(57)【要約】  本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体（１）と、下部走行体（１）に搭載される、アタッチメントを備えた上部旋回体（３）と、上部旋回体（３）に搭載されるコントローラ（３０）とを備える。コントローラ（３０）は、上部旋回体（３）の周辺の地形の変化に関する情報に基づいて下部走行体（１）の動きを制限する。コントローラ（３０）は、例えば、掘削作業による地形に関する情報に基づいて下部走行体（１）の動きを制限する。
2019026802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される、アタッチメントを備えた上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記上部旋回体の周辺の地形に関する情報に基づいて前記下部走行体の動きを制限する、
ショベル。
【請求項２】
前記制御装置は、前記上部旋回体の周辺の地形の変化に関する情報に基づいて前記下部走行体の動きを制限する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記制御装置は、掘削作業による地形の変化に関する情報に基づいて前記下部走行体の動きを制限する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項４】
前記制御装置は、姿勢検出装置の検出値を含む前記アタッチメントの作動履歴に基づいて、前記掘削作業による地形の変化に関する情報を取得する、
請求項３に記載のショベル。
【請求項５】
前記制御装置は、地物の表面状態を取得する装置、又は、前記アタッチメントの動きの軌跡を取得する装置の出力に基づいて前記上部旋回体の周辺の地形の変化に関する情報を取得する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項６】
前記地物の表面状態を取得する装置、又は、前記アタッチメントの動きの軌跡を取得する装置は、前記アタッチメントに取り付けられている、
請求項５に記載のショベル。
【請求項７】
前記下部走行体は、可変容量型の油圧モータによって駆動され、
前記制御装置は、前記油圧モータの走行モードを低速走行モードに固定することによって前記下部走行体の動きを制限する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項８】
前記制御装置は、前記下部走行体の移動方向又は移動速度を制限する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項９】
前記制御装置は、所定地物から所定距離の範囲を制限範囲として設定する、
請求項１に記載のショベル。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記上部旋回体の周辺の地形に関する情報をショベルの外部の撮像装置から取得する、
請求項１に記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、下部走行体を備えたショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上部旋回体に取り付けられたカメラが撮像したステレオペア画像に基づいて上部旋回体の周辺の地形を計測する計測装置を備えたショベルが知られている（特許文献１参照。）。この構成により、計測装置は、作業現場の地形データをリアルタイムに生成し且つ表示できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０３３９９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ショベルの操作者は、掘削作業を行うために走行操作、旋回操作及びアタッチメント操作を繰り返していると、下部走行体の向きを失念してしまう場合がある。そして、意図した方向とは逆の方向に下部走行体を移動させてしまう場合がある。【０００５】
このような場合であっても、上述の計測装置は、ステレオペア画像に基づいて地形データを生成し且つ表示するのみであるため、ショベルの移動方向に穴がある場合であっても、ショベルの移動を停止させることができない。その結果、ショベルの機体を不安定な状態にしてしまう場合がある。【０００６】
上述に鑑み、機体が不安定な状態になるのを未然に防止できるショベルを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される、アタッチメントを備えた上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載される制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記上部旋回体の周辺の地形に関する情報に基づいて前記下部走行体の動きを制限する。
【発明の効果】
【０００８】
上述の手段により、機体が不安定な状態になるのを未然に防止できるショベルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例に係るショベルの側面図である。
【図２】図１のショベルに搭載される姿勢検出装置の構成例を示すショベルの側面図である。
【図３】図１のショベルに搭載される基本システムの構成例を示す図である。
【図４】図１のショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。
【図５】外部演算装置の構成例を示す図である。
【図６】外部演算装置の別の構成例を示す図である。
【図７】走行制限処理のフローチャートである。
【図８Ａ】作業対象地面の断面図である。
【図８Ｂ】作業対象地面の断面図である。
【図８Ｃ】作業対象地面の断面図である。
【図９Ａ】作業現場の上面図である。
【図９Ｂ】作業現場の上面図である。
【図９Ｃ】作業現場の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
