KR20210116597A - 자동 운전 작업 기계 - Google Patents

Abstract

자동 운전이 종료되었을 때에, 레이저 스캐너에서 취득한 지형 정보에 의거하여 작업기를 설치 가능한 접지 가능 범위를 검출하는 검출 처리를 실시하고, 접지 가능 범위가 검출된 경우에는 작업기를 접지 가능 범위에 접지시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하고, 접지 가능 범위가 검출되지 않은 경우에는 작업기를 소정의 대기 자세로 하게 하는 자동 운전 지령 신호를 생성한다. 이에 의해, 자동 운전이 종료되었을 때의 주변 상황에 따라 적절한 대기 자세를 취할 수 있다.

Description

자동 운전 작업 기계

본 발명은, 무인으로의 운전이 가능한 자동 운전 작업 기계에 관한 것이다.

최근, 자동차와 마찬가지로 작업 기계의 자동화가 진행되고 있으며, 오퍼레이터의 조작에 수반하는 작업기의 동작을 미리 주어진 목표면을 따라 자동 조정하도록 하는 머신 컨트롤이라고 불리는 기술이 개발되고 있다. 또한, 이들의 자동화 기술의 진전에 의해, 일부의 작업을 오퍼레이터의 조작을 필요로 하지 않고 무인으로 행하는 자동 운전을 실시 가능한 작업 기계(자동 운전 작업 기계)가 개발되고 있다.

이러한 자동 운전 작업 기계와 관련되는 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 교시 조작에 의해 복수의 위치가 교시되어서 기억되는 것과 함께, 재생 조작에 의해 상기 기억된 복수의 위치에 의거하여 굴삭부터 방토(放土)까지의 일련의 동작을 자동적으로 반복하여 행하는 자동 운전 셔블에 있어서, 당해 자동 운전 셔블은, 상기 교시 조작에 의해 교시되어서 기억되는 상기 복수의 위치로서, 적어도, 굴삭 위치, 방토 위치, 및 대기 위치로 이루어지는 위치를 기억하는 교시 위치 기억 수단과, 상기 대기 위치로의 이동이 지령되었을 때, 당해 자동 운전 셔블이 상기 굴삭부터 방토까지의 일련의 동작 중 어느 동작 상태에 있는지를 판별하여, 각각의 동작 상태에 따라 소정의 대기 동작을 행하게 하고, 소정의 대기 위치에 대기시키는 대기 동작 처리 수단을 구비하는 자동 운전 셔블이 개시되어 있다.

일본국 공개특허 특개2001-90120호 공보

이러한 자동 운전 작업 기계는, 특정한 작업을 일정 시간 자동으로 행하며, 그 동안에는 오퍼레이터의 조작을 필요로 하지 않기 때문에, 오퍼레이터가 작업을 지시하여 자동 운전을 개시한 후에는 작업 기계를 타고 있을 필요는 없으며, 별도의 장소에서 다른 작업에 종사할 수 있다. 또한, 자동 운전 작업 기계는, 지시된 작업이 종료되었을 경우, 혹은, 어떠한 원인에 의해 작업을 완수할 수 없는 경우 등에, 자동 운전을 종료하여, 다음의 자동 운전의 지시나 오퍼레이터의 탑승에 의한 조작이 있을 때까지 대기하는 것이 된다.

이처럼 자동 운전 건설 기계가 자동 운전을 종료하고 대기하는 경우에는, 작업 기계의 대기 자세가 중요하며, 대기 자세는 가능한 한 차체가 안정된 상태인 것이 바람직하고, 추가하여 무인 상태로부터 오퍼레이터가 탑승하여 조작하는 상태로 전환할 가능성이 있는 것도 고려해야 한다.

상기 종래 기술에 있어서는, 자동 운전의 종료 시 등에 대기 지령이 발생한 경우에는, 셔블을 자동적으로 소정의 대기 동작을 행하게 하는 것과 함께, 오퍼레이터가 셔블에 승강하는 경우에는 자동적으로 승강하기 쉬운 위치(이하, 대기 위치라고 한다)로 이동시키고, 또한, 안정적인 자세에 있어서 오퍼레이터의 승강 시의 안전성을 확보하기 쉬운 소정의 대기 자세를 취하게 하여 대기시키고 있다.

그러나, 상기 종래 기술에 있어서의 대기 자세는 미리 설정된 것이며, 주위의 상황에 따라서는 미리 설정된 대기 자세가 적합하지 않은 경우나 대기 자세를 취할 수 없는 경우가 생각된다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 자동 운전이 종료되었을 때의 주변 상황에 따라 적절한 대기 자세를 취할 수 있는 자동 운전 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들면, 차체 본체와, 상기 차체 본체에 탑재된 작업기와, 상기 작업기를 조작하기 위한 조작 장치와, 상기 조작 장치의 조작에 의해 생성되는 수동 운전 지령 신호에 의거하여 상기 작업기를 구동하는 액추에이터와, 상기 작업기의 자세에 관한 정보인 자세 정보를 취득하는 자세 정보 계측 장치와, 상기 수동 운전 지령 신호를 대체하는 자동 운전 지령 신호를 생성하고, 생성한 자동 운전 지령 신호에 의거하여 상기 작업기에 소정의 동작을 자동적으로 행하게 하는 자동 운전을 행하는 자동 운전 컨트롤러를 구비한 자동 운전 작업 기계에 있어서, 상기 자동 운전 작업 기계의 주위의 지형 정보를 취득하는 지형 정보 계측 장치를 추가로 구비하고, 상기 자동 운전 컨트롤러는, 상기 자동 운전이 종료되었을 때에, 상기 지형 정보 계측 장치로 취득한 지형 정보에 의거하여 상기 작업기를 설치 가능한 접지 가능 범위를 검출하는 검출 처리를 실시하고, 접지 가능 범위가 검출된 경우에는 상기 작업기를 상기 접지 가능 범위에 접지시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하고, 접지 가능 범위가 검출되지 않은 경우에는 상기 작업기를 소정의 대기 자세로 하게 하는 자동 운전 지령 신호를 생성하는 것으로 한다.

본 발명에 의하면, 통신 네트워크의 통신 성능에 따라 적절하게 자동 시공의 계속 실행을 행할 수 있어, 작업 기계의 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 제 1 실시형태와 관련되는 자동 운전 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 나타내는 외관도이다.
도 2는 자동 운전 작업 기계에 탑재되는 차체 제어 시스템의 일례를 유압 회로 시스템 등의 관련 구성과 함께 발출하여 나타내는 개략도이다.
도 3은 차체 컨트롤러 및 자동 운전 컨트롤러의 처리 기능의 상세를 나타내는 도면이다.
도 4는 자동 운전 대기 시에 있어서의 동작 계획부의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는 자동 운전 대기 시에 있어서의 동작 계획부의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이며, 도 4에 있어서의 대기 자세 결정 처리의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 유압 셔블의 자세예를 나타내는 도면이다.
도 7은 유압 셔블의 자세예를 나타내는 도면이다.
도 8은 유압 셔블의 자세예를 나타내는 도면이다.
도 9는 유압 셔블의 자세예를 나타내는 도면이다.
도 10은 제 2 실시형태와 관련되는 자동 운전 대기 시에 있어서의 동작 계획부의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이며, 대기 자세 결정 처리의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

또한, 본 실시형태에서는, 자동 운전 작업 기계의 일례로서, 프론트 장치(작업기)를 구비하는 유압 셔블을 예시하여 설명하지만, 예를 들면, 휠 로더나 불도저 등과 같이 작업기를 구비하는 다른 자동 운전 작업 기계에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소가 복수 존재하는 경우, 부호(숫자)의 말미에 알파벳을 붙이는 경우가 있지만, 당해 알파벳을 생략하여 당해 복수의 구성 요소를 통합하여 표기하는 경우가 있다. 예를 들면, 4개의 자세 정보 계측 장치(3a,3b,3c,3d)가 존재할 때, 이들을 통합하여 자세 정보 계측 장치(3)라고 표기하는 경우가 있다.

