(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
教示された掘削から放土までの一連の動作を、再生操作により繰り返し自動運転する自動運転ショベルにおいて、
前記自動運転ショベルは、前記掘削すべき運搬物を搬入する運搬機械の進入を検出する運搬機械進入検出器から送給される検出出力が入力され、さらに、前記自動運転ショベルが掘削中または掘削位置へ移動するための旋回中と判断された場合には、当該自動運転ショベルを退避位置への退避動作を行わせ、当該退避位置への移動が完了したとき、エンジン回転数をアイドリングする処理を行うことを特徴とする自動運転ショベル。
【請求項２】
ブーム、アーム、バケット及び旋回体をそれぞれ作動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電磁制御弁と、
前記旋回体と前記ブーム間、前記ブームと前記アーム間、前記アームと前記バケット間のそれぞれの回転角度と前記旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
油圧ショベルの任意の複数の姿勢において前記角度検出器からの角度信号を教示データとして順次記憶する教示位置格納部と、前記教示位置データを順次継続して読み出して前記電磁制御弁を制御するサーボ制御部とを有する自動運転コントローラと、
エンジン回転数を制御するエンジンコントローラと、
を備える自動運転ショベルにおいて、
前記自動運転コントローラは、前記掘削すべき運搬物を搬入する運搬機械の進入を検出する運搬機械進入検出器から送給される検出出力が入力され、さらに、前記自動運転ショベルが掘削中または掘削位置へ移動するための旋回中と判断された場合には、当該自動運転ショベルを退避位置への退避動作を行わせ、当該退避位置への移動が完了したとき、エンジン回転数をアイドリングする処理を行うことを特徴とする自動運転ショベル。
【請求項３】
請求項２の記載において、
前記自動運転コントローラは、前記運搬機械進入検出器によって運搬機械の退出を検出したとき、前記エンジンコントローラにエンジン回転数を前記アイドリングに落とす前の通常状態に戻す指令を出力して、通常の自動運転を開始させることを特徴とする自動運転ショベル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転ショベルに係わり、特にトラック等の運搬機械と連携して作業を行う自動運転ショベルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−１９５３２１号公報には、他の作業機械と共働して運転する自動運転ショベルについて記載されている。この自動運転ショベルは教示操作によって教示データを記憶し、運転時には、この教示データに基づいて自動的に掘削、旋回、放土等の一連の動作を行わせることが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際の作業現場においては、油圧ショベルはトラックやクラッシャ等の他の作業機械と共働して運転される場合が多いので、他の作業機械との連携作業を把握して運転を行うことが不可欠である。
【０００４】
特に、トラック等の運搬機械から、高所からダンプされて一定の位置に堆積された土砂、採石等の運搬物を、油圧ショベルを使用してクラッシャのホッパ等の他の場所へ投入する場合、油圧ショベルは、運搬機械からダンプされる運搬物と衝突するのを避けるために退避させ、運搬機械が退出するまで動作を停止させる必要がある。
【０００５】
しかしながら、自動運転ショベルでは、運搬機械がダンプした時期に関する情報を知らせる機能がないため、効率の良い作業を行わせることができなかった。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、トラックの進入を検知して、退避するとともにエンジンの回転数を低下させ、安全かつ効率の良い自動運転を行わせることのできる自動運転ショベルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、次のような手段を採用した。
【０００８】
教示された掘削から放土までの一連の動作を、再生操作により繰り返し自動運転する自動運転ショベルにおいて、
前記自動運転ショベルは、前記掘削すべき運搬物を搬入する運搬機械の進入を検出する運搬機械進入検出器から送給される検出出力が入力され、さらに、前記自動運転ショベルが掘削中または掘削位置へ移動するための旋回中と判断された場合には、当該自動運転ショベルを退避位置への退避動作を行わせ、当該退避位置への移動が完了したとき、エンジン回転数をアイドリングする処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、ブーム、アーム、バケット及び旋回体をそれぞれ作動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電磁制御弁と、
