(57)【要約】【課題】２つの作業装置をともに意識しながら運転可能な周囲への安全を配慮した双腕作業機の提供。【解決手段】作業装置４０に半径Ｒ１の仮想球Ｃ１を設定し、作業装置６０に半径Ｒ２の仮想球Ｃ２を設定する。仮想球Ｃ１と仮想球Ｃ２が重なっていないと判定された場合は、警報が鳴り、２つの作業装置４０，６０の操作にロックがかかる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走式走行体と、
前記自走式走行体に旋回可能に設置された旋回体と、
前記旋回体に設けられた関節式の第１作業装置と、
前記第１作業装置に並置して前記旋回体に設けられた関節式の第２作業装置と、
前記第１作業装置の周囲に設定された仮想的な第１空間領域と前記第２作業装置の周囲に設定された仮想的な第２空間領域とが重複しているか離れているかを判定し、離れていると判定されたときに、前記第１作業装置および／または第２作業装置を停止する管理部とを備える双腕作業機。
【請求項２】
請求項１に記載の双腕作業機において、
運転者に警報を発報する警報部を備え、
前記管理部は、前記警報部に警報を発報させる双腕作業機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の双腕作業機において、
前記管理部は、前記第１作業装置の動作と、前記第２作業装置の動作と、前記旋回体の旋回動作と、前記走行体の走行動作とを停止させる双腕作業機。
【請求項４】
請求項１または２に記載の双腕作業機において、
前記管理部は、前記第１作業装置および／または第２作業装置が停止された後において、前記第１領域と前記第２領域を接近させるような前記第１作業装置および／または第２作業装置の操作を許可する双腕作業機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双腕作業機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、作業機（作業機械、建設機械ともいう）は、作業装置を１つ装備した作業機、すなわち、単腕作業機が主流である。
【０００３】
昨今の作業機においては、リサイクル分野、危険物処理、災害救助といった複雑かつ繊細な作業に対応が要求されており、この要求に応えるため、作業装置を２つ備えた作業機、すなわち、双腕作業機も実用化されている。
【０００４】
双腕作業機は、２つの作業装置が共通の機能を有するもの（特許文献１）と、２つの作業装置に別々の機能を持たせたもの（特許文献２）の、大きく分けて２種類ある。
【０００５】
また、双腕作業機は、作業装置を２つ備えているため、単腕作業機ではなかった問題が生じている。例えば、特許文献１において開示されているように、２つの作業装置の接触を防止する対策を取る場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−６１３２号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
他の問題として、単腕作業機の運転者は、１つの作業装置にだけ意識を集中していればよいが、双腕作業機の運転者は、一方の作業装置のみに意識を集中すると、他方の作業装置が視界から外れて意識しなくなることがある。すると、旋回などの操作時に、その意識されなくなった作業装置が周囲の物と接触するおそれがあるので、運転者は常に細心の注意を払う必要がある。そのため、双腕作業機の運転は、単腕作業機の運転に比べて運転の疲労度が高い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１による双腕作業機は、自走式走行体と、自走式走行体に旋回可能に設置された旋回体と、旋回体に設けられた関節式の第１作業装置と、第１作業装置に並置して旋回体に設けられた関節式の第２作業装置と、第１作業装置の周囲に設定された仮想的な第１空間領域と第２作業装置の周囲に設定された仮想的な第２空間領域とが重複しているか離れているかを判定し、離れていると判定されたときに、第１作業装置および／または第２作業装置を停止する管理部とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２による双腕作業機は、請求項１に記載の双腕作業機において、運転者に警報を発報する警報部を備え、管理部は、警報部に警報を発報させることを特徴とする。
（３）請求項３による双腕作業機は、請求項１または２に記載の双腕作業機において、管理部は、第１作業装置の動作と、第２作業装置の動作と、旋回体の旋回動作と、走行体の走行動作とを停止させることを特徴とする。
