特許 7276046 作業機械の動作教示システム

(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】2023-05-10

(45)【発行日】2023-05-18

(54)【発明の名称】作業機械の動作教示システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20230511BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20230511BHJP

   E02F 3/43 20060101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Q

E02F9/26 A

E02F3/43 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019175272

(22)【出願日】2019-09-26

(65)【公開番号】P2021050576

(43)【公開日】2021-04-01

【審査請求日】2022-04-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000246273

【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ

(72)【発明者】

【氏名】上村 佑介

(72)【発明者】

【氏名】野田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 洋一郎

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１１５８０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－３２４０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１９８１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２３９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０８７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１８０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２２３５０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００１－１８２０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－００８４９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｅ０２Ｆ ３／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械と、
前記作業機械と相互に通信可能な携帯端末と、
前記作業機械の姿勢情報を生成する情報生成手段と、
前記作業機械を動作させるための指令を生成する指令生成手段と、
を有する作業機械の動作教示システムであって、
前記作業機械は、
下部走行体と、
前記下部走行体の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体を旋回させることが可能な旋回装置と、
前記上部旋回体に回動可能に取り付けられたアタッチメントと、
前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出装置と、
前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記指令生成手段によって生成された前記指令に基づいて、前記旋回装置および前記アタッチメントを動作させる動作制御手段と、
を有し、
前記情報生成手段は、前記旋回角度検出装置が検出した前記上部旋回体の旋回角度、および、前記姿勢検出装置が検出した前記アタッチメントの姿勢に基づいて、前記姿勢情報を生成し、
前記携帯端末は、
前記情報生成手段が生成した前記姿勢情報に基づいて、前記作業機械に行わせる一連の動作における前記アタッチメントの位置を教示する教示位置と、前記教示位置において目標とする前記姿勢情報とを対応付けたティーチングポイントを生成するポイント生成手段と、
前記ポイント生成手段が生成した前記ティーチングポイントを変更可能なポイント変更手段と、
を有し、
前記指令生成手段は、前記ポイント生成手段が生成した前記ティーチングポイントに基づいて、前記旋回装置および前記アタッチメントを自動で動作させるための自動運転指令を生成し、
前記指令生成手段は、前記ポイント変更手段によって前記ティーチングポイントが変更された場合に、変更された前記ティーチングポイントに基づいて、前記自動運転指令を生成し、
前記動作制御手段は、前記指令生成手段によって生成された前記自動運転指令に基づいて、前記旋回装置および前記アタッチメントを自動で動作させることを特徴とする作業機械の動作教示システム。

【請求項2】

前記作業機械は、
前記旋回装置および前記アタッチメントを動作させるためにオペレータにより操作される操作レバーと、
前記操作レバーの操作の種類および操作量を連続的に検出する操作量検出装置と、
を有し、
前記旋回角度検出装置は、前記操作レバーの操作により連続的に変化する前記上部旋回体の旋回角度を連続的に検出し、
前記姿勢検出装置は、前記操作レバーの操作により連続的に変化する前記アタッチメントの姿勢を連続的に検出し、
前記情報生成手段は、前記操作量検出装置が連続的に検出した前記操作レバーの操作の種類および操作量と、前記旋回角度検出装置が連続的に検出した前記上部旋回体の旋回角度と、前記姿勢検出装置が連続的に検出した前記アタッチメントの姿勢とを対応付けた前記姿勢情報を連続的に生成し、
前記ポイント生成手段は、前記情報生成手段によって連続的に生成された前記姿勢情報に基づいて、前記操作レバーの操作パターンを抽出し、前記操作パターンが切り替わったときの前記ティーチングポイントである第１ティーチングポイントと、前記操作パターンが継続されているときの前記ティーチングポイントである第２ティーチングポイントとを生成することを特徴とする請求項１に記載の作業機械の動作教示システム。

【請求項3】

前記ポイント生成手段は、前記姿勢情報に含まれる前記操作レバーの操作の種類および操作量の情報に基づいて、前記一連の動作における一連の前記姿勢情報を複数の情報に区分し、
前記指令生成手段は、前記ポイント生成手段によって区分された前記複数の情報毎に、前記自動運転指令を生成することを特徴とする請求項２に記載の作業機械の動作教示システム。