最初に、図１を参照し、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベル（掘削機）について説明する。図１は、本発明の実施例に係るショベルの側面図である。ショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。作業要素としてのブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する。ブーム４は、ブームシリンダ７により駆動される。アーム５は、アームシリンダ８により駆動される。バケット６は、バケットシリンダ９により駆動される。上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ、且つ、エンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２及び姿勢検出装置Ｍ３が取り付けられている。
【００１１】
通信装置Ｍ１は、ショベルと外部との間の通信を制御するように構成されている。本実施例では、通信装置Ｍ１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）測量システムとショベルとの間の無線通信を制御する。具体的には、通信装置Ｍ１は、例えば１日１回の頻度で、ショベルの作業を開始する際に作業現場の地形情報を取得する。ＧＮＳＳ測量システムは、例えばネットワーク型ＲＴＫ−ＧＮＳＳ測位方式を採用する。
【００１２】
測位装置Ｍ２は、ショベルの位置を測定するように構成されている。測位装置Ｍ２は、ショベルの向きを測定するように構成されていてもよい。本実施例では、測位装置Ｍ２は、電子コンパスを組み込んだＧＮＳＳ受信機であり、上部旋回体３に取り付けられている。そして、ショベルの存在位置の緯度、経度、高度を測定し、且つ、ショベル（上部旋回体３）の向きを測定する。測位装置Ｍ２は、下部走行体１に対する上部旋回体３の旋回角度を検出する旋回角度検出装置を含んでいてもよい。この構成により、測位装置Ｍ２は、ショベル（上部旋回体３）の向きから下部走行体１の向きを測定できる。但し、下部走行体１の向きは、別のＧＮＳＳ受信機に基づいて測定されてもよい。
【００１３】
姿勢検出装置Ｍ３は、アタッチメントの姿勢を検出するように構成されている。姿勢検出装置Ｍ３は、例えば、操作に応じたアタッチメントの動きの軌跡を取得できる。本実施例では、姿勢検出装置Ｍ３は、掘削アタッチメントの姿勢を検出する。
【００１４】
図２は、図１のショベルに搭載される姿勢検出装置Ｍ３を構成する各種センサの構成例を示すショベルの側面図である。具体的には、姿勢検出装置Ｍ３は、ブーム角度センサＭ３ａ、アーム角度センサＭ３ｂ、バケット角度センサＭ３ｃ及び車体傾斜センサＭ３ｄを含む。
【００１５】
ブーム角度センサＭ３ａは、ブーム角度θ１を取得するように構成されている。ブーム角度θ１は、例えば、ＸＺ平面において、ブームフートピン位置Ｐ１とアーム連結ピン位置Ｐ２とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
【００１６】
アーム角度センサＭ３ｂは、アーム角度θ２を取得するように構成されている。アーム角度θ２は、例えば、ＸＺ平面において、アーム連結ピン位置Ｐ２とバケット連結ピン位置Ｐ３とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
【００１７】
バケット角度センサＭ３ｃは、バケット角度θ３を取得するように構成されている。バケット角度θ３は、例えば、ＸＺ平面において、バケット連結ピン位置Ｐ３とバケット爪先位置Ｐ４とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
【００１８】
本実施例では、ブーム角度センサＭ３ａは、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成されている。但し、ブームフートピンの回転角度を検出する回転角度センサ、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサ、又は、ブーム４の傾斜角度を検出する傾斜センサ等で構成されていてもよい。アーム角度センサＭ３ｂ及びバケット角度センサＭ３ｃについても同様である。
【００１９】
車体傾斜センサＭ３ｄは、ショベルのＹ軸回りの傾斜角θ４、及び、ショベルのＸ軸回りの傾斜角θ５（図示せず。）を取得するように構成されている。車体傾斜センサＭ３ｄは、例えば２軸傾斜（加速度）センサ又は３軸傾斜（加速度）センサ等を含む。図２のＸＹ平面は水平面である。
【００２０】
次に、図３を参照してショベルの基本システムについて説明する。図３は、ショベルの基本システムの構成例を示す図であり、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットラインをそれぞれ二重線、実線、破線で示す。ショベルの基本システムは、主に、エンジン１１、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、コントローラ３０及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）７４等を含む。
【００２１】
エンジン１１はショベルの駆動源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸はメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に接続されている。
【００２２】
メインポンプ１４は、作動油ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。メインポンプ１４は、斜板の角度（斜板傾転角）を変更することでピストンのストローク長を調整し、吐出量、すなわち、ポンプ出力を変化させることができる。メインポンプ１４の斜板傾転角は、レギュレータ１４ａにより制御される。レギュレータ１４ａは、付属の電磁弁（不図示）が受ける制御電流の変化に応じて斜板傾転角を変化させる。例えば、制御電流が増加すると、レギュレータ１４ａは、斜板傾転角を大きくして、メインポンプ１４の吐出量を増大させる。また、制御電流が減少すると、レギュレータ１４ａは、斜板傾転角を小さくして、メインポンプ１４の吐出量を低減させる。
【００２３】
パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して各種油圧制御機器に作動油を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
【００２４】
