JP7222775B2 - 作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械に関する。

例えば、油圧ショベルなどの作業機械においては、作業に際して作業機械が周囲の障害物等に干渉しないように動作させることが求められる。そこで、オペレータの操作を補助する技術として、予め定設定した範囲内に作業機が入った場合に自動的に動作速度を減速して停止させる技術が提案されており、例えば、特許文献１には、下部走行体に上部旋回体を縦軸回りに旋回自在に設け、該上部旋回体に対して変位自在な作業アタッチメントを設けた旋回系作業機械に、該旋回系作業機械の現在位置を検出するための現在位置検出手段と、上部旋回体の方位を検出するための方位検出手段と、作業アタッチメントの上部旋回体に対する変位量を検出するための変位量検出手段と、地図データに基づく建物や施設等の障害物に対応させた三次元の障害物座標を記憶する記憶手段と、前記検出した現在位置、方位、および作業アタッチメントの上部旋回体に対する変位量から作業アタッチメント位置の三次元座標を演算する作業アタッチメント位置演算手段と、該演算された作業アタッチメント位置座標が、前記記憶される障害物座標に基づいて設定される干渉回避範囲内にあるか否かの判定をする作業アタッチメント位置座標判定手段と、作業アタッチメント位置座標が干渉回避範囲内にある場合に作業アタッチメントの三次元方向の移動速度を設定するための移動速度設定手段と、該移動速度設定手段により設定された移動速度となるよう上部旋回体の旋回用アクチュエータおよび作業アタッチメント用アクチュエータの速度制御部に制御指令を出力する制御指令出力手段とが備えられている旋回系作業機械が開示されている。

特開２０１６－３０７４３６号公報

しかしながら、上記従来技術においては、単独の作業機械が動作する場合における周囲物への干渉防止については考慮されているものの、施工現場では複数の作業機械が同時に作業を行うことも十分に考えられるため、干渉防止の対象となる周囲物が移動するような場合、すなわち、複数の作業機械間における干渉防止についてさらに考慮する必要がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、複数の作業機械間での干渉を抑制することができる作業機械を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、機械本体に搭載された作業装置と、前記機械本体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、前記機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する位置情報取得装置と、前記作業装置の姿勢に関する情報である姿勢情報を取得する姿勢情報取得装置と、前記機械本体及び前記作業装置の移動が許容される領域である作業領域と、前記位置情報取得装置で取得された前記位置情報と、前記姿勢情報取得装置で取得された姿勢情報とに基づいて、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作を制限するコントローラを備え、前記コントローラは、前記作業領域を要求作業領域に変更することを指示する変更指示が入力された場合に、前記作業領域、前記機械本体の位置情報、及び、前記作業装置の姿勢情報に基づいて前記作業領域の前記要求作業領域への変更の可否を判断し、変更が可能であると判断された場合にのみ前記作業領域に前記要求作業領域を上書きして前記作業領域を変更する作業機械であって、前記作業機械の動作状態を取得して前記作業機械が動作中であるかどうかを判定し、前記作業機械が動作中ではないと判定した場合には、前記作業領域の変更が可能であると判断し、前記作業機械が動作中であると判定した場合には、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作が制限されているかどうかを判定し、動作が制限されていると判定した場合には、前記作業領域の変更が不可であると判断するものとする。

本発明によれば、複数の作業機械間での干渉を抑制することができる。

本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す外観図である。 コントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。 動作制限部の演算処理の詳細を説明するための図である。 動作制限信号を算出するための算出マップの一例を示す図である。 本体制御部の演算処理の一例を示す機能ブロック図である。 領域変更可否判断部の処理内容を示すフローチャートである。 領域変更可否判断部における処理内容を具体的に説明する図である。 領域変更可否判断部における処理内容を具体的に説明する図である。 領域変更可否判断部における処理内容を具体的に説明する図である。 作業現場の状況の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を図１～図１０を参照しつつ説明する。

なお、本実施の形態では、作業機械の一例として、作業装置（作業機）を備える油圧ショベルを例示して説明するが、例えば、ホイールローダなどの作業機械のほか、ロードローラなどの道路機械やクレーンなどにも本発明を適用することが可能である。

