特許 7300408 作業機械および制御システム

(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】2023-06-21

(45)【発行日】2023-06-29

(54)【発明の名称】作業機械および制御システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20230622BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20230622BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 N

E02F9/26 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020028362

(22)【出願日】2020-02-21

(65)【公開番号】P2021131004

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2022-05-12

(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】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】森木 秀一

(72)【発明者】

【氏名】成川 理優

(72)【発明者】

【氏名】井村 進也

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０６５６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１９７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０５６２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４８６５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

他の作業機械や作業員との協働作業を行う作業機械において、
前記作業機械を動作させる駆動装置と、
前記作業機械に関する情報の前記作業機械の内外での共有を行う協調機能装置と、
前記作業機械の動作を制御する動作制御信号を演算し、前記駆動装置へ出力するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記協調機能装置に異常がある場合には、前記作業機械の動作を制限するように前記駆動装置へ出力される前記動作制御信号を制限するとともに、前記作業機械が前記協働作業中である場合には、前記協働作業を行っていない場合よりも前記作業機械の動作の制限度合いが強くなるように前記動作制御信号を制限することを特徴とする作業機械。

【請求項2】

請求項１記載の作業機械において、
前記協調機能装置は、前記作業機械の外部との情報の授受を行う通信装置、前記作業機械の周囲の物体を検知する周囲検知装置、前記作業機械の動作状態を前記作業機械の外部に報知する状態報知装置、及び、前記周囲検知装置の検知結果に基づいて前記作業機械の外部に警報を報知する警報装置のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項１記載の作業機械において、
前記コントローラは、前記協調機能装置に異常がある場合であって、かつ、前記作業機械が動作中でない場合には、前記協働作業を行っていない場合よりも前記作業機械の動作の制限度合いが強くなるように前記動作制御信号を制限することを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項１記載の作業機械において、
前記コントローラは、前記作業機械の作業対象となる範囲として予め定められた作業領域と、前記作業機械の可動範囲との比較結果に基づいて、前記作業機械が協働作業中であるか否かを判定することを特徴とする作業機械。

【請求項5】

他の作業機械や作業員との協働作業を行う作業機械の動作を制御する制御システムにおいて、
前記作業機械を動作させる駆動装置と、前記作業機械の動作を制御する動作制御信号を演算し、前記駆動装置へ出力するコントローラとを有する作業機械と、
前記作業機械に関する情報の前記作業機械の内外での共有を行う協調機能装置とを備え、
前記コントローラは、前記協調機能装置に異常がある場合には、前記作業機械の動作を制限するように前記駆動装置へ出力される前記動作制御信号を制限するとともに、前記作業機械が前記協働作業中である場合には、前記協働作業を行っていない場合よりも前記作業機械の動作の制限度合いが強くなるように前記動作制御信号を制限することを特徴とする制御システム。

【請求項6】

請求項５記載の制御システムにおいて、
前記協調機能装置は、前記作業機械の周囲の物体を検知する周囲検知装置、前記周囲検知装置の検知結果に基づいて前記作業機械の外部に警報を報知する警報装置、及び、前記作業機械が協働作業を行っているか否かを判定する判定装置のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機械および制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

遠隔操作される作業機械と運搬車両とが配備される作業現場において通信障害に鑑みて運搬車両を制御する技術として、例えば、特許文献１には、操作信号に基づいて動作する作業機械と、前記作業機械の外部に設けられ、前記操作信号を送信する操作装置と、前記作業機械により積み込まれた積荷を運搬する運搬車両と、前記操作装置と前記作業機械との間の通信に障害を検出した場合に、前記運搬車両に走行抑制指示信号を送信する制御装置とを備える作業システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－６５６５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来技術においては、操作装置と作業機械との間の通信に障害が生じた場合に、走行抑制指示信号として停止指示信号や減速信号を送信して運搬車両を停止または減速させることで、作業機械と運搬車両の接触を防止している。

【0005】

しかしながら、例えば、作業機械に搭乗したオペレータが操作を行う場合や自律作業を行う場合において、作業を行う機能が正常である場合には、作業の遂行について通信の障害が問題にならない場合がある。すなわち、このような場合には、通信の障害に対する作業機械の停止や減速は過剰な制御であり、作業効率の不要な低下を招いてしまう。

