JP6993999B2

JP6993999B2 - 建設機械

Info

Publication number: JP6993999B2
Application number: JP2019045053A
Authority: JP
Inventors: 翔太今村; 祐二長嶋
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2039-03-12
Also published as: JP2020147957A

Description

本発明は、建設機械に備え付けられる作業灯の制御に関する。

一般に、建設機械の代表例である油圧ショベルは、自走可能な下部走行体と、下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体とからなるショベル本体（以下、単に「本体」という）を有している。また油圧ショベルは、本体を構成する上部旋回体の前部側に、作業装置であるフロントが設けられており、上部旋回体の前部左側には運転室が設けられている。フロントは、一般にブーム、アームにより構成され、アームの先端にはバケットなどのアタッチメントが設けられる。またブームには、夜間作業時などで視界を確保するために、作業灯が設置されている。

この作業灯は、フロントを伸ばした時にアタッチメントを照らす方向に取り付けられることが多い。このような配置である場合、フロントを伸ばして地面を掘削している時は本体前方の下方を照射して掘削部位を有効に照らすことができる。しかしながら、ブームが上昇回動すると、ブームに固定された作業灯は水平方向または上方を照射することとなる。このような状態では、掘削部位を照らせないばかりか、周囲作業者や周辺住民の視界に入り、眩しく感じるという問題が発生する。

これに対し、作業灯の投光角度を検出する手段を設け、指定した限界投光角度よりも投光角度が上向きになると自動で消灯する技術が開示されている（例えば特許文献１）。

実用新案登録第２５９８０９８号公報

実際の油圧ショベルの作業においては、ダンプトラックへの土砂の積み下ろしや山の切り崩し作業など、ブームを上げた状態で作業を継続している場合もある。このような場合、作業灯はブームを上げた状態であっても点灯状態であることが望ましいが、特許文献１の技術を用いる場合、ブームを上げた状態でも点灯するように限界投光角度の調整を行うか、もしくは、自動消灯機能をオフにして当該機能を無効にする必要があり、作業手間が発生する。

本発明は、上記の従来技術の実情に鑑みなされたもので、非作業時での作業灯の周囲への悪影響を低減し、かつ作業時の視界を十分に確保することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の建設機械は、ブーム、アーム、およびアタッチメントを含む作業装置と、前記アタッチメントを照らし、前記ブームに固定される作業灯と、前記作業灯の点灯または消灯を制御するコントローラと、を有する建設機械であって、前記作業装置の予め設定した特定部位の位置を算出する位置特定手段を有し、前記コントローラは、前記位置特定手段により算出した特定部位の位置が点灯許可領域内に位置する場合に、前記作業灯を点灯させ、前記特定部位が前記点灯許可領域内に位置しない場合に、前記作業灯を消灯させ、前記コントローラは、前記位置特定手段により算出した特定部位の位置が前記点灯許可領域から外れる場合でも、前記作業装置の動きとは連動しない対地角度である限界投光角度よりも前記作業灯の投光中心線が下向きの場合は前記作業灯を点灯させ、前記限界投光角度よりも上向きの場合は前記作業灯を消灯させ、
前記点灯許可領域は、前記作業灯の投光範囲と一致しており、前記ブームの動作に連動して移動することを特徴とする。

非作業時での作業灯の周囲への悪影響を低減し、かつ作業時の視界を十分に確保することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

油圧ショベル側面図であり、限界投光角度および第１パターンの点灯許可領域を示す図である。運転室の内部俯瞰図である。実施形態の構成例を示す図である。実施形態のアーム先端位置の導出方法を説明する図である。実施形態の点灯許可領域（第２パターン）の一例を示す図である。実施形態の点灯許可領域（第３パターン）の一例を示す図である。実施形態の動作例を示す制御フローチャートである。

