JP2019016296A - 作業機械の非常停止システム - Google Patents

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Abstract

【課題】自律走行する作業機械の非常停止端末の機器障害の有無を自律走行システムの起動前に検証する。【解決手段】少なくとも一つの非常停止端末60,80と統括機40とを備え、統括機は自律走行システムが起動したことを示す起動信号を受信する起動信号受信部445と、起動信号を受信していない状態で非常停止スイッチの操作を受け付けるとテストモードであると決定するモード決定部441とを含み、非常停止端末は停止命令信号に基づいて、作業機械に搭載された非常停止装置を駆動させるための停止制御信号を生成する停止制御信号生成装置63を含み、停止制御信号生成装置は、テストモードでは停止命令信号を受けて停止制御信号を生成し、作業機械に送信することなく停止制御信号が生成できたことを統括機に返信する。【選択図】図4

Description

本発明は作業機械の非常停止システムに係り、特に自律走行する作業機械の非常停止技術に関する。
鉱山現場において土砂や鉱物を搬送する運搬車両を、有人運転によらず管制サーバからの指示に従って自律走行させる技術がある。
例えば特許文献1には、「無線移動式作業機械と遠隔操縦装置と移動式中継局とをそなえ、作業機械と中継局との間に、強電波指向性の第1双方向通信手段と、第1自動追尾手段とを設けるとともに、遠隔操縦装置と中継局との間に、強電波指向性の第2双方向通信手段と、第2自動追尾手段と、第2双方向通信手段による通信不能時に遠隔操縦装置と中継局との間での双方向通信を可能にする非常時用スペクトル拡散式双方向通信手段とを設けるように構成する(要約抜粋)」遠隔無線操縦システムが開示されている。
特開平11−132071号公報
自律走行システムの円滑利用のためには、システム起動前に機器障害の有無をテストしたいという要望があるが、特許文献1では、通信障害の対応可否はチェックできても機器障害の有無まではチェックできないという課題がある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、自律走行する作業機械の非常停止端末の機器障害の有無を自律走行システムの起動前に検証できる技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は鉱山で管制サーバからの指示に従って作業機械を自律走行させる自律走行システムと併用して設置された作業機械の非常停止システムであって、前記非常停止システムは、前記作業機械の非常停止動作の実行を指示する入力操作を受け付ける少なくとも1つの非常停止端末と、前記非常停止端末の其々に無線通信回線を介して接続された統括機と、を含み、前記統括機は、オペレータから非常停止動作の操作を受け付ける非常停止スイッチと、前記非常停止スイッチの操作に基づいて、前記作業機械を非常停止させるための停止命令信号を生成する停止命令信号生成装置と、前記停止命令信号を前記非常停止端末に向けて送信する停止命令信号送信機と、を含み、前記停止命令信号生成装置は、前記自律走行システムが起動したことを示す起動信号を受信する起動信号受信部と、前記起動信号を受信した状態で前記非常停止スイッチの操作を受け付けると前記作業機械を実際に非常停止させる通常モードであると決定し、前記起動信号を受信していない状態で前記非常停止スイッチの操作を受け付けると前記非常停止端末のテストモードであると決定するモード決定部と、前記作業機械を非常停止させるための非常停止コマンドに、前記通常モードであるか前記テストモードであるかを示すモード識別フラグを付加した前記停止命令信号を生成する停止命令信号生成部と、を含み、前記非常停止端末の其々は、前記統括機から送信された前記停止命令信号を受信する停止命令信号受信機と、前記停止命令信号に基づいて、前記作業機械に搭載された非常停止装置を駆動させるための停止制御信号を生成する停止制御信号生成装置と、前記停止制御信号を前記作業機械に対して送信する停止制御信号送信機と、前記停止制御信号が生成されたことを示す停止応答信号を前記統括機に対して送信する停止応答信号送信機と、を含み、前記停止制御信号生成装置は、前記停止命令信号に含まれる前記モード識別フラグを参照し、前記通常モードであるか前記テストモードであるかを判定するモード判定部と、前記停止命令信号を受信に応じて前記停止制御信号を生成する停止制御信号生成部と、前記停止応答信号を生成する停止応答信号生成部と、を含み、前記モード判定部が前記テストモードであると判定すると、前記停止制御信号生成部は前記停止制御信号送信機に前記停止制御信号を出力することなく、前記停止応答信号生成部に前記停止制御信号を生成したことを示す信号を出力し、前記モード判定部が前記通常モードであると判定すると、前記停止制御信号生成部は前記停止制御信号送信機に前記停止制御信号を出力する、ことを特徴とする。
