KR20190117626A - 작업 기계 - Google Patents

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히로시 사카모토
다쿠야 나카
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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

작업 기계의 주위에 대하여 필요 충분한 감시를 행하면서 작업 효율을 향상시킨다. 하부 주행체(132)에 프론트 작업기를 구비하는 상부 선회체(131)를 선회 가능하게 마련하고, 주위를 감시하는 주위 감시 장치(200)를 구비한 작업 기계에 있어서, 주위 감시 장치(200)는, 작업 기계의 프론트 작업기의 작업 상태를 검출하는 센서로부터 수신한 작업 상태와 지형 데이터를 사용하여 작업 영역을 설정하고, 작업 기계의 주위의 장해물을 검출하는 장해물 센서에 있어서 검출된 작업 기계의 주위의 장해물 각각에 대하여, 설정된 작업 영역 및 당해 장해물과 작업 기계의 상대 위치를 사용하여 접근도를 산출하고, 접근도에 따른 제어 지시를 출력하는 정보 컨트롤러(161)를 갖는다.

Description

작업 기계
본 발명은 작업 기계의 주위 감시 기술에 관한 것이다.
작업 기계에 있어서는, 주위 감시가 필수이다. 주위 감시 기술의 일례로서, 예를 들어 주위 감시를 행하여, 유압 셔블의 버킷의 선단이 장해물에 간섭하지 않도록 제어하는 기술이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 「기체 본체의 현재 위치, 상부 선회체의 방위, 붐, 암, 버킷의 회전각 검지값으로부터 버킷 선단 위치의 좌표를 연산하고, 해당 연산 좌표가, 미리 설정되는 간섭 회피 범위에 들어간 경우, 버킷 선단의 상하 방향 및 수평 방향의 이동 속도를 감속하여, 장해물로부터 미리 설정되는 거리에 이르면 정지하도록 제어(요약 발췌)」하고 있다.
일본 특허 공개 제2006-307436호 공보
특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 작업 기계, 장해물, 주위의 지형의 관계를 고려하고 있지 않다. 이 때문에, 실제로는 장해물과의 접촉 가능성이 낮은 경우라도, 작업 기계와 장해물의 거리가 가까운 경우는, 경보가 출력되거나, 회피 제어가 이루어지거나 한다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 작업 기계의 주위에 대하여, 필요 충분한 감시를 행하면서 작업 효율을 향상시키는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 프론트 작업기를 구비하는 상부 선회체를 하부 주행체에 대하여 선회 가능하게 마련하고, 주위를 감시하는 주위 감시 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 주위 감시 장치는, 상기 작업 기계의 상기 프론트 작업기의 작업 상태를 검출하는 센서로부터 수신한 작업 상태와 지형 데이터를 사용하여 작업 영역을 설정하고, 상기 작업 기계의 주위의 장해물을 검출하는 장해물 센서에 있어서 검출된 상기 작업 기계의 주위의 장해물 각각에 대하여, 설정된 상기 작업 영역 및 당해 장해물과 상기 작업 기계의 상대 위치를 사용하여 접근도를 산출하고, 상기 접근도에 따른 제어 지시를 출력하는 정보 컨트롤러를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 작업 기계의 주위에 대하여, 필요 충분한 감시를 행하면서 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 상기한 것 이외의 과제 및 효과는 발명을 실시하기 위한 형태에서 명확해진다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 개관을 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 유압 셔블의 제어 시스템의 개요를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 명세서에서 사용하는 차체 좌표계를 설명하기 위한 설명도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 유압 셔블의 동작 신(scene)의 예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 유압 셔블의 동작 신의 다른 예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 유압 셔블의 동작 신의 또 다른 예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태의 주위 감시 장치의 기능 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태의 위치 관계 판별 처리의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태의 변환 후 장해물 정보의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태의 변환 후 지형 정보의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태의 신뢰도 맵 산출 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태의 신뢰도 맵 산출 처리의 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태의 작업 영역 설정 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태의 작업 영역 설정 처리의 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태의 작업 영역 설정 처리 중의 주변 처리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태의 작업 영역 설정 처리 중의 주변 처리의 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시 형태의 작업 영역 맵의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 18은 본 발명의 실시 형태의 접근도 산출 처리의 흐름도이다.
도 19의 (a)는 본 발명의 실시 형태의 동작 데이터 베이스의 일례를 설명하기 위한 설명도이고, (b)는 본 발명의 실시 형태의 모니터에 표시되는 표시 화면 예를 설명하기 위한 설명도이다.
도 20은 본 발명의 실시 형태의 지시 출력 처리의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서 동일한 기능을 갖는 것은, 특별히 정하지 않은 한, 동일한 부호를 붙여, 그 반복된 설명은 생략하는 경우가 있다.
본 실시 형태에서는, 작업 기계의 주위의 지형 정보를 고려하여, 당해 작업기의 주위의 장해물마다 그 접근도를 레벨로 나누어, 레벨에 따른 경고 및 제어를 행한다.
이하, 본 실시 형태에서는, 작업 기계로서, 유압 셔블을 예로 들어 설명한다. 또한, 작업 기계는 유압 셔블에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도저나 로더여도 된다.
[구성]
먼저, 본 실시 형태의 유압 셔블(100)의 개략 구성을 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 유압 셔블(100)의 개관을 도시하는 도면이다.
유압 셔블(100)은 다관절형 프론트 작업기(110)와 차체(130)를 구비한다. 다관절형 프론트 작업기(110)는 붐(111)과 암(112)과, 버킷(113)을 구비한다. 붐(111)과 암(112)과 버킷(113)은 각각, 붐 실린더(121)와 암 실린더(122)와 버킷 실린더(123)의 각 액추에이터에 의해 구동되어, 굴삭 및 토사의 운반을 한다.
차체(130)는 상부 선회체(131)와 하부 주행체(132)를 구비한다. 상부 선회체(131) 및 하부 주행체(132)는 선회 모터(124)의 구동에 의해 선회하고, 좌우의 주행 모터(125, 126)의 구동에 의해 전후 방향으로 주행 및 회전 주행한다.
또한, 상부 선회체(131)는 운전실(151)을 구비한다. 운전실(151)에는 조작 레버(152), 출력 장치(예를 들어, 모니터(153), 버저(154)(도 2 참조) 등)가 설치된다.
또한, 붐(111), 암(112), 버킷(113) 및 상부 선회체(131)는, 각각의 회동 각을 검출하는 각도 검출기(181, 182, 183 및 184)를 구비한다.
또한, 유압 셔블(100)은 장해물 정보를 취득하는 외계 인식 센서(156)(도 2 참조)를 구비한다. 외계 인식 센서(156)는, 예를 들어 카메라, 레이더, 레이저 스캐너 등이다.
[제어 시스템]
이어서, 본 실시 형태의 유압 셔블(100)의, 제어 시스템의 개요를 설명한다. 도 2는 유압 셔블(100)의 제어 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
유압 셔블(100)은 엔진(143)과, 유압 펌프(142)와, 컨트롤 밸브(141)와, 컨트롤러(162)와, 정보 컨트롤러(161)를 더 구비한다.
유압 펌프(142)는 엔진(143)의 동력에 의해 작동한다. 오퍼레이터가 조작 레버(152)를 조작하면, 그 조작 정보는 컨트롤러(162)에서 제어 신호로 변환된다. 제어 신호는 유압 펌프(142)와 컨트롤 밸브(141)로 보내져, 유압 펌프(142)의 출력 및 컨트롤 밸브(141)의 전자 밸브를 제어한다. 이들에 의해, 선회 모터(124)와, 주행 모터(125, 126)와, 붐 실린더(121)와, 암 실린더(122)와, 버킷 실린더(123)는 구동된다.
정보 컨트롤러(161)는 컨트롤러(162)와, 버저(154)와, 모니터(153)와, 기억 매체(155)에 접속된다. 정보 컨트롤러(161)는 버저(154) 및 모니터(153)를 통한 오퍼레이터로의 정보 제시나 컨트롤러(162)로의 컨트롤 밸브(141)의 제어 지시의 출력, 장해물이나 지형 정보를 사용한 연산 처리를 행한다.
또한, 정보 컨트롤러(161)는 유압 셔블(100)의 외부와 데이터의 송수신을 행하는 통신 기능을 구비하고 있어도 된다.
