JP3615352B2

JP3615352B2 - 自動運転建設機械

Info

Publication number: JP3615352B2
Application number: JP10182297A
Authority: JP
Inventors: 榑沼　　透; 一宏菅原; 好幸永野; 誠二山下; 英人石橋; 昭橋本; 元安田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: JPH10292419A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転する建設機械に係わり、特に、掘削から放土までの一連の作業を自動的に繰り返す油圧ショベル等の自動運転建設機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建設機械の代表例として油圧ショベルが知られているが、近年、油圧ショベが掘削から放土までの一連の作業を単調に繰り返す作業の場合には、自動運転によって作業を行わせるようになってきている。例えば、特公昭５４ー７１２１号公報には、掘削から放土までの一連の動作を教示し、教示された動作を繰り返し再生して、油圧ショベルに掘削から放土までの一連の作業を自動的に行わせる技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、掘削から放土までの一連の作業を自動的に繰り返す建設機械において、教示操作は、通常は、作業者が建設機械の運転室に搭乗して、掘削から放土までの一連の作業を教示する。また、再生操作は、安全上の観点から、この作業者が運転室から降りてから、建設機械から離れた再生操作のし易い場所に設置された教示再生操作装置を操作して実施している。しかし、教示操作を行った作業者以外の作業者が教示再生操作装置から再生操作を行う場合、建設機械の周囲に、前記運転室から降りた他の作業者が存在するか否かを確認して安全を図っているが、建設機械が大型であったり、大型の付帯設備が設置されているような場合には、再生操作をする作業者は、それらの背後等にいる前記他の作業者を十分に把握できない場合がある。このような状態で再生操作を開始することは非常に危険である。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みて、自動運転を行う建設機械において、再生操作時の安全性を向上した自動運転建設機械を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、
教示された掘削から放土までの一連の動作を、再生操作により繰り返し行う建設機械と、該建設機械から遠隔の位置に設置され前記建設機械の自動運転操作を行う遠隔操作装置と、から構成される自動運転建設機械において、
前記建設機械および前記遠隔操作装置と接離可能であって、教示時に前記建設機械の運転室に装着されて操作され掘削から放土までの一連の動作を教示する教示操作部を備え、
この教示操作部が前記遠隔操作装置に接続されていないときには、再生操作が指令されても、再生処理が実行されないように構成したことを特徴とする。
【０００６】
また、前記遠隔操作装置は、
前記教示された動作を繰り返し行わせる再生操作手段と、
前記教示操作部が前記遠隔操作装置に接続された時、前記再生操作手段から出力される再生起動信号のロックを解除するインターロックと、
を設けたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図１〜図６を用いて説明する。
【０００８】
図１は本実施形態に係わる自動運転建設機械の作業状態を示す斜視図である。
図において、１は斜面２に形成された土石貯留場所、３は運搬してきた土石４を土石貯留場所１に放出するトラック、５は土石貯留場所１に貯留された土石を掘削し後述する破砕機６に放出する油圧ショベル、７は油圧ショベル５の再生操作を行うのに適した任意の場所に設置された操作ボックスである。
【０００９】
油圧ショベル５は、走行体５０と、走行体５０上に旋回可能に設けられた旋回体５１と、旋回体５１に俯仰動可能に設けられたブーム５２と、ブーム５２の先端に回動可能に設けられたアーム５３と、アーム５３の先端に回動可能に設けられたバケット５４と、ブーム５２、アーム５３、バケット５４をそれぞれ俯仰動作するためのシリンダ５５，５６，５７と、旋回体５１に設けられた運転室５８と、操作ボックスとの間で信号の送受信を行うアンテナ５９とから構成されている。
【００１０】