【0006】

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、作業機械の過度な動作制限を抑制することにより、作業効率の不要な低下を抑制することができる作業機械および制御システム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】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、他の作業機械や作業員との協働作業を行う作業機械において、前記作業機械を動作させる駆動装置と、前記作業機械に関する情報の前記作業機械の内外での共有を行う協調機能装置と、前記作業機械の動作を制御する動作制御信号を演算し、前記駆動装置へ出力するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記協調機能装置に異常がある場合には、前記作業機械の動作を制限するように前記駆動装置へ出力される前記動作制御信号を制限するとともに、前記作業機械が前記協働作業中である場合には、前記協働作業を行っていない場合よりも前記作業機械の動作の制限度合いが強くなるように前記動作制御信号を制限するものとする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、作業機械の過度な動作制限を抑制することにより、作業効率の不要な低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。

【図2】第１の実施の形態に係るコントローラの処理機能の一部を関連構成とともに抜き出して示す機能ブロック図である。

【図3】通信部で抽出される作業情報の一例である数値データを示す図である。

【図4】作業情報から得られる立体形状の一例を示す図である。

【図5】協働作業判定部における協働作業判定処理の処理内容を示すフローチャートである。

【図6】作業領域と油圧ショベルの可動範囲との関係の一例を示す図である。

【図7】動作制限部における動作制限処理の処理内容を示すフローチャートである。

【図8】作業領域と通常の減速領域の関係の一例を示す図である。

【図9】作業領域と拡大した減速領域の関係の一例を示す図である。

【図10】第２の実施の形態に係るコントローラの処理機能の一部を関連構成とともに抜き出して示す機能ブロック図である。

【図11】第２の実施の形態に係る管理サーバの処理機能の一部を関連構成とともに抜き出して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として油圧ショベルを例示して説明するが、作業現場において協働作業を行う他の作業機械においても本発明を適用することも可能である。

【0011】

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１～図９を参照しつつ説明する。

【0012】

図１は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。

【0013】

図１において、油圧ショベルＭ１は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム１１、アーム１２、バケット（作業具）８）を連結して構成された多関節型のフロント作業機１５と、車体を構成する上部旋回体１０及び下部走行体９とを備え、上部旋回体１０は下部走行体９に対して旋回可能に設けられている。また、フロント作業機１５のブーム１１の基端は上部旋回体１０の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の一端はブーム１１の基端とは異なる端部（先端）に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の他端にはバケット８が垂直方向に回動可能に支持されている。ブーム１１、アーム１２、バケット８、上部旋回体１０、及び下部走行体９は、油圧アクチュエータ（駆動装置）であるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、及び左右の走行油圧モータ３（一方の走行油圧モータのみを図示）によりそれぞれ駆動される。

【0014】

オペレータが搭乗する運転室１６には、種々の情報が表示されるモニタ（図示せず）のほか、油圧アクチュエータ３，４，５，６，７を操作するための操作信号を出力する操作レバー１ｃ，１ｄ（操作装置）、左右の走行油圧モータ３を操作するための操作信号を出力する走行操作レバー１ａ，１ｂ（操作装置）、油圧ショベルＭ１の外部（例えば、管理事務所内の管理サーバや制御装置など）との情報の授受を無線通信により行う通信装置４４、油圧ショベルＭ１の運転状態を切り換える運転切換スイッチ４０、油圧ショベルＭ１の全体の動作を制御するコントローラ１００などが設けられている。

【0015】

図示はしないが操作レバー１ｃ，１ｄはそれぞれ前後左右に傾倒可能であり、レバーの傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を操作信号として制御装置であるコントローラ１００に電気配線を介して出力する。つまり、操作レバー１ｃ，１ｄの前後方向または左右方向に、油圧アクチュエータ３，４，５，６，７の操作がそれぞれ割り当てられている。

【0016】

運転切換スイッチ４０は、油圧ショベルＭ１の運転状態をオペレータの操作によって手動運転と自動運転とで選択的に切り換えるスイッチである。運転切換スイッチ４０で手動運転が選択されている場合には、オペレータによる操作装置（操作レバー１ｃ，１ｄ、走行操作レバー１ａ，１ｂ）の操作に応じて作業機械が動作する。また、運転切換スイッチ４０で自動運転が選択されている場合には、通信装置４４で受信する通信信号に含まれる情報（作業情報、作業開始指示、作業モード、などの情報）に基づいて作業機械が自動で動作する。

