(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケット先端を障害物上面に合わせて、深さ臨界距離及びブーム臨界角度を求めて記憶するステップと、アーム基準線が垂直下向き直線と比較してアーム引き側にあるかアーム伸び側にあるかを判断するステップと、アーム伸び側にあると判断したときは、アームトップ深さが前記深さ臨界距離に等しいか又はより深いときはブーム下向き動作及びアーム引き動作を停止するステップとを、含むことを特徴とする油圧ショベルの障害物回避方法。
【請求項２】
前記障害物回避方法において、さらに、前記判断ステップにおいてアーム引き側にあると判断したときは、ブーム角度が前記ブーム臨界角度に等しいか又はより大きいときはブーム下げ動作を停止するステップを具備することを特徴とする請求項１に記載の油圧ショベルの障害物回避方法。
【請求項３】
ブーム角度センサと、アーム角度センサと、該ブーム角度センサ及びアーム角度センサの測定データからアーム基準線の鉛直線となす角度及びアームトップ深さを算出する演算手段と、深さ臨界距離及びブーム臨界角度を算出し、記録するメモリと、ブームシリンダのパイロットラインに介挿されたブーム下げ動作停止手段と、アームシリンダのパイロットラインに介挿されたアーム引き動作停止手段と、前記アーム基準線が伸び側にあり、かつ、アームトップ深さが前記深さ臨界距離より深い場合に前記ブーム下げ動作停止手段とアーム引き動作停止手段へ停止信号を出力する停止信号発生手段とを、具備したことを特徴とする油圧ショベルの障害物回避装置。
【請求項４】
前記停止信号発生手段は、さらに、前記アーム基準線が引き側にあり、かつ、ブーム角度が前記ブーム臨界角度より大きい場合に前記ブーム下げ動作停止手段へ停止信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の油圧ショベルの障害物回避装置。
【請求項５】
前記障害物回避装置は、さらに、前記停止信号発生手段の停止信号発生条件が解消したときに前記ブーム下げ動作停止手段とアーム引き動作停止手段の停止状態を解除する解除手段を具備したことを特徴とする請求項３又は４の何れかの１項に記載の油圧ショベルの障害物回避装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、油圧ショベルの障害物、特に下方にある深さ障害物を回避する方法及び装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、超小旋回式油圧ショベルにはバケットとキャブ（運転室）との干渉防止装置が装備されているのが通常である。さらに、これらの装置の内にはブーム下げ動作停止機能を付加し、深さ障害物を回避する回避装置を設けたものもある。図５は、従来装置の内、本発明に最も近いと思われる装置について示したものである。以下、図５の装置について説明する。
【０００３】
図５において、アームシリンダ１、オフセットシリンダ２、ブームシリンダ３は、各々、方向切換弁４〜６によって制御されている。アーム用方向切換弁４の伸側パイロットポート４ａにはパイロット弁７が油路１３により接続されており、引側パイロットポート４ｂにはパイロット弁８が油路１４により接続されている。オフセット用方向切換弁５の右側パイロットポート５ａにはパイロット弁９が油路１５によりで接続されており、左側パイロットポート５ｂにはパイロット弁１０が油路１６により接続されている。ブーム用方向切換弁６の下げ側パイロットポート６ａにはパイロット弁１１が油路１７により接続されており、上げ側パイロットポート６ｂにはパイロット弁１２が油路１８により接続されている。
【０００４】
また、パイロット弁７〜１２は電磁切換弁１９を介してパイロット油圧ポンプ２０、油タンク２１と接続されている。電磁切換弁１９は全パイロット弁７〜１２を作動または停止させる切換弁で、ソレノイド電流がオンのときにパイロット弁７〜１２は作動可能状態になり、ソレノイド電流がオフのときに作動不能状態になる。さらに、パイロット油路１４、１６、１７、１８の途中に、個別にパイロット弁８、１０、１１、１２の作動を停止させる停止用切換弁２２〜２５が介挿させれている。停止用切換弁２２〜２５はコントローラ２６によって制御されている。
【０００５】
コントローラ２６はマイクロコンピュータ等から構成されており、干渉防止コントローラ部２６ａに深さ障害物回避コントローラ部２６ｂが付加して、設けられている。干渉防止コントローラ部２６ａは、ブーム角度センサ２９、オフセット角度センサ３０、アーム角度センサ３１の測定データからバッケット旋回軸Ｐの（ｘ，ｙ）座標（図６参照）を算出する演算機能２７と、算出された（ｘ，ｙ）座標から停止用切換弁２２〜２６への指令信号３２を決定する指令決定機能２８とを具備している。深さ障害物回避コントローラ部２６ｂは、ブーム角度センサ２９からの測定データを受け、回避制御信号を出力する回避決定機能３３とメモリ３４から構成されている。
