WO2012161062A1 - 電動式旋回装置を備えたショベル及びその制御方法 - Google Patents

電動式旋回装置を備えたショベル及びその制御方法 Download PDF

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electric
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春男 呉
世鵬 李
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    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the present invention relates to an excavator including an electric turning device in which a turning body is attached to a base body such as a traveling device and a control method thereof.
  • a control for forcibly stopping the turning operation is performed. Yes.
  • the hydraulic valve In the hydraulic turning work machine, when the turning body is stationary, the hydraulic valve is closed to suppress the supply of pressure oil to the turning drive unit. When the flow of pressure oil is suppressed, the swivel body is stationary. When the turning body is turned by the electric motor, even if the supply of power to the turning electric motor is stopped, it is difficult to immediately stop the turning body due to the moment of inertia of the turning body. In particular, in a turning work machine equipped with an attachment such as an excavator, since the moment of inertia of the turning body increases, it becomes more difficult to make the turning body stationary. In order to avoid danger, a technique for stopping the turning operation more safely is desired.
  • a substrate A revolving body attached to the base body so as to be able to swivel; A turning electric motor for turning the turning body; An inverter for supplying electric power to the turning electric motor; A control unit; An obstacle detector that detects obstacles around the substrate and transmits a detection result to the control unit; When the obstacle is detected by the obstacle detector, the controller determines whether there is an obstacle in the monitoring area, and when the obstacle exists inside the monitoring area, the turning There is provided an excavator provided with an electric turning device for stopping an electric motor.
  • a substrate A revolving body attached to the base body so as to be able to swivel; A turning electric motor for turning the turning body; An inverter for supplying electric power to the turning electric motor; A control unit; An excavator control method comprising an electric swivel device having an obstacle detector that detects an obstacle around the base and transmits a detection result to the control unit, When an obstacle is detected by the obstacle detector, the control unit determines whether an obstacle exists in the monitoring area; and When it is determined that an obstacle is present inside the monitoring area, a control method for an excavator provided with an electric turning device is provided in which the control unit stops the turning electric motor.
  • the electric swivel can be safely stopped.
  • FIG. 1 is a plan view of the electric swivel device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an overall block diagram of the electric swing device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a pivot axis and an attachment for explaining a method for calculating the attachment length.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of turning control of the electric turning device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the inverter.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the speed operation value and the speed command value.
  • FIG. 7 is a flowchart of the turning control according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of turning control of the electric turning device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the azimuth angle of the obstacle position and the speed limit.
  • FIG. 10 is a flowchart of turning control according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a functional block diagram of turning control of the electric turning device according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view of the electric swivel device according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of turning control of the electric turning device according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the azimuth angle of the obstacle position and the speed limit.
  • FIG. 15 is a flowchart of turning control according to the third embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view of the electric swivel device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 17 is a functional block diagram of turning control of the electric turning device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 18 is a plan view of the electric swivel device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 19 is a functional block diagram of turning control of the electric turning device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 20 is a plan view of the electric swivel device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 21 is a functional block diagram of turning control of the electric turning device according to the sixth embodiment.
  • Example 1 In FIG. 1, the top view of the electrically driven turning apparatus by Example 1 is shown.
  • an excavator provided with an electric swivel device is taken up.
  • the present embodiment can also be applied to a construction machine capable of swiveling operation other than the shovel.
  • Rotating body 2 is mounted on base 1.
  • the base body 1 is a traveling body including, for example, a crawler.
  • the swivel body 2 swivels with respect to the base body 1 around the swivel center 3.
  • An attachment 4 is attached to the swivel body 2.
  • the attachment 4 turns around the turning center 3 together with the turning body 2.
  • the attachment 4 includes, for example, a boom, an arm, and a bucket.
  • the azimuth facing the tip of the attachment 4 from the turning center 3 is the x axis
  • the azimuth perpendicular thereto is the y axis
  • the turning center 3 is the z axis.
  • An xyz Cartesian coordinate system An azimuth obtained by rotating the positive direction of the x-axis by 90 ° clockwise as viewed from above is defined as the positive direction of the y-axis.
  • a left-handed system is adopted as xyz orthogonal coordinates.
  • the first monitoring area 5 is defined by a sector shape centered on the turning center 3 (z axis).
  • the bisector of the central angle of the first monitoring area 5 coincides with the x axis.
  • the distance R from the turning center 3 (z axis) to the tip of the attachment 4 varies by driving the boom, arm, and bucket.
  • the distance R means the projection length on the reference horizontal plane (xy plane).
  • This distance R is referred to as “attachment length”.
  • the radius of the first monitoring region 5 is equal to the attachment length R. 1 ⁇ 2 of the central angle of the first monitoring area 5 is ⁇ 1.
  • FIG. 2 shows an overall block diagram of a hybrid excavator as an example of the electric turning device according to the first embodiment.
  • the mechanical power system is represented by a double line
  • the high-pressure hydraulic line is represented by a thick solid line
  • the electric system is represented by a thin solid line
  • the pilot line is represented by a broken line.
  • the drive shaft of the engine 111 is connected to the input shaft of the transmission 113.
  • an engine that generates a driving force by a fuel other than electricity for example, an internal combustion engine such as a diesel engine is used.
  • the engine 111 is always driven during operation of the work machine.
  • the drive shaft of the motor generator 112 is connected to the other input shaft of the transmission 113.
  • the motor generator 112 can perform both the electric (assist) operation and the power generation operation.
  • IPM internal magnet embedded
  • the transmission 113 has two input shafts and one output shaft.
  • the drive shaft of the main pump 114 is connected to this output shaft.
  • the motor generator 112 When the load applied to the engine 111 is large, the motor generator 112 performs an assist operation, and the driving force of the motor generator 112 is transmitted to the main pump 114 via the transmission 113. Thereby, the load applied to the engine 111 is reduced. On the other hand, when the load applied to the engine 111 is small, the driving force of the engine 111 is transmitted to the motor generator 112 via the transmission 113, so that the motor generator 112 is in a power generation operation. Switching between the assist operation and the power generation operation of the motor generator 112 is performed by an inverter 118 connected to the motor generator 112. The inverter 118 is controlled by the control device 30.
  • the control device 30 includes a central processing unit (CPU) 30A and an internal memory 30B.
  • the CPU 30A executes a drive control program stored in the internal memory 30B.
  • the control device 30 alerts the driver by displaying an emergency level, which will be described later, on the display device 135.
  • the main pump 114 supplies hydraulic pressure to the control valve 117 via the high pressure hydraulic line 116.
  • the control valve 117 distributes hydraulic pressure to the hydraulic motors 101A and 101B, the boom cylinder 107, the arm cylinder 108, and the bucket cylinder 109 in accordance with a command from the driver.
  • the hydraulic motors 101A and 101B drive two left and right crawlers provided in the traveling body 1 shown in FIG.
  • the input / output terminal of the electric system of the motor generator 112 is connected to the power storage circuit 119 via the inverter 118.
  • the inverter 118 performs operation control of the motor generator 112 based on a command from the control device 30.
  • a turning electric motor 16 is connected to the storage circuit 119 via another inverter 20.
  • the power storage circuit 119 and the inverter 20 are controlled by the control device 30.
  • the turning electric motor 16 is AC driven by a pulse width modulation (PWM) control signal from the inverter 20 and can perform both power running operation and regenerative operation.
  • PWM pulse width modulation
  • An IPM motor generates a large induced electromotive force during regeneration.
  • the rotational force of the turning electric motor 16 is transmitted to the turning body 2 shown in FIG.
  • the transmission 124 decreases the rotation speed.
  • the rotational force generated by the turning electric motor 16 is increased and transmitted to the turning body 2.
  • the rotational motion of the revolving structure 2 is transmitted to the turning electric motor 16 via the transmission 124, whereby the turning electric motor 16 generates regenerative power.
  • the transmission 124 increases the rotational speed, contrary to the power running operation. Thereby, the rotation speed of the electric motor 16 for rotation can be raised.
  • the resolver 17 detects the position of the rotating shaft of the turning electric motor 16 in the rotational direction.
  • the detection result is input to the control device 30.
  • the control device 30 By detecting the position of the rotating shaft in the rotational direction before and after the operation of the turning electric motor 16, the turning angle and the turning direction are derived.
  • the mechanical brake 18 is connected to the rotating shaft of the turning electric motor 16 and generates a mechanical braking force.
  • the braking state and the release state of the mechanical brake 18 are switched by an electromagnetic switch under the control of the control device 30.
  • the pilot pump 115 generates a pilot pressure necessary for the hydraulic operation system.
  • the generated pilot pressure is supplied to the operating device 126 via the pilot line 125.
  • the operation device 126 includes a lever and a pedal and is operated by a driver.
  • the operating device 126 converts the primary side hydraulic pressure supplied from the pilot line 125 into a secondary side hydraulic pressure in accordance with the operation of the driver.
  • the secondary hydraulic pressure is transmitted to the control valve 117 via the hydraulic line 127 and to the pressure sensor 129 via the other hydraulic line 128.
  • the detection result of the pressure detected by the pressure sensor 129 is input to the control device 30.
  • the control apparatus 30 can detect the operating condition of the attachment 4 (FIG. 1) which consists of the traveling body 1 (FIG. 1), the turning body 2 (FIG. 1), a boom, an arm, a bucket, etc.
  • the turning electric motor 16 drives the turning body 2. For this reason, it is desired to detect the operation amount of the lever for controlling the turning motion of the turning body 2 with high accuracy.
  • the control device 30 can detect the operation amount of the lever with high accuracy via the pressure sensor 129.
  • Control device 30 When the start key 132 is turned on by the operator, the control device 30 is activated. Control device 30 starts control of engine 111, inverters 20 and 118, and power storage circuit 119.
  • the boom 53 swings up and down around a swing center 52 parallel to the y-axis.
  • An arm 54 is attached to the tip of the boom 53, and a bucket 55 is attached to the tip of the arm 54.
  • Vertical angle sensors 57A, 57B, and 57C are attached to the base of the boom 53, the connection between the boom 53 and the arm 54, and the connection between the arm 54 and the bucket 55, respectively.
  • the vertical angle sensor 57A measures an angle ⁇ 1 formed by the longitudinal direction of the boom 53 and the reference horizontal plane (xy plane).
