JP2020004152A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の疲労状態をより正確に推定できるショベルを提供すること。【解決手段】ショベル１００は、作業機構としての掘削アタッチメントと、掘削アタッチメントを操作するための操作レバー２６Ａと、操作レバー２６Ａが有効状態のときに掘削アタッチメントを操作する操作者の上体の姿勢に関する情報を取得する情報取得装置Ｃ１と、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて操作者の状態に関する情報を導き出す演算装置としてのコントローラ３０と、を備えている。【選択図】図３

Description

本開示は、作業機械に関する。

キャビン内に設置された運転席の座面に加わる圧力の分布の変化に基づいて操作者の状態を判定するショベルが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１７−１６２２２５号公報

しかしながら、上述のショベルは、運転席の座面に加わる圧力の分布のみに基づいて操作者の状態を判定するため、操作者の疲労状態を正確に推定できないおそれがある。

そこで、操作者の疲労状態をより正確に推定できる作業機械を提供することが望ましい。

本発明の一実施態様にしたがった作業機械は、作業機構と、前記作業機構を操作するための操作レバーと、前記操作レバーが有効状態のときに前記作業機構を操作する操作者の上体の姿勢に関する情報を取得する情報取得装置と、前記情報取得装置が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて操作者の状態に関する情報を導き出す演算装置と、を備える。

本発明の一実施態様にしたがった作業機械は、操作者の疲労状態をより正確に推定できる。

作業監視システムの構成例を示す図である。 図１のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図である。 図１のショベルに搭載される制御系の構成例を示す図である。 キャビン内に設けられた運転席に座る操作者の側面図である。 キャビン内に設けられた運転席の上面図である。 操作者の上体の重心位置が分布する範囲を説明する図である。 推定処理のフローチャートである。 キャビン内に設けられた運転席に座る操作者の側面図である。

最初に、図１を参照し、本発明の実施形態に係る作業機械を含む作業監視システムＳＹＳについて説明する。図１は、作業監視システムＳＹＳの構成例を示す図である。作業監視システムＳＹＳは、作業機械を操作する操作者の状態を監視するシステムである。操作者の状態は、例えば、操作者の疲労状態を含む。作業機械は、掘削機（ショベル）、リフティングマグネット機、クレーン、フォークリフト等を含む。

図１の例では、作業監視システムＳＹＳは、ショベル１００、支援装置２００及び管理装置３００を含む。作業監視システムＳＹＳを構成するショベル１００、支援装置２００及び管理装置３００はそれぞれ１台であってもよく複数台であってもよい。図１の例では、作業監視システムＳＹＳは、１台のショベル１００と、１台の支援装置２００と、１台の管理装置３００とで構成されている。

ショベル１００は、主に、下部走行体１及び上部旋回体３で構成されている。下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられている。アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。

ブーム４、アーム５及びバケット６は、作業機構としてのアタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する。ブーム４は、ブームシリンダ７により駆動される。アーム５は、アームシリンダ８により駆動される。バケット６は、バケットシリンダ９によりそれぞれ駆動される。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が搭載されている。上部旋回体３において、キャビン１０の後方には、ショベルの動力源としてのエンジン１１が搭載されている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関である。また、上部旋回体３には測位装置Ｐ１及び通信装置Ｔ１が取り付けられている。

キャビン１０内には、運転席１１０及びコンソール１２０が設置されている。更に、キャビン１０内には、コントローラ３０及び情報取得装置Ｃ１が設置されている。

コントローラ３０は、様々な演算を実行する演算装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、揮発性記憶装置及び不揮発性記憶装置を含むマイクロコンピュータである。コントローラ３０の各種機能は、例えば、ＣＰＵが不揮発性記憶装置に格納されたプログラムを実行することで実現される。

情報取得装置Ｃ１は、作業機構を操作する操作者の姿勢に関する情報を取得し、取得した情報をコントローラ３０に出力するように構成されている。本実施形態では、情報取得装置Ｃ１は、運転席１１０に座る操作者を撮影できるようにキャビン１０のピラー、側壁又は天井等の運転席１１０から離れた位置に取り付けられたカメラ等の撮像装置である。この場合、操作者は、撮像装置が操作者の姿勢に関する情報を取得するのを支援できるボディスーツを着用していてもよい。ボディスーツは、例えば、所定形状（例えば円形）の複数のマーカが等間隔で表面に配置された布地で形成されている。ボディスーツは、典型的には、操作者の身体に密着する布地で形成されるが、身体に密着しない布地で形成されていてもよい。また、ボディスーツは、全身を覆うものであってもよく、上半身を覆うものであってもよい。撮像装置は、例えば、複数のマーカの位置関係に基づいて操作者の姿勢に関する情報を取得する。なお、情報取得装置Ｃ１は、３Ｄスキャナ、ＬＩＤＡＲ等の光学測距装置であってもよい。また、情報取得装置Ｃ１は、撮像装置又は光学測距装置等の非接触型の装置ばかりでなく、操作者が着用する伸縮センサを内蔵したボディスーツ、又は、操作者に取り付けられる加速度センサ等のウェアラブルセンサのような接触型の装置であってもよい。或いは、情報取得装置Ｃ１は、運転席１１０に取り付けられたシートベルトの張力を検出するセンサであってもよい。

