JPH07191135A

JPH07191135A - 建設機械の安全システム

Info

Publication number: JPH07191135A
Application number: JP5348547A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sugawara; 一宏菅原; Seiji Yamashita; 誠二山下; Yasuo Tanaka; 康雄田中; Shigenori Aoki; 茂徳青木
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】【目的】距離の計測のほかに音声通信機能をもたせるこ
とにより作業者の位置の確認や作業者に対して警報する
ことができる建設機械の安全システムを提供することに
ある。【構成】トランシーバ側の送信機が、音声信号を送信信
号に乗せて送信する回路を有し、トランスポンダが、音
声信号を受信信号から復調して音に変換して発生する回
路とトランスポンダ側で採取された音声信号を受信信号
に乗せて受信機側に送信する回路とを有し、トランシー
バ側の受信機が、トランスポンダ側から送信された信号
からトランスポンダ側で採取された音声信号を復調して
音に変換して発生する回路を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建設機械の安全シス
テムに関し、詳しくは、安全システムとして建設機械に
搭載されるトランスポンダ方式のマイクロ波の距離セン
サにおいて、距離の計測のほかに音声通信機能を有して
いて作業者の位置の確認や作業者に対して警報すること
ができるような安全システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】建設現場や道路舗装現場、土木作業現場
などでは、建設機械と作業員が交錯する作業形態が多く
ある。また、場所によっては一般の人も訪れ、あるいは
作業に付随して使用される各種機械の搬入や搬出、さら
には障害物などもある。これら作業員や一般人、障害物
などが作業車両等の運転者の視界を遮る工法や遮る方向
にあると、事故が発生する危険が非常に高い。そこで、
そのため安全性の確保が重要である。そのために、相手
方の位置を検出するための各種センサが検討されてお
り、その１つにトランスポンダ方式のマイクロ波を使用
した距離センサを搭載する建設機械が提案されている。

【０００３】しかし、建設機械に搭載されるこの種のマ
イクロ波距離センサは、本格的な適用や、実用化はこれ
らかである。一方、建設現場の油圧ショベルを例に採れ
ば、それを運転するオペレータと、機械の周囲で補助的
な作業をする作業者とが共同で工事作業を行う。このよ
うな場合に、マイクロ波距離センサを利用することによ
り作業に十分な安全性が確保されなければならない。す
なわち、油圧ショベルでは、ショベル側にマイクロ波の
トランシーバ（送受信機）を搭載し、作業者がトランス
ポンダをヘルメット等に付けることで身につける。これ
らの間で送受信が行われ、作業者の位置が監視される。
これにより油圧ショベルのオペレータに作業者が油圧シ
ョベルの危険地域に近づいたことを知らせたり、機械と
作業者との接触事故を防止するために、必要に応じて機
械を自動的に停止する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】建設機械にこの種の距
離センサを搭載する場合、送信信号は通常マイクロ波が
用いられるが、地面や周囲の建築物からの反射などによ
りトランスポンダ側の距離測定に誤りが発生することが
ある。この計測誤りを防止するためにマイクロ波の指向
性を広狭切換えたりする対策が採られているが、十分な
安全性を確保できないのが実状である。この発明の目的
は、このような従来技術の問題点を解決するものであっ
て、距離の計測のほかに音声通信機能をもたせることに
より作業者の位置の確認や作業者に対して警報すること
ができる建設機械の安全システムを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るためのこの発明の建設機械の安全システムの特徴は、
トランシーバ側の送信機が、音声信号を送信信号に乗せ
て送信する回路を有し、トランスポンダが、音声信号を
受信信号から復調して音に変換して発生する回路とトラ
ンスポンダ側で採取された音声信号を受信信号に乗せて
受信機側に送信する回路とを有し、トランシーバ側の受
信機が、トランスポンダ側から送信された信号からトラ
ンスポンダ側で採取された音声信号を復調して音に変換
して発生する回路を有するものである。

【０００６】

【作用】このように、トランシーバとトランスポンダと
に音声通信機能をもたせることにより、トランスポンダ
を持つ作業者の位置を会話により確認することができ
る。特に、距離測定の周波数スイープを間欠的に行い、
この期間の間において音声通信を間欠的に行い、かつ間
欠の休み期間に送信周波数を距離測定の周波数とは別の
周波数に設定するようにすれば、距離測定とは独立に音
声での通信が可能になり、距離測定側に悪影響を与えな
いで済む。また、トランスポンダ側の音声の送信および
復調については、距離測定のためのトランスポンダの回
路をほとんど利用できるので、身に付けることができる
小型のトランスポンダ＋音声連絡装置が実現できる。

