JP3630516B2

JP3630516B2 - 自動運転ショベル

Info

Publication number: JP3630516B2
Application number: JP01259697A
Authority: JP
Inventors: 一宏菅原; 榑沼　　透; 誠二山下; 好幸永野; 昭橋本; 元安田; 英人石橋
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2017-01-27
Also published as: JPH10204925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転ショベルに係わり、特に周辺装置との衝突を防止する手段を備えた自動運転ショベルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧ショベルの教示再生手段の一手法として、特公昭５４ー７１２１号公報が知られている。これは教示によって作業機械内に搭載されたセンサの角度、位置等の情報を記憶し、再生することにより繰り返し同一の動作を行うもので、自己完結形のシステムになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、通常、作業現場では、油圧ショベルはトラックやクラッシャ等の他の作業機械と共に運転されており、油圧ショベルを自動化するためには、他の作業機械等との接触や衝突を防止しなければならない。
【０００４】
しかし、上記の自己完結形のシステムでは、他の作業機械等と相対的な位置ずれがなければ、衝突はあり得ないため接触等を防止することは考慮されておらず、また、一方、接触等を防止するために、視覚センサ等の外界センサを積極的に用いて他の作業機械の位置を認識するシステムや、ＧＰＳ等を用いるシステムが存在するが、これらのシステムはセンサや装置が高価なものとなり、また、検出したデータを処理して所望のデータとするための処理負担も大きく、実用的ではなかった。
【０００５】
従って、本発明は、上記の問題点に鑑みて、安価なセンサを使用し、処理負担の軽減した接触防止機能を備えた自動運転ショベルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、
ブーム、アームおよびバケットを作動する油圧シリンダと旋回体を作動する油圧モータとをそれぞれ駆動する油圧切換弁と、
前記油圧切換弁を制御する電磁切換弁と、
前記旋回体と前記ブーム間、前記ブームと前記アーム間、前記アームと前記バケット間のそれぞれの回転角度と前記旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
油圧ショベルの任意の複数の姿勢において、前記角度検出器からの角度信号を姿勢データとして順次記憶するティーチング手段と、該ティーチング手段によって記憶した姿勢データを順次反復継続して読み出し、前記電磁切換弁を制御するプレーバック手段と、を有する自動運転コントローラと、
を備える自動運転ショベルにおいて、
前記自動運転コントローラに、前記ティーチング手段で記憶した姿勢データを順次読み出し、前記プレーバック手段による運転時よりも低速で自動運転するように、前記電磁切換弁を制御するティーチング動作確認手段を設けると共に、
前記自動運転コントローラに、前記ティーチング手段により新たな姿勢データを記憶した場合は、前記ティーチング動作確認手段による１サイクル以上の動作確認を実施しない限り、前記プレーバック手段による自動運転を禁止するプロテクト手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図１〜図７を用いて説明する。
【０００９】
図１は本実施形態に係わる自動運転ショベルの制御機構の全体構成図、図２は自動運転ショベルの全体構成と、自動運転ショベルのティーチング軌跡およびプレーバック軌跡を説明する図である。
【００１０】
これらの図において、１は油圧ショベルの走行体、２はジョイント部を介して走行体１に結合され、油圧モータの回転により水平方向に旋回可能な旋回体、３は旋回体２に結合されるブーム、４はブーム３とピン結合されるアーム、５はアーム４とピン結合されるバケット、６はクラッシャー、７は採石、８は砕石、９は旋回体２とブーム３間の相対角度を検出する角度検出器、１０はブーム３とアーム４間の相対角度を検出する角度検出器、１１はアーム４とバケット５間の相対角度を検出する角度検出器、１２は走行体１と旋回体２の相対角度を検出する角度検出器、１３は油圧ショベルの自動運転等の各モードを設定するモード切換スイッチが設けられている操作ボックス、１４は自動運転コントローラ、１４１はインターフェース、１４２はデータバス、１４３は所要の演算処理を行うＣＰＵ、１４４は各種の設定モードに応じて演算処理するプログラム等が記憶されているメモリ、１４４１は教示モードを実行