特許 7532696 重機周りの障害物検知システム

(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】

(24)【登録日】2024-08-02

(45)【発行日】2024-08-13

(54)【発明の名称】重機周りの障害物検知システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20240805BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20240805BHJP

【ＦＩ】

E02F9/24 B

E02F9/26 B

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2024052702

(22)【出願日】2024-03-28

(62)【分割の表示】P 2021084568の分割

【原出願日】2021-05-19

(65)【公開番号】P2024083387

(43)【公開日】2024-06-21

【審査請求日】2024-03-28

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100217076

【弁理士】

【氏名又は名称】宅間 邦俊

(72)【発明者】

【氏名】末吉 隆信

(72)【発明者】

【氏名】貞末 和宏

(72)【発明者】

【氏名】森實 浩之

(72)【発明者】

【氏名】三宅 ヨシタカ

(72)【発明者】

【氏名】中島 清

(72)【発明者】

【氏名】樫内 雅章

(72)【発明者】

【氏名】小野塚 大輔

(72)【発明者】

【氏名】山下 貴正

(72)【発明者】

【氏名】岩田 憲彦

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０１２３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１７８０５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２４

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｅ０２Ｆ ３／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブーム及びアームを上部旋回体に備える重機周りの障害物検知システムであって、
前記ブーム及びアームを挟んで前記上部旋回体の左右に配置され、それぞれ自身を含む垂直面内にレーザを照射して当該垂直面内の障害物を検知可能な左右の垂直スキャナと、
前記ブーム及びアームのそれぞれに配置され、前記ブーム及びアームの傾斜角を検知する傾斜センサと、
前記垂直スキャナが検知可能な面内に、前記傾斜センサにより検知される前記ブーム及びアームの姿勢に応じて、前記ブーム及びアーム周りの検知エリアを設定する検知エリア設定手段と、
前記検知エリア内に障害物を検知したときに、障害物との接触を回避するための動作を行わせる接触回避動作手段と、
を含み、
前記検知エリアは、前記ブーム周りの第１の検知エリアと、前記アーム周りの第２の検知エリアと、を含み、
前記検知エリア設定手段は、前記第１の検知エリアを長方形に２次元座標系として設定すると共に、前記第２の検知エリアを長方形に２次元座標系として設定する、重機周りの障害物検知システム。

【請求項2】

前記第１の検知エリアは、前記ブームの基端部側の支点と前記ブームの先端部側の支点とを結ぶ直線に対して長辺側が平行となる長方形のエリアであり、
前記第２の検知エリアは、前記アームの基端部側の支点と前記アームの先端部側の支点とを結ぶ直線に対して長辺側が平行となる長方形のエリアである、請求項１に記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項3】

前記傾斜センサは、
前記ブームの基端部側の支点と前記ブームの先端部側の支点とを結ぶ直線に対して平行に前記ブームに取付けられる第１の傾斜センサと、
前記アームの基端部側の支点と前記アームの先端部側の支点とを結ぶ直線に対して平行に前記アームに取付けられる第２の傾斜センサと、
を含む、請求項１又は請求項２に記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項4】

前記垂直スキャナが二次元ＬｉＤＡＲである、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項5】

前記障害物との接触を回避するための動作は、前記重機のオペレータへの音及び／又は光による警告を含む、請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項6】

前記障害物との接触を回避するための動作は、前記ブーム及びアームの動作停止と前記上部旋回体の旋回動作の停止との少なくとも一方を含む、請求項１～請求項５のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項7】

検知対象の障害物が架空線の場合、その架空線に対し、前記垂直スキャナによる検知が可能となる幅の反射体を設置する、請求項１～請求項６のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項8】

前記上部旋回体に配置され、前記上部旋回体の傾斜角を検知する傾斜センサを更に含む、請求項１～請求項７のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項9】

前記上部旋回体の後側に配置され、自身を含む水平面内にレーザを照射して当該水平面内の障害物を検知可能な後方水平スキャナを更に含み、前記上部旋回体の後方の障害物を検知可能である、請求項１～請求項８のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項10】

