(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】P2024148318
(43)【公開日】2024-10-18
(54)【発明の名称】作業機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/20 20060101AFI20241010BHJP
【ＦＩ】
E02F9/20 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023061364
(22)【出願日】2023-04-05
(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】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】清水 自由理
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 哲平
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 慧
(72)【発明者】
【氏名】伊東 英明
【テーマコード（参考）】
2D003
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB07
2D003BA02
2D003CA02
2D003DA04
2D003DB02
2D003DB03
2D003DB04
(57)【要約】
【課題】複数のコントローラから構成されるシステムにおいて、大容量データをコントローラ間のネットワーク上で制御信号の通信に負荷をかけることなく適切に扱いつつ、保存したデータを作業機械外に回収することができる作業機械を提供すること。
【解決手段】車体及び作業装置を駆動するための操作信号を出力する操作入力コントローラと、車体及び作業装置の姿勢情報を時系列で計測する姿勢計測コントローラと、作業機械の周辺の地形形状を周辺環境情報として計測する地形計測コントローラと、作業機械の車体の状態を示す車体状態情報を計測する車体状態監視コントローラと、メインコントローラとを有し、メインコントローラは、予め設定した条件を満たした場合に、地形計測コントローラの地形一時記憶装置に保存した地形データを車体制御用通信ラインを介してデータ集約判定器に収集し、メイン記憶装置に記憶させる。
【選択図】 図２
【解決手段】車体及び作業装置を駆動するための操作信号を出力する操作入力コントローラと、車体及び作業装置の姿勢情報を時系列で計測する姿勢計測コントローラと、作業機械の周辺の地形形状を周辺環境情報として計測する地形計測コントローラと、作業機械の車体の状態を示す車体状態情報を計測する車体状態監視コントローラと、メインコントローラとを有し、メインコントローラは、予め設定した条件を満たした場合に、地形計測コントローラの地形一時記憶装置に保存した地形データを車体制御用通信ラインを介してデータ集約判定器に収集し、メイン記憶装置に記憶させる。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車体及び前記車体に設けられた作業装置を有する作業機械において、
オペレータによる操作装置の操作状態に応じて、前記車体及び前記作業装置を駆動するための操作信号を出力する操作入力コントローラと、
姿勢センサの検出結果に基づいて、前記車体及び前記作業装置の姿勢情報を時系列で計測する姿勢計測コントローラと、
地形センサの検出結果に基づいて、前記作業機械の周辺の地形形状を周辺環境情報として計測する地形計測コントローラと、
前記作業機械の原動機の回転数に基づいて、前記作業機械の車体の状態を示す車体状態情報を計測する車体状態監視コントローラと、
前記操作入力コントローラ、前記姿勢計測コントローラ、前記地形計測コントローラ、及び、前記車体状態監視コントローラと車体制御用通信ラインで接続されたメインコントローラとを有し、
前記メインコントローラは、メイン記憶装置及び前記メイン記憶装置に記憶させるデータの集約処理を行うデータ集約判定器を有し、
前記地形計測コントローラは、計測した地形データを一時的に記憶する地形一時記憶装置を有し、
前記メインコントローラは、予め設定した条件を満たした場合に、前記地形計測コントローラの前記地形一時記憶装置に保存した地形データを前記車体制御用通信ラインを介して前記データ集約判定器に収集し、前記メイン記憶装置に記憶させることを特徴とする作業機械。
オペレータによる操作装置の操作状態に応じて、前記車体及び前記作業装置を駆動するための操作信号を出力する操作入力コントローラと、
姿勢センサの検出結果に基づいて、前記車体及び前記作業装置の姿勢情報を時系列で計測する姿勢計測コントローラと、
地形センサの検出結果に基づいて、前記作業機械の周辺の地形形状を周辺環境情報として計測する地形計測コントローラと、
前記作業機械の原動機の回転数に基づいて、前記作業機械の車体の状態を示す車体状態情報を計測する車体状態監視コントローラと、
前記操作入力コントローラ、前記姿勢計測コントローラ、前記地形計測コントローラ、及び、前記車体状態監視コントローラと車体制御用通信ラインで接続されたメインコントローラとを有し、
前記メインコントローラは、メイン記憶装置及び前記メイン記憶装置に記憶させるデータの集約処理を行うデータ集約判定器を有し、
前記地形計測コントローラは、計測した地形データを一時的に記憶する地形一時記憶装置を有し、
