JP2020148074A - 作業機械の接触防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械において、簡素な構成で障害物を判別しながら確実に検知できる接触防止装置を提供する。【解決手段】建設機械の接触防止装置１００は、Ｔｏｆカメラ４１と、物体判別部５４と、障害物情報出力部５５と、報知装置３６と、を備える。Ｔｏｆカメラ４１は、発光部４２及び受光部４３を備え、発光部４２からの光が物体に当たって反射した反射光を受光部４３で受光するタイミング及び受光強度を検出可能である。物体判別部５４は、少なくとも受光強度に基づいて物体を判別する。障害物情報出力部５５は、障害物に関する情報を出力する。報知装置３６は、障害物情報出力部５５の出力結果に応じて報知する。障害物情報出力部５５は、Ｔｏｆカメラ４１で取得された物体までの距離と、物体判別部５４の判別結果と、に基づいて、障害物に関する情報を生成する。【選択図】図２

Description

本発明は、作業機械に障害物が接触するのを防止する接触防止装置に関する。

従来から、作業機械に作業員等が接近したことを検知する構成が知られている。特許文献１及び２は、この種の接触防止装置を開示する。

特許文献１の作業機械の周辺監視装置は、作業機械に取り付けられる動体検出センサ又は画像センサの出力に基づいて動体を検出することによって、作業機械の周囲における人の存否を判定する構成となっている。

特許文献２の作業機械の安全装置は、作業員に取り付ける赤外線受信手段及び電波発信手段を備える。作業機械側から発信した赤外線信号を赤外線受信手段が受信する間、電波発信手段が電波信号を発信する。作業機械側で電波信号を受信する間、作業機械の駆動が強制的に停止される。

特開２０１７−２２３１１１号公報 特開２０１４−４７６０７号公報

特許文献１の構成は、動体を検出することで人の存否を判定しているため、人の動きが少ない場合に検知できないおそれがある。

特許文献２の構成は、赤外線を受信して電波信号を送信する装置が人の数だけ必要になり、構成が複雑になってしまう。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、簡素な構成で障害物を判別しながら確実に検知できる接触防止装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成の作業機械の接触防止装置が提供される。即ち、この作業機械の接触防止装置は、３次元計測センサと、物体判別部と、障害物情報出力部と、報知装置と、を備える。前記３次元計測センサは、発光部及び受光部を備え、前記発光部からの光が物体に当たって反射した反射光を前記受光部で受光するタイミング及び受光強度を検出可能である。前記物体判別部は、少なくとも前記受光強度に基づいて、物体を判別する。前記障害物情報出力部は、障害物に関する情報を出力する。前記報知装置は、前記障害物情報出力部の出力結果に応じて報知する。前記障害物情報出力部は、前記３次元計測センサで取得された前記物体までの距離と、前記物体判別部の判別結果と、に基づいて、前記障害物に関する情報を生成する。

これにより、３次元計測センサで障害物の３次元的な位置を検出し、物体判別部において障害物の属性（例えば、人とそれ以外）を判別した結果を利用して、例えば人が近づいた場合にだけ報知装置を動作させることができる。従って、不測の事態を防止しながら、作業中に作業が無駄に止まる状況を減らして、作業効率を高めることができる。

前記の作業機械の接触防止装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この作業機械の接触防止装置は、撮像装置と、表示装置と、を備える。前記撮像装置は、前記作業機械の周囲を撮像する。前記表示装置は、前記３次元計測センサにより検出された物体の位置を、前記撮像装置で得られた画像に合成して表示する。前記表示装置は、前記物体の位置を、前記撮像装置が出力する画像の視点を変換した視点変換画像の対応位置に合成して表示可能である。

これにより、見易い視点に変換した画像を表示することで、オペレータが周囲の状況を直感的に確認することができる。また、障害物の位置及び判別結果が同一の画像に合成されるので、周囲の状況をオペレータが理解することが更に容易になる。

前記の作業機械の接触防止装置においては、前記障害物情報出力部の出力結果に応じて、前記作業機械が備えるアクチュエータの駆動速度を減少させる制御を行うことが好ましい。

これにより、作業機械に例えば人が近づいた場合に当該作業機械の動作を自動的に減速することで、作業機械の動作が慎重になり、不測の事態が発生しにくくなる。

前記の作業機械の接触防止装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、この作業機械の接触防止装置は、前記作業機械の周囲に定められた動作停止領域を記憶する記憶部を備える。前記障害物情報出力部が出力する物体の位置が前記動作停止領域に含まれる場合に、前記作業機械が備えるアクチュエータを停止させる制御を行う。

これにより、例えばオペレータにとって死角となる領域に人が侵入した場合に、作業機械の動作を自動的に停止することで、不測の事態を未然に防止することができる。

前記の作業機械の接触防止装置においては、前記障害物情報出力部が出力する物体の位置が前記動作停止領域に含まれない場合であって、当該位置が前記動作停止領域に近づく向きに変化しているときは、前記報知装置が報知することが好ましい。