【0017】

運転室１６の上部には、油圧ショベルＭ１の運転状態を周囲に報知する状態報知装置４１が配置されている。状態報知装置４１は、例えば、油圧ショベルＭ１の運転状態に応じた色の発光を行う、又は、運転状態に応じた発光状態（点灯、点滅など）とすることで、周囲に運転状態を報知する。

【0018】

また、運転室１６の上部および上部旋回体１０の後部の左右には、油圧ショベルＭ１の周囲の物体を検知する検知センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ（周囲検知装置）がそれぞれ設けられている。また、上部旋回体１０の上部には、コントローラ１００の制御により、検知センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃの検知結果に応じて油圧ショベルＭ１の周囲に警報を発報する警報装置４３が設けられている。検知センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、例えば、物体の位置を検出するＬｉＤＡＲ装置（Light Detection and Ranging：光検出と測距装置）である。なお、検知センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、物体の位置を検知することができればよく、例えば、ミリ波レーダや赤外線センサ、カメラ等を用いてもよい。また、警報装置４３は、検知センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃによって、油圧ショベルＭ１の周囲に予め定めた範囲（検知範囲）に物体（例えば、作業員）が検知された場合に、周囲に注意を促す、或いは、検知範囲からの退避を促す警報を報知するものである。

【0019】

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、旋回油圧モータ４、及び左右の走行油圧モータ３の動作制御は、エンジン１４（又は、電動モータなど）の原動機によって駆動される油圧ポンプ装置２から各油圧アクチュエータ３，４，５，６，７に供給される作動油の方向及び流量をコントロールバルブ２０で制御することにより行う。コントロールバルブ２０の動作制御は、図示しない電磁比例弁を有しており、図示しないパイロットポンプからコントロールバルブ２０に出力されるパイロット圧を制御する電磁比例弁をコントローラ１００から出力される車体制御信号（動作制御信号）により駆動することにより行う。

【0020】

上部旋回体１０、ブーム１１の上部旋回体１０との連結部近傍、アーム１２のブーム１１との連結部近傍、及びバケット８のアーム１２との連結部近傍には、それぞれ、姿勢センサとして慣性計測装置（ＩＭＵ: Inertial Measurement Unit）１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが配置されている。以降、これらの慣性計測装置を区別する必要が有る場合は、それぞれ、ブーム慣性計測装置１３ａ、アーム慣性計測装置１３ｂ、バケット慣性計測装置１３ｃ、及び車体慣性計測装置１３ｄと称する。

【0021】

慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、角速度及び加速度を計測するものである。慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが配置された上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２が静止している場合を考えると、各慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに設定されたＩＭＵ座標系における重力加速度の方向（つまり、鉛直下向き方向）と、各慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの取り付け状態（つまり、各慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２との相対的な位置関係）とに基づいて、各被駆動部材８，１１，１２向き（対地角度：水平方向に対する角度）、及び、上部旋回体１０の前後方向の対地角度（ピッチ角）や左右方向の対地角度（ロール角）を姿勢に関する情報として検出することができる。ここで、慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、複数の被駆動部材８，１１，１２及び上部旋回体１０のそれぞれの姿勢に関する情報（以降、姿勢情報と称する）を検出する姿勢情報検出装置を構成している。

【0022】

なお、本実施の形態においては、姿勢情報検出装置として慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを例示して説明したが、これに限られず、例えば、慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに代えて傾斜角センサを用いても良い。また、慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃに代えて各被駆動部材８、１１、１２の連結部分にポテンショメータを配置し、上部旋回体１０や各被駆動部材８、１１、１２の相対的な向き（姿勢情報）を検出し、検出結果から各被駆動部材８、１１、１２の姿勢（水平面に対する角度）を求めても良い。また、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、及びバケットシリンダ７にそれぞれストロークセンサを配置し、ストローク変化量から上部旋回体１０や各被駆動部材８、１１、１２の各接続部分における相対的な向き（姿勢情報）を算出し、その結果から各被駆動部材８、１１、１２の姿勢（水平面に対する角度）を求めるように構成しても良い。