前記メインコントローラは、予め設定した条件を満たした場合に、前記地形計測コントローラの前記地形一時記憶装置に保存した地形データを前記車体制御用通信ラインを介して前記データ集約判定器に収集し、前記メイン記憶装置に記憶させることを特徴とする作業機械。
【請求項2】
請求項１記載の作業機械において、
前記地形計測コントローラは、前記姿勢計測コントローラで計測された姿勢の時系列変化から前記作業装置と地形の干渉領域を計算し、周辺環境情報として計測された地形形状のうち、前記干渉領域のみを保存することで周辺環境情報を圧縮する地形データ圧縮器を有することを特徴とする作業機械。
前記地形計測コントローラは、前記姿勢計測コントローラで計測された姿勢の時系列変化から前記作業装置と地形の干渉領域を計算し、周辺環境情報として計測された地形形状のうち、前記干渉領域のみを保存することで周辺環境情報を圧縮する地形データ圧縮器を有することを特徴とする作業機械。
【請求項3】
請求項２記載の作業機械において、
前記メインコントローラに接続された外部通信装置をさらに備え、
前記外部通信装置は、
前記メイン記憶装置に保存されたデータを送信するタイミングを制御する通信タイミング判定器と、
前記エンジンの起動状態によらずに前記外部通信装置を駆動するための電力を供給する専用電源と
を備えたことを特徴とする作業機械。
前記メインコントローラに接続された外部通信装置をさらに備え、
前記外部通信装置は、
前記メイン記憶装置に保存されたデータを送信するタイミングを制御する通信タイミング判定器と、
前記エンジンの起動状態によらずに前記外部通信装置を駆動するための電力を供給する専用電源と
を備えたことを特徴とする作業機械。
【請求項4】
請求項１記載の作業機械において、
前記メインコントローラは、前記操作装置が操作されていない場合、或いは、前記作業機械の動作を制限する安全装置が有効である場合に、前記地形計測コントローラの前記地形一時記憶装置に保存した地形データを前記車体制御用通信ラインを介して前記データ集約判定器に収集し、前記メイン記憶装置に記憶させることを特徴とする作業機械。
前記メインコントローラは、前記操作装置が操作されていない場合、或いは、前記作業機械の動作を制限する安全装置が有効である場合に、前記地形計測コントローラの前記地形一時記憶装置に保存した地形データを前記車体制御用通信ラインを介して前記データ集約判定器に収集し、前記メイン記憶装置に記憶させ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、作業機械に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、油圧ショベルなどの作業機械においては、自律的に作業を行う自動運転機能の開発が進められている。このような作業機械の自動運転機能を実現するためには、作業機械の内部情報に加えて、周辺地形情報のような大容量のデータを扱う必要がある。また、機能の高度化に伴って取り扱うセンサの種類が増大し、処理の複雑化が見込まれる。したがって、このような事情に鑑み、機能毎にコントローラを設けて複数のコントローラで処理システムを構築することが提案されている。そして、自動運転機能の開発においては、これらの複数のコントローラで扱われているデータを収集する必要がある。
【0003】
複数のコントローラで構成された処理システムとしては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、複数のコントローラで構成されたシステムにおいて、安全・保護制御コントローラを設け、安全・保護機能を向上させた分散型コントローラシステムを備えた自動運転建設機械が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平１１－８１３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記先行技術文献において、複数のコントローラ間を１系統のＬＡＮで接続する構成を採用している。しかしながら、地形データのような大容量データを取り扱うことは想定していないため、車体制御用データと地形データのような大容量データを同時に扱う場合には、車体制御用データの通信遅延・欠損が発生し、作業機械が意図通りに動かないおそれがある。
【0006】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、複数のコントローラから構成されるシステムにおいて、大容量データをコントローラ間のネットワーク上で制御信号の通信に負荷をかけることなく適切に扱いつつ、保存したデータを作業機械外に回収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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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、車体及び前記車体に設けられた作業装置を有する作業機械において、オペレータによる操作装置の操作状態に応じて、前記車体及び前記作業装置を駆動するための操作信号を出力する操作入力コントローラと、姿勢センサの検出結果に基づいて、前記車体及び前記作業装置の姿勢情報を時系列で計測する姿勢計測コントローラと、地形センサの検出結果に基づいて、前記作業機械の周辺の地形形状を周辺環境情報として計測する地形計測コントローラと、前記作業機械の原動機の回転数に基づいて、前記作業機械の車体の状態を示す車体状態情報を計測する車体状態監視コントローラと、前記操