(57)【要約】【課題】  上部旋回体３が旋回や後進等の作動をする際に、上部旋回体３の周囲に設定される衝突防止領域Ｘ、Ｙ内に障害物Ａが位置することを検出した場合、強制的な作動停止をすると共に、この作動停止を解除して障害物Ａに至近距離まで近接できるようにする。【解決手段】  障害物Ａの検出をミリ波レーダで行って高い感度で障害物検出ができるようにすると共に、障害物Ａが衝突防止領域Ｘ、Ｙ内に位置することが検出され、かつ障害物Ａに近接する方向の操作具操作がなされている場合、強制的な作動停止をする一方、この強制的な停止状態で、操作具操作を一旦中立位置に操作してから再び近接する方向に操作すると、超低速で障害物Ａに近接する作動をし、至近距離に達したら強制的に停止をするように制御する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作具操作に基づいて作動する機体本体の周囲に障害物の存在を検出する障害物検出手段と、
該検出した障害物の機体本体からの距離と方位を演算する演算手段と、
操作具操作が障害物に接近する方向の操作であるか否かの判断をする操作具操作判断手段と、
障害物が機体本体に対して予め設定される接触防止領域内に位置しているか否かの判断をする障害物位置判断手段と、
障害物が接触防止領域内に位置し、かつ操作具操作が障害物に接近する方向の操作であると判断される場合、操作具操作に基づく作動を停止して接触回避をする接触回避制御手段とを備えていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置。
【請求項２】
請求項１において、障害物検出手段はミリ波レーダであることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、接触防止領域は後進走行範囲に設定されていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、機体本体は下部走行体に上部旋回体を旋回自在に設けた旋回系作業機械であり、接触防止領域は、上部旋回体の旋回軌跡であることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つにおいて、接触回避制御手段による作動停止を解除して、操作具操作で障害物に対して予め設定される距離まで超低速で接近作動を可能とする超低速制御手段が設けられていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置。
【請求項６】
請求項５において、超低速制御手段による超低速接近作動は、中立位置まで戻した操作具を再び障害物に接近する方向の操作したことによりセットされるようになっていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一つにおいて、接触防止領域の外側には接触予防領域が設定され、障害物が接触予防領域内に位置すると判断された場合、障害物が機体本体に接近するほど作動速度が低速となるよう制御する接触予防制御手段が設けられていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械における接触回避制御装置の技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、作業機械、特に油圧ショベル等の旋回系作業機械は、機体本体を、下部走行体に上部旋回体を旋回自在に設けて構成している。このような機体本体を運転するのに、上部旋回体の旋回、機体本体の後進をする場合があり、このような場合、運転席に座して運転作業をしているオペレータから見づらい場所があり、この場合、バックミラーを見たり後方を見たりして確認しながら運転しているが、このような確認にはどうしても限界があり、場合によっては周囲にある障害物に接触してしまうという可能性がある。