【０００６】
停止用切換弁２２〜２５は、指令信号３２がオフのときパイロット油圧をそのまま伝達し、指令信号３２がオンのときパイロット油圧路を遮断する。遮断された場合は停止用切換弁２２〜２５の下流側のパイロット油圧はゼロとなる。なお、回避決定機能３３の出力は停止用切換弁２４にのみ印可するように構成されてる。即ち、ブーム下げ動作のみが停止され、他の動作は停止されない。
【０００７】
上記した装置を用いた干渉防止法は、本願発明と直接関係が薄く、また、これについては、例えば特許公開公報第平３ー２１７５２３号、同第平３ー２３３０３０号等に記載されているので説明を割愛する。以下、従来から行われている深さ障害物３５を回避する方法にいいて説明する。
【０００８】
図６において、アーム３６とバケット３７を鉛直下向きにしたまま、バケット３７の先端Ｔが深さ障害物３５に当たるまで、ブーム３８を下方向に下げる。衝突したときのブーム臨界角度θ0を測定して、メモリ３４に記憶しておく。ブーム角度θが、θ＜θ0 の場合を安全域とし、θ≧θ0の場合を停止域として、安全域にある間は自由に操作し、停止域になった場合は回避決定機能３３により回避信号を停止用切換弁２４に出力して、ブーム３８の下げ動作を停止させて深さ障害物を回避する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の深さ障害物回避方法は、ブーム角度がブーム臨界角度θ0になるとブームの下げ動作が停止してしまうので、図７に示す斜線部Ｂや図８に示す斜線部Ｃの堀削作業ができない。斜線部Ｃの堀削作業は頻度が少なく、あまり重要な問題ではない。しかし、斜線部Ｂの堀削作業は頻度が多いため、作業能率が落ちるという課題があった。
本発明は斜線部Ｂの堀削作業が可能な深さ障害物回避方法及び同装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の障害物回避方法は、バケット先端を障害物上面に合わせて、深さ臨界距離及びブーム臨界角度を求めて記憶するステップと、アーム基準線が垂直下向き直線と比較してアーム引き側にあるかアーム伸び側にあるかを判断するステップと、前記判断ステップにおいて、アーム伸び側にあるときはアームトップ深さが深さ臨界距離に等しいか或いはより深いときはブーム下向き動作及びアーム引き動作を停止するステップとを、含むことを特徴としている。
本方法は、アーム基準線が伸び側にあることを判断したときは、アームトップ深さが深さ臨界距離になるまで安全域とし、それ以上を停止域としている。
【００１１】
請求項２記載の障害物回避方法は、請求項１記載の障害物回避方法において、さらに、前記判断ステップにおいてアーム引き側にあると判断したときは、ブーム角度が前記ブーム臨界角度に等しいか又はより大きいときはブーム下げ動作を停止するステップを具備することを特徴としている。
本方法は、アーム基準線が伸び側にある場合と引き側にある場合とを各々判断し、伸び側にあるときはアームトップ深さが深さ臨界距離になるまで安全域とし、それ以上を停止域としている。また、引き側にあるときはブーム角度が所定の角度までは安全域とし、それ以上を停止域としている。
【００１２】
請求項３に記載の障害物回避装置は、ブーム角度センサと、アーム角度センサと、該ブーム角度センサ及びアーム角度センサの測定データからアーム基準線の鉛直線となす角度及びアームトップ深さを算出する演算手段と、深さ臨界距離及びブーム臨界角度を算出し、記録するメモリと、ブームシリンダのパイロットラインに介挿されたブーム下げ動作停止手段と、アームシリンダのパイロットラインに介挿されたアーム引き動作停止手段と、前記アーム基準線が伸び側にあり、かつ、アームトップ深さが前記深さ臨界距離より深い場合に前記ブーム下げ動作停止手段とアーム引き動作停止手段へ停止信号を出力する停止信号発生手段とを、具備したことを特徴としている。
本装置は請求項１に記載の方法を実施するための構成となっている。
【００１３】
請求項４に記載の障害物回避装置は、請求項３に記載の装置において、さらに前記アーム基準線が引き側にあり、かつ、ブーム角度がブーム臨界角度より大きい場合に前記ブーム下げ動作停止手段へ停止信号を出力することを特徴としている。
本装置は請求項２に記載の方法を実施するための構成となっている。
【００１４】
