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特開2025-19447作業機械の制御システム、作業機械の制御方法および作業機械の遠隔操作システム
(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】P2025019447
(43)【公開日】2025-02-07
(54)【発明の名称】作業機械の制御システム、作業機械の制御方法および作業機械の遠隔操作システム
(51)【国際特許分類】
E02F 9/22 20060101AFI20250131BHJP
E02F 9/12 20060101ALI20250131BHJP
【ＦＩ】
E02F9/22 J
E02F9/12 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023123066
(22)【出願日】2023-07-28
(71)【出願人】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】根田 知樹
【テーマコード（参考）】
2D003
【Ｆターム（参考）】
2D003AA01
2D003AB02
2D003BA01
2D003BA03
2D003BA04
2D003BA06
2D003CA01
2D003CA10
2D003DA04
2D003DB03
2D003DB05
2D003DB06
(57)【要約】
【課題】作業機械による作業中に意図しない旋回が生じることを防ぐ。
【解決手段】作業機械の制御システムは、旋回体の操作がなく作業機が駆動しているときに、自動的に旋回制動装置を作動させる。
【選択図】図１
【解決手段】作業機械の制御システムは、旋回体の操作がなく作業機が駆動しているときに、自動的に旋回制動装置を作動させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
旋回中心周りに回転可能な旋回体と、
前記旋回体に取り付けられた作業機と、
前記旋回体の旋回を停止させる旋回制動装置と、
を備える作業機械の制御システムであって、
前記旋回体の操作がなく前記作業機が駆動しているときに、前記旋回制動装置を作動させるブレーキ制御部を備える、
作業機械の制御システム。
前記旋回体に取り付けられた作業機と、
前記旋回体の旋回を停止させる旋回制動装置と、
を備える作業機械の制御システムであって、
前記旋回体の操作がなく前記作業機が駆動しているときに、前記旋回制動装置を作動させるブレーキ制御部を備える、
作業機械の制御システム。
【請求項2】
前記旋回体の操作がなく前記作業機が駆動しているときに、前記旋回体が旋回しているか否かを判定する旋回判定部を備える、
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項3】
前記旋回判定部は、前記旋回体が旋回していると判定された場合に前記旋回制動装置を作動させる
請求項２に記載の作業機械の制御システム。
請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項4】
前記旋回判定部は、前記作業機の駆動による作業の開始時における前記旋回体の姿勢と、前記作業の間の前記旋回体の姿勢とを比較することで、前記旋回体が旋回しているか否かを判定する
請求項２に記載の作業機械の制御システム。
請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項5】
前記旋回判定部は、前記作業機の駆動による作業の開始以降の前記旋回体を旋回させる旋回モータの作動媒体に係る計測値に基づいて、前記旋回体が旋回しているか否かを判定する
請求項２に記載の作業機械の制御システム。
請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項6】
前記旋回体を旋回させずに前記作業機を駆動させる自動制御の開始指示を受け付け、
前記開始指示に基づいて、前記旋回制動装置を作動させ、かつ前記自動制御を実行する
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
前記開始指示に基づいて、前記旋回制動装置を作動させ、かつ前記自動制御を実行する
請求項１に記載の作業機械の制御システム。
【請求項7】
前記自動制御の終了後に前記旋回制動装置を開放させる
請求項６に記載の作業機械の制御システム。
請求項６に記載の作業機械の制御システム。
【請求項8】
旋回中心周りに回転可能な旋回体と、前記旋回体に取り付けられた作業機と、前記旋回体の旋回を停止させる旋回制動装置と、を備える作業機械の制御方法であって、
前記旋回体を旋回させずに前記作業機を駆動させる自動制御を実行するステップと、
前記自動制御の実行中に、前記旋回制動装置を作動させるステップと
を有する作業機械の制御方法。
前記旋回体を旋回させずに前記作業機を駆動させる自動制御を実行するステップと、
前記自動制御の実行中に、前記旋回制動装置を作動させるステップと
を有する作業機械の制御方法。
【請求項9】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の作業機械の制御システムと、
前記作業機械の制御システムから遠隔に設けられた表示装置および操作装置と、を備える、
作業機械の遠隔操作システム。
前記作業機械の制御システムから遠隔に設けられた表示装置および操作装置と、を備える、
作業機械の遠隔操作システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、作業機械の制御システム、作業機械の制御方法および作業機械の遠隔操作システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、自動掘削処理を行う作業機械に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－０４１３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
旋回体に支持された作業機とを備える作業機械による掘削作業や排土作業は、通常、旋回体を旋回させずに作業機を駆動させることで行われる。一方で、環境によっては、作業中に旋回体の旋回操作をしていないにも関わらず、旋回体が旋回してしまうことがある。例えば、溝の壁面の掘削など、バケットの片側を用いて掘削を行う場合、バケットに掛かる荷重が左右でアンバランスとなり、反力を受ける旋回体の回転中心にモーメントが発生し、旋回体が旋回してしまう可能性がある。また作業機械が傾斜地に停車している場合、重力によってモーメントが発生し、旋回体が旋回してしまう可能性がある。
本開示の目的は、作業中に意図しない旋回が生じることを防ぐことができる作業機械の制御システム、作業機械の制御方法および作業機械の遠隔操作システムを提供することにある。
本開示の目的は、作業中に意図しない旋回が生じることを防ぐことができる作業機械の制御システム、作業機械の制御方法および作業機械の遠隔操作システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様によれば、作業機械の制御システムは、旋回中心周りに回転可能な旋回体と、前記旋回体に取り付けられた作業機と、前記旋回体の旋回を停止させる旋回制動装置と、を備える作業機械の制御システムであって、前記旋回体の操作がなく前記作業機が駆動しているときに、前記旋回制動装置を作動させるブレーキ制御部を備える。
【発明の効果】
【0006】
上記態様によれば、作業機械の制御システムは、作業機械による作業中に意図しない旋回が生じることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第一実施形態に係る作業機械の構成を示す概略図である。
【図2】第一実施形態に係る運転室の内部の構成を示す図である。
【図3】第一実施形態に係る旋回駐車ブレーキの構成を示す概略図である。
【図4】第一実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図5】第一実施形態に係る目標軌跡の例を示す図である。
【図6】第一実施形態に係る自動掘削制御方法を示すフローチャートである。
【図7】第二実施形態に係る旋回モータの構成を示す図である。
【図8】第三実施形態に係る自動掘削制御方法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】
【0008】
