JP2007023486A - Contact avoidance controller in working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油圧ショベル等の作業機械における接触回避制御装置の技術分野に属するものである。 The present invention belongs to the technical field of a contact avoidance control device in a work machine such as a hydraulic excavator.
一般に、作業機械、特に油圧ショベル等の旋回系作業機械は、機体本体を、下部走行体に上部旋回体を旋回自在に設けて構成している。このような機体本体を運転するのに、上部旋回体の旋回、機体本体の後進をする場合があり、このような場合、運転席に座して運転作業をしているオペレータから見づらい場所があり、この場合、バックミラーを見たり後方を見たりして確認しながら運転しているが、このような確認にはどうしても限界があり、場合によっては周囲にある障害物に接触してしまうという可能性がある。
そこで上部旋回体の後部に監視カメラを旋回自在に設け、該監視カメラを走行用操作レバーの操作に追随して旋回するようにしたものが提唱されている(たとえば特許文献1)。
In view of this, there has been proposed one in which a surveillance camera is provided at the rear part of the upper swing body so that the surveillance camera can be turned, and the surveillance camera is turned following the operation of the operation lever for traveling (for example, Patent Document 1).
ところで前記監視カメラを設けたものでは、障害物の存在は確認できるが、そのためにはいちいちモニターを見ての運転が強いられるだけでなく、障害物との距離についてはオペレータの感に頼らざるを得ないのが実情で、接触回避として充分機能していないという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。 By the way, in the case where the surveillance camera is provided, the presence of an obstacle can be confirmed, but in order to do so, not only the operation of watching the monitor is forced, but also the distance to the obstacle depends on the operator's feeling. There is a problem that the actual situation is not obtained and it does not sufficiently function as contact avoidance, and there is a problem to be solved by the present invention.
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、操作具操作に基づいて作動する機体本体の周囲に障害物の存在を検出する障害物検出手段と、該検出した障害物の機体本体からの距離と方位を演算する演算手段と、操作具操作が障害物に接近する方向の操作であるか否かの判断をする操作具操作判断手段と、障害物が機体本体に対して予め設定される接触防止領域内に位置しているか否かの判断をする障害物位置判断手段と、障害物が接触防止領域内に位置し、かつ操作具操作が障害物に接近する方向の操作であると判断される場合、操作具操作に基づく作動を停止して接触回避をする接触回避制御手段とを備えていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項2の発明は、請求項1において、障害物検出手段はミリ波レーダであることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項3の発明は、請求項1または2において、接触防止領域は後進走行範囲に設定されていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れか一つにおいて、機体本体は下部走行体に上部旋回体を旋回自在に設けた旋回系作業機械であり、接触防止領域は、上部旋回体の旋回軌跡であることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れか一つにおいて、接触回避制御手段による作動停止を解除して、操作具操作で障害物に対して予め設定される距離まで超低速で接近作動を可能とする超低速制御手段が設けられていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項6の発明は、請求項5において、超低速制御手段による超低速接近作動は、中立位置まで戻した操作具を再び障害物に接近する方向の操作したことによりセットされるようになっていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
請求項7の発明は、請求項1乃至6の何れか一つにおいて、接触防止領域の外側には接触予防領域が設定され、障害物が接触予防領域内に位置すると判断された場合、障害物が機体本体に接近するほど作動速度が低速となるよう制御する接触予防制御手段が設けられていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was created in view of the above circumstances and has been created for the purpose of solving these problems. The invention of
A second aspect of the present invention is the contact avoidance control device for a work machine according to the first aspect, wherein the obstacle detecting means is a millimeter wave radar.
A third aspect of the present invention is the contact avoidance control apparatus for a work machine according to the first or second aspect, wherein the contact prevention area is set to a reverse travel range.
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the machine body is a swing type work machine in which an upper swing body is pivotably provided on a lower traveling body, and the contact prevention region is an upper swing body. It is a contact avoidance control apparatus in a work machine characterized by being a turning trajectory.
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the operation stop by the contact avoidance control means is released, and the obstacle is approached at a very low speed to a preset distance by operating the operation tool. A contact avoidance control device in a work machine, characterized in that an ultra-low speed control means that enables operation is provided.
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the ultra-low speed approach operation by the ultra-low speed control means is set by operating the operating tool returned to the neutral position in the direction of approaching the obstacle again. It is the contact avoidance control apparatus in the working machine characterized by having.