  • the vertical angle sensor 57B measures an angle ⁇ 1 formed by the longitudinal direction of the boom 53 and the longitudinal direction of the arm 54.
  • the vertical angle sensor 57 ⁇ / b> C measures an angle ⁇ ⁇ b> 2 formed by the longitudinal direction of the arm 54 and the longitudinal direction of the bucket 55.
  • the longitudinal direction of the boom 53 means a direction of a straight line that passes through the connecting portion between the swing center 52 and the boom 53 and the arm 54 in a plane perpendicular to the swing center 52 (in the zx plane). To do.
  • the longitudinal direction of the arm 54 means the direction of a straight line passing through the connecting portion between the boom 53 and the arm 54 and the connecting portion between the arm 54 and the bucket 55 in the zx plane.
  • the longitudinal direction of the bucket 55 means the direction of a straight line passing through the connecting portion between the arm 54 and the bucket 55 and the tip of the bucket 55 in the zx plane.
  • the rocking center 52 is arranged at a position deviating from the turning center 3 (z axis).
  • a structure in which the turning center 3 and the swing center 52 intersect, that is, the x coordinate of the swing center 52 may be set to zero.
  • the attachment length R is given by the x coordinate of the tip of the bucket 55.
  • the x coordinate of the swing center 52, the length of the boom 53, the length of the arm 54, and the length of the bucket 55 are known. Therefore, the attachment length R can be calculated by measuring the angles ⁇ 1, ⁇ 1, and ⁇ 2.
  • a plurality of, for example, four obstacle detectors 7 are attached to the revolving unit 2.
  • the obstacle detector 7 detects obstacles around the revolving structure 2.
  • the obstacle there are an operator, a dump truck, and the like.
  • the transmitter 11 is attached to the worker's helmet 10.
  • an omnidirectional marker light emitter is used.
  • the obstacle detector 7, for example, a CCD camera that acquires an image of the transmitter 11 is used. By imaging one transmitter 11 with a plurality of obstacle detectors 7, the position of the transmitter 11 can be calculated. Since the obstacle detector 7 is attached to the revolving structure 2, the relative position of the transmitter 11 with respect to the revolving structure 2, that is, the relative position of the obstruction is calculated.
  • the revolving unit 2 is equipped with a cabin for an operator to sit on.
  • the cabin is provided with a turning lever for an operator to command the turning operation of the turning body 2.
  • Fig. 4 shows a block diagram of the turning function.
  • the turning electric motor 16 turns the turning body 2 (FIG. 1).
  • IPM embedded magnet built-in synchronous
  • the inverter 20 supplies drive power to the turning electric motor 16.
  • PWM pulse width modulation
  • FIG. 5 shows an example of an equivalent circuit diagram of the inverter 20.
  • the inverter 20 has three half bridge circuits 61 connected to the DC power source 60.
  • Each half-bridge circuit 61 includes a switching element 62 on the positive electrode side and a switching element 63 on the negative electrode side.
  • the driving power supplied to the turning electric motor 16 is controlled.
  • insulated gate bipolar transistors (IGBT) are used for the switching elements 62 and 63.
  • the DC power source 60 corresponds to the power storage circuit 119 shown in FIG.
  • Control device 30 applies a control signal to inverter 20. Specifically, a pulse voltage for controlling on / off is applied to the gate terminals of the switching elements 62 and 63.
  • the lever operation amount is input from the turning lever 25 to the speed operation value conversion unit 31 of the control device 30.
  • the speed operation value conversion unit 31 generates a speed operation value ⁇ o according to the input lever operation amount.
  • the speed operation value ⁇ o is input to the speed command conversion unit 32.
  • the speed command conversion unit 32 converts the speed operation value ⁇ o into a speed command value ⁇ i.
  • FIG. 6 shows the relationship between the speed operation value ⁇ o and the speed command value ⁇ i.
  • the horizontal axis represents the speed operation value ⁇ o
  • the vertical axis represents the speed command value ⁇ i.
  • the turning speed is, for example, positive in the clockwise direction and negative in the counterclockwise direction.
  • a detection signal from the obstacle detector 7 is input to the position calculation unit 33 of the control device 30.
  • the position calculation unit 33 analyzes the input detection signal and obtains the position of the obstacle.
  • the position of the obstacle is represented by a distance r from the origin to the obstacle and an azimuth angle ⁇ with the x-axis azimuth set to 0 °.
  • the coordinates (r, ⁇ ) are relative positions with reference to the attachment 4 of the swivel body 2. Since the detector 7 is mounted on the revolving structure 2, the azimuth angle ⁇ can be directly calculated by the detector 7 even if the revolving structure 2 is revolved.
  • the obtained position coordinates (r, ⁇ ) of the obstacle are input to the urgency determining unit 34.
  • the urgency determination unit 34 determines the urgency based on the input coordinates (r, ⁇ ) of the obstacle. When there is an obstacle inside the first monitoring area 5 shown in FIG. When there is no obstacle inside the first monitoring area 5, the urgency is set to level N.
  • the resolver 17 detects the position of the turning electric motor 16 in the turning direction, and inputs the detection result to the speed conversion unit 48.
  • the speed conversion unit 48 converts the position in the turning direction into a turning speed, and inputs the current turning speed ⁇ p to the inverting input terminal of the comparator 41.
  • the comparator 41 obtains a difference between the speed command value ⁇ i input to the non-inverting input terminal and the current turning speed ⁇ p, and inputs the difference to the turning drive control unit 45.
  • the output of the inverter 20 is fed back to the turning drive control unit 45.
  • the turning drive control unit 45 generates a control signal for the inverter 20 based on the input difference and the output of the inverter 20 fed back. Specifically, a control signal for the inverter 20 is generated so that the current turning speed ⁇ p approaches the speed command value ⁇ i. The generated control signal is input to one input terminal of the second switching unit 47.
  • the power supply stop unit 46 generates a control signal for stopping the supply of power from the inverter 20 to the turning electric motor 16. Specifically, a control signal that turns off all the switching elements 62 and 63 of the inverter 20 shown in FIG. 5 is generated.
  • the second switching unit 47 selects one of the control signal output from the turning drive control unit 45 and the control signal output from the power supply stop unit 46 and inputs the selected signal to the inverter 20.
  • the urgency level is N
  • the control signal output from the turning drive control unit 45 is input to the inverter 20.
  • the urgency level is level E
  • the control signal output from the power supply stop unit 46 is input to the inverter 20.
  • the turning electric motor 16 is controlled in accordance with the degree of urgency.
  • the brake drive unit 49 controls the mechanical brake 18.
  • the brake drive unit 49 activates the mechanical brake 18 to apply a braking force to the turning electric motor 16.
  • the mechanical brake 18 is controlled corresponding to the degree of urgency.
  • Each function of the control device 30 may be realized by hardware or may be realized by computer software.
  • FIG. 7 shows a flowchart of the turning control method for the electric turning device according to the first embodiment.
  • step S1 it is determined whether or not the urgency level is level E.
  • the urgency level is level E, that is, when an obstacle is detected in the first monitoring area 5 in FIG. 1, the second switching unit 47 illustrated in FIG. 4 selects the power supply stop unit 46.
  • step S2 a control signal for stopping the power supply is sent to the inverter 20.
  • the power supply from the inverter 20 to the turning electric motor 16 is stopped.
  • the brake drive unit 49 operates the brake 18. It should be noted that the time relationship between steps S2 and S3 may be reversed, or two steps may be executed simultaneously.
  • Step S6 the operating state of the electric swing device is determined. If the operation of the electric swivel device is not stopped, the process returns to step S1.
  • step S1 When it is determined in step S1 that the urgency level is not level E, that is, when the urgency level is level N, the second switching unit 47 shown in FIG. 4 selects the turning drive control unit 45. Thereby, in step S4, the speed command value ⁇ i is input to the non-inverting input terminal of the comparator 41, and in step S5, the control signal output from the turning drive control unit 45 is input to the inverter 20.
  • the inverter 20 when the speed operation value ⁇ o based on the operation amount of the turning lever by the operator is equal to or less than the maximum speed ⁇ max, the inverter 20 is controlled so that the turning speed becomes the speed operation value ⁇ o.
  • the speed operation value ⁇ o exceeds the maximum speed ⁇ max, the inverter 20 is controlled so that the turning speed becomes equal to the maximum speed ⁇ max.
  • the turning speed is limited to the maximum speed ⁇ max.
  • step S5 the operation state of the electric swivel device is determined in step S6. If the operation of the electric swivel device is not stopped, the process returns to step S1.
  • the turning operation of the swing body 2 is stopped by stopping the supply of electric power to the turning electric motor 16 and operating the mechanical brake 18 regardless of the operation of the operator. Is automatically and forcibly stopped. For this reason, it can prevent that the attachment 4 contacts an obstruction.
  • FIG. 8 shows a block diagram of a turning function of the electric turning device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is compared with FIG. 4, the speed limit calculation unit 35, the comparison unit 36, and the first switching unit 40 are added, and the power supply stop signal generation unit 46 and the second switching unit 47 of FIG. 4 are deleted. .
  • FIG. 9 shows the relationship between the azimuth angle ⁇ of the position where the obstacle is detected and the speed limit ⁇ L.
  • the horizontal axis represents the azimuth angle ⁇
  • the vertical axis represents the speed limit ⁇ L.
  • the speed command value (second command value) ⁇ i and the speed limit ⁇ L are input to the comparison unit 36.
  • the comparison unit 36 compares the speed command value ⁇ i with the speed limit ⁇ L, and outputs the smaller speed as an emergency command value (first command value) ⁇ c. Specifically, when the speed command value ⁇ i is smaller than the speed limit ⁇ L, the speed command value ⁇ i is set as the emergency command value ⁇ c. When the speed command value ⁇ i is equal to or higher than the speed limit ⁇ L, the value of the speed limit ⁇ L is set as the emergency command value ⁇ c.
  • One of the speed command value ⁇ i and the emergency command value ⁇ c is selected by the first switching unit 40 and input to the non-inverting input terminal of the comparator 41.
  • the first switching unit 40 selects the speed command value ⁇ i when the emergency level determined by the emergency level determination unit 34 is level N, and selects the emergency command value ⁇ c when the emergency level is level E.
  • the urgency level is level E
  • the speed limit ⁇ L output from the speed limit calculation unit 35 is zero.
  • the emergency command value ⁇ c output from the comparator 36 is also zero.
