JP2023067153A - 作業機械を制御するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計算処理の負荷を軽減し、作業機械を適切に制御すること。
【解決手段】下部走行体２と、下部走行体２に対して旋回可能な上部旋回体３とを備える作業機械１の制御システム５００は、作業機械１の周辺に存在する対象物を検出する検出装置２００と、走行体の走行モードを設定するための走行速度設定装置１０Ｓと、下部走行体２の動作を制御するコントローラ３００とを備える。コントローラ３００は、走行速度設定装置１０Ｓからの信号に基づいて、設定された走行モードを判定し、判定した前記走行モードに基づいて、下部走行体停止領域を設定し、検出装置２００によって検出された対象物の位置と下部走行体停止領域とに基づいて下部走行体２の動作を制御する。
【選択図】図２

Description

本開示は、作業機械を制御するためのシステム及び方法に関する。

作業機械に係る技術分野において、特許文献に開示されているような、作業機械の周辺の障害物を検知する安全装置を備える作業機械が知られている。

特開２０２０－００７８６７号公報

特許文献１においては、下部走行体の走行を制御するための制御領域を有し、制御領域の内側に障害物が存在すると判定された場合、安全動作指令を出力する。

ところで、作業機械は、様々な走行速度で走行することができるため、走行速度に応じて制動距離は変化する。具体的には、走行速度が速くなるにつれて制動距離は長くなる。このため、走行速度に応じた制御領域を設定しておくのが望ましい。

本開示の第１の態様に係るシステムは、走行体と、走行体に対して旋回可能な旋回体とを備える作業機械を制御するためのシステムである。本形態に係るシステムは、作業機械の周辺に存在する対象物を検出する検出装置と、走行体の走行モードを設定するための走行速度設定装置と、作業機械の走行体の動作を制御するコントローラとを備える。コントローラは、走行速度設定装置からの信号に基づいて、設定された走行モードを判定する。コントローラは、判定した走行モードに基づいて、第１設定領域を設定する。コントローラは、検出装置によって検出された対象物の位置と第１設定領域とに基づいて走行体の動作を制御する。

本開示の第２の態様に係る方法は、走行体と、走行体に対して旋回可能な旋回体とを備える作業機械の制御方法である。本形態に係る方法は、以下の処理を備える。第１の処理は、旋回体に取り付けられた検出装置によって、作業機械の周辺に存在する対象物を検出することである。第２の処理は、走行速度設定装置からの信号に基づいて設定された走行モードを判定することである。第３の処理は、判定した走行モードに基づいて、第１設定領域を設定することである。第４の処理は、検出装置で検出された対象物の位置と第１設定領域とに基づいて走行体の動作を制御することである。

本開示によれば、作業機械の走行速度に応じて、作業機械を適切に制御することができる。

図１は、実施形態に係る作業機械を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係る作業機械の装置構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態に係る制御システムを示す機能ブロック図である。 図４は、実施形態に係る上部旋回体を模式的に示す図である。 図５は、上部旋回体領域及び下部走行体領域の一例を示す概略図である。 図６は、上部旋回体が旋回した状態における、図５に示す上部旋回体領域及び下部走行体領域を示す概略図である。 図７は、実施形態に係る制御方法を示すフローチャートである。 図８は、実施形態に係るコンピュータシステムを示すブロック図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

［作業機械］
図１は、実施形態に係る作業機械を示す斜視図である。図２は、図１に示した作業機械の装置構成を示すブロック図である。実施形態においては、作業機械１は、油圧ショベルとする。以下の説明においては、作業機械１を適宜、油圧ショベル１と称する。油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２に対して旋回可能な上部旋回体３とを備える。本実施形態では、油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２に対して旋回可能に支持される上部旋回体３と、上部旋回体３に支持される作業機４を備える。

下部走行体２は、一対の履帯を有する。下部走行体２は、図２に示す右走行モータ１５Ｒと左走行モータ１５Ｌを備える。下部走行体２は、右走行モータ１５Ｒと左走行モータ１５Ｌの回転駆動によって履帯を回転させ油圧ショベル１を走行させる。

上部旋回体３は、下部走行体２に対して旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。油圧ショベル１は、上部旋回体３を旋回させるための旋回モータ１６を備える。上部旋回体３は、旋回モータ１６の回転力により旋回される。上部旋回体３は、油圧ショベル１のオペレータが搭乗する運転室６を有する。運転室６には、オペレータが着座する運転シート９が配置される。運転室６は、上部旋回体３の前方に配置される。運転室６は、作業機４の左方に配置される。

作業機４は、上部旋回体３に連結されるブーム４Ａと、ブーム４Ａに連結されるアーム４Ｂと、アーム４Ｂに連結されるバケット４Ｃとを含む。油圧ショベル１は、作業機４を駆動するための油圧シリンダ５を備える。油圧シリンダ５は、ブーム４Ａを駆動するブームシリンダ５Ａと、アーム４Ｂを駆動するアームシリンダ５Ｂと、バケット４Ｃを駆動するバケットシリンダ５Ｃとを含む。

ブーム４Ａは、ブーム回転軸ＡＸを中心に回転可能に上部旋回体３に支持される。アーム４Ｂは、アーム回転軸ＢＸを中心に回転可能にブーム４Ａに支持される。バケット４Ｃは、バケット回転軸ＣＸを中心に回転可能にアーム４Ｂに支持される。

