KR20220008339A

KR20220008339A - 작업 기계

Info

Publication number: KR20220008339A
Application number: KR1020217041133A
Authority: KR
Inventors: 사토루 이데; 하루노부 우시지마
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2022-01-20
Also published as: JP7416579B2; CN114008272A; US20220243427A1; KR102641780B1; JP2021028444A; WO2021029253A1; DE112020002723T5

Abstract

작업 기계의 주위에 설정 영역을 적절하게 설정한다. 유압 셔블(100)은, 유압 셔블(100)의 주위에 설정된 설정 영역(A) 내에 인식해야 할 대상이 존재하고 있는 지의 여부를 검출하기 위한 주위 감시 장치와, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 위치 변화를 검출하는 센서와, 유압 셔블(100)을 제어하는 콘트롤러를 구비하고 있다. 콘트롤러는, 센서에 의해 검출된 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 위치 변화에 따라, 설정 영역(A)을 설정한다.

Description

작업 기계

본 개시는, 작업 기계에 관한 것이다.

종래, 건설 기계의 작업 범위 내에 침입한 침입 이동체를 카메라 화상으로 검지하고, 침입 거리나 사람 형상 등의 정보 및 경보를 조작자에 알리는, 침입 이동체 검출 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 일본공개특허 평10-72851호 공보(특허문헌 1) 참조).

일본공개특허 평10-72851호 공보

작업 기계의 주위에 소정의 설정 영역이 설정되고, 설정 영역 내에 사람 등의 인식해야 할 대상이 존재하고 있는 지의 여부를 검출하도록 구성되어 있는 작업 기계에 있어서는, 설정 영역 내에 인식해야 할 대상이 존재하고 있을 때, 경보가 발생하거나, 작업 기계의 동작이 제한되거나 한다. 이 경보의 발생 및 작업 기계의 동작 제한을 필요 최소한으로 억제하기 위하여, 설정 영역을 적절하게 설정하는 것이 요망되고 있다.

본 개시에서는, 작업 기계의 주위에 설정 영역을 적절하게 설정할 수 있는, 작업 기계가 제공된다.

본 개시에 따르면, 주행체와, 주행체에 대하여 선회 가능한 선회체를 구비하는, 작업 기계가 제공된다. 작업 기계는, 작업 기계의 주위에 설정된 설정 영역 내에 인식해야 할 대상이 존재하고 있는 지의 여부를 검출하기 위한 주위 감시 장치와, 선회체에 대한 주행체의 위치 변화를 검출하는 센서와, 작업 기계를 제어하는 콘트롤러를 구비하고 있다. 콘트롤러는, 센서에 의해 검출된 선회체에 대한 주행체의 위치 변화에 따라, 설정 영역을 설정한다.

본 개시에 따르면, 작업 기계의 주위에 설정 영역을 적절하게 설정할 수 있다.

도 1은 실시형태에 기초한 유압 셔블의 외관도이다.
도 2는 실시형태에 기초한 유압 셔블의 시스템 구성의 개략을 나타낸 도면이다.
도 3은 유압 셔블의 주변에 설정된 설정 영역을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 유압 셔블의 주변에 설정된 제1 경계와 제2 경계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 선회체가 주행체에 대하여 선회했을 때의 설정 영역을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 선회체가 주행체에 대하여 더욱 선회했을 때의 설정 영역을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 유압 셔블의 제어 시스템의 개략도이다.

이하, 실시형태에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 동일 부품에는, 동일한 부호를 부여하고 있다. 이들의 명칭 및 기능도 동일하다. 따라서, 이들에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.

도 1은, 실시형태에 기초한 유압 셔블(100)의 외관도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 작업 기계로서, 본 예에 있어서는, 주로 유압 셔블(100)을 예로 들어 설명한다.

유압 셔블(100)은, 본체(1)와, 유압에 의해 작동하는 작업기(2)를 가지고 있다. 본체(1)는, 선회체(3)와, 주행체(5)를 가지고 있다.

주행체(5)는, 한 쌍의 크롤러(5Cr)와, 주행 모터(5M)를 가지고 있다. 유압 셔블(100)은, 크롤러(5Cr)의 회전에 의해 주행 가능하다. 주행 모터(5M)는, 주행체(5)의 구동원으로서 설치되어 있다. 주행 모터(5M)는, 유압에 의해 작동하는 유압 모터이다. 그리고, 주행체(5)가 차륜(타이어)을 가지고 있어도 된다. 유압 셔블(100)의 동작 시에는, 주행체(5), 보다 구체적으로는 크롤러(5Cr)가, 기준면, 예를 들면 지면(地面)에 설치된다.

선회체(3)는, 주행체(5) 위에 배치되고, 또한 주행체(5)에 의해 지지되고 있다. 선회체(3)는, 선회축(RX)을 중심으로 하여 주행체(5)에 대하여 선회 가능하게, 주행체(5)에 탑재되어 있다. 선회체(3)는, 캡(4)을 가지고 있다. 유압 셔블(100)의 탑승자(오퍼레이터)는, 캡(4)에 탑승하여, 유압 셔블(100)을 조종한다. 캡(4)에는, 오퍼레이터가 착석하는 운전석(4S)이 설치되어 있다. 오퍼레이터는, 캡(4) 내에 있어서 유압 셔블(100)을 조작 가능하다. 오퍼레이터는, 캡(4) 내에 있어서, 작업기(2)의 조작이 가능하고, 주행체(5)에 대한 선회체(3)의 선회 조작이 가능하며, 또한 주행체(5)에 의한 유압 셔블(100)의 주행 조작이 가능하다.