  • the emergency command value ⁇ c input to the non-inverting input terminal of the comparator 41 is zero.
  • the turning drive control unit 45 supplies a drive signal to the inverter 20 so that the rotation speed of the turning electric motor 16 becomes zero. At this time, an electrical braking torque is applied to the turning electric motor 16.
  • the current turning speed ⁇ p is input from the speed conversion unit 48 to the mechanical brake drive unit 49.
  • the mechanical brake drive unit 49 operates the mechanical brake 18 when the degree of urgency is level E and the turning speed ⁇ p is zero.
  • FIG. 10 shows a flowchart of the turning control method of the electric turning device according to the second embodiment.
  • step SA1 it is determined whether or not the urgency level is level E.
  • step SA3 the turning drive control unit 45 transmits a control signal to the inverter 20 so that the turning speed of the turning body 2 becomes zero.
  • an electric braking torque is applied to the turning electric motor 16, and the turning body 2 can be stationary more quickly than when the power supply is simply stopped.
  • step SA4 after confirming that the revolving unit 2 is stationary, the mechanical brake 18 is operated.
  • step SA7 the operating state of the electric swing device is determined. If the operation of the electric swivel device is not stopped, the process returns to step SA1.
  • step SA1 If it is determined in step SA1 that the urgency level is not level E, that is, if the urgency level is level N, the speed command value ⁇ i is input to the turning drive control unit 45 in step SA5.
  • step SA6 the turning drive control unit 45 transmits a control signal to the inverter 20 so that the turning speed of the turning body 2 becomes ⁇ i.
  • step SA7 the operating state of the electric swing device is determined. If the operation of the electric swivel device is not stopped, the process returns to step SA1.
  • FIG. 11 shows a block diagram of a turning function of an electric turning device according to a modification of the second embodiment.
  • description will be made by paying attention to differences from the turning function according to the second embodiment shown in FIG. 8, and description of the same function will be omitted.
  • a speed limit generation unit 37 is provided instead of the speed limit calculation unit 35 and the comparison unit 36 of FIG.
  • Example 3 With reference to FIGS. 12 to 15, an electric turning device according to Embodiment 3 will be described. Hereinafter, description will be made by paying attention to differences from the first embodiment, and description of the same configuration will be omitted.
  • FIG. 12 is a plan view of the electric turning device according to the third embodiment.
  • the first monitoring area 5 is defined.
  • the second monitoring area 6 is defined.
  • the second monitoring area 6 has a sector shape with a radius R centering on the turning center 3 (z axis), and the bisector of the center angle coincides with the x axis. 1/2 of the central angle of the second monitoring area 6 is ⁇ 2.
  • the angle ⁇ 2 is larger than the angle ⁇ 1.
  • Fig. 13 shows a block diagram of the turning function.
  • the azimuth angle ⁇ obtained by the position calculation unit 33 is input to the speed limit calculation unit 35.
  • the speed limit calculation unit 35 calculates the speed limit based on the input azimuth angle ⁇ of the obstacle. The function of the speed limit calculation unit 35 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 14 shows the relationship between the azimuth angle ⁇ of the position where the obstacle is detected and the speed limit ⁇ L.
  • the horizontal axis represents the azimuth angle ⁇
  • the vertical axis represents the speed limit ⁇ L.
  • the speed limit calculation unit 35 functions as a limiting unit that suppresses the speed limit ⁇ L based on a predetermined pattern (a relation between the azimuth angle ⁇ of the position where the obstacle is detected and the speed limit ⁇ L). To do. Thus, the speed limit calculation unit 35 generates the speed limit ⁇ L based on the input azimuth angle ⁇ and the relationship between the azimuth angle ⁇ and the speed limit ⁇ L shown in FIG.
  • the speed command value ⁇ i and the speed limit ⁇ L are input to the comparison unit 36.
  • the comparison unit 36 compares the speed command value ⁇ i with the speed limit ⁇ L, and outputs the smaller speed as the emergency command value ⁇ c.
  • the urgency determination unit 34 determines the urgency based on the input coordinates (r, ⁇ ) of the obstacle. When an obstacle exists inside the second monitoring area 6 shown in FIG. 1 and outside the first monitoring area 5, the urgency is set to level E 1, and the obstacle is inside the first monitoring area 5. If it exists, the urgency is set to level E2. In other cases, the urgency level is set to level N.
  • One of the speed command value ⁇ i and the emergency command value ⁇ c is selected by the first switching unit 40 and input to the non-inverting input terminal of the comparator 41.
  • the first switching unit 40 selects the speed command value ⁇ i when the urgency level is level N, and selects the emergency command value ⁇ c when the urgency level is level E1.
  • the urgency level is level E2
  • the first switching unit 40 is in a neutral state, and no signal is input to the non-inverting input terminal of the comparator 41.
  • the second switching unit 47 selects one of the control signal output from the turning drive control unit 45 and the control signal output from the power supply stop unit 46 and inputs the selected signal to the inverter 20.
  • the urgency level is level N or level E1
  • the control signal output from the turning drive control unit 45 is input to the inverter 20.
  • the urgency level is level E2
  • the control signal output from the power supply stop unit 46 is input to the inverter 20.
  • FIG. 15 shows a flowchart of the turning control method of the electric turning device according to the third embodiment.
  • step SB1 it is determined whether the urgency level is level E2.
  • the urgency level is level E2
  • the second switching unit 47 shown in FIG. 13 selects the power supply stop unit 46.
  • step SB2 a control signal for stopping power supply is sent to the inverter 20.
  • the power supply from the inverter 20 to the turning electric motor 16 is stopped.
  • the brake drive unit 49 operates the brake 18. Note that the time relationship between steps SB2 and SB3 may be reversed, or two steps may be executed simultaneously.
  • step SB9 the operating state of the electric swivel device is determined. If the operation of the electric swivel device is not stopped, the process returns to step SB1.
  • step SB4 If it is determined in step SB1 that the urgency level is not level E2, it is determined in step SB4 whether the urgency level is level E1. If the urgency level is level E1, that is, if an obstacle is detected inside the second monitoring area 6 and outside the first monitoring area 5 shown in FIG. 12, the first level shown in FIG.
  • the switching unit 40 selects the emergency command value ⁇ c, and the second switching unit 47 selects the turning drive control unit 45. Thereby, in step SB5, the emergency command value ⁇ c is input to the non-inverting input terminal of the comparator 41, and in step SB6, the control signal output from the turning drive control unit 45 is input to the inverter 20.
  • the upper limit value of the turning speed is limited to the speed limit ⁇ L depending on the azimuth angle ⁇ of the position of the obstacle. Even when the operation of the turning lever by the operator commands turning faster than the speed limit ⁇ L, the turning speed is suppressed to the speed limit ⁇ L. For this reason, it is possible to avoid a sudden approach to an obstacle without stopping the work.
  • step SB9 the operating state of the electric swivel device is determined. If the operation of the electric swivel device is not stopped, the process returns to step SB1.
  • step SB4 If it is determined in step SB4 that the degree of urgency is not level E1, the first switching unit 40 shown in FIG. 13 selects the speed command value ⁇ i, and the second switching unit 47 selects the turning drive control unit 45. .
  • the speed command value ⁇ i is input to the non-inverting input terminal of the comparator 41, and in step SB8, the control signal output from the turning drive control unit 45 is input to the inverter 20.
  • step SB9 the operating state of the electric swivel device is determined. If the operation of the electric swivel device is not stopped, the process returns to step SB1.
  • Example 3 when the degree of urgency is level E2, the turning motion of the revolving structure 2 is forcibly stopped regardless of the operation of the operator. For this reason, it can prevent that the attachment 4 contacts an obstruction. Further, when the urgency level is level E1, inverter 20 is controlled so that the turning speed is equal to or lower than speed limit ⁇ L. For this reason, when the urgency level becomes level E2, the angle (braking angle) that turns until the turning body 2 stops can be reduced.
  • Example 4 In FIG. 16, the top view of the electric swivel device by Example 4 is shown.
  • the first monitoring area 5 (FIG. 12) and the second monitoring area 6 (FIG. 12) are fan-shaped areas.
  • the first monitoring area 5 and the second monitoring area 6 are circular areas around the turning center 3.
  • the radius of the first monitoring area 5 is r1
  • the radius of the second monitoring area 6 is r2.
  • the radius r2 is larger than the radius r1.
  • the radius r1 is set to the maximum value of the attachment length R
  • the radius r2 is set to 1.1 times the maximum value of the attachment length R.
  • Control method of turning operation when there is an obstacle in the first monitoring area 5 and when there is an obstacle in the second monitoring area 6 and in the annular area outside the first monitoring area 5 Is the same as in any one of Examples 1 to 3.
  • Example 4 when an obstacle approaches, the turning operation is forcibly stopped or the upper limit value of the turning speed is limited regardless of the orientation of the attachment. Thereby, sufficient safety can be ensured.
  • Example 5 With reference to FIG. 17, the electric turning apparatus according to the fifth embodiment will be described. Hereinafter, differences from the turning control according to the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
  • FIG. 17 shows a functional block diagram of the turning control of the electric turning device according to the fifth embodiment.
  • the detector 7 includes a GPS terminal 7A and an orientation sensor 7B.
  • the GPS terminal 7A calculates the global coordinates (latitude and longitude) of the turning center 3 (FIG. 1) of the electric turning device.
  • the direction sensor 7B detects the front direction of the traveling body 1 (FIG. 1) in the global coordinate system.
  • the global coordinates calculated by the GPS terminal 7 ⁇ / b> A and the direction information detected by the direction sensor 7 ⁇ / b> B are input to the position / orientation calculation unit 38 of the control device 30.
  • the position in the turning direction of the turning electric motor 16 is input from the resolver 17 to the position / orientation calculation unit 38.
  • the position and orientation calculation unit 38 is based on the global coordinate system based on the front direction of the traveling body 1 (FIG. 1) input from the direction sensor 7 ⁇ / b> B and the position in the turning direction of the turning electric motor 16 input from the resolver 17.
  • the orientation (x-axis orientation) of the attachment 4 (FIG. 1) is calculated.
  • a GPS terminal is also attached to the worker's helmet 10 (FIG. 1).
  • the global coordinate (position information) of the worker wearing the helmet 10 is transmitted from the transmitter 11.
