JPH11158934A - 自動運転ショベル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】トラックの進入を検知して退避するとともにエ
ンジンの回転数を低下させて、安全かつ効率の良い自動
運転を行う自動運転ショベルを提供する。 【解決手段】教示された掘削から放土までの一連の動作
を、再生操作により繰り返し自動運転する自動運転ショ
ベル１において、前記掘削すべき運搬物を搬入する運搬
機械９の進入を検出する運搬機械進入検出器１０を設
け、前記自動運転ショベル１は、前記運搬機械進入検出
器１０によって運搬機械９の進入を検出したときは、自
動運転ショベル１の所定の動作中は所定の位置に退避し
て動作を停止するともに、エンジンをアイドリングする
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、自動運転ショベル
に係わり、特にトラック等の運搬機械と連携して作業を
行う自動運転ショベルに関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平９−１９５３２１号公報には、他
の作業機械と共働して運転する自動運転ショベルについ
て記載されている。この自動運転ショベルは教示操作に
よって教示データを記憶し、運転時には、この教示デー
タに基づいて自動的に掘削、旋回、放土等の一連の動作
を行わせることが記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、実際の作業
現場においては、油圧ショベルはトラックやクラッシャ
等の他の作業機械と共働して運転される場合が多いの
で、他の作業機械との連携作業を把握して運転を行うこ
とが不可欠である。

【０００４】特に、トラック等の運搬機械から、高所か
らダンプされて一定の位置に堆積された土砂、採石等の
運搬物を、油圧ショベルを使用してクラッシャのホッパ
等の他の場所へ投入する場合、油圧ショベルは、運搬機
械からダンプされる運搬物と衝突するのを避けるために
退避させ、運搬機械が退出するまで動作を停止させる必
要がある。

【０００５】しかしながら、自動運転ショベルでは、運
搬機械がダンプした時期に関する情報を知らせる機能が
ないため、効率の良い作業を行わせることができなかっ
た。

【０００６】本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、
トラックの進入を検知して、退避するとともにエンジン
の回転数を低下させ、安全かつ効率の良い自動運転を行
わせることのできる自動運転ショベルを提供することに
ある。

【０００７】

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

【０００８】教示された掘削から放土までの一連の動作
を、再生操作により繰り返し自動運転する自動運転ショ
ベルにおいて、前記掘削すべき運搬物を搬入する運搬機
械の進入を検出する運搬機械進入検出器を設け、前記自
動運転ショベルは、前記運搬機械進入検出器によって運
搬機械の進入を検出したときは、自動運転ショベルの所
定の動作中は所定の位置に退避して動作を停止するとも
に、エンジンをアイドリングすることを特徴とする。

【０００９】また、ブーム、アーム、バケットおよび旋
回体をそれぞれ作動するアクチュエータと、前記アクチ
ュエータを駆動する電磁制御弁と、前記旋回体と前記ブ
ーム間、前記ブームと前記アーム間、前記アームと前記
バケット間のそれぞれの回転角度と前記旋回体の旋回角
を検出する角度検出器と、油圧ショベルの任意の複数の
姿勢において前記角度検出器からの角度信号を教示位置
データとして順次記憶するティーチング手段と、前記教
示位置データを順次継続して読み出して前記電磁制御弁
を制御するプレーバック手段と、を有する自動運転コン
トローラと、エンジン回転数を制御するエンジンコント
ローラと、を備える自動運転ショベルにおいて、前記掘
削すべき運搬物を搬入する運搬機械の進入を検出する運
搬機械進入検出器を設け、前記自動運転コントローラ
は、前記運搬機械進入検出器によって運搬機械の進入を
検出したとき、自動運転ショベルが所定の動作中は所定
の位置に退避させて動作を停止させるとともに、前記エ
ンジンコントローラにアイドリング指令を出力すること
を特徴とする。

【００１０】また、請求項２に記載の自動運転ショベル
において、前記自動運転コントローラは、前記運搬機械
進入検出器によって運搬機械の退出を検出したとき、前
記エンジンコントローラにエンジン回転数を前記アイド
リングに落とす前の通常状態に戻す指令を出力して、通
常の自動運転を開始させ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７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ショベ
ルと他の作業機械との連携作業を示す平面図であり、図
２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）はそれぞれ図１に示
す自動運転ショベルの掘削、放土、および退避の各状態
を示す側面図である。