【０００７】

【実施例】図１は、この発明の建設機械の安全システム
を適用した建設機械に搭載されるマイクロ波距離センサ
のシステム構成図であり、図２は、建設機械のトランシ
ーバとトランスポンダの関係の説明図、図３は、送受信
タイミングの説明図、図４は、誤測定を防止するための
アンテナの取付についての説明図である。図２に示すよ
うに、油圧ショベル１の後部にトランシーバ１０が取付
られる一方、作業者２のヘルメットにはトランスポンダ
２０が取付られている。トランシーバ１０は、トランス
ポンダ２０との距離Ｄ0 を計測する演算回路を有してい
て、算出した距離Ｄ0 を運転台３の制御装置４に送出す
る。制御装置４は、距離Ｄ0 を所定の基準値と比較し
て、所定以上の距離にトランスポンダ２０（作業者）が
接近しているときに、オペレータがいる油圧ショベル１
の運転台３にある警報装置を駆動し、運転台３に設けら
れたディスプレイ上に危険表示を行う。

【０００８】トランシーバ１０には、図１に示すよう
に、送信アンテナ１０a と、受信アンテナ１０b とが設
けられていて、電圧制御発信回路（ＶＣＯ）１２で周波
数が時間経過に応じて所定の周波数範囲（ここではマイ
クロ波）で順次増加又は減少する、いわゆるスイープさ
れる周波数の信号を発生してこれをスイッチ回路１２a
を介して送信回路１３に送出して送信アンテナ１０a よ
りマイクロ波の電波を送信し、受信アンテナ１０b によ
り同様なマイクロ波の電波を受信する。トランシーバ１
０からの電波は、トランスポンダ２０のアンテナ２０a
で受信され、これに入った電波信号は、受信回路２１に
より増幅されて１００ｋＨｚの発振回路２２の出力とミ
キシング回路２３でミキシングされて送信回路２４を経
てアンテナ２０b からトランシーバ１０に送信される。

【０００９】トランシーバ１０の受信アンテナ１０b で
受信された電波信号は、受信回路１４で増幅されてミキ
シング回路１５においてＶＣＯ１２の信号とミキシング
され、中心周波数が１００ｋＨｚの帯域フィルタ（ＢＰ
Ｆ）１６を経て位相差検出回路１８に入力される。位相
差検出回路１８は、一方の入力に１００ｋＨｚの発振回
路１７から１００ｋＨｚの基準信号を受けていて、これ
とＢＰＦ１６を経た信号との位相比較がなされる。

【００１０】位相差検出回路１８で検出された位相差Ｇ
は、位相変化量検出回路１９に加えられ、ここで位相差
Ｇの変化量（傾き）が検出される。この変化量、言い替
えれば、位相差Ｇについて傾きが、トランスポンダ２０
との距離Ｄ0 を表す。この傾きは、ＶＣＯ１２の現在の
スイープ周波数と送信されたときのスイープ周波数の関
数となっていてマイクロ波のトランスポンダ２０までの
往復伝搬時間に対応しているからである。その詳細につ
いては、国際公開公報の特表昭６３−５０１９８１等で
説明されている。そこで、位相変化量検出回路１９の出
力が距離算出手段３０に送出される。ここで、トランシ
ーバ１０とトランスポンダ２０の間の距離Ｄ0 が算出さ
れる。算出された距離Ｄ0 は、通信制御回路３１に加え
られてこれを介して制御装置４に搭載されたマイクロプ
ロセッサ（ＭＰＵ）３２に送出される。

【００１１】三角発生回路１１は、ＶＣＯ１２の発振周
波数を制御する三角波の制御電圧を発生する。通信制御
回路３１は、図３(a) に示すように期間Ｔ1 だけ三角発
生回路１１を駆動した後に期間Ｔ2 だけ停止させる間欠
的な駆動する。なお、位相差検出回路１８と、位相変化
量検出回路１９、そして距離算出手段３０も通信制御回
路３１からの駆動信号により期間Ｔ1 だけ駆動され、こ
の駆動期間に動作して同図(b) に示すように、距離の測
定を行う。その他、通信制御回路３１は、トランシーバ
１０全体の制御をする。

