JP2023074041A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】一連の動作を動作フェーズ毎に分類することが可能な作業機械を提供する。【解決手段】下部走行体２１と、下部走行体２１の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体２２と、上部旋回体２２に回動可能に取り付けられたアタッチメント３０と、複数の動作フェーズを含む一連の動作であって、上部旋回体２２およびアタッチメント３０が行った一連の動作がティーチングされる制御手段と、アタッチメント３０の位置、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作、並びに、アタッチメント３０の姿勢の少なくとも一つに基づいて、現在の動作フェーズを判定する判定手段と、判定手段の判定結果に基づいて、一連の動作を動作フェーズ毎に分類する分類手段と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、動作がティーチングされる作業機械に関する。

特許文献１には、複数の教示位置が教示されて、これら教示位置に基づいて、土砂の掘削から排土までを自動で行う自動運転ショベルが開示されている。

特開２００１－９０１２０号公報

ところで、作業機械に対して、一連の動作を一続きでティーチングする方が、一連の動作に含まれる複数の動作フェーズ毎にティーチングするよりも、ティーチングに要する時間を削減することができる。しかし、一連の動作を一続きでティーチングした場合、複数の動作フェーズ毎にティーチングした場合と異なり、一連の動作が動作フェーズ毎に分類されない。そのため、動作フェーズ毎に適切な制御を行うことができない。

本発明の目的は、一連の動作を動作フェーズ毎に分類することが可能な作業機械を提供することである。

本発明は、下部走行体と、前記下部走行体の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に回動可能に取り付けられたアタッチメントと、複数の動作フェーズを含む一連の動作であって、前記上部旋回体および前記アタッチメントが行った前記一連の動作がティーチングされる制御手段と、前記アタッチメントの位置、前記上部旋回体および前記アタッチメントの動作、並びに、前記アタッチメントの姿勢の少なくとも一つに基づいて、現在の前記動作フェーズを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて、前記一連の動作を前記動作フェーズ毎に分類する分類手段と、を有する。

本発明によると、アタッチメントの位置、上部旋回体およびアタッチメントの動作、並びに、アタッチメントの姿勢の少なくとも一つに基づいて、現在の動作フェーズが判定される。そして、その判定結果に基づいて、一連の動作が複数の動作フェーズに分類される。作業機械に対して、一連の動作を一続きでティーチングした場合、動作フェーズ毎にティーチングした場合に比べて、ティーチングに要する時間を削減することができる。そして、作業機械に対して、一連の動作を一続きでティーチングした場合であっても、後から一連の動作を動作フェーズ毎に分類することができる。よって、例えば、動作フェーズ毎に適切な制御を行うことができる。

作業機械の側面図である。 作業機械の回路図である。 作業機械の上面図である。 切り替わり判定の説明図である。 旋回角度の時間変化を示すグラフである。 作業機械の側面図であり、バケットの先端の高さを示す図である。 アタッチメントの側面図である。 作業機械の上面図であり、不変エリアを示す図である。 動作フェーズ分類処理のフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（作業機械の構成）
本発明の実施形態による作業機械は、動作がティーチングされる。作業機械１の側面図である図１に示すように、作業機械１は、アタッチメント３０で作業を行う機械であり、例えば油圧ショベルである。作業機械１は、下部走行体２１と上部旋回体２２とを備えた機械本体２５と、アタッチメント３０と、シリンダ４０と、を有している。

下部走行体２１は、作業機械１を走行させる部分であり、例えばクローラを備える。上部旋回体２２は、下部走行体２１の上部に旋回装置２４を介して旋回可能に取り付けられる。上部旋回体２２の前部には、キャブ（運転室）２３が設けられている。

アタッチメント３０は、上下方向に回動可能に上部旋回体２２に取り付けられる。アタッチメント３０は、ブーム３１と、アーム３２と、バケット３３と、を備える。ブーム３１は、上下方向に回動可能（起伏可能）に上部旋回体２２に取り付けられる。アーム３２は、上下方向に回動可能にブーム３１に取り付けられる。バケット３３は、前後方向に回動可能にアーム３２に取り付けられる。バケット３３は、アタッチメント３０の先端部である先端アタッチメントであり、土砂の、掘削、均し、すくい、などの作業を行う部分である。なお、バケット３３が保持する作業対象物は、土砂に限定されず、石でもよく、廃棄物（産業廃棄物など）でもよい。また、先端アタッチメントは、バケット３３に限られず、グラップルやリフティングマグネット等であってもよい。

