行されない可能性がある。これに対し、前記のように下部側座標系に座標変換された下部側座標位置ＰＬと下部側判定領域ＡＬとの対比に基づく判定は、障害物が図５及び図６に示されるような位置にある場合でも確実に下部走行体１０の走行動作を制限することを可能にする。

本発明の第２の実施の形態を、図７～図１０を参照しながら説明する。

この第２の実施の形態に係る安全装置は、第１の実施の形態に係る安全装置と次の点においてのみ相違する。すなわち、当該第２の実施の形態に係る安全装置は、第１の実施の形態に係るコントローラ７０と同様の図７に示すようなコントローラ７０Ａを備えるが、当該コントローラ７０Ａは、本発明に係る下部側判定領域設定部として、第１の実施の形態に係る下部側判定領域設定部７２に代えて総合判定領域設定部７２Ａを具備するとともに、本発明に係る下部側接近判定部として、第１の実施の形態に係る下部側接近判定部７４に代えて総合接近判定部７４Ａを備える。一方、第２の実施の形態に係るコントローラ７０Ａは、第１の実施の形態に係る上部側判定領域設定部７５及び上部側接近判定部７６を含まない。

前記総合判定領域設定部７２Ａは、本発明に係る下部側判定領域として、旋回角度センサ６６により検出される旋回角度θに基づいて下部走行体１０及び上部旋回体１２の双方の周囲に例えば図１０に示すような総合判定領域ＡＴを設定する。前記上部側接近判定部７６は、コントローラ７０の上部側座標位置演算部７１及び座標変換部７３により演算された下部側座標位置ＰＬ、すなわち下部走行体１０を基準とする下部側座標系での障害物の位置、が前記総合判定領域ＡＴ内の位置であるか否か、つまり当該総合判定領域ＡＴに含まれるか否かを判定する。

図８は、前記コントローラ７０Ａが行う具体的な演算制御動作を示す。障害物センサ６１～６４のいずれかが障害物を検知したとき（ステップＳ０でＹＥＳ）、第１の実施の形態と同様に、前記コントローラ７０Ａの上部側座標位置演算部７１は当該障害物の上部側座標系での位置である上部側座標位置ＰＵ（ＸＵ，ＹＵ）を算定し（ステップＳ１）、さらに座標変換部７３は当該上部側座標位置ＰＵを下部側座標系に変換して下部側座標位置ＰＬ（ＸＬ，ＹＬ）を算定する（ステップＳ２）。その一方、前記コントローラ７０Ａの総合判定領域設定部７２Ａは、前記旋回角度θに基づいて下部側座標系における総合判定領域ＡＴを算定する（ステップＳ６）。

この第２の実施の形態に係る前記総合判定領域設定部７２Ａは、以下の手順で前記総合判定領域ＡＴを算定する。当該総合判定領域設定部７２Ａは、まず、下部走行体１０及び上部旋回体１２の形状について予め与えられた情報と、前記旋回角度θと、に基づいて、図９に示すような、下部走行体１０及び上部旋回体１２の双方を含む油圧ショベル全体の左側車幅ＸＬＣ、右側車幅ＸＲＣ、前側車長ＹＦＣ及び後側車長ＹＲＣをそれぞれ演算する。これらは全て下部走行体１０を基準とする前記下部側座標系において算定される長さである。具体的に、前記左側車幅ＸＬＣは、前記下部走行体１０の走行方向と直交する方向を幅方向としたときの、前記上部旋回体１２の旋回中心Ｏｓから油圧ショベル全体の左端（図９に示される姿勢では上部旋回体１２の左後部）までの前記幅方向の距離であり、前記右側車幅ＸＲＣは前記旋回中心Ｏｓから油圧ショベル全体の右端（図９に示される姿勢では右側クローラ１１Ｒの外端）までの前記幅方向の距離である。また、前記前側車長ＹＦＣは前記旋回中心Ｏｓから油圧ショベル全体の前端（図９に示される姿勢では両クローラ１１Ｌ，１１Ｒの前端）までの前記走行方向の距離であり、前記後側車長ＹＲＣは前記旋回中心Ｏｓから油圧ショベル全体の後端（図９に示される姿勢では上部旋回体１２の右後部）までの前記走行方向の距離である。なお、図９に示される姿勢では作業装置１４が十分高い位置まで起立しているため、当該作業装置１４は前記右側車幅ＸＲＣ及び前記前側車長ＹＦＣの算定の考慮から除外されている。

