(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブーム、アーム、バケットを含むフロント機構および旋回体をそれぞれ作動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電磁制御弁と、
前記旋回体と前記ブーム間、前記ブームと前記アーム間、前記アームと前記バケット間のそれぞれに形成される関節部の回転角度と前記旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
前記角度検出器から検出される前記フロント機構の各関節部の回転角度および前記旋回体の旋回角を教示位置データとして記憶する教示位置格納手段、およびプレーバック時に前記教示位置格納手段により記憶された教示位置データを順次読み出し、前記角度検出器から得られた前記フロント機構のプレーバック時の現在位置データと対比して、前記フロント機構が前記記憶された教示位置に至るように前記電磁制御弁を制御する指令手段から構成される自動運転コントローラと、
を備える自動運転ショベルにおいて、
当該ショベル以外の他の作業機械に、当該ショベルの所定の部位との距離を検出する距離検出器を設けると共に、
前記自動運転コントローラに、
前記教示位置格納手段により記憶された教示位置データのうち所定の教示位置データを格納する判定位置格納手段と、
前記判定位置格納手段に格納した所定の教示位置データ、プレーバック時に前記角度検出器から得られた前記フロント機構の現在位置データ、および前記距離検出器から得られた前記他の作業機械と当該ショベルの所定の部位との現在距離データを入力し、前記現在距離データに基づいて、前記所定の教示位置データと前記現在位置データとを対比して前記ショベルの位置ずれを判定する位置ずれ判定手段と、
を設けたことを特徴とする自動運転ショベル。
【請求項２】
ブーム、アーム、バケットを含むフロント機構および旋回体をそれぞれ作動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電磁制御弁と、
前記旋回体と前記ブーム間、前記ブームと前記アーム間、前記アームと前記バケット間のそれぞれに形成される関節部の回転角度と前記旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
前記角度検出器から検出される前記フロント機構の各関節部の回転角度および前記旋回体の旋回角を教示位置データとして記憶する教示位置格納手段、およびプレーバック時に前記教示位置格納手段により記憶された教示位置データを順次読み出し、前記角度検出器から得られた前記フロント機構のプレーバック時の現在位置データと対比して、前記フロント機構が前記記憶された教示位置に至るように前記電磁制御弁を制御する指令手段から構成される自動運転コントローラと、
を備える自動運転ショベルにおいて、
地上の所定の位置に、当該ショベルの所定の部位との距離を検出する距離検出器を設けると共に、
前記自動運転コントローラに、
前記教示位置格納手段により記憶された教示位置データのうち所定の教示位置データを格納する判定位置格納手段と、
前記判定位置格納手段に格納した所定の教示位置データ、プレーバック時に前記角度検出器から得られた前記フロント機構の現在位置データ、および前記距離検出器から得られた前記距離検出器と当該ショベルの所定の部位との現在距離データを入力し、前記現在距離データに基づいて、前記所定の教示位置データと前記現在位置データとを対比して前記ショベルの位置ずれを判定する位置ずれ判定手段と、
を設けたことを特徴とする自動運転ショベル。
【請求項３】
請求項１または請求項２の記載において、
前記自動運転コントローラに、前記位置ずれ判定手段における位置ずれの許容範囲を決める閾値を記憶する距離閾値格納手段を設けたことを特徴とする自動運転ショベル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転ショベルに係わり、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ショベルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧ショベルのティーチング・プレーバック手段、いわゆる教示再生手段の一手法として、特公昭５４ー７１２１号公報が知られている。これは教示によって作業機械内に搭載されたセンサの角度、位置等の情報を記憶し、プレーバックすることにより繰り返し同一の動作を行うもので、自己完結形のシステムになっている。
【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、油圧ショベルを自動化するに当たって、他の作業機械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、他の作業機械等と教示時点からの相対的な位置ずれに対する考慮がなく、特別な手段は取られていない。また、一方、接触等を防止するために、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、実用的ではなかった。
【０００５】
従って、本発明は、上記の問題点に鑑みて、安価なセンサを使用し、データの処理負担を軽減した接触防止機能を備えた自動運転ショベルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、
