JP6824830B2 - Fall prevention device and work machine - Google Patents
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Description
本発明は、1以上の可動部を備える作業機械の転倒を防止する転倒防止装置及び作業機械に関するものである。 The present invention relates to a fall prevention device and a work machine for preventing a work machine provided with one or more movable parts from toppling over.
従来より、パワーショベルやクレーンをはじめとする作業機械においては、車体の転倒を防止するための措置が採られており、例えば、下記の特許文献が知られている。 Conventionally, in work machines such as power excavators and cranes, measures have been taken to prevent the vehicle body from tipping over. For example, the following patent documents are known.
特許文献1は、解体作業機の運転者に運転時における解体作業機の安定度を知らせるために、ブーム及びアームの角度信号に基づいて解体作業機全体の重心を算出し、算出した重心と解体作業機の前方安定支点及び後方安定支点とのそれぞれの距離を算出し、算出した距離と算出した重心とに基づいて前方安定支点及び後方安定支点のそれぞれの支持力を算出し、算出した支持力を表示器に表示する技術を開示する。
In
特許文献2は、作業機械の支持多角形の内側に形成された安全領域よりも外側且つ支持多角形の内側に形成された転倒警告領域に作業機械のZMPが含まれている場合に転倒警告を発報する技術を開示する。この作業機械では、オペレータによる入力情報や上部旋回体の傾斜角や姿勢センサの検出情報から作業機械が傾斜地で作業していることを検出した場合、山側に比べて転倒の危険性の高い谷側の転倒警告領域の幅を広く設定することが行われている。
ところで、実際の作業機械の転倒事故事例では、法肩(法面の最上端)の端部に作業機械の荷重がかかることによって法肩の足場が崩れ、作業機械が転倒する事故が多く報告されている。過去5年の建設業安全衛生年鑑に記載された事故事例調査では転倒事故のうち約20%が足場の崩壊が原因であると報告されている。 By the way, in actual cases of falling accidents of work machines, there are many reports of accidents in which the scaffolding of the work machine collapses due to the load of the work machine applied to the end of the slope (the uppermost end of the slope) and the work machine falls. ing. According to an accident case survey recorded in the Construction Industry Safety and Health Yearbook for the past five years, it is reported that about 20% of fall accidents are caused by the collapse of scaffolding.
したがって、作業機械の周囲の地面の崩落を考慮に入れて作業機械の転倒防止を図ることは重要である。 Therefore, it is important to prevent the work machine from tipping over, taking into consideration the collapse of the ground around the work machine.
しかし、特許文献1,2の技術は、いずれも、法肩の足場の崩壊や地面の柔らかさによる足場の崩落に関する記載がない。
However, none of the techniques of
また、特許文献2では、作業機械が傾斜地で作業をしている場合、谷側の転倒警告領域の幅を広くすることが開示されているが、作業機械の周囲の地面の地形や堅さは検出されていないので、足場の崩落を考慮に入れた転倒防止を図ることはできない。
Further,
本発明は、作業機械の周囲の地面の崩落の危険性を考慮に入れて作業機械の転倒を防止する転倒防止装置及び作業装置を提供することである。 The present invention provides a fall prevention device and a work device that prevent the work machine from toppling in consideration of the risk of the ground surrounding the work machine collapsing.
本発明の一態様に係る転倒防止装置は、少なくとも1つの可動部を備える作業機械の転倒防止装置であって、
前記可動部の姿勢に基づいて前記作業機械の重心を算出する重心算出部と、
前記作業機械の地面との複数の接地点から決定される支持多角形の内側に、安全領域と、前記安全領域を取り囲む警戒領域とを設定する領域設定部と、
前記重心が前記警戒領域に位置する場合、転倒の危険性を報知するための警告及び前記転倒が回避されるように前記可動部の動作を制限する転倒防止制御の少なくとも一方を行う転倒防止制御部と、
前記作業機械の周囲の地面に関する地面情報に基づいて、前記周囲の地面において崩落の危険性のある崩落危険領域を特定する領域特定部とを備え、
前記領域設定部は、前記領域特定部により前記崩落危険領域が特定された場合、前記安全領域と前記警戒領域との境界線のうち、少なくとも前記支持多角形の中心と前記崩落危険領域との間に介在する境界線を前記支持多角形の中心方向に移動させる。
The fall prevention device according to one aspect of the present invention is a fall prevention device for a work machine including at least one movable portion.
A center of gravity calculation unit that calculates the center of gravity of the work machine based on the posture of the movable unit,
An area setting unit for setting a safety area and a warning area surrounding the safety area inside a support polygon determined from a plurality of contact points with the ground of the work machine.
When the center of gravity is located in the caution area, a fall prevention control unit that performs at least one of a warning for notifying the danger of a fall and a fall prevention control that limits the operation of the movable part so that the fall is avoided. When,
Based on the ground information about the ground around the work machine, the area specifying portion for identifying the collapse risk area where there is a risk of collapse in the surrounding ground is provided.
When the collapse risk area is specified by the area identification unit, the area setting unit is located between at least the center of the support polygon and the collapse risk area among the boundary lines between the safety area and the caution area. The boundary line interposed in the support polygon is moved toward the center of the supporting polygon.
本態様によれば、地面に関する地面情報から作業機械の周囲の地面において崩落の危険性のある崩落危険領域が特定され、崩落危険領域が特定された場合、安全領域と警戒領域との境界線のうち、少なくとも支持多角形の中心と崩落危険領域との間に介在する境界線が支持多角形の中心方向に移動される。これにより、警告を通じてのオペレータの操作又は転倒防止制御によって、崩落危険領域側への作業機械の重心の移動が制限され、崩落危険領域側の地面にかかる作業機械の荷重が制限され、崩落による作業機械の転倒を防止できる。 According to this aspect, a collapse risk area where there is a risk of collapse is identified from the ground information about the ground on the ground around the work machine, and when the collapse risk area is specified, the boundary line between the safety area and the caution area is identified. Of these, at least the boundary line between the center of the supporting polygon and the collapse risk area is moved toward the center of the supporting polygon. As a result, the operator's operation through the warning or the fall prevention control limits the movement of the center of gravity of the work machine to the collapse danger area side, limits the load of the work machine on the ground on the collapse danger area side, and works due to the collapse. The machine can be prevented from tipping over.
上記態様において、前記地面情報は、前記作業機械の周囲の地面の地形を示す地形情報を含み、
前記領域特定部は、前記地形情報に基づいて前記崩落危険領域を特定することが好ましい。
In the above aspect, the ground information includes terrain information indicating the terrain of the ground around the work machine.
It is preferable that the area specifying portion specifies the collapse risk area based on the topographical information.
本態様によれば、作業機械の周囲の地面の地形を示す地形情報に基づいて崩落危険領域が特定されているので、転倒事故の事例として多い崖近くや法肩で作業する作業機械の転倒を防止できる。 According to this aspect, since the collapse danger area is specified based on the topographical information indicating the topography of the ground around the work machine, the work machine working near the cliff or on the shoulder, which is often the case of a fall accident, falls. Can be prevented.
上記態様において、前記地面情報は、前記作業機械の周囲の地盤の堅さを示す堅土情報を含み、
前記領域特定部は、前記堅土情報に基づいて、前記崩落危険領域を特定することが好ましい。
In the above aspect, the ground information includes hard soil information indicating the hardness of the ground around the work machine.
It is preferable that the area specifying section specifies the collapse risk area based on the hard soil information.
本態様によれば、作業機械の周囲の地面の堅さを示す堅土情報に基づいて崩落危険領域が特定されているので、地盤が軟らかい領域近くで作業している作業機械の転倒を防止できる。更に、本態様の堅土情報を上記の地形情報と組み合わせて崩落危険領域を特定した場合、地盤が軟らかい崖近くや法肩で作業する作業機械の転倒をより確実に防止できる。 According to this aspect, since the collapse risk area is specified based on the hard soil information indicating the hardness of the ground around the work machine, it is possible to prevent the work machine working near the soft ground area from tipping over. .. Furthermore, when the collapse risk area is specified by combining the hard soil information of this aspect with the above topographical information, it is possible to more reliably prevent the work machine working near a cliff where the ground is soft or on the shoulder from falling.
