JPH11264155A - 自動運転ショベルおよび自動運転ショベルにおける自動運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】掘削時の過負荷状態を検出するための特別の装
置を必要とすることなく、簡便な方法で掘削時の障害物
を回避することのできる自動運転ショベルおよび自動掘
削方法を提供すること。 【解決手段】油圧ショベルと、該油圧ショベルに設けら
れ、教示された掘削から放土までの一巡する動作を当該
油圧ショベルに再生動作させる自動運転コントローラ５
０と、から構成される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、当該油圧ショベルの各教示位
置毎に設定された位置決め精度に基づく所定の教示位置
範囲内への到達を判定する位置決め判定手段５１１を備
え、当該油圧ショベルが前記所定の教示位置範囲内に到
達したと判定されたときは、次の教示位置を目標位置と
して出力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
および自動運転ショベルにおける自動運転方法に係わ
り、特に、掘削抵抗の大きな岩石等を含む掘削物の掘削
時において、掘削抵抗の大きさに応じて掘削軌跡を自動
調整することを可能にした自動運転ショベルおよび自動
運転ショベルにおける自動運転方法に関する。

【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、油圧ショベルによってそ
の掘削から放土までの一連の単調な作業を繰り返す場合
には、自動運転によってその作業を行わせるようになっ
ている。しかし、油圧ショベルを自動運転するためには
解決しなければならない種々の問題がある。例えば、油
圧ショベルによる掘削作業中、バケットが岩石等に当た
って所望の動作をしなくなる場合がある。このような場
合、熟練のオペレータはこのような状態を察知して回避
動作をとり、作業を円滑に継続することができるが、こ
れを自動運転ショベルに行わせるためには工夫が必要で
ある。このような掘削作業時の問題を解決するために、
特公昭６１−９４５３号公報には、アームおよびバケッ
トに加わる過負荷を検出するための過負荷検出センサを
設け、アームまたはバケットに過負荷が検出された場合
にはブームを微量上昇させることによってその過負荷を
軽減し自動掘削を継続することが開示されており、ま
た、特開平４−３５０２２０号公報には、掘削時に、ブ
ーム、アーム、およびバケットを動作させるシリンダに
取り付けられた圧力センサからの検出値が所定値以上に
達し、かつブーム、アーム、およびバケットに取り付け
られた角度センサから求めた動作速度が所定値以下にな
った場合は、過負荷であると判断して掘削軌跡をずら
し、掘削作業の障害を回避する方法が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の従来技
術のものは、各関節の位置を検出するための位置検出セ
ンサに加えて、過負荷を検出するためのセンサも必要と
なり、また自動運転を行うための処理負荷も大きいとい
う問題があった。後者の従来技術のものも、各種のセン
サを必要とし、また、センサから検出されたデータに基
づいて演算が必要であり、自動運転ショベルが備える制
御装置の演算負荷を増大させることになり、また、自動
運転ショベルをゆっくり動かした場合には、動作速度が
小さくなり、過負荷時の低速時との区別が難しく誤検出
の可能性があった。さらに、シリンダの圧力は岩石等に
当たった時は大きくなるが、その時のショックでその岩
石が動き出すと圧力が低くなるためその時も誤検出の可
能性がり、さらに、このような圧力センサや動作速度か
ら過負荷を求める方法は、どの程度の圧力値でどの程度
の動作速度であれば過負荷であると判定するかを決定す
ることが実用上難しかった。

【０００４】本発明の目的は、上記の種々の間題点に鑑
みて、掘削時の過負荷状態を検出するために特別の装置
を必要とすることなく、簡便な方法で掘削時の障害物を
回避することのできる自動運転ショベルおよび自動運転
ショベルにおける自動掘削方法を提供することにある。

【０００５】

【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、次のような手段を採用した。

【０００６】油圧ショベルと、該油圧ショベルに設けら
れ、教示された掘削から放土までの一巡する動作を当該
油圧ショベルに再生動作させる自動運転コントローラ
と、から構成される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、当該油圧ショベルの各教示位置
毎に設定された位置決め精度に基づく所定の位置決め範
囲内への到達を判定する位置決め判定手段を備え、当該
油圧ショベルが前記所定の位置決め範囲内に到達したと
判定されたときは、次の教示位置を目標位置として出力
することを特徴とする。

【０００７】また、請求項１に記載に自動運転ショベル
において、前記自動運転コントローラは、掘削開始から
掘削終了間の再生動作時において、教示された教示位置
を目標位置として出力後、前記位置決め判定手段による
判定を行うことなく、次の教示位置に基づく目標位置を
出力することを特徴とする。

