JP2017115370A - 建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】建設機械の作業機に交換可能に取り付けられ得る多数の種類のアタッチメントについて、干渉防止領域とアタッチメントとの位置関係を監視するために用いる該アタッチメントの形状データを適切に作成する。【解決手段】作業機10の先端部に取付けられたアタッチメント13を複数種類の所定姿勢で接地させ、それぞれの姿勢でのアタッチメント13の接線ラインL1,L2,L3とアタッチメント13との位置関係を特定する。接線ラインL1〜L3と、作業機10の先端部の点Pを通る補助ラインAとにより形成される領域SRの外形状データを、アタッチメント13の形状データとして求める。【選択図】図7
Description
本発明は、油圧ショベル等の建設機械のアタッチメントの形状データを作成する方法に関する。
油圧ショベル等の建設機械では、ブーム及びアーム等により構成される作業機の先端部に、バケット、破砕機、フォーク、グラップル、マグネット、ブレーカ等の種々様々な種類のアタッチメントを交換可能に取り付けることができるものが一般に知られている。
また、上記建設機械では、作業機の先端部のアタッチメントが、車両等に干渉するのを防止するために、アタッチメントとあらかじめ設定した干渉防止領域との位置関係を作業機の作動中に監視し、アタッチメントが干渉防止領域に進入した場合又は進入しそうになった場合に、作業機の作動を強制的に停止させる等の干渉防止処理を自動的に行う機能を持たせたものが知られている(例えば特許文献1を参照)。
ここで、特許文献1に見られる如き干渉防止処理を行うためには、アタッチメントの外形寸法等を表す形状データを建設機械の制御装置に登録しておく必要がある。この場合、アタッチメントの形状データを、作業者が手作業で制御装置に登録するようにすることは可能である。
しかるに、作業機に取付け得るアタッチメントの種類が多い場合には、アタッチメントの形状データを手作業で制御装置に登録することは手間を要するものとなる。そこで、例えば特許文献2には、作業機に取り付けるアタッチメントを、基準のアタッチメントとサイズが異なるアタッチメントに交換した場合に、交換後のアタッチメントを所定の姿勢で地面に接地させた状態での所定部位の寸法データを測定し、その測定値と、基準のアタッチメントに対応する値との差に基づいて、交換後のアタッチメントの形状データを推定する技術が提案されている。
前記特許文献2に提案されている技術では、基準のアタッチメントと交換後のアタッチメントとが両方ともバケットである場合のように、基準のアタッチメントと、交換後のアタッチメントとのそれぞれの外形状が互いに相似するするものであることが前提となる。
しかるに、作業機に取り付けられる種々様々のアタッチメントのうちには、同種のもの(同じ作業目的で使用されるもの)であっても、全体の外形状もしくはその一部の形状のばらつきを生じる種類のアタッチメントもある。例えば、アタッチメントとしての破砕機、あるいは、フォーク等はそれぞれ、形状のばらつきがある。
このため、アタッチメントの種類によっては、ある1つのアタッチメントを基準のアタッチメントとしても、他のサイズのアタッチメントは、基準のアタッチメントとの形状の相似性が乏しいものとなる場合が多々ある。そして、このような場合には、前記特許文献2に見られる技術では、交換後のアタッチメントの形状データを正しく推定できないという不都合を生じる。
ひいては、特許文献2に見られる技術は、形状のばらつきがある種類のアタッチメントについては適切に適用することができず、汎用性に乏しいものとなっていた。
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、建設機械の作業機に交換可能に取り付けられ得る多数の種類のアタッチメントについて、干渉防止領域とアタッチメントとの位置関係を監視するために用いる該アタッチメントの形状データを適切に作成することを可能とする方法を提供することを目的とする。
本発明の建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法は、かかる目的を達成するために、先端部に複数種類のアタッチメントが交換可能に取り付けられる作業機と、該作業機及び該作業機に対するアタッチメントの姿勢状態に応じた検出出力を発生する姿勢状態検出用センサと、前記アタッチメントの干渉を防止するための領域としてあらかじめ設定された干渉防止領域と前記アタッチメントとの位置関係を監視する干渉監視手段とを備える建設機械において、前記干渉監視手段が前記干渉防止領域と前記アタッチメントとの位置関係を監視するために用いる該アタッチメントの形状データを作成する方法であって、
前記作業機に取り付けられたアタッチメントの姿勢が、該アタッチメントの種類に応じてあらかじめ決定された複数種類の所定姿勢のうちの1つの所定姿勢になるように前記作業機を作動させた状態で該アタッチメントを前記建設機械の周囲の地面に接地させることを前記複数種類の所定姿勢のそれぞれ毎に順次実行する第1ステップと、
前記アタッチメントを前記地面に接地させた状態での前記姿勢状態検出用センサの検出出力に基づいて、前記複数種類の所定姿勢のそれぞれ毎に、前記アタッチメントに接する地面の接線ラインと該アタッチメントとの位置関係を特定する第2ステップと、
前記複数種類の所定姿勢に各々対応する複数の接線ラインと、前記作業機の先端部の点を通るラインであって、前記アタッチメントに対する位置関係が一定となるように設定された所定の補助ラインとにより形成される領域の外形状データを、前記複数の接線ラインのそれぞれと前記アタッチメントとの特定された位置関係と、前記補助ラインと前記アタッチメントとの設定された位置関係とに基づいて特定し、該外形状データを前記アタッチメントの形状データとして設定する第3ステップとを備えており、
前記複数の接線ラインと前記補助ラインとにより形成される領域であるアタッチメント形状領域は、前記複数の接線ライン及び補助ラインのそれぞれの両側の平面領域のうち、前記アタッチメントが存在する側の平面領域をアタッチメント側平面領域と定義したとき、前記複数の接線ライン及び補助ラインのそれぞれに対応するアタッチメント側平面領域が互いに重なり合う重なり領域であり、
該複数種類の所定姿勢に各々対応する前記複数の接線ラインと前記補助ラインとにより規定される前記重なり領域が、前記アタッチメントのうち、該アタッチメントが取り付けられた前記作業機の作動状態に応じて前記干渉防止領域に進入し得る部分の全体を少なくとも包含する領域となるように、前記複数種類の所定姿勢及びその種類数と前記補助ラインとのうちの少なくとも前記複数種類の所定姿勢が、該アタッチメントの種類別にあらかじめ定められていることを特徴とする(第1発明)。
前記作業機に取り付けられたアタッチメントの姿勢が、該アタッチメントの種類に応じてあらかじめ決定された複数種類の所定姿勢のうちの1つの所定姿勢になるように前記作業機を作動させた状態で該アタッチメントを前記建設機械の周囲の地面に接地させることを前記複数種類の所定姿勢のそれぞれ毎に順次実行する第1ステップと、
前記アタッチメントを前記地面に接地させた状態での前記姿勢状態検出用センサの検出出力に基づいて、前記複数種類の所定姿勢のそれぞれ毎に、前記アタッチメントに接する地面の接線ラインと該アタッチメントとの位置関係を特定する第2ステップと、
前記複数種類の所定姿勢に各々対応する複数の接線ラインと、前記作業機の先端部の点を通るラインであって、前記アタッチメントに対する位置関係が一定となるように設定された所定の補助ラインとにより形成される領域の外形状データを、前記複数の接線ラインのそれぞれと前記アタッチメントとの特定された位置関係と、前記補助ラインと前記アタッチメントとの設定された位置関係とに基づいて特定し、該外形状データを前記アタッチメントの形状データとして設定する第3ステップとを備えており、
前記複数の接線ラインと前記補助ラインとにより形成される領域であるアタッチメント形状領域は、前記複数の接線ライン及び補助ラインのそれぞれの両側の平面領域のうち、前記アタッチメントが存在する側の平面領域をアタッチメント側平面領域と定義したとき、前記複数の接線ライン及び補助ラインのそれぞれに対応するアタッチメント側平面領域が互いに重なり合う重なり領域であり、
該複数種類の所定姿勢に各々対応する前記複数の接線ラインと前記補助ラインとにより規定される前記重なり領域が、前記アタッチメントのうち、該アタッチメントが取り付けられた前記作業機の作動状態に応じて前記干渉防止領域に進入し得る部分の全体を少なくとも包含する領域となるように、前記複数種類の所定姿勢及びその種類数と前記補助ラインとのうちの少なくとも前記複数種類の所定姿勢が、該アタッチメントの種類別にあらかじめ定められていることを特徴とする(第1発明)。
なお、本発明(第1発明以外の発明も含む)においては、前記アタッチメントの3種類の「所定姿勢」は、作業機の先端部に対するアタッチメントの揺動軸に直交する平面に投影して見たアタッチメントの姿勢である。
また、前記「接線ライン」は、前記第1ステップにおいて前記アタッチメントを接地させた地面(アタッチメントの接地面)を、上記揺動軸に直交する平面に投影してなるラインを当該平面に投影してなるラインである。
