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(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】2024-10-15
(45)【発行日】2024-10-23
(54)【発明の名称】建設機械の表示システム
(51)【国際特許分類】
E02F 9/26 20060101AFI20241016BHJP
E02F 9/24 20060101ALI20241016BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20241016BHJP
【ＦＩ】
E02F9/26 A
E02F9/24 J
E02F9/20 N
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021071051
(22)【出願日】2021-04-20
(65)【公開番号】P2022165632
(43)【公開日】2022-11-01
【審査請求日】2024-01-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000004617
【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100128358
【弁理士】
【氏名又は名称】木戸 良彦
(74)【代理人】
【識別番号】100086210
【弁理士】
【氏名又は名称】木戸 一彦
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 幸洋
【審査官】小倉 宏之
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１６４１７２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１０５１０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１０４９９７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－０４９５７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１６１９４３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１９３９２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０４４３８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－０５００５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１２１０５３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ９／２６
Ｅ０２Ｆ ９／２４
Ｅ０２Ｆ ９／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
運転室に設けられた操作レバーの操作状態を検出する操作検出部と、該操作検出部の検出内容に基づいて建設機械の動作態様を表す画像を地面に投影して表示させる画像投影装置とを備えている建設機械の表示システムにおいて、前記建設機械は、下部走行体と、該下部走行体の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体とを備え、
前記操作検出部は、運転者の前記操作レバーの選択を検出する操作対象検出部と、前記操作レバーの傾動を検出する操作方向検出部とからなり、
前記画像投影装置は、
前記操作対象検出部の検出内容に基づいて、前記建設機械の周囲の地面に操作対象に応じた動作対象予告表示画像を表示させ、
前記操作方向検出部の検出内容に基づいて、操作方向に応じた動作方向予告表示画像を、前記動作対象予告表示画像と代えて表示させることを特徴とする建設機械の表示システム。
【請求項2】
前記動作方向予告表示画像は、前記動作対象予告表示画像の形状に整合して配列され、前記上部旋回体の旋回方向あるいは前記下部走行体の進行方向を表す複数の矢印形状からなる画像であることを特徴とする請求項１記載の建設機械の表示システム。
【請求項3】
前記画像投影装置は、前記下部走行体に設けられた複数の画像投影部を有し、該複数の画像投影部は、前記下部走行体の周囲を囲う前後左右４箇所の領域にそれぞれ対応して配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の建設機械の表示システム。
【請求項4】
運転室に設けられた操作レバーの操作状態を検出する操作検出部と、該操作検出部の検出内容に基づいて建設機械の動作態様を表す画像を地面に投影して表示させる画像投影装置とを備えている建設機械の表示システムにおいて、前記建設機械は、下部走行体と、該下部走行体の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体とを備え、
前記画像投影装置は、
前記操作検出部の検出内容が旋回操作に関するものであるとき、前記下部走行体の周囲の地面に前記上部旋回体の旋回中心と同心で円形環状の旋回動作予告表示画像を表示させ、
