JP2005194825A - 建設機械における作業機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業機位置に基づいて干渉回避制御や位置制限制御等の作業機制御を行う場合に、作業機位置を検出するための電気式検出装置を作業機側に設ける必要をなくして、電気式検出装置の故障や電気式検出装置への電気配線の断線によって作業機制御ができなくなってしまうような不具合を回避する。
【解決手段】 機体本体側に、作業機を撮影するカメラ４２Ａ、４２Ｂと、該カメラ４２Ａ、４２Ｂからの映像信号に基づいて作業機位置を演算する制御部３２とを設け、該演算された作業機位置に基づいて干渉回避制御や位置制限制御を行うように構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機が装着される建設機械における作業機位置制御装置の技術分野に属するものである。

一般に、油圧ショベル等の建設機械には、掘削作業や吊り作業等の各種作業を行うための変位自在な作業機が装着されるが、該作業機が、例えば油圧ショベルに装着される上下左右揺動自在なブームを備えたオフセット型の作業機の場合、該作業機の先端側に取付けられるバケット等のアタッチメントが機体本体に干渉する惧れがあり、そこで、アタッチメントの位置を検出し、該検出された作業機位置に基づいて作業機と機体本体との干渉を回避するための干渉回避制御を行うように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、吊り作業を行えるように構成された油圧ショベルでは、作業機にフックを装着すると共に、該フックによる吊り位置を検出し、該吊り位置における定格荷重と吊り荷重とを比較して過負荷状態にならないよう警告を発するように構成したものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
この様に、作業機の干渉回避制御や過負荷防止制御を行う場合には、作業機の位置（アタッチメントの位置や吊り位置等）を検出する必要があるが、該作業機位置を検出するにあたり、従来、作業機の回動部分（例えば、ブーム、スティック、バケットからなる作業機においては、機体とブームとの回動軸支部分、ブームとスティックとの回動軸支部分、スティックとバケットとの回動軸支部分等）にポテンショメータ等の電気式の回転角検出センサを取付け、該回転角検出センサからの信号を機体本体に搭載される制御部に入力して、該制御部において作業機の位置を演算するように構成されていた。
特開平８−１３４９４９号公報 ２０００−８７３９５号公報

ところで、前記従来の作業機位置の検出は、作業機の回動部分に取付けられる回転角検出センサを用いて行う構成であったから、機体本体側の制御部から作業機の回転角検出センサに至るまでの電気配線が必要となる。しかるに、この電気配線は、作業機の変位に伴って繰り返し屈曲することになるため断線し易く、断線してしまった場合には前述したような干渉回避制御や過負荷防止制御を行えなくなるという問題がある。さらに、回転角検出センサは、作業機本体に比べて土砂や石などの異物との衝突に弱く故障しやすい。そして故障した場合には、前記電気配線の断線の場合と同様に干渉回避制御や過負荷防止制御を行えなくなるという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、機体本体に作業機を変位自在に装着してなる建設機械において、該建設機械の機体本体側に、前記作業機を撮影する撮影装置と、該撮影装置からの映像信号を入力し、該映像信号に基づいて作業機の位置を演算する制御部とを設けたことを特徴とするものである。
請求項２の発明は、請求項１において、制御部は、作業機の一部分の実際の大きさをデータとして格納し、該データと撮影装置で撮影した作業機の一部分の大きさとの比較に基づいて作業機位置の演算を行うことを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１、２の何れかにおいて、制御部は、作業機位置の演算結果に基づいて、機体本体と作業機の干渉を回避する干渉回避制御手段を備えることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１、２、３の何れかにおいて、制御部は、作業機位置の演算結果に基づいて、作業機の移動範囲を制限する位置制限制御手段を備えることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項１、２、３、４の何れかにおいて、制御部は、作業機位置の演算結果に基づいて、作業機が吊り作業を行うときの過負荷防止制御を行う過負荷防止制御手段を備えることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１、２、３、４、５の何れかにおいて、作業機は、機体本体に上下揺動自在に軸支されるブーム、該ブームの先端部に前後揺動自在に軸支されるスティック、該スティックの先端部に取付けられるアタッチメントを備えることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項６において、ブームは、基端部が機体本体に上下揺動自在に軸支される第一ブームと、該第一ブームの先端部に左右揺動自在に軸支される第二ブームと、該第二ブームの先端部に左右揺動自在に軸支され、且つ第一ブームにリンクロッドを介して連結されて第一ブームに対して左右方向に平行移動する第三ブームとを備えたオフセット型のブームであることを特徴とするものである。

