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CN110462139A - 作业机械 - Google Patents

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CN110462139A
CN110462139A CN201880018119.8A CN201880018119A CN110462139A CN 110462139 A CN110462139 A CN 110462139A CN 201880018119 A CN201880018119 A CN 201880018119A CN 110462139 A CN110462139 A CN 110462139A
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Abstract

本发明在对作业机械周围进行所需足够监视的同时提高作业效率。作业机械将具备前置作业机的上部回转体(131)回转自如地设置于下部行驶体(132)，并具备监视周围的周围监视装置(200)，其中，周围监视装置(200)具有：信息控制器(161)，其使用从对作业机械的前置作业机的作业状态进行检测的传感器接收到的作业状态和地形数据来设定作业区域，针对在检测作业机械周围的障碍物的障碍物传感器中检测出的作业机械周围的每个障碍物，使用所设定的作业区域以及该障碍物与作业机械的相对位置来计算接近度，输出与接近度相应的控制指示。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及一种作业机械周围的监视技术。
背景技术
在作业机械中必须进行周围监视。作为周围监视技术的一例，例如在专利文献1中公开了以下一种技术：进行周围监视，并进行控制以便液压挖掘机的铲斗前端不被障碍物干扰。在专利文献1所公开的技术中“控制为根据机体主体的当前位置、上部回转体的方位、动臂、臂、铲斗的旋转角检测值来运算铲斗前端位置的坐标，在该运算坐标进入到预先设定的干扰避免范围的情况下，降低铲斗前端的上下方向和水平方向的移动速度，从障碍物到达预先设定的距离后停止(摘要摘录)”。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-307436号公报
发明内容
在专利文献1所公开的技术中，并未考虑到作业机械、障碍物、周围地形的关系。因此，实际上即使在与障碍物的接触可能性低的情况下，也在作业机械与障碍物的距离接近的情况下，输出警报或进行回避控制。
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，提供一种对作业机械周围进行所需足够的监视的同时提高作业效率的技术。
本发明的作业机械将具备前置作业机的上部回转体设置为相对于下部行驶体回转自如，并具备监视周围的周围监视装置，其特征在于，上述周围监视装置具有：信息控制器，其使用从对上述作业机械的上述前置作业机的作业状态进行检测的传感器接收到的作业状态和地形数据来设定作业区域，针对在检测上述作业机械周围的障碍物的障碍物传感器中检测出的上述作业机械周围的每个障碍物，使用所设定的上述作业区域以及该障碍物与上述作业机械的相对位置来计算接近度，输出与上述接近度相应的控制指示。
根据本发明，对作业机械周围进行所需足够的监视的同时能够提高作业效率。通过用于实施发明的方式更加明确上述以外的课题和效果。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式的作业机械的一例的液压挖掘机的概要的说明图。
图2是用于说明本发明的实施方式的液压挖掘机的控制系统的概要的说明图。
图3是用于说明本说明书中所使用的车体坐标系的说明图。
图4的(a)和(b)是用于说明液压挖掘机的动作场景的示例的说明图。
图5的(a)和(b)是用于说明液压挖掘机的动作场景的其它例子的说明图。
图6的(a)和(b)是用于说明液压挖掘机的动作场景的另外例子的说明图。
图7是本发明的实施方式的周围监视装置的功能框图。
图8是本发明的实施方式的位置关系判别处理的流程图。
图9是用于说明本发明的实施方式的变换后障碍物信息的一例的说明图。
图10是用于说明本发明的实施方式的变换后地形信息的一例的说明图。
图11是用于说明本发明的实施方式的可靠性地图计算处理的说明图。
图12是本发明的实施方式的可靠性地图计算处理的流程图。
图13是用于说明本发明的实施方式的作业区域设定处理的说明图。
图14是本发明的实施方式的作业区域设定处理的流程图。
图15是用于说明本发明的实施方式的作业区域设定处理中的周边处理的说明图。
图16是本发明的实施方式的作业区域设定处理中的周边处理的流程图。
图17是用于说明本发明的实施方式的作业区域地图的一例的说明图。
图18是本发明的实施方式的接近度计算处理的流程图。
图19的(a)是用于说明本发明的实施方式的动作数据库的一例的说明图，(b)是用于说明本发明的实施方式的显示在监视器中的显示画面例的说明图。
图20是本发明的实施方式的指示输出处理的流程图。
具体实施方式
以下，使用附图说明本发明的实施方式。此外，只要没有特别说明，在用于说明本实施方式的所有图中对具有相同功能的部分附加相同的附图标记，有时省略该重复的说明。
在本实施方式中，考虑到作业机械周围的地形信息，按该作业机周围的每个障碍物将其接近度分为等级，从而进行与等级相应的警告和控制。
以下，在本实施方式中，作为作业机械举例说明了液压挖掘机。此外，作业机械并不限定于液压挖掘机。例如也可以是推土机、装载机。
[结构]
首先，说明本实施方式的液压挖掘机100的概要结构。图1是表示本实施方式的液压挖掘机100的概要的图。
液压挖掘机100具备多关节型前置作业机110和车体130。多关节型前置作业机110具备动臂111、臂112以及铲斗113。动臂111、臂112以及铲斗113分别通过动臂缸121、臂缸122以及铲斗缸123的各致动器进行驱动，进行挖掘以及搬运砂土。