上記態様において、前記領域特定部は、前記地形情報が前記周囲に傾斜面があることを示す場合、前記傾斜面を前記崩落危険領域に含ませることが好ましい。 In the above aspect, when the terrain information indicates that there is an inclined surface around the area, the area specifying portion preferably includes the inclined surface in the collapse risk area.
本態様によれば、作業機械の周囲に傾斜面があれば、その傾斜面が崩落危険領域に含められるので、転倒事故の事例として多い崖近くや法肩で作業する作業機械の転倒を防止できる。 According to this aspect, if there is an inclined surface around the work machine, the inclined surface is included in the collapse risk area, so that it is possible to prevent the work machine working near a cliff or on a shoulder, which is often the case of a fall accident, from falling. ..
上記態様において、前記領域特定部は、前記堅土情報が前記周囲に地盤強度が基準値よりも低い地盤の領域があることを示す場合、前記領域を前記崩落危険領域に含ませることが好ましい。 In the above aspect, when the hard soil information indicates that there is a ground region having a ground strength lower than the reference value in the vicinity, it is preferable that the region specifying portion includes the region in the collapse risk region.
本態様によれば、作業機械の周囲に地盤強度が基準値よりも低い領域があれば、その領域が崩落危険領域に含められるので、地盤が軟らかい領域近くで作業する作業機械の転倒を防止できる。 According to this aspect, if there is an area where the ground strength is lower than the reference value around the work machine, that area is included in the collapse risk area, so that the work machine working near the area where the ground is soft can be prevented from tipping over. ..
上記態様において、前記領域設定部は、前記地面情報に基づいて、前記崩落危険領域の前記崩落の可能性の高さを示す崩落指標値を算出し、前記崩落指標値が増大するにつれて、移動対象となる境界線の移動量を増大させることが好ましい。 In the above aspect, the area setting unit calculates a collapse index value indicating the high possibility of the collapse of the collapse risk area based on the ground information, and moves as the collapse index value increases. It is preferable to increase the amount of movement of the boundary line.
本態様によれば、崩落危険領域の崩落の可能性の高さを示す崩落指標値が増大するにつれて、移動対象となる境界線の移動量が増大されるので、当該移動量を崩落の可能性の高さに応じて適切な値に設定できる。 According to this aspect, as the collapse index value indicating the high possibility of collapse of the collapse danger area increases, the movement amount of the boundary line to be moved increases, so that the movement amount may collapse. It can be set to an appropriate value according to the height of.
上記態様において、前記警戒領域は、前記安全領域を取り囲み、前記重心が位置する場合に前記警告が行われる警告領域と、前記警告領域を取り囲み、前記重心が位置する場合に前記転倒防止制御が行われる制御領域とを含み、
前記領域設定部は、前記領域特定部により前記崩落危険領域が特定された場合、前記安全領域と前記警告領域との第1境界線のうち少なくとも前記支持多角形の中心と前記崩落危険領域との間に介在する境界線を前記支持多角形の中心方向に移動させ、且つ、前記警告領域と前記制御領域との第2境界線のうち少なくとも前記支持多角形の中心と前記崩落危険領域との間に介在する境界線を前記支持多角形の中心方向に移動させることが好ましい。
In the above aspect, the warning area surrounds the safety area and the warning area is issued when the center of gravity is located, and the warning area is surrounded and the fall prevention control is performed when the center of gravity is located. Including the control area
When the collapse danger region is specified by the region identification portion, the region setting unit includes at least the center of the support polygon and the collapse danger region in the first boundary line between the safety region and the warning region. The boundary line interposed between them is moved toward the center of the support polygon, and at least between the center of the support polygon and the collapse risk area of the second boundary line between the warning area and the control area. It is preferable to move the boundary line interposed therein toward the center of the supporting polygon.
本態様によれば、崩落危険領域が特定された場合、安全領域と警告領域との第1境界線のうち少なくとも支持多角形の中心と崩落危険領域との間に介在する境界線が支持多角形の中心方向に移動され、且つ、警告領域と制御領域との第2境界線のうち少なくとも支持多角形の中心と崩落危険領域との間に介在する境界線が支持多角形の中心方向に移動される。これにより、警告を通じてのオペレータの操作又は転倒防止制御によって、崩落危険領域側への作業機械の重心の移動が制限され、崩落危険領域側の地面にかかる作業機械の荷重が制限され、崩落による作業機械の転倒を防止できる。 According to this aspect, when a collapse risk area is specified, at least the boundary line between the center of the support polygon and the collapse risk area of the first boundary line between the safety area and the warning area is the support polygon. Of the second boundary line between the warning area and the control area, at least the boundary line between the center of the support polygon and the collapse risk area is moved toward the center of the support polygon. To. As a result, the operator's operation through the warning or the fall prevention control limits the movement of the center of gravity of the work machine to the collapse danger area side, limits the load of the work machine on the ground on the collapse danger area side, and works due to the collapse. The machine can be prevented from tipping over.
上記態様において、前記周囲の天候に関する天候情報を取得する天候情報取得部と、
前記天候情報に基づいて前記作業機械の転倒の危険性の有無を判定する危険性判定部とを更に備え、
前記領域設定部は、前記危険性判定部により前記転倒の危険性があると判定された場合、前記安全領域と前記警戒領域との境界線を前記支持多角形の中心方向に移動させることが好ましい。
In the above aspect, the weather information acquisition unit that acquires the weather information related to the surrounding weather, and
Further provided with a risk determination unit that determines whether or not there is a risk of the work machine falling based on the weather information.
When the danger determination unit determines that there is a risk of the fall, the area setting unit preferably moves the boundary line between the safety area and the caution area toward the center of the support polygon. ..
本態様によれば、天候情報が、例えば、強風であることを示しており、その強風によって作業機械が転倒する危険性がある場合、安全領域と警戒領域との境界線が支持多角形の中心に移動されるので、作業機械の転倒を防止できる。 According to this aspect, when the weather information indicates, for example, a strong wind, and there is a risk of the work machine falling due to the strong wind, the boundary line between the safety area and the caution area is the center of the supporting polygon. Since it is moved to, it is possible to prevent the work machine from tipping over.
本発明によれば、作業機械の周囲の地面の崩落の危険性を考慮に入れて作業機械の転倒を防止できる。 According to the present invention, it is possible to prevent the work machine from tipping over in consideration of the risk of the ground around the work machine collapsing.