また、破砕機６は、走行体６０と、走行体６０上に設けられたフレーム６１と、フレーム６１に設けられたホッパ６２と、ホッパ６２の下方に設けられた破砕部６３と、破砕部６３の下方に設けられたコンベア６４とから構成されており、６５は破砕機６によって粉砕された土石を示す。
【００１１】
また、操作ボックス７は、支持台７０と、支持台７０に固定された遠隔操作装置としての教示再生操作装置７１とから構成され、教示再生操作装置７１には、再生起動釦７１１と、再生停止釦７１２と、非常停止釦７１３と、教示再生操作装置７１本体と機械的かつ電気的に接続可能に設けられ、教示時に前記建設機械の運転室に装着されて操作され掘削から放土までの一連の動作を教示する教示操作部７１４と、教示結果を表示する表示部７１４１と、教示操作部７１４と教示再生操作装置７１本体とをコネクタ部７１５において電気的に接続するコード７１４２と、油圧ショベル５のアンテナ５９との間で信号の送受信を行うアンテナ７１６とを備えている。
【００１２】
図２は図１に示す運転室５８の内部構造を示す図であり、図において、５８１は運転席であり、７１４’は図１に示す着脱可能の教示操作部７１４が運転席に装着された状態を示す教示操作部であり、７１４１’はその表示部である。
【００１３】
次に、本実施形態に係わる自動運転建設機械の制御機構について図３を用いて説明する。
【００１４】
なお、図において、図１に示した教示再生操作装置７１の構成と対応する部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００１５】
図において、７１７は再生時に操作される再生操作部、７１８は教示操作部７１４または再生操作部７１７から出力される信号を自動運転コントローラ８００に出力するための所定の信号に形成するための車外信号生成部、７１９および８１６はそれぞれシリアル通信等を行う、教示再生操作装置７１と自動運転コントローラ８００間で信号の送受信を行う車外無線装置および車内無線装置である。
【００１６】
なお、車外信号生成部７１８は、マイクロコンピュータを使用した一般的なコントローラで構成され、入力した信号に相当する指令コードを生成する機能を有する。入力した信号は、例えば、起動は「ＳＴ」、停止は「ＳＰ」というように識別可能なＡＳＣＩＩコード列に変換される。
【００１７】
８０は車内搭載装置を示し、８００は自動運転コントローラ、８１１は自動運転コントローラ８００から出力される駆動電流によって駆動される補助制御弁、８１２は、補助制御弁８１１から出力される油圧信号により制御され、アクチュエータに流入する油量または油圧を制御する主制御弁、８１３は図１に示す油圧ショベル５の各部を作動するためのシリンダ５５，５６，５７等のアクチュエータ、８１４は、旋回体５１とブーム５２間、ブーム５２とアーム５３間、アーム５３とバケット５４間のそれぞれの回転角度と旋回体５１の旋回角を検出する角度センサである。
【００１８】
なお、図において、教示操作部７１４は、運転室５８から外された教示操作部７１４’が教示再生操作装置７１に装着されている時の状態を示す。
【００１９】
また、図において、教示時は、運転室５８内の教示操作部７１４’からの操作によって掘削から放土までの一連の動作についての教示が行われ、自動運転コントローラ８００はその操作に従って、各角度センサ８１４からの検出出力を入力して演算し、後に説明するように所定の記憶領域に教示位置データと教示コマンドを記憶する。再生時は、再生操作部７１７から再生起動釦７１１をオンすることによって、車外信号生成部７１８において形成された所定の信号が無線装置７１９，８１６を介して自動運転コントローラ８００に送信され、再生処理が開始される。自動運転コントローラ８００で再生処理が開始されると、記憶している教示位置データを呼び出し、角度センサ８１４から得られた現在位置情報と対比しながら、この教示位置データに合致するように、旋回体５１、ブーム５２、アーム５３、バケット５４をそれぞれ作動するための補助制御弁８１１に駆動電流を出力する。補助制御弁８１１からさらに主制御弁８１２を介して各アクチュエータ８１３の油圧を制御して油圧ショベル５の自動運転を行う。
【００２０】
次に、本実施形態に係わる自動運転建設機械における機能構成について図４を用いて説明する。
【００２１】
なお、図４において、図１〜図３に示した構成と対応する同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２２】
