KR20220049035A

KR20220049035A - 침입 감시 제어 시스템 및 작업 기계

Info

Publication number: KR20220049035A
Application number: KR1020227009509A
Authority: KR
Inventors: 히데카즈 모리키; 다쿠야 나카; 신야 이무라
Original assignee: 히다치 겡키 가부시키 가이샤
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-04-20
Also published as: US20220316184A1; WO2021066057A1; JP7278190B2; CN114402111A; CN114402111B; JP2021059878A; EP4019704A4; EP4019704A1

Abstract

유압 셔블의 주위의 장해물을 검지하여 장해물 정보를 출력하는 감시 장치와, 유압 셔블의 가동 범위와 감시 장치의 감시 범위의 비교 결과에 기초하여 설정한 침입 금지 영역과, 감시 장치로부터의 장해물 정보에 따라, 유압 셔블의 동작을 제한하기 위한 동작 제한 지령을 산출하는 컨트롤러를 구비한다. 이에 의해, 침입 금지 영역을 적절히 설정할 수 있어, 검지 누락이나 오검지를 억제할 수 있다.

Description

침입 감시 제어 시스템 및 작업 기계

본 발명은, 침입 감시 제어 시스템 및 작업 기계에 관한 것이다.

예를 들면, 유압 셔블 등의 작업 기계에 있어서는, 작업 범위에 작업원이나 다른 작업 기계 등의 장해물이 침입한 경우에, 작업 기계와 장해물이 간섭하지 않도록 작업 기계의 동작을 제어하는 것이 요구된다.

이와 같은, 장해물에 대한 작업 기계의 제어에 관한 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 작업 차량(작업 기계)의 주위에 침입 금지 영역을 미리 설정하고, 작업 영역 내에 침입한 작업자 등의 침입물의 위치를 검출하여, 당해 침입물이 상기 설정된 침입 금지 영역 내에 들어갔을 때에 작업 차량(작업 기계)을 정지시키도록 한 작업 차량(작업 기계)의 침입 금지 영역에서의 정지 제어 방법에 있어서, 작업자 등의 침입물의 작업 내용에 따라, 상기 침입 금지 영역을 변경 가능하게 한 것을 특징으로 하는 작업 차량(작업 기계)의 침입 금지 영역에서의 정지 제어 방법이 개시되어 있다.

일본공개특허 특개2003-105807호 공보

그러나, 상기 종래 기술에 있어서는, 작업 기계의 동작 범위에 따라 설정되는 침입 금지 영역과 감시 장치의 감시 범위의 관계성이 반드시 충분히 고려되어 있는 것은 아니라, 이하와 같은 문제의 발생이 우려된다. 즉, 상기 종래 기술에 있어서는, 예를 들면, 작업 기계의 주위에 작업자 등의 침입물의 침입을 금지하는 침입 금지 영역을 설정한 경우에, 침입 금지 영역이 감시 장치의 감시 범위 외를 포함하도록 설정되어 버린 경우에는, 감시 장치의 감시 범위 외의 영역으로 설정된 침입 금지 영역에서는 침입물을 검지할 수 없다. 또한, 종래 기술에 있어서는, 복수의 감시 장치를 이용하는 경우를 상정하고 있지 않기 때문에, 각 감시 장치의 감시 범위가 중복되도록 배치된 경우에, 각 감시 장치의 연계가 의도되어 있지 않은 경우에는, 어느 감시 장치에 있어서 작업 기계를 구성하는 구조물을 침입물로서 오검지해버릴 우려가 있었다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 침입 금지 영역을 적절히 설정할 수 있어, 검지 누락이나 오검지를 억제할 수 있는 침입 감시 제어 시스템 및 작업 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있으나, 그 일례를 들면, 작업 기계의 주위의 장해물을 검지하여 장해물 정보를 출력하는 감시 장치와, 상기 작업 기계의 가동 범위와 상기 감시 장치의 감시 범위의 비교 결과에 기초하여 설정한 침입 금지 영역과, 상기 감시 장치로부터의 장해물 정보에 따라, 상기 작업 기계의 동작을 제한하기 위한 동작 제한 지령을 산출하는 제어 장치를 구비한 것으로 한다.

본 발명에 의하면, 침입 금지 영역을 적절히 설정할 수 있어, 검지 누락이나 오검지를 억제할 수 있다.

