JP2001123477A

JP2001123477A - 自動運転システム

Info

Publication number: JP2001123477A
Application number: JP30721599A
Authority: JP
Inventors: Hideto Ishibashi; 英人石橋; Toru Kurenuma; 榑沼　　透; Yoshiyuki Nagano; 好幸永野; Akira Hashimoto; 昭橋本; Hajime Yasuda; 元安田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2001-05-08

Abstract

(57)【要約】【課題】自動運転システムに異常が発生した場合に
は、簡便な方法で速やかに現場管理者等に異常を知らせ
る。【解決手段】ショベルと、該ショベルに設けられ、教
示操作により当該ショベルの複数の作業位置を記憶する
と共に、再生操作により記憶した前記複数の作業位置に
基づいて一連の再生動作を繰り返し行う自動運転コント
ローラ６から構成される自動運転システムにおいて、前
記自動運転システムは、当該自動運転システムの異常状
態を検出する異常検出手段６０６，６０７，６０８，
８，９，６１０と、携帯者へ報知するための報知手段を
有する携帯型受信装置７とを備え、前記異常検出手段に
より異常状態が検出された場合には、前記携帯型受信装
置に信号を送信し、前記携帯者に異常を報知することを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動運転ショベル
等の自動運転システムに係わり、特に、自動運転システ
ムの異常を検出した場合に、現場管理者等に異常を知ら
せる機能を備えた自動運転システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、掘削・積み込み作業を自動化する
システムとしては、例えば、特開平９−１９５３２１号
公報に示すものが知られている。これは、ブルドーザに
よって集めた土石の掘削・積み込みを自動的に行うショ
ベルと、このショベルによって積み込まれた土石を破砕
して砕石を生成するクラッシヤとを具備しており、ブル
ドーザに乗車したオペレータが１人で砕石を生成できる
システムとなっている。

【０００３】また、特開平１０−２１２７４０号公報に
は、ショベルに、プログラムによりショベルを自動的に
動作させる指令を出力するコントローラを設けると共
に、掘削開始位置および放土位置を教示して記憶してお
くことにより、コントローラからの指令により自動的に
掘削および放土の作業を行わせるシステムが記載されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
に示すような掘削・積み込み作業を自動化するシステム
では、システムに何らかの異常が発生した場合には、速
やか現場管理者等に知らせ、対処を促す必要があるが、
上記に示すような従来技術の自動化システムでは、現場
管理者等への異常通知については特に考慮されていない
ため、現場管理者等が気付かないまま、自動化システム
に異常が発生した状態を継続してしまうという問題があ
り、このような状態を放置しておくと、より一層のシス
テムの悪化を招き、さらには作業効率の低下招くという
問題がある。

【０００５】本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、
自動運転システムにおいて異常を検出した場合には、携
帯型受信装置により現場管理者等に速やかにシステムの
異常状態を知らせることのできる自動運転システムを提
供し、システムの安全性および作業効率を向上させるこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
達成するために、次のような手段を採用した。

【０００７】第１の手段は、ショベルと、該ショベルに
設けられ、教示操作により当該ショベルの複数の作業位
置を記憶すると共に、再生操作により記憶した前記複数
の作業位置に基づいて一連の再生動作を繰り返し行う自
動運転コントローラから構成される自動運転システムに
おいて、前記自動運転システムは、当該自動運転システ
ムの異常状態を検出する異常検出手段と、携帯者へ報知
するための報知手段を有する携帯型受信装置とを備え、
前記異常検出手段により異常状態が検出された場合に
は、前記携帯型受信装置に信号を送信し、前記携帯者に
異常を報知することを特徴とする。

【０００８】第２の手段は、ショベルと、該ショベルに
設けられ、教示操作により当該ショベルの複数の作業位
置を記憶すると共に、再生操作により記憶した前記複数
の作業位置に基づいて一連の再生動作を繰り返し行う自
動運転コントローラから構成される自動運転システムに
おいて、前記自動運転システムは、当該自動運転システ
ムの異常状態を検出する異常検出手段と、ショベルのエ
ンジン操作および再生操作を行うために任意の場所に設
置された操作ボックスと、携帯者へ報知するための報知
手段を有する携帯型受信装置とを備え、前記異常検出手
段により異常状態が検出された場合には、前記操作ボッ
クスに備えられる通信手段を介して、前記携帯型受信装
置に信号を送信し、前記携帯者に異常を報知することを
特徴とする。

