JP2018131890A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】ショベルのオペレータの状態を推定する。【解決手段】生体センサ１００ａ〜１００ｃは、オペレータＯＰの生体信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃを測定する。作業種類判定部１１０は、現在の作業種類Ｓ４を判定する。オペレータ状態推定部１３０は、生体信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃにもとづく生体情報Ｓ５を、作業種類Ｓ４と対応付けて保存し、現在の生体情報Ｓ５と、現在の作業種類に対応付けて保存された過去の生体情報とを照合し、オペレータＯＰの現在の状態を推定する。【選択図】図３

Description

本発明は、ショベルに関する。

土木作業に欠かせない建設機械としてショベルがある。ショベルは、走行体、走行体の上に回動自在に取り付けられた旋回体、旋回体に取り付けられたアタッチメントを備える。ショベルの運転者（以下、オペレータという）は、ブーム、アーム、バケットからなるアタッチメントの３軸と、旋回の１軸の操作を組み合わせることで、さまざまな種類の作業を行う。

特開平８−２３４８０５号公報

１． ショベルによる作業効率や安全性は、オペレータの心的状態の影響、肉体的状態の影響を強く受ける。心的状態としては、ストレスの有無などが例示され、肉体的状態としては、疲労度などが例示される。ストレスの度合いは、作業の正確性に影響を及ぼしうる。また疲労した状態での作業は、居眠りなどを引き起こす可能性がある。

さらに、心的、肉体的な状態が悪化した状態では、その作業効率の低さから、作業時間が長くなり、さらに心的、肉体的な状態を悪化させるという悪循環に陥る可能性もある。以上のことから、オペレータの状態を推定することは、作業効率の改善、安全性の向上などの観点から有意義である。

２． 図１は、ショベルの操縦席３００を示す図である。操縦席３００には、オペレータが操作する走行レバー３０１および操作レバー（ジョイスティック）３０２，３０３が設けられる。油圧ショベル等の建設機械には、エンジン始動時や運転者の操縦席への乗降時に、アタッチメントや走行体が、オペレータの意図に反した動作をしないようにゲートロックレバーなどの安全装置が搭載されている。

しかしながら、一旦、ゲートロックレバーがロックされて動作可能となった後は、オペレータの意思とは無関係に、操作レバー３０２，３０３や走行レバー３０１の状態にもとづいて、アタッチメントや走行体が動作する。図１から分かるように、ショベルの各種レバーは、正しい運転姿勢以外の状態では、オペレータの身体の一部が各種レバーに接触してしまい、誤操作を誘発するおそれがある。

あるレバーは、オペレータが足下の荷物を取ろうと屈み込むと接触しうる。またあるレバーは、オペレータが背後の荷物を取ろうと振り返ったり、車体から外部に身を乗り出したときに、引っかかるかもしれない。あるいは、オペレータが気を失うなどして、突発的に操作不能な状態に陥った場合に、レバーに体や頭部があたる可能性もある。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、作業効率を改善し、または安全性を向上したショベルの提供にある。また本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、安全性を向上したショベルの提供にある。

本発明のある態様はショベルに関する。ショベルは、オペレータの状態を監視するセンサを備え、オペレータの状態にもとづいて警告または支援を行う。これにより安全性を高め、あるいは作業効率を高めることができる。

センサは、オペレータの生体信号を測定する生体センサを含んでもよい。ショベルは、現在の作業種類を判定する作業種類判定部をさらに備えてもよい。ショベルは、生体信号と作業種類に基づいて警告または支援を行ってもよい。
この態様によると、生体信号と作業種類にもとづいて、適切な警告または支援を行うことにより、作業効率を改善し、または安全性を向上できる。

ショベルは、作業種類に対応した警告または支援を行ってもよい。

作業種類が旋回であるときに、支援を行うべき状況が発生すると、旋回速度または旋回加速度を、オペレータの操作入力にもとづく値よりも遅くしてもよい。

作業種類が掘削であるときに、支援を行うべき状況が発生すると、アタッチメントの動作を、オペレータの操作入力に応じた動作に比べて緩慢にしてもよい。

ショベルは、生体信号にもとづく生体情報を作業種類と対応付けて保存しておき、現在の生体情報と、現在の作業種類に対応付けて保存された過去の生体情報とを照合し、照合した結果にもとづいて、警告または支援を行うべき状況を判定してもよい。

ショベルは、センサの出力にもとづいて、オペレータに運転を許可すべき状態にあるかを判定し、運転を許可すべきでない状態である場合、ショベルの動作を制限してもよい。これにより安全性を高めることができる。

運転を許可すべき状態にあるかの判定は、オペレータの姿勢にもとづいてもよい。たとえばオペレータが正しい姿勢で着座し、かつ手でレバーを握っている場合に、許可すべき状態としてもよい。

運転を許可すべき状態にあるかの判定は、オペレータの生体情報にもとづいてもよい。オペレータの健康状態、体調（疲労度）、精神状態にもとづいて、運転を許可すべきかを決定してもよい。

