JPH0735843A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被監視体を広い範囲で確実に監視し得る構成の
作業機械を提供する。 【構成】ほぼ水平な第１の方向に向けて伝搬波を発信す
るための第１のアンテナ３ｂと、第１の方向にほぼ等し
い第２の方向に向けて伝搬波を発信するための第２のア
ンテナ３ａと、第１のアンテナ３ｂと第２のアンテナ３
ａのうち選択されたアンテナから伝搬波が発信されるよ
うに送信アンテナを切り替える切り替え回路２と、を備
え、第２のアンテナ３ａの垂直指向性についての広がり
が第１のアンテナ３ｂのそれよりも小さい。そして、被
監視体までの距離に応じて送信アンテナが切り替えられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、油圧ショベル、クレ
ーン等のように上部旋回体を持つ土木・建設機械等の作
業機械に関し、詳しくは、作業員等の被監視体が作業機
械に接近したときに警報を発して危険を知らせる等の安
全管理機能を発揮すべく被監視体を監視する作業機械に
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、建設機械等の作業機械と作業員とが交錯する
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。そして、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
覚を遮る後方や対角方向にいたりすると、事故になる危
険性が非常に高い。そこで、従来から各種の安全システ
ムが提案されている。その１つにマイクロ波を用いて作
業員を監視し、作業員が警報エリアに入ると警報を発生
するシステムがある。

【０００３】作業員を監視するために、マイクロ波の反
射波を検出することで、作業員までの距離が測定され
る。あるいは、作業員に付けたトランスポンダとの間で
マイクロ波を送受信することで、距離が測定される。後
者のトランスポンダ方式は検出能力が高い。この方式で
は、作業機械は、主局となる機器を搭載し、被監視体で
ある作業員はヘルメット等に従局となるトランスポンダ
を装着する。そして、主局は、マイクロ波で送信信号を
従局に送る。従局は、その送信信号を受けて、これに変
調を加えた返信信号をマイクロ波で主局に返す。主局
は、従局からの返信信号を受信信号として受け、発信か
ら受信までの時間等から従局との距離を求め、この距離
に基づいて作業者の監視を行う。なお、伝搬波として、
マイクロ波の他に超音波も用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の作
業機械では、マイクロ波等を用いたトランスポンダ方式
等で距離を測定し、この距離に基づいて作業員を監視す
る。しかし、マイクロ波等には指向性があり水平方向に
向けて発信されたマイクロ波は基本的にその方向に伝搬
するが、この指向性については広がりがあり、水平方向
および垂直方向に或る広がりを持って伝搬する。そし
て、一部は、斜め方向に伝搬し、地面等で反射してから
被監視体に至る。このような反射波は、直接に被監視体
に至る直接波と干渉し、距離測定に悪影響を与える。こ
のため、この指向性についての広がりが大きいと、遠方
ほど、反射波の割合が増え、距離測定の信頼性が低下す
る。

【０００５】一方、作業機械の安全システムでは、作業
員が作業機械に接近するにつれて危険度が高くなるか
ら、作業員が作業機械に極く接近したときにはこの作業
員を漏らすことなく監視しなければならない。このた
め、作業員が作業機械に極く接近した場合でもその作業
員がマイクロ波の伝搬範囲から外れることがないよう
に、指向性についての広がりを大きくする必要がある。
特に、作業員が作業機械の近くで屈み込んだり座ったり
することもあるので、垂直指向性についての広がりはか
なり大きくなければならない。危険から作業員を守るた
めに距離を測定し監視するのであるから、この条件は必
須である。

