KR102628285B1

KR102628285B1 - 작업 기계 및 제어 시스템

Info

Publication number: KR102628285B1
Application number: KR1020227021218A
Authority: KR
Inventors: 히데카즈 모리키; 류 나리카와; 신야 이무라
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2024-01-24
Also published as: CN114867922A; JP2021131004A; US20220412052A1; EP4108840A4; JP7300408B2; EP4108840A1; KR20220101707A; WO2021166351A1; CN114867922B

Abstract

다른 작업 기계나 작업원과의 협동 작업을 행하는 유압 셔블에 있어서, 유압 셔블을 동작시키는 구동 장치와, 유압 셔블에 관한 정보의 유압 셔블의 내외에서의 공유를 행하는 협조 기능 장치와, 유압 셔블을 동작시키는 구동 장치를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 컨트롤러는, 협조 기능 장치에 이상이 있는 경우에는, 유압 셔블의 동작을 제한하도록 구동 장치를 제어함과 함께, 유압 셔블이 협동 작업 중인 경우에는, 협동 작업을 행하고 있지 않은 경우보다 유압 셔블의 동작의 제한 정도가 강해지도록 구동 장치를 제어한다. 이에 의해, 작업 기계의 과도한 동작 제한을 억제할 수 있어, 작업 효율의 불필요한 저하를 억제할 수 있다.

Description

작업 기계 및 제어 시스템

본 발명은 작업 기계 및 제어 시스템에 관한 것이다.

원격 조작되는 작업 기계와 운반 차량이 배치되는 작업 현장에 있어서 통신 장해를 감안하여 운반 차량을 제어하는 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 조작 신호에 기초하여 동작하는 작업 기계와, 상기 작업 기계의 외부에 마련되고, 상기 조작 신호를 송신하는 조작 장치와, 상기 작업 기계에 의해 실어진 적하를 운반하는 운반 차량과, 상기 조작 장치와 상기 작업 기계 사이의 통신에 장해를 검출한 경우에, 상기 운반 차량에 주행 억제 지시 신호를 송신하는 제어 장치를 구비하는 작업 시스템이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2019-65657호 공보

상기 종래 기술에 있어서는, 조작 장치와 작업 기계 사이의 통신에 장해가 생긴 경우에, 주행 억제 지시 신호로서 정지 지시 신호나 감속 신호를 송신하여 운반 차량을 정지 또는 감속시킴으로써, 작업 기계와 운반 차량의 접촉을 방지하고 있다.

그러나, 예를 들어 작업 기계에 탑승한 오퍼레이터가 조작을 행하는 경우나 자율 작업을 행하는 경우에 있어서, 작업을 행하는 기능이 정상인 경우에는, 작업의 수행에 대하여 통신의 장해가 문제가 되지 않는 경우가 있다. 즉, 이러한 경우에는, 통신의 장해에 대한 작업 기계의 정지나 감속은 과잉의 제어이며, 작업 효율의 불필요한 저하를 초래해 버린다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 작업 기계의 과도한 동작 제한을 억제함으로써, 작업 효율의 불필요한 저하를 억제할 수 있는 작업 기계 및 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있는데, 그 일례를 들면, 다른 작업 기계나 작업원과의 협동 작업을 행하는 작업 기계에 있어서, 상기 작업 기계를 동작시키는 구동 장치와, 상기 작업 기계에 관한 정보의 상기 작업 기계의 내외에서의 공유를 행하는 협조 기능 장치와, 상기 작업 기계를 동작시키는 상기 구동 장치를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 협조 기능 장치에 이상이 있는 경우에는, 상기 작업 기계의 동작을 제한하도록 상기 구동 장치를 제어함과 함께, 상기 작업 기계가 상기 협동 작업 중인 경우에는, 상기 협동 작업을 행하고 있지 않은 경우보다 상기 작업 기계의 동작의 제한 정도가 강해지도록 상기 구동 장치를 제어하는 것으로 한다.

본 발명에 따르면, 작업 기계의 과도한 동작 제한을 억제함으로써, 작업 효율의 불필요한 저하를 억제할 수 있다.

도 1은 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 컨트롤러의 처리 기능의 일부를 관련 구성과 함께 발출하여 도시하는 기능 블록도이다.
도 3은 통신부에서 추출되는 작업 정보의 일례인 수치 데이터를 도시하는 도면이다.
도 4는 작업 정보로부터 얻어지는 입체 형상의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 협동 작업 판정부에 있어서의 협동 작업 판정 처리의 처리 내용을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 작업 영역과 유압 셔블의 가동 범위의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 동작 제한부에 있어서의 동작 제한 처리의 처리 내용을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 작업 영역과 통상의 감속 영역의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 작업 영역과 확대된 감속 영역의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 제2 실시 형태에 관한 컨트롤러의 처리 기능의 일부를 관련 구성과 함께 발출하여 도시하는 기능 블록도이다.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 관리 서버의 처리 기능의 일부를 관련 구성과 함께 발출하여 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 작업 기계의 일례로서 유압 셔블을 예시하여 설명하지만, 작업 현장에 있어서 협동 작업을 행하는 다른 작업 기계에 있어서도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

<제1 실시 형태>

본 발명의 제1 실시 형태를 도 1 내지 도 9를 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태에 관한 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 도시하는 도면이다.

