特許 7254254 作業機械および作業機械の制御システム

(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】2023-03-30

(45)【発行日】2023-04-07

(54)【発明の名称】作業機械および作業機械の制御システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20230331BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20230331BHJP

【ＦＩ】

E02F9/24 B

E02F9/20 Q

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022550139

(86)(22)【出願日】2021-03-31

(86)【国際出願番号】 JP2021013842

(87)【国際公開番号】W WO2022208725

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2022-08-22

(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】塩飽 晃司

(72)【発明者】

【氏名】井村 進也

【審査官】五十幡 直子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１８１８７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平８－２７８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－７１９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８６３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６６８７９９３（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ３／４２－３／４３

Ｅ０２Ｆ ３／８４－３／８５

Ｅ０２Ｆ ９／００－９／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械の動作制限制御を行う作業領域を設定する作業領域設定装置と、
前記作業機械の位置または姿勢の少なくとも一つを取得する取得装置と、
前記作業領域内での前記作業機械の動作制限制御を有効にする有効状態と前記作業領域内での前記作業機械の動作制限制御を無効にする無効状態とを切り替え、前記動作制限制御が有効に切り替えられたときに前記作業機械の前記作業領域内での動作制限制御を行うコントローラと、
作業現場内の任意の指定領域、および、前記指定領域による前記作業領域での前記動作制限制御の有効または無効を設定する指定領域設定装置と、を備え、
前記コントローラは、前記作業機械が前記指定領域内に含まれたときに、前記指定領域設定装置で設定された前記指定領域による前記動作制限制御の有効または無効の設定に従い、前記作業領域での動作制限制御を有効状態または無効状態に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、
前記指定領域を前記作業領域の形状に応じて設定する指定領域半自動設定装置を備えることを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項１に記載の作業装置において、
前記指定領域を、前記作業領域と一致するように、または、前記作業領域の外側に設定する指定領域半自動設定装置を備えることを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項１に記載の作業機械において、
前記指定領域を前記作業領域内の動作制御内容に応じて設定する指定領域半自動設定装置を備え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、
前記指定領域と前記作業領域と前記作業領域での動作制限制御の有効状態または無効状態を同時に表示する表示装置を備えることを特徴とする作業機械。

【請求項6】

作業機械の動作制御を行う作業領域を設定する作業領域設定装置と、
前記作業機械の位置または姿勢の少なくとも一つを取得する取得装置と、を備え、
前記作業領域内での前記作業機械の動作制限制御を有効にする有効状態と前記作業領域内での前記作業機械の動作制限制御を無効にする無効状態とを切り替え、前記動作制限制御が有効に切り替えられたときに前記作業機械の前記作業領域内での動作制限制御を行う作業機械の制御システムであって、
作業現場内の任意の指定領域、および、前記指定領域による前記作業領域での前記動作制限制御の有効または無効を設定する指定領域設定装置を備え、
前記作業機械が前記指定領域内に含まれたときに、前記指定領域設定装置で設定された前記指定領域による前記動作制限制御の有効または無効の設定に従い、前記作業領域での動作制限制御を有効状態または無効状態にすることを特徴とする作業機械の制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械および作業機械の制御システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

油圧ショベルなどの作業機械において、施工効率の改善または安全性向上のために、作業現場内の指定空間（以下、作業領域と呼称）でアクチュエータ動作に制限を設ける作業機械が提案されている。

【0003】

たとえば、特許文献１、２に記載の旋回可能な作業機械では、作業機械の現在姿勢を演算し、あらかじめ設定された任意の範囲外に作業装置、たとえばブーム、アーム、バケットの構造体のいずれかが侵入する可能性がある場合、旋回運動を停止するように制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－５２３８３号公報

【文献】特開２０１３－１５９４２１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、上記特許文献１、２のいずれの場合でも、単純な面や作業機械の動作範囲のみを想定しており、複雑な作業領域が要求される作業現場では、作業領域の設定および作業領域の有効化/無効化を行う際に施工効率の低下が発生する。具体的には、作業領域内での長時間の作業領域入力や作業領域内での有効・無効設定などに伴う、別の作業機械の進路妨害、作業妨害などが発生し得る。