(実施の形態1)
[作業機械]
図1は、本発明にかかる作業機械1の外観図である。作業機械1は、パワーショベルやクレーン等の上部旋回体3を備える作業機械で構成される。図1において、+x方向は作業機械1の前方を示し、−x方向は作業機械1の後方を示す。前方及び後方を総称して前後方向(x方向)と呼ぶ。+z方向は作業機械1の上方を示し、−z方向は作業機械1の下方を示す。上方と下方とを総称して上下方向(z方向)と呼ぶ。+y方向は後方から前方に作業機械1を見たときの左方を指し、−y方向は後方から前方に作業機械1を見たときの右方を指す。右方と左方とを総称して左右方向と呼ぶ。
(Embodiment 1)
[Working machine]
FIG. 1 is an external view of the
作業機械1は、回転軸を中心に回転したり長手方向に伸縮したりする少なくとも1つの可動部を備える作業機械である。作業機械1、クローラ式の下部走行体2と、下部走行体2上に旋回可能に設けられた上部旋回体3と、上部旋回体3に取り付けられた作業装置4とを備えている。
The
作業装置4は、上部旋回体3に対して起伏可能に取り付けられたブーム41と、ブーム41の先端部に対して揺動可能に取り付けられたアーム42と、アーム42の先端部に対して揺動可能に取り付けられたバケット43とを備えている。
The
また、作業装置4は、上部旋回体3に対してブーム41を起伏させるブームシリンダ51と、ブーム41に対してアーム42を揺動させるアームシリンダ52と、アーム42に対してバケット43を揺動させるバケットシリンダ53とを備えている。
Further, the working
可動部は、図1に示すパワーショベルの例では、作業装置4を構成するブーム41、アーム42、及びバケット43の他、上部旋回体3で構成される。このように、可動部は、姿勢が変化することにより、作業機械1の重心に影響を与える作業機械1の構成部品が採用される。例えば、油圧クレーンのジブが可動部とされてもよい。また、バケット43以外のアタッチメントが可動部とされてもよい。逆に、例えば、姿勢が変化する構成部品であっても作業機械1の重心に与える影響が極めて低い作業機械1の構成部品(例えば、ニブラ)のようなは可動部からは省かれる。
In the example of the power excavator shown in FIG. 1, the movable portion is composed of a
[基本構成]
図2は、本発明にかかる作業機械1の基本構成を説明するための図である。作業機械1は、警告線B1と、制御線B2と、限界線B3とを設定する。限界線B3は、作業機械1の接地面において、作業機械1の中心から最も外側の境界部分を連続的に繋ぐことで得られる境界線である。限界線B3によって囲まれる領域が支持多角形である。作業機械1の重心Gが限界線B3の外側にはみ出ると、作業機械1は、はみ出た側の限界線B3を中心軸として回転し、はみ出た側とは反対側の車体が浮き始めて、やがて転倒する。よって、限界線B3から外側に重心Gがはみ出ないようにすることが作業機械1の転倒防止にとって重要となる。
[Basic configuration]
FIG. 2 is a diagram for explaining a basic configuration of the
限界線B3の内側には警告線B1と、警告線B1を取り囲む制御線B2とが設定されている。警告線B1と制御線B2とのうちいずれか一方は省かれても良い。警告線B1は限界線B3から一定の距離d1離れて支持多角形内に設定され、制御線B2は限界線B3から一定の距離d2(<d1)離れて支持多角形内に設定されている。図2の例では限界線B3が四角形であるため、警告線B1、制御線B2は、それぞれ、中心が支持多角形の中心に位置する限界線B3と相似な四角形である。但し、これは一例であり、限界線B3が三角形等の四角形以外の多角形であれば、警告線B1、制御線B2は、それぞれ限界線B3が示す多角形と同じ形状を持つ。 A warning line B1 and a control line B2 surrounding the warning line B1 are set inside the limit line B3. Either one of the warning line B1 and the control line B2 may be omitted. The warning line B1 is set in the support polygon at a certain distance d1 from the limit line B3, and the control line B2 is set in the support polygon at a certain distance d2 (<d1) away from the limit line B3. In the example of FIG. 2, since the limit line B3 is a quadrangle, the warning line B1 and the control line B2 are quadrangles similar to the limit line B3 whose center is located at the center of the support polygon. However, this is an example, and if the limit line B3 is a polygon other than a quadrangle such as a triangle, the warning line B1 and the control line B2 each have the same shape as the polygon indicated by the limit line B3.
警告線B1に囲まれる四角形の領域は、安全領域D1である。警告線B1と制御線B2との間の領域は、重心Gが進入したときに後述の警告が発報される警告領域D2である。制御線B2と限界線B3との間の領域は、重心Gが進入したときに後述の転倒防止制御が行われる制御領域D3である。警告領域D2は安全領域D1を取り囲み、制御領域D3は警告領域D2を取り囲む。なお、警告領域D2及び制御領域D3は、それぞれ、警戒領域の一例である。 The rectangular area surrounded by the warning line B1 is the safety area D1. The area between the warning line B1 and the control line B2 is a warning area D2 in which a warning described later is issued when the center of gravity G enters. The region between the control line B2 and the limit line B3 is a control region D3 in which the fall prevention control described later is performed when the center of gravity G enters. The warning area D2 surrounds the safety area D1, and the control area D3 surrounds the warning area D2. The warning area D2 and the control area D3 are examples of warning areas, respectively.
重心Gは限界線B3に向かうほど転倒の危険性が高まる。よって、重心Gが警告線B1→制御線B2→限界線B3に近づくにつれて、作業機械1の転倒の可能性が高くなる。
The risk of falling increases as the center of gravity G approaches the limit line B3. Therefore, as the center of gravity G approaches the warning line B1 → the control line B2 → the limit line B3, the possibility of the
そこで、作業機械1は、重心Gが警告線B1よりも外側に位置すると、転倒の危険性を示す音声や画像を作業機械1のオペレータに報知する警告の発報を行う。また、作業機械1は、重心Gが制御線B2よりも外側に位置すると、転倒間近であるため、作業機械1の転倒を回避するための転倒防止制御を行う。転倒防止制御としては、例えば、作業機械1を強制的に停止させたり、オペレータの操作に拘わらず重心Gを限界線B3から作業機械1の内側に移動させたりする制御が含まれる。
Therefore, when the center of gravity G is located outside the warning line B1, the
[地形情報に基づく境界線の変更]
しかし、上記基本構成ではこの支持多角形の周囲の地盤が崩落しない頑丈な地盤であることが前提となっているため、周囲の地盤の崩落が起こると途端に車体が地面からの支持を失い転倒の危険性が高まる。
[Change of boundary line based on terrain information]
However, since the above basic configuration is based on the premise that the ground around this support polygon does not collapse, the vehicle body loses support from the ground as soon as the surrounding ground collapses. The risk of falling increases.
作業機械1が接近すると崩落する危険のある急斜面が近くにある場合には、その付近での転倒の危険性が増大する。つまり、重心Gが急斜面側に移動することにより地盤の一部が崩壊し、作業機械1の転倒の危険性が高まるのである。作業機械1の転倒防止に有益な重要な情報の一つとして作業機械1の周囲の地面の地形を示す地形情報があり、この地形情報から作業機械1の周囲に急斜面があることを検出できる。
If there is a steep slope nearby that may collapse when the
そこで、実施の形態1では作業機械1の周囲の地形情報から例えば急斜面を崩落の危険性のある崩落危険領域として特定し、特定した崩落危険領域に基づいて、警告線B1及び制御線B2の位置を柔軟に変更することにより転倒の危険性を低下させる。以下、実施の形態1の作業機械について詳細に説明する。
Therefore, in the first embodiment, for example, a steep slope is specified as a collapse risk area where there is a risk of collapse from the topographical information around the
[ブロック図]
図3は、本発明の実施の形態1に係る作業機械1の構成を示すブロック図である。なお、図3において、作動油の流れは太線で示し、制御信号の流れは細線で示している。
[Block Diagram]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
作業機械1は、アクチュエータ21、コントロールバルブ22、油圧ポンプ23、エンジン24、コントローラ25、操作部26、角度センサ27、測距センサ28、及び報知部29を備える。なお、本発明に係る転倒防止装置は、コントローラ25、操作部26、角度センサ27、測距センサ28、及び報知部29で構成される。
The
アクチュエータ21は、例えば、図1に示すブームシリンダ51、アームシリンダ52、バケットシリンダ53、及び上部旋回体3を旋回させる旋回モータで構成されている。但し、これは一例であり、下部走行体2を走行させる走行モータが採用されてもよい。
The
油圧ポンプ23は、エンジン24の駆動軸24Xと接続され、エンジン24の動力によって駆動されることにより作動油を吐出する。
The
コントロールバルブ22は、例えば、油圧ポンプ23及びアクチュエータ21間に介在する油圧パイロット切替弁と、当該油圧パイロット切替弁に入力されるパイロット圧を調整する電磁弁とを含む。油圧パイロット弁は、これに入力されるパイロット圧に応じた開度で開き、その開度に応じた流量で油圧ポンプ23からアクチュエータ21に作動油を供給する。コントローラ25は、前記電磁弁に指令信号を入力し、これにより前記パイロット圧を変化させてアクチュエータ21の作動速度を制御する。
The
エンジン24は、例えばディーゼル式のエンジンで構成されている。
The
コントローラ25は、例えば、CPU、RAM、及びROMを備えるコンピュータで構成され、重心算出部251、領域特定部252、領域設定部253、転倒防止制御部254、及び記憶部255を備える。
The
重心算出部251は、回転角θ、角速度θ’、及び角加速度θ”に基づいて、作業機械1のZMPを算出し、算出したZMPを作業機械1の重心として算出する。但し、これは一例であり、重心としては静的な重心が採用されてもよい。この場合、重心算出部251は、回転角θから各可動部の重心を求め、それらの平均値を算出することで作業機械1の静的な重心を算出すればよい。なお、回転角θは可動部の姿勢を示すパラメータであり、角速度θ’及び角加速度θ”は可動部の動きを示すパラメータである。
The center of
重心算出部251は、ZMPを算出するにあたり、角度センサ27で検出された回転角θを1階微分することで角速度θ’を算出し、回転角θを2階微分することで角加速度θ”を算出すればよい。或いは、ブーム41、アーム42、及びバケット43の角速度を検出する角速度センサが設けられているのであれば、重心算出部251は、角速度センサにより検出された角速度を取得すればよい。このことは、角加速度センサが設けられている場合も同じである。
In calculating ZMP, the center of
領域特定部252は、測距センサ28で計測された作業機械1の周囲の地形の距離画像データから崩落危険領域を特定する。ここで、領域特定部252は、距離画像データに急斜面を示す領域が含まれていれば、その領域を崩落危険領域として特定すればよい。ここで、急斜面としては、例えば、切取りまたは盛土によってつくられた人工的傾斜面である法面が含まれる。切取りによって作られた法面は、もともと安定していた自然の地盤を切り取ったため地盤が弱い。また、盛土によってつくられた法面は、盛土の施工後、日の浅いうちはまだ十分に安定しておらず、地盤が弱い。よって、法面は、大雨などの状況の変化によってしばしば崩落を起こすという特徴がある。なお、急斜面としては自然傾斜面が採用されてもよい。
The
図4は、測距センサ28が地面を計測することで取得した距離画像データの一例を示す図である。図4の例では、作業機械1の左斜め後方に、切り取りによって作られた法面E3が位置しており、作業機械1は法面E3の法肩E31で作業している。法肩E31は通常の地盤より崩落しやすいので、作業機械1の重心Gが法面E3に近づくにつれて法面E3が崩落し、作業機械1の転倒リスクが高まる。
FIG. 4 is a diagram showing an example of distance image data acquired by the
また、作業機械1の前方には盛土による法面E1があり、作業機械1は法面E1のすぐ下の場所で作業している。法面E1も法面E1と同様地盤が弱いので、作業機械1が法面E1を乗り上げて作業を行うと、法面E1が崩落し、作業機械1が転倒するリスクがある。
Further, there is a slope E1 by embankment in front of the
そこで、本実施の形態では、このような状況下において、警告線B1及び制御線B2を支持多角形の中心方向に移動させることで、転倒の危険性を低下させる。 Therefore, in the present embodiment, under such a situation, the warning line B1 and the control line B2 are moved toward the center of the support polygon to reduce the risk of falling.
