(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブーム、アーム、及びアタッチメントからなる作業要素を含むショベルと通信する通信装置と、
画像を表示するとともに、タッチ入力が行われる操作画面と、
処理装置と
を有し、
前記処理装置は、
前記通信装置を介して、操作対象のショベルの前記作業要素の姿勢情報を受信し、
受信した姿勢情報が反映された前記作業要素を、前記操作画面に立面画像として表示し、
前記立面画像に対して行われる第１のタッチ操作を検出し、
前記第１のタッチ操作が、前記作業要素のうち移動の指示対象となる着目箇所と、前記着目箇所を移動させるべき目標地点とを指令する操作であるとき、前記作業要素を駆動する指令として速度の目標値を生成し、前記第１のタッチ操作が、前記作業要素のうち力を発生させる箇所と、発生すべき力の大きさ及び方向とを指令する操作であるとき、前記作業要素を駆動する指令として推力の目標値を生成して、前記通信装置を介して前記ショベルに送信するショベル操作装置。
【請求項２】
ブーム、アーム、及びアタッチメントからなる作業要素を含むショベルと通信する通信装置と、
画像を表示するとともに、タッチ入力が行われる操作画面と、
処理装置と
を有し、
前記処理装置は、
前記通信装置を介して、操作対象のショベルの前記作業要素の姿勢情報を受信し、
受信した姿勢情報が反映された前記作業要素を、前記操作画面に立面画像として表示し、
前記立面画像に対して行われる第１のタッチ操作を検出し、
前記第１のタッチ操作に基づいて、前記作業要素を駆動する指令を生成して、前記通信装置を介して前記ショベルに送信し、
前記処理装置は、さらに、
前記立面画像に対して前記第１のタッチ操作が行われると、前記第１のタッチ操作がドラッグ操作かフリック操作かを判定し、
前記第１のタッチ操作がドラッグ操作であると判定した場合には、前記作業要素を駆動する指令として、前記作業要素を駆動するアクチュエータの速度の目標値を生成し、
前記第１のタッチ操作がフリック操作であると判定した場合には、前記作業要素を駆動する指令として、前記作業要素を駆動するアクチュエータの推力の目標値を生成するショベル操作装置。
【請求項３】
前記処理装置は、前記作業要素を駆動するアクチュエータの速度の目標値を生成する処理において、前記第１のタッチ操作で指定した前記作業要素の着目箇所が、タッチ位置の軌跡を辿るように、前記作業要素を駆動する指令を生成する請求項２に記載のショベル操作装置。
【請求項４】
前記処理装置は、前記作業要素を駆動するアクチュエータの推力の目標値を生成する処理において、前記第１のタッチ操作で指定した前記作業要素の着目箇所が、前記第１のタッチ操作で指定した方向に、かつ前記第１のタッチ操作で指定した大きさの力を発生するように、前記作業要素を駆動する指令を生成する請求項２または３に記載のショベル操作装置。
【請求項５】
前記処理装置は、さらに、
前記ショベルの下部走行体に対する上部旋回体の姿勢情報を受信し、
受信した姿勢情報が反映された前記下部走行体と前記上部旋回体とを、前記操作画面に平面画像として表示し、
前記平面画像に対して行われる第２のタッチ操作を検出し、
前記第２のタッチ操作に基づいて、前記上部旋回体を駆動する指令を生成して、前記通信装置を介して前記ショベルに送信する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のショベル操作装置。
【請求項６】
ブーム、アーム、及びアタッチメントからなる作業要素を含むショベルと通信する通信装置と、
画像を表示するとともに、タッチ入力が行われる操作画面と、
処理装置と
を有し、
前記処理装置は、
前記通信装置を介して、操作対象のショベルの前記作業要素の姿勢情報を受信し、
受信した姿勢情報が反映された前記作業要素を、前記操作画面に立面画像として表示し、
前記立面画像に対して行われる第１のタッチ操作を検出し、
前記第１のタッチ操作に基づいて、前記作業要素を駆動する指令を生成して、前記通信装置を介して前記ショベルに送信し、
前記処理装置は、さらに、
前記ショベルの下部走行体に対する上部旋回体の姿勢情報を受信し、
受信した姿勢情報が反映された前記下部走行体と前記上部旋回体とを、前記操作画面に平面画像として表示し、
前記平面画像に対して行われる第２のタッチ操作を検出し、
前記第２のタッチ操作に基づいて、前記上部旋回体を駆動する指令を生成して、前記通信装置を介して前記ショベルに送信し、
前記処理装置は、さらに、
前記平面画像に対して前記第２のタッチ操作が行われると、前記第２のタッチ操作がドラッグ操作かフリック操作かを判定し、
前記第２のタッチ操作がドラッグ操作であると判定した場合には、前記上部旋回体を駆動する指令として、前記上部旋回体を駆動するアクチュエータの速度の目標値を生成し、
