JP2019163603A - 建設機械 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の視線が途切れたり、教示音が聞きづらくなったりすることなく、且つ、操作レバー動作の煩わしさも低減し、操作者に確実に操作を教示して操作性を向上させることができる建設機械を提供すること。【解決手段】建設機械１０は、下部走行体と、上部旋回体と、作業装置と、アタッチメントと、操作部とを備える。建設機械は、振動を与える振動発生装置６４、６５と、指定された建設機械の特定部位の目標位置及び目標姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす目標状態軌道を記憶する記憶部とを備える。建設機械の特定部位の位置および姿勢、または当該位置および当該姿勢の時系列を表わす状態軌道が、目標状態軌道に対する所定の複数の条件のそれぞれに対応しているときに、所定の複数の条件毎に設定された複数の異なる振動パターンのそれぞれにしたがって振動発生装置６４、６５を振動させる。【選択図】図３

Description

本発明は、作業装置及びアタッチメントの駆動を操作する操作部に対して、操作を教示して操作性を向上させる建設機械に関する。

油圧ショベル等の建設機械による作業は、操作室の操作者が操作レバー等を操作することで行われる。作業時に、アタッチメントを目標軌道に沿って移動させると効率的に作業を行うことができ操作性が向上するので好ましい。

アタッチメントを目標軌道に沿って移動させる方法として、操作者とは異なる機構によってアタッチメントが目標軌道に沿って移動するように、ブーム、アーム及びアタッチメント等の操作レバーの操作量を教示する方法がある。このような、操作者とは異なる機構によってアタッチメントが目標軌道に沿って移動するように操作レバーの操作量を教示する建設機械が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００７−９４３２号公報 国際公開第２０１５／１７３９３５号パンフレット

特許文献１の建設機械は、アタッチメント等の作業目標面を設定する設定手段と、操作レバーの操作によりアタッチメンが作業目標面に接近する場合にアタッチメントの作業目標面への接近の度合いと動作方向に応じて、作業目標面に沿った動作となるように操作レバーに補助力を発生して操作を操作者に教示する電磁アクチュエータと、を備えている。

操作者が操作レバーによりアタッチメント等を操作し、アタッチメントが作業目標面から外れそうになると、建設機械はアタッチメントが作業目標面に近づくように電磁アクチュエータにより操作レバーに補助力を発生することで操作を教示するものである。

特許文献２の建設機械は、当該建設機械の現在位置及び姿勢の情報を検出する車両状態検出部と、作業対象の目標面に位置情報を規則する記憶部と、アタッチメントの刃先の方向を含む情報及び目標面と直交する方向を含む情報等に基づいてアタッチメントの刃先が目標面と正対するために必要な建設機械の動作量を示す目標動作情報を求めて、目標動作情報に対応する画像を表示装置に表示する処理部と、音声発生装置と、を備えている。

処理部は、目標面に対するアタッチメントの刃先の位置を表示装置に表示し、アタッチメントの刃先ベクトルと目標面とが平行に近くになるにしたがって音声発生装置から発生する音の間隔を短くすることで操作を教示するものである。

しかし、特許文献１では、電動アクチュエータの補助力によって操作レバーが直接動かされるため操作者が煩わしく感じることがある。また、特許文献２では、操作者が直接アタッチメント先端を目視しているときに表示装置を見ると視線が途切れてしまい好ましくない場合があり、音声発生装置による音が作業現場の騒音で聞きづらい場合があるため、操作の教示手段に改善の余地がある。

本発明は、以上の点に鑑み、操作者の視線が途切れたり、教示音が聞きづらくなったりすることなく、且つ、操作レバー動作の煩わしさも低減し、操作者に確実に操作を教示して操作性を向上させることができる建設機械を提供することを目的とする。

[１]上記目的を達成するため、本発明の建設機械は、
下部走行体と、当該下部走行体に旋回可能に設けられた上部旋回体と、当該上部旋回体に回動自在に連結された作業装置と、当該作業装置の先端に連結されたアタッチメントと、前記下部走行体、前記上部旋回体、前記作業装置および前記アタッチメントを操作する操作部とを備えた建設機械において、
当該建設機械は、前記操作部および当該操作部を操作する操作者の身体に接触する接触部の少なくとも一方に、振動を与える振動発生装置と、指定された前記建設機械の特定部位の目標位置及び目標姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす目標状態軌道を記憶する記憶部と、を備え、
当該建設機械の前記特定部位の位置および姿勢のうち少なくとも一方、または当該位置および当該姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす状態軌道が、前記目標状態軌道に対する所定の複数の条件のそれぞれに対応しているときに、所定の複数の条件毎に設定された複数の異なる振動パターンのそれぞれにしたがって前記振動発生装置を振動させる制御装置を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、建設機械は、下部走行体、上部旋回体、作業装置、アタッチメント、操作部および接触部の少なくとも一方に、振動を与える振動発生装置と、指定された建設機械の特定部位の目標位置及び目標姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす目標状態軌道を記憶する記憶部とを備えている。制御装置によって、当該建設機械の特定部位の位置および姿勢のうち少なくとも一方、または当該位置および当該姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす状態軌道が、目標状態軌道に対する所定の複数の条件のそれぞれに対応しているときに、所定の複数の条件毎に設定された複数の異なる振動パターンのそれぞれにしたがって振動発生装置を振動させるので、操作者の視線が途切れたり、教示音が聞きづらくなったりすることない。さらに、例えば操作レバーは、振動するだけで、補助力によって動くわけではないので、操作レバー動作の煩わしさも低減し、操作者に確実に操作を教示して操作性を向上させることができる。