【０００８】また、少なくとも、ブーム、アームおよび
バケットを作動する油圧シリンダ並びに旋回体を作動す
る油圧モータを作動する電磁切換弁と、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角度を検出する角度検出器
とを備える油圧ショベルと、教示して記憶された教示位
置データを逐次読み出して出力する教示位置出力手段
と、前記教示位置データを入力して当該油圧ショベルが
円滑に動作するように前記教示位置データ間が補間され
た目標位置データを出力するサーボ前処理手段と、前記
目標位置データを入力して当該油圧ショベルを目標位置
に制御するために前記電磁切換弁に制御信号を出力する
サーボ制御手段とを備える自動運転コントローラと、か
ら構成される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、当該油圧ショベルが各教示位置毎に設
定された位置決め精度に基づく所定の位置決め範囲内へ
の到達を判定する位置決め判定手段を備え、当該油圧シ
ョベルが前記所定の位置決め範囲内に到達したと判定さ
れたときは、前記サーボ前処理部から次の教示位置デー
タに基づく目標位置データを前記サーボ制御部に出力す
ることを特徴とする。

【０００９】また、請求項３に記載に自動運転ショベル
において、前記自動運転コントローラは、前記教示位置
毎に設定された位置決め精度に基づいて、前記旋回体、
ブーム、アーム、およびバケットのそれぞれの位置決め
精度を演算する演算手段を備え、前記位置決め判定手段
は、前記の旋回体、ブーム、アーム、およびバケットが
前記演算されたそれぞれの位置決め精度に基づくそれぞ
れの所定の位置決め範囲内への到達を判定することを特
徴とする。

【００１０】また、請求項３ないしは請求項４のいずれ
か１つの請求項記載の自動運転ショベルにおいて、前記
サーボ前処理部は、掘削開始から掘削終了間の再生動作
時において、各教示位置データに対応する最終目標位置
データの出力後、前記位置決め判定手段による判定を行
うことなく、次の教示位置データに基づく目標位置デー
タを出力することを特徴とする。

【００１１】また、請求項１、請求項３、または請求項
４のいずれか１つの請求項記載に自動運転ショベルにお
いて、掘削開始から掘削終了までの間の前記教示位置毎
に設定される位置決め精度のうち、掘削開始位置および
掘削終了位置を除く教示位置における位置決め精度は、
前記掘削開始位置および前記掘削終了位置における位置
決め精度より低く設定されていることを特徴とする。

【００１２】また、請求項１、請求項３、請求項４、ま
たは請求項６のいずれか１つの請求項記載の自動運転シ
ョベルにおいて、掘削動作において前記教示位置毎に設
定される位置決め精度は、放土動作において前記教示位
置毎に設定される位置決め精度より低く設定されていこ
とを特徴とする。

【００１３】また、請求項１ないしは請求項７のいずれ
か１つの請求項記載の自動運転ショベルにおいて、前記
教示位置毎に設定された位置決め精度は、当該油圧ショ
ベルまたは当該油圧ショベルから離れた位置に設けられ
た操作手段により任意に設定し得ることを特徴とする。

【００１４】また、自動運転ショベルにおける自動運転
方法において、教示された掘削から放土までの一巡する
動作を油圧ショベルに再生動作させる自動運転ショベル
における自動運転方法において、再生動作させるため
に、教示位置、および当該教示位置における再生動作速
度と位置決め精度を指令する第１の工程と、当該教示位
置の前の教示位置と当該教示位置との間の再生動作を円
滑化するための補間された目標位置の演算を行う第２の
工程と、前記目標位置を順次指令する第３の工程と、前
記目標位置のうち当該教示位置に相当する最終目標位置
を指令したか否かを判定し、前記最終目標位置を指令し
ていないと判定したときは、前記最終目標位置が指令さ
れるまで前記第３の工程を実行する第４の工程と、前記
第４の工程において、前記最終目標位置を指令したと判
定されたときは、当該教示位置における前記位置決め精
度が所定値以上であるか否かを判定する第５の工程と、
前記第５の工程において、所定値以上であると判定され
たときは、現在位置が前記位置決め精度に基づく所定の
位置決め範囲内に到達したか否かを判定し、到達してい
ないと判定されたときは、到達するまで当該判定を繰り
返す第６の工程と、前記第５の工程において、所定値以
上であると判定されないとき、または前記第６の工程に
おいて、現在位置が前記所定の位置決め範囲内に到達し
たと判定されたときは、当該教示位置の次の教示位置、
および次の教示位置における再生動作速度と位置決め精
度を指令する第７の工程と、から構成されていることを
特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
１〜図６を用いて説明する。

【００１６】図３は、本実施形態に関わる自動運転ショ
ベルおよびその作業形態の一例を示す側面図である。

【００１７】図において、１はストックヤード２に貯留
された土石を掘削して、後述するクラッシャ３に放土す
る自動運転ショベル本体、３は自動運転ショベル本体１
から放土された土石を砕石するクラッシャ、４は自動運
転ショベル本体１の再生操作を行うのに適した任意の場
所に設置された操作ボックスである。

【００１８】自動運転ショベル本体１は、走行体１０
と、走行体１０上に旋回可能に設けられた旋回体１１
と、旋回体１１に回動可能に設けられたブーム１２と、
ブーム１２の先端に回動可能に設けられたアーム１３
と、アーム１３の先端に回動可能に設けられたバケット
１４と、ブーム１２、アーム１３、バケット１４とをそ
れぞれ回動動作するためのシリンダ１５、１６、１７
と、旋回体１１に設けられた運転室１８と、操作ボック
ス４との間で信号の送受信を行うアンテナ１９とから構
成されている。

