JP2023145210A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業性の向上を図りつつ、操作者による操作の違和感を抑制することができる作業機械を提供すること。【解決手段】下部走行体と下部走行体に旋回可能に設けられた上部旋回体とからなる車体と、上部旋回体に上下方向に回動可能に設けられたフロント作業装置と、上部旋回体の旋回動作およびフロント作業装置の回動動作を行う複数の油圧アクチュエータと、上部旋回体及びフロント作業装置の姿勢を検出する姿勢情報検出装置と、フロント作業装置の姿勢に基づき、フロント作業装置上に予め設定した基準点が、予め定めた侵入禁止領域に侵入しないように複数の油圧アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備えた作業機械において、制御装置は、姿勢情報検出装置により検出された上部旋回体の傾斜角度が予め定めた基準角度よりも大きい場合には、少なくとも車体の下方に設定された侵入禁止領域を無効とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、作業機械に関する。

施工現場では様々な作業機械が用いられているが、例えば、油圧アクチュエータで駆動される多関節型のフロント作業装置を備える油圧ショベルのような作業機械においては、フロント作業装置を用いて土砂の掘削や積み込み等の作業を行う。このような作業を行う際、作業機械の可動範囲に障害物が存在する場合には、操作者は障害物との接触を避けるように作業機械を操作する必要がある。

このように障害物が存在する場合含め、作業機械の動作範囲を制限する必要のある環境下での作業を支援する従来技術としては、予め侵入禁止領域を設定し、侵入禁止領域の手前でアクチュエータを停止させることで操作者の補助を行うものが知られている。例えば、特許文献１には、機械本体及び作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、機械本体と作業装置の姿勢情報を検出する姿勢検出装置とを備え、予め設定された侵入禁止領域への作業装置及び機械本体の侵入が防止されるように複数のアクチュエータの少なくとも１つを減速する動作範囲制限制御を実行する作業機械が開示されている。

特開２０２０－４１３８８号公報

上記従来技術においては、作業機械の動作範囲を制限する必要のある環境下において、予め設定した侵入禁止領域の手前でアクチュエータを停止させることで操作者の補助を行い、作業性の向上を図っている。

一方で、作業現場や作業機械の状況によっては、作業機械の侵入禁止領域への侵入を抑制することで、操作者が作業機械の動作に違和感を覚える場合がある。例えば、作業機械である油圧ショベルが傾斜面に位置している状況で、車体の安定性をより高めるために地面にフロント作業装置を接触させる場合に、当該地面が侵入禁止領域となるように設定されていると、フロント作業装置が地面の手前で停止してしまい、フロント作業装置を地面に接触させることができない。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、作業性の向上を図りつつ、操作者による操作の違和感を抑制することができる作業機械を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、下部走行体と前記下部走行体に旋回可能に設けられた上部旋回体とからなる車体と、前記上部旋回体に上下方向に回動可能に設けられたフロント作業装置と、前記上部旋回体の旋回動作および前記フロント作業装置の回動動作を行う複数の油圧アクチュエータと、前記上部旋回体及び前記フロント作業装置の姿勢を検出する姿勢情報検出装置と、前記姿勢情報検出装置により検出された前記フロント作業装置の姿勢に基づき、前記フロント作業装置上に予め設定した基準点が、予め定めた侵入禁止領域に侵入しないように前記複数の油圧アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備えた作業機械において、前記制御装置は、前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が予め定めた基準角度よりも大きい場合には、少なくとも車体の下方に設定された侵入禁止領域を無効とするものとする。

本発明によれば、作業性の向上を図りつつ、操作者による操作の違和感を抑制することができる。

作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。 制御装置の処理機能を概略的に示す機能ブロック図である。 油圧ショベルに対する上下方向の侵入禁止領域の設定例を示す図である。 油圧ショベルに対する旋回方向の侵入禁止領域の設定例を示す図である。 油圧ショベルに対する左右方向の侵入禁止領域の設定例を示す図である。 第１の実施の形態に係る制御装置の上限速度演算部における処理内容を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係る制御装置の上限速度演算部における処理内容を示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係る制御装置の上限速度演算部における処理内容を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として、フロント作業装置を備える油圧ショベルを例示して説明するが、侵入禁止領域を設定して作業機械の動作範囲を制限することで操作者の補助を行うような他の作業機械においても本発明を適用することが可能である。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１～図６を参照しつつ説明する。

