JP7441699B2

JP7441699B2 - 作業機械

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Publication number: JP7441699B2
Application number: JP2020059021A
Authority: JP
Inventors: 礼大平; 裕昭天野; 真司西川; 修一廻谷; 昭広楢▲崎▼
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: JP2021156067A

Description

本発明は、作業機械の周辺に存在する人および物体を検出することにより動作の制限を行う作業機械に関する。

この種の技術として、たとえば、特許文献１には、作業機械の周辺に存在する人を検出する検出装置と、検出装置の検出結果に基づき第１状態と第２状態との間で前記作業機械の状態を切り換える制御部と、を備えた作業機械が提案されている。第１状態は、作業機械の動きの制限が解除されている状態、又は、警報が停止している状態を含み、第２状態は、作業機械の動きを制限し或いは停止させている状態、又は、警報を出力させている状態を含む。制御部は、作業機械の状態を前記第２状態に切り換えた後で所定の条件が満たされた場合に作業機械の状態を前記第１状態に戻す。所定の条件は、前記作業機械の周辺での人の非検出、及び、前記作業機械が動き出さない状態が確保されていることを含む。

特開２０１８－１９７４９１号公報

しかしながら、検出装置による検出は誤検出が多く、作業中の誤検出により動作を制限、又は停止されると作業機械の作業効率が著しく低下してしまう。また、作業機械が傾斜地などで作業しているときに、誤検出により急に動作が停止すると、作業機械の不安定な姿勢を招く。具体的には、オペレータの操作中に、作業機械の動作が停止動作に移行すると、操作時の慣性により作業機械の挙動が乱れ、操作性を悪化させ、作業効率を低下させるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、検出装置による誤検出があった場合であっても、作業効率の低下を招くことなく、作業を行うことができる作業機械を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る作業機械は、作業機械の周辺に存在する人および物体の有無を検出する第１検出装置と、前記作業機械を操作する操作装置の操作の有無を検出する第２検出装置と、前記第１および第２検出装置の検出結果に基づいて、前記作業機械の動作を制御する制御装置と、を備えた作業機械であって、前記作業機械は、前記制御装置により前記作業機械の動作の制限を行う制限制御と、前記制御装置により前記作業機械の動作を許容する許容制御と、のいずれかの制御に設定し、前記制御の設定を前記制御装置に入力する切換入力装置を備えており、前記第１検出装置で人または物体が検出され、かつ、前記第２検出装置で前記操作装置の操作が検出された第１検出条件が成立したときに、前記制御装置は、前記切換入力装置により設定された制御を実行することを特徴とする。

本発明によれば、第１検出装置で人または物体の検出がされ、かつ、第２検出装置で作業機械の操作の検出がされた第１検出条件が成立したときに、制御装置により、制限制御と許容制御のいずれかの制御を行うことができる。特に、切換入力装置により、制限制御が行われており、第１検出装置で人または物体の検出される誤検出があった場合には、切換入力装置で、許容制御に切り換えることにより、作業機械の動作が停止することがないので、作業機械の作業効率が著しく低下してしまうことを抑えることができる。さらに、許容制御の際には、作業機械の動作を許容するため、誤検出により第１検出条件になったとしても、作業機械が急に停止することがないため、操作時の作業機械の慣性により操作性が悪化することがなく、安定して作業機械で作業を行うことができる。

本発明の実施形態に係る作業機械の模式図である。図１に示す作業機械のブロック図である。図１に示す作業機械の制御判定のフロー図である。図２に示す第２検出装置により、操作・非操作を判定する方法の例を表すテーブル図である。図２に示す制御状態の例を表す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るいくつかの実施形態の作業機械を説明する。本発明の実施形態に係る作業機械５として油圧ショベルを例示して説明する。なお、本発明に係る作業機械は、油圧ショベルに限定されるものではなく、ブルドーザ、ホイールローダ、締固め機械、トラック等の作業機械の全般であり、油圧ショベルに限定されるものではない。

１．作業機械５について
まず、図１および図２を参照して、作業機械５について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る作業機械５の側面図であり、図２は、図１に示す作業機械５のブロック図である。

図１に示すように、油圧ショベルである作業機械５は、クローラ式の下部走行体５１と、下部走行体５１上に旋回可能に設けられた上部旋回体５２と、上部旋回体５２に取り付けられた多関節式のフロント作業機５３とを備えている。

