特許 7182531 作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-24

(45)【発行日】2022-12-02

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 3/43 20060101AFI20221125BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20221125BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20221125BHJP

【ＦＩ】

E02F3/43 A

E02F9/20 N

E02F9/26 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019176682

(22)【出願日】2019-09-27

(65)【公開番号】P2021055276

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2021-11-18

(73)【特許権者】

【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】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】千葉 孝昭

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 賢人

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２１０８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２５７７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０７１９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９９９８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ３／４３

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業フロントである作業機と、周囲の障害物を検知する検知装置と、少なくとも前記作業機の動作を制御する制御装置とを備える作業機械において、
前記制御装置は、前記検知装置で検知された障害物が予め設定された監視範囲内に存在するときに前記作業機を減速し、又はオペレータに報知し、若しくはその両方の制御を行う運転支援機能と、前記作業機が予め設定された作業範囲外に逸脱することを防止する作業支援機能とを有し、
前記作業支援機能は有効と無効とに切り換え可能とされ、
前記作業支援機能が有効に切り換えられた場合、前記制御装置は、前記監視範囲内であっても前記作業範囲外で検出された障害物については、前記作業支援機能が無効に切り換えられた場合に比べて前記運転支援機能を抑制することを特徴とする作業機械。

【請求項2】

前記制御装置は、前記検知装置で検知された障害物と前記作業範囲の外縁との距離に基づいて、前記運転支援機能の抑制度合を変更することを特徴とする請求項１に記載の作業機械。

【請求項3】

前記制御装置は、前記検知装置で検知された障害物と前記作業範囲の外縁との距離が小さいほど、前記運転支援機能の抑制度合を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械に関し、特に運転支援機能及び作業支援機能を有する作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベルのような作業機械において、例えば特許文献１に記載のように、作業フロントである作業機が周辺の作業者、通行人、物体等の障害物に接触することを予防するために、作業機械周辺の障害物を検知してオペレータに報知したり、作業機を減速し停止させたりする運転支援機能が知られている。

【0003】

また、特許文献２に記載のように、予め設定された高さ、深さ、旋回角度等の作業範囲から作業機が逸脱しないように、作業機を制御する作業支援機能が知られている。このような作業支援機能を用いることで、作業機の動作が電線や埋設物に接触して破壊することを防止でき、作業効率の向上につながる。更に、旋回方向の領域を制限した場合は道路の路側等での作業において、作業機が道路にはみ出すことを防止できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－２５７７２４号公報

【文献】特開平９－７１９６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述の運転支援機能及び作業支援機能を有する作業機械を考えた場合、作業機が作業範囲外に逸脱することが防止されているにも関わらず、作業範囲外で検出された障害物に対して報知や減速の制御を従来のまま行うと、オペレータは煩わしく感じ、作業効率が低下する問題が生じる。

【0006】

上述の事情に鑑みて、本発明は、運転支援機能及び作業支援機能を有する作業機械において、オペレータの煩わしさを低減し、作業効率の低下を防ぐことが可能な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】

本発明に係る作業機械は、作業フロントである作業機と、周囲の障害物を検知する検知装置と、少なくとも前記作業機の動作を制御する制御装置とを備える作業機械において、前記制御装置は、前記検知装置で検知された障害物が予め設定された監視範囲内に存在するときに前記作業機を減速し、又はオペレータに報知し、若しくはその両方の制御を行う運転支援機能と、前記作業機が予め設定された作業範囲外に逸脱することを防止する作業支援機能とを有し、前記作業支援機能は有効と無効とに切り換え可能とされ、前記作業支援機能が有効に切り換えられた場合、前記制御装置は、前記監視範囲内であっても前記作業範囲外で検出された障害物については、前記作業支援機能が無効に切り換えられた場合に比べて前記運転支援機能を抑制することを特徴としている。

【0008】

本発明に係る作業機械では、作業支援機能が有効に切り換えられた場合、制御装置は、監視範囲内であっても作業範囲外で検出された障害物については、作業支援機能が無効に切り換えられた場合に比べて運転支援機能を抑制する。このため、例えば作業支援機能が有効に切り替えられた場合、制御装置は監視範囲内であっても作業範囲外で検出された障害物について、作業支援機能が無効に切り替えられた場合と比べて報知音量を小さくしたり、減速係数を大きくしたりすることができる。その結果、オペレータの煩わしさを低減し、作業効率の低下を防ぐことが可能である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、運転支援機能及び作業支援機能を有する作業機械において、オペレータの煩わしさを低減し、作業効率の低下を防ぐことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。