【００１３】これらの図において、１は自動運転ショベ
ル、２は水平方向に旋回可能な旋回体、３は旋回体２に
結合されるブーム、４はブーム３に結合されるアーム、
５はアーム４に結合されるバケット、６は、トラックに
よって搬入され、自動運転ショベル１によって掘削搬出
される土砂、採石等の運搬物、７はクラッシャ、８はホ
ッパ、９はトラック、１０はトラック９の進入位置に設
けられ、トラックの進入を検知するトラック進入検知セ
ンサ、１１ティーチングボックスおよびプレーバック操
作盤を備える遠隔操作装置、１２はトラック進入検知セ
ンサ１０の出力を遠隔操作装置１１に伝送するケーブ
ル、位置Ａ，位置Ｂ，・・・位置Ｄは自動運転ショベル
の掘削位置を表す。

【００１４】なお、トラック進入検知センサ１０は、超
音波やレーザ等を使用し、その動作原理は、トラック進
入検知センサ１０と一定距離との比較によりＯＮーＯＦ
Ｆ信号を出力するものである。

【００１５】図１に示すように、砕石現場等において、
自動運転ショベル１は、教示された作業手順に従って、
例えば、バケット５によって位置Ａで採石６を掘削し、
旋回（旋回１）した後クラッシャ７のホッパ８に放土
し、再び旋回（旋回２）して位置Ｂで掘削し、旋回し放
土する。さらに位置Ｃ、位置Ｄで掘削後、再び位置Ａで
掘削深度を深めながら同様の作業を行う。さらに、トラ
ック９によってダンプされる運搬物に自動運転ショベル
１のフロント部分が衝突しないように、トラック進入時
は、図２（ｃ）に示すように、自動運転ショベル１を退
避位置で停止させる。

【００１６】図３は本実施形態に係わる自動運転ショベ
ル１の制御機構の全体構成図である。

【００１７】図において、１１１は遠隔操作装置１１に
おけるティーチングを行うための教示操作部、１１２は
遠隔操作装置１１におけるプレーバックを行うための再
生操作部、１１３および１３５は、それぞれシリアル通
信等を行うために、遠隔操作装置１１と後述する自動運
転コントローラ間のデータの送受信を行うために設けら
れた遠隔操作装置側無線装置および車上側無線装置、１
３は自動運転ショベル１に搭載される車上装置、１３１
は自動運転を行うための種々の制御を行う自動運転コン
トローラ、１３２は自動運転コントローラ１３１から出
力された駆動電流によって駆動され、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、１３３
はバケット５等の自動運転ショベルの各部を作動するた
めのアクチュエータ、１３４は旋回体２とブーム３間、
ブーム３とアーム４間、アーム４とバケット５間のそれ
ぞれの回転角度と旋回体２の旋回角を検出する角度セン
サ、１３５はエンジンの各種の制御を行うためのエンジ
ンコントローラ、１３６はエンジンである。なお、図３
において図１および図２に示す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。

【００１８】ティーチング時は、遠隔操作装置１１の教
示操作部１１１からの操作によって、無線装置１１３，
１３５を介してティーチングが行なわれ、自動運転コン
トローラ１３１は、自動運転ショベル１の各角度センサ
１３４からの各検出出力を入力して演算し、所定の記憶
領域に教示データと教示コマンドを記憶する。

【００１９】プレーバック時は、同様に再生操作部１１
２からの操作によって、無線装置１１３，１３５を介し
てプレーバックの指令が出力される。自動運転コントロ
ーラ１３１はその指令を受けると、教示コマンドに従っ
て記憶している教示位置データを呼び出し、角度センサ
１３４からの角度情報と対比しながら、教示位置データ
に合致するように、旋回体２、ブーム３、アーム４、バ
ケット５をそれぞれ作動させるために、各電磁制御弁１
３２に駆動電流を出力する。各電磁制御弁１３２は各ア
クチュエータ１３３を油圧制御して、自動運転ショベル
１の自動運転を行う。

