工程机械的障碍物检测装置的制作方法

本发明涉及设置于液压挖掘机等工程机械的障碍物检测装置。

背景技术：

以往，作为设置于液压挖掘机等工程机械的障碍物检测装置，已知有例如专利文献1、2所记载的技术。这些文献中记载的障碍物检测装置包括：用于检测在工程机械的回转体周围的规定区域内存在的障碍物的单元；以及根据该障碍物的检测，对液压挖掘机的动作(行走体的行走动作或者回转体的回转动作)输出限制或者警报的单元。

然而，在所述工程机械所在的地面相对于周边地面有很大倾斜的情况下，或者在由于地面凹凸不平等导致工程机械相对于周边地面有很大倾斜的情况下，有可能将该工程机械的机体(回转体等)侧方的离该工程机械很近的位置上存在的周边地面检测为障碍物。这样检测出的是周边地面会导致工程机械的动作受限或者警报输出的频率过高，进而降低了作业效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本发明公开公报特开2001-262628

专利文献2：日本发明公开公报特开平5-65725

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种障碍物检测装置，检测存在于工程机械的机体周围的障碍物并根据检测结果执行应对处理，并且能够将该工程机械相对于周边地面的倾斜状态考虑在内地进行准确的检测。本发明所提供的工程机械的障碍物检测装置，用于检测存在于工程机械的机体周围的障碍物并根据其检测结果执行应对处理，包括：倾斜信息获取部，获取作为所述机体相对于周边地面的相对倾斜状态的信息的倾斜信息，其中，周边地面是存在于存在地面的周围的地面，存在地面是在其上存在有所述工程机械的地面；区域设定部，在所述机体的周围设定监视区域；障碍物检测部，检测存在于所述监视区域内的障碍物；以及，应对处理部，在所述障碍物检测器检测出所述障碍物时执行预先设定的应对处理，其中，所述区域设定部根据所述倾斜信息来变更所述监视区域。

附图说明

图1a是表示本发明的第1实施方式～4所涉及的工程机械即液压挖掘机及其周围所设定的监视区域的俯视图。

图1b是表示图1a所示的所述液压挖掘机及所述监视区域的侧视图。

图2是表示本发明的第1实施方式～3所涉及的障碍物检测装置的框图。

图3是表示所述第1实施方式中所述液压挖掘机相对于周边地面有很大倾斜的状态下设定的监视区域的主视图。

图4是表示图3所示的状态下设定的监视区域的侧视图。

图5a是表示所述第1实施方式中设定的监视区域的第一例的俯视图。

图5b是表示所述第1实施方式中设定的监视区域的第二例的俯视图。

图5c是表示所述第1实施方式中设定的监视区域的第三例的俯视图。

图6是表示本发明的第2实施方式中设定的监视区域的侧视图。

图7是表示图6所示的监视区域的主视图。

图8是表示本发明的第4实施方式所涉及的障碍物检测装置的框图。

具体实施方式

下面，参照图1a～图5c，说明本发明的第1实施方式。图1a和图1b表示本实施方式所涉及的工程机械的例子即液压挖掘机1。

所述液压挖掘机1包括履带式行走体2、搭载在该行走体2上的回转体3、安装在该回转体3上的作业装置4。

所述行走体2具有省略了图示的行走框架和配置在其左右两侧的一对履带2l、2r。所述一对履带2l、2r能够由各自配备的行走用液压马达(省略了图示)独立地进行驱动。

所述回转体3经由回转装置7安装在该行走体2上，其能够沿绕着上下方向的回转轴cz的方向即偏转方向进行回转。该回转装置7包括省略了图示的回转用液压马达和回转齿轮，利用所述回转用液压马达生成的驱动力使所述回转体3进行回转。所述回转体3包括：位于该回转体3的前部且允许作业人员搭乘的驾驶室5、以及位于该回转体3的后部且收纳发动机、液压设备等的机械室6。本实施方式中，所述回转体3相当于所述液压挖掘机1(工程机械)的机体。

所述作业装置4包括以从回转体3的前部延伸出去的方式与该前部连结的动臂11、以从该动臂11的前端部延伸出去的方式与该动臂11的前端部连结的斗杆12、以及安装于该斗杆12的前端部的附属装置13。动臂11、斗杆12和附属装置13分别通过省略了图示的液压缸，能够相对于回转体3、动臂11和斗杆12分别在俯仰方向(以回转体3的左右方向的轴为中心的旋转方向)上摆动。

本发明所适用的工程机械不限于图1所示的液压挖掘机1。例如，动臂11不仅能够相对于回转体3在俯仰方向上摆动，还可以相对于回转体3在偏转方向上摆动，或者在回转体3的左右方向上移动。本发明也适用于液压挖掘机以外的工程机械。

所述行走体2不限于履带式，也可以是车轮式。另外，液压挖掘机1不限于液压式的致动器，也可以包括电动式的致动器。

本实施方式的液压挖掘机1上搭载有图2所示的倾斜传感器21、回转角度传感器22、多个障碍物检测用传感器23和控制器30。

所述倾斜传感器21检测所述回转体3相对于水平面的倾斜角。本实施方式所涉及的所述倾斜传感器21由能够检测出绕2个检测轴的倾斜角度并生成该倾斜角度的倾斜检测信号的公知传感器构成，且搭载于回转体3，能够检测出该回转体3相对于水平面的倾斜角度。更具体而言，本实施方式所涉及的所述2个检测轴如图1a和图1b所示，是沿着回转体3的前后方向延伸而设定的x轴以及沿着回转体3的左右方向延伸而设定的y轴，所述倾斜传感器21搭载于所述回转体3，能够分别检测所述回转体3在绕所述x轴的方向上的倾斜角度和饶所述y轴的方向上的倾斜角度。

本实施方式所涉及的所述回转体3的倾斜角度与所述行走体2的倾斜角度一致或基本一致，因此所述倾斜传感器21也可以搭载于该行走体2的所述行走框架，从而能够检测出所述行走体2相对于水平面的倾斜角度。

所述回转角度传感器22检测回转体3相对于行走体2的回转角度。该回转角度传感器22例如由旋转编码器、电位计、旋转变压器等构成，例如安装在所述回转装置7上(图1中省略了图示)。