請求項１の発明とすることにより、機体本体側に設けられた撮影装置からの映像信号の入力に基づいて作業機位置の演算を行えることになって、作業機側に位置検出のための電気式検出装置を設ける必要がなくなり、而して、電気式検出装置そのもののが故障したり、機体本体側の制御部から作業機側の電気式検出装置への電気配線が断線して、作業機位置の演算を行えなくなってしまうような不具合の発生を確実に回避できて、作業機位置に基づいて作業機の各種制御を行うような場合の信頼性を向上できる。
請求項２の発明とすることにより、撮影装置からの映像信号に基づき、作業機位置を算出することができる。
請求項３の発明とすることにより、撮影装置からの映像信号に基づいて演算された作業機位置により、作業機の干渉回避制御を行うことができる。
請求項４の発明とすることにより、撮影装置からの映像信号に基づいて演算された作業機位置により、作業機の位置制限制御を行うことができる。
請求項５の発明とすることにより、撮影装置からの映像信号に基づいて演算された作業機位置により、作業機が吊り作業を行うときの過負荷防止制御を行うことができる。
請求項６の発明とすることにより、本発明は、ブーム、スティック、アタッチメントを備えた作業機に適用できる。
請求項７の発明とすることにより、本発明は、オフセット型のブームを備えた作業機に適用できる。

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に配設されるキャブ４、上部旋回体３に装着されるオフセット型の作業機５等の各部から構成されており、さらに該作業機５は、基端部が上部旋回体３に上下揺動自在に軸支される第一ブーム６、該第一ブーム６の先端部に左右揺動自在に軸支される第二ブーム７、該第二ブーム７の先端部に左右揺動自在に軸支され、且つ第一ブーム６にリンクロッド８を介して連結されて第一ブーム６に対して左右方向に平行移動する第三ブーム９、該第三ブーム９の先端部に前後揺動自在に軸支されるスティック１０、該スティック１０の先端部に取付けられるバケット１１等の部材から構成されている等の基本的構成は従来通りである。

前記作業機５は、第一ブーム６を上下揺動させるためのブームシリンダ１２、第二ブーム７を左右揺動させるためのオフセットシリンダ１３、スティック１０を前後揺動させるためのスティックシリンダ１４、バケット１１を揺動させるためのバケットシリンダ１５等の油圧シリンダを備えており、これら油圧シリンダ１２〜１５の伸縮作動に基づいて作業機５が動作することになるが、これら油圧シリンダ１２〜１５の概略油圧回路図を図２に示すと、該図２において、１６はメインポンプ、１７はパイロットポンプ、１８は油タンク、１９〜２２は各油圧シリンダ１２〜１５への圧油供給排出制御をそれぞれ行うブーム用、オフセット用、スティック用、バケット用のコントロールバルブであって、これらコントロールバルブ１９〜２２は、縮小側パイロットポート１９ａ〜２２ａおよび伸長側パイロットポート１９ｂ〜２２ｂを備えたパイロット操作式の三位置切換弁で構成されている。

そして、前記各コントロールバルブ１９〜２２は、両パイロットポート１９ａ〜２２ａ、１９ｂ〜２２ｂにパイロット圧油が供給されていない状態では、対応する各油圧シリンダ１２〜１５への圧油供給を停止する中立位置Ｎに位置しているが、縮小側パイロットポート１９ａ〜２２ａにパイロット圧油が供給されることで、油圧シリンダ１２〜１５の縮小側油室にメインポンプ１６からの圧油を供給する縮小側位置Ｘに切換り、また伸長側パイロットポート１９ｂ〜２２ｂにパイロット圧油が供給されることで、油圧シリンダ１２〜１５の伸長側油室にメインポンプ１６からの圧油を供給する伸長側位置Ｙに切換る構成になっている。

