JP2024035297A - 作業機械 - Google Patents

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Abstract

Figure 2024035297000001
【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Pi(xi,yi)とする。
次に、各注視点に対する認知レベルCi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Ci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Ci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。
i=K×Δt ・・・式(1)
次に、以下の式(2)によって、認知レベルCiが、座標Pi(xi,yi)を中心とする正規分布に基づいた認知範囲CLev_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。
Lev_i=1/(2πσ21/2EXP(-(Pi-μ)2/2σ2)×Ci ・・・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Pi(xi,yi)を中心に認知範囲CLev_iが算出される。そして、各認知範囲CLev_iの総和から、認知レベル分布CLev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CLev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CLev(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(CLev) ・・・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CLev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CLev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(CLev))×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Ciを算出し、認知レベル分布CLev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PTiに対する正規分布値HTiを、以下の式(5)を用いて演算し、記憶装置13に記憶させる。
Ti=(1/(2πσ21/2)exp(-(PTi-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HTiの各座標PTiにおける総和が閾値Th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HTi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HTi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HTiと閾値Thとの関係を示す図である図12に示すように、閾値Th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。
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