WO2022215466A1 - 作業機械および作業機械システム - Google Patents

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WO2022215466A1
WO2022215466A1 PCT/JP2022/011785 JP2022011785W WO2022215466A1 WO 2022215466 A1 WO2022215466 A1 WO 2022215466A1 JP 2022011785 W JP2022011785 W JP 2022011785W WO 2022215466 A1 WO2022215466 A1 WO 2022215466A1
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command
unit
work machine
avoidance
control command
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PCT/JP2022/011785
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Inventor
慶幸 土江
Original Assignee
日立建機株式会社
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    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
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    • 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 working machines and working machine systems.
  • Patent Document 1 describes, "A work vehicle includes an imaging device that captures an image of a work target, an image transmission unit that transmits the image captured by the imaging device to a control device, and an operation signal that receives an operation signal from the control device. a signal receiving unit; and an operation control unit that limits the operation signal according to the transmission status of the image.”
  • Patent Document 2 describes "A loading machine control device for controlling a loading machine having a revolving body that revolves around a revolving center and a work machine that is attached to the revolving body and includes a bucket.
  • a loading machine information acquisition unit that acquires position information and orientation information, and an unloading position specifying unit that specifies an unloading position for loading earth and sand onto the loading machine based on the position information and the orientation information.
  • a bucket position identifying unit that identifies the position of the bucket when a discharging instruction signal for moving the bucket to the discharging position is input; and moving the bucket from the identified position to the discharging position. and an operation signal generation unit that generates an operation signal for causing the loading machine control device.”
  • Patent Document 1 describes a mechanism for limiting operation signals in a situation where an abnormality occurs in image transmission and the operator cannot properly operate the work machine.
  • the inertia of the vehicle body may cause contact with surrounding obstacles.
  • Patent Document 2 describes a mechanism for avoiding contact with a transportation vehicle without depending on the operation of an operator by specifying the vehicle body position, orientation, and soil dumping position.
  • the present invention aims to reduce the risk of contact with surrounding obstacles even if the vehicle body does not immediately stop due to inertia when an abnormality occurs in the work machine.
  • a working machine comprises a traveling body, a revolving body rotatably mounted on the traveling body, an articulated working machine mounted on the revolving body and including a boom, an arm, and a work implement,
  • a work machine comprising a control device, wherein the control device calculates an operation control command for the traveling body, the revolving body, and the working machine according to an operation command output from an operation input device.
  • a machine control unit that controls the traveling body, the revolving body, and the work machine according to the operation control command of the control command calculation part; and an abnormality in a signal from the outside of the work machine or an abnormality in the work machine.
  • an abnormality detection unit that detects the necessity of avoidance operation by determining the operation states of the traveling body, the revolving body, and the work machine when the abnormality detection unit detects an abnormality, and determining whether the avoidance operation is necessary.
  • an avoidance control command unit that calculates an avoidance control command and outputs the avoidance control command to the machine control unit when the avoidance motion necessity determination unit determines that the avoidance action is necessary.
  • the control unit is characterized in that the avoidance control command is prioritized over the operation control command to control the traveling body, the revolving body, and the working machine.
  • the risk of the vehicle body coming into contact with surrounding obstacles is reduced when an abnormality occurs in the work machine.
  • the excavator of Example 1. 1 is a system block diagram of Example 1.
  • FIG. 4 is a flowchart of Example 1; Avoidance control of the first embodiment.
  • the excavator includes a revolving body 202 including a cab 201 , a traveling body 206 , and a working machine 309 including a boom 203 , an arm 204 and a bucket 205 .
  • the revolving body 202 is rotatably mounted on the running body 206 .
  • the working machine 309 is attached to the revolving body 202, includes a boom 203, an arm 204, and a working tool, and is configured as a multi-joint type.
  • the work implement is the bucket 205 in this example, but may be hydraulic breaker/chisel, crusher, steel reinforced concrete demolition machine, rebar cutter, fork, fork grapple, mounted hydraulic auger, lawn mower, bucket hammer, magnet, or the like. good too.
  • FIG. 2 is a system block diagram of this embodiment.
  • a working machine for example, a shovel
  • the work machine also includes an attitude sensor 303 , a position sensor 305 and a load weight measuring device 306 .
  • the work machine system includes the work machine described above, an operation input device 301 provided outside the work machine, a video display device 302, and a remote stop signal transmission device 304. They output signals to the control device 307, and the remote stop signal transmission device 304 is a device that transmits an emergency stop signal to command an emergency stop of the working machine. Used to avoid mechanical accidents.
  • the operation input device 301 may be a part of the working machine, or may be arranged outside the working machine. When located external to the work machine, operation input device 301 receives remote operator input.
  • the operation input device 301 includes an operation signal generation section 332 that generates an operation signal according to an operator's operation, and an operation signal transmission section 333 that transmits the operation signal to the work machine.
  • the work machine also includes an imaging device 308 that captures an image around the work machine.
  • the control device 307 includes an operation signal reception section 342 and a video signal transmission section 341 .
  • the operation signal reception unit 342 receives the operation signal transmitted by the operation signal transmission unit 333 and outputs the operation signal to the control command calculation unit 343 .
  • the video signal transmission unit 341 transmits the video signal output by the imaging device 308 to the outside of the work machine (to the video display device 302 in this embodiment).
  • the video display device 302 includes a video signal reception section 322 that receives the video signal transmitted by the video signal transmission section 341, and a video display section 331 that outputs video to the operator.
  • the operator of the excavator checks the surroundings of the excavator from the image captured by the imaging device 308 and output by the image display device 302 . Also, the work machine 309 , the revolving body 310 , and the traveling body 311 are remotely operated via the operation input device 301 .
  • the video captured by the imaging device 308 is transmitted outside the vehicle from the video signal transmission section 341 of the control device 307 and received by the video signal reception section 322 of the video display device 302 .
  • the received video signal is output to the operator via the video display section 331 .
  • the operation input device 301 has an operation lever, and when the operator operates the lever, the operation signal generator 332 outputs the operation angle of the lever as an operation signal.
