特許 6960802 作業機械の周囲監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6960802

(24)【登録日】2021年10月14日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】作業機械の周囲監視装置

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20211025BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20211025BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/24 H

   E02F9/26 A

   E02F9/20 Q

【請求項の数】9

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2017-161600(P2017-161600)

(22)【出願日】2017年8月24日

(65)【公開番号】特開2019-39206(P2019-39206A)

(43)【公開日】2019年3月14日

【審査請求日】2020年3月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西澤 匡士

(72)【発明者】

【氏名】坂本 博史

(72)【発明者】

【氏名】中 拓久哉

【審査官】 石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０５−０６４２５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１１−２２２８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２３４８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２４

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｅ０２Ｆ ９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部走行体に、フロント作業機を備える上部旋回体を旋回自在に設けた作業機械の周囲監視装置であって、
前記作業機械の周囲の地形情報を取得する地形情報取得部と、
前記地形情報取得部で取得された前記地形情報の時刻変化に基づいて、前記地形情報の信頼度を算出する地形情報信頼度評価部と、
前記作業機械の前記フロント作業機の機械状態を算出する機械状態取得部と、
前記地形情報取得部で取得された前記地形情報と前記地形情報信頼度評価部で算出された前記信頼度と前記機械状態取得部で算出された前記フロント作業機の前記機械状態とに基づいて作業領域を設定する作業領域設定部と、
前記作業機械の周囲の障害物情報を取得する障害物取得部と、
前記障害物取得部で取得された前記障害物情報と前記作業機械との相対位置および、前記作業領域設定部で設定された前記作業領域を用いて接近度を算出する接近度算出部と、
前記接近度算出部により算出された前記接近度に応じた制御指示を出力する動作指示部と、を備えること
を特徴とする作業機械の周囲監視装置。

【請求項2】

下部走行体に、フロント作業機を備える上部旋回体を旋回自在に設けた作業機械の周囲監視装置であって、
前記作業機械の前記フロント作業機の機械状態を検出するセンサから受信した前記機械状態と地形データとを用いて作業領域を設定する作業領域設定部と、
前記作業機械の周囲の障害物を検出する障害物センサにおいて検出された前記作業機械の周囲の障害物各々について、設定された前記作業領域および当該障害物と前記作業機械との相対位置を用いて接近度を算出する接近度算出部と、
前記接近度に応じた制御指示を出力する指示部と、を備え、
前記作業領域設定部は、前記フロント作業機が前記機械状態を維持した状態で前記上部旋回体が旋回した場合に到達可能な領域の内部を前記作業領域と設定し、
前記接近度算出部は、前記障害物が前記作業領域内である場合、前記相対位置に応じて前記接近度を算出すること
を特徴とする作業機械の周囲監視装置。

【請求項3】

請求項２記載の作業機械の周囲監視装置であって、
前記地形データの信頼度を評価する信頼度評価部をさらに備え、
前記機械状態は、前記フロント作業機の先端部の水平面上の位置を含み、
前記作業領域設定部は、前記水平面上の、前記作業機械の旋回中心を中心とし、当該中心から前記先端部の位置までの線分を半径とする円周内で、前記信頼度が所定未満の領域を、作業領域候補と設定すること
を特徴とする作業機械の周囲監視装置。

【請求項4】

請求項３記載の作業機械の周囲監視装置であって、
前記地形データは、前記作業機械の周囲の地形の高さを含み、
前記機械状態は、前記フロント作業機の最下端部の高さを含み、
前記作業領域設定部は、前記円周内で前記信頼度が所定以上の領域のうち、前記地形の高さが、前記最下端部の高さより高い領域である高高度領域は、非作業領域と設定すること
を特徴とする作業機械の周囲監視装置。

【請求項5】

請求項４記載の作業機械の周囲監視装置であって、
前記地形データは、前記地形毎の当該地形の硬度を特定するデータである材質データをさらに含み、
前記作業領域設定部は、前記高高度領域であっても、前記材質データにより所定の硬度未満と判定された領域は、前記非作業領域と設定しないこと
を特徴とする作業機械の周囲監視装置。

【請求項6】

請求項５記載の作業機械の周囲監視装置であって、
前記作業領域設定部は、前記高高度領域のうち、前記非作業領域と設定された領域より、前記半径方向に前記作業機械より遠方の領域は、前記非作業領域と設定すること
を特徴とする作業機械の周囲監視装置。

【請求項7】

請求項２記載の作業機械の周囲監視装置であって、
前記接近度は、複数段階のレベルを有し、
前記接近度算出部は、
前記作業領域内であって、予め定めた第一の範囲内にある前記障害物の前記接近度を最も高いレベルに設定し、
前記第一の範囲は、前記作業領域内の前記フロント作業機が所定の時間内に到達する領域であること
を特徴とする作業機械の周囲監視装置。

【請求項8】

請求項１または２に記載の作業機械の周囲監視装置であって、
モニタおよびブザーの少なくとも一方を出力装置としてさらに備え、
前記制御指示は、前記出力装置からの警告出力を行う指示であること
を特徴とする作業機械の周囲監視装置。

【請求項9】

請求項１または２に記載の作業機械の周囲監視装置であって、
前記上部旋回体の旋回を制御するコントローラをさらに備え、
前記制御指示は、前記コントローラへの旋回抑制指示であること
を特徴とする作業機械の周囲監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械の周囲監視技術に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械においては、周囲監視が必須である。周囲監視技術の一例として、例えば、周囲監視を行い、油圧ショベルのバケットの先端が障害物に干渉しないよう制御する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示の技術では、「機体本体の現在位置、上部旋回体の方位、ブーム、アーム、バケットの回転角検知値からバケット先端位置の座標を演算し、該演算座標が、予め設定される干渉回避範囲に入った場合、バケット先端の上下方向および水平方向の移動速度を減速し、障害物から予め設定される距離に至ったら停止するように制御（要約抜粋）」している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−３０７４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示の技術では、作業機械、障害物、周囲の地形の関係を考慮していない。このため、実際には障害物との接触可能性が低い場合であっても、作業機械と障害物との距離が近い場合は、警報が出力されたり、回避制御がなされたりする。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、作業機械の周囲に対し、必要十分な監視を行いつつ作業効率を向上させる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、下部走行体に、フロント作業機を備える上部旋回体を旋回自在に設けた作業機械の周囲監視装置であって、前記作業機械の周囲の地形情報を取得する地形情報取得部と、前記地形情報取得部で取得された前記地形情報の時刻変化に基づいて、前記地形情報の信頼度を算出する地形情報信頼度評価部と、前記作業機械の前記フロント作業機の機械状態を算出する機械状態取得部と、前記地形情報取得部で取得された前記地形情報と前記地形情報信頼度評価部で算出された前記信頼度と前記機械状態取得部で算出された前記フロント作業機の前記機械状態とに基づいて作業領域を設定する作業領域設定部と、前記作業機械の周囲の障害物情報を取得する障害物取得部と、前記障害物取得部で取得された前記障害物情報と前記作業機械との相対位置および、前記作業領域設定部で設定された前記作業領域を用いて接近度を算出する接近度算出部と、前記接近度算出部により算出された前記接近度に応じた制御指示を出力する動作指示部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明は、下部走行体にフロント作業機を備える上部旋回体を旋回自在に設けた作業機械の周囲監視装置であって、前記作業機械の前記フロント作業機の機械状態を検出するセンサから受信した前記機械状態と地形データとを用いて作業領域を設定する作業領域設定部と、前記作業機械の周囲の障害物を検出する障害物センサにおいて検出された前記作業機械の周囲の障害物各々について、設定された前記作業領域および当該障害物と前記作業機械との相対位置を用いて接近度を算出する接近度算出部と、前記接近度に応じた制御指示を出力する指示部と、を備え、前記作業領域設定部は、前記フロント作業機が前記機械状態を維持した状態で前記上部旋回体が旋回した場合に到達可能な領域の内部を前記作業領域と設定し、前記接近度算出部は、前記障害物が前記作業領域内である場合、前記相対位置に応じて前記接近度を算出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明により、作業機械の周囲に対し、必要十分な監視を行いつつ、作業効率を向上できる。上記した以外の課題および効果は、発明を実施するための形態で明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態の作業機械の一例である油圧ショベルの概観を説明するための説明図である。