尚、本実施の形態において、キャブ４は上部旋回体３の左側部に設けられている。また、第一ブーム６は、ブーム用シリンダ１２が縮小することで下降し、ブーム用シリンダ１２が伸長することで上昇する構成になっている。また、第二ブーム７は、オフセット用シリンダ１３が縮小することで左方向、つまりキャブ４に接近する方向に移動し、オフセット用シリンダ１３が伸長することで右方向に移動する構成になっている。さらにスティック１０は、スティック用シリンダ１４が縮小することで機体前方側に揺動（スティックアウト）し、スティック用シリンダ１４が伸長することで機体後方側に揺動（スティックイン）する構成になっている。

また、２３〜２６は対応する操作具の操作に基づいて前記各コントロールバルブ１９〜２２にパイロット圧油を供給するためのブーム用、オフセット用、スティック用、バケット用のパイロットバルブであって、これら各パイロットバルブ２３〜２６は、それぞれ縮小側パイロットバルブ２３Ａ〜２６Ａと伸長側パイロットバルブ２３Ｂ〜２６Ｂとから構成されている。
そしてこれらパイロットバルブ２３〜２６は、対応する操作具を縮小側または伸長側に操作することにより、該操作された側のパイロットバルブ２３Ａ〜２６Ａまたは２３Ｂ〜２６Ｂの出力ポート２３ａ〜２６ａから、操作具の操作量に対応する圧力のパイロット圧油が出力される構成となっている。

さらに、前記ブーム用縮小側パイロットバルブ２３Ａとブーム用コントロールバルブ縮小側パイロットポート１９ａとを連結するブーム用縮小側パイロット油路、ブーム用伸長側パイロットバルブ２３Ｂとブーム用コントロールバルブ伸長側パイロットポート１９ｂとを連結するブーム用伸長側パイロット油路、オフセット用縮小側パイロットバルブ２４Ａとオフセット用コントロールバルブ縮小側パイロットポート２０ａとを連結するオフセット用縮小側パイロット油路、オフセット用伸長側パイロットバルブ２４Ｂとオフセット用コントロールバルブ伸長側パイロットポート２０ｂとを連結するオフセット用伸長側パイロット油路、スティック用伸長側パイロットバルブ２５Ｂとスティック用コントロールバルブ伸長側パイロットポート２１ｂとを連結するスティック用伸長側パイロット油路の各パイロット油路の中途部には、それぞれブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側、オフセット用伸長側、スティック用伸長側の各電磁比例減圧弁２７〜３１が設けられている。

これら電磁比例減圧弁２７〜３１は同様のものであるため、ブーム用縮小側の電磁比例減圧弁２７を例にとって説明すると、このものは、ソレノイド２７ａが励磁していない状態では、ブーム用縮小側パイロットバルブ２３Ａからブーム用コントロールバルブ縮小側パイロットポート１９ａに至る出力用弁路を閉じているが、後述する制御部３２からの制御指令に基づいてソレノイド２７ａが励磁することにより、上記出力用弁路を開くように設定されている。そしてこの出力用弁路の開度量は、制御部３２からソレノイド２７ａの駆動回路に出力される指令により制御されるようになっている。

一方、前記スティック用縮小側パイロットバルブ２５Ａとスティック用コントロールバルブ縮小側パイロットポート２１ａとを連結するスティック用縮小側パイロット油路には、第一シャトル弁３３およびスティック用縮小側電磁比例減圧弁３４が設けられている。
前記第一シャトル弁３３は、後述する回避用電磁比例減圧弁３５から出力されるパイロット圧油と、スティック用縮小側パイロットバルブ２５Ａから出力されるパイロット圧油とを入力し、該入力されたパイロット圧油のうち高圧側のものを選択してスティック用縮小側電磁比例減圧弁３４に出力するように構成されている。このスティック用縮小側電磁比例減圧弁３４は、前述した電磁比例減圧弁２７〜３１と同様の構造のものであって、ソレノイド３４ａが励磁していない状態では、第一シャトル弁３３からスティック用コントロールバルブ縮小側パイロットポート２１ａに至る出力用弁路を閉じているが、後述する制御部３２からの制御指令に基づいてソレノイド３４ａが励磁することにより、上記出力用弁路を開くように設定されている。そしてこの出力用弁路の開度量は、制御部３２からソレノイド３４ａの駆動回路に出力される指令により制御されるようになっている。

