(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動作する自動運転建設機械において、
該自動運転建設機械は、
該自動運転建設機械の基準面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
前記傾斜角を計測すべき該自動運転建設機械の計測位置を記憶する計測位置記憶手段と、
前記基準面に対する許容される傾斜量を記憶する傾斜閾値記憶手段と、
前記傾斜角を計測すべき計測位置において、前記検出された傾斜角が前記傾斜量の範囲を越える時は、該自動運転建設機械の動作を停止させる停止信号を出力する車体傾斜判定手段とを備え、
前記傾斜閾値記憶手段は、前者が後者より小さく、それぞれが前記基準面に対して許容される第１の傾斜量と第２の傾斜量とを記憶しており、
前記車体傾斜判定手段は、前記傾斜角を計測すべき計測位置において、前記検出された傾斜角が、前記第１の傾斜量を越え第２の傾斜量を越えない時は、所定の再生動作の終了後に前記停止信号を出力し、前記検出された傾斜角が、前記第２の傾斜量を越える時は直ちに前記停止信号を出力することを特徴とする自動運転建設機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転を行う建設機械に係わり、特に周辺装置との衝突を防止する手段を備えた自動運転建設機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルを用いた自動化の一手法として、特公昭５４−７１２１号公報に示されているように、教示・再生によるシステムがある。この従来技術は、教示動作によって得られた角度、位置等の動作状態量を記憶し、再生時に前述した記憶値を用いて油圧ショベルを再生動作させるものであり、この油圧ショベルの周囲環境を考慮していない形式の自己完結型のシステムである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
通常、作業現場では、油圧ショベル等の建設機械はトラックやクラッシャ等の他の作業機械と共同して運転される場合が多く、これを自動化するに当たって、他の作業機械や周辺装置との接触や衝突を防止しなければならない。
【０００４】
しかし、上記の自己完結形のシステムでは、他の作業機械等と相対的な位置ずれがなければ、衝突はあり得ないため接触等を防止するために特別な手段は取られていなかった。例えば、自動運転中に油圧ショベルの車体が傾斜した場合、想定した動作軌跡からのずれが生じるため、機械同士が接触する可能性がある。しかし、従来の自動運転建設機械では車体の傾斜の影響に関しては考慮されていないものが多かった。
【０００５】
接触等を防止する手段としては、視覚センサ等の外界センサを積極的に用いて他の作業機械の位置を認識するシステムや、ＧＰＳ等を用いるシステムを用いる方法等が考えられるが、これらのシステムはセンサや装置が高価なものとなり、また、検出したデータを処理して所望のデータとするための処理負担も大きく、実用的ではない。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みて、車体が傾斜した場合に、比較的簡単な方法で、他の作業機械等との接触防止を図った自動運転建設機械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、上記の課題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動作する自動運転建設機械において、
該自動運転建設機械は、
該自動運転建設機械の基準面に対する傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
前記傾斜角を計測すべき該自動運転建設機械の計測位置を記憶する計測位置記憶手段と、
前記基準面に対する許容される傾斜量を記憶する傾斜閾値記憶手段と、
前記傾斜角を計測すべき計測位置において、前記検出された傾斜角が前記傾斜量の範囲を越える時は、該自動運転建設機械の動作を停止させる停止信号を出力する車体傾斜判定手段とを備え、
前記傾斜閾値記憶手段は、前者が後者より小さく、それぞれが前記基準面に対して許容される第１の傾斜量と第２の傾斜量とを記憶しており、
前記車体傾斜判定手段は、前記傾斜角を計測すべき計測位置において、前記検出された傾斜角が、前記第１の傾斜量を越え第２の傾斜量を越えない時は、所定の再生動作の終了後に前記停止信号を出力し、前記検出された傾斜角が、前記第２の傾斜量を越える時は直ちに前記停止信号を出力することを特徴とする自動運転建設機械。
