特開 2024-139309 作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024139309

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20241002BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20241002BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

E02F9/24 B

E02F9/20 C

E02F9/26 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050188

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】隅田 亘

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB02

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA06

2D003BA07

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB03

2D003DB04

2D015GA03

2D015GB01

2D015GB04

2D015GB07

2D015HA03

(57)【要約】

【課題】作業機械を制御するコントローラの制御負担を軽くすること。
【解決手段】本発明に係る作業機械（１）は、旋回体（１ｄ）及びフロント作業機（１Ａ）を備えた機体と、操作装置と、を備え、機体の周囲の障害物の情報と、フロント作業機の姿勢情報と、操作装置の操作入力とに基づき、機体の動作を制御するコントローラ（１００）を備える。コントローラは、姿勢情報に基づいて、作業機械の少なくとも一部を第１の直方体形状で囲んだ領域を所定の座標上に車体領域として設定し、取得した障害物を第２の直方体形状で囲んだ領域を所定の座標上に侵入不可領域として設定し、操作装置の操作入力から車体領域の軌道を予測し、車体領域が所定の座標上において侵入不可領域と接触すると予測された場合に、作業機械が侵入不可領域に侵入しないように少なくとも旋回体またはフロント作業機の動作を制御する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

旋回体及び前記旋回体の前部に取り付けられたフロント作業機を備えた機体と、前記フロント作業機の姿勢を検出する姿勢センサと、前記フロント作業機を操作する操作装置と、を備えた作業機械であって、前記機体の周囲の障害物の情報を取得する外界センサもしくは、予め前記機体の周囲の障害物の情報を記憶した記憶装置から取得した前記障害物の情報と、前記姿勢センサにて検出された前記フロント作業機の姿勢情報と、前記操作装置の操作入力とに基づき、前記機体の動作を制御するコントローラを備えた作業機械において、
前記コントローラは、
前記姿勢情報に基づいて、前記作業機械の少なくとも一部を第１の直方体形状で囲んだ領域を所定の座標上に車体領域として設定し、
前記外界センサもしくは前記記憶装置から取得した前記障害物を第２の直方体形状で囲んだ領域を前記所定の座標上に侵入不可領域として設定し、
前記操作装置の操作入力から前記車体領域の軌道を予測し、前記車体領域が前記所定の座標上において前記侵入不可領域と接触すると予測された場合に、前記作業機械が前記侵入不可領域に侵入しないように少なくとも前記旋回体または前記フロント作業機の動作を制御する、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項2】

請求項１に記載の作業機械において、
前記作業機械のグローバル座標上における位置情報を取得するＧＰＳ装置を備え、
前記コントローラは、前記ＧＰＳ装置により取得した前記作業機械の前記位置情報に基づいて、前記所定の座標としての前記グローバル座標上に前記車体領域及び前記侵入不可領域を設定する、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項１に記載の作業機械において、
前記コントローラは、外部装置またはオペレータから入力される３Ｄデータ、あるいは前記作業機械に設けられた前記外界センサにて検出された外界データを、前記障害物の情報として取得する、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項３に記載の作業機械において、
前記コントローラは、前記外部装置との通信により、前記車体領域及び前記侵入不可領域を更新する、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項１に記載の作業機械において、
前記コントローラは、前記フロント作業機の種類に応じて前記車体領域を設定する、
ことを特徴とする作業機械。

【請求項6】

請求項１に記載の作業機械において、
前記コントローラは、前記操作装置の操作入力に基づいて作業内容を判定し、前記作業内容に応じて前記車体領域を設定する、
ことを特徴とする作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