７１８１は、車外信号生成部７１８において、教示再生操作装置７１に教示操作部７１４を装着した時、装着したことを検出して検出信号を出力する車外コマンドポート、７１８２は、車外信号生成部７１８において、車外コマンドポート７１８１から検出信号が出力されている時に、再生起動するために、再生起動釦７１１をオンした時、再生起動信号のロックを解除するインタ−ロックである。
【００２３】
また、８０１は、教示操作部７１４’を運転室５８内の自動運転コントローラ８００に装着して教示操作した時、教示操作信号の出力が可能となる車内コマンドポート、８０２は角度センサ８１４から検出された角度信号を現在の位置データに演算する現在位置演算部、８０３は、教示時、教示操作部７１４または７１４’からの操作により、教示コマンドと、現在位置演算部８０２から得られた油圧ショベル５の現在位置を教示位置データとして出力する教示処理部、８０４は教示処理部８０３から出力された教示コマンドを格納する教示コマンド格納部、８０５は教示処理部８０３から出力された教示位置データを格納する教示位置格納部、８０６は教示再生操作装置７１から送信された再生起動信号または再生停止信号を入力処理する起動・停止処理部、８０７は、起動・停止処理部８０６から出力される信号により再生起動または再生停止され、再生起動された時、格納されている教示コマンドを逐次解釈して教示位置格納部８０５から所定の教示位置データの出力を指示するコマンドインタプリタ部、８０８はコマンドインタプリタ部８０７からの指令に応じて教示位置格納部８０５から教示位置データを出力処理する教示位置出力処理部、８０９は、油圧ショベル５が各教示位置間を円滑に動作するように、教示位置出力処理部８０８から出力された教示位置データから教示位置データ間に演算によって補間された教示位置データを作成し出力するサーボ前処理部、８１０はサーボ前処理部８０９から出力された補間教示位置データと現在位置演算部８０２から出力される現在位置データとを対比して油圧ショベル５の各部を所定の位置に制御するための駆動電流を出力するサーボ制御部である。
【００２４】
次に、図４に示す車外コマンドポート７１８１およびインターロック７１８２の具体的構成およびその動作について図５〜図６を用いて説明する。
【００２５】
図５において、教示操作部７１４が教示再生操作装置７１に装着されると、車外コマンドポート７１８１ａと７１８１ｂが結合され、ラインａとラインｂがラインｃを介して接続され、電源Ｖｃｃの電圧が端子ＤＩー１に出力する。一方、再生起動釦７１１がオンされると端子ＤＩー２が接地電位になり、再生起動信号が端子ＤＩー２に出力する。車外信号生成器では、端子ＤＩー１からの信号入力を条件として端子ＤＩー２から入力された再生起動信号のロックが解除される。その結果、再生起動信号は、車外信号生成器から車外無線装置７１９を介して自動運転コントローラ８００に出力される。
【００２６】
また、図６は示すものは、図５に示すものの他の例であり、図６において、教示操作部７１４が教示再生操作装置７１に装着されると、車外コマンドポート７１８１ａと７１８１ｂが結合され、ラインａとラインｂがラインｃを介して接続される。一方、再生起動釦７１１がオンされるとラインｂが接地電位になり再生起動信号が生成される。その結果、接地電位が端子ＤＩー１に出力し、ラインａとラインｂが接続されたことを条件として、再生起動信号のロックが解除される。その結果、再生起動信号は、車外信号生成器から車外無線装置７１９を介して自動運転コントローラ８００に出力される。
【００２７】
次に本実施形態の油圧ショベルの動作を主として図４に基づいて説明する。
【００２８】
教示操作は、教示操作部７１４または７１４’から操作される。通常は、教示操作部７１４’が運転室５８内に装着され、運転室５８から教示操作が行われる。
【００２９】
教示操作部７１４’が運転室５８内に装着され、教示操作が行われると、その指令は教示処理部８０３に入力され、教示処理部８０３では現在位置演算部８０２から現在位置データを入力して、各教示点に対応する教示コマンドと教示位置データを生成する。生成された教示コマンドと教示位置データはそれぞれ、教示コマンド格納部８０４と教示位置格納部８０５に格納される。
【００３０】
ここで、教示コマンドとは、例えば、ｖ＝０．７のような速度の指令命令、ｍｏｖｅＰ１、ｍｏｖｅＰ２、・・・ｍｏｖｅＰｎのような位置の動作命令から構成される。ここでｖは速度を表すコマンド、ｍｏｖｅは動作を表すコマンド、Ｐ１・・・Ｐｎはラベルを表す。これらの教示コマンドのパラメータは、各油圧ショベルの各部の関節の角度情報を示すラベルに相当し、そのラベル情報は、教示位置データとして教示位置格納部８０５に格納される。
【００３１】