ここで、領域特定部252は、例えば、作業機械1を基準として一定範囲(例えば半径5mや10mの範囲)内に傾斜角度が一定角度(例えば、10度、20度、30度、40度等)以上、且つ、面積が一定面積以上の斜面を示す領域が距離画像データ内にあれば、その領域を、急斜面、すなわち、崩落危険領域として検出すればよい。ここで、領域設定部253は、作業機械1が急斜面の上側に位置する場合のみ、その急斜面を崩落危険領域として検出してもよいし、作業機械1が急斜面の下側に位置する場合であっても、その急斜面を崩落危険領域として検出してもよいし、急斜面内に位置する場合であっても、その急斜面を崩落危険領域として検出してもよい。
Here, the
図3に参照を戻す。領域設定部253は、領域特定部252によって作業機械1の周囲に崩落危険領域があることが特定された場合、警告線B1(第1境界線の一例)を構成する辺のうち、少なくとも支持多角形の中心と崩落危険領域との間に介在する辺を支持多角形の中心方向に移動させると共に、制御線B2(第2境界線の一例)を構成する辺のうち、少なくとも支持多角形の中心と崩落危険領域との間に介在する辺を支持多角形の中心方向に移動させる。
The reference is returned to FIG. When the
図5は、実施の形態1において、警告線B1と制御線B2との変更の一例を示す図である。図5(a)では(a)から(b)にかけて上部旋回体3が正面から左斜め前方に向けて旋回し、重心Gが左斜め前方に移動するシーンが示されている。 FIG. 5 is a diagram showing an example of change between the warning line B1 and the control line B2 in the first embodiment. FIG. 5A shows a scene in which the upper swivel body 3 swivels diagonally forward to the left from the front and the center of gravity G moves diagonally forward to the left from (a) to (b).
図5では、作業機械1の左側に法面501が位置しており、作業機械1は法面501の法肩で作業をしている。法面501は地盤が弱いので、(a)から(b)に向かうにつれて法面501が崩落しやすくなり、作業機械1の転倒のリスクが高い。
In FIG. 5, the
そこで、領域設定部253は、警告線B1を構成する4辺のうち支持多角形の中心と法面501とに介在する辺HL1(ここでは、左辺)を、デフォルトの位置から支持多角形の中心方向に移動させると共に、制御線B2を構成する4辺のうち支持多角形の中心と法面501とに介在する辺HL2(ここでは、左辺)をデフォルトの位置よりも支持多角形の中心に移動させる。
Therefore, the
これにより、辺HL1と支持多角形(限界線B3)との距離d11がデフォルトの距離d1よりも大きくなるので、図5に示すシーンにおいて、重心Gが警告領域D2に入るタイミングがデフォルトの場合に比べて早くなる。したがって、このシーンにおいて、オペレータへの警告の発報が早められ、早い段階でオペレータに左旋回の中止の操作を促すことができる。その結果、法面501の崩落による作業機械1の転倒のリスクを低下させることができる。
As a result, the distance d11 between the side HL1 and the support polygon (limit line B3) becomes larger than the default distance d1. Therefore, in the scene shown in FIG. 5, when the timing at which the center of gravity G enters the warning area D2 is the default. It will be faster than that. Therefore, in this scene, the warning to the operator is issued earlier, and the operator can be urged to stop the left turn at an early stage. As a result, the risk of the
同様に、辺HL2と限界線B3との距離d21がデフォルトの距離d2よりも大きくなるので、このシーンにおいて、重心Gが制御領域D3に入るタイミングがデフォルトの場合に比べて早くなる。これにより、このシーンにおいて、転倒防止制御の作動タイミングが早められ、法面501の崩落による作業機械1の転倒のリスクを低下させることができる。
Similarly, since the distance d21 between the side HL2 and the limit line B3 is larger than the default distance d2, the timing at which the center of gravity G enters the control region D3 is earlier than in the default case in this scene. As a result, in this scene, the operation timing of the fall prevention control can be advanced, and the risk of the
一方、警告線B1及び制御線B2のそれぞれを構成する4辺のうち支持多角形の中心と法面501とに介在していない3辺は限界線B3との距離がデフォルトの距離d1,d2に維持されている。よって、重心Gが法面501方向に移動しないシーンにおいて、警告の発報が頻発されたり、転倒防止制御が過剰に作動することが防止され、操作性が確保されている。
On the other hand, of the four sides constituting each of the warning line B1 and the control line B2, the three sides not intervening between the center of the supporting polygon and the
なお、図5の例では、法面501の境界線501aが限界線B3を構成する4辺のうち法面501に最も近い辺と平行であるため、辺HL1、HL2が支持多角形の中心方向に移動されている。但し、これは一例である。例えば、図5(a)に示すように法面501の境界線が境界線501bであれば、警告線B1の4辺のうち支持多角形の中心と法面501とに介在する辺は辺HL1、HF1の2辺になり、且つ、制御線B2の4辺のうち支持多角形の中心と法面501とに介在する辺は辺HL2、HF2の2辺になる。この場合、領域設定部253は、辺HL1、HF1、HL2、HF2を支持多角形の中心方向に移動すればよい。或いは、領域設定部253は、警告線B1と制御線B2とのそれぞれに対して左上の頂点を支持多角形の中心方向に移動させて境界線501bと平行な辺を設けることで、警告線B1と制御線B2とを変更してもよい。
In the example of FIG. 5, since the
ここで、領域設定部253は、領域特定部252により崩落危険領域が特定された場合、距離画像データから崩落危険領域における崩落の可能性の高さを示す崩落指標値を算出し、算出した崩落指標値が大きくなるにつれて距離d11と距離d21とを大きく設定してもよい。ここで、崩落指標値は、例えば、崩落危険領域の傾斜角、崩落危険領域の高さ、及び崩落危険領域の面積の少なくとも1つから算出される。例えば、崩落危険領域の傾斜角をパラメータPr1、崩落危険領域の高さをパラメータPr2、崩落危険領域の面積をパラメータPr3とすると、崩落指標値は、崩落指標値=α1・Pr1+α2・Pr2+α3・Pr3で算出される。なお、α1、α2、α3はパラメータPr1、Pr3、Pr3を正規化するための係数である。
Here, the
図3に参照を戻す。転倒防止制御部254は、重心算出部251により算出された重心Gが警告線B1よりも外側に位置する場合、転倒の危険性を報知するための警告を行う。また、転倒防止制御部254は、重心Gが制御線B2よりも外側に位置する場合、転倒防止制御を行う。
The reference is returned to FIG. When the center of gravity G calculated by the center of
操作部26は、例えば、作業装置4の姿勢を変更する操作を受け付ける操作レバーで構成され、操作レバーの傾倒量に応じた操作量をコントローラ25に出力する。
The
角度センサ27は、例えば、ブーム41の回転角θ1と、アーム42の回転角θ2と、バケット43の回転角θ3と、上部旋回体3の回転角θ4とをそれぞれを検出する4つの角度センサで構成される。回転角θ1は、上部旋回体3に対するブーム41の起伏量を示す。回転角θ2は、ブーム41に対するアーム42の揺動量を示す。回転角θ3は、アーム42に対するバケット43の揺動量を示す。回転角θ4は下部走行体2に対する上部旋回体3の旋回量を示す。回転角θ1〜θ4を総称する場合、回転角θと表す。角度センサ27は、例えばリゾルバやポテンショメータで構成される。
The
測距センサ28は、例えば、深度センサやステレオカメラで構成され、周囲の地面の地形を示す距離画像データ(地形情報の一例)を所定のフレームレート(例えば、5〜50fps程度)で時系列に取得する。
The
深度センサとしては、例えば、照射した赤外光が物体で反射されて戻ってくるまでの時間を赤外カメラで計測することで、周囲の地面の距離分布を計測するTOF(time of flight)方式の測距センサが採用できる。ステレオカメラは、例えば、複数のカメラで撮像された複数の画像内の対応点同士の視差を求めることで、周囲の地面の距離分布を計測する測距センサである。 As a depth sensor, for example, a TOF (time of flight) method that measures the distance distribution of the surrounding ground by measuring the time required for the irradiated infrared light to be reflected by an object and returned with an infrared camera. Distance measurement sensor can be adopted. A stereo camera is, for example, a distance measuring sensor that measures the distance distribution of the surrounding ground by obtaining the parallax between corresponding points in a plurality of images captured by a plurality of cameras.