そこで上部旋回体の後部に監視カメラを旋回自在に設け、該監視カメラを走行用操作レバーの操作に追随して旋回するようにしたものが提唱されている（たとえば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−３２２９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで前記監視カメラを設けたものでは、障害物の存在は確認できるが、そのためにはいちいちモニターを見ての運転が強いられるだけでなく、障害物との距離についてはオペレータの感に頼らざるを得ないのが実情で、接触回避として充分機能していないという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、操作具操作に基づいて作動する機体本体の周囲に障害物の存在を検出する障害物検出手段と、該検出した障害物の機体本体からの距離と方位を演算する演算手段と、操作具操作が障害物に接近する方向の操作であるか否かの判断をする操作具操作判断手段と、障害物が機体本体に対して予め設定される接触防止領域内に位置しているか否かの判断をする障害物位置判断手段と、障害物が接触防止領域内に位置し、かつ操作具操作が障害物に接近する方向の操作であると判断される場合、操作具操作に基づく作動を停止して接触回避をする接触回避制御手段とを備えていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項２の発明は、請求項１において、障害物検出手段はミリ波レーダであることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項３の発明は、請求項１または２において、接触防止領域は後進走行範囲に設定されていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか一つにおいて、機体本体は下部走行体に上部旋回体を旋回自在に設けた旋回系作業機械であり、接触防止領域は、上部旋回体の旋回軌跡であることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れか一つにおいて、接触回避制御手段による作動停止を解除して、操作具操作で障害物に対して予め設定される距離まで超低速で接近作動を可能とする超低速制御手段が設けられていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項６の発明は、請求項５において、超低速制御手段による超低速接近作動は、中立位置まで戻した操作具を再び障害物に接近する方向の操作したことによりセットされるようになっていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れか一つにおいて、接触防止領域の外側には接触予防領域が設定され、障害物が接触予防領域内に位置すると判断された場合、障害物が機体本体に接近するほど作動速度が低速となるよう制御する接触予防制御手段が設けられていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の発明とすることで、障害物が接触防止領域内に位置していて接触する惧れがある場合に、操作具操作に基づく作動を自動的に停止することになって接触回避ができることになる。
請求項２の発明とすることにより、障害物検出が、感度が高く、天候等の自然条件に殆んど左右されないミリ波レーダでできることになって検出精度が向上する。
請求項３の発明とすることにより、オペレータが見づらい後進走行等での接触防止制御ができることになる。
請求項４の発明とすることにより、旋回系作業機械において、オペレータが見づらい旋回時等での接触防止制御ができることになる。
請求項５の発明とすることにより、障害物が接触防止領域内にいるときに、超低速制御を実行することで、障害物と至近距離まで超低速で接近作動させることができ、作業可能領域の制限を低減できることになる。
請求項６の発明とすることにより、超低速制御への移行が、操作具操作というオペレータが意識した操作によって実行されることになって不意に移行してしまう不具合を防止できる。
請求項７の発明とすることにより、接触防止領域に入る前の接触予防領域に入った段階で作動速度が減速することになってオペレータに意識させ、障害物が接触防止領域にできるだけ入り込まないよう意識した操作を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次ぎに、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図中、１は油圧ショベルの機体本体であって、該機体本体１は、下部走行体２に上部旋回体３を旋回自在に設けて構成されている。上部旋回体３には、キャビン４、バケット付きの作業アタッチメント５、エンジンフード６等の各種部材装置が取付けられている。
【０００７】