  • the operation signal is transmitted to the excavator via the operation signal transmission section 333 and received by the operation signal reception section 342 of the excavator.
  • the operation signal is converted into an operation control command such as a command pressure by the control command calculator 343 .
  • the control command calculation unit 343 calculates operation control commands for the revolving body 310 , the traveling body 311 , and the working machine 309 according to the operation command output from the operation input device 301 .
  • control command calculation unit 343 corrects the operation control command based on not only the operation signal but also the vehicle body posture sensed by the posture sensor 303 so as to stop the movement toward the position of the preset specific obstacle.
  • the positions of specific obstacles can be stored in the storage means of the control device 307, for example.
  • the specific obstacle here is, for example, a scaffolding when loading earth and sand into a dump. If the operator operates the work implement without noticing the foothold, the control command calculation unit 343 controls the work implement 309, the revolving body 310, or the traveling body 311 in accordance with the operation to determine whether or not these come into contact with the foothold.
  • a control command calculation unit 343 calculates an operation control command according to the posture information detected by the posture sensor 303 . For example, depending on the posture of the work machine, it determines whether or not it is permissible to execute a specific operation, and depending on the result, outputs or stops an operation control command.
  • the machine control unit 344 controls the working machine 309 , the revolving body 310 and the traveling body 311 according to the operation control command from the control command calculation unit 343 .
  • the abnormality detection unit 345 detects an abnormality in a signal from the outside of the work machine or an abnormality in the work machine.
  • the abnormality detection unit 345 detects an abnormality in the signal from the outside or an abnormality in the work machine.
  • step 401 it is determined whether or not there is an abnormality in the communication of the operation signal.
  • Abnormalities here include communication disruptions, communication delays longer than a predetermined time, operation signal bit errors, abnormal acknowledgments, and the like in communication between the operation signal transmitter 333 and the operation signal receiver 342 .
  • the abnormality detection unit 345 detects a communication delay, communication interruption, or loss of communication data that occurs between the operation signal transmission unit 333 and the operation signal reception unit 324 as an abnormality. If it is determined that there is an abnormality, the process proceeds to step 405, and if it is determined that there is no abnormality, the process proceeds to step 402.
  • step 402 it is determined whether there is an abnormality in the video signal communication.
  • Abnormalities here include communication interruptions, communication delays longer than a predetermined time, video signal bit errors, abnormal acknowledgments, etc., in communication between the video signal transmitter 341 and the video signal receiver 322.
  • the abnormality detection unit 345 detects a communication delay, communication interruption, or loss of communication data that occurs between the video signal transmission unit 341 and the video signal reception unit 322 as an abnormality. If it is determined that there is an abnormality, the process proceeds to step 405, and if it is determined that there is no abnormality, the process proceeds to step 403.
  • the presence or absence of an abnormality in the attitude sensor 303 is determined.
  • the working machine has an attitude sensor 303 .
  • the orientation sensor 303 detects orientation information representing the orientation of the work machine.
  • the attitude sensor is, for example, a variable resistance potentiometer or an IMU (Inertial Measurement Unit). If it is determined that there is an abnormality, the process proceeds to step 405, and if it is determined that there is no abnormality, the process proceeds to step 404.
  • a control command calculation unit 343 calculates an operation control command according to the posture information detected by the posture sensor 303 . For example, depending on the posture of the work machine, it determines whether or not it is permissible to execute a specific operation, and depending on the result, outputs or stops an operation control command.
  • the anomaly detection unit 345 detects signal interruption or deterioration in accuracy of the posture sensor 303 as an anomaly. Also, if the sensor output is an analog signal, the malfunction of the attitude sensor 303 may be disconnection or deviation from a predetermined signal level. If the sensor output is a digital signal, the malfunction of the attitude sensor 303 may be communication interruption, deviation from predetermined communication content, reception of a signal indicating an internal abnormality, or the like. Abnormality of the orientation sensor 303 can be appropriately detected based on such detection criteria.
  • the remote stop signal reception unit 346 determines whether or not an emergency stop signal has been received.
  • the remote stop signal receiver 346 can receive an emergency stop signal.
  • the emergency stop signal is transmitted and received, for example, as a remote signal. If it is determined that there is an abnormality, the process proceeds to step 405, and if it is determined that there is no abnormality, the process ends.
  • the avoidance operation necessity determination unit 349 the traveling body 311, the revolving body 310, and the working machine 309 are determined, and the necessity of the avoidance operation is determined (steps 405 and 406 described later).
  • the avoidance movement necessity determination unit 349 issues a command to turn the revolving body 310, a command to run the traveling body 311, or a downward movement of the boom 203.
  • a command is being output from the control command calculation unit 343, or a command to turn the revolving body 310, a command to run the traveling body 311, or a command to move the boom 203 downward has been output last. Therefore, when the time until the abnormality detection unit 345 detects the abnormality is equal to or shorter than the first time, it is determined that the avoidance operation is necessary.
  • the avoidance control command includes a command to move the boom 203 in an upward direction (eg, for a predetermined period of time).
  • the avoidance operation necessity determination unit 349 determines whether the swing body 310 is operating, whether the traveling body 311 is operating, or whether the boom 203 is operating in the downward direction. If it is determined that there is any action, processing proceeds to step 406 . If it is determined that there is no action, the process ends.
  • step 406 the presence or absence of structures and/or obstacles above the work machine may be determined. If there are structures and/or obstacles, the process proceeds to step 407; If there are no structures and/or obstacles, the process ends.
  • the avoidance control command unit 350 calculates an avoidance control command and outputs it to the machine control unit 344 .
  • step 404 when the remote stop signal receiving unit 346 receives an emergency stop signal, the avoidance movement necessity determination unit 349 issues a command to turn the turning body 310, a command to run the traveling body 311, or A command to lower the boom 203 is being output from the control command calculation unit 343, or a command to operate the revolving structure 310, a command to operate the traveling structure 311, or a command to lower the boom 203. is output until the remote stop signal receiving unit 346 receives the emergency stop signal is equal to or shorter than the first time, it is determined that an avoidance action is necessary.