さらに、前記回避用電磁比例減圧弁３５は、前述した電磁比例減圧弁２７〜３１、３４と同様の構造のものであるが、このものは、ソレノイド３５ａが励磁していない状態では、後述する回避用パイロット油路３６から第一シャトル弁３３に至る出力用弁路を閉じているが、制御部３２からの作動指令に基づいてソレノイド３５ａが励磁することにより、上記出力用弁路を開くように設定されている。そしてこの出力用弁路の開度量は、制御部３２からソレノイド３５ａの駆動回路に出力される指令により制御されるようになっている。

ここで、前記回避用パイロット油路３６は、ブーム用縮小側、伸長側の各パイロットバルブ２３Ａ、２３Ｂ、およびオフセット用縮小側パイロットバルブ２４Ａからパイロット圧が出力された場合に、該パイロット圧油を、第二、第三シャトル弁３７、３８を介して前記回避用電磁比例減圧弁３５に供給するための油路である。

また、図２中、３９Ａ、３９Ｂはブーム用縮小側、伸長側パイロットバルブ２３Ａ、２３Ｂからパイロット圧油が出力されたことをそれぞれ検知するブーム用縮小側、伸長側圧力センサ、４０Ａ、４０Ｂはオフセット用縮小側、伸長側パイロットバルブ２４Ａ、２４Ｂからパイロット圧油が出力されたことをそれぞれ検知するオフセット用縮小側、伸長側圧力センサ、また４１Ａ、４１Ｂはスティック用縮小側、伸長側パイロットバルブ２５Ａ、２５Ｂからパイロット圧油が出力されたことをそれぞれ検知するスティック用縮小側、伸長側圧力センサである。

ところで、本実施の形態においては、バケット用パイロットバルブ２６Ａ、２６Ｂからバケット用コントロールバルブ２２にパイロット圧油を供給するバケット用パイロット油路には、制御部３２からの指令で作動する電磁比例減圧弁は設けられておらず、操作具の操作に基づいて上記各パイロットバルブ２６Ａ、２６Ｂから出力されたパイロット圧油がそのままコントロールバルブ２２に供給されるようになっている。つまり、バケット１１については、常に操作具の操作に対応して動作する構成になっている。
尚、バケット１１についても、バケットシリンダ１５の油圧回路に、制御部３２からの指令で作動する電磁比例減圧弁等の制御弁を設けることにより、後述する干渉防止制御や位置制限制御等の制御部３２による各種制御の対象とすることができる。

一方、４２Ａ、４２Ｂは前記作業機５を撮影するべく機体本体側に設置されるカメラ（本発明の撮影装置に相当する。）であって、本実施の形態では、キャブ４の前面上部と上面部との二箇所に設置されている。これらのカメラ４２Ａ、４２Ｂは、魚眼（フィッシュアイ）レンズ等の広角レンズを備えており、該二台のカメラ４２Ａ、４２Ｂで、作業機５の移動範囲の略全域を撮影できるようになっている。尚、カメラの設置位置や設置台数については、上記実施の形態に限定されることはなく、作業機５の移動範囲をカバーできるように設置されればよい。