以下、本実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係る作業灯制御装置が備えられる建設機械を示す図であり、一例として油圧ショベルの側面を示す図である。油圧ショベル１００は、下部走行体５０と、下部走行体５０の上部に設けられ、運転室１が配備される上部旋回体２と、上部旋回体２に対し上下方向で回動可能に連結されるブーム３と、ブーム３の先端に対し上下方向で回動可能に連結されるアーム４とを有する。またアーム４の先端には、作業用途に応じたアタッチメント（作業具）が取り付けられる。ここでは、地面を掘削するために用いられるバケット５をアタッチメントとして装備している油圧ショベルを例示している。また本実施形態では、ブーム３、アーム４、バケット５により作業装置（以下、必要に応じてフロントと称する）が構成される。

ブーム３およびアーム４には、それぞれの角度（上下方向の回動角度）を検出するブーム角度センサ６とアーム角度センサ７が設けられている。情報化施工仕様機やキャブ干渉防止装置搭載機など、既にフロントに角度センサが搭載されている機械については、その角度センサをブーム角度センサ６およびアーム角度センサ７として流用してもよい。上部旋回体２には、上部旋回体２の旋回角度を検出する旋回角度センサ１８（図３参照）が搭載されている。またブーム３には、作業装置を照らす作業灯８が設けられている。作業灯８は、アタッチメントであるバケット５を主に照らしている。作業灯８はブーム３に固定されており、ブーム３の上下方向の回動動作に連動して光の照射方向（投光中心線８Ａの対地角度）も変化する。

ここで図１に示す限界投光角度１４および点灯許可領域１３について説明する。限界投光角度１４は、作業灯８の点灯または消灯を制御するために設けられる角度（対地角度）であり、オペレータなどの利用者が値を設定することができる。限界投光角度１４は、利用者が一旦設定すると、たとえブーム３が回動してもこれに連動せずに固定となる対地角度である。すなわち図１の限界投光角度１４として示される破線は、ブーム３が上下方向に回動しても、この回動に連動せずに不変である。本実施形態では、作業灯８の投光中心線８Ａが限界投光角度１４よりも下を向いている場合、作業灯８は地面方向を照射しているものとして扱い、作業灯８を点灯状態にする。尚、図１の例では、作業灯８の投光中心線８Ａが限界投光角度１４よりも上を向いていることを例示している。

点灯許可領域１３も、作業灯８の点灯または消灯を制御するために設けられる領域であり、オペレータ、作業者、管理者などの利用者が指定することができる領域である。本実施形態では、作業装置の予め定められた特定部位（本実施形態においては、アーム４とバケット５との連結部位であるアーム先端４Ａの位置）が点灯許可領域１３の範囲内であれば、作業灯８は点灯状態となる。図１に示す例の場合、アーム先端４Ａの位置が点灯許可領域１３の範囲内となっているため、作業灯８は点灯する。また一方で、アーム先端４Ａの位置が点灯許可領域１３から外れる場合でも、作業灯８の投光中心線８Ａが限界投光角度１４よりも下向きの場合は作業灯８を点灯させ、上向きの場合は作業灯８を消灯させる。詳細は後述するが、点灯許可領域１３は、複数のパターンが事前に用意されており、利用者は複数のパターンの中から用途に応じた点灯許可領域１３を指定することができる。

引き続き油圧ショベル１００の構成について説明する。図２は運転室１の内部を例示した図であり、図３は油圧ショベル１００の内部構成を例示した図である。運転室１の内部には、作業灯８の電源スイッチ９、常時点灯スイッチ１０、領域選択ダイアル１１、および複数のスイッチの組み合わせから成る入力装置１９が、オペレータの操作可能な位置に備えられている。入力装置１９は、例えばジョグダイヤル、決定ボタン、取消ボタン、数字キーなどで構成される。また運転室１の前方部には、オペレータに油圧ショベル１００の内部機器に関する情報や、本体の姿勢、作業装置の姿勢、作業状況などを表示するモニタ１５が備えられている。これら電源スイッチ９、常時点灯スイッチ１０、領域選択ダイアル１１、入力装置１９、モニタ１５は、図３に示すコントローラ１２と接続しており、コントローラ１２との間で各種信号の入出力を行う。