７は上部旋回体３に設けられるミリ波レーダ（本発明の「障害物検出手段」に相当する）の送受信装置であって、該送受信装置７は、例えば周波数７６ＧＨｚ（ギガヘルツ）のミリ波を送信し、障害物があった場合に、その反射波を高い感度で受信できるようになっている。送受信装置７としては、上部旋回体３の後方検出用のものが左右に二つ７ＬＢ、７ＲＢ、上部旋回体３の左側方検出用のもの７Ｌ、上部旋回体３の右側方検出用のもの７Ｒに別けられてそれぞれが設けられており、これら送受信装置７によって上部旋回体３の周囲にある障害物検出ができるようになっている。そしてこれら送受信装置７は、例えば水平方向に略６０度の視野角を持つ汎用のミリ波レーダの送受信器が３個づつ内装される等の構成をすることで、水平方向に略１８０度の視野角で障害物検出ができるようになっており、これらによって上部走行体３の前方を除く水平方向の殆んどの領域で障害物検出ができるようになっている。前記各送受信器から発射されたミリ波は、重なり合う領域が生じるが、該重なり合う部分において、本実施の形態では障害物から最も至近に位置する送受信器が障害物を検出する設定になっている。つまり前記各送受信装置７ＬＢ、７ＲＢ、７Ｌ、７Ｒの検出領域は、図２に示すようになっている。まず送受信装置７Ｌは、前記３個の送受信器が上部旋回体３左側の検出領域7Ｌ−１、検出領域7Ｌ−２、検出領域7Ｌ−３をそれぞれ検出し、同様にして送受信装置７Ｒを構成する３個の送受信器がそれぞれ上部旋回体３右側の検出領域7Ｒ−１、検出領域7Ｒ−２、検出領域7Ｒ−３を検出し、送受信装置７ＬＢを構成する３個の送受信器が上部旋回体３左後側の検出領域7ＢＬ−１、検出領域7ＬＢ−２、検出領域7ＬＢ−３を検出し、送受信装置７ＲＢを構成する３個の送受信器が状部旋回体３右後側の検出領域７ＲＢ−１、検出領域７ＲＢ−２、検出領域７ＲＢ−３を検出する設定になっている。尚、前記内装される送受信器においては、障害物からの反射波として他の送受信器から発射したミリ波を受信する場合もあって干渉する惧れがあり、そこでこれら各送受信器は、それぞれ変調したレーダ波を送信するように設定され、そして障害物に当たって跳ね返った反射波を受信した場合に、該受信した反射波から自らの変調レーダ波のみを弁別して取り出すようにして互いに干渉しないよう配慮されている。
【０００８】
本実施の形態では、機体本体１の後進走行、上部旋回体３の左右旋回作動についてそれぞれ接触回避制御が実行されるが、その場合に、左右走行モータおよび旋回モータにそれぞれ圧油供給をするための切換え制御弁のパイロット油路に電磁減圧弁が設けられ、該電磁減圧弁の全開から全閉までの開度量調整制御によって接触回避制御が実行される。この油圧回路について、左右走行モータ、旋回モータは何れも同様であるので、旋回モータ８の油圧回路を図３に示して説明し、左右走行モータの油圧回路の説明については省略する。図面において、旋回モータ８は、油圧ポンプ９にパイロット式の切換え制御弁１０を介して接続されており、該切換え制御弁１０の切換えにより油圧ポンプ９からの作動油が供給されて正逆駆動し、これによって上部旋回体３の左右旋回をすることになるが、切換え制御弁１０の左旋回用のパイロット油路１１Ｌ、および右旋回用のパイロット油路１１Ｒには旋回用電磁減圧弁１２Ｌ、１２Ｒがそれぞれ設けられている。そして該電磁減圧弁１２Ｌ、１２Ｒが後述する制御部１３からの開閉制御指令を受けることで開度量制御が実行され、これによってパイロット圧油の油圧が変化し、旋回速度の増減速制御が実行されるようになっている。
【０００９】
前記制御部１３はマイクロコンピュータ等の各種の電子、電気部品を用いて構成されるものであって、該制御部１３には、前記送受信装置７からの検出信号、左右走行操作具（左右走行操作レバー）１４ａ、１５ａに設けられる前後進の走行操作検出センサ１４、１５からの検出信号、上部旋回体３の旋回操作具（旋回操作レバー）１６ａに設けられる旋回操作検出センサ１６からの検出信号等の各種の検出信号が入力するようになっている。因みに、前後進の走行操作検出センサ１４、１５、旋回操作検出センサ１６は、本発明の操作具操作判断手段に相当する。さらに制御部１３には各種スイッチ類やダイヤル類（図視せず）等の信号が入力し、該入力した各種の信号に基づいて対応する制御信号を出力して機体本体１の各種の作動制御を実行するようになっているが、以下に本発明が実施された障害物に対する接触回避制御ルーチンでの制御手順について、図５のフローチャート図を用いて説明するが、制御部１３には、前記送受信装置７、各操作検出センサ１４、１５、１６からの検出信号と共に、旋回用パイロット油路１１Ｌ、１１Ｒに設けた旋回用パイロット圧検出センサ１７Ｌ、１７Ｒ、左右走行用パイロット油路（何れも図示しない）に設けた左右走行用パイロット圧検出センサ１８Ｆ、１８Ｂ並びに１９Ｆ、１９Ｂからの検出信号が入力するようになっている。そして制御部１３は、これら入力した検出信号に基づいて前記旋回用電磁減圧弁１２Ｌ、１２Ｒ、前記左右走行用パイロット油路にそれぞれ設けた左右走行用電磁減圧弁２０Ｆ、２０Ｂ並びに２１Ｆ、２１Ｂに制御信号を出力するようになっている。