The invention according to claim 7 is the obstacle according to any one of
請求項1の発明とすることで、障害物が接触防止領域内に位置していて接触する惧れがある場合に、操作具操作に基づく作動を自動的に停止することになって接触回避ができることになる。
請求項2の発明とすることにより、障害物検出が、感度が高く、天候等の自然条件に殆んど左右されないミリ波レーダでできることになって検出精度が向上する。
請求項3の発明とすることにより、オペレータが見づらい後進走行等での接触防止制御ができることになる。
請求項4の発明とすることにより、旋回系作業機械において、オペレータが見づらい旋回時等での接触防止制御ができることになる。
請求項5の発明とすることにより、障害物が接触防止領域内にいるときに、超低速制御を実行することで、障害物と至近距離まで超低速で接近作動させることができ、作業可能領域の制限を低減できることになる。
請求項6の発明とすることにより、超低速制御への移行が、操作具操作というオペレータが意識した操作によって実行されることになって不意に移行してしまう不具合を防止できる。
請求項7の発明とすることにより、接触防止領域に入る前の接触予防領域に入った段階で作動速度が減速することになってオペレータに意識させ、障害物が接触防止領域にできるだけ入り込まないよう意識した操作を促すことができる。
According to the invention of
According to the invention of
According to the third aspect of the present invention, it is possible to perform contact prevention control in reverse traveling or the like that is difficult for the operator to see.
According to the invention of
According to the invention of
According to the invention of
According to the seventh aspect of the present invention, the operation speed is reduced at the stage of entering the contact prevention area before entering the contact prevention area so that the operator is conscious so that the obstacle does not enter the contact prevention area as much as possible. Aware operation can be promoted.
次ぎに、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図中、1は油圧ショベルの機体本体であって、該機体本体1は、下部走行体2に上部旋回体3を旋回自在に設けて構成されている。上部旋回体3には、キャビン4、バケット付きの作業アタッチメント5、エンジンフード6等の各種部材装置が取付けられている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure,
7は上部旋回体3に設けられるミリ波レーダ(本発明の「障害物検出手段」に相当する)の送受信装置であって、該送受信装置7は、例えば周波数76GHz(ギガヘルツ)のミリ波を送信し、障害物があった場合に、その反射波を高い感度で受信できるようになっている。送受信装置7としては、上部旋回体3の後方検出用のものが左右に二つ7LB、7RB、上部旋回体3の左側方検出用のもの7L、上部旋回体3の右側方検出用のもの7Rに別けられてそれぞれが設けられており、これら送受信装置7によって上部旋回体3の周囲にある障害物検出ができるようになっている。そしてこれら送受信装置7は、例えば水平方向に略60度の視野角を持つ汎用のミリ波レーダの送受信器が3個づつ内装される等の構成をすることで、水平方向に略180度の視野角で障害物検出ができるようになっており、これらによって上部走行体3の前方を除く水平方向の殆んどの領域で障害物検出ができるようになっている。前記各送受信器から発射されたミリ波は、重なり合う領域が生じるが、該重なり合う部分において、本実施の形態では障害物から最も至近に位置する送受信器が障害物を検出する設定になっている。つまり前記各送受信装置7LB、7RB、7L、7Rの検出領域は、図2に示すようになっている。まず送受信装置7Lは、前記3個の送受信器が上部旋回体3左側の検出領域7L−1、検出領域7L−2、検出領域7L−3をそれぞれ検出し、同様にして送受信装置7Rを構成する3個の送受信器がそれぞれ上部旋回体3右側の検出領域7R−1、検出領域7R−2、検出領域7R−3を検出し、送受信装置7LBを構成する3個の送受信器が上部旋回体3左後側の検出領域7BL−1、検出領域7LB−2、検出領域7LB−3を検出し、送受信装置7RBを構成する3個の送受信器が状部旋回体3右後側の検出領域7RB−1、検出領域7RB−2、検出領域7RB−3を検出する設定になっている。尚、前記内装される送受信器においては、障害物からの反射波として他の送受信器から発射したミリ波を受信する場合もあって干渉する惧れがあり、そこでこれら各送受信器は、それぞれ変調したレーダ波を送信するように設定され、そして障害物に当たって跳ね返った反射波を受信した場合に、該受信した反射波から自らの変調レーダ波のみを弁別して取り出すようにして互いに干渉しないよう配慮されている。