本発明によれば、自律走行する作業機械の非常停止端末の機器障害の有無を自律走行システムの起動前に検証できる技術を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本実施形態に係る非常停止システムを併用した自律走行システムの概要を示す図 非常停止用無線回線の通信状態を示す図 管制サーバ及び統括機の概略構成を示す図 ダンプトラック、車載停止端末、及び携帯停止端末の概略構成を示す図 各構成要素に含まれる制御装置のハードウェア構成を示す図 停止命令信号生成装置の機能ブロック図 停止制御信号生成装置の機能ブロック図 非常停止システムの動作確認処理の流れを示すフローチャート 非常停止システムの動作確認処理の流れを示すフローチャート 停止命令信号のデータ構造例を示す図
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一又は関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施形態では、特に必要なとき以外は同一又は同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
図1は、本実施形態に係る非常停止システムを併用した自律走行システムの概要を示す図である。本実施形態では鉱山で自律走行する作業機械の例として自律走行ダンプトラックを例に挙げて説明するが、作業機械の例はこれに限定されず、散水車や油圧ショベル等でもよい。
図1に示す自律走行システム1は、鉱山などの採石場に設置された搬送路100を自律走行する複数のダンプトラック20a、20b、20cの其々と、管制センタ30に設置された管制サーバ31とを、管制用無線通信回線を介して互いに通信接続して構成される。以下の説明において、ダンプトラック20a、20b、20cを区別しない場合は、単にダンプトラック20と記載する。
ダンプトラック20は、掘削及び積込作業を行うショベル10から積み込まれた土砂や鉱石等の積荷を搬送する。
各ダンプトラック20はGPS(Global Positioning System)衛星50から測位電波を受信して自車位置を検出する位置検出センサを備え、自車位置を参照しつつ管制サーバ31から受信する管制信号に従って自律走行する。また、各ダンプトラック20は、管制サーバ31に対して管制信号に応答する管制応答信号を送信する。
管制サーバ31は管制用アンテナ310に接続される。また鉱山の搬送路100内には管制用中継機32が複数設置される。管制信号及び管制応答信号は管制用アンテナ310や管制用中継機32を含む管制用無線通信回線を介して送受信される。
鉱山にはダンプトラック20を非常停止させるための非常停止用無線回線が設置される。この非常停止用無線回線と管制用無線通信回線とは異なる周波数帯を用い、非常停止動作に関する信号、より詳しくは後述する停止命令信号及び停止応答信号のみが送受信される専用回線として構成される。本実施形態では停止応答信号とは、後述するテストモード(非常停止端末の動作チェックモード)停止命令信号に応答して作業機械の制動装置(非常停止装置に相当する)を作動させる停止制御信号(アクチュエータアンロック信号)の生成処理が実行されたことを示す信号を意味する。しかし、後述する通常モード(非常停止動作を実際に実行させるモード)においては、停止命令信号を受信したことを示す受信確認信号を、停止応答信号として管制サーバに送信してもよい。
管制サーバ31は非常停止システムサーバ42に接続され、非常停止システムサーバ42は、統括機40を介して非常停止用無線アンテナ41に接続される。更に鉱山の搬送路100に周辺には非常停止用中継機91が複数設置される。