【図2】本発明の実施形態の油圧ショベルの制御システムの概要を説明するための説明図である。

【図3】本明細書で用いる車体座標系を説明するための説明図である。

【図4】（ａ）および（ｂ）は、油圧ショベルの動作シーンの例を説明するための説明図である。

【図5】（ａ）および（ｂ）は、油圧ショベルの動作シーンの他の例を説明するための説明図である。

【図6】（ａ）および（ｂ）は、油圧ショベルの動作シーンのさらに他の例を説明するための説明図である。

【図7】本発明の実施形態の周囲監視装置の機能ブロック図である。

【図8】本発明の実施形態の位置関係判別処理のフローチャートである。

【図9】本発明の実施形態の変換後障害物情報の一例を説明するための説明図である。

【図10】本発明の実施形態の変換後地形情報の一例を説明するための説明図である。

【図11】本発明の実施形態の信頼度マップ算出処理を説明するための説明図である。

【図12】本発明の実施形態の信頼度マップ算出処理のフローチャートである。

【図13】本発明の実施形態の作業領域設定処理を説明するための説明図である。

【図14】本発明の実施形態の作業領域設定処理のフローチャートである。

【図15】本発明の実施形態の作業領域設定処理の中の周辺処理を説明するための説明図である。

【図16】本発明の実施形態の作業領域設定処理の中の周辺処理のフローチャートである。

【図17】本発明の実施形態の作業領域マップの一例を説明するための説明図である。

【図18】本発明の実施形態の接近度算出処理のフローチャートである。

【図19】（ａ）は、本発明の実施形態の動作データベースの一例を説明するための説明図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態のモニタに表示される表示画面例を説明するための説明図である。

【図20】本発明の実施形態の指示出力処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施形態を説明するための全図において同一の機能を有するものは、特に断らない限り、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【0010】

本実施形態では、作業機械の周囲の地形情報を考慮して、当該作業機の周囲の障害物毎にその接近度をレベル分けし、レベルに応じた警告および制御を行う。

【0011】

以下、本実施形態では、作業機械として、油圧ショベルを例にあげて説明する。なお、作業機械は、油圧ショベルに限定されない。例えば、ドーザやローダであってもよい。

【0012】

［構成］
まず、本実施形態の油圧ショベル１００の概略構成を説明する。図１は、本実施形態の油圧ショベル１００の概観を示す図である。

【0013】

油圧ショベル１００は、多関節型フロント作業機１１０と車体１３０とを備える。多関節型フロント作業機１１０は、ブーム１１１とアーム１１２と、バケット１１３とを備える。ブーム１１１とアーム１１２とバケット１１３とは、それぞれ、ブームシリンダ１２１とアームシリンダ１２２とバケットシリンダ１２３との各アクチュエータにより駆動され、掘削および土砂の運搬をする。

【0014】

車体１３０は、上部旋回体１３１と下部走行体１３２とを備える。上部旋回体１３１および下部走行体１３２は、旋回モータ１２４の駆動により旋回し、左右の走行モータ１２５、１２６の駆動により前後方向に走行、および回転走行する。

【0015】

また、上部旋回体１３１は、運転室１５１を備える。運転室１５１には、操作レバー１５２、出力装置（例えば、モニタ１５３、ブザー１５４（図２参照）など）が設置される。

【0016】

さらに、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３、および、上部旋回体１３１は、それぞれの回動角を検出する角度検出器１８１、１８２、１８３、および、１８４を備える。

【0017】

また、油圧ショベル１００は、障害物情報を取得する外界認識センサ１５６（図２参照）を備える。外界認識センサ１５６は、例えば、カメラ、レーダ、レーザスキャナ等である。

【0018】

［制御システム］
次に、本実施形態の油圧ショベル１００の、制御システムの概要を説明する。図２は、油圧ショベル１００の制御システムの一例を示す図である。

【0019】

油圧ショベル１００は、さらに、エンジン１４３と、油圧ポンプ１４２と、コントロールバルブ１４１と、コントローラ１６２と、情報コントローラ１６１とを備える。

【0020】

油圧ポンプ１４２は、エンジン１４３の動力によって作動する。オペレータが操作レバー１５２を操作すると、その操作情報は、コントローラ１６２で制御信号に変換される。制御信号は、油圧ポンプ１４２とコントロールバルブ１４１とに送られ、油圧ポンプ１４２の出力およびコントロールバルブ１４１の電磁弁を制御する。これらにより、旋回モータ１２４と、走行モータ１２５、１２６と、ブームシリンダ１２１と、アームシリンダ１２２と、バケットシリンダ１２３とは、駆動される。

【0021】

情報コントローラ１６１は、コントローラ１６２と、ブザー１５４と、モニタ１５３と、記憶媒体１５５とに接続される。情報コントローラ１６１は、ブザー１５４およびモニタ１５３を介したオペレータへの情報提示やコントローラ１６２へのコントロールバルブ１４１の制御指示の出力、障害物や地形情報を用いた演算処理を行う。

【0022】

また、情報コントローラ１６１は、油圧ショベル１００の外部とデータの送受信を行う通信機能を備えていてもよい。

【0023】

本実施形態では、記憶媒体１５５には、障害物データベース（ＤＢ）３１０と地形ＤＢ３２０と、動作ＤＢ３３０と、が記憶される。

【0024】

障害物ＤＢ３１０は、油圧ショベル１００の周囲の障害物情報を保持する。保持する障害物情報は、例えば、外界認識センサ１５６等で取得される。なお、障害物情報は、例えば、油圧ショベル１００の外部に設置されたセンサにより取得され、無線通信により情報コントローラ１６１に送信されてもよい。また、外界認識センサ１５６で取得した情報と、送信された情報との組み合わせであってもよい。障害物ＤＢ３１０が保持する障害物情報は、所定の時間間隔で、外界認識センサ１５６等から送信され、更新される。

【0025】

以下、本明細書では、障害物は、油圧ショベル１００が作業の対象としない物体または構造物を指す。

【0026】

地形ＤＢ３２０は、油圧ショベル１００の周囲の地図情報（地形情報）を保持する。保持する地形情報は、障害物情報と同様に、例えば、外界認識センサ１５６で取得する。ま
た、例えば、油圧ショベル１００の外部に設置されたセンサにより取得され、無線通信により情報コントローラ１６１に送信されてもよい。障害物情報と同様に、それらの組み合わせであってもよい。また、油圧ショベル１００の外部に設置されたサーバ等に保存されたデータが設定されてもよい。

【0027】

地形ＤＢ３２０が保持する地形情報は、所定の時間間隔で更新される。

【0028】

動作ＤＢ３３０は、後述するように、各障害物に設定したレベル毎の制御動作を保持する。

【0029】

本実施形態では、情報コントローラ１６１が、記憶媒体１５５に格納される各種のデータを用いて、後述する周囲監視装置２００を実現する。

【0030】

本実施形態の周囲監視装置２００の説明に先立ち、本実施形態の概要を説明する。

【0031】

まず、本明細書で用いる座標系について説明する。本実施形態では、図３に示す、車体１３０に固定された車体座標系９００を用いる。車体座標系９００は、油圧ショベル１００の重心を原点とし、水平面上にＸ軸とＹ軸とを取り、鉛直方向にＺ軸を取る直交座標系である。本明細書では、車体１３０の左右方向にＸ軸をとり、水平面上でＸ軸に直交する方向をＹ軸とする。