前記旋回体と前記ブーム間、前記ブームと前記アーム間、前記アームと前記バケット間のそれぞれの回転角度と前記旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
油圧ショベルの任意の複数の姿勢において前記角度検出器からの角度信号を教示データとして順次記憶する教示位置格納部と、前記教示位置データを順次継続して読み出して前記電磁制御弁を制御するサーボ制御部とを有する自動運転コントローラと、
エンジン回転数を制御するエンジンコントローラと、
を備える自動運転ショベルにおいて、
前記自動運転コントローラは、前記掘削すべき運搬物を搬入する運搬機械の進入を検出する運搬機械進入検出器から送給される検出出力が入力され、さらに、前記自動運転ショベルが掘削中または掘削位置へ移動するための旋回中と判断された場合には、当該自動運転ショベルを退避位置への退避動作を行わせ、当該退避位置への移動が完了したとき、エンジン回転数をアイドリングする処理を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の自動運転ショベルにおいて、
前記自動運転コントローラは、前記運搬機械進入検出器によって運搬機械の退出を検出したとき、前記エンジンコントローラにエンジン回転数を前記アイドリングに落とす前の通常状態に戻す指令を出力して、通常の自動運転を開始させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図１〜図７を用いて説明する。
【００１２】
図１は本実施形態に係わる自動運転ショベルと他の作業機械との連携作業を示す平面図であり、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）はそれぞれ図１に示す自動運転ショベルの掘削、放土、および退避の各状態を示す側面図である。
【００１３】
これらの図において、１は自動運転ショベル、２は水平方向に旋回可能な旋回体、３は旋回体２に結合されるブーム、４はブーム３に結合されるアーム、５はアーム４に結合されるバケット、６は、トラックによって搬入され、自動運転ショベル１によって掘削搬出される土砂、採石等の運搬物、７はクラッシャ、８はホッパ、９はトラック、１０はトラック９の進入位置に設けられ、トラックの進入を検知するトラック進入検知センサ、１１ティーチングボックスおよびプレーバック操作盤を備える遠隔操作装置、１２はトラック進入検知センサ１０の出力を遠隔操作装置１１に伝送するケーブル、位置Ａ，位置Ｂ，・・・位置Ｄは自動運転ショベルの掘削位置を表す。
【００１４】
なお、トラック進入検知センサ１０は、超音波やレーザ等を使用し、その動作原理は、トラック進入検知センサ１０と一定距離との比較によりＯＮーＯＦＦ信号を出力するものである。
【００１５】
図１に示すように、砕石現場等において、自動運転ショベル１は、教示された作業手順に従って、例えば、バケット５によって位置Ａで採石６を掘削し、旋回（旋回１）した後クラッシャ７のホッパ８に放土し、再び旋回（旋回２）して位置Ｂで掘削し、旋回し放土する。さらに位置Ｃ、位置Ｄで掘削後、再び位置Ａで掘削深度を深めながら同様の作業を行う。さらに、トラック９によってダンプされる運搬物に自動運転ショベル１のフロント部分が衝突しないように、トラック進入時は、図２（ｃ）に示すように、自動運転ショベル１を退避位置で停止させる。
【００１６】
図３は本実施形態に係わる自動運転ショベル１の制御機構の全体構成図である。
【００１７】
図において、１１１は遠隔操作装置におけるティーチング行うための教示操作部、１１２は遠隔操作部１１におけるプレーバックを行うための再生操作部、１１３および１３５は、それぞれシリアル通信を行うために、遠隔操作装置１１と後述する自動運転コントローラ間のデータの送受信を行うために設けられた遠隔操作装置側無線装置および車上側無線装置、１３は自動運転ショベル１に搭載される車上装置、１３１は自動運転を行うための種々の制御を行う自動運転コントローラ、１３２は自動運転コントローラ１３１から出力された駆動電流によって駆動され、アクチュエータに流入する油量または油圧を制御する電磁制御弁、１３３はバケット５等の自動運転ショベルの各部を作動するためのアクチュエータ、１３４は旋回体２とブーム３間、ブーム３とアーム４間、アーム４とバケット５間のそれぞれの回転角度と旋回体２の旋回角を検出する角度センサ、１３６はエンジンの各種の制御を行うためのエンジンコントローラ、１３７はエンジンである。なお、図３において図１および図２に示す部分と同一部分については同一符号をふして説明を省略する。