车体130具备上部回转体131和下部行驶体132。上部回转体131和下部行驶体132通过回转电动机124的驱动进行回转，通过左右行驶电动机125、126的驱动在前后方向上行驶和旋转行驶。
另外，上部回转体131具备驾驶室151。在驾驶室151中设置有操作杆152、输出装置(例如监视器153、蜂鸣器154(参照图2)等)。
并且，动臂111、臂112、铲斗113以及上部回转体131具备检测各转动角的角度检测器181、182、183以及184。
另外，液压挖掘机100具备获取障碍物信息的外部识别传感器156(参照图2)。外部识别传感器156例如为照相机、雷达、激光扫描仪等。
[控制系统]
接着，说明本实施方式的液压挖掘机100的、控制系统的概要。图2是表示液压挖掘机100的控制系统的一例的图。
液压挖掘机100还具备发动机143、液压泵142、控制阀141、控制器162以及信息控制器161。
液压泵142通过发动机143的动力进行动作。当操作员对操作杆152进行操作时，其操作信息在控制器162中变换为控制信号。控制信号被发送到液压泵142和控制阀141，控制液压泵142的输出和控制阀141的电磁阀。由此，驱动回转电动机124、行驶电动机125、126、动臂缸121、臂缸122以及铲斗缸123。
信息控制器161与控制器162、蜂鸣器154、监视器153以及存储介质155相连接。信息控制器161进行经由蜂鸣器154和监视器153向操作员的信息提示、向控制器162的控制阀141的控制指示的输出、使用障碍物、地形信息的运算处理。
另外，信息控制器161也可以具备与液压挖掘机100的外部进行数据的发送接收的通信功能。
在本实施方式中，在存储介质155中存储有障碍物数据库(DB)310、地形DB 320以及动作DB 330。
障碍物DB 310保持液压挖掘机100周围的障碍物信息。所保持的障碍物信息例如通过外部识别传感器156等获取。此外，障碍物信息例如也可以通过设置于液压挖掘机100的外部的传感器获取，通过无线通信发送到信息控制器161。另外，也可以是由外部识别传感器156获取的信息与所发送的信息的组合。障碍物DB 310所保持的障碍物信息以规定时间间隔从外部识别传感器156等发送并更新。
以下，在本说明书中，障碍物是指液压挖掘机100并不作为作业对象的物体或结构物。
地形DB 320保持液压挖掘机100的周围的地图信息(地形信息)。所保持的地形信息与障碍物信息同样地例如由外部识别传感器156获取。另外，例如也可以由设置于液压挖掘机100的外部的传感器获取，通过无线通信发送到信息控制器161。与障碍物信息同样地也可以是它们的组合。另外，也可以设定保存在设置于液压挖掘机100的外部的服务器等的数据。
地形DB 320所保持的地形信息以规定时间间隔进行更新。
如后文中所述，动作DB 330保持设定于各障碍物每个等级的控制动作。
在本实施方式中，信息控制器161使用存储于存储介质155的各种数据，实现后述的周围监视装置200。
在说明本实施方式的周围监视装置200之前，说明本实施方式的概要。
首先，说明使用于本说明书的坐标系。在本实施方式中，使用图3示出的、固定于车体130的车体坐标系900。车体坐标系900为以液压挖掘机100的重心为原点而在水平面上设置X轴和Y轴并在铅直方向上设置Z轴的正交坐标系。在本说明书中，在车体130的左右方向设置X轴，将在水平面上与X轴正交的方向设为Y轴。
图4的(a)～图6的(b)为液压挖掘机100的动作场景例的说明图。通常，在液压挖掘机100的作业半径内存在障碍物的情况下，接触可能性高。然而，在液压挖掘机100与障碍物之间存在规定高度的堤坝711的情况下，根据堤坝的高度、材质不同，接触可能性发生变化。在此，举例说明在从液压挖掘机100的车体130最远的位置处存在铲斗113的情况。在这些图中，将铲斗113的前端的高度设为710。
此外，图4的(a)、图5的(a)和图6的(a)为从正面观察液压挖掘机100的图，图4的(b)、图5的(b)和图6的(b)为从正上方观察液压挖掘机100的图。
图4的(a)和图4的(b)为在液压挖掘机100与障碍物720之间存在比铲斗113的前端的高度710更低的堤坝711的情况下的动作场景。
在这种情况下，例如即使在障碍物720与液压挖掘机100之间存在堤坝711，该堤坝711的高度低于铲斗113的前端的高度710，因此当铲斗113旋转时与该障碍物720接触的可能性高。因此，在本实施方式的周围监视装置200中，针对位于这种位置的障碍物720，设定较高的接触的可能性，作为警告的对象。
图5的(a)和图5的(b)为在液压挖掘机100与障碍物720之间存在高于铲斗113的前端的高度710并且稳定的地基的堤坝711时的动作场景。在这种情况下，铲斗113与该障碍物720接触的可能性低。在本实施方式的周围监视装置200中，针对位于这种位置的障碍物720，将接触的可能性设定为0，而不作为警告的对象。
另外，图6的(a)和图6的(b)为在液压挖掘机100与障碍物720之间存在高于铲斗113的前端的高度但并不稳定的地基的堤坝711时的动作场景。在这种情况下，堤坝711有可能塌陷而与障碍物720接触。因而，在本实施方式中，周围监视装置200设定为有可能接触，设为警告的对象。
[周围监视装置]
以下，说明实现上述警告控制的本实施方式的周围监视装置200。图7是本实施方式的周围监视装置200的功能框图。
周围监视装置200具备障碍物信息获取部211、地形信息获取部221、机械状态获取部231、地形信息可靠性评价部222、作业区域设定部223、操作状态判断部232、接近度计算部224以及动作指示部241。
通过障碍物信息获取部211得到由检测液压挖掘机100的周围的障碍物的障碍物传感器即外部识别传感器156检测出的各障碍物的、车体坐标系900中的位置信息。