作業機械の稼働時の不慮の接触を低減するために、作業機械の動作を制御する制御装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の制御装置は、作業機械の姿勢を示す状態情報、作業機械の動作を示す動作情報、及び、作業機械の周辺の物体の配置を示す周辺情報を取得する取得手段と、状態情報と動作情報とに基づいて、可動部と周辺の物体との間に設定される安全距離を特定する特定手段と、安全距離と周辺情報とに応じて、作業機械の動作を制御する動作制御手段と、を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－０７６４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１において、特定手段は、可動部の速度ベクトルの各成分に応じた各軸半径を有する楕円体を設定し、安全距離を、楕円体の半径として特定する構成である。楕円体を定義するには点群データが必要となるうえ、楕円体の演算には複雑な処理が必要となるため、高性能のコントローラが要求される。一方で、作業機械は作業中に振動が発生するため、コントローラには耐震性が求められる。高性能なコントローラを振動の激しい作業機械に搭載することは現実的ではないことから、汎用のコントローラでも処理できるよう、コントローラの制御負担を軽くすることが重要な課題である。

【0005】

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業機械を制御するコントローラの制御負担を軽くすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、旋回体及び前記旋回体の前部に取り付けられたフロント作業機を備えた機体と、前記フロント作業機の姿勢を検出する姿勢センサと、前記フロント作業機を操作する操作装置と、を備えた作業機械であって、前記機体の周囲の障害物の情報を取得する外界センサもしくは、予め前記機体の周囲の障害物の情報を記憶した記憶装置から取得した前記障害物の情報と、前記姿勢センサにて検出された前記フロント作業機の姿勢情報と、前記操作装置の操作入力とに基づき、前記機体の動作を制御するコントローラを備えた作業機械において、前記コントローラは、前記姿勢情報に基づいて、前記作業機械の少なくとも一部を第１の直方体形状で囲んだ領域を所定の座標上に車体領域として設定し、前記外界センサもしくは前記記憶装置から取得した前記障害物を第２の直方体形状で囲んだ領域を前記所定の座標上に侵入不可領域として設定し、前記操作装置の操作入力から前記車体領域の軌道を予測し、前記車体領域が前記所定の座標上において前記侵入不可領域と接触すると予測された場合に、前記作業機械が前記侵入不可領域に侵入しないように少なくとも前記旋回体または前記フロント作業機の動作を制御する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、車体領域と侵入不可領域とをそれぞれ仮想の直方体形状を用いて設定できるため、コントローラの制御負担を軽くできる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの外観を示す斜視図である。

【図2】コントローラの機能ブロック図である。

【図3】油圧ショベルと障害物とを直方体形状を用いてモデル化した図である。

【図4】（ａ）障害物に対する直方体形状の設定の変形例を示す図、（ｂ）バケットに対する直方体形状の設定の変形例を示す図である。

【図5】フロント作業機が障害物と接触する場合をモデル化した図である。

【図6】接触判定処理の手順を示すフローチャートである。

【図7】作業内容に応じた直方体形状の設定方法の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0010】

図１は、本発明に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を示す斜視図である。図１に示すように、油圧ショベル１は、垂直方向にそれぞれ回動するブーム１ａ、アーム１ｂ、及びバケット１ｃからなる多関節型のフロント作業機１Ａと、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる車体１Ｂとで構成され、フロント作業機１Ａのブーム１ａの基端は上部旋回体１ｄの前部に支持されている。ブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ、及び下部走行体１ｅは、それぞれブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ（図示せず）、及び左右の走行モータ（左側の走行モータ３ｅのみ図示）によりそれぞれ駆動される被駆動部材を構成し、それらの動作は、上部旋回体１ｄの運転室に設けられた操作装置（Ａ１０６／図２参照）により指示される。ブーム１ａ、アーム１ｂ、及びバケット１ｃは、それぞれの角度を計測する角度センサ８ａ、８ｂ、８ｃ（Ａ１０２／図２参照）を有している。なお、フロント作業機１Ａは、バケット１ｃの代わりに、グラップル等のアタッチメントを備える場合もある。