下部走行体５１の前端部にアイドラ５１ａが設けられ、後端部に走行用油圧モータ６１（図２参照）により駆動されるスプロケット５１ｂが設けられる。このアイドラ５１ａとスプロケット５１ｂとには、リンク（リンクアッセンブリ）５１ｃが架け渡されており、アイドラ５１ａとスプロケット５１ｂの間には、リンク５１ｃを支持するローラ５１ｄが設けられている。リンク５１ｃには、地面に設置するシュープレート５１ｅが取り付けられている。下部走行体５１のスプロケット５１ｂには、減速機等（図示せず）を介して走行用油圧モータ６１が連結されている。走行用油圧モータ６１の駆動により、下部走行体５１のスプロケット５１ｂを回転させ、作業機械５が移動可能となる。

上部旋回体５２の前方の左右一方側にはキャビン５４が設けられ、キャビン５４の右側の上部旋回体５２の前方の中央部には上下方向に回動して掘削等の作業を行うフロント作業機５３が設けられている。上部旋回体５２の後部には機体の重量のバランスを保つカウンタウェイト５６が設けられている。下部走行体５１と上部旋回体５２との間には、減速機等（図示せず）を介して、旋回用油圧モータ６２（図２参照）が連結されている。旋回用油圧モータ６２の駆動により、下部走行体５１に対して、上部旋回体５２を旋回させることができる。

フロント作業機５３は、上部旋回体５２に枢動自在に取り付けられたブーム５３Ａと、ブーム５３Ａの先端に枢動自在に取り付けられたアーム５３Ｂと、アーム５３Ｂに枢動自在に取り付けられたバケット５３Ｃと、を備えている。

ブーム５３Ａは、ブーム５３Ａと上部旋回体５２との間に取り付けられた油圧式のブームシリンダ５３ａにより作動する。アーム５３Ｂは、ブーム５３Ａとアーム５３Ｂの間に取り付けられた油圧式のアームシリンダ５３ｂにより作動する。バケット５３Ｃは、アーム５３Ｂとバケット５３Ｃとの間に取り付けられた油圧式のバケットシリンダ５３ｃにより作動する。以下、ブーム５３Ａ、アーム５３Ｂ、およびバケット５３Ｃの少なくとも１つの動作を、フロント作業機５３のフロント動作と称する。

図２に示すように、本実施形態では、作業機械５は、エンジン６５と、エンジン６５に連結された作動ポンプ６４と、作動ポンプ６４に接続されたコントロールバルブ６３と、をさらに備えている。作動ポンプ６４は、エンジン６５の出力により駆動し、作動油タンク（図示せず）から供給される作動油の圧力を昇圧する装置である。作動ポンプ６４により昇圧された作動油がコントロールバルブ６３に流れるように、作動ポンプ６４は、コントロールバルブ６３に接続されている。

制御装置７は、コントロールバルブ６３、作動ポンプ６４、およびエンジン６５に電気的に接続されている。コントロールバルブ６３は、オペレータによる操作装置６８の操作に起因した指令により、制御装置７を介して、下部走行体５１の走行動作、上部旋回体５２の旋回動作、およびフロント作業機５３によるフロント動作に要する作動油（圧油）を分配し、これらの動作を制御する。

具体的には、制御装置７からの制御信号により、コントロールバルブ６３の切換方向、開閉のタイミング、および弁開度が制御される。また、制御装置７からの制御信号により、作動ポンプ６４の作動油の吐出量が制御される。さらに、制御装置７からエンジン６５への制御信号により、エンジン６５の駆動開始および駆動停止、エンジン６５の回転数が制御される。このようにして、作業機械５のアクチュエータである、ブームシリンダ５３ａ、アームシリンダ５３ｂ、バケットシリンダ５３ｃ、走行用油圧モータ６１、および旋回用油圧モータ６２に対して、作動油の供給方向と、供給開始および供給停止と、作動油の供給流量とが制御される。

なお、本実施形態では、操作装置６８は、オペレータが操作する不図示の操作レバーとゲートロックレバー６９を含み、オペレータが操作する機器であり、操作装置６８による操作量に応じて、制御装置７が上述した制御信号を生成し、作業機械５を動作させることができる。制御装置７は、例えば入力装置（図示せず）から入力とさらに制御プログラムに基づいて、作業機械５を自動制御することも可能である。