所述障碍物检测用传感器23分别是用于检测存在于所述回转体3周围的物体的传感器，例如由公知的测距传感器、立体相机等构成。该多个障碍物检测用传感器23分别安装在回转体3周缘部的多处位置(图1a所示的例子中，例如4处)，从而能够检测出存在于回转体3周围的物体(人等移动物体、设置物体等)，包括到该物体的距离及方位(或者该物体相对于回转体3的相对位置)。

所述多个障碍物检测用传感器23能够检测到物体的区域是在回转体3的周围至少包含后文所述地设定的监视区域ar在内的区域。该监视区域ar是后述的障碍物检测部33将该区域中存在的物体作为障碍物(将来有可能接触到回转体3的物体)检测出的区域。

该监视区域ar在本实施方式中优选为设定在回转体3周围的区域，是离回转体3比较近的区域，并且是液压挖掘机1的驾驶员看不到、或者看不清、或者容易看漏的区域。该监视区域ar例如图1a和图1b所示，是离回转体3的外周面在规定距离以内且设定为包围该回转体3左右两侧及后侧的区域。安装在所述回转体3上的所述多个(图示的例子中为4个)障碍物检测用传感器23设置成至少其中一个障碍物检测区域23必定能够检测出监视区域ar内的物体。

图1a及图1b所例示的监视区域ar是与基准区域ar1同等的区域，该基准区域ar1是以在所述回转体3的倾斜角度保持基本固定、或者该倾斜角度的变化较为平缓的地面上进行液压挖掘机1的动作为前提而设定的监视区域，其相对于回转体3具有预先设定的尺寸及形状。

所述基准区域ar1例如图1a所示，在从液压挖掘机1的上方观察时，是相对于回转体3的左右方向(图1a的y轴方向)宽度的中心线左右对称形状的半椭圆形区域，并且如图1b所示，是在液压挖掘机1的高度方向(回转轴cz的方向)上具有一定厚度的区域。

当液压挖掘机1在由于液压挖掘机1的工作环境的地面凹凸不平、斜面的倾斜度变化等而使回转体3的倾斜角度容易发生变化的地面上进行工作时，监视区域ar的尺寸和形状优选为如后所述地相对于基准区域ar1适当地进行变更。另一方面，所述基准区域ar1不限于图1a和图1b所例示的形状，可以根据回转体3的外形等采用各种形状。

控制器30由包括微机、存储器、接口回路等的一个以上电路单元构成，具有执行各种控制处理和运算处理的功能。向该控制器30输入包括由所述倾斜传感器21、回转角度传感器22和障碍物检测用传感器23各自生成的检测数据在内的各种传感数据。

所述控制器30具有与构成障碍物检测装置的要素分别相对应的功能，作为由所安装的硬件结构和程序(软件结构)实现的功能。更具体而言，控制器30具有倾斜信息获取部31、区域设定部32、障碍物检测部33和障碍物应对处理部34作为上述功能。

所述倾斜信息获取部31如后文详细说明的，基于液压挖掘机1进行工作时由所述倾斜传感器21生成的倾斜检测信号、即回转体3相对于该液压挖掘机1的周边地面的相对倾斜角度的检测数据来进行推定，计算出该相对倾斜角度的推定值，并获取该推定值作为所述倾斜信息。由此，该倾斜信息设定部31获取回转体3相对于所述液压挖掘机1的周边地面的相对倾斜状态的信息即倾斜信息。

这里，所述液压挖掘机1的周边地面具体是指在其上存在有该液压挖掘机1的地面即存在地面的周围所存在的地面，所述存在地面换言之是沿着回转轴cz的方向从上方看所述液压挖掘机1时存在于该液压挖掘机1正下方的地面。具体而言，本实施方式中，沿着回转轴cz的方向从上方看液压挖掘机1的情况下，例如存在于整个回转体3正下方的地面区域(换言之，整个回转体3在回转轴cz的方向上投影到地面上而成的区域)和行走体2接地的区域被视为液压挖掘机1的存在区域，该存在区域内的地面被视为所述存在地面即“在其上存在有液压挖掘机1的地面”。

另一方面，所述存在地面外侧的地面中接近所述液压挖掘机1的所述存在区域的地面(例如到回转轴cz或者回转体3的外周面在规定距离以内的地面)被视为所述液压挖掘机1的周边地面。

在以下的说明中，如图1b所例示，对所述存在地面(在其上存在有液压挖掘机1的地面)标注参考标号gr0，对周边地面标注参考标号gra。

所述区域设定部32在回转体3的周围可变地设定监视区域ar。具体而言，如后文详细说明的，基于在所述液压挖掘机1工作时由所述倾斜信息获取部31获取的倾斜信息(回转体3相对于液压挖掘机1的周边地面gra的相对倾斜角度的推定值)，设定所述监视区域ar。该监视区域ar设定为不包含所述周边地面gra。

所述障碍物检测部33检测由所述多个障碍物检测传感器23检测到的物体中存在于所述监视区域ar内的物体作为障碍物。具体而言，该障碍物检测部33基于在所述液压挖掘机1工作时由所述障碍物检测用传感器23生成的检测数据，确定存在于回转体3周围的物体的位置(相对于回转体3的相对位置)，并判断所确定的位置是否是区域设定部32所设定的监视区域ar内的位置。然后，该障碍物检测部33在判断为所述物体的位置是监视区域ar内的位置的情况下，确定该物体为所述障碍物，并将表示所述监视区域ar内存在障碍物的障碍物检测信息输入至障碍物应对处理部34。该障碍物检测信息可以包含所述监视区域ar内的障碍物位置的相关信息。

所述障碍物应对处理部在所述监视区域ar内被检测出障碍物的情况下，根据该检测情况执行规定的应对处理。具体而言，该障碍物应对处理部34在所述液压挖掘机1工作时从所述障碍物检测部33接收到所述障碍物检测信息的情况下，执行与之相应的应对处理。该应对处理包括对所述液压挖掘机1的回转体3的回转动作及所述行走体2的行走动作中的至少一方的动作进行限制的限制处理、对所述液压挖掘机1的驾驶员或液压挖掘机1周围的人员发出警报的警报处理中的至少一方。

