JPH05247974A

JPH05247974A - 作業機械の警報システム

Info

Publication number: JPH05247974A
Application number: JP4082780A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Tanaka; 康雄田中; Kozo Ono; 耕三小野; Hiroshi Watanabe; 洋渡辺
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-03-04
Filing date: 1992-03-04
Publication date: 1993-09-24
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JP2903349B2

Abstract

(57)【要約】【目的】接近対象物に対して作業機械の動作状態（静
止状態を含めて）に応じてダイナミックに対象を識別し
て安全管理をすることが可能であり、ポテンシャルゾー
ンの設定が容易でゾーンと検出対象物との関係について
の判定を高速に行うことができる作業機械の警報システ
ムを提供することを目的とする。【構成】対象物を識別して検出するために、作業機械
側を主局とし、主局側が送信してから受信するまでの時
間で距離を管理するとともに、それぞれの従局固有の信
号が割り当てられた送信子からの信号を従局側から受け
るようにしているので、時間計測により同時に複数の対
象物からの距離が計測でき、複数の従局側送受信装置が
あってもそれぞれ個別に警報対象を認識することができ
る。さらに、同じ仮想危険度ポテンシャルゾーンを設定
して、作業員と設備などの異なる検出対象に対して重み
付け手段により危険度に重み付けすることにより異なる
警報レベルを算出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、油圧ショベル、クレ
ーン等のように上部旋回体を持つ土木・建設機械等の作
業機械に使用される警報システムに関し、詳しくは、電
波、超音波等を用い、接近対象物に対して個々にかつ作
業機械の形態、動作状態に応じて警報を発生し、ダイナ
ミックに安全管理をすることができる警報システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】建設現場や道路舗装現場、土木作業現場
などでは、建設機械と作業員とが交錯する作業形態が多
くある。また、場所によっては一般の人も訪れ、あるい
は作業に付随して使用される各種機械の搬入や搬出、さ
らには障害物などもある。そして、これら作業員や一般
人、障害物などが作業車両等の運転者の視覚を遮る後方
や対角方向にいたりすると、事故になる危険性が非常に
高い。そこで、従来から各種の安全システムが提案され
ている。その１つに超音波エコー方式がある。超音波エ
コー方式は、超音波を反射する対象物からのエコーを捉
えて、警報エリアにある物に対して警報を発生するシス
テムである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】超音波エコー方式を利
用する従来の警報システムは、作業員以外のもの、例え
ば、草や木といった障害物、警報を発生してはいけない
作業設備や機器などにも反応して警報を発生してしまう
欠点があって、警報過敏なために実用的なものではな
い。このような欠点を解決するために超音波を用いる警
報システムとしてトランスポンダ方式が提案されてい
る。トランスポンダ方式は、運転者と作業員とを主局と
従局とに分けて情報交換を行う。従局となる作業員は、
主局となる車両側から発信される超音波を受信する機器
を装着していて車両からの超音波を受信することで従局
の警報を鳴らし、送受信の切換を行って受信周波数と異
なる周波数で主局に発信する。一方、主局となる車両
は、従局からの信号を検知エリア内で受信し、従局から
の信号が受信されたときに作業員に対して車両側から警
報を発するシステムである。このように主局の周波数と
異なる周波数で従局からの応答を受けることにより無関
係な障害物からの反射（周波数が主局の発信と同じも
の）と従局（作業員等からの異なる周波数応答）からの
ものと区別することができる。

【０００４】しかし、このようなトランスポンダ方式を
用いても、より高い安全性を確保するために検知エリア
を拡大するとそれだけ超音波の反射波受信領域が拡大し
て周囲にある無関係な障害物でも警報を発生する危険性
が増加し、また、検知エリアを限定すると安全性が低下
する問題がある。そこで、このような問題を解決するた
めに、この発明者等は、複数の仮想危険度ポテンシャル
ゾーンを作業機械の周囲に設定して危険度を判定する作
業機械の警報システムを提案し、この出願人は、これに
ついて特願平３−２０５３６６号として出願済みであ
る。この方式は、設定したどの仮想危険度ポテンシャル
ゾーンに検出対象物（人を含む）が入っているかを判定
することを基本とする。この判定の処理は速ければそれ
だけ警報発生までの時間が短くでき、より高い安全性が
確保できる。しかし、作業機械は、作業中アームやブー
ム、アタッチメントの他、旋回体もその姿勢を変えるの
で、それに応じてポテンシャルゾーンを設定するとなる
と、前記の判定処理に時間がかかる。一方、この判定時
間をできるだけ短縮して瞬間的に判定ができるような要
請が強くある。さらに、検出対象物が人であるか、構造
物や設備などの物であるかを区別して警報を発するよう
な要望もある。しかし、物と人とが区別できたとして
も、人の場合にはさらに作業員であるのか、そうでない
のか、など、きめ細かな安全管理をしなければ実際上あ
まり意味がない。この発明は、このような要請に応え、
かつ、前記の従来技術の問題点を解決するものであっ
て、接近対象物に対して作業機械の動作状態（静止状態
を含めて）に応じてダイナミックに対象を識別して安全
管理をすることが可能であり、ポテンシャルゾーンの設
定が容易でゾーンと検出対象物との関係についての判定
を高速に行うことができる作業機械の警報システムを提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の作業機械の警報システムは、作業機械に主
局として搭載され、主局送信子と主局受信子と、主局送
信子からの信号の送信から主局受信子の所定の信号の受
信までの時間を計測する時間計測回路とを有し、所定の
信号に対応する情報を発生する第１の送受信装置と、主
局送信子からの信号を受信する従局受信子とその局固有
の前記所定の信号を発生する従局送信子と、従局受信子
が前記主局送信子からの信号を受信したときに従局送信
子を駆動する制御回路とを有する従局としての第２の送
受信装置と、作業機械の周囲に前記作業機械に近くなる
につれて危険度が高くなる複数の仮想危険度ポテンシャ
ルゾーンを設定するポテンシャルゾーン設定手段と、時
間計測回路により計測された時間値を得て作業機械に対
する検出対象物の位置を検出する位置検出手段と、この
位置検出手段により検出された検出対象物の位置が複数
の仮想危険度ポテンシャルゾーンのいずれかのゾーンに
入っているかを判定する判定手段と、検出対象物に対応
して第１の送受信装置から得られる従局固有の所定の情
報に応じて判定手段により判定された検出対象物の仮想
危険度ポテンシャルゾーンが示す危険度に重み付けをす
る重み付け手段と、この重み付け手段により重み付けさ
れた危険度に応じた内容の警報を発生する警報手段とを
備えるものである。

