JPH05321304A - 建設機械の安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 建設機械の稼働中における移動方向、旋回方
向の作動速度に応じて設定される距離・角度などの感知
エリア内に障害物が侵入する状態になると、機械のその
作動方向の作動を停止させたり、警報を発したりする。 ［構成］ 移動、旋回などの作動速度を検出し、速度信
号を出力する速度センサと、機体の所要箇所の外方に向
け配置され外部信号により障害物との距離角度などの感
知エリアを増減する複数の感知センサに対し、その感知
エリアを設定する外部信号として上記速度信号に応じた
指令信号を供給するコントローラとからなり、該コント
ローラには複数の感知センサから感知エリア内に障害物
が侵入したことを示す感知信号により、その作動を停止
する停止信号を停止手段に供給する機能を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両系建設機械に搭
載した障害物検出手段により、その感知エリア内に障害
物の存在を感知すると、その作動の停止あるいは作動速
度制限をするほか、機械の所定部分の作動速度を検出
し、それに応じ上記の感知エリアを自動的に拡大または
縮小させるようにした安全装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両系建設機械の作業範囲内または立入
禁止範囲内に障害物が侵入したとき、運転者自らがそれ
を認知し、その運転操作を中止する方法のほか、かかる
場合機械を自動停止させる手段が、従来から提案されて
おり、その方法としては、上記障害物の存在を、その機
械に取り付けた超音波などの探査信号発信機と、該信号
の障害物からの反射波を検出することのできる反射波検
出器により感知したり、あるいは、障害物自体、たとえ
ば、作業員等のような移動体に発信機を取り付け、その
発信機からの障害物信号を、機械に搭載した受信機によ
って感知し、それら障害物が危険範囲にあるときは自動
的に機械のエンジンを停止させたり、各部作動用の操作
レバーの操作を無効にしたりする方法がなされていた。

【０００３】例えば、図８は特公平２−２８０２６号公
報にて開示され、上記後者に属する例であるが、図にお
ける移動性の障害物は作業員２１である場合を示し、２
２はその頭部に取り付けられた発信機、２３は車両系建
設機械のうち、専ら、機体を前後に移動させることによ
って作業を行う機械の代表例であるブルドーザで、これ
に受信機２４、２４、．．．が取付けてある。図９はエ
ンジン停止手段を示すブロック図であり、燃料カットソ
レノイド２５に通電している状態を示し、該ソレノイド
２５は始動スイッチ２６、リレー２７の常閉接点２８ａ
を介して電源２９の正極に接続されている。受信器２４
は、コントローラ３０に接続しており、コントローラ３
０の出力側は、リレー２７のリレーコイル２８ｂに接続
している。

【０００４】以上のような構成で、始動スイッチ２６を
ＯＮにすると電源２９の電流は、始動スイッチ２６、リ
レー２７の常閉接点２８ａを介してソレノイド２５に通
電される。ソレノイド２５に通電すると図示していない
燃料コントロールリンケージを介し、燃料ガバナをフリ
ーにして燃料噴射ポンプから燃料がエンジンに流れる状
態になる。このような状態で図８に示す作業員２１がブ
ルドーザ２３の近傍にいると、作業員２１が携帯する発
信機２２の発信する信号を受信器２４が受信し、受信器
２４の信号はコントローラ３０に入力され増幅されて、
リレー２７のリレーコイル２８ｂに通電され、その結
果、常閉接点２８ａはＯＦＦとなり、ソレノイド２５に
は電流は流れず、燃料噴射ポンプから燃料が流れずエン
ジンは停止するようになっている。

【０００５】また、一方、パワーショベルのように作業
中は主として上部旋回体を旋回させて各部の作動をする
ような機械においては、旋回範囲内に人または障害物が
入った場合、これを感知して旋回を停止させる技術が特
公平１−２７１５３４号公報に開示されている。この技
術は、上部旋回体が旋回するときの旋回範囲を示す図１
０において、バケット３３が旋回中心Ｏから最も遠くな
るようにブーム３４、アーム３５を操作したときの旋回
半径Ｒの円３６が旋回半径となる。図の３１、３２は上
部旋回体の側方に取付けられた超音波センサであり、３
７が円３６内に入った人その他の障害物とすると、超音
波センサ３１から発信された超音波は３７にあたって反
射され、該センサの受信部がこれを受信し、図１１に示
す油圧回路を作動させる。