また、前記アタッチメントを接地させる「地面」は、該アタッチメントの接地箇所において、建設機械に対する相対位置及び姿勢が事前に判明している平坦面、あるいは、少なくとも前記第2ステップの処理前に建設機械に対する相対位置及び姿勢を測定等により特定し得る平坦面である。この場合、上記「平坦面」は、ほぼ平坦とみなし得る面を含む。
また、各接線ラインの「両側の平面領域」というのは、当該両側の平面領域の境界線が該接線ラインとなる平面領域(換言すれば、該接線ラインを境界線として区分けされた2つの平面領域)を意味する。前記補助ラインの「両側の平面領域」についても同様である。
上記第1発明によれば、前記第1ステップ及び第2ステップの処理を実行することで、前記作業機の先端部に取り付けられたアタッチメントに接する各接線ライン(前記複数種類の所定姿勢のそれぞれに対応する接線ライン)と、該アタッチメントとの位置関係が特定される。
この場合、前記第1ステップにてアタッチメントを接地させた地面は、建設機械に対する相対位置及び姿勢が判っている平坦面であるので、前記姿勢状態検出用センサの検出出力に基づいて、各接線ラインのそれぞれと、該アタッチメントとの位置関係を特定できる。
そして、前記第3ステップの処理によって、前記複数種類の所定姿勢のそれぞれに対応する複数の接線ラインと、前記補助ラインとにより形成されるアタッチメント形状領域(詳しくは、前記複数の接線ライン及び補助ラインのそれぞれに対応するアタッチメント側平面領域が互いに重なり合う重なり領域)の外形状を示す外形状データがアタッチメントの形状データとして特定される。
ここで、本願発明者の各種検討によれば、前記複数種類の所定姿勢及びその種類数と前記補助ラインとのうちの少なくとも前記複数種類の所定姿勢を、該アタッチメントの種類別に適切に設定しておくことで、前記アタッチメント形状領域としての前記重なり領域が、該アタッチメントの形状の種類あるいはばらつきによらずに、前記アタッチメントのうち、該アタッチメントが取り付けられた前記作業機の作動状態に応じて前記干渉防止領域に進入し得る部分の全体を少なくとも包含する領域となるようにすることができる。
そこで、第1発明では、上記アタッチメント形状領域(重なり領域)の外形状データを、前記アタッチメントの形状データとして設定する。このようにアタッチメントの形状データを設定した場合、該形状データにより表されるアタッチメント形状領域が、前記干渉防止領域に進入しない状態は、アタッチメントが前記干渉防止領域に進入しない状態となる。
よって、第1発明によれば、建設機械の作業機に交換可能に取り付けられ得る多数の種類のアタッチメントについて、干渉防止領域とアタッチメントとの位置関係を監視するために用いる該アタッチメントの形状データを適切に作成することが可能となる。
上記第1発明では、前記複数種類の所定姿勢及びその種類数のうちの少なくとも前記複数種類の所定姿勢は、該複数の接線ラインのそれぞれに対応するアタッチメント側平面領域が互いに重なり合う領域である第1領域が、前記アタッチメントの全体を包含する開領域となり、且つ、前記作業機の先端部から該アタッチメント側に離れた位置に該複数の接線ラインのうちの2つの接線ラインが交わる頂点を1つ以上有する領域となるように該アタッチメントの種類別にあらかじめ定められており、前記補助ラインは、前記アタッチメント形状領域が、前記第1領域の全ての頂点であるM個の頂点に、該補助ラインが複数の接線ラインのうちの2つの接線ラインと交わることにより形成される2個の頂点を加えたM+2個の頂点数の多角形領域となるように設定されていることが好ましい(第2発明)。
なお、第2発明において、前記「開領域」は、全周が前記複数の接線ラインで囲まれた閉領域(多角形領域)とならない領域を意味する。
この第2発明によれば、前記アタッチメントの全体、又は該アタッチメントのうちの前記作業機の先端部寄りの一部以外の部分を、M+2個の頂点数の多角形領域となる前記アタッチメント形状領域に包含させるようにすることができる。このため、結果的に、該アタッチメントのうち、該アタッチメントが取り付けられた前記作業機の作動状態に応じて前記干渉防止領域に進入し得る部分の全体が前記アタッチメント形状領域に包含されることとなる。
従って、アタッチメントの形状データとしての前記アタッチメント形状領域の外形状データを用いて、アタッチメントと前記干渉防止領域との位置関係を適切に監視できる。さらにこの第2発明によれば、前記複数種類の所定姿勢を容易に設定しておくことができる。
上記第2発明では、前記補助ラインとしては、例えば、前記作業機の先端部に対する前記アタッチメントの揺動中心点と、該揺動中心点周りに前記アタッチメントを揺動させる駆動力を該アタッチメントに伝達するリンクと該アタッチメントとの連結点とを通るラインとして設定されたラインを採用し得る(第3発明)。
この第3発明によれば、前記補助ラインを、任意の種類のアタッチメントについて共通の補助ラインとして設定できる。
また、この場合、アタッチメントのうち、補助ラインよりも作業機側の一部分は、前記アタッチメント形状領域に含まれないこととなるものの、当該一部分は、一般に前記干渉防止領域に進入する可能性のない部分である。このため、前記アタッチメント形状領域に、前記干渉防止領域に進入する可能性のない部分が過剰に含まれるのを抑制できる。
上記第2発明又は第3発明では、前記複数種類の所定姿勢の種類数は3種類以上であり、前記アタッチメント形状領域は、頂点数が4個以上の多角形領域であることが好ましい(第4発明)。
これによれば、アタッチメント形状領域が実際のアタッチメントのサイズに比して過剰に大きなものとならないように、該アタッチメント形状領域を作成できる。
前記第1〜第4発明において、前記作業機の先端部に取付けられる前記アタッチメントは、前記作業機の先端部に対する該アタッチメントの揺動軸の方向で見た該アタッチメントの形状が該アタッチメントの作動により変化し得る種類のアタッチメント、例えば、開閉作動もしくは旋回作動が可能な破砕機等を含み得る。
この場合、当該形状が変化し得る種類のアタッチメントに対応する前記複数種類の所定姿勢及びその種類数と前記補助ラインとのうちの少なくとも前記複数種類の所定姿勢は、前記複数の接線ラインと前記補助ラインとにより規定される前記重なり領域が、該アタッチメントのうち、該アタッチメントが取り付けられた前記作業機の作動状態に応じて前記干渉防止領域に進入し得る部分の全体を少なくとも包含する領域となるという条件を該アタッチメントの形状変化によらずに満たすようにあらかじめ定められていることが好ましい(第5発明)。
これによれば、前記形状が変化し得る種類のアタッチメントに対応する前記複数種類の所定姿勢及びその種類数と前記補助ラインとのうちの少なくとも前記複数種類の所定姿勢を適切に設定しておくことで、当該アタッチメントのうちの前記干渉防止領域に進入し得る部分の全体が、当該アタッチメントの形状変化によらずに、前記重なり領域(アタッチメント形状領域)に含まれるようにすることができる。
このため、当該アタッチメントの形状データとしてのアタッチメント形状領域の外形状データを用いて当該アタッチメントと干渉防止領域との位置関係を監視することを、当該アタッチメントの形状変化によらずに適切に行うことが可能となる。
上記第5発明では、前記形状が変化し得る種類のアタッチメントに対応する前記複数種類の所定姿勢は、該アタッチメントの形状が互いに異なる2種類以上の所定姿勢を含むことが好ましい(第6発明)。
これによれば、前記重なり領域が、該アタッチメントのうち、該アタッチメントが取り付けられた前記作業機の作動状態に応じて前記干渉防止領域に進入し得る部分の全体を少なくとも包含する領域となるという条件を該アタッチメントの形状変化によらずに満たすための前記複数種類の所定姿勢を適切に設定しておくことができる。
本発明の一実施形態を図1〜図11を参照して説明する。図1を参照して、本実施形態における建設機械は、例えば油圧ショベル1である。この油圧ショベル1は、クローラ式の走行体2と、走行体2に旋回可能に支持された車体3と、車体3から延設された作業機10とを備える。
車体3には、運転者搭乗部4(図示例では運転室)が備えられている。また、車体3には、図示を省略するエンジン、油圧ポンプ、油圧回路等が搭載されている。
作業機10は、車体3から延設されたブーム11と、ブーム11の先端部から延設されたアーム12と、車体3に対してブーム11を揺動させるアクチュエータたる第1油圧シリンダ14(所謂、ブームシリンダ)と、ブーム11に対してアーム12を揺動させるアクチュエータたる第2油圧シリンダ15(所謂、アームシリンダ)と、アーム12の先端部に取り付けられるバケット等のアタッチメント13をアーム12に対して揺動させるアクチュエータたる第3油圧シリンダ16(所謂、バケットシリンダ)とを備える。
この場合、ブーム11は、車体3に対して揺動軸17の軸心周りに揺動し得るように、該揺動軸17を介して車体3に軸支されている。そして、第1油圧シリンダ14の伸縮動作によって、車体3に対してブーム11が揺動するように、該第1油圧シリンダ14の両端部(ボトム部及びロッド先端部)のそれぞれが、車体3及びブーム11のそれぞれに連結されている。
