JPH05331882A - 建設機械の安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 建設機械の稼働中における移動方向、旋回方
向の感知エリア内に傷害物が侵入し、その作動速度に応
じて設定される距離・角度などに接近すると機械のその
作動方向の作動を停止させたり、警報を発したりする。 ［構成］ 移動、旋回などの作動速度を検出し、速度信
号を出力する速度センサと、機体の所用箇所の外方に向
け配置され障害物との距離角度などを感知し位置信号を
出力する複数の感知センサと、その位置信号値が上記速
度信号に応じ設定される、位置信号値に達すると停止信
号を出力するコントローラとからなり、該コントローラ
の停止信号を停止手段に供給して機体の移動を停止に至
らしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建設機械の作動各部
分と障害物との離隔距離を感知センサにより検出し、そ
の感知エリア内の所定値以内に障害物の存在を感知する
と、その作動を自動的に停止させるほか、機械の作動部
分の速度を検出し、それに応じ上記感知エリア内の所定
値が最小、かつ、安全の範囲で停止手段を作用させるよ
うにする安全装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両系建設機械の作業範囲内または立入
禁止範囲内に障害物が侵入したとき、運転者自らがそれ
を認知し、その運転操作を中止する方法のほか、かかる
場合機械を自動停止させる手段が、従来から提案されて
おり、その方法としては、上記障害物の存在を、その機
械に取付けた超音波などの探査信号発信機と、該信号の
障害物からの反射波を検出することのできる反射波検出
器により感知したり、あるいは、障害物自体、たとえ
ば、作業員等のような移動体に発信機を取付け、その発
信機からの障害物信号を、機械に搭載した受信機によっ
て感知し、それら障害物が危険範囲にあるときは自動的
に機械のエンジンを停止させたり、各部作動用の操作レ
バーの操作を無効にしたりする方法がなされていた。

【０００３】例えば、図８は特公平２−２８０２６号公
報にて開示され、上記後者に属する例であるが、図にお
ける移動性の障害物は作業員２１である場合を示し、２
２はその頭部に取付けられた発信機、２３は車両系建設
機械のうち、専ら、機体を前後に移動させることによっ
て作業を行う機械の代表例であるブルドーザで、これに
受信機２４、２４、．．．が取付けてある。図９はエン
ジン停止手段を示すブロック図であり、燃料カットソレ
ノイド２５に通電している状態を示し、該ソレノイド２
５は始動スイッチ２６、リレー２７の常閉接点２８ａを
介して電源２９の正極に接続されている。受信器２４
は、コントローラ３０に接続しており、コントローラ３
０の出力側は、リレー２７のリレーコイル２８ｂに接続
している。

【０００４】以上のような構成で、始動スイッチ２６を
ＯＮにすると電源２９の電流は、始動スイッチ２６、リ
レー２７の常閉接点２８ａを介してソレノイド２５に通
電される。ソレノイド２５に通電すると図示していない
燃料コントロールリンケージを介し、燃料ガバナをフリ
ーにして燃料噴射ポンプから燃料がエンジンに流れる状
態になる。このような状態で図８に示す作業員２１がブ
ルドーザ２３の近傍にいると、作業員２１が携帯する発
信機２２の発信する信号を受信器２４が受信し、受信器
２４の信号はコントローラ３０に入力され増幅されて、
リレー２７のリレーコイル２８ｂに通電され、その結
果、常閉接点２８ａはＯＦＦとなり、ソレノイド２５に
は電流は流れず、燃料噴射ポンプから燃料が流れずエン
ジンは停止するようになっている。

【０００５】また、一方、パワーショベルのように作業
中は主として上部旋回体を旋回させて各部の作動をする
ような機械においては、旋回範囲内に人または障害物が
入った場合、これを感知して旋回を停止させる技術が特
公平１−２７１５３４号公報に開示されている。この技
術は、上部旋回体が旋回するときの旋回範囲を示す図１
０において、バケット３３が旋回中心Ｏから最も遠くな
るようにブーム３４、アーム３５を操作したときの旋回
半径Ｒの円３６が旋回半径となる。図の３１、３２は上
部旋回体の側方に取付けられた超音波センサであり、３
７が円３６内に入った人その他の障害物とすると、超音
波センサ３１から発信された超音波は３７にあたって反
射され、該センサの受信部がこれを受信し、図１１に示
す油圧回路を作動させる。