本発明のある態様はショベルに関する。ショベルは、オペレータの生体信号を測定する生体センサと、現在の作業種類を判定する作業種類判定部と、現在の生体情報と、生体信号にもとづく生体情報を作業種類に対応付けて保存しておき、現在の作業種類に対応づけて保存された過去の生体情報とを照合し、オペレータの現在の状態を推定するオペレータ状態推定部と、を備える。

この態様によれば、作業種類の判別と生体情報の取得を行い、作業種類ごとに、現在の生体情報を過去の生体情報を照合することにより、オペレータの状態を正確に推定することができる。推定されたオペレータの状態は、作業効率の改善、安全性の向上などに資する。

オペレータの状態は、ストレスの有無あるいはその度合いであってもよい。オペレータの状態は、疲労の有無、あるいは疲労の度合いであってもよい。

ショベルは、オペレータの状態にもとづいて、ショベルの動作を補正する動作補正部をさらに備えてもよい。動作補正部は、オペレータの状態が改善されるように、ショベルの制御パラメータを補正してもよい。
たとえばレバー操作と、旋回体の旋回運動の関係を変化させてもよい。たとえばレバー操作と、ブーム、アーム、バケットシリンダの動きの関係を変化させてもよい。

ショベルは、オペレータの現在の状態を、ショベルの外部に通知する通知部をさらに備えてもよい。これにより、通知を受けた作業現場の責任者は、オペレータに休息を促したり、他のオペレータに交代させることが可能となる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、作業効率を改善し、または安全性を向上できる。

図１は、ショベルの操縦席を示す図である。 建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係るショベルの制御ブロック図である。 図３のショベルのオペレータ状態推定のフローチャートである。 オペレータ状態の推定処理を説明する波形図である。 旋回作業と、オペレータの状態の関係を示す図である。 掘削作業と、オペレータの状態の関係を示す図である。 第１実施例に係るショベルを示す図である。 第２実施例に係るショベルを示す図である。 第３実施例に係るショベルを示す図である。 第４実施例に係るショベルを示す図である。 第５実施例に係るショベルを示す図である。 第２の実施の形態に係るショベルの制御ブロック図である。 図１３のショベルの動作のフローチャートである。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（第１の実施の形態）
図２は、建設機械の一例であるショベル１の外観を示す斜視図である。ショベル１は、主として走行体（ロワー、クローラともいう）２と、走行体２の上部に旋回装置３を介して回動自在に搭載された上部旋回体４と、を備えている。

上部旋回体４には、アタッチメント１２が取り付けられる。アタッチメント１２は、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたバケット１０とが取り付けられている。バケット１０は、土砂、鋼材などの吊荷を捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６、及びバケット１０は、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によって油圧駆動される。また、上部旋回体４にはショベル１を操作するオペレータ（運転者）を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。

図３は、第１の実施の形態に係るショベル１の制御ブロック図である。ショベル１は、生体センサ１００、車体センサ４０、データ取得部１０４、作業種類判定部１１０、メモリ１２０、オペレータ状態推定部１３０を備える。生体センサ１００は、運転室４ａ内に取り付けられており、オペレータＯＰの生体信号Ｓ_１を測定する。生体信号Ｓ_１としては、心拍、血圧、発汗、脳波、眼電位、筋電位などが例示される。ひとつの生体センサ１００ａは、オペレータＯＰの頭部に取り付けられており、脳波や眼電位を測定する。生体センサ１００ａは、ヘルメットに内蔵してもよいし、ヘッドレストに内蔵してもよい。別の生体センサ１００ｂは、レバー２６に埋め込まれており、発汗を測定する。別の生体センサ１００ｃは、オペレータＯＰの手首や胸部に取り付けられており、心拍を測定する。各センサの形状や取り付け位置は限定されず、衣類型のものを利用してもよい。

ショベル１には、車体の挙動を監視するための複数の車体センサ４０が設けられる。車体センサ４０は、加速度センサや位置センサ、回転センサ、角度センサ、油圧系統の圧力センサなどが例示されるがその限りでない。

データ取得部１０４は、生体センサ１００からの生体信号Ｓ_１と、車体センサ４０の出力Ｓ_２とを受信し、信号処理可能なデータ形式に変換する。

作業種類判定部１１０は、現在のショベル１の作業種類を判定する。作業種類は、大きく、掘削、旋回に分類されるが、さらに細分化してもよい。作業種類判定部１１０は、センサ１０２の出力Ｓ_２にもとづく車体情報Ｓ_３にもとづいて、作業種類Ｓ_４を判定する。たとえば車体情報Ｓ_３が、アタッチメント１２の非動作状態かつ上部旋回体の回転状態を示すとき、作業種類Ｓ_４は「旋回状態」であると判定できる。また車体情報Ｓ_３が、アタッチメント１２の動作状態かつ上部旋回体の停止状態を示すとき、作業種類Ｓ_４は、「掘削状態」であると判定できる。

