JP2023137156A - 作業機械 - Google Patents

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慎也 笠井
Shinya Kasai
秀一 森木
Shuichi Moriki
慶幸 土江
Yoshiyuki Tsuchie
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Abstract

Figure 2023137156000001
【課題】オペレータがカメラ映像を確認しながら作業を行っていても作業を阻害せずに外界認識装置の汚れを洗浄して認識性能を保つことができる作業機械を提供する。
【解決手段】洗浄制御装置100は、油圧ショベル1の作業状態を認識する状態認識部102と、状態認識部102が認識した油圧ショベル1の作業状態に基づいて外界認識装置の洗浄可否を判断する洗浄許可判断部103と、洗浄許可判断部103の判断結果に応じて洗浄装置101a~101eに対して外界認識装置を自動洗浄する洗浄指令を出力する自動洗浄指令部104と、を備える。
【選択図】図5

Description

本発明は、作業機械に関する。
作業機械の周辺環境をセンシングする技術がある。従来、作業機械のオペレータ(操縦者)は運転席からの自身の視野のみで操作していたが、更なる作業効率や安全性の向上のために、作業機械に外界認識装置が搭載され、操縦者は外界認識装置によって取得された周辺情報によって肉眼では確認できない情報も認識しながら作業機械を操縦することが可能になった。また、操縦者は作業機械から離れた遠隔地から作業機械に搭載された外界認識装置によって取得された周辺情報を認識しながら作業機械を操縦(遠隔操縦)することも可能になった。それに伴い、外界認識装置の清掃といった保守管理も必要になった。
例えば特許文献1には、外界認識装置をカメラとし、作業機械後方の視覚情報を操縦者に提供する。更にカメラを自動洗浄する装置も併せて搭載することで、オペレータが洗浄のために作業を中断することなく視界の悪化を防止する技術が開示されている。
特許第6169509号公報
しかし、特許文献1では、自動洗浄中のカメラの映像を、作業中のオペレータが目視していた場合、洗浄液等がカメラに付着することで洗浄行為自体がオペレータの視界の妨げとなり、作業を中断させてしまうという課題がある。
本発明は、上記課題を鑑みて解決することを目的として創作されたものであり、オペレータがカメラ映像を確認しながら作業を行っていても作業を阻害せずに外界認識装置の汚れを洗浄して認識性能を保つことができる作業機械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、本発明の作業機械は、外界認識装置と、前記外界認識装置を洗浄する洗浄装置と、前記洗浄装置に対して前記外界認識装置を自動洗浄するための洗浄指令を出力する洗浄制御装置と、を備える作業機械において、前記洗浄制御装置は、前記作業機械の作業状態を認識する状態認識部と、前記状態認識部が認識した前記作業機械の作業状態に基づいて前記外界認識装置の洗浄可否を判断する洗浄許可判断部と、前記洗浄許可判断部の判断結果に応じて前記洗浄装置に対して前記外界認識装置を自動洗浄する洗浄指令を出力する自動洗浄指令部と、を有することを特徴とする。
本発明により、オペレータが作業中であっても作業を阻害せずに外界認識装置の汚れを洗浄して認識性能を保つことが可能となる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
油圧ショベルおよび遠隔操縦システムの構成図。 油圧ショベルの制御コントローラを油圧駆動装置と共に示す図。 電磁弁ユニットの詳細図。 電子機器のハードウェア構成図。 第1実施形態に係る洗浄制御装置の機能ブロック図。 第1実施形態に係る洗浄許可判断演算処理フロー。 第2実施形態に係る洗浄制御装置の機能ブロック図。 第2実施形態に係る洗浄許可判断演算処理フロー。 第3実施形態に係る洗浄制御装置の機能ブロック図。 第3実施形態に係る洗浄許可判断演算処理フロー。 第4実施形態に係る洗浄制御装置の機能ブロック図。 第4実施形態に係る洗浄許可判断演算処理フロー。 第5実施形態に係る洗浄制御装置の機能ブロック図。 第5実施形態に係る洗浄許可判断演算処理フロー。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本稿の以下の説明では、遠隔操縦対象として、図1のように作業装置の先端の作業具としてバケット8を備える油圧ショベルを例示する。なお、例えば複数のリンク部材(アタッチメント、アーム、ブーム等)を連結して構成される多関節型の作業装置を有するものであれば、油圧ショベル以外の作業機械への適用も可能である。
また、本稿の以下の説明では、同一の構成要素が複数存在する場合、符号(数字)の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば、左右1つずつの走行油圧モータ4a、4bが存在するとき、これらをまとめて走行油圧モータ4と表記することがある。
[第1実施形態]
<基本構成>
図1は、本発明の第1実施形態に係る作業機械1の遠隔操縦の例を示す図である。遠隔操縦は、遠隔操縦室200から作業機械1を遠隔操作する。本実施形態においては、作業機械1が油圧ショベルであることとする。図2は、本発明の実施形態に係る油圧ショベル1の制御コントローラを油圧駆動装置と共に示す図であり、図3は、図2中の電磁弁ユニット160の詳細図である。
図1において、油圧ショベル1は、多関節型の作業フロント2と、走行体3で構成されている。走行体3は、左右の走行油圧モータ4a、4b(走行右油圧モータ4a、走行左油圧モータ4b)により走行する下部走行部3aと、下部走行部3aの上に取り付けられ、旋回油圧モータ5により旋回する上部旋回部3bとからなる。作業フロント2は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材(ブーム6、アーム7及びバケット8)を連結して構成されている。