【０００９】第３の手段は、第１の手段ないし第２の手
段のいずれか１つの手段において、前記異常検出手段
は、前記自動運転コントローラ内異常検出部、駆動系異
常検出部、および本体パネル系異常検出部において検出
された異常信号の種類や大きさを判定して前記信号を出
力することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
１乃至図４を用いて説明する。

【００１１】図１は、本実施形態に係わる自動運転ショ
ベルおよびその作業形態を示す図である。

【００１２】同図において、１はストックヤード２に貯
留された土石を掘削して、後述するクラッシヤ３に積み
込むショベル、３はショベル１によって積み込まれた土
石を破砕して、砕石４を生成するクラッシヤ、５はショ
ベル１の自動運転を行うための各種の操作を行うのに適
した任意の場所に設置された操作ボックスである。

【００１３】ショベル１は、自動運転を行うための自動
運転コントローラ６と、走行体１０と、走行体１０上に
旋回可能に設けられた旋回体１１と、旋回体１１に回動
可能に設けられたブーム１２と、ブーム１２の先端に回
動可能に設けられたアーム１３と、アーム１３の先端に
回動可能に設けられたバケット１４と、旋回体１１，ブ
ーム１２，アーム１３およびバケツト１４とをそれぞれ
回動動作するための旋回モータ１１０（図示せず），シ
リンダ１２０，１３０，１４０と、旋回体１１に設けら
れた運転室１５と、操作ボックス５との間で信号の送受
信を行うアンテナ１５０と、ショベル１の教示操作等を
行う操作パネル１６とから構成されている。

【００１４】また、ショベル１には、旋回体１１の旋回
角を検出する角度センサ１１１と、旋回体１１とブーム
１２との回動角を検出する角度センサ１１２と、ブーム
１２とアーム１３の回動角を検出する角度センサ１１３
と、アーム１３とバケット１４との回動角を検出する角
度センサ１１４と、図示されていない、旋回モータ１１
０の圧力を検出する圧力センサ１６０と、ブームシリン
ダ１２０の圧力を検出する圧力センサ１６１と、アーム
シリンダ１３０の圧力を検出する圧力センサ１６２と、
バケットシリンダ１４０の圧力を検出する圧力センサ１
６３とが設けられており、コントローラスイッチ１７が
０Ｎされると自動運転モードに移行し、自動運転コント
ローラ６によってショベル１の自動運転が行われる。

【００１５】また、クラッシヤ３には、走行体３０と、
ホッパ３１と、砕石部３２と、コンベア３３とから構成
されている。

【００１６】また、操作ボックス５には、ショベル１の
自動運転の運転停止ボタン５００と、運転開始ボタン５
０１と、待機位置ボタン５０２と、非常停止ボタン５０
３と、ショベル１のエンジンを始動させるＳＴＡＲＴボ
タン５０４と、エンジンを停止させるＳＴＯＰボタン５
０５と、エンジン回転数を上げるＵＰボタン５０６と、
エンジン回転数を下げるＤＯＷＮボタン５０７とが設け
られ、ショベル１のアンテナ１５０との間で信号の送受
信を行うアンテナ５１と、後述する携帯型受信装置７に
信号を送信するためのアンテナ５２とを備えている。

【００１７】次に、本実施形態に係る自動運転ショベル
の制御機構を、図２に示すブロック図を用いて説明す
る。なお、図２において、図１に示す符号と同一符号は
同一箇所を示す。

【００１８】同図において、７は作業管理者等によって
携帯される携帯型受信装置、５０８は操作ボックス５の
再生操作部およびエンジン操作部に設けられる各操作ボ
タン５００〜５０７からの入力により所定のコマンドを
発生する遠隔操作コントローラ、１８および５０９は自
動運転コントローラ６と遠隔操作コントローラ５０８間
のコマンドの送受信を行うための無線装置、５１０は携
帯型受信装置７を作動させるための信号を送信する送信
装置である。ここで、携帯型受信装置７は、少なくと
も、送信装置５１０からの信号を受信すると、鳴動もし
くは振動またはその他の報知手段により携帯型受信装置
７の携帯者に信号の着信を知らせるものである。

【００１９】なお、本実施形態では、ショベル１からの
信号をより確実に送信すために、携帯型受信装置７への
信号の送信は操作ボックス５を介して行うようにしてい
るが、場合によっては操作ボックス５を介さずに直接シ
ョベル１から携帯型受信装置７に送信するように構成し
てもよい。さらにまた、作業現場に管理部所がある場合
には、管理部所の受信装置に同時に送信するようにして
もよい。