するプログラム、１４４２は確認モードを実行するプログラム、１４４３は自動運転モードを実行するプログラム、１４５は姿勢データ等を記憶するメモリ、１４５１は記憶された姿勢データ、１４６は電磁切換弁を駆動するドライバ、１５１〜１５４は電磁切換弁、１６１〜１６４は油圧切換弁、１７は旋回体２とブーム３間の相対角度を変える油圧シリンダ、１８はブーム３とアーム４間の相対角度を変える油圧シリンダ、１９はアーム４とバケット５間の相対角度を変える油圧シリンダ、２０は走行体１と旋回体２の相対角度を変える油圧モータ、２１は油圧ポンプ、２２は油タンク、２３は教示モードおよび自動モードにおける油圧ショベルのバケット５の先端の軌跡、Ｋａ，Ｋｂ・・・Ｋｎは教示モードにおいて設定された軌跡２３上の各教示点である。
【００１１】
図３は図１に示す操作ボックス１３の詳細図であり、１３１はモード切換スイッチ、１３１１は、モード切換スイッチ１３１により選定され、油圧ショベルを手動で動作させる手動モード、１３１２は、モード切換スイッチ１３１により選定され、油圧ショベルを自動運転するためのティーチングを行う教示モード、１３１３は、教示後、モード切換スイッチ１３１により選定され、自動運転に先だって油圧ショベルを低速で自動運転させる確認モード、１３１４は、モード切換スイッチ１３１により選定され、油圧ショベルを自動的にプレーバック動作させるための自動モード、１３２は非常停止スイッチ、１３３は教示モードが選定されると油圧ショベルの姿勢データに対応する教示位置番号が表示される表示装置、１３４は教示モードパネル、１３４１は１回押すと一つ教示位置番号を減らす（（戻る）方向に変更する教示位置選択ボタン、１３４２は１回押すと教示位置番号を一つ増やす（次）方向に変更する教示位置選択ボタン、１３４３は教示ボタン、１３４４は教示エンドボタン、１３５は確認モードパネル、１３５１は動作ボタン、１３５２はリセットボタン、１３５３は自動運転ＯＫランプ、１３５４はエラー表示ランプである。
【００１２】
図４は図１に示すメモリ１４５に記憶される姿勢データ１４５１の内容を示す図であり、メモリ１４５の各メモリエリアに姿勢データ１４５１ａ〜１４５１ｎおよびｅｎｄコード１４５１ｚが順次記憶される。
【００１３】
次に、本実施形態の自動運転ショベルの動作を図１〜図４に基づいて説明する。
【００１４】
手動モードは、図３に示す操作ボックス１３のモード切換スイッチ１３１を手動モード１３１１に設定することにより手動モードに設定される。このモードでは自動運転コントローラ１４を使用しないで、キャブ内の図示されていない操作レバーを操作することにより油圧ショベルを手動で運転することができる。
【００１５】
教示モードは、図３に示す操作ボックス１３のモードス切換イッチ１３１を教示モード１３１２に設定することにより教示モードに設定され、このモードが選定されると、表示装置１３３に教示位置番号が表示される。はじめに図２に示す軌跡２３上の任意の位置Ｋａに自動運転動作の開始点を設定し、教示位置番号をａに設定する。次に、バケット５の先端が軌跡２３上の前記教示点Ｋａになるように油圧ショベルの姿勢を制御し、教示点Ｋａに達したら教示ボタン１３４３を押す。教示ボタン１３４３が押されたことを認識した自動運転コントローラ１４は各角度検出器９〜１２の各検出出力を入力し姿勢データを演算して、図４に示すような、教示位置番号ａに対応する所定のメモリエリアに姿勢データ１４５１ａを記憶する。次に、次の教示点Ｋｂを教示するために、油圧ショベルの姿勢を移動し、教示位置番号をｂに設定し教示ボタン１３４３を押す。そして、所定のメモリエリアに姿勢データ１４５１ｂを記憶する。同様にして油圧ショベルの動作順に姿勢データをメモリ１４５に記憶し、姿勢データが初めの教示点Ｋａの一つ手前の教示点Ｋｎの姿勢データ１４５１ｎをメモリエリアに記憶する。最後に教示エンドボタン１３４４を押して、メモリエリアにｅｎｄコード１４５１ｚを記憶して、ティーチングを終了する。教示ボタン１３４３、教示エンドボタン１３４４が押されて姿勢データ１４５１が書き換えられると、自動運転ＯＫランプが消灯する。
【００１６】
確認モードは、図３に示す操作ボックス１３のモード切換スイッチ１３１を確認モード１３１３に切り換えることにより確認モードに設定される。このモードは、油圧ショベルを低速で自動運転するモードであり、確認ボタン１３５１を押し続けると、自動運転コントローラ１４はこれを検知し、はじめにメモり１４５から姿勢データ１４５１ａを読み出し、油圧ショベルの姿勢を姿勢データ１４５１ａと一致するように油圧シリンダ１７〜１９および油圧モータ２０に動作指令を出力する。油圧ショベルの姿勢は、角度検出器９〜１２によって監視されており、姿勢データ１４５１ａと一致すると、自動運転コントローラ１４は次の姿勢データ１４５１ｂを読み出し、油圧ショベルをその姿勢まで移動する。このようにして動作ボタン１３５１を押続けている間、油圧ショベルは運転を続け、メモリエリアからｅｎｄコード１４５１ｚを読み出すと、再び開始点の姿勢データ１４５１ａを読み込み同様の動作を繰り返す。動作ボタン１３５１の押圧を停止すると、自動運転コントローラ１４は油圧ショベルの移動動作を停止する。再び、動作ボタン１３５１を押すと自動運転コントローラ１４は動作を再開する。ここでリセットボタン１３５２を押すと自動運転コントローラ１４は、それを検知して確認動作の開始姿勢をメモリエリアから姿勢データ１４５１ａを読み込み、その位置に油圧ショベルの姿勢を制御する。また、確認モードにより姿勢データ１４５１ａから姿勢データ１４５１ｎに至るまでの少なくとも一巡の確認動作が行われた場合は、自動運転ＯＫランプが点灯する。