<제 1 실시형태>

본 발명의 제 1 실시형태를 도 1~도 9를 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 실시형태에 관련되는 자동 운전 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 나타내는 외관도이다. 또한, 도 2는, 자동 운전 작업 기계에 탑재되는 차체 제어 시스템의 일례를 유압 회로 시스템 등의 관련 구성과 함께 발출하여 나타내는 개략도이며, 도 3은 차체 컨트롤러 및 자동 운전 컨트롤러의 처리 기능의 상세를 나타내는 도면이다.

도 1~도 3에 있어서, 유압 셔블(100)은, 수직 방향에 각각 회전 운동하는 복수의 프론트 부재(붐(13), 아암(14), 버킷(15))를 연결하여 구성된 다관절형(型)의 작업기(10)와, 차체 본체를 구성하는 상부 선회체(11) 및 하부 주행체(12)를 구비하고 있으며, 상부 선회체(11)는 하부 주행체(12)에 대하여 선회 가능하게 마련되어 있다.

작업기(10)의 붐(13)의 기단(基端)은 상부 선회체(11)의 전부(前部)에 수직 방향으로 회전 운동 가능하게 지지되어 있으며, 아암(14)의 일단은 붐(13)의 기단과는 다른 단부(端部)(선단)에 수직 방향으로 회전 운동 가능하게 지지되어 있으며, 아암(14)의 타단에는 버킷(15)이 수직 방향으로 회전 운동 가능하게 지지되어 있다. 프론트 부재(붐(13), 아암(14), 버킷(15))는, 유압 액추에이터인 붐 실린더(18a), 아암 실린더(18b), 및 버킷 실린더(18c)에 의해 각각 구동된다. 또한, 이하의 설명에서는, 붐 실린더(18a), 아암 실린더(18b), 및, 버킷 실린더(18c)를 통합하여 유압 실린더(18)라고 표기하는 경우가 있다.

작업기(10)의 아암(14)과 버킷(15)의 사이에는, 아암(14) 및 버킷(15)과 함께 4절 링크 기구를 구성하는 버킷 링크(16,17)가 마련되어 있다. 버킷 링크(16)의 일단은 아암(14)에 회전 운동 가능하게 지지되고, 타단은 버킷 링크(17)의 일단에 회전 운동 가능하게 지지되고, 버킷 링크(17)의 타단은 버킷(15)에 회전 운동 가능하게 지지되어 있다. 일단을 아암(14)에, 타단을 버킷 링크(16)에 각각 회전 운동 가능하게 지지되어 있는 버킷 실린더(18c)의 신축(伸縮)에 따라, 4절 링크 기구를 구성하는 버킷 링크(16)가 아암(14)에 대하여 상대적으로 회전 운동 구동되고, 이 버킷 링크(16)의 회전 운동 구동과 연동하여, 4절 링크 기구를 구성하는 버킷(15)이 아암(14)에 대하여 상대적으로 회전 운동 구동된다.

하부 주행체(12)에는, 좌우 한 쌍의 크롤러를 각각 구동하는 주행 유압 모터(19b,19c)(도시하지 않은 감속 기구를 포함한다)가 마련되어 있다. 또한, 도 1에 있어서, 하부 주행체(12)에 마련된 좌우 한 쌍의 주행 유압 모터(19b,19c)에 대해서는 일방만을 도시하여 부호를 붙이고, 타방의 구성에 대해서는 도면 중에 괄호한 부호만을 나타내어 도시를 생략한다. 상부 선회체(11)는 선회 유압 모터(19a)(도 2 참조)에 의해 하부 주행체(12)에 대하여 선회 구동되고, 하부 주행체(12)의 좌우 한 쌍의 크롤러는 각각 좌우의 주행 유압 모터(19b,19c)에 의해 구동된다. 상부 선회체(11)와 하부 주행체(12)의 사이의 선회 구동부에는, 하부 주행체(12)에 대한 상부 선회체(11)의 선회각도를 계측하는 선회각 센서(56)가 배치되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 선회 유압 모터(19a) 및 주행 유압 모터(19b,19c)를 통합하여 유압 모터(19)라고 표기하는 경우가 있다.

이상과 같이 구성한 유압 셔블(100)의 주행 유압 모터(19b,19c)를 구동함으로써 차체 본체를 원하는 위치로 이동하고, 선회 유압 모터(19a)를 구동함으로써 상부 선회체(11)를 원하는 방향으로 선회 구동하고, 붐 실린더(18a), 아암 실린더(18b), 버킷 실린더(18c)를 적절한 위치로 구동함으로써, 작업기(10)의 선단에 마련된 버킷(15)을 임의의 위치, 자세로 구동하여 굴삭 등의 원하는 작업을 행한다.

상부 선회체(11), 작업기(10)의 붐(13), 아암(14), 및 버킷(15)의 버킷 링크(16)에는, 각각, 자세에 관한 정보인 자세 정보를 취득하는 자세 정보 계측 장치(3a~3d)가 장착되어 있다. 자세 정보는, 자세 정보 계측 장치(3a~3d)가 장착된 부재의 각각의 경사 각도나 경사 방향을 나타내는 것이며, 예를 들면, 수평면에 대하여 상대적으로, 혹은, 다른 부재에 대하여 상대적으로 나타내어진다. 본 실시형태에서는, 자세 정보 계측 장치(3a~3d)로서 IMU(Inertial Measurement Unit:관성 계측 장치)를 이용하는 경우를 예시하여 설명한다. 자세 정보 계측 장치(3a~3d)는, 각 자세 정보 계측 장치(3a~3d)에 설정된 IMU 좌표계에 있어서의 가속도나 각속도의 계측값을 자세 정보로서 출력한다. 중력 가속도는 수평면에 대하여 항상 수직이므로, 이들의 계측값과, 자세 정보 계측 장치(3a~3d)의 장착 상태(즉, 자세 정보 계측 장치(3a~3d)와 상부 선회체(11), 붐(13), 아암(14), 및, 버킷 링크(16)의 상대적인 위치 관계) 등의 정보를 이용함으로써 상부 선회체(11)나 작업기(10)의 각 프론트 부재(붐(13), 아암(14), 버킷(15))의 수평면에 대한 경사 각도나 경사 방향을 취득할 수 있고, 자기 자세를 알 수 있다. 특히, 4절 링크 기구를 구성하는 버킷(15)에 대해서는, 버킷 링크(16)에 마련된 자세 정보 계측 장치(3d)로부터의 계측 결과에 추가하여, 아암(14)에 마련된 자세 정보 계측 장치(3c)로부터의 계측 결과와, 4절 링크 기구의 치수 정보에 의거하여 회전 자세를 알 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 자세 정보 계측 장치로서 IMU를 이용하는 경우를 예시하여 설명하고 있지만, 이에 한정하는 것이 아니며, 같은 정보가 얻어지면 퍼텐쇼미터나 실린더 스트로크 센서 등을 이용하여도 된다.

또한, 상부 선회체(11)의 전부에 있어서, 작업기(10)의 붐(13)의 기단의 지지부의 가로측(본 실시형태에서는 좌측)에는, 오퍼레이터가 탑승하여 유압 셔블(100)의 운전을 행하기 위한 운전실(20)이 배치되어 있다. 운전실(20)에는, 작업기(10)를 조작하는 조작 장치로서의 아암 조작 레버(50a), 붐 조작 레버(50b), 및, 버킷 조작 레버(50c)와, 상부 선회체(11)의 선회 동작을 조작하는 조작 장치로서의 선회 조작 레버(50d)와, 하부 주행체(12)의 주행 동작을 조작하는 주행 조작 장치로서의 주행 조작 레버(50e,50f)가 배치되어 있다(도 2 참조). 또한, 이하의 설명에서는, 상기의 조작 레버(50a~50f)를 통합하여 조작 레버(50)라고 표기하는 경우가 있다. 조작 레버(50)는 레버의 조작량에 따른 전압 또는 전류를 출력하는 것이며 차체 컨트롤러(51)(도 2 참조)에 전기적 접속되어 있으며, 조작 레버(50)의 각 조작량이 차체 컨트롤러(51)에서 판독 가능하게 되어 있다.

