(57)【要約】      （修正有）【課題】作業機械それ自体を障害物として誤認することを回避するとともに、作業機械特有の垂直方向の障害物も検知するのに好適な超音波センサーホルダーおよび障害物検知補助装置を提供する。【解決手段】障害物検知補助装置に使用される超音波センサーを作業機械に固定するための超音波センサーホルダー１であって、複数の超音波センサーを、各々の超音波センサーから発信される超音波が他の超音波センサーに直接受信しない角度方向に向けて一体的に保持するホルダー本体と、このホルダー本体を、各々の超音波センサーから発信される超音波が作業機械自体に衝突して障害とならない位置まで作業機械から離隔させて配置するための離隔脚とを有する。【選択図】図２
0003197049.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
障害物検知補助装置に使用される超音波センサーを作業機械に固定するための超音波センサーホルダーであって、
複数の前記超音波センサーを、各々の前記超音波センサーから発信される超音波が他の前記超音波センサーに直接受信しない角度方向に向けて一体的に保持するホルダー本体と、
このホルダー本体を、各々の前記超音波センサーから発信される超音波が前記作業機械自体に衝突して障害とならない位置まで前記作業機械から離隔させて配置するための離隔脚と
を有する超音波センサーホルダー。
【請求項２】
前記ホルダー本体は、前記作業機械から最も離れた位置で前記超音波センサーを保持するセンターホルダー部と、このセンターホルダー部を中心とした対称位置において前記超音波センサーを保持する少なくとも２箇所のサイドホルダー部とを有する、請求項１に記載の超音波センサーホルダー。
【請求項３】
前記ホルダー本体は、前記各超音波センサーごとに独立して揺動可能な複数の揺動ホルダー部を有しており、これら各揺動ホルダー部が一列に並べて連結されてなる、請求項１または請求項２に記載の超音波センサーホルダー。
【請求項４】
前記離隔脚の基端部には、前記作業機械に対して着脱可能な磁石が固定されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波センサーホルダー。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波センサーホルダーのホルダー部に、長距離領域に存在する障害物と短距離領域に存在する障害物とをそれぞれ測定するために周波数の異なる超音波センサーを別個に保持してなる障害物検知補助装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波センサーホルダーと、
前記超音波センサーホルダーに保持されて比較的に周波数の低い超音波を発信するとともにその反射波を受信する長距離用超音波センサーと、
前記超音波センサーホルダーに保持されて比較的に周波数の高い超音波を発信するとともにその反射波を受信する短距離用超音波センサーと、
前記各超音波センサーから所定の周波数の超音波を発信させるように制御する超音波発信制御手段と、
前記各超音波センサーにより受信された反射波から障害物を検知する障害物検知手段と、
長距離領域に存在する障害物を検知する長距離モードと短距離領域に存在する障害物を検知する短距離モードとを選択するモード選択スイッチとを有しており、
前記モード選択スイッチにより長距離モードが選択された場合には、前記超音波発信制御手段が前記長距離用超音波センサーおよび前記短距離用超音波センサーから超音波を発信させて長距離領域に存在する障害物を検知し、
前記モード選択スイッチにより短距離モードが選択された場合には、前記超音波発信制御手段が前記短距離用超音波センサーのみから超音波を発信させて短距離領域における障害物を検知する障害物検知補助装置。
【請求項７】
前記超音波センサーホルダーは、前記作業機械の任意の位置において３つの前記超音波センサーを水平方向に並べて保持する水平ホルダーと、３つの前記超音波センサーを垂直方向に並べて保持する垂直ホルダーとを有しており、
前記水平ホルダーには、中央位置に前記長距離用超音波センサーを保持させるとともに、この長距離用超音波センサーの左右対称位置に前記短距離用超音波センサーを保持させ、
前記垂直ホルダーには、上部に前記長距離用超音波センサーを保持させるとともに、この長距離用超音波センサーより下部に前記短距離用超音波センサーを保持させており、
前記モード選択スイッチにより長距離モードが選択された場合には、前記超音波発信制御手段が前記水平ホルダーに保持された中央の前記長距離用超音波センサーおよび左右いずれかの前記低距離用超音波センサーを作動させるとともに、前記垂直ホルダーに保持された上部の前記長距離用超音波センサーおよび下部の前記短距離用超音波センサーを作動させて長距離領域に存在する障害物を検知し、