前記操作検出部の検出内容が走行操作に関するものであるとき、前記下部走行体の周囲の地面に前記下部走行体の前後方向に延びる所定幅の帯形状の走行動作予告表示画像を表示させることを特徴とする建設機械の表示システム。
【請求項5】
前記画像投影装置は、前記操作検出部の検出内容が前記操作レバーの選択と、該選択に準じた操作レバーの傾動とのそれぞれの操作に関するものであるとき、
前記操作レバーの選択に従って、前記旋回動作予告表示画像あるいは前記走行動作予告表示画像を表示させ、
前記操作レバーの傾動に従って、表示中の画像を前記上部旋回体の旋回方向あるいは前記下部走行体の進行方向を表す矢印形状に変形して表示させることを特徴とする請求項４記載の建設機械の表示システム。
【請求項6】
前記画像投影装置は、前記下部走行体に設けられた複数の画像投影部を有し、該複数の画像投影部は、前記下部走行体の周囲を囲う前後左右４箇所の領域にそれぞれ対応して配置されていることを特徴とする請求項４又は５記載の建設機械の表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建設機械の表示システムに関し、詳しくは、建設機械の安全性を確保するための機能を備えた建設機械の表示システムに関する。
【背景技術】
【0002】
クレーンや杭打機などの建設機械が使用される工事現場では、多数の作業者が建設機械の周囲で作業しているのが一般的であり、建設機械と作業者との接触事故を防止することが重要な課題となっている。特に大型の建設機械は周囲に死角ができやすく、誤った操作を行えば重大事故に波及しかねない。そこで、建設機械の安全システムとして、多数の作業者から運転者に指示を与える指揮者を識別し、その指揮者が指定した特定の運転操作のみを許可することで、指揮者の操作指示が運転者に確実に行き届くようにした安全システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０２０－１９０１４５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、建設機械のなかでも下部走行体上に上部旋回体を備えたものは、上部旋回体の旋回位置によっては運転者から見た後進方向が事実上の前進方向になるといった状況が生じ得る。こうした状況では、指揮者の指示が運転者に正確に伝わらず、迅速性が求められる現場において誤操作を招きやすいという不都合があった。一方、建設機械の周りにいる作業者にとって、建設機械がどのように動くかは安全上重要な関心事項の一つである。しかしながら、現状では運転操作に連動するランプやブザーなどから動き出しを知る程度の効果にとどまり、自分に危険が及ぶのかを把握する手段としては十分な効果が得られるものではなかった。
【0005】
そこで本発明は、工事現場の多様な環境において、建設機械の周囲で作業している作業者の安全を確保可能な建設機械の表示システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の建設機械の安全システムは、運転室に設けられた操作レバーの操作状態を検出する操作検出部と、該操作検出部の検出内容に基づいて建設機械の動作態様を表す画像を地面に投影して表示させる画像投影装置とを備えている建設機械の表示システムにおいて、前記建設機械は、下部走行体と、該下部走行体の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体とを備え、前記操作検出部は、運転者の前記操作レバーの選択を検出する操作対象検出部と、前記操作レバーの傾動を検出する操作方向検出部とからなり、前記画像投影装置は、前記操作対象検出部の検出内容に基づいて、前記建設機械の周囲の地面に操作対象に応じた動作対象予告表示画像を表示させ、前記操作方向検出部の検出内容に基づいて、操作方向に応じた動作方向予告表示画像を、前記動作対象予告表示画像と代えて表示させることを特徴としている。
【0007】
また、前記動作方向予告表示画像は、前記動作対象予告表示画像の形状に整合して配列され、前記上部旋回体の旋回方向あるいは前記下部走行体の進行方向を表す複数の矢印形状からなる画像であることを特徴としている。
【0008】
さらに、前記画像投影装置は、前記下部走行体に設けられた複数の画像投影部を有し、該複数の画像投影部は、前記下部走行体の周囲を囲う前後左右４箇所の領域にそれぞれ対応して配置されていることを特徴としている。
【0009】
また、運転室に設けられた操作レバーの操作状態を検出する操作検出部と、該操作検出部の検出内容に基づいて建設機械の動作態様を表す画像を地面に投影して表示させる画像投影装置とを備えている建設機械の表示システムにおいて、前記建設機械は、下部走行体と、該下部走行体の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体とを備え、前記画像投影装置は、前記操作検出部の検出内容が旋回操作に関するものであるとき、前記下部走行体の周囲の地面に前記上部旋回体の旋回中心と同心で円形環状の旋回動作予告表示画像を表示させ、前記操作検出部の検出内容が走行操作に関するものであるとき、前記下部走行体の周囲の地面に前記下部走行体の前後方向に延びる所定幅の帯形状の走行動作予告表示画像を表示させることを特徴としている。
【0010】