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
〈第一実施形態〉
《作業機械１００の構成》
図１は、第一実施形態に係る作業機械１００の構成を示す概略図である。第一実施形態に係る作業機械１００は、オペレータの指示に従って自動掘削制御を行う。自動掘削制御とは、バケット１３３の刃先が掘削対象上の掘削開始位置に配置された状態から、ブーム１３１、アーム１３２、およびバケット１３３を駆動させて土砂を掘削する動作を自動的に実行する制御である。つまり、自動掘削制御において作業機械１００は走行体１１０および旋回体１２０の操作信号を出力せず、作業機１３０を駆動させる。
作業機械１００は、施工現場にて稼働し、土砂などの施工対象を掘削し、荷としてダンプトラックなどの積込対象のベッセルなど荷台に積み込む。作業機械１００の例としては、フェイスショベル、バックホウショベル、ロープショベルなどが挙げられる。また作業機械１００は電動駆動するものであってもよいし、油圧駆動するものであってもよい。第一実施形態に係る作業機械１００は、バックホウショベルである。作業機械１００は、走行体１１０、旋回体１２０、作業機１３０及び運転室１４０を備える。積込対象の例としては、ダンプトラック、ホッパなどが挙げられる。
〈第一実施形態〉
《作業機械１００の構成》
図１は、第一実施形態に係る作業機械１００の構成を示す概略図である。第一実施形態に係る作業機械１００は、オペレータの指示に従って自動掘削制御を行う。自動掘削制御とは、バケット１３３の刃先が掘削対象上の掘削開始位置に配置された状態から、ブーム１３１、アーム１３２、およびバケット１３３を駆動させて土砂を掘削する動作を自動的に実行する制御である。つまり、自動掘削制御において作業機械１００は走行体１１０および旋回体１２０の操作信号を出力せず、作業機１３０を駆動させる。
作業機械１００は、施工現場にて稼働し、土砂などの施工対象を掘削し、荷としてダンプトラックなどの積込対象のベッセルなど荷台に積み込む。作業機械１００の例としては、フェイスショベル、バックホウショベル、ロープショベルなどが挙げられる。また作業機械１００は電動駆動するものであってもよいし、油圧駆動するものであってもよい。第一実施形態に係る作業機械１００は、バックホウショベルである。作業機械１００は、走行体１１０、旋回体１２０、作業機１３０及び運転室１４０を備える。積込対象の例としては、ダンプトラック、ホッパなどが挙げられる。
【0009】
走行体１１０は、作業機械１００を走行可能に支持する。走行体１１０は、左右に設けられた２つの無限軌道１１１と、各無限軌道１１１を駆動するための２つの走行モータ１１２を備える。走行体１１０は、支持部の一例である。
旋回体１２０は、走行体１１０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。
作業機１３０は、油圧により駆動する。作業機１３０は、旋回体１２０の前部に上下方向に駆動可能に支持される。
運転室１４０は、オペレータが搭乗し、作業機械１００の操作を行うためのスペースである。運転室１４０は、旋回体１２０の左前部に設けられる。
ここで、旋回体１２０のうち作業機１３０が取り付けられる部分を前部という。また、旋回体１２０について、前部を基準に、反対側の部分を後部、左側の部分を左部、右側の部分を右部という。
旋回体１２０は、走行体１１０に旋回中心回りに旋回可能に支持される。
作業機１３０は、油圧により駆動する。作業機１３０は、旋回体１２０の前部に上下方向に駆動可能に支持される。
運転室１４０は、オペレータが搭乗し、作業機械１００の操作を行うためのスペースである。運転室１４０は、旋回体１２０の左前部に設けられる。
ここで、旋回体１２０のうち作業機１３０が取り付けられる部分を前部という。また、旋回体１２０について、前部を基準に、反対側の部分を後部、左側の部分を左部、右側の部分を右部という。
【0010】
《旋回体１２０の構成》
旋回体１２０は、エンジン１２１、油圧ポンプ１２２、コントロールバルブ１２３、旋回モータ１２４、旋回駐車ブレーキ１２５を備える。
エンジン１２１は、油圧ポンプ１２２を駆動する原動機である。エンジン１２１は、動力源の一例である。
油圧ポンプ１２２は、エンジン１２１により駆動される可変容量ポンプである。油圧ポンプ１２２は、コントロールバルブ１２３を介して各アクチュエータ（ブームシリンダ１３１Ｃ、アームシリンダ１３２Ｃ、バケットシリンダ１３３Ｃ、走行モータ１１２、及び旋回モータ１２４）に作動油を供給する。
コントロールバルブ１２３は、油圧ポンプ１２２から供給される作動油の流量を制御する。
旋回モータ１２４は、コントロールバルブ１２３を介して油圧ポンプ１２２から供給される作動油によって駆動し、旋回体１２０を旋回させる。
旋回駐車ブレーキ１２５は、旋回体１２０の旋回を機械的な制動力によって停止させることができる。旋回駐車ブレーキ１２５は、走行体１１０に対する旋回体１２０の回転を停止させる。旋回駐車ブレーキ１２５は、例えばディスクブレーキであってよい。旋回駐車ブレーキ１２５は、油圧式のネガティブブレーキであり、ブレーキソレノイドバルブ１２５３からの圧油が導入されることによってブレーキが解除される。旋回駐車ブレーキ１２５は、旋回体１２０の旋回を停止させる旋回制動装置の一例である。
旋回体１２０は、エンジン１２１、油圧ポンプ１２２、コントロールバルブ１２３、旋回モータ１２４、旋回駐車ブレーキ１２５を備える。
エンジン１２１は、油圧ポンプ１２２を駆動する原動機である。エンジン１２１は、動力源の一例である。
油圧ポンプ１２２は、エンジン１２１により駆動される可変容量ポンプである。油圧ポンプ１２２は、コントロールバルブ１２３を介して各アクチュエータ（ブームシリンダ１３１Ｃ、アームシリンダ１３２Ｃ、バケットシリンダ１３３Ｃ、走行モータ１１２、及び旋回モータ１２４）に作動油を供給する。
コントロールバルブ１２３は、油圧ポンプ１２２から供給される作動油の流量を制御する。
旋回モータ１２４は、コントロールバルブ１２３を介して油圧ポンプ１２２から供給される作動油によって駆動し、旋回体１２０を旋回させる。
旋回駐車ブレーキ１２５は、旋回体１２０の旋回を機械的な制動力によって停止させることができる。旋回駐車ブレーキ１２５は、走行体１１０に対する旋回体１２０の回転を停止させる。旋回駐車ブレーキ１２５は、例えばディスクブレーキであってよい。旋回駐車ブレーキ１２５は、油圧式のネガティブブレーキであり、ブレーキソレノイドバルブ１２５３からの圧油が導入されることによってブレーキが解除される。旋回駐車ブレーキ１２５は、旋回体１２０の旋回を停止させる旋回制動装置の一例である。
【0011】
《作業機１３０の構成》
作業機１３０は、ブーム１３１、アーム１３２、作業具としてのバケット１３３、ブームシリンダ１３１Ｃ、アームシリンダ１３２Ｃ、及びバケットシリンダ１３３Ｃを備える。作業具の他の例として、クラムバケット、チルトバケット、チルトローテートバケット、グラップル、リフティングマグネットなどの先端アタッチメントが挙げられる。
作業機１３０は、ブーム１３１、アーム１３２、作業具としてのバケット１３３、ブームシリンダ１３１Ｃ、アームシリンダ１３２Ｃ、及びバケットシリンダ１３３Ｃを備える。作業具の他の例として、クラムバケット、チルトバケット、チルトローテートバケット、グラップル、リフティングマグネットなどの先端アタッチメントが挙げられる。
【0012】
ブーム１３１の基端部は、旋回体１２０にブームピンを介して回転可能に取り付けられる。なお、図１に示す作業機械１００においては、ブーム１３１が旋回体１２０の正面中央部分に設けられるが、これに限られず、ブーム１３１は左右方向にオフセットして取り付けられたものであってもよい。この場合、旋回体１２０の旋回中心は作業機１３０の動作平面上に位置しない。
アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にアームピンを介して回転可能に取り付けられる。
バケット１３３は、アーム１３２の先端部にピンを介して回転可能に取り付けられる。バケット１３３を支持する部材として、ブーム１３１、アーム１３２がある。バケット１３３は、掘削した土砂を収容するための容器として機能する。バケット１３３は、開口が旋回体１２０側（後方）を向くように取り付けられる。つまり、バックホウショベルである作業機械１００は、バケット１３３を旋回体１２０の手前側に引き寄せることで掘削を行う。
アーム１３２は、ブーム１３１とバケット１３３とを連結する。アーム１３２の基端部は、ブーム１３１の先端部にアームピンを介して回転可能に取り付けられる。