【００２０】また、１９は自動運転コントローラ６から
出力される駆動電流によって駆動される比例電磁弁、２
０は比例電磁弁１９から出力される油圧信号により制御
され、各アクチュエータ１１０，１２０，１３０，１４
０に流入する油量または油圧を制御するコントロールバ
ルブである。

【００２１】また、８はショベル１が備える図示してい
ない油圧ポンプの圧力低下等の駆動系の異常状態を知ら
せ、後述する異常判定処理部６１０に異常信号を送出す
る駆動系異常検出部、９は運転室１５内の図示されてい
ないモニタパネル等に表示されるエンジンオイルレベ
ル、冷却水レベル、作動油レベル、オーバーヒート、燃
料残量等の異常状態を知らせ、後述する異常判定処理部
６１０に異常信号を送出する本体パネル系異常検出部で
ある。

【００２２】自動運転コントローラ６は、操作パネル１
６からの操作によりショベル１の現在位置を教示位置と
して後述する教示位置格納部６０１に格納する教示処理
部６００と、教示処理部６００によって自動運転時の教
示位置データを格納する教示位置格納部６０１と、遠隔
操作コントローラ５０８からのコマンド受信および送信
装置５１０を動作させるためのコマンド送信を行うコマ
ンド送受信部６０２と、受信したコマンドに応じた再生
処理を行うための再生処理部６０３と、再生動作を順次
実行するための再生コマンドが格納されている再生コマ
ンド格納部６０４と、再生処理部６０３からの指令によ
り再生コマンド格納部６０４に格納されている再生コマ
ンドを解釈して、教示位置格納部６０１から所定の教示
位置データの出力を指令するコマンドインタプリタ部６
０５と、コマンドインタプリタ部６０５からの指令によ
り、教示位置格納部６０１に格納されている教示値デー
タを出力する教示位置出力部６０６と、ショベル１が円
滑に動作するように、教示位置出力部６０６から出力さ
れる教示位置データから演算によって補間された位置デ
ータを作成して出力するサーボ前処理部６０７と、サー
ボ前処理部６０７から出力された位置データと位置圧力
演算部６０９からの現在位置および現在圧力データとを
対比してショベル１を所定の位置に制御するための駆動
電流を比例電磁弁１９に出力するサーボ制御部６０８
と、角度センサ１１１〜１１４および圧力センサ１６０
〜１６３の計測データに基づいてショベル１の現在位置
および現在圧力を演算する位置圧力演算部６０９と、教
示位置出力部６０６，サーボ前処理部６０７，サーボ制
御部６０８，駆動系異常検出部８，およびショベル本体
パネル系異常検出部９から出力される異常信号を入力し
て異常信号の種類や大きさ等に応じて異常判定処理を行
う異常判定処理部６１０から構成されている。

【００２３】図３は、図２に示す教示位置格納部６０１
に格納される教示位置データの一例を示す図である。

【００２４】同図において、Ｐ１〜Ｐｎは、後述する図
４に示すＭＯＶＥコマンドのラベルＰ１〜Ｐｎに対応し
ており、各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応するショベル１の各
関節がとるべき旋回角度、ブーム角度、アーム角度およ
びバケット角度が設定されている。

【００２５】図４は、図２に示す再生コマンド格納部６
０４に格納されている再生コマンドの一例を示す図であ
る。

【００２６】同図において、Ｌ１は行ラベルを示す。

【００２７】Ｖは各教示位置への移動速度を指定するコ
マンドであり、数値が大きいほど移動速度が高速である
ことを示し、最高速度を１００とした時の割合（％）で
表される。

【００２８】ＰＡＣはショベル１の再生動作時における
各教示位置への到達度を決める位置決め精度を指定する
コマンドであり、これは、教示された全ての教示位置へ
の移動を完全に再現させることは容易でないことから、
この数値に示すような位置決め精度内に到達したなら
ば、ショベル１は当該教示位置に到達したものと判定す
るために使用される。この数値が大きいほど高精度に再
生動作することが要求され、結果として、ショベル１は
各教示位置で減速または停止するように動作する。ま
た、数値が小さい場合は位置決めが緩くなり、ショベル
１は各教示位置を滑らかに移動するように動作する。

【００２９】ＭＯＶＥは指定された教示位置への移動を
指令するコマンドであり、Ｐ１〜ＰｎはＭＯＶＥコマン
ドの各関節の角度情報を示すラベルである。例えば、Ｍ
ＯＶＥＰ１は、教示位置格納部６０１に格納されてい
る教示位置データにおいて、図３に示す位置Ｎｏ．Ｐ１
に移動すべきことを示す。