また、前記制御部３２は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、該制御部３２は、図３のブロック図に示す如く、前記カメラ４２Ａ、４２Ｂからの映像信号を入力し、該映像信号を画像処理部４３で処理して、作業機位置算出に必要なデータを作業機位置演算部４４に出力する。該作業機位置演算部４４は、前記画像処理部４３からのデータに基づいて作業機５の位置を演算し、該算出結果を制御判断部４５に出力する。
さらに制御判断部４５には、制限位置セットスイッチ４６により設定された制限位置Ｐが入力される。
一方、制御部３２のメモリー４７には、作業機５がキャブ４にこれ以上接近してはならないとして設定された干渉防止領域（例えばキャブ４から３００ｍｍ以内の範囲）Ｈが記憶されている。
そして制御判断部４５は、前記作業機位置演算部４４により算出された作業機５の位置と干渉防止領域Ｈおよび制限位置Ｐとを比較判断し、その判断結果を作業機駆動装置制御回路部４８に出力する。
さらに作業機駆動装置制御回路部４８は、前記制御判断部４５およびブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側、オフセット用伸長側、スティック用縮小側、スティック用伸長側の各圧力センサ３９Ａ、３９Ｂ、４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂからの入力信号に基づき、ブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側、オフセット用伸長側、スティック用縮小側、スティック用伸長側、回避用の各電磁比例減圧弁２７、２８、２９、３０、３４、３１、３５のソレノイド駆動回路に制御指令を出力するように構成されている。
尚、前記制限位置Ｐは、高さ、深さ、リーチ、右オフセット、左オフセット位置の全部または一部について、オペレータが制限位置セットスイッチ４６を用いて任意に設定、解除することができるものであって、該制限位置Ｐを設定することにより、作業機５の移動範囲を限定できる。

ここで、前記画像処理部４３は、カメラ４２Ａ、４２Ｂからの映像信号を入力し、該入力信号に基づいて作業機位置算出に必要なデータを作成するものであるが、該画像処理部４３によるデータ作成方法としては、例えば、カメラ４２Ａ、４２Ｂに撮影された作業機５の一部分（該作業機５の一部分を、以下、Ｘ部と称するが、例えば、バケット１１の基端部）を映像信号から認識し、画像全体におけるＸ部の大きさをデータとして抽出する。一方、作業機位置演算部４４には、上記Ｘ部の実際の寸法を数値情報として予め格納しておくと共に、カメラ４２Ａ、４２Ｂの画像上の大きさとカメラ４２、４２ＢからＸ部までの距離との関数情報を格納しておき、これら格納されている情報と前記画像処理部４３により得られたデータとを比較演算して、カメラ４２Ａ、４２ＢからＸ部までの距離を算出する。さらに、カメラ４２Ａ、４２Ｂの設置位置等の補正要素を考慮して前記算出された距離を補正することにより、作業機５の位置が求められる。

次に、制御部３２における干渉防止制御および位置制限制御について説明すると、前記制御判断部４５において作業機５が干渉防止領域Ｈから予め設定される所定範囲以上離れており、かつ制限位置Ｐに達していないと演算された場合、作業機駆動装置制御回路部４８は、ブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側、オフセット用伸長側、スティック用縮小側、スティック用伸長側の各電磁比例減圧弁２７、２８、２９、３０、３４、３１に対し、ブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側、オフセット用伸長側、スティック用縮小側、スティック用伸長側の各圧力センサ３９Ａ、３９Ｂ、４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂによりパイロット圧油の出力が検出されない場合には出力用弁路を閉じ、パイロット圧油の出力が検出されることに基づいて出力用弁路を全開するよう制御指令を出力する。また、回避用電磁比例減圧弁３５に対しては、出力用弁路を閉じるよう制御指令を出力する。これにより、ブーム用、オフセット用、スティック用の各コントロールバルブ１９、２０、２１には、操作具の操作に対応したパイロット圧油が供給されることになり、而して作業機５は、干渉防止領域Ｈから予め設定される所定範囲以上離れており、かつ制限位置Ｐに達していない状態では、操作具の操作に対応して動作することになる。

これに対し、前記制御判断部４５により作業機５が干渉防止領域Ｈに対し予め設定される所定範囲以内に近づいていると演算された場合、作業機駆動装置制御回路部４８は、ブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側、スティック用伸長側の各電磁比例減圧弁２７、２８、２９、３１に対し、作業機５が干渉防止領域Ｈに近づくほど出力用弁路の開度量を小さくするように制御指令を出力する。これにより、ブーム用、オフセット用、スティック用の各コントロールバルブ１９、２０、２１には減圧されたパイロット圧が供給されることになり、而して、作業機５が干渉防止領域Ｈの所定間隔以内に近づいた場合には、ブーム下降および上昇、左オフセット、スティックインの各作動は、減速された状態で行なわれることになる。

