JP2024035297A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の技量を高めることが可能な作業機械を提供する。
【解決手段】操作装置を操作する操作者の視線を検出する視線検出装置と、作業機械の周囲にある物体７０を検出する物体検出装置と、操作装置への操作力とは反対向きの力である反力を操作装置に付与可能な反力装置と、視線検出装置の検出結果に基づいて、物体検出装置が検出した物体７０に対する操作者の認知度を算出する算出手段と、物体検出装置が検出した物体７０の方に作業機械の少なくとも一部を移動させるように操作装置が操作された場合に、反力装置から操作装置に反力を付与させる反力付与手段と、算出手段が算出した認知度に応じて、反力装置が付与する反力の大きさを変化させる反力変化手段と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、操作者によって操作される操作装置に対して反力を付与可能な作業機械に関する。

特許文献１には、作業機械を操作するオペレータ（操作者）が注視する注視点の頻度の分布に基づいて、注視点領域を設定することが開示されている。

また、特許文献２には、作業機械を操作する運転者（操作者）が脇見運転をしている場合に、作業機械の動作を停止させることが開示されている。

特開２０２０－１３３２２９号公報 特開２０１７－５３０９２号公報

ところで、操作者の認知度が低い物体の方に作業機械の少なくとも一部を移動させるように、操作者が操作装置を操作した場合に、このような操作を制限することで、このような操作を操作者が行ったことを操作者に気付かせることが、操作者の技量を高める上で有効である。しかしながら、特許文献１では、作業現場内の人や車両など、流動的で操作者が一定以上注視しない物体に対して、注視点の集中が生じない。そのため、このような物体に対する操作者の認知度を把握することができない。また、特許文献２のように、操作者が脇見運転している作業機械の動作を単に停止させるだけでは、なぜ作業機械の動作が停止したのか、どのような操作が悪かったのかを操作者に理解させることができない。そのため、操作者の技量を高めることはできない。

本発明の目的は、操作者の技量を高め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、操作者によって操作される操作装置を備えた作業機械であって、前記操作者の視線を検出する視線検出装置と、前記作業機械の周囲にある物体を検出する物体検出装置と、前記操作装置への操作力とは反対向きの力である反力を前記操作装置に付与可能な反力装置と、前記視線検出装置の検出結果に基づいて、前記物体検出装置が検出した前記物体に対する前記操作者の認知度を算出する算出手段と、前記物体検出装置が検出した前記物体の方に前記作業機械の少なくとも一部を移動させるように前記操作装置が操作された場合に、前記反力装置から前記操作装置に前記反力を付与させる反力付与手段と、前記算出手段が算出した前記認知度に応じて、前記反力装置が付与する前記反力の大きさを変化させる反力変化手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、操作者によって操作される操作装置を備えた作業機械であって、前記操作者の視線を検出する視線検出装置と、前記操作装置への操作力とは反対向きの力である反力を前記操作装置に付与可能な反力装置と、前記視線検出装置の検出結果に基づいて、前記作業機械の周囲に対する前記操作者の認知度の分布を算出する算出手段と、前記操作装置が操作された場合に、前記反力装置から前記操作装置に前記反力を付与させる反力付与手段と、前記算出手段が算出した前記認知度の分布に応じて、前記反力装置が付与する前記反力の大きさを変化させる反力変化手段と、を有することを特徴とする。

本発明によると、作業機械の少なくとも一部が近づこうとしている物体に対する操作者の認知度に応じて、反力装置から操作装置に付与される反力の大きさが変化されるものが提供される。よって、操作者の認知度に関する情報を反力によって操作者に伝えることができる。例えば、操作者の認知度が低い物体ほど、その物体の方への操作に対する反力を大きくすることができる。また、例えば、操作者の認知度が高い物体の方への操作に対する反力を小さくする（望ましくはゼロにする）ことで、作業機械の作業性が低下しないようにすることができる。そして、操作装置への操作力に対する反力によって、操作者の上記物体への注意が不足していることを操作者に気付かせることができる。その結果、操作者は、作業機械の一部を物体に近づける操作をする際に、この物体に十分注意しながら操作するようになる。よって、操作者の技量を高めることができる。

また、本発明によると、作業機械の周囲に対する操作者の認知度の分布に応じて、反力装置から操作装置に付与される反力の大きさが変化されるものについても提供される。よって、操作者の認知度に関する情報を反力によって操作者に伝えることができる。例えば、作業機械の周囲の領域の認知度が低ければ、認知度が低い領域の方への操作に対する反力を大きくすることができる。また、例えば、操作者の認知度が高い領域の方への操作に対する反力を小さくする（望ましくはゼロにする）ことで、作業機械の作業性が低下しないようにすることができる。そして、操作装置への操作力に対する反力によって、作業機械の移動する方向への注意が不足していることを操作者に気付かせることができる。その結果、操作者は、作業機械の一部を移動させる操作をする際に、移動方向に十分注意しながら操作するようになる。よって、操作者の技量を高めることができる。