また、アーム12は、ブーム11に対して揺動軸18の軸心周りに揺動し得るように、該揺動軸18を介してブーム11の先端部に軸支されている。そして、第2油圧シリンダ15の伸縮動作によって、ブーム11に対してアーム12が揺動するように、該第2油圧シリンダ15の両端部(ボトム部及びロッド先端部)のそれぞれが、ブーム11及びアーム12のそれぞれに連結されている。
作業機10の先端部たるアーム12の先端部には、種々様々な種類のアタッチメント13を交換可能に取り付けることが可能である。例えば、バケット、破砕機、フォーク、グラップル、マグネット、ブレーカ等のアタッチメントをアーム12の先端部に取り付けることが可能である。
図1並びに図4〜図7では、アタッチメント13の第1例としての破砕機13aを例示し、図8A〜図8C及び図9では、アタッチメント13の第2例としてのバケット13bを例示し、図10A〜図10C及び図11では、アタッチメント13の第3例としてのブレーカ13cを例示している。
これらのアタッチメント13は、いずれも、次のような形態で、アーム12の先端部に取り付けられる。
すなわち、アタッチメント13は、アーム12の先端部に揺動軸19の軸心周りに揺動し得るように該揺動軸19を介して軸支されると共に、該アタッチメント13の揺動軸19の側方部分が、屈曲自在なリンク20を介してアーム12に連結される。このように、アタッチメント13は、揺動軸19及びリンク20を介してアーム12の先端部に取り付けられる。
そして、前記第3油圧シリンダ16の両端部(ボトム部及びロッド先端部)のそれぞれが、アーム12のブーム11寄りの部分と、上記リンク20の屈曲部とのそれぞれに連結されている。これにより、第3油圧シリンダ16の伸縮動作時の駆動力が、リンク20を介してアタッチメント13に伝達されるようになっている。ひいては、第3油圧シリンダ16の伸縮動作によって、アタッチメント13がアーム12に対して揺動軸19の軸心周りに揺動するようになっている。
なお、本実施形態の油圧ショベル1では、車体3に対するブーム11の揺動軸17、ブーム11に対するアーム12の揺動軸18、及びアーム12に対するアタッチメント13の揺動軸19のそれぞれの軸心方向は車体3の車幅方向であり、互いに平行である。そして、図1並びに図2〜図11の各図は、油圧ショベル1のアタッチメント13等を、上記揺動軸17,18,19の軸心方向に直交する平面に投影した状態で図示している。
本実施形態の油圧ショベル1には、図2に示すように、油圧ショベル1の動作制御等を行う制御装置31と、車体3に対するブーム11の揺動量(揺動軸17の軸心周りの回転角)に応じた検出出力を発生する第1回転センサ32と、ブーム11に対するアーム12の揺動量(揺動軸18の軸心周りの回転角)に応じた検出出力を発生する第2回転センサ33と、アーム12に対するアタッチメント13の揺動量(揺動軸19の軸心周りの回転角)に応じた検出出力を発生する第3回転センサ34とを備える。
制御装置31は、CPU、RAM、ROM、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成される。なお、制御装置31は、相互に通信可能な複数の電子回路ユニットにより構成されていてもよい。
この制御装置31は、実装されるハードウェア構成又はプログラム(ソフトウェア構成)により実現される機能として、油圧ショベル1のアタッチメント13の形状データを後述する如く作成するための演算処理を実行する形状データ作成処理部41と、油圧ショベル1による各種作業の実行時(作業機10の作動時)に、アーム12の先端部に取り付けられているアタッチメント13と、該アタッチメント13の干渉を防止すべき領域としてあらかじめ設定された干渉防止領域ARとの位置関係を監視する干渉監視部42とを含む。
上記干渉監視部42は、本発明における干渉監視手段に相当する。この干渉監視部42は、より詳しくは、油圧ショベル1による各種作業の実行時に、アタッチメント13と、干渉防止領域ARとの位置関係を、該アタッチメント13の作成済の形状データを用いて逐次監視する。
ここで、上記干渉防止領域ARは、本実施形態では、アタッチメント13が車体3に干渉するのを防止するための領域である。該干渉防止領域ARは、例えば図1に示すように、車体3を囲むようにあらかじめ設定された領域である。該干渉防止領域ARを示すデータ(車体3に対する該領域の位置関係を示すデータ)は、制御装置31にあらかじめ記憶保持されている。該干渉防止領域ARは、例えば、車体3に対して固定設定された車体座標系等、任意に設定された座標系で見た領域として表現される。
そして、干渉監視部42は、形状データにより示されるアタッチメント13が、干渉防止領域ARに進入した場合、もしくは進入しそうな場合に、作業機10の各油圧シリンダ14〜16の作動を強制停止させたり、あるいは、運転者に聴覚的もしくは視覚的な警報を出力する等の制御処理を実行する。これにより、アタッチメント13が干渉防止領域AR内の車体3に干渉するのが防止される。
第1回転センサ32、第2回転センサ33、及び第3回転センサ34は、本発明における姿勢状態検出用センサに相当する。これらの回転センサ32〜34は、例えばロータリーエンコーダ、ポテンショメータ等により構成され得る。そして、これらの回転センサ32〜34の検出出力が制御装置31に入力される。
なお、姿勢状態検出用センサは、作業機10の姿勢状態(詳しくは、ブーム11及びアーム12の姿勢状態)と作業機10に対するアタッチメント13の姿勢状態とに応じた検出出力とを発生し得るものであれば、回転センサ32〜34以外のセンサを採用し得る。例えば、第1油圧シリンダ14、第2油圧シリンダ15および第3油圧シリンダ16のストローク長(伸縮量)に応じた検出出力を発生する変位センサ等を姿勢状態検出用センサとして採用することもできる。
また、油圧ショベル1には、さらにアタッチメント13の形状データの作成時等に運転者が適宜操作を行う姿勢決定操作部35、モード切替操作部36及び姿勢変更終了操作部37が備えられている。
姿勢決定操作部35は、アタッチメント13の形状データの作成時に、運転者が作業機10の操縦によって、アタッチメント13を所定姿勢で地面に接地させたときに、そのことを示す信号を制御装置31に与えるための操作部である。
また、モード切替操作部36は、油圧ショベル1の動作モードとして、油圧ショベル1による各種作業を行う動作モードである通常作業用動作モードと、アタッチメント13の形状データの作成を行うための動作モードである形状データ作成モードとのいずれか一方を制御装置31に対して設定するための操作部である。
また、姿勢変更終了操作部37は、アタッチメント13の形状データの作成時に、アタッチメント13を複数種類の所定姿勢で地面に接地させる作業が終了したことを示す信号を制御装置31に与えるための操作部である。
これらの操作部35,36,37は、運転者搭乗部4に設置される操作スイッチ、タッチパネル、あるいは、音声入力部等により構成され得る。そして、操作部35,36,37のそれぞれの操作信号が制御装置31に入力される。
なお、油圧ショベル1を遠隔操縦できる場合には、制御装置31の機能の一部、あるいは、操作部35,36,37は、油圧ショベル1の遠隔操縦装置に備えられていてもよい。
次に、種々様々の種類のアタッチメント13の形状データの作成処理を詳細に説明する。形状データが作成されていないアタッチメント13を使用して作業を行おうとする場合、その作業前に、該アタッチメント13の形状データを作成する処理が実行される。
この場合、該アタッチメント13がアーム12の先端部(作業機10の先端部)に取り付けられる。さらに、運転者による前記モード切替操作部36の操作によって、油圧ショベル1の動作モードとして、前記形状データ作成モードが設定される。
この状態で、運転者による油圧ショベル1の操縦(作業機10を動かす操縦)と、姿勢決定操作部35及び姿勢変更終了操作部37の操作とが所定の手順で実行される。
具体的には、運転者は、形状データの作成対象のアタッチメント13を、N種類(N:2以上の整数)の所定姿勢で順番に、油圧ショベル1の周囲の地面に接地させるように作業機10を操縦する。そして、運転者は、N種類のそれぞれの所定姿勢でアタッチメント13を接地させる毎に、姿勢決定操作部35をオン操作する。さらに、全ての種類の所定姿勢でのアタッチメント13の接地作業が終了すると、運転者は、姿勢変更終了操作部37をオン操作する。
ここで、上記N種類の所定姿勢及びその種類数Nは、形状データの作成対象のアタッチメント13(以降、対象アタッチメント13ということがある)の種類別にあらかじめ定められている。この場合、N種類の所定姿勢は、各姿勢での対象アタッチメント13の接地部分が互いに異なるものとなるように定められている。
そして、運転者は、対象アタッチメント13の種類に応じたN種類の所定姿勢を、あらかじめ作成された説明書面等により認識する。あるいは、N種類の所定姿勢を運転者に認識させることを、例えば、運転者搭乗部4における案内表示(ディスプレイによる案内表示)又は音声案内等によって行うことも可能である。
また、N種類の所定姿勢のそれぞれの姿勢で対象アタッチメント13を接地させる地面は、本実施形態では、油圧ショベル1の走行体2の接地面と同一もしくはほぼ同一の平面上の平坦面である。この場合、走行体2の接地面と、対象アタッチメント13を接地させる地面とは水平面に対して傾斜した傾斜面であってもよい。