バケット１３３は、アーム１３２の先端部にピンを介して回転可能に取り付けられる。バケット１３３を支持する部材として、ブーム１３１、アーム１３２がある。バケット１３３は、掘削した土砂を収容するための容器として機能する。バケット１３３は、開口が旋回体１２０側（後方）を向くように取り付けられる。つまり、バックホウショベルである作業機械１００は、バケット１３３を旋回体１２０の手前側に引き寄せることで掘削を行う。
【0013】
ブームシリンダ１３１Ｃは、ブーム１３１を作動させるための油圧シリンダである。ブームシリンダ１３１Ｃの基端部は、旋回体１２０に取り付けられる。ブームシリンダ１３１Ｃの先端部は、ブーム１３１に取り付けられる。
アームシリンダ１３２Ｃは、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３２Ｃの基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３２Ｃの先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
バケットシリンダ１３３Ｃは、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３３Ｃの基端部は、アーム１３２に取り付けられる。バケットシリンダ１３３Ｃの先端部は、バケット１３３を回動させるリンク機構に取り付けられる。
アームシリンダ１３２Ｃは、アーム１３２を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ１３２Ｃの基端部は、ブーム１３１に取り付けられる。アームシリンダ１３２Ｃの先端部は、アーム１３２に取り付けられる。
バケットシリンダ１３３Ｃは、バケット１３３を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ１３３Ｃの基端部は、アーム１３２に取り付けられる。バケットシリンダ１３３Ｃの先端部は、バケット１３３を回動させるリンク機構に取り付けられる。
【0014】
《運転室１４０の構成》
図２は、第一実施形態に係る運転室１４０の内部の構成を示す図である。
運転室１４０内には、運転席１４１、操作端末１４２、操作装置１４３および旋回ロックスイッチ１４４が設けられる。操作端末１４２は、運転席１４１の近傍に設けられ、後述する制御装置１６０とのユーザインタフェースである。操作端末１４２は、例えばタッチパネルで構成された表示装置であり、オペレータが操作する操作部と、操作を受け付ける入力受付部があってもよい。また、表示装置には、エンジン水温計、燃料計の計測データなどが表示されている。また、操作端末１４２は、ＬＣＤなどの表示部を備えるものであってよい。
図２は、第一実施形態に係る運転室１４０の内部の構成を示す図である。
運転室１４０内には、運転席１４１、操作端末１４２、操作装置１４３および旋回ロックスイッチ１４４が設けられる。操作端末１４２は、運転席１４１の近傍に設けられ、後述する制御装置１６０とのユーザインタフェースである。操作端末１４２は、例えばタッチパネルで構成された表示装置であり、オペレータが操作する操作部と、操作を受け付ける入力受付部があってもよい。また、表示装置には、エンジン水温計、燃料計の計測データなどが表示されている。また、操作端末１４２は、ＬＣＤなどの表示部を備えるものであってよい。
【0015】
操作装置１４３は、オペレータの手動操作によって走行体１１０、旋回体１２０及び作業機１３０を駆動させるための装置である。操作装置１４３は、左操作レバー１４３ＬＯ、右操作レバー１４３ＲＯ、左フットペダル１４３ＬＦ、右フットペダル１４３ＲＦ、左走行レバー１４３ＬＴ、右走行レバー１４３ＲＴ、開始スイッチ１４３ＳＷを備える。
【0016】
左操作レバー１４３ＬＯは、運転席１４１の左側に設けられる。右操作レバー１４３ＲＯは、運転席１４１の右側に設けられる。
【0017】
左操作レバー１４３ＬＯは、旋回体１２０の旋回動作、及び、アーム１３２の掘削／ダンプ動作を行うための操作機構である。具体的には、作業機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを前方に倒すと、アーム１３２がダンプ動作する。また、作業機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを後方に倒すと、アーム１３２が掘削動作する。また、作業機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを右方向に倒すと、旋回体１２０が右旋回する。また、作業機械１００のオペレータが左操作レバー１４３ＬＯを左方向に倒すと、旋回体１２０が左旋回する。なお、他の実施形態においては、左操作レバー１４３ＬＯを前後方向に倒した場合に旋回体１２０が右旋回又は左旋回し、左操作レバー１４３ＬＯが左右方向に倒した場合にアーム１３２が掘削動作又はダンプ動作してもよい。
【0018】
右操作レバー１４３ＲＯは、バケット１３３の掘削／ダンプ動作、及び、ブーム１３１の掘削／ダンプ動作を行うための操作機構である。具体的には、作業機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを前方に倒すと、ブーム１３１の掘削動作が実行される。また、作業機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを後方に倒すと、ブーム１３１のダンプ動作が実行される。また、作業機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを右方向に倒すと、バケット１３３のダンプ動作が行われる。また、作業機械１００のオペレータが右操作レバー１４３ＲＯを左方向に倒すと、バケット１３３の掘削動作が行われる。なお、他の実施形態においては、右操作レバー１４３ＲＯを前後方向に倒した場合に、バケット１３３がダンプ動作又は掘削動作し、右操作レバー１４３ＲＯを左右方向に倒した場合にブーム１３１が掘削動作又はダンプ動作してもよい。
【0019】
左フットペダル１４３ＬＦは、運転席１４１の前方の床面の左側に配置される。右フットペダル１４３ＲＦは、運転席１４１の前方の床面の右側に配置される。左走行レバー１４３ＬＴは、左フットペダル１４３ＬＦに軸支され、左走行レバー１４３ＬＴの傾斜と左フットペダル１４３ＬＦの押し下げが連動するように構成される。右走行レバー１４３ＲＴは、右フットペダル１４３ＲＦに軸支され、右走行レバー１４３ＲＴの傾斜と右フットペダル１４３ＲＦの押し下げが連動するように構成される。
【0020】
左フットペダル１４３ＬＦ及び左走行レバー１４３ＬＴは、走行体１１０の左側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、作業機械１００のオペレータが左フットペダル１４３ＬＦ又は左走行レバー１４３ＬＴを前方に倒すと、左側履帯は前進方向に回転する。また、作業機械１００のオペレータが左フットペダル１４３ＬＦ又は左走行レバー１４３ＬＴを後方に倒すと、左側履帯は後進方向に回転する。
【0021】
右フットペダル１４３ＲＦ及び右走行レバー１４３ＲＴは、走行体１１０の右側履帯の回転駆動に対応する。具体的には、作業機械１００のオペレータが右フットペダル１４３ＲＦ又は右走行レバー１４３ＲＴを前方に倒すと、右側履帯は前進方向に回転する。また、作業機械１００のオペレータが右フットペダル１４３ＲＦ又は右走行レバー１４３ＲＴを後方に倒すと、右側履帯は後進方向に回転する。
【0022】
開始スイッチ１４３ＳＷは、例えば左操作レバー１４３ＬＯのハンドル部分に設けられる。なお、開始スイッチ１４３ＳＷは、運転席１４１に着座したオペレータの近傍に位置するように配置されればよい。開始スイッチ１４３ＳＷが操作されると、制御装置１６０に掘削指示信号が出力される。制御装置１６０は、掘削指示信号の入力を受け付けると、自動掘削制御を開始する。
【0023】
旋回ロックスイッチ１４４は、運転席１４１の近傍に設けられる。旋回ロックスイッチ１４４は、旋回駐車ブレーキ１２５を作動状態または開放状態にするためにオペレータに手動で操作されるオルタネイトスイッチである。旋回ロックスイッチ１４４がオン状態のとき、旋回駐車ブレーキ１２５が作動状態となり、旋回体１２０は旋回しない。旋回ロックスイッチ１４４は、旋回体１２０を停止保持させたいときに手動でオン状態に切り替えられる。旋回ロックスイッチ１４４がオフ状態のとき、旋回駐車ブレーキ１２５が開放状態となり、旋回体１２０は旋回が可能となる。