【００１７】
次に、自動モードは、図３に示す操作ボックス１３のモード切換スイッチ１３１を自動モード１３１４に切り換えることにより自動モードに設定される。
【００１８】
このモードは、メモリ１４５に記憶した姿勢データ１４５１ａ〜１４５１ｎを順次読み出し、高速で自動運転するモードであり、まず自動運転コントローラ１４は、自動モードを検知するとメモリ１４５から姿勢データ１４５１ａを読み出し、油圧ショベルの姿勢が姿勢データ１４５１ａと一致するように油圧シリンダ１７〜１９および油圧モータ２０に動作指令を出力する。油圧ショベルの姿勢は、角度検出器９〜１２によって監視されているので、姿勢データ１４５１ａと一致した場合、自動運転コントローラ１４は次の姿勢データ１４５１ｂを読み出し、その姿勢データの位置まで移動する。このようにして油圧ショベルは移動を続け、メモリエリアからえｅｎｄコード１４５１ｚを読み出した場合は、再び開始点の姿勢データ１４５１ａを読み込み、再び同様の動作を繰り返す。自動運転は、モード切換スイッチ１３１を自動モード１３１４以外に変更するか、非常停止スイッチ１３２をオンすことにより停止する。ただし、自動モードは自動運転ＯＫランプ１３５３が点灯している状態でなければ自動運転コントローラ１４は運転を行わないように設定されている。
【００１９】
なお、本実施形態では操縦席内の操作ボックスを用いて操作を行ったために、操作者が油圧ショベル内にいる必要があるが、操作ボックスを無線装置を利用することにより、油圧ショベルの外部から無人で自動運転することも可能である。
【００２０】
次に本実施形態の自動運転コントローラにおける処理手順を図５〜図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２１】
このフローチャートは、モード切換スイッチ１３１が手動モードに設定されていない時の、自動運転コントローラ１４内における教示モード、確認モード、および自動モードの処理手順を示す。
【００２２】
図５において、ステップＳ１で教示モード１３１２が設定されていると、ステップ２で教示が完了していない時は、ステップＳ３で油圧ショベルを教示するための任意の姿勢に移動させる。教示点Ｋａに到達したらステップＳ４で教示ボタン１３４３を押し、ステップＳ５でメモリ１４５に姿勢データ１４５１ａを記憶する。同様にしてステップＳ３で次の教示点Ｋｂに油圧ショベルを移動し、ステップＳ４で教示ボタン１３４３を押し、ステップＳ５でその姿勢データ１４５１ｂを記憶する。このようにして教示を行い教示が完了すると、ステップＳ６で教示エンドボタン１３４４を押し、さらに、ステップ７で、自動運転プロテクト変数Ａが０に設定され、その値が記憶される。自動運転プロテクト変数Ａ＝０に設定されると、油圧ショベルの自動運転は禁止される。ステップＳ８で油圧ショベルを最初の教示点Ｋａに姿勢を戻して教示モードを終了する。
【００２３】
次に、図６において、ステップＳ９で確認モード１３１３が設定され、ステップＳ１０で動作ボタン１３５１が押されると、自動運転を開始する。自動運転コントローラ１４は、ステップ１１でメモリ１４５に記憶されている姿勢データ１４５１を読み込み、ステップ１２で油圧ショベルを、読み込まれた姿勢データ１４５１と一致するように姿勢を制御する。ステップＳ１３で確認動作が一巡したか否かを確認し、一巡していないときは、同様にしてステップＳ１１で次の姿勢データ１４５１が読み込み、ステップＳ１２でこの姿勢データ１４５１に一致するように油圧ショベルの姿勢が制御される。このような確認動作が繰り返され、確認動作が一巡すると、ステップＳ１４で自動運転ＯＫランプ１３５３が点灯し、さらにステップＳ１５で自動運転プロテクト変数Ａが１に設定され、記憶される。自動運転プロテクト変数Ａ＝１に設定されると、自動運転が可能となる。ステップ１６で確認モードが終了すると、ステップＳ１７で油圧ショベルを最初の教示点に姿勢を戻して確認モードを終了する。
【００２４】