【０００６】この作動を図１１に基づいて述べると、エ
ンジンで駆動される油圧ポンプからの圧油は旋回バルブ
３８で切換えられ、旋回モータ３９は右または左旋回す
るのであるが、上記旋回バルブ３８から旋回モータ３９
に通じる管路の中間には電磁切換弁４０が設けてあり、
これの受信部に超音波センサ３１または３２からの反射
超音波による信号が作用すると、該電磁切換弁は作動
し、旋回モータ３９に通じる管路を遮断することによ
り、上部旋回体が障害物３７に接近または衝突すること
を自動的に停止する。

【０００７】上記２つの従来技術は、いづれも、各種セ
ンサがその機械の進行方向、左右方向ないしは作業工具
の作動可能範囲における危険発生の恐れのある最大危険
範囲内に障害物を感知すると、無条件に、機械のエンジ
ンを停止させたり旋回動作を停止させたり、警報を発し
たりする安全装置を作動させることにより事故の発生を
なくしようとするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
は、予め複数のセンサの感知エリアを設定しておき、そ
れぞれのセンサのいづれか１つの感知エリアに障害物が
存在するようになると、安全装置が作動するようにした
ので、作業中の安全は期待できるものの作業条件には関
わりなく作動するので、作業能率の低下を来していた。
例えば、ブルドーザの進行方向の感知距離は、その機械
が最大速度で走行中であっても、障害物の存在をセンサ
が感知し安全に機体を停止させるだけの感知距離を予め
設定しておかねばならず、また、パワーショベルのよう
にバケットなどの作業工具を旋回させるようなときに
は、該バケットを旋回中心から最大の位置にしたときの
旋回範囲内の障害物の存在を感知し、その時に、上部旋
回体が最大旋回速度になっていても安全な停止がなされ
なければならないこととなる。この発明は、上記のよう
な安全装置と作業能率との間の矛盾を最小限とする安全
装置を提供することを課題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような手段を講じた。すなわち、 イ）機体を前後進させることにより、または、上部旋回
体を旋回させることなどにより作業装置を移動させて作
業を行う建設機械の機体の外周付近に、外方に向け、例
えば超音波センサの如き探査信号を発射し、所定の感知
エリア内にある障害物からの反射信号を感知して、それ
との関係位置を示す離隔距離を検出し、位置信号として
出力する複数の感知センサなどからなる位置検出手段を
設けるとともに、 ロ）機械の走行速度、旋回体の旋回速度などを直接また
は間接的に検出し、その大小を速度信号ないしは速度指
令量信号として出力する速度センサなどからなる速度検
出手段ないしは速度指令量検出手段と、 ハ）上記感知センサからの位置信号と速応センサからの
速度信号ないしは作動速度指令量信号が入力されると内
蔵の演算部で演算され、速度センサからの信号値が大き
ければ大きい程位置信号による機体移動部と障害物との
離隔距離が大きい時点において停止信号を出力する機能
を有するコントローラと、 ニ）該コントローラからの停止信号により、機械の走
行、上部旋回体の旋回などの作動を停止したり、制動作
用をしたり、あるいは警報を発するなどの機能を有する
停止手段と、を設ける。

【００１０】

【作用】感知センサと速度センサが出力する位置信号、
速度信号ないしは作動速度指令量信号がコントローラに
入力され、機体の移動部と障害物との間の離隔距離が所
定値以下であることを示す位置信号になると、コントロ
ーラは停止信号を出力するのであるが、このとき該コン
トローラの演算機能が働き、速度信号が大きければ大き
い程、位置信号が大きい時点、すなわち、離隔距離が大
きい時点でコントローラから停止手段に向け、停止信号
が出力される。このようにして機械の移動、上部旋回体
の旋回停止またはそれらの制動などの作動がなされるの
であるが、上述のように停止信号がコントローラから出
力される時点の感知センサからの位置信号値である障害
物との離隔距離は、速度センサからの速度信号ないしは
作動速度指令量信号に左右される。従って、停止手段の
作動開始時期は、機械の移動速度、上部旋回体の作動速
度が大なれば障害物との離隔距離が比較的大きい時点
で、作動速度が小なれば離隔距離が小さくなった時点と
なるので、必要以上の離隔距離で停止手段が作動するこ
とはない。