【０００６】この作動を図１１に基づいて述べると、エ
ンジンで駆動される油圧ポンプからの圧油は旋回バルブ
３８で切換えられ、旋回モータ３９は右または左旋回す
るのであるが、上記旋回バルブ３８から旋回モータ３９
に通じる管路の中間には電磁切換弁４０が設けてあり、
これの受信部に超音波センサ３１または３２からの反射
超音波による信号が作用すると、該電磁切換弁は作動
し、旋回モータ３９に通じる管路を遮断することによ
り、上部旋回体が障害物３７に接近または衝突すること
を自動的に防止する。

【実施例】

【０００７】上記２つの従来技術は、いづれも、各種セ
ンサがその機械進行方向、左右方向ないしは作業工具の
作動可能範囲における危険発生の恐れのある最大危険範
囲内に障害物を感知すると、無条件に、機械のエンジン
を停止させたり旋回動作を停止させたり、警報を発した
りする安全装置を作動させることにより事故の発生をな
くしようとするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
は、予め複数のセンサの感知エリアを設定しておき、そ
れぞれのセンサのいづれか１つの感知エリアに障害物が
存在するようになると、安全装置が作動するようにした
ので、作業中の安全は期待できるものの作業条件には関
わりなく作動するので、作業能率の低下を来していた。
例えば、ブルドーザの進行方向の感知距離は、その機械
が最大速度で走行中であっても、障害物の存在をセンサ
が感知し安全に機体を停止させるだけの感知距離を予め
設定しておかねばならず、また、パワーショベルのよう
にバケットなどの作業工具を旋回させるようなときに
は、該バケットを旋回中心から最大の位置にしたときの
旋回範囲内の障害物の存在を感知し、その時に、上部旋
回体が最大旋回速度になっていても安全な停止がなされ
なければならないこととなる。この発明は、上記のよう
な安全装置と作業能率との間の矛盾を最小限とする安全
装置を提供することを課題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は次のような手段を講じた。すなわち、 イ）機械全体を前後進させることにより、または上部旋
回体を旋回させることにより作業装置を作動させ、作業
を行う建設機械の機体の外周付近に、外方に向け、例え
ば超音波センサの如き探査信号を発信し、所定の範囲内
にある障害物からの反射信号を感知する障害物検出手段
であって、外部からの指令信号に応じ上記所定の感知可
能エリアの形状、大きさが変化して、そのエリア内の障
害物を感知し感知信号を発する複数の感知センサを設け
るとともに、 ロ）機械の走行速度、旋回体の旋回速応を検出し、その
大小を速度信号として出力する速度検出手段と、 ハ）該速度検出手段からの速度信号を受け、その大小に
応じて前記感知センサが障害物を検出することのできる
所定の感知エリアの形状、大きさを変化させる指令信号
を当該感知センサに供給し、かつ、該感知センサからの
障害物感知信号が入力されると、停止信号を出力する機
能を有するコントローラと、 ニ）該コントローラからの停止信号により、機械の走
行、上部旋回体の旋回などの作動を停止したり、制動作
用をしたり、あるいは警報を発するなどの機能を有する
停止手段と、を設ける。

【００１０】

【作用】建設機械の移動速度、上部旋回体の旋回速度の
大小を速度検出手段が検出して、その速度信号がコント
ローラに入力されると、該コントローラは、先ず、その
速度信号が大きければ大きいほど当該感知センサに対し
障害物を感知するエリアの形状、大きさを大きく、逆
に、速度信号が小さければそれに比例して感知センサの
感知エリアの形状、大きさを小さくし、その状態の感知
エリア内に万一障害物が存在するようになると、該感知
センサはコントローラに向け感知信号を出力する。コン
トローラに感知信号が入力されると、これに対応する機
械の移動停止、上部旋回体の旋回停止またはそれらの制
動などの停止信号がコントローラから停止手段に向け出
力され、停止または制動動作がなされるのであるが、前
述のように、感知センサからの感知信号がコントローラ
に向け出力されるのは、障害物が感知エリア内にあると
きであり、速度センサの出力値に左右される。従って、
停止手段の作動開始時期は、機械の移動速度、上部旋回
体の作動速度が大なれば障害物との離隔距離が比較的大
きい時点で、作動速度が小なれば離隔距離が小さくなっ
た時点となるので、必要以上の離隔距離で停止手段が作
動することはない。