さらに、前記画像投影装置は、前記操作検出部の検出内容が前記操作レバーの選択と、該選択に準じた操作レバーの傾動とのそれぞれの操作に関するものであるとき、前記操作レバーの選択に従って、前記旋回動作予告表示画像あるいは前記走行動作予告表示画像を表示させ、前記操作レバーの傾動に従って、表示中の画像を前記上部旋回体の旋回方向あるいは前記下部走行体の進行方向を表す矢印形状に変形して表示させることを特徴としている。
【0011】
加えて、前記画像投影装置は、前記下部走行体に設けられた複数の画像投影部を有し、該複数の画像投影部は、前記下部走行体の周囲を囲う前後左右４箇所の領域にそれぞれ対応して配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、建設機械の周囲の地面に表示する表示画像が建設機械の動き出しを表す各種の動作予告表示画像であるため、作業者が視覚を通じて建設機械の動き出しを認識できるようになり、工事現場で稼働する建設機械の安全性向上に寄与するものである。また、操作内容に応じて複数の表示画像を表示するので、運転者の意思表示、例えば、前進指示があったので、前進させたい（内心）、走行操作レバーを選択して前進側に傾動操作しよう（表示意思）、実際に走行操作レバーを傾動させる（表示行為）、という思いを示すことが、外部に対して、早い段階で客観的に認識できる態様で明確に表示されることから、作業者に気づきを与える効果だけにとどまらず、こうした表示を共有する指揮者と運転者との意思疎通も円滑化できるという効果が得られる。
【0013】
したがって、操作対象に応じた動作対象予告表示画像を表示すれば、これから旋回あるいは走行が行われることを作業者が認識でき、さらには、操作方向に応じた動作方向予告表示画像を、動作対象予告表示画像と代えて表示すれば、建設機械が近づいてくるのか離れていくのかを、すなわち、作業者が自分に危険が及ぶのかを冷静に判断することができる。また、こうした動作予告表示画像による指揮者と運転者との互いの共通認識のもとで、修正が必要であれば建設機械が動き出す前にその実行を速やかに停止させることができる。さらに、旋回中心と同心円の旋回動作予告表示画像あるいは前後方向に延びる帯形の走行動作予告表示画像を表示すれば、上部旋回体と下部走行体とのどちらに属する動作であるのかを明確に区別して、それぞれ動き出しを認識できることから、旋回体を備えている建設機械の特有の動作態様に合致した表示システムが達成される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の建設機械の表示システムを適用した一形態例を示す杭打機の側面図である。
【図2】同じく杭打機の平面図である。
【図3】同じく表示システムの構成図である。
【図4】同じく操作レバーの動作説明図である。
【図5】同じく旋回動作予告表示画像を地面に表示した状態を示す図である。
【図6】同じく右旋回動作予告表示画像を地面に表示した状態を示す図である。
【図7】同じく左旋回動作予告表示画像を地面に表示した状態を示す図である。
【図8】同じく走行動作予告表示画像を地面に表示した状態を示す図である。
【図9】同じく前進走行動作予告表示画像を地面に表示した状態を示す図である。
【図10】同じく後進走行動作予告表示画像を地面に表示した状態を示す図である。
【図11】同じく左前進走行動作予告表示画像を地面に表示した状態を示す図である。
【図12】同じく左回転走行動作予告表示画像を地面に表示した状態を示す図である。
【図13】同じく下部走行体と上部旋回体との向きが異なる場合における前進走行動作予告表示画像を地面に表示した状態を示す図である。
【図14】同じく左旋回動作予告表示画像と前進走行動作予告表示画像とを地面に重畳的に表示した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図１乃至図１４は、本発明の安全システムを建設機械の一例である杭打機に適用したもので、杭打機１１は、図１及び図２に示すように、走行装置として左右一対のクローラ１２を備えた下部走行体１３と、該下部走行体１３の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体１４とからなるベースマシン１５と、上部旋回体１４の前部に立設されたリーダ１６と、該リーダ１６を後方から支持するリーダ用の起伏シリンダ１７とを備えている。また、上部旋回体１４の前部上方には、配管を支持する配管支持部材１８が設けられている。さらに、上部旋回体１４の前後左右の４箇所には安定用のジャッキ１９が設けられ、上部旋回体１４の後端部には、作業中の機体のバランスをとるためのカウンタウエイト２０が搭載されている。
【0016】
リーダ１６は、断面が角筒状に形成された複数のリーダ部材を連結したもので、上端部には吊り用のロープが巻掛けられるトップシーブ２１が、下部前方には回転駆動される施工部材の振れを防止する振止装置２２がそれぞれ備わっている。また、リーダ１６の前面中央にはラックピニオン式昇降機構の構成品の一つであるラックギヤ２３が、両側面前端部には左右一対のガイドパイプ２４，２４が、リーダ１６の全長に亘ってそれぞれ連続的に設けられている。
【0017】
作業装置の一例であるオーガ２５は、出力軸（ロッド）２５ａを回転駆動させるためのオーガ駆動用油圧モータ２５ｂやチャック機構２５ｃなどを備えており、前記ガイドパイプ２４，２４に摺接する左右一対のガイドギブ２５ｄ，２５ｄが後方に突出して設けられるとともに、前記ラックギヤ２３の両側に設けられている歯列に歯合するピニオンギヤをオーガ昇降用油圧モータ２５ｅで回転駆動することにより、リーダ１６の前面に沿って昇降可能に構成されている。
