特開 2024-78922 作業機械

(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】P2024078922

(43)【公開日】2024-06-11

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   B66C 23/88 20060101AFI20240604BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20240604BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20240604BHJP

   B66C 13/00 20060101ALI20240604BHJP

   B66C 13/46 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

B66C23/88 D

E02F9/26 B

E02F9/22 Q

B66C13/00 D

B66C13/46 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022191544

(22)【出願日】2022-11-30

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】山本 泰広

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

3F204

3F205

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA07

2D003CA02

2D003DA02

2D003DA04

2D003DB03

2D003DB05

2D003FA02

2D015HA03

2D015HB03

2D015HB05

3F204AA04

3F204CA05

3F204EB07

3F204FB01

3F204FC02

3F204FC03

3F204FC04

3F204FC06

3F204FD02

3F204FD03

3F204FD06

3F204FD07

3F205AA05

(57)【要約】

【課題】作業機械を用いて荷吊り作業を行っている際に、吊り荷の接触を防止する。
【解決手段】作業機械１００が、吊り荷９９を吊る作業機械本体１０１と、オペレーターによって操作されることによって作業機械本体１０１を操縦する操作装置３３と、吊り荷９９及び作業機械本体１０１の周辺環境情報を取得する外界センサ４０と、外界センサ４０によって取得された前記周辺環境情報に基づいて、吊り荷９９の揺れ方向を算出する揺れ検出部６４と、揺れ検出部６４によって算出された前記揺れ方向が判定基準方向であるか否かを判定する判定部６６と、判定部６６の判定が肯定判定である場合に、操作装置３３による作業機械本体１０１の操縦を制限して、作業機械本体１０１を操縦する操縦部７１と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吊り荷を吊る作業機械本体と、
オペレーターによって操作されることによって前記作業機械本体を操縦する操作装置と、
前記吊り荷及び作業機械本体の周辺環境情報を取得する外界センサと、
前記外界センサによって取得された前記周辺環境情報に基づいて、前記吊り荷の揺れ方向を算出する揺れ検出部と、
前記揺れ検出部によって算出された前記揺れ方向が判定基準方向であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部の判定が肯定判定である場合に、前記操作装置による前記作業機械本体の操縦を制限して、前記作業機械本体を操縦する操縦部と、
を備える作業機械。

【請求項2】

第２判定部を更に備え、
前記揺れ検出部が、前記外界センサによって取得された前記周辺環境情報に基づいて、前記吊り荷の揺れ速度を算出し、
前記第２判定部が、前記揺れ検出部によって算出された前記揺れ速度が判定速度を超えたか否かを判定し、
前記操縦部が、前記判定部の判定が肯定判定であり且つ前記第２判定部の判定が肯定判定である場合に、前記操作装置による前記作業機械本体の操縦を制限して、前記作業機械本体を操縦する
請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記操縦部による前記作業機械本体の操縦が、前記作業機械本体の動作の速度を低下させること、前記作業機械本体の動作を停止させること、又は、前記作業機械本体の動作の向きを逆向きにすること、である
請求項１又は２に記載の作業機械。

【請求項4】

前記外界センサによって取得された前記周辺環境情報に基づいて、前記吊り荷の位置を算出する吊り荷検出部と、
前記外界センサによって取得された前記周辺環境情報に基づいて、前記作業機械本体の周辺の障害物の位置を算出する障害物検出部と、
前記吊り荷検出部によって算出された前記吊り荷の位置から、前記障害物検出部によって算出された前記障害物の位置への方向を、前記判定基準方向として算出する判定基準算出部と、
を備える請求項１又は２に記載の作業機械。

【請求項5】

前記外界センサによって取得された前記周辺環境情報に基づいて、前記吊り荷の位置を算出する吊り荷検出部と、
前記吊り荷検出部によって算出された前記吊り荷の位置に基づいて、前記吊り荷の位置から前記作業機械への方向を、前記判定基準方向として算出する判定基準算出部と、
を備える請求項１又は２に記載の作業機械。

【請求項6】

前記作業機械が、下部走行体と、前記下部走行体の上に搭載されるとともに旋回する上部旋回体と、前記上部旋回体に連結されるとともに俯仰するブームと、前記ブームの先端に連結されるとともに起伏するアームと、を有するショベル本体であり、
前記吊り荷が前記アームの先端から吊り下げられ、
前記操作装置による前記作業機械本体の操縦及び前記操縦部による前記作業機械本体の操縦が、前記上部旋回体の旋回、前記ブームの俯仰及び前記アームの起伏である
請求項３に記載の作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、クレーン仕様油圧ショベルを開示する。このショベルが自動水平引きモードで動作する際に、角度検出器がクレーン仕様油圧ショベルのアーム及びブームの角度を検出し、検出器がロープの長さを検出し、コントローラがこれらの検出器の出力信号に基づいて吊り荷の位置を演算するとともに、吊り荷とキャビンの接触の虞の有無を判断する。吊り荷とキャビンの接触の虞がある場合には、ブザーがオペレーターに報知するとともに、自動水平引きの動作が停止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－６４３３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、吊り荷がショベルによって移動させられる際に、吊り荷が揺れることがある。吊り荷が揺れると、吊り荷の位置に基づいて接触の虞の有無を判断したのでは、たとえ自動水平引の動作を停止させても、吊り荷がキャビンに接触してしまう虞がある。