상부 선회체(11)에는, 차체 제어 시스템을 구성하는 차체 컨트롤러(51)나 자동 운전 컨트롤러(52), GNSS 컨트롤러(53) 등 외에, 원동기인 엔진(41)과, 엔진(41)에 의해 구동되는 고정 용량형의 파일럿 유압 펌프(42) 및 가변 용량형의 메인 유압 펌프(43)와, 메인 유압 펌프(43)로부터 토출되어서 붐 실린더(18a), 아암 실린더(18b), 버킷 실린더(18c), 선회 유압 모터(19a), 및, 좌우의 주행 유압 모터(19b,19c) 등의 유압 액추에이터에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 제어하는 방향 제어 밸브(45)와, 차체 컨트롤러(51)로부터의 제어 신호에 의거하여 파일럿 유압 펌프(42)의 토출압으로부터 방향 제어 밸브(45)를 제어하는 파일럿압을 생성하는 제어 밸브(47a~47l)가 배치되어 있으며, 이들에 의해 유압 회로 시스템이 구성되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 제어 밸브(47a~47l)를 통합하여 제어 밸브(47)라고 표기하는 경우가 있다.

파일럿 유압 펌프(42) 및 메인 유압 펌프(43)는, 엔진(41)에 의해 구동됨으로써 압유를 유압 회로 내에 공급한다. 여기에서, 파일럿 유압 펌프(42)에 의해 공급되는 기름을 파일럿유, 메인 유압 펌프(43)에 의해 공급되는 기름을 작동유라고 구별하여 부르는 것으로 한다. 파일럿 유압 펌프(42)로부터 공급되는 파일럿유는, 차단 밸브(46), 제어 밸브(47)를 경유하여 방향 제어 밸브(45)로 보내진다. 차단 밸브(46) 및 제어 밸브(47)는 차체 컨트롤러(51)와 전기적으로 접속되어 있으며, 차체 컨트롤러(51)로부터의 제어 신호에 의해 차단 밸브(46)의 밸브의 개폐나 제어 밸브(47)의 밸브 개도가 제어된다.

방향 제어 밸브(45)는, 메인 유압 펌프(43)로부터 각 유압 실린더(18) 및 각 유압 모터(19)에 공급되는 작동유의 양이나 방향을 제어하는 것이며, 제어 밸브(47)를 경유한 파일럿유에 따라, 어느 유압 실린더(18) 또는 유압 모터(19)에 얼마만큼의 작동유를 어느 방향으로 흘릴지가 제어된다. 구체적으로는, 제어 밸브(47a)를 경유하여 방향 제어 밸브(45)로 보내진 파일럿유에 따라, 유압 실린더(18b)를 신장 또는 축퇴(縮退) 중 일방으로 구동하도록 하는 작동유의 양이 방향 제어 밸브(45) 내에서 결정되고, 제어 밸브(47b)를 경유하여 방향 제어 밸브(45)로 보내진 파일럿유에 따라, 유압 실린더(18b)를 타방으로 구동하도록 하는 작동유의 양이 방향 제어 밸브(45) 내에서 결정된다.

마찬가지로, 제어 밸브(47c,47d)를 경유한 파일럿유에 의해 유압 실린더(18a)를 구동하는 작동유의 양이, 제어 밸브(47e,47f)를 경유한 파일럿유에 의해 유압 실린더(18c)를 구동하는 작동유의 양이, 제어 밸브(47g,47h)를 경유한 파일럿유에 의해 선회 유압 모터(19a)를 구동하는 작동유의 양이, 제어 밸브(47i,47j)를 경유한 파일럿유에 의해 주행 유압 모터(19b)를 구동하는 작동유의 양이, 제어 밸브(47k,47l)를 경유한 파일럿유에 의해 주행 유압 모터(19c)를 구동하는 작동유의 양이 각각 방향 제어 밸브(45) 내에서 결정된다.

또한, 상부 선회체(11)의 상부의 운전실(20)의 후방 부근에는, 작업 현장에 있어서의 유압 셔블(100)의 지구 좌표계에 있어서의 위치를 산출하기 위한 GNSS를 구성하는 2개의 GNSS 안테나(2a,2b)가 배치되어 있다. 또한, 이하의 설명에서는, GNSS 안테나(2a,2b)를 통합하여 GNSS 안테나(2)라고 표기하는 경우가 있다.

GNSS란 복수의 위성으로부터의 신호를 수신하여, 지구상의 자기 위치를 아는 위성 측위 시스템이다. GNSS 안테나(2)는, 지구 상공에 위치하는 복수의 GNSS 위성(도시 생략)으로부터의 신호(전파)를 수신하는 것이며, 얻어진 신호를 GNSS 컨트롤러(53)(도 2 참조)로 보내서 연산을 행함으로써, GNSS 안테나(2a,2b)의 지구 좌표에 있어서의 위치가 취득된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 상부 선회체(11)에 마련한 2개의 GNSS 안테나(2a,2b)의 수신 신호로부터 위치를 연산하는 경우를 예시하여 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 측위의 방법에는 다양한 종류가 존재하며, 예를 들면, 현장에 설치한 GNSS 안테나를 포함하는 기준국으로부터 보정 정보를 수신하고, 보다 고정밀도로 자기 위치를 취득하는 RTK-GNSS(Real Time Kinematic-GNSS)라고 하는 방법을 이용하여도 된다. 이 경우에는, 유압 셔블(100)에는 기준국으로부터의 보정 정보를 수신하기 위한 수신기가 필요하게 되지만, GNSS 안테나(2)의 자기 위치를 보다 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.

GNSS 컨트롤러(53)에 의해 2개의 GNSS 안테나(2a,2b)의 지구 좌표에서의 위치(지구상의 위치이며, 예를 들면, 위도, 경도, 표고 등의 정보이다)가 얻어진다. 또한, 미리 상부 선회체(11) 중 어느 위치에 GNSS 안테나(2)가 배치되어 있는가 하는 정보를 가지고 있으면, GNSS 안테나(2)의 위치로부터 역산하여, 상부 선회체(11)의 지구상의 위치를 구할 수 있다. 또한, 2개의 GNSS 안테나(2a,2b)의 각각의 위치를 계측함으로써, 상부 선회체(11)의 방향, 즉, 작업기(10)가 어느 방향을 향하고 있는지도 알 수 있다.

이상과 같이, GNSS(GNSS 안테나(2) 및 GNSS 컨트롤러(53))와 자세 정보 계측 장치(3a)의 계측 결과로부터 상부 선회체(11)의 위치, 방위, 전후 경사, 좌우 경사를 알 수 있고, 상부 선회체(11)가 지구상 중 어느 위치에 어떤 자세로 존재하는지 구할 수 있다. 또한, 붐(13), 아암(14), 버킷(15)의 각각의 치수 정보와, 자세 정보 계측 장치(3b~3d)로부터 얻어지는 붐(13), 아암(14), 버킷 링크(16)의 각 회전 자세로부터, 상부 선회체(11)에 대한 버킷(15)의 버킷 선단(150)의 위치를 알 수 있다. 즉, 지구상 중 어느 위치에 어떤 자세로 버킷(15)을 포함하는 작업기(10)가 존재하는지 구할 수 있다.