図4を再び参照する。本実施の形態では、測距センサ28は、上部旋回体3の前面、後面、左側面、右側面にそれぞれ設けられた4つの測距センサ281、282、283、284を含む。測距センサ281〜284は、それぞれ、光軸が地面に向くように上部旋回体3に設置されている。また、測距センサ281、282、283、284は、それぞれ、扇形の計測範囲A1、A2、A3、A4を有している。計測範囲A1〜A4はそれぞれ隣接する計測範囲A1〜A4と端部同士が重畳している。これにより、測距センサ281〜284は、作業機械1の周囲の全方位の地形を計測して、計測した地形を示す距離画像データを取得することができる。
See FIG. 4 again. In the present embodiment, the
このように、測距センサ28を用いて周囲の地形を把握する方法は、作業機械1自身が掘削等の作業によってリアルタイムに変化する地形を把握できるため、崩落危険領域の見落としを防止する上で有効である。なお、測距センサ28を用いて周囲の地形を把握する方法は一例である。例えば、領域特定部252は、ドローンなどを使って事前に計測された広域の地形情報を用いて、崩落危険領域を特定してもよい。この場合、領域特定部252は、作業機械1に取り付けられたGPSセンサを用いて作業機械1の位置を取得し、取得した位置と広域の地形情報とを照合することで、作業機械1の周囲の崩落危険領域を検出してもよい。
In this way, the method of grasping the surrounding terrain using the
図3に戻る。記憶部255は、デフォルトの警告線B1、制御線B2、及び限界線B3のそれぞれのデフォルトの位置情報を事前に記憶する。ここで、デフォルトの位置情報としては、作業機械1の中心を原点とするローカル座標系における、警告線B1、制御線B2、及び限界線B3のそれぞれの4つの頂点の座標が採用できる。ここで、警告線B1、制御線B2、及び限界線B3は、それぞれ、地面に設定されるので、警告線B1、制御線B2、及び限界線B3のそれぞれの4つの頂点の座標は、ローカル座標系において、地面を表す平面上に設定される。
Return to FIG. The
報知部29は、表示装置及びスピーカで構成され、重心Gが警告領域D2に位置すると転倒防止制御部254が判定した場合、転倒防止制御部254の制御の下、転倒の危険性をオペレータに報知する。ここで、報知部29は、転倒の危険性を報知するための音声メッセージや警報音をスピーカから出力してもよいし、転倒の危険性を報知するためのメッセージや警報ランプを表示装置に表示してもよい。
The
次に、重心算出部251におけるZMPの計算方法について簡単に説明する。
Next, a method of calculating ZMP in the center of
<ZMPの計算>
重心算出部251は、例えば、下記の式(1)、(2)を用いてZMPを算出すればよい。
<Calculation of ZMP>
The center of
式(1)、(2)では、図2に示すように、作業機械1が接している地面上にx軸、y軸が設定され、地面に対して垂直上方にz軸が設定されている。式(1)、(2)において、左辺のpはZMPを示す。pはx,y成分のみで構成され、z成分は0である。これは、ZMPは地面に設定された支持多角形上の点だからである。
In the equations (1) and (2), as shown in FIG. 2, the x-axis and the y-axis are set on the ground in contact with the
全質量Mは定数である。重力加速度g(gx,gy,gz)は、例えば、作業機械1の重力加速度のx、y、z成分であり、例えば、作業機械1の傾斜角を検出する重力センサで検出できる。全重心位置c(cx,cy,cz)は作業機械1全体の重心であり、作業機械1の回転角θに依存する変数である。全運動量P及び全角運動量Lは、各可動部の運動量及び角運動量のベクトル和である。
The total mass M is a constant. The gravitational acceleration g (gx, gy, gz) is, for example, an x, y, z component of the gravitational acceleration of the
全運動量P及び全角運動量Lは回転角θと角速度θ’と角加速度θ”とに依存する変数である。よって、全運動量P及び全角運動量Lを調整することでZMPを目的の場所に配置できる。 The total momentum P and the total angular momentum L are variables that depend on the rotation angle θ, the angular velocity θ', and the angular acceleration θ'. Therefore, the ZMP can be arranged at the target location by adjusting the total momentum P and the total angular momentum L. ..
このように、ZMPの計算には、作業機械1の全重心位置c、全運動量P、及び全角運動量Lが必要となる。これらの物理量は、作業機械1の回転角θ、角速度θ’、及び角加速度θ”から運動学的に求められる。よって、式(1)、(2)は、回転角θ、角速度θ’、及び角加速度θ”の関数となる。
As described above, the total center of gravity position c, the total momentum P, and the total angular momentum L of the
なお、回転角θは自由度に応じた成分を持つベクトルである。図1の作業機械1は自由度が4なので、回転角θはθ1,θ2,θ3,θ4の4成分からなるベクトルで表される。
The angle of rotation θ is a vector having a component according to the degree of freedom. Since the
したがって、自由度がn個であれば、回転角θは式(3)で示すn成分からなるベクトルで表される。 Therefore, if there are n degrees of freedom, the angle of rotation θ is represented by a vector consisting of n components represented by the equation (3).