ショベル１は、生体信号Ｓ_１と作業種類Ｓ_４に基づいて、警告または支援を行うように構成される。生体信号Ｓ_１と作業種類Ｓ_４を組み合わせることにより、警告または支援を行うべき状況を適切に検出することができる。そして適切な警告または支援を行うことにより、作業効率を改善し、または安全性を向上できる。

一実施例においてショベル１は、生体信号Ｓ_１にもとづく生体情報Ｓ_５を、作業種類Ｓ_４と対応付けて保存しておく。そして現在の生体情報Ｓ_５と、現在の作業種類Ｓ_４に対応付けて保存された過去の生体情報Ｓ_５とを照合し、照合した結果にもとづいて、警告または支援を行うべき状況を判定する。

メモリ１２０は、生体信号Ｓ_１ａ〜Ｓ_１ｃにもとづく生体情報Ｓ_５を、作業種類判定部１１０が判定した作業種類Ｓ_４と対応付けて保存する。生体情報Ｓ_５は、生体信号Ｓ_１ａ〜Ｓ_１ｃそのものであってもよいし、それらを適切なフォーマットに加工したデータであってもよいし、生体信号Ｓ_１ａ〜Ｓ_１ｃに演算処理（移動平均、ピーク、フーリエ変換など）を施して得られる２次的なデータ（たとえば平均、振幅、周波数情報、最大値や最小値）であってもよい。生体情報Ｓ_５はスカラーであってもよいしベクトルであってもよい。

ショベル１は複数のオペレータＯＰによって共有される場合もある。したがって、メモリ１２０には、オペレータＯＰごとに、生体情報を区別して保存することが求められる。オペレータＯＰの識別には、識別コードの入力、音声認証、指紋認証などを用いることができる。

メモリ１２０に保存される第１データＤｘは、第１作業φ_１（たとえば掘削作業）時において測定された生体情報Ｓ_５を表し、第２データＤｙは、第２作業φ_２（たとえば旋回作業）時において測定された生体情報Ｓ_５を表す。第１データＤｘは、過去の第１作業φ_１時において測定された生体情報Ｓ_５の履歴情報のデータベースと把握でき、同様に第２データＤｙは、過去の第２作業φ_２時において測定された生体情報Ｓ_５の履歴情報のデータベースと把握できる。

オペレータ状態推定部１３０は、現在の生体信号Ｓ_１にもとづく生体情報Ｓ_５と、現在の作業種類Ｓ_４に対応付けてメモリ１２０に保存される過去の生体情報（すなわち第１データＤｘ，第２データＤｙの一方）とを照合し、オペレータＯＰの現在の状態Ｓ_６を推定する。

本実施例において、オペレータＯＰの状態Ｓ_６は、（i）オペレータの心的状態、（ii）オペレータの肉体的状態の少なくとも一方、このましくは両方を含む。オペレータの心的状態としてはストレス状態が例示され、肉体的状態としては疲労状態が例示される。生体信号から人間のストレス状態や疲労度などが推定できることが知られており、ここでの推定方法としては公知の技術を用いればよい。生体センサ１００の種類は、推定すべき状態に応じて選択すればよい。

なおオペレータＯＰの状態とは、心的状態や肉体的状態のように具体的なものである必要はなく、最も簡易には、正常か異常かを表すものであってもよいし、あるいは正常（異常）の程度をあらわすものであってもよい。

図３の作業種類判定部１１０およびオペレータ状態推定部１３０は、ＣＰＵなどのハードウェアと、ＣＰＵによって実行されるソフトの組み合わせで実装することができる。メモリ１２０は、ハードディスクやＳＳＤ（Solid State Drive）などで実装できる。

ショベル１はさらに、動作補正部１４０、通知部１５０、アラート部１６０を備える。動作補正部１４０は、オペレータ状態推定部１３０が推定したオペレータＯＰの状態Ｓ_６にもとづいて、ショベル１の動作を補正する。旋回作業中には、旋回動作が補正され、たとえば旋回モータの制御パラメータが補正される。同様に掘削作業中には、バケットの動作が補正され、たとえばブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダの制御パラメータが補正される。

通知部１５０は、オペレータＯＰの現在の状態Ｓ_６を、ショベル１の外部に通知する。通知部１５０は、無線ユニットを含み、作業場の責任者や管理者が有する別の無線ユニットに、オペレータＯＰの現在の状態Ｓ_６を通知する。

アラート部１６０は、オペレータＯＰの現在の状態Ｓ_６にもとづく情報や警報を、オペレータＯＰ自身に提示する。たとえば状態Ｓ_６が疲労を示す場合、運転室４ａに設けられたディスプレイ１６２に、休憩を促すメッセージを提示してもよい。あるいは運転室４ａに設けられたスピーカ１６４から、休憩を促すメッセージを再生してもよい。オペレータＯＰが強いストレス下にあると推定される場合、オペレータＯＰをリラックスさせる音楽をスピーカ１６４から再生してもよい。その他、警報には、においや振動を用いてもよい。