  • the receiving unit 39 of the control device 30 receives the position information transmitted from the transmitter 11.
  • the received position information is input to the position calculation unit 33.
  • the position calculation unit 33 calculates a distance r (FIG. 1) from the turning center 3 to the operator based on the global coordinates of the worker and the global coordinates of the turning center 3 of the electric turning device. Further, the azimuth angle ⁇ (FIG. 1) is calculated based on the global coordinates of the turning center 3 and the operator and the azimuth of the x axis. The calculated distance r and azimuth angle ⁇ are input to the emergency level determination unit 34.
  • the process of the urgency level determination unit 34 is the same as the process of the urgency level determination unit 34 of the electric swivel device according to the first embodiment. Thus, the urgency level is determined based on the relative positional relationship between the worker and the attachment.
  • the azimuth sensor 7B When the azimuth sensor 7B is mounted on the swing body 2 (FIG. 1), the azimuth (x-axis azimuth) to which the attachment 4 faces is directly measured by the azimuth sensor 7B. For this reason, it is not necessary to use the position information of the turning direction of the turning electric motor 16 detected by the resolver 17 in order to obtain the direction in which the attachment 4 faces. In this case, the position information and the direction information may be input from the GPS terminal 7A and the direction sensor 7B to the position calculation unit 33.
  • Example 6 With reference to FIG.18 and FIG.19, the electric turning apparatus by Example 6 is demonstrated. Hereinafter, differences from the electric swivel device according to the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
  • FIG. 18 is a plan view of the electric turning device according to the sixth embodiment.
  • a millimeter wave radar is used as the obstacle detector 7.
  • the obstacle detector 7 is installed in the vicinity of the turning center 3.
  • the obstacle detector 7 emits a millimeter wave in the positive direction of the x-axis and measures the distance to the obstacle 12 ahead.
  • the radiation direction of the millimeter wave is scanned in the xy plane around the x axis.
  • a mechanical scan method, a beam switching method, or the like can be employed for millimeter wave scanning.
  • FIG. 19 shows a functional block diagram of the turning control of the electric turning device according to the sixth embodiment.
  • the detection result of the obstacle detector (millimeter wave radar) 7 is input to the position calculation unit 33 of the control device 30.
  • the position calculator 33 calculates the relative coordinates (r, ⁇ ) of the obstacle 12 in the first monitoring region 5 based on the detection result of the millimeter wave radar.
  • the obstacle 12 in the first monitoring area 5 can be detected by scanning the millimeter wave within the range of the central angle of the first monitoring area 5. It becomes possible to detect the obstacle 12 in the second monitoring area 6 shown in FIG. 12 by enlarging the central angle for scanning the millimeter wave.
  • Example 7 With reference to FIG.20 and FIG.21, the electric turning apparatus by Example 7 is demonstrated. Hereinafter, differences from the electric swivel device according to the sixth embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
  • FIG. 20 shows a plan view of the electric swivel device according to the seventh embodiment.
  • the obstacle detector 7 includes a millimeter wave radar 7C and an imaging device 7D.
  • FIG. 21 shows a functional block diagram of the turning control of the electric turning device according to the seventh embodiment.
  • the position calculator 33 calculates the relative coordinates (r, ⁇ ) of the obstacle 12 (FIG. 20) in the first monitoring region 5.
  • the millimeter wave radar 7C is mounted on the revolving unit 2, millimeter waves are radiated from a height of about 1 m from the ground. Since a blind spot is directly under the millimeter wave propagation path, a person sitting in front of the traveling body 1 may not be detected.
  • the imaging device 7D images an area that becomes a blind spot of the millimeter wave radar 7C.
  • the image data acquired by the imaging device 7D is input to the image analysis unit 43 of the control device 30.
  • the image analysis unit 43 extracts a person in the image by analyzing the acquired image.
  • the person can be extracted by, for example, extracting a characteristic shape of the outline of the person. If a person is extracted, the relative coordinates (r, ⁇ ) of the person are calculated from the image data.
  • the calculation result is input to the emergency level determination unit 34.
  • the emergency level determination unit 34 determines the emergency level based on the position information of the obstacle input from the position calculation unit 33 and the position information of the person input from the image analysis unit 43. As an example, when a person is detected in the first monitoring area 5, the urgency level is set to level E. In the seventh embodiment, since the person sitting immediately before the traveling body 1 can be detected, the reliability of detecting the obstacle in the first monitoring area 5 can be increased.