본 실시 형태에서는, 기억 매체(155)에는 장해물 데이터 베이스(DB)(310)와 지형 DB(320)와, 동작 DB(330)가 기억된다.
장해물 DB(310)는 유압 셔블(100)의 주위의 장해물 정보를 유지한다. 유지하는 장해물 정보는, 예를 들어 외계 인식 센서(156) 등으로 취득된다. 또한, 장해물 정보는, 예를 들어 유압 셔블(100)의 외부에 설치된 센서에 의해 취득되어, 무선 통신에 의해 정보 컨트롤러(161)로 송신되어도 된다. 또한, 외계 인식 센서(156)로 취득한 정보와, 송신된 정보의 조합이어도 된다. 장해물 DB(310)가 유지하는 장해물 정보는 소정의 시간 간격으로, 외계 인식 센서(156) 등으로부터 송신되어, 갱신된다.
이하, 본 명세서에서는, 장해물은 유압 셔블(100)이 작업의 대상으로 하지 않는 물체 또는 구조물을 가리킨다.
지형 DB(320)는 유압 셔블(100)의 주위의 지도 정보(지형 정보)를 유지한다. 유지하는 지형 정보는 장해물 정보와 마찬가지로, 예를 들어 외계 인식 센서(156)로 취득한다. 또한, 예를 들어 유압 셔블(100)의 외부에 설치된 센서에 의해 취득되어, 무선 통신에 의해 정보 컨트롤러(161)로 송신되어도 된다. 장해물 정보와 마찬가지로, 그것들의 조합이어도 된다. 또한, 유압 셔블(100)의 외부에 설치된 서버 등에 보존된 데이터가 설정되어도 된다.
지형 DB(320)가 유지하는 지형 정보는 소정의 시간 간격으로 갱신된다.
동작 DB(330)는 후술하는 바와 같이, 각 장해물에 설정한 레벨마다의 제어 동작을 유지한다.
본 실시 형태에서는, 정보 컨트롤러(161)가 기억 매체(155)에 저장되는 각종 데이터를 사용하여, 후술하는 주위 감시 장치(200)를 실현한다.
본 실시 형태의 주위 감시 장치(200)의 설명에 앞서, 본 실시 형태의 개요를 설명한다.
먼저, 본 명세서에서 사용하는 좌표계에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 도 3에 도시하는, 차체(130)에 고정된 차체 좌표계(900)를 사용한다. 차체 좌표계(900)는 유압 셔블(100)의 무게 중심을 원점으로 하여, 수평면 상에 X축과 Y축을 취하고, 연직 방향에 Z축을 취하는 직교 좌표계이다. 본 명세서에서는, 차체(130)의 좌우 방향에 X축을 취하고, 수평면 상에서 X축에 직교하는 방향을 Y축으로 한다.
도 4의 (a) 내지 도 6의 (b)는 유압 셔블(100)의 동작 신 예의 설명도이다. 일반적으로, 유압 셔블(100)의 작업 반경 내에 장해물이 있는 경우, 접촉 가능성이 높다. 그러나, 유압 셔블(100)과 장해물 사이에, 소정의 높이의 둑(711)이 있는 경우, 둑의 높이, 재질에 따라 접촉 가능성이 변화된다. 여기서는, 유압 셔블(100)의 차체(130)로부터 가장 먼 위치에 버킷(113)이 있는 경우를 예로 들어 설명한다. 이들 도면에 있어서, 버킷(113)의 선단의 높이를 710이라고 한다.
또한, 도 4의 (a), 도 5의 (a) 및 도 6의 (a)는 유압 셔블(100)을 정면으로부터 본 도면이고, 도 4의 (b), 도 5의 (b) 및 도 6의 (b)는 유압 셔블(100)을 바로 위로부터 본 도면이다.
도 4의 (a) 및 도 4의 (b)는 유압 셔블(100)과 장해물(720) 사이에, 버킷(113)의 선단의 높이(710)보다 낮은 둑(711)이 있는 경우의 동작 신이다.
이와 같은 경우, 가령 장해물(720)과 유압 셔블(100) 사이에 둑(711)이 있었다고 해도, 그 둑(711)의 높이가, 버킷(113)의 선단의 높이(710)보다 낮기 때문에, 버킷(113)이 회전하면 당해 장해물(720)에 접촉될 가능성이 높다. 이 때문에, 본 실시 형태의 주위 감시 장치(200)에서는, 이와 같은 위치에 있는 장해물(720)에 대해서는, 접촉될 가능성을 높게 설정하고, 경고의 대상으로 한다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 유압 셔블(100)과 장해물(720) 사이에, 버킷(113)의 선단의 높이(710)보다 높고, 또한 안정된 지반의 둑(711)이 있는 경우의 동작 신이다. 이와 같은 경우는, 당해 장해물(720)에 버킷(113)이 접촉될 가능성은 낮다. 본 실시 형태의 주위 감시 장치(200)에서는, 이와 같은 위치에 있는 장해물(720)에 대해서는, 접촉될 가능성을 0으로 설정하고, 경고의 대상으로 하지 않는다.
또한, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 유압 셔블(100)과 장해물(720) 사이에, 버킷(113)의 선단의 높이보다 높지만, 안정되지 않은 지반의 둑(711)이 있는 경우의 동작 신이다. 이와 같은 경우, 둑(711)이 붕괴되어, 장해물(720)에 접촉될 가능성이 있다. 따라서, 본 실시 형태에서 주위 감시 장치(200)는 접촉될 가능성을 있음이라고 설정하고, 경고의 대상으로 한다.
[주위 감시 장치]
이하, 상기와 같은 경고 제어를 실현하는 본 실시 형태의 주위 감시 장치(200)를 설명한다. 도 7은 본 실시 형태의 주위 감시 장치(200)의 기능 블록도이다.
주위 감시 장치(200)는 장해물 정보 취득부(211)와, 지형 정보 취득부(221)와, 기계 상태 취득부(231)와, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)와, 작업 영역 설정부(223)와, 조작 상태 판정부(232)와, 접근도 산출부(224)와, 동작 지시부(241)를 구비한다.
장해물 정보 취득부(211)에 의해, 유압 셔블(100)의 주위의 장해물을 검출하는 장해물 센서인 외계 인식 센서(156)로 검출한 각 장해물의, 차체 좌표계(900)에서의 위치 정보를 얻는다.
또한, 장해물 정보 취득부(211)에서는 지형 데이터를 차체 좌표계(900)로 변환하고, 차체 좌표계(900)에서의 지형 데이터를 얻는다. 또한, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)에서는 지형 정보의, 위치마다의 신뢰도 정보를 얻는다.
기계 상태 취득부(231)에서는 유압 셔블(100)의 각 부에 배치된 센서로 취득한 데이터로부터, 버킷(113)을 포함하는 다관절형 프론트 작업기(110)의 각 부의 위치 정보 등을 얻고, 조작 상태 판정부(232)에서는, 다관절형 프론트 작업기(110)의 선회각 속도를 얻는다.
그리고, 작업 영역 설정부(223)에서는 지형 데이터와 신뢰도와 다관절형 프론트 작업기(110)의 각 부의 위치 정보 등으로부터 작업 영역을 설정하고, 접근도 산출부(224)에서는 설정된 작업 영역과 장해물 정보를 사용하여, 각 장해물의 접근도 레벨을 산출한다.
동작 지시부(241)에서는 각 장해물의 접근도 레벨에 따라 경고 동작을 결정하고, 경고 동작에 따른 제어 지시를 유압 셔블(100)의 각 부에 출력한다.
또한, 이들 각 부는 정보 컨트롤러(161)가, 미리 정한 프로그램을 메모리에 로드하여 실행함으로써 실현된다. 프로그램은, 예를 들어 기억 매체(155) 등에 저장된다. 또한, 정보 컨트롤러(161)가, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(field-programmable gate array) 등의 하드웨어를 구비하고, 전부 또는 일부의 기능은 이것들에 의해 실현되어도 된다. 또한, 각 부의 처리에 사용하는 각종 데이터, 처리 중에 생성되는 각종 데이터는, 메모리 또는 기억 매체(155)에 저장된다.
이하, 각 부의 처리의 상세를 설명한다.