【0006】

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な作業領域入力に伴う施工効率の低下を防止することのできる作業機械および作業機械の制御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】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の作業機械は、作業機械の動作制限制御を行う作業領域を設定する作業領域設定装置と、前記作業機械の位置または姿勢の少なくとも一つを取得する取得装置と、前記作業領域内での前記作業機械の動作制限制御を有効にする有効状態と前記作業領域内での前記作業機械の動作制限制御を無効にする無効状態とを切り替え、前記動作制限制御が有効に切り替えられたときに前記作業機械の前記作業領域内での動作制限制御を行うコントローラと、作業現場内の任意の指定領域、および、前記指定領域による前記作業領域での前記動作制限制御の有効または無効を設定する指定領域設定装置と、を備え、前記コントローラは、前記作業機械が前記指定領域内に含まれたときに、前記指定領域設定装置で設定された前記指定領域による前記動作制限制御の有効または無効の設定に従い、前記作業領域での動作制限制御を有効状態または無効状態にすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、作業領域の設定を作業領域の内外にかかわらず行うことができ、作業領域内での作業機械の停止状態を防止することができ、施工効率の改善を図ることができる。

【0009】

上記した以外の課題、構成および効果は、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】

【0010】

【図1】本発明の実施例１に係る作業機械の一例を示す斜視図。

【図2】本発明の実施例１に係る作業機械の油圧回路の一例を示す回路図。

【図3】本発明の実施例１に係る作業領域、指定領域、作業機械の一例を示す上面図。

【図4】本発明の実施例１に係るシステム構成図。

【図5】本発明の実施例１に係る作業領域有効無効判定のフローチャート。

【図6】本発明の実施例１に係る作業領域動作制御のフローチャート。

【図7】本発明の実施例２に係るシステム構成図。

【図8】本発明の実施例２に係る作業領域有効無効判定のフローチャート。

【図9】本発明の実施例２に係る作業領域、指定領域、作業機械の一例を示す上面図。

【図10】本発明の実施例３に係る作業領域有効無効判定のフローチャート。

【図11】本発明の実施例３に係る作業領域、指定領域、作業機械の一例を示す上面図。

【図12】本発明の実施例４に係るシステム構成図。

【図13】本発明の実施例４に係る作業領域有効無効判定のフローチャート。

【図14】本発明の実施例４に係る作業領域、指定領域、作業機械の一例を示す上面図。

【図15】本発明の実施例５に係る作業機械の一例を示す斜視図。

【図16】本発明の実施例５に係る表示装置の表示画面の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。各図において、同一の機能を有する部分には同一の符号を付して繰り返し説明を省略する場合がある。以下では、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て説明する。なお、本発明を適用可能な作業機械は、油圧ショベル以外の作業装置と移動装置を有する作業機械、たとえば、ホイールローダやロードローラ、ダンプトラック、ブルドーザなどでもよく、その形態は問わない。

【0012】

［実施例１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施例１に係る制御システムを搭載した作業機械の一例である油圧ショベルの斜視図である。

【0013】

油圧ショベル１は、下部走行体１Cと、旋回装置４を介して下部走行体１Cに回動可能なように備え付けられた上部旋回体１Bと、上部旋回体１Bに取り付けられ、掘削作業や積込作業などを行う作業装置１Aを備えている。下部走行体１Cと上部旋回体１Bは、本実施例において走行動作と旋回動作を行う移動装置１D（以下、車体とも呼称する）を構成する。

【0014】

作業装置１Aは、上部旋回体１Bと回動可能に取り付けられたブーム８と、ブーム８と回動可能に取り付けられたアーム９と、アーム９と回動可能に取り付けられたバケット１０と、バケット１０およびアーム９と回動可能に取り付けられたバケットリンク１３と、ブーム８と上部旋回体１Bに接続され、ブーム８と上部旋回体１Bとの回動角度を任意に変更するブームシリンダ５と、ブーム８とアーム９に接続され、ブーム８とアーム９の回動角度を任意に変更するアームシリンダ６と、アーム９とバケットリンク１３に接続され、アーム９とバケット１０の回動角度を任意に変更するバケットシリンダ７で構成される。

【0015】

下部走行体１Cは、走行モータ３により駆動され、車体を任意位置へ移動可能にする。旋回装置４は、下部走行体１Cと上部旋回体１Bの回動角度（すなわち、旋回角度）を任意に変更する旋回モータ１１で構成される。以下では、作業装置１A駆動用のブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、走行動作用の走行モータ３、旋回動作用の旋回モータ１１をそれぞれ、油圧ショベル１のアクチュエータと呼称する場合がある。

