WO2020194914A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2020194914A1
WO2020194914A1 PCT/JP2019/049045 JP2019049045W WO2020194914A1 WO 2020194914 A1 WO2020194914 A1 WO 2020194914A1 JP 2019049045 W JP2019049045 W JP 2019049045W WO 2020194914 A1 WO2020194914 A1 WO 2020194914A1
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WO
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work
work area
machine
area
determined
Prior art date
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PCT/JP2019/049045
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English (en)
French (fr)
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秀一 森木
理優 成川
政樹 金井
晃司 塩飽
井村　進也
Original Assignee
日立建機株式会社
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Publication date
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Priority to KR1020217028993A priority patent/KR20210124442A/ko
Priority to EP19921852.0A priority patent/EP3913146B1/en
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    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like

Definitions

  • the present invention relates to a work machine.
  • Patent Document 1 The current position of the swivel work machine is detected in the swivel work machine provided with the upper swivel body swiveling around the vertical axis on the lower traveling body and the work attachment displaceable to the upper swivel body.
  • the three-dimensional coordinates of the work attachment position are calculated from the storage means for storing the three-dimensional obstacle coordinates corresponding to the obstacles such as the above, and the detected current position, orientation, and displacement amount of the work attachment with respect to the upper swing body.
  • the work attachment position calculation means and the work attachment position coordinate determination means for determining whether or not the calculated work attachment position coordinates are within the interference avoidance range set based on the stored obstacle coordinates.
  • the movement speed setting means for setting the movement speed in the three-dimensional direction of the work attachment when the position coordinates of the work attachment are within the interference avoidance range, and the upper turning so as to be the movement speed set by the movement speed setting means.
  • a swivel work machine provided with a control command output means for outputting a control command to a speed control unit of a body swivel actuator and a work attachment actuator is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a work machine capable of suppressing interference between a plurality of work machines.
  • the present application includes a plurality of means for solving the above problems.
  • a working device mounted on a machine body, a plurality of actuators for driving the machine body and the working device, and the machine body.
  • a position information acquisition device that acquires position information that is information about the position of the machine
  • an attitude information acquisition device that acquires attitude information that is information about the attitude of the work device
  • movement of the machine body and the work device are permitted.
  • the work area which is an area, the position information acquired by the position information acquisition device, and the attitude information acquired by the attitude information acquisition device, the operation of at least one of the plurality of actuators is performed.
  • the controller includes a controller for limiting, and when a change instruction instructing to change the work area to a required work area is input, the controller includes the work area, the position information of the machine body, and the work device. Based on the attitude information, it is determined whether or not the work area can be changed to the required work area, and only when it is determined that the change is possible, the requested work area is overwritten on the work area to obtain the work area. It shall be changed.
  • a hydraulic excavator provided with a work device will be described as an example.
  • a work machine such as a wheel loader, a road machine such as a road roller, and the like will be described.
  • the present invention can also be applied to cranes and the like.
  • an alphabet may be added to the end of the code (number), but the alphabet may be omitted and the plurality of components may be collectively described. is there.
  • inertial measurement unit 13a to 13d when four inertial measurement units 13a to 13d exist, they may be collectively referred to as an inertial measurement unit 13.
  • FIG. 1 is an external view schematically showing the appearance of a hydraulic excavator which is an example of a work machine according to the present embodiment.
  • the hydraulic excavator M1 is an articulated work device (front) configured by connecting a plurality of driven members (boom 11, arm 12, bucket (working tool) 8) that rotate in each vertical direction.
  • the upper swivel body 10 includes a working machine) 15, an upper swivel body 10, and a lower traveling body 9 constituting a machine main body (hereinafter, may be simply referred to as a main body) of the hydraulic excavator M1 together with the upper swivel body 10. It is provided so as to be able to turn with respect to the lower traveling body 9.
  • the base end of the boom 11 of the working device 15 is vertically rotatably supported by the front portion of the upper swing body 10, and one end of the arm 12 is rotatably supported by the tip of the boom 11.
  • a bucket 8 is rotatably supported in the vertical direction at the other end of the arm 12 via a bucket link 8a.
  • the boom 11, arm 12, bucket 8, upper swing body 10, and lower traveling body 9 are hydraulic actuators such as a boom cylinder 5, an arm cylinder 6, a bucket cylinder 7, a swing hydraulic motor 4, and left and right traveling hydraulic motors 3 ( It is driven by the traveling hydraulic motor 3b on the left side (shown only).
  • the traveling hydraulic motor 3 functions as a moving device by driving a pair of left and right crawlers, respectively.
  • a right operation lever device 1c and a left operation lever device 1c that output an operation signal for operating the hydraulic actuators 5 to 7 of the work device 15 and the swing hydraulic motor 4 of the upper swing body 10 1d, a traveling right operation lever device 1a and a traveling left operation lever device 1b for outputting operation signals for operating the left and right traveling hydraulic motors 3 of the lower traveling body 9, a gate lock lever 1e, and a controller 100.
  • the operation lever devices 1a, 1b, 1c, and 1d are electric operation lever devices that output electric signals as operation signals, respectively, and the operation lever that is tilted back and forth and left and right by the operator and the tilting direction of the operating lever. It also has an electric signal generation unit that generates an electric signal according to the amount of tilt (lever operation amount).
  • the electric signals output from the operating lever devices 1c and 1d are input to the controller 100) via the electric wiring.
  • the operation of the operation lever of the right operation lever device 1c in the front-rear direction corresponds to the operation of the boom cylinder 5
  • the operation of the operation lever in the left-right direction corresponds to the operation of the bucket cylinder 7.
  • the operation of the operation lever of the left operation lever device 1d in the front-rear direction corresponds to the operation of the swing hydraulic motor 4, and the operation of the operation lever in the left-right direction corresponds to the operation of the arm cylinder 6.
  • the operation control of the boom cylinder 5, arm cylinder 6, bucket cylinder 7, swing hydraulic motor 4, and left and right traveling hydraulic motor 3 is hydraulic pressure driven by a prime mover such as an engine or an electric motor (engine 14 in this embodiment). This is performed by controlling the direction and flow rate of the hydraulic oil supplied from the pump device 2 to the hydraulic actuators 3, 4 to 7 by the control valve 20.
  • a prime mover such as an engine or an electric motor (engine 14 in this embodiment). This is performed by controlling the direction and flow rate of the hydraulic oil supplied from the pump device 2 to the hydraulic actuators 3, 4 to 7 by the control valve 20.
  • the control valve 20 is driven by a control signal output from the controller 100.
  • a control signal is output from the controller 100 to the control valve 20 based on the operation of the traveling right operating lever device 1a and the traveling left operating lever device 1b, so that the left and right traveling hydraulic motors 3 of the lower traveling body 9 are operated. Be controlled. Further, the operation of the hydraulic actuators 4 to 7 is controlled by outputting a control signal from the controller 100 to the control valve 20 based on the operation signals from the operation lever devices 1c and 1d.
  • the boom 11 rotates in the vertical direction with respect to the upper swing body 10 due to the expansion and contraction of the boom cylinder 5
  • the arm 12 rotates in the vertical and front-back directions with respect to the boom 11 due to the expansion and contraction of the arm cylinder 6, and the bucket 8 is a bucket.
  • the expansion and contraction of the cylinder 7 causes it to rotate up and down and back and forth with respect to the arm 12.