【図2】実施形態に係る油圧ショベルを示す平面図である。

【図3】油圧ショベルのシステムを示す構成図である。

【図4】油圧ショベルの運転支援機能を説明するための平面図である。

【図5】油圧ショベルと障害物との間の距離と、報知音量との関係を示す図である。

【図6】油圧ショベルと障害物との間の距離と、減速係数との関係を示す図である。

【図7】運転支援機能に関わる制御装置の構成を示すブロック図である。

【図8】制御装置の運転支援機能の制御処理を示すフローチャートである。

【図9】油圧ショベルの姿勢情報を説明するための側面図である。

【図10】油圧ショベルの姿勢情報を説明するための平面図である。

【図11】水平方向における作業範囲を説明するための図である。

【図12】鉛直方向における作業範囲を説明するための図である。

【図13】モニタにおける作業範囲の設定画面を示す図である。

【図14】作業支援機能の減速係数を説明するための図である。

【図15】作業支援機能に関わる制御装置の構成を示すブロック図である。

【図16】制御装置の作業支援の制御処理機能を示すフローチャートである。

【図17】報知領域、減速領域及び作業範囲が設定された場合を説明するための図である。

【図18】実施形態における油圧ショベルと障害物との間の距離と、報知音量との関係を示す図である。

【図19】実施形態における油圧ショベルと障害物との間の距離と、減速係数との関係を示す図である。

【図20】実施形態における運転支援機能及び作業支援機能に関わる制御装置の構成を示すブロック図である。

【図21】制御装置の運転支援機能及び作業支援機能の制御処理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】

【0011】

以下、図面を参照して本発明に係る作業機械の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。また、以下の説明において、作業機械が油圧ショベルである例を挙げて説明するが、本発明は油圧ショベルに限定されず、油圧ショベル以外の作業機械にも適用される。更に、以下の説明では、上下、左右、前後の方向及び位置は、油圧ショベルの通常の使用状態、すなわち走行体が地面に接地する状態を基準とする。

【0012】

[油圧ショベルの構造について]
図１は実施形態に係る油圧ショベルを示す側面図である。本実施形態に係る油圧ショベル１は、左右側部のそれぞれに設けられる履帯を駆動させて走行する走行体２と、走行体２の上部に旋回可能に設けられる旋回体３と、作業フロントである作業機７とを備えている。そして、走行体２及び旋回体３は、油圧ショベル１の車体１Ａを構成している。

【0013】

旋回体３は、運転室４、機械室５及びカウンタウェイト６を有する。運転室４は、旋回体３の左側部に設けられている。機械室５は、運転室４の後方に設けられている。カウンタウェイト６は、機械室５の後方、すなわち旋回体３の最後部に設けられている。

【0014】

作業機７は、運転室４の右側方であって旋回体３の前部の中央に設けられている。この作業機７は、ブーム８、アーム９、バケット１０、ブーム８を駆動するためのブームシリンダ１１、アーム９を駆動するためのアームシリンダ１２、及びバケット１０を駆動するためのバケットシリンダ１３を有する。ブーム８の基端部は、ブームピンＰ１を介して旋回体３の前部に回動可能に取り付けられている。

【0015】

アーム９の基端部は、アームピンＰ２を介してブーム８の先端部に回動可能に取り付けられている。バケット１０の基端部は、バケットピンＰ３を介してアーム９の先端部に回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ１１と、アームシリンダ１２と、バケットシリンダ１３とは、それぞれ圧油によって駆動される油圧アクチュエータ（以下、単に「アクチュエータ」という）である。

【0016】

旋回体３には、旋回モータ１４が配置されている。旋回モータ１４を駆動すると、旋回体３は走行体２に対して回転することになる。また、走行体２には、右走行モータ１５ａと左走行モータ１５ｂとがそれぞれ配置されている。これらの走行モータ１５ａ，１５ｂを駆動すると、左右の履帯がそれぞれ駆動される。これによって、走行体２は前進又は後進することができる。なお、旋回モータ１４、右走行モータ１５ａ及び左走行モータ１５ｂは、それぞれ圧油によって駆動される油圧アクチュエータ（以下、単に「アクチュエータ」という）である。

【0017】

機械室５の内部には、油圧ポンプ１６とエンジン１７とが配置されている（図３参照）。運転室４の内部には車体傾斜センサ１８、ブーム８にはブーム傾斜センサ１９、アーム９にはアーム傾斜センサ２０、バケット１０にはバケット傾斜センサ２１がそれぞれ取り付けられている。車体傾斜センサ１８、ブーム傾斜センサ１９、アーム傾斜センサ２０、及びバケット傾斜センサ２１は、例えばそれぞれＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）からなる。車体傾斜センサ１８は車体１Ａの対地角度を、ブーム傾斜センサ１９はブーム８の対地角度を、アーム傾斜センサ２０はアーム９の対地角度を、バケット傾斜センサ２１はバケット１０の対地角度をそれぞれ計測する。

【0018】

また、旋回体３の後方部の左右側には、第一ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ２３と第二ＧＮＳＳアンテナ２４とが取り付けられている。第一ＧＮＳＳアンテナ２３及び第二ＧＮＳＳアンテナ２４から得られる信号により、グローバル座標系における油圧ショベル１の車体１Ａの位置情報を取得することができる。

【0019】

図２は実施形態に係る油圧ショベルを示す平面図である。図２に示すように、旋回体３には旋回角センサ２２が取り付けられており、旋回角センサ２２の信号により走行体２に対する旋回体３の相対角度を取得することができる。

【0020】

また、旋回体３には、油圧ショベル１の周囲の障害物を検知するための検知装置が複数設けられている。具体的には、旋回体３の前部には油圧ショベル１の前方の障害物を検知する前方検知装置２５ａ、旋回体３の右側部には油圧ショベル１の右側方の障害物を検知する右側方検知装置２５ｂ、旋回体３の後部には油圧ショベル１の後方の障害物を検知する後方検知装置２５ｃ、旋回体３の左側部には油圧ショベル１の左側方の障害物を検知する左側方検知装置２５ｄがそれぞれ取り付けられている。