【0011】

次に、油圧ショベル１に搭載されたコントローラ１００の電気的構成について説明する。図２は、コントローラ１００の機能ブロック図である。

【0012】

図２に示すように、コントローラ１００の入力側は、モニタデバイスＡ１００、角度センサＡ１０２、ＧＰＳ装置Ａ１０３、通信デバイスＡ１０１、操作装置Ａ１０６、及びパイロット圧センサＡ１０７と接続されている。また、コントローラ１００の出力側は、モニタデバイスＡ１００、電磁弁Ａ１０４、及びブザーＡ１０５と接続されている。

【0013】

モニタデバイスＡ１００は、例えばタッチ操作可能な液晶パネルから成り、オペレータによる侵入不可領域（ＡＣ）を設定できる機能を備えている。また、モニタデバイスＡ１００は、液晶画面上に、エリア情報等を提示する。

【0014】

通信デバイス（外部装置）Ａ１０１は、油圧ショベル１の周囲のエリア情報を更新する。具体的には、通信デバイスＡ１０１は、地図情報などの更新データを３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２に定期的に送信する。また、通信デバイスＡ１０１は、必要に応じて、作業場所の目標面情報や他車両の情報などを３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２に定期的に送信する。

【0015】

角度センサＡ１０２は、複数の角度センサを含む。複数の角度センサの何れかが、ブーム１ａ、アーム１ｂ、または、バケット１ｃの角度を計測し、あるいは上部旋回体１ｄの旋回角度を計測する。そして、角度センサＡ１０２は、計測したセンサ値を車体姿勢情報管理部Ｓ１０１に出力する。

【0016】

ＧＰＳ装置Ａ１０３は、油圧ショベル１のグローバル座標上の位置及び範囲を観測し、その位置及び範囲を油圧ショベル１の車体座標として３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２に出力する。

【0017】

電磁弁Ａ１０４は、エリアコントロール制御部Ｓ１から出力される目標操作圧に基づいて作動する。電磁弁Ａ１０４が作動すると、電磁弁Ａ１０４に対応するブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、または旋回モータが作動し、ブーム１ａ、アーム１ｂ、またはバケット１ｃが所定の方向に動作し、あるいは上部旋回体１ｄが所定の方向に回転する。

【0018】

ブザーＡ１０５は、エリア干渉時にオペレータに警報を発報する。なお、ブザーＡ１０５の代わりに、スピーカ等を介して音声により警報を発報しても良いし、ランプ等によりオペレータに警告を知らせても良い。

【0019】

操作装置Ａ１０６は、例えば油圧式レバーまたは電気式レバーであり、フロント作業機１Ａを操作するためのものである。操作装置Ａ１０６が電気式レバーの場合、電気式レバーの操作量は、コントローラ１００の操作量算出部Ｓ１０３に直接入力される。また、操作装置Ａ１０６が油圧式レバーの場合、パイロット圧センサＡ１０７が油圧式レバーのレバー操作圧を検出する。そして、操作装置Ａ１０６からの操作量は、パイロット圧センサＡ１０７からのセンサ値として、操作量算出部Ｓ１０３に入力される。

【0020】

コントローラ１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェイス回路等を含む１つまたは複数の電子回路ユニットにより構成される。コントローラ１００は、実装されたハードウェア構成またはプログラムにより実現される機能として、図２に示すように、表示制御部Ｓ１００と、車体姿勢情報管理部Ｓ１０１と、３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２と、操作量算出部Ｓ１０３と、アタッチメント情報管理部Ｓ１０７と、エリアコントロール制御部Ｓ１と、を含む。

【0021】

表示制御部Ｓ１００は、モニタデバイスＡ１００から入力された領域情報、即ち侵入不可領域をＡＣ設定情報として、エリアコントロール制御部Ｓ１に出力する。また、表示制御部Ｓ１００は、エリアコントロール制御部Ｓ１から出力されるエリア情報をモニタ表示できる形に変換し、モニタデバイスＡ１００に出力する。エリア情報は、例えば、エリアの座標位置、エリアに対する車体姿勢、エリアと車体の干渉警告などの情報である。