前記モード選択スイッチにより前記短距離モードが選択された場合には、前記超音波発信制御手段が前記水平ホルダーに保持された左右両方の前記短距離超音波センサーを作動させるとともに、前記垂直ホルダーの下部の前記短距離用超音波センサーを作動させて、短距離領域に存在する障害物を検知する、請求項６に記載の障害物検知補助装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、建設機械や除雪機械等の作業機械に障害物を検知する超音波センサーを取り付けるためのホルダーおよびこのホルダーを使用した障害物検知補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バックホウ等の作業機械は、上下左右に可動可能なアーム部等を有しており、可動域の自由度が高いことから架線を切る等の事故が多い。また、作業機械の操縦席は、比較的高いところにあり、死角となる範囲が多いことから作業員の巻き込み事故も少なくない。それにもかかわらず、従来、周囲の障害物の有無等は、操縦者による目視のみで行われているのが現状である。
【０００３】
そこで、作業機械の分野では、架線切断事故や巻き込み事故等のヒューマンエラー防止を補助する目的として、周囲の障害物との距離等を感知することのできる障害物検知補助装置を積極的に取り入れていく必要が生じている。
【０００４】
一方、自動車の分野においては、人や障害物との衝突を回避するため、カメラや各種センサーを用いた衝突安全装置に関するものが種々開発されている。例えば、ステレオビジョンは、２台のカメラ画像の視差から対象表面までの距離画像を求めるものである。また、ＬＥＤやレーザーダイオード等の光源から測定対象物に光を照射し、反射された光を評価・演算することで測定対象物までの距離に換算する方法もある。さらに、光や音波を用い、ドップラー効果による周波数の変位を観測することで、観測対象の位置だけではなく観測対象の移動速度を得ることができる方法もある。
【０００５】
また、従来、自動車分野において、衝突安全装置における障害物検知センサーを自動車に取り付けるための取付構造に関する考案が提案されている。
【０００６】
例えば、特開２００２−１９５２２５号公報には、障害物検知センサー等の電気機器の胴部を支持板の一側面から前記支持板の取付穴に嵌入させ、前記電気機器の胴部に弾性部を有するクリップを係止し、このクリップの弾性部を前記支持板の他側面に弾接させて前記電気機器を前記支持板に固定する電気機器の取付構造が提案されている（特許文献１）。この特許文献１によると、前記クリップが、前記電気機器の胴部側に係止される基部を備えるとともに前記弾性部を前記基部から少なくとも一対のループ状に突設させ、前記弾性部のループ先端側を前記支持板の他側面に弾接させることにより、前記電気機器の固定を確実に行いながら、取付角度の自由度を大幅に広げることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１９５２２５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特開２００２−１９５２２５号公報に記載の発明のように車体に埋め込まれる障害物検知センサーの取付構造では、バックホウのアーム部等のように自由度の高い可動部分を有している作業機械においては、障害物検知センサーが前記作業機械自体を検知してしまい、障害物と誤認してしまうという問題がある。
【０００９】
また、作業機械の操縦においては、自動車のような前後方向のみならず、アーム部の可動する垂直方向にも注意が必要であり、単純に自動車の技術を応用しても架線等の高い位置の障害物は検知できないという問題もある。
【００１０】
さらに、狭い場所での作業になると、自動車のように遠くの障害物の有無を検知する距離感度の高い技術では遠距離の障害物まで検知してしまうため、警告音や警報灯が頻繁に稼働する状態となり、作業機械には実用上適さない。
【００１１】
本考案は、このような問題点を解決するためになされたものであって、作業機械それ自体を障害物として誤認することを回避するとともに、作業機械特有の垂直方向の障害物も検知するのに好適な超音波センサーホルダーおよび障害物検知補助装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本考案に係る超音波センサーホルダーは、障害物検知補助装置に使用される超音波センサーを作業機械に固定するための超音波センサーホルダーであって、複数の前記超音波センサーを、各々の前記超音波センサーから発信される超音波が他の前記超音波センサーに直接受信しない角度方向に向けて一体的に保持するホルダー本体と、このホルダー本体を、各々の前記超音波センサーから発信される超音波が前記作業機械自体に衝突して障害とならない位置まで前記作業機械から離隔させて配置するための離隔脚とを有する。
【００１３】