[２]また、本発明においては、当該建設機械は、外界状態を検知する外界状態検知部と、当該外界状態検知部の検知結果に応じて前記目標状態軌道を生成する目標状態軌道生成部と、を備えていることが好ましい。

この構成によれば、外界状態検知部によって外界状態を検知し、当該外界状態検知部の検知結果に応じて目標状態軌道生成部が目標状態軌道を生成するので、外界状況が変化しても、操作者に確実に操作を教示して操作性を向上させることができる。

[３]また、本発明においては、前記所定の複数の条件のそれぞれは、前記特定部位が前記目標状態軌道から所定の距離内であるという条件を含み、
前記複数の異なる状況のそれぞれは、前記特定部位から前記目標状態軌道までの複数の異なる距離範囲のそれぞれに含まれているという状況を含むことが好ましい。

この構成によれば、特定部位の目標状態軌道からの距離範囲に応じて、操作部および接触部の少なくとも一方が振動するので、特定部位を目標位置まで最適に近い軌道で誘導することができ、操作性を向上させることができる。

[４]また、本発明においては、前記所定の複数の異なる振動パターンは、前記アタッチメントの前記目標位置までの距離が小さくなるにつれて、前記振動発生装置による振動の周波数が大きくなる、又は、前記振動の振幅が大きくなることが好ましい。

この構成によれば、所定の複数の異なる振動パターンは、アタッチメントの目標位置までの距離が小さくなるにつれて、振動発生装置による振動の周波数が大きくなる又は振動の振幅が大きくなるので、操作者は、振動または振幅の変化によってアタッチメントの目標位置までの距離を知覚することができる。

[５]また、本発明においては、前記制御装置が、前記操作部による少なくとも前記上部旋回体の目標操作状態の時系列を含み、かつ、第１所定時点において前記特定部位としての前記アタッチメントの運動を停止させるような前記目標状態軌道を生成する場合、前記上部旋回体が旋回中に前記上部旋回体の旋回停止指示があった時点から前記アタッチメントが停止するまでの予測所要時間に基づき、前記第１所定時点よりも前の第２所定時点において前記上部旋回体の旋回停止指示を出すような前記目標操作状態を含む前記目標状態軌道を生成することが好ましい。

この構成によれば、上部旋回体の旋回速度と、少なくとも作業装置の姿勢と、に応じて定まる、上部旋回体に生じる慣性モーメントおよび／または上部旋回体が油圧式アクチュエータにより旋回駆動される場合には当該油圧アクチュエータの応答遅れ時間としての予測所要時間に基づき第１所定時点よりも前の第２所定時点において上部旋回体の旋回停止指示を出すような目標操作状態を含む目標状態軌道を生成するので、アタッチメントを目標位置で停止し易くすることができる。

[６]また、本発明においては、前記所定の複数の条件のそれぞれは、現在時点が前記第２所定時点よりも前にある複数の異なる時間範囲のそれぞれに含まれているという条件であることを特徴とすることが好ましい。

この構成によれば、所定の複数の条件のそれぞれは、現在時点が前記第２所定時点よりも前にある複数の異なる時間範囲のそれぞれに含まれているので、アタッチメントを目標位置でより停止し易くすることができる。

[７]また、本発明においては、前記所定の複数の異なる振動パターンは、前記第２所定時点に近い前記複数の異なる時間範囲のうち、現在時点が前記第２所定時点に近い時間範囲に含まれるほど、前記振動発生装置による振動の周波数が大きくなる、又は、前記振動の振幅が大きくなることが好ましい。

この構成によれば、現在時点が第２所定時点に近い時間範囲に含まれるほど、振動発生装置による振動の周波数が大きくなる、又は、振動の振幅が大きくなるので、操作者は、振動または振幅の変化によってアタッチメントを目標位置で停止させるための操作感覚を段階的に知覚することができる。

[８]また、本発明においては、前記振動発生装置は、前記操作部のグリップに設けられていることが好ましい。

この構成によれば、振動発生装置は操作部のグリップに設けられているので、操作者が手でつかむ操作部のグリップを介して確実に操作者に知覚させ、視線を途切らせたり煩わしさを与えたりすることなく操作を教示することができる。

[９]また、本発明においては、前記振動発生装置は、前記操作部の操作レバーに着脱可能であることが好ましい。

この構成によれば、振動発生装置は、操作レバーに着脱可能であるので、標準的な操作部に後付けによって振動発生装置を装着することができる。

[１０]また、本発明においては、前記振動発生装置は、アームレストに設けられていることが好ましい。

この構成によれば、振動発生装置は、アームレストに設けられているので、操作者の腕を介して振動を伝えることで、より操作者への知覚を促すことができる。

[１１]また、本発明においては、前記所定の複数の条件のそれぞれおよび前記複数の異なる振動パターンのそれぞれは、変更可能又は調整可能であることが好ましい。

この構成によれば、所定の条件および所定の複数の振動パターンは、変更可能又は調整可能であるので、それぞれの操作者の感じ易いように、振動パターンを設定してより一層振動を知覚しやすいようにできる。