【0016】

上部旋回体１Bには、タンク１４（図２）、可変ポンプ１５、エンジン（原動機）１６、流量制御弁（ユニット）１７、インターフェース１８、コントローラ５００などが設置されている。コントローラ５００は、図示は省略するが、各種演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによる演算を実行するためのプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）やＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置、ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）などを含むコンピュータとして構成されている。コントローラ５００の各機能は、ＣＰＵが、記憶装置に格納された各種プログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、実現される。

【0017】

インターフェース１８は、作業領域や指定領域、指定領域による作業領域の有効・無効（後で説明）を入力するためのものである。なお、作業領域、指定領域などの設定はオペレータに限らず周囲作業者などでもよく、入力の形態は問わない。また、本実施例では、上部旋回体１B（たとえば運転室）に設けられたインターフェース１８を介して作業領域、指定領域などを入力・設定するが、作業領域、指定領域などは、例えばサーバを介して車体外から入力・設定してもよい。

【0018】

すなわち、インターフェース１８は、本制御システムにおいて作業領域を入力・設定する作業領域設定装置５０１と指定領域および指定領域による作業領域の有効・無効を入力・設定する指定領域設定装置５０４を構成する（図４）。

【0019】

油圧ショベル１は、センサとして、ブーム８、アーム９、バケット１０に備えられ、リンク節の対地角度を計測するＩＭＵ５１a、５１b、５１c（以下、ＩＭＵ５１a、５１b、５１cを纏めて作業機ＩＭＵ５１と呼称）と、上部旋回体１B上に備えられ、上部旋回体１Bの対地角度を計測する上部旋回体ＩＭＵ５３と、上部旋回体１Bのグローバル座標を計測するＧＮＳＳ５２を備える。ＧＮＳＳ５２と上部旋回体ＩＭＵ５３の計測結果から、車体の位置および姿勢を演算することができ、作業機ＩＭＵ５１（５１a、５１b、５１c）の計測結果から、作業装置１Aの位置および姿勢を演算することができる。なお、本実施例ではＩＭＵを位置・姿勢の取得例としたが、取得装置による位置・変位の取得方法は、ロータリセンサ、ポテンショメータ、カメラ、ＧＮＳＳ、トータルステーションなど位置・姿勢を検出・演算できればその形態は問わない。また、油圧ショベル１は、位置・姿勢をたとえば車体外に設置された検出装置（カメラなど）からの出力としてサーバを介して取得してもよい。

【0020】

すなわち、ＧＮＳＳ５２と上部旋回体ＩＭＵ５３は、本制御システムにおいて車体の位置および姿勢を取得する作業機械位置・姿勢取得装置５０２を構成し、作業機ＩＭＵ５１は、本制御システムにおいて作業装置１Aの位置および姿勢を取得する作業装置位置・姿勢取得装置５０３を構成する（図４）。

【0021】

油圧ショベル１を構成する油圧回路について説明する。図２に油圧ショベル１の油圧回路の一例を示す。

【0022】

油圧回路は、動力を発生させるエンジン１６と、上部旋回体１B上の任意の位置に置かれたタンク１４と、エンジン１６と接続され、タンク１４内の作動油をエンジン１６の動力を以て任意の圧力または流量の圧油に変換する可変ポンプ１５と、可変ポンプ１５とブームシリンダ５やアームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回モータ１１、走行モータ３などのアクチュエータ１２とコントローラ５００と接続され、可変ポンプ１５より吐出された圧油のうち、任意の流量をアクチュエータ１２に送ることのできる流量制御弁１７と、流量制御弁１７の流量を制御するコントローラ５００を備えて構成される。コントローラ５００が流量制御弁１７からアクチュエータ１２に送る流量を制御する制御指令を出力することにより、アクチュエータ１２の動作速度、ひいては、作業装置１Aおよび移動装置１Dの動作速度を制限（減速ないし停止）することができる。

【0023】

なお、エンジン１６は動力発生装置の一例であり、エンジンや電動機など動力が発生可能ならその形態は問わない。また、流量制御弁１７は流量が制御できれば、油圧パイロット式の弁のパイロット圧を電磁弁で制御する間接的な制御方法でもよいし、電磁弁で直接的に制御する方法でもよい。

【0024】

図３は、本発明の実施例１に係る作業領域、指定領域、作業機械の一例を示す上面図である。

【0025】

作業領域１１１は、油圧ショベル１の作業装置１Aおよび移動装置１Dいずれかまたは双方の速度を制限する減速領域１１１a、作業装置１Aおよび移動装置１Dのいずれかまたは双方の動作を停止させる停止領域１１１b、作業装置１Aおよび移動装置１Dの速度および動作制限は行わない非制限領域１１１cを有する。