상부 선회체(11)에는, 유압 셔블(100)의 주위의 지형 정보를 취득하는 지형 정보 계측 장치로서의 레이저 스캐너(57a~57d)가 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 운전실(20)의 상부에 상부 선회체(11)의 전방을 계측하는 레이저 스캐너(57a)를, 상부 선회체(11)의 상부의 우측에 우측방을 계측하는 레이저 스캐너(57b)를, 상부 선회체(11)의 상부의 후방에 후방을 계측하는 레이저 스캐너(57c)를, 상부 선회체(11)의 상부의 좌측에 좌측방을 계측하는 레이저 스캐너(57d)를 각각 배치하였을 경우를 예시하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 레이저 스캐너(57a~57d)를 통합하여 레이저 스캐너(57)라고 표기하는 경우가 있다. 레이저 스캐너(57)는 수평 방향, 수직 방향의 일정 범위에 레이저광을 조사함으로써 물체의 삼차원 형상을 계측 가능한 센서이며, 상부 선회체(11)의 전후 좌우에 각각 배치된 레이저 스캐너(57)에 의해, 유압 셔블(100)의 주변의 지형이나 물체의 형상을 계측한다. 또한, 본 실시형태에서는, 지형이나 물체의 형상의 계측에 레이저 스캐너를 이용하고 있는 경우를 예시하여 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 마찬가지의 정보가 얻어지면 스테레오 카메라 등을 이용하여도 된다.

여기에서, 유압 셔블(100)의 기본 동작에 대하여 설명한다.

유압 셔블(100)의 동작에 있어서, 차체 컨트롤러(51)는, 우선, 조작 레버(50)로부터의 조작 입력을 받아, 각 액추에이터(유압 실린더(18a~18c), 유압 모터(19a~19c))를 어느 방향으로 어느 정도의 속도(목표 속도)로 동작시킬지를 결정한다. 다음으로, 방향과 목표 속도로부터 방향 제어 밸브(45)의 각 부에 흐르는 파일럿유(목표 파일럿유)의 유량을 결정한다.

이 때, 차체 컨트롤러(51)는 방향 제어 밸브(45)의 각 부에 얼마만큼의 파일럿유가 흐르면, 각 액추에이터가 어느 방향으로 얼마만큼의 속도로 동작하는지와 같은, 파일럿유와 액추에이터 속도의 변환 맵을 가지고 있으며, 이를 적용함으로써 목표 속도로부터 목표 파일럿유로 변환할 수 있다. 목표 파일럿유가 구해지면, 차체 컨트롤러(51)는, 동작시키고 싶은 액추에이터와 그 방향에 대응하고 있는 어느 것의 제어 밸브(47)의 밸브 개도를 조정하여, 방향 제어 밸브(45)에 대하여 목표의 유량대로의 파일럿유가 흐르도록 제어한다.

또한, 제어 밸브(47)가 차체 컨트롤러(51)로부터 출력되는 전류에 의해 그 밸브 개도가 제어되는 것인 것으로 하면, 차체 컨트롤러(51)는 각 제어 밸브(47)마다 얼마 정도의 전류를 흘려보내면 얼마만큼의 파일럿유가 흐르는가라고 하는, 전류와 파일럿유의 변환 맵을 가지고 있으며, 이를 적용함으로써 목표 파일럿유로부터 제어 밸브(47)로의 출력 전류를 구하여, 제어 밸브(47)를 통과하는 파일럿유가 목표대로의 유량이 되도록 제어 밸브(47)의 밸브 개도를 제어할 수 있다.

이처럼 하여, 차체 컨트롤러(51)는, 유인 조작 상태 시에는, 조작 레버(50a)의 조작량에 따라 생성한 수동 운전 지령 신호에 의해 제어 밸브(47a,47b)의 밸브 개도를 제어하고, 조작 레버(50b)의 조작량에 따라 생성한 수동 운전 지령 신호에 의해 제어 밸브(47c,47d)의 밸브 개도를 제어하고, 조작 레버(50c)의 조작량에 따라 생성한 수동 운전 지령 신호에 의해 제어 밸브(47e,47f)의 밸브 개도를 제어하고, 조작 레버(50d)의 조작량에 따라 생성한 수동 운전 지령 신호에 의해 제어 밸브(47g,47h)의 밸브 개도를 제어하고, 조작 레버(50e)의 조작량에 따라 생성한 수동 운전 지령 신호에 의해 제어 밸브(47i,47j)의 밸브 개도를 제어하고, 조작 레버(50f)의 조작량에 따라 생성한 수동 운전 지령 신호에 의해 제어 밸브(47k,47l)의 밸브 개도를 제어한다.

이러한 구성에 의해, 유압 셔블(100)은, 조작 레버(50a,50b,50c,50d,50e,50f)를 각각 조작함으로써, 아암(14), 붐(13), 버킷(15), 상부 선회체(11), 좌크롤러, 우크롤러를 구동할 수 있으며, 오퍼레이터가 조작 레버(50)의 조작에 의해 차체를 이동시켜서 임의의 작업을 실시할 수 있다.

또한, 차체 컨트롤러(51)는 상기 서술한 바와 같이 차단 밸브(46)의 밸브 개폐도 제어할 수 있다. 차단 밸브(46)가 폐쇄되면, 파일럿유가 제어 밸브(47)나 방향 제어 밸브(45)에 공급되는 것을 차단할 수 있어, 각 액추에이터가 동작할 일이 없어지기 때문에, 차체 컨트롤러(51)는, 제어 밸브(47)의 밸브 개도를 제어하는 것에 추가하여, 보다 확실하게 전 액추에이터의 동작을 정지시키는 것이 가능하게 된다.

GNSS 안테나(2a,2b)는, 수신한 GNSS 위성으로부터의 신호를 GNSS 컨트롤러(53)로 보낸다. GNSS 컨트롤러(53)에서는, 복수의 GNSS 위성으로부터의 신호를 기초로 GNSS 안테나(2a,2b)의 지구상의 위치(예를 들면 위도, 경도, 표고)를 연산하고, 그 결과를 자동 운전 컨트롤러(52)로 송신한다. 자동 운전 컨트롤러(52)에는, GNSS 컨트롤러(53)에 추가하여, 자세 정보 계측 장치(3a~3d)나 모니터(54), 선회각 센서(56), 레이저 스캐너(57), 전환 스위치(58) 등이 접속되어 있다.

자세 정보 계측 장치(3)는, 가속도, 각속도 등의 계측 결과를 자동 운전 컨트롤러(52)로 보내고, 자동 운전 컨트롤러(52)에서는 그들의 정보를 기초로 상부 선회체(11)의 전후 경사, 좌우 경사, 붐(13)의 회전 자세, 아암(14)의 회전 자세, 버킷(15)의 회전 자세를 연산한다. 구체적으로는, 자세 정보 계측 장치(3)인 IMU의 계측 결과에 대해서, 각속도의 적분 처리에 의한 각도나 중력 가속도의 취득에 의한 중력 방향과의 이루는 각도 등의 정보를 이용하는 상보(相補) 필터나 칼만 필터 등을 이용함으로써, IMU(자세 정보 계측 장치(3)) 자체의 중력 방향에 대한 삼차원 각도가 구해지고, 각 자세 정보 계측 장치(3)의 유압 셔블(100)의 각 장착부에 대한 장착 자세를 미리 교정해둠으로써, 자세 정보 계측 장치(3) 자체의 경사 각도로부터 상부 선회체(11)나 붐(13), 아암(14), 버킷 링크(16)의 회전 자세가 얻어지고, 아암(14)과 버킷 링크(16)의 회전 자세로부터 버킷(15)의 회전 자세가 얻어진다.

선회각 센서(56)는, 상부 선회체(11)와 하부 주행체(12)의 사이의 선회각도를 계측하는 것이며, 예를 들면 로터리 인코더 등을 이용할 수 있다. 선회각 센서(56)의 계측 결과는 자동 운전 컨트롤러(52)로 보내지고, 자동 운전 컨트롤러(52)는 상부 선회체(11)와 하부 주행체(12)의 사이의 선회각도를 알 수 있다.