所述限制处理是例如在行走体2的后方侧的位置存在障碍物的情况下，禁止所述行走用液压马达使该行走体2向后方进行行走动作的动作)，或者强制使其停止的处理。该限制处理也可以是以与所述障碍物和所述液压挖掘机1之间的距离等相应的减速程度，使行走体2的行走速度减速的处理。

所述限制处理例如是在所述回转体3的侧方的位置存在障碍物的情况下，禁止所述回转装置7使该回转体3进行回转动作的动作，或者强制使其停止的处理。该限制处理也可以是以与所述障碍物和所述回转体3之间的距离或位置关系等相应的减速程度，使所述回转体3的回转速度减速的处理。

所述警报处理例如是向所述液压挖掘机1的驾驶员或液压挖掘机1周围的人员发出警报的处理。该警报可以是视觉警报、听觉警报中的任一种。

所述警报的内容可以根据所述液压挖掘机1与所述障碍物的位置关系等进行变更。另外，也可以根据液压挖掘机1与障碍物的位置关系、液压挖掘机1的工作状况等，从所述行走体2行走动作的限制处理、回转体3回转动作的限制处理、所述警报处理中选择性地执行合适的处理。

接下来，对所述倾斜信息获取部31所进行的处理和所述区域设定部32所进行的处理进行更详细的说明。以下的说明中包含了回转体坐标系的用语，该回转体坐标系是以所述x轴和y轴、以及与它们正交的方向(所述回转轴cz的方向)的z轴为坐标轴的坐标系。

本实施方式中，例如所述液压挖掘机1的工作环境的地面即工作环境地面、即所述存在地面gro和所述周边地面gro所构成的地面除了局部的凹凸不平等以外基本上是平坦面的情况下(可以视为所述工作环境地面的大部分存在于单一基准平面上或者接近该基准平面的位置的情况下)，如以下说明的，执行所述倾斜信息获取部31的处理和所述区域设定部32的处理。

所述倾斜信息获取部31在所述液压挖掘机1开始工作之前进行初始设定处理，计算出表示所述工作环境地面的平均(或代表性)倾斜角度的数据，并将其存储保持在所述控制器30的特定部位。

该初始设定处理更具体而言，是液压挖掘机1停在所述工作环境地面中的平坦部分上的状态下，根据驾驶员等对设置在该液压挖掘机1的驾驶室5等中的操作部(省略了图示)施加规定操作的情况、或者根据外部的服务器等提供的指令，以从倾斜传感器21输入倾斜检测信号的方式获取表示所述回转体3当前的倾斜角度(绕着所述x轴和y轴各轴的方向上的倾斜角度)的检测值的检测数据，并将该检测数据作为表示所述工作环境地面的平均(或代表性)倾斜角度(以下称为地面基准倾斜角度)的数据存储保持于控制器30的特定部位的处理。在该初始设定处理中，所述倾斜角度获取部31将所述回转体3当前的回转角度的检测值的数据也与所述地面基准倾斜角度的检测数据一同存储保持。

所述初始设定处理也可以是获取液压挖掘机1外部的任意测量器所测定的地面基准倾斜角度的测定数据并存储保持，来代替所述倾斜传感器21得到的地面基准倾斜角度的检测数据。另外，在地面基准倾斜角度为零或者近似为零的情况下(工作环境的地面可以是作为近似水平面的情况下)，在初始设定处理中可以省略将表示回转体3的回转角度的检测值的数据存储保持在控制器30中的步骤。

本实施方式中，在执行了上述初始设定处理之后，液压挖掘机1进行工作，在其工作时，所述倾斜信息获取部31的处理和所述区域设定部32的处理按照规定的运算处理周期依次地如下执行。

所述倾斜信息获取部31按照各运算处理周期，获取从所述倾斜传感器21输入的所述倾斜检测信号中包含的所述检测数据所表示的所述回转体3当前的倾斜角度的检测值，并且获取所述回转体3当前的回转角度的检测值。而且，所述倾斜信息获取部31根据所述回转体3当前的回转角度的检测值和所述初始设定处理中存储保持在所述控制器30中的所述回转体3的回转角度值之差，将所述地面基准倾斜角度变换为与所述回转体3当前的回转角度相对应的回转体坐标系中所见的倾斜角度。

然后，所述倾斜信息获取部31计算出所述回转体3当前的倾斜角度的检测值与上述变换后的地面基准倾斜角度之差即相对倾斜角度(绕x轴方向的相对倾斜角度和绕y轴方向的相对倾斜角度的组合)，作为所述回转体3当前相对于所述液压挖掘机1的周边地面gra的相对倾斜角度的推定值。

即，所述倾斜信息获取部31将所述液压挖掘机1的周边地面的倾斜角度视为与上述变换后的地面基准倾斜角度一致(或基本一致)，计算出作为表示回转体3相对于所述周边地面gra的倾斜状态的倾斜信息的相对倾斜角度的推定值。

这里，本实施方式中，由于所述工作环境地面可以视为基本平坦的面，因此，所述周边地面gra很有可能是具有与地面基准倾斜角度基本相同程度的倾斜角度的地面。因此，液压挖掘机1的周边地面gra的倾斜角度可以视为与地面基准倾斜角度一致(或基本一致)。

在所述地面基准倾斜角度为零或近似为零的情况下，也可以获取来自所述倾斜传感器21的检测数据所表示的所述回转体3的倾斜角度的检测值直接作为相对倾斜角度的推定值。

本实施方式中，所述区域设定部32根据上述倾斜信息获取部31获取的相对倾斜角度(推定值)来设定监视区域ar。

这里，在上述相对倾斜角度较小的情况下(绕x轴方向上的相对倾斜角度的大小和绕y轴方向上的相对倾斜角度的大小都较小的情况下)，由于所述回转体3相对于所述周边地面gra的倾斜度很小，因此，即使将所述监视区域ar设定为所述基准区域ar1，该监视区域ar也不会包含所述周边地面gra。

因此，所述区域设定部32在绕x轴和y轴各轴的方向上的相对倾斜角度各自的大小为预先设定的规定阈值以下的情况下，将所述监视区域ar设定为所述基准区域ar1。例如图1a和图1b所示，在液压挖掘机1的存在区域的地面即所述存在地面gr0和所述周边地面gra为同一面(或基本同一面)的平坦面的情况下，设定所述基准区域ar1作为监视区域ar。

