WO2024019031A1

WO2024019031A1 - 作業支援システム

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Publication number: WO2024019031A1
Application number: PCT/JP2023/026189
Authority: WO
Inventors: 康則笹崎
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2022-07-20
Filing date: 2023-07-18
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2025-01-20

Abstract

整地作業を一時中断して、排土板の高さを変更する場合、排土板の高さを作業中断時点の元の高さに簡易に設定することができるようにする。作業機械２を操作するオペレータの操作を支援する作業支援システム１において、作業機械２の排土板９に保持されて、センサにより排土板９の姿勢情報を取得して出力する検出装置１１と、作業機械２の本体５に保持されて、排土板９の姿勢情報を取得して送出するコントローラ１２と、コントローラ１２から送出された姿勢情報を取得して排土板９の高さを検出して支援情報を出力する携帯情報端末装置３と、支援情報をオペレータに通知する通知装置１４とを備える。携帯情報端末装置３は、排土板９の高さが整地目標面における排土板９の高さから変化すると、支援情報により排土板９の高さが整地目標面における排土板９の高さと異なっていることを通知装置１４を介して通知する。

Description

作業支援システム

　本発明は、作業支援システムに関し、例えば油圧ショベル等の作業機械に適用することができる。

　従来、マシンガイダンスの機能を組み込んだ作業機械（作業支援システムを適用した作業機械であり、いわゆるＩＣＴ建機である）が提供されている。
　ここでマシンガイダンスは、トータルステーション（ＴＳ：Ｔｏｔａｌ　Ｓｔａｔｉｏｎ）、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）等の計測技術を利用して作業機械の操作を支援する技術である。このマシンガイダンスによれば、オペレータの操作を適切に支援して、作業効率、安全性、作業精度を向上することができる。

　このようなＩＣＴ建機は、作業機械の可動部にセンサを配置し、このセンサによる検出結果に基づいてオペレータの操作を支援する情報（以下、適宜、支援情報と呼ぶ）を作成している（例えば特許文献１）。

　また従来、油圧ショベルを利用する作業現場では、油圧ショベルに設けられた排土板により整地作業を実行している。特許文献２には、このような排土板に関する工夫が開示されている。

特開２０１５－１４１４７号公報特開２０２１－２１１９０号公報

　ところで整地作業では、整地作業を一時中断して、排土板の高さ（整地目標面から排土板下端の高さ）を変更する場合がある。具体的には、各種の障害物が進路上に存在する場合、作業箇所を変更する場合等である。
　このように一時中断した作業を再開する場合、排土板の高さを作業中断時点の元の高さに設定して、当初予定した整地目標面により整地作業を再開することができる。

　しかしながら運転席から排土板を目視できない場合もあり、整地作業を一時中断して排土板の高さを変更する場合、排土板の高さを作業中断時点の元の高さに簡易に設定することが困難な問題があった。因みに排土板の高さを作業中断時点の元の高さに簡易に設定することができれば、一段と作業効率を向上して、迅速に整地作業を実行することができる。

　本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、整地作業を一時中断して、排土板の高さを変更する場合、排土板の高さを作業中断時点の元の高さに簡易に設定することができるようにすることを目的とする。

　係る課題を解決するため、請求項１の発明は、
　作業機械を操作するオペレータの操作を支援する作業支援システムにおいて、
　前記作業機械の排土板に保持されて、センサにより前記排土板の姿勢情報を取得して出力する検出装置と、
　前記作業機械の本体に保持されて、前記排土板の姿勢情報を取得して送出するコントローラと、
　前記コントローラから送出された前記姿勢情報を取得して前記排土板の高さを検出して支援情報を出力する携帯情報端末装置と、
　前記オペレータに前記支援情報を通知する通知装置とを備え、
　前記携帯情報端末装置は、
　前記排土板の高さが整地目標面における前記排土板の高さから変化すると、前記支援情報により前記排土板の高さが前記整地目標面における前記排土板の高さと異なっていることを前記通知装置を介して通知する。