【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４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される油圧ショベル（以下自動運転ショベルという）の全体構成図である。
【００１３】
図において、１は図示されていない土石貯留所に貯留された土石を掘削して後述する砕石機２に放出する油圧ショベル、２は油圧ショベル１から投下された土石を砕石する砕石機、３は油圧ショベル１の再生操作を行うのに適した任意の場所に設置された操作ボックスである。
【００１４】
油圧ショベル１は、走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けられた旋回体１１と、旋回体１１に俯仰動可能に設けられたブーム１２と、ブーム１２の先端に回動可能に設けられたアーム１３と、アーム１３の先端に回動可能に設けられたバケット１４と、ブーム１２、アーム１３、バケット１４をそれぞれ俯仰動作するためのシリンダ１５，１６，１７と、旋回体１１に設けられた運転室１８と、操作ボックス３との間で信号の送受信を行うアンテナ１９とから構成されている。
【００１５】
また、θは地面４に対する油圧ショベル１の傾斜角を表し、油圧ショベル１には、地面４に対する傾斜角θを検出する傾斜角センサ１１１、旋回体１１の旋回角を検出する角度センサ１１２、旋回体１１とブーム１２との俯仰角を検出する角度センサ１１３と、ブーム１２とアーム１３の回動角を検出する角度センサ１１４、アーム１３とバケット１４との回動角を検出する角度センサ１１５が設けられている。
【００１６】
また、砕石機２は、走行体２０と、ホッパ２１と、ホッパ２１の下方に設けられた砕石部２２と、砕石部２２の下方に設けられたコンベア２３とから構成されており、２４は砕石機２によって粉砕された土石を示す。
【００１７】
また、操作ボックス３は、支持台３０と、支持台３０に固定された教示再生操作装置３１とから構成され、教示再生操作装置３１には、再生起動釦３１１と、再生停止釦３１２と、非常停止釦３１３と、教示再生操作装置３１本体と機械的かつ電気的に接続可能に設けられ、教示時に操作される教示操作部３１４と、教示結果を表示する表示部３１４１と、油圧ショベル１のアンテナ１９との間で信号の送受信を行うアンテナ３１５とを備えている。
【００１８】
次に、本実施形態に係わる自動運転ショベルの制御機構を図２に示すブロック図を用いて説明する。
【００１９】
なお、図において、図１に示した油圧ショベル１と操作ボックス３の構成と対応する部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２０】
図において、３１６は再生時に操作される再生操作部、３１７は教示操作部３１４または再生操作部３１６から出力される信号を後述する自動運転コントローラ５０に出力するための所定の信号に形成するための車外信号生成部、３１８および５４はそれぞれ教示再生操作装置３１と自動運転コントローラ５０間のデータを送受信するための車外無線装置および車内無線装置である。
【００２１】
なお、信号生成部３１７は、マイクロコンピュータを使用した一般的なコントローラで構成され、入力した信号に相当する指令コードを生成する機能を有する。
【００２２】
５は車内搭載装置を示し、５０は自動運転コントローラ、５１は自動運転コントローラ５０から出力される駆動電流によって駆動される補助制御弁、５２は、補助制御弁５１から出力される油圧信号により制御され、アクチュエータに流入する油量または油圧を制御する主制御弁、５３は図１に示す油圧ショベル１の各部を作動するためのシリンダ１５，１６，１７等のアクチュエータ、３１４’は教示操作部である。
【００２３】
教示時は、通常、運転室１８内に装着される教示操作部３１４’からの操作によって教示が行われ、自動運転コントローラ５０はその操作に従って、各角度センサ１１２〜１１５からの検出値を入力して演算し、後に説明するように所定の記憶領域に教示位置データおよび教示コマンドとして記憶する。なお、図において、教示操作部３１４は、運転室１８内の教示操作部３１４’から外されて教示再生操作装置３１に装着されている時の状態を示す。再生時は、再生操作部３１６から再生起動釦３１１をオンすることによって、車外信号生成部３１７において形成された所定の信号が無線装置３１５，１９を介して自動運転コントローラ５０に送信され、再生処理が開始される。自動運転コントローラ５０において再生処理が開始されると、記憶されている教示位置データが呼び出され、角度センサ１１２〜１１５から得られた現在位置情報と対比しながら、この教示位置データに合致するように、旋回体１１、ブーム１２、アーム１３、バケット１４をそれぞれ作動するための補助制御弁５１に駆動電流を出力する。補助制御弁５１からさらに主制御弁５２を介して各アクチュエータ５３の油圧を制御して油圧ショベル１の自動運転を行う。