前記後方水平スキャナが前記上部旋回体の後側に磁石で位置調整可能に取付けられている、請求項９に記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項11】

重機周りを撮影するカメラと、撮影された画像を記憶する記憶装置とを備えて、前記検知エリア内に障害物を検知したときに、その前後の画像を保存する画像保存手段を更に含む、請求項１～請求項１０のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。

【請求項12】

重機のキャビン内に配置されるオペレータの視認用の表示装置を更に含み、
前記表示装置は、前記検知エリアの表示を含む重機の側面画像及び平面画像を表示するとともに、前記検知エリア内に検知した障害物をアイコン表示する機能を有している、請求項１～請求項１１のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブーム及びアームを上部旋回体に備える油圧ショベル（例えばバックホウ）などの重機周りの障害物検知システムに関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道工事に代表される狭隘な施工環境におけるバックホウの作業は、既設構造物への接触対策として、カメラ及びモニタの装着やオペレータの技能（注意力）に頼る場合が多い。しかし、特に夕方や夜間、あるいは暗所での作業では、カメラ等を用いても障害物を視認しづらく、オペレータの負担が増すことになる。

【0003】

また、特許文献１には、既設構造物の直下において、重機を利用して工事を行う場合に、重機のブーム又はアームの側面に鉛直方向上向きにレーザ距離計（非接触距離計）を配置して、重機稼働時の既設構造物までの距離を測定し、測定された距離に応じて、警報、重機停止などの制御を行うことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６６９６８４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、検知対象の障害物（既設構造物）が重機の上方にあることが前提であり、上部旋回体に設けられるブーム及びアームの側方に障害物がある場合など、障害物を特定できない場合には対応できない。

【0006】

検知対象の障害物が特定できない場合に、二次元レーザスキャナを用いて障害物を検知することは有効である。しかし、二次元レーザスキャナを用いる場合、ブーム及びアームの姿勢に応じて検知エリアを適切に設定しないと、「過検知」に陥り、「過検知」による作業停止が頻発し、オペレータの作業性が著しく低下してしまう。

【0007】

本発明は、ブーム及びアームの姿勢に応じた適切な検知エリアの設定を行うに際して、演算処理の簡素化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

そのため、本発明に係る重機周りの障害物検知システムは、
ブーム及びアームを挟んで上部旋回体の左右に配置され、それぞれ自身を含む垂直面内にレーザを照射して当該垂直面内の障害物を検知可能な左右の垂直スキャナと、
前記ブーム及びアームのそれぞれに配置され、前記ブーム及びアームの傾斜角を検知する傾斜センサと、
前記垂直スキャナが検知可能な面内に、前記傾斜センサにより検知される前記ブーム及びアームの姿勢に応じて、前記ブーム及びアーム周りの検知エリアを設定する検知エリア設定手段と、
前記検知エリア内に障害物を検知したときに、障害物との接触を回避するための動作を行わせる接触回避動作手段と、
を含み、
前記検知エリアは、前記ブーム周りの第１の検知エリアと、前記アーム周りの第２の検知エリアと、を含み、
前記検知エリア設定手段は、前記第１の検知エリアを長方形に２次元座標系として設定すると共に、前記第２の検知エリアを長方形に２次元座標系として設定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ブーム及びアームの姿勢に応じた適切な検知エリアの設定を行うに際して、演算処理の簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態として示すバックホウの側面図

【図2】同上のバックホウの平面図

【図3】垂直スキャナ及び水平スキャナ等の具体的取付例を示す図

【図4】制御系のシステム構成図

【図5】図１に対応して設定される垂直スキャナの検知エリアの説明図

【図6】図２に対応して設定される水平スキャナの検知エリアの説明図

【図7】モニタ画面の表示例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
なお、ここでは、重機として、バックホウを例示して説明するが、本発明は、これに限るものではなく、ブーム及びアームを上部旋回体に備える重機に適用できる。

【0012】

図１は本発明の一実施形態として示すバックホウの模式的な側面図、図２は同上のバックホウの模式的な平面図である。
バックホウ１は、クローラ式の下部走行体２と、その上で旋回可能な上部旋回体３とを備える。