作業機械の側面図である。 作業機械の機能構成図である。 キャブ内から見た視界における物体、および、操作者の注視点を示す図である。 各注視点に対する認知レベルを示す図である。 認知レベル分布を示す図である。 反力の付与に緩急を付ける態様を示す図である。 アタッチメントの可動範囲を示す図である。 反力が付与されたときの複数の状況をまとめたレポートを示す図である。 アタッチメントの動作エリア、および、アタッチメントの動作軌跡を示す図である。 分散値と調整値との関係を示す図である。 正規分布値と調整値との関係を示す図である。 正規分布値と閾値との関係を示す図である。

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、操作者が操作する操作装置に対して反力を付与可能なものである。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、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、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、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、室内カメラ２６（図２参照）を有している。室内カメラ（視線検出装置）２６は、キャブ２３内に設けられている。室内カメラ２６は、作業機械１を操作する操作者（オペレータ）の目を撮像することで、操作者の視線を検出する。なお、操作者の視線を検出する視線検出装置は、室内カメラ２６に限定されず、例えば、操作者の頭部に装着される装着型の視線検出装置であってもよい。

また、作業機械１は、カメラ２７と、ＬｉＤＡＲ（Light Detection and RangingまたはLaser Imaging Detection and Ranging）２８と、を有している。カメラ２７およびＬｉＤＡＲ２８は、上部旋回体２２に設けられているが、アタッチメント３０（特にブーム３１）やキャブ２３に設けられていてもよい。カメラ（物体検出装置）２７およびＬｉＤＡＲ（物体検出装置）２８は、作業機械１の周囲にある物体を検出する。具体的には、カメラ２７は少なくともキャブ２３の前方側に撮影範囲が位置するように撮影方向が固定され、ＬｉＤＡＲ２８は少なくともキャブ２３の前方側にスキャン範囲が位置するように走査方向が固定されている。カメラ２７は、撮影範囲の画像を取得するものであり、ＬｉＤＡＲ２８は、ＬｉＤＡＲ２８が取り付けられている位置から物体までの距離を示す点群データ（三次元点群）を取得するものである。そして、カメラ２７が撮像した画像を解析する（例えば、画像に映り込んでいる物体の形状を判別する）ことで、物体の有無および物体の種類（例えば、ダンプやフェンス等）が特定される。また、ＬｉＤＡＲ２８が取得した点群データから、ＬｉＤＡＲ２８が取り付けられている位置を基準とした物体の位置が特定される。

なお、カメラ２７が撮像した画像における物体の映る位置および大きさから物体の有無および物体の位置を特定したり、ＬｉＤＡＲ２８が取得した点群データから物体の有無および物体の種類を特定したりしてもよく、カメラ２７とＬｉＤＡＲ２８の一方が搭載されなくてもよい。本実施形態では、カメラ２７は可視光画像を取得するが、夜間でも機能するように、カメラ２７として赤外線暗視画像を取得する赤外線カメラを用いてもよい。ＬｉＤＡＲ２８は、物体までの距離を示す点群データ（三次元点群）を取得するものであればよく、ＴＯＦ(Time of flight)センサや超音波センサに代替されてもよい。

また、作業機械１は、操作レバー２９（図２参照）を有している。操作レバー（操作装置）２９は、操作者によって操作される。操作レバー２９への操作により、下部走行体２１の前後進、上部旋回体２２の旋回、アタッチメント３０の回動などが行われる。

なお、作業機械１は、作業機械１の外部から遠隔操作される構成であってもよい。この場合、図３に示すような視界が作業機械１の外部のモニタに表示され、操作者は、モニタを見ながら作業機械１を遠隔操作する。さらに、作業機械１を遠隔操作する操作者の視線を検出する視線検出装置が作業機械１の外部設けられる。

（作業機械の機能構成）
作業機械１の機能構成図である図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、反力装置１４と、を有している。

コントローラ１１には、室内カメラ２６が撮像した画像、カメラ２７が撮像した画像、および、ＬｉＤＡＲ２８が取得した点群データが入力される。

また、コントローラ１１には、操作レバー２９の操作量が入力される。操作レバー２９の操作量は、操作レバー２９の中立位置からの変位量である。

反力装置１４は、操作レバー２９への操作力とは反対向きの力である反力を操作レバー２９に付与可能である。反力装置１４は、操作レバー２９の中立位置から離れる方向に変位する操作レバー２９に対して、中立位置に戻す方向の反力を付与する。反力装置１４は、例えば、電磁気力によって、操作レバー２９に反力を付与する。