【0023】

油圧ショベルＭ１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System)を備えており、上部旋回体１０の上部にはＧＮＳＳ用の受信アンテナ（ＧＮＳＳアンテナ）１８ａ，１８ｂが配置されている。ＧＮＳＳとは複数の測位衛星からの測位信号を受信し、地球上の自己位置を知ることができる衛星測位システム（測位装置）のことである。ＧＮＳＳアンテナ１８ａ，１８ｂは、地球上空に位置する複数の測位衛星からの測位信号を受信するものであり、得られた測位信号に基づいて図示しないＧＮＳＳ受信機で演算を行うことにより、ＧＮＳＳアンテナ１８ａ，１８ｂの地球座標系における位置を取得することができる。油圧ショベルＭ１に対するＧＮＳＳアンテナ１８ａ，１８ｂの搭載位置は予め分かっているので、ＧＮＳＳアンテナ１８ａ，１８ｂの地球座標系における位置を取得することで、施工現場の基準点に対する油圧ショベルＭ１の位置や向き（方位角）を位置情報として取得することができる。

【0024】

コントローラ１００は、油圧ショベルＭ１の全体の動作を制御するものであり、操作装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄからの操作信号、ＧＮＳＳアンテナ１８ａ，１８ｂ（ＧＮＳＳ受信機）からの位置情報、慣性計測装置１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄからの姿勢情報、運転切換スイッチ４０からの運転切換信号、通信装置４４からの通信信号、および検知センサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃからの周囲検知信号に基づいて、コントロールバルブ２０に車体制御信号を出力し、状態報知装置４１に状態報知信号を出力し、警報装置４３に警報信号を出力する。

【0025】

ここで、状態報知装置４１、検知センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、警報装置４３、及び通信装置４４の少なくとも１つは、作業機械である油圧ショベルＭ１に関する情報の作業機械の内外での共有を行う協調機能装置を構成する。

【0026】

図２は、油圧ショベルに搭載されるコントローラの処理機能の一部を関連構成とともに抜き出して示す機能ブロック図である。

【0027】

図２において、コントローラ１００は、コントローラ１００は、状態管理部１１０、状態報知部１２０、通信部１３０、運転制御部１４０、周囲検知部１５０、警報部１６０、協働作業判定部１７０、及び動作制限部１８０を有している。

【0028】

状態管理部１１０は、運転切換スイッチ４０からの運転切換信号に応じて、油圧ショベルＭ１の運転状態を手動運転と自動運転とで選択的に切り換える。すなわち、状態管理部１１０は、運転切換スイッチ４０で選択された運転状態が手動運転と自動運転の何れの状態であるかを判定し、判定した運転状態を状態報知部１２０及び運転制御部１４０に出力する。

【0029】

状態報知部１２０は、状態管理部１１０からの運転状態に応じて状態報知装置４１へ状態報知信号を出力する。状態報知装置４１は、例えば、状態報知信号に応じた色を点灯することで、油圧ショベルＭ１の運転状態を周囲に報知する。

【0030】

また、状態報知部１２０は、状態報知装置４１の異常（状態報知機能の異常）を検知する機能を有しており、例えば、状態報知装置４１の動作に異常がないか否か、或いは、状態報知装置４１との間の配線に断線がないか否かを判定し、判定結果を動作制限部１８０に出力する。異常の判定方法には種々のものが考えられるが、例えば、状態報知部１２０と状態報知装置４１とを接続する信号線の電圧値や電流値が所定の範囲から外れていないか否か、或いは、状態報知装置４１からのチェック信号（例えば、ＣＡＮ通信におけるＡｒｒｉｖａｌ信号）が正常であるか否かなどにより判定することができる。なお、本実施の形態においては、状態報知装置４１が正常であると判定した場合に、その判定結果（状態報知正常判定）を動作制限部１８０に出力し、異常であると判定した場合には、動作制限部１８０には信号を出力しないものとする。

【0031】

通信部１３０は、通信装置４４で受信した通信信号から、作業情報、作業開始指示、及び、作業モードなどの情報を抽出し、コントローラ１００の各部へ出力するものである。具体的には、通信部１３０は、作業情報を運転制御部１４０、協働作業判定部１７０、及び動作制限部１８０に出力し、作業開始指示を運転制御部１４０に出力し、作業モードを運転制御部１４０、及び協働作業判定部１７０に出力する。

【0032】

また、通信部１３０は、通信装置４４による通信途絶などの異常（通信機能の異常）を検知する機能を有しており、例えば、通信装置４４の動作に異常がないか否か、或いは、通信装置４４との間の配線に断線がないか否かを判定し、判定結果を動作制限部１８０に出力する。異常の判定は、例えば、状態報知部１２０と同様の方法を用いることができる。なお、本実施の形態においては、通信装置４４が正常であると判定した場合に、その判定結果（通信正常判定）を動作制限部１８０に出力し、異常であると判定した場合には、動作制限部１８０には信号を出力しないものとする。