あるいは、オペレータＯＰの疲労やストレスの要因が、オペレータＯＰのショベル１に対する不慣れに起因している場合もあり得る。この場合、ディスプレイ１６２に、疲労やストレスを軽減することが可能なレバー操作に関するアドバイスを提示してもよい。

以上がショベル１の基本構成である。続いてその動作を説明する。図４は、図３のショベル１のオペレータ状態推定のフローチャートである。

ショベル１による作業が開始すると、生体情報Ｓ_５および車体情報Ｓ_３が取得される（Ｓ１００）。車体情報Ｓ_３にもとづいて、作業種類Ｓ_４が判定される（Ｓ１０２）。メモリ１２０には、生体情報Ｓ_５が作業種類Ｓ_４と対応付けて保存され、データベースが更新される（Ｓ１０４）。

現在の生体情報Ｓ_５と、メモリ１２０に格納される現在の作業種類に対応する生体情報Ｓ_５（Ｄｘ，Ｄｙの一方）にもとづいて、現在のオペレータＯＰの状態Ｓ６が推定される（Ｓ１０６）。以上の処理Ｓ１００〜Ｓ１０６が、作業中繰り返される。

以上がオペレータ状態の推定処理である。

実施の形態に係る推定処理は、以下の知見にもとづいている。すなわち本発明者らは、オペレータＯＰの生体情報（生体信号）が同じ値（ベクトル）を示しているからといって、オペレータの状態が同一であるとは限らないことを独自に認識した。

たとえばあるオペレータは、旋回作業において掘削作業よりも緊張する（逆もあり得る）。したがって、オペレータが良好な状態（疲労のない状態、ストレスフリーの状態）であったとしても、取得される生体情報は、旋回作業と掘削作業とでは異なることになる。

あるオペレータは、旋回作業中は、疲労していなくても心拍数が上昇する傾向があり、場合によっては、掘削作業中に疲労したときよりも、心拍数が高いことも起こりえる。この場合に、作業種類を区別せずに、生体情報のみでオペレータ状態を推定すると、その精度は著しく低下するであろう。

図５は、オペレータ状態の推定処理を説明する波形図である。ここでは説明の簡潔化のため、生体情報Ｓ_５を１次元のスカラーとして模式的に示す。期間ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_２〜ｔ_３、ｔ_４〜ｔ_５は第１作業φ_１を表し、期間ｔ_１〜ｔ_２は第２作業φ_２を表す。

時刻ｔ_４より前において、オペレータＯＰの状態は正常である。期間ｔ_０〜ｔ_１、ｔ_２〜ｔ_３において測定された生体情報Ｓ_５が累積的にメモリに格納されて、第１作業φ_１に関するデータベースが構築されていく。そしてオペレータＯＰが正常であるときの生体情報Ｓ_５の特性（範囲、ベクトルの向きや大きさ）１３２が決定される。

同様に期間ｔ_１〜ｔ_２、ｔ_３〜ｔ_４において測定された生体情報Ｓ_５が累積的にメモリに格納されて、第２作業φ_２に関するデータベースが構築されていく。そしてオペレータＯＰが正常であるときの生体情報Ｓ_５の特性（範囲、ベクトルの向きや大きさ）１３４が決定される。

期間ｔ_４〜ｔ_５は第１作業φ_１が行われている。この期間において測定される生体情報Ｓ_５（１３６）、第１作業φ_１中の過去の正常時における生体情報（１３２）と明らかに乖離している。したがって、オペレータＯＰは正常でないと判定することができる。

本実施の形態によれば、作業種類を判別した上で、同じ作業種類に対応する過去の生体情報の履歴と、現在の生体情報を比較、参照するため、作業種類が生体情報に及ぼす影響を排除することができる。これにより、オペレータ状態を正確に推定できる。

そして、推定されたオペレータの状態にもとづいて、ショベルの動作を補正するにより、作業を支援することができ、オペレータの状態を改善（ストレスの軽減、疲労度の軽減）することができる。オペレータの状態が改善すると、作業効率がアップし、また作業時間も短縮することができる。

また、オペレータ状態をショベルの外部に通知することにより、現場の責任者や管理者が、適切な措置をとることができる。たとえば通知された情報が、オペレータの疲労を示しているとき、作業を停止させて休息させたり、オペレータを交代させるといった措置をとることができ、安全性を高めることができる。

続いて、動作補正部１４０による補正について説明する。
動作補正部１４０は、オペレータＯＰの状態Ｓ_６が改善されるように、ショベル１の制御パラメータを補正することが望ましい。たとえばオペレータＯＰが疲労状態にあるときには、旋回速度（旋回角加速度）を抑制することにより、オペレータＯＰの疲労を軽減できる。