【０００６】

【作用】このように、主局側が送信してから受信するま
での時間で距離を管理するとともに、従局側送受信装置
として、例えば、超音波を用いた場合にはその局固有の
所定の信号として所定の中心周波数の超音波を割り当
て、主局側では中心周波数の異なる超音波受信子を個別
的に設けて従局側からの信号を受けるようにする。もち
ろん、送受信信号としてマイクロ波等の電波信号を用い
るときには、周波数やコード信号等を従局固有の信号と
して用いればよい。このような固有の信号を受けたとき
にそれぞれについて送信から受信までの時間を計測する
ことにより同時に複数の対象物からの距離が計測でき、
複数の従局側送受信装置があってもそれぞれを中心周波
数別（あるいはコード別）に個別に警報対象を認識する
ことができる。また、同じ仮想危険度ポテンシャルゾー
ンを設定して、作業員と設備などの異なる検出対象に対
して重み付け手段により危険度に重み付けすることによ
り異なる警報レベルを算出することができる。そこで、
それぞれに対応する危険度管理が可能になり、危険度判
定処理の処理時間が短縮でき、それぞれの監視対象に対
して警報発生までの応答性がよくなる。その結果、効率
よく対象に応じた警報を発生することができ、作業機械
の安全性の向上と作業の効率化が実現できる。

【０００７】

【実施例】図１は、この発明の作業機械の警報システム
を油圧ショベルに適用した場合の一実施例の説明図であ
り、図２は、油圧ショベルの全体的な構成の説明図、図
３は、その受信センサと超音波発生ホーンの取付関係の
説明図、図４は、その仮想危険度ポテンシャルゾーンの
説明図、図５は、ポテンシャルデータテーブルの説明
図、図６は、油圧ショベルの動作に応じて設定される仮
想危険度ポテンシャルゾーンの説明図、図７は、作業状
態にあるときに移動先を予測して設定される仮想危険度
ポテンシャルゾーンの説明図、図８は、仮想危険度ポテ
ンシャルゾーンの危険度設定関数の説明図、図９は、図
１に示す実施例において検出対象物を識別するのための
送受信システムのブロック図、そして、図１０は、監視
対象テーブルの説明図である。

【０００８】図２において、２０は、バックホウフロン
トアタッチメントを有する油圧ショベルであり、その上
部旋回体１には、ブーム２，アーム３及びバケット４か
らなる作業用のフロントアタッチメントが取付けられて
いる。５は、旋回体１の下部に設けられている走行体で
ある。６は、油圧ショベル２０に搭載されている演算制
御部であり、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）とメモリ等
を有していて旋回体１の旋回角θに対応してブーム２な
どの作業範囲やフロントアタッチメントにおける各作業
部材の姿勢（角度α₁，α₂ ，α₃ ）等の制御を行う。
また、駆動制御部８を制御して各作業部材の駆動と停止
等の制御を行う。７は、警報部であって、ブザーや音声
合成装置を備えていて作業の状態をブザーで知らせると
とも、近接物や近接者に対して種々の警報を発する。な
お、図中、ｄ₁ は、ブーム２の角度α₁ （図示せず）を
設定する制御量であり、ｄ₂ は、アーム３の角度α₂
（図示せず）を設定する制御量であり、ｄ₃ は、バケッ
ト４（あるいはフロントアタッチメント）の角度α₃
（図示せず）を設定する制御量である。

【０００９】油圧ショベル２０の運転席の上部の車体部
分と右側車体部分には、図３の部分拡大平面図に示すよ
うに、３つの受信センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃと９０
度配置された４つの超音波発生ホーン１８ａ，１８ｂ，
１８ｄ，１８ｅとが設けられている。これら受信センサ
１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、旋回体１の回転中心Ｏを中
心とする円周上に１２０度の間隔で設置されている。な
お、それぞれの受信センサの受信指向性は、前後１８０
度の切換えが可能な２個のセンサが内蔵されていて切換
により３６０度の指向性を有する。そして、受信センサ
１７ａ，１７ｂは、油圧ショベル２０の前後に対して指
向性切換えができるようにその指向性が前後に向くよう
に取付けられ、受信センサ１７ｃは、油圧ショベル２０
の左右に対して指向性切換えができるように取付けられ
ている。一方、超音波発生ホーン１８ａ，１８ｂ，１８
ｄ，１８ｅは、送信回路１８により同時に駆動されて３
６０度、全周に亙って超音波を発射する。

【００１０】このようなことから、旋回体１の回転状態
に応じて旋回体１に対してその前後の受信対象について
はその指向性切換えにより受信センサ１７ａ，１７ｂに
より受信した信号を位置計測信号として受け、旋回体１
に対して右側の位置では後側に指向性を切換えた受信セ
ンサ１７ａと右側に指向性を切換えた受信センサ１７ｃ
により受信した信号を位置計測信号として受け、逆に左
側については後側に指向性を切換えた受信センサ１７ｂ
と左側に指向性を切換えた受信センサ１７ｃにより受信
した信号を位置計測信号として受ける。これらセンサ
は、演算制御部６により受信検出回路１６，セレクタ１
５を介して接続されていて、時分割でセンサの選択と受
信検出回路１６の検出記の選択とが制御され、セレクタ
１５を介して演算制御部６に選択に対応する信号が受信
検出割込み信号として入力される。