所述阈值对绕x轴方向上的相对倾斜角度和绕y轴方向上的相对倾斜角度分别进行设定。这些阈值通过仿真等预先设定，若绕x轴方向的相对倾斜角度和绕y轴的相对倾斜角度在各自的所述阈值以下，则表示相当于所述周边地面gra的平面离开了所述基准区域ar1的状态(该平面与基准区域ar1不重叠)。

绕所述x轴和y轴各轴的方向上的相对倾斜角度各自的大小在各自的阈值以下的状况是包含本发明的第一状况的状况。

反之，在绕所述x轴和y轴各轴的相对倾斜角度中至少一方的大小超过其阈值的情况下，若所述监视区域ar设定为所述基准区域ar1，则该监视区域ar很有可能包含所述周边地面gra。图3和图4例示了这种状况。像这样绕所述x轴和y轴各轴的相对倾斜角度中至少一方的大小超过其阈值的状况相当于本发明的第二状况。

若在这样的第二状况下将所述监视区域ar设定为所述基准区域art，则所述障碍物检测部33有可能将所述周边地面gra检测为障碍物。

因此，本实施方式所涉及的区域设定部32在绕所述x轴和y轴各轴的相对倾斜角度中至少一方的大小超过其阈值的情况下，以所述监视区域ar不包含所述周边地面gra的方式来设定该监视区域ar。具体而言，所述区域设定部32如下所述地根据绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θy的推定值来决定x轴方向上的监视区域ar的尺寸，并根据绕所述x轴方向上的相对倾斜角度θx的推定值来决定y轴方向上的监视区域ar的尺寸。

图3所示的所述存在地面gr0为平坦的斜面，但该存在地面gr0不限于平坦的斜面。例如，当行走体2的前部驶上地面的凸部时，所述回转体3相对于所述周边地面gra也可能发生与图3所示的倾斜状态相同的倾斜。

另外，图3中示出了行走体2的前后方向与回转体3的前后方向(x轴方向)为相同方向，但也可以是所述回转体3相对于所述行走体2绕着所述回转轴cz转过任意回转角度的状态。

这一点在图4或者后述的第2实施方式所涉及的图6、图7所示的状况中也一样。

本实施方式所涉及的所述区域设定部32如下地根据绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θy(推定值)来决定所述x轴方向上的监视区域ar的尺寸。如图3所示，绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θy是所述回转体3的后部接近所述周边地面gra的方向上的角度的情况下，所述区域设定部32利用绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θy的推定值，计算出从所述y轴方向看所述液压挖掘机1时(投影到回转体坐标系的zx坐标平面上观察时)从所述回转体3的后端到所述周边地面gra为止的最短距离(x轴方向上的最短距离)dx。

本实施方式中，沿y轴方向看所述液压挖掘机1时(投影到回转体坐标系的zx坐标平面上观察时)的所述周边地面gra如图3所示，被视为从所述存在地面gr0的后端向相对于所述x轴方向倾斜与相对倾斜角度θy一致的角度的方向延伸的直线。

在这种情况下，如图3所示地将行走体2的下端到回转体3的下端为止的高度(固定值)设为h时，上述最短距离dx可以通过下式(1)计算出。

dx＝h/tan(θy)……(1)

所述高度h预先存储保持在所述控制器30中。所述最短距离dx例如也可以基于绕所述y轴方向的相对倾斜角度θy的推定值，利用预先准备的数据表等获取到。

接着，所述区域设定部32根据从基准点p0到所述回转体3的后端为止的x轴方向上的距离r加上所述最短距离dx后得到的值(＝r+dx)与从所述基准点p0到所述基准区域arl的后端为止的距离r1的大小关系，基于下式(2a)或(2b)决定从基准点p0到实际设定的监视区域ar的后端为止的距离r2。

r+dx＞r1时，r2＝r1……(2a)

r+dx≤r1时，r2＝r+dx-bx……(2b)

上式(2b)中的bx是具有规定的正值的余量常数(bx＞0)。所述距离r、r1和所述余量常数bx的值预先存储保持在控制器30中。

所述基准点p0是所述回转体3上预先设定的点，可以任意地设定。例如，图1a所示地基准点p0设定在从上方看液压挖掘机1时回转体3的左右方向宽度的中心线上(图1a中为x轴上)。该基准点p0也可以设定在x轴方向上偏离所述回转轴cz的位置。

当r+dx＞r1时，从y轴方向看所述液压挖掘机1时，处于从所述回转体3的后端到所述周边地面gra为止的最短距离dx大于从所述回转体3的后端到基准区域ar1的后端为止的距离(＝r1-r)的状况。这种情况下，基于上式(2a)，从基准点p0到实际设定的监视区域ar的后端为止的距离r2被设定为与基准区域ar1中的距离r1相同的值。

而当r+dx≤r1时，从y轴方向看所述液压挖掘机1时，处于从所述回转体3的后端到所述周边地面gra为止的最短距离dx等于或小于从所述回转体3的后端到基准区域ar1的后端为止的距离(＝r1-r)的状况。这种情况下，基于上式(2b)，从所述基准点p0到实际设定的监视区域ar的后端为止的距离r2设定为从基准点p0到回转体3的后端为止的距离r加上比从所述回转体3的后端到周边地面gra为止的最短距离dx要小所述余量常数bx的值(＝dx-bx)后得到的值。换言之，从回转体3的后端到监视区域ar的后端为止的距离(＝r2-r)设定为比从回转体3的后端到周边地面gra为止的最短距离dx稍短的距离(＝dx-bx)。

所述绕y轴方向的相对倾斜角度θy是所述回转体3的后部远离所述周边地面gra的方向上的角度的情况下(回转体3的前部接近周边地面gra的方向上的角度的情况下)，所述区域设定部32将所述监视区域ar的所述距离r2设定为与所述基准区域ar1的距离r1相同的值。