管制センタ30に位置する管制オペレータや積込場を監視するオペレータ70a、また搬送路100を走行するサービスカー71を運転するオペレータ70b、ドーザ72やグレーダ73のオペレータ70c、70dは、緊急時にダンプトラック20を非常停止させるための携帯停止端末80a、80b、80c、80dを携帯する。以下の説明において、携帯停止端末80a、80b、80c、80dを区別しない場合は、単に携帯停止端末80と記載する。
また各ダンプトラック20には車載停止端末60a、60b、60cのそれぞれが搭載される。以下、車載停止端末60a、60b、60cの其々を区別しない場合は単に車載停止端末60と記載する。携帯停止端末80及び車載停止端末60は、統括機40又は携帯停止端末80から送信された停止命令信号を受信し、これに応答して停止応答信号を生成し、非常停止用無線回線を介して統括機40に返信する。
携帯停止端末80及び車載停止端末60は共に停止命令信号を受信して、それに対する応答信号である停止応答信号を送信する端末であるので、どちらも非常停止端末に含まれる。
図2は、非常停止用無線回線の通信状態を示す図である。
各携帯停止端末80は端末非常停止スイッチ(SW)81を備える。いずれかの携帯停止端末80の端末非常停止SW81が押される、即ち非常停止動作の実行を指示する入力操作を受け付けると、停止命令信号が統括機40に対して送信される。そして、統括機40から全ての携帯停止端末80及び車載停止端末60に対して停止命令信号がブロードキャスト送信される。
各携帯停止端末80及び車載停止端末60は、停止命令信号に応答して停止応答信号を統括機40に返信すると共に、停止命令信号を受けてダンプトラック20a、20b、20cを実際に停止させるための停止制御信号を生成して送信する。各携帯停止端末80が送信した停止制御信号は、当該携帯停止端末80の電磁波が届く範囲(通信エリア)に送信されるので、その通信エリア内にダンプトラック20が含まれていれば、携帯停止端末80からの停止制御信号に応答してダンプトラック20が非常停止する。
ダンプトラック20、より詳しくは後述する非常停止制御装置250は、携帯停止端末80又は自機に搭載された車載停止端末60のいずれかから停止制御信号を受信すると非常停止動作を実行する。
なお、統括機40に備えられた管制非常停止SW43が押された場合には、統括機40から停止命令信号がブロードキャストされ、その後の処理は上記と同様である。
次に図3〜図7を参照して、本実施形態に係る非常停止システムの構成要素について説明する。図3は、管制サーバ31及び統括機40の概略構成を示す図である。図4は、ダンプトラック20、車載停止端末60、及び携帯停止端末80の概略構成を示す図である。図5は、各構成要素に含まれる制御装置のハードウェア構成を示す図である。図6は停止命令信号生成装置の機能ブロック図である。図7は停止制御信号生成装置の機能ブロック図である。
図3に示すように、管制サーバ31は、管制制御装置311、表示装置316、入力装置317、サーバ側管制通信装置319を含み、サーバ側管制通信装置319が管制用アンテナ310に接続される。
また統括機40は、統括機40の外表面に設けられた管制非常停止SW43を備え、統括機40とは別体に設けられた非常停止用無線アンテナ41に接続される。
統括機40は、管制非常停止SW43の押下げを検出すると停止命令信号を生成する停止命令信号生成装置44と、停止命令信号を無線信号に変換し、非常停止用無線アンテナ41に出力する停止命令信号送信機45と、非常停止用無線アンテナ41を介して停止応答信号を受信する停止応答信号受信機46とを内蔵する。
停止命令信号生成装置44は非常停止システムサーバ42に接続される。そして停止命令信号生成装置44は非常停止システムサーバ42を介して管制制御装置311から自律システムが起動したことを示す起動信号を受信する。また自律システムが停止したことを示すシャットダウン信号も受信する。
図4に示すように、ダンプトラック20は、管制サーバ31からの指示に従って自律走行するための制御を行う自律走行制御装置200と、ダンプトラック20の走行駆動装置210と、GPSやIMUからなる自車位置を算出する位置検出センサ及びダンプトラック20の周囲の障害物を検知する障害物検知センサを含む車載センサ220と、管制サーバ31から管制信号を受信し、管制応答信号を送信する車載側管制通信装置230及びこれに接続された車載側管制用無線アンテナ240と、非常停止動作を行う非常停止制御装置250とを含む。