以下、上部旋回体２２の旋回操作を例に説明するが、下部走行体２１が前後進する場合や、アタッチメント３０を上下に回動させる場合であっても、本実施形態を適用できる。

コントローラ（算出手段）１１は、室内カメラ２６の検出結果に基づいて、カメラ２７およびＬｉＤＡＲ２８が検出した物体に対する操作者の認知度を算出する。室内カメラ２６の検出結果とは、操作者の視線の検出結果である。

操作者の認知度は、以下のようにして算出される。まず、操作者の注視点の座標、および、各注視点への注視時間Δｔが、規定のサンプリング間隔で算出される。キャブ２３内からキャブ２３の前方を見た視界における物体７０、および、操作者の注視点を図３に示す。図３では、２つの物体７０に対する４つの注視点の各々の座標Ｐ１～Ｐ４が算出されている。各注視点は、所定時間前のサンプリングから現在のサンプリングまでの間に２つの物体７０に対して操作者が注視してきた座標である。図３では、所定時間前のサンプリングでは注視点は座標Ｐ４であり、その後に現在のサンプリングまでの間に注視点が座標Ｐ４から座標Ｐ３に変化し、座標Ｐ３から座標Ｐ２に変化し、さらに座標Ｐ２から現在の注視点である座標Ｐ１に変化したことを示している。各注視点の座標Ｐ１～Ｐ４は、例えば、二次元座標（ｘ，ｙ）である。ｘは、図３の左右方向の座標であり、ｙは、図３の紙面奥行方向の座標である。以下、座標Ｐ_i（ｘ_i，ｙ_i）とする。

次に、各注視点に対する認知レベルＣ_iが、以下の式（１）で算出される。ここで、Ｋは、注視時間Δｔに対する係数であり、単位注視時間当たりの認知感度を調整するものである。各注視点に対する認知レベルＣ_iを図４に示す。図４の横軸は、上部旋回体２２の旋回動作の動作範囲であり、各注視点の左右方向の座標ｘに対応している。図４の縦軸は、認知レベルである。図４において、縦軸よりも右側が、作業機械１の右方向であり、縦軸よりも左側が、作業機械１の左方向である。認知レベルＣ_iは、一定時間が経過すると更新され、例えば規定のサンプリング間隔ごとに更新される。
Ｃ_i＝Ｋ×Δｔ ・・・式（１）

次に、以下の式（２）によって、認知レベルＣ_iが、座標Ｐ_i（ｘ_i，ｙ_i）を中心とする正規分布に基づいた認知範囲Ｃ_Lev__iとして再設定される。ここで、μは平均、σ²は分散を表している。
Ｃ_Lev__i＝１／（２πσ²）^1/2ＥＸＰ（－（Ｐ_i－μ）²／２σ²）×Ｃ_i ・・・式（２）

次に、各注視点において、平均μをゼロとし、分散σ²を任意の値として、座標Ｐ_i（ｘ_i，ｙ_i）を中心に認知範囲Ｃ_Lev__iが算出される。そして、各認知範囲Ｃ_Lev__iの総和から、認知レベル分布Ｃ_Levが、操作者の認知度として算出される。このようにして算出された認知レベル分布Ｃ_Levを図５に示す。

コントローラ（反力付与手段）１１は、カメラ２７およびＬｉＤＡＲ２８が検出した物体７０の方に作業機械１の少なくとも一部を移動させるように操作レバー２９が操作された場合に、反力装置１４から操作レバー２９に反力を付与させる。このとき、コントローラ（反力変化手段）１１は、自身が算出した認知度に応じて、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさを変化させる。具体的には、認知レベル分布Ｃ_Lev（操作者の認知度）に応じて、反力装置１４から付与される反力Ｆの大きさが、以下の式（３）で決定される。
Ｆ＝１／ｅｘｐ（Ｃ_Lev） ・・・式（３）

このように、作業機械１の少なくとも一部が近づこうとしている物体７０に対する操作者の認知度に応じて、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが変化される。よって、操作者の認知度に関する情報を反力によって操作者に伝えることができる。例えば、操作者の認知度が低い物体７０ほど、その物体７０の方への操作に対する反力を大きくすることができる。また、例えば、操作者の認知度が高い物体７０の方への操作に対する反力を小さくする（望ましくはゼロにする）ことで、作業機械１の作業性が低下しないようにすることができる。そして、操作レバー２９への操作力に対する反力によって、操作者の上記物体７０への注意が不足していることを操作者に気付かせることができる。その結果、操作者は、作業機械１の一部を物体７０に近づける操作をする際に、この物体７０に十分注意しながら操作するようになる。よって、操作者の技量を高めることができる。

