JPH11324027A - 自動運転ショベル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自動運転ショベルの旋回途中の不本意な場所に
山盛りに積み込まれた土砂等のこぼれ落ちを防止するこ
と。 【解決手段】自動運転ショベルの自動運転コントローラ
５０に、再生動作の旋回途中において、油圧ショベルの
旋回速度を急変または停止させる旋回速度急変手段５
２，５３を設ける。また、前記油圧ショベルまたは前記
油圧ショベルから離れた場所に操作手段４５を設け、前
記旋回速度急変手段を、再生動作時において前記操作手
段からの操作により、前記旋回速度の急変度および旋回
速度の急変位置または停止位置を任意に設定可能に構成
する。

Description

【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、遠隔からの指令を受けて掘削から放土
までの一連の作業を自動的に行う自動運転ショベルに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設機械の代表例として油圧ショ
ベルが知られているが、近年、油圧ショベルによる掘削
から放土までの一連の単調な繰り返し作業の場合には、
自動運転ショベルによってその作業を行わせるようにな
ってきている。例えば、特開平９−１９５３２１号公報
には、教示された動作を繰り返し再生して、油圧ショベ
ルに掘削から放土までの一連の作業を自動的に行わせる
技術が開示されている。

【０００３】通常、油圧ショベルを利用して砕石作業等
を行う場合、トラック、油圧ショベル、砕石クラッシャ
を直列的に配置し、油圧ショベルによってトラックから
放土された土砂を積み込み、旋回させて砕石用クラッシ
ャのホッパ上でバケットダンプ、アームダンプ、ブーム
上げを行って放土させ、放土した土砂を砕石用クラッシ
ャによって破砕して砕石を得、再び旋回して土砂を積み
込むという作業を繰り返し行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動運転シ
ョベルでは、バケットの積み込み量が人為的に制御され
ないため、土砂等が過剰に積み込まれるようなことがあ
り、旋回途中において山盛りに積み込まれた土砂等がこ
ぼれ落ち、バケットの下にある機器等を破損する不具合
を発生する場合がある。従来の自動運転ショベルでは、
このような旋回途中での山盛りに積み込まれた土砂等の
こぼれ落ちの防止については特に考慮されていなかっ
た。

【０００５】本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、
旋回途中での山盛りに積み込まれた土砂等のこぼれ落ち
を防止し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】本発明は、上記の課題を
解決するために、次のような手段を採用した。

【０００７】油圧ショベルと、この油圧ショベルに設け
られ、教示して記憶された教示位置を順次読み出してこ
の油圧ショベルを掘削から放土までの一巡する動作を繰
り返し行わせ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、前記自動運転コントローラに、再
生動作の旋回途中において、前記油圧ショベルの旋回速
度を急変または停止させる旋回速度急変手段を設けたこ
とを特徴とする。

【０００８】また、請求項１に記載の自動運転ショベル
において、前記油圧ショベルまたは前記油圧ショベルか
ら離れた場所に操作手段を設け、前記旋回速度急変手段
は、前記再生動作時において、前記操作手段からの操作
により、前記旋回速度の急変度および旋回速度の急変位
置または停止位置を任意に設定可能に構成されているこ
とを特徴とする。

【０００９】また、請求項１ないしは請求項２のいずれ
か１つの請求項に記載の自動運転ショベルにおいて、前
記自動運転コントローラは、再生動作時において各教示
位置に到達すべき位置決め精度を有するとともに、この
位置決め精度を満足するように当該油圧ショベルを再生
動作させる位置決め達成手段を有し、前記旋回速度急変
手段は、前記位置決め精度を高精度に設定することによ
り、前記油圧ショベルの旋回速度を急変または停止させ
ることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
１〜図５を用いて説明する。

【００１１】図２は、本実施形態に関わる自動運転ショ
ベルおよびその作業形態の一例を示す斜視図である。

【００１２】図において、１はストックヤードに貯留さ
れた土石を掘削して、後述するクラッシャ３に放土する
自動運転ショベル本体、２は図示されていないダンプト
ラック等によって運搬されてきた土石等を貯留するスト
ックヤード、３は自動運転ショベル本体１によって放土
された土石を砕石するクラッシャ、４は自動運転ショベ
ル本体１の再生操作を行うのに適した任意の場所に設置
した操作ボックスである。