【００１１】以下、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。図１ないし図７は、この発明にかかる安全装置
を、建設機械の代表例としての全油圧式バックホウに適
用するときの１実施例図であり、図１ないし図３はバッ
クホウが後方に向け移動する際の本発明安全装置の作動
状況を、図４ないし図６はバックホウの上部旋回体を右
旋回させる際の右前方に対する本発明安全装置の作動状
況を、それぞれ説明する平面図であり、図７は本発明に
かかる安全装置の構成とそれぞれ機能を示すブロック図
である。これらの図において、１はブーム、アーム、バ
ケットおよび本体の油圧源により、これらを回動せしめ
るアクチュエータなどから構成されるフロントアタッチ
メント、２は下部走行体で構成全体を支持し、走行を司
る構造となっており、内部には、本体の油圧源で駆動さ
れる走行用のアクチュエータ（図示なし）を有してい
る。また、３は上部旋回体で、下部走行体２上に旋回ベ
アリングを介して回動自在に装着され、その旋回作動は
本体の油圧源で駆動されるアクチュエータ（図示なし）
によってなされる構造となっている。

【００１２】上部旋回体３上には運転室４を備え、運転
者は、この運転室４内の運転席付近に配置された操作装
置を操作して機械の走行、旋回、フロントアタッチメン
ト１を自在に作動せしめて所望の作業を行うことは、一
般のバックホウと同じであるが、この発明においては、
上部旋回体３上の例えば運転室４内に、機能は後述する
如きコントローラ１０、速度センサ１１、停止手段１５
を備え、また、機体の外周付近には、おおむね外方に向
け例えば超音波を発射し、その方向の障害物からの反射
波を受信して障害物の有無を知ることのできる超音波セ
ンサなどからなり、機械の後方の障害物を感知する感知
センサ５，６あるいはフロントアタッチメント１、上部
旋回体３の旋回方向の障害物を感知する感知センサ７，
８，９などが設けてある。

【００１３】次に、上述の感知センサ５，６，７，８，
９、コントローラ１０、速度センサ１１、停止手段１５
の構成、機能などを図７のブロック図を参照しながら説
明する。上記のうち、速度センサ１１はバックホウの走
行速度または旋回速度、必要に応じてはフロントアタッ
チメント１の構成部分の作動速度の大小を電気信号の大
小として検出し、コントローラ１０へ、作動箇所別の速
度信号を入力するものであり、その検出方法としては、
例えば、運転者がそれぞれのアクチュエータを作動させ
る操作量を検出して間接的に速度信号を得る方法、それ
ぞれのアクチュエータへの圧油の流入・流出量を検出す
る方法、アクチュエータにより駆動される回転軸の速度
を検出する方法、回動部材の対地角度の変化を検出する
方法など、従来技術の手法を用いることにより達成でき
る。

【００１４】コントローラ１０は、速度センサ１１から
或る部分の作動速度を示す速度信号が入力されると、そ
の作動速度が微速、中速、高速など複数の速度段の何れ
かを判別し、上記ある部分においてその作動方向に向け
設置された感知センサに対し、その感知範囲を限定する
感知エリア設定信号を出力する。例えば、バックホウが
微速で後進するときは、図１に示すように感知センサ
５，６に対し、障害物２２を感知し始める感知距離Ｌ1
が最小となるような後方感知エリア１６を形成するべ
く、感知エリア設定信号を出力し、中速で後進するとき
は、図２に示すように感知距離がＬ1 よりも大きいＬ2
となる後方感知エリア１７を、また、高速にて後進する
ときは、図３に示すように感知距離Ｌ3 がＬ2よりも大
きくなる後方感知エリア１８を形成するべく、距離感知
エリア設定信号を出力する。また、他の例として、バッ
クホウのフロントアタッチメント１を上部旋回体３とと
もに右旋回させるとき、旋回速度が微速のときは図４に
示す如く、旋回方向に対する感知角度θ1 が最も小さく
なる旋回感知エリア１９を形成し、中速旋回では図５に
示すように感知角度θ2 はθ1 よりも大きくなるような
旋回感知エリア２０を形成し、さらに高速旋回時は図６
に示すように感知角度θ2よりも大きいθ3 なる旋回感
知エリア２１を形成するべく、感知センサ７，８，９に
対し、コントローラ１０は角度感知エリア設定信号を出
力する。

