特開 2022-185293 監視システムおよびこれを備えた作業機械、監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185293

(43)【公開日】2022-12-14

(54)【発明の名称】監視システムおよびこれを備えた作業機械、監視方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 17/93 20200101AFI20221207BHJP

   B66C 13/00 20060101ALI20221207BHJP

   H04N 7/18 20060101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

G01S17/93

B66C13/00 D

H04N7/18 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021092872

(22)【出願日】2021-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】304027349

【氏名又は名称】国立大学法人豊橋技術科学大学

(71)【出願人】

【識別番号】000246273

【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100178582

【弁理士】

【氏名又は名称】行武 孝

(72)【発明者】

【氏名】三浦 純

(72)【発明者】

【氏名】川崎 悠輔

(72)【発明者】

【氏名】臼本 翔汰

(72)【発明者】

【氏名】田中 靖弘

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 和之

(72)【発明者】

【氏名】黒津 仁史

【テーマコード（参考）】

5C054

5J084

【Ｆターム（参考）】

5C054CA04

5C054CC02

5C054FC12

5C054HA30

5J084AA01

5J084AA04

5J084AA05

5J084AB07

5J084AB17

5J084AC02

5J084BA03

5J084BA16

5J084BA49

5J084BB26

5J084CA65

5J084EA04

5J084EA22

5J084EA29

(57)【要約】

【課題】他の物体が監視対象物に近づくことを精度良く監視することが可能な、監視システムおよびこれを備えた作業機械、監視方法を提供する。
【解決手段】監視システム５０は、監視領域設定部５０４と、２次元ＬＩＤＡＲ５２と、回転台５３と、走査条件設定部５０５と、物体抽出部５０３と、指令信号入力部５０６とを備える。走査条件設定部５０５は、監視領域の一端部からマージン領域ＭＡに進入した物体が危険領域ＤＡに到達するまでの間に、物体が２次元ＬＩＤＡＲ５２のスキャン平面ＳＰに含まれるように、マージン領域ＭＡの幅と、回転台５３によるスキャン平面ＳＰの移動速度とをそれぞれ設定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物体が監視対象物に相対的に接近することを監視する監視システムであって、
前記監視対象物に応じて当該監視対象物を包含するように配置されるメイン監視領域と所定の幅を有し前記メイン監視領域を囲むように配置されるサブ監視領域とを含む監視領域を設定する監視領域設定部であって、前記幅に関連する信号である幅指令信号を受け付け当該幅指令信号に応じて前記サブ監視領域の幅を調整する監視領域設定部と、
平面視において前記監視領域から離れた位置に配置される基準点を基準として、予め設定されたセンシング範囲内の複数の測定点までの距離情報をそれぞれ取得することが可能な距離センサと、
前記基準点から見た前記監視領域の一端部と当該一端部とは反対側の他端部との間で前記距離センサの前記センシング範囲が前記監視領域を走査するように前記センシング範囲を往復移動させることが可能な走査部であって、前記センシング範囲の移動速度に関連する信号である速度指令信号を受け付け当該速度指令信号に応じて前記移動速度を調整する走査部と、
前記監視領域の前記一端部から前記サブ監視領域に進入した前記物体が前記メイン監視領域に到達するまでの間に、少なくとも前記物体の一部が前記センシング範囲に含まれるように、前記サブ監視領域の前記幅と、前記走査部による前記センシング範囲の移動速度とをそれぞれ設定するとともに、設定した前記幅および前記移動速度に応じて前記監視領域設定部および前記走査部に前記幅指令信号および前記速度指令信号をそれぞれ入力する走査条件設定部と、
前記走査部が前記センシング範囲を前記移動速度で移動させることに伴って前記距離センサが取得した前記距離情報から前記物体を抽出する物体抽出部と、
前記物体抽出部が前記物体を抽出することに伴って警告指令信号を出力する出力部と、
を備える、監視システム。

【請求項2】

前記監視領域設定部は、前記メイン監視領域を前記監視対象物と交差する鉛直線を中心線とする円柱形状に設定するとともに、前記サブ監視領域を前記メイン監視領域と同心状で前記メイン監視領域を囲む円筒形状となるように設定し、
前記距離センサの前記センシング範囲は、前記基準点を含み上下方向に延びる平面からなり、
前記走査部は、平面視において前記センシング範囲の軌跡が前記基準点を中心とする扇形形状となるように前記センシング範囲を往復移動させる、請求項１に記載の監視システム。

【請求項3】

前記走査部が前記基準点を中心に前記平面を移動させる速度である角速度をωｓ、前記距離センサが前記距離情報を取得する周波数であるスキャン周波数をｆ、前記基準点から見た前記物体の幅をｔ、前記物体が前記サブ監視領域に近づく速度をｖｐ、平面視における前記基準点から前記監視対象物までの距離をＬｄ、前記基準点と前記監視対象物とを結ぶ直線と前記基準点を通り前記メイン監視領域の外周縁に接する接線とが平面視でなす角度をθｒとすると、
前記走査条件設定部は、
ωｓ＜（ｆ×ｔ－ｖｐ）／（Ｌｄ×ｃｏｓθｒ）
を満たすように、前記角速度ωｓを設定する、請求項２に記載の監視システム。

【請求項4】

前記基準点から見た前記物体の前記監視対象物に対する相対的な角速度をωｐ、前記中心線を中心とする半径方向における前記サブ監視領域の幅をＬｍとすると、
前記走査条件設定部は、
ωｓ＞３ωｐ、かつ、
Ｌｍ＝（４×ｖｐ×Ｌｄ×θｒ×ｃｏｓθｒ）／（ωｓ×Ｌｄ×ｃｏｓθｒ－３ｖｐ）
を満たすように、前記角速度ωｓおよび前記サブ監視領域の幅Ｌｍを設定する、請求項３に記載の監視システム。

【請求項5】

機体と、
前記機体に起伏方向に回動可能に支持された基端部と前記基端部とは反対の先端部とを含む起伏体と、
前記起伏体の前記先端部から垂下され吊り荷に接続されるロープと、
物体が監視対象物としての前記吊り荷に相対的に接近することを監視する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の監視システムと、
を備える、作業機械。

【請求項6】

下部走行体と、
前記下部走行体に上下方向に延びる旋回中心軸回りに旋回可能に支持された上部旋回体と、
前記上部旋回体に起伏方向に回動可能に支持された基端部と前記基端部とは反対の先端部とを含む起伏体と、
前記起伏体の前記先端部から垂下され吊り荷に接続されるロープと、
物体が監視対象物としての前記吊り荷に相対的に接近することを監視する、請求項２に記載の監視システムと、
を備え、
前記距離センサの前記基準点は、前記起伏体上に設定されており、
前記走査部が前記基準点を中心に前記平面を移動させる速度である角速度をωｓ、前記距離センサが前記距離情報を取得する周波数であるスキャン周波数をｆ、前記基準点から見た前記物体の幅をｔ、前記上部旋回体の旋回動作における旋回角速度をωｂ、前記起伏体の長さをＬｂ、平面視における前記基準点から前記監視対象物までの距離をＬｄ、前記基準点と前記監視対象物とを結ぶ直線と前記基準点を通り前記メイン監視領域の外周縁に接する接線とが平面視でなす角度をθｒとすると、
前記走査条件設定部は、
ωｓ＜（ｆ×ｔ－ωｂ×Ｌｂ）／（Ｌｄ×ｃｏｓθｒ）
を満たすように、前記角速度ωｓを設定する、作業機械。

【請求項7】

前記中心線を中心とする半径方向における前記サブ監視領域の幅をＬｍ、少なくとも前記上部旋回体の旋回動作に伴う前記物体に対する前記吊り荷の相対速度をｖｂとすると、
前記走査条件設定部は、
ωｓ＞３ｖｂ／（Ｌｄ×ｃｏｓθｒ）、かつ、
Ｌｍ＝（４×ωｂ×Ｌｂ×Ｌｄ×θｒ×ｃｏｓθｒ）／（ωｓ×Ｌｄ×ｃｏｓθｒ－３ωｂ×Ｌｂ）
を満たすように、前記角速度ωｓおよび前記サブ監視領域の幅Ｌｍを設定する、請求項６に記載の作業機械。

