JPH11117353A - 自動運転建設機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既存の無線機を利用してセンサ信号を伝送し
コストの低減を図るとともに、応答性の良いセンサ信号
の伝送を可能にする。 【解決手段】 一連の動作を再生操作により繰り返し自
動運転する建設機械２と、建設機械２から遠隔の位置に
設置され、建設機械２を無線通信手段４３，２９を介し
て操作する遠隔操作装置４と、建設機械２および遠隔操
作装置４から遠隔の位置に配置され、建設機械２に自動
運転を行うために必要なセンサデータを送信するセンサ
装置５と、から構成される自動運転建設機械において、
センサ装置５は、遠隔操作装置４と有線通信手段を介し
て接続され、遠隔操作装置４は、センサ装置５から検出
されたセンサ信号を、遠隔操作装置自身の信号が伝送さ
れていない期間を利用して、無線通信手段を４３，２９
介して建設機械２に伝送することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動運転建設機械
に係わり、特に、遠隔操作により一連の作業を自動的に
繰り返し行わせることのできる自動運転建設機械に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設機械の代表例として油圧ショ
ベルが知られているが、近年、油圧ショベによって掘削
から放土までの一連の作業を単調に繰り返す作業の場合
には、自動運転によってその作業を行わせるようになっ
てきている。例えば、特公昭５４ー７１２１号公報に
は、掘削から放土までの一連の動作を教示し、教示され
た動作を繰り返し再生して、油圧ショベルに掘削から放
土までの一連の作業を自動的に行わせる技術が開示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、自動運転を行う
ために、自動運転ショベルから遠隔の位置に操作装置を
設け、自動運転ショベルを無線によって遠隔から操作し
ている。また、自動運転ショベルによって作業を安全か
つ適切に行わせるためには、自動運転ショベルや遠隔操
作装置の外部に、土石を運搬してきて貯留所に放土する
トラックの進入を検出するセンサ装置や、自動運転ショ
ベルの位置ずれを検出するセンサ装置や、さらには自動
運転ショベルによって放土される土石を砕石する破砕機
のホッパに設けられ、過剰に堆積した土石を検出するセ
ンサ装置等が設けられている。

【０００４】これらのセンサ装置は何等かの方法で、セ
ンサ信号を自動運転ショベルに伝達しなければならない
が、その方法には、各センサ装置に周波数の異なる無線
機をを設けて伝送するか、センサ装置から遠隔操作装置
に有線でセンサ信号を伝送し、しかる後に、遠隔操作装
置から自動運転を行うための動作信号を伝送する無線機
を利用してセンサ信号も同時に伝送する方法がある。

【０００５】しかしながら、前者の場合は、自動運転を
行うための本来の無線機の他に、センサ信号専用の無線
機が必要となり、コストアップと同時に無線周波数を余
分に確保する必要があり問題がある。また、後者の場合
は、自動運転のための動作信号とセンサ信号を同じ無線
機で同時に伝送することになり、データ量が多くなるた
めデータ伝送時間が長くなり、操作から信号伝達までの
時間が長くなり応答性が悪くなるという間題がある。

【０００６】本発明は、上記の問題点に鑑みて、既存の
無線機を利用してコストの低減を図るとともに、応答性
の良いセンサ信号の伝送を可能にした自動運転建設機械
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、次のような手段を採用した。

【０００８】一連の動作を再生操作により繰り返し自動
運転する建設機械と、該建設機械から遠隔の位置に設置
され、前記建設機械を無線通信手段を介して操作する遠
隔操作装置と、前記建設機械および前記遠隔操作装置か
ら遠隔の位置に配置され、前記建設機械に自動運転を行
うために必要なセンサデータを送信するセンサ装置と、
から構成される自動運転建設機械において、前記センサ
装置は、前記遠隔操作装置と有線通信手段を介して接続
され、前記遠隔操作装置は、前記センサ装置から検出さ
れたセンサ信号を、前記遠隔操作装置自身の信号が伝送
されていない期間を利用して、前記無線通信手段を介し
て前記建設機械に伝送することを特徴とする。

【０００９】また、一連の動作を再生操作により繰り返
し自動運転する建設機械と、該建設機械から遠隔の位置
に設置され、前記建設機械を無線通信手段を介して操作
する遠隔操作装置と、から構成される自動運転建設機械
において、前記建設機械は、前記無線通信手段の通信が
途絶えたとき、または当該通信手段が故障したとき、自
動運転を停止することを特徴とする。

【００１０】また、請求項１に記載の自動運転建設機械
において、前記建設機械は、前記無線通信手段の通信が
途絶えたとき、または当該通信手段が故障したとき、自
動運転を停止することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
１〜図４を用いて説明する。