ブーム回転軸ＡＸと、アーム回転軸ＢＸと、バケット回転軸ＣＸとは、平行である。ブーム回転軸ＡＸ、アーム回転軸ＢＸ、及びバケット回転軸ＣＸと、旋回軸ＲＸと平行な軸とは、直交する。以下の説明においては、旋回軸ＲＸと平行な方向を適宜、上下方向、と称し、ブーム回転軸ＡＸ、アーム回転軸ＢＸ、及びバケット回転軸ＣＸと平行な方向を適宜、左右方向、と称し、ブーム回転軸ＡＸ、アーム回転軸ＢＸ、及びバケット回転軸ＣＸと旋回軸ＲＸとの両方と直交する方向を適宜、前後方向、と称する。運転シート９に着座したオペレータを基準として作業機４が存在する方向が前方であり、前方の逆方向が後方である。運転シート９に着座したオペレータを基準として左右方向の一方が右方であり、右方の逆方向が左方である。下部走行体２の接地面から離れる方向が上方であり、上方の逆方向が下方である。

図２に示すように、油圧ショベル１は、動力源１７、油圧ポンプ１８、制御弁１９、操作装置１０、検出装置２００、及びコントローラ３００を有する。

動力源１７は、油圧ショベル１を駆動させるための動力を発生する。動力源１７は、例えば、内燃機関である。動力源１７の駆動軸には、油圧ポンプ１８が機械的に連結されている。動力源１７が駆動することで、油圧ポンプ１８が駆動する。油圧ポンプ１８が油圧駆動系への作動油供給源となってこれらの油圧機器を駆動する。なお、制御弁１９は、流量方向制御弁であり、操作装置１０の各操作レバーの操作方向に応じて図示しないスプールを移動させ、各油圧アクチュエータへの作動油の流れ方向を規制する。各操作レバーの操作量に応じた作動油を、ブームシリンダ５Ａ、アームシリンダ５Ｂ、バケットシリンダ５Ｃ、右走行モータ１５Ｒ又は左走行モータ１５Ｌ、旋回モータ１６等の油圧アクチュエータに供給する。

油圧ショベル１は、運転室６に配置される操作装置１０を備える。操作装置１０は、油圧ショベル１の少なくとも一部の作動のために操作される。操作装置１０は、オペレータによって操作される。油圧ショベル１の作動は、下部走行体２の作動、上部旋回体３の作動、及び作業機４の作動の少なくとも一つを含む。操作装置１０は、油圧ショベル１の操作量を示す操作信号をコントローラ３００へ出力する。

操作装置１０は、上部旋回体３及び作業機４の作動のために操作される左作業レバー１１及び右作業レバー１２と、下部走行体２の作動のために操作される左走行レバー１３及び右走行レバー１４と、図示しない左フットペダル及び右フットペダルと、走行モードを設定するために操作される走行速度設定装置１０Ｓとを含む。

左作業レバー１１は、運転シート９の左方に配置される。左作業レバー１１が前後方向に操作されることによって、アーム４Ｂがダンプ動作又は掘削動作する。左作業レバー１１が左右方向に操作されることによって、上部旋回体３が左旋回又は右旋回する。右作業レバー１２は、運転シート９の右方に配置される。右作業レバー１２が左右方向に操作されることによって、バケット４Ｃが掘削動作又はダンプ動作する。右作業レバー１２が前後方向に操作されることによって、ブーム４Ａが下げ動作又は上げ動作する。

左走行レバー１３及び右走行レバー１４は、運転シート９の前方に配置される。左走行レバー１３は、右走行レバー１４の左方に配置される。左走行レバー１３が前後方向に操作されることによって、下部走行体２の左側の履帯が前進動作又は後進動作する。右走行レバー１４が前後方向に操作されることによって、下部走行体２の右側の履帯が前進動作又は後進動作する。

左フットペダル及び右フットペダルは、運転シート９の前方に配置される。左フットペダルは、右フットペダルの左方に配置される。左フットペダルは、左走行レバー１３と連動する。右フットペダルは、右走行レバー１４と連動する。左フットペダル及び右フットペダルが操作されることによって、下部走行体２が前進動作又は後進動作されてもよい。

走行速度設定装置１０Ｓは、油圧ショベル１の走行モードを設定するためにオペレータによって操作される操作装置である。本実施形態では、走行速度設定装置１０Ｓは、走行モードを選択するためのスイッチである。オペレータが走行速度設定装置１０Ｓを操作することによって、油圧ショベル１の走行速度を所定の速度以下に制限する低速モード、または、油圧ショベル１の走行速度を制限しない高速モードに設定することができる。走行モードを低速モードに設定することで、例えば、右走行モータ１５Ｒおよび左走行モータ１５Ｌの斜板角度は低速モードに適した角度に設定される。走行モードを低速モードに設定することで、例えば、右走行モータ１５Ｒおよび左走行モータ１５Ｌの容量が大きくなるように斜板角度が設定される。

［制御システム］
図３は、実施形態に係る制御システム４００を示す機能ブロック図である。油圧ショベル１は、制御システム４００を備える。制御システム４００は、油圧ショベル１の周辺で検知された対象物の位置と、上部旋回体３を基準とする座標系に設定される上部旋回体領域Ａ１とに基づいて上部旋回体３の動作を制御する。制御システム４００は、油圧ショベル１の周辺で検知された対象物の位置と、上部旋回体３を基準とする座標系に設定される下部走行体領域に基づいて下部走行体２の動作を制御する。制御システム４００は、検出装置２００とコントローラ３００とを備える。

［検出装置］
図４は、実施形態に係る上部旋回体を模式的に示す図である。油圧ショベル１は、検出装置２００を備える。検出装置２００は、油圧ショベル１の周辺を監視するための装置である。検出装置２００は、油圧ショベル１の周辺の人及び動体（以下、「対象物」という。）を検出する。検出装置２００は、油圧ショベル１の周囲に存在する対象物を検出する。本実施形態では、検出装置２００は、上部旋回体３に配置される。本実施形態では、検出装置２００は、上部旋回体３を基準とする座標系における対象物の位置を検出する。

本実施形態では、検出装置２００は、複数のカメラ２０（２１、２２、２３、２４）を有する。複数のカメラ２０は、上部旋回体３に配置される。カメラ２０は、撮像対象の画像を取得する。図４に示すように、カメラ２０は、油圧ショベル１の周囲に複数配置される。本実施形態では、カメラ２０は、上部旋回体３の後部に配置される後カメラ２１と、上部旋回体３の右部に配置される右後カメラ２２及び右前カメラ２３と、上部旋回体３の左部に配置される左後カメラ２４とを含む。