また、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、４つの慣性計測装置１３ａ～１３ｄが存在するとき、これらをまとめて慣性計測装置１３と表記することがある。

図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す外観図である。

図１において、油圧ショベルＭ１は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム１１、アーム１２、バケット（作業具）８）を連結して構成された多関節型の作業装置（フロント作業機）１５と、上部旋回体１０と、上部旋回体１０とともに油圧ショベルＭ１の機械本体（以下、単に本体と称する場合がある）を構成する下部走行体９とを備え、上部旋回体１０は下部走行体９に対して旋回可能に設けられている。

作業装置１５のブーム１１の基端は上部旋回体１０の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の一端はブーム１１の先端に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の他端にはバケットリンク８ａを介してバケット８が垂直方向に回動可能に支持されている。

ブーム１１、アーム１２、バケット８、上部旋回体１０、および下部走行体９は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、および左右の走行油圧モータ３（左側３ｂのみ図示）によりそれぞれ駆動される。走行油圧モータ３は、左右一対のクローラをそれぞれ駆動することで移動装置として機能する。

オペレータが搭乗する運転室１６には、作業装置１５の油圧アクチュエータ５～７、および上部旋回体１０の旋回油圧モータ４を操作するための操作信号を出力する右操作レバー装置１ｃおよび左操作レバー装置１ｄと、下部走行体９の左右の走行油圧モータ３を操作するための操作信号を出力する走行用右操作レバー装置１ａおよび走行用左操作レバー装置１ｂと、ゲートロックレバー１ｅと、コントローラ１００とが設けられている。

操作レバー装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、それぞれ、操作信号として電気信号を出力する電気式の操作レバー装置であり、オペレータによって前後左右に傾倒操作される操作レバーと、この操作レバーの傾倒方向および傾倒量（レバー操作量）に応じた電気信号を生成する電気信号生成部とを有する。操作レバー装置１ｃ，１ｄから出力された電気信号は、電気配線を介してコントローラ１００）に入力される。本実施の形態では、右操作レバー装置１ｃの操作レバーの前後方向の操作がブームシリンダ５の操作に対応し、同動作レバーの左右方向の操作がバケットシリンダ７の操作に対応している。一方、左操作レバー装置１ｄの操作レバーの前後方向の操作が旋回油圧モータ４の操作に対応し、同操作レバーの左右方向の操作がアームシリンダ６の操作に対応している。

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、旋回油圧モータ４、および左右の走行油圧モータ３の動作制御は、エンジンや電動モータなどの原動機（本実施例では、エンジン１４）によって駆動される油圧ポンプ装置２から油圧アクチュエータ３、４～７に供給される作動油の方向および流量をコントロールバルブ２０で制御することにより行う。

コントロールバルブ２０は、コントローラ１００から出力される制御信号により駆動される。走行用右操作レバー装置１ａおよび走行用左操作レバー装置１ｂの操作に基づいてコントローラ１００から制御信号がコントロールバルブ２０に出力されることにより、下部走行体９の左右の走行油圧モータ３の動作が制御される。また、操作レバー装置１ｃ，１ｄからの操作信号に基づいてコントローラ１００から制御信号がコントロールバルブ２０に出力されることにより、油圧アクチュエータ４～７の動作が制御される。ブーム１１はブームシリンダ５の伸縮により上部旋回体１０に対して上下方向に回動し、アーム１２はアームシリンダ６の伸縮によりブーム１１に対して上下および前後方向に回動し、バケット８はバケットシリンダ７の伸縮によりアーム１２に対して上下および前後方向に回動する。

オペレータが搭乗する運転室１６の上部には、通信装置５００が設けられている。通信装置５００は、請求項に記載の領域変更要求受信部と作業領域送信部を兼ねており、要求作業領域（後述）を受信するとともに、作業領域の変更可否と現在の作業領域を送信する。