【0005】

そこで、上記課題に鑑み、ショベル等の作業機械を用いて荷吊り作業を行っている際に、吊り荷の接触を防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、
吊り荷を吊る作業機械本体と、
前記作業機械本体を操縦する操作装置と、
前記吊り荷及び作業機械本体の周辺環境情報を取得する外界センサと、
前記外界センサによって取得された前記周辺環境情報に基づいて、前記吊り荷の揺れ方向を算出する揺れ検出部と、
前記揺れ検出部によって算出された前記揺れ方向が判定基準方向であるか否かを判定する判定部と、
前記判定部の判定が肯定判定である場合に、前記操作装置による前記作業機械本体の操縦を制限して、前記作業機械本体を操縦する操縦部と、
を備える作業機械が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、吊り荷の接触を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】作業機械の側面図である。

【図2】作業機械のブロック図である。

【図3】作業機械のコントローラが行う処理の流れを示した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、図面を参照して、実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は、以下に開示された実施形態に限定されない。図面は例示のみのために提供されるため、本発明の範囲は図面の例示に限定されない。

【0010】

＜＜作業機械の概要＞＞
図１は、作業機械１００の側面図である。図２は、作業機械１００のブロック図である。

【0011】

作業機械１００は、建設機械であり、より具体的には自走式のショベルである。作業機械１００は、通常地盤の掘削のために利用される。作業機械１００は、荷吊りのためにも利用される。

【0012】

図１に示すように、作業機械１００は、掘削作業及び荷吊り作業を行う作業機械本体１０１を備える。作業機械本体１０１は、ショベル本体である。作業機械本体１０１は、下部走行体１、旋回機構２、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、バケット６、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、キャビン１０及びフック１３を備える。図２に示すように、作業機械本体１０１は、油圧モーター１１Ｌ，１１Ｒ，１２、エンジン２１、メインポンプ２２、レギュレータ２３及びコントロールバルブ２４を備える。

【0013】

また、作業機械１００は、オペレーターの操縦に従って作業機械本体１０１を手動操縦するための操作系を備える。その操作系は、図２に示すように、パイロットポンプ３１、油圧制御弁３２及び操作装置３３を有する。
また、作業機械１００は、作業機械本体１０１を制御するための制御系を有する。制御系は、図２に示すように、ブーム角度センサ４１、アーム角度センサ４２、バケット角度センサ４３、旋回角センサ４４、機体傾斜センサ４５、安全スイッチ４６、表示装置５０、コントローラ６０を備える。

【0014】

＜＜作業機械本体＞＞
図１を参照して、作業機械本体１０１について詳細に説明する。

【0015】

下部走行体１は、例えば、左右一対のクローラを含む。下部走行体１のクローラが図２に図示の油圧モータ１１Ｌ，１１Ｒによりそれぞれ駆動されることによって、下部走行体１が走行する。

【0016】

上部旋回体３が旋回機構２を介して下部走行体１に搭載され、旋回機構２が下部走行体１に対して上部旋回体３を旋回可能に連結する。上部旋回体３が図２に図示の油圧モーター１２により駆動されることによって、上部旋回体３が下部走行体１に対して相対的に旋回する。上部旋回体３には、キャビン１０が搭載されている。キャビン１０は、オペレーターが搭乗する操縦室である。

【0017】

ブーム４の基端が上部旋回体３の前部中央に回転可能に連結され、ブーム４がその基端を支点にして俯仰可能に設けられている。ブームシリンダ７が上部旋回体３とブーム４の間に連結され、ブーム４がブームシリンダ７により駆動される。

【0018】

アーム５の基端がブーム４の先端に回転可能に連結され、アーム５がその基端を支点にして上下方向に起伏可能に設けられている。アームシリンダ８がブーム４とアーム５の間に連結され、アーム５がアームシリンダ８により駆動される。

【0019】

バケット６の基端がアーム５の先端に回転可能に連結され、バケット６がその基端を支点にして上下方向に起伏可能に設けられている。バケットシリンダ９がバケット６とアーム５の間に連結され、バケット６がバケットシリンダ９により駆動される。

【0020】

フック１３は、アーム５とバケット６との間の連結部に回転可能に連結される。作業機械本体１０１が掘削動作をする際には、フック１３がバケットシリンダ９の先端部の２体のバケットリンクの間に格納され、作業機械本体１０１が荷吊り動作をする際には、フック１３が２体のバケットリンクの間から展開される。

【0021】

作業機械本体１０１が荷吊り動作をする場合には、吊り荷９９がフック１３から吊り下げられる。吊り荷９９は、ブーム４の俯仰、アーム５の起伏及び上部旋回体３の旋回によって移動させられる。ブーム４の俯仰、アーム５の起伏又は上部旋回体３の旋回の際に、特にブーム４の俯仰速度、アーム５の起伏速度又は上部旋回体３の旋回速度の変化の際に、吊り荷９９が揺れる。吊り荷９９の揺れが発生しても、この作業機械１００は吊り荷９９と作業機械本体１０１又は障害物９８との接触を抑えられるようになっている。