【0024】
例えば、旋回駐車ブレーキ１２５が作動状態になるように旋回ロックスイッチ１４４がオペレータによって操作されると、旋回駐車ブレーキ１２５が作動し、旋回体１２０の旋回が停止する。旋回駐車ブレーキ１２５が作動しているとき、旋回体１２０が旋回動作するように左操作レバー１４３ＬＯが操作されても、旋回体１２０は旋回しない。例えば手動操作において旋回体１２０を旋回させない状態で作業機１３０を動作させる場合、オペレータは、旋回ロックスイッチ１４４を操作する。旋回体１２０を旋回させない場合、旋回体１２０を旋回させるための左操作レバー１４３ＬＯが中立状態になる可能性が高い。作業機械１００が例えば傾斜面において作業する場合、左操作レバー１４３ＬＯが中立状態であると、旋回体１２０の自重により旋回体１２０が旋回してしまう可能性がある。旋回ロックスイッチ１４４の操作により旋回駐車ブレーキ１２５が作動することにより、左操作レバー１４３ＬＯが中立状態でも、旋回体１２０が旋回してしまうことが抑制される。
【0025】
《旋回ブレーキの構成》
図３は、第一実施形態に係る旋回駐車ブレーキ１２５の構成を示す概略図である。
旋回駐車ブレーキ１２５は、ブレーキシリンダ１２５１、一対のブレーキディスク１２５２、ブレーキソレノイドバルブ１２５３を備える。
旋回ロックスイッチ１４４は、制御装置１６０とブレーキソレノイドバルブ１２５３との間に配置される。制御装置１６０は、旋回駐車ブレーキ１２５が作動状態になるように旋回ロックスイッチ１４４が操作されたことを示す入力信号、及び旋回駐車ブレーキ１２５が解放状態になるように旋回ロックスイッチ１４４が操作されたことを示す入力信号の一方又は両方を受信する。
図３は、第一実施形態に係る旋回駐車ブレーキ１２５の構成を示す概略図である。
旋回駐車ブレーキ１２５は、ブレーキシリンダ１２５１、一対のブレーキディスク１２５２、ブレーキソレノイドバルブ１２５３を備える。
旋回ロックスイッチ１４４は、制御装置１６０とブレーキソレノイドバルブ１２５３との間に配置される。制御装置１６０は、旋回駐車ブレーキ１２５が作動状態になるように旋回ロックスイッチ１４４が操作されたことを示す入力信号、及び旋回駐車ブレーキ１２５が解放状態になるように旋回ロックスイッチ１４４が操作されたことを示す入力信号の一方又は両方を受信する。
【0026】
ブレーキシリンダ１２５１は、作動油によって駆動するばね付き油圧シリンダである。ブレーキシリンダ１２５１は通常時に押し出し状態にあり、作動油がロッド側に供給されることでロッドが引き込まれる。
【0027】
ブレーキディスク１２５２は、ブレーキシリンダ１２５１のロッドの先端に設けられる。ブレーキディスク１２５２は、ロッドが押し出されているときに旋回モータ１２４に当接し、旋回モータ１２４の回転をロックする。ブレーキディスク１２５２は、ロッドが引き込まれているときに旋回モータ１２４から離れ、旋回モータ１２４を開放する。つまり、ブレーキシリンダ１２５１のロッド側の油室に作動油が供給されることで、旋回駐車ブレーキ１２５が開放される。ブレーキソレノイドバルブ１２５３が駆動して、ブレーキシリンダ１２５１が縮むことにより、一対のブレーキディスク１２５２が離隔して、旋回駐車ブレーキ１２５の作動が解除される。ブレーキソレノイドバルブ１２５３の駆動が停止されると、ブレーキシリンダ１２５１に設けられているスプリングの弾性力によりブレーキシリンダ１２５１が伸びる。ブレーキシリンダ１２５１が伸びることにより、一対のブレーキディスク１２５２が相互に接触して、旋回駐車ブレーキ１２５が作動する。
【0028】
ブレーキソレノイドバルブ１２５３は、旋回駐車ブレーキ１２５の作動および開放を制御する。ブレーキソレノイドバルブ１２５３がオン状態に切り替わることにより、ブレーキソレノイドバルブ１２５３が駆動して弁位置が開放状態となり、旋回駐車ブレーキ１２５を開放状態にする。ブレーキソレノイドバルブ１２５３は、励磁すると旋回駐車ブレーキ１２５を開放し、消磁すると旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。
【0029】
ブレーキソレノイドバルブ１２５３は、旋回ロックスイッチ１４４を介して後述する制御装置１６０と電気的に接続される。
旋回ロックスイッチ１４４がオフ状態である場合、ブレーキソレノイドバルブ１２５３は常に励磁し、旋回駐車ブレーキ１２５を開放するため、旋回ロックが解除される。旋回ロックスイッチ１４４がオン状態である場合、制御装置１６０からのブレーキ作動信号がブレーキソレノイドバルブ１２５３に供給されるため、ブレーキソレノイドバルブ１２５３は消磁し、旋回駐車ブレーキ１２５が作動し、旋回ができない。
旋回ロックスイッチ１４４がオフ状態である場合、ブレーキソレノイドバルブ１２５３は常に励磁し、旋回駐車ブレーキ１２５を開放するため、旋回ロックが解除される。旋回ロックスイッチ１４４がオン状態である場合、制御装置１６０からのブレーキ作動信号がブレーキソレノイドバルブ１２５３に供給されるため、ブレーキソレノイドバルブ１２５３は消磁し、旋回駐車ブレーキ１２５が作動し、旋回ができない。
【0030】
《計測系の構成》
図１に示すように、作業機械１００は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４、バケットストロークセンサ１５５、形状検出装置１５６を備える。
図１に示すように、作業機械１００は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４、バケットストロークセンサ１５５、形状検出装置１５６を備える。
【0031】
位置方位演算器１５１は、旋回体１２０の位置及び旋回体１２０が向く方位を演算する。位置方位演算器１５１は、ＧＮＳＳを構成する人工衛星から測位信号を受信する２つの受信器を備える。２つの受信器は、それぞれ旋回体１２０の異なる位置に設置される。位置方位演算器１５１は、受信器が受信した測位信号に基づいて、現場座標系における旋回体１２０の代表点（ショベル座標系の原点）の位置を検出する。
位置方位演算器１５１は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体１２０の向く方位を演算する。旋回体１２０が向く方位とは、旋回体１２０の正面に直交する方向である。旋回体１２０が向く方位は、作業機１３０のブーム１３１からバケット１３３へ伸びる直線の延在方向の水平成分に等しい。
位置方位演算器１５１は、２つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体１２０の向く方位を演算する。旋回体１２０が向く方位とは、旋回体１２０の正面に直交する方向である。旋回体１２０が向く方位は、作業機１３０のブーム１３１からバケット１３３へ伸びる直線の延在方向の水平成分に等しい。
【0032】
傾斜計測器１５２は、旋回体１２０の加速度及び角速度を計測し、計測結果に基づいて旋回体１２０の姿勢（例えば、ロール角、ピッチ角、ヨー角）および旋回速度を検出する。傾斜計測器１５２は、例えば旋回体１２０の下面に設置される。傾斜計測器１５２は、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）を用いることができる。
【0033】
ブームストロークセンサ１５３は、ブームシリンダ１３１Ｃに取り付けられ、ブームシリンダ１３１Ｃのシリンダ長を検出する。ブームシリンダ１３１Ｃのシリンダ長は、旋回体１２０に対するブーム１３１の相対角度に換算可能である。
アームストロークセンサ１５４は、アームシリンダ１３２Ｃに取り付けられ、アームシリンダ１３２Ｃのシリンダ長を検出する。アームシリンダ１３２Ｃのシリンダ長は、ブーム１３１に対するアーム１３２の相対角度に換算可能である。
バケットストロークセンサ１５５は、バケットシリンダ１３３Ｃに取り付けられ、バケットシリンダ１３３Ｃのシリンダ長を検出する。バケットシリンダ１３３Ｃのシリンダ長は、アーム１３２に対するバケット１３３の相対角度に換算可能である。
第一実施形態に係る作業機械１００は、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４、及びバケットストロークセンサ１５５を用いて作業機１３０の各リンク部品の角度を特定するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態においては、ストロークセンサに代えて、リンク部品の相対回転角を検出するポテンショメータを備えてもよいし、各リンク部品の対地角を検出する傾斜センサを備えてもよい。
