WO2022201623A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2022201623A1
WO2022201623A1 PCT/JP2021/041437 JP2021041437W WO2022201623A1 WO 2022201623 A1 WO2022201623 A1 WO 2022201623A1 JP 2021041437 W JP2021041437 W JP 2021041437W WO 2022201623 A1 WO2022201623 A1 WO 2022201623A1
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setting
reference points
work
bucket
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Inventor
雅俊 森川
真司 西川
宏明 田中
Original Assignee
日立建機株式会社
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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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
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
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    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/2033—Limiting the movement of frames or implements, e.g. to avoid collision between implements and the cabin
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller

Definitions

  • the present invention relates to working machines such as hydraulic excavators and hydraulic cranes, and more particularly to a method of setting an intrusion-proof area for a working device.
  • a hydraulic excavator which is a typical example of work machinery, can efficiently realize complex movements by simultaneously driving multiple front members such as a boom, arm, and bucket.
  • front members such as a boom, arm, and bucket.
  • machine control that semi-automatically controls the front during excavation and deceleration of the main body and front of the vehicle when approaching the target surface have been introduced for the purpose of achieving both the finish of the slope and the work speed regardless of the operator's skill level. proposed area limit control to prevent contact with surrounding obstacles and deviation from the set area.
  • Patent Document 1 an operator sets an avoidance area (no-intrusion area) where entry of a work device (front) is restricted, and a vehicle body (lower running body and upper rotating body) or work device enters the avoidance region.
  • a technique is disclosed for limiting the operation of the upper rotating body or the work device according to the distance from the reference point preset at the toe position of the bucket to the avoidance area.
  • Patent Document 1 as a method of setting an avoidance area, two points in space are designated by a reference point preset at the toe position of the bucket, and a vertical plane passing through these two points is defined as a boundary surface of the no-entry area. A method for doing so is described.
  • Patent Document 1 two points in space are designated by a reference point preset at the center position of the toe of the bucket, and a vertical plane passing through these two points is calculated as the boundary plane of the impenetrable area.
  • a reference point preset at the center position of the toe of the bucket For example, in order to prevent a working device from colliding with a structure, it is necessary to set an area ahead of the wall of the structure as an intrusion-prohibited area. In this case, it is desirable that the boundary surface of the impenetrable area coincides with the wall surface.
  • the boundary surface is set at a position away from the wall surface, or the boundary surface is set so as to intersect the wall surface.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a work machine that allows the operator to flexibly set the intrusion-proof area of the work device according to the intention of the operator.
  • the present invention provides a lower traveling body, an upper revolving body rotatably mounted on the lower traveling body, and an upper revolving body rotatably mounted on the upper revolving body in the vertical direction.
  • a working device including a working tool, a plurality of actuators that drive the working device, and a controller that controls the operation of the plurality of actuators so that the working device does not enter a no-entry area set around the working device.
  • the work machine is provided with a setting switch for setting the intrusion-inhibited area by operator operation, and the controller sets the position of the work implement when the setting switch is operated as a first position.
  • a position of the work implement when the setting switch is operated after the setting is set as a second position, and one of a plurality of reference points preset on the work implement when the work implement is at the first position. and a second reference point that is one of the plurality of reference points when the work implement is at the second position, and the lower part A plane perpendicular to the ground contact surface of the running body shall be set as the boundary surface of the intrusion prohibited area.
  • the present invention configured as described above, it is possible to select a reference point used when setting an intrusion prohibited area of a working device from among a plurality of reference points preset on the working tool. Therefore, it is possible to flexibly set the intrusion-proof area of the working device according to the operator's intention.
  • FIG. 1 is an external view of a hydraulic excavator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a controller in the first embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a flow chart showing processing of a controller in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a diagram showing the operation (part 1) of the work machine when setting the no-entry area in the conventional technology
  • FIG. 10 is a diagram showing the operation (part 2) of the work machine when the no-entry area is set in the prior art
  • FIG. 5 is a diagram showing the operation of the work machine when setting the no-entry area in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a diagram showing the operation (part 1) of the work machine when setting the no-entry area in the conventional technology
  • FIG. 10 is a diagram showing the operation (part 2) of the work machine when the no-entry area is set in the prior art
  • FIG. 5 is a diagram showing the operation of the work machine when setting the no-entry area in
  • FIG. 5 is a functional block diagram of a controller in a second embodiment of the invention
  • 9 is a flow chart showing processing of a controller in the second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a diagram showing the operation of the working machine when setting an intrusion prohibited area in the second embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a flow chart showing processing of a controller in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an external view of a hydraulic excavator according to the first embodiment of the present invention.
  • a hydraulic excavator 100 includes a lower traveling body 1, an upper revolving body 2 rotatably mounted on the lower traveling body 1, and attached to the front side of the upper revolving body 2 so as to be vertically rotatable.
  • a work device 3 is provided.
  • the lower traveling body 1 is driven by left and right traveling motors 4 (only the left side is shown), and the upper rotating body 2 is driven by a rotating motor 5 .
  • the work device 3 includes a boom 6 attached to the front portion of the upper rotating body 2 so as to be rotatable in the vertical direction, an arm 7 attached to the tip portion of the boom 6 so as to be rotatable in the vertical and longitudinal directions, and an arm A bucket 8 is attached to the tip of the bucket 7 so as to be rotatable in the vertical and longitudinal directions.
  • Boom 6 is driven by boom cylinder 9
  • arm 7 is driven by arm cylinder 10
  • bucket 8 is driven by bucket cylinder 11 .
  • a tip of the bucket cylinder 11 is rotatably supported by the arm 7 and the bucket 8 via the bucket link 12 .
