WO2024075672A1 - 自動運転建設機械 - Google Patents
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- E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
- E02F9/20—Drives; Control devices
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- E02F9/24—Safety devices, e.g. for preventing overload
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- E02F9/26—Indicating devices
Definitions
- the present invention relates to an autonomous construction machine, and in particular to an autonomous construction machine with improved conditions for switching between autonomous operations.
- Construction machinery is used for a variety of tasks, not just civil engineering works, but in recent years there has been progress in the development of self-driving construction machinery that performs semi-automatic or automatic tasks. This type of self-driving construction machinery can reduce the amount of operations that the operator must perform, which is expected to reduce the burden on the operator and lead to an improvement in the working environment.
- the present invention was made based on the above, and aims to provide an autonomous construction machine that allows the operator to know in advance that operation in automatic mode will begin when switching modes and the operator leaves the machine body.
- the autonomous construction machine of the present invention comprises a power source, an operating device mounted on the vehicle body, a switching device that outputs a request to switch the vehicle body control state, a communication device that receives a signal from a remote control device operated outside the vehicle body, and a controller that determines the vehicle body control state based on the output from the switching device and controls operation according to the vehicle body control state, and the vehicle body control state has at least a manual control state in which the vehicle body operates according to an operation command from the operating device and an automatic control state in which the vehicle body operates according to a preset operation command or an operation command based on a signal received by the communication device, and the automatic control state includes an automatic control inactive state in which the vehicle body is not operating, and an automatic control active state in which the vehicle body is operating, and the controller is characterized in that when the vehicle body control state is switched from the manual control state to the automatic control state by the switching device, the controller sets the automatic control inactive state, and allows a transition from the automatic control inactive state
- the vehicle even if an operator attempts to start an automatic operation while alighting from the vehicle, the vehicle will not start moving immediately because the operator must operate the remote control device (remote control) multiple times before the vehicle will begin to move, and the operator who is alighting from the vehicle can be made aware that the procedure to start the operation is underway.
- remote control device remote control
- FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a hydraulic excavator according to a first embodiment.
- FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a top view of the hydraulic excavator according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a configuration diagram of a control system for a hydraulic excavator according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a detailed configuration diagram of a solenoid valve unit according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a detailed configuration diagram of a solenoid valve unit according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a hardware configuration diagram of a controller of the hydraulic excavator according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a functional block diagram of a controller according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a state transition diagram of a state transition determination unit according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a calculation flow diagram of a target motion calculation unit in the first embodiment.
- FIG. 4 is a calculation flow diagram of an engine stop command unit in the first embodiment.
- FIG. 4 is an output state transition diagram of the engine drive command unit in the first embodiment.
- FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a hydraulic excavator in a modified embodiment of the first embodiment.
- FIG. 11 is a functional block diagram of a controller according to a second embodiment.
- FIG. 11 is a state transition diagram of a state transition determination unit according to the second embodiment.
- FIG. 1 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11.
- FIG. 1 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11.
- FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a hydraulic excavator 1 according to a first embodiment.
- the hydraulic excavator 1 includes a multi-joint front working mechanism 1A, a vehicle body 1B, and a controller (not shown in FIG. 1).
- the front working mechanism 1A has a boom cylinder 5, an arm cylinder 6, a bucket cylinder 7, a boom 8, an arm 9, a bucket 10, a bucket link 13, a boom angle sensor 30, an arm angle sensor 31, and a bucket angle sensor 32.
- the boom 8, the arm 9, and the bucket 10 are multiple driven members that each rotate vertically, and the front working mechanism 1A is formed by connecting these together.
- the vehicle body 1B has a lower running body 11 and an upper rotating body 12.
- the lower running body 11 runs by being driven by a pair of left and right running hydraulic motors 3a (see FIG. 3, etc.) and 3b.
- the upper rotating body 12 is attached on top of the lower running body 11 and is configured to be able to rotate.
- the base end of the boom 8 is rotatably supported via a boom pin at the front of the upper rotating body 12.
- An arm 9 is rotatably connected to the tip of the boom 8 via an arm pin.
- a bucket 10 is rotatably connected to the tip of the arm 9 via a bucket pin.
- the boom 8 is driven by a boom cylinder 5, the arm 9 is driven by an arm cylinder 6, and the bucket 10 is driven by a bucket cylinder 7.
- Figure 2A is a side view of the hydraulic excavator 1.
- the rotation angle of the boom 8 is defined as ⁇
- the rotation angle of the arm 9 is defined as ⁇
- the rotation angle of the bucket 10 is defined as ⁇ .
- the inclination angle of the upper rotating body 12 (vehicle body 1B) with respect to a reference plane (e.g., a horizontal plane) is defined as ⁇ .
- the tip of the bucket 10 is defined as P.
- FIG. 2B is a top view of the hydraulic excavator 1. As shown in FIG. 2B, the relative angle between the upper rotating body 12 and the lower traveling body 11 is ⁇ .
- the boom angle sensor 30 is attached to the boom pin so as to be able to measure the rotation angle ⁇ of the boom 8.
- the arm angle sensor 31 is attached to the arm pin so as to be able to measure the rotation angle ⁇ of the arm 9.
- the bucket angle sensor 32 is attached to the bucket link 13 so as to be able to measure the rotation angle ⁇ of the bucket 10. Note that the angle sensors 30, 31, and 32 can each be replaced with an angle sensor relative to a reference plane (e.g., a horizontal plane).
- the upper rotating body 12 has a cab 120, a hydraulic pump 2, a swing hydraulic motor 4, an engine 18, a vehicle body inclination angle sensor 33, a swing angle sensor 34, and a tank 200.
- the cab 120 is provided with an operating right lever 22a, an operating left lever 22b, a travel right lever 23a, a travel left lever 23b, a gate lock lever 24, an engine RPM setting device 480, and a control state changeover switch 670.
- the operating right lever 22a and the operating left lever 22b may be referred to as the operating device 22
- the travel right lever 23a and the travel left lever 23b may be referred to as the operating device 23.
- the swing hydraulic motor 4 swings the upper swing body 12.
- the traveling hydraulic motors 3a and 3b, the swing hydraulic motor 4, the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, and the bucket cylinder 7 may be collectively referred to as "actuators.”
- the vehicle body inclination angle sensor 33 is attached to any position of the upper rotating body 12 and detects the inclination angle ⁇ of the upper rotating body 12 (vehicle body 1B) with respect to a reference plane (e.g., a horizontal plane).
- the turning angle sensor 34 is provided on the central axis of turning of the upper rotating body 12 and measures the relative angle ⁇ between the upper rotating body 12 and the lower running body 11.
- the engine 18 is a prime mover (power source) that drives the hydraulic pump 2 and a pilot pump, which will be described later.
- the engine speed setting device 480 is a device for setting the speed of the engine 18.
- the engine speed setting device 480 is a dial-type variable resistor, and the voltage output from the engine speed setting device 480 varies with dial operation.
- the control state changeover switch 670 is a switch for changing the vehicle body control state of the hydraulic excavator 1.
- the control state changeover switch 670 outputs a switch signal requesting a changeover of the vehicle body control state.
- the switch signal output from the control state changeover switch 670 is on, it is possible to change to an automatic control state (automatic control mode) in which the vehicle operates according to a preset operation command (target operation) regardless of the operation of the operating devices 22, 23, and when the switch signal is off, it is possible to change to a manual control state (manual control mode) in which the vehicle operates according to an operation command from the operating devices 22, 23.
- the hydraulic excavator 1 also includes a communication device 650 (not shown in FIG. 1, but shown in FIG. 6 and FIG. 7) for transmitting and receiving signals to and from the remote control device 800.
- a communication device 650 (not shown in FIG. 1, but shown in FIG. 6 and FIG. 7) for transmitting and receiving signals to and from the remote control device 800.
- the remote control device 800 is a device for remotely (outside the hydraulic excavator 1) starting or stopping the automatic operation of the hydraulic excavator 1, and is equipped with a remote operation start/stop switch 880 and a remote engine start/stop switch 881.
- the switch status signal of the remote operation start/stop switch 880 and the switch status signal of the remote engine start/stop switch 881 are transmitted to the control controller 40 (not shown in FIG. 1) of the hydraulic excavator 1 via the communication device 850 and the communication device 650.
- the remote control device 800 is illustrated as having two switches, a remote operation start/stop switch 880 and a remote engine start/stop switch 881, but the input form is not limited to switch input, and may be lever input, touch panel input, voice input, etc. Also, the number of switches (inputs) is not limited to two, and may be three or more depending on the operation form of the autonomous driving.
- FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the control system of hydraulic excavator 1.
- the control system of the hydraulic excavator 1 includes hydraulic pumps 2a and 2b, flow control valves 15a to 15f, load detection devices 16a to 16l, engine 18, regulators 2aa and 2ba, right and left operating levers 22a and 22b (operating device 22), right and left travel levers 23a and 23b (operating device 23), gate lock lever 24 (FIG.
- control controller also simply called controller
- 40 operating devices 45a and 45b, operating devices 46a and 46b, operating devices 47a and 47b, pilot pump 48, pump line 143, pilot lines 144a to 149b, hydraulic drive units 150a to 155b, solenoid valve unit 160, tank 200, engine controller 470, engine speed detection device 490, and engine starter 471 (not shown in FIG. 3, but shown in FIG. 6 and FIG. 7).
- the operating devices 22 and 23 and the gate lock lever 24 are provided in the driver's cab 120 and are operated by the operator.
- the operating devices 22 and 23 are of the electric lever type and generate an electric signal according to the amount and direction of operation by the operator.
- the electric signal thus generated is input to the controller 40 via the operating devices 45a to 47b.
- the controller 40 outputs an electric signal to the solenoid valve unit 160 to drive the solenoid proportional valve according to the operation input to the operating devices 22 and 23.
- the operating devices 45a to 47b are provided in the operator's cab 120.
- the operating device 47a is connected to the right travel lever 23a and outputs a signal to the controller 40 for operating the right travel hydraulic motor 3a.
- the operating device 47b is connected to the left travel lever 23b and outputs a signal to the controller 40 for operating the left travel hydraulic motor 3b.
- the operating devices 45a and 46a are connected to a common right operating lever 22a and output signals to the controller 40 for operating the boom cylinder 5 and bucket cylinder 7.
- the operating devices 45b and 46b are connected to a common left operating lever 22b and output signals to the controller 40 for operating the arm cylinder 6 and swing hydraulic motor 4.
- the engine 18 drives the hydraulic pumps 2a and 2b and the pilot pump 48.
- the engine starter 471 rotates to a certain extent to assist in starting the engine 18.
- the hydraulic pumps 2a and 2b are variable displacement pumps whose capacity is controlled by regulators 2aa and 2ba, respectively.
- the pilot pump 48 is a fixed displacement pump.
- the engine controller 470 controls the rotation speed and other parameters of the engine 18 in response to a control signal from the controller 40.
- the engine speed detection device 490 is a rotation sensor for detecting the rotation speed of the engine 18.
- the hydraulic pump 2 and the pilot pump 48 draw hydraulic oil from the tank 200.
- a control signal output from the controller 40 is input to the regulators 2aa and 2ba.
- the detailed configuration of the regulators 2aa and 2ba is omitted, the discharge flow rates of the hydraulic pumps 2a and 2b are controlled in response to the control signal.
- the pressure oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the boom cylinder 5 via the flow control valve 15a, to the arm cylinder 6 via the flow control valve 15b, to the bucket cylinder 7 via the flow control valve 15c, to the swing hydraulic motor 4 via the flow control valve 15d, to the right traveling hydraulic motor 3a via the flow control valve 15e, and to the left traveling hydraulic motor 3b via the flow control valve 15f.
- the boom cylinder 5, arm cylinder 6, and bucket cylinder 7 expand and contract due to the supplied pressure oil, so that the boom 8, arm 9, and bucket 10 rotate, respectively, and the position and attitude of the bucket 10 change.
- the swing hydraulic motor 4 rotates due to the supplied pressure oil, so that the upper swing body 12 rotates relative to the lower traveling body 11.