  • the avoidance control command includes a command to move the boom 203 in an upward direction (eg, for a predetermined period of time).
  • the idling time for example, the time from when the command to operate the boom 203 is output until it is judged that the avoidance action is necessary.
  • the elapsed time since the last output it is possible to appropriately determine whether or not an avoidance action is required even in a modified example that does not include a sensor that detects the state of the working machine.
  • step 405 the avoidance operation necessity determination unit 349 determines whether the swing body 310 is operated, whether the traveling body 311 is operated, and whether the boom 203 is operated in the lowering direction. Both of these actions increase the risk of the work implement 309 coming into contact with obstacles around the vehicle body.
  • the time when an abnormality is detected or the time when an emergency stop signal is received is defined as time t1.
  • dt1 be the elapsed time from the last command to run the traveling body 311, swing the swing body 310, or lower the boom 203 to time t1.
  • the inertia of the vehicle body and/or the load is large, the free running time after the operation control command is stopped is long. Therefore, when dt1 is smaller than a predetermined time (second time) corresponding to the vehicle class of the work machine and/or the weight of the load held in the vehicle class information holding unit 348 (FIG. 2), the avoidance operation is performed. You may make it determine that it is necessary.
  • control device 307 may include a vehicle class information holding unit 348 that holds vehicle class information of the work machine. And/or the work machine may include a load weight measuring device 306 that detects the load weight of a load loaded on the work machine. Then, in steps 401 to 403, when the abnormality detection unit 345 detects an abnormality, the avoidance operation necessity determination unit 349 determines that the command to operate the swing body 310 or the command to operate the boom 203 in the downward direction is the control command.
  • the avoidance control command output during the third time period may include a command to move arm 204 and bucket 205 in the pulling direction. Such a control command reduces the turning radius of work implement 309 .
  • step 404 when the remote stop signal receiving unit 346 receives an emergency stop signal, the avoidance movement necessity determination unit 349 issues a command to turn the swing body 310 or a command to move the boom 230 downward. is being output from the control command calculation unit 343, or the remote stop signal receiving unit 346 has been put into an emergency stop since the command to operate the swing structure 310 or the command to move the boom 230 in the downward direction was last output. If the time until the signal is received is equal to or less than a second time according to the vehicle class information and/or the load weight, it is determined that an avoidance action is required. Also, the avoidance control command includes a command to raise the boom 203 for a time (third time) according to the vehicle class information and/or the load weight.
  • step 406 it may be determined whether there are structures and/or obstacles above the work machine, particularly above the work machine 309.
  • Structures and/or obstacles are, for example, electrical wires, bridge girders, ceilings in tunnels, and the like.
  • the work machine 309 may come into contact with structures and/or obstacles above.
  • the working machine is equipped with a position sensor 305 that detects the position of the working machine.
  • the position sensor 305 is, for example, a sensor that uses GNSS (Global Navigation Satellite System).
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the avoidance movement necessity determination unit 349 determines that an avoidance movement is necessary only when there are no structures or obstacles above the work machine, for example. When determining the presence or absence of a structure and/or an obstacle, the position sensor 305 first acquires the position of the work machine.
  • the control device 307 includes a work area information holding unit 347 that holds the correspondence between the position of the work area and the presence or absence of structures and/or obstacles above each position in the work area.
  • the presence or absence of structures and/or obstacles above each position is stored in advance in the work area information storage unit 347, and the presence or absence of structures and/or obstacles is determined based on the position information from the position sensor 305. can do.
  • the avoidance movement necessity determination unit 349 determines if there is a structure and/or an obstacle above the position of the work machine. , irrespective of the determination result of step 405 (that is, regardless of the operating states of the traveling body 311, the revolving body 310, and the working machine 309), it is determined that the avoidance operation is unnecessary. Otherwise, it is determined from the determination result of step 405 that an avoidance action is required.
  • the avoidance control command unit 350 calculates an avoidance control command and outputs it to the machine control unit 344 .
  • the avoidance control command includes a command to stop work implement 309 (excluding boom 203), revolving body 310, and traveling body 311.
  • FIG. some work machines (for example, shovels) have a large inertia and a long braking distance, so that they may not be braked in time and come into contact with an obstacle. Therefore, in this step, the avoidance control command includes a command to operate the boom 203 in the upward direction so that part of the work implement 309 escapes upward from the obstacle.
  • the command to move the boom 203 in the raising direction is based on the weight output by the load weight measuring device 306 and the vehicle class information holding unit 348. It can be configured to continue only for a predetermined time (dt2 in FIG. 4) proportional to the vehicle class. Such control enables appropriate control in consideration of vehicle class and load weight.
  • step 407 is not executed. Further, step 407 is not executed even if it is determined in steps 405 and 406 that no avoidance action is necessary.
  • the machine control unit 344 controls the swing body 310, the traveling body 311, and the working machine 309 by prioritizing the avoidance control command over the operation control command. This reduces the risk of the vehicle body coming into contact with surrounding obstacles when an abnormality occurs in the working machine.
  • step 404 may be omitted. Also, step 406 may be omitted.