【請求項4】

作業現場の周囲状況を取得する周囲状況取得装置を有し、
前記ポイント変更手段は、前記周囲状況取得装置によって取得された前記周囲状況に基づいて、前記ティーチングポイントを変更することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機械の動作教示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械に動作を教示する作業機械の動作教示システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されているように、予め教示した掘削位置と放土位置とに基づいて、ショベルに一連の繰り返し動作を自動で行わせることが行われている。

【0003】

また、特許文献２には、バケットの先端を掘削したい場所に合わせた状態でスイッチ操作を行うことで、フロント装置の動き得る領域を設定するダイレクトティーチが開示されている。そして、ダイレクトティーチで設定された数値を基準として、数値入力スイッチでその数値を変更することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－１８２０９１号公報

【文献】特開平１０－８４９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、作業対象の位置や形状がティーチングで教示した内容と異なる場合がある。両者の異なる程度が大きい場合、ティーチングし直す必要があり、作業効率が悪い。両者の異なる程度が小さい場合、特許文献２のように数値変更で対応できる場合もあるが、作業機械を操作するオペレータがその都度入力するのは作業効率が悪い。

【0006】

本発明の目的は、作業効率を向上させることが可能な作業機械の動作教示システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、作業機械と、前記作業機械と相互に通信可能な携帯端末と、前記作業機械の姿勢情報を生成する情報生成手段と、前記作業機械を動作させるための指令を生成する指令生成手段と、を有する作業機械の動作教示システムであって、前記作業機械は、下部走行体と、前記下部走行体の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、前記上部旋回体を旋回させることが可能な旋回装置と、前記上部旋回体に回動可能に取り付けられたアタッチメントと、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出装置と、前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、前記指令生成手段によって生成された前記指令に基づいて、前記旋回装置および前記アタッチメントを動作させる動作制御手段と、を有し、前記情報生成手段は、前記旋回角度検出装置が検出した前記上部旋回体の旋回角度、および、前記姿勢検出装置が検出した前記アタッチメントの姿勢に基づいて、前記姿勢情報を生成し、前記携帯端末は、前記情報生成手段が生成した前記姿勢情報に基づいて、前記作業機械に行わせる一連の動作における前記アタッチメントの位置を教示する教示位置と、前記教示位置において目標とする前記姿勢情報とを対応付けたティーチングポイントを生成するポイント生成手段と、前記ポイント生成手段が生成した前記ティーチングポイントを変更可能なポイント変更手段と、を有し、前記指令生成手段は、前記ポイント生成手段が生成した前記ティーチングポイントに基づいて、前記旋回装置および前記アタッチメントを自動で動作させるための自動運転指令を生成し、前記指令生成手段は、前記ポイント変更手段によって前記ティーチングポイントが変更された場合に、変更された前記ティーチングポイントに基づいて、前記自動運転指令を生成し、前記動作制御手段は、前記指令生成手段によって生成された前記自動運転指令に基づいて、前記旋回装置および前記アタッチメントを自動で動作させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によると、自動運転指令に基づいて、作業機械の自動運転が行われる。そして、携帯端末でティーチングポイントが変更された場合には、変更後のティーチングポイントに基づいて生成された自動運転指令に基づいて、作業機械の自動運転が行われる。携帯端末でティーチングポイントを変更すれば、ティーチングポイントを生成し直すために作業機械を動作させなくても済む。そして、携帯端末を作業現場に持ち込むことで、作業対象を確認しながら、その場でティーチングポイントを変更することができる。これにより、作業効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】動作教示システムの構成図である。

【図2】第１実施形態における動作教示システムの回路図である。

【図3】作業現場の側面図である。

【図4】作業現場の側面図であり、（１）基準位置と、（２）最終掘削深さ位置と、（７）掘削開始位置と、（３）掘削終了位置とを示す図である。

【図5】作業現場の側面図であり、（４）すくい上げ位置を示す図である。

【図6】作業現場の側面図であり、（５）ダンプ回避位置を示す図である。

【図7】作業現場を上方から見た図であり、図６に対応する図である。

【図8】作業現場の側面図であり、（６）排土位置を示す図である。

【図9】作業現場を上方から見た図であり、図８に対応する図である。

【図10】携帯端末のディスプレイに表示される設定画面を示す図である。

【図11】作業現場の側面図であり、（７）掘削開始位置および（３）掘削終了位置が異なる場合の図である。

【図12】作業現場を上方から見た図であり、（５）ダンプ回避位置および（６）排土位置が異なる場合の図である。

【図13】作業現場の側面図であり、周囲状況取得装置を示す図である。

【図14】第２実施形態における動作教示システムの回路図である。

【図15】生成した姿勢情報を示す図である。

【図16】操作レバーによる操作パターンを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0011】

［第１実施形態］
（動作教示システムの構成）
本発明の第１実施形態による作業機械の動作教示システム（動作教示システム）は、作業機械に動作を教示するものである。動作教示システム１の構成図である図１に示すように、動作教示システム１は、作業機械２と、作業機械２と相互に通信可能な携帯端末３と、を有している。