선회체(3)는, 엔진이 수용되는 엔진 룸(9)과, 선회체(3)의 후부(後部)에 설치되는 카운터 웨이트를 가지고 있다. 엔진 룸(9)에는, 후술하는 엔진(31) 및 유압 펌프(33) 등이 배치되어 있다.

선회체(3)에 있어서, 엔진 룸(9)의 전방에 난간(19)이 설치되어 있다. 난간(19)에는, 안테나(21)가 설치되어 있다. 안테나(21)는, 예를 들면, GNSS(Global Navigation Satellite Systems: 전지구 항법 위성 시스템)용의 안테나이다. 안테나(21)는, 차폭 방향으로 서로 이격되도록 선회체(3)에 설치된 제1 안테나(21A) 및 제2 안테나(21B)를 가지고 있다.

작업기(2)는, 선회체(3)에 지지되어 있다. 작업기(2)는, 붐(6)과, 암(7)과, 버킷(8)을 가지고 있다. 붐(6)은, 선회체(3)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 암(7)은 붐(6)의 선단부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 버킷(8)은, 암(7)의 선단부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 암(7) 및 버킷(8)의 각각은, 붐(6)의 선단 측에서 이동 가능한 가동(可動) 부재이다. 버킷(8)은, 복수의 날을 가지고 있다. 버킷(8)은, 날을 가지고 있지 않아도 된다. 버킷(8)의 선단부는, 스트레이트 형상의 강판으로 형성되어 있어도 된다.

그리고 본 실시형태에 있어서는, 작업기(2)를 기준으로 하여, 유압 셔블(100)의 각 부의 위치 관계에 대하여 설명한다.

작업기(2)의 붐(6)은, 선회체(3)에 대하여, 붐(6)의 기단부(基端部)에 설치된 붐 핀을 중심으로 회전한다. 선회체(3)에 대하여 회전하는 붐(6)이 특정 부분, 예를 들면, 붐(6)의 선단부가 이동하는 궤적은 원호형이며, 그 원호을 포함하는 평면이 특정된다. 유압 셔블(100)을 평면에서 본 경우에, 상기 평면은 직선으로서 표시된다. 이 직선이 연장되는 방향이, 유압 셔블(100)의 본체(1)의 전후 방향, 또는 선회체(3)의 전후 방향이며, 이하에서는 간단히 전후 방향이라고도 한다. 유압 셔블(100)의 본체(1)의 좌우 방향(차폭 방향), 또는 선회체(3)의 좌우 방향은, 평면에서 볼 때 전후 방향과 직교하는 방향이며, 이하에서는 간단히 좌우 방향이라고도 한다. 차량 본체의 상하 방향, 또는 선회체(3) 상하 방향은, 전후 방향 및 좌우 방향에 의해 정해지는 평면에 직교하는 방향이며, 이하에서는 간단히 상하 방향이라고도 한다.

전후 방향에 있어서, 유압 셔블(100)의 본체(1)로부터 작업기(2)가 돌출되어 있는 측이 전방향(前方向)이며, 전방향과 반대 방향이 후방향이다. 전방향을 보고 좌우 방향의 우측, 좌측이 각각 우측 방향, 좌측 방향이다. 상하 방향에 있어서 지면이 있는 측이 하측, 하늘이 있는 측이 상측이다.

전후 방향은, 캡(4) 내의 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 전후 방향이다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터에 정대(正對)하는 방향이 전방향이며, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 배후 방향이 후방향이다. 좌우 방향은, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 좌우 방향이다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터가 정면으로 정대했을 때의 우측, 좌측이 각각 우측 방향, 좌측 방향이다. 상하 방향은, 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터 상하 방향이다. 운전석(4S)에 착석한 오퍼레이터의 발밑 측이 하측, 두상 측이 상측이다.

작업기(2)는, 붐 실린더(10)와, 암 실린더(11)와, 버킷 실린더(12)를 가지고 있다. 붐 실린더(10)는, 붐(6)을 구동한다. 암 실린더(11)는, 암(7)을 구동한다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(8)을 구동한다. 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 및 버킷 실린더(12)의 각각은, 작동유에 의해 구동되는 유압 실린더이다.

유압 셔블(100)은, 카메라(20)를 구비하고 있다. 카메라(20)는, 유압 셔블(100)의 주변을 촬상하여, 유압 셔블(100)의 주변의 화상을 취득하기 위한 촬상 장치이다. 카메라(20)는, 유압 셔블(100)의 주변의 현황 지형을 취득 가능하며, 또한 유압 셔블(100)의 주변의 장애물의 존재를 인식 가능하도록, 구성되어 있다.

카메라(20)는, 우전방 카메라(20A)와, 우측방 카메라(20B)와, 후방 카메라(20C)와, 좌측방 카메라(20D)를 포함하고 있다. 우전방 카메라(20A)와 우측방 카메라(20B)는, 선회체(3)의 상면의 우측 에지부에 배치되어 있다. 우전방 카메라(20A)는, 우측방 카메라(20B)보다 전방에 배치되어 있다. 우전방 카메라(20A)와 우측방 카메라(20B)는, 전후 방향에서의 선회체(3)의 중앙부 부근에, 전후로 나란히 배치되어 있다.