作入力コントローラ、前記姿勢計測コントローラ、前記地形計測コントローラ、及び、前記車体状態監視コントローラと車体制御用通信ラインで接続されたメインコントローラとを有し、前記メインコントローラは、メイン記憶装置及び前記メイン記憶装置に記憶させるデータの集約処理を行うデータ集約判定器を有し、前記地形計測コントローラは、計測した地形データを一時的に記憶する地形一時記憶装置を有し、前記メインコントローラは、予め設定した条件を満たした場合に、前記地形計測コントローラの前記地形一時記憶装置に保存した地形データを前記車体制御用通信ラインを介して前記データ集約判定器に収集し、前記メイン記憶装置に記憶させるものとする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、複数のコントローラから構成されるシステムにおいて、大容量データをコントローラ間のネットワーク上で制御信号の通信に負荷をかけることなく適切に扱いつつ、保存したデータを作業機械外に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】作業機械の一例として示す油圧ショベルの全体構成を概略的に示す側面図である。
【図2】第１の実施の形態に係る油圧ショベルの制御機能を構成するコントローラ群を示す機能ブロック図である。
【図3】データ集約開始判定処理を示すフローチャートである。
【図4】第２の実施の形態に係る油圧ショベルの制御機能を構成するコントローラ群を示す機能ブロック図である。
【図5】地形データ圧縮器で扱う地形データを模式的に示す図である。
【図6】地形データ圧縮器による地形データ圧縮処理の処理内容を示すフローチャートである。
【図7】地形データ圧縮処理の一例を示す図である。
【図8】第３の実施の形態に係る油圧ショベルの制御機能を構成するコントローラ群を示す機能ブロック図である。
【図9】データ集約・通信タイミング判定処理の処理内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として、多関節型のフロント作業機（作業装置）を搭載した油圧ショベルを例示して説明するが、他の作業機械においても本発明を適用することが可能である。
【0011】
【0012】
図１は、作業機械の一例として示す油圧ショベルの全体構成を概略的に示す側面図である。
【0013】
図１において、油圧ショベル１００は，クローラ式の走行装置１０１ａを装備した下部走行体１０１と、下部走行体１０１の上部に旋回装置１０４を介して旋回可能に搭載された上部旋回体１０２と、上部旋回体１０２の前方に上下方向に回動可能に設けられた多関節型のフロント作業機１０３（作業装置）とから概略構成されている。ここで、下部走行体１０１と上部旋回体１０２は、油圧ショベル１００の車体を構成している。
【0014】
フロント作業機１０３は、上部旋回体１０２に対して回動可能に接続されたブーム２と、ブーム２の先端に回動可能に接続されたアーム４と、アーム４の先端に回動可能に接続されたバケット６と、上部旋回体１０２に対してブーム２を回動駆動するブームシリンダ１と、ブーム２に対してアーム４を回動駆動するアームシリンダ３と、アーム４に対してバケット６を回動駆動するバケットシリンダ５とから構成されている。ここで、ブームシリンダ１、アームシリンダ３、及び、バケットシリンダ５は、油圧片ロッドシリンダにより構成されている。油圧ショベル１００は、所謂バックホウショベルであり、アームシリンダ３又はバケットシリンダ５を伸長させることにより、バケット６が後方に引き戻されるように動作する。
【0015】
フロント作業機１０３のブーム２には、ブーム２の姿勢角を計測可能な姿勢角センサ７ａが設けられている。同様に、アーム４には、アーム４の姿勢角を計測可能な姿勢角センサ７ｂが、バケット６には、バケット６の姿勢角を計測可能な姿勢角センサ７ｃがそれぞれ設けられている。また、上部旋回体１０２には、上部旋回体１０２の旋回角と姿勢（例えば、水平面に対する傾き）を計測可能な姿勢角センサ７ｄが設けられている。なお、姿勢角センサ７ｄにより、油圧ショベル１００が斜面に停車している場合の上部旋回体１０２の姿勢角も計測することが可能である。
【0016】
上部旋回体１０２の前方には、オペレータが搭乗するキャブ１０５が設けられている。キャブ１０５内には、オペレータが油圧ショベル１００の操作を行うための操作レバー１８４（操作装置）などが配置されている。
【0017】
図２は、油圧ショベルの制御機能を構成するコントローラ群を示す機能ブロック図である。
【0018】
図２において、油圧ショベル１００のコントローラ群は、メインコントローラ１１０、地形計測コントローラ１２０、姿勢計測コントローラ１３０、車体状態監視コントローラ１４０、操作入力コントローラ１５０、油圧機器コントローラ１６０、及び、エンジンコントローラ１７０から構成されている。コントローラ群を構成する各コントローラ１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０は、車体制御用通信ライン２００で接続されている。
【0019】
メインコントローラ１１０は、コントローラ群の各コントローラ１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０を統合的に制御することで油圧ショベル１００の全体の動作を制御するものであり、外部記憶装置１８７と、専用電源１８８とが接続されている。
【0020】
外部記憶装置１８７は、メインコントローラ１１０との接続を容易に解除でき、かつ、持ち運び可能に構成されている。