【００１９】また、自動運転ショベル本体１には、旋回
体１１の旋回角を検出する角度センサ１１１、旋回体１
１とブーム１２との回動角を検出する角度センサ１１２
と、ブーム１２とアーム１３の回動角を検出する角度セ
ンサ１１３と、アーム１３とバケット１４との回動角を
検出する角度センサ１１４が設けられている。

【００２０】また、クラッシャ３は、走行体３０と、ホ
ッパ３１と、砕石部３２と、コンベア３３とから構成さ
れており、３４はクラッシャ３によって砕かれた土石を
示す。

【００２１】また、操作ボックス４は、支持台４０と、
支持台４０に固定された教示再生装置本体４１とから構
成され、教示再生装置本体４１には起動ボタン４１１
と、停止ボタン４１２と、非常停止ボタン４１３と、教
示再生装置本体４１と機械的かつ電気的に接続可能に設
けられ教示時に操作される教示操作部４１４と、教示結
果等を表示する表示部４１４０と、自動運転ショベル本
体１のアンテナ１９との間で、信号の送受信を行うアン
テナ４１５とを備えている。

【００２２】図２は、自動運転ショベル本体１に搭載さ
れる車載搭載装置５および操作ボックス４の教示再生装
置本体４１の制御機構の概要を示すロック図である。

【００２３】図において、４１６は再生時に操作される
再生操作部、４１７は教示操作部４１４または再生操作
部４１６から出力される信号を、後述する自動運転コン
トローラ５０に出力するための所定の信号に形成するコ
マンド生成部、４１８および５４はそれぞれ教示再生装
置４１と自動運転コントローラ５０間の信号を送受信す
るための無線装置である。なお、コマンド生成部４１７
は、マイクロコンピュータを使用した一般的なコントロ
ーラで構成され、入力した信号に相当する指令コードを
生成する機能を有する。

【００２４】５は車内搭載装置を示し、５０は主として
コンピュータで構成され自動運転ショベルを自動運転す
るための各種の制御を行う自動運転コントローラ、５１
は自動運転コントローラ５０から出力される駆動電流に
よって駆動される比例電磁弁、５２は比例電磁弁５１か
ら出力される油圧信号により制御され、アクチュエータ
に流入する油量または油圧を制御するコントロールバル
ブ、５３は自動運転ショベル本体１の各関節を作動する
ためのシリンダ１５、１６、１７等のアクチュエータ、
４１４’は教示操作部である。その他の符号に示す構成
は図３に示すものと同じである。

【００２５】教示時は、通常、運転室１８内に装着され
る教示操作部４１４’からの操作によって教示が行わ
れ、自動運転コントローラ５０はその操作に従って、各
角度センサ１１１〜１１４からの検出値を入力して演算
し、後に説明するように所定の記憶領域に教示位置デー
タとして記憶する。また、教示操作部４１４，４１４’
からの操作により所定の記憶領域に教示コマンドを設定
し記憶する。なお、この図において、教示操作部４１４
は、運転室１８内の教示操作部４１４’から外すされ
て、教示再生操作装置４１に装着されているときの状態
を示す。

【００２６】再生時は、再生操作部４１６から起動ボタ
ン４１１をオンすることによって、コマンド生成部４１
７において生成された所定の信号がアンテナ４１５およ
び１９を介して自動運転コントローラ５０に送信され、
再生処理が開始される。自動運転コントローラ５０にお
いて再生処理が開始されると、記憶されている教示デー
タが呼び出され、角度センサ１１１〜１１４から得られ
た現在位置情報と対比しながら、この教示位置データに
合致するように、旋回体１１、ブーム１２、アーム１
３、バケット１４をそれぞれ作動するための比例電磁弁
５１に駆動電流を出力する。比例電磁弁５１からさらに
コントロールバルブ５２を介して、各アクチュエータ５
３を制御して自動運転ショベル本体１の自動運転を行
う。

【００２７】図１は、図２に示す自動運転コントローラ
５０の機能構成の詳細を示すブロック図である。

【００２８】図において、５０１は角度センサ１１１〜
１１４において検出された角度信号を現在の位置データ
に演算する現在位置演算部、５０２は教示時、教示操作
部４１４または４１４’からの操作により、現在位置演
算部５０１から得られた自動運転ショベル本体１の現在
位置を教示位置データとして出力する教示処理部、５０
３は教示操作部４１４，４１４’からの指令により教示
処理部５０２によって設定された再生動作時の各種の動
作を指令するコマンドが格納されている教示コマンド格
納部、５０４は教示処理部５０２から出力された教示位
置データを格納する教示位置格納部、５０５は再生操作
部４１６からの起動信号により起動されたとき、教示コ
マンド格納部５０３に格納されている教示コマンドを逐
次解釈して、教示位置格納部５０４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、５０
６はコマンドインタプリタ部５０５からの指令に応じて
教示位置格納部５０４から教示位置データを出力処理す
る教示位置出力部、５０７は自動運転ショベル本体１が
各教示位置間を円滑に動作するように、教示位置出力部
５０６から出力された教示位置データに基づいて教示位
置データ間を補間した目標位置データを作成し出力す
る、即ち、与えられた始点（現在位置もしくは教示位
置）と終点（教示位置）間を、ある一定時間きざみで補
間演算を行って時系列データを作成し、順次角度目標値
としてサーボ制御部５０８に出力するサーボ前処理部、
５０８はサーボ前処理部５０７から出力された補間され
た目標位置データと、現在位置演算部５０１から出力さ
れた現在位置データとを対比して、自動運転ショベル本
体１の各関節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である。