【０００６】そこで、指向性についての広がりの比較的
大きなアンテナが採用され、遠距離部分の範囲について
は信頼性が犠牲にされていた。このため、従来の作業機
械には、信頼性のおける監視範囲が狭い範囲に限定され
るという欠点があった。これでは、早いスピードで接近
する作業員等に対する警報が遅れてしまいこの作業員が
危険に曝されてしまうことになるので問題である。この
発明は、このような従来技術の問題点を解決するもので
あって、作業員等の被監視体を広い範囲で確実に監視し
得る構成の作業機械を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の作業機械の構成は、マイクロ波や超音波等
の伝搬波で送信信号を発信し、これを受けた作業者やト
ランスポンダ等の被監視体で前記送信信号の伝搬波が反
射や変調等されて前記被監視体から返ってきた伝搬波を
受けて受信信号を得、前記送信信号と前記受信信号とか
らこれらの時間差や位相差等に基づいて前記被監視体ま
での距離を求め、この距離に応じて前記被監視体を監視
する作業機械において、ほぼ水平な第１の方向に向けて
伝搬波を発信するための第１のアンテナと、前記第１の
方向にほぼ等しい第２の方向に向けて伝搬波を発信する
ための第２のアンテナと、前記第１のアンテナと前記第
２のアンテナのうち何れか１つ選択された方のアンテナ
から前記送信信号の伝搬波が発信されるように送信アン
テナを切り替える切り替え回路と、を備え、前記第２の
アンテナの垂直指向性についての広がりが前記第１のア
ンテナのそれよりも小さいものである。

【０００８】特に、その送信アンテナの選択について択
一的手段で具体化したこの発明の構成は、上述の作業機
械であって、前記距離が小さいときには前記第１のアン
テナを選択し前記距離が大きいときには前記第２のアン
テナを選択する選択信号を発生する選択信号発生手段を
備え、前記切り替え回路が前記選択信号を受けてその選
択に応じた切り替えを行うものである。

【０００９】特に、その送信アンテナの選択について時
分割的手段で具体化したこの発明の構成は、上述の作業
機械であって、前記第１のアンテナと前記第２のアンテ
ナとの何れかを時分割的に選択し、この選択における時
間割合を前記距離の大小に応じて変更することで、前記
距離が小さいときには前記第１のアンテナを選択する時
間割合が大きく前記距離が大きいときには前記第２のア
ンテナを選択する時間割合が大きい選択信号を発生する
選択信号発生手段を備え、前記切り替え回路が前記選択
信号を受けてその選択に応じた切り替えを行うものであ
る。

【００１０】

【作用】このような構成のこの発明の作業機械にあって
は、垂直指向性についての広がりの大きい第１のアンテ
ナと、垂直指向性についての広がりの小さい第２のアン
テナとを有する。この特性の相違から、第１のアンテナ
は作業機械に近い範囲の距離測定に適し、第２のアンテ
ナは作業機械から遠い範囲の距離測定に適するので、両
アンテナを合わせた距離測定可能範囲は広い。さらに、
切り替え回路によってこれらのアンテナのうちの何れか
１つが送信アンテナとされる。そこで、被監視体までの
距離に応じて送信アンテナを切り替えることで、広い範
囲で確実に被監視体までの距離を測定することができ
る。したがって、この発明の作業機械は、作業員等の被
監視体を広い範囲で確実に監視することが可能である。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明の作業機械の一実施例とし
ての油圧ショベルについて、警報を発する安全システム
の主要部の説明図である。図２，図３はその説明のため
のフローチャート、図４はマイクロ波伝搬状態の説明
図、図５は選択信号の例、図６は、動作説明のためのフ
ローチャート、図７は垂直指向性についての広がりの小
さなアンテナ３ａ（第２のアンテナ）が送信アンテナと
されたときの説明図、図８は垂直指向性についての広が
りの大きなアンテナ３ｂ（第１のアンテナ）が送信アン
テナとされたときの説明図である。