アームストロークセンサ１５４は、アームシリンダ１３２Ｃに取り付けられ、アームシリンダ１３２Ｃのシリンダ長を検出する。アームシリンダ１３２Ｃのシリンダ長は、ブーム１３１に対するアーム１３２の相対角度に換算可能である。
バケットストロークセンサ１５５は、バケットシリンダ１３３Ｃに取り付けられ、バケットシリンダ１３３Ｃのシリンダ長を検出する。バケットシリンダ１３３Ｃのシリンダ長は、アーム１３２に対するバケット１３３の相対角度に換算可能である。
第一実施形態に係る作業機械１００は、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４、及びバケットストロークセンサ１５５を用いて作業機１３０の各リンク部品の角度を特定するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態においては、ストロークセンサに代えて、リンク部品の相対回転角を検出するポテンショメータを備えてもよいし、各リンク部品の対地角を検出する傾斜センサを備えてもよい。
【0034】
形状検出装置１５６は、検出方向に存在する対象物の位置および表面形状を検出する。形状検出装置１５６の例としては、ステレオカメラ、レーザスキャナなどが挙げられる。形状検出装置１５６は、例えば検出方向が作業機械１００の運転室１４０の前方を向くように設けられる。形状検出装置１５６は、対象物の表面形状を、形状検出装置１５６の位置を基準とした座標系で特定する。なお、他の実施形態に係る形状検出装置１５６は、形状検出装置１５６の取付位置を車体座標系基準で事前計測した寸法値に基づいて、車体座標系基準で対象物の表面形状を特定してもよい。また、他の実施形態に係る形状検出装置１５６は、形状検出装置１５６の取付位置を車体座標系基準で事前計測した寸法値、並びに車体の現場座標系における位置および姿勢情報に基づいて、現場座標系基準で対象物の表面形状を特定してもよい。
【0035】
《制御装置１６０の構成》
図４は、第一実施形態に係る制御装置１６０の構成を示す概略ブロック図である。
作業機械１００は、制御装置１６０を備える。制御装置１６０は、操作端末１４２に実装されるものであってもよいし、操作端末１４２と別個に設けられ、操作端末１４２からの入出力を受け付けるものであってもよい。制御装置１６０は、操作装置１４３から操作信号を受信する。制御装置１６０は、受信した操作信号又は自動制御のために生成された操作信号をコントロールバルブ１２３に出力することで、作業機１３０、旋回体１２０及び走行体１１０を駆動させる。以下、操作装置１４３から受信した操作信号を手動操作信号ともよび、自動制御のために生成された操作信号を自動操作信号ともよぶ。なお、自動操作信号は、旋回体１２０および作業機１３０を駆動させる操作信号からなり、走行体１１０を駆動させる操作信号を含まない。自動制御中に、オペレータによる手動操作信号を受信した場合、制御装置１６０は自動制御を停止してもよい。
図４は、第一実施形態に係る制御装置１６０の構成を示す概略ブロック図である。
作業機械１００は、制御装置１６０を備える。制御装置１６０は、操作端末１４２に実装されるものであってもよいし、操作端末１４２と別個に設けられ、操作端末１４２からの入出力を受け付けるものであってもよい。制御装置１６０は、操作装置１４３から操作信号を受信する。制御装置１６０は、受信した操作信号又は自動制御のために生成された操作信号をコントロールバルブ１２３に出力することで、作業機１３０、旋回体１２０及び走行体１１０を駆動させる。以下、操作装置１４３から受信した操作信号を手動操作信号ともよび、自動制御のために生成された操作信号を自動操作信号ともよぶ。なお、自動操作信号は、旋回体１２０および作業機１３０を駆動させる操作信号からなり、走行体１１０を駆動させる操作信号を含まない。自動制御中に、オペレータによる手動操作信号を受信した場合、制御装置１６０は自動制御を停止してもよい。
【0036】
制御装置１６０は、プロセッサ６１０、メインメモリ６３０、ストレージ６５０、インタフェース６７０を備えるコンピュータである。ストレージ６５０は、プログラムを記憶する。プロセッサ６１０は、プログラムをストレージ６５０から読み出してメインメモリ６３０に展開し、プログラムに従った処理を実行する。
【0037】
ストレージ６５０の例としては、半導体メモリ、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク等が挙げられる。ストレージ６５０は、制御装置１６０の共通通信線に直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース６７０を介して制御装置１６０に接続される外部メディアであってもよい。メインメモリ６３０及びストレージ６５０は、一時的でない有形の記憶媒体である。
【0038】
プロセッサ６１０は、プログラムの実行により、計測データ取得部６１１、操作信号入力部６１２、作業機位置特定部６１３、軌跡生成部６１４、移動制御部６１５、旋回判定部６１６、ブレーキ制御部６１７、操作信号出力部６１８を備える。
【0039】
計測データ取得部６１１は、例えば旋回体１２０の旋回速度、位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の傾斜角、旋回体１２０の姿勢、並びに作業機械１００の環境の表面形状を取得する。なお、作業機械１００の環境の表面形状には、掘削対象の表面形状が含まれる。
【0040】
計測データ取得部６１１は、作業機械１００の計測系による計測データを取得する。具体的には、計測データ取得部６１１は、位置方位演算器１５１、傾斜計測器１５２、ブームストロークセンサ１５３、アームストロークセンサ１５４、バケットストロークセンサ１５５および形状検出装置１５６から計測データを取得する。計測データ取得部６１１は、傾斜計測器１５２が計測した旋回体１２０の角速度を積分することで、旋回体１２０の角度を算出する。
【0041】
操作信号入力部６１２は、操作装置１４３からオペレータが手動で操作された手動操作信号の入力を受け付ける。手動操作信号には、ブーム１３１のダンプ操作や掘削操作をする駆動信号、アーム１３２のダンプ操作や掘削操作をする駆動信号、バケット１３３のダンプ操作や掘削操作をする駆動信号、旋回体１２０の右旋回操作や左旋回操作をする駆動信号、走行体１１０の走行操作をする駆動信号、ならびに作業機械１００の掘削指示信号が含まれる。
【0042】
作業機位置特定部６１３は、計測データ取得部６１１が取得した計測データに基づいて、旋回体１２０を基準とする車体座標系におけるバケット１３３の刃先の位置を特定する。
作業機位置特定部６１３は、ブーム１３１の傾斜角と既知のブーム１３１の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、ブーム１３１の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。同様に、作業機位置特定部６１３は、アーム１３２の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。また、作業機位置特定部６１３は、バケット１３３の傾斜角と既知のバケット１３３の形状とに基づいて、バケット１３３のピンから刃先までの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。作業機位置特定部６１３は、作業機械１００の位置から、作業機械１００の方位及び姿勢から特定される方向に、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の長さの垂直方向成分の和及び水平方向成分の和だけ離れた位置を、バケット１３３の刃先の位置として特定する。
作業機位置特定部６１３は、ブーム１３１の傾斜角と既知のブーム１３１の長さ（基端部のピンから先端部のピンまでの距離）とに基づいて、ブーム１３１の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。同様に、作業機位置特定部６１３は、アーム１３２の長さの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。また、作業機位置特定部６１３は、バケット１３３の傾斜角と既知のバケット１３３の形状とに基づいて、バケット１３３のピンから刃先までの垂直方向成分及び水平方向成分を求める。作業機位置特定部６１３は、作業機械１００の位置から、作業機械１００の方位及び姿勢から特定される方向に、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の長さの垂直方向成分の和及び水平方向成分の和だけ離れた位置を、バケット１３３の刃先の位置として特定する。