【0013】

上部旋回体３は、前部中央に、作業装置として、ブーム４、アーム５及びバケット６を備え、前部左側にキャビン（運転席）７を備える。上部旋回体３の後部はバックホウ１の重心移動を許容範囲内に収めるためのカウンターウエイト８をなしている。

【0014】

ブーム４は、上部旋回体３の前部中央側の基端部（４ａ）を回動中心として、起立・倒伏可能に設けられている。
アーム５は、その基端部（５ａ）で、ブーム４の先端部（４ｂ）に対して、揺動可能に取付けられている。
バケット６は、アーム５の先端部（５ｂ）に対して、揺動可能に取付けられている。

【0015】

ブーム４、アーム５及びバケット６は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２によりそれぞれ油圧駆動される。

【0016】

ここにおいて、ブーム４及びアーム５を挟んで上部旋回体３の前部左右に、垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒが設けられる。
左右の垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒは、それぞれ自身を中心として含む垂直面内にレーザを照射して当該垂直面内の障害物の位置を検知可能である。
従って、左右の垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒは、ブーム４及びアーム５の側方の垂直面を走査可能であり、ブーム４及びアーム５に側方から接近する障害物を検知可能である。

【0017】

また、ブーム４及びアーム５を挟んで上部旋回体３の前部左右で、地表面から１ｍ程度の高さ位置に、水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒが設けられる。
左右の水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒは、それぞれ自身を中心として含む水平面内にレーザを照射して当該水平面内の障害物の位置を検知可能である。
従って、左右の水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒは、ブーム４及びアーム５の側方で上部旋回体３の前方の１ｍ程度の高さ位置の水平面を走査可能であり、上部旋回体３の前方の障害物を検知可能である。

【0018】

また、前方左右の水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒについては、上部旋回体３の前部左右の角部（両角）に配置することで、上部旋回体３の前方のみならず、上部旋回体３の左右の側方を走査可能であり、上部旋回体３の側方の障害物をも検知可能となっている。

【0019】

また、上部旋回体３（カウンターウエイト８）の後部で、地表面から１ｍ程度の高さ位置に、後方水平スキャナ１５が設けられる。
後方水平スキャナ１５は、自身を中心として含む水平面内にレーザを照射して当該水平面内の障害物の位置を検知可能である。
従って、後方水平スキャナ１５は、上部旋回体３の後方の１ｍ程度の高さ位置の水平面を走査可能であり、上部旋回体３の後方の障害物を検知可能である。

【0020】

ここで用いるレーザスキャナは、例えば、投光部及び受光部を所定の回転軸線回りに３６０°回転させながら、回転軸線と直交する方向にレーザを照射し、障害物からの反射光を受光することで障害物までの距離を測定する二次元ＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging 又は Laser Imaging Detection and Ranging）である。

【0021】

このようなレーザスキャナを、その回転軸線が水平方向となるように配置することで、垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒとなり、その回転軸線が垂直方向となるように配置することで、水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒ、１５となる。
なお、本明細書でいう「水平」、「垂直」とは重機を水平な地表面上で使用したときの設計上の概念であり、実際の使用状態では異なる場合がある。

【0022】

また、３つの傾斜センサ１６～１８が設けられる。
傾斜センサ（ブーム傾斜センサ）１６は、ブーム４に、ブーム４の上部旋回体３側の支点４ａとアーム５側の支点４ｂとを結ぶ直線Ｌ１に対し平行に、取付けられ、ブーム４の傾斜角を検知可能である。

【0023】

傾斜センサ（アーム傾斜センサ）１７は、アーム５に、アーム５のブーム４側の支点５ａとバケット６側の支点５ｂとを結ぶ直線Ｌ２に対し平行に、取付けられ、アーム５の傾斜角を検知可能である。

【0024】

傾斜センサ（上部旋回体傾斜センサ）１８は、上部旋回体３に水平状態で取付けられ、地表面の傾斜などに起因する上部旋回体３の傾斜角（前後方向での傾斜角）を検知可能である。