また、本考案の一態様として、前記ホルダー本体は、前記作業機械から最も離れた位置で前記超音波センサーを保持するセンターホルダー部と、このセンターホルダー部を中心とした対称位置において前記超音波センサーを保持する少なくとも２箇所のサイドホルダー部とを有していてもよい。
【００１４】
さらに、本考案の一態様として、前記ホルダー本体は、前記各超音波センサーごとに独立して揺動可能な複数の揺動ホルダー部を有しており、これら各揺動ホルダー部が一列に並べて連結されていてもよい。
【００１５】
また、本考案の一態様として、前記離隔脚の基端部には、前記作業機械に対して着脱可能な磁石が固定されていてもよい。
【００１６】
本考案に係る障害物検知補助装置は、前記超音波センサーホルダーのホルダー部に、長距離領域に存在する障害物と短距離領域に存在する障害物とをそれぞれ測定するために周波数の異なる超音波センサーを別個に保持してなる。
【００１７】
また、本考案に係る障害物検知補助装置は、前記超音波センサーホルダーと、前記超音波センサーホルダーに保持されて比較的に周波数の低い超音波を発信するとともにその反射波を受信する長距離用超音波センサーと、前記超音波センサーホルダーに保持されて比較的に周波数の高い超音波を発信するとともにその反射波を受信する短距離用超音波センサーと、前記各超音波センサーから所定の周波数の超音波を発信させるように制御する超音波発信制御手段と、前記各超音波センサーにより受信された反射波から障害物を検知する障害物検知手段と、長距離領域に存在する障害物を検知する長距離モードと短距離領域に存在する障害物を検知する短距離モードとを選択するモード選択スイッチとを有しており、前記モード選択スイッチにより長距離モードが選択された場合には、前記超音波発信制御手段が前記長距離用超音波センサーおよび前記短距離用超音波センサーから超音波を発信させて長距離領域に存在する障害物を検知し、前記モード選択スイッチにより短距離モードが選択された場合には、前記超音波発信制御手段が前記短距離用超音波センサーのみから超音波を発信させて短距離領域における障害物を検知する。
【００１８】
また、本考案の一態様として、前記超音波センサーホルダーは、前記作業機械の任意の位置において３つの前記超音波センサーを水平方向に並べて保持する水平ホルダーと、３つの前記超音波センサーを垂直方向に並べて保持する垂直ホルダーとを有しており、前記水平ホルダーには、中央位置に前記長距離用超音波センサーを保持させるとともに、この長距離用超音波センサーの左右対称位置に前記短距離用超音波センサーを保持させ、前記垂直ホルダーには、上部に前記長距離用超音波センサーを保持させるとともに、この長距離用超音波センサーより下部に前記短距離用超音波センサーを保持させており、前記モード選択スイッチにより長距離モードが選択された場合には、前記超音波発信制御手段が前記水平ホルダーに保持された中央の前記長距離用超音波センサーおよび左右いずれかの前記低距離用超音波センサーを作動させるとともに、前記垂直ホルダーに保持された上部の前記長距離用超音波センサーおよび下部の前記短距離用超音波センサーを作動させて長距離領域に存在する障害物を検知し、前記モード選択スイッチにより前記短距離モードが選択された場合には、前記超音波発信制御手段が前記水平ホルダーに保持された左右両方の前記短距離超音波センサーを作動させるとともに、前記垂直ホルダーの下部の前記短距離用超音波センサーを作動させて、短距離領域に存在する障害物を検知するようにしてもよい。
【考案の効果】
【００１９】
本考案によれば、作業機械それ自体を障害物として誤認することを回避するとともに、作業機械特有の垂直方向に存在する障害物も検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本考案に係る超音波センサーホルダーの第一実施形態をバックホウの先端側のアーム部に固定した状態を示す使用状態図である。
【図２】本第一実施形態の超音波センサーホルダーがバックホウに固定された状態を示す拡大斜視図である。
【図３】本第一実施形態における水平ホルダーを示す（ａ）正面図、（ｂ）平面図および（ｃ）側面図である。
【図４】本第一実施形態における垂直ホルダーを示す（ａ）正面図、（ｂ）平面図および（ｃ）側面図である。
【図５】本第一実施形態における水平ホルダーに保持された超音波センサーで検知しうる領域のイメージを示す模式図である。
【図６】本第一実施形態における垂直ホルダーに保持された超音波センサーで検知しうる領域のイメージを示す模式図である。
【図７】本考案に係る障害物検知補助装置の第一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図８】本第一実施形態の超音波センサーホルダーに長距離用超音波センサーおよび短距離用超音波センサーを保持させた状態を示す使用状態図である。
【図９】本考案に係る超音波センサーホルダーの第二実施形態を示す斜視図である。