【００２９】また、５０９は各関節の位置決め精度を設
定するための基準となる位置決め基準値が格納されてい
る位置決め基準値格納部、５１０はサーボ前処理部５０
７からの指令によって制御され、各教示位置における各
関節の位置決め精度を、位置決め基準値格納部５０９に
格納されている基準値と各教示位置において設定された
位置決め精度とに基づいて演算して求める位置決め精度
演算部、５１１はサーボ前処理部５０７からの指令によ
って制御され、各関節が各教示位置におけ位置決め範囲
に到達したか否かを判定する位置決め判定部である。そ
の他の符号に示す構成は図２に示すものと同じである。

【００３０】図４は、教示コマンド格納部５０３に格納
される教示コマンドの一例を示す図である。

【００３１】図において、Ｌ１はコマンドではなく行ラ
ベルを表す。

【００３２】Ｖは移動速度を指定するコマンドであり、
数値が大きい程移動速度が高速であることを示す。

【００３３】ＰＡＣ（positional accuracy）は移動の
位置決め精度を指定するコマンドであり、これは所定の
教示位置に自動運転ショベルを移動させることは容易で
ないことからこの数値に示すような位置決め精度の数値
内に達したら自動運転ショベルは当該教示位置に到達し
たものと判定するために使用される。この数値が大きい
程高精度が要求される。

【００３４】ＭＯＶＥは指定された教示位置への移動を
指令するコマンドであり、Ｐ１〜ＰｎはＭＯＶＥコマン
ドの各関節の角度情報を示すラベルであり、例えば、Ｍ
ＯＶＥ Ｐ１は教示位置格納部５０４に格納される教示
位置データのうち図５に示す位置Ｎｏ. Ｐ１に移動すべ
きことを示す。

【００３５】ＧＯＴＯ Ｌ１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る。

【００３６】図５は、教示位置格納部５０４に格納され
る教示位置データの一例を示す図である。

【００３７】図において、Ｐ１〜Ｐｎは、教示位置に対
応すると共に前記のラベルＰ１〜Ｐｎに対応しており、
各教示位置で自動運転ショベルの各部が取るべき旋回
角、ブーム角、アーム角、バケット角、の各値が設定さ
れている。次に、本実施形態の自動運転ショベルの動作
を図１に基づいて説明する。

【００３８】教示操作は、教示操作部４１４または４１
４’から操作される。通常は、教示操作部４１４’が自
動運転ショベル本体１の運転室１８内に装着され、運転
室から教示操作が行われる。

【００３９】教示操作部４１４’が運転室１８に装着さ
れ、教示操作が行われると、その指令は教示処理部５０
２に入力され、教示処理部５０２で現在位置演算部５０
１から現在位置データを入力して、各教示位置に対応す
る教示コマンドと教示位置データを生成する。生成され
た教示コマンドと教示位置データはそれぞれ、教示コマ
ンド格納部５０３と教示位置格納部５０４に格納され
る。

【００４０】再生処理は、起動ボタン４１１をオンする
ことによって、コマンドインタプリタ部５０５が、起動
命令により教示コマンド格納部５０３に格納されている
教示コマンドを順次読み出し実行する。教示コマンドが
ＭＯＶＥ命令の場合には、教示位置出力部５０６に、教
示位置格納部５０４から該当するパラメータを出力し、
サーボ前処理部５０７に転送する。

【００４１】サーボ前処理部５０７は、コマンドインタ
プリタ部５０５から与えられた目標速度で各関節が動作
するように角度の補間演算を行い、サーボ制御部５０８
に角度目標値を出力する。サーボ制御部５０８は、現在
位置演算部５０１で演算された現在位置データと、サー
ボ前処理部５０７から出力される角度目標値とを基に、
一般的なフィードバック制御を行い、比例電磁弁５１を
駆動するための駆動電流を出力する。これによりコント
ロールバルブ５２が制御されてアクチュエータ５３に所
定の圧油を供給し、自動運転ショベル本体１の各関節を
駆動する。

【００４２】一方、位置決め精度演算部５１０は、各教
示位置において与えられた位置決め精度に応じた各関節
に対する位置決め精度を、位置決め基準値格納部５０９
に格納されている基準値に基づいて演算する。