　請求項１の構成によれば、コントローラから送出された姿勢情報を携帯情報端末装置で取得して排土板の高さを検出するようにして、検出した排土板の高さが整地目標面における排土板の高さから変化すると、支援情報により排土板の高さが整地目標面における排土板の高さと異なっていることを通知装置を介して通知することにより、整地作業を一時中断して、排土板の高さを変更する場合、オペレータにおいては、通知装置による通知により排土板の高さが整地目標面における排土板の高さである元の高さに戻ったことを容易に確認することができる。これにより排土板の高さを作業中断時点の元の高さに簡易に設定することができる。

　請求項２の発明は、請求項１の構成において、
　前記携帯情報端末装置は、
　前記排土板の高さが整地目標面における前記排土板の高さから変化した後、前記排土板の高さが前記整地目標面における前記排土板の高さになると、前記通知装置を介して通知する。

　請求項２の構成によれば、排土板の高さが整地目標面における排土板の高さから変化した後、排土板の高さが整地目標面における排土板の高さになると、通知装置を介して通知することにより、排土板の高さが元の高さに戻ったことを容易に確認することができる。

　本発明によれば、整地作業を一時中断して、排土板の高さを変更する場合、排土板の高さを作業中断時点の元の高さに簡易に設定することができる。

本発明の第１実施形態に係る作業支援システムを示す図である。図１の作業支援システムのブロック図である。整地作業の説明に供する図である。排土板の高さが変化した状態を示す図である。排土板の高さの通知に係る処理手順を示すフローチャートである。

　〔第１実施形態〕
　図１は、本発明の第１実施形態に係る作業支援システム１を示す図であり、図２は、ブロック図である。
　この作業支援システム１は、作業機械である油圧ショベル２、携帯情報端末装置３を備え、マシンガイダンスの機能により油圧ショベル２を操作するオペレータの操作を支援する。

　油圧ショベル２は、無限軌道により自走するように本体５が形成され、この本体５に回動自在にブーム６が設けられる。さらに油圧ショベル２は、このブーム６の先端に回動自在にアーム７が設けられ、さらにアーム７の先端に回動自在にバケット８が設けられる。
　さらに油圧ショベル２は、図示しない回動軸による回動により本体５に対して上下動するように、排土板９が本体５に設けられる。なお作業支援システム１は、油圧ショベルに限らず、例えば地盤改良に使用する作業機械等、土木、建築の作業に使用される各種作業機械に広く適用することができる。

　油圧ショベル２は、検出装置１１、コントローラ１２、通知装置１４を備える。油圧ショベル２は、排土板９に検出装置１１が設けられる。なお検出装置１１は、排土板９に直接設けるようにしてもよく、排土板９の上下動に連動して可動する可動部（ステー）に設けるようにしてもよい。

　検出装置１１は、検出部２１、演算部２２、通信部２３、電源２４を備え、センサにより排土板９の姿勢情報を取得して出力する。
　検出部２１は、センサを備え、このセンサにより３次元の加速度情報、角速度情報を取得して出力する。
　ここでこの実施形態において、検出部２１のセンサには、ＩＭＵ（ＩＮＥＲＴＩＡＬ　ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ　ＵＮＩＴ）センサが適用されるものの、ＩＭＵセンサに限らず、３軸以外のセンサを適用するようにしてもよく、姿勢情報を検出可能な種々の構成を広く適用することができる。

　演算部２２は、内臓の演算処理回路により検出部２１から出力されるセンサによる計測結果を処理し、排土板９の姿勢を示す姿勢情報を取得する。

　通信部２３は、演算部２２で取得された姿勢情報を、無線通信によるデータ通信によりコントローラ１２に送出する。この通信部２３における無線通信には、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）が適用されるものの、データ通信可能な無線通信を広く適用することができる。

　電源２４は、バッテリの電力を検出部２１、演算部２２、通信部２３に出力する。このようにバッテリの電力により動作して無線通信により姿勢情報を送出することにより、検出装置１１は、電源供給用、データ通信用のケーブルを設けることなく、所望する取り付け箇所に簡易に設置することができ、これにより簡易に既存の作業機械にマシンガイダンスの機能を導入することができ、さらにはマシンガイダンスの機能を向上することができる．