【0032】

図４（ａ）〜図６（ｂ）は、油圧ショベル１００の動作シーン例の説明図である。一般に、油圧ショベル１００の作業半径内に障害物がある場合、接触可能性が高い。しかしながら、油圧ショベル１００と障害物との間に、所定の高さの土手７１１がある場合、土手の高さ、材質によって、接触可能性が変化する。ここでは、油圧ショベル１００の車体１３０から最も遠い位置にバケット１１３がある場合を例にあげて説明する。これらの図において、バケット１１３の先端の高さを７１０とする。

【0033】

なお、図４（ａ）、図５（ａ）および図６（ａ）は、油圧ショベル１００を正面から見た図であり、図４（ｂ）、図５（ｂ）および図６（ｂ）は、油圧ショベル１００を真上から見た図である。

【0034】

図４（ａ）および図４（ｂ）は、油圧ショベル１００と障害物７２０との間に、バケット１１３の先端の高さ７１０より低い土手７１１がある場合の動作シーンである。

【0035】

このような場合、たとえ、障害物７２０と油圧ショベル１００との間に土手７１１があったとしても、その土手７１１の高さが、バケット１１３の先端の高さ７１０より低いため、バケット１１３が回転すると当該障害物７２０に接触する可能性が高い。このため、本実施形態の周囲監視装置２００では、このような位置にある障害物７２０については、接触する可能性を高く設定し、警告の対象とする。

【0036】

図５（ａ）および図５（ｂ）は、油圧ショベル１００と障害物７２０との間に、バケット１１３の先端の高さ７１０より高く、かつ、安定した地盤の土手７１１がある場合の動作シーンである。このような場合は、当該障害物７２０にバケット１１３が接触する可能性は低い。本実施形態の周囲監視装置２００では、このような位置にある障害物７２０については、接触する可能性を０に設定し、警告の対象としない。

【0037】

また、図６（ａ）および図６（ｂ）は、油圧ショベル１００と障害物７２０との間に、バケット１１３の先端の高さより高いが、安定しない地盤の土手７１１がる場合の動作シーンである。このような場合、土手７１１が崩壊し、障害物７２０に接触する可能性があ
る。従って、本実施形態で周囲監視装置２００は、接触する可能性を有りと設定し、警告の対象とする。

【0038】

［周囲監視装置］
以下、上記のような警告制御を実現する本実施形態の周囲監視装置２００を説明する。図７は、本実施形態の周囲監視装置２００の機能ブロック図である。

【0039】

周囲監視装置２００は、障害物情報取得部２１１と、地形情報取得部２２１と、機械状態取得部２３１と、地形情報信頼度評価部２２２と、作業領域設定部２２３と、操作状態判定部２３２と、接近度算出部２２４と、動作指示部２４１と、を備える。

【0040】

障害物情報取得部２１１により、油圧ショベル１００の周囲の障害物を検出する障害物センサである外界認識センサ１５６で検出した各障害物の、車体座標系９００での位置情報を得る。

【0041】

また、障害物情報取得部２１１では、地形データを車体座標系９００に変換し、車体座標系９００での地形データを得る。また、地形情報信頼度評価部２２２では、地形情報の、位置毎の信頼度情報を得る。

【0042】

機械状態取得部２３１では、油圧ショベル１００の各部に配置されたセンサで取得したデータから、バケット１１３を含む多関節型フロント作業機１１０の各部の位置情報等を得、操作状態判定部２３２では、多関節型フロント作業機１１０の旋回角速度を得る。

【0043】

そして、作業領域設定部２２３では、地形データと信頼度と多関節型フロント作業機１１０の各部の位置情報等から作業領域を設定し、接近度算出部２２４では、設定された作業領域と障害物情報とを用いて、各障害物の接近度レベルを算出する。

【0044】

動作指示部２４１では、各障害物の接近度レベルに応じて警告動作を決定し、警告動作に応じた制御指示を油圧ショベル１００の各部に出力する。

【0045】

なお、これらの各部は、情報コントローラ１６１が、予め定めたプログラムをメモリにロードして実行することにより実現される。プログラムは、例えば、記憶媒体１５５等に格納される。なお、情報コントローラ１６１が、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）などのハードウェアを備え、全部または一部の機能は、これらによって実現されてもよい。また、各部の処理に用いる各種のデータ、処理中に生成される各種のデータは、メモリ、または、記憶媒体１５５に格納される。

【0046】

以下、各部の処理の詳細を説明する。

【0047】

［障害物情報取得部］
障害物情報取得部２１１は、障害物ＤＢ３１０より油圧ショベル１００の周囲の障害物情報を取得し，車体座標系９００に変換する。障害物情報取得部２１１は、所定の時間間隔で、障害物ＤＢ３１０から障害物情報を取得する。なお、取得するタイミングは、障害物ＤＢ３１０の情報更新と同期していてもよいし、予め定めたタイミングであってもよい。このとき、まず、障害物情報取得部２１１の出力から、油圧ショベル１００の周囲の障害物の有無を判定する。そして、障害物有りと判定された場合、障害物情報から得られる各障害物の位置情報を、それぞれ、車体座標系９００に変換し、変換後障害物情報として算出する。変換式は、予め保持しておく。

【0048】

［障害物情報取得処理］
障害物情報取得部２１１による障害物情報取得処理の流れを説明する。図８は、障害物との位置関係判別処理のフローである。

【0049】

＜ステップＳ１１００＞
障害物情報取得部２１１は、障害物ＤＢ３１０から障害物情報を取得する。
＜ステップＳ１１０１＞
障害物情報取得部２１１は、障害物ＤＢ３１０から取得した障害物情報を参照し、油圧ショベル１００の周囲の障害物の有無を判定する。例えば、障害物情報として送信される位置情報の数で判定する。

【0050】

＜ステップＳ１１０２＞
ステップＳ１１０１において、障害物有り、と判定された場合、障害物情報取得部２１１は、障害物の数を、障害物数Ｍｏｂｊ（Ｍｏｂｊは、１以上の整数）に設定する。また、各障害物について、その位置情報を、それぞれ、車体座標系９００の値に変換し、変換後障害物情報として、例えば、記憶媒体１５５等に一時的に保持し、処理を終了する。

【0051】

<ステップＳ１１０３＞
なお、ステップＳ１１０１において、障害物無し、と判定された場合、障害物情報取得部２１１は、障害物の数Ｍｏｂｊ（Ｍｏｂｊは、１以上の整数）に０を設定し、変換後障害物情報として保持し、処理を終了する。

【0052】

ここで、変換後障害物情報の一例を、図９に示す。本図に示すように、本実施形態の変換後障害物情報３１１は、障害物毎の、位置情報（ｘ、ｙ、ｚ）３１４を保持する。なお、障害物毎に、障害物ＩＤ３１３を付し、併せて保持してもよい。また、障害物毎に、レコード番号３１２を付し、レコード番号をさらに保持してもよい。

【0053】

［地形情報取得部］
地形情報取得部２２１は、所定の時間間隔で、地形ＤＢ３２０から油圧ショベル１００の周囲の地形情報を取得し、車体座標系９００に変換し、変換後地形情報を生成する。生成した変換後地形情報は、地形情報信頼度評価部２２２と、作業領域設定部２２３に出力される。