[フローチャート]
図6は、実施の形態1に係る作業機械1の処理を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは所定のサンプリング周期で実行される。まず、測距センサ28は、作業機械1の周囲の地面の距離画像データを地形情報として取得する(S601)。
[flowchart]
FIG. 6 is a flowchart showing the processing of the
次に、領域特定部252は、距離画像データから作業機械1の周囲における崩落危険領域を特定し、特定結果にしたがって、警告線B1及び制御線B2を設定する(S602)。ここで、領域特定部252は、作業機械1の周囲に崩落危険領域がなければ、図2に示すように、警告線B1と限界線B3との距離をデフォルトの距離d1に設定し、制御線B2と限界線B3との距離をデフォルトの距離d2に設定する。一方、領域特定部252は、作業機械1の周囲に崩落危険領域があれば、図5に示すように、支持多角形の中心と崩落危険領域とに介在する辺HL1と限界線B3との距離をデフォルトの距離d1よりも大きな距離d11に設定し、且つ、支持多角形の中心と崩落危険領域とに介在する辺HL2と限界線B3との距離をデフォルトの距離d2よりも大きな距離d21に設定する。
Next, the
次に、重心算出部251は、角度センサ27により検出された回転角θから作業機械1の重心Gを算出する。
Next, the center of
次に、転倒防止制御部254は、重心算出部251により算出された重心Gが警告線B1よりも外側に位置していれば(S604でYES)、オペレータに警告を発報する(S605)。一方、転倒防止制御部254は、重心Gが警告線B1よりも外側に位置していなければ(S604でNO)、重心Gは安全領域D1にあるため、処理をS601に戻す。
Next, the fall
次に、転倒防止制御部254は、重心Gが制御線B2よりも外側に位置していれば(S606でYES)、転倒防止制御を行う。一方、重心Gが制御線B2よりも内側に位置していれば(S606でNO)、処理はS601に戻る。なお、図6のフローチャートでは、重心Gが制御線B2の外側に位置すれば(S604でYES且つS606でYES)、警告と転倒防止制御とが行われることになるが、本発明はこれに限定されず、転倒防止制御のみが行われてもよい。
Next, if the center of gravity G is located outside the control line B2 (YES in S606), the fall
このように、実施の形態1の作業機械1によれば、作業機械1の周囲の地面の地図画像データから崩落危険領域が特定された場合、警告線B1及び制御線B2を構成する4辺のうち少なくとも支持多角形の中心と崩落危険領域との間に介在する辺が支持多角形の中心方向に移動される。
As described above, according to the
これにより、警告を通じてのオペレータの操作によって又は転倒防止制御によって、崩落危険領域側への作業機械の重心Gの移動が制限される。その結果、崩落危険領域側の地面にかかる作業機械1の荷重が制限され、崩落による作業機械1の転倒を防止できる。
As a result, the movement of the center of gravity G of the work machine to the collapse danger region side is restricted by the operator's operation through the warning or by the fall prevention control. As a result, the load of the
(実施の形態2)
作業機械1の転倒防止に有益な情報として地形情報の他にも地盤の堅さを示す堅土情報がある。特に、作業機械1が地盤の軟弱な場所に接近又は進入すると地面が傾斜したり、崩落したりする危険があり、その場所付近での作業機械1の転倒の危険性が増す。そこで、実施の形態2では、堅土情報を用いて崩落危険領域を特定し、特定した崩落危険領域に基づいて、警告線B1及び制御線B2の位置を柔軟に変更することにより転倒の危険性を低下させる。なお、実施の形態2において、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省く。
(Embodiment 2)
In addition to topographical information, there is solid soil information indicating the hardness of the ground as useful information for preventing the
[ブロック図]
図7は、実施の形態2に係る作業機械1の構成を示すブロック図である。実施の形態2に係る作業機械1は更に地盤センサ30とGPSセンサ31とを備える。地盤センサ30は、例えば、表面波探査法を用いて、作業機械1の周囲の地面の地盤強度を計測する。GPSセンサ31は、GPS衛星からの信号を受信することで作業機械1の現在位置を検出する。
[Block Diagram]
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the
図8は、表面波探査法を説明する図である。表面波探査法は、図8(a)に示すように、起振機81で発生された様々な周波数の表面波Wを受信器82、83に受信させ、表面波Wの速度を検出することで地盤強度を推定する方法である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a surface wave exploration method. In the surface wave exploration method, as shown in FIG. 8A, the
一般に、表面波は軟弱な地盤であるほど遅いと言われている。また、図8(b)に示すように周波数が高いと、表面波Wは地面Eの比較的浅い部分を伝わり、図8(c)に示すように周波数が低いと、表面波Wは地面Eの比較的深い部分を伝わる。よって、表面波Wの周波数を変化させることで、深さに応じた地盤強度を推定できる。なお、表面波Wの速度は、例えば、受信器82と受信器83とを既知の距離Lだけ離して地面Eの上に設置し、起振機81側の受信器82が表面波Wを検出してから受信器83が表面波Wを検出するまでの時間Tを計測し、距離Lを時間Tで割ること算出すればよい。そして、算出した表面波Wの速度を例えば、所定の関数に入力することで受信器82、82付近の領域の地盤強度が算出されればよい。
It is generally said that the softer the ground, the slower the surface wave. Further, when the frequency is high as shown in FIG. 8 (b), the surface wave W is transmitted through a relatively shallow portion of the ground E, and when the frequency is low as shown in FIG. 8 (c), the surface wave W is transmitted to the ground E. It travels through the relatively deep part of. Therefore, by changing the frequency of the surface wave W, the ground strength according to the depth can be estimated. As for the speed of the surface wave W, for example, the
地盤センサ30は、(i)受信器82、83のみで構成されてもよいし、(ii)起振機81のみで構成されてもよいし、(iii)受信器82、83と起振機81との両方で構成されてもよい。
The
(i)の場合、地面Eに起振機81を設置し、作業機械1に設けられた受信器82、83が起振機81からの表面波Wを受信することで、地盤センサ30は表面波Wの速度を算出すればよい。また、(ii)の場合、地面Eに受信器82、83を設置し、作業機械1に設けられた起振機81からの表面波Wを受信器82、83で受信させることで、地盤センサ30は表面波Wの速度を算出すればよい。更に、(iii)の場合、作業機械1に設けられた起振機81からの表面波Wを作業機械1に設けられた受信器82、83に受信させることで、地盤センサ30は表面波Wの速度を算出すればよい。なお、(iii)の場合、起振機81から既知の距離だけ離れた位置に受信器82を設置すれば、起振機81が表面波Wを出力してから受信器82が表面波Wを受信するまでの時間を計測することで表面波Wの速度を検出できるので、受信器83は省かれてもよい。
In the case of (i), the
本実施の形態では、領域特定部252は、上記の地盤強度の計測を作業現場の複数の位置で地盤センサ30を用いて実施し、作業現場での地盤強度の分布を得る。そして、領域特定部252は、得られた地盤強度の分布を堅土情報として記憶部255に事前に記憶させておけばよい。
In the present embodiment, the
なお、領域特定部252は、上記の方法以外にも以下の手法を用いて堅土情報を取得してもよい。
In addition to the above method, the
例えば、領域特定部252は、近年実用化が進んでいる高密度表面探査法を作業現場に適用することで、堅土情報を取得し、記憶部255に事前に記憶させおいてもよい。高密度表面探査法は、数十個程度の複数の受信器が配置された地面をハンマー等を用いて人間に叩かせて地面を起振させ、複数の受振器で一度に表面波Wを受信することで、2次元的な地盤強度の分布を推定する方法である。
For example, the
或いは、領域特定部252は、地盤の堅さであるN値を直接計測するスウェーデン式サウンディング試験を作業現場で実施することで、作業現場におけるN値の分布を求め、堅土情報として記憶部255に事前に記憶させておいてもよい。
Alternatively, the
或いは、領域特定部252は、スウェーデン式サウンディング試験により計測された地盤強度の分布が集約されたデータベース(国土地盤情報検索サイト:国土交通省など)から、作業現場における地盤強度の分布を取得し、取得した地盤強度の分布を堅土情報として事前に記憶部255に記憶させておいてもよい。
Alternatively, the
図7に参照を戻す。領域特定部252は、例えば、GPSセンサ31を用いて作業機械1の現在位置を取得し、取得した現在位置と記憶部255に記憶された作業現場の堅土情報とを照合することで、作業機械1の周囲における崩落危険領域を特定する。
The reference is returned to FIG. For example, the
ここで、領域特定部252は、例えば、堅土情報に地盤強度が基準値よりも低い位置を含む一定範囲の領域を崩落危険領域として特定すればよい。そして、領域設定部253は、領域特定部252により作業機械1の周囲に崩落危険領域があることが特定されれば、実施の形態1と同様の手法を用いて警告線B1と制御線B2とを設定すればよい。
Here, the
図9は、実施の形態2において、警告線B1と制御線B2との変更の一例を示す図である。図9では(a)から(b)にかけて上部旋回体3が正面から左斜め後方に向けて旋回し、重心Gが中心から左斜め後方に移動するシーンが示されている。 FIG. 9 is a diagram showing an example of change between the warning line B1 and the control line B2 in the second embodiment. FIG. 9 shows a scene in which the upper swivel body 3 swivels diagonally backward to the left from the front and the center of gravity G moves diagonally backward to the left from the center from (a) to (b).