【0025】

また、ブーム４及びアーム５を挟んで上部旋回体３の前部左右に、前方に向けて、重機周りを撮影するためのカメラ１９Ｌ、１９Ｒが設けられる。

【0026】

図３は垂直スキャナ及び水平スキャナ等の具体的取付例を示す図である。本図は特にバックホウの前部右側を斜め前方から見た図であり、垂直スキャナ１３Ｒ、水平スキャナ１４Ｒ、上部旋回体傾斜センサ１８、及び、カメラ１９Ｒの取付例を示している。

【0027】

垂直スキャナ１３Ｒは、上部旋回体３の前部右側に配置した取付フレーム３１に、ヨー方向、ピッチ方向及びロール方向の調整機構３２を介して取付けている。そして、取付フレーム３１にはまた、チルト調整機構付きの上部旋回体傾斜センサ１８を取付け、垂直スキャナ１３Ｒと上部旋回体傾斜センサ１８とをアッセンブリ化している。

【0028】

水平スキャナ１４Ｒは、上部旋回体３の前部右側の角部にある手摺りパイプ３３の下部に、パイプ取付治具３４と、ヨー方向、ピッチ方向及びロール方向の調整機構３５とを介して、斜めに（前方かつ側方に）張り出すように取付けている。
なお、図では省略したが、垂直スキャナ１３Ｒ、水平スキャナ１４Ｒについては、レーザ投受光部のスリット以外を保護ケースなどで覆って保護するとよい。

【0029】

カメラ１９Ｒは、手摺りパイプ３３の最上部にパイプ取付治具３６を介して取付け、撮像部を前方に向けてある。

【0030】

なお、バックホウの前部左側に配置される垂直スキャナ１３Ｌ、水平スキャナ１４Ｌ、及び、カメラ１９Ｌについては、詳細な例示は省略するが、次のように取付けることができる。

【0031】

例えば、垂直スキャナ１３Ｌ及びカメラ１９Ｌは、図１及び図２から分かるように、キャビン７の屋根部の前縁に、アッセンブリ化するなどして取付けることができる。
水平スキャナ１４Ｌは、図１及び図２から分かるように、キャビン７の角部などに取付ければよい。
後方水平スキャナ１５については、上部旋回体３（カウンターウエイト８）の後部に磁石などを用いて位置調整可能に取付けるとよい。

【0032】

なお、前方左右の水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒ及び後方の水平スキャナ１５を上部旋回体３に取付ける場合、上部旋回体３の底部に取付けて、上部旋回体３と下部走行体２との隙間から水平面を走査するように構成することもできる、

【0033】

図４は制御系のシステム構成図である。
バックホウ１のキャビン７内に、障害物検知制御を実行する制御ＰＣ１００と、障害物検知制御の可変設定と可視化とを実現するタッチパネルモニタ２００とが設置される。

【0034】

制御ＰＣ１００は、電源などとともに制御ボックスに入れられて、キャビン７内のシート付近に設置される。タッチパネルモニタ２００は、キャビン７内でオペレータが視認でき、かつタッチ操作可能な位置に設置される。

【0035】

制御ＰＣ１００には、前方左右の垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒ、前方左右の水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒ、及び、後方の水平スキャナ１５からの情報が有線（例えばEthernet）で入力される。

【0036】

制御ＰＣ１００にはまた、ブーム傾斜センサ１６、アーム傾斜センサ１７、及び、上部旋回体傾斜センサ１８からの情報が例えばＣＡＮ（Controller Area Network）により入力される。

【0037】

制御ＰＣ１００にはまた、カメラ１９Ｌ、１９Ｒからの画像情報が例えばＵＳＢ接続により入力される。制御ＰＣ１００は、内蔵又は外付けで、カメラ１９Ｌ、１９Ｒにより撮影された画像（動画を含む）を記憶可能（一時的な記憶と選択的な保存とが可能）な記憶装置（図示せず）を有している。

【0038】

なお、前方左右の垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒ、前方左右の水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒ、後方の水平スキャナ１５、ブーム傾斜センサ１６、アーム傾斜センサ１７、上部旋回体傾斜センサ１８、及び、カメラ１９Ｌ、１９Ｒからの情報をBluetooth（登録商標）などのワイヤレス通信により制御ＰＣ１００に入力してもよい。