【００１２】ここで、１は送信信号Ａを発生して切り替
え回路２に送出しさらに切り替え回路２からの受信信号
Ｂを受ける送受信回路、２は送受信回路１と接続される
アンテナを選択信号Ｃに応じて切り替える切り替え回
路、４は送信信号Ａと受信信号Ｂからパルスレーダ法に
従って距離を算出する距離計算プログラム、５は選択信
号Ｃを発生する選択信号発生手段としての指向性判定プ
ログラム、６は距離計算プログラム４からの算出距離に
応じて警報レベルを判定する警報判定プログラム、７は
警報判定プログラム６の制御に従って警報音を発するブ
ザー等の警報器である。また、１０は油圧ショベル、２
０は作業員、３０は地面である。なお、マイクロコンピ
ュータやインターフェイス等の詳細回路については、割
愛する。

【００１３】アンテナ３ｂに加えてアンテナ３ａが設け
られ、これらのアンテナ３ａ，３ｂと送受信回路１との
間に切り替え回路２が設けられ、さらに指向性判定プロ
グラム５が設けられたことが特徴部分である。この部分
について詳述する。アンテナ３ｂは、油圧ショベル１０
の後方で横向きに設けられる。これにより、ほぼ水平に
後方（第１の方向）に向けてマイクロ波を発信する。こ
れは、従来のアンテナ同様に垂直指向性についての広が
りが大きいので、作業員が姿勢を低くしたり転倒したよ
うな場合でも漏らすことなく、油圧ショベル１０から距
離Ｄ０以下のところすなわち近い範囲をカバーする（図
８参照）。

【００１４】アンテナ３ａは、やはり油圧ショベル１０
の後方で横向きに設けられる。これにより、ほぼ水平に
後方（第２の方向）に向けてマイクロ波を発信する。す
なわち、アンテナ３ｂとほぼ同じ方向に向けてマイクロ
波を発信する。また、アンテナ３ａは、垂直指向性につ
いての広がりがアンテナ３ｂよりも小さい。そこで、こ
れは、小さな電力でも油圧ショベル１０から距離Ｄ０以
上のところすなわち遠い範囲を良くカバーする（図７参
照）。なお、これらのアンテナ３ａ，３ｂの向きは、一
例であり、必要な監視範囲に対応して油圧ショベル１０
の側方等その他の部分にも向けられる。

【００１５】指向性判定プログラム５の具体例をフロー
チャートで図３に示す。これは、最も近い従業員につい
て距離計算プログラム４で算出された距離を、上述の距
離Ｄ０と比較する。そして、算出距離が距離Ｄ０以下の
ときにはアンテナ３ｂを選択し、算出距離が距離Ｄ０を
超えるときにはアンテナ３ａを選択する選択信号Ｃを発
生する。この選択信号Ｃが切り替え回路２に送出され
る。これにより、距離に応じて適切なアンテナを選択す
る選択信号が生成される。

【００１６】切り替え回路２は、選択信号Ｃを受け、そ
の選択に応じて送受信回路１の送信信号Ａ及び受信信号
Ｂのラインに接続されるアンテナを、選択信号Ｃの選択
に従って、アンテナ３ａ，３ｂの何れかに切り替える。
これにより、選択された方のアンテナから送信信号Ａの
マイクロ波が発信されるように送信アンテナが切り替え
られる。

【００１７】このような構成の作業機械について、図２
のフローチャートを参照しながら、その安全システムの
動作を説明する。先ず、現時点で接続状態に切り替えら
れている送信アンテナを用いて距離測定が行われる。す
なわち、送受信回路１が、送信アンテナからマイクロ波
で送信信号Ａを従局に送り、トランスポンダ（従局）か
らの返信信号を受信信号Ｂとして受ける。そして、距離
計算プログラム４が、送信信号Ａの発信から受信信号Ｂ
の受信までの時間に基づいて従局までの距離を算出する
ことで距離測定が行われる。