【0012】

（作業機械の構成）
図１に示すように、作業機械２は、アタッチメント３０で作業を行う機械であり、例えば油圧ショベルである。作業機械２は、下部走行体２１と、上部旋回体２２と、旋回装置２４と、アタッチメント３０と、シリンダ４０と、を有している。

【0013】

下部走行体２１は、作業機械２を走行させる部分であり、例えばクローラを備える。上部旋回体２２は、下部走行体２１の上部に旋回可能に取り付けられる。上部旋回体２２の前部には、キャブ（運転室）２３が設けられている。旋回装置２４は、上部旋回体２２を旋回させることが可能である。

【0014】

アタッチメント３０は、上下方向に回動可能に上部旋回体２２に取り付けられる。アタッチメント３０は、ブーム３１と、アーム３２と、バケット３３と、を備える。ブーム３１は、上部旋回体２２に回動可能（起伏可能）に取り付けられる。アーム３２は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。バケット３３は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。バケット３３は、作業対象（土砂など）の、掘削、ならし、すくい、などの作業を行う部分である。

【0015】

シリンダ４０は、アタッチメント３０を油圧で回動させることが可能である。シリンダ４０は、油圧式の伸縮シリンダである。シリンダ４０は、ブームシリンダ４１と、アームシリンダ４２と、バケットシリンダ４３と、を備える。

【0016】

ブームシリンダ４１は、上部旋回体２２に対してブーム３１を回転駆動させる。ブームシリンダ４１の基端部は、上部旋回体２２に回動可能に取り付けられる。ブームシリンダ４１の先端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。

【0017】

アームシリンダ４２は、ブーム３１に対してアーム３２を回転駆動させる。アームシリンダ４２の基端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。アームシリンダ４２の先端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。

【0018】

バケットシリンダ４３は、アーム３２に対してバケット３３を回転駆動させる。バケットシリンダ４３の基端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。バケットシリンダ４３の先端部は、バケット３３に回動可能に取り付けられたリンク部材３４に、回動可能に取り付けられる。

【0019】

また、作業機械２は、操作レバー５１（図２参照）と、角度センサ５２と、傾斜角センサ６０と、を有している。

【0020】

操作レバー５１は、旋回装置２４およびアタッチメント３０を動作させるためにオペレータにより操作される。操作レバー５１は、キャブ２３内に設けられている。

【0021】

角度センサ（旋回角度検出装置）５２は、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度を検出する。角度センサ５２は、例えば、エンコーダ、レゾルバ、又は、ジャイロセンサである。本実施形態では、上部旋回体２２の前方が下部走行体２１の前方と一致するときの上部旋回体２２の旋回角度を０°としている。

【0022】

傾斜角センサ（姿勢検出装置）６０は、アタッチメント３０の姿勢を検出する。傾斜角センサ６０は、ブーム傾斜角センサ６１と、アーム傾斜角センサ６２と、バケット傾斜角センサ６３と、を備える。

【0023】

ブーム傾斜角センサ６１は、ブーム３１に取り付けられ、ブーム３１の姿勢を検出する。ブーム傾斜角センサ６１は、水平線に対するブーム３１の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、ブーム傾斜角センサ６１は、ブームフットピン（ブーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、ブームシリンダ４１のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

【0024】

アーム傾斜角センサ６２は、アーム３２に取り付けられ、アーム３２の姿勢を検出する。アーム傾斜角センサ６２は、水平線に対するアーム３２の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、アーム傾斜角センサ６２は、アーム連結ピン（アーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、アームシリンダ４２のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

【0025】

バケット傾斜角センサ６３は、リンク部材３４に取り付けられ、バケット３３の姿勢を検出する。バケット傾斜角センサ６３は、水平線に対するバケット３３の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、バケット傾斜角センサ６３は、バケット連結ピン（バケット基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、バケットシリンダ４３のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