【0026】

なお、作業領域１１１は、アクチュエータ動作に任意の規則を与える領域であればその形態は問わず、実施例１の状態に加え、指定アクチュエータの動作禁止や作業機械の特定姿勢への追従制御などでもよい。

【0027】

また、作業領域１１１の減速領域１１１a、停止領域１１１b、非制限領域１１１cは、作業領域１１１の内部に含まれていれば、その３次元形状、分割数（個数）は問わない。

【0028】

また、本制御システムでは、作業領域１１１（１１１a、１１１b、１１１c）内での作業装置１Aおよび移動装置１Dの動作制限制御を有効にする「作業領域１１１の有効状態」と、作業領域１１１（１１１a、１１１b、１１１c）内での作業装置１Aおよび移動装置１Dの動作制限制御を無効にする「作業領域１１１の無効状態」とが切り替え可能となっている（後で説明）。

【0029】

指定領域４０１は、作業現場内の任意空間であり、作業領域１１１の有効・無効（すなわち、作業領域１１１内の動作制限制御の有効・無効）を設定するための領域である。指定領域４０１は、作業領域１１１の内側に含まれてもよいし（図３）、作業領域１１１の外側に含まれてもよい。

【0030】

（システム構成）
図４は、本実施例のシステム構成図である。

【0031】

本実施例の制御システムは、インターフェース１８により入力された任意の三次元または二次元形状に作業領域１１１を設定できる作業領域設定装置５０１と、ＧＮＳＳ５２および上部旋回体ＩＭＵ５３より油圧ショベル（作業機械）１の車体の位置・姿勢を計測・演算する作業機械位置・姿勢取得装置５０２と、作業機ＩＭＵ５１より作業装置１Aの位置・姿勢を計測・演算する作業装置位置・姿勢取得装置５０３と、インターフェース１８により入力された任意の三次元または二次元形状に指定領域４０１を設定できる指定領域設定装置５０４と、演算を行うコントローラ５００を備える。

【0032】

コントローラ５００は、作業領域設定装置５０１で設定した作業領域１１１を記録する作業領域記録部５０５と、指定領域設定装置５０４で設定した指定領域４０１と指定領域４０１による作業領域１１１の有効・無効を記録する指定領域記録部５１２と、作業機械位置・姿勢取得装置５０２より得た位置・姿勢データを演算し、作業領域動作制御部５１１や作業領域有効無効判定部５０６のデータに適した形、たとえば座標変換等、に演算する作業機械位置・姿勢演算部５０９と、作業装置位置・姿勢取得装置５０３より得た位置・姿勢データを演算し、作業領域動作制御部５１１や作業領域有効無効判定部５０６のデータに適した形、たとえば座標変換等、に演算する作業装置位置・姿勢演算部５１０と、作業機械位置・姿勢演算部５０９と作業装置位置・姿勢演算部５１０で演算した姿勢および指定領域記録部５１２に記録した指定領域４０１の情報から作業領域１１１の有効・無効を判定する作業領域有効無効判定部５０６と、作業領域記録部５０５に記録した作業領域１１１の情報、作業機械位置・姿勢演算部５０９で演算した車体の姿勢、作業装置位置・姿勢演算部５１０で演算した作業装置１Aの姿勢、作業領域有効無効判定部５０６から出力された有効無効判定値から作業領域１１１内の油圧ショベル１の作業装置１Aおよび移動装置１Dの動作を決定する作業領域動作制御部５１１を備える。

【0033】

コントローラ５００において、作業領域有効無効判定部５０６は、油圧ショベル１の位置が指定領域４０１内に含まれるかどうかの判定を繰り返し行い、油圧ショベル１の位置が指定領域４０１内に含まれたときに、指定領域記録部５１２に記録した指定領域４０１による作業領域１１１の有効・無効に従い（指定領域４０１による作業領域１１１の有効・無効に一致するように）、作業領域１１１を有効状態または無効状態にする有効無効判定値を作業領域動作制御部５１１へ出力する。