シリンダ４０は、アタッチメント３０を油圧で回動させることが可能である。シリンダ４０は、油圧式の伸縮シリンダである。シリンダ４０は、ブームシリンダ４１と、アームシリンダ４２と、バケットシリンダ４３と、を備える。

ブームシリンダ４１は、上部旋回体２２に対してブーム３１を回動させる。ブームシリンダ４１の基端部は、上部旋回体２２に回動可能に取り付けられる。ブームシリンダ４１の先端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。

アームシリンダ４２は、ブーム３１に対してアーム３２を回動させる。アームシリンダ４２の基端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。アームシリンダ４２の先端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。

バケットシリンダ４３は、アーム３２に対してバケット３３を回動させる。バケットシリンダ４３の基端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。バケットシリンダ４３の先端部は、バケット３３に回動可能に取り付けられたリンク部材３４に、回動可能に取り付けられる。

また、作業機械１は、角度センサ５２と、傾斜角センサ６０と、を有している。

角度センサ５２は、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度を検出する。角度センサ５２は、例えば、エンコーダ、レゾルバ、又は、ジャイロセンサである。本実施形態では、上部旋回体２２の前方が下部走行体２１の前方と一致するときの上部旋回体２２の旋回角度を０°としている。

傾斜角センサ６０は、ブーム傾斜角センサ６１と、アーム傾斜角センサ６２と、バケット傾斜角センサ６３と、を備える。

ブーム傾斜角センサ６１は、ブーム３１に取り付けられ、ブーム３１の姿勢を検出する。ブーム傾斜角センサ６１は、水平線に対するブーム３１の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、ブーム傾斜角センサ６１は、ブームフットピン（ブーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、ブームシリンダ４１のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

アーム傾斜角センサ６２は、アーム３２に取り付けられ、アーム３２の姿勢を検出する。アーム傾斜角センサ６２は、水平線に対するアーム３２の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、アーム傾斜角センサ６２は、アーム連結ピン（アーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、アームシリンダ４２のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

バケット傾斜角センサ６３は、リンク部材３４に取り付けられ、バケット３３の姿勢を検出する。バケット傾斜角センサ６３は、水平線に対するバケット３３の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、バケット傾斜角センサ６３は、バケット連結ピン（バケット基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、バケットシリンダ４３のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

（作業機械の回路構成）
作業機械１の回路図である図２に示すように、作業機械１は、コントローラ１１と、記憶装置１３と、を有している。

コントローラ１１には、角度センサ５２が検出した、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度（姿勢）に関する情報が入力される。また、コントローラ１１には、ブーム傾斜角センサ６１が検出した、ブーム３１の姿勢に関する情報が入力される。また、コントローラ１１には、アーム傾斜角センサ６２が検出した、アーム３２の姿勢に関する情報が入力される。また、コントローラ１１には、バケット傾斜角センサ６３が検出した、バケット３３の姿勢に関する情報が入力される。

コントローラ（制御手段）１１には、一連の動作が一続きでティーチングされる。具体的には、キャブ２３内で作業機械１を操縦するオペレータにより、上部旋回体２２およびアタッチメント３０に対して一連の動作が一続きで行われる。上部旋回体２２およびアタッチメント３０が行った一連の動作が、コントローラ１１にティーチングされる。本実施の形態において、一連の動作は、土砂を掘削して排土する動作である。