【0033】

図３は、通信部で抽出される作業情報の一例である数値データを示す図である。また、図４は、作業情報から得られる立体形状の一例を示す図である。

【0034】

図３に示すように、作業情報の数値データは、作業領域や設計面を構成する複数の面を作業現場に設定された座標系における３点の座標でそれぞれ示すものである。図３の作業情報を３次元に表すことで、図４に示すような立体形状を得ることができる。作業情報は、作業領域ＷＡと設計面ＤＦとを含んでいる。作業領域ＷＡは、油圧ショベルＭ１が動作することを許可された２次元の領域情報である。また、設計面ＤＦは、施工対象の目標形状を示す３次元の面情報である。

【0035】

通信部１３０で抽出される作業モードの情報は、油圧ショベルＭ１の自動運転時に、運転制御部１４０において作業内容に応じた動作パターンを生成するための指示として用いられるものである。作業モードには、設計面に応じた形状を掘削するための整形モード、掘削した土をダンプトラックに積込むための積込モードなどがある。

【0036】

周囲検知部１５０は、検知センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃからの検知結果基づいて、油圧ショベルＭ１の周囲における物体の有無や、物体が有る場合のその位置などの情報を周囲情報として演算し、運転制御部１４０、及び警報部１６０に出力する。

【0037】

また、周囲検知部１５０は、検知センサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃの異常（検知機能の異常）を検知する機能を有しており、例えば、検知センサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃの動作に異常がないか否か、或いは、検知センサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃとの間の配線に断線がないか否かを判定し、判定結果を動作制限部１８０に出力する。異常の判定は、例えば、状態報知部１２０と同様の方法を用いることができる。なお、本実施の形態においては、検知センサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃが正常であると判定した場合に、その判定結果（周囲検知正常判定）を動作制限部１８０に出力し、異常であると判定した場合には、動作制限部１８０には信号を出力しないものとする。

【0038】

運転制御部１４０は、状態管理部１１０からの運転状態に応じて目標動作を演算し動作制御信号として動作制限部１８０を介してコントロールバルブ２０に出力するものである。運転制御部１４０は、運転状態が手動運転の場合には、操作装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄからの操作信号に応じて油圧ショベルＭ１の目標動作を生成して出力する。また、運転制御部１４０は、運転状態が自動運転の場合には、通信部１３０からの作業情報、作業モード、及び作業開始指示に応じて、油圧ショベルＭ１の目標動作を生成して出力する。

【0039】

また、運転制御部１４０は、ＧＮＳＳアンテナ１８ａ，１８ｂ（ＧＮＳＳ受信機）からの位置情報と、慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの姿勢情報と、周囲検知部１５０からの周囲情報とに応じて出力する目標動作（動作制御信号）を補正する。例えば、自動運転時において、設計面に基づき演算したバケットの目標軌跡と位置姿勢情報から演算したバケットの実施の軌跡の誤差が小さくなるように公知のフィードバック制御を行っても良いし、周囲情報に含まれる検知物体の位置を避けるようにバケットの目標軌跡を補正しても良い。また、手動運転時においても、検知物体の位置が油圧ショベルＭ１に近いほど、油圧ショベルＭ１の動作速度を低下させるようにしても良い。

【0040】

警報部１６０は、周囲検知部１５０からの周囲情報に応じて、警報装置４３へ警報信号を出力する。具体的には、油圧ショベルＭ１の周囲に設定された検知範囲で物体を検知した場合に、油圧ショベルＭ１の内外に警報を報知するための警報信号を警報装置４３に出力する。

【0041】

また、警報部１６０は、警報装置４３の異常（警報機能の異常）を検知する機能を有しており、例えば、警報装置４３の動作に異常がないか否か、或いは、警報装置４３との間の配線に断線がないか否かを判定し、判定結果を動作制限部１８０に出力する。異常の判定は、例えば、状態報知部１２０と同様の方法を用いることができる。なお、本実施の形態においては、警報装置４３が正常であると判定した場合に、その判定結果（警報正常判定）を動作制限部１８０に出力し、異常であると判定した場合には、動作制限部１８０には信号を出力しないものとする。