さらに、前記制御判断部４５により作業機５が干渉防止領域Ｈの外側境界線部に達したと判断された場合、作業機駆動装置制御回路部４８は、図４に示す制御指令表図に基づいて各電磁比例減圧弁２７、２８、２９、３０、３１、３４、３５に対し、干渉防止用の制御指令を出力するが、本実施の形態では、干渉防止領域Ｈとしてキャブ４のフロント・サイド部（前部および右側部）干渉防止領域とキャブ４のルーフ部（上部）干渉防止領域の二つの領域が設定されていて、各領域において別々の制御がなされる。
前記図４には、操作具の操作状態と作業機５への作動指令との関係が示されているが、ここで、ブーム下降、ブーム上昇、左オフセット、右オフセット、スティックアウト、スティックインの操作状態は、それぞれブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側、オフセット用伸長側、スティック縮小側、スティック用伸長側の圧力センサ３９Ａ、３９Ｂ、４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂからの検知信号の入力に基づいて判断する。
一方、ブーム下降、ブーム上昇、左オフセット、右オフセット、スティックインの作動指令については、それぞれブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側、オフセット用伸長側、スティック用伸長側の電磁比例減圧弁２７、２８、２９、３０、３１に対し、出力用弁路を開くよう制御指令を出力する。この場合、ブーム下降、ブーム上昇、左オフセット、右オフセット、スティックインの作動指令は、対応する操作がそれぞれなされている場合にのみ出力されるようになっており、該操作に基づいてパイロットバルブ２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａ、２４Ｂ、２５Ｂから出力されたパイロット圧油は、電磁比例減圧弁２７、２８、２９、３０、３１の出力用弁路を経由してブーム用、オフセット用、スティック用のコントロールバルブ１９、２０、２１にそれぞれ供給され、而してブーム下降、ブーム上昇、左オフセット、右オフセット、スティックインの各作動が行われる。
また、スティックアウトの作動指令は、スティックアウトの操作がなされている場合だけでなく、操作されていない場合でも出力されるが、スティックアウトの操作がなされている状態でのスティックアウトの作動指令については、回避用電磁比例減圧弁３５に対し出力用弁路を閉じるよう制御指令を出力すると共に、スティック用縮小側電磁切換弁３４に対し出力用弁路を開くよう制御指令を出力する。これにより、スティックアウトの操作に基づいてパイロットバルブ２５Ａから出力されたパイロット圧油は、第一シャトル弁３３およびスティック用縮小側電磁切換弁３４の出力用弁路を経由してスティック用コントロールバルブ２１に供給され、而してスティックアウトの作動が行われる。
これに対し、スティックアウトの操作がなされていない状態でスティックアウトの作動指令が出力される場合には、図４の制御指令表図に示すごとく、ブーム下降、ブーム上昇、左オフセットの操作が単独または複合でなされていて、ブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側パイロットバルブ２３Ａ、２３Ｂ、２４Ａの何れかから出力されたパイロット圧油が回避用パイロット油路３６に供給されている。そしてこの場合のスティックアウトの作動指令については、回避用電磁比例減圧弁３５に対し出力用弁路を開くよう制御指令を出力すると共に、スティック用縮小側電磁切換弁３４に対しても出力用弁路を開くよう制御指令を出力する。これにより、前記回避用パイロット油路３６のパイロット圧油が、回避用電磁比例減圧弁３５、第一シャトル弁３３およびスティック用縮小側電磁切換弁３４を経由してスティック用コントロールバルブ２１に供給され、而してスティックアウトの作動が行われる。
一方、ブーム下降停止、ブーム上昇停止、左オフセット停止、右オフセット停止、スティックアウト停止、スティックイン停止の作動指令については、それぞれブーム用縮小側、ブーム用伸長側、オフセット用縮小側、オフセット用伸長側、スティック用縮小側、スティック用伸長側の電磁比例減圧弁２７、２８、２９、３０、３４、３１に対し、出力用弁路を閉じるよう制御指令を出力する。これにより、ブーム用、オフセット用、スティック用のコントロールバルブ１９、２０、２１へのパイロット圧油の供給が断たれ、ブーム下降、ブーム上昇、左オフセット、右オフセット、スティックアウト、スティックインの各作動は停止する。