図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。

図１において、油圧ショベル１００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３１、アーム３２、バケット（作業具）３３）を連結して構成された多関節型のフロント作業装置）３と、走行機能を備えた下部走行体１と、下部走行体１に対して旋回可能に設けられた上部旋回体２とを備えている。下部走行体１と上部旋回体２とは、油圧ショベル１００の車体を構成している。

フロント作業装置３のブーム３１の基端は、上部旋回体２の前部に垂直方向に回動可能に支持されている。アーム３２の一端は、ブーム３１の基端とは異なる端部（先端）に垂直方向に回動可能に支持されている。アーム３２の他端には、バケット３３が垂直方向に回動可能に支持されている。フロント作業装置３には、ブーム３１、アーム３２及びバケット３３をそれぞれ駆動するブームシリンダ３４、アームシリンダ３５及びバケットシリンダ３６が設けられている。

下部走行体１は、フレームの前後方向に掛け回された左右一対の履帯１２と、履帯１２を駆動する左右一対の走行油圧モータ１１（図１では一方のみを図示）とを備えている。

上部旋回体２と下部走行体１とは旋回油圧モータ２１を有する旋回装置２２によって連結されており、上部旋回体２は旋回油圧モータ２１によって下部走行体１に対して旋回駆動される。

上部旋回体２の前部には、操作者が搭乗する運転室４が配置され、後部にはカウンタウェイト２６が配置されている。運転室４には、ブームシリンダ３４、アームシリンダ３５、バケットシリンダ３６、旋回油圧モータ２１及び走行油圧モータ１１などの油圧アクチュエータを操作するための操作信号を出力する操作レバー（図示せず）と、油圧ショベル１００の全体の動作を制御する制御装置５とが設けられている。

例えば、操作レバーは前後左右に傾倒可能であり、操作信号であるレバーの傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量（操作信号）を制御装置５に出力する。

また、上部旋回体２には、原動機であるエンジン２３と、エンジン２３によって駆動される油圧ポンプ２４と、油圧ポンプ２４から吐出されて各油圧アクチュエータ１１，２１，３４，３５，３６に供給される作動油の方向及び流量を制御する方向制御弁２５とが設けられている。

上部旋回体２、ブーム３１、アーム３２、及びバケット３３には、各部の姿勢情報を検出する姿勢センサとして慣性計測装置（ＩＭＵ： Inertial Measurement Unit）２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａが配置されている。以降、これらの慣性計測装置を区別する必要が有る場合は、それぞれ、車体慣性計測装置２ａ、ブーム慣性計測装置３１ａ、アーム慣性計測装置３２ａ及びバケット慣性計測装置３３ａと称する。

慣性計測装置２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａは、角速度及び加速度を計測するものである。慣性計測装置２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａが配置された上部旋回体２や各被駆動部材３１，３２，３３が静止している場合を考えると、各慣性計測装置２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａに設定されたＩＭＵ座標系における重力加速度の方向（つまり、鉛直下向き方向）と、各慣性計測装置２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａの取り付け状態（つまり、各慣性計測装置２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａと上部旋回体２や各被駆動部材３１，３２，３３との相対的な位置関係）とに基づいて、上部旋回体２や各被駆動部材３１，３２，３３の向きを検出することができる。ここで、慣性計測装置２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａは、複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢に関する情報（以降、姿勢情報と称する）を検出する姿勢情報検出装置を構成している。

上部旋回体２や各被駆動部材３１，３２，３３の姿勢情報からは種々の情報を演算することができる。例えば、下部走行体１に対する上部旋回体２の旋回方向の角速度を積算することによって、下部走行体１に対する上部旋回体２の旋回角度を算出することができる。また、上部旋回体２の水平面に対する角度から、車体の傾斜角度を算出することができる。また、上部旋回体２および被駆動部材３１，３２，３３のそれぞれの水平に対する角度と、上部旋回体２および被駆動部材３１，３２，３３の接続関係とから、フロント作業装置３の姿勢（例えば、バケット３３の爪先の位置）を算出することができる。

なお、姿勢情報検出装置は慣性計測装置に限られるものではなく、例えば、傾斜角センサを用いても良い。また、各被駆動部材３１，３２，３３の連結部分にポテンショメータを配置し、上部旋回体２や各被駆動部材３１，３２，３３の相対的な向き（姿勢情報）を検出し、検出結果から各被駆動部材３１，３２，３３の姿勢を求めても良い。また、ブームシリンダ３４、アームシリンダ３５及びバケットシリンダ３６にそれぞれストロークセンサを配置し、ストローク変化量から上部旋回体２や各被駆動部材３１，３２，３３の各接続部分における相対的な向き（姿勢情報）を算出し、その結果から各被駆動部材３１，３２，３３の姿勢を求めるように構成しても良い。