도 1은, 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 나타내는 외관도이다.
도 2는, 감시 장치를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 3은, 제 1 실시형태에 관련되는 컨트롤러의 처리 기능을 나타내는 기능 블록도이다.
도 4는, 침입 금지 영역 설정부에서의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5는, 침입 금지 영역 설정부에서의 처리 내용의 상세를 설명하는 도이다.
도 6은, 침입 금지 영역 설정부에서의 처리 내용의 상세를 설명하는 도이다.
도 7은, 침입 금지 영역 설정부에서의 처리 내용의 상세를 설명하는 도이다.
도 8은, 침입 금지 영역 설정부에서의 처리 내용의 상세를 설명하는 도이다.
도 9는, 침입 금지 영역 설정부에서의 처리 내용의 상세를 설명하는 도이다.
도 10은, 동작 제한 제어부에서의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다.
도 11은, 가동 범위와 감시 범위의 비교의 일례를 설명하는 도이다.
도 12는, 제 2 실시형태에 관련되는 컨트롤러의 처리 기능을 나타내는 기능 블록도이다.
도 13은, 비교예로서 시공 현장의 상황의 일례를 나타내는 도이다.
도 14는, 비교예로서 시공 현장의 상황의 일례를 나타내는 도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

또한, 본 실시형태에서는, 작업 기계의 일례로서, 작업 장치(프런트 작업기)를 구비하는 유압 셔블을 예시하여 설명하지만, 예를 들면, 휠 로더 등의 다른 작업 기계 외에, 로드 롤러 등의 도로 기계나 크레인 등에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.

또한, 이하의 설명에서는, 동일한 구성 요소가 복수 존재할 경우, 부호(숫자)의 말미에 알파벳을 붙이는 경우가 있으나, 당해 알파벳을 생략하여 당해 복수의 구성 요소를 합하여 표기하는 경우가 있다. 예를 들면, 4개의 관성 계측 장치(13a∼13d)가 존재할 때, 이들을 합하여 관성 계측 장치(13)라고 표기하는 경우가 있다.

<제 1 실시형태>

본 발명의 제 1 실시형태를 도 1∼도 11을 참조하면서 상세하게 설명한다.

본 실시형태는, 1개 이상의 감시 장치(N1, …, Nn(n:양의 정수))(도 2, 도 3 등 참조)에 의해 작업 기계(예를 들면, 유압 셔블(M1))의 주위의 장해물을 검지하여 검지 결과를 장해물 정보로서 출력하고, 유압 셔블(M1)의 가동 범위와 감시 장치(N1, …, Nn)의 감시 범위에 기초하여 설정한 침입 금지 영역과, 감시 장치(N1, …, Nn)로부터의 장해물 정보에 따라 작업 기계의 동작을 제한하기 위한 동작 제한 지령을 생성하는 침입 감시 제어 시스템에 관한 것이다.

도 1은, 본 실시형태에 관련되는 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 모식적으로 나타내는 외관도이다.

도 1에 있어서, 유압 셔블(M1)은, 수직 방향으로 각각 회동(回動)하는 복수의 피구동 부재(붐(11), 아암(12), 버킷(작업구)(8))를 연결하여 구성된 다관절형의 프런트 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.

프런트 작업기(15)의 붐(11)의 기단(基端)은 상부 선회체(10)의 전부(前部)에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있고, 아암(12)의 일단은 붐(11)의 선단에 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있으며, 아암(12)의 타단에는 버킷 링크(8a)를 개재하여 버킷(8)이 수직 방향으로 회동 가능하게 지지되어 있다.

붐(11), 아암(12), 버킷(8), 상부 선회체(10), 및 하부 주행체(9)는, 유압 액추에이터인 붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 버킷 실린더(7), 선회 유압 모터(4), 및 좌우의 주행 유압 모터(3)(좌측(3b)만 도시)에 의해 각각 구동된다. 주행 유압 모터(3)는, 좌우 한 쌍의 크롤러를 각각 구동함으로써 이동 장치로서 기능한다.

오퍼레이터가 탑승하는 운전실(16)에는, 프런트 작업기(15)의 유압 액추에이터(5∼7), 및 상부 선회체(10)의 선회 유압 모터(4)를 조작하기 위한 조작 신호를 출력하는 우측 조작 레버 장치(1c) 및 좌측 조작 레버 장치(1d)와, 하부 주행체(9)의 좌우의 주행 유압 모터(3)를 조작하기 위한 조작 신호를 출력하는 주행용 우측 조작 레버 장치(1a) 및 주행용 좌측 조작 레버 장치(1b)와, 컨트롤러(제어 장치)(100)가 마련되어 있다.

조작 레버 장치(1a, 1b, 1c, 1d )는, 각각, 조작 신호로서 전기 신호를 출력하는 전기식의 조작 레버 장치이며, 오퍼레이터에 의해 전후 좌우로 틸팅 조작되는 조작 레버와, 이 조작 레버의 틸팅 방향 및 틸팅량(레버 조작량)에 따른 전기 신호를 생성하는 전기 신호 생성부를 가진다. 조작 레버 장치(1c, 1d)로부터 출력된 전기 신호는, 전기 배선을 개재하여 컨트롤러(100)에 입력된다. 본 실시형태에서는, 우측 조작 레버 장치(1c)의 조작 레버의 전후 방향의 조작이 붐 실린더(5)의 조작에 대응하고, 좌우 방향의 조작이 버킷 실린더(7)의 조작에 대응하고 있다. 한편, 좌측 조작 레버 장치(1d)의 조작 레버의 전후 방향의 조작이 선회 유압 모터(4)의 조작에 대응하고, 좌우 방향의 조작이 아암 실린더(6)의 조작에 대응하고 있다.

붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 버킷 실린더(7), 선회 유압 모터(4), 및 좌우의 주행 유압 모터(3)의 동작 제어는, 엔진이나 전동 모터 등의 원동기(본 실시예에서는, 엔진(14))에 의해 구동되는 유압 펌프 장치(2)로부터 유압 액추에이터(3, 4∼7)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량을 컨트롤 밸브(20)로 제어하는 것에 의해 행한다.

컨트롤 밸브(20)는, 컨트롤러(100)로부터 출력되는 동작 제어 신호에 의해 동작 제어된다. 예를 들면, 컨트롤 밸브(20)는, 동작 제어 신호에 기초하여 파일럿압을 생성하는 기능으로서 복수의 전자 비례 밸브를 가지고 있고, 동작 제어 신호에 기초하여 생성된 파일럿압에 의해 컨트롤 밸브(20)가 구동되어, 유압 펌프 장치(2)로부터 유압 액추에이터(3, 4∼7)에 공급되는 작동유의 방향 및 유량이 제어된다.

주행용 우측 조작 레버 장치(1a) 및 주행용 좌측 조작 레버 장치(1b)의 조작에 기초하여 컨트롤러(100)로부터 동작 제어 신호가 컨트롤 밸브(20)에 출력되는 것에 의해, 하부 주행체(9)의 좌우의 주행 유압 모터(3)의 동작이 제어된다. 또한, 조작 레버 장치(1c, 1d)로부터의 조작 신호에 기초하여 컨트롤러(100)로부터 동작 제어 신호가 컨트롤 밸브(20)에 출력되는 것에 의해, 유압 액추에이터(4∼7)의 동작이 제어된다. 붐(11)은 붐 실린더(5)의 신축에 의해 상부 선회체(10)에 대하여 상하 방향으로 회동하고, 아암(12)은 아암 실린더(6)의 신축에 의해 붐(11)에 대하여 상하 및 전후 방향으로 회동하며, 버킷(8)은 버킷 실린더(7)의 신축에 의해 아암(12)에 대하여 상하 및 전후 방향으로 회동한다.

붐(11)의 상부 선회체(10)와의 연결부 근방과, 아암(12)의 붐(11)과의 연결부 근방과, 버킷 링크(8a)와, 상부 선회체(10)에는, 각각, 자세 정보를 취득하기 위한 자세 정보 취득 장치로서의 관성 계측 장치(IMU:Inertial Measurement Unit)(13a∼13d)가 배치되어 있다. 관성 계측 장치(13a)는 수평면에 대한 붐(11)의 각도(붐 각도)를 검출하는 자세 정보 취득 장치(붐 자세 센서)이고, 관성 계측 장치(13b)는 수평면에 대한 아암(12)의 각도(아암 각도)를 검출하는 자세 정보 취득 장치(아암 자세 센서)이며, 관성 계측 장치(13c)는 수평면에 대한 버킷 링크(8a)의 각도를 검출하는 자세 정보 취득 장치(버킷 자세 센서)이다. 또한, 관성 계측 장치(13d)는, 수평면에 대한 상부 선회체(10)의 경사 각도(롤 각, 피치 각)를 검출하는 자세 정보 취득 장치(차체 자세 센서)이다.

관성 계측 장치(13a∼13d)는, 각속도 및 가속도를 계측하는 것이다. 관성 계측 장치(13a∼13d)가 배치된 상부 선회체(10)나 각 피구동 부재(버킷(작업구)(8), 붐(11), 아암(12))가 정지(靜止)하고 있는 경우를 생각하면, 각 관성 계측 장치(13a∼13d)에 설정된 IMU 좌표계에 있어서의 중력 가속도의 방향(즉, 연직 하방 방향)과, 각 관성 계측 장치(13a∼13d)의 장착 상태(즉, 각 관성 계측 장치(13a∼13d)와 상부 선회체(10)나 각 피구동 부재(버킷(작업구)(8), 붐(11), 아암(12))의 상대적인 위치 관계)에 기초하여, 상부 선회체(10)나 각 피구동 부재(버킷(작업구)(8), 붐(11), 아암(12))의 수평면에 대한 각도를 검출할 수 있다. 여기서, 관성 계측 장치(13a∼13c)는, 붐(11), 아암(12), 및 버킷(작업구)(8)의 각각의 자세 정보(각도 신호)를 취득하는 자세 정보 취득 장치를 구성하고 있다.

