JP3663270B2

JP3663270B2 - 自動運転ショベル

Info

Publication number: JP3663270B2
Application number: JP35078696A
Authority: JP
Inventors: 榑沼　　透; 誠二山下; 好幸永野; 一宏菅原; 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: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JPH10183665A

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、特にトラック等の運搬機械と連携して作業を行う自動運転ショベルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧ショベルのティーチング・プレーバック、いわゆる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】
実際の作業現場では、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同して運転される場合が多く、省人化あるいは効率向上のため油圧ショベルを自動化するに当たって、他の作業機械の作業状況の把握が不可欠である。
【０００４】
特に、トラック等の運搬機械が一定の位置に運び込んだ土砂、採石等の運搬物を、油圧ショベルを使用してクラッシャのホッパ等の他の場所へ投入する場合、油圧ショベルにとって運搬物の堆積した形状はトラックが運搬物を搬入する度に一定レベルに復元する。このため、トラックが進入したタイミングで、油圧ショベルの掘削開始位置を適当な位置にセットし直す必要が生じる。
【０００５】
しかしながら、従来の油圧ショベルには、トラックがダンプした時期に関する情報を知らせる機能がないため、効率の良い作業を行わせることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、トラックの進入を検知して、油圧ショベルの掘削軌跡を修正して、効率の良い掘削制御が行える自動油圧ショベルを提供することにある。
【０００７】
【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、バケットおよび旋回体をそれぞれ作動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電磁制御弁と、
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教示位置データとして順次記憶するティーチング手段と、前記教示位置データを順次継続して読み出し、前記電磁制御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、
運搬物を搬入するトラックの進入位置に、該トラックの進入を検出するトラック進入検出器を設け、
前記自動運転コントローラは、前記記憶した教示位置データの初期値が、前記トラックが運搬物を搬入した時の運搬物を掘削するのに最適な位置に設定されていると共に、前記トラック進入検出器によってトラックの進入を検出した時は旋回して退避し、退避解除後に作業手順を初期化して再び前記初期値からプレーバックを開始することを特徴とする。
【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６を用いて説明する。
【０００９】
図５および図６は本実施形態に係わる自動運転ショベルの全体構成およびその掘削状況を示す図である。
【００１０】
これらの図において、１は油圧ショベル、２は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に結合されるアーム、５はアーム４に結合されるバケット、６は、トラックによって搬入され、油圧ショベル１によって掘削搬出される土砂、採石等の運搬物、７はクラッシャ、８はホッパ、９はトラック、１０はトラック９の進入位置に設けられ、トラックの進入を検知するトラック進入検知センサ、１１はティーチングボックスおよびプレーバック操作盤を備える教示・再生装置、１２はトラック進入検知センサ１０の出力を教示・再生装置１１に伝送するケーブル、位置Ａ，位置Ｂ，・・・位置Ｄは油圧ショベルの掘削位置、軌跡Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３・・・は各掘削位置における掘削深度を深めていった時の軌跡を表す。
【００１１】
なお、トラック進入検知センサ１０は、超音波やレーザ等を使用し、その動作原理は、トラック進入検知センサ１０と一定距離との比較によりＯＮーＯＦＦ信号を出力するものである。
【００１２】
これらの図に示すように、砕石現場等において、油圧ショベル１は、教示された作業手順に従って、例えば、バケット５によって位置Ａで図６に示す軌跡Ｇ１で採石６を掘削し、旋回した後クラッシャ７のホッパ８に放土し、再び旋回して位置Ｂで軌跡Ｇ１に沿って掘削し、旋回放土する。さらに位置Ｃ、位置Ｄで軌跡Ｇ１を掘削後、再び位置Ａで軌跡Ｇ２に沿って掘削し、同様にして他の位置でも軌跡Ｇ２に沿って掘削し、掘削深度を深めながら同様の作業を行う。
【００１３】
図２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である。
【００１４】