  • a hydraulic device 13 that drives the actuators 4, 5, 9-11 is mounted on the upper swing body 2.
  • the hydraulic system 13 includes a prime mover, a hydraulic pump driven by the prime mover, a control valve for controlling the flow rate of pressure oil supplied from the hydraulic pump to the actuators 4, 5, 9-11, and the like.
  • An operator's cab 14 is provided on the left side of the front portion of the upper swing body 2 .
  • a center joint 15 provided between the lower traveling body 1 and the upper revolving body 2 incorporates an angle sensor 21 for detecting the relative angle (turning angle) of the upper revolving body 2 with respect to the lower traveling body 1 .
  • IMU sensors 22-24 are attached to the boom 6, arm 7, and bucket link 12, respectively. The IMU sensors 22 - 24 can measure the angles of the boom 6 , arm 7 and bucket 8 (posture of work device 3 ) from the angular velocities of boom 6 , arm 7 and bucket link 12 .
  • an operating device 31 for instructing the operation of the upper rotating body 2 and the work device 3, a monitor 32 used for various settings (no-entry area setting, other vehicle body settings) and visibility assistance, vehicle body control and area restriction.
  • a controller 40 (shown in FIG. 2) is provided for associated control.
  • the monitor 32 has a touch panel, and the operator can make various settings by operating buttons and switches displayed on the monitor 32 .
  • the switches displayed on the monitor 32 include a setting switch 33 (shown in FIG. 2) for notifying the controller 40 that the positioning of the bucket 8 has been completed, and a plurality of reference points preset on the bucket 8. and a selection switch 34 (shown in FIG. 2) for selecting a reference point from which to use in setting the no-go area.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the controller 40.
  • the controller 40 has a coordinate calculator 41, a reference point selector 42, a boundary plane calculator 43, a target speed calculator 44, a target speed corrector 45, and an action command generator 46. .
  • the coordinate calculation unit 41 calculates coordinates of a reference point preset on the work device 3 based on the turning angle and the attitude of the work device 3 and outputs the coordinates to the reference point selection unit 42 .
  • the reference point here is set at one or a plurality of positions on the work device 3 where there is a possibility that the work device 3 will come closest to an obstacle or a construction target.
  • the coordinate calculation unit 41 also calculates the coordinates of the reference point on the bucket 8 when the setting switch 33 is operated, and outputs the coordinates to the reference point selection unit 42 .
  • the first reference point is set at the bucket toe left end position 8L and the second reference point is set at the bucket toe right end position 8R, but the number and positions of the reference points are not limited to this.
  • the reference point selection unit 42 selects the coordinates of the first reference point or the second reference point as a point (first specified point or second specified point) on the boundary surface of the intrusion prohibited area in accordance with the operation of the selection switch 34. It is set and output to the boundary plane calculator 43 .
  • the boundary plane calculator 43 sets a plane passing through the first designated point and the second designated point and perpendicular to the ground contact surface of the lower traveling body 1 (hereinafter referred to as a vertical plane) as the boundary plane of the impenetrable area. Output to the speed correction unit 45 .
  • the target speed calculator 44 calculates the target speeds of the actuators 4 , 5 , 9 to 11 based on the operation amount input from the operating device 31 and outputs them to the target speed corrector 45 .
  • a target speed correction unit 45 corrects the target speeds of the actuators 4, 5, 9 to 11 so that the reference point set in advance on the work device 3 does not move past the boundary surface of the intrusion prohibited area, and generates an operation command. Output to unit 46 .
  • the operation command generator 46 generates an operation command according to the target speed of the actuators 4, 5, 9-11 and outputs it to the hydraulic device 13. As a result, the actuators 4, 5, 9 to 11 are driven so that the work device 3 does not enter the intrusion prohibited area.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the processing of the controller 40. FIG. Each step will be described in order below.
  • the controller 40 first determines whether or not the setting switch 33 has been operated (step S101). If the determination result in step S101 is NO, the process returns to step S101.
  • step S101 If the determination result in step S101 is YES, the position of the bucket 8 at this time is set to the first position, and the bucket toe left end position 8L (first reference point) and the bucket toe right end position are set via the selection switch 34. 8R (second reference point) is selected (step S102). If the bucket toe left end position 8L is selected, the bucket toe left end position 8L is set as the first designated point (step S103). A specified point is set (step S104).
  • step S105 it is determined whether or not the setting switch 33 has been operated again (step S105). If the determination result in step S105 is NO, the process returns to step S105.
  • step S105 If the determination result in step S105 is YES, the position of the bucket 8 at this time is set to the second position, and either the bucket toe left end position 8L or the bucket toe right end position 8R is selected via the selection switch 34. (step S106). If the bucket toe left end position 8L is selected, the bucket toe left end position 8L is set as the second designated point (step S107). A specified point is set (step S108).
  • step S109 the vertical plane passing through the first designated point and the second designated point is calculated as the boundary plane of the intrusion prohibited area (step S109), and the flow ends.
  • FIG. 4 in order to prevent the working device 3 from colliding with a structure, a case will be described in which an area beyond the wall surface of the structure is set as an intrusion-prohibited area.
  • two points in space are specified by a reference point preset at the central position 8C of the toe of the bucket, and a vertical plane 70 passing through these two points is calculated as the boundary plane of the impenetrable area.
  • the boundary surface 70 is set at a position away from the wall surface 60 as shown in FIG. 4, or the boundary surface 70 is set so as to intersect the wall surface 60 as shown in FIG.
  • Operation 1 Position the bucket 8. Specifically, the bucket toe left end position 8L or the bucket toe right end position 8R is brought into contact with the wall surface 60 .
