(57)【要約】【課題】干渉の危険性がない人物に対して警報が行われることによる作業効率の低下を抑制すると同時に、周囲の人物と可動機械との干渉を未然に防止する。【解決手段】干渉判定部２７１は、位置検出部５によって検出された人物の位置に基づいて、可動機械１と人物との干渉の危険性を判定する。報知制御部２７２は、干渉判定部２７１により干渉の危険性があると判定された場合、検出された人物の位置に警報音が出力されるように、超音波スピーカ６を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動機械と人物との干渉を防止する可動機械の安全装置であって、
前記可動機械の周囲に存在する人物の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部によって検出された人物の位置に基づいて、前記可動機械と前記人物との干渉の危険性を判定する干渉判定部と、
前記可動機械に設けられた超音波スピーカと、
前記干渉判定部により前記干渉の危険性があると判定された場合、前記検出された人物の位置に警報音が出力されるように、前記超音波スピーカの指向性を制御する報知制御部とを備える可動機械の安全装置。
【請求項２】
前記超音波スピーカの向きを物理的に変更するアクチュエータを更に備え、
前記報知制御部は、前記アクチュエータを制御することで、前記検出された人物の方向に前記超音波スピーカの指向性を向ける請求項１記載の可動機械の安全装置。
【請求項３】
前記超音波スピーカは、複数の超音波素子が平面上に配置された超音波アレイで構成され、
前記報知制御部は、前記複数の超音波素子から出力される超音波の位相を制御することで、前記検出された人物の方向に前記超音波スピーカの指向性を向ける請求項１又は２記載の可動機械の安全装置。
【請求項４】
前記可動機械を操作するための操作部を更に備え、
前記干渉判定部は、前記操作部の操作量に基づいて、前記検出された前記人物の位置に向けて前記可動機械が動作することを検出し、且つ、前記人物の位置が前記可動機械に対して所定の距離範囲内にある場合、前記干渉の危険性があると判定する請求項１〜３のいずれかに記載の可動機械の安全装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設機械、自動車、及びロボットなどの可動機械が周囲の人物と干渉することを未然に防止する可動機械の安全装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、建設機械、自動車、及びロボットといった可動機械の分野では、自動運転化のニーズに応えて、周囲の人物との干渉を防止する技術の研究が活発に行われている。例えば、建設機械において、周囲の人物との干渉は、建設機械の死角となる後方に、作業員が侵入しているにも拘わらず、オペレータがそれを知らずに、上部旋回体を旋回させたり、下部走行体を後方に移動させたりすることで発生する。
【０００３】
これを防止するために、図９に示すように、特許文献１では、建設機械（１）の周囲で作業する作業員（６）に赤外線発光器（７）を装着させると共に、建設機械（１）の上部旋回体（２）に赤外線受光器（５）を装着させる。そして、赤外線発光器（７）から出力された赤外線を赤外線受光器（５）が受光することで、建設機械（１）の警告領域に作業員（６）が侵入したことを検出し、作業員（６）に警報を行う技術が開示されている。
【０００４】
また、図１０に示すように、特許文献２では、パワーショベル本体（３）に、近接センサ（５１，５２）と空気吹出しノズル（６１，６２）とを設け、パワーショベル本体（３）が旋回した場合に、近接センサ（５１，５２）の応答に応じて、空気吹き出しノズル（６１，６２）からエアーを吹き出し、そのエアーによって作業員にパワーショベル本体（３）の接近を知らせる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１２９８１号公報
【特許文献２】特開２００１−１７１９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では作業員（６）に赤外線発光器（７）を装着させる必要があるので、作業員への負担が発生するという問題がある。また、特許文献１では、赤外線発光器（７）の電池切れを管理する必要があり、メンテナンスに手間がかかるといった問題もある。
【０００７】
また、建設機械がアイドリング中である場合や掘削作業中である場合、後方走行や、後方に１８０度旋回するといった動作が行われないので、建設機械の後方に作業員がいても、作業員と建設機械とは干渉する可能性が極めて少ない。しかし、特許文献１では、このような場合であっても、赤外線受光器（５）が赤外線発光器（７）から発光される赤外線を受光する都度、警報が行われるので、建設機械の作業効率を著しく低下させるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２は、特許文献１にあるような、作業員の負担は発生せず、また、作業員が装着する装置のメンテナンスは不要である。しかし、エアーの出力が強いと、作業員が吹き飛ばされたり、作業員がバランスを崩したりするといった問題が発生する。逆に、エアーの出力を抑えれば、パワーショベル本体（３）が作業員にかなり接近した状態にならなければ、作業員がエアーを体感できないといった問題が生じる。
【０００９】
