WO2020184065A1 - 建設機械 - Google Patents

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WO2020184065A1
WO2020184065A1 PCT/JP2020/005800 JP2020005800W WO2020184065A1 WO 2020184065 A1 WO2020184065 A1 WO 2020184065A1 JP 2020005800 W JP2020005800 W JP 2020005800W WO 2020184065 A1 WO2020184065 A1 WO 2020184065A1
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WO
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range
blind spot
construction machine
environment recognition
machine
Prior art date
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PCT/JP2020/005800
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English (en)
French (fr)
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裕保 斉藤
秀一 森木
井村　進也
晃司 塩飽
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日立建機株式会社
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Publication date
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Priority to US17/422,643 priority patent/US20210388578A1/en
Priority to EP20770062.6A priority patent/EP3904609B1/en
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    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q9/00—Arrangement or adaptation of signal devices not provided for in one of main groups B60Q1/00 - B60Q7/00, e.g. haptic signalling
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
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    • E02F3/32—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
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    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/023—Services making use of location information using mutual or relative location information between multiple location based services [LBS] targets or of distance thresholds

Definitions

  • the present invention relates to construction machinery.
  • Patent Document 1 In construction machines such as hydraulic excavators in the construction and civil engineering construction industry, as a means of preventing contact between a front work machine performing work and a worker, for example, the working speed of the front work machine is set as described in Patent Document 1. There is a technology to control.
  • Patent Document 1 describes an attachment rotatably attached to a traveling body (base), a swivel mechanism for swiveling the attachment, a control device for controlling the swivel mechanism, and a position of an approaching object that has entered the work area.
  • the control device has a first physical quantity related to at least one of the current angular velocity of the attachment and the current moment of inertia of the attachment, and the approaching object detected by the approaching object detecting device.
  • a swivel work machine that controls the swivel motion of an attachment based on its position is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above, and a construction machine capable of dealing with a moving body in a blind spot of an object and more reliably preventing contact between a front working machine and a moving body.
  • the purpose is to provide.
  • the present application includes a plurality of means for solving the above problems, and to give an example thereof, a main body including a lower traveling body, an upper rotating body provided so as to be rotatable with respect to the lower traveling body, and the above.
  • a posture detecting device provided on the front member of the front working machine to detect the posture information of the front member, an external environment recognition device for detecting an object around the main body, and the external environment recognition device recognize the machine.
  • the blind spot range which is the range of the blind spot
  • the assumed movement range which is the range in which the moving body assumed to exist in the blind spot can move in a predetermined time
  • the movable range which is the range in which the front work machine can move in a predetermined time
  • a control device for performing preventive control for preventing contact between the moving body and the front working machine is provided based on the movable range of the machine.
  • the present invention it is possible to sufficiently cope with a moving body in a blind spot of an object, and it is possible to more reliably prevent contact between the front working machine and the moving body.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the appearance of a hydraulic excavator which is an example of a construction machine according to the present embodiment. Further, FIG. 2 is a side view schematically showing the appearance of the hydraulic excavator.
  • the hydraulic excavator 100 is configured by connecting a plurality of driven members (boom 8, arm 9, bucket (working tool) 10) that rotate in the vertical direction, respectively. It includes an articulated front working machine 24, an upper swivel body 22 and a lower traveling body 20 constituting an excavator main body (hereinafter, simply referred to as “main body”), and the upper swivel body 22 travels downward via a swivel mechanism 21. It is provided so as to be rotatable with respect to the body 20.
  • the swivel mechanism 21 has a swivel motor 23 and a swivel angle detection device 27.
  • the swivel motor 23 swivels the upper swivel body 22 with respect to the lower traveling body 20, and the swivel angle detecting device 27 swivels the lower traveling body. The turning angle with respect to 20 is detected.
  • the base end of the boom 8 of the front working machine 24 is vertically rotatably supported by the front portion of the upper swing body 22, and one end of the arm 9 is at an end (tip) different from the base end of the boom 8. It is rotatably supported in the vertical direction, and the bucket 10 is rotatably supported in the vertical direction at the other end of the arm 9.
  • the boom 8, arm 9, bucket 10, upper swing body 22, and lower traveling body 20 are hydraulic actuators such as a boom cylinder 5, an arm cylinder 6, a bucket cylinder 7, a swing motor 23, and left and right traveling motors 3 (however, the left and right traveling motors 3). Only one traveling motor is shown).
  • the z-axis whose origin is the intersection of the turning center axis 25 of the upper turning body 22 and the lower surface of the upper turning body 22 and whose upper side is positive along the turning center axis 25 is perpendicular to the z-axis from the origin.
  • a main body coordinate system is set having an x-axis having a positive front in the front-rear direction and a positive y-axis in the left-right direction perpendicular to the z-axis and the x-axis from the origin.
  • the cab 2 on which the operator is boarding is mounted on the front left side of the upper swivel body 22. Further, a control device 44 for controlling the overall operation of the hydraulic excavator 100 is arranged on the upper swing body 22.
  • the cab 2 is provided with operation levers (operation devices) 2a and 2b that output operation signals for operating the hydraulic actuators 5 to 7, 23.
  • the operating levers 2a and 2b can be tilted back and forth and left and right, respectively, and include a detection device (not shown) that electrically detects the tilting amount of the lever, which is an operation signal, that is, the lever operating amount.
  • the lever operation amount is output to the control device 44 (described later) via electrical wiring. That is, the operations of the hydraulic actuators 5 to 7 and 23 are assigned to the operation levers 2a and 2b in the front-rear direction or the left-right direction, respectively.
  • the operation control of the boom cylinder 5, arm cylinder 6, bucket cylinder 7, swivel motor 23, and left and right traveling motors 3 is performed by hydraulic actuators 3, 5 to each from a hydraulic pump device driven by a prime mover such as an engine or an electric motor (not shown). This is done by controlling the direction and flow rate of the hydraulic oil supplied to 7 and 23 with a control valve or the like.
  • the operation of the control valve is controlled by the control device 44 based on the operation signals from the operation levers 2a and 2b, whereby the operations of the hydraulic actuators 5 to 7 and 23 are controlled.
  • Posture sensors 34A, 34B, and 34C are attached to the base of the boom 8, the connection between the boom 8 and the arm 9, and the connection between the arm 9 and the bucket 10, respectively.
  • the attitude sensors 34A, 34B, 34C are mechanical angle sensors such as potentiometers, for example.
  • the posture sensor 34A measures the angle ⁇ 1 formed by the longitudinal direction of the boom 8 (a straight line connecting the rotation centers at both ends) and the xy plane and transmits the angle ⁇ 1 to the control device 44.
  • the attitude sensor 34B measures the angle ⁇ 2 formed by the longitudinal direction of the boom 8 (straight line connecting the rotation centers at both ends) and the longitudinal direction of the arm 9 (straight line connecting the rotation centers at both ends), and the control device 44.
  • the attitude sensor 34C measures the angle ⁇ 3 formed by the longitudinal direction of the arm 9 (the straight line connecting the rotation centers at both ends) and the longitudinal direction of the bucket 10 (the straight line connecting the rotation centers and the toes), and the control device 44.
  • the turning angle detecting device 27 and the posture sensors 34A to 34C constitute a posture detecting device 60 that detects the posture information of the upper turning body 22 and the front working machine 24.
  • the swing center 38 of the front work machine 24 (the connection portion of the boom 8 with the upper swing body 22) is arranged at a position different from the swing center shaft 25 is illustrated.
  • the rotation center axis 25 and the swing center 38 may be arranged so as to intersect with each other.
  • the inertial measurement unit (IMU: Inertial Measurement Unit) is used as the turning angle detection device 27 and the attitude sensors 34A to 34C. ) May be used.
  • stroke sensors are arranged in the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, and the bucket cylinder 7, respectively, and the relative orientations of the upper swing body 22, the boom 8, the arm 9, and the bucket 10 are relative to each other based on the stroke change amount.