  • Image signal reception unit 324 ... Operation signal reception unit 331... Image display unit 332... Operation signal generation unit 333... Operation signal transmission unit 341... Image signal transmission unit 342... Operation signal reception unit 343 Control command calculation unit 344 Machine control unit 345 Abnormality detection unit 346 Remote stop signal reception unit 347 Work area information storage unit 348 Vehicle class information storage unit 349 Avoidance operation necessity determination unit 350 Avoidance control command unit All publications, patents and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

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Abstract

作業機械に異常が発生した場合に、車体が周囲の障害物と接触するリスクを低減する作業機械および作業機械システムを提供する。　作業機械は、走行体と、前記走行体上に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム及び作業具を含む多関節型の作業機と、制御装置と、を備える。前記制御装置は、制御指令演算部と、機械制御部と、異常検出部と、回避動作要否判定部と、回避制御指令部と、を備える。前記機械制御部は、操作制御指令よりも回避制御指令を優先して前記走行体、前記旋回体および前記作業機を制御する。

Description

作業機械および作業機械システム
　本発明は、作業機械および作業機械システムに関する。
　背景技術として、特開２０１９－６８３４６（特許文献１）がある。特許文献１には「作業車両は、作業対象が写る画像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置が撮像した画像を制御装置に送信する画像送信部と、前記制御装置から操作信号を受信する操作信号受信部と、前記画像の伝送状況に応じて前記操作信号を制限する動作制御部とを備える」と記載されている。
　また、別の背景技術として、特開２０１９－０６５６６１（特許文献２）がある。特許文献２には「旋回中心まわりに旋回する旋回体と、前記旋回体に取り付けられバケットを含む作業機とを備える積込機械を制御する積込機械制御装置であって、被積込機械の位置情報および方位情報を取得する被積込機械情報取得部と、前記位置情報および前記方位情報に基づいて、土砂を前記被積込機械に積み込むための排土位置を特定する排土位置特定部と、前記バケットを前記排土位置まで移動させる排土指示信号が入力されたときの前記バケットの位置を特定するバケット位置特定部と、前記バケットを、前記特定した位置から前記排土位置まで移動させるための操作信号を生成する操作信号生成部と、を備える積込機械制御装置」と記載されている。
特開２０１９－０６８３４６号公報 特開２０１９－０６５６６１号公報
　特許文献１には、画像伝送に異常が生じ、オペレータが適切に作業機械を操作できない状況において、操作信号を制限する仕組みが記載されている。
　ただし、車体操作中に操作信号を制限し、車体速度を落としたとしても、車体の慣性によって周囲の障害物と接触する場合がある。
　また、特許文献２には、車体位置、方位、および放土位置を特定することで、オペレータの操作によらず運搬車両との接触を回避する仕組みが記載されている。
　ただし、放土位置や車体位置、方位などを特定する装置に異常が発生した場合についても、接触が回避できることが望ましい。
　そこで本発明では、作業機械に異常が発生した場合において、慣性によって車体が直ちに停止しない場合でも、周囲の障害物との接触リスクを低減することを目的とする。
　本発明に係る作業機械は、走行体と、前記走行体上に旋回可能に取り付けられた旋回体と、前記旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム及び作業具を含む多関節型の作業機と、制御装置と、を備える作業機械において、前記制御装置は、操作入力装置から出力される操作指令に応じて、前記走行体、前記旋回体及び前記作業機への操作制御指令を演算する制御指令演算部と、前記制御指令演算部の操作制御指令に応じて、前記走行体、前記旋回体および前記作業機を制御する機械制御部と、前記作業機械の外部からの信号の異常または作業機械の異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部が異常を検出した場合に、前記走行体、前記旋回体および前記作業機の動作状態を判別し、回避動作の要否を判定する回避動作要否判定部と、前記回避動作要否判定部によって回避動作が必要であると判定された場合に、回避制御指令を演算し、前記機械制御部へ出力する回避制御指令部と、を備え、前記機械制御部は、前記操作制御指令よりも前記回避制御指令を優先して前記走行体、前記旋回体および前記作業機を制御することを特徴とする。
　本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号2021-066428号の開示内容を包含する。
　本発明によれば、作業機械に異常が発生した場合に、車体が周囲の障害物と接触するリスクが低減される。
実施例１のショベル。 実施例１のシステムブロック図。 実施例１のフローチャート。 実施例１の回避制御。
　本実施例では、図１に示すようなショベル（作業機械）の遠隔制御において異常が発生したときの車体制御を対象とする。ショベルは、キャブ２０１を含む旋回体２０２と、走行体２０６と、ブーム２０３、アーム２０４、バケット２０５を含む作業機３０９とを備える。旋回体２０２は、走行体２０６上に旋回可能に取り付けられる。作業機３０９は、旋回体２０２に取り付けられ、ブーム２０３、アーム２０４及び作業具を含み、多関節型に構成される。作業具は、この例ではバケット２０５であるが、油圧ブレーカ・チゼル、破砕機、鉄骨鉄筋コンクリート解体機、鉄筋カッター、フォーク、フォークグラップル、搭載型油圧オーガー、草刈り機、バケットハンマ、マグネット、等であってもよい。
