特開 2025-10551 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】P2025010551

(43)【公開日】2025-01-22

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20250115BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20250115BHJP

【ＦＩ】

E02F9/24 J

E02F9/20 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021201164

(22)【出願日】2021-12-10

(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】山本 慎二郎

(72)【発明者】

【氏名】井村 進也

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB01

2D003BA07

2D003DA04

2D003DB04

2D003DB05

2D015GA03

2D015GB01

2D015GB03

(57)【要約】

【課題】オペレータの不注意や走行操作の誤りによる転倒を防止することが可能な作業機械を提供する。
【解決手段】走行制御装置２０は、相対角度検出装置１０からの相対角度情報に基づいて、下部走行体２が走行する可能性のある領域を走行領域３１ａ，３１ｂとして設定し、環境認識装置１７からの周囲環境情報に基づいて、下部走行体２の進入が禁止される領域を進入禁止領域３０として設定し、走行領域３１ａ，３１ｂと進入禁止領域３０とに重複領域が存在する場合に、走行操作装置９の操作を無効とする。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部走行体と、
前記下部走行体上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
前記下部走行体の動作を指示する走行操作装置と、
前記走行操作装置の操作に応じて前記下部走行体の動作を制御する走行制御装置とを備えた作業機械において、
前記下部走行体に対する前記上部旋回体の相対角度を検出する相対角度検出装置と、
前記作業機械の周囲の環境を認識する環境認識装置とを備え、
前記走行制御装置は、
前記相対角度検出装置からの相対角度情報に基づいて、前記下部走行体が走行する可能性のある領域を走行領域として設定し、
前記環境認識装置からの周囲環境情報に基づいて、前記下部走行体の進入が禁止される領域を進入禁止領域として設定し、
前記走行領域と前記進入禁止領域とに重複領域が存在する場合に、前記走行操作装置による操作を無効とする
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、
前記走行制御装置は、前記走行領域として、前記走行操作装置から前記下部走行体の前進側の走行動作が指示された場合に前記下部走行体が進入する可能性のある前進領域と、前記走行操作装置から前記下部走行体の後進側の走行動作が指示された場合に前記下部走行体が進入する可能性のある後進領域とを設定し、
前記前進領域と前記進入禁止領域とに重複領域が存在する場合は、前記走行操作装置による前進側の走行操作を無効とし、
前記後進領域と前記進入禁止領域とに重複領域が存在する場合は、前記走行操作装置による後進側の走行操作を無効とする
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、
前記環境認識装置は、前記作業機械の周囲に存在する物体までの距離を測定する測距センサである
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、
前記測距センサは、前記上部旋回体に、前記下部走行体の接地面側に傾斜して設置されており、
前記走行制御装置は、前記測距センサが距離を測定できなかった領域を前記進入禁止領域として設定する
ことを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項４に記載の作業機械において、
前記走行制御装置は、
前記下部走行体の接地面よりも低い領域を機体下方空間として設定し、
前記機体下方空間と前記測距センサが距離を測定できなかった空間との重複空間を進入禁止空間として設定し、
前記進入禁止空間を前記上部旋回体の旋回軸に直交する平面に投影して得られる２次元領域を前記進入禁止領域として設定する
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、下部走行体と上部旋回体とを備えた作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

下部走行体と上部旋回体を有する作業機械においては、下部走行体と上部旋回体の相対角度によって上部旋回体における前方と、下部走行体における前方とが一致しない。そのため、オペレータが前進と後進を誤って走行操作を行ってしまうケースが起こり得る。また、作業を行う場所は必ずしも平坦ではなく、傾斜地や高所にて作業が行われる際に、走行操作の誤操作によって機械が転倒する可能性がある。特許文献１では、下部走行体に対する上部旋回体の相対角度（旋回角度）をオペレータの見やすい位置に表示することで誤操作を防止する方法が提案されている。一方、特許文献２では、機械に取り付けたステレオカメラを使用して機械の周囲にある斜面や崖の情報を抽出してオペレータに通知する方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－７３４１４号公報