另外，在障碍物信息获取部211中，将地形数据变换为车体坐标系900，得到车体坐标系900中的地形数据。另外，在地形信息可靠性评价部222中得到地形信息的、每个位置的可靠性信息。
在机械状态获取部231中，根据由配置于液压挖掘机100的各部的传感器获取的数据而得到包含铲斗113的多关节型前置作业机110的各部的位置信息等，在操作状态判断部232中，得到多关节型前置作业机110的回转角速度。
而且，在作业区域设定部223中，根据地形数据、可靠性以及多关节型前置作业机110的各部的位置信息等设定作业区域，在接近度计算部224中，使用所设定的作业区域和障碍物信息，计算各障碍物的接近度水平。
在动作指示部241中，根据各障碍物的接近度水平来决定警告动作，将与警告动作相应的控制指示输出到液压挖掘机100的各部。
此外，信息控制器161将预先决定的程序加载到存储器并执行由此实现这些各部。程序例如存储于存储介质155等。此外，信息控制器161具备ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：特殊应用集成电路)、FPGA(field-programmable gate array：现场可编程逻辑门阵列)等硬件，所有或部分功能也可以通过这些硬件来实现。另外，使用于各部的处理的各种数据、在处理中生成的各种数据存储于存储器或存储介质155。
以下，详细说明各部的处理。
[障碍物信息获取部]
障碍物信息获取部211从障碍物DB 310获取液压挖掘机100的周围的障碍物信息，变换为车体坐标系900。障碍物信息获取部211以规定时间间隔从障碍物DB 310获取障碍物信息。此外，获取的时刻可以与障碍物DB 310的信息更新同步，也可以是预先决定的时刻。此时，首先，根据障碍物信息获取部211的输出，判断液压挖掘机100的周围是否存在障碍物。而且，在判断为存在障碍物的情况下，将从障碍物信息得到的各障碍物的位置信息分别变换为车体坐标系900，计算为变换后障碍物信息。预先保持变换式。
[障碍物信息获取处理]
说明障碍物信息获取部211的障碍物信息获取处理的流程。图8是与障碍物之间的位置关系判别处理的流程。
<步骤S1100>
障碍物信息获取部211从障碍物DB 310获取障碍物信息。
<步骤S1101>
障碍物信息获取部211参照从障碍物DB 310获取的障碍物信息，判断液压挖掘机100的周围是否存在障碍物。例如根据作为障碍物信息而发送的位置信息的数量来进行判断。
<步骤S1102>
在步骤S1101中，在判断为存在障碍物的情况下，障碍物信息获取部211将障碍物的数量设定为障碍物数Mobj(Mobj为1以上的整数)。另外，针对各障碍物，将其位置信息分别变换为车体坐标系900的值，作为变换后障碍物信息例如暂时保持在存储介质155等中并结束处理。
<步骤S1103>
此外，在步骤S1101中，在判断为不存在障碍物的情况下，障碍物信息获取部211将障碍物的数Mobj(Mobj为1以上的整数)设定为0，作为变换后障碍物信息进行保持并结束处理。
在此，图9示出变换后障碍物信息的一例。如本图所示，本实施方式的变换后障碍物信息311保持每个障碍物的位置信息(x、y、z)314。此外，也可以按每个障碍物附加障碍物ID 313而一并保持。另外，也可以按每个障碍物附加记录编号312并进一步保持记录编号。
[地形信息获取部]
地形信息获取部221以规定时间间隔从地形DB 320获取液压挖掘机100的周围的地形信息，变换为车体坐标系900，生成变换后地形信息。所生成的变换后地形信息被输出到地形信息可靠性评价部222和作业区域设定部223。
在此，图10示出变换后地形信息的一例。如本图所示，本实施方式的变换后地形信息321针对将规定区域分割成格子状区域的各格子状区域，具备高度321a、材质信息(材质数据)321b、获取数据的时刻321c、获取数据的传感器的种类321d。
规定区域例如为获取地形信息的传感器的视场范围、保持在外部的地图数据的覆盖范围或获取障碍物信息的外部识别传感器156的视场范围等。另外，材质信息321b例如可以是确定砂土、石头、岩石等材质本身的信息，也可以是该区域的硬度。
另外，考虑信息控制器161的处理能力、存储介质155的容量，而预先决定格子状区域的尺寸。
[地形信息可靠性评价部]
地形信息可靠性评价部222根据从地形信息获取部221接收到的变换后地形信息321来计算地形信息的可靠性。地形信息的可靠性根据地形信息的获取时间、获取传感器的种类来进行计算。针对各格子状区域来计算可靠性。以下，将地形信息可靠性评价部222的计算结果称为可靠性地图。计算出的可靠性地图被输出到作业区域设定部223。
在此，说明基于地形信息可靠性评价部222的可靠性地图计算处理。图11是用于说明本实施方式的可靠性地图计算处理的图，图12是可靠性地图计算处理的处理流程。
如图11所示，地形信息可靠性评价部222按着预先决定的顺序设定变换后地形信息321的、针对各格子状区域的可靠性。此外，在图11中显示液压挖掘机100以明确坐标系等，但是在实际的变换后地形信息321中也可以不包含液压挖掘机100的信息。以下，其它变换后地形信息321的图也相同。
如上所述，地形信息可靠性评价部222每次在由地形信息获取部221以规定时间间隔生成变换后地形信息321并接收该变换后地形信息321时进行处理。以下，地形信息获取部221以Δt间隔进行处理，将接收到最新的变换后地形信息321的时刻设为t。
以下，将第n个格子状区域标记为Area(n)、将设定为时刻t的Area(n)的可靠性标记为α(n，t)。此外，n为1以上的整数。
<步骤S1201>
如图12所示，地形信息可靠性评价部222首先将1代入到作为处理的计数器而发挥功能的n。
<步骤S1202>
地形信息可靠性评价部222获取格子状区域Area(n)的变换后地形信息。在此，获取该区域的高度321a、材质信息321b、获取数据的时刻(数据获取时刻)321c、获取数据的传感器的种类321d。此外，将获取到的这些信息与时刻t关联起来暂时保持在存储介质155中。
