特開 2023-74040 監視エリア設定システム

(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】P2023074040

(43)【公開日】2023-05-29

(54)【発明の名称】監視エリア設定システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20230522BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20230522BHJP

【ＦＩ】

E02F9/24 B

E02F9/26 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021186761

(22)【出願日】2021-11-17

(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】110001841

【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ

(72)【発明者】

【氏名】邱 進軍

(72)【発明者】

【氏名】宗正 佳樹

(72)【発明者】

【氏名】細 幸広

(72)【発明者】

【氏名】土井 隆行

【テーマコード（参考）】

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D015GA03

2D015GB06

2D015GB07

2D015HA03

2D015HB04

2D015HB05

(57)【要約】

【課題】監視に要する計算量を抑制することが可能な監視エリア設定システムを提供する。
【解決手段】作業機械２０の周囲に監視エリア７０を設定する監視エリア設定手段と、監視エリア７０内に位置する物体までの距離を示す点群データを取得する点群データ取得部と、点群データに基づいて、作業機械２０の動作範囲を除外エリア７１として特定する特定手段と、監視エリア７０から除外エリア７１を除外する除外手段と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械の周囲に監視エリアを設定する監視エリア設定手段と、
前記監視エリア内に位置する物体までの距離を示す点群データを取得する点群データ取得部と、
前記点群データに基づいて、前記作業機械の動作範囲を除外エリアとして特定する特定手段と、
前記監視エリアから前記除外エリアを除外する除外手段と、
を有することを特徴とする監視エリア設定システム。

【請求項2】

前記除外エリアが除外された後の前記監視エリア内の前記点群データに基づいて、前記監視エリア内に前記物体が侵入したのを検出する検出手段を有することを特徴とする請求項１に記載の監視エリア設定システム。

【請求項3】

前記作業機械は、複数の動作を含む一連の動作を行い、
前記特定手段は、前記一連の動作の前記動作範囲を重畳させた範囲を、前記除外エリアとして特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の監視エリア設定システム。

【請求項4】

前記特定手段は、前記作業機械の複数の動作毎に、前記除外エリアを特定し、
前記除外手段は、現在の前記作業機械の動作に応じて、前記監視エリアから除外する前記除外エリアを切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の監視エリア設定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械以外の物体の侵入を監視する監視エリアを設定する、監視エリア設定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されているように、掘削から排土までの一連の動作を作業機械に自動で繰り返し行わせることが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－２９３７０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、作業機械以外の物体の侵入を監視する監視エリアを設定して、監視エリア内を監視する場合、監視エリア内で作業中の作業機械と、監視エリア内に侵入した物体とをそれぞれ監視する必要があり、監視に要する計算量が多くなる。

【0005】

本発明の目的は、監視に要する計算量を抑制することが可能な監視エリア設定システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、作業機械の周囲に監視エリアを設定する監視エリア設定手段と、前記監視エリア内に位置する物体までの距離を示す点群データを取得する点群データ取得部と、前記点群データに基づいて、前記作業機械の動作範囲を除外エリアとして特定する特定手段と、前記監視エリアから前記除外エリアを除外する除外手段と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によると、作業機械の動作範囲が除外エリアとして特定され、監視エリアから除外エリアが除外される。監視エリアから除外エリアが除外されることで、除外エリアが除外される前と比べて、監視エリアが狭くなる。よって、監視に要する計算量を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】監視エリア設定システムの構成図である。

【図2】作業機械の側面図である。

【図3】監視エリア設定システムおよび作業機械の回路図である。

【図4】点群データを示す図である。

【図5】除外エリアを示す図である。

【図6】作業機械の動作毎の監視エリアおよび除外エリアを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0010】

（監視エリア設定システムの構成）
本発明の実施形態による監視エリア設定システムは、作業機械以外の物体の侵入を監視する監視エリアを設定するものである。監視エリア設定システム１の構成図である図１に示すように、監視エリア設定システム１は、カメラ２と、ＬｉＤＡＲ３と、警報装置４と、を有している。

【0011】

カメラ２は、作業現場に設けられた監視エリア７０を撮像する。カメラ２は、監視エリア７０外に設けられているが、監視エリア７０内に設けられていてもよい。また、カメラ２は、作業現場に複数台設けられていてよい。