なお、対象アタッチメント13を接地させるに際してのN種類の所定姿勢の実現順番は任意でよい。
補足すると、対象アタッチメント13を、N種類の所定姿勢で順番に、油圧ショベル1の周囲の地面に接地させる作業は、本発明における第1ステップに相当する。
上記のように、作業機10の操縦によって、対象アタッチメント13をN種類の所定姿勢で順番に地面に接地させる作業と並行して、制御装置31は、形状データ作成処理部41の処理を実行する。この処理は、図3のフローチャートに示す如く実行される。
なお、以降の説明では、対象アタッチメント13を接地させる作業において、第i番目(i=1,2,…,N)の接地時における対象アタッチメント13の姿勢を第i姿勢と称し、第i姿勢で対象アタッチメント13に接する地面の接線ラインを第i接線ラインLi(又は単に接線ラインLi)と称する。
図3を参照して、形状データ作成処理部41は、STEP1において、動作モードが形状データ作成モードに設定されているか否かをモード切替操作部36の操作信号に基づいて判断する。
このSTEP1の判断結果が否定的である場合には、形状データ作成処理部41は、STEP1の判断処理を継続する。そして、STEP1の判断結果が肯定的になると、形状データ作成処理部41は、次に、STEP2において、番数パラメータiの値を「1」に設定した後、STEP3において、前記姿勢決定操作部35がオン操作されたか否かを該姿勢決定操作部35の操作信号に基づき判断する。
このSTEP3の判断結果が否定的である場合には、形状データ作成処理部41は、STEP3の判断処理を継続する。そして、対象アタッチメント13が第i番目の所定姿勢で接地された状態での運転者による姿勢決定操作部35のオン操作によって、STEP3の判断結果が肯定的になると、形状データ作成処理部41は、次に、STEP4において、対象アタッチメント13の現在の姿勢(第i姿勢)にて該対象アタッチメント13に接する地面の接線ラインLiと該対象アタッチメント13との位置関係を、対象アタッチメント13の現在の姿勢(第i姿勢)での前記第1〜第3回転センサ32〜34の検出出力を用いて特定する処理(詳細は後述する)を実行する。特定された当該位置関係は、図示しないメモリに記憶保持される。
次いで、形状データ作成処理部41は、STEP5において、姿勢変更終了操作部37がオン操作されたか否か(換言すれば、N種類の所定姿勢での対象アタッチメント13の接地作業が全て終了したか否か)を該姿勢変更終了操作部37の操作信号に基づき判断する。
このSTEP5の判断結果が否定的である場合には、形状データ作成処理部41は、STEP6において、番数パラメータiの値を「1」だけ増加させた後、STEP3からの処理を継続する。
また、N種類の所定姿勢での対象アタッチメント13の接地作業が全て終了したことに応じて、運転者が姿勢変更終了操作部37がオン操作することによって、前記STEP5の判断結果が肯定的になると、形状データ作成処理部41は、STEP7で対象アタッチメント13の形状データを決定する処理(詳細は後述する)を行う。これにより、形状データ作成処理部41の処理が完了する。
対象アタッチメント13が、図1に示すように、開閉自在に構成された二股形状の種類のアタッチメント13a(図示例では破砕機)である場合を主たる代表例として、上記STEP4及びSTEP7の処理を以下に具体的に説明する。STEP4の処理は、本発明における第2ステップに相当する処理、STEP7の処理は、本発明における第3ステップに相当する処理である。
なお、図1に示す二股形状のアタッチメント13a(破砕機)は、アーム12の先端部に取り付けた状態で、前記揺動軸19の軸心周りに揺動可能であることに加えて、アーム12寄りの端部(アーム12及び前記リンク20との連結部の近辺の部分)を除く先端側の部分(二股形状の開閉機構部分)が、アーム12寄りの端部に対して旋回中心軸線Cの周りに旋回可能なタイプの破砕機である。このように、図1に示すアタッチメント13aの先端側の部分が旋回することで、揺動軸19の軸心方向に直交する平面に投影して見たアタッチメント13の形状が変化することとなる。また、図示例のアタッチメント13a(破砕機)は、旋回中心軸線Cに対してほぼ対称な形状を有する。
対象アタッチメント13が、開閉自在な二股形状の種類の対象アタッチメント13aである場合、該対象アタッチメント13aに対応してあらかじめ定められたN種類の所定姿勢は、本実施形態では、図4に示すように、対象アタッチメント13aを全開状態(又はそれに近い開状態)とし、且つ、対象アタッチメント13aの先端部(2つの刃先部)が車体3側に向くようにした状態で、対象アタッチメント13aの地面側の側面部を地面に接地させる姿勢と、図5に示すように、対象アタッチメント13aを全開状態(又はそれに近い開状態)とし、且つ、対象アタッチメント13aの先端部(2つの刃先部)が車体3側と反対側に向くようにした状態で、該対象アタッチメント13aの地面側の側面部を地面に接地させる姿勢と、図6に示すように、対象アタッチメント13aを全閉状態(又はそれに近い状態)とし、且つ、旋回中心軸線Cを地面に対してほぼ垂直となるようにした状態で、対象アタッチメント13aの先端部13a1,13a2(2つの刃先部)を地面に接地させる姿勢との3種類の姿勢である。
この場合、上記3種類の所定姿勢は、いずれも、対象アタッチメント13aの開閉動作が、前記揺動軸19の軸心方向と直交する平面上で行われるように、該対象アタッチメント13aの旋回中心軸線周りの旋回位置を設定した状態での姿勢である。
ここで、対象アタッチメント13aの全開状態は、該対象アタッチメント13aの2つの刃先部の間隔を最大にするように、対象アタッチメント13aを作動させた状態である。該対象アタッチメント13aの開閉と、旋回中心軸線Cの周りの旋回は、運転者の操縦操作により、該対象アタッチメント13aに備えられた油圧アクチュエータ(図示省略)を作動させることでなされる。
なお、図4及び図5に示すように、対象アタッチメント13aの側面部を接地させる姿勢では、旋回中心軸線Cが地面に平行になるようにしている。ただし、対象アタッチメント13aの側面部を接地させる姿勢で、旋回中心軸線Cが地面に対してある程度傾斜してもよい。
また、二股形状の対象アタッチメント13aに対応する上記の3種類の所定姿勢は、図4〜図6に示す形状の破砕機に限らず、他の形状の破砕機、あるいは、破砕機以外のフォーク、グラップル等についても同様である。また、二股形状の対象アタッチメント13aは、旋回機能を持たないものであってもよい。
補足すると、二股形状の対象アタッチメント13aの開閉状態を、その開閉のための操縦操作量等に基づいて制御装置31で検知し得る場合には、対象アタッチメント13aが所定の開閉状態でない場合に、該所定の開閉状態を実現すべき旨の視覚的又は聴覚的な報知を運転者に行うようにしてもよい。
以降の説明では、一例として、図4、図5及び図6のそれぞれに示した如き二股形状の対象アタッチメント13aの姿勢が、運転者の操縦操作によって、それぞれ順番に実現された第1姿勢、第2姿勢、第3姿勢であるとする。この場合、第1姿勢、第2姿勢、第3姿勢にそれぞれ対応する接線ラインL1,L2,L3はそれぞれ、図4、図5、図6に示す如きラインとなる。
図4、図5及び図6を参照して、本実施形態では、形状データ作成処理部41は、STEP4の処理において、第i接線ラインLi(i=1,2,3)と、対象アタッチメント13aとの位置関係を示すデータとして、あらかじめ定められた基準ラインAと第i接線ラインLiとのなす角度θiと、あらかじめ定めた基準点Pと第i接線ラインLiとの距離di(基準ラインAの方向での距離)との組を算出する。
上記基準ラインAは、対象アタッチメント13aに対して一定の位置関係(固定的な位置関係)となり、且つ、対象アタッチメント13aの実際のサイズ、形状等によらずに、作業機10に対する該基準ラインAの位置関係を、作業機10に対する対象アタッチメント13aの姿勢状態に応じて特定し得るようにあらかじめ定められたライン(アーム12に対するアタッチメント13の揺動軸19の軸心方向に直交する平面に投影して見たライン)である。
このような基準ラインAの一例として、本実施形態では、例えば、アーム12の先端部に対する対象アタッチメント13aの連結点と、対象アタッチメント13aに対する前記リンク20の連結点とを通るラインが用いられる。該基準ラインAは、より詳しくは、アーム12の先端部に対する対象アタッチメント13aの揺動中心点(揺動軸19の軸心点)と、対象アタッチメント13aに対する前記リンク20の揺動中心点との2点を結ぶラインである。
また、上記基準点Pは、該基準点Pが基準ラインA及び対象アタッチメント13aに対して一定の位置関係になるように定められた点(アーム12に対するアタッチメント13の揺動軸19の軸心方向に直交する平面に投影して見た点)である。
このような基準点Pの一例として、本実施形態では、アーム12の先端部に対する対象アタッチメント13aの連結点(アーム12の先端部に対する対象アタッチメント13aの揺動中心点)が用いられる。
本実施形態では、上記基準ラインA及び基準点Pは、二股形状のアタッチメント13aに限らず、任意の種類のアタッチメント13について同じである。
なお、任意の種類の対象アタッチメント13に関して、基準ラインAと第i接線ラインLiとのなす角度θiは、より詳しくは、基準ラインAから反時計周り方向の角度(<180deg)である。