또한, 자세 정보 취득 장치로서는 관성 계측 장치(IMU)를 이용하는 경우에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 경사각 센서를 이용하여 자세 정보를 취득하도록 구성해도 된다. 또한, 각 피구동 부재(버킷(작업구)(8), 붐(11), 아암(12))의 연결 부분에 퍼텐쇼미터를 배치하고, 상부 선회체(10)나 각 피구동 부재(버킷(작업구)(8), 붐(11), 아암(12))의 상대적인 방향(자세 정보)을 검출하여, 검출 결과로부터 각 피구동 부재(버킷(작업구)(8), 붐(11), 아암(12))의 자세(수평면에 대한 각도)를 구해도 된다. 또한, 붐 실린더(5), 아암 실린더(6), 및 버킷 실린더(7)에 각각 스트로크 센서를 배치하고, 스트로크 변화량으로부터 상부 선회체(10)나 각 피구동 부재(버킷(작업구)(8), 붐(11), 아암(12))의 각 접속 부분에 있어서의 상대적인 방향(자세 정보)을 산출하여, 그 결과로부터 각 피구동 부재(버킷(작업구)(8), 붐(11), 아암(12))의 자세(수평면에 대한 각도)를 구하도록 구성해도 된다.

상부 선회체(10)에는, 차체의 위치에 관한 정보인 기계 위치 정보를 취득하는 위치 정보 취득 장치로서의 측위 장치(18a, 18b)가 마련되어 있다. 측위 장치(18a, 18b)는, 예를 들면, 전구 측위 위성 시스템(GNSS:Global Navigation Satellite System)이다. GNSS란 복수의 위성으로부터의 신호를 수신하여, 지구 상의 자기 위치를 아는 위성 측위 시스템이다. 측위 장치(18a, 18b)는, 지구 상공에 위치하는 복수의 GNSS 위성(도시하지 않음)으로부터의 신호(전파)를 수신하는 것이며, 얻어진 신호에 기초하여 연산을 행함으로써, 측위 장치(18a, 18b)의 지구 좌표계에 있어서의 위치를 취득한다. 유압 셔블(M1)에 대한 측위 장치(18a, 18b)의 상대적인 탑재 위치는 설계 정보 등으로부터 미리 알고 있으므로, 측위 장치(18a, 18b)의 지구 좌표계에 있어서의 위치를 취득함으로써, 시공 현장의 기준점에 대한 유압 셔블(M1)의 위치나 방향(방위)을 기계 위치 정보로서 취득할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 기계 위치 정보는 시공 현장에 설정된 로컬 좌표계로 나타내어지는 것으로 한다.

컨트롤러(100)에는, 조작 레버 장치(1a∼1d)로부터의 조작 신호와, 관성 계측 장치(13a∼13d)로부터의 자세 정보와, 측위 장치(18a, 18b)로부터 기계 위치 정보와, 감시 장치(N1, …, Nn)로부터 통신 장치(101)를 개재한 감시 범위 정보(후술) 및 장해물 정보(후술)가 입력되어 있고, 컨트롤러(100)는 이들의 입력에 기초하여 동작 제어 신호를 출력하여 컨트롤 밸브(20)를 구동한다. 또한, 감시 장치(N1, …, Nn)는, 1대여도 복수대여도 되고, 복수대의 경우에는, 각각의 감시 장치(N1, …, Nn)로부터 장해물 정보와 감시 범위 정보가 개별로 입력된다.

도 2는, 본 실시형태에 관련되는 감시 장치를 모식적으로 나타내는 도이다.

도 2에 있어서, 감시 장치(N1)는, 검출부(N11)와, 측위 장치(N12)와, 통신부(N13)를 구비하고 있다.

검출부(N11)는, 미리 설정한 감시 범위(Q1)의 내부에 침입한 장해물 등의 물체의 위치를 검출할 수 있다. 감시 범위(Q1)는, 미리 사양으로서 설정되고, 감시 장치(N1)의 도시하지 않은 기억부에 기억되어 있다. 검출부(N11)에서는, 감시 장치(N1)에 설정된 좌표계에 있어서의 물체의 위치가 장해물 정보로서 검출된다.

측위 장치(N12)는, 예를 들면, 전구 측위 위성 시스템(GNSS)과 방위 계측 장치(예를 들면, 지자기 센서 등을 이용한 전자 컴퍼스)를 구비하고 있고, 감시 장치(N1)의 위치와 방향(방위각)을 검출할 수 있다.

통신부(N13)는, 감시 장치(N1)로부터 감시 범위 정보 및 장해물 정보를 유압 셔블(M1)의 통신 장치(101)에 송신한다.

감시 장치(N1)는, 측위 장치(N12)의 위치와 방위각에 기초하여 감시 범위(Q1) 및 장해물 정보를 시공 현장에 설정된 로컬 좌표계로 변환하는 기능을 가지고 있고, 로컬 좌표계로 변환된 감시 범위(Q1)를 감시 범위 정보로서, 로컬 좌표계로 변환된 장해물 정보와 함께 통신부(N13)로부터 유압 셔블(M1)에 송신한다. 즉, 본 실시형태에 있어서는, 장해물 정보 및 감시 범위 정보는, 모두 시공 현장에 설정된 로컬 좌표계로 나타내어진다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 감시 장치(N1)가 측위 장치(N12)를 구비하는 구성을 예시하여 설명하지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 로컬 좌표계에 있어서의 감시 장치(N1)의 위치와 방위각을 미리 계측하여 감시 장치(N1)에 입력해 두는(기억시켜 두는) 구성으로 해도 된다.