実施形態の建設機械の構成を示す平面図。 実施形態の建設機械の構成を示す側面図。 実施形態の操作室の構成を示す斜視図。 着脱可能な振動発生装置を取り付けた操作レバーの正面図。 実施形態の建設機械の構成を示すブロック図。 本発明の概念を示すフローチャート。 目標状態軌道からアタッチメント先端の状態軌道までの距離を条件としたフローチャート。 図８Ａはアタッチメント先端の目標状態軌道を示す説明図。図８Ｂはアタッチメント先端が目標状態軌道に沿って移動するときの作用図。 アタッチメントを直線的に移動させるときの作用図。 目的位置からアタッチメント先端までの距離を条件としたフローチャート。 図１１Ａは目的位置からアタッチメント先端までの距離を示す説明図。図１１Ｂはアタッチメント先端が目的位置に接近するときの作用図。 上部旋回体を旋回移動させるときの作用図。

（実施形態）
図を参照して、本発明の第１実施形態の建設機械１０を詳しく説明する。図１、図２に示すように、建設機械１０は、油圧ショベルであり、下部走行体１２と、下部走行体１２上に旋回軸１３を介して旋回可能に設けられた上部旋回体１４と、上部旋回体１４に設けられた作業装置１５とを備えている。上部旋回体１４の前横部には操作室（キャブ）１６が搭載され、上部旋回体１４の後部には機械室１７に配置されたエンジンやカウンタウエイト１８が搭載されている。

上部旋回体１４には、ブーム２１及びこのブーム２１を回動するブームシリンダ（アクチュエータ）２２が回動可能に軸支されている。ブームシリンダ２２の先端部はピン２２ａを介してブーム２１に回動可能に連結されている。ブーム２１の先端には、アーム２３がアームシリンダ（アクチュエータ）２４により回動されるように軸支されている。アーム２３には、先端のアタッチメントであるバケット２５がリンク部２６を介してバケットシリンダ（アクチュエータ）２７により回動されるように軸支されている。作業装置１５は、ブーム２１と、アーム２３およびバケット２５とを含んでいる。

上部旋回体１４に回転可能に軸支されるブーム２１の回転軸部分には、上部旋回体１４に対するブーム２１の回転角度を計測する第１角度センサ（ロータリエンコーダ）４１が設けられている。ブーム２１に回転可能に軸支されるアーム２３の回転部分には、ブーム２１に対するアーム２３の回転角度を計測する第２角度センサ４２に設けられている。

アーム２３に回転可能に軸支されるバケット（アタッチメント）２５には、アーム２３に対するバケット２５の回転角度を計測する第３角度センサ４３が設けられている。下部走行体１２に旋回可能に設けられた上部旋回体１４の旋回軸１３には、下部走行体１２に対する上部旋回体１４の回転角度を計測する第４角度センサ４４が設けられている。第１〜第４角度センサ４１、４２、４３、４４によって、バケット（アタッチメント）２５及び作業装置１５の姿勢が検出される。

また、建設機械１０は、操作室１６に配置され車両前方に外界状態を検知する外界状態検知部４５としての３次元スキャナと、建設機械１０後方の複数の異なるエリアにある物体を検出する外界状態検知部４６、４７としてのエリアセンサと、複数のアクチュエータとしてのブームシリンダ２２、アームシリンダ２４およびバケットシリンダ２７に加わる保持圧の大きさをそれぞれ計測する負荷計測部５１、５２、５３（図５参照）と、当該建設機械１０の水平方向に対する傾きを計測する外界状態検知部４８としての傾斜センサとを備えている。また、建設機械１０は、下部走行体１２を駆動するアクチュエータとしての駆動装置（不図示）および、上部旋回体１４を旋回するアクチュエータとしての旋回モータ（不図示）に加わる保持圧の大きさを計測する負荷計測部（不図示）を備えている。

なお、実施形態では、外界状態検知部４５、４６、４７、４８をそれぞれ、３次元スキャナ、エリアセンサ、傾斜センサとしたが、これに限定されず、外界状態検知部４５、４６、４７、４８は、３次元スキャナ、距離計測器、エリアセンサ、カメラ等の外界状態を計測できれば他の機器であっても差し支えない。また、負荷計測部５１、５２、５３は、例えば圧力センサであるが、これに限定されず、アクチュエータ２２、２４、２７に加わる負荷の大きさを検出できれば、ひずみゲージなど他の計測器であっても差し支えない。

図３に示すように、操作室１６には、操作者が操作する操作部６１と、操作者が着座する接触部としてのシート６２と、操作者が腕を置く接触部としてのアームレスト６３とが備えられている。操作部６１は、操作レバーを含み、当該操作レバー（操作部）６１に振動を与える振動発生装置６４が備えられている。振動発生装置６４は操作レバー６１に設けられているので、操作者が手でつかむ操作レバー６１を介して、確実に操作者に警告情報を伝達することができる。なお、実施形態では、振動発生装置６４を操作部６１としての操作レバーに備えたが、これに限定されず、振動発生装置６４を操作部６１としての操作ペダルやハンドル（不図示）に備えても差し支えない。