また、基準点Pと第i接線ラインLiとの距離diについては、基準ラインAと第i接線ラインLiとの交点が、基準ラインAよりも対象アタッチメント13とリンク20との連結点により近い側にある場合(図4又は図6の場合)に正(又は負)の値、当該交点が、基準ラインAよりも対象アタッチメント13とリンク20との連結点から遠い側にある場合に負(又は正)の値とにより近い側にある場合(図5の場合)に負(又は正)の値と定義される。
任意の種類の対象アタッチメント13の第i姿勢での上記角度θi及び距離diの組は、次のように算出される。
すなわち、形状データ作成処理部41は、対象アタッチメント13を第i姿勢で接地させた状態での第1〜第3回転センサ32〜34の検出出力を用いて、走行体2の接地面に対する前記基準ラインAの傾斜角を、第i接線ラインLiと基準ラインAとのなす角度θiとして算出する。
ここで、走行体2の接地面に対する車体3のピッチ方向(車体3の車幅方向の軸周り方向)及びロール方向(車体3の前後方向の軸周り方向)の姿勢はほぼ一定であるので、車体3に対するブーム11の揺動量と、ブーム11に対するアーム12の揺動量と、アーム12に対する対象アタッチメント13の揺動量との3つの揺動量の値に応じて、走行体2の接地面に対する対象アタッチメント13の姿勢が一義的に規定される。
従って、対象アタッチメント13を任意の姿勢で地面(走行体2の接地面と同一もしくはほぼ同一の平面上の平坦面)に接地させた状態での走行体2の接地面に対する基準ラインAの傾斜角は、上記3つの揺動量の値の関数値として算出し得る。
そこで、形状データ作成処理部41は、対象アタッチメント13を第i姿勢で接地させた状態での第1〜第3回転センサ32〜34の検出出力により示される上記3つの揺動量のそれぞれの検出値から、あらかじめ作成された演算式(上記3つの揺動量と上記傾斜角との関数関係を表す演算式)により、角度θiを算出する。
対象アタッチメント13が二股形状の対象アタッチメント13aである場合、第1姿勢、第2姿勢、第3姿勢にそれぞれ対応する上記角度θ1,θ2,θ3は、それぞれ図4、図5、図6に示す如き角度となる。
また、対象アタッチメント13を任意の姿勢で地面(走行体2の接地面と同一もしくはほぼ同一の平面上の平坦面)に接地させた状態での走行体2の接地面からの前記基準点Pの高さは、車体3に対するブーム11の揺動量と、ブーム11に対するアーム12の揺動量との2つの揺動量の値の関数値として算出し得る。
そこで、形状データ作成処理部41は、対象アタッチメント13を第i姿勢で接地させた状態での第1及び第2回転センサ32,33の検出出力により示される上記2つの揺動量のそれぞれの検出値から、あらかじめ作成された演算式(上記2つの揺動量と上記高さとの関数関係を表す演算式)により、走行体2の接地面からの基準点Pの高さhiを算出する。
対象アタッチメント13が二股形状の対象アタッチメント13aである場合、第1姿勢、第2姿勢、第3姿勢にそれぞれ対応する上記高さh1,h2,h3は、それぞれ図4、図5、図6に示す如き高さとなる。
そして、形状データ作成処理部41は、対象アタッチメント13を第i姿勢で接地させた状態での上記高さhiの算出値と、角度θiの算出値とから、次式(1)の幾何学演算により、前記距離diを算出する。
di=hi/sin(θi) ……(1)
なお、距離diの極性は、前記の通りである。従って、対象アタッチメント13が二股形状の対象アタッチメント13aである場合、第1姿勢、第3姿勢にそれぞれ対応する距離d1,d3は、例えば正の値、第2姿勢に対応する距離d2は、例えば負の値とされる。
前記STEP4では、以上の如く、対象アタッチメント13の種類に応じたN種類の所定姿勢のそれぞれに対応する第i接線ラインLi(i=1,2,……,N)と対象アタッチメント13との位置関係を示すデータとしての角度θiと距離diとの組が算出される。
補足すると、第i接線ラインLi(i=1,2,3)と対象アタッチメント13との位置関係を示すデータ、あるいは、該データに係る基準ラインA及び基準点Pは、上記したものに限らず、種々様々な態様を採用し得る。
例えば、第i接線ラインLiと対象アタッチメント13との位置関係を示すデータとして、角度θiと前記高さhiとの組を採用してもよい。また、例えば、前記基準ラインAと一定間隔を有する他のライン(基準ラインAと平行なライン)、又は、前記基準ラインAと一定の角度で交差する他のラインを、角度θiに係る基準ラインとして採用してもよい。また、例えば、前記基準点Pと一定の位置関係を有する他の点(例えば、基準ラインAの方向、又は基準ラインAに対して所定角度の方向に、前記基準点Pから所定距離だけ離れた点等)を、距離diに係る基準点として使用してもよい。
また、基準ラインA及び基準点Pは、対象アタッチメント13の種類に応じて異ならせることも可能である。
また、第i接線ラインLiと対象アタッチメント13との位置関係を示すデータとして、例えば、対象アタッチメント13に対して任意に固定設定した座標系で見た第i接線ラインLiの式(直線を表現する式)を規定する係数パラメータの値を用いてもよい。
次に、前記STEP7の処理を詳細に説明する。
本実施形態では、前記STEP7において、STEP4の処理の繰り返しにより求められたN個の接線ラインLi(i=1,2,…,N)と、所定の補助ラインとにより囲まれた多角形領域SRを、対象アタッチメント13の形状を表すアタッチメント形状領域とみなし、該アタッチメント形状領域SRの外形状データを、該対象アタッチメント13の形状データとして決定する。
上記補助ラインは、アーム12の先端部の点を通り、且つ、対象アタッチメント13に対して一定の位置関係となるようにあらかじめ定められたラインである。このような補助ラインの一例として、本実施形態では、任意の種類のアタッチメント13に対して、アーム12の先端部に対する対象アタッチメント13aの連結点と、対象アタッチメント13aに対する前記リンク20の連結点とを通るラインである前記基準ラインAを用いる。
従って、本実施形態では、対象アタッチメント13に対応するN種類の所定姿勢は、該所定姿勢に対応するN個の接線ラインLi(i=1,2,…,N)が、基準ラインAと合わせて多角形状のアタッチメント領域が形成され得るように定められている。
例えば、対象アタッチメント13が、二股形状のアタッチメント13aである場合には、図7に示すように、前記した3種類の所定姿勢に対応する3個の接線ラインL1,L2,L3と、補助ラインとしての基準ラインAとにより囲まれる領域SRa(斜線を付した領域)が四角形状の領域となる。そして、この四角形状の領域SRaが、アタッチメント13aの形状を表すアタッチメント形状領域となる。
補足すると、任意の種類の対象アタッチメント13について、N個の接線ラインLi(i=1,2,…,N)と、補助ラインとしての基準ラインAとにより囲まれた領域としてのアタッチメント形状領域SRは、次のように言い換えることもできる。すなわち、アタッチメント形状領域SRは、換言すれば、揺動軸19の軸心方向に直交する平面に投影して見た対象アタッチメント13aのN個の接線ラインLi(i=1,2,…,N)と基準ラインAとのそれぞれの両側の平面領域のうちの対象アタッチメント13が存在する側の平面領域(アタッチメント側平面領域)が、互いに重なり合う重なり領域である。
例えば、対象アタッチメント13が二股形状の対象アタッチメント13aである場合、図7に示すように、第1接線ラインL1〜L3及び基準ラインA(補助ライン)のそれぞれのラインに対応するアタッチメント側平面領域とが互いに重なり合う重なり領域が、対象アタッチメント13aのアタッチメント形状領域SRaとなる。
本実施形態では、前記STEP7において、任意の種類の対象アタッチメント13についての上記の多角形状のアタッチメント形状領域SRの外形状データが、対象アタッチメント13の形状データとして設定される。
この場合、アタッチメント形状領域SRの外形状データは、例えば対象アタッチメント13に対して固定設定された座標系であるアタッチメント座標系で見たアタッチメント形状領域SRの各辺(N+1個の辺)を表す直線式、該アタッチメント形状領域SRの隣合う2辺の交点となる各頂点(N+1個の頂点)の位置(座標位置)等により表現され得る。該アタッチメント座標系の一例としては、例えば、図7に示すように、前記基準点Pを原点、基準ラインAの延在方向をX軸方向(又はY軸方向)、基準ラインAに直交する方向をY軸方向(又はX軸方向)とする2軸直交座標系を用いることができる。
なお、アタッチメント座標系の原点は、基準点Pと異なる点(基準点Pと所定の位置関係を有する点)であってもよい。また、アタッチメント座標系のX軸方向(又はY軸方向)は、基準ラインAの延在方向と異なる方向(基準ラインAに対して所定の角度方向)であってもよい。また、アタッチメント座標系は、例えば極座標形式の座標系であってもよい。
また、アタッチメント座標系で見たアタッチメント形状領域SRの各頂点の位置等は、適宜、前記第1〜第3回転センサ32〜34の検出出力により示される揺動量の検出値を用いて、他の座標系(例えば車体3に対して固定設定した車体座標系等)で見た位置に座標変換することもできる。従って、アタッチメント形状領域SRを表す座標系は、アタッチメント座標系以外の座標系であってもよい。