  • the posture information may be calculated, and each angle may be obtained from the result.
  • a plurality of (for example, four) external environment recognition devices 26 for detecting objects around the shovel main body (upper swing body 22, lower traveling body 20) are arranged on the upper swing body 22.
  • the installation position and number of the external environment recognition device 26 are not particularly limited to the example of the present embodiment, and it is sufficient that the field of view in all directions of the main body (that is, 360 degrees around the hydraulic excavator 100) can be secured.
  • four external environment recognition devices 26 are installed at the upper part of the cab 2, the left side, the right side front part, and the right side rear part of the upper swing body 22, respectively, and are 360 degrees around the main body. The case where the field of view is covered will be described as an example.
  • the external environment recognition device 26 is, for example, a sensor using LiDAR (Laser Imaging Detection and Langing) technology, and can detect an object (for example, an obstacle 14 described later) around the hydraulic excavator 100. Detect and transmit the coordinate data to the control device 44.
  • LiDAR Laser Imaging Detection and Langing
  • FIG. 3 is a functional block diagram schematically showing a part of the processing functions of the control device mounted on the hydraulic excavator. Further, FIG. 4 is a functional block diagram showing a part of the functions in FIG. 3 in detail.
  • the control device 44 includes a determination unit 31, an operating range calculation unit 35, a blind spot calculation unit 37, and a moving body course prediction unit 45.
  • the operation range calculation unit 35 includes a posture calculation unit 43, a turning angle calculation unit 48, a speed limit area calculation unit 50, a front work machine speed calculation unit 51, and an angular velocity calculation unit 52.
  • the speed limit area calculation unit 50 includes a braking distance calculation unit 30 and a braking time calculation unit 49.
  • the blind spot calculation unit 37 calculates the blind spot from the relative positional relationship with respect to the upper swivel body 22 obtained from the external environment recognition device 26.
  • the operation range calculation unit 35 calculates the braking time based on the information obtained from the posture detection device 60, transmits the braking time to the moving body course prediction unit 45, and transmits the operation range of the main body to the determination unit 31. The calculation performed by the operating range calculation unit 35 will be described in detail later.
  • the moving body course prediction unit 45 determines whether or not there is a possibility that a moving body such as a worker is lurking from the position and shape of the obtained blind spot 16, and also determines whether or not a moving body such as a worker may be lurking, and the obtained front work machine 24
  • the range in which the moving body can move from the braking time to the braking of the front work machine 24 and the assumed movement range 41 are calculated and transmitted to the determination unit 31.
  • the determination unit 31 determines whether to limit the speed of the work device 33 or operate the alarm device 59 based on the information obtained by the moving body course prediction unit 45 and the operation range calculation unit 35. Details of the calculation of the determination unit 31 will be described later.
  • the posture calculation unit 43 calculates the length of the front work machine 24 based on the angle information of each of the boom 8, arm 9, and bucket 10 obtained by the posture sensor 34, and transfers to the speed limit area calculation unit 50.
  • the front work machine speed calculation unit 51 calculates the speed at which the front work machine 24 moves (front work machine speed) based on the fluctuations in the angles of the boom 8, arm 9, and bucket 10 obtained by the attitude sensor 34. Then, it is transmitted to the speed limit area calculation unit 50.
  • the turning angle calculation unit 48 calculates the turning angle of the own vehicle 13 with the front direction of the lower traveling body 20 as 0 ° and the left turning direction of the upper turning body 22 as positive, and transmits the calculation to the speed limiting area calculation unit 50. To do.
  • the angular velocity calculation unit 52 calculates the angular velocity of the front working machine 24 based on the change speed of the turning angle input from the turning angle detecting device 27, and transmits the angular velocity to the speed limiting area calculation unit 50.
  • the speed limit area calculation unit 50 includes a braking distance calculation unit 30 and a braking time calculation unit 49.
  • the braking distance calculation unit 30 includes the front work machine length obtained by the attitude calculation unit 43, the moving speed of the front work machine 24 obtained by the front work machine speed calculation unit 51, and the turning angle obtained by the turning angle calculation unit 48. Then, the braking distance of the front working machine 24 is calculated from the angular velocity obtained from the angular velocity calculation unit 52 and transmitted to the determination unit 31.
  • the braking time calculation unit 49 was obtained from the front work machine length obtained by the attitude calculation unit 43, the moving speed of the front work machine 24 obtained from the front work machine speed calculation unit 51, and the turning angle calculation unit 48.
  • the braking time of the front working machine 24 is calculated from the turning angle and the angular velocity obtained from the angular velocity calculation unit 52, and transmitted to the moving body course prediction unit 45.
  • the control device 44 configured as described above calculates a blind spot range (blind spot 16) that is a blind spot from the recognition range of the external environment recognition device by the object recognized by the external environment recognition device 26, and is assumed to exist in the blind spot.
  • the assumed movement range 41 which is the range in which the assumed moving body 39 can move in a predetermined time, is calculated, and the front working machine 24 can move in a predetermined time based on the posture information detected by the posture detecting device 60.
  • Preventive control is performed to prevent contact between the moving body 39 and the front working machine 24 based on the assumed moving range 41 of the moving body 39 and the movable range of the front working machine 24 by calculating the movable range which is a wide range. Do.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the processing content of preventive control.
  • control device 44 first determines whether or not there is an obstacle (step S101), and if the determination result is YES, detects the posture of the hydraulic excavator main body (step S102) and causes the obstacle.
  • the blind spot range calculation for calculating the generated blind spot is performed (step S103).
  • step S104 it is determined whether or not the moving body may hide in the blind spot (step S104), and if the determination result is YES, the braking time calculation for calculating the braking time of the front working machine 24 is performed (step S105). ), The operation range calculation process for calculating the movement range of the front work machine 24 is performed (step S106), and the assumed movement range calculation for calculating the relative movement range of the moving body is performed (step S107).
  • step S108 it is determined whether or not there is a possibility that the moving body and the front work machine 24 come into contact with each other (step S108), and if the determination result is YES, the speed limit for driving the front work machine 24 is determined. (Step S109), the alarm device 59 is operated and the working speed is controlled (step S110).
  • step S111 determines whether or not it has stopped (step S111), and if the determination result is NO, the process of step S110 is repeated until the determination result becomes YES. If the determination result in step S111 is YES, the process ends.
  • the front working machine length R is a distance R from the turning center axis 25 to the tip of the front working machine 24.
  • the lengths of the boom 8, the arm 9, and the bucket 10 are L1, L2, and L3, respectively.
  • the angle ⁇ 1 formed by the xy plane and the longitudinal direction of the boom 8 is measured by the posture sensor 34A.
  • the angle ⁇ 2 formed by the boom 8 and the arm 9 and the angle ⁇ 3 formed by the arm 9 and the bucket 10 are measured by the posture sensors 34B and 34C, respectively.
  • the height Z0 from the xy plane to the swing center 38 is determined in advance. Further, the distance L0 from the turning center axis 25 to the swing center 38 is also obtained in advance.
  • the angle ⁇ 2a formed by the xy plane and the longitudinal direction of the arm 9 can be calculated.
  • the angle ⁇ 3b formed by the xy plane and the longitudinal direction of the bucket 10 can be calculated.
  • the bucket height Zb and the front working machine length R can be calculated by the following (Equation 1) and (Equation 2).
  • Zb Z0 + L1sin ⁇ 1 + L2sin ⁇ 2 + L3sin ⁇ 3 ...
  • R L0 + L1cos ⁇ 1 + L2cos ⁇ 2 + L3cos ⁇ 3 ...
  • the calculation method of the blind spot 16 performed by the control device 44 of the first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 11.
  • a blind spot calculation method on the xy plane will be described with reference to FIG.
  • the obstacle position calculation unit 36 in the control device 44 uses the own vehicle 13 on the xy plane, the left and right ends 14A of the obstacle 14, and the obstacle 14.