도 3은, 컨트롤러의 처리 기능을 나타내는 기능 블록도이다.

도 3에 있어서, 컨트롤러(100)는, 가동 범위 취득부(110)와, 감시 범위 취득부(120)와, 침입 금지 영역 설정부(130)와, 동작 제한 제어부(140)와, 동작 제한부(150)와, 차체 제어부(160)를 구비하고 있다.

가동 범위 취득부(110)는, 측위 장치(18a, 18b)로부터의 기계 위치 정보에 기초하여 유압 셔블(M1)의 가동 범위를 연산하고, 침입 금지 영역 설정부(130) 및 동작 제한 제어부(140)에 출력한다. 가동 범위는, 예를 들면, 유압 셔블(M1)의 최대 선회 반경으로 해도 되고, 자세 정보도 가동 범위 취득부(110)에 입력하여, 유압 셔블(M1)이 현재의 위치와 자세로부터 소정의 시간에 도달 가능한 동작 범위를 가동 범위로서 연산해도 된다. 이하의 설명에 있어서는, 유압 셔블(M1)의 최대 선회 반경을 가동 범위로 한 경우를 예로 들어 설명한다.

감시 범위 취득부(120)는, 감시 장치(N1, …, Nn)로부터의 감시 범위 정보에 기초하여, 어느 감시 장치(N1, …, Nn)가 감시 가능한 범위로서 감시 범위를 연산하고, 침입 금지 영역 설정부(130) 및 동작 제한 제어부(140)에 출력한다.

침입 금지 영역 설정부(130)는, 가동 범위 취득부(110)로부터의 가동 범위와 감시 범위 취득부(120)로부터의 감시 범위에 기초하여 침입 금지 영역을 연산하고, 동작 제한 제어부(140)에 출력한다. 또한, 침입 금지 영역 설정부(130)에 있어서의 침입 금지 영역의 연산에 관해서는 후술한다.

동작 제한 제어부(140)는, 가동 범위 취득부(110)로부터의 가동 범위, 감시 범위 취득부(120)로부터의 감시 범위, 침입 금지 영역 설정부(130)로부터의 침입 금지 영역, 및 감시 장치(N1, …, Nn)로부터 장해물 정보에 기초하여 동작 제한 지령을 연산하고, 동작 제한부(150)에 출력한다. 또한, 동작 제한 제어부(140)에 있어서의 동작 제한 지령의 연산에 관해서는 후술한다.

차체 제어부(160)는, 조작 레버 장치(1a∼1d)로부터의 조작 신호 및 관성 계측 장치(13a∼13d)로부터의 자세 정보에 기초하여 동작 제어 신호를 연산하고, 동작 제한부(150)를 개재하여 컨트롤 밸브(20)에 출력한다.

동작 제한부(150)는, 동작 제한 제어부(140)로부터의 동작 제한 지령에 기초하여, 차체 제어부(160)로부터 출력되는 동작 제어 신호의 컨트롤 밸브(20)에의 전달을 제한한다. 즉, 동작 제한부(150)는, 동작 제한 제어부(140)로부터 동작 제한 지령으로서 동작 정지 지령(후술)이 출력되고 있는 경우에는, 차체 제어부(160)로부터 컨트롤 밸브(20)에 출력되는 동작 제어 신호를 차단함으로써 컨트롤 밸브(20)의 구동을 정지하여, 유압 액추에이터(4∼7)의 동작을 정지(제한)한다. 또한, 동작 제한부(150)는, 동작 제한 제어부(140)로부터 동작 제한 지령으로서 속도 제한 지령(후술)이 출력되고 있는 경우에는, 차체 제어부(160)로부터 컨트롤 밸브(20)에 출력되는 동작 제어 신호를 제한함으로써(예를 들면, 신호를 어떤 비율로 감소시킴으로써) 컨트롤 밸브(20)의 구동을 제한하여, 유압 액추에이터(4∼7)의 속도를 제한한다. 또한, 동작 제한부(150)는, 동작 제한 제어부(140)로부터 동작 제한 지령이 출력되고 있지 않은 경우에는, 차체 제어부(160)로부터 출력되는 동작 제어 신호의 컨트롤 밸브(20)에의 전달을 허용한다.

도 4는, 침입 금지 영역 설정부에서의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다. 또한, 도 5∼도 9는, 침입 금지 영역 설정부에서의 처리 내용의 상세를 설명하는 도이다. 여기서는, 감시 장치로서 2대의 감시 장치(N1, N2)를 이용하는 경우를 예시하여 설명한다.

도 4에 있어서, 침입 금지 영역 설정부(130)는, 먼저, 유압 셔블(M1)의 가동 범위에 기초하여 침입 금지 영역(P1)을 설정한다(단계 S100). 침입 금지 영역(P1)으로서는, 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블(M1)의 최대 선회 반경으로부터 폭(R1)만큼 확대한 원환으로 나타내어지는 영역을 설정한다. 여기서, 폭(R1)은, 선회 중인 유압 셔블(M1)이 정지할 때까지 요하는 시간과, 시공 현장에 있어서 침입물로서 상정되는 물체의 이동 속도에 기초하여 설정하는 것이 좋다. 또한, 유압 셔블(M1)의 선회 속도로서는, 최대 선회 속도를 이용해도 되고, 실제 선회 속도를 이용해도 된다.