【0022】

車体姿勢情報管理部Ｓ１０１は、フロント作業機１Ａの姿勢（即ち、角度）及び上部旋回体１ｄの旋回角度を角度センサＡ１０２の値から算出し、フロント作業機１Ａ及び上部旋回体１ｄを任意の数の仮想の直方体形状（第１の直方体形状）で囲い、囲われた直方体形状の領域を車体領域として設定する（図３の符号Ｃ１００～５００）。さらに、車体姿勢情報管理部Ｓ１０１は、これら車体領域のグローバル座標上における位置をＧＰＳ装置Ａ１０３の値に基づいて算出する。そして、車体姿勢情報管理部Ｓ１０１は、車体の姿勢情報、車体領域のグローバル座標上での位置を車体姿勢情報としてエリアコントロール制御部Ｓ１に出力する。

【0023】

ここで、フロント作業機１Ａの寸法情報は、予めコントローラ１００のＲＯＭに記憶されている。コントローラ１００は、入力された角度センサの情報やＧＰＳ情報と、ＲＯＭに記憶されている寸法情報とに基づいて、フロント作業機１Ａや上部旋回体１ｄの車体範囲に相当する直方体形状を定義する。

【0024】

また、車体姿勢情報管理部Ｓ１０１は、アタッチメント情報管理部Ｓ１０７から油圧ショベル１が現在装着しているアタッチメント情報を入手し、そのアタッチメントの形状に合わせて自動で車体領域の変更を行う。ここで、アタッチメント情報としては、例えば、アタッチメントに装着されたＩＣタグ等によって自動認識された情報、もしくはモニタデバイスＡ１００から手動で入力した情報などが使用され得る。

【0025】

車体領域の座標は、まずセンサ値が零点となる地点での車体座標系から見た位置が初期値として設定される。そこから角度センサＡ１０２の値に応じて、車体姿勢情報管理部Ｓ１０１が直方体形状の座標変換を行い、現在の姿勢でのフロント作業機１Ａの車体座標位置を設定する。車体姿勢情報管理部Ｓ１０１は、設定した車体座標位置を車体姿勢情報として３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２に出力する。３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２は、その車体姿勢情報とＧＰＳ装置Ａ１０３からの車体座標とに基づいて車体座標系をグローバル座標系に落とし込む。

【0026】

３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２は、グローバル座標上に任意の形状、個数の直方体形状の領域を設定し、エリアコントロール制御部Ｓ１が扱いやすい形式に変換し、エリア位置情報としてエリアコントロール制御部Ｓ１に出力する。その際、３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２は、演算軽量化のために車体姿勢情報管理部Ｓ１０１の車体姿勢情報にもとづいて、接触判定対象となるエリアの絞り込みを行ってもよい。

【0027】

さらに、３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２は、障害物に関する情報を通信デバイスＡ１０１から取得し、その障害物を仮想の直方体形状（第２の直方体形状）で囲い、囲われた直方体形状の領域を侵入不可領域として設定する。なお、３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２は、レーダセンサ等に基づいて障害物の大きさを計測し、その計測値に基づいて、障害物を仮想の直方体形状で囲って侵入不可領域を設定しても良い。

【0028】

直方体形状の領域は、特定の２面間の距離を限りなく小さくすることで長方形面に近似することが可能である。よって、同様のロジックにて車体領域が触れる前に、停止する長方形面を定義することも可能である。

【0029】

操作量算出部Ｓ１０３は、操作装置Ａ１０６から電気レバーによる操作量、もしくは油圧レバーによるレバー操作圧をパイロット圧センサＡ１０７によって計測したセンサ値によりレバー操作量及びアクチュエータの目標速度を演算し、エリアコントロール制御部Ｓ１に出力する。

【0030】

エリアコントロール制御部Ｓ１は、フロント軌道予測部Ｓ１０４と、接触判定部Ｓ１０５と、アクチュエータ制御部Ｓ１０６と、を含む。

【0031】

フロント軌道予測部Ｓ１０４は、車体姿勢情報管理部Ｓ１０１からの車体姿勢情報と、操作量算出部Ｓ１０３のレバー操作量から演算したフロント作業機１Ａ（具体的には、ブーム１ａ、アーム１ｂ、及びバケット１ｃ）の角速度と角加速度、さらに上部旋回体１ｄの動特性とを用いて、車体領域の予測軌道を演算する。