（４）請求項４による双腕作業機は、請求項１または２に記載の双腕作業機において、管理部は、第１作業装置および／または第２作業装置が停止された後において、第１領域と第２領域を接近させるような第１作業装置および／または第２作業装置の操作を許可することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の双腕作業機によれば、運転者の意識が片方の作業装置の状態を把握しきれずに周知の物と接触することを回避することができるので、運転時の疲労度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の双腕作業機。
【図２】本発明の双腕作業機の内部システム図。
【図３】仮想球をまとった双腕作業機（仮想球が重なっている場合）。
【図４】仮想球をまとった双腕作業機（仮想球が重なっていない場合）。
【図５】本発明の双腕作業機のフローチャート。
【図６】第２実施形態の双腕作業機。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
――第１実施形態――
図１は、双腕作業機１００の斜視図である。双腕作業機１００は、走行体１２に旋回体１１が旋回可能に取り付けられている。旋回体１１の前部には運転室１４が取り付けられている。旋回体１１の前側には、左右で一対を構成する右作業装置４０と左作業装置６０とが、旋回体１１に上下方向および水平方向（左右方向）に回動可能に取り付けられている。右作業装置４０と左作業装置６０とは、左右対称の形状をし、さらに左右対称に配置されている。
【００１２】
左作業装置６０は、以下のような構成を備える。ブーム６１は、旋回体１１の前部に、関節１２１を介して上下方向に回動可能に、また、関節１２０を介して水平方向に回動可能に取り付けられている。関節１２０には角度センサ９０ｄが取り付けられ、関節１２１には角度センサ９０ｅが取り付けられている。アーム６２は、ブーム６１の先端に関節１２２を介して上下方向に回動可能に取り付けられ、関節１２２には角度センサ９０ｆが取り付けられている。グラップル６３は、アーム６２の先端に関節１２３を介して上下方向に回動可能に取り付けられている。ブーム６１は、スイングシリンダ６９により、旋回体１１の旋回方向と同方向である水平方向に回動される。また、ブーム６１は、ブームシリンダ６４により旋回体１１に対して上下方向に回動される。アーム６２は、アームシリンダ６５によりブーム６１に対して上下方向に回動される。また、グラップル６３は、グラップルシリンダ６６によりアーム６２に対して上下方向に回動される。グラップル６３には、爪開閉シリンダ６７（図２）が内蔵されている。
【００１３】
右作業装置４０は、旋回体１１の中心線に対して左作業装置６０と対称に取り付けられ、左作業装置６０と同様な構成を有する。すなわち、ブーム４１は、旋回体１１の前部に、関節１１１を介して上下方向に回動可能に、また、関節１１０を介して水平方向に回動可能に取り付けられている。関節１１０には角度センサ９０ａが取り付けられ、関節１１１には角度センサ９０ｂが取り付けられている。アーム４２は、ブーム４１の先端に関節１１２を介して上下方向に回動可能に取り付けられ、関節１１２には角度センサ９０ｃが取り付けられている。グラップル４３は、アーム４２の先端に関節１１３を介して上下方向に回動可能に取り付けられている。ブーム４１は、図１では図示しないがスイングシリンダ６９と対称に取り付けられたスイングシリンダ４９（図２）により、旋回体１１の旋回方向と同方向である水平方向に回動される。また、ブーム４１は、ブームシリンダ４４により旋回体１１に対して上下方向に回動される。アーム４２は、アームシリンダ４５によりブーム４１に対して上下方向に回動される。また、グラップル４３は、グラップルシリンダ４６によりアーム４１に対して上下方向に回動される。グラップル４３には、爪開閉シリンダ４７（図２）が内蔵されている。
【００１４】
図２を参照して、双腕作業機１００のシステム構成について説明する。双腕作業機１００は、走行モータ３１で走行するとともに、旋回モータ３２で旋回体１１が旋回する。メインポンプ２０１は、走行用コントロールバルブ２０４ａを介して走行モータ３１に接続されるとともに、旋回用コントロールバルブ２０５ａを介して旋回モータ３２に接続されている。走行用コントロールバルブ２０４ａは、走行レバーの操作量に応じた量の圧油を走行モータ３１に供油し、双腕作業機１００は、走行レバーの操作量に応じた速度で走行する。旋回用コントロールバルブ２０５ａは、旋回レバーの操作量に応じた量の圧油を旋回モータ２０２に供油し、双腕作業機１００は、旋回レバーの操作量に応じた速度で旋回する。