【0026】

動作教示システム１の回路図である図２に示すように、作業機械２は、コントローラ１１と、作業機械側通信装置１２と、記憶装置１３と、を有している。

【0027】

コントローラ（情報生成手段）１１は、作業機械２の姿勢情報を生成する。具体的には、コントローラ１１は、角度センサ５２が検出した上部旋回体２２の旋回角度、および、傾斜角センサ６０が検出したアタッチメント３０の姿勢に基づいて、姿勢情報を生成する。

【0028】

作業機械側通信装置１２は、携帯端末３の後述する携帯端末側通信装置１６と通信可能である。記憶装置１３は、コントローラ１１が生成した姿勢情報や、後述するティーチングポイントを記憶可能である。

【0029】

コントローラ（指令生成手段）１１は、作業機械２を動作させるための指令を生成する。コントローラ１１は、携帯端末３で生成されたティーチングポイントに基づいて、自動運転指令を生成する。自動運転指令は、旋回装置２４およびアタッチメント３０を自動で動作させるための指令である。そして、コントローラ（動作制御手段）１１は、自動運転指令に基づいて、旋回装置２４およびアタッチメント３０を自動で動作させることが可能である。作業機械２は、自動運転指令に基づいて自動運転されることになる。

【0030】

（携帯端末の構成）
図１に示すように、携帯端末３は、作業現場にいる作業者により操作される端末であり、例えばタブレット端末である。なお、携帯端末３は、スマートフォン等であってもよい。

【0031】

図２に示すように、携帯端末３は、携帯端末側コントローラ１５と、携帯端末側通信装置１６と、携帯端末側記憶装置１７と、入力装置１８と、ディスプレイ１９と、を有している。

【0032】

携帯端末側通信装置１６は、作業機械２の作業機械側通信装置１２と通信可能である。携帯端末側コントローラ（ポイント生成手段）１５は、携帯端末側通信装置１６が作業機械２から受信した姿勢情報に基づいて、ティーチングポイントを生成する。ティーチングポイントは、目標とする姿勢情報である。

【0033】

携帯端末側記憶装置１７は、作業機械２から受信した姿勢情報や、携帯端末側コントローラ１５が生成したティーチングポイントを記憶可能である。入力装置１８は、作業者からの入力を受け付ける装置であって、例えばタッチパネルである。なお、入力装置１８は、キーボード等であってもよい。

【0034】

（ティーチングポイント）
ここで、本実施形態の自動運転指令は、バケット３３で地面を掘削し、すくった土砂をダンプカーの荷台に排出する一連の動作を作業機械２に行わせるものである。なお、排土する対象はダンプカーに限定されず、土砂ピット等であってもよい。以下、自動運転指令を生成するために必要なティーチングポイントについて説明する。

【0035】

作業現場の側面図である図３に示すように、作業機械２の左方には掘削対象の地面７０があり、作業機械２の右方にはダンプカー８０が位置している。ブーム３１の基端部を上部旋回体２２に取り付けているブームフットピン３５（図１参照）を原点として、水平方向にｘ軸、垂直方向にｚ軸をそれぞれ設定する。なお、図３においては、アタッチメント３０のうち、バケット３３のみを図示している。

【0036】

本実施形態で必要なティーチングポイントは、以下の７つの位置において生成される。（１）基準位置、（２）最終掘削深さ位置、（３）掘削終了位置、（４）すくい上げ位置、（５）ダンプ回避位置、（６）排土位置、（７）掘削開始位置。

【0037】

作業現場の側面図である図４に示すように、（１）基準位置は、ブームフットピン３５から任意に設定された位置までのｚ方向の高さである。例えば、土砂ピット等の構造物の高さが明確である点や丁張り等の現場測量を反映した目印が位置する点が（１）基準位置となる。ｘ方向における（１）基準位置の位置は任意である。図４では、掘削対象の地面７０に設置した図示しない丁張りに（１）基準位置を設定した例を示す。（２）最終掘削深さ位置は、掘削対象の地面７０を最終的に掘削する深さである。（２）最終掘削深さ位置は、（１）基準位置に対する深さとして数値入力により設定される。