  • the bucket toe right end position 8R (second reference point) is located at point A on the wall surface 60 .
  • Operation 2 When the positioning of the bucket 8 is completed, the bucket toe right end position 8R (second reference point) in contact with the wall surface 60 is selected via the selection switch 34, and the setting switch 33 is operated. As a result, the position of the bucket 8 at this time is set to the first position, and the point A on the wall surface 60 is set to the first specified point.
  • Operation 3 Position the bucket 8 again. Specifically, the bucket toe left end position 8L or the bucket toe right end position 8R is brought into contact with the wall surface 60 at a position different from the first position. In the example shown in FIG. 6 , the bucket toe left end position 8L (first reference point) is located at point B on the wall surface 60 .
  • Operation 4 When the positioning of the bucket 8 is completed, the bucket toe right end position 8R (first reference point) in contact with the wall surface 60 is selected via the selection switch 34, and the setting switch 33 is operated. As a result, the position of the bucket 8 at this time is set to the second position, the point B on the wall surface 60 is set to the second specified point, and the vertical plane 70 passing through the first specified point A and the second specified point B is It is calculated as the boundary surface of the impenetrable area.
  • This embodiment includes a lower traveling body 1, an upper revolving body 2 rotatably mounted on the lower traveling body 1, and a working tool 8 rotatably mounted on the upper revolving body 2 in the vertical direction.
  • a working device 3 a plurality of actuators 4, 5, 9 to 11 for driving the working device 3, and a plurality of actuators 4, 5, 9 to 11 for preventing the working device 3 from entering a no-entry area set in the surrounding area.
  • the work machine 100 is provided with a setting switch 33 for setting the intrusion prohibited area by an operator operation, and the controller 40 controls the position of the work implement 8 when the setting switch 33 is operated.
  • a first reference point A which is one of a plurality of reference points 8L, 8R preset on the tool 8, and a plurality of reference points 8L, 8R when the work tool 8 is at the second position.
  • a plane 70 passing through the second reference point B, which is one of the reference points, and perpendicular to the ground contact surface of the undercarriage 1 is set as a boundary surface 70 of the intrusion prohibited area.
  • the reference point used when setting the intrusion prohibited area of the work device 3 is selected from among the plurality of reference points 8L and 8R preset on the work tool 8. By making it possible to select, it is possible to flexibly set the intrusion prohibited area of the working device 3 according to the operator's intention.
  • the work machine 100 in this embodiment also includes a selection switch 34 for selecting one of the plurality of reference points 8L and 8R.
  • a first reference point A is selected from the plurality of reference points 8L and 8R when the tool 8 is at the first position
  • a second reference point A is selected from the plurality of reference points 8L and 8R when the work tool 8 is at the second position.
  • Select reference point B This allows the operator to select the reference point to be used for setting the intrusion prohibited area from among the plurality of reference points 8L and 8R on the work tool 8.
  • the work implement 8 in this embodiment is a bucket
  • the plurality of reference points 8L and 8R include a point 8L located at the left end of the toe of the bucket 8 and a point 8R located at the right end of the toe of the bucket 8.
  • the second embodiment of the present invention will be described with a focus on the differences from the first embodiment.
  • FIG. 7 is a functional block diagram of the controller 40 in this embodiment. 7, the controller 40 does not have the reference point selector 42 (shown in FIG. 2) of the first embodiment.
  • the coordinate calculator 41 calculates the coordinates of the reference points 8L and 8R on the bucket 8 when the setting switch 33 is operated, and outputs the calculated coordinates to the interface calculator 43 .
  • FIG. 8 is a flow chart showing the processing of the controller 40 in this embodiment. Each step will be described in order below.
  • the controller 40 first determines whether or not the setting switch 33 has been operated (step S201). If the determination result in step S201 is NO, the process returns to step S201.
  • step S201 If the determination result in step S201 is YES, the position of the bucket 8 at this time is set to the first position, and the bucket toe left end position 8L and bucket toe right end position 8R are each set to the first designated point (step S202). .
  • step S203 it is determined whether or not the setting switch 33 has been operated again (step S203). If the determination result in step S203 is NO, the process returns to step S202.
  • step S203 If the determination result in step S203 is YES, the position of the bucket 8 at this time is set to the second position, and the bucket toe left end position 8L and bucket toe right end position 8R are each set to the second designated point (step S204). .
  • step S204 all vertical planes passing through the first specified point and the second specified point are calculated (step S205).
  • step S205 of the plurality of vertical planes calculated in step S205, the vertical plane with the longest distance from the turning center is set as the boundary plane of the no-entry area (step S206), and the flow ends.
  • all vertical planes passing through the first designated point and the second designated point are calculated. Since it can be determined from the positional relationship with the second designated point, it is not necessary to calculate all the vertical planes.
  • Operation 1 Position the bucket 8. Specifically, the bucket toe left end position 8L or the bucket toe right end position 8R is brought into contact with the wall surface 60 . In the example shown in FIG. 9 , the bucket toe right end position 8R is located at point A on the wall surface 60 .
  • Operation 2 Operate the setting switch 33 .
  • the position of the bucket 8 at this time is set to the first position.
  • Operation 3 Position the bucket 8 again. Specifically, the bucket toe left end position 8L or the bucket toe right end position 8R is brought into contact with the wall surface 60 at a position different from the first position. In the example shown in FIG. 9 , the bucket toe left end position 8L is located at a point B on the wall surface 60 .
  • Operation 4 Operate the setting switch 33 .
  • the position of the bucket 8 at this time is set to the second position.