【0039】

制御ＰＣ１００は、演算処理装置としてマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を内蔵し、垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒ及び水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒのそれぞれが検知可能な面内に、傾斜センサ１６～１８により検知されるブーム４及びアーム５の姿勢に応じて、ブーム４及びアーム５周りの検知エリアを設定（生成）し、その検知エリア内に障害物を検知したときに、障害物との接触を回避するための動作を行わせる。従って、制御ＰＣ１００は、検知エリア設定手段及び接触回避動作手段としての機能をソフトウエア的に有している。

【0040】

タッチパネルモニタ２００は、制御ＰＣ１００と例えばＨＤＭＩ（登録商標）により接続されていて、オペレータのタッチ操作により制御ＰＣ１００による障害物検知制御の各種設定が可能であるとともに、オペレータの視認用の表示装置として障害物検知制御を可視化することができる。

【0041】

次に、前方左右の垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒ、前方左右の水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒ、及び、後方の水平スキャナ１５の検知エリアの設定について、図５及び図６により説明する。

【0042】

図５は図１の側面図に対応して設定される垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒの検知エリアの説明図、図６は図２の平面図に対応して設定される水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒ、１５の検知エリアの説明図である。

【0043】

ここでいう「検知エリア」とは、各スキャナが障害物を検知可能な範囲（各スキャナの検知面（垂直面又は水平面）内で、レーザによる検知が可能な距離範囲）の中から、「過検知」に陥ることなく、障害物を検知するために設定する範囲であり、検知時に接触回避動作を行わせる範囲ということもできる。
また、検知エリアの設定に際しては、演算処理の簡素化のため、検知エリアを長方形に２次元座標系として設定する。

【0044】

（１）前方左右の垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒの検知エリアの設定（図５参照）
垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒの検知エリアについては、ブーム４及びアーム５の旋回による障害物との接触を避けるため、（１－１）ブーム周りの垂直面検知エリアＢＬ、ＢＲと、（１－２）アーム周りの垂直面検知エリアＡＬ、ＡＲとを設定する。

【0045】

（１－１）ブーム周りの垂直面検知エリアＢＬ、ＢＲ
ブーム周りの垂直面検知エリアＢＬ、ＢＲは、ブーム４の基端部側（上部旋回体３側）の支点４ａと先端部側（アーム５側）の支点４ｂとを結ぶ直線Ｌ１に対し長辺側が平行となる長方形のエリアとする。

【0046】

詳しくは、ブーム４の基端部側の支点４ａと先端部側の支点４ｂとを結ぶ直線Ｌ１を検知長さ方向（Ｘ軸）とし、この直線Ｌ１を含む垂直面内にて直線Ｌ１と直交する方向を検知幅方向（Ｚ軸）として、ブーム４の周りに、図５に示されるような長方形状の垂直面検知エリアＢＬ、ＢＲを設定する。図５でＢＬとＢＲは重なっている。

【0047】

なお、ブーム４の基端部側の支点４ａの位置に対し、先端部側の支点４ｂの位置は、ブーム４の支点４ａ、４ｂ間距離（固有値）と、ブーム傾斜センサ１６により検出されるブーム傾斜角とに基づき、また、上部旋回体傾斜センサ１８により検出される上部旋回体傾斜角を考慮して、決定できる。

【0048】

ここで、検知長さ方向には、支点４ａからの検知長さの減分（ｂ１；－値）と、支点４ｂからの検知長さの増減分（ｂ２；±値）とを可変設定可能である。
また、検知幅方向には、直線Ｌ１からブーム背側への検知幅（ｂ３；＋値）と、直線Ｌ１からブーム腹側への検知幅（ｂ４；＋値）とを可変設定可能である。

【0049】

（１－２）アーム周りの垂直面検知エリアＡＬ、ＡＲ
アーム周りの垂直面検知エリアＡＬ、ＬＲは、アーム５の基端部側（ブーム４側）の支点５ａと先端部側（バケット６側）の支点５ｂとを結ぶ直線Ｌ２に対し長辺側が平行となる長方形のエリアとする。