再生処理は、教示操作部７１４が教示再生操作装置７１に装着されることを条件としており、教示操作部７１４が教示再生操作装置７１に装着されると、図５および図６において説明したように、車外コマンドポート７１８１から教示操作部７１４が装着されたことを検出する検出信号がインターロック７１８２に出力する。このような状態で、再生起動釦７１１をオンすると、インターロック７１８２において、再生起動信号のロックが解除され、再生起動信号は自動運転コントローラ８００の起動・停止処理部８０６に出力される。
【００３２】
コマンドインタプリタ部８０７は、起動・停止処理部８０６からの起動命令により教示コマンド格納部８０４に格納されている教示コマンドを順次読み出し実行する。教示コマンドがｍｏｖｅ命令の場合は、教示位置出力処理部８０８を起動し、教示位置格納部８０５から該当するパラメータを呼び出し、サーボ前処理部８０９に転送する。
【００３３】
サーボ前処理部８０９は、コマンドインタプリタ部８０７から与えられた目標速度で各関節が動作するように角度の補間計算を行い、サーボ制御部８１０に角度目標値を出力する。
【００３４】
サーボ制御部８１０は、現在位置演算部８０２で演算された現在位置をもとに、フイードバック制御を行い、補助制御弁８１１を駆動するための駆動電流を出力する。
【００３５】
これにより、主制御弁８１２が制御されてアクチュエータ８１３に、所定の圧油を供給し、油圧ショベルの各関節を駆動する。
【００３６】
上記のごとく、本実施形態によれば、再生操作時は、再生起動釦７１１がオンされた時、教示操作部７１４が教示再生操作装置７１に接続されていない時は、インターロック７１８２が動作して、起動・停止処理部８０６に起動指令を伝達しない。また、作業者が運転室５８内の教示操作部７１４’で教示操作をした後、この教示操作部７１４’を教示再生操作装置７１に装着すると、教示操作部７１４が教示再生操作装置７１に接続されて、インターロック７１８２によるロックが解除され、起動・停止処理部８０６に再生起動指令を出力することができる。
【００３７】
なお、再生起動釦７１１は１カ所設ける場合について説明したが、数カ所設ける場合でも、同様の安全機構を設けることにより、安全に自動運転ショベルの起動をかけることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明によれば、遠隔操作によって自動運転する建設機械において、誤って再生操作を起動しても、運転室の作業者が教示操作部を遠隔操作装置に装着しない限り、再生起動信号が出力しないように構成したので、自動運転建設機械の安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる自動運転建設機械の作業状態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す運転室５８の内部構造を示す図である。
【図３】本実施形態に係わる自動運転建設機械の制御機構を示すブロック図である。
【図４】本実施形態に係わる自動運転建設機械の機能構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す車外コマンドポート７１８１およびインターロック７１８２の一例を示す図である。
【図６】図４に示す車外コマンドポート７１８１およびインターロック７１８２の他の例を示す図である。
【符号の説明】
５建設機械
７操作ボックス
７１１再生起動釦
７１４，７１４’ 教示操作部
７１７再生操作部
７１８１車外コマンドポート
７１８２インターロック
８００自動運転コントローラ
８０１車内コマンドポート
８０６起動・停止処理部

Claims

教示された掘削から放土までの一連の動作を、再生操作により繰り返し行う建設機械と、該建設機械から遠隔の位置に設置され前記建設機械の自動運転操作を行う遠隔操作装置と、から構成される自動運転建設機械において、
前記建設機械および前記遠隔操作装置と接離可能であって、教示時に前記建設機械の運転室に装着されて操作され掘削から放土までの一連の動作を教示する教示操作部を備え、
この教示操作部が前記遠隔操作装置に接続されていないときには、再生操作が指令されても、再生処理が実行されないように構成したことを特徴とする自動運転建設機械。
請求項１において、
前記遠隔操作装置は、
前記教示された動作を繰り返し行わせる再生操作手段と、
前記教示操作部が前記遠隔操作装置に接続された時、前記再生操作手段から出力される再生起動信号のロックを解除するインターロックと、
を設けたことを特徴とする自動運転建設機械。