【0034】

作業領域動作制御部５１１は、油圧ショベル１の位置が作業領域１１１（減速領域１１１a、停止領域１１１b、非制限領域１１１c）内に含まれるかどうかの判定を繰り返し行い、油圧ショベル１の位置が作業領域１１１（減速領域１１１a、停止領域１１１b、非制限領域１１１c）内に含まれたときに、油圧ショベル１の作業装置１Aおよび移動装置１Dの動作制限制御を行う制御指令を出力する。このとき、作業領域動作制御部５１１は、作業領域有効無効判定部５０６から出力された有効無効判定値（作業領域１１１の有効・無効）に応じて作業領域１１１を有効状態または無効状態にし（切り替え）、作業領域１１１が有効状態のときに、前述した油圧ショベル１の作業装置１Aおよび移動装置１Dの動作制限制御を行う制御指令を出力する。

【0035】

（動作）
指定領域４０１による作業領域１１１内の動作制御の有効無効判定の動作状態のフローを図５に示す。

【0036】

まず、オペレータなどにより、インターフェース１８を介し、指定領域設定装置５０４にて指定領域４０１の形状（空間情報）と作業領域１１１の有効・無効が設定される（Ｓ００１）。指定領域設定装置５０４にて設定された指定領域４０１の形状と作業領域１１１の有効・無効は、指定領域記録部５１２にて記録される（Ｓ００２）。作業領域有効無効判定部５０６にて、指定領域記録部５１２に記録された指定領域４０１と作業機械位置・姿勢演算部５０９により演算した車体の姿勢を用いて、油圧ショベル１が指定領域４０１内にあるのかの判定を繰り返し行う（Ｓ００３）。Ｓ００３にて指定領域４０１内に油圧ショベル１があれば（Ｓ００３：Ｙｅｓ）、指定領域記録部５１２に記録されている作業領域有効・無効設定を判定する（Ｓ００６）。Ｓ００６にて作業領域有効・無効設定が有効であれば（Ｓ００６：Ｙｅｓ）、作業領域１１１を有効状態にする有効無効判定値を出力し（Ｓ００４）、Ｓ００６にて作業領域有効・無効設定が無効であれば（Ｓ００６：Ｎｏ）、作業領域を無効状態にする有効無効判定値を出力する（Ｓ００５）。

【0037】

作業領域１１１内の動作制御のフローを図６に示す。

【0038】

作業領域動作制御部５１１にて、まず、作業領域有効無効判定部５０６の有効無効判定値（図５のフロー）により作業領域１１１の有効か無効かが判定される（Ｓ１０１）。Ｓ１０１にて作業領域１１１が有効の場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、作業装置１Aまたは移動装置１Dが停止領域１１１b内かどうかを判定する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２で停止領域１１１b内の場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、作業装置１Aおよび移動装置１Dを停止する制御指令を出力する（Ｓ１０３）。一方、Ｓ１０２で停止領域１１１b外の場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、作業装置１Aまたは移動装置１Dが減速領域１１１a内かどうかを判定する（Ｓ１０４）。Ｓ１０４で減速領域１１１a内の場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、作業装置１Aおよび移動装置１Dを減速制御する制御指令を出力する（Ｓ１０５）。一方、Ｓ１０４にて減速領域１１１a外の場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、再度Ｓ１０２の判定に戻り、繰り返し処理を行う。

【0039】

なお、作業領域１１１内の動作制御の一例として、減速停止を示したが、作業領域１１１内での指定アクチュエータの停止、特定姿勢の制限など、特定の規則に従った動作制御であればその内容は問わない。そのため、一例では固定領域として示した停止領域、減速領域も現在の作業機械の状態に応じて可変することも考えられる。

【0040】

また、本実施例では、作業領域設定装置５０１、作業機械位置・姿勢取得装置５０２、作業装置位置・姿勢取得装置５０３、指定領域設定装置５０４から出力された情報に基づいて、油圧ショベル（作業機械）１に搭載されたコントローラ５００が作業領域１１１の有効無効判定および作業装置１Aおよび移動装置１Dの制御指令演算を行うが、サーバ（に設置されたコントローラ）が、有効無効判定および制御指令演算を行って油圧ショベル１に送信してもよい。