  • a communication device 500 is provided above the driver's cab 16 on which the operator is boarded.
  • the communication device 500 also serves as the area change request receiving unit and the work area transmitting unit according to the claim, receives the requested work area (described later), and transmits whether or not the work area can be changed and the current work area.
  • Inertial measurement units (IMU: Inertial Measurement Units) 13a to 13d are arranged as acquisition devices.
  • the inertial measurement unit 13a is an attitude information acquisition device (boom attitude sensor) that detects the angle (boom angle) of the boom 11 with respect to the horizontal plane
  • the inertial measurement unit 13b is the attitude information that detects the angle (arm angle) of the arm 12 with respect to the horizontal plane.
  • the inertial measurement unit 13c is an attitude information acquisition device (bucket attitude sensor) that detects the angle of the bucket link 8a with respect to the horizontal plane.
  • the inertial measurement unit 13d is a posture information acquisition device (main body posture sensor) that detects the tilt angle (roll angle, pitch angle) of the upper swing body 10 with respect to the horizontal plane.
  • Inertial measurement units 13a to 13d measure angular velocity and acceleration. Considering the case where the upper swing body 10 on which the inertial measurement units 13a to 13d are arranged and the driven members 8, 11 and 12 are stationary, the gravity in the IMU coordinate system set in the inertial measurement units 13a to 13d is considered. The direction of acceleration (that is, the vertical downward direction) and the mounting state of each inertial measurement unit 13a to 13d (that is, relative to each inertial measurement unit 13a to 13d with the upper swivel body 10 and the driven members 8, 11 and 12). The angle of the upper swivel body 10 and the driven members 8, 11 and 12 with respect to the horizontal plane can be detected based on the above.
  • the inertial measurement units 13a to 13c constitute a posture information acquisition device that acquires the posture information (angle signal) of each of the boom 11, the arm 12, and the bucket (working tool) 8.
  • the attitude information acquisition device is not limited to the case where an inertial measurement unit (IMU) is used, and for example, the attitude information may be acquired by using an inclination angle sensor.
  • a potentiometer is arranged at the connecting portion of each of the driven members 8, 11 and 12, and the relative orientation (posture information) of the upper swing body 10 and each of the driven members 8, 11 and 12 is detected, and from the detection result.
  • the postures (angles with respect to the horizontal plane) of the driven members 8, 11 and 12 may be obtained.
  • stroke sensors are arranged in the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, and the bucket cylinder 7, respectively, and the relative orientations of the upper swing body 10 and the driven members 8, 11 and 12 are relative to each other based on the stroke change amount.
  • the posture information) may be calculated, and the posture (angle with respect to the horizontal plane) of each of the driven members 8, 11 and 12 may be obtained from the result.
  • the upper swivel body 10 is provided with positioning devices 18a and 18b as position information acquisition devices for acquiring position information which is information on the position of the machine body.
  • the positioning devices 18a and 18b are, for example, a global positioning satellite system (GNSS: Global Navigation Satellite System).
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the positioning devices 18a and 18b receive signals (radio waves) from a plurality of GNSS satellites (not shown) located above the earth, and perform calculations based on the obtained signals to perform the positioning devices 18a, 18b. Acquire the position of 18b in the earth coordinate system.
  • the position and orientation of the hydraulic excavator M1 with respect to the reference point at the construction site can be obtained by acquiring the positions of the positioning devices 18a and 18b in the earth coordinate system. Orientation) can be acquired as position information.
  • the controller 100 includes a traveling right operation lever device 1a, a traveling left operation lever device 1b, a right operation lever device 1c, an operation signal from the left operation lever device 1d, main body position information from the positioning devices 18a and 18b, and inertial measurement. Attitude information from the devices 13a to 13d and a required work area (described later) from the communication device 500 are input, and a control signal is output based on these inputs to drive the control valve 20 and the communication device. Outputs whether the work area can be changed and the current work area to 500.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the processing function of the controller.
  • the controller 100 includes a work area storage unit 110, an operation restriction unit 120, a main body control unit 130, an operation state acquisition unit 140, and an area changeability determination unit 150.
  • the work area storage unit 110 is currently in the case where the work area can be changed according to the request work area from the communication device 500 and the changeability of the work area from the area changeability determination unit 150.
  • the work area is changed to the required work area, and the work area is output to the operation restriction unit 120 and the communication device 500.
  • the output is output to the operation limiting unit 120 and the communication device 500 without changing the current work area.
  • the operation restriction unit 120 outputs an operation restriction signal according to the current work area from the work area storage unit 110, the main body position information from the positioning devices 18a and 18b, and the posture information from the inertial measurement units 13a to 13d.
  • the calculation is performed and output to the main body control unit 130 and the area changeability determination unit 150.
  • the calculation content of the operation limiting unit 120 will be described in detail later.
  • the main body control unit 130 calculates and outputs a control signal based on the operation signal from the right operation lever device 1c and the left operation lever device 1d and the operation restriction signal from the operation restriction unit 120, and corresponds to each signal. Each direction control valve in the control valve 20 is driven. The calculation content of the main body control unit 130 will be described in detail later.
  • the operation state acquisition unit 140 calculates the operation state of the hydraulic excavator M1 based on the main body position information from the positioning devices 18a and 18b and the posture information from the inertial measurement units 13a to 13d, and causes the area changeability determination unit 150. Output.
  • the operating state is the moving speed of the hydraulic excavator, the turning speed, and the moving speed of the bucket.
  • the area changeable determination unit 150 includes a requested work area from the communication device 500, an operation state from the operation state acquisition unit 140, a current work area from the work area storage unit 110, and an operation restriction from the operation restriction unit 120.
  • a signal and a signal are used as inputs, and based on these, whether or not the work area can be changed is calculated and output to the work area storage unit 110 and the communication device 500.
  • the values one cycle before the calculation cycle of the controller 100 are used. The details of the calculation performed by the area changeability determination unit 150 will be described later.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the details of the arithmetic processing of the operation restriction unit.
  • the hydraulic excavator M1 is arranged in a work area A1 preset at the construction site as a range in which the operation of the main body (upper swing body 10) of the hydraulic excavator M1 which is a work machine and the work device 15 is allowed. It shows how it is being done.
  • the hydraulic excavator M1 is set with a main body coordinate system having an x-axis whose front is positive and a y-axis whose left side is positive perpendicular to the swivel axis and the x-axis, with the center of rotation limited. Further, it is assumed that the work area A1 is set by a polygon in which all internal angles are less than 180 degrees.
  • the operation restriction unit 120 calculates an operation restriction signal according to the distance between the boundary of the current work area A1 and the machine body or the work device 15 of the hydraulic excavator M1. Specifically, first, the turning center of the hydraulic excavator M1 and the tip of the working device 15 (the part of the working device 15 having the farthest horizontal distance from the turning center) are the reference points for calculation (hereinafter, reference points). (Referred to as 10a and 15a) are set.
  • the distance L0R from the reference point 10a to the boundary of the work area A1 in the right direction along the y-axis, and the boundary of the work area A1 in the left direction along the y-axis from the reference point 10a.
  • the operation limiting signal is calculated so as to limit the moving speeds of the front direction, the rear direction, the right direction, and the left method of the hydraulic excavator M1 according to the distances L0F, L0B, L0R, and L0L.
  • the distance L1R from the reference point 15a to the boundary of the work area A1 in the right direction along the y-axis, and the work area A1 in the left direction along the y-axis from the reference point 15a are calculated, and the work device 15 is extended according to the distances L1F, L1R, and L1L.