前記判定領域設定部７２Ａは、次に、前記油圧ショベルの外形について演算された前記各長さ（距離）ＸＬＣ，ＸＲＣ，ＹＦＣ，ＹＲＣに基づき、平面視で前記油圧ショベル全体の外形よりも一回り大きい矩形状の（つまり前後左右の四方において当該外形よりも大きい）領域を前記総合判定領域ＡＴとして設定する。具体的に、当該総合判定領域ＡＴの左端、右端、前端及び後端の前記旋回中心Ｏｓからの距離をそれぞれＸＬＡ，ＸＲＡ，ＹＦＡ及びＹＲＡとすると、これらは次式で表される。

ＸＬＡ＝ＸＬＣ＋ΔＸＬ
ＸＲＡ＝ＸＲＣ＋ΔＸＲ
ＹＦＡ＝ＹＦＣ＋ΔＹＦ
ＹＲＡ＝ＹＲＣ＋ΔＹＲ

ここでΔＸＬ，ΔＸＲ，ΔＹＦ及びΔＹＲは前記油圧ショベルの外形からの各領域のはみ出し寸法を特定するために予め決められた定数であり、相互に等しい値でもよいし異なる値でもよい。これらの定数が大きいほど安全性を重視した（すなわち大きな外形をもつ）総合判定領域ＡＴが設定される。

前記コントローラ７０Ａの総合接近判定部７４Ａは、前記第１の実施の形態に係るステップＳ４に代わり、前記下部側座標位置ＰＬ（ＸＬ，ＹＬ）が前記総合判定領域ＡＴ内にあるか否かを判定する（ステップＳ４Ａ）。当該総合判定領域ＡＴは、前記下部走行体１０のみならず前記上部旋回体１２も含めた油圧ショベル全体を考慮して設定された領域であるので、図４に示されるような上部側座標位置ＰＵ及び上部側判定領域ＡＵに基づく判定（ステップＳ３）は不要である。すなわち、前記コントローラ７０Ａの安全動作指令部７８は、前記下部側座標位置ＰＬ（ＸＬ，ＹＬ）が前記総合判定領域ＡＴ内の位置であるか否かの判定のみに基づいて安全動作指令を出力することにより（ステップＳ５）、下部走行体１０の走行動作について的確な安全制御を行うことが可能である。

次に、第３の実施の形態を図１１～図１５を参照しながら説明する。

この第３の実施の形態に係る安全装置は、第１の実施の形態に係る安全装置と次の点においてのみ相違する。すなわち、当該第３の実施の形態に係る安全装置は、第１の実施の形態に係るコントローラ７０と同様の図１１に示すようなコントローラ７０Ｂを備えるが、当該コントローラ７０Ｂは、本発明に係る座標変換部として、第１の実施の形態に係る前記座標変換部７３に代えて図１１に示される座標変換部７３Ｂを具備するとともに、本発明に係る下部側接近判定部として、第１の実施の形態に係る前記下部側接近判定部７４に代えて図１１に示される下部側接近判定部７４Ｂを備える。

前記第１の実施の形態に係る座標変換部７３は、上部側座標系における障害物の位置である上部側座標位置ＰＵ（ＸＵ，ＹＵ）及び下部側座標系における下部側判定領域ＡＬのうち前者の上部側座標位置ＰＵを下部側座標系の位置ＰＬ（ＸＬ，ＹＬ）に変換することにより両者の座標系を下部側座標系に統一する（図４のステップＳ２）のに対し、第３の実施の形態に係る前記座標変換部７３Ｂは、図１２のフローチャートに示されるステップＳ２Ａにおいて、後者の前記下部側判定領域ＡＬの位置を上部側座標系における位置に変換することにより、両者の座標系を上部側座標系に統一する。そして、前記下部側接近判定部７４Ｂは、図４のステップＳ４に代わり、前記上部側座標位置ＰＵ（ＸＵ，ＹＵ）が前記上部側座標系に変換された前記下部側判定領域ＡＬ内の位置であるか否かを判定する（図１２のステップＳ４Ａ）。

