JP7042780B2 - 作業機械 - Google Patents
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Description
左右方向に旋回可能に前記走行体に取り付けられた旋回体と,前記旋回体を操作するためにオペレータによって操作される操作装置と,前記操作装置に入力される操作に基づいて前記旋回体を旋回駆動させる旋回駆動装置と,前記走行体に対する前記旋回体の旋回角度を検出する角度センサと,前記走行体に対する前記旋回体の前記旋回角度が所定の旋回範囲から逸脱しないように,前記角度センサで検出される前記旋回角度及び前記操作装置に入力される操作に基づいて前記旋回駆動装置を制御する逸脱防止制御が実行可能なコントローラとを備えた作業機械において,第1の位置及び第2の位置のいずれか一方の位置に切り換えられるスイッチを備え,前記コントローラは,前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲に含まれる状態で前記スイッチが前記第1の位置に切り換えられた場合には,前記逸脱防止制御を実行可能な第1の状態に移行し,前記スイッチが前記第2の位置に切り換えられた場合には,前記逸脱防止制御を実行不能な第2の状態に移行し,前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から外れた状態で前記スイッチが前記第1の位置(ON)に切り換えられた場合には,第3の状態に移行し,前記コントローラが前記第3の状態にある場合に前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から外れているときには,前記コントローラは,前記逸脱防止制御を実行不能であり,前記操作装置による前記旋回体の動作を制限し,前記コントローラが前記第3の状態にある場合に前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から外れた状態から前記旋回範囲に含まれる状態に変化したときには,前記コントローラは,前記逸脱防止制御が実行可能な前記第1の状態に移行することを特徴とする。
はじめに第1の実施形態の例について説明する。図2は第1の実施形態のコントローラ10の機能ブロック図を示したものである。本実施形態におけるコントローラ10は,演算処理装置(例えばCPU(図示せず))及び記憶装置(例えば半導体メモリやハードディスクドライブ等(図示せず))を有するコンピュータであり,当該記憶装置に記憶されたプログラムを当該演算処理装置で実行することで,内外判定部201,状態切換部202,旋回量演算部203,旋回許可方向決定部204,前回状態記憶部205,無操作判定部206,制御指令値演算部207,電磁比例弁制御部208,及び報知制御部209として機能する。以下,各部の処理について説明する。なお,各処理のフローはコントローラ10の動作周期に従い繰り返し実行されているものとする。
内外判定部201では,タッチパネルモニタ12を介してオペレータが予め設定した旋回範囲と,旋回角度センサ9の検出値から演算される下部走行体1eに対する上部旋回体1dの旋回角度とを比較することにより,現在の上部旋回体1d(フロント作業装置1A)の旋回角度が旋回範囲の内側と外側のいずれに位置するのかを判定し,その結果を状態切換部202へ出力する。
図4は状態切換部202での処理の流れを示したものである。状態切換部202では,旋回範囲304の設定データ(左旋回方向に対する最大角度302と右旋回方向に対する最大角度303)と,タッチパネルモニタ12上の選択スイッチの切り換え位置データ(逸脱防止制御の有効と無効の選択状態)と,内外判定部201の判定結果(上部旋回体1dの旋回角度が旋回範囲の内側と外側のどちらか)とに基づいて逸脱防止制御に関するコントローラ10の状態(逸脱防止制御状態)を切換える。
旋回量演算部203は,逸脱防止制御状態がスタンバイ状態(第3の状態)にあるときに(すなわち,上部旋回体1dの旋回角度が旋回範囲から外れているときに),演算時(現在)の上部旋回体1dの旋回角度から旋回範囲304の左端と右端に到達するまでに必要な旋回角度(旋回量)を演算する部分である。
旋回許可方向決定部204は,逸脱防止制御状態がスタンバイ状態(第3の状態)にあるとき,左右方向のうち上部旋回体1dの旋回角度が旋回範囲304に含まれる状態に到達するまでに必要な旋回角度(旋回量)が小さい方向を旋回許可方向(逸脱防止制御状態がスタンバイ状態(第3の状態)にあるときに上部旋回体1dの旋回が許可される方向)として決定する部分である。本実施形態の旋回許可方向決定部204では,旋回量演算部203で演算された左右それぞれの旋回方向に対する旋回量601,602の比較を行い,旋回量がより小さい旋回方向を旋回許可方向として決定する。例えば図6のケースでは旋回量601の方が小さいので左旋回が旋回許可方向となる。さらに,旋回許可方向決定部204は,ここで決定した旋回許可方向を制御指令値演算部207へと出力する。なお,旋回許可方向決定部204は,旋回量演算部203から各旋回方向の旋回量601,602が出力されている場合,すなわち,逸脱防止制御がスタンバイ状態(第3の状態)にある場合のみに上記の処理を行う。