- the right traveling hydraulic motor 3a and the left traveling hydraulic motor 3b rotate due to the supplied pressure oil, so that the lower traveling body 11 travels.
- the boom cylinder 5 is provided with load detection devices 16a and 16b
- the arm cylinder 6 is provided with load detection devices 16c and 16d
- the bucket cylinder 7 is provided with load detection devices 16e and 16f.
- the load detection devices 16a to 16f are pressure sensors that detect the bottom side pressure and rod side pressure of the boom cylinder 5, arm cylinder 6, and bucket cylinder 7, respectively, and output them as electrical signals to the controller 40.
- the right traveling hydraulic motor 3a is provided with load detection devices 16g and 16h
- the left traveling hydraulic motor 3b is provided with load detection devices 16i and 16j
- the swing hydraulic motor 4 is provided with load detection devices 16k and 16l.
- the load detection devices 16g to 16l are pressure sensors that detect the pressure of each of the input/output lines of the right traveling hydraulic motor 3a, the left traveling hydraulic motor 3b, and the swing hydraulic motor 4, respectively, and output them as electrical signals to the controller 40. Due to space limitations, the connection lines from the load detection devices 16a to 16l to the controller 40 are not shown in FIG. 3.
- the pump line 143 is the discharge pipe of the pilot pump 48, and after passing through the lock valve 39, it is connected to each electromagnetic proportional valve in the solenoid valve unit 160.
- the lock valve 39 (lock device) is an electromagnetic switching valve, and its electromagnetic drive unit is electrically connected to the lock lever position detector 38 of the gate lock lever 24 (not shown in FIG. 3, but shown in FIG. 6 and FIG. 7).
- the gate lock lever has a rotation center, and the operator can manually rotate the gate lock lever.
- the gate lock lever can be configured to be rotatable, for example, from an angle at which it contacts the upper limit stopper to an angle at which it contacts the lower limit stopper.
- the lock lever position detector 38 is a switch sensor, and can be configured so that the switch is pressed by the gate lock lever at the same time that the gate lock lever contacts the lower limit stopper. As a result, the lock lever position detector 38 outputs a signal according to the position of the gate lock lever 24 to the lock valve 39, and thereby detects the enabled and disabled states of the operating devices 22 and 23 by the lock valve 39 (lock device).
- the lock valve 39 When the gate lock lever is in the locked position, the lock valve 39 is closed and the pump line 143 is blocked, and when the gate lock lever is in the unlocked position, the lock valve 39 is open and the pump line 143 is open.
- Figures 4 and 5 are diagrams showing the detailed configuration of the solenoid valve unit 160.
- the primary port side of the solenoid valve unit 160 is connected to the pilot pump 48 via the pump line 143.
- the solenoid valve unit 160 has solenoid proportional valves 54a to 59b that reduce the pilot pressure from the pilot pump 48 and output it to the pilot lines 144a to 149b.
- the solenoid proportional valves 54a to 59b are used as control signals that drive the flow control valves 15a to 15f in response to the input electrical signal.
- the solenoid proportional valves 54a and 54b are connected to the hydraulic actuators 150a and 150b of the flow control valve 15a via pilot lines 144a and 144b.
- the solenoid proportional valves 55a and 55b are connected to the hydraulic actuators 151a and 151b of the flow control valve 15b via pilot lines 145a and 145b.
- the solenoid proportional valves 56a and 56b are connected to the hydraulic actuators 152a and 152b of the flow control valve 15c via pilot lines 146a and 146b.
- the solenoid proportional valves 57a and 57b are connected to the hydraulic actuators 153a and 153b of the flow control valve 15d via pilot lines 147a and 147b.
- the solenoid proportional valves 58a and 58b are connected to the hydraulic actuators 154a and 154b of the flow control valve 15e via pilot lines 148a and 148b.
- the solenoid proportional valves 59a and 59b are connected to the hydraulic actuators 155a and 155b of the flow control valve 15f via pilot lines 149a and 149b.
- the electromagnetic proportional valves 54a to 59b are at a minimum opening when not energized, and the opening increases as the current, which is the control signal from the controller 40, increases. In this way, the opening of each of the electromagnetic proportional valves 54a to 59b corresponds to the control signal from the controller 40.
- pilot pressure can be generated even when the corresponding operating devices 22 and 23 are not operated by the operator, so that the operation of each actuator can be forcibly generated.
- FIG. 6 is a hardware configuration diagram of the controller 40.
- the controller 40 is a computer device, and includes an input unit 91, a central processing unit (CPU) 92 which is a processor, a read-only memory (ROM) 93, a random access memory (RAM) 94, and an output unit 95.
- CPU central processing unit
- ROM read-only memory
- RAM random access memory
- the control system shown in FIG. 6 includes operation devices 22 and 23 connected to a controller 40 (control device), a posture detection device 50, an engine RPM setting device 480, a control state changeover switch 670, a communication device 650 that receives signals from a remote control device 800, a lock lever position detector 38, an engine controller 470, an engine starter 471, and solenoid proportional valves 54 to 59.
- the posture detection device 50 is composed of the boom angle sensor 30, arm angle sensor 31, bucket angle sensor 32, vehicle body inclination angle sensor 33, and swing angle sensor 34 described above. These angle sensors 30, 31, 32, and 33 function as posture sensors for the front working implement 1A.
- the input unit 91 inputs a signal from the attitude detection device 50, a signal indicating the amount of operation from the operation devices 22 and 23, a signal from the engine speed setting device 480, a signal from the control state changeover switch 670, a signal from the engine controller 470, a signal from the remote control device 800 via the communication device 650, and a signal from the lock lever position detector 38, and converts them so that the CPU 92 can perform calculations.
- the ROM 93 is a recording medium that stores a control program for executing the control contents described below and various information necessary for executing control calculations.
- the CPU 92 performs a predetermined calculation process on the signals received from the input unit 91, ROM 93, and RAM 94 according to the control program stored in the ROM 93.
- the output unit 95 creates an output signal according to the calculation result in the CPU 92, and outputs the signal to the engine controller 470, the engine starter 471, and the solenoid proportional valves 54a to 59b, thereby controlling the drive of the engine 18, the engine starter 471, and each actuator.
- controller 40 in FIG. 6 includes semiconductor memories ROM 93 and RAM 94 as storage devices, but these can be replaced with other types of storage devices, such as a magnetic storage device such as a hard disk drive.
- Fig. 7 is a functional block diagram of the controller 40.
- the control controller 40 includes a state transition determination unit 40a, a manual control target operation calculation unit 40b-1, an automatic control target operation calculation unit 40b-2, a target operation calculation unit 40b-3, a target engine speed calculation unit 40c, an electromagnetic proportional valve control unit 40d, an engine stop command unit 40e, and an engine drive command unit 40f.
- the state transition determination unit 40a receives the state switching flag Fm(t), which is a signal transmitted from the control state changeover switch 670 and converted by the input unit 91, the engine speed N(t), which is a signal transmitted from the engine controller 470 and converted by the input unit 91, the lock lever position L(t), which is a signal transmitted from the lock lever position detector 38 and converted by the input unit 91, and the automatic operation command (also called the automatic driving start command) Rs(t) and the remote engine drive command Re(t), which are signals transmitted from the communication device 650 and converted by the input unit 91, and calculates (determines) the control state information M(t) based on this information.
- the state transition determination unit 40a then transmits the information on the control state information M(t) to the target operation calculation unit 40b-3, the engine stop command unit 40e, and the engine drive command unit 40f.
- the automatic operation command (automatic driving start command) Rs(t) is a signal of 0 or 1, with a value of 1 commanding the start of automatic driving and a value of 0 commanding the stop of automatic driving.
- the remote engine drive command Re(t) is a signal of 0 or 1, with a value of 1 commanding the driving of the engine and a value of 0 commanding the stop of the engine. If the engine is to be kept running, the remote engine drive command Re(t) is always 1.
- the lock lever position L(t) is a signal of 0 or 1, with a value of 1 indicating the locked position and a value of 0 indicating the released position.
- the state switch flag Fm(t) is a signal of 0 or 1, with a value of 1 commanding a transition to the automatic control state and a value of 0 commanding a transition to the manual control state.
- the control status information M(t) is a signal ranging from 0 to 5, with 0 indicating manual control mode, 1 indicating automatic control non-operational mode 1, 2 indicating automatic control non-operational mode 2, 3 indicating standby mode, 4 indicating automatic control operation mode, and 5 indicating automatic control non-operational mode 3.
- the manual control target motion calculation unit 40b-1 receives operation amount information, which is an electrical signal that corresponds to the amount and direction of operation of the operator transmitted from the operation devices 22, 23, converted by the input unit 91, and calculates the target actuator speed Vmt(t). The manual control target motion calculation unit 40b-1 then transmits the information on the target actuator speed Vmt(t) to the target motion calculation unit 40b-3.
- operation amount information is an electrical signal that corresponds to the amount and direction of operation of the operator transmitted from the operation devices 22, 23, converted by the input unit 91, and calculates the target actuator speed Vmt(t).
- the manual control target motion calculation unit 40b-1 transmits the information on the target actuator speed Vmt(t) to the target motion calculation unit 40b-3.
- the operation amount information is the angle information of each lever.
- the manual control target movement calculation unit 40b-1 inputs this angle information into an angle-target actuator speed table, and the output is the target actuator speed Vmt(t), which is the target speed of each actuator.
- the automatic control target motion calculation unit 40b-2 receives the attitude information, which is a signal transmitted from the attitude detection device 50 and converted by the input unit 91, and calculates the target actuator speed Vat(t). The automatic control target motion calculation unit 40b-2 then transmits the information on the target actuator speed Vat(t) to the target motion calculation unit 40b-3.
- ROM 93 stores target operations of the hydraulic excavator 1, such as the target trajectory of the bucket tip and the travel path.
- the controller 40 performs feedback control using posture information as input so that the actual operation matches this target operation.
- the target motion calculation unit 40b-3 receives the target actuator speed Vmt(t) sent from the manual control target motion calculation unit 40b-1, the target actuator speed Vat(t) sent from the automatic control target motion calculation unit 40b-2, and the control state information M(t) sent from the state transition determination unit 40a, and calculates the final target actuator speed.
- the target motion calculation unit 40b-3 then outputs the final target actuator speed to the solenoid proportional valve control unit 40d.
- the solenoid proportional valve control unit 40d outputs control command values for the corresponding solenoid proportional valves 54 to 59 according to the target actuator speed output by the target motion calculation unit 40b-3.
- the target engine speed calculation unit 40c receives an engine speed setting signal, which is a signal obtained by converting the voltage value output from the engine speed setting device 480 and read by the controller 40 at the input unit 91, and calculates the target engine speed. The target engine speed calculation unit 40c then transmits the target engine speed to the engine controller 470.
- the engine speed setting signal is a voltage value.
- the target engine speed calculation unit 40c inputs the voltage value information into a voltage-target engine speed table, and the output is the target engine speed.
- the engine stop command unit 40e receives the control state information M(t) and calculates the value of the engine stop command. The engine stop command unit 40e then outputs the engine stop command to the engine controller 470.
- the engine drive command unit 40f receives the engine speed N(t) and the control state information M(t) and calculates an engine starter drive command for starting the engine. The engine drive command unit 40f then outputs the engine starter drive command to the engine starter 471.
- Fig. 8 is a state transition diagram of the state transition determination unit 40a. In this diagram, once a state is entered, that state is maintained until a condition for transition to another state is satisfied.
- the state transition determination unit 40a starts calculating from S101.
- S102 it is determined that the control state is manual control mode, and the control state information M(t) is set to 0.
- the state change flag Fm(t) becomes 1 by the switching operation of the control state change switch 670 in S102, and the engine speed N(t) is 0, the state transitions to S103.
- S103 is a state in which the vehicle is in automatic control and the operation of the vehicle body has not started (automatic control non-operating state).
- the automatic control state is a state in which the vehicle operates according to a preset operation command (target operation) regardless of the operation of the operating devices 22, 23, or an operation command based on a signal received by the communication device 650.