【００１８】
ティーチング時は、遠隔操作装置１１の教示操作部１１１からの操作によって、無線装置１１３，１３５を介してティーチングが行なわれ、自動運転コントローラ１３１は、自動運転ショベル１の各角度センサ１３４からの各検出出力を入力して演算し、所定の記憶領域に教示データと教示コマンドを記憶する。
【００１９】
プレーバック時は、同様に再生操作部１１２からの操作によって、無線装置１１３，１３５を介してプレーバックの指令が出力される。自動運転コントローラ１３１はその指令を受けると、教示コマンドに従って記憶している教示位置データを呼び出し、角度センサ１３４からの角度情報と対比しながら、教示位置データに合致するように、旋回体２、ブーム３、アーム４、バケット５をそれぞれ作動させるために、各電磁制御弁１３２に駆動電流を出力する。各電磁制御弁１３２は各アクチュエータ１３３を油圧制御して、自動運転ショベル１の自動運転を行う。
【００２０】
図４は本実施形態に係わる、主としてプレーバック時の自動運転ショベル１の機能構成図である。
【００２１】
図において、１３１１は、ティーチング時に、遠隔操作装置１１の教示操作部１１１からの操作によって教示された教示位置データを格納する教示位置格納部、１３１２は予め決めた動作手順を実行するための複数の教示コマンドを格納する教示コマンド格納部、１３１３は教示コマンドを解釈して教示位置格納部１３１１から所定の教示位置データの出力を指示するコマンドインタプリタ部、１３１４は教示位置データが出力処理される教示位置出力処理部、１３１５は、自動運転ショベル１が円滑に動作するように、教示位置出力処理部１３１４から出力された教示位置データを演算によって細分化された補間教示位置データに作成して出力するサーボ前処理部、１３１６はサーボ前処理部１３１５から出力された補間教示位置データと現在位置演算部から出力された現在位置データとを対比して自動運転ショベルの各部を所定の位置に制御するための駆動電流を出力するサーボ制御部、１３１７はトラック進入検知センサ１０の検出出力をコマンドインタプリタ部１３１３へ入力するための所定の入力形式に処理するトラック進入検知処理部、１３１８は、自動運転ショベル１の各部に設けられた角度センサ１３４からの検出値を所定の現在位置データに演算する現在位置演算部、１３１９はエンジンの回転速度を指令するエンジン回転指令部である。
【００２２】
なお、図４において、図３に示される部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
図５は図４に示す教示コマンド格納部１３１２に格納される掘削時の教示コマンドの一例を示す図である。
【００２４】
図において、ｖは自動運転速度を指示するコマンド、ｍｏｖｅは動作を指示するコマンド、Ｐ１〜Ｐｎはｍｏｖｅコマンドの旋回体２、ブーム３、アーム４、およびバケット５の各関節の角度情報を示すラベルであり、各ラベルＰ１〜Ｐｎのパラメータである教示位置データは教示位置格納部１３１１に格納される。
【００２５】
次に、プレーバック時の自動運転ショベル１の動作を主として図４を用いて説明する。
プレーバック時は、遠隔操作装置１１の再生操作部１１２から自動運転の指示がコマンドインタプリタ部１３１３に出力される。コマンドインタプリタ部１３１３はその指示を受けて、教示コマンド格納部１３１２に格納されている教示コマンドをシーケンシャルに読み出して解釈する。例えば、掘削時は図５に示すように、コマンドがｍｏｖｅコマンドの時は、教示コマンドの各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応するパラメータとしての教示位置データを教示位置格納部１３１１から教示位置データ出力処理部１３１４に出力する。出力された教示位置データはサーボ前処理部１３１５に出力され、該データはさらに自動運転ショベル１が円滑な速度で動作をするように演算によって各教示位置データ間のデータが補間された補間教示位置データが作成される。さらに補間教示位置データはサーボ制御部１３１６に入力され、一方、現在位置演算部１３１８から現在位置データを得、サーボ制御部１３１６に入力する。サーボ制御部１３１６は、目標となる補間教示位置データと検出された現在位置データに基づいて所定のサーボ制御を行い、電磁制御弁１３２から駆動電流を出力する。
【００２６】
図６は自動運転コントローラ１３１における通常運転時の処理手順を示すフローチャートである。
【００２７】
図示するように、自動運転ショベル１は、ステップ１１で掘削を行い、ステップ１２において、クラッシャ８への放土を行うために旋回（旋回１）を行い、ステップ１３においてクラッシャ８へ放土し、ステップ１４において、再び掘削するために旋回（旋回２）し、再びステップ１１からの処理を繰り返し行う。