후방 카메라(20C)는, 전후 방향에 있어서 선회체(3)의 후단부에 배치되어 있고, 좌우 방향에 있어서 선회체(3)의 중앙부에 배치되어 있다. 선회체(3)의 후단부에는, 채굴 시 등에 있어서 차체의 밸런스를 유지하기 위한 카운터 웨이트가 설치되어 있다. 후방 카메라(20C)는, 카운터 웨이트의 상면에 배치되어 있다. 좌측방 카메라(20D)는, 선회체(3)의 상면의 좌측 에지부에 배치되어 있다. 좌측방 카메라(20D)는, 전후 방향에서의 선회체(3)의 중앙부 부근에 배치되어 있다.

유압 셔블(100)에는, 콘트롤러(26)가 탑재되어 있다. 콘트롤러(26)는, 유압 셔블(100)의 동작을 제어한다. 콘트롤러(26)의 상세한 것은 후술한다.

도 2는, 실시형태에 기초한 유압 셔블(100)의 시스템 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2 중의 실선은 유압 회로를 나타낸다. 도 2 중의 파선(破線)은 전기 회로를 나타낸다. 그리고 도 2에는, 실시형태의 유압 셔블(100)을 구성하는 전기 회로의 일부만을 도시하고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)에는, 제어 시스템(200)이 탑재되어 있다.

제어 시스템(200)은, 카메라(20)와, 안테나(21)와, 글로벌 좌표 연산부(23)와, IMU(Inertial Measurement Unit)(24)와, 조작 장치(25)와, 콘트롤러(26)와, 방향 제어 밸브(64)와, 압력 센서(66)와, 맨 머신 인터페이스부(32)를 가지고 있다.

콘트롤러(26)는, 유압 셔블(100) 전체의 동작을 제어하는 콘트롤러이며, CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 장치, 메모리(261), 타이머(262) 등에 의해 구성되어 있다. 메모리(261)는, 불휘발성 메모리이며, 필요한 데이터를 기억하는 영역으로서 설치되어 있다. 메모리(261)는, 유압 셔블(100)의 각종 동작을 제어하기 위한 프로그램을 저장한다. 콘트롤러(26)는, 메모리(261)에 저장되어 있는 프로그램에 기초하여, 유압 셔블(100)의 동작을 제어하기 위한 각종 처리를 실행한다. 타이머(262)는, 소정 시간을 계측한다.

도 1에 나타내는 카메라(20)로 취득한 유압 셔블(100)의 주변의 화상은, 콘트롤러(26)에 입력된다. 콘트롤러(26)는, 카메라(20)에 의해 촬상된 화상으로부터, 유압 셔블(100)의 주변 화상을 생성한다. 유압 셔블(100)의 주변 화상은, 우전방 카메라(20A), 우측방 카메라(20B), 후방 카메라(20C) 또는 좌측방 카메라(20D) 중 어느 하나의 카메라에 의해 촬상된 화상으로부터 생성된, 단화상을 포함한다. 또한 유압 셔블(100)의 주변 화상은, 우전방 카메라(20A), 우측방 카메라(20B), 후방 카메라(20C) 또는 좌측방 카메라(20D)의 각각에 의해 촬상된 복수의 화상을 합성하여 생성된, 부감(俯瞰) 화상을 포함한다.

안테나(21)는, 수신한 전파(GNSS 전파)에 따른 신호를 글로벌 좌표 연산부(23)에 출력한다. 글로벌 좌표 연산부(23)는, 글로벌 좌표계에서의 안테나(21)의 설치 위치를 검출한다. 글로벌 좌표계는, 작업 영역에 설치한 기준 위치를 바탕으로 한 3차원 좌표계이다. 기준 위치는, 작업 영역에 설정된 기준 파일(pile)의 선단의 위치라도 된다.

IMU(24)는, 선회체(3)에 설치되어 있다. 본 예에 있어서는, IMU(24)는, 캡(4)의 하부에 배치되어 있다. 선회체(3)에 있어서, 캡(4)의 하부에 고강성의 프레임이 배치되어 있다. IMU(24)는, 그 프레임 상에 배치되어 있다. 그리고, IMU(24)는, 선회체(3)의 선회축(RX)의 측방(우측 또는 좌측)에 배치되어도 된다. IMU(24)는, 전후 방향, 좌우 방향 및 상하 방향에서의 선회체(3)의 가속도와, 전후 방향, 좌우 방향 및 상하 방향 주변의 선회체(3)의 각속도(角速度)를 계측한다.

조작 장치(25)는, 캡(4) 내에 배치되어 있다. 오퍼레이터에 의해 조작 장치(25)가 조작된다. 조작 장치(25)는, 유압 셔블(100)(주행체(5))을 주행시키는 오퍼레이터 조작을 접수한다. 또한 조작 장치(25)는, 작업기(2)를 구동하는 오퍼레이터 조작을 접수한다. 조작 장치(25)는, 오퍼레이터 조작에 따른 조작 신호를 출력한다. 본 예에 있어서는, 조작 장치(25)는, 파일럿 유압 방식의 조작 장치이다.

제어 시스템(200)은, 유압 펌프(33)가 엔진(31)에 의해 구동되고, 유압 펌프(33)로부터 토출된 작동유가, 오퍼레이터에 의한 조작 장치(25)의 조작에 대응하여, 방향 제어 밸브(64)를 통하여 각종 유압 액추에이터(60)에 공급되도록, 구성되어 있다. 유압 액추에이터(60)로의 유압의 공급 및 배출이 제어됨으로써, 작업기(2)의 동작, 선회체(3)의 선회, 및 주행체(5)의 주행 동작이 제어된다. 유압 액추에이터(60)는, 도 1에 나타내는 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 및 주행 모터(5M)와, 선회 모터를 포함하고 있다.