前回状態記憶部205は,逸脱防止制御の状態(有効状態,無効状態,スタンバイ状態)が遷移したとき,その直前に設定されていた状態をコントローラ10内の記憶装置に記憶し,その記憶した状態を前回状態として制御指令値演算部207へ出力する処理を実行する部分である。なお,前回状態記憶部205は,逸脱防止制御の状態が遷移したとき,前回状態の更新を自動的に行うものとする。例えば,状態切換部202により切り換えられた現在の逸脱防止制御の状態(現在状態)と,前回状態記憶部205が記憶した前回状態とを参照することで,スタンバイ状態(第3の状態)にある場合に上部旋回体1dの旋回角度が旋回範囲304から外れた状態から旋回範囲304に含まれる状態に変化したタイミング(有効状態(第1の状態)に遷移したタイミング)を判別できる。
無操作判定部206は,操作圧力センサ8a,8bの検出値に基づいて操作レバー7aが無操作状態であることを判定する処理を行う部分である。操作圧力センサ8a,8bから得られた各旋回方向への操作圧力が旋回動作を起こさない程度の圧力である場合,無操作判定部206は当該方向への操作はされていないと判定する。ただし,旋回操作方向の切換時など,操作圧力が一時的に低下する状況も想定されることから,無操作判定部206は,いずれの方向に対しても旋回操作の無い状態が所定時間(例えば,1000[ms])継続していることを条件として,無操作状態であることを判定し,その結果を制御指令値演算部207へ出力する。
制御指令値演算部207は,逸脱防止制御状態が有効状態(第1の状態)である場合,逸脱防止制御を行うために電磁比例弁11a,11bに対して出力する制御指令値を演算する処理を実行する部分である。
電磁比例弁制御部208は,制御指令値演算部207で演算された各旋回方向に対する逸脱防止制御の指令値を電流値へと変換し,電磁比例弁11a,11bへとそれぞれ出力する。
報知制御部209は,現在の逸脱防止制御状態や制御指令値の情報をオペレータへ報知するためのモニタ画像又はブザー信号を生成し,各出力装置(タッチパネルモニタ12及びブザー13)へとそれぞれ出力する。モニタ12上に表示する情報の例としては,現在の逸脱防止制御状態(有効状態,無効状態,スタンバイ状態)や速度制限の状態(旋回速度制限中,非制限中),旋回許可方向等が挙げられる。また,ブザー13による報知では,逸脱防止制御状態が切り替わったタイミングや旋回速度の制限中であることをオペレータに伝えるようなブザーを出力することが想定される。
上記のように構成された本実施形態に係る油圧ショベル1の動作の例について説明する。図9は施工現場の様子を示した例である。本現場環境では,油圧ショベル1は掘削位置901において地盤の掘削を行い,放土位置902において,掘削した土の放土を行う。これら掘削・放土作業は複数回にわたって繰り返し実施され,放土位置902には次第に土が堆積していく。放土位置902に一定以上の土が堆積した場合,ダンプトラック903へ堆積した土の積込を行い,再び掘削・放土作業へと戻るといった一連の流れによって作業が進められる。このとき,オペレータは掘削・放土作業中はタッチパネルモニタ12上の設定スイッチをON位置(第1の位置)に切り換えて逸脱防止制御を有効状態(第1の状態)とし,予め設定した旋回範囲304から上部旋回体1dが逸出しないよう作業を行う。ただし,積込を行う際には設定スイッチをOFF位置(第2の位置)に切り換えることで一時的に逸脱防止制御を無効状態(第2の状態)とし,積込完了後は旋回範囲304へと上部旋回体1d位置を戻し,再び設定スイッチをON位置に切り換えて逸脱防止制御を有効状態(第1の状態)へと切換える。なお,本現場環境では,各作業機械の稼働範囲を分離するために作業境界904が設定されており,各作業機械は一時的な積込作業等を除き,それぞれの稼働範囲内でのみ作業を行う。
次に第2の実施形態の例について説明する。図12は第2の実施形態のコントローラ10の機能ブロック図を示したものである。本実施形態のコントローラは,前述の図2の第1の実施形態における旋回量演算部203を逸出方向記憶部210に変更したものに相当する。逸出方向記憶部210は,コントローラ10が無効状態(第2の状態)にある場合に上部旋回体1dの旋回角度が旋回範囲304から逸脱したときの旋回方向(逸出方向)が右か左かを記憶する。旋回許可方向決定部204は,逸出方向記憶部210が記憶した逸出方向とは逆方向を旋回許可方向として決定する。なお,その他の部分の機能については第1の実施形態と同じであるため,ここでは第2の実施形態における旋回許可方向決定部204と逸出方向記憶部210の動作についてのみ説明する。
図13は逸出方向記憶部210における処理の流れを示したものである。逸出方向記憶部210は,タッチパネルモニタ12によって所定の旋回範囲304が設定され,かつ,状態切換部202で判定された現在の逸脱防止制御状態が無効状態(第2の状態)である場合,上部旋回体1dが旋回範囲304から逸出したときの旋回方向(逸出方向)の記憶を行い,その記憶した逸出方向を旋回許可方向決定部204へと出力する。
旋回許可方向決定部204は,逸脱防止制御状態がスタンバイ状態(第3の状態)にあるとき,逸出方向記憶部210から出力された左右いずれかの旋回方向,すなわち,旋回範囲304から逸出した時の旋回方向とは異なる方向を旋回許可方向として決定し,制御指令値演算部207へと出力する。オペレータは目標地点までの旋回量だけでなく,障害物の有無や作業現場でのルール等を考慮して,旋回範囲304から逸出する際の旋回方向を決定すると考えられる。そのため,特定の状況下では,このように逸出時に通過した経路を再び通過するように旋回許可方向を決定することで,作業効率を向上することが可能である。