図9では、作業機械1の後方に地盤強度が低い崩落危険領域901が位置しているので、(a)から(b)に向かうにつれて、崩落危険領域901が崩落しやすくなり、作業機械1の転倒のリスクが高くなる。
In FIG. 9, since the
そこで、領域設定部253は、警告線B1を構成する4辺のうち崩落危険領域901と支持多角形の中心とに介在する辺HB1(ここでは、下辺)と限界線B3との距離をデフォルトの距離d1よりも大きな距離d11に設定し、辺HB1を支持多角形の中心方向に移動させる。また、領域設定部253は、制御線B2を構成する4辺のうち崩落危険領域901と支持多角形の中心とに介在する辺HB2(ここでは、下辺)と限界線B3との距離をデフォルトの距離d2よりも大きな距離d21に設定し、辺HB2を支持多角形の中心方向に移動させる。これにより、図9に示すシーンにおいて、警告の発報のタイミング及び転倒防止制御の作動のタイミングが早められ、崩落危険領域901の崩落による作業機械1の転倒を防止できる。
Therefore, the
図10は、実施の形態2において、警告線B1と制御線B2との変更の別の一例を示す図である。図10では(a)から(b)にかけて上部旋回体3が正面から左斜め後方に向けて旋回し、重心Gが中心から左斜め後方に移動するシーンが示されている。 FIG. 10 is a diagram showing another example of the change between the warning line B1 and the control line B2 in the second embodiment. FIG. 10 shows a scene in which the upper swivel body 3 swivels diagonally backward to the left from the front and the center of gravity G moves diagonally backward to the left from the center from (a) to (b).
図10では、作業機械1の前後左右の全方位に崩落危険領域1101が位置しているので、(b)に示す左斜め後方への重心Gの移動をはじめとして、重心Gがどの方向に移動しても、崩落危険領域1101が崩落しやすくなり、作業機械1の転倒のリスクが高くなる。
In FIG. 10, since the
そこで、領域設定部253は、警告線B1を構成する4辺と限界線B3との距離をデフォルトの距離d1よりも大きな距離d11に設定し、4辺のそれぞれをデフォルトの位置よりも支持多角形の中心方向に移動させる。また、領域設定部253は、制御線B2を構成する4辺と限界線B3との距離をデフォルトの距離d2よりも大きな距離d21に設定し、4辺のそれぞれをデフォルトの位置よりも支持多角形の中心方向に移動させる。
Therefore, the
これにより、図10に示すシーンをはじめとする、重心Gが作業機械1の全方位に向けて外側に移動するシーンにおいて、警告の発報のタイミング及び転倒防止制御の作動のタイミングが早められ、崩落危険領域1101の崩落による作業機械1の転倒のリスクを低下させることができる。
As a result, in a scene in which the center of gravity G moves outward in all directions of the
なお、領域設定部253は、領域特定部252により作業機械1の周囲に崩落危険領域があることが特定された場合、地盤強度が低くなるにつれて値が大きくなるように崩落の可能性の高さを示す崩落指標値を算出し、算出した崩落指標値が大きくなるにつれて距離d11と距離d21とを大きく設定してもよい。
When the
図11は、実施の形態2に係る作業機械1の処理を示すフローチャートである。なお、図11において図6と同一の処理には同一の符号を付している。まず、領域特定部252は、記憶部255から堅土情報を取得する(S1101)。次に、領域特定部252は、堅土情報とGPSセンサ31から得られた作業機械1の現在位置とを照合することで、作業機械1の周囲に崩落危険領域があるか否かを特定し、特定結果に基づいて警告線B1と制御線B2とを設定する(S1102)。なお、警告線B1と制御線B2との設定の詳細はS602と同である。以下、図6で説明したS603〜S607の処理が行われ、作業機械1の転倒のリスクを低下させる措置が採られる。
FIG. 11 is a flowchart showing the processing of the
このように、実施の形態2に係る作業機械1によれば、作業機械1の周囲の地面の堅土情報から崩落危険領域が特定され、崩落危険領域があれば、実施の形態1と同様、警告線B1及び制御線B2が支持多角形の中心方向へ移動される。これにより、崩落による作業機械1の転倒を防止できる。
As described above, according to the
(実施の形態3)
実施の形態3に係る作業機械1は、実施の形態1と実施の形態2とを組み合わせたものである。図12は、実施の形態3に係る作業機械1の構成を示すブロック図である。
(Embodiment 3)
The
作業機械1は、測距センサ28と地盤センサ30との両方を備えている。領域特定部252は、測距センサ28で取得された距離画像データと地盤センサ30を用いて事前に作成された堅土情報との両方を用いて崩落危険領域を特定する。例えば、領域特定部252は、作業機械1の周囲に、急斜面の領域及び地盤強度が基準値以下の領域の少なくとも一方の領域があれば、その領域を崩落危険領域として検出すればよい。
The
この場合、領域設定部253は、(i)急斜面であるが地盤強度が基準値より大きい領域、(ii)急斜面でないが地盤強度が基準値以下である領域、(iii)急斜面且つ地盤強度が基準値以下の領域の3つのパターンに分けて崩落指標値を算出し、警告線B1と制御線B2とを変更してもよい。
In this case, the
例えば、領域設定部253は、(iii)のケースが崩落指標値が最大と判定し、次に(i)、(ii)のケースの順、或いは、次に(ii)、(i)のケースの順に値が大きくなるように崩落指標値を算出してもよい。そして、領域設定部253は、崩落指標値が大きくなるにつれて、警告線B1と限界線B3との距離d11と、制御線B2と限界線B3との距離d21とが大きくなるように警告線B1と制御線B2とを設定してもよい。
For example, the
或いは、領域設定部253は、崩落危険領域を検出した場合、崩落危険領域の傾斜角をパラメータPr1、崩落危険領域の高さをパラメータPr2、崩落危険領域の面積をパラメータPr3、崩落危険領域の地盤強度をパラメータPr4とすると、崩落指標値=α1・Pr1+α2・Pr2+α3・Pr3+α4・Pr4により算出してもよい。なお、α1、α2、α3、α4はパラメータPr1〜Pr4を正規化するための係数である。
Alternatively, when the
このように、実施の形態3の作業機械1によれば、作業機械1の周囲の地図画像データと地盤強度とから崩落危険領域が特定されているので、地盤が軟らかい崖や法肩で作業する作業機械1の転倒をより確実に防止できる。
As described above, according to the
(実施の形態4)
実施の形態1〜3では、地形情報と堅土情報との少なくともいずれかに基づいて、作業機械1の転倒の危険性を判定したが、実施の形態4に係る作業機械1は、天候情報を更に考慮に入れて作業機械1の転倒の危険性を判定するものである。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments, the risk of the
図13は、本発明の実施の形態4に係る作業機械1の構成を示すブロック図である。作業機械1は、天候情報取得部32及び危険性判定部256を更に備える。天候情報取得部32は、例えば、風速計で構成され、作業機械1の周囲の風速及び風向きを検出する。
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the
危険性判定部256は、天候情報取得部32により検出された風速及び風向きから作業機械1の転倒の危険性を判定する。
The
領域設定部253は、危険性判定部256により転倒の危険性があると判定された場合、警告線B1と制御線B2とをそれぞれ支持多角形の中心方向に移動させる。この場合、危険性判定部256は、風速が基準値以上であれば転倒の危険性があると判定すればよい。
When the
領域設定部253は、危険性判定部256により転倒の危険性があると判定された場合、作業機械1の周囲の風下の領域を転倒危険領域として設定し、警告線B1と制御線B2とを構成する4辺のうち少なくとも転倒危険領域と支持多角形の中心とに介在する辺を作業機械1の中心側に移動させればよい。
When the
また、領域設定部253は、危険性判定部256により転倒の危険性があると判定された場合、風速から転倒の可能性の大きさを示す転倒指標値を判定し、転倒指標値が大きくなるにつれて、警告線B1と制御線B2との移動量を増大させてもよい。
Further, when the
更に、領域設定部253は、転倒危険領域と崩落危険領域との両方を検出した場合、警告線B1と制御線B2とのそれぞれを構成する4辺のうち、少なくとも両領域と支持多角形の中心とに介在する辺を支持多角形の中心方向へ移動させてもよい。
Further, when the
この場合、領域設定部253は、転倒危険領域と崩落危険領域とが重畳する領域を、転倒危険領域と崩落危険領域とのうち両領域が重畳していない領域に比べて転倒の危険度合いが高いと判定すればよい。そして、領域設定部253は、警告線B1と制御線B2とのそれぞれを構成する4辺のうち前記重畳する領域と支持多角形の中心とに介在する辺の支持多角形の中心方向への移動量を、重畳していない領域の移動量に比べて大きくしてもよい。
In this case, the
このように、実施の形態4に係る作業機械1によれば、風向等の天候情報に基づく作業機械1の転倒を防止できる。
As described above, according to the
なお、天候情報取得部32は、例えば、インターネット上にある気象情報を提供する気象サーバから作業機械1の周囲の天候情報を取得する通信装置で構成されてもよい。この場合、天候情報取得部32は、GPSセンサ31から取得した作業機械1の現在位置から作業機械1の周囲の天候情報を取得すればよい。
The weather
(変形例1)
領域設定部253は、作業機械1に対する崩落危険領域の位置に拘わらず、警告線B1と制御線B2との全ての辺を支持多角形の中心方向に移動させてもよい。
(Modification example 1)
The
(変形例2)
転倒防止制御部254は、制御領域D3内であって崩落危険領域と支持多角形の中心とに介在する領域において重心Gが限界線B3の方向に移動する場合、制御領域D3内の残りの領域において重心Gが限界線B3の方向に移動する場合に比べて、転倒防止制御の強度を強めても良い。この場合、転倒防止制御部254は、例えば、重心Gを作業機械1の中心方向に戻すために可動部に付与するトルクを大きくすることで転倒防止制御の強度を強めれば良い。
(Modification 2)
The fall
(変形例3)
実施の形態2では、領域特定部252は、事前に作成された堅土情報を参照することで崩壊危険領域を検出したが、本発明はこれに限定されず、リアルタイムに地盤センサ30で地盤強度を計測させて崩落危険領域を特定してもよい。この場合、領域特定部252は、例えば、地盤センサ30を作業機械1の前後左右のそれぞれに設置し、少なくとも作業機械1の前後左右のうちいずれかの方位の地盤強度が基準値以下であれば、その方位に崩落危険領域があると判定すればよい。