[장해물 정보 취득부]
장해물 정보 취득부(211)는 장해물 DB(310)로부터 유압 셔블(100)의 주위의 장해물 정보를 취득하고, 차체 좌표계(900)로 변환한다. 장해물 정보 취득부(211)는 소정의 시간 간격으로, 장해물 DB(310)로부터 장해물 정보를 취득한다. 또한, 취득하는 타이밍은 장해물 DB(310)의 정보 갱신과 동기되어 있어도 되고, 미리 정한 타이밍이어도 된다. 이때, 먼저, 장해물 정보 취득부(211)의 출력으로부터, 유압 셔블(100)의 주위의 장해물의 유무를 판정한다. 그리고, 장해물 있음이라고 판정된 경우, 장해물 정보로부터 얻어지는 각 장해물의 위치 정보를, 각각, 차체 좌표계(900)로 변환하고, 변환 후 장해물 정보로서 산출한다. 변환식은 미리 유지해 둔다.
[장해물 정보 취득 처리]
장해물 정보 취득부(211)에 의한 장해물 정보 취득 처리의 흐름을 설명한다. 도 8은 장해물과의 위치 관계 판별 처리의 흐름이다.
<스텝 S1100>
장해물 정보 취득부(211)는 장해물 DB(310)로부터 장해물 정보를 취득한다.
<스텝 S1101>
장해물 정보 취득부(211)는 장해물 DB(310)로부터 취득한 장해물 정보를 참조하여, 유압 셔블(100)의 주위의 장해물의 유무를 판정한다. 예를 들어, 장해물 정보로서 송신되는 위치 정보의 수로 판정한다.
<스텝 S1102>
스텝 S1101에 있어서, 장해물 있음이라고 판정된 경우, 장해물 정보 취득부(211)는 장해물의 수를, 장해물 수 Mobj(Mobj는 1 이상의 정수)로 설정한다. 또한, 각 장해물에 대하여, 그 위치 정보를, 각각, 차체 좌표계(900)의 값으로 변환하고, 변환 후 장해물 정보로서, 예를 들어 기억 매체(155) 등에 일시적으로 유지하고, 처리를 종료한다.
<스텝 S1103>
또한, 스텝 S1101에 있어서, 장해물 없음이라고 판정된 경우, 장해물 정보 취득부(211)는 장해물의 수 Mobj(Mobj는 1 이상의 정수)에 0을 설정하고, 변환 후 장해물 정보로서 유지하고, 처리를 종료한다.
여기서, 변환 후 장해물 정보의 일례를 도 9에 도시한다. 본 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 변환 후 장해물 정보(311)는 장해물마다의 위치 정보(x, y, z)(314)를 유지한다. 또한, 장해물마다 장해물 ID(313)를 붙여, 함께 유지해도 된다. 또한, 장해물마다 레코드 번호(312)를 붙여, 레코드 번호를 더 유지해도 된다.
[지형 정보 취득부]
지형 정보 취득부(221)는 소정의 시간 간격으로, 지형 DB(320)로부터 유압 셔블(100)의 주위의 지형 정보를 취득하고, 차체 좌표계(900)로 변환하고, 변환 후 지형 정보를 생성한다. 생성한 변환 후 지형 정보는 지형 정보 신뢰도 평가부(222)와, 작업 영역 설정부(223)에 출력된다.
여기서, 변환 후 지형 정보의 일례를 도 10에 도시한다. 본 실시 형태의 변환 후 지형 정보(321)는, 본 도면에 도시한 바와 같이, 소정 영역을 격자상 영역으로 분할한 각 격자상 영역에 대하여, 높이(321a), 재질 정보(재질 데이터)(321b), 데이터를 취득한 시각(321c), 데이터를 취득한 센서의 종류(321d)를 구비한다.
소정의 영역은, 예를 들어 지형 정보를 취득한 센서의 시야 범위, 외부에 유지한 지도 데이터의 커버 범위, 혹은 장해물 정보를 취득한 외계 인식 센서(156)의 시야 범위 등이다. 또한, 재질 정보(321b)는, 예를 들어 토사, 돌, 바위 등 재질 그 자체를 특정하는 정보여도 되고, 당해 영역의 경도여도 된다.
또한, 격자상 영역의 사이즈는 정보 컨트롤러(161)의 처리 능력, 기억 매체(155)의 용량을 고려하여, 미리 정해둔다.
[지형 정보 신뢰도 평가부]
지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 지형 정보 취득부(221)로부터 수신한 변환 후 지형 정보(321)로부터, 지형 정보의 신뢰도를 산출한다. 지형 정보의 신뢰도는 지형 정보의 취득 시간, 취득 센서의 종류를 기초로 산출된다. 신뢰도는 각 격자상 영역에 대하여 산출된다. 이하, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)의 산출 결과를 신뢰도 맵이라고 칭한다. 산출된 신뢰도 맵은 작업 영역 설정부(223)에 출력된다.
여기서, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)에 의한 신뢰도 맵 산출 처리를 설명한다. 도 11은 본 실시 형태의 신뢰도 맵 산출 처리를 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 신뢰도 맵 산출 처리의 처리 흐름이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 변환 후 지형 정보(321)의, 각 격자상 영역에 대하여, 미리 정한 순으로 신뢰도를 설정한다. 또한, 도 11에는 좌표계 등을 명시하기 위해, 유압 셔블(100)이 표시되어 있지만, 실제의 변환 후 지형 정보(321)에는 유압 셔블(100)의 정보는 포함되지 않아도 된다. 이하, 다른 변환 후 지형 정보(321)의 도면에 대해서도 마찬가지이다.
상술한 바와 같이, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 지형 정보 취득부(221)가 소정의 시간 간격으로, 변환 후 지형 정보(321)를 생성하고, 당해 변환 후 지형 정보(321)를 수신할 때마다 처리를 행한다. 이하, 지형 정보 취득부(221)는 Δt 간격으로 처리를 행하는 것으로 하고, 최신의 변환 후 지형 정보(321)를 수신한 타이밍을 t라고 한다.
이하, n번째의 격자상 영역을 Area(n), 시각 t에 설정한, Area(n)의 신뢰도를 α(n, t)라고 표기한다. 또한, n은 1 이상의 정수이다.
<스텝 S1201>
도 12에 도시한 바와 같이, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 먼저, 처리의 카운터로서 기능하는 n에 1을 대입한다.
<스텝 S1202>
지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 격자상 영역 Area(n)의 변환 후 지형 정보를 취득한다. 여기서는, 당해 영역의 높이(321a), 재질 정보(321b), 데이터를 취득한 시각(데이터 취득 시각)(321c), 데이터를 취득한 센서의 종류(321d)를 취득한다. 또한, 취득한 이들 정보를, 시각 t에 대응짓고, 기억 매체(155)에 일시적으로 유지해 둔다.
<스텝 S1203>
이어서, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 격자상 영역 Area(n)의 지형 정보가 갱신되었는지 여부를 판정한다. 여기서는, 격자상 영역 Area(n)의 데이터 취득 시각(321c)을, 1회전에 취득한 동일 영역의 데이터 취득 시각(321c)과 비교한다. 양자가 합치이면 갱신 없음, 비합치이면 갱신 있음이라고 판단한다.
<스텝 S1204>
이어서, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 시각 t의 격자상 영역 Area(n)의 신뢰도 α(n, t)를 설정한다. 이때, 스텝 S1203에서 갱신 있음이라고 판단한 경우(예), 지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 당해 지형 정보를 취득한 센서에 미리 대응지어진 신뢰도 αs를, α(n, t)로 설정한다. 또한, 센서마다의 신뢰도 αs는 미리 기억 매체(155) 등에 유지해 둔다.
<스텝 S1205>
한편, 스텝 S1203에서 갱신 없음이라고 판단된 경우(아니오), 지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 시각(t－Δt)에 있어서의 지형 정보의 신뢰도 αn(t－Δt)에, 계수 St를 승산한 것을, αn(t)이라고 설정한다. 또한, 계수 St는, 전회의 처리 시로부터의 경과 시간(Δt)과 센서의 종류에 따라 미리 설정되고, 기억 매체(155) 등에 유지된다.
<스텝 S1206, 1207>
지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 전체 격자상 영역에 대하여 처리를 종료했는지 여부를 판별하여(n＝N?), 미처리의 영역이 있는 경우, n을 1 인크리먼트하고(n＝n＋1), 스텝 S1202로 복귀된다.
전체 격자상 영역에 대하여 처리를 종료하면, 지형 정보 신뢰도 평가부(222)는 각 Area(n)의 시각 t의 신뢰도 α(n, t)를, 시각 t의 신뢰도 맵으로서, 작업 영역 설정부(223)에 출력하고, 처리를 종료한다.