- the control state is determined to be automatic control non-operation mode 1, and the control state information M(t) is set to 1.
- the state switching flag Fm(t) becomes 0 by switching the control state switching switch 670 in S103, the state transitions to S102.
- the lock lever position L(t) is 0, the engine speed N(t) is 0, and the remote engine drive command Re(t) is 0, the state transitions to S104.
- S104 is a state in which the vehicle body is not in operation (automatic control non-operation state) under automatic control, the gate lock lever is in the release position (unlocked position), and the engine is stopped.
- the engine may be stopped by operating the remote engine start/stop switch 881 of the remote control device 800 to the OFF side to set the remote engine drive command Re(t) to 0, or by other means.
- S104 it is determined that the control state is automatic control non-operation mode 2, and the control state information M(t) is set to 2.
- the remote engine drive command Re(t) becomes 1 by operating the remote engine start/stop switch 881 of the remote control device 800 to the on side in S104
- the automatic operation command Rs(t) becomes 0 by operating the remote operation start/stop switch 880
- S105 is a state in which the operation of the vehicle body has not started in the automatic control state (automatic control non-operation state), the gate lock lever is in the release position (unlocked position), and the engine is driven (started) by the remote control device 800.
- S107 is a state in which the operation of the vehicle body has not started in the automatic control state (automatic control non-operation state), the gate lock lever is in the lock position, and the engine is stopped.
- S105 it is determined that the control state is standby mode, and the control state information M(t) is set to 3.
- the automatic operation command Rs(t) becomes 1 by the operation of the remote operation start/stop switch 880 of the remote control device 800 in S105
- S106 is an automatic control state
- automatic driving is started by the remote control device 800 (automatic control operating state).
- the lock lever position L(t) becomes 1 by the operation of the gate lock lever in S105, the state transitions to S107.
- S107 is an automatic control state, a state in which the operation of the vehicle body has not been started (automatic control non-operating state), the gate lock lever is in the lock position, and the engine is driven (started) by the remote control device 800.
- the remote engine drive command Re(t) becomes 0 by the operation of the remote engine start/stop switch 881 of the remote control device 800 in S105, the state transitions to S104.
- S104 is a state in which the vehicle is in automatic control mode, the vehicle body has not started to operate (automatic control not activated), the gate lock lever is in the release position (unlocked position), and the engine has been stopped by the remote control device 800.
- S106 it is determined that the control state is the automatic control operation mode, and the control state information M(t) is set to 4. If in S106 the automatic operation command Rs(t) becomes 0 by operation of the remote operation start/stop switch 880 of the remote control device 800, the state transitions to S105.
- S105 is a state in which the vehicle is in an automatic control state and automatic driving has been stopped by the remote control device 800 (a state in which the vehicle body has not started operating, the gate lock lever is in the release position (unlocked position), and the engine has been driven (started) by the remote control device 800).
- control state is automatic control non-operation mode 3, and the control state information M(t) is set to 5. If in S107 the remote engine drive command Re(t) becomes 0 by operating the remote engine start/stop switch 881 of the remote control device 800 (i.e., the engine is stopped by the remote control device 800), the state transitions to S103.
- the automatic operation command Rs(t) is set to 0 and automatic operation is stopped by the remote control device 800.
- the lock lever position L(t) is set to 1
- the remote engine drive command Re(t) is set to 0 to stop the engine by the remote control device 800
- the state switch flag Fm(t) is set to 0.
- the remote engine drive command Re(t) may be set to 0 to stop the engine by the remote control device 800.
- Fig. 9 is a calculation flow diagram of the target motion calculation unit 40b-3. This calculation flow is repeatedly processed while the controller 40 is operating, for example.
- the calculation of the target movement calculation unit 40b-3 starts from S201.
- control state information M(t) it is determined whether the control state information M(t) is 0, i.e., whether the control state information is in manual control mode. If the control state information M(t) is 0, S202 is determined as Yes, and the process proceeds to S204. If the control state information M(t) is other than 0, S202 is determined as No, and the process proceeds to S203.
- control state information M(t) is 4, i.e., whether the automatic control operation mode is set. If the control state information M(t) is 4, S203 returns Yes and the process proceeds to S205. If the control state information M(t) is other than 4, S203 returns No and the process proceeds to S206.
- the final target actuator speed is set to Vmt(t).
- the target motion calculation unit 40b-3 then outputs this value to the solenoid proportional valve control unit 40d.
- the final target actuator speed is set to Vat(t).
- the target motion calculation unit 40b-3 then outputs this value to the solenoid proportional valve control unit 40d.
- the final target actuator speed is set to 0.
- the target motion calculation unit 40b-3 then outputs this value to the solenoid proportional valve control unit 40d.
- the above is the calculation flow of the target movement calculation unit 40b-3 in the first embodiment.
- Fig. 10 is a calculation flow diagram of the engine stop command unit 40e. This calculation flow is repeatedly processed while the controller 40 is operating, for example.
- the engine stop command unit 40e starts calculating from S301.
- control state information M(t) it is determined whether the control state information M(t) is 1 or 2. As shown in FIG. 8, when the control state information M(t) is 1 or 2, it corresponds to automatic control non-operating modes 1 and 2, in which the engine is stopped. If the control state information M(t) is 1 or 2, S302 is determined as Yes, and processing proceeds to S303. If the control state information M(t) is other than 1 or 2, S302 is determined as No, and processing proceeds to S304.
- Fig. 11 is a transition diagram of the output state of the engine running command unit 40f. In this diagram, once a state is entered, that state is maintained until a condition for transition to another state is satisfied.
- control state information M(t) when the control state information M(t) transitions from 2 to 3, the engine transitions from a stopped state to a running state. In other words, when the control state information M(t) transitions from 2 to 3, it is necessary to drive the engine starter 471 to start the engine 18.
- the engine drive command unit 40f starts calculating from S401.
- control state information M(t) is 2
- the starter drive command is set to FALSE. If the control state information M(t) transitions to a value other than 2 or 3 in S403, the process transitions to S402. Also, if the control state information M(t) transitions to 3 in S403, the process transitions to S404.
- the above output state transitions cause the control state information M(t) to become 2 once, and then when the control state information M(t) becomes 3, a command can be issued to the engine starter 471 to drive the engine starter, and once the engine 18 starts and the engine speed exceeds a certain value (threshold), the engine starter can be stopped.
- the onboard operator first switches the control state changeover switch 670 (S102 ⁇ S103 in FIG. 8), then operates the remote engine start/stop switch 881 of the remote control device 800 to send a command to stop the engine 18 (S103 ⁇ S104 in FIG. 8). Then, the remote engine start/stop switch 881 is operated to send a command to start the engine 18 (S104 ⁇ S105 in FIG. 8), and then the remote operation start/stop switch 880 is operated to send a command to start automatic operation (automatic driving start command) (S105 ⁇ S106 in FIG. 8).
- the controller 40 unless the controller 40 operates the remote control device 800 multiple times (unless the remote engine start/stop switch 881 and the remote operation start/stop switch 880 are operated) in the automatic control state and the operation of the vehicle body has not started (automatic control non-operating state), the operation of the vehicle body in the automatic control state will not start. In other words, the controller 40 prohibits the start of the operation of the vehicle body in the automatic control state until the remote control device 800 is operated multiple times (until the remote engine start/stop switch 881 and the remote operation start/stop switch 880 are operated) in a state where the vehicle body is in the automatic control state and the operation of the vehicle body has not started (automatic control non-operation state).
- the controller 40 sets the automatic control non-operation state, and allows the transition from the automatic control non-operation state to the automatic control operation state by operating the remote control device 800 multiple times in the automatic control non-operation state.
- the engine 18 will stop (S103 ⁇ S104 in FIG. 8). If the operator operates the remote engine start/stop switch 881 of the remote control device 800 again, the system will enter a standby state and the engine 18 will start (S104 ⁇ S105 in FIG. 8). At that point, the operator can recognize that the above procedure is progressing even though dismounting has not yet been completed.
- the operator near the vehicle body can recognize that a non-final procedure operation (for example, an operation to start the engine 18 by the remote control device 800) has been performed, which is a non-final operation among multiple operations of the remote control device 800 (operations of the remote engine start/stop switch 881 and the remote operation start/stop switch 880).
- a non-final procedure operation for example, an operation to start the engine 18 by the remote control device 800
- a non-final operation among multiple operations of the remote control device 800 operations of the remote engine start/stop switch 881 and the remote operation start/stop switch 880.
- the controller 40 will not resume the operation of the vehicle body in the automatic control state unless at least the remote control device 800 is operated to stop the engine 18. In other words, the controller 40 prohibits the resumption of the operation of the vehicle body in the automatic control state until at least the remote control device 800 is operated to stop the engine 18.
- the controller 40 allows the transition from the automatic control not activated state to the automatic control activated state by stopping the power source (engine 18). That is, when the gate lock lever in the driver's cab 120 is operated in the standby state, the automatic control is not activated and the power source is operating. Once the automatic control is inactive and the power source is running, the engine 18 must be stopped by the remote control device 800 before the vehicle can resume operation. At that point, you have time to leave the vehicle before the procedure is completed.
- the vehicle will not start moving immediately because the remote control device 800 (remote control) must be operated multiple times before the vehicle can start moving, and the operator who is alighting from the vehicle can sense that the procedure to start the operation is progressing by sensing that the engine has stopped and started. Then, when the operator who is alighting from the vehicle senses that the procedure to start the operation is progressing, he or she can lock the vehicle's operation by operating the gate lock lever.
- the gate lock lever is operated to transition to automatic control inactive mode 3 to disable the vehicle body, but this may be replaced with an automatic operation stop switch 700 that is provided on the outside of the driver's cab 120 and can be operated even after the driver gets off the vehicle and closes the door of the driver's cab 120, as shown in Fig. 12.
- the controller 40 may transition to the automatic control inactive state when the automatic operation stop switch 700, which serves as an operating device, is operated in the automatic control state.
- a sounding device that emits sound such as a buzzer or horn or a light-emitting device that emits light such as an LED
- the operation pattern of the sounding device such as a buzzer or horn or the light-emitting device such as an LED may be changed (from silent to sounding, changing the sounding pattern, from off to on, changing the lighting pattern, etc.) during the operation start procedure (more specifically, during a non-final procedure operation among multiple operations) to allow the operator to sense that the procedure is progressing.
- the sounding device or light-emitting device may automatically change its operation pattern as the operation start procedure progresses, allowing the operator to sense that the procedure is progressing.
- Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 13 and 14. Note that a description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.
- Fig. 13 is a functional block diagram of the controller 40.
- operation amount information is additionally input to the state transition determination unit 40a.
- the state transition determination unit 40a calculates the control state information M(t) based on the operation amount information as well (taking into account the operation amount information).
- Fig. 14 is a state transition diagram of the state transition determination unit 40a.
- the difference from the first embodiment is that in addition to when the lock lever position L(t) becomes 1 in S104, the state transitions to S107 when the operation amount of either of the operating devices 22, 23 is no longer 0.
- the dismounted operator when an operator attempts to start an automatic operation while dismounting, the dismounted operator can sense that the procedure to start the operation is in progress. Then, the dismounted operator who senses that the procedure to start the operation is in progress can lock the vehicle body operation by operating the gate lock lever. Furthermore, the vehicle body operation can also be locked by operating the operating devices 22 and 23.
- the autonomous construction machine (hydraulic excavator 1) of this embodiment includes a power source (engine 18), an operating device (22, 23) mounted on the vehicle body, a switching device (control state changeover switch 670) that outputs a request to change the vehicle body control state, a communication device (650) that receives a signal from a remote control device (800) operated outside the vehicle body, and a controller (40) that determines the vehicle body control state based on the output from the switching device (control state changeover switch 670) and performs operation control according to the vehicle body control state, and the vehicle body control state includes at least a manual control state in which the vehicle operates according to an operation command from the operating device, and an automatic control state in which the vehicle operates according to a preset operation command or an operation command based on a signal received by the communication device.