　コントローラ１２は、油圧ショベル２の本体５に設けられ、センサにより本体５の姿勢情報を取得する。さらにコントローラ１２は、排土板９の姿勢情報を取得し、排土板９の姿勢情報と本体５の姿勢情報とを無線通信によるデータ通信により送出する。さらにコントローラ１２は、無線通信によるデータ通信により支援情報を受信して通知装置１４により表示する。このためコントローラ１２は、検出部３１、演算部３２、通信部３３を備える。

　検出部３１は、検出装置１１の検出部２１と同一に構成され、本体５の加速度情報、角速度情報を出力する。
　通信部３３は、無線通信によるデータ通信により検出装置１１及び携帯情報端末装置３との間で種々のデータを送受する。

　演算部３２は、内臓の演算処理回路によりコントローラ１２に係る制御プログラムを実行することにより、各部の動作を制御する。これにより演算部３２は、携帯情報端末装置３の指示により、検出部３１から出力されるセンサによる計測結果を処理して本体５の姿勢情報を取得すると共に、検出装置１１から姿勢情報を取得する。またこれらの姿勢情報を無線通信によるデータ通信により携帯情報端末装置３に送出する。また携帯情報端末装置３から送出される支援情報を受信し、この支援情報を通知装置１４で表示する。
　なお実用上十分な場合、検出部３１を省略するようにしてもよい。

　通知装置１４は、油圧ショベル２の運転席に設けられ、コントローラ１２による支援情報を表示し、これにより支援情報をオペレータに通知する。より具体的に、通知装置１４は、液晶表示パネル等の画像表示パネルにより形成され、画像情報により支援情報を通知する。なお通知装置１４は、音声、警報音によりオペレータの操作を支援する支援情報を通知するようにしてもよく、これらを組み合わせるようにしてもよい．

　携帯情報端末装置３は、オペレータの携帯するいわゆるスマートフォンやタブレット端末であり、コントローラ１２より得られる姿勢情報により支援情報を生成し、この生成した支援情報をコントローラ１２に送出する。

　より具体的に、携帯情報端末装置３は、通信部４１、演算部４２、通知部４３を備える。
　ここで通知部４３は、液晶表示パネル等の画像表示パネルにより形成され、この携帯情報端末装置３に係る各種の画像情報及び支援情報を表示する。なお通知部４３は、音声、警報音によりオペレータの操作を支援する支援情報を通知するようにしてもよく、これらを組み合わせるようにしてもよい．
　通信部４１は、演算部４２の制御により、無線通信によるデータ通信によりコントローラ１２との間で種々のデータを送受し、さらにはネットワークに接続して例えばこの作業支援システム１の処理に係るプログラムのバージョンアップ等を実行する。

　演算部４２は、内臓の演算処理回路によりこの作業支援システム１の制御プログラムを実行することにより、コントローラ１２から姿勢情報を取得すると共に、この姿勢情報を処理して支援情報を生成し、この支援情報をコントローラ１２及び通知部４３に送出する。

　〔整地処理〕
　携帯情報端末装置３は、オペレータによる指示により、図３に示すように、整地する土地について、演算部４２により整地目標面ＬＴの設定を受け付ける。なお整地目標面ＬＴの設定は、例えばサポート要員による計測結果に基づいてオペレータの操作により排土板９の高さを可変して実行される。これによりオペレータにおいては、油圧ショベル２を前方に走行させることにより、排土板９で土砂を押し進んで、整地目標面ＬＴで整地することができる。

　しかしながら進路上に岩等の障害物が存在する場合があり、この場合、整地作業を一時中断して、図４に示すように排土板９の高さＨを高くして障害物を避け、その後、排土板９の高さを作業中断時点の元の高さに設定して整地作業を再開することになる。また作業箇所を変更する場合もあり、この場合も整地作業を一時中断して、排土板９の高さＨを高くして続く作業箇所まで移動した後、排土板９の高さを作業中断時点の元の高さに設定して整地作業を再開することになる。
　これにより整地作業を一時中断して、排土板の高さを変更する場合、排土板の高さを作業中断時点の元の高さに簡易に設定できるようにすれば、一段と作業効率を向上して、迅速に整地作業を実行することができる。