【００２８】
一方、図４に示すトラック進入検知処理部１３１７には、トラック９が進入すると、トラック進入検知センサ１０から遠隔操作装置１１を介して検出出力が入力される。コマンドインタプリタ部１３１３では検出出力により割り込みがあると、コマンドインタプリタ部１３１３は割り込み処理を開始する。
【００２９】
図７は自動運転コントローラ１３１におけるトラック９の進入検知時の割り込み処理の処理手順を示すフローチャートである。
【００３０】
図６に示す通常運転動作中のいずれかの時点で、図７のステップ１に示すように、トラック９の進入が検知されたか否かが判断され、進入が検知されると割り込み処理が実行される。次いで、ステップ２において、掘削動作中であるか否かが判断され、掘削中でなければ、ステップ３において、放土から掘削位置へ移動するための旋回（旋回２）を行っているか否かを判断する。いずれの場合でもないときは、即ち、掘削動作でも旋回（旋回２）でもないときは、自動運転ショベル１に対してトラック９からの運搬物のダンプによる悪影響を受けないものとして、何もせず通常の運転動作に戻る。ステップ２において掘削中、またはステップ３において旋回（旋回２）中であると判断された場合は、ステップ４において、自動運転ショベル１は図２（ｃ）に示すような位置へ退避動作を行う。次いで、退避位置への移動が完了したら、ステップ５において、自動運転コントローラ１３１からエンジンコントローラ１３５に対してエンジン回転数をアイドリングするための指令を出力し、エンジンをアイドリング状態にする。次にステップ６において、トラック９が退出したか否かを判断し、ここでトラック９が退出するまで待つ。トラック９が退出したらステップ７において、自動運転ショベルのエンジン回転数を元に戻して通常の自動運転動作に戻る。
【００３１】
以上のように，本実施形態の自動運転ショベルによれば，トラックの進入、退出を検出することにより、ショベルのフロントがトラックからダンプされる土砂や土石に衝突することなく、また、エンジン回転数を自動的に落とすことにより、無駄な燃料を消費することなく、安全かつ効率の良い自動運転を行うことができる。
【００３２】
以上のごとく、本発明の自動運転ショベルは、運搬機械進入検出器によって運搬機械の進入を検出し、さらに自動運転ショベルが掘削中、または掘削位置へ移動するための旋回中と判断された場合には、所定の位置に退避して動作を停止し、自動運転ショベルが運搬機械からダンプされる土砂、土石等の運搬物との衝突を避けるとともに、エンジンをアイドリングさせ、安全かつ効率の良い自動運転作業を実現することができる。また、ショベルの退避条件を、上述のように、限定しているので、ショベルの退避及びエンジン回転数のアイドリング化による作業中断を最小限に抑え、作業効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係わる自動運転ショベルと他の作業機械との連携作業を示す平面図である。
【図２】本実施形態に係わる自動運転ショベルの各動作状態を示す側面図である。
【図３】本実施形態に係わる自動運転ショベルの制御機構の全体構成図である。
【図４】本実施形態に係わる主としてプレーバック時の自動運転ショベルの機能構成図である。
【図５】図４に示す教示コマンド格納部１３１２に格納される教示コマンドの一例を示す図である。
【図６】本実施形態に係わる自動運転ショベルの通常運転時の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係わる自動運転ショベルのトラック進入時の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  自動運転ショベル
２  旋回体
３  ブーム
４  アーム
５  バケット
９  トラック
１０  トラック進入検知センサ
１１  遠隔操作装置
１３  車上装置
１３１  自動運転コントローラ
１３１１  教示位置格納部
１３１２  教示コマンド格納部
１３１３  コマンドインタプリタ部
１３１４  教示位置出力処理部
１３１５  サーボ前処理部
１３１６  サーボ制御部
１３１７  トラック進入検知処理部
１３１８  現在位置演算部
１３１９  エンジン回転指令部
１３２  電磁制御弁
１３３  アクチュエータ
１３４  角度センサ
１３５  エンジンコントローラ
１３６  エンジン
【図１】
0003686750.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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