【００１５】
この実施の形態においては、走行レバーの操作量は走行用検出器７１で検出されて走行速度要求信号として制御装置３００に出力され、制御装置３００から走行用コントロールバルブ２０４ａを駆動する走行駆動信号が出力される。また、旋回レバーの操作量は旋回用検出器７２で検出されて旋回速度要求信号として制御装置３００に出力され、制御装置３００から旋回用コントロールバルブ２０５ａを駆動する旋回駆動信号が出力される。制御装置３００からの走行駆動信号と旋回駆動信号により走行用比例電磁弁２０４ｂと旋回用比例電磁弁２０５ｂがそれぞれ駆動され、各比例電磁弁から走行用コントロールバルブ２０４ａと旋回用コントロールバルブ２０５ａへ油圧駆動信号が出力される。
【００１６】
スイングシリンダ４９，６９、ブームシリンダ４４，６４、アームシリンダ４５，６５、グラップルシリンダ４６，６６、爪開閉シリンダ４７，６７は、それぞれ、図示しない操作部材の操作量を検出する検出器８４〜８７からの信号に基づいて駆動される。各アクチュエータの操作部材が操作されると、対応する検出器から制御装置３００に操作部材操作量に応じた駆動要求信号が出力される。制御装置３００は、この駆動要求信号に基づいて、対応するコントロールバルブ駆動用の駆動信号を生成して、対応する比例電磁弁２０３ｂ、２０６ｂ〜２０９ｂを駆動操作する。これにより、メインポンプ２０１からの圧油がスウィング用コントロールバルブ２０３ａ、ブーム用コントロールバルブ２０６ａ、アーム用コントロールバルブ２０７ａ、グラップル用コントロールバルブ２０８ａ、爪開閉用コントロールバルブ２０９ａで制御され、各アクチュエータが駆動される。
【００１７】
制御装置３００は、管理部３０１を内部に備える。また、制御装置３００には、警報器９１が接続されている。さらに、制御装置３００には、角度センサ９０ａ〜９０ｆが接続されている。角度センサ９０ａは、第１作業装置４０のブーム４１の水平回動角を検出する。角度センサ９０ｂは、第１作業装置４０のブーム４１の上下回動角を検出する。角度センサ９０ｃは、第１作業装置４０のアーム４２の上下回動角を検出する。角度センサ９０ｄは、第２作業装置６０のブーム６１の水平回動角を検出する。角度センサ９０ｅは、第２作業装置６０のブーム６１の上下回動角を検出する。角度センサ９０ｆは、第２作業装置６０のアーム６２の上下回動角を検出する。
【００１８】
これらの角度センサ９０ａ〜９０ｆからの角度信号により、各関節の角度情報が管理部３０１に送信される。管理部３０１は、送信された情報から、一定の条件のもと、運転者の意思とは別に、警報器９１に警報等の注意を喚起する音声を出力させたり、コントロールバルブ２０３ａ〜２０９ａを制御することで双腕作業機１００の駆動を停止させたりする。
【００１９】
第１の実施の形態の双腕作業機は、上述したように、旋回体に左右一対の第１作業装置４０と第２作業装置６０が装着されている。第１および第２作業装置４０，６０のアーム先端にはグラップル４３，６３が取り付けられている。第１の実施の形態では、グラップル４３，６３の回動軸である関節１１３、１２３を中心として仮想的な球体を設定し、この仮想球が常時重なっている場合はオペレータは安心して操作することができるので、警報等の非常動作を実行する必要はない。しかし、仮想球が離れた場合は、オペレータは注意して２つの作業装置４０，６０を操作することが必要となる。
【００２０】
図３と図４を用いて、仮想球の設定について述べる。具体的に、以下のような方法で、管理部３０１は、作業装置４０の関節１１３の周囲に、半径Ｒ１の仮想球Ｃ１を設定し、作業装置６０の関節１２３の周囲に、半径Ｒ２の仮想球Ｃ２を設定する。
【００２１】
仮想球を設定するにあたり、仮想球の中心となる、作業装置４０の関節１１３の位置と、作業装置６０の関節１２３の位置を求める。具体的には、作業装置４０の関節１１０の角度センサ９０ａと、作業装置４０の関節１１１の角度センサ９０ｂと、作業装置４０の関節１１２の角度センサ９０ｃから得られる角度情報をもとに、作業装置４０の関節１１３の位置が求められる。同様に、作業装置６０の関節１２０の角度センサ９０ｄと、作業装置６０の関節１２１の角度センサ９０ｅと、作業装置６０の関節１２２の角度センサ９０ｆから得られる角度情報をもとに、作業装置６０の関節１２３の位置が求められる。さらに、仮想球Ｃ１の半径Ｒ１と仮想球Ｃ２の半径Ｒ２を設定する。半径Ｒ１と半径Ｒ２は、グラップル４３，６３の大きさや双腕作業機の種類や運転状況や運転者の視野の広さなどによって、運転者が自由に設定することができる。