- the automatic control state includes an automatic control non-operation state in which the vehicle body is not operating, and an automatic control operation state in which the vehicle body is operating.
- the controller (40) switches to the automatic control inactive state when the vehicle body control state is switched from the manual control state to the automatic control state by the switching device (control state changeover switch 670), and allows a transition from the automatic control inactive state to the automatic control active state by multiple operations of the remote control device (800) in the automatic control inactive state, and enables an operator near the vehicle body to recognize that a non-final procedure operation, which is an operation that is not the final operation among the multiple operations of the remote control device (800), has been performed.
- the non-final procedure operation which is an operation that is not the final operation among the multiple operations of the remote control device (800)
- the start of the power source (engine 18) can be commanded by the remote control device (800), and the non-final procedure operation includes at least the operation of starting the power source (engine 18) by the remote control device (800).
- the controller (40) also transitions the automatic control inactive state when the gate lock lever or the operating device is operated in the automatic control state.
- the controller (40) also has a locking device (lock valve 39) that switches between enabling and disabling the operating devices (22, 23), and the controller (40) transitions the vehicle body control state to the automatic control active state when the remote control device (800) is operated in the automatic control inactive state and the locking device or the operating device is operated.
- the controller (40) when the automatic control is inactive and the power source is operating, and the switching device (control state changeover switch 670) is not operated, the controller (40) will not resume operation of the vehicle body in the automatic control state unless at least an operation to stop the power source (engine 18) is performed by the remote control device (800). Furthermore, when the automatic control is inactive and the power source is operating, the controller (40) allows a transition from the automatic control inactive state to the automatic control active state by stopping the power source (engine 18).
- the device may further include a sound generating device, and the operation pattern of the sound generating device may change in response to the non-final step operation.
- the device may further include a light emitting device, and the operation pattern of the light emitting device may change in response to the non-final step operation.
- the vehicle will not start operating immediately because the operator must operate the remote control device 800 (remote control) multiple times before the vehicle will start operating, and the operator who is alighting from the vehicle can sense that the procedure to start the operation is in progress.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modified forms.
- the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.
- each function of the controller in the above-described embodiment may be realized in hardware, part or all, by designing it as an integrated circuit, for example.
- each function may be realized in software, by a processor interpreting and executing a program that realizes each function.
- Information such as the programs, tables, and files that realize each function may be stored in a storage device within the controller, a hard disk, an SSD (Solid State Drive), or other recording device, or an IC card, SD card, DVD, or other recording medium.
Landscapes
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Abstract
モードを切り替えてオペレータが車体から離れる際に、オペレータが自動モードでの動作開始を事前に察知可能である自動運転建設機械を提供する。コントローラ(40)は、自動制御状態でかつ車体の動作が開始されていない状態で、遠隔操縦装置(800)を複数回操作しないと自動制御状態における車体の動作を開始せず、かつ遠隔操縦装置(800)の複数回の操作のうち最終でない操作である非最終手順操作がなされたことを車体近傍のオペレータが認識可能である。
Description
本発明は、自動運転建設機械に係り、特に自動運転の切替条件を改善した自動運転建設機械に関する。
建設機械は土木工事のみならず様々な作業で使用されているが、近年では半自動や自動で作業を行う自動運転建設機械の開発が進んでいる。こういった自動運転建設機械は、オペレータが実施しなければならない操作の量を低減することができるのでオペレータの負担が減り、労働環境の改善につながると期待されている。
建設機械の自動運転モードと手動運転モードを切り替える方法として、車体動作が停止していることを条件にモード移行する、あるいはモード移行した時点で車体動作を停止させ、そこから車体動作を許可する条件に関する技術が公開されている(例えば、特許文献1)。
ただし、この特許文献1に記載のシステムでは、別の作業者が動作開始リモコンを持っていて、かつオペレータが搭乗して自動モードあるいは遠隔モードに設定する場面において、リモコンを持つ作業者が誤って動作の開始を指示し、オペレータが降車をしている最中に車体が動く可能性がある。この場合、オペレータが自動動作や遠隔動作の動作開始を事前に察知できないため、回避動作が間に合わずに車体とオペレータが干渉する可能性がある。
本発明は、上記の事柄に基づいてなされたものであり、モードを切り替えてオペレータが車体から離れる際に、オペレータが自動モードでの動作開始を事前に察知可能である自動運転建設機械を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の自動運転建設機械は、動力源と、車体に備え付けられた操作装置と、車体制御状態の切り替え要求を出力する切替装置と、車体の外部で操作される遠隔操縦装置からの信号を受信する通信装置と、前記切替装置からの出力に基づいて前記車体制御状態を判断し、前記車体制御状態に応じて動作制御を行うコントローラと、を備え、前記車体制御状態は、少なくとも前記操作装置からの動作指令に従って動作する手動制御状態と予め設定された動作指令もしくは前記通信装置で受信した信号に基づく動作指令に従って動作する自動制御状態とを有する自動運転建設機械であって、前記自動制御状態は、前記車体が動作していない状態である自動制御非作動状態と、前記車体が動作している状態である自動制御作動状態とを含み、前記コントローラは、前記切替装置により前記車体制御状態が前記手動制御状態から前記自動制御状態に切り替えられたときには、前記自動制御非作動状態とし、前記自動制御非作動状態で前記遠隔操縦装置の複数回の操作により前記自動制御非作動状態から前記自動制御作動状態への遷移を許容することを特徴とする。
本発明によると、オペレータが降車中に自動動作を開始しようとした場合でも、複数回遠隔操縦装置(リモコン)を操作しないと車体が動作を開始しないためにすぐには車体が動作せず、かつ動作開始の手順が進んでいることを降車中のオペレータに察知させることができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。各図において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付して繰り返し説明を省略する場合がある。本稿の以下の説明では、作業装置の先端の作業具(アタッチメント)としてバケット10を備える油圧ショベルを例示するが、バケット以外の作業具を備えた油圧ショベル、油圧ショベル以外の建設機械への適用も可能である。
また、本稿の以下の説明では、同一の構成要素が複数存在する場合、符号(数字)の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば、左右1つずつの走行油圧モータ3a、3b(走行右油圧モータ3a、走行左油圧モータ3b)が存在するとき、これらをまとめて走行油圧モータ3と表記することがある。
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態について、図1から図11を用いて説明する。
本発明の第1の実施形態について、図1から図11を用いて説明する。
<油圧ショベルの構成>
第1の実施形態における油圧ショベルの構成について、図1と図2A、Bを用いて説明する。
第1の実施形態における油圧ショベルの構成について、図1と図2A、Bを用いて説明する。
図1は、第1の実施形態に係る油圧ショベル1の構成を示す斜視図である。油圧ショベル1は、多関節型のフロント作業装置1Aと、車体1Bと、コントローラ(図1には不図示)と、を備える。
フロント作業装置1Aは、ブームシリンダ5、アームシリンダ6、バケットシリンダ7、ブーム8、アーム9、バケット10、バケットリンク13、ブーム角度センサ30、アーム角度センサ31及びバケット角度センサ32を有する。ブーム8、アーム9及びバケット10は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材であり、フロント作業装置1Aは、これらを連結することにより構成されている。