ブーム１１の上部旋回体１０との連結部近傍と、アーム１２のブーム１１との連結部近傍と、バケットリンク８ａと、上部旋回体１０とには、それぞれ、姿勢情報を取得するための姿勢情報取得装置としての慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）１３ａ～１３ｄが配置されている。慣性計測装置１３ａは水平面に対するブーム１１の角度（ブーム角度）を検出する姿勢情報取得装置（ブーム姿勢センサ）であり、慣性計測装置１３ｂは水平面に対するアーム１２の角度（アーム角度）を検出する姿勢情報取得装置（アーム姿勢センサ）であり、慣性計測装置１３ｃは水平面に対するバケットリンク８ａの角度を検出する姿勢情報取得装置（バケット姿勢センサ）である。また、慣性計測装置１３ｄは、水平面に対する上部旋回体１０の傾斜角度（ロール角、ピッチ角）を検出する姿勢情報取得装置（本体姿勢センサ）である。

慣性計測装置１３ａ～１３ｄは、角速度及び加速度を計測するものである。慣性計測装置１３ａ～１３ｄが配置された上部旋回体１０や各被駆動部材８、１１、１２が静止している場合を考えると、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄに設定されたＩＭＵ座標系における重力加速度の方向（つまり、鉛直下向き方向）と、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄの取り付け状態（つまり、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄと上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２との相対的な位置関係）とに基づいて、上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の水平面に対する角度を検出することができる。ここで、慣性計測装置１３ａ～１３ｃは、ブーム１１、アーム１２、及びバケット（作業具）８のそれぞれの姿勢情報（角度信号）を取得する姿勢情報取得装置を構成している。

なお、姿勢情報取得装置としては慣性計測装置（ＩＭＵ）を用いる場合に限られるものではなく、例えば、傾斜角センサを用いて姿勢情報を取得するように構成しても良い。また、各被駆動部材８，１１，１２の連結部分にポテンショメータを配置し、上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の相対的な向き（姿勢情報）を検出し、検出結果から各被駆動部材８，１１，１２の姿勢（水平面に対する角度）を求めても良い。また、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にそれぞれストロークセンサを配置し、ストローク変化量から上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の各接続部分における相対的な向き（姿勢情報）を算出し、その結果から各被駆動部材８，１１，１２の姿勢（水平面に対する角度）を求めるように構成しても良い。

上部旋回体１０には、機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する位置情報取得装置としての測位装置１８ａ，１８ｂが設けられている。測位装置１８ａ，１８ｂは、例えば、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）である。ＧＮＳＳとは複数の衛星からの信号を受信し、地球上の自己位置を知る衛星測位システムのことである。測位装置１８ａ，１８ｂは、地球上空に位置する複数のＧＮＳＳ衛星（図示しない）からの信号（電波）を受信するものであり、得られた信号に基づいて演算を行うことで、測位装置１８ａ，１８ｂの地球座標系における位置を取得する。油圧ショベルＭ１に対する測位装置１８ａ，１８ｂの搭載位置は予めわかっているので、測位装置１８ａ，１８ｂの地球座標系における位置を取得することで、施工現場の基準点に対する油圧ショベルＭ１の位置や向き（方位）を位置情報として取得することができる。

コントローラ１００には、走行用右操作レバー装置１ａ、走行用左操作レバー装置１ｂ、右操作レバー装置１ｃ、左操作レバー装置１ｄからの操作信号、測位装置１８ａ、１８ｂからの本体位置情報、慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの姿勢情報、通信装置５００からの要求作業領域（後述）と、が入力されており、これらの入力に基づいて制御信号を出力してコントロールバルブ２０を駆動するとともに、通信装置５００へ作業領域の変更可否および現在の作業領域を出力する。

図２は、コントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。

図２において、コントローラ１００は、作業領域記憶部１１０と、動作制限部１２０と、本体制御部１３０と、動作状態取得部１４０と、領域変更可否判断部１５０とを備えている。

作業領域記憶部１１０は、通信装置５００からの要求作業領域と、領域変更可否判断部1５０からの作業領域の変更可否と、に応じて、作業領域の変更可否が可であった場合に現在の作業領域を要求作業領域へ変更し、動作制限部１２０および通信装置５００へ出力する。一方で、作業領域の変更可否が否であった場合には現在の作業領域を変更することなく、動作制限部１２０および通信装置５００へ出力する。

動作制限部１２０は、作業領域記憶部１１０からの現在の作業領域と、測位装置１８ａ、１８ｂからの本体位置情報と、慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの姿勢情報と、に応じて動作制限信号を演算し、本体制御部１３０と領域変更可否判断部１５０へ出力する。動作制限部１２０の演算内容については後に詳述する。