【0032】

接触判定部Ｓ１０５は、侵入不可領域と軌道予測後の車体領域とが接触しているかを判別する。接触判定部Ｓ１０５は、分離超平面の理論を用いた接触判定を使うことで演算を軽量化する。具体的には、接触判定部Ｓ１０５は、分離超平面の理論により２つの直方体形状が接触しているかを判定する。接触判定は分離軸を用いて行う。分離軸は２つの直方体形状が接触していない場合に存在するその２つの直方体形状を分断する平面（分離超平面）と垂直に交わる直線のことをいう。分離軸上に落とした直方体形状の射影の和の半分の長さと２つの直方体形状の中心を結んだ線分を分離軸上に落とした場合の長さを比較し、前者の長さが後者の長さより長い場合、直方体形状同士は接触していないと判定できる。判定が必要な分離軸はどちらかの直方体形状の辺と並行な直線すべてとそれぞれの直方体形状から一つずつ選んだ２つの辺の外積と平行な直線すべてである。

【0033】

アクチュエータ制御部Ｓ１０６は、接触判定部Ｓ１０５での接触判定と予測時間から、車体領域と侵入不可領域が衝突するまでのフロント作業機１Ａ及び上部旋回体１ｄの許容角度を演算する。そして、アクチュエータ制御部Ｓ１０６は、フロント作業機１Ａ及び上部旋回体１ｄに対して減速開始角度と目標速度に対する減速度を設定し、電磁弁Ａ１０４に対して指令信号を出力する。アクチュエータ制御部Ｓ１０６が電磁弁Ａ１０４を制御して、各アクチュエータ（即ち、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、及び旋回モータ）を減速することで、侵入不可領域（障害物）との接触前にフロント作業機１Ａ及び上部旋回体１ｄの減速を行う。さらに、エリアコントロール制御部Ｓ１は、ブザーＡ１０５に対して発報信号を出力し、接触回避のためにアクチュエータの減速制御を行っていることを、ブザーＡ１０５を介してオペレータに報知する。

【0034】

なお、減速度を可変とすることで、オペレータの操作感に対応できる構成としても良い。また、許容角度に応じて段階的に減速度を設けることで、フロント作業機１Ａまたは上部旋回体１ｄの停止時のショックを軽減することができる。

【0035】

図３は、油圧ショベルと障害物とを直方体形状を用いてモデル化した図である。図３に示すように、衝突したくない障害物Ｍ１を囲んだ仮想の直方体形状Ｄ１００が侵入不可領域として設定される。図３は、直方体形状Ｃ１００，Ｃ２００，Ｃ３００，Ｃ４００がフロント作業機１Ａの車体領域であり、直方体形状Ｃ５００が上部旋回体１ｄの車体領域であることを示している。

【0036】

ここで、直方体形状の設定は図３に示す例に限定されない。図４（ａ）は障害物に対する直方体形状の設定の変形例を示す図、図４（ｂ）はバケットに対する直方体形状の設定の変形例を示す図である。図４（ａ）に示すように、障害物Ｍ２を複数の直方体形状Ｄ１１０，Ｄ１１１，Ｄ１１２で囲んで、これらの直方体形状の領域を侵入不可領域として設定することで、より侵入不可領域と障害物の形状とが一致する。また同様に、図４（ｂ）に示すように、バケット１ｃについても、直方体形状Ｃ１００で囲って車体領域を設定する代わりに、直方体形状Ｃ１１０，Ｃ１１１，Ｃ１１２，Ｃ１１３のように細かい直方体形状でバケット１ｃの車体領域を設定すれば、より車体領域とバケット１ｃの形状とが一致する。