【特許文献2】特許第６３８６２１３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１，２によれば、下部走行体と上部旋回体の相対角度または周囲の斜面や崖の情報を表示装置等に表示することによりオペレータが容易に認識することが可能となる。しかし、オペレータは常に表示装置を見ているわけではなく、作業機の動作に集中していることが多い。そのため、オペレータへの表示だけでは走行操作の誤りによる転倒を防止することはできない。また、周囲に斜面や崖があった場合に全ての走行操作を禁止してしまうと、リスクの低い方向へ走行することもできなくなり、安全性が低下するといった課題が生じる。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、オペレータの不注意や走行操作の誤りによる転倒を防止することが可能な作業機械を提供することにある。

【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、本発明は、下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、前記下部走行体の動作を指示する走行操作装置と、前記走行操作装置の操作に応じて前記下部走行体の動作を制御する走行制御装置とを備えた作業機械において、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の相対角度を検出する相対角度検出装置と、前記作業機械の周囲の環境を認識する環境認識装置とを備え、前記走行制御装置は、前記相対角度検出装置からの相対角度情報に基づいて、前記下部走行体が走行する可能性のある領域を走行領域として設定し、前記環境認識装置からの周囲環境情報に基づいて、前記下部走行体の進入が禁止される領域を進入禁止領域として設定し、前記走行領域と前記進入禁止領域とに重複領域が存在する場合に、前記走行操作装置の操作を無効とするものとする。

【0007】

以上のように構成した本発明によれば、オペレータが進入禁止領域の存在に気づいていない場合や、オペレータが進入禁止領域の存在を認識しつつも誤った走行操作を行った場合に、下部走行体が進入禁止領域に進入してしまうことを防止できる。これにより、オペレータの不注意や走行操作の誤りによる転倒を防止することが可能となる。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る作業機械によれば、オペレータの不注意や走行操作の誤りによる転倒を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。

【図2】油圧ショベルを上方から見た図である。

【図3】油圧ショベルに搭載された走行制御システムの構成を示す図である。

【図4】進入禁止領域設定部により設定された進入禁止領域の一例を示す図である。

【図5】上部旋回体の下部走行体に対する相対角度が０度の場合の走行領域の一例を示す図である。

【図6】上部旋回体の下部走行体に対する相対角度が１８０度の場合の走行領域の一例を示す図である。

【図7】走行判定部の処理を示すフローチャートである。

【図8】走行領域と進入禁止領域とに重複領域が存在するか否かの判定方法を示す図である。

【図9】本発明の第２の実施例における進入禁止領域の設定方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

【実施例0011】

図１は、本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。図１に示すように、油圧ショベル１は、下部走行体２と、下部走行体２上に３６０度旋回可能に搭載された上部旋回体３と、上部旋回体３の前側に上下、前後方向に回動可能に連結された作業装置４とを備えている。上部旋回体３は、旋回装置５により左右方向に旋回駆動される。下部走行体２は、走行装置６により前後方向に走行可能である。走行装置６は、油圧モータなどの走行駆動装置７（図３に示す）により駆動される。

【0012】

上部旋回体３の前部左側には、キャブ８が設けられている。キャブ８には、下部走行体２の動作を指示するための走行操作レバー９と、上部旋回体３および作業装置４の動作を指示するための作業操作レバー（図示せず）などが配置されている。上部旋回体３の旋回軸Ｘ付近には、上部旋回体３の下部走行体２に対する相対角度（旋回角度）を検出する相対角度検出装置としての角度センサ１０が取り付けられている。本実施形態では、下部走行体２の前方と上部旋回体３の前方とが一致するとき（図１に示す状態）の相対角度を０度とする。

【0013】

作業装置４は、上部旋回体３の前部中央に上下方向に回動可能に連結されたブーム１１と、ブーム１１の先端部に上下、前後方向に回動可能に連結されたアーム１２と、アーム１２の先端部に上下、前後方向に回動可能に連結されたバケット１３と、ブーム１１を駆動するブームシリンダ１４と、アーム１２を駆動するアームシリンダ１５と、バケット１３を駆動するバケットシリンダ１６とを有する。

【0014】

図２は、油圧ショベル１を上方から見た図である。上部旋回体３の上部の隅付近には、環境認識装置１７がそれぞれ設置されている。環境認識装置１７は、物体検知範囲１８が上部旋回体３の周囲をカバーするように配置されている。環境認識装置１７は、例えば測距センサ（ＬｉＤＡＲ等）で構成され、油圧ショベル１の周囲の地形を計測することができる。なお、環境認識装置１７の数や配置は、車格や作業環境などに応じて変更しても良い。