本体制御部１３０は、右操作レバー装置１ｃ、左操作レバー装置１ｄからの操作信号と、動作制限部１２０からの動作制限信号に基づいて、制御信号を演算して出力し、それぞれの信号に対応したコントロールバルブ２０内の各方向制御弁を駆動する。本体制御部１３０の演算内容については後に詳述する。

動作状態取得部１４０は、測位装置１８ａ、１８ｂからの本体位置情報と、慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの姿勢情報と、に基づき油圧ショベルＭ１の動作状態を演算し、領域変更可否判断部１５０へ出力する。ここで、動作状態とは、油圧ショベルの移動速度と、旋回速度と、バケットの移動速度である。

領域変更可否判断部１５０は、通信装置５００からの要求作業領域と、動作状態取得部１４０からの動作状態と、作業領域記憶部１１０からの現在の作業領域と、動作制限部１２０からの動作制限信号と、を入力とし、これらに基づき、作業領域の変更可否を演算し、作業領域記憶部１１０と通信装置５００へ出力する。なお、現在の作業領域と、動作制限信号と、はコントローラ１００の演算周期の１周期前の値を用いる。領域変更可否判断部１５０で行う演算の詳細は後述する。

図３は、動作制限部の演算処理の詳細を説明するための図である。

図３においては、作業機械である油圧ショベルＭ１の本体（上部旋回体１０）や作業装置１５の動作が許容される範囲として施工現場に予め設定されている作業領域Ａ１内に油圧ショベルＭ１が配置されている様子を示している。油圧ショベルＭ１には、旋回中心を限定として前方を正とするにｘ軸と、旋回軸及びｘ軸に垂直に左側方を正とするｙ軸とを有する本体座標系が設定されている。また、作業領域Ａ１は、全ての内角が１８０度未満である多角形で設定されているものとする。

動作制限部１２０は、現在の作業領域Ａ１の境界と、油圧ショベルＭ１の機械本体や作業装置１５との距離に応じて動作制限信号を演算する。具体的には、まず、油圧ショベルＭ１の旋回中心と作業装置１５の先端部（作業装置１５のうち旋回中心から水平距離が最も遠い部分）とにそれぞれ演算の基準となる点（以降、基準点１０ａ，１５ａと称する）を設定する。

そして、機械本体の基準点１０ａについては、基準点１０ａからｙ軸に沿った右方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ０Ｒ、基準点１０ａからｙ軸に沿った左方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ０Ｌ、基準点１０ａからｘ軸に沿った前方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ０Ｆ、及び、基準点１０ａからｙ軸に沿った後方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ０Ｂをそれぞれ算出し、距離Ｌ０Ｆ，Ｌ０Ｂ，Ｌ０Ｒ，Ｌ０Ｌに応じて油圧ショベルＭ１の前方向、後方向、右方向、左方法の移動速度を制限するように動作制限信号を演算する。

同様に、作業装置１５の基準点１５ａについては、基準点１５ａからｙ軸に沿った右方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ１Ｒ、基準点１５ａからｙ軸に沿った左方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ１Ｌ、及び、基準点１０ａからｘ軸に沿った前方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ１Ｆをそれぞれ算出し、距離Ｌ１Ｆ，Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｌに応じて、作業装置１５の伸長方向の速度や左右方向の旋回速度を制限するように動作制限信号を演算する。

図４は、動作制限信号を算出するための算出マップの一例を示す図である。

図４においては、作業装置１５の基準点１５ａのｙ軸方向に沿った右方向における作業領域Ａ１の境界までの距離Ｌ１Ｒに対する動作制限信号の算出マップの一例を代表して示している。すなわち、動作制限部１２０は、図４に示すように、距離Ｌ１Ｒが０（ゼロ）≦Ｌ１Ｒ≦Ｌ１Ｒ１を満たす場合には、右旋回の速度比率を０（ゼロ）％とする動作制限信号を生成し、距離Ｌ１ＲがＬ１Ｒ１＜Ｌ１Ｒ＜Ｌ１Ｒ２を満たす場合には、Ｌ１Ｒが大きくなるに従って右旋回の速度比率が１００％に向けて大きくなるような動作制限信号を生成し、距離Ｌ１ＲがＬ１Ｒ２≦Ｌ１Ｒを満たす場合には、右旋回の速度比率を１００％とする動作制限信号を生成して出力する。