【図１０】本第二実施形態の超音波センサーホルダーを示す（ａ）正面図、（ｂ）平面図および（ｃ）側面図である。
【図１１】本実施例１において長距離モードで略垂直に立てたスノーポールを検知した実験結果を示すグラフおよび表である。
【図１２】本実施例１において長距離モードで略水平に横にしたスノーポールを検知した実験結果を示すグラフおよび表である。
【図１３】本実施例１において長距離モードで約４５度に傾斜させたスノーポールを検知した実験結果を示すグラフおよび表である。
【図１４】本実施例１において短距離モードで略垂直に立てたスノーポールを検知した実験結果を示すグラフおよび表である。
【図１５】本実施例１において短距離モードで略水平に横にしたスノーポールを検知した実験結果を示すグラフおよび表である。
【図１６】本実施例１において短距離モードで約４５度に傾斜させたスノーポールを検知した実験結果を示すグラフおよび表である。
【考案を実施するための形態】
【００２１】
以下、本考案に係る超音波センサーホルダー１および障害物検知補助装置２の第一実施形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
本第一実施形態における超音波センサーホルダー１は、図１乃至図４に示すように、作業機械Ｍの任意の位置において３つの超音波センサー２１を水平方向に並べて保持する水平ホルダー１ａと、３つの超音波センサー２１を垂直方向に並べて保持する垂直ホルダー１ｂとからなる。前記水平ホルダー１ａおよび前記垂直ホルダー１ｂは、複数の前記超音波センサー２１を一体的に保持するホルダー本体１１と、このホルダー本体１１を作業機械Ｍから離隔する離隔脚１２とを有しており、本第一実施形態では、長尺状の鋼板を適宜屈曲することにより前記ホルダー本体１１および前記離隔脚１２を形成している。なお、本実施形態では、作業機械の一例としてバックホウ等の建設機械を例に説明するが、これに限定されるものではなく、除雪専用機械等にも適用可能である。
【００２３】
ホルダー本体１１は、複数の超音波センサー２１を保持する部分であり、前記超音波センサー２１を固定可能なホルダー部１３を有する。このホルダー部１３は、前記ホルダー本体１１における所定の箇所に前記超音波センサー２１を保持可能な複数の孔として形成されている。また、各ホルダー部１３は、保持した超音波センサー２１から発信される超音波が他の前記超音波センサー２１に直接受信されないように、適度な角度方向に向けて形成されており、他の超音波センサー２１を障害物と誤認しないようになっている。
【００２４】
水平ホルダー１ａにおけるホルダー本体１１は、図１および図２に示すように、バックホウＭの先端側のアーム部ｍａに固定できる幅に形成されている。また、水平ホルダー１ａのホルダー部１３は、図３に示すように、バックホウＭから最も離れた位置で超音波センサー２１を保持するセンターホルダー部１３ａと、このセンターホルダー部１３ａを中心とした対称位置でかつ約１９度の角度で外側に傾斜させた面において形成された２箇所のサイドホルダー部１３ｂ、１３ｂとを有しており、図５に示すように、保持する超音波センサー２１から水平方向に開き角度を１２０度以上とした略扇状の範囲に超音波を発信できるようになっている。
【００２５】
また、垂直ホルダー１ｂにおけるホルダー部１３は、図１および図２に示すように、バックホウＭの先端側のアーム部ｍａにおいて、基端側のアーム部ｍｂとの連結部分に固定できる大きさに形成されている。また、垂直ホルダー１ｂのホルダー部１３は、図４に示すように、センターホルダー部１３ａと、このセンターホルダー部１３ａを中心とした対称位置の約４５度外側に傾斜させた面において形成された２箇所のサイドホルダー部１３ｂ、１３ｂとを有しており、図６に示すように、垂直方向に開き角度を１２０度以上とした略扇状の範囲に超音波を発信できるようになっている。
【００２６】
なお、超音波センサーホルダー１のホルダー部１３の数は３つに限定されるものではなく、２つまたは４つ以上としてもよい。
【００２７】
離隔脚１２は、前記ホルダー本体１１を作業機械Ｍから離隔して配置するためのものであり、前記ホルダー本体１１に保持されている各々の前記超音波センサー２１から発信される超音波が前記作業機械Ｍそれ自体に衝突して障害物と誤認することのないように所定位置まで離隔するものである。
【００２８】
水平ホルダー１ａにおける離隔脚１２は、図３に示すように、ホルダー本体１１の端部から作業機械Ｍ側に屈曲された構成となっており、バックホウＭの先端側のアーム部ｍａに取り付けた際に、各々の前記超音波センサー２１から発信される超音波が基端側の前記アーム部ｍａ等に対して直接衝突しない長さに形成されている。
【００２９】