車体1Bは、下部走行体11及び上部旋回体12を有する。下部走行体11は、左右一対の走行油圧モータ3a(図3等)及び3bの駆動により走行する。上部旋回体12は、下部走行体11の上に取り付けられ、旋回可能に構成されている。
ブーム8の基端は、上部旋回体12の前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム8の先端にはアームピンを介してアーム9が回動可能に連結されている。アーム9の先端にはバケットピンを介してバケット10が回動可能に連結されている。ブーム8はブームシリンダ5によって駆動され、アーム9はアームシリンダ6によって駆動され、バケット10はバケットシリンダ7によって駆動される。
図2Aは、油圧ショベル1の側面図である。図2Aに示すように、下部走行体11の長手方向に平行にX軸を定め、X軸に垂直にZ軸を定めた場合のブーム8の回動角度をαとし、アーム9の回動角度をβとし、バケット10の回動角度をγとする。基準面(例えば水平面)に対する上部旋回体12(車体1B)の傾斜角をφとする。バケット10の先端をPとする。
図2Bは、油圧ショベル1の上面図である。図2Bに示すように、上部旋回体12と下部走行体11の相対角度をθとする。
図1の説明に戻り、ブーム角度センサ30は、ブーム8の回動角度αを測定可能なように、ブームピンに取り付けられている。アーム角度センサ31は、アーム9の回動角度βを測定可能なように、アームピンに取り付けられている。バケット角度センサ32は、バケット10の回動角度γを測定可能なように、バケットリンク13に取り付けられている。なお、角度センサ30、31及び32はそれぞれ基準面(例えば水平面)に対する角度センサに代替可能である。
上部旋回体12は、運転室120、油圧ポンプ2、旋回油圧モータ4、エンジン18、車体傾斜角センサ33、旋回角度センサ34、タンク200を有する。運転室120には、操作右レバー22a、操作左レバー22b、走行右レバー23a、走行左レバー23b、ゲートロックレバー24、エンジン回転数設定装置480、制御状態切替スイッチ670が設けられている。以下、本明細書において、操作右レバー22a及び操作左レバー22bを操作装置22と称し、走行右レバー23a及び走行左レバー23bを操作装置23と称することがある。
旋回油圧モータ4は、上部旋回体12を旋回させる。ここで、本明細書において、走行油圧モータ3a及び3b、旋回油圧モータ4、ブームシリンダ5、アームシリンダ6、並びにバケットシリンダ7をまとめて「アクチュエータ」と総称することがある。
車体傾斜角センサ33は、上部旋回体12の任意の位置に取り付けられ、基準面(例えば水平面)に対する上部旋回体12(車体1B)の傾斜角φを検出する。旋回角度センサ34は、上部旋回体12の旋回中心軸に設けられ、上部旋回体12と下部走行体11の相対角度θを測定する。
エンジン18は、原動機(動力源)であり、油圧ポンプ2及び後述するパイロットポンプを駆動する。エンジン回転数設定装置480は、エンジン18の回転数を設定するための装置である。エンジン回転数設定装置480はダイヤル式の可変抵抗であり、ダイヤル操作によってエンジン回転数設定装置480から出力される電圧が変動する。
制御状態切替スイッチ670は、油圧ショベル1の車体制御状態を切り替えるためのスイッチである。制御状態切替スイッチ670は、車体制御状態の切り替えを要求するスイッチ信号を出力する。本実施形態では、制御状態切替スイッチ670から出力されるスイッチ信号がオンの時は操作装置22、23の操作によらず予め設定された動作指令(目標動作)に従って動作する自動制御状態(自動制御モード)、スイッチ信号がオフの時は操作装置22、23からの動作指令に従って動作する手動制御状態(手動制御モード)に切替可能である。
また、油圧ショベル1は、遠隔操縦装置800と信号の送受信を行うための通信装置650(図1には示さず、図6、図7に図示)も備えている。
遠隔操縦装置800は、油圧ショベル1の自動運転を遠隔で(油圧ショベル1の外部で)開始または停止するための装置であり、遠隔動作始動停止スイッチ880と遠隔エンジン始動停止スイッチ881を備えている。遠隔動作始動停止スイッチ880のスイッチ状態信号と遠隔エンジン始動停止スイッチ881のスイッチ状態信号は、通信装置850と通信装置650を介して、油圧ショベル1の制御コントローラ40(図1には示さず)に伝送される。
なお、本実施形態では、遠隔操縦装置800が、遠隔動作始動停止スイッチ880と遠隔エンジン始動停止スイッチ881の二つのスイッチを備える形態を例示するが、入力形態は、スイッチ入力に限定されず、レバー入力やタッチパネル入力、音声入力などであっても良い。また、スイッチ(入力)の数は二つに限定されるものではなく、例えば自動運転の動作形態に応じて三つ以上であっても良い。
以上が、第1の実施形態における油圧ショベル1の構成である。
<油圧ショベルの制御システムの構成>
次に、第1の実施形態における油圧ショベルの制御システムの構成について、図3を用いて説明する。
次に、第1の実施形態における油圧ショベルの制御システムの構成について、図3を用いて説明する。
図3は、油圧ショベル1の制御システムの構成を示す構成図である。図3に示すように、油圧ショベル1の制御システムは、油圧ポンプ2a及び2b、流量制御弁15a~15f、負荷検出装置16a~16l、エンジン18、レギュレータ2aa及び2ba、操作右レバー22a及び操作左レバー22b(操作装置22)、走行右レバー23a及び走行左レバー23b(操作装置23)、ゲートロックレバー24(図1)、ロック弁39、制御装置としての制御コントローラ(単にコントローラとも称する)40、操作装置45a及び45b、操作装置46a及び46b、操作装置47a及び47b、パイロットポンプ48、ポンプライン143、パイロットライン144a~149b、油圧駆動部150a~155b、電磁弁ユニット160、タンク200、エンジンコントローラ470、エンジン回転数検出装置490、エンジンスタータ471(図3には示さず、図6、図7に図示)を備える。
操作装置22及び23、並びにゲートロックレバー24は、運転室120に設けられ、オペレータにより操作される。操作装置22及び23は、電気レバー方式であり、オペレータの操作量と操作方向に応じた電気信号を発生させる。このように発生した電気信号は操作装置45a~47bを介してコントローラ40に入力される。コントローラ40は、操作装置22及び23に入力された操作に応じた電磁比例弁を駆動させるべく電磁弁ユニット160に電気信号を出力する。
操作装置45a~47bは、運転室120内に設けられる。操作装置47aは、走行右レバー23aに接続され、走行右油圧モータ3aを操作するための信号をコントローラ40に出力する。操作装置47bは、走行左レバー23bに接続され、走行左油圧モータ3bを操作するための信号をコントローラ40に出力する。操作装置45a及び46aは、共通の操作右レバー22aに接続され、ブームシリンダ5及びバケットシリンダ7を操作するための信号をコントローラ40に出力する。操作装置45b及び46bは、共通の操作左レバー22bに接続され、アームシリンダ6及び旋回油圧モータ4を操作するための信号をコントローラ40に出力する。
エンジン18は、油圧ポンプ2a及び2bとパイロットポンプ48を駆動する。エンジン18が回転を開始する際、ある程度エンジンスタータ471が回転してエンジン18の始動を補助する。油圧ポンプ2a及び2bは、それぞれレギュレータ2aa及び2baによって容量が制御される可変容量型ポンプである。パイロットポンプ48は固定容量型ポンプである。エンジンコントローラ470は、コントローラ40の制御信号に応じてエンジン18の回転数などを制御する。エンジン回転数検出装置490は、エンジン18の回転数を検出するための回転センサである。
油圧ポンプ2及びパイロットポンプ48は、タンク200より作動油を吸引する。本実施形態においては、コントローラ40から出力された制御信号がレギュレータ2aa及び2baに入力される。レギュレータ2aa及び2baの詳細構成は省略するが、油圧ポンプ2a及び2bの吐出流量が当該制御信号に応じて制御される。
油圧ポンプ2から吐出された圧油は、流量制御弁15aを介してブームシリンダ5に供給され、流量制御弁15bを介してアームシリンダ6に供給され、流量制御弁15cを介してバケットシリンダ7に供給され、流量制御弁15dを介して旋回油圧モータ4に供給され、流量制御弁15eを介して走行右油圧モータ3aに供給され、流量制御弁15fを介して走行左油圧モータ3bに供給される。供給された圧油によってブームシリンダ5、アームシリンダ6及びバケットシリンダ7が伸縮することで、ブーム8、アーム9及びバケット10がそれぞれ回動し、バケット10の位置及び姿勢が変化する。また、供給された圧油によって旋回油圧モータ4が回転することで、下部走行体11に対して上部旋回体12が旋回する。そして、供給された圧油によって走行右油圧モータ3a及び走行左油圧モータ3bが回転することで、下部走行体11が走行する。
シリンダ圧を検出できるように、ブームシリンダ5には負荷検出装置16a及び16bが設けられ、アームシリンダ6には負荷検出装置16c及び16dが設けられ、バケットシリンダ7には負荷検出装置16e及び16fが設けられる。本実施形態では、負荷検出装置16a~16fは圧力センサであり、ブームシリンダ5、アームシリンダ6及びバケットシリンダ7のそれぞれのボトム側の圧力とロッド側の圧力を検出し、電気信号としてコントローラ40へ出力する。また、走行右油圧モータ3aには負荷検出装置16g及び16hが設けられ、走行左油圧モータ3bには負荷検出装置16i及び16jが設けられ、旋回油圧モータ4には負荷検出装置16k及び16lが設けられる。本実施形態では、負荷検出装置16g~16lは圧力センサであり、走行右油圧モータ3a、走行左油圧モータ3b及び旋回油圧モータ4のそれぞれの入出力ラインのそれぞれの圧力を検出し、電気信号としてコントローラ40へ出力する。なお、図3では、紙面の都合上、負荷検出装置16a~16lからコントローラ40への接続線は図示していない。
ポンプライン143は、パイロットポンプ48の吐出配管であり、ロック弁39を通った後、電磁弁ユニット160内の各電磁比例弁に接続している。ロック弁39(ロック装置)は本実施形態では電磁切換弁であり、その電磁駆動部はゲートロックレバー24のロックレバー位置検出器38(図3には示さず、図6、図7に図示)と電気的に接続している。ゲートロックレバーは回転中心を持ち、オペレータは手動でゲートロックレバーを回転させることができる。ゲートロックレバーは、例えば、上限ストッパに接触する角度から、下限ストッパに接触する角度まで回転可能に構成することができる。ロックレバー位置検出器38はスイッチセンサであり、ゲートロックレバーが下限ストッパに当たる時に同時にゲートロックレバーによってスイッチが押下される構造とすることができる。これにより、ロックレバー位置検出器38はゲートロックレバー24のポジションに応じた信号をロック弁39に出力し、これによってロック弁39(ロック装置)による操作装置22及び23の有効状態、無効状態を検出する。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁39が閉じてポンプライン143が遮断され、ロック解除位置にあればロック弁39が開いてポンプライン143が開通する。つまり、ポンプライン143が遮断された状態では操作装置22及び23による操作が無効化され、走行、旋回、掘削等の動作が禁止される。ポンプライン143が開通した状態では操作装置22及び23の操作が有効化され、走行、旋回、掘削等の動作が許容される。
以上が、第1の実施形態における油圧ショベル1の制御システムの構成である。
<油圧ショベルの制御システムの電磁弁ユニットの構成>
次に、図3の電磁弁ユニット160の詳細な構成について、図4と図5を用いて説明する。
次に、図3の電磁弁ユニット160の詳細な構成について、図4と図5を用いて説明する。
図4及び図5は、電磁弁ユニット160の詳細な構成を示す図である。電磁弁ユニット160は、一次ポート側がポンプライン143を介してパイロットポンプ48に接続されている。電磁弁ユニット160は、パイロットポンプ48からのパイロット圧を減圧してパイロットライン144a~149bに出力する電磁比例弁54a~59bを有する。電磁比例弁54a~59bは、入力された電気信号に応じて、流量制御弁15a~15fを駆動する制御信号として利用される。
図4に示すように、電磁比例弁54a及び54bは、パイロットライン144a及び144bを介して、流量制御弁15aの油圧駆動部150a及び150bに接続される。電磁比例弁55a及び55bは、パイロットライン145a及び145bを介して、流量制御弁15bの油圧駆動部151a及び151bに接続される。電磁比例弁56a及び56bは、パイロットライン146a及び146bを介して、流量制御弁15cの油圧駆動部152a及び152bに接続される。
図5に示すように、電磁比例弁57a及び57bは、パイロットライン147a及び147bを介して、流量制御弁15dの油圧駆動部153a及び153bに接続される。電磁比例弁58a及び58bは、パイロットライン148a及び148bを介して、流量制御弁15eの油圧駆動部154a及び154bに接続される。電磁比例弁59a及び59bは、パイロットライン149a及び149bを介して、流量制御弁15fの油圧駆動部155a及び155bに接続される。
電磁比例弁54a~59bは、非通電時には開度が最小であり、コントローラ40からの制御信号である電流を増大させるほど開度は大きくなる。このように、各電磁比例弁54a~59bの開度はコントローラ40からの制御信号に応じたものとなる。