【0012】

ここで、監視エリア７０は、作業機械２０の周囲に設定される。監視エリア７０内では、作業機械２０が作業を行っている。この作業機械２０は、オペレータが搭乗した作業機械２０であってもよいし、遠隔操縦される作業機械２０であってもよいし、自動運転される作業機械２０であってもよい。

【0013】

ＬｉＤＡＲ（Light Detection and RangingまたはLaser Imaging Detection and Ranging）（点群データ取得部）３は、カメラ２とともに監視エリア７０外に設けられているが、監視エリア７０内に設けられていてもよい。ＬｉＤＡＲ３は、ＬｉＤＡＲ３が取り付けられている位置から監視エリア７０内に位置する物体（作業機械２０や侵入物）までの距離を示す点群データを取得する。ＬｉＤＡＲ３は、作業現場に複数台設けられていてよい。なお、ＬｉＤＡＲ３の代わりに、ステレオカメラやＴＯＦ（Time Of Flight）センサを用いてもよい。

【0014】

警報装置４は、警報を発することが可能である。具体的には、警報装置４は、ランプおよびスピーカを備え、ランプの点灯や、スピーカからの警告音の発生によって、作業現場内にいる作業者などに警告を行う。

【0015】

（作業機械の構成）
作業機械２０の側面図である図２に示すように、作業機械２０は、アタッチメント３０で作業を行う機械であり、例えば油圧ショベルである。作業機械２０は、下部走行体２１と上部旋回体２２とを備えた機械本体２５と、アタッチメント３０と、シリンダ４０と、を有している。

【0016】

下部走行体２１は、作業機械２０を走行させる部分であり、例えばクローラを備える。上部旋回体２２は、下部走行体２１の上部に旋回装置２４を介して旋回可能に取り付けられる。上部旋回体２２の前部には、キャブ（運転室）２３が設けられている。

【0017】

アタッチメント３０は、上下方向に回動可能に上部旋回体２２に取り付けられる。アタッチメント３０は、ブーム３１と、アーム３２と、バケット３３と、を備える。ブーム３１は、上下方向に回動可能（起伏可能）に上部旋回体２２に取り付けられる。アーム３２は、上下方向に回動可能にブーム３１に取り付けられる。バケット３３は、前後方向に回動可能にアーム３２に取り付けられる。バケット３３は、土砂（運搬物）の、掘削、均し、すくい、などの作業を行う部分である。なお、バケット３３が保持する運搬物は、土砂に限定されず、石でもよく、廃棄物（産業廃棄物など）でもよい。

【0018】

シリンダ４０は、アタッチメント３０を油圧で回動させることが可能である。シリンダ４０は、油圧式の伸縮シリンダである。シリンダ４０は、ブームシリンダ４１と、アームシリンダ４２と、バケットシリンダ４３と、を備える。

【0019】

ブームシリンダ４１は、上部旋回体２２に対してブーム３１を回動させる。ブームシリンダ４１の基端部は、上部旋回体２２に回動可能に取り付けられる。ブームシリンダ４１の先端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。

【0020】

アームシリンダ４２は、ブーム３１に対してアーム３２を回動させる。アームシリンダ４２の基端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。アームシリンダ４２の先端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。

【0021】

バケットシリンダ４３は、アーム３２に対してバケット３３を回動させる。バケットシリンダ４３の基端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。バケットシリンダ４３の先端部は、バケット３３に回動可能に取り付けられたリンク部材３４に、回動可能に取り付けられる。

【0022】

また、作業機械２０は、角度センサ５２と、傾斜角センサ６０と、を有している。

【0023】

角度センサ５２は、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度を検出する。角度センサ５２は、例えば、エンコーダ、レゾルバ、又は、ジャイロセンサである。本実施形態では、上部旋回体２２の前方が下部走行体２１の前方と一致するときの上部旋回体２２の旋回角度を０°としている。

【0024】

傾斜角センサ６０は、アタッチメント３０の姿勢を検出する。傾斜角センサ６０は、ブーム傾斜角センサ６１と、アーム傾斜角センサ６２と、バケット傾斜角センサ６３と、を備える。