また、アームレスト６３は、当該アームレスト６３に振動を与える振動発生装置６５が備えている。振動発生装置６５は、アームレスト６３に備えられているので、操作者の腕を介して振動を伝えることで、より操作者への知覚を促すことができる。なお、実施形態では、操作部６１を操作する操作者の身体に接触する接触部として、アームレスト６３を例にし、振動発生装置６５を接触部としてのアームレスト６３に備えたが、これに限定されず、振動発生装置６５を接触部としてのシート（シートクッション、シートバック、フットレスト、ヘッドレストを含む）６２や、床に設けても差し支えない。

図４に示すように、振動発生装置６４は、操作レバー６１に着脱可能に設けられている。具体的には、振動発生装置６４は、操作レバー６１を囲うようにして配置され、締結部材６６によって締結されている。なお、実施形態では、振動発生装置６４を操作レバー６１の上下に延びているバーに配置したが、これに限定されず、振動発生装置６４をノブの部分に装着する態様や、バーの基端部に配置する態様でもよく、操作者に振動を伝達することができれば、振動発生装置６４の形状や取付態様は問わない。

次に構成をブロック図で説明する。図５に示すように、建設機械１０の本体１１側は、第１角度センサ４１、第２角度センサ４２、第３角度センサ４３および第４角度センサ４４からの角度情報から機械座標系における建設機械１０の特定部位（アタッチメント２５の先端）の座標を演算する演算部５５と、を備えている。演算部５５によって、建設機械１０の機械座標系における上部旋回体１４、ブーム２１、アーム２３、アタッチメント２５の姿勢も演算される。また、建設機械１０は、演算部５５からの座標情報及び姿勢情報が送られる制御装置５６と、制御装置５６からの情報を操作室１６側に送る通信装置５７と、を備えている。

制御装置５６には、外界状態検知部（３次元スキャナ）４５、外界状態検知部（エリアセンサ）４６、４７、外界状態検知部（傾斜センサ）４８、負荷計測部５１、５２、５３、旋回モータの負荷計測部５４、および駆動装置の負荷計測部（不図示）が接続されている。さらに制御装置５６には、アウトプット側にブームシリンダ２２、アームシリンダ２４、バケットシリンダ２７、旋回モータ２８および駆動装置（不図示）が接続されている。

建設機械１０の操作室１６側は、本体１１側の通信装置５７と情報を相互に伝達する通信装置７１と、当該通信装置７１に接続される制御装置７２と、当該制御装置７２に接続されるインターフェース７３と、当該インターフェース７３等で指定された建設機械１０の特定部位の目標位置及び目標姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす目標状態軌道Ｒ１、Ｒ２（図８参照）を記憶する記憶部７４と、制御装置７２に接続される操作レバー６１側の振動発生装置６４およびアームレスト６３側の振動発生装置６５とを備えている。制御装置７２には、外界状態検知部４５、４６、４７、４８の検知結果に応じて目標状態軌道Ｒ１、Ｒ２を生成する目標状態軌道生成部７５が接続されている。

制御装置７２は、建設機械１０の特定部位の位置および姿勢のうち少なくとも一方、または当該位置および当該姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす状態軌道（実際の軌道）が、目標状態軌道Ｒ１、Ｒ２に対する所定の複数の条件のそれぞれに対応しているときに、所定の複数の条件毎に設定された複数の異なる振動パターンのそれぞれにしたがって振動発生装置６４、６５を振動させる。

インターフェース７３には、機械座標系における、建設機械１０の特定部位の移動先となる目的位置や、建設機械１０の上部旋回体１４、作業装置１５、アタッチメント２５の位置および姿勢を入力可能である。目的位置は、座標入力でもよいが、建設機械１０に設けられた３次元スキャナ又は撮像装置によって建設機械１０の周囲の情報を取得して、３次元スキャナで取得した３次元画像又は撮像装置で撮像した画像上で、目的位置を選択して、制御装置７２で座標に変換する態様としてもよい。

さらに、目標状態軌道生成部７５が、外界状態検知部４５、４６、４７、４８の検知結果に応じて目標状態軌道Ｒ１、Ｒ２を修正して生成してもよい。例えば、建設機械１０の操作中に障害物が入ってきて、その障害物を回避するような修正された目標状態軌道Ｒ１、Ｒ２等である。外界状態検知部４５、４６、４７、４８によって外界状態を検知し、当該外界状態検知部４５、４６、４７、４８の検知結果に応じて目標状態軌道生成部７５が目標状態軌道を生成するので、外界状況が変化しても、操作者に確実に操作を教示して操作性を向上させることができる。

また、例えば、特定位置をアタッチメント２５の先端として、演算部５５によってアタッチメント２５先端の座標が演算され、当該アタッチメント２５先端座標とインターフェース７３で入力した目的位置の座標から、アタッチメント２５先端から目的位置までの距離が指標値として演算される。

また、操作者が操作部６１を操作することでアタッチメント２５の位置および姿勢が移動しても、演算部５５によってアタッチメント２５先端と目的位置までの距離が指標値として演算される。指標値は、建設機械１０の形態を表わす値であり、ここではアタッチメント２５先端から目的位置までの距離が指標値となる。