さらに、風が強い日であれば、空気吹き出しノズル（６１，６２）から吹き出されたエアーと、通常の風とを、作業員は区別することが困難となり、警告の信頼性が低下するという問題がある。
【００１０】
さらに、図１０に示すように、エアーの吹出し口は、パワーショベル本体（３）の後方部の側面に対して垂直方向を向いているので、吹き出し口が作業員の正面の位置になるまでパワーショベル本体（３）が旋回しなければ、吹き出しノズル（６１，６２）はエアーを作業員に当てることができない。そのため、吹き出しノズル（６１，６２）は、干渉直前になってはじめて作業員にエアーを当てることができ、干渉の危険性が高いという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、干渉の危険性がない人物に対して警報が行われることによる作業効率の低下を抑制すると同時に、周囲の人物と可動機械との干渉を未然に防止することができる可動機械の安全装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様に係る可動機械の安全装置は、可動機械と人物との干渉を防止する可動機械の安全装置であって、
前記可動機械の周囲に存在する人物の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部によって検出された人物の位置に基づいて、前記可動機械と前記人物との干渉の危険性を判定する干渉判定部と、
前記可動機械に設けられた超音波スピーカと、
前記干渉判定部により前記干渉の危険性があると判定された場合、前記検出された人物の位置に警報音が出力されるように、前記超音波スピーカの指向性を制御する報知制御部とを備える。
【００１３】
本態様によれば、超音波スピーカを用いて警報音が出力されているので、指向性の強い音波を発生させることができ、干渉の危険性が高い人物にのみ警報を発報することができる。その結果、干渉の危険性が低い人物に警報が行われる煩わしさや、この人物に対して警報が行われることによる作業効率の低下を防ぐことができる。一方、干渉の危険性が高い人物には警報が発報されるので、該当する人物に干渉の危険性を確実に認識させ、可動機械と該当する人物との干渉を未然に防止することができる。また、特許文献２に示すようなエアーを用いて警報を行う技術と比較して、警報対象となる人物が、エアーによってバランスを崩したり吹き飛ばされたりといった危険性もない。
【００１４】
上記態様において、前記超音波スピーカの向きを物理的に変更するアクチュエータを更に備え、
前記報知制御部は、前記アクチュエータを制御することで、前記検出された人物の方向に前記超音波スピーカの指向性を向けてもよい。
【００１５】
本態様によれば、超音波スピーカの向きを物理的に変更するアクチュエータが設けられているので、可動機械に多くの超音波スピーカを配置しなくても、所望の向きに警報音を出力することができ、機器構成を簡易にすることできる。
【００１６】
上記態様において、前記超音波スピーカは、複数の超音波素子が平面上に配置された超音波アレイで構成され、
前記報知制御部は、前記複数の超音波素子から出力される超音波の位相を制御することで、前記検出された人物の方向に前記超音波スピーカの指向性を向けてもよい。
【００１７】
本態様によれば、超音波素子から出力される超音波の位相を制御することで、警告音の指向性が調整されているので、可動機械に多くの超音波スピーカを配置しなくても、所望の向きに警報音を出力することができ、機器構成を簡易にすることできる。
【００１８】
上記態様において、前記可動機械を操作するための操作部を更に備え、
前記干渉判定部は、前記操作部の操作量に基づいて、前記検出された前記人物の位置に向けて前記可動機械が動作することを検出し、且つ、前記人物の位置が前記可動機械に対して所定の距離範囲内にある場合、前記干渉の危険性があると判定してもよい。
【００１９】
本態様によれば、検出された人物の位置に向けて可動機械が動作することを検出し、且つ人物が可動機械に対して所定の距離範囲内にある場合に干渉の危険性があると判定され、当該人物に警報が行われる。そのため、可動機械に対して人物が近接している場合であっても、可動機械が当該人物に対して離れる方向に動作していれば、当該人物に警報が行われることを防止できる。その結果、干渉の危険性が低い人物に警報が行われることによる、作業効率の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、干渉の危険性が高い人物にのみ警報を発報することができるので、干渉の危険性が低い人物に警報が行われることによる作業効率の低下を抑制すると同時に、干渉を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る安全装置が適用された可動機械の一例を示す図である。
【図２】図１に示す可動機械の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る可動機械の安全装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】位置検出部が人物を検出する様子を示した図である。
【図５】手法１を用いた場合の可動機械の一例を示す図である。
【図６】手法１を採用した場合の可動機械の構成を示すブロック図である。
【図７】手法２における位相制御の説明図である。