【００１１】ところで、超音波発生ホーン１８ａ，１８
ｂ，１８ｄ，１８ｅにより発生する超音波は、例えば、
３０ｋＨｚであり、受信センサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ
が受信する周波数は、例えば、２０ｋＨｚであって、送
信信号と受信信号との周波数が相違している。この相違
は、検出対象物となる作業員等の側で携帯する警報装置
（検出対象物１９）が３０ｋＨｚの超音波を受信した場
合に受信応答信号として２０ｋＨｚの超音波を送信する
ようになっているからである。したがって、ここでは、
いわゆる油圧ショベル２０側が主局となり、作業員等の
側が従局となるトランスポンダ方式を採用している。そ
こで、演算制御部６により送信回路１８の制御により超
音波発生ホーン１８ａ，１８ｂ，１８ｄ，１８ｅは、３
０ｋＨｚの超音波を、例えば、０．１sec 〜０．３sec
で周期的に発生し、２０ｋＨｚの超音波を受信検出回路
１６を介して受信するまでの時間を受信信号を受けた演
算制御部６が計測する。これによりそれぞれのセンサか
ら作業員側携帯警報装置（従局）までの距離が算出でき
る。

【００１２】図１は、このような処理を行う演算制御部
６の内部構成であり、特に、この発明に関係する部分を
主体とした主要部分を示している。図２の旋回体１の旋
回に応じて回転位置検出センサから得られる回転位置信
号とフロントアタッチメントの各種作業部材のロータリ
エンコーダ等からの信号、駆動制御部８、受信センサ１
７ａ，１７ｂ，１７ｃからの信号は、それぞれＡ／Ｄ変
換回路を含むインタフェース１４を介して演算制御部６
のＭＰＵ１０に取込まれる。また、警報部７は、このイ
ンタフェース１４を介してＭＰＵ１０により制御され、
駆動される。ＭＰＵ１０は、先に説明した油圧ショベル
２０の作業についての全体の制御を行うとともに、次に
説明する構成によりこの発明特有の制御と判定、警報部
の駆動等の処理を行う。

【００１３】さて、バス１３には、インタフェース１４
やＭＰＵ１０のほかに、各種プログラムやデータを記憶
したメモリ９、操作パネル１１、ディスプレイ１２等が
接続されている。そして、メモリ９には仮想的な危険度
を設定するポテンシャルゾーンのグループの中心位置を
作業状態に応じて算出する中心位置算出プログラム９ａ
と対象検出・距離算出プログラム９ｂ、危険度判定プロ
グラム９ｃ、警報処理プログラム９ｄ等が格納されてい
る。さらに、メモリ９にはポテンシャル等のデータテー
ブル９ｅ，監視対象テーブル９ｆ等が設けられている。
ここで、図４に示すような同心円状に設定される同心円
で形成される隣接円との間の各ゾーンは、仮想的なポテ
ンシャルゾーンに対応していて、ポテンシャルデータテ
ーブル９ｅは、中心からの距離（半径）により各ゾーン
を管理する。そして、監視対象テーブル９ｆには検出対
象物１９に関するデータが記憶される。対象を識別して
監視する場合のこのテーブルの一例が図１２である。

【００１４】図５は、ポテンシャルデータテーブル９ｅ
の内容を示している。これには、図４のそれぞれの円の
半径データがそれぞれゾーン設定中心ＰＡ，ＰＢ，Ｐ
Ｃ，ＰＤに対応してテーブル化されている。すなわち、
ポテンシャルデータテーブ９ｅは、ゾーン設定中心Ｐ
Ａ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤについて旋回体１の回転中心Ｏ
（原点）に対する座標値を発生する関数が各作業部材の
姿勢を設定する作業制御量（θを設定する制御量ｄ，ブ
ーム２の角度α₁ を設定する制御量ｄ₁ ，アーム３の角
度α₂ を設定する制御量ｄ₂ ，バケット４の角度α₃ を
設定する制御量ｄ₃ ，図２参照）との関係において、ｆ
pa（ｄ，ｄ₁ ，ｄ₂ ，ｄ₃ ），ｆpb（ｄ，ｄ₁），ｆpd
（ｄ）として設けられている。なお、ゾーン設定中心の
うちＰＣについては、原点Ｏにあるので座標算出の必要
はない。したがって、関数は不要である。ポテンシャル
データテーブル９ｅは、前記関数により作業状態に応じ
て算出される同心円の中心について原点Ｏに対する現在
座標Ｘo ，Ｙo が設けられ、各円についてその半径（ｒ
i ）とその半径の円に内側の危険度（レベルＰi （後
述））とのペアの配列ｒn ／Ｐn ，ｄn-1 ／Ｐn-1 ，・
・・，ｒ₁ ／Ｐ₁ ，ｒ₀ ／Ｐ₀ のデータが危険度高い内
側の円の半径から順に設けられている。なお、ｎは、各
ゾーンに応じて選択される任意の整数である。

【００１５】中心位置算出プログラム９ａは、定期的な
割り込み処理でこのポテンシャルデータテーブル９ｅを
参照してｆpa（ｄ，ｄ₁ ，ｄ₂ ，ｄ₃ ），ｆpb（ｄ，ｄ
₁ ），ｆpd（ｄ）に従ってそれぞれのポテンシャルゾー
ンＰＡ，ＰＢ，ＰＤの中心の現在位置を算出して現在座
標Ｘo ，Ｙo の値をポテンシャルデータテーブル９ｅに
所定の周期で定期的に書込む。

【００１６】図４においては、中心位置算出プログラム
９ａにより生成された各ポテンシャルゾーン中心位置に
対応して設定される同心円状の仮想危険度ポテンシャル
ゾーンの図形が示されている。これら円のうちゾーン設
定中心に対して最内周の円は、ブーム２，アーム３及び
バケット４のそれぞれが一番小さな姿勢あるいは基本姿
勢を採ったときにそれぞれがカバーされるように、その
ときの姿勢を囲むような半径で設けられている。また、
各同心円のポテンシャルゾーンは、前記関数によりこれ
らゾーンの中心が定期的に算出されることで、ブーム
２，アーム３及びバケット４からなる作業用のフロント
アタッチメントの姿勢、そして旋回体１の回転に応じて
移動し、あるいは、回転する。ここでは、特に、ポテン
シャルゾーンがドーナッツ状（円）であるので、危険度
の低いポテンシャルゾーンから高いポテンシャルゾーン
へ対象物が移動したときには、移動中、あるいは移動方
向にある対象物は、同心円の中心に向かって相対移動す
ることになる。そこで、たとえ、対象物が移動していな
くてもブーム２，アーム３及びバケット４からなる作業
用のフロントアタッチメントの姿勢が対象物に接近した
ことを捉えることができ、危険度の判定をより確実に行
うことができる。