【請求項8】

物体が監視対象物に相対的に接近することを監視する監視方法であって、
前記監視対象物に応じて当該監視対象物を包含するように配置されるメイン監視領域と所定の幅を有し前記メイン監視領域を囲むように配置されるサブ監視領域とを含む監視領域を設定することと、
平面視において前記監視領域から離れた位置に配置される基準点を基準として予め設定されたセンシング範囲内の複数の測定点までの距離情報をそれぞれ取得することが可能な距離センサと、前記基準点から見た前記監視領域の一端部と当該一端部とは反対側の他端部との間で前記距離センサの前記センシング範囲が前記監視領域を走査するように前記センシング範囲を往復移動させることが可能な走査部とをそれぞれ準備することと、
前記監視領域の前記一端部から前記サブ監視領域に進入した前記物体が前記メイン監視領域に到達するまでの間に、前記物体が前記センシング範囲に含まれるように、前記サブ監視領域の前記幅と、前記走査部による前記センシング範囲の移動速度とをそれぞれ設定することと、
前記走査部によって前記センシング範囲を前記移動速度で移動させ、前記距離センサが取得した前記距離情報から前記物体を抽出することと、
前記物体を抽出することに伴って警告指令信号を出力することと、
を備える、監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、監視システムおよびこれを備えた作業機械、監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、作業現場における作業者等の安全を確保するための監視システムが知られている。特許文献１には、製鉄所内の作業現場に設置される監視システムが開示されている。当該作業現場では、高炉から溶鉄が溶鉄鍋に取り出されると、当該溶鉄鍋が移動しながら前記溶鉄を転炉に運ぶ。監視システムは、作業現場の一部に設置されたライダー（Ｌｉｄａｒ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）を有する。ライダーは、監視対象である溶鉄鍋を含む空間に向けてレーザー光を走査してその反射光によって、前記空間内に存在する物体までの距離を計測する。得られた距離値の分布は点群データと称され、当該点群データに基づいてライダーの設置位置から物体までの距離および物体の大きさや形が識別される。前記空間内に新たに検出される物体があると、作業者が溶鉄鍋に接近している可能性があるものとして、警告が発せられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２０１２６８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に記載された技術では、ライダーがレーザー光を走査する速度と作業者が監視対象に近づく速度との組み合わせによっては、ライダーが作業者を検出できないという問題がある。

【0005】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、他の物体が監視対象物に近づくことを精度良く監視することが可能な、監視システムおよびこれを備えた作業機械、監視方法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】

本発明によって提供されるのは、物体が監視対象物に相対的に接近することを監視する監視システムである。当該監視システムは、監視領域設定部と、距離センサと、走査部と、走査条件設定部と、物体抽出部と、出力部とを備える。前記監視領域設定部は、前記監視対象物に応じて当該監視対象物を包含するように配置されるメイン監視領域と所定の幅を有し前記メイン監視領域を囲むように配置されるサブ監視領域とを含む監視領域を設定する監視領域設定部であって、前記幅に関連する信号である幅指令信号を受け付け当該幅指令信号に応じて前記サブ監視領域の幅を調整する。前記距離センサは、平面視において前記監視領域から離れた位置に配置される基準点を基準として、予め設定されたセンシング範囲内の複数の測定点までの距離情報をそれぞれ取得することが可能である。前記走査部は、前記基準点から見た前記監視領域の一端部と当該一端部とは反対側の他端部との間で前記距離センサの前記センシング範囲が前記監視領域を走査するように前記センシング範囲を往復移動させることが可能であり、前記センシング範囲の移動速度に関連する信号である速度指令信号を受け付け当該速度指令信号に応じて前記移動速度を調整する。前記走査条件設定部は、前記監視領域の前記一端部から前記サブ監視領域に進入した前記物体が前記メイン監視領域に到達するまでの間に、少なくとも前記物体の一部が前記センシング範囲に含まれるように、前記サブ監視領域の前記幅と、前記走査部による前記センシング範囲の移動速度とをそれぞれ設定するとともに、設定した前記幅および前記移動速度に応じて前記監視領域設定部および前記走査部に前記幅指令信号および前記速度指令信号をそれぞれ入力する。前記物体抽出部は、前記走査部が前記センシング範囲を前記移動速度で移動させることに伴って前記距離センサが取得した前記距離情報から前記物体を抽出する。前記出力部は、前記物体抽出部が前記物体を抽出することに伴って警告指令信号を出力する。

【0007】

本構成によれば、監視領域設定部が、監視対象物に対応するメイン監視領域に加え、当該メイン監視領域を囲むようにサブ監視領域を設定し、走査条件設定部が所定の条件を満たすように、サブ監視領域の幅と、走査部によるセンシング範囲の移動速度とをそれぞれ設定する。前記条件は、監視領域の一端部からサブ監視領域に進入した物体がメイン監視領域に到達するまでの間に物体の一部がセンシング範囲に含まれるように設定されている。この結果、物体がメイン監視領域に到達する前に当該物体を距離センサによって検出する確率を高め、他の物体が監視対象物に近づくことを精度良く監視することが可能となる。

【0008】

上記の構成において、前記監視領域設定部は、前記メイン監視領域を前記監視対象物と交差する鉛直線を中心線とする円柱形状に設定するとともに、前記サブ監視領域を前記メイン監視領域と同心状で前記メイン監視領域を囲む円筒形状となるように設定し、前記距離センサの前記センシング範囲は、前記基準点を含み上下方向に延びる平面からなり、前記走査部は、平面視において前記センシング範囲の軌跡が前記基準点を中心とする扇形形状となるように前記センシング範囲を往復移動させることが望ましい。

【0009】

本構成によれば、監視領域設定部がメイン監視領域およびサブ監視領域を円筒形状に設定し、走査部がセンシング範囲を扇形状に往復移動させることで、監視領域内を容易に走査することが可能となる。また、走査部に対して汎用的な回転系の駆動機構を用いることができる。

【0010】

上記の構成において、前記走査部が前記基準点を中心に前記平面を移動させる速度である角速度をωｓ、前記距離センサが前記距離情報を取得する周波数であるスキャン周波数をｆ、前記基準点から見た前記物体の幅をｔ、前記物体が前記サブ監視領域に近づく速度をｖｐ、平面視における前記基準点から前記監視対象物までの距離をＬｄ、前記基準点と前記監視対象物とを結ぶ直線と前記基準点を通り前記メイン監視領域の外周縁に接する接線とが平面視でなす角度をθｒとすると、前記走査条件設定部は、ωｓ＜（ｆ×ｔ－ｖｐ）／（Ｌｄ×ｃｏｓθｒ）を満たすように、前記角速度ωｓを設定することが望ましい。

【0011】

本構成によれば、距離センサが取得する距離情報の中に、移動する物体をより高い確率で含め、物体抽出部が前記物体を抽出することができる。

【0012】

上記の構成において、前記基準点から見た前記物体の前記監視対象物に対する相対的な角速度をωｐ、前記中心線を中心とする半径方向における前記サブ監視領域の幅をＬｍとすると、前記走査条件設定部は、ωｓ＞３ωｐ、かつ、Ｌｍ＝（４×ｖｐ×Ｌｄ×θｒ×ｃｏｓθｒ）／（ωｓ×Ｌｄ×ｃｏｓθｒ－３ｖｐ）を満たすように、前記角速度ωｓおよび前記サブ監視領域の幅Ｌｍを設定することが望ましい。

【0013】

本構成によれば、移動する物体が距離センサの走査をすり抜けてメイン監視領域に到達することを、より高い確率で防ぐことができる。

【0014】

また、本発明によって提供されるのは作業機械であって、当該作業機械は、機体と、前記機体に起伏方向に回動可能に支持された基端部と前記基端部とは反対の先端部とを含む起伏体と、前記起伏体の前記先端部から垂下され吊り荷に接続されるロープと、物体が監視対象物としての前記吊り荷に相対的に接近することを監視する、上記の何れかに記載の監視システムと、を備える。

【0015】

本構成によれば、作業機械において、物体がメイン監視領域に到達する前に当該物体を距離センサによって検出する確率を高め、他の物体が吊り荷に近づくことを精度良く監視することが可能となる。