[기계 상태 취득부]
기계 상태 취득부(231)는 다관절형 프론트 작업기(110)가 구비하는 각도 검출기(181, 182, 183, 184)의 출력으로부터 기계 상태를 산출한다. 또한, 본 명세서에서는, 다관절형 프론트 작업기(110)의 각 부의 위치, 속도, 선회 반경을, 기계 상태라고 칭한다. 이 기계 상태는 상부 선회체(131), 붐(111), 암(112), 버킷(113)의 각도 검출기(181, 182, 183, 184)의 출력 θ1, θ2, θ3, θ4로부터 산출된다. 각 부의 위치는 차체 좌표계(900)의 좌표값으로 표시된다. 또한, 산출한 기계 상태는 산출 시각과 함께, 기억 매체(155)에 유지된다. 또한, 조작 상태 판정부(232), 작업 영역 설정부(223)에 출력된다.
[조작 상태 판정부]
조작 상태 판정부(232)는 기계 상태 취득부(231)가 산출한 기계 상태로부터, 다관절형 프론트 작업기(110)의 선회각 속도 ωbkt를 산출한다. 산출에는, 예를 들어 상부 선회체(131)의 선회 중심으로부터 가장 이격된 부위인 다관절형 프론트 작업기(110)의 선단부의 위치의 정보를 사용한다. 즉, 최신의 산출 시각에 대응지어 기억 매체(155)에 보존된 선단부의 위치의 정보와, 과거의 산출 시각에 대응지어 보존된 선단부의 위치의 정보를 사용하여, 선회각 속도 ωbkt를 산출한다. 본 실시 형태에서는, 이 다관절형 프론트 작업기(110)의 선회각 속도 ωbkt를 조작 상태라고 칭한다.
[작업 영역 설정부]
작업 영역 설정부(223)는 변환 후 지형 정보와, 신뢰도 맵과, 기계 상태를 사용하여, 변환 후 지형 정보(321)의 범위 내에, 작업 영역을 설정한다. 구체적으로는, 변환 후 지형 정보(321)의 각 격자상 영역에 대하여, 작업 영역인지, 비작업 영역인지를 판정하고, 각각, 판정 결과를 설정하고, 작업 영역 맵을 작성한다. 작성한 작업 영역 맵은 접근도 산출부(224)에 출력된다.
또한, 본 명세서에서는, 작업 영역은 유압 셔블(100)의 상태에 기초하여, 유압 셔블(100)이 도달 가능한 영역으로 한다. 작업 영역 설정부(223)는 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정 처리를, 상술한 어느 정보를 새롭게 수신할 때마다 행한다. 또한, 특정한 정보를 새롭게 수신한 때 행하도록, 미리 정해도 된다.
작업 영역 설정부(223)에 의한 작업 영역 설정 처리를, 도 13 내지 도 17을 사용하여 설명한다. 도 13, 도 15, 도 17은 작업 영역 설정 처리의 개요의 설명도이고, 도 14 및 도 16은 작업 영역 설정 처리의 처리 흐름이다.
상술한 바와 같이, 본 명세서에서는, 상술한 바와 같이 작업 영역은, 유압 셔블(100)이 도달 가능한 영역이다. 즉, 다관절형 프론트 작업기(110)가 현상태의 작업 상태를 유지한 상태에서, 상부 선회체(131)가 선회한 경우에, 유압 셔블(100)이 도달 가능한 영역이다.
일례를 도 13에 도시한다. 본 도면은 버킷(113)이, 다관절형 프론트 작업기(110)의, 상부 선회체(131)의 선회 중심으로부터 가장 이격된 위치에 있고, 또한 다관절형 프론트 작업기(110) 중에서 최하단에 위치하는 경우의 작업 상태이다. 본 도면에 도시한 바와 같이, 차체 좌표계(900)에 있어서의 xy 평면 상에서는, 원점을 중심으로 하여, 원점과, 버킷(113)의 선단 위치의 xy 투영점을 연결하는 선분을 반경으로 한 원주(520)의 내부가, 기본적으로는 작업 영역이다. 이하, 원주(520)를 작업기 도달 원(520)이라고 칭한다.
그러나, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)를 사용하여 설명한 바와 같이, 유압 셔블(100)의 실제의 주위의 지형에는 기복이 있다. 예를 들어, 도 13에 도시한 바와 같이, 버킷(113)의 선단 위치의 고도보다도 높고, 지반이 안정된 둑(531)이나, 버킷(113)의 선단 위치의 고도보다도 고도는 높지만, 붕괴될 가능성이 있는 토사(532) 등이 포함된다. 따라서, 예를 들어 작업기 도달 원(520) 내부라도, 둑(531) 위나 그 배후 등의 영역은 유압 셔블(100)이 도달 가능한 영역이 아니다.
본 실시 형태에서는, 이와 같은 지형 정보도 가미하여, 작업 영역을 설정한다. 이 때문에, 작업 영역 설정부(223)는 작업 영역 설정 처리에 있어서, 먼저, 명확하게 비작업 영역인 영역을 특정한다. 또한, 명확한 비작업 영역은 작업기 도달 원(520) 외와, 작업기 도달 원(520) 내의, 지형 데이터가 소정의 신뢰도를 갖고, 또한 지반이 단단하고 다관절형 프론트 작업기(110)의 최하단부보다 고도가 높은 영역(고고도 영역; 예를 들어, 둑(531))이다. 한편, 작업기 도달 원(520) 내의, 지형 데이터의 신뢰도가 낮은 영역이나, 다관절형 프론트 작업기(110)의 최하단부보다 고도가 높은 영역이라도, 지반이 무른 영역(예를 들어, 토사(532))은 비작업 영역으로서 특정되지 않는다.
그리고, 비작업 영역 이외를 작업 영역 후보라고 하고, 작업 영역 후보 중을, 더 상세하게 판단하여, 비작업 영역과 작업 영역을 특정한다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는, 둑(531)보다도, 유압 셔블(100)로부터 반경 방향 먼쪽 영역에 대해서는, 가령 작업기 도달 원(520) 내라도, 비작업 영역이라고 한다.
이하, 상기 방법에 의한 작업 영역 설정 방법의 처리의 흐름을, 도 14 및 도 16에 따라 설명한다.
작업 영역 설정 처리에서는, 변환 후 지형 정보(321)의 격자상 영역 Area(n)마다 판정을 행한다. 이하, Area(n)의 xy 평면 상의 중심 위치의, 차체 좌표계(900)의 좌표를 (Xn, Yn), 고도를 hn이라고 한다. 또한, 신뢰도의 판정에 사용하는 신뢰도 역치 αth는 미리 기억 매체(155) 등에 유지해 둔다.
<스텝 S1300>
작업 영역 설정부(223)는 기계 상태를 사용하여, 반경 방향의 역치(반경 역치) Rth를 산출함과 함께, 높이 방향의 역치(높이 역치) hth를 설정한다.
반경 역치 Rth는 Rth＝√((Xb)2＋(Yb)2)＋Kr로 산출된다. 여기서, Xb, Yb는 상부 선회체(131)의 선회 중심으로부터 가장 이격된 부위인 다관절형 프론트 작업기(110)의 선단부의 수평면(xy 평면) 상의 위치, 즉 xy 좌표이다. 또한, Kr은 미리 설정된 값이다. 또한, 높이 역치 hth는 hth＝hb＋Kh로 산출된다. 여기서, hb는 다관절형 프론트 작업기(110)의, 지면에 가장 가까운 위치(최하단)의 높이이다. 또한, Kh는 미리 설정된 값이다.
이들 반경 역치 Rth 및 높이 역치 hth는, 각도 검출기(181, 182, 183)의 값으로부터 유일하게 결정된다. 따라서, 예를 들어 미리 계산하고, 얻어진 값을 기억 매체(155)에 보존해 두어도 된다.
<스텝 S1301>
먼저, 카운터 n을 1로 설정한다.
<스텝 S1302>
이어서, 작업 영역 설정부(223)는 판정 대상의 격자상 영역(판정 대상 영역) Area(n)가, 이미 작업 영역 판정된 영역인지 여부를 판정한다. 판정되어 있지 않은 영역, 즉 미판정 영역이라고 판정된 경우는 스텝 S1303으로, 판정된 영역이라고 판정된 경우는 스텝 S1311로 이행한다.