コントローラ40から電磁弁ユニット160に対し制御信号を出力して電磁比例弁54a~59bを駆動することにより、対応する操作装置22及び23のオペレータ操作が無い場合にもパイロット圧を発生できるので、各アクチュエータの動作を強制的に発生できる。
以上が、図3の電磁弁ユニット160の詳細な構成である。
<コントローラのハードウェアの構成>
次に、第1の実施形態における油圧ショベルのコントローラのハードウェア構成について、図6を用いて説明する。
次に、第1の実施形態における油圧ショベルのコントローラのハードウェア構成について、図6を用いて説明する。
図6は、コントローラ40のハードウェア構成図である。図6に示すように、コントローラ40は、コンピュータ装置であり、入力部91、プロセッサである中央処理装置(CPU)92、リードオンリーメモリ(ROM)93、ランダムアクセスメモリ(RAM)94及び出力部95を備える。
図6に示す制御システムは、コントローラ40(制御装置)に接続された操作装置22及び23と、姿勢検出装置50と、エンジン回転数設定装置480と、制御状態切替スイッチ670と、遠隔操縦装置800からの信号を受信する通信装置650と、ロックレバー位置検出器38と、エンジンコントローラ470と、エンジンスタータ471と、電磁比例弁54~59を備えている。姿勢検出装置50は、上述のブーム角度センサ30、アーム角度センサ31、バケット角度センサ32、車体傾斜角センサ33、旋回角度センサ34から構成される。これらの角度センサ30、31、32及び33はフロント作業装置1Aの姿勢センサとして機能する。
入力部91は、姿勢検出装置50からの信号と、操作装置22及び23からの操作量を示す信号と、エンジン回転数設定装置480からの信号と、制御状態切替スイッチ670からの信号と、エンジンコントローラ470からの信号と、通信装置650を介した遠隔操縦装置800からの信号と、ロックレバー位置検出器38からの信号と、を入力し、CPU92が演算可能なように変換する。ROM93は、後述する制御内容を実行するための制御プログラムと、制御演算の実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体である。CPU92は、ROM93に記憶された制御プログラムに従って、入力部91、ROM93及びRAM94から受信した信号に対して所定の演算処理を行う。出力部95は、CPU92での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号をエンジンコントローラ470、エンジンスタータ471及び電磁比例弁54a~59bに出力することで、エンジン18、エンジンスタータ471及び各アクチュエータの駆動を制御する。
なお、図6のコントローラ40は、記憶装置としてROM93及びRAM94という半導体メモリを備えているが、記憶装置であれば他の種類の記憶装置に代替可能であり、例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えていても良い。
以上が、第1の実施形態における油圧ショベルのコントローラのハードウェア構成である。
<コントローラ内部の機能ブロック>
次に、第1の実施形態におけるコントローラ内部の機能ブロックについて、図7を用いて説明する。図7は、コントローラ40の機能ブロック図である。
次に、第1の実施形態におけるコントローラ内部の機能ブロックについて、図7を用いて説明する。図7は、コントローラ40の機能ブロック図である。
制御コントローラ40は、状態遷移判定部40aと、手動制御時目標動作演算部40b-1と、自動制御時目標動作演算部40b-2と、目標動作演算部40b-3と、目標エンジン回転数演算部40cと、電磁比例弁制御部40dと、エンジン停止指令部40eと、エンジン駆動指令部40fを備えている。
状態遷移判定部40aは、制御状態切替スイッチ670から送信されて入力部91で変換された信号である状態切替フラグFm(t)と、エンジンコントローラ470から送信されて入力部91で変換された信号であるエンジン回転数N(t)と、ロックレバー位置検出器38から送信されて入力部91で変換された信号であるロックレバー位置L(t)と、通信装置650から送信されて入力部91で変換された信号である自動動作指令(自動運転始動指令とも称する)Rs(t)と遠隔エンジン駆動指令Re(t)と、を受信し、それらの情報を基に制御状態情報M(t)を演算(判断)する。そして、状態遷移判定部40aは、目標動作演算部40b-3とエンジン停止指令部40eとエンジン駆動指令部40fに制御状態情報M(t)の情報を送信する。
なお、本実施形態では自動動作指令(自動運転始動指令)Rs(t)は0か1の信号であり、1の時は自動運転の始動を、0の時は自動運転の停止を、それぞれ指令している。また、遠隔エンジン駆動指令Re(t)は0か1の信号であり、1の時はエンジンの駆動を、0の時はエンジンの停止を、それぞれ指令している。エンジンを駆動させ続ける場合、遠隔エンジン駆動指令Re(t)は常に1となる。また、ロックレバー位置L(t)は0か1の信号であり、1の時はロック位置、0の時は解放位置にあることを示している。また、状態切替フラグFm(t)は0か1の信号であり、1の時は自動制御状態への遷移を、0の時は手動制御状態への遷移を、それぞれ指令している。また、制御状態情報M(t)は0から5の信号であり、0の時は手動制御モードを、1の時は自動制御非作動モード1を、2の時は自動制御非作動モード2を、3の時は待機モードを、4の時は自動制御作動モードを、5の時は自動制御非作動モード3を、それぞれ示している。
手動制御時目標動作演算部40b-1は、操作装置22、23から送信されたオペレータの操作量と操作方向に応じた電気信号が入力部91で変換された信号である操作量情報を受信し、目標アクチュエータ速度Vmt(t)を演算する。そして、手動制御時目標動作演算部40b-1は、目標動作演算部40b-3に目標アクチュエータ速度Vmt(t)の情報を送信する。
ここでは、操作量情報とは各レバーの角度情報である。手動制御時目標動作演算部40b-1はその角度情報を角度‐目標アクチュエータ速度テーブルに入力し、その出力を各アクチュエータの目標速度である目標アクチュエータ速度Vmt(t)とする。
自動制御時目標動作演算部40b-2は、姿勢検出装置50から送信されて入力部91で変換された信号である姿勢情報を受信し、目標アクチュエータ速度Vat(t)を演算する。そして、自動制御時目標動作演算部40b-2は、目標動作演算部40b-3に目標アクチュエータ速度Vat(t)の情報を送信する。
ROM93にはバケット先端の目標軌跡や走行の移動経路などといった、油圧ショベル1の目標動作が記憶されている。この目標動作に実際の動作が一致するよう、コントローラ40は姿勢情報を入力とするフィードバック制御を実施する。
目標動作演算部40b-3は、手動制御時目標動作演算部40b-1から送信される目標アクチュエータ速度Vmt(t)と、自動制御時目標動作演算部40b-2から送信される目標アクチュエータ速度Vat(t)と、状態遷移判定部40aから送信される制御状態情報M(t)と、を受信し、最終的な目標アクチュエータ速度を演算する。そして、目標動作演算部40b-3は、電磁比例弁制御部40dに最終的な目標アクチュエータ速度を出力する。
電磁比例弁制御部40dは、目標動作演算部40b-3で出力される目標アクチュエータ速度に応じて、対応する電磁比例弁54~59の制御指令値を出力する。
目標エンジン回転数演算部40cは、エンジン回転数設定装置480から出力されてコントローラ40が読み取った電圧値が入力部91で変換された信号であるエンジン回転数設定信号を受信し、目標エンジン回転数を演算する。そして、目標エンジン回転数演算部40cは、目標エンジン回転数をエンジンコントローラ470に送信する。
エンジン回転数設定信号は電圧値である。目標エンジン回転数演算部40cはその電圧値情報を電圧‐目標エンジン回転数テーブルに入力し、その出力を目標エンジン回転数とする。
エンジン停止指令部40eは、制御状態情報M(t)を受信し、エンジン停止指令の値を演算する。そして、エンジン停止指令部40eは、エンジン停止指令をエンジンコントローラ470に対して出力する。
エンジン駆動指令部40fは、エンジン回転数N(t)と制御状態情報M(t)を受信し、エンジン始動のためのエンジンスタータ駆動指令を演算する。そして、エンジン駆動指令部40fは、エンジンスタータ駆動指令をエンジンスタータ471に対して出力する。
以上が、第1の実施形態におけるコントローラ内部の機能ブロックである。
<状態遷移フロー>
次に、第1の実施形態における状態遷移判定部40aの状態遷移について、図8を用いて説明する。図8は、状態遷移判定部40aの状態遷移図である。この図では、いずれかの状態に一旦なったら、別の状態に遷移する条件を満たすまではその状態が維持される。
次に、第1の実施形態における状態遷移判定部40aの状態遷移について、図8を用いて説明する。図8は、状態遷移判定部40aの状態遷移図である。この図では、いずれかの状態に一旦なったら、別の状態に遷移する条件を満たすまではその状態が維持される。
S101より状態遷移判定部40aの演算がスタートされる。
S102では制御状態が手動制御モードであると判定し、制御状態情報M(t)を0に設定する。S102にて制御状態切替スイッチ670の切替操作により状態切替フラグFm(t)が1になり、かつエンジン回転数N(t)が0である時、S103へと状態が遷移する。つまり、S103は、自動制御状態で、かつ車体の動作が開始されていない状態(自動制御非作動状態)である。なお、自動制御状態とは、操作装置22、23の操作によらず予め設定された動作指令(目標動作)もしくは通信装置650で受信した信号に基づく動作指令に従って動作する状態のことである。
S103では制御状態が自動制御非作動モード1であると判定し、制御状態情報M(t)を1に設定する。S103にて制御状態切替スイッチ670の切替操作により状態切替フラグFm(t)が0になった時、S102へと状態が遷移する。また、ロックレバー位置L(t)が0かつエンジン回転数N(t)が0かつ遠隔エンジン駆動指令Re(t)が0の場合、S104へと状態が遷移する。つまり、S104は、自動制御状態で、車体の動作が開始されていない状態(自動制御非作動状態)で、ゲートロックレバーが解放位置(ロック解除位置)で、かつエンジンが停止した状態である。エンジンの停止は、遠隔操縦装置800の遠隔エンジン始動停止スイッチ881をオフ側に操作することにより遠隔エンジン駆動指令Re(t)を0に設定することで実行しても良いし、その他の手段で実行しても良い。
S104では制御状態が自動制御非作動モード2であると判定し、制御状態情報M(t)を2に設定する。S104にて遠隔操縦装置800の遠隔エンジン始動停止スイッチ881をオン側に操作することにより遠隔エンジン駆動指令Re(t)が1になり、かつ遠隔動作始動停止スイッチ880の操作により自動動作指令Rs(t)が0になった時、S105へと状態が遷移する。つまり、S105は、自動制御状態で、車体の動作が開始されていない状態(自動制御非作動状態)で、ゲートロックレバーが解放位置(ロック解除位置)で、かつ遠隔操縦装置800によってエンジンが駆動(始動)された状態である。また、S104にてゲートロックレバーの操作によりロックレバー位置L(t)が1になった時、S107に状態が遷移する。つまり、この場合、S107は、自動制御状態で、車体の動作が開始されていない状態(自動制御非作動状態)で、ゲートロックレバーがロック位置、かつエンジンが停止した状態である。
S105では制御状態が待機モードであると判定し、制御状態情報M(t)を3に設定する。S105にて遠隔操縦装置800の遠隔動作始動停止スイッチ880の操作により自動動作指令Rs(t)が1になった場合、S106へと状態が遷移する。つまり、S106は、自動制御状態で、かつ遠隔操縦装置800によって自動運転が始動された状態(自動制御作動状態)である。また、S105にてゲートロックレバーの操作によりロックレバー位置L(t)が1になった時、S107に状態が遷移する。つまり、この場合、S107は、自動制御状態で、車体の動作が開始されていない状態(自動制御非作動状態)で、ゲートロックレバーがロック位置で、かつ遠隔操縦装置800によってエンジンが駆動(始動)された状態である。また、S105にて遠隔操縦装置800の遠隔エンジン始動停止スイッチ881の操作により遠隔エンジン駆動指令Re(t)が0になった時、S104に状態が遷移する。つまり、S104は、上述のように、自動制御状態で、車体の動作が開始されていない状態(自動制御非作動状態)で、ゲートロックレバーが解放位置(ロック解除位置)で、かつ遠隔操縦装置800によってエンジンが停止された状態である。
S106では制御状態が自動制御作動モードであると判定し、制御状態情報M(t)を4に設定する。S106にて遠隔操縦装置800の遠隔動作始動停止スイッチ880の操作により自動動作指令Rs(t)が0になった場合、S105へと状態が遷移する。つまり、S105は、上述のように、自動制御状態で、かつ遠隔操縦装置800によって自動運転が停止された状態(車体の動作が開始されていない状態で、ゲートロックレバーが解放位置(ロック解除位置)で、かつ遠隔操縦装置800によってエンジンが駆動(始動)された状態)である。
S107では制御状態が自動制御非作動モード3であると判定し、制御状態情報M(t)を5に設定する。S107にて遠隔操縦装置800の遠隔エンジン始動停止スイッチ881の操作により遠隔エンジン駆動指令Re(t)が0になった場合(すなわち、遠隔操縦装置800によるエンジンの停止の操作がされた場合)、S103へと状態が遷移する。
手動制御モードから自動制御作動モードに切り替えて自動で動作させるためには、まずは状態切替フラグFm(t)を1に設定する。これにより、自動制御状態で、かつ車体の動作が開始されていない状態(自動制御非作動状態)になる。次にロックレバー位置L(t)を0に設定し、かつエンジン回転数N(t)を0、つまりエンジンを停止させる。次に遠隔エンジン駆動指令Re(t)を1に設定し、遠隔操縦装置800によってエンジンを駆動(始動)させる。その後に自動動作指令Rs(t)を1にし、遠隔操縦装置800によって自動運転を始動させる(自動制御作動状態)。なお、エンジンの停止は、遠隔操縦装置800の遠隔エンジン始動停止スイッチ881の操作により遠隔エンジン駆動指令Re(t)を0に設定することで実行しても良いし、その他の手段で実行しても良い。