前記第２のタッチ操作がフリック操作であると判定した場合には、前記上部旋回体を駆動する指令として、前記上部旋回体を駆動するアクチュエータのトルクの目標値を生成するショベル操作装置。
【請求項７】
前記通信装置が通信するショベルは、さらに下部走行体及び上部旋回体を含み、
前記処理装置は、
前記通信装置を介して、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の姿勢情報を受信し、
受信した姿勢情報が反映された前記作業要素を、前記操作画面に立面画像として表示するとともに、前記操作画面の他の領域に前記下部走行体と前記上部旋回体とを平面画像として表示し、
前記立面画像に対して行われる前記第１のタッチ操作、及び前記平面画像に対する第２のタッチ操作を検出し、
前記第１のタッチ操作に基づいて、前記作業要素を駆動する指令を生成し、前記第２のタッチ操作に基づいて、前記上部旋回体を駆動する指令を生成して、前記通信装置を介して前記ショベルに送信する請求項１に記載のショベル操作装置。
【請求項８】
ブーム、アーム、及びアタッチメントからなる作業要素を含む操作対象のショベルから、前記作業要素の姿勢情報を受信し、
受信した前記作業要素の姿勢が反映された前記作業要素を、タッチ入力が行われる操作画面に立面画像として表示し、
前記操作画面に表示された前記立面画像に対して行われるタッチ操作を検出し、
前記タッチ操作が、前記作業要素のうち移動の指示対象となる着目箇所、及び前記着目箇所を移動させるべき目標地点を指令する操作であるとき、前記作業要素を駆動する指令として速度の目標値を生成し、前記タッチ操作が、前記作業要素のうち力を発生させる箇所、発生すべき力の大きさ及び方向を指令する操作であるとき、前記作業要素を駆動する指令として推力の目標値を生成して、前記ショベルに送信するショベル操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショベル操作装置及びショベル操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１に、ショベルの操作を補助するための情報を提供する表示システムが開示されている。この表示システムでは、掘削対象の目標面と、バケットの刃先との位置関係が表示画面に表示される。ショベルの操作者は、表示された画像を見ながらショベルを操作することによって、掘削対象を目標とする形状に掘削することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−７４３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
掘削時に、操作者は、２本の操作レバーを操作することにより、ブームの上げ下げ、アームの開閉、バケットの開閉、及び上部旋回体の旋回を行う。操作レバーの倒し方向と、駆動対象のアクチュエータとが１対１に対応する。バケットの目標とする移動方向から、ブーム、アーム及びバケットを駆動するアクチュエータのそれぞれの駆動量を導き出し、かつ適切に操作レバーを操作するには、高い熟練度が求められる。
【０００５】
本発明の目的は、ショベルの操作に高い熟練度が求められないショベル操作装置及びショベル操作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
ブーム、アーム、及びアタッチメントからなる作業要素を含むショベルと通信する通信装置と、
画像を表示するとともに、タッチ入力が行われる操作画面と、
処理装置と
を有し、
前記処理装置は、
前記通信装置を介して、操作対象のショベルの前記作業要素の姿勢情報を受信し、
受信した姿勢情報が反映された前記作業要素を、前記操作画面に立面画像として表示し、
前記立面画像に対して行われる第１のタッチ操作を検出し、
前記第１のタッチ操作が、前記作業要素のうち移動の指示対象となる着目箇所、及び前記着目箇所を移動させるべき目標地点を指令する操作であるとき、前記作業要素を駆動する指令として速度の目標値を生成し、前記第１のタッチ操作が、前記作業要素のうち力を発生させる箇所、発生すべき力の大きさ及び方向を指令する操作であるとき、前記作業要素を駆動する指令として推力の目標値を生成して、前記通信装置を介して前記ショベルに送信するショベル操作装置が提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
ブーム、アーム、及びアタッチメントからなる作業要素を含む操作対象のショベルから、前記作業要素の姿勢情報を受信し、
受信した前記作業要素の姿勢が反映された前記作業要素を、タッチ入力が行われる操作画面に立面画像として表示し、
前記操作画面に表示された前記立面画像に対して行われるタッチ操作を検出し、