図６は、旋回作業と、オペレータＯＰの状態の関係を示す図である。このデータは、被験者（オペレータ）がショベルを９０度、左旋回させる試行を、７回行った実験結果である。横軸は、旋回角速度ωを２乗したものを時間積分した値であり、縦軸は、左に１０°回転したときの旋回角速度ωを表す。縦軸は、旋回開始直後の角速度ωの指標であり、したがって旋回開始時の角加速度の指標といえる。横軸は、９０°旋回する間の、平均速度の指標といえる。７回の試行それぞれについて、被験者は、快適であったか不快であったかを回答しており、（i）は、被験者が快適であると感じた試行群を、（ii）は、被験者が不快であると感じた試行群を表す。

原点に近い領域で被験者の不快感は取り除かれており、原点から離れるにしたがって、すなわち平均速度が上がるにしたがって、あるいは、旋回開始直後の角速度が大きくなるにしたがって、不快感が増すという傾向が図６から伺える。

この知見にもとづいて、動作補正部１４０はオペレータＯＰが疲労状態あるいはストレス下にある場合に、旋回角加速度あるいは旋回角速度が制限されるように、ショベルの動作パラメータを変更すればよい。

ただし、旋回角速度や旋回角速度を低く制限しすぎると、操作性が悪化して却ってストレスが増えるかもしれない。そこで動作補正部１４０は、オペレータ状態を常に監視し、良好な状態に近づくように、適応的に制御パラメータを調節するとよい。

図７は、掘削作業と、オペレータＯＰの状態の関係を示す図である。このデータは、被験者（オペレータ）がショベルを操作しピッチングが発生したときに取得したものである。横軸は横方向加速度（ロール方向）の時間積分値を、縦軸はピッチ角速度の積分値を表す。図中のプロットの付された１〜７の数値は、被験者が回答した操作感（最良が７、最悪が１）を表す。

原点に近づくにしたがい被験者の操作感は高い数値が得られており、原点から離れるにしたがって、すなわち大きなピッチングが発生すると、あるいは大きなロールが発生すると、不快感が増すという傾向が図７から伺える。

この知見にもとづいて、動作補正部１４０はオペレータＯＰが疲労状態あるいはストレス下にある場合に、ピッチングが抑制されるように、ショベルの動作パラメータを変更すればよい。ピッチングを抑制するためには、アタッチメントの動作を補正すればよく、具体的には、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダの動作を緩慢にすればよい。動作を緩慢にするためには、各シリンダのトルクを制限したり、給排油速度を制限することが有効である。

続いて、ショベル１のより詳細な構成を説明する。図８〜図１２は、実施の形態の第１実施例から第５実施例に係るショベル１の電気系統および油圧系統のブロック図である。なお、図８〜図１２では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。なおここでは油圧ショベルについて説明するが、旋回に電動機を用いるハイブリッドショベルにも本発明は適用可能である。

はじめに図８〜図１２に共通する構成を説明する。機械式駆動部としてのエンジン１１は、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５に接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。なお、油圧アクチュエータに油圧を供給する油圧回路は２系統設けられることがあり、その場合にはメインポンプ１４は２つの油圧ポンプを含む。本明細書では理解の容易化のため、メインポンプが１系統の場合を説明する。

コントロールバルブ１７は、ショベル１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図２に示した走行体２を駆動するための走行油圧モータ２Ａ及び２Ｂの他、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧（制御圧）をオペレータの操作入力に応じて制御する。

また、旋回装置３を駆動するための旋回油圧モータ２１がコントロールバルブ１７に接続される。旋回油圧モータ２１は、旋回コントローラの油圧回路を介してコントロールバルブ１７に接続されるが、油圧回路は示されず、簡略化されている。

パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６（操作手段）が接続されている。操作装置２６は、走行体２、旋回装置３、ブーム５、アーム６、及びバケット１０を操作するための操作手段であり、オペレータによって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。

たとえば操作装置２６は、油圧パイロット式の操作レバー２６Ａ〜２６Ｄを含む。操作レバー２６Ａ〜２６Ｄはそれぞれ、ブーム軸、アーム軸、バケット軸および旋回軸に対応する操作レバーである。実際には、操作レバーは二個設けられ、一方の操作レバーの縦方向、横方向に２軸が、残りの操作レバーの縦方向、横方向に残りの２軸が割り当てられる。また操作装置２６は、走行軸を制御するためのペダル（不図示）を含む。

操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）をオペレータの操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧（制御圧）は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。すなわち圧力センサ２９の検出値は、操作レバー２６Ａ〜２６Ｄそれぞれに対するオペレータの操作入力θ_ＣＮＴを示す。なお図８等において油圧ライン２７は１本で描かれているが、実際には左走行油圧モータ、右走行油圧モータ、旋回それぞれの制御指令値の油圧ラインが存在する。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部であり、図３の作業種類判定部１１０、オペレータ状態推定部１３０、動作補正部１４０などの機能が実装される。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵがメモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される。図３の動作補正部１４０は、動作補正部５１０として示される。