이어서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 침입 금지 영역(P1)과, 감시 장치(N1, N2)의 감시 범위(Q1, Q2)를 비교하여, 침입 금지 영역(P1) 중 감시 범위(Q1, Q2)에 들어가지 않는 범위를 검지 불가 영역(P1x)으로서 추출한다(단계 S110).

이어서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 감시 장치(N1, N2)의 감시 범위(Q1, Q2)에 기초하여, 감시 범위(Q1, Q2)의 외주로부터 일정한 폭을 차지하는 범위를 경계 영역(Qx)으로서 추출한다(단계 S120). 또한, 경계 영역(Qx)의 폭을 R1로 해두는 것이 바람직하다.

이어서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 침입 금지 영역(P1)과 경계 영역(Qx)을 비교하여, 경계 영역(Qx) 중 침입 금지 영역(P1)보다 내측의 영역을 보충 영역(P1y)으로서 설정한다(단계 S130).

이어서, 도 9에 나타내는 바와 같이, 침입 금지 영역(P1)으로부터 검지 불가 영역(P1x)를 제외하고, 추가로 보충 영역(P1y)을 합한 영역을 새로운 침입 금지 영역(P1)으로서 설정한다.

도 10은, 동작 제한 제어부에서의 처리 내용을 나타내는 플로우 차트이다. 또한, 도 11은, 가동 범위와 감시 범위의 비교의 일례를 설명하는 도이다.

도 10에 있어서, 동작 제한 제어부(140)는, 먼저, 침입 금지 영역(P1)에 장해물이 있는지의 여부를 판정하고(단계 S200), 판정 결과가 YES인 경우에는, 동작 제한 지령으로서 동작 정지 지령을 동작 제한부(150)에 출력하여, 유압 셔블(M1)의 동작을 정지시키고(단계 S201), 처리를 종료한다.

또한, 침입 금지 영역(P1)에 침입물이 들어간 경우에 침입물을 장해물로서 판정하는 것에 더하여, 유압 셔블(M1)의 일부가 침입 금지 영역에 들어간 경우에도 유압 셔블(M1)의 일부를 장해물로서 판정하고, 유압 셔블(M1)의 동작을 정지시킨다. 이와 같이 제어하는 것에 의해, 침입 금지 영역(P1)에 침입물이 들어간 경우에 유압 셔블(M1)을 정지시킴과 함께, 유압 셔블(M1)이 침입 금지 영역(P1)의 외측으로 나가는 것도 방지할 수 있다.

이어서, 유압 셔블(M1)의 가동 범위와 감시 장치(N1, N2)의 감시 범위(Q1, Q2)를 비교하여, 모든 가동 범위가 감시 범위(Q1, Q2)에 포함되는지의 여부를 판정한다(단계 S210). 단계 S210에서의 판정 결과가 NO인 경우, 즉, 가동 범위의 적어도 일부가 감시 범위(Q1, Q2)에 포함되어 있지 않은 경우에는, 동작 제한 제어부(140)는, 동작 제한 지령으로서 속도 제한 지령을 동작 제한부(150)에 출력하여, 유압 셔블(M1)의 동작 속도를 제한하고(단계 S211), 처리를 종료한다. 가동 범위의 적어도 일부가 감시 범위(Q1, Q2)에 포함되어 있지 않은 경우란, 예를 들면, 도 11에 나타내는 바와 같이, 가동 영역(W1)의 일부인 영역(W1x)이 감시 범위(Q1, Q2)에 포함되지 않는 경우이다. 또한, 단계 S210에서의 판정 결과가 YES인 경우에는, 처리를 종료한다.

이와 같이, 가동 범위의 일부라도 감시 범위(Q1, Q2)에 포함되지 않는 경우에, 유압 셔블(M1)의 속도를 제한하는 것에 의해, 유압 셔블(M1)이 침입 금지 영역(P1)의 외측으로 돌출할 가능성이 있는 경우에 있어서도, 미리 유압 셔블(M1)의 속도를 제한할 수 있어, 유압 셔블(M1)이 침입 금지 영역(P1)의 외측으로 돌출하는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 유압 셔블(M1)이 침입 금지 영역(P1)의 외측으로 돌출하는 것을 보다 확실하게 방지하기 위하여, 영역(W1x)의 면적이 클수록, 유압 셔블(M1)의 속도를 보다 작게 하도록 구성해도 된다.

이상과 같이 구성한 본 실시형태에 있어서의 효과를 도 13 및 도 14를 이용하여 설명한다.