【００１７】このようなことから、ここでは、危険度の
低いポテンシャルゾーンから高いポテンシャルゾーンへ
移動した対象物を捉える。そして、移動した高いポテン
シャルゾーンがあらかじめ定められた危険度以上のポテ
ンシャルゾーンであるときに警報を発生する。なお、図
において、同心円の形状が旋回体１とブーム２，アーム
３及びバケット４のそれぞれに異なっている。これは、
それぞれの危険度管理が異なるからである。特に、バケ
ット４については他よりも多数の円が設定されるべきで
ある。その理由は、旋回体１が旋回しているとき、ブー
ム２を移動しているとき、あるいはアーム３が移動して
いるとき、これら複数のものが動作しているときには、
単独の動作状態のときより危険度が高くなるので、より
細かな管理が必要になるからである。

【００１８】危険度は、それぞれを独立に移動したとき
のそれぞれのゾーンにおける危険度をレベルＰで管理
し、その一番外側の枠を危険度が一番低い、レベルＰ＝
０、中心に一番近い円を一番高いレベルｎとしてｎ段階
に区分けして管理する。また、旋回体１が旋回している
ときとブーム２を移動しているときと、アーム３が移動
しているとき、そしてこれら複数のものが移動している
ときとでは、前記レベルＰの危険度は、その動作に応じ
て危険度が高くなる。そこで、最初の単独のレベルに対
してレベルＰに対して補正する。この補正としては、最
初のレベルＰの値に対してある数値Ｑ（ただし、１以上
の数）が乗算されて判定対象となる危険度（レベルＰ）
が算出され、あるいはある加算値Ｑが特別に付加されて
算出されることによる。

【００１９】対象検出・距離算出プログラム９ｂは、受
信検出回路１６が受信信号を検出して割込み信号をＭＰ
Ｕ１０に送出したときにＭＰＵ１０により起動される。
このプログラム９ｂは、受信センサ１７ａ，１７ｂ，１
７ｃの指向性を時分割で切換えて前後、左右の位置デー
タ信号を順次これら受信センサから得て、各受信センサ
間の距離と受信対象までの距離とに基づき、いわゆる三
角法による演算処理により油圧ショベル２０の中心（回
転中心）を原点Ｏとした検出対象物１９（従業員側警報
装置）の位置を算出する。また、後述するように対象を
識別する識別信号も生成し、それをメモリ９に記憶す
る。その後、ＭＰＵ１０は危険度判定プログラム９ｃを
起動し、実行する。

【００２０】三角法による距離算出の一例を図３により
説明すると、例えば、検出対象物１９が油圧ショベル２
０の前方にある場合を例に採れば、受信センサ１７ａと
１７ｂとの距離Ｌ₁ が既知であり、受信センサ１７ａと
検出対象物１９との距離Ｌ₂と受信センサ１７ｂと検出
対象物１９との距離Ｌ₃ とが計測され、各受信センサ１
７ａ，１７ｂと検出対象物１９で形成される三角形にお
ける三辺が既知である場合に、検出対象物１９と受信セ
ンサ１７ａ−１７ｂとのなす角である∠αが算出され
る。また、センサが作る三角形の内角のうち受信センサ
１７ａの内角である∠β＝３０度で既知であるので、検
出対象物１９と油圧ショベル２０の回転中心（原点Ｏ）
との距離Ｌと角度γとを算出し、これにより回転中心に
座標の原点Ｏを持つ場合の検出対象物１９の座標（Ｘ，
Ｙ）が算出されるものである。対象検出・距離算出プロ
グラム９ｂは、算出した座標（Ｘ，Ｙ）をメモリ９に記
憶する。

【００２１】危険度判定プログラム９ｃが起動され、Ｍ
ＰＵ１０により実行されると、ＭＰＵ１０は、ポテンシ
ャルデータテーブル９ｅを参照して中心位置算出プログ
ラム９ａにより定期的に算出された各ポテンシャルゾー
ン中心の現在座標Ｘo ，Ｙoを得る。そして、これと先
の対象検出・距離算出プログラム９ｂにより算出された
座標（Ｘ，Ｙ）とに基づき各ポテンシャルゾーンＰＡ，
ＰＢ，ＰＤの中心位置と検出対象物１９との距離Ｌｏを
算出する。次に、中心側からみてこの距離Ｌｏがどの円
の範囲に入ったかを、ポテンシャルデータテーブル９ｅ
の配列ｒn ／Ｐn ，ｄn-1 ／Ｐn-1 ，・・・，ｒ₁ ／Ｐ
₁ ，ｒ₀ ／Ｐ₀ を参照して大小比較して得て、その円に
対応する危険度（レベルＰi ）をそれぞれのゾーンＰ
Ａ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤについて得る。そして、いずれか
の円の範囲内に入ったときのその対象物を監視対象とし
てその座標と危険度（レベルＰの値）とを監視対象テー
ブル９ｆの識別情報に対応した対象記憶領域９１（図１
２参照）に登録する。なお、識別情報は、検出対象に応
じて対象検出・距離算出プログラム９ｂにより生成され
たものである。また、ポテンシャルゾーンＰＤについて
は、検出対象物１９までの検出距離Ｌがそのまま用いら
れる。

【００２２】前記の登録後に、危険度判定プログラム９
ｃは、監視対象テーブル９ｆの対象記憶領域９１の内容
を順次参照して検出対象としてすでに記憶されているも
のがあるか否かを、前記の登録座標を中心に所定の範囲
（この範囲は、同一対象の判定範囲であり、作業機械の
移動速度等に応じて適宜決定する。）において検出し、
同一検出対象物１９であるか否かの判定を行う。それが
あるときには、既登録対象と新規登録対象とは同じ対象
物であるとして既登録の検出対象物１９の危険度を読出
してレベルＰを比較判定する。これにより、危険度（Ｐ
＝ポテンシャル値）が過去のものに対して増加している
か否かを判定する。危険度が同じか増加しているときに
は、その監視対象について新規に登録した座標値のデー
タとともにそれにフラグ“１”の情報が付加されて記憶
される。このフラグ“１”が立てられたものものについ
ては、以後危険度の判定が優先して行われる。また、危
険度が所定以上、例えば、３ランク以上に低下したもの
については、新規に登録した座標値のデータとともにそ
れにフラグ“０”の情報が付加される。そして既登録の
検出対象物の座標と危険度は削除される。このとき、先
の同一対象判定範囲内に既登録検出対象が存在しない場
合には、新規に登録した座標値のデータとともにそれに
フラグ“０”の情報が付加されて登録される。このよう
にフラグ“０”が立てられている座標データは、適当な
タイミングあるいは次の監視時において新規の対象物を
登録する前に削除されて監視対象から除外される。