【００１８】この距離測定値を受けて、警報判定プログ
ラム６が警報を発すべきか否かの判定を行い、必要と判
定すれば警報器７を制御して警報を発する。これによ
り、作業機械の運転者に危険を通知する。また、距離計
算プログラム４から距離測定値を受けた指向性判定プロ
グラム５が、距離に応じた選択信号Ｃを発生する。そし
て、選択信号Ｃを受けた切り替え回路が、選択信号Ｃの
選択に応じてアンテナ３ａ，３ｂの何れかを送受信回路
１の送信アンテナとする。これで、処理が一巡する。

【００１９】次に、直前の処理で切り替えられたアンテ
ナを送信アンテナとして距離測定、警報、アンテナ切り
替え等の処理が、また一巡する。同様にして、この一巡
の処理が次々に繰り返される。これにより、従業員まで
の距離が変化した場合、油圧ショベル１０から従業員２
０までの距離が距離Ｄ０以下のときにはアンテナ３ｂが
用いられ、その距離が距離Ｄ０を超えるときにはアンテ
ナ３ａが用いられて、どの距離でも地面３０等での反射
波Ｅの影響を受けることなく直接波Ｄによって正確に距
離を測定することができる（図４参照）。したがって、
従業員までの距離が時々刻々変化しても、その距離に応
じてアンテナを切り替えることにより、広い監視範囲に
亙って、従業員を確実に監視することができる。その結
果、状況に応じた適切な警報を発することができる。

【００２０】指向性判定の他の具体例を図５，図６に示
す。これは、アンテナの選択を、上述の如く択一的に行
うのでなく、時分割的に行ってその時間割合を変更する
ものであり、図５に選択信号の例、図６にフローチャー
トを示す。これは、測定距離が距離Ｄ０より小さいとき
でも指向性についての広がりの大きいアンテナ３ｂばか
りでなく何回かに１回以上は指向性についての広がりの
小さいアンテナ３ａを選択し（図５（ａ）参照）、測定
距離が距離Ｄ０より大きいときでも指向性についての広
がりの小さいアンテナ３ａばかりでなく何回かに１回以
上は指向性についての広がりの大きいアンテナ３ｂを選
択するものである（図５（ｂ）参照）。これにより、全
範囲に亙って安定した測定値が得られる。

【００２１】図６のフローチャートにおいて、変数Ｎ，
Ｍは同一の指向性で連続して測定を繰り返した回数をカ
ウントする変数である。変数Ｎを初期値“０”から開始
して、指向性についての広がりが大きいアンテナで連続
して距離を測定する度に＋“１”し、Ｎの値がＮ０に達
すると変数Ｎを初期値“０”に戻すとともに、次は強制
的に指向性についての広がりが小さいアンテナを選択す
る。また、変数Ｍを初期値“０”から開始して、指向性
についての広がりが小さいアンテナで連続して距離を測
定する度に＋“１”し、Ｍの値がＭ０に達すると変数Ｍ
を初期値“０”に戻すとともに、次は強制的に指向性に
ついての広がりが大きいアンテナを選択する。これで、
測定距離が小さいときにはアンテナ３ｂを選択する時間
割合が大きく測定距離が大きいときにはアンテナ３ａを
選択する時間割合が大きい選択信号Ｃが、発生する。

【００２２】図９に、この発明の他の実施例の主要部の
説明図を示す。この例では、指向性の切り替えは、指向
性切り替えスイッチ８より入力された信号により切り替
えられる。これにより、作業員が作業機械である油圧シ
ョベルの近くで作業する現場では垂直指向性についての
広がりを広くし、作業機械の近くで作業員が作業をせず
油圧ショベル単独で作業をする場合は垂直指向性につい
ての広がりを狭くすることで、作業形態に合わせた警報
範囲が設定可能となる。