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Abstract

【解決手段】　基体に、旋回体が旋回可能に取り付けられている。旋回用電動機が旋回体を旋回させる。インバータが、旋回用電動機に電力を供給する。障害物検知器が、基体の周囲の障害物を検知し、検知結果を制御部に送信する。制御部は、障害物検知器で障害物が検知されたとき、監視領域内に障害物が存在するか否かを判定し、監視領域の内側に障害物が存在するとき、旋回用電動機を停止させる。危険回避のために、旋回動作を、より安全に停止させることができる。

Description

電動式旋回装置を備えたショベル及びその制御方法
　本発明は、走行装置等の基体に旋回体が取り付けられた電動式旋回装置を備えたショベル及びその制御方法に関する。
　走行体（基体）に対して旋回可能に取り付けられた旋回体を有する旋回作業機械において、進入禁止領域に侵入物が進入したことを検出すると、旋回動作を強制的に停止させる制御が行われている。
特開２００３－１０５８０７号公報
　油圧式旋回作業機械においては、旋回体を静止させる際に、油圧弁を閉じて旋回駆動部への圧油の供給を抑制する。圧油の流れが抑制されることにより、旋回体が静止する。旋回体を電動機で旋回させる場合、旋回用の電動機への電力の供給を停止しても、旋回体の慣性モーメントのため、即時に旋回体を静止させることは困難である。特に、ショベルのように、アタッチメントを備える旋回作業機械においては、旋回体の慣性モーメントが大きくなるため、旋回体を静止させることが一層困難になる。危険回避のために、旋回動作を、より安全に停止させる技術が望まれている。
　本発明の一観点によると、
　基体と、
　前記基体に、旋回可能に取り付けられた旋回体と、
　前記旋回体を旋回させる旋回用電動機と、
　前記旋回用電動機に電力を供給するインバータと、
　制御部と、
　前記基体の周囲の障害物を検知し、検知結果を前記制御部に送信する障害物検知器と
を有し、
　前記制御部は、前記障害物検知器で障害物が検知されたとき、監視領域内に障害物が存在するか否かを判定し、前記監視領域の内側に障害物が存在するとき、前記旋回用電動機を停止させる電動式旋回装置を備えたショベルが提供される。
　本発明の他の観点によると、
　基体と、
　前記基体に、旋回可能に取り付けられた旋回体と、
　前記旋回体を旋回させる旋回用電動機と、
　前記旋回用電動機に電力を供給するインバータと、
　制御部と、
　前記基体の周囲の障害物を検知し、検知結果を前記制御部に送信する障害物検知器と
を有する電動式旋回装置を備えたショベルの制御方法であって、
　前記障害物検知器で障害物が検知されたとき、前記制御部が、監視領域内に障害物が存在するか否かを判定する工程と、
　前記監視領域の内側に障害物が存在すると判定されたとき、前記制御部が、前記旋回用電動機を停止させる工程と
を有する電動式旋回装置を備えたショベルの制御方法が提供される。
　緊急時に、電動式の旋回体を、安全に静止させることができる。
図１は、実施例１による電動旋回装置の平面図である。 図２は、実施例１による電動旋回装置の全体のブロック図である。 図３は、アタッチメント長の算出方法を説明するための旋回軸とアタッチメントとの概略図である。 図４は、実施例１による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図である。 図５は、インバータの等価回路図である。 図６は、速度操作値と速度指令値との関係を示すグラフである。 図７は、実施例１による旋回制御のフローチャートである。 図８は、実施例２による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図である。 図９は、障害物の位置の方位角と制限速度との関係を示すグラフである。 図１０は、実施例２による旋回制御のフローチャートである。 図１１は、実施例２の変形例による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図である。 図１２は、実施例３による電動旋回装置の平面図である。 図１３は、実施例３による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図である。 図１４は、障害物の位置の方位角と制限速度との関係を示すグラフである。 図１５は、実施例３による旋回制御のフローチャートである。 図１６は、実施例４による電動旋回装置の平面図である。 図１７は、実施例５による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図である。 図１８は、実施例６による電動旋回装置の平面図である。 図１９は、実施例６による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図である。 図２０は、実施例６による電動旋回装置の平面図である。 図２１は、実施例６による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図である。
　［実施例１］
　図１に、実施例１による電動式旋回装置の平面図を示す。実施例１では、一例として、電動式旋回装置を備えたショベルを取り上げているが、この実施例は、ショベル以外の旋回動作可能な建設機械に適用することも可能である。
　基体１に旋回体２が搭載されている。基体１は、例えばクローラ等を含む走行体である。旋回体２は、旋回中心３を中心として、基体１に対して旋回する。旋回体２にアタッチメント４が取り付けられている。アタッチメント４は、旋回体２と共に、旋回中心３を中心として旋回する。電動式旋回装置がショベルの場合には、アタッチメント４は、例えば、ブーム、アーム、及びバケットで構成される。
　基体１を基準水平面の上に載置したときに、基準水平面内において、旋回中心３からアタッチメント４の先端を向く方位をｘ軸、それに直交する方位をｙ軸、旋回中心３をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系を定義する。ｘ軸の正の向きを、上方から見て時計回りに９０°回転させた方位を、ｙ軸の正の向きと定義する。図１では、ｘｙｚ直交座標として左手系を採用している。
　旋回中心３（ｚ軸）を中心とする扇形によって第１監視領域５が画定される。第１監視領域５の中心角の二等分線がｘ軸に一致する。
　旋回中心３（ｚ軸）からアタッチメント４の先端までの距離Ｒは、ブーム、アーム、バケットを駆動することにより変動する。ここで、距離Ｒは、基準水平面（ｘｙ面）への投影長さを意味する。この距離Ｒを、「アタッチメント長」ということとする。第１監視領域５の半径は、アタッチメント長Ｒと等しい。第１監視領域５の中心角の１／２をα１とする。
　図２に、実施例１による電動式旋回装置の例として、ハイブリッド型ショベルの全体のブロック図を示す。図２において、機械的動力系を二重線で表し、高圧油圧ラインを太い実線で表し、電気系統を細い実線で表し、パイロットラインを破線で表す。
　エンジン１１１の駆動軸が変速機１１３の入力軸に連結されている。エンジン１１１には、電気以外の燃料によって駆動力を発生するエンジン、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。エンジン１１１は、作業機械の運転中は、常時駆動されている。
　電動発電機１１２の駆動軸が、変速機１１３の他の入力軸に連結されている。電動発電機１１２は、電動（アシスト）運転と、発電運転との双方の運転動作を行うことができる。電動発電機１１２には、例えば磁石がロータ内部に埋め込まれた内部磁石埋込型（ＩＰＭ）モータが用いられる。
　変速機１１３は、２つの入力軸と１つの出力軸とを有する。この出力軸には、メインポンプ１１４の駆動軸が連結されている。
　エンジン１１１に加わる負荷が大きい場合には、電動発電機１１２がアシスト運転を行い、電動発電機１１２の駆動力が変速機１１３を介してメインポンプ１１４に伝達される。これにより、エンジン１１１に加わる負荷が軽減される。一方、エンジン１１１に加わる負荷が小さい場合には、エンジン１１１の駆動力が変速機１１３を介して電動発電機１１２に伝達されることにより、電動発電機１１２が発電運転される。電動発電機１１２のアシスト運転と発電運転との切り替えは、電動発電機１１２に接続されたインバータ１１８により行われる。インバータ１１８は、制御装置３０により制御される。
　制御装置３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３０Ａ及び内部メモリ３０Ｂを含む。ＣＰＵ３０Ａは、内部メモリ３０Ｂに格納されている駆動制御用プログラムを実行する。制御装置３０は、表示装置１３５に、後述する緊急レベル等を表示することにより、運転者の注意を喚起する。
　メインポンプ１１４は、高圧油圧ライン１１６を介して、コントロールバルブ１１７に油圧を供給する。コントロールバルブ１１７は、運転者からの指令により、油圧モータ１０１Ａ、１０１Ｂ、ブームシリンダ１０７、アームシリンダ１０８、及びバケットシリンダ１０９に油圧を分配する。油圧モータ１０１Ａ及び１０１Ｂは、それぞれ図１に示した走行体１に備えられた左右の２本のクローラを駆動する。
　電動発電機１１２の電気系統の入出力端子が、インバータ１１８を介して蓄電回路１１９に接続されている。インバータ１１８は、制御装置３０からの指令に基づき、電動発電機１１２の運転制御を行う。蓄電回路１１９には、さらに、他のインバータ２０を介して旋回用電動機１６が接続されている。蓄電回路１１９及びインバータ２０は、制御装置３０により制御される。
　電動発電機１１２がアシスト運転されている期間は、必要な電力が、蓄電回路１１９から、インバータ１１８を経由して、電動発電機１１２に供給される。電動発電機１１２が発電運転されている期間は、電動発電機１１２によって発電された電力が、インバータ１１８を経由して、蓄電回路１１９に供給される。
　旋回用電動機１６は、インバータ２０からのパルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号により交流駆動され、力行動作及び回生動作の双方の運転を行うことができる。旋回用電動機１６には、例えばＩＰＭモータが用いられる。ＩＰＭモータは、回生時に大きな誘導起電力を発生する。
　旋回用電動機１６の力行動作中は、旋回用電動機１６の回転力が変速機１２４を介して、図１に示した旋回体２に伝達される。この際、変速機１２４は、回転速度を遅くする。これにより、旋回用電動機１６で発生した回転力が増大して、旋回体２に伝達される。また、回生動作時には、旋回体２の回転運動が、変速機１２４を介して旋回用電動機１６に伝達されることにより、旋回用電動機１６が回生電力を発生する。この際、変速機１２４は、力行動作の時とは逆に、回転速度を速める。これにより、旋回用電動機１６の回転数を上昇させることができる。
　レゾルバ１７が、旋回用電動機１６の回転軸の回転方向の位置を検出する。検出結果は、制御装置３０に入力される。旋回用電動機１６の運転前と運転後における回転軸の回転方向の位置を検出することにより、旋回角度及び旋回方向が導出される。
　メカニカルブレーキ１８が、旋回用電動機１６の回転軸に連結されており、機械的な制動力を発生する。メカニカルブレーキ１８の制動状態と解除状態とは、制御装置３０からの制御を受け、電磁的スイッチにより切り替えられる。
　パイロットポンプ１１５が、油圧操作系に必要なパイロット圧を発生する。発生したパイロット圧は、パイロットライン１２５を介して操作装置１２６に供給される。操作装置１２６は、レバーやペダルを含み、運転者によって操作される。操作装置１２６は、パイロットライン１２５から供給される１次側の油圧を、運転者の操作に応じて、２次側の油圧に変換する。２次側の油圧は、油圧ライン１２７を介してコントロールバルブ１１７に伝達されると共に、他の油圧ライン１２８を介して圧力センサ１２９に伝達される。