ブーム6の基端は上部旋回部3bの前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム6の先端にはアームピンを介してアーム7が回動可能に連結されており、アーム7の先端にはバケットピンを介してバケット8が回動可能に連結されている。ブーム6はブームシリンダ61によって駆動され、アーム7はアームシリンダ71によって駆動され、バケット8はバケットシリンダ81によって駆動される。ブーム6、アーム7、バケット8の回動を測定可能にするため、ブームピンにブーム角度センサ62、アームピンにアーム角度センサ72、バケットリンク9にバケット角度センサ82が取り付けられ、上部旋回部3bには基準面(例えば水平面)に対する上部旋回部3bの傾斜角を検出する車体傾斜角センサ31が取り付けられている。なお、角度センサ62、72、82はそれぞれ基準面(例えば水平面)に対する角度センサに代替可能である。上部旋回部3bと下部走行部3aの相対角度を測定可能なように旋回中心軸に旋回角度センサ32が取り付けられている。上部旋回部3bに設けられた運転室12内には、油圧ショベル1を操作するための操作装置10が設置されている。
操作装置10は、ブームシリンダ61(ブーム6)及びバケットシリンダ81(バケット8)を操作するための操作右レバー10aと、アームシリンダ71(アーム7)及び旋回油圧モータ5(上部旋回部3b)を操作するための操作左レバー10bと、走行右油圧モータ4a(下部走行部3a)を操作するための走行右レバー10cと、走行左油圧モータ4b(下部走行部3a)を操作するための走行左レバー10dと、から構成される。また以下では、操作右レバー10a、操作左レバー10b、走行右レバー10cおよび走行左レバー10dを操作装置10と総称する場合もある。
上部旋回部3bに搭載された原動機であるエンジン11は、図2に示すように、油圧ポンプ20a、20bとパイロットポンプ30を駆動する。油圧ポンプ20a、20bはレギュレータ20aa、20baによって容量が制御される可変容量型ポンプであり、パイロットポンプ30は固定容量型ポンプである。油圧ポンプ20およびパイロットポンプ30はタンク170より作動油を吸引する。本実施形態においては、制御装置である制御コントローラ40から出力された制御信号が、レギュレータ20aa、20baに入力される。レギュレータ20aa、20baの詳細構成は省略するが、油圧ポンプ20a、20bの吐出流量が当該制御信号に応じて制御される。パイロットポンプ30の吐出配管であるポンプライン143はロック弁39を通った後、電磁弁ユニット160内の各電磁比例弁に接続している。ロック弁39は本例では電磁切換弁であり、その電磁駆動部は運転室12(図1)に配置されたゲートロックレバー位置検出器105(図5)と電気的に接続している。ゲートロックレバーのポジションはゲートロックレバー位置検出器105で検出され、そのゲートロックレバー位置検出器105からロック弁39に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁39が閉じてポンプライン143が遮断され、ロック解除位置にあればロック弁39が開いてポンプライン143が開通する。つまり、ポンプライン143が遮断された状態では操作装置10による操作が無効化され、走行、旋回、掘削等の動作が禁止される。操作装置10は、電気レバー方式であり、オペレータの操作量と操作方向に応じた電気信号を発生させる。このように発生した電気信号は制御コントローラ40に入力され、操作装置10に入力された操作に応じた電磁比例弁54~59(図3参照、57~59は不図示)を駆動させるべく、制御コントローラ40は電磁弁ユニット160に電気信号を出力する。この電気信号はパイロットライン144a~149bを介して油圧駆動部150a~155bに入力される。油圧ポンプ20から吐出された圧油は、入力された電気信号に応じて動作する流量制御弁15a、15b、15c、15d、15e、15f(図2または図3)を介して走行右油圧モータ4a、走行左油圧モータ4b、旋回油圧モータ5、ブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81に供給される。供給された圧油によってブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81が伸縮することで、ブーム6、アーム7、バケット8がそれぞれ回動し、バケット8の位置及び姿勢が変化する。また、供給された圧油によって旋回油圧モータ5が回転することで、下部走行部3aに対して上部旋回部3bが旋回する。そして、供給された圧油によって走行右油圧モータ4a、走行左油圧モータ4bが回転することで、下部走行部3aが走行する。
ブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81には、そのシリンダ圧が検出できるように負荷検出装置16a~16fが備えられる。本実施形態では、負荷検出装置16は圧力センサであり、ブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81のそれぞれのボトム側の圧力とロッド側の圧力を検出し、電気信号として制御コントローラ40へ出力する。
図1に示すように、油圧ショベル1には、通信装置90、車載カメラ91a、91b、LiDAR92a~92cが搭載されている。車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cは、油圧ショベル1の周辺環境をセンシングする(言い換えると、油圧ショベル1の周辺情報ないし外界情報を取得する)外界認識装置を構成している。