  • the operation limiting signal is calculated so as to limit the speed in the direction and the turning speed in the left-right direction.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a calculation map for calculating the operation limit signal.
  • FIG. 4 shows as a representative example of a calculation map of the operation limit signal for the distance L1R to the boundary of the work area A1 in the right direction along the y-axis direction of the reference point 15a of the work device 15. That is, as shown in FIG. 4, when the distance L1R satisfies 0 (zero) ⁇ L1R ⁇ L1R1, the operation limiting unit 120 sets an operation limiting signal in which the speed ratio of right turning is 0 (zero)%. When the distance L1R satisfies L1R1 ⁇ L1R ⁇ L1R2, an operation limiting signal is generated so that the speed ratio of right turning increases toward 100% as L1R increases, and the distance L1R becomes L1R2 ⁇ . When L1R is satisfied, an operation limit signal with a right turn speed ratio of 100% is generated and output.
  • the speed ratio of the corresponding hydraulic actuator is calculated and output as an operation limit signal.
  • FIG. 5 is a functional block diagram showing an example of arithmetic processing of the main body control unit.
  • FIG. 5 shows an example of calculation of a control signal related to a right turn as a representative. That is, as shown in FIG. 5, the main body control unit 130 uses a predetermined calculation map 131 to turn right according to the operation signal of right turn from the operation lever device 1d (that is, the operation lever). The right turn speed required by the operation amount of the device 1d) is calculated, and the calculated right turn speed is multiplied by the right turn operation limit signal by the operator 132 to be used as a right turn control signal. Output to the control valve 20.
  • the map 131 is preset so that the larger the right turn operation signal, the higher the right turn speed.
  • the right-turning operation limiting signal is the right-turning speed ratio, and the smaller the right-turning speed ratio (operation limiting signal), the smaller the right-turning speed.
  • the control signal for turning right is calculated.
  • the speed ratio of the corresponding hydraulic actuator is calculated and output as an operation limit signal.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the processing contents of the area changeability determination unit.
  • the area changeability determination unit 150 of the controller 100 first determines whether or not the hydraulic excavator M1 is operating based on the operation state acquired by the operation state acquisition unit 140 (step S1501), and the determination result. If is NO, it is determined that the work area A1 can be changed (step S1502), and the process ends.
  • the moving speed, the turning speed, and the moving speed of the bucket are acquired as the operating state, and when the moving speed is larger than a predetermined value (for example, when it is larger than 0 (zero)), the operation is performed.
  • the operation lever device by the operator may be configured to determine that it is operating when an operation such as 1d is valid.
  • step S1501 If the determination result in step S1501 is YES, that is, if it is determined that the hydraulic excavator M1 is operating, then the hydraulic excavator M1 is being restricted from operating from the operation limiting signal of the operation limiting unit 120. It is determined whether or not there is (for example, whether or not the operation limiting signal is less than 95%) (step S1503), and if the determination result is YES, it is determined that the work area A1 cannot be changed (step S1505). ), End the process.
  • step S1503 determines whether or not the boundary of the required work area is subsequently determined to be the work machine (reference) rather than the boundary of the work area. It is determined whether or not it is far from the point 10a and the reference point 15a) (step S1504), and if the determination result is YES, it is determined that the work area can be changed (step S1502), and the process is terminated. If the determination result is NO, it is determined that the work area cannot be changed (step S1505), and the process ends.
  • step S1505 all of the sides of the polygon forming the required work area, which are different from the work area A1, are located closer to the work machine (reference point 10a and reference point 15a) than the boundary of the work area. Determine if it is far. Further, in step S1505, when at least one side to be determined is closer to the required work area (that is, each side forming the boundary of the required work area is closer than each side forming the boundary of the work area). If is also one side), the judgment result in is set to NO, and the process proceeds to step S1505 so that the work area cannot be changed. The judgment result is obtained only when the required work area is farther than the work area for all the sides to be judged. Is YES, the process proceeds to step S1502, and the work area can be changed.
  • FIGS. 7 to 9 are diagrams for specifically explaining the processing contents in the area changeability determination unit, and are diagrams illustrating the case where the relationship between the required work area and the work area and the operating state of the work machine are changed. is there.
  • FIGS. 7 to 9 when the hydraulic excavator M1 is arranged inside the work area A1 and the required work area A2 and the hydraulic excavator M1 is moving (here, the turning operation of the hydraulic excavator M1 causes the work device 15 to move. (When the reference point 15a is moving in the direction of the dotted line m1) is illustrated.
  • the hydraulic excavator M1 (specifically, the reference point 15a of the work device 15) is swiveling in a direction away from the boundary side of the required work area A2, which is different from the current work area A1. It is assumed that the operation of the hydraulic excavator M1 is not restricted.
  • step S1501 of FIG. 6 it is determined in step S1501 of FIG. 6 that the operation is in progress (YES), in step S1503 it is determined that the operation is not restricted (NO), and the request work is performed in step S1504. It is determined that the boundary of the area is narrower than the current work area (NO), and the work area cannot be changed (step S1505).
  • step S1505 it is possible to prevent sudden deceleration or sudden stop of the operation of the hydraulic excavator M1 due to the change of the work area A1, that is, sudden change in the operation of the hydraulic excavator M1 due to suddenly satisfying the condition of the operation restriction. ..
  • the hydraulic excavator M1 (specifically, the reference point 15a of the work device 15) is swiveling in a direction approaching the boundary edge of the required work area A2, which is different from the current work area A1.
  • step S1501 of FIG. 6 it is determined in step S1501 of FIG. 6 that the operation is in progress (YES), and if it is determined in step S1503 that the operation is restricted (YES), the work area is determined. Even if it is determined that the change is not possible (step S1505) and the operation is not restricted (NO) in step S1503, the boundary of the required work area becomes narrower than the current work area (NO) in step S1504. It is determined that the work area cannot be changed (step S1505).
  • the hydraulic excavator M1 (specifically, the reference point 15a of the work device 15) is swiveling in a direction approaching the boundary edge of the required work area A2, which is different from the current work area A1. It is assumed that the operation of the hydraulic excavator M1 is not restricted.
  • step S1501 of FIG. 6 it is determined in step S1501 of FIG. 6 that the operation is in progress (YES), in step S1503 it is determined that the operation is not restricted (NO), and the request work is performed in step S1504. It is determined that the boundary of the area is wider than the current work area (YES), and the work area can be changed (step S1502). By doing so, the work area can be reduced while preventing sudden acceleration of the operation of the hydraulic excavator M1 due to the change of the work area A1, that is, sudden change in the operation of the hydraulic excavator M1 due to sudden failure to satisfy the operation restriction condition. Can be changed.
  • the work device 15 mounted on the machine body (upper swing body 10 and lower traveling body 9) and a plurality of actuators (for example, boom cylinders) for driving the machine body and the work device 15 5.
  • the inertial measuring devices 13a to 13c that acquire the attitude information, which is information, the work area that is the area where the machine body and the work device 15 are allowed to move, the position information acquired by the position information acquisition device, and the attitude information acquisition.
  • the controller 100 changes the work area to the required work area.
  • a change instruction is input, it is possible to determine whether or not the work area can be changed to the required work area based on the work area, the position information of the machine body, and the attitude information of the work equipment. Since the work area is configured to overwrite the required work area and change the work area only when it is determined that the work area is, interference between a plurality of work machines can be suppressed.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a situation at a work site.