Reference numeral 7 denotes a transmission / reception device of a millimeter wave radar (corresponding to the “obstacle detection means” of the present invention) provided on the
本実施の形態では、機体本体1の後進走行、上部旋回体3の左右旋回作動についてそれぞれ接触回避制御が実行されるが、その場合に、左右走行モータおよび旋回モータにそれぞれ圧油供給をするための切換え制御弁のパイロット油路に電磁減圧弁が設けられ、該電磁減圧弁の全開から全閉までの開度量調整制御によって接触回避制御が実行される。この油圧回路について、左右走行モータ、旋回モータは何れも同様であるので、旋回モータ8の油圧回路を図3に示して説明し、左右走行モータの油圧回路の説明については省略する。図面において、旋回モータ8は、油圧ポンプ9にパイロット式の切換え制御弁10を介して接続されており、該切換え制御弁10の切換えにより油圧ポンプ9からの作動油が供給されて正逆駆動し、これによって上部旋回体3の左右旋回をすることになるが、切換え制御弁10の左旋回用のパイロット油路11L、および右旋回用のパイロット油路11Rには旋回用電磁減圧弁12L、12Rがそれぞれ設けられている。そして該電磁減圧弁12L、12Rが後述する制御部13からの開閉制御指令を受けることで開度量制御が実行され、これによってパイロット圧油の油圧が変化し、旋回速度の増減速制御が実行されるようになっている。
In the present embodiment, contact avoidance control is executed for the backward travel of the
前記制御部13はマイクロコンピュータ等の各種の電子、電気部品を用いて構成されるものであって、該制御部13には、前記送受信装置7からの検出信号、左右走行操作具(左右走行操作レバー)14a、15aに設けられる前後進の走行操作検出センサ14、15からの検出信号、上部旋回体3の旋回操作具(旋回操作レバー)16aに設けられる旋回操作検出センサ16からの検出信号等の各種の検出信号が入力するようになっている。因みに、前後進の走行操作検出センサ14、15、旋回操作検出センサ16は、本発明の操作具操作判断手段に相当する。さらに制御部13には各種スイッチ類やダイヤル類(図視せず)等の信号が入力し、該入力した各種の信号に基づいて対応する制御信号を出力して機体本体1の各種の作動制御を実行するようになっているが、以下に本発明が実施された障害物に対する接触回避制御ルーチンでの制御手順について、図5のフローチャート図を用いて説明するが、制御部13には、前記送受信装置7、各操作検出センサ14、15、16からの検出信号と共に、旋回用パイロット油路11L、11Rに設けた旋回用パイロット圧検出センサ17L、17R、左右走行用パイロット油路(何れも図示しない)に設けた左右走行用パイロット圧検出センサ18F、18B並びに19F、19Bからの検出信号が入力するようになっている。そして制御部13は、これら入力した検出信号に基づいて前記旋回用電磁減圧弁12L、12R、前記左右走行用パイロット油路にそれぞれ設けた左右走行用電磁減圧弁20F、20B並びに21F、21Bに制御信号を出力するようになっている。
The
接触回避制御は、エンジン始動をし、制御部13において必要な初期設定がなされた後に接触回避制御ルーチンとして実行されるが、まず、処理C1で送受信装置7を用いて障害物の検出を行い、次の処理C2で前記送受信装置7から障害物検出信号の入力があったか否かの判断をする。そして障害物検出信号の入力があったと判断された場合、処理C3で制御部13は建設機械1から障害物までの方位と位置とを演算するようになっている(本発明の演算手段に相当する。)。この場合において、制御部13には、上部旋回体3の最大の旋回半径の左右旋回軌跡範囲内を左右旋回時接触防止領域Xとして、上部旋回体3の後端から左右機幅範囲で後方に所定距離(例えば1.5m)までの範囲を後進時接触防止領域Yとしてそれぞれが予め設定され、さらにこれら接触防止領域X、Yの外側に所定距離(例えば2m)までの範囲を接触予防領域としての左右旋回時接触予防領域x、後進時接触予防領域yとしてそれぞれが予め設定されている。
The contact avoidance control is executed as a contact avoidance control routine after the engine is started and necessary initial settings are made in the
そして制御部13では、処理C4で、前記処理C3で演算した障害物の位置、方位に基づいて、左右走行操作検出センサ14、15、旋回操作検出センサ16からの操作検出信号が障害物Aに近づく方向の操作がなされているか否かの判断を行い、近づく方向の操作であると判断されると、処理C6で障害物Aは接触防止領域XまたはY内に位置しているか否かの判断がなされ、障害物Aが接触防止馨領域XまたはY内に位置していると判断された場合、処理C13で後述する超低速制御モードがセットされているか否かの判断を行い、超低速制御モードがセットされていない場合、処理C18で接触回避モードであると判断する。そしてその後処理C20でタイマをセットし、処理12で対応する電磁減圧弁12L、12R、20F、20B、21F、21Bに停止制御指令を出力する。例えば障害物Aが左右旋回時接触防止領域X内にいると判断された場合に、制御部13は、旋回用電磁減圧弁12L、12Rに対し全閉の制御指令を出力してパイロット圧油が旋回用切換え制御弁10に供給されることを禁止し、これによって旋回用切換え制御弁10は中立状態に復帰することになって、旋回用操作具16aが旋回操作されているにもかかわらず上部旋回体3の旋回が強制的に停止する。後進についても同様な接触回避制御モードが実行される。