走行駆動装置210は、制動装置としてのリターダブレーキ(回生ブレーキ)211a及び機械ブレーキ211bと、ダンプトラック20の操舵角を変更するための操舵装置212と、ダンプトラック20を加速させる走行装置213とを含む。
車載停止端末60は、非常停止用無線回線に接続するための非常停止用無線アンテナ61、停止命令信号を受信する停止命令信号受信機62、停止命令信号をダンプトラック20に搭載された非常停止制御装置250が実行できる形式に変換した停止制御信号を生成する停止制御信号生成装置63、停止制御信号を車載停止端末60の通信エリアに出力する停止制御信号送信機64、及び停止制御信号生成装置63の処理結果を示す停止応答信号を送信する停止応答信号送信機65を含む。
携帯停止端末80は、車載停止端末60の構成に端末非常停止SW81を追加して構成される。
ダンプトラック非常停止SW251は、主に自律車両の起動操作を行う自律車両オペレータが操作するSWで、非常停止制御装置250に接続されている。自律車両の起動中に非常停止動作が必要な場合に、ダンプトラック非常停止SW251を操作して、ダンプトラック20を停止させることができる。
管制制御装置311、自律走行制御装置200、停止命令信号生成装置44、及び停止制御信号生成装置63の其々は、図5に示すように、CPU(Central Processing Unit)511、RAM(Random Access Memory)512、ROM(Read Only Memory)513、HDD(Hard Disk Drive)514、I/F515、バス516を含み、バス516を介してCPU511、RAM512、ROM513、HDD514、及びI/F515が互いに接続されて構成される。更にI/F515には各制御装置に必要な表示装置、入力装置、通信装置が接続される。
図6に示すように、統括機40に含まれる停止命令信号生成装置44は、モード決定部441、停止命令信号生成部442、障害機器判定部443、端末ID記憶部444、起動信号受信部445、及び起動状態記憶部446を含む。
また図7に示すように、携帯停止端末80に含まれる停止制御信号生成装置63は、停止制御信号生成部631、モード判定部632、停止応答信号生成部633、停止命令信号生成部634、及び自機端末ID記憶部635を含む。停止命令信号生成部634は、統括機40に備えられる停止命令信号生成部442と同様の機能を有し、端末非常停止SW81が押されると停止命令信号を生成し、停止命令信号送信機としての機能を兼用する停止応答信号送信機65から非常停止用無線回線を介して統括機40に送信する。車載停止端末60は、端末非常停止SW81及び停止命令信号生成部634を備えないで携帯停止端末80と異なるが、それ以外は携帯停止端末80と同様の構成を有する。
停止命令信号生成装置44及び停止制御信号生成装置63の各機能は、各装置の機能を実現するソフトウェアと各装置を構成するハードウェア(図5参照)とが協働することにより構成されてもよいし、集積回路を用いて構成されてもよい。
図8〜図10を参照して本実施形態に係る非常停止システムの動作確認処理について説明する。図8、図9は非常停止システムの動作確認処理の流れを示すフローチャートである。図10は、停止命令信号のデータ構造例を示す図である。
図8に示すように、停止命令信号生成装置44の起動信号受信部445は管制サーバ31から自律走行システムの起動信号を受信すると(S01/起動信号受信)、起動信号受信部445は起動状態記憶部446に自律走行システムが起動したことを示す状態フラグの値を0から1へ書き換える(S02)。シャットダウン信号を受信すると(S01/シャットダウン信号受信)、状態フラグの値を1から0へ書き換える(S03)。
管制オペレータが管制非常停止スイッチ43を押し下げた動作を停止命令信号生成装置44が受け付けるまでは待機する(S04/No)。
停止命令信号生成装置44が管制非常停止スイッチ43を押し下げた動作を受け付けると(S04/Yes)、モード決定部441は、管制非常停止SW43の押し下げ動作の検出をトリガーとして状態フラグの値を参照する(S05)。
状態フラグの値が「0」であれば(S05/Yes)、モード決定部441は、テストモードであると決定し(S06)、その決定結果を停止命令信号生成部442に出力する。