図２は、制御装置の処理機能を概略的に示す機能ブロック図である。

図２において、制御装置５は、操作者指令処理部５１、閾値判定部５２、姿勢演算部５３、距離演算部５４、上限速度演算部５５、速度演算部５６及び油圧装置制御部５７から概略構成されている。

操作者指令処理部５１は、操作レバー装置の操作量（操作信号）に基づいて、例えば、予め制御装置５に保持している操作信号と油圧アクチュエータ（ブームシリンダ３４、アームシリンダ３５、バケットシリンダ３６、旋回油圧モータ２１、走行油圧モータ１１）の目標速度の相関テーブルを用いて、各油圧アクチュエータ１１，２１，３４，３５，３６の動作速度の目標値である目標速度を演算し、速度演算部５６に出力する。また、操作者指令処理部５１は、操作レバー装置の操作量（操作信号）に基づいて、複合操作（複数の油圧アクチュエータの同時操作）が行われているか否かを判定し、判定結果を操作情報として上限速度演算部５５に出力する。

姿勢演算部５３は、慣性計測装置２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａの姿勢情報に基づいて、例えば、車体座標系（下部走行体１に対して固定の座標系）における上部旋回体２の旋回角度、フロント作業装置３上に予め設定した基準点（例えば、バケット３３の爪先）の位置、などの油圧ショベル１００の姿勢を演算し、演算結果を距離演算部５４に出力する。

閾値判定部５２は、慣性計測装置２ａの姿勢情報、すなわち、上部旋回体２の傾斜角度α（角度計測値：水平面との差角の大きさ）を取得し、傾斜角度αが予め定めた閾値α０（基準角度）よりも大きいか否かを判定して、判定結果を上限速度演算部５５に出力する。閾値α０は、油圧ショベル１００の操作者がフロント作業装置３を地面に接触させる操作を行う状況であるか否かを判定するためのものである。例えば、傾斜角度αが閾値α０よりも大きい場合には、油圧ショベル１００が傾斜面に位置している状況であり、車体の安定性をより高めるために地面にフロント作業装置３を接触させる操作を行う場合であると判定し、傾斜角度αが閾値α０以下である場合には、フロント作業装置３を地面に接触させない状況であると判定する。閾値α０は、油圧ショベル１００の構成や作業現場の状況、操作者の操作状況等に応じて実験的に決定する。

距離演算部５４は、姿勢演算部５３の演算結果（ここでは、バケット３３の爪先の位置）と、操作者が予め設定した領域面の情報とを取得し、領域面とフロント作業装置（例えば、バケット３３の爪先）との距離を演算し、演算結果を上限速度演算部５５に出力する。領域面は、フロント作業装置３等の侵入を禁止する領域（侵入禁止領域）を画定するものであり、フロント作業装置３等が稼働可能な領域と侵入禁止領域との境界として設定されるものである。すなわち、領域面の設定と進入禁止領域の設定とは同義であり、領域面（侵入禁止領域）は、運転室４内に設置された入力装置４１（侵入禁止領域設定装置）で操作者により予め設定される。

入力装置４１は、侵入禁止領域に関する情報（例えば、侵入禁止領域の境界の位置情報）を入力可能なインターフェースである。侵入禁止領域設定装置４１を介した侵入禁止領域の設定は、オペレータが手動で行っても良い。また、侵入禁止領域設定装置を外部端末と接続し、その外部端末から侵入禁止領域を設定しても良い。なお、侵入禁止領域は、油圧ショベル１００の例えば上部旋回体２に設定されたローカル座標系、グローバル座標（地理座標）、又は現場に設定された現場座標等、所望の座標系に設定できる。例えば、侵入禁止領域を画定する領域面を油圧ショベル１００の上部旋回体２に設定された車体座標系において設定する場合には、油圧ショベル１００の作業現場における位置によらず上部旋回体２に対する領域面の相対位置は変化しない。また、侵入禁止領域の境界面をグローバル座標系において設定する場合には、油圧ショベル１００（作業機械）の位置（高さ含む）に応じて境界面の位置を調整することで、車体座標系において領域面を設定する場合と同様に制御を行うことができる。