　図２は、本実施例のシステムブロック図である。作業機械（たとえばショベル）は、制御装置３０７と、撮像装置３０８と、作業機３０９と、旋回体３１０と、走行体３１１とを備える。また、作業機械は、姿勢センサ３０３と、位置センサ３０５と、積載重量計測装置３０６とを備える。
　また、本実施例に係る作業機械システムは、上述の作業機械と、作業機械の外部に設けられる操作入力装置３０１と、映像表示装置３０２と、遠隔停止信号送信装置３０４とを備える。それらは、制御装置３０７に対して信号を出力し、遠隔停止信号送信装置３０４は、作業機械の緊急停止を指令する緊急停止信号を送信する装置であり、たとえば作業機械周辺の作業者が、作業機械による事故を回避するために用いる。
　操作入力装置３０１は、作業機械の一部であっても良いし、作業機械の外部に配置されてもよい。作業機械の外部に配置される場合には、操作入力装置３０１は、遠隔のオペレータの入力を受け取る。
　操作入力装置３０１は、オペレータの操作に応じて操作信号を生成する操作信号生成部３３２と、操作信号を作業機械へ伝送する操作信号送信部３３３とを備える。また、作業機械は、作業機械周辺の映像を撮像する撮像装置３０８を備える。
　制御装置３０７は、操作信号受信部３４２と、映像信号送信部３４１とを備える。操作信号受信部３４２は、操作信号送信部３３３が送信した操作信号を受信し、制御指令演算部３４３へ出力する。映像信号送信部３４１は、撮像装置３０８が出力する映像信号を、作業機械の外部へ（本実施例では映像表示装置３０２へ）送信する。
　映像表示装置３０２は、映像信号送信部３４１が送信した映像信号を受信する映像信号受信部３２２と、オペレータに対して映像を出力する映像表示部３３１とを備える。
　ショベルのオペレータは、撮像装置３０８で撮影され、映像表示装置３０２で出力される映像により、ショベル周囲の状況を確認する。また、操作入力装置３０１を介して遠隔から作業機３０９、旋回体３１０、走行体３１１を操作する。
　撮像装置３０８で撮影された映像は、制御装置３０７の映像信号送信部３４１から車外へ送信され、映像表示装置３０２の映像信号受信部３２２で受信される。受信された映像信号は、映像表示部３３１を介してオペレータへ出力される。
　また、操作入力装置３０１は操作レバーを有し、オペレータがレバーを操作すると、操作信号生成部３３２は、レバーの操作角を操作信号として出力する。操作信号は操作信号送信部３３３を介してショベルへ送信され、ショベルの操作信号受信部３４２で受信される。操作信号は、制御指令演算部３４３で指令圧などの操作制御指令に変換される。
　制御指令演算部３４３は、操作入力装置３０１から出力される操作指令に応じて、旋回体３１０、走行体３１１、および作業機３０９への操作制御指令を演算する。
　なお、制御指令演算部３４３は、操作信号だけでなく、姿勢センサ３０３でセンシングされた車体姿勢にもとづき、あらかじめ設定された特定の障害物の位置へ向かう移動を止めるように操作制御指令を補正する。特定の障害物の位置は、たとえば制御装置３０７の記憶手段等に記憶しておくことができる。ここでいう特定の障害物とは、例えば、ダンプへ土砂を積み込む際の足場である。オペレータが足場に気づかずに作業機を操作した場合、制御指令演算部３４３は、その操作に従って作業機３０９、旋回体３１０、または走行体３１１を制御した場合に、これらが足場に接触するか否かを判定する。接触すると判定した場合には、当該操作に従った制御を行わず（すなわち足場に接触することなく）、作業機３０９、旋回体３１０、または走行体３１１の動作を停止する。このような制御は、公知技術等に基づいて当業者が適宜実現することができる。なお、ダンプの位置は、時々刻々と変化するため、オペレータの操作によって障害物を回避することも有益である。
　制御指令演算部３４３は、姿勢センサ３０３が検出した姿勢情報に応じて操作制御指令を演算する。たとえば、作業機械の姿勢に応じて、特定の操作を実行してよいか否かを判断し、その結果に応じて操作制御指令を出力または停止する。
　機械制御部３４４は、制御指令演算部３４３の操作制御指令に応じて、作業機３０９、旋回体３１０、走行体３１１を制御する。
　異常検出部３４５は、作業機械の外部からの信号の異常または作業機械の異常を検出する。
　本実施例の処理を図３のフローチャートに示す。以降ではフローチャートに従って本実施例を説明する。このフローチャートに示す処理は、たとえば制御装置３０７によって実行される。
　図３のステップ４０１～４０３において、異常検出部３４５は、外部からの信号の異常または作業機械の異常を検出する。
　ステップ４０１では、操作信号の通信において異常の有無を判定する。ここでいう異常とは、操作信号送信部３３３と操作信号受信部３４２の間における通信における、通信途絶、所定の時間以上の通信遅延、操作信号のビットエラー、肯定応答の異常、等を含む。たとえば、異常検出部３４５は、操作信号送信部３３３と操作信号受信部３２４の間で発生した、通信遅延、通信途絶、または、通信データの欠損を、異常として検出する。異常があると判定された場合には処理はステップ４０５に進み、異常がないと判定された場合には処理はステップ４０２に進む。
　ステップ４０２では、映像信号の通信において異常の有無を判定する。ここでいう異常とは、映像信号送信部３４１と映像信号受信部３２２の間における通信における、通信途絶、所定の時間以上の通信遅延、および映像信号のビットエラー、肯定応答の異常、等を含む。たとえば、異常検出部３４５は、映像信号送信部３４１と映像信号受信部３２２の間で発生した、通信遅延、通信途絶、または、通信データの欠損を、異常として検出する。異常があると判定された場合には処理はステップ４０５に進み、異常がないと判定された場合には処理はステップ４０３に進む。
　このような異常検出基準により、操作信号または映像信号の通信における異常を適切に検出することができる。
　ステップ４０３では、姿勢センサ３０３における異常の有無を判定する。作業機械は姿勢センサ３０３を備える。姿勢センサ３０３は、作業機械の姿勢を表す姿勢情報を検出する。姿勢センサは例えば、可変抵抗型のポテンショメータやＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）がある。異常があると判定された場合には処理はステップ４０５に進み、異常がないと判定された場合には処理はステップ４０４に進む。
　制御指令演算部３４３は、姿勢センサ３０３が検出した姿勢情報に応じて操作制御指令を演算する。たとえば、作業機械の姿勢に応じて、特定の操作を実行してよいか否かを判断し、その結果に応じて操作制御指令を出力または停止する。