【0054】

ここで、変換後地形情報の一例を図１０に示す。本実施形態の変換後地形情報３２１は、本図に示すように、所定領域を格子状領域に分割した各格子状領域について、高さ３２１ａ、材質情報（材質データ）３２１ｂ、データを取得した時刻３２１ｃ、データを取得したセンサの種類３２１ｄを備える。

【0055】

所定の領域は、例えば、地形情報を取得したセンサの視野範囲、外部に保持した地図データのカバー範囲、あるいは、障害物情報を取得した外界認識センサ１５６の視野範囲等である。また、材質情報３２１ｂは、例えば、土砂、石、岩等材質そのものを特定する情報であってもよいし、当該領域の硬度であってもよい。

【0056】

また、格子状領域のサイズは、情報コントローラ１６１の処理能力、記憶媒体１５５の容量を考慮し，予め定めておく。

【0057】

［地形情報信頼度評価部］
地形情報信頼度評価部２２２は、地形情報取得部２２１から受信した変換後地形情報３２１から、地形情報の信頼度を算出する。地形情報の信頼度は、地形情報の取得時間、取
得センサの種類を元に算出される。信頼度は、各格子状領域について算出される。以下、地形情報信頼度評価部２２２の算出結果を信頼度マップと呼ぶ。算出された信頼度マップは、作業領域設定部２２３に出力される。

【0058】

ここで、地形情報信頼度評価部２２２による信頼度マップ算出処理を説明する。図１１は、本実施形態の信頼度マップ算出処理を説明するための図であり、図１２は、信頼度マップ算出処理の処理フローである。

【0059】

図１１に示すように、地形情報信頼度評価部２２２は、変換後地形情報３２１の、各格子状領域について、予め定めた順に、信頼度を設定する。なお、図１１には、座標系等を明示するため、油圧ショベル１００が表示されているが、実際の変換後地形情報３２１には、油圧ショベル１００の情報は含まれなくてもよい。以下、他の変換後地形情報３２１の図についても同様である。

【0060】

上述のように、地形情報信頼度評価部２２２は、地形情報取得部２２１が所定の時間間隔で、変換後地形情報３２１を生成し、当該変換後地形情報３２１を受信する毎に、処理を行う。以下、地形情報取得部２２１は、Δｔ間隔で処理を行うものとし、最新の変換後地形情報３２１を受信したタイミングをｔとする。

【0061】

以下、ｎ番目の格子状領域をＡｒｅａ（ｎ）、時刻ｔに設定した、Ａｒｅａ（ｎ）の信頼度をα（ｎ，ｔ）と表記する。なお、ｎは、１以上の整数である。

【0062】

＜ステップＳ１２０１＞
図１２に示すように、地形情報信頼度評価部２２２は、まず、処理のカウンタとして機能するｎに１を代入する。

【0063】

＜ステップＳ１２０２＞
地形情報信頼度評価部２２２は、領域Ａｒｅａ（ｎ）の変換後地形情報を取得する。ここでは、当該領域の高さ３２１ａ、材質情報３２１ｂ、データを取得した時刻（データ取得時刻）３２１ｃ、データを取得したセンサの種類３２１ｄを取得する。なお、取得したこれらの情報を、時刻ｔに対応づけて、記憶媒体１５５に一時的に保持しておく。

【0064】

＜ステップＳ１２０３＞
次に、地形情報信頼度評価部２２２は、領域Ａｒｅａ（ｎ）の地形情報が更新されたか否かを判定する。ここでは、領域Ａｒｅａ（ｎ）のデータ取得時刻３２１ｃを、１回前に取得した同一領域のデータ取得時刻３２１ｃと比較する。両者が合致すれば、更新無し、非合致であれば、更新有り、と判断する。

【0065】

＜ステップＳ１２０４＞
次に、地形情報信頼度評価部２２２は、時刻ｔの領域Ａｒｅａ（ｎ）の信頼度α（ｎ，ｔ）を設定する。このとき、ステップＳ１２０３で更新有り、と判断した場合（Ｙｅｓ）、地形情報信頼度評価部２２２は、当該地形情報を取得したセンサに予め対応づけられた信頼度αｓを、α（ｎ，ｔ）に設定する。なお、センサ毎の信頼度αｓは、予め記憶媒体１５５等に保持しておく。

【0066】

＜ステップＳ１２０５＞
一方、ステップＳ１２０３で更新無し、と判断された場合（Ｎｏ）、地形情報信頼度評価部２２２は、時刻（ｔ−Δｔ）における地形情報の信頼度αｎ（ｔ−Δｔ）に、係数Ｓｔを乗算したものを、αｎ（ｔ）に設定する。なお、係数Ｓｔは、前回の処理時からの経過時間（Δｔ）とセンサの種類とに応じて予め設定され、記憶媒体１５５等に保持される
。

【0067】

＜ステップＳ１２０６、１２０７＞
地形情報信頼度評価部２２２は、全格子状領域について処理を終えたか否かを判別し（ｎ=Ｎ？）、未処理の領域がある場合、ｎを１インクリメントし（ｎ＝ｎ＋１）、ステップＳ１２０２へ戻る。

【0068】

全格子状領域について処理を終えると、地形情報信頼度評価部２２２は、各Ａｒｅａ（ｎ）の時刻ｔの信頼度α（ｎ，ｔ）を、時刻ｔの信頼度マップとして、作業領域設定部２２３に出力し、処理を終了する。

【0069】

［機械状態取得部］
機械状態取得部２３１は、多関節型フロント作業機１１０が備える角度検出器１８１、１８２、１８３、１８４の出力から機械状態を算出する。なお、本明細書では、多関節型フロント作業機１１０の各部の位置、速度、旋回半径のことを、機械状態と呼ぶ。この機械状態は、上部旋回体１３１、ブーム１１１、アーム１１２、バケット１１３の角度検出器１８１、１８２、１８３、１８４の出力θ１、θ２、θ３、θ４から算出される。各部の位置は、車体座標系９００の座標値で表される。また、算出した機械状態は、算出時刻とともに、記憶媒体１５５に保持される。また、操作状態判定部２３２、作業領域設定部２２３に出力される。

【0070】

［操作状態判定部］
操作状態判定部２３２は、機械状態取得部２３１が算出した機械状態より、多関節型フロント作業機１１０の旋回角速度ωｂｋｔを算出する。算出には、例えば、上部旋回体１３１の旋回中心から最も離れた部位である多関節型フロント作業機１１０の先端部の位置の情報を用いる。すなわち、最新の算出時刻に対応づけて記憶媒体１５５に保存された先端部の位置の情報と、過去の算出時刻に対応づけて保存された先端部の位置の情報とを用い、旋回角速度ωｂｋｔを算出する。本実施形態では、この多関節型フロント作業機１１０の旋回角速度ωｂｋｔを操作状態と呼ぶ。

【0071】

［作業領域設定部］
作業領域設定部２２３は、変換後地形情報と、信頼度マップと、機械状態と、を用い、変換後地形情報３２１の範囲内に、作業領域を設定する。具体的には、変換後地形情報３２１の各格子状領域について、作業領域であるか、非作業領域であるかを判定し、それぞれ、判定結果を設定し、作業領域マップを作成する。作成した作業領域マップは、接近度算出部２２４に出力される。

【0072】

なお、本明細書では、作業領域は、油圧ショベル１００の状態に基づいて、油圧ショベル１００が到達可能な領域とする。作業領域設定部２２３は、作業領域を設定する作業領域設定処理を、上述のいずれかの情報を新たに受信する毎に行う。なお、特定の情報を新たに受信した際行うよう、予め定めてもよい。

【0073】

作業領域設定部２２３による作業領域設定処理を、図１３〜図１７を用いて説明する。図１３、図１５、図１７は、作業領域設定処理の概要の説明図であり、図１４および図１６は、作業領域設定処理の処理フローである。