본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 스텝 S1308에 있어서, 주변 처리를 행한다. 이 주변 처리에 있어서, 처리순에 관계되지 않고, 판정 대상 영역에 대하여, 먼저 판정이 이루어질 가능성이 있다. 이와 같은 영역의 중복 판정을 방지하기 위해, 본 처리가 이루어진다.
<스텝 S1303>
스텝 S1303에서 미판정으로 된 경우(예), 작업 영역 설정부(223)는 판정 대상 영역 Area(n)가, 작업기 도달 원(520) 내인지 여부를 판별한다. 여기서는, 원점으로부터 판정 대상 영역 Area(n)의 중심 좌표(Xn, Yn)까지의 거리 Rn과, 반경 역치 Rth의 비교로 판정한다. 또한, 거리 Rn은 Rn＝√((Xn)2＋(Yn)2)에 의해 산출된다.
거리 Rn이 반경 역치 Rth보다 큰 경우(Rn>Rth)는, 당해 판정 대상 영역 Area(n)는 작업기 도달 원(520) 외라고 판정하고, 스텝 S1309로 이행한다. 한편, 거리 Rn이 반경 역치 Rth 이하인 경우(Rn≤Rth)는, 판정 대상 영역 Area(n)는 작업기 도달 원(520) 내라고 판정하고, 스텝 S1304로 이행한다.
<스텝 S1309>
여기서는, 작업 영역 설정부(223)는 판정 대상 영역 Area(n)를 비작업 영역이라고 설정한다. 예를 들어, 기억 매체(155)에 미리 마련된 작업 영역 맵용의 영역의, 판정 대상 영역 Area(n)에 대응하는 영역에 비작업 영역인 것을 의미하는 정보를 등록한다.
<스텝 S1304>
스텝 S1303에서, 판정 대상 영역 Area(n)가 작업기 도달 원(520) 내라고 판정된 경우, 작업 영역 설정부(223)는 판정 대상 영역 Area(n)의 지형 정보가 신뢰에 충분한 것인지 여부를 판정한다. 여기서는, 판정 대상 영역 Area(n)의, 최신의 지형 정보의 신뢰도 α(n, t)가, 신뢰도 역치 αth 이상인지 여부를 판정한다.
신뢰도 α(n, t)가 신뢰도 역치 αth 미만인 경우(α(n, t)<αth), 스텝 S1310으로 이행한다. 한편, 신뢰도 α(n, t)가 신뢰도 역치 αth 이상인 경우(α(n, t)≥αth) 스텝 S1305로 이행한다. 즉, 신뢰도가 낮은 경우는, 그 후의 판정을 행하지 않고, 먼저 작업 영역 후보로 한다.
<스텝 S1310>
여기서는, 작업 영역 설정부(223)는 판정 대상 영역 Area(n)를, 작업 영역 후보라고 설정한다. 예를 들어, 기억 매체(155)의 작업 영역 맵용의 영역의, 판정 대상 영역 Area(n)에 대응하는 영역에 작업 영역 후보인 것을 의미하는 정보를 등록한다.
<스텝 S1305>
충분한 신뢰도가 있다고 판정된 경우, 작업 영역 설정부(223)는 판정 대상 영역 Area(n)의 고도 hn이 높이 역치 hth 이상인지 여부를 판정한다. 고도 hn은 변환 후 지형 정보의 높이(321a)를 사용한다. hn이 hth 이상이라고 판정된 경우(hn≥hth)는 스텝 S1306으로, hn이 hth 미만이라고 판정된 경우(hn<hth)는 스텝 S1310으로 진행한다.
<스텝 S1306>
판정 대상 영역 Area(n)의 고도 hn이 높이 역치 hth 이상이라고 판정된 경우, 당해 판정 대상 영역 Area(n)의 재질을 판정한다. 여기서는, 판정 대상 영역 Area(n)의 지형의 재질이, 건물·둑 등, 지반이 안정된 것인 경우, 재질이 단단하다고 판정하고, 한편, 토사와 같이 무너지기 쉬운 재질인 경우, 재질이 단단하지 않다고 판정한다. 재질이 단단하다고 판정된 경우 스텝 S1307로 이행하고, 그 이외인 경우는 스텝 S1310으로 이행한다.
판정은, Area(n)의 재질 정보(321b)를 사용하여 행한다. 재질 정보(321b)가, 예를 들어 재질 그 자체를 특정하는 정보인 경우, 미리 각 재질에 대하여, 단단한지 여부를 기억 매체(155) 등에 등록해 둔다. 예를 들어, 바위, 콘크리트 등에 대해서는, 단단하다고 등록해 둔다. 등록이 없는 것에 대해서는, 재질이 단단하다고 판정하지 않는다.
또한, 재질 정보(321b)로서, 재질의 경도가 등록되어 있는 경우는, 판정 기준의 경도 역치를 마련하고, 당해 역치 이상의 경도를 갖고 있는 경우, 재질이 단단하다고 판정한다.
<스텝 S1307>
여기서는, 작업 영역 설정부(223)는 판정 대상 영역 Area(n)를, 비작업 영역이라고 설정한다. 예를 들어, 기억 매체(155)의 작업 영역 맵용의 영역의, 판정 대상 영역 Area(n)에 대응하는 영역에 비작업 영역인 것을 의미하는 정보를 등록한다. 그리고, 스텝 S1308의 주변 처리로 이행한다.
<스텝 S1308>
여기서는, 작업 영역 설정부(223)는 주변 처리를 행하고, 작업 영역 후보라고 설정된 격자상 영역 중에, 비작업 영역이라고 설정해야 할 영역이 있는지 여부를 판정한다. 주변 처리에서는 작업 영역 후보 중, 비작업 영역이라고 설정해야 할 영역이라고 판정된 영역은, 비작업 영역이라고 설정하고, 그 이외의 영역을 작업 영역이라고 설정한다. 주변 처리의 상세는 후술한다.
<스텝 S1311, S1312>
그리고, 작업 영역 설정부(223)는 전체 격자상 영역에 대하여, 판정을 종료했는지 여부를 판단하여(n＝N?), 종료되어 있지 않은 경우는 카운터 n을 1 인크리먼트하고, 스텝 S1302로 복귀되어, 처리를 반복한다.
한편, 전체 격자상 영역에 대하여, 판정을 종료한 경우, 작업 영역 맵 내의 작업 영역 후보를 작업 영역이라고 설정하고, 작업 영역 판정 처리를 종료한다.
여기서, 스텝 S1308의 주변 처리를 설명한다. 도 15에 작성 도중의 작업 영역 맵(351)의 일례를 도시한다. 여기서는, 예를 들어 변환 후 지형 정보(321)의 각 격자상 영역을, 도면 중 좌측 상부의 영역으로부터 순서대로 일렬씩 화살표 방향으로 판정 처리를 행하는 것으로 한다. 또한, 본 도면에 있어서, 작업 영역 후보 영역(511a)은 사선 없음으로 하고, 비작업 영역(512)에는 사선을 긋는다.
예를 들어, 작업 영역 맵(351) 내의 영역(552)은 위치, 고도의 정보만으로는 작업 영역이라고 판정된다. 또한, 영역(552)의 재질의 신뢰도는 충분한 것으로 한다. 그러나, 실제는 유압 셔블(100)과 영역(552) 사이에, 지반이 견고한 둑(531)이 있고, 유압 셔블(100)(본 도면에 있어서는, 버킷(113))이 도달할 수 없기 때문에, 비작업 영역에 해당한다.
주변 처리에서는, 이와 같은 영역을 확실하게 비작업 영역이라고 설정한다. 즉, 영역(552)과 원점 사이의 어느 영역(551)에 대하여 작업 영역 설정 처리를 행할 때, 영역(552)에 대해서도, 함께 판정 처리를 행한다.
도 16은 본 실시 형태의 작업 영역 설정부(223)에 의한 주변 처리(상기 스텝 S1308)의 처리 흐름이다. 주변 처리에서는, 작업 영역 후보라고 판정된 영역 중에서 상기 스텝 S1307에서 비작업 영역이라고 판정된 영역과, 반경 방향 동 방향이며, 더 멀어지는 방향의 영역을 비작업 영역이라고 설정한다.