【0038】

（７）掘削開始位置は、掘削を開始する位置であり、ｘ座標、ｚ座標、および、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度の情報を含む。（３）掘削終了位置は、掘削を終了する位置であり、ｘ座標の情報を含む。

【0039】

作業現場の側面図である図５に示すように、（４）すくい上げ位置は、バケット３３で土砂をすくい上げる位置であり、ｘ座標およびｚ座標を含む。

【0040】

作業現場の側面図である図６、および、作業現場を上方から見た図である図７に示すように、（５）ダンプ回避位置は、ダンプカー８０の荷台の上方において、バケット３３等がダンプカー８０に接触するのを回避する位置である。（５）ダンプ回避位置は、ｘ座標、ｚ座標、および、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度の情報を含む。

【0041】

作業現場の側面図である図８、および、作業現場を上方から見た図である図９に示すように、（６）排土位置は、ダンプカー８０の荷台に排土する位置であり、ｘ座標、ｚ座標、および、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度の情報を含む。

【0042】

（ティーチングポイントを生成する手順）
次に、ティーチングポイントを生成する手順について説明する。まず、携帯端末３において、ティーチングポイントを作成するアプリケーションを実行する。すると、上記の７つの位置における姿勢情報を順番に取得していくステップが実行される。このステップでは、図１０に示すような設定画面９０が携帯端末３のディスプレイ１９に表示される。この設定画面９０には、作業機械２のオペレータが行う動作を説明する説明文９１と、スイッチ画像９２と、姿勢情報を取得する位置を示すイラスト画像９３とが表示される。図１０は、（３）掘削終了位置で姿勢情報を取得する場合の設定画面９０を図示している。

【0043】

（３）掘削終了位置で姿勢情報を取得する場合、作業機械２のオペレータは、（３）掘削終了位置にバケット３３の先端を合わせる。携帯端末３を所持する作業者は、このタイミングで、スイッチ画像９２の「ＯＦＦ」を「ＯＮ」に切り替える。すると、姿勢情報を作業機械２に要求する姿勢情報要求信号が携帯端末３から作業機械２に送信される。作業機械２のコントローラ１１は、姿勢情報要求信号を受信したタイミングで姿勢情報を生成し、携帯端末３に送信する。

【0044】

このようなティーチング動作をすべての位置で行うと、携帯端末３の携帯端末側コントローラ１５は、７つの姿勢情報に基づいて、７つのティーチングポイントを生成する。これらティーチングポイントは、作業機械２と共有される。作業機械２のコントローラ１１は、バケット３３の先端を（７）掘削開始位置から（３）掘削終了位置まで移動させて掘削を行い、土砂をすくったバケット３３の先端を（４）すくい上げ位置まで回動させ、上部旋回体２２をダンプカー８０の方に旋回させながら、バケット３３の先端を（５）ダンプ回避位置に位置させ、（６）排土位置で排土を行って、バケット３３の先端を（７）掘削開始位置に戻すという一連の動きを作業機械２に行わせる自動運転指令を生成する。この自動運転指令に基づいて、作業機械２が自動運転されることになる。

【0045】

（ティーチングポイントの変更）
ここで、一度教示したティーチング内容（７つのティーチングポイント）で、複数の作業対象に対して、作業機械２に繰り返し自動運転を行わせる場合において、ある作業対象では、位置や形状がティーチングで教示した内容と異なる場合がある。そこで、携帯端末側コントローラ（変更手段）１５は、自身が生成したティーチングポイントを変更可能である。

【0046】

例えば、作業現場の側面図である図１１に示すように、（７）掘削開始位置がティーチング内容よりも高く、（３）掘削終了位置がティーチング内容よりも低い場合を考える。この場合、作業現場にいる作業者は、携帯端末３において、ティーチングポイントを変更するアプリケーションを実行する。このアプリケーションにおいて、先に設定したティーチングポイントを呼び出す。そして、（７）掘削開始位置のｚ座標、および、（３）掘削終了位置のｚ座標を順番に変更する。

【0047】

また、作業現場を上方から見た図である図１２に示すように、ダンプカー８０の停車位置がティーチング内容に対して傾いている場合を考える。この場合、作業現場にいる作業者は、ティーチングポイントを変更するアプリケーションにおいて、（５）ダンプ回避位置および（６）排土位置の、下部走行体２１に対する上部旋回体２２の旋回角度などを順番に変更する。