　異常検出部３４５は、姿勢センサ３０３の信号途絶または精度悪化を異常として検出する。また、姿勢センサ３０３の異常は、センサ出力がアナログ信号であれば、断線や所定の信号レベルからの逸脱であってもよい。センサ出力がデジタル信号であれば、姿勢センサ３０３の異常は、通信途絶、所定の通信内容からの逸脱、内部異常を示す信号の受信、等であってもよい。このような検出基準により、姿勢センサ３０３の異常を適切に検出することができる。
　ステップ４０４では、遠隔停止信号受信部３４６が、緊急停止信号の受信有無を判定する。遠隔停止信号受信部３４６は、緊急停止信号を受信することができる。緊急停止信号はたとえば遠隔信号として送受信される。異常があると判定された場合には処理はステップ４０５に進み、異常がないと判定された場合には処理は終了する。
　ステップ４０１～４０３のいずれかにおいて、異常検出部３４５が異常を検出した場合、または、ステップ４０４において遠隔停止信号受信部３４６が緊急停止信号を受信した場合には、回避動作要否判定部３４９が、走行体３１１、旋回体３１０および作業機３０９の動作状態を判別し、回避動作の要否を判定する（後述のステップ４０５および４０６）。
　このような具体的判定基準により、適切な回避動作の判定が可能となる。
　たとえば、回避動作要否判定部３４９は、異常検出部３４５が異常を検出した場合に、旋回体３１０を旋回動作させる指令、走行体３１１を走行動作させる指令、またはブーム２０３を下げ方向に動作させる指令が制御指令演算部３４３から出力中であるか、または、旋回体３１０を旋回動作させる指令、走行体３１１を走行動作させる指令、またはブーム２０３を下げ方向に動作させる指令が最後に出力されてから、異常検出部３４５が異常を検出するまでの時間が第１時間以下である場合に、回避動作が必要であると判定する。また、回避制御指令は、ブーム２０３を、（たとえば所定の時間の間）上げ方向に動作させる指令を含む。
　ステップ４０５では、回避動作要否判定部３４９が、旋回体３１０の動作有無、走行体３１１の動作有無、またはブーム２０３の下げ方向への動作有無を判定する。いずれかの動作があると判定された場合には、処理はステップ４０６に進む。いずれの動作もないと判定された場合には、処理は終了する。
　ステップ４０６において、作業機械の上方における構造物および／または障害物の有無を判定してもよい。構造物および／または障害物がある場合には、処理はステップ４０７に進む。構造物および／または障害物がない場合には、処理は終了する。
　ステップ４０７（すなわち、回避動作要否判定部３４９によって回避動作が必要であると判定された場合）において、回避制御指令部３５０は、回避制御指令を演算し、機械制御部３４４へ出力する。
　緊急停止信号についても同様とすることができる。たとえば、回避動作要否判定部３４９は、ステップ４０４において、遠隔停止信号受信部３４６が緊急停止信号を受信した場合において、旋回体３１０を旋回動作させる指令、走行体３１１を走行動作させる指令、またはブーム２０３を下げ方向に動作させる指令が制御指令演算部３４３から出力中であるか、または、旋回体３１０を動作させる指令、走行体３１１を動作させる指令、またはブーム２０３を下げ方向に動作させる指令が最後に出力されてから、遠隔停止信号受信部３４６が緊急停止信号を受信するまでの時間が第１時間以下である場合に、回避動作が必要であると判定する。また、回避制御指令は、ブーム２０３を、（たとえば所定の時間の間）上げ方向に動作させる指令を含む。
　このような判定基準により、空走時間（たとえば、ブーム２０３を動作する指令が出力されてから、回避動作が必要であると判定されるまでの時間）を考慮した適切な判定が可能となる。とくに、最後に出力されてからの経過時間を考慮することにより、作業機械の状態を検出するセンサを備えない変形例においても、回避動作の要否を適切に判定することができる。
　具体例を、ステップ４０５を用いて説明する。ステップ４０５では、回避動作要否判定部３４９が、旋回体３１０の動作有無、走行体３１１の動作有無、およびブーム２０３の下げ方向への動作有無を判定する。いずれも、作業機３０９が車体周辺にある障害物に接触するリスクを高める動作である。
　判定方法の具体例について、図４を用いて説明する。ステップ４０１～４０４において、異常が検出された時刻または緊急停止信号が受信された時刻を時刻ｔ１とする。このとき、走行体３１１の走行、旋回体３１０の旋回、またはブーム２０３の下げが最後に指令された時刻から時刻ｔ１までの時間経過をｄｔ１とする。
　操作制御指令が止まった後も、動作が継続してしまう空走時間が発生する場合がある。そこで、所定の時間（第１時間）よりもｄｔ１が小さいとき、回避動作が必要であると判定する。
　また、車体および／または積載物の慣性が大きい場合には、操作制御指令が止まった後の空走時間が長い。そこで、車格情報保持部３４８（図２）に保持された作業機械の車格および／または積載物の重量に応じた所定の時間（第２時間）よりも、ｄｔ１が小さいとき、回避動作が必要であると判定するようにしてもよい。
　すなわち、制御装置３０７は、作業機械の車格情報を保持する車格情報保持部３４８を備えてもよい。および／または、作業機械は、作業機械に積載された積載物の積載重量を検出する積載重量計測装置３０６を備えてもよい。そして、回避動作要否判定部３４９は、ステップ４０１～４０３において、異常検出部３４５が異常を検出した場合に、旋回体３１０を動作する指令、またはブーム２０３を下げ方向に動作させる指令が制御指令演算部３４３から出力中であるか、または、旋回体３１０を旋回動作させる指令、またはブーム２０３を下げ方向に動作させる指令が最後に出力されてから、異常検出部３４５が異常を検出するまでの時間が、車格情報および／または積載重量に応じた第２時間以下である場合に、回避動作要と判定する。また、回避制御指令は、車格情報および／または積載重量に応じた時間（第３時間）の間、ブーム２０３を上げ方向に動作させる指令を含む。
　この第３時間の間出力される回避制御指令は、アーム２０４およびバケット２０５を引き方向に動作する指令を含んでもよい。このような制御指令により、作業機３０９の旋回半径が小さくなる。
　緊急停止信号についても同様とすることができる。たとえば、回避動作要否判定部３４９は、ステップ４０４において、遠隔停止信号受信部３４６が緊急停止信号を受信した場合に、旋回体３１０を旋回動作させる指令、またはブーム２３０を下げ方向に動作させる指令が制御指令演算部３４３から出力中であるか、または、旋回体３１０を動作する指令、またはブーム２３０を下げ方向に動作させる指令が最後に出力されてから、遠隔停止信号受信部３４６が緊急停止信号を受信するまでの時間が、車格情報および／または積載重量に応じた第２時間以下である場合に、回避動作要と判定する。また、回避制御指令は、車格情報および／または積載重量に応じた時間（第３時間）の間、ブーム２０３を上げ方向に動作させる指令を含む。