엔진(31)은, 예를 들면 디젤 엔진이다. 콘트롤러(26)는, 엔진(31)의 동작을 제어한다. 엔진(31)으로의 연료의 분사량이 콘트롤러(26)에 의해 제어됨으로써, 엔진(31)의 출력이 제어된다. 엔진(31)은, 유압 펌프(33)에 연결하기 위한 구동축을 가지고 있다.

유압 펌프(33)는, 엔진(31)의 구동축에 연결되어 있다. 엔진(31)의 회전 구동력이 유압 펌프(33)에 전달되는 것에 의해, 유압 펌프(33)가 구동된다. 유압 펌프(33)는, 경사판을 가지고, 경사판의 경전각(傾轉角)이 변경됨으로써 토출 용량을 변화시키는 가변 용량형의 유압 펌프이다. 유압 펌프(33)는, 작업기(2)의 구동, 주행체(5)의 주행, 및 선회체(3)의 선회에 사용하는 작동유를 공급한다. 유압 펌프(33)로부터 토출된 작동유는, 감압 밸브에 의해 일정 압력으로 감압되어, 방향 제어 밸브(64)에 공급된다.

방향 제어 밸브(64)는, 로드형의 스풀을 움직여서 작동유가 흐르는 방향을 전환하는 스풀 방식의 밸브이다. 방향 제어 밸브(64)는, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12), 주행 모터(5M), 및 선회 모터의 각각의 작동유의 공급량을 조정하는 각각의 스풀을 가지고 있다. 각 스풀이 축 방향으로 이동함으로써, 유압 액추에이터(60)에 대한 작동유의 공급량이 조정된다. 방향 제어 밸브(64)에는, 스풀의 이동 거리(스풀 스트로크)를 검출하는스풀 스트로크 센서(65)가 설치된다. 스풀 스트로크 센서(65)의 검출 신호는, 콘트롤러(26)에 출력된다.

그리고, 본 예에 있어서는, 유압 액추에이터(60)를 작동하기 위하여, 그 유압 액추에이터(60)에 공급되는 오일은 작동유라고 한다. 또한, 방향 제어 밸브(64)의 스풀을 작동하기 위하여, 그 방향 제어 밸브(64)에 공급되는 오일은 파일럿 오일이라고 한다. 또한, 파일럿 오일의 압력은 파일럿 유압이라고도 한다.

작동유 및 파일럿 오일은, 동일한 유압 펌프로부터 송출되어도 된다. 예를 들면, 유압 펌프(33)로부터 송출된 작동유의 일부가 감압 밸브에서 감압되고, 그 감압된 작동유가 파일럿 오일로서 사용되어도 된다. 또한, 작동유를 송출하는 유압 펌프(33)(메인 유압 펌프)와는 별도로, 파일럿 오일을 송출하는 유압 펌프(파일럿 유압 펌프)가 설치되어도 된다.

조작 장치(25)는, 제1 주행 레버(251)와, 제2 주행 레버(252)와, 작업기 레버(253)를 가지고 있다. 제1 주행 레버(251) 및 제2 주행 레버(252)는, 예를 들면 운전석(4S)의 전방에 배치되어 있다. 작업기 레버(253)는, 예를 들면 운전석(4S)의 측방에 배치되어 있다.

한 쌍의 주행 레버(251, 252)는, 유압 셔블(100)(주행체(5))의 주행을 조작하기 위하여, 오퍼레이터에 의해 조작되는 부재이다. 작업기 레버(253)는, 작업기(2), 즉 붐(6), 암(7) 및 버킷(8)의 동작과, 선회체(3)의 선회를 조작하기 위하여, 오퍼레이터에 의해 조작되는 부재이다.

유압 펌프로부터 송출되고, 감압 밸브에 의해 감압된 파일럿 오일이, 조작 장치(25)에 공급된다. 조작 장치(25)의 조작량에 기초하여, 파일럿 유압이 조정된다.

조작 장치(25)와 방향 제어 밸브(64)는, 파일럿 유로(油路)(450)를 통하여 접속되어 있다. 파일럿 오일은, 파일럿 유로(450)를 통하여 방향 제어 밸브(64)에 공급된다.

파일럿 유로(450)에는, 압력 센서(66)가 배치되어 있다. 압력 센서(66)는, 파일럿 유압을 검출한다. 압력 센서(66)의 검출 결과는, 콘트롤러(26)에 출력된다.

제1 주행 레버(251)가 조작되면, 그 조작량에 대응한 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(64)에 공급된다. 우측의 주행 모터(5M)에 공급되는 작동유의 흐름 방향 및 유량(流量)이, 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다. 이로써, 우측의 주행 모터(5M)로의 작동유의 공급이 제어되어, 우측 주행 장치의 출력이 제어된다.

제2 주행 레버(252)가 조작되면, 그 조작량에 대응한 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(64)에 공급된다. 좌측의 주행 모터(5M)에 공급되는 작동유의 흐름 방향 및 유량이, 방향 제어 밸브(64)에 의해 조정된다. 이로써, 좌측의 주행 모터(5M)로의작동유의 공급이 제어되어, 좌측 주행 장치의 출력이 제어된다.

제1 주행 레버(251)의 조작 방향에 따라, 우측의 주행 모터(5M)의 회전 방향이 전환된다. 제2 주행 레버(252)의 조작 방향에 따라, 좌측의 주행 모터(5M)의 회전 방향이 전환된다. 좌우의 주행 모터(5M)를 동일 방향으로 회전시킴으로써 유압 셔블(100)을 전진 또는 후진시킬 수 있고, 좌우의 주행 모터(5M)를 역방향으로 회전시킴으로써 유압 셔블(100)을 초신지선회시키는 것이 가능하다.