通信装置90は、ネットワークを介して油圧ショベル1と遠隔操縦室200を接続する。通信装置90は、車載カメラ91a、91bからのカメラ映像や、LiDAR92a~92cの検出情報や、各センサ(角度センサ62、72、82、32および負荷検出装置16a~16f)からの車体情報を遠隔操縦室200の通信装置205へ送信し、遠隔操縦室200の通信装置205からの制御信号を受信して操作装置10へ伝送する。
車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cは、検出精度(認識精度)を保守するための洗浄制御装置100と洗浄装置101a~101eを備える。
洗浄装置101a~101eは、車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cをそれぞれ洗浄するためのものである。洗浄装置101a~101eは、洗浄制御装置100から出力される制御指令(洗浄指令)を受信して動作することにより、車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cをそれぞれ自動洗浄する。
洗浄制御装置100は、洗浄装置101a~101eに対して制御指令(洗浄指令)を出力することで、洗浄装置101a~101eの動作状態(自動洗浄の有無)を制御し、車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cを洗浄する。ここで、車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cはそれぞれ、作業の中断が発生しないように適切なタイミングで洗浄することが要求される。
そのため、洗浄制御装置100は、油圧ショベル1の作業状態を取得し、取得した油圧ショベル1の作業状態に応じて車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cの洗浄可否(許可・禁止)を判断する。洗浄制御装置100は、判断結果に応じた(具体的には、洗浄可否判断で洗浄許可と判断した)車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cに付随した洗浄装置101a~101eに対して制御指令(洗浄指令)を出力することで、洗浄装置101a~101eのそれぞれの動作状態(自動洗浄の有無)を制御する(詳細は後で説明)。
遠隔操縦室200は、油圧ショベル1と通信および処理機能を有する電子機器201と、映像を表示する表示装置202と、ブームシリンダ61(ブーム6)及びバケットシリンダ81(バケット8)を操作するための操作右レバー203aと、アームシリンダ71(アーム7)及び旋回油圧モータ5(上部旋回部3b)を操作するための操作左レバー203bと、走行右油圧モータ4a(下部走行部3a)を操作するための走行右レバー203cと、走行左油圧モータ4b(下部走行部3a)を操作するための走行左レバー203dと、操縦席204と、通信装置205と、から構成される。また以下では、操作右レバー203a、操作左レバー203b、走行右レバー203cおよび走行左レバー203dを遠隔操縦装置203と総称する場合もある。遠隔操縦装置203は、電子機器201に操作信号を入力し、電子機器201は、通信装置205を介して油圧ショベル1に搭載された通信装置90へ(操作量と操作方向に応じた)制御信号を伝送する。表示装置202は、電子機器201からの映像を表示する。操縦席204のオペレータは、表示装置202に表示される映像を確認しながら遠隔操縦装置203によって油圧ショベル1を操縦することができる。
<電磁弁ユニット(フロント制御用油圧ユニット)160>
図3に示すように、電磁弁ユニット(図3ではフロント制御用油圧ユニット部分のみを表示)160は、一次ポート側がポンプライン143を介してパイロットポンプ30に接続され、パイロットポンプ30からのパイロット圧を減圧してパイロットライン144a~146bに出力する電磁比例弁54a~56bと、図3では紙面の都合上省略しているが、同様にパイロットポンプ30からのパイロット圧を減圧してパイロットライン147a~149bに出力する電磁比例弁57a~59bを備えている。
電磁比例弁54a~59bは、非通電時には開度が最小で、制御コントローラ40からの制御信号である電流を増大させるほど開度は大きくなる。このように各電磁比例弁54a~59bの開度は制御コントローラ40からの制御信号に応じたものとなる。
上記のように構成される電磁弁ユニット160において、制御コントローラ40から制御信号を出力して電磁比例弁54a~59bを駆動すると、対応する操作装置10のオペレータ操作が無い場合にもパイロット圧を発生できるので、各アクチュエータ(4、5、61、71、81)の動作を強制的に発生できる。
<電子機器201>
図4は、本実施形態に係る電子機器201が備えるシステム構成図である。図4において、電子機器201は、通信インターフェース部211と、プロセッサである中央処理装置(CPU)212と、記憶装置であるリードオンリーメモリ(ROM)213及びランダムアクセスメモリ(RAM)214と、入力インターフェース部215と、出力インターフェース部216とを有している。
通信インターフェース部211は、通信装置205を介して油圧ショベル1に搭載された通信装置90に対して信号を送受信する。通信インターフェース部211は、油圧ショベル1の車載カメラ91a、91bのカメラ映像、LiDAR92a~92cの認識情報と車体情報を受信して、CPU212に対して入力する。また、通信インターフェース部211は、遠隔操縦装置203からの制御信号を通信装置90へ送信する。
CPU212は、ROM213に記憶された制御プログラムに基づいて、通信インターフェース部211、ROM213とRAM214から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。ROM213は、後述するフローチャートに係る処理を含めた制御内容を実行するための制御プログラムと、当該フローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体である。