図３～図５は、侵入禁止領域の設定例を示す図である。

図３は、油圧ショベルに対する上下方向の侵入禁止領域の設定例を示す図である。

図３おいては、油圧ショベル１００の上下に、油圧ショベル１００に対向するように領域面６１，６２が設定されている場合を例示している。例えば、掘削現場の目標面と油圧ショベル１００の下方に設定した侵入禁止領域の領域面６２とを一致させるように設定することで、目標面に沿ってバケットの先端を移動させてバケット３３の先端で仕上げ面形成作業を行うことができる。また、例えば、油圧ショベル１００の上方の電線などの障害物が存在する範囲（すなわち、領域面６１よりも上方の範囲）を侵入禁止領域に設定することで、フロント作業装置３と障害物との接触を防止することができる。

図４は、油圧ショベルに対する旋回方向の侵入禁止領域の設定例を示す図である。

図４においては、上部旋回体２の旋回によるフロント作業装置３の動作範囲を囲むように領域面７１，７２，７３が設定されている場合を例示している。具体的には、フロント作業装置３の旋回範囲（つまり、上部旋回体２の旋回動作によるフロント作業装置３の動作範囲）における旋回方向の左右両端部と、フロント作業装置３の旋回範囲の外側（旋回中心から遠い側）とに領域面７１，７２，７３が位置するように侵入禁止領域が設定されている。このように、フロント作業装置３の旋回範囲に応じて侵入禁止領域に設定することにより、油圧ショベル１００の周辺で作業を行っている作業員などとの接触を防止することができる。

図５は、油圧ショベルに対する左右方向の侵入禁止領域の設定例を示す図である。

図５においては、油圧ショベル１００の左右に、油圧ショベル１００に対向するように領域面８１，８２が設定されている場合を例示している。例えば、油圧ショベル１００の作業範囲の近傍の建物などの障害物が存在する範囲（すなわち、油圧ショベル１００から見て領域面８１，８２よりも遠方の範囲）を侵入禁止領域に設定することで、フロント作業装置３と障害物との接触を防止することができる。

図２に戻る。

上限速度演算部５５は、距離演算部５４の演算結果と、閾値判定部５２の判定結果と、操作者指令処理部５１の操作情報とに基づいて、各油圧アクチュエータ１１，２１，３４，３５，３６の上限速度を演算し、演算結果を速度演算部５６に出力する。

上限速度演算部５５では、侵入禁止領域を画定する複数の領域面について上限速度を演算するが、複数の領域面の一部については閾値判定部５２の判定結果に応じて上限速度の演算の有無を切り換える。ただし、例えば、運転室４内に設置された切り換えボタン（図示せず）により、侵入禁止領域の自動解除が無効に設定された場合には、閾値判定部５２の判定結果によらず、複数の領域面の全てについて上限速度の演算を有効とする。

ここで、図３に示した侵入禁止領域を設定した場合を例にとり、上限速度演算部５５の処理内容を説明する。図３に示す侵入禁止領域は、上方の領域面６１と下方の領域面６２とによって画定されている。このとき、上限速度演算部５５は、閾値判定部５２で傾斜角度αが予め定めた閾値α０よりも大きいと判定された場合には、複数の侵入禁止領域のうち予め定めた１つ以上の侵入入禁止領域（ここでは、油圧ショベル１００（作業機械）の下方の領域面６２により画定された侵入禁止領域を含む）を無効とし、この侵入禁止領域についての上限速度の演算を行わず、他の侵入禁止領域の全て（ここでは、上方の領域面６１により画定された侵入禁止領域）を有効として上限速度の演算を行う。このとき、一部の侵入禁止領域が無効となった旨を、例えば、図示しないスピーカによる音声や画面表示への表示によって操作者に報知する。また、閾値判定部５２で傾斜角度αが閾値α０以下であると判定された場合には、下方の領域面６１により画定された侵入禁止領域を含む全ての侵入禁止領域を有効として上限速度の演算を行う。

上限速度演算部５５における上限速度の演算は、例えば、バケット３３の爪先位置と領域面との距離が小さくなるのに従って上限速度も小さくなり、距離が０（ゼロ）になると上限速度も０（ゼロ）となるように行う。このように演算することにより、バケット３３の爪先位置が境界面に近づくにつれて徐々に減速され、領域面で停止するように動作を制御することができる。

なお、バケット３３の爪先位置が領域面を含む侵入禁止領域内に存在する場合において、侵入禁止領域内の方向（領域面から遠ざかる方向）のバケット３３の爪先位置の移動は禁止し（すなわち、上限速度を０（ゼロ）とし）、侵入禁止領域から出る方向（領域面に近づく方向）のバケット３３の爪先位置の移動は許容する（すなわち、上限速度≠０（ゼロ）とする）ことで、バケット３３の爪先位置を侵入禁止領域からの円滑な離脱を図ることができる。

