JP7207575B2 - 作業支援システム、作業支援方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業支援システム、作業支援方法に関し、例えば油圧ショベルに適用することができる。

従来、マシンガイダンスの機能を組み込んだ建設機械（いわゆるＩＣＴ建機である）が提供されている。
ここでマシンガイダンスは、トータルステーション（ＴＳ：Ｔｏｔａｌ Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等の計測技術を利用して、施工目標値までの情報をオペレータに提供して建設機械の操作をサポートする技術である。このマシンガイダンスによれば、オペレータの作業を適切に支援して、作業効率、安全性、作業精度を向上することができる。
このようなＩＣＴ建機に関して、特許文献１には、建設機械の傾き等を精度良く把握できるようにする工夫が提案されている。

特開２０１９－１０５１６０号公報

ところで建設機械にあっては、簡易かつ柔軟にマシンガイダンスの機能を導入し、さらには必要に応じてマシンガイダンスの機能をバージョンアップできることが望まれる。
しかしながら従来の建設機械においては、簡易かつ柔軟にマシンガイダンスの機能を導入し、さらには必要に応じてマシンガイダンスの機能をバージョンアップすることが困難な問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、簡易かつ柔軟にマシンガイダンスの機能を導入し、さらには必要に応じてマシンガイダンスの機能をバージョンアップすることができる作業支援システム、作業支援方法を提案することを目的とする。

係る課題を解決するため、請求項１の発明は、マシンガイダンスの機能によりオペレータの作業を支援する作業支援システムにおいて、
建設機械の可動部に保持されて姿勢情報を取得するセンサ部と、
前記センサ部とのデータ通信により前記センサ部で取得した前記姿勢情報を収集する制御部と、
前記制御部で収集した前記姿勢情報により施工目標までの可動量を算出する携帯情報端末装置と、
前記携帯情報端末装置で算出した施工目標までの可動量を前記建設機械のオペレータに通知する通知部とを備える。

請求項１の構成によれば、施工目標までの可動量を携帯情報端末装置で算出することにより、この演算処理に供するソフトウェア及びハードウェアを簡易にバージョンアップすることができる。またこれにより必要に応じてセンサ部を装着し、さらには交換、追加することもできる。これらにより簡易かつ柔軟にマシンガイダンスの機能を導入し、さらには必要に応じてマシンガイダンスの機能をバージョンアップすることができる。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、
前記制御部は、前記センサ部との無線通信による前記データ通信により前記姿勢情報を収集する。

請求項２の構成によれば、センサ部の設置、交換を簡略化することができ、これにより簡易に既存の工作機械にマシンガイダンスの機能を導入したり、さらにはマシンガイダンスの機能を向上したりすることができる。

請求項３の発明は、マシンガイダンスの機能によりオペレータの作業を支援する作業支援方法において、
建設機械の可動部に保持されたセンサ部により姿勢情報を取得し、
前記姿勢情報により携帯情報端末装置で施工目標までの可動量を算出し、
算出した施工目標までの可動量を建設機械のオペレータに通知する。

請求項３の構成によれば、施工目標までの可動量を携帯情報端末装置で算出することにより、この演算処理に供するソフトウェア及びハードウェアを簡易にバージョンアップすることができる。またこれにより必要に応じてセンサ部を装着し、さらには交換、追加することもできる。これらにより簡易かつ柔軟にマシンガイダンスの機能を導入し、さらには必要に応じてマシンガイダンスの機能をバージョンアップすることができる。

本発明によれば、簡易かつ柔軟にマシンガイダンスの機能を導入し、さらには必要に応じてマシンガイダンスの機能をバージョンアップすることができる。

本発明の第１実施形態に係る作業支援システムを示す図である。 図１の作業支援システムのブロック図である。 通知部を示す平面図である。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る作業支援システム１を示す図であり、図２は、ブロック図である。
この作業支援システム１は、建設機械である油圧ショベル２において、マシンガイダンスの機能によりこの油圧ショベル２を操作するオペレータの作業を支援する。
ここで油圧ショベル２は、無限軌道により自走する本体３にブーム４、アーム５、バケット６が順次設けられる。なお作業支援システム１による支援対象は、油圧ショベルに限らず、例えば地盤改良に使用する建設機械等、土木、建築の作業に使用される各種建設機械を広く適用することができる。

作業支援システム１は、センサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、制御部１２、携帯情報端末装置１３、通知部１４を備える。
ここでセンサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、油圧ショベル２の可動部であるブーム４、アーム５、バケット６にそれぞれ設けられ、姿勢情報を取得して制御部１２に出力する。ここで姿勢情報は、各可動部の姿勢を検出可能な情報であり、この実施形態では３次元の加速度、角速度情報が適用される。