【0025】

ブーム傾斜角センサ６１は、ブーム３１に取り付けられ、ブーム３１の姿勢を検出する。ブーム傾斜角センサ６１は、水平線に対するブーム３１の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、ブーム傾斜角センサ６１は、ブームフットピン（ブーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、ブームシリンダ４１のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

【0026】

アーム傾斜角センサ６２は、アーム３２に取り付けられ、アーム３２の姿勢を検出する。アーム傾斜角センサ６２は、水平線に対するアーム３２の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、アーム傾斜角センサ６２は、アーム連結ピン（アーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、アームシリンダ４２のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

【0027】

バケット傾斜角センサ６３は、リンク部材３４に取り付けられ、バケット３３の姿勢を検出する。バケット傾斜角センサ６３は、水平線に対するバケット３３の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、バケット傾斜角センサ６３は、バケット連結ピン（バケット基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、バケットシリンダ４３のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

【0028】

本実施の形態において、作業機械２０は、土砂を掘削して排土する一連の動作を行う。一連の動作には、掘削動作、持ち上げ旋回動作、排土動作、および、復帰旋回動作が含まれる。掘削動作は、バケット３３で土砂を掘削する動作である。持ち上げ旋回動作は、土砂を保持した状態で上部旋回体２２を旋回させる動作である。排土動作は、ダンプカーの荷台などに土砂を排土する動作である。復帰旋回動作は、排土後に掘削位置まで上部旋回体２２を旋回させる動作である。

【0029】

（監視エリア設定システムおよび作業機械の回路構成）
監視エリア設定システム１および作業機械２０の回路図である図３に示すように、作業機械２０は、作業機械側コントローラ１１と、記憶装置１２と、作業機械側通信装置１４と、を有している。

【0030】

作業機械側コントローラ１１には、角度センサ５２が検出した、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度（姿勢）に関する情報が入力される。また、作業機械側コントローラ１１には、ブーム傾斜角センサ６１が検出した、ブーム３１の姿勢に関する情報が入力される。また、作業機械側コントローラ１１には、アーム傾斜角センサ６２が検出した、アーム３２の姿勢に関する情報が入力される。また、作業機械側コントローラ１１には、バケット傾斜角センサ６３が検出した、バケット３３の姿勢に関する情報が入力される。

【0031】

自動運転される作業機械２０の場合、作業機械側コントローラ１１は、作業機械２０を自動制御する。作業機械側コントローラ１１は、一連の動作を上部旋回体２２およびアタッチメント３０が行うように、上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御する。具体的には、作業機械側コントローラ１１は、角度センサ５２および傾斜角センサ６０の検出値に基づいて、旋回装置２４およびアタッチメント３０を自動で動作させる。

【0032】

自動運転される作業機械２０の場合、記憶装置１２は、上記の一連の動作を記憶する。一連の動作は、例えば、作業者によるティーチングにより設定される。

【0033】

作業機械側通信装置１４は、監視エリア設定システム１の後述する通信装置６と通信可能である。

【0034】

監視エリア設定システム１は、コントローラ５と、通信装置６と、を有している。

【0035】

通信装置６は、作業機械２０の作業機械側通信装置１４と通信可能である。

【0036】

コントローラ５は、監視エリア設定部８１と、特定部８２と、除外部８３と、検出部８５と、対策部８６と、を有している。

【0037】

監視エリア設定部（監視エリア設定手段）８１は、監視エリア７０を設定する。具体的には、監視エリア設定部８１は、カメラ２が撮像した二次元の画像に、ＬｉＤＡＲ３が取得した点群データの各点の二次元座標を重畳させることで、作業機械２０の位置を三次元で取得する。そして、監視エリア設定部８１は、作業機械２０の位置を中心とする監視エリア７０を作業機械２０の周囲に設定する。

【0038】

ここで、図１に示すように、監視エリア７０は、後述する除外エリア７１の周囲に安全エリアを加えたエリアとして設定される。安全エリアは、作業機械２０を停止させるのに要する時間などを考慮して設定される。なお、監視エリア７０は、手動で設定されてもよい。