  • one of the two reference points 8L and 8R (first designated point) when the bucket 8 is at the first position and two reference points 8L and 8R (second designated point) when the bucket 8 is at the second position. point) are calculated, and the vertical plane 70 with the greatest distance from the turning center among these four vertical planes 70 to 73 is set as the boundary plane of the no-entry area. .
  • the first reference point and the second reference point in this embodiment are the respective reference points of the plurality of reference points 8L and 8R when the work implement 8 is at the first position, and the reference points when the work implement 8 is at the second position. of the plurality of planes 70 to 73 that pass through each of the reference points 8L and 8R in a state perpendicular to the ground contact surface, the plane 70 having the greatest distance from the center of rotation of the upper rotating body 2 It is a reference point for
  • controller 40 in this embodiment controls the reference points of the plurality of reference points 8L and 8R when the work implement 8 is at the first position, and the plurality of reference points when the work implement 8 is at the second position.
  • a plurality of planes 70 to 73 passing through the respective reference points of 8L and 8R and perpendicular to the ground surface of the lower traveling body 1 are calculated, and among the calculated planes 70 to 73, the center of rotation of the upper rotating body 2 is calculated.
  • a plane 70 with the largest distance of is set as the boundary surface of the intrusion prohibited area.
  • the third embodiment of the present invention will be described with a focus on the differences from the second embodiment.
  • the coordinates of the first designated point are calculated. Since the coordinate axes when calculating the second specified point do not match the coordinate axes when calculating the second designated point, there is a possibility that a boundary surface not intended by the operator is set. This embodiment solves this problem.
  • FIG. 10 is a flow chart showing the processing of the controller 40 in this embodiment.
  • step S202A it is determined whether or not a running operation has been performed. If the determination result of step S202A is YES, the process returns to step S201, and if the determination result is NO, the process proceeds to step S203.
  • the lower traveling body 1 travels between the setting of the first position of the work implement 8 and the setting of the second position of the work implement 8, the setting of the first position is reset. Therefore, it is possible to prevent the second designated point from being calculated in a coordinate system different from the coordinate system in which the first designated point was calculated.
  • the controller 40 in the present embodiment controls the first position when the lower traveling body 1 travels between the setting of the first position of the work tool 8 and the setting of the second position of the work tool 8. reset the settings.