後カメラ２１は、上部旋回体３の後方領域を撮像する。右後カメラ２２は、上部旋回体３の右後方領域を撮像する。右前カメラ２３は、上部旋回体３の右前方領域を撮像する。左後カメラ２４は、上部旋回体３の左後方領域を撮像する。複数のカメラ２０（２１、２２、２３、２４）のそれぞれは、光学系と、イメージセンサとを有する。イメージセンサは、ＣＣＤ（Couple Charged Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを含む。

なお、左後カメラ２４は、上部旋回体３の左側方領域及び左後方領域の範囲を撮像するものであるが、そのどちらか一方を撮像するものであってもよい。同様に、右後カメラ２２は、上部旋回体３の右側方領域及び右後方領域の範囲を撮像するものであるが、そのどちらか一方を撮像するものであってもよい。同様に、右前カメラ２３は、上部旋回体３の右前方領域及び右側方領域の範囲を撮像するものであるが、そのどちらか一方を撮像するものであってもよい。また、カメラ２０は、上部旋回体３の左後方、後方、右後方、及び右前方を撮像するが、これに限定されない。例えば、カメラ２０の数は、図４に示す例と異なってもよい。例えば、カメラ２０の撮像範囲は、図４に示す例と異なってもよい。また、本実施形態においては、運転室６の前方及び左前方を撮影するカメラを有していないが、これに限定されない。運転室６の前方及び左前方の状況を示す画像データを取得するカメラ２０を有してもよい。検出装置２００は、検出したデータをコントローラ３００へ出力する。

［コントローラ］
油圧ショベル１は、コントローラ３００を備える。コントローラ３００は、油圧ショベル１を制御するための装置である。コントローラ３００は、油圧ショベル１の下部走行体２及び上部旋回体３の動作を制御する。本実施形態では、コントローラ３００は、運転室６に配置される。

コントローラ３００は、油圧ショベル１の周辺で検知された対象物の位置と後述する下部走行体領域とに基づいて下部走行体２の動作を制御する。コントローラ３００は、油圧ショベル１の周辺で検知された対象物の位置と後述する上部旋回体領域Ａ１とに基づいて上部旋回体３の動作を制御する。より詳しくは、コントローラ３００は、検出装置２００によって検出された対象物の位置と、上部旋回体３を基準とする座標系に設定される下部走行体停止領域Ａ２及び下部走行体減速領域Ａ３に基づいて下部走行体２の動作を制御する。コントローラ３００は、検出装置２００によって検出された対象物の位置と、上部旋回体３を基準とする座標系に設定される上部旋回体領域Ａ１とに基づいて上部旋回体３の旋回を制御する。

コントローラ３００は、検出装置２００によって検出された上部旋回体３を基準とする座標系における対象物の位置が下部走行体停止領域Ａ２又は下部走行体減速領域Ａ３内に存在すると判定した場合、下部走行体２の速度を制限するよう制御する。

コントローラ３００は、検出装置２００によって検出された上部旋回体３を基準とする座標系における対象物の位置が下部走行体停止領域Ａ２内に存在すると判定した場合、下部走行体２を停止するよう制御する。コントローラ３００は、検出装置２００によって検出された上部旋回体３を基準とする座標系における対象物の位置が下部走行体減速領域Ａ３内に存在すると判定した場合、下部走行体２を減速するよう制御する。

コントローラ３００は、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリ及びＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリを含む記憶部３２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサを含む演算処理部３３とを有する。

演算処理部３３は、制御プログラムを実行することで、データ取得部３３１と、検知部３３２と、位置特定部３３３と、判定部３３４と、操作信号取得部３３５と、制御部３３６と、出力部３３７と、領域設定部３３８とを備える。

データ取得部３３１は、検出装置２００から検出データを取得する。本実施形態では、データ取得部３３１は、後カメラ２１から油圧ショベル１の後方の状況を示す画像データを取得する。データ取得部３３１は、右後カメラ２２から油圧ショベル１の右後方の状況を示す画像データを取得する。データ取得部３３１は、右前カメラ２３から油圧ショベル１の右前方の状況を示す画像データを取得する。データ取得部３３１は、左後カメラ２４から油圧ショベル１の左後方の状況を示す画像データを取得する。

検知部３３２は、データ取得部３３１によって取得された検出データに基づいて、油圧ショベル１の周辺に存在する人及び動体を含む対象物を検知する。本実施形態では、検知部３３２は、データ取得部３３１によって取得された画像データを画像処理することによって、画像データにおける対象物を検知する。画像処理は、画像データから対象物の特徴量を抽出する処理を含む。検知部３３２は、画像データから抽出した特徴量と、特徴量記憶部３２１に記憶された特徴量とを照合して、油圧ショベル１の周辺に存在する対象物を検知する。

位置特定部３３３は、検出装置２００によって検出された対象物の位置を特定する。位置特定部３３３は、上部旋回体３に対する検出した対象物の位置を特定する。より詳しくは、位置特定部３３３は、上部旋回体３を基準とする座標系で示された対象物の位置を特定する。