図６は、制御装置の上限速度演算部における処理内容を示すフローチャートである。

図６において、制御装置５は、まず、慣性計測装置２ａ（傾斜量検出装置）の検出結果である傾斜角度α（角度計測値）を取得し（ステップＳ１００）、角度計測値αが予め定めた閾値α０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０での判定結果がＮＯの場合には、処理を終了する。このとき、複数の領域面６１，６２の全てについて、上限速度の演算の有効化が維持・継続される。

また、ステップＳ１１０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、油圧ショベル１００の操作者がフロント作業装置３を地面に接触させる操作を行う状況であると判定した場合には、油圧ショベル１００の下方向（深さ方向）の領域面６２により確定される侵入禁止領域についてのみ上限速度の演算を無効化し（ステップＳ１２０）、処理を終了する。このとき、演算を無効化していない領域面６１については、上限速度の演算を継続する。すなわち、油圧ショベル１００の状況に応じて、複数の領域面６１，６２のうち操作者に違和感を覚えさせるもの（領域面６２）のみを無効化するように制御するので、作業性の向上を図りつつ、操作者による操作の違和感を抑制することができる。

図２に戻る。

速度演算部５６は、操作者指令処理部５１の目標速度と、上限速度演算部５５の上限速度とに基づいて、各油圧アクチュエータ１１，２１，３４，３５，３６の目標速度を演算し、演算結果を油圧装置制御部５７に出力する。各油圧アクチュエータの目標速度は、操作者指令処理部５１の目標速度と上限速度演算部５５の上限速度のうちの小さい方とする。

油圧装置制御部５７は、速度演算部５６の目標速度に基づいて、各油圧アクチュエータ各油圧アクチュエータ１１，２１，３４，３５，３６の駆動信号を生成し、方向制御弁２５に出力する。駆動信号は、予め制御装置５に保持している目標速度と駆動信号との相関テーブルを用いて演算される。駆動信号によって方向制御弁２５が制御されることより、各油圧アクチュエータ１１，２１，３４，３５，３６が目標速度で動作する。

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。

従来技術においては、作業機械の動作範囲を制限する必要のある環境下において、予め設定した侵入禁止領域の手前でアクチュエータを停止させることで操作者の補助を行い、作業性の向上を図っている。一方で、作業現場や作業機械の状況によっては、作業機械の侵入禁止領域への侵入を抑制することで、操作者が作業機械の動作に違和感を覚える場合がある。例えば、作業機械である油圧ショベルが傾斜面に位置している状況で、車体の安定性をより高めるために地面にフロント作業装置を接触させる場合に、当該地面が侵入禁止領域となるように設定されていると、フロント作業装置が地面の手前で停止してしまい、フロント作業装置を地面に接触させることができない。

これに対して本実施の形態においては、下部走行体１と、下部走行体１の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体２と、上部旋回体２に上下方向に回動可能に設けられた多関節型のフロント作業装置３と、上部旋回体２の旋回動作およびフロント作業装置３の回動動作を行う複数の油圧アクチュエータ（走行油圧モータ１１、旋回油圧モータ２１、ブームシリンダ３４、アームシリンダ３５、バケットシリンダ３６）と、上部旋回体２及びフロント作業装置３の姿勢に関する情報である姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置（慣性計測装置２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ）と、操作者による操作装置の操作量に応じて複数の油圧アクチュエータの動作を制御し、かつ、フロント作業装置３上に予め設定した基準点が、予め定めた複数の領域面によりそれぞれ画定された複数の侵入禁止領域のうち有効とされた侵入禁止領域に侵入しないように複数の油圧アクチュエータの動作を制御する制御装置５とを備えた作業機械（油圧ショベル１００）において、制御装置は、姿勢情報検出装置の検出結果に基づいて、上部旋回体の傾斜角度が予め定めた基準角度よりも大きいか否かを判定し、傾斜角度が基準角度以下であると判定した場合には、複数の侵入禁止領域の全てを有効とし、傾斜角度が基準角度よりも大きいと判定した場合には、複数の侵入禁止領域のうち作業機械の下方に設定された侵入禁止領域を無効とし、他の他の侵入禁止領域を有効とするように構成したので、例えば、油圧ショベル１００が傾斜面に位置している状況で、車体の安定性をより高めるために地面にフロント作業装置３を接触させることができ、作業性の向上を図りつつ、操作者による操作の違和感を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、上限速度演算部５５が閾値判定部５２の判定結果に応じて領域面６２で画定された侵入禁止領域（図３参照）の有効と無効とを切り換える場合を例示して説明したが、これに限られるものではない。例えば、領域面６１，６２（図３参照）、領域面７１，７２，７３（図４参照）、及び、領域面８１，８２（図５参照）によりそれぞれ侵入禁止領域を設定し、上部旋回体の傾斜角度が予め定めた基準角度よりも大きいと判定した場合（すなわち、閾値判定部５２で傾斜角度αが予め定めた閾値α０よりも大きいと判定された場合）に、少なくとも下方の領域面６１により画定された侵入禁止領域を無効とするのに加えて、他の領域面６２，７１，７２，７３，８１，８２により画定された複数の侵入禁止領域の一部を無効とすることにより、作業性のさらなる向上を図ることできる。