状態フラグの値が「1」であれば(S05/No)、モード決定部441は、通常モードであると決定し(S07)、その決定結果を停止命令信号生成部442に出力する。
ここでいう「テストモード」とは、自律走行システムが起動する前の状態において、非常停止端末の動作確認を行うモードであり後述するステップS13からステップS17までの処理に相当する。一方「通常」モードとは、自律走行システムの起動後に実際に非常停止動作を実行するモードであり、後述するステップS18からステップS19までの処理に相当する。
停止命令信号生成部442は、図10に示すようにヘッダ951及び非常停止コマンド952に、モード決定部441の決定結果に基づいてテストモードであるか通常モードであるかを示すモード識別フラグ953を付加した停止命令信号95を生成する(S08)。
上記非常停止コマンド952はテストモード及び通常モードの両モードにおいて共通のコマンドを用いる。即ち、テストモードにおいても実際に非常停止動作を実行する際に用いるコマンドと同じコマンドを用いる。
停止命令信号生成部442は停止命令信号送信機45に出力する。そして、停止命令信号送信機45は、非常停止用無線回線を用いて停止命令信号をブロードキャスト送信する(S09)。
非常停止端末、即ち車載停止端末60及び携帯停止端末80は、非常停止用無線アンテナ61及び停止命令信号受信機62を介して停止命令信号を受信し(S10)、停止制御信号生成装置63に出力する。
図9に示すように、停止制御信号生成装置63の停止制御信号生成部631は、非常停止コマンド952を参照して、非常停止制御装置250が解読可能な停止制御信号を生成し(S11)、停止命令信号と共にモード判定部632に出力する。
モード判定部632は、停止命令信号のモード識別フラグ953を参照し、テストモードであるか通常モードであるかを判定する(S12)。
テストモードであれば(S12/Yes)、停止制御信号送信機64に停止制御信号を出力することなく、停止応答信号生成部633に対して停止制御信号が生成されたことを示す結果を出力する。停止応答信号生成部633は自機端末ID記憶部635を参照し、自機を固有に示すIDを停止応答コマンドに付加して停止応答信号を生成して停止応答信号送信機65から非常停止用無線回線を介して統括機40に返信する(S13)。
統括機40の停止応答信号受信機46は、非常停止用無線アンテナ41を介して停止応答信号を受信し(S14)、障害機器判定部443に出力する。
障害機器判定部443は、受信した停止応答信号に含まれる端末IDと、端末ID記憶部444に記憶された非常停止システムに用いられる全ての非常停止端末の端末ID、即ち、全ての車載停止端末60及び携帯停止端末80の端末IDとを比較し、全ての非常停止端末から応答があったと判定すると(S15/Yes)、障害機器が無いかったとする判定し(S16)、その結果を非常停止システムサーバ42に出力する。
一方、停止応答信号を受信できない非常停止端末があった場合には(S15/No)、停止応答信号を受信できない非常停止端末の端末IDを基にその端末を障害機器と特定し(S17)、その結果を非常停止システムサーバ42に出力する。
また、ステップS12において通常モードと判定されると(S12/No)、停止制御信号送信機64に停止制御信号を出力し、停止制御信号送信機64が非常停止制御装置250に対して停止制御信号を送信する(S18)。
非常停止制御装置250は、停止制御信号を受信すると非常停止動作を実行する(S19)。本実施形態では非常停止制御装置250は、リターダブレーキ211a及び機械ブレーキ211bの双方に対して停止制御信号を出力する。これにより、ダンプトラック20に双方のブレーキからの制動力が働くので、通常の制動動作よりも短い制動距離で停止する。なお、本実施形態では、双方のブレーキに対してほぼ同時に停止制御信号を出力するが、同一の作動条件の下では機械ブレーキ211bはリターダブレーキ211aよりも制動力が大きいので、機械ブレーキ211bのみに停止制御信号を出力してもよい。つまり、本実施形態における非常停止動作とは、通常の自律走行制御で用いる制動力よりも相対的に大きな制動力をダンプトラック20に作用させるための停止動作であり、その態様はリターダブレーキ211aと機械ブレーキ211bの同時併用に限定されず、タイミングをずらした併用、また機械ブレーキ211b単体の使用でもよい。