一連の動作には、複数の動作フェーズが含まれる。作業機械１の上面図である図３に示すように、複数の動作フェーズは、掘削Ａ、持ち上げ旋回Ｂ、排土Ｃ、および、復帰旋回Ｄである。掘削Ａは、土砂ピット７１などから土砂を掬う動作フェーズである。持ち上げ旋回Ｂは、バケット３３で土砂を保持した状態で、バケット３３の先端がダンプカー７２の荷台などの上に位置するように、上部旋回体２２を旋回させる動作フェーズである。排土Ｃは、ダンプカー７２の荷台などに土砂を排土する動作フェーズである。復帰旋回Ｄは、排土後に、バケット３３の先端が土砂ピット７１などの上に位置するように、上部旋回体２２を旋回させる動作フェーズである。

作業機械１に対して、一連の動作を一続きでティーチングした場合、動作フェーズ毎にティーチングした場合に比べて、ティーチングに要する時間を削減することができる。

図２に戻って、記憶装置１３は、上記の一連の動作を記憶する。

また、コントローラ１１は、作業機械１を自動制御する。コントローラ１１は、一連の動作を上部旋回体２２およびアタッチメント３０が行うように、上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御する。つまり、作業機械１は自動運転される。具体的には、コントローラ１１は、角度センサ５２および傾斜角センサ６０の検出値に基づいて、旋回装置２４およびアタッチメント３０を自動で動作させる。

コントローラ（設定手段）１１は、ティーチングが行われる前に、動作フェーズに対応する作業エリアを設定する。本実施形態では、図３に示すように、掘削Ａに対応する作業エリア７３と、排土Ｃに対応する作業エリア７４とがそれぞれ設定される。

作業エリア７３の設定は、バケット３３の先端を作業エリア７３の四隅にそれぞれ位置させて、これらの位置を記憶することで行われる。作業エリア７４の設定についても同様である。バケット３３の先端の位置は、アタッチメント３０（ブーム３１、アーム３２、バケット３３）の長さと、アタッチメント３０の姿勢から算出される。

オペレータによって一連の動作がティーチングされているときに、コントローラ（判定手段）１１は、アタッチメント３０の位置、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作、並びに、アタッチメント３０の姿勢の少なくとも一つに基づいて、現在の動作フェーズを判定する。

具体的には、コントローラ（位置検出手段）１１は、アタッチメント３０の位置を検出する。より具体的には、コントローラ１１は、角度センサ５２および傾斜角センサ６０の検出値から、バケット３３の先端の位置を検出する。コントローラ１１は、作業エリア７３，７４とバケット３３の先端の位置との関係に基づいて、現在の動作フェーズを判定する。図３において、作業エリア７３内にバケット３３の先端が位置している場合には、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定される。また、作業エリア７４内にバケット３３の先端が位置している場合には、現在の動作フェーズが排土Ｃであると判定される。

上記の判定では、現在の動作フェーズが持ち上げ旋回Ｂであっても、作業エリア７３内にバケット３３の先端が位置していれば、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定されてしまう。復帰旋回Ｄについても同様である。

そこで、コントローラ（旋回判定手段）１１は、角度センサ５２の検出値から、上部旋回体２２が旋回しているか否かを判定する。コントローラ１１は、上部旋回体２２の旋回の有無に基づいて、現在の動作フェーズを判定する。上部旋回体２２が旋回していれば、現在の動作フェーズは、持ち上げ旋回Ｂまたは復帰旋回Ｄである。そして、現在の動作フェーズが、掘削Ａの次の動作フェーズであれば、現在の動作フェーズが持ち上げ旋回Ｂであると判定される。また、現在の動作フェーズが、排土Ｃの次の動作フェーズであれば、現在の動作フェーズが復帰旋回Ｄであると判定される。

ここで、動作フェーズの切り替わりの判定には、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が用いられる。切り替わり判定の説明図である図４に示すように、ティーチングが開始されると、開始信号は０から１に変化する。ティーチングは、掘削Ａ、持ち上げ旋回Ｂ、排土Ｃ、および、復帰旋回Ｄの順番で、一続きで行われる。

旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値１を超えると、動作フェーズが掘削Ａから持ち上げ旋回Ｂに切り替わったと判定される。続いて、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値２を下回ると、動作フェーズが持ち上げ旋回Ｂから排土Ｃに切り替わったと判定される。続いて、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値１を超えると、動作フェーズが排土Ｃから復帰旋回Ｄに切り替わったと判定される。続いて、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値２を下回ると、動作フェーズが復帰旋回Ｄから掘削Ａに切り替わったと判定される。