　そこで携帯情報端末装置３は、コントローラ１２を介して得られる排土板９の姿勢情報から排土板９の高さＨを検出して、排土板９の高さＨをモニタしながら、排土板９の高さＨが整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨから変化すると、支援情報により排土板９の高さＨが整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨと異なっていることを通知装置１４を介して通知する。
　これによりオペレータにおいては、整地作業を一時中断して、排土板９の高さＨを変更する場合、通知装置１４による通知により排土板９の高さＨが整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨである元の高さに戻ったことを容易に確認することができ、排土板９の高さＨを作業中断時点の元の高さに簡易に設定することができる。

　より具体的に、携帯情報端末装置３は、整地作業の開始時、コントローラ１２を介して得られる排土板９の姿勢情報から排土板９の高さＨを検出することにより、整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨを検出し、この整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨを記憶する。
　携帯情報端末装置３は、整地作業を開始して、コントローラ１２を介して得られる排土板９の姿勢情報から排土板９の高さＨを順次検出し、この排土板９の高さＨと記憶して保持した整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨと比較し、整地目標面ＬＴにおける排土板の高さＨからの排土板９の高さＨの変化を検出する。なお整地作業中の振動による誤検出を防止するために、この変化の検出は、一定の閾値Ａにより判定して実行する。

　携帯情報端末装置３は、このようにして排土板９の高さＨの変化が検出されると、排土板９の高さＨと整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨとの差分値により支援情報を生成し、この差分値により排土板９の高さＨが整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨと異なっていることを通知装置１４を介して通知する。
　なおこの通知にあっては、種々の通知方法を適用することができ、例えばＬＥＤによるセグメント表示、点滅表示により実行しても良く、さらにはテキスト表示、警報音、音声により実行しても良い。
　また排土板９の高さの検出にあっては、排土板９の姿勢情報のみにより実行するようにしてもよく、排土板９の姿勢情報と本体５の姿勢情報とにより実行するようにしてもよい。

　さらにこのようにして排土板９の高さＨが整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さから変化した後、排土板９高さＨが整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨになると、通知装置１４を介して通知する。
　すなわちコントローラ１２を介して得られる排土板９の姿勢情報から排土板９の高さＨを順次検出し、この排土板９の高さＨと記憶して保持した整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨと比較し、これにより排土板９高さＨが整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨとなったことを検出する。
　なおこの場合、一定の閾値Ｂ（Ｂ＜Ａ）により判定して排土板９高さＨが整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨとなったことを検出する。

　これによりオペレータにおいては、排土板９の高さＨが元の高さに戻ったことを容易に確認することができ、負担を軽減することができる。
　ここでこの通知にあっては、種々の手法を適用することができ、通知装置１４の表示を切り替えて実行するようにしても良く、例えばＬＥＤによるセグメント表示、点滅表示により実行しても良く、さらにはテキスト表示、警報音、音声により実行しても良い。
　なお例えば排土板９の高さＨの変化時には画像表示により通知するようにして、高さＨが元の高さＨに戻った場合には、音声、警報音により通知する場合のように、排土板９の高さＨの変化時とは異なる通知手法により通知するようにして、オペレータにおいては、排土板高さがどのような状態にあるかを即座に判断することができる。

　図５は、この整地作業における排土板９の高さＨの通知に係る処理手順を示すフローチャートである。
　作業支援システム１においては、整地作業を開始すると、携帯情報端末装置３の制御により検出装置１１、検出部３１による姿勢情報をコントローラ１２で収集し（ＳＰ２）、この収集した姿勢情報をコントローラ１２から携帯情報端末装置３に送出する（ＳＰ３）。また携帯情報端末装置３において、姿勢情報から排土板９の高さＨを検出して記憶し、これにより整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨを記憶する（ＳＰ４）。