In the
一方、障害物Aが左右旋回時接触防止領域Xまたは後進時接触防止領域Yに位置しているが、左右走行操作検出センサ14、15または旋回操作検出センサ16からの検出信号が中立位置になったと判断された場合、処理C22で接触回避制御モードがセットされているか否かの判断を行う。そして接触回避制御モードがセットされていると判断された場合、処理C23でタイマ時間内であるか否かの判断を行い、このタイマ時間内において左右走行操作検出センサ14、15または旋回操作検出センサ16から接触方向に操作された検出信号が入力したと判断した場合、処理C25で接触回避制御モードをリセットし、処理C26で超低速制御モードをセットし、処理C27でタイマをリセットする。およびタイマをリセットして超低速制御モードをセットする。例えば、前述したように障害物Aが左右旋回時接触防止領域X内におり、かつ旋回操作具16aが旋回操作されることにより強制的な旋回停止が実行されるが、この旋回停止状態で旋回用操作具16aを中立位置に戻した場合、予め設定されるタイマ時間のあいだに旋回用操作具16aが障害物Aに接触する方向の操作がなされた場合、処理C26で超低速制御モードがセットされる。そして処理C26で超低速制御モードがセットされると、処理C14で障害物Aとの間隔が予め設定される至近の設定距離(例えば20cm)になるまで予め設定される超低速状態で近接するよう対応する旋回用電磁減圧弁12L、12Rに対して開度量制御指令を出力し、処理C15で設定距離となったかどうかを判断しなったところで処理C16により停止する制御が実行され、そして処理C17により超低速制御モードがリセットされる。後進についても同様の超低速制御モードが実行される。
On the other hand, the obstacle A is located in the contact prevention area X when turning left or right or the contact prevention area Y when moving backward, but the detection signals from the left and right traveling
これに対し、障害物Aが左右旋回時接触防止領域Xまたは後進時接触防止領域Yに位置しているが、左右走行操作検出センサ14、15または旋回操作検出センサ16からの検知信号が接触方向と反対側に操作されたものであると判断された場合、接触回避制御モード、超低速制御モード並びにタイマがセットされている場合、これらをリセットする。
On the other hand, the obstacle A is located in the contact prevention area X when turning left or right or the contact prevention area Y when moving backward, but the detection signal from the left and right traveling
一方、処理C7によって障害物Aが左右旋回時接触予防領域xまたは後進時接触予防領域yに位置し、かつ左右走行操作検出センサ14、15または旋回操作検出センサ16が接触方向の操作がなされていると判断され、さらに処理C8左右走行操作検出センサ14、15または旋回操作検出センサ16の検出値に基づく作動速度が、障害物Aと機体本体1との距離に基づいて予め設定される設定速度(距離が近づくほど低速になるよう設定されている)よりも速いか否かの判断がなされ、速いと判断された場合、処理C9で設定速度となるよう対応する電磁減圧弁12L、12R、20F、20B、21F、21Bに対して開度量調整をする制御指令が出力され、これによって障害物Aとの距離が近づくにつれて低速になる速度制御が実行され、接触予防がなされることになる。
尚、本実施の形態では、各操作検出センサ14、15、16の検出信号を基に建設機械1の作動方向を判断しているが、該各操作検出センサ14、15、16と、各パイロット圧検出センサとの論理積回路を経て検出された場合のみ、つまり、いずれのセンサでも検知された場合のみ建設機械1の作動方向を判断するよう設定することもできる。この結果、パイロット回路が遮断されている場合に操作具操作をして意図しない制御が行われるといった不具合を防止できる。
On the other hand, the obstacle C is positioned in the contact prevention area x at the time of turning left or right or the contact prevention area y at the time of reverse drive by the process C7, and the left and right traveling
In the present embodiment, the operation direction of the