センサ５０４は、図３の車体センサ４０に相当し、ショベル１の挙動を監視する。

コントローラ３０の動作補正部５１０は、掘削作業中にオペレータＯＰの異常を検出すると、アタッチメント１２の動作を補正する。図８〜図１０には、アタッチメント１２の動作を補正するための異なる構成例が開示される。

図８は、第１実施例に係るショベル１ａを示す。ショベル１ａでは、補正対象の少なくともひとつの軸のシリンダへの制御圧を変化させることにより、トルクを低下させる。具体的には図８のショベル１ａは、アタッチメント１２の補正のために、補正対象の軸に対応する油圧ライン２７上に設けられた流量調整弁５１２をさらに備える。たとえばアーム軸を対象とする補正を行う場合、アーム軸の油圧ライン２７上に、流量調整弁５１２が設けられる。コントローラ３０は、流量調整弁５１２を制御することにより、アームシリンダ８への制御圧を低下させ、アーム軸のトルク（力）を低下させる。

図９は、第２実施例に係るショベル１ｂを示す。ショベル１ｂでは、コントローラ３０の動作補正部５１０は、エンジン１１の回転数を低下させることにより、アタッチメント１２のトルクを低下させる。この場合、制御対象の軸を選択することはできず、ブーム軸、アーム軸、バケット軸のトルク（力）は一様に低下する。

図１０は、第３実施例に係るショベル１ｃを示す。ショベル１ｃでは、コントローラ３０の動作補正部５１０は、メインポンプ１４の出力を低下させることにより、アタッチメント１２のトルクを低下させる。この構成でも、ブーム軸、アーム軸、バケット軸のトルク（力）が一様に低下する。

図１１は、第４実施例に係るショベル１ｄを示す。コントロールバルブ１７には、圧力調整弁（リリーフ弁）５１４が取り付けられる。動作補正部５１０は、オペレータＯＰの異常状態が判定されると、圧力調整弁５１４を利用して、制御対象の軸のシリンダ圧をリリーフする。これによりその軸のトルクが低下し、動きを緩慢にすることができる。この構成は、他の構成に比べて遜色のない効果が得られる上に、実装が容易であるという利点を有する。

たとえば圧力センサ５１６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９の各軸のシリンダ圧を監視する。圧力調整弁５１４は、コントローラ３０からの補正指令Ｓ_３に応じて、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９の各軸のシリンダ圧を独立にリリーフ可能に構成される。シリンダ圧の検出値は、コントローラ３０に供給される。動作補正部５１０は、過剰なシリンダ圧が検出された軸の圧力を圧力調整弁５１４を用いてリリーフしてもよい。

特定の軸（たとえばアーム軸）を制御対象とする場合、その軸のシリンダ圧をリリーフできるように圧力調整弁５１４を設けてもよい。

図１２は、第５実施例に係るショベル１ｅを示す図である。ショベル１ｅは、電磁制御弁３１を備える。ここではブーム軸を補正対象とする。非制御対象のアーム軸、バケット軸については、従来のショベルと同様に、操作レバー２６Ｂ，２６Ｃの傾きによって変化する油圧ライン２７ｂ、２７ｃの制御圧によって制御される。

補正対象であるブーム軸のシリンダ７は、電磁制御弁３１によって制御される。切換弁（あるいは単なる分岐）３２は、パイロットライン２５を電磁制御弁３１に分岐する。電磁制御弁３１の油圧ライン２７ａの油圧は、ブームシリンダ７の制御に使用される。圧力センサ２９は、ブーム軸への操作入力θ_ＣＮＴを検出し、コントローラ３０に出力する。そして通常動作中（補正期間以外）においては、コントローラ３０は、操作入力θ_ＣＮＴにもとづいて電磁制御弁３１を制御する。

なお、図８〜図１２に示したショベル１の構成は例示であって、当業者によればその他の構成によっても、必要な補正処理が可能であることが理解される。ここではアタッチメント１２の動作を補正する構成を示しているが、旋回モータについても、同様の構成、手段によって補正できる。

以上、第１の実施の形態についていくつかの実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

実施の形態では、データベースを累積的に更新していくものとしたが、正常であるときの生体情報を１回、あるいは複数回測定し、それを基準として固定的に使用してもよい。

実施の形態では、過去の生体情報、すなわちデータベースを保存するメモリがショベル１に搭載される場合を説明したがその限りではなく、メモリは、ショベル１の外部のクラウドサーバーであってもよい。これによりローカルのメモリに比べて、さらに多くの情報量を保存しておくことが可能となる。

また実施の形態では、オペレータの過去の生体情報と現在の生体情報の照合によって、オペレータの状態（つまり、支援や警報を行うべき状況）を判定したがその限りではない。作業毎に標準的な生体情報を規定しておき、現在の生体情報が標準的な生体情報から逸脱した場合に、支援や警報を行うべき状況と判定してもよい。