도 1에 있어서, 유압 셔블(M1)은, 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 피구동 부재(붐(11), 암(12), 버킷(작업구)(8))를 연결하여 구성된 다관절형의 프론트 작업기(15)와, 차체를 구성하는 상부 선회체(10) 및 하부 주행체(9)를 구비하고, 상부 선회체(10)는 하부 주행체(9)에 대하여 선회 가능하게 마련되어 있다. 또한, 프론트 작업기(15)의 붐(11)의 기단은 상부 선회체(10)의 전방부에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있고, 암(12)의 일단은 붐(11)의 기단과는 다른 단부(선단)에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있고, 암(12)의 타단에는 버킷(8)이 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있다. 붐(11), 암(12), 버킷(8), 상부 선회체(10) 및 하부 주행체(9)는, 유압 액추에이터(구동 장치)인 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7), 선회 유압 모터(4) 및 좌우의 주행 유압 모터(3)(한쪽의 주행 유압 모터만을 도시)에 의해 각각 구동된다.

오퍼레이터가 탑승하는 운전실(16)에는, 여러 가지의 정보가 표시되는 모니터(도시하지 않음) 외에, 유압 액추에이터(3, 4, 5, 6, 7)를 조작하기 위한 조작 신호를 출력하는 조작 레버(1c, 1d)(조작 장치), 좌우의 주행 유압 모터(3)를 조작하기 위한 조작 신호를 출력하는 주행 조작 레버(1a, 1b)(조작 장치), 유압 셔블(M1)의 외부(예를 들어, 관리 사무소 내의 관리 서버나 제어 장치 등)와의 정보의 수수를 무선 통신에 의해 행하는 통신 장치(44), 유압 셔블(M1)의 운전 상태를 전환하는 운전 전환 스위치(40), 유압 셔블(M1)의 전체의 동작을 제어하는 컨트롤러(100) 등이 마련되어 있다.

도시는 하지 않았지만 조작 레버(1c, 1d)는 각각 전후 좌우로 경도(傾倒) 가능하며, 레버의 경도량, 즉 레버 조작량을 전기적으로 검지하는 도시하지 않은 검출 장치를 포함하고, 검출 장치가 검출한 레버 조작량을 조작 신호로서 제어 장치인 컨트롤러(100)에 전기 배선을 통하여 출력한다. 즉, 조작 레버(1c, 1d)의 전후 방향 또는 좌우 방향으로, 유압 액추에이터(3, 4, 5, 6, 7)의 조작이 각각 할당되어 있다.

운전 전환 스위치(40)는, 유압 셔블(M1)의 운전 상태를 오퍼레이터의 조작에 의해 수동 운전과 자동 운전으로 선택적으로 전환하는 스위치이다. 운전 전환 스위치(40)에서 수동 운전이 선택되어 있는 경우에는, 오퍼레이터에 의한 조작 장치(조작 레버(1c, 1d), 주행 조작 레버(1a, 1b))의 조작에 따라 작업 기계가 동작한다. 또한, 운전 전환 스위치(40)에서 자동 운전이 선택되어 있는 경우에는, 통신 장치(44)에서 수신하는 통신 신호에 포함되는 정보(작업 정보, 작업 개시 지시, 작업 모드 등의 정보)에 기초하여 작업 기계가 자동으로 동작한다.

운전실(16)의 상부에는, 유압 셔블(M1)의 운전 상태를 주위에 통보하는 상태 통보 장치(41)가 배치되어 있다. 상태 통보 장치(41)는, 예를 들어 유압 셔블(M1)의 운전 상태에 따른 색의 발광을 행하거나, 또는 운전 상태에 따른 발광 상태(점등, 점멸 등)로 함으로써, 주위에 운전 상태를 통보한다.

또한, 운전실(16)의 상부 및 상부 선회체(10)의 후방부의 좌우에는, 유압 셔블(M1)의 주위의 물체를 검지하는 검지 센서(42a, 42b, 42c)(주위 검지 장치)가 각각 마련되어 있다. 또한, 상부 선회체(10)의 상부에는, 컨트롤러(100)의 제어에 의해, 검지 센서(42a, 42b, 42c)의 검지 결과에 따라 유압 셔블(M1)의 주위에 경보를 발보하는 경보 장치(43)가 마련되어 있다. 검지 센서(42a, 42b, 42c)는, 예를 들어 물체의 위치를 검출하는 LiDAR 장치(Light Detection and Ranging: 광 검출과 측거 장치)이다. 또한, 검지 센서(42a, 42b, 42c)는, 물체의 위치를 검지할 수 있으면 되며, 예를 들어 밀리미터파 레이더나 적외선 센서, 카메라 등을 사용해도 된다. 또한, 경보 장치(43)는, 검지 센서(42a, 42b, 42c)에 의해, 유압 셔블(M1)의 주위에 미리 정한 범위(검지 범위)에 물체(예를 들어, 작업원)가 검지된 경우에, 주위에 주의를 촉구하거나, 혹은 검지 범위로부터의 퇴피를 촉구하는 경보를 통보하는 것이다.

붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7), 선회 유압 모터(4) 및 좌우의 주행 유압 모터(3)의 동작 제어는, 엔진(14)(또는 전동 모터 등)의 원동기에 의해 구동되는 유압 펌프 장치(2)로부터 각 유압 액추에이터(3, 4, 5, 6, 7)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 컨트롤 밸브(20)로 제어함으로써 행한다. 컨트롤 밸브(20)의 동작 제어는, 도시하지 않은 전자 비례 밸브를 갖고 있고, 도시하지 않은 파일럿 펌프로부터 컨트롤 밸브(20)에 출력되는 파일럿압을 제어하는 전자 비례 밸브를 컨트롤러(100)로부터 출력되는 차체 제어 신호(동작 제어 신호)에 의해 구동함으로써 행한다.

상부 선회체(10), 붐(11)의 상부 선회체(10)의 연결부 근방, 암(12)의 붐(11)과의 연결부 근방, 및 버킷(8)의 암(12)과의 연결부 근방에는, 각각 자세 센서로서 관성 계측 장치(IMU: Inertial Measurement Unit)(13a, 13b, 13c, 13d)가 배치되어 있다. 이후, 이들 관성 계측 장치를 구별할 필요가 있는 경우에는, 각각 붐 관성 계측 장치(13a), 암 관성 계측 장치(13b), 버킷 관성 계측 장치(13c) 및 차체 관성 계측 장치(13d)라고 칭한다.