  • FIG. 10 illustrates a case where a plurality of construction machines M1 and M2 are in operation and each of them sets a work area A1 and A3.
  • the case where the control control device S is arranged at the work site is illustrated.
  • the work device 15 mounted on the machine body (for example, the upper swing body 10 and the lower traveling body 9) and a plurality of actuators (for example, for example) for driving the machine body and the work device.
  • 18a, 18b an attitude information acquisition device (for example, inertial measurement devices 13a to 13c) for acquiring attitude information which is information on the attitude of the work device, and an area where the machine body and the work device are allowed to move.
  • the controller Based on the work area A1, the position information acquired by the position information acquisition device, and the attitude information acquired by the attitude information acquisition device, the operation of at least one of the plurality of actuators is performed.
  • a work machine for example, a hydraulic excavator M1 including a limiting controller 100
  • the controller receives a change instruction instructing the change of the work area to a required work area, the work area, Based on the position information of the machine body and the attitude information of the work device, it is determined whether or not the work area can be changed to the required work area, and only when it is determined that the change is possible, the work area The required work area is overwritten and the work area is changed.
  • the instruction to change the work area is given to another work machine (for example, hydraulic excavator M1) at the construction site. It is assumed that it is generated outside the work machine at the time of movement and input to the controller via a communication device provided in the work machine.
  • the controller 100 acquires the operating state of the work machine and the work machine is in operation. If it is determined whether or not the work machine is not in operation, it is determined that the work area can be changed.
  • the controller 100 determines that the work machine is in operation, the plurality of said controllers 100. It is determined whether the operation of at least one of the actuators (for example, boom cylinder 5, arm cylinder 6, bucket cylinder 7, swivel hydraulic motor 4, traveling hydraulic motor 3 (3b)) is restricted, and the operation is restricted. If it is determined that the work area has been changed, it is determined that the work area cannot be changed.
  • the actuators for example, boom cylinder 5, arm cylinder 6, bucket cylinder 7, swivel hydraulic motor 4, traveling hydraulic motor 3 (3b)
  • the controller 100 uses the plurality of actuators (for example, boom cylinder 5, arm cylinder 6, bucket cylinder 7).
  • the boundary of the required work area is larger than the boundary of the work area of the machine. It is determined whether or not the work area is far from the main body or the work device, and if it is determined that the work area is far away, it is determined that the work area can be changed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications and combinations within a range that does not deviate from the gist thereof. Further, the present invention is not limited to the one including all the configurations described in the above-described embodiment, and includes the one in which a part of the configurations is deleted. Further, each of the above configurations, functions and the like may be realized by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function.
  • the controller 100 is mounted on the hydraulic excavator M1 to enable remote operation of the hydraulic excavator M1. It may be configured as a control system for an excavator (construction machine) M1. Further, only the region changeable determination unit 150 may be separated from the hydraulic excavator M1 and arranged in the control control device S shown in FIG. 10, for example.

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Abstract

作業領域Ａ１を要求作業領域Ａ２に変更することを指示する変更指示が入力された場合に、作業領域Ａ１、上部旋回体１０及び下部走行体９により構成される機械本体の位置情報、及び、作業装置１５の姿勢情報に基づいて作業領域Ａ１の要求作業領域Ａ２への変更の可否を判断し、変更が可能であると判断された場合にのみ作業領域Ａ１に要求作業領域Ａ２を上書きして作業領域を変更する。これにより、複数の作業機械間での干渉を抑制することができる。