【0037】

図５は、フロント作業機１Ａが障害物Ｍ１と接触する場合をモデル化した図である。図５に示すように、バケット１ｃの直方体形状Ｃ１００で設定された車体領域が、障害物Ｍ１の直方体形状Ｄ１００で設定された侵入不可領域と接触する。接触判定部Ｓ１０５は、フロント軌道予測部Ｓ１０４によるフロント作業機１Ａの軌道予測から、直方体形状Ｃ１００と直方体形状Ｄ１００とが重なっているか否かを上述した分離平面理論により判定する。そして、接触判定部Ｓ１０５が、車体領域と侵入不可領域とが接触すると判定した場合、アクチュエータ制御部Ｓ１０６が電磁弁Ａ１０４の動作を制御し、フロント作業機１Ａが障害物Ｍ１と接触するのを回避する。

【0038】

次に、コントローラ１００による接触判定処理について説明する。図６は、接触判定処理の手順を示すフローチャートである。図６に示す処理は、例えばエンジン始動に基づいて開始し、所定時間毎（例えば１ミリ秒毎）に繰り返し実行され、エンジン停止に基づいて終了する。

【0039】

まず、３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２は、作業現場において、架線や埋設光ケーブルなどのインフラ設備等、油圧ショベル１と接触させたくない障害物が存在する場所の３Ｄデータを、通信デバイスＡ１０１を介して読み込む（Ｂ１００）。そして、３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２は、障害物の領域を仮想の直方体形状で囲い、侵入不可領域として設定した後、ＧＰＳ装置Ａ１０３からの車体座標と紐づけて、グローバル座標上に侵入不可領域を設定する。

【0040】

なお、侵入不可領域は、オペレータがモニタデバイスＡ１００にて設定しても良いし、油圧ショベル１に設けられたカメラや、ミリ波レーダなどの外界センサによるセンサ値（外界データ）などに基づいて、車体領域と侵入不可領域とをローカル座標上に設定し、ローカル座標上において車体と障害物との接触を判定しても良い。

【0041】

ここで、３Ｄエリアデータ管理部Ｓ１０２で生成されたエリア位置情報は、エリアコントロール制御部Ｓ１が表示制御部Ｓ１００を介してモニタデバイスＡ１００に所定の態様で表示される。ここで、所定の態様とは、二次元データによる表示、三次元データによる表示、カメラ映像におけるＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ／拡張現実）による表示など、あらゆる態様を含む。

【0042】

次いで、車体姿勢情報管理部Ｓ１０１は、角度センサＡ１０２から入力されたセンサ値とアタッチメント情報管理部Ｓ１０７から入力されたアタッチメント情報とに基づいて、フロント作業機１Ａ及び上部旋回体１ｄを囲う直方体形状のグローバル座標上の座標を演算し、その座標をグローバル座標上に車体領域として設定する（Ｂ１０１）。

【0043】

次に、フロント軌道予測部Ｓ１０４は、操作装置Ａ１０６のレバー操作が入力されたとき、その操作量に応じた車体の動きを、車体の動特性、試験データによる関数テーブル等によって演算し、フロント作業機１Ａ、上部旋回体１ｄを囲っている直方体形状の軌道を予測する（Ｂ１０２）。

【0044】

次に、接触判定部Ｓ１０５は、分離超平面の論理を用いて、侵入不可領域と車体領域の接触判定を行い、接触すると判定された場合は何秒数に接触するか接触判定時間を算出する（Ｂ１０３）。

【0045】

次いで、アクチュエータ制御部Ｓ１０６は、接触判定時間に基づき、電磁弁Ａ１０４の作動を制御する。電磁弁Ａ１０４の制御介入により、アクチュエータの動作を減速させ、車体が障害物に接触する前に、車体動作を制限あるいは停止する（Ｂ１０４）。その際、モニタデバイスＡ１００の画面表示や、ブザーＡ１０５などでオペレータに警告を行う。