【００１２】図１は本実施形態に係わる自動運転建設機
械の作業状態を示す斜視図である。図において、１は土
石貯留場所、２は土石貯留場所１に貯留された土石を破
砕し後述する破砕機３に放出する油圧ショベル、３は破
砕機、４は油圧ショベル２を遠隔操作によって自動運転
を行わせるのに適した任意の場所に設置される遠隔操作
装置、５は自動運転中に油圧ショベル２の所定の判定位
置で油圧ショベル２との間の距離を計測する距離センサ
であり、センサ信号は有線で遠隔操作装置４に伝送され
る。

【００１３】油圧ショベル２は、走行体２０と、走行体
２０上に旋回可能に設けられた旋回体２１と、旋回体２
１に俯仰動可能に設けられたブーム２２と、ブーム２２
の先端に回動可能に設けられたアーム２３と、アーム２
３の先端に回動可能に設けられたバケット２４と、ブー
ム２２、アーム２３、バケット２４をそれぞれ俯仰動作
するためのシリンダ２５，２６，２７と、旋回体２１に
設けられた運転室２８と、遠隔操作装置４との間で信号
の送受信を行うアンテナ２９とから構成されている。

【００１４】また、破砕機３は、走行体３０と、走行体
３０上に設けられたフレーム３１と、フレーム３１に設
けられたホッパ３２と、ホッパ３２の下方に設けられた
破砕部３３と、破砕部３３の下方に設けられたコンベア
３４とから構成されており、３５は破砕機３によって粉
砕された土石を示す。

【００１５】また、遠隔操作装置４は、支持台４０と、
支持台４０に固定された教示再生操作部４１と、教示時
に操作されるが、通常の教示時には運転室内に装着さ
れ、再生時には、遠隔操作装置４本体と機械的かつ電気
的に接続可能に設けられる教示操作部４２と、油圧ショ
ベル２のアンテナ２９との間で信号の送受信を行うアン
テナ４３とから構成される。また、教示再生操作部４１
は再生起動釦４１１と再生停止釦４１２とから構成さ
れ、教示操作部４２は教示結果を表示する表示部４２１
と遠隔操作装置４本体と電気的に接続するためコネクタ
部４２２および接続コード４２３から構成されている。

【００１６】図２は本実施形態に係わる、再生時の自動
運転建設機械の機能ブロック図である。

【００１７】図において、４３は、再生操作部４１、教
示操作部４２、または非常停止釦４５からの指令をコマ
ンドとして生成するコマンド生成部である。

【００１８】コマンド生成部４３は、再生操作部４１等
からの指令が無い場合には距離センサ５からのセンサデ
ータをセンサデータコマンドとして生成する。

【００１９】４４はコマンド生成部４３で生成された各
種のコマンドを自動運転コントローラ６に伝送するため
の無線機である。

【００２０】６は油圧ショベル２に搭載され油圧ショベ
ル２の自動運転を行うための自動運転コントローラ、６
１教示操作によって油圧ショベル２の任意の複数の姿勢
において、後述する角度センサ８からの角度信号を教示
位置データとして格納する教示位置格納部、６２は再生
動作の手順を順次実行するための再生コマンドを格納す
る再生コマンド格納部、６３は再生コマンドを解釈して
教示位置格納部６１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、６４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、６５は、油圧
ショベル２の動作が円滑に動作するように、教示位置出
力処理部６４から出力される教示位置データを演算によ
って補間された教示位置データに作成して出力するサー
ボ前処理部、６６はサーボ前処理部６５から補間された
教示位置データと後述する現在位置演算部６７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２を所
定の位置に制御するための駆動信号を出力するサーボ制
御部、６７は油圧ショベル２の各部に設けられた後述す
る角度センサ８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、６８は遠隔操作装置４および遠
隔操作装置４を介して伝送される距離センサ５からのセ
ンサ信号を受信する無線機である。

【００２１】この無線機６８は、無線機４４からの受信
が途絶えたり、または無線機６８が故障して受信できな
い場合は、その状態を検出して、検出信号を再生起動・
停止部７０に伝送して、再生起動・停止部７０からコマ
ンドインタプリタ部６３に停止信号を伝送して油圧ショ
ベル２の動作を停止させる。

【００２２】６９は無線機６８によって受信されたコマ
ンドがセンサデータコマンドの場合は、後述する位置ず
れ判定部７３に出力し、それ以外のコマンドは後述する
再生起動・停止処理部７０にコマンド出力するコマンド
受信部、７０は再生操作部４１から伝送されるコマンド
を入力処理してコマンドインタプリタ部６３に再生起動
コマンドまたは再生停止コマンドを出力する再生起動・
停止処理部、７１は位置ずれを判定すべき判定位置デー
タを格納する判定位置格納部、７２は油圧ショベル２と
距離センサ５間の位置ずれの許容範囲が設定されている
距離閾値格納部、７３は、コマンド受信部６９等を介し
て伝送されてきた距離センサ５のセンサデータコマンド
と、判定位置格納部７１、距離閾値格納部７２、および
現在位置演算部６７からの各データとに基づいて、油圧
ショベル２の位置ずれを判定して、その結果をコマンド
インタプリタ部６３およびサーボ前処理部６５に出力す
る位置ずれ判定部である。