레이저 스캐너(57)는, 차체 주위의 지면이나 물체 등의 삼차원 형상을 계측하여, 자동 운전 컨트롤러(52)로 형상 정보(지형 정보)를 송신한다. 자동 운전 컨트롤러(52)에서는, 레이저 스캐너(57)로부터 얻어진 차체 주위의 형상 정보와, 상부 선회체(11)에 대한 레이저 스캐너(57)의 배치 개소나 배치 자세 정보를 기초로, 복수의 레이저 스캐너(57)로부터 얻어진 정보를 차체 기준으로의 하나의 형상 정보로 통합한다. 본 실시형태에서는 상부 선회체(11)에 4개의 레이저 스캐너(57)를 배치하고 있으며, 이들의 정보를 통합함으로써 차체의 전 주위의 지형 정보를 계측 가능하게 되어 있다. 단, 충분한 계측 범위를 가지는 센서를 사용함으로써, 이 개수를 감하는 것도 가능하고, 장황성을 갖게 하는 등의 이유로 개수를 늘려도 된다.

전환 스위치(58)는, 상부 선회체(11)의 운전실 내에 설치되어 있으며, 유인 조작 상태와 무인 자동 운전 상태를 전환하는 스위치이다. 전환 스위치(58)는 자동 운전 컨트롤러(52)에 접속되어 있으며, 전환 스위치(58)로부터 얻어지는 신호를 기초로 자동 운전 컨트롤러(52)로 유인 조작 상태와 무인 자동 운전 상태가 전환된다.

모니터(54)는, 상부 선회체(11)의 운전실(20) 내에 설치되어 있는 터치패널식의 입출력 디바이스이며, 무인 자동 운전의 작업 내용을 입력하는데 이용된다. 예를 들면, 작업의 종류(굴삭 적입, 법면 정형(整形), 탬핑, 등), 작업 범위, 목표 형상 등을 모니터(54) 경유로 자동 운전 컨트롤러(52)에 입력할 수 있다.

계속해서, 유압 셔블(100)의 자동 운전 동작에 대하여 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 자동 운전 컨트롤러(52)는, 인식부(521), 상태 관리부(522), 및, 동작 계획부(523)의 3개의 처리부를 가지고 있다. 또한, 차체 컨트롤러(51)는, 차체 제어부(511)를 가지고 있다.

자동 운전 컨트롤러(52)의 인식부(521)는, 자세 정보 계측 장치(3), GNSS 컨트롤러(53), 선회각 센서(56), 및, 레이저 스캐너(57)로부터의 정보가 입력되며, 상부 선회체(11)의 경사 각도나 위치, 방위, 선회각도, 작업기 각 부의 회전 자세, 차체 주위의 지형 등이 연산된다. 연산 결과는, 상태 관리부(522)와 동작 계획부(523)로 보내진다.

상태 관리부(522)는, 전환 스위치(58)의 신호가 입력되고 있으며, 상태 관리부(522)에 있어서 유인 조작 상태와 무인 자동 운전 상태의 전환을 관리한다. 또한, 무인 자동 운전 상태에서는, 상태 관리부(522)에 있어서, 인식부(521)로부터 얻어지는 각 인식 정보와 동작 계획부(523)로부터 얻어지는 동작 계획 정보에 의거하여 자동 운전 작업의 진척 상황을 관리하고, 주어진 자동 운전 작업이 완료된 경우에는 자동 운전 작업 완료를 동작 계획부(523)에 통지한다.

동작 계획부(523)는 무인 자동 운전 상태에 있어서, 모니터(54)로부터 얻어지는 자동 운전 작업 내용과 인식부(521)로부터 얻어지는 인식 정보에 의거하여 구체적인 차체의 동작을 계획하고, 계획한 동작을 실행하는 각 액추에이터(각 유압 실린더(18), 각 유압 모터(19))의 목표 동작 속도를 연산한다. 예를 들면, 자동 운전 작업으로서 일정 범위의 법면을 정형하는 것과 같은 내용인 경우, 목표로 하는 법면 형상이 모니터(54) 경유로 주어지면, 하부 주행체(12)를 제어하여 정형 범위 부근까지 주행시키고, 목표 법면에 정대(正對)하도록 상부 선회체(11)를 선회시키는 동작 계획을 생성하는 것과 함께, 버킷 선단(150)이 목표 법면 형상을 덧그리는 것 같은 작업기(10)의 각 부의 일련의 동작 계획을 생성하고, 동작 계획으로부터 각 액추에이터 속도를 생성한다.

차체 제어부(511)는, 조작 레버(50)의 각 조작량을 취득하는 것과 함께, 상태 관리부(522)로부터 얻어지는 유인 조작 상태인지 무인 자동 운전 상태인지의 정보와, 무인 자동 운전 상태인 경우, 동작 계획부(523)로부터 얻어지는 각 액추에이터의 목표 동작 속도를 취득한다. 차체 제어부(511)에서는, 유인 조작 상태의 경우, 조작 레버(50)의 조작량에 따라 각 액추에이터를 동작시키도록 제어 밸브(47)를 구동하고, 무인 자동 운전 상태의 경우에는 동작 계획부(523)로부터 얻어지는 목표 동작 속도에 따라 각 액추에이터를 동작시키도록 제어 밸브(47)를 구동한다.

이러한 구성에 의해, 자동 운전 컨트롤러(52)는, 오퍼레이터의 조작을 대체하는 조작 신호(자동 운전 지령 신호)를 생성하고, 차체 컨트롤러(51)에 조작 지령을 보냄으로써, 오퍼레이터의 조작을 필요로 하지 않고, 무인으로 유압 셔블(100)을 움직이는 것이 가능하게 되어 있다.

도 4 및 도 5는, 자동 운전 대기 시에 있어서의 동작 계획부의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이며, 도 5는 도 4에 있어서의 대기 자세 결정 처리의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다. 또한, 도 6~도 9는, 유압 셔블의 자세예를 각각 나타내는 도면이다.

도 4에 있어서, 동작 계획부(523)는, 우선, 상태 관리부(522)로부터 넘겨 받은 자동 운전 작업 완료의 정보를 확인하여, 자동 운전 대기 상태인지 아닌지를 판정하고(단계 S101), 판정 결과가 NO인 경우, 즉, 작업이 완료되어 있지 않은 경우에는 처리를 종료하여, 자동 운전이 계속된다.

또한, 단계 S101에서의 판정 결과가 YES인 경우, 즉, 작업 완료 상태인 경우에는, 레이저 스캐너(57)로부터의 정보를 기초로 인식부(521)에서 연산된 차체 주위의 지면이나 물체의 형상 정보를 취득한다(단계 S102).

계속해서, 단계 S102에서 취득한 정보를 기초로, 차체 주위에서 작업기를 접지할 수 있는 장소를 탐색한다(단계 S103).

또한, 작업기 접지 가능 범위의 탐색은 복수의 방법이 생각되며, 예를 들면 가장 단순한 방법으로는 형상 정보로부터 버킷(15)을 접지 가능한 한의 평평한 장소를 탐색하는 것이 생각된다. 이외에는, 자동 운전 컨트롤러(52)가 미리 현장에서 측정되어 있었던 작업 현장의 현황 지형 정보를 가지고 있고, 현황 지형과 취득한 지면이나 물체의 형상 정보가 대응하는 개소끼리를 비교하여, 현황 지형에 대하여 취득한 형상이 높이 방향으로 증가하고 있는 개소가 일정 범위 연속하여 존재하는 경우, 그 범위를 지면이 아닌 어떠한 장해물이라고 인식하여 그 개소를 작업기 접지 가능 범위에서 제외하는 것과 같은 방법도 생각된다.