【0048】

変更されたティーチングポイントは、作業機械２に送信される。コントローラ１１は、変更後のティーチングポイントに基づいて、自動運転指令を生成する。これにより、作業機械２は、変更後の自動運転指令に基づいて、自動運転されることになる。

【0049】

このように、自動運転指令に基づいて、作業機械２の自動運転が行われる。そして、携帯端末３でティーチングポイントが変更された場合には、変更後のティーチングポイントに基づいて生成された自動運転指令に基づいて、作業機械２の自動運転が行われる。携帯端末３でティーチングポイントを変更すれば、ティーチングポイントを生成し直すために作業機械２を動作させなくても済む。そして、携帯端末３を作業現場に持ち込むことで、作業対象を確認しながら、その場でティーチングポイントを変更することができる。これにより、作業効率を向上させることができる。

【0050】

（周囲状況取得装置の構成）
また、作業現場の側面図である図１３に示すように、動作教示システム１は、周囲状況取得装置４を有している。周囲状況取得装置４は、作業現場の周囲状況を取得するものであり、カメラやライダ（ＬＩＤＡＲ）である。本実施形態において、周囲状況取得装置４は、アタッチメント３０の周囲状況を取得できる位置と、ダンプカー８０の停車位置の周囲状況を取得できる位置とにそれぞれ配置されている。

【0051】

図２に示すように、周囲状況取得装置４は、取得した情報を作業機械側通信装置１２を介して作業機械２のコントローラ１１に送る。コントローラ１１は、その情報を携帯端末３に送る。なお、周囲状況取得装置４は、取得した情報を携帯端末側通信装置１６を介して携帯端末側コントローラ１５に直接送ってもよい。

【0052】

携帯端末３の携帯端末側コントローラ１５は、周囲状況取得装置４が取得した周囲状況に基づいて、ティーチングポイントを自動で変更する。例えば、図１３において、アタッチメント３０の前方に石等の障害物がある場合、アタッチメント３０が障害物に干渉しないように、（３）掘削終了位置や（４）すくい上げ位置を変更する。また、ダンプカー８０がティーチング内容に対して作業機械２に近すぎたり、傾いてたりしている場合、（５）ダンプ回避位置や（６）排土位置を変更する。これにより、作業機械２の自動運転の動きを修正することができる。

【0053】

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る動作教示システム１によれば、自動運転指令に基づいて、作業機械２の自動運転が行われる。そして、携帯端末３でティーチングポイントが変更された場合には、変更後のティーチングポイントに基づいて生成された自動運転指令に基づいて、作業機械２の自動運転が行われる。携帯端末３でティーチングポイントを変更すれば、ティーチングポイントを生成し直すために作業機械２を動作させなくても済む。そして、携帯端末３を作業現場に持ち込むことで、作業対象を確認しながら、その場でティーチングポイントを変更することができる。これにより、作業効率を向上させることができる。

【0054】

また、作業現場の周囲状況に基づいて、ティーチングポイントが自動で変更される。これにより、例えば、アタッチメント３０に干渉する物体が検出されたり、排土対象のダンプカー８０が移動したりした場合に、作業機械２の自動運転の動きを修正することができる。

【0055】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の動作教示システムについて、図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と共通する構成およびそれにより奏される効果については説明を省略し、主に、第１実施形態と異なる点について説明する。なお、第１実施形態と同じ部材については、第１実施形態と同じ符号を付している。

【0056】

（ティーチングポイントを生成する手順）
第１実施形態の動作教示システム１では、７つのティーチングポイントを生成し、これらに基づいて自動運転指令を生成していた。この場合、隣り合うティーチングポイント間の動作は、作業機械２のコントローラ１１が決定していた。具体的には、図４に示すように、（７）掘削開始位置と、（３）掘削終了位置とでティーチングポイントを生成すると、（７）掘削開始位置で作業が開始され、（３）掘削終了位置で作業が終了するように、その間の動作をコントローラ１１が決定していた。そのため、生成される自動運転指令は詳細さに欠けていた。

【0057】

動作教示システム１０１の回路図である図１４に示すように、作業機械２は、操作量検出装置５３を有している。操作量検出装置５３は、操作レバー５１の操作の種類および操作量を連続的に検出する。ここで、操作レバー５１の操作の種類とは、ブーム３１の上げ／下げ、アーム３２の押し／引き、バケット３３の掘削／排土などである。