【0041】

（実施例１の効果）
以上で説明したように、本実施例１では、油圧ショベル（作業機械）１の動作制限制御を行う作業領域１１１を設定する作業領域設定装置５０１と、前記油圧ショベル（作業機械）１の位置または姿勢の少なくとも一つを取得する取得装置（作業機械位置・姿勢取得装置５０２、作業装置位置・姿勢取得装置５０３）と、前記作業領域１１１内での前記油圧ショベル（作業機械）１の動作制限制御を有効にする有効状態と前記作業領域１１１内での前記油圧ショベル（作業機械）１の動作制限制御を無効にする無効状態とを切り替え、前記動作制限制御が有効に切り替えられたときに前記油圧ショベル（作業機械）１の前記作業領域１１１内での動作制限制御を行うコントローラ５００と、作業現場内の任意の指定領域４０１、および、前記指定領域４０１による前記作業領域１１１での前記動作制限制御の有効または無効を設定する指定領域設定装置５０４と、を備える。前記コントローラ５００は、前記油圧ショベル（作業機械）１が前記指定領域４０１内に含まれたときに、前記指定領域設定装置５０４で設定された前記指定領域４０１による前記動作制限制御の有効または無効の設定に従い、前記作業領域１１１での動作制限制御を有効状態または無効状態にする。

【0042】

油圧ショベル（作業機械）１の動作の具体例としては、オペレータなどは任意の地点で作業現場の任意空間である「指定領域４０１」と「指定領域４０１が作業領域１１１を有効にするのか無効にするのか」と「作業領域１１１」を設定する（指定領域設定装置５０４、作業領域設定装置５０１）。設定後、しかるべきタイミングでオペレータなどは油圧ショベル１を移動させる。本制御システムは、油圧ショベル１が指定領域４０１内に入ったとき、事前設定に従い作業領域１１１を有効化または無効化する（コントローラ５００の作業領域有効無効判定部５０６、作業領域動作制御部５１１）。

【0043】

本実施例１によれば、作業領域１１１内の有効・無効を切り替える任意の指定領域４０１を別途設けて、作業領域１１１の設定を行う際に作業領域１１１の内外問わず任意の位置で作業領域１１１の設定を行うことができ、作業領域１１１内での油圧ショベル１の停止状態を防止することができ、施工効率が改善する。

【0044】

［実施例２］
（システム構成）
図７に、本実施例のシステム構成図を示す。

【0045】

本実施例の制御システムは、実施例１の構成に加えて、オペレータが指定領域４０１に作業領域１１１を用いるか否か（言い換えれば、作業領域１１１と一致する指定領域４０１を設定するか否か）を設定する指定領域半自動設定装置６０１を備える。指定領域半自動設定装置６０１は、インターフェース１８に設けられてもよいし、インターフェース１８外に設けられてもよい。なお、ここでの設定はオペレータに限らず周囲作業者などでもよく、入力の形態は問わない。また、ここでの入力・設定は、例えばサーバを介して車体外から行ってもよい。

【0046】

また、コントローラ５００は、実施例１の構成に加えて、作業領域設定装置５０１で設定した作業領域１１１の空間情報（座標点と形状）と指定領域設定装置５０４で設定した指定領域４０１の空間情報（座標点と形状）と指定領域半自動設定装置６０１で設定した作業領域１１１を用いるか否かの情報を用いて指定領域４０１を演算する指定領域半自動演算部６０２を備える。

【0047】

指定領域半自動演算部６０２は、主に、指定領域半自動設定装置６０１で領域設定（作業領域を使用するための指定領域設定）がされているかどうかを判定し、領域設定がされているときには、指定領域４０１を作業領域設定装置５０１で設定された作業領域１１１の形状に応じて（ここでは、作業領域１１１の形状と一致するように）設定する。また、指定領域半自動演算部６０２は、領域設定がされていないときには、指定領域４０１を指定領域設定装置５０４で設定された指定領域４０１の形状に基づいて設定する。

【0048】

（動作）
本実施例の指定領域４０１による作業領域１１１内の動作制御の有効無効判定の動作状態のフローを図８に示す。

【0049】

指定領域半自動演算部６０２にて、まず、オペレータなどにより、指定領域半自動設定装置６０１で領域設定がされているかどうかを判定する（Ｓ０１１）。Ｓ０１１にて指定領域が設定済みの場合（Ｓ０１１：Ｙｅｓ）、作業領域設定装置５０１で作業領域１１１が設定済みかどうかの判定を行う（Ｓ０１２）。Ｓ０１２にて作業領域１１１が設定済みの場合（Ｓ０１２：Ｙｅｓ）、作業領域１１１を指定領域４０１として（Ｓ０１３）、指定領域記録部５１２に記録する（Ｓ００２）。Ｓ０１１にて指定領域が非設定の場合（Ｓ０１１：Ｎｏ）またはＳ０１２にて作業領域１１１が非設定の場合（Ｓ０１２：Ｎｏ）、指定領域設定装置５０４で指定領域４０１が設定済みかどうかの判定を行う（Ｓ００１）。Ｓ００１で指定領域４０１が設定済みの場合（Ｓ００１：Ｙｅｓ）、指定領域設定装置５０４で設定した領域を指定領域４０１として、指定領域記録部５１２に記録する（Ｓ００２）。Ｓ００１にて指定領域４０１が非設定の場合（Ｓ００１：Ｎｏ）、再度Ｓ０１１の判定に戻る。Ｓ００２以降の動作は実施例１と同様である（図５参照）。