Description

作業機械
　本発明は、作業機械に関する。
　例えば、油圧ショベルなどの作業機械においては、作業に際して作業機械が周囲の障害物等に干渉しないように動作させることが求められる。そこで、オペレータの操作を補助する技術として、予め定設定した範囲内に作業機が入った場合に自動的に動作速度を減速して停止させる技術が提案されており、例えば、特許文献１には、下部走行体に上部旋回体を縦軸回りに旋回自在に設け、該上部旋回体に対して変位自在な作業アタッチメントを設けた旋回系作業機械に、該旋回系作業機械の現在位置を検出するための現在位置検出手段と、上部旋回体の方位を検出するための方位検出手段と、作業アタッチメントの上部旋回体に対する変位量を検出するための変位量検出手段と、地図データに基づく建物や施設等の障害物に対応させた三次元の障害物座標を記憶する記憶手段と、前記検出した現在位置、方位、および作業アタッチメントの上部旋回体に対する変位量から作業アタッチメント位置の三次元座標を演算する作業アタッチメント位置演算手段と、該演算された作業アタッチメント位置座標が、前記記憶される障害物座標に基づいて設定される干渉回避範囲内にあるか否かの判定をする作業アタッチメント位置座標判定手段と、作業アタッチメント位置座標が干渉回避範囲内にある場合に作業アタッチメントの三次元方向の移動速度を設定するための移動速度設定手段と、該移動速度設定手段により設定された移動速度となるよう上部旋回体の旋回用アクチュエータおよび作業アタッチメント用アクチュエータの速度制御部に制御指令を出力する制御指令出力手段とが備えられている旋回系作業機械が開示されている。
特開２０１６－３０７４３６号公報
　しかしながら、上記従来技術においては、単独の作業機械が動作する場合における周囲物への干渉防止については考慮されているものの、施工現場では複数の作業機械が同時に作業を行うことも十分に考えられるため、干渉防止の対象となる周囲物が移動するような場合、すなわち、複数の作業機械間における干渉防止についてさらに考慮する必要がある。
　本発明は上記に鑑みてなされたものであり、複数の作業機械間での干渉を抑制することができる作業機械を提供することを目的とする。
　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、機械本体に搭載された作業装置と、前記機械本体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、前記機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する位置情報取得装置と、前記作業装置の姿勢に関する情報である姿勢情報を取得する姿勢情報取得装置と、前記機械本体及び前記作業装置の移動が許容される領域である作業領域と、前記位置情報取得装置で取得された前記位置情報と、前記姿勢情報取得装置で取得された姿勢情報とに基づいて、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作を制限するコントローラを備え、前記コントローラは、前記作業領域を要求作業領域に変更することを指示する変更指示が入力された場合に、前記作業領域、前記機械本体の位置情報、及び、前記作業装置の姿勢情報に基づいて前記作業領域の前記要求作業領域への変更の可否を判断し、変更が可能であると判断された場合にのみ前記作業領域に前記要求作業領域を上書きして前記作業領域を変更するものとする。
　本発明によれば、複数の作業機械間での干渉を抑制することができる。
本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す外観図である。 コントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。 動作制限部の演算処理の詳細を説明するための図である。 動作制限信号を算出するための算出マップの一例を示す図である。 本体制御部の演算処理の一例を示す機能ブロック図である。 領域変更可否判断部の処理内容を示すフローチャートである。 領域変更可否判断部における処理内容を具体的に説明する図である。 領域変更可否判断部における処理内容を具体的に説明する図である。 領域変更可否判断部における処理内容を具体的に説明する図である。 作業現場の状況の一例を示す図である。
　以下、本発明の一実施の形態を図１～図１０を参照しつつ説明する。
　なお、本実施の形態では、作業機械の一例として、作業装置（作業機）を備える油圧ショベルを例示して説明するが、例えば、ホイールローダなどの作業機械のほか、ロードローラなどの道路機械やクレーンなどにも本発明を適用することが可能である。
　また、以下の説明では、同一の構成要素が複数存在する場合、符号（数字）の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば、４つの慣性計測装置１３ａ～１３ｄが存在するとき、これらをまとめて慣性計測装置１３と表記することがある。
　図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す外観図である。
　図１において、油圧ショベルＭ１は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム１１、アーム１２、バケット（作業具）８）を連結して構成された多関節型の作業装置（フロント作業機）１５と、上部旋回体１０と、上部旋回体１０とともに油圧ショベルＭ１の機械本体（以下、単に本体と称する場合がある）を構成する下部走行体９とを備え、上部旋回体１０は下部走行体９に対して旋回可能に設けられている。
　作業装置１５のブーム１１の基端は上部旋回体１０の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の一端はブーム１１の先端に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の他端にはバケットリンク８ａを介してバケット８が垂直方向に回動可能に支持されている。
　ブーム１１、アーム１２、バケット８、上部旋回体１０、および下部走行体９は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、および左右の走行油圧モータ３（左側の走行油圧モータ３ｂのみ図示）によりそれぞれ駆動される。走行油圧モータ３は、左右一対のクローラをそれぞれ駆動することで移動装置として機能する。
　オペレータが搭乗する運転室１６には、作業装置１５の油圧アクチュエータ５～７、および上部旋回体１０の旋回油圧モータ４を操作するための操作信号を出力する右操作レバー装置１ｃおよび左操作レバー装置１ｄと、下部走行体９の左右の走行油圧モータ３を操作するための操作信号を出力する走行用右操作レバー装置１ａおよび走行用左操作レバー装置１ｂと、ゲートロックレバー１ｅと、コントローラ１００とが設けられている。
　操作レバー装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、それぞれ、操作信号として電気信号を出力する電気式の操作レバー装置であり、オペレータによって前後左右に傾倒操作される操作レバーと、この操作レバーの傾倒方向および傾倒量（レバー操作量）に応じた電気信号を生成する電気信号生成部とを有する。操作レバー装置１ｃ，１ｄから出力された電気信号は、電気配線を介してコントローラ１００）に入力される。本実施の形態では、右操作レバー装置１ｃの操作レバーの前後方向の操作がブームシリンダ５の操作に対応し、同動作レバーの左右方向の操作がバケットシリンダ７の操作に対応している。一方、左操作レバー装置１ｄの操作レバーの前後方向の操作が旋回油圧モータ４の操作に対応し、同操作レバーの左右方向の操作がアームシリンダ６の操作に対応している。
　ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、および左右の走行油圧モータ３の動作制御は、エンジンや電動モータなどの原動機（本実施例では、エンジン１４）によって駆動される油圧ポンプ装置２から油圧アクチュエータ３、４～７に供給される作動油の方向および流量をコントロールバルブ２０で制御することにより行う。
　コントロールバルブ２０は、コントローラ１００から出力される制御信号により駆動される。走行用右操作レバー装置１ａおよび走行用左操作レバー装置１ｂの操作に基づいてコントローラ１００から制御信号がコントロールバルブ２０に出力されることにより、下部走行体９の左右の走行油圧モータ３の動作が制御される。また、操作レバー装置１ｃ，１ｄからの操作信号に基づいてコントローラ１００から制御信号がコントロールバルブ２０に出力されることにより、油圧アクチュエータ４～７の動作が制御される。ブーム１１はブームシリンダ５の伸縮により上部旋回体１０に対して上下方向に回動し、アーム１２はアームシリンダ６の伸縮によりブーム１１に対して上下および前後方向に回動し、バケット８はバケットシリンダ７の伸縮によりアーム１２に対して上下および前後方向に回動する。
　オペレータが搭乗する運転室１６の上部には、通信装置５００が設けられている。通信装置５００は、請求項に記載の領域変更要求受信部と作業領域送信部を兼ねており、要求作業領域（後述）を受信するとともに、作業領域の変更可否と現在の作業領域を送信する。