そして、あらかじめ設定され制御装置５６、７２に記憶された、又は、インターフェース７３により入力された、所定の条件としての複数の異なる状況のそれぞれに、指標値が対応しているときに、制御装置７２が複数の異なる振動パターンのそれぞれにしたがって振動発生装置６４、６５を振動させる。

例えば、所定の条件は、アタッチメント２５先端が目的位置から２ｍ内、１ｍ内、０．５ｍ内の３つの条件であり、アタッチメント２５先端が目的位置から２ｍ（指標値が２ｍ内）内に位置すると振動発生装置６４、６５が小さい振動数で振動し、アタッチメント２５先端が目的位置から１ｍ内（指標値が１ｍ内）に位置すると振動発生装置６４、６５が少し大きい振動数で振動し、アタッチメント２５先端が目的位置から０．５ｍ内（指標値が０．５ｍ内）に位置すると振動発生装置６４、６５がさらに大きい振動数で振動する。

なお、実施形態では、本体１１側の通信装置５７と、操作室１６側の通信装置７１とを設けて無線で情報を伝達するようにしたが、これに限定されず、通信装置５７、７１間を有線で接続してもよく、さらには、通信装置７１をなくして、制御装置５６、７２を１つに統合しても差し支えない。また、建設機械１０に、本体１１側の通信装置５７と、操作室１６側の通信装置７１とを設けて無線で情報を伝達する場合は、本体１１と操作室１６とを隔てて、操作部６１を、操作者が建設機械１０を遠隔操作する遠隔操作用操作部としてもよい。

次に、以上に述べた建設機械１０の作用をフローチャートに基づいて説明する。図６に示すように、制御を開始し、ＳＴＥＰ１で制御装置５６、７２は、建設機械１０の形態を表わす指標値が所定の条件を充足しているか判断する。ＳＴＥＰ１で指標値が所定の条件を充足していれば（ＳＴＥＰ１でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ２に進む。ＳＴＥＰ１で指標値が所定の条件を充足していなければ（ＳＴＥＰ１でＮＯ）、ＳＴＥＰ１に戻る。

ＳＴＥＰ２で、複数の異なる振動パターンで振動発生装置６４、６５を振動させる。これにより、建設機械１０の特定部位の位置および姿勢のうち少なくとも一方、または当該位置および当該姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす状態軌道が、目標状態軌道Ｒ１、Ｒ２（図８参照）に対する所定の複数の条件のそれぞれに対応しているときに、所定の複数の条件毎に設定された複数の異なる振動パターンのそれぞれにしたがって振動発生装置６４、６５を振動させることで、複数の異なる状況のそれぞれを操作者に確実に教示し、操作性を向上させることができる。

次に、フローチャートの別態様を説明する。図７に示すように、指標値は、目標状態軌道から特定部位までの距離Ｌ５（図８参照）である。制御を開始し、ＳＴＥＰ１１で、演算部５５は目標状態軌道からアタッチメント２５の先端（特定部位）までの距離Ｌ５を演算し指標値を求める。

ＳＴＥＰ１２で、目標状態軌道から特定部位までの距離（指標値）が所定の距離内であるか、判断する。ＳＴＥＰ１２で指標値が所定の距離範囲を超えていれば（ＳＴＥＰ１２でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ１３に進む。ＳＴＥＰ１２で指標値が所定の距離範囲超えていなければ（ＳＴＥＰ１２でＮＯ）、ＳＴＥＰ１１に戻る。

ＳＴＥＰ１３で、目標状態軌道からアタッチメント２５先端の距離の複数の異なる距離範囲のそれぞれに含まれると、すなわち、アタッチメント２５先端が警告対象物に近づくほど、振動発生装置６４、６５による振動パターンは、振動が断続的から連続的に変化する（振動の周波数が大きくなる）。

このため、操作者は、建設機械１０の特定部位であるアタッチメント２５先端の目標状態軌道からの距離を振動によって知覚することできる。

次に、作用図について説明する。図８Ａに示すように、建設機械１０のアタッチメント２５先端はＰ１の位置にある。目標状態軌道は略円弧上のＲ１、Ｒ２であり、アタッチメント２５先端は、位置Ｐ１から目標状態軌道Ｒ１を通って位置Ｐ２へ移動し、さらに位置Ｐ２から目標状態軌道Ｒ２を通って位置Ｇへ移動することが目標とされる。

図８Ｂに示すように、実際に操作してアタッチメント２５を移動させると、アタッチメント２５先端が目標状態軌道Ｒ１から距離Ｌ５（指標値）だけ離れる。この距離Ｌ５が所定の距離範囲を超えていれば、振動発生装置６４、６５（図３参照）が振動する。

このように、所定の複数の条件のそれぞれは、特定部位が目標状態軌道から所定の距離内であるという条件を含み、複数の異なる状況のそれぞれは特定部位から目標状態軌道までの複数の異なる距離のそれぞれに含まれているという状況を含む。

この構成によれば、特定部位の目標状態軌道からの距離に応じて、操作部６１および接触部６２、６３の少なくとも一方が振動するので、特定部位を目標位置まで最適に近い軌道で誘導することができ、操作性を向上させることができる。

なお、実施形態のフローチャートでは、アタッチメント２５等の位置を条件としたが、これに限定されず、アタッチメント２５等の位置に加えて姿勢も考慮するものとしてもよい。