【００４３】ここで、サーボ前処理部５０７における補
間演算が最終目標位置（例えばＭＯＶＥ Ｐ２の場合に
はＰ２）に達し、その最終目標位置データがサーボ制御
部５０８へと出力されると、位置決め判定部５１１はサ
ーボ前処理部５０７からの指令により、各関節の現在位
置が位置決め精度演算部５１０によって演算された各関
節の位置決め精度に基づいて設定された位置決め範囲内
に達したかどうかを判定する。判定の結果、各関節が位
置決め範囲内に達していない場合には、サーボ前処理部
５０７は前記の最終目標位置をサーボ制御部５０８に出
力し続ける。また、各関節が所定の位置決め範囲内に達
した場合は、サーボ前処理部５０７は最終目標位置の出
力を終了し、教示位置（Ｐ２）と教示位置出力部５０６
から出力される次の教示位置（Ｐ３）間の補間演算を行
い自動運転の動作を続行する。

【００４４】次に、掘削時の自動運転コントローラ５０
における動作を図６〜図７を用いて説明する。

【００４５】図６はブーム１２の回転中心を原点Ｏとす
る自動運転ショベル本体１の各関節の寸法および角度を
示す図であり、Ｇは自動運転ショベル本体１の接地面、
Ｌｂｍはブーム長さ、Ｌａｍはアーム長さ、Ｌｂｋはバ
ケット長さ、θｓｗは旋回体１１が走行体１０となす角
度、θｂｍは水平軸Ｘとブーム１２とのなす角度、θａ
ｍはブーム１２とアーム１３とのなす角度、θｂｋはア
ーム１３とバケット１４とのなす角度である。

【００４６】図７は、前記原点Ｏを中心とする自動運転
ショベル本体の掘削開始位置Ｐ１、掘削中間位置Ｐ２、
および掘削終了位置Ｐ３を示す図であり、θａｍＰ１は
Ｐ１におけるアーム角度、θａｍＰ２はＰ２におけるア
ーム角度、θａｍＰ２ＰＡＣはＰ２におけるアームに対
する位置決め範囲を表す。ここで、自動運転における動
作の順序はＰ１→Ｐ２→Ｐ３であり、Ｐ１→Ｐ２の動作
はアームクラウドのみの動作とする。

【００４７】Ｐ１からＰ２への動作は、図１に示すコマ
ンドインタプリタ部５０５により教示コマンド格納部５
０３に格納されている以下のコマンドがサーボ前処理部
５０７へと出力される。

【００４８】Ｖ＝９０ （１） ＰＡＣ＝０ （２） ＭＯＶＥ Ｐ２ （３） ここで、（１）式のＶは、前述のように速度を表すコマ
ンドであり、この場合アーム最大速度に対する９０％の
速度で動作するように、サーボ前処理部５０７において
補間演算が行われる。また、（２）式のＰＡＣは、前述
のように掘削中間位置Ｐ２における位置決め精度を表す
コマンドであり、旋回体、ブーム、アーム、およびバケ
ットのそれぞれの関節の位置決め精度は、位置決め精度
演算部５１０において、各教示位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・
・・における位置決め精度値ＰＡＣと位置決め基準値格
納部５０９に格納されている旋回体、ブーム、アーム、
およびバケットの各関節の位置決め基準値θｓｗＰＡ
Ｃ、θｂｍＰＡＣ、θａｍＰＡＣ、およびθｂｋＰＡＣ
とに基づいて演算される。

【００４９】ここで、例えば、ＰＡＣ＝１００の場合に
は、Ｐ２におけるアームに対する位置決め精度θａｍＰ
２ＰＡＣは、 θａｍＰ２ＰＡＣ＝｛１＋（１００−ＰＡＣ）／１０｝θａｍＰＡＣ ＝θａｍＰＡＣ （４） となり、ＰＡＣ＝５０の場合は、 θａｍＰ２ＰＡＣ＝｛１＋（１００−ＰＡＣ）／１０｝θａｍＰＡＣ ＝６θａｍＰＡＣ （５） となり、ＰＡＣ＝０の場合は、 θａｍＰ２ＰＡＣ＝｛１＋（１００−ＰＡＣ）／１０｝θａｍＰＡＣ ＝１１θａｍＰＡＣ （６） となる。ただし、本実施形態では、ＰＡＣ＝０の場合
は、サーボ前処理部５０７における補間演算が最終目標
位置（Ｐ２）に達した場合は、位置決め判定部５１１に
おける判定を行わず、即ち、各関節の現在位置がＰ１と
Ｐ２間のどの位置にあるかを問わず、直ちに次のＰ２か
らＰ３への補間演算へと移行する。