【００２０】図４は本実施形態に係わる、主としてプレ
ーバック時の自動運転ショベル１の機能構成図である。

【００２１】図において、１３１１は、ティーチング時
に、遠隔操作装置１１の教示操作部１１１からの操作に
よって教示された教示位置データを格納する教示位置格
納部、１３１２は予め決めた動作手順を実行するための
複数の教示コマンドを格納する教示コマンド格納部、１
３１３は教示コマンドを解釈して教示位置格納部１３１
１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、１３１４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、１３１５は、自動運転ショ
ベル１が円滑に動作するように、教示位置出力処理部１
３１４から出力された教示位置データを演算によって細
分化された補間教示位置データに作成して出力するサー
ボ前処理部、１３１６はサーボ前処理部１３１５から出
力された補間教示位置データと現在位置演算部から出力
された現在位置データとを対比して自動運転ショベルの
各部を所定の位置に制御するための駆動電流を出力する
サーボ制御部、１３１７はトラック進入検知センサ１０
の検出出力をコマンドインタプリタ部１３１３へ入力す
るための所定の入力形式に処理するトラック進入検知処
理部、１３１８は、自動運転ショベル１の各部に設けら
れた角度センサ１３４からの検出値を所定の現在位置デ
ータに演算する現在位置演算部、１３１９はエンジンの
回転速度を指令するエンジン回転指令部である。

【００２２】なお、図４において、図３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。

【００２３】図５は図４に示す教示コマンド格納部１３
１２に格納される掘削時の教示コマンドの一例を示す図
である。

【００２４】図において、ｖは自動運転速度を指示する
コマンド、ｍｏｖｅは動作を指示するコマンド、Ｐ１〜
Ｐｎはｍｏｖｅコマンドの旋回体２、ブーム３、アーム
４、およびバケット５の各関節の角度情報を示すラベル
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１３１１に格納される。

【００２５】次に、プレーバック時の自動運転ショベル
１の動作を主として図４を用いて説明する。プレーバッ
ク時は、遠隔操作装置１１の再生操作部１１２から自動
運転の指示がコマンドインタプリタ部１３１３に出力さ
れる。コマンドインタプリタ部１３１３はその指示を受
けて、教示コマンド格納部１３１２に格納されている教
示コマンドをシーケンシャルに読み出して解釈する。例
えば、掘削時は図５に示すように、コマンドがｍｏｖｅ
コマンドの時は、教示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１３１１から教示位置データ出力処理部１３１４
に出力する。出力された教示位置データはサーボ前処理
部１３１５に出力され、該データはさらに自動運転ショ
ベル１が円滑な速度で動作をするように演算によって各
教示位置データ間のデータが補間された補間教示位置デ
ータが作成される。さらに補間教示位置データはサーボ
制御部１３１６に入力され、一方、現在位置演算部１３
１８から現在位置データを得、サーボ制御部１３１６に
入力する。サーボ制御部１３１６は、目標となる補間教
示位置データと検出され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１３２から駆動電流
を出力する。

【００２６】図６は自動運転コントローラ１３１におけ
る通常運転時の処理手順を示すフローチャートである。

【００２７】図示するように、自動運転ショベル１は、
ステップ１１で掘削を行い、ステップ１２において、ク
ラッシャ８への放土を行うために旋回（旋回１）を行
い、ステップ１３においてクラッシャ８へ放土し、ステ
ップ１４において、再び掘削するために旋回（旋回２）
し、再びステップ１１からの処理を繰り返し行う。

【００２８】一方、図４に示すトラック進入検知処理部
１３１７には、トラック９が進入すると、トラック進入
検知センサ１０から遠隔操作装置１１を介して検出出力
が入力される。コマンドインタプリタ部１３１３では検
出出力により割り込みがあると、コマンドインタプリタ
部１３１３は割り込み処理を開始する。

【００２９】図７は自動運転コントローラ１３１におけ
るトラック９の進入検知時の割り込み処理の処理手順を
示すフローチャートである。

【００３０】図６に示す通常運転動作中のいずれかの時
点で、図７のステップ１に示すように、トラック９の進
入が検知されたか否かが判断され、進入が検知されると
割り込み処理が実行される。次いで、ステップ２におい
て、掘削動作中であるか否かが判断され、掘削中でなけ
れば、ステップ３において、放土から掘削位置へ移動す
るための旋回（旋回２）を行っているか否かを判断す
る。いずれの場合でもないときは、即ち、掘削動作でも
旋回（旋回２）でもないときは、自動運転ショベル１に
対してトラック９からの運搬物のダンプによる悪影響を
受けないものとして、何もせず通常の運転動作に戻る。
ステップ２において掘削中、またはステップ３において
旋回（旋回２）中であると判断された場合は、ステップ
４において、自動運転ショベル１は図２（ｃ）に示すよ
うな位置へ退避動作を行う。次いで、退避位置への移動
が完了したら、ステップ５において、自動運転コントロ
ーラ１３１からエンジンコントローラ１３５に対してエ
ンジン回転数をアイドリングするための指令を出力し、
エンジンをアイドリング状態にする。次にステップ６に
おいて、トラック９が退出したか否かを判断し、ここで
トラック９が退出するまで待つ。トラック９が退出した
らステップ７において、自動運転ショベルのエンジン回
転数を元に戻して通常の自動運転動作に戻る。