これにより、例えばオペレータにとって死角となる領域に人が近づきつつある場合に、オペレータが早い段階で気付き易くなる。

本発明の一実施形態に係る建設機械の全体的な構成を示す側面図。 建設機械が備える接触防止装置の機能ブロック図。 アラウンドビュー画像と物体の判別結果との合成について説明する概念図。 表示装置に表示される画面の例を示す図。 建設機械が備えるアクチュエータの動作を減速させる構成を説明する概略図。 アクチュエータの動作を停止させる構成を説明する概略図。 オペレータへの警報に関して制御装置が行う処理を説明するフローチャート。 表示装置に表示される画面の他の例を示す図。 アクチュエータの動作を減速又は停止させる処理を示すフローチャート。 図９の処理の一部に関する変形例を示すフローチャート。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る建設機械１の側面図である。図２は、建設機械１が備える接触防止装置１００の機能ブロック図である。

建設機械（作業機械）１は、建設現場、解体現場、及び鉱山等で用いられ、土木作業及び建築作業を行う。建設機械１は、特に土砂等を掘削する掘削作業を主として行う。

建設機械１は、図１に示すように、クローラ１１と、旋回体１２と、作業機１３と、を備える。

クローラ１１は、左右１対で配置されている。左右のクローラ１１は、オペレータの操作に応じて駆動される。これにより、建設機械１を走行させることができる。

旋回体１２は、クローラ１１に支持されている。旋回体１２は、クローラ１１に対して鉛直方向（建設機械１の上下方向）を回転軸として旋回可能に構成されている。旋回体１２の旋回は、当該旋回体１２に取り付けられた旋回モータ２０を駆動することにより行われる。

作業機１３は、旋回体１２に取り付けられている。作業機１３は、オペレータの操作に応じて上記の掘削作業を行う。

作業機１３は、ブーム１４と、アーム１５と、バケット１６と、を備える。

ブーム１４は、細長い部材として構成されている。ブーム１４の一端部は、旋回体１２の前部に回転可能に取り付けられている。ブーム１４には油圧シリンダであるブームシリンダ１７が取り付けられており、ブームシリンダ１７が伸縮することでブーム１４を回転させることができる。

アーム１５は、ブーム１４と同様に細長い部材である。アーム１５の一端部は、ブーム１４の先端部に回転可能に支持されている。建設機械１は、アーム１５を回転させるためのアームシリンダ１８を備えている。

バケット１６は、容器状に形成された部材として構成されている。バケット１６の一端部は、アーム１５の先端部に回転可能に支持されている。建設機械１は、バケット１６を回転させるためのバケットシリンダ１９を備えている。ブーム１４及びアーム１５を回転させてバケット１６の位置を調整した状態で、バケット１６を回転させることで、バケット１６の姿勢が変化してすくい動作／ダンプ動作が行われる。これにより土砂が掘削される。

旋回体１２の上側には、オペレータが搭乗するためのキャビン３１が配置されている。キャビン３１の内部には、運転座席３２と、操作レバー３３と、表示装置３４と、が配置されている。運転座席３２には、オペレータが座ることができる。操作レバー３３は、オペレータが作業機１３を操作するために用いられる。操作レバー３３のほかにも、運転座席３２の周囲には適宜の操作部材が配置されている。操作部材としては、例えば、建設機械１の走行を指示する走行レバー、及び、エンジンの回転数を上昇させるアクセルレバー等を挙げることができる。

以下では、運転座席３２に着座したオペレータが向く方向を前として、前後方向及び左右方向を定義する。また、特別な記載がない限り、建設機械１の向きとは、クローラ１１ではなく旋回体１２の向き（即ち着座したオペレータの向き）を意味する。

表示装置３４は、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等であり、様々な情報を表示することができる。表示装置３４は、運転座席３２に対向するように配置されている。言い換えれば、表示装置３４は、運転座席３２に着座して前方を見たオペレータの視界に入る位置に配置されている。

報知装置３６は、例えばブザー又はスピーカ等であり、オペレータに対して音による報知を行うことができる。

建設機械１は、周囲の情報を取得する情報取得装置として、Ｔｏｆカメラ（３次元計測センサ）４１と、撮像装置４６と、ＧＮＳＳアンテナ４７と、方位センサ４８と、を備える。これらの情報取得装置が取得した情報は、制御装置５０へ出力される。

Ｔｏｆカメラ４１は、建設機械１の周囲を対象として３次元計測を行って、建設機械１の近傍に存在する物体の位置及び形状を取得する。Ｔｏｆは、Ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔの略称である。Ｔｏｆカメラは、３次元ＬｉＤＡＲの一種である。ＬｉＤＡＲは、Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉоｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇの略称である。ただし、Ｔｏｆカメラ４１に代えて、他の様々な３次元計測センサを用いることもできる。

それぞれのＴｏｆカメラ４１は、発光部４２と、受光部４３と、を備える。発光部４２は、光を照射する。受光部４３は、光が物体に反射した反射光を検知することができる。発光部４２と受光部４３は、互いに近接して配置されている。