　圧力センサ１２９で検出された圧力の検出結果が、制御装置３０に入力される。これにより、制御装置３０は、走行体１（図１）、旋回体２（図１）、ブーム、アーム、及びバケット等からなるアタッチメント４（図１）の操作の状況を検知することができる。特に、実施例１によるハイブリッド型ショベルでは、旋回用電動機１６が旋回体２を駆動する。このため、旋回体２の旋回運動を制御するためのレバーの操作量を高精度に検出することが望まれる。制御装置３０は、圧力センサ１２９を介して、このレバーの操作量を高精度に検出することができる。
　操作者によって始動キー１３２がオンにされると、制御装置３０が起動される。制御装置３０は、エンジン１１１、インバータ２０、１１８及び蓄電回路１１９の制御を開始する。
　図３を参照して、アタッチメント長Ｒの算出方法について説明する。ブーム５３が、ｙ軸に平行な揺動中心５２を中心として、上下に揺動する。ブーム５３の先端にアーム５４が取り付けられており、アーム５４の先端にバケット５５が取り付けられている。ブーム５３の基部、ブーム５３とアーム５４との接続部、及びアーム５４とバケット５５との接続部に、それぞれ上下角センサ５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃが取り付けられている。
　上下角センサ５７Ａは、ブーム５３の長手方向と、基準水平面（ｘｙ面）とのなす角度β１を測定する。上下角センサ５７Ｂは、ブーム５３の長手方向とアーム５４の長手方向とのなす角度δ１を測定する。上下角センサ５７Ｃは、アーム５４の長手方向とバケット５５の長手方向とのなす角度δ２を測定する。ここで、ブーム５３の長手方向とは、揺動中心５２に垂直な面内（ｚｘ面内）において、揺動中心５２、及びブーム５３とアーム５４との接続部を通過する直線の方向を意味する。アーム５４の長手方向とは、ｚｘ面内において、ブーム５３とアーム５４との接続部、及びアーム５４とバケット５５との接続部を通過する直線の方向を意味する。バケット５５の長手方向とは、ｚｘ面内において、アーム５４とバケット５５との接続部、及びバケット５５の先端を通過する直線の方向を意味する。
　揺動中心５２は、旋回中心３（ｚ軸）から外れた位置に配置されている。なお、旋回中心３と揺動中心５２とが交差するような構造、すなわち揺動中心５２のｘ座標を０としてもよい。アタッチメント長Ｒは、バケット５５の先端のｘ座標で与えられる。揺動中心５２のｘ座標、ブーム５３の長さ、アーム５４の長さ、及びバケット５５の長さは既知である。従って、角度β１、δ１、及びδ２を測定することにより、アタッチメント長Ｒを算出することができる。
　旋回体２に、複数、例えば４個の障害物検知器７が取り付けられている。障害物検知器７は、旋回体２の周囲の障害物を検知する。障害物の一例として、作業者、ダンプトラック等が挙げられる。例えば、作業者のヘルメット１０に、発信器１１が取り付けられている。発信器１１には、例えば全方位マーカ発光器が用いられる。障害物検知器７には、例えば、発信器１１の画像を取得するＣＣＤカメラが用いられる。複数の障害物検知器７で１つの発信器１１を撮像することにより、発信器１１の位置を算出することができる。障害物検知器７は旋回体２に取り付けられているため、旋回体２を基準とした発信器１１の相対的な位置、すなわち障害物の相対的な位置が算出される。
　旋回体２に、オペレータが着座するためのキャビンが搭載されている。キャビンには、オペレータが、旋回体２の旋回動作を指令するための旋回レバーが設置されている。
　図４に、旋回機能のブロック図を示す。旋回用電動機１６が、旋回体２（図１）を旋回させる。旋回用電動機１６には、例えば埋込磁石内蔵型同期（ＩＰＭ）モータが用いられる。インバータ２０が、旋回用電動機１６に駆動電力を供給する。インバータ２０には、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）方式のインバータが用いられる。
　図５に、インバータ２０の等価回路図の一例を示す。インバータ２０は、直流電源６０に接続された３個のハーフブリッジ回路６１を有する。各ハーフブリッジ回路６１は、正極側のスイッチング素子６２と負極側のスイッチング素子６３とを含む。スイッチング素子６２、６３のオン、オフを切り替えることにより、旋回用電動機１６に供給される駆動電力が制御される。スイッチング素子６２、６３には、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられる。ここで、直流電源６０は、図２に示した蓄電回路１１９に相当する。
　制御装置３０が、インバータ２０に制御信号を印加する。具体的には、スイッチング素子６２、６３のゲート端子に、オンオフを制御するためのパルス電圧を印加する。
　図４に戻って説明を続ける。旋回レバー２５から、制御装置３０の速度操作値変換部３１にレバー操作量が入力される。速度操作値変換部３１は、入力されたレバー操作量に応じて、速度操作値ωｏを生成する。速度操作値ωｏが、速度指令変換部３２に入力される。速度指令変換部３２は、速度操作値ωｏを、速度指令値ωｉに変換する。
　図６を参照して、速度指令変換部３２の機能について説明する。図６は、速度操作値ωｏと、速度指令値ωｉとの関係を示す。横軸は速度操作値ωｏを表し、縦軸は速度指令値ωｉを表す。旋回速度は、例えば時計回りを正とし、反時計回りを負とする。速度操作値ωｏの絶対値が最大速度ωｍａｘ以下の時には、ωｉ＝ωｏである。速度操作値ωｏの絶対値がωｍａｘ以上の場合には、ωｉ＝ωｍａｘとなる。すなわち、速度指令値ωｉの絶対値が、最大速度ωｍａｘを超えないように、速度指令値ωｉが生成される。速度指令値ωｉが、比較器４１の非反転入力端子に入力される。
　図４に戻って説明を続ける。障害物検知器７の検知信号が、制御装置３０の位置演算部３３に入力される。位置演算部３３は、入力された検知信号を解析し、障害物の位置を求める。障害物の位置は、例えば図１に示したｘｙｚ直交座標系において、原点から障害物までの距離ｒと、ｘ軸の方位を０°とした方位角θとで表される。座標（ｒ，θ）は、旋回体２のアタッチメント４を基準とした相対位置である。検知器７が旋回体２に搭載されているため、旋回体２が旋回しても、検知器７によって方位角θを直接算出することができる。求められた障害物の位置座標（ｒ，θ）が、緊急度判定部３４に入力される。
　緊急度判定部３４は、入力された障害物の座標（ｒ，θ）に基づいて、緊急度を判定する。図１に示した第１監視領域５の内側に障害物が存在する場合には、緊急度をレベルＥとする。第１監視領域５の内側に障害物が存在しない場合には、緊急度をレベルＮとする。
　レゾルバ１７が、旋回用電動機１６の旋回方向の位置を検出し、検出結果を速度変換部４８に入力する。速度変換部４８は、旋回方向の位置を旋回速度に変換し、現時点の旋回速度ωｐを、比較器４１の反転入力端子に入力する。
　比較器４１は、非反転入力端子に入力された速度指令値ωｉと、現時点の旋回速度ωｐとの差分を求め、その差分を旋回駆動制御部４５に入力する。インバータ２０の出力が、旋回駆動制御部４５にフィードバックされている。
　旋回駆動制御部４５は、入力された差分、及びフィードバックされたインバータ２０の出力に基づいて、インバータ２０の制御信号を生成する。具体的には、現時点の旋回速度ωｐを、速度指令値ωｉに近づけるように、インバータ２０の制御信号を生成する。生成された制御信号は、第２切替部４７の一方の入力端子に入力される。
　電力供給停止部４６が、インバータ２０から旋回用電動機１６への電力の供給を停止させるための制御信号を生成する。具体的には、図５に示したインバータ２０のスイッチング素子６２、６３をすべてオフにするような制御信号が生成される。
　第２切替部４７が、旋回駆動制御部４５から出力された制御信号及び電力供給停止部４６から出力された制御信号の一方を選択して、インバータ２０に入力する。緊急度がレベルＮの時には、旋回駆動制御部４５から出力された制御信号がインバータ２０に入力される。緊急度がレベルＥの時には、電力供給停止部４６から出力された制御信号がインバータ２０に入力される。このように、旋回用電動機１６は、緊急度に対応して制御される。
　ブレーキ駆動部４９が、メカニカルブレーキ１８を制御する。緊急度がレベルＥのとき、ブレーキ駆動部４９はメカニカルブレーキ１８を作動させ、旋回用電動機１６に制動力を与える。このように、メカニカルブレーキ１８は、緊急度に対応して制御される。
　制御装置３０の各機能は、ハードウェアで実現してもよいし、コンピュータのソフトウェアで実現してもよい。
　図７に、実施例１による電動旋回装置の旋回制御方法のフローチャートを示す。ステップＳ１において、緊急度がレベルＥか否かを判定する。緊急度がレベルＥのとき、すなわち、図１の第１監視領域５内に障害物が検知されたとき、図４に示した第２切替部４７が電力供給停止部４６を選択する。ステップＳ２において、インバータ２０に、電力供給を停止させる制御信号が送出される。インバータ２０から旋回用電動機１６への電力の供給が停止される。ステップＳ３において、ブレーキ駆動部４９が、ブレーキ１８を作動させる。なお、ステップＳ２とＳ３との時間の前後関係は、逆でもよいし、２つのステップを同時に実行してもよい。
　旋回用電動機１６への電力の供給が停止され、ブレーキ１８から制動力が与えられることにより、旋回体２（図１）の旋回速度が急激に低下し、旋回体２を直ちに停止させることができる。
　ステップＳ３を実施後、ステップＳ６において、電動旋回装置の運転状態を判定する。電動旋回装置の運転が停止されていない場合は、ステップＳ１に戻る。
　ステップＳ１で、緊急度がレベルＥではないと判定された場合、すなわち緊急度がレベルＮの場合には、図４に示した第２切替部４７が旋回駆動制御部４５を選択する。これにより、ステップＳ４において、比較器４１の非反転入力端子に速度指令値ωｉが入力され、ステップＳ５において、旋回駆動制御部４５から出力された制御信号がインバータ２０に入力される。
　図６に示すように、オペレータによる旋回レバーの操作量に基づく速度操作値ωｏが、最大速度ωｍａｘ以下の場合には、旋回速度が速度操作値ωｏになるように、インバータ２０が制御される。速度操作値ωｏが最大速度ωｍａｘを超えている場合には、旋回速度が最大速度ωｍａｘと等しくなるようにインバータ２０が制御される。このように、旋回速度が最大速度ωｍａｘに制限される。
　ステップＳ５を実施後、ステップＳ６において、電動旋回装置の運転状態を判定する。電動旋回装置の運転が停止されていない場合は、ステップＳ１に戻る。
　実施例１においては、緊急度がレベルＥのとき、オペレータの操作とは無関係に、旋回用電動機１６への電力の供給を停止し、メカニカルブレーキ１８を動作させることにより、旋回体２の旋回動作を自動的に、かつ強制的に停止させる。このため、アタッチメント４が障害物に接触することを防止することができる。
　［実施例２］
　図８に、実施例２による電動式旋回装置の旋回機能のブロック図を示す。以下、図４に示した実施例１による旋回機能との相違点に着目して説明を行い、同一の機能については説明を省略する。図８を図４と対比すると、制限速度演算部３５、比較部３６、及び第１切替部４０が追加され、図４の電力供給停止信号生成部４６及び第２切替部４７が削除されている。
　図９を参照して、制限速度演算部３５の機能について説明する。図９は、障害物が検知された位置の方位角θと、制限速度ωＬとの関係を示す。横軸は方位角θを表し、縦軸は制限速度ωＬを表す。方位角θの絶対値が、第１監視領域５（図１）の中心角の１／２（角度α１）以下のとき、制限速度ωＬを０とする。方位角θの絶対値がα１より大きいとき、制限速度ωＬを、最大速度ωｍａｘ（図６）とする。