また、垂直ホルダー１ｂにおける離隔脚１２は、図４に示すように、下部側のサイドホルダー部１３ｂが設けられたホルダー本体１１から延設するように設けられているとともに、上部側のサイドホルダー部１３ｂからは略直角に屈曲された構成となっており、バックホウＭの先端側のアーム部ｍａの接続面に取り付けた際に、各々の前記超音波センサー２１から発信される超音波が前記アーム部ｍａ等に対して直接衝突しない長さに形成されている。
【００３０】
また、各超音波センサーホルダー１における離隔脚１２の基端部には、作業機械Ｍに対して着脱可能な略円盤状の磁石１４が２個取り付けられており、前記作業機械の任意の位置に固定することができるようになっている。
【００３１】
つぎに、本第一実施形態の障害物検知補助装置２の構成について説明する。本第一実施形態の障害物検知補助装置２は、主として、図７に示すように、前記超音波センサーホルダー１と、前記超音波センサーホルダー１に保持される超音波センサー２１と、前記各超音波センサー２１から所定の周波数の超音波を発信させるように制御する超音波発信制御手段２２と、前記各超音波センサー２１により受信された反射波から障害物を検知する障害物検知手段２３と、長距離領域に存在する障害物を検知する長距離モードと短距離領域に存在する障害物を検知する短距離モードとを選択するモード選択スイッチ２４とを有する。
【００３２】
超音波センサー２１は、外形が円柱状に形成されており先端に図示しない超音波振動子を有している。前記超音波振動子は、所定の周波数の電力が供給されることで前記電力の周波数に応じて振動し超音波を発信することができるとともに、反射波を受信して振動することで前記反射波の振動数の電力を生じさせることができる。つまり、超音波センサー２１は、超音波の発信機であるとともに受信センサーの役割も果たしている。
【００３３】
本第一実施形態における超音波センサー２１は、長距離領域に存在する障害物と短距離領域に存在する障害物とをそれぞれ測定するための長距離用超音波センサー２１ａと短距離用超音波センサー２１ｂとを有している。
【００３４】
長距離用超音波センサー２１ａは、超音波センサー２１として一般的に用いられる約２０ｋＨｚから約４００ｋＨｚの周波数を有する超音波領域のうち、約２０ｋＨｚから約１００ｋＨｚの比較的に周波数の低い超音波を発信するとともにその反射波を受信するものである。周波数の低い超音波が、周波数の高い超音波に比べて、距離に対する減衰が小さく、遠くまで届き易い特性を利用したものである。本第一実施形態における長距離用超音波センサー２１ａは、約１００ｋＨｚの周波数の超音波の送受信に適した超音波センサー２１を用いている。
【００３５】
短距離用超音波センサー２１ｂは、前記超音波領域のうち約１００ｋＨｚから約４００ｋＨｚの比較的に周波数の高い超音波を発信するとともにその反射波を受信するものであり、周波数の低い超音波に比べて距離分解能が高く近距離の検知能力が高い特性を利用したものである。本第一実施形態における短距離用超音波センサー２１ｂは、約４００ｋＨｚの周波数の超音波の送受信に適した超音波センサー２１を用いている。
【００３６】
また、本第一実施形態における長距離用超音波センサー２１ａは、図８に示すように、水平ホルダー１ａのセンターホルダー部１３ａおよび垂直ホルダー１ｂの上部のサイドホルダー部１３ｂにそれぞれ固定されている。また、短距離用超音波センサー２１ｂは、水平ホルダー１ａの各サイドホルダー部１３ｂ、１３ｂおよび垂直ホルダー１ｂのセンターホルダー部１３ａと下部のサイドホルダー部１３ｂにそれぞれ固定されている。つまり、各超音波センサーホルダー１のホルダー部１３には、長距離領域に存在する障害物と短距離領域に存在する障害物とをそれぞれ測定するために周波数の異なる超音波センサー２１が別個に保持されている。
【００３７】
超音波発信制御手段２２は、各超音波センサー２１から所定の周波数の超音波を発信させるように制御するためのものであり、所定の周波数の電力を所定時間毎に、間欠的に前記超音波センサー２１に送信するようになっている。本第一実施形態では、作業機械Ｍのバッテリー２５を電源としており、所定の周波数の電力に変換して、各超音波センサー２１に送信している。
【００３８】
障害物検知手段２３は、各超音波センサー２１により受信された反射波を解析することで障害物の有無を検知するものであり、前記超音波センサー２１の超音波振動子が振動することによって生じた電力の電力値や電力値の時間変動等から所定領域内における障害物の有無や障害物の移動速度等を検知するようになっている。本第一実施形態における障害物検知手段２３は、超音波発信制御手段２２により超音波が発信された時刻から、障害物に衝突し反射波となって受信される時刻までの時刻差に基づいて、前記障害物までの距離が検知できるようになっている。
【００３９】
モード選択スイッチ２４は、長距離領域に存在する障害物を検知する長距離モードと短距離領域に存在する障害物を検知する短距離モードとを選択するためのスイッチであり、選択されたモードの信号を前記超音波発信制御手段２２および前記障害物検知手段２３に送信するようになっている。