発光部４２及び受光部４３に加えて、Ｔｏｆカメラ４１は、図２に示す距離取得部４４と、受光強度取得部４５と、を備える。

距離取得部４４は、発光部４２が光を照射してから受光部４３が反射光を受光するまでの時間を計測することで、周囲の物体までの距離を取得することができる。

Ｔｏｆカメラ４１は公知であるので、ここでは基本的な原理について簡単に説明する。Ｔｏｆカメラ４１の発光部４２は、一定の周期で強度が繰り返し変化するように、光を周囲に照射する。受光部４３が検知した反射光の受光強度の位相は、Ｔｏｆカメラ４１と、光を反射した反射物と、の間の距離に応じて変化する。距離取得部４４は、この位相ズレに基づいて、反射物との間の距離を計算により得ることができる。

受光強度取得部４５は、受光部４３が検知した光の強度である受光強度を取得する。受光強度は、反射物が光を反射する割合（反射率）と捉えることもできる。

図１に示すように、Ｔｏｆカメラ４１は、キャビン３１の上端部に取り付けられている。Ｔｏｆカメラ４１は、キャビン３１の外周３６０°を３分割するように、周方向で並べて３つ配置されている。これにより、キャビン３１の外周全体にわたって周囲を検知することができる。

撮像装置４６は、キャビン３１の周囲を撮影して映像を取得するカメラである。撮像装置４６は、キャビン３１の上端部に取り付けられている。撮像装置４６は、キャビン３１の外周３６０°を４分割するように、周方向で並べて４つ配置されている。

４つの撮像装置４６は、いわゆるアラウンドビュー画像（視点変換画像）を実現するために用いられる。詳細は後述するが、図２の制御装置５０は、前後左右に配置された撮像装置４６のそれぞれによって撮影された映像を統合して、あたかも建設機械１を上空から見下ろした視点で撮影されたかのような１つの映像をリアルタイムで生成することができる。この映像を表示装置３４に表示することで、オペレータが建設機械１の周囲の状況を確認するのを支援することができる。

ＧＮＳＳアンテナ４７は、ＧＰＳ等の衛星測位システムを構成する測位衛星からの信号を受信する。ＧＮＳＳアンテナ４７によって受信された測位信号は、制御装置５０又は図略の受信部に入力され、測位演算が行われる。測位演算を行うことで、建設機械１の位置情報（特にＧＮＳＳアンテナ４７の位置情報）が例えば緯度・経度情報として算出される。本実施形態ではＧＮＳＳ−ＲＴＫ法を利用した高精度の衛星測位システムが用いられているが、これに限られるものではなく、高精度の位置座標が得られる限りにおいて他の測位システムを用いてもよい。例えば、相対測位方式（ＤＧＰＳ）、又は静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ）を使用することが考えられる。

方位センサ４８は、旋回体１２に配置されている。そのため、クローラ１１が停止した状態で旋回体１２が旋回した場合であっても、当該旋回体１２の向く方位を検出できる。方位センサ４８としては、例えば磁気センサ又はジャイロセンサを用いることができる。

制御装置５０は、検出カメラ判定部５１と、距離取得部５２と、警告領域侵入判定部５３と、物体判別部５４と、障害物情報出力部５５と、記憶部５６と、画像変換部５７と、合成座標計算部５８と、位置合成部５９と、動作制限領域侵入判定部６０と、アクチュエータ減速指示部６１と、動作停止領域侵入判定部６２と、アクチュエータ停止指示部６３と、を備える。

具体的に説明すると、制御装置５０はコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ（演算部）、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える。また、前記ＲＯＭには、建設機械１の各部を動作させるための適宜のプログラムが記憶されている。このソフトウェアとハードウェアとの協働により、制御装置５０を、図２に示す検出カメラ判定部５１、距離取得部５２、警告領域侵入判定部５３、物体判別部５４、障害物情報出力部５５、記憶部５６、画像変換部５７、合成座標計算部５８、位置合成部５９、動作制限領域侵入判定部６０、アクチュエータ減速指示部６１、動作停止領域侵入判定部６２、及びアクチュエータ停止指示部６３等として機能させることができる。

検出カメラ判定部５１は、３つのＴｏｆカメラ４１のうち少なくとも１つ以上が物体を検出したか否かを判定する。物体が検出された場合、検出カメラ判定部５１は、それぞれの物体について、当該物体を検出したＴｏｆカメラを特定する情報（例えば、カメラ番号）と、Ｔｏｆカメラ画像における物体の位置と、を距離取得部５２に出力する。

距離取得部５２は、検出カメラ判定部５１で検出された物体のそれぞれについて、建設機械１との距離を計算する。この距離は、Ｔｏｆカメラ画像における物体の位置を、建設機械１を基準とする座標系（後述のワールド座標系）で表すように計算することで得ることができる。