  • the relative angles ⁇ xya and ⁇ xyb and the relative distances XA and XB of each of the 14Bs are calculated.
  • the blind spot calculation unit 37 calculates whether or not the blind spot 16 exists due to the obstacle 14.
  • the blind spot 16 refers to the range indicated by the diagonal line, and when the surface side of the detected obstacle 14 is set to the front, the region behind the position where the obstacle 14 is detected is recognized as the blind spot 16. That is, when the distances from the external environment recognition device 26 to both ends 14A and 14B of the obstacle 14 are XA and XB, respectively, the distances from the external environment recognition device 26 to the ends of the obstacle 14 XA and XB angles ⁇ xy. The area behind the range of is recognized as a blind spot 16. When the size of the blind spot 16 is smaller than that of a general moving body (worker) 39, the blind spot 16 may not be provided. By doing so, excessive control intervention can be avoided.
  • the height of the blind spot 16 is defined as the height Z.
  • the distance from the external environment recognition device 26 to the upper and lower ends 14C and 14D of the obstacle 14 is recognized as the blind spot 16 behind the range of the angles ⁇ xz of XC and XD.
  • the depth of the obstacle 14 is the end 14C of the obstacle 14. It can be calculated from 14D and 14E.
  • the blind spot 16 is the angle between the distances XD and XE to the ends 14D and 14E of the obstacle 14.
  • the upper end portion 14C of the obstacle 14 and the external environment recognition device Let ⁇ xza be the angle with the height Zs of 26, let ⁇ xzb be the angle between the lower end 14D of the obstacle 14 and the height Zs of the external environment recognition device 26, and in the range of the angle of ⁇ xzs, which is the sum of ⁇ xza and ⁇ xzb.
  • the area behind the obstacle 14 is recognized as a blind spot 16.
  • the bucket 10 of the own vehicle 13 may become a blind spot 16 depending on the installation location of the external environment recognition device 26. As shown in FIG. 9, depending on the posture of the hydraulic excavator 100, the bucket 10 blocks the field of view of the external environment recognition device 26 and forms a blind spot 16. In this case, if the external environment recognition device 26 can partially recognize the obstacle 14 through the bucket 10, it is not determined to be the blind spot 16.
  • the blind spot 16 when the external environment recognition device 26 is installed on the upper part of the cab 2, a blind spot 16 is formed also on the xy plane. Therefore, as shown in FIG. 11, for example, by installing the external environment recognition device 26 on the upper swing body 22 on the opposite side of the front working machine 24 when viewed from the cab 2 side, the range of the blind spot 16 can be narrowed. In this case, the blind spot 16 recognizes the point where both blind spot lines 15 of the external environment recognition devices 26a and 26b intersect, the range from the blind spot line intersection 58 to the angle ⁇ b as the blind spot up to the distance between the tip end portions 57A and 57B of the bucket. ..
  • the angle ⁇ b is the sum of ⁇ Ab and ⁇ Bb.
  • the distance xt (forward braking distance) from the time when the brake for stopping the movement in the forward direction is activated until the front working machine 24 stops is the forward speed v and the movement in the front-rear direction is stopped.
  • the speed limiting region 40 has a radius of Rxt when the forward braking distance is xt, the length of the front working machine is R, and the sum value of the distance L0 from the turning center axis 25 to the swing center 38 is Rxt. Is the range obtained by turning ⁇ t. Further, the speed limit region 40 when the front work machine 24 is moving backward is a range in which the radius of the front work machine length R is turned by ⁇ t.
  • the assumed movement range 41 of the moving body (worker) 39 is determined by the walking time of the moving body (worker) 39 and the distance r that the moving body (worker) 39 can move. For the walking time of the moving body (worker) 39, a value having a large time until the front working machine 24 brakes in the front-rear direction and the turning direction is selected.
  • the distance r that the moving body (worker) 39 can move is such that the moving body (worker) 39 walks for the moving time when the walking speed of the moving body (worker) 39 is taken as the average walking speed of an adult. It is defined as a distance. Therefore, the assumed movement range 41 is a range in which the distance r that the worker can move is rotated by 360 ° from the surface of the moving body (worker) 39.
  • the blind spot 16 is formed by the bucket 10
  • the blind spot range can be complemented by using the information before forming the blind spot obtained by the external environment recognition device 26, and excessive control can be suppressed.
  • the determination unit 31 determines whether or not the assumed movement range 41 calculated by the moving body course prediction unit 45 and the speed limit area 40 calculated by the operation range calculation unit 35 overlap, and the assumed movement range 41 and the operation range calculation unit 35 determine whether or not they overlap.
  • the speed limit is transmitted to the work device 33 or the alarm device 59 is activated.
  • the probability of contact with a moving body appearing from the blind spot 16 can be reduced.
  • a margin is provided in the speed limiting area 40, the alarm device 59 is activated when the assumed movement range 41 overlaps within the margin, and the speed is moved to the working device 33 when the speed limiting area 40 and the assumed movement range 41 are likely to overlap. It is also possible to enforce restrictions.
  • a main body including a lower traveling body and an upper rotating body provided so as to be rotatable with respect to the lower traveling body, and a plurality of bodies attached to the main body and rotatably connected.
  • the front members are provided on the front members of the front working machine.
  • a posture detection device that detects posture information, an external environment recognition device that detects objects around the main body, and a blind spot range that is a blind spot from the recognition range of the external environment recognition device by the object recognized by the external environment recognition device.
  • the assumed movement range which is the range in which the moving body assumed to exist in the blind spot can move in a predetermined time
  • the movable range which is the movable range in time
  • preventive control is performed to prevent contact between the moving body and the front working machine based on the assumed moving range of the moving body and the movable range of the front working machine. Since it is configured to be provided with a control device, it is possible to sufficiently cope with a moving body in a blind spot of an object, and it is possible to more reliably prevent contact between the front working machine and the moving body.
  • the blind spot 16 is calculated from the relative distance and the relative angle with the obstacle 14 by using the external environment recognition device 26, but in the present embodiment, for example, based on a GPS signal or the like.
  • a wireless communication device including a position measuring device 46 for measuring the position of the own vehicle 13 and a wireless communication device 47 for receiving information on the position of an obstacle 14 detected by the other vehicle 18, the position of the other vehicle 18, and the orientation of the main body. 47 transmits the information obtained from the other vehicle 18 to the blind spot calculation unit 37, and the blind spot calculation unit 37 sets the blind spot 16 and the moving body based on the information of the external environment recognition device 26, the position measuring device 46 and the wireless communication device 47. Is calculated for the position where is possible and the assumed movement range 41 of the moving body (worker) 39.
  • FIG. 14 is a functional block diagram schematically showing a part of the processing functions of the control device mounted on the hydraulic excavator according to the present embodiment. Further, FIG. 15 is a diagram illustrating the calculation of the blind spot in the present embodiment. In the figure, the same members as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the position measuring device 46 transmits the coordinate position of the own vehicle 13 to the blind spot calculation unit 37 based on, for example, a GPS signal.
  • the wireless communication device 47 receives the information of the external environment recognition device 26 obtained by the other vehicle 18, the coordinate position of the other vehicle 18, and the orientation of the main body of the other vehicle 18 and transmits the information to the blind spot calculation unit 37.
  • the blind spot calculation unit 37 calculates the blind spot 16 based on the information of the position measuring device 46, the wireless communication device 47, and the external environment recognition device 26 of the own vehicle 13, and transmits the blind spot 16 to the moving body course prediction unit 45.
  • the other vehicle 18 when the other vehicle 18 is present at a position where the side of the obstacle 14 can be detected from inside and outside the working range 17, the other vehicle 18 has the coordinate position of the vehicle, the orientation of the main body, and the outside.
  • the information of the environment recognition device 26 is transmitted via the wireless communication device 47.