具体的には、上部旋回体の傾斜角度が予め定めた基準角度より大きいと判定した場合に、油圧ショベル１００の下方の領域面６１により画定された侵入禁止領域を無効とするとともに、フロント作業装置３の稼働範囲の前方の領域面７３により画定された侵入禁止領域を無効とすることにより、フロント作業装置３を油圧ショベル１００からより遠い位置の地面に接触させることができるので、作業性のさらなる向上を図りつつ、操作者による操作の違和感を抑制することができる。同様に、上部旋回体の傾斜角度が予め定めた基準角度より大きいと判定した場合に、油圧ショベル１００の下方の領域面６１により画定された侵入禁止領域を無効とするとともに、フロント作業装置３の稼働範囲の左右の領域面７１，７２により画定された侵入禁止領域を無効とすることにより、領域面７１，７２により画定された侵入禁止領域が油圧ショベル１００から見て傾斜面の下側（傾斜面に沿う方向で高度の低い側）に位置していたとしても、フロント作業装置３を油圧ショベル１００から見て傾斜面の下側に接触させることができるので、より高い安定性を期待でき、作業性のさらなる向上を図ることができる。また、上部旋回体の傾斜角度が予め定めた基準角度より大きいと判定した場合に、油圧ショベル１００の下方の領域面６１により画定された侵入禁止領域を無効とするとともに、フロント作業装置３の稼働範囲の前方及び左右の領域面７１，７２，７３により画定された侵入禁止領域を無効とすることにより、上述の効果を併せて得ることができる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態を図７を参照しつつ説明する。

本実施の形態は、車体（上部旋回体２）の傾斜角に応じて侵入禁止領域を無効とする制御を行った後に、侵入禁止領域を再び有効とする（復帰する）処理を行うものである。

図７は、制御装置の上限速度演算部における処理内容を示すフローチャートである。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。ここでは、図３に示した侵入禁止領域を設定した場合を例示して上限速度演算部５５の処理内容を説明する。

図７において、制御装置５は、まず、慣性計測装置２ａ（傾斜量検出装置）の検出結果である角度計測値αを取得し（ステップＳ１００）、角度計測値αが予め定めた閾値α０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０での判定結果がＮＯの場合には、処理を終了する。このとき、複数の領域面６１，６２の全てについて、上限速度の演算の有効化が維持・継続される。

また、ステップＳ１１０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、油圧ショベル１００の操作者がフロント作業装置３を地面に接触させる操作を行う状況であると判定した場合には、油圧ショベル１００の下方向（深さ方向）の領域面６２により確定される侵入禁止領域についてのみ上限速度の演算を無効化する（ステップＳ１２０）。このとき、演算を無効化していない領域面６１については、上限速度の演算を継続する。すなわち、油圧ショベル１００の状況に応じて、複数の領域面６１，６２のうち操作者に違和感を覚えさせるもの（領域面６２）のみを無効化するように制御するので、作業性の向上を図りつつ、操作者による操作の違和感を抑制することができる。

また、ステップＳ１２０での処理が終了した後、一定時間が経過すると（ステップＳ１３０）、続いて、角度計測値αが予め定めた閾値α０以下となったか否かを判定する（ステップＳ１４０）。

ステップＳ１４０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、油圧ショベル１００の操作者がフロント作業装置３を地面に接触させる操作を行う状況が継続していると判定した場合には、油圧ショベル１００の下方向（深さ方向）の領域面６２により確定される侵入禁止領域についてのみの上限速度の演算の無効化を継続し（ステップＳ１４１）、ステップＳ１３０の処理に戻る。

また、ステップＳ１４０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、油圧ショベル１００の傾斜が軽減されて安定した水平に近い状態になったと判定した場合には、複数の領域面６１，６２の全てについて、上限速度の演算を有効化し（ステップＳ１５０）、処理を終了する。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、複数の領域面の位置部を無効化する制御を行った後に、無効化した領域面を有効化させる際、操縦者が設定画面で再設定する手間を省くことができ、作業効率を向上することができる。