図３に示すコントローラ１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置、主記憶装置、補助記憶装置を有している。コントローラ１２は、補助記憶装置に事前に記憶されているプログラムを演算処理装置が主記憶装置に展開し、演算実行することで、油圧ショベル１００内の各種機器を統括的に制御する。また以降の説明において、コントローラ１２には、姿勢演算部１２Ａ、記憶部１２Ｂ、判定部１２Ｃ、出力部１２Ｄの各機能が分割して備わっているものとする。

ブーム角度センサ６、アーム角度センサ７、旋回角度センサ１８の信号は、図３に示すコントローラ１２内部の姿勢演算部１２Ａに入力される。姿勢演算部１２Ａは、これらの入力信号に基づき、本体の姿勢や作業装置の姿勢を算出し、後述する手法を用いてアーム先端４Ａの現在位置を算出する。また姿勢演算部１２Ａは、ブーム角度センサ６からの信号、およびブーム３における作業灯８の設置位置や設置向きに基づき、投光中心線８Ａの対地角度も算出する。尚、ブーム角度センサ６、アーム角度センサ７、旋回角度センサ１８、および姿勢演算部１２Ａを含む構成は、作業装置の予め設定した特定部位の位置を算出する位置特定手段として機能する。

入力装置１９は、点灯許可領域１３の位置、形状、大きさを特定する値や、限界投光角度１４の値の入力を受け付ける。コントローラ１２は、これら情報を記憶部１２Ｂに記憶する。

電源スイッチ９、常時点灯スイッチ１０の信号、および領域選択ダイアル１１を介して得られる選択情報は、コントローラ１２内部の判定部１２Ｃに入力される。判定部１２Ｃは、姿勢演算部１２Ａにより計算された投光中心線８Ａの対地角度と限界投光角度１４とを比較することで、作業灯８を点灯させるかどうかを判定する。また判定部１２Ｃは、アーム先端４Ａの現在位置と点灯許可領域１３とを比較することで、作業灯８を点灯させるかどうかを判定する。また、コントローラ１２の出力部１２Ｄは、各種信号を出力して、モニタ１５に表示内容を出力したり、作業灯リレー１６のＯＮまたはＯＦＦの制御を行ったりする。

姿勢演算部１２Ａは、ブーム角度センサ６、アーム角度センサ７、旋回角度センサ１８からの角度を示す信号と、事前に記憶部１２Ｂに記憶されているブーム３、アーム４の長さとから、アーム先端４Ａの現在位置を計算することができる。図４は、アーム先端４Ａの位置の導出方法を説明する図である。図４では、上部旋回体２とブーム３との連結点を原点Ｏとし、地面に対し水平となる方向をｘ軸とし、ｘ軸の垂直方向（高さ方向）をｙ軸としている。また図４では、ブーム３とアーム４との連結部位の位置を点Ｐとし、アーム先端４Ａの位置を点Ａとして図示している。

姿勢演算部１２Ａは、ブーム角度センサ６から入力した信号値に基づき、ｙ軸に対する線分ＯＰの傾斜角度θ_１を導出する。また姿勢演算部１２Ａは、アーム角度センサ７から入力した信号値に基づき、線分ＯＰに対する線分ＰＡの傾斜角度θ_２を導出する。ブーム３の長さＬ_１、アーム４の長さＬ_２は事前に定められた値であるため、姿勢演算部１２Ａは、点Ａの二次元座標（ｘ_Ａ，ｙ_Ａ）を下記の式で求めることができる。
ｘ_Ａ＝Ｌ_１ｓｉｎθ_１＋Ｌ_２ｓｉｎ（θ_１＋θ_２）
ｙ_Ａ＝Ｌ_１ｃｏｓθ_１＋Ｌ_２ｃｏｓ（θ_１＋θ_２）
姿勢演算部１２Ａは、上式により求められる点Ａの座標、および旋回角度センサ１８からの信号値に基づき、特定位置（例えば図４の原点Ｏ）を基準としたアーム先端４Ａの三次元座標値を求めることができる。