以上が形状データ作成処理部41の処理の詳細である。
なお、運転者が作業機10の操縦により実現させるアタッチメント13のN種類の姿勢のうちのいずれかが、運転者の誤認等により本来の所定姿勢と異なっている場合もあり得る。そして、この場合、STEP7の処理において、N個の接線ラインLi(i=1,2,…,N)と、基準ラインA(補助ライン)とで、多角形領域が形成されないことがあり得る。このような場合には、運転者に、アタッチメント13の接地作業を、N種類の正規の所定姿勢でやり直すことを、視覚的又は聴覚的な報知により運転者に促すようにしてもよい。
形状データ作成処理部41で上記の如く作成された任意の種類のアタッチメント13の形状データは、制御装置31の図示しない記憶部に記憶保持される。
あるいは、該形状データを、制御装置31に着脱自在な携帯型のメモリに記憶保持したり、制御装置31と通信可能な外部のサーバ等に記憶保持してもよい。そして、任意の種類のアタッチメント13の作成済の形状データを、当該携帯型のメモリもしくはサーバ等から制御装置31に必要時に取り込むようにしてもよい。
次に、複数種類のアタッチメント13についての前記N種類の所定姿勢(第1〜第N姿勢)の具体例及びその設定指針と、補助ラインの設定指針とをさらに詳細に説明する。
対象アタッチメント13が、前記した二股形状の対象アタッチメント13a(破砕機、フォーク、グラップル等)である場合におけるN種類の所定姿勢は、前記した通り、対象アタッチメント13aを全開状態とし、且つ、対象アタッチメント13aの先端部(2つの刃先部)が車体3側に向くようにした状態で、対象アタッチメント13aの地面側の側面部を地面に接地させる姿勢(第1姿勢)と、対象アタッチメント13aを全開状態とし、且つ、対象アタッチメント13aの先端部(2つの刃先部)が車体3側と反対側に向くようにした状態で、該対象アタッチメント13aの地面側の側面部を地面に接地させる姿勢(第2姿勢)と、対象アタッチメント13aを全閉状態とし、且つ、旋回中心軸線Cを地面に対してほぼ垂直となるようにした状態で、対象アタッチメント13aの先端部(2つの刃先部)を地面に接地させる姿勢(第3姿勢)との3種類の姿勢である。
この場合、図7に示すように、第1〜第3姿勢にそれぞれ対応する第1〜第3接線ラインL1〜L3のそれぞれの両側の平面領域のうちのアタッチメント側平面領域が互いに重なり合う領域である第1領域が、対象アタッチメント13aの全体を包含する開領域(前記アタッチメント形状領域SRaの基準ラインA上の辺を除去して形成される開領域)となるように、対象アタッチメント13aに係るN種類の所定姿勢及びその種類数N(=3)設定されている。
なお、この場合、上記第1領域は、対象アタッチメント13aの二股形状の開閉機構部分の開閉状態、あるいは旋回中心軸線Cの周りの旋回状態によらずに、ひいては、前記揺動軸19の軸心方向に直交する平面に投影して見た対象アタッチメント13aの形状変化によらずに、該対象アタッチメント13aの全体を包含するようになっている。
さらに、上記第1領域が、2つの接線ラインが交わる頂点として、2つの頂点(L1,L3の交点と、L2,L3の交点との2つ)を有するように、対象アタッチメント13aに係るN種類の所定姿勢及びその種類数Nが設定されている。
そして、第1〜第3接線ラインL1〜L3と、補助ラインとしての基準ラインAとにより形成されるアタッチメント形状領域SRaが、第1領域の2つの頂点に、基準ラインA(補助ライン)と2つの接線ラインL1,L2のそれぞれとの交点となる2個の頂点を加えた頂点数の多角形領域(四角形領域)となるように補助ラインが設定されている。
また、N種類の所定姿勢である第1〜第3姿勢のうちの第1及び第2姿勢は、対象アタッチメント13aの全開状態での姿勢であり、第3姿勢は、対象アタッチメント13aの全閉状態での姿勢である。従って、第1姿勢及び第2姿勢と、第3姿勢とは、対象アタッチメント13aの形状(揺動軸19の軸心方向に直交する平面上に投影して見た形状)が互いに異なるものとなっている。
上記のように二股形状の対象アタッチメント13aに係るN種類の所定姿勢及びその種類数Nと、補助ライン(基準ラインA)を設定した場合、任意のサイズの二股形状の対象アタッチメント13aに対して、アタッチメント形状領域SRaが、対象アタッチメント13aの開閉状態によらずに、該対象アタッチメント13aの大部分(基準ラインAよりも作業機10側の一部分を除く全体)を包含する領域となり、且つ、アタッチメント形状領域SRaの面積が、対象アタッチメント13aの実際のサイズに比して過剰に大きなものとならないようにアタッチメント形状領域SRaを作成できる。
この場合、対象アタッチメント13aのうち、アタッチメント形状領域SRaから逸脱する部分は、前記干渉防止領域ARに進入し得ない部分である。従って、対象アタッチメント13aのうち、前記干渉防止領域ARに進入する可能性の有る部分の全体をアタッチメント形状領域SRaに包含させるように、該アタッチメント形状領域SRaを作成することができる。
次に、対象アタッチメント13が、例えば、図8A〜図8Cに示すバケット13bである場合における3種類の所定姿勢の例を説明する。
この種の対象アタッチメント13b(バケット)に対応するN種類の所定姿勢は、本実施形態では、図8Aに示すように、対象アタッチメント13bの底部13b2を地面に接地させる姿勢と、図8Bに示すように、対象アタッチメント13bの底部13b2と爪先部13b3との間の平坦部13b1を面接触状態で地面に接地させる姿勢と、図8Cに示すように、対象アタッチメント13bの開口を地面で覆うようにして、該対象アタッチメント13bの爪先部13b3と、アーム12への連結部(揺動軸19の近辺部分)とを地面に接地させる姿勢との3種類の姿勢である。
なお、図8A〜図8Cでは、便宜上、図8Aの対象アタッチメント13bの姿勢、図8Bの対象アタッチメント13bの姿勢、図8Cの対象アタッチメント13bの姿勢を、それぞれ第1姿勢、第2姿勢、第3姿勢として、それぞれに対応する接線ラインに参照符号L1,L2,L3を付している。
また、対象アタッチメント13bに係る第1〜第3接線ラインL1〜L3と併せてアタッチメント形状領域SRを形成する補助ラインとして前記基準ラインAが用いられる。そして、対象アタッチメント13bの形状を表すアタッチメント形状領域SRbは、図9に示すように、接線ラインL1〜L3と基準ラインAとにより囲まれた四角形状の領域となる。
この場合、図9に示すように、第1〜第3姿勢にそれぞれ対応する第1〜第3接線ラインL1〜L3のそれぞれの両側の平面領域のうちのアタッチメント側平面領域が互いに重なり合う領域である第1領域が、対象アタッチメント13bの全体を包含する開領域(前記アタッチメント形状領域SRbの基準ラインA上の辺を除去して形成される開領域)となるように、対象アタッチメント13bに係るN種類の所定姿勢及びその種類数N(=3)設定されている。
さらに、上記第1領域が、2つの接線ラインが交わる頂点として、2つの頂点(L1,L2の交点と、L2,L3の交点との2つ)を有するように、対象アタッチメント13bに係るN種類の所定姿勢及びその種類数Nが設定されている。
そして、第1〜第3接線ラインL1〜L3と、補助ラインとしての基準ラインAとにより形成されるアタッチメント形状領域SRbが、第1領域の2つの頂点に、基準ラインA(補助ライン)と2つの接線ラインL1,L3のそれぞれとの交点となる2個の頂点を加えた頂点数の多角形領域(四角形領域)となるように補助ラインが設定されている。
上記のように対象アタッチメント13b(バケット)に係るN種類の所定姿勢及びその種類数Nと、補助ライン(基準ラインA)を設定した場合、任意のサイズのバケット形状型の対象アタッチメント13bに対して、アタッチメント形状領域SRbが、該対象アタッチメント13bの大部分(基準ラインAよりも作業機10側の一部分を除く全体)を包含する領域となり、且つ、アタッチメント形状領域SRbの面積が、対象アタッチメント13bの実際のサイズに比して過剰に大きなものとならないようにアタッチメント形状領域SRbを作成できる。
この場合、対象アタッチメント13bのうち、アタッチメント形状領域SRbから逸脱する部分は、前記干渉防止領域ARに進入し得ない部分である。従って、対象アタッチメント13bのうち、前記干渉防止領域ARに進入する可能性の有る部分の全体をアタッチメント形状領域SRbに包含させるように、該アタッチメント形状領域SRbを作成することができる。
次に、対象アタッチメント13が、例えば、図10A〜図10Cに示すブレーカ13cである場合における3種類の所定姿勢の例を説明する。なお、ブレーカ13cは、アーム12及びリンク20に連結される基体部13c2から、先端が尖った棒状部13c1が延設された形態のアタッチメントである。
この種の対象アタッチメント13c(ブレーカ)に対応する3種類の所定姿勢は、本実施形態では、図10Aに示すように、対象アタッチメント13cの棒状部13c1を、その先端を車体3側に向けるようにしてほぼ水平方向に延在させた状態で、対象アタッチメント13cの基体部13c2の地面側の側面部を地面に接地させる姿勢と、図10Bに示すように、対象アタッチメント13cの棒状部13c1を地面に対してほぼ垂直な方向に延在させた状態で、該棒状部13c1の先端を地面に接地させる姿勢と、図10Cに示すように、対象アタッチメント13cを、その先端を車体3側と反対側に向けるようにして斜め下方の方向に延在させた状態で、対象アタッチメント13cの棒状部13c1の先端部及び基体部13c2の作業機10側の端部との側面部を地面に接地させる姿勢との3種類の姿勢である。