【0021】

これらの検知装置２５ａ～２５ｄは、例えばステレオカメラからなり、油圧ショベル１と障害物との距離を計測する。なお、これらの検知装置は、ミリ波レーダやレーザレーダ、或いは磁場を使用した距離計測装置等であっても良い。なお、ここでの障害物は、作業者、通行人、樹木や建物や道路標識のような物体などを含む。

【0022】

図２において、符号２６ａ～２６ｄは各検知装置２５ａ～２５ｄによって検知される検知範囲を示す。すなわち、前方検知装置２５ａにより検知される範囲は前方検知範囲２６ａ、右側方検知装置２５ｂにより検知される範囲は右側方検知範囲２６ｂ、後方検知装置２５ｃにより検知される範囲は後方検知範囲２６ｃ、左側方検知装置２５ｄにより検知される範囲は左側方検知範囲２６ｄである。

【0023】

図３は油圧ショベルのシステムを示す構成図である。図３に示すように、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、バケットシリンダ１３、旋回モータ１４、右走行モータ１５ａ及び左走行モータ１５ｂは、油圧ポンプ１６によって吐出され、更に流量制御弁ユニット３３内の各流量制御弁を通して供給された圧油によって駆動されている。流量制御弁は、油圧ポンプ１６から供給される圧油の流量を制御するためのものであり、操作レバー３２から出力された制御パイロット圧によって駆動されている。

【0024】

例えば旋回流量制御弁３４は、旋回モータ１４に対応する制御弁であり、旋回モータ１４へ供給される圧油の流量を制御する。この旋回流量制御弁３４が図３中の左側へ移動すると、旋回モータ１４が左回転するように圧油は供給される。旋回モータ１４の回転速度は、旋回流量制御弁３４の移動量によって制御されている。一方、旋回流量制御弁３４が図３中の右側へ移動すると、旋回モータ１４が右回転するように圧油は供給される。

【0025】

旋回流量制御弁３４の制御は、電磁比例減圧弁ユニット３５内の電磁比例減圧弁によって行われている。電磁比例減圧弁は、制御装置２７からの制御指令に応じてパイロット油圧ポンプ３７から供給される圧油を減圧して流量制御弁に供給する。例えば旋回左電磁比例減圧弁３６ａを駆動すると、旋回流量制御弁３４が図３中の左側に移動するように圧油は供給される。一方、旋回右電磁比例減圧弁３６ｂを駆動すると、旋回流量制御弁３４が図３中の右側に移動するように圧油は供給される。

【0026】

制御装置２７は、例えば、演算を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、作業機７の動作制御を含めて油圧ショベル１全体の各制御を行う。例えば図３に示すように、制御装置２７は、操作レバー３２、モニタ３１、姿勢センサ３０及び作業支援有効／無効スイッチ２９から出力された信号に基づいて、電磁比例減圧弁ユニット３５、油圧ポンプ１６及びブザー２８への制御信号をそれぞれ演算して出力する。

【0027】

操作レバー３２は、運転室４の内部に配置されており、各アクチュエータ（すなわち、ブームシリンダ１１、アームシリンダ１２、バケットシリンダ１３、旋回モータ１４、右走行モータ１５ａ及び左走行モータ１５ｂ）に対する操作量を制御装置２７へ指示する。モニタ３１は、運転室４の内部に配置されており、作業支援機能の作業範囲を設定するために使用されている。作業範囲の設定は例えばオペレータの手入力によって行われており、その詳細内容は後述する（図１３参照）。

【0028】

作業支援有効／無効スイッチ２９は、運転室４の内部に配置されており、オペレータの操作で作業支援機能が有効と無効とに切り換えられるようになっている。姿勢センサ３０は、例えば旋回角センサ２２などからなる。ブザー２８は、油圧ショベル１と障害物との距離に応じてオペレータに報知することで、オペレータの注意を喚起する。

【0029】

本実施形態において、制御装置２７は、運転支援機能と作業支援機能とを有する。運転支援機能は、上述したように、油圧ショベル１に備え付けられた検知装置２５ａ～２５ｄを用いて油圧ショベル１の周囲の障害物を検知し、検知した障害物が予め設定された監視範囲内に存在するときに作業機７を減速し、又はオペレータに報知し、若しくはその両方の制御を行う機能である。一方、作業支援機能は、作業機７が予め設定された作業範囲外に逸脱することを防止する機能である。以下、それらを詳細に説明する。

【0030】

[油圧ショベルの運転支援機能について]
まず、油圧ショベル１の運転支援機能について説明する。

【0031】

図４は油圧ショベルの運転支援機能を説明するための平面図である。図４中の斜線で示す領域３９は減速領域であり、この領域内に障害物が存在する場合は、作業機７の動作が減速させられるとともにブザー２８からオペレータに向けて報知音が発せられる。また、図４において、減速領域３９を取り囲むように四角い枠で囲んだ領域３８は報知領域である。この報知領域３８内に障害物が存在する場合は、ブザー２８から報知音が発せられる。なお、報知領域３８及び減速領域３９は上述の監視範囲を構成する。