【0015】

図３は、油圧ショベル１に搭載された走行制御システムの構成を示す図である。図３において、走行制御システム１００は、走行装置６と、走行駆動装置７と、走行操作装置９と、相対角度検出装置１０と、環境認識装置１７と、走行制限機能設定装置１９と、走行制御装置２０とで構成される。走行制御装置２０は、進入禁止領域設定部２１と、走行領域設定部２２と、走行判定部２３と、走行駆動制御部２４とを有する。走行制御装置２０は、例えばＣＰＵ、メモリ、記憶装置、入出力インタフェースなどを有し、ＣＰＵが記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各処理部２１～２４の機能を実現する。

【0016】

進入禁止領域設定部２１は、環境認識装置１７からの周囲環境情報に基づいて、下部走行体２が進入した場合に機体が転倒する可能性がある領域（急斜面や穴など）を進入禁止領域として設定する。図４に進入禁止領域の一例を示す。図４に示す例では、上部旋回体３の後方に進入禁止領域３０が設定されている。ここで、進入禁止領域３０は、機体が転倒する可能性がある地形部分の３次元データを旋回軸Ｘと直交する平面（旋回平面）に投影して得られる２次元領域である。

【0017】

図３に戻り、走行領域設定部２２は、下部走行体２が進入し得る領域（走行領域）を算出し、走行領域として設定する。図５に相対角度が０度の場合の走行領域の一例を示し、図６に相対角度が１８０度の場合の走行領域の一例を示す。図５および図６において、走行領域は、前進領域３１ａと後進領域３１ｂとで構成される。前進領域３１ａは、走行操作装置９により前進側の走行動作が指示された場合に下部走行体２が進入する可能性のある３次元領域を旋回平面に投影して得られる２次元領域である。後進領域３１ｂは、走行操作装置９により後進側の走行動作が指示された場合に下部走行体２が進入する可能性のある３次元領域を旋回平面に投影して得られる２次元領域である。走行領域３１ａ，３１ｂの形状や大きさは、下部走行体２の走行モード（高速、低速）や環境条件等を考慮して適宜設定される。図５および図６に示す例では、下部走行体２の蛇行を考慮し、走行領域３１ａ，３１ｂがそれぞれ扇形に設定されている。図５に示す例では、上部旋回体３の前後方向が下部走行体２の前後方向と一致しているため、上部旋回体３の前方に前進領域３１ａが設定され、上部旋回体３の後方に後進領域３１ｂが設定されている。この場合、オペレータから見た前後方向と下部走行体２の前後方向とが一致するため、オペレータが走行操作を誤る可能性は低い。一方、図６に示す例では、上部旋回体３の前後方向が下部走行体２の前後方向に対して反転しているため、上部旋回体３の前方に後進領域３１ｂが設定され、上部旋回体３の後方に前進領域３１ａが設定されている。この場合、オペレータから見た前後方向と下部走行体２の前後方向とが一致しないため、オペレータが走行操作を誤る可能性が高くなる。

【0018】

図３に戻り、走行判定部２３は、走行制限機能設定装置１９により走行制限機能が有効に設定されている場合は、走行領域３１ａ，３１ｂと進入禁止領域３０との位置関係に基づいて、前進側の走行操作および後進側の走行操作の有効／無効を判定する。ここでいう走行制限機能とは、周囲の環境に応じて油圧ショベル１の走行動作を制限する機能である。走行制限機能設定装置１９は、走行制御装置２０に対して走行制限機能の有効／無効を指示する入力インタフェースであり、キャブ８に配置されたスイッチやタッチパネル等で構成される。

【0019】

走行駆動制御部２４は、走行判定部２３により前進側の走行操作が有効と判定された場合は、走行操作装置９の前進側の操作量に応じて走行装置６が駆動されるように走行駆動装置７を制御し、前進側の走行操作が無効と判定された場合は、走行装置６の前進側の駆動が停止するように走行駆動装置７を制御する。同様に、後進側の走行操作が有効と判定された場合は、走行操作装置９の後進側の操作量に応じて走行装置６が駆動されるように走行駆動装置７を制御し、後進側の走行操作が無効と判定された場合は、走行装置６の後進側の駆動が停止するように走行駆動装置７を制御する。