ここで、操作装置６８のうち、ゲートロックレバー６９は、キャビン５４の内部に設置され、オペレータが操作するものである。本実施形態では、ゲートロックレバー６９は上下に動かすことができ、ゲートロックレバー６９を下げた状態（ロック解除）で、オペレータが操作レバー（図示しない）を操作すると、作業機械５の走行動作、旋回動作、およびフロント動作の実施が可能となる。ゲートロックレバー６９を上げた状態（ロック）にすると、オペレータが操作レバーを操作しても、作業機械５の走行動作、旋回動作、およびフロント動作を実施できない。

本実施形態では、作業機械５は、図２に示すように、第１検出装置４１、第２検出装置４２、切換入力装置４３、および出力装置４４をさらに備えている。第１検出装置４１は、作業機械の周辺に存在する人および物体の有無を検出する装置であり、物体とは、動物等も含むものである。

第１検出装置４１は、撮像装置、超音波センサ、赤外線センサ、または電磁波による人および物体を検出するセンサなど、作業機械５の周辺に存在する人および物体を検出することができるのであれば、特にその構成は限定されるものではない。第１検出装置４１は、人または障害物の有無の検出結果を、制御装置７に送信する。

第２検出装置４２は、操作装置６８の操作の有無を検出する装置である。第２検出装置４２は、オペレータによる操作レバーの把持または操作を検出する装置であってもよい。この他にも、第２検出装置４２は、エンジン６５の稼働、または、作動ポンプ６４、油圧式のブームシリンダ５３ａ、およびアームシリンダ５３ｂ、バケットシリンダ５３ｃ等の油圧アクチュエータの作動を直接検出するセンサであってもよく、オペレータによる操作装置６８の操作の有無を検出することができるのであれば、特に限定されるものではない。第２検出装置４２は、オペレータによる操作装置６８の操作の有無の検出結果を、制御装置７に送信する。

切換入力装置４３は、制御装置７により作業機械５の動作の制限を行う制限制御と、制御装置７により作業機械５の動作を許容する許容制御と、のいずれか一方の制御に設定し、制御の設定を制御装置７に入力する装置である。

切換入力装置４３は、スイッチやタッチパネル上のボタン、または物理的なボタンなど、制限制御と許容制御のいずれかの制御に設定し、この設定に制御装置７に入力することができるのであれば、その形態は特に限定されるものではない。切換入力装置４３により、制御条件が、制限制御と許容制御とのいずれか一方に設定され、この設定された制御条件が入力された制御装置７は、この設定条件に応じて作業機械５を制御する。

なお、本実施形態では、作業機械５の電源を起動した際には、切換入力装置４３は、制限制御に設定されており、作業機械５の電源を起動後、オペレータは、必要に応じて、切換入力装置４３で許容制御に切り換え設定する操作を行う。なお、切換入力装置４３で許容制御に設定された後、作業機械５の動作中にオペレータの操作により、制限制御に設定してもよい。

本実施形態では、制御装置７は、ＣＰＵなどの演算装置およびＲＡＭ等の内部メモリで構成され、内部メモリに格納された駆動制御用のプログラムをＣＰＵに実行させて各種機能を実現する。

制御装置７は、第１検出装置４１、第２検出装置４２、および切換入力装置４３の出力結果に基づいて、制御装置７による作業機械５の制御を決定するものである。制御装置７は、第１検出装置４１、第２検出装置４２、および切換入力装置４３の出力信号を受け、制御装置７に対応するソフトウェアプログラムを実行する。その実行結果に応じて、制御装置７は、出力装置４４に各種情報を出力させ、油圧アクチュエータ等に制御指令を出力して作業機械５の駆動制御を実行させる。

制御装置７は、第１検出装置４１で人または物体が検出され（検出有り）であり、かつ、第２検出装置４２で操作装置６８の操作が検出された（検出有りとなる）第１検出条件が成立したときに、制御装置７は、切換入力装置４３により設定された制御を実行する。

本実施形態では、作業機械５の電源を起動した際には、切換入力装置４３は、制限制御に設定されているため、第１検出条件が成立した際には、作業機械５が人または障害物に接触することを回避するため、制御装置７より作業機械５の動作が制限される。

ここでいう、作業機械５による制限制御は、図５に示す、第１状態ＩＩの制御を行うことであり、たとえば、エンジン６５の回転数を低下させる、または、作業機械５の油圧アクチュエータの油圧又は流量を制限する制御のような車体制御を行う状態である。これにより、作業機械５の動作を停止させる、または、作業機械５の動作速度を低下させることができる。