コントロールバルブ１７は、ショベルに搭載されている油圧システムを制御する１組の油圧制御弁である。本実施例では、複数の流量制御弁を含む。コントロールバルブ１７は、例えば、メインポンプ１４から作動油ライン１６を通じて供給された作動油を、操作装置２６の操作方向及び操作量に応じて、一又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給する。油圧アクチュエータは、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行用油圧モータ１Ａ、右走行用油圧モータ１Ｂ及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。左走行用油圧モータ１Ａ、右走行用油圧モータ１Ｂ及び旋回用油圧モータ２Ａは、電動モータで構成されていてもよい。
【００２５】
操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置であり、レバー又はペダル等を含む。本実施例では、操作装置２６は、パイロットライン２５を介してパイロットポンプ１５から作動油の供給を受ける。そして、パイロットライン２５ａ、２５ｂを通じて、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに作動油を供給する。パイロットポートに供給される作動油の圧力は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力とされる。
【００２６】
コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成される。コントローラ３０は、各種機能に対応するプログラムを実行して各種機能を実現する。各種機能は、レギュレータ１４ａの電磁弁に対する制御電流の大きさを変化させることでメインポンプ１４の吐出量を制御する機能を含む。
【００２７】
エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４は、エンジン１１を制御するように構成されている。ＥＣＵ７４は、例えば、コントローラ３０からの指令に基づいてエンジン１１の回転数を制御する。操作者は、例えば、エンジン回転数調整ダイヤル７５を用いてエンジン回転数を設定する。ＥＣＵ７４は、設定されたエンジン回転数を実現するように燃料噴射量等を制御する。
【００２８】
エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン１１の回転数を調整するためのダイヤルであり、キャビン１０内に設けられている。本実施例ではエンジン回転数を５段階で切り換えできるように構成されている。操作者は、エンジン回転数調整ダイヤル７５を操作することで、Ｒｍａｘ、Ｒ４、Ｒ３、Ｒ２及びＲ１の５段階でエンジン回転数を切り換えることができる。図３は、エンジン回転数調整ダイヤル７５でＲ４が選択された状態を示す。
【００２９】
画像表示装置４０は、各種情報を表示するための装置であり、キャビン１０内に設けられている。本実施例では、画像表示装置４０は、画像表示部４１及び入力部４２を含む。操作者は、画像表示部４１を見てショベルの運転状況又は制御情報等を確認できる。また、操作者は、入力部４２を利用して各種情報をコントローラ３０に入力できる。画像表示装置４０は、ＣＡＮ又はＬＩＮ等の通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続される。但し、画像表示装置４０は、専用線を介してコントローラ３０に接続されてもよい。
【００３０】
画像表示装置４０は、表示用の画像を生成する変換処理部４０ａを含む。本実施例では、変換処理部４０ａは、地物の表面状態を取得する装置である撮像装置Ｍ５の出力に基づいて表示用のカメラ画像を生成する。撮像装置Ｍ５は、例えば専用線を介して画像表示装置４０に接続される単眼カメラである。撮像装置Ｍ５は、ステレオカメラ、距離画像カメラ（距離画像センサ）、赤外線カメラ又は赤外線サーモグラフィカメラ等であってもよい。変換処理部４０ａは、コントローラ３０の出力に基づいて表示用の画像を生成してもよい。
【００３１】
変換処理部４０ａは、画像表示装置４０が有する機能としてではなく、コントローラ３０が有する機能として実現されてもよい。この場合、撮像装置Ｍ５は、画像表示装置４０ではなく、コントローラ３０に接続される。
【００３２】
画像表示装置４０は、蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。蓄電池７０はエンジン１１のオルタネータ１１ａ（発電機）で発電した電力で充電される。蓄電池７０の電力は、コントローラ３０、画像表示装置４０及びショベルの電装品７２等に供給される。スタータ１１ｂは、蓄電池７０からの電力で駆動され、エンジン１１を始動する。
【００３３】
ＥＣＵ７４は、エンジン１１の状態を示す各種データをコントローラ３０に送信する。各種データは、例えば、水温センサ１１ｃが出力する冷却水温を示すデータ、レギュレータ１４ａが出力するメインポンプ１４の斜板傾転角を示すデータ、吐出圧センサ１４ｂが出力するメインポンプ１４の吐出圧を示すデータ、油温センサ１４ｃが出力する作動油の温度を示すデータ、操作圧センサ２９ａ、２９ｂが出力するパイロット圧を示すデータ、及び、エンジン回転数調整ダイヤル７５が出力するエンジン回転数の設定状態を示すデータ等を含む。コントローラ３０は一時記憶部３０ａにデータを蓄積しておき、必要なときに画像表示装置４０に送信できる。
【００３４】
外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３及び撮像装置Ｍ５等の少なくとも１つの出力に基づいて各種演算を行い、演算結果をコントローラ３０に対して出力する制御装置である。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。
【００３５】
図４は、ショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。油圧システムは、主に、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６及び切換弁５０等を含む。メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、図３のメインポンプ１４に対応する。
【００３６】
コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れを制御する流量制御弁１７１〜１７６を含む。そして、コントロールバルブ１７は、流量制御弁１７１〜１７６を通じ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左走行用油圧モータ１Ａ、右走行用油圧モータ１Ｂ、及び、旋回用油圧モータ２Ａのうちの１又は複数のものに対しメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油を選択的に供給する。
【００３７】
操作内容検出装置２９は、操作者による操作装置２６の操作の内容を検出するように構成されている。本実施例では、操作内容検出装置２９は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を圧力の形で検出する操作圧センサ２９ａ、２９ｂで構成されている。操作内容検出装置２９は、ポテンショメータ等、圧力センサ以外の他のセンサで構成されてもよい。
【００３８】
エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒのそれぞれを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７１、１７３及び１７５を通る作動油ラインである。センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７２、１７４及び１７６を通る作動油ラインである。
【００３９】
流量制御弁１７１、１７２、１７３は、左走行用油圧モータ１Ａ、右走行用油圧モータ１Ｂ、旋回用油圧モータ２Ａに流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。流量制御弁１７４、１７５、１７６は、バケットシリンダ９、アームシリンダ８、ブームシリンダ７に流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。
【００４０】
左走行用油圧モータ１Ａ及び右走行用油圧モータ１Ｂは、下部走行体１を駆動する走行用油圧モータである。本実施例では、斜板式可変容量型油圧モータであり、高回転・低トルクの高速走行モードと、低回転・高トルクの低速走行モードとで走行モードを切り換えできるように構成されている。走行モードの切り換えは、走行用油圧モータに取り付けられたモータレギュレータによって行われる。モータレギュレータは、コントローラ３０からの指令、及び、走行負荷（走行用油圧モータを流れる作動油の圧力）等の少なくとも１つに応じて走行用油圧モータの走行モードを切り換えることができる。高速走行モードでは、斜板傾転角が小さく、油圧モータの１回転当たりの押しのけ容積（モータ容積）が小さい。低速走行モードでは、斜板傾転角が大きく、モータ容積が大きい。
【００４１】
切換弁５０は、操作装置２６と流量制御弁１７１〜１７６のそれぞれのパイロットポートとの間の連通・遮断を切り換える弁である。本実施例では、切換弁５０はコントローラ３０からの制御指令に応じて弁位置を切り換える電磁弁である。具体的には、切換弁５０は、コントローラ３０から遮断指令を受けた場合に操作装置２６と各パイロットポートとの間の連通を部分的に或いは完全に遮断し、連通指令を受けた場合に操作装置２６と各パイロットポートとの間の遮断を解除する。切換弁５０は、流量制御が可能な電磁比例弁であってもよい。
【００４２】
次に、図５を参照して外部演算装置３０Ｅの機能について説明する。図５は、外部演算装置３０Ｅの構成例を示す機能ブロック図である。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２及び姿勢検出装置Ｍ３の出力を受けて各種演算を実行し、その演算結果をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、例えば、その演算結果に応じた制御指令を動作制限部Ｅ１に対して出力する。
【００４３】
動作制限部Ｅ１はショベルの動きを制限するための機能要素であり、例えば、パイロット圧を調整する減圧弁、又は、メインポンプ１４からコントロールバルブ１７への作動油の流れを遮断可能な切換弁等を含む。本実施例では、動作制限部Ｅ１として切換弁５０が採用されている。動作制限部Ｅ１は、ショベルの操作者に対して警告を出力する警告出力装置を含んでいてもよい。警告出力装置は、例えば、音声出力装置又は警告ランプ等である。
【００４４】
外部演算装置３０Ｅは、主に、地形データベース更新部３１、位置座標更新部３２、地面形状情報取得部３３及び走行制限部３４を含む。
【００４５】
地形データベース更新部３１は、作業現場の地形情報を参照可能に体系的に記憶する地形データベースを更新する機能要素である。本実施例では、地形データベース更新部３１は、例えばショベルの起動時に通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。地形データベースは不揮発性メモリ等に記憶されている。作業現場の地形情報は、例えば、世界測位系に基づく３次元地形モデルで記述される。
【００４６】
位置座標更新部３２は、ショベルの現在位置を表す座標及び向きを更新する機能要素である。本実施例では、位置座標更新部３２は、測位装置Ｍ２の出力に基づいて世界測位系におけるショベルの位置座標及び向きを取得し、不揮発性メモリ等に記憶されているショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータを更新する。位置座標更新部３２は、ジャイロセンサ又は加速度センサ等の出力を用いたデッドレコニングに基づいてショベルの位置座標及び向きを取得してもよい。
【００４７】