【図８】人物と可動機械との干渉の危険性を判定する処理を説明する図である。
【図９】従来技術を示す図である。
【図１０】従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［基本構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る安全装置が適用された可動機械１の一例を示す図である。ここでは、可動機械１としては建設機械を採用するが、これは一例である。建設機械の他にも、ヒューマン型ロボット、及び溶接ロボットというように、人物と干渉する危険性のある可動部を有する機械、或いは、自動車といった移動する機械が可動機械１として採用されてもよい。なお、図１の例では、建設機械として、油圧ショベルが採用されているが、これは一例であり、油圧クレーンが採用されてもよい。
【００２３】
図１に示す可動機械１は、クローラ式の下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられた作業装置４とを備えている。なお、本明細書において、下部走行体２の前進方向を前方、下部走行体２の後進方向を後方、前方及び後方を総称した方向を前後方向と呼ぶ。また、下部走行体２を後方から前方に見たときの左側の方向を左方、下部走行体２を後方から前方に見たときの右側の方向を右方、左方及び右方を総称して左右方向と呼ぶ。また、可動機械１の上側の方向を上方、可動機械１の下側の方向を下方、上方及び下方を総称して上下方向と呼ぶ。なお、図１では、上方から下方に見たときの可動機械１が示されている。
【００２４】
作業装置４は、上部旋回体３に対して起伏可能に取り付けられたブーム４１と、ブーム４１の先端部に対して揺動可能に取り付けられたアーム４２と、アーム４２の先端部に対して揺動可能に取り付けられたアタッチメント４３とを備える。ブーム４１、アーム４２、及びアタッチメント４３は、それぞれに対応する油圧シリンダ（図略）によって、起伏或いは揺動される。
【００２５】
上部旋回体３は、大局的には、旋回角度が０度の場合において、前方に設けられた前側面３Ｆと、右方に設けられた右側面３Ｒと、後方に設けられた後側面３Ｂと、左方に設けられた左側面３Ｌとの４つの側面で取り囲まれた、直方体の形状を持つ。
【００２６】
可動機械１を上方から下方に見て、上部旋回体３の４つの頂点には、１つずつ位置検出部５が設けられている。すなわち、上部旋回体３は、４つの位置検出部５を備えている。位置検出部５は、例えば、赤外線を照射することで可動機械１の周囲の人物を検出する赤外線センサで構成されている。なお、図１に示す位置検出部５の配置は一例にすぎず、例えば、５つ以上の位置検出部５が配置されてもよいし、３つ以下の位置検出部５が配置されてもよい。また、オペレータの死角にある人物を検出するという観点から、前側面３Ｆの位置検出部５は省かれても良い。
【００２７】
可動機械１を上方から下方に見て、前側面３Ｆ、右側面３Ｒ、後側面３Ｂ、及び左側面３Ｌのほぼ中央の位置には、１つずつ超音波スピーカ６が設けられている。すなわち、上部旋回体３は、４つの超音波スピーカ６を備えている。なお、図１に示す超音波スピーカ６の配置は一例にすぎず、例えば、５つ以上の超音波スピーカ６が配置されてもよいし、３つ以下の超音波スピーカ６が配置されてもよい。また、オペレータの死角にいる人物に警報を行えば足りるという観点から、前側面３Ｆの超音波スピーカ６は省かれても良い。
【００２８】
超音波スピーカ６は、トランデューサで構成された超音波素子６１が平面上にアレイ状に配列された超音波アレイで構成されている。
【００２９】
図２は、図１に示す可動機械１の構成を示すブロック図である。可動機械１は、図１に示す位置検出部５及び超音波スピーカ６の他、エンジン２１、油圧ポンプ２２、走行モータ２３、走行制御弁２４、旋回モータ２５、旋回制御弁２６、コントローラ２７、及び操作部２８を備えている。なお、図２において、作動油の流れは太線で示し、制御信号の流れは細線で示している。また、図１において、エンジン２１及び油圧ポンプ２２以外の構成要素が本発明の実施の形態に係る可動機械１の安全装置の構成要素となる。
【００３０】
エンジン２１は、例えばディーゼル式のエンジンで構成されている。油圧ポンプ２２は、エンジン２１の駆動軸２１Ｘと接続され、エンジン２１の動力によって駆動し、作動油を吐出する。
【００３１】
走行モータ２３は、油圧ポンプ２２から供給される作動油によって作動する油圧モータで構成され、下部走行体２を走行させる。ここで、走行モータ２３は、走行制御弁２４の制御の下、下部走行体２の前進と後進とを切り替えたり、走行速度を調整したり、走行動作を自動的に停止させたりする。
【００３２】
走行制御弁２４は、油圧ポンプ２２及び走行モータ２３を繋ぐ油圧経路上に設けられた電磁制御弁で構成され、コントローラ２７の制御の下、油圧ポンプ２２から走行モータ２３への作動油の供給量を調整することで、走行モータ２３の走行動作を制御する。
【００３３】
旋回モータ２５は、油圧ポンプ２２から供給される作動油によって作動する油圧モータで構成され、上部旋回体３を旋回させる。ここで、旋回モータ２５は、旋回制御弁２６の制御の下、上部旋回体３の左旋回と右旋回とを切り替えたり、旋回速度を調整したり、旋回動作を自動的に停止させたりする。
【００３４】