許容制御は、図５に示す、第１状態Ｉの制御を行うことであり、たとえば、エンジン６５の回転数を低下させる、または、作業機械５の油圧アクチュエータの油圧又は流量を制限する、または、動作の制限を行わない通常動作を行うように制御する車体制御を行う状態であり、制御装置７により作業機械５の動作を許容する制御である。切換入力装置４３により、制限制御が行われており、第１検出装置４１で人または物体の検出が有りの誤検出が繰り返しあった場合には、オペレータが、切換入力装置４３で、許容制御に切り換える。これにより、作業機械５の動作が停止することがないので、作業機械５の作業効率が著しく低下してしまうことを抑えることができる。さらに、許容制御の際には、作業機械５の動作を許容するため、誤検出により、第１検出条件になったとしても、作業機械が急に停止することがないため、操作時の作業機械５の慣性により作業機械５の挙動が乱れて、操作性が悪化することなく、安定して作業機械５で作業を行うことができる。

本実施形態では、許容制御は、作業機械５の動作の制限を行わない制御、作業機械５の動作速度を時間経過とともに減少させる速度制限制御、または、作業機械５の動作速度を時間経過とともに減少させる速度制限制御を一定時間行った後、速度制限を解除する制御、のいずれか１つの制御である。この制御は、第１検出条件が継続している状態で、実行されていてもよい。なお、ここで、速度制限制御は、上述した制限制御により、作業機械５が制限される速度よりも遅い速度で、作業機械５の速度が制限される。

許容制御により作業機械５を制御すると、制限制御に比べて、第１検出装置４１で人または物体が検出された（検出有り）となったとしても、制限制御による作業機械５の動作制限に比べて、作業機械５が急減速または急停止することはない。

たとえば、オペレータは、傾斜地などの作業領域に、人および物体が無いと判断し、作業機械５を動作させた場合に、誤検出により、作業機械５が制限制御されると、作業機械５の挙動が乱れて操作性が悪化するおそれがある。しかしながら、オペレータが、切換入力装置４３により許容制御に設定しておけば、このような状態を回避することができる。また、許容制御の１つとして、作業機械５の動作速度を時間経過とともに減少させる速度制限制御を一定時間行った後、速度制限を解除する許容制御を行えば、人または物体を誤検出が持続していたとしても、その後、作業機械５の動作に制限を受けることがないので、通常の制御（作業機械５の通常の動作）に、速やかに復帰することができる。

制御装置７は、第１検出条件から、第１検出装置４１で人または物体が検出され（検出有り）であり、かつ、第２検出装置４２で操作装置６８の操作が検出されなかった（検出無し）第２検出条件に移行した際に、第１状態Ｉまたは第１状態ＩＩから、作業機械５は第２状態に移行して作業機械５の動作を禁止する。これにより、第１状態Ｉまたは第１状態ＩＩから、作業機械５は第２状態に移行する。第２状態は、図５に示す、作業機械５が動き出さない状態であり、具体的には、エンジン６５が停止している状態、または、作業機械５の油圧アクチュエータが作動しない状態である。

さらに、第１または第２検出条件から、第１検出装置４１で人および物体が検出されず（検出無し）であり、かつ、第２検出装置４２で操作装置６８の操作が検出された（検出有りとなる）第３検出条件に移行した際には、制御装置７は、作業機械５の動作禁止（操作禁止）および制限を解除する。すなわち、この場合には、作業機械５の動作の制限を行わない非制限制御を行う。これにより、作業機械５に動作制限せず、オペレータの操作に応じた、通常制御を行うことができる。図５に示す、第３状態であり、作業機械５により通常動作（通常作業）が行える状態である。

出力装置４４は、各種情報を出力する装置であり、例えば、各種画像情報を表示する車載ディスプレイ、各種音声情報を音声出力する車載スピーカ、警報ブザー、警報ランプ等を含む。本実施形態では、出力装置４４は、制御装置７からの制御指令に応じて各種情報を出力する。たとえば、第１検出装置４１により、人または物体を検出した場合には、警報ランプを点灯させてもよく、制御装置７による制御、または、第１状態Ｉ、ＩＩ、第２状態、または第３状態をディスプレイに出力してもよい。

図３は、制御装置７にて行われる制御判定のフロー図である。ステップＳ１０１では、作業機械５が第１状態または第３状態であるか判定する。作業機械５が、第１状態または第３状態である場合には、ステップＳ１０２へ進む。そうでない場合には、ステップＳ１０９へ進む。ステップＳ１０２では、作業機械５の第１検出装置４１が、人または物体を検出したか判定する。第１検出装置４１が、人または物体を検出している場合には、ステップＳ１０３へ進む。そうでない場合には、ステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５の場合には、作業機械５の周囲に人および物体が存在しないので、第３状態に移行し、作業機械５の動作の制限を行わず、通常の制御を行う。