警告領域侵入判定部５３は、建設機械１の周囲に予め定められた警告領域に物体が入っているか否かを判定する。この警告領域は、図１に符号Ａ１で示すように、建設機械１を中心とした所定の大きさの円柱状の領域として定められている。具体的に説明すると、警告領域侵入判定部５３は、距離取得部５２で得られた距離と、予め定められた閾値と、を比較する。警告領域侵入判定部５３は、建設機械１と物体との間の距離が閾値以下である場合は、当該物体が警告領域Ａ１の内部にあると判定する。警告領域侵入判定部５３は、判定結果を物体判別部５４に出力する。

物体判別部５４は、警告領域Ａ１の内部にあると警告領域侵入判定部５３によって判定された物体について、人かそうでないかを判別する。この判別は、本実施形態では、Ｔｏｆカメラ４１が物体を検出したときの受光強度に基づいて行われる。

工事現場で作業を行う作業員は、良好な光反射率を有する反射材が取り付けられたベストを予め着用する旨、ルールが定められている。従って、作業員がＴｏｆカメラ４１で捉えられた場合、その受光強度が大きくなる。一方、作業員以外のものがＴｏｆカメラ４１で捉えられた場合は、受光強度は小さくなる。物体判別部５４は、受光強度の大小に基づいて、Ｔｏｆカメラ４１で検知した障害物が人であるか否かを判別することができる。

障害物情報出力部５５は、警告領域侵入判定部５３において警告領域Ａ１に入っていると判定された障害物について、その位置と、物体判別部５４による判定結果と、を示す情報を生成する。障害物の位置は、例えば、建設機械１が備える旋回体１２の旋回軸が地面に交わる位置を原点とし、旋回体１２の右方を＋Ｘ軸、前方を＋Ｙ軸、上方を＋Ｚ軸にとった座標系（以下、ワールド座標系）で表すことができる。この座標系は、旋回体１２の旋回に伴って一体的に旋回する。障害物情報出力部５５は、生成した情報を、合成座標計算部５８等に出力する。

Ｔｏｆカメラ４１が出力する画像は、マトリクス状に配置された画素毎に、反射物の受光強度の情報と、当該画素におけるカメラと反射物との間の距離の情報と、を含んでいる。画像上の画素の位置と、当該画素における距離の情報と、に基づいて、上記のワールド座標系における座標を得ることができる。この変換は、詳細な説明は省略するが、Ｔｏｆカメラ４１がキャビン３１に取り付けられる位置及び向き、Ｔｏｆカメラ４１の画角、撮像素子の有効画素サイズ等を用いて、周知の幾何学的計算により行うことができる。

記憶部５６は、例えば不揮発性のメモリにより構成されている。記憶部５６は、制御装置５０が行う処理に必要な各種の情報を記憶することができる。この情報には、それぞれのＴｏｆカメラ４１による物体の検出結果を上述のワールド座標系で表すための画素座標変換テーブルが含まれる。また、記憶部５６が記憶する情報には、４つの撮像装置４６の画像を統合して１つのアラウンドビュー画像を生成するための画素座標変換テーブルが含まれる。更には、記憶部５６は、後述の動作停止領域を定義するデータを記憶している。

画像変換部５７は、４つの撮像装置４６で得られた画像を統合して、１つのアラウンドビュー画像を生成する。この画像変換には、記憶部５６が記憶する画素座標変換テーブルが用いられる。アラウンドビュー画像の作成方法は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

合成座標計算部５８は、障害物情報出力部５５の出力結果のうち、ワールド座標系で表された障害物の位置を、アラウンドビュー画像における対応位置に表示するための座標変換を行う。この座標変換には、記憶部５６が記憶する画素座標変換テーブルが用いられる。この画素座標変換テーブルは、周知の幾何学的計算により作成することができるので、説明を省略する。

位置合成部５９は、画像変換部５７が生成したアラウンドビュー画像に対して、障害物情報出力部５５の出力結果（即ち、障害物の位置）等をアイコン等により示す画像を合成する。

図３には、アラウンドビュー画像７１に対して判別表示画像７２を重畳する様子が概念的に示されている。また、図４には、実際に合成された映像が示されている。図３に示すように、判別表示画像７２の中心には自機画像７３が描かれる。また、Ｔｏｆカメラ４１が物体を検出し、当該物体が人であると物体判別部５４によって判定された場合は、判別表示画像７２において、当該物体に対応するアラウンドビュー画像７１の位置に人アイコン７４が表示される。一方、人であると物体判別部５４によって判別されなかった物体については、判別表示画像７２において、物アイコン７５が表示される。

従って、表示装置３４には図４に示すように、建設機械１の上空から見下ろしたような俯瞰画像に、物体の判別結果が重ねられて表示される。この重畳映像の生成及び表示がリアルタイムで行われることにより、周囲の障害物に関して注意すべき状況をオペレータが確実かつ容易に把握することができる。