【0074】

上述のように、本明細書では、上述のように、作業領域は、油圧ショベル１００が、到達可能な領域である。すなわち、多関節型フロント作業機１１０が現状の作業状態を維持した状態で、上部旋回体１３１が旋回した場合に、油圧ショベル１００が到達可能な領域である。

【0075】

一例を図１３に示す。本図は、バケット１１３が、多関節型フロント作業機１１０の、上部旋回体１３１の旋回中心から最も離れた位置にあり、かつ、多関節型フロント作業機１１０の中で最下端に位置する場合の作業状態である。本図に示すように、車体座標系９００におけるｘｙ平面上では、原点を中心として、原点と、バケット１１３の先端位置のｘｙ投影点と、を結ぶ線分を半径とした円周５２０の内部が、基本的には、作業領域である。以下、円周５２０を、作業機到達円５２０と呼ぶ。

【0076】

しかしながら、図５（ａ）および図５（ｂ）を用いて説明したように、油圧ショベル１００の実際の周囲の地形には、起伏がある。例えば、図１３に示すように、バケット１１３の先端位置の高度よりも高く、地盤の安定した土手５３１や、バケット１１３の先端位置の高度よりも高度は高いが、崩壊する可能性のある土砂５３２などが含まれる。従って、例えば、作業機到達円５２０内部であっても、土手５３１上やその背後等の領域は、油圧ショベル１００が到達可能な領域ではない。

【0077】

本実施形態では、このような地形情報も加味し、作業領域を設定する。このため、作業領域設定部２２３は、作業領域設定処理において、まず、明らかに非作業領域である領域を特定する。なお、明らかな非作業領域は、作業機到達円５２０外と、作業機到達円５２０内の、地形データが所定の信頼度を有し、かつ、地盤が固く多関節型フロント作業機１１０の最下端部より高度が高い領域（高高度領域；例えば、土手５３１）である。一方、作業機到達円５２０内の、地形データの信頼度の低い領域や、多関節型フロント作業機１１０の最下端部より高度が高い領域であっても、地盤が軟らかい領域（例えば、土砂５３２）は、非作業領域として特定されない。

【0078】

そして、非作業領域以外を作業領域候補とし、作業領域候補の中を、より詳細に判断し、非作業領域と作業領域とを特定する。例えば、本実施形態では、土手５３１よりも、油圧ショベル１００から半径方向遠方領域については、たとえ、作業機到達円５２０内であっても、非作業領域とする。

【0079】

以下、上記手法による作業領域設定手法の処理の流れを、図１４および図１６に沿って説明する。

【0080】

作業領域設定処理では、変換後地形情報３２１の格子状領域Ａｒｅａ（ｎ）毎に判定を行う。以下、Ａｒｅａ（ｎ）のｘｙ平面上の中心位置の、車体座標系９００の座標を（Ｘｎ，Ｙｎ）、高度をｈｎとする。また、信頼度の判定に用いる信頼度閾値αｔｈは、予め記憶媒体１５５等に保持しておく。

【0081】

＜ステップＳ１３００＞
作業領域設定部２２３は、機械状態を用いて、半径方向の閾値（半径閾値）Ｒｔｈを算出するとともに、高さ方向の閾値（高さ閾値）ｈｔｈを設定する。

【0082】

半径閾値Ｒｔｈは、Ｒｔｈ＝√（（Ｘｂ）^２＋（Ｙｂ）^２）＋Ｋｒで算出される。ここで、Ｘｂ，Ｙｂは、上部旋回体１３１の旋回中心から最も離れた部位である多関節型フロント作業機１１０の先端部の水平面（ｘｙ平面）上の位置、すなわち、ｘｙ座標である。また、Ｋｒは、予め設定された値である。また、高さ閾値ｈｔｈは、ｈｔｈ＝ｈｂ＋Ｋｈで算出される。ここで、ｈｂは、多関節型フロント作業機１１０の、地面に最も近い位置（最下端）の高さである。また、Ｋｈは、予め設定された値である。

【0083】

これらの半径閾値Ｒｔｈおよび高さ閾値ｈｔｈは、角度検出器１８１，１８２，１８３の値から一意に決まる。従って、例えば、予め計算し、得られた値を記憶媒体１５５に保
存しておいてもよい。

【0084】

＜ステップＳ１３０１＞
まず、カウンタｎを１に設定する。

【0085】

＜ステップＳ１３０２＞
次に、作業領域設定部２２３は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）が、既に作業領域判定された領域であるか否かを判定する。判定されていない領域、すなわち未判定領域と判定された場合は、ステップＳ１３０３へ、判定された領域と判定された場合は、ステップＳ１３１１へ移行する。

【0086】

本実施形態では、後述するように、ステップＳ１３０８において、周辺処理を行う。この周辺処理において、処理順に係らず、判定対象領域について、先に判定がなされる可能性がある。このような領域の重複判定を防ぐため、本処理がなされる。

【0087】

＜ステップＳ１３０３＞
ステップＳ１３０３で未判定とされた場合（Ｙｅｓ）、作業領域設定部２２３は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）が、作業機到達円５２０内であるか否かを判別する。ここでは、原点から判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）の中心座標（Ｘｎ，Ｙｎ）までの距離Ｒｎと、半径閾値Ｒｔｈとの比較で判定する。なお、距離Ｒｎは、Ｒｎ＝√（（Ｘｎ）^２＋（Ｙｎ）^２）により算出される。

【0088】

距離Ｒｎが、半径閾値Ｒｔｈより大きい場合（Ｒｎ＞Ｒｔｈ）は、当該判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）は、作業機到達円５２０外であると判定し、ステップＳ１３０９へ移行する。一方、距離Ｒｎが半径閾値Ｒｔｈ以下の場合（Ｒｎ≦Ｒｔｈ）は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）は、作業機到達円５２０内であると判定し、ステップＳ１３０４へ移行する。

【0089】

＜ステップＳ１３０９＞
ここでは、作業領域設定部２２３は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）を、非作業領域と設定する。例えば、記憶媒体１５５に予め設けられた作業領域マップ用の領域の、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）に対応する領域に非作業領域であることを意味する情報を登録する。

【0090】

＜ステップＳ１３０４＞
ステップＳ１３０３で、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）が、作業機到達円５２０内であると判定された場合、作業領域設定部２２３は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）の地形情報が信頼に足るものであるか否かを判定する。ここでは、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）の、最新の地形情報の信頼度α（ｎ，ｔ）が、信頼度閾値αｔｈ以上であるか否かを判定する。

【0091】

信頼度α（ｎ，ｔ）が信頼度閾値αｔｈ未満である場合（α（ｎ，ｔ）＜αｔｈ）、ステップＳ１３１０へ移行する。一方、信頼度α（ｎ，ｔ）が信頼度閾値αｔｈ以上である場合（α（ｎ，ｔ）≧αｔｈ）ステップＳ１３０５へ移行する。すなわち、信頼度が低い場合は、その後の判定を行わず、まず、作業領域候補とする。

【0092】

＜ステップＳ１３１０＞
ここでは、作業領域設定部２２３は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）を、作業領域候補と設定する。例えば、記憶媒体１５５の作業領域マップ用の領域の、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）に対応する領域に作業領域候補であることを意味する情報を登録する。

【0093】

＜ステップＳ１３０５＞
十分な信頼度があると判定された場合、作業領域設定部２２３は、判定対象領域Ａｒｅ
ａ（ｎ）の高度ｈｎが高さ閾値ｈｔｈ以上であるか否かを判定する。高度ｈｎは、変換後地形情報の高さ３２１ａを用いる。ｈｎがｈｔｈ以上と判定された場合（ｈｎ≧ｈｔｈ）は、ステップＳ１３０６へ、ｈｎがｈｔｈ未満と判定された場合（ｈｎ＜ｈｔｈ）は、ステップＳ１３１０へ進む。