【0016】

また、本発明によって提供される他の作業機械は、下部走行体と、前記下部走行体に上下方向に延びる旋回中心軸回りに旋回可能に支持された上部旋回体と、前記上部旋回体に起伏方向に回動可能に支持された基端部と前記基端部とは反対の先端部とを含む起伏体と、前記起伏体の前記先端部から垂下され吊り荷に接続されるロープと、物体が監視対象物としての前記吊り荷に相対的に接近することを監視する、上記に記載の監視システムと、を備える。前記距離センサの前記基準点は、前記起伏体上に設定されている。前記走査部が前記基準点を中心に前記平面を移動させる速度である角速度をωｓ、前記距離センサが前記距離情報を取得する周波数であるスキャン周波数をｆ、前記基準点から見た前記物体の幅をｔ、前記上部旋回体の旋回動作における旋回角速度をωｂ、前記起伏体の長さをＬｂ、平面視における前記基準点から前記監視対象物までの距離をＬｄ、前記基準点と前記監視対象物とを結ぶ直線と前記基準点を通り前記メイン監視領域の外周縁に接する接線とが平面視でなす角度をθｒとすると、前記走査条件設定部は、ωｓ＜（ｆ×ｔ－ωｂ×Ｌｂ）／（Ｌｄ×ｃｏｓθｒ）を満たすように、前記角速度ωｓを設定する。

【0017】

本構成によれば、作業機械における上部旋回体の旋回動作に伴って、物体がメイン監視領域に到達する前に当該物体を距離センサによって検出する確率を高め、他の物体が吊り荷に近づくことを精度良く監視することが可能となる。特に、距離センサが取得する距離情報の中に、吊り荷に近づく物体をより高い確率で含め、物体抽出部が前記物体を抽出することができる。

【0018】

上記の構成において、前記中心線を中心とする半径方向における前記サブ監視領域の幅をＬｍ、少なくとも前記上部旋回体の旋回動作に伴う前記物体に対する前記吊り荷の相対速度をｖｂとすると、前記走査条件設定部は、ωｓ＞３ｖｂ／（Ｌｄ×ｃｏｓθｒ）、かつ、Ｌｍ＝（４×ωｂ×Ｌｂ×Ｌｄ×θｒ×ｃｏｓθｒ）／（ωｓ×Ｌｄ×ｃｏｓθｒ－３ωｂ×Ｌｂ）を満たすように、前記角速度ωｓおよび前記サブ監視領域の幅Ｌｍを設定することが望ましい。

【0019】

本構成によれば、上部旋回体の旋回動作に伴って物体が距離センサの走査をすり抜けてメイン監視領域に到達することを、より高い確率で防ぐことができる。

【0020】

更に、本発明によって提供されるのは、物体が監視対象物に相対的に接近することを監視する監視方法である。当該監視方法は、前記監視対象物に応じて当該監視対象物を包含するように配置されるメイン監視領域と所定の幅を有し前記メイン監視領域を囲むように配置されるサブ監視領域とを含む監視領域を設定することと、平面視において前記監視領域から離れた位置に配置される基準点を基準として予め設定されたセンシング範囲内の複数の測定点までの距離情報をそれぞれ取得することが可能な距離センサと、前記基準点から見た前記監視領域の一端部と当該一端部とは反対側の他端部との間で前記距離センサの前記センシング範囲が前記監視領域を走査するように前記センシング範囲を往復移動させることが可能な走査部とをそれぞれ準備することと、前記監視領域の前記一端部から前記サブ監視領域に進入した前記物体が前記メイン監視領域に到達するまでの間に、前記物体が前記センシング範囲に含まれるように、前記サブ監視領域の前記幅と、前記走査部による前記センシング範囲の移動速度とをそれぞれ設定することと、前記走査部によって前記センシング範囲を前記移動速度で移動させ、前記距離センサが取得した前記距離情報から前記物体を抽出することと、前記物体を抽出することに伴って警告指令信号を出力することと、を備える。

【0021】

本方法によれば、物体がメイン監視領域に到達する前に当該物体を距離センサによって検出する確率を高め、他の物体が監視対象物に近づくことを精度良く監視することが可能となる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、他の物体が監視対象物に近づくことを精度良く監視することが可能な、監視システムおよびこれを備えた作業機械、監視方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態に係る作業機械の側面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る監視システムを備えた作業機械のブロック図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る監視システムのセンシング装置の斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る監視システムのメイン監視領域およびサブ監視領域を示す斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る監視システムのパラメータを説明するための模式図である。

【図6】図５の一部を拡大した模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る監視システム５０を備えたクレーン１００（作業機械）の側面図である。なお、図１には、「上」、「下」、「前」および「後」の方向が示されているが、当該方向は、本実施形態に係るクレーン１００の構造を説明するために便宜上示すものであり、本発明に係るクレーンの使用態様などを限定するものではない。

【0025】

クレーン１００は、地面上で走行可能な下部走行体１と、下部走行体１の上方に配置される上部旋回体２（機体）と、起伏体としてのブーム３とを備える。上部旋回体２は、上下方向に延びる旋回中心軸ＣＬ回りに旋回可能なように下部走行体１に搭載されている。上部旋回体２は、基台としての旋回フレーム２１（ベース）と、キャブ２２と、ガード２３と、を備える。キャブ２２は、上部旋回体２の前端部に備えられており、クレーンの運転席に相当する。ガード２３は、後記のブーム起伏ウインチ１０および巻上げドラム１５や、不図示のエンジンなどを内部に収容する。

【0026】

ブーム３は、上部旋回体２の旋回フレーム２１に起伏方向に回動可能に支持された基端部と前記基端部とは反対の先端部とを含む。ブーム３の回動における中心軸（回動中心軸）は、上部旋回体２の左右方向に延びるように配置されている。ブーム３が旋回フレーム２１から延びる方向をブーム３の長手方向という。

【0027】

クレーン１００は、ガントリ４と、カウンタウエイト５と、ブームガイライン６と、上部スプレッダ７と、下部スプレッダ８と、ブーム起伏ロープ９と、ブーム起伏ウインチ１０と、ブームポイントシーブ１１と、アイドラシーブ１２と、フック１３と、巻上げロープ１４と、巻上げドラム１５と、を更に備える。

【0028】

ガントリ４は、上部旋回体２の旋回フレーム２１の後部に装着されている。詳しくは、ガントリ４は、ブーム３の後方で旋回フレーム２１に支持され、ブーム３の起伏動作においてブーム３を支持する支柱として機能する。

【0029】

カウンタウエイト５は、ガントリ４の後方で旋回フレーム２１に装着されており、クレーンが吊り荷を吊りあげる際にクレーンのバランスを保つ機能を備えている。

【0030】

上部スプレッダ７および下部スプレッダ８は、それぞれ複数のシーブを含む。また、上部スプレッダ７は、ブームガイライン６によってブーム３の先端部に接続されている。ブーム起伏ロープ９は、ブーム起伏ウインチ１０から引き出され、ガントリ４の先端部の不図示のシーブに掛けられた後、下部スプレッダ８と上部スプレッダ７との間で複数回掛け回される。ブーム起伏ウインチ１０は、旋回フレーム２１の後部に固定されている。なお、引き出されたブーム起伏ロープ９の先端は、ガントリ４に固定される。ブーム起伏ウインチ１０は、ブーム起伏ロープ９の巻き取りおよび繰り出しを行うことで、上部スプレッダ７と下部スプレッダ８との間の距離を変化させ、ブーム３をガントリ４に対して相対的に回動させながらブーム３を起伏させる。

【0031】

巻上げドラム１５は、旋回フレーム２１の中央部に固定されている。また、ブームポイントシーブ１１およびアイドラシーブ１２は、ブーム３の先端部に回転自在に支持されている。巻上げドラム１５から引き出された巻上げロープ１４の先端部には、吊荷用のフック１３が備え付けられる。すなわち、巻上げロープ１４は、ブーム３の前記先端部から垂下され吊り荷に接続される。そして、巻上げロープ１４の一端は、ブーム３の先端部のブームポイントシーブ１１と、フック１３に設けられた不図示のシーブブロックのシーブとの間に掛け回された後、ブーム３の先端部に固定される。一方、巻上げロープ１４の他端は、ブームポイントシーブ１１、アイドラシーブ１２を経由して巻上げドラム１５に巻きつけられている。従って、巻上げドラム１５が巻上げロープ１４の巻き取りや繰り出しを行うと、ブームポイントシーブ１１とフック１３のシーブとの間の距離が変わって、ブーム３の先端部から垂下されたフック１３の巻上げ及び巻下げが行われる。