【００１３】自動運転ショベル本体１は、走行体１０
と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体１１と、旋
回体１１に回動可能に設けたブーム１２と、ブーム１２
の先端に回動可能に設けたアーム１３と、アーム１３の
先端に回動可能に設けられたバケット１４と、ブーム１
２、アーム１３、バケット１４とをそれぞれ回動動作す
るためのシリンダ１５、１６、１７と、旋回体１１に設
けた運転室１８と、操作ボックス４との間で信号の送受
信を行うアンテナ１９とから構成されている。

【００１４】また、自動運転ショベル本体１には、旋回
体１１の旋回角を検出する角度センサ１１１、旋回体１
１とブーム１２との回動角を検出する角度センサ１１２
と、ブーム１２とアーム１３の回動角を検出する角度セ
ンサ１１３と、アーム１３とバケット１４との回動角を
検出する角度センサ１１４が設けられている。

【００１５】また、クラッシャ３は、走行体３０と、ホ
ッパ３１と、砕石部３２と、コンベア３３とから構成さ
れており、３４はクラッシャ３によって砕かれた土石を
示す。

【００１６】また、操作ボックス４は、支持台４０と、
支持台４０に固定された教示再生装置本体４１とから構
成され、教示再生装置本体４１には、教示再生装置本体
４１と機械的かつ電気的に接続可能に設け教示時に操作
される教示操作部４２と、教示結果等を表示する表示部
４２１と、再生動作を行うための再生起動ボタン４３１
および再生動作を停止するための再生停止ボタン４３２
と、非常停止ボタン４４と、山盛りの土砂等を振り落す
ために後述する旋回速度や位置決め精度や振り落し位置
等の自動運転ショベルの振り落し姿勢を任意に設定する
ための振り落し姿勢設定部４５と、自動運転ショベル本
体１のアンテナ１９との間で信号の送受信を行うアンテ
ナ４８とを備える。

【００１７】図１は、自動運転ショベル本体１に搭載さ
れる車載搭載装置５および操作ボックス４に設けられる
教示再生装置本体４１の構成の概要を示すブロック図で
ある。なお、この図において図２に示す符号と同一符号
は同一箇所を示す。

【００１８】同図において、４３は再生時に操作される
再生操作部、４６は教示操作部４２または再生操作部４
３から出力される信号を後述する自動運転コントローラ
５０に出力するための所定の信号を生成するコマンド生
成部、４７および５８はそれぞれ教示再生装置４１と自
動運転コントローラ５０間の信号を送受信するための無
線装置である。なお、コマンド生成部４６は、マイクロ
コンピュータを使用した一般的なコントローラで構成さ
れ、入力した信号に相当する指令コードを生成する機能
を有する。なお、図示していないが教示操作部４２は、
教示時は、通常運転室１８内に設けられ運転室１８から
教示操作される。

【００１９】５は車内搭載装置を示し、５０は主として
コンピュータで構成され自動運転ショベルを自動運転す
るための各種の制御を行う自動運転コントローラ、６３
は自動運転コントローラ５０から出力される駆動電流に
よって駆動される電磁制御弁、６４は電磁制御弁６３か
ら出力される油圧信号により制御され、アクチュエータ
に流入する油量または油圧を制御するコントロールバル
ブ、６５は自動運転ショベル本体１の各関節を作動する
ためのシリンダ１５、１６、１７等のアクチュエータで
ある。