　このような判定基準により、空走時間の長さを考慮した適切な判定が可能となる。
　ステップ４０６において、作業機械の上方、特に作業機３０９の上方における構造物および／または障害物の有無を判定してもよい。構造物および／または障害物は、たとえば、電線、橋桁、坑道内における天井、等などである。
　回避動作を行ったとき、作業機３０９が上方の構造物および／または障害物に接触する場合がある。これを回避するために、作業機械は、作業機械の位置を検出する位置センサ３０５を備える。位置センサ３０５は、例えばＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）を利用するセンサである。なお、作業機３０９の位置を検出する場合は、作業機械に設けられたＧＮＳＳを利用し、かつ姿勢センサ３０３による作業機３０９の姿勢に基づき算出して求めることができる。
　回避動作要否判定部３４９は、たとえば作業機械の上方に構造物も障害物もないときのみ、回避動作が必要であると判定する。構造物および／または障害物の有無を判定する際、まず位置センサ３０５により、作業機械の位置を取得する。
　制御装置３０７は、作業エリアの位置と、その作業エリア内の各位置の上方における構造物および／または障害物の有無との対応関係を保持する、作業エリア情報保持部３４７を備える。位置毎の上方における構造物および／または障害物の有無は、あらかじめ作業エリア情報保持部３４７に保持されており、位置センサ３０５の位置情報をもとに構造物および／または障害物の有無を判定することができる。
　たとえば、回避動作要否判定部３４９は、作業機械の位置と、作業エリア情報保持部３４７に保持された対応関係とに基づき、作業機械の位置の上方に構造物および／または障害物がある場合には、ステップ４０５の判定結果に関わらず（すなわち、走行体３１１、旋回体３１０および作業機３０９の動作状態に関わらず）、回避動作が不要であると判定する。そうでない場合には、ステップ４０５の判定結果によって回避動作が必要であると判定する。
　このような判定により、作業機械の上方に構造物および／または障害物がある場合には回避動作が抑制される。このため、ブーム２０３を上げ方向に動作する指令が抑制され、構造物および／または障害物への接触が回避される。
　ステップ４０７（すなわち、回避動作要否判定部３４９によって回避動作が必要であると判定された場合）において、回避制御指令部３５０は、回避制御指令を演算し、機械制御部３４４へ出力する。
　以下、回避制御指令の具体例を説明する。回避制御指令は、作業機３０９（ただしブーム２０３を除く）、旋回体３１０、および走行体３１１を停止する指令を含む。しかし、作業機械によっては（たとえばショベル）、慣性が大きく、制動距離が長いため、制動が間に合わず、障害物に接触するおそれがある。そこで、本ステップにおいて、作業機３０９の一部を障害物がない上方へ逃がすため、回避制御指令は、ブーム２０３を上げ方向に動作させる指令を含む。ブーム２０３を上げきる時間は、車格およびバケット積載物の重量に依存するため、ブーム２０３を上げ方向に動作させる指令は、積載重量計測装置３０６が出力する重量と車格情報保持部３４８が保持する車格に比例した所定時間（図４のｄｔ２）の間だけ継続するように構成することができる。このような制御により、車格および積載重量を考慮した適切な制御が可能となる。
　なお、ステップ４０１～４０３において異常が検出されず、かつステップ４０４において緊急停止信号が受信されなかった場合には、ステップ４０７は実行されない。また、ステップ４０５～４０６において回避動作が不要であると判定された場合にも、ステップ４０７は実行されない。
　図３の処理の後、機械制御部３４４は、操作制御指令よりも回避制御指令を優先して、旋回体３１０、走行体３１１、および作業機３０９を制御する。これによって、作業機械に異常が発生した場合に、車体が周囲の障害物と接触するリスクが低減される。
［その他の実施例］
　上述の実施例１において、ステップ４０４を省略してもよい。また、ステップ４０６を省略してもよい。
　１０１…操作入力装置
　１０２…制御装置
　１０３…作業機
　１０４…旋回体
　１０５…走行体
　１０６…制御指令演算部
　１０７…機械制御部
　１０８…異常検出部
　１０９…回避動作要否判定部
　１１０…回避制御指令部
　２０２…旋回体
　２０３…ブーム
　２０４…アーム
　２０５…バケット（作業具）
　２０６…走行体
　２３０…ブーム
　３０１…操作入力装置
　３０２…映像表示装置
　３０３…姿勢センサ
　３０４…遠隔停止信号送信装置
　３０５…位置センサ
　３０６…積載重量計測装置
　３０７…制御装置
　３０８…撮像装置
　３０９…作業機
　３１０…旋回体
　３１１…走行体
　３２２…映像信号受信部
　３２４…操作信号受信部
　３３１…映像表示部
　３３２…操作信号生成部
　３３３…操作信号送信部
　３４１…映像信号送信部
　３４２…操作信号受信部
　３４３…制御指令演算部
　３４４…機械制御部
　３４５…異常検出部
　３４６…遠隔停止信号受信部
　３４７…作業エリア情報保持部
　３４８…車格情報保持部
　３４９…回避動作要否判定部
　３５０…回避制御指令部
　本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。

Claims (10)

  1. 　走行体と、
    　前記走行体上に旋回可能に取り付けられた旋回体と、
    　前記旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム及び作業具を含む多関節型の作業機と、
    　制御装置と、
    を備える作業機械において、
    　前記制御装置は、
    　操作入力装置から出力される操作指令に応じて、前記走行体、前記旋回体及び前記作業機への操作制御指令を演算する制御指令演算部と、
    　前記制御指令演算部の操作制御指令に応じて、前記走行体、前記旋回体および前記作業機を制御する機械制御部と、
    　前記作業機械の外部からの信号の異常または作業機械の異常を検出する異常検出部と、
    　前記異常検出部が異常を検出した場合に、前記走行体、前記旋回体および前記作業機の動作状態を判別し、回避動作の要否を判定する回避動作要否判定部と、
    　前記回避動作要否判定部によって回避動作が必要であると判定された場合に、回避制御指令を演算し、前記機械制御部へ出力する回避制御指令部と、
    を備え、