【００５０】なお、本実施形態では、各関節の位置決め
精度を、位置決め精度と位置決め基準値を上式（４）〜
（６）の関係を利用して求めたが、このような関係式を
用いずに任意に設定してもかまわない。なお、他の関節
の位置決め精度θｂｍＰ２ＰＡＣ、θａｍＰ２ＰＡＣ、
およびθｂｋＰ２ＰＡＣも、θａｍＰ２ＰＡＣと同様に
求められる。通常は、サーボ前処理部５０７において最
終目標位置がサーボ制御部５０８へと出力されると、演
算された各関節の位置決め精度に基づき、位置決め判定
部５１１において自動運転ショベル本体が位置決め範囲
に達したかどうかが判定される。つまり、最終目標値が
出力されても、ブーム、アーム、バケット等の各関節は
その最終目標位置より遅れて追随している。そのため、
例えば、アームについては、ＰＡＣ＝５０の場合、
（５）式から、θａｍＰ２±６θａｍＰ２ＰＡＣの位置
決め範囲に達したかどうかが判定される。達していない
場合は、サーボ前処理部５０７は最終目標位置をサーボ
制御部５０８へと出力し続け、自動運転ショベル本体１
の各関節は最終目標位置に向かって動作し続ける。自動
運転ショベル本体１の各関節が前記の位置決め範囲内に
達した場合は、最終目標位置の出力は終了し、掘削中間
位置Ｐ２から次の掘削終了位置Ｐ３間の補間演算が開始
され、補間された新たな目標値が出力され、各関節はそ
の新たな位置に向かって移動し始める。

【００５１】本実施形態では、掘削開始位置Ｐ１から掘
削中間位置Ｐ２に向かう時は、岩石等により大きな掘削
抵抗を受け、掘削中間位置Ｐ２に到達することが難しく
なる可能性を考慮して、掘削中間位置Ｐ２における位置
決め精度を、例えば、ＰＡＣ＝０に設定している。その
ため、サーボ前処理部５０７が最終目標位置Ｐ２を出力
したら、直ちに次のＰ２からＰ３への補間演算へと移行
し、各関節は補間された新たな目標値に向かって移動し
始めるようにしたので、いたずらに目標位置Ｐ２を追随
するあまり岩石等の障害物の抵抗を受けて掘削が停滞す
る等の事態を回避することができ、Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３の
動作を停止することなくスムーズに行うことができる。

【００５２】また、本実施形態では、掘削終了位置Ｐ３
では、荷こばれを防止するために、ＰＡＣ＝８０として
バケットの抱え込み姿勢を高い精度で指定している。ま
た、クラッシャホッパ上での放土時のように十分な位置
決めが必要な場合には、位置決め精度ＰＡＣの値を大き
くすることによって位置決め範囲を狭くし、十分な精度
での位置決めを可能にしている。

【００５３】次に、自動運転コントローラ５０の各教示
位置（ここでは、教示位置Ｐ１から教示位置Ｐ３）にお
ける処理手順を図８に示すフローチャートを用い説明す
る。

【００５４】はじめに、図示していないが、サーボ前処
理部５０７から最終目標位置Ｐ１を出力後、各関節が位
置決め判定部５１１において位置決め範囲に到達してい
ると判定されると、ステップ１において、教示コマンド
格納部５０３から教示位置Ｐ２に対する教示コマンド、
Ｖ＝９０、ＰＡＣ＝０およびＭＯＶＥ Ｐ２が出力され
る。次に、ステップ２で、位置決め精度演算部５１０に
おいて各関節に対する位置決め精度が演算される。次い
で、ステップ３においてサーボ前処理部５０７において
Ｐ１からＰ２間の補間演算が行われ、ステップ４におい
て補間演算によって得られた目標位置をサーボ制御部５
０８へと出力し、サーボ制御により各関節を動作させ
る。次に、ステップ５においてステップ３における補間
演算の結果出力された目標位置の最終目標位置（Ｐ２）
が出力されたか否かが判定される。ここで、補間演算さ
れた目標位置が最終日標位置に達していない場合はステ
ップ４へと戻り、補間された目標位置として最終目標位
置（Ｐ２）が出力するまでサーボ制御部５０８に出力さ
れる。サーボ制御部５０８に最終目標位置が出力される
と、ステップ６において教示位置（Ｐ２）における位置
決め精度ＰＡＣが任意に設定された所定値Ｓより大きい
か否かが判定される。位置決め精度ＰＡＣが所定値Ｓよ
り大きい場合は、ステップ７においてステップ２で演算
された各関節の位置決め精度に基づいて、各関節が最終
目標位置（Ｐ２）の所定の位置決め範囲内に到達したか
否かが判定される。つまり、各関節が、θｓｗＰ２±θ
ｓｗＰ２ＰＡＣ、かつθｂｍＰ２±θｂｍＰ２ＰＡＣ、
かつθａｍＰ２±θａｍＰ２ＰＡＣ、かつθｂｋＰ２±
θｂｋＰ２ＰＡＣの範囲内に到達したか否かが判定され
る。各関節が最終目標位置（Ｐ２）の所定の位置決め範
囲に到達していないときは、各関節が最終目標位置（Ｐ
２）の所定の位置決め範囲に到達するまでステップ７の
処理を繰り返す。各関節が最終目標位置（Ｐ２）の所定
の位置決め範囲に到達したときは、ステップ８に移行す
る。またステップ６において、位置決め精度ＰＡＣが所
定値Ｓより小さい場合、例えば、ステップ１に示すよう
にＰＡＣ＝０に設定されている場合は、ステップ７にお
ける位置決め範囲への到達の判定は行わず、ステップ８
へと移行して、次の教示位置Ｐ３における教示コマンド
を直ちに出力する。以降はステップ１以降の処理手順と
同様の処理を繰り返し再生動作を続行する。