本実施形態では、式（３）に示されるように、物体７０に対する操作者の認知度が低いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが大きくなる。また、物体７０に対する操作者の認知度が高いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが小さくなる。

このように、物体７０に対する操作者の認知度が低いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが大きくされる。これにより、操作者の上記物体７０への注意が不足していることを操作者に好適に気付かせることができる。また、物体７０に対する操作者の認知度が高いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが小さくされる。これにより、操作レバー２９の操作が反力で制限されにくいので、作業機械１の作業性が低下しないようにすることができる。

以上のように、本実施形態では、認知レベル分布Ｃ_Levが作業機械１の左右方向に対して算出され、作業機械１の少なくとも一部が物体７０に近づくような操作がされた場合に、作業機械１の少なくとも一部が近づこうとしている物体７０に対する操作者の認知度に応じて、反力装置１４から操作レバー２９に反力が付与される。なお、作業機械１の少なくとも一部が物体７０に近づくような操作としては、上部旋回体２２の旋回操作や下部走行体２１の走行操作により、アタッチメント３０や上部旋回体２２が作業機械１の左右方向に移動する操作が含まれる。

さらに、本実施形態では、認知レベル分布Ｃ_Levが作業機械１の前後方向（図３の紙面奥行方向）に対して算出され、作業機械１の少なくとも一部が物体７０に近づくような操作がされた場合に、作業機械１の少なくとも一部が近づこうとしている物体７０に対する操作者の認知度に応じて、反力装置１４から操作レバー２９に反力が付与される。なお、作業機械１の少なくとも一部が物体７０に近づくような操作としては、アタッチメント３０の操作（ブーム３１を回動させる操作、アーム３２を回動させる操作、バケット３３を回動させる操作）や下部走行体２１の走行操作により、アタッチメント３０や上部旋回体２２が作業機械１の前方方向に移動する操作が含まれる。

ここで、コントローラ（反力態様手段）１１は、反力装置１４から操作レバー２９に反力を付与させる際に、反力の大きさの時間的変化の態様である付与態様を変化させてもよい。例えば、この付与態様は、反力の付与に緩急を付ける態様や、反力を振動させながら付与する態様であってよい。

反力の付与に緩急を付ける態様を図６に示す。図６に示すように、反力の付与に緩急を付ける態様とは、目標とする反力を比較的短い時間をかけて付与する高応答の態様と、目標とする反力を比較的長い時間をかけて付与する低応答の態様とを使い分けることで、反力を急激に付与したり、反力を緩やかに付与したりすることを意味する。

反力を振動させながら付与する態様とは、目標とする反力を付与するのと、反力をゼロにするのとを、交互に繰り返す態様を意味する。

反力の付与に緩急を付ける態様の場合、例えば、作業機械１と物体７０との距離が短いほど、反力を急激に付与することで、物体７０に干渉する可能性が高いことを操作者に気付かせることができる。また、反力を振動させながら付与する態様の場合、例えば、作業機械１と物体７０との距離が短いほど、反力を大きく振動させることで、物体７０に干渉する可能性が高いことを操作者に気付かせることができる。このように、反力の付与態様を変化させることで、操作者の上記物体７０への注意が不足していることをより明確に操作者に気付かせることができる。

また、コントローラ（反力態様手段）１１は、自身が算出した認知度に応じて、反力装置１４から操作レバー２９への反力の付与態様を変化させてもよい。例えば、反力の付与に緩急を付ける態様の場合に、操作者の認知度が低い物体７０ほど、反力を急激に付与する一方、操作者の認知度が高い物体７０ほど、反力を緩やかに付与するようにすることができる。また、例えば、反力を振動させながら付与する態様の場合に、操作者の認知度が低い物体７０ほど、振動を大きくする一方、操作者の認知度が高い物体７０ほど、振動を小さくすることができる。このように、物体７０に対する操作者の認知度に応じて、反力の付与態様を変化させることで、操作者の上記物体７０への注意が不足していることをより明確に操作者に気付かせることができる。