관성 계측 장치(13a, 13b, 13c, 13d)는 각속도 및 가속도를 계측하는 것이다. 관성 계측 장치(13a, 13b, 13c, 13d)가 배치된 상부 선회체(10)나 각 피구동 부재(8, 11, 12)가 정지해 있는 경우를 생각하면, 각 관성 계측 장치(13a, 13b, 13c, 13d)에 설정된 IMU 좌표계에 있어서의 중력 가속도의 방향(즉, 연직 하향 방향)과, 각 관성 계측 장치(13a, 13b, 13c, 13d)의 설치 상태(즉, 각 관성 계측 장치(13a, 13b, 13c, 13d)와 상부 선회체(10)나 각 피구동 부재(8, 11, 12)의 상대적인 위치 관계)에 기초하여, 각 피구동 부재(8, 11, 12) 방향(대지(對地) 각도: 수평 방향에 대한 각도), 및 상부 선회체(10)의 전후 방향의 대지 각도(피치각)나 좌우 방향의 대지 각도(롤각)를 자세에 관한 정보로서 검출할 수 있다. 여기서, 관성 계측 장치(13a, 13b, 13c, 13d)는, 복수의 피구동 부재(8, 11, 12) 및 상부 선회체(10)의 각각의 자세에 관한 정보(이후, 자세 정보라고 칭함)를 검출하는 자세 정보 검출 장치를 구성하고 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 자세 정보 검출 장치로서 관성 계측 장치(13a, 13b, 13c, 13d)를 예시하여 설명하였지만, 이것에 한하지 않고, 예를 들어 관성 계측 장치(13a, 13b, 13c, 13d) 대신에 경사각 센서를 사용해도 된다. 또한, 관성 계측 장치(13a, 13b, 13c) 대신에 각 피구동 부재(8, 11, 12)의 연결 부분에 포텐시오미터를 배치하여, 상부 선회체(10)나 각 피구동 부재(8, 11, 12)의 상대적인 방향(자세 정보)을 검출하고, 검출 결과로부터 각 피구동 부재(8, 11, 12)의 자세(수평면에 대한 각도)를 구해도 된다. 또한, 붐 실린더(5), 암 실린더(6) 및 버킷 실린더(7)에 각각 스트로크 센서를 배치하여, 스트로크 변화량으로부터 상부 선회체(10)나 각 피구동 부재(8, 11, 12)의 각 접속 부분에 있어서의 상대적인 방향(자세 정보)을 산출하고, 그 결과로부터 각 피구동 부재(8, 11, 12)의 자세(수평면에 대한 각도)를 구하도록 구성해도 된다.

유압 셔블(M1)은, GNSS(Global Navigation Satellite System)를 구비하고 있고, 상부 선회체(10)의 상부에는 GNSS용의 수신 안테나(GNSS 안테나)(18a, 18b)가 배치되어 있다. GNSS란 복수의 측위 위성으로부터의 측위 신호를 수신하여, 지구 상의 자기 위치를 알 수 있는 위성 측위 시스템(측위 장치)을 말한다. GNSS 안테나(18a, 18b)는, 지구 상공에 위치하는 복수의 측위 위성으로부터의 측위 신호를 수신하는 것이며, 얻어진 측위 신호에 기초하여 도시하지 않은 GNSS 수신기에서 연산을 행함으로써, GNSS 안테나(18a, 18b)의 지구 좌표계에 있어서의 위치를 취득할 수 있다. 유압 셔블(M1)에 대한 GNSS 안테나(18a, 18b)의 탑재 위치는 미리 알고 있으므로, GNSS 안테나(18a, 18b)의 지구 좌표계에 있어서의 위치를 취득함으로써, 시공 현장의 기준점에 대한 유압 셔블(M1)의 위치나 방향(방위각)을 위치 정보로서 취득할 수 있다.

컨트롤러(100)는, 유압 셔블(M1)의 전체의 동작을 제어하는 것이며, 조작 장치(1a, 1b, 1c, 1d)로부터의 조작 신호, GNSS 안테나(18a, 18b)(GNSS 수신기)로부터의 위치 정보, 관성 계측 장치(13a, 13b, 13c, 13d)로부터의 자세 정보, 운전 전환 스위치(40)로부터의 운전 전환 신호, 통신 장치(44)로부터의 통신 신호, 및 검지 센서(42a, 42b, 42c)로부터의 주위 검지 신호에 기초하여, 컨트롤 밸브(20)에 차체 제어 신호를 출력하고, 상태 통보 장치(41)에 상태 통보 신호를 출력하고, 경보 장치(43)에 경보 신호를 출력한다.

여기서, 상태 통보 장치(41), 검지 센서(42a, 42b, 42c), 경보 장치(43) 및 통신 장치(44) 중 적어도 하나는, 작업 기계인 유압 셔블(M1)에 관한 정보의 작업 기계의 내외에서의 공유를 행하는 협조 기능 장치를 구성한다.

도 2는, 유압 셔블에 탑재되는 컨트롤러의 처리 기능의 일부를 관련 구성과 함께 발출하여 도시하는 기능 블록도이다.

도 2에 있어서, 컨트롤러(100)는 상태 관리부(110), 상태 통보부(120), 통신부(130), 운전 제어부(140), 주위 검지부(150), 경보부(160), 협동 작업 판정부(170) 및 동작 제한부(180)를 갖고 있다.