測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の位置及び向きを測定するように構成されている。測位装置Ｐ１は、例えばＧＮＳＳコンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。

通信装置Ｔ１は、ショベル１００の外部にある外部機器との通信を制御するように構成されている。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、衛星通信網、携帯電話通信網、インターネット網等を介した外部機器との通信を制御する。また、通信装置Ｔ１は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ等の近距離無線通信網を介した支援装置２００との通信を制御してもよい。

支援装置２００は、携帯端末装置であり、例えば、作業現場にいる作業者等が携帯するタブレットＰＣ、スマートフォン、ウェアラブルＰＣ、スマートグラス等である。

管理装置３００は、管理サーバ等の固定端末装置であり、例えば、作業現場外の管理センタ等に設置されるコンピュータである。管理装置３００は、例えば、ノートＰＣ、タブレットＰＣ、スマートフォン等の可搬性のコンピュータであってもよい。

図２は、ショベル１００の駆動系の構成例を示す。図２において、機械的動力伝達系は二重線、作動油ラインは太実線、パイロットラインは太破線、電気駆動・制御系は点線でそれぞれ示される。

ショベル１００の駆動系は、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、操作圧センサ２９及びコントローラ３０を含む。

エンジン１１は、エンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ７４」とする。）により制御される。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に接続されている。メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５はエンジン１１の動力により駆動される。

メインポンプ１４は、作動油ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御信号等に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節する。

パイロットポンプ１５は、各種油圧制御機器に作動油を供給する。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、ショベル１００に搭載される油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブ１７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、左側走行用油圧モータ１Ｌ、右側走行用油圧モータ１Ｒ及び旋回用油圧モータ２Ａ（以下、集合的に「油圧アクチュエータ」とする。）のそれぞれに対応する流量制御弁を含む。コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。

操作装置２６は、油圧アクチュエータを操作するために用いられる。本実施形態では、操作装置２６は、操作レバー２６Ａ、走行ペダル２６Ｂ及び走行レバー２６Ｃを含む。操作レバー２６Ｌは、アーム開閉操作及び旋回操作に関する左操作レバー２６ＡＬと、ブーム昇降操作及びバケット開閉操作に関する右操作レバー２６ＡＲとを含む。走行ペダル２６Ｂは、左クローラの前進・後進操作に関する左走行ペダル２６ＢＬと、右クローラの前進・後進操作に関する右走行ペダル２６ＢＲとを含む。走行レバー２６Ｃは、左走行ペダル２６ＢＬと連動する左走行レバー２６ＣＬと、右走行ペダル２６ＢＲと連動する右走行レバー２６ＣＲとを含む。

操作装置２６は、作動油ライン２７を介してコントロールバルブ１７に接続されている。具体的には、コントロールバルブ１７内にある流量制御弁のパイロットポートに接続されている。

操作装置２６は、作動油ライン２８を介して操作圧センサ２９に接続されている。操作圧センサ２９は、操作装置２６の操作内容を圧力の形で検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、操作圧センサ２９の出力に基づいて操作装置２６のそれぞれの操作内容（例えば、レバー操作の有無、レバー操作方向、レバー操作量等）を検出する。但し、操作装置２６の操作内容の検出は、操作レバー２６Ａの傾きを検出する傾きセンサ等、圧力センサ以外の他のセンサを用いて行われてもよい。

コントローラ３０は、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の姿勢に関する情報に基づいて操作者の状態に関する情報を導き出すように構成されている。本実施形態では、コントローラ３０は、推定部３０ａを有する。

推定部３０ａは、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の姿勢に関する情報に基づいて操作者の状態を推定する。本実施形態では、推定部３０ａは、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の姿勢に関する情報に基づいて操作者の疲労状態を推定する。例えば、推定部３０ａは、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて操作者の上体の重心位置を推定する。そして、所定時間にわたる操作者の上体の重心位置の分布に基づいて操作者の疲労状態を推定する。但し、推定部３０ａは、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の姿勢に関する情報に基づいて操作者の全身の重心位置を推定し、所定時間にわたる操作者の全身の重心位置の分布に基づいて操作者の疲労状態を推定してもよい。

情報取得装置Ｃ１としてボディスーツが採用された場合、推定部３０ａは、近距離無線通信等を介してボディスーツに埋め込まれた複数の伸縮センサの出力を受け、操作者の全身又は上体の姿勢に関する情報を導き出す。そして、操作者の全身又は上体の姿勢に関する情報に基づいて操作者の全身又は上体の重心位置を推定する。なお、伸縮センサは、例えば、ボディスーツを構成する繊維の抵抗値の変化を繊維の伸縮として検出するように構成されている。