　ブーム１１の上部旋回体１０との連結部近傍と、アーム１２のブーム１１との連結部近傍と、バケットリンク８ａと、上部旋回体１０とには、それぞれ、姿勢情報を取得するための姿勢情報取得装置としての慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）１３ａ～１３ｄが配置されている。慣性計測装置１３ａは水平面に対するブーム１１の角度（ブーム角度）を検出する姿勢情報取得装置（ブーム姿勢センサ）であり、慣性計測装置１３ｂは水平面に対するアーム１２の角度（アーム角度）を検出する姿勢情報取得装置（アーム姿勢センサ）であり、慣性計測装置１３ｃは水平面に対するバケットリンク８ａの角度を検出する姿勢情報取得装置（バケット姿勢センサ）である。また、慣性計測装置１３ｄは、水平面に対する上部旋回体１０の傾斜角度（ロール角、ピッチ角）を検出する姿勢情報取得装置（本体姿勢センサ）である。
　慣性計測装置１３ａ～１３ｄは、角速度及び加速度を計測するものである。慣性計測装置１３ａ～１３ｄが配置された上部旋回体１０や各被駆動部材８、１１、１２が静止している場合を考えると、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄに設定されたＩＭＵ座標系における重力加速度の方向（つまり、鉛直下向き方向）と、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄの取り付け状態（つまり、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄと上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２との相対的な位置関係）とに基づいて、上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の水平面に対する角度を検出することができる。ここで、慣性計測装置１３ａ～１３ｃは、ブーム１１、アーム１２、及びバケット（作業具）８のそれぞれの姿勢情報（角度信号）を取得する姿勢情報取得装置を構成している。
　なお、姿勢情報取得装置としては慣性計測装置（ＩＭＵ）を用いる場合に限られるものではなく、例えば、傾斜角センサを用いて姿勢情報を取得するように構成しても良い。また、各被駆動部材８，１１，１２の連結部分にポテンショメータを配置し、上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の相対的な向き（姿勢情報）を検出し、検出結果から各被駆動部材８，１１，１２の姿勢（水平面に対する角度）を求めても良い。また、ブームシリンダ５，アームシリンダ６，及びバケットシリンダ７にそれぞれストロークセンサを配置し、ストローク変化量から上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の各接続部分における相対的な向き（姿勢情報）を算出し、その結果から各被駆動部材８，１１，１２の姿勢（水平面に対する角度）を求めるように構成しても良い。
　上部旋回体１０には、機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する位置情報取得装置としての測位装置１８ａ，１８ｂが設けられている。測位装置１８ａ，１８ｂは、例えば、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）である。ＧＮＳＳとは複数の衛星からの信号を受信し、地球上の自己位置を知る衛星測位システムのことである。測位装置１８ａ，１８ｂは、地球上空に位置する複数のＧＮＳＳ衛星（図示しない）からの信号（電波）を受信するものであり、得られた信号に基づいて演算を行うことで、測位装置１８ａ，１８ｂの地球座標系における位置を取得する。油圧ショベルＭ１に対する測位装置１８ａ，１８ｂの搭載位置は予めわかっているので、測位装置１８ａ，１８ｂの地球座標系における位置を取得することで、施工現場の基準点に対する油圧ショベルＭ１の位置や向き（方位）を位置情報として取得することができる。
　コントローラ１００には、走行用右操作レバー装置１ａ、走行用左操作レバー装置１ｂ、右操作レバー装置１ｃ、左操作レバー装置１ｄからの操作信号、測位装置１８ａ、１８ｂからの本体位置情報、慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの姿勢情報、通信装置５００からの要求作業領域（後述）と、が入力されており、これらの入力に基づいて制御信号を出力してコントロールバルブ２０を駆動するとともに、通信装置５００へ作業領域の変更可否および現在の作業領域を出力する。
　図２は、コントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。
　図２において、コントローラ１００は、作業領域記憶部１１０と、動作制限部１２０と、本体制御部１３０と、動作状態取得部１４０と、領域変更可否判断部１５０とを備えている。
　作業領域記憶部１１０は、通信装置５００からの要求作業領域と、領域変更可否判断部1５０からの作業領域の変更可否と、に応じて、作業領域の変更可否が可であった場合に現在の作業領域を要求作業領域へ変更し、動作制限部１２０および通信装置５００へ出力する。一方で、作業領域の変更可否が否であった場合には現在の作業領域を変更することなく、動作制限部１２０および通信装置５００へ出力する。
　動作制限部１２０は、作業領域記憶部１１０からの現在の作業領域と、測位装置１８ａ、１８ｂからの本体位置情報と、慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの姿勢情報と、に応じて動作制限信号を演算し、本体制御部１３０と領域変更可否判断部１５０へ出力する。動作制限部１２０の演算内容については後に詳述する。
　本体制御部１３０は、右操作レバー装置１ｃ、左操作レバー装置１ｄからの操作信号と、動作制限部１２０からの動作制限信号に基づいて、制御信号を演算して出力し、それぞれの信号に対応したコントロールバルブ２０内の各方向制御弁を駆動する。本体制御部１３０の演算内容については後に詳述する。
　動作状態取得部１４０は、測位装置１８ａ、１８ｂからの本体位置情報と、慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの姿勢情報と、に基づき油圧ショベルＭ１の動作状態を演算し、領域変更可否判断部１５０へ出力する。ここで、動作状態とは、油圧ショベルの移動速度と、旋回速度と、バケットの移動速度である。
　領域変更可否判断部１５０は、通信装置５００からの要求作業領域と、動作状態取得部１４０からの動作状態と、作業領域記憶部１１０からの現在の作業領域と、動作制限部１２０からの動作制限信号と、を入力とし、これらに基づき、作業領域の変更可否を演算し、作業領域記憶部１１０と通信装置５００へ出力する。なお、現在の作業領域と、動作制限信号と、はコントローラ１００の演算周期の１周期前の値を用いる。領域変更可否判断部１５０で行う演算の詳細は後述する。
　図３は、動作制限部の演算処理の詳細を説明するための図である。
　図３においては、作業機械である油圧ショベルＭ１の本体（上部旋回体１０）や作業装置１５の動作が許容される範囲として施工現場に予め設定されている作業領域Ａ１内に油圧ショベルＭ１が配置されている様子を示している。油圧ショベルＭ１には、旋回中心を限定として前方を正とするにｘ軸と、旋回軸及びｘ軸に垂直に左側方を正とするｙ軸とを有する本体座標系が設定されている。また、作業領域Ａ１は、全ての内角が１８０度未満である多角形で設定されているものとする。
　動作制限部１２０は、現在の作業領域Ａ１の境界と、油圧ショベルＭ１の機械本体や作業装置１５との距離に応じて動作制限信号を演算する。具体的には、まず、油圧ショベルＭ１の旋回中心と作業装置１５の先端部（作業装置１５のうち旋回中心から水平距離が最も遠い部分）とにそれぞれ演算の基準となる点（以降、基準点１０ａ，１５ａと称する）を設定する。
　そして、機械本体の基準点１０ａについては、基準点１０ａからｙ軸に沿った右方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ０Ｒ、基準点１０ａからｙ軸に沿った左方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ０Ｌ、基準点１０ａからｘ軸に沿った前方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ０Ｆ、及び、基準点１０ａからｙ軸に沿った後方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ０Ｂをそれぞれ算出し、距離Ｌ０Ｆ，Ｌ０Ｂ，Ｌ０Ｒ，Ｌ０Ｌに応じて油圧ショベルＭ１の前方向、後方向、右方向、左方法の移動速度を制限するように動作制限信号を演算する。
　同様に、作業装置１５の基準点１５ａについては、基準点１５ａからｙ軸に沿った右方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ１Ｒ、基準点１５ａからｙ軸に沿った左方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ１Ｌ、及び、基準点１０ａからｘ軸に沿った前方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ１Ｆをそれぞれ算出し、距離Ｌ１Ｆ，Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｌに応じて、作業装置１５の伸長方向の速度や左右方向の旋回速度を制限するように動作制限信号を演算する。
　図４は、動作制限信号を算出するための算出マップの一例を示す図である。