判定部３３４は、検出装置２００によって検出された対象物が所定の領域に存在するか否か判定する。より詳しくは、判定部３３４は、後述する上部旋回体領域Ａ１、下部走行体停止領域Ａ２及び下部走行体減速領域Ａ３に対象物が存在するか否かを判定する。判定部３３４は、上部旋回体領域Ａ１の内側、下部走行体停止領域Ａ２の内側、又は、下部走行体停止領域Ａ２の外側かつ下部走行体減速領域Ａ３の内側のうち、対象物がどの領域に存在するかを判定する。判定部３３４は、位置特定部３３３によって特定された対象物の位置と、領域記憶部３２２に記憶された各領域の位置とを照合して、対象物が上部旋回体領域Ａ１の内側に存在するか否かを判定する。判定部３３４は、位置特定部３３３によって特定された対象物の位置と、領域記憶部３２２に記憶された各領域の位置とを照合して、対象物が下部走行体停止領域Ａ２の内側に存在するか否かを判定する。判定部３３４は、位置特定部３３３によって特定された対象物の位置と、領域記憶部３２２に記憶された各領域の位置とを照合して、対象物が下部走行体停止領域Ａ２の外側かつ下部走行体減速領域Ａ３の内側に存在するか否かを判定する。

操作信号取得部３３５は、オペレータによって操作された操作装置１０の各操作レバーの操作量を示す操作信号および各スイッチからの操作信号を取得する。

制御部３３６は、油圧ショベル１の下部走行体２及び上部旋回体３を制御するための制御指令を生成する。より詳しくは、制御部３３６は、操作信号取得部３３５によって取得された操作信号が示す操作量に基づいて、下部走行体２及び上部旋回体３を制御するための制御指令を生成する。制御部３３６は、例えば、操作装置１０の各操作レバーの操作方向に応じて制御弁１９を制御ために各油圧アクチュエータへの作動油の流れを制御するための制御指令を生成する。制御部３３６は、例えば、各操作レバーの操作量に応じた作動油を、ブームシリンダ５Ａ、アームシリンダ５Ｂ、バケットシリンダ５Ｃ、右走行モータ１５Ｒ又は左走行モータ１５Ｌ、旋回モータ１６等の油圧アクチュエータに供給するように制御弁１９を制御するための制御指令を生成する。

制御部３３６は、判定部３３４の判定結果に基づいて、下部走行体２の走行及び上部旋回体３の旋回を規制する制御指令を生成する。制御部３３６は、例えば、対象物が上部旋回体領域Ａ１に存在する場合、上部旋回体３の旋回を規制する制御指令を生成する。制御部３３６は、例えば、対象物が上部旋回体領域Ａ１に存在する場合、油圧ショベル１が旋回中であれば左作業レバー１１及び右作業レバー１２の操作量によらず、旋回角速度が上限角速度以下となるように旋回を規制する制御指令を生成する。旋回を規制する制御指令によって、旋回モータ１６は供給される作動油が規制され、上部旋回体３の旋回角速度が上限角速度以下に規制される。

制御部３３６は、上部旋回体３を停止させた後、例えば、オペレータによる旋回停止制御の解除操作を検知するまで、旋回停止状態を維持させる。制御部３３６は、上部旋回体３を停止させた後、例えば、オペレータによる旋回停止制御の解除操作を検知するまで、上部旋回体３の旋回角速度が上限角速度以下に規制された状態を維持させる。例えば、制御部３３６は、対象物が上部旋回体領域Ａ１に存在することが検知された後、対象物が上部旋回体領域Ａ１より外側に出た場合でも、オペレータによる解除操作がされるまで旋回停止状態を解除しない。

制御部３３６は、例えば、対象物が下部走行体停止領域Ａ２に存在する場合、下部走行体２を停止させる制御指令を生成する。制御部３３６は、例えば、油圧ショベル１が走行中であれば左走行レバー１３及び右走行レバー１４の操作量によらず、走行速度が停止速度以下となるように走行を規制する制御指令を生成する。走行停止の制御指令によって、右走行モータ１５Ｒ又は左走行モータ１５Ｌは供給される作動油が規制され、下部走行体２の走行速度が減速速度より遅い停止速度以下に規制される。

制御部３３６は、下部走行体２を停止させた後、例えば、オペレータによる走行停止制御の解除操作を検知するまで、走行停止状態を維持させる。制御部３３６は、下部走行体２を停止させた後、例えば、オペレータによる走行停止制御の解除操作を検知するまで、下部走行体２の走行速度が停止速度以下に規制された状態を維持させる。例えば、制御部３３６は、対象物が下部走行体停止領域Ａ２に存在することが検知された後、対象物が下部走行体停止領域Ａ２より外側に出た場合でも、オペレータによる解除操作がされるまで走行停止状態を解除しない。

制御部３３６は、例えば、対象物が下部走行体減速領域Ａ３に存在する場合、下部走行体２を減速させる制御指令を生成する。制御部３３６は、例えば、油圧ショベル１が走行中であれば左走行レバー１３及び右走行レバー１４の操作量によらず、走行速度が減速速度以下となるように走行を規制する制御指令を生成する。減速の制御指令によって、右走行モータ１５Ｒ又は左走行モータ１５Ｌは供給される作動油が規制され、下部走行体２の走行速度が停止速度より速い減速速度以下に規制される。

制御部３３６は、下部走行体２を減速させた後、例えば、オペレータによる減速制御の解除操作を検知するまで、減速状態を維持させる。制御部３３６は、下部走行体２を減速させた後、例えば、オペレータによる減速制御の解除操作を検知するまで、下部走行体２の走行速度が減速速度以下に規制された状態を維持させる。例えば、制御部３３６は、対象物が下部走行体減速領域Ａ３に存在することが検知された後、対象物が下部走行体減速領域Ａ３より外側に出た場合でも、オペレータによる解除操作がされるまで減速状態を解除しない。

出力部３３７は、制御部３３６が生成した制御指令を制御弁１９へ出力する。

領域設定部３３８は、油圧ショベル１の走行モードに応じて下部走行体領域を設定する。より詳しくは、領域設定部３３８は、操作信号取得部３３５が取得した走行速度設定装置１０Ｓからの信号が示す走行モードに基づいて、下部走行体領域を設定する。本実施形態においては、領域設定部３３８は、走行モードが低速モードに設定されたと判定した場合、第１範囲Ａ２ａを下部走行体停止領域Ａ２として決定する。領域設定部３３８は、走行モードが高速モードに設定されたと判定した場合、第１範囲Ａ２ａよりも広い第２範囲Ａ２ｂを下部走行体停止領域Ａ２として選択する。領域設定部３３８は、走行モードが低速モードに設定されたと判定した場合、第３範囲Ａ３ａを下部走行体減速領域Ａ３として選択する。領域設定部３３８は、走行モードが高速モードに設定されたと判定した場合、第３範囲Ａ３ａより広い第４範囲Ａ３ｂを下部走行体減速領域Ａ３として選択する。