【0043】
軌跡生成部６１４は、掘削指示信号が入力されたときに作業機位置特定部６１３が特定したバケット１３３の刃先の位置と、形状検出装置１５６の計測データとに基づいて、バケット１３３の目標軌跡Ｔを生成する。図５は、第一実施形態に係る目標軌跡の例を示す図である。バケット１３３の目標軌跡Ｔは、掘削指示信号が入力されたときのバケット１３３の刃先の位置から、掘削方向に向けて掘削対象を掘削するような刃先の軌跡として描かれる。バックホウショベルにおいては、掘削方向は旋回体１２０の後方向きである。第一実施形態に係る目標軌跡Ｔの形状は円弧である。目標軌跡Ｔは、旋回動作なしで、作業機のみ動作をさせて掘削するときの目標軌跡である。バケット１３３の目標軌跡Ｔは、図５に示すように予め定められた掘削曲線比率に係る弧を描く。掘削曲線比率は、掘削長さＬに対する掘削深さＤの比として表される値（Ｄ／Ｌ）である。掘削曲線比率が小さいほど、掘削長さＬが長く掘削深さＤが浅い。掘削曲線比率が大きいほど、掘削長さＬが短く掘削深さＤが深い。掘削曲線比率の特定方法については後述する。軌跡生成部６１４は、生成した目標軌跡Ｔに従って掘削したときの掘削量を算出し、掘削量がバケット１３３の最大収容量に等しくなるように、バケット１３３の目標軌跡Ｔを生成する。なお、他の実施形態に係る目標軌跡Ｔの形状は、楕円弧、放物線、および変曲点を有しないなだらかな曲線など、下に凸の形状を有する任意の曲線であってよい。
【0044】
移動制御部６１５は、操作信号入力部６１２が掘削指示信号の入力を受け付けた場合に、バケット１３３の刃先を目標軌跡Ｔに沿って移動させるための自動操作信号を生成する。
【0045】
旋回判定部６１６は、位置方位演算器１５１によって計測された自動掘削制御開始時の旋回体１２０の方位と現在の旋回体１２０の方位との差に基づいて、オペレータの意図しない旋回が生じているか否かを判定する。例えば、旋回体１２０の方位とは、旋回体の姿勢をいう。
【0046】
ブレーキ制御部６１７は、ブレーキソレノイドバルブ１２５３に供給するブレーキ開放信号のオン／オフを切り替える。ブレーキ開放信号はオンまたはオフのいずれかの値を持つ二値信号である。ブレーキ開放信号の値がオフであるとき、旋回駐車ブレーキ１２５が作動し、ブレーキ開放信号の値がオンであるとき、旋回駐車ブレーキ１２５が開放される。ブレーキ制御部６１７は、オペレータの意図しない旋回が生じている場合に、ブレーキ開放信号の値をオフにする。ブレーキ制御部６１７は、自動掘削制御が終了したときに、ブレーキ開放信号の値をオンにする。
【0047】
操作信号出力部６１８は、操作信号入力部６１２に入力された手動操作信号、移動制御部６１５が生成した自動操作信号を出力する。具体的には、操作信号出力部６１８は、自動掘削制御中である場合に、移動制御部６１５およびブレーキ制御部６１７が生成した自動操作信号を出力し、自動掘削制御中でない場合に、操作信号入力部６１２に入力された手動操作信号を出力する。
【0048】
《動作》
作業機械１００のオペレータは、バケット１３３の刃先を掘削開始位置に移動させると、開始スイッチ１４３ＳＷを操作する。これにより、操作装置１４３は、掘削指示信号を生成し出力する。掘削開始位置は、掘削対象の表面上の位置である。
作業機械１００のオペレータは、バケット１３３の刃先を掘削開始位置に移動させると、開始スイッチ１４３ＳＷを操作する。これにより、操作装置１４３は、掘削指示信号を生成し出力する。掘削開始位置は、掘削対象の表面上の位置である。
【0049】
制御装置１６０は、オペレータから掘削指示信号の入力を受け付けると、まずバケット１３３の目標軌跡Ｔを生成する。具体的には、制御装置１６０は以下の手順で目標軌跡Ｔを生成する。
まず計測データ取得部６１１は、旋回体１２０の位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の相対角度、旋回体１２０の姿勢、並びに掘削対象の表面形状に係る計測データを取得する。作業機位置特定部６１３は、計測データ取得部６１１が取得した計測データに基づいて、掘削指示信号の入力時のバケット１３３の刃先の位置を特定する。軌跡生成部６１４は、作業機位置特定部６１３が特定した刃先の位置を通り、かつ掘削量がバケット１３３の最大収容量に等しくなるように、バケット１３３の目標軌跡Ｔを生成する。またこのとき旋回判定部６１６は、掘削指示信号の入力時における旋回体１２０の方位をメインメモリ６３０に記録する。
まず計測データ取得部６１１は、旋回体１２０の位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の相対角度、旋回体１２０の姿勢、並びに掘削対象の表面形状に係る計測データを取得する。作業機位置特定部６１３は、計測データ取得部６１１が取得した計測データに基づいて、掘削指示信号の入力時のバケット１３３の刃先の位置を特定する。軌跡生成部６１４は、作業機位置特定部６１３が特定した刃先の位置を通り、かつ掘削量がバケット１３３の最大収容量に等しくなるように、バケット１３３の目標軌跡Ｔを生成する。またこのとき旋回判定部６１６は、掘削指示信号の入力時における旋回体１２０の方位をメインメモリ６３０に記録する。
【0050】
【0051】
計測データ取得部６１１は、旋回体１２０の位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の相対角度、旋回体１２０の姿勢、並びに掘削対象の表面形状に係る計測データを取得する（ステップＳ１）。作業機位置特定部６１３は、計測データ取得部６１１が取得した計測データに基づいて、掘削指示信号の入力時のバケット１３３の刃先の位置を特定する（ステップＳ２）。移動制御部６１５は、目標軌跡Ｔとバケット１３３の刃先の位置とに基づいて、バケット１３３の刃先の目標位置およびバケット１３３の目標姿勢を決定する（ステップＳ３）。
【0052】
移動制御部６１５は、刃先の目標位置およびバケット１３３の目標姿勢に基づいて、ブーム１３１およびアーム１３２の目標位置および目標姿勢を決定する（ステップＳ４）。例えば、移動制御部６１５は、刃先の目標位置およびバケット１３３の目標姿勢から特定されるバケット１３３の基端部の位置と、既知のブーム１３１の基端部の位置との関係により、バケット１３３の刃先を目標位置に移動させるためのブーム１３１の先端部の位置すなわちアーム１３２の基端部の位置を特定することができる。移動制御部６１５は、特定したブーム１３１、アーム１３２、およびバケット１３３の目標位置および目標姿勢に基づいて作業機１３０の自動操作信号を生成する（ステップＳ５）。
【0053】
旋回判定部６１６は、ステップＳ１で位置方位演算器１５１から取得された計測データが示す旋回体１２０の方位と、メインメモリ６３０に記録された掘削指示信号の入力時における旋回体１２０の方位との差の角度（旋回角）を計算する（ステップＳ６）。
【0054】
旋回判定部６１６は、計算された旋回角の絶対値が所定の旋回角閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ７）。旋回角閾値は、位置方位演算器１５１の計測誤差に鑑みて設定されてよい。
【0055】
旋回角の絶対値が旋回角閾値を超える場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、旋回判定部６１６は、オペレータの意図しない旋回が発生していると判定する。
オペレータの意図しない旋回が発生していると判定された場合、ブレーキ制御部６１７は、ブレーキソレノイドバルブ１２５３に供給されるブレーキ開放信号の値をオフに切り替える（ステップＳ８）。以降、ブレーキ制御部６１７は、自動掘削制御が終了するまでブレーキ開放信号の値をオフに維持する。
オペレータの意図しない旋回が発生していると判定された場合、ブレーキ制御部６１７は、ブレーキソレノイドバルブ１２５３に供給されるブレーキ開放信号の値をオフに切り替える（ステップＳ８）。以降、ブレーキ制御部６１７は、自動掘削制御が終了するまでブレーキ開放信号の値をオフに維持する。
【0056】
他方、旋回角の絶対値が旋回角閾値を超えない場合（ステップＳ７：ＮＯ）、旋回判定部６１６は、オペレータの意図しない旋回が発生していないと判定する。オペレータの意図しない旋回が発生していないと判定された場合、ブレーキ制御部６１７は、ブレーキ開放信号の値を維持する。