ここで、旋回角度の変化量は、旋回角度の移動平均の差分として求めてよい。具体的には、下記の式（１）を用いて、角加速度ａ_tを求める。この角加速度ａ_tの時間変化をプロットすれば、図４に示す旋回角度の変化量となる。ここで、Ｓ_tは、時刻ｔのときの旋回角度である。
a_t=Ave(S_t,S_t-1,・・・,S_t-N+1)-Ave(S_t-1,S_t-2,・・・,S_t-N) ・・・式（１）

また、旋回角度の変化量は、旋回角度の時間変化における傾きの差分として求めてもよい。具体的には、旋回角度の時間変化を示すグラフである図５に示すように、時刻ｔと、時刻ｔ＋１のときで、旋回角度をＮ個プロットし、その傾きＫ_t、Ｋ_t+1をそれぞれ求める。傾きは、最小二乗法で算出される。そして、傾きの差分の時間変化をプロットすれば、図４に示す旋回角度の変化量となる。

図２に戻って、コントローラ（分類手段）１１は、自身の判定結果に基づいて、一連の動作を動作フェーズ毎に分類する。具体的には、一連の動作が、掘削Ａ、持ち上げ旋回Ｂ、排土Ｃ、および、復帰旋回Ｄに分類される。上記のように、作業機械１に対して、一連の動作を一続きでティーチングした場合であっても、後から一連の動作を動作フェーズ毎に分類することができる。よって、例えば、動作フェーズ毎に適切な制御を行うことができる。

また、図３に示すように、作業エリア７３内にバケット３３の先端が位置している場合に、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定することができる。また、作業エリア７４内にバケット３３の先端が位置している場合に、現在の動作フェーズが排土Ｃであると判定することができる。これにより、一連の動作を動作フェーズ毎に好適に分類することができる。

また、掘削Ａの後に上部旋回体２２が旋回すれば、現在の動作フェーズが持ち上げ旋回Ｂであると判定することができる。また、排土Ｃの後に上部旋回体２２が旋回すれば、現在の動作フェーズが復帰旋回Ｄであると判定することができる。これにより、一連の動作を動作フェーズ毎に好適に分類することができる。

ここで、現在の動作フェーズが掘削Ａまたは排土Ｃであれば、ティーチング中に上部旋回体２２を旋回させることはないが、掘削Ａまたは排土Ｃ中に、誤って上部旋回体２２が旋回する場合がある。この場合、動作フェーズが持ち上げ旋回Ｂまたは復帰旋回Ｄに切り替わったと判定される恐れがある。そこで、コントローラ（姿勢検出手段）１１は、傾斜角センサ６０の検出値から、アタッチメント３０の姿勢を検出する。

ここで、現在の動作フェーズが掘削Ａ（特定フェーズ）の場合、コントローラ１１は、アタッチメント３０の高さを検出する。具体的には、バケット３３の先端の高さが検出される。

作業機械１の側面図である図６に示すように、バケット３３で土砂を掘削する際に、バケット３３の先端の高さは所定高さＥよりも低くなる。コントローラ１１は、バケット３３の先端の高さに基づいて、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定する。具体的には、バケット３３の先端の高さが所定高さＥよりも低い場合に、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定される。

また、現在の動作フェーズが掘削Ａ（特定フェーズ）の場合、コントローラ１１は、アタッチメント３０の角度を検出する。具体的には、バケット３３の対地角度が検出される。

アタッチメント３０の側面図である図７に示すように、バケット３３で土砂を掘削する際に、バケット３３の対地角度は２７０°以下になる。ここで、バケット３３の対地角度は、鉛直方向からバケット３３のつま先が向く方向までの角度であり、鉛直方向を０°とする。図７では、バケット３３の対地角度が２７０°の状態を図示している。コントローラ１１は、バケット３３の対地角度に基づいて、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定する。