【００２３】このことでノイズ等は排除される。すなわ
ち、危険度が同じか増加したデータのみが監視対象とな
り、監視対象テーブル９ｆに残され、それ以外が削除さ
れる。なお、監視対象テーブル９ｆを参照して監視対象
が存在したときの危険度判定においては、作業機械の旋
回体１、ブーム２，アーム３及びバケット４のいずれか
を制御中のときには、制御中のものについてのポテンシ
ャルゾーンを優先し、それぞれが制御中のときには、バ
ケット４，アーム３及びブーム２、旋回体１の順に優先
する。

【００２４】この判定により危険度ポテンシャル値が増
加した場合には、監視対象としてメモリ９の監視対象テ
ーブル９ｆに残留する。そしてその後にＭＰＵ１０によ
り警報処理プログラム９ｄが起動される。ＭＰＵ１０が
警報処理プログラム９ｄを起動すると、ＭＰＵ１は、識
別情報対応に監視対象テーブル９ｆの対象記憶領域９１
を参照してフラグ“１”の立っている対象についてレベ
ルＰの値を得て、それについて監視対象テーブル９ｆの
重み関数情報欄９２の重み関数情報Ｗ（図１２の欄９２
のＷ₁ ，Ｗ₂ ，Ｗ₃ ，・・・・参照）に従って重み付け
された後の警報レベル値Ｍi （＝Ｗ×レベルＰ）を算出
する。警報レベル値Ｍi は、各警報メッセージに対応す
る危険度レベルであって、これに応じて警報メッセージ
テーブル９４がアクセスされて実際の警報情報が生成さ
れる。

【００２５】その動作としては、例えば、ゾーンＰＡ，
ＰＢ，ＰＣ，ＰＤについて警報レベル値Ｍi をそれぞれ
７段階に採ったとすると、旋回体１、ブーム２，アーム
３及びバケット４のそれぞれについて、警報レベル値Ｍ
i が“０”は警報発生せず。警報レベル値Ｍi が“０
＜”から“１”までは警報ブザーのみの発生、警報レベ
ル値Ｍi が“１＜”から“２”までは“危険です。”の
音声の発生、警報レベル値Ｍi が“２＜”から“３”ま
では、“接近物あり、危険ですので注意”、警報レベル
値Ｍi が“３＜”から“４”までは“危険！，危険
！”、警報レベル値Ｍi が“４＜”から“５”までは
“あぶない！，回避せよ！”、警報レベル値Ｍiが“５
＜”から“６”までは作業機械の動作の低速化、警報レ
ベル値Ｍi が“６＜”から“７”までは作業機械の動作
の停止などである。そして、これらの警報レベル値Ｍi
を算出する重み関数情報Ｗが、例えば、人や作業員と設
備、建築物とで異なっていて、人や作業員と設備、建築
物の順に重み関数の値が小さくなっている。これは、重
み関数を単なる倍数値に設定したときに、人や作業員を
識別情報Ａとし、設備を識別情報Ｂとし、建築物を識別
情報Ｃとした場合に、重み関数情報Ｗが識別情報Ａで
は、Ｗ₁ ＝1.5 、識別情報Ｂでは、Ｗ₂ ＝1.2 、識別情
報Ｃでは、Ｗ₂ ＝1.0 というように人や作業員は、建築
物に対して警報レベル値Ｍi の選択が1.5 倍の値で変化
するように設定されている。また、旋回体１、ブーム
２，アーム３及びバケット４とが複合で動作していると
きには、さらに重みの高い重み関数情報が選択されるよ
うにしてもよい。この場合には、そのような重み関数情
報Ｗａを重み関数情報欄９２に前記の重み関数情報Ｗと
は別に記憶しておいてもよい。

【００２６】ところで、以上の説明は、仮想危険度ポテ
ンシャルゾーンの関係が固定された形態のものである
が、油圧ショベル２０が前進や後退、そしてフロントア
タッチメントが作業中には、図６に示すように各円の中
心位置を作業方向にシフトさせてポテンシャルゾーンが
作業方向に広くなる単なる多重円にしてもよい。また、
各ポテンシャルゾーンの同心円の中心を移動方向にシフ
トさせて到達する予測位置にあらかじめ中心を設定して
演算を行ってもよい。その状態を示すのが図７の点線に
対して実線の円である。

【００２７】以上の仮想危険度ポテンシャルゾーンの説
明は一例であって、ポテンシャルゾーンは、円でなくて
もよい。この実施例のように円の場合として設定する場
合には、円の大きさと数は、作業機械の複合動作に対応
させることができる。特に、アタッチメントが交換され
るような場合には交換される作業部材に合わせて基本図
形パターンを用意するとよい。各仮想危険度ポテンシャ
ルゾーンの危険度の設定の仕方は、図８に示すよな対数
的に増加する、いわゆるエックスポネンシャルカーブに
従って決定することができ、そのゾーン密度も作業機械
に応じて設定すればよい。また、以上の場合は、仮想危
険度ポテンシャルゾーンを検出対象物が移動する場合を
例にしているが、仮想危険度ポテンシャルゾーンを高密
度に採って検出対象物が危険度を増す速度により危険度
を判定してもよい。これは、危険度の増加率を時間の関
数で採取すればよい。