【0046】

以上説明したように、本実施形態によれば、車体領域と侵入不可領域とを仮想の直方体形状にて設定し、直方体形状が接触しているか否かを分離超平面の論理を用いて判定しているため、点群データに基づいて接触判定する場合と比べて、データ量が大幅に圧縮され、コントローラの制御負担も大幅に軽くなる。そのため、高性能なコントローラは不要であり、コスト削減の効果が見込める。

【0047】

なお、上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

【0048】

例えば、図６のＢ１０１の処理において、車体姿勢情報管理部Ｓ１０１は、操作装置Ａ１０６の操作入力に基づいて、油圧ショベル１の作業内容を判定し、判定した作業内容に応じて、直方体形状の設定を変更しても良い。コントローラ１００は、操作する操作レバーの組み合わせを監視することで、例えば、バケット１ｃをクラウドするのかダンプするのか、バケット１ｃの角度から法面作業を行っているのかなど、具体的な作業内容を判定することができる。図７は、作業内容に応じた直方体形状の設定方法の一例を示す図である。

【0049】

図７（ａ）に示すように、通常の作業の場合には、直方体形状Ｃ１００が選択される。ただし、直方体形状Ｃ１００は、領域Ｆの部分も車体領域とみなすため、本来、バケット１ｃが障害物と接触しないにも関わらず、直方体形状Ｃ１００が障害物と接触すると判定されてしまう。そこで、作業内容に応じて、図７（ｂ）に示す直方体形状Ｃ１０１または図７（ｃ）に示す直方体形状Ｃ１０２を選択すれば、バケット１ｃと障害物との接触をより正確に判定できる。

【0050】

より具体的に説明すると、バケットクラウドや法面作業を行う場合、バケット１ｃの手前側に障害物が存在することは稀であるため、直方体形状Ｃ１０１，Ｃ１０２を選択した方がバケット１ｃの手前側が車体領域と判定されないため、より正確に障害物との接触判定を行うことができる。即ち、仮に障害物があったとしても、領域Ｆの分だけバケット１ｃを移動させることができる。そのため、作業効率も向上する。

【0051】

また、図７（ｄ）に示すように、バケット１ｃの代わりにアタッチメントとしてグラップルが用いられる場合、直方体形状Ｃ１０３、Ｃ１０４によりグラップルの車体領域を設定すれば、グラップルと障害物との接触をより正確に判定できる。

【0052】

なお、車体領域の座標情報を、通信デバイスＡ１０１を介して通信により他車両と共有し、他車両の車体領域を侵入不可領域に設定すれば、自車両が他車両と接触するのを防止できる。即ち、本発明のコントローラを複数の作業機械に搭載し、互いに通信することで、車両同士の衝突を回避できる。

【0053】

なお、上記した実施形態では、フロント作業機１Ａと上部旋回体１ｄの両方を直方体形状で囲って車体領域を設定する例を説明したが、一方のみを直方体形状で囲って車体領域を設定し、その車体領域と侵入不可領域との接触を判定しても良い。例えば、フロント作業機１Ａと障害物との接触を回避したければ、フロント作業機１Ａと障害物とを直方体形状で囲って接触判定し、フロント作業機１Ａの動作を制御すれば良い。また、上部旋回体１ｄのみを対象に制御しても良い。

【符号の説明】

【0054】

１ 油圧ショベル（作業機械）
１Ａ フロント作業機（機体）
１ａ ブーム
１ｂ アーム
１ｃ バケット
１Ｂ 車体
１ｄ 上部旋回体（機体）
１ｅ 下部走行体
３ａ ブームシリンダ
３ｂ アームシリンダ
３ｃ バケットシリンダ
Ａ１０２（８ａ～８ｃ） 角度センサ（姿勢センサ）
Ａ１０３ ＧＰＳ装置（位置情報取得装置）
Ａ１０６ 操作装置
１００ コントローラ
Ｃ１００～５００ 直方体形状（車体領域）
Ｄ１００ 直方体形状（侵入不可領域）
Ｍ１ 障害物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】