【００１５】このようにして、コントローラ１０からの
距離または角度などの感知エリア設定信号が作用し、該
当感知センサがそのときの作動速度に応じて設定した後
方感知エリア１６，１７，１８、あるいは、旋回感知エ
リア１９，２０，２１などの範囲内に障害物が侵入する
と、それぞれの感知センサはそれを検出し障害物信号
を、感知信号として直ちにコントローラ１０に入力し、
該コントローラ１０はこれを受け、停止手段１５に対し
停止信号を出力するので、フロントアタッチメント１や
機体が障害物２２に、余り接近しないでその作動を停止
する。なお、上記のフロントアタッチメント１や機体の
作動速度が早ければ早い程、停止手段１５が作動して
も、慣性により、なおその方向へ或程度移動するもので
あるが、本発明では、上述したように、速度センサ１１
からの速度信号に応じて感知エリアを変更させることに
より障害物２２を検出する時期を決めているので、安
全、かつ、有効な距離角度の離隔距離でもって機械の作
動を停止させ得る。

【００１６】また、停止手段１５の１例は、図７にも例
示したように、コントローラ１０からの停止信号が電油
変換器１２に入力されると、ここで電気信号は油圧信号
に変換され、走行、旋回などのアクチュエータ作動用の
油圧切換弁を、その操作レバーの位置如何にかかわら
ず、切換えを無効にする油圧切換弁中立復帰手段１３を
作動させたり、あるいは、必要に応じ制動手段１４、内
蔵の警報器２３を作動させることも可能である。このよ
うな機能を有する停止手段１５は従来技術の組合わせに
より容易に実現可能なものであり、例えば、電油変換器
１２として、常時は油圧源に通じるポートを閉路してい
るが、停止信号が受信部に作用すると閉路する電磁弁で
あり、この圧油が油圧切換弁中立復帰手段１３の油室に
作用すると、パイロット圧切換式のアクチュエータ用油
圧切換弁のパイロット圧の作動を遮断する切換弁であっ
てもよく、また、制動手段１４としては、前記圧油がブ
レーキシリンダに作用すると、走行、旋回用アクチュエ
ータの出力回動軸と１体のブレーキディスクに制動力を
与える方法がある。さらに他の例としては、電油変換器
１２、油圧切換弁中立復帰手段１３の代わりに、走行、
旋回用アクチュエータの主回路に、停止信号で内部油路
を直接遮断する電磁切換弁を用いてもよい。

【００１７】以上の構成と機能とからなる本発明は、走
行、旋回などの作動速度が速度センサ１１により検出さ
れ、その速度信号がコントローラ１０に入力されると、
該コントローラ１０は複数の感知センサの個々に対し、
上記作動速度が早ければ早い程広い感知エリアを、遅け
れば遅い程狭い感知エリアを設定するべく、感知距離、
感知角度設定信号を出力するので、これら感知センサ
５，６，７，───が障害物を感知する範囲は作動速度
とともに変化する。従って、作動速度が遅いとき、本発
明の安全装置における停止手段の作動開始時の障害物と
の間の距離または角度は、従来のものよりも小さく設定
でき、狭あいな場所における精密な作業においても安全
装置が有効に使用でき、また、強力で迅速な作業のとき
は、停止手段の作動開始時の障害物との間の距離または
角度は大きく、早い作動速度を減速し、停止させるに十
分な安全距離または角度が確保できる。

【００１８】なお、前述の図１ないし図６に示す実施例
図では、油圧バックホウの機体が後進する方向、上部旋
回体が右旋回するときのフロントアタッチメントの移動
方向についてのみの安全監視用の感知センサの配置例を
述べたが、これに限定するものではなく、この他に、複
数の感知センサの設置位置や方向、速度検出器１１から
の速度信号に基づくコントローラ１０から各感知センサ
に指令する感知エリヤ設定信号の組合わせを種々考慮す
ることにより、機械の前進時、左方向旋回時における障
害物の存在を知り、自動的に、最も合理的な時点から停
止開始、制動開始、警告などが得られ、さらには、フロ
ントアタッチメント、機体の特定部位と障害物との間の
異常接近に対する安全装置ともなり得ることは云うまで
もない。