상태 관리부(110)는, 운전 전환 스위치(40)로부터의 운전 전환 신호에 따라, 유압 셔블(M1)의 운전 상태를 수동 운전과 자동 운전으로 선택적으로 전환한다. 즉, 상태 관리부(110)는, 운전 전환 스위치(40)에서 선택된 운전 상태가 수동 운전과 자동 운전 중 어느 상태인지를 판정하고, 판정한 운전 상태를 상태 통보부(120) 및 운전 제어부(140)에 출력한다.

상태 통보부(120)는, 상태 관리부(110)로부터의 운전 상태에 따라 상태 통보 장치(41)에 상태 통보 신호를 출력한다. 상태 통보 장치(41)는, 예를 들어 상태 통보 신호에 따른 색을 점등함으로써, 유압 셔블(M1)의 운전 상태를 주위에 통보한다.

또한, 상태 통보부(120)는, 상태 통보 장치(41)의 이상(상태 통보 기능의 이상)을 검지하는 기능을 갖고 있으며, 예를 들어 상태 통보 장치(41)의 동작에 이상이 없는지 여부, 혹은 상태 통보 장치(41)와의 사이의 배선에 단선이 없는지 여부를 판정하고, 판정 결과를 동작 제한부(180)에 출력한다. 이상의 판정 방법에는 다양한 것이 고려되지만, 예를 들어 상태 통보부(120)와 상태 통보 장치(41)를 접속하는 신호선의 전압값이나 전류값이 소정의 범위로부터 벗어나 있지 않은지 여부, 혹은 상태 통보 장치(41)로부터의 체크 신호(예를 들어, CAN 통신에 있어서의 Arrival 신호)가 정상인지 여부 등에 의해 판정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 상태 통보 장치(41)가 정상이라고 판정한 경우에, 그 판정 결과(상태 통보 정상 판정)를 동작 제한부(180)에 출력하고, 이상이라고 판정한 경우에는, 동작 제한부(180)에는 신호를 출력하지 않는 것으로 한다.

통신부(130)는, 통신 장치(44)에서 수신한 통신 신호로부터, 작업 정보, 작업 개시 지시 및 작업 모드 등의 정보를 추출하여, 컨트롤러(100)의 각 부에 출력하는 것이다. 구체적으로는, 통신부(130)는, 작업 정보를 운전 제어부(140), 협동 작업 판정부(170) 및 동작 제한부(180)에 출력하고, 작업 개시 지시를 운전 제어부(140)에 출력하고, 작업 모드를 운전 제어부(140) 및 협동 작업 판정부(170)에 출력한다.

또한, 통신부(130)는, 통신 장치(44)에 의한 통신 두절 등의 이상(통신 기능의 이상)을 검지하는 기능을 갖고 있으며, 예를 들어 통신 장치(44)의 동작에 이상이 없는지 여부, 혹은 통신 장치(44)와의 사이의 배선에 단선이 없는지 여부를 판정하고, 판정 결과를 동작 제한부(180)에 출력한다. 이상의 판정은, 예를 들어 상태 통보부(120)와 마찬가지의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 통신 장치(44)가 정상이라고 판정한 경우에, 그 판정 결과(통신 정상 판정)를 동작 제한부(180)에 출력하고, 이상이라고 판정한 경우에는, 동작 제한부(180)에는 신호를 출력하지 않는 것으로 한다.

도 3은, 통신부에서 추출되는 작업 정보의 일례인 수치 데이터를 도시하는 도면이다. 또한, 도 4는, 작업 정보로부터 얻어지는 입체 형상의 일례를 도시하는 도면이다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 작업 정보의 수치 데이터는, 작업 영역이나 설계면을 구성하는 복수의 면을 작업 현장에 설정된 좌표계에 있어서의 3점의 좌표로 각각 나타내는 것이다. 도 3의 작업 정보를 3차원으로 나타냄으로써, 도 4에 도시하는 바와 같은 입체 형상을 얻을 수 있다. 작업 정보는, 작업 영역(WA)과 설계면(DF)을 포함하고 있다. 작업 영역(WA)은, 유압 셔블(M1)이 동작하는 것이 허가된 2차원의 영역 정보이다. 또한, 설계면(DF)은, 시공 대상의 목표 형상을 나타내는 3차원의 면 정보이다.

통신부(130)에서 추출되는 작업 모드의 정보는, 유압 셔블(M1)의 자동 운전 시에, 운전 제어부(140)에 있어서 작업 내용에 따른 동작 패턴을 생성하기 위한 지시로서 사용되는 것이다. 작업 모드에는, 설계면에 따른 형상을 굴삭하기 위한 정형 모드, 굴삭한 흙을 덤프 트럭에 싣기 위한 적재 모드 등이 있다.

주위 검지부(150)는, 검지 센서(42a, 42b, 42c)로부터의 검지 결과에 기초하여, 유압 셔블(M1)의 주위에 있어서의 물체의 유무나, 물체가 있는 경우의 그 위치 등의 정보를 주위 정보로서 연산하여, 운전 제어부(140) 및 경보부(160)에 출력한다.

또한, 주위 검지부(150)는, 검지 센서(42a, 42b, 42c)의 이상(검지 기능의 이상)을 검지하는 기능을 갖고 있으며, 예를 들어 검지 센서(42a, 42b, 42c)의 동작에 이상이 없는지 여부, 혹은 검지 센서(42a, 42b, 42c)와의 사이의 배선에 단선이 없는지 여부를 판정하고, 판정 결과를 동작 제한부(180)에 출력한다. 이상의 판정은, 예를 들어 상태 통보부(120)와 마찬가지의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 검지 센서(42a, 42b, 42c)가 정상이라고 판정한 경우에, 그 판정 결과(주위 검지 정상 판정)를 동작 제한부(180)에 출력하고, 이상이라고 판정한 경우에는, 동작 제한부(180)에는 신호를 출력하지 않는 것으로 한다.