<스텝 S1401>
작업 영역 설정부(223)는 격자상 영역 Area(n)의 위치(좌표(Xn, Yn))에 기초하여, θn＝cos-1(Xn/Rn)을 계산한다. 여기서, Rn은 원점으로부터 Area(n)까지의 거리이다. 또한, 산출되는 θn은 Area(n) 방향의, x축의 정의 방향으로부터의 편각이다.
<스텝 S1402>
이하, 작업 영역 설정부(223)는 변환 후 지형 정보(321)의 각 격자상 영역 Area(i)에 대하여, 순서대로 판정을 행한다. i는 1 이상 N 이하의 정수이다. 먼저, i에 1을 설정한다.
<스텝 S1403>
작업 영역 설정부(223)는 격자상 영역 Area(i)에 대하여, 기억 매체(155)를 참조하여, 이미 비작업 영역이라고 판정되어 있는지 여부를 판정한다.
그리고, 이미 비작업 영역이라고 판정되어 있는 영역이라면, 스텝 S1407로 진행한다. 한편, 미판정, 혹은 작업 영역 후보라고 판정되어 있는 영역이라면, 스텝 S1404로 진행한다.
<스텝 S1404>
이어서, 작업 영역 설정부(223)는 격자상 영역 Area(i)에 대하여, 판정 대상 영역 Area(n)와의 위치 관계를 판별한다. 그리고, 판정 대상 영역 Area(n)보다도, 유압 셔블(100)에 가까운 경우, Area(i)에 대해서는, 그대로 작업 영역 후보로 한다. 여기서는, 원점으로부터 격자상 영역 Area(i)까지의 거리 Ri와, Rn을 비교하여, 판정한다. 또한, Ri는 Ri＝√(Xi2＋Yi2)로 산출된다.
여기서, Ri가 Rn 이하(Ri≤Rn)인 경우, 격자상 영역 Area(i)는 판정 대상 영역 Area(n)보다도 유압 셔블(100)에 가까운 영역이기 때문에, 그대로 스텝 S1407로 진행한다. 한편, Ri가 Rn보다 큰(Ri>Rn) 경우, 스텝 S1405로 진행한다.
<스텝 1405>
이어서, 작업 영역 설정부(223)는 격자상 영역 Area(i)의 방향과 판정 대상 영역 Area(n)의 방향을 비교한다. 동 방향이 아닌 경우, Area(i)에 대해서는, 그대로 작업 영역 후보로 한다. 판정은 Area(i)의 편각 θi 및 Area(n)의 편각 θn을 사용하여 행한다. θi는 θi＝cos-1(Xi/√(Xi2＋Yi2))로 산출된다.
편각 θi가 θn과 다른 경우, 격자상 영역 Area(i)의 방향은 판정 대상 영역 Area(n)와는 다르기 때문에, 그대로 스텝 S1407로 이행한다. 한편, θi가 θn에 일치하는 경우, 격자상 영역 Area(i)는 판정 대상 영역 Area(n)와 동 방향이다. 즉, 도 15의 영역(551)과 영역(552)의 관계이다. 이 경우, 스텝 S1406으로 이행한다.
<스텝 S1406>
여기서는, 작업 영역 설정부(223)는 Area(i)를 비작업 영역이라고 설정하고, 스텝 S1407로 이행한다.
<스텝 S1407, S1408>
그리고, 작업 영역 설정부(223)는 전체 격자상 영역에 대하여, 판정을 종료했는지 여부를 판단하여(i＝N?), 종료되어 있지 않은 경우는, 카운터 i를 1 인크리먼트하고, 스텝 S1403으로 복귀되어, 주변 처리를 반복한다.
한편, 전체 격자상 영역에 대하여, 판정을 종료한 경우, 주변 처리를 종료한다.
작업 영역 설정부(223)에 의한 작업 영역 판정 처리 및 주변 처리에 의해 작성된 작업 영역 맵(351)의 일례를 도 17에 도시한다. 본 도면에 있어서, 사선 없음의 영역은 작업 영역(511)이고, 비작업 영역(512)에는 사선을 긋는다.
본 도면에 도시한 바와 같이, 예를 들어 가령 작업기 도달 원(520)의 내부라도, 다관절형 프론트 작업기(110)의 최하단의 높이보다 높은 둑(531) 및 둑(531)의 이측은 비작업 영역(512)이라고 설정된다. 또한, 본 도면의 예에서는, 다관절형 프론트 작업기(110)의 최하단은 버킷(113)의 최하단이다. 또한, 둑(531)의 이측은 유압 셔블(100)로부터 둑(531) 방향으로 보아, 둑(711)보다 원거리에 있는 영역이다. 또한, 재질이 토사(532) 등이라고 판정된 영역은, 가령 버킷(113)의 높이보다 높아도, 작업기 도달 원(520)의 내부라면, 작업 영역(511)이라고 설정된다.
또한, 상기 작업 영역 설정 처리에 있어서는, 지형 데이터의 신뢰도, 지형의 높이, 위치, 재질 등 모든 조건을 사용하여 작업 영역을 설정했지만, 반드시 모든 조건을 사용하지 않아도 된다. 또한, 판정순도 상기 방법에 한정되지 않는다.
[접근도 산출부]
접근도 산출부(224)는 변환 후 장해물 정보와, 작업 영역 맵(351)과, 기계 상태와, 조작 상태를 사용하여, 각 장해물의 접근도를 산출한다. 접근도는 미리 정한, 유압 셔블(100)과 장해물의 접근의 정도(레벨)를 나타내는 값이다.
접근도 산출부(224)에 의한 접근도 산출 처리의 상세를 설명한다. 도 18은 본 실시 형태의 접근도 산출부(224)에 의한 접근도 산출 처리의 처리 흐름이다. 접근도의 레벨은 판정 대상 장해물이 작업 영역(511) 내인지 여부, 작업 영역(511) 내에 있는 경우, 버킷(113)의, 판정 대상 장해물로의 도달 시간 등으로 판정한다.
본 실시 형태에서는, 예를 들어 판정에 다관절형 프론트 작업기(110)의, 판정 대상 장해물로의 도달 시간으로서 Tttc를 사용한다. 또한, 도달 시간 Tttc는 이하의 식 (1)로 산출된다.
Tttc＝cos-1(Xm/√(Xm2＋Ym2))/ωbkt …(1)
여기서, Xm, Ym은 판정 대상 장해물의 차체 좌표계에서의 x, y 좌표이다. 또한, ωbkt는 조작 상태, 즉, 다관절형 프론트 작업기(110)의 선회각 속도이다.
이하, 접근도 산출부(224)가 이하와 같이, 레벨 1, 레벨 2, 레벨 3을 설정하는 경우를 예로 들어 접근도 산출 처리를 설명한다. 여기서는, 레벨 1은 장해물이 작업 영역(511) 내이고, 또한 도달 시간 Tttc가 소정의 역치 Tth 이하인 경우 설정된다. 레벨 2는 작업 영역(511) 내이고, 또한 도달 시간 Tttc가 소정의 역치보다 큰 경우 설정된다. 또한, 레벨 3은 작업 영역(511) 외인 경우 설정된다.
또한, 레벨 1은 가장 긴급도가 높은 레벨이고, 레벨 3은 긴급도가 낮은 레벨이고, 레벨 2는 레벨 1과 레벨 3 사이의 긴급도의 레벨이다.
<스텝 S1501>
먼저, 접근도 산출부(224)는 변환 후 장해물 정보(311)를 사용하여, 유압 셔블(100)의 주위의 장해물의 유무를 판정한다. 여기서는, 예를 들어 장해물 수 Mobj 등을 사용하여 판정한다.
장해물이 존재하지 않는 경우, 즉, Mobj가 0인 경우, 접근도 산출부(224)는 접근도 산출 처리를 종료한다. 장해물이 없기 때문에, 판정이 불필요하다.
<스텝 S1502>
한편, 장해물이 있는 경우, 즉, Mobj가 1 이상인 경우, 각 장해물에 대하여, 접근도를 결정하고, 설정하는 처리를 행한다. 여기서는, 각 장해물에 연번을 붙여, 1번부터 순서대로 이하의 처리를 행한다. 먼저, 연번의 카운터 m에 1을 설정한다. 여기서, m은 1 이상의 정수이다.
<스텝 S1503>
먼저, 접근도 산출부(224)는 처리 대상 장해물 Obj(m)가 작업 영역(511) 내에 존재하고 있는지 여부를 판정한다. 이것은, 변환 후 장해물 정보의 위치 정보(314)와, 작업 영역 맵(351)을 사용하여 판정한다.