記憶部３２は、演算処理部３３における処理で使用する各種データなどを記憶する。本実施形態では、記憶部３２は、対象物の特徴量を記憶する特徴量記憶部３２１を有する。特徴量は、対象物輪郭、対象物の色などを含み、対象物の外観を特定する情報である。また、本実施形態では、記憶部３２は、設定領域を記憶する領域記憶部３２２を有する。

図５は、上部旋回体領域及び下部走行体領域の一例を示す概略図である。領域記憶部３２２は、上部旋回体領域Ａ１及び下部走行体領域の情報を記憶する。

上部旋回体領域Ａ１は、第２設定領域である。上部旋回体領域Ａ１は、内側に対象物が検知されると上部旋回体３の旋回を規制する領域である。上部旋回体領域Ａ１は、上部旋回体３を基準とする座標系に設定される。上部旋回体領域Ａ１は、上部旋回体３が旋回すると、上部旋回体３とともに旋回する。上部旋回体領域Ａ１は、内側に対象物が検知されたときに、対象物と接触せずに上部旋回体３が停止するために必要な領域である。

下部走行体領域は、内側に対象物が検知されると下部走行体２の走行を規制する領域である。下部走行体領域は、上部旋回体３を基準とする座標系に設定される。下部走行体領域は、上部旋回体３が旋回すると、上部旋回体３とともに旋回する。下部走行体領域は、下部走行体停止領域Ａ２と下部走行体減速領域Ａ３とを含む。

下部走行体停止領域Ａ２は、第１設定領域である。下部走行体停止領域Ａ２は、内側に対象物が検知されたときに、対象物と接触せずに下部走行体２が停止するために必要な領域である。下部走行体停止領域Ａ２は、外周の形状の少なくとも一部が上部旋回体３を基準とする座標系の原点を中心とする円弧形状である。下部走行体領域は、下部走行体２に接触しない領域である。

本実施形態においては、領域記憶部３２２には、下部走行体停止領域Ａ２として、第１範囲Ａ２ａと、第１範囲Ａ２ａよりも広い第２範囲Ａ２ｂとが記憶されている。第１範囲Ａ２ａは、低速モードに応じた領域である。第２範囲Ａ２ｂは、高速モードに応じた領域である。

下部走行体減速領域Ａ３は、第３設定領域である。下部走行体減速領域Ａ３は、内側に対象物が検知されたときに、対象物と接触せずに下部走行体２が減速するために必要な領域である。下部走行体減速領域Ａ３は、下部走行体停止領域Ａ２より広く、下部走行体停止領域Ａ２を含む領域である。下部走行体減速領域Ａ３は、上部旋回体領域Ａ１より広く、上部旋回体領域Ａ１を含む領域である。

本実施形態においては、領域記憶部３２２には、下部走行体減速領域Ａ３として、第３範囲Ａ３ａと、第３範囲Ａ３ａより広い第４範囲Ａ３ｂとが記憶されている。第３範囲Ａ３ａは、低速モードに応じた領域である。第４範囲Ａ３ｂは、高速モードに応じた領域である。

図５に示す例では、上部旋回体領域Ａ１は、例えば、上部旋回体３の前端部から距離ｄ１１前方に位置する直線部Ａ１１と、上部旋回体３の左側端部から距離ｄ１２左方に位置する直線部Ａ１２と、上部旋回体３の右側端部から距離ｄ１３右方に位置する直線部Ａ１３と、上部旋回体３の後端部から距離ｄ１４の円弧部Ａ１４とで囲まれた領域である。円弧部Ａ１４は、上部旋回体３の旋回軸ＲＸを中心とする円弧である。

下部走行体停止領域Ａ２は、上部旋回体３の旋回軸ＲＸを中心とした円で囲まれた領域である。本実施形態においては、低速モードに応じた下部走行体停止領域Ａ２である第１範囲Ａ２ａと、高速モードに応じた下部走行体停止領域Ａ２である第２範囲Ａ２ｂとが設定される。第１範囲Ａ２ａは、上部旋回体３の旋回軸ＲＸを中心とした半径ｒ１の円で囲まれた領域である。第２範囲Ａ２ｂは、上部旋回体３の旋回軸ＲＸを中心とした半径ｒ２の円で囲まれた領域である。半径ｒ２は、半径ｒ１よりも大きい。

下部走行体減速領域Ａ３は、例えば、矩形状の領域である。本実施形態においては、低速モードに応じた下部走行体減速領域Ａ３である第３範囲Ａ３ａと、高速モードに応じた下部走行体減速領域Ａ３である第４範囲Ａ３ｂとが設定される。第３範囲Ａ３ａは、上部旋回体領域Ａ１及び第１範囲Ａ２ａから距離ｄ１５以上離れた周縁部を有する領域である。第３範囲Ａ３ａは、例えば、第１範囲Ａ２ａの前端部から距離ｄ１５前方に位置する直線部Ａ３１ａと、上部旋回体領域Ａ１の左側端部から距離ｄ１５左方に位置する直線部Ａ３２ａと、上部旋回体領域Ａ１の右側端部から距離ｄ１５右方に位置する直線部Ａ３３ａと、上部旋回体領域Ａ１の後端部から距離ｄ１５後方に位置する直線部Ａ３４ａとで囲まれた領域である。第４範囲Ａ３ｂは、上部旋回体領域Ａ１及び第２範囲Ａ２ｂから距離ｄ１６以上離れた周縁部を有する領域である。第４範囲Ａ３ｂは、例えば、第２範囲Ａ２ｂの前端部から距離ｄ１６前方に位置する直線部Ａ３１ｂと、上部旋回体領域Ａ１の左側端部から距離ｄ１６左方に位置する直線部Ａ３２ｂと、上部旋回体領域Ａ１の右側端部から距離ｄ１６右方に位置する直線部Ａ３３ｂと、上部旋回体領域Ａ１の後端部から距離ｄ１６後方に位置する直線部Ａ３４ｂとで囲まれた領域である。距離ｄ１６は、距離ｄ１５よりも大きい。