  • the own vehicle 13 receives the information obtained by the other vehicle 18 via the wireless communication device 47, and the blind spot calculation unit 37 calculates the positional relationship between the own vehicle 13 and the other vehicle 18 from the coordinate positions of the own vehicle 13 and the other vehicle 18. To do. Further, the position of the obstacle 14 and the blind spot 16 detected by the other vehicle 18 are calculated from the orientation of the main body of the other vehicle 18.
  • the blind spot 16 of the obstacle 14 detected by the own vehicle 13 is represented by the range of the blind spot line 15a
  • the blind spot 16 of the obstacle 14 detected by the other vehicle 18 is represented by the range of the blind spot line 15b.
  • the blind spot calculation unit 37 compares the blind spot 16 calculated based on the information obtained by the own vehicle 13 with the blind spot 16 calculated based on the information of the other vehicle 18, and determines the range as the blind spot 16 by the own vehicle 13. If the other vehicle 18 can detect the above, the range is not recognized as the blind spot 16. As a result, it is not necessary to limit the speed for the work and the turning motion in the direction detected by the other vehicle 18.
  • the technique of acquiring coordinate data such as LiDAR is used in the external environment recognition device 26 to obtain the relative distance and the relative angle to the obstacle 14, and further, the position of the own vehicle 13 is measured.
  • the blind spot 16 was calculated from the position information of the other vehicle 18 obtained from the position measuring device 46 and the wireless communication device 47, the relative distance to the obstacle 14, and the relative angle.
  • the own vehicle 13 A position estimation device for measuring a position, an image discrimination device 53 for photographing an object 14 using a camera or the like, a wireless communication device 47 for receiving information from another vehicle 18 via wireless communication, and an obstacle 14.
  • the object determination unit 54 is equipped with an external environment recognition device 26 that transmits relative distance and relative angle to the obstacle determination unit 54, and an obstacle determination unit 54 that determines the obstacle 14 based on the information, and the obstacle is based on the information.
  • the object determination unit 54 additionally implements a function of recognizing the obstacle 14 as another vehicle 18 and determining the vehicle type.
  • FIG. 16 is a functional block diagram schematically showing a part of the processing functions of the control device mounted on the hydraulic excavator according to the present embodiment. Further, FIG. 17 is a diagram for explaining the calculation of the blind spot in the present embodiment, and FIG. 18 is a diagram for explaining the assumed transfer range of the moving body in the present embodiment. In the figure, the same members as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the position measuring device 46 transmits the coordinates of the own vehicle 13 to the obstacle determination unit 54.
  • the image discrimination device 53 photographs the obstacle 14 and transmits it to the obstacle discrimination unit 54.
  • the wireless communication device 47 transmits the position information and the vehicle type information of the other vehicle 18 equipped with the position measuring device 46 to the obstacle determination unit 54.
  • the obstacle discriminating unit 54 compares the image of the construction machine stored in advance with the image obtained from the image discriminating device 53, and discriminates whether or not the obstacle 14 is another vehicle 18. Further, the obstacle determination unit 54 calculates the positional relationship between the own vehicle 13 and the other vehicle 18 from the position of the own vehicle 13 obtained from the position measuring device 46 and the position information of the other vehicle 18 obtained from the wireless communication device 47. If the position of the obstacle 14 obtained from the external environment recognition device 26 matches the calculated position of the other vehicle 18, the obstacle 14 is recognized as the other vehicle 18.