【0022】

図２を参照して、作業機械本体１０１の駆動系、つまりブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、油圧モーター１１Ｌ，１１Ｒ，１２、エンジン２１、メインポンプ２２、レギュレータ２３及びコントロールバルブ２４について説明する。

【0023】

エンジン２１は、原動機であり、油圧駆動系におけるメイン動力源である。エンジン２１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン２１の出力軸が変速機等を介してメインポンプ２２及びパイロットポンプ３１に接続されている。エンジン２１は、後述のコントローラ６０による直接的又は間接的な制御下で、予め設定される目標回転速度で回転して、メインポンプ２２及びパイロットポンプ３１を駆動する。

【0024】

メインポンプ２２は、例えば、可変容量式油圧ポンプである。メインポンプ２２は、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ２４に接続されている。メインポンプ２２は、エンジン２１によって駆動されることによって、コントロールバルブ２４に作動油を供給する。
レギュレータ２３は、メインポンプ２２に設けられている。レギュレータ２３は、コントローラ６０によって制御される。レギュレータ２３は、コントローラ６０による制御の下で、メインポンプ２２の斜板の傾斜角を調整する。メインポンプ２２の斜板の傾斜角が調整されることによって、メインポンプ２２の吐出圧及び吐出流量が制御される。

【0025】

コントロールバルブ２４は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９及び油圧モーター１１Ｌ，１１Ｒ，１２とメインポンプ２２との間の油圧ラインに設けられている。コントロールバルブ２４は、メインポンプ２２から供給された作動油をブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９及び油圧モーター１１Ｌ，１１Ｒ，１２に選択的に供給する。コントロールバルブ２４は複数のバルブを有し、これらバルブはそれぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９及び油圧モーター１１Ｌ，１１Ｒ，１２に供給される作動油の流量と流れ方向を制御する。これにより、ブームシリンダ７がブーム４を、アームシリンダ８がアーム５を、バケットシリンダ９がバケット６を、油圧モーター１１Ｌが下部走行体１の左クローラを、油圧モーター１１Ｒが下部走行体１の右クローラを、油圧モーター１２が上部旋回体３をそれぞれ駆動する。

【0026】

＜＜操作系＞＞
図２を参照して、作業機械１００の操作系について詳細に説明する。

【0027】

パイロットポンプ３１は、パイロット油圧ラインを介して油圧制御弁３２及びコントロールバルブ２４にパイロット圧を供給する。

【0028】

油圧制御弁３２は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９及び油圧モーター１１Ｌ，１１Ｒ，１２のそれぞれに対応して設けられている。油圧制御弁３２は、コントローラ６０の制御の下、コントローラ６０の制御に応じたパイロット圧をパイロット油圧ラインを通じてコントロールバルブ２４に作用させる。従って、コントローラ６０は、油圧制御弁３２を直接的に制御することによって、コントロールバルブ２４、油圧モーター１１Ｌ，１１Ｒ，１２、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９を通じて下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６を操縦する。コントローラ６０による下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６の操縦には、手動操縦と自動操縦がある。手動操縦とは、コントローラ６０が操作装置３３の出力信号に基づいて下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６を操縦することをいう。自動操縦とは、コントローラ６０が操作装置３３の出力信号に関係なく下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６を操縦すること、又は、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６の動作速度を制限して、操作装置３３の出力信号に基づいて下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６を操縦することをいう。なお、自動操縦の一種として、安全操縦がある。安全操縦については後述する。

【0029】

操作装置３３は、キャビン１０の内側の操縦席付近に設置されている。操作装置３３は、オペレータが作業機械本体１０１の被動部、つまり、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６の操縦を行う操作手段である。操作装置３３は、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６にそれぞれ対応した操作子を有する。操作子とは、レバー又はペダルのことをいう。操作子は、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６の操縦のために用いられる。つまり、これら操作子は、油圧モーター１１Ｌ，１１Ｒ，１２、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９をそれぞれ駆動するために用いられる。

【0030】

操作装置３３は電気式である。つまり、操作装置３３は、オペレーターによって操作されると、操作内容に応じた電気信号をコントローラ６０に出力する。手動操縦の場合、コントローラ６０は、操作装置３３から入力した電気信号に従って油圧制御弁３２を制御する。従って、オペレーターは、操作装置３３を操作することによって、作業機械本体１０１の被動部、つまり、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６を操縦することができる。