ブーム、アーム、バケットを含むフロント機構および旋回体をそれぞれ作動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電磁制御弁と、
前記旋回体と前記ブーム間、前記ブームと前記アーム間、前記アームと前記バケット間のそれぞれに形成される関節部の回転角度と前記旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
前記角度検出器から検出される前記フロント機構の各関節部の回転角度および前記旋回体の旋回角を教示位置データとして記憶する教示位置格納手段、およびプレーバック時に前記教示位置格納手段により記憶された教示位置データを順次読み出し、前記角度検出器から得られた前記フロント機構のプレーバック時の現在位置データと対比して、前記フロント機構が前記記憶された教示位置に至るように前記電磁制御弁を制御する指令手段から構成される自動運転コントローラと、
を備える自動運転ショベルにおいて、
当該ショベル以外の他の作業機械に、当該ショベルの所定の部位との距離を検出する距離検出器を設けると共に、
前記自動運転コントローラに、
前記教示位置格納手段により記憶された教示位置データのうち所定の教示位置データを格納する判定位置格納手段と、
前記判定位置格納手段に格納した所定の教示位置データ、プレーバック時に前記角度検出器から得られた前記フロント機構の現在位置データ、および前記距離検出器から得られた前記他の作業機械と当該ショベルの所定の部位との現在距離データを入力し、前記現在距離データに基づいて、前記所定の教示位置データと前記現在位置データとを対比して前記ショベルの位置ずれを判定する位置ずれ判定手段と、
を設けたことを特徴とする。
【０００７】
また、ブーム、アーム、バケットを含むフロント機構および旋回体をそれぞれ作動するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する電磁制御弁と、
前記旋回体と前記ブーム間、前記ブームと前記アーム間、前記アームと前記バケット間のそれぞれに形成される関節部の回転角度と前記旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
前記角度検出器から検出される前記フロント機構の各関節部の回転角度および前記旋回体の旋回角を教示位置データとして記憶する教示位置格納手段、およびプレーバック時に前記教示位置格納手段により記憶された教示位置データを順次読み出し、前記角度検出器から得られた前記フロント機構のプレーバック時の現在位置データと対比して、前記フロント機構が前記記憶された教示位置に至るように前記電磁制御弁を制御する指令手段から構成される自動運転コントローラと、
を備える自動運転ショベルにおいて、
地上の所定の位置に、当該ショベルの所定の部位との距離を検出する距離検出器を設けると共に、
前記自動運転コントローラに、
前記教示位置格納手段により記憶された教示位置データのうち所定の教示位置データを格納する判定位置格納手段と、
前記判定位置格納手段に格納した所定の教示位置データ、プレーバック時に前記角度検出器から得られた前記フロント機構の現在位置データ、および前記距離検出器から得られた前記距離検出器と当該ショベルの所定の部位との現在距離データを入力し、前記現在距離データに基づいて、前記所定の教示位置データと前記現在位置データとを対比して前記ショベルの位置ずれを判定する位置ずれ判定手段と、
を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記自動運転コントローラに、前記位置ずれ判定手段における位置ずれの許容範囲を決める閾値を記憶する距離閾値格納手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態を図１〜図４を用いて説明する。
【００１１】
図３は本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。
【００１２】
図において、１は油圧ショベル、２は水平方向に旋回可能な旋回体、３は旋回体２に結合されるブーム、４はブーム３に結合されるアーム、５はアーム４に結合されるバケットである。ブーム３、アーム４、及びバケット５によって周知のように、フロント機構が構成されている。６はクラッシャー、７はホッパ、８はクラッシャ６のホッパ７に設けられバケット５との間の距離を計測する距離センサ、９は採石、１０は砕石、１１はティチーングボックスおよびプレーバック操作盤としての教示・再生装置である。
【００１３】
なお、距離センサ８は、位置ずれを検出したい方向に、任意の個数設置してもよく、６次元までの多次元の位置ずれを検出することが可能である。
【００１４】
図に示すように、油圧ショベル１は、砕石現場において、教示・再生装置１１からの指示を受け、教示された作業手順に従って、自動的に採石９を採集し、クラッシャ６のホッパ７に採石９を投入して砕石１０を得る。
【００１５】
図２は本実施形態に係わる自動運転ショベルの制御機構の全体構成図である。
【００１６】