【0032】

図２は、本発明の一実施形態に係る監視システム５０を備えたクレーン１００のブロック図である。本実施形態に係る監視システム５０は、フック１３によって吊り上げられる吊り荷を監視対象として、当該吊り荷に作業者や障害物（いずれも物体）が接近することを監視し、必要に応じて警告する。

【0033】

クレーン１００は、操作部３１と、入力部３２と、ブーム起伏角検出部３３と、旋回駆動部３４と、ブーム起伏駆動部３５とを更に備える。

【0034】

操作部３１は、キャブ２２内に配置され、作業者によって操作される。操作部３１は、不図示の操作レバー、操作ボタン、操作スイッチなどを含む。操作部３１は、クレーン１００を動かすための各種の操作を受け付ける。一例として、操作部３１は、下部走行体１の走行動作、上部旋回体２の旋回動作、ブーム３の起伏動作、フック１３（吊り荷）の巻上げ・巻下げ動作などの操作を受け付ける。

【0035】

入力部３２は、操作部３１と同様にキャブ２２内に配置され、作業者によって操作される。一例として、入力部３２は、タッチパネルやテンキーなどを含む。作業者は、入力部３２を通じて、監視システム５０における指令や各種のパラメータを入力することができる。

【0036】

ブーム起伏角検出部３３は、ブーム３の基端部に設けられた角度計であり、ブーム３の起伏角（対地角、地面または水平方向に対するブーム３の中心線（長手方向）の角度）を検出する。ブーム起伏角検出部３３によって検出されたブーム３の角度は、監視システム５０によって参照される。

【0037】

旋回駆動部３４は、操作部３１に入力される旋回操作に応じて、上部旋回体２を下部走行体１に対して旋回させる。旋回駆動部３４は、前記操作に応じて上部旋回体２の旋回方向および旋回速度を変化させる。旋回駆動部３４は、不図示の油圧ポンプ、油圧モータ、パイロットバルブなどを含む油圧回路から構成される。

【0038】

ブーム起伏駆動部３５は、操作部３１に入力されるブーム起伏操作に応じて、ブーム３を上部旋回体２に対して起伏させる。ブーム起伏駆動部３５は、前記操作に応じてブーム３の起伏方向および起伏速度を変化させる。ブーム起伏駆動部３５は、旋回駆動部３４と同様に油圧回路から構成される。

【0039】

なお、クレーン１００は、旋回駆動部３４、ブーム起伏駆動部３５以外に、下部走行体１を走行させるための走行駆動部、巻上げドラム１５を回転させるための巻上げ駆動部を更に備える。これらの駆動部も、旋回駆動部３４と同様の油圧回路から構成される。

【0040】

クレーン１００は、物体が監視対象物（吊り荷Ｚ）に相対的に接近することを監視する監視システム５０を更に備える。クレーン１００の作業現場では、建物などの建設にクレーン１００が用いられる。クレーン１００の操作は、キャブ２２内の操縦席に座る作業者（オペレータ）によって行われる。キャブ２２内の作業者が吊り荷Ｚの周囲の障害物に気づかないことや、キャブ２２からの視野に死角が存在する場合がある。また、吊り荷Ｚを移動させるにあたって、作業者が誤って危険なルートを選んでしまう可能性がある。本実施形態に係る監視システム５０は、これらの問題を解決するために、クレーン１００の周囲の広範囲な領域を認識し、安全な操作を実現する。

【0041】

監視システム５０は、センシング装置５１と、表示部５４と、報知部５５と、制御部５００とを有する。図３は、本実施形態に係る監視システム５０のセンシング装置５１の斜視図である。図４は、本実施形態に係る監視システム５０の危険領域ＤＡ（メイン監視領域）およびマージン領域ＭＡ（サブ監視領域）を示す斜視図である。図５は、監視システム５０のパラメータを説明するための模式図である。図６は、図５の一部を拡大した模式図である。本実施形態では、危険領域ＤＡおよびマージン領域ＭＡを含む領域が監視領域と定義される。

【0042】

センシング装置５１は、２次元ＬＩＤＡＲ５２（距離センサ）および回転台５３を有する。２次元ＬＩＤＡＲ５２は、レーザー光を対象物に照射してその散乱や反射光を観測することで、対象物までの距離を計測する。回転台５３は、所定の回転中心軸を有し、２次元ＬＩＤＡＲ５２を前記回転中心軸回りに回転させることが可能である。２次元ＬＩＤＡＲ５２は、前記回転中心軸を含むスキャン平面ＳＰ（図４）（センシング範囲）を有する。回転台５３が２次元ＬＩＤＡＲ５２を図３の矢印のように回転させると、図４のスキャン平面ＳＰが前記回転中心軸回りに回転することで、３次元の距離情報（３次元点群データ）が取得される。本実施形態では、一例として、２次元ＬＩＤＡＲ５２として、ＳＩＣＫ社製のＬＤ－ＬＲＳ３６１１（最大検知距離２５０ｍ）を用いることができる。このように、最大検知距離が大きい２次元ＬＩＤＡＲ５２を用いることで、吊り荷Ｚの周囲の広い範囲の情報を取得することができる。

【0043】

なお、上記の２次元ＬＩＤＡＲ５２について換言すると、２次元ＬＩＤＡＲ５２は、平面視において前記監視領域から離れた位置に配置される基準点ＲＰ（図５参照）を基準として、予め設定されたセンシング範囲（スキャン平面ＳＰ）内の複数の測定点までの距離情報をそれぞれ取得することが可能である。本実施形態では、基準点ＲＰは、センシング装置５１の２次元ＬＩＤＡＲ５２に設けられているが、他の実施形態において、基準点ＲＰは２次元ＬＩＤＡＲ５２とは異なる位置に設けられてもよい。すなわち、本実施形態における２次元ＬＩＤＡＲ５２の位置に、多面鏡からなる回転ミラーが配置されるとともに、当該回転ミラーから離間した位置に２次元ＬＩＤＡＲ５２と同様のスキャン光を照射する照射部が備えられてもよい。基準点ＲＰは、回転ミラーに配置される。照射部から照射されたスキャン光は、回転ミラーによって、監視領域に向かって偏向される。この場合、発光部とは異なる位置に、監視領域からのスキャン光を受光する受光部が設けられれば良い。

【0044】

また、回転台５３は、基準点ＲＰから見た前記監視領域の一端部（図５の点Ａ）と当該一端部とは反対側の他端部（図５の点Ｃ）との間で２次元ＬＩＤＡＲ５２のスキャン平面ＳＰが前記監視領域を走査するように、スキャン平面ＳＰを往復移動させることが可能である。そして、回転台５３は、スキャン平面ＳＰの移動速度に関連する信号である速度指令信号を受け付け、当該速度指令信号に応じてスキャン平面ＳＰの移動速度（角速度）を調整する。また、回転台５３は、マージン領域ＭＡの大きさ（幅）に応じて、スキャン平面ＳＰが危険領域ＤＡおよびマージン領域ＭＡを漏れなく走査するように、スキャン平面ＳＰの回転角度（基準点ＲＰを通るマージン領域ＭＡの２つ接線間の角度）を調整する。回転台５３は、当該回転角度の調整についても、所定の指令信号を受け付ける。

【0045】

なお、本実施形態では、回転台５３として、オリオン技研製の１軸回転台を用いることができる。本実施形態では、上記のように、２次元ＬＩＤＡＲ５２を回転台５３によって高速で回転させることで、３次元ＬＩＤＡＲよりも計測範囲を広く設定することが可能となるため、大型のクレーン１００の周囲の広範囲における情報を取得することができる。

【0046】

なお、２次元ＬＩＤＡＲ５２は、スキャン平面ＳＰにおいて取得した距離情報（２次元距離情報）を連続的に制御部５００に入力する。一方、回転台５３は、回転台角度検出部５３Ｓを有する。回転台角度検出部５３Ｓは、所定の基準角度に対する回転台５３の回転角度（回転位置）を検出し、当該回転角度に応じた信号を制御部５００に入力する。

【0047】

表示部５４は、キャブ２２内に配置され、作業者が視認可能な各種の情報を表示する。特に、表示部５４は、センシング装置５１が取得する吊り荷Ｚの周囲の３次元情報を画像として表示する。

【0048】

報知部５５は、キャブ２２内に配置され、ブザー音やランプによって、作業者に対して警告情報を報知する。前記警告情報は、クレーン１００の周囲の作業者が、危険領域ＤＡまたはマージン領域ＭＡに進入した情報を含む。また、報知部５５は、キャブ２２の外部や作業現場の一部に設けられてもよい。