【0031】

操作装置３３が油圧パイロット式であってもよい。この場合、油圧制御弁３２に加えて第二油圧制御弁及びシャトル弁がパイロット油圧ラインに設けられ、操作装置３３が第二油圧制御弁に接続され、第二油圧制御弁及び油圧制御弁３２がシャトル弁を介してコントロールバルブ２４に接続されている。手動操縦の場合、コントローラ６０が第二油圧制御弁を高圧に制御することによって、シャトル弁が油圧制御弁３２からコントロールバルブ２４までの第一油圧経路を遮断するとともに、操作装置３３及び第二油圧制御弁からコントロールバルブ２４までの第二油圧経路を接続する。そのため、操作装置３３は、オペレーターによって操作されると、パイロット圧を第二油圧制御弁及びシャトル弁を介して、コントロールバルブ２４に供給する。従って、オペレーターは、操作装置３３を操作することによって、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５及びバケット６を操縦することができる。自動操縦の場合、コントローラ６０が第二油圧制御弁を低圧に制御することによって、シャトル弁が油圧制御弁３２からコントロールバルブ２４までの第一油圧経路を接続するとともに、操作装置３３及び第二油圧制御弁からコントロールバルブ２４までの第二油圧経路を遮断する。

【0032】

操作装置３３が油圧パイロット式である場合、操作圧センサが操作装置３３に設けられている。操作圧センサは、操作装置３３による油圧モーター１１Ｌ，１１Ｒ，１２、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれに対するパイロット圧を検出して、その検出信号をコントローラ６０に出力する。つまり、操作圧センサの出力信号は、電気式の操作装置３３の電気信号に相当する。

【0033】

＜＜制御系＞＞
ブーム角度センサ４１は、ブーム４の俯仰角を検出して、ブーム４の俯仰角に関連する信号をコントローラ６０に出力する。コントローラ６０は、ブーム角度センサ４１の出力信号に基づいてブーム４の俯仰角及び俯仰速度を認識する。ブーム角度センサ４１は、例えばロータリエンコーダ、加速度センサ、角速度センサ、六軸センサ及びＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）等の中の何れか１つ又は２つ以上を含んでもよい。ブーム角度センサ４１は、ブームシリンダ７の伸縮長さを検出するセンサを含んでもよい。

【0034】

アーム角度センサ４２は、アーム５の起伏角を検出して、アーム５の起伏角に関連する信号をコントローラ６０に出力する。コントローラ６０は、アーム角度センサ４２の出力信号に基づいてアーム５の起伏角及び起伏速度を認識する。アーム角度センサ４２は、例えばロータリエンコーダ、加速度センサ、角速度センサ、六軸センサ及びＩＭＵ等の中の何れか１つ又は２つ以上を含んでもよい。アーム角度センサ４２は、アームシリンダ８の伸縮長さを検出するセンサを含んでもよい。

【0035】

バケット角度センサ４３は、バケット６の起伏角を検出して、アーム５の起伏角に関連する信号をコントローラ６０に出力する。コントローラ６０は、バケット角度センサ４３の出力信号に基づいてバケット６の起伏角及び起伏速度を認識する。バケット角度センサ４３は、例えば例えばロータリエンコーダ、加速度センサ、角速度センサ、六軸センサ及びＩＭＵ等の中の何れか１つ又は２つ以上を含んでもよい。バケット角度センサ４３は、バケットシリンダ９の伸縮長さを検出するセンサを含んでもよい。

【0036】

旋回角センサ４４は、上部旋回体３の旋回角を検出して、上部旋回体３の旋回角に関連する信号をコントローラ６０に出力する。コントローラ６０は、旋回角センサ４４の出力信号に基づいて上部旋回体３の旋回角及び旋回速度を認識する。旋回角センサ４４は、例えばポテンショメータ、ロータリエンコーダ及びレゾルバ等の中の何れか１つ又は２つ以上を含んでもよい。

【0037】

機体傾斜センサ４５は、下部走行体１又は上部旋回体３の傾斜角、具体的にはロール角若しくはピッチ角又はこれらの両方を検出して、下部走行体１又は上部旋回体３の傾斜角に関連する信号をコントローラ６０に出力する。機体傾斜センサ４５は、例えば、上部旋回体３に搭載されている。機体傾斜センサ４５は例えば加速度センサ（傾斜センサ）、角速度センサ、六軸センサ及びＩＭＵ等の中の何れか１つ又は２以上を含んでよい。

【0038】

図１に示すように、２体のカメラ４０は、前方に向けてキャビン１０の外部に取り付けられている。これら２体のカメラ４０がこれらの間に間隔を置いて左右に並んでおり、一方のカメラ４０の視点及び視線と他方のカメラ４０の視点及び視線の間に視差が存在する。つまり、２体のカメラ４０からなる撮像装置は、いわゆるステレオカメラである。なお、カメラ４０の設置位置はキャビン１０に限られるものではない。例えば、カメラ４０が上部旋回体３に搭載されていてもよい。

【0039】

カメラ４０は、上部旋回体３の前方を撮影して、吊り荷９９及び作業機械本体１０１の周辺環境情報としての映像を取得する外界センサである。作業機械本体１０１の周辺の障害物９８がカメラ４０の視野内に存在する場合には、カメラ４０が吊り荷９９に加えて障害物９８も撮影する。図２に示すように、カメラ４０は、カメラ４０によって撮影された映像の信号をコントローラ６０に転送する。

【0040】

カメラ４０は、吊り荷９９の揺れに伴う吊り荷９９と作業機械本体１０１又は障害物９８との接触の防止のために利用される。そのため、作業機械本体１０１が荷吊り動作をする際に、カメラ４０が撮影動作を実行する。なお、作業機械本体１０１が掘削動作をする際にも、カメラ４０が撮影動作を実行してもよい。