【0021】
専用電源１８８は、原動機としてのエンジン１８６が停止している場合であっても、各コントローラ１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０に動作するための電源を供給する。
【0022】
地形計測コントローラ１２０は、油圧ショベル１００の周辺の地形形状を計測可能なセンサである地形計測センサ１８１の制御、及び、地形計測センサ１８１の計測結果の管理を行うものであり、地形一時記憶装置１２１を備えている。
【0023】
地形計測コントローラ１２０には、地形計測センサ１８１の計測結果、すなわち、油圧ショベル１００の周辺環境の地形のデータが入力され、地形の時系列変化のデータとして保存される。地形計測センサ４０１の計測結果のデータ容量は、計測する地形の面積および分解能に依存する。例えば、計測する地形の面積が同じである場合には、分解能が高い計測結果のデータ容量の方がより大容量になる。同様に、計測結果の分解能が同じである場合には、作業範囲の広い大型の作業機械における計測結果のデータ容量の方がより大容量になる。
【0024】
姿勢計測コントローラ１３０は、姿勢角センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの制御、及び、姿勢角センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの計測結果を制御するものであり、姿勢演算器１３１と姿勢一時記憶装置１２３を備えている。
【0025】
姿勢計測コントローラ１３０には、姿勢角センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄで計測されたブーム２、アーム４、バケット６、及び、上部旋回体１０２の姿勢角が計測結果として入力される。
【0026】
姿勢演算器１３１は、姿勢角センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの計測結果に基づいて、バケット６の爪先軌跡および角度を計算する。姿勢一時記憶装置１２３には、姿勢演算器１３１の計算結果であるバケット６の爪先軌跡および角度の時系列変化のデータが保存される。
【0027】
車体状態監視コントローラ１４０は、状態一時記憶装置１４１を備えている。
【0028】
車体状態監視コントローラ１４０には、圧力センサ１８２の計測結果とエンジン回転数センサ１８３の計測結果が入力される。
【0029】
圧力センサ１８２は、油圧ショベル１００内部の油圧回路の各種圧力を計測するものである。なお、油圧回路および油圧回路における圧力センサ１８２の配置においては、図示を省略する。
【0030】
エンジン回転数センサ１８３は、エンジン１８６（原動機）の回転数を計測するものである。
【0031】
状態一時記憶装置１４１には、圧力センサ１８２で計測した各圧力の時系列変化データや、エンジン回転数センサ１８３で計測したエンジン１８６の回転数の時系列変化のデータが保存される。
【0032】
操作入力コントローラ１５０は、入力一時記憶装置１４２を備えている。
【0033】
操作入力コントローラ１５０には、操作レバー１８４の操作量の計測結果が入力される。操作レバー１８４の操作量は、ブーム２、アーム４、バケット６、及び、旋回装置１０４の動作速度の目標値に相当する。
【0034】
入力一時記憶装置１４２には、操作レバー１８４の操作量の時系列変化のデータが保存される。
【0035】
油圧機器コントローラ１６０は、電磁弁１８５を駆動するための指令値を出力するものである。電磁弁１８５は、油圧ショベル１００内部の油圧回路に備えられており、例えば、油圧機器コントローラ１６０からの指令値に応じて、エンジン１８６により駆動される油圧ポンプから吐出された圧油のブームシリンダ１、アームシリンダ３、バケットシリンダ５、旋回装置１０４、及び、走行装置１０１ａへの供給流量の制御、各油圧ポンプの制御などを行う。
【0036】
エンジンコントローラ１７０は、エンジン１８６の目標回転数を指令値として出力するものである。
【0037】
メインコントローラ１１０は、データ集約判定器１１１を備えている。メインコントローラ１１０は、操作レバー１８４の操作量に応じて操作入力コントローラ１５０から車体制御用通信ライン２００を介して送信される各アクチュエータの目標動作速度、及び、車体状態監視コントローラ１４０から車体制御用通信ライン２００を介して送信される圧力センサ１８２の計測結果やエンジン回転数センサ１８３の計測結果に基づいて、油圧ショベル１００を制御するための電磁弁１８５及びエンジン１８６の指令値を生成する。メインコントローラ１１０で生成された電磁弁１８５及びエンジン１８６の指令値は、車体制御用通信ライン２００を介して油圧機器コントローラ１６０及びエンジンコントローラ１７０に送信される。
【0038】
メインコントローラ１１０のデータ集約判定器１１１は、データ集約処理を実行するか否かを判定するデータ集約開始判定処理を行う。
【0039】
データ集約処理とは、地形一時記憶装置１２１、姿勢一時記憶装置１３２、状態一時記憶装置１４１、及び、入力一時記憶装置１５１に保存されたデータを車体制御用通信ライン２００を介してメインコントローラ１１０へ集約し、集約されたデータを外部記憶装置１８７に保存する処理である。
【0040】