【００２８】次に検出対象１９が作業員あるいは一般
人、特定障害物、設備等である場合にそれぞれに応じて
適切な警報を発生させるための構成と対象識別処理につ
いて図９に基づいて説明する。油圧ショベル２０は、こ
こでは、主局を搭載する車両となり、主局超音波送受信
装置の役割を果たす。２０ａ，２０ｂ，・・・２０ｎ
は、主局となる油圧ショベル２０に対して従局となる作
業員あるいは一般人、特定障害物、設備等の検出対象物
１９に装着される従局超音波送受信装置（以下従局送受
信装置）である。

【００２９】油圧ショベル２０に搭載されている受信セ
ンサ１７ａ，１７ｂ，１７ｃのそれぞれは、個別周波数
受信素子として超音波送受信子１７０ａ，１７０ｂ，・
・・１７０ｎとを搭載している。超音波発生ホーン１８
ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄの発信周波数は、例えば、
その中心周波数が３０ｋＨｚであって、これは狭帯域で
超音波を発生する。超音波送受信子１７０ａ，１７０
ｂ，・・・１７０ｎは、その中心周波数が１０ｋＨｚ，
１４ｋＨｚ，１８ｋＨｚ，・・・というように他の超音
波送受信子と重ならない狭帯域の中心周波数の特性を持
ち、その固有周波数で超音波の送受信を行う。

【００３０】１６０ａ，１６０ｂ，・・・１６０ｎは、
超音波送受信子１７０ａ，１７０ｂ，・・・１７０ｎに
対応してそれぞれの各固有周波数に対応する中心周波数
を持つ狭帯域のフィルタであり、受信検出回路１６に設
けられている。また、１６１ａ，１６１ｂ，・・・１６
１ｎは、超音波送受信子１７０ａ，１７０ｂ，・・・１
７０ｎに対応して受信検出回路１６に設けられた距離デ
ータ発生回路である。そして、先の送信回路１８は、超
音波発生ホーン１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを駆動
するとともに、ここでは、超音波送受信子１７０ａ，１
７０ｂ，・・・１７０ｎのうちいずれか１つを選択して
駆動する。

【００３１】演算制御部６は、例えば、０．１〜０．３
sec 程度の所定の測定周期で送信回路１８に対して駆動
する送信子（送受信子）の選択信号を送出し、まずは、
選択信号を超音波発生ホーン１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，
１８ｄとして送信回路１８を駆動して所定時間後に各距
離データ発生回路１６１ａ，１６１ｂ，・・・１６１ｎ
を順次アクセスして対象物までの距離を表す時間データ
（計測された時間値データ）を採取し、それをメモリ９
の各距離データ発生回路に割当てられている記憶領域に
順次記憶していく。なお、この時間データの採取は、次
に送信回路１８を駆動する手前のタイミングで行われ
る。

【００３２】警報部７は、音声合成回路７ａとアンプ７
ｂ、そしてスピーカ７ｃとで構成されている。音声合成
回路７ａは、ＭＰＵ１０から制御信号を受けて制御信号
の内容に応じて音声合成回路７ａの内部ＲＯＭの所定の
アドレスをアクセスして必要な音声信号を生成し、アン
プ７ｃに加えて制御信号により指定された音声をスピー
カ７ｃより発生させる。

【００３３】従局送受信装置２０ａ，２０ｂ，・・・２
０ｎは、主局に対しての発信周波数がそれぞれで異なる
他は、内部構成が同様であるので、従局送受信装置２０
ａをもってその内部構成を説明し、他のものについては
割愛する。従局送受信装置２０ａは、通常、作業員や障
害物等に装着するものであって、名刺程度の小型の装置
である。この装置は、その中心周波数が３０ｋＨｚの超
音波を受信する狭帯域特性の超音波受信子２１、従局送
受信装置２０ａ固有に割当てられた１０ｋＨｚの中心周
波数（他の従局送受信装置はこれ以外の中心周波数を持
つ）で送受信する超音波送受信子２２と、その中心周波
数が３０ｋＨｚと１０ｋＨｚの狭帯域バンドパスのフィ
ルタ２３、フィルタ２３を介して超音波受信子２１と超
音波送受信子２２の受信信号を受信する制御回路２４、
そして超音波送受信子２２の受信信号に応じて制御回路
２４により駆動されるブザー（警報器）２５とを備えて
いる。

【００３４】ここで、制御回路２４は、内部に、受信さ
れた超音波の電気変換信号を増幅して検波し、波形整形
するレシーバと超音波送受信子をパルス駆動するパルサ
を有している。この回路は、超音波受信子２１、超音波
送受信子２２のいずれかから所定レベル以上の信号がレ
シーバで受信されたときに先のパルサを介して超音波送
受信子２２を駆動して主局である車両側にそれに割当て
られた固有周波数の超音波で応答送信信号を発生する制
御をする。また、超音波送受信子２２から所定レベル以
上の信号をレシーバで受信したときには、一定期間、一
定の周期で警報器２５を駆動する。

【００３５】なお、以上の場合の超音波の送信波は、パ
ルサによるパルサ駆動となることからこれに対する受信
側での受信波は、割り当てられた固有周波数の波長を中
心とする正弦波に近いものが得られる。そこで、従局送
受信装置の超音波受信側では、受信波信号を増幅検波
し、波形整形することで検出信号を得てパルサを駆動す
ることになる。一方、主局送受信装置の超音波受信側で
は、増幅検波した信号からさらにそのピークを検出す
る。これにより距離データ発生回路１６１ａ，１６１
ｂ，・・・１６１ｎが対象物までの距離を時間値に換え
て計測する。

【００３６】まず、距離データ発生回路１６１ａによる
時間の計測値は、ＭＰＵ１０によってインタフェース１
４を介してメモリ９の距離データ発生回路１６１ａに対
応した記憶領域に格納される。このようにして距離デー
タ発生回路１６１ａに限らず、各距離データ発生回路１
６１ａ，１６１ｂ，・・・１６１ｎの時間計測回路１６
７の計測値は、メモリ９のそれぞれに割当てられた領域
に記憶される結果、メモリ９の計測値の各記憶領域は、
そのそれぞれが距離データ発生回路１６１ａ，１６１
ｂ，・・・１６１ｎの識別情報となる。この記憶領域情
報は、超音波送受信子１７０ａ，１７０ｂ，・・・１７
０ｎのうち従局から受信がされた個別の超音波送受信子
を特定する情報として利用され、さらには従局送受信装
置２０ａ，２０ｂ，・・・２０ｎを識別する情報にもな
る。なお、メモリ９には、各距離データ発生回路１６１
ａ，１６１ｂ，・・・１６１ｎの時間計測回路１６７の
計測値を記憶する領域が各受信センサ１７ａ，１７ｂ，
１７ｃに対応してそれぞれ設けられている。また、対象
物が何であるかを従局送受信装置（対象物）に割当てら
れた固有周波数に対応する主局の個別超音波送受信子
（１７０ａ，１７０ｂ，・・・１７０ｎ）のいずれかが
受信することで演算制御部６で判定してもよい。