  • the type of the obstacle 14 can be discriminated by using the image discriminating device 53 and the obstacle discriminating unit 54, a certain distance behind is regarded as the obstacle 14 and the blind spot 16 is narrowed. be able to. As a result, the position where the moving body (worker) 39 may exist can be narrowed, and the probability that the assumed moving range 41 of the moving body (worker) 39 overlaps with the speed limiting area 40 can be reduced.
  • the position of the moving body (worker) 39 existing in the blind spot 16 is the position closest to the own vehicle 13 in contact with the side surface 56 of the obstacle 14 and the blind spot line 15. Suppose it exists in. Further, when it is difficult to determine the obstacle 14, or when the obstacle 14 is not registered, the range of the blind spot is determined according to the blind spot detection method of the first embodiment.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and combinations are included within the scope of the invention. Further, the present invention is not limited to the one provided with all the configurations described in the above-described embodiments, and includes one obtained by deleting a part of the configuration. Further, the above-mentioned respective configurations, functions and the like may be realized by partially or entirely designing, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function.

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Abstract

フロント作業機のフロント部材に設けられ、フロント部材の姿勢情報を検出する姿勢検出装置と、本体の周囲の物体を検出する外環境認識装置と、外環境認識装置で認識された物体によって外環境認識装置の認識範囲から死角となる範囲である死角範囲を演算し、死角に存在すると仮定した移動体が予め定めた時間で移動可能な範囲である想定移動範囲を演算するとともに、姿勢検出装置で検出した姿勢情報に基づいてフロント作業機が予め定めた時間で移動可能な範囲である移動可能範囲を演算し、移動体の想定移動範囲とフロント作業機の移動可能範囲とに基づいて、移動体とフロント作業機との接触を予防する予防制御を行う制御装置とを備える。これにより、物体の死角の移動体にも十分に対応することができ、確実にフロント作業機と移動体との接触をより確実に予防することができる。

Description

建設機械
　本発明は、建設機械に関する。
　建設土木施工業界における油圧ショベルなどの建設機械においては、作業を行うフロント作業機と作業員などとの接触を予防するものとして、例えば、特許文献１に記載のようにフロント作業機の作業速度を制御する技術がある。
　特許文献１には、走行体（基体）に対して旋回可能に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントを旋回させる旋回機構と、旋回機構を制御する制御装置と、作業領域内へ進入した進入物の位置を検出する進入物検出装置とを有し、制御装置は、アタッチメントの現時点の角速度及びアタッチメントの現時点の慣性モーメントの少なくとも一方に関わる第１の物理量、及び進入物検出装置で検出された進入物の位置に基づいて、アタッチメントの旋回動作を制御する旋回作業機械が開示されている。
特開２０１２－２１２９０号公報
　しかしながら、上記従来技術においては、検出した物体の死角に移動体が存在する可能性を考慮していないため、死角から移動体が出現した場合には十分に対応することができない。
　本発明は上記に鑑みてなされたものであり、物体の死角の移動体にも対応することができ、確実にフロント作業機と移動体との接触をより確実に予防することができる建設機械を提供することを目的とする。
　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体とからなる本体と、前記上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数のフロント部材からなる多関節型のフロント作業機と、前記フロント作業機の複数のフロント部材をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備えた建設機械において、前記フロント作業機のフロント部材に設けられ、前記フロント部材の姿勢情報を検出する姿勢検出装置と、前記本体の周囲の物体を検出する外環境認識装置と、前記外環境認識装置で認識された物体によって前記外環境認識装置の認識範囲から死角となる範囲である死角範囲を演算し、前記死角に存在すると仮定した移動体が予め定めた時間で移動可能な範囲である想定移動範囲を演算するとともに、前記姿勢検出装置で検出した姿勢情報に基づいて前記フロント作業機が予め定めた時間で移動可能な範囲である移動可能範囲を演算し、前記移動体の想定移動範囲と前記フロント作業機の移動可能範囲とに基づいて、前記移動体と前記フロント作業機との接触を予防する予防制御を行う制御装置とを備えたものとする。
　本発明によれば、物体の死角の移動体にも十分に対応することができ、確実にフロント作業機と移動体との接触をより確実に予防することができる。
第１の実施の形態に係る建設機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。 油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。 第１の実施の形態に係る油圧ショベルに搭載される制御装置の処理機能の一部を模式的に示す機能ブロック図である。 図３における機能の一部を詳細に示す機能ブロック図である。 ｘｙ平面での死角算出方法について説明する図である。 ｘｙ平面での死角算出方法について説明する図である。 ｘｙ平面での死角算出方法について説明する図である。 ｘｙ平面での死角算出方法について説明する図である。 自車両のバケットが死角になる場合について説明する図である。 自車両のバケットが死角になる場合について説明する図である。 自車両のバケットが死角になる場合について説明する図である。 速度制限領域や想定移動範囲の演算手法について説明する図である。 予防制御の処理内容を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における油圧ショベルに搭載される制御装置の処理機能の一部を模式的に示す機能ブロック図である。 第２の実施の形態における死角の演算について説明する図である。 第３の実施の形態における油圧ショベルに搭載される制御装置の処理機能の一部を模式的に示す機能ブロック図である。 第３の実施の形態における死角の演算について説明する図である。 第３の実施の形態における移動体の想定異動範囲について説明する図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の実施の形態では、建設機械の一例として、フロント作業機を備える油圧ショベルを例示して説明するが、ホイールローダやクレーンのような作業機を備える他の建設機械にも本発明を適用することが可能である。
　＜第１の実施の形態＞
  本発明の第１の実施の形態を図１～図１３を参照しつつ説明する。
　図１は、本実施の形態に係る建設機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。また、図２は、油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。
　図１及び図２において、油圧ショベル１００は、油圧ショベル１００は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム８、アーム９、バケット（作業具）１０）を連結して構成された多関節型のフロント作業機２４と、ショベル本体（以下、単に「本体」という）を構成する上部旋回体２２及び下部走行体２０とを備え、上部旋回体２２は旋回機構２１を介して下部走行体２０に対して旋回可能に設けられている。旋回機構２１は、旋回モータ２３と旋回角度検出装置２７とを有しており、旋回モータ２３によって上部旋回体２２が下部走行体２０に対して旋回駆動され、旋回角度検出装置２７によって下部走行体２０に対する旋回角度が検出される。
　フロント作業機２４のブーム８の基端は上部旋回体２２の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム９の一端はブーム８の基端とは異なる端部（先端）に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム９の他端にはバケット１０が垂直方向に回動可能に支持されている。ブーム８、アーム９、バケット１０、上部旋回体２２、及び下部走行体２０は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回モータ２３、及び左右の走行モータ３（ただし、一方の走行モータのみを図示する）によりそれぞれ駆動される。