    　前記機械制御部は、前記操作制御指令よりも前記回避制御指令を優先して前記走行体、前記旋回体および前記作業機を制御することを特徴とする、
    作業機械。
  2. 　請求項１に記載の作業機械と、前記操作入力装置とを備える、作業機械システムであって、
    　映像表示装置をさらに備え、
    　前記映像表示装置は、
    　映像信号送信部が送信した映像信号を受信する映像信号受信部と、
    　オペレータに対して映像を出力する映像表示部とを有し、
    　前記操作入力装置は、前記作業機械の外部に配置されて前記オペレータの入力を受け取り、
    　前記操作入力装置は、
    　前記オペレータの操作に応じて操作信号を生成する操作信号生成部と、
    　操作信号を作業機械へ伝送する操作信号送信部と、
    を備え、
    　前記作業機械は、作業機械周辺の映像を撮像する撮像装置を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記操作信号送信部が送信した前記操作信号を受信し、前記制御指令演算部へ出力する操作信号受信部と、
    　前記撮像装置が出力する前記映像信号を前記作業機械の外部へ送信する前記映像信号送信部と、
    を備え、
    　前記異常検出部は、前記操作信号送信部と前記操作信号受信部の間、または、前記映像信号送信部と前記映像信号受信部の間で発生した、通信遅延、通信途絶、または、通信データの欠損を異常として検出する、
    作業機械システム。
  3. 　前記作業機械は、前記作業機械の姿勢を表す姿勢情報を検出する姿勢センサを備え、
    　前記制御装置の前記制御指令演算部は、前記姿勢センサが検出した姿勢情報に応じて前記操作制御指令を演算し、
    　前記異常検出部は、前記姿勢センサの信号途絶または精度悪化を異常として検出する、請求項１に記載の作業機械。
  4. 　請求項１に記載の作業機械を備える、作業機械システムであって、
    　前記作業機械の緊急停止を指令する緊急停止信号を送信する、遠隔停止信号送信装置をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記緊急停止信号を受信する遠隔停止信号受信部を備え、
    　前記回避動作要否判定部は、前記遠隔停止信号受信部が緊急停止信号を受信した場合に、前記走行体、前記旋回体および前記作業機の動作状態を判別し、回避動作の要否を判定する、
    作業機械システム。
  5. 　前記回避動作要否判定部は、
    　前記異常検出部が異常を検出した場合に、
    　前記旋回体を旋回動作させる指令、前記走行体を走行動作させる指令、または前記ブームを下げ方向に動作させる指令が前記制御指令演算部から出力中であるか、または、
    　前記旋回体を旋回動作させる指令、前記走行体を走行動作させる指令、または前記ブームを下げ方向に動作させる指令が最後に出力されてから、前記異常検出部が異常を検出するまでの時間が第１時間以下である
    場合に、回避動作が必要であると判定し、
    　前記回避制御指令は、前記ブームを上げ方向に動作させる指令を含む
    請求項１に記載の作業機械。
  6. 　前記回避動作要否判定部は、
    　前記遠隔停止信号受信部が前記緊急停止信号を受信した場合において、
    　前記旋回体を旋回動作させる指令、前記走行体を走行動作させる指令、または前記ブームを下げ方向に動作させる指令が前記制御指令演算部から出力中であるか、または、
    　前記旋回体を旋回動作させる指令、前記走行体を走行動作させる指令、または前記ブームを下げ方向に動作させる指令が最後に出力されてから、前記遠隔停止信号受信部が前記緊急停止信号を受信するまでの時間が第１時間以下である
    場合に、回避動作が必要であると判定し、
    　前記回避制御指令は、前記ブームを上げ方向に動作させる指令を含む
    請求項４に記載の作業機械システム。
  7. 　前記制御装置は、前記作業機械の車格情報を保持する車格情報保持部を備え、
    　前記作業機械は、前記作業機械に積載された積載物の積載重量を検出する積載重量計測装置を備え、
    　前記回避動作要否判定部は、
    　前記異常検出部が異常を検出した場合において、
    　‐前記旋回体を旋回動作させる指令、または前記ブームを下げ方向に動作させる指令が前記制御指令演算部から出力中であるか、または、
    　‐前記旋回体を旋回動作させる指令、または前記ブームを下げ方向に動作させる指令が最後に出力されてから、前記異常検出部が異常を検出するまでの時間が、前記車格情報および前記積載重量に応じた第２時間以下である
    場合に、回避動作要と判定し、
    　前記回避制御指令は、前記車格情報および前記積載重量に応じた第３時間の間、ブームを上げ方向に動作させる指令を含む、
    請求項１に記載の作業機械。
  8. 　前記制御装置は、前記作業機械の車格情報を保持する車格情報保持部を備え、
    　前記作業機械は、前記作業機械に積載された積載物の積載重量を検出する積載重量計測装置を備え、
    　前記回避動作要否判定部は、
    　前記遠隔停止信号受信部が前記緊急停止信号を受信した場合に、
    　‐前記旋回体を旋回動作させる指令、または前記ブームを下げ方向に動作させる指令が前記制御指令演算部から出力中であるか、または、
    　‐前記旋回体を旋回動作させる指令、または前記ブームを下げ方向に動作させる指令が最後に出力されてから、前記遠隔停止信号受信部が前記緊急停止信号を受信するまでの時間が、前記車格情報および前記積載重量に応じた第２時間以下である
    場合に、回避動作要と判定し、
    　前記回避制御指令は、前記車格情報および前記積載重量に応じた第３時間の間、ブームを上げ方向に動作させる指令を含む、
    請求項４に記載の作業機械システム。
  9. 　前記第３時間の間、出力される前記回避制御指令は、アームおよび作業具を引き方向に動作させる指令を含む、請求項７に記載の作業機械。
  10. 　前記作業機械は、前記作業機械の位置を検出する位置センサを備え、
    　前記制御装置は、前記位置と、前記位置の上方における構造物または障害物の有無との対応関係を保持する、作業エリア情報保持部を備え、
    　前記回避動作要否判定部は、前記位置と、前記対応関係とに基づき、前記位置の上方に構造物または障害物がある場合には、前記走行体、前記旋回体および前記作業機の前記動作状態に関わらず、回避動作が不要であると判定する、請求項１に記載の作業機械。
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