또한, 자동 운전 컨트롤러(52)에 현황 지형 뿐만 아니라 작업 현장의 지도 정보를 주어지게 하고, 그 지도에 현장의 기계가 이동하는 주행 범위 등의 정보를 부가해 두면, 그들의 범위를 작업기 접지 가능 범위에서 제외하는 것도 생각된다. 이 경우, 이들의 현황 지형이나 지도 정보는 미리 동작 계획부(523)에 주어져 있는 것으로 한다.

또한, 작업기 접지 가능 범위를 탐색할 때, 주행하지 않으면 작업기가 도달하지 않는 범위인 경우, 그 위치까지 주행 가능인지 아닌지(도중에 장해물 등이 없는지 아닌지), 상부 선회체(11)를 선회시키지 않으면 안 되는 범위인 경우, 그 위치까지 선회 가능인지 아닌지도 고려된다.

단계 S103에 있어서 작업기 접지 가능 범위를 탐색하고 끝나면, 계속해서, 대기 자세 결정 처리를 행한다(단계 S104).

도 5에 나타내는 바와 같이, 대기 자세 결정 처리(단계 S104)에서는, 우선, 단계 S103에서 탐색한 작업기 접지 가능 범위의 결과에 대하여, 작업기 접지 가능 범위가 존재하는지 아닌지를 판정한다(단계 S111).

단계 S111에서의 판정 결과가 NO인 경우, 즉, 단계 S103의 탐색의 결과, 작업기 접지 가능 범위가 전혀 존재하지 않는다고 판정된 경우에는, 미리 정해진 작업기 미접지 자세를 대기 자세로 결정하고, 대기 자세 결정 처리를 종료하여 도 4의 단계 S105로 진행된다. 여기에서, 작업기 미접지 자세란, 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이 붐(13)을 최대로 올리고, 아암(14)을 최대로 붐(13)측으로 감도록 한 자세이며, 작업기를 접지시키지 않는 조건에서 가장 차체가 안정되는 자세이다.

또한, 단계 S111에서의 판정 결과가 YES인 경우, 즉, 작업기 접지 가능 범위가 존재하고 있다고 판정된 경우에는, 작업기 접지 위치를 결정한다(단계 S112). 작업기 접지 위치의 결정은, 예를 들면, 작업기 접지 가능 범위 중에서 현재의 작업기 위치로부터 가장 가까운 위치로 하는 것이 생각된다. 이 경우, 작업기를 이동시키는 거리가 최소화되어, 신속하게 대기 자세로 이행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 작업기 접지 가능 범위 중에서 현재의 자세로부터 상부 선회체(11)의 선회각도가 최소가 되는 위치를 작업기 접지 위치로 하는 것도 생각된다. 이 경우, 상부 선회체(11)의 선회 동작이 최소화되어, 보다 안전하게 대기 자세로 이행하는 것이 가능하게 된다.

단계 S112에 있어서 작업기 접지 위치가 결정되면, 계속해서, 작업기 접지 위치에 작업기를 접지시키는 대기 자세를 결정하고(단계 S113), 대기 자세 결정 처리를 종료하여 도 4의 단계 S105로 진행된다. 작업기 접지에서의 대기 자세는, 예를 들면 도 6~도 8에 나타나 있는 바와 같은 것이 생각된다. 작업기 접지에서의 대기 자세의 기본은 도 6에 나타내는 바와 같이 아암(14)이 수직이 되고 버킷(15)의 배면부가 지면에 접지하는 자세이다. 충분한 작업기 접지 가능 범위가 있는 경우, 이 자세가 대기 자세로서 결정된다. 아암(14)을 수직하게 한 상태에서 버킷(15)을 지면에 접지할 수 없는 경우(예를 들면, 도중에 매설한 토관 등의 장해물(200)이 있는 경우 등)에는, 도 7에 나타나 있는 바와 같은 붐(13), 아암(14)을 전방으로 연장한 상태로 버킷(15)의 배면부를 지면에 접지시키는 자세로 하는 것이 생각된다. 또한, 지면이 경사져 있는 경우 등에는, 도 8에 나타나 있는 바와 같은 버킷(15)의 버킷 선단(150)을 지면에 찌르도록 설치시키는 자세를 대기 자세로 하는 것이 생각된다.

단계 S104의 대기 자세 결정 처리가 종료되면, 현재의 자세로부터 단계 S104에서 결정한 대기 자세까지 이동하는 대기 자세 이행 동작 계획을 생성하여 차체 제어부(511)로 보내고(단계 S105), 처리를 종료한다.

여기에서, 접지 가능 범위 및 작업기 접지 위치의 결정의 순서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

접지 가능 범위의 결정과 관련되는 기본적인 사고 방식으로서는, 작업기의 접지면보다도 넓게 평평한 장소이면 접지 가능이라고 생각하는 것으로 한다. 단, 지면은 아닌 것(장해물 등), 외부에서 주어지는 맵에서 대기 금지 에어리어로 지정되어 있는 것, 등의 경우에는 접지 가능 범위에서 제외한다.

접지 가능 범위의 탐색으로는, 우선 전제로서, 유압 셔블(100)(자동 운전 작업 기계)에는 자동(무인) 동작을 행할 때에 작업 허가 영역이 주어져 있으며, 작업 기계는 이 영역을 나오지 않도록 작업을 행하는(작업 허가 영역을 나오면 안되는) 것으로 한다. 또한, 형상 계측 수단(실시예에서는 레이저 스캐너)으로 계측 가능한 범위 내에서 접지 가능 범위를 탐색한다(이동할 때까지 찾지 않는다. 단 탐색한 결과 이동하지 않으면 닿지 않는 장소라면 이동한다).

이 상태에서, 우선, 형상 계측 수단으로 작업 기계의 주위를 스캔하고, 3차원의 입체 형상을 취득하고, 입체 형상 중에서 지면인 부분과 지면이 아닌 부분을 분류하여, 지면이 아닌 부분을 장해물 범위로 한다(순서 1).

또한, 지면으로서 분류된 영역 중에서, 작업기 접지면 이상의 일정한 면적을 가지는 평평한 면이 존재하는 범위를 더욱 축소하고, 얻어진 범위에 대하여, 이하의 순서 1-1~순서 1-3의 처리를 행한다. 우선, 작업 허가 영역 이외의 범위를 제외한다(순서 1-1). 계속해서, 순서 1-1에서 남은 영역에 대해서, 대기 금지 에어리어가 지정되어 있는 경우, 대기 금지 에어리어를 추가로 제외한다(순서 1-2). 추가로, 순서 1-2에서 남은 영역에 대해서, 장해물에 의해 주행이나 선회할 수 없어 도달 불가능한 범위를 제외한다(순서 1-3). 이들의 순서를 거쳐서 남은 범위를 접지 가능 범위로서 결정한다.

또한, 작업기 접지 위치의 결정에서는, 접지 가능 범위에 대하여, 가능한 한 아암이 수직이 되는 자세(예를 들면, 도 6 참조)로 버킷을 접지할 수 있는 범위를 작업기 접지 위치로 한다. 아암이 수직하게 될 수 있는 범위가 복수 존재하는 경우에는, 현재의 자세로부터 주행과 선회에 의한 이동량이 적은 위치를 작업기 접지 위치로 하는, 즉, 될 수 있는 한 주행이나 선회를 하지 않고, 이동에 수반하는 리스크를 최소화할 수 있는 위치를 작업기 접지 위치로 한다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태에 있어서의 효과를 설명한다.

자동 운전 작업 기계에 있어서, 자동 운전이 종료되었을 때에 미리 설정된 대기 자세밖에 취하지 않도록 하는 종래 기술에 있어서는, 주위의 상황에 따라 미리 설정된 대기 자세가 적합하지 않은 경우나 대기 자세를 취할 수 없는 경우가 생각된다.