【0032】

図５は油圧ショベルと障害物との間の距離と、報知音量との関係を示す図である。図５において、横軸の「距離」は油圧ショベルと障害物との間の距離の略である。図５に示すように、通常では、ブザーの報知音量は油圧ショベルと障害物との距離に応じて定められている。例えば減速領域内での報知音量を１としたときに、報知領域内での報知音量は減速領域内での報知音量よりも小さく設定されている。このように領域によって報知音量を変更することで、オペレータは音量の違いで障害物がどの位置に存在するかを直観的に理解することが可能である。

【0033】

図６は油圧ショベルと障害物との間の距離と、減速係数との関係を示す図である。図６において、横軸の「距離」は油圧ショベルと障害物との間の距離の略である。図６に示すように、通常では、減速領域内に障害物が存在する場合、距離が短くなるにつれてアクチュエータの減速係数が小さくなり、これによって作業機の動きが緩やかになる（言い換えれば、作業機の動きが遅くなる）。このようにすれば、油圧ショベルと障害物との接触を防止することが可能である。

【0034】

ここで、減速係数とは、操作レバーの操作量によって決まるアクチュエータの要求速度をどの程度減速させるかの程度である。そして、制限速度は要求速度と減速係数の積で求めることができる。例えば、減速係数が１の場合はアクチュエータの要求速度は制限されず、減速係数が０の場合は制限速度が０となり、アクチュエータの動作は停止することになる。

【0035】

図７は運転支援機能に関わる制御装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、制御装置２７の運転支援機能は、減速係数演算部４０、要求速度演算部４１、制限速度演算部４２及び流量制御弁制御部４３によって実現されている。

【0036】

減速係数演算部４０は、検知装置２５ａ～２５ｄからの検知情報に基づいて減速係数を演算する。要求速度演算部４１は、操作レバー３２からの操作量（すなわち、操作レバー３２から出力された操作信号）に基づいて各アクチュエータの要求速度を演算する。制限速度演算部４２は、減速係数演算部４０が出力した減速係数と要求速度演算部４１が出力した要求速度を掛け合わせることにより、各アクチュエータの制限速度を演算する。

【0037】

流量制御弁制御部４３は、制限速度演算部４２が出力した制限速度に基づいて各アクチュエータに対応する流量制御弁の制御量を演算し、更に各アクチュエータに対応する電磁比例減圧弁への制御指令を出力する。

【0038】

図８は制御装置の運転支援機能の制御処理を示すフローチャートである。図８に示すように、ステップＳ１０１では、制御装置２７は検知装置２５ａ～２５ｄからの出力があるか否かを判定する。出力がないと判定された場合、制御処理は終了する。一方、出力があると判定された場合、制御処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、制御装置２７は障害物が減速領域３９内に存在するか否かを判定する。

【0039】

障害物が減速領域３９内に存在しないと判定した場合、制御装置２７は報知音を出力する制御指令をブザー２８に送信し、ブザー２８は、例えば図５に示すように設定された報知音量で報知音を発する（ステップＳ１０５参照）。これによって、制御処理が終了する。一方、障害物が減速領域３９内に存在すると判定された場合、制御処理はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、減速係数演算部４０は、例えば図６に示すように障害物との距離に基づいて各アクチュエータの減速係数を演算する。

【0040】

ステップＳ１０３に続くステップＳ１０４では、制御装置２７は、制限速度での制御指令と報知音をそれぞれ出力する。より具体的には、このとき、要求速度演算部４１は操作レバー３２からの操作量に基づいて各アクチュエータの要求速度を演算し、制限速度演算部４２は減速係数演算部４０が出力した減速係数と要求速度演算部４１が出力した要求速度を掛け合わせることにより各アクチュエータの制限速度を演算する。

【0041】

流量制御弁制御部４３は、制限速度演算部４２が出力した制限速度に基づいて各アクチュエータの流量制御弁の制御量を演算し、各アクチュエータに対応した電磁比例減圧弁に制御指令を出力する。そして、制御装置２７は報知音を出力する制御指令をブザー２８に送信する。これによって、ブザー２８は、例えば図５に示すように設定された報知音量で報知音を発する。ステップＳ１０４が終わると、一連の制御処理が終了する。

【0042】

[油圧ショベルの作業支援機能について]
次に、油圧ショベル１の作業支援機能について説明する。油圧ショベル１の作業支援機能は、油圧ショベル１の姿勢情報に基づいて実現されている。以下、図９及び図１０を参照して、先に本実施形態に係る油圧ショベル１の姿勢情報を説明する。

【0043】

図９は油圧ショベルの姿勢情報を説明するための側面図である。図９に示す座標系は、油圧ショベル１の基準位置Ｐ０を原点、水平方向をＸ軸、鉛直方向をＺ軸としたローカル座標系である。なお、グローバル座標系における油圧ショベル１の基準位置Ｐ０は、第一ＧＮＳＳアンテナ２３及び第二ＧＮＳＳアンテナ２４の情報から求めることができる。