无论在哪种情况下，从所述基准点p0到监视区域ar的前端为止的距离都被设定为与所述基准区域ar1中的距离r1相同。

所述区域设定部32如下地根据绕所述x轴方向的相对倾斜角度θx(推定值)来决定y轴方向上的监视区域ar的尺寸。如图4所示，绕所述x轴方向上的相对倾斜角度θx是所述回转体3的左右两侧部中的一个侧部例如右侧的侧部接近所述周边地面gra的方向上的角度的情况下，所述区域设定部32利用绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θx的推定值，计算出从所述x轴方向看所述液压挖掘机1时(投影到回转体坐标系的yz坐标平面上观察时)从所述回转体3的右端到所述周边地面gra为止的最短距离(y轴方向上的最短距离)dy。

本实施方式中，沿x轴方向看所述液压挖掘机1时(投影到回转体坐标系的yz坐标平面上观察时)的所述周边地面gra如图4所示，被视为从所述存在地面gr0的右端向相对于所述y轴方向倾斜与相对倾斜角度θx一致的角度的方向延伸的直线。

在这种情况下，上述最短距离dy可以通过下式(3)计算出。

dy＝h/tan(θx)……(3)

所述最短距离dy例如也可以基于绕所述x轴方向的相对倾斜角度θx的推定值，利用预先准备的数据表等获取到。

接着，所述区域设定部32根据从所述基准点p0到所述回转体3的右端为止的y轴方向上的距离s加上所述最短距离dy后得到的值(＝s+dy)与从所述基准点p0到所述基准区域ar1的右端为止的距离y1的大小关系，基于下式(4a)或(4b)决定从基准点p0到实际设定的监视区域ar的右端为止的距离y2。

s+dy＞y1时，y2＝y1……(4a)

s+dy≤y1时，y2＝s+dy-by……(4b)

上式(4b)中的by是具有规定的正值的余量常数(by＞0)。所述距离s、y1和所述余量常数的值预先存储保持在控制器30中。所述余量常数by的值可以是与上述式(2b)中的所述余量常数bx的值相同的值，也可以是不同的值。

s+dy＞y1的情况下，从x轴方向看所述液压挖掘机1时，处于从所述回转体3的右端到所述周边地面gra为止的最短距离dy大于从所述回转体3的右端到基准区域ar1的右端为止的距离的状况。这种情况下，基于上式(4a)，从基准点p0到实际设定的监视区域ar的右端为止的距离y2被设定为与基准区域ar1中的距离y1相同的值。

另一方面，在s+dy≤y1的情况下，从x轴方向看所述液压挖掘机1时，处于从所述回转体3的右端到所述周边地面gra为止的最短距离dy等于或小于从所述回转体3的右端到基准区域ar1的右端为止的距离的状况。这种情况下，基于上式(4b)，从所述基准点p0到实际设定的监视区域ar的右端为止的距离y2设定为从基准点p0到回转体3的右端为止的距离s加上比从所述回转体3的右端到周边地面gra为止的最短距离dy要小所述余量常数by的值(＝dy-by)后得到的值。换言之，从所述回转体3的右端到所述监视区域ar的右端为止的距离(＝y2-s)设定为比从所述回转体3的右端到所述周边地面gra为止的所述最小距离dy稍短的距离(＝dy-by)。

另一方面，从所述基准点p0到所述监视区域ar的左端为止的距离(y轴方向上的距离)被设定为所述基准区域ar1中的相应距离(本实施方式中距离y1)。

绕所述x轴方向上的相对倾斜角度θx是所述回转体3的左侧侧部接近所述周边地面gra的方向上的角度的情况下，所述区域设定部32与上述相同地基于式(4a)或(4b)设定从所述基准点p0到所述监视区域ar地左端为止的距离y2，并将从基准点p0到监视区域ar地右端为止地距离设定为与所述基准区域art中的相应距离y1相同的距离。

如上所述，所述区域设定部32根据绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θy来决定所述监视区域ar在x轴方向上的尺寸，并根据绕所述x轴方向上的相对倾斜角度θx来决定所述监视区域ar在y轴方向上的尺寸。即，区域设定部32将所述监视区域ar设定为具有基于所述相对倾斜角度θy、θx决定的尺寸的区域。

例如，在r+dx≤r1且s+dy＞y1的情况下，所述区域设定部32将所述监视区域ar设定为例如图5a所例示的形状的区域，而在r+dx＞r1且s+dy≤y1的情况下，所述区域设定部32将所述监视区域ar设定为例如图5b所例示的形状的区域。另外，在r+dx≤r1且s+dy≤y1的情况下，所述区域设定部32将所述监视区域ar设定为例如图5c所例示的形状的区域。

换言之，所述区域设定部32在液压挖掘机1处于若将所述监视区域ar设定为所述基准区域ar1则可以推定出该基准区域ar1会包含所述周边地面gra的状况的情况下，将该监视区域ar设定为对所述基准区域ar1进行了修正后的区域，以使所述监视区域ar不包含所述周边地面gra。具体而言，该监视区域ar被设定为从所述基准区域ar1去除了所述周边地面gra附近的部分后得到的形状的区域。

图5a所例示的监视区域ar具有圆弧状的后部，但该监视区域ar的具体形状并无限定。例如，所述监视区域ar的后部也可以是从所述基准区域ar1的后部切除到所述基准点p0的距离(x轴方向上的距离)大于r2的部分后得到的形状。这对于图5c所例示的监视区域ar也一样。

本实施方式中的最短距离dx、dy相当于本发明所述的最接近距离的推定值。

在所述回转体3相对于所述周边地面gra倾斜从而该回转体3的后部接近所述周边地面gra的状况下，所述回转体3的后端相当于作为机体的所述回转体3的外周面中离所述周边地面gra最近的部分即最接近部分，从该回转体3的后端到所述监视区域ar的后端为止的距离(＝dx-bx)相当于从该最接近部分到该监视区域ar的外周边界为止的距离即最接近距离。

另一方面，在所述回转体3相对于所述周边地面gra倾斜从而该回转体3的右侧(或左侧)的侧部接近所述周边地面gra的状况下，所述回转体3的右端(或左端)相当于作为机体的所述回转体3的外周面中离所述周边地面gra最近的部分即最接近部分，从该回转体3的右端(或左端)到所述监视区域ar的右端(或左端)为止的距离(＝dy-by)相当于从该最接近部分到所述监视区域ar的外周边界为止的距离即最接近距离。