【００２４】
次に、本実施形態に係わる自動運転ショベルにおける機能構成を図３に示すブロック図を用いて説明する。
【００２５】
なお、図３において、図１および図２に示した構成と対応する部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
５０１は角度センサ１１２から１１５において検出された角度信号を現在の位置データに演算する現在位置演算部、５０２は、教示時、教示操作部３１４または３１４’からの操作により、教示コマンドと、現在位置演算部５０１から得られた油圧ショベル１の現在位置を教示位置データとして出力する教示処理部、５０３は教示処理部５０２から出力された教示コマンドを格納する教示コマンド格納部、５０４は教示処理部５０２から出力された教示位置データを格納する教示位置格納部、５０５は、再生操作部３１６からの起動信号により起動された時、教示コマンド格納部５０３に格納されている教示コマンドを逐次解釈して教示位置格納部５０４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、５０６はコマンドインタプリタ部５０５からの指令に応じて教示位置格納部５０４から教示位置データを出力処理する教示位置出力処理部、５０７は、油圧ショベル１が各教示位置間を円滑に動作するように、教示位置出力処理部５０６から出力された教示位置データから教示位置データ間に演算によって補間された教示位置データを作成し出力するサーボ前処理部、５０８はサーボ前処理部５０７から出力された補間された教示位置データと現在位置演算部５０１から出力される現在位置データとを対比して油圧ショベル１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、５０９は、教示時に教示データと共に記憶され、車体傾斜の判定を行う油圧ショベル１の計測位置が記憶されている計測位置格納部、５１０は計測位置においてどの程度の車体傾斜を許容するかの許容傾斜量が記憶されている傾斜閾値格納部、５１１は油圧ショベル１に設けられた傾斜角センサ１１１からの検出値を所定の傾斜角データに演算する現在傾斜演算部、５１２は、コマンドインタプリタ部５０５の指示により制御され、計測位置格納部５０９、傾斜閾値格納部５１０、現在傾斜演算部５１１からの各データに基づいて、油圧ショベル１の傾斜を判定して、その結果をコマンドインタプリタ部５０５およびサーボ前処理部５０７に出力する車体傾斜判定部である。
【００２７】
次に本実施形態の自動運転ショベルの動作を図３に基づいて説明する。
【００２８】
教示操作は、教示操作部３１４または３１４’から操作される。通常は、教示操作部３１４’が油圧ショベル１の運転室１８内に装着され、運転室から教示操作が行われる。
【００２９】
教示操作部３１４’が運転室１８内に装着され、教示操作が行われると、その指令は教示処理部５０２に入力され、教示処理部５０２で現在位置演算部５０１から現在位置データを入力して、各教示点に対応する教示コマンドと教示位置データを生成する。生成された教示コマンドと教示位置データはそれぞれ、教示コマンド格納部５０３と教示位置格納部５０４に格納される。
【００３０】
ここで、教示コマンドとは、例えば、ｖ＝０．７のような速度の指令命令、ｍｏｖｅ  Ｐ１、ｍｏｖｅ  Ｐ２、・・・ｍｏｖｅ  Ｐｎのような位置の動作命令から構成される。ここでｖは速度を表すコマンド、ｍｏｖｅは動作を表すコマンド、Ｐ１・・・Ｐｎはラベルを表す。これらの教示コマンドのパラメータは、各油圧ショベルの各部の関節の角度情報を示すラベルに相当し、そのラベル情報は、教示位置データとして教示位置格納部５０４に格納される。
【００３１】
再生処理は、再生起動釦３１１をオンすることによって、コマンドインタプリタ部５０５は、起動命令により教示コマンド格納部５０３に格納されている教示コマンドを順次読み出し実行する。教示コマンドがｍｏｖｅ命令の場合は、教示位置出力処理部５０６に、教示位置格納部５０４から該当するパラメータを出力し、サーボ前処理部５０７に転送する。サーボ前処理部５０７は、コマンドインタプリタ部５０５から与えられた目標速度で各関節が動作するように角度の補間計算を行い、サーボ制御部５０８に角度目標値を出力する。サーボ制御部５０８は、現在位置演算部５０１で演算された現在位置をもとに、フイードバック制御を行い、補助制御弁５１を駆動するための駆動電流を出力する。これにより、主制御弁５２が制御されてアクチュエータ５３に、所定の圧油を供給し、油圧ショベル１の各関節を駆動する。
【００３２】