また、現在の動作フェーズが排土Ｃ（特定フェーズ）の場合にも、コントローラ１１は、バケット３３の対地角度を検出する。図７に示すように、バケット３３から排土する際に、バケット３３の対地角度は２７０°以下になる。コントローラ１１は、バケット３３の対地角度に基づいて、現在の動作フェーズが排土Ｃであると判定する。

上記のように、バケット３３の先端の高さ、および、バケット３３の対地角度の少なくとも一方に基づいて、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定されると、掘削判定がＯＮにされる。掘削判定がＯＮの間は、上部旋回体２２が旋回しても、現在の動作フェーズが掘削Ａであるとの判定が継続される。

また、上記のように、バケット３３の対地角度に基づいて、現在の動作フェーズが排土Ｃであると判定されると、排土判定がＯＮにされる。排土判定がＯＮの間は、上部旋回体２２が旋回しても、現在の動作フェーズが排土Ｃであるとの判定が継続される。

このように、バケット３３の先端の高さや、バケット３３の対地角度に基づいて、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定することができる。これにより、一連の動作の中から掘削Ａを好適に分類することができる。

また、バケット３３の対地角度に基づいて、現在の動作フェーズが排土Ｃであると判定することができる。これにより、一連の動作の中から排土Ｃを好適に分類することができる。

ここで、現在の動作フェーズが持ち上げ旋回Ｂまたは復帰旋回Ｄであれば、ティーチング中に上部旋回体２２の旋回を途中で止めることはないが、持ち上げ旋回Ｂまたは復帰旋回Ｄ中に、誤って上部旋回体２２の旋回が止まる場合がある。この場合、動作フェーズが掘削Ａまたは排土Ｃに切り替わったと判定される恐れがある。しかし、このような場合においても、バケット３３の対地角度が検出されることで、現在の動作フェーズが持ち上げ旋回Ｂまたは復帰旋回Ｄであると判定される。つまり、バケット３３の対地角度が２７０°よりも大きければ、現在の動作フェーズが掘削Ａまたは排土Ｃでないと判定される。

図２に戻って、コントローラ（変更可否分類手段）１１は、自身が分類した動作フェーズを、変更可能フェーズと、変更不能フェーズとに分類する。変更可能フェーズは、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作をティーチングされた内容から変更可能な動作フェーズである。一方、変更不能フェーズは、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作をティーチングされた内容から変更不能な動作フェーズである。

コントローラ１１は、自動運転時に、変更可能フェーズにおいて、ティーチングされた内容から変更された内容で、上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御する場合がある。具体的には、ティーチング後に、適切な制御を行うことを目的として、変更可能フェーズにおいて、バケット３３の先端の経路や、アタッチメント３０の旋回速度など、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動きを補正する場合がある。この場合、変更可能フェーズにおいて、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動きを効率化することができる。

一方、コントローラ１１は、自動運転時に、変更不能フェーズにおいて、ティーチングされた内容が再現されるように、上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御する。

本実施形態において、変更可能フェーズは、掘削Ａおよび排土Ｃであり、変更不能フェーズは、持ち上げ旋回Ｂおよび復帰旋回Ｄである。一連の動作のティーチング時に、持ち上げ旋回Ｂや復帰旋回Ｄにおいて、障害物を回避する動きや、最適な経路に沿う動きがティーチングされていた場合には、自動運転時に、持ち上げ旋回Ｂや復帰旋回Ｄにおいて、これらの動きが再現される。そのため、このような場合には、安全な自動運転や、効率的な自動運転を行うことができる。

また、作業機械１の上面図である図８に示すように、コントローラ（不変エリア設定手段）１１は、ティーチングが行われる前に、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作範囲内に、不変エリア７７を設定する。不変エリア７７は、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作をティーチングされた内容から変更不能なエリアである。

コントローラ１１は、自動運転時に、不変エリア７７以外のエリアにおいて、ティーチングされた内容から変更された内容で、上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御する場合がある。具体的には、ティーチング後に、適切な制御を行うことを目的として、不変エリア７７以外のエリアにおいて、バケット３３の先端の経路や、アタッチメント３０の旋回速度など、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動きを補正する場合がある。この場合、不変エリア７７以外のエリアにおいて、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動きを効率化することができる。