実施の形態では、車体センサ４０の出力Ｓ_２にもとづいて作業種類を判定したがその限りではなく、操作レバーへの入力を解析することにより、作業種類を判定してもよい。

実施の形態では、生体信号と作業種類の組み合わせにもとづいて、支援や警告を行ったが、生体信号のみ、もしくは生体信号とその他の情報の組み合わせにもとづいて、支援や警告を行ってもよい。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、作業を開始後の支援、警告を説明した。第２の実施の形態では、作業を開始する前の支援、警告について説明する。

図１３は、第２の実施の形態に係るショベルの制御ブロック図である。ショベル１Ａは、複数のセンサ１００，１０２、データ取得部１０４、支援部２１０を備える。

センサ群１００は、運転室４ａ内に取り付けられており、オペレータＯＰの状態を監視する。センサ群１００は、カメラ、脳波計、心電・心拍計、発汗センサ、筋電位センサ、脈拍計、血圧計、眼電位センサの少なくともひとつを含む。センサ１００の種類は、測定すべきオペレータの状態に応じて選択すればよい。データ取得部１０４は、センサ群１００からの信号Ｓ_１と、車体センサ４０の出力Ｓ_２とを受信し、信号処理可能なデータ形式に変換する。

たとえばセンサ群１００はカメラ１００ｄを含んでもよい。カメラ１００ｄによって、オペレータＯＰの姿勢、あるいは目の挙動（視線やまばたき）を監視することができる。

このショベルは、第１の実施の形態と同様に、オペレータＯＰの状態にもとづいて警告または支援を行う。

支援部２１０は、センサ群１００の出力にもとづいて、オペレータＯＰに運転を許可すべき状態にあるかを判定する。そして運転を許可すべきでない状態である場合、ショベル１の動作を制限する。また必要に応じてオペレータＯＰに警告を発してもよい。さらに支援部２１０は、無線でオペレータＯＰの状態を外部の管理者や監督に通報してもよい。

「ショベル１の動作を制限する」とは、ショベル１を完全に動作不能な状態にすること、ショベル１を部分的に動作不能にすること、ショベル１を通常時よりも制約した状態で動作可能とすること、などを含む。

支援部２１０は、オペレータ状態推定部２３０、判定部２４０、動作制限部１７０、通知部１５０、アラート部１６０を備える。

一実施例において運転を許可すべき状態にあるかの判定は、オペレータＯＰの姿勢にもとづいてもよい。オペレータ状態推定部２３０は、データ取得部１０４により取得された情報Ｓ_７にもとづいてオペレータＯＰの姿勢を推定する姿勢推定部２３２を含む。たとえば、オペレータＯＰが、着座し、かつ、手でレバーを握っていることを正しい姿勢として、正しい姿勢であることを運転許可の条件としてもよい。

着座していることは、カメラや着座センサ（座圧センサ）の出力にもとづいて検出できる。また両手でレバーを握っていることは、カメラの出力にもとづいて検出できる。あるいはレバーにグリップセンサーを取り付け、グリップセンサーの出力にもとづいて、レバーが握られているかを検出してもよい。

一実施例において、運転を許可すべき状態にあるかの判定は、オペレータＯＰの生体情報にもとづいてもよく、運転を許可すべき状態は、オペレータＯＰの体調にもとづいてもよい。オペレータ状態推定部２３０は、データ取得部１０４により取得された情報Ｓ_７にもとづいてオペレータＯＰの体調を推定する体調推定部２３４を含む。オペレータＯＰの体調は、疲労、睡眠不足、二日酔い、などが例示される。生体情報として、視線情報、心拍、血圧、発汗、脳波、眼電位、筋電位などを利用することができる。視線情報はカメラで取得できる。体調推定部２３４は、車体センサ４０の出力（もしくは操作レバーへの入力）にもとづいて、アタッチメントの動作を監視し、アタッチメントの動作にもとづいて、オペレータＯＰの体調を推定してもよい。

判定部２４０は、オペレータＯＰの体調や姿勢を示す信号Ｓ_８にもとづいて、ショベル１Ａの動作を制限すべきか否かを判定し、あるいは、どの程度制限すべきかを判定する。たとえば、姿勢が正常であり、かつ体調が良好である場合に、ショベル１Ａを通常動作可能としてもよい。また姿勢が異常である場合には、ショベル１Ａを動作不能としてもよい。また姿勢が正常であるが、体調が不良である場合には、ショベル１Ａの動作（速度や可動範囲）を制限してもよい。

動作制限部１７０は、判定部２４０による判定結果にもとづいて、ショベル１Ａの動作を制限する。通知部１５０は、オペレータＯＰの状態を外部に通知する。アラート部１６０は、オペレータＯＰに警告を発する。