情報取得装置Ｃ１としてシートベルトの張力を検出するセンサが採用された場合、推定部３０ａは、例えば、張力の最大値に基づいて操作者の全身又は上体の重心位置を推定してもよい。また、張力の変動回数に基づいて操作者の全身又は上体の重心位置の移動回数を推定してもよい。

また、コントローラ３０は、導き出した操作者の状態に関する情報に基づいて外部機器Ｃ２を制御するように構成されていてもよい。本実施形態では、コントローラ３０は、機器制御部３０ｂを有する。

外部機器Ｃ２は、表示装置１３０（図５参照。）、音声出力装置、香り発生装置、レギュレータ１３、ゲートロック弁５０（図３参照。）、パイロット圧制御弁５１（図３参照。）及び通信装置Ｔ１の少なくとも１つを含む。

機器制御部３０ｂは、推定部３０ａが推定した操作者の疲労状態に基づいて外部機器Ｃ２を制御する。例えば、機器制御部３０ｂは、推定部３０ａにより操作者の疲労状態が所定レベルに達したと推定された場合に、操作者が疲労している旨を報知する。具体的には、機器制御部３０ｂは、音声出力装置に対して制御指令を出力し、操作者が疲労している旨の情報を音声出力装置から出力させる。音声出力装置は、ショベル１００の周辺で作業する作業者等に向けて音声を出力してもよく、キャビン１０内の操作者に向けて音声を出力してもよい。また、機器制御部３０ｂは、操作者が疲労している旨の情報を表示装置１３０に表示させてもよい。表示装置１３０は、音声出力装置と同様に、ショベル１００の周辺で作業する作業者が視認できるように構成されていてもよい。

或いは、機器制御部３０ｂは、推定部３０ａにより操作者の疲労状態が所定レベルに達したと推定された場合に、通信装置Ｔ１を通じ、操作者が疲労している旨の情報を支援装置２００及び管理装置３００の少なくとも１つに向けて送信してもよい。この場合、機器制御部３０ｂは、作業内容に関する情報及び作業環境に関する情報の少なくとも１つを関連付けて送信してもよい。操作者の疲労と作業内容又は作業環境との関係を管理者等が分析できるようにするためである。作業内容に関する情報は、例えば、操作圧センサ２９の出力等を含む。作業環境に関する情報は、例えば、掘削対象（土砂等）の硬さに関する情報、及び、外気温に関する情報等の少なくとも１つを含む。掘削対象（土砂等）の硬さに関する情報は、例えば、ブームシリンダ７のボトム側油室の圧力等に基づいて導き出されてもよい。この構成により、管理者等は、操作者の今後の作業内容又は作業時間等を適切に変更できる。例えば、管理者等は、各操作者が疲労状態になるまでの時間を把握し、各操作者に対する作業配分を決定できる。

或いは、機器制御部３０ｂは、推定部３０ａにより操作者の疲労状態が所定レベルに達したと推定された場合に、図示しないアクチュエータを利用して運転席１１０の座面の前後方向における傾斜を変化させてもよい。操作者の着座姿勢を変化させることで、操作者の疲労を軽減させるためである。

或いは、機器制御部３０ｂは、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて香りを発生させてもよい。例えば、機器制御部３０ｂは、推定部３０ａにより操作者の疲労状態が所定レベルに達したと推定された場合に、香り発生装置に制御指令を出力し、香りを発生させてもよい。香りは、操作者をリラックスさせるための芳香であってもよく、操作者を覚醒させるための香りであってもよい。また、機器制御部３０ｂは、操作者をリラックスさせるための音楽を音声出力装置から出力させてもよく、操作者を覚醒させるための音楽を音声出力装置から出力させてもよい。

或いは、機器制御部３０ｂは、推定部３０ａにより操作者の疲労状態が所定レベルに達したと推定された場合に、ショベル１００の動きを制限してもよい。作業の中止又は休憩を操作者に促すためである。例えば、機器制御部３０ｂは、レギュレータ１３に制御指令を出力してメインポンプ１４の吐出量を制限することで、掘削アタッチメントの動きを鈍化させてもよい。或いは、機器制御部３０ｂは、ゲートロック弁５０に制御指令を出力し、操作装置２６に供給される作動油の流量を遮断することで、すなわち、操作装置２６を無効状態とすることで、掘削アタッチメントの動きを停止させてもよい。或いは、機器制御部３０ｂは、パイロット圧制御弁５１に制御指令を出力し、操作装置２６が生成するパイロット圧を調整することで、掘削アタッチメントの動きを制限してもよい。或いは、操作レバー２６Ａがフォースフィードバック機能を備えている場合、機器制御部３０ｂは、推定部３０ａにより操作者の疲労状態が所定レベルに達したと推定された場合に、操作レバー２６Ａに関する操作反力を大きくしてもよい。操作レバー２６Ａを操作し難くすることで、作業の中止を操作者に促すためである。