入力インターフェース部215は、遠隔操縦装置203からの制御信号を入力信号として受け取り、通信インターフェース部211へ出力する。
出力インターフェース部216は、CPU212での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を表示装置202の画面上に表示させる。
<洗浄制御装置100>
図5は、本実施形態に係る洗浄制御装置100が備えるシステム構成図である。図5において、洗浄制御装置100は、状態認識部102と、洗浄許可判断部103と、自動洗浄指令部104とを有している。
状態認識部102は、ゲートロックレバー位置検出器105の信号を受け取り、ゲートロックレバーがロック位置にあるかロック解除位置にあるかに応じて、状態が切り替わった場合に、その状態を洗浄許可判断部103へ出力する。
洗浄許可判断部103は、状態認識部102のゲートロックレバー位置遷移信号を受け取り、外界認識装置の洗浄を許可するか禁止するかを判断する。洗浄許可判断部103は、判断した結果を自動洗浄指令部104へ出力する。洗浄許可判断部103で行う判断の詳細は後述する。
自動洗浄指令部104は、洗浄制御装置100の起動時から一定周期ごとに洗浄フラグを生成するとともに、洗浄許可判断部103の信号(後述の洗浄許可信号又は洗浄禁止信号)を受け取り、洗浄フラグが真かつ洗浄許可判断が許可であった場合に、洗浄装置101a~101eに対する洗浄指令を出力する。一方で、洗浄フラグが偽または洗浄許可判断が禁止であった場合には、洗浄指令を出力しない。自動洗浄指令部104は、これ以外にも、例えば特許文献1に記載の自動洗浄手段であっても良い。
<洗浄許可判断部103の演算フロー>
本実施形態の洗浄制御装置100の洗浄許可判断部103で実施される演算フローを図6に示す。この制御フローは、図4で示す状態認識部102の信号が入力されることで実施される。
S600では、状態認識部102からの入力信号を検出し、S610に進む。
S610では、S600で検出した入力信号がゲートロックレバーのロック位置状態を示す信号であるならば、S620に進む。それ以外であれば、S630に進む。
S620では、外界認識装置の洗浄許可と判断し、洗浄許可信号を自動洗浄指令部104に送信して処理を終了する。
S630では、外界認識装置の洗浄禁止と判断し、洗浄禁止信号を自動洗浄指令部104に送信して処理を終了する。
<動作・効果>
上記のように、本実施形態の油圧ショベル(作業機械)1において、前記洗浄制御装置100は、前記油圧ショベル(作業機械)1の作業状態を認識(取得)する状態認識部102と、前記状態認識部102が認識した前記油圧ショベル(作業機械)1の作業状態に基づいて前記外界認識装置の洗浄可否を判断する洗浄許可判断部103と、前記洗浄許可判断部103の判断結果に応じて前記洗浄装置101a~101eに対して前記外界認識装置を自動洗浄する洗浄指令を出力する自動洗浄指令部104と、を備える。
また、前記状態認識部102は、前記油圧ショベル(作業機械)1のゲートロックレバーの信号を取得し、前記洗浄許可判断部103は、前記ゲートロックレバーがロック位置状態の場合、前記外界認識装置を洗浄許可と判断する。
上記のように構成される油圧ショベル(作業機械)1の遠隔操縦システムにおいて、ゲートロックレバーがロック位置状態である場合、自動洗浄は許可され、外界認識装置の車載カメラ91a、91bおよびLiDAR92a~92cは洗浄装置101a~101eにより自動洗浄される。ゲートロックレバーがロック位置状態でない場合、自動洗浄は禁止され、外界認識装置の車載カメラ91a、91bおよびLiDAR92a~92cは洗浄装置101a~101eにより自動洗浄されない。これにより、遠隔オペレータは自動洗浄による中断無しで作業することができる。すなわち、遠隔オペレータが作業中であっても作業を阻害せずに外界認識装置の汚れを洗浄して認識性能を保つことが可能となる。
[第2実施形態]
第2実施形態について、図7、図8を用いて説明する。
<洗浄制御装置100>
第1実施形態と異なり、本実施形態の洗浄制御装置100の状態認識部702は、操作右レバー203a、操作左レバー203b、走行右レバー203cおよび走行左レバー203dの信号を取得できるように構成されている。図7は、本実施形態に係る洗浄制御装置100が備えるシステム構成図である。
状態認識部702は、操作右レバー203a、操作左レバー203b、走行右レバー203cおよび走行左レバー203dの信号を受け取り、ニュートラル状態か非ニュートラル状態かの状態信号を洗浄許可判断部703へ出力する。
洗浄許可判断部703は、状態認識部702の各レバーの状態信号を受け取り、外界認識装置の洗浄を全て許可するか、一部許可するか(一部禁止するか)、全て禁止するかを判断する。洗浄許可判断部703は、判断した結果を自動洗浄指令部104へ出力する。洗浄許可判断部703で行う判断の詳細は後述する。
<洗浄許可判断部703の演算フロー>
本実施形態の洗浄制御装置100の洗浄許可判断部703で実施される演算フローを図8に示す。この制御フローは、図7で示す状態認識部702の信号が入力されることで実施される。
S800では、状態認識部702からのレバー状態信号を検出し、S810に進む。
S810では、S800で検出した入力信号がニュートラル状態を示す走行レバー信号であるならば、S820に進む。それ以外であれば(すなわち、走行レバーに入力があれば)、S860に進む。
S820では、S800で検出した入力信号が旋回油圧モータ5を駆動する操作レバー信号であるならば(すなわち、操作レバーに旋回動作の入力があれば)、S860に進む。それ以外であれば、S830に進む。