記憶部１２Ｂは、入力装置１９により入力された限界投光角度１４の角度情報、および点灯許可領域１３を特定する情報を記憶する。本実施形態では、点灯許可領域１３として後述の３つのパターンの中から設定することができる。尚、利用者は、領域選択ダイアル１１を用いて、この３つのパターンのうちからいずれを使用するかを選択することができる。

運転室１内部のモニタ１５には、現在設定されている点灯許可領域１３、本体の姿勢を示す図、限界投光角度１４などを表示することができ、利用者はこの画面表示を見ながら、入力装置１９を用いて点灯許可領域１３の形状や大きさなどを調整することができる。

作業灯８は、作業灯リレー１６を介してバッテリ１７のプラス端子に接続されている。作業灯リレー１６は出力部１２Ｄから出力されるＯＮ信号またはＯＦＦ信号を入力し、この信号に基づき作業灯８の点灯または消灯を行う。

次に、点灯許可領域１３の３つのパターンの具体例を説明する。

第１パターンは、図１に示すように作業灯８の投光範囲８Ｂをそのまま点灯許可領域１３に一致させ、設定するパターンである。投光範囲８Ｂは、ブーム３の回動に合わせて移動（変動）することから、第１パターンにおいては、点灯許可領域１３もブーム３の回動に合わせて移動する。尚、投光範囲８Ｂ（＝点灯許可領域１３）は、作業灯８の種別に応じて事前に定義付けられており、主に広角照射する種別であるか狭角照射（スポット照射）する種別であるかなどに従い定められている。

第１パターンが選択される場合、作業灯８の種別が入力パラメータとなり、利用者はこの種別を特定する値を入力することで、点灯許可領域１３の形状を定めることができる。

第２パターンは、上部旋回体２に基準を置いた領域を設定するパターンである。すなわち第２パターンの点灯許可領域１３は、上部旋回体２の旋回動作に追従し、これに連動して移動するが、ブーム３、アーム４などの動作とは連動しない。第２パターンによる点灯許可領域１３の一例を図５に示す。図５の例では、運転室１の至近距離のような、掘削作業に適さない範囲については消灯するように、また掘削に適した領域（例えば図５の斜線領域）については点灯するような範囲が利用者により指定されている。これにより、掘削作業を行わない領域にアーム先端４Ａが位置するとき、自動的に消灯することができる。尚、図５の例では、点灯許可領域１３として設定されている斜線領域内にアーム先端４Ａが位置していない。よって、投光中心線８Ａと限界投光角度１４との比較結果に基づき、消灯状態とすることができる。

第２パターンが選択される場合、点灯許可領域１３の領域と非領域との境界を示す点（図５のＡ_１～Ａ_４）の座標値が入力パラメータとなり、利用者はこの座標値を入力することで、点灯許可領域１３の形状や大きさを定めることができる。尚、図５に示す点灯許可領域１３は円弧面を有しているが、これに限らない。また利用者により入力される境界座標の数も、これに限定されない。

第３パターンは、図６に示すように、油圧ショベル１００を上から見下ろした際の扇状領域に点灯許可領域１３を設定するものである。この場合の点灯許可領域１３は、油圧ショベル１００自体（下部走行体５０）を基準とし、上部旋回体２の旋回動作や、ブーム３、アーム４の上下方向の回動動作とは連動しない。すなわち第３パターンの場合、上部旋回体２、ブーム３、アーム４が旋回動作、回動動作を行っても、これにかかわらず常に同じ方向や位置を指定範囲とした点灯許可領域１３が設けられる。