或いは、機器制御部３０ｂは、推定部３０ａにより操作者の疲労状態が所定レベルに達したと推定された場合に、ショベル１００の動作モードをアシストモードに切り換えてもよい。アシストモードは、例えば、操作レバー２６Ａの操作量の揺動に起因する油圧アクチュエータの粗い動きを滑らかにする動作モードであってもよい。この場合、機器制御部３０ｂは、パイロット圧制御弁５１に制御指令を出力し、操作装置２６が生成するパイロット圧を調整することで、パイロット圧の揺動を抑制してもよい。

或いは、機器制御部３０ｂは、通信装置Ｔ１を介して支援装置２００又は管理装置３００から制限指令を受けた場合に、ショベル１００の動きを制限してもよい。この構成により、例えば、管理センタにいる管理者は、操作者が疲労している旨の情報を受けた場合に、ショベル１００に向けて制限指令を送信することで、ショベル１００の動きを遠隔操作で制限できる。

次に、図３を参照し、ショベル１００の制御系について説明する。図３は、ショベル１００に搭載される制御系の構成例を示す図である。

コントローラ３０は蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。蓄電池７０はエンジン１１によって駆動される発電機１１ａによって充電される。蓄電池７０の電力は、情報取得装置Ｃ１、電装品７２及びエンジン１１のスタータ１１ｂ等にも供給される。スタータ１１ｂは蓄電池７０からの電力で駆動されてエンジン１１を始動させる。

エンジン１１はＥＣＵ７４により制御される。ＥＣＵ７４は、エンジン１１の状態を示す各種データをコントローラ３０に向けて送信する。コントローラ３０は、一時記憶部（揮発性記憶装置）にこのデータを蓄積する。

エンジン１１に設けられた水温センサ１１ｃは、冷却水温のデータをコントローラ３０に向けて送信する。レギュレータ１３は、斜板傾転角に関する情報をコントローラ３０に向けて送信する。吐出圧センサ１４ｂは、メインポンプ１４の吐出圧に関する情報をコントローラ３０に向けて送信する。

メインポンプ１４が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ１４との間の管路ＣＬには、油温センサ１４ｃが設けられている。油温センサ１４ｃは、管路ＣＬを流れる作動油の温度に関する情報をコントローラ３０に向けて送信する。

操作圧センサ２９は、例えば、操作レバー２６Ａが操作されたときにコントロールバルブ１７に作用するパイロット圧に関する情報をコントローラ３０に向けて送信する。

エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン１１の回転数を調整するためのダイヤルである。本実施形態では、エンジン回転数調整ダイヤル７５はＳＰモード、Ｈモード、Ａモード及びアイドリングモードを含む４段階以上の多段階でエンジン回転数の切り換えができるよう構成されている。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン１１の回転数の設定状態に関する情報をコントローラ３０に向けて送信する。

ＳＰモードは、作業量を優先したい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数が利用される。Ｈモードは、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数が利用される。Ａモードは、燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数が利用される。アイドリングモードは、エンジン１１をアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数が利用される。そして、エンジン１１は、その回転数がエンジン回転数調整ダイヤル７５で設定されたエンジン回転数と同じになるように制御される。

ゲートロック弁５０は、パイロットポンプ１５と操作装置２６との間を繋ぐパイロットラインＰＬ１の連通状態と遮断状態とを切り換えできるように構成されている。パイロットラインＰＬ１が連通状態のとき、操作装置２６は有効状態となり、パイロットラインＰＬ１が遮断状態のとき、操作装置２６は無効状態となる。操作装置２６の有効状態は、操作装置２６に対する操作がショベル１００の動きに反映される状態を意味し、操作装置２６の無効状態は、操作装置２６に対する操作がショベル１００の動きに反映されない状態を意味する。本実施形態では、ゲートロック弁５０は、ゲートロックレバーＧＬが引き上げられたときにパイロットラインＰＬ１を連通状態とし、ゲートロックレバーＧＬが押し下げられたときにパイロットラインＰＬ１を遮断状態とする。また、ゲートロック弁５０は、コントローラ３０からの制御指令に応じてパイロットラインＰＬ１の連通状態と遮断状態とを切り換えできるように構成されていてもよい。

情報取得装置Ｃ１は、操作装置２６が有効状態のときに作業機構を操作する操作者の上体の姿勢に関する情報を取得するように構成されていてもよい。例えば、情報取得装置Ｃ１は、操作レバー２６Ａが有効状態のときに限り、掘削アタッチメントを操作する操作者の上体の姿勢に関する情報を取得するように構成されていてもよい。この場合、情報取得装置Ｃ１は、操作レバー２６Ａが無効状態のときには、操作者の上体の姿勢に関する情報を取得しないように構成されていてもよい。或いは、情報取得装置Ｃ１は、操作レバー２６Ａが無効状態のときに取得した操作者の上体の姿勢に関する情報がコントローラ３０によって利用されないように構成されていてもよい。具体的には、情報取得装置Ｃ１は、操作レバー２６Ａが無効状態のときに取得した操作者の上体の姿勢に関する情報を消去してもよい。