<步骤S1203>
接着，地形信息可靠性评价部222判断格子状区域Area(n)的地形信息是否被更新。在此，将格子状区域Area(n)的数据获取时刻321c与上一次获取的同一区域的数据获取时刻321c进行比较。如果两者匹配，则判断为无更新，如果非匹配，则判断为存在更新。
<步骤S1204>
接着，地形信息可靠性评价部222设定时刻t的格子状区域Area(n)的可靠性α(n，t)。此时，在步骤S1203中判断为存在更新的情况下(是)，地形信息可靠性评价部222将与获取该地形信息的传感器预先关联起来的可靠性αs设定为α(n，t)。此外，每个传感器的可靠性αs被预先保持在存储介质155等中。
<步骤S1205>
另一方面，在步骤S1203中判断为无更新的情况下(否)，地形信息可靠性评价部222将时刻(t-Δt)中的地形信息的可靠性αn(t-Δt)乘以系数St而得到的值设定为αn(t)。此外，根据从上一次处理时的经过时间(Δt)和传感器的种类来预先设定系数St并保持在存储介质155等中。
<步骤S1206、1207>
地形信息可靠性评价部222判别所有格子状区域的处理是否结束(n＝N？)，在存在未处理的区域的情况下，将n递增1(n＝n+1)，返回至步骤S1202。
当针对所有格子状区域的处理结束时，地形信息可靠性评价部222将各Area(n)的时刻t的可靠性α(n，t)作为时刻t的可靠性地图而输出到作业区域设定部223并结束处理。
[机械状态获取部]
机械状态获取部231根据多关节型前置作业机110所具备的角度检测器181、182、183、184的输出来计算机械状态。此外，在本说明书中，将多关节型前置作业机110的各部的位置、速度、回转半径称为机械状态。根据上部回转体131、动臂111、臂112、铲斗113的角度检测器181、182、183、184的输出θ1、θ2、θ3、θ4来计算出该机械状态。根据车体坐标系900的坐标值表示各部的位置。另外，计算出的机械状态与计算时刻一起保持在存储介质155中。另外，输出到操作状态判断部232、作业区域设定部223。
[操作状态判断部]
操作状态判断部232从由机械状态获取部231计算出的机械状态来计算多关节型前置作业机110的回转角速度ωbkt。在计算中例如使用从上部回转体131的回转中心起最远的部位即多关节型前置作业机110的前端部的位置信息。即，使用与最新计算时刻关联起来保存到存储介质155的前端部的位置的信息、以及与过去的计算时刻关联起来保存的前端部的位置的信息，计算回转角速度ωbkt。在本实施方式中，将该多关节型前置作业机110的回转角速度ωbkt称为操作状态。
[作业区域设定部]
作业区域设定部223使用变换后地形信息、可靠性地图、机械状态，在变换后地形信息321的范围内设定作业区域。具体地说，针对变换后地形信息321的各格子状区域，判断是作业区域还是非作业区域，分别设定判断结果，制作作业区域地图。制作出的作业区域地图被输出到接近度计算部224。
此外，在本说明书中，根据液压挖掘机100的状态，将作业区域设为液压挖掘机100能够到达的区域。作业区域设定部223在每次重新接收上述任一信息时进行设定作业区域的作业区域设定处理。此外，也可以预先决定为在重新接收到特定信息时进行。
使用图13～图17说明作业区域设定部223的作业区域设定处理。图13、图15、图17为作业区域设定处理的概要的说明图，图14和图16为作业区域设定处理的处理流程。
如上所述，在本说明书中，如上所述，作业区域为液压挖掘机100能够到达的区域。即，在多关节型前置作业机110维持现状的作业状态的状态下，当上部回转体131回转的情况下，液压挖掘机100能够到达的区域。
图13示出一例。本图为铲斗113位于从多关节型前置作业机110的上部回转体131的回转中心起最远的位置、并且在多关节型前置作业机110中位于最下端的情况下的作业状态。如本图所示，在车体坐标系900中的xy平面上，以原点为中心将连结原点和铲斗113的前端位置的xy投影点的线段设为半径的圆周520的内部基本上是作业区域。以下，将圆周520称为作业机到达圈520。
然而，如使用图5的(a)和图5的(b)说明那样，在液压挖掘机100的实际周围地形存在起伏。例如图13所示，虽然高度高于铲斗113的前端位置的高度并且高于地基稳定的堤坝531和铲斗113的前端位置的高度，但是包含有可能塌陷的砂土532等。因而，例如即使是作业机到达圈520内部，堤坝531上和其背后等的区域并非是液压挖掘机100能够到达的区域。
在本实施方式中，还结合考虑这种地形信息而设定作业区域。因此，作业区域设定部223在作业区域设定处理中首先确定明显为非作业区域的区域。此外，明显的非作业区域为作业机到达圈520外、以及作业机到达圈520内的地形数据具有规定可靠性且高度高于地基坚固的多关节型前置作业机110的最下端部的区域(高高度区域；例如堤坝531)。另一方面，即使是作业机到达圈520内的、地形数据的可靠性低的区域、和高度高于多关节型前置作业机110的最下端部的区域，地基柔软的区域(例如砂土532)也不能被确定为非作业区域。
而且，将非作业区域以外设为作业区域候选，对作业区域候选中进行更详细的判断，确定非作业区域和作业区域。例如在本实施方式中，针对与堤坝531相比与液压挖掘机100在半径方向上远离的区域，例如即使在作业机到达圈520内，也设为非作业区域。
以下，按照图14和图16来说明上述方法的作业区域设定方法的处理流程。
在作业区域设定处理中，按变换后地形信息321的每个格子状区域Area(n)进行判断。以下，将Area(n)的xy平面上的中心位置的、车体坐标系900的坐标设为(Xn，Yn)、将高度设为hn。另外，将用于判断可靠性的可靠性阈值αth预先保持于存储介质155等。
<步骤S1300>