前記タッチ操作が、前記作業要素のうち移動の指示対象となる着目箇所、及び前記着目箇所を移動させるべき目標地点を指令する操作であるとき、前記作業要素を駆動する指令として速度の目標値を生成し、前記タッチ操作が、前記作業要素のうち力を発生させる箇所、発生すべき力の大きさ及び方向を指令する操作であるとき、前記作業要素を駆動する指令として推力の目標値を生成して、前記ショベルに送信するショベル操作方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
作業要素の立面画像に対する操作と、作業要素の姿勢の変化との関係は、操作レバーの操作と、作業要素の姿勢の変化との関係に比べて直接的である。このため、作業要素の立面画像に対する操作には、操作レバーの操作に比べて熟練度が要求されない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例によるショベル操作装置の斜視図とブロック図、及びショベルの側面図とブロック図である。
【図２】図２は、ショベル操作装置の処理装置の機能ブロック図である。
【図３】図３は、ショベル操作装置の処理装置で実行される処理のフローチャートである。
【図４】図４は、ステップＳ１３（図３）の詳細なフローチャートである。
【図５】図５は、ショベル操作装置の操作画面に表示されたショベルの立面画像の一例を示す図である。
【図６】図６は、ショベル操作装置の操作画面に表示されたショベルの立面画像の他の例を示す図である。
【図７】図７は、他の実施例によるショベル操作装置の処理装置で実行される処理のフローチャートである。
【図８】図８は、操作画面に表示された作業要素の立面画像と、下部走行体及び上部旋回体の平面画像の一例を示す図である。
【図９】図９Ａ〜図９Ｈは、ショベルが掘削作業を行うときの一連の姿勢変化を示す図である。
【図１０】図１０は、制御装置、油圧回路、及びアクチュエータのブロック図である。
【図１１】図１１は、さらに他の実施例によるショベル操作装置の操作画面に表示された立面画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に、実施例によるショベル操作装置の斜視図とブロック図、及びショベルの側面図とブロック図を示す。
【００１１】
ショベル５０の操作者が、ショベル操作装置１０を操作すると、ショベル操作装置１０がショベル５０に、指令を送信する。ショベル５０は、この指令を受信すると、指令に応じた動作を行う。
【００１２】
ショベル５０は、下部走行体５１、上部旋回体５２、ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５を含む。上部旋回体５２は、下部走行体５１に旋回可能に搭載されている。本明細書において、ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５をまとめて「作業要素」ということとする。
【００１３】
ブーム５３は、上部旋回体５２に連結され、アーム５４はブーム５３の先端に連結され、バケット５５は、アーム５４の先端に連結される。ショベル５０は、ブームシリンダ５７、アームシリンダ５８、バケットシリンダ５９、旋回モータ５６等の複数のアクチュエータを有する。ブームシリンダ５７は、ブーム５３を上下に駆動する。アームシリンダ５８は、アーム５４を開閉駆動する。バケットシリンダ５９は、バケット５５を開閉駆動する。旋回モータ５６は、下部走行体５１に対して上部旋回体５２を旋回させる動力を発生する。
【００１４】
ショベル５０は、さらに２本の操作レバー６２を有する。操作者が操作レバー６２を前後左右に倒すことにより、ショベル５０の操作を行う。
【００１５】
ショベル５０に搭載された通信装置６１が、ショベル操作装置１０との通信を行う。制御装置６０が、操作レバー６２の操作、またはショベル操作装置１０から通信装置６１を介して受信した指令に基づいて、旋回モータ５６、ブームシリンダ５７、アームシリンダ５８、及びバケットシリンダ５９の動作を制御する。これらのアクチュエータの油圧回路に挿入された制御弁がパイロット圧で制御される場合には、制御装置６０は、指令に基づいて電気信号を発生し、この電気信号によって、パイロット圧を変化させればよい。アクチュエータの油圧回路に電磁制御弁が挿入されている場合には、制御装置６０が発生する電気信号によって電磁制御弁を制御すればよい。
【００１６】
測長センサ６３、６４、及び６５が、それぞれブームシリンダ５７、アームシリンダ５８、及びバケットシリンダ５９の伸縮長を計測する。伸縮長の計測結果が制御装置６０に入力される。角度センサ６６が、旋回モータ５６の旋回角度を計測する。旋回角度の計測結果が制御装置６０に入力される。
【００１７】
測長センサ６３、６４、及び６５による測定結果に基づいて、上部旋回体５２に対する作業要素（ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５）の姿勢を求めることができる。角度センサ６６による測定結果に基づいて、下部走行体５１に対する上部旋回体５２の旋回方向の姿勢を求めることができる。測長センサ６３、６４、６５に替えて、上部旋回体５２に対してブーム５３のなす角、ブーム５３に対してアーム５４のなす角、及びアーム５４に対してバケット５５のなす角を測定する角度センサを用いることも可能である。