　ここで、上部旋回体２２の旋回中心軸２５と上部旋回体２２の下面との交点を原点とし、旋回中心軸２５に沿って上方を正とするｚ軸を、原点からｚ軸に垂直となる前後方向に前方を正とするｘ軸を、原点からｚ軸およびｘ軸に垂直となる左右方向に右方向を正とするｙ軸を有する本体座標系を設定する。
　上部旋回体２２の前方左側には、オペレータが搭乗するキャブ２が搭載されている。また、上部旋回体２２には、油圧ショベル１００の全体の動作を制御する制御装置４４が配置されている。キャブ２には、油圧アクチュエータ５～７，２３を操作するための操作信号を出力する操作レバー（操作装置）２ａ，２ｂが設けられている。図示はしないが操作レバー２ａ，２ｂはそれぞれ前後左右に傾倒可能であり、操作信号であるレバーの傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を制御装置４４（後述）に電気配線を介して出力する。つまり、操作レバー２ａ，２ｂの前後方向または左右方向に、油圧アクチュエータ５～７，２３の操作がそれぞれ割り当てられている。
　ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回モータ２３及び左右の走行モータ３の動作制御は、図示しないエンジンや電動モータなどの原動機によって駆動される油圧ポンプ装置から各油圧アクチュエータ３，５～７，２３に供給される作動油の方向及び流量をコントロールバルブなどで制御することにより行う。コントロールバルブは、操作レバー２ａ，２ｂからの操作信号に基づいて制御装置４４により動作制御され、これによって各油圧アクチュエータ５～７，２３の動作が制御される。
　ブーム８の基部、ブーム８とアーム９との接続部、及びアーム９とバケット１０との接続部には、それぞれ、姿勢センサ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃが取り付けられている。姿勢センサ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃは、例えば、ポテンショメータのような機械式の角度センサである。図３に示すように、姿勢センサ３４Ａは、ブーム８の長手方向（両端の回動中心を結ぶ直線）とｘ－ｙ平面とのなす角度β１を測定して制御装置４４へ送信する。また、姿勢センサ３４Ｂは、ブーム８の長手方向（両端の回動中心を結ぶ直線）とアーム９の長手方向（両端の回動中心を結ぶ直線）とのなす角度β２を測定して制御装置４４へ送信する。また、姿勢センサ３４Ｃは、アーム９の長手方向（両端の回動中心を結ぶ直線）とバケット１０の長手方向（回動中心と爪先を結ぶ直線）とのなす角度β３を測定して制御装置４４へ送信する。ここで、旋回角度検出装置２７及び姿勢センサ３４Ａ～３４Ｃは、上部旋回体２２及びフロント作業機２４の姿勢情報を検出する姿勢検出装置６０を構成する。
　なお、本実施の形態においては、フロント作業機２４の揺動中心３８（ブーム８の上部旋回体２２との接続部）は、旋回中心軸２５とは異なる位置に配置されている場合を例示して説明するが、旋回中心軸２５と揺動中心３８とが交差するように配置しても良い。
　また、本実施の形態においては、姿勢検出装置６０として角度センサなどを用いる場合を例示して説明したが、旋回角度検出装置２７及び姿勢センサ３４Ａ～３４Ｃとして、慣性計測装置（IMU: Inertial Measurement Unit）を用いても良い。また、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、及びバケットシリンダ７にそれぞれストロークセンサを配置し、ストローク変化量から上部旋回体２２やブーム８、アーム９、及びバケット１０の各接続部分における相対的な向き（姿勢情報）を算出し、その結果から各角度を求めるように構成してもよい。
　上部旋回体２２には、ショベル本体（上部旋回体２２、下部走行体２０）の周囲の物体を検出する複数（例えば４つ）の外環境認識装置２６が配置されている。外環境認識装置２６の設置位置や数は特に本実施の形態の例に限定されるものではなく、本体の全方向（すなわち、油圧ショベル１００の周囲３６０度）の視野を確保できれば良い。本実施の形態においては、４つの外環境認識装置２６が、キャブ２の上部、上部旋回体２２の左側方、右側方前部、及び、右側方後部にそれぞれ設置され、本体の周囲３６０度の視野を網羅している場合を例示して説明する。外環境認識装置２６は、例えば、ＬｉＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging、レーザー画像検出と測距）技術を用いたセンサであり、油圧ショベル１００の周囲にある物体（例えば、後述する障害物１４）を検出し、その座標データを制御装置４４に送信する。
　図３は、油圧ショベルに搭載される制御装置の処理機能の一部を模式的に示す機能ブロック図である。また、図４は、図３における機能の一部を詳細に示す機能ブロック図である。
　図３及び図４において、制御装置４４は、判定部３１、動作範囲演算部３５、死角演算部３７、及び、移動体進路予測部４５を備えている。また、動作範囲演算部３５は、姿勢演算部４３、旋回角度演算部４８、速度制限領域演算部５０、フロント作業機速度演算部５１、及び、角速度演算部５２を備えている。さらに、速度制限領域演算部５０は、制動距離演算部３０、及び、制動時間演算部４９を備えている。
　図３において、死角演算部３７は、外環境認識装置２６から得た上部旋回体２２に対する相対的な位置関係から、死角を演算する。動作範囲演算部３５は、姿勢検出装置６０から得た情報をもとに制動時間を演算し、移動体進路予測部４５へ制動時間を送信し、判定部３１へ本体の動作範囲を送信する。動作範囲演算部３５で行う演算は後に詳述する。移動体進路予測部４５は、得られた死角１６の位置、および形状から作業員などの移動体が潜んでいる可能性があるか否かを判断し、また、得られたフロント作業機２４の制動時間から、フロント作業機２４が制動するまでの間に移動体が移動し得る範囲、想定移動範囲４１を演算し、判定部３１へ送信する。判定部３１は、移動体進路予測部４５と動作範囲演算部３５で得られた情報をもとに作業装置３３の速度を制限する、もしくは警報装置５９を作動させるか否かを判定する。判定部３１の演算についての詳細は後述する。
　図４において、姿勢演算部４３は、姿勢センサ３４で得られるブーム８、アーム９、バケット１０それぞれの角度情報をもとにフロント作業機２４の長さを演算し、速度制限領域演算部５０へ送信する。また、フロント作業機速度演算部５１では、姿勢センサ３４で得られるブーム８、アーム９、バケット１０それぞれの角度の変動をもとにフロント作業機２４が移動する速度（フロント作業機速度）を演算し、速度制限領域演算部５０へ送信する。また、旋回角度演算部４８では、下部走行体２０の前方向を0°とし、上部旋回体２２の左旋回方向を正として自車両１３の旋回角度を演算し、速度制限領域演算部５０へ送信する。また、角速度演算部５２は、旋回角度検出装置２７から入力された旋回角の変化速度に基づいて、フロント作業機２４の角速度を演算し、速度制限領域演算部５０へ送信する。速度制限領域演算部５０は制動距離演算部３０と制動時間演算部４９から成る。制動距離演算部３０は、姿勢演算部４３で得られたフロント作業機長とフロント作業機速度演算部５１より得られたフロント作業機２４の移動速度と、旋回角度演算部４８より得られた旋回角度と、角速度演算部５２より得られた角速度から、フロント作業機２４の制動距離を演算し、判定部３１へ送信する。また、制動時間演算部４９は、姿勢演算部４３で得られたフロント作業機長とフロント作業機速度演算部５１より得られたフロント作業機２４の移動速度と、旋回角度演算部４８より得られた旋回角度と、角速度演算部５２より得られた角速度から、フロント作業機２４の制動時間を演算し、移動体進路予測部４５へ送信する。
　以上のように構成した制御装置４４は、外環境認識装置２６で認識された物体によって外環境認識装置の認識範囲から死角となる範囲である死角範囲（死角１６）を演算し、死角に存在すると仮定した移動体３９が予め定めた時間で移動可能な範囲である想定移動範囲４１を演算するとともに、姿勢検出装置６０で検出した姿勢情報に基づいてフロント作業機２４が予め定めた時間で移動可能な範囲である移動可能範囲を演算し、移動体３９の想定移動範囲４１とフロント作業機２４の移動可能範囲とに基づいて、移動体３９とフロント作業機２４との接触を予防する予防制御を行う。
　図１３は、予防制御の処理内容を示すフローチャートである。
　図１３において、制御装置４４は、まず、障害物があるかどうかを判定し（ステップＳ１０１）、判定結果がＹＥＳの場合には、油圧ショベル本体の姿勢を検出し（ステップＳ１０２）、障害物により生じる死角を演算する死角範囲演算を行う（ステップＳ１０３）。
　続いて、移動体が死角に潜む可能性があるかどうかを判定し（ステップＳ１０４）、判定結果がＹＥＳの場合には、フロント作業機２４の制動時間を演算する制動時間演算を行い（ステップＳ１０５）、フロント作業機２４の移動範囲を演算する動作範囲演算処理を行い（ステップＳ１０６）、移動体の相対移動範囲を演算する想定移動範囲演算を行う（ステップＳ１０７）。
　続いて、移動体とフロント作業機２４とが接触する可能性があるかどうかを判定し（ステップＳ１０８）、判定結果がＹＥＳの場合には、フロント作業機２４の駆動に係る制限速度を決定し（ステップＳ１０９）、警報装置５９の作動や作業速度の制御作動を行う（ステップＳ１１０）。
　続いて、本体は停止したかどうかを判定し（ステップＳ１１１）、判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳになるまで、ステップＳ１１０の処理を繰り返す。また、ステップＳ１１１での判定結果がＹＥＳの場合には、処理を終了する。
　また、ステップＳ１０１，Ｓ１０４，Ｓ１０８の何れかの判定結果がＮＯの場合には、処理を終了する。
　以上のような予防制御についてさらに詳細に説明する。