【００２３】７はサーボ制御部６６から出力される駆動
信号によって駆動されシリンダ２５〜２７等のアクチュ
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
である。

【００２４】８は旋回体２１とブーム２２間、ブーム２
２とアーム２３間、アーム２３とバケット２４間のそれ
ぞれの回転角度と旋回体２１の旋回角を検出する角度セ
ンサである。

【００２５】なお、図１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。

【００２６】ここで、前記サーボ前処理部６５の補間処
理について説明する。

【００２７】サーボ前処理部６５は、はじめに、角度セ
ンサ８、現在位置演算部６７、サーボ制御部６６を介し
て、現在位置データＡを入手し保持する。次いで、教示
位置出力処理部６４から目標となる教示位置データＢを
読み込む。ここで両者の差分Ｃの、例えば、１／１０の
差分を算出し、現在位置データＡ＋差分Ｃ／１０の位置
データをサーボ制御部６６に出力し、一定時間のサーボ
制御を待つ。次に、サーボ前処理部６５は一定時間後、
現在位置データＡ＋差分２Ｃ／１０をサーボ制御部６６
に出力し、一定時間のサーボ制御を待つ。以下同様の処
理を繰り返して、現在位置データＡ＋差分Ｃ（＝教示位
置データＢ）をサーボ制御部６６に出力して、教示位置
データＢに対する補間処理を終了する。以下同様にし
て、各教示位置データが出力される毎に補間処理を行
う。

【００２８】図３は再生コマンド格納部６２に格納され
る再生コマンドの一例を示す図である。

【００２９】図において、Ｌ１はコマンドではなく行ラ
ベルを表し、ＭＯＶＥは動作を指示するコマンド、Ｐ１
〜ＰｎはＭＯＶＥコマンドの油圧ショベル２の各部に設
けられる各関節の角度情報を示すラベル、ＧＯＴＯＬ１
は行ラベルＬ１から再び実行を開始することを指示する
コマンドであり、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６１に格納される。

【００３０】図４は教示位置格納部６１に格納される教
示位置データの一例を示す図である。

【００３１】図において、Ｐ１〜Ｐｎは、前記のラベル
Ｐ１〜Ｐｎに対応しており、各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応
する油圧ショベルの各部が取るべきブーム角、アーム
角、バケット角、旋回角の値が設定されている。

【００３２】次に、再生時の自動運転建設機械の動作を
主として図２を用いて説明する。起動時は、遠隔操作装
置４の再生操作部４１の再生起動釦４１１からの指示が
コマンド生成部４３、無線機４４，６８、コマンド受信
部６９、再生起動・停止処理部７０を介してコマンドイ
ンタプリタ部６３に出力される。コマンドインタプリタ
部６３は指示を受けると、再生コマンド格納部６２に格
納されている図３に示すような再生コマンドをシーケン
シャルに読み出して解釈し、例えば、コマンドがＭＯＶ
Ｅコマンドの時は、再生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６１から教示位置出力処理部６４に出力させ
る。出力された教示位置データはサーボ前処理部６５に
入力し、ここでは油圧ショベル２が円滑な速度で動作を
するように演算されて上述のように補間された教示位置
データが作成される。この補間された教示位置データは
サーボ制御部６６に入力され、一方、現在位置演算部６
７において角度センサ８で検出されたセンサ信号を演算
して現在位置データを得、サーボ制御部６６に入力す
る。サーボ制御部６６は、目標となる補間された教示位
置データと検出し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７に駆動信号を出力する。

【００３３】一方、距離センサ５で検出されたセンサ信
号は、遠隔操作装置４のコマンド生成部４３、無線機４
４，６８、コマンド受信部６９を介して位置ずれ判定部
７３に入力される。位置ずれ判定部７３にはさらに、判
定位置格納部７１からの判定位置を指示するための判定
位置データと、距離閾値格納部７２からの油圧ショベル
２と距離センサ５との間の位置ずれの許容範囲を設定す
る距離閾値データと、現在位置演算部６７からの現在位
置データとが入力される。位置ずれ判定部７３では、所
定の判定位置において、現在距離データと判定位置デー
タとを対比して位置ずれを演算し、その位置ずれが距離
閾値データの範囲内にあるか否かを判定し、判定した結
果、位置ずれが距離閾値データの範囲内にある時は、コ
マンドインタプリタ部６３に正常信号を送出し、引き続
きコマンドインタプリタ部６３は次のコマンドを読んで
処理を継続する。また、位置ずれが距離閾値データの範
囲外にある時は、コマンドインタプリタ部６３に異常信
号を送出し、コマンドインタプリタ部６３における次処
理を停止させると共に、異常信号をサーボ前処理部６５
に送出する。サーボ前処理部６５は処理を停止して油圧
ショベル２の動作を停止させる。その結果、油圧ショベ
ル２の位置ずれを迅速確実に検出することができ、油圧
ショベルの位置ずれによる油圧ショベルと他の作業機械
との衝突等を防止できる。