　図４においては、作業装置１５の基準点１５ａのｙ軸方向に沿った右方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ１Ｒに対する動作制限信号の算出マップの一例を代表して示している。すなわち、動作制限部１２０は、図４に示すように、距離Ｌ１Ｒが０（ゼロ）≦Ｌ１Ｒ≦Ｌ１Ｒ１を満たす場合には、右旋回の速度比率を０（ゼロ）％とする動作制限信号を生成し、距離Ｌ１ＲがＬ１Ｒ１＜Ｌ１Ｒ＜Ｌ１Ｒ２を満たす場合には、Ｌ１Ｒが大きくなるに従って右旋回の速度比率が１００％に向けて大きくなるような動作制限信号を生成し、距離Ｌ１ＲがＬ１Ｒ２≦Ｌ１Ｒを満たす場合には、右旋回の速度比率を１００％とする動作制限信号を生成して出力する。
　他の距離Ｌ１Ｆ，Ｌ１Ｌ，Ｌ０Ｆ，Ｌ０Ｂ，Ｌ０Ｒ，Ｌ０Ｌに対しても同様に、対応する油圧アクチュエータの速度比率を演算し動作制限信号として出力する。
　図５は、本体制御部の演算処理の一例を示す機能ブロック図である。
　図５においては、右旋回に関する制御信号の演算の一例を代表して示している。すなわち、本体制御部１３０は、図５に示すように、予め定めた演算用のマップ１３１を用いて操作レバー装置１ｄからの右旋回の操作信号に応じた右旋回速度（すなわち、操作レバー装置１ｄの操作量によって要求される右旋回速度）を演算し、演算された右旋回速度に対して右旋回の動作制限信号を演算子１３２において乗算し、右旋回の制御信号としてコントロールバルブ２０に出力する。なお、マップ１３１は右旋回の操作信号が大きいほど、右旋回速度が大きくなるように予め設定される。また、図４に示したように、右旋回の動作制限信号は右旋回の速度比率であり、右旋回の速度比率（動作制限信号）が小さくなるほど、右旋回速度が小さくなるように右旋回の制御信号が演算される。
　他の距離Ｌ１Ｆ，Ｌ１Ｌ，Ｌ０Ｆ，Ｌ０Ｂ，Ｌ０Ｒ，Ｌ０Ｌに対しても同様に、対応する油圧アクチュエータの速度比率を演算し動作制限信号として出力する。
　図６は、領域変更可否判断部の処理内容を示すフローチャートである。
　図６において、コントローラ１００の領域変更可否判断部１５０は、まず、動作状態取得部１４０で取得された動作状態に基づいて油圧ショベルＭ１が動作しているかどうかを判定し（ステップＳ１５０１）、判定結果がＮＯの場合には、作業領域Ａ１の変更が可能であると判断し（ステップＳ１５０２）、処理を終了する。なお、本実施の形態においては、移動速度や旋回速度、バケットの移動速度を動作状態として取得し、移動速度が予め定めた値より大きい場合（例えば、０（ゼロ）より大きい場合）には動作していると判定する場合を例示して説明したが、例えば、ゲートロックレバー１ｅの位置を動作情報として用い、ゲートロックレバー１ｅが下げ上体であるである場合、すなわち、オペレータによる操作レバー装置１ｄ等の操作が有効である場合を動作していると判定するように構成しても良い。
　また、ステップＳ１５０１での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、油圧ショベルＭ１が動作していると判定した場合には、続いて、動作制限部１２０の動作制限信号から油圧ショベルＭ１が動作制限中であるかどうか（例えば、動作制限信号が９５％未満であるかどうか）を判定し（ステップＳ１５０３）、判定結果がＹＥＳの場合には、作業領域Ａ１の変更が不可であると判断し（ステップＳ１５０５）、処理を終了する。
　また、ステップＳ１５０３での判定結果がＮＯの場合、すなわち、油圧ショベルＭ１が動作制限中では無いと判定した場合には、続いて、要求作業領域の境界は作業領域の境界よりも作業機械（基準点１０ａ及び基準点１５ａ）から遠いかどうかを判定し（ステップＳ１５０４）、判定結果がＹＥＳの場合には、作業領域の変更が可能であると判定して（ステップＳ１５０２）、処理を終了し、判定結果がＮＯの場合には、作業領域の変更が不可であると判定して（ステップＳ１５０５）、処理を終了する。
　なお、ステップＳ１５０５では、要求作業領域を形成する多角形の各辺のうち作業領域Ａ１と異なる辺の全てについて、その距離が作業領域の境界よりも作業機械（基準点１０ａ及び基準点１５ａ）から遠いかどうかを判定する。また、ステップＳ１５０５では、判定対象の辺について一つでも要求作業領域の方が近い場合（すなわち、要求作業領域の境界を形成する各辺において、作業領域の境界を形成する各辺よりも近いものが一辺でもある場合）にはでの判定結果をＮＯとしてステップＳ１５０５に進んで作業領域の変更不可とし、判定対象の全ての辺について要求作業領域の方が作業領域よりも遠い場合にのみ判定結果をＹＥＳとしてステップＳ１５０２に進んで作業領域の変更可とする。
　図７～図９は、領域変更可否判断部における処理内容を具体的に説明する図であり、要求作業領域と作業領域との関係や作業機械の動作状態をそれぞれ変えた場合を例示する図である。図７～図９においては、作業領域Ａ１及び要求作業領域Ａ２の内部に油圧ショベルＭ１が配置され、油圧ショベルＭ１が移動している場合（ここでは、油圧ショベルＭ１の旋回動作によって作業装置１５の基準点１５ａが点線ｍ１方向に移動している場合）を例示している。
　図７においては、現在の作業領域Ａ１と異なる要求作業領域Ａ２の境界の辺に対して、油圧ショベルＭ１（詳しくは、作業装置１５の基準点１５ａ）が遠ざかる方向に旋回動作している。なお、油圧ショベルＭ１に対する動作制限中ではないものとする。
　この場合、領域変更可否判断部１５０の処理では、図６のステップＳ１５０１において動作中である（ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ１５０３で動作制限中ではない（ＮＯ）と判定し、ステップＳ１５０４で要求作業領域の境界が現在の作業領域よりも狭まる（ＮＯ）と判定して、作業領域の変更不可とする（ステップＳ１５０５）。このような処理により、作業領域Ａ１の変更に起因する油圧ショベルＭ１の動作の急減速や急停止、すなわち、動作制限の条件を急に満たすことによる油圧ショベルＭ１の動作の急変を防ぐことができる。
　図８においては、現在の作業領域Ａ１と異なる要求作業領域Ａ２の境界の辺に対して、油圧ショベルＭ１（詳しくは、作業装置１５の基準点１５ａ）が近づく方向に旋回動作している。
　この場合、領域変更可否判断部１５０の処理では、図６のステップＳ１５０１において動作中である（ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ１５０３で動作制限中である（ＹＥＳ）と判定した場合には作業領域の変更不可とし（ステップＳ１５０５）、また、ステップＳ１５０３で動作制限中ではない（ＮＯ）と判定した場合であっても、ステップＳ１５０４で要求作業領域の境界が現在の作業領域よりも狭まる（ＮＯ）と判定して、作業領域の変更不可とする（ステップＳ１５０５）。こうすることで、作業領域Ａ１の変更に起因する油圧ショベルＭ１の動作の急減速や急停止、すなわち、動作制限の条件を急に満たすことによる油圧ショベルＭ１の動作の急変を防ぐことができる。
　図９においては、現在の作業領域Ａ１と異なる要求作業領域Ａ２の境界の辺に対して、油圧ショベルＭ１（詳しくは、作業装置１５の基準点１５ａ）が近づく方向に旋回動作している。なお、油圧ショベルＭ１に対する動作制限中ではないものとする。
　この場合、領域変更可否判断部１５０の処理では、図６のステップＳ１５０１において動作中である（ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ１５０３で動作制限中ではない（ＮＯ）と判定し、ステップＳ１５０４で要求作業領域の境界が現在の作業領域よりも広がる（ＹＥＳ）と判定して、作業領域の変更可とする（ステップＳ１５０２）。こうすることで、作業領域Ａ１の変更に起因する油圧ショベルＭ１の動作の急加速など、すなわち、動作制限の条件を急に満たさなくなることによる油圧ショベルＭ１の動作の急変を防ぎつつ、作業領域を変更することができる。
　以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
　従来技術においては、単独の作業機械が動作する場合における周囲物への干渉防止については考慮されているものの、施工現場では複数の作業機械が同時に作業を行うことも十分に考えられるため、干渉防止の対象となる周囲物が移動するような場合、すなわち、複数の作業機械間における干渉防止についてさらに考慮する必要があった。
　これに対して本実施の形態においては、機械本体（上部旋回体１０及び下部走行体９）に搭載された作業装置１５と、機械本体および作業装置１５を駆動する複数のアクチュエータ（例えば、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、走行油圧モータ３（３ｂ））と、機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する測位装置１８ａ，１８ｂと、作業装置の姿勢に関する情報である姿勢情報を取得する慣性計測装置１３ａ～１３ｃと、機械本体及び作業装置１５の移動が許容される領域である作業領域と、位置情報取得装置で取得された位置情報と、姿勢情報取得装置で取得された姿勢情報とに基づいて、複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作を制限するコントローラ１００とを備えた油圧ショベルＭ１において、コントローラ１００は、作業領域を要求作業領域に変更することを指示する変更指示が入力された場合に、作業領域、機械本体の位置情報、及び、作業装置の姿勢情報に基づいて作業領域の要求作業領域への変更の可否を判断し、変更が可能であると判断された場合にのみ作業領域に要求作業領域を上書きして作業領域を変更するように構成したので、複数の作業機械間での干渉を抑制することができる。