請求項５に障害物回避装置は、請求項３又は４に記載の装置において、さらに、前記停止信号発生手段の停止信号発生条件が解消したときに前記ブーム下げ動作停止手段とアーム引き動作停止手段の停止状態を解除する解除手段を具備したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜４を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態の構成を示している。図２は本実施形態の動作を示したフローチャートである。図３は臨界データを設定する際の作業機の姿勢を示した図である。図４は本実施形態の堀削作業領域を示した図である。図１において、従来例と同じ部分については、同一の引用番号を付して詳細な説明は省略する。深さ障害物回避コントローラ４０は、入力回路４１、演算回路４２、第１判断回路４３、第２判断回路４４、第３判断回路４５、第４判断回路４６、第１出力回路４７、第２出力回路４８、及びこれらの回路を制御する制御回路４９、ＲＯＭメモリ５０、ＲＡＭメモリ５１から構成されている。なお、本実施形態では本発明の機能構成を明確にするため、ハード構成として説明しているが、上記回路の多くはソフトウエアによって構成してもよいことは勿論である。
【００１６】
ブーム角度センサ２９、オフセット角度センサ３０、アーム角度センサ３１からのブーム角度θ、オフセット角度β、アーム角度αの測定データは入力回路４１に入力される。入力回路４１は増幅器やＡ／Ｄコンバータ、インターフェス等から構成されている。これらのデータはＲＡＭメモリ５１に記録されると共に、演算回路４２に出力される。演算回路４２は、これらのデータに基づいてアームフートＱ点とアームトップＰ点（図３参照）を結ぶアーム基準線ｍが鉛直下向の直線（−ｙ軸）となす角度δ（図４参照、以下、下向角度δという）と、ブーム基準点ＯとアームトップＰ点とのｙ軸方向成分距離（以下、深さ距離（又はアームトップ深さ）「ｄ」という）とブーム角度を算出し、ＲＡＭメモリ５１に記録する。また、ＲＡＭメモリ５１には、図３に示す臨界データ設定状態にしたときのブーム臨界角度(θｏ)と深さ臨界距離(ｄｏ)が記録されている。ＲＯＭメモリ５０は制御回路を動作させるために必要なプログラム等が記録されている。
【００１７】
第１判断回路４３は下向角度δの正負を判断する。即ち、アーム基準線ｍが鉛直下向き直線よりアーム伸び側にあるとき（図４の場合）は下向角度δは正で、アーム引き側にあるときは下向角度δは負である。下向角度δが正またはゼロの場合は第１判断回路４３は、オン信号を第２判断回路４４に出力し、負の場合は第３判断回路４５にオン信号を出力する。第２判断回路４４は、第１判断回路４３からオン信号を受け取ると、深さ距離ｄと深さ臨界距離ｄ0と比較し、ｄ≧ｄ0の場合にオン信号を第１出力回路４７と第２出力回路４８に出力する。第３判断回路４５は、第１判断回路４３からオン信号を受け取ると、ブーム角度θとブーム臨界角度θ0を比較し、θ≧θ0  の場合はオン信号を第２出力回路に出力する。
【００１８】
第１出力回路４７は、オン信号を受け取ると、アーム引き停止用切換弁２２に停止信号を出力する。アーム引き停止用切換弁２２は停止信号を受けると、パイロット油圧ライン１４を遮断状態にし、下流側油圧をゼロにする（図５参照）。また、第２出力回路４８は、オン信号を受け取ると、ブーム下げ停止用切換弁２４に停止信号を出力する。ブーム下げ停止用切換弁２４は、停止信号を受けると、パイロット油圧ライン１７を遮断状態にし、下流側油圧をゼロにする。
【００１９】
第４判断回路は、上記停止信号が第１出力回路または第２出力回路から出力された後、条件：δ≧０のとき、ｄ＜ｄ0；  及び  δ＜０のとき、θ＜θ0  が満たされているかどうかを判断し、満たされている場合は、制御回路４９を介して第１出力回路４７および第２出力回路４８の停止信号出力を停止させ、或いはこれらに停止回復信号を出力する。制御回路４９は上記の各回路間のデータの送受及び各回路の実行制御を行う。
【００２０】
本実施形態は以上のように構成されており、以下のように動作する。図２はこの動作順序を示したフローチャートである。以下、このフローチャートに従って説明する。ステップＳ１は、図３に示すようにアーム基準線を下向きにした状態でバケット３７の先端Ｔを深さ障害物３５の表面に当て、そのときのブーム角度θ，深さ距離ｄを演算回路４２で求めて、これをブーム臨界角度θ0、深さ臨界距離ｄ0としてＲＡＭメモリ５１に記録する。
【００２１】