  • the present embodiment configured as described above, it is possible to prevent the second designated point from being calculated in a coordinate system different from the coordinate system used when the first designated point was calculated. It is possible to prevent the area from being set.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. It is also possible to add part of the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment, or to delete part of the configuration of one embodiment or replace it with part of another embodiment. It is possible.

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Abstract

本願発明は、作業装置の侵入不可領域をオペレータの意図に即して柔軟に設定することが可能な作業機械を提供することを目的とする。そのために、コントローラ４０は、設定スイッチ３３が操作された際の作業具８の位置を第１位置として設定し、前記第１位置の設定後に設定スイッチ３３が操作された際の作業具８の位置を第２位置として設定し、作業具８が前記第１位置にあるときの作業具８に予め設定された複数の基準点８Ｌ，８Ｒのうちの１つの基準点である第１基準点Ａと、作業具８が前記第２位置にあるときの複数の基準点８Ｌ，８Ｒのうちの１つの基準点である第２基準点Ｂとを通り、かつ下部走行体１の接地面に垂直な平面７０を侵入不可領域の境界面として設定する。

Description

作業機械
　本発明は、油圧ショベルや油圧クレーン等の作業機械に関わり、特に作業装置の侵入不可領域を設定する方法に関する。
　従来、作業機械の代表例である油圧ショベルは、ブーム、アーム、バケット等の複数のフロント部材を同時に駆動することで複雑な動作を効率よく実現することができる反面、オペレータの熟練度によって作業効率が大きく変動するという特徴を持つ。近年、オペレータの熟練度に依らず法面の仕上がりと作業速度を両立することを目的として、掘削時にフロントを半自動制御するマシンコントロールや、目標面に近づいたときに車両本体やフロントを減速させることで、周囲の障害物への接触や、設定領域からの逸脱を防ぐ領域制限制御が提案されている。
　例えば特許文献１には、作業装置（フロント）の侵入が制限される回避領域（侵入不可領域）をオペレータが設定し、車両本体（下部走行体および上部旋回体）または作業装置が回避領域に侵入しないように、バケットの爪先位置に予め設定された基準点から回避領域までの距離に応じて、上部旋回体または作業装置の動作を制限する技術が開示されている。また、特許文献１には、回避領域の設定方法として、バケットの爪先位置に予め設定された基準点で空間上の２点を指定し、これら２点を通る鉛直面を侵入不可領域の境界面とする方法が記載されている。
国際公開第２０２０／０１２６０９号公報
　特許文献１では、バケット爪先中央位置に予め設定された基準点で空間上の２点を指定し、これら２点を通る鉛直面を侵入不可領域の境界面として算出している。例えば、作業装置が構造物に衝突することを防止するためには、当該構造物の壁面より先の領域を侵入不可領域として設定する必要がある。この場合、侵入不可領域の境界面を壁面と一致させることが望ましい。しかし、上部旋回体が壁面に正対していない場合は、バケット爪先中央位置で壁面上の点を指定ことができない。そのため、壁面から離れた位置に境界面が設定されたり、壁面と交差するように境界面が設定されてしまう。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業装置の侵入不可領域をオペレータの意図に即して柔軟に設定することが可能な作業機械を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、記下部走行体上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられた、作業具を含む作業装置と、前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、前記作業装置が周囲に設定された侵入不可領域に侵入しないように前記複数のアクチュエータの動作を制御するコントローラとを備えた作業機械において、オペレータ操作により前記侵入不可領域を設定する設定スイッチを備え、前記コントローラは、前記設定スイッチが操作された際の前記作業具の位置を第１位置として設定し、前記第１位置の設定後に前記設定スイッチが操作された際の前記作業具の位置を第２位置として設定し、前記作業具が前記第１位置にあるときの前記作業具に予め設定された複数の基準点のうちの１つの基準点である第１基準点と、前記作業具が前記第２位置にあるときの前記複数の基準点のうちの１つの基準点である第２基準点とを通り、かつ前記下部走行体の接地面に垂直な平面を前記侵入不可領域の境界面として設定するものとする。
　以上のように構成した本発明によれば、作業装置の侵入不可領域を設定する際に使用する基準点を、作業具上に予め設定された複数の基準点の中から選択できるようにしたことにより、作業装置の侵入不可領域をオペレータの意図に即して柔軟に設定することが可能となる。
　本発明に係る作業機械よれば、オペレータの意図に即した侵入不可領域を柔軟に設定することが可能となる。
本発明の第１の実施例における油圧ショベルの外観図である。 本発明の第１の実施例におけるコントローラの機能ブロック図である。 本発明の第１の実施例におけるコントローラの処理を示すフローチャートである。 従来技術における侵入不可領域設定時の作業機械の動作（その１）を示す図である。 従来技術における侵入不可領域設定時の作業機械の動作（その２）を示す図である。 本発明の第１の実施例における侵入不可領域設定時の作業機械の動作を示す図である。 本発明の第２の実施例におけるコントローラの機能ブロック図である。 本発明の第２の実施例におけるコントローラの処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例における侵入不可領域設定時の作業機械の動作を示す図である。 本発明の第３の実施例におけるコントローラの処理を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