そして、例えばフロント・サイド部干渉防止領域において、作業機５が干渉防止領域Ｈの外側境界線部に達したときの制御について、ブーム下降の操作が単独でなされている場合を例にとって説明すると、この場合には、ブーム下降およびスティックアウトの作動指令が出力される。これにより、スティック１０をアウトさせて作業機５が干渉防止領域内Ｈに侵入することを回避しながら、ブーム下降の作動を継続することができる。このとき、作業機５は、干渉防止領域Ｈの外側境界線部にほぼ沿うようにして下降する。
また、スティックインの操作が単独でなされている場合には、スティックイン停止の作動指令が出力される。これにより、作業機５が自動的に停止して干渉防止領域Ｈに侵入することが回避される。
さらに、ブーム下降およびスティックインの操作が複合でなされている場合には、ブーム下降およびスティックアウトの作動指令が出力される。これにより、スティック１０をアウトさせて作業機５が干渉防止領域内Ｈに侵入することを回避しながら、ブーム下降の作動を継続することができる。このとき、作業機５は、干渉防止領域Ｈの外側境界線部にほぼ沿うようにして移動する。
この様にして、作業機５が干渉防止領域Ｈの外側境界線部に達したときには、操作具の操作状態や作業機５の位置に対応して、自動的に停止するか、あるいはスティック１０が自動的にアウトして作業機５が干渉防止領域Ｈに侵入することを回避しながら、ブーム下降、ブーム上昇、左オフセット等の作動を続行することができるように構成されている。

一方、作業機駆動装置制御回路部４８は、制御判断部４５により作業機５が制限位置Ｐに達したと演算された場合、該制限位置Ｐを越える方向に作業機５を移動させるためのパイロット圧油の供給を断つべく、対応するパイロット油路に配された電磁比例減圧弁２７、２８、２９、３０、３１、３４に対し、出力用弁路を閉じるように制御指令を出力する。
これにより、例えば、制限位置セットスイッチ４６により高さの制限位置Ｐがセットされている場合、第一ブーム６を上昇させているときに作業機５の高さが上記制限位置Ｐに達すると、ブーム用伸長側電磁比例減圧弁２８の出力用弁路が閉じ、これによりブーム用コントロールバルブ伸長側パイロットポート１９ｂへのパイロット圧油の断たれて、第一ブーム６の上昇が自動的に停止する。同様に、深さ、リーチ、オフセット位置についても、セットされた制限位置Ｐに作業機５が達すると、制限位置Ｐを越える方向へのパイロット圧油の供給が断たれて、該方向への作動部５の移動が自動的に停止する。

叙述の如く構成された本形態において、制御部３２は、作業機位置演算部４４で作業機５の位置を演算し、該演算された作業機位置と干渉防止領域Ｈおよび制限位置Ｐとを制御判断部４５で比較判断し、その判断結果に基づいて、作業機駆動装置制御回路部４８から作業機５の油圧回路に配された電磁比例減圧弁２７、２８、２９、３０、３１、３４、３５に制御指令を出力することにより、前述した干渉回避制御および位置制限制御を行うことになるが、この場合、上記作業機位置演算部４４は、作業機５を撮影するべくキャブ５に設置されたカメラ４２Ａ、４２Ｂからの映像信号を入力し、該入力信号を画像処理部４３で処理したデータを、作業機５の位置を算出するためのデータとして用いることになる。
この結果、作業機５の位置を求めるにあたり、作業機側に回転角検出センサのような電気式検出装置を設ける必要がなくなって、機体本体側の制御部３２から作業機５への電気配線が不要となり、而して、電気式検出装置が故障したり、あるいは電気配線が断線して干渉回避制御や位置制限制御が行えなくなってしまうような不具合の発生を確実に回避でき、干渉回避制御や位置制限制御の信頼性の向上に貢献できる。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、図６に示す第二の実施の形態の如く、バケット５０に吊りフック５１を設けて吊り作業を行えるようにした油圧ショベル５２において、吊り位置における定格荷重と吊り荷重とを比較し、該比較結果に基づいて過負荷状態にならないように警告を発する過負荷防止制御を行うような場合、フック５１による吊り位置がデータとして必要になるが、該吊り位置を制御部において演算するにあたり、例えば運転席５３の前方に設けられる手摺り５４に、フック５１を撮影できるカメラ５５を設置し、該カメラ５５からの映像信号に基づいて吊り位置を演算するように構成することができる。そしてこのものにおいても、作業機側に回転角検出センサのような電気式検出装置を設ける必要がなくなって、機体本体側の制御部から作業機への電気配線を必要とせず、而して、電気式検出装置が故障したり、あるいは電気配線が断線して過負荷防止制御が行えなくなってしまうような不具合の発生を確実に回避できて、過負荷防止制御の信頼性の向上に貢献できる。
また、上記の画像処理部４３に、作業機５の運動ベクトル検出機能を付加することにより、ブーム下降、ブーム上昇、左オフセット、右オフセット、スティックアウト、スティックインの操作状態を検出する各圧力センサ３９Ａ、３９Ｂ、４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、４１Ｂを不要にすることができる。
さらに、本発明は、建設機械の自動作業（例えば、自動掘削作業や自動積込作業等）や遠隔操作を行う場合など、作業機の位置を求め、該作業機位置に基づいて作業機を制御するような場合に、広く適用できることは勿論である。