なお、データ集約処理における各一時記憶装置１２１，１３２，１４１，１５１からメインコントローラ１１０へのデータ送信（データ収集）は、メッシュ単位などで離散的に行う。これにより、油圧ショベル１００の動作開始による送信中断などが生じた場合であっても、送信再開の対応が容易となる。また、一時記憶装置１２１，１３２，１４１，１５１のデータが満容量となった場合には、各一時記憶装置１２１，１３２，１４１，１５１において古いデータから順に削除される。また、各一時記憶装置１２１，１３２，１４１，１５１からメインコントローラ１１０へのデータ送信における送信率（％）をキャブ１０５の表示装置に表示してオペレータに提示することで、オペレータがデータ集約処理の進捗状況を確認できるように構成してもよい。
【0041】
図３は、データ集約開始判定処理を示すフローチャートである。
【0042】
図３において、データ集約判定器１１１は、まず、車体状態監視コントローラ１４０からメインコントローラ１１０に送信されるエンジン回転数センサ１８３の計測結果に基づいて、エンジン１８６が回転中であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。
【0043】
ステップＳ１００での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、エンジン１８６が回転中である場合には、処理を終了する。
【0044】
また、ステップＳ１００での判定結果がＮＯの場合、すなわち、エンジン１８６が停止している場合には、地形一時記憶装置１２１、姿勢一時記憶装置１３２、状態一時記憶装置１４１、及び、入力一時記憶装置１５１の少なくとも１つに保存されたデータがあるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
【0045】
ステップＳ１１０の判定結果がＮＯの場合、すなわち、地形一時記憶装置１２１、姿勢一時記憶装置１３２、状態一時記憶装置１４１、及び、入力一時記憶装置１５１のいずれにも保存されたデータがない場合には、処理を終了する。
【0046】
また、ステップＳ１１０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、地形一時記憶装置１２１、姿勢一時記憶装置１３２、状態一時記憶装置１４１、及び、入力一時記憶装置１５１の少なくとも１つに保存されたデータがある場合には、データ集約処理を実行し（ステップＳ１２０）、処理を終了する。
【0047】
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。
【0048】
例えば、複数のコントローラ間を１系統のＬＡＮで接続する構成を採用している場合において、従来技術のように地形データのような大容量データを取り扱うことは想定していと、車体制御用データと地形データのような大容量データを同時に扱う場合には、車体制御用データの通信遅延・欠損が発生し、作業機械が意図通りに動かないおそれがある。
【0049】
これに対して、本実施の形態においては、車体（下部走行体１０１及び上部旋回体１０２）及び車体に設けられた作業装置（フロント作業機１０３）を有する作業機械（油圧ショベル１００）において、オペレータによる操作装置（操作レバー１８４）の操作状態に応じて、車体及び作業装置を駆動するための操作信号を出力する操作入力コントローラ１５０と、姿勢センサ（姿勢角センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）の検出結果に基づいて、車体及び作業装置の姿勢情報を時系列で計測する姿勢計測コントローラ１３０と、地形センサ（地形計測センサ１８１）の検出結果に基づいて、作業機械の周辺の地形形状を周辺環境情報として計測する地形計測コントローラ１２０と、作業機械の原動機であるエンジン１８６の回転数に基づいて、作業機械の車体の状態を示す車体状態情報を計測する車体状態監視コントローラ１４０と、操作入力コントローラ、姿勢計測コントローラ、地形計測コントローラ、及び、車体状態監視コントローラと車体制御用通信ライン２００で接続されたメインコントローラ１１０とを有し、メインコントローラは、メイン記憶装置（外部記憶装置１８７）及びメイン記憶装置に記憶させるデータの集約処理を行うデータ集約判定器１１１を有し、地形計測コントローラは、計測した地形データを一時的に記憶する地形一時記憶装置１２１を有し、メインコントローラは、予め設定した条件を満たした場合に、地形計測コントローラの地形一時記憶装置に保存した地形データを車体制御用通信ラインを介してデータ集約判定器に収集し、メイン記憶装置に記憶させるように構成した。これにより、複数のコントローラから構成されるシステムにおいて、大容量データをコントローラ間のネットワーク上で制御信号の通信に負荷をかけることなく適切に扱いつつ、保存したデータを作業機械外に回収することができる。
【0050】
すなわち、本実施の形態においては、データ集約判定器１１１により、例えば油圧ショベル１００が運転していない時にデータ集約処理を実施するように構成した。このため、油圧ショベル１００の運転中には、地形計測センサ１８１の計測結果のような大容量データが車体制御用通信ライン２００に流れることがなく、制御信号を安定した周期で通信することができる。
【0051】
また、本実施の形態においては、外部記憶装置１８７をメインコントローラ１１０に対して取り外し可能な構成としたので、外部記憶装置１８７の交換に要する短時間で地形データを含む油圧ショベル１００の運転情報を収集することができる。すなわち、例えば、オペレータが作業終了時に外部記憶装置１８７を回収して油圧ショベル１００を下車することで、油圧ショベル１００の運転情報及び周辺地形データを収集することができる。