(Modification 3)
In the second embodiment, the
(変形例4)
作業機械1はジャッキアップされたり、斜面で作業をすることもあり、この場合、支持多角形が四角形から例えば三角形等の四角形以外の形状に変わることがある。そこで、領域設定部253は、下部走行体の複数の代表点に設けられた複数の荷重センサの検出値から複数の代表点のうちいずれの代表点が地面に設置しているかを判定し、設置している代表点を繋ぐことで支持多角形を設定してもよい。この場合、警告線B1と制御線B2とは、それぞれ、支持多角形と相似な形状となるようにデフォルトの位置が設定されればよい。
(Modification example 4)
The
B1 警告線
B2 制御線
B3 限界線
D1 安全領域
D2 警告領域
D3 制御領域
G 重心
1 作業機械
2 下部走行体
3 上部旋回体
4 作業装置
25 コントローラ
26 操作部
27 角度センサ
28,281,282,283,284 測距センサ
29 報知部
30 地盤センサ
251 重心算出部
252 領域決定部
253 領域設定部
254 転倒防止制御部
255 記憶部
901,1101 崩落危険領域
B1 Warning line B2 Control line B3 Limit line D1 Safety area D2 Warning area D3 Control area G Center of
Claims (9)
前記可動部の姿勢に基づいて前記作業機械の重心を算出する重心算出部と、
前記作業機械の地面との複数の接地点から決定される支持多角形の内側に、安全領域と、前記安全領域を取り囲む警戒領域とを設定する領域設定部と、
前記重心が前記警戒領域に位置する場合、転倒の危険性を報知するための警告及び前記転倒が回避されるように前記可動部の動作を制限する転倒防止制御の少なくとも一方を行う転倒防止制御部と、
前記作業機械の周囲の地面に関する地面情報に基づいて、前記周囲の地面において崩落の危険性のある崩落危険領域を特定する領域特定部とを備え、
前記領域設定部は、前記領域特定部により前記崩落危険領域が特定された場合、前記安全領域と前記警戒領域との境界線のうち、少なくとも前記支持多角形の中心と前記崩落危険領域との間に介在する境界線を前記支持多角形の中心方向に移動させる転倒防止装置。 A fall prevention device for a work machine having at least one movable part.
A center of gravity calculation unit that calculates the center of gravity of the work machine based on the posture of the movable unit,
An area setting unit for setting a safety area and a warning area surrounding the safety area inside a support polygon determined from a plurality of contact points with the ground of the work machine.
When the center of gravity is located in the caution area, a fall prevention control unit that performs at least one of a warning for notifying the danger of a fall and a fall prevention control that limits the operation of the movable part so that the fall is avoided. When,
Based on the ground information about the ground around the work machine, the area specifying portion for identifying the collapse risk area where there is a risk of collapse in the surrounding ground is provided.
When the collapse risk area is specified by the area identification unit, the area setting unit is located between at least the center of the support polygon and the collapse risk area among the boundary lines between the safety area and the caution area. A fall prevention device that moves the boundary line interposed in the support polygon toward the center of the support polygon.
前記領域特定部は、前記地形情報に基づいて前記崩落危険領域を特定する請求項1記載の転倒防止装置。 The ground information includes terrain information indicating the terrain of the ground around the work machine.
The fall prevention device according to claim 1, wherein the area specifying unit identifies the collapse danger area based on the topographical information.
前記領域特定部は、前記堅土情報に基づいて、前記崩落危険領域を特定する請求項1又は2記載の転倒防止装置。 The ground information includes hard soil information indicating the hardness of the ground around the work machine.
The fall prevention device according to claim 1 or 2, wherein the area specifying unit identifies the collapse risk area based on the hard soil information.
前記領域設定部は、前記領域特定部により前記崩落危険領域が特定された場合、前記安全領域と前記警告領域との第1境界線のうち少なくとも前記支持多角形の中心と前記崩落危険領域との間に介在する境界線を前記支持多角形の中心方向に移動させ、且つ、前記警告領域と前記制御領域との第2境界線のうち少なくとも前記支持多角形の中心と前記崩落危険領域との間に介在する境界線を前記支持多角形の中心方向に移動させる請求項1〜6のいずれかに記載の転倒防止装置。 The warning area includes a warning area that surrounds the safety area and gives the warning when the center of gravity is located, and a control area that surrounds the warning area and performs the fall prevention control when the center of gravity is located. Including
When the collapse danger region is specified by the region identification portion, the region setting unit includes at least the center of the support polygon and the collapse danger region in the first boundary line between the safety region and the warning region. An intervening boundary line is moved toward the center of the support polygon, and at least between the center of the support polygon and the collapse risk area of the second boundary line between the warning area and the control area. The fall prevention device according to any one of claims 1 to 6, wherein the boundary line interposed therein is moved toward the center of the supporting polygon.
前記天候情報に基づいて前記作業機械の転倒の危険性の有無を判定する危険性判定部とを更に備え、
前記領域設定部は、前記危険性判定部により前記転倒の危険性があると判定された場合、前記安全領域と前記警戒領域との境界線を前記支持多角形の中心方向に移動させる請求項1〜7のいずれかに記載の転倒防止装置。 A weather information acquisition unit that acquires weather information related to the surrounding weather, and
Further provided with a risk determination unit that determines whether or not there is a risk of the work machine falling based on the weather information.
Claim 1 that the area setting unit moves the boundary line between the safety area and the warning area toward the center of the supporting polygon when the danger determination unit determines that there is a risk of falling. The fall prevention device according to any one of 7 to 7.
少なくとも1つの可動部とを備える作業機械。 The fall prevention device according to any one of claims 1 to 8.
A work machine with at least one moving part.
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