以上が第２の実施の形態に係るショベル１Ａの構成である。続いてその動作を説明する。図１４は、図１３のショベル１Ａの動作のフローチャートである。はじめに、ショベルのキーがオンされる（Ｓ２００）。続いてゲートレバーがオンされる（Ｓ２０２）。従来のショベルは、この段階で何の制約もなく動作可能であるが、この実施の形態では、この段階ではショベルは動作不能となっている。

たとえば、ショベル１Ａは、電磁比例弁駆動のオイルコントロールバルブを備えてもよい。安全確認前の動作不能な状態は、各種シリンダへの制御信号の伝達をオイルコントロールバルブにおいて遮断あるいは制限することで実現してもよい。

オペレータＯＰの状態（姿勢や体調）が継続的に監視される（Ｓ２０４）。そして監視結果にもとづいてオペレータＯＰに運転を許可すべきか判定する（Ｓ２０６）。運転可能と判定した場合（Ｓ２０６のＹ）、ショベルを動作可能な状態に切りかえる（Ｓ２０８）。具体的には、オイルコントロールバルブの状態を、各種シリンダにレバー操作に応じた制御信号が伝達可能となるように、切りかえてもよい。

ショベル１Ａは、ショベルの周囲の状況を監視するカメラをさらに備えてもよい。判定部２４０は、このカメラの出力にもとづいて、ショベルの可動範囲内、あるいはその近傍の障害物や人の存在の有無を判定する。そして、障害物や人が存在しないことが確認できると、アタッチメントや走行体の動作を可能としてもよい。

運転不能と判定した場合（Ｓ２０６のＮ）、ショベルの動作不能な状態を維持する（Ｓ１１０）。

この一連の処理は、一旦、ショベルが動作可能となった後も継続される。そして、作業中にオペレータＯＰの姿勢が不適切になったり、オペレータＯＰの体調が悪化した場合には、動作不能な状態に戻され、あるいは動作が制限される。

以上がショベル１Ａの動作である。ショベル１Ａによれば、オペレータＯＰの状態にもとづいて、運転を許可すべきか否かを判定することにより、安全性を高めることができる。

第１の実施の形態と第２の実施の形態の機能を統合したショベルも、本発明の一態様である。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１…ショベル、２…走行体、２Ａ，２Ｂ…走行油圧モータ、３…旋回装置、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、７…ブームシリンダ、８…アームシリンダ、９…バケットシリンダ、１０…バケット、１１…エンジン、１２…アタッチメント、１４…メインポンプ、１５…パイロットポンプ、１７…コントロールバルブ、２１…旋回油圧モータ、２６…操作装置、５１０…動作補正部。

Claims (12)

1. オペレータの状態を監視するセンサを備え、
   前記オペレータの状態にもとづいて警告または支援を行うことを特徴とするショベル。
2. 前記センサは、前記オペレータの生体信号を測定する生体センサを含み、
   前記ショベルは、現在の作業種類を判定する作業種類判定部をさらに備え、前記生体信号と前記作業種類に基づいて警告または支援を行うことを特徴とする請求項１に記載のショベル。
3. 前記作業種類に対応した前記警告または前記支援を行うことを特徴とする請求項２に記載のショベル。
4. 前記作業種類が旋回であるときに、前記支援を行うべき状況が発生すると、旋回速度または旋回加速度を、前記オペレータの操作入力にもとづく値よりも遅くすることを特徴とする請求項２または３に記載のショベル。
5. 前記作業種類が掘削であるときに、前記支援を行うべき状況が発生すると、アタッチメントの動作を、前記オペレータの操作入力に応じた動作に比べて緩慢にすることを特徴とする請求項２または３に記載のショベル。
6. 前記生体信号にもとづく生体情報を前記作業種類と対応付けて保存しておき、現在の前記生体情報と、現在の前記作業種類に対応付けて保存された過去の前記生体情報とを照合し、照合した結果にもとづいて、前記警告または前記支援を行うべき状況を判定することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のショベル。
7. 前記センサの出力にもとづいて、前記オペレータに運転を許可すべき状態にあるかを判定し、運転を許可すべきでない状態である場合、前記ショベルの動作を制限することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のショベル。
8. 前記運転を許可すべき状態にあるかの判定は、前記オペレータの姿勢にもとづくことを特徴とする請求項７に記載のショベル。
9. 前記運転を許可すべき状態にあるかの判定は、前記オペレータの体調にもとづくことを特徴とする請求項７または８に記載のショベル。
10. オペレータの生体信号を測定する生体センサと、
    現在の作業種類を判定する作業種類判定部と、
    前記生体信号にもとづく生体情報を前記作業種類と対応付けて保存しておき、現在の前記生体情報と、現在の前記作業種類に対応付けて保存された過去の前記生体情報とを照合し、前記オペレータの現在の状態を推定するオペレータ状態推定部と、
    を備えることを特徴とするショベル。
11. 前記オペレータの状態にもとづいて、前記ショベルの動作を補正する動作補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のショベル。
12. 前記オペレータの現在の状態を、前記ショベルの外部に通知する通知部をさらに備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載のショベル。

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