動作制限領域侵入判定部６０は、建設機械１の周囲に予め定められた動作制限領域に、物体判別部５４によって人と判定された物体が入っているか否かを判定する。この動作制限領域は、警告領域Ａ１と同様に、建設機械１を中心とした所定の大きさの円柱形の領域として定められている。動作制限領域侵入判定部６０は、建設機械１と物体との間の距離が閾値以下である場合は、当該物体が動作制限領域に侵入していると判定する。動作制限領域侵入判定部６０は、判定結果をアクチュエータ減速指示部６１に出力する。

アクチュエータ減速指示部６１は、動作制限領域に人が侵入したと動作制限領域侵入判定部６０が判定した場合に、旋回モータ２０等のアクチュエータの動作速度を自動的に減少させる。

動作停止領域侵入判定部６２は、建設機械１の近傍に予め定められた動作停止領域に、物体判別部５４によって人と判定された物体が入っているか否かを判定する。この動作停止領域は、運転座席３２に座るオペレータにとって死角となり易い領域、例えばキャビン３１の後方、左後方、右後方の領域となるように定められている。動作停止領域には、オペレータからブーム１４によって隠れる部分である前方又は斜め前方の領域が含まれても良い。

この動作停止領域の境界を定める情報は、予め定められて記憶部５６に記憶されている。動作停止領域侵入判定部６２は、建設機械１に対する物体の位置関係を求めて、当該物体が動作停止領域の内部にある場合は、当該物体が動作停止領域に侵入していると判定する。動作停止領域侵入判定部６２は、判定結果をアクチュエータ停止指示部６３に出力する。

アクチュエータ停止指示部６３は、動作停止領域に人が侵入したと動作停止領域侵入判定部６２が判定した場合に、旋回モータ２０等のアクチュエータの動作速度を自動的に停止させる。

制御装置５０は、電気信号を送ることにより、図２に示すブームシリンダ１７、アームシリンダ１８、バケットシリンダ１９、旋回モータ２０等のアクチュエータの動作を制御することができる。アクチュエータの制御を実現するための詳細な構成については後述する。

制御装置５０は、表示装置３４及び報知装置３６に対して電気的に接続されている。

表示装置３４は、上述のアラウンドビュー画像等、制御装置５０の処理に基づく内容を適宜出力することができる。

報知装置３６は、音声を出力することによってオペレータに警報を行い、特に人の接近について注意を促すことができる。ただし、報知装置３６は、ＬＥＤ等のランプ、回転灯等によって実現しても良い。

以上の構成で、Ｔｏｆカメラ４１、撮像装置４６、制御装置５０、表示装置３４及び報知装置３６により、建設機械１の接触防止装置１００が構成されている。この接触防止装置１００により、作業効率を無駄に低下させずに、建設機械１に対する人の接触を効果的に防止することができる。

次に、アクチュエータ減速指示部６１によってアクチュエータを減速させる具体的な構成について説明する。

図５に示すように、建設機械１は、可変容量型の油圧ポンプ８１を備える。油圧ポンプ８１と、アクチュエータの一種であるブームシリンダ１７との間には、方向切換弁８２が配置されている。

方向切換弁８２のパイロットポートには、リモコン弁のパイロット出力が導かれている。図５には示されていないが、リモコン弁は、パイロット圧力を供給するための油圧ポンプ８３と、方向切換弁８２と、の間に配置されている。

リモコン弁は、操作レバー３３等の操作部材をオペレータが操作するのに応じて、作動油を方向切換弁８２に送る。従って、オペレータが操作部材を操作する操作位置に応じて方向切換弁８２のスプールが変位して、作動油の供給／停止を切り換えることができる。この結果、ブームシリンダ１７を伸縮させることができる。

油圧ポンプ８３とリモコン弁との間、又は、リモコン弁と方向切換弁８２との間に、比例弁８４が配置されている。この比例弁８４は、入力される電気信号に応じて開度を変更して、当該比例弁８４を通過するパイロット作動油の流量を調整することができる。

制御装置５０（アクチュエータ減速指示部６１）は、比例弁８４に電気信号を出力することで、比例弁８４の開度を制御する。具体的には、制御装置５０は、比例弁８４の開度を小さくすることで、方向切換弁８２のスプールの変位量を小さくする。これにより、ブームシリンダ１７等のアクチュエータの駆動速度を小さくすることができる。

次に、アクチュエータ停止指示部６３によってアクチュエータを停止させる具体的な構成について説明する。

図６に示すように、建設機械１において、可変容量型の油圧ポンプ８１と、アクチュエータの一種である旋回モータ２０との間には、方向切換弁８５が配置されている。方向切換弁８５のパイロットポートには、リモコン弁８６のパイロット出力が導かれている。

従って、オペレータが操作レバー３３を操作する操作位置に応じて方向切換弁８５のスプールが変位して、作動油の供給／停止を切り換えることができる。この結果、旋回モータ２０を正逆何れかの方向に回転させることができる。