이상과 같이, 오퍼레이터는, 제1 주행 레버(251) 및 제2 주행 레버(252)를 조작함으로써, 유압 셔블(100)의 주행 동작을 제어할 수 있다.

작업기 레버(253)가 조작되면, 그 조작 내용에 대응한 파일럿 유압이 방향 제어 밸브(64)에 공급된다. 이로써, 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12), 및 선회 모터에 공급되는 작동유의 흐름 방향 및 유량이 조정되어, 작업기(2)의 동작 및 선회체(3)의 선회 동작이 제어된다.

맨 머신 인터페이스부(32)는, 입력부(321)와 표시부(모니터)(322)를 가지고 있다. 본 예에 있어서는, 입력부(321)는, 표시부(322)의 주위에 배치되는 조작 버튼을 가지고 있다. 그리고, 입력부(321)는 터치패널을 가지고 있어도 된다. 맨 머신 인터페이스부(32)를, 멀티 모니터라고도 한다.

입력부(321)는, 오퍼레이터에 의해 조작된다. 입력부(321)의 조작에 의해 생성된 지령 신호는, 콘트롤러(26)에 출력된다. 표시부(322)는, 유압 셔블(100)의 차체 정보를 표시한다. 유압 셔블(100)의 차체 정보는, 예를 들면, 유압 셔블(100)의 작업 모드, 연료계에 의해 나타내는 연료 잔량, 온도계에 의해 나타내는 냉각수의 온도 또는 작동유의 온도, 에어컨의 가동 상황 등을 포함한다. 표시부(322)는 또한, 콘트롤러(26)에 의해 생성된, 유압 셔블(100)의 주변 화상을 표시한다.

도 3은, 유압 셔블(100)의 주변에 설정된 설정 영역(A)을 설명하기 위한 모식도이다. 도 3에는, 평면에서 본 유압 셔블(100)의 개략이 도시되어 있다. 도 3에 있어서는, 선회체(3)의 전후 방향은 도면 중 상하 방향이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 유압 셔블(100)의 주변에는, 경계선(B)이 설정되어 있다. 경계선(B)은, 경계선(B)의 내측, 즉 경계선(B)보다 유압 셔블(100)의 가까이에, 인식해야 할 대상으로서의 장애물, 예를 들면 사람이 존재하고 있는 것을 검출하는 경계선을 이루고 있다. 경계선(B)의 내측에 설정된 영역을, 설정 영역(A)이라고 칭한다. 도 2에 나타낸 콘트롤러(26)는, 유압 셔블(100)의 주변에 경계선(B)을 설정하고, 경계선(B)의 내측의 영역을 설정 영역(A)으로서 설정한다.

도 3에 나타내는 크롤러(5Cr)는, 선회체(3)의 전후 방향으로 연장되어 있다. 도 3에 나타내는 크롤러(5Cr)와 선회체(3)의 방향이 일치하고 있을 때는, 경계선(B)은, 선회체(3)의 전후 방향으로 장변(長邊)을 가지고 선회체(3)의 좌우 방향으로 단변(短邊)을 가지는, 대략 직사각형의 형상으로 설정된다. 설정 영역(A)은, 세로로 긴 대략 사각 형상으로 설정된다.

도 3 중에 해칭으로 나타내는 가시 영역(C)은, 캡(4)에 탑승하는 오퍼레이터가 전방을 향했을 때 육안으로 관찰할 수 있는 영역을 나타낸다. 가시 영역(C)은, 선회체(3)의 전방에 설정되어 있다. 가시 영역(C)은, 카메라(20)의 사각이 되는 영역이며, 우전방 카메라(20A), 우측방 카메라(20B), 후방 카메라(20C) 및 좌측방 카메라(20D)가 촬상하는 화상에는, 가시 영역(C)은 포함되지 않는다.

카메라(20)는, 가시 영역(C)을 제외한, 유압 셔블(100)의 주변의 화상을 취득한다. 콘트롤러(26)는, 경계선(B)의 내측의 영역으로서, 가시 영역(C)을 제외한 영역을, 설정 영역(A)으로서 설정한다. 카메라(20)는, 설정 영역(A) 내의 화상을 취득 가능하다. 카메라(20)가 취득한 화상에, 인식해야 할 대상으로서의 장애물, 예를 들면 사람이 찍혀져 있는 지의 여부를 콘트롤러(26)가 판단함으로써, 유압 셔블(100)의 주위에 인식해야 할 대상이 존재하고 있는 지의 여부가 검출된다. 카메라(20)와 콘트롤러(26)는, 실시형태의 주위 감시 장치를 구성한다.

콘트롤러(26)는, 주변 모니터가 인식해야 할 대상을 인식할 수 있는 범위에, 설정 영역(A)을 설정한다. 카메라(20)가 취득한 설정 영역(A) 내의 화상으로부터, 콘트롤러(26)는, 사람 등의 인식해야 할 대상이 설정 영역(A) 내에 존재하고 있는 지의 여부를 검출한다. 카메라(20)는 가시 영역(C) 내의 화상을 취득 불가능하며, 카메라(20)가 취득한 화상으로부터 가시 영역(C) 내에 인식해야 할 대상이 존재하고 있는 지를 검출할 수 없으므로, 가시 영역(C)은 설정 영역(A)으로부터 제외되어 있다.