　比較部３６に、速度指令値（第２指令値）ωｉと、制限速度ωＬとが入力される。比較部３６は、速度指令値ωｉと制限速度ωＬとを比較し、小さい方の速度を、緊急時指令値（第１指令値）ωｃとして出力する。具体的には、速度指令値ωｉが制限速度ωＬよりも小さいとき、緊急時指令値ωｃに、速度指令値ωｉの値を設定する。速度指令値ωｉが制限速度ωＬ以上のとき、緊急時指令値ωｃに、制限速度ωＬの値を設定する。
　速度指令値ωｉ及び緊急時指令値ωｃのうち一方が、第１切替部４０によって選択され、比較器４１の非反転入力端子に入力される。第１切替部４０は、緊急度判定部３４で判定された緊急度がレベルＮのとき、速度指令値ωｉを選択し、緊急度がレベルＥのとき、緊急時指令値ωｃを選択する。
　緊急度がレベルＥであるということは、方位角θ（図１）がα１以下であることを意味する。このため、制限速度演算部３５から出力される制限速度ωＬは０である。比較器３６から出力される緊急時指令値ωｃも０になる。緊急度がレベルＥのとき、比較器４１の非反転入力端子に入力される緊急時指令値ωｃは０である。このとき、旋回駆動制御部４５は、旋回用電動機１６の回転速度が０になるようにインバータ２０に駆動信号を供給する。このとき、旋回用電動機１６には、電気的な制動トルクが印加されることになる。
　メカニカルブレーキ駆動部４９に、速度変換部４８から現時点の旋回速度ωｐが入力されている。メカニカルブレーキ駆動部４９は、緊急度がレベルＥであり、かつ旋回速度ωｐが０のとき、メカニカルブレーキ１８を作動させる。
　図１０に、実施例２による電動旋回装置の旋回制御方法のフローチャートを示す。ステップＳＡ１において、緊急度がレベルＥか否かを判定する。緊急度がレベルＥであるとき、ステップＳＡ２において、旋回駆動制御部４５に、緊急時指令値ωｃ＝０が入力される。ステップＳＡ３において、旋回駆動制御部４５が、旋回体２の旋回速度が０になるようにインバータ２０に制御信号を送信する。これにより、旋回用電動機１６に電気的な制動トルクが加わり、単に電力供給を停止させた場合に比べて、より迅速に旋回体２を静止させることができる。
　ステップＳＡ４において、旋回体２の静止を確認した後、メカニカルブレーキ１８を作動させる。ステップＳＡ７において、電動旋回装置の運転状態を判定する。電動旋回装置の運転が停止されていない場合は、ステップＳＡ１に戻る。
　ステップＳＡ１で緊急度がレベルＥではないと判定された場合、すなわち緊急度がレベルＮである場合には、ステップＳＡ５において、旋回駆動制御部４５に速度指令値ωｉを入力する。ステップＳＡ６において、旋回駆動制御部４５が、旋回体２の旋回速度がωｉになるようにインバータ２０に制御信号を送信する。その後、ステップＳＡ７において、電動旋回装置の運転状態を判定する。電動旋回装置の運転が停止されていない場合は、ステップＳＡ１に戻る。
　図１１に、実施例２の変形例による電動旋回装置の旋回機能のブロック図を示す。以下、図８に示した実施例２による旋回機能との相違点に着目して説明を行い、同一の機能については説明を省略する。
　この変形例においては、図８の制限速度演算部３５及び比較部３６に代えて、制限速度生成部３７が設けられている。制限速度生成部３７は、常に緊急時指令値ωｃ＝０を出力する。第１切替部４０の一方の入力端子に、速度指令値ωｉが入力され、他方の入力端子に、緊急時指令値ωｃ＝０が入力される。
　この変形例においても、緊急度がレベルＥのとき、比較器４１の非反転入力端子に緊急時指令値ωｃ＝０が入力される。このため、上記実施例２と同様の動作が実現される。
　［実施例３］
　図１２～図１５を参照して、実施例３による電動式旋回装置について説明する。以下、実施例１との相違点に着目して説明し、同一の構成については説明を省略する。
　図１２に、実施例３による電動式旋回装置の平面図を示す。実施例１では、第１監視領域５が画定されていたが、実施例３では、第１監視領域５に加えて、第２監視領域６が画定されている。第２監視領域６も、第１監視領域５と同様に、旋回中心３（ｚ軸）を中心とする半径Ｒの扇形であり、中心角の二等分線がｘ軸に一致する。第２監視領域６の中心角の１／２をα２とする。角度α２は、角度α１より大きい。
　図１３に、旋回機能のブロック図を示す。位置演算部３３で求められた方位角θが制限速度算出部３５に入力される。制限速度算出部３５は、入力された障害物の方位角θに基づいて、制限速度を算出する。図１４を参照して、制限速度算出部３５の機能について説明する。
　図１４は、障害物が検知された位置の方位角θと、制限速度ωＬとの関係を示す。横軸は方位角θを表し、縦軸は制限速度ωＬを表す。方位角θの絶対値が、第２監視領域６の中心角の１／２（角度α２）以下のとき、方位角θの絶対値が小さくなるに従って、制限速度ωＬの絶対値が単調に減少する。方位角θの絶対値がαｍのとき、制限速度ωＬが０になる。方位角θの絶対値が０とαｍとの間の領域では、制限速度ωＬは０である。このように、制限速度算出部３５は、予め定められたパターン（障害物が検知された位置の方位角θと制限速度ωＬとの関係）に基づいて、制限速度ωＬを抑制する制限部として機能する。これにより、制限速度算出部３５は、入力された方位角θ、及び図１４に示した方位角θと制限速度ωＬとの関係に基づいて、制限速度ωＬを生成する。
　比較部３６に、速度指令値ωｉと、制限速度ωＬとが入力される。比較部３６は、速度指令値ωｉと制限速度ωＬとを比較し、小さい方の速度を、緊急時指令値ωｃとして出力する。
　緊急度判定部３４は、入力された障害物の座標（ｒ，θ）に基づいて、緊急度を判定する。図１に示した第２監視領域６の内側で、かつ第１監視領域５の外側に障害物が存在する場合には、緊急度をレベルＥ１とし、第１監視領域５の内側に障害物が存在する場合には、緊急度をレベルＥ２とする。その他の場合には、緊急度をレベルＮとする。
　速度指令値ωｉ及び緊急時指令値ωｃのうち一方が、第１切替部４０によって選択され、比較器４１の非反転入力端子に入力される。第１切替部４０は、緊急度がレベルＮのとき、速度指令値ωｉを選択し、緊急度がレベルＥ１のとき、緊急時指令値ωｃを選択する。緊急度がレベルＥ２の時には、第１切替部４０は中立状態であり、比較器４１の非反転入力端子には、信号が入力されない。
　第２切替部４７が、旋回駆動制御部４５から出力された制御信号及び電力供給停止部４６から出力された制御信号の一方を選択して、インバータ２０に入力する。緊急度がレベルＮまたはレベルＥ１の時には、旋回駆動制御部４５から出力された制御信号がインバータ２０に入力される。緊急度がレベルＥ２の時には、電力供給停止部４６から出力された制御信号がインバータ２０に入力される。
　図１５に、実施例３による電動旋回装置の旋回制御方法のフローチャートを示す。ステップＳＢ１において、緊急度がレベルＥ２か否かを判定する。緊急度がレベルＥ２のとき、すなわち、図１２の第１監視領域５内に障害物が検知されたとき、図１３に示した第２切替部４７が電力供給停止部４６を選択する。ステップＳＢ２において、インバータ２０に、電力供給を停止させる制御信号が送出される。インバータ２０から旋回用電動機１６への電力の供給が停止される。ステップＳＢ３において、ブレーキ駆動部４９が、ブレーキ１８を作動させる。なお、ステップＳＢ２とＳＢ３との時間の前後関係は、逆でもよいし、２つのステップを同時に実行してもよい。
　旋回用電動機１６への電力の供給が停止され、ブレーキ１８から制動力が与えられることにより、旋回体２（図１２）の旋回速度が急激に低下し、旋回体２を直ちに停止させることができる。
　ステップＳＢ３を実施後、ステップＳＢ９において、電動旋回装置の運転状態を判定する。電動旋回装置の運転が停止されていない場合は、ステップＳＢ１に戻る。
　ステップＳＢ１で、緊急度がレベルＥ２ではないと判定された場合には、ステップＳＢ４において、緊急度がレベルＥ１であるか否かを判定する。緊急度がレベルＥ１である場合、すなわり、図１２に示した第２監視領域６の内側で、かつ第１監視領域５の外側に障害物を検知した場合、図１３に示した第１切替部４０が緊急時指令値ωｃを選択し、第２切替部４７が旋回駆動制御部４５を選択する。これにより、ステップＳＢ５において、比較器４１の非反転入力端子に緊急時指令値ωｃが入力され、ステップＳＢ６において、旋回駆動制御部４５から出力された制御信号がインバータ２０に入力される。
　図１４に示すように、障害物の位置の方位角θに依存して、旋回速度の上限値が制限速度ωＬに制限される。オペレータによる旋回レバーの操作が、制限速度ωＬより高速の旋回を指令している場合でも、旋回速度が制限速度ωＬに抑制される。このため、作業を停止させることなく、かつ障害物への急接近を回避することができる。
　ステップＳＢ６を実施後、ステップＳＢ９において、電動旋回装置の運転状態を判定する。電動旋回装置の運転が停止されていない場合は、ステップＳＢ１に戻る。
　ステップＳＢ４において、緊急度がレベルＥ１ではないと判定された場合、図１３に示した第１切替部４０が速度指令値ωｉを選択し、第２切替部４７が旋回駆動制御部４５を選択する。これにより、ステップＳＢ７において、比較器４１の非反転入力端子に速度指令値ωｉが入力され、ステップＳＢ８において、旋回駆動制御部４５から出力された制御信号がインバータ２０に入力される。
　図６に示した、オペレータによる旋回レバーの操作による速度操作値ωｏが、最大速度ωｍａｘ以下の場合には、旋回速度が速度操作値ωｏになるように、インバータ２０が制御される。速度操作値ωｏが最大速度ωｍａｘを超えている場合には、旋回速度が最大速度ωｍａｘと等しくなるようにインバータ２０が制御される。
　ステップＳＢ８を実施後、ステップＳＢ９において、電動旋回装置の運転状態を判定する。電動旋回装置の運転が停止されていない場合は、ステップＳＢ１に戻る。
　実施例３においては、緊急度がレベルＥ２のとき、オペレータの操作とは無関係に、旋回体２の旋回動作を強制的に停止させる。このため、アタッチメント４が障害物に接触することを防止することができる。また、緊急度がレベルＥ１のときには、旋回速度が制限速度ωＬ以下になるようにインバータ２０が制御される。このため、緊急度がレベルＥ２になったときに、旋回体２が停止するまでに旋回してしまう角度（制動角度）を、小さくすることができる。
　［実施例４］
　図１６に、実施例４による電動旋回装置の平面図を示す。上述の実施例３では、第１監視領域５（図１２）及び第２監視領域６（図１２）を、扇形の領域とした。実施例４では、図１６に示すように、第１監視領域５及び第２監視領域６を、旋回中心３を中心とした円形の領域とする。第１監視領域５の半径をｒ１とし、第２監視領域６の半径をｒ２とする。半径ｒ２は半径ｒ１より大きい。一例として、半径ｒ１は、アタッチメント長Ｒの最大値に設定され、半径ｒ２は、アタッチメント長Ｒの最大値の１．１倍に設定される。
　第１監視領域５内に障害物が存在する場合、及び第２監視領域６内で、かつ第１監視領域５の外の円環状領域内に障害物が存在する場合の、旋回動作の制御方法は、実施例１～実施例３のいずれかの場合と同一である。
　実施例４では、障害物が近づいてくると、アタッチメントの方位とは無関係に、旋回動作を強制的に停止させるか、または旋回速度の上限値を制限する。これにより、十分な安全を確保することができる。
　［実施例５］
　図１７を参照して、実施例５による電動旋回装置について説明する。以下、実施例１による旋回制御との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
　図１７に、実施例５による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図を示す。実施例５では、検知器７がＧＰＳ端末７Ａと方位センサ７Ｂとを含む。ＧＰＳ端末７Ａは、電動旋回装置の旋回中心３（図１）のグローバル座標（緯度及び経度）を算出する。方位センサ７Ｂは、グローバル座標系において、走行体１（図１）の前方の方位を検出する。ＧＰＳ端末７Ａで算出されたグローバル座標、及び方位センサ７Ｂで検出された方位情報が、制御装置３０の位置姿勢演算部３８に入力される。レゾルバ１７から位置姿勢演算部３８に、旋回用電動機１６の旋回方向の位置が入力される。