次に、アタッチメント２５の先端を地面にならい直線的に移動させるときの作用について説明する。図９に示すように、建設機械１０は作業装置１５が車両前方に伸びた状態であり、アタッチメント２５先端はＰ３の位置にある。目標状態軌道は、地面であり、アタッチメント２５先端でいわゆる水平引きという作業を行う際に、施工面（地面）に対して直線的にアタッチメント２５先端を移動させることが目標とされる。ここでは、アタッチメント２５先端を位置Ｐ３から位置Ｐ４へ地面にならい直線的に移動することが目標とされる。

ところで、油圧ショベルのような建設機械１０は、上部旋回体１４に対するブーム２１の動き、ブーム２１に対するアーム２３の動き、アーム２３に対するアタッチメント２５の動きが、基本的に全て円弧運動であり、アタッチメント２５の先端を下方に向けたままの姿勢を維持して直線的に移動させることが難しい。具体的な建設機械１０の水平引き動作の一例を示すと、アタッチメント２５先端を位置Ｐ３から位置Ｐ４へ移動させる際、ブーム２１を上方へ回動させながらアーム２３を下方へ回動させ、さらにアタッチメント２５の先端が下方を向くように回動させる。アタッチメント２５先端を戻す際は、ブーム２１を下方へ回動させながらアーム２３を上方へ回動させ、さらにアタッチマント２５の先端が下方を向くように回動させる。

この点、本発明では、実際に操作してアタッチメント２５を地面にならい直線的に移動させようとする際に、アタッチメント２５の先端が地面から距離Ｌ６（指標値）だけ離れると、この距離Ｌ６が所定の距離範囲を超えていれば、振動発生装置６４、６５（図３参照）が振動することでアタッチメント２５が地面から離れていることを操作者に伝え、これを繰り返してアタッチメント２５先端が地面にならって移動するよう操作を教示する。
このように、建設機械１０では、アタッチメント２５の先端を地面などにならって直線的に移動させる操作が求められることが多いが、本発明では、特に操作者が初心者・初級者の場合に難しいとされる水平引きであっても、アタッチメント２５先端が地面から指標値分だけ離れると振動発生装置６４、６５が振動して教示するのでアタッチメント２５先端を地面にならうような直線的な移動を容易行うことができる。

次に別態様のフローチャートについて説明する。図１０に示すように、指標値は、アタッチメント２５先端から目的位置まで距離である。制御を開始し、ＳＴＥＰ２１で、演算部５５はアタッチメント２５先端から目的位置までの距離を演算し指標値を求める。

ＳＴＥＰ２２で、アタッチメント２５の先端から目的位置までの距離である指標値が、所定の条件である距離範囲に含まれているか判断する。ＳＴＥＰ２２で指標値が所定の距離範囲に含まれていれば（ＳＴＥＰ２２でＹＥＳ）、ＳＴＥＰ２３に進む。ＳＴＥＰ２２で指標値が所定の距離範囲に含まれていなければ（ＳＴＥＰ２２でＮＯ）、ＳＴＥＰ２１に戻る。

ＳＴＥＰ２３で、目的位置からアタッチメント２５先端の距離の複数の異なる距離範囲のそれぞれに含まれると、すなわち、アタッチメント２５先端が目的位置に近づくほど、振動発生装置６４、６５による振動パターンは、振動が断続的から連続的に変化する（振動の周波数が大きくなる）。

このため、操作者は、建設機械１０の特定部位であるアタッチメント２５先端から目的位置までの距離を振動によって教示することできる。

次に、作用図について説明する。図１１Ａに示すように、建設機械１０は、アタッチメント２５が、本体１１に近く且つ高い位置にある。建設機械１０の前方には、凹部１が形成されており、凹部１の底が目的位置Ｇとして入力されている。特定部位としてのアタッチメント２５先端から目的位置Ｇまでの距離は、Ｌ１である。

図１１Ｂに示すように、アタッチメント２５先端から目的位置Ｇまでの距離Ｌ２は、所定の距離内であり、アタッチメント２５先端が距離Ｌ２内に含まれると、振動発生装置６４、６５（図３参照）は小さな振動数で振動する。

アタッチメント２５が移動され、アタッチメント２５先端が距離Ｌ３内に含まれると、振動発生装置６４、６５（図３参照）は少し大きい振動数で振動する。さらにアタッチメント２５が移動され、アタッチメント２５先端が距離Ｌ４内に含まれると、振動発生装置６４、６５（図３参照）はさらに大きい振動数で振動する。

次に、所定の条件の別態様を説明する。図１〜図６および図１２に示すように、所定の複数の条件のそれぞれのうち少なくとも１つは、制御装置７２によって、アタッチメント２５の先端が所定位置Ｐ５および所定姿勢から目標位置Ｐ６および目標姿勢に到達するまでの上部旋回体１４の旋回量を演算し、アタッチメント２５および作業装置１５の姿勢および保持圧から、アタッチメント２５に加わる重量を演算し、旋回時に発生する慣性力及び目標状態軌道から、上部旋回体１４を旋回させる操作部６１の理想的な操作量を演算し、操作部６１の実際の操作量でアタッチメント２５の先端が目標位置Ｐ６及び目標姿勢に到達するか否かという条件である。