【0058】

また、角度センサ５２は、操作レバー５１の操作により連続的に変化する上部旋回体２２の旋回角度を連続的に検出する。同様に、傾斜角センサ６０は、操作レバー５１の操作により連続的に変化するアタッチメント３０の姿勢を連続的に検出する。

【0059】

作業機械２のコントローラ１１は、操作量検出装置５３が連続的に検出した操作レバー５１の操作の種類および操作量と、角度センサ５２が連続的に検出した上部旋回体２２の旋回角度と、傾斜角センサ６０が連続的に検出したアタッチメント３０の姿勢とを対応付けた姿勢情報を連続的に生成する。この姿勢情報の生成は、オペレータが作業機械２を操作して、一連の自動運転の動きを実際に行うことで生成する。

【0060】

生成した姿勢情報を図１５に示す。図１５の下段が、操作レバー５１の連続的な操作量であり、図１５の中段が、上部旋回体２２の連続的な旋回角度であり、図１５の上段が、バケット３３の先端位置の連続的な動きである。操作レバー５１により行われる具体的な操作パターンを図１６に示す。図１６は、掘削、持上げ旋回、排土、復帰旋回のそれぞれの操作パターンにおいて、ブーム３１の操作、アーム３２の操作、バケット３３の操作、および、旋回の操作の有無をそれぞれ示したものであり、操作有を○で示している。

【0061】

携帯端末３の携帯端末側コントローラ１５は、作業機械２のコントローラ１１が連続的に生成した姿勢情報に基づいて、操作レバー５１の操作パターンを抽出する。具体的には、携帯端末側コントローラ１５は、姿勢情報に含まれる操作レバー５１の操作の種類および操作量の情報に基づいて、掘削、持上げ旋回、排土、復帰旋回の操作パターンをそれぞれ抽出する。そして、携帯端末側コントローラ１５は、操作レバー５１の操作パターンが切り替わったときのティーチングポイントである第１ティーチングポイント１１１と、操作レバー５１の操作パターンが継続されているときのティーチングポイントである第２ティーチングポイント１１２とを生成する。

【0062】

図１５において、大きな黒丸が第１ティーチングポイント１１１である。図１５に図示される５つの第１ティーチングポイント１１１は、上記の７つのティーチングポイントのうちの５つ（（３）掘削終了位置、（４）すくい上げ位置、（５）ダンプ回避位置、（６）排土位置、（７）掘削開始位置）にそれぞれ相当している。なお、図１５では、（３）掘削終了位置と（４）すくい上げ位置とが重なっている。操作レバー５１の操作量を図１６に示す操作パターンと照らし合わせることからわかるように、第１ティーチングポイント１１１の各々は、操作レバー５１の操作パターンが切り替わったときに生成されている。なお、操作レバー５１の操作が開始されて、操作レバー５１の操作量がゼロから増加するタイミングは、操作レバー５１の操作パターンが切り替わったタイミングに含まれる。また、操作レバー５１の操作が全て終了されて、操作レバー５１の操作量がゼロまで低減するタイミングは、操作レバー５１の操作パターンが切り替わったタイミングに含まれる。

【0063】

図１５において、小さな黒丸が第２ティーチングポイント１１２である。第２ティーチングポイント１１２の各々は、第１ティーチングポイント１１１同士の間に生成されている。操作レバー５１の操作量を図１６に示す操作パターンと照らし合わせることからわかるように、第２ティーチングポイント１１２の各々は、操作レバー５１の操作パターンが継続されているときに生成されている。

【0064】

作業機械２のコントローラ１１は、携帯端末３の携帯端末側コントローラ１５が生成した第１ティーチングポイント１１１および第２ティーチングポイント１１２に基づいて、自動運転指令を生成する。第１ティーチングポイント１１１と第２ティーチングポイント１１２とを生成することで、より詳細な自動運転指令を生成することができる。よって、自動運転でより複雑な動きを行わせることができる。また、熟練オペレータの操作により姿勢情報が生成された場合には、熟練オペレータの動きを自動運転で再現させることができる。

【0065】

また、携帯端末３の携帯端末側コントローラ１５は、姿勢情報に含まれる操作レバー５１の操作の種類および操作量の情報に基づいて、一連の姿勢情報を複数の情報に区分する。図１５では、操作レバー５１の操作が開始され操作レバー５１の操作量がゼロから増加するタイミングや、操作レバー５１の操作量が低減した後に別の操作パターンでの操作が行われるタイミングがあり、これらタイミングおよび操作の種類から、一連の姿勢情報が、掘削、持上げ旋回、排土、復帰旋回の４つに区分されている。