도 4는, 유압 셔블(100)의 주변에 설정된 제1 경계(B1)와 제2 경계(B2)를 설명하기 위한 모식도이다. 도 5는, 선회체(3)이 주행체(5)에 대하여 선회했을 때의 설정 영역(A)을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4, 5에 나타내는 유압 셔블(100)은, 도 3에 나타내는 자세로부터, 선회체(3)가 주행체(5)에 대하여 상대 회전하고 있다. 크롤러(5Cr)는, 선회체(3)의 전후 방향에 대하여 경사지는 방향으로 연장되어 있다. 이 때 콘트롤러(26)는, 선회체(3)의 주위에 제1 경계(B1)를 설정하고, 제1 경계(B1)와는 상이한 제2 경계(B2)를 주행체(5)의 주위에 설정한다. 도 4, 5 및 후술하는 도 6에 있어서, 제1 경계(B1)를 1점쇄선으로 나타내고, 제2 경계(B2)를 2점쇄선으로 나타낸다.

제1 경계(B1)는, 선회체(3)의 전후 방향으로 장변을 가지고 선회체(3)의 좌우 방향으로 단변을 가지는, 대략 직사각형의 형상으로 설정된다. 제2 경계(B2)는, 크롤러(5Cr)가 연장되는 방향으로 장변을 가지는 대략 직사각형의 형상으로 설정된다. 제1 경계(B1)의 내측의 영역과 제2 경계(B2)의 내측의 영역은, 일부만이 중첩되어 있다. 제1 경계(B1)의 내측의 영역과 제2 경계(B2)의 내측의 영역은, 서로 중첩되지 않는 부분을 가지고 있다.

이 경우에, 콘트롤러(26)는, 제1 경계(B1)와 제2 경계(B2) 중 적어도 어느 한쪽의 내측의 영역으로서, 가시 영역(C)을 제외한 영역을, 설정 영역(A)으로서 설정한다. 콘트롤러(26)는, 제1 경계(B1)의 내측이면서 제2 경계(B2)의 내측의 영역과, 제1 경계(B1)의 외측이지만 제2 경계(B2)의 내측인 영역과, 제2 경계(B2)의 외측이지만 제1 경계(B1)의 내측인 영역을, 설정 영역(A)으로서 설정한다. 설정 영역(A)을 규정하기 위한 경계선(B)을, 도 5 및 후술하는 도 6에 있어서는, 굵은 실선으로 나타낸다

유압 셔블(100)이 도 3에 나타내는 자세이며, 크롤러(5Cr)가 선회체(3)의 전후 방향으로 연장될 때, 제1 경계(B1)와 제2 경계(B2)는 일치하고 있고, 경계선(B)에 제1 경계(B1)와 제2 경계(B2)가 중첩되어 있다. 도 3에 나타내는 경계선(B)에, 제1 경계(B1) 및 제2 경계(B2)가 일치하고 있다.

도 3에 나타내는 유압 셔블(100)의 자세로부터 선회체(3)이 주행체(5)에 대하여 선회하고, 이 선회체(3)의 선회에 대응하고, 콘트롤러(26)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 경계(B2)에 대하여 제1 경계(B1)를 상대 회전시키고 있다. 콘트롤러(26)는, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 위치 변화에 따라, 설정 영역(A)을 설정하고 있다. 보다 구체적으로는, 콘트롤러(26)는, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 각도의 변화에 대응하여, 제2 경계(B2)에 대한 제1 경계(B1)의 위치를 변경하여, 도 5에 나타낸 바와 같이, 설정 영역(A)을 변화시키고 있다.

도 5에 나타내는 경계선(B)은, 도 3의 경계선(B)과는 형상이 상이하다. 도 5에 나타내는 경계선(B)은, 도 3과는 달리, 대략 사각형상으로는 설정되어 있지 않다. 경계선(B)은, 세로로 긴 대략 직사각형과 비스듬히 연장되는 대략 직사각형을 조합한 형상으로 설정된다.

도 6은, 선회체(3)이 주행체(5)에 대하여 더욱 선회했을 때의 설정 영역(A)을 설명하기 위한 모식도이다. 도 6에 나타내는 유압 셔블(100)은, 도 3에 나타내는 자세로부터 선회체(3)이 주행체(5)에 대하여 90°상대 회전하고, 크롤러(5Cr)의 연장되는 방향과 선회체(3)의 전후 방향이 직교하고 있다. 도 6에 나타내는 유압 셔블(100)에서는, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 각도가 가장 커져 있다. 도 6에 나타내는 유압 셔블(100)에서는, 도 3에 나타내는 크롤러(5Cr)와 선회체(3)의 방향이 일치하는 자세로부터의, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 위치 변화가, 가장 커져 있다.

콘트롤러(26)는, 선회체(3)의 주위에 제1 경계(B1)를 설정하고, 제1 경계(B1)와는 상이한 제2 경계(B2)를 주행체(5)의 주위에 설정한다. 제1 경계(B1)는, 선회체(3)의 전후 방향으로 장변을 가지고 선회체(3)의 좌우 방향으로 단변을 가지는, 대략 직사각형의 형상으로 설정된다. 제2 경계(B2)는, 크롤러(5Cr)의 연장되는 방향으로 장변을 가지는 대략 직사각형의 형상으로 설정된다. 제2 경계(B2)는, 선회체(3)의 좌우 방향으로 장변을 가지고 선회체(3)의 전후 방향으로 단변을 가지는, 대략 직사각형의 형상으로 설정된다.