S830では、S800で検出した入力信号がバケットシリンダ81を駆動する操作レバー信号であるならば(すなわち、操作レバーにバケットダンプまたはバケットクラウドの入力があれば)、S840に進む。それ以外であれば、S850に進む。
S840では、バケット操作に利用する(言い換えると、油圧ショベル1の前方を認識対象範囲とする)外界認識装置の洗浄禁止とそれ以外の外界認識装置の洗浄許可と判断し、バケット操作に利用する外界認識装置の洗浄装置に対する洗浄禁止信号とそれ以外の外界認識装置の洗浄装置に対する洗浄許可信号を自動洗浄指令部104に送信して処理を終了する。
S850では、全ての外界認識装置の洗浄許可と判断し、全ての洗浄装置に対する洗浄許可信号を自動洗浄指令部104に送信して処理を終了する。
S860では、全ての外界認識装置の洗浄禁止と判断し、全ての洗浄装置に対する洗浄禁止信号を自動洗浄指令部104に送信して処理を終了する。
<動作・効果>
上記のように、本実施形態の油圧ショベル(作業機械)1において、前記状態認識部702は、前記油圧ショベル(作業機械)1の旋回操作の操作レバーの信号を取得し、前記洗浄許可判断部703は、前記操作レバーに旋回動作の入力がある場合、前記外界認識装置を洗浄禁止と判断する。
また、前記状態認識部702は、前記油圧ショベル(作業機械)1のバケット操作の操作レバーの信号を取得し、前記洗浄許可判断部703は、前記操作レバーにバケットダンプまたはバケットクラウドの入力がある場合、前記バケット操作に利用する(言い換えると、油圧ショベル1の前方を認識対象範囲とする)前記外界認識装置を洗浄禁止と判断する。言い換えると、前記洗浄許可判断部703は、前記バケット操作に利用する前記外界認識装置以外の前記外界認識装置を洗浄許可と判断し、前記自動洗浄指令部104は、前記洗浄許可判断部703の判断結果に応じて、前記洗浄許可判断部703で洗浄許可と判断された前記外界認識装置を洗浄する前記洗浄装置に対して当該外界認識装置を自動洗浄する制御指令を出力する。
また、前記状態認識部702は、前記油圧ショベル(作業機械)1の走行レバーの信号を取得し、前記洗浄許可判断部703は、前記走行レバーに入力がある場合、前記外界認識装置を洗浄禁止と判断する。
上記のように構成される油圧ショベル(作業機械)1の遠隔操縦システムにおいて、作業機械が走行または旋回する場合、自動洗浄は禁止され、外界認識装置の車載カメラ91a、91bおよびLiDAR92a~92cは洗浄装置101a~101eにより自動洗浄されない。それ以外の場合、自動洗浄は(一部もしくは全部)許可され、外界認識装置の車載カメラ91a、91bおよびLiDAR92a~92cは洗浄装置101a~101eにより自動洗浄される。これにより、遠隔オペレータは走行時または旋回時に自動洗浄によって作業中断されずに操作することができる。すなわち、遠隔オペレータが作業中であっても作業を阻害せずに外界認識装置の汚れを洗浄して認識性能を保つことが可能となる。
[第3実施形態]
第3実施形態について、図9、図10を用いて説明する。
<洗浄制御装置100>
第1、第2実施形態と異なり、本実施形態の油圧ショベル1は、外界認識装置の車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cに対する汚れ検出装置106を備える。汚れ検出装置106の汚れ検出方法としては、外界認識装置が車載カメラ91a、91bである場合、例えばカメラ映像の輝度変化が所定閾値より大きい領域(エッジ)が存在する場合に外界認識装置の汚れ検出とする方法、外界認識装置がLiDAR92a~92cである場合、例えば検出情報(距離情報)の分布(偏差)が所定閾値より大きい領域が存在する場合に外界認識装置の汚れ検出とする方法などが挙げられる。また、汚れ検出装置106の汚れ検出方法としては、従来知られたその他の方法を適用することもできる。なお、汚れ検出装置106は、遠隔操縦室200の電子機器201に設けられていてもよい。洗浄制御装置100の状態認識部902は、汚れ検出装置106の汚れ検出信号を取得できるように構成され、洗浄許可判断部903は、ロック弁39に対してゲートロックレバー位置信号を出力できるように構成されている。図9は、本実施形態に係る洗浄制御装置100が備えるシステム構成図である。
状態認識部902は、汚れ検出装置106の汚れ検出信号を受け取り、汚れ状態か非汚れ状態かの汚れ状態信号を洗浄許可判断部903へ出力する。
洗浄許可判断部903は、状態認識部902の汚れ状態信号を受け取り、外界認識装置の洗浄を許可するか禁止するかを判断する。洗浄許可判断部903は、判断した結果に基づいて、自動洗浄指令部104へ判断結果を、ロック弁39へゲートロックレバー位置信号を出力する。洗浄許可判断部903で行う判断の詳細は後述する。
<洗浄許可判断部903の演算フロー>
本実施形態の洗浄制御装置100の洗浄許可判断部903で実施される演算フローを図10に示す。この制御フローは、図9で示す状態認識部902の信号が入力されることで実施される。
S1000では、状態認識部902からの汚れ状態信号を検出し、S1010に進む。
S1010では、S1000で検出した入力信号が車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cの汚れ状態を示す汚れ検出信号であるならば、S1020に進む。それ以外であれば、処理を終了する。
S1020では、ゲートロックレバーがロック位置状態のゲートロックレバー位置信号(ロック位置状態信号)をロック弁39に出力し、S1030に進む。この場合、後述する外界認識装置の洗浄許可の判断をゲートロックレバーの停止信号としてロック弁39に出力することができる。これにより、油圧ショベル1の走行、旋回、掘削等の動作が禁止(停止)される。
S1030では、外界認識装置の洗浄許可と判断し、洗浄許可信号を自動洗浄指令部104に送信して処理を終了する。
<動作・効果>