第３パターンは、ダンプトラックへの積込み位置や積込み向きがある程度定まっている場合などに、主に用いられる。第３パターンでは、ダンプトラックの荷台位置など、フロントを高くした状態で作業灯８を点灯しておきたい方向に、点灯許可領域１３を設けるパターンである。油圧ショベル１００の作業において、フロントを高く上げる必要性がある作業としては、この例のようにダンプトラックへの積込みが代表的である。この積込み作業の場合、土砂を掘削して積込むために上部旋回体２が旋回するものの、ダンプトラックは荷台に十分な土砂が積まれるまで動くことは少ない。そのため、ダンプトラックがある方向に対してのみ、作業灯８を点灯することで、作業上での視認性を確保しつつ、作業灯８の点灯による周囲への悪影響を抑えることができる。

尚、第３パターンが選択される場合、下部走行体５０の向いている方向線Ｌと扇型形状の中心線Ｃとの成す角度θ_３、および扇型形状の角度θ_４の２つの角度が入力パラメータとなる。利用者はこれらの角度を入力することで、第３パターンにおける点灯許可領域１３の形状を定めることができる。

図７は、本実施形態における油圧ショベル１００の動作例を示すフローチャートである。

まず、利用者が領域選択ダイアル１１を操作することで、コントローラ１２は上記の第１～第３パターンの指定を受け付ける（Ｓ００１）。

コントローラ１２は、点灯許可領域１３を特定するためのパラメータを受け付ける（Ｓ００２）。このパラメータとして、コントローラ１２は、第１パターンの場合は作業灯８の種別を受け付け、第２パターンの場合は図６に示す境界座標Ａ_１～Ａ_４の座標値を受け付ける。また第３パターンの場合は図７に示す角度θ_３、θ_４を受け付ける。尚、コントローラ１２は、ここでブーム３の長さやアーム４の長さを受け付け、また限界投光角度１４を受け付けてもよい。

上記Ｓ００１、Ｓ００２で各種情報が受け付けられ、記憶部１２Ｂに記憶された後、実際に点灯／消灯の制御が開始される。

コントローラ１２の判定部１２Ｃは、電源スイッチ９がＯＮまたはＯＦＦのいずれであるかを判定する（Ｓ１０１）。電源スイッチ９がＯＦＦとなっている場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、出力部１２Ｄは作業灯リレー１６にＯＦＦ信号を出力して作業灯８を消灯状態にする（Ｓ１０７）。電源スイッチ９がＯＮとなっている場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、判定部１２Ｃは、次いで常時点灯スイッチ１０がＯＮとなっているかを判定する（Ｓ１０２）。常時点灯スイッチ１０がＯＮとなっている場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、出力部１２Ｄは作業灯リレー１６にＯＮ信号を出力して作業灯８を点灯状態にする（Ｓ１０８）。この処理のように、常時点灯スイッチ１０がＯＮとなっている場合、作業灯８は常に点灯状態となる。

常時点灯スイッチ１０がＯＦＦとなっている場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、姿勢演算部１２Ａはアーム先端４Ａの位置を算出し（Ｓ１０３）、判定部１２Ｃはアーム先端４Ａが点灯許可領域１３内にあるかを判定する（Ｓ１０４）。アーム先端４Ａが点灯許可領域１３内にある場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、利用者によって指定された領域を照らしているとして扱い、出力部１２Ｄは作業灯リレー１６にＯＮ信号を出力して作業灯８を点灯状態にする（Ｓ１０８）。尚、ここでの点灯許可領域１３は、上記Ｓ００１で受け付けられた第１～第３パターンのいずれかに応じて決定され、またＳ００２で受け付けられたパラメータに応じた指定範囲（形状、大きさ）となる。

一方、アーム先端４Ａが点灯許可領域１３内に無い場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、姿勢演算部１２Ａは投光中心線８Ａの角度（対地角度）を算出し（Ｓ１０５）、判定部１２Ｃは投光中心線８Ａが限界投光角度１４よりも下向きとなっているかを判定する（Ｓ１０６）。投光中心線８Ａの方が下向きとなっている場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、出力部１２Ｄは作業灯リレー１６にＯＮ信号を出力して作業灯８を点灯状態にする（Ｓ１０８）。このように投光中心線８Ａが限界投光角度１４よりも下を向いている場合、本実施形態では作業灯８は地面を照らしているものとして扱い、周囲に悪影響を与えていない状態であるものとして作業灯８を点灯状態にする。