【0018】
上部旋回体１４は、下面に旋回ベアリング２６が取り付けられるメインフレーム２７と、該メインフレーム２７の車幅方向両側部に枠組みされたフロアフレーム２８とが一体的に結合されている機体フレームを有しており、各種大型部品は主にメインフレーム２７に装着されている。右側のフロアフレーム上の前部には、オーガ２５や上部旋回体１４、下部走行体１３などを駆動させる操作がなされる運転室２９が設置されている。また、右側のフロアフレーム上の後部には、作動油タンクなどの油圧機器を収納する機器収納ハウス３０が設けられている。一方、左側のフロアフレーム２８上には、エンジンの駆動を受けて圧油を供給するためのエンジンパワーユニット（油圧源装置）や、これに付属する燃料タンクなどの複数の関連機器を収納するエンジン収納ハウス３１が設けられている。
【0019】
下部走行体１３は、上面に旋回ベアリング２６が取り付けられる中央フレーム（図示せず）とその両側に配置される左右一対のクローラフレーム１２ａ，１２ａとからなるトラックフレームを備えており、前記クローラ１２は、クローラフレーム１２ａの前後両端部にそれぞれ設けられた駆動輪１２ｂ及び従動輪１２ｃと、該駆動輪１２ｂと従動輪１２ｃとの間の前記クローラフレーム１２ａの上部及び下部にそれぞれ設けられた複数の転輪とを備えており、連結されたクローラシューが駆動輪１２ｂ、従動輪１２ｃ、上下転輪とに無端状に掛け回されている。また、クローラフレーム１２ａの前端部外側面には運転室２９やハウス３０，３１に上るためのステップ３２が設けられており、このステップ３２のある側（図２において左側）が前進方向となり、その反対側（図２において右側）が後進方向となる。
【0020】
杭打機１１を鋼管杭の埋設を目的として使用する場合には、施工部材に鋼管杭３３が使用される。鋼管杭３３は、出力軸２５ａの下端に設けられたキャップロッド３４を介して連結され、出力軸２５ａを回転させながらオーガ２５を下降させることによって地中に圧入される。また、杭打機１１を地盤改良を目的として使用する場合には、施工部材に中空ロッド（図示せず）が使用される。中空ロッドは、上端がオーガ２５の上方でスイベルジョイントと連結されるとともに下端が撹拌ロッドと連結される。この中空ロッドを回転させながら、中空ロッドを通じて撹拌ロッドの先端から噴射したセメントミルクなどの地盤改良剤が地盤内に注入され、撹拌ロッドに設けられた撹拌翼で土壌と混合される。
【0021】
こうした杭の埋設や地盤改良などの各種工法を行うために、運転室２９内には、下部走行体１３の走行や上部旋回体１４の旋回、オーガ２５の昇降・回転駆動などを行う複数の操作レバーや操作ペダル、押しボタンスイッチ、タッチパネル式のディスプレイなどの機器が操作性を考慮して運転席の近傍に集約的に配置されている。さらに、こうした操作系統をもつ杭打機１１には、旋回操作レバー及び左右走行操作レバーの各操作と連動して杭打機１１の動作態様を表す画像を地面に投影して表示させる画像投影装置４２が備わっている。
【0022】
図３は、前記画像投影装置４２を主たる構成要素とする表示システム４１の概略構成を示している。以下では、表示システム４１の構成について走行操作系を例に挙げて説明するが、旋回操作系についても基本的に同様である。
【0023】
表示システム４１は、既存の制御システムに追加的に組み込むことが可能であって、運転者の走行操作レバー４３の選択を検出する接触センサ（操作対象検出部）４４と、走行操作レバー４３の傾動を検出する前進操作検出用圧力スイッチ（操作方向検出部）４５及び後進操作検出用圧力スイッチ（操作方向検出部）４６と、各圧力スイッチ４５，４６の検出に基づいて杭打機１１の走行動作を表す画像を地面に投影して表示させる画像投影装置４２とを備えている。また、図示は省略するが、上部旋回体１４と下部走行体１３との間の送電・送油は、旋回中心と同軸上に設置した給電用スリップリングや油圧スイベルジョイントなどによってなされる。
【0024】
接触センサ４４は、走行操作レバー４３のグリップに設けられたセンサであり、一例として、運転者の手が触れたことによる静電容量の変化を検出する接触式のセンサが挙げられる。走行操作レバー４３を握ると、接触センサ４４はこれを検出し、コントローラ（制御装置）４７に走行操作選択信号を送信する。
【0025】
圧力スイッチ４５，４６は、リモコンバルブ４８とコントロールバルブ４９とを連絡しているパイロットライン（図３の実線で示したライン）に取り付けられている。各圧力スイッチ４５，４６は、それぞれコントローラ４７と電気的に接続されている。リモコンバルブ４８は、走行操作レバー４３の傾動操作に応じて、パイロットラインに作動油を供給し、コントロールバルブ４９の走行用切替弁に作動圧を付与する。
【0026】
走行操作レバー４３を前進側に傾動操作すると、前進操作検出用圧力スイッチ４５は、パイロットラインを流れる作動油の設定圧力を検出して、コントローラ４７に前進操作信号を送信する。一方、走行操作レバー４３を後進側に傾動操作すると、後進操作検出用圧力スイッチ４６は、パイロットラインを流れる作動油の設定圧力を検出して、コントローラ４７に後進操作信号を送信する。
【0027】