上記のように、本実施形態の油圧ショベル(作業機械)1において、前記状態認識部902は、前記汚れ検出装置の汚れ検出結果を取得し、前記洗浄許可判断部903は、前記外界認識装置の汚れが検出される場合、前記外界認識装置を洗浄許可と判断する。
また、制御装置としての制御コントローラ40が、ゲートロックレバーの信号によって油圧ショベル(作業機械)1を動作可能または動作禁止(停止)するようになっており、前記洗浄許可判断部903は、前記外界認識装置の汚れが検出される場合の前記外界認識装置の洗浄許可の判断を前記ゲートロックレバーの停止信号として(ロック弁39に)出力して前記油圧ショベル(作業機械)1を停止させる。
また、前記洗浄許可判断部903は、前記外界認識装置の汚れが検出されなくなるまで、前記油圧ショベル(作業機械)1を停止させる。
上記のように構成される油圧ショベル(作業機械)1の遠隔操縦システムにおいて、車載カメラ91a、91bやLiDAR92a~92cが汚れている場合、自動洗浄が完了するまで(汚れが検出されなくなるまで)作業機械を停止させることができる。これにより、遠隔オペレータは汚れていない車載カメラ91a、91bやLiDAR92a~92cを用いて作業することができる。すなわち、遠隔オペレータが作業中であっても作業を阻害せずに外界認識装置の汚れを洗浄して認識性能を保つことが可能となる。さらにゲートロックレバー操作に介入することで洗浄中に作業機械を停止状態にし、自動洗浄完了まで作業機械を動作させないことで、安全性を向上することが可能となる。
[第4実施形態]
第4実施形態について、図11、図12を用いて説明する。
<洗浄制御装置100>
本実施形態の洗浄装置は、洗浄液を使用する液体洗浄装置110a~110eと空気を使用する風圧洗浄装置111a~111eを備える。洗浄制御装置100の自動洗浄指令部104は、液体洗浄装置110a~110eと風圧洗浄装置111a~111eにそれぞれ洗浄指令を出力できるように構成されている。また、本実施形態の油圧ショベル1は、第3実施形態と同様の汚れ検出装置106を備える。図11は、本実施形態に係る洗浄制御装置100が備えるシステム構成図である。
状態認識部1102は、操作右レバー203a、操作左レバー203b、走行右レバー203cおよび走行左レバー203dの信号を受け取り、ニュートラル状態か非ニュートラル状態かの状態信号を洗浄許可判断部1103へ出力する。また、状態認識部1102は、汚れ検出装置106の汚れ検出信号を受け取り、汚れ状態か非汚れ状態かの汚れ状態信号を洗浄許可判断部1103へ出力する。
洗浄許可判断部1103は、状態認識部1102の各レバーの状態信号、および、汚れ状態信号を受け取り、外界認識装置の洗浄を許可するか禁止するかを判断する。洗浄許可判断部1103は、判断した結果を自動洗浄指令部104へ出力する。洗浄許可判断部1103で行う判断の詳細は後述する。
<洗浄許可判断部1103の演算フロー>
本実施形態の洗浄制御装置100の洗浄許可判断部1103で実施される演算フローを図12に示す。この制御フローは、図11で示す状態認識部1102の信号が入力されることで実施される。
S1200では、状態認識部1102からの各レバーの状態信号、および、汚れ状態信号を検出し、S1210に進む。
S1210では、S1200で検出した入力信号が車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cの汚れを示す汚れ検出信号であるならば、S1220に進む。それ以外であれば、処理を終了する。
S1220では、S1200で検出した入力信号がニュートラル状態を示す走行レバー信号であるならば、S1230に進む。それ以外であれば(すなわち、走行レバーに入力があれば)、S1250に進む。
S1230では、S1200で検出した入力信号が旋回油圧モータ5を駆動する操作レバー信号であるならば(すなわち、操作レバーに旋回動作の入力があれば)、S1250に進む。それ以外であれば、S1240に進む。
S1240では、液体洗浄装置による外界認識装置の洗浄許可と判断し、液体洗浄装置の洗浄許可信号を自動洗浄指令部104に送信して、S1260に進む。
S1250では、液体洗浄装置による外界認識装置の洗浄禁止と判断し、液体洗浄装置の洗浄禁止信号を自動洗浄指令部104に送信して、S1260に進む。
S1260では、風圧洗浄装置による外界認識装置の洗浄許可と判断し、風圧洗浄装置の洗浄許可信号を自動洗浄指令部104に送信して処理を終了する。S1260で風圧洗浄装置による洗浄許可と判断するのは、空気を使用する風圧洗浄装置111a~111eは視界の妨げとなり得ないため、また、洗浄液を使用する液体洗浄装置110a~110eを使用する場合に(S1240)液体洗浄装置110a~110eの洗浄液を風圧洗浄装置111a~111eの空気(風圧)で押し流して洗い落とすためである。
<動作・効果>
上記のように、本実施形態の油圧ショベル(作業機械)1において、前記状態認識部1102は、前記油圧ショベル(作業機械)1の旋回操作の操作レバーの信号を取得し、前記洗浄許可判断部1103は、前記操作レバーに旋回動作の入力がある場合、前記液体洗浄装置110a~110eに対する前記外界認識装置の洗浄禁止および前記風圧洗浄装置111a~111eに対する前記外界認識装置の洗浄許可と判断し、前記外界認識装置を前記風圧洗浄装置111a~111eによって洗浄する。
また、前記状態認識部1102は、前記油圧ショベル(作業機械)1の走行レバーの信号を取得し、前記洗浄許可判断部1103は、前記走行レバーに入力がある場合、前記液体洗浄装置110a~110eに対する前記外界認識装置の洗浄禁止および前記風圧洗浄装置111a~111eに対する前記外界認識装置の洗浄許可と判断し、前記外界認識装置を前記風圧洗浄装置111a~111eによって洗浄する。