図６は、上部旋回体が旋回した状態における、図５に示す上部旋回体領域及び下部走行体領域を示す概略図である。図６に示すように、上部旋回体３が旋回した場合、上部旋回体領域Ａ１、下部走行体停止領域Ａ２及び下部走行体減速領域Ａ３は、上部旋回体３とともに旋回する。

［制御方法］
図７は、実施形態に係る制御方法を示すフローチャートである。油圧ショベル１がキーオンされると、検出装置２００及びコントローラ３００が起動する。

コントローラ３００は、検出装置２００が検出した検出データを取得する（ステップＳＰ１１）。より詳しくは、データ取得部３３１は、検出装置２００のカメラ２０が撮像した油圧ショベル１の周辺の画像データを取得する。

コントローラ３００は、対象物を検知する（ステップＳＰ１２）。より詳しくは、検知部３３２は、データ取得部３３１によって取得された検出データに基づいて、油圧ショベル１の周辺に存在する人及び動体を含む対象物を検知する。本実施形態では、検知部３３２は、データ取得部３３１によって取得された画像データに基づいて、油圧ショベル１の周辺に人及び動体を含む対象物を検知する。

コントローラ３００は、対象物の位置を特定する（ステップＳＰ１３）。より詳しくは、位置特定部３３３は、検知部３３２が検知した上部旋回体３を基準とする座標系における対象物の位置を特定する。

コントローラ３００は、走行モードを判定する（ステップＳＰ１４）。より詳しくは、領域設定部３３８は、操作信号取得部３３５が取得した走行速度設定装置１０Ｓからの信号に基づいて、設定された走行モードを判定する。領域設定部３３８が、走行モードが低速モードに設定されたと判定した場合（ステップＳＰ１４でＹｅｓ）、ステップＳＰ１５へ進む。領域設定部３３８が、走行モードが高速モードに設定されたと判定した場合（ステップＳＰ１４でＮｏ）、ステップＳＰ１６へ進む。

領域設定部３３８が、走行モードが低速モードに設定されたと判定した場合（ステップＳＰ１４でＹｅｓ）、コントローラ３００は、低速モードに応じた下部走行体領域を設定する（ステップＳＰ１５）。より詳しくは、領域設定部３３８は、領域記憶部３２２に記憶された第１範囲Ａ２ａを下部走行体停止領域Ａ２として設定し、領域記憶部３２２に記憶された第３範囲Ａ３ａを下部走行体減速領域Ａ３として設定する。

領域設定部３３８が、走行モードが高速モードに設定されたと判定した場合（ステップＳＰ１４でＮｏ）、コントローラ３００は、高速モードに応じた下部走行体領域を設定する（ステップＳＰ１６）。より詳しくは、領域設定部３３８は、領域記憶部３２２に記憶された第２範囲Ａ２ｂを下部走行体停止領域Ａ２として設定し、領域記憶部３２２に記憶された第４範囲Ａ３ｂを下部走行体減速領域Ａ３として設定する。

コントローラ３００は、下部走行体減速領域Ａ３内に対象物が存在するか否かを判定する（ステップＳＰ１７）。より詳しくは、判定部３３４は、位置特定部３３３によって特定された対象物の位置と、領域設定部３３８が設定した下部走行体減速領域Ａ３の位置とを照合して、対象物の位置が下部走行体減速領域Ａ３の内側であるかを判定する。判定部３３４が、下部走行体減速領域Ａ３内に対象物が存在すると判定した場合（ステップＳＰ１７でＹｅｓ）、ステップＳＰ１８へ進む。判定部３３４が、下部走行体減速領域Ａ３内に対象物が存在すると判定しない場合（ステップＳＰ１７でＮｏ）、ステップＳＰ１９へ進む。

判定部３３４が、下部走行体減速領域Ａ３内に対象物が存在すると判定した場合（ステップＳＰ１７でＹｅｓ）、コントローラ３００は、下部走行体２を減速させる制御指令を生成する（ステップＳＰ１８）。より詳しくは、制御部３３６は、例えば、油圧ショベル１が走行中であれば操作量によらず、走行速度が減速速度以下となるように走行を規制する制御指令を生成する。

なお、ステップＳＰ１８において、制御部３３６は、例えば、オペレータによる減速制御の解除操作を検知するまで、下部走行体２の走行速度が減速速度以下に規制される状態を維持する制御指令を生成してもよい。

コントローラ３００は、下部走行体停止領域Ａ２内に対象物が存在するか否かを判定する（ステップＳＰ１９）。より詳しくは、判定部３３４は、位置特定部３３３によって特定された対象物の位置と、領域設定部３３８が設定した下部走行体停止領域Ａ２の位置とを照合して、対象物の位置が下部走行体停止領域Ａ２の内側であるかを判定する。判定部３３４が、下部走行体停止領域Ａ２内に対象物が存在すると判定した場合（ステップＳＰ１９でＹｅｓ）、ステップＳＰ２０へ進む。判定部３３４が、下部走行体停止領域Ａ２内に対象物が存在すると判定しない場合（ステップＳＰ１９でＮｏ）、ステップＳＰ２１へ進む。