【0020】

図７は、走行判定部２３の処理を示すフローチャートである。以下、各ステップを順に説明する。

【0021】

走行判定部２３は、まず、走行制限機能が有効か否かを判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１でＮＯ（走行制限機能が無効である）と判定した場合は、走行操作を有効と判定し（ステップＳ１０２）、当該フローを終了する。これにより、走行駆動制御部２４は、走行操作装置９の操作量に応じて走行装置６が駆動されるように走行駆動装置７を制御する。

【0022】

ステップＳ１０１でＹＥＳ（走行制限機能が有効である）と判定した場合は、進入禁止領域設定部２１により進入禁止領域３０が設定されているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３でＮＯ（進入禁止領域３０が設定されていない）と判定した場合は、走行操作を有効と判定し（ステップＳ１０２）、当該フローを終了する。これにより、走行駆動制御部２４は、走行操作装置９の操作量に応じて走行装置６が駆動されるように走行駆動装置７を制御する。

【0023】

ステップＳ１０３でＹＥＳ（進入禁止領域３０が設定されている）と判定した場合は、前進領域３１ａと進入禁止領域３０とに重複領域が存在するか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、走行領域（前進領域３１ａおよび後進領域３１ｂ）と進入禁止領域３０とに重複領域が存在するか否かの判定方法について図８を用いて説明する。走行領域３１ａ，３１ｂは下部走行体２を基準とする座標系で設定されるが、進入禁止領域３０は上部旋回体３を基準とする座標系で設定されている。そのため、走行領域３１ａ，３１ｂと進入禁止領域３０とに重複領域が存在するか否かを判定する際は、基準となる座標系をいずれか一方にそろえる必要がある。本実施例では、図８に示すように、走行領域３１ａ，３１ｂを旋回軸Ｘ周りに相対角度θだけ回転させることにより、上部旋回体３を基準とする座標系で走行領域３１ａ，３１ｂと進入禁止領域３０との重複領域の有無を判定する。図８に示す例では、後進領域３１ｂと進入禁止領域３０とに重複領域が存在している。

【0024】

図７に戻り、ステップＳ１０４でＮＯ（前進領域３１ａと進入禁止領域３０とに重複領域が存在しない）と判定した場合は、前進側の走行操作を有効と判定する（ステップＳ１０５）。これにより、走行駆動制御部２４は、走行操作装置９により前進側の走行動作が指示された場合に、その操作量に応じて走行装置６が駆動されるように走行駆動装置７を制御する。

【0025】

ステップＳ１０４でＹＥＳ（前進領域３１ａと進入禁止領域３０とに重複領域が存在する）と判定した場合は、前進側の走行操作を無効と判定する（ステップＳ１０６）。これにより、走行駆動制御部２４は、走行操作装置９により前進側の走行動作が指示された場合に、走行駆動装置７の駆動を停止する。

【0026】

ステップＳ１０５またはステップＳ１０６に続き、後進領域３１ｂと進入禁止領域３０とに重複領域が存在するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

【0027】

ステップＳ１０７でＮＯ（後進領域３１ｂと進入禁止領域３０とに重複領域が存在しない）と判定した場合は、後進側の走行操作を有効と判定し（ステップＳ１０８）、当該フローを終了する。これにより、走行駆動制御部２４は、走行操作装置９により後進側の走行動作が指示された場合に、その操作量に応じて走行装置６が駆動されるように走行駆動装置７を制御する。

【0028】

ステップＳ１０７でＹＥＳ（後進領域３１ｂと進入禁止領域３０とに重複領域が存在する）と判定した場合は、後進側の走行操作を無効と判定し（ステップＳ１０９）、当該フローを終了する。これにより、走行駆動制御部２４は、走行操作装置９により後進側の走行動作が指示された場合に、走行装置６が停止するように走行駆動装置７を制御する。