　図１は、本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの外観図である。図１において、油圧ショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１上に旋回可能に搭載された上部旋回体２と、上部旋回体２の前側に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置３とを備えている。下部走行体１は左右の走行モータ４（左側のみ図示）によって駆動され、上部旋回体２は旋回モータ５によって駆動される。
　作業装置３は、上部旋回体２の前部に上下方向に回動可能に取り付けられたブーム６と、ブーム６の先端部に上下、前後方向に回動可能に取り付けられたアーム７と、アーム７の先端部に上下、前後方向に回動可能に取り付けられたバケット８とを有する。ブーム６はブームシリンダ９によって駆動され、アーム７はアームシリンダ１０によって駆動され、バケット８はバケットシリンダ１１によって駆動される。バケットシリンダ１１の先端は、バケットリンク１２を介してアーム７およびバケット８に回動可能に支持されている。
　上部旋回体２には、アクチュエータ４，５，９～１１を駆動する油圧装置１３が搭載されている。油圧装置１３は、原動機と、原動機によって駆動される油圧ポンプ、油圧ポンプからアクチュエータ４，５，９～１１へ供給される圧油の流量を制御するコントロールバルブ等で構成される。上部旋回体２の前部左側には、オペレータが搭乗する運転室１４が設けられている。
　下部走行体１と上部旋回体２との間に設けられたセンタジョイント１５には、下部走行体１に対する上部旋回体２の相対角度（旋回角度）を検出する角度センサ２１が内蔵されている。ブーム６、アーム７、およびバケットリンク１２には、ＩＭＵセンサ２２～２４がそれぞれ取り付けられている。ＩＭＵセンサ２２～２４は、ブーム６、アーム７、およびバケットリンク１２の角速度からブーム６、アーム７、およびバケット８の角度（作業装置３の姿勢）を計測することができる。
　運転室１４には、上部旋回体２および作業装置３の動作を指示するための操作装置３１、各種設定（侵入不可領域設定、その他車体設定）や視界補助に用いるモニタ３２、車体制御および領域制限関連制御を行うコントローラ４０（図２に示す）が設けられている。モニタ３２はタッチパネルを有しており、オペレータは、モニタ３２に表示されるボタンやスイッチを操作することにより各種設定を行うことができる。モニタ３２に表示されるスイッチには、バケット８の位置決めが終了したことをコントローラ４０に通知するための設定スイッチ３３（図２に示す）と、バケット８上に予め設定された複数の基準点の中から侵入不可領域を設定する際に使用する基準点を選択するための選択スイッチ３４（図２に示す）とが含まれる。
　図２は、コントローラ４０の機能ブロック図である。図２において、コントローラ４０は、座標演算部４１と、基準点選択部４２と、境界面演算部４３と、目標速度演算部４４と、目標速度補正部４５と、動作指令生成部４６とを有する。
　座標演算部４１は、旋回角度および作業装置３の姿勢に基づいて、作業装置３上に予め設定された基準点の座標を算出し、基準点選択部４２へ出力する。ここでいう基準点は、作業装置３上のうち障害物や施工対象物に最も接近する可能性のある１つまたは複数の位置に設定される。また、座標演算部４１は、設定スイッチ３３が操作されたときのバケット８上の基準点の座標を算出し、基準点選択部４２へ出力する。本実施例では、バケット爪先左端位置８Ｌに第１基準点を設定し、バケット爪先右端位置８Ｒに第２基準点を設定するが、基準点の数および位置はこれに限られない。
　基準点選択部４２は、選択スイッチ３４の操作に応じて、第１基準点または第２基準点の座標を、侵入不可領域の境界面上の点（第１指定点または第２指定点）として設定し、境界面演算部４３へ出力する。
　境界面演算部４３は、第１指定点と第２指定点とを通り、かつ下部走行体１の接地面に垂直な平面（以下、垂直面）を侵入不可領域の境界面として設定し、目標速度補正部４５へ出力する。
　目標速度演算部４４は、操作装置３１から入力される操作量に基づいてアクチュエータ４，５，９～１１の目標速度を演算し、目標速度補正部４５へ出力する。
　目標速度補正部４５は、作業装置３上に予め設定された基準点が侵入不可領域の境界面の先へ移動しないようにアクチュエータ４，５，９～１１の目標速度を補正し、動作指令生成部４６へ出力する。
　動作指令生成部４６は、アクチュエータ４，５，９～１１の目標速度に応じた動作指令を生成し、油圧装置１３へ出力する。これにより、作業装置３が侵入不可領域へ侵入しないようにアクチュエータ４，５，９～１１が駆動される。
　図３は、コントローラ４０の処理を示すフローチャートである。以下、各ステップを順に説明する。
　コントローラ４０は、まず、設定スイッチ３３が操作されたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の判定結果がＮＯの場合は、ステップＳ１０１へ戻る。
　ステップＳ１０１の判定結果がＹＥＳの場合は、この時のバケット８の位置を第１位置に設定するとともに、選択スイッチ３４を介して、バケット爪先左端位置８Ｌ（第１基準点）およびバケット爪先右端位置８Ｒ（第２基準点）のいずれが選択されたかを判定する（ステップＳ１０２）。バケット爪先左端位置８Ｌが選択された場合は、バケット爪先左端位置８Ｌを第１指定点に設定し（ステップＳ１０３）、バケット爪先右端位置８Ｒが選択された場合は、バケット爪先右端位置８Ｒを第１指定点に設定する（ステップＳ１０４）。
　ステップＳ１０３またはステップＳ１０４に続き、設定スイッチ３３が再び操作されたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の判定結果がＮＯの場合は、ステップＳ１０５へ戻る。
　ステップＳ１０５の判定結果がＹＥＳの場合は、この時のバケット８の位置を第２位置に設定するとともに、選択スイッチ３４を介して、バケット爪先左端位置８Ｌおよびバケット爪先右端位置８Ｒのいずれが選択されたかを判定する（ステップＳ１０６）。バケット爪先左端位置８Ｌが選択された場合は、バケット爪先左端位置８Ｌを第２指定点に設定し（ステップＳ１０７）、バケット爪先右端位置８Ｒが選択された場合は、バケット爪先右端位置８Ｒを第２指定点に設定する（ステップＳ１０８）。
　ステップＳ１０７またはステップＳ１０８に続き、第１指定点と第２指定点を通る垂直面を侵入不可領域の境界面として算出し（ステップＳ１０９）、当該フローを終了する。
　ここで、従来技術における侵入不可領域の設定方法の課題について、図４および図５を用いて説明する。なお、本実施例では、作業装置３が構造物に衝突することを防止するため、当該構造物の壁面より先の領域を侵入不可領域として設定する場合を説明する。
　図４および図５に示す例では、バケット爪先中央位置８Ｃに予め設定された基準点で空間上の２点を指定し、これら２点を通る垂直面７０を侵入不可領域の境界面として算出する。しかし、上部旋回体２が壁面６０に正対していない場合は、バケット爪先中央位置８Ｃで壁面６０上の点を指定することはできない。そのため、図４に示すように壁面６０から離れた位置に境界面７０が設定されたり、図５に示すように壁面６０と交差するように境界面７０が設定されてしまう。
　次に、本実施例における侵入不可領域設定時のオペレータの操作手順を図６を用いて説明する。