【0041】

表示装置５０がキャビン１０の内側に設けられ、カメラ４０によって撮影された映像の信号がコントローラ６０によって表示装置５０に転送され、その映像が表示装置５０に表示されてもよい。

【0042】

安全スイッチ４６は例えばキャビン１０内に設置されている。オペレーターが作業機械１００を用いて荷吊りを行う際に、オペレーターが安全スイッチ４６をオンさせる。そうすると、安全スイッチ４６がオン信号をコントローラ６０に転送し、これにより、コントローラ６０が後述のコンピュータープログラム６２を実行する。オペレーターが安全スイッチ４６をオフさせると、安全スイッチ４６がオフ信号をコントローラ６０に転送し、これにより、コントローラ６０がコンピュータープログラム６２の実行を終了する。

【0043】

なお、荷吊りモードと掘削モードを切り替えるための切替スイッチが安全スイッチ４６を兼ねてもよい。この場合、ユーザーが切替スイッチをオンさせて、作業機械１００の動作モードが吊り荷モードになった上で、コントローラ６０がコンピュータープログラム６２を実行する。作業機械１００の動作モードが吊り荷モードになると、コントローラ６０がエンジン２１の目標回転速度を低速に変更する。更に、コントローラ６０がバケット６を閉じるよう操縦して、バケット６を閉じた状態に保持する。

【0044】

また、安全スイッチ４６がフック１３に設置されてもよい。この場合、フック１３がバケットシリンダ９の先端部の２体のバケットリンクの間に格納されると、安全スイッチ４６がフック１３によってオフされ、フック１３が２体のバケットリンクの間から展開されると、安全スイッチ４６がフック１３によってオンされる。

【0045】

コントローラ６０は、キャビン１０内に搭載される。コントローラ６０は、ハードウェアとしてのＣＰＵ、ＲＡＭ、ＧＰＵ、システムバス及びストレージ装置６１等を備えるコンピュータである。コントローラ６０のストレージ装置６１には、ＣＰＵが実行可能なコンピュータープログラム６２が格納されている。オペレーターが作業機械１００を用いて荷吊りを行う際に、コンピュータープログラム６２がコントローラ６０のＣＰＵによって実行される。例えば、安全スイッチ４６がオン信号をコントローラ６０に出力すると、コントローラ６０がその旨を認識して、コントローラ６０のＣＰＵがそのコンピュータープログラム６２を実行する。そうすると、コントローラ６０が吊り荷検出部６３、揺れ検出部６４、障害物検出部６５、第１判定部６６、第１判定基準算出部６７、第２判定基準算出部６８、第２判定部６９、第３判定基準算出部７０、安全自動操縦部７１及び報知部７２として機能する。吊り荷検出部６３、揺れ検出部６４、障害物検出部６５、第１判定部６６、第１判定基準算出部６７、第２判定基準算出部６８、第２判定部６９、第３判定基準算出部７０、安全自動操縦部７１及び報知部７２は、ＣＰＵがコンピュータープログラム６２を実行することで実現されるソフトウェアモジュールである。

【0046】

吊り荷検出部６３は、２体のカメラ４０の映像信号に基づいて、視差を利用した三次元測量原理（この三次元測量原理はいわゆるステレオカメラの原理ともいう。）により吊り荷９９の三次元的な位置及び範囲を周期的に算出する。吊り荷９９の三次元的な位置は、吊り荷９９の代表点の位置を、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸によって定められた直交座標系（以下、この直交座標系をセンサ座標系という。）のＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標で表現されている。吊り荷９９の範囲は、吊り荷９９がセンサ座標系に存在する範囲をＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標で表現したものである。つまり、吊り荷９９の範囲は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれにおける吊り荷９９の寸法を表す。周期的な算出とは、カメラ４０によって撮影される映像の１コマごとに吊り荷９９の三次元的な位置及び範囲を算出すること、又はその映像の１又は複数のコマおきに吊り荷９９の三次元的な位置及び範囲を算出することをいう。外界センサがカメラ７０であるため、センサ座標系のことをカメラ座標系ともいう。センサ座標系の原点は例えばカメラ４０の位置を基準として定められたものであり、その原点は下部走行体１の走行若しくは上部旋回体３の旋回又はこれら両方に追従する。従って、下部走行体１が走行したり、上部旋回体３が旋回したりすれば、障害物９８がセンサ座標系において移動する。

【0047】

揺れ検出部６４は、２体のカメラ４０の映像信号に基づいて、視差を利用した三次元測量原理により、センサ座標系における吊り荷９９の三次元的な揺れ方向及び揺れ速度を周期的に算出する。より具体的には、揺れ検出部６４は、或るコマにおける吊り荷９９の三次元的な位置と、それよりも後のコマにおける吊り荷９９の三次元的な位置との差分を算出する。その差分は、Ｘ軸方向の成分、Ｙ軸方向の成分及びＺ軸方向の成分からなるベクトルであって、Ｘ軸方向の成分、Ｙ軸方向の成分及びＺ軸方向の成分が吊り荷９９の揺れ方向を表す。そのベクトルの大きさは、揺れ速度に相当する。