判定部３３４が、下部走行体停止領域Ａ２内に対象物が存在すると判定した場合（ステップＳＰ１９でＹｅｓ）、コントローラ３００は、下部走行体２を停止させる制御指令を生成する（ステップＳＰ２０）。より詳しくは、制御部３３６は、例えば、油圧ショベル１が走行中であれば操作量によらず、走行速度が停止速度以下となるように走行を規制する制御指令を生成する。

なお、ステップＳＰ２０において、制御部３３６は、例えば、オペレータによる走行停止制御の解除操作を検知するまで、下部走行体２の走行速度が停止速度以下に規制される状態を維持する制御指令を生成してもよい。

コントローラ３００は、上部旋回体領域Ａ１内に対象物が存在するか否かを判定する（ステップＳＰ２１）。より詳しくは、判定部３３４は、位置特定部３３３によって特定された対象物の位置と、領域記憶部３２２に記憶された上部旋回体領域Ａ１の位置とを照合して、対象物の位置が上部旋回体領域Ａ１の内側であるかを判定する。判定部３３４が、上部旋回体領域Ａ１内に対象物が存在すると判定した場合（ステップＳＰ２１でＹｅｓ）、ステップＳＰ２２へ進む。判定部３３４が、上部旋回体領域Ａ１内に対象物が存在すると判定しない場合（ステップＳＰ２１でＮｏ）、ステップＳＰ２３へ進む。

判定部３３４が、上部旋回体領域Ａ１内に対象物が存在すると判定した場合（ステップＳＰ２１でＹｅｓ）、コントローラ３００は、上部旋回体３の旋回を規制させる制御指令を生成する（ステップＳＰ２２）。より詳しくは、制御部３３６は、例えば、油圧ショベル１が旋回中であれば操作量によらず、旋回角速度が上限角速度以下となるように旋回を規制する制御指令を生成する。

なお、ステップＳＰ２２において、制御部３３６は、例えば、オペレータによる旋回停止制御の解除操作を検知するまで、上部旋回体３の旋回角速度が上限角速度以下に規制される状態を維持する制御指令を生成してもよい。

コントローラ３００は、制御指令を出力する（ステップＳＰ２３）。より詳しくは、出力部３３７は、制御部３３６が生成した制御指令を制御弁１９へ出力する。ステップＳＰ１８で生成された制御指令を出力部３３７によって出力されることによって、下部走行体２の走行速度は減速速度以下に規制される。また、ステップＳＰ２０で生成された制御指令を出力部３３７によって出力されることによって、下部走行体２の走行速度は停止速度以下に規制される。また、ステップＳＰ２２で生成された制御指令を出力部３３７によって出力されることによって、上部旋回体３の旋回角速度は上限角速度以下に規制される。

上記の処理を油圧ショベル１の動作中に常時実行することで、コントローラ３００は、油圧ショベル１の制御を行う。

［コンピュータシステム］
図８は、実施形態に係るコンピュータシステムを示すブロック図である。上述の演算処理部３３は、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。上述の演算処理部３３の機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、コンピュータプログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、コンピュータプログラムに従って上述の処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。

コンピュータプログラム又はコンピュータシステム１０００は、上述の実施形態に従って、第１の処理として、検出装置２００によって、油圧ショベル１の周辺に存在する対象物を検出することと、第２の処理として、油圧ショベル１の下部走行体２及び上部旋回体３の動作を制御するコントローラ３００によって、検知された対象物の位置と、上部旋回体３を基準とする座標系に設定される下部走行体領域である下部走行体停止領域Ａ２及び下部走行体減速領域Ａ３とに基づいて下部走行体２の動作を制御し、検知された対象物の位置と上部旋回体領域Ａ１とに基づいて上部旋回体３の動作を制御することと、を実行させる。

このように、検知された対象物の位置と、上部旋回体３を基準とする座標系に設定される下部走行体領域である下部走行体停止領域Ａ２及び下部走行体減速領域Ａ３とに基づいて下部走行体２の動作が制御され、検知された対象物の位置と上部旋回体領域Ａ１とに基づいて上部旋回体３の動作が制御される。

［効果］
以上説明したように、本実施形態では、上部旋回体３を基準とする座標系に設定される下部走行体領域である下部走行体停止領域Ａ２及び下部走行体減速領域Ａ３とに基づいて下部走行体２の動作を制御し、検知された対象物の位置と上部旋回体領域Ａ１とに基づいて上部旋回体３の動作を制御することができる。本実施形態では、下部走行体２と上部旋回体３との制御をそれぞれ異なる領域で判定する。本実施形態では、下部走行体２と上部旋回体３とをそれぞれ適切に制御することができる。

本実施形態は、走行モードに応じて下部走行体停止領域の範囲が設定される。本実施形態によれば、走行速度に応じた制御領域を設定することができる。本実施形態よれば、作業機械の走行速度に応じて、作業機械を適切に制御することができる。

［その他の実施形態］
上述の実施形態においては、検出装置２００が作業機械1の周辺を撮影するカメラ２０であることとしたが、これに限定されない。例えば、検出装置２００は、油圧ショベル１に設けられたステレオカメラやＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）であってもよいし、レーダ装置や超音波装置を用いて対象物を検出してもよい。

また、上述した実施形態に係る制御システム４００は、油圧ショベル１に設置されるものとして説明したが、これに限られない。制御システム４００の一部、又は全部の構成が油圧ショベル１の外部に設置されてもよく、例えば、コントローラ３００は、遠隔地の操作室に配置され、遠隔操作に係る油圧ショベル１を制御するものであってもよい。

また、上述した実施形態に係るコントローラ３００は、１または複数のコントローラで構成されてもよい。例えば、他の実施形態においては、検出装置２００から検出データを取得し、油圧ショベル１の周辺に存在する人及び動体を含む対象物を検知するための第１のコントローラと、対象物の位置を特定し、対象物が存在する領域を判定し、油圧ショベル１を制御する第２のコントローラとを有してもよい。