【００１８】
ショベル操作装置１０は、処理装置１１、操作画面１２、通信装置１３、及び記憶装置１４を含む。操作画面１２は、画像を表示する表示画面と、タッチ入力を行う入力画面とを兼ねる。ショベル操作装置１０として、タッチパネルを含むタブレット端末を用いることができる。一例として、ショベル操作用のコンピュータプログラム（アプリケーションプログラム）をインストールした汎用のスマートフォンを、ショベル操作装置１０として使用することも可能である。
【００１９】
通信装置１３は、操作対象のショベル５０と通信する。ショベル操作装置１０とショベル５０との通信には、近距離無線通信方式、有線通信方式等を採用することができる。操作画面１２は、タッチ入力が行われると、タッチ入力されたタッチ位置を検出する。タッチ入力の操作子として、操作者の指、タッチペン等を用いることができる。操作画面１２の複数個所にタッチ入力が行われると、操作画面１２は、複数のタッチ位置を検出することができる。検出されたタッチ位置情報は、処理装置１１に入力される。
【００２０】
操作画面１２内でタッチ位置が移動すると、処理装置１１は、タッチ位置の移動に基づいて、ショベル５０のアクチュエータを駆動する指令を生成する。さらに、生成された指令を、通信装置１３を介してショベル５０に送信する。記憶装置１４に、処理装置１１で実行されるショベル操作用プログラム、処理装置１１の処理で用いられる種々のデータが格納されている。
【００２１】
図２に、ショベル操作装置１０に搭載された処理装置１１の機能ブロック図を示す。通信装置１３を介して、ショベル５０（図１）から姿勢演算部１１１に、ショベル５０の姿勢情報が入力される。姿勢情報には、測長センサ６３、６４、６５（図１）によりそれぞれ測定されたブームシリンダ５７、アームシリンダ５８、及びバケットシリンダ５９の伸縮長、及び角度センサ６６で測定された旋回角度が含まれる。姿勢演算部１１１は、受信した姿勢情報を演算することにより、ショベル５０の現時点の姿勢を求める。
【００２２】
姿勢表示部１１２が、受信した姿勢情報が反映された形態で、作業要素を操作画面１２に立面画像として表示する。
【００２３】
操作検出部１１３が、操作画面１２に対して行われたタッチ操作を検出する。これにより、タッチ位置、及びタッチ位置の移動の軌跡が検出される。さらに、操作検出部１１３は、入力されたタッチ操作が、ドラッグ操作であるかフリック操作であるかを判別する。
【００２４】
指令生成部１１４が、操作検出部１１３で検出されたタッチ操作に基づいて、ショベル５０の各アクチュエータに対する指令を生成する。生成された指令は、通信装置１３を介してショベル５０に送信される。
【００２５】
周辺環境表示部１１５が、ショベル５０の周辺環境の形状、例えば掘削対象の形状等を表す画像を操作画面１２に表示する。周辺環境の形状データは、予め記憶装置１４に格納されている。周辺環境演算部１１６が、指令生成部１１４で生成された指令通りにショベル５０が動作した場合の周辺環境の形状の変化を求める。周辺環境演算部１１６は、姿勢演算部１１１で求められたショベル５０の姿勢の時間変化に基づいて、周辺環境の形状の変化を求めてもよい。形状変化後の周辺環境の形状が、周辺環境表示部１１５によって、操作画面１２に表示される。
【００２６】
図３に、ショベル操作装置１０に搭載された処理装置１１（図１）で実行される処理のフローチャートを示す。ステップＳ１０において、ショベル操作装置１０が操作対象のショベル５０から、作業要素の姿勢情報を受信する。
【００２７】
ステップＳ１１において、処理装置１１は、姿勢情報に基づいて作業要素の姿勢を算出し、算出された姿勢の作業要素の立面画像を操作画面１２に表示する。なお、作業要素とともに、下部走行体５１及び上部旋回体５２の画像を表示してもよい。ショベル５０の操作者は、操作画面１２に表示された立面画像に対してタッチ操作を行う。具体的なタッチ操作の方法については、後に図５及び図６を参照して詳細に説明する。
【００２８】
ステップＳ１２において、処理装置１１は、立面画像に対して行われたタッチ操作を検出する。ステップＳ１３において、処理装置１１は、立面画像に対して行われたタッチ操作に基づいて、ショベル５０（図１）の作業要素を駆動する指令を生成する。
【００２９】
ステップＳ１４において、生成された指令に基づいてショベル５０が動作するときの作業要素の姿勢変化を表す立面画像を、操作画面１２に表示する。例えば、姿勢変化前、姿勢変化の途中段階、及び姿勢変化後の作業要素の立面画像を重ねて表示する。
【００３０】