　まず、図２に示したフロント作業機長Ｒとバケット高さＺｂの算出方法について説明する。フロント作業機長Ｒは、旋回中心軸２５からフロント作業機２４の先端までの距離Ｒである。ブーム８、アーム９、及びバケット１０の長さを、それぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３とする。ｘ－ｙ面と、ブーム８の長手方向とのなす角度β１が、姿勢センサ３４Ａにより測定される。ブーム８とアーム９とのなす角度β２、及びアーム９とバケット１０とのなす角度β３が、それぞれ姿勢センサ３４Ｂ、３４Ｃにより測定される。ｘ－ｙ面から揺動中心３８までの高さＺ０は、予め求められている。また、旋回中心軸２５から揺動中心３８までの距離Ｌ０も予め求められている。
　角度β１及び角度β２から、ｘｙ面とアーム９の長手方向とのなす角度β２aを計算することができる。角度β１、角度β２、β３から、ｘｙ面とバケット１０の長手方向とのなす角度β３bを計算することができる。バケット高さＺｂ、及びフロント作業機長Ｒは、以下の（式１）及び（式２）により計算することができる。
　Ｚｂ＝Ｚ０+Ｌ１sinβ１+Ｌ２sinβ２+Ｌ３sinβ３　・・・（式１）
　Ｒ＝Ｌ０+Ｌ１cosβ１+ Ｌ２cosβ２+Ｌ３cosβ３　・・・（式２）
　次に、図５～図１１を用いて本発明による第１の実施例の制御装置４４で行われる死角１６の演算手法について説明する。まず、図５を用いてｘｙ平面での死角算出方法について説明する。外環境認識装置２６で得られた障害物１４の座標をもとに、制御装置４４内の障害物位置演算部３６にてｘｙ平面での自車両１３と、障害物１４の左右両端部１４Ａおよび１４Ｂそれぞれの相対角度θｘｙa、θｘｙbと相対距離ＸＡ、ＸＢを演算する。これらの情報をもとに、死角演算部３７で障害物１４により死角１６が存在するか否かを演算する。この場合、死角１６は斜線で示した範囲をさし、検出した障害物１４の表面側を前方とした場合、障害物１４を検出した位置より後方の領域を死角１６として認識する。すなわち、外環境認識装置２６から障害物１４の両端部１４Ａ、１４Ｂまでの距離をそれぞれＸＡ、ＸＢとした場合、外環境認識装置２６から障害物１４の端部までの距離ＸＡとＸＢの角度θｘｙの範囲よりも後方を死角１６として認識する。なお、死角１６の大きさが、一般的な移動体（作業員）３９よりも小さい場合、死角１６がないものとしてもよい。こうすることにより、過剰な制御介入を避けることができる。
　次に、図６～図８を用いて、ｘｚ平面での死角検出方法について説明する。
　図６に示すように、検出した障害物１４の高さＺが外環境認識装置２６が設置されている高さＺｓと同じ場合においては、死角１６高さは高さＺと規定される。外環境認識装置２６から障害物１４の上下端部１４Ｃ、１４Ｄまでの距離ＸＣとＸＤの角度θｘｚの範囲より後方を死角１６として認識する。
　一方、図７に示したように、外環境認識装置２６が設置されている高さＺｓより障害物１４の高さＺが低い場合は、障害物１４の奥行きは障害物１４の端部１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅより計算することができる。ここで、障害物１４の両端は１４Ｄと１４Ｅとなるため、死角１６は障害物１４の端部１４Ｄと１４Ｅまでの距離ＸＤとＸＥの角度となる。外環境認識装置２６を障害物１４より高い位置に配置することで、障害物１４の奥行きを検出することが可能となるため、なるべく高い位置に外環境認識装置２６を設置することが望ましい。また、高い位置に外環境認識装置２６を設置することが困難な場合においても、検出した高さＺの高さが移動体（作業員）３９が潜むことができる高さでない場合は、制御を実施しなくてもよい。
　また、図８に示した通り、検出した障害物１４の高さＺが外環境認識装置２６が設置されている高さＺｓよりも高い場合は、障害物１４の上端部１４Ｃと外環境認識装置２６の高さＺｓとの角度をθｘｚaとし、障害物１４の下端部１４Ｄと外環境認識装置２６の高さＺｓとの角度をθｘｚｂとし、θｘzaとθｘｚｂの和であるθｘzｓの角度の範囲において、障害物１４より後方の領域を死角１６として認識する。
　次に、図９～図１１を用いて自車両１３のバケット１０が死角１６になる場合について説明する。
　図９に示したように、外環境認識装置２６の設置場所によっては、自車両１３のバケット１０が死角１６になる場合がある。図９に示したように、油圧ショベル１００の姿勢によってはバケット１０が外環境認識装置２６の視野を遮り、死角１６を形成する。この場合、外環境認識装置２６がバケット１０越しに部分的に障害物１４を認識できる場合は死角１６と判断しない。
　また、図１０に示したように、外環境認識装置２６をキャブ２の上部に設置した場合、ｘｙ平面においても死角１６を形成する。そのため、図１１に示す通り、例えば外環境認識装置２６をキャブ２側からみてフロント作業機２４の反対側の上部旋回体２２に設置することで、死角１６の範囲を狭めることができる。この場合、死角１６は、外環境認識装置２６ａと２６ｂの両死角線１５が交差する点、死角線交差点５８から角度θｂの範囲をバケットの先端端部５７Ａと５７Ｂの距離までを死角として認識する。ここで、角度θｂはθＡｂとθＢｂの和である。
　次に、図１２を用いて速度制限領域４０、移動体（作業員）３９が存在し得る位置、想定移動範囲４１の演算手法、バケット１０による死角の対処法および作業装置３３の制御方法について説明する。
　図１２に示すように、現時点のフロント作業機２４の角速度がωであり、フロント作業機長がＲであるとする。その場合、旋回を停止させるためのブレーキを作動させた時点から、フロント作業機２４が停止するまでに旋回する角度θｔ（制動角度）は、最大制動力をかけた場合に制動までかかる時間をｔθ（旋回制動時間）、旋回加速度をα、初期角度をθｔ０とした場合、以下の（式３）により計算することができる。
　θｔ＝θｔ０＋ω×ｔθ＋（α×ｔθ＾２）／２　・・・（式３）
　また、前進方向の移動を停止させるためのブレーキを作動させた時点から、フロント作業機２４が停止するまでに前進する距離ｘｔ（前進制動距離）は、前進速度ｖと前後方向の移動を停止させるためのブレーキを作動させた時点から、フロント作業機２４が停止するまでにかかる時間（前後進制動時間）をｔｘ、減速加速度をａとした場合、以下の（式４）により計算することができる。
　ｘｔ＝ｖ×ｔｘ＋（ａ×ｔｘ＾２）／２　・・・（式４）
　そのため、速度制限領域４０は、前進制動距離をｘｔ、フロント作業機の長さをＲ、旋回中心軸２５から揺動中心３８までの距離Ｌ０の和の値をＲｘｔとした場合、このＲｘｔの半径をθｔ旋回させた範囲とする。また、フロント作業機２４が後進している場合における速度制限領域４０は、フロント作業機長Ｒの半径をθｔ旋回させた範囲とする。
　次に、移動体（作業員）３９の想定移動範囲４１の演算方法について説明する。死角１６内に存在する移動体（作業員）３９は、障害物１４の両端部１４Ａと１４Ｂを結んだ表面線４２と死角線１５の両線に接する位置に存在すると仮定する。その場合、移動体（作業員）３９の想定移動範囲４１は、移動体（作業員）３９の歩行時間と移動体（作業員）３９が移動し得る距離ｒによって決まる。移動体（作業員）３９の歩行時間はフロント作業機２４が前後方向および旋回方向に制動するまでの時間の大きい値を選択する。また、移動体（作業員）３９が移動し得る距離ｒは、移動体（作業員）３９の歩行速度を大人の平均歩行速度とした場合、移動体（作業員）３９が移動時間分歩行した距離と規定される。そのため、想定移動範囲４１は作業員が移動し得る距離ｒを移動体（作業員）３９の表面から３６０°回転させた範囲である。
　また、バケット１０による死角の対処法について説明する。仮にバケット１０によって死角１６が形成された場合は、外環境認識装置２６で得た死角を形成する前の情報を用いて死角範囲を補完し、過剰に制御をかけることを抑制することができる。
　判定部３１は移動体進路予測部４５で演算した想定移動範囲４１と動作範囲演算部３５で演算した速度制限領域４０が重なるか否かを判定し、想定移動範囲４１と動作範囲演算部３５で演算した速度制限領域４０が重なりそうな場合において作業装置３３へ速度制限を送信、もしくは警報装置５９を作動させる。このような判定部３１を設けることによって死角１６から出現する移動体との接触確率を低減することができる。さらに、速度制限領域４０にマージンをもたせ、マージン内に想定移動範囲４１が重なった場合に警報装置５９を作動させ、速度制限領域４０と想定移動範囲４１が重なりそうな場合において作業装置３３へ速度制限を実施することも可能である。
　以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。
　建設土木施工業界における油圧ショベルなどの建設機械においては、作業を行うフロント作業機と作業員などとの接触を予防するものとして、フロント作業機の作業速度を制御する従来技術があった。しかしながら、従来技術においては、検出した物体の死角に移動体が存在する可能性を考慮していないため、死角から移動体が出現した場合には十分に対応することができなかった。
　これに対して本実施の形態においては、下部走行体と、下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体とからなる本体と、本体に取り付けられ、回動可能に連結された複数のフロント部材からなる多関節型のフロント作業機と、フロント作業機の複数のフロント部材をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備えた建設機械において、フロント作業機のフロント部材に設けられ、フロント部材の姿勢情報を検出する姿勢検出装置と、本体の周囲の物体を検出する外環境認識装置と、外環境認識装置で認識された物体によって外環境認識装置の認識範囲から死角となる範囲である死角範囲を演算し、死角に存在すると仮定した移動体が予め定めた時間で移動可能な範囲である想定移動範囲を演算するとともに、姿勢検出装置で検出した姿勢情報に基づいてフロント作業機が予め定めた時間で移動可能な範囲である移動可能範囲を演算し、移動体の想定移動範囲とフロント作業機の移動可能範囲とに基づいて、移動体とフロント作業機との接触を予防する予防制御を行う制御装置とを備えて構成したので、物体の死角の移動体にも十分に対応することができ、確実にフロント作業機と移動体との接触をより確実に予防することができる。