また、情報取得装置Ｃ１は、操作者による操作が行われている最中に、すなわち操作レバー２６Ａが操作状態のときに、操作者の上体の姿勢に関する情報を取得するように構成されていてもよい。この場合、情報取得装置Ｃ１は、操作者による操作が行われていないときには、すなわち操作レバー２６Ａが非操作状態のときには、操作者の上体の姿勢に関する情報を取得しないように構成されていてもよい。或いは、情報取得装置Ｃ１は、操作レバー２６Ａが非操作状態のときに取得した操作者の上体の姿勢に関する情報がコントローラ３０によって利用されないように構成されていてもよい。具体的には、情報取得装置Ｃ１は、操作レバー２６Ａが非操作状態のときに取得した操作者の上体の姿勢に関する情報を消去してもよい。

パイロット圧制御弁５１は、コントロールバルブ１７内の流量制御弁のパイロットポートと操作装置２６とを繋ぐパイロットラインＰＬ２における作動油の圧力であるパイロット圧を調整できるように構成されている。本実施形態では、パイロット圧制御弁５１は、コントローラ３０からの制御指令に応じてパイロット圧を調整できるように構成されている。この構成により、コントローラ３０は、操作レバー２６Ａの操作量に対する流量制御弁の変位量を制限できる。そのため、油圧アクチュエータの動きを制限でき、ひいては、掘削アタッチメントの動きを制限できる。

次に、図４〜図６を参照し、キャビン１０内に設置された運転席１１０に座る操作者の上体姿勢の変化について説明する。図４は、キャビン１０内に設置された運転席１１０に座る操作者の側面図であり、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を含む。図４（Ａ）は、作業開始時の操作者の状態を示し、図４（Ｂ）は、長時間の作業が行われた後の操作者の状態を示す。図５は、キャビン１０内に設置された運転席１１０の上面図であり、図４（Ａ）における操作者の上体の重心位置ＣＧ１と、図４（Ｂ）における操作者の上体の重心位置ＣＧ２とを示している。図６は、操作者の上体の重心位置ＣＧが分布する範囲を説明する図であり、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を含む。図６（Ａ）は、運転席１１０の上面図であり、図６（Ｂ）は、重心位置ＣＧのＸ座標の頻度分布を示す。

運転席１１０は操作者が着座するシート１１２と背もたれ１１４を含む。本実施形態では、運転席１１０はリクライニングシートであり、背もたれ１１４の傾斜角度が調節可能である。運転席１１０の左右両側にはアームレスト１１６（左アームレスト１１６Ｌ及び右アームレスト１１６Ｒ）が配置されている。アームレスト１１６は回動可能となるように構成されている。

コンソール１２０は、左コンソール１２０Ｌ及び右コンソール１２０Ｒを含む。左コンソール１２０Ｌは、運転席１１０の左側に配置され、右コンソール１２０Ｒは、運転席１１０の右側に配置されている。運転席１１０及びコンソール１２０は、キャビン１０の床面に固定されたレール上を移動可能に設置されている。したがって、操作者は、キャビン１０のフロントガラスに対し、運転席１１０及びコンソール１２０を好みの位置に移動させて固定することができる。また、運転席１１０のみを前後にスライドさせることができ、コンソール１２０の位置に対する運転席１１０の位置を調節することもできる。

左コンソール１２０Ｌの前側には左操作レバー２６ＡＬが設けられ、右コンソール１２０Ｒの前側には右操作レバー２６ＡＲが設けられている。運転席１１０に座る操作者は、左手で左操作レバー２６ＡＬを把持して左操作レバー２６ＡＬを操作し、且つ、右手で右操作レバー２６ＡＲを把持して右操作レバー２６ＡＲを操作する。

運転席１１０の前方の床面には走行ペダル２６Ｂが配置されている。運転席１１０に座る操作者は、左足で左走行ペダル２６ＢＬを操作して左側走行用油圧モータ１Ｌを駆動し、右足で右走行ペダル２６ＢＲを操作して右側走行用油圧モータ１Ｒを駆動する。

左走行ペダル２６ＢＬの近傍には、左走行レバー２６ＣＬが設置されている。運転席１１０に座る操作者は、左手で左走行レバー２６ＣＬを操作することで、左足で左走行ペダル２６ＢＬを操作したときと同様に、左側走行用油圧モータ１Ｌを駆動できる。また、右走行ペダル２６ＢＲの近傍には、右走行レバー２６ＣＲが設置されている。運転席１１０に座る操作者は、右手で右走行レバー２６ＣＲを操作することで、右足で右走行ペダル２６ＢＲを操作したときと同様に、右側走行用油圧モータ１Ｒを駆動できる。

キャビン１０の右前部には、ショベル１００の作業条件及び動作状態等の情報を表示する表示装置１３０が配置されている。運転席１１０に座る操作者は表示装置１３０に表示された情報を確認しながらショベル１００による作業を行うことができる。