운전 제어부(140)는, 상태 관리부(110)로부터의 운전 상태에 따라 목표 동작을 연산하여 동작 제어 신호로서 동작 제한부(180)를 통하여 컨트롤 밸브(20)에 출력하는 것이다. 운전 제어부(140)는, 운전 상태가 수동 운전인 경우에는, 조작 장치(1a, 1b, 1c, 1d)로부터의 조작 신호에 따라 유압 셔블(M1)의 목표 동작을 생성하여 출력한다. 또한, 운전 제어부(140)는, 운전 상태가 자동 운전인 경우에는, 통신부(130)로부터의 작업 정보, 작업 모드 및 작업 개시 지시에 따라, 유압 셔블(M1)의 목표 동작을 생성하여 출력한다.

또한, 운전 제어부(140)는, GNSS 안테나(18a, 18b)(GNSS 수신기)로부터의 위치 정보와, 관성 계측 장치(13a 내지 13d)로부터의 자세 정보와, 주위 검지부(150)로부터의 주위 정보에 따라 출력하는 목표 동작(동작 제어 신호)을 보정한다. 예를 들어, 자동 운전 시에 있어서, 설계면에 기초하여 연산한 버킷의 목표 궤적과 위치 자세 정보로부터 연산한 버킷의 실시의 궤적의 오차가 작아지도록 공지된 피드백 제어를 행해도 되고, 주위 정보에 포함되는 검지 물체의 위치를 피하도록 버킷의 목표 궤적을 보정해도 된다. 또한, 수동 운전 시에 있어서도, 검지 물체의 위치가 유압 셔블(M1)에 가까울수록, 유압 셔블(M1)의 동작 속도를 저하시키도록 해도 된다.

경보부(160)는, 주위 검지부(150)로부터의 주위 정보에 따라, 경보 장치(43)에 경보 신호를 출력한다. 구체적으로는, 유압 셔블(M1)의 주위에 설정된 검지 범위에서 물체를 검지한 경우에, 유압 셔블(M1)의 내외에 경보를 통보하기 위한 경보 신호를 경보 장치(43)에 출력한다.

또한, 경보부(160)는, 경보 장치(43)의 이상(경보 기능의 이상)을 검지하는 기능을 갖고 있으며, 예를 들어 경보 장치(43)의 동작에 이상이 없는지 여부, 혹은 경보 장치(43)와의 사이의 배선에 단선이 없는지 여부를 판정하고, 판정 결과를 동작 제한부(180)에 출력한다. 이상의 판정은, 예를 들어 상태 통보부(120)와 마찬가지의 방법을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 경보 장치(43)가 정상이라고 판정한 경우에, 그 판정 결과(경보 정상 판정)를 동작 제한부(180)에 출력하고, 이상이라고 판정한 경우에는, 동작 제한부(180)에는 신호를 출력하지 않는 것으로 한다.

협동 작업 판정부(170)는, 통신부(130)로부터의 작업 정보 및 작업 모드와, GNSS 수신기(18)로부터의 위치 정보에 기초하여, 유압 셔블(M1)이 협동 작업 중인지 여부를 판정하고, 판정 결과(협동 작업 판정)를 동작 제한부(180)에 출력한다. 본 실시 형태에 있어서는, 유압 셔블(M1)의 주위에서 다른 작업 기계나 작업원이 유압 셔블(M1)과 협동하기 위한 어떠한 작업을 행하는 것을 협동 작업이라고 정의한다.

동작 제한부(180)는, 상태 통보부(120)로부터의 상태 통보 정상 판정, 통신부(130)로부터의 통신 정상 판정과 작업 정보, 협동 작업 판정부(170)로부터의 협동 작업 판정, 주위 검지부(150)로부터의 주위 검지 정상 판정, 및 경보부(160)로부터의 경보 정상 판정에 기초하여, 운전 제어부(140)로부터 컨트롤 밸브(20)에 보내지는 동작 제어 신호(목표 동작)를 제한한다. 동작 제한부(180)에서 제한된 동작 제어 신호를 차체 제어 신호라고 칭한다.

도 5는, 협동 작업 판정부에 있어서의 협동 작업 판정 처리의 처리 내용을 도시하는 흐름도이다.

도 5에 있어서, 협동 작업 판정부(170)는, 우선, 버킷(8)이 미리 정한 작업 영역(WA)의 외부에 도달 가능한지 여부를 판정하고(스텝 S100), 판정 결과가 "예"인 경우에는, 협동 작업 중이라고 판정하고(스텝 S130), 처리를 종료한다.

도 6은, 작업 영역과 유압 셔블의 가동 범위의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.

버킷(8)이 미리 정한 작업 영역(WA)의 외부에 도달 가능한지 여부의 판정은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 작업 영역(WA)과 유압 셔블(M1)의 가동 범위(MA)를 비교함으로써 판정할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시하는 경우에는, 가동 범위(MA)가 작업 영역(WA)의 외측에 비어져 나와 있어, 버킷(8)이 미리 정한 작업 영역(WA)의 외부에 도달 가능하다고 판정할 수 있다. 이 경우에는, 작업 영역(WA)의 바로 외측에서 다른 작업 기계나 작업원이 작업을 행하고 있을 가능성이 있는 점에서, 협동 작업 중이라고 판정한다.