作业区域设定部223使用机械状态计算半径方向的阈值(半径阈值)Rth，并且设定高度方向的阈值(高度阈值)hth。
通过Rth＝√((Xb)2+(Yb)2)+Kr计算出半径阈值Rth。在此，Xb、Yb为从上部回转体131的回转中心起最远的部位即多关节型前置作业机110的前端部的水平面(xy平面)上的位置、即xy坐标。另外，Kr为预先设定的值。另外，通过hth＝hb+Kh计算出高度阈值hth。在此，hb为多关节型前置作业机110的、距地面最近的位置(最下端)的高度。另外，Kh为预先设定的值。
这些半径阈值Rth和高度阈值hth根据角度检测器181、182、183的值被唯一地决定。因而，例如也可以预先计算并将得到的值保存到存储介质155。
<步骤S1301>
首先，将计数器n设定为1。
<步骤S1302>
接着，作业区域设定部223将判断对象的格子状区域(判断对象区域)Area(n)是否为已经判断为作业区域的区域进行判断。在判断为尚未判断的区域、即未判断区域的情况下，转移到步骤S1303，在判断为已经判断的区域的情况下，转移到步骤S1311。
在本实施方式中，如后文中所述，在步骤S1308中，进行周边处理。在该周边处理中，与处理顺序无关地，有可能先对判断对象区域进行判断。为了防止这种区域的重复判断，进行本处理。
<步骤S1303>
在步骤S1303中并未判断的情况下(是)，作业区域设定部223判别判断对象区域Area(n)是否在作业机到达圈520内。在此，通过从原点至判断对象区域Area(n)的中心坐标(Xn，Yn)为止的距离Rn与半径阈值Rth的比较进行判断。此外，通过Rn＝√((Xn)2+(Yn)2)计算出距离Rn。
在距离Rn大于半径阈值Rth的情况下(Rn>Rth)，判断为该判断对象区域Area(n)处于作业机到达圈520外，转移到步骤S1309。另一方面，在距离Rn为半径阈值Rth以下的情况下(Rn≤Rth)，判断为判断对象区域Area(n)处于作业机到达圈520内，转移到步骤S1304。
<步骤S1309>
在此，作业区域设定部223将判断对象区域Area(n)设定为非作业区域。例如在预先设置于存储介质155的作业区域地图用的区域的、与判断对象区域Area(n)对应的区域内登记意味着非作业区域的情况的信息。
<步骤S1304>
在步骤S1303中，在判断为判断对象区域Area(n)处于作业机到达圈520内的情况下，作业区域设定部223对判断对象区域Area(n)的地形信息是否可靠进行判断。在此，对判断对象区域Area(n)的、最新地形信息的可靠性α(n，t)是否在可靠性阈值αth以上进行判断。
在可靠性α(n，t)未达到可靠性阈值αth的情况下(α(n，t)<αth)，转移到步骤S1310。另一方面，在可靠性α(n，t)为可靠性阈值αth以上的情况下(α(n，t)≥αth)转移到步骤S1305。即，在可靠性低的情况下，不进行随后的判断，首先设为作业区域候选。
<步骤S1310>
在此，作业区域设定部223将判断对象区域Area(n)设定为作业区域候选。例如在存储介质155的作业区域地图用的区域的、与判断对象区域Area(n)对应的区域内登记意味着作业区域候选的情况的信息。
<步骤S1305>
在判断为具有足够的可靠性的情况下，作业区域设定部223将判断对象区域Area(n)的高度hn是否在高度阈值hth以上进行判断。高度hn使用变换后地形信息的高度321a。在判断为hn在hth以上的情况下(hn≥hth)，进入到步骤S1306，在判断为hn小于hth的情况下(hn<hth)，进入到步骤S1310。
<步骤S1306>
在判断为判断对象区域Area(n)的高度hn为高度阈值hth以上的情况下，判断该判断对象区域Area(n)的材质。在此，在判断对象区域Area(n)的地形的材质为建筑物和堤坝等地基稳定的材质的情况下，判断为材质硬，另一方面，在如砂土那样容易塌陷的材质的情况下，判断为材质并不硬。在判断为材质硬的情况下，转移到步骤S1307，在除此以外的情况下，转移到步骤S1310。
使用Area(n)的材质信息321b进行判断。在材质信息321b例如为确定材质本身的信息的情况下，预先将各材质是否硬登记到存储介质155等。例如将岩石、混凝土等登记为硬。未登记的部分并不判断为材质硬。
另外，在将材质的硬度登记为材质信息321b的情况下，设置判断基准的硬度阈值，在具有该阈值以上的硬度的情况下，判断为材质硬。
<步骤S1307>
在此，作业区域设定部223将判断对象区域Area(n)设定为非作业区域。例如在存储介质155的作业区域地图用的区域的、与判断对象区域Area(n)对应的区域内登记意味着非作业区域的情况的信息。然后，转移到步骤S1308的周边处理。
<步骤S1308>
在此，作业区域设定部223进行周边处理，判断在设定为作业区域候选的格子状区域中是否存在应设定为非作业区域的区域。在周边处理中，将在作业区域候选中被判断为应设定为非作业区域的区域的区域设定为非作业区域，将除此以外的区域设定为作业区域。在后文中详细说明周边处理。
<步骤S1311、S1312>
然后，作业区域设定部223判断所有格子状区域是否结束判断(n＝N？)，在并未结束的情况下，使计数器n递增1，并返回到步骤S1302并重复进行处理。
另一方面，在对所有格子状区域结束判断的情况下，将作业区域地图内的作业区域候选设定为作业区域，结束作业区域判断处理。
在此，说明步骤S1308的周边处理。图15示出制作过程中的作业区域地图351的一例。在此，例如对于变换后地形信息321的各格子状区域从图中左上角的区域依次每隔一列按箭头方向进行判断处理。另外，本图中，作业区域候选区域511a并无斜线，对非作业区域512附加斜线。
例如作业区域地图351内的区域552仅根据位置、高度的信息判断为作业区域。此外，区域552的材质的可靠性充分。然而，实际上，在液压挖掘机100与区域552之间存在地基坚固的堤坝531，由于液压挖掘机100(在本图中铲斗113)无法到达，因此对应于非作业区域。