　続いて同様にして検出装置１１、検出部３１による姿勢情報をコントローラ１２を介して携帯情報端末装置３で取得するようにして、携帯情報端末装置３で排土板９の高さＨを検出し、記憶値と比較する（ＳＰ５）。
　ここで検出した高さＨから記憶値（整地目標面ＬＴにおける排土板９の高さＨ）を減算した減算値が閾値Ａ以下の場合、排土板９の高さＨが変化していないことによりステップＳＰ５に戻る（ＳＰ６）。
　これに対して検出した高さＨから記憶値を減算した減算値が閾値Ａより大きい場合、排土板９の高さＨが作業開始時の高さＨと異なることを通知する（ＳＰ６－ＳＰ７）。

　またこのようにして通知すると、検出装置１１、検出部３１による姿勢情報をコントローラ１２で収集し（ＳＰ８）、この収集した姿勢情報をコントローラ１２から携帯情報端末装置３に送出する（ＳＰ９）。また携帯情報端末装置３で排土板９の高さＨを検出し、記憶値と比較する（ＳＰ１０）。
　ここで検出した高さＨから記憶値を減算した減算値が閾値Ｂ以上の場合、排土板９の高さＨが元の高さに戻っていないことによりステップＳＰ７に戻る（ＳＰ１１）。
　これに対して検出した高さＨから記憶値を減算した減算値が閾値Ｂより小さい場合、排土板９の高さＨが作業開始時の元の高さＨになったことを通知し（ＳＰ１１－ＳＰ１２）、ステップＳＰ５に戻る。また整地作業を完了するとオペレータの操作により一連の処理を終了する（ＳＰ１３）。

　以上の構成によれば、コントローラから送出された姿勢情報を携帯情報端末装置で取得して排土板の高さを検出するようにして、検出した排土板の高さが整地目標面における排土板の高さから変化すると、支援情報により排土板の高さが整地目標面における排土板の高さと異なっていることを通知装置を介して通知することにより、整地作業を一時中断して、排土板の高さを変更する場合、通知装置による通知により排土板の高さが整地目標面における排土板の高さである元の高さに戻ったことを容易に確認することができる。これにより排土板の高さを作業中断時点の元の高さに簡易に設定することができる。

　またさらに排土板の高さが整地目標面における排土板の高さから変化した後、排土板の高さが整地目標面における排土板の高さになると、通知装置を介して通知することにより、排土板の高さが元の高さに戻ったことを容易に確認することができる。

　〔他の実施形態〕
　以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更することができる。

　すなわち上述の実施形態では、高さＨを記憶値と直接比較して高さＨの変化を検出する場合について述べたが本発明はこれに限らず、姿勢情報の比較により間接的に高さＨを比較して高さＨの変化を検出するようにしても良い。また元の高さに戻ったことの判断も、姿勢情報の比較により間接的に高さＨを比較して実行するようにしても良い。
た

　１　作業支援システム
　２　油圧ショベル
　３　携帯情報端末装置
　５　本体
　６　ブーム
　７　アーム
　８　バケット
　９　排土板
　１１　検出装置
　１２　コントローラ
　１４　通知装置
　２１、３１　検出部
　２２、３２、４２　演算部
　２３、３３、４１　通信部
　２４　電源
　４３　通知部

Claims

　作業機械を操作するオペレータの操作を支援する作業支援システムにおいて、
　前記作業機械の排土板に保持されて、センサにより前記排土板の姿勢情報を取得して出力する検出装置と、
　前記作業機械の本体に保持されて、前記排土板の姿勢情報を取得して送出するコントローラと、
　前記コントローラから送出された前記姿勢情報を取得して前記排土板の高さを検出して支援情報を出力する携帯情報端末装置と、
　前記オペレータに前記支援情報を通知する通知装置とを備え、
　前記携帯情報端末装置は、
　前記排土板の高さが整地目標面における前記排土板の高さから変化すると、前記支援情報により前記排土板の高さが前記整地目標面における前記排土板の高さと異なっていることを前記通知装置を介して通知する
　作業支援システム。
　前記携帯情報端末装置は、
　前記排土板の高さが整地目標面における前記排土板の高さから変化した後、前記排土板の高さが前記整地目標面における前記排土板の高さになると、前記通知装置を介して通知する
　請求項１に記載の作業支援システム。