【００２０】また、自動運転コントローラ５０は、教示
操作部４２からの指令により設定された教示位置データ
を格納する教示位置格納部５１と、教示操作部４２から
の指令により設定され再生動作時の各種の動作を指令す
るコマンドが格納される再生コマンド格納部５２と、再
生操作部４３からの再生起動信号により起動されたと
き、再生コマンド格納部５２に格納されている再生コマ
ンドを逐次解釈して、教示位置格納部５１から教示位置
データの出力を指示するコマンドインタプリタ部５３
と、コマンドインタプリタ部５３からの指令に応じて教
示位置格納部５１からの教示位置データを出力処理する
教示位置出力処理部５４と、自動運転ショベル本体１が
各教示位置データ間を円滑に動作するように、教示位置
出力処理部５４から出力された教示位置データに基づい
て教示位置データ間を補間した教示位置データを作成し
て出力する、即ち、与えられた始点（ある教示位置）と
終点（次の教示位置）間をある一定時間きざみで補間演
算を行って時系列データを作成し、順次角度目標値とし
てサーボ制御部５６に出力するサーボ前処理部５５と、
サーボ前処理部５５から出力され補間された教示位置デ
ータと現在位置演算部５７から出力された現在位置デー
タとを対比して、自動運転ショベル本体１の各関節を所
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５６と、角度センサ１１１〜１１４において検出さ
れた角度信号を現在の位置データに演算する現在位置演
算部５７と、操作ボックス４からの信号を受信する無線
機５８と、無線機５８によって受信したコマンドを、教
示時は教示処理部６１に出力し、再生動作時は再生起動
・停止処理部６０または再生コマンド格納部５２に出力
するコマンド受信部５９と、再生操作部４３から伝送さ
れるコマンドを入力処理してコマンドインタプリタ部５
３に再生起動コマンドまたは再生停止コマンドを出力す
る再生起動・停止処理部６０と、教示時、教示操作部４
２からの指令により教示位置データの作成および再生コ
マンド中で参照される数値の設定を行い教示位置格納部
５１または再生コマンド格納部５２に格納する教示処理
部６１と、から構成される。

【００２１】図３は図１に示す再生コマンド格納部５２
に格納される再生コマンドの一例を示す図である。

【００２２】同図において、Ｌ１はコマンドではなく行
ラベルを表す。

【００２３】Ｖは各教示位置での移動速度を指定するコ
マンドであり、数値が大きい程移動速度が高速であるこ
とを示し、最速を１００としたときの％で表される。

【００２４】ＰＡＣ（positional accuracy)は自動運転
ショベルの再生動作時における各教示位置の到達度を決
める位置決め精度を指定するコマンドであり、これは教
示された全ての教示位置を完全に再現させることは容易
でないことからこの数値に示すような位置決め精度内に
到達したら自動運転ショベルは当該教示位置に到達した
ものと判定するために使用される。この数値が大きい程
高精度に再生動作することが要求され、結果として、自
動運転ショベルは各教示位置で減速または停止するよう
に動作する。またその数値が小さい場合は位置決めが緩
くなり自動運転ショベルは各教示位置を滑らかに移動す
るように動作する。

【００２５】ＭＯＶＥは指定された教示位置への移動を
指令するコマンドであり、Ｐ１〜ＰｎはＭＯＶＥコマン
ドの各関節の角度情報を示すラベルである。例えば、Ｍ
ＯＶＥ Ｐ１は教示位置格納部５１に格納される教示位
置データのうち図４に示す位置Ｎｏ. Ｐ１に移動すべき
ことを示す。

【００２６】ＧＯＴＯ Ｌ１は行ラベルＬ１から再び実
行を開始することを指示するコマンドである。

【００２７】図４は、図１に示す教示位置格納部５１に
格納される教示位置データの一例を示す図である。

【００２８】同図において、Ｐ１〜Ｐｎは、教示位置に
対応すると共に前記のラベルＰ１〜Ｐｎに対応してお
り、教示処理時に各教示位置で自動運転ショベルの各部
が取るべき旋回角、ブーム角、アーム角、バケット角、
の各値が設定される。

【００２９】ここで、前記サーボ前処理部５５の補間処
理について説明する。

【００３０】サーボ前処理部５５は、はじめに、角度セ
ンサ１１１〜１１４、現在位置演算部５７、サーボ制御
部５６を介して、現在位置データＡを入手し保持する。
次いで、教示位置出力処理部５４から目標となる教示位
置データＢを読み込む。ここで両者の差分Ｃの、例え
ば、１／１０の差分を算出し、現在位置データＡ＋差分
Ｃ／１０の位置データをサーボ制御部５６に出力し、サ
ーボ制御する。次に、サーボ前処理部５５は、現在位置
データＡ＋差分２Ｃ／１０をサーボ制御部５６に出力
し、サーボ制御する。以下同様の処理を繰り返して、現
在位置データＡ＋差分Ｃ（＝教示位置データＢ）をサー
ボ制御部５６に出力して、教示位置データＢに対する補
間処理を終了する。以下同様にして、各教示位置データ
が出力される毎に補間処理を行う。