　操作１：バケット８の位置決めを行う。具体的には、バケット爪先左端位置８Ｌまたはバケット爪先右端位置８Ｒを壁面６０に接触させる。図４に示す例では、バケット爪先右端位置８Ｒ（第２基準点）が壁面６０上の点Ａに位置している。
　操作２：バケット８の位置決めが終了したら、選択スイッチ３４を介して、壁面６０に接触しているバケット爪先右端位置８Ｒ（第２基準点）を選択し、設定スイッチ３３を操作する。これにより、この時のバケット８の位置が第１位置に設定され、壁面６０上の点Ａが第１指定点に設定される。
　操作３：再びバケット８の位置決めを行う。具体的には、第１位置と異なる位置で、バケット爪先左端位置８Ｌまたはバケット爪先右端位置８Ｒを壁面６０に接触させる。図６に示す例では、バケット爪先左端位置８Ｌ（第１基準点）が壁面６０上の点Ｂに位置している。
　操作４：バケット８の位置決めが終了したら、選択スイッチ３４を介して、壁面６０に接触しているバケット爪先右端位置８Ｒ（第１基準点）を選択し、設定スイッチ３３を操作する。これにより、この時のバケット８の位置が第２位置に設定され、壁面６０上の点Ｂが第２指定点に設定され、第１指定点Ａと第２指定点Ｂを通る垂直面７０が侵入不可領域の境界面として算出される。
　（まとめ）
　本実施例では、下部走行体１と、下部走行体１上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体２と、上部旋回体２に上下方向に回動可能に取り付けられた、作業具８を含む作業装置３と、作業装置３を駆動する複数のアクチュエータ４，５，９～１１と、作業装置３が周囲に設定された侵入不可領域に侵入しないように複数のアクチュエータ４，５，９～１１の動作を制御するコントローラ４０とを備えた作業機械１００において、オペレータ操作により前記侵入不可領域を設定する設定スイッチ３３を備え、コントローラ４０は、設定スイッチ３３が操作された際の作業具８の位置を第１位置として設定し、前記第１位置の設定後に設定スイッチ３３が操作された際の作業具８の位置を第２位置として設定し、作業具８が前記第１位置にあるときの作業具８に予め設定された複数の基準点８Ｌ，８Ｒのうちの１つの基準点である第１基準点Ａと、作業具８が前記第２位置にあるときの複数の基準点８Ｌ，８Ｒのうちの１つの基準点である第２基準点Ｂとを通り、かつ下部走行体１の接地面に垂直な平面７０を前記侵入不可領域の境界面７０として設定する。
　以上のように構成した本実施例によれば、作業装置３の侵入不可領域を設定する際に使用する基準点を、作業具８上に予め設定された複数の基準点８Ｌ，８Ｒの中から選択できるようにしたことにより、作業装置３の侵入不可領域をオペレータの意図に即して柔軟に設定することが可能となる。
　また、本実施例における作業機械１００は、複数の基準点８Ｌ，８Ｒのいずれか１つの基準点を選択するための選択スイッチ３４を備え、コントローラ４０は、選択スイッチ３４の操作に応じて、作業具８が前記第１位置にあるときに複数の基準点８Ｌ，８Ｒから第１基準点Ａを選択し、作業具８が前記第２位置にあるときに複数の基準点８Ｌ，８Ｒから第２基準点Ｂを選択する。これにより、作業具８上の複数の基準点８Ｌ，８Ｒの中から侵入不可領域の設定に使用する基準点をオペレータに選択させることが可能となる。
　また、本実施例における作業具８はバケットであり、複数の基準点８Ｌ，８Ｒは、バケット８の爪先左端に位置する点８Ｌと、バケット８の爪先右端に位置する点８Ｒとを含む。これにより、バケット８を備えた作業機械１００において、オペレータの意図に即した侵入不可領域を柔軟に設定することが可能となる。
　本発明の第２の実施例について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。
　図７は、本実施例におけるコントローラ４０の機能ブロック図である。図７において、コントローラ４０は、第１の実施例における基準点選択部４２（図２に示す）を有していない。座標演算部４１は、設定スイッチ３３が操作されたときのバケット８上の基準点８Ｌ，８Ｒの座標を算出し、境界面演算部４３へ出力する。
　図８は、本実施例におけるコントローラ４０の処理を示すフローチャートである。以下、各ステップを順に説明する。
　コントローラ４０は、まず、設定スイッチ３３が操作されたか否かを判定する（ステップＳ２０１え）。ステップＳ２０１の判定結果がＮＯの場合は、ステップＳ２０１へ戻る。
　ステップＳ２０１の判定結果がＹＥＳの場合は、この時のバケット８の位置を第１位置に設定し、バケット爪先左端位置８Ｌおよびバケット爪先右端位置８Ｒをそれぞれ第１指定点に設定する（ステップＳ２０２）。
　ステップＳ２０２に続き、設定スイッチ３３が再び操作されか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３の判定結果がＮＯの場合は、ステップＳ２０２へ戻る。
　ステップＳ２０３の判定結果がＹＥＳの場合は、この時のバケット８の位置を第２位置に設定し、バケット爪先左端位置８Ｌおよびバケット爪先右端位置８Ｒをそれぞれ第２指定点に設定する（ステップＳ２０４）。
　ステップＳ２０４に続き、第１指定点と第２指定点を通る全ての垂直面を算出する（ステップＳ２０５）。
　ステップＳ２０５に続き、ステップＳ２０５で算出した複数の垂直面のうち旋回中心からの距離が最も大きい垂直面を侵入不可領域の境界面に設定し（ステップＳ２０６）、当該フローを終了する。なお、本実施例では、第１指定点と第２指定点を通る全ての垂直面を算出しているが、いずれの垂直面が旋回中心からの距離が最も大きくなるかは第１指定点と第２指定点との位置関係から判別できるため、必ずしも全ての垂直面を算出しなくてもよい。
　本実施例における侵入不可領域設定時のオペレータの操作手順を図９を用いて説明する。
　操作１：バケット８の位置決めを行う。具体的には、バケット爪先左端位置８Ｌまたはバケット爪先右端位置８Ｒを壁面６０に接触させる。図９に示す例では、バケット爪先右端位置８Ｒが壁面６０上の点Ａに位置している。
　操作２：設定スイッチ３３を操作する。この時のバケット８の位置が第１位置に設定される。
　操作３：再びバケット８の位置決めを行う。具体的には、第１位置と異なる位置で、バケット爪先左端位置８Ｌまたはバケット爪先右端位置８Ｒを壁面６０に接触させる。図９に示す例では、バケット爪先左端位置８Ｌが壁面６０上の点Ｂに位置している。
　操作４：設定スイッチ３３を操作する。この時のバケット８の位置が第２位置に設定される。これにより、バケット８が第１位置にあるときの２つの基準点８Ｌ，８Ｒ（第１指定点）の１つとバケット８が第２位置にあるときの２つの基準点８Ｌ，８Ｒ（第２指定点）の１つとを通る４つの垂直面７０～７３が算出され、これら４つの垂直面７０～７３のうち旋回中心からの距離が最も大きい垂直面７０が侵入不可領域の境界面として設定される。
　（まとめ）
　本実施例における第１基準点および第２基準点は、作業具８が第１位置にあるときの複数の基準点８Ｌ，８Ｒのそれぞれの基準点と、作業具８が第２位置にあるときの複数の基準点８Ｌ，８Ｒのそれぞれの基準点とを接地面に垂直な状態で通る複数の平面７０～７３のうち、上部旋回体２の旋回中心からの距離が最も大きい平面７０上に位置する基準点である。