ステップＳ１５において、操作者が、操作画面１２に示された作業要素の姿勢の変化が目標通りであるか否かを判断する。作業要素の姿勢の変化が目標通りである場合には、操作者は、操作画面１２に表示されている送信ボタンをタップする。送信ボタンがタップされると、ステップＳ１６において、生成された指令がショベル５０に送信される。この指令に基づいて、ショベル５０の作業要素が実際に駆動される。
【００３１】
ステップＳ１５で、作業者が、操作画面１２に示された作業要素の姿勢の変化が目標通りではないと判断した場合は、操作画面１２に表示されている戻るボタンをタップする。これにより、操作画面１２に姿勢変化前の作業要素の立面画像が表示される。操作者は、再表示された立面画像に対して、タッチ操作をやり直す。処理装置１１（図１）は、ステップＳ１２において、新たに行われたタッチ操作を検出する。
【００３２】
ステップＳ１６で指令をショベルに送信した後、ステップＳ１７において、処理装置１１が、操作終了か否かを判定する。操作が終了していない場合は、ステップＳ１０に戻って、ショベル５０から、作業要素が駆動された後の姿勢情報を受信する。新たな姿勢情報に基づいて、ステップＳ１１以降の処理が実行される。
【００３３】
特に微細な操作を行う場合、ステップＳ１５のように作業要素の姿勢の変化が所望の変化であることを確認することは有効である。しかし、操作に対応する指令をショベル５０（図１）に送信する前に、操作者の判断が必要となるため、作業効率が低下するおそれがある。作業効率の低下を防止するために、ステップＳ１５を省略し、ステップＳ１３で生成された指令を直ちにショベル５０に送信する手順を採用してもよい。この場合、タッチ操作に追従して、ショベル５０の姿勢が変化する。
【００３４】
図４に、ステップＳ１３（図３）の詳細なフローチャートを示す。ステップＳ１３１において、ステップＳ１２で検出されたタッチ操作がドラッグ操作であるか否かを判定する。ステップＳ１２で検出されたタッチ操作がドラッグ操作ではない場合、ステップＳ１３２において、そのタッチ操作がフリック操作であるか否かを判定する。検出されたタッチ操作がドラッグ操作でもフリック操作でもない場合には、ステップＳ１２（図３）に戻って、新たに行われたタッチ操作を検出する。
【００３５】
検出された操作がドラッグ操作である場合には、ステップＳ１３３において、アクチュエータに対する速度指令（速度の目標値）を生成する。これにより、各アクチュエータが、指令された速度で伸縮する。作業要素のある箇所（例えばバケットの先端）を、目標位置まで移動させたい場合に、ドラッグ操作が行われる。
【００３６】
検出された操作がフリック操作である場合には、ステップＳ１３４において、アクチュエータに対する推力指令（推力の目標値）を生成する。これにより、各アクチュエータが、指令された推力を発生する。フリック操作は、作業要素のある箇所（例えばバケットの先端）を対象物に押し当てて対象物に力を加えるような作業に用いられる。アクチュエータに速度指令または推力指令が与えられたときのアクチュエータの制御方法については、後に図１０を参照して説明する。
【００３７】
次に、図５を参照して、ドラッグ操作について説明する。
図５は、ショベル操作装置１０の操作画面１２に表示されたショベル５０の立面画像の一例を示す。立面画像においては、ブーム５３及びアーム５４が、それぞれ簡略化されて直線で表示されている。操作画面１２に、さらに、送信ボタン及び戻るボタンが表示されている。送信ボタン及び戻るボタンは、ステップＳ１５（図３）における判断後に、操作者によって操作される。
【００３８】
操作者は、まず、作業要素のうち移動の指示対象となる箇所（着目箇所）Ｐ０にタッチする。図５では、バケット５５の先端が着目箇所Ｐ０として選択されている。着目箇所Ｐ０を移動させるべき目標地点Ｐ１まで、ドラッグ操作を行う。着目箇所Ｐ０から目標地点Ｐ１までのタッチ位置の軌跡ＴＲが、矢印付曲線で示されている。着目箇所Ｐ０が目標地点Ｐ１まで移動したときの作業要素を破線で示している。
【００３９】
処理装置１１（図２）の指令生成部１１４（図２）は、バケット５５の先端が軌跡ＴＲに沿って移動するように、アクチュエータを駆動する指令を生成する（ステップＳ１３）。ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５からなる作業要素は、３リンクのマニピュレータとして定義することができる。このため、逆運動学を適用することにより、作業要素の着目箇所Ｐ０の移動の軌跡から、ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５の各々の姿勢をどのように変化させればよいか求めることができる。
【００４０】