【００４０】
つぎに、本第一実施形態の超音波センサーホルダー１および障害物検知補助装置２の各構成の作用について説明する。
【００４１】
まず、図６を用いてモード選択スイッチ２４が長距離モードに選択された場合について説明する。モード選択スイッチ２４が長距離モードを選択すると、選択されたモード信号が超音波発信制御手段２２に送信される。
【００４２】
超音波発信制御手段２２では、バッテリー２５から電力の供給を受け、その電力を所定の電力に変換させてから、水平ホルダー１ａのセンターホルダー部１３ａに保持された長距離用超音波センサー２１ａおよび左右いずれかのサイドホルダー部１３ｂに保持された短距離用超音波センサー２１ｂを作動させるとともに、垂直ホルダー１ｂに保持された上部の長距離用超音波センサー２１ａおよびセンターホルダー部１３ａに保持された短距離用超音波センサー２１ｂを作動させる。
【００４３】
各長距離用超音波センサー２１ａでは、超音波発信制御手段２２により送信された電力によって約１００ｋＨｚの超音波を所定時間毎に間欠的に発信する。また、各短距離用超音波センサー２１ｂでは、超音波発信制御手段２２により送信された電力によって約４００ｋＨｚの超音波を所定時間毎に間欠的に発信する。
【００４４】
超音波を発信する間隔は、超音波が所定の距離にある障害物に反射して戻ってくるまでの時間以上、本第一実施形態における長距離モードでは、超音波センサー２１から約１．５ｍ先の障害物に超音波が反射して戻ってくるまでの時間以上の時間間隔に設定する。
【００４５】
水平ホルダー１ａに保持された各超音波センサー２１では、図５に示すように、水平方向に開き角度を１２０度以上とした略扇状の範囲に超音波を発信する。また、垂直ホルダー１ｂに保持された各超音波センサー２１では、図６に示すように、垂直方向に開き角度を１２０度以上とした略扇状の範囲に超音波を発信する。
【００４６】
各超音波センサー２１で発信された超音波は、図５に示すように、水平方向の略扇状の範囲内のみならず、図６に示すように、垂直方向の略扇状の範囲内に障害物が存在した場合も前記障害物に反射する。反射した超音波は、反射波となって前記各超音波センサー２１に向かって戻ってくる。また、長距離用超音波センサー２１ａでは、超音波の周波数領域のうち比較的に周波数の低い超音波を用いているため、遠くの障害物から反射波を得ることができる。このとき、短距離用超音波センサー２１ｂを一緒に使用することで、距離分解能が低い長距離用超音波センサー２１ａによって計測できなかった比較的小さな障害物の計測が可能であり、小さい障害物の計測漏れを回避できる。
【００４７】
このとき、超音波センサーホルダー１では、超音波センサー２１から発信される超音波が他の超音波センサー２１に直接受信しないように各超音波センサー２１を保持しているため、受信した同程度の周波数の振動は障害物からの反射波のみとなる。また、各超音波センサーホルダー１では、各超音波センサー２１から発信される超音波が作業機械Ｍ自体に衝突して反射波となり、各超音波センサー２１で受信することでのノイズとしての障害とならない位置まで離隔されているため、作業機械Ｍ自体によるノイズも物理的に除去している。
【００４８】
各超音波センサー２１では、戻ってきた反射波によって超音波振動子が振動し、この振動に応じた電力を発生する。発生した電力は、障害物検知手段２３へと送信される。
【００４９】
障害物検知手段２３では、各超音波センサー２１によって受信した反射波の解析を行う。まず、障害物検知手段２３は、各超音波センサー２１が自身の発信した周波数またはそれに近い周波数の反射波を受信したか否かを判別する。これにより、エンジン音等に起因するノイズを除去し、それらの振動を障害物と誤認しないようにする。
【００５０】
また、障害物検知手段２３は、各超音波センサー２１が自身の発信した周波数またはそれに近い周波数の反射波であるものと判別した反射波がどの位置から反射してきたものか算出する。算出は、超音波発信制御手段２２から受信した超音波の発信時刻と、障害物に衝突して反射波となって受信された受信時刻との差を求め、この時刻差に空気中における音速を掛けて超音波および反射波の伝播経路の距離を算出し、前記伝播経路の距離の２分の１を障害物までの距離として算出する。
【００５１】
さらに、障害物検知手段２３は、所定の距離内に障害物があるか否かを判別する。長距離モードを選択した場合は、算出した前記超音波センサー２１から障害物までの距離が約１．５ｍ未満である場合に障害物が存在すると判別し、判別された情報はアラームや警報灯等に出力され、障害物の有無を操縦者に伝えるようになっている。
【００５２】