另外，在所述回转体3相对于所述周边地面gra倾斜一定程度以上从而所述回转体3的后部接近所述周边地面gra的状况下所设定的所述不等式(2b)和在所述回转体3相对于所述周边地面gra倾斜从而所述回转体3的右侧或左侧的侧部接近所述周边地面gra的状况下所设定的所述不等式(4b)分别相当于推定条件，即用于推定所述监视区域ar包含所述周边地面gra的至少一部分的条件。

以上说明的本实施方式中，在所述监视区域ar即使设定为所述基准区域ar1也能够推定为不包含周边地面gra的状况下，该监视区域ar直接设定为该基准区域ar1。从而能够基于具有适合的尺寸和形状的监视区域ar，来检测所述回转体3周围的障碍物。

而在回转体3相对于周边地面gra的倾斜较大，所以所述监视区域ar设定为所述基准区域ar1时推定为会包含所述周边地面gra的至少一部分的状况下，监视区域ar设定为从所述基准区域ar1去除了所述周边地面gra附近的部分后得到的区域。从而能够防止障碍物检测部33将周边地面gra检测为障碍物，防止由此引起所述障碍物应对处理部34过度频繁地执行应对处理。

下面，参照图6和图7，说明本发明的第2实施方式。第2实施方式中，只有区域设定部32所进行的处理不同于上述第1实施方式。因此，以下的说明以该不同点为中心进行，与第1实施方式相同的事项将省略说明。

所述第1实施方式的区域设定部32设定监视区域ar，以使所述基准区域ar1中到所述回转体3的后端的距离(x轴方向上的距离)超过到所述周边地面gra为止的最短距离dx的部分、到所述回转体3的右端或左端的距离(y轴方向上的距离)超过到所述周边地面gra为止的最短距离dy的部分将存在于所述周边地面gra外侧(空中侧)的部分包括在内地不会被包含在所述监视区域ar中。

而第2实施方式的区域设定部32设定监视区域ar，以使所述基准区域ar1中存在于所述周边地面gra外侧(空中侧)的部分尽可能地包含在所述监视区域ar中。具体而言，第2实施方式的所述区域设定部32在绕所述x轴和y轴各轴的相对倾斜角度中的至少一方大于与所述第1实施方式的所述规定的阈值相同的阈值的情况下，根据绕所述y轴方向的相对倾斜角度θy的推定值，决定所述监视区域ar的后部的边界，并根据绕所述x轴方向的相对倾斜角度θx的推定值，决定所述监视区域ar的侧部的边界。

决定所述监视区域ar的后部的边界的处理例如如下进行。如图6所示，绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θy是所述回转体3的后部接近所述周边地面gra的方向上的角度，且所述不等式(2b)所规定的推定条件成立的情况下(即r+dx≤r1的情况下)，所述区域设定部32将从所述y轴方向看所述液压挖掘机1时(投影到回转体坐标系的zx坐标平面上观察时)所述监视区域ar的后部的边界线设定为从相当于所述周边地面gra的线向周边地面gra的外侧偏移一定量的线。

具体而言，所述区域设定部32在图6所示的例子中，将所述监视区域ar的后部的边界线设定为从相当于所述周边地面gra的线向所述x轴方向偏移所述余量常数bx的线lc。该线lc(以下也称为边界线lc)在以所述基准点p0作为回转体坐标系的原点的情况下，在该回转体坐标系的zx坐标系面上用下式(5)来表示。

z＝(x-r2)·tan(θy)+z0……(5)

式(5)中，r2是上述式(2b)计算出的值。z0是回转体3的下端面(z轴方向上的下端面)的z轴坐标位置，预先存储保持在控制器30中。

所述区域设定部32将从所述y轴方向看到的监视区域ar设定为所述基准区域ar1中满足所述不等式(6)的区域。

z≥(x-r2)·tan(θy)+z0……(6)

在绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θy是所述回转体3的后部接近所述周边地面gra的方向上的角度且所述不等式(2b)所规定的推定条件不成立的情况下(即r+dx＞r1的情况下)、或者绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θy是所述回转体3的后部远离所述周边地面gra的方向上的角度的情况下，所述区域设定部32与所述第1实施方式相同地将从y轴方向看到的监视区域ar设定为与所述基准区域ar1同等的区域。

另外如图7所示，绕所述x轴方向上的相对倾斜角度θx是所述回转体3的左右两侧部中的例如右侧的侧部接近周边地面gra的方向上的角度且所述不等式(4b)所规定推定条件成立的情况下(即s+dy≤y1的情况下)，所述区域设定部32将从所述x轴方向看所述液压挖掘机1时(投影到回转体坐标系的yz坐标平面上观察时)所述监视区域ar的右侧部的边界线设定为从相当于所述周边地面gra的线向所述周边地面gra的外侧偏移了一定量的线。

具体而言，在图7所示的例子中，所述区域设定部32将所述监视区域ar的右侧部的边界线设定为从相当于所述周边地面gra的线向所述y轴方向偏移所述余量常数by的线ld。该线ld(以下也称为边界线ld)在所示回转体坐标系(以所述基准点p0为原点的回转体坐标系)的yz坐标系面上用下式(7)来表示。

z＝(y-y2)·tan(θx)+z0……(7)

该式(7)中，y2是根据上述式(4b)计算出值，z0与式(5)中相同，是所述回转体3的下端面(z轴方向上的下端面)的z轴坐标位置。

所述区域设定部32将从所述x轴方向看到的监视区域ar设定为所述基准区域ar1中满足所述不等式(8)的区域。

z≥(y-y2)·tan(θx)+z0……(8)

在绕所述x轴方向上的相对倾斜角度θx是所述回转体3的左侧的侧部接近周边地面gra的方向上的角度且所述不等式(4b)所规定推定条件成立的情况下(即s+dy≤y1的情况下)，所述区域设定部32也与上述情况相同地设定从所述x轴方向看到的监视区域ar。

在所述回转体3相对于所述周边地面gra向左或向右倾斜情况下所述不等式(4b)所规定的推定条件仍然不成立时(即s+dx＞y1时)所述区域设定部32与所述第1实施方式相同地将从y轴方向看到的监视区域ar设定为与所述基准区域ar1同等。