一方、コントローラ１１は、自動運転時に、不変エリア７７において、ティーチングされた内容が再現されるように、上部旋回体２２およびアタッチメント３０を制御する。

本実施形態において、不変エリア７７は、持ち上げ旋回Ｂおよび復帰旋回Ｄの動作範囲内に設定される。一連の動作のティーチング時に、不変エリア７７において、障害物を回避する動きや、最適な経路に沿う動きがティーチングされていた場合には、自動運転時に、不変エリア７７において、これらの動きが再現される。そのため、このような場合には、安全な自動運転や、効率的な自動運転を行うことができる。

（作業機械の動作）
次に、動作フェーズ分類処理のフローチャートである図９を参照して、作業機械１の動作を説明する。動作フェーズ分類処理は、ティーチングと同時並行で行われる。

まず、コントローラ１１は、ティーチングが開始されたか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、ティーチングが開始されていないと判定した場合には（Ｓ１：ＮＯ）、コントローラ１１は、ステップＳ１を繰り返す。一方、ステップＳ１において、ティーチングが開始されたと判定した場合には（Ｓ１：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、現在の動作が掘削中であると判定する（ステップＳ２）。つまり、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定する。

次に、コントローラ１１は、掘削判定がＯＮか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、掘削判定がＯＮであると判定した場合には（Ｓ３：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、ステップＳ２に戻る。掘削判定がＯＮである間は、上部旋回体２２が旋回しても、掘削Ａが終了したと判定されることはない。一方、ステップＳ３において、掘削判定がＯＮでないと判定した場合には（Ｓ３：ＮＯ）、コントローラ１１は、図４に示す旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値１を超えたか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値１を超えていないと判定した場合には（Ｓ４：ＮＯ）、コントローラ１１は、ステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ４において、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値１を超えたと判定した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、現在の動作が持ち上げ旋回中であると判定する（ステップＳ５）。つまり、現在の動作フェーズが持ち上げ旋回Ｂであると判定する。

次に、コントローラ１１は、図４に示す旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値２を下回ったか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６において、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値２を下回っていないと判定した場合には（Ｓ６：ＮＯ）、コントローラ１１は、ステップＳ５に戻る。一方、ステップＳ６において、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値２を下回ったと判定した場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、バケット３３の先端が図３に示す作業エリア７４内に位置しているか否かを判定する（ステップＳ７）。

ステップＳ７において、バケット３３の先端が図３に示す作業エリア７４内に位置していないと判定した場合には（Ｓ７：ＮＯ）、コントローラ１１は、ステップＳ５に戻る。一方、ステップＳ７において、バケット３３の先端が図３に示す作業エリア７４内に位置していると判定した場合には（Ｓ７：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、現在の動作が排土中であると判定する（ステップＳ８）。つまり、現在の動作フェーズが排土Ｃであると判定する。

次に、コントローラ１１は、排土判定がＯＮか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９において、排土判定がＯＮであると判定した場合には（Ｓ９：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、ステップＳ８に戻る。排土判定がＯＮである間は、上部旋回体２２が旋回しても、排土Ｃが終了したと判定されることはない。一方、ステップＳ９において、排土判定がＯＮでないと判定した場合には（Ｓ９：ＮＯ）、コントローラ１１は、図４に示す旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値１を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０）。

ステップＳ１０において、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値１を超えていないと判定した場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、コントローラ１１は、ステップＳ８に戻る。一方、ステップＳ１０において、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値１を超えたと判定した場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、現在の動作が復帰旋回中であると判定する（ステップＳ１１）。つまり、現在の動作フェーズが復帰旋回Ｄであると判定する。