【0050】

作業領域１１１内の動作制御は実施例１と同様である（図６参照）。

【0051】

図９に、図３に本実施例を適用し、指定領域４０１と作業領域１１１が同一になった例を示す。

【0052】

（実施例２の効果）
以上で説明したように、本実施例２では、指定領域４０１を作業領域１１１の形状に応じて（ここでは、作業領域１１１の形状と一致するように）設定する指定領域半自動設定装置６０１を備える。

【0053】

本実施例２によれば、実施例１の効果に加えて、作業領域１１１と指定領域４０１が一致する指定領域４０１を設定する際に指定領域４０１の設定を容易に行うことができ、オペレータが指定領域４０１を設定する手間が軽減できる。

【0054】

［実施例３］
（システム構成）
本実施例の制御システムは、実施例２と同様である。ただし、指定領域半自動演算部６０２は、主に、指定領域半自動設定装置６０１で領域設定がされているかを判定し、領域設定がされているときには、指定領域４０１を作業領域設定装置５０１で設定された作業領域１１１の形状に応じて（ここでは、作業領域１１１の形状と排他関係の形状となるように）設定する。なお、排他関係とは、例えば作業領域１１１内にある油圧ショベル１が、作業領域１１１内での作業を終えて、作業領域１１１外に出た場合に、再び作業領域１１１内に進入することを防止することであり、作業領域１１１の外側に指定領域４０１を設けることで作業領域１１１外にある油圧ショベル１が指定領域４０１に入ることで動作制限制御を有効にして作業領域１１１に進入することを防ぐものである。

【0055】

（動作）
本実施例の指定領域４０１による作業領域１１１内の動作制御の有効無効判定の動作状態のフローを図１０に示す。

【0056】

実施例２のＳ０１３に代わり、Ｓ０１２にて作業領域１１１が設定済みの場合（Ｓ０１２：Ｙｅｓ）、作業領域１１１と排他関係の領域を指定領域４０１として（Ｓ０１４）、指定領域記録部５１２に記録する（Ｓ００２）。

【0057】

図１１に、図３に本実施例を適用し、指定領域４０１と作業領域１１１が排他関係になった例（すなわち、指定領域４０１を作業領域１１１の外側にした例）を示す。

【0058】

（実施例３の効果）
以上で説明したように、本実施例３では、指定領域４０１を作業領域１１１の形状に応じて（ここでは、作業領域１１１の形状と排他関係の形状となるように）設定する指定領域半自動設定装置６０１を備える。

【0059】

本実施例３によれば、実施例１の効果に加えて、複雑な形状の作業領域１１１と排他関係の指定領域４０１を設定する際に、指定領域４０１の設定を容易に行うことができ、オペレータが指定領域４０１を設定する手間が軽減できる。

【0060】

［実施例４］
（システム構成）
図１２に、本実施例のシステム構成図を示す。

【0061】

本実施例の制御システムは、実施例１の構成に加えて、オペレータが指定領域４０１に作業領域動作制御部５１１内で定められた作業領域１１１内のアクチュエータ動作を反映させる否か（言い換えれば、作業領域１１１内の非制限領域１１１cと一致する指定領域４０１を設定するか否か）を設定する指定領域半自動設定装置７０１を備える。指定領域半自動設定装置７０１は、インターフェース１８に設けられてもよいし、インターフェース１８外に設けられてもよい。なお、ここでの設定はオペレータに限らず周囲作業者などでもよく、入力の形態は問わない。また、ここでの入力・設定は、例えばサーバを介して車体外から行ってもよい。

【0062】

また、コントローラ５００は、実施例１の構成に加えて、作業領域動作制御部５１１内で定められた作業領域１１１内のアクチュエータ動作と作業領域設定装置５０１で設定した作業領域１１１の空間情報と指定領域設定装置５０４で設定した指定領域４０１の空間情報と指定領域半自動設定装置７０１で設定した作業領域動作制御部５１１内で定められた作業領域１１１内のアクチュエータ動作を反映させる否かの情報を用いて指定領域４０１を演算する指定領域半自動演算部７０２を備える。