　位置姿勢演算部３８は、方位センサ７Ｂから入力された走行体１（図１）の前方の方位と、レゾルバ１７から入力された旋回用電動機１６の旋回方向の位置とに基づいて、グローバル座標系におけるアタッチメント４（図１）の方位（ｘ軸の方位）を算出する。
　作業者のヘルメット１０（図１）にも、ＧＰＳ端末が取り付けられている。ヘルメット１０を装着した作業者のグローバル座標（位置情報）が、発信器１１から送信される。制御装置３０の受信部３９が、発信器１１から送信された位置情報を受信する。受信された位置情報が、位置演算部３３に入力される。
　位置演算部３３は、作業者のグローバル座標と、電動旋回装置の旋回中心３のグローバル座標とに基づいて、旋回中心３から作業者までの距離ｒ（図１）を算出する。さらに、旋回中心３と作業者とのグローバル座標、及びｘ軸の方位とに基づいて、方位角θ（図１）を算出する。算出された距離ｒ及び方位角θが、緊急度判定部３４に入力される。緊急度判定部３４の処理は、実施例１による電動旋回装置の緊急度判定部３４の処理と同一である。このように、作業者とアタッチメントとの相対的な位置関係に基づいて、緊急度が判定される。
　方位センサ７Ｂが、旋回体２（図１）に搭載されている場合には、アタッチメント４が向く方位（ｘ軸の方位）が方位センサ７Ｂで直接測定される。このため、アタッチメント４が向く方位を求めるために、レゾルバ１７で検出される旋回用電動機１６の旋回方向の位置情報を用いる必要はない。この場合には、ＧＰＳ端末７Ａ及び方位センサ７Ｂから位置演算部３３に、位置情報及び方位情報を入力すればよい。
　［実施例６］
　図１８及び図１９を参照して、実施例６による電動旋回装置について説明する。以下、実施例１による電動旋回装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
　図１８に、実施例６による電動旋回装置の平面図を示す。実施例６では、障害物検知器７としてミリ波レーダが用いられる。障害物検知器７は旋回中心３の近傍に設置される。障害物検知器７は、ｘ軸の正の方向にミリ波を放射し、前方の障害物１２までの距離を計測する。ミリ波の放射方向は、ｘ軸を中心としてｘｙ面内でスキャンされる。ミリ波のスキャンには、メカニカルスキャン方式、ビーム切替方式等を採用することができる。
　図１９に、実施例６による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図を示す。障害物検知器（ミリ波レーダ）７の検出結果が、制御装置３０の位置演算部３３に入力される。位置演算部３３は、ミリ波レーダの検出結果に基づいて、第１監視領域５内の障害物１２の相対座標（ｒ，θ）を算出する。
　ミリ波を、第１監視領域５の中心角の範囲内でスキャンさせることにより、第１監視領域５内の障害物１２を検出することができる。ミリ波をスキャンする中心角を拡大することにより、図１２に示した第２監視領域６内の障害物１２を検出することも可能になる。
　［実施例７］
　図２０及び図２１を参照して、実施例７による電動旋回装置について説明する。以下、実施例６による電動旋回装置との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
　図２０に、実施例７による電動旋回装置の平面図を示す。実施例７では、障害物検知器７が、ミリ波レーダ７Ｃと撮像装置７Ｄとにより構成される。
　図２１に、実施例７による電動旋回装置の旋回制御の機能ブロック図を示す。ミリ波レーダ７Ｃの検出結果に基づいて、位置演算部３３が第１監視領域５内の障害物１２（図２０）の相対座標（ｒ，θ）を算出する。ミリ波レーダ７Ｃを旋回体２に搭載すると、地面から約１ｍ程度の高さからミリ波が放射される。ミリ波の伝搬経路の直下が死角になるため、走行体１の直前に座っている人物等を検出できない場合がある。撮像装置７Ｄは、ミリ波レーダ７Ｃの死角になる領域を撮像する。
　撮像装置７Ｄで取得された画像データが、制御装置３０の画像解析部４３に入力される。画像解析部４３は、取得された画像を解析することにより、画像内の人物を抽出する。人物の抽出は、例えば、人物の輪郭の特徴的な形状を抽出することにより行うことができる。人物が抽出された場合には、画像データから、人物の相対座標（ｒ，θ）を算出する。算出結果が緊急度判定部３４に入力される。
　緊急度判定部３４は、位置演算部３３から入力された障害物の位置情報、及び画像解析部４３から入力された人物の位置情報に基づいて、緊急度を判定する。一例として、第１監視領域５内に人物が検出された場合には、緊急度をレベルＥとする。実施例７では、走行体１の直前に座っている人物を検出することができるため、第１監視領域５内の障害物の検出の信頼度を高めることができる。
　以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
１　走行体（基体）
２　旋回体
３　旋回中心
４　アタッチメント
５　第１監視領域
６　第２監視領域
７　障害物検知器
７Ａ　ＧＰＳ端末
７Ｂ　方位センサ
７Ｃ　ミリ波レーダ
７Ｄ　撮像装置
１０　ヘルメット
１１　発信器
１２　障害物
１６　旋回用電動機
１７　レゾルバ
１８　メカニカルブレーキ
１９　旋回位置検出器
２０　インバータ
２５　旋回レバー
３０　制御装置
３１　速度操作値変換部
３２　速度指令変換部
３３　位置演算部
３４　緊急度判定部
３５　制限速度演算部
３６　比較部
３７　制限速度生成部
３８　位置姿勢演算部
３９　受信部
４０　第１切替部
４１　比較器
４３　画像解析部
４５　旋回駆動制御部
４６　電力供給停止信号生成部
４７　第２切替部
４８　速度変換部
４９　メカニカルブレーキ駆動部
５２　揺動中心
５３　ブーム
５４　アーム
５５　バケット
５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃ　上下角センサ
６０　直流電源
６１　ハーフブリッジ回路
６２、６３　スイッチング素子
１０１Ａ、１０１Ｂ　油圧モータ
１０７　ブームシリンダ
１０８　アームシリンダ
１０９　バケットシリンダ
１１１　エンジン
１１２　電動発電機
１１３　変速機
１１４　メインポンプ
１１５　パイロットポンプ
１１６　高圧油圧ライン
１１７　コントロールバルブ
１１８　インバータ
１１９　蓄電回路
１２４　変速機
１２５　パイロットライン
１２６　操作装置
１２７、１２８　油圧ライン
１２９　圧力センサ
１３２　始動キー
１３５　表示装置

Claims (14)

  1. 　基体と、
    　前記基体に、旋回可能に取り付けられた旋回体と、
    　前記旋回体を旋回させる旋回用電動機と、
    　前記旋回用電動機に電力を供給するインバータと、
    　制御部と、
    　前記基体の周囲の障害物を検知し、検知結果を前記制御部に送信する障害物検知器と
    を有し、
    　前記制御部は、前記障害物検知器で障害物が検知されたとき、監視領域内に障害物が存在するか否かを判定し、前記監視領域の内側に障害物が存在するとき、前記旋回用電動機を停止させる電動式旋回装置を備えたショベル。
  2. 　さらに、前記旋回体に機械的な制動力を加えるメカニカルブレーキを有し、
    　前記制御部は、前記監視領域内に障害物が存在するとき、前記メカニカルブレーキを作動させる請求項１に記載の電動式旋回装置を備えたショベル装置。
  3. 　前記制御部は、前記監視領域内に障害物が存在するとき、前記旋回用電動機により前記旋回体に制動トルクを与えるように前記インバータを制御する請求項１または２に記載の電動式旋回装置を備えたショベル。
  4. 　前記制御部は、前記監視領域の内側に障害物が存在しないときには、操作者による操作量に基づいて生成される第２指令値に基づいて前記インバータを制御し、前記監視領域の内側に障害物が存在するときには、予め記憶されている制限速度に基づく第１指令値に基づいて前記インバータを制御する請求項３に記載の電動式旋回装置を備えたショベル。
  5. 　前記制限速度が前記第２指令値よりも大きいとき、前記第１指令値に前記第２指令値の値を設定する請求項４に記載の電動式旋回装置を備えたショベル。
  6. 　前記制御部は、
    　前記旋回体と前記障害物との旋回方向に関する相対位置と、前記旋回体の旋回速度との関係である速度パターンを記憶しており、
    　前記速度パターンに記憶されている旋回速度に基づいて、前記インバータを制御する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動式旋回装置を備えたショベル。
  7. 　前記制御部は、前記監視領域の内側に障害物が存在しないときには、操作者による操作量に基づいて生成される第２指令値に基づいて前記インバータを制御し、前記監視領域の内側に障害物が存在するときには、前記旋回用電動機への電力供給が停止するように前記インバータを制御する請求項２に記載の電動式旋回装置を備えたショベル。
  8. 　基体と、
    　前記基体に、旋回可能に取り付けられた旋回体と、
    　前記旋回体を旋回させる旋回用電動機と、
    　前記旋回用電動機に電力を供給するインバータと、
    　制御部と、
    　前記基体の周囲の障害物を検知し、検知結果を前記制御部に送信する障害物検知器と
    を有する電動式旋回装置を備えたショベルの制御方法であって、
    　前記障害物検知器で障害物が検知されたとき、前記制御部が、監視領域内に障害物が存在するか否かを判定する工程と、
    　前記監視領域の内側に障害物が存在すると判定されたとき、前記制御部が、前記旋回用電動機を停止させる工程と
    を有する電動式旋回装置を備えたショベルの制御方法。
  9. 　前記ショベルは、さらに、前記旋回体に機械的な制動力を加えるメカニカルブレーキを有し、
    　前記判定する工程において、前記監視領域内に障害物が存在すると判定されたとき、前記制御部が前記メカニカルブレーキを作動させる工程を、さらに有する請求項８に記載の電動式旋回装置を備えたショベル装置の制御方法。
  10. 　前記判定する工程において、前記監視領域内に障害物が存在すると判定されたとき、前記制御部が、前記旋回用電動機により前記旋回体に制動トルクを与えるように前記インバータを制御する工程を、さらに有する請求項８または９に記載の電動式旋回装置を備えたショベルの制御方法。
  11. 　前記判定する工程において、前記監視領域の内側に障害物が存在しないと判定されたときには、前記制御部が、操作者による操作量に基づいて生成される第２指令値に基づいて前記インバータを制御し、前記監視領域の内側に障害物が存在すると判定されたときには、予め記憶されている制限速度に基づく第１指令値に基づいて前記インバータを制御する工程を有する請求項１０に記載の電動式旋回装置を備えたショベルの制御方法。
  12. 　前記制限速度が前記第２指令値よりも大きいとき、前記制御部は、前記第１指令値に前記第２指令値の値を設定する請求項１１に記載の電動式旋回装置を備えたショベルの制御方法。
  13. 　前記制御部は、前記旋回体と前記障害物との旋回方向に関する相対位置と、前記旋回体の旋回速度との関係である速度パターンを記憶しており、
    　前記速度パターンに記憶されている旋回速度に基づいて、前記制御部が前記インバータを制御する工程を、さらに有する請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の電動式旋回装置を備えたショベルの制御方法。
  14. 　前記判定する工程において、前記監視領域の内側に障害物が存在しないと判定されたときには、前記制御部が、操作者による操作量に基づいて生成される第２指令値に基づいて前記インバータを制御し、前記監視領域の内側に障害物が存在すると判定されたときには、前記メカニカルブレーキを作動させる工程において、前記制御部が、前記旋回用電動機への電力供給が停止するように前記インバータを制御する請求項９に記載の電動式旋回装置を備えたショベルの制御方法。
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