図において、１１１はティーチングを行うための教示操作部、１１２はプレーバックを行うための再生操作部、１１３および１３５は、それぞれシリアル通信等を行う、教示・再生装置１１と自動運転コントローラ間のデータを送受信するための教示・再生装置側無線装置および車上側無線装置、１３は油圧ショベル１に搭載される車上装置、１３１は自動運転コントローラ、１３２は自動運転コントローラ１３１から出力された駆動電流によって駆動され、アクチュエータに流入する油量または油圧を制御する電磁制御弁、１３３はバケット５等の油圧ショベルの各部を作動するためのアクチュエータ、１３４は旋回体２とブーム３間、ブーム３とアーム４間、アーム４とバケット５間のそれぞれの回転角度と旋回体２の旋回角を検出する角度センサである。なお、図５および図６に示す部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００１５】
教示・再生装置１１によって、ティーチング時は、教示操作部１１１からの操作によって、無線装置１１３，１３５を介してティーチングを行い、自動運転コントローラ１３１は、油圧ショベル１の各角度センサ１３４の各検出出力を入力して演算し、所定の記憶領域に教示データと教示コマンドを記憶する。プレーバック時には、再生操作部１１２からの操作によって、無線装置１１３，１３５を介してプレーバックの指示が出力され、自動運転コントローラ１３１は指示を受けると、記憶している教示位置データを呼び出し、角度センサ１３４からの角度情報と対比しながら、教示位置データに合致するように、旋回体２、ブーム３、アーム４、バケット５をそれぞれ作動させるための各電磁制御弁１３２に駆動電流を出力する。各電磁制御弁１３２は各アクチュエータ１３３を油圧制御して、油圧ショベル１の自動運転を行う。
【００１６】
図１は本実施形態に係わる、プレーバック時の、自動運転ショベルの機能構成図である。
【００１７】
図において、１３１１は、ティーチング時に、教示・再生装置１１の教示操作部１１１からの操作によって教示された教示位置データを格納する教示位置格納部、１３１２は、ティーチング時に、教示・再生装置１１の教示操作部１１１からの操作によって教示された教示コマンドを格納する教示コマンド格納部、１３１３は教示コマンドを解釈して教示位置格納部１３１１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、１３１４は教示位置データが出力処理される教示位置出力処理部、１３１５は、油圧ショベル１が円滑に動作するように、教示位置出力処理部１３１５から出力された教示位置データを演算によって細分化された補間教示位置データに作成して出力するサーボ前処理部、１３１６はサーボ前処理部１３１５から出力された補間教示位置データと現在位置演算部から出力された現在位置データとを対比して油圧ショベル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、１３１７はトラック進入検知センサ１０の検出出力から所定の掘削初期化データを演算する掘削初期化処理部、１３１８は、油圧ショベル１の各部に設けられた角度センサ１３４からの出力を所定の現在位置データに演算する現在位置演算部である。
【００１８】
なお、図２に示される部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００１９】
図３は教示コマンド格納部１３１２に格納される掘削時の教示コマンドの一例を示す図である。
【００２０】
図において、ｖは掘削速度を指示するコマンド、ｍｏｖｅは動作を指示するコマンド、Ｐ１〜Ｐｎはｍｏｖｅコマンドの旋回体２、ブーム３、アーム４、およびバケット５の各関節の角度情報を示すラベルであり、各ラベルＰ１〜Ｐｎのパラメータである教示位置データは教示位置格納部１３１１に格納されている。
【００２１】
次に、プレーバック時の自動運転ショベルの動作を主として図１を用いて説明する。
プレーバック時は、教示・再生装置１１の再生操作部１１２から自動運転の指示がコマンドインタプリタ部１３１３に出力される。コマンドインタプリタ部１３１３はその指示を受けて、教示コマンド格納部１３１２に格納されている教示コマンドをシーケンシャルに読み出して解釈する。例えば、掘削時は図４に示すように、コマンドがｍｏｖｅコマンドの時は、教示コマンドの各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応するパラメータとしての教示位置データを教示位置格納部１３１１から教示位置データ出力処理部１３１４に出力する。出力された教示位置データはサーボ前処理部１３１５に出力され、該データはさらに油圧ショベル１が円滑な速度で動作をするように演算によって各教示位置データ間のデータが補間された補間教示位置データが作成される。さらに補間教示位置データはサーボ制御部１３１６に入力され、一方、現在位置演算部１３１８において角度センサ１３４から得られた角度データを演算して現在位置データを得、サーボ制御部１３１６に入力する。サーボ制御部１３１６は、目標となる補間教示位置データと検出された現在位置データに基づいて所定のサーボ制御を行い、電磁制御弁１３２から駆動電流を出力する。
【００２２】
一方、掘削初期化処理部１３１７には、トラック９が進入すると、トラック進入検知センサ１０から教示・再生装置１１を介して検出出力が入力され、演算して掘削初期化データを得、コマンドインタプリタ部１３１３に入力される。コマンドインタプリタ部１３１３は掘削初期化データが入力されると、それを解釈して、掘削作業を最初の教示位置データの位置Ａ、軌跡Ｇ１の状態に戻してプレーバックを再開する。