【0050】

詳しくは、アーム５の基端部側の支点５ａと先端部側の支点５ｂとを結ぶ直線Ｌ２を検知長さ方向（Ｘ軸）とし、この直線Ｌ２を含む垂直面内にて直線Ｌ２と直交する方向を検知幅方向（Ｚ軸）として、アーム５の周りに、図５に示されるような長方形状の垂直面検知エリアＡＬ、ＡＲを設定する。図５でＡＬとＡＲは重なっている。

【0051】

なお、アーム５の基端部側の支点５ａの位置は、ブーム４の先端部側の支点４ｂの位置と同じであり、前述のように決定できる。
アーム５の基端部側の支点５ａの位置に対し、先端部側の支点５ｂの位置は、アーム５の支点５ａ、５ｂ間距離（固有値）と、アーム傾斜センサ１７により検出されるアーム傾斜角とに基づき、決定できる。

【0052】

ここで、検知長さ方向には、支点５ａからの検知長さの増減分（ａ１；±値）と、支点５ｂからの検知長さの増減分（ａ２；±値）とを可変設定可能である。
また、検知幅方向には、直線Ｌ２からアーム背側への検知幅（ａ３；＋値）と、直線Ｌ２からアーム腹側への検知幅（ａ４；＋値）とを可変設定可能である。

【0053】

（２）前方左右の水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒの検知エリアの設定（図６参照）
前方左右の水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒの検知エリアについては、（２－１）ブーム及びアームの左右の水平面検知エリアＦＬ、ＦＲ、（２－２）上部旋回体の左右の水平面検知エリアＳＬ、ＳＲ、（２－３）下部走行体の前側部分の左右の水平面検知エリアＳＬ２、ＳＲ２を設定する。すなわち、片側に３つの水平面検知エリアを設定する。

【0054】

（２－１）ブーム及びアームの左右の水平面検知エリアＦＬ、ＦＲ
ブーム及びアームの左右の水平面検知エリアＦＬ、ＦＲは、ブーム４及びアーム５の左右のイメージとしたエリアで、図示ｆ１、ｆ２値により可変設定可能な検知幅と、ブーム５及びアーム６の姿勢により変化する投影長さに基づく検知長さ（オフセット可能）とを縦・横とする長方形となる。すなわち、ブーム・アームの操作（動き）に連動させて検知範囲を変化（伸び縮み）させるのである。

【0055】

（２－２）上部旋回体の左右の水平面検知エリアＳＬ、ＳＲ
上部旋回体の左右の水平面検知エリアＳＬ、ＳＲは、上部旋回体３の側面をイメージしたエリアで、水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒの設置位置から後側への図示ｓ１値により可変設定可能な検知長さと、図示ｓ２値により可変設定可能な検知幅とを縦・横とする長方形となる。

【0056】

（２－３）下部走行体の前側部分の左右の水平面検知エリアＳＬ２、ＳＲ２
下部走行体の前側部分の左右の水平面検知エリアＳＬ２、ＳＲ２は、下部走行体２付近をイメージしたエリアで、図示ｓ２１値により可変設定可能な検知長さと、図示ｓ２２値により可変設定可能な検知幅とを縦・横とする長方形となる。なお、検知エリアＳＬ２、ＳＲ２は、検知エリアＳＬ、ＳＲとは異なり、上部旋回体３の旋回によって変化せず、下部走行体２の位置に追従する。

【0057】

（３）後方の水平スキャナ１５の検知エリアの設定（図６参照）
後方の水平スキャナ１５は、上部旋回体３の後方の障害物との接触を避けるために設けられており、上部旋回体３の後方に水平スキャナ１５の水平面検知エリアＲを設定する。

【0058】

後方の水平面検知エリアＲは、水平スキャナ１５より後方の図示ｒ１値により可変設定可能な検知長さと、図示ｒ２、ｒ３値により可変設定可能な左右の検知幅とを縦・横とする長方形となる。