도 5로 되돌아가서, 스텝 S100에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우, 즉 버킷(8)이 미리 정한 작업 영역(WA)의 외부에 도달 가능하지 않다고 판정한 경우에는, 작업 모드가 적재 모드인지 여부를 판정하고(스텝 S110), 판정 결과가 "예"인 경우에는, 협동 작업 중이라고 판정하고(스텝 S130), 처리를 종료한다. 적재 작업에 있어서는, 덤프 트럭 등의 다른 기계에 굴삭 대상을 실을 가능성이 높기 때문에, 협동 작업 중이라고 판정하고 있다. 또한, 적재 모드 이외라도 다른 기계가 유압 셔블(M1)의 주위에 존재할 가능성이 높은 작업이면 협동 작업 중이라고 판정해도 된다.

또한, 스텝 S110에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우, 즉 작업 모드가 적재 모드가 아닌, 다른 작업 모드인 경우에는, 협동 작업 중이 아니라고 판정하고(스텝 S120), 처리를 종료한다.

도 7은, 동작 제한부에 있어서의 동작 제한 처리의 처리 내용을 도시하는 흐름도이다.

도 7에 있어서, 동작 제한부(180)는, 우선, 상태 통보 기능이 정상인지 여부와(스텝 S200), 경보 기능이 정상인지 여부와(스텝 S210), 통신 기능이 정상인지 여부와(스텝 S220), 검지 기능은 정상인지 여부를 판정하고(스텝 S230), 스텝 S200 내지 S230의 판정 결과가 모두 "예"인 경우에는, 통상의 감속 영역에서의 감속 제어를 행하고(스텝 S240), 처리를 종료한다.

도 8은, 작업 영역과 통상의 감속 영역의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.

도 8에 있어서, 감속 영역(DA1)은, 작업 영역(WA)의 외주를 따라 그 내측에 마련되어 있다. 감속 제어란, 유압 셔블(M1)의 적어도 일부(예를 들어 버킷(8))가 감속 영역(DA1)에 있어서 이동하는 경우에, 작업 영역(WA)의 경계선에 접근할수록 동작 속도를 작게 함으로써, 유압 셔블(M1)이 작업 영역으로부터 일탈하는 것을 방지하는 제어이다. 동작 속도의 제한은, 동작 제한부(180)에 의해 동작 제어 신호를 제한함으로써 행한다.

도 7로 되돌아가서, 스텝 S200 내지 S230의 어느 것에서의 판정 결과가 "아니오"인 경우, 즉 상태 통보 기능, 경보 기능, 통신 기능 및 검지 기능 중 적어도 하나의 기능에 이상이 있다고 판정한 경우에는, 유압 셔블(M1)이 동작 중인지 여부와(스텝 S201), 협동 작업 중인지 여부를 판정한다(스텝 S202). 스텝 S201에 있어서의 판정에서는, 예를 들어 제어 주기에 있어서의 1주기 전의 차체 제어 신호가 소정값 이상인 경우에 동작 중이라고 판정한다.

스텝 S201, S202의 양쪽의 판정 결과가 "예"인 경우, 즉 유압 셔블(M1)이 동작 중이며, 또한 협동 작업 중은 아닌 경우에는, 유압 셔블(M1)의 이동을 제한(정지 혹은 감속)하도록 동작 제어 신호를 제한하고(스텝 S203), 또한 확대된 감속 영역에서의 감속 제어를 행하고(스텝 S204), 처리를 종료한다.

도 9는, 작업 영역과 확대된 감속 영역의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.

도 9에 있어서, 확대된 감속 영역(DA2)은, 통상의 감속 영역(DA1)보다 작업 영역(WA)의 내측을 향하여 확대되어 마련되어 있다. 감속 영역(DA2)에 의한 감속 처리에서는, 감속 영역(DA1)에 의한 감속 처리에 비하여, 작업 영역(WA)의 외주로부터 보다 먼 위치에 있어서 유압 셔블(M1)의 속도의 감속이 행해지기 때문에, 보다 확실하게 유압 셔블(M1)이 작업 영역으로부터 일탈하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 감속 영역(DA2)에 의한 감속 처리에서는, 유압 셔블의 동작 속도가 평균적으로 느려진다(완만해진다)고 할 수 있다.

도 7로 되돌아가서, 스텝 S201, S202 중 적어도 어느 한쪽의 판정 결과가 "아니오"인 경우, 즉 유압 셔블(M1)이 동작 중이 아니거나, 혹은 협동 작업 중인 경우에는, 프론트 작업기(15)의 동작을 제한(정지 혹은 감속)하도록 동작 제어 신호를 제한하고(스텝 S205), 스텝 S203, S204의 처리를 거쳐 처리를 종료한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 동작 제어 신호를 제한함으로써, 유압 셔블(M1)의 이동이나 프론트 작업기(15)의 각각의 동작의 속도를 정지하거나 감속하거나 하는(즉, 수치적으로 작게 하거나 하는) 것에 추가하여, 프론트 작업기(15)는 동작시키지만 주행은 동작시키지 않는다(정지시킨다)고 하는 것과 같이 특정의 액추에이터의 동작을 정지할 수 있다.

이상과 같이 구성한 본 실시 형태의 효과를 설명한다.

종래 기술에 있어서는, 조작 장치와 작업 기계 사이의 통신에 장해가 생긴 경우에, 주행 억제 지시 신호로서 정지 지시 신호나 감속 신호를 송신하여 운반 차량을 정지 또는 감속시킴으로써, 작업 기계와 운반 차량의 접촉을 방지한다. 그러나, 작업 기계에 탑승한 오퍼레이터가 조작을 행하는 경우나 자율 작업을 행하는 경우에 있어서, 작업을 행하는 기능이 정상인 경우에는, 작업의 수행에 대하여 통신의 장해가 문제가 되지 않는 경우가 있다. 즉, 이러한 경우에는, 통신의 장해에 대한 작업 기계의 정지나 감속은 과잉 제어이며, 작업 효율의 불필요한 저하를 초래해 버린다.