これにより図２に示すように、センサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、この３次元の加速度、角速度情報を取得可能な３次元のセンサ２１がそれぞれ設けられる。またバッテリ２２、コントローラ２３、データ通信部２４が設けられ、バッテリ２２の電力により動作して、コントローラ２３の制御によりセンサ２１で姿勢情報を取得し、データ通信部２４により無線通信で制御部１２に送出する。このようにバッテリ２２の電力により動作して無線通信により姿勢情報を送出することにより、センサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、電源供給用、データ通信用のケーブルをわざわざ設けることなく、所望する取り付け箇所に簡易に設置することができ、これにより作業支援システム１は、簡易に既存の工作機械にマシンガイダンスの機能を導入したり、さらにはマシンガイダンスの機能を向上したりすることができる。

より具体的に、センサ２１には、ＩＭＵ（ＩＮＥＲＴＩＡＬ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＵＮＩＴ）センサが適用され、データ通信部２４における無線通信には、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）が適用される。なおセンサ２１には、姿勢を検出可能な種々の構成を広く適用することができる。またセンサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、姿勢を十分に検出可能な種々の部位に取り付けることができ、実用上十分な場合には、バケット６にのみ取り付けるようにしてもよい。また無線通信においても、データ通信可能な種々の構成を広く適用することができる。

制御部１２は、この油圧ショベル２の本体に設けられ、センサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃとのデータ通信によりセンサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで取得した姿勢情報を収集して携帯情報端末装置１３に出力する。
ここで制御部１２（図２）は、センサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと同様のセンサ３１を備え、コントローラ３３、データ通信部３４を備える。制御部１２は、携帯情報端末装置１３からの指示により動作を立ち上げ、コントローラ３３の制御によりセンサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの動作を立ち上げる。またセンサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで取得した姿勢情報を収集し、センサ３１で姿勢情報を取得してセンサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで取得した姿勢情報と共にデータ通信部３４を介して携帯情報端末装置１３に出力する。またデータ通信部３４を介して携帯情報端末装置１３から出力される通知情報を取得して通知部１４に出力する。
なお制御部１２は、実用上十分な場合には、センサ３１を省略してもよい。

携帯情報端末装置１３は、いわゆるスマートフォンやタブレット端末であり、この作業支援システム１に係るアプリケーションソフトウェアの実行により、制御部１２を介して得られるセンサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃによる姿勢情報、センサ３１で取得される姿勢情報により、油圧ショベル２における施工目標までの可動量を算出する。

より具体的に、携帯情報端末装置１３は、制御部１２との無線通信によるデータ通信機能、ネットワーク上へのサーバとのデータ通信機能を有するデータ通信部４３を備える。携帯情報端末装置１３は、このデータ通信部４３により制御部１２から姿勢情報を取得し、さらには通知部１４への通知情報を制御部１２に出力する。またさらにこのデータ通信部４３により作業支援システム１の構築、バージョンアップに係るアプリケーションソフトウェアをダウンロードする。

携帯情報端末装置１３は、データ通信部４３で取得したアプリケーションソフトウェアを不揮発メモリ等による記憶部４２に記録して保持する。またオペレータの操作によりこの記憶部４２に保持した作業支援システム１のアプリケーションソフトウェアを中央演算処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等による演算処理部４１で実行する。
これにより演算処理部４１は、基準姿勢（例えばバケット６を施工開始時の地表に載置した姿勢）で取得される姿勢情報により本体３の傾きを検出する。またこの基準姿勢からの各姿勢情報の変化により各可動部の姿勢の変化（可動量）を算出してバケット６の現在位置を算出する。
演算処理部４１は、このようにして姿勢情報からバケット６の現在位置を算出するようにして、例えばバケット６を施工開始時の地表に載置して施工開始位置の設定を受け付ける。さらにこの施工開始位置からバケット６を可動して施工目標まで仮掘削し、施工目標の設定を受け付ける。なおこの施工開始位置、施工目標の設定は、例えば掘削の深さ等の数値により受け付けるようにしてもよく、種々の手法を広く適用することができる。
演算処理部４１は、制御部１２から順次入力される姿勢情報によりバケット６の現在位置を逐次算出し、施工目標からの偏差（差分値）を算出することにより、施工目標までの可動量を算出する。また制御部１２を介して、通知部１４によりこの算出した施工目標までの可動量を油圧ショベル２のオペレータに通知する。
演算処理部４１は、液晶表示パネル等による表示部４４において、施工目標までの可動量算出結果を逐次表示する。なおこの場合、後述する通知部１４と同様に表示するようにしてもよい。