【００３１】図５は自動運転ショベルの掘削から放土ま
での旋回動作の一例を示す平面断面図である。なお、同
図において図１または図２に示す符号と同符号の箇所は
同一箇所を示す。

【００３２】同図において、Ｐ２は旋回開始姿勢、Ｐ３
は旋回停止姿勢、Ｐ３は旋回終了姿勢を表し、Ｐ２→Ｐ
３→Ｐ４の順に旋回する状態を示す。

【００３３】次に、本実施形態の自動運転ショベルの動
作を図１および図２に基づいて説明する。

【００３４】図１において、操作ボックス４または図示
していない運転室１８内から教示操作部４２によって教
示操作が行われると、その指令は教示処理部６１に入力
して処理され、現在位置演算部５７からの現在位置デー
タを入力して、各教示位置に対応する図３に示すような
再生コマンド中で参照される数値の設定と図４に示すよ
うな教示位置データを作成する。作成された再生コマン
ド中で参照される数値と教示位置データはそれぞれ、再
生コマンド格納部５２と教示位置格納部５１に格納され
る。

【００３５】再生処理は、再生起動ボタン４３１をオン
することによって、その信号は自動運転コントローラ５
０で受信され、コマンドインタプリタ部６０は、起動命
令により再生コマンド格納部５２に格納されている再生
コマンドを順次読み出す。再生コマンドがＭＯＶＥ命令
の場合には、教示位置出力処理部５４に、教示位置格納
部５１から該当するパラメータを出力し、サーボ前処理
部５５に転送する。

【００３６】サーボ前処理部５５は、コマンドインタプ
リタ部５３から再生コマンド中に設定された速度命令に
従って各関節が動作するように角度の補間演算を行い、
サーボ制御部５６に角度目標値を出力する。サーボ制御
部５６は、現在位置演算部５７で演算された現在位置デ
ータと、サーボ前処理部５５から出力される角度目標値
とを基に、一般的なフィードバック制御を行い、電磁制
御弁６３を駆動するための駆動電流を出力する。これに
よりコントロールバルブ６４が制御されてアクチュエー
タ６５に所定の圧油を供給し、自動運転ショベルの各関
節を駆動する。

【００３７】次に本実施形態の自動運転ショベルにおけ
るバケットに山盛りに積み込まれた土砂等の振り落し制
御について図３および図５を用いて説明する。

【００３８】再生動作時、再生コマンド格納部５２に格
納されているコマンドがコマンドインタプリタ部５３に
よって逐次読み出され再生動作が実行される。今、自動
運転ショベルが土砂を積み込み、図３に示す再生コマン
ド格納部５２ののコマンド「ＭＯＶＥ Ｐ２」が読み
込まれると、旋回開始姿勢が開始される（図５の旋回開
始姿勢Ｐ２）。次いで、のコマンド「Ｖ ９０」、
のコマンド「ＰＡＣ１００」、およびのコマンド「Ｍ
ＯＶＥ Ｐ４」が読み込まれると、自動運転ショベルは
旋回開始姿勢Ｐ２から旋回停止姿勢Ｐ３に向けて、旋回
速度をのコマンドで指定される速度で、かつ位置決め
精度をのコマンドで指定される位置決め精度で旋回を
開始する。しかし、ここでのコマンドで指定される位
置決め精度は高い値に設定されているので、自動運転シ
ョベルはこの位置決め精度を達成しようとするために旋
回停止位置Ｐ３で急速に旋回速度を低下し旋回を一時的
に停止するように動作する（図５の旋回停止姿勢Ｐ
３）。そのため、比較的高速で旋回を開始していた自動
運転ショベルが一時的に停止するため、バケットに土砂
等が山盛りに積み込まれていたような場合には土砂は振
り落とされる。その後、，，のコマンドが読み込
まれ、これらのコマンドで指定される旋回速度と位置決
め精度に従って旋回終了姿勢Ｐ４まで旋回する（図５の
旋回終了姿勢Ｐ４）。