なお、図10A〜図10Cでは、便宜上、図10Aの対象アタッチメント13cの姿勢、図10Bの対象アタッチメント13cの姿勢、図10Cの対象アタッチメント13cの姿勢を、それぞれ第1姿勢、第2姿勢、第3姿勢として、それぞれに対応する接線ラインに参照符号L1,L2,L3を付している。
また、対象アタッチメント13cに係る第1〜第3接線ラインL1〜L3と併せてアタッチメント形状領域SRを形成する補助ラインとして前記基準ラインAが用いられる。そして、対象アタッチメント13cの形状を表すアタッチメント形状領域SRcは、図11に示すように、接線ラインL1〜L3と基準ラインAとにより囲まれた四角形状の領域となる。
この場合、図11に示すように、第1〜第3姿勢にそれぞれ対応する第1〜第3接線ラインL1〜L3のそれぞれの両側の平面領域のうちのアタッチメント側平面領域が互いに重なり合う領域である第1領域が、対象アタッチメント13bの全体を包含する開領域(前記アタッチメント形状領域SRcの基準ラインA上の辺を除去して形成される開領域)となるように、対象アタッチメント13cに係るN種類の所定姿勢及びその種類数N(=3)設定されている。
さらに、上記第1領域が、2つの接線ラインが交わる頂点として、2つの頂点(L1,L2の交点と、L2,L3の交点との2つ)を有するように、対象アタッチメント13cに係るN種類の所定姿勢及びその種類数Nが設定されている。
そして、第1〜第3接線ラインL1〜L3と、補助ラインとしての基準ラインAとにより形成されるアタッチメント形状領域SRcが、第1領域の2つの頂点に、基準ラインA(補助ライン)と2つの接線ラインL1,L3のそれぞれとの交点となる2個の頂点を加えた頂点数の多角形領域(四角形領域)となるように補助ラインが設定されている。
上記のように対象アタッチメント13c(ブレーカ)に係るN種類の所定姿勢及びその種類数Nと、補助ライン(基準ラインA)を設定した場合、棒状部13c1を有する任意のサイズのブレーカ形状型の対象アタッチメント13cに対して、アタッチメント形状領域SRcが、該対象アタッチメント13cの大部分(基準ラインAよりも作業機10側の一部分を除く全体)を包含する領域となり、且つ、アタッチメント形状領域SRcの面積が、対象アタッチメント13cの実際のサイズに比して過剰に大きなものとならないようにアタッチメント形状領域SRcを作成できる。
この場合、対象アタッチメント13cのうち、アタッチメント形状領域SRcから逸脱する部分は、前記干渉防止領域ARに進入し得ない部分である。従って、対象アタッチメント13cのうち、前記干渉防止領域ARに進入する可能性の有る部分の全体をアタッチメント形状領域SRcに包含させるように、該アタッチメント形状領域SRcを作成することができる。
本実施形態では、以上説明した如く作成された各種類のアタッチメント13のアタッチメント形状領域SRの外形状データが、前記干渉監視部42の処理で使用される。すなわち、干渉監視部42は、アーム12の先端部に取り付けられたアタッチメント13の形状が、該アタッチメント13の種類に対応して先に作成されたアタッチメント形状領域SRの外形状データにより示される形状(本実施形態では、四角形形状)であるとみなして、該アタッチメント13と、前記干渉防止領域ARとの位置関係を監視する。
この場合、アタッチメント形状領域SRは、アーム12に対するアタッチメント13の揺動に伴い、前記揺動軸19の軸心周りに(前記基準点Pを揺動支点として)揺動するものとされる。このとき、アーム12に対するアタッチメント13の揺動量と、アーム12に対するアタッチメント形状領域SRの位置との関係は、例えばアタッチメント13を第1姿勢〜第N姿勢のうちの任意の1つの第i姿勢で地面(走行体2の接地面とほぼ同一の平面上の地面)に接地させたときの接線ラインが前記の如く求められた第i接線ラインに一致するように設定される。
以上説明した実施形態によれば、種々様々なアタッチメント13に対して、該アタッチメント13の形状もしくはサイズ等によらずに、該アタッチメント13のうちの干渉防止領域ARに進入する可能性のある部分の全体を包含させ得るように、各種類のアタッチメント13のアタッチメント形状領域SRを作成できる。そして、この場合、当該アタッチメント形状領域SRが、アタッチメント13のサイズに比して過剰に大きなものとならないようにすることができる。
このため、アタッチメント形状領域SRの外形状データを用いて前記干渉監視部42の処理を行うことで、作業機10及びアタッチメント13の作動を過剰に制限することなく、アタッチメント13が干渉防止領域AR内の車体3に干渉するのを適切に防止できる。
また、このようなアタッチメント形状領域SRを、基準のアタッチメント13の寸法データ等を必要とすることなく作成できる。さらに、運転者がアタッチメント13のN種類の所定姿勢(本実施形態では、3種類の所定姿勢)を実現するように、作業機10を操縦するだけで、アタッチメント形状領域SRを作成できる。従って、種々様々なアタッチメント13の形状データを、煩雑な作業を必要とすることなく、運転者の簡単な作業で適切に作成することができる。
次に、以上説明した実施形態の変形態様をいくつか説明する。前記実施形態では、各種類のアタッチメント13(13a,13b,13c)のいずれについても、N種類の所定姿勢を3種類の所定姿勢として、アタッチメント形状領域SRを四角形状の領域とした。
ただし、例えば、いずれかの種類のアタッチメント13について、あるいは、任意の種類のアタッチメント13について、N種類の所定姿勢を4種類以上の所定姿勢として、アタッチメント形状領域SRが、5個以上の頂点数を有する多角形状の領域になるようにしてもよい。
一例として、例えば図12に示すように、二股形状のアタッチメント13aについて、7種類の所定姿勢を用いることで、7つの接線ラインL1〜L7と、補助ライン(基準ラインA)とにより囲まれた8角形状の領域をアタッチメント形状領域SRaとして作成するようにしてもよい。このことは、他の種類のアタッチメント13についても同様である。
このように、アタッチメント形状領域SRを、5個以上の頂点数を有する多角形状の領域とした場合には、アタッチメント形状領域SRの面積を、アタッチメント13の実際のサイズに整合させることの効果をより高めることができる。
また、いずれかの種類のアタッチメント13について、例えば、N種類の所定姿勢を2種類の所定姿勢として、アタッチメント形状領域SRが、3角形の領域になるようにしてもよい。この場合であっても、2種類の所定姿勢を適切に設定しておくことで、アタッチメント13のうちの前記干渉防止領域ARに進入する可能性が無い部分を除いて、該アタッチメント13(揺動軸19の軸心方向で見たアタッチメント13)がアタッチメント形状領域SRに包含されるようにすることが可能である。
例えば、図13、図14、及び図15にそれぞれ例示するように、前記二股形状のアタッチメント13a、バケット型のアタッチメント13b、ブレーカ型のアタッチメント13cのそれぞれに対して、3角形のアタッチメント形状領域SRa,SRb,SRcを作成することができる。
図13に示す例は、図5に示した第2姿勢に対応する接線ラインL2と、図6に示した第3姿勢に対応する接線ラインL3と、基準ラインAとにより囲まれた三角形領域をアタッチメント形状領域SRaとする場合の例である。
また、図14に示す例は、図8Bに示した第2姿勢に対応する接線ラインL2と、図8Cに示した第3姿勢に対応する接線ラインL3と、基準ラインAとにより囲まれた三角形領域をアタッチメント形状領域SRbとする場合の例である。
また、図15に示す例は、図10Aに示した第1姿勢に対応する接線ラインL1と、図10Cに示した第3姿勢に対応する接線ラインL3と、基準ラインAとにより囲まれた三角形領域をアタッチメント形状領域SRcとする場合の例である。
これらの例では、三角形のアタッチメント形状領域SRa,SRb,SRcのそれぞれは、アタッチメント形状領域SRを4つ以上の頂点数の多角形領域にした場合に比べて、対象アタッチメント13a,13b,13cから比較的離れた領域を含むものとなるものの、当該離れた領域は、作業機10を任意に作動させても、前記干渉防止領域ARに進入する可能性が無い領域である。
従って、図13〜図15に示す如き三角形のアタッチメント形状領域SRa,SRb,SRcを用いた場合であっても、アタッチメント13a,13b,13cと車体3との干渉を支障なく防止するようにすることができる。
さらに、前記実施形態では、アタッチメント形状領域SRが多角形状の閉領域となるように、N種類の所定姿勢及びその種類数Nと、補助ラインとを設定した。
ただし、アタッチメント形状領域SRは、作業機10を任意に作動させても、前記干渉防止領域ARに進入する可能性が無い領域側が開放された開領域であってもよい。例えば、二股形状のアタッチメント13aに関し、図13に示す基準ラインAの代わりに、第3接線ラインL3と平行な補助ライン(例えば基準点Pをとって、第3接線ラインL3と平行となるように(アタッチメント13aの前記旋回中心軸線と直交するように)設定された補助ライン)を用いてもよい。