運転席１１０の左側（すなわち、キャビン１０の乗降用ドアがある側）には、ゲートロックレバーＧＬが設けられている。図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図５は、ゲートロックレバーＧＬが引き上げられたときの状態を示している。操作者は、ゲートロックレバーＧＬを引き上げることで、エンジン１１の起動が許可され、ショベル１００を操作できるようになる。一方、操作者は、ゲートロックレバーＧＬを押し下げることで、エンジン１１を起動不可とすることができる。したがって、操作者は、運転席１１０に座ってゲートロックレバーＧＬを引き上げない限り、ショベル１００を作動させることができない。この構成により、ショベル１００は、ゲートロックレバーＧＬが押し下げられた状態にある限り、操作者の身体の一部が操作レバー２６Ａに誤って接触してしまったとしても掘削アタッチメントが動いてしまうのを防止できる。

図４〜図６に示すように、操作者の上体の重心位置ＣＧは、操作者が疲れていないときと疲れているときとで異なる場合が多い。図４〜図６の例では、操作者が疲れていないときの第１時点における操作者の上体の重心位置ＣＧ１は、操作者が疲れているときの第２時点における操作者の上体の重心位置ＣＧ２よりも前側（＋Ｘ側）にある。なお、ショベル１００の前後軸に平行なＸ軸は、シート１１２の座面の後端を原点Ｏとしている。

より具体的には、図６（Ａ）に示すように、操作者が疲れていないときの重心位置ＣＧ１は、分布範囲ＥＲ１内に位置し、操作者が疲れているときの重心位置ＣＧ２は、分布範囲ＥＲ２内に位置する。図６（Ａ）の例では、分布範囲ＥＲ１は、午前の作業開始時から３時間が経過するまでの期間で１分毎に推定された重心位置ＣＧ１の分布範囲を示す。分布範囲ＥＲ２は、午前に比べて操作者の疲労が大きいと考えられる午後の作業開始時から３時間が経過するまでの期間で１分毎に推定された重心位置ＣＧ２の分布範囲を示す。なお、図６（Ａ）の破線は、運転席１１０に座っている操作者の臀部及び大腿部の位置を表している。

図６（Ｂ）の実線は、午前の３時間で推定された１８０個の重心位置ＣＧ１のＸ座標の頻度分布を示し、破線は、午後の３時間で推定された１８０個の重心位置ＣＧ２のＸ座標の頻度分布を示す。操作者が疲れていないときの重心位置ＣＧ１のＸ軸方向における変動範囲Ｗ１は、例えば図６（Ｂ）に示すように、操作者が疲れているときの重心位置ＣＧ２のＸ軸方向における変動範囲Ｗ２よりも小さいという特性を有する。また、操作者が疲れていないときの重心位置ＣＧ１の最大頻度Ｆ１は、例えば図６（Ｂ）に示すように、操作者が疲れているときの重心位置ＣＧ２の最大頻度Ｆ２よりも大きいという特性を有する。但し、図６（Ｂ）に示すような特性は、操作者に応じて異なる。また、上述の説明は、主に、重心位置ＣＧのＸ軸方向における推移に関する特性に関するが、重心位置ＣＧのＹ軸方向における推移に関する特性、及び、重心位置ＣＧのＺ軸方向における推移に関する特性にも同様に適用される。

そこで、コントローラ３０は、このような特性を利用して操作者の疲労状態を推定するように構成されている。

図７は、コントローラ３０が操作者の疲労状態を推定する処理（以下、「推定処理」とする。）の一例のフローチャートである。コントローラ３０は、所定の制御周期毎に（例えば１分毎に）繰り返しこの推定処理を実行する。

最初に、コントローラ３０は、操作者の上体の重心位置ＣＧを推定する（ステップＳＴ１）。本実施形態では、コントローラ３０の推定部３０ａは、情報取得装置Ｃ１としてのカメラが取得した操作者の画像に画像処理を適用して操作者の上体の重心位置ＣＧを推定する。重心位置ＣＧは、例えば、基準座標系における３次元座標である。基準座標系は、例えば、カメラの中心を原点とする直交座標系である。

推定部３０ａは、所定の条件を満たす場合には、操作者の上体の重心位置ＣＧの推定を省略してもよい。所定の条件は、例えば、「旋回動作中であること」を含む。旋回動作中においては、操作者は、旋回軸回りの角加速度の影響を受け、上体姿勢が変化し易いためである。すなわち、旋回動作中における上体姿勢の変化と、疲労による上体姿勢の変化とを区別できないためである。この場合、推定部３０ａは、例えば、操作圧センサ２９の出力に基づいて旋回動作中であるか否かを判定してもよい。同じ理由により、所定の条件は、「掘削中であること」及び「走行中であること」等の少なくとも１つを含んでいてもよい。

その後、コントローラ３０は、重心位置ＣＧの推移に基づいて疲労状態を推定する（ステップＳＴ２）。本実施形態では、コントローラ３０の推定部３０ａは、今回推定した重心位置ＣＧを含む過去の複数の重心位置ＣＧの推移に基づいて疲労状態を推定する。