【0049】

制御部５００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。また、図２に示すように、制御部５００には、操作部３１、入力部３２、２次元ＬＩＤＡＲ５２、ブーム起伏角検出部３３、回転台角度検出部５３Ｓ、旋回駆動部３４、ブーム起伏駆動部３５、回転台５３、表示部５４および報知部５５が、各種信号の入出力先として接続されている。

【0050】

制御部５００は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、駆動制御部５０１、３Ｄ情報取得部５０２、物体抽出部５０３、監視領域設定部５０４、走査条件設定部５０５、指令信号入力部５０６（出力部）および記憶部５０７を備えるように機能する。

【0051】

駆動制御部５０１は、操作部３１が受け付けた操作に応じて、旋回駆動部３４、ブーム起伏駆動部３５に駆動指令信号を入力する。この結果、旋回駆動部３４の駆動力を受けて上部旋回体２が旋回し、ブーム起伏駆動部３５の駆動力を受けてブーム３が起伏する。また、駆動制御部５０１は、走査条件設定部５０５が設定する走査条件に応じて、回転台５３に回転指令信号を入力する。この結果、回転台５３の回転速度（角速度）、回転角度（首振り角度）が制御される。この際、回転台角度検出部５３Ｓの出力に応じて、回転台５３の回転位置が精度良く制御される。

【0052】

３Ｄ情報取得部５０２は、２次元ＬＩＤＡＲ５２から入力された２次元情報を時系列かつ連続的にグループ化し、クレーン１００の周囲、特に吊り荷Ｚの周辺の３次元情報を取得する。すなわち、当該３次元情報は、回転台５３が２次元ＬＩＤＡＲ５２のスキャン平面ＳＰを所定の移動速度で移動させることに伴って、２次元ＬＩＤＡＲ５２が取得した距離情報に基づく情報である。なお、３Ｄ情報取得部５０２は、２次元ＬＩＤＡＲ５２の一部に含まれるものでもよい。この場合、前記３次元情報は、２次元ＬＩＤＡＲ５２から制御部５００に入力される。

【0053】

物体抽出部５０３は、３Ｄ情報取得部５０２が取得する３次元情報における時系列の変化から、マージン領域ＭＡまたは危険領域ＤＡに進入した新たな物体（作業者など）を抽出する。たとえば、物体抽出部５０３は３次元情報を複数の領域に細分化し、各領域の座標（形状）の変化量が予め設定された閾値を超えた場合に、各領域に前記新たな物体が現れたとみなすことができる。

【0054】

監視領域設定部５０４は、吊り荷Ｚの大きさ、上部旋回体２の旋回動作などに応じて、吊り荷Ｚの周囲に仮想的な監視領域を設定する。特に、監視領域設定部５０４は、吊り荷Ｚに応じて当該吊り荷Ｚを包含するように配置される危険領域ＤＡ（メイン監視領域）と、所定の幅を有し危険領域ＤＡを囲むように配置されるマージン領域ＭＡ（サブ監視領域）とを含む前記監視領域を設定する。本実施形態では、危険領域ＤＡの外周面は、マージン領域ＭＡの内周面に密接している。マージン領域ＭＡの外周面は、マージン領域ＭＡの内周面に対して前記幅だけ径方向外側に配置されている。なお、監視領域設定部５０４は、前記幅に関連する信号である幅指令信号を受け付け、当該幅指令信号に応じてマージン領域ＭＡの大きさ（幅）を調整する。

【0055】

走査条件設定部５０５は、２次元ＬＩＤＡＲ５２が危険領域ＤＡを含む領域を走査するにあたって、所定の走査条件を設定する。具体的に、走査条件設定部５０５は、前記監視領域の一端部からマージン領域ＭＡに進入した物体が危険領域ＤＡに到達するまでの間に、前記物体が２次元ＬＩＤＡＲ５２のスキャン平面ＳＰに含まれ検出されるように、マージン領域ＭＡの前記幅と、回転台５３によるスキャン平面ＳＰの移動速度（角速度）とをそれぞれ設定する。本実施形態では、前記物体が最短時間で危険領域ＤＡに到達することを最悪条件として想定するために、前記物体は半径方向に沿って吊り荷Ｚに向かうものとする。そして、走査条件設定部５０５は、上記のように設定した前記幅および前記移動速度に応じて監視領域設定部５０４および回転台５３に前記幅指令信号および前記速度指令信号をそれぞれ入力する。上記の走査条件の設定については、後記で詳述する。

【0056】

指令信号入力部５０６は、物体抽出部５０３が抽出した物体の情報に応じて、表示部５４および報知部５５に指令信号（警告指令信号）を入力する。具体的に、指令信号入力部５０６は、予め表示部５４に表示された３次元情報上に、前記物体の情報を新たに表示するための指令信号を入力する。この際、表示部５４では、前記物体の大きさが誇張されるとともに、作業者によって視認されやすい色を施して表示することが望ましい。また、指令信号入力部５０６は、報知部５５に対して、ブザー音やランプの点灯によって、前記物体の存在、危険状態を報知するための指令信号を入力する。

【0057】

なお、上部旋回体２の旋回動作に伴って、物体抽出部５０３が物体を抽出することで指令信号入力部５０６が出力する指令信号（警告指令信号）は、旋回駆動部３４に入力されてもよい。この場合、操作部３１、駆動制御部５０１を通じて旋回駆動部３４に入力される本来の駆動指令信号に関わらず、吊り荷Ｚと物体との衝突を回避するように旋回駆動部３４が強制的に上部旋回体２の旋回動作を停止させる。

【0058】

記憶部５０７は、監視システム５０が実行する監視処理のための各種のパラメータ、閾値などを予め格納する。これらの情報については、後記で詳述する。

【0059】

次に、監視システム５０が実行する監視処理の詳細について説明する。

【0060】

キャブ２２内の作業者は、吊り荷Ｚの吊り上げ、上部旋回体２の旋回動作に伴う吊り荷Ｚの移動などを行なうにあたって、入力部３２に含まれる監視システム５０の起動スイッチを押す。この結果、監視システム５０による監視処理が開始される。

【0061】

前記監視処理が開始されると、監視領域設定部５０４（図２）が危険領域ＤＡを設定する。本実施形態では、危険領域ＤＡは、ブーム３の先端を通る鉛直線を中心線とする円柱形状からなる。すなわち、巻上げロープ１４に振れがないとすると、吊り荷Ｚは前記中心線上に位置する。なお、監視領域設定部５０４は、予め作業者が入力部３２から入力する吊り荷Ｚの大きさに応じて、危険領域ＤＡの円柱半径を設定してもよい。この場合、監視領域設定部５０４は、吊り荷Ｚの大きさが大きいほど、前記円柱半径を大きく設定する。
また、ブーム３の先端部に巻上げロープ１４の振れ角度を検出する角度計が設置されている場合、監視領域設定部５０４は、検出された振れ角度に応じて危険領域ＤＡの円柱半径を設定してもよい。この場合、監視領域設定部５０４は、前記振れ角度が大きいほど、前記円柱半径を大きく設定する。

【0062】

監視システム５０は、上記のように設定された危険領域ＤＡに人（作業者）や障害物が進入することを検知するために、危険領域ＤＡの周囲にマージン領域ＭＡを設定し、このマージン領域ＭＡを含めた広い領域を監視する。マージン領域ＭＡは、危険領域ＤＡを囲むように危険領域ＤＡと同心状に形成された円筒形状からなる。このマージン領域ＭＡにおいて人や障害物を高い確率で検知するために、走査条件設定部５０５が、マージン領域ＭＡの大きさ（幅）と、スキャン平面ＳＰ（回転台５３）の角速度ωｓとをそれぞれ設定する。以下に、その詳細について説明する。

【0063】

吊り荷Ｚが静止していると仮定した場合に、図４に示すように吊り荷Ｚに向かって進む人を検知するための回転台５３の角速度ωｓを求める。この角速度ωｓは、回転台５３が基準点ＲＰを中心にスキャン平面ＳＰを移動させる速度であり、人（物体）が監視システム５０によって検知されずにマージン領域ＭＡをすり抜けてはならないという条件に基づいて設定される。