リモコン弁８６と、当該リモコン弁８６にパイロット圧力を供給するための油圧ポンプ８３と、の間には、電磁弁８７が配置されている。この電磁弁８７は、入力される電気信号に応じて開閉を切り換えることができる。

制御装置５０（アクチュエータ停止指示部６３）は、電磁弁８７に電気信号を出力することで、電磁弁８７の開閉を制御する。具体的には、制御装置５０は、電磁弁８７を閉じることで、方向切換弁８５へのパイロット圧力の供給を停止させる。この結果、方向切換弁８５のスプールが中立位置となるので、旋回モータ２０等のアクチュエータの駆動を強制的に停止することができる。

次に、図７を参照して、制御装置５０が人の接近を検知してオペレータに警報する処理について詳細に説明する。図７は、オペレータへの警報に関して制御装置５０が行う処理を説明するフローチャートである。

最初に、制御装置５０は、３つのＴｏｆカメラ４１の画像について適宜の物体検出処理を行って、光を反射する物体の位置情報と受光強度を取得する（ステップＳ１０１）。この処理は、主に検出カメラ判定部５１によって実現される。ただし、物体検出処理は、Ｔｏｆカメラ４１が備えるコンピュータにより実現されても良い。

次に、警告領域侵入判定部５３は、検出された物体のそれぞれについて、建設機械１から当該物体までの距離が所定の閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。なお、建設機械１から物体までの距離は、図２に示す距離取得部５２によって計算される。当該距離が所定の閾値より大きい場合は、処理はステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０２の判断で、建設機械１から物体までの距離が閾値以下である場合は、物体判別部５４が、当該物体の部分でＴｏｆカメラによって検知された受光強度が第１閾値より低いか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３で用いられる第１閾値は、物体判別部５４が何らかの物体（人又は物）として検知するために必要な受光強度に対応している。受光強度が第１閾値よりも低い場合は、処理はステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０３の判断で、受光強度が第１閾値以上であった場合は、物体判別部５４が、当該受光強度が第２閾値より低いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４で用いられる第２閾値は、物体判別部５４が物体について人か物かを判別する境界の受光強度に対応している。受光強度が第２閾値よりも低い場合は、物体判別部５４は、当該物体が物であると判定する。これに伴って、障害物情報出力部５５が、物がある旨と、その位置を出力する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０４の判断で、受光強度が第２閾値以上である場合は、物体判別部５４は、当該物体が人であると判定する。これに伴って、障害物情報出力部５５が、人がいる旨と、その位置を出力する（ステップＳ１０６）。障害物が人であると判別された場合は、制御装置５０は、報知装置３６を動作させてオペレータに注意を喚起する（ステップＳ１０７）。何れの場合も、その後、処理はステップＳ１０１に戻る。

制御装置５０は、図７の処理で得られた判定結果に応じて、図４に示す表示画面において、検出された物体の位置に人アイコン７４を重畳して表示するか、物アイコン７５を重畳して表示するか、を決定することができる。従って、オペレータは、図４に示すような拡張現実的な画像によって、人及び物がどの位置にいるのかを容易に把握することができる。

ただし、人及び物の判別結果は、図４のようにアラウンドビュー画像に重畳して表示することに限定されない。例えば、図８に示すように、建設機械１の周辺を周方向及び距離方向で適宜分割した図形を表示し、分割された領域の何れに人又は物があるか否かを人アイコン７４又は物アイコン７５で表示する構成が考えられる。

次に、図９を参照して、建設機械１の近くに人がいる場合にアクチュエータの動作を自動的に減速又は停止する制御について説明する。図９は、アクチュエータの動作を減速又は停止させる処理を示すフローチャートである。

図９のステップＳ２０１〜Ｓ２０４は、図７のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と実質的に同じであるため、説明を省略する。ステップＳ２０２の処理により、図２の動作制限領域侵入判定部６０の機能が実現される。ステップＳ２０２で用いられる閾値は、動作制限領域の大きさに対応する。動作制限領域は、上述の警告領域Ａ１と一致していても良いし、異なっていても良い。

ステップＳ２０４の判断で、検出された物体の受光強度が人と判別すべき受光強度の閾値以上だった場合には、動作停止領域侵入判定部６２は、建設機械１から物体までの距離が、予め定められた停止距離より小さいか否かを判定する（ステップＳ２０５）。建設機械１から物体までの距離が前記停止距離より小さい場合は、アクチュエータ停止指示部６３は、アクチュエータ（例えば、旋回モータ２０及びブームシリンダ等）に対して停止を指示する（ステップＳ２０６）。一方、建設機械１から物体までの距離が停止距離以上である場合は、アクチュエータ減速指示部６１は、アクチュエータに対して減速を指示する（ステップＳ２０７）。何れの場合も、その後、処理はステップＳ２０１に戻る。