在周边处理中，将这种区域切实设定为非作业区域。即，在对区域552与原点之间的任一区域551进行作业区域设定处理时，还对区域552一起进行判断处理。
图16为本实施方式的作业区域设定部223的周边处理(上述步骤S1308)的处理流程。在周边处理中，从判断为作业区域候选的区域中，将在上述步骤S1307中判断为非作业区域的区域以及在半径方向上相同方向且更远的方向的区域设定为非作业区域。
<步骤S1401>
作业区域设定部223根据格子状区域Area(n)的位置(坐标(Xn、Yn))来计算θn＝cos-1(Xn/Rn)。在此，Rn为从原点至Area(n)为止的距离。此外，计算出的θn为与Area(n)方向的、x轴的正朝向的偏角。
<步骤S1402>
以下，作业区域设定部223对变换后地形信息321的各格子状区域Area(i)依次进行判断。i为1以上N以下的整数。首先，将i设定为1。
<步骤S1403>
作业区域设定部223参照存储介质155，判断是否已经将格子状区域Area(i)判断为非作业区域。
然后，如果是已经判断为非作业区域的区域，则进入到步骤S1407。另一方面，如果是未判断或判断为作业区域候选的区域，则进入到步骤S1404。
<步骤S1404>
接着，作业区域设定部223判别格子状区域Area(i)与判断对象区域Area(n)之间的位置关系。然后，在相比判断对象区域Area(n)更接近液压挖掘机100的情况下，将Area(i)直接设为作业区域候选。在此，对从原点至格子状区域Area(i)为止的距离Ri与Rn进行比较并判断。此外，通过Ri＝√(Xi2+Yi2)计算出Ri。
在此，在Ri为Rn以下(Ri≤Rn)的情况下，由于格子状区域Area(i)为比判断对象区域Area(n)更接近液压挖掘机100的区域，因此直接进入到步骤S1407。另一方面，在Ri大于Rn的(Ri>Rn)情况下，进入到步骤S1405。
<步骤1405>
接着，作业区域设定部223对格子状区域Area(i)的方向与判断对象区域Area(n)的方向进行比较。在并非相同方向的情况下，将Area(i)直接设为作业区域候选。使用Area(i)的偏角θi和Area(n)的偏角θn进行判断。通过θi＝cos-1(Xi/√(Xi2+Yi2))计算出θi。
在偏角θi与θn不同的情况下，由于格子状区域Area(i)的方向与判断对象区域Area(n)不同，因此直接转移到步骤S1407。另一方面，在θi与θn一致的情况下，格子状区域Area(i)与判断对象区域Area(n)在相同方向上。即，图15的区域551与区域552的关系。在该情况下，转移到步骤S1406。
<步骤S1406>
在此，作业区域设定部223将Area(i)设定为非作业区域，转移到步骤S1407。
<步骤S1407、S1408>
然后，作业区域设定部223判断是否结束对所有格子状区域的判断(i＝N？)，在并未结束的情况下，使计数器i递增1，返回至步骤S1403，重复进行周边处理。
另一方面，在结束对所有格子状区域的判断的情况下，结束周边处理。
图17示出通过作业区域设定部223的作业区域判断处理和周边处理制作出的作业区域地图351的一例。在本图中，无斜线的区域为作业区域511，对非作业区域512附加斜线。
如本图所示，例如，即使在作业机到达圈520的内部，也将高度高于多关节型前置作业机110的最下端的高度的堤坝531和堤坝531的背面侧设定为非作业区域512。此外，在本图的示例中，多关节型前置作业机110的最下端为铲斗113的最下端。另外，堤坝531的背面侧为从液压挖掘机100向堤坝531方向观察比堤坝711更远的区域。另外，材质被判断为砂土532等的区域例如即使高度高于铲斗113，如果是作业机到达圈520的内部，则也设定为作业区域511。
此外，在上述作业区域设定处理中，使用地形数据的可靠性、地形的高度、位置、材质等所有条件设定了作业区域，但是不必使用所有条件。另外，判断顺序也并不限定于上述方法。
[接近度计算部]
接近度计算部224使用变换后障碍物信息、作业区域地图351、机械状态以及操作状态，计算各障碍物的接近度。接近度是表示预先决定的、液压挖掘机100与障碍物的接近程度(等级)的值。
详细说明接近度计算部224的接近度计算处理。图18是本实施方式的接近度计算部224的接近度计算处理的处理流程。根据判断对象障碍物是否在作业区域511内，在处于作业区域511内的情况下铲斗113到达判断对象障碍物的时间等来判断接近度的等级。
在本实施方式中，例如在判断中将Tttc用作多关节型前置作业机110到达判断对象障碍物的时间。此外，通过以下数学式(1)计算出到达时间Tttc。
Tttc＝cos-1(Xm/√(Xm2+Ym2))/ωbkt···(1)
在此，Xm、Ym为判断对象障碍物的车体坐标系下的x、y坐标。另外，ωbkt为操作状态、即多关节型前置作业机110的回转角速度。
以下，举出接近度计算部224如下那样设定等级1、等级2、等级3的情况为例来说明接近度计算处理。在此，等级1在障碍物处于作业区域511内并且到达时间Tttc为规定阈值Tth以下的情况下设定。等级2在处于作业区域511内并且到达时间Tttc大于规定阈值的情况下设定。另外，等级3在处于作业区域511外的情况下设定。
此外，等级1为紧急度最高的等级，等级3为紧急度低的等级，等级2为等级1与等级3之间的紧急度的等级。
<步骤S1501>
首先，接近度计算部224使用变换后障碍物信息311判断液压挖掘机100的周围是否存在障碍物。在此，例如使用障碍物数Mobj等进行判断。
在不存在障碍物的情况下、即Mobj为0的情况下，接近度计算部224结束接近度计算处理。由于不存在障碍物，因此不需要判断。
<步骤S1502>
另一方面，在存在障碍物的情况下、即Mobj为1以上的情况下，针对各障碍物，进行决定并设定接近度的处理。在此，对各障碍物附加序列号，从第一起依次进行以下的处理。首先，将序列号的计数器m设定为1。在此，m为1以上的整数。