【００５５】上記のごとく、本実施形態によれば、掘削
時おいて、掘削中間位置Ｐ２における自動運転ショベル
の各関節の位置決め精度を低く（ＰＡＣ＝０）設定し
て、サーボ前処理部５０７が補間演算の結果、最終目標
位置（Ｐ２）を出力したら、追随動作している各関節が
掘削開始位置Ｐ１と掘削中間位置Ｐ２のいかなる位置に
あつても、最終目標値Ｐ２に向かってサーボ制御される
ことなく、直ちに、掘削中間位置Ｐ２と掘削終了位置Ｐ
３間の新たな補間演算された目標位置に向かって各関節
はサーボ制御される。そのため、例えば、掘削開始位置
Ｐ１と掘削中間位置Ｐ２間に岩石等の掘削抵抗の大きい
障害物があっても、掘削中間位置Ｐ２から掘削終了位置
Ｐ３向かう方向を掘削開始位置Ｐ１から掘削中間位置Ｐ
２に向かう方向から外すことにより、自動運転ショベル
本体１は自動的に前記障害物を回避して、自動運転を停
滞することなく継続させることができる。

【００５６】また、本実施形態によれば、掘削開始位置
Ｐ１と掘削中間位置Ｐ２間が砂等の掘削抵抗の小さい掘
削物の場合は、サーボ前処理部５０７が補間演算の結
果、最終目標位置（Ｐ２）を出力した時点で、追随動作
している各関節は掘削開始位置Ｐ１と掘削中間位置Ｐ２
間のいずれかの位置にあるが、掘削抵抗が小さいと、各
関節の遅れが少ないため、各関節の現在位置が最終目標
位置（Ｐ２）に近接した位置にあることになり、教示位
置Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３・・・に従い掘削精度の高い掘削を
行わせることができる。

【００５７】

【発明の効果】上記のごとく、本発明は、自動運転コン
トローラに、油圧ショベルの各教示位置毎に設定された
位置決め精度に基づく所定の教示位置範囲内への到達を
判定する位置決め判定手段を設け、当該油圧ショベルが
前記所定の教示位置範囲内に到達したと判定されたとき
は、次の教示位置を目標位置として出力するようにした
ので、各教示位置毎に位置決め精度は任意に設定されて
いるので、掘削や放土の各作業位置に応じて掘削精度を
制御できるので、高精度でかつ作業効率の高い自動運転
を行わせることができる。

【００５８】また、本発明では、自動運転コントローラ
は、掘削開始から掘削終了間の再生動作時において、教
示位置を目標位置として出力後、位置決め判定手段によ
る判定を行うことなく、次の教示位置に基づく目標位置
を出力するようにしたので、掘削時の掘削抵抗の大きさ
に応じて掘削軌跡を自動的に変更することができるの
で、岩石等の掘削抵抗の大きな障害物への衝突による掘
削の停滞を防止することができ、効率の良い掘削を行わ
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コントロ
ーラの機能構成の詳細を示すブロック図である。

【図２】本実施形態に係わる自動運転ショベル本体に搭
載される車載装置および操作ボックスに搭載される教示
再生装置本体の制御機構を示すブロック図である。

【図３】本実施形態に係わる自動運転ショベル本体およ
びその作業形態の一例を示す図である。

【図４】図１に示す教示コマンド格納部に格納される教
示コマンドの一例を示す図である。

【図５】図１に示す教示位置格納部に格納される教示位
置データ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本体のブ
ームの回転中心を原点Ｏとする各関節の寸法および角度
を示す図である。

【図７】本実施形態に係わる自動運転ショベル本体の掘
削開始位置Ｐ１、掘削中間位置Ｐ２、および掘削終了位
置Ｐ３を示す図である。

【図８】本実施形態に係わる自動運転ショベルの再生動
作の処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 自動運転ショベル本体 ４ 操作ボックス ４１ 教示再生装置 ５０ 自動運転コントローラ １１１〜１１４ 角度センサ ４１４，４１４’ 教示操作部 ４１６ 再生操作部 ５０１ 現在位置演算部 ５０２ 教示処理部 ５０３ 教示コマンド格納部 ５０４ 教示位置格納部 ５０５ コマンドインタブリタ部 ５０６ 教示位置出力部 ５０７ サーボ前処理部 ５０８ サーボ制御部 ５０９ 位置決め基準値格納部 ５１０ 位置決め精度演算部 ５１１ 位置決め判定部