ここで、レバー傾動角度θとリモコンバルブ圧力Ｐとの関係について、図４を参照しながら説明する。まず、走行操作レバー４３は、図４（Ａ）に示すように、通常、非操作時において中立状態に保持されている。この中立状態からレバーを倒していくと、図４（Ｂ）のグラフに示すように、レバー角度がθ１に到達したときに圧力Ｐ１が得られる。このとき、圧力スイッチ４５，４６から操作信号が送信され、これを受信したコントローラ４７は、従来からある警報作動として、運転室２９の屋根に設置したスピーカ５０から、例えば「前進します」といった音声を発出させる（図２，図３）。そして、さらに操作レバーを倒していくと、レバー角度がθ２に到達したときに圧力Ｐ２が得られ、機体が動き出すようになっている。
【0028】
杭打機１１の走行は、左右のクローラ１２に対応する走行操作レバー４３の傾動量（レバー角度θ）や、操作ペダルの踏込み量などに応じてコントロールバルブ４９への作動油供給量が調節され、左右の走行用油圧モータ及び減速機を介して左右の駆動輪１２ｂに駆動力が伝達されることにより、クローラ１２が駆動される。こうして、左右のクローラ１２の回転方向及び回転速度を調節することで、前進又は後進の直進走行（左右のクローラを同一速度で駆動させる走行）、スラローム旋回走行（左右のクローラを同一方向に異なる速度で駆動させて走行方向を変える走行）、ピボット旋回走行（片側のクローラを停止させた状態で反対側のクローラを駆動させて旋回させる走行）及びスピン旋回走行（左右のクローラを逆方向に駆動して旋回させる走行）が行えるようになっている。
【0029】
画像投影装置４２は、コントローラ４７と、これに電気的に接続される４つのレーザー装置（画像投影部）５１とで概略構成されている。前記４つのレーザー装置５１は、画像をレーザー光により照射して、杭打機１１の周囲の地面に動作予告表示画像を表示するもので、下部走行体１３においてトラックフレームの中央フレームの前面及び後面に１つずつ、左右のクローラフレーム１２ａ，１２ａの中央部外側面に１つずつ、それぞれ取付角度の調節が可能なブラケットを介して取り付けられている。
【0030】
下部走行体１３の前方に向けて取り付けられた前方レーザー装置５１ａは、走査部が杭打機１１の前方の地面を向くようにやや下向きに調節されており、動作予告表示画像の前側部分に対応する画像を杭打機１１の前方の地面に照射する。下部走行体１３の後方に向けて取り付けられた後方レーザー装置５１ｂは、走査部が杭打機１１の後方の地面を向くようにやや下向きに調節されており、動作予告表示画像の後側部分に対応する画像を杭打機１１の後方の地面に照射する。
【0031】
下部走行体１３の左側方に向けて取り付けられた左側方レーザー装置５１ｃは、走査部が杭打機１１の左側方の地面を向くようにやや下向きに調節されており、動作予告表示画像の左側部分に対応する画像を杭打機１１の左側方の地面に照射する。下部走行体１３の右側方に向けて取り付けられた右側方レーザー装置５１ｄは、走査部が杭打機１１の右側方の地面を向くようにやや下向きに調節されており、動作予告表示画像の右側部分に対応する画像を杭打機１１の右側方の地面に照射する。このようにして、４つのレーザー装置５１は、下部走行体１３の周囲を囲う前後左右４箇所の領域にそれぞれ対応して配置される。
【0032】
各レーザー装置５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄは、共通のハードウェアを備えており、レーザー光源部から射出されたレーザービームを走査部により２次元的に走査し、地面に動作予告表示画像を表示する。コントローラ４７は、ＣＰＵを中心に構成された制御装置であって、画像作成部において、あらかじめ記憶された画像データ及び画像生成プログラムを用いて画像処理を行い、各種の動作予告表示画像を作成する。動作予告表示画像は、詳細は後述するが、杭打機１１の仕様毎に設定される形状情報、例えば、オーガ２５の種類などから求まる車体寸法に基づいて画像形状及び画像サイズが決定される。
【0033】
このように構成された杭打機１１の表示システム４１では、旋回及び走行の各操作レバー４３の操作と連動して、すなわち、各操作レバー４３の選択と、該選択に準じた操作レバー４３の傾動とのそれぞれの操作と連動して各種の動作予告表示画像を地面に投影して表示させる。以下では、動作予告表示画像の表示態様について、図５乃至図１４を参照しながら説明する。各図は杭打機１１を真上から見て表した平面図であり、図５乃至図７は、旋回操作レバー４３の操作に対応した旋回動作予告表示画像を杭打機１１の周囲の地面に表示した状態を示している。図８乃至図１３は、走行操作レバー４３の操作に対応した走行動作予告表示画像を杭打機１１の周囲の地面に表示した状態を示している。図１４は、旋回動作予告表示画像と走行動作予告表示画像とを杭打機１１の周囲の地面に重畳的に表示した状態を示している。
【0034】
まず、杭打機１１が使用される工事現場において、同一の作業箇所で杭打機１１と作業者とが並行作業を行う場合、運転者に運転指示を与える指揮者が置かれ、杭打機１１の運転者は、指揮者の合図に従って運転操作を行っている。また、杭の埋設予定位置の近傍領域内では、多くの作業者が存在し、持ち込まれる関連機材などが周辺に置かれて込み入った環境となっている。
【0035】
杭打機１１のアイドリング状態では、各操作レバー４３は中立状態に保持されている。ここで、指揮者から「右旋回」の運転指示が出された場合、運転者は、安全確認を行って旋回操作レバー４３を握る。これにより、接触センサ４４が旋回操作レバー４３の選択を検出し、コントローラ４７に旋回操作選択信号を送信する。そして、画像投影装置４２では、旋回操作選択信号を受信して、コントローラ４７による所定の画像処理を行うとともに、レーザー装置５１による走査を行い、図５に示すように、杭打機１１の周囲の地面に旋回動作予告表示画像５２を表示させる。