【0057】
次に、操作信号出力部６１８は、ステップＳ５で移動制御部６１５が生成した自動操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する（ステップＳ９）。これにより、作業機１３０が目標軌跡Ｔに沿って移動する。
【0058】
移動制御部６１５は、バケット１３３の刃先の位置が、目標軌跡Ｔの終点に位置するか否かを判定する（ステップＳ１０）。バケット１３３の刃先の位置が目標軌跡Ｔの終点に位置しない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、制御装置１６０は処理をステップＳ１に戻し、作業機１３０の次の目標位置および目標姿勢を決定する。他方、バケット１３３の刃先の位置が目標軌跡Ｔの終点に位置する場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ブレーキ制御部６１７は、ブレーキ開放信号の値をオンにする（ステップＳ１１）。そして、制御装置１６０は、自動掘削制御を終了する。
【0059】
《作用・効果》
このように、第一実施形態に係る作業機械１００の制御装置１６０は、自動掘削制御時に旋回体１２０が旋回しているか否かを判定し、旋回体１２０が旋回していると判定された場合に、旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。自動掘削制御は、作業機械１００は走行体１１０および旋回体１２０の操作信号を出力せず、作業機１３０を駆動させる制御である。
これにより、制御装置１６０は、旋回体１２０の回転をロックし、オペレータの意図しない旋回体１２０の旋回の発生を防ぐことができる。
このように、第一実施形態に係る作業機械１００の制御装置１６０は、自動掘削制御時に旋回体１２０が旋回しているか否かを判定し、旋回体１２０が旋回していると判定された場合に、旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。自動掘削制御は、作業機械１００は走行体１１０および旋回体１２０の操作信号を出力せず、作業機１３０を駆動させる制御である。
これにより、制御装置１６０は、旋回体１２０の回転をロックし、オペレータの意図しない旋回体１２０の旋回の発生を防ぐことができる。
【0060】
なお、第一実施形態に係る制御装置１６０は、位置方位演算器１５１の計測データが示す旋回体１２０の方位を用いて、自動掘削制御の開始時における旋回体１２０の姿勢と、自動掘削制御の間の旋回体１２０の姿勢とを比較するが、これに限られない。例えば他の実施形態に係る制御装置１６０は、自動掘削制御の開始以降の傾斜計測器１５２の計測データが示す旋回体１２０の角速度の積算値を用いて自動掘削制御の開始時における旋回体１２０の姿勢と、自動掘削制御の間の旋回体１２０の姿勢とを比較してもよい。また、他の実施形態に係る制御装置１６０は、旋回体に設けられた図示しないエンコーダの計測値の積算値を用いて自動掘削制御の開始時における旋回体１２０の姿勢と、自動掘削制御の間の旋回体１２０の姿勢とを比較してもよい。
【0061】
〈第二実施形態〉
第一実施形態に係る制御装置１６０は、自動掘削制御の開始時における旋回体１２０の姿勢と、自動掘削制御の間の旋回体１２０の姿勢とを比較することで、旋回体１２０が旋回しているか否かを判定する。これに対し第二実施形態に制御装置１６０は、自動掘削制御の開始以降の旋回モータ１２４の作動油の圧力の計測値に基づいて、旋回体１２０が旋回しているか否かを判定する。
第一実施形態に係る制御装置１６０は、自動掘削制御の開始時における旋回体１２０の姿勢と、自動掘削制御の間の旋回体１２０の姿勢とを比較することで、旋回体１２０が旋回しているか否かを判定する。これに対し第二実施形態に制御装置１６０は、自動掘削制御の開始以降の旋回モータ１２４の作動油の圧力の計測値に基づいて、旋回体１２０が旋回しているか否かを判定する。
【0062】
図７は、第二実施形態に係る旋回モータ１２４の構成を示す図である。
旋回モータ１２４は、コントロールバルブ１２３に接続されている。第二実施形態に係る作業機械１００は、旋回モータ１２４の２つのポートそれぞれに作動油の圧力を計測する圧力計１５７を備える。旋回モータ１２４の旋回方向は、コントロールバルブ１２３のバルブの位置によって決定される。コントロールバルブ１２３が中立位置にあるとき、作動油は旋回モータ１２４へ供給されない。このとき、外界からの作用によって旋回モータ１２４が回転すると、旋回モータ１２４の２つのポートの内圧が変化する。そのため、制御装置１６０は、２つの圧力計１５７の計測値の差によって、旋回体１２０が旋回しているか否かを判定することができる。なお、油圧回路には図７に示すように、２つのポートの内圧が負圧となることを防止するためのチェック弁と、外界からの作用による内圧の過大な上昇を防止するためのリリーフ弁とが設けられる。
旋回モータ１２４は、コントロールバルブ１２３に接続されている。第二実施形態に係る作業機械１００は、旋回モータ１２４の２つのポートそれぞれに作動油の圧力を計測する圧力計１５７を備える。旋回モータ１２４の旋回方向は、コントロールバルブ１２３のバルブの位置によって決定される。コントロールバルブ１２３が中立位置にあるとき、作動油は旋回モータ１２４へ供給されない。このとき、外界からの作用によって旋回モータ１２４が回転すると、旋回モータ１２４の２つのポートの内圧が変化する。そのため、制御装置１６０は、２つの圧力計１５７の計測値の差によって、旋回体１２０が旋回しているか否かを判定することができる。なお、油圧回路には図７に示すように、２つのポートの内圧が負圧となることを防止するためのチェック弁と、外界からの作用による内圧の過大な上昇を防止するためのリリーフ弁とが設けられる。
【0063】
第二実施形態に係る旋回判定部６１６は、２つの圧力計１５７から取得された計測データの差に基づいて、旋回モータ１２４のポート間の差圧を計算する。旋回判定部６１６は、旋回モータ１２４のポート間の差圧の絶対値が所定の差圧閾値を超える場合に、オペレータの意図しない旋回が発生していると判定する。オペレータの意図しない旋回が発生していると判定された場合、ブレーキ制御部６１７は、ブレーキ開放信号の値をオフにする。
【0064】
《作用・効果》
このように、第二実施形態に係る作業機械１００の制御装置１６０は、自動掘削制御時に旋回体１２０が旋回しているか否かを判定し、旋回体１２０が旋回していると判定された場合に、旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。これにより、第二実施形態に係る制御装置１６０は、第一実施形態と同様に、オペレータの意図しない旋回体１２０の旋回を防ぐことができる。
このように、第二実施形態に係る作業機械１００の制御装置１６０は、自動掘削制御時に旋回体１２０が旋回しているか否かを判定し、旋回体１２０が旋回していると判定された場合に、旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。これにより、第二実施形態に係る制御装置１６０は、第一実施形態と同様に、オペレータの意図しない旋回体１２０の旋回を防ぐことができる。
【0065】
なお、第二実施形態に係る制御装置１６０は、旋回モータ１２４のポート間の差圧を用いて、旋回体１２０の旋回の有無を判定するが、これに限られない。例えば他の実施形態に係る制御装置１６０は、旋回モータ１２４における作動油の流速を計測し、当該流速に基づいて旋回の有無を判定してもよい。この場合、制御装置１６０は作動油の流れ方向によって旋回の方向を特定することができる。
【0066】
〈第三実施形態〉
第一実施形態および第二実施形態に係る作業機械１００は、意図しない旋回が発生した場合に旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。これに対し、第三実施形態に係る作業機械１００は、意図しない旋回が発生の有無にかかわらず、自動掘削制御の開始時に旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。そのため、第三実施形態に係る制御装置１６０は、旋回判定部６１６を備えなくてよい。