具体的には、推定部３０ａは、直近の所定時間（例えば直近の３０分間）における、分布範囲ＥＲ２に属する重心位置ＣＧの数（頻度）を導き出し、その頻度に基づいて操作者の疲労状態を推定する。例えば、頻度が高いほど疲労が大きいという前提の下で、現在の疲労状態が予め設定された複数のレベルの何れに属するかを決定する。特定の分布範囲に属する重心位置ＣＧの頻度は、所定のリセット条件が満たされた場合に、リセットされてもよい。所定のリセット条件は、例えば、「シートベルトが外されたこと」、「エンジン１１がオフされたこと」及び「ゲートロックレバーＧＬが押し下げられたこと」の少なくとも１つを含む。

また、推定部３０ａは、所定時間における重心位置ＣＧの移動距離、移動距離別の頻度、又は、移動が発生する時間間隔等に基づいて操作者の疲労状態を推定してもよい。

分布範囲ＥＲ２は、不揮発性記憶装置に予め記憶されている三次元範囲である。本実施形態では、操作者毎に更新可能に記憶されている。コントローラ３０は、例えば、ショベル１００の起動時に個人ＩＤ又はパスワード等を操作者に入力させることで操作者を識別する。コントローラ３０は、運転席に座っている操作者が持っている携帯電話、スマートフォン等の携帯情報端末と近距離無線通信を行うことで、操作者を識別してもよい。この構成により、コントローラ３０は、操作者が交替した場合にも適切に対応できる。

その後、コントローラ３０は、推定した疲労状態が所定レベルに達しているか否かを判定する（ステップＳＴ３）。本実施形態では、推定部３０ａは、現在の疲労状態のレベルが所定レベルに達しているか否かを判定する。

次に、図８を参照し、情報取得装置Ｃ１の別の構成例について説明する。図８は、キャビン１０内に設置された運転席１１０に座る操作者の側面図であり、図４（Ａ）に対応する。図８の例では、情報取得装置Ｃ１として、操作者に装着される複数の加速度センサＡＳが追加的に採用されている点で、図４の例と異なる。

図８の例では、加速度センサＡＳは、頭部加速度センサＡＳ１、肩部加速度センサＡＳ２、胸部加速度センサＡＳ３、上腕部加速度センサＡＳ４、前腕部加速度センサＡＳ５、腹部加速度センサＡＳ６、大腿部加速度センサＡＳ７、及び、脚部加速度センサＡＳ８を含む。上腕部加速度センサＡＳ４は、左上腕部加速度センサＡＳ４Ｌ及び右上腕部加速度センサＡＳ４Ｒを含む。前腕部加速度センサＡＳ５は、左前腕部加速度センサＡＳ５Ｌ及び右前腕部加速度センサＡＳ５Ｒを含む。大腿部加速度センサＡＳ７は、左大腿部加速度センサＡＳ７Ｌ及び右大腿部加速度センサＡＳ７Ｒを含む。脚部加速度センサＡＳ８は、左脚部加速度センサＡＳ８Ｌ及び右脚部加速度センサＡＳ８Ｒを含む。なお、図８は、右上腕部加速度センサＡＳ４Ｒ、右前腕部加速度センサＡＳ５Ｒ、右大腿部加速度センサＡＳ７Ｒ及び右脚部加速度センサＡＳ８Ｒの図示を省略している。また、図８の例では、頭部加速度センサＡＳ１がヘルメットに取り付けられ、肩部加速度センサＡＳ２、胸部加速度センサＡＳ３、上腕部加速度センサＡＳ４、前腕部加速度センサＡＳ５、腹部加速度センサＡＳ６、大腿部加速度センサＡＳ７、及び、脚部加速度センサＡＳ８が作業服に取り付けられている。

コントローラ３０は、加速度センサＡＳの出力に基づいて操作者の全身又は上体の姿勢に関する情報を導き出す。そして、操作者の全身又は上体の姿勢に関する情報に基づいて操作者の全身又は上体の重心位置ＣＧを推定する。その上で、コントローラ３０は、操作者の全身又は上体の重心位置ＣＧの推移に基づいて操作者の疲労状態を推定する。

上述のように、本発明の実施形態に係る作業機械としてのショベル１００は、作業機構としての掘削アタッチメントと、掘削アタッチメントを操作するための操作レバー２６Ａと、操作レバー２６Ａが有効状態のときに掘削アタッチメントを操作する操作者の上体の姿勢に関する情報を取得する情報取得装置Ｃ１と、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて操作者の状態に関する情報を導き出す演算装置としてのコントローラ３０と、を備えている。この構成により、ショベル１００は、操作者の疲労状態をより正確に推定できる。疲労の進行に伴う操作者の上体姿勢の崩れを疲労状態の推定に利用できるためである。

作業機械は、リフティングマグネット機、クレーン又はフォークリフト等であってもよい。この場合、作業機構は、リフティングマグネット機における吸着機構、クレーンにおけるワイヤ巻き取り機構、又は、フォークリフトにおけるリフト機構等を含む。