【0048】

障害物検出部６５は、２体のカメラ４０の映像信号に基づいて、視差を利用した三次元測量原理により、障害物９８の三次元的な位置及び範囲を周期的に算出する。障害物９８の三次元的な位置は、障害物９８の代表点の位置を、センサ座標系のＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標で表現したものである。障害物９８の範囲は、障害物９８がセンサ座標系に存在する範囲をＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標で表現したものである。

【0049】

第１判定部６６は、揺れ検出部６４によって算出された吊り荷９９の三次元的な揺れ方向が判定基準方向であるか否かを判定する。吊り荷９９の三次元的な揺れ方向が判定基準方向であるとの判定を肯定判定といい、そうでない判定を否定判定という。判定基準方向は、範囲を有するものでもよいし、範囲を有さなくてもよい。判定基準方向とは、吊り荷９９から作業機械本体１０１（特にキャビン１０又は上部旋回体３）への方向、又は、吊り荷９９から障害物９８への方向をいう。判定基準方向は、第１判定基準算出部６７又は第２判定基準算出部６８によって算出される。

【0050】

第１判定基準算出部６７は、センサ座標系における作業機械本体１０１（特にキャビン１０及び上部旋回体３）の位置及び範囲と、吊り荷検出部６３によって算出された吊り荷９９の位置及び範囲とに基づいて、判定基準方向を算出する。このように算出された判定基準方向は、吊り荷９９から作業機械本体１０１（特にキャビン１０又は上部旋回体３）への方向である。センサ座標系における作業機械本体１０１（特にキャビン１０及び上部旋回体３）の位置及び範囲は、予めコンピュータープログラム６２に設定されていてもよいし、コントローラ６０がその設定をブーム角度センサ４１、アーム角度センサ４２、バケット角度センサ４３、旋回角センサ４４及び機体傾斜センサ４５に基づいて補正したものでもよい。

【0051】

第２判定基準算出部６８は、障害物検出部６５によって算出された障害物９８の位置及び範囲と、吊り荷検出部６３によって算出された吊り荷９９の位置及び範囲とに基づいて、判定基準方向を算出する。このように算出された判定基準方向は、吊り荷９９から障害物９８への方向である。
なお、判定基準方向は、判定基準算出部６７，６８によって算出されたものではなく、予め定められた所定方向であってもよい。

【0052】

第２判定部６９は、揺れ検出部６４によって算出された吊り荷９９の揺れ速度が判定基準速度を超えたか否かを判定する。吊り荷９９の揺れ速度が判定基準速度を超えたとの判定を肯定判定といい、そうでない判定を否定判定という。判定基準速度は、予め定められた定数であってもよいし、変数であってもよい。判定基準速度が変数である場合、判定基準速度は第３判定基準算出部７０によって算出される。

【0053】

第３判定基準算出部７０は、吊り荷検出部６３によって認識された吊り荷９９の範囲に基づいて判定基準速度を算出する。具体的には、第３判定基準算出部７０は、吊り荷検出部６３によって認識された吊り荷９９の範囲が広くなるにつれて判定基準速度を小さく算出する。従って、吊り荷検出部６３によって認識された吊り荷９９の範囲が広くなるにつれて、第２判定部６９が吊り荷９９の揺れ速度が判定基準速度を超えたと判定しやすくなる。よって、吊り荷検出部６３によって認識された吊り荷９９の範囲が広くなるにつれて、第２判定部６９による判定が厳しくなる。

【0054】

第１判定部６６の判定が肯定判定の場合、又は、第１判定部６６及び第２判定部６９の両方の判定が肯定判定の場合、安全自動操縦部７１及び報知部７２が発動する。安全自動操縦部７１は、操作装置３３の出力信号に基づく下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４及びアーム５の手動操縦を制限して、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４又はアーム５の自動的な安全操縦を実行する。下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４又はアーム５の自動的な安全操縦とは、手動操縦されている下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４又はアーム５を停止すること、手動操縦されている上部旋回体３、ブーム４又はアーム５の動きを反転させること、又は、手動操縦されている上部旋回体３、ブーム４又はアーム５の速度を制限して低下させること、をいう。より具体的には、以下の（１）～（５）の通りである。

【0055】

（１） オペレーターが操作装置３３を操作することによってコントローラ６０がブーム４又はアーム５を振り下げるよう操縦する時、第１判定部６６の判定が肯定判定の場合、又は、第１判定部６６及び第２判定部６９の両方の判定が肯定判定の場合、その肯定判定は、揺れる吊り荷９９が作業機械本体１０１（特にキャビン１０又は上部旋回体３）に接触しそうなことを意味する。その場合、安全自動操縦部７１は、操作装置３３の出力信号を無視して、ブーム４又はアーム５を停止させるか、ブーム４又はアーム５の速度を制限して低下させるか、ブーム４又はアーム５を振り上げるよう操縦した後にブーム４又はアーム５を停止させる。これにより、作業機械本体１０１への吊り荷９９の接触を防止できる。