이에 비하여 본 실시형태에 있어서는, 자동 운전이 종료되었을 때에, 지형 정보 계측 장치(레이저 스캐너(57))로 취득한 지형 정보에 의거하여 작업기(10)를 설치 가능한 접지 가능 범위를 검출하는 검출 처리를 실시하여, 접지 가능 범위가 검출된 경우에는 작업기(10)를 접지 가능 범위에 접지시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하고, 접지 가능 범위가 검출되지 않은 경우에는 작업기(10)를 소정의 대기 자세로 하게 하는 자동 운전 지령 신호를 생성하도록 구성하였으므로, 자동 운전이 종료되었을 때의 주변 상황에 따라 적절한 대기 자세를 취할 수 있다.

즉, 본 실시형태에 있어서는, 유압 셔블(100)이 자동 운전을 종료하였을 때, 자동적으로 주위의 상황을 인식하여, 상황에 따라 최적인 대기 자세를 스스로 결정한 후, 그 대기 자세로 이행하여 대기하는 것이 가능하게 되어, 보다 안정한 상태로 대기할 수 있다.

<제 2 실시형태>

본 발명의 제 2 실시형태를 도 10을 참조하면서 설명한다.

본 실시형태는, 제 1 실시형태에 대하여 대기 자세 결정 처리의 처리 내용이 다른 경우를 나타내는 것이다.

도 10은, 본 실시형태에 있어서의 대기 자세 결정 처리의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다. 도면 중, 제 1 실시형태와 마찬가지의 처리에는 같은 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

본 실시형태에 있어서의 대기 자세 결정 처리(단계 S104A, 도 4의 단계 S104에 상당한다)에 있어서는, 우선, 인식부(521)로부터 차체 경사 각도를 취득한다(단계 S121).

다음으로, 차체 경사 각도가 문턱값 이상인지 아닌지를 판정하고(단계 S122), 판정 결과가 YES인 경우, 즉, 차체 경사 각도가 문턱값 이상인 경우에는, 대기 자세 중 하부 주행체(12)의 주행체 자세를 결정한다(단계 S123). 차체가 경사지에 있는 경우, 경사에 대하여 보다 차체를 안정시키기 위해서는, 예를 들면 도 8에 나타나 있는 바와 같이 하부 주행체(12)의 크롤러의 장척 방향을 경사 방향과 맞추는 것이 바람직하다. 이 때문에, 차체 경사 각도가 문턱값 이상인 경우에는 단계 S123에 있어서 하부 주행체(12)가 경사 방향을 향하도록 주행체 자세를 결정한다.

단계 S122에서의 판정 결과가 NO인 경우, 즉, 차체 경사 각도가 문턱값보다도 작은 경우, 혹은, 단계 S123의 처리가 종료되었을 경우에는, 단계 S124~S127의 처리로 진행된다. 또한, 단계 S124~S127의 처리는, 제 1 실시형태의 도 5의 단계 S111~S114에 대응하는 처리이며 상세한 설명을 생략한다. 단, 이미 단계 S123에서 주행체 자세가 결정되어 있는 경우에는, 단계 S126, S127에 있어서 새로운 주행체 자세는 덮어 쓰지 않는 것으로 한다.

즉, 본 실시형태에 있어서의 작업기 접지 위치의 결정과 관련되는 사고 방식으로서는, 접지 가능 범위에 대하여, 우선 차체가 경사져 있는 경우, 하부 주행체의 방향이 경사 방향을 향하도록 이동(초신지 선회)하고, 그 상태에서 도 8에서 나타낸 자세를 취할 수 있는지 아닌지를 판단하고, 불가능하면 제 1 실시형태와 같은 순서로 작업기 접지 위치를 결정하는, 즉, 경사에 대하여 보다 안정된 자세를 취하게 하는 것이다.

그 외의 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태에 있어서도 제 1 실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 실시형태에 있어서는, 경사지에 있어서의 대기 자세를 보다 안정된 것으로 할 수 있어, 차체의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.

<제 3 실시형태>

본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다.

본 실시형태는, 제 1 실시형태에 대하여 대기 자세 결정 처리의 처리 내용이 다른 경우를 나타내는 것이다.

본 실시형태에서는, 도 5의 단계 S112에서 결정한 작업기 접지 위치에 대하여, 단계 S113에서 결정하는 대기 자세를 하부 주행체(12)의 유압 모터(19)가 탑재되어 있지 않은 측(이하, 하부 주행체의 전방 방향이라고 부른다)이 작업기 접지 위치를 향하는 자세로 한다. 이처럼 하부 주행체(12)까지 포함한 자세를 결정함으로써, 상부 선회체(11)와 하부 주행체(12)가 상대적으로 매회 소정의 각도로 대기시키는 것이 가능하게 된다.

제 1 실시형태에서는 하부 주행체(12)의 방향을 적극적으로 변화시키는 일 없이, 근소한 주행 동작이 들어가는 경우는 있지만 기본적으로는 주행 동작이나 (선회 기구가 있는 경우에는) 선회 동작을 최소화하여, 기계의 이동에 수반하는 리스크를 저감시키는 것을 목적으로 하고 있다. 한편, 본 실시형태에서는, 하부 주행체(12)와 상부 선회체(11)의 상대 각도를 소정의 범위 내로 억제하는 것을 목적으로 한다.

이처럼 하부 주행체(12)와 상부 선회체(11)를 서로의 전방 방향이 대략 일치하고 있는 경우, 대기 상태로부터 유인 수동 운전으로 전환하는 것을 생각하면, 오퍼레이터가 운전실 내로 올라타기 쉽다고 하는 이점이나, 주행 레버를 쓰러뜨렸을 때에 진행되는 방향이 매회 일치하는 것에 의해, 오퍼레이터의 오조작을 저감할 수 있다고 하는 것이 생각된다.

무인 자동 운전으로부터 유인 수동 운전으로 이행하는 경우, 오퍼레이터는 무인으로 움직이고 있었던 동안의 기계의 상태를 모르기 때문에, 수동 조작의 처음에는 오조작의 리스크가 상대적으로 높아지는 경향이 있다. 특히 유압 셔블에 있어서의 주행 방향은 상부 선회체(11)와 하부 주행체(12)가 0도와 180도의 선회각도 관계에 있는 경우에, 같은 방향으로 주행 레버를 쓰러뜨려도 전후 반대의 동작을 하는 경우가 있어, 오조작으로 연결되기 쉽다.

본 실시형태에 있어서는, 작업기 접지 위치에 대하여 항상 하부 주행체(12)의 전방 방향을 향하도록 하였으므로, 오조작의 리스크를 저감하는 것이 가능하다.

즉, 본 실시형태에 있어서의 작업기 접지 위치의 결정과 관련되는 사고 방식으로서는, 제 1 실시형태와 같은 순서로 작업기 접지 위치를 결정하지만, 결정 후에 접지 방향으로 하부 주행체를 향한다고(초신지 선회) 하는 동작을 행한다. 이에 의해, 하부 주행체(12)와 상부 선회체(11)가 매회 같은 방향이 되는, 즉, 상대 각도가 소정의 범위 내가 되게 되므로, 오퍼레이터의 승하차의 용이함이나, 주행 레버의 방향과 주행 방향을 매회 맞춰서 오조작 리스크를 줄일 수 있다.

다음으로 상기의 각 실시형태의 특징에 대하여 설명한다.