ここで通知部１４は、油圧ショベル２の運転席において、携帯情報端末装置１３で算出された施工目標までの可動量をオペレータに通知する構成であり、この実施形態では、図３に示すように、セグメント方式の表示部により構成される。
すなわち通知部１４は、矩形形状のセグメントＳ１１～Ｓ１６、Ｓ２１～Ｓ２６を２列Ｌ１、Ｌ２により縦方向に順次一定間隔で配置して形成される。各列Ｌ１、Ｌ２の中央のセグメントＳ１３、Ｓ１４、Ｓ２３、Ｓ２４は発光色が緑色により形成され、このセグメントＳ１３、Ｓ１４、Ｓ２３、Ｓ２４より上方のセグメントＳ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２は発光色が黄色により形成され、セグメントＳ１３、Ｓ１４、Ｓ２３、Ｓ２４より下方のセグメントＳ１５、Ｓ１６、Ｓ２５、Ｓ２６は発光色が赤色により形成される。
通知部１４は、施工目標までの可動量が一定値以下の場合、中央のセグメントＳ１３、Ｓ１４、Ｓ２３、Ｓ２４を点灯する。また施工目標までの可動量が大きく、バケット６をさらに可動することが必要な場合、可動量に応じてセグメントＳ１１又はＳ１２、Ｓ２１又はＳ２２を点灯する。また施工目標までの可動量が負の値であり、施工目標を超えてバケット６が可動している場合、施工目標までの超過量に応じてセグメントＳ１５又はＳ１６、Ｓ２５又はＳ２６を点灯する。
また通知部１４は、このセグメントＳ１１～Ｓ１６、Ｓ２１～Ｓ２６の点灯を判断するしきい値の間隔が、左列Ｌ１のセグメントＳ１１～Ｓ１６に比して右列Ｌ２のセグメントＳ２１～Ｓ２６で小さくなるように設定され、これにより左列Ｌ１及び右列Ｌ２を租調整、微調整に利用できるように構成される。

なお通知部１４は、数値により可動量を通知するようにしても良く、音声、警報音により通知するようにしてもよい。また携帯情報端末装置１３により直接通知部１４を駆動するようにしてもよく、携帯情報端末装置１３の表示部４４により通知部１４を兼用するようにしてもよい。

以上の構成によれば、施工目標までの可動量を携帯情報端末装置１３で算出することにより、この演算処理に供するソフトウェア及びハードウェアを簡易にバージョンアップすることができる。またこれにより必要に応じてセンサ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを装着し、さらには交換、追加することもできる。これらにより簡易かつ柔軟にマシンガイダンスの機能を導入し、さらには必要に応じてマシンガイダンスの機能をバージョンアップすることができる。
またさらに携帯情報端末装置１３の通信機能を利用する、記憶部４２に保持する等により作業履歴を記録して保存することもでき、業務管理等に活用することができる。また携帯情報端末装置１３の機能を利用して姿勢情報を取得したり、現在位置情報、車内外の照度情報等を取得して利用することもでき、一段と利便性を向上することができる。

またセンサ部との無線通信によるデータ通信により姿勢情報を収集することにより、センサ部の設置、交換を簡略化することができ、これにより簡易に既存の工作機械にマシンガイダンスの機能を導入したり、さらにはマシンガイダンスの機能を向上したりすることができる。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更することができる。

１ 作業支援システム
２ 油圧ショベル
３ 本体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ センサ部
１２ 制御部
１３ 携帯情報端末装置
１４ 通知部
２１、３１ センサ
２２ バッテリ
２３、３３ コントローラ
２４、３４、４３ データ通信部
４１ 演算処理部
４２ 記憶部
４４ 表示部
Ｓ１１～Ｓ１６、Ｓ２１～Ｓ２６ セグメント

Claims (2)

1. マシンガイダンスの機能によりオペレータの作業を支援する作業支援システムにおいて、
   油圧ショベルの可動部に保持されて前記可動部の姿勢情報を取得するセンサ部と、
   前記センサ部とのデータ通信により前記センサ部で取得した前記姿勢情報を収集する制御部と、
   前記制御部で収集した前記姿勢情報により掘削目標までの可動量を算出する携帯情報端末装置と、
   前記携帯情報端末装置で算出した前記掘削目標までの前記可動量を前記油圧ショベルのオペレータに通知する通知部とを備え、
   前記可動部は、ブーム、アーム、バケットが備えられ、
   前記姿勢情報は、前記可動部の姿勢を検出可能な情報であり、前記センサ部で取得された３次元の加速度及び角速度が適用され、
   前記掘削目標は、前記バケットの掘削開始位置からの掘削深さであり、
   前記可動量は、前記バケットの現在位置から前記掘削目標までの偏差であり、
   前記姿勢情報は、前記バケットを地表に載置した状態が基準姿勢として取得され、
   前記携帯情報端末装置は、前記基準姿勢からの前記姿勢情報の変化により前記可動部の姿勢の変化を算出して前記バケットの現在位置を算出し、
   前記携帯情報端末装置は、前記制御部から順次入力される前記姿勢情報より前記バケットの前記現在位置を逐次算出し、前記掘削目標までの偏差を算出する、
   作業支援システム。
2. 前記制御部は、前記センサ部との無線通信による前記データ通信により前記姿勢情報を収集する
   請求項１に記載の作業支援システム。

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