【0036】
旋回動作予告表示画像５２は、上部旋回体１４の旋回中心と同心で円形環状の画像であり、内周はカウンタウエイト２０の外縁がなす旋回半径に整合した半径を有し、外周はオーガ２５の外縁がなす旋回半径に整合した半径を有している。また、表示画像５２の円形環状の領域には赤色が付されている。これにより、表示画像５２の近傍にいる作業者に対して、これから旋回動作が行われる旨の注意が視覚的に与えられる。
【0037】
運転者において旋回操作レバー４３を右旋回側に傾動操作すると、これにより、右旋回操作検出用圧力スイッチ４６がパイロットラインを流れる作動油の圧力Ｐ１を検出して、コントローラ４７に右旋回操作信号を送信する。そして、画像投影装置４２では、コントローラ４７による所定の画像処理を行うとともに、レーザー装置５１による走査を行い、図６に示すように、右旋回動作予告表示画像５３を、現在表示中の旋回動作予告表示画像５２と代えて杭打機１１の周囲の地面に表示させる。
【0038】
右旋回動作予告表示画像５３は、前記旋回動作予告表示画像５２の円形環状に整合させて周方向等ピッチで配列した複数の矢印形状からなる画像である。この矢印形状は、表示中の旋回動作予告表示画像５２を変形することで、上部旋回体１４の右旋回方向を表す形として表示されている。これにより、表示画像５３の近傍にいる作業者に対して、これから右旋回動作が行われる旨の注意が視覚的に与えられる。また、同時に警報作動が実行され、スピーカ５０から、例えば「右旋回します」といった音声が発出されるため、作業者に対してその旨の注意が聴覚的にも与えられる。
【0039】
そして、さらに旋回操作レバー４３を倒していくと、レバー角度がθ２に到達した時点でリモコンバルブ（パイロットライン）が圧力Ｐ２まで高められ、旋回用油圧モータにより駆動される上部旋回体１４の右旋回動作に基づいて徐々に機体が動き出す。これにより、機体の停止状態から動き出しまでの間（時間にして数秒間）、作業者は足元付近の地面に順を追って表示される旋回動作予告表示画像５２，５３から、杭打機１１の動向、つまり旋回方向の予測が可能となる。
【0040】
一方、「左旋回」の運転指示を受けて、あらかじめ旋回動作予告表示画像５２を表示させた状態から、旋回操作レバー４３を左旋回側に傾動操作すると、これにより、左旋回操作検出用圧力スイッチ４５がパイロットラインを流れる作動油の圧力Ｐ１を検出して、コントローラ４７に左旋回操作信号を送信する。そして、画像投影装置４２では、コントローラ４７による所定の画像処理を行うとともに、レーザー装置５１による走査を行い、図７に示すように、左旋回動作予告表示画像５４を、現在表示中の旋回動作予告表示画像５２と代えて杭打機１１の周囲の地面に表示させる。この表示画像５４は、右旋回動作予告表示画像５３と同じ円形環状をなし、矢印形状のみが反対向きに表される画像である。すなわち、矢印形状は、上部旋回体１４の左旋回方向を向いて表示されている。
【0041】
また、指揮者から「前進走行」の運転指示が出された場合、運転者は、安全確認を行って走行操作レバー４３を握る。これにより、接触センサ４４が走行操作レバー４３の選択を検出し、コントローラ４７に走行操作選択信号を送信する。そして、画像投影装置４２では、走行操作選択信号を受信して、コントローラ４７による所定の画像処理を行うとともに、レーザー装置５１による走査を行い、図８に示すように、杭打機１１の周囲の地面に走行動作予告表示画像５５を表示させる。
【0042】
走行動作予告表示画像５５は、下部走行体１３の前後方向（進行方向）に一定幅を有して延びる帯形状の側方部を含む複数画像からなり、この側方部が左右のクローラ１２にそれぞれ対応して並列に配置され、これらの間をつなぐように三角形状の前方部及び後方部がそれぞれ配置されている。各部の前後端は、それぞれクローラ１２の回転方向を表すように角張っている。また、表示画像５５の領域には赤色が付されている。これにより、表示画像５５の近傍にいる作業者に対して、これから走行動作が行われる旨の注意が視覚的に与えられる。
【0043】
運転者において走行操作レバー４３を前進側に傾動操作すると、これにより、前進操作検出用圧力スイッチ４５がパイロットラインを流れる作動油の圧力Ｐ１を検出して、コントローラ４７に前進操作信号を送信する。そして、画像投影装置４２では、コントローラ４７による所定の画像処理を行うとともに、レーザー装置５１による走査を行い、図９に示すように、前進走行動作予告表示画像５６を、現在表示中の走行動作予告表示画像５５と代えて杭打機１１の周囲の地面に表示させる。
【0044】
前進走行動作予告表示画像５６は、前記走行動作予告表示画像５５の形状に整合させて、左右側方部は前後方向等ピッチで配列した複数の矢印形状、前方部及び後方部は左右横並びで配列した複数の矢印形状からなる画像であり、この矢印形状は、表示中の走行動作予告表示画像５５を変形することで、下部走行体１３の前進方向を表す形として表示されている。これにより、表示画像５６の近傍にいる作業者に対して、これから前進走行動作が行われる旨の注意が視覚的に与えられる。また、同時に警報作動が実行され、スピーカ５０から、例えば「前進します」といった音声が発出されるため、作業者に対してその旨の注意が聴覚的にも与えられる。