【００２３】なお、伝搬波としては、マイクロ波の他に
超音波も用いられ、また、検出方式としては、トランス
ポンダ方式の他に反射波を検出する方式も用いられ、距
離測定方式としては、パルスレーダ方式の他に位相差に
基づく方式も用いられる。アンテナの数も２つに限られ
ない。例えば、垂直指向性についての広がりの特性が２
つのアンテナ３ａ，３ｂの中間である第３のアンテナ等
をも設け、２以上の多数のアンテナを切り替えるように
してもよい。また、アレイアンテナを用いて指向性を切
り替えてもよい。この場合は、第１，２のアンテナが一
体化される。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明にあっては、ほぼ水平な第１の方向に向けて伝搬波
を発信するための第１のアンテナと、第１の方向にほぼ
等しい第２の方向に向けて伝搬波を発信するための第２
のアンテナと、第１のアンテナと第２のアンテナのうち
選択されたアンテナから伝搬波が発信されるように送信
アンテナを切り替える切り替え回路と、を備え、第２の
アンテナの垂直指向性についての広がりが第１のアンテ
ナのそれよりも小さい。そして、被監視体までの距離に
応じて送信アンテナが切り替えられる。これにより、作
業員等を広い範囲で確実に監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の作業機械の一実施例として
の油圧ショベルについて、警報を発する安全システムの
主要部の説明図である。

【図２】図２は、その動作説明のためのフローチャート
である。

【図３】図３は、その動作説明のためのフローチャート
である。

【図４】図４は、マイクロ波伝搬状態の説明図である。

【図５】図５は、選択信号の例である。

【図６】図６は、動作説明のためのフローチャートであ
る。

【図７】図７は、垂直指向性についての広がりが小さい
アンテナの説明図である。

【図８】図８は、垂直指向性についての広がりが大きい
アンテナの説明図である。

【図９】図９は、この発明の他の実施例について、その
主要部の説明図を示す。

【符号の説明】

１ 送受信回路 ２ 切り替え回路 ３ａ，３ｂ アンテナ ４ 距離計算プログラム ５ 指向性判定プログラム ６ 警報判定プログラム ７ 警報器 ８ スイッチ １０ 油圧ショベル ２０ 作業員 ３０ 地面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波や超音波等の伝搬波で送信信号
   を発信し、これを受けた作業者やトランスポンダ等の被
   監視体で前記送信信号の伝搬波が反射や変調等されて前
   記被監視体から返ってきた伝搬波を受けて受信信号を
   得、前記送信信号と前記受信信号とからこれらの時間差
   や位相差等に基づいて前記被監視体までの距離を求め、
   この距離に応じて前記被監視体を監視する作業機械にお
   いて、 ほぼ水平な第１の方向に向けて伝搬波を発信するための
   第１のアンテナと、前記第１の方向にほぼ等しい第２の
   方向に向けて伝搬波を発信するための第２のアンテナ
   と、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナ（又は前
   記第１，第２のアンテナを含む複数のアンテナ）のうち
   何れか１つ選択されたアンテナから前記送信信号の伝搬
   波が発信されるように送信アンテナを切り替える切り替
   え回路と、を備え、前記第２のアンテナの垂直指向性に
   ついての広がりが前記第１のアンテナのそれよりも小さ
   いことを特徴とする作業機械。
2. 【請求項２】請求項１記載の作業機械であって、前記距
   離が小さいときには前記第１のアンテナを選択し前記距
   離が大きいときには前記第２のアンテナを選択する選択
   信号を発生する選択信号発生手段を備え、前記切り替え
   回路が前記選択信号を受けてその選択に応じた切り替え
   を行うことを特徴とする作業機械。
3. 【請求項３】請求項１記載の作業機械であって、前記第
   １のアンテナと前記第２のアンテナとの何れかを時分割
   的に選択し、この選択における時間割合を前記距離の大
   小に応じて変更することで、前記距離が小さいときには
   前記第１のアンテナを選択する時間割合が大きく前記距
   離が大きいときには前記第２のアンテナを選択する時間
   割合が大きい選択信号を発生する選択信号発生手段を備
   え、前記切り替え回路が前記選択信号を受けてその選択
   に応じた切り替えを行うことを特徴とする作業機械。