【0056】

（２） オペレーターが操作装置３３を操作することによってコントローラ６０がブーム４又はアーム５を振り上げるよう操縦する時、第１判定部６６の判定が肯定判定の場合、又は、第１判定部６６及び第２判定部６９の両方の判定が肯定判定の場合、その肯定判定は、揺れる吊り荷９９が作業機械本体１０１の前の障害物９８に接触しそうなことを意味する。その場合、安全自動操縦部７１は、操作装置３３の出力信号を無視して、ブーム４又はアーム５を停止させるか、ブーム４又はアーム５の速度を制限して低下させるか、ブーム４又はアーム５を振り下げるよう操縦した後にブーム４又はアーム５を停止させる。これにより、障害物９８への吊り荷９９の接触を防止できる。

【0057】

（３） オペレーターが操作装置３３の操作することによってコントローラ６０が上部旋回体３を左に旋回させるよう操縦する時、第１判定部６６の判定が肯定判定の場合、又は、第１判定部６６及び第２判定部６９の両方の判定が肯定判定の場合、その肯定判定は、揺れる吊り荷９９が作業機械本体１０１の左の障害物９８に接触しそうなことを意味する。その場合、安全自動操縦部７１は、操作装置３３の出力信号を無視して、上部旋回体３を停止させるか、上部旋回体３の速度を制限して低下させるか、上部旋回体３を右に旋回させるよう操縦した後に上部旋回体３を停止させる。これにより、障害物９８への吊り荷９９の接触を防止できる。

【0058】

（４） オペレーターが操作装置３３の操作することによってコントローラ６０が上部旋回体３を右に旋回させるよう操縦する時、第１判定部６６の判定が肯定判定の場合、又は、第１判定部６６及び第２判定部６９の両方の判定が肯定判定の場合、その肯定判定は、揺れる吊り荷９９が作業機械本体１０１の右の障害物９８に接触しそうなことを意味する。その場合、安全自動操縦部７１は、操作装置３３の出力信号を無視して、上部旋回体３を停止させるか、上部旋回体３の速度を制限して低下させるか、上部旋回体３を左に旋回させるよう操縦した後に上部旋回体３を停止させる。これにより、障害物９８への吊り荷９９の接触を防止できる。

【0059】

（５） 吊り荷９９がフック１３から吊り下げられる際に、作業機械本体１０１の走行は禁止されている。オペレータが誤って操作装置３３を操作してしまうと、コントローラ６０が下部走行体１を走行させる。そのような時、第１判定部６６の判定が肯定判定の場合、又は、第１判定部６６及び第２判定部６９の両方の判定が肯定判定の場合、その肯定判定は、揺れる吊り荷９９が作業機械本体１０１又はその前の障害物９８に接触しそうなことを意味する。その場合、安全自動操縦部７１は、操作装置３３の出力信号を無視して、下部走行体１を停止させると、作業機械本体１０１への吊り荷９９の接触を防止できる。又は、安全自動操縦部７１は、ブーム４又はアーム５を振り上げるよう操縦した後にブーム４又はアーム５を停止させると、作業機械本体１０１への吊り荷９９の接触が防止される。又は、安全自動操縦部７１は、ブーム４又はアーム５を振り下げるよう操縦した後にブーム４又はアーム５を停止させると、作業機械本体１０１の前の障害物９８への吊り荷９９の接触が防止される。

【0060】

報知部７２は、報知器としての表示装置５０に報知用の映像信号を出力して、例えば接触のおそれの旨の報知用映像を表示装置５０に表示させる。これにより、オペレーターは、キャビン１０内に居ながら、吊り荷９９の接触の虞を察知することができる。なお、スピーカー、ランプ又は点滅器等の報知器がキャビン１０内に設けられ、報知部７２が報知器に報知動作を行わせてもよい。

【0061】

＜＜コントローラの処理の流れ＞＞
オペレーターが作業機械１００を用いて荷吊りを行う際に、オペレーターが安全スイッチ４６をオンさせると、コントローラ６０がコンピュータープログラム６２に従って以下の処理を行う。なお、コンピュータープログラム６２の実行中、オペレーターが操作装置３３を操作することによって、作業機械本体１０１が手動で操縦されて、吊り荷９９が作業機械本体１０１によって吊り上げられて、移動させられる。

【0062】

まず、コントローラ６０が２体のカメラ４０を動作させて（ステップＳ１）、２体のカメラ４０から映像信号を継続的に入力する。

【0063】

次に、吊り荷検出部６３としてのコントローラ６０は、２体のカメラ４０の映像信号に基づいて、吊り荷９９の三次元的な位置及び範囲を算出する（ステップＳ２）。
次に、揺れ検出部６４としてのコントローラ６０は、２体のカメラ４０の映像信号に基づいて、吊り荷９９の三次元的な揺れ方向及び揺れ速度を算出する（ステップＳ３）。
次に、障害物検出部６５としてのコントローラ６０は、２体のカメラ４０の映像信号に基づいて、障害物９８の三次元的な位置及び範囲を周期的に算出する（ステップＳ４）。
なお、これらステップＳ２～ステップＳ４の順番は変更されてもよい。