次に、コントローラ１１は、図４に示す旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値２を下回ったか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値２を下回っていないと判定した場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、コントローラ１１は、ステップＳ１１に戻る。一方、ステップＳ１２において、旋回装置２４のパイロット圧、または、旋回角度の変化量が閾値２を下回ったと判定した場合には（Ｓ１２：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、バケット３３の先端が図３に示す作業エリア７３内に位置しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３において、バケット３３の先端が図３に示す作業エリア７３内に位置していないと判定した場合には（Ｓ１３：ＮＯ）、コントローラ１１は、ステップＳ１１に戻る。一方、ステップＳ１３において、バケット３３の先端が図３に示す作業エリア７３内に位置していると判定した場合には（Ｓ１３：ＹＥＳ）、コントローラ１１は、復帰旋回Ｄが終了したと判定して、フローを終了する。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る作業機械１によれば、アタッチメント３０の位置、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作、並びに、アタッチメント３０の姿勢の少なくとも一つに基づいて、現在の動作フェーズが判定される。そして、その判定結果に基づいて、一連の動作が複数の動作フェーズに分類される。作業機械１に対して、一連の動作を一続きでティーチングした場合、動作フェーズ毎にティーチングした場合に比べて、ティーチングに要する時間を削減することができる。そして、作業機械１に対して、一連の動作を一続きでティーチングした場合であっても、後から一連の動作を動作フェーズ毎に分類することができる。よって、例えば、動作フェーズ毎に適切な制御を行うことができる。

また、作業エリア７３，７４とアタッチメント３０の位置との関係に基づいて、現在の動作フェーズが判定される。ある作業エリア７３，７４内にバケット３３の先端が位置している場合に、現在の動作フェーズが、その作業エリア７３，７４に対応する動作フェーズであると判定することができる。これにより、一連の動作を動作フェーズ毎に好適に分類することができる。

また、上部旋回体２２の旋回の有無に基づいて、現在の動作フェーズが判定される。例えば、一連の動作に含まれる動作フェーズが、掘削Ａ、持ち上げ旋回Ｂ、排土Ｃ、および、復帰旋回Ｄである場合に、掘削Ａの後に上部旋回体２２が旋回すれば、現在の動作フェーズが持ち上げ旋回Ｂであると判定することができる。これにより、一連の動作を動作フェーズ毎に好適に分類することができる。

また、アタッチメント３０の姿勢に基づいて、現在の動作フェーズが特定フェーズであると判定される。例えば、一連の動作に含まれる動作フェーズが、掘削Ａ、持ち上げ旋回Ｂ、排土Ｃ、および、復帰旋回Ｄであり、特定フェーズが掘削Ａである場合に、アタッチメント３０の姿勢（例えばバケット３３の高さや角度）に基づいて、現在の動作フェーズが掘削Ａであると判定することができる。これにより、一連の動作の中から特定フェーズを好適に分類することができる。

また、特定フェーズが、アタッチメント３０で土砂を掘削する動作フェーズであり、バケット３３の先端の高さに基づいて、現在の動作フェーズが特定フェーズであると判定される。これにより、一連の動作の中から特定フェーズを好適に分類することができる。

また、特定フェーズが、アタッチメント３０で土砂を掘削する動作フェーズ、または、アタッチメント３０から土砂を放出する動作フェーズであり、バケット３３の角度に基づいて、現在の動作フェーズが特定フェーズであると判定される。これにより、一連の動作の中から特定フェーズを好適に分類することができる。

また、動作フェーズが、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作をティーチングされた内容から変更可能な変更可能フェーズと、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作をティーチングされた内容から変更不能な変更不能フェーズとに分類される。そして、変更不能フェーズにおいて、ティーチングされた内容が再現されるように、上部旋回体２２およびアタッチメント３０が制御される。一連の動作のティーチング時に、変更不能フェーズにおいて、障害物を回避する動きや、最適な経路に沿う動きがティーチングされていた場合には、自動運転時に、変更不能フェーズにおいて、これらの動きが再現される。そのため、このような場合には、安全な自動運転や、効率的な自動運転を行うことができる。