【００２２】
図３と図４を用いて、仮想球の重なりについて述べる。図３は、仮想球Ｃ１と仮想球Ｃ２が重なっている状態を示す。図４は、仮想球Ｃ１と仮想球Ｃ２が重なっていない状態を示す。双腕作業機１００の制御装置３００の管理部３０１は、仮想球が重なっているかどうかを以下の方法で判定する。
【００２３】
管理部３０１は、仮想球Ｃ１の中心である関節１１３の位置情報と、仮想球Ｃ２の中心である関節１２３の位置情報から、関節１１３と関節１２３の距離Ｌを求める。距離Ｌと半径Ｒ１と半径Ｒ２が、以下の式（１）を満たすと、仮想球Ｃ１と仮想球Ｃ２は重なっていると判定する。
Ｌ＜Ｒ１＋Ｒ２      ・・・（１）
一方、距離Ｌと半径Ｒ１と半径Ｒ２が、以下の式（２）を満たすと、仮想球Ｃ１と仮想球Ｃ２は重なっていないと判定する。
Ｌ≧Ｒ１＋Ｒ２      ・・・（２）
【００２４】
図５は、双腕作業機１００の制御装置３００の管理部３０１が行う処理を示したフローチャートである。図５を用いて、当該処理を説明する。ステップＳ１で、運転者が操作を開始しようとすると、管理部３０１の処理が開始する。ステップＳ２で、仮想球Ｃ１と仮想球Ｃ２が重なっているかどうかを判定する。重なっていない場合はステップＳ３に進み、重なっている場合はステップＳ７に進む。
【００２５】
ステップＳ３では、警報を鳴らして、双腕作業機１００の２つの作業装置４０，６０の操作をロックする（停止する）。仮想球Ｃ１と仮想球Ｃ２が重なっていない状況は、作業装置４０と作業装置６０の先端部が所定以上離間している状態にあるので、運転者及び周囲にその危険性を知らせて、作業装置４０，６０の操作を停止する必要があるからである。その後、ステップＳ４に進み、警報を止め、ステップＳ５に進む。
【００２６】
ステップＳ５において、仮想球Ｃ１とＣ２とが接近する方向の操作かどうかを判定し、接近する方向に向かう操作であれば、ステップＳ５が肯定判定され、ステップＳ６に進む。一方、仮想球Ｃ１とＣ２とが接近する方向に向かう操作でなければ、ステップＳ５が否定判定され、ステップＳ３に進む。ステップＳ６では、接近する方向に向かう操作をしようとしている作業装置のロックを解除し、ステップＳ２に進む。
【００２７】
ステップＳ２において、仮想球Ｃ１と仮想球Ｃ２が重なっていると判定されると、ステップＳ７に進み、作業装置４０と作業装置６０のうちで、ステップＳ３に起因するロックがかかっているものがあるかを判定する。ロックのかかっている作業装置がなければ、ステップＳ９に進む。一方、ロックのかかっている作業装置があれば、ステップＳ８でロックを解除して、ステップＳ９に進む。
【００２８】
ステップＳ９で、運転者の操作状況を判定する。操作が終了したと判定すれば、ステップＳ１０に進み、終了する。一方、操作が終了していないと判定すれば、ステップＳ２に進む。なお、仮想球Ｃ１と仮想球Ｃ２が重なっているような通常の操作状況であれば、ステップＳ２、ステップＳ７、ステップＳ９を、操作終了するまで繰り返す。
【００２９】
以上に示した第１実施形態では、図５に示したフローチャートのステップＳ３において、２つの作業装置４０，６０の操作を停止するにとどめたが、旋回や走行も含めた全ての操作を停止することも可能である。このようにすることで、運転者が意識していない作業装置がある場合における危険性をより回避することができる。以降の第２実施形態においても同様である。
【００３０】
以上説明した第１の実施の形態による双腕作業機によれば次のような作用効果を奏することができる。
（１）第１作業装置４０と第２作業装置６０の先端の関節１１３，１２３を中心とする仮想球を設定し、この仮想球が互いに重なっていない場合に双腕作業機の２つの作業装置４０、６０を警報し、停止するようにした。したがって、仮想球の中心と直径を作業内容に応じて適切に設定しておけば、オペレータが意識していない作業装置が障害物と衝突するおそれを未然に防止し、オペレータの疲労度を低減することができる。
（２）仮想球が何らかの理由で重ならない状態においても、仮想球が接近する方向の操作は許可するようにしたので、使い勝手のよい双腕作業機を提供することができる。
（３）仮想球の中心位置、直径を作業内容に応じてオペレータが任意に変更することができるので、種々の作業内容においても操作性、作業性がよい。
【００３１】
――第２実施形態――
本発明は、図６の双腕作業機５００、すなわち、非等価な２つの作業装置を有する双腕作業機５００にも適用することもできる。双腕作業機５００の説明をするにあたり、図１の双腕作業機１００と同様の構成については省略する。