【００１２】これによりＶＣＯ１２から発生する周波数
は、図３(a) に示されるように、スイープ期間Ｔ1 で
は、周波数ｆ1 から周波数ｆm まで増加し、減少する送
信波を発生し、間欠期間Ｔ2 の間は、ＶＣＯ１２の周波
数が一定の周波数ｆ0 にロックされる。この周波数ｆ0
の周波数の間欠期間Ｔ2 にトランシーバ１０とトランス
ポンダ２０とは相互に音声の信号をマイクロ波に乗せて
通信し合う。ＶＣＯ１２の周波数ｆ0 の発振をする動作
は、通信制御回路３１が三角波発生回路１１の動作を止
めた後のタイミングで行われる。このときＶＣＯ１２
は、通信制御回路３１から一定の電圧が供給されてそれ
で発振周波数ｆ0 が維持される。

【００１３】３７は、マイクロホン４０からの音声信号
を低周波増幅する低周波増幅器である。３８は、発振周
波数が１．５ＭＨｚの発振器を内蔵するＦＭ変調回路で
あって、低周波増幅回路３７の音声信号により周波数変
調された中心周波数１．５ＭＨｚ±１５０ｋＨｚ程度の
被ＦＭ変調信号を発生する。この信号が間欠期間Ｔ2に
おいてＶＣＯ１２の発振周波数ｆ0 とミキシング回路３
９により周波数混合されて送信回路１３から送出され
る。通信制御回路３１は、間欠期間Ｔ2 にスイッチ回路
１２a をミキシング回路３９側に切換えて音声の信号が
送信回路１３に送出して送信アンテナ１０a よりマイク
ロ波の電波として送信される。なお、スイープ期間Ｔ1
に対する間欠期間Ｔ2 は、トランスポンダ２０側の再生
音声信号が欠落しない程度の範囲で選択される。

【００１４】トランスポンダ２０は、ＦＭ信号選択回路
２５と、復調回路２６、間欠期間検出回路２７、通信制
御回路２８、ＦＭ復調回路２９、スピーカ５０等を備え
ている。復調回路２６は、受信信号から検波により三角
波発生回路１１の電圧信号を復調（例えばＦＭ検波によ
り検出）する。間欠期間検出回路２７は、復調回路２６
により復調された信号から間欠期間Ｔ2 を検出し、間欠
期間Ｔ2 に対応する幅のパルスＰ（図３(c) 参照）を発
生する。

【００１５】通信制御回路２８は、間欠期間検出回路２
７の検出パルスＰを受けて間欠期間Ｔ2 に対応するパル
スＰがＨＩＧＨレベル（”Ｈ”）の期間の間、ＦＭ信号
選択回路２５を動作させて送信された１．５ＭＨｚ±１
５０ｋＨｚ程度のＦＭ信号を抽出する。なお、ＦＭ信号
選択回路２５は、内部に同調回路と、発振周波数ｆ0の
発振器、周波数混合器と中心周波数１．５ＭＨｚのＢＰ
Ｆ（バンドパスフィルタ）とを有している。ＦＭ信号選
択回路２５の出力は、ＦＭ復調回路２９に加えられてス
ピーカ５０より音声として再生されて取出される。これ
によりトランシーバ１０からの音声がトランスポンダ２
０側で受信される。

【００１６】一方、トランスポンダ２０は、音声の送信
のために、マイクロホン５１からの音声信号を低周波増
幅する低周波増幅器５２と、発振周波数が２．５ＭＨｚ
の発振器を内蔵するＦＭ変調回路５３を備えている。Ｆ
Ｍ変調回路５３は、低周波増幅回路５２の音声信号によ
り周波数変調された中心周波数２．５ＭＨｚ±１５０ｋ
Ｈｚ程度の被ＦＭ変調信号を発生する。この信号が間欠
期間Ｔ2 において受信信号のｆ0 とミキシング回路２３
により周波数混合されて送信回路２４から送出される。
通信制御回路２８は、間欠期間Ｔ2 にＦＭ変調回路５３
を駆動して前記の送信を間欠期間Ｔ2 に行う。なお、こ
の場合、トランシーバ１０側から送信された被ＦＭ変調
信号とトランスポンダ２０により送信される被ＦＭ変調
信号とは、周波数帯域が１ＭＨｚずれているので混信す
る問題はない。