地面形状情報取得部３３は、作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する機能要素である。本実施例では、地面形状情報取得部３３は、地形データベース更新部３１が更新した地形情報と、位置座標更新部３２が更新したショベルの現在位置を表す座標及び向きと、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢の過去の推移（作動履歴）とに基づいて作業対象地面の現在の形状に関する情報を取得する。そのため、地面形状情報取得部３３は、掘削作業による地形の変化に関する情報を含め、上部旋回体３の周辺の地形の変化に関する情報を取得できる。掘削アタッチメントの姿勢の過去の推移である作動履歴は、例えば、ブーム角度θ１、アーム角度θ２、バケット角度θ３、ショベルのＹ軸回りの傾斜角θ４、及び、ショベルのＸ軸回りの傾斜角θ５等の少なくとも１つの時系列データであり、揮発性メモリ又は不揮発性メモリに記憶されている。地面形状情報取得部３３は、作業対象地面の現在の形状に関する情報を取得した後でそれまでの作動履歴を消去してもよい。地面形状情報取得部３３は、位置座標更新部３２が更新したショベルの現在位置を表す座標及び向きと、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢の過去の推移（作動履歴）とに基づいて作業対象地面の現在の形状に関する情報を取得してもよい。
【００４８】
走行制限部３４は、ショベルの走行を制限する機能要素である。本実施例では、走行制限部３４は、位置座標更新部３２が更新したショベルの現在位置を表す座標及び向きと、地面形状情報取得部３３が取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報とに基づいて下部走行体１の動きを制限する。走行制限部３４は、例えば、下部走行体１の前進方向における所定距離内に所定地物が存在すると判定した場合に下部走行体１の前進を制限し、且つ、下部走行体１の後進方向における所定距離内に所定地物が存在すると判定した場合に下部走行体１の後進を制限する。所定地物は、例えば、掘削作業で形成された穴又は盛り土等の地物のうち所定の条件を満たす地物である。本実施例では、所定地物は、所定深さより深い穴、側面（傾斜面）の傾斜角が所定角度より大きい穴、所定高さより高い盛り土、及び、側面（傾斜面）の傾斜角が所定角度より大きい盛り土等を含む。ショベルの姿勢は、仮に下部走行体１が所定地物を通過した場合、著しく不安定になる。下部走行体１の前進方向及び後進方向は、例えば、測位装置Ｍ２の出力に基づいて決定される。
【００４９】
走行制限部３４は、例えば、掘削作業で形成された穴のうち、その側面の傾斜角が所定角度以上の穴を所定地物とし、その傾斜角が所定角度未満の穴を所定地物から除外する。或いは、掘削作業で形成された穴のうち、その深さが所定深さ以上の穴を所定地物とし、その深さが所定深さ未満の穴を所定地物から除外してもよい。同様に、走行制限部３４は、例えば、掘削作業で形成された盛り土のうち、その側面の傾斜角が所定角度以上の盛り土を所定地物とし、その傾斜角が所定角度未満の盛り土を所定地物から除外する。或いは、掘削作業で形成された盛り土のうち、その高さが所定高さ以上の盛り土を所定地物とし、その高さが所定高さ未満の盛り土を所定地物から除外してもよい。
【００５０】
ショベルの走行の制限は、下部走行体１の最大移動速度の制限、最大移動加速度の制限、最大移動距離の制限、及び、移動の禁止等の少なくとも１つを含む。本実施例では、走行制限部３４は、下部走行体１の前進方向における所定距離内に所定地物が存在すると判定した場合、その判定結果をコントローラ３０に対して出力する。その判定結果を受けたコントローラ３０は動作制限部Ｅ１としての切換弁５０に対して遮断指令を出力する。遮断指令を受けた切換弁５０は、操作装置２６としての走行操作装置と流量制御弁１７１及び流量制御弁１７２のそれぞれの右パイロットポートとの間の連通を遮断してショベルの前進を禁止する。走行操作装置は、走行レバー及び走行ペダルを含む。流量制御弁１７１及び流量制御弁１７２のそれぞれの右パイロットポートに作用するパイロット圧の上限を下げて最大前進速度を制限してもよい。或いは、所定地物までの距離が所定値未満となったときにショベルの前進を停止させてもよい。
【００５１】
コントローラ３０は、動作制限部Ｅ１としてのモータレギュレータに対して指令を出力し、走行用油圧モータの走行モードを低速走行モードに固定することで下部走行体１の移動速度を制限してもよい。
【００５２】
本実施例では、下部走行体１は左クローラ及び右クローラを含む。コントローラ３０は、左クローラ及び右クローラの動きを同時に制限してもよく、個別に制限してもよい。
【００５３】
この構成により、コントローラ３０は、操作者の誤操作に起因してショベルが所定地物としての穴にはまったり所定地物としての盛り土に乗り上げたりするのを防止できる。操作者の誤操作は、下部走行体１を前進させるつもりで行う後進操作、及び、下部走行体１を後進させるつもりで行う前進操作を含む。
【００５４】
次に、図６を参照し、外部演算装置３０Ｅの別の構成例について説明する。図６の外部演算装置３０Ｅは、地面形状情報取得部３３が撮像装置Ｍ５の出力に基づいて作業対象地面の現在の形状に関する情報を取得可能な点で、図５の外部演算装置３０Ｅと異なるが、その他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳説する。
【００５５】
撮像装置Ｍ５は、掘削アタッチメントに取り付けられていてもよく、キャビン１０に取り付けられていてもよい。上部旋回体３の旋回と共に旋回して周囲の地形を撮像できるようにするためである。但し、撮像装置Ｍ５は、作業現場に設置されたポール等に取り付けられていてもよく、ショベルの周囲を飛行する飛行体に取り付けられていてもよい。飛行体は、例えば、マルチコプタ又は飛行船等を含む。
【００５６】
図６の例では、地面形状情報取得部３３は、例えば、ステレオカメラ又は距離画像カメラ等である撮像装置Ｍ５が出力する距離画像に基づいて作業対象地面の現在の形状に関する情報を取得できる。撮像装置Ｍ５が掘削アタッチメントに取り付けられている場合、距離画像は、測位装置Ｍ２と撮像装置Ｍ５の相対位置関係に基づき、測位装置Ｍ２（ショベル）を基準とした距離画像に変換される。撮像装置Ｍ５がポールに取り付けられている場合、距離画像は、予め測定された撮像装置Ｍ５の取り付け位置（緯度、経度、高度）に基づき、測位装置Ｍ２（ショベル）を基準とした距離画像に変換される。撮像装置Ｍ５が飛行体に取り付けられている場合、距離画像は、飛行体に搭載されている測位装置の出力と測位装置Ｍ２の出力とに基づき、測位装置Ｍ２（ショベル）を基準とした距離画像に変換される。
【００５７】