旋回制御弁２６は、油圧ポンプ２２及び旋回モータ２５を繋ぐ油圧経路上に設けられた電磁制御弁で構成され、コントローラ２７の制御の下、油圧ポンプ２２から旋回モータ２５への作動油の供給量を調整することで、旋回モータ２５の旋回動作を制御する。
【００３５】
コントローラ２７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えるマイクロコンピュータで構成され、可動機械１の全体の制御を司る。本実施の形態では、コントローラ２７は、干渉判定部２７１、報知制御部２７２、及び干渉防止部２７３を備える。干渉判定部２７１〜干渉防止部２７３は、例えば、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現されてもよいし、専用のハードウェア回路で構成されてもよい。
【００３６】
干渉判定部２７１は、位置検出部５によって検出された人物の位置に基づいて、可動機械１と人物との干渉の危険性を判定する。ここで、干渉判定部２７１は、操作部２８の操作量に基づいて、位置検出部５によって検出された人物の位置に向けて可動機械１が動作することを検出した場合、干渉の危険性があると判定すればよい。この場合、干渉判定部２７１は、操作部２８の操作量から可動機械１の動作方向を決定し、決定した動作方向に応じて、警報領域ＤＸを設定し（図８参照）、設定した警報領域ＤＸ内に人物が存在していれば、干渉の危険性があると判定すればよい。
【００３７】
報知制御部２７２は、干渉判定部２７１により干渉の危険性があると判定された場合、検出された人物の位置に警報音が出力されるように、超音波スピーカ６の指向性を制御する。警報音としては、例えば、ブザー音が採用されてもよいし、人物に干渉の危険が高いことを報知するための音声メッセージが採用されてもよい。
【００３８】
干渉防止部２７３は、干渉判定部２７１により、干渉の危険性があると判定された場合であって、人物が自動運転領域ＤＸ１（図８参照）内に存在すると判定された場合、人物と可動機械１との干渉を回避するために、可動機械１を自動運転させる。具体的には、干渉防止部２７３は、走行制御弁２４に停止信号を出力し、走行制御弁２４に走行モータ２３への作動油の供給を遮断させ、走行モータ２３を自動停止させる。或いは、干渉防止部２７３は、旋回制御弁２６に停止信号を出力し、旋回制御弁２６に旋回モータ２５への作動油の供給を遮断させ、旋回モータ２５を自動停止させる。
【００３９】
また、干渉防止部２７３は、走行操作レバー２８１の操作量に応じた走行速度及び走行方向で、走行モータ２３が作動するように、走行制御弁２４を制御する。また、干渉防止部２７３は、旋回操作レバー２８２の操作量に応じた旋回速度及び旋回方向で、旋回モータ２５が作動するように、旋回制御弁２６を制御する。
【００４０】
位置検出部５は、例えば、赤外線を照射してから反射光を受光するまでの時間を計測することで、可動機械１の周囲の距離画像データを取得するレーザレンジファインダと、レーザレンジファインダで取得された距離画像データから人物を抽出し、抽出した人物を追跡する処理を行うことで人物認識を行うプロセッサとを備える人物検出センサで構成されている。ここで、プロセッサは、例えば、距離画像データをクラスタリングし、クラスタリングした画素群の形状が所定の条件を満たす場合、その画素群を人物と判定すればよい。以後、プロセッサは、レーザレンジファインダにより逐次取得される距離画像データから人物を示す画素群を追跡し、その画素群の距離データを逐次コントローラ２７に出力する。これにより、コントローラ２７は、可動機械１の周囲に位置する人物の距離データを取得できる。
【００４１】
ここでは、位置検出部５としてレーザレンジファインダを用いた人物検出センサを採用したが、これは一例であり、自動車などで広く採用されているアラウンドビューモニタを用いて人物を検出する人物検出センサが採用されてもよい。これら既存技術により可動機械１の周囲の人物の位置を認識できる。
【００４２】
超音波スピーカ６は、例えば、超音波を使うことで出力する可聴音に鋭い指向性を持たせることができるパラメトリックスピーカで構成される。
【００４３】
パラメトリックスピーカとしては、２つの方式が知られている。一つ目の方式は、２つの超音波の周波数のずれを用いる方式であり、一定の周波数を持つ超音波とＡＭ変調した超音波とを送信し、超音波の交差する空間に可聴音を再現する方式である。もう一つの方式は、可聴音をＡＭ変調した超音波を、平面に複数個並べられたトランデューサから送信する方式である。本実施の形態では、超音波スピーカ６はいずれの方式が採用されてもよい。
【００４４】
これにより、特定の狭い範囲にいる人に選択的に可聴音を出力することができる。よって、可聴音として警報音を採用することで、干渉の危険に曝されている人物に対して選択的に警報音を出力することができる。その結果、関係のない人物へ警報音が出力される煩わしさや、その人物に警報音が出力されることによる作業効率の低下を防ぐことができる。
【００４５】
操作部２８は、下部走行体２を走行させるためのオペレータからの操作が入力される走行操作レバー２８１と、上部旋回体３を旋回するためのオペレータからの操作が入力される旋回操作レバー２８２とを備える。
【００４６】
走行操作レバー２８１は、例えば、前後方向に傾倒可能に構成され、下部走行体２を前進させる場合、例えば、前方に傾倒され、下部走行体２を後進させる場合、後方に傾倒される。
【００４７】