【００３７】演算制御部６は、対象検出・距離算出プロ
グラム９ｂを起動して各受信センサ１７ａ，１７ｂ，１
７ｃに対応して設けられたメモリ９のそれぞれの距離デ
ータ発生回路１６１ａ，１６１ｂ，・・・１６１ｎを参
照してゼロでない計測値（ノイズによる最低のカウント
値がある場合にはそのカウント値以上）を記憶した領域
から時間計測値を得る。さらに、この時間値が記憶され
た領域のアドレス値を対象識別情報を生成するために記
憶する。これらにより超音波送受信子１７０ａ，１７０
ｂ，・・・１７０ｎのうち駆動すべき超音波送受信子を
選択する情報と従局送受信装置２０ａ，２０ｂ，・・・
２０ｎのうち警報を発する管理対象となる従局送受信装
置の識別情報とを生成する。生成した識別情報はメモリ
９の所定の領域に記憶する。その後、危険度判定プログ
ラム９ｃを起動する。

【００３８】危険度判定プログラム９ｃは、メモリ９の
所定の領域に記憶された識別情報を参照して、管理対象
となる従局送受信装置の識別情報から図１０に示す監視
対象テーブル９ｆを検索して、先に述べたように警報対
象があるか否かの判定と管理をする。さらに、作業員や
設備等の警報対象に応じて適切な警報を選択するために
重み付けした警報レベル値Ｍi を算出する。監視対象テ
ーブル９ｆは、その最初の欄に識別情報の検索欄９０が
設けられ、その次には、対象記憶領域９１が設けらてい
て、ここには、検出対象となった対象物の座標（ｘ，
ｙ）とレベルＰ，フラグＦとが（ｘ，ｙ）／Ｐ／Ｆの形
で複数個記憶できるようになっている。なお、対象物の
座標（ｘ，ｙ）とレベルＰ，フラグＦとを記憶するテー
ブルの位置は、別に配置され、その位置を示すポインタ
が対象記憶領域９１に記憶されてもよい。次の欄９２
は、危険度を示すレベルＰに重み付けをする重み関数情
報Ｗを得る欄である。

【００３９】前記したように、警報すべき対象物がある
場合には、警報処理プログラム９ｄがＭＰＵ１０により
起動される。ＭＰＵ１０は、警報処理プログラム９ｄを
実行することにより、検出対象物の識別情報に応じてこ
の監視対象テーブル９ｆを検索して対象記憶領域９１を
参照し、そこに記憶されている検出対象物があるか否か
を判定し、検出対象物があって、そのフラグが“１”の
とき、それを監視対象として検出してそのレベルＰの値
を得る。そして、欄９２から識別情報に応じた重み関数
情報Ｗを得て、レベルＰとこのＷとにより算出された警
報レベル値Ｍiにより警報情報の検索テーブル９４が検
索され、実際の警報情報についての情報列（例えば、ａ
₁ ，ａ₂ ，・・・）を得る。そして、得た情報列を順次
を警報部７へ送出する。

【００４０】ところで、このような警報発生は、複数の
検出対象が監視対象テーブル９ｆに記憶されているとき
には、それらに対して順次シリアルに行われるが、レベ
ルＰの値の高いものを優先して警報を発生するような判
定処理を加えてもよい。

【００４１】以上説明してきたが、実施例では、従局送
受信装置は、送受信形態を採っているが、各従局送受信
装置に割当てられた固有周波数で送受信する超音波送受
信子は、送信専用の超音波送信子であってもよい。同様
に主局送受信装置の固有周波数の超音波送受信子も単に
受信専用のものであってもよい。主局は、これにより個
別に受信信号を受けて警報対象を監視できるからであ
る。主局送受信装置は、各従局送受信装置のうち１つが
危険度“０”を越えて危険度監視レベルに入ったときに
は、その従局送受信装置と送受信する個別監視状態と従
局送受信装置を監視対象とする監視レベルとを交互に行
うようにしてもよい。なお、従局送受信装置が装着され
るものとしては、実施例に上げた作業員や各種障害物等
や設備のほかにも監視が必要な人や物に対して装備して
もよく、これらが混在してもそれぞれの危険度に合わせ
て監視することができる。

【００４２】ところで、警報処理プログラム９ｄは、こ
の発明の危険度の重み付けをする重み付け手段となって
いるが、危険度に重み付けをするものとして危険度判定
プログラム９ｃを利用し、このプログラムにより算出さ
れた各中心から対象物までの距離Ｌo に１以下の数値を
掛けてみかけ上、監視対象物がより中心に近いところの
ポテンシャルゾーンに侵入したように管理してもよい。