【００１０】
接触回避制御は、エンジン始動をし、制御部１３において必要な初期設定がなされた後に接触回避制御ルーチンとして実行されるが、まず、処理Ｃ１で送受信装置７を用いて障害物の検出を行い、次の処理Ｃ２で前記送受信装置７から障害物検出信号の入力があったか否かの判断をする。そして障害物検出信号の入力があったと判断された場合、処理Ｃ３で制御部１３は建設機械１から障害物までの方位と位置とを演算するようになっている（本発明の演算手段に相当する。）。この場合において、制御部１３には、上部旋回体３の最大の旋回半径の左右旋回軌跡範囲内を左右旋回時接触防止領域Ｘとして、上部旋回体３の後端から左右機幅範囲で後方に所定距離（例えば１．５ｍ）までの範囲を後進時接触防止領域Ｙとしてそれぞれが予め設定され、さらにこれら接触防止領域Ｘ、Ｙの外側に所定距離（例えば２ｍ）までの範囲を接触予防領域としての左右旋回時接触予防領域ｘ、後進時接触予防領域ｙとしてそれぞれが予め設定されている。
【００１１】
そして制御部１３では、処理Ｃ４で、前記処理Ｃ３で演算した障害物の位置、方位に基づいて、左右走行操作検出センサ１４、１５、旋回操作検出センサ１６からの操作検出信号が障害物Ａに近づく方向の操作がなされているか否かの判断を行い、近づく方向の操作であると判断されると、処理Ｃ６で障害物Ａは接触防止領域ＸまたはＹ内に位置しているか否かの判断がなされ、障害物Ａが接触防止馨領域ＸまたはＹ内に位置していると判断された場合、処理Ｃ１３で後述する超低速制御モードがセットされているか否かの判断を行い、超低速制御モードがセットされていない場合、処理Ｃ１８で接触回避モードであると判断する。そしてその後処理Ｃ２０でタイマをセットし、処理１２で対応する電磁減圧弁１２Ｌ、１２Ｒ、２０Ｆ、２０Ｂ、２１Ｆ、２１Ｂに停止制御指令を出力する。例えば障害物Ａが左右旋回時接触防止領域Ｘ内にいると判断された場合に、制御部１３は、旋回用電磁減圧弁１２Ｌ、１２Ｒに対し全閉の制御指令を出力してパイロット圧油が旋回用切換え制御弁１０に供給されることを禁止し、これによって旋回用切換え制御弁１０は中立状態に復帰することになって、旋回用操作具１６ａが旋回操作されているにもかかわらず上部旋回体３の旋回が強制的に停止する。後進についても同様な接触回避制御モードが実行される。
【００１２】
一方、障害物Ａが左右旋回時接触防止領域Ｘまたは後進時接触防止領域Ｙに位置しているが、左右走行操作検出センサ１４、１５または旋回操作検出センサ１６からの検出信号が中立位置になったと判断された場合、処理Ｃ２２で接触回避制御モードがセットされているか否かの判断を行う。そして接触回避制御モードがセットされていると判断された場合、処理Ｃ２３でタイマ時間内であるか否かの判断を行い、このタイマ時間内において左右走行操作検出センサ１４、１５または旋回操作検出センサ１６から接触方向に操作された検出信号が入力したと判断した場合、処理Ｃ２５で接触回避制御モードをリセットし、処理Ｃ２６で超低速制御モードをセットし、処理Ｃ２７でタイマをリセットする。およびタイマをリセットして超低速制御モードをセットする。例えば、前述したように障害物Ａが左右旋回時接触防止領域Ｘ内におり、かつ旋回操作具１６ａが旋回操作されることにより強制的な旋回停止が実行されるが、この旋回停止状態で旋回用操作具１６ａを中立位置に戻した場合、予め設定されるタイマ時間のあいだに旋回用操作具１６ａが障害物Ａに接触する方向の操作がなされた場合、処理Ｃ２６で超低速制御モードがセットされる。そして処理Ｃ２６で超低速制御モードがセットされると、処理Ｃ１４で障害物Ａとの間隔が予め設定される至近の設定距離（例えば２０ｃｍ）になるまで予め設定される超低速状態で近接するよう対応する旋回用電磁減圧弁１２Ｌ、１２Ｒに対して開度量制御指令を出力し、処理Ｃ１５で設定距離となったかどうかを判断しなったところで処理Ｃ１６により停止する制御が実行され、そして処理Ｃ１７により超低速制御モードがリセットされる。後進についても同様の超低速制御モードが実行される。
【００１３】