종래 기술에 있어서는, 작업 기계의 동작 범위에 따라 설정되는 침입 금지 영역과 감시 장치의 감시 범위의 관계성이 반드시 충분히 고려되어 있지는 않아, 예를 들면, 침입 금지 영역이 감시 장치의 감시 범위 외로 설정된 경우에는 침입물을 검지할 수 없거나, 복수의 감시 범위가 중복하여 설정된 경우에는 작업 기계를 침입물로서 오검지해버릴 가능성이 있었다. 즉, 예를 들면, 도 13에 나타내는 바와 같이, 작업 기계(M1)의 주위를 침입 금지 영역(P1)으로 하는 경우, 감시 장치(N1)와의 위치 관계에 따라서는 침입 금지 영역(P1)이 감시 장치의 감시 범위(Q1)의 밖으로 설정되어 버려, 침입물(X1)을 검지할 수 없을 가능성이 있었다. 또한, 도 14에 나타내는 바와 같이, 감시 범위를 확대하기 위하여 감시 장치(N2)를 설치한 경우, 작업 기계(M1)의 일부가 감시 장치(N2)의 감시 범위(Q2)에 들어갔을 때에, 작업 기계(M1)의 일부를 침입물로서 오검지해버릴 가능성이 있었다.

이에 비하여 본 실시형태에 있어서는, 유압 셔블(M1)의 주위의 장해물을 검지하여 장해물 정보를 출력하는 감시 장치(N1, N2)와, 유압 셔블(M1)의 가동 범위와 감시 장치(N1, N2)의 감시 범위의 비교 결과에 기초하여 설정한 침입 금지 영역(P1)과, 감시 장치(N1, N2)로부터의 장해물 정보에 따라, 유압 셔블(M1)의 동작을 제한하기 위한 동작 제한 지령을 산출하는 컨트롤러(100)를 구비하여 구성했으므로, 침입 금지 영역을 적절히 설정할 수 있어, 검지 누락이나 오검지를 억제할 수 있다.

<제 2 실시형태>

본 발명의 제 2 실시형태를 도 12를 참조하면서 설명한다.

본 실시형태는, 제 1 실시형태에 있어서의 동작 제한 제어부(140)에 더하여 경고 통지 지령을 출력하는 경고 통지 제어부(240)를 구비한 것이다.

도 12는, 본 실시형태에 관련되는 컨트롤러의 처리 기능을 나타내는 기능 블록도이다. 도면 중, 제 1 실시형태와 마찬가지의 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다. 또한, 도 12에 있어서는, 제 1 실시형태에서 설명한 동작 제한 제어부(140), 동작 제한부(150), 및, 차체 제어부(160)에 관해서는 도시를 생략한다.

도 12에 있어서, 컨트롤러(100A)는, 가동 범위 취득부(110)와, 감시 범위 취득부(120)와, 침입 금지 영역 설정부(130)와, 경고 통지 제어부(240)를 구비하고 있다.

경고 통지 제어부(240)는, 침입 금지 영역 설정부(130)로부터의 침입 금지 영역, 및, 감시 장치(N1, …, Nn)로부터 장해물 정보에 기초하여 경고 통지 지령을 연산하고, 통지 장치(200)에 출력한다. 또한, 경보 통지 제어부(240)에 있어서의 경보 통지 지령의 연산은, 제 1 실시형태에 있어서의 동작 제한 제어부(140)에 있어서의 동작 제한 지령의 연산과 마찬가지로 행한다. 즉, 경고 통지 제어부(240)는, 침입 금지 영역(P1)에 침입물이 들어간 경우에는, 침입물을 장해물로서 판정함과 함께, 유압 셔블(M1)의 일부가 침입 금지 영역에 들어간 경우에도 유압 셔블(M1)의 일부를 장해물로서 판정하고, 경고 통지 지령을 통지 장치(200)에 출력함으로써 경고를 발보(發報)시킨다.

그 밖의 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

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

다음에 상기의 각 실시형태의 특징에 관하여 설명한다.

(1) 상기의 실시형태에서는, 작업 기계(예를 들면, 유압 셔블(M1))의 주위의 장해물을 검지하여 장해물 정보를 출력하는 감시 장치(N1, …, Nm)와, 상기 작업 기계의 가동 범위와 상기 감시 장치의 감시 범위의 비교 결과에 기초하여 설정한 침입 금지 영역(P1)과, 상기 감시 장치로부터의 장해물 정보에 따라, 상기 작업 기계의 동작을 제한하기 위한 동작 제한 지령을 산출하는 제어 장치(예를 들면, 컨트롤러(100; 100A))를 구비하는 것으로 했다.

이에 의해, 침입 금지 영역을 적절히 설정할 수 있어, 검지 누락이나 오검지를 억제할 수 있다.

(2) 또한, 상기의 실시형태에서는, (1)의 침입 감시 제어 시스템에 있어서, 상기 작업 기계(예를 들면, 유압 셔블(M1))는 상기 제어 장치(예를 들면, 컨트롤러(100; 100A))를 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 감시 장치(N1, …, Nn)로부터의 장해물 정보에 기초하여 상기 작업 기계의 동작을 제한하는 것으로 했다.