콘트롤러(26)는, 제1 경계(B1)와 제2 경계(B2) 중 적어도 어느 한쪽의 내측의 영역으로서, 가시 영역(C)을 제외한 영역을, 설정 영역(A)으로서 설정한다. 경계선(B)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 세로로 긴 대략 직사각형과 가로로 긴 대략직사각형을 조합한 형상으로 설정된다. 도 6에 나타내는 설정 영역(A)은, 도 3, 5에 나타내는 설정 영역(A)과 비교하여, 선회체(3)의 폭 방향(도면 중의 좌우 방향)에 있어서의 길이가, 보다 크게 되어 있다. 도 6에 나타내는, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 각도가 90°인 배치에 있어서, 선회체(3)의 폭 방향에서의 설정 영역(A)의 길이가 최대로 되어 있다.

다음으로, 본 실시형태의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

실시형태의 유압 셔블(100)에 있어서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제어 시스템(200)은, 카메라(20)와, IMU(24)와, 콘트롤러(26)를 구비하고 있다. 카메라(20)와 콘트롤러(26)는, 실시형태의 주위 감시 장치를 구성한다. IMU(24)는, 상하 방향 주위의 선회체(3)의 각속도를 계측 가능하다. IMU(24)은, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 각도를 검출하는, 실시형태의 센서로서의 기능을 가지고 있다. 콘트롤러(26)는, 도 3, 5∼6에 나타낸 바와 같이, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 각도에 따라, 설정 영역(A)을 설정한다.

주행체(5)의 주위에 제2 경계(B2)를 설정하고, 주행체(5)에 대하여 선회 가능한 선회체(3)의 주위에 제2 경계(B2)와는 상이한 제1 경계(B1)를 설정하고, 제1 경계(B1)와 제2 경계(B2)에 의해 설정 영역(A)을 결정한다. 주행체(5)에 대한 선회체(3)의 선회 각도에 의하지 않고 일정한 설정 영역을 설정하지 않고, 선회체(3)와 주행체(5)의 실제 위치 관계에 맞추어서, 제1 경계(B1)와 제2 경계(B2)를 조합하여 최적 설정 영역(A)을 자동으로 설정한다. 이와 같이 함으로써, 유압 셔블(100)의 주위에 설정 영역(A)을 적절하게 설정할 수 있다.

선회체(3)에 대한 주행체(5)의 각도를 센서에 의해 검지함으로써, 각도에 맞춘 최적 설정 영역(A)을 자동으로 설정할 수 있다. 주행체(5)에 대한 선회체(3)의 각도를 검출하는 센서는, IMU(24)로 한정되지 않는다. 선회 모터에 장착된 포텐셔미터(potentiometer)로, 선회체(3)의 선회 각도를 검출해도 된다. 선회체(3)에 장착된 카메라(20), 또는 유압 셔블(100)의 기외(機外)에 배치된 카메라로 촬상된 화상으로부터, 선회체(3)의 선회 각도를 검출해도 된다.

도 3, 5∼6에 나타낸 바와 같이, 콘트롤러(26)는, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 각도의 변화에 대응하여, 제2 경계(B2)에 대하여 제1 경계(B1)를 상대 회전시킨다. 이로써, 콘트롤러(26)는, 제2 경계(B2)에 대한 제1 경계(B1)의 위치를 변경하여, 설정 영역(A)을 변화시킨다. 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 각도의 변화에 의해 설정 영역(A)을 변화시킴으로써, 선회 각도에 맞춘 최적 설정 영역(A)을 자동으로 설정할 수 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 선회체(3)에 대한 주행체(5)의 각도가 90°일 때, 선회체(3)의 폭 방향에서의 설정 영역(A)의 길이가 최대로 되어 있다. 크롤러(5Cr)가, 선회체(3)의 전후 방향에 직교하여 연장될 때, 그 크롤러(5Cr)가 연장되는 방향에 대응시켜 설정 영역(A)이 설정되어 있다. 이로써, 유압 셔블(100)의 주위에 설정 영역(A)을 적절하게 설정할 수 있다.

도 3, 5∼6에 나타낸 바와 같이, 콘트롤러(26)는, 가시 영역(C)을 제외한 범위에 설정 영역(A)을 설정한다. 카메라(20)가 촬상하는 화상에 가시 영역(C)은 포함되지 않고, 카메라(20)가 촬상하는 화상에 기초하여 가시 영역(C) 내의 장애물의 존재를 검출할 수는 없다. 카메라(20)가 촬상하는 화상으로부터 콘트롤러(26)가 인식해야 할 대상을 인식할 수 없는 범위인 가시 영역(C)을 제외하고, 설정 영역(A)이 설정된다. 콘트롤러(26)는, 카메라(20)의 촬상하는 화상으로부터 콘트롤러(26)가 인식해야 할 대상을 인식할 수 있는 범위에, 설정 영역(A)을 설정한다. 이와 같이 함으로써, 유압 셔블(100)의 주위에 설정 영역(A)을 적절하게 설정할 수 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 경계(B2)는, 크롤러(5Cr)가 연장되는 방향으로 길이 방향을 가지고, 크롤러(5Cr)가 연장되는 방향과 직교하는 방향으로 폭 방향을 가지고 있다. 크롤러(5Cr)가 연장되는 방향은, 주행체(5)의 주행 방향에 상당한다. 따라서, 콘트롤러(26)는, 주행체(5)의 주행 방향에서의 제2 경계(B2)의 길이를, 주행 방향에 직교하는 직교 방향에서의 제2 경계(B2)의 길이보다 길게 설정한다.