また、前記実施形態では、干渉防止領域ARが、アタッチメント13が車体3に干渉するのを防止するための領域である場合について説明した。ただし、干渉防止領域は、例えば、建設機械の外部の物体にアタッチメントが干渉するのを防止するための領域として設定されたものであってもよい。
また、前記実施形態では、対象アタッチメント13を3種類の所定姿勢で接地させる地面が、油圧ショベル1の走行体2の接地面と同一もしくはほぼ同一の平面上の平坦面である場合について説明した。ただし、走行体2の接地面と、対象アタッチメント13を接地させる地面との間の位置関係(高さの差及び傾き角等)が実測等により判っている場合には、対象アタッチメント13を接地させる地面が走行体2の接地面と同一もしくはほぼ同一の平面上の平坦面でなくてもよい。
この場合には、走行体2の接地面と、対象アタッチメント13を接地させる地面との間の位置関係を制御装置31に入力する。そして、制御装置31で、N種類の所定姿勢のそれぞれに対応する接線ラインLi(i=1,2,…,N)と、対象アタッチメント13との位置関係を特定する処理(前記STEP4の処理)で、走行体2の接地面と、対象アタッチメント13を接地させる地面との間の位置関係を用いる演算処理を実行することで、各接線ラインLiと、対象アタッチメント13との位置関係を適切に特定することができる。
また、前記実施形態では、建設機械の一例として図1に示した形態の油圧ショベル1を示したが、本発明の適用対象の建設機械は、図1に示した形態の油圧ショベルに限られないものであることはもちろんである。例えば、図16あるいは図17に示す建設機械51,71等についても本発明を適用できる。
図16に示す建設機械51は、走行体52上で旋回自在な車体53から延設された作業機60が、車体53に対して揺動可能なメインブーム61と、メインブーム61に対して揺動可能なフロントブーム62と、フロントブーム62に対して揺動可能なアーム63とを備え、該アーム63の先端部に、種々様々なアタッチメント64を揺動可能に取り付けることができるものである。
また、図17に示す建設機械71は、走行体72上で旋回自在な車体73から延設された作業機80が、車体73に対して揺動可能なメインブーム81と、メインブーム81に対して揺動可能なフロントブーム82と、フロントブーム82に対して揺動可能なインターブーム83と、インターブーム83に対して揺動可能なアーム84とを備え、該アーム84の先端部に、種々様々なアタッチメント85を揺動可能に取り付けることができるものである。
1,51,71…建設機械、10,60,80…作業機、13,13a,13b,13c,64,85…アタッチメント、32…第1回転センサ(姿勢状態検出用センサ)、33…第2回転センサ(姿勢状態検出用センサ)、34…第3回転センサ(姿勢状態検出用センサ)、42…干渉監視部(干渉監視手段)。
Claims (6)
- 先端部に複数種類のアタッチメントが交換可能に取り付けられる作業機と、該作業機及び該作業機に対するアタッチメントの姿勢状態に応じた検出出力を発生する姿勢状態検出用センサと、前記アタッチメントの干渉を防止するための領域としてあらかじめ設定された干渉防止領域と前記アタッチメントとの位置関係を監視する干渉監視手段とを備える建設機械において、前記干渉監視手段が前記干渉防止領域と前記アタッチメントとの位置関係を監視するために用いる該アタッチメントの形状データを作成する方法であって、
前記作業機に取り付けられたアタッチメントの姿勢が、該アタッチメントの種類に応じてあらかじめ決定された複数種類の所定姿勢のうちの1つの所定姿勢になるように前記作業機を作動させた状態で該アタッチメントを前記建設機械の周囲の地面に接地させることを前記複数種類の所定姿勢のそれぞれ毎に順次実行する第1ステップと、
前記アタッチメントを前記地面に接地させた状態での前記姿勢状態検出用センサの検出出力に基づいて、前記複数種類の所定姿勢のそれぞれ毎に、前記アタッチメントに接する地面の接線ラインと該アタッチメントとの位置関係を特定する第2ステップと、
前記複数種類の所定姿勢に各々対応する複数の接線ラインと、前記作業機の先端部の点を通るラインであって、前記アタッチメントに対する位置関係が一定となるように設定された所定の補助ラインとにより形成される領域の外形状データを、前記複数の接線ラインのそれぞれと前記アタッチメントとの特定された位置関係と、前記補助ラインと前記アタッチメントとの設定された位置関係とに基づいて特定し、該外形状データを前記アタッチメントの形状データとして設定する第3ステップとを備えており、
前記複数の接線ラインと前記補助ラインとにより形成される領域であるアタッチメント形状領域は、前記複数の接線ライン及び補助ラインのそれぞれの両側の平面領域のうち、前記アタッチメントが存在する側の平面領域をアタッチメント側平面領域と定義したとき、前記複数の接線ライン及び補助ラインのそれぞれに対応するアタッチメント側平面領域が互いに重なり合う重なり領域であり、
該複数種類の所定姿勢に各々対応する前記複数の接線ラインと前記補助ラインとにより規定される前記重なり領域が、前記アタッチメントのうち、該アタッチメントが取り付けられた前記作業機の作動状態に応じて前記干渉防止領域に進入し得る部分の全体を少なくとも包含する領域となるように、前記複数種類の所定姿勢及びその種類数と前記補助ラインとのうちの少なくとも前記複数種類の所定姿勢が、該アタッチメントの種類別にあらかじめ定められていることを特徴とする建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法。 - 請求項1記載の建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法において
前記複数種類の所定姿勢及びその種類数のうちの少なくとも前記複数種類の所定姿勢は、該複数の接線ラインのそれぞれに対応するアタッチメント側平面領域が互いに重なり合う領域である第1領域が、前記アタッチメントの全体を包含する開領域となり、且つ、前記作業機の先端部から該アタッチメント側に離れた位置に該複数の接線ラインのうちの2つの接線ラインが交わる頂点を1つ以上有する領域となるように該アタッチメントの種類別にあらかじめ定められており、
前記補助ラインは、前記アタッチメント形状領域が、前記第1領域の全ての頂点であるM個の頂点に、該補助ラインが複数の接線ラインのうちの2つの接線ラインと交わることにより形成される2個の頂点を加えたM+2個の頂点数の多角形領域となるように設定されていることを特徴とする建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法。 - 請求項2記載の建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法において、
前記補助ラインは、前記作業機の先端部に対する前記アタッチメントの揺動中心点と、該揺動中心点周りに前記アタッチメントを揺動させる駆動力を該アタッチメントに伝達するリンクと該アタッチメントとの連結点とを通るラインとして設定されたラインであることを特徴とする建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法。 - 請求項2又は3記載の建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法において、
前記複数種類の所定姿勢の種類数は3種類以上であり、前記アタッチメント形状領域は、頂点数が4個以上の多角形領域であることを特徴とする建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法において、
前記作業機の先端部に取付けられる前記アタッチメントは、前記作業機の先端部に対する該アタッチメントの揺動軸の方向で見た該アタッチメントの形状が該アタッチメントの作動により変化し得る種類のアタッチメントを含み、
当該形状が変化し得る種類のアタッチメントに対応する前記複数種類の所定姿勢及びその種類数と前記補助ラインとのうちの少なくとも前記複数種類の所定姿勢は、前記複数の接線ラインと前記補助ラインとにより規定される前記重なり領域が、該アタッチメントのうち、該アタッチメントが取り付けられた前記作業機の作動状態に応じて前記干渉防止領域に進入し得る部分の全体を少なくとも包含する領域となるという条件を該アタッチメントの形状変化によらずに満たすようにあらかじめ定められていることを特徴とする建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法。 - 請求項5記載の建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法において、
前記形状が変化し得る種類のアタッチメントに対応する前記複数種類の所定姿勢は、該アタッチメントの形状が互いに異なる2種類以上の所定姿勢を含むことを特徴とする建設機械のアタッチメントの形状データ作成方法。
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2015
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