バケット５５の先端の軌跡ＴＲが規定されただけでは、ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５の姿勢の変化は一意に求まらない。ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５を駆動する３つのアクチュエータのうち１つを動作させない（固定する）という条件を設けると、ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５は、２リンクのマニピュレータと考えることができる。この場合、バケット５５の先端の軌跡ＴＲを規定することにより、ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５の姿勢の変化を一意に算出することができる。軌跡ＴＲ上の複数の点を、移動先の目標地点として、着目箇所Ｐ０を次の目標地点まで移動させるのに必要なブーム５３、アーム５４、及びバケット５５の姿勢の変化を順次算出することにより、着目箇所Ｐ０を軌跡ＴＲに沿って移動させるための指令を生成することができる。
【００４１】
ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５の姿勢の変化が求まると、姿勢を変化させるためのアクチュエータの伸縮量が求まる。指令生成部１１４は、この伸縮量に応じて、アクチュエータを駆動するための速度指令を生成する。速度指令には、速度の目標値、及び動作時間が含まれる。速度指令は、着目箇所Ｐ０を目標地点までできるだけ速く移動させるように、生成することが好ましい。
【００４２】
次に、図６を参照して、フリック操作について説明する。図５と同様に、ショベル操作装置１０の操作画面１２に、ショベル５０の立面画像が表示されている。
【００４３】
操作者は、まず、作業要素のうち力を発生させる箇所（着目箇所）Ｐ０にタッチする。図６では、バケット５５の先端が着目箇所Ｐ０として選択されている。着目箇所Ｐ０に発生させる力の向きに、フリック操作を行う。フリック操作の方向ＦＤが白抜きの矢印で示されている。発生すべき力の大きさは、例えばフリック操作の長さまたは速さで指定することができる。
【００４４】
処理装置１１（図２）の指令生成部１１４（図２）は、バケット５５の先端がフリック操作の方向の力を発生するように、アクチュエータを駆動する指令を生成する。各アクチュエータが発生すべき推力の大きさは、ヤコビアン行列を用いて算出することができる。３つのアクチュエータが発生すべき推力が一意に求まらない場合は、いずれか１つのアクチュエータを固定した条件の下で、残りの２つのアクチュエータの推力を算出することができる。
【００４５】
次に、上記実施例によるショベル操作装置１０を用いてショベル５０を操作するときの優れた効果について説明する。
【００４６】
上記実施例では、着目箇所Ｐ０（図５）を移動させるべき軌跡ＴＲを指定すれば、着目箇所Ｐ０が軌跡ＴＲを辿るように、処理装置１１（図１）がアクチュエータに対する指令を生成する。また、着目箇所Ｐ０（図６）が発生すべき力の方向と大きさをタッチ操作で指定すれば、処理装置１１（図１）がアクチュエータに対する指令を生成する。このため、操作者は、ブーム５３、アーム５４、バケット５５のそれぞれのアクチュエータに対する操作を行う場合に比べて、直感的に操作を行うことができる。
【００４７】
実施例によるショベル操作装置１０を用いることにより、熟練度の低い操作者も、容易にショベル５０の操作を行うことができる。
【００４８】
さらに、上記実施例では、アクチュエータに対して、速度指令の他に、推力指令を与えることができる。このため、対象物に力を加えて作業を行う場合、例えば地面の掘削等の作業を行う場合に、バケット５５が対象物に対して所望の力を与えるように、作業要素を操作することができる。
【００４９】
さらに、上記実施例では、周辺環境表示部１１５によって表示された周辺環境の画像が、作業が進むに従って、作業に応じて変化する。このため、実際の作業現場から離れた場所から、操作画面１２を見ながらショベル５０を遠隔操作することも可能である。
【００５０】
次に、図７及び図８を参照して、他の実施例について説明する。以下、図１〜図６に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００５１】
図７に、本実施例によるショベル操作装置１０の処理装置１１で実行される処理のフローチャートを示す。
【００５２】
ステップＳ１０は、図３に示したステップＳ１０の処理と同一である。ステップＳ１１ａにおいて、ショベル５０の作業要素の立面画像に加えて、受信した姿勢情報が反映された下部走行体５１と上部旋回体５２（図１）との平面画像を表示する。
【００５３】
図８に、操作画面１２に表示された作業要素の立面画像と、下部走行体５１及び上部旋回体５２の平面画像の一例を示す。操作画面１２の左半分に立面画像が表示されており、右半分に平面画像が表示されている。
【００５４】