地面形状情報取得部３３は、ライダ又はレーザ・レンジ・ファインダ等の地物の表面状態を取得する装置である測距装置の出力に基づいて作業対象地面の現在の形状に関する情報を取得してもよい。この場合、測距装置は、撮像装置Ｍ５の場合と同様、掘削アタッチメントに取り付けられていてもよく、作業現場に設置されたポール等に取り付けられていてもよく、ショベルの周囲を飛行する飛行体に取り付けられていてもよい。測距装置が測定した距離情報からショベルを基準とした距離情報への変換は上述と同様に行われる。
【００５８】
上述のように、撮像装置Ｍ５は、ショベルから独立していてもよい。この場合、コントローラ３０は、通信装置Ｍ１を介して撮像装置Ｍ５が出力する地形情報を取得してもよい。具体的には、撮像装置Ｍ５は、空撮用マルチコプタ、又は、作業現場に設置された鉄塔等に取り付けられ、作業現場を上から見た画像に基づいて作業現場の地形情報を取得してもよい。更に、撮像装置Ｍ５は、他のショベルに備えられた撮像装置Ｍ５であってもよい。撮像装置Ｍ５がショベルから独立している場合、撮像装置Ｍ５は、ショベルにデータを直接送信してもよく、管理装置を介してショベルにデータを送信してもよい。管理装置は、例えば、管理センタ等の外部の施設に設置されているコンピュータである。このように撮像装置Ｍ５がショベルから独立している場合には、地形データベース更新部３１は、通信装置Ｍ１を通じ、外部の撮像装置Ｍ５からの地形情報、若しくは、管理装置からの地形情報を取得する。そして、地形データベース更新部３１は、取得した地形情報に基づいてショベルの周囲の地形情報を更新し、地面形状情報取得部３３は、地形データベース更新部３１が更新した地形情報に基づき、地形の変化に関する情報を取得できる。
【００５９】
この構成により、コントローラ３０は、操作者の誤操作に起因してショベルが所定地物としての穴にはまったり所定地物としての盛り土に乗り上げたりするのをより確実に防止できる。
【００６０】
次に、図７及び図８Ａ〜図８Ｃを参照し、コントローラ３０が下部走行体１の動きを制限する処理（以下、「走行制限処理」とする。）について説明する。図７は、走行制限処理のフローチャートである。コントローラ３０は、所定の制御周期で繰り返しこの走行制限処理を実行する。コントローラ３０の地面形状情報取得部３３は、走行制限処理と並行して、作業対象地面の現在の形状に関する情報を取得している。典型的には、地面形状情報取得部３３は、地形データベース更新部３１が更新した地形情報と、位置座標更新部３２が更新したショベルの現在位置を表す座標及び向きと、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢の過去の推移（作動履歴）とに基づいて作業対象地面の現在の形状に関する情報を定期的に取得している。図８Ａ〜図８Ｃは、作業対象地面の断面図であり、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃの順で形状が変化する様子を示す。図８Ａ〜図８Ｃのそれぞれにおける一点鎖線は目標地形（掘削作業によって実現されることになっている地形）を表す。ショベルは、通信装置Ｍ１を通じて目標地形に関するデータを取得する。
【００６１】
最初に、コントローラ３０の走行制限部３４は、前進方向の所定距離内に所定地物が存在するか否かを判定する（ステップＳＴ１）。この例では、所定地物は、所定深さＴＨ１より深く、且つ、側面の傾斜角が所定角度ＴＨ２より大きい穴、及び、所定高さＴＨ３より高く、且つ、側面の傾斜角が所定角度ＴＨ４より大きい盛り土を含む。
【００６２】
走行制限部３４は、例えば、所定地物の形状と所定地物までの距離とを把握し、前進方向の所定距離内に所定地物が存在するか否かを判定する。前進方向の所定距離は、例えば、下部走行体１の前端からの水平距離である。
【００６３】
前進方向の所定距離内に所定地物が存在すると判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、走行制限部３４は、前進を制限する（ステップＳＴ２）。
【００６４】
前進方向の所定距離内に所定地物が存在しないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、走行制限部３４は、後進方向の所定距離内に所定地物が存在するか否かを判定する（ステップＳＴ３）。
【００６５】
後進方向の所定距離内に所定地物が存在すると判定した場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、走行制限部３４は、後進を制限する（ステップＳＴ４）。後進方向の所定距離は、例えば、下部走行体１の後端からの水平距離である。
【００６６】
後進方向の所定距離内に所定地物が存在しないと判定した場合（ステップＳＴ３のＮＯ）、すなわち、前進方向及び後進方向の何れにも所定地物が存在しないと判定した場合、走行制限部３４は、前進及び後進の何れをも制限することなく、今回の走行制限処理を終了させる。
【００６７】
図７の例では、走行制限部３４は、前進方向の所定距離内に所定地物が存在しないと判定した後で後進方向の所定距離内に所定地物が存在するか否かを判定している。しかしながら、走行制限部３４は、後進方向の所定距離内に所定地物が存在しないと判定した後で前進方向の所定距離内に所定地物が存在するか否かを判定してもよい。或いは、２つの判定を同時並行で実行してもよい。
【００６８】
例えば図８Ａの状態では、前進方向の所定距離Ｆ内には所定深さＴＨ１未満である深さＤ１の穴が存在するのみであるため、走行制限部３４は、前進方向には所定地物が存在しないと判定する。この穴は、所定角度ＴＨ２より大きい傾斜角α１の側面を有するが、深さＤ１が所定深さＴＨ１未満であるため、所定地物とは判定されていない。そのため、走行制限部３４は前進を制限することはない。但し、深さＤ１の穴は、所定角度ＴＨ２より大きい傾斜角α１の側面を有することを理由として所定地物と判定されてもよい。この場合、走行制限部３４は前進を制限する。
【００６９】
また、後進方向の所定距離Ｒ内には所定高さＴＨ３未満である高さＨ１の盛り土が存在するのみであるため、走行制限部３４は、後進後方には所定地物が存在しないと判定する。この盛り土は、所定角度ＴＨ４より大きい傾斜角β１の側面を有するが、高さＨ１が所定高さＴＨ３未満であるため、所定地物とは判定されていない。そのため、走行制限部３４は後進を制限することはない。但し、高さＨ１の盛り土は、所定角度ＴＨ４より大きい傾斜角β１の側面を有することを理由として所定地物と判定されてもよい。この場合、走行制限部３４は後進を制限する。
【００７０】