【0045】
そして、さらに走行操作レバー４３を倒していくと、レバー角度がθ２に到達した時点でリモコンバルブ（パイロットライン）が圧力Ｐ２まで高められ、走行用油圧モータにより駆動される下部走行体１３の前進走行動作に基づいて徐々に機体が動き出す。これにより、機体の停止状態から動き出しまでの間（時間にして数秒間）、作業者は足元付近の地面に順を追って表示される走行動作予告表示画像５５，５６から、杭打機１１の動向、つまり移動方向の予測が可能となる。
【0046】
一方、「後進走行」の運転指示を受けて、あらかじめ走行動作予告表示画像５５を表示させた状態から、走行操作レバー４３を後進側に傾動操作すると、これにより、後進操作検出用圧力スイッチ４６がパイロットラインを流れる作動油の圧力Ｐ１を検出して、コントローラ４７に後進操作信号を送信する。そして、画像投影装置４２では、コントローラ４７による所定の画像処理を行うとともに、レーザー装置５１による走査を行い、図１０に示すように、後進走行動作予告表示画像５７を、現在表示中の走行動作予告表示画像５５と代えて杭打機１１の周囲の地面に表示させる。この表示画像５５は、前進走行動作予告表示画像５６に対し、矢印形状のみが反対向きに表される画像である。すなわち、矢印形状は、下部走行体１３の後進方向を向いて表示されている。
【0047】
また、「左前進走行（ピボット旋回走行）」の運転指示を受けて、あらかじめ走行動作予告表示画像５５を表示させた状態から、右側の走行操作レバー４３を前進側に傾動操作すると、これにより、右クローラ前進操作検出用圧力スイッチ４５がパイロットラインを流れる作動油の圧力Ｐ１を検出して、コントローラ４７に右クローラ前進操作信号を送信する。そして、画像投影装置４２では、コントローラ４７による所定の画像処理を行うとともに、レーザー装置５１による走査を行い、図１１に示すように、左前進走行動作予告表示画像５８を、現在表示中の走行動作予告表示画像５５と代えて杭打機１１の周囲の地面に表示させる。この表示画像５８は、前進走行動作予告表示画像５６に対し、矢印形状及び配列ピッチを若干変更して表される画像である。この矢印形状は、下部走行体１３の左前進方向、すなわち、左斜め前方を向いて表示されている。
【0048】
さらに、「左回転走行（スピン旋回走行）」の運転指示を受けて、あらかじめ走行動作予告表示画像５５を表示させた状態から、走行操作レバー４３を左回転側に傾動操作すると、これにより、左回転操作検出用圧力スイッチ４５，４６がパイロットラインを流れる作動油の圧力Ｐ１を検出して、コントローラ４７に左回転操作信号を送信する。そして、画像投影装置４２では、コントローラ４７による所定の画像処理を行うとともに、レーザー装置５１による走査を行い、図１２に示すように、左回転走行動作予告表示画像５９を、現在表示中の走行動作予告表示画像５５と代えて杭打機１１の周囲の地面に表示させる。この表示画像５９は、左前進走行動作予告表示画像５８に対し、矢印形状は共通であるが向きを若干変更して表される画像である。この矢印形状は、下部走行体１３の左回転方向、すなわち、下部走行体１３を旋回中心まわりに前後左右に４分割した各部の進行方向を向いて表示されている。なお、図示は省略するが、右前進走行、右回転走行についても同様の手順で表示される。
【0049】
ところで、建設機械のなかでも、下部走行体１３上に上部旋回体１４を備えている杭打機１１は、上部旋回体１４の旋回位置によっては運転者から見た後進方向が事実上の前進方向になるといった状況が生じ得る。こうした状況では、指揮者の指示が曖昧になりやすく、しかも、運転者の誤操作を招きやすいという不都合がある。そこで、運転指示に応じた運転操作が行われていない場合、指揮者は、走行動作予告表示画像５５（図８）から順に変化する画像の表示を見ることで、杭打機１１が動き出す前に、これが意に反した操作であることに気がつく。これにより、指揮者から運転停止の指示が与えられた運転者は、追って出される修正指示を受けて、例えば、図１３に示すように、運転者から見れば後進であっても走行操作レバー４３は前進側に傾動操作する、といった正しい判断を行うことができる。
【0050】
ここで、上部旋回体１４の向きを下部走行体１３の向きに対応させるには、例えば、下部走行体１３を前進走行させながら、上部旋回体１４を左旋回させるような複合操作を行う。これにより、杭打機１１は、図１４に示すように、左旋回動作予告表示画像５４と前進走行動作予告表示画像５６とを周囲の地面に重畳的に表示した状態で、左旋回と前進走行とが同時になされる。したがって、前進走行動作予告表示画像５６の外側領域に離れていた作業者は、足元に表示された左旋回動作予告表示画像５４に気づいて、この表示画像５４のさらに外側領域まで離れる、といった安全上の判断を行うことができる。
【0051】
このように、本発明によれば、建設機械の周囲の地面に表示する表示画像が建設機械の動き出しを表す各種の動作予告表示画像５２～５９であるため、作業者が視覚を通じて建設機械の動き出しを認識できるようになり、工事現場で稼働する建設機械の安全性向上に寄与するものである。また、操作内容に応じて複数の表示画像を表示するので、運転者の意思表示、例えば、前進指示があったので、前進させたい（内心）、走行操作レバー４３を選択して前進側に傾動操作しよう（表示意思）、実際に走行操作レバー４３を傾動させる（表示行為）、という思いを示すことが、外部に対して、早い段階で客観的に認識できる態様で明確に表示されることから、作業者に気づきを与える効果だけにとどまらず、こうした表示を共有する指揮者と運転者との意思疎通も円滑化できるという効果が得られる。