他の距離Ｌ１Ｆ，Ｌ１Ｌ，Ｌ０Ｆ，Ｌ０Ｂ，Ｌ０Ｒ，Ｌ０Ｌに対しても同様に、対応する油圧アクチュエータの速度比率を演算し動作制限信号として出力する。

図５は、本体制御部の演算処理の一例を示す機能ブロック図である。

図５においては、右旋回に関する制御信号の演算の一例を代表して示している。すなわち、本体制御部１３０は、図５に示すように、予め定めた演算用のマップ１３１を用いて操作レバー装置１ｄからの右旋回の操作信号に応じた右旋回速度（すなわち、操作レバー装置１ｄの操作量によって要求される右旋回速度）を演算し、演算された右旋回速度に対して右旋回の動作制限信号を演算子１３２において乗算し、右旋回の制御信号としてコントロールバルブ２０に出力する。なお、マップ１３１は右旋回の操作信号が大きいほど、右旋回速度が大きくなるように予め設定される。また、図４に示したように、右旋回の動作制限信号は右旋回の速度比率であり、右旋回の速度比率（動作制限信号）が小さくなるほど、右旋回速度が小さくなるように右旋回の制御信号が演算される。

他の距離Ｌ１Ｆ，Ｌ１Ｌ，Ｌ０Ｆ，Ｌ０Ｂ，Ｌ０Ｒ，Ｌ０Ｌに対しても同様に、対応する油圧アクチュエータの速度比率を演算し動作制限信号として出力する。

図６は、領域変更可否判断部の処理内容を示すフローチャートである。

図６において、コントローラ１００の領域変更可否判断部１５０は、まず、動作状態取得部１４０で取得された動作状態に基づいて油圧ショベルＭ１が動作しているかどうかを判定し（ステップＳ１５０１）、判定結果がＮＯの場合には、作業領域Ａ１の変更が可能であると判断し（ステップＳ１５０２）、処理を終了する。なお、本実施の形態においては、移動速度や旋回速度、バケットの移動速度を動作状態として取得し、移動速度が予め定めた値より大きい場合（例えば、０（ゼロ）より大きい場合）には動作していると判定する場合を例示して説明したが、例えば、ゲートロックレバー１ｅの位置を動作情報として用い、ゲートロックレバー１ｅが下げ上体であるである場合、すなわち、オペレータによる操作レバー装置１ｄ等の操作が有効である場合を動作していると判定するように構成しても良い。

また、ステップＳ１５０１での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、油圧ショベルＭ１が動作していると判定した場合には、続いて、動作制限部１２０の動作制限信号から油圧ショベルＭ１が動作制限中であるかどうか（例えば、動作制限信号が９５％未満であるかどうか）を判定し（ステップＳ１５０３）、判定結果がＹＥＳの場合には、作業領域Ａ１の変更が不可であると判断し（ステップＳ１５０５）、処理を終了する。

また、ステップＳ１５０３での判定結果がＮＯの場合、すなわち、油圧ショベルＭ１が動作制限中では無いと判定した場合には、続いて、要求作業領域の境界は作業領域の境界よりも作業機械（基準点１０ａ及び基準点１５ａ）から遠いかどうかを判定し（ステップＳ１５０４）、判定結果がＹＥＳの場合には、作業領域の変更が可能であると判定して（ステップＳ１５０２）、処理を終了し、判定結果がＮＯの場合には、作業領域の変更が不可であると判定して（ステップＳ１５０５）、処理を終了する。

なお、ステップＳ１５０５では、要求作業領域を形成する多角形の各辺のうち作業領域Ａ１と異なる辺の全てについて、その距離が作業領域の境界よりも作業機械（基準点１０ａ及び基準点１５ａ）から遠いかどうかを判定する。また、ステップＳ１５０５では、判定対象の辺について一つでも要求作業領域の方が近い場合（すなわち、要求作業領域の境界を形成する各辺において、作業領域の境界を形成する各辺よりも近いものが一辺でもある場合）にはでの判定結果をＮＯとしてステップＳ１５０５に進んで作業領域の変更不可とし、判定対象の全ての辺について要求作業領域の方が作業領域よりも遠い場合にのみ判定結果をＹＥＳとしてステップＳ１５０２に進んで作業領域の変更可とする。