처리 대상 장해물 Obj(m)가 작업 영역(511) 내에 존재하지 않는다고 판정한 경우, 스텝 S1506으로 진행한다. 한편, 처리 대상 장해물 Obj(m)가 작업 영역(511) 내에 존재한다고 판정한 경우, 스텝 S1504로 진행한다.
<스텝 S1506>
여기서는, 처리 대상 장해물 Obj(m)의 접근도 βm에 3을 설정하고, 스텝 S1509로 이행한다. 예를 들어, 기억 매체(155)의 소정의 영역에, 처리 대상 장해물 Obj(m)에 대응지어 3을 유지한다.
<스텝 S1504>
여기서는, 접근도 산출부(224)는 상기 방법으로 처리 대상 장해물 Obj(m)의 도달 시간 Tttc(m)를 산출한다.
<스텝 S1505>
접근도 산출부(224)는 도달 시간 Tttc(m)를, 미리 유지하는 역치 Tth와 비교한다. 여기서는, 부호를 포함한 대소를 판정한다. 즉, Tttc(m)/Tth가 1 이하인 경우 스텝 S1506으로 진행하고, 1보다 큰 경우 스텝 S1508로 진행한다.
<스텝 S1506>
여기서는, 접근도 산출부(224)는 처리 대상 장해물 Obj(m)의 접근도 βm으로서, 1을 설정한다. 스텝 S1508과 마찬가지로, 기억 매체(155) 등에 유지한다.
<스텝 S1507>
여기서는, 접근도 산출부(224)는 처리 대상 장해물 Obj(m)의 접근도 βm으로서, 2를 설정한다. 스텝 S1508과 마찬가지로, 기억 매체(155) 등에 유지한다.
<스텝 S1509, S1510>
접근도 산출부(224)는 변환 후 장해물 정보(311)에 유지되는 모든 장해물에 대하여, 접근도를 설정했는지 여부를 판별하여(m＝Mobj?), 설정하고 종료되어 있지 않은 경우는, 카운터 m을 1 인크리먼트하고, 스텝 S1503으로 복귀되어, 처리를 반복한다. 한편, 모든 장해물에 대하여 설정을 종료한 경우는, 처리를 종료한다.
[동작 지시부]
동작 지시부(241)는 접근도 산출부(224)가 산출한 접근도 β에 따라, 경고 동작을 결정하고, 당해 경고 동작을 실현하는 제어 지시를, 유압 셔블(100)의 각 부에 출력한다. 경고 동작은, 예를 들어 모니터(153)나 버저(154)를 사용한 오퍼레이터로의 경보 출력이나 유압 셔블(100)의 조작 제어 등이다.
이어서, 동작 지시부(241)에 의한, 동작 지시 처리의 상세를 설명한다. 본 실시 형태에서는, 동작 지시부(241)는 접근도 산출부(224)가 결정한 각 장해물의 접근도 레벨에 따라, 경고로서 실행하는 동작을 결정하고, 대응하는 제어 지시를 출력한다.
본 실시 형태에서는, 접근도 βm을 설정한 장해물 Obj(m)마다, 동작 DB(330)를 참조하여, 동작을 결정한다. 그리고, 당해 동작을 실행하도록 유압 셔블(100)의 각 부에 제어 지시를 낸다.
동작 DB(330)의 일례를 도 19의 (a)에 도시한다. 본 도면에 도시한 바와 같이, 동작 DB(330)에는 접근도 레벨 β331마다, 동작을 특정하는 정보(동작 정보)(332)가 유지된다.
여기서는, 예를 들어 접근도 β가 3인 경우, 장해물의 존재 위치를 나타내는 아이콘을 표시하는 지시를 모니터(153)에 출력한다. 또한, 접근도 β가 2인 경우, 접근도 β가 3일 때의 동작에 더하여, 장해물의 접근을 보고하는 동작을 행하는 지시를 모니터(153) 또는 버저(154)에 출력한다. 장해물의 접근을 보고하는 동작은, 예를 들어 모니터의 점멸, 버저음의 출력 등이다. 또한, 접근도 β가 1인 경우, 접근도 β가 2일 때의 동작에 더하여, 장해물 방향에 대한 유압 셔블(100)의 조작의 제한을 행하는 지시를 컨트롤러(162)에 출력한다. 조작의 제한은, 예를 들어 선회 억제 등이다.
또한, 경고 동작은 상기에 한정되지 않고, 다양한 동작이 고려된다.
이하, 동작 지시부(241)에 의한 지시 출력 처리의 상세를 설명한다. 도 20은 동작 지시부(241)에 의한 지시 출력 처리의 처리 흐름이다. 여기서도, 접근도 산출부(224)와 마찬가지로, 각 처리 대상 장해물에 연번을 붙여, 순서대로 처리를 행한다.
<스텝 S1601>
카운터 m에 1을 설정한다.
<스텝 S1602>
동작 지시부(241)는 처리 대상 장해물 Obj(m)의 접근도 βm을 특정하고, 동작 DB(330)를 참조하여, 대응하는 동작을 특정한다.
<스텝 S1603>
특정한 동작을 실행하는 제어 지시를, 유압 셔블(100)의 대응하는 구성에 출력한다. 대응하는 구성은, 예를 들어 운전실(151) 내의 모니터(153)나 버저(154), 컨트롤러(162) 등이다. 모니터(153)는 제어 신호에 따른 표시를 행하고, 버저(154)는 제어 신호에 따라 음성을 출력한다. 또한, 제어 신호를 수신한 컨트롤러(162)는 장해물과의 접촉을 미연에 방지하도록 컨트롤 밸브(141)를 통해, 각 부의 구동을 제어한다. 여기서는, 예를 들어 주행 모터(125, 126)나 선회 모터(124), 붐 실린더(121), 암 실린더(122) 및 버킷 실린더(123)의 구동을 제어한다.
<스텝 S1604, S1605>
모든 장해물 Obj(m)에 대하여 처리를 행하였는지 판별하여(m＝Mobj?), 미처리의 장해물 Obj(m)가 있으면 m을 1 인크리먼트하고, 스텝 S1602로 복귀되어, 처리를 반복한다. 한편, 모든 장해물에 대하여 처리가 이루어져 있으면, 처리를 종료한다.
여기서, 모니터(153)로의 출력예를 설명한다. 도 19의 (b)는 모니터(153)로의 출력예인 표시 화면(600)을 도시하는 도면이다.
모니터(153)에 표시되는 표시 화면(600)에는, 예를 들어 유압 셔블(100), 지형 정보, 작업기 도달 원, 각 장해물의 위치가 나타난다. 표시 화면(600)은 각 요소의 차체 좌표계(900)의 좌표를 표시 화상 내의 화소 위치로 변환하여 생성된다.
본 도면에 있어서, 부호 610은 유압 셔블(100)의 아이콘이다. 아이콘(610)은 유압 셔블(100)을 Z축 방향으로부터 본 형상이 모방되어 작성된다. 부호 611은 작업기 도달 원(520)에 대응한다. 또한, 부호 621, 622, 623, 624는 각각, 검출된 장해물이다.
예를 들어, 장해물(623)은 접근도 β가 3이라고 판정된다. 따라서, 장해물(623)은 장해물(623)의 존재 위치를 나타내는 아이콘(633)과 함께 표시된다.
장해물(622)은 접근도 β가 2라고 판정된다. 따라서, 장해물(622)은 장해물(622)의 존재 위치를 나타내는 아이콘(632)과 함께 표시되고, 또한 아이콘(632) 및 장해물(622)은 점멸 표시된다. 또한, 점멸 표시 대신에, 혹은 점멸 표시에 더하여, 버저(154)로부터 경고음이 출력되어도 된다.
장해물(621)은 접근도 β가 1이라고 판정된다. 따라서, 장해물(621)은 장해물(621)의 존재 위치를 나타내는 아이콘(631)과 함께 표시되어, 점멸 표시 및/또는 버저음의 출력이 이루어진다. 이때, 다시, 컨트롤러(162)를 통해 컨트롤 밸브(141)에 대하여, 제어 지시가 나와 동작이 제어된다. 또한, 출력되는 제어 지시는 선회 모터(124)의 장해물(621) 방향으로의 선회를 억제하는 지시이다.