【００２３】
次に、本実施形態の自動油圧ショベルのプレーバック時の作業手順を図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２４】
はじめに、自動運転コントローラ１３１が教示・再生装置１１の再生操作部１１２からプレーバックの指示を受けると、ステップＳ１でプレーバックの作業手順が初期化され、ステップＳ２でｎに１を加算し、ステップＳ３でｎの値を判断する。ｎ＝１の場合は軌跡Ｇ１に沿う掘削を行う。
【００２５】
次にステップＳ４でｍに１を加算して、ステップＳ５でトラック９の進入の有無を確認し、さらにステップＳ６でｍの値を判断する。ｍ＝１の場合は、ステップＳ７から位置Ａにおいて軌跡Ｇ１の掘削が開始する。ステップＳ７で掘削、ステップＳ８で旋回、ステップＳ９でホッパ８への放土、ステップＳ１０で再び掘削位置に旋回する。
【００２６】
次に、ステップＳ４でｍに１を加算して、前記と同様にステップＳ５，ステップＳ６を経て、ステップＳ１１でｍ＝２になると、位置Ｂで軌跡Ｇ１に沿う掘削が行われる。同様にして、ステップＳ１２で位置Ｃで軌跡Ｇ１に沿う掘削および一連の作業が終了すると、Ｘ２で示されるように、ステップＳ１２からステップＳ２に戻り、ｎに１が加算される。ｎ＝２になると、ステップＳ１３において、軌跡Ｇ２において、位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃ・・・の順番で、掘削および一連の作業が行われる。このようにして、軌跡Ｇ２での掘削および一連の作業が終了すると、さらにステップＳ１４に示すように軌跡Ｇ３に移行してプレーバックが進行する。
【００２７】
このような一連のプレーバックの作業中、トラック９が進入してダンプしょうとした場合は、その進入をステップＳ５で検出し、検出されると、ステップＳ１５で油圧ショベルを旋回して退避し、ステップＳ１６で退避解除後はステップＳ１で作業手順を初期化して再びプレーバック作業を再開する。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、トラックの進入を検出することによって、トラックが放出した採石を掘削する位置に、油圧ショベルの作業位置を戻すことができるので、効率の良い掘削作業を行うことができ、また、油圧ショベルの掘削から放土に至る全行程を無人化することができる。
【００２９】
また、トラック進入検知センサは、単純な構成のため安価でかつ信頼性が高く、また、設置場所を自由にレイアウトできるので、さまざまな作業現場に適用できる。また、トラックに対する追加部品を設ける必要がないので、適用が容易である。
【００３０】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明は、前記トラック進入検出器によってトラックの進入を検出した時は旋回して退避し、退避解除後に作業手順を初期化して再び、教示位置データの初期値からプレーバックを開始するようにしたので、自動油圧ショベルの無駄な作業を回避でき、効率の良い作業を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる、プレーバック時の自動運転ショベルの機能構成図である。
【図２】本実施形態に係わる、自動運転ショベルの制御機構の全体構成図である。
【図３】図１に示される教示コマンド格納部１３１２に格納される教示コマンドの一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係わる、自動油圧ショベルのプレーバック時の、作業手順を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態に係わる、自動油圧ショベルの全体構成および掘削位置を示す図である。
【図６】本実施形態に係わる、自動油圧ショベルの全体構成および掘削軌跡を示す図である。
【符号の説明】
１油圧ショベル
２旋回体
３ブーム
４アーム
５バケット
９トラック
１０トラック進入検知センサ
１１教示・再生装置
１３車上装置
１３１自動運転コントローラ
１３１１教示位置格納部
１３１２教示コマンド格納部
１３１３コマンドインタプリタ部
１３１４教示位置出力処理部
１３１５サーボ前処理部
１３１６サーボ制御部
１３１７掘削初期化処理部
１３１８現在位置演算部
１３２電磁制御弁
１３３アクチュエータ
１３４角度センサ

Claims

ブーム、アーム、バケットおよび旋回体をそれぞれ作動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電磁制御弁と、
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教示位置データとして順次記憶するティーチング手段と、前記教示位置データを順次継続して読み出し、前記電磁制御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、
運搬物を搬入するトラックの進入位置に、該トラックの進入を検出するトラック進入検出器を設け、
前記自動運転コントローラは、前記記憶した教示位置データの初期値が、前記トラックが運搬物を搬入した時の運搬物を掘削するのに最適な位置に設定されていると共に、前記トラック進入検出器によってトラックの進入を検出した時は旋回して退避し、退避解除後に作業手順を初期化して再び前記初期値からプレーバックを開始することを特徴とする自動運転ショベル。