【００３１】以上のように，本実施形態の自動運転ショ
ベルによれば，トラックの進入、退出を検出することに
より、ショベルのフロントがトラックからダンプされる
土砂や土石に衝突することなく、また、エンジン回転数
を自動的に落とすことにより、無駄な燃料を消費するこ
となく、安全かつ効率の良い自動運転を行うことができ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上のごとく、本発明の自動運転ショベ
ルは、運搬機械進入検出器によって運搬機械の進入を検
出したときは、自動運転ショベルが退避すべき動作中
は、所定の位置に退避して動作を停止し、自動運転ショ
ベルが運搬機械からダンプされる土砂、土石等の運搬物
との衝突を避けるとともに、エンジンをアイドリングさ
せ、安全かつ効率の良い自動運転作業を実現することが
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ショベル
と他の作業機械との連携作業を示す平面図である。

【図２】本実施形態に係わる自動運転ショベルの各動作
状態を示す側面図である。

【図３】本実施形態に係わる自動運転ショベルの制御機
構の全体構成図である。

【図４】本実施形態に係わる主としてプレーバック時の
自動運転ショベルの機能構成図である。

【図５】図４に示す教示コマンド格納部１３１２に格納
される教示コマンドの一例を示す図である。

【図６】本実施形態に係わる自動運転ショベルの通常運
転時の処理手順を示すフローチャートである。

【図７】本実施形態に係わる自動運転ショベルのトラッ
ク進入時の処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 自動運転ショベル ２ 旋回体 ３ ブーム ４ アーム ５ バケット ９ トラック １０ トラック進入検知センサ １１ 遠隔操作装置 １３ 車上装置 １３１ 自動運転コントローラ １３１１ 教示位置格納部 １３１２ 教示コマンド格納部 １３１３ コマンドインタプリタ部 １３１４ 教示位置出力処理部 １３１５ サーボ前処理部 １３１６ サーボ制御部 １３１７ トラック進入検知処理部 １３１８ 現在位置演算部 １３１９ エンジン回転指令部 １３２ 電磁制御弁 １３３ アクチュエータ １３４ 角度センサ １３５ エンジンコントローラ １３６ エンジン

フロントページの続き (72)発明者 石橋 英人 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】 教示された掘削から放土までの一連の動
   作を、再生操作により繰り返し自動運転する自動運転シ
   ョベルにおいて、 前記掘削すべき運搬物を搬入する運搬機械の進入を検出
   する運搬機械進入検出器を設け、 前記自動運転ショベルは、前記運搬機械進入検出器によ
   って運搬機械の進入を検出したときは、自動運転ショベ
   ルの所定の動作中は所定の位置に退避して動作を停止す
   るともに、エンジンをアイドリングすることを特徴とす
   る自動運転ショベル。
2. 【請求項２】 ブーム、アーム、バケットおよび旋回体
   をそれぞれ作動するアクチュエータと、 前記アクチュエータを駆動する電磁制御弁と、 前記旋回体と前記ブーム間、前記ブームと前記アーム
   間、前記アームと前記バケット間のそれぞれの回転角度
   と前記旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、 油圧ショベルの任意の複数の姿勢において前記角度検出
   器からの角度信号を教示位置データとして順次記憶する
   ティーチング手段と、前記教示位置データを順次継続し
   て読み出して前記電磁制御弁を制御するプレーバック手
   段と、を有する自動運転コントローラと、 エンジン回転数を制御するエンジンコントローラと、 を備える自動運転ショベルにおいて、 前記掘削すべき運搬物を搬入する運搬機械の進入を検出
   する運搬機械進入検出器を設け、 前記自動運転コントローラは、前記運搬機械進入検出器
   によって運搬機械の進入を検出したとき、自動運転ショ
   ベルが所定の動作中は所定の位置に退避させて動作を停
   止させるとともに、前記エンジンコントローラにアイド
   リング指令を出力することを特徴とする自動運転ショベ
   ル。
3. 【請求項３】 請求項２の記載において、 前記自動運転コントローラは、前記運搬機械進入検出器
   によって運搬機械の退出を検出したとき、前記エンジン
   コントローラにエンジン回転数を前記アイドリングに落
   とす前の通常状態に戻す指令を出力して、通常の自動運
   転を開始させることを特徴とする自動運転ショベル。