ステップＳ１２ａ（図７）において、立面画像または平面画像に対して行われたタッチ操作を検出する。立面画像に対してタッチ操作が行われた場合の処理は、図３に示した処理と同一である。平面画像に対するタッチ操作は、下部走行体５１に対して上部旋回体５２を旋回させる操作に相当する。以下、平面画像に対してタッチ操作が行われた場合について説明する。
【００５５】
ステップＳ１３ａにおいて、アクチュエータの１つである旋回モータ５６を駆動する指令を生成する。タッチ操作がドラッグ操作である場合には、旋回モータ５６に対する速度指令（速度の目標値及び動作時間）が生成される。ドラッグ操作によって、旋回方向及び旋回角度が指示される。タッチ操作がフリック操作である場合には、旋回モータ５６に対するトルク指令（トルクの目標値及び動作時間）が生成される。フリック操作によって、発生すべきトルクの方向及び大きさが指示される。
【００５６】
ステップＳ１４ａにおいて、生成された指令に基づいて上部旋回体５２が旋回するときの上部旋回体５２の姿勢変化を表す平面画像を、操作画面１２に表示する。例えば、姿勢変化前、姿勢変化の途中段階、及び姿勢変化後の上部旋回体５２の平面画像を重ねて表示する。
【００５７】
ステップＳ１５ａにおいて、上部旋回体５２の姿勢変化が目標通りであると判定された場合には、ステップＳ１６ａにおいて、指令をショベル５０に送信する。上部旋回体５２の姿勢変化が目標通りではないと判定された場合には、ステップＳ１２ａにおいて、新たなタッチ操作が検出される。
【００５８】
図３に示した実施例のフローチャートにおいて、ステップＳ１５の処理を省略する手順を採用する場合と同様に、図７に示した実施例のフローチャートにおいても、ステップＳ１５ａを省略してもよい。この場合、タッチ操作に追従して、ショベル５０の姿勢が変化する。
【００５９】
次に、図９Ａ〜図９Ｈを参照して、掘削作業を行うときの一連の操作について説明する。図９Ａ〜図９Ｈにおいて、ドラッグ操作の軌跡ＴＲが矢印付実線で表されており、フリック操作の方向ＦＤが、白抜き矢印で表されている。
【００６０】
図９Ａに示すように、バケット５５の先端が掘削対象物７０に接触するように、作業要素の立面画像（図８）に対してドラッグ操作を行う。この操作により、図９Ｂに示すように、バケット５５の先端が掘削対象物７０の表面に接触する。
【００６１】
図９Ｂに示した状態の立面画像に対して、バケット５５の先端が掘削対象物７０に向って力を発生するようにフリック操作を行う。このフリック操作により、図９Ｃに示すように、掘削が行われる。
【００６２】
図９Ｃに示した状態の立面画像に対して、さらにフリック操作を行う。このフリック操作により、図９Ｄに示すように掘削が進む。
【００６３】
図９Ｄに示した状態の立面画像に対して、さらにフリック操作を行う。この操作により、図９Ｅに示すように、掘削された土砂がバケット５５によって持ち上げられる。
【００６４】
図９Ｅに示した状態の立面画像に対して、ドラッグ操作を行うことにより、バケット５５を旋回可能な高さまで上昇させる。このとき、着目箇所Ｐ０（図５）として、アーム５４とバケット５５との連結箇所を選択してもよい。このドラッグ操作により、図９Ｆに示すように、バケット５５が旋回可能な高さまで上昇する。
【００６５】
図９Ｆに示した状態の平面画像に対して、旋回を指示するドラッグ操作を行う。このドラッグ操作により、図９Ｇに示すように、バケット５５が掘削地点から土砂の積み上げ地点まで移動する。
【００６６】
図９Ｇに示した状態の立面画像に対して、ドラッグ操作を行うことにより、バケット５５に保持されていた土砂を排出する。この操作により、図９Ｈに示すように、アーム５４及びバケット５５が開き、土砂が排出される。
【００６７】
図９Ｈに示した状態の平面画像に対してドラッグ操作を行うことにより、上部旋回体５２を旋回させ、バケット５５を掘削地点まで移動させる。このドラッグ操作により、ショベル５０が、図９Ａに示した姿勢に戻る。
【００６８】
図９Ａ〜図９Ｈに示したように、操作画面１２（図８）に表示された立面画像及び平面画像に対してタッチ操作を行うことにより、掘削作業における一連の操作を行うことができる。
【００６９】
次に、図１０を参照して、アクチュエータに対する速度制御及び推力制御について説明する。
図１０は、制御装置６０、油圧回路８０、及びアクチュエータのブロック図を示す。図１０では、アクチュエータとして、ブームシリンダ５７が示されている。油圧回路８０が、油圧ポンプ及び制御弁等を含む。油圧回路８０は、油圧ラインを介して、ブームシリンダ５７のボトム室に及びロッド室に接続されている。
【００７０】
圧力センサ８１、８２が、それぞれボトム室に接続された油圧ライン及びロッド室に接続された油圧ラインを流れる作動油の圧力を測定する。一方の圧力センサ８１による圧力の測定値と、他方の圧力センサ８２による圧力の測定値との差から、ブームシリンダ５７が発生する推力を算出することができる。流量センサ８３が、ボトム室に接続された油圧ラインを流れる作動油の流量を測定する。流量センサ８３で測定された流量から、ブームシリンダ５７の伸縮速度を算出することができる。