投光中心線８Ａが限界投光角度１４よりも上向きになっている場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、作業灯８の点灯による周囲への影響を考慮して、出力部１２Ｄは作業灯リレー１６にＯＦＦ信号を出力して作業灯８を消灯状態にする（Ｓ１０７）。このように、作業灯８が地面を照らしておらず、指定された点灯許可領域１３も照らしていない場合、作業灯８を消灯状態にすることで、周囲への悪影響を押さえることができる。

コントローラ１２は、処理を終了させるための規定の割り込み信号を受け付けるまで、上記のＳ１０１～Ｓ１０８の動作を繰り返し行う（Ｓ１０９：Ｎｏのループ）。規定の割り込み信号を受け付けると（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、図７に示すフローチャートは終了する。

上記の第１～第３パターンの領域指定は、相互に組み合わせてもよい。また作業灯８は、本実施形態ではブーム３に設けられるものとしたが、これに限定されず、例えばアーム４に設けられてもよく、運転室１やその近傍に設けられても適用可能である。また本実施形態では、油圧ショベルを作業機械の一例として説明したが、ドーザやホイールローダなどにも適用可能である。

本実施形態では、事前に定められた特定部位が、指定された点灯許可領域１３内に位置しているか否かに応じて消灯または点灯を行う実装例について説明し、この特定部位がアーム先端４Ａであるものとして説明した。これに対し例えばバケット５を特定部位とし、バケット５の位置に応じて点灯または消灯を行ってもよい。このように、作業装置内のいずれの部位を特定部位とするかは、利用者、装置実装者、開発者などが、用途や設計上の都合により決めてよい。また入力装置１９を介して、利用者が特定部位をその都度決定してもよい。

上記により、夜間作業の効率や安全性を損なうことなく、作業灯による周囲への悪影響を押さえることができる。

１：運転室
２：上部旋回体
３：ブーム
４：アーム
４Ａ：アーム先端
５：バケット
６：ブーム角度センサ（位置特定手段）
７：アーム角度センサ（位置特定手段）
８：作業灯
８Ａ：投光中心線
８Ｂ：投光範囲
９：電源スイッチ
１０：点灯スイッチ
１１：領域選択ダイアル
１２：コントローラ
１２Ａ：姿勢演算部（位置特定手段）
１２Ｂ：記憶部
１２Ｃ：判定部
１２Ｄ：出力部
１３：点灯許可領域
１４：限界投光角度
１５：モニタ
１６：作業灯リレー
１７：バッテリ
１８：旋回角度センサ（位置特定手段）
１９：入力装置
５０：下部走行体
１００：油圧ショベル

Claims

ブーム、アーム、およびアタッチメントを含む作業装置と、前記アタッチメントを照らし、前記ブームに固定される作業灯と、前記作業灯の点灯または消灯を制御するコントローラと、を有する建設機械であって、
前記作業装置の予め設定した特定部位の位置を算出する位置特定手段を有し、
前記コントローラは、
前記位置特定手段により算出した特定部位の位置が点灯許可領域内に位置する場合に、前記作業灯を点灯させ、前記特定部位が前記点灯許可領域内に位置しない場合に、前記作業灯を消灯させ、
前記コントローラは、前記位置特定手段により算出した特定部位の位置が前記点灯許可領域から外れる場合でも、前記作業装置の動きとは連動しない対地角度である限界投光角度よりも前記作業灯の投光中心線が下向きの場合は前記作業灯を点灯させ、前記限界投光角度よりも上向きの場合は前記作業灯を消灯させ、
前記点灯許可領域は、前記作業灯の投光範囲と一致しており、前記ブームの動作に連動して移動することを特徴とする建設機械。