【0059】

図７はタッチパネルモニタ２００のモニタ画面の表示例を示す図である。
モニタ画面には、上部に、左右のカメラ１９Ｌ、１９Ｒの撮影画像が表示され、下側に、検知エリアの表示を含むバックホウの平面画像（ビュー１）と左右の側面画像（ビュー２）とが模式的に表示される。また、検知エリア内に検知した障害物が例えば点群としてアイコン表示される（ビュー１の点群参照）。

【0060】

なお、検知エリアの設定における検知長さ、検知幅及びオフセット量などの設定は、タッチパネルモニタ２００を用い、設定タブにより設定画面に切り替えて、行うことができる。

【0061】

次に、障害物検知制御（接触回避動作）について説明する。
垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒ、水平スキャナ１４Ｌ、１４Ｒ及び１５のいずれかがそれぞれの検知エリア内に障害物を検知したとき（スキャナが検知した障害物の位置が設定された検知エリア内のとき）に、障害物との接触を回避するための動作がなされる。

【0062】

接触回避動作としては、タッチパネルモニタ２００への適当な表示、あるいはオペレータへの音や光による警告等を挙げることができる。
また、制御ＰＣ１００の出力でバックホウの制御が可能な場合は、停止信号を出力して、ブーム４、アーム５及びバケット６の動作停止、上部旋回体３の旋回動作の停止、下部走行体２の走行停止などを行うようにしてもよい。また、安全ロックレバーの電気回路にロック信号を介入させるなどしてもよい。また、即停止の代わりに減速、段階的に減速して停止などを行うようにしてもよい。

【0063】

本実施形態によれば、施工環境に応じた適切な検知範囲（動的検知エリア）の細かな設定が可能となることから、オペレータの作業性を極力妨げない形で、他の物体への衝突リスクを抑制することができる。

【0064】

特に夕方、夜間での架空線近くでの重機使用において、ブーム又はアームが架空線に接触する事故を防ぐのに有効なシステムである。
また、強制的（自動的）に停止させる機能を設定することにより、重大事故の発生リスクを大幅に低減することができる。

【0065】

障害物については、作業員、架空線、工具類、フェンス、構造物（柱、壁）、ケーブル類など、どのようなものでも検知可能である。
なお、掘削対象の土は、障害物ではないので、輝度などから判別できるようになれば、過検知をより低減することができる。特に本実施形態にて用いた２次元ＬｉＤＡＲは、測距情報のみならず、対象物の輝度（RSSI 1～255）情報を得ることができる。従って、例えば、検知した障害物がどのような輝度であったかをデータとして取り込むようにして分類・学習し、土砂特有の輝度を検知対象としないといった処理を行うことが考えられる。

【0066】

また、本システムは基本的に外付け可能であるので、既存の重機への適用が可能かつ容易となる。

【0067】

また、障害物検知においては、後の検証のため、カメラ１９Ｌ、１９Ｒにより撮影された画像（動画）を記憶する記憶装置を設けて、カメラ１９Ｌ、１９Ｒにより撮影された画像（動画）を一時的に記憶（一定の時間隔で上書き）するようにしておき、検知エリア内に障害物を検知したときに、その前後の画像を保存する画像保存手段として機能を制御ＰＣ１００に持たせるとよい。

【0068】

同様の理由から、タッチパネルモニタ２００のモニタ画面について、例えば１秒周期でスクリーンショットを時系列で記憶しておくようにして、障害物検知時にその前後のスクリーンショットが保存されるようにするとよい。

【0069】

検知対象の障害物が細い架空線の場合、その架空線に対し、垂直スキャナ１３Ｌ、１３Ｒによる検知が可能となる幅（例えば幅20cm以上）の反射体（リフレクタ）を設置するとよい。細い架空線は、レーザスキャナによる検知が困難だからである。また、２次元ＬｉＤＡＲの場合、検知対象の障害物の反射率が少なくとも１０％以上であることが必要条件であり、それ未満では検知できない。この場合も検知させたい障害物に反射体を取付けることで、検知が可能となる。