第一実施形態および第二実施形態に係る作業機械１００は、意図しない旋回が発生した場合に旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。これに対し、第三実施形態に係る作業機械１００は、意図しない旋回が発生の有無にかかわらず、自動掘削制御の開始時に旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。そのため、第三実施形態に係る制御装置１６０は、旋回判定部６１６を備えなくてよい。
【0067】
図８は、第三実施形態に係る自動掘削制御方法を示すフローチャートである。目標軌跡Ｔが生成されると、制御装置１６０は、図８に示す自動掘削制御を実行する。目標軌跡Ｔは、第一実施形態に係る制御装置１６０と同様の方法で生成される。
【0068】
自動掘削制御が開始すると、ブレーキ制御部６１７は、ブレーキソレノイドバルブ１２５３に供給されるブレーキ開放信号の値をオフに切り替える（ステップＳ２１）。つまり、ブレーキ制御部６１７は、掘削指示信号、すなわち自動制御の開始指示の入力を契機にして旋回駐車ブレーキ１２５を作動させる。以降、ブレーキ制御部６１７は、自動掘削制御が終了するまでブレーキ開放信号の値をオフに維持する。
【0069】
計測データ取得部６１１は、旋回体１２０の位置および方位、ブーム１３１、アーム１３２およびバケット１３３の相対角度、旋回体１２０の姿勢、並びに掘削対象の表面形状に係る計測データを取得する（ステップＳ２２）。作業機位置特定部６１３は、計測データ取得部６１１が取得した計測データに基づいて、掘削指示信号の入力時のバケット１３３の刃先の位置を特定する（ステップＳ２３）。移動制御部６１５は、目標軌跡Ｔとバケット１３３の刃先の位置とに基づいて、バケット１３３の刃先の目標位置およびバケット１３３の目標姿勢を決定する（ステップＳ２４）。
【0070】
移動制御部６１５は、刃先の目標位置およびバケット１３３の目標姿勢に基づいて、ブーム１３１およびアーム１３２の目標位置および目標姿勢を決定する（ステップＳ２５）。移動制御部６１５は、特定したブーム１３１、アーム１３２、およびバケット１３３の目標位置および目標姿勢に基づいて作業機１３０の自動操作信号を生成する（ステップ２６）。操作信号出力部６１８は、移動制御部６１５が生成した自動操作信号をコントロールバルブ１２３に出力する（ステップＳ２７）。これにより、作業機１３０が目標軌跡Ｔに沿って移動する。
【0071】
移動制御部６１５は、バケット１３３の刃先の位置が、目標軌跡Ｔの終点に位置するか否かを判定する（ステップＳ２８）。バケット１３３の刃先の位置が目標軌跡Ｔの終点に位置しない場合（ステップＳ２８：ＮＯ）、制御装置１６０は処理をステップＳ２２に戻し、作業機１３０の次の目標位置および目標姿勢を決定する。他方、バケット１３３の刃先の位置が目標軌跡Ｔの終点に位置する場合（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、ブレーキ制御部６１７は、ブレーキ開放信号の値をオンにする（ステップＳ２９）。そして、制御装置１６０は、自動掘削制御を終了する。
【0072】
《作用・効果》
このように、第三実施形態に係る制御装置１６０は、掘削指示信号を契機として、旋回駐車ブレーキ１２５を作動させ、自動掘削制御を実行する。例えば、掘削指示信号に基づいて、旋回駐車ブレーキ１２５を作動させ、自動掘削制御を実行する。これにより、制御装置１６０は作業機械１００による作業中に意図しない旋回が生じることを防ぐことができる。
このように、第三実施形態に係る制御装置１６０は、掘削指示信号を契機として、旋回駐車ブレーキ１２５を作動させ、自動掘削制御を実行する。例えば、掘削指示信号に基づいて、旋回駐車ブレーキ１２５を作動させ、自動掘削制御を実行する。これにより、制御装置１６０は作業機械１００による作業中に意図しない旋回が生じることを防ぐことができる。
【0073】
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
上述した実施形態に係る制御装置１６０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置１６０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置１６０として機能するものであってもよい。このとき、制御装置１６０を構成する一部のコンピュータが作業機械の内部に搭載され、他のコンピュータが作業機械の外部に設けられてもよい。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
上述した実施形態に係る制御装置１６０は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、制御装置１６０の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することで制御装置１６０として機能するものであってもよい。このとき、制御装置１６０を構成する一部のコンピュータが作業機械の内部に搭載され、他のコンピュータが作業機械の外部に設けられてもよい。
【0074】
上述した実施形態に係る制御装置１６０は、自動掘削制御時に自動的に旋回駐車ブレーキ１２５を作動させるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、自動排土制御を実行する機能を有し、自動排土制御中に自動的に旋回駐車ブレーキ１２５を作動させてもよい。
【0075】
また例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、オペレータの手動操作において意図しない旋回が生じているか否かを判定してもよい。例えば、他の実施形態に係る制御装置１６０は、作業機１３０の手動操作信号が入力され、かつ旋回体１２０の手動操作信号が入力されていない場合または旋回体１２０の姿勢を維持する中立信号が入力されている場合に、旋回体１２０の旋回の有無を判定してもよい。この場合、制御装置１６０は、旋回体１２０の手動操作信号が入力されたことを契機として、旋回駐車ブレーキ１２５を開放してもよい。
【0076】
上述した実施形態に係る作業機械１００の旋回モータ１２４は、作動媒体である作動油によって駆動する油圧モータであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る旋回モータ１２４は電気モータであってよい。電気モータに流れる電流は作動媒体の一例である。
【0077】
上述した実施形態に係る作業機械１００は、オペレータが搭乗して操作する有人運転車両であるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る作業機械１００は、遠隔の事務所にいるオペレータがモニタの画面を見ながら操作する遠隔操作装置から、通信により取得する操作信号によって作動する遠隔運転車両であってもよい。この場合、制御装置１６０の一部の機能が遠隔操作装置に設けられてもよい。
【符号の説明】
【0078】
１００…作業機械 １１０…走行体 １１１…無限軌道 １１２…走行モータ １２０…旋回体 １２１…エンジン １２２…油圧ポンプ １２３…コントロールバルブ １２４…旋回モータ １２５…旋回駐車ブレーキ １２５１…ブレーキシリンダ １２５２…ブレーキディスク １２５３…ブレーキソレノイドバルブ １３０…作業機 １３１…ブーム １３１Ｃ…ブームシリンダ １３２…アーム １３２Ｃ…アームシリンダ １３３…バケット １３３Ｃ…バケットシリンダ １３４…チルトローテータ １３４１…取付部 １３４２…チルト部 １３４３…回転部 １３４４…チルトエンコーダ １３４５…ローテートエンコーダ １４０…運転室 １４１…運転席 １４２…操作端末 １４３…操作装置 １４３ＬＦ…左フットペダル １４３ＬＯ…左操作レバー １４３ＬＴ…左走行レバー １４３ＲＦ…右フットペダル １４３ＲＯ…右操作レバー １４３ＲＴ…右走行レバー １４３ＳＷ…開始スイッチ １４４…旋回ロックスイッチ １５１…位置方位演算器 １５２…傾斜計測器 １５３…ブームストロークセンサ １５４…アームストロークセンサ １５５…バケットストロークセンサ １５６…形状検出装置 １５７…圧力計 １６０…制御装置 ６１０…プロセッサ ６１１…計測データ取得部 ６１２…操作信号入力部 ６１３…作業機位置特定部 ６１４…軌跡生成部 ６１５…移動制御部 ６１６…旋回判定部 ６１７…ブレーキ制御部 ６１８…操作信号出力部 ６３０…メインメモリ ６５０…ストレージ ６７０…インタフェース Ｔ…目標軌跡
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】