　また、本実施例におけるコントローラ４０は、作業具８が第１位置にあるときの複数の基準点８Ｌ，８Ｒのそれぞれの基準点と、作業具８が第２位置にあるときの複数の基準点８Ｌ，８Ｒのそれぞれの基準点とを通り、かつ下部走行体１の接地面に垂直となる平面７０～７３を複数算出し、算出された平面７０～７３のうち上部旋回体２の旋回中心からの距離が最も大きい平面７０を侵入不可領域の境界面に設定する。
　以上のように構成した本実施例においても、第１の実施例と同様に、オペレータの意図に即した侵入不可領域を柔軟に設定することが可能となる。さらに、オペレータは、第１指定点と第２指定点を設定する際に作業具８上の基準点を選択する必要がないため、第１の実施例よりも簡便に侵入不可領域の設定することができる。
　本発明の第３の実施例について、第２の実施例との相違点を中心に説明する。
　第１の実施例または第２の実施例では、第１指定点を設定してから第２指定点を設定するまでの間に下部走行体１が移動した場合、第１指定点の座標を算出するときの座標軸と第２指定点を算出するときの座標軸とが一致しなくなるため、オペレータの意図しない境界面が設定されるおそれがある。本実施例は、この問題を解決するものである。
　図１０は、本実施例におけるコントローラ４０の処理を示すフローチャートである。本実施例では、ステップＳ２０２を実施した後に、走行操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ２０２Ａ）。ステップＳ２０２Ａの判定結果がＹＥＳの場合はステップＳ２０１へ戻り、判定結果がＮＯの場合はステップＳ２０３へ移行する。これにより、作業具８の第１位置が設定されてから作業具８の第２位置が設定されるまでの間に下部走行体１が走行した場合には、第１位置の設定がリセットされるため、第１指定点を算出した際の座標系と異なる座標系で第２指定点が算出されることを防止することができる。
　（まとめ）
　本実施例におけるコントローラ４０は、作業具８の第１位置が設定されてから作業具８の第２位置が設定されるまでの間に下部走行体１が走行した場合には、前記第１位置の設定をリセットする。
　以上のように構成した本実施例によれば、第１指定点を算出した際の座標系と異なる座標系で第２指定点が算出されることを防止することができるため、不正な侵入不可領域が設定されることを防止することが可能となる。
　以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
　１…下部走行体、２…上部旋回体、３…作業装置、４…走行モータ（アクチュエータ）、５…旋回モータ（アクチュエータ）、６…ブーム、７…アーム、８…バケット（作業具）、９…ブームシリンダ（アクチュエータ）、１０…アームシリンダ（アクチュエータ）、１１…バケットシリンダ（アクチュエータ）、１２…バケットリンク、１３…油圧装置、１４…運転室、１５…センタジョイント、２１…角度センサ、２２～２４…ＩＭＵセンサ、３１…操作装置、３２…モニタ、３３…設定スイッチ、３４…選択スイッチ、４０…コントローラ、４１…座標演算部、４２…基準点選択部、４３…境界面演算部、４４…目標速度演算部、４５…目標速度補正部、４６…動作指令生成部、６０…壁面、７０…垂直面（境界面）、７１～７３…垂直面、１００…油圧ショベル（作業機械）。

Claims (6)

  1. 　下部走行体と、
    　前記下部走行体上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
    　前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられた、作業具を含む作業装置と、
    　前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、
    　前記作業装置が周囲に設定された侵入不可領域に侵入しないように前記複数のアクチュエータの動作を制御するコントローラとを備えた作業機械において、
    　オペレータ操作により前記侵入不可領域を設定する設定スイッチを備え、
    　前記コントローラは、
    　前記設定スイッチが操作された際の前記作業具の位置を第１位置として設定し、
    　前記第１位置の設定後に前記設定スイッチが操作された際の前記作業具の位置を第２位置として設定し、
    　前記作業具が前記第１位置にあるときの前記作業具に予め設定された複数の基準点のうちの１つの基準点である第１基準点と、前記作業具が前記第２位置にあるときの前記複数の基準点のうちの１つの基準点である第２基準点とを通り、かつ前記下部走行体の接地面に垂直な平面を前記侵入不可領域の境界面として設定する
    　ことを特徴とする作業機械。
  2. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記複数の基準点のいずれか１つの基準点を選択するための選択スイッチを備え、
    　前記コントローラは、前記選択スイッチの操作に応じて、前記作業具が前記第１位置にあるときに前記複数の基準点から前記第１基準点を選択し、前記作業具が前記第２位置にあるときに前記複数の基準点から前記第２基準点を選択する
    　ことを特徴とする作業機械。
  3. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記第１基準点および前記第２基準点は、前記作業具が前記第１位置にあるときの前記複数の基準点のそれぞれの基準点と、前記作業具が前記第２位置にあるときの前記複数の基準点のそれぞれの基準点とを前記接地面に垂直な状態で通る複数の平面のうち、前記上部旋回体の旋回中心からの距離が最も大きい平面上に位置する基準点である
    　ことを特徴とする作業機械。
  4. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記コントローラは、
    　前記作業具が前記第１位置にあるときの前記複数の基準点のそれぞれの基準点と、前記作業具が前記第２位置にあるときの前記複数の基準点のそれぞれの基準点とを通り、かつ前記接地面に垂直となる平面を複数算出し、
    　算出された前記平面のうち前記上部旋回体の旋回中心からの距離が最も大きい平面を前記侵入不可領域の前記境界面に設定する
    　ことを特徴とする作業機械。
  5. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記作業具はバケットであり、
    　前記複数の基準点は、前記バケットの爪先左端に位置する点と、前記バケットの爪先右端に位置する点とを含む
    　ことを特徴とする作業機械。
  6. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記コントローラは、前記第１位置が設定されてから前記第２位置が設定されるまでの間に前記下部走行体が走行した場合には、前記第１位置の設定をリセットする
    　ことを特徴とする作業機械。
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