(3) 또한, 상기의 실시형태에서는, (1)의 침입 감시 제어 시스템에 있어서, 상기 감시 장치(N1, …, Nn)는 상기 제어 장치(예를 들면, 컨트롤러(100; 100A))를 구비하고, 상기 작업 기계(예를 들면, 유압 셔블(M1))는 상기 제어 장치로부터의 동작 제한 지령에 기초하여 동작을 제한하는 것으로 했다.

(4) 또한, 상기의 실시형태에서는, 시공 현장에 있어서 동작하는 작업 기계(예를 들면, 유압 셔블(M1))로서, 상기 작업 기계의 동작을 제어하는 제어 장치(예를 들면, 컨트롤러(100; 100A))를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 작업 기계의 주위의 장해물을 검지하여 장해물 정보를 출력하는 감시 장치(N1, …, Nn)의 감시 범위와 상기 작업 기계의 가동 범위의 비교 결과에 기초하여 설정한 침입 금지 영역(P1)과, 상기 감시 장치로부터의 장해물 정보에 따라, 상기 작업 기계의 동작을 제한하기 위한 동작 제한 지령을 산출하고, 상기 동작 제한 지령에 따라 상기 작업 기계의 동작을 제한하는 것으로 했다.

<부기>

또한, 본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 여러 가지 변형례나 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, 집적 회로로 설계하는 등에 의해 실현해도 된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행하는 것에 의해 소프트웨어로 실현해도 된다.

또한, 본 실시형태에 있어서는, 유압 셔블(M1)에 컨트롤러(100, 100A)를 탑재한 구성을 설명했지만, 예를 들면, 컨트롤러(100)를 유압 셔블(M1)로부터 분리하여 배치하고, 유압 셔블(M1)의 원격 조작을 가능하게 한 유압 셔블(작업 기계)(M1)의 제어 시스템으로서 구성해도 된다. 또한, 컨트롤러(100, 100A)로부터 동작 제한부(150) 및 차체 제어부(160) 이외의 기능부를 유압 셔블(M1)로부터 분리하여, 예를 들면, 감시 장치(N1, …, Nn)에 배치하도록 구성해도 된다.

1a∼1d : 조작 레버 장치
2 : 유압 펌프 장치
3 : 주행 유압 모터
4 : 선회 유압 모터
5 : 붐 실린더
6 : 아암 실린더
7 : 버킷 실린더
8 : 버킷(작업구)
8a : 버킷 링크
9 : 하부 주행체
10 : 상부 선회체
11 : 붐
12 : 아암
13 : 관성 계측 장치(IMU)
14 : 엔진
15 : 프런트 작업기
16 : 운전실
18a, 18b : 측위 장치(GNSS)
20 : 컨트롤 밸브
100, 100A : 컨트롤러(제어 장치)
101 : 통신장치
110 : 가동 범위 취득부
120 : 감시 범위 취득부
130 : 침입 금지 영역 설정부
140 : 동작 제한 제어부
150 : 동작 제한부
160 : 차체 제어부
200 : 통지 장치
240 : 경고 통지 제어부
M1 : 유압 셔블(작업 기계)
N1, N2 : 감시 장치
N11 : 검출부
N12 : 측위 장치
N13 : 통신부
P1 : 침입 금지 영역
P1x : 검지 불가 영역
P1y : 보충 영역
Q1, Q2 : 감시 범위
Qx : 경계 영역
R1 : 폭
W1 : 가동 영역
W1x : 영역
X1 : 침입물

Claims

작업 기계의 주위의 장해물을 검지하여 장해물 정보를 출력하는 감시 장치와,
상기 작업 기계의 가동 범위와 상기 감시 장치의 감시 범위의 비교 결과에 기초하여 설정한 침입 금지 영역과, 상기 감시 장치로부터의 장해물 정보에 따라, 상기 작업 기계의 동작을 제한하기 위한 동작 제한 지령을 산출하는 제어 장치
를 구비한 것을 특징으로 하는 침입 감시 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 작업 기계는 상기 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는 상기 감시 장치로부터의 장해물 정보에 기초하여 상기 작업 기계의 동작을 제한하는 것을 특징으로 하는 침입 감시 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 감시 장치는 상기 제어 장치를 구비하고,
상기 작업 기계는 상기 제어 장치로부터의 동작 제한 지령에 기초하여 동작을 제한하는 것을 특징으로 하는 침입 감시 제어 시스템.
시공 현장에 있어서 동작하는 작업 기계로서, 상기 작업 기계의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 작업 기계의 주위의 장해물을 검지하여 장해물 정보를 출력하는 감시 장치의 감시 범위와 상기 작업 기계의 가동 범위의 비교 결과에 기초하여 설정한 침입 금지 영역과, 상기 감시 장치로부터의 장해물 정보에 따라, 상기 작업 기계의 동작을 제한하기 위한 동작 제한 지령을 산출하고, 상기 동작 제한 지령에 따라 상기 작업 기계의 동작을 제한하는 것을 특징으로 하는 작업 기계.