一方、車体傾斜判定部５１２は、計測位置格納部５０９から車体傾斜を判定すべき計測位置を入手し、油圧ショベル１がその位置に達すると、現在傾斜演算部５１１から現在の傾斜角データを入力し、さらに傾斜閾値格納部５１０から入力される傾斜閾値データと対比して傾斜角データが許容範囲内にあるか否かを判定する。判定の結果、傾斜角データが傾斜閾値データの範囲内にある時は、コマンドインタプリタ部５０５に正常信号を送出し、コマンドインタプリタ部５０５は次のコマンドを読んで処理を継続する。また、傾斜角データが傾斜閾値データの許容範囲を越える時は、コマンドインタプリタ部５０５に停止信号を送出し、コマンドインタプリタ部５０５における次処理を停止させると共に、停止信号をサーボ前処理部５０７に送出する。サーボ前処理部５０７は処理を停止して油圧ショベル１の動作を停止させ、油圧ショベル１と砕石機２等の他の作業機械との接触を回避させる。
【００３３】
次に、図３に示す車体傾斜判定部５１２における接触防止判定の処理手順を図４に示すフローチャートを用いて説明する。
【００３４】
ここで、α1 は現在のサイクルのみ放土可能な傾斜量を表し、この傾斜量以上では、次のサイクルの動作において傾斜量が増加して接触が発生する可能性があると判断される傾斜量を表し、α2 は接触防止のための限界傾斜量を表す。
【００３５】
再生処理時、即ち自動運転が行われている状態において、ステップ１において、計測位置格納部５０９に格納されている計測位置である放土開始位置に達したか否かが判断され、放土開始位置に達すると、ステップ２において、現在傾斜演算部５１１からその時の傾斜角データであるθを読み込む。ステップ３において、傾斜閾値格納部５１０から傾斜量α1 を読み込み、傾斜角データθと傾斜量α1 とを対比する。ここでθ＜α1 の時は正常であると判断して、ステップ４において、サイクル停止フラグをＯＦＦにし、ステップ５において放土を行う。ステップ８でサイクル停止フラグがＯＮかＯＦＦかが判断され、ＯＦＦの場合は、ステップ９において自動運転の次の動作が実行される。ステップ３において、θ≧α1 の時は、ステップ６に移行し、傾斜角データθがα1 ≦θ＜α2 の範囲内にあるか否かが判断される。範囲内にある時は、ステップ７において、サイクル停止フラグをＯＮにして、ステップ５で放土し、ステップ８においてサイクル停止フラグがＯＮであるので、ステップ１０において異常と判定し、コマンドインタプリタ部５０５およびサーボ前処理部５０７に停止信号を出力する。ステップ６において、傾斜角データθがα1 ≦θ＜α2 の範囲内にない時は、放土することなく直ちにステップ１０に移行して、停止信号を出力する。
【００３６】
上記のごとく、本実施形態によれば、自動運転ショベルが地面等の基準面に対して傾斜した時、自動運転ショベルと他の産業機械との接触防止を図ることができ、自動運転ショベルとしての信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、車体傾斜の計測位置を教示によって与えることができるので、検出装置の調整が不要となり取り扱いが簡単となり、また傾斜角センサを簡単に設置することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明によれば、自動運転建設機械に傾斜角検出手段を設け、所定の計測位置で、傾斜角検出手段によって検出された傾斜角と所定の傾斜閾値とを対比し、自動運転建設機械の車体傾斜を判定するようにしたので、簡単な構成で車体傾斜の検出が可能となり、他の作業機械との接触を容易に回避することができる。
【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の全体構成図である。
【図２】本実施形態に係わる、自動運転ショベルの制御機構を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係わる、自動運転ショベルの機能構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示す車体傾斜判定部５１２の車体傾斜判定の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３  操作ボックス
３１  教示再生操作装置
５  車内搭載装置
５０  自動運転コントローラ
１１１  傾斜センサ
１１２〜１１５角度センサ
３１４，３１４’  教示操作部
３１６  再生操作部
５０１  現在位置演算部
５０３  教示コマンド格納部
５０４  教示位置格納部
５０５  コマンドインタプリタ部
５０７  サーボ前処理部
５０８  サーボ制御部
５０９  計測位置格納部
５１０  傾斜閾値格納部
５１１  現在傾斜演算部
５１２  車体傾斜判定部
【図１】
0003686745.tif 000002
【図２】
0003686745.tif 000003
【図３】
0003686745.tif 000004
【図４】
0003686745.tif 000005