図において、１１１はティーチングを行うための教示操作部、１１２はプレーバックを行うための再生操作部、１２および１４は、それぞれシリアル通信等を行う、教示・再生装置１１と自動運転コントローラ間のデータを送受信するための教示・再生装置側無線装置および車上側無線装置、１３は油圧ショベル１に搭載される車上装置、１５は自動運転コントローラ、１６は自動運転コントローラ１５から出力された駆動電流によって駆動され、アクチュエータに流入する油量または油圧を制御する電磁制御弁、１７は旋回体２、ブーム３、アーム４、バケット５等の油圧ショベルの各部を作動するためのアクチュエータ、１８は、旋回体２とブーム３間、ブーム３とアーム４間、アーム４とバケット５間のそれぞれに形成される関節部の回転角度と旋回体２の旋回角を検出する角度センサである。なお、図３に示される部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００１７】
教示・再生装置１１は、ティーチング時には、教示操作部１１１からの操作によって、無線装置１２，１４を介してティーチングを行い、自動運転コントローラ１５は、各角度センサ１８からの各検出出力を入力して演算し、所定の記憶領域に教示位置データと教示コマンドを記憶する。プレーバック時には、再生操作部１１２から、無線装置１２，１４を介してプレーバックの指示が出力される。自動運転コントローラ１５は指示を受けると、記憶している教示位置データを呼び出し、角度センサ１８からの角度情報と対比しながら、該教示位置データに合致するように、旋回体２、ブーム３、アーム４、バケット５をそれぞれ作動させるために各電磁制御弁１６に駆動電流を出力する。各電磁制御弁１６は各アクチュエータ１７を油圧制御して、油圧ショベル１の自動運転を行う。
【００１８】
図１は本実施形態に係わる、プレーバック時の、自動運転ショベルの機能構成図である。
【００１９】
図において、１５１は、ティーチング時に、教示・再生装置１１の教示操作部１１１からの操作によって油圧ショベルの任意の複数の姿勢において、角度センサ１８からの角度信号を教示位置データとして格納する教示位置格納部、１５２は、ティーチング時に、教示・再生装置１１の教示操作部１１１からの操作によって教示された教示コマンドを格納する教示コマンド格納部、１５３は教示コマンドを解釈して教示位置格納部１５１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、１５４は教示位置データが出力処理される教示位置出力処理部、１５５は、油圧ショベルが円滑に動作するように、教示位置出力処理部１５４から出力された教示位置データを演算によって細分化された補間教示位置データを作成し出力するサーボ前処理部、１５６はサーボ前処理部１５５から出力された補間教示位置データと現在位置演算部１６０から出力された現在位置データとを対比して油圧ショベル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、１５７は距離センサ８からの検出出力を現在距離データに演算する現在距離演算部、１５８は、教示位置格納部１５１から入手され、位置ずれ判定部に入力される現在距離データを、判定に使用すべきデータとして決定するために、判定位置を指示すると共に、現在位置データと対比される所定の教示位置データを格納する判定位置格納部、１５９はバケット５と距離センサ８との位置ずれの許容範囲を設定するためのもので、教示位置における基準位置と上下限値を記憶する距離閾値格納部、１６０は油圧ショベルの各部に設けられた角度センサからの出力を所定の現在位置データに演算する現在位置演算部、１６１は、コマンドインタプリタ部１５３の指示により起動開始および起動停止が制御され、現在距離演算部１５７、判定位置格納部１５８、距離閾値格納部１５９、および現在位置演算部１６０からの各データにより、バケット５の位置ずれを判定して、その結果をコマンドインタプリタ部１５３およびサーボ前処理部１５５に出力する位置ずれ判定部である。
【００２１】
なお、図２および図３に示される部分と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００２２】
図４は教示コマンド格納部１５２に格納される教示コマンドの一例を示す図である。
【００２３】
図において、ｖは速度を指示するコマンド、ｍｏｖｅは動作を指示するコマンド、Ｐ１〜Ｐｎはｍｏｖｅコマンドの油圧ショベル１の各部に設けられた各関節の角度情報を示すラベルであり、各ラベルＰ１〜Ｐｎのパラメータである教示位置データは教示位置格納部１５１に格納される。
【００２４】
次に、プレーバック時の自動運転ショベルの動作を主として図１を用いて説明する。
プレーバック時は、教示・再生装置１１の再生操作部１１２から自動運転の指示がコマンドインタプリタ部１５３に出力される。コマンドインタプリタ部１５３は指示を受けると、教示コマンド格納部１５２に格納されている図４に示すような教示コマンドをシーケンシャルに読み出して解釈し、例えば、コマンドがｍｏｖｅコマンドの時は、教示コマンドの各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応するパラメータとしての教示位置データを教示位置格納部１５１から教示位置出力処理部１５４に出力させる。出力された教示位置データはサーボ前処理部１５５に入力し、ここでは油圧ショベルが円滑な速度で動作をするように演算されて各教示位置データ間のデータを補間した補間教示位置データが作成される。この補間教示位置データはサーボ制御部１５６に入力され、一方、現在位置演算部１６０において角度センサ１８から得られた検出出力を演算して現在位置データを得、サーボ制御部１５６に入力する。サーボ制御部１５６は、目標となる補間教示位置データと検出した現在位置データに基づいて所定のサーボ制御を行い、電磁制御弁１６に駆動電流を出力する。