図８Ｂの状態では、前進方向の所定距離Ｆ内には所定深さＴＨ１以上である深さＤ２まで続く穴が存在するがその側面の傾斜角α２が所定角度ＴＨ２未満であるため、走行制限部３４は、前進方向に所定地物が存在しないと判定する。また、後進方向の所定距離Ｒ内には所定高さＴＨ３以上である高さＨ２まで続く盛り土が存在するがその側面の傾斜角β２が所定角度ＴＨ４未満であるため、走行制限部３４は、後進後方に所定地物が存在しないと判定する。そのため、走行制限部３４は、前進及び後進の何れをも制限することはない。但し、走行制限部３４は、前進方向の所定距離Ｆ内に存在する穴が深さＤ２まで続いていることを理由としてその穴を所定地物と判定してもよい。また、後進方向の所定距離Ｒ内に存在する盛り土が高さＨ２まで続いていることを理由としてその盛り土を所定地物と判定してもよい。
【００７１】
図８Ｃの状態では、前進方向の所定距離Ｆ内には所定深さＴＨ１以上である深さＤ３まで続く深さを有し且つその側面の傾斜角α３が所定角度ＴＨ２以上である穴が存在するため、走行制限部３４は、前進方向に所定地物が存在すると判定する。そのため、走行制限部３４は前進を制限する。また、後進方向の所定距離Ｒ内には所定高さＴＨ３以上である高さＨ３まで続く高さを有し且つその側面の傾斜角β３が所定角度ＴＨ４以上である盛り土が存在するため、走行制限部３４は、後進方向に所定地物が存在すると判定する。そのため、走行制限部３４は後進を制限する。
【００７２】
地面形状情報取得部３３は、所定地物と判定された穴の縁から穴の深さＤ３と同等の距離Ｌの範囲を制限範囲として設定し、制限範囲内にショベルが進入しないように下部走行体１の動きを制限してもよい。この場合、地面形状情報取得部３３は、所定地物から所定距離の範囲を制限範囲として設定することで、ショベルが所定地物へ接近するのを抑制でき、安全性を更に高めることができる。
【００７３】
次に、図９Ａ〜図９Ｃを参照し、掘削作業の進行に伴う所定地物の位置の推移について説明する。図９Ａ〜図９Ｃは作業現場の上面図であり、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃの順で掘削作業が進行する様子を示す。図９Ａ〜図９Ｃのそれぞれにおける一点鎖線は、目標地形を構成する穴の位置を表す。ドットパターンは、所定地物としての穴の位置を表す。斜線パターンは、所定地物としての盛り土の位置を表す。
【００７４】
図９Ａは、掘削作業が行われる前の作業現場の状態を表す。一点鎖線は、穴が２箇所に形成される予定であることを表す。図９Ａの状態では、所定地物が存在しないため、走行制限部３４は、ショベルの走行を制限しない。
【００７５】
図９Ｂは、２つの穴のうちの第１の穴をショベルが掘削しているときの作業現場の状態を表す。ドットパターンは、第１の穴に対応する範囲内に所定地物としての穴が形成されたことを表す。斜線パターンは、第１の穴を形成するために掘り出した土砂によって所定地物としての盛り土が形成されたことを表す。図９Ｂの状態では、走行制限部３４は、ショベルの前進を制限する。下部走行体１の前進方向における所定距離Ｆ内に所定地物としての穴が存在するためである。一方、走行制限部３４は、ショベルの後進を制限しない。下部走行体１の後進方向における所定距離Ｒ内に所定地物が存在していないためである。
【００７６】
図９Ｃは、２つの穴のうちの第１の穴の形成を完了した後でショベルが第２の穴を掘削しているときの作業現場の状態を表す。ドットパターンは、第１の穴に対応する範囲内と第２の穴に対応する範囲内に所定地物としての穴が形成されたことを表す。斜線パターンは、第１の穴及び第２の穴を形成するために掘り出した土砂によって所定地物としての盛り土が形成されたことを表す。図９Ｃの状態では、走行制限部３４は、ショベルの後進を制限する。下部走行体１の後進方向における所定距離Ｒ内に所定地物としての穴（第２の穴）が存在するためである。一方、走行制限部３４は、ショベルの前進を制限しない。下部走行体１の前進方向における所定距離Ｆ内に所定地物が存在していないためである。
【００７７】
上述のように、コントローラ３０は、移動方向の所定距離内に所定地物が存在する場合に下部走行体１の動きを制限する。そのため、ショベルが掘削した穴にショベルが落ちてしまったり、ショベルが作った盛り土にショベルが乗り上げてしまったりするのを防止できる。この制限は、意図した方向とは反対の方向に操作者が下部走行体１を進行させてしまう状況において特に有効である。このような状況は、例えば、操作者がアタッチメントの操作に集中しすぎて下部走行体１の前進方向を後進方向と誤認してしまったときに生じる。但し、意図した方向に操作者が下部走行体１を進行させる場合にも有効である。穴、盛り土等の所定地物はキャビン１０内からは見えにくく、操作者はその存在に気付き難いため或いはその存在を忘れ易いためである。
【００７８】
上述のように、本発明の実施例に係るショベルは、コントローラ３０が上部旋回体３の周辺の地形に関する情報に基づいて下部走行体１の動きを制限するように構成されている。典型的には、ショベルは、コントローラ３０が上部旋回体３の周辺の地形の変化に関する情報に基づいて下部走行体１の動きを制限するように構成されている。そのため、本発明の実施例に係るショベルは、例えば、自機又は他機が掘削した穴にはまったり、自機又は他機が作った盛り土に乗り上げてしまったりして自機が不安定な状態になるのを未然に防止できる。
【００７９】
コントローラ３０は、望ましくは、掘削作業による地形の変化に関する情報に基づいて下部走行体１の動きを制限する。特に、自機の掘削作業による地形の変化に関する情報に基づいて下部走行体１の動きを制限する。そのため、コントローラ３０を搭載するショベルは、自機が掘削した穴にはまったり、自機が作った盛り土に乗り上げてしまったりして自機が不安定な状態になるのを未然に防止できる。
【００８０】
コントローラ３０は、望ましくは、姿勢検出装置Ｍ３の検出値を含むアタッチメントの作動履歴に基づいて、掘削作業による地形の変化に関する情報を取得する。そのため、コントローラ３０を搭載するショベルは、自機が掘削した穴に関する情報、自機が作った盛り土に関する情報等を確実且つ正確に取得できる。
【００８１】
コントローラ３０は、地物の表面状態を取得する装置（例えば、撮像装置Ｍ５若しくは測距装置）、又は、アタッチメントの動きの軌跡を取得する装置（例えば、姿勢検出装置Ｍ３）の出力に基づいて上部旋回体３の周辺の地形の変化に関する情報を取得してもよい。そのため、コントローラ３０を搭載するショベルは、作業現場の広範囲にわたる、自機又は他機が掘削した穴に関する情報、自機又は他機が作った盛り土に関する情報等を確実且つ正確に取得できる。