旋回操作レバー２８２は、例えば、左右方向に傾倒可能に構成され、上部旋回体３を右方向に旋回させる場合、例えば、右方向に傾倒され、上部旋回体３を左方向に旋回させる場合、左方向に傾倒される。
【００４８】
なお、両操作レバーとも、傾倒量が０の場合を含む一定の角度範囲が中立範囲に設定されている。また、両操作レバーとも、例えば、ポテンショメータを含み、傾倒角度が増大するにつれて値が増大する操作量をコントローラ２７に出力する。具体的には、走行操作レバー２８１は、前方に傾倒された場合、傾倒角度が増大するにつれて、値がプラスの方向に増大する操作量をコントローラ２７に出力し、後方に傾倒された場合、傾倒角度が増大するにつれて、値がマイナスの方向に増大する操作量をコントローラ２７に出力する。
【００４９】
旋回操作レバー２８２は、右方に傾倒された場合、傾倒角度が増大するにつれて、値がプラスの方向に増大する操作量をコントローラ２７に出力し、左方に傾倒された場合、傾倒角度が増大するにつれて、値がマイナスの方向に増大する操作量をコントローラ２７に出力する。
【００５０】
［フローチャート］
図３は、本発明の実施の形態に係る可動機械１の安全装置の処理を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、可動機械１がエンジン２１を駆動し、動作準備ができて時点で開始される。
【００５１】
Ｓ１では、位置検出部５は、可動機械１の周囲に存在する人物を検出する処理を実行する。
【００５２】
図４は、位置検出部５が人物ＰＡ，ＰＢを検出する様子を示した図である。図５に示すように、上面視において上部旋回体３の４隅に位置検出部５が配置されている。位置検出部５は、上述したように、赤外線のレーザレンジファインダが採用されている。上面視において、１つの位置検出部５の画角は例えば２７０度程度である。したがって、位置検出部５を上部旋回体３の４隅に配置することで、人物が検出可能な検出可能範囲Ｄ４１は、可動機械１の全方位（３６０度の範囲）に設定できる。
【００５３】
図５の例では、検出可能範囲Ｄ４１は、上面視において、可動機械１の中心から一定の半径を持つほぼ円形の領域に設定されている。そして、図５の例では、検出可能範囲Ｄ４１に人物ＰＡ，ＰＢの２人の人物が存在しているので、位置検出部５は、人物ＰＡ，ＰＢのそれぞれを示す画素群の距離データを検出する。
【００５４】
ここで、位置検出部５が検出する距離データについて少し補足する。位置検出部５は、それぞれ、個別にローカル座標空間を備えており、まず、ローカル座標空間において、人物の距離データを検出する。そして、位置検出部５は、ローカル座標空間を可動機械１の座標空間に変換するための演算を、検出した距離データに施し、コントローラ２７に出力すればよい。なお、可動機械１の座標空間は、例えば、可動機械１の所定の位置（例えば、上部旋回体３の回転軸上の位置）を原点とし、前後方向、左右方向、及び上下方向の３つの座標成分によって各位置の座標を表す３次元の座標空間である。したがって、位置検出部５が出力する距離データは、これら３つの座標成分によって表される。但し、これは一例であり、可動機械１の座標空間は、極座標空間で表されても良い。
【００５５】
Ｓ２では、干渉判定部２７１は、操作部２８が操作されているか否かを判定する。ここでは、干渉判定部２７１は、走行操作レバー２８１或いは旋回操作レバー２８２の操作量の絶対値が中立範囲以上の値を示す場合に、操作部２８が操作されていると判定する。Ｓ２で操作部２８が操作されていると判定された場合（Ｓ２でＹＥＳ）、処理はＳ３に進められ、Ｓ２で操作部２８が操作されていないと判定された場合（Ｓ２でＮＯ）、処理はＳ１に戻される。
【００５６】
Ｓ３では、干渉判定部２７１は、Ｓ１で検出された人物と可動機械１との干渉の危険性を判定する。図８は、人物と可動機械１との干渉の危険性を判定する処理を説明する図である。
【００５７】
ここで、干渉判定部２７１は、例えば、下部走行体２を後進させる操作が入力された場合、下部走行体２の後方に警報領域ＤＢを設定し、人物が警報領域ＤＢ内に位置していれば、Ｓ３でＹＥＳと判定する。また、干渉判定部２７１は、例えば、下部走行体２を前進させる操作が入力された場合、下部走行体２の前方に警報領域ＤＦを設定し、人物が警報領域ＤＦ内に位置していれば、Ｓ３でＹＥＳと判定する。
【００５８】
また、干渉判定部２７１は、例えば、上部旋回体３を右旋回させる操作が入力された場合、上部旋回体３の右側に警報領域ＤＲを設定し、人物が警報領域ＤＲ内に位置していれば、Ｓ３でＹＥＳと判定する。また、干渉判定部２７１は、例えば、上部旋回体３を左旋回させる操作が入力された場合、上部旋回体３の左方に警報領域ＤＬを設定し、人物が警報領域ＤＬ内に位置していれば、Ｓ３でＹＥＳと判定する。
【００５９】
このように、干渉判定部２７１は、可動機械１の動作方向に応じて干渉の可能性が高い領域に警報領域ＤＸを設定し、その警報領域ＤＸに人物が位置する場合に限って、干渉の危険性があると判定する。これにより、可動機械１の動作方向が人物に向かっている場合に限って干渉の危険性があると判定されることになる。その結果、可動機械１の近傍に人物が位置するものの、可動機械１の動作方向が人物から離れている場合には、干渉の危険性がないと判定されるので、警報の頻発による作業効率の低下を抑制できる。
【００６０】
ここで、警報領域ＤＦは、上面視において、左右方向の幅が下部走行体２の左右方向の幅程度の長さを持つ四角形状の領域である。警報領域ＤＦ内において、下部走行体２側には四角形状の自動運転領域ＤＦ１が設けられている。