【0052】
また、本実施の形態においては、専用電源１８８を備えるように構成したので、エンジン１８６が停止している状況、すなわち、油圧ショベル１００が発電していない状況においても、安定した電源を供給することができ、データ集約処理を実行することができる。
【0053】
また、本実施の形態においては、地形データのような大容量データを一時的に保存する地形一時記憶装置１２１を備え、車体制御用通信ライン２００の通信量が少ないタイミングでメインコントローラ１１０に送信するよう構成したので、新たなネットワークを追加することなくデータの集約が可能である。
【0054】
なお、本実施の形態においては、エンジン１８６が回転中であるか否かによって、油圧ショベル１００の運転状況を判定するように構成したが、これに限られず、例えば、操作レバー１８４（操作装置）や安全解除レバー（安全装置：図示せず）、給油口の状態などに応じて油圧ショベル１００の運転状況を判定するように構成してもよい。具体的には、操作レバー１８４が操作されていない状態（操作信号が出力されていない状態）、安全解除レバーがＯＦＦ操作されて運転が制限された状態、或いは、給油口が開状態となっている場合に、データ集約処理を実施するように構成しても良い。
【0055】
また、本実施の形態においては、地形計測センサ１８１以外の計測結果についても各コントローラ１３０，１４０，１５０の一時記憶装置に保存してからメインコントローラに集約するよう構成したが、これに限られず、例えば、油圧ショベル１００の運転中であって車体制御用通信ライン２００の通信量に余裕がある場合にのみ、比較的データ容量の小さいデータに限って、データ集約判定器１１１によるデータ集約処理を待たずに外部記憶装置１８７に直接保存するように構成してもよい。
【0056】
【0057】
本実施の形態は、外部記憶装置に代えてメインコントローラの記憶装置に集約したデータを記憶するものである。本実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
【0058】
図４は、本実施の形態に係る油圧ショベルの制御機能を構成するコントローラ群を示す機能ブロック図である。
【0059】
図４において、油圧ショベル１００のコントローラ群は、メインコントローラ１１０Ａ、地形計測コントローラ１２０Ａ、姿勢計測コントローラ１３０、車体状態監視コントローラ１４０、操作入力コントローラ１５０、油圧機器コントローラ１６０、及び、エンジンコントローラ１７０から構成されている。コントローラ群を構成する各コントローラ１１０Ａ，１２０Ａ，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０は、車体制御用通信ライン２００で接続されている。
【0060】
メインコントローラ１１０Ａは、データ集約判定器１１１と、記憶装置１１２とを有している。本実施の形態においては、データ集約処理において記憶装置１１２にデータを集約する。
【0061】
メインコントローラ１１０Ａには、データ外部送信装置２１０が接続されている。
【0062】
データ外部送信装置２１０は、専用電源２１１および外部送信ポート２１２を備えている。
【0063】
専用電源２１１は、エンジン１８６が停止している場合であっても、メインコントローラ１１０Ａ、地形計測コントローラ１２０Ａ、姿勢計測コントローラ１３０、車体状態監視コントローラ１４０、操作入力コントローラ１５０、油圧機器コントローラ１６０、及び、エンジンコントローラ１７０に電力を供給する。
【0064】
データ外部受信装置２２０は、外部受信ポート２２１および外部記憶装置２２２を備えている。
【0065】
データ外部送信装置２１０の外部送信ポート２１２とデータ外部受信装置２２０の外部受信ポート２２１は、データ外部送信ライン２０１により接続されている。データ外部送信装置２１０は、データ外部送信ライン２０１を介してデータ外部受信装置２２０が接続されると、メインコントローラ１１０Ａの記憶装置１１２に保存されたデータを読み出してデータ外部受信装置２２０に送信し、外部記憶装置２２２に保存する。
【0066】
地形計測コントローラ１２０Ａは、地形一時記憶装置１２１と、地形データ圧縮器１２２とを備えている。
【0067】
図５は、地形データ圧縮器で扱う地形データを模式的に示す図である。
【0068】
図５に示すように、地形データ圧縮器１２２においては、地形計測センサ１８１で計測される連続的な３次元地形を、予め定めた任意の分解能で区切ったＸＹ平面上のセル毎に高さ情報を集約することによりｎ×ｍの地形行列データとして扱う。
【0069】
地形データ圧縮器１２２は、姿勢計測コントローラ１３０の姿勢演算器１３１により演算されるバケット６の爪先軌跡に基づいて、地形行列データを更新する。
【0070】
図６は、地形データ圧縮器による地形データ圧縮処理の処理内容を示すフローチャートである。
【0071】
図６において、地形データ圧縮器１２２は、まず、カウンタ変数ｊを初期化してｊ＝０とし（ステップＳ２００）、かつ、カウンタ変数ｉを初期化してｉ＝０とする（ステップＳ２１０）。
【0072】
続いて、バケット６の爪先が予め計測した地形行列データの特定のセル（例えば、（ｘｉ，ｙｉ，ｘｉｊ）のセル）を通過したか否か、言い換えると、掘削が行われたか否かを判定する（ステップＳ２２０）。
【0073】
ステップＳ２２０での判定結果がＹＥＳの場合には、すなわち、バケット６の爪先が特定のセルに干渉したと判定した場合には、当該セルに格納された高さ情報（ｘｉｊ）を更新する。