<步骤S1503>
首先，接近度计算部224判断处理对象障碍物Obj(m)是否存在于作业区域511内。使用变换后障碍物信息的位置信息314和作业区域地图351进行该判断。
在判断为处理对象障碍物Obj(m)并不存在于作业区域511内的情况下，进入到步骤S1506。另一方面，在判断为处理对象障碍物Obj(m)存在于作业区域511内的情况下，进入到步骤S1504。
<步骤S1506>
在此，将处理对象障碍物Obj(m)的接近度βm设定为3，转移到步骤S1509。例如在存储介质155的规定区域内与处理对象障碍物Obj(m)关联起来并保持3。
<步骤S1504>
在此，接近度计算部224通过上述方法来计算处理对象障碍物Obj(m)的到达时间Tttc(m)。
<步骤S1505>
接近度计算部224将到达时间Tttc(m)与预先保持的阈值Tth进行比较。在此，判断包含附图标记的大小。即，在Tttc(m)/Tth为1以下的情况下，进入到步骤S1506，在大于1的情况下，进入到步骤S1508。
<步骤S1506>
在此，接近度计算部224将处理对象障碍物Obj(m)的接近度βm设定为1。与步骤S1508同样地，保持在存储介质155等中。
<步骤S1507>
在此，接近度计算部224将处理对象障碍物Obj(m)的接近度βm设定为2。与步骤S1508同样地，保持在存储介质155等中。
<步骤S1509、S1510>
接近度计算部224判别对于保持在变换后障碍物信息311中的所有障碍物是否设定了接近度(m＝Mobj？)，在设定并未结束的情况下，使计数器m递增1，返回至步骤S1503并重复进行处理。另一方面，在结束对所有障碍物的设定的情况下，结束处理。
[动作指示部]
动作指示部241根据由接近度计算部224计算出的接近度β来决定警告动作，将实现该警告动作的控制指示输出到液压挖掘机100的各部。警告动作例如为使用监视器153、蜂鸣器154对操作员的警报输出和液压挖掘机100的操作控制等。
接着，详细说明动作指示部241的动作指示处理。在本实施方式中，动作指示部241根据接近度计算部224决定的各障碍物的接近度水平，决定作为警告而执行的动作，输出到对应的控制指示。
在本实施方式中，按设定接近度βm的每个障碍物Obj(m)，参照动作DB330来决定动作。然后，将控制指示发送出到液压挖掘机100的各部，以执行该动作。
图19的(a)示出动作DB 330的一例。如本图所示，在动作DB 330中，按每个接近度水平β331，保持确定动作的信息(动作信息)332。
在此，例如在接近度β为3的情况下，将显示示出障碍物的存在位置的图标的指示输出到监视器153。另外，在接近度β为2的情况下，除了接近度β为3时的动作以外，还将进行通知障碍物接近的动作的指示输出到监视器153或蜂鸣器154。通知障碍物接近的动作例如为监视器的闪烁、蜂鸣音的输出等。另外，在接近度β为1的情况下，除了接近度β为2时的动作以外，还将用于限制液压挖掘机100相对于障碍物方向的操作的指示输出到控制器162。操作限制例如为回转抑制等。
此外，警告动作并不限定于上述动作，可以考虑各种动作。
以下，详细说明动作指示部241的指示输出处理。图20是动作指示部241的指示输出处理的处理流程。在此，与接近度计算部224同样地，也对各处理对象障碍物附加序列号，并依次进行处理。
<步骤S1601>
将计数器m设定为1。
<步骤S1602>
动作指示部241确定处理对象障碍物Obj(m)的接近度βm，参照动作DB330来确定对应的动作。
<步骤S1603>
将执行已确定的动作的控制指示输出到液压挖掘机100的对应的结构。对应的结构例如为驾驶室151内的监视器153、蜂鸣器154、控制器162等。监视器153根据控制信号进行显示，蜂鸣器154根据控制信号输出声音。另外，接收到控制信号的控制器162经由控制阀141控制各部的驱动以预防与障碍物的接触。在此，例如控制行驶电动机125、126、回转电动机124、动臂缸121、臂缸122以及铲斗缸123的驱动。
<步骤S1604、S1605>
判别所有障碍物Obj(m)是否进行了处理(m＝Mobj？)，如果存在未处理的障碍物Obj(m)，则使m递增1，返回至步骤S1602并重复进行处理。另一方面，如果对所有障碍物进行处理，则结束处理。
在此，说明对监视器153的输出例。图19的(b)是表示对监视器153的输出例即显示画面600的图。
在显示在监视器153中的显示画面600上例如示出液压挖掘机100、地形信息、作业机到达圈、各障碍物的位置。显示画面600将各要素的车体坐标系900的坐标变换为显示图像内的像素位置而生成。
在本图中，610为液压挖掘机100的图标。通过模仿从Z轴方向观察液压挖掘机100的形状来制作图标610。611对应于作业机到达圈520。另外，621、622、623、624分别为检测出的障碍物。
例如障碍物623被判断为接近度β为3。因而，障碍物623与示出障碍物623的存在位置的图标633一起显示。
障碍物622被判断为接近度β为2。因而，障碍物622与示出障碍物622的存在位置的图标632一起显示，并且，图标632和障碍物622进行闪烁显示。此外，代替闪烁显示或除了闪烁显示以外，也可以从蜂鸣器154输出警告声音。
障碍物621被判断为接近度β为1。因而，障碍物621与示出障碍物621的存在位置的图标631一起显示，进行闪烁显示和/或蜂鸣音的输出。此时，并且，经由控制器162对控制阀141输出控制指示并控制动作。此外，输出的控制指示为抑制回转电动机124向障碍物621方向的回转的指示。
此外，也可以不显示非作业区域内的障碍物624。
另外，向监视器153等的输出并不限定于上述示出的显示画面600例，可以考虑各种输出。