これにより、ステップＳ２０２での判定閾値よりも人が建設機械１に対して近づいた場合、ステップＳ２０７の処理により、アクチュエータの動作速度が制限される。この制限の度合いは、一定であっても良いし、建設機械１と人との距離が近づくに従って制限（減速）が大きくなるように変化しても良い。人が建設機械１に対して更に接近し、建設機械１と人との距離がステップＳ２０５の判定閾値である停止距離よりも小さくなった場合には、ステップＳ２０６の処理により、アクチュエータが強制的に停止される。これにより、近くに人がいる場合において、建設機械１の不測の動作を回避することができる。

なお、ステップＳ２０５からステップＳ２０７までで説明した処理は、図１０に示すステップＳ３０５からステップＳ３１２までの処理に置き換えることもできる。以下、この処理について説明する。

ステップＳ３０５において、動作停止領域侵入判定部６２は、検出された物体の位置が、予め定められた動作停止領域に入っているか否かを判定する。動作停止領域に物体の位置が入っていた場合には、アクチュエータ停止指示部６３は、アクチュエータ（例えば、旋回モータ２０及びブームシリンダ１７等）に対して停止を指示する（ステップＳ３０６）。

ステップＳ３０５の判断で、物体の位置が動作停止領域に入っていなかった場合には、制御装置５０は、前回検出した物体の位置と、今回検出した物体の位置と、の間の変化から、物体の移動する速度と方向を計算する（ステップＳ３０８）。なお、物体を検出する毎に当該物体の位置を例えば記憶部５６に記憶しておくことで、前回検出した物体の位置を得ることができる。そして制御装置５０は、得られた速度と方向に基づいて、次回の物体の位置を推定する（ステップＳ３０９）。

その後、動作停止領域侵入判定部６２は、推定された次回の物体の位置が動作停止領域に入っているか否かを判定する（ステップＳ３１０）。次回の物体の位置が動作停止領域に入っていた場合には、ステップＳ３０６で、アクチュエータ停止指示部６３がアクチュエータの停止を指示する。

即ち、図１０の処理では、物体の今回の位置が動作停止領域に入っていなくても、推定される次回の位置が動作停止領域に入っていれば、アクチュエータの動作が停止する。これにより、人が建設機械１に近づいている状況において、人の動く速度と方向を考慮して、早い段階で建設機械１のアクチュエータを停止させることができる。

ステップＳ３１０の判断で、次回の物体の位置が動作停止領域に入っていなかった場合には、アクチュエータ減速指示部６１が、アクチュエータの動作の減速を指示する（ステップＳ３０７）。その後、制御装置５０は、ステップＳ３０８で計算した物体の移動速度と方向に基づいて、前回の位置よりも今回の位置が上述の動作停止領域に近づいているか否かを判定する（ステップＳ３１１）。物体の位置が動作停止領域に近づいている場合は、制御装置５０は報知装置３６を動作させる（ステップＳ３１２）。これにより、オペレータは、建設機械１の死角の領域に人が近づいていることに早い段階で気付くことができる。

以上に説明したように、本実施形態の建設機械１の接触防止装置１００は、Ｔｏｆカメラ４１と、物体判別部５４と、障害物情報出力部５５と、報知装置３６と、を備える。Ｔｏｆカメラ４１は、発光部４２及び受光部４３を備え、発光部４２からの光が物体に当たって反射した反射光を受光部４３で受光するタイミング及び受光強度を検出可能である。物体判別部５４は、少なくとも受光強度に基づいて、物体を判別する。障害物情報出力部５５は、障害物に関する情報を出力する。報知装置３６は、障害物情報出力部５５の出力結果に応じて報知する。障害物情報出力部５５は、Ｔｏｆカメラ４１で取得された物体までの距離と、物体判別部５４の判別結果と、に基づいて、障害物に関する情報を生成する。

これにより、Ｔｏｆカメラ４１で障害物の３次元的な位置を検出し、物体判別部５４において障害物の属性（例えば、人とそれ以外）を判別した結果を利用して、例えば人が近づいた場合にだけ報知装置３６を動作させることができる。従って、不測の事態を防止しながら、工事現場等での作業中に作業が無駄に止まる状況を減らして、作業効率を高めることができる。

また、本実施形態の建設機械１の接触防止装置１００は、撮像装置４６と、表示装置３４と、を備える。撮像装置４６は、建設機械１の周囲を撮像する。表示装置３４は、Ｔｏｆカメラ４１により検出された物体の位置を、撮像装置４６で得られた画像に合成して表示する。表示装置３４は、物体の位置を、撮像装置４６が出力する画像の視点を変換したアラウンドビュー画像の対応位置に合成して表示可能である。

これにより、オペレータは、アラウンドビュー画像によって周囲の状況を直感的に把握できる。また、検出された物体の位置を同一の画像に表示することで、オペレータが周囲の障害物の状況に気付き易くなる。

また、本実施形態の建設機械１の接触防止装置１００は、障害物情報出力部５５の出力結果に応じて、建設機械１が備えるアクチュエータの駆動速度を減少させる制御を行う。

これにより、建設機械１に例えば人が近づいた場合に当該建設機械１の動作を自動的に減速することで、建設機械１の動作が慎重になり、不測の事態が発生しにくくなる。

また、本実施形態の建設機械１の接触防止装置１００において、障害物情報出力部５５が出力する物体の位置が動作停止領域に含まれる場合に、建設機械１が備えるアクチュエータを停止させる制御を行う。