【００３０】また、ＧＯＴＯＬ１は行ラベルＬ１から
再び実行を開始することを指示するコマンドである。

【００３１】次に、本実施形態に係る自動運転ショベル
の自動運転動作および異常状態検出処理を図２を用いて
説明する。

【００３２】自動運転は、最初にショベル１のエンジン
が始動されている状態でコントローラスイッチ１７をＯ
Ｎすることにより自動運転モードとなる。因みに、コン
トローラスイッチ１７がＯＦＦの場合は通常の手動操作
が可能となる手動操作モードとなる。

【００３３】教示は、操作パネル１６上に表示される指
示に従って、自動運転に必要な教示操作によって行われ
る。ここでは教示操作によって掘削位置、放土位置およ
び待機位置の各位置を教示する。掘削位置およひ放土位
置は、それぞれショベル１がストックヤード２に貯留さ
れた土石を掘削するための位置およびクラッシヤ３のホ
ッパ３１へ掘削した土石を放土するための位置である。
また、待機位置は、自動運転終了時等に、オペレータが
ショベル１への乗降を行うための位置であり、待機位置
ボタン５０２を押すことによりショベル１は繰り返し動
作を中断し、待機位置へと移動する。上記の教示操作の
際、その操作に従って各角度センサ１１１〜１１４から
の検出値を入力して演算し、教示位置格納部６０１に教
示位置データとして記憶する。以上の教示操作が終了す
ると、再生操作を行うことにより自動運転が実行され
る。

【００３４】再生動作は、操作ボックス５の再生操作部
から運転開始ボタン５０１を押すことによって、遠隔操
作コントローラ５０８において生成された所定のコマン
ド信号が、無線装置５０９、１８、コマンド送受信部６
０２、および再生処理部６０３を介してコマンドインタ
プリタ部６０５に出力される。コマンドインタプリタ部
６０５は指令を受けると再生コマンド格納部６０４に格
納されている再生コマンドをシーケンシャルに読み出し
て解釈し、図４に示すように、コマンドがＭＯＶＥコマ
ンドの場合は、各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応する教示位置
データを、教示位置格納部６０１から教示位置出力部６
０６によって出力させる。出力された教示位置データは
サーボ前処理部６０７に入力され、ショベル１が円滑に
動作するように補間された位置データが演算により作成
される。この補間された位置データはサーボ制御部６０
８に入力される。一方、位置圧力演算部６０９は角度セ
ンサ１１１〜１１４および圧力センサ１６０〜１６３に
より検出されたセンサ信号を演算して、ショベル１の現
在位置および現在圧力を得、サーボ制御部６０８に入力
する。これによりサーボ制御部６０８は、目標となる補
間された位置データと検出した現在位置データおよび現
在圧力データに基づいて所定のサーボ制御を行い、比例
電磁弁１９に駆動信号出力し、ショベル１の再生動作を
行う。

【００３５】再生動作時において、異常判定処理部６１
０は、教示位置出力部６０６、サーボ前処理部６０７、
サーボ制御部６０８等の自動運転コントローラ内異常検
出部から出力される異常信号や、駆動系異常検出部８お
よびショベル本体パネル系異常検出部９から出力される
異常信号を監視しており、異常信号が入力され異常状態
であると判定された場合には、サーボ制御部６０８およ
びコマンドインタプリタ部６０５に異常停止指令を出カ
する。また、サーボ制御部６０８は異常停止指令を受信
すると、比例電磁弁１９への駆動信号の出力を停止する
ことにより、ショベル１の再生動作を停止させ、また、
コマンドインタプリタ部６０５は、異常判定処理部６１
０からの異常停止指令を受けると、教示位置出力部６０
６に教示位置データの出力を停止するよう指令を出すと
共に、再生処理部６０３、コマンド送受信部６０２、無
線装置１８，５０９を介して遠隔操作コントローラ５０
８へ異常停止信号を出力する。遠隔操作コントローラ５
０８は異常停止信号を受信すると、送信装置５１０へ信
号送信指令を出力し、アンテナ５２を介して携型受信装
置７に信号を送信する。現場管理者等が携帯する携帯型
受信装置７は信号を受信すると、鳴動しくは振動等の報
知手段により自動運転システムに異常があることを知ら
せる。

【００３６】なお、本実施形態では、異常停止に係わる
ような異常状態の発生時に現場管理者等が携帯する携帯
型受信装置７に送信する場合について説明したが、異常
停止に至らないような異常状態の発生時も送信するよう
にしてもよい。また、異常状態の種類や異常状態のレベ
ルに応じて携帯型受信装置の報知手段への報知形態を異
ならせるようにしてもよい。