【0039】

図３に戻って、特定部（特定手段）８２は、ＬｉＤＡＲ３が取得した、作業機械２０に対応する点群データに基づいて、作業機械２０の動作範囲を除外エリア７１として特定する。図１に除外エリア７１を図示する。具体的には、点群データを示す図である図４に示すように、特定部８２は、異なる時刻（時刻１、時刻２、・・・）毎に、作業機械２０に対応する点群データを取得し、これらの差分を取ることで、作業機械２０の動作範囲を特定し、これを除外エリア７１とする。

【0040】

図３に戻って、除外部（除外手段）８３は、監視エリア７０から除外エリア７１を除外する。監視エリア７０から除外エリア７１が除外されることで、除外エリア７１が除外される前と比べて、監視エリア７０が狭くなる。よって、監視に要する計算量を抑制することができる。

【0041】

検出部（検出手段）８５は、除外エリア７１が除外された後の監視エリア７０内の点群データに基づいて、監視エリア７０内に物体が侵入したのを検出する。対策部８６は、除外エリア７１が除外された後の監視エリア７０内に物体が侵入した場合に、対策を行う。具体的には、対策として、作業機械２０の動作が制限されたり、警報装置４から警報が発生されたりする。対策として作業機械２０の動作制限が行われる場合、通信装置６を介して作業機械２０に動作制限指示が送信される。作業機械２０の作業機械側コントローラ１１は、動作制限指示を受け取ると、アタッチメント３０および旋回装置２４の動作を制限したり停止させたりする。

【0042】

監視エリア７０から除外エリア７１が除外されることで、作業機械２０が侵入物として誤検出されることがなくなる。よって、監視エリア７０内で検出される物体は侵入物であり、作業機械２０に干渉する可能性がある。そこで、侵入物が検出された場合に、作業機械２０の動作を制限するなどの対策を行うことで、作業機械２０と侵入物との干渉を抑制することができる。

【0043】

ここで、特定部８２は、一連の動作の動作範囲を重畳させた範囲を、除外エリア７１として特定する。具体的には、特定部８２は、掘削動作、持ち上げ旋回動作、排土動作、および、復帰旋回動作の各々の動作範囲を重畳させた範囲を、除外エリア７１として特定する。作業機械２０の各動作の情報は、通信装置６を介して作業機械２０から受信する。除外エリア７１を図５に示す。この除外エリア７１には、一連の動作を行う作業機械２０の動作範囲がすべて含まれる。

【0044】

除外部８３は、除外エリア７１を監視エリア７０から除外する。これにより、一連の動作を行う作業機械２０の動作範囲の全てが監視エリア７０から除外されることになる。よって、一連の動作のうち一部のみの動作の動作範囲を除外エリア７１として除外するよりも、監視エリア７０から除外される範囲が広くなる。その結果、監視に要する計算量を好適に抑制することができる。

【0045】

また、特定部８２は、作業機械２０の複数の動作毎に、除外エリア７１を特定する。例えば、作業機械２０の作業機械側コントローラ１１が、下部走行体２１を走行させているか否か、旋回装置２４を旋回させているか否か、アタッチメント３０を動作させているか否かといった内容から、作業機械２０が現在どのような動作を行っているかがわかる。特定部８２は、その情報を通信装置６経由で取得し、動作毎に、除外エリア７１を特定する。

【0046】

除外部８３は、現在の作業機械２０の動作に応じて、監視エリア７０から除外する除外エリア７１を切り替える。例えば、下部走行体２１が走行しているときと、走行していないときとで、除外エリア７１を切り替える。これにより、作業機械２０の動作に応じた適切な広さの除外エリア７１を設定することができる。

【0047】

監視エリア設定部８１は、現在の作業機械２０の動作に応じた監視エリア７０を設定する。具体的には、監視エリア設定部８１は、現在の作業機械２０の動作に応じた除外エリア７１に基づいて、監視エリア７０を設定する。これにより、作業機械２０の動作に応じた適切な広さの監視エリア７０を設定することができる。