【００７１】
制御装置６０が、指令受信部６０１、速度制御部６０２、及び推力制御部６０３を含む。圧力センサ８１、８２による測定値が推力制御部６０３にフィードバックされる。流量センサ８３による測定値が速度制御部６０２にフィードバックされる。
【００７２】
ショベル操作装置１０（図１）から受信した指令ＣＭＤが、指令受信部６０１に入力される。受信した指令が速度指令である場合には、指令に速度の目標値ＴＳが含まれる。受信した指令が推力指令である場合には、指令に推力の目標値ＴＴが含まれる。
【００７３】
指令受信部６０１は、受信した指令が速度指令である場合には、速度の目標値ＴＳを速度制御部６０２に与える。受信した指令が推力指令である場合には、推力の目標値ＴＴを推力制御部６０３に与える。
【００７４】
速度制御部６０２は、速度の目標値ＴＳと、流量センサ８３の測定値から算出された速度との差分に基づいて、差分が０に近づくように油圧回路８０を制御する。推力制御部６０３は、推力の目標値ＴＴと、圧力センサ８１、８２の測定値から算出された推力との差分に基づいて、差分が０に近づくように油圧回路８０を制御する。これらの制御には、例えばＰＩ制御が用いられる。
【００７５】
上述の制御を行うことにより、ブームシリンダ５７が、ショベル操作装置１０（図１）から指令された速度で動作し、または推力を発生する。アームシリンダ５８、バケットシリンダ５９も、同様に制御される。旋回モータ５６に油圧モータが使用される場合には、ブームシリンダ５７と同様に、油圧回路が制御される。旋回モータ５６に電動モータが使用される場合には、制御装置６０が、旋回モータ５６に電流を供給するインバータを制御する。
【００７６】
次に、図１１を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図１〜図６に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００７７】
図１１は、ショベル操作装置１０の操作画面１２に表示された立面画像を示す。図１〜図６に示した実施例では、作業要素上の１つの着目箇所Ｐ０（図５）に対してタッチ操作が行われた。図１１に示した実施例では、作業要素上の２つの着目箇所Ｐ０ａ、Ｐ０ｂに対してタッチ操作が行われる。図１１に示した例では、一方の着目箇所Ｐ０ａとして、バケット５５の先端が選択され、他方の着目箇所Ｐ０ｂとして、アーム５４とバケット５５との連結箇所が選択されている。
【００７８】
タッチ操作によって、着目箇所Ｐ０ａ及びＰ０ｂが、それぞれ目標地点Ｐ１ａ及びＰ１ｂまでドラッグされる。２つの着目箇所Ｐ０ａ、Ｐ０ｂの軌跡が指定されると、ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５の姿勢の変化が一意に決定される。
【００７９】
図１１に示した実施例では、ブーム５３、アーム５４、及びバケット５５を駆動する３つのアクチュエータを、同時に動作させることができる。
【００８０】
上記実施例では、アーム５４の先端にバケット５５が連結されたショベル５０について説明した。バケット５５に替えて、その他のアタッチメントを連結してもよい。上記実施例によるショベル操作装置１０は、掴み動作を行うことができるアタッチメントを用いて、土砂に埋まった杭を引き抜く作業や、地中に埋まった水道管、ガス管等を持ち上げる作業を行うことができる。
【００８１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００８２】
１０  ショベル操作装置
１１  処理装置
１２  操作画面
１３  通信装置
１４  記憶装置
５０  ショベル
５１  下部走行体
５２  上部旋回体
５３  ブーム
５４  アーム
５５  バケット
５６  旋回モータ
５７  ブームシリンダ
５８  アームシリンダ
５９  バケットシリンダ
６０  制御装置
６１  通信装置
６２  操作レバー
６３、６４、６５  測長センサ
６６  角度センサ
７０  掘削対象物
８０  油圧回路
８１、８２  圧力センサ
８３  流量センサ
１１１  姿勢演算部
１１２  姿勢表示部
１１３  操作検出部
１１４  指令生成部
１１５  周辺環境表示部
１１６  周辺環境演算部
６０１  指令受信部
６０２  速度制御部
６０３  推力制御部
ＣＭＤ  指令
ＦＤ  フリック操作の方向
Ｐ０、Ｐ０ａ、Ｐ０ｂ  着目箇所
Ｐ１、Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ  目標地点
ＴＲ  軌跡
ＴＳ  速度の目標値
ＴＴ  推力の目標値
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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