【００３７】

【発明の効果】本願請求項１に記載の発明によれば、自
動運転システムに異常状態が検出された場合には、携帯
型受信装置に信号を送信し携帯者に報知させることがで
きるので、携帯型受信装置を携帯する現場管理者等は、
速やかに異常を知ることができ、異常発生時の対応が迅
速に行え、自動運転システムの異常状態の継続が防止さ
れ、自動運転システムの安全性および作業効率を向上さ
せることができる。

【００３８】また、オペレータ等がこの携帯型受信装置
を携帯することにより、自動運転システムの異常を速や
かに知って即座に対応することができるので、自動運転
中も他の作業に安心して専念することができる。

【００３９】本願請求項２に記載の発明によれば、本願
請求項１に記載の発明の効果に加えて、携帯型受信装置
は操作ボックスを介して異常時発生時の信号を受信する
ので、自動運転システム本体から直接受信する場合に比
べてより確実に信号を受信することができる。

【００４０】本願請求項３に記載の発明によれば、当該
自動運転システムに係わる全ての異常状態を監視するこ
とができ、また、検出された異常状態の種類や大きさに
応じて異常信号を送信するようにしたので、携帯型受信
装置の携帯者は異常状態のレベルを容易に把握すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る自動運転ショベルお
よびその作業形態を示す図である。

【図２】本実施形態に係る自動運転ショベルの制御機構
を示すブロック図である。

【図３】図２に示す教示位置格納部６０１に格納される
教示位置データの一例を示す図である。

【図４】図２に示す再生コマンド格納部６０４に格納さ
れる再生コマンドの一例を示す図である。

【符号の説明】

１油圧ショベル３クラッシヤ５操作ボックス６自動運転コントローラ７携帯型受信装置１６操作パネル１７コントローラスイッチ１８無線装置１１１〜１１４角度センサ５００運転停止ボタン５０１運転開始ボタン５０２待機位置ボタン５０３非常停止ボタン５０８遠隔操作コントローラ５０９無線装置５１０送信装置６００教示処理部６０１教示位置格納部６０２コマンド送受信部６０３再生処理部６０４再生コマンド格納部６０５コマンドインタプリタ部６０６教示位置出力部６０７サーボ前処理部６０８サーボ制御部６０９位置圧力演算部６１０異常判定処理部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｇ０５Ｂ 23/02 ３０１Ｇ０５Ｂ 23/02 ３０１Ｘ (72)発明者永野好幸茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者橋本昭茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者安田元茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内Ｆターム(参考） 2D003 AA01 BA03 BA04 BA06 BA07 BB07 CA02 DA04 DB04 FA02 2D015 HA03 3D037 FA19 FB09 5H209 AA17 BB08 CC01 CC11 DD20 GG04 HH02 HH04 5H223 AA17 BB05 CC01 DD01 EE30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ショベルと、該ショベルに設けられ、教
示操作により当該ショベルの複数の作業位置を記憶する
と共に、再生操作により記憶した前記複数の作業位置に
基づいて一連の再生動作を繰り返し行う自動運転コント
ローラから構成される自動運転システムにおいて、前記自動運転システムは、当該自動運転システムの異常
状態を検出する異常検出手段と、携帯者へ報知するため
の報知手段を有する携帯型受信装置とを備え、前記異常
検出手段により異常状態が検出された場合には、前記携
帯型受信装置に信号を送信し、前記携帯者に異常を報知
することを特徴とする自動運転システム。
【請求項２】ショベルと、該ショベルに設けられ、教
示操作により当該ショベルの複数の作業位置を記憶する
と共に、再生操作により記憶した前記複数の作業位置に
基づいて一連の再生動作を繰り返し行う自動運転コント
ローラから構成される自動運転システムにおいて、前記自動運転システムは、当該自動運転システムの異常
状態を検出する異常検出手段と、ショベルのエンジン操
作および再生操作を行うために任意の場所に設置された
操作ボックスと、携帯者へ報知するための報知手段を有
する携帯型受信装置とを備え、前記異常検出手段により
異常状態が検出された場合には、前記操作ボックスに備
えられる通信手段を介して、前記携帯型受信装置に信号
を送信し、前記携帯者に異常を報知することを特徴とす
る自動運転システム。
【請求項３】請求項１ないし請求項２のいずれか１つ
の請求項において、前記異常検出手段は、前記自動運転コントローラ内異常
検出部、駆動系異常検出部、および本体パネル系異常検
出部において検出された異常信号の種類や大きさを判定
して前記信号を出力することを特徴とする自動運転シス
テム。