また、図３に示すように、コントローラ（反力変化手段）１１は、物体７０とアタッチメント３０（バケット３３）との距離Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）に応じて、反力の大きさを変化させてもよい。例えば、以下の式（４）に示すように、物体７０とバケット３３との距離が短いほど、その物体７０の方にアタッチメント３０を移動させる操作に対する反力が大きくされてよい。
Ｆ＝（１／ｅｘｐ（Ｃ_Lev））×１／Ｌ ・・・式（４）

このように、物体７０とアタッチメント３０との距離に応じて、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが変化される。例えば、物体７０とアタッチメント３０との距離が短いほど、その物体７０の方への操作に対する反力を大きくすることができる。この場合、アタッチメント３０が物体７０に干渉する可能性が高いことを操作者に気付かせることができる。

なお、ＬｉＤＡＲ２８により物体７０が検出されない場合には、コントローラ（反力付与手段）１１は、反力装置１４から操作レバー２９に反力を付与させない。しかしながら、ＬｉＤＡＲ２８により物体７０が検出されない場合であっても、反力装置１４から操作レバー２９に反力を付与させるようにしてもよい。

具体的に、図３では物体７０に対して操作者が注視してきた座標を注視点として設定していたが、物体７０の有無に限らず操作者が注視してきた座標を注視点として設定し、各注視点に対する認知レベルＣ_iを算出し、認知レベル分布Ｃ_Levとして再設定することで、作業機械１の周囲の領域における操作者の認知度の分布を算出する。そして、注視点に対する操作者の認知度に応じて、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが変化される。例えば、作業機械１の少なくとも一部が近づこうとしている作業機械１の周囲の領域の操作者の認知度が高ければ、操作レバー２９に付与される反力の大きさは小さく設定され、認知度が低ければ、操作レバー２９に付与される反力の大きさは大きく設定される。このように構成することで、物体７０が存在しない場合においても認知度が低い方向への操作が制限され、作業機械１の移動する方向への注意が不足している（脇見運転をしている）ことを操作者に気付かせることができる。

ここで、アタッチメント３０の可動範囲８０を示す図である図７に示すように、コントローラ（範囲設定手段）１１は、アタッチメント３０の可動範囲８０を設定する。図７の上方が、上部旋回体２２の前方であり、図７の左右方向が、上部旋回体２２の左右方向である。

図７においては、アタッチメント３０の可動範囲８０の外に位置する物体７０が存在する。アタッチメント３０の可動範囲８０の外に位置する物体７０には、アタッチメント３０は届きにくい。よって、このような物体７０にアタッチメント３０が干渉する可能性は低い。そこで、コントローラ（反力付与手段）１１は、可動範囲８０の外に位置する物体７０の方にアタッチメント３０を移動させるように操作レバー２９が操作された場合に、反力装置１４から操作レバー２９に反力を付与しない。これにより、作業機械１の作業性が不要に低下しないようにすることができる。

なお、図７において、コントローラ（算出手段）１１は、可動範囲８０の外に位置する物体７０に対する認知度を算出しなくてもよい。これにより、コントローラ１１の計算負荷を軽減することができる。

図２に戻って、コントローラ１１は、自身が反力装置１４に反力を付与させたときの、作業機械１および物体７０の少なくともいずれかに関する状況を記憶装置１３に記憶させる。反力装置１４に反力を付与させたときの状況とは、具体的には、反力が付与された時刻、反力が付与されたときの操作内容、反力が付与されたときの作業機械１の姿勢、反力の大きさ、物体７０の種類などである。作業機械１の姿勢は、例えば、上部旋回体２２とバケット３３との水平方向の距離である。作業終了後に、コントローラ（出力装置）１１は、記憶装置１３に記憶された複数の状況をまとめてレポートとして、キャブ２３内のモニタや作業機械１の外部のモニタ等に出力させる。反力が付与されたときの複数の状況をまとめたレポートを図８に示す。図８では、複数の状況とともに、これらを総括したコメントが記載されている。このレポートに記載された内容を確認することで、どういう状況で反力が付与されたのかを確認することができる。よって、今後の操作者の操作の改善に役立てることができる。

ここで、作業機械１は、同じような作業を繰り返し行う場合が多い。同じような作業を繰り返し行う場合、アタッチメント３０は、ほぼ同じ軌跡上で動作される。そこで、コントローラ（エリア設定手段）１１は、アタッチメント３０の動作軌跡に基づいて、アタッチメント３０の動作エリアを設定する。アタッチメント３０の動作エリア９０、および、アタッチメント３０の動作軌跡９１を図９に示す。図９の上方が、作業機械１の前方であり、図９の左右方向が、作業機械１の左右方向である。図９では、動作軌跡９１は、作業機械１の前後方向にループを形成している。