【0094】

＜ステップＳ１３０６＞
判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）の高度ｈｎが、高さ閾値ｈｔｈ以上と判定された場合、当該判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）の材質を判定する。ここでは、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）の地形の材質が、建物・土手など、地盤が安定したものである場合、材質硬と判定し、一方、土砂のように崩れやすい材質の場合、材質硬ではないと判定する。材質硬と判定された場合、ステップＳ１３０７へ移行し、それ以外の場合は、ステップＳ１３１０へ移行する。

【0095】

判定は、Ａｒｅａ（ｎ）の材質情報３２１ｂを用いて行う。材質情報３２１ｂが、例えば、材質そのものを特定する情報の場合、予め各材質について、硬であるか否かを、記憶媒体１５５等に登録しておく。例えば、岩、コンクリート等については、硬と登録しておく。登録の無いものについては、材質硬と判定しない。

【0096】

また、材質情報３２１ｂとして、材質の硬度が登録されている場合は、判定基準の硬度閾値を設け、当該閾値以上の硬度を有している場合、材質硬と判定する。

【0097】

＜ステップＳ１３０７＞
ここでは、作業領域設定部２２３は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）を、非作業領域と設定する。例えば、記憶媒体１５５の作業領域マップ用の領域の、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）に対応する領域に非作業領域であることを意味する情報を登録する。そして、ステップＳ１３０８の周辺処理へ移行する。

【0098】

＜ステップＳ１３０８＞
ここでは、作業領域設定部２２３は、周辺処理を行い、作業領域候補と設定された格子状領域の中に、非作業領域と設定すべき領域があるか否かを判定する。周辺処理では、作業領域候補中、非作業領域と設定すべき領域と判定された領域は、非作業領域と設定し、それ以外の領域を作業領域と設定する。周辺処理の詳細は、後述する。

【0099】

＜ステップＳ１３１１、Ｓ１３１２＞
そして、作業領域設定部２２３は、全格子状領域について、判定を終えたか否かを判断し（ｎ＝Ｎ？）、終えていない場合は、カウンタｎを１インクリメントし、ステップＳ１３０２へ戻り、処理を繰り返す。

【0100】

一方、全格子状領域について、判定を終えた場合、作業領域マップ内の作業領域候補を作業領域と設定し、作業領域判定処理を終了する。

【0101】

ここで、ステップＳ１３０８の周辺処理を説明する。図１５に、作成途中の作業領域マップ３５１の一例を示す。ここでは、例えば、変換後地形情報３２１の各格子状領域を、図中左上の領域から順に一列ずつ矢印方向に判定処理を行うものとする。また、本図において、作業領域候補領域５１１ａは、斜線無しとし、非作業領域５１２には、斜線を付す。

【0102】

例えば、作業領域マップ３５１内の領域５５２は、位置、高度の情報だけでは、作業領域と判定される。なお、領域５５２の材質の信頼度は十分であるものとする。しかしながら、実際は、油圧ショベル１００と領域５５２との間に、地盤の強固な土手５３１があり
、油圧ショベル１００（本図においては、バケット１１３）が到達できないため、非作業領域に該当する。

【0103】

周辺処理では、このような領域を確実に非作業領域と設定する。すなわち、領域５５２と原点との間のいずれかの領域５５１について作業領域設定処理を行う際、領域５５２についても、併せて判定処理を行う。

【0104】

図１６は、本実施形態の作業領域設定部２２３による周辺処理（上記ステップＳ１３０８）の処理フローである。周辺処理では、作業領域候補と判定された領域の中から、上記ステップＳ１３０７で非作業領域と判定された領域と、半径方向同方向であって、より遠ざかる方向の領域を、非作業領域と設定する。

【0105】

＜ステップＳ１４０１＞
作業領域設定部２２３は、領域Ａｒｅａ（ｎ）の位置（座標（Ｘｎ、Ｙｎ））に基づいて、θｎ＝ｃｏｓ^−１（Ｘｎ／Ｒｎ）を計算する。ここで、Ｒｎは、原点からＡｒｅａ（ｎ）までの距離である。なお、算出されるθｎは、Ａｒｅａ（ｎ）方向の、ｘ軸の正の向きからの偏角である。

【0106】

＜ステップＳ１４０２＞
以下、作業領域設定部２２３は、変換後地形情報３２１の各格子状領域Ａｒｅａ（ｉ）について、順に判定を行う。ｉは１以上Ｎ以下の整数である。まず、ｉに１を設定する。

【0107】

＜ステップＳ１４０３＞
作業領域設定部２２３は、領域Ａｒｅａ（ｉ）について、記憶媒体１５５を参照し、既に非作業領域と判定されているか否かを判定する。

【0108】

そして、既に非作業領域と判定されている領域であれば、ステップＳ１４０７へ進む。一方、未判定、あるいは、作業領域候補と判定されている領域であれば、ステップＳ１４０４に進む。

【0109】

＜ステップＳ１４０４＞
次に、作業領域設定部２２３は、領域Ａｒｅａ（ｉ）について、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）との位置関係を判別する。そして、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）よりも、油圧ショベル１００に近い場合、Ａｒｅａ（ｉ）については、そのまま作業領域候補とする。ここでは、原点から領域Ａｒｅａ（ｉ）までの距離Ｒｉと、Ｒｎとを比較し、判定する。なお、Ｒｉは、Ｒｉ＝√（Ｘｉ^２＋Ｙｉ^２）で算出される。

【0110】

ここで、ＲｉがＲｎ以下（Ｒｉ≦Ｒｎ）の場合、領域Ａｒｅａ（ｉ）は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）よりも油圧ショベル１００に近い領域であるため、そのままステップＳ１４０７へ進む。一方、ＲｉがＲｎより大きい（Ｒｉ＞Ｒｎ）場合、ステップＳ１４０５へ進む。

【0111】

＜ステップ１４０５＞
次に、作業領域設定部２２３は、領域Ａｒｅａ（ｉ）の方向と判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）の方向とを比較する。同方向でない場合、Ａｒｅａ（ｉ）については、そのまま作業領域候補とする。判定は、Ａｒｅａ（ｉ）の偏角θｉおよびＡｒｅａ（ｎ）の偏角θｎを用いて行う。θｉはθｉ＝ｃｏｓ^−１（Ｘｉ／√（Ｘｉ^２＋Ｙｉ^２））で算出される。

【0112】

偏角θｉがθnと異なる場合、領域Ａｒｅａ（ｉ）の方向は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）とは異なるため、そのままステップＳ１４０７へ移行する。一方、θｉがθｎに一致
する場合、領域Ａｒｅａ（ｉ）は、判定対象領域Ａｒｅａ（ｎ）と同方向である。すなわち、図１５の領域５５１と領域５５２との関係である。この場合、ステップＳ１４０６へ移行する。

【0113】

＜ステップＳ１４０６＞
ここでは、作業領域設定部２２３は、Ａｒｅａ（ｉ）を非作業領域と設定し、ステップＳ１４０７へ移行する。

【0114】

＜ステップＳ１４０７、Ｓ１４０８＞
そして、作業領域設定部２２３は、全格子状領域について、判定を終えたか否かを判断し（ｉ＝Ｎ？）、終えていない場合は、カウンタｉを１インクリメントし、ステップＳ１４０３へ戻り、周辺処理を繰り返す。

【0115】

一方、全格子状領域について、判定を終えた場合、周辺処理を終了する。

【0116】

作業領域設定部２２３による作業領域判定処理および周辺処理により作成された作業領域マップ３５１の一例を図１７に示す。本図において、斜線無しの領域は、作業領域５１１であり、非作業領域５１２には、斜線を付す。