本実施形態によれば、テストモードを実行する指示は、自律走行システムが起動されていない状態で統括機に備えられた管制非常停止SWを押し下げるだけでよいので、テストモードの実行指示が容易に行える。
また本実施形態によれば、自律走行システムの起動前に実際に非常停止動作をさせる際に用いる非常停止コマンドと同じコマンドを使って非常停止端末の動作確認が行える。そのため、テストモードにおいて単に非常停止端末に停止命令信号が届いたかという通信テストが行えるだけではなく、実際に非常停止コマンドを用いて停止制御信号を生成する動作が行えるかを検証できる。これにより、非常停止端末に非常停止コマンドが届いていても、端末自体に障害があり非常停止動作が実行できないという不具合を、自律走行システムの起動前に検出することができる。
上記実施形態は本発明を限定する趣旨ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない様々な変更態様は本発明に含まれる。例えば、図8に示すフローチャートに記載したステップ順は一例であり、その前後を入れ替えたり、並列処理を行っても同様の作用効果を奏する実行態様は、本発明に含まれる。
1:自律走行システム
20a、20b、20c:ダンプトラック(運搬車両)
31:管制サーバ
40:統括機
42:非常停止システムサーバ
60a、60b、60c:車載停止端末
70:オペレータ
80a、80b、80c:携帯停止端末

Claims (1)

  1. 鉱山で管制サーバからの指示に従って作業機械を自律走行させる自律走行システムと併用して設置された作業機械の非常停止システムであって、
    前記非常停止システムは、
    前記作業機械の非常停止動作の実行を指示する入力操作を受け付ける少なくとも1つの非常停止端末と、
    前記非常停止端末の其々に無線通信回線を介して接続された統括機と、を含み、
    前記統括機は、
    オペレータから非常停止動作の操作を受け付ける非常停止スイッチと、
    前記非常停止スイッチの操作に基づいて、前記作業機械を非常停止させるための停止命令信号を生成する停止命令信号生成装置と、
    前記停止命令信号を前記非常停止端末に向けて送信する停止命令信号送信機と、を含み、
    前記停止命令信号生成装置は、
    前記自律走行システムが起動したことを示す起動信号を受信する起動信号受信部と、
    前記起動信号を受信した状態で前記非常停止スイッチの操作を受け付けると前記作業機械を実際に非常停止させる通常モードであると決定し、前記起動信号を受信していない状態で前記非常停止スイッチの操作を受け付けると前記非常停止端末のテストモードであると決定するモード決定部と、
    前記作業機械を非常停止させるための非常停止コマンドに、前記通常モードであるか前記テストモードであるかを示すモード識別フラグを付加した前記停止命令信号を生成する停止命令信号生成部と、を含み、
    前記非常停止端末の其々は、
    前記統括機から送信された前記停止命令信号を受信する停止命令信号受信機と、
    前記停止命令信号に基づいて、前記作業機械に搭載された非常停止装置を駆動させるための停止制御信号を生成する停止制御信号生成装置と、
    前記停止制御信号を前記作業機械に対して送信する停止制御信号送信機と、
    前記停止制御信号が生成されたことを示す停止応答信号を前記統括機に対して送信する停止応答信号送信機と、を含み、
    前記停止制御信号生成装置は、
    前記停止命令信号に含まれる前記モード識別フラグを参照し、前記通常モードであるか前記テストモードであるかを判定するモード判定部と、
    前記停止命令信号を受信に応じて前記停止制御信号を生成する停止制御信号生成部と、
    前記停止応答信号を生成する停止応答信号生成部と、を含み、
    前記モード判定部が前記テストモードであると判定すると、前記停止制御信号生成部は前記停止制御信号送信機に前記停止制御信号を出力することなく、前記停止応答信号生成部に前記停止制御信号を生成したことを示す信号を出力し、
    前記モード判定部が前記通常モードであると判定すると、前記停止制御信号生成部は前記停止制御信号送信機に前記停止制御信号を出力する、
    ことを特徴とする作業機械の非常停止システム。
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