【0029】

（まとめ）
本実施例では、下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体３と、下部走行体２の動作を指示する走行操作装置９と、走行操作装置９の操作に応じて下部走行体２の動作を制御する走行制御装置２０とを備えた作業機械１において、下部走行体２に対する上部旋回体３の相対角度θを検出する相対角度検出装置１０と、作業機械１の周囲の環境を認識する環境認識装置１７とを備え、走行制御装置２０は、相対角度検出装置１０からの相対角度情報に基づいて、下部走行体２が走行する可能性のある領域を走行領域３１ａ，３１ｂとして設定し、環境認識装置１７からの周囲環境情報に基づいて、下部走行体２の進入が禁止される領域を進入禁止領域３０として設定し、走行領域３１ａ，３１ｂと進入禁止領域３０とに重複領域が存在する場合に、走行操作装置９による操作を無効とする。

【0030】

以上のように構成した本実施例によれば、オペレータが進入禁止領域３０の存在に気付いていない場合や、オペレータが進入禁止領域３０の存在を認識しつつも誤った走行操作を行った場合に、下部走行体２が進入禁止領域３０に進入してしまうことを防止できる。これにより、オペレータの不注意や走行操作の誤りによる転倒を防止することが可能となる。

【0031】

また、本実施例における走行制御装置２０は、走行領域３１ａ，３１ｂとして、走行操作装置９から下部走行体２の前進側の走行動作が指示された場合に下部走行体２が進入する可能性のある前進領域３１ａと、走行操作装置９から下部走行体２の後進側の走行動作が指示された場合に下部走行体２が進入する可能性のある後進領域３１ｂとを設定し、前進領域３１ａと進入禁止領域３０とに重複領域が存在する場合は、走行操作装置９による前進側の走行操作を無効とし、後進領域３１ｂと前記進入禁止領域３０とに重複領域が存在する場合は、走行操作装置９による後進側の走行操作を無効とする。これにより、進入禁止領域３０に進入する方向の走行動作のみが制限され、進入禁止領域３０に進入しない方向の走行動作は可能となるため、作業効率の低下を抑制することができる。

【実施例0032】

本発明の第２の実施例に係る油圧ショベル１について、図９を参照して説明する。

【0033】

図９は、本実施例における進入禁止領域３０の設定方法を示す図である。図９において、環境認識装置１７は、ＬｉＤＡＲ等の測距センサで構成されており、上部旋回体３の上部に、下部走行体２の接地面４０側に傾斜して設置されている。走行制御装置２０は、接地面４０よりも所定の高さＨだけ下方に機体下方空間４１を設定し、物体検知範囲１８のうち物体が検知されなかった空間と機体下方空間４１との重複空間を進入禁止空間４２として設定し、進入禁止空間４２を旋回平面に投影して得られる２次元領域を進入禁止領域３０（図４に示す）として設定する。図９に示す例では、上部旋回体３の後方に斜面が存在しており、当該斜面を所定の高さＨだけ下った箇所に進入禁止空間４２が設定されている。

【0034】

（まとめ）
本実施例における環境認識装置１７は、作業機械１の周囲に存在する物体までの距離を測定する測距センサである。

【0035】

以上のように構成した本実施例によれば、環境認識装置１７として測距センサを備えた作業機械１において、第１の実施例と同様の効果を達成することができる。

【0036】

また、本実施例における測距センサ１７は、上部旋回体３に、下部走行体２の接地面４０側に傾斜して設置されており、走行制御装置２０は、測距センサ１７が距離を測定できなかった領域を進入禁止領域３０として設定する。これにより、測距センサ１７が失報した領域が進入禁止領域３０として設定されるため、測距センサ１７の失報による進入禁止領域３０の設定漏れを防ぐことができる。

【0037】

また、本実施例における走行制御装置２０は、下部走行体２の接地面４０よりも低い領域を機体下方空間４１として設定し、機体下方空間４１と測距センサ１７が距離を測定できなかった空間との重複空間を進入禁止空間４２として設定し、進入禁止空間４２を上部旋回体３の旋回軸Ｘに直交する平面に投影して得られる２次元領域を進入禁止領域３０として設定する。これにより、機体下方空間４１を作業機械１が転倒しない程度の高さ分だけ下部走行体２の下方に設定する設定することで、転倒する可能性のある斜面や段差に対してのみ走行動作が制限されるため、作業効率の低下を抑制することができる。

【0038】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、本発明の適用対象は油圧ショベルに限定されず、下部走行体と上部旋回体とを備えた作業機械全般に適用可能である。また、上記した実施例は、本発明を分かり易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。さらに、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。