換言すると、前記洗浄許可判断部1103は、前記状態認識部1102が認識した前記油圧ショベル(作業機械)1の作業状態に基づいて、前記液体洗浄装置110a~110eおよび前記風圧洗浄装置111a~111eに対する前記外界認識装置の洗浄許可か、前記風圧洗浄装置111a~111eのみに対する前記外界認識装置の洗浄許可かを判断する(切り替える)。
なお、本実施形態においても、前記洗浄許可判断部1103は、前記外界認識装置の汚れが検出されなくなるまで、前記液体洗浄装置110a~110eと前記風圧洗浄装置111a~111eの両方によって、或いは、前記風圧洗浄装置111a~111eのみによって前記外界認識装置を洗浄するようにする。
上記のように構成される油圧ショベル(作業機械)1の遠隔操縦システムにおいて、作業機械の状態に応じて洗浄方法の異なる装置を切り替える(詳しくは、液体洗浄装置110a~110eの利用の有無を切り替え、液体洗浄装置110a~110eおよび風圧洗浄装置111a~111eの両方による洗浄か、風圧洗浄装置111a~111eのみによる洗浄かを切り替える)ことで、遠隔オペレータの作業を中断させずに車載カメラ91a、91bとLiDAR92a~92cの汚れを自動洗浄することができる。すなわち、遠隔オペレータが作業中であっても作業を阻害せずに外界認識装置の汚れを洗浄して認識性能を保つことが可能となる。
[第5実施形態]
第5実施形態について、図13、図14を用いて説明する。
<洗浄制御装置100>
第1実施形態と異なり、本実施形態の洗浄制御装置100の状態認識部1302は、起動装置オン・オフ信号検出器1305から起動装置のオン・オフ信号を取得できるように構成されている。図13は、本実施形態に係る洗浄制御装置100が備えるシステム構成図である。
状態認識部1302は、起動装置オン・オフ信号検出器1305の起動装置のオン・オフ信号を受け取り、起動装置がオン状態にあるかオフ状態にあるかに応じて、オン・オフ状態が切り替わった場合に、その状態変化結果を洗浄許可判断部1303へ出力する。
洗浄許可判断部1303は、状態認識部1302のオン・オフ状態遷移信号を受け取り、外界認識装置の洗浄を許可するか禁止するかを判断する。洗浄許可判断部1303は、判断した結果を自動洗浄指令部104へ出力する。洗浄許可判断部1303で行う判断の詳細は後述する。
<洗浄許可判断部1303の演算フロー>
本実施形態の洗浄制御装置100の洗浄許可判断部1303で実施される演算フローを図14に示す。この制御フローは、図13で示す状態認識部1302の信号が入力されることで実施される。
S1400では、状態認識部1302からの入力信号を検出し、S1410に進む。
S1410では、S1400で検出した入力信号が起動装置のオン信号がオフ信号またはオフ信号がオン信号への変化を示す信号であるならば、S1420に進む。それ以外であれば、S1430に進む。
S1420では、外界認識装置の洗浄許可と判断し、洗浄許可信号を自動洗浄指令部104に送信して処理を終了する。
S1430では、外界認識装置の洗浄禁止と判断し、洗浄禁止信号を自動洗浄指令部104に送信して処理を終了する。
<動作・効果>
上記のように、本実施形態の油圧ショベル(作業機械)1において、前記状態認識部1302は、前記油圧ショベル(作業機械)1の起動装置のオン・オフ信号を取得し、前記洗浄許可判断部1303は、前記起動装置のオン信号がオフ信号に遷移またはオフ信号がオン信号に遷移する場合、前記外界認識装置を洗浄許可と判断する。
上記のように構成される油圧ショベル(作業機械)1の遠隔操縦システムにおいて、起動装置をオンからオフやオフからオンに切り替えた場合、自動洗浄は許可され、外界認識装置の車載カメラ91a、91bおよびLiDAR92a~92cは洗浄装置101a~101eにより自動洗浄される。それ以外の場合、自動洗浄は禁止され、外界認識装置の車載カメラ91a、91bおよびLiDAR92a~92cは洗浄装置101a~101eにより自動洗浄されない。これにより、遠隔オペレータは車体の起動時と終了時に自動洗浄することができる。すなわち、遠隔オペレータが作業中であっても作業を阻害せずに外界認識装置の汚れを洗浄して認識性能を保つことが可能となる。
なお、上記した実施形態においては、オペレータが、遠隔操縦室200から、表示装置202に表示される映像を確認しながら遠隔操縦装置203によって作業機械1を操縦(遠隔操縦)する形態を説明したが、運転室12に搭乗したオペレータが、運転室12に設けられた表示装置に表示される映像(外界認識装置によって取得された周辺情報)を確認しながら操作装置10によって作業機械1を操縦する形態にも適用可能であることは詳述するまでも無い。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記した実施形態のコントローラの各機能は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアで実現してもよい。また、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、コントローラ内の記憶装置の他に、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
1…油圧ショベル(作業機械)
2…作業フロント
3…走行体
4…走行油圧モータ
5…旋回油圧モータ
6…ブーム
7…アーム
8…バケット
9…バケットリンク
10…操作装置
11…エンジン
12…運転室
15…流量制御弁
16…負荷検出装置
20…油圧ポンプ
30…パイロットポンプ
31…車体傾斜角センサ
32…旋回角度センサ
39…ロック弁
40…制御コントローラ(制御装置)
54~59…電磁比例弁
61…ブームシリンダ
62…ブーム角度センサ
71…アームシリンダ
72…アーム角度センサ
81…バケットシリンダ
82…バケット角度センサ
90…通信装置
91a、91b…車載カメラ(外界認識装置)
92a~92c…LiDAR(外界認識装置)
100…洗浄制御装置