　例えば、図１０に示すよう同じ現場で複数台の建設機械が稼動する状況においては、それぞれに作業領域を設定し、それぞれの建設機械がそれぞれの作業領域を逸脱することがないように制御する方法が考えられる。図１０は、作業現場の状況の一例を示す図である。図１０においては、複数台の建設機械Ｍ１，Ｍ２が稼動しており、それぞれが作業領域Ａ１，Ａ３を設定している場合を例示している。なお、作業現場には管制制御装置Ｓが配置されている場合を例示している。
　図１０に示すような状況においては、従来技術を適用した場合、相互の作業領域に重複が生じていると建設機械間の干渉が発生する可能性があった。また、一方の建設機械Ｍ１の作業領域Ａ１に対して、他方の建設機械Ｍ２が経路Ｒを走行する状況において、管制制御装置及び車載通信端末装置でボタン操作に応じて保護領域の設定や解除を行う場合を想定すると、一方の建設機械Ｍ１の作業領域Ａ１が破棄されるまで、他方の建設機械Ｍ２は経路Ｒを走行できないという課題が生じる。また、建設機械Ｍ１の作業領域Ａ１を解除する場合、オペレータがボタン操作によって解除を指示したり建設機械Ｍ１が退避したりする必要があり、建設機械Ｍ２の作業が遅延する可能性があった。
　これに対して本実施の形態においては、複数の作業機械間での干渉を抑制することができるとともに、作業効率の低下を抑制することができる。
　次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。
　（１）上記の実施の形態では、機械本体（例えば、上部旋回体１０及び下部走行体９）に搭載された作業装置１５と、前記機械本体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータ（例えば、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、走行油圧モータ３（３ｂ））と、前記機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する位置情報取得装置（例えば、測位装置１８ａ，１８ｂ）と、前記作業装置の姿勢に関する情報である姿勢情報を取得する姿勢情報取得装置（例えば、慣性計測装置１３ａ～１３ｃ）と、前記機械本体及び前記作業装置の移動が許容される領域である作業領域Ａ１と、前記位置情報取得装置で取得された前記位置情報と、前記姿勢情報取得装置で取得された姿勢情報とに基づいて、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作を制限するコントローラ１００とを備えた作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）において、前記コントローラは、前記作業領域を要求作業領域に変更することを指示する変更指示が入力された場合に、前記作業領域、前記機械本体の位置情報、及び、前記作業装置の姿勢情報に基づいて前記作業領域の前記要求作業領域への変更の可否を判断し、変更が可能であると判断された場合にのみ前記作業領域に前記要求作業領域を上書きして前記作業領域を変更するものとした。
　これにより、複数の作業機械間での干渉を抑制することができる。
　（２）また、上記の実施の形態では、（１）の作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）において、前記作業領域の変更指示は、施工現場における他の作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）の移動に際して前記作業機械の外部で生成され、前記作業機械に設けられた通信装置を介して前記コントローラに入力されるものとした。
　（３）また、上記の実施の形態では、（１）の作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）において、前記コントローラ１００は、前記作業機械の動作状態を取得して前記作業機械が動作中であるかどうかを判定し、前記作業機械が動作中ではないと判定した場合には、前記作業領域の変更が可能であると判断するものとした。
　（４）また、上記の実施の形態では、（３）の作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）において、前記コントローラ１００は、前記作業機械が動作中であると判定した場合には、前記複数のアクチュエータ（例えば、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、走行油圧モータ３（３ｂ））のうち少なくとも１つのアクチュエータの動作が制限されているかどうかを判定し、動作が制限されていると判定した場合には、前記作業領域の変更が不可であると判断するものとした。
　（５）また、上記の実施の形態では、（４）の作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）において、前記コントローラ１００は、前記複数のアクチュエータ（例えば、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、走行油圧モータ３（３ｂ））のうち少なくとも１つのアクチュエータの動作が制限されていないと判定した場合には、前記要求作業領域の境界が前記作業領域の境界よりも前記機械本体又は前記作業装置から遠いかどうかを判定し、遠いと判定した場合には、前記作業領域の変更が可能であると判断するものとした。
　＜付記＞
　なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
　また、本実施の形態においては、油圧ショベルＭ１にコントローラ１００を搭載した構成を説明したが、例えば、コントローラ１００を油圧ショベルＭ１から分離して配置し、油圧ショベルＭ１の遠隔操作を可能とした油圧ショベル（建設機械）Ｍ１の制御システムとして構成しても良い。また、領域変更可否判断部１５０のみを油圧ショベルＭ１から分離して、例えば、図１０にした管制制御装置Ｓに配置するように構成しても良い。
　１ａ…走行用右操作レバー装置、１ｂ…走行用左操作レバー装置、１ｃ…右操作レバー装置、１ｄ…左操作レバー装置、１ｅ…ゲートロックレバー、２…油圧ポンプ装置、３（３ｂ）…走行油圧モータ、４…旋回油圧モータ、５…ブームシリンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、８…バケット（作業具）、８ａ…バケットリンク、９…下部走行体、１０…上部旋回体、１０ａ…基準点、１１…ブーム、１２…アーム、１３ａ～１３ｄ…慣性計測装置（ＩＭＵ）、１４…エンジン、１５…作業装置（フロント作業機）、１５ａ…基準点、１６…運転室、１８ａ，１８ｂ…測位装置、２０…コントロールバルブ、１００…コントローラ、１１０…作業領域記憶部、１２０…動作制限部、１３０…本体制御部、１３１…マップ、１３２…演算子、１４０…動作状態取得部、１５０…領域変更可否判断部、５００…通信装置、Ｍ１…油圧ショベル

Claims (5)

  1. 　機械本体に搭載された作業装置と、
    　前記機械本体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、
    　前記機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する位置情報取得装置と、
    　前記作業装置の姿勢に関する情報である姿勢情報を取得する姿勢情報取得装置と、
    　前記機械本体及び前記作業装置の移動が許容される領域である作業領域と、前記位置情報取得装置で取得された前記位置情報と、前記姿勢情報取得装置で取得された姿勢情報とに基づいて、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作を制限するコントローラを備え、
    　前記コントローラは、前記作業領域を要求作業領域に変更することを指示する変更指示が入力された場合に、前記作業領域、前記機械本体の位置情報、及び、前記作業装置の姿勢情報に基づいて前記作業領域の前記要求作業領域への変更の可否を判断し、変更が可能であると判断された場合にのみ前記作業領域に前記要求作業領域を上書きして前記作業領域を変更することを特徴とする作業機械。
  2. 　請求項１記載の作業機械において、
    　前記作業領域の変更指示は、施工現場における他の作業機械の移動に際して前記作業機械の外部で生成され、前記作業機械に設けられた通信装置を介して前記コントローラに入力されることを特徴とする作業機械。
  3. 　請求項１記載の作業機械において、
    　前記コントローラは、前記作業機械の動作状態を取得して前記作業機械が動作中であるかどうかを判定し、前記作業機械が動作中ではないと判定した場合には、前記作業領域の変更が可能であると判断することを特徴とする作業機械。
  4. 　請求項３記載の作業機械において、
    　前記コントローラは、前記作業機械が動作中であると判定した場合には、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作が制限されているかどうかを判定し、動作が制限されていると判定した場合には、前記作業領域の変更が不可であると判断することを特徴とする作業機械。
  5. 　請求項４記載の作業機械において、
    　前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作が制限されていないと判定した場合には、前記要求作業領域の境界が前記作業領域の境界よりも前記機械本体又は前記作業装置から遠いかどうかを判定し、遠いと判定した場合には、前記作業領域の変更が可能であると判断することを特徴とする作業機械。
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