本実施形態に係る油圧ショベル1の動作について説明する。図14は施工現場の様子を示した例である。第1の実施形態で示した例(図9参照)とは異なり,旋回範囲304を基準にして右旋回方向に障害物1401が存在している。障害物1401の例としては施工現場内に設置されているフェンスや木といったものが挙げられる。
Claims (6)
- 走行体と
左右方向に旋回可能に前記走行体に取り付けられた旋回体と,
前記旋回体を操作するためにオペレータによって操作される操作装置と,
前記操作装置に入力される操作に基づいて前記旋回体を旋回駆動させる旋回駆動装置と,
前記走行体に対する前記旋回体の旋回角度を検出する角度センサと,
前記走行体に対する前記旋回体の前記旋回角度が所定の旋回範囲から逸脱しないように,前記角度センサで検出される前記旋回角度及び前記操作装置に入力される操作に基づいて前記旋回駆動装置を制御する逸脱防止制御が実行可能なコントローラとを備えた作業機械において,
第1の位置及び第2の位置のいずれか一方の位置に切り換えられるスイッチを備え,
前記コントローラは,
前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲に含まれる状態で前記スイッチが前記第1の位置に切り換えられた場合には,前記逸脱防止制御を実行可能な第1の状態に移行し,
前記スイッチが前記第2の位置に切り換えられた場合には,前記逸脱防止制御を実行不能な第2の状態に移行し,
前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から外れた状態で前記スイッチが前記第1の位置に切り換えられた場合には,第3の状態に移行し,
前記コントローラが前記第3の状態にある場合に前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から外れているときには,前記コントローラは,前記逸脱防止制御を実行不能であり,前記操作装置による前記旋回体の動作を制限し,
前記コントローラが前記第3の状態にある場合に前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から外れた状態から前記旋回範囲に含まれる状態に変化したときには,前記コントローラは,前記逸脱防止制御が実行可能な前記第1の状態に移行する
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において,
前記コントローラが前記第3の状態にある場合に前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から外れているときには,前記コントローラは,前記逸脱防止制御が実行不能であり,前記旋回体の前記左右方向の旋回のうち一方向の旋回を許可するが他方向の旋回を禁止し,
前記コントローラが前記第3の状態にある場合に前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から外れた状態から前記旋回範囲に含まれる状態に変化したときには,前記コントローラは,前記逸脱防止制御が実行可能な前記第1の状態に移行する
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項2の作業機械において,
前記コントローラが前記第3の状態にある場合には,前記コントローラは前記旋回体が前記一方向に旋回する時の旋回速度に対して第1の制限速度を設定する
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項3の作業機械において,
前記コントローラは,
前記コントローラが前記第3の状態にある場合に前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から外れた状態から前記旋回範囲に含まれる状態に変化したときには,前記逸脱防止制御が実行可能な前記第1の状態に移行して,前記旋回体が前記一方向に旋回する時の旋回速度に対して前記第1の制限速度以下の第2の制限速度を設定し,
前記第2の制限速度の設定後に前記操作装置の無操作状態が所定時間継続した場合には,前記第2の制限速度の設定を解除する
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項2の作業機械において,
前記コントローラが前記第3の状態にある場合に前記旋回体の旋回が許可される前記一方向は,前記左右方向のうち前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲に含まれる状態に到達するまでに必要な旋回角度が小さい方向である
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項2の作業機械において,
前記コントローラは,前記コントローラが前記第2の状態にある場合に前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から逸脱したときの旋回方向を記憶し,前記コントローラが前記第3の状態にある場合に前記旋回体の旋回が許可される前記一方向を,前記旋回体の旋回角度が前記旋回範囲から逸脱したときの前記旋回方向とは逆方向に設定する
ことを特徴とする作業機械。
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