【0074】
また、ステップＳ２２０での判定結果がＮＯの場合、或いは、ステップＳ２３０の処理が修了した場合には、カウンタ変数ｉを更新してｉ＝ｉ＋１とし（ステップＳ２４０）、続いて、ｉ＞ｎであるか否か、すなわち、現在のカウンタ変数ｊが示す地形行列データにおいて全てのセルでの処理が実行されたか否かを判定する（ステップＳ２５０）。ステップＳ２５０での判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳになるまでステップＳ２２０～Ｓ２４０の処理を繰り返す。
【0075】
また、ステップＳ２５０での判定結果がＹＥＳの場合には、カウンタ変数ｊを更新してｊ＝ｊ＋１とし（ステップＳ２６０）、続いて、ｊ＞ｍであるか否か、すなわち、地形行列データにおいて全てのセルでの処理が実行されたか否かを判定する（ステップＳ２７０）。ステップＳ２７０での判定結果がＮＯの場合には、判定結果がＹＥＳになるまでステップＳ２１０～Ｓ２６０の処理を繰り返す。
【0076】
また、ステップＳ２７０での判定結果がＹＥＳの場合には、処理を終了する。
【0077】
図７は、地形データ圧縮処理の一例を示す図である。
【0078】
図７においては，バケット６の爪先の軌跡に対して地形に干渉した領域は（ｘ３，ｙ２），（ｘ４，ｙ２）のセルに相当する。従って，各セルの高さ方向の情報ｚ３２，ｚ４２について更新処理が行われる。
【0079】
また、地形データ圧縮処理において、地形一時記憶装置１２１に毎時間全ての地形行列データを保存するのではなく、更新したセルの情報だけを保存することにより、地形データの容量をさらに圧縮することができる。
【0080】
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【0081】
以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0082】
また、本実施の形態においては、外部記憶装置２２２を備えたデータ外部受信装置２２０をデータ外部送信ライン２０１を介して接続可能に構成したので、任意のタイミングで大容量のデータを高速で安定的に回収することができる。
【0083】
また、本実施の形態においては、地形データ圧縮器１２２により３次元の地形データをｎ×ｍの地形行列データに圧縮することにより、取り扱うデータを小容量化することができる。なお、地形行列データの分解能を、一時記憶装置１２１が保存できるデータ容量制限や通信上の制限、収集した地形データの使用目的などに応じて設定することにより、より適切に地形データの回収を行うことができる。
【0084】
【0085】
本実施の形態は、遠隔運転中に無線通信によりデータ収集を行う場合を示すものである。本実施の形態において、第１及び第２の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を適宜省略する。
【0086】
図８は、本実施の形態に係る油圧ショベルの制御機能を構成するコントローラ群を示す機能ブロック図である。
【0087】
図８において、油圧ショベル１００のコントローラ群は、メインコントローラ１１０Ａ、地形姿勢計測コントローラ１２０Ｂ、地形計測コントローラ１２０Ｃ、姿勢計測コントローラ１３０Ａ、車体状態監視コントローラ１４０、油圧機器コントローラ１６０、及び、エンジンコントローラ１７０から構成されている。コントローラ群を構成する各コントローラ１１０Ａ，１２０Ｂ，１４０，１６０，１７０は、車体制御用通信ライン２００で接続されている。また、各コントローラ１２０Ｂ，１２０Ｃ，１３０Ａは、地形姿勢用通信ライン２０２を介して接続されている。
【0088】
地形姿勢計測コントローラ１２０Ｂは、地形姿勢一時記憶装置１２１Ｂを備えている。地形姿勢一時記憶装置１２１Ｂは、地形姿勢用通信ライン２０２を介して地形計測コントローラ１２０Ｃの地形データ圧縮器１１３から送信される演算結果、及び、姿勢計測コントローラ１３０Ａの姿勢演算器１３１から送信される演算結果を保存する。
【0089】
メインコントローラ１１０Ａには、遠隔操作通信装置２４０が接続されている。
【0090】
遠隔操作通信装置２４０は、専用電源２４１、送信タイミング判定器２４２、及び、通信アンテナ２４３を備えている。
【0091】
遠隔操作通信装置２４０の専用電源１７２は、エンジン１８６が停止している場合であっても、メインコントローラ１１０Ａ、地形姿勢計測コントローラ１２０Ｂ、地形計測コントローラ１２０Ｃ、姿勢計測コントローラ１３０Ａ、車体状態監視コントローラ１４０、油圧機器コントローラ１６０、及び、エンジンコントローラ１７０に電力を供給する。
【0092】
遠隔操作通信装置２４０は、通信アンテナ２４３を介して、油圧ショベル１００を操作するために設けられた遠隔操作装置（図示せず）からの操作レバー信号を受信して、メインコントローラ１１０Ａに送信する。また、油圧ショベル１００に備え付けられた遠隔操作用のカメラ（図示せず）の画像を遠隔操作装置に送信する。
【0093】
遠隔操作通信装置２４０には、無線通信を介してデータ外部受信装置２５０が接続されている。
【0094】
データ外部受信装置２５０は、通信アンテナ２５１と、外部記憶装置２５２とを備えている。
【0095】
遠隔操作通信装置２４０の送信タイミング判定器２４２は、メインコントローラ１１０Ａの記憶装置１１２に保存されたデータを送信するタイミングを判定するデータ集約・通信タイミング判定処理を行い、送信タイミングであると判定した場合に、記憶装置１１２のデータを通信アンテナ２４３及び通信アンテナ２５１間の無線通信を介して外部記憶装置２５２に送信する。