【0044】

図９に示すように、油圧ショベル１の基準位置Ｐ０からブームピンＰ１までの距離はＬ０である。基準位置Ｐ０及びブームピンＰ１を結ぶ線分と、車体１Ａの垂直方向（言い換えれば、車体１Ａの上下方向）とがなす角度はθ０である。ブーム８の長さ、すなわち、ブームピンＰ１からアームピンＰ２までの距離はＬ１である。アーム９の長さ、すなわち、アームピンＰ２からバケットピンＰ３までの距離はＬ２である。バケット１０の長さ、すなわち、バケットピンＰ３からバケット爪先Ｐ４までの距離はＬ３である。

【0045】

また、ローカル座標系における車体１Ａの傾斜、すなわちＺ軸と車体１Ａの垂直方向とがなす角度はθ４であり、以下、それを車体前後傾斜θ４という。そして、ブームピンＰ１及びアームピンＰ２を結ぶ線分と、車体１Ａの垂直方向とがなす角度がθ１であり、以下、それをブーム角度θ１という。また、アームピンＰ２及びバケットピンＰ３を結ぶ線分と、ブームピンＰ１及びアームピンＰ２を結ぶ線分とがなす角度がθ２であり、以下、それをアーム角度θ２という。更に、バケットピンＰ３及びバケット爪先Ｐ４を結ぶ線分と、アームピンＰ２及びバケットピンＰ３を結ぶ線分とがなす角度がθ３であり、以下、それをバケット角度θ３という。

【0046】

従って、例えばバケット爪先Ｐ４を作業支援の制御対象とした場合、基準位置Ｐ０に対するバケット爪先Ｐ４の座標（すなわち、ローカル座標系における座標）は、基準位置Ｐ０からブームピンＰ１までの距離Ｌ０、基準位置Ｐ０及びブームピンＰ１を結ぶ線分と車体１Ａの垂直方向とがなす角度θ０、車体前後傾斜θ４、ブーム長さＬ１、ブーム角度θ１、アーム長さＬ２、アーム角度θ２、バケット長さＬ３、バケット角度θ３に基づいて三角関数を利用して求めることが可能である。

【0047】

また、例えばアームシリンダ１２のロッド側（すなわち、アーム９に隣接する側）のピンＰ５を制御点とした場合、ピンＰ５の座標は、前述した各値に加えてアームピンＰ２からアームシリンダロッド側のピンＰ５までの距離Ｌ５、ブームピンＰ１及びアームピンＰ２を結ぶ線分とアームピンＰ２及びアームシリンダのロッド側のピンＰ５を結ぶ線分とがなす角度θ５に基づいて、三角関数を利用して求めることが可能である。

【0048】

図１０は油圧ショベルの姿勢情報を説明するための平面図である。図１０に示すように、油圧ショベル１の基準位置Ｐ０を基準にして前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸としたときに、油圧ショベル１の旋回角度θｓｗは、作業機７の延び方向とＸ軸とがなす角度であり、反時計回りを正とする。

【0049】

上述のローカル座標におけるバケット爪先Ｐ４の座標は、基準位置Ｐ０からバケット爪先Ｐ４までの距離Ｌと旋回角度θｓｗとの三角関数によって求めることが可能である。なお、基準位置Ｐ０からバケット爪先Ｐ４までの距離Ｌは、上述した油圧ショベル１の姿勢情報を用いた三角関数によって求めることが可能である。

【0050】

続いて、図１１及び図１２を参照して作業支援機能に関する作業範囲を説明する。

【0051】

図１１は水平方向における作業範囲を説明するための図である。図１１に示すように、油圧ショベル１の基準位置Ｐ０を基準にして、前方作業範囲外縁４４と右側方作業範囲外縁４５と後方作業範囲外縁４６と左側方作業範囲外縁４７とによって囲まれる領域（斜線で示す領域）５０は、水平方向における油圧ショベル１の作業範囲である。作業時に、油圧ショベル１の制御点が作業範囲５０の外方に逸脱しないように、各アクチュエータは制御される。

【0052】

ここで、基準位置Ｐ０を基準にするので、油圧ショベル１が走行動作をした場合、油圧ショベル１の移動に伴って作業範囲５０も移動する。なお、作業範囲５０はグローバル座標で定義されても良く、その場合は油圧ショベル１が移動した場合でも作業範囲５０は固定されている。

【0053】

図１２は鉛直方向における作業範囲を説明するための図である。図１２に示すように、鉛直方向において、基準位置Ｐ０を基準にして、上方作業範囲外縁４８と下方作業範囲外縁４９との間の領域（斜線で示す領域）５０は、鉛直方向における油圧ショベル１の作業範囲である。

【0054】

図１３はモニタにおける作業範囲の設定画面を示す図である。図１３に示すように、オペレータは、モニタ３１を介して基準位置Ｐ０から右側方作業範囲外縁４５、左側方作業範囲外縁４７、前方作業範囲外縁４４、後方作業範囲外縁４６、上方作業範囲外縁４８及び下方作業範囲外縁４９までの距離をそれぞれ設定することが可能である。すなわち、オペレータはモニタ３１を介して各値を入力することにより各距離を設定する。なお、値の入力がない場合は設定範囲が無限遠となる。また、値が入力されなかった方向に関しては各アクチュエータは制御されない。