自動制御作動モードから手動制御モードに切り替えて手動で動作させるためには、まずは自動動作指令Rs(t)を0に設定し、遠隔操縦装置800によって自動運転を停止する。その後にロックレバー位置L(t)を1に設定し、その後に遠隔エンジン駆動指令Re(t)を0に設定して遠隔操縦装置800によってエンジンを停止させ、さらにその後に状態切替フラグFm(t)を0に設定する。また、ロックレバー位置L(t)を1に設定する前に、遠隔エンジン駆動指令Re(t)を0に設定して遠隔操縦装置800によってエンジンを停止させても良い。
以上が、第1の実施形態における状態遷移判定部40aの状態遷移である。
<目標動作演算部の演算フロー>
次に、第1の実施形態における目標動作演算部40b-3の演算フローについて、図9を用いて説明する。図9は目標動作演算部40b-3の演算フロー図である。この演算フローは、例えばコントローラ40が動作している間、繰り返し処理されるものである。
次に、第1の実施形態における目標動作演算部40b-3の演算フローについて、図9を用いて説明する。図9は目標動作演算部40b-3の演算フロー図である。この演算フローは、例えばコントローラ40が動作している間、繰り返し処理されるものである。
S201より目標動作演算部40b-3の演算がスタートされる。
S202では、制御状態情報M(t)が0かどうか、つまり手動制御モードかどうかを判定する。制御状態情報M(t)が0の場合、S202ではYesと判定され、S204の処理へと進む。制御状態情報M(t)が0以外の場合、S202ではNoと判定され、S203の処理へと進む。
S203では、制御状態情報M(t)が4かどうか、つまり自動制御作動モードかどうかを判定する。制御状態情報M(t)が4の場合、S203ではYesと判定され、S205の処理へと進む。制御状態情報M(t)が4以外の場合、S203ではNoと判定され、S206の処理へと進む。
S204では、手動制御モードなので、最終的な目標アクチュエータ速度をVmt(t)とする。そして、目標動作演算部40b-3はこの値を電磁比例弁制御部40dに出力する。
S205では、自動制御作動モードなので、最終的な目標アクチュエータ速度をVat(t)とする。そして、目標動作演算部40b-3はこの値を電磁比例弁制御部40dに出力する。
S206では、待機モード、自動制御非作動モード1~3のいずれかであるので、最終的な目標アクチュエータ速度を0とする。そして、目標動作演算部40b-3はこの値を電磁比例弁制御部40dに出力する。
以上が、第1の実施形態における目標動作演算部40b-3の演算フローである。
<エンジン停止指令部の演算フロー>
次に、第1の実施形態におけるエンジン停止指令部40eの演算フローについて、図10を用いて説明する。図10はエンジン停止指令部40eの演算フロー図である。この演算フローは、例えばコントローラ40が動作している間、繰り返し処理されるものである。
次に、第1の実施形態におけるエンジン停止指令部40eの演算フローについて、図10を用いて説明する。図10はエンジン停止指令部40eの演算フロー図である。この演算フローは、例えばコントローラ40が動作している間、繰り返し処理されるものである。
S301よりエンジン停止指令部40eの演算がスタートされる。
S302では、制御状態情報M(t)が1または2かどうかを判定する。図8に示す通り、制御状態情報M(t)が1、2なのは自動制御非作動モード1、2であり、この状態ではエンジンが停止状態である。制御状態情報M(t)が1または2の場合、S302ではYesと判定され、S303の処理へと進む。制御状態情報M(t)が1と2以外の場合、S302ではNoと判定され、S304の処理へと進む。
S303では、制御状態情報M(t)が1または2なのでエンジンが停止状態にあるべきであると判定し、エンジン停止指令をTRUEに設定する。そして、エンジン停止指令部40eは、そのエンジン停止指令をエンジンコントローラ470に送信する。
S304では、制御状態情報M(t)が1と2以外なのでエンジンが駆動状態にあるべきであると判定し、エンジン停止指令をFALSEに設定する。そして、エンジン停止指令部40eは、そのエンジン停止指令をエンジンコントローラ470に送信する。
以上が、第1の実施形態におけるエンジン停止指令部40eの演算フローである。
<出力状態遷移フロー>
次に、第1の実施形態におけるエンジン駆動指令部40fの出力状態の遷移について、図11を用いて説明する。図11は、エンジン駆動指令部40fの出力状態の遷移図である。この図では、いずれかの状態に一旦なったら、別の状態に遷移する条件を満たすまではその状態が維持される。
次に、第1の実施形態におけるエンジン駆動指令部40fの出力状態の遷移について、図11を用いて説明する。図11は、エンジン駆動指令部40fの出力状態の遷移図である。この図では、いずれかの状態に一旦なったら、別の状態に遷移する条件を満たすまではその状態が維持される。
本実施形態においては、制御状態情報M(t)が2から3に遷移した時に、エンジンが停止した状態から駆動した状態になるとしている。つまり、制御状態情報M(t)が2から3に遷移した時に、エンジンスタータ471を駆動してエンジン18を始動する必要がある。
S401よりエンジン駆動指令部40fの演算がスタートされる。
S402では、エンジンスタータを駆動しないと判定し、スタータ駆動指令をFALSEに設定する。S402で制御状態情報M(t)が2になった時、S403に遷移する。
S403では、制御状態情報M(t)が2なのでエンジンスタータを駆動しないと判定し、スタータ駆動指令をFALSEに設定する。S403で制御状態情報M(t)が2や3以外に遷移した場合、S402に遷移する。また、S403で制御状態情報M(t)が3に遷移した場合、S404に遷移する。
S404では、制御状態情報M(t)が2から3に遷移したのでエンジンスタータを駆動すると判定し、スタータ駆動指令をTRUEに設定する。S404でエンジン回転数N(t)が閾値を超えた場合、S402へと遷移する。
以上の出力状態遷移により、制御状態情報M(t)が一度2になり、その後に制御状態情報M(t)が3になった時にエンジンスタータ471に対してエンジンスタータの駆動を指令でき、エンジン18が起動してエンジン回転数が一定値(閾値)を超えたらエンジンスタータを停止することができる。
以上が、第1の実施形態におけるエンジン駆動指令部40fの出力状態の遷移である。
<第1の実施形態の効果>
次に、本実施形態の効果について説明する。ここでは、オペレータが油圧ショベル1に搭乗してシステムを始動して手動で操作し、その後に自動動作状態に切り替えて自動動作や遠隔動作させようとする場面を考える。
次に、本実施形態の効果について説明する。ここでは、オペレータが油圧ショベル1に搭乗してシステムを始動して手動で操作し、その後に自動動作状態に切り替えて自動動作や遠隔動作させようとする場面を考える。
この時、まずは搭乗しているオペレータが制御状態切替スイッチ670を切り替え(図8のS102→S103)、次に遠隔操縦装置800の遠隔エンジン始動停止スイッチ881を操作してエンジン18の停止指令を送信する(図8のS103→S104)。そして、遠隔エンジン始動停止スイッチ881を操作してエンジン18の始動指令を送信し(図8のS104→S105)、その後に遠隔動作始動停止スイッチ880を操作して自動での動作を開始する指令(自動運転の始動指令)を送信する(図8のS105→S106)という手順になる。すなわち、コントローラ40は、自動制御状態でかつ車体の動作が開始されていない状態(自動制御非作動状態)で、遠隔操縦装置800を複数回操作しないと(遠隔エンジン始動停止スイッチ881および遠隔動作始動停止スイッチ880を操作しないと)自動制御状態における車体の動作が開始しない。言い換えると、コントローラ40は、自動制御状態でかつ車体の動作が開始されていない状態(自動制御非作動状態)で、遠隔操縦装置800を複数回操作するまで(遠隔エンジン始動停止スイッチ881および遠隔動作始動停止スイッチ880を操作するまで)自動制御状態における車体の動作の開始を禁止する。さらに言い換えると、コントローラ40は、制御状態切替スイッチ670により車体制御状態が手動制御状態から自動制御状態に切り替えられたときには、自動制御非作動状態とし、自動制御非作動状態で遠隔操縦装置800の複数回の操作により自動制御非作動状態から自動制御作動状態への遷移を許容する。
ここで、オペレータが制御状態切替スイッチ670を切り替えて降車中に遠隔操縦装置800の遠隔エンジン始動停止スイッチ881を操作した場合、エンジン18が停止する(図8のS103→S104)。また、もう一度遠隔操縦装置800の遠隔エンジン始動停止スイッチ881を操作した場合、待機状態になってエンジン18が始動する(図8のS104→S105)。その時点で、オペレータは降車が終わっていないのに上記の手順が進んでいることを認識可能である。すなわち、複数回の遠隔操縦装置800の操作(遠隔エンジン始動停止スイッチ881および遠隔動作始動停止スイッチ880の操作)のうち、最終でない操作である非最終手順操作(例えば、遠隔操縦装置800によるエンジン18の始動の操作)がなされたことを車体近傍のオペレータが認識可能である。
そして、その時にオペレータがゲートロックレバーをロック位置に操作すれば、待機状態から自動制御非作動状態に遷移し、上記の手順を止めることが可能となる(図8のS105→S107)。
その後、降車後に遠隔操縦装置800の遠隔エンジン始動停止スイッチ881を操作してエンジン18を停止してゲートロックレバーを解放位置に操作すれば、上記の手順を再開することができる。すなわち、コントローラ40は、自動制御非作動状態でかつ動力源が駆動している状態であり、かつ制御状態切替スイッチ670を操作しない場合(つまり、自動制御状態のままの場合)、少なくとも遠隔操縦装置800によるエンジン18の停止の操作をしないと自動制御状態における車体の動作を再開しない。言い換えると、コントローラ40は、少なくとも遠隔操縦装置800によるエンジン18の停止の操作をするまで自動制御状態における車体の動作の再開を禁止する。さらに言い換えると、コントローラ40は、自動制御非作動状態でかつ動力源が駆動している場合には、動力源(エンジン18)の停止により自動制御非作動状態から自動制御作動状態への遷移を許容する。すなわち、待機状態で、運転室120内のゲートロックレバーを操作したら自動制御非作動状態でかつ動力源が駆動している状態となる。自動制御非作動状態でかつ動力源が駆動している状態になったら、一旦遠隔操縦装置800によってエンジン18を停止しないと車体の動作を再開しない。その時であれば、その手順が完了するまでに車体から離れる時間的猶予があることになる。
以上、本実施形態によると、オペレータが降車中に自動動作を開始しようとした場合でも、複数回遠隔操縦装置800(リモコン)を操作しないと車体が動作を開始しないためにすぐには車体が動作せず、かつ、エンジンが停止したことや始動したことを知覚することによって、動作開始の手順が進んでいることを降車中のオペレータが察知できる。そして、動作開始の手順が進んでいることを察知した降車中のオペレータが、ゲートロックレバーを操作することで車体動作にロックをかけることが可能である。
<第1の実施形態の変形形態>
なお、本実施形態においてはゲートロックレバーを操作して自動制御非作動モード3に遷移させることで車体が動作しない状態にしているが、これは例えば図12に示すような、運転室120の外側に設けられ、降車して運転室120のドアを閉めた後でも操作可能な自動動作停止スイッチ700に置き換えられても良い。すなわち、コントローラ40は、自動制御状態で操作装置としての自動動作停止スイッチ700が操作された場合に自動制御非作動状態に遷移させても良い。
なお、本実施形態においてはゲートロックレバーを操作して自動制御非作動モード3に遷移させることで車体が動作しない状態にしているが、これは例えば図12に示すような、運転室120の外側に設けられ、降車して運転室120のドアを閉めた後でも操作可能な自動動作停止スイッチ700に置き換えられても良い。すなわち、コントローラ40は、自動制御状態で操作装置としての自動動作停止スイッチ700が操作された場合に自動制御非作動状態に遷移させても良い。
また、ブザーやホーン等の音を発生させる鳴動装置やLED等の光を発生させる発光装置を設置し、動作開始の手順の中に(詳しくは、複数回の操作のうち非最終手順操作にて)ブザーやホーン等の鳴動装置やLED等の発光装置の作動パターンを変化(無音→鳴動の変化、鳴動パターンの変化、消灯→点灯の変化、点灯パターンの変化など)させることによって、手順が進んでいることをオペレータが察知できるような形態にしても良い。さらに、動作開始の手順を進めることで鳴動装置や発光装置が自動的に作動パターンを変化させることで、手順が進んでいることをオペレータが察知できるような形態にしても良い。
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態について、図13と図14を用いて説明する。なお、第1の実施形態と同様の個所については説明を省略する。
本発明の第2の実施形態について、図13と図14を用いて説明する。なお、第1の実施形態と同様の個所については説明を省略する。
<コントローラ内部の機能ブロック>
第2の実施形態におけるコントローラ内部の機能ブロックについて、図13を用いて説明する。図13は、コントローラ40の機能ブロック図である。
第2の実施形態におけるコントローラ内部の機能ブロックについて、図13を用いて説明する。図13は、コントローラ40の機能ブロック図である。
第1の実施形態と異なるのは、状態遷移判定部40aに操作量情報が追加で入力されている点である。状態遷移判定部40aは、操作量情報にも基づいて(操作量情報を加味して)、制御状態情報M(t)を演算する。