【0096】
図９は、データ集約・通信タイミング判定処理の処理内容を示すフローチャートである。
【0097】
図９において、送信タイミング判定器２４２は、まず、遠隔操作装置の遠隔レバー入力があるか否かを判定する（ステップＳ３００）。
【0098】
ステップＳ３００での判定結果がＹＥＳである場合、すなわち、遠隔レバー入力がある場合には、処理を終了する。
【0099】
また、ステップＳ３００での判定結果がＮＯである場合、すなわち、遠隔レバー入力が無い場合には、データ集約処理を実行する（ステップＳ３１０）。データ集約処理では、地形姿勢一時記憶装置１２１Ｂと状態一時記憶装置１４１に保存されたデータを車体制御用通信ライン２００を介してメインコントローラ１１０Ａへ集約し、記憶装置１１２に保存する。
【0100】
ステップＳ３１０のデータ集約処理が修了すると、続いて、通信状態が良好であるか否かを判定する（ステップＳ３２０）。
【0101】
ステップＳ３２０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、通信状態が良好でない場合には、処理を終了する。
【0102】
また、ステップＳ３２０での判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、通信状態が良好である場合には、データ送信処理を実行し（ステップＳ３３０）、処理を終了する。
【0103】
その他の構成は第１及び第２の実施の形態と同様である。
【0104】
以上のように構成した本実施の形態においても第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0105】
また、地形姿勢用通信ライン２０２のように大容量データを扱う通信ラインを車体制御用通信ライン２００とは別に独立して設けたので、油圧ショベル１００の運転中に大容量の地形データが車体制御用通信ライン２００に流れることがなくなり，制御信号を安定した周期で通信することができる。
【0106】
また、遠隔レバー入力がなく通信状態が良好な場合にデータ送信処理を実施するように構成したので、遠隔操作中のカメラ画像やレバー操作量のような優先順位の高い情報を安定的に通信することができる。
【0107】
また、遠隔レバー入力がない状態であっても通信状況が悪い場合にはデータ送信処理を実行しないように構成したので、オペレータが任意のタイミングで遠隔操作を再開する際に確認するカメラ画像の遅延を抑制することができる。
【0108】
なお、本実施の形態においては、送信タイミング判定器２４２において遠隔操作が行われているか否かを判定する際に、遠隔レバー入力があるか否かに応じて判定したが、これに限られず、例えば、エンジン１８６の回転数や、油圧ショベル１００の運転時にＯＮされる安全解除レバー（図示せず）の信号に基づいて判定するように構成しても良い。
【0109】
＜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実施の形態の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。
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実施の形態の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。
【符号の説明】
【0110】
１…ブームシリンダ、２…ブーム、３…アームシリンダ、４…アーム、５…バケットシリンダ、６…バケット、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…姿勢角センサ、１００…油圧ショベル、１０１…下部走行体、１０１ａ…走行装置、１０２…上部旋回体、１０３…フロント作業機、１０４…旋回装置、１０５…キャブ、１１０，１１０Ａ…メインコントローラ、１１１…データ集約判定器、１１２…記憶装置、１１３…地形データ圧縮器、１２０，１２０Ａ…地形計測コントローラ、１２０Ｂ…地形姿勢計測コントローラ、１２０Ｃ…地形計測コントローラ、１２１…地形一時記憶装置、１２１Ｂ…地形姿勢一時記憶装置、１２２…地形データ圧縮器、１２３…姿勢一時記憶装置、１３０，１３０Ａ…姿勢計測コントローラ、１３１…姿勢演算器、１３２…姿勢一時記憶装置、１４０…車体状態監視コントローラ、１４１…状態一時記憶装置、１４２…入力一時記憶装置、１５０…操作入力コントローラ、１５１…入力一時記憶装置、１６０…油圧機器コントローラ、１６０…コントローラ、１７０…エンジンコントローラ、１７２…専用電源、１８１…地形計測センサ、１８２…圧力センサ、１８３…エンジン回転数センサ、１８４…操作レバー、１８５…電磁弁、１８６…エンジン、１８７…外部記憶装置、１８８…専用電源、２００…車体制御用通信ライン、２０１…データ外部送信ライン、２０２…地形姿勢用通信ライン、２１０…データ外部送信装置、２１１…専用電源、２１２…外部送信ポート、２２０…データ外部受信装置、２２１…外部受信ポート、２２２…外部記憶装置、２４０…遠隔操作通信装置、２４１…専用電源、２４２…送信タイミング判定器、２４３…通信アンテナ、２５０…データ外部受信装置、２５１…通信アンテナ、２５２…外部記憶装置、４０１…地形計測センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】