【0042】

協働作業判定部１７０は、通信部１３０からの作業情報及び作業モードと、ＧＮＳＳ受信機１８からの位置情報とに基づいて、油圧ショベルＭ１が協働作業中であるか否かを判定し、判定結果（協働作業判定）を動作制限部１８０へ出力する。本実施の形態においては、油圧ショベルＭ１の周囲で他の作業機械や作業員が油圧ショベルＭ１と協働するための何らかの作業を行うことを協働作業と定義する。

【0043】

動作制限部１８０は、状態報知部１２０からの状態報知正常判定、通信部１３０からの通信正常判定と作業情報、協働作業判定部１７０からの協働作業判定、周囲検知部１５０からの周囲検知正常判定、及び警報部１６０からの警報正常判定に基づいて、運転制御部１４０からコントロールバルブ２０に送られる動作制御信号（目標動作）を制限する。動作制限部１８０で制限された動作制御信号を車体制御信号と称する。

【0044】

図５は、協働作業判定部における協働作業判定処理の処理内容を示すフローチャートである。

【0045】

図５において、協働作業判定部１７０は、まず、バケット８が予め定めた作業領域ＷＡの外部へ到達可能か否かを判定し（ステップＳ１００）、判定結果がＹＥＳの場合には、協働作業中であると判定し（ステップＳ１３０）、処理を終了する。

【0046】

図６は、作業領域と油圧ショベルの可動範囲との関係の一例を示す図である。

【0047】

バケット８が予め定めた作業領域ＷＡの外部へ到達可能か否かの判定は、図６に示すように、作業領域ＷＡと油圧ショベルＭ１の可動範囲ＭＡとを比較することで判定することができる。例えば、図６に示す場合には、可動範囲ＭＡが作業領域ＷＡの外側へはみ出てしており、バケット８が予め定めた作業領域ＷＡの外部へ到達可能であると判定することができる。この場合には、作業領域ＷＡのすぐ外側で他の作業機械や作業員が作業を行っている可能性があることから、協働作業中であると判定する。

【0048】

図５に戻り、ステップＳ１００での判定結果がＮＯの場合、すなわち、バケット８が予め定めた作業領域ＷＡの外部へ到達可能ではないと判定した場合には、作業モードが積込モードであるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、判定結果がＹＥＳの場合には、協働作業中であると判定し（ステップＳ１３０）、処理を終了する。積込作業においては、ダンプトラックなどの他の機械へ掘削対象を積込む可能性が高いため、協働作業中であると判定している。なお、積込モード以外でも他の機械が油圧ショベルＭ１の周囲に存在する可能性が高い作業であれば協働作業中であると判定しても良い。

【0049】

また、ステップＳ１１０での判定結果がＮＯの場合、すなわち、作業モードが積込モードではない、他の作業モードである場合には、協働作業中ではないと判定し（ステップＳ１２０）、処理を終了する。

【0050】

図７は、動作制限部における動作制限処理の処理内容を示すフローチャートである。

【0051】

図７において、動作制限部１８０は、まず、状態報知機能が正常か否かと（ステップＳ２００）、警報機能が正常か否かと（ステップＳ２１０）、通信機能が正常か否かと（ステップＳ２２０）、検知機能は正常か否かとを判定し（ステップＳ２３０）、ステップＳ２００～Ｓ２３０の判定結果が全てＹＥＳの場合には、通常の減速領域での減速制御を行い（ステップＳ２４０）、処理を終了する。

【0052】

図８は、作業領域と通常の減速領域の関係の一例を示す図である。

【0053】

図８において、減速領域ＤＡ１は、作業領域ＷＡの外周に沿ってその内側に設けられている。減速制御とは、油圧ショベルＭ１の少なくとも一部（例えばバケット８）が減速領域ＤＡ１において移動する場合に、作業領域ＷＡの境界線に近づくほど動作速度を小さくすることで、油圧ショベルＭ１が作業領域から逸脱することを防止する制御である。動作速度の制限は、動作制限部１８０によって動作制御信号を制限することにより行う。

【0054】

図７に戻り、ステップＳ２００～Ｓ２３０の何れかでの判定結果がＮＯの場合、すなわち、状態報知機能、警報機能、通信機能、及び検知機能のうち少なくとも１つの機能に異常があると判定した場合には、油圧ショベルＭ１が動作中であるか否かと（ステップＳ２０１）、協働作業中であるか否かとを判定する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０１における判定では、例えば、制御周期における１周期前の車体制御信号が所定値以上である場合に動作中であると判定する。