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態を図８を参照しつつ説明する。

本実施の形態は、車体（上部旋回体２）の傾斜角に応じて侵入禁止領域を無効とする制御を行った後に、侵入禁止領域を再び有効とする（復帰する）処理の他の例を示すものである。

図８は、制御装置の上限速度演算部における処理内容を示すフローチャートである。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。ここでは、図３に示した侵入禁止領域を設定した場合を例示して上限速度演算部５５の処理内容を説明する。

図８において、制御装置５は、まず、慣性計測装置２ａ（傾斜量検出装置）の検出結果である角度計測値αを取得し（ステップＳ１００）、角度計測値αが予め定めた閾値α０よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０での判定結果がＮＯの場合には、処理を終了する。このとき、複数の領域面６１，６２の全てについて、上限速度の演算の有効化が維持・継続される。

また、ステップＳ１１０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、油圧ショベル１００の操作者がフロント作業装置３を地面に接触させる操作を行う状況であると判定した場合には、油圧ショベル１００の下方向（深さ方向）の領域面６２により確定される侵入禁止領域についてのみ上限速度の演算を無効化する（ステップＳ１２０）。このとき、演算を無効化していない領域面６１については、上限速度の演算を継続する。すなわち、油圧ショベル１００の状況に応じて、複数の領域面６１，６２のうち操作者に違和感を覚えさせるもの（領域面６２）のみを無効化するように制御するので、作業性の向上を図りつつ、操作者による操作の違和感を抑制することができる。

また、ステップＳ１２０での処理が終了した後、一定時間が経過すると（ステップＳ１３０）、続いて、角度計測値αが予め定めた閾値α０以下となったか否かの判定と（ステップＳ１４０）、操作装置の操作量βが予め定めた閾値β０以下となったか否かの判定とを行う（ステップＳ１４２）。

閾値β０は、油圧ショベル１００の操作者が複数の油圧アクチュエータ（走行油圧モータ１１、旋回油圧モータ２１、ブームシリンダ３４、アームシリンダ３５、バケットシリンダ３６）の少なくとも１つの操作を行っているか否かを判定するためのものである。例えば、操作量βが閾値β０よりも大きい場合には、操作者が複数の油圧アクチュエータ１１、２１、３４、３５、３６の少なくとも１つの操作を行っている状態であると判定し、操作量βが閾値β０以下である場合には、操作者は油圧アクチュエータ１１、２１、３４、３５、３６の操作を行っていない状態であると判定する。閾値β０は、油圧ショベル１００の構成等に応じて実験的に決定する。なお、本実施の形態においては、油圧アクチュエータの種類を限定していないが、例えば、ステップＳ１４２の判定を走行油圧モータ１１の操作に限定し、走行操作の有無を判定するように構成しても良い。

ステップＳ１４０及びステップＳ１４２の少なくとも一方の判定結果がＮＯの場合、すなわち、油圧ショベル１００の操作者がフロント作業装置３を地面に接触させる操作を行う状況が継続している、又は、操作者が油圧ショベル１００を操作していると判定した場合には、油圧ショベル１００の下方向（深さ方向）の領域面６２により確定される侵入禁止領域についてのみの上限速度の演算の無効化を継続し（ステップＳ１４１）、ステップＳ１３０の処理に戻る。

また、ステップＳ１４０及びステップＳ１４２の両方の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、油圧ショベル１００の傾斜が軽減されて安定した水平に近い状態になったと判定し、かつ、操作者が油圧ショベル１００を操作していないと判定した場合には、複数の領域面６１，６２の全てについて、上限速度の演算を有効化し（ステップＳ１５０）、処理を終了する。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、制御自動有効化による操縦者の想定しない不意な減速制御または停止制御を防止することが可能である。

＜付記＞
なお、上記の実施の形態においては、エンジン等の原動機で油圧ポンプを駆動する一般的な油圧ショベルを例に挙げて説明したが、油圧ポンプをエンジン及びモータで駆動するハイブリッド式の油圧ショベルや、油圧ポンプをモータのみで駆動する電動式の油圧ショベル等にも本発明が適用可能であることは言うまでもない。

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、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。