【００１７】トランシーバ１０では、受信アンテナ１０
b で受信された電波を受信回路１４で増幅してミキシン
グ回路１５に入力する。ここで、間欠期間Ｔ2 では、ト
ランシーバ１０自身がその時発生しているＶＣＯ１２の
発振信号ｆ0 とミキシングされて合成される。その結
果、ミキシングされた周波数は、（トランシーバの発信
周波数の２倍＋トランスポンダのＦＭ変調回路５３の周
波数）の成分と（ＦＭ変調回路５３の周波数）の２つに
なり、中心周波数の２．５ＭＨｚ±１５０ｋＨｚ程度の
ＢＰＦ３３を通して受信ＦＭ信号変調信号の成分が分離
される。

【００１８】ＢＰＦ３３で分離された周波数成分は、Ｆ
Ｍ復調回路３４でＦＭ検波をすることで復調されて音声
信号になり、トランスポンダ２０からの音声信号がスピ
ーカ４１より音声として再生されて取出される。これに
よりトランスホンダ２０からの音声がトランシーバ１０
側で受信される。

【００１９】その結果トランシーバ１０とトランスポン
ダ２０との間で会話が可能になり、油圧ショベルのオペ
レータは、作業者と機械との距離を確認することができ
る。計測された距離が近いときや、危険範囲内のときに
は、音声による会話により実際に作業者に注意を呼びか
けることができ、オペレータの声によって直接警報を発
することができる。

【００２０】ところで、マイクロ波で信号を送受信する
ときには、通常の電波よりも指向性が強い。そこで、図
４に示すような角度で受信アンテナ１０b を取付けれ
ば、地面からの反射電波を受信することを避けることが
でき、誤測定を防止することが可能になる。その取付け
角度としては、水平方向に対して４５゜±１０゜前後で
ある。これにより指向性は、図示するような関係にな
り、地面からの反射電波の受信レベルを１／８から１／
１０程度まで低減できる。これにより受信信号に不感帯
レベルあるいは閾値を設定すること等によりトランスポ
ンダ２０からの直接を電波を反射波と区別することがで
きるので、地面等からの反射による距離測定の誤りが防
止できる。

【００２１】さて、この発明ではトランシーバが距離測
定の時間と距離測定の空き時間の間に、トランスポンダ
とトランシーバとの間で会話する機能をもっている。通
信の時は、間欠期間Ｔ2 の時間のなかを、二つに区切
り、トランシーバからトランスポンダへの送信と逆に、
トランスポンダからトランシーバ側への時間とに分けて
制御することもできる。このような場合には、トランシ
ーバ１０側もトランスポンダ２０側もＦＭの被変調周波
数を同じ周波数に採ることができる。トランスポンダ
は、使用状況により複数個存在するので、前記のトラン
スポンダとトランシーバとの相互通信方式では、より多
くのトランスポンダとの間の通信が競合しないで行える
ように、通信するＦＭ周波数をいくつかの帯域に分けて
その１つを選択してトランスポンダ対応に設けることも
可能である

【００２２】以上説明してきたが、音声の変調方式は、
ＡＭ変調であってもよく、また、送信信号をＡ／Ｄ変換
器を介してデジタル化して１つ前のスイープ期間のＴ1
＋間欠期間Ｔ2 分をメモリに記憶し、その次の間欠期間
Ｔ2 に送るようにしてもよい。このようにすれば連続的
な信号として音声信号の伝送ができる。この場合の音声
再生側は、間欠期間の間のデータをメモリに記憶した後
にＤ／Ａ変換器によりアナログ信号にして音声信号を再
生することになる。さらに、トランスポンダ２０側の１
００ｋＨｚの周波数を距離の信号を避けて、距離測定に
影響のない周波数を用いてＡＭ変調あるいはＦＭ変調で
スイープ信号に音声を直接乗せることも可能である。こ
のような場合には、間欠送信をする必要はない。