アタッチメント３０の動作エリアは、具体的に、以下のようにして設定される。まず、アタッチメント３０の軌跡の座標Ｐ_Tiに対する正規分布値Ｈ_Tiを、以下の式（５）を用いて演算し、記憶装置１３に記憶させる。
Ｈ_Ti＝（１／（２πσ²）^1/2）ｅｘｐ（－（Ｐ_Ti－μ）²／２σ²） ・・・式（５）

次に、繰り返し作業を行う毎に演算され記憶された正規分布値Ｈ_Tiの各座標Ｐ_Tiにおける総和が閾値Ｔ_h以上の範囲を、アタッチメント３０の動作が繰り返され、アタッチメント３０の動作が限定される動作エリア９０として設定する。

なお、動作エリア９０が限定され、事前に特定できるような場合には、主要な動作エリア９０を操作者が手入力で設定してもよい。

コントローラ（反力付与手段）１１は、アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るように操作レバー２９が操作された場合に、反力装置１４から操作レバー２９に反力を付与させる。同じような作業を繰り返し作業機械１が行う場合、通常、アタッチメント３０の動きは動作エリア９０内に留まる。アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るように操作レバー２９が操作された場合に、反力装置１４から操作レバー２９に反力を付与することで、アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るような操作を抑制することができる。

また、コントローラ（反力変化手段）１１は、アタッチメント３０が動作エリア９０の境界に近いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさを大きくする。これにより、アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るような操作をより抑制することができる。

また、コントローラ（反力変化手段、算出手段）１１は、認知度が低いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさを大きくするとともに、動作エリア９０の外における認知度をゼロと算出する。これにより、アタッチメント３０が動作エリア９０の境界に達した場合に、大きな反力が付与されるようにすることができる。これにより、アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るような操作を抑制することができる。

なお、コントローラ（算出手段）１１は、認知度を算出する範囲を、動作エリア９０内に限定してよい。同じような作業を繰り返し作業機械１が行う場合、通常、アタッチメント３０の動きは動作エリア９０内に留まる。よって、動作エリア９０外に位置する物体７０に対する操作者の認知度を算出する必要性は低い。そこで、物体７０に対する操作者の認知度を算出する範囲を、動作エリア９０内に限定することで、コントローラ１１の計算負荷を軽減することができる。

ここで、上記の式（５）において正規分布値Ｈ_Tiの計算に用いる分散値σ²は、動作エリア９０を算出する際の感度として、操作者が段階的に設定してもよい。例えば、分散値と調整値との関係を示す図である図１０に示すように、５つの調整値で分散値σ²を５段階に設定する。正規分布値Ｈ_Tiと調整値との関係を示す図である図１１に示すように、分散値σ²を段階的に変更することで、動作エリア９０を広くしたり狭くしたりすることができる。また、正規分布値Ｈ_Tiと閾値Ｔ_hとの関係を示す図である図１２に示すように、閾値Ｔ_hを変更することで、動作エリア９０を広くしたり狭くしたりしてもよい。

（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、作業機械１の少なくとも一部が近づこうとしている物体７０に対する操作者の認知度に応じて、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが変化される。よって、操作者の認知度に関する情報を反力によって操作者に伝えることができる。例えば、操作者の認知度が低い物体７０ほど、その物体７０の方への操作に対する反力を大きくすることができる。また、例えば、操作者の認知度が高い物体７０の方への操作に対する反力を小さくする（望ましくはゼロにする）ことで、作業機械１の作業性が低下しないようにすることができる。そして、操作レバー２９への操作力に対する反力によって、操作者の上記物体７０への注意が不足していることを操作者に気付かせることができる。その結果、操作者は、作業機械１の一部を物体７０に近づける操作をする際に、この物体７０に十分注意しながら操作するようになる。よって、操作者の技量を高めることができる。

また、物体７０に対する操作者の認知度が低いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが大きくされる。これにより、操作者の上記物体７０への注意が不足していることを操作者に好適に気付かせることができる。また、物体７０に対する操作者の認知度が高いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが小さくされる。これにより、操作レバー２９の操作が反力で制限されにくいので、作業機械１の作業性が低下しないようにすることができる。

また、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさの時間的変化の態様である付与態様が変化される。例えば、反力の付与に緩急を付ける態様とすることができる。この場合、例えば、作業機械１と物体７０との距離が短いほど、反力を急激に付与することで、物体７０に干渉する可能性が高いことを操作者に気付かせることができる。また、例えば、反力を振動させながら付与する態様とすることができる。この場合、例えば、作業機械１と物体７０との距離が短いほど、反力を大きく振動させることで、物体７０に干渉する可能性が高いことを操作者に気付かせることができる。このように、反力の付与態様を変化させることで、操作者の上記物体７０への注意が不足していることをより明確に操作者に気付かせることができる。