図７～図９は、領域変更可否判断部における処理内容を具体的に説明する図であり、要求作業領域と作業領域との関係や作業機械の動作状態をそれぞれ変えた場合を例示する図である。図７～図９においては、作業領域Ａ１及び要求作業領域Ａ２の内部に油圧ショベルＭ１が配置され、油圧ショベルＭ１が移動している場合（ここでは、油圧ショベルＭ１の旋回動作によって作業装置１５の基準点１５ａが点線ｍ１方向に移動している場合）を例示している。

図７においては、現在の作業領域Ａ１と異なる要求作業領域Ａ２の境界の辺に対して、油圧ショベルＭ１（詳しくは、作業装置１５の基準点１５ａ）が遠ざかる方向に旋回動作している。なお、油圧ショベルＭ１に対する動作制限中ではないものとする。

この場合、領域変更可否判断部１５０の処理では、図６のステップＳ１５０１において動作中である（ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ１５０３で動作制限中ではない（ＮＯ）と判定し、ステップＳ１５０４で要求作業領域の境界が現在の作業領域よりも狭まる（ＮＯ）と判定して、作業領域の変更不可とする（ステップＳ１５０５）。このような処理により、作業領域Ａ１の変更に起因する油圧ショベルＭ１の動作の急減速や急停止、すなわち、動作制限の条件を急に満たすことによる油圧ショベルＭ１の動作の急変を防ぐことができる。

図８においては、現在の作業領域Ａ１と異なる要求作業領域Ａ２の境界の辺に対して、油圧ショベルＭ１（詳しくは、作業装置１５の基準点１５ａ）が近づく方向に旋回動作している。

この場合、領域変更可否判断部１５０の処理では、図６のステップＳ１５０１において動作中である（ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ１５０３で動作制限中である（ＹＥＳ）と判定した場合には作業領域の変更不可とし（ステップＳ１５０５）、また、ステップＳ１５０３で動作制限中ではない（ＮＯ）と判定した場合であっても、ステップＳ１５０４で要求作業領域の境界が現在の作業領域よりも狭まる（ＮＯ）と判定して、作業領域の変更不可とする（ステップＳ１５０５）。こうすることで、作業領域Ａ１の変更に起因する油圧ショベルＭ１の動作の急減速や急停止、すなわち、動作制限の条件を急に満たすことによる油圧ショベルＭ１の動作の急変を防ぐことができる。

図９においては、現在の作業領域Ａ１と異なる要求作業領域Ａ２の境界の辺に対して、油圧ショベルＭ１（詳しくは、作業装置１５の基準点１５ａ）が近づく方向に旋回動作している。なお、油圧ショベルＭ１に対する動作制限中ではないものとする。

この場合、領域変更可否判断部１５０の処理では、図６のステップＳ１５０１において動作中である（ＹＥＳ）と判定し、ステップＳ１５０３で動作制限中ではない（ＮＯ）と判定し、ステップＳ１５０４で要求作業領域の境界が現在の作業領域よりも広がる（ＹＥＳ）と判定して、作業領域の変更可とする（ステップＳ１５０２）。こうすることで、作業領域Ａ１の変更に起因する油圧ショベルＭ１の動作の急加速など、すなわち、動作制限の条件を急に満たさなくなることによる油圧ショベルＭ１の動作の急変を防ぎつつ、作業領域を変更することができる。

以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。

従来技術においては、単独の作業機械が動作する場合における周囲物への干渉防止については考慮されているものの、施工現場では複数の作業機械が同時に作業を行うことも十分に考えられるため、干渉防止の対象となる周囲物が移動するような場合、すなわち、複数の作業機械間における干渉防止についてさらに考慮する必要があった。