【0063】

指定領域半自動演算部７０２は、主に、指定領域半自動設定装置７０１で領域設定（作業領域１１１内のアクチュエータ動作を反映させるための指定領域設定）がされているかを判定し、領域設定がされているときには、指定領域４０１を作業領域１１１内の動作制御内容に応じて（ここでは、作業領域１１１内の非制限領域１１１cの形状と一致するように）設定する。

【0064】

（動作）
実施例４の指定領域４０１による作業領域１１１内の動作制御の有効無効判定の動作状態のフローを図１３に示す。

【0065】

実施例２のＳ０１３に代わり、Ｓ０１２にて作業領域１１１が設定済みの場合（Ｓ０１２：Ｙｅｓ）、作業領域１１１内の非制限領域１１１cを指定領域４０１として（Ｓ０１５）、指定領域記録部５１２に記録する（Ｓ００２）。

【0066】

図１４に、図３に本実施例を適用し、指定領域１１１が作業領域１１１内の非制限領域１１１cとなった（一致した）例を示す。

【0067】

（実施例４の効果）
以上で説明したように、本実施例４では、指定領域４０１を作業領域１１１内の動作制御内容に応じて（ここでは、作業領域１１１内の非制限領域１１１cの形状と一致するように）設定する指定領域半自動設定装置７０１を備える。

【0068】

本実施例４によれば、実施例１の効果に加えて、複雑な形状の作業領域１１１内で、油圧ショベル（作業機械）１の動作を制限することのない非制限領域１１１cと同じ形状の指定領域４０１を設定する際に、指定領域４０１の設定を容易に行うことができ、オペレータが指定領域４０１を設定する手間が軽減できる。

【0069】

［実施例５］
（全体構成）
本実施例を用いた作業機械の一例である油圧ショベルを図１５に示す。

【0070】

本実施例では、実施例１の構成に加えて、油圧ショベル１に作業領域１１１と指定領域４０１を表示する表示装置２０を備える。なお、表示装置２０は、油圧ショベル１を管制するサーバに設置されてもよい。

【0071】

（動作）
表示装置２０の表示画面の一例を図１６に示す。

【0072】

表示装置２０には、同一画面上に指定領域４０１、作業領域１１１、作業領域１１１の有効・無効、油圧ショベル（作業機械）１が俯瞰図または三次元図で表記されており、指定領域４０１、作業領域１１１、作業領域１１１の有効・無効が一見して見分けられるように、異なる模様パターンまたは異なる配色で表示されている。

【0073】

（実施例５の効果）
以上で説明したように、本実施例５では、指定領域４０１と作業領域１１１と作業領域１１１での動作制限制御の有効状態または無効状態を同時に表示する表示装置２０を備える。

【0074】

本実施例５によれば、実施例１の効果に加えて、オペレータが指定領域４０１、作業領域１１１、作業領域１１１の有効・無効を容易に確認することができ、施工効率を改善することができる。

【0075】

なお、本発明は上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形形態が含まれる。上記した実施形態は本発明をわ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。

【0076】

また、上記した実施形態のコントローラの各機能は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計することによりハードウェアで実現してもよい。また、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。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、コントローラ内の記憶装置の他に、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

【符号の説明】

【0077】

１ 油圧ショベル（作業機械）
１A 作業装置
１B 上部旋回体
１C 下部走行体
１D 移動装置
１８ インターフェース
２０ 表示装置（実施例５）
５１ 作業機ＩＭＵ
５２ ＧＮＳＳ
５３ 上部旋回体ＩＭＵ
１１１ 作業領域
１１１a 減速領域
１１１b 停止領域
１１１c 非制限領域
４０１ 指定領域
５００ コントローラ
５０１ 作業領域設定装置
５０２ 作業機械位置・姿勢取得装置
５０３ 作業装置位置・姿勢取得装置
５０４ 指定領域設定装置
５０５ 作業領域記録部
５０６ 作業領域有効無効判定部
５０９ 作業機械位置・姿勢演算部
５１０ 作業装置位置・姿勢演算部
５１１ 作業領域動作制御部
５１２ 指定領域記録部
６０１ 指定領域半自動設定装置（実施例２）
６０２ 指定領域半自動演算部（実施例２）
７０１ 指定領域半自動設定装置（実施例４）
７０２ 指定領域半自動演算部（実施例４）

【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】