また、物体７０に対する操作者の認知度に応じて、反力の付与態様が変化される。例えば、反力の付与に緩急を付ける態様の場合に、操作者の認知度が低い物体７０ほど、反力を急激に付与する一方、操作者の認知度が高い物体７０ほど、反力を緩やかに付与するようにすることができる。また、例えば、反力を振動させながら付与する態様の場合に、操作者の認知度が低い物体７０ほど、振動を大きくする一方、操作者の認知度が高い物体７０ほど、振動を小さくすることができる。このように、物体７０に対する操作者の認知度に応じて、反力の付与態様を変化させることで、操作者の上記物体７０への注意が不足していることをより明確に操作者に気付かせることができる。

また、物体７０とアタッチメント３０との距離に応じて、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが変化される。例えば、物体７０とアタッチメント３０との距離が短いほど、その物体７０の方への操作に対する反力を大きくすることができる。この場合、アタッチメント３０が物体７０に干渉する可能性が高いことを操作者に気付かせることができる。

また、アタッチメント３０の可動範囲８０の外に位置する物体７０の方にアタッチメント３０を移動させるように操作レバー２９が操作された場合に、反力装置１４から操作レバー２９に反力が付与されない。アタッチメント３０の可動範囲８０の外に位置する物体７０には、アタッチメント３０は届きにくい。よって、このような物体７０にアタッチメント３０が干渉する可能性は低いので、このような物体７０の方にアタッチメント３０を移動させるように操作レバー２９が操作されても、反力を付与しない。これにより、作業機械１の作業性が不要に低下しないようにすることができる。

また、アタッチメント３０の可動範囲８０の外に位置する物体７０に対する操作者の認知度が算出されない。アタッチメント３０の可動範囲８０の外に位置する物体７０には、アタッチメント３０は届きにくい。よって、このような物体７０にアタッチメント３０が干渉する可能性は低いので、このような物体７０に対する操作者の認知度を算出しない。これにより、コントローラ１１の計算負荷を軽減することができる。

また、コントローラ１１が反力装置１４に反力を付与させたときの、作業機械１および物体７０の少なくともいずれかに関する状況がレポートとして出力される。例えば、作業終了後に、レポートに記載された内容を確認することで、どういう状況で反力が付与されたのかを確認することができる。よって、今後の操作者の操作の改善に役立てることができる。

また、アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るように操作レバー２９が操作された場合に、反力装置１４から操作レバー２９に反力が付与される。例えば、同じような作業を繰り返し作業機械１が行う場合、通常、アタッチメント３０の動きは動作エリア９０内に留まる。アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るように操作レバー２９が操作された場合に、反力装置１４から操作レバー２９に反力を付与することで、アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るような操作を抑制することができる。

また、アタッチメント３０が動作エリア９０の境界に近いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが大きくされる。これにより、アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るような操作をより抑制することができる。

また、物体７０に対する操作者の認知度が低いほど、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが大きくされるとともに、動作エリア９０の外における認知度がゼロと算出される。例えば、同じような作業を繰り返し作業機械１が行う場合、通常、アタッチメント３０の動きは動作エリア９０内に留まる。そこで、動作エリア９０の外における認知度をゼロとし、アタッチメント３０が動作エリア９０の境界に達した場合に、大きな反力が付与されるようにする。これにより、アタッチメント３０が動作エリア９０の外に出るような操作を抑制することができる。

また、物体７０に対する操作者の認知度が算出される範囲が、動作エリア９０内に限定される。例えば、同じような作業を繰り返し作業機械１が行う場合、通常、アタッチメント３０の動きは動作エリア９０内に留まる。よって、動作エリア９０外に位置する物体７０に対する操作者の認知度を算出する必要性は低い。そこで、物体７０に対する操作者の認知度を算出する範囲を、動作エリア９０内に限定することで、コントローラ１１の計算負荷を軽減することができる。

また、作業機械１の周囲に対する操作者の認知度の分布に応じて、反力装置１４から操作レバー２９に付与される反力の大きさが変化される。よって、操作者の認知度に関する情報を反力によって操作者に伝えることができる。例えば、作業機械の周囲の領域の認知度が低ければ、認知度が低い領域の方への操作に対する反力を大きくすることができる。また、例えば、操作者の認知度が高い領域の方への操作に対する反力を小さくする（望ましくはゼロにする）ことで、作業機械１の作業性が低下しないようにすることができる。そして、操作レバー２９への操作力に対する反力によって、作業機械１の移動する方向への注意が不足していることを操作者に気付かせることができる。その結果、操作者は、作業機械１の一部を移動させる操作をする際に、移動方向に十分注意しながら操作するようになる。よって、操作者の技量を高めることができる。