【0064】

図５を参照して、危険領域ＤＡの半径をｒ、平面視におけるセンシング装置５１（基準点ＲＰ）から吊り荷Ｚまでの距離をＬｄとすると、センシング装置５１を通り危険領域ＤＡの外周縁に接する接線と、センシング装置５１と吊り荷Ｚとを結ぶ直線とが平面視でなす角度θｒは、以下の式１によって表すことができる。なお、距離Ｌｄは、ブーム起伏角検出部３３によって検出されるブーム３の起伏角の余弦（ＣＯＳ）に、既知であるセンシング装置５１（基準点ＲＰ）とブーム３の基端部との距離を乗じて算出可能である。

【数1】

【0065】

また、図６に示すように、基準点ＲＰから見た人（物体）の厚み（幅）をｔ、人がマージン領域ＭＡに対してセンシング装置５１を通る接線に対して垂直に進入したときの、センシング装置５１と前記接線との距離をＬｐ（図５）、人の厚みをセンシング装置５１から見たときの角度をθｔ（図６）、人がマージン領域ＭＡに近づく速度をｖｐ、当該人の速度に対応するセンシング装置５１から見た人の角速度をωｐとすると、次の式２、式３、式４が成立する。なお、各式ではθｔ、ωｐが充分に小さいとして近似している。また、θｍは０に限りなく近いとみなすことができるため、θｒ＋θｍをθｒと近似している。

【数2】

【数3】

【数4】

【0066】

次に、センシング装置５１において２次元ＬＩＤＡＲ５２が距離データを取得する周波数（単位時間あたりの取得回数）をスキャン周波数ｆとすると、２つの距離データが取得されるタイミング間に回転台５３が回転する角速（スキャン速度）は、ωｓ／ｆで表すことができる。前記条件が満たされるためには、この角速が人の厚み角度θｔよりも小さくなければならない。換言すれば、あるスキャン（走査）とその次のスキャンとの間に人がいた場合、少なくとも一方のスキャンにおけるスキャン平面ＳＰに人が含まれる（検知される）必要がある。上記は、式５によって表すことができる。

【数5】

【0067】

式５を変形し、基準点ＲＰから見た人の角速度ωｐの項を加えると、式６が導出される。

【数6】

【0068】

次に、式２、式３、式４をそれぞれ式６に代入すると、式７を得ることができる。

【数7】

【0069】

上記の式７は、回転台５３の回転速度（角速度）の最大値を決定する式ということができる。本実施形態では、一例として、回転台５３の角速度ωｓは１以上１０以下の整数値で設定されるため、走査条件設定部５０５は、式７を満たす最大の整数値（１０以下）をωｓとして設定する。

【0070】

次に、走査条件設定部５０５が、前記中心線を中心とする半径方向におけるマージン領域ＭＡの幅Ｌｍを設定する手順について説明する。図５に示すように、人がマージン領域ＭＡに進入しようとする側において、センシング装置５１を通るマージン領域ＭＡの外周縁の接線とマージン領域ＭＡとの接点をＡ、当該接点Ａに隣接する点であって、センシング装置５１を通る危険領域ＤＡの接線と危険領域ＤＡとの接点をＢ、接点Ａとは反対側の接点であって、センシング装置５１を通るマージン領域ＭＡの外周縁の接線とマージン領域ＭＡとの接点をＣと仮定する。

【0071】

吊り荷Ｚが静止して、マージン領域ＭＡの幅Ｌｍが最大となる場合を考慮するために、次のような場面を検討する。すなわち、人が接点Ａを通じてマージン領域ＭＡに進入しようとした瞬間に、スキャン平面ＳＰが点Ａを折り返したと仮定する。この場合、２次元ＬＩＤＡＲ５２が人を検出するためには、人がマージン領域ＭＡ内を進み接点Ｂに到達するまでに、スキャン平面ＳＰが接点Ｃを折り返して接点Ｂまで戻る必要がある。なお、以下、スキャン平面ＳＰが接点Ａから接点Ｂ、Ｃを経由して再び接点Ｂまで戻る動作を戻り動作と称する。

【0072】

上記の戻り動作に要する時間をΔｔとすると、人が角速度ωｐで時間Δｔだけ歩くことで進む角度をθｍとすると、θｍは、式８によって表すことができる。

【数8】

なお、式８のカッコ内は、上記の戻り動作に図５のθｍが３回、θｒが４回含まれることに基づく。

【0073】

ここで、式２、式４を式８に代入し、θｍについて整備すると、式９が導出される。

【数9】

【0074】

また、式８を変形すると、式１０を得ることができる。

【数10】

【0075】

式１０から、式１１の関係が成り立つ。

【数11】

【0076】

式１１から、回転台５３の角速度ωｓは、センシング装置５１から見た人の角速度ωｐ（歩く速度）の３倍よりも大きい必要があるということができる。したがって、式９を用いるためには、式１１を満たすことが必要となる。ここで、式２、式４から、上記の式１１は、式９で表されるθｍが正の値をとることを規定する、下記の式１２と同じといえる。

【数12】

【0077】

ここで、θｍが充分に小さいとして、θｍを式１３のように定める。

【数13】

上記の式１３は、図５において点Ａ、点Ｂおよび基準点ＲＰを頂点とする三角形において、ｔａｎθｍ＝Ｌｍ／Ｌｐ＝Ｌｍ／（Ｌｄ×ｃｏｓ（θｒ＋θｍ））が成立するため、θｍが限りなく０に近いとみなすことで、導出することができる。

【0078】

式１３に式９を代入すると、下記の式１４を得ることができる。

【数14】

【0079】

上記の式１４は、式１１の条件が満たされる場合のマージン領域ＭＡの幅を決定する式ということができる。したがって、走査条件設定部５０５は、式１４に基づいて、マージン領域ＭＡの幅Ｌｍを設定することができる。なお、幅Ｌｍが設定されると、マージン領域ＭＡおよび危険領域ＤＡを含む監視領域全体の大きさ（半径）が決定されるため、走査条件設定部５０５は当該半径に応じた信号を回転台５３に入力することで、回転台５３がスキャン平面ＳＰを往復移動させるための回転角度が設定される。

【0080】

なお、上記の説明では、吊り荷Ｚが静止し、人がマージン領域ＭＡに進入する場合について説明したが、図５に示されるモデルは、クレーン１００の周囲に静止した障害物が存在し、上部旋回体２の旋回動作によって吊り荷Ｚが前記障害物に向かって移動する、すなわち、マージン領域ＭＡが相対的に障害物に近づく場合にも適用可能である。この場合、上部旋回体２とともにブーム３が旋回しているときの吊り荷Ｚと障害物との衝突を検知するために、走査条件設定部５０５が、回転台５３の角速度ωｓと、マージン領域ＭＡの幅Ｌｍとをそれぞれ設定する。

【0081】

ブーム３が旋回している場合、吊り荷Ｚから見ると障害物が吊り荷Ｚに近づいていることになる。このため、先の式７および式１４におけるｖｐ（人の移動速度）を吊り荷Ｚから見た障害物の移動速度に置き換えることで、ωｓおよびＬｍをそれぞれ求めることができる。ここで、ブーム３（上部旋回体２）の旋回動作における旋回角速度をωｂ、ブーム３の旋回動作による障害物に対する吊り荷Ｚの相対的な接近速度をｖｂ、ブーム３の長さをＬｂと定義する。

【0082】

まず、ブーム３の旋回角速度ωｂは、ブーム３の旋回角速度が充分に小さいと仮定すると、式１５のように定義することができる。

【数15】

【0083】

式１５をｖｂについての式に整備し、式９および式１４のｖｐを式１５のｖｂに置き換えることで、式１６、式１７を得ることができる。

【数16】

【数17】

【0084】

また、式１４を使うための条件である式１１に、式２、式４をそれぞれ代入し、ｖｐを式１５のｖｂに置き換えると、式１８を得ることができる。

【数18】

【0085】

式１６は、障害物がセンシング装置５１のスキャンをすり抜ける可能性があるほど小さい場合に、障害物の厚みをｔとして、回転台５３の回転角速度の最大値を決定する式に相当する。ただし、衝突する可能性のある障害物として壁などのように充分に大きい物体を想定する場合には、ωｓがいくら速くてもスキャン平面ＳＰから物体が外れることはないため、ωｓは設定可能な最大値とすることができる。式１７は、式１８の条件が満たされる場合のマージン領域ＭＡの幅を決定する式ということができる。したがって、走査条件設定部５０５は、式１７に基づいて、マージン領域ＭＡの幅Ｌｍを設定することができる。