【００２５】
一方、現在距離演算部１５７は、バケット５との間の距離を計測する距離センサ８からの検出出力を、教示・再生装置１１を介して入力し、演算して現在距離データを得、位置ずれ判定部１６１に入力する。さらに位置ずれ判定部１６１には、位置ずれ判定部１６１に入力される現在距離データを、判定に使用すべきデータとして決定するために、判定位置を指示するための所定の教示位置データと、バケット５と距離センサ８との位置ずれの許容範囲を設定する距離閾値データと、現在位置演算部１６０からの現在位置データとが入力される。位置ずれ判定部１６１は、現在距離データに基づいて、教示位置データと現在位置データとを対比して位置ずれを演算し、その位置ずれが前記距離閾値データの範囲内であるか否かを判定し、判定した結果、位置ずれが距離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１５３に正常信号を送出し、コマンドインタプリタ部１５３は次のコマンドを読んで処理を継続する。また、位置ずれが距離閾値データの範囲外にある時は、コマンドインタプリタ部１５３に異常信号を送出し、コマンドインタプリタ部１５３における次処理を停止させると共に、異常信号をサーボ前処理部１５５に送出する。サーボ前処理部１５５は処理を停止して油圧ショベル１の動作を停止させ、油圧ショベルとホッパ等の他の作業機械との接触を回避させる。
【００２６】
以上のごとく、本実施形態によれば、簡単な構成で自動運転ショベルに接触防止機能を持たせることができ、また、現在距離データに基づいて、所定の教示位置データと現在位置データを対比してショベルの位置ずれを自動的に検出することができるので、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。
【００２７】
また、位置ずれの検出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なため取り扱いが簡単となる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態を図５を用いて説明する。
【００２９】
図５は本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。
【００３０】
なお、本実施形態では、第１の実施形態のものと距離センサ８の設置箇所が異なる以外は相違しないので、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。  図示するように、本実施形態では、距離センサ８は、油圧ショベル１の上部旋回体２の後部との距離を計測するように地上に配置されたポール上に設置する。
【００３１】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、油圧ショベル１が放土位置に達したとき、距離センサ８からの距離情報を得て、これを放土位置を教示したときの距離情報と比較することにより、位置ずれを検出することができる。
【００３２】
以上のごとく、本実施形態によれば、距離センサ８の設置場所は、確認したい位置ずれを検出できる位置に簡単に配置できるので、作業現場の状況に応じて、設置場所を容易に設定することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明は、油圧ショベルの外部に距離検出器を設け、距離検出器から得られた現在距離データを基に、所定の教示位置データと角度検出器から得られた現在位置データとを対比して、油圧ショベルの位置ずれを判定するようにしたので、簡単な構成で油圧ショベルの位置ずれを検出することができ、安価な接触防止手段を備えた自動運転ショベルを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる、プレーバック時の自動運転ショベルの機能構成図である。
【図２】第１の実施形態に係わる、自動運転ショベルの制御機構の全体構成図である。
【図３】第１の実施形態に係わる、自動運転ショベルの全体構成図である。
【図４】図１に示される教示コマンド格納部１５２に格納される教示コマンドの一例を示す図である
【図５】第２の実施形態に係わる、自動運転ショベルの全体構成図である。
【符号の説明】
１  油圧ショベル
２  旋回体
３  ブーム
４  アーム
５  バケット
６  クラッシャ
７  ホッパ
８  距離センサ
１５  自動運転コントローラ
１５１  教示位置格納部
１５２  教示コマンド格納部
１５３  コマンドインタプリタ部
１５４  教示位置出力処理部
１５５  サーボ前処理部
１５６  サーボ制御部
１５７  現在距離演算部
１５８  判定位置格納部
１５９  距離閾値格納部
１６０  現在位置演算部
１６１  位置ずれ判定部
１６  電磁制御弁
１７  アクチュエータ
１８  角度センサ
【図１】
0003735427.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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