油圧ショベルの側面図である。 作業機に設けられる油圧シリンダの油圧回路図である。 干渉防止制御および位置制限制御の制御手順を示すブロック図である。 干渉防止制御の制御指令を示す表図である。 （Ａ）は左オフセット、右オフセットの制限位置を示す図、（Ｂ）は高さ、深さ、リーチの制限位置を示す図である。 第二の実施の形態を示す油圧ショベルの側面図である。

符号の説明

４ キャブ
５ 作業機
６ 第一ブーム
７ 第二ブーム
９ 第三ブーム
１０ スティック
１１ バケット
３２ 制御部
４２Ａ カメラ
４２Ｂ カメラ
４３ 画像処理部
４４ 作業機位置演算部
４５ 制御判断部

Claims (7)

1. 機体本体に作業機を変位自在に装着してなる建設機械において、該建設機械の機体本体側に、前記作業機を撮影する撮影装置と、該撮影装置からの映像信号を入力し、該映像信号に基づいて作業機の位置を演算する制御部とを設けたことを特徴とする建設機械における作業機制御装置。
2. 請求項１において、制御部は、作業機の一部分の実際の大きさをデータとして格納し、該データと撮影装置で撮影した作業機の一部分の大きさとの比較に基づいて作業機位置の演算を行うことを特徴とする建設機械における作業機制御装置。
3. 請求項１、２の何れかにおいて、制御部は、作業機位置の演算結果に基づいて、機体本体と作業機の干渉を回避する干渉回避制御手段を備えることを特徴とする建設機械における作業機制御装置。
4. 請求項１、２、３の何れかにおいて、制御部は、作業機位置の演算結果に基づいて、作業機の移動範囲を制限する位置制限制御手段を備えることを特徴とする建設機械における作業機制御装置。
5. 請求項１、２、３、４の何れかにおいて、制御部は、作業機位置の演算結果に基づいて、作業機が吊り作業を行うときの過負荷防止制御を行う過負荷防止制御手段を備えることを特徴とする建設機械における作業機制御装置。
6. 請求項１、２、３、４、５の何れかにおいて、作業機は、機体本体に上下揺動自在に軸支されるブーム、該ブームの先端部に前後揺動自在に軸支されるスティック、該スティックの先端部に取付けられるアタッチメントを備えることを特徴とする建設機械における作業機制御装置。
7. 請求項６において、ブームは、基端部が機体本体に上下揺動自在に軸支される第一ブームと、該第一ブームの先端部に左右揺動自在に軸支される第二ブームと、該第二ブームの先端部に左右揺動自在に軸支され、且つ第一ブームにリンクロッドを介して連結されて第一ブームに対して左右方向に平行移動する第三ブームとを備えたオフセット型のブームであることを特徴とする建設機械における作業機制御装置。

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