これに対して本実施の形態においては、機械本体（上部旋回体１０及び下部走行体９）に搭載された作業装置１５と、機械本体および作業装置１５を駆動する複数のアクチュエータ（例えば、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、旋回油圧モータ４、走行油圧モータ３（３ｂ））と、機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する測位装置１８ａ，１８ｂと、作業装置の姿勢に関する情報である姿勢情報を取得する慣性計測装置１３ａ～１３ｃと、機械本体及び作業装置１５の移動が許容される領域である作業領域と、位置情報取得装置で取得された位置情報と、姿勢情報取得装置で取得された姿勢情報とに基づいて、複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作を制限するコントローラ１００とを備えた油圧ショベルＭ１において、コントローラ１００は、作業領域を要求作業領域に変更することを指示する変更指示が入力された場合に、作業領域、機械本体の位置情報、及び、作業装置の姿勢情報に基づいて作業領域の要求作業領域への変更の可否を判断し、変更が可能であると判断された場合にのみ作業領域に要求作業領域を上書きして作業領域を変更するように構成したので、複数の作業機械間での干渉を抑制することができる。

例えば、図１０に示すよう同じ現場で複数台の建設機械が稼動する状況においては、それぞれに作業領域を設定し、それぞれの建設機械がそれぞれの作業領域を逸脱することがないように制御する方法が考えられる。図１０は、作業現場の状況の一例を示す図である。図１０においては、複数台の建設機械Ｍ１，Ｍ２が稼動しており、それぞれが作業領域Ａ１，Ａ３を設定している場合を例示している。なお、作業現場には管制制御装置Ｓが配置されている場合を例示している。

図１０に示すような状況においては、従来技術を適用した場合、相互の作業領域に重複が生じていると建設機械間の干渉が発生する可能性があった。また、一方の建設機械Ｍ１の作業領域Ａ１に対して、他方の建設機械Ｍ２が経路Ｒを走行する状況において、管制制御装置及び車載通信端末装置でボタン操作に応じて保護領域の設定や解除を行う場合を想定すると、一方の建設機械Ｍ１の作業領域Ａ１が破棄されるまで、他方の建設機械Ｍ２は経路Ｒを走行できないという課題が生じる。また、建設機械Ｍ１の作業領域Ａ１を解除する場合、オペレータがボタン操作によって解除を指示したり建設機械Ｍ１が退避したりする必要があり、建設機械Ｍ２の作業が遅延する可能性があった。

これに対して本実施の形態においては、複数の作業機械間での干渉を抑制することができるとともに、作業効率の低下を抑制することができる。

次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。

（１）上記の実施の形態では、機械本体（例えば、上部旋回体１０及び下部走行体９）に搭載された作業装置１５と、前記機械本体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータ（例えば、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、旋回油圧モータ４、走行油圧モータ３（３ｂ））と、前記機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する位置情報取得装置（例えば、測位装置１８ａ，１８ｂ）と、前記作業装置の姿勢に関する情報である姿勢情報を取得する姿勢情報取得装置（例えば、慣性計測装置１３ａ～１３ｃ）と、前記機械本体及び前記作業装置の移動が許容される領域である作業領域Ａ１と、前記位置情報取得装置で取得された前記位置情報と、前記姿勢情報取得装置で取得された姿勢情報とに基づいて、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作を制限するコントローラ１００とを備えた作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）において、前記コントローラは、前記作業領域を要求作業領域に変更することを指示する変更指示が入力された場合に、前記作業領域、前記機械本体の位置情報、及び、前記作業装置の姿勢情報に基づいて前記作業領域の前記要求作業領域への変更の可否を判断し、変更が可能であると判断された場合にのみ前記作業領域に前記要求作業領域を上書きして前記作業領域を変更する作業機械であって、前記作業機械の動作状態を取得して前記作業機械が動作中であるかどうかを判定し、前記作業機械が動作中ではないと判定した場合には、前記作業領域の変更が可能であると判断し、前記作業機械が動作中であると判定した場合には、前記複数のアクチュエータ（例えば、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、旋回油圧モータ４、走行油圧モータ３（３ｂ））のうち少なくとも１つのアクチュエータの動作が制限されているかどうかを判定し、動作が制限されていると判定した場合には、前記作業領域の変更が不可であると判断するものとした。

これにより、複数の作業機械間での干渉を抑制することができる。

（２）また、上記の実施の形態では、（１）の作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）において、前記作業領域の変更指示は、施工現場における他の作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）の移動に際して前記作業機械の外部で生成され、前記作業機械に設けられた通信装置を介して前記コントローラに入力されるものとした。