주행체(5)가 주행할 수 있는 방향의 제2 경계(B2)를, 주행 방향에 직교하는 직교 방향보다 길게 함으로써, 주행 방향에서의 설정 영역(A)이 길어진다. 주행체(5)의 주행 방향의 설정 영역(A)을, 주행체(5)가 주행하지 않는 비주행 방향의 설정 영역(A)보다 길게 설정함으로써, 주행체(5)가 주행하고자 하는 방향에 인식해야 할 대상이 존재하고 있는 것을, 더욱 확실하게 사전에 찰지(察知)할 수 있다. 이와 같이 설정 영역(A)을 적절하게 설정함으로써, 주행하는 주행체(5)가 장애물에 접촉하는 것을 회피할 수 있다.

IMU(24)로 주행체(5)의 주행 속도를 검출하고, 제2 경계(B2)의 주행 방향에서의 길이와 직교 방향에서의 길이의 비를, 주행 속도에 대응하여 변화시켜도 된다. 제어 시스템(200)이 엔진(31)의 회전수를 검출하는 회전수 센서를 가지고, 제2 경계(B2)의 주행 방향에서의 길이와 직교 방향에서의 길이의 비를, 엔진(31)의 회전수에 대응하여 변화시키는 구성으로 해도 된다. 주행체(5)의 주행 속도가 커짐에 따라, 제2 경계(B2)의 주행 방향에서의 길이와 직교 방향에서의 길이의 비를, 예를 들면, 단계적으로 크게 할 수 있다. 이로써, 설정 영역(A)이 적절하게 설정되므로, 주행하는 주행체(5)가 장애물에 접촉하는 것을 확실하게 회피할 수 있다.

지금까지의 실시형태의 설명에서는, 유압 셔블(100)이 콘트롤러(26)를 구비하고 있고, 유압 셔블(100)에 탑재되어 있는 콘트롤러(26)가 유압 셔블(100)의 동작을 제어하는 예에 대하여 설명했다. 유압 셔블(100)의 동작을 제어하는 콘트롤러는, 반드시 유압 셔블(100)에 탑재되어 있지 않아도 된다.

도 7은, 유압 셔블(100)의 제어 시스템의 개략도이다. 유압 셔블(100)에 탑재된 콘트롤러(26)와는 별도로 설치된 외부의 콘트롤러(260)가, 유압 셔블(100)의 제어 시스템을 구성해도 된다. 콘트롤러(260)는, 유압 셔블(100)의 작업 현장에 배치되어도 되고, 유압 셔블(100)의 작업 현장으로부터 이격된 원격지에 배치되어도 된다.

금번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것을 아닌 것으로 여겨져야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌 청구의 범위에 의해 나타내고, 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1: 본체 2: 작업기 3: 선회체
4: 캡 4S: 운전석 5: 주행체
5Cr: 크롤러 5M: 주행 모터 6: 붐
7: 암 8: 버킷 9: 엔진 룸
10: 붐 실린더 11: 암 실린더 12: 버킷 실린더
19: 난간 20: 카메라 20A: 우전방 카메라
20B: 우측방 카메라 20C: 후방 카메라 20D: 좌측방 카메라
21: 안테나 21A: 제1 안테나 21B: 제2 안테나
23: 글로벌 좌표 연산부
25: 조작 장치 26, 260: 콘트롤러 31: 엔진
32: 맨 머신 인터페이스부
33: 유압 펌프 60: 유압 액추에이터 64: 방향 제어 밸브
65: 스풀 스트로크 센서
66: 압력 센서 100: 유압 셔블 200: 제어 시스템
251: 제1 주행 레버 252: 제2 주행 레버 253: 작업기 레버
261: 메모리 262: 타이머 321: 입력부
322: 표시부 450: 파일럿 유로
A: 설정 영역 B: 경계선 B1: 제1 경계
B2: 제2 경계 RX: 선회축.

Claims

주행체와,
상기 주행체에 대하여 선회 가능한 선회체를 구비하는, 작업 기계로서,
상기 작업 기계의 주위에 설정된 설정 영역 내에 인식해야 할 대상이 존재하고 있는 지의 여부를 검출하기 위한 주위 감시 장치;
상기 선회체에 대한 상기 주행체의 위치 변화를 검출하는 센서; 및
상기 작업 기계를 제어하는 콘트롤러;를 구비하고,
상기 콘트롤러는, 상기 센서에 의해 검출된 상기 선회체에 대한 상기 주행체의 위치 변화에 따라 상기 설정 영역을 설정하는, 작업 기계.
제1항에 있어서,
상기 콘트롤러는, 상기 선회체에 대한 상기 주행체의 각도의 변화에 대응하여 상기 설정 영역을 변화시키는, 작업 기계.
제2항에 있어서,
상기 선회체에 대한 상기 주행체의 각도가 90°일 때, 상기 선회체의 폭 방향에서의 상기 설정 영역의 길이가 최대가 되는, 작업 기계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 콘트롤러는, 상기 주위 감시 장치가 상기 인식해야 할 대상을 인식할 수 있는 범위에 상기 설정 영역을 설정하는, 작업 기계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 콘트롤러는, 상기 주행체의 주위에 경계를 설정하고, 상기 주행체의 주행 방향에서의 상기 경계의 길이를, 상기 주행 방향에 직교하는 직교 방향에서의 상기 경계의 길이보다 길게 설정하는, 작업 기계.