第2实施方式的区域设定部32如上所述地在推定为所述基准区域ar1中包含所述周边地面gra的情况下，根据绕所述y轴方向上的相对倾斜角度θy来决定从所述y轴方向看到地监视区域ar的后部的边界线lc，并根据绕所述x轴方向上的相对倾斜角度θx来决定从所述x轴方向看到的监视区域ar的侧部的边界线ld。这些边界线lc、ld是从周边地面gra偏移规定量且与该周边地面gra平行的直线。

然后，所述区域设定部32将所述基准区域ar1中所述边界线lc、ld上侧的区域设定为所述监视区域ar。例如，在r+dx≤r1且s+dy＞y1的情况下，所述区域设定部32将所述监视区域ar设定为所述基准区域ar1中满足不等式(6)所规定的条件的区域，而在r+dx＞r1且s+dy≤y1的情况下，所述区域设定部32将所述监视区域ar设定为所述基准区域ar1中满足不等式(6)所规定的条件的区域。另外，在r+dx≤r1且s+dy≤y1的情况下，所述区域设定部32将所述监视区域ar设定为所述基准区域ar1中满足所述不等式(6)和(8)双方的区域。

因而，所述监视区域ar设定为该监视区域ar中从所述y轴方向和x轴方向各个方向看到的周边地面gra附近的部分具有与从所述基准区域ar1去除了与所述周边地面gra重叠的区域(进入周边地面gra内侧的区域)的形状相近似的形状。

所述余量常数bx、by若设定为足够小的值，则也能够设定所述监视区域ar，以使从所述y轴方向和x轴方向各个方向看到的监视区域ar中的周边地面gra附近的部分具有与从所述基准区域ar1去除了与所述周边地面gra重叠的区域(进入周边地面gra内侧的区域)的形状基本一致的形状。

本发明的第2实施方式除了以上说明的事项以外，与所述第1实施方式相同，能够实现与所述第1实施方式相同的效果。而且，在该第2实施方式中，在所述监视区域ar设定为所述基准区域ar1时推定为会包含所述周边地面gra的情况下，能够设定该监视区域ar，以使该监视区域ar不包含所述周边地面gra且尽可能地包含所述基准区域ar1中周边地面gra外侧的部分。

从而，能够防止所述障碍物检测部33将所述周边地面gra检测为障碍物，还能与设定基准区域ar1作为监视区域ar的情况相同地检测到并不是周边地面gra的实际障碍物。因此，能够有效地抑制障碍物的漏检。

下面，说明本发明的第3实施方式。第3实施方式中，只有倾斜信息获取部31所进行的处理不同于上述第1实施方式或第2实施方式。因此，以下的说明以该不同点为中心进行，与第1实施方式或第2实施方式相同的事项将省略说明。

本第3实施方式的倾斜信息获取部31构成为即使所述工作环境地面的倾斜角度存在偏差，也能够获取表示所述液压挖掘机1相对于周边地面gra的相对倾斜状态的倾斜信息即相对倾斜角度的推定值。

具体而言，本实施方式的所述倾斜信息获取部31在所述行走体2在其行走动作中例如每移动规定的单位距离时，针对所述回转体3当前倾斜角度，获取所述倾斜传感器21生成的倾斜检测信号中包含的检测数据，针对所述回转体3当前回转角度，获取所述回转角度传感器22生成的检测数据，并获取所述行走体2当前的行进方向的检测数据，将这些检测数据组合按照时间序列进行存储保持。所述行走体2当前的行进方向可以用例如gnns(globalnavigationsatellitesystem)的接收信号等检测出。

所述倾斜信息获取部31基于倾斜角度、回转角度和行进方向的新获取的检测数据和上一次获取的检测数据(或过去多次的检测数据)，计算所述回转体3的倾斜角度变化量的推定值，并将其作为所述相对倾斜角度的推定值而获取。所述倾斜角度变化量是所述行走体2当前位置正前方的移动路径上的变化量，是对应于回转体3当前的回转角度在回转体坐标系上的变化量。

本第3实施方式除了以上说明的事项以外，与所述第1实施方式或第2实施方式相同。根据本第3实施方式，能够实现与所述第1实施方式或第2实施方式相同的效果。而且，即使在所述液压挖掘机1的工作环境的地面即工作环境地面的倾斜角度有偏差的情况下，也能够高可靠度地推定所述回转体3相对于所述周边地面gra的相对倾斜角度。从而，能够设定适合所述工作环境地面的实际形状的监视区域ar。

下面，参照图8，说明本发明的第4实施方式。第4实施方式中，只有倾斜信息获取部31所进行的处理不同于上述第1实施方式或第2实施方式。因此，以下的说明以该不同点为中心进行，与第1实施方式或第2实施方式相同的事项将省略说明。

本实施方式的液压挖掘机1如图8所示，搭载有gnss接收机24来代替所述倾斜传感器21。该gnss接收机4接收表示液压挖掘机1的位置和移动速度的gnns信号，并将其输入至控制器30。

所述控制器30的所述倾斜信息获取部31包括地形数据存储部31a，存储并保持所述工作环境地面的地形的三维数据即地形数据。所述地形数据也可以随时从液压挖掘机10外部的服务器等下载到所述控制器30。

所述倾斜信息获取部31基于每隔规定的运算处理周期从所述gnss接收机24输入的gnns信号，确定所述液压挖掘机1的当前位置和行走体2的行进方向(行走体2的方向)，基于该当前位置和行进方向、上述地形数据、回转体3当前的回转角度的检测值，推定当前位置上回转体3相对于所述液压挖掘机1的周边地面gra的相对倾斜角度(对应于回转体3当前的回转角度的回转体坐标系上看到相对倾斜角度)。

该第4实施方式，除了上述说明的事项以外，与所述第1实施方式或第2实施方式相同。因此，根据该第4实施方式，能够实现与所述第1实施方式或第2实施方式相同的效果。另外，无论所述液压挖掘机1的动作环境的地形如何，都能够以较高的可靠性推定所述回转体3相对于液压挖掘机1在任意位置时的周边地面gra的相对倾斜角度。由此，能够设定适合于动作环境地面的实际形状的监视区域ar。