【００３４】上記のごとく、本発明の自動運転建設機械
では、遠隔操作装置４から、例えば、自動運転の開始ま
たは終了時には、再生起動または再生停止の無線信号を
送出し、その間の自動運転中は距離センサ５からのセン
サ信号を無線信号として送出するようにしたので、１台
の無線機で遠隔操作装置４自身の各種の信号と距離セン
サ５からのセンサ信号をデータ量を増大させることな
く、同時に送信することができる。

【００３５】さらに、油圧ショベル内の自動運転コント
ローラでは自動運転中に無線送信が途絶えたり、無線機
が故障したような場合には、自動運転の停止信号を出力
するようにしたので油圧ショベルを停止させることがで
きるので安全が確保され、また遠隔操作装置４からの再
生停止信号の送信ミスが発生したような場合でも、停止
動作の応答性が確保される。

【００３６】なお、本実施形態は、センサ装置として、
油圧ショベルの位置ずれを検出する距離センサについて
述べたが、土石を運搬してきて貯留所に放土するトラッ
クの進入を検出するセンサ装置や、油圧ショベルによっ
て放土される土石を砕石する破砕機のホッパに設けら
れ、過剰に堆積した土石を検出するセンサ装置等を設け
た場合も、本実施形態を同様に適用でき、本実施形態と
同様の効果を奏することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のごとく、本発明は、センサ信号を
既に遠隔操作装置と建設機械とに設けられた無線機を利
用して伝送するようにしたので、専用の無線機が不要と
なり、コストの低減を図ることができると共に、無線周
波数を余分に確保する等の問題が無くなる。また、遠隔
操作装置自身からの動作信号とセンサ信号を同じ無線機
で競合しない伝送することができるので、データ量も多
くならず、操作から信号伝達までが長時間化することも
なく、良好な応答性を確保できる。

【００３８】また、無線通信手段の通信が途絶えたと
き、または無線通信手段が故障したときには、自動運転
を停止するようにしたので、停止信号等が伝達されなく
ても、自動運転を迅速確実に停止させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる自動運転建設機械
の作業状態を示す斜視図である。

【図２】本実施形態に係わる自動運転建設機械の再生時
の機能ブロック図である。

【図３】図２に示す再生コマンド格納部６２に格納され
る再生コマンドの一例を示す図である。

【図４】図２に示す教示位置格納部６１に格納される教
示位置データの一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 土石 ２ 油圧ショベル ３ 破砕機 ４ 遠隔操作装置 ４１ 再生操作部 ４１１ 再生起動釦 ４１２ 再生停止釦 ４２ 教示操作部 ４４ 無線機 ５ 距離センサ ６ 自動運転コントローラ ６１ 教示位置格納部 ６２ 再生コマンド格納部 ６３ コマンドインタプリタ部 ６８ 無線機 ７０ 再生起動・停止処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 誠二 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 永野 好幸 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一連の動作を再生操作により繰り返し自
   動運転する建設機械と、 該建設機械から遠隔の位置に設置され、前記建設機械を
   無線通信手段を介して操作する遠隔操作装置と、 前記建設機械および前記遠隔操作装置から遠隔の位置に
   配置され、前記建設機械に自動運転を行うために必要な
   センサデータを送信するセンサ装置と、 から構成される自動運転建設機械において、 前記センサ装置は、前記遠隔操作装置と有線通信手段を
   介して接続され、 前記遠隔操作装置は、前記センサ装置から検出されたセ
   ンサ信号を、前記遠隔操作装置自身の信号が伝送されて
   いない期間を利用して、前記無線通信手段を介して前記
   建設機械に伝送することを特徴とする自動運転建設機
   械。
2. 【請求項２】 一連の動作を再生操作により繰り返し自
   動運転する建設機械と、 該建設機械から遠隔の位置に設置され、前記建設機械を
   無線通信手段を介して操作する遠隔操作装置と、 から構成される自動運転建設機械において、 前記建設機械は、前記無線通信手段の通信が途絶えたと
   き、または当該通信手段が故障したとき、自動運転を停
   止することを特徴とする自動運転建設機械。
3. 【請求項３】 請求項１の記載において、 前記建設機械は、前記無線通信手段の通信が途絶えたと
   き、または当該通信手段が故障したとき、自動運転を停
   止することを特徴とする自動運転建設機械。