【0055】

図１４は作業支援機能の減速係数を説明するための図である。図１４の上段に示すように、例えばバケット爪先Ｐ４が下方作業範囲外縁４９に接近する場合、バケット爪先Ｐ４の座標は上述した油圧ショベル１の姿勢情報の三角関数によって計算される。バケット爪先Ｐ４のＺ軸の座標と下方作業範囲外縁４９の設定距離との差は、バケット爪先Ｐ４と下方作業範囲外縁４９との距離Ｄになる。

【0056】

また、図１４の下段に示すように、作業範囲外縁に接近する速度を減速する減速係数が距離Ｄの値に応じて計算され、減速係数を乗算した制限速度で各アクチュエータを駆動することにより、油圧ショベル１の制御点が作業範囲から逸脱することを防止することが可能である。

【0057】

また、例えば、上方作業範囲外縁４８に対して、アームシリンダ１２のロッド側のピンＰ５を制御点とした場合は、上述したバケット爪先Ｐ４の場合と同様の計算により、該制御点が作業範囲から逸脱することを防止できる。なお、複数の作業点の動作が同時に制限された場合は、制限速度の小さい方に従って各アクチュエータは制御される。

【0058】

図１５は作業支援機能に関わる制御装置の構成を示すブロック図である。図１５に示すように、制御装置２７の作業支援機能は、距離演算部５１、減速係数演算部４０、要求速度演算部４１、制限速度演算部４２及び流量制御弁制御部４３によって実現されている。

【0059】

要求速度演算部４１は、操作レバー３２からの操作量（すなわち、操作レバー３２から出力された操作信号）に基づいて各アクチュエータの要求速度を演算する。距離演算部５１は、制御点の位置情報（例えば、制御点の座標）と作業範囲の情報と要求速度演算部４１から出力された要求速度に基づいて、制御点と作業範囲外縁との距離を演算する。ここで、要求速度は制御点の移動方向を計算するために使用されており、制御点の移動方向にある作業範囲外縁との距離が演算される。

【0060】

減速係数演算部４０は、距離演算部５１から出力された距離に基づいて、各アクチュエータの減速係数を演算する。制限速度演算部４２は、減速係数演算部４０から出力された減速係数と要求速度演算部４１から出力された要求速度と作業支援有効／無効スイッチ２９からの出力に基づいて、各アクチュエータの制限速度を演算する。流量制御弁制御部４３は、制限速度演算部４２から出力された制限速度に基づいて各アクチュエータに対応する流量制御弁の制御量を演算し、更に各アクチュエータに対応する電磁比例減圧弁への制御指令を出力する。

【0061】

図１６は制御装置の作業支援機能の制御処理を示すフローチャートである。図１６に示すように、ステップＳ２０１では、制御装置２７は車体傾斜センサ１８、ブーム傾斜センサ１９、アーム傾斜センサ２０、及びバケット傾斜センサ２１から制御点の位置情報を取得する。ステップＳ２０１に続くステップＳ２０２では、制御装置２７は、オペレータがモニタ３１に入力して設定した作業範囲５０の情報を取得する。

【0062】

ステップＳ２０２に続くステップＳ２０３では、制御装置２７は操作レバー３２からの操作量を取得する。ステップＳ２０３に続くステップＳ２０４では、要求速度演算部４１は、ステップＳ２０３で取得した操作レバー３２の操作量に基づいて各アクチュエータの要求速度を演算する。

【0063】

ステップＳ２０４に続くステップＳ２０５では、距離演算部５１は、制御点の位置情報と作業範囲５０の情報と要求速度演算部４１から出力された要求速度に基づいて、制御点と要求速度方向の作業範囲外縁との距離を演算する。ステップＳ２０５に続くステップＳ２０６では、減速係数演算部４０はステップＳ２０５で演算された距離に基づいて各アクチュエータの減速係数を演算する。

【0064】

ステップＳ２０６に続くステップＳ２０７では、制御装置２７は作業支援機能が有効か否かを判定する。なお、作業支援機能が有効又は無効は、オペレータによる作業支援有効／無効スイッチ２９への操作によって切り換えられる。そして、作業支援機能が有効でないと判定された場合（すなわち、作業支援機能が無効に切り換えられた場合）、制御処理はステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９では、制御装置２７は、ステップＳ２０４で演算された各アクチュエータの要求速度を出力する。

【0065】

一方、作業支援機能が有効であると判定された場合（すなわち、作業支援機能が有効に切り換えられた場合）、制御処理はステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、制限速度演算部４２は、ステップＳ２０４で演算された要求速度とステップＳ２０６で演算された減速係数等に基づいて各アクチュエータの制限速度を演算し、出力する。

【0066】

ステップＳ２０８又はステップＳ２０９に続くステップＳ２１０では、流量制御弁制御部４３は、ステップＳ２０８で出力された制限速度又はステップＳ２０９で出力された要求速度に基づいて、各アクチュエータに対応する流量制御弁の制御量を演算し、更に各アクチュエータに対応する電磁比例減圧弁への制御指令を出力する。ステップＳ２１０が終わると、一連の制御処理が終了する。