이에 비해 본 실시 형태에 있어서는, 다른 작업 기계나 작업원과의 협동 작업을 행하는 유압 셔블(M1)에 있어서, 유압 셔블을 동작시키는 유압 액추에이터(구동 장치)인 붐 실린더(5), 암 실린더(6), 버킷 실린더(7), 선회 유압 모터(4) 및 좌우의 주행 유압 모터(3)와, 유압 셔블(M1)에 관한 정보의 유압 셔블(M1)의 내외에서의 공유를 행하는 협조 기능 장치(상태 통보 장치(41), 검지 센서(42a, 42b, 42c), 경보 장치(43) 및 통신 장치(44))와, 유압 셔블(M1)의 동작을 제어하는 동작 제어 신호를 연산하여, 구동 장치에 출력하는 컨트롤러(100)를 구비하고, 컨트롤러(100)는, 협조 기능 장치에 이상이 있는 경우에는, 유압 셔블(M1)의 동작을 제한하도록 구동 장치에 출력되는 동작 제어 신호를 제한함과 함께, 유압 셔블(M1)이 협동 작업 중인 경우에는, 협동 작업을 행하고 있지 않은 경우보다 유압 셔블(M1)의 동작의 제한 정도가 강해지도록 동작 제어 신호를 제한하도록 구성하였으므로, 작업 기계의 과도한 동작 제한을 억제함으로써, 작업 효율의 불필요한 저하를 억제할 수 있다.

즉, 상태 통보 기능, 경보 기능, 통신 기능, 검지 기능 중 어느 것이 정상이 아닌 경우라도, 동작 중이며 협동 작업 중이 아닌 경우에는, 프론트 작업기(15)에 의한 작업을 계속하는 것이 가능하기(과도한 동작 제한을 행하지 않기) 때문에, 작업 효율의 불필요한 저하를 억제할 수 있다.

또한, 동작 정지 중 또는 협동 작업 중인 경우, 즉 다른 작업 기계나 작업원이 유압 셔블(M1)의 주위에 있을 가능성이 있는 경우에는, 프론트 작업기(15)의 동작을 제한할 수 있다.

<제2 실시 형태>

본 발명의 제2 실시 형태를 도 10 및 도 11을 참조하면서 설명한다.

본 실시 형태는, 제1 실시 형태에 있어서의 컨트롤러(100)의 기능부 중, 주위 검지부(150)(검지 센서(42a, 42b, 42c)를 포함함), 경보부(160)(경보 장치(43)를 포함함) 및 협동 작업 판정부(170) 중 적어도 하나의 기능을 유압 셔블(M1)의 외부(예를 들어, 관리 사무소 내의 관리 서버 등)에 마련하여 제어 시스템을 구성하는 경우를 나타내는 것이다.

도 10 및 도 11은, 본 실시 형태에 관한 제어 시스템의 처리 기능을 도시하는 도면이며, 도 10은 유압 셔블에 탑재되는 컨트롤러의 처리 기능의 일부를 관련 구성과 함께 발출하여 도시하는 기능 블록도, 도 11은 관리 서버의 처리 기능의 일부를 관련 구성과 함께 발출하여 도시하는 도면이다. 도면 중, 제1 실시 형태와 마찬가지의 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 설명을 생략한다.

도 10에 있어서, 컨트롤러(100A)는 상태 관리부(110), 상태 통보부(120), 통신부(130), 운전 제어부(140) 및 동작 제한부(180)를 갖고 있다.

운전 제어부(140)는, GNSS 안테나(18a, 18b)(GNSS 수신기)로부터의 위치 정보와, 관성 계측 장치(13a 내지 13d)로부터의 자세 정보와, 통신 장치(44) 및 통신부(130)를 통하여 관리 서버(200)로부터 보내지는 주위 정보에 따라 출력하는 목표 동작(동작 제어 신호)을 보정한다.

동작 제한부(180)는, 상태 통보부(120)로부터의 상태 통보 정상 판정과, 통신부(130)로부터의 통신 정상 판정 및 작업 정보와, 통신 장치(44) 및 통신부(130)를 통하여 관리 서버(200)로부터 보내지는 협동 작업 판정, 주위 검지 정상 판정 및 경보 정상 판정에 기초하여, 운전 제어부(140)로부터 컨트롤 밸브(20)에 보내지는 동작 제어 신호(목표 동작)를 제한한다.

또한, 도 11에 있어서, 관리 서버(200)는 통신부(130A), 주위 검지부(150), 경보부(160) 및 협동 작업 판정부(170), 작업 모드 설정부(210) 및 작업 정보 기억부(220)를 갖고 있다.

통신부(130A)는, 통신 장치(244)에서 수신한 통신 신호로부터, 유압 셔블(M1)에 마련된 GNSS 안테나(18a, 18b)(GNSS 수신기)에 의해 얻어진 위치 정보를 추출하여, 협동 작업 판정부에 출력함과 함께, 관리 서버(200)의 주위 검지부(150)에서 얻어진 주위 정보 및 주위 검지 정상 판정과, 경보부(160)에서 얻어진 경보 정상 판정과, 협동 작업 판정부(170)에서 얻어진 협동 작업 판정을 통신 장치(244)를 통하여 유압 셔블(M1)에 출력하는 것이다.

주위 검지부(150)는, 유압 셔블(M1)의 외부(예를 들어, 유압 셔블(M1)의 주위이며, 작업 범위를 검지 범위로 하는 위치)에 마련된 1개 이상의 검지 센서(242)로부터의 검지 결과에 기초하여, 유압 셔블(M1)의 주위에 있어서의 물체의 유무나, 물체가 있는 경우의 그 위치 등의 정보를 주위 정보로서 연산하여, 통신부(130A) 및 경보부(160)에 출력한다. 또한, 주위 검지부(150)는, 주위 검지 정상 판정의 결과를 통신부(130A)에 출력한다.