또한, 비작업 영역 내의 장해물(624)은 표시되지 않아도 된다.
또한, 모니터(153) 등으로의 출력은 상기에 나타내는 표시 화면(600)예에 한정되지 않고, 다양한 출력이 고려된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 주위 감시 장치(200)는 하부 주행체(132)에 다관절형 프론트 작업기(110)를 구비하는 상부 선회체(131)를 선회 가능하게 마련한 유압 셔블(100)의 주위 감시 장치(200)이며, 유압 셔블(100)의 다관절형 프론트 작업기(110)의 작업 상태를 검출하는 센서(각도 검출기(181, 182, 183 및 184))로부터 수신한 작업 상태와 지형 데이터를 사용하여 작업 영역을 설정하는 작업 영역 설정부(223)와, 유압 셔블(100)의 주위의 장해물을 검출하는 장해물 센서(외계 인식 센서(156))에 있어서 검출된 유압 셔블(100)의 주위의 장해물 각각에 대하여, 설정된 작업 영역 및 당해 장해물과 유압 셔블(100)의 상대 위치를 사용하여 접근도를 산출하는 접근도 산출부(224)와, 접근도에 따른 제어 지시를 출력하는 동작 지시부(241)를 구비한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 지형 데이터를 고려하여 작업 영역을 설정하고, 그 작업 영역에 기초하여 접근도를 산출한다. 그리고, 그 접근도에 따라 경고 동작을 제어한다. 따라서, 지형을 고려한 경고 동작을 행할 수 있다. 이 때문에, 과잉의 경보 출력이나, 과잉의 회피 제어를 억제할 수 있다. 따라서, 작업 기계의 주위에 대하여, 필요 충분한 감시를 행하면서, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 작업 영역을 결정하는 데 있어서, 유압 셔블(100)의 도달 범위, 지형 데이터의 신뢰성, 지형의 고도, 지형의 재질 등을 고려한다. 이 때문에, 더 높은 정밀도로 작업 영역을 결정할 수 있다. 그리고, 고정밀도로 결정한 작업 영역에 기초하여 접근도를 산출하기 때문에, 더 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 접근도에 따라 경고 동작을 바꾸기 때문에, 오퍼레이터는 장해물과의 접근의 정도를 직감적으로 파악할 수 있어, 더 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
100 : 유압 셔블
110 : 다관절형 프론트 작업기
111 : 붐
112 : 암
113 : 버킷
121 : 붐 실린더
122 : 암 실린더
123 : 버킷 실린더
124 : 선회 모터
125 : 주행 모터
126 : 주행 모터
130 : 차체
131 : 상부 선회체
132 : 하부 주행체
141 : 컨트롤 밸브
142 : 유압 펌프
143 : 엔진
151 : 운전실
152 : 조작 레버
153 : 모니터
154 : 버저
155 : 기억 매체
156 : 외계 인식 센서
161 : 정보 컨트롤러
162 : 컨트롤러
181 : 각도 검출기
182 : 각도 검출기
183 : 각도 검출기
184 : 각도 검출기
200 : 주위 감시 장치
211 : 위치 관계 판별부
221 : 지형 정보 취득부
222 : 지형 정보 신뢰도 평가부
223 : 작업 영역 설정부
224 : 접근도 산출부
231 : 기계 상태 취득부
232 : 조작 상태 판정부
241 : 동작 지시부
310 : 장해물 DB
311 : 변환 후 장해물 정보
312 : 레코드 번호
313 : 장해물 ID
314 : 위치 정보
320 : 지형 DB
321 : 변환 후 지형 정보
321a : 높이
321b : 재질 정보
321c : 데이터 취득 시각
321d : 센서종
330 : 동작 DB
331 : 접근도 레벨 β
332 : 동작 정보
351 : 작업 영역 맵
511 : 작업 영역
511a : 작업 영역 후보 영역
512 : 비작업 영역
520 : 작업기 도달 원
531 : 둑
532 : 토사
551 : 영역
552 : 영역
600 : 표시 화면
610 : 아이콘
611 : 작업기 도달 원 표시
621 : 장해물
622 : 장해물
623 : 장해물
624 : 장해물
631 : 아이콘
632 : 아이콘
633 : 아이콘
710 : 높이
711 : 둑
720 : 장해물
900 : 차체 좌표계

Claims (9)

  1. 프론트 작업기를 구비하는 상부 선회체를 하부 주행체에 대하여 선회 가능하게 마련하고, 주위를 감시하는 주위 감시 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
    상기 주위 감시 장치는,
    상기 작업 기계의 상기 프론트 작업기의 작업 상태를 검출하는 센서로부터 수신한 작업 상태와 지형 데이터를 사용하여 작업 영역을 설정하고,
    상기 작업 기계의 주위의 장해물을 검출하는 장해물 센서에 있어서 검출된 상기 작업 기계의 주위의 장해물 각각에 대하여, 설정된 상기 작업 영역 및 당해 장해물과 상기 작업 기계의 상대 위치를 사용하여 접근도를 산출하고,
    상기 접근도에 따른 제어 지시를 출력하는 정보 컨트롤러를 갖는 것을
    특징으로 하는 작업 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정보 컨트롤러는, 상기 프론트 작업기가 상기 작업 상태를 유지한 상태에서 상기 상부 선회체가 선회한 경우에 도달 가능한 영역의 내부를 작업 영역이라고 설정하고,
    상기 장해물이 상기 작업 영역 내인 경우, 상기 상대 위치에 따라 상기 접근도를 산출하는 것을
    특징으로 하는 작업 기계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 작업 상태는, 상기 프론트 작업기의 선단부의 수평면 상의 위치를 포함하고,
    상기 정보 컨트롤러는, 상기 지형 데이터의 신뢰도를 평가하는 신뢰도 평가부를 더 구비하고, 상기 수평면 상의, 상기 작업 기계의 선회 중심을 중심으로 하고, 당해 중심으로부터 상기 선단부의 위치까지의 선분을 반경으로 하는 원주 내에서, 상기 신뢰도가 소정 미만인 영역을, 작업 영역 후보로서 설정하는 것을
    특징으로 하는 작업 기계.
  4. 제3항에 있어서, 상기 지형 데이터는, 상기 작업 기계의 주위의 지형의 높이를 포함하고,
    상기 작업 상태는, 상기 프론트 작업기의 최하단부의 높이를 포함하고,
    상기 정보 컨트롤러는, 상기 원주 내에서 상기 신뢰도가 소정 이상인 영역 중, 상기 지형의 높이가, 상기 최하단부의 높이보다 높은 영역인 고고도 영역은, 비작업 영역으로서 설정하는 것을
    특징으로 하는 작업 기계.
  5. 제4항에 있어서, 상기 지형 데이터는, 상기 지형마다의 당해 지형의 경도를 특정하는 데이터인 재질 데이터를 더 포함하고,
    상기 정보 컨트롤러는, 상기 고고도 영역이라도, 상기 재질 데이터에 의해 소정의 경도 미만이라고 판정된 영역은, 상기 비작업 영역으로서 설정하지 않는 것을
    특징으로 하는 작업 기계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 정보 컨트롤러는, 상기 고고도 영역 중, 상기 비작업 영역으로서 설정된 영역에서, 상기 반경 방향으로 상기 작업 기계에서 먼 곳의 영역은, 비작업 영역으로서 설정하는 것을
    특징으로 하는 작업 기계.
  7. 제2항에 있어서, 상기 접근도는 복수 단계의 레벨을 갖고,
    상기 정보 컨트롤러는,
    상기 작업 영역 내이며, 미리 정한 제1 범위 내에 있는 상기 장해물의 상기 접근도를 가장 높은 레벨로 설정하고,
    상기 제1 범위는, 상기 작업 영역 내의 상기 프론트 작업기가 소정의 시간 내에 도달하는 영역인 것을
    특징으로 하는 작업 기계.
  8. 제1항에 있어서, 모니터 및 버저의 적어도 한쪽을 출력 장치로서 더 구비하고,
    상기 제어 지시는, 상기 출력 장치로부터의 경고 출력을 행하는 지시인 것을
    특징으로 하는 작업 기계.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상부 선회체의 선회를 제어하는 컨트롤러를 더 구비하고,
    상기 제어 지시는, 상기 컨트롤러로의 선회 억제 지시인 것을
    특징으로 하는 작업 기계.
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