【0067】

[油圧ショベルの運転支援機能及び作業支援機能について]
次に、油圧ショベル１の運転支援機能及び作業支援機能について説明する。

【0068】

図１７は報知領域、減速領域及び作業範囲が設定された場合を説明するための図である。図１７において、斜線で示す領域３９は減速領域であり、四角い枠で囲んだ領域３８は報知領域であり、斜線で示す領域５０は作業範囲である。図１７の例では、報知領域３８と減速領域３９は、作業範囲５０と重なる領域と、作業範囲５０と重ならない領域とをそれぞれ有する。

【0069】

図１８は実施形態における油圧ショベルと障害物との間の距離と、報知音量との関係を示す図である。図１８において、横軸の「距離」は油圧ショベルと障害物との間の距離の略である。図１８に示すように、作業範囲外縁よりも遠い距離における報知領域において、作業範囲が設定されていない場合（言い換えれば、作業支援機能が無効に切り換えられた場合）よりも作業範囲が設定されている場合（言い換えれば、作業支援機能が有効に切り換えられた場合）の方は報知音量が小さくなるように設定されている。

【0070】

このようにすれば、作業範囲が設定されていない場合に比べて作業範囲が設定されている場合に、作業範囲外での報知機能（運転支援機能）が抑制される（すなわち、報知音量を小さくする）。好適には、作業範囲外縁よりも遠い距離における報知領域において、障害物と作業範囲外縁との距離が小さいほど、報知機能の抑制度合が小さくなる。言い換えれば、障害物と作業範囲外縁との距離が小さいほど、報知音量の下げ幅が小さくなる。

【0071】

図１９は実施形態における油圧ショベルと障害物との間の距離と、減速係数との関係を示す図である。図１９において、横軸の「距離」は油圧ショベルと障害物との間の距離の略である。図１９に示すように、作業範囲外縁よりも遠い距離における減速領域において、作業範囲が設定されていない場合（言い換えれば、作業支援機能が無効に切り換えられた場合）よりも作業範囲が設定されている場合（言い換えれば、作業支援機能が有効に切り換えられた場合）の方は減速係数が大きくなるように設定されている。

【0072】

このようにすることで、作業範囲が設定されていない場合に比べて作業範囲が設定されている場合に、作業範囲外での減速機能（運転支援機能）が抑制される（すなわち、減速度を弱める）。好適には、作業範囲外縁よりも遠い距離における報知領域において、障害物と作業範囲外縁との距離が小さいほど、減速機能の抑制度合が小さくなる。すなわち、障害物と作業範囲外縁との距離が小さいほど、減速度を弱めていく。

【0073】

図２０は実施形態における運転支援機能及び作業支援機能に関わる制御装置の構成を示すブロック図である。図２０に示すように、制御装置２７の運転支援機能及び作業支援機能は、減速係数演算部４０、要求速度演算部４１、制限速度演算部４２及び流量制御弁制御部４３によって実現されている。

【0074】

減速係数演算部４０は、検知装置２５ａ～２５ｄからの検知情報、作業範囲５０の情報及び作業支援有効／無効スイッチ２９からの出力に基づいて、各アクチュエータの減速係数を演算する。要求速度演算部４１は、操作レバー３２からの操作量に基づいて各アクチュエータの要求速度を演算する。

【0075】

制限速度演算部４２は、減速係数演算部４０から出力された減速係数と要求速度演算部４１から出力された要求速度に基づいて、各アクチュエータの制限速度を演算する。流量制御弁制御部４３は、制限速度演算部４２が出力した制限速度に基づいて各アクチュエータに対応する流量制御弁の制御量を演算し、更に各アクチュエータに対応する電磁比例減圧弁への制御指令を出力する。

【0076】

図２１は制御装置の運転支援機能及び作業支援機能の制御処理を示すフローチャートである。図２１に示すように、ステップＳ３０１では、制御装置２７は検知装置２５ａ～２５ｄからの出力があるか否かを判定する。出力がないと判定された場合、制御処理は終了する。一方、出力があると判定された場合、制御処理はステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、制御装置２７は作業支援機能が有効か否かを判定する。このとき、制御装置２７は作業支援有効／無効スイッチ２９から出力された信号に基づいて判定を行う。

【0077】

作業支援機能が有効でないと判定された場合（すなわち、作業支援機能が無効に切り換えられた場合或いは作業範囲が設定されていない場合）、制御処理は後述のステップＳ３０４に進む。一方、作業支援機能が有効であると判定された場合（すなわち、作業支援機能が有効に切り換えられた場合或いは作業範囲が設定されている場合）、制御処理はステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０３では、制御装置２７は障害物が作業範囲５０内に存在するか否かを判定する。そして、障害物が作業範囲５０内に存在しないと判定された場合、制御処理は後述のステップＳ３０８に進む。

【0078】

一方、障害物が作業範囲５０内に存在すると判定された場合、制御処理はステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４では、制御装置２７は障害物が減速領域３９内に存在するか否かを判定する。そして、障害物が減速領域３９内に存在しないと判定した場合、制御装置２７は通常の報知音を出力する制御指令をブザー２８に送信し、ブザー２８は設定された報知音量で報知音を発する（ステップＳ３０７参照）。これによって、制御処理が終了する。なお、ここでの「通常の報知音」は、上述した運転支援の制御処理のステップＳ１０５で設定された報知音であり、すなわち図５に示すように通常の運転支援時に設定された報知音である。