図１３に示されるように前記下部側判定領域ＡＬが平面視において矩形状の領域である場合、前記座標変換部７３Ｂは、当該下部側判定領域ＡＬの４つの頂点の位置ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３，ＰＬ４の下部側座標系における座標（ＸＬ１，ＹＬ１），（ＸＬ２，ＹＬ２），（ＸＬ３，ＹＬ３），（ＸＬ４，ＹＬ４）をそれぞれ上部側座標系における座標（ＸＵ１，ＹＵ１），（ＸＵ２，ＹＵ２），（ＸＵ３，ＹＵ３），（ＸＵ４，ＹＵ４）に変換することにより、それぞれの座標に対応する４つの位置ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３，ＰＵ４にそれぞれ頂点をもつ（つまり上部側座標系において設定された）下部側判定領域ＡＬを得ることが可能である。前記下部側判定領域ＡＬが矩形以外の形状を有する場合でも、その代表点を選定してこれを座標変換することにより、当該下部側判定領域ＡＬを下部側座標系から上部側座標系に移行することが可能である。

一方、前記第３の実施の形態に係るコントローラ７０Ｂにおいても、その上部側接近判定部７６が前記上部側座標位置ＰＵが上部側判定領域ＡＵ内の位置であるか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、当該コントローラ７０Ｂの安全動作指令部７８は、前記上部側座標位置ＰＵ（ＸＵ，ＹＵ）が前記上部側判定領域ＡＵ内の位置であると前記上部側接近判定部７６が判定した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）、及び、前記上部側座標位置ＰＵ（ＸＵ，ＹＵ）が前記下部側判定領域ＡＬ内の位置であると前記下部側接近判定部７４Ｂが判定した場合、のいずれにおいても、安全動作指令を出力する（ステップＳ５）。

つまり、前記コントローラ７０Ｂの下部側接近判定部７４Ｂ及び上部側接近判定部７６は、互いに協働して、図１５に示されるような合成領域ＡＵＬ、すなわち前記下部側判定領域ＡＬと前記上部側判定領域ＡＵとを合成した領域、に前記上部側座標位置ＰＵが含まれているか否かを判定するものである。

従って、本発明に係る安全装置は、その下部側接近判定部として、前記下部側接近判定部７４Ｂ及び前記上部側接近判定部７６に代わり、前記合成領域ＡＵＬのように座標変換後の下部側判定領域と上部側判定領域とを足し合わせた領域に前記上部側座標位置ＰＵが含まれるか否かを判定する判定部を具備するものであってもよい。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような態様を包含する。

（Ａ）判定領域について
本発明に係る下部側判定領域の具体的な形状は限定されない。例えば、図５に示される下部走行体１０が平面視において左右のクローラ１１Ｌ，１１Ｒから前後方向または左右方向に突出する部分を含む場合、下部側判定領域の形状は矩形状ではなく前記突出部分を包含するような変則的な形状に設定されてもよい。

前記上部側判定領域も、具体的な上部旋回体の形状等に応じて自由に設定されることが可能である。また、当該上部側判定領域は適宜省略可能である。例えば小旋回型ショベルのように走行時の安全について上部旋回体を考慮する必要性が低い場合、下部側判定領域のみが設定されてもよい。

前記判定領域が下部走行体を減速させる領域である場合、その内側に当該下部走行体を強制停止させる領域がさらに設定されてもよい。逆に、前記判定領域が下部走行体を強制停止させる領域である場合、その外側に減速領域がさらに設定されてもよい。

また、各判定領域の上端及び下端の高さ位置は自由に設定されることが可能である。

（Ｂ）安全動作指令について
本発明に係る安全動作指令部は、安全動作指令として、前記走行動作制限信号及び前記警報指令信号のうちのいずれか一方のみを出力するものであってもよい。また、走行動作制限信号の出力の要否を判定するための判定領域と、警報指令信号の出力の要否を判定するための判定領域と、が個別に設定されてもよい。また、前記安全動作指令は、前記走行動作制限信号及び前記警報指令信号以外のものであってもよい。

１０ 下部走行体
１２ 上部旋回体
３０ 走行駆動装置
３２ 旋回駆動装置
４０ 警報装置
６０ 障害物
６１～６４ 障害物センサ
６６ 旋回角度センサ
７０，７０Ａ，７０Ｂ コントローラ
７１ 上部側座標位置演算部
７２ 下部側判定領域設定部
７２Ａ 総合判定領域設定部
７３，７３Ｂ 座標変換部
７４，７４Ｂ 下部側接近判定部
７４Ａ 総合接近判定部
７５ 上部側判定領域設定部
７６ 上部側接近判定部
７８ 安全動作指令部