【００３２】
双腕作業機５００は、異なる種類の作業装置５４０、５６０を有している。作業装置５４０は、旋回体５１１の前方中央に設けられている。これに対し、作業装置５６０は、旋回体５１１の前方左に設けられている。双腕作業機５００が、このように非等価な作業装置を有しているのは、それぞれの役割が明確に分けられているからである。作業装置５４０は、例えば、廃棄物を把持して移送したり、廃棄物中の部材の引き離し作業時に、部材が埋め込まれた一方の部材を把持し固定保持したり、解体されたコンクリート壁を小割したりするために用いられる。一方、作業装置５６０は、例えば、部材の引き離し作業時に、廃棄物内に埋め込まれた部材を廃棄物から引き離すためや、コンクリート壁を立てた状態で把持するために用いられる。
【００３３】
上記の双腕作業機５００の作業装置５４０、５６０のそれぞれに、運転者が２つの作業装置をともに意識できることを考慮に入れた半径を有する仮想球を１つずつ設定する。そして、２つの仮想球の重なりのある範囲で作業をすれば、運転者が２つの作業装置について、過度な注意をすることなく、周囲に対して安全な作業を行うことができる。
【００３４】
仮想球の数は、１つの作業装置に１個ずつ設定したが、１つの作業装置に複数個ずつ設定してもよい。その際は、それぞれの仮想球の半径、中心位置の設定の他、どの仮想球とどの仮想球の重なりを管理するかなども、双腕作業機の種類や運転状況に合わせて設定できる。このように仮想球を複数個設定することで、自由度の高い作業装置、すなわち、運転者の意識外に入りやすい作業装置を有する場合であっても、運転者が２つの作業装置を把握し続けることができ、周囲に対して安全な作業を行うことができる。
【００３５】
上記の実施形態では、仮想球、すなわち、仮想領域の形状が球であるものを設定したが、仮想領域の形状は、球でなくてもよい。すなわち、第１作業装置の周囲に設定された仮想的な第１空間領域と第２作業装置の周囲に設定された仮想的な第２空間領域は、双腕作業機の種類や運転状況に合わせて、設定することができる。
【００３６】
図５に示すように、仮想球が重なっていない場合、警報を鳴らして双腕作業機１００の２つの作業装置４０，６０の操作をロックする（停止する）としたが、これの代わりに、以下のいずれかの動作を行うこともできる。
・双腕作業機１００の２つの作業装置４０，６０の操作をロックすることなく、警報のみ鳴らす。
・警報を鳴らし、仮想球がさらに離れる方向に操作された場合は、双腕作業機１００の２つの作業装置４０，６０の操作をロックする。
【００３７】
以上に示した実施形態では、双腕作業機１００の２つの作業装置４０，６０のそれぞれに設ける仮想球を１つとしたが、以下のように変形することもできる。
・中心が一致し半径の異なる２つの仮想球を双腕作業機１００の２つの作業装置４０，６０のそれぞれに設ける。ここで、半径の小さい方を第１仮想球、半径の大きい方を第２仮想球とする。その上で、第１仮想球同士が離れ、第２仮想球同士が重なっている状態で警報を鳴らし、第２仮想球同士が離れた状態で、双腕作業機１００の２つの作業装置４０，６０の操作をロックする。
【００３８】
以上の説明はあくまで一例であり、発明は、上記の実施形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３９】
１００…双腕作業機、  １１…旋回体、  １２…走行体、  １４…運転室、  
４０、６０…作業装置、  ４１、６１…ブーム、  ４２、６２…アーム、  
１１０〜１１３、１２０〜１２３…関節、
４３、６３…グラップル、  ３１、３２…油圧モータ、
４４〜４６、４９、６４〜６７、６９…油圧シリンダ、
７１、７２、８３〜８７…検出器、
９０ａ〜９０ｆ…角度センサ、  ９１…警報器、
２０３ａ〜２０９ａ、２０３ｂ〜２０９ｂ…コントロールバルブ、
３００…制御装置、  ３０１…管理部、
Ｃ１，Ｃ２…仮想球、  Ｒ１、Ｒ２…仮想球の半径、  
Ｌ…仮想球の中心同士を結んだ距離、
５００…双腕作業機、  ５１１…旋回体、  ５１４…運転席、
５４０、５６０…作業装置
【図１】
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【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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