【0079】

一方、ステップＳ３０４において障害物が減速領域３９内に存在すると判定された場合、制御処理はステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、減速係数演算部４０は、障害物との距離に基づいて各アクチュエータにおける通常の減速係数を演算する。ここでの「通常の減速係数」は、上述した運転支援の制御処理のステップＳ１０３で演算された減速係数であり、すなわち図６に示すように通常の運転支援時の減速係数である。

【0080】

ステップＳ３０５に続くステップＳ３０６では、制御装置２７は、制限速度での制御指令と通常の報知音をそれぞれ出力する。より具体的には、このとき、要求速度演算部４１は操作レバー３２からの操作量に基づいて各アクチュエータの要求速度を演算し、制限速度演算部４２は減速係数演算部４０から出力された減速係数と要求速度演算部４１から出力された要求速度に基づいて各アクチュエータの制限速度を演算する。

【0081】

流量制御弁制御部４３は、制限速度演算部４２が出力した制限速度に基づいて各アクチュエータに対応する流量制御弁の制御量を演算し、各アクチュエータに対応する電磁比例減圧弁への制御指令を出力する。そして、制御装置２７は報知音を出力する制御指令をブザー２８に送信する。これによって、ブザー２８は、例えば図５に示すように設定された通常の報知音を発する。ステップＳ３０６が終わると、一連の制御処理が終了する。

【0082】

一方、上述したステップＳ３０３において障害物が作業範囲内に存在しないと判定された場合、制御処理はステップＳ３０８に進む。ステップＳ３０８では、制御装置２７は障害物が減速領域３９内に存在するか否かを判定する。そして、障害物が減速領域３９内に存在しないと判定した場合、制御装置２７は抑制された報知音を出力する制御指令をブザー２８に送信し、ブザー２８は抑制された報知音を発する（ステップＳ３１１参照）。これによって、制御処理が終了する。なお、ここでの「抑制された報知音」は、報知音量が通常の運転支援時に設定された報知音よりも小さい報知音であり、例えば図１８に示すように設定された音量の報知音である。

【0083】

一方、ステップＳ３０８において障害物が減速領域３９内に存在すると判定された場合、制御処理はステップＳ３０９に進む。ステップＳ３０９では、減速係数演算部４０は、障害物との距離に基づいて各アクチュエータの抑制された減速係数を演算する。ここでの「抑制された減速係数」は、通常の運転支援時の減速係数よりも大きい減速係数（すなわち、減速の度合を小さくするもの）であり、例えば図１９に示すように設定された減速係数である。

【0084】

ステップＳ３０９に続くステップＳ３１０では、制御装置２７は、制限速度での制御指令と抑制された報知音をそれぞれ出力する。より具体的には、このとき、要求速度演算部４１は操作レバー３２からの操作量に基づいて各アクチュエータの要求速度を演算し、制限速度演算部４２は減速係数演算部４０からの抑制された減速係数と要求速度演算部４１から出力された要求速度に基づいて各アクチュエータの制限速度を演算する。

【0085】

流量制御弁制御部４３は、制限速度演算部４２が出力した制限速度に基づいて各アクチュエータに対応する流量制御弁の制御量を演算し、各アクチュエータに対応する電磁比例減圧弁への制御指令を出力する。そして、制御装置２７は抑制された報知音を出力する制御指令をブザー２８に送信する。これによって、ブザー２８は抑制された報知音を発する。ステップＳ３１０が終わると、一連の制御処理が終了する。

【0086】

本実施形態に係る油圧ショベル１によれば、作業支援機能が有効であると判定された場合において、障害物が減速領域３９内であっても作業範囲５０外に存在するときに、制御装置２７は作業支援機能が無効であると判定された場合と比べて、各アクチュエータの減速係数と報知音を抑制することにより、オペレータの煩わしさを低減し、作業効率の低下を防ぐことができる。

【0087】

加えて、作業支援機能が有効であると判定された場合において、障害物が作業範囲５０外であって且つ減速領域３９外に存在するときに、制御装置２７は作業支援機能が無効であると判定された場合と比べて、報知音を抑制することにより、オペレータの煩わしさを低減し、作業効率の低下を防ぐことができる。

【0088】

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

【符号の説明】

【0089】

１ 油圧ショベル
７ 作業機
２５ａ 前方検知装置
２５ｂ 右側方検知装置
２５ｃ 後方検知装置
２５ｄ 左側方検知装置
２６ａ 前方検知範囲
２６ｂ 右側方検知範囲
２６ｃ 後方検知範囲
２６ｄ 左側方検知範囲
２７ 制御装置
２８ ブザー
２９ 作業支援有効／無効スイッチ
３０ 姿勢センサ
３１ モニタ
３２ 操作レバー
３８ 報知領域
３９ 減速領域
４４ 前方作業範囲外縁
４５ 右側方作業範囲外縁
４６ 後方作業範囲外縁
４７ 左側方作業範囲外縁
４８ 上方作業範囲外縁
４９ 下方作業範囲外縁
５０ 作業範囲
５１ 距離演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】