【００１１】以下、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。図１ないし図７は、この発明にかかる安全装置
を、建設機械の代表例としての全油圧式バックホウに適
用するときの１実施例図であり、図１ないし図３はバッ
クホウが後方に向け移動する際の本発明安全装置の作動
状況を、図４ないし図６はバックホウの上部旋回体を右
旋回させる際の右前方に対する本発明安全装置の作動状
況を、それぞれ説明する平面図であり、図７は本発明に
かかる安全装置の構成とそれぞれの機能を示すブロック
図である。これらの図において、１はブーム、アーム、
バケットおよび本体の油圧源により、これらを回動せし
めるアクチュエータなどから構成されるフロントアタッ
チメント、２は下部走行体で機械全体を支持し、走行を
司る構造となっており、内部には、本体の油圧源で駆動
される走行用のアクチュエータ（図示なし）を有してい
る。また、３は上部旋回体で、下部走行体２上に旋回ベ
アリングを介して回動自在に装着され、その旋回作動は
本体の油圧源で駆動されるアクチュエータ（図示なし）
によってなされる構造となっている。

【００１２】上部旋回体３上には運転室４を備え、運転
者は、この運転室４内の運転席付近に配置された操作装
置を操作して機械の走行、旋回、フロントアタッチメン
ト１を自在に作動せしめて所望の作業を行うことは、一
般のバックホウと同じであるが、この発明においては、
上部旋回体３上の例えば運転室４内に、機能は後述する
如きコントローラ１０、速度センサ１１、停止手段１５
を備え、また、機体の外周付近には、おおむね外方に向
け例えば超音波を発射し、その方向の障害物からの反射
波を受信して障害物の有無、その離隔距離を位置信号と
して出力することのできる超音波センサなどからなる位
置検出手段で、機械の後方の障害物を感知する感知セン
サ５，６あるいはフロントアタッチメント１、上部旋回
体３の旋回方向の障害物を感知する感知センサ７，８，
９などが設けてある。

【００１３】次に、上述の感知センサ５，６，７，８，
９、コントローラ１０、速度センサ１１、停止手段１５
の構成、機能などを図７のブロック図を参照しながら説
明する。上記のうち、速度センサ１１はバックホウの走
行速度または旋回速度、必要に応じてはフロントアタッ
チメント１の構成部分の作動速度の大小を電気信号の大
小として検出し、コントローラ１０へ、作動箇所別の速
度信号を入力するものであり、その検出方法としては、
例えば運転者がそれぞれのアクチュエータを作動させる
操作量を検出して間接的に速度信号を得る速度検出手段
であったり、また、それぞれのアクチュエータのへ圧油
の流入・流出量を検出する方法、アクチュエータにより
駆動される回動軸の速応を検出する方法、回動部材の対
地角度の変化を検出する方法など、間接的にその速度指
令量検出手段であってもよく、これらは従来技術の手法
を用いることにより達成できる。

【００１４】コントローラ１０は演算部と信号出力部と
を有し、演算部へ感知センサ５，６，７，８，９で得ら
れた感知エリア内の障害物と所定の機体上の移動部分と
の離隔距離などを示す位置信号と、速度センサ１１で得
られた上記移動部分の速度信号ないしは作動速度指令量
信号が入力されると、該演算部は上記信号が示す速度が
早ければ早い程、信号出力部からの出力時期は、位置信
号値が示す離隔距離が大きく設定されるよう演算する。
例えばバックホウが微速で後進するときは図１に示すよ
うに、障害物２２が感知センサ５，６の感知エリア内の
最小の離隔距離Ｌ1 を形成する後方感知エリア１６に侵
入すると信号出力部が作動を開始する位置信号値となる
よう、その速応信号が設定し、中速で後進するときには
離隔距離がＬ1 よりも大きいＬ2 なる後方感知エリア１
７に、また、高速で後進するときには同様に、最大の離
隔距離Ｌ3 、後方感知エリア１８になるように位置信号
の設定がなされる。また、他の例としてバックホウの上
部旋回体３をフロントアタッチメントと共に右旋回させ
るとき、微速での旋回速度では図４に示す如く、旋回方
向に対する離隔角応θ1 が最も小さい旋回感知エリア１
９に障害物２２が接近して、始めてコントローラ１０の
信号出力部を作動させるように、速度信号の入力により
位置信号値を設定するべく、演算部が演算し、これと同
様に、中速旋回、高速旋回では、図５，６に示すように
それぞれ離隔角応はθ1 ，θ2 、旋回感知エリアは２
０，２１で障害物２２を感知する設定となる。