（３）また、上記の実施の形態では、（１）の作業機械（例えば、油圧ショベルＭ１）において、前記コントローラ１００は、前記複数のアクチュエータ（例えば、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、旋回油圧モータ４、走行油圧モータ３（３ｂ））のうち少なくとも１つのアクチュエータの動作が制限されていないと判定した場合には、前記要求作業領域の境界が前記作業領域の境界よりも前記機械本体又は前記作業装置から遠いかどうかを判定し、遠いと判定した場合には、前記作業領域の変更が可能であると判断するものとした。

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、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。

また、本実施の形態においては、油圧ショベルＭ１にコントローラ１００を搭載した構成を説明したが、例えば、コントローラ１００を油圧ショベルＭ１から分離して配置し、油圧ショベルＭ１の遠隔操作を可能とした油圧ショベル（建設機械）Ｍ１の制御システムとして構成しても良い。また、領域変更可否判断部１５０のみを油圧ショベルＭ１から分離して、例えば、図１０にした管制制御装置Ｓに配置するように構成しても良い。

１ａ…走行用右操作レバー装置、１ｂ…走行用左操作レバー装置、１ｃ…右操作レバー装置、１ｄ…左操作レバー装置、１ｅ…ゲートロックレバー、２…油圧ポンプ装置、３（３ｂ）…走行油圧モータ、４…旋回油圧モータ、５…ブームシリンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、８…バケット（作業具）、８ａ…バケットリンク、９…下部走行体、１０…上部旋回体、１０ａ…基準点、１１…ブーム、１２…アーム、１３ａ～１３ｄ…慣性計測装置（ＩＭＵ）、１４…エンジン、１５…作業装置（フロント作業機）、１５ａ…基準点、１６…運転室、１８ａ，１８ｂ…測位装置、２０…コントロールバルブ、１００…コントローラ、１１０…作業領域記憶部、１２０…動作制限部、１３０…本体制御部、１３１…マップ、１３２…演算子、１４０…動作状態取得部、１５０…領域変更可否判断部、５００…通信装置、Ｍ１…油圧ショベル

Claims (3)

1. 機械本体に搭載された作業装置と、
   前記機械本体及び前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータと、
   前記機械本体の位置に関する情報である位置情報を取得する位置情報取得装置と、
   前記作業装置の姿勢に関する情報である姿勢情報を取得する姿勢情報取得装置と、
   前記機械本体及び前記作業装置の移動が許容される領域である作業領域と、前記位置情報取得装置で取得された前記位置情報と、前記姿勢情報取得装置で取得された姿勢情報とに基づいて、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作を制限するコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記作業領域を要求作業領域に変更することを指示する変更指示が入力された場合に、前記作業領域、前記機械本体の位置情報、及び、前記作業装置の姿勢情報に基づいて前記作業領域の前記要求作業領域への変更の可否を判断し、変更が可能であると判断された場合にのみ前記作業領域に前記要求作業領域を上書きして前記作業領域を変更する作業機械であって、
   前記作業機械の動作状態を取得して前記作業機械が動作中であるかどうかを判定し、前記作業機械が動作中ではないと判定した場合には、前記作業領域の変更が可能であると判断し、
   前記作業機械が動作中であると判定した場合には、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作が制限されているかどうかを判定し、動作が制限されていると判定した場合には、前記作業領域の変更が不可であると判断することを特徴とする作業機械。
2. 請求項１記載の作業機械において、
   前記作業領域の変更指示は、施工現場における他の作業機械の移動に際して前記作業機械の外部で生成され、前記作業機械に設けられた通信装置を介して前記コントローラに入力されることを特徴とする作業機械。
3. 請求項１記載の作業機械において、
   前記コントローラは、前記複数のアクチュエータのうち少なくとも１つのアクチュエータの動作が制限されていないと判定した場合には、前記要求作業領域の境界が前記作業領域の境界よりも前記機械本体又は前記作業装置から遠いかどうかを判定し、遠いと判定した場合には、前記作業領域の変更が可能であると判断することを特徴とする作業機械。

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