【００６１】
警報領域ＤＢは、上面視において、左右方向の幅が下部走行体２の左右方向の幅程度の長さを持つ四角形状の領域である。なお、警報領域ＤＦ，ＤＢの前後方向の幅は、例えば、人物と上部旋回体３とが干渉する可能性がある長さに設定されている。警報領域ＤＢ内において、下部走行体２側には四角形状の自動運転領域ＤＢ１が設けられている。
【００６２】
警報領域ＤＲは、上面視において、作業装置４の先端を起点として、作業装置４の右側に設けられた扇状の領域である。警報領域ＤＲの円弧は、例えば、上部旋回体３が右旋回したときの作業装置４の先端が描く軌跡によって規定される。警報領域ＤＲ内において、作業装置４側には扇状の自動運転領域ＤＲ１が設けられている。
【００６３】
警報領域ＤＬは、上面視において、作業装置４の先端を起点として、作業装置４の左側に設けられた扇状の領域である。警報領域ＤＬの円弧は、例えば、上部旋回体３が左旋回したときの作業装置４の先端が描く軌跡によって規定される。警報領域ＤＬ内において、作業装置４側には扇状の自動運転領域ＤＬ１が設けられている。
【００６４】
図８の例では、警報領域ＤＲ，ＤＬの中心角は、それぞれ、９０度程度に設定されているが、これは一例であり、人物と作業装置４とが干渉する可能性がある角度であれば、どのような角度が採用されてもよい。以下、警報領域ＤＦ，ＤＢ，ＤＲ，ＤＬを区別しない場合、警報領域ＤＸと記述する。また、自動運転領域ＤＦ１，ＤＢ１，ＤＲ１，ＤＬ１を区別しない場合、自動運転領域ＤＸ１と記述する。
【００６５】
以後、Ｓ３で干渉の危険性があると判定された人物を警報対象となる「対象人物」と記述する。図８の例では、人物ＰＡは、検出可能範囲Ｄ４１内に存在するため、位置検出部５により検出されるが、警報領域ＤＸ内に位置しないため、対象人物とはならない。
【００６６】
また、人物ＰＢは、警報領域ＤＢ内に位置するので、走行操作レバー２８１により後進する操作が入力されていれば、対象人物となる。一方、走行操作レバー２８１により後進する操作が入力されていなければ、可動機械１の動作方向が人物ＰＢの位置に向いていないので、人物ＰＢは対象人物とはならない。
【００６７】
図８の例では警報領域ＤＸの上下方向の範囲が示されていないが、左右方向及び前後方向の座標成分のみ用いて、人物が警報領域ＤＸ内に存在するか否かを判定する場合は、警報領域ＤＸは上下方向の範囲が規定されていなくてもよい。一方、上下方向の座標成分も用いて、人物が警報領域ＤＸ内に存在するか否かを判定する場合は、警報領域ＤＸの上下方向の範囲は、例えば、地面から人物の高さより多少大きな高さ（２ｍ、２．５ｍなど）までの範囲を採用すればよい。
【００６８】
Ｓ４では、報知制御部２７２は、対象人物の位置に警報音が出力されるように超音波スピーカ６の指向性を制御する。この制御の詳細については、後述する。
【００６９】
Ｓ５では、干渉判定部２７１は、対象人物が自動運転領域ＤＸ１内に位置するか否かを判定する。図８の例では、人物ＰＢは、警報領域ＤＢ内に位置しているが、自動運転領域ＤＢ１内に位置していないので、Ｓ５ででＮＯと判定され、処理がＳ１に戻される。一方、対象人物が自動運転領域ＤＸ１内に位置していれば、Ｓ５でＹＥＳと判定され、処理はＳ６に進められる。
【００７０】
Ｓ６では、干渉防止部２７３は、対象人物が自動運転領域ＤＸ１に位置しており、干渉の危険性が高いので、操作部２８の操作に拘わらず、可動機械１の動作を自動停止させる。
【００７１】
ここで、干渉防止部２７３は、自動運転領域ＤＦ１，ＤＢ１のいずれかに対象人物が位置していれば、走行制御弁２４に停止信号を出力し、走行モータ２３を自動停止させる。また、干渉防止部２７３は、自動運転領域ＤＲ１，ＤＬ１のいずれかに対象人物が位置していれば、旋回制御弁２６に停止信号を出力し、旋回モータ２５を自動停止させる。Ｓ６の処理が終了すると、処理はＳ１に戻され、引き続き、Ｓ１以降の処理が繰り返される。図４に示す処理はエンジン２１が動作可能な状態にある限り継続される。
【００７２】
なお、図８の例では、警報領域ＤＦが設けられてるが、オペレータは可動機械１の前方にいる人物に気づく可能性が高いので、警報領域ＤＦは省かれても良い。
【００７３】
［超音波スピーカ６の制御］
本実施の形態では、超音波スピーカ６の制御として下記の２つの手法を採用する。
【００７４】
［手法１］
手法１は、アクチュエータ７を用いて超音波スピーカ６の向きを変更するものである。図５は、手法１を用いた場合の可動機械１の一例を示す図である。図５において、図１との相違点は、上部旋回体３に超音波スピーカ６の向きを変更するためのアクチュエータ７が更に設けられている点にある。なお、図５の例では、人物ＰＢが対象人物であるとする。
【００７５】
図３に示すように、超音波スピーカ６は、複数の超音波素子６１がアレイ状に配置されている。これにより、可聴音をＡＭ変調した超音波を各超音波素子６１から出力することで、超音波素子６１が配置された平面に直交する方向への指向性が高められている。
【００７６】
図５の例では、後側面３Ｂに取り付けられた超音波スピーカ６が示されている。ここでは、超音波スピーカ６は、超音波素子６１（図１参照）が配置された平面であるスピーカ面６２に直交する方向が指向性方向Ｄ５１に設定されている。このことは、前側面３Ｆ、右側面３Ｒ、左側面３Ｌに取り付けられた超音波スピーカ６も同じである。