つぎに、モード選択スイッチ２４が短距離モードに選択された場合について説明する。超音波発信制御手段２２では、モード選択スイッチ２４から短距離モードが選択されたモード信号を受信すると、短距離用超音波センサー２１ｂのみから超音波を発信させる。具体的には、水平ホルダー１ａの左右両方のサイドホルダー部１３ｂ、１３ｂに保持された短距離用超音波センサー２１ｂ、２１ｂ、および垂直ホルダー１ｂに保持されたセンターホルダー部１３ａおよび下部のサイドホルダー部１３ｂに保持された短距離用超音波センサー２１ｂ、２１ｂのみから超音波を発信させる。
【００５３】
障害物検知手段２３では、各短距離用超音波センサー２１ｂにより受信した反射波を解析し、所定の距離内に障害物があるか否かを判別する。本第一実施形態における短距離モードでは、超音波センサー２１から約０．７ｍ未満に存在する障害物を検知するようになっている。これにより、約０．７ｍ以上の比較的遠い位置における障害物には反応せず、狭い場所での作業においての煩わしさを回避するとともに、距離分解能の高い短距離用超音波センサー２１ｂを用いているため、高い精度で障害物を検知することができる。
【００５４】
以上のような本実施形態の超音波センサーホルダー１および障害物検知補助装置２によれば、以下の効果を得ることができる。
１．超音波センサーホルダー１を任意の位置に固定することができるため、水平方向のみならず垂直方向にも超音波センサー２１を並べて設置することができ、架線等の比較的高い位置にある障害物を検知することができる。
２．超音波センサーホルダー１によって、各超音波センサー２１が作業機械Ｍ自体等から反射されるノイズを物理的に受信しないようにすることで、障害物として誤認しないようにすることができる。
３．長距離モードでは、長距離用超音波センサー２１ｂとともに短距離用超音波センサー２１ａを併用することで、低周波と高周波のそれぞれの特徴を生かし、検知漏れを回避することができる。
４．短距離モードでは、狭い場所における作業いおいて障害物だけをターゲットとして検知することができる。
５．長距離モードと短距離モードとをスイッチ一つで切り替えることができるので、作業に応じて検知範囲を適宜指定することができる。
【００５５】
つぎに、本考案に係る超音波センサーホルダー１の第二実施形態について説明する。なお、本第二実施形態に係る超音波センサーホルダー１の構成のうち、前述した第一実施形態と同一もしくは相当する構成は同一の符号を付し、再度の説明を省略する。
【００５６】
本第二実施形態の超音波センサーホルダー１ｃのホルダー本体１１は、図９および図１０に示すように、前記各超音波センサー２１ごとに独立して角度を調整しうるように揺動可能な複数の揺動ホルダー部１５を有しており、これら各揺動ホルダー部１５が一列に並べて連結されている。
【００５７】
各揺動ホルダー部１５は、超音波センサー２１を保持するための孔が設けられているとともに、他の揺動ホルダー部１５に連結するための側面部１６を有している。各揺動ホルダー部１５同士は、側面部１６同士が面接触するようにボルトおよびナットによってピン接続されており、相互に揺動可能に連結されている。
【００５８】
以上より、本第二実施形態の超音波センサーホルダー１ｃによると、保持した各超音波センサー２１を任意の角度方向に向けることができるため、作業内容や作業場所における障害物の状況に応じて適宜、超音波センサー２１の発信方向を調整できる。
【実施例１】
【００５９】
本実施例１では、障害物検知補助装置２をバックホウＭに取り付けて、障害物が実際に検知できるか否かおよび超音波センサーホルダー１によってノイズとなる障害を回避できるかどうかについて実験を行った。
【００６０】
本実施例１における超音波センサーホルダー１は、図１乃至図４に示すように、本第一実施形態の超音波センサーホルダー１であり、水平ホルダー１ａと垂直ホルダー１ｂとで構成されている。バックホウＭの先端側のアーム部ｍａが架線等の障害物に衝突することを回避するため、水平ホルダー１ａはバックホウＭの先端側のアーム部ｍａの基端部近傍に固定し、垂直ホルダー１ｂは前記アーム部ｍａにおける基端面に固定した。
【００６１】
長距離用超音波センサー２１ａには、１００ｋＨｚの周波数の音波の送受信に適した超音波センサー２１を用いるとともに、短距離用超音波センサー２１ｂには、４００ｋＨｚの周波数の音波の送受信に適した超音波センサー２１を用いた。
【００６２】
水平ホルダー１ａには、中央のセンターホルダー部１３ａに長距離用超音波センサー２１ａを設置し、左右両サイドのサイドホルダー部１３ｂ、１３ｂに短距離用超音波センサー２１ｂ、２１ｂを設置した。また、垂直ホルダー１ｂには、上部に長距離用超音波センサー２１ａを設置し、中央および下方に短距離用超音波センサー２１ｂ、２１ｂを設置した。
【００６３】
障害物には、直径３ｃｍ、長さ１８０ｃｍの円柱状のスノーポールを用いた。本実施例１では、このスノーポールを略垂直方向に縦にした状態、略水平方向に横にした状態および約４５度に傾斜させた状態についてそれぞれ検知可能か否かの実験を行った。
【００６４】