具体的には、建設機械１０は、上部旋回体１４が車両前方を向いているとともに作業装置１５が前方に伸びた状態であり、アタッチメント２５先端はＰ５の位置にある。目標状態軌道は、作業装置１５が姿勢を維持した状態における上部旋回体１４が旋回する際のアタッチメント２５の軌道である。記憶部７４に、上部旋回体１４、ブーム２１、アーム２３、アタッチメント２５の大きさ、関節間の長さ及び重量を記憶させ、角度センサ４１、４２、４３、４４の角度情から現在の上部旋回体１４、ブーム２１、アーム２３、アタッチメント２５の位置Ｐ５および姿勢を演算する。

上部旋回体１４を旋回させる際、制御装置７２によって、アタッチメント２５の先端が所定位置Ｐ５および所定姿勢から目標位置Ｐ６および目標姿勢に到達するまでの上部旋回体１４の旋回量を演算し、さらに角度センサ４１、４２、４３、４４の角度情報および負荷計測部５１、５２、５３、５４の保持圧情報から、アタッチメント２５が持つ荷物の重量を演算する。

この状態で、制御装置７２で、旋回時に発生する慣性力及び目標状態軌道から、上部旋回体１４を旋回させる操作部６１の理想的な操作量を演算し、操作部６１の実際の操作量でアタッチメント２５の先端が目標位置Ｐ６及び目標姿勢に到達するか否かという条件を適応する。

このようにすることで、建設機械１０の作業では上部旋回体１４を旋回させることが多いが、上部旋回体１４を旋回させる操作部６１の理想的な操作量に対して、所定の複数の条件のそれぞれのうち少なくとも１つは、操作部６１の実際の操作量でアタッチメント２５の先端が目標位置Ｐ６及び目標姿勢に到達するか否かという条件であるので、旋回操作を教示して上部旋回体１４の旋回時の操作性を向上させることができる。

また、制御装置５６、７２が、操作部６１による少なくとも上部旋回体１４の目標操作状態の時系列を含み、かつ、第１所定時点において特定部位としてのアタッチメント２５の運動を停止させるような目標状態軌道を生成する場合、上部旋回体１４が旋回中に上部旋回体１４の旋回停止指示があった時点からアタッチメント２５が停止するまでの予測所要時間に基づき、第１所定時点よりも前の第２所定時点において上部旋回体１４の旋回停止指示を出すような目標操作状態を含む目標状態軌道を生成する。

また、所定の複数の条件のそれぞれは、現在時点が第２所定時点よりも前にある複数の異なる時間範囲のそれぞれに含まれているという条件である。そして、所定の複数の異なる振動パターンは、第２所定時点に近い複数の異なる時間範囲のうち、現在時点が第２所定時点に近い時間範囲に含まれるほど、振動発生装置６４、６５による振動の周波数が大きくなる、又は、振動の振幅が大きくなる。

このようにすることで、上部旋回体１４の旋回速度と、少なくとも作業装置１５の姿勢と、に応じて定まる、上部旋回体１４に生じる慣性モーメントおよび／または上部旋回体１４が油圧式アクチュエータにより旋回駆動される場合には当該油圧アクチュエータの応答遅れ時間としての予測所要時間に基づき第１所定時点よりも前の第２所定時点において上部旋回体１４の旋回停止指示を出すような目標操作状態を含む目標状態軌道を生成するので、アタッチメント２５を目標位置で停止し易くすることができる。

次に上記で説明した以外の作用効果について説明する。制御装置５６、７２によって、建設機械１０の特定部位の位置および姿勢のうち少なくとも一方、または当該位置および当該姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす状態軌道が、目標状態軌道に対する所定の複数の条件のそれぞれに対応しているときに、所定の複数の条件毎に設定された複数の異なる振動パターンのそれぞれにしたがって振動発生装置６４、６５を振動させるので、操作者の視線が途切れたり、教示音が聞きづらくなったりすることがない。さらに、例えば操作レバー６１は、振動するだけで、補助力によって動くわけではないので、操作レバー６１動作の煩わしさも低減し、操作者に確実に操作を教示して操作性を向上させることができる。

また、振動発生装置６４は操作部６１のグリップに設けられているので、操作者が手でつかむ操作部のグリップを介して確実に操作者に知覚させ、視線を途切らせたり煩わしさを与えたりすることなく操作を教示することができる。

また、振動発生装置６４は、操作レバー６１に着脱可能であるので、標準的な操作部６１に後付けによって振動発生装置６４を装着することができる。

また、振動発生装置６５は、アームレスト６３に設けられているので、操作者の腕を介して振動を伝えることで、より操作者への知覚を促すことができる。

また、所定の条件および所定の複数の振動パターンは、変更可能又は調整可能である。このため、それぞれの操作者の感じ易いように、振動パターンを設定してより一層振動を知覚しやすいようにできる。

また、実施形態では、振動発生装置６４、６５を、操作部６１と接触部６３の両方に備えたが、これに限定されず、振動発生装置６４、６５を、操作部６１および接触部６２、６３の少なくとも一方に備えいればよい。

また、実施形態では、外界状態検知部４５、４６、４７、４８を建設機械１０に設けたが、これに限定されず、建設機械１０の周囲の外界状態検知部４５、４６、４７、４８を配置して建設機械１０の外部から外界状態を検知してもよい。