一方、ステップＳ１０３では、第２検出装置４２により作業機械５が操作・非操作のいずれの状態であるかを検出する。作業機械５が操作されている場合（操作有りの場合）には、ステップＳ１０４へ進む。そうでない場合（操作無しの場合）は、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、作業機械５による操作は無く、作業機械５の周辺に人または物体を検出している。したがって、この場合には、第２状態に移行し、作業機械５の動作を禁止する。

一方、ステップＳ１０４では、第１検出装置４１で人または物体の検出が有り、かつ、第２検出装置４２で作業機械５の操作の検出が有りの第１検出条件であるので、第１状態において、切換入力装置４３の設定が、制御装置７に入力される。

ここで、作業機械５の第１状態の内容が第１状態Ｉである場合には、ステップＳ１０６へ進む。そうでない場合には、ステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０６では、作業機械５を第１状態Ｉへ移行させ、第１状態Ｉに応じた許容制御を行う。一方、ステップＳ１０７では、作業機械５を第１状態ＩＩに移行させ、第１状態に応じた制限制御を行う。

ステップＳ１０１に戻り、作業機械５が第１状態または第３状態でない場合には、第２状態であるため、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、作業機械５の第１検出装置４１が、人または物体を検出しているか判定する。第１検出装置４１が人または物体を検出している場合には、ステップＳ１０８へ進み、第２状態を維持し、そうでない場合には、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０では、第２検出装置４２により作業機械５が操作・非操作のいずれの状態であるかを検出する。作業機械５が操作されている場合（操作有りの場合）には、ステップＳ１１１へ進む。作業機械５の周辺に人および物体を検出しておらず、作業機械５による操作があるため、ステップＳ１１１では、作業機械５は、第３状態に移行し、制御装置７により通常の制御を行う。一方、ステップＳ１１０で、作業機械５が操作されていない場合は、ステップＳ１０８へ進み、第２状態を維持する。

図４は、作業機械５の操作・非操作を判定する方法の例を表すテーブル図である。操作・非操作をそれぞれ操作フラグの１と０とするとき、油圧アクチュエータの操作圧が、ある圧力Ｐｉ以下であれば、操作フラグは０となり、油圧アクチュエータの操作圧が、ある圧力Ｐｉを超えると、操作フラグは１となる。具体的には、ある圧力Ｐｉを、ブームシリンダ５３ａ、アームシリンダ５３ｂ、バケットシリンダ５３ｃが動き出す圧力としても良い。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

５：作業機械、７：制御装置、４１：第１検出装置、４２：第２検出装置、４３：切換入力装置

Claims

作業機械の周辺に存在する人および物体の有無を検出する第１検出装置と、
前記作業機械を操作する操作装置の操作の有無を検出する第２検出装置と、
前記第１および第２検出装置の検出結果に基づいて、前記作業機械の動作を制御する制御装置と、を備えた作業機械であって、
前記作業機械は、前記制御装置により前記作業機械の動作の制限を行う制限制御と、前記制御装置により前記作業機械の動作を許容する許容制御と、のいずれかの制御を設定し、前記制御の設定を前記制御装置に前記作業機械のオペレータが入力する切換入力装置を備えており、
前記第１検出装置で人または物体が検出され、かつ、前記第２検出装置で前記操作装置の操作が検出された第１検出条件が成立したときに、前記制御装置は、前記切換入力装置により設定された制御を実行するものであり、
前記制限制御は、前記作業機械の動作を停止させる、または、前記作業機械の動作速度を低下させる制御であり、
前記許容制御は、前記作業機械の動作の制限を行わない制御、または、前記作業機械の動作速度を時間経過とともに減少させる速度制限制御を一定時間行った後、速度制限を解除する制御であることを特徴とする作業機械。
前記第１検出条件から、前記第１検出装置で人または物体が検出され、かつ、前記第２検出装置で前記操作装置の非操作が検出された第２検出条件に移行した際に、前記制御装置は、前記作業機械が動き出さない状態にすることを特徴とする請求項１に記載の作業機械。
前記第１または第２検出条件から、前記第１検出装置で人および物体が検出されず、前記第２検出装置で前記操作装置の操作が検出された第３検出条件に移行した際に、前記制御装置は、前記作業機械の動作の制限を行わない非制限制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の作業機械。