ステップＳ２は、アーム角度α、ブーム角度θのデータ及びＲＡＭ５１（またはＲＯＭ５０）に記録している作業機の寸法データ等から下向角度δを求める（演算回路４２）。ステップＳ３は下向角度δが正またはゼロ、即ちアーム基準線ｍが鉛直下向き直線のアーム伸び側にあるかどうかを判断する（第１判断回路４３）。伸び側にあるときはステップＳ４へ、引き側にあるときはステップＳ５へ行く。ステップＳ４は、アーム角度α、ブーム角度θのデータ及びＲＡＭ５１に記録している作業機の寸法データ等から深さ距離ｄを求める（演算回路４２）。
【００２２】
ステップＳ６は、深さ距離ｄと深さ臨界距離ｄ0と比較し（第２判断回路）、ｄ＜ｄ0  ならばステップＳ２に戻り、上記手続きを繰り返す。ｄ≧ｄ0  の場合はステップＳ７を実行する。ステップＳ７は、アーム引き動作を停止させるための制御電流を停止切換弁２２のソレノイドとブーム下向き動作を停止させるための制御電流を停止切換弁２４のソレノイドに各々出力する（第２判断回路４４、第１出力回路４７、第２出力回路４８）。ステップＳ８は、停止条件が解消されたかどうか、即ち、ｄ＜ｄ0  が満たされているかどうかを判断する（第４判断回路）。満たされていない場合はステップＳ７に戻り、同じ動作を繰り返す。満たされている場合はステップＳ９に行き、ステップＳ９は上記停止信号の出力を停止する（制御回路４９）。
【００２３】
ステップＳ５は、ブーム角度θとブーム臨界角度θ0とを比較し（第３判断回路）、θ＜θ0  ならばステップＳ２に戻り、上記手続きを繰り返す。θ≧θ0 の場合はステップＳ１０を実行する。ステップＳ１０は、ブーム下げ動作を停止させるための制御電流を停止切換弁２４のソレノイドに出力する（第３判断回路４５、第２出力回路４８）。ステップＳ１１は、停止条件が解消されたかどうか、即ち、θ＜θ0  が満たされているかどうかを判断する（第４判断回路）。満たされていない場合はステップＳ１０に戻り、同じ動作を繰り返す。満たされている場合はステップＳ１２に行く。ステップＳ１２は上記停止信号の出力を停止する（制御回路４９）。
【００２４】
本実施形態は図１の構成で、図２のように作動するので、図４に示すように、前記した斜線部Ｂの部分についても堀削作業が可能となり、作業が容易かつ能率的になるという効果がある。なお、図４において鎖線で示した図は臨界値を設定するときの状態を示している。しかし、臨界値を設定する際の作業機の姿勢は図４の場合に限られるものではなく、他の姿勢にしても臨界値を算出することは可能である。
【００２５】
以上この発明の実施形態および実施例を図面により詳細に説明してきたが、具体的な構成は以上の説明又は例示されたものに限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上記に説明した実施形態ではオフセット角度を利用していないが、オフセット角度により異なる臨界値データが得られるときはオフセット角度毎に異なる深さ臨界距離、ブーム臨界角度を使用するようにしてもよい。また、停止用切換弁２２、２４は比例電磁弁を使用して、停止速度を緩和してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、作業可能領域が拡がるので、作業が容易かつ能率的になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の構成を示した図である。
【図２】  本実施形態の動作を示したフローチャートである。
【図３】  臨界データを設定する際の作業機の姿勢を示した図である。
【図４】  本実施形態の堀削作業領域を示した図である。
【図５】  従来装置の構成例を示した図である。
【図６】  従来装置の設定状態を示した図である。
【図７】  従来装置の作業不能領域を示した図である。
【図８】  従来装置の作業不能領域を示した図である。
【符号の説明】
２２      アーム引き動作停止用切換弁（引き動作停止手段）
２４      ブーム下げ動作停止用切換弁（下げ動作停止手段）
２９      ブーム角度センサ
３０      オフセット角度センサ
３１      アーム角度センサ
３５      深さ障害物
４０      深さ障害物回避コントローラ
４２      演算回路（演算手段）
４３〜４５  判断回路（停止信号発生手段）
４６      判断回路（解除手段）
４９      制御回路
５１      ＲＡＭメモリ
ｄ        深さ距離（アームトップ深さ）
ｄｏ 深さ臨界距離
ｍ        アーム基準線
α        アーム角度
β        オフセット角度
θ        ブーム角度
θｏ ブーム臨界角度
δ        下向角度
【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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