【００２３】

【発明の効果】以上、この発明によれば、トランシーバ
とトランスポンダとに音声通信機能をもたせることによ
り、トランスポンダを持つ作業者の位置を会話により確
認することができる。特に、距離測定の周波数スイープ
を間欠的に行い、この期間の間において音声通信を間欠
的に行い、かつ間欠の休み期間に送信周波数を距離測定
の周波数とは別の周波数に設定するようにすれば、距離
測定とは独立に音声での通信が可能になり、距離測定側
に悪影響を与えないで済む。また、トランスポンダ側の
音声の送信および復調については、距離測定のためのト
ランスポンダの回路をほとんど利用できるので、身に付
けることができる小型のトランスポンダ＋音声連絡装置
が実現できる。その結果、作業者とオペレータとの音声
通信による会話で距離測定での誤測定の状態が補完で
き、トランスポンダを警報手段にも使用でき、より安全
性の高いシステムが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の建設機械の安全システムを
適用した建設機械に搭載されるマイクロ波距離センサの
システム構成図である。

【図２】図２は、建設機械のトランシーバとトランスポ
ンダの関係の説明図である。

【図３】図３は、送受信タイミングの説明図である。

【図４】図４は、誤測定を防止するためのアンテナの取
付についての説明図である。

【符号の説明】

１…油圧ショベル、２…作業者、３…運転台、４…制御
装置、１０…トランシーバ、１０a ，２０b …送信アン
テナ、１０b ２０a …受信アンテナ、１１…三角波発生
回路、１２，２５…電圧制御発振回路（ＶＣＯ）、１
３，２４…送信回路、１４，２１…受信回路、１５，２
３，３９…ミキシング回路、１６，３３…バンドパスフ
ィルタ（ＢＰＦ）、１７，２２…１００ｋＨｚ発振回
路、１８…位相差検出回路、１９…位相変化量検出回
路、２０…トランスポンダ、２７，３１…通信制御回
路、２８…間欠期間検出回路、２９…電池の放電電荷状
態検出回路、３０…距離算出回路、３２…マイクロプロ
セッサ（ＭＰＵ）、３７，５２…低周波増幅器、３８，
５３…ＦＭ変調回路、４０，５１…マイクロホン、４
１，５０…スピーカ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｓ 13/79 Ｈ０４Ｂ 7/26 (72)発明者青木茂徳茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周波数範囲で周波数が順次増加又は
減少する送信信号を送信機から送信し、これを受信した
トランスポンダが所定の信号で受信信号を変調して前記
送信機側に送信し、前記送信機側の受信機により前記送
信信号と前記トランスポンダからの受信波の信号とを混
合して前記所定の信号の位相の変化率を検出することで
前記送信機から前記トランスポンダまでの距離を算出
し、前記トランスポンダの位置に応じて警報等を発生す
る安全システムを有する建設機械において、前記送信機
は、音声信号を前記送信信号に乗せて送信する回路を有
し、前記トランスポンダは、前記音声信号を前記受信信
号から復調して音に変換して発生する回路と前記トラン
スポンダ側で採取された音声信号を前記受信信号に乗せ
て前記受信機側に送信する回路とを有し、前記受信機
は、前記トランスポンダ側から送信された信号から前記
トランスポンダ側で採取された音声信号を復調して音に
変換して発生する回路を有する建設機械の安全システ
ム。
【請求項２】所定の周波数範囲で周波数が順次増加又は
減少する送信信号を送信機から送信し、これを受信した
トランスポンダが所定の信号で受信信号を変調して前記
送信機側に送信し、前記送信機側の受信機により前記送
信信号と前記トランスポンダからの受信波の信号とを混
合して前記所定の信号の位相の変化率を検出することで
前記送信機から前記トランスポンダまでの距離を算出
し、前記トランスポンダの位置に応じて警報等を発生す
る安全システムを有する建設機械において、前記送信機
は、音声信号を前記送信信号に乗せて送信する回路を有
し、前記トランスポンダは、前記音声信号を前記受信信
号から復調して音に変換して発生する回路と前記トラン
スポンダ側で採取された音声信号を前記受信信号に乗せ
て前記受信機側に送信する回路とを有し、前記受信機
は、前記トランスポンダ側から送信された信号から前記
トランスポンダ側で採取された音声信号を復調して音に
変換して発生する回路を有し、前記周波数を順次増加叉
は減少させる送信信号を間欠的に発生させ、間欠の休み
の期間に前記送信信号を所定の周波数に維持して前記音
声信号を送受信する建設機械の安全システム。
【請求項３】前記送信信号はマイクロ波であり、前記ト
ランスポンダからの信号を空中から受信するアンテナを
備え、前記アンテナの指向性が地面からの反射を受けな
い角度に選択されている請求項２記載の建設機械の安全
システム。