如上所述，本实施方式的周围监视装置200是将具备多关节型前置作业机110的上部回转体131回转自如地设置于下部行驶体132的液压挖掘机100的周围监视装置200，其中，该周围监视装置200具备：作业区域设定部223，其使用从检测液压挖掘机100的多关节型前置作业机110的作业状态的传感器(角度检测器181、182、183以及184)接收到的作业状态和地形数据来设定作业区域；接近度计算部224，其针对在检测液压挖掘机100的周围的障碍物的障碍物传感器(外部识别传感器156)中检测出的液压挖掘机100的周围的每个障碍物，使用所设定的作业区域和该障碍物与液压挖掘机100的相对位置来计算接近度；以及动作指示部241，其输出与接近度相应的控制指示。
这样，根据本实施方式，考虑地形数据来设定作业区域，根据其作业区域计算接近度。然后，根据该接近度控制警告动作。因而，能够进行考虑了地形的警告动作。因此，能够抑制过度的警报输出、过度的避免控制。因而，能够在对作业机械周围进行所需足够的监视的同时提高作业效率。
另外，在决定作业区域时，考虑液压挖掘机100的到达范围、地形数据的可靠性、地形的高度、地形的材质等。因此，能够以更高精度决定作业区域。然后，根据高精度地决定的作业区域来计算接近度，因此能够进一步提高作业效率。
另外，根据接近度改变警告动作，因此操作员能够直观地掌握与障碍物的接近程度，进而能够提高作业效率。
附图标记说明
100：液压挖掘机；110：多关节型前置作业机；111：动臂；112：臂；113：铲斗；121：动臂缸；122：臂缸；123：铲斗缸；124：回转电动机；125：行驶电动机；126：行驶电动机；130：车体；131：上部回转体；132：下部行驶体；141：控制阀；142：液压泵；143：发动机；151：驾驶室；152：操作杆；153：监视器；154：蜂鸣器；155：存储介质；156：外部识别传感器；161：信息控制器；162：控制器；181：角度检测器；182：角度检测器；183：角度检测器；184：角度检测器；200：周围监视装置；211：位置关系判别部；221：地形信息获取部；222：地形信息可靠性评价部；223：作业区域设定部；224：接近度计算部；231：机械状态获取部；232：操作状态判断部；241：动作指示部；310：障碍物DB；311：变换后障碍物信息；312：记录编号；313：障碍物ID；314：位置信息；320：地形DB；321：变换后地形信息；321a：高度；321b：材质信息；321c：数据获取时刻；321d：传感器种类；330：动作DB；331：接近度水平β；332：动作信息；351：作业区域地图；511：作业区域；511a：作业区域候选区域；512：非作业区域；520：作业机到达圈；531：堤坝；532：砂土；551：区域；552：区域；600：显示画面；610：图标；611：作业机到达圈显示；621：障碍物；622：障碍物；623：障碍物；624：障碍物；631：图标；632：图标；633：图标；710：高度；711：堤坝；720：障碍物；900：车体坐标系。

Claims (9)

1.一种作业机械，其将具备前置作业机的上部回转体设置为相对于下部行驶体回转自如，并具备监视周围的周围监视装置，其特征在于，
上述周围监视装置具有：信息控制器，其使用从对上述作业机械的上述前置作业机的作业状态进行检测的传感器接收到的作业状态和地形数据来设定作业区域，针对在检测上述作业机械周围的障碍物的障碍物传感器中检测出的上述作业机械周围的每个障碍物，使用所设定的上述作业区域以及该障碍物与上述作业机械的相对位置来计算接近度，输出与上述接近度相应的控制指示。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
上述信息控制器将上述前置作业机维持上述作业状态的状态下上述上部回转体回转时能够到达的区域内部设定为作业区域，
在上述障碍物为上述作业区域内的情况下，根据上述相对位置来计算上述接近度。
3.根据权利要求2所述的作业机械，其特征在于，
上述作业状态包括上述前置作业机的前端部的水平面上的位置，
上述信息控制器还具备对上述地形数据的可靠性进行评价的可靠性评价部，在以上述水平面上的、上述作业机械的回转中心为中心，而将从该中心至上述前端部的位置为止的线段设为半径的圆周内，将上述可靠性未达到规定的区域设定为作业区域候选。
4.根据权利要求3所述的作业机械，其特征在于，
上述地形数据包括上述作业机械周围的地形高度，
上述作业状态包括上述前置作业机的最下端部的高度，
上述信息控制器将在上述圆周内上述可靠性为规定以上的区域内的、上述地形的高度高于上述最下端部的高度的区域即高高度区域设定为非作业区域。
5.根据权利要求4所述的作业机械，其特征在于，
上述地形数据还包括每个上述地形的确定该地形的硬度的数据即材质数据，
即便是上述高高度区域，上述信息控制器对于根据上述材质数据被判断为未达到规定硬度的区域不设定为上述非作业区域。
6.根据权利要求5所述的作业机械，其特征在于，
上述信息控制器将上述高高度区域中的从设定为上述非作业区域的区域在上述半径方向上比上述作业机械更远的区域设定为非作业区域。
7.根据权利要求2所述的作业机械，其特征在于，
上述接近度具有多个级别，
上述信息控制器将在上述作业区域内且处于预先决定的第一范围内的上述障碍物的上述接近度设定为最高级别，
上述第一范围为上述作业区域内的上述前置作业机在规定时间内到达的区域。
8.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述作业机械还具备监视器和蜂鸣器中的至少一个来作为输出装置，
上述控制指示为进行来自上述输出装置的警告输出的指示。
9.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述作业机械还具备对上述上部回转体的回转进行控制的控制器，
上述控制指示为针对上述控制器的回转抑制指示。
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