【0066】

作業機械２のコントローラ１１は、携帯端末３の携帯端末側コントローラ１５が区分した複数の情報毎に、自動運転指令を生成する。一連の姿勢情報を複数の情報に区分することで、区分された情報毎に、アタッチメント３０の動かす部分や、上部旋回体２２の旋回角度を明確にすることができる。例えば、排土の区分では、上部旋回体２２を旋回させずに、バケット３３だけ回動させることがわかる。これにより、区分した情報毎に自動運転指令を生成しやすくなるので、自動運転指令の生成に要する負荷を低減することができる。なお、図１５は姿勢情報の一例であり、例えば、排土の区分においてオペレータによりブーム３１やアーム３２も動作されるような操作がなされた場合には、排土の区分では、ブーム３１やアーム３２も動作されるような自動運転指令が生成されることになる。

【0067】

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る動作教示システム１０１によれば、連続的に検出された操作レバー５１の操作の種類および操作量と、連続的に検出された上部旋回体２２の旋回角度と、連続的に検出されたアタッチメント３０の姿勢とを対応付けた姿勢情報が連続的に生成される。この姿勢情報に基づいて、操作レバー５１の操作パターンが抽出され、操作パターンが切り替わったときのティーチングポイントである第１ティーチングポイント１１１と、操作パターンが継続されているときのティーチングポイントである第２ティーチングポイント１１２とが生成される。第１ティーチングポイント１１１と第２ティーチングポイント１１２とを生成することで、より詳細な自動運転指令を生成することができる。よって、自動運転でより複雑な動きを行わせることができる。また、熟練オペレータの操作により姿勢情報が生成された場合には、熟練オペレータの動きを自動運転で再現させることができる。

【0068】

また、操作レバー５１の操作の種類および操作量の情報に基づいて、一連の姿勢情報が複数の情報に区分される。そして、区分された情報毎に、自動運転指令が生成される。一連の姿勢情報を複数の情報に区分することで、区分された情報毎に、アタッチメント３０の動かす部分や、上部旋回体２２の旋回角度を明確にすることができる。これにより、区分した情報毎に自動運転指令を生成しやすくなるので、自動運転指令の生成に要する負荷を低減することができる。

【0069】

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

【0070】

例えば、作業機械２のコントローラ１１が姿勢情報を生成する構成に限定されず、携帯端末３の携帯端末側コントローラ１５が姿勢情報を生成してもよいし、作業機械２や携帯端末３とは別の機器が姿勢情報を生成してもよい。また、作業機械２のコントローラ１１が自動運転指令を生成する構成に限定されず、携帯端末３の携帯端末側コントローラ１５が自動運転指令を生成してもよいし、作業機械２や携帯端末３とは別の機器が自動運転指令を生成してもよい。

【符号の説明】

【0071】

１，１０１ 動作教示システム
２ 作業機械
３ 携帯端末
４ 周囲状況取得装置
１１ コントローラ（情報生成手段、指令生成手段、動作制御手段）
１２ 作業機械側通信装置
１３ 記憶装置
１５ 携帯端末側コントローラ（ポイント生成手段、ポイント変更手段）
１６ 携帯端末側通信装置
１７ 携帯端末側記憶装置
１８ 入力装置
１９ ディスプレイ
２１ 下部走行体
２２ 上部旋回体
２３ キャブ
２４ 旋回装置
３０ アタッチメント
３１ ブーム
３２ アーム
３３ バケット
３４ リンク部材
３５ ブームフットピン
４０ シリンダ
４１ ブームシリンダ
４２ アームシリンダ
４３ バケットシリンダ
５１ 操作レバー
５２ 角度センサ（旋回角度検出装置）
５３ 操作量検出装置
６０ 傾斜角センサ（姿勢検出装置）
６１ ブーム傾斜角センサ
６２ アーム傾斜角センサ
６３ バケット傾斜角センサ
７０ 掘削対象の地面
８０ ダンプカー
９０ 設定画面
９１ 説明文
９２ スイッチ画像
９３ イラスト画像
１１１ 第１ティーチングポイント
１１２ 第２ティーチングポイント

【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】