【００７７】
ここでは、説明を簡単にするために、アクチュエータ７は、例えば、水平面上で指向性方向Ｄ５１が変更可能な、１軸のアクチュエータで構成されているものとする。水平面とは、左右方向と前後方向との２軸で表される平面のことを指す。また、超音波スピーカ６は、上部旋回体３の前側面３Ｆ、後側面３Ｂ、右側面３Ｒ、左側面３Ｌにおいて、作業員である人物ＰＡ、ＰＢの背丈程度（例えば１６０〜１８０ｃｍ）の高さに設置されているものとする。
【００７８】
したがって、報知制御部２７２は、上面視における人物ＰＢの位置に指向性方向Ｄ５１が向くようにアクチュエータ７を制御することで、警報音を人物ＰＢに向けて出力できる。なお、上面視における人物ＰＢの位置とは、人物ＰＢの距離データを構成する３つの座標成分のうち左右方向及び前後方向の座標成分を示す。また、人物ＰＢの位置としては、位置検出部５が出力する人物ＰＢの代表点を採用すればよい。代表点としては、例えば、人物ＰＢ全体の中心点が採用されてもよいし、人物ＰＢの胴体の中心点が採用されてもよいし、人物ＰＢの顔の中心点が採用されてもよい。
【００７９】
なお、アクチュエータ７は、水平面上に加えて、水平面と直交する鉛直面上にも指向性方向Ｄ５１が変更可能な２軸のアクチュエータで構成されてもよい。この場合、報知制御部２７２は、人物ＰＢの代表点において、水平方向及び前後方向の２つの座標成分に上下方向の座標成分を加えた３つの座標成分を考慮して、人物ＰＢの代表点に指向性方向Ｄ５１が向くようにアクチュエータ７を制御すればよい。
【００８０】
なお、図５の例では、後側面３Ｂに設置された超音波スピーカ６が人物ＰＢに最も近いので、この超音波スピーカ６のみから警報音が出力され、且つ、この超音波スピーカ６が指向性方向Ｄ５１の変更対象とされていた。これは、一例であり、警報音の出力対象となり、且つ、指向性方向Ｄ５１の変更対象となる超音波スピーカ６は、４つの超音波スピーカ６のうち、対象人物の最も近く位置する超音波スピーカ６とされればよい。
【００８１】
例えば、図５において、人物ＰＡが対象人物であれば、人物ＰＡに最も近くに位置する左側面３Ｌに設置された超音波スピーカ６が警報音の出力対象、且つ、指向性方向Ｄ５１の変更対象とされればよい。このことは、後述の手法２も同様である。
【００８２】
また、可動機械１の周囲に複数の対象人物が検出されることもある。この場合、各対象人物に最も近い超音波スピーカ６が、警報音の出力対象、且つ、指向性方向Ｄ５１の変更対象とされればよい。このことは、後述の手法２も同様である。
【００８３】
また、複数の対象人物のそれぞれに対して最も近い超音波スピーカ６が１つの場合もある。この場合、報知制御部２７２は、複数の対象人物のうち、危険性の高い１人の対象人物に向けて警報音が出力されるようにアクチュエータ７を制御すればよい。危険性の高い１人の対象人物としては、例えば、可動機械１に最も近い人物が採用されればよい。また、可動機械１の前後左右に対象人物が存在する場合、報知制御部２７２は、全ての超音波スピーカ６から警報音を出力させてもよい。この場合、報知制御部２７２は、指向性方向Ｄ５１を走査することで、警報音を全方位に出力させてもよい。このことは、後述の手法２も同様に適用可能である。
【００８４】
図６は、手法１を採用した場合の可動機械１の構成を示すブロック図である。図６において、図２との相違点は、新たにアクチュエータ７が設けられている点にある。アクチュエータ７としては、例えば、油圧モータが採用されてもよいし、電動モータが採用されてもよい。本実施の形態では、４つの超音波スピーカ６が設けられているので、それぞれに対応する４つのアクチュエータ７が設けられている。
【００８５】
手法１において、報知制御部２７２は、警報音を示す可聴音の信号を超音波でＡＭ変調した信号を超音波スピーカ６から出力させると同時に、指向性方向Ｄ５１が対象人物の方向に向くようにアクチュエータ７を制御すればよい。
【００８６】
手法１によれば、アクチュエータ７が用いられているので、例えば、上部旋回体３の側面の全域に亘って超音波スピーカ６を配置することなく、対象人物の方向に警報音を出力でき、構成を簡易化できる。
【００８７】
［手法２］
手法２は、複数の超音波素子６１から出力される超音波の位相を制御することで、対象人物の方向に警報音を出力させる手法である。なお、手法２においては、アクチュエータ７が用いられないので、ブロック構成は、図２と同じになる。
【００８８】
図７は、手法２における位相制御の説明図である。なお、図７においては、上面視からの超音波素子６１が示されている。図１に示すように、超音波スピーカ６は、複数の超音波素子６１がアレイ状に配置された超音波アレイで構成されている。そのため、各超音波素子６１から出力される超音波の位相を制御することで、超音波スピーカ６の指向性方向Ｄ５１を所望の方向に向けることができる。
【００８９】
図７において、左図は各超音波素子６１から同位相で超音波が出力されている。この場合、スピーカ面６２に対して９０度の方向Ａ１の超音波成分Ｗ１〜Ｗ３の位相が揃うので、この方向Ａ１における超音波成分Ｗ１〜Ｗ３が強め合う。その結果、超音波スピーカ６からは方向Ａ１に最大の強度を持つ超音波が出力され、指向性方向Ｄ５１は方向Ａ１を向く。なお、図７の例では、上面視からの超音波素子６１が示されているので、指向性方向Ｄ５１は水平面と平行になる。
【００９０】