以上が、第2の実施形態におけるコントローラ内部の機能ブロックである。
<状態遷移フロー>
次に、第2の実施形態における状態遷移判定部40aの状態遷移について、図14を用いて説明する。図14は、状態遷移判定部40aの状態遷移図である。
次に、第2の実施形態における状態遷移判定部40aの状態遷移について、図14を用いて説明する。図14は、状態遷移判定部40aの状態遷移図である。
第1の実施形態と異なるのは、S104にてロックレバー位置L(t)が1になった時に加えて、操作装置22、23のいずれかの操作量が0でなくなった時にも、S107に状態が遷移する点である。
また、S105にてロックレバー位置L(t)が1になった時に加えて、操作装置22、23のいずれかの操作量が0でなくなった時にも、S107に状態が遷移する。
すなわち、自動制御状態の中の待機状態でオペレータによって操作装置22、23が操作された場合に自動制御非作動状態に遷移する。
以上が、第2の実施形態における状態遷移判定部40aの状態遷移である。
<第2の実施形態の効果>
以上、本実施形態によると、第1実施形態と同様、オペレータが降車中に自動動作を開始しようとした場合に、動作開始の手順が進んでいることを降車中のオペレータが察知できる。そして、動作開始の手順が進んでいることを察知した降車中のオペレータが、ゲートロックレバーを操作することで車体動作にロックをかけることが可能である。さらに、操作装置22、23を操作することによっても、車体動作にロックをかけることが可能である。
以上、本実施形態によると、第1実施形態と同様、オペレータが降車中に自動動作を開始しようとした場合に、動作開始の手順が進んでいることを降車中のオペレータが察知できる。そして、動作開始の手順が進んでいることを察知した降車中のオペレータが、ゲートロックレバーを操作することで車体動作にロックをかけることが可能である。さらに、操作装置22、23を操作することによっても、車体動作にロックをかけることが可能である。
[まとめ]
以上で説明したように、本実施形態の自動運転建設機械(油圧ショベル1)は、動力源(エンジン18)と、車体に備え付けられた操作装置(22、23)と、車体制御状態の切り替え要求を出力する切替装置(制御状態切替スイッチ670)と、車体の外部で操作される遠隔操縦装置(800)からの信号を受信する通信装置(650)と、前記切替装置(制御状態切替スイッチ670)からの出力に基づいて前記車体制御状態を判断し、前記車体制御状態に応じて動作制御を行うコントローラ(40)と、を備え、前記車体制御状態は、少なくとも前記操作装置からの動作指令に従って動作する手動制御状態と予め設定された動作指令もしくは前記通信装置で受信した信号に基づく動作指令に従って動作する自動制御状態とを有する。前記自動制御状態は、前記車体が動作していない状態である自動制御非作動状態と、前記車体が動作している状態である自動制御作動状態とを含む。前記コントローラ(40)は、前記切替装置(制御状態切替スイッチ670)により前記車体制御状態が前記手動制御状態から前記自動制御状態に切り替えられたときには、前記自動制御非作動状態とし、前記自動制御非作動状態で前記遠隔操縦装置(800)の複数回の操作により前記自動制御非作動状態から前記自動制御作動状態への遷移を許容し、かつ前記遠隔操縦装置(800)の前記複数回の操作のうち最終でない操作である非最終手順操作がなされたことを車体近傍のオペレータが認識可能である。つまり、前記遠隔操縦装置(800)の前記複数回の操作のうち、最終でない操作である非最終手順操作には、車体近傍のオペレータが前記非最終手順操作がされたことを認識可能な操作が含まれる。
以上で説明したように、本実施形態の自動運転建設機械(油圧ショベル1)は、動力源(エンジン18)と、車体に備え付けられた操作装置(22、23)と、車体制御状態の切り替え要求を出力する切替装置(制御状態切替スイッチ670)と、車体の外部で操作される遠隔操縦装置(800)からの信号を受信する通信装置(650)と、前記切替装置(制御状態切替スイッチ670)からの出力に基づいて前記車体制御状態を判断し、前記車体制御状態に応じて動作制御を行うコントローラ(40)と、を備え、前記車体制御状態は、少なくとも前記操作装置からの動作指令に従って動作する手動制御状態と予め設定された動作指令もしくは前記通信装置で受信した信号に基づく動作指令に従って動作する自動制御状態とを有する。前記自動制御状態は、前記車体が動作していない状態である自動制御非作動状態と、前記車体が動作している状態である自動制御作動状態とを含む。前記コントローラ(40)は、前記切替装置(制御状態切替スイッチ670)により前記車体制御状態が前記手動制御状態から前記自動制御状態に切り替えられたときには、前記自動制御非作動状態とし、前記自動制御非作動状態で前記遠隔操縦装置(800)の複数回の操作により前記自動制御非作動状態から前記自動制御作動状態への遷移を許容し、かつ前記遠隔操縦装置(800)の前記複数回の操作のうち最終でない操作である非最終手順操作がなされたことを車体近傍のオペレータが認識可能である。つまり、前記遠隔操縦装置(800)の前記複数回の操作のうち、最終でない操作である非最終手順操作には、車体近傍のオペレータが前記非最終手順操作がされたことを認識可能な操作が含まれる。
また、前記動力源(エンジン18)の始動が前記遠隔操縦装置(800)によって指令可能であり、前記非最終手順操作には、少なくとも前記遠隔操縦装置(800)による前記動力源(エンジン18)の始動の操作が含まれる。
また、前記コントローラ(40)は、前記自動制御状態でゲートロックレバー又は前記操作装置が操作された場合に前記自動制御非作動状態に遷移させる。また、前記操作装置(22、23)の有効または無効を切り替えるロック装置(ロック弁39)を有し、前記コントローラ(40)は、前記自動制御非作動状態で前記遠隔操縦装置(800)が操作され、かつ前記ロック装置又は前記操作装置が操作された場合に前記車体制御状態を前記自動制御作動状態に遷移させる。
また、前記コントローラ(40)は、前記自動制御非作動状態でかつ前記動力源が駆動している状態であり、かつ前記切替装置(制御状態切替スイッチ670)を操作しない場合、少なくとも前記遠隔操縦装置(800)による前記動力源(エンジン18)の停止の操作をしないと前記自動制御状態における前記車体の動作を再開しない。また、前記コントローラ(40)は、前記自動制御非作動状態でかつ前記動力源が駆動している場合には、前記動力源(エンジン18)の停止により前記自動制御非作動状態から前記自動制御作動状態への遷移を許容する。
また、音を発生させる鳴動装置を更に備え、前記非最終手順操作にて前記鳴動装置の作動パターンが変化する。あるいは、光を発生させる発光装置を更に備え、前記非最終手順操作にて前記発光装置の作動パターンが変化する。
すなわち、本実施形態は、自動での動作が可能な建設機械において、手動制御モードから自動制御モードに切り替えた後、複数回遠隔操縦装置(800)を操作しないと動作せず、かつ動作開始の手順が進んでいることを降車中のオペレータが認識できるようにする。
本実施形態によると、オペレータが降車中に自動動作を開始しようとした場合でも、複数回遠隔操縦装置800(リモコン)を操作しないと車体が動作を開始しないためにすぐには車体が動作せず、かつ動作開始の手順が進んでいることを降車中のオペレータが察知できる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記した実施形態のコントローラの各機能は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアで実現してもよい。また、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、コントローラ内の記憶装置の他に、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
1…油圧ショベル(自動運転建設機械)
1A…フロント作業装置
1B…車体
8…ブーム
9…アーム
10…バケット
16a~16l…負荷検出装置
18…エンジン(動力源)
22、23…操作装置
24…ゲートロックレバー
30…ブーム角度センサ
31…アーム角度センサ
32…バケット角度センサ
38…ロックレバー位置検出器
39…ロック弁(ロック装置)
40…制御コントローラ(コントローラ)
50…姿勢検出装置
54、55、56、57、58、59…電磁比例弁
470…エンジンコントローラ
480…エンジン回転数設定装置
650…通信装置
670…制御状態切替スイッチ(切替装置)
700…自動動作停止スイッチ(操作装置)
800…遠隔操縦装置
850…通信装置
880…遠隔動作始動停止スイッチ
881…遠隔エンジン始動停止スイッチ
1A…フロント作業装置
1B…車体
8…ブーム
9…アーム
10…バケット
16a~16l…負荷検出装置
18…エンジン(動力源)
22、23…操作装置
24…ゲートロックレバー
30…ブーム角度センサ
31…アーム角度センサ
32…バケット角度センサ
38…ロックレバー位置検出器
39…ロック弁(ロック装置)
40…制御コントローラ(コントローラ)
50…姿勢検出装置
54、55、56、57、58、59…電磁比例弁
470…エンジンコントローラ
480…エンジン回転数設定装置
650…通信装置
670…制御状態切替スイッチ(切替装置)
700…自動動作停止スイッチ(操作装置)
800…遠隔操縦装置
850…通信装置
880…遠隔動作始動停止スイッチ
881…遠隔エンジン始動停止スイッチ
Claims (7)
- 動力源と、
車体に備え付けられた操作装置と、
車体制御状態の切り替え要求を出力する切替装置と、
車体の外部で操作される遠隔操縦装置からの信号を受信する通信装置と、
前記切替装置からの出力に基づいて前記車体制御状態を判断し、前記車体制御状態に応じて動作制御を行うコントローラと、を備え、
前記車体制御状態は、少なくとも前記操作装置からの動作指令に従って動作する手動制御状態と予め設定された動作指令もしくは前記通信装置で受信した信号に基づく動作指令に従って動作する自動制御状態とを有する自動運転建設機械であって、
前記自動制御状態は、前記車体が動作していない状態である自動制御非作動状態と、前記車体が動作している状態である自動制御作動状態とを含み、
前記コントローラは、前記切替装置により前記車体制御状態が前記手動制御状態から前記自動制御状態に切り替えられたときには、前記自動制御非作動状態とし、前記自動制御非作動状態で前記遠隔操縦装置の複数回の操作により前記自動制御非作動状態から前記自動制御作動状態への遷移を許容することを特徴とする自動運転建設機械。 - 請求項1に記載の自動運転建設機械であって、
前記遠隔操縦装置の前記複数回の操作のうち、最終でない操作である非最終手順操作には、車体近傍のオペレータが前記非最終手順操作がされたことを認識可能な操作が含まれることを特徴とする自動運転建設機械。 - 請求項2に記載の自動運転建設機械であって、
前記動力源の始動が前記遠隔操縦装置によって指令可能であり、
前記非最終手順操作には、少なくとも前記遠隔操縦装置による前記動力源の始動の操作が含まれることを特徴とする自動運転建設機械。 - 請求項1に記載の自動運転建設機械であって、
前記操作装置の有効または無効を切り替えるロック装置を有し、
前記コントローラは、前記自動制御非作動状態で前記遠隔操縦装置が操作され、かつ前記ロック装置又は前記操作装置が操作された場合に前記車体制御状態を前記自動制御作動状態に遷移させることを特徴とする自動運転建設機械。 - 請求項4に記載の自動運転建設機械であって、
前記コントローラは、前記自動制御非作動状態でかつ前記動力源が駆動している場合には、前記動力源の停止により前記自動制御非作動状態から前記自動制御作動状態への遷移を許容することを特徴とする自動運転建設機械。 - 請求項2に記載の自動運転建設機械であって、
音を発生させる鳴動装置を更に備え、
前記非最終手順操作にて前記鳴動装置の作動パターンが変化することを特徴とする自動運転建設機械。 - 請求項2に記載の自動運転建設機械であって、
光を発生させる発光装置を更に備え、
前記非最終手順操作にて前記発光装置の作動パターンが変化することを特徴とする自動運転建設機械。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022160933 | 2022-10-05 | ||
JP2022-160933 | 2022-10-05 |
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WO (1) | WO2024075672A1 (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2572946Y2 (ja) * | 1991-12-11 | 1998-05-25 | 株式会社小松製作所 | 自動制御指令スイッチ装置 |
WO2022201855A1 (ja) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | 日立建機株式会社 | 自動運転建設機械 |
-
2023
- 2023-10-02 WO PCT/JP2023/035847 patent/WO2024075672A1/ja unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2572946Y2 (ja) * | 1991-12-11 | 1998-05-25 | 株式会社小松製作所 | 自動制御指令スイッチ装置 |
WO2022201855A1 (ja) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | 日立建機株式会社 | 自動運転建設機械 |
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