【0117】

本図に示すように、例えば、たとえ、作業機到達円５２０の内部であっても、多関節型フロント作業機１１０の最下端の高さより高い土手５３１および土手５３１の裏側は、非作業領域５１２と設定される。なお、本図の例では、多関節型フロント作業機１１０の最下端は、バケット１１３の最下端である。また、土手５３１の裏側は、油圧ショベル１００から土手５３１方向に見て、土手７１１より遠距離にある領域である。また、材質が土砂５３２等と判定された領域は、たとえ、バケット１１３の高さより高くても、作業機到達円５２０の内部であれば、作業領域５１１と設定される。

【0118】

なお、上記作業領域設定処理においては、地形データの信頼度、地形の高さ、位置、材質等全ての条件を用いて作業領域を設定したが、必ずしも全ての条件を用いなくてもよい。また、判定順も、上記手法に限定されない。

【0119】

［接近度算出部］
接近度算出部２２４は、変換後障害物情報と、作業領域マップ３５１と、機械状態と、操作状態と、を用い、各障害物の接近度を算出する。接近度は、予め定めた、油圧ショベル１００と障害物との接近の度合い（レベル）を示す値である。

【0120】

接近度算出部２２４による接近度算出処理の詳細を説明する。図１８は、本実施形態の接近度算出部２２４による接近度算出処理の処理フローである。接近度のレベルは、判定対象障害物が作業領域５１１内であるか否か、作業領域５１１内に有る場合、バケット１１３の、判定対象障害物への到達時間、等で判定する。

【0121】

本実施形態では、例えば、判定に多関節型フロント作業機１１０の、判定対象障害物への到達時間としてＴｔｔｃを用いる。なお、到達時間Ｔｔｔｃは、以下の式（１）で算出される。
Ｔｔｔｃ＝ｃｏｓ^−１（Ｘｍ／√（Ｘｍ^２＋Ｙｍ^２））／ωｂｋｔ ・・・（１）
ここで、Ｘｍ、Ｙｍは、判定対象障害物の車体座標系でのｘ、ｙ座標である。また、ωｂｋｔは、操作状態、すなわち、多関節型フロント作業機１１０の旋回角速度である。

【0122】

以下、接近度算出部２２４が以下のように、レベル１、レベル２、レベル３を設定する場合を例にあげて接近度算出処理を説明する。ここでは、レベル１は、障害物が作業領域
５１１内であり、かつ、到達時間Ｔｔｔｃが所定の閾値Ｔｔｈ以下の場合、設定される。レベル２は、作業領域５１１内であり、かつ、到達時間Ｔｔｔｃが所定の閾値より大きい場合設定される。また、レベル３は、作業領域５１１外である場合、設定される。

【0123】

なお、レベル１は、最も緊急度の高いレベルであり、レベル３は、緊急度の低いレベルであり、レベル２は、レベル１とレベル３との間の緊急度のレベルである。

【0124】

＜ステップＳ１５０１＞
まず、接近度算出部２２４は、変換後障害物情報３１１を用い、油圧ショベル１００の周囲の障害物の有無を判定する。ここでは、例えば、障害物数Ｍｏｂｊ等を用いて判定する。

【0125】

障害物が存在しない場合、すなわち、Ｍｏｂｊが０の場合、接近度算出部２２４は、接近度算出処理を終了する。障害物がないため、判定が不要である。

【0126】

＜ステップＳ１５０２＞
一方、障害物がある場合、すなわち、Ｍｏｂｊが１以上の場合、各障害物について、接近度を決定し、設定する処理を行う。ここでは、各障害物に連番を付し、１番から順に以下の処理を行う。まず、連番のカウンタｍに１を設定する。ここで、ｍは１以上の整数である。

【0127】

＜ステップＳ１５０３＞
まず、接近度算出部２２４は、処理対象障害物Ｏｂｊ（ｍ）が作業領域５１１内に存在しているか否かを判定する。これは、変換後障害物情報の位置情報３１４と、作業領域マップ３５１とを用いて判定する。

【0128】

処理対象障害物Ｏｂｊ（ｍ）が作業領域５１１内に存在しないと判定した場合、ステップＳ１５０６に進む。一方、処理対象障害物Ｏｂｊ（ｍ）が作業領域５１１内に存在すると判定した場合、ステップＳ１５０４に進む。

【0129】

＜ステップＳ１５０６＞
ここでは、処理対象障害物Ｏｂｊ（ｍ）の接近度βｍに、３を設定し、ステップＳ１５０９へ移行する。例えば、記憶媒体１５５の所定の領域に、処理対象障害物Ｏｂｊ（ｍ）に対応づけて３を保持する。

【0130】

＜ステップＳ１５０４＞
ここでは、接近度算出部２２４は、上記手法で、処理対象障害物Ｏｂｊ（ｍ）の到達時間Ｔｔｔｃ（ｍ）を算出する。

【0131】

＜ステップＳ１５０５＞
接近度算出部２２４は、到達時間Ｔｔｔｃ（ｍ）を、予め保持する閾値Ｔｔｈと比較する。ここでは、符号を含めた大小を判定する。すなわち、Ｔｔｔｃ（ｍ）／Ｔｔｈが１以下の場合、ステップＳ１５０６へ進み、１より大きい場合、ステップＳ１５０８へ進む。

【0132】

＜ステップＳ１５０６＞
ここでは、接近度算出部２２４は、処理対象障害物Ｏｂｊ（ｍ）の接近度βｍとして、１を設定する。ステップＳ１５０８同様、記憶媒体１５５等に保持する。

【0133】

＜ステップＳ１５０７＞
ここでは、接近度算出部２２４は、処理対象障害物Ｏｂｊ（ｍ）の接近度βｍとして、
２を設定する。ステップＳ１５０８同様、記憶媒体１５５等に保持する。

【0134】

＜ステップＳ１５０９、Ｓ１５１０＞
接近度算出部２２４は、変換後障害物情報３１１に保持される全ての障害物に対して、接近度を設定したか否かを判別し（ｍ＝Ｍｏｂｊ？）、設定し終えていない場合は、カウンタｍを１インクリメントし、ステップＳ１５０３へ戻り、処理を繰り返す。一方、全ての障害物に対して設定を終えた場合は、処理を終了する。

【0135】

［動作指示部］
動作指示部２４１は、接近度算出部２２４が算出した接近度βに応じて、警告動作を決定し、当該警告動作を実現する制御指示を、油圧ショベル１００の各部に出力する。警告動作は、例えば、モニタ１５３やブザー１５４を用いたオペレータへの警報出力や油圧ショベル１００の操作制御などである。

【0136】

次に、動作指示部２４１による、動作指示処理の詳細を説明する。本実施形態では、動作指示部２４１は、接近度算出部２２４が決定した各障害物の接近度レベルに応じて、警告として実行する動作を決定し、対応する制御指示を出力する。

【0137】

本実施形態では、接近度βｍを設定した障害物Ｏｂｊ（ｍ）ごとに、動作ＤＢ３３０を参照して、動作を決定する。そして、当該動作を実行するよう油圧ショベル１００の各部に制御指示を出す。

【0138】

動作ＤＢ３３０の一例を図１９（ａ）に示す。本図に示すように、動作ＤＢ３３０には、接近度レベルβ３３１毎に、動作を特定する情報（動作情報）３３２が保持される。

【0139】

ここでは、例えば、接近度βが３の場合、障害物の存在位置を示すアイコンを表示する指示をモニタ１５３に出力する。また、接近度βが２の場合、接近度βが３の時の動作に加え、障害物の接近を報知する動作を行う指示をモニタ１５３またはブザー１５４に出力する。障害物の接近を報知する動作は、例えば、モニタの点滅、ブザー音の出力等である。また、接近度βが１の場合、接近度βが２の時の動作に加え、障害物方向に対する油圧ショベル１００の操作の制限を行う指示をコントローラ１６２に出力する。操作の制限は、例えば、旋回抑制等である。