まず、長距離モードにおいて、スノーポールを縦にした状態でバックホウの正面、すなわち正面０度の方向に２ｍ離れた位置に置き、その位置からから約１０ｃｍずつ近づけて、どの位置でスノーポールが検知されるかを計測した。また、バックホウＭの正面から左に約３０度ずれた方向、約６０度ずれた方向および約９０度ずれた方向についても同様に約１０ｃｍずつ近づけて計測を行った。
【００６５】
図１１に示すように、正面０度の場合、最初に検知できたのは実際の距離が約１．５５ｍの時であり、計測値は１．５ｍとなっていた。また、実際の距離が約１．４５ｍ、約１．３ｍ、約１．２ｍおよび約１．１ｍの時についても、安全側に＋５ｃｍ（０．０５ｍ）のときに検知することができた。
【００６６】
次に正面から左に約３０度ずれた場合、最初に検知できたのは実際の距離が約１．３５ｍであり、最大範囲である１．５ｍでの検知はできなかったが、正面０度の場合と同様、安全側に＋５ｃｍで検知することができた。また、正面から左に約６０度ずれた場合、最初に検知できたのは実際の距離は約１．５ｍであり、最大範囲で検知することができた。
【００６７】
次に正面から左に約９０度ずれた場合、最初に検知できたのは実際の距離が約０．３ｍであり、スノーポールが超音波センサー２１から真横に位置するような場合には、かなり近くまで近づいたときに検知することがわかった。
【００６８】
同様に、スノーポールを水平方向に横にした状態の実験結果を図１２に、約４５度に傾斜させた状態の実験結果を図１３にそれぞれ示す。
【００６９】
図１２および図１３に示すように、正面０度の場合および正面から左に約３０度ずれた場合、いずれも最大範囲である約１．５ｍの位置で検知することができた。一方、正面から左に約６０度ずれた場合は、約１．３ｍまたは約１．１ｍの距離で検出し、最大範囲よりも検知できる距離が短くなるが、検知することは可能であった。
【００７０】
次に、短距離モードにおいても同様の実験を行った。実験結果を図１４乃至図１６に示す。
【００７１】
図１４に示すように、スノーポールを縦にした状態において、正面０度ないし正面からから左に約６０度ずれた場合においては、実際の距離が最大範囲である約０．７ｍで検知することができた。一方、正面から左に約７５度および約９０度ずれた場合においては、実際の距離が約０．４ｍおよび約０．２ｍで検知できた。
【００７２】
また、図１５に示すように、スノーポールを水平方向に横にした状態においても、縦にした状態と同様、正面０度ないし正面からから左に約６０度ずれた場合においては、最初に検知できたのは実際の距離が最大範囲である約０．７ｍであった。また、正面から左に約７５度ずれた場合では、検知できる距離が短くなるものの約０．５ｍの距離で検知することができた。
【００７３】
さらに、図１６に示すように、スノーポールを傾斜させた状態において、正面０度および正面から左に約３０度ずれた場合において最初に検知できたのは実際の距離が最大範囲である約０．７ｍのときであった。正面から左に約６０度および約７５度ずれた場合では、検知できる距離が短くなるもののそれぞれ約０．６ｍおよび約０．４ｍの距離で検知することができた。
【００７４】
以上より、本実施例１では、長距離モードおよび短距離モードのいずれにおいても、正面０度ないし正面からから左に約６０度ずれた場合においては、ほぼ最大範囲においてスノーポールを検知できることが確認できた。また、実験を通して作業機械Ｍそれ自体を誤認することが無かったことも確認できた。
【００７５】
なお、本考案に係る超音波センサーホルダーおよび障害物検知補助装置は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００７６】
例えば、超音波センサーホルダー１の固定位置は、バックホウＭのアーム部ｍａに限定されるものではなく、例えば、バックホウＭの後方位置に固定してもよい。
【００７７】
また、障害物検知手段２３における距離等の解析方法は、ドップラー法等、超音波を用いた従来から使用されている他の方法であってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１  超音波センサーホルダー
１ａ  水平ホルダー
１ｂ  垂直ホルダー
１１  ホルダー本体
１２  離隔脚
１３  ホルダー部
１３ａ  センターホルダー部
１３ｂ  サイドホルダー部
１４  磁石
１５  揺動ホルダー部
１６  側面部
２  障害物検知補助装置
２１  超音波センサー
２１ａ  長距離用超音波センサー
２１ｂ  短距離用超音波センサー
２２  超音波発信制御手段
２３  障害物検知手段
２４  モード選択スイッチ
２５  バッテリー
Ｍ  作業機械（バックホウ）
ｍａ  先端側のアーム部
ｍｂ  基端側のアーム部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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