コントローラ３０は、望ましくは、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報から、操作者の上体の重心位置ＣＧを推定する。その上で、コントローラ３０は、操作者の上体の重心位置ＣＧの推移に基づいて操作者の疲労状態を推定する。この構成により、コントローラ３０は、操作者の疲労状態をより正確に推定できる。操作者の上体の重心位置の変化を、疲労の進行に伴う操作者の上体姿勢の崩れとして把握することで、操作者の上体の重心位置の変化を疲労状態の推定に利用できるためである。

コントローラ３０は、望ましくは、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて操作者の疲労状態を推定し、操作者の疲労状態が所定レベルに達したと推定した場合に、操作者が疲労している旨を報知する。この構成により、コントローラ３０は、操作者が疲労していることを確実に管理者等に知らせることができる。また、コントローラ３０は、操作者が疲労していることを自覚していない場合であっても、操作者が疲労しているという客観的な判断結果を操作者に知らせることができる。

情報取得装置Ｃ１は、撮像装置又は光学測距装置であってもよく、ウェアラブルセンサであってもよく、運転席１１０に取り付けられたシートベルトの張力を検出するセンサであってもよい。この構成により、運転席１１０の座面に埋め込まれた検出器のように、座り心地に悪影響を及ぼすことはない。また、情報取得装置Ｃ１は、運転席１１０の交換等の必要がないため、既に出荷されている作業機械にも容易に取り付けられ得る。

コントローラ３０は、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて香りを発生させてもよい。この構成により、コントローラ３０は、例えば、操作者の疲労を和らげることができる。或いは、コントローラ３０は、疲労により散漫となっている操作者の集中力を回復させることができる。

コントローラ３０は、情報取得装置Ｃ１が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて作業機構としての掘削アタッチメントの動きを制限してもよい。この構成により、コントローラ３０は、作業の中止若しくは中断、又は、休憩を操作者に促すことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。

１・・・下部走行体 １Ｌ・・・左側走行用油圧モータ １Ｒ・・・右側走行用油圧モータ ２・・・旋回機構 ２Ａ・・・旋回用油圧モータ ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット 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・・・キャビン １１・・・エンジン １１ａ・・・発電機 １１ｂ・・・スタータ １１ｃ・・・水温センサ １３・・・レギュレータ １４・・・メインポンプ １４ｂ・・・吐出圧センサ １４ｃ・・・油温センサ １５・・・パイロットポンプ １６・・・作動油ライン １７・・・コントロールバルブ ２６・・・操作装置 ２６Ａ・・・操作レバー ２６Ｂ・・・走行ペダル ２６Ｃ・・・走行レバー ２７、２８・・・作動油ライン ２９・・・操作圧センサ ３０・・・コントローラ ３０ａ・・・推定部 ３０ｂ・・・機器制御部 ５０・・・ゲートロック弁 ５１・・・パイロット圧制御弁 ７０・・・蓄電池 ７２・・・電装品 ７４・・・ＥＣＵ ７５・・・エンジン回転数調整ダイヤル １００・・・ショベル １１０・・・運転席 １１２・・・シート １１４・・・背もたれ １１６・・・アームレスト １２０・・・コンソール １３０・・・表示装置 ２００・・・支援装置 ３００・・・管理装置 ＡＳ・・・加速度センサ Ｃ１・・・情報取得装置 Ｃ２・・・外部機器 ＧＬ・・・ゲートロックレバー Ｐ１・・・測位装置 ＰＬ１、ＰＬ２・・・パイロットライン Ｔ１・・・通信装置

Claims (8)

1. 作業機構と、
   前記作業機構を操作するための操作レバーと、
   前記操作レバーが有効状態のときに前記作業機構を操作する操作者の上体の姿勢に関する情報を取得する情報取得装置と、
   前記情報取得装置が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて操作者の状態に関する情報を導き出す演算装置と、を備える、
   作業機械。
2. 前記演算装置は、前記情報取得装置が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報から、操作者の上体の重心位置を推定する、
   請求項１に記載の作業機械。
3. 前記演算装置は、
   前記情報取得装置が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて操作者の疲労状態を推定し、
   操作者の疲労状態が所定レベルに達したと推定した場合に、操作者が疲労している旨を報知する、
   請求項１又は２に記載の作業機械。
4. 前記情報取得装置は、撮像装置又は光学測距装置を含む、
   請求項１乃至３の何れかに記載の作業機械。
5. 前記情報取得装置は、ウェアラブルセンサを含む、
   請求項１乃至４の何れかに記載の作業機械。
6. 前記情報取得装置は、運転席に取り付けられたシートベルトの張力を検出するセンサを含む、
   請求項１乃至５の何れかに記載の作業機械。
7. 前記演算装置は、前記情報取得装置が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて香りを発生させる、
   請求項１に記載の作業機械。
8. 前記演算装置は、前記情報取得装置が取得した操作者の上体の姿勢に関する情報に基づいて前記作業機構の動きを制限する、
   請求項１乃至７の何れかに記載の作業機械。

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