上述した実施形態に係るコントローラ３００は、油圧ショベル１の走行モードに応じて下部走行体停止領域Ａ２及び下部走行体減速領域Ａ３を設定するとしたが、これに限定されない。例えば、コントローラ３００は、油圧ショベル１の走行モードに応じて下部走行体停止領域Ａ２または下部走行体減速領域Ａ３のいずれかのみを設定してもよい。

上述した実施形態に係るコントローラ３００は、検出装置２００によって検出された上部旋回体３を基準とする座標系における対象物の位置が下部走行体停止領域Ａ２内に存在すると判定した場合、下部走行体２を停止するように制御するとしたが、これに限定されない。例えば、コントローラ３００は、検出装置２００によって検出された上部旋回体３を基準とする座標系における対象物の位置が下部走行体停止領域Ａ２内または上部旋回体領域Ａ１内のいずれかに存在すると判定された場合、下部走行体２を停止するよう制御してもよい。

上述の実施形態において、作業機械１は、油圧によって駆動する油圧ショベルとしたがが、これに限定されない。作業機械１は、例えば、バッテリや発電機からの電力を動力源とする電動ショベルでもよい。この場合、旋回モータ１６や右走行モータ１５Ｒ、左走行モータ１５Ｌは電動機としてもよく、コントローラ３００は、旋回モータ１６や右走行モータ１５Ｒ、左走行モータ１５Ｌを制御してもよい。

上述の実施形態において、油圧ショベル１は、鉱山などで使用されるマイニング用油圧ショベルでもよいし、建設現場において用いられる油圧ショベルでもよい。また、ダンプトラックや、ホイールローダや他の作業機械用の制御システムに適用可能である。

１…油圧ショベル（作業機械）、２…下部走行体（走行体）、３…上部旋回体（旋回体）、４…作業機、４Ａ…ブーム、４Ｂ…アーム、４Ｃ…バケット、５…油圧シリンダ、５Ａ…ブームシリンダ、５Ｂ…アームシリンダ、５Ｃ…バケットシリンダ、６…運転室、９…運転シート、１０…操作装置、１１…左作業レバー、１２…右作業レバー、１３…左走行レバー、１４…右走行レバー、１０Ｓ…走行速度設定装置、１５Ｒ…右走行モータ、１５Ｌ…左走行モータ、１６…旋回モータ、１７…動力源、１８…油圧ポンプ、１９…制御弁、２０…カメラ、２１…後カメラ、２２…右後カメラ、２３…右前カメラ、２４…左後カメラ、３２…記憶部、３３…演算処理部、２００…検出装置、３００…コントローラ、３２１…特徴量記憶部、３２２…領域記憶部、３３１…データ取得部、３３２…検知部、３３３…位置特定部、３３４…判定部、３３５…操作信号取得部、３３６…制御部、３３７…出力部、３３８…領域設定部、４００…制御システム、１０００…コンピュータシステム、１００１…プロセッサ、１００２…メインメモリ、１００３…ストレージ、１００４…インターフェース、Ａ１…上部旋回体領域（第２設定領域）、Ａ２…下部走行体停止領域（第１設定領域）、Ａ３…下部走行体減速領域（第３設定領域）、ＡＸ…ブーム回転軸、ＢＸ…アーム回転軸、ＣＸ…バケット回転軸、ＲＸ…旋回軸。

Claims (6)

1. 走行体と、前記走行体に対して旋回可能な旋回体とを備える作業機械を制御するためのシステムであって、
   前記作業機械の周辺に存在する対象物を検出する検出装置と、
   前記走行体の走行モードを設定するための走行速度設定装置と、
   前記作業機械の前記走行体の動作を制御するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   前記走行速度設定装置からの信号に基づいて、設定された走行モードを判定し、
   判定した前記走行モードに基づいて、第１設定領域を設定し、
   前記検出装置によって検出された前記対象物の位置と前記第１設定領域とに基づいて前記走行体の動作を制御する、
   システム。
2. 前記走行モードは、前記作業機械の走行速度を所定の速度以下に制限する低速モードと制限しない高速モードとを含み、
   前記コントローラは、
   前記走行モードが低速モードに設定されたと判定した場合、第１範囲を前記第１設定領域として設定し、
   前記走行モードが高速モードに設定されたと判定した場合、前記第１範囲より広い第２範囲を前記第１設定領域として設定する、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１設定領域と異なり、前記第１設定領域より広い第３設定領域を備え、
   前記コントローラは、
   前記走行モードが前記低速モードに設定されたと判定した場合、第３範囲を前記第３設定領域として設定し、
   前記走行モードが前記高速モードに設定されたと判定した場合、前記第３範囲より広い第４範囲を前記第３設定領域として設定し、
   前記検出装置によって検出された前記対象物の位置と、前記第３設定領域とに基づいて前記走行体を減速するよう制御する、
   請求項２に記載のシステム。
4. 前記検出装置は、前記旋回体に取り付けられ、
   前記第１設定領域は、前記旋回体を基準とする座標系に設定され、
   前記検出装置は、前記旋回体を基準とする座標系における前記対象物の位置を検出し、
   前記コントローラは、前記検出装置によって検出された前記対象物の位置が前記第１設定領域内に存在すると判定した場合、前記走行体の速度を制限するよう制御する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記第１設定領域は、外周の形状の少なくとも一部が前記旋回体を基準とする座標系の原点を中心とする円弧形状である、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 走行体と、前記走行体に対して旋回可能な旋回体とを備える作業機械を制御するための方法であって、
   検出装置によって、前記作業機械の周辺に存在する対象物を検出することと、
   走行速度設定装置からの信号に基づいて設定された走行モードを判定することと、
   判定した前記走行モードに基づいて、第１設定領域を設定することと、
   前記検出装置で検出された前記対象物の位置と前記第１設定領域とに基づいて前記走行体の動作を制御する、
   方法。

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