１…下部走行体、２…上部旋回体、２ａ，３１ａ，３２ａ，３３ａ…慣性計測装置（ＩＭＵ）、３…フロント作業装置、４…運転室、５…制御装置、１１…走行油圧モータ、１２…履帯、２１…旋回油圧モータ、２２…旋回装置、２３…エンジン、２４…油圧ポンプ、２５…方向制御弁、２６…カウンタウェイト、３１…ブーム、３２…アーム、３３…バケット、３４…ブームシリンダ、３５…アームシリンダ、３６…バケットシリンダ、４１…入力装置、５１…操作者指令処理部、５２…閾値判定部、５３…姿勢演算部、５４…距離演算部、５５…上限速度演算部、５６…速度演算部、５７…油圧装置制御部、１００…油圧ショベル

Claims (9)

1. 下部走行体と前記下部走行体に旋回可能に設けられた上部旋回体とからなる車体と、
   前記上部旋回体に上下方向に回動可能に設けられたフロント作業装置と、
   前記上部旋回体の旋回動作および前記フロント作業装置の回動動作を行う複数の油圧アクチュエータと、
   前記上部旋回体及び前記フロント作業装置の姿勢を検出する姿勢情報検出装置と、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記フロント作業装置の姿勢に基づき、前記フロント作業装置上に予め設定した基準点が、予め定めた侵入禁止領域に侵入しないように前記複数の油圧アクチュエータの動作を制御する制御装置とを備えた作業機械において、
   前記制御装置は、前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が予め定めた基準角度よりも大きい場合には、少なくとも車体の下方に設定された侵入禁止領域を無効とすることを特徴とする作業機械。
2. 請求項１記載の作業機械において、
   前記車体の周囲に前記侵入禁止領域を設定する侵入禁止領域設定装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度より以下の場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された全ての侵入禁止領域を有効とし、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度よりも大きい場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された前記侵入禁止領域のうち、前記車体の下方に設定された侵入禁止領域を含む一部の侵入禁止領域を無効とし、他の侵入禁止領域を有効とすることを特徴とする作業機械。
3. 請求項１記載の作業機械において、
   前記車体の周囲に前記侵入禁止領域を設定する侵入禁止領域設定装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度より以下の場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された全ての侵入禁止領域を有効とし、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度よりも大きい場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された前記侵入禁止領域のうち、前記車体の下方に設定された侵入禁止領域のみを無効とし、他の侵入禁止領域を有効とすることを特徴とする作業機械。
4. 請求項１記載の作業機械において、
   前記車体の周囲に前記侵入禁止領域を設定する侵入禁止領域設定装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度より以下の場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された全ての侵入禁止領域を有効とし、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度よりも大きい場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された前記侵入禁止領域のうち、前記車体の下方に設定された侵入禁止領域と、前記フロント作業装置の稼働範囲の前方に設定された侵入禁止領域とを無効とし、他の侵入禁止領域を有効とすることを特徴とする作業機械。
5. 請求項１記載の作業機械において、
   前記制御装置は、
   前記車体の周囲に前記侵入禁止領域を設定する侵入禁止領域設定装置を備え、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度より以下の場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された全ての侵入禁止領域を有効とし、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度よりも大きい場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された前記侵入禁止領域のうち、前記車体の下方に設定された侵入禁止領域と、前記フロント作業装置の稼働範囲の左右に設定された侵入禁止領域とを無効とし、他の侵入禁止領域を有効とすることを特徴とする作業機械。
6. 請求項１記載の作業機械において、
   前記車体の周囲に前記侵入禁止領域を設定する侵入禁止領域設定装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度より以下の場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された全ての侵入禁止領域を有効とし、
   前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度よりも大きい場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された前記侵入禁止領域のうち、前記車体の下方に設定された侵入禁止領域と、前記フロント作業装置の前方および左右に設定された侵入禁止領域とを無効とし、他の侵入禁止領域を有効とすることを特徴とする作業機械。
7. 請求項２から６の何れか１項に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度よりも大きい状態から、前記基準角度以下の状態となった場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された全ての侵入禁止領域を有効とすることを特徴とする作業機械。
8. 請求項２から６の何れか１項に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度よりも大きい状態から、前記基準角度以下、かつ、前記複数の油圧アクチュエータを操作するための操作装置の操作量が予め定めた閾値よりも小さい状態となった場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された全ての侵入禁止領域を有効とすることを特徴とする作業機械。
9. 請求項２から６の何れか１項に記載の作業機械において、
   前記制御装置は、前記姿勢情報検出装置により検出された前記上部旋回体の傾斜角度が前記基準角度よりも大きい状態から、前記基準角度以下、かつ、前記下部走行体に対応する操作装置の操作量が予め定めた閾値よりも小さい状態となった場合には、前記侵入禁止領域設定装置で設定された全ての侵入禁止領域を有効とすることを特徴とする作業機械。

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