　＜第２の実施の形態＞
  本発明の第２の実施の形態を図１４及び図１５を参照しつつ説明する。
　第１の実施の形態では、外環境認識装置２６を用いて障害物１４との相対距離および相対角度から死角１６を演算していたが、本実施の形態は、例えばＧＰＳ信号などをもとに自車両１３の位置を測定する位置測定装置４６と、他車両１８で検出した障害物１４の位置、他車両１８の位置、本体の向きの情報を受信する無線通信装置４７を備え、無線通信装置４７は他車両１８から得られた情報を死角演算部３７に送信し、死角演算部３７は外環境認識装置２６、位置測定装置４６と無線通信装置４７の情報をもとに死角１６、移動体が存在し得る位置、移動体（作業員）３９の想定移動範囲４１を演算するものである。
　図１４は、本実施の形態における油圧ショベルに搭載される制御装置の処理機能の一部を模式的に示す機能ブロック図である。また、図１５は、本実施の形態における死角の演算について説明する図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
　図１４に示すように、位置測定装置４６では、例えばＧＰＳ信号などをもとに自車両１３の座標位置を死角演算部３７へ送信する。また、無線通信装置４７は他車両１８が得た外環境認識装置２６の情報と、他車両１８の座標位置と、他車両１８の本体の向きを受信し、死角演算部３７に送信する。死角演算部３７は位置測定装置４６、無線通信装置４７、自車両１３の外環境認識装置２６の情報をもとに、死角１６を演算し、移動体進路予測部４５へ送信する。
　図１５に示す通り、例えば、他車両１８が作業範囲１７内外から障害物１４の側方を検出することができる位置に存在する場合、他車両１８は車両の座標位置と本体の向き、および外環境認識装置２６の情報を無線通信装置４７を介して送信する。自車両１３は他車両１８で得た情報を無線通信装置４７を介して受信し、死角演算部３７にて、自車両１３と他車両１８の座標位置から、自車両１３との位置関係を演算する。また、他車両１８の本体の向きから、他車両１８が検知している障害物１４の位置と死角１６を演算する。ここで、自車両１３で検出した障害物１４の死角１６は死角線１５ａの範囲で表され、他車両１８で検出した障害物１４の死角１６は死角線１５ｂの範囲で表される。
　さらに、死角演算部３７は自車両１３で得た情報をもとに演算した死角１６と他車両１８の情報をもとに演算した死角１６を比較し、自車両１３で死角１６として判断した範囲を他車両１８が検出できていれば、その範囲を死角１６として認識しない。その結果、他車両１８が検出している方面への作業および旋回動作については速度制限を実施する必要がなくなる。
　その他の構成については第１の実施の形態と同様である。
　以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　＜第３の実施の形態＞
  本発明の第３の実施の形態を図１６～図１８を参照しつつ説明する。
　第２の実施の形態では、外環境認識装置２６においてＬｉＤＡＲ等の座標データを取得する技術を使用し、障害物１４との相対距離と相対角度を求め、さらに、自車両１３の位置を測定する位置測定装置４６と、無線通信装置４７から得られる他車両１８の位置情報や障害物１４までの相対距離と相対角度から死角１６を演算していたが、本実施の形態は、自車両１３の位置を測定する位置推定装置と、カメラ等を用いて対象物１４を撮影する画像判別装置５３と、無線通信を介して他車両１８より情報を受信する無線通信装置４７と、障害物１４との相対距離と相対角度を障害物判別部５４へ送信する外環境認識装置２６と、それらの情報をもとに障害物１４を判別する障害物判別部５４をそなえ、それらの情報をもとに障害物判別部５４は障害物１４を他車両１８と認識し、車種を判断する機能を追加実装したものである。
　図１６は、本実施の形態における油圧ショベルに搭載される制御装置の処理機能の一部を模式的に示す機能ブロック図である。また、図１７は本実施の形態における死角の演算について説明する図であり、図１８は本実施の形態における移動体の想定異動範囲について説明する図である。図中、第１及び第２の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
　図１６に示した通り、位置測定装置４６は自車両１３の座標を障害物判別部５４へ送信する。また、画像判別装置５３は障害物１４を撮影し、障害物判別部５４へ送信する。無線通信装置４７は位置測定装置４６を搭載した他車両１８の位置情報と車種情報を障害物判別部５４へ送信する。障害物判別部５４では、あらかじめ記憶した建設機械の画像と画像判別装置５３から得られた画像を照らし合わせ、障害物１４が他車両１８か否かを判別する。また、障害物判別部５４では、位置測定装置４６から得られる自車両１３の位置と、無線通信装置４７から得られる他車両１８の位置情報から自車両１３と他車両１８の位置関係を演算し、外環境認識装置２６から得られた障害物１４の位置が演算した他車両１８の位置と一致する場合は、障害物１４を他車両１８として認識する。
　図１７に示すように、画像判別装置５３と障害物判別部５４を用いることで、障害物１４の種類を判別することができるため、後方の一定距離を障害物１４とみなし、死角１６を狭めることができる。その結果移動体（作業員）３９が存在する可能性がある位置を狭めることができ、移動体（作業員）３９の想定移動範囲４１が速度制限領域４０と重なる確率を低減することができる。
　ここで、死角１６内に存在する移動体（作業員）３９の位置は、図１８に示すように、障害物１４の側面５６と死角線１５に接する、最も自車両１３に接近している位置に存在すると仮定する。また、障害物１４を判別することが困難な場合や登録されていない障害物１４については、実施例１の死角検知手法にのっとり、死角の範囲を判断する。
　その他の構成は第１及び第２の実施の形態と同様である。
　以上のように構成した本実施の形態においても第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　＜付記＞
　なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
　２…キャブ、２ａ，２ｂ…操作レバー（操作装置）、３…走行モータ、５…ブームシリンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、８…ブーム、９…アーム、１０…バケット、１３…自車両、１４…障害物（対象物）、１５…死角線、１５…両死角線、１６…死角、１７…作業範囲、１８…他車両、２０…下部走行体、２１…旋回機構、２２…上部旋回体、２３…旋回モータ、２４…フロント作業機、２５…旋回中心軸、２６…外環境認識装置、２７…旋回角度検出装置、３０…制動距離演算部、３１…判定部、３４…姿勢センサ、３５…動作範囲演算部、３６…障害物位置演算部、３７…死角演算部、３８…揺動中心、３９…移動体（作業員）、４０…速度制限領域、４１…想定移動範囲、４２…表面線、４３…姿勢演算部、４４…制御装置、４５…移動体進路予測部、４６…位置測定装置、４７…無線通信装置、４８…旋回角度演算部、４９…制動時間演算部、５０…速度制限領域演算部、５１…フロント作業機速度演算部、５２…角速度演算部、５３…画像判別装置、５４…障害物判別部、５９…警報装置、６０…姿勢検出装置、１００…油圧ショベル

Claims (5)

  1. 　下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能に設けられた上部旋回体とからなる本体と、
    　前記上部旋回体に取り付けられ、回動可能に連結された複数のフロント部材からなる多関節型のフロント作業機と、
    　前記フロント作業機の複数のフロント部材をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備えた建設機械において、
    　前記フロント作業機のフロント部材に設けられ、前記フロント部材の姿勢情報を検出する姿勢検出装置と、
    　前記本体の周囲の物体を検出する外環境認識装置と、
    　前記外環境認識装置で認識された物体によって前記外環境認識装置の認識範囲から死角となる範囲である死角範囲を演算し、前記死角に存在すると仮定した移動体が予め定めた時間で移動可能な範囲である想定移動範囲を演算するとともに、前記姿勢検出装置で検出した姿勢情報に基づいて前記フロント作業機が予め定めた時間で移動可能な範囲である移動可能範囲を演算し、前記移動体の想定移動範囲と前記フロント作業機の移動可能範囲とに基づいて、前記移動体と前記フロント作業機との接触を予防する予防制御を行う制御装置と
    を備えたことを特徴とする建設機械。
  2. 　請求項１記載の建設機械において、
    　前記制御装置は、前記予防制御として、前記フロント作業機の移動可能範囲と前記移動体の想定移動範囲とが重複しないように、前記フロント作業機のアクチュエータを制御することを特徴とする建設機械。
  3. 　請求項１記載の建設機械において、
    　前記制御装置は、前記フロント作業機の移動可能範囲と前記移動体の想定移動範囲とが予め定めた距離よりも近づいた場合に、警報装置によってオペレータにそのことを報知することを特徴とする建設機械。
  4. 　請求項１記載の建設機械において、
    　作業現場における前記建設機械の位置を計測する位置測定装置と、
    　前記作業現場における他の建設機械で得られた前記他の建設機械の位置、及び、前記他の建設機械に設けられた外環境認識装置の検出結果を取得する無線通信装置とを備え、
    　前記制御装置は、前記外環境認識装置の死角範囲と前記他の建設機械の外環境認識装置の検出結果とが重複する場合には、前記死角範囲の少なくとも一部を前記他の建設機械の外環境認識装置の検出結果に置き換えることを特徴とする建設機械。
  5. 　請求項１記載の建設機械において、
    　前記制御装置は、前記外環境認識装置で検出された物体の種類を判別し、判別した物体の種類に応じて前記死角範囲を演算することを特徴とする建設機械。
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