一方、図７の右図では、方向Ａ１に対して角度θｘだけ傾斜した方向Ａ２において、超音波成分Ｗ１〜Ｗ３の位相が揃うように、１列目の超音波素子６１に対して、２列目の超音波素子６１と３列目の超音波素子６１とは位相がずらされている。これにより、方向Ａ２の超音波成分Ｗ１〜Ｗ３が強め合い、超音波スピーカ６からは方向Ａ２に最大の強度をもつ超音波が出力され、指向性方向Ｄ５１は方向Ａ２を向く。なお、図７の例では、上面視からの超音波素子６１が示されているので、指向性方向Ｄ５１は水平面と平行になる。
【００９１】
ここで、１列目の超音波素子６１に対して上からｎ（ｎは２以上の整数）列目の超音波素子６１の位相のずれをα（ｎ）（ｒａｄ）とおくと、α（ｎ）は式（１）で表される。
【００９２】
α（ｎ）＝２π（ｎ−１）・ｄ・ｓｉｎθｘ／λ    （１）
但し、ｄは超音波素子６１間の距離をメートル単位で表し、λは超音波素子６１から放射される超音波の波長をメートル単位で表したものである。
【００９３】
そこで、手法２では、報知制御部２７２は、式（１）に基づいて各超音波素子６１の位相のずれを制御することで、超音波スピーカ６全体での超音波の指向性方向Ｄ５１を調整する。
【００９４】
図７では、指向性方向Ｄ５１を水平面上で変更させる例を示したが、鉛直面上で変更せることも可能である。この場合の位相制御は、図７において、超音波素子６１が上下方向に配列されていると考えれば容易に推測できる。
【００９５】
具体的には、式（１）の水平面上での方向を示す角度θｘを、鉛直面上での方向を示す角度θｙに置き換える。そして、報知制御部２７２は、１行目の超音波素子６１の位相に対して２行目以降の各行の超音波素子６１の位相のずれを以下のように設定する。
【００９６】
すなわち、報知制御部２７２は、２行目の超音波素子６１について、位相のずれα（２）を、α（２）＝２π・１・ｄ・ｓｉｎθｙ／λと設定し、３行目の超音波素子６１について、位相のずれα（３）を、α（３）＝２π・２・ｄ・ｓｉｎθｙ／λと設定し、・・・、ｎ列目の超音波素子６１について、位相のずれα（ｎ）をα（ｎ）＝２π（ｎ−１）・ｄ・ｓｉｎθｙ／λと設定する。これにより、指向性方向Ｄ５１を鉛直面上の所望の方向に向けることができる。
【００９７】
これを踏まえて、指向性方向Ｄ５１は、水平面上の方向（角度θｘ）と鉛直面上の方向（角度θｙ）とをベクトル加算した方向に向けることが可能である。
【００９８】
この場合、報知制御部２７２は、まず、１行ｊ列目の超音波素子６１について、１行１列目の超音波素子６１に対する位相のずれα（ｊ）を、α（ｊ）＝２π（ｊ−１）・ｄ・ｓｉｎθｘ／λに設定する。そして、報知制御部２７２は、ｉ行ｊ列目の超音波素子６１について、１行ｊ列目の超音波素子６１に対する位相のずれα（ｉ）を、α（ｉ）＝２π（ｉ−１）・ｄ・ｓｉｎθｙ／λに設定する。
【００９９】
これにより、角度θｘと角度θｙとをベクトル加算した方向に指向性方向Ｄ５１を向けることができる。
【０１００】
手法２の技術を用いれば、位相を制御することで対象人物の方向に警報音を出力できるので、可動機械１の周囲全面に超音波スピーカ６を配置する必要がなく、安全装置の構成を簡易化できる。また、超音波スピーカ６の姿勢を物理的に変更する必要もないので、装置の信頼性を向上させることができる。
【０１０１】
このように、本実施の形態によれば、超音波スピーカ６を用いて警報音が出力されているので、指向性の強い音波を発生させることができ、干渉の危険性が高い人物にのみ警報を発報することができる。その結果、干渉の危険性が低い人物に警報が行われる煩わしさや、その人物に警報が行われることによる作業効率の低下を防ぐことができる。一方、干渉の危険性が高い人物には警報が発報されるので、該当する人物に干渉の危険性を確実に認識させ、可動機械１と該当する人物との干渉を未然に防止することができる。
【０１０２】
なお、本実施の形態に係る安全装置を自動車に適用する場合は、例えば、自動車が前進する場合、自動車の前方に警報領域ＤＦを設定し、自動車が後進する場合、自動車の後方に警報領域ＤＢを設定すればよい。また、自動車が左折、又は右折する場合は、ステアリングの操作量から自動車の軌道を予測し、予測した軌道に沿うような形状を持つ警報領域を自動車の進行方向に設定すればよい。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｄ４１  検出可能範囲
Ｄ５１  指向性方向
ＤＸ，ＤＦ，ＤＢ，ＤＲ，ＤＬ  警報領域
ＤＸ１，ＤＦ１，ＤＢ１，ＤＲ１，ＤＬ１  自動運転領域
ＰＡ，ＰＢ  人物
１  可動機械
２  下部走行体
３  上部旋回体
４  作業装置
５  位置検出部
６  超音波スピーカ
７  アクチュエータ
２３  走行モータ
２４  走行制御弁
２５  旋回モータ
２６  旋回制御弁
２７  コントローラ
６１  超音波素子
２７１  干渉判定部
２７２  報知制御部
２７３  干渉防止部
２８  操作部
２８１  走行操作レバー
２８２  旋回操作レバー
【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】
2017145564.tif 000009
【図８】
2017145564.tif 000010
【図９】
2017145564.tif 000011
【図１０】
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