【0064】

次に、第１判定基準算出部６７としてのコントローラ６０は、センサ座標系における作業機械本体１０１（特にキャビン１０及び上部旋回体３）の位置及び範囲と、ステップＳ２において算出された吊り荷９９の位置及び範囲とに基づいて、判定基準方向を算出する（ステップＳ５）。このように算出された判定基準方向は、吊り荷９９から作業機械本体１０１への方向である。

【0065】

また、第２判定基準算出部６８としてのコントローラ６０は、ステップＳ４において算出された障害物９８の位置及び範囲と、ステップＳ２によって算出された吊り荷９９の位置及び範囲とに基づいて、判定基準方向を算出する（ステップＳ５）。このように算出された判定基準方向は、吊り荷９９から障害物９８への方向である。

【0066】

次に、第１判定部６６としてのコントローラ６０は、ステップＳ３において算出された吊り荷９９の三次元的な揺れ方向が判定基準方向であるか否かを判定する（ステップＳ６）。この判定が肯定判定の場合、コントローラ６０の処理がステップＳ７に移行する（ステップＳ６：ＹＥＳ）。この判定が否定判定の場合、コントローラ６０の処理がステップＳ２に戻る（ステップＳ６：ＮＯ）。なお、この判定が肯定判定の場合、コントローラ６０の処理がステップＳ８に移行してもよい。

【0067】

ステップＳ７では、第２判定部６９としてのコントローラ６０は、ステップＳ３において算出された吊り荷９９の三次元的な揺れ速度が判定基準速度を超えたか否か判定する。判定基準速度は、所定の定数であってもよいし、第３判定基準算出部７０としてのコントローラ６０がステップＳ６において算出された吊り荷９９の範囲に基づいて算出したものでもよい。

【0068】

ステップＳ７における判定が肯定判定の場合、コントローラ６０の処理がステップＳ８に移行する（ステップＳ７：ＹＥＳ）。ステップＳ７における判定が否定判定の場合、コントローラ６０の処理がステップＳ２に戻る（ステップＳ７：ＮＯ）。

【0069】

ステップＳ８では、安全自動操縦部７１としてのコントローラ６０が、操作装置３３の出力信号に基づく下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４及びアーム５の手動操縦を制限して、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４又はアーム５の自動的な安全操縦を実行する。これにより、作業機械本体１０１又は障害物９８への吊り荷９９の接触が防止される。

【0070】

次に、報知部７２としてのコントローラ６０が、表示装置５０に報知用の映像信号を出力して、報知用映像を表示装置５０に表示させる（ステップＳ９）。

【0071】

＜＜技術的に有利な効果＞＞
オペレーターが操作装置３３を通じて作業機械本体１０１を操縦する際に、吊り荷９９が揺れてしまっても、吊り荷９９が作業機械本体１０１又は障害物９８に接触することを防止できる。よって、荷吊り作業を安全に行える。

【0072】

吊り荷９９が大きいほど判定基準速度が小さいため、吊り荷９９が大きいほど、安全自動操縦部７１による自動操縦が発動されやすい。よって、吊り荷が大きくても、荷吊り作業を安全に行える。

【0073】

＜＜変形例＞＞
前述の実施形態では、外界センサがカメラ４０である。それに対して、カメラ４０の代わりに三次元測距センサが採用されてもよい。三次元測距センサは、レーザー光、電磁波、赤外線又は超音波等のウエイブを照射することによって、三次元測距センサから作業機械本体１０１の周辺の吊り荷９９及び障害物９８までの距離及び方角を周期的に測定する。三次元測距センサは、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）又は三次元スキャナを採用したものでもよい。吊り荷検出部６３は、三次元測距センサの出力信号に基づいて、吊り荷９９の三次元的な位置及び範囲を周期的に算出する。揺れ検出部６４は、三次元測距センサの出力信号に基づいて、センサ座標系における吊り荷９９の三次元的な揺れ方向及び揺れ速度を周期的に算出する。障害物検出部６５は、三次元測距センサの出力信号に基づいて、障害物９８の三次元的な位置及び範囲を周期的に算出する。

【0074】

前述の実施形態では、作業機械本体１０１がショベル本体である。それに対して、作業機械本体は、吊り荷の吊り作業を行えるものであれば、ショベル本体に限るものではない。例えば、作業機械本体は移動式クレーン本体及び固定式クレーン本体であってもよい。移動式クレーン本体とは、例えば、クローラークレーン本体、ホイールクレーン本体、ホイールクレーン本体及びトラッククレーン本体等のことをいう。固定式クレーン本体とは、例えば港湾クレーン本体、天井クレーン本体、門型クレーン本体及びアンローダ本体等のこという。作業機械本体は、ジブ、アーム又はブーム等を有する建機本体であれば、ショベル以外の建機本体であってもよい。

【符号の説明】

【0075】

１ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
４０ カメラ（外界センサ）
６０ コントローラ
６３ 吊り荷検出部
６４ 揺れ検出部
６５ 障害物検出部
６６ 第１判定部
６７ 第１判定基準算出部
６８ 第２判定基準算出部
６９ 第２判定部
７１ 安全自動操縦部
１００ 作業機械
１０１ 作業機械本体

【図1】

【図2】

【図3】