【００４３】実施例では、時間計測で距離を計測する距
離データ発生回路を個別周波数で送受信する各超音波送
受信子対応に設けているが、これは、独立に時間計測の
結果さえ得られれば共通の時間計測回路として設けられ
ていてもよい。また、以上の実施例では、超音波を送受
信の信号として用いているが、電波信号を用いてもよい
ことはもちろんである。マイクロ波等の電波信号を利用
する場合には、周波数自体を従局固有の送信信号コード
としてもよく、また、所定の周波数のキャリア信号に対
してその従局に割り当てられたコード信号を用いて変調
し、伝送して主局側でそれを復調によりそのコードをデ
コードしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、この
発明にあっては、対象物を識別して検出するために、作
業機械側を主局とし、主局側が送信してから受信するま
での時間で距離を管理するとともに、それぞれの従局固
有の信号が割り当てられた送信子からの信号を従局側か
ら受けるようにしているので、時間計測により同時に複
数の対象物からの距離が計測でき、複数の従局側送受信
装置があってもそれぞれ個別に警報対象を認識すること
ができる。さらに、同じ仮想危険度ポテンシャルゾーン
を設定して、作業員と設備などの異なる検出対象に対し
て重み付け手段により危険度に重み付けすることにより
異なる警報レベルを算出することができる。そこで、そ
れぞれに対応する危険度管理が可能になり、危険度判定
処理の処理時間が短縮でき、それぞれの監視対象に対し
て警報発生までの応答性がよくなる。同じ仮想危険度ポ
テンシャルゾーンを設定して、例えば、作業員と設備な
どの異なる検出対象に対して重み付け手段により異なる
警報レベルを算出することにより、それぞれに対応する
危険度管理が可能になり、危険度判定処理の処理時間が
短縮でき、それぞれの監視対象に対して警報発生までの
応答性がよくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の作業機械の警報システム
を油圧ショベルに適用した場合の一実施例の説明図であ
る。

【図２】図２は、油圧ショベルの全体的な構成の説明
図図である。

【図３】図３は、その受信センサと超音波発生ホーン
の取付関係の説明図である。

【図４】図４は、その仮想危険度ポテンシャルゾーン
の説明図である。

【図５】図５は、ポテンシャルデータテーブルの説明
図である。

【図６】図６は、油圧ショベルの動作に応じて設定さ
れる仮想危険度ポテンシャルゾーンの説明図である。

【図７】図７は、作業状態にあるときに移動先を予測
して設定される仮想危険度ポテンシャルゾーンの説明図
である。

【図８】図８は、仮想危険度ポテンシャルゾーンの危
険度設定関数の説明図である。

【図９】図９は、図１に示す実施例において検出対象
物を識別するのための送受信システムのブロック図であ
る。

【図１０】図１２は監視対象テーブルの説明図であ
る。

【符号の説明】

１…上部旋回体、２…ブーム、３…アーム、４…バケッ
ト、５…走行体、６…演算制御部、７…警報部、８…駆
動制御部、９…メモリ、９ａ…中心位置算出プログラ
ム、９ｂ…対象検出・距離算出プログラム、９ｃ…危険
度判定プログラム、９ｄ…警報処理プログラム、９ｅ…
監視対象テーブル、９ｆ…ポテンシャルパターン記憶領
域、１０…マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、１１…ビデ
オＲＡＭ（Ｖ−ＲＡＭ）、１２…ディスプレイ、１３…
バス、１４…インタフェース、１５…セレクタ、１６…
受信検出回路、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…受信センサ、
１８ａ，１８ｂ，１８ｄ，１８ｅ…超音波発生ホーン、
２０…油圧ショベル、１７０ａ，１７０ｂ，１７０ｎ…
超音波送受信子、１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｎ…距離
データ発生回路、１６２…受信回路、１６３…バッファ
回路（バッファアンプ）、１６４…ゲート回路、１６５
…ピークホールド回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業機械に主局として搭載され、主局送信
子と主局受信子と、前記主局送信子からの信号の送信か
ら前記主局受信子の所定の信号の受信までの時間を計測
する時間計測回路とを有し、前記所定の信号に対応する
情報を発生する第１の送受信装置と、前記主局送信子からの信号を受信する従局受信子とその
局固有の前記所定の信号を発生する従局送信子と、前記
従局受信子が前記主局送信子からの信号を受信したとき
に前記従局送信子を駆動する制御回路とを有する従局と
しての第２の送受信装置と、前記作業機械の周囲に前記作業機械に近くなるにつれて
危険度が高くなる複数の仮想危険度ポテンシャルゾーン
を設定するポテンシャルゾーン設定手段と、前記時間計測回路により計測された時間値を得て前記作
業機械に対する検出対象物の位置を検出する位置検出手
段と、この位置検出手段により検出された前記検出対象物の位
置が複数の前記仮想危険度ポテンシャルゾーンのいずれ
かのゾーンに入っているかを判定する判定手段と、前記検出対象物に対応して第１の送受信装置から得られ
る前記従局固有の所定の情報に応じて前記判定手段によ
り判定された前記検出対象物の仮想危険度ポテンシャル
ゾーンが示す危険度に重み付けをする重み付け手段と、この重み付け手段により重み付けされた危険度に応じた
内容の警報を発生する警報手段と、を備える作業機械の
警報システム。
【請求項２】前記判定手段の判定結果に応じて前記検出
対象物が複数の前記仮想危険度ポテンシャルゾーンのう
ち低い危険度から高い危険度のゾーンへ移動した前記検
出対象物について前記重み付け手段により重み付けをし
て重み付けされた危険度に応じた内容の警報を発生する
請求項１記載の作業機械の警報システム。
【請求項３】作業機械はアームを有し、仮想危険度ポ
テンシャルゾーンは、前記アームの先端部の周囲に平面
上半径の異なる多重円により形成される内側に向かって
危険度が高くなるゾーンとして複数設定される請求項１
記載の作業機械の警報システム。
【請求項４】各円は同心円であり、アームはブームに
結合され、ポテンシャルゾーン設定手段は、前記アーム
の先端部と、前記ブームと前記アームとの結合部分とを
中心にそれぞれの周囲に仮想危険度ポテンシャルゾーン
を設定するものである請求項３記載の作業機械の警報シ
ステム。
【請求項５】主局送信子は第１の中心周波数を持つ超
音波送信子であり、主局受信子はそれぞれが第２から第
ｎ＋１の中心周波数（ただしｎは２以上の整数）を持つ
第１から第ｎまでのｎ個の超音波受信子であり、時間計
測回路は、前記主局送信子からの超音波の送信から前記
ｎ個の主局受信子の１つが超音波を受信までの時間を計
測するものであり、従局送信子は前記主局送信子からの超音波を受信する超
音波従局受信子であり、従局送信子は前記第１から第ｎ
の中心周波数のいずれか１つと同じ周波数を自局固有の
信号として主局受信子に対して送信信号を送出する超音
波送信子である請求項４記載の作業機械の警報システ
ム。