【0048】

作業機械２０の動作毎の監視エリア７０および除外エリア７１を示す図である図６に示すように、作業機械２０が走行していないとき（図６（ａ））と、走行しているとき（図６（ｂ））とで、除外エリア７１が切り替えられる。そして、作業機械２０が走行していないときの除外エリア７１ａは、作業機械２０が走行しているときの除外エリア７１ｂよりも狭い。よって、作業機械２０が走行していないときの監視エリア７０ａを、作業機械２０が走行しているときの監視エリア７０ｂよりも狭くしても、侵入物に対する対策を十分に行うことができる。そして、監視エリア７０を狭くすることで、監視に要する計算量を好適に抑制することができる。

【0049】

ここで、図６（ａ）では、作業機械２０の上下左右において、除外エリア７１ａに追加される安全エリアが最小にされることで、監視エリア７０ａが狭くされている。一方、図６（ｂ）では、作業機械２０の進行方向（図中左側）に追加される安全エリアが、作業機械２０の走行速度に応じて広くされることで、監視エリア７０ｂが監視エリア７０ａよりも広くされている。

【0050】

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る監視エリア設定システム１によれば、作業機械２０の動作範囲が除外エリア７１として特定され、監視エリア７０から除外エリア７１が除外される。監視エリア７０から除外エリア７１が除外されることで、除外エリア７１が除外される前と比べて、監視エリア７０が狭くなる。よって、監視に要する計算量を抑制することができる。

【0051】

また、除外エリア７１が除外された後の監視エリア７０内の点群データに基づいて、監視エリア７０内に物体が侵入したのが検出される。監視エリア７０から除外エリア７１が除外されることで、作業機械２０が侵入物として誤検出されることがなくなる。よって、監視エリア７０内で検出される物体は侵入物であり、作業機械２０に干渉する可能性がある。そこで、侵入物が検出された場合に、例えば、作業機械２０の動作を制限するなどの対策を行うことで、作業機械２０と侵入物との干渉を抑制することができる。

【0052】

また、一連の動作の動作範囲を重畳させた範囲が、除外エリア７１として特定され、監視エリア７０から除外される。これにより、一連の動作を行う作業機械２０の動作範囲の全てが監視エリア７０から除外されることになる。よって、一連の動作のうち一部のみの動作の動作範囲を除外エリア７１として除外するよりも、監視エリア７０から除外される範囲が広くなる。その結果、監視に要する計算量を好適に抑制することができる。

【0053】

また、作業機械２０の複数の動作毎に、除外エリア７１が特定され、現在の作業機械２０の動作に応じて、監視エリア７０から除外される除外エリア７１が切り替えられる。これにより、作業機械２０の動作に応じた適切な広さの除外エリア７１を設定することができる。その結果、作業機械２０の動作に応じた適切な広さの監視エリア７０を設定することができる。例えば、作業機械２０が走行しているときと、走行していないときとで、除外エリア７１が切り替えられる。そして、作業機械２０が走行していないときの除外エリア７１は、作業機械２０が走行しているときの除外エリア７１よりも狭い。よって、作業機械２０が走行していないときの監視エリア７０を、作業機械２０が走行しているときの監視エリア７０よりも狭くしても、侵入物に対する対策を十分に行うことができる。そして、監視エリア７０を狭くすることで、監視に要する計算量を好適に抑制することができる。

【0054】

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0055】

１ 監視エリア設定システム
２ カメラ
３ ＬｉＤＡＲ（点群データ取得部）
４ 警報装置
５ コントローラ
６ 通信装置
１１ 作業機械側コントローラ
１２ 記憶装置
１４ 作業機械側通信装置
２０ 作業機械
２１ 下部走行体
２２ 上部旋回体
２３ キャブ
２４ 旋回装置
２５ 機械本体
３０ アタッチメント
３１ ブーム
３２ アーム
３３ バケット
３４ リンク部材
４０ シリンダ
４１ ブームシリンダ
４２ アームシリンダ
４３ バケットシリンダ
５２ 角度センサ
６０ 傾斜角センサ
６１ ブーム傾斜角センサ
６２ アーム傾斜角センサ
６３ バケット傾斜角センサ
７０ 監視エリア
７１ 除外エリア
８１ 監視エリア設定部（監視エリア設定手段）
８２ 特定部（特定手段）
８３ 除外部（除外手段）
８５ 検出部（検出手段）
８６ 対策部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】