101a~101e…洗浄装置
102、702、902、1102、1302…状態認識部
103、703、903、1103、1303…洗浄許可判断部
104…自動洗浄指令部
105…ゲートロックレバー位置検出器
106…汚れ検出装置
1305…起動装置オン・オフ信号検出器
143…ポンプライン
144a~149b…パイロットライン
150a~155b…油圧駆動部
160…電磁弁ユニット
170…タンク
200…遠隔操縦室
201…電子機器
202…表示装置
203…遠隔操縦装置
204…操縦席
205…通信装置
211…通信インターフェース部
212…中央処理装置(CPU)
213…リードオンリーメモリ(ROM)
214…ランダムアクセスメモリ(RAM)
215…入力インターフェース部
216…出力インターフェース部

Claims (12)

  1. 外界認識装置と、
    前記外界認識装置を洗浄する洗浄装置と、
    前記洗浄装置に対して前記外界認識装置を自動洗浄するための洗浄指令を出力する洗浄制御装置と、を備える作業機械において、
    前記洗浄制御装置は、
    前記作業機械の作業状態を認識する状態認識部と、
    前記状態認識部が認識した前記作業機械の作業状態に基づいて前記外界認識装置の洗浄可否を判断する洗浄許可判断部と、
    前記洗浄許可判断部の判断結果に応じて前記洗浄装置に対して前記外界認識装置を自動洗浄する洗浄指令を出力する自動洗浄指令部と、を有することを特徴とする作業機械。
  2. 前記状態認識部は、前記作業機械のゲートロックレバーの信号を取得し、
    前記洗浄許可判断部は、前記ゲートロックレバーがロック位置状態の場合、前記外界認識装置を洗浄許可と判断することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
  3. 前記状態認識部は、前記作業機械の起動装置のオン・オフ信号を取得し、
    前記洗浄許可判断部は、前記起動装置のオン信号がオフ信号に遷移またはオフ信号がオン信号に遷移する場合、前記外界認識装置を洗浄許可と判断することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
  4. 前記状態認識部は、前記作業機械の旋回操作の操作レバーの信号を取得し、
    前記洗浄許可判断部は、前記操作レバーに旋回動作の入力がある場合、前記外界認識装置を洗浄禁止と判断することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
  5. 前記状態認識部は、前記作業機械のバケット操作の操作レバーの信号を取得し、
    前記洗浄許可判断部は、前記操作レバーにバケットダンプまたはバケットクラウドの入力がある場合、前記バケット操作に利用する前記外界認識装置を洗浄禁止と判断することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
  6. 前記状態認識部は、前記作業機械の走行レバーの信号を取得し、
    前記洗浄許可判断部は、前記走行レバーに入力がある場合、前記外界認識装置を洗浄禁止と判断することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
  7. 前記外界認識装置の汚れ検出装置が設けられ、
    前記状態認識部は、前記汚れ検出装置の汚れ検出結果を取得し、
    前記洗浄許可判断部は、前記外界認識装置の汚れが検出される場合、前記外界認識装置を洗浄許可と判断すること特徴とする請求項1に記載の作業機械。
  8. 前記作業機械は、ゲートロックレバーの信号によって動作可能または停止するようになっており、
    前記洗浄許可判断部は、前記外界認識装置の汚れが検出される場合の前記外界認識装置の洗浄許可の判断を前記ゲートロックレバーの停止信号として出力して前記作業機械を停止させることを特徴とする請求項7に記載の作業機械。
  9. 前記洗浄許可判断部は、前記外界認識装置の汚れが検出されなくなるまで、前記作業機械を停止させること特徴とする請求項7に記載の作業機械。
  10. 前記洗浄装置は、洗浄液を使用する液体洗浄装置と、空気を使用する風圧洗浄装置とを備え、
    前記状態認識部は、前記作業機械の旋回操作の操作レバーの信号を取得し、
    前記洗浄許可判断部は、前記操作レバーに旋回動作の入力がある場合、前記液体洗浄装置に対する前記外界認識装置の洗浄禁止および前記風圧洗浄装置に対する前記外界認識装置の洗浄許可と判断し、前記外界認識装置を前記風圧洗浄装置によって洗浄することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
  11. 前記洗浄装置は、洗浄液を使用する液体洗浄装置と、空気を使用する風圧洗浄装置とを備え、
    前記状態認識部は、前記作業機械の走行レバーの信号を取得し、
    前記洗浄許可判断部は、前記走行レバーに入力がある場合、前記液体洗浄装置に対する前記外界認識装置の洗浄禁止および前記風圧洗浄装置に対する前記外界認識装置の洗浄許可と判断し、前記外界認識装置を前記風圧洗浄装置によって洗浄することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
  12. 前記洗浄装置は、洗浄液を使用する液体洗浄装置と、空気を使用する風圧洗浄装置とを備え、
    前記洗浄許可判断部は、前記状態認識部が認識した前記作業機械の作業状態に基づいて、前記液体洗浄装置および前記風圧洗浄装置に対する前記外界認識装置の洗浄許可か、前記風圧洗浄装置のみに対する前記外界認識装置の洗浄許可かを判断することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
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