(1) 상기의 실시형태에서는, 차체 본체(예를 들면, 하부 주행체(12) 및 상부 선회체(11))와, 상기 차체 본체에 탑재된 작업기(10)와, 상기 작업기를 조작하기 위한 조작 장치(예를 들면, 조작 레버(50))와, 상기 조작 장치의 조작에 의해 생성되는 수동 운전 지령 신호에 의거하여 상기 작업기를 구동하는 액추에이터(예를 들면, 유압 실린더(18))와, 상기 작업기의 자세에 관한 정보인 자세 정보를 취득하는 자세 정보 계측 장치(3)와, 상기 수동 운전 지령 신호를 대체하는 자동 운전 지령 신호를 생성하고, 생성한 자동 운전 지령 신호에 의거하여 상기 작업기에 소정의 동작을 자동적으로 행하게 하는 자동 운전을 행하는 자동 운전 컨트롤러(52)를 구비한 자동 운전 작업 기계(예를 들면, 유압 셔블(100))에 있어서, 상기 자동 운전 작업 기계의 주위의 지형 정보를 취득하는 지형 정보 계측 장치(예를 들면, 레이저 스캐너(57))를 추가로 구비하고, 상기 자동 운전 컨트롤러는, 상기 자동 운전이 종료되었을 때에, 상기 지형 정보 계측 장치로 취득한 지형 정보에 의거하여 상기 작업기를 설치 가능한 접지 가능 범위를 검출하는 검출 처리를 실시하고, 접지 가능 범위가 검출된 경우에는 상기 작업기를 상기 접지 가능 범위에 접지시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하고, 접지 가능 범위가 검출되지 않은 경우에는 상기 작업기를 소정의 대기 자세로 하게 하는 자동 운전 지령 신호를 생성하는 것으로 하였다.

이에 의해, 자동 운전이 종료되었을 때의 주변 상황에 따라 적절한 대기 자세를 취할 수 있다.

(2) 또한, 상기의 실시형태에서는, (1)의 자동 운전 작업 기계(예를 들면, 유압 셔블(100))에 있어서, 상기 차체 본체는, 하부 주행체(12)와, 상기 하부 주행체에 대하여 선회 가능하게 마련되며, 상기 수동 운전 지령 신호 또는 상기 자동 운전 지령 신호에 의거하여 상기 하부 주행체에 대하여 선회 동작되는 상부 선회체(11)로 구성되고, 상기 자동 운전 컨트롤러(52)는, 상기 자동 운전이 종료되었을 때에, 상기 하부 주행체와 상기 상부 선회체의 상대적인 선회각도가 미리 정한 범위 내가 되도록 상기 상부 선회체를 선회 동작시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하는 것으로 하였다.

(3) 또한, 상기의 실시형태에서는, (2)의 자동 운전 작업 기계(예를 들면, 유압 셔블(100))에 있어서, 상기 하부 주행체를 조작하기 위한 주행 조작 장치를 추가로 구비하고, 상기 자동 운전 컨트롤러(52)는, 상기 자동 운전이 종료되었을 때에, 상기 주행 조작 장치의 조작 방향과 상기 주행 조작 장치의 조작에 의한 상기 하부 주행체의 주행 방향의 상대 각도가 미리 정한 범위 내가 되도록 상기 상부 선회체를 선회 동작시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하는 것으로 하였다.

(4) 또한, 상기의 실시형태에서는, (1)의 자동 운전 작업 기계(예를 들면, 유압 셔블(100))에 있어서, 상기 차체 본체의 경사 각도 및 경사 방향을 자세 정보로서 취득하는 자세 정보 계측 장치를 추가로 구비하고, 상기 자동 운전 컨트롤러(52)는, 상기 자동 운전이 종료되었을 때에, 상기 차체 본체의 경사 각도가 미리 정한 범위 외인 경우에, 상기 차체 본체의 주행 방향과 상기 경사 각도의 경사 방향의 수평면 투영에 있어서의 상대 각도가 미리 정한 범위 내가 되도록 상기 차체 본체를 이동시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하는 것으로 하였다.

<부기>

또한, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예나 조합이 포함된다. 또한, 본 발명은, 상기의 실시형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되지 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들면 집적회로에 설계하는 등에 의해 실현하여도 된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어로 실현하여도 된다.

2a,2b…GNSS 안테나,
3a~3d…자세 정보 계측 장치
10…작업기
11…상부 선회체
12…하부 주행체
13…붐
14…아암
15…버킷
16,17…버킷 링크
18a…붐 실린더
18b…아암 실린더
18c…버킷 실린더
19a…선회 유압 모터
19b,19c…주행 유압 모터
20…운전실
41…엔진
42…파일럿 유압 펌프
43…메인 유압 펌프
45…방향 제어 밸브
46…차단 밸브
47a~47l…제어 밸브
50a…아암 조작 레버
50b…붐 조작 레버
50c…버킷 조작 레버
50d…선회 조작 레버
50e,50f…주행 조작 레버
51…차체 컨트롤러
52…자동 운전 컨트롤러
53…GNSS 컨트롤러
54…모니터
56…선회각 센서
57a~57d…레이저 스캐너
58…전환 스위치
100…유압 셔블
150…버킷 선단
200…장해물
511…차체 제어부
521…인식부
522…상태 관리부
523…동작 계획부

Claims (4)

1. 차체 본체와, 상기 차체 본체에 탑재된 작업기와, 상기 작업기를 조작하기 위한 조작 장치와, 상기 조작 장치의 조작에 의해 생성되는 수동 운전 지령 신호에 의거하여 상기 작업기를 구동하는 액추에이터와, 상기 작업기의 자세에 관한 정보인 자세 정보를 취득하는 자세 정보 계측 장치와, 상기 수동 운전 지령 신호를 대체하는 자동 운전 지령 신호를 생성하고, 생성한 자동 운전 지령 신호에 의거하여 상기 작업기에 소정의 동작을 자동적으로 행하게 하는 자동 운전을 행하는 자동 운전 컨트롤러를 구비한 자동 운전 작업 기계에 있어서,
   상기 자동 운전 작업 기계의 주위의 지형 정보를 취득하는 지형 정보 계측 장치를 추가로 구비하고,
   상기 자동 운전 컨트롤러는, 상기 자동 운전이 종료되었을 때에, 상기 지형 정보 계측 장치로 취득한 지형 정보에 의거하여 상기 작업기를 설치 가능한 접지 가능 범위를 검출하는 검출 처리를 실시하고, 접지 가능 범위가 검출된 경우에는 상기 작업기를 상기 접지 가능 범위에 접지시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하고, 접지 가능 범위가 검출되지 않은 경우에는 상기 작업기를 소정의 대기 자세로 하게 하는 자동 운전 지령 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자동 운전 작업 기계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차체 본체는, 하부 주행체와, 상기 하부 주행체에 대하여 선회 가능하게 마련되며, 상기 수동 운전 지령 신호 또는 상기 자동 운전 지령 신호에 의거하여 상기 하부 주행체에 대하여 선회 동작되는 상부 선회체로 구성되고,
   상기 자동 운전 컨트롤러는, 상기 자동 운전이 종료되었을 때에, 상기 하부 주행체와 상기 상부 선회체의 상대적인 선회각도가 미리 정한 범위 내가 되도록 상기 상부 선회체를 선회 동작시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자동 운전 작업 기계.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 하부 주행체를 조작하기 위한 주행 조작 장치를 추가로 구비하고,
   상기 자동 운전 컨트롤러는, 상기 자동 운전이 종료되었을 때에, 상기 주행 조작 장치의 조작 방향과 상기 주행 조작 장치의 조작에 의한 상기 하부 주행체의 주행 방향의 상대 각도가 미리 정한 범위 내가 되도록 상기 상부 선회체를 선회 동작시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자동 운전 작업 기계.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 차체 본체의 경사 각도 및 경사 방향을 자세 정보로서 취득하는 자세 정보 계측 장치를 추가로 구비하고,
   상기 자동 운전 컨트롤러는, 상기 자동 운전이 종료되었을 때에, 상기 차체 본체의 경사 각도가 미리 정한 범위 외인 경우에, 상기 차체 본체의 주행 방향과 상기 경사 각도의 경사 방향의 수평면 투영에 있어서의 상대 각도가 미리 정한 범위 내가 되도록 상기 차체 본체를 이동시키는 자동 운전 지령 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 자동 운전 작업 기계.

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