경보부(160)는, 주위 검지부(150)로부터의 주위 정보에 따라, 경보 장치(43)에 경보 신호를 출력한다. 또한, 경보부(160)는, 경보 정상 판정의 결과를 통신부(130A)에 출력한다.

협동 작업 판정부(170)는, 작업 모드 설정부(210)에서 설정된 작업 모드와, 작업 정보 기억부(220)에 기억된 작업 정보와, 통신부(130A)를 통하여 얻어지는 유압 셔블(M1)의 위치 정보에 기초하여, 유압 셔블(M1)이 협동 작업 중인지 여부를 판정하여, 판정 결과(협동 작업 판정)를 통신부(130A)에 출력한다.

경보 장치(242)는, 유압 셔블(M1)의 주위나 관리 서버(200)가 설치되는 관리 사무소 등에 설치되어 있고, 컨트롤러(100A) 및 관리 서버(200)의 제어에 의해, 검지 센서(242)의 검지 결과에 따라 유압 셔블(M1)의 주위 및 관리 사무소의 관리자에게 경보를 발보하는 것이다.

그 밖의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

이상과 같이 구성한 본 실시 형태에 있어서도 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

<부기>

또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 여러 가지의 변형예나 조합이 포함된다. 또한, 본 발명은 상기 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않으며, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 상기 각 구성, 기능 등은, 그것들의 일부 또는 전부를, 예를 들어 집적 회로로 설계하는 등에 의해 실현해도 된다. 또한, 상기 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어로 실현해도 된다.

1a, 1b, 1c, 1d: 조작 장치
2: 유압 펌프 장치
3: 주행 유압 모터
4: 선회 유압 모터
5: 붐 실린더
6: 암 실린더
7: 버킷 실린더
8: 버킷
9: 하부 주행체
10: 상부 선회체
11: 붐
12: 암
13a, 13b, 13c, 13d: 관성 계측 장치(IMU)
14: 엔진
15: 프론트 작업기
16: 운전실
18a, 18b: GNSS 안테나
20: 컨트롤 밸브
40: 운전 전환 스위치
41: 상태 통보 장치
42a, 42b, 42c, 242: 검지 센서
43, 243: 경보 장치
44, 244: 통신 장치
100, 100A: 컨트롤러
110: 상태 관리부
120: 상태 통보부
130, 130A: 통신부
140: 운전 제어부
150: 주위 검지부
160: 경보부
170: 협동 작업 판정부
180: 동작 제한부
200: 관리 서버
210: 작업 모드 설정부
220: 작업 정보 기억부
DA1, DA2: 감속 영역
DF: 설계면
M1: 유압 셔블
MA: 가동 범위
WA: 작업 영역

Claims

다른 작업 기계나 작업원과의 협동 작업을 행하는 작업 기계에 있어서,
상기 작업 기계를 동작시키는 구동 장치와,
상기 작업 기계에 관한 정보의 상기 작업 기계의 내외에서의 공유를 행하는 협조 기능 장치와,
상기 작업 기계를 동작시키는 상기 구동 장치를 제어하는 컨트롤러를 구비하고,
상기 컨트롤러는, 상기 협조 기능 장치에 이상이 있는 경우에는, 상기 작업 기계의 동작을 제한하도록 상기 구동 장치를 제어함과 함께, 상기 작업 기계가 상기 협동 작업 중인 경우에는, 상기 협동 작업을 행하고 있지 않은 경우보다 상기 작업 기계의 동작의 제한 정도가 강해지도록 상기 구동 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 협조 기능 장치는, 상기 작업 기계의 외부와의 정보의 수수를 행하는 통신 장치, 상기 작업 기계의 주위의 물체를 검지하는 주위 검지 장치, 상기 작업 기계의 동작 상태를 상기 작업 기계의 외부에 통보하는 상태 통보 장치, 및 상기 주위 검지 장치의 검지 결과에 기초하여 상기 작업 기계의 외부에 경보를 통보하는 경보 장치 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 협조 기능 장치에 이상이 있는 경우이며, 또한 상기 작업 기계가 동작 중이 아닌 경우에는, 상기 협동 작업을 행하고 있지 않은 경우보다 상기 작업 기계의 동작의 제한 정도가 강해지도록 상기 구동 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 작업 기계의 작업 대상이 되는 범위로서 미리 정해진 작업 영역과, 상기 작업 기계의 가동 범위의 비교 결과에 기초하여, 상기 작업 기계가 협동 작업 중인지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.
다른 작업 기계나 작업원과의 협동 작업을 행하는 작업 기계의 동작을 제어하는 제어 시스템에 있어서,
상기 작업 기계를 동작시키는 구동 장치와, 상기 구동 장치를 제어하는 컨트롤러를 갖는 작업 기계와,
상기 작업 기계에 관한 정보의 상기 작업 기계의 내외에서의 공유를 행하는 협조 기능 장치를 구비하고,
상기 컨트롤러는, 상기 협조 기능 장치에 이상이 있는 경우에는, 상기 작업 기계의 동작을 제한하도록 상기 구동 장치를 제어함과 함께, 상기 작업 기계가 상기 협동 작업 중인 경우에는, 상기 협동 작업을 행하고 있지 않은 경우보다 상기 작업 기계의 동작의 제한 정도가 강해지도록 상기 구동 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제5항에 있어서, 상기 협조 기능 장치는, 상기 작업 기계의 주위의 물체를 검지하는 주위 검지 장치, 상기 주위 검지 장치의 검지 결과에 기초하여 상기 작업 기계의 외부에 경보를 통보하는 경보 장치, 및 상기 작업 기계가 협동 작업을 행하고 있는지 여부를 판정하는 판정 장치 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.