【0070】

レーザスキャナ等については、自己診断機能を持たせ、信号レベルなどから故障を検知してモニタ上に知らせるようにすることが望ましい。また、泥などをかぶって検知できなくなることも考えられるので、投受光部の汚れなどを信号レベルの低下などから診断して報知できるようにするとよい。いずれにしてもレーザスキャナ等の定期的な清掃は必要である。

【0071】

なお、図示の実施形態はあくまで本発明を概略的に例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
特願２０２１－０８４５６８号の出願当初の請求項は以下の通りであった。
［請求項１］
ブーム及びアームを上部旋回体に備える重機周りの障害物検知システムであって、
前記ブーム及びアームを挟んで前記上部旋回体の左右に配置され、それぞれ自身を含む垂直面内にレーザを照射して当該垂直面内の障害物を検知可能な左右の垂直スキャナと、
前記ブーム及びアームを挟んで前記上部旋回体の左右に配置され、それぞれ自身を含む水平面内にレーザを照射して当該水平面内の障害物を検知可能な左右の水平スキャナと、
前記ブーム及びアームのそれぞれに配置され、前記ブーム及びアームの傾斜角を検知する傾斜センサと、
前記垂直スキャナ及び前記水平スキャナのそれぞれが検知可能な面内に、前記傾斜センサにより検知される前記ブーム及びアームの姿勢に応じて、前記ブーム及びアーム周りの検知エリアを設定する検知エリア設定手段と、
前記検知エリア内に障害物を検知したときに、障害物との接触を回避するための動作を行わせる接触回避動作手段と、
を含むことを特徴とする、重機周りの障害物検知システム。
［請求項２］
前記左右の水平スキャナは、前記上部旋回体の前側の両角に配置されて、前記上部旋回体の左右の前方及び側方を走査可能であり、前記上部旋回体の前方及び側方の障害物を検知可能であることを特徴とする、請求項１記載の重機周りの障害物検知システム。
［請求項３］
前記上部旋回体の後側に配置され、自身を含む水平面内にレーザを照射して当該水平面内の障害物を検知可能な後方水平スキャナを更に含み、前記上部旋回体の後方の障害物を検知可能であることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の重機周りの障害物検知システム。
［請求項４］
前記上部旋回体に配置され、前記上部旋回体の傾斜角を検知する傾斜センサを更に含むことを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。
［請求項５］
前記検知エリア設定手段は、前記検知エリアを長方形に２次元座標系として設定することを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。
［請求項６］
重機周りを撮影するカメラと、撮影された画像を記憶する記憶装置とを備えて、前記検知エリア内に障害物を検知したときに、その前後の画像を保存する画像保存手段を更に含むことを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。
［請求項７］
検知対象の障害物が架空線の場合、その架空線に対し、前記垂直スキャナによる検知が可能となる幅の反射体を設置することを特徴とする、請求項１～請求項６のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。
［請求項８］
重機のキャビン内に配置されるオペレータの視認用の表示装置を更に含み、
前記表示装置は、前記検知エリアの表示を含む重機の側面画像及び平面画像を表示するとともに、前記検知エリア内に検知した障害物をアイコン表示する機能を有していることを特徴とする、請求項１～請求項７のいずれか１つに記載の重機周りの障害物検知システム。
本発明によれば、施工環境に応じ、ブーム及びアームの姿勢に応じた適切な検知範囲（動的検知エリア）の設定が可能となり、オペレータの作業性を極力妨げない形で、障害物との接触を回避できるようになるという効果を奏する。

【符号の説明】

【0072】

１ バックホウ
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ キャビン
８ カウンターウエイト
１０ ブームシリンダ
１１ アームシリンダ
１２ バケットシリンダ
１３Ｌ、１３Ｒ 前方左右の垂直スキャナ
１４Ｌ、１４Ｒ 前方左右の水平スキャナ
１５ 後方水平スキャナ
１６ ブーム傾斜センサ
１７ アーム傾斜センサ
１８ 上部旋回体傾斜センサ
１９Ｌ、１９Ｒ カメラ
１００ 制御ＰＣ
２００ タッチパネルモニタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】