これにより、オペレータにとっての死角等を考慮した特定の領域に例えば人がいる場合に、不測の事態の発生を防止することができる。

また、本実施形態の建設機械１の接触防止装置１００において、障害物情報出力部５５が出力する物体の位置が動作停止領域に含まれない場合であって、位置が動作停止領域に近づく向きに変化しているときは、報知装置３６が報知する。

これにより、例えばオペレータにとって死角となる領域に人が近づいている場合に、オペレータが早い段階で気付き易くなる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

物体判別部５４は、受光強度そのものに加えて、受光強度が高い画素の領域の形状に基づいて、光を反射する物体が人であるか物であるかの判別を行うこともできる。例えば、作業員が装着するベストに固定する反射材を、星形等、特別な形状としておく。工事現場において、例えば電柱には交通事故防止のために反射材が取り付けられている場合があるが、上記の構成とすることで、人と電柱との判別を良好に行うことができる。

ベストに固定する反射材の形状を作業員毎に異ならせることで、人か人でないかの判別だけでなく、人が誰であるかの識別を行うこともできる。この識別結果に対応付けて予め記憶した情報（例えば、名前等）を、アラウンドビュー画像に合成して表示装置３４に表示しても良い。

障害物情報出力部５５が出力する障害物の位置及び判別結果を表示装置３４に表示せずに、報知装置３６による聴覚だけでの報知を行う構成とすることもできる。

報知装置３６が発生する報知音は、建設機械１と人との距離が変化するのに応じて異ならせるようにすることもできる。例えば、音量を変えたり、音の高さを変えたり、発音／休止のパターンを変えたりすることが考えられる。

例えば人が接近している旨の警告を表示装置３４に表示することで、オペレータに報知することもできる。この場合、表示装置３４が報知装置３６を兼ねることになる。

視点変換画像は、必ずしも真上から見下ろした俯瞰画像とすることに限定せず、例えば、上から斜めに見た画像とすることもできる。

Ｔｏｆカメラ４１及び撮像装置４６は、建設機械１の外周全体を分担して視野に収めることができる限り、幾つ配置しても良い。

本発明は、建設機械１だけでなく、他の様々な構成及び用途の作業機械に適用することができる。例えば、旋回型でない作業機械に本発明を適用することができる。また、走行装置を有しない作業機械に本発明を適用することもできる。

１ 建設機械（作業機械）
３４ 表示装置
３６ 報知装置
４１ Ｔｏｆカメラ（３次元計測センサ）
４２ 発光部
４３ 受光部
４６ 撮像装置
５４ 物体判別部
５５ 障害物情報出力部
１００ 接触防止装置

Claims (5)

1. 発光部及び受光部を備え、前記発光部からの光が物体に当たって反射した反射光を前記受光部で受光するタイミング及び受光強度を検出可能な３次元計測センサと、
   少なくとも前記受光強度に基づいて、物体を判別する物体判別部と、
   障害物に関する情報を出力する障害物情報出力部と、
   前記障害物情報出力部の出力結果に応じて報知する報知装置と、
   を備え、
   前記障害物情報出力部は、前記３次元計測センサで取得された前記物体までの距離と、前記物体判別部の判別結果と、に基づいて、前記障害物に関する情報を生成することを特徴とする作業機械の接触防止装置。
2. 請求項１に記載の作業機械の接触防止装置であって、
   前記作業機械の周囲を撮像する撮像装置と、
   前記３次元計測センサにより検出された物体の位置を、前記撮像装置で得られた画像に合成して表示する表示装置と、
   を備え、
   前記表示装置は、前記物体の位置を、前記撮像装置が出力する画像の視点を変換した視点変換画像の対応位置に合成して表示可能であることを特徴とする作業機械の接触防止装置。
3. 請求項１又は２に記載の作業機械の接触防止装置であって、
   前記障害物情報出力部の出力結果に応じて、前記作業機械が備えるアクチュエータの駆動速度を減少させる制御を行うことを特徴とする作業機械の接触防止装置。
4. 請求項１から３までの何れか一項に記載の作業機械の接触防止装置であって、
   前記作業機械の周囲に定められた動作停止領域を記憶する記憶部を備え、
   前記障害物情報出力部が出力する物体の位置が前記動作停止領域に含まれる場合に、前記作業機械が備えるアクチュエータを停止させる制御を行うことを特徴とする作業機械の接触防止装置。
5. 請求項４に記載の作業機械の接触防止装置であって、
   前記障害物情報出力部が出力する物体の位置が前記動作停止領域に含まれない場合であって、当該位置が前記動作停止領域に近づく向きに変化しているときは、前記報知装置が報知することを特徴とする作業機械の接触防止装置。

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