【0055】

ステップＳ２０１，Ｓ２０２の両方の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち、油圧ショベルＭ１が動作中であって、かつ、協働作業中ではない場合には、油圧ショベルＭ１の移動を制限する（停止、或いは、減速する）ように動作制御信号を制限し（ステップＳ２０３）、さらに、拡大した減速領域での減速制御を行い（ステップＳ２０４）、処理を終了する。

【0056】

図９は、作業領域と拡大した減速領域の関係の一例を示す図である。

【0057】

図９において、拡大した減速領域ＤＡ２は、通常の減速領域ＤＡ１よりも作業領域ＷＡの内側に向かって拡大して設けられている。減速領域ＤＡ２による減速処理では、減速領域ＤＡ１による減速処理に比べて、作業領域ＷＡの外周からより遠い位置において油圧ショベルＭ１の速度の減速が行われるため、より確実に油圧ショベルＭ１が作業領域から逸脱することを防止することができる。また、減速領域ＤＡ２による減速処理では、油圧ショベルの動作速度が平均して遅くなる（緩やかになる）と言うことができる。

【0058】

図７に戻り、ステップＳ２０１，Ｓ２０２の少なくとも何れか一方の判定結果がＮＯの場合、すなわち、油圧ショベルＭ１が動作中ではない、或いは、協働作業中である場合には、フロント作業機１５の動作を制限する（停止、或いは、減速する）ように動作制御信号を制限し（ステップＳ２０５）、ステップＳ２０３，Ｓ２０４の処理を経て処理を終了する。

【0059】

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。

【0060】

従来技術においては、操作装置と作業機械との間の通信に障害が生じた場合に、走行抑制指示信号として停止指示信号や減速信号を送信して運搬車両を停止または減速させることで、作業機械と運搬車両の接触を防止する。しかしながら、作業機械に搭乗したオペレータが操作を行う場合や自律作業を行う場合において、作業を行う機能が正常である場合には、作業の遂行について通信の障害が問題にならない場合がある。すなわち、このような場合には、通信の障害に対する作業機械の停止や減速は過剰な制御であり、作業効率の不要な低下を招いてしまう。

【0061】

これに対して本実施の形態においては、他の作業機械や作業員との協働作業を行う油圧ショベルＭ１において、油圧ショベルを動作させる油圧アクチュエータ（駆動装置）であるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、及び左右の走行油圧モータ３と、油圧ショベルＭ１に関する情報の油圧ショベルＭ１の内外での共有を行う協調機能装置（状態報知装置４１、検知センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、警報装置４３、及び通信装置４４）と、油圧ショベルＭ１の動作を制御する動作制御信号を演算し、駆動装置へ出力するコントローラ１００とを備え、コントローラ１００は、協調機能装置に異常がある場合には、油圧ショベルＭ１の動作を制限するように駆動装置へ出力される動作制御信号を制限するとともに、油圧ショベルＭ１が協働作業中である場合には、協働作業を行っていない場合よりも油圧ショベルＭ１の動作の制限度合いが強くなるように動作制御信号を制限するように構成したので、作業機械の過度な動作制限を抑制することにより、作業効率の不要な低下を抑制することができる。

【0062】

すなわち、状態報知機能、警報機能、通信機能、検知機能のいずれかが正常でない場合であっても、動作中であって協働作業中でない場合には、フロント作業機１５による作業を継続することが可能である（過度な動作制限を行わない）ため、作業効率の不要な低下を抑制することができる。

【0063】

また、動作停止中または協働作業中である場合、すなわち、他の作業機械や作業員が油圧ショベルＭ１の周囲にいる可能性がある場合には、フロント作業機１５の動作を制限することができる。

【0064】

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態を図１０及び図１１を参照しつつ説明する。

【0065】

本実施の形態は、第１の実施の形態におけるコントローラ１００の機能部のうち、周囲検知部１５０（検知センサ４２ａ，４２ｂ，４２ｃを含む）、警報部１６０（警報装置４３を含む）、及び協働作業判定部１７０の少なくとも１つの機能を油圧ショベルＭ１の外部（例えば、管理事務所内の管理サーバなど）に設けて制御システムを構成する場合を示すものである。

【0066】

図１０及び図１１は、本実施の形態に係る制御システムの処理機能を示す図であり、図１０は油圧ショベルに搭載されるコントローラの処理機能の一部を関連構成とともに抜き出して示す機能ブロック図、図１１は管理サーバの処理機能の一部を関連構成とともに抜き出して示す図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