また、実施形態では、目標状態軌道からアタッチメント２５先端等の距離が所定の距離以上離れた場合に振動発生装置６４、６５を振動させ、目的位置に近づくにつれて振動発生装置６４、６５を振動させたが、これに限定されず振動する条件を逆にし、目標状態軌道からアタッチメント２５先端等の距離が所定の距離以内の場合に振動発生装置６４、６５を振動させ、目的位置に近づくにつれて振動発生装置６４、６５による振動を弱めるようにしてもよい。

１０ 建設機械
１２ 下部走行体
１３ 旋回軸
１４ 上部旋回体
１５ 作業装置
１６ 操作室（キャブ）
２１ ブーム
２２ アクチュエータ（ブームシリンダ）
２３ アーム
２４ アクチュエータ（アームシリンダ）
２５ アタッチメント（バケット）
２７ アクチュエータ（バケットシリンダ）
４１ 第１角度センサ（ロータリエンコーダ）
４２ 第２角度センサ（ロータリエンコーダ）
４３ 第３角度センサ（ロータリエンコーダ）
４４ 第４角度センサ（ロータリエンコーダ）
４５ 外界状態検知部（３次元スキャナ）
４６、４７ 外界状態検知部（エリアセンサ）
４８ 外界状態検知部（傾斜センサ）
５１、５２、５３、５４ 負荷計測部
５５ 演算部
５６、７２制御装置
６１ 操作部（操作レバー）
６３ 接触部（アームレスト）
６４、６５ 振動発生装置
７４ 記憶部
７５ 目標状態軌道生成部

Claims (11)

1. 下部走行体と、当該下部走行体に旋回可能に設けられた上部旋回体と、当該上部旋回体に回動自在に連結された作業装置と、当該作業装置の先端に連結されたアタッチメントと、前記下部走行体、前記上部旋回体、前記作業装置および前記アタッチメントを操作する操作部とを備えた建設機械において、
   当該建設機械は、前記操作部および当該操作部を操作する操作者の身体に接触する接触部の少なくとも一方に、振動を与える振動発生装置と、指定された前記建設機械の特定部位の目標位置及び目標姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす目標状態軌道を記憶する記憶部と、を備え、
   当該建設機械の前記特定部位の位置および姿勢のうち少なくとも一方、または当該位置および当該姿勢のうち少なくとも一方の時系列を表わす状態軌道が、前記目標状態軌道に対する所定の複数の条件のそれぞれに対応しているときに、所定の複数の条件毎に設定された複数の異なる振動パターンのそれぞれにしたがって前記振動発生装置を振動させる制御装置を備えていることを特徴とする建設機械。
2. 請求項１に記載の建設機械であって、
   当該建設機械は、外界状態を検知する外界状態検知部と、当該外界状態検知部の検知結果に応じて前記目標状態軌道を生成する目標状態軌道生成部と、を備えていることを特徴とする建設機械。
3. 請求項１又は請求項２に記載の建設機械であって、
   前記所定の複数の条件のそれぞれは、前記特定部位が前記目標状態軌道から所定の距離内であるという条件を含み、
   前記複数の異なる状況のそれぞれは、前記特定部位から前記目標状態軌道までの複数の異なる距離範囲のそれぞれに含まれているという状況を含むことを特徴とする建設機械。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項記載の建設機械であって、
   前記所定の複数の異なる振動パターンは、前記アタッチメントの前記目標位置までの距離が小さくなるにつれて、前記振動発生装置による振動の周波数が大きくなる、又は、前記振動の振幅が大きくなることを特徴とする建設機械。
5. 請求項１に記載の建設機械であって、
   前記制御装置が、前記操作部による少なくとも前記上部旋回体の目標操作状態の時系列を含み、かつ、第１所定時点において前記特定部位としての前記アタッチメントの運動を停止させるような前記目標状態軌道を生成する場合、前記上部旋回体が旋回中に前記上部旋回体の旋回停止指示があった時点から前記アタッチメントが停止するまでの予測所要時間に基づき、前記第１所定時点よりも前の第２所定時点において前記上部旋回体の旋回停止指示を出すような前記目標操作状態を含む前記目標状態軌道を生成することを特徴とする建設機械。
6. 請求項５記載の建設機械であって、
   前記所定の複数の条件のそれぞれは、現在時点が前記第２所定時点よりも前にある複数の異なる時間範囲のそれぞれに含まれているという条件であることを特徴とする建設機械。
7. 請求項６記載の建設機械であって、
   前記所定の複数の異なる振動パターンは、前記第２所定時点に近い前記複数の異なる時間範囲のうち、現在時点が前記第２所定時点に近い時間範囲に含まれるほど、前記振動発生装置による振動の周波数が大きくなる、又は、前記振動の振幅が大きくなることを特徴とする建設機械。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項記載の建設機械であって、
   前記振動発生装置は、前記操作部のグリップに設けられていることを特徴とする建設機械。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項記載の建設機械であって、
   前記振動発生装置は、前記操作部の操作レバーに着脱可能であることを特徴とする建設機械。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項記載の建設機械であって、
    前記振動発生装置は、アームレストに設けられていることを特徴とする建設機械。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項記載の建設機械であって、
    前記所定の複数の条件のそれぞれおよび前記複数の異なる振動パターンのそれぞれは、変更可能又は調整可能であることを特徴とする建設機械。