次に、図７において、ステップＳ１８で自動モード１３１４に設定され、かつ非常停止スイッチ１３２がオフの状態になっていると、ステップ１９で自動運転コントローラ１４は、まず、自動運転プロテクト変数Ａ＝１であるか否かを確認し、Ａ＝１に設定されていると、ステップ２０でメモリ１４５に記憶されている姿勢データ１４５１を読み込み、ステップ２１で油圧ショベルは呼び込まれた姿勢データ１４５１と一致するように姿勢を制御する。ステップＳ２２で自動モードが終了していないかを確認し、さらにステップ２３で非常停止スイッチ１３２がオンされていないかを確認し、自動モードが終了または非常停止スイッチがオンされていない時は、ステップ２０、２１において同様の動作が繰り返され、自動運転が反復継続して行われる。非常停止スイッチ１３２がオンされた場合は、ステップ２４で油圧ショベルの動作を停止する。自動モードが終了した場合はステップ２５において、油圧ショベルを最初の姿勢に戻して自動モードを終了する。
【００２５】
上記のごとく、一旦教示モードを働かせて、姿勢データが変更された時は、
自動運転プロテクト変数Ａ＝０に設定され、この状態では、自動運転ができないように制御され、また、確認モードにおいて、確認動作を少なくとも一巡したことを条件にして、自動運転プロテクト変数Ａ＝１に変更され、自動運転に移行できるように制御される。
【００２６】
上記のごとく、本実施形態によれば、自動モードにおける自動運転時よりも、低速に動作する確認モードを設けたので、操作者が油圧ショベルの動作不良を認識してから、停止動作を実行するまでの時間的余裕を持たせることができる。
【００２７】
また、確認モードにおいては、少なくとも１サイクル以上の確認動作を実施しない場合は、自動運転を行えないように設定しているので、必ず確認モードを用いて動作を確認するため、教示後、確認動作をしないまま自動運転することによる事故を未然に防止できる。さらに、確認モードは、動作ボタンを押している間だけ動作する仕組みとなっているため、動作不良を認識してから停止するまでの動作を素早く実行できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明は、ティーチング手段によって記憶された姿勢データを読み出し、プレーバック動作よりも、低速に動作するティーチング動作確認手段を設けたので、操作者が油圧ショベルの動作不良を認識した場合、停止動作を適切に実行することができる。また、少なくとも１サイクル以上の確認動作を実施しない場合は、自動運転を行えないように設定しているので、必ず確認モードを用いて動作を確認するため、教示後、確認動作をしないまま自動運転することによる事故を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係わる自動運転ショベルの制御機構の全体構成図である。
【図２】本実施形態に係わる自動運転ショベルと、そのティーチング軌跡およびプレーバック軌跡を示す図である。
【図３】図１に示す操作ボックス１３の詳細を示す図である。
【図４】図１に示すメモリ１４５に記憶される姿勢データ１４５１を示す図である。
【図５】図１に示す、自動運転コントローラ１４における処理手順を示フローチャートである。
【図６】図１に示す、自動運転コントローラ１４における処理手順を示フローチャートである。
【図７】図１に示す、自動運転コントローラ１４における処理手順を示フローチャートである。
【符号の説明】
１走行体
２旋回体
３ブーム
４アーム
５バケット
９，１０，１１，１２角度検出器
１３操作ボックス
１３１２教示モード
１３１３確認モード
１３１４自動モード
１３５３自動運転ＯＫランプ
１４自動運転コントローラ
１４５１教示データ
１５１，１５２，１５３，１５４電磁切換弁
１６１，１６２，１６３，１６４油圧切換弁
１７，１８，１９油圧シリンダ
２０油圧モータ

Claims

ブーム、アームおよびバケットを作動する油圧シリンダと旋回体を作動する油圧モータとをそれぞれ駆動する油圧切換弁と、
前記油圧切換弁を制御する電磁切換弁と、
前記旋回体と前記ブーム間、前記ブームと前記アーム間、前記アームと前記バケット間のそれぞれの回転角度と前記旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
油圧ショベルの任意の複数の姿勢において、前記角度検出器からの角度信号を姿勢データとして順次記憶するティーチング手段と、該ティーチング手段によって記憶した姿勢データを順次反復継続して読み出し、前記電磁切換弁を制御するプレーバック手段と、を有する自動運転コントローラと、
を備える自動運転ショベルにおいて、
前記自動運転コントローラに、前記ティーチング手段で記憶した姿勢データを順次読み出し、前記プレーバック手段による運転時よりも低速で自動運転するように、前記電磁切換弁を制御するティーチング動作確認手段を設けると共に、
前記自動運転コントローラに、前記ティーチング手段により新たな姿勢データを記憶した場合は、前記ティーチング動作確認手段による１サイクル以上の動作確認を実施しない限り、前記プレーバック手段による自動運転を禁止するプロテクト手段を設けたことを特徴とする自動運転ショベル。