【００１５】このようにして、後方感知エリア１９，２
０，２１などの範囲の離隔距離、離隔角度がコントロー
ラの演算部で、速度信号の値に応じて拡大、縮小され、
その範囲に障害物２２が接近すると、該コントローラ１
０の出力部はこれを受け、停止手段１５に対し停止信号
を出力するので、フロントアタッチメント１や機体が障
害物２２に、余り接近しないでその作動を停止する。な
お、上記のフロントアタッチメント１や機体の作動速度
が早ければ早い程、停止手段１５が作動しても、慣性に
より、なおその方向へ或程度移動するものであるが、本
発明では、上述したように、速度センサ１１からの速度
信号ないしは作動速度指令量信号に応じてコントローラ
１０が停止信号を出力すべき障害物２２に対する位置
を、位置信号値として設定するので安全かつ有効な離隔
距離、角度でもって機械の作動を停止せしめる。

【００１６】また、停止手段１５の１例は、図７にも例
示したように、コントローラ１０からの停止信号が電油
変換器１２に入力されると、ここで電気信号は油圧信号
に変換され、走行、旋回などのアクチュエータ作動用の
油圧切換弁を、その操作レバーの位置如何にかかわら
ず、切換えを無効にする油圧切換弁中立復帰手段１３を
作動させたり、あるいは、必要に応じ制動手段１４、内
蔵の警報器２３を作動させることも可能である。このよ
うな機能を有する停止手段１５は従来技術の組合わせに
より容易に実現可能なものであり、例えば、電油変換器
１２として、常時は油圧源に通じるポートを閉路してい
るが、停止信号が受信部に作用すると開路する電磁弁で
あり、この圧油が油圧切換弁中立復帰手段１３の油室に
作用すると、パイロット圧切換式のアクチュエータ用油
圧切換弁のパイロット圧の作動を遮断する切換弁であっ
てもよく、また、制動手段１４としては、前記圧油がブ
レーキシリンダに作用すると、走行、旋回用アクチュエ
ータの出力回転軸と１体のブレーキディスクに制動力を
与える方法がある。さらに他の例としては、電油変換器
１２、油圧切換弁中立復帰手段１３の代わりに、走行、
旋回用アクチュエータの主回路に、停止信号で内部油路
を直接遮断する電磁切換弁を用いてもよい。

【００１７】以上の構成と機能とからなる本発明は、走
行、旋回などの作動速度が速度センサ１１により検出さ
れ、その速度信号ないしは作動速度指令量信号がコント
ローラ１０の演算部に入力され、上記作動速度が早けれ
ば早い程同時に入力される複数の感知センサの感知エリ
ア内の障害物の位置信号が大きい時点で、また、遅けれ
ば遅い程位置信号は小さい時点で、コントローラ１０の
出力部から出力される停止信号が停止手段に作用を開始
するよう変化する。従って、作動速度が遅いとき、本発
明の安全装置における停止手段の作動開始時の障害物と
の間の距離または角度は、従来のものよりも小さく設定
でき、狭あいな場所における精密な作業においても安全
装置に有効に使用でき、また、強力で迅速な作業のとき
は、停止手段の作動開始時の障害物との間の距離または
角度は大きく、早い作動速度を減速し、停止させるに十
分な安全距離または角度が確保できる。