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（算出手段、反力付与手段、反力変化手段、反力態様手段、範囲設定手段、出力装置、エリア設定手段）
１３ 記憶装置
１４ 反力装置
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
２６ 室内カメラ（視線検出装置）
２７ カメラ（物体検出装置）
２８ ＬｉＤＡＲ（物体検出装置）
２９ 操作レバー（操作装置）
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
７０ 物体
８０ 可動範囲
９０ 動作エリア
９１ 動作軌跡

Claims (13)

1. 操作者によって操作される操作装置を備えた作業機械であって、
   前記操作者の視線を検出する視線検出装置と、
   前記作業機械の周囲にある物体を検出する物体検出装置と、
   前記操作装置への操作力とは反対向きの力である反力を前記操作装置に付与可能な反力装置と、
   前記視線検出装置の検出結果に基づいて、前記物体検出装置が検出した前記物体に対する前記操作者の認知度を算出する算出手段と、
   前記物体検出装置が検出した前記物体の方に前記作業機械の少なくとも一部を移動させるように前記操作装置が操作された場合に、前記反力装置から前記操作装置に前記反力を付与させる反力付与手段と、
   前記算出手段が算出した前記認知度に応じて、前記反力装置が付与する前記反力の大きさを変化させる反力変化手段と、
   を有することを特徴とする作業機械。
2. 前記反力変化手段は、前記認知度が低いほど、前記反力の大きさを大きくする一方、前記認知度が高いほど、前記反力の大きさを小さくすることを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
3. 前記反力の大きさの時間的変化の態様である付与態様を変化させる反力態様手段を有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. 前記反力態様手段は、前記算出手段が算出した前記認知度に応じて、前記付与態様を変化させることを特徴とする請求項３に記載の作業機械。
5. アタッチメントを有し、
   前記反力変化手段は、前記物体と前記アタッチメントとの距離に応じて、前記反力の大きさを変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機械。
6. アタッチメントと、
   前記アタッチメントの可動範囲を設定する範囲設定手段と、
   を有し、
   前記反力付与手段は、前記可動範囲の外に位置する前記物体の方に前記アタッチメントを移動させるように前記操作装置が操作された場合に、前記反力装置から前記操作装置に反力を付与しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機械。
7. アタッチメントと、
   前記アタッチメントの可動範囲を設定する範囲設定手段と、
   を有し、
   前記算出手段は、前記可動範囲の外に位置する前記物体に対する前記認知度を算出しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機械。
8. 前記反力付与手段が前記反力装置に前記反力を付与させたときの、前記作業機械および前記物体の少なくともいずれかに関する状況をレポートとして出力する出力装置を有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。
9. アタッチメントと、
   前記アタッチメントの動作軌跡に基づいて、前記アタッチメントの動作エリアを設定するエリア設定手段と、
   を有し、
   前記反力付与手段は、前記アタッチメントが前記動作エリアの外に出るように前記操作装置が操作された場合に、前記反力装置から前記操作装置に反力を付与させることを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機械。
10. 前記反力変化手段は、前記アタッチメントが前記動作エリアの境界に近いほど、前記反力の大きさを大きくすることを特徴とする請求項９に記載の作業機械。
11. 前記反力変化手段は、前記認知度が低いほど、前記反力の大きさを大きくし、
    前記算出手段は、前記動作エリアの外における前記認知度をゼロと算出することを特徴とする請求項９に記載の作業機械。
12. アタッチメントと、
    前記アタッチメントの動作軌跡に基づいて、前記アタッチメントの動作エリアを設定するエリア設定手段と、
    を有し、
    前記算出手段は、前記認知度を算出する範囲を、前記動作エリア内に限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。
13. 操作者によって操作される操作装置を備えた作業機械であって、
    前記操作者の視線を検出する視線検出装置と、
    前記操作装置への操作力とは反対向きの力である反力を前記操作装置に付与可能な反力装置と、
    前記視線検出装置の検出結果に基づいて、前記作業機械の周囲に対する前記操作者の認知度の分布を算出する算出手段と、
    前記操作装置が操作された場合に、前記反力装置から前記操作装置に前記反力を付与させる反力付与手段と、
    前記算出手段が算出した前記認知度の分布に応じて、前記反力装置が付与する前記反力の大きさを変化させる反力変化手段と、
    を有することを特徴とする作業機械。

Images