また、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作範囲内に、上部旋回体２２およびアタッチメント３０の動作をティーチングされた内容から変更不能な不変エリア７７が設定される。そして、不変エリア７７において、ティーチングされた内容が再現されるように、上部旋回体２２およびアタッチメント３０が制御される。一連の動作のティーチング時に、不変エリア７７において、障害物を回避する動きや、最適な経路に沿う動きがティーチングされていた場合には、自動運転時に、不変エリア７７において、これらの動きが再現される。そのため、このような場合には、安全な自動運転や、効率的な自動運転を行うことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 作業機械
１１ コントローラ（制御手段、判定手段、分類手段、設定手段、位置検出手段、旋回判定手段、姿勢検出手段、変更可否分類手段、不変エリア設定手段）
１３ 記憶装置
２１ 下部走行体
２２ 上部旋回体
２３ キャブ
２４ 旋回装置
２５ 機械本体
３０ アタッチメント
３１ ブーム
３２ アーム
３３ バケット
３４ リンク部材
４０ シリンダ
４１ ブームシリンダ
４２ アームシリンダ
４３ バケットシリンダ
５２ 角度センサ
６０ 傾斜角センサ
６１ ブーム傾斜角センサ
６２ アーム傾斜角センサ
６３ バケット傾斜角センサ
７１ 土砂ピット
７２ ダンプカー
７３，７４ 作業エリア
７７ 不変エリア

Claims (8)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
   前記上部旋回体に回動可能に取り付けられたアタッチメントと、
   複数の動作フェーズを含む一連の動作であって、前記上部旋回体および前記アタッチメントが行った前記一連の動作がティーチングされる制御手段と、
   前記アタッチメントの位置、前記上部旋回体および前記アタッチメントの動作、並びに、前記アタッチメントの姿勢の少なくとも一つに基づいて、現在の前記動作フェーズを判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果に基づいて、前記一連の動作を前記動作フェーズ毎に分類する分類手段と、
   を有することを特徴とする作業機械。
2. 前記動作フェーズに対応する作業エリアを設定する設定手段と、
   前記アタッチメントの位置を検出する位置検出手段と、
   を有し、
   前記判定手段は、前記作業エリアと前記アタッチメントの位置との関係に基づいて、現在の前記動作フェーズを判定することを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
3. 前記上部旋回体が旋回しているか否かを判定する旋回判定手段を有し、
   前記判定手段は、前記上部旋回体の旋回の有無に基づいて、現在の前記動作フェーズを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機械。
4. 複数の前記動作フェーズには、特定フェーズが含まれ、
   前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出手段を有し、
   前記判定手段は、前記アタッチメントの姿勢に基づいて、現在の前記動作フェーズが前記特定フェーズであると判定することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機械。
5. 前記特定フェーズは、前記アタッチメントで土砂を掘削する前記動作フェーズであり、
   前記姿勢検出手段は、前記アタッチメントの高さを検出し、
   前記判定手段は、前記アタッチメントの高さに基づいて、現在の前記動作フェーズが前記特定フェーズであると判定することを特徴とする請求項４に記載の作業機械。
6. 前記特定フェーズは、前記アタッチメントで土砂を掘削する前記動作フェーズ、または、前記アタッチメントから土砂を放出する前記動作フェーズであり、
   前記姿勢検出手段は、前記アタッチメントの角度を検出し、
   前記判定手段は、前記アタッチメントの角度に基づいて、現在の前記動作フェーズが前記特定フェーズであると判定することを特徴とする請求項４に記載の作業機械。
7. 前記分類手段によって分類された前記動作フェーズを、変更可能フェーズと、変更不能フェーズとに分類する変更可否分類手段を有し、
   前記変更可能フェーズは、前記上部旋回体および前記アタッチメントの動作を前記ティーチングされた内容から変更可能な前記動作フェーズであり、
   前記変更不能フェーズは、前記上部旋回体および前記アタッチメントの動作を前記ティーチングされた内容から変更不能な前記動作フェーズであり、
   前記制御手段は、前記変更不能フェーズにおいて、前記ティーチングされた内容が再現されるように、前記上部旋回体および前記アタッチメントを制御することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の作業機械。
8. 前記上部旋回体および前記アタッチメントの動作範囲内に、前記上部旋回体および前記アタッチメントの動作を前記ティーチングされた内容から変更不能な不変エリアを設定する不変エリア設定手段を有し、
   前記制御手段は、前記不変エリアにおいて、ティーチングされた内容が再現されるように、前記上部旋回体および前記アタッチメントを制御することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の作業機械。

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