【0067】

図１０において、コントローラ１００Ａは、状態管理部１１０、状態報知部１２０、通信部１３０、運転制御部１４０、及び動作制限部１８０を有している。

【0068】

運転制御部１４０は、ＧＮＳＳアンテナ１８ａ，１８ｂ（ＧＮＳＳ受信機）からの位置情報と、慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの姿勢情報と、通信装置４４及び通信部１３０を介して管理サーバ２００から送られる周囲情報とに応じて出力する目標動作（動作制御信号）を補正する。

【0069】

動作制限部１８０は、状態報知部１２０からの状態報知正常判定と、通信部１３０からの通信正常判定及び作業情報と、通信装置４４及び通信部１３０を介して管理サーバ２００から送られる協働作業判定、周囲検知正常判定、及び警報正常判定とに基づいて、運転制御部１４０からコントロールバルブ２０に送られる動作制御信号（目標動作）を制限する。

【0070】

また、図１１において、管理サーバ２００は、通信部１３０Ａ、周囲検知部１５０、警報部１６０、及び協働作業判定部１７０、作業モード設定部２１０、及び作業情報記憶部２２０を有している。

【0071】

通信部１３０Ａは、通信装置２４４で受信した通信信号から、油圧ショベルＭ１に設けられたＧＮＳＳアンテナ１８ａ，１８ｂ（ＧＮＳＳ受信機）によって得られた位置情報を抽出し、協働作業判定部へ出力するとともに、管理サーバ２００の周囲検知部１５０で得られた周囲情報及び周囲検知正常判定と、警報部１６０で得られた警報正常判定と、協働作業判定部１７０で得られた協働作業判定とを通信装置２４４を介して油圧ショベルＭ１に出力するものである。

【0072】

周囲検知部１５０は、油圧ショベルＭ１の外部（例えば、油圧ショベルＭ１の周囲であって、作業範囲を検知範囲とする位置）に設けられた１つ以上の検知センサ２４２からの検知結果基づいて、油圧ショベルＭ１の周囲における物体の有無や、物体が有る場合のその位置などの情報を周囲情報として演算し、通信部１３０Ａ及び警報部１６０に出力する。また、周囲検知部１５０は、周囲検知正常判定の結果を通信部１３０Ａに出力する。

【0073】

警報部１６０は、周囲検知部１５０からの周囲情報に応じて、警報装置４３へ警報信号を出力する。また、警報部１６０は、警報正常判定の結果を通信部１３０Ａに出力する。

【0074】

協働作業判定部１７０は、作業モード設定部２１０で設定された作業モードと、作業情報記憶部２２０に記憶された作業情報と、通信部１３０Ａを介して得られる油圧ショベルＭ１の位置情報とに基づいて、油圧ショベルＭ１が協働作業中であるか否かを判定し、判定結果（協働作業判定）を通信部１３０Ａへ出力する。

【0075】

警報装置２４２は、油圧ショベルＭ１の周囲や管理サーバ２００が設置される管理事務所などに設置されており、コントローラ１００Ａ及び管理サーバ２００の制御により、検知センサ２４２の検知結果に応じて油圧ショベルＭ１の周囲および管理事務所の管理者に警報を発報するものである。

【0076】

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

【0077】

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、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。

【符号の説明】

【0078】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…操作装置、２…油圧ポンプ装置、３…走行油圧モータ、４…旋回油圧モータ、５…ブームシリンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、８…バケット、９…下部走行体、１０…上部旋回体、１１…ブーム、１２…アーム、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…慣性計測装置（ＩＭＵ）、１４…エンジン、１５…フロント作業機、１６…運転室、１８ａ，１８ｂ…ＧＮＳＳアンテナ、２０…コントロールバルブ、４０…運転切換スイッチ、４１…状態報知装置、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，２４２…検知センサ、４３，２４３…警報装置、４４，２４４…通信装置、１００，１００Ａ…コントローラ、１１０…状態管理部、１２０…状態報知部、１３０，１３０Ａ…通信部、１４０…運転制御部、１５０…周囲検知部、１６０…警報部、１７０…協働作業判定部、１８０…動作制限部、２００…管理サーバ、２１０…作業モード設定部、２２０…作業情報記憶部、ＤＡ１，ＤＡ２…減速領域、ＤＦ…設計面、Ｍ１…油圧ショベル、ＭＡ…可動範囲、ＷＡ…作業領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】