【００３９】なお、図５に示すように、旋回停止姿勢Ｐ
３の位置をストックヤード内に設けることにより振り落
とされた土砂等を排除する手間が省くことができる。

【００４０】また、本実施形態では、図１に示すよう
に、操作器ボックス４１に設けた振り落し姿勢設定部４
５から、再生コマンド格納部５２に格納される再生コマ
ンドの旋回停止位置やその時の旋回速度や位置決め精度
を任意に変更することができるので、自動運転ショベル
に積み込まれる土砂等の性質等に応じて適切な旋回停止
位置やその時の旋回速度や位置決め精度を設定すること
ができる。

【００４１】上記のごとく、本実施形態によれば、再生
動作のために格納される再生コマンドを利用し、それら
のコマンドに設定される数値を調整することにより土砂
等の性質等に応じて適切な振り落し動作を行わせること
ができる。

【００４２】

【発明の効果】上記のごとく、本発明は、自動運転コン
トローラに、再生動作の旋回途中において、前記油圧シ
ョベルの旋回速度を急変または停止させる旋回速度急変
手段を設けたので、旋回途中の所定の場所に山盛りに積
み込まれ土砂等を落とすことができ、不本意な場所での
土砂等のこぼれ落ちやこぼれ落ちによる機器の破損を防
止することができる。また、油圧ショベルまたは油圧シ
ョベルから離れた場所に操作手段を設け、前記旋回速度
急変手段は、再生動作時において、前記操作手段からの
操作により、旋回速度の急変度および旋回速度の急変位
置または停止位置を任意に設定可能に構成されているの
で、再生動作時において、土砂等の性質により旋回速度
の急変度を制御したり、また、旋回速度の急変位置また
は停止位置を容易に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる自動運転ショベル
の機能構成を示すブロック図である。

【図２】本実施形態に係わる自動運転ショベルおよびそ
の作業状態を示す斜視図である。

【図３】図１に示す再生コマンド格納部５２に格納され
る再生コマンドの一例を示す図である。

【図４】図１に示す教示位置格納部５１に格納される教
示位置データの一例を示す図である。

【図５】本実施形態に係わる自動運転ショベルの掘削か
ら放土までの旋回動作の一例を示す平面断面図である。

【符号の説明】

１ 自動運転ショベル ２ ストックヤード ３ クラッシャ ４ 操作ボックス ４１ 教示再生操作部 ４２ 教示操作部 ４３ 再生操作部 ４３１ 再生起動ボタン ４３２ 再生停止ボタン ４４ 非常停止ボタン ４５ 振り落とし姿勢設定部 ５ 車内搭載装置 ５０ 自動運転コントローラ ５１ 教示位置格納部 ５２ 再生コマンド格納部 ５３ コマンドインタプリタ部 ５４ 教示位置出力処理部 ５５ サーボ前処理部 ５６ サーボ制御部 ５７ 現在位置演算部 ５９ コマンド受信部 ６０ 再生起動・停止処理部 ６３ 電磁制御弁 １１１，１１２，１１３ 角度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 一宏 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ショベルと、この油圧ショベルに設
   けられ、教示して記憶された教示位置を順次読み出して
   この油圧ショベルを掘削から放土までの一巡する動作を
   繰り返し行わせ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、 前記自動運転コントローラに、再生動作の旋回途中にお
   いて、前記油圧ショベルの旋回速度を急変または停止さ
   せる旋回速度急変手段を設けたことを特徴とする自動運
   転ショベル。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、 前記油圧ショベルまたは前記油圧ショベルから離れた場
   所に操作手段を設け、 前記旋回速度急変手段は、前記再生動作時において、前
   記操作手段からの操作により、前記旋回速度の急変度お
   よび旋回速度の急変位置または停止位置を任意に設定可
   能に構成されていることを特徴とする自動運転ショベ
   ル。
3. 【請求項３】 請求項１ないしは請求項２のいずれか１
   つの請求項記載において、 前記自動運転コントローラは、再生動作時において各教
   示位置に到達すべき位置決め精度を有するとともに、こ
   の位置決め精度を満足するように当該油圧ショベルを再
   生動作させる位置決め達成手段を有し、 前記旋回速度急変手段は、前記位置決め精度を高精度に
   設定することにより、前記油圧ショベルの旋回速度を急
   変または停止させることを特徴とする自動運転ショベ
   ル。