【００８２】
地物の表面状態を取得する装置（例えば、撮像装置Ｍ５若しくは測距装置）、又は、アタッチメントの動きの軌跡を取得する装置（例えば、姿勢検出装置Ｍ３）は、望ましくは、アタッチメントに取り付けられている。そのため、地物の表面状態を取得する装置（例えば、撮像装置Ｍ５若しくは測距装置）、又は、アタッチメントの動きの軌跡を取得する装置（例えば、姿勢検出装置Ｍ３）は、上部旋回体３の旋回に応じて撮像方向若しくは測定方向又は掘削位置が変化するため、周囲の地形を広範囲にわたって撮像若しくは測定でき或いは導き出すことができる。
【００８３】
下部走行体１は、典型的には、可変容量型の油圧モータによって駆動される。この場合、コントローラ３０は、油圧モータの走行モードを低速走行モードに固定することにより、すなわち、高速走行モードに切り換わらないようにすることにより、下部走行体１の動きを制限できる。そのため、コントローラ３０は、簡易に且つ迅速に下部走行体１の動きを制限できる。
【００８４】
コントローラ３０は、望ましくは、下部走行体１の移動方向及び移動速度のうちの少なくとも１つを制限する。そのため、コントローラ３０は、下部走行体１が所定地物から離れる方向への移動を制限することなく、下部走行体１が所定地物のところに侵入してしまうのを防止できる。
【００８５】
コントローラ３０は、所定地物から所定距離の範囲を制限範囲として設定してもよい。この構成により、コントローラ３０は、ショベルが所定地物へ接近するのをより確実に抑制でき、安全性を更に高めることができる。
【００８６】
コントローラ３０は、上部旋回体３の周辺の地形に関する情報をショベルの外部の撮像装置Ｍ５から取得するように構成されていてもよい。この構成により、コントローラ３０は、作業現場の地形情報をより容易に取得できる。
【００８７】
以上、本発明の好ましい実施例が説明された。しかしながら、本発明は、上述した実施例に限定されることはない。上述した実施例は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、上述の実施例を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。
【００８８】
例えば、上述の実施例では、外部演算装置３０Ｅはコントローラ３０の外部にある別の演算装置として説明されたが、コントローラ３０に一体的に統合されてもよい。また、外部演算装置３０Ｅはショベルに搭載されていなくてもよい。例えば、外部演算装置３０Ｅは管理センタ等の外部管理施設内に設けられていてもよい。この場合、外部演算装置３０Ｅは、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３及び撮像装置Ｍ５等の少なくとも１つが取得したデータをネットワーク経由で受信し、出来形情報等、地形に関する情報を算出してもよい。そして、算出した地形に関する情報をショベルへ送信してもよい。ショベルは、受信した地形に関する情報に基づいて下部走行体１の動きを制限してもよい。飛行体に搭載された測位装置及び撮像装置等が取得したデータは、飛行体から外部演算装置Ｅに送信されてもよい。そして、外部演算装置Ｅは、受信したデータに基づいて地形に関する情報を算出し、その地形に関する情報をショベルに送信してもよい。飛行体は、地形に関する情報を算出し、その地形に関する情報を直接的にショベルに送信してもよい。
【００８９】
本願は、２０１７年７月３１日に出願した日本国特許出願２０１７−１４７６６９号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
【符号の説明】
【００９０】
１・・・下部走行体  １Ａ・・・左走行用油圧モータ  １Ｂ・・・右走行用油圧モータ  ２・・・旋回機構  ２Ａ・・・旋回用油圧モータ  ３・・・上部旋回体  ４・・・ブーム  ５・・・アーム  ６・・・バケット  ７・・・ブームシリンダ  ８・・・アームシリンダ  ９・・・バケットシリンダ  １０・・・キャビン  １１・・・エンジン  １１ａ・・・オルタネータ  １１ｂ・・・スタータ  １１ｃ・・・水温センサ  １４、１４Ｌ、１４Ｒ・・・メインポンプ  １４ａ・・・レギュレータ  １４ｂ・・・吐出圧センサ  １４ｃ・・・油温センサ  １５・・・パイロットポンプ  １６・・・作動油ライン  １７・・・コントロールバルブ  ２５、２５ａ・・・パイロットライン  ２６・・・操作装置  ２９・・・操作内容検出装置  ２９ａ、２９ｂ・・・操作圧センサ  ３０・・・コントローラ  ３０ａ・・・一時記憶部  ３０Ｅ・・・外部演算装置  ３１・・・地形データベース更新部  ３２・・・位置座標更新部  ３３・・・地面形状情報取得部  ３４・・・走行制限部  ４０・・・画像表示装置  ４０ａ・・・変換処理部  ４０Ｌ、４０Ｒ・・・センターバイパス管路  ４１・・・画像表示部  ４２・・・入力部  ５０・・・切換弁  ７０・・・蓄電池  ７２・・・電装品  ７４・・・エンジン制御装置（ＥＣＵ）  ７５・・・エンジン回転数調整ダイヤル  １７１〜１７６・・・流量制御弁  Ｅ１・・・動作制限部  Ｍ１・・・通信装置  Ｍ２・・・測位装置  Ｍ３・・・姿勢検出装置  Ｍ３ａ・・・ブーム角度センサ  Ｍ３ｂ・・・アーム角度センサ  Ｍ３ｃ・・・バケット角度センサ  Ｍ３ｄ・・・車体傾斜センサ  Ｍ５・・・撮像装置
【図１】
2019026802.tif 000003
【図２】
2019026802.tif 000004
【図３】
2019026802.tif 000005
【図４】
2019026802.tif 000006
【図５】
2019026802.tif 000007
【図６】
2019026802.tif 000008
【図７】
2019026802.tif 000009
【図８Ａ】
2019026802.tif 000010
【図８Ｂ】
2019026802.tif 000011
【図８Ｃ】
2019026802.tif 000012
【図９Ａ】
2019026802.tif 000013
【図９Ｂ】
2019026802.tif 000014
【図９Ｃ】
2019026802.tif 000015
【国際調査報告】
2019026802.tif 000016
2019026802.tif 000017