【0086】

なお、ブーム３（上部旋回体２）が旋回するとともに人（障害物）が所定の速度で移動する場合には、上記の２つのケースが組み合わされることに相当する。このため、走査条件設定部５０５は、吊り荷Ｚと物体との相対速度に基づいて、回転台５３の角速度ωおよびマージン領域ＭＡの幅Ｌｍを設定することができる。

【0087】

以上のように、本実施形態では、監視システム５０の監視領域設定部５０４が、吊り荷Ｚ（監視対象物）に対応する危険領域ＤＡに加え、当該危険領域ＤＡを囲むようにマージン領域ＭＡを設定し、走査条件設定部５０５が所定の条件を満たすように、マージン領域ＭＡの幅と、回転台５３によるスキャン平面ＳＰの移動速度（角速度）とをそれぞれ設定する。前記条件は、監視領域の一端部からマージン領域ＭＡに進入した物体が危険領域ＤＡに到達するまでの間に少なくとも物体の一部がスキャン平面ＳＰに含まれるように設定されている。この結果、物体が危険領域ＤＡに到達する前に当該物体を２次元ＬＩＤＡＲ５２によって検出する確率を高め、物体が吊り荷Ｚに近づくことを精度良く監視することが可能となる。

【0088】

また、本実施形態では、監視領域設定部５０４は、危険領域ＤＡを吊り荷Ｚと交差する鉛直線を中心線とする円柱形状に設定するとともに、マージン領域ＭＡを危険領域ＤＡと同心状で危険領域ＤＡを囲む円筒形状となるように設定する。また、２次元ＬＩＤＡＲ５２のスキャン平面ＳＰは、基準点ＲＰを含み上下方向に延びる平面からなり、回転台５３は、平面視においてスキャン平面ＳＰの軌跡が基準点ＲＰを中心とする扇形形状となるようにスキャン平面ＳＰを往復移動させる。

【0089】

このような構成によれば、監視領域設定部５０４が危険領域ＤＡおよびマージン領域ＭＡを円柱形状および円筒形状に設定し、回転台５３がスキャン平面ＳＰを扇形状に往復移動させることで、監視領域内を容易に走査することが可能となる。また、走査部（回転台５３）に対して汎用的な回転系の駆動機構を用いることができる。

【0090】

また、本実施形態では、走査条件設定部５０５は、前述の式７を満たすように、回転台５３の角速度ωｓを設定する。

【0091】

このような構成によれば、２次元ＬＩＤＡＲ５２が取得する距離情報の中に、移動する物体をより高い確率で含めることができる。

【0092】

更に、本実施形態では、走査条件設定部５０５は、前述の式１１、式１４を満たすように、前記角速度ωｓおよびマージン領域ＭＡの幅Ｌｍを設定する。

【0093】

このような構成によれば、移動する物体が２次元ＬＩＤＡＲ５２の走査をすり抜けて危険領域ＤＡに到達することを、より高い確率で防ぐことができる。

【0094】

また、本実施形態では、上部旋回体２の旋回動作が行われる場合、走査条件設定部５０５は、前述の式１６を満たすように、前記角速度ωｓを設定する。

【0095】

このような構成によれば、クレーン１００における上部旋回体２の旋回動作に伴って、物体が危険領域ＤＡに到達する前に当該物体を２次元ＬＩＤＡＲ５２によって検出する確率を高め、物体が吊り荷Ｚに近づくことを精度良く監視することが可能となる。特に、２次元ＬＩＤＡＲ５２が取得する距離情報の中に、吊り荷Ｚに近づく物体をより高い確率で含めることができる。

【0096】

また、本実施形態では、上部旋回体２の旋回動作が行われる場合、走査条件設定部５０５は、前述の式１７、１８を満たすように、前記角速度ωｓおよびマージン領域ＭＡの幅Ｌｍを設定する。

【0097】

このような構成によれば、上部旋回体２の旋回動作に伴って物体が２次元ＬＩＤＡＲ５２の走査をすり抜けて危険領域ＤＡに到達することを、より高い確率で防ぐことができる。

【0098】

また、上記の監視システム５０が実行する監視方法は、物体が吊り荷Ｚ（監視対象物）に相対的に接近することを監視する方法である。
当該監視方法は、
吊り荷Ｚに応じて当該吊り荷Ｚを包含するように配置される危険領域ＤＡと所定の幅Ｌｍを有し危険領域ＤＡを囲むように配置されるマージン領域ＭＡとを含む監視領域を設定することと、
平面視において前記監視領域から離れた位置に配置される基準点ＲＰを基準として予め設定されたスキャン平面ＳＰ内の複数の測定点までの距離情報をそれぞれ取得することが可能な２次元ＬＩＤＡＲ５２と、前記基準点ＲＰから見た前記監視領域の一端部と当該一端部とは反対側の他端部との間で２次元ＬＩＤＡＲ５２のスキャン平面ＳＰが前記監視領域を走査するようにスキャン平面ＳＰを往復移動させることが可能な回転台５３とをそれぞれ準備することと、
前記監視領域の前記一端部からマージン領域ＭＡに進入した物体が危険領域ＤＡに到達するまでの間に、前記物体がスキャン平面ＳＰに含まれるように、マージン領域ＭＡの前記幅Ｌｍと、回転台５３によるスキャン平面ＳＰの移動速度（角速度）とをそれぞれ設定することと、
回転台５３によってスキャン平面ＳＰを前記移動速度で移動させ、２次元ＬＩＤＡＲ５２が取得した前記距離情報から前記物体を抽出することと、
前記物体を抽出することに伴って警告指令信号を出力することと、を備える。

【0099】

このような方法によれば、物体が危険領域ＤＡに到達する前に当該物体を２次元ＬＩＤＡＲ５２によって検出する確率を高め、物体が吊り荷Ｚに近づくことを精度良く監視することが可能となる。

【0100】

なお、上記の監視方法は、危険領域ＤＡを吊り荷Ｚと交差する鉛直線を中心線とする円柱形状に設定するとともに、マージン領域ＭＡを危険領域ＤＡと同心状で危険領域ＤＡを囲む円筒形状となるように設定することと、２次元ＬＩＤＡＲ５２のスキャン平面ＳＰを、前記基準点ＲＰを含み上下方向に延びる平面（ＳＰ）とすることと、平面視においてスキャン平面ＳＰの軌跡が前記基準点ＲＰを中心とする扇形形状となるようにスキャン平面ＳＰを往復移動させることと、を更に備える。

【0101】

また、上記の監視方法は、前記基準点ＲＰを中心にスキャン平面ＳＰを移動させる速度である角速度をωｓ、２次元ＬＩＤＡＲ５２が前記距離情報を取得する周波数であるスキャン周波数をｆ、前記基準点ＲＰから見た前記物体の幅をｔ、前記物体がマージン領域ＭＡに近づく速度をｖｐ、平面視における前記基準点ＲＰから吊り荷Ｚまでの距離をＬｄ、前記基準点ＲＰと吊り荷Ｚとを結ぶ直線と前記基準点ＲＰを通り危険領域ＤＡの外周縁に接する接線とが平面視でなす角度をθｒとすると、ωｓ＜（ｆ×ｔ－ｖｐ）／（Ｌｄ×ｃｏｓθｒ）を満たすように、前記角速度ωｓを設定することを更に備える。

【0102】

また、上記の監視方法は、前記基準点ＲＰから見た前記物体の吊り荷Ｚに対する相対的な角速度をωｐ、前記中心線を中心とする半径方向におけるマージン領域ＭＡの幅をＬｍとすると、ωｓ＞３ωｐ、かつ、Ｌｍ＝（４×ｖｐ×Ｌｄ×θｒ×ｃｏｓθｒ）／（ωｓ×Ｌｄ×ｃｏｓθｒ－３ｖｐ）を満たすように、前記角速度ωｓおよび前記サブ監視領域の幅Ｌｍを設定することを更に備える。

【0103】

また、上記の監視方法は、上部旋回体２の旋回動作における旋回角速度をωｂ、ブーム３の長さをＬｂとすると、上部旋回体２の旋回動作が行われる場合、ωｓ＜（ｆ×ｔ－ωｂ×Ｌｂ）／（Ｌｄ×ｃｏｓθｒ）を満たすように前記角速度ωｓを設定することを更に備える。