フロントページの続き (72)発明者 菅原 一宏 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 (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ショベルと、該油圧ショベルに設け
   られ、教示された掘削から放土までの一巡する動作を当
   該油圧ショベルに再生動作させる自動運転コントローラ
   と、 から構成される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、当該油圧ショベルの各教
   示位置毎に設定された位置決め精度に基づく所定の位置
   決め範囲内への到達を判定する位置決め判定手段を備
   え、当該油圧ショベルが前記所定の位置決め範囲内に到
   達したと判定されたときは、次の教示位置を目標位置と
   して出力することを特徴とする自動運転ショベル。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、 前記自動運転コントローラは、掘削開始から掘削終了間
   の再生動作時において、教示された教示位置を目標位置
   として出力後、前記位置決め判定手段による判定を行う
   ことなく、次の教示位置に基づく目標位置を出力するこ
   とを特徴とする自動運転ショベル。
3. 【請求項３】 少なくとも、ブーム、アームおよびバケ
   ットを作動する油圧シリンダ並びに旋回体を作動する油
   圧モータを作動する電磁切換弁と、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角度を検出する角度検出器とを
   備える油圧ショベルと、 教示して記憶された教示位置データを逐次読み出して出
   力する教示位置出力手段と、前記教示位置データを入力
   して当該油圧ショベルが円滑に動作するように前記教示
   位置データ間が補間された目標位置データを出力するサ
   ーボ前処理手段と、前記目標位置データを入力して当該
   油圧ショベルを目標位置に制御するために前記電磁切換
   弁に制御信号を出力するサーボ制御手段とを備える自動
   運転コントローラと、 から構成される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、当該油圧ショベルが各教
   示位置毎に設定された位置決め精度に基づく所定の位置
   決め範囲内への到達を判定する位置決め判定手段を備
   え、当該油圧ショベルが前記所定の位置決め範囲内に到
   達したと判定されたときは、前記サーボ前処理部から次
   の教示位置データに基づく目標位置データを前記サーボ
   制御部に出力することを特徴とする自動運転ショベル。
4. 【請求項４】 請求項３の記載において、 前記自動運転コントローラは、前記教示位置毎に設定さ
   れた位置決め精度に基づいて、前記旋回体、ブーム、ア
   ーム、およびバケットのそれぞれの位置決め精度を演算
   する演算手段を備え、前記位置決め判定手段は、前記の
   旋回体、ブーム、アーム、およびバケットが前記演算さ
   れたそれぞれの位置決め精度に基づくそれぞれの所定の
   位置決め範囲内への到達を判定することを特徴とする自
   動運転ショベル。
5. 【請求項５】 請求項３ないしは請求項４のいずれか１
   つの請求項記載において、 前記サーボ前処理部は、掘削開始から掘削終了間の再生
   動作時において、各教示位置データに対応する最終目標
   位置データの出力後、前記位置決め判定手段による判定
   を行うことなく、次の教示位置データに基づく目標位置
   データを出力することを特徴とする自動運転ショベル。
6. 【請求項６】 請求項１、請求項３、または請求項４の
   いずれか１つの請求項記載において、 掘削開始から掘削終了までの間の前記教示位置毎に設定
   される位置決め精度のうち、掘削開始位置および掘削終
   了位置を除く教示位置における位置決め精度は、前記掘
   削開始位置および前記掘削終了位置における位置決め精
   度より低く設定されていることを特徴とする自動運転シ
   ョベル。
7. 【請求項７】 請求項１、請求項３、請求項４、または
   請求項６のいずれか１つの請求項記載において、 掘削動作において前記教示位置毎に設定される位置決め
   精度は、放土動作において前記教示位置毎に設定される
   位置決め精度より低く設定されていことを特徴とする自
   動運転ショベル。
8. 【請求項８】 請求項１ないしは請求項７のいずれか１
   つの請求項記載において、 前記教示位置毎に設定された位置決め精度は、当該油圧
   ショベルまたは当該油圧ショベルから離れた位置に設け
   られた操作手段により任意に設定し得ることを特徴とす
   る自動運転ショベル。
9. 【請求項９】 教示された掘削から放土までの一巡する
   動作を油圧ショベルに再生動作させる自動運転ショベル
   における自動運転方法において、 再生動作させるために、教示位置、および当該教示位置
   における再生動作速度と位置決め精度を指令する第１の
   工程と、 当該教示位置の前の教示位置と当該教示位置との間の再
   生動作を円滑化するための補間された目標位置の演算を
   行う第２の工程と、 前記目標位置を順次指令する第３の工程と、 前記目標位置のうち当該教示位置に相当する最終目標位
   置を指令したか否かを判定し、前記最終目標位置を指令
   していないと判定したときは、前記最終目標位置が指令
   されるまで前記第３の工程を実行する第４の工程と、 前記第４の工程において、前記最終目標位置を指令した
   と判定されたときは、当該教示位置における前記位置決
   め精度が所定値以上であるか否かを判定する第５の工程
   と、 前記第５の工程において、所定値以上であると判定され
   たときは、現在位置が前記位置決め精度に基づく所定の
   位置決め範囲内に到達したか否かを判定し、到達してい
   ないと判定されたときは、到達するまで当該判定を繰り
   返す第６の工程と、 前記第５の工程において、所定値以上であると判定され
   ないとき、または前記第６の工程において、現在位置が
   前記所定の位置決め範囲内に到達したと判定されたとき
   は、当該教示位置の次の教示位置、および次の教示位置
   における再生動作速度と位置決め精度を指令する第７の
   工程と、 から構成されていることを特徴とする自動運転ショベル
   における自動運転方法。