【0140】

なお、警告動作は上記に限定されず、様々な動作が考えられる。

【0141】

以下、動作指示部２４１による指示出力処理の詳細を説明する。図２０は、動作指示部２４１による指示出力処理の処理フローである。ここでも、接近度算出部２２４同様、各処理対象障害物に連番を付し、順に処理を行う。

【0142】

＜ステップＳ１６０１＞
カウンタｍに１を設定する。

【0143】

＜ステップＳ１６０２＞
動作指示部２４１は、処理対象障害物Ｏｂｊ（ｍ）の接近度βｍを特定し、動作ＤＢ３３０を参照し、対応する動作を特定する。

【0144】

＜ステップＳ１６０３＞
特定した動作を実行する制御指示を、油圧ショベル１００の対応する構成に出力する。対応する構成は、例えば、運転室１５１内のモニタ１５３やブザー１５４、コントローラ１６２等である。モニタ１５３は、制御信号に応じた表示を行い、ブザー１５４は、制御
信号に応じて音声を出力する。また、制御信号を受信したコントローラ１６２は、障害物との接触を未然に防止するようコントロールバルブ１４１を介して、各部の駆動を制御する。ここでは、例えば、走行モータ１２５、１２６や旋回モータ１２４、ブームシリンダ１２１、アームシリンダ１２２およびバケットシリンダ１２３の駆動を制御する。

【0145】

＜ステップＳ１６０４、Ｓ１６０５＞
全ての障害物Ｏｂｊ（ｍ）について処理を行ったか判別し（ｍ＝Ｍｏｂｊ？）、未処理の障害物Ｏｂｊ（ｍ）があれば、ｍを１インクリメントし、ステップＳ１６０２へ戻り、処理を繰り返す。一方、全ての障害物について処理がなされていれば、処理を終了する。

【0146】

ここで、モニタ１５３への出力例を説明する。図１９（ｂ）は、モニタ１５３への出力例である表示画面６００を示す図である。

【0147】

モニタ１５３に表示される表示画面６００には、例えば、油圧ショベル１００、地形情報、作業機到達円、各障害物の位置が示される。表示画面６００は、各要素の車体座標系９００の座標を表示画像内の画素位置に変換して生成される。

【0148】

本図において、６１０は、油圧ショベル１００のアイコンである。アイコン６１０は、油圧ショベル１００をＺ軸方向から見た形状が模して作成される。６１１は、作業機到達円５２０に対応する。また、６２１、６２２、６２３、６２４は、それぞれ、検出された障害物である。

【0149】

例えば、障害物６２３は、接近度βが３と判定される。従って、障害物６２３は、障害物６２３の存在位置を示すアイコン６３３とともに表示される。

【0150】

障害物６２２は、接近度βが２と判定される。従って、障害物６２２は、障害物６２２の存在位置を示すアイコン６３２とともに表示され、さらに、アイコン６３２および障害物６２２は、点滅表示される。なお、点滅表示の代わりに、あるいは、点滅表示に加えて、ブザー１５４から警告音が出力されてもよい。

【0151】

障害物６２１は、接近度βが１と判定される。従って、障害物６２１は、障害物６２１の存在位置を示すアイコン６３１とともに表示され、点滅表示および／またはブザー音の出力がなされる。このとき、さらに、コントローラ１６２を介してコントロールバルブ１４１に対し、制御指示が出され、動作が制御される。なお、出力される制御指示は、旋回モータ１２４の障害物６２１方向への旋回を抑制する指示である。

【0152】

なお、非作業領域内の障害物６２４は、表示されなくてもよい。

【0153】

また、モニタ１５３等への出力は、上記に示す表示画面６００例に限定されず、様々な出力が考えられる。

【0154】

以上説明したように、本実施形態の周囲監視装置２００は、下部走行体１３２に多関節型フロント作業機１１０を備える上部旋回体１３１を旋回自在に設けた油圧ショベル１００の周囲監視装置２００であって、油圧ショベル１００の多関節型フロント作業機１１０の作業状態を検出するセンサ（角度検出器１８１、１８２、１８３、および、１８４）から受信した作業状態と地形データとを用いて作業領域を設定する作業領域設定部２２３と、油圧ショベル１００の周囲の障害物を検出する障害物センサ（外界認識センサ１５６）において検出された油圧ショベル１００の周囲の障害物各々について、設定された作業領域および当該障害物と油圧ショベル１００との相対位置を用いて接近度を算出する接近度算出部２２４と、接近度に応じた制御指示を出力する動作指示部２４１と、を備える。

【0155】

このように、本実施形態によれば、地形データを考慮して作業領域を設定し、その作業領域に基づいて接近度を算出する。そして、その接近度に応じて警告動作を制御する。従って、地形を考慮した警告動作を行うことができる。このため、過剰な警報出力や、過剰な回避制御を抑制できる。従って、作業機械の周囲に対し、必要十分な監視を行いつつ、作業効率を向上できる。

【0156】

また、作業領域を決定するにあたり、油圧ショベル１００の到達範囲、地形データの信頼性、地形の高度、地形の材質等を考慮する。このため、より、高い精度で作業領域を決定できる。そして、高精度に決定した作業領域に基づいて接近度を算出するため、さらに、作業効率を向上できる。

【0157】

また、接近度に応じて警告動作を変えるため、オペレータは障害物との接近の度合いを直感的に把握でき、さらに作業効率を向上できる。

【符号の説明】

【0158】

１００：油圧ショベル、１１０：多関節型フロント作業機、１１１：ブーム、１１２：アーム、１１３：バケット、１２１：ブームシリンダ、１２２：アームシリンダ、１２３：バケットシリンダ、１２４：旋回モータ、１２５：走行モータ、１２６：走行モータ、１３０：車体、１３１：上部旋回体、１３２：下部走行体、１４１：コントロールバルブ、１４２：油圧ポンプ、１４３：エンジン、１５１：運転室、１５２：操作レバー、１５３：モニタ、１５４：ブザー、１５５：記憶媒体、１５６：外界認識センサ、１６１：情報コントローラ、１６２：コントローラ、１８１：角度検出器、１８２：角度検出器、１８３：角度検出器、１８４：角度検出器、
２００：周囲監視装置、２１１：位置関係判別部、２２１：地形情報取得部、２２２：地形情報信頼度評価部、２２３：作業領域設定部、２２４：接近度算出部、２３１：機械状態取得部、２３２：操作状態判定部、２４１：動作指示部、
３１０：障害物ＤＢ、３１１：変換後障害物情報、３１２：レコード番号、３１３：障害物ＩＤ、３１４：位置情報、３２０：地形ＤＢ、３２１：変換後地形情報、３２１ａ：高さ、３２１ｂ：材質情報、３２１ｃ：データ取得時刻、３２１ｄ：センサ種、３３０：動作ＤＢ、３３１：接近度レベルβ、３３２：動作情報、３５１：作業領域マップ、
５１１：作業領域、５１１ａ：作業領域候補領域、５１２：非作業領域、５２０：作業機到達円、５３１：土手、５３２：土砂、５５１：領域、５５２：領域、
６００：表示画面、６１０：アイコン、６１１：作業機到達円表示、６２１：障害物、６２２：障害物、６２３：障害物、６２４：障害物、６３１：アイコン、６３２：アイコン、６３３：アイコン、７１０：高さ、７１１：土手、７２０：障害物、９００：車体座標系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】