【0104】

また、上記の監視方法は、少なくとも上部旋回体２の旋回動作に伴う前記物体に対する吊り荷Ｚの相対速度をｖｂとすると、ωｓ＞３ｖｂ／（Ｌｄ×ｃｏｓθｒ）、かつ、Ｌｍ＝（４×ωｂ×Ｌｂ×Ｌｄ×θｒ×ｃｏｓθｒ）／（ωｓ×Ｌｄ×ｃｏｓθｒ－３ωｂ×Ｌｂ）を満たすように、前記角速度ωｓおよびマージン領域ＭＡの幅Ｌｍを設定することを更に備える。

【実施例0105】

次に、本発明に係る監視システム（衝突警告システムともいう）が実行する監視処理について、実施例をもとに更に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

【0106】

＜シミュレーション結果＞
監視領域設定部５０４および走査条件設定部５０５を含む監視システム５０をシミュレーターに実装し、人や障害物を検知することができるか否かについて評価を行った。

【0107】

まず、吊り荷Ｚが静止しており人が前記吊り荷Ｚに向かって移動する場合について検証を行った。人の厚さｔ、危険領域ＤＡの半径ｒ、スキャン周波数ｆをそれぞれ固定し、ブーム長さＬｂ、人の速度ｖｐを変化させた場合のスキャン平面ＳＰ（回転台５３）の角速度ωｓ、マージン領域ＭＡの幅Ｌｍの計算結果を表１に示す。

【0108】

【表1】

【0109】

なお、ωｓは式７によって計算され、Ｌｍは式１４によって計算される。また、Ｌｄは、ブーム３の起伏角が６０度でセンシング装置５１がブーム３の長手方向の中央部に取り付けられていることを想定し、Ｌｄ＝Ｌｂ／４として計算している。なお、ｔ＝２８．０ｃｍ、ｒ＝５．０ｍ、ｆ＝８．０Ｈｚである。また、ブーム長さＬｂとして、コベルコ建機社製の複数のブーム長を想定して、３１．５ｍ、９６．０ｍ、１５０．０ｍの３水準でそれぞれ計算を行った。なお、前述の式１１を満たすように、各Ｌｂに対してｖｐを設定している。そして、表１の各条件において、人がマージン領域ＭＡに進入しようとした場合、回転台５３の回転に伴って２次元ＬＩＤＡＲ５２のスキャン平面ＳＰが吊り荷Ｚの周囲を走査すると、前記人がマージン領域ＭＡにおいてそれぞれ検知されることが確認された。

【0110】

同様に、ブーム３（上部旋回体２）の旋回に伴って吊り荷Ｚが障害物に近づく場合について検証を行った。障害物の厚さｔ、危険領域ＤＡの半径ｒ、スキャン周波数ｆをそれぞれ固定し（ｔ＝２８．０ｃｍ、ｒ＝５．０ｍ、ｆ＝８．０Ｈｚ）、ブーム長さＬｂ、ブームの角速度ωｂを変化させた場合のスキャン平面ＳＰ（回転台５３）の角速度ωｓ、マージン領域ＭＡの幅Ｌｍの計算結果を表２に示す。

【0111】

【表2】

【0112】

なお、ωｓは式１６によって計算され、Ｌｍは式１７によって計算される。ＬｂおよびＬｄは、表１の場合と同様に設定される。なお、前述の式１８を満たすように、各Ｌｂに対してｖｐを設定している。表２の各条件において、ブーム３が旋回しマージン領域ＭＡが障害物に接近する場合、回転台５３の回転に伴って２次元ＬＩＤＡＲ５２のスキャン平面ＳＰが吊り荷Ｚの周囲を走査すると、前記障害物がマージン領域ＭＡにおいてそれぞれ検知されることが確認された。

【0113】

＜実環境での人物検知実験＞
上記のシミュレーション結果を確認するために、実環境での人物検知実験を行った。具体的に、実環境上に危険領域ＤＡを予め設定し、表１で求めた回転台５３の回転角速度ωｓおよびマージン領域ＭＡの幅Ｌｍにおいて、歩行する人物を検知できるか否かを実験した。実験環境として、豊橋技術科学大学のキャンパスで行った。

【0114】

実験における各パラメータは、ｔ＝２８．０ｃｍ、ｒ＝３．０ｍ、Ｌｄ＝４２．０ｍ、ｆ＝８．０Ｈｚである。この条件で、ｖｐを変化させた場合のωｓ、Ｌｍの計算結果を表３に示す。なお、前述の式１１を満たすために、ｖｐ＜０．４９を前提としている。

【0115】

【表3】

【0116】

表３から０．２５＜ｖｐの場合には、マージン領域ＭＡの幅Ｌｍが大きくなりすぎるため、ｖｐ＝０．１５、０．２５の条件において実験を行った。各条件において監視システム５０が人を検知した結果を表４に示す。

【0117】

【表4】

【0118】

表４に示すように、ｖｐが０．１５、０．２５のいずれの場合においても、５０％以上の確率でマージン領域ＭＡにおいて人を検知し、１００％の確率でマージン領域ＭＡおよび危険領域ＤＡにおいて人を検知することができる結果となった。なお、実際の作業現場では、作業者が吊り荷Ｚに向かって意識して歩いていくという状況は起こりにくく、意識せずに吊り荷Ｚに近づいてしまうという状況が多いものと推定される。このため、上記の実験の場合よりも実際の人の歩く速さは遅くなり、マージン領域ＭＡでの検知率も高くなると考えられる。

【0119】

上記のように、実環境での人物検知実験においても、マージン領域ＭＡおよび危険領域ＤＡを含む領域において、監視対象物に接近する物体を高い確率で検出することができた。なお、マージン領域ＭＡでの検知率を更に高めるために、監視システム５０が他のカメラや３次元ＬＩＤＡＲ 等の別のセンサと組み合わされてもよい。

【0120】

以上、本発明の一実施形態に係る監視システム５０およびこれを備えるクレーン１００（作業機械）、監視方法について説明した。なお、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。本発明では、以下のような変形実施形態が可能である。

【0121】

（１）上記の実施形態では、本発明の距離センサとして２次元ＬＩＤＡＲ５２を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。距離センサは、３次元ＬＩＤＡＲでもよい。この場合、スキャン平面ＳＰに対応するセンシング範囲は所定の３次元空間となるが、回転台５３などの走査部が当該センシング範囲を往復移動（走査）させてもよい。なお、この場合も、前述の各式に基づいてセンシング範囲の移動速度が設定されれば、マージン領域ＭＡ内で物体を確実に検出することができる。

【0122】

（２）また、上記の実施形態では、危険領域ＤＡおよびマージン領域ＭＡが円柱形状および円筒形状から構成される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。吊り荷Ｚが直方体形状の物体の場合、危険領域ＤＡは当該吊り荷Ｚを包含するような直方体形状からなり、マージン領域ＭＡは所定の幅Ｌｍを有し危険領域ＤＡを囲むような直方体形状からなるものでもよい。

【0123】

（３）また、上記の実施形態では、監視対象物が吊り荷Ｚである場合に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。クレーン１００において衝突などから守る必要性が高い部材を監視対象物として設定し、同様に監視するものでもよい。また、監視システム５０が監視する対象は、クレーン１００などの作業機械に限定されるものではなく、その他のものを監視する態様でもよい。

【符号の説明】

【0124】

１ 下部走行体
１０ ブーム起伏ウインチ
１００ クレーン
１４ 巻上げロープ
２ 上部旋回体
２１ 旋回フレーム
２２ キャブ
３ ブーム
３１ 操作部
３２ 入力部
３３ ブーム起伏角検出部
３４ 旋回駆動部
３５ ブーム起伏駆動部
４ ガントリ
５ カウンタウエイト
５０ 監視システム
５００ 制御部
５０１ 駆動制御部
５０２ ３Ｄ情報取得部
５０３ 物体抽出部
５０４ 監視領域設定部
５０５ 走査条件設定部
５０６ 指令信号入力部
５０７ 記憶部
５１ センシング装置
５２ ２次元ＬＩＤＡＲ
５３ 回転台
５３Ｓ 回転台角度検出部
５４ 表示部
５５ 報知部
ＣＬ 旋回中心軸
ＤＡ 危険領域
ＭＡ マージン領域
ＳＰ スキャン平面
ＲＰ 基準点
Ｚ 吊り荷

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】