【００１９】

【発明の効果】 【図面の簡単な説明】

この発明では、建設機械の作動速応が早ければ早いほ
ど、機体または機械の特定部位と障害物との距離・角度
が比較的大きい時点から、反面、作動速度が遅ければ遅
い程機体または機械の特定部位と障害物との距離・角応
が小さくなってから、安全装置の停止手段が作動するよ
うにしたので、建設機械により比較的広い場所で、強
力、迅速な施工をする時、その作動範囲に障害物が接近
しようとすると、その早い作動速度から減速停止に至ら
しめるに必要な距離・角度をもって停止手段が作動を開
始し、反面、狭隘な場所で、あるいは精密な施工を要す
るときは、自動的に遅い作動速度の機体などを減速停止
させるだけの小さい距離・角度になってから停止手段が
作動を開始する。従って、作動速度に関係なく予め設定
した範囲に障害物が侵入すると停止手段が作動し、時と
して必要以上の余裕をもって停止する従来技術に比し、
安全性は十分に確保されたうえに、あらゆる作業工種に
従事する場合の作業能率の向上が計れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧バックホウが微速後進中における本発明安
全装置の作用を説明する平面図である。

【図２】油圧バックホウが中速後進中における本発明安
全装置の作用を説明する平面図である。

【図３】油圧バックホウが高速後進中における本発明安
全装置の作用を説明する平面図である。

【図４】油圧バックホウの上部旋回体を微速で右旋回さ
せるときの本発明安全装置の作用を説明する平面図であ
る。

【図５】油圧バックホウの上部旋回体を中速で右旋回さ
せるときの本発明安全装置の作用を説明する平面図であ
る。

【図６】油圧バックホウの上部旋回体を高速で右旋回さ
せるときの本発明安全装置の作用を説明する平面図であ
る。

【図７】本発明の構成と機能を示すブロック図である。

【図８】ブルドーザに装備した従来の安全装置が障害物
を感知する状態を示す側面図である。

【図９】図８の安全装置の機能を示すブロック図であ
る。

【図１０】パワーショベルに装備した従来の安全装置が
旋回範囲内の障害物を検出する状態を示す平面図であ
る。

【図１１】図１０の安全装置に採用される油圧回路図で
ある。

【符号の説明】

５，６，７，８，９ 感知センサ １０ コントローラ １１ 速度センサ １５ 停止手段 １６，１７，１８ 後方感知エリア １９，２０，２１ 旋回方向感知エリア ２２ 障害物 Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 感知距離 θ1 ，θ2 ，θ3 感知角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建設機械の作動各部分がその作動により
   障害物と接触することを防止する安全装置において、外
   部から入力される感知エリア設定信号の値に応じて感知
   エリアを変化し、かつ、その設定エリア内に障害物が存
   在するときは感知信号を出力する感知センサと、作動部
   分の作動速度を検出する速度検出手段と、該速度検出手
   段により出力される速度信号に応じて上記感知センサに
   対し感知エリア設定信号を出力し、かつ、該感知センサ
   が設定する感知エリア内の障害物を感知して出力する感
   知信号が入力すると停止信号を出力するコントローラ
   と、該コントローラが出力する停止信号により作動部分
   を停止に至らしめる停止手段を設けたことを特徴とする
   建設機械の安全装置。
2. 【請求項２】 外部から入力される感知エリア設定信号
   の値に応じて感知エリアを変化し、かつ、その設定エリ
   ア内に障害物が存在するときは感知信号を出力する感知
   センサと、作動部分の作動速度指令量を検出する速度指
   令量検出手段と、該速度指令量検出手段により出力され
   る速度指令量信号に応じて上記感知センサに対し感知エ
   リア設定信号を出力し、かつ、該感知センサが設定する
   感知エリア内の障害物を感知して出力する感知信号が入
   力すると停止信号を出力するコントローラと、該コント
   ローラが出力する停止信号により作動部分を停止に至ら
   しめる停止手段を設けたことを特徴とする請求項１の建
   設機械の安全装置。