これに対し、障害物Ａが左右旋回時接触防止領域Ｘまたは後進時接触防止領域Ｙに位置しているが、左右走行操作検出センサ１４、１５または旋回操作検出センサ１６からの検知信号が接触方向と反対側に操作されたものであると判断された場合、接触回避制御モード、超低速制御モード並びにタイマがセットされている場合、これらをリセットする。
【００１４】
一方、処理Ｃ７によって障害物Ａが左右旋回時接触予防領域ｘまたは後進時接触予防領域ｙに位置し、かつ左右走行操作検出センサ１４、１５または旋回操作検出センサ１６が接触方向の操作がなされていると判断され、さらに処理Ｃ８左右走行操作検出センサ１４、１５または旋回操作検出センサ１６の検出値に基づく作動速度が、障害物Ａと機体本体１との距離に基づいて予め設定される設定速度（距離が近づくほど低速になるよう設定されている）よりも速いか否かの判断がなされ、速いと判断された場合、処理Ｃ９で設定速度となるよう対応する電磁減圧弁１２Ｌ、１２Ｒ、２０Ｆ、２０Ｂ、２１Ｆ、２１Ｂに対して開度量調整をする制御指令が出力され、これによって障害物Ａとの距離が近づくにつれて低速になる速度制御が実行され、接触予防がなされることになる。
尚、本実施の形態では、各操作検出センサ１４、１５、１６の検出信号を基に建設機械１の作動方向を判断しているが、該各操作検出センサ１４、１５、１６と、各パイロット圧検出センサとの論理積回路を経て検出された場合のみ、つまり、いずれのセンサでも検知された場合のみ建設機械１の作動方向を判断するよう設定することもできる。この結果、パイロット回路が遮断されている場合に操作具操作をして意図しない制御が行われるといった不具合を防止できる。
【００１５】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、油圧ショベルを用いた作業中において、例えば上部旋回体３の旋回作動時に、障害物Ａが旋回時接触予防領域ｘに位置することが検知され、しかも操作具１６ａの操作量が障害物Ａとの距離に応じて設定された設定速度よりも速いと判断された場合、旋回用操作具１６ａの操作量に拘わらず減速制御がなされることになって、オペレータは障害物Ａに近接していることを認識することができる。しかも障害物Ａが旋回時接触予防領域ｘに位置する範囲では、障害物Ａが機体本体１に近づくほど減速されることになって障害物Ａに対する近接意識が高くなり、旋回作動を慎重に実行することが促される。
【００１６】
そして障害物Ａがさらに近づいて旋回時接触防止領域Ｘに入った場合、旋回用操作具１６ａが旋回操作されていても強制的な停止することになって、障害物Ａとの接触回避がなされる。しかもこの強制的な停止作動が実行されている場合において、操作具１６ａを中立位置に戻した後、再び旋回位置に操作すると、超低速制御モードとなって上部旋回体３は超低速で障害物Ａに近づいていき、設定される停止位置まで近接して停止することになる。この結果、上部旋回体３は障害物Ａに対して至近距離まで近接した位置に旋回して必要な作業を実行できることになる。そしてこのような接触防止制御、接触予防制御は、後進走行においても同様にして実行されることになる。
【００１７】
このように、本発明が実施されたものにおいては、障害物Ａが機体本体１に近接した場合、接触防止制御、接触予防制御が自動的に実行されることになる結果、障害物Ａに接触してしまうことを、オペレータの視界が届かないところでも防止し、予防できることになる。しかも障害物Ａの検出をミリ波レーダで行っているため、高い感度での検出ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】油圧ショベルの平面図である。
【図２】障害物検出領域を示す油圧ショベルの平面図である。
【図３】旋回モータの油圧回路図である。
【図４】制御システムのブロック回路図である。
【図５】制御システムのフローチャート図である。
【図６】障害物までの距離とパイロット圧との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    機体本体
２    下部走行体
３    上部旋回体
７    送受信装置
８    旋回用モータ
１２Ｌ、１２Ｒ  電磁減圧弁
１３    制御部
１４、１５  走行操作検出センサ
１４ａ、１５ａ  走行用操作具
１６    旋回操作検出センサ
１６ａ  旋回用操作具
２０Ｆ、２０Ｒ  左側走行用電磁減圧弁
２１Ｆ、２１Ｒ  右側走行用電磁減圧弁
【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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