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、油圧ショベルを用いた作業中において、例えば上部旋回体3の旋回作動時に、障害物Aが旋回時接触予防領域xに位置することが検知され、しかも操作具16aの操作量が障害物Aとの距離に応じて設定された設定速度よりも速いと判断された場合、旋回用操作具16aの操作量に拘わらず減速制御がなされることになって、オペレータは障害物Aに近接していることを認識することができる。しかも障害物Aが旋回時接触予防領域xに位置する範囲では、障害物Aが機体本体1に近づくほど減速されることになって障害物Aに対する近接意識が高くなり、旋回作動を慎重に実行することが促される。
In the embodiment of the present invention configured as described, during the operation using the hydraulic excavator, for example, when the
そして障害物Aがさらに近づいて旋回時接触防止領域Xに入った場合、旋回用操作具16aが旋回操作されていても強制的な停止することになって、障害物Aとの接触回避がなされる。しかもこの強制的な停止作動が実行されている場合において、操作具16aを中立位置に戻した後、再び旋回位置に操作すると、超低速制御モードとなって上部旋回体3は超低速で障害物Aに近づいていき、設定される停止位置まで近接して停止することになる。この結果、上部旋回体3は障害物Aに対して至近距離まで近接した位置に旋回して必要な作業を実行できることになる。そしてこのような接触防止制御、接触予防制御は、後進走行においても同様にして実行されることになる。
When the obstacle A approaches further and enters the contact prevention area X during turning, even if the
このように、本発明が実施されたものにおいては、障害物Aが機体本体1に近接した場合、接触防止制御、接触予防制御が自動的に実行されることになる結果、障害物Aに接触してしまうことを、オペレータの視界が届かないところでも防止し、予防できることになる。しかも障害物Aの検出をミリ波レーダで行っているため、高い感度での検出ができる。
As described above, in the case where the present invention is implemented, when the obstacle A comes close to the
1 機体本体
2 下部走行体
3 上部旋回体
7 送受信装置
8 旋回用モータ
12L、12R 電磁減圧弁
13 制御部
14、15 走行操作検出センサ
14a、15a 走行用操作具
16 旋回操作検出センサ
16a 旋回用操作具
20F、20R 左側走行用電磁減圧弁
21F、21R 右側走行用電磁減圧弁
DESCRIPTION OF
Claims (7)
該検出した障害物の機体本体からの距離と方位を演算する演算手段と、
操作具操作が障害物に接近する方向の操作であるか否かの判断をする操作具操作判断手段と、
障害物が機体本体に対して予め設定される接触防止領域内に位置しているか否かの判断をする障害物位置判断手段と、
障害物が接触防止領域内に位置し、かつ操作具操作が障害物に接近する方向の操作であると判断される場合、操作具操作に基づく作動を停止して接触回避をする接触回避制御手段とを備えていることを特徴とする作業機械における接触回避制御装置。 Obstacle detection means for detecting the presence of an obstacle around the airframe body that operates based on the operation tool operation,
A computing means for computing the distance and azimuth of the detected obstacle from the main body,
Operation tool operation determining means for determining whether or not the operation tool operation is an operation in a direction approaching an obstacle;
Obstacle position determination means for determining whether the obstacle is located in a contact prevention region set in advance with respect to the aircraft body;
Contact avoidance control means for stopping the operation based on the operation tool operation and avoiding the contact when the obstacle is located in the contact prevention area and the operation tool operation is determined to be an operation in a direction approaching the obstacle. A contact avoidance control device for a work machine, comprising:
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