【００１８】なお、前述の図１ないし図６に示す実施例
図では、油圧バックホウの機体が後進する方向、上部旋
回体が右旋回するときのフロントアタッチメントの移動
方向についてのみの安全監視用の感知センサの配置例を
述べたが、これに限定するものではなく、この他に、複
数の感知センサの設定位置や方向、速度検出器１１から
の速度信号に基づくコントローラ１０の演算部で設定す
べき位置信号値を種々変更して出力部から停止信号を出
力させることにより、機械の前進時、左方向旋回時にお
ける障害物の存在を知り、自動的に、最も合理的な時点
から停止開始、制動開始、警告などが得られ、さらに
は、フロントアタッチメント、機体の特定部位と障害物
との間の異常接近に対する安全装置ともなり得ることは
云うまでもない。

【００１９】

【発明の効果】この発明では、建設機械の作動速度が早
ければ早いほど、機体または機械の特定部位と障害物と
の距離・角度が比較的大きい時点から、反面、作動速度
が遅ければ遅い程機体または機械の特定部位と障害物と
の距離・角度が小さくなってから、安全装置の停止手段
が作動するようにしたので、建設機械により比較的広い
場所で、強力、迅速な施工をする時、その作動範囲に障
害物が接近しようとすると、その早い作動速度から減速
停止に至らしめるに必要な距離・角度をもって停止手段
が作動を開始し、反面、狭隙な場所で、あるいは精密な
施工を要するときは、自動的に、遅い作動速度の機体な
どを減速停止させるだけの小さい距離・角度になってか
ら停止手段が作動を開始する。従って、作動速度に関係
なく予め設定した範囲に障害物が侵入すると停止手段が
作動し、時として必要以上の余裕をもって停止する従来
技術に比し、安全性は十分に確保されたうえに、あらゆ
る作業工種に従事する場合の作業能率の向上が計れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧バックホウが微速後進中における本発明安
全装置の作用を説明する平面図である。

【図２】油圧バックホウが中速後進中における本発明安
全装置の作用を説明する平面図である。

【図３】油圧バックホウが高速後進中における本発明安
全装置の作用を説明する平面図である。

【図４】油圧バックホウの上部旋回体を微速で右旋回さ
せるときの本発明安全装置の作用を説明する平面図であ
る。

【図５】油圧バックホウの上部旋回体を中速で右旋回さ
せるときの本発明安全装置の作用を説明する平面図であ
る。

【図６】油圧バックホウの上部旋回体を高速で右旋回さ
せるときの本発明安全装置の作用を説明する平面図であ
る。

【図７】本発明の構成と機能を示すブロック図である。

【図８】ブルドーザに装備した従来の安全装置が障害物
を感知する状態を示す側面図である。

【図９】図８の安全装置の機能を示すブロック図であ
る。

【図１０】パワーショベルに装備した従来の安全装置が
旋回範囲内の障害物を検出する状態を示す平面図であ
る。

【図１１】図１０の安全装置に採用される油圧回路図で
ある。

【符号の説明】

５，６，７，８，９ 感知センサ １０ コントローラ １１ 速度センサ １５ 停止手段 １６，１７，１８ 後方感知エリア １９，２０，２１ 旋回方向感知エリア ２２ 障害物 Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 離隔距離 θ1 ，θ2 ，θ3 離隔角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建設機械と該建設機械周辺の障害物との
   関係位置を検出する位置検出手段と、作動部分の作動速
   度を信号として検出する速度検出手段と、該速度検出手
   段からの速度信号ならびに上記位置検出手段からの位置
   信号の値を演算し、作動部分が障害物に接触すること無
   く安全に、かつ、余分の離隔距離が生じないように停止
   信号を出力するコントローラと、該コントローラが出力
   する停止信号により作動部分を停止に至らしめる停止手
   段を設けたことを特徴とする建設機械の安全装置。
2. 【請求項２】 建設機械と該建設機械周辺の障害物との
   関係位置を検出する位置検出手段と、作動部分の作動速
   度指令量信号を信号として検出する速度指令量検出手段
   と、該速度指令量検出手段からの作動速度指令量ならび
   に上記位置検出手段からの位置信号の値を演算し、作動
   部分が障害物に接触すること無く安全に、かつ、余分の
   離隔距離が生じないように停止信号を出力するコントロ
   ーラと、該コントローラが出力する停止信号により作動
   部分を停止に至らしめる停止手段を設けたことを特徴と
   する建設機械の安全装置。