Claims (7)

1. 地面上を走行可能な下部走行体と、当該下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、を備えた作業機械に設けられる安全装置であって、
   前記上部旋回体の特定部位に設けられて前記作業機械の周囲の障害物の存在を検知するとともに前記特定部位に対する前記障害物の相対位置を検知する障害物センサと、
   前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出器と、
   前記障害物センサにより検知される前記障害物の位置であって前記上部旋回体を基準とする座標系における位置である上部側座標位置を前記障害物センサにより検知される前記上部旋回体の前記特定部位に対する前記障害物の相対位置に基づいて演算する上部側座標位置演算部と、
   前記下部走行体を基準として少なくとも当該下部走行体の周囲に前記障害物の接近を判定するための下部側判定領域を設定する下部側判定領域設定部と、
   前記旋回角度検出器により検出される前記旋回角度に基づいて前記上部側座標位置と前記下部側判定領域の位置のうちの一方の位置を他方の位置が属する座標系における位置に変換することにより前記障害物の位置及び前記下部側判定領域の位置を特定する座標系を統一させる座標変換部と、
   当該座標変換部により統一された座標系において前記下部側判定領域内に前記障害物が存在するか否かを判定する下部側接近判定部と、
   前記下部側判定領域内に前記障害物が存在すると前記下部側接近判定部が判定した場合に前記作業機械に安全動作を行わせるための安全動作指令を出力する安全動作指令部と、を備える、作業機械の安全装置。
2. 請求項１記載の作業機械の安全装置であって、前記座標変換部は、前記上部側座標位置を前記下部走行体を基準とする下部側座標位置に変換するものであり、前記下部側接近判定部は前記下部側座標位置が前記下部側判定領域内の位置であるか否かを判定するものであり、前記安全動作指令部は前記下部側座標位置が前記下部側判定領域内の位置であると前記下部側接近判定部が判定した場合に前記安全動作指令を出力する、作業機械の安全装置。
3. 請求項２記載の作業機械の安全装置であって、前記上部旋回体を基準としてその周囲に前記上部旋回体に対する前記障害物の接近を判定するための上部側判定領域を設定する上部側判定領域設定部と、前記上部側座標位置が前記上部側判定領域内の位置であるか否かを判定する上部側接近判定部と、をさらに備え、前記安全動作指令部は、前記上部側座標位置が前記上部側判定領域内の位置であると前記上部側接近判定部が判定した場合にも前記安全動作指令を出力する、作業機械の安全装置。
4. 請求項２記載の作業機械の安全装置であって、前記下部側判定領域設定部は、前記下部側判定領域として、前記旋回角度検出器により検出される前記旋回角度に基づいて前記下部走行体及び前記上部旋回体の双方の周囲に総合判定領域を設定する総合判定領域設定部であり、前記下部側接近判定部は前記下部側座標位置が前記総合判定領域内の位置であるか否かを判定する総合接近判定部であり、前記安全動作指令部は前記下部側座標位置が前記総合判定領域内の位置であると前記総合接近判定部が判定した場合に前記安全動作指令を出力する、作業機械の安全装置。
5. 請求項１記載の作業機械の安全装置であって、前記座標変換部は、前記旋回角度検出器により検出される前記旋回角度に基づいて前記下部側判定領域の位置を前記上部旋回体を基準とする位置に変換するものであり、前記下部側接近判定部は前記上部側座標位置が前記座標変換部により座標変換された後の前記下部側判定領域内の位置であるか否かを判定するものであり、前記安全動作指令部は前記上部側座標位置が前記座標変換部により座標変換された後の前記下部側判定領域内の位置であると前記下部側接近判定部が判定した場合に前記安全動作指令を出力する、作業機械の安全装置。
6. 請求項１～５のいずれかに記載の作業機械の安全装置であって、前記作業機械が前記下部走行体に走行動作を行わせる走行駆動装置を備えるものであり、前記安全動作指令部は、前記安全動作指令として、前記障害物に近づく方向への前記下部走行体の走行動作を制限する走行動作制限指令を出力する、作業機械の安全装置。
7. 請求項１～６のいずれかに記載の作業機械の安全装置であって、前記作業機械がオペレータに対する警報動作を行うことが可能な警報装置を備えるものであり、前記安全動作指令部は前記安全動作指令として前記警報装置に警報動作を行わせる警報指令を出力する、作業機械の安全装置。

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