【0052】
したがって、操作対象に応じた動作対象予告表示画像５２，５５を表示すれば、これから旋回あるいは走行が行われることを作業者が認識でき、さらには、操作方向に応じた動作方向予告表示画像５３，５４，５６，５７，５８，５９を、動作対象予告表示画像５２，５５と代えて表示すれば、建設機械が近づいてくるのか離れていくのかを、すなわち、作業者が自分に危険が及ぶのかを冷静に判断することができる。また、こうした動作予告表示画像５２～５９による指揮者と運転者との互いの共通認識のもとで、修正が必要であれば建設機械が動き出す前にその実行を速やかに停止させることができる。さらに、旋回中心と同心円の旋回動作予告表示画像５２，５３，５４あるいは前後方向に延びる帯形の走行動作予告表示画像５５，５６，５７，５８，５９を表示すれば、上部旋回体１４と下部走行体１３とのどちらに属する動作であるのかを明確に区別して、それぞれ動き出しを認識できることから、旋回体を備えている建設機械の特有の動作態様に合致した表示システム４１が達成される。
【0053】
また、動作方向予告表示画像５３，５４，５６，５７，５８，５９が動作対象予告表示画像５２，５５の形状に整合させて配列した矢印形状からなる画像であるため、一目で上部旋回体１４の旋回方向あるいは下部走行体１３の進行方向を把握することが可能となり、予測可能性を高めて、指揮者、運転者及び作業者による連携を確実にし、共同作業における作業効率や安全の確保に資するものである。さらに、画像投影装置４２が複数のレーザー装置５１を有しているので、建設機械の周囲の地面に、すなわち、下部走行体１３の周囲を囲う前後左右４箇所の領域に見合うサイズで画像を表示させることができる。加えて、レーザー装置５１を下部走行体１３に設けているので、下部走行体１３と上部旋回体１４との向きの整合性を図るといった複雑な制御をなくし、表示システム４１を安価に構成することができる。
【0054】
とりわけ、建築や土木などの基礎工事で使用される杭打機１１は、通常、施工位置に静止状態で長時間止まることから、杭打機１１の周囲で作業に専念している作業者は、時間の経過に伴ってその状況に慣れてしまう。そして、一旦、慣れてしまうと杭打機１１の動向に注意をはらうことが難しく、時として接触事故に結びつく状況が生れやすいのが現状である。そのため、作業者が杭打機１１の動き出しを知ることは、作業者自身にとって大きな意味を有している。したがって、動作予告表示画像５２～５９を表示して作業者の視覚に訴えかける本表示システム４１は、例えば、騒音問題から音声による警報作動が十分に活用できない住宅地域など、多様化する工事現場のニーズに適うものである。
【0055】
なお、本発明は、建設機械として杭打機を例示したが、アースドリルやクレーンなど、下部走行体上に旋回可能な上部旋回体（旋回システム）を備えた各種建設機械にも適用することができる。また、表示システムを構成する画像投影装置は、レーザー装置の他にプロジェクタ装置などの光学装置を用いることができ、これらを上部旋回体に設けて構成してもよい。さらに、動作予告表示画像の形状や色などは適宜変更することができ、点滅表示などの動的な表示をしたり、画像情報の基礎となる車体外形状に関する情報をアタッチメントの種類に応じて自動更新したりするなど、その設計は任意である。また、操作検出部は、静電容量式センサの他に感圧式センサなどを採用できるが、例えば、侵入エリアに手が侵入したことを検出する非接触センサを用いれば、既存の操作レバーがそのまま使用できる。さらに、操作レバーにジョイスティックなどの１本レバー式を採用する場合、内蔵される検出部からの操作信号に従って各種制御することが可能であるため、例えば、走行と旋回とを組み合わせた複合操作においても有効である。
【符号の説明】
【0056】
１１…杭打機、１２…クローラ、１２ａ…クローラフレーム、１２ｂ…駆動輪、１２ｃ…従動輪、１３…下部走行体、１４…上部旋回体、１５…ベースマシン、１６…リーダ、１７…起伏シリンダ、１８…配管支持部材、１９…ジャッキ、２０…カウンタウエイト、２１…トップシーブ、２２…振止装置、２３…ラックギヤ、２４…ガイドパイプ、２５…オーガ、２５ａ…出力軸、２５ｂ…オーガ駆動用油圧モータ、２５ｃ…チャック機構、２５ｄ…ガイドギブ、２５ｅ…オーガ昇降用油圧モータ、２６…旋回ベアリング、２７…メインフレーム、２８…フロアフレーム、２９…運転室、３０…機器収納ハウス、３１…エンジン収納ハウス、３２…ステップ、３３…鋼管杭、３４…キャップロッド、４１…表示システム、４２…画像投影装置、４３…操作レバー、４４…接触センサ、４５，４６…圧力スイッチ、４７…コントローラ、４８…リモコンバルブ、４９…コントロールバルブ、５０…スピーカ、５１…レーザー装置、５１ａ…前方レーザー装置、５１ｂ…後方レーザー装置、５１ｃ…左側方レーザー装置、５１ｄ…右側方レーザー装置、５２…旋回動作予告表示画像、５３…右旋回動作予告表示画像、５４…左旋回動作予告表示画像、５５…走行動作予告表示画像、５６…前進走行動作予告表示画像、５７…後進走行動作予告表示画像、５８…左前進走行動作予告表示画像、５９…左回転走行動作予告表示画像
【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】