以上说明的第1～第4实施方式中，整个回转体3在回转轴cz的方向上投影到地面上而成的区域被视为液压挖掘机1的存在区域，但并不局限于此。例如，也可以将整个回转体3在回转轴cz的方向上投影到地面上而成的区域或者整个回转体3和行走体2在回转轴cz的方向上投影到地面上而成区域视为液压挖掘机1的存在区域。

以上说明的第1～第4实施方式中，在y轴方向和x轴方向上分别观察液压挖掘机1时的监视区域ar的尺寸和边界是在该方向上各自决定的，但并不局限于此。例如，也可以根据相对倾斜角度的推定值来确定与在回转体坐标系上看到的周边地面gra相似的三维平面，在该三维平面被包含于基准区域ar1的空间区域(三维区域)中时，使该三维平面不包含在监视区域ar的空间区域(三维区域)中地来决定该监视区域ar的空间形状和尺寸。

本发明所适用的工程机械并不局限于液压挖掘机。本发明广泛适用于对位于机体周围的障碍物的检测所需要的各种工程机械。另外，本发明所使用的工程机械的机体，也可以是相对于该工程机械的行走体不回转的机体。例如为机体固定在行走体的框架上的机械。

所述第1～第4实施方式中，作为用于检测机体周围的物体的物体检测器而在液压挖掘机1(工程机械)搭载有多个障碍物检测用传感器23，像这样的物体检测器也可以是设置在工程机械外部的照相机等外部传感器。

另外，所述控制器30的中is好一部的处理也可以利用设置在所述液压挖掘机1(工程机械)外部的外部计算机等来执行。

如上所述，本发明提供一种障碍物检测装置，检测存在于工程机械的机体周围的障碍物并根据检测结果执行应对处理，并且能够将该工程机械相对于周边地面的倾斜状态考虑在内地进行准确的检测。本发明提供的工程机械的障碍物检测装置，用于检测存在于工程机械的机体周围的障碍物并根据其检测结果执行应对处理，包括：倾斜信息获取部，获取作为所述机体相对于周边地面的相对倾斜状态的信息的倾斜信息，其中，周边地面是存在于存在地面的周围的地面，存在地面是在其上存在有所述工程机械的地面；区域设定部，在所述机体的周围设定监视区域；障碍物检测部，检测存在于所述监视区域内的障碍物；以及，应对处理部，在所述障碍物检测器检测出所述障碍物时执行预先设定的应对处理，其中，所述区域设定部根据所述倾斜信息来变更所述监视区域。

所述障碍物检测装置的所述区域设定部根据所述倾斜信息来变更所述监视区域，从而能够将所述监视区域设定为抑制所述监视区域将所述周边地面包含在内。换而言之，在使所述周边地面中的所述监视区域中所包含的部分减少的方向上，根据所述倾斜信息来变更所述监视区域。像这样的监视区域的变更，能够抑制所述障碍物检测部将所述周边地面检测为障碍物，从而抑制所述应对处理的过度执行。换而言之，所述区域设定部能够将该工程机械相对于周边地面的倾斜状态考虑在内地适当地设定用于检测所述工程机械的机体的周围所存在的障碍物的所述监视区域。

较为理想的是，所述区域设定部：在通过所述倾斜信息表示所述机体相对于所述周边地面未发生倾斜的第一状况下，将所述监视区域设定为预先设定的基准区域，在通过所述倾斜信息表示所述机体相对于所述周边地面倾斜一定程度以上的第二状况下，如果规定的推定条件成立，则将所述监视区域变更为从所述基准区域去除了所述周边地面附近的部分后的区域即不包含所述周边地面的区域，如果所述推定条件不成立，则将所述监视区域设定为所述基准区域，其中，规定的推定条件是指在将所述监视区域设定为所述基准区域时推定该监视区域包含所述周边地面的至少一部分。

所述区域设定部，在所述第二状况下，如果所述推定条件成立，则将所述监视区域设定为从所述基准区域去除了所述周边地面附近的部分后的区域，由此，无论所述工程机械相对于所述周边地面的倾斜如何，都能够防止所述监视区域包含所述周边地面。由此，能够防止所述障碍物检测部将所述周边地面检测为障碍物，从而能够适当地防止由此引起所述应对处理部过度频繁地执行所述应对处理。另一方面，所述监视区域中，通过使所述监视区域中的所述周边地面附近的部分以外的区域与所述基准区域一致，能够确保用于检测障碍物的适合的区域。

较为理想的是，所述区域设定部，在所述第二状况下所述推定条件成立时，推定作为从所述机体的外周面中离所述周边地面最近的部分即最接近部分到所述周边地面为止的距离的最接近距离，以使从该最接近部分到所述监视区域的外周边界为止的距离小于所述最接近距离的推定值的方式设定所述监视区域。

像这样的监视区域的设定，能够以较高的可靠度防止该监视区域包含所述周边地面。

所述最接近部分既可以是所述机体的外周面中在空间位置关系上离所述周边地面最近的部分，也可以是在从所述机体周围的特定方向观察该机体时(投影在与该特定方向正交的平面上时观察时)与所述周边地面最近的部分。

较为理想的是，所述区域设定部，在所述第二状况下所述推定条件成立时，以使所述监视区域的所述周边地面附近的部分具有与从所述基准区域去除了与所述周边地面重叠的区域后得到形状一致或近似的形状的方式设定所述监视区域。由此，尽可能地抑制所述基准区域中的从所述监视区域除外的部分，从而防止周边地面被检测为障碍物，并且确保用于适当地检测所述机体周围的障碍物(周边地面以外的本来的障碍物)的监视区域为较大。

较为理想的是，所述倾斜信息获取部，基于搭载于所述工程机械上的倾斜传感器所生成的倾斜检测信号来获取所述倾斜信息，所述倾斜传感器被搭载成能够检测所述机体绕不同的2个轴的倾斜角度。由此，利用所述倾斜传感器，能够容易地获得适合于适当地检测所述障碍物的所述倾斜信息。

所述倾斜信息获取部，或者也可以构成为获取作为有关所述工程机械的工作环境的地形的数据的地形数据以及作为有关所述工程机械的位置的信息的位置信息，至少基于该地形数据和位置信息来获取所述倾斜信息。由此，无论所述工程机械的位置如何，都能够利用所述地形数据获得适当的所述倾斜信息。