特許 7397235 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】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/24 20060101AFI20231205BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20231205BHJP

   E02F 3/43 20060101ALI20231205BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

E02F9/24 B

E02F9/26 A

E02F3/43 M

E02F9/20 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023510209

(86)(22)【出願日】2021-11-10

(86)【国際出願番号】 JP2021041423

(87)【国際公開番号】W WO2022208974

(87)【国際公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】P 2021056108

(32)【優先日】2021-03-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】森川 雅俊

(72)【発明者】

【氏名】西川 真司

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏明

【審査官】佐久間 友梨

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－４１３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４３４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－１３６３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平２－３０８０１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２４

Ｅ０２Ｆ ９／２６

Ｅ０２Ｆ ３／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部走行体と、
前記下部走行体の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体の前部に上下方向に回動可能に取り付けられた作業機と、
前記作業機が予め設定された侵入不可領域面を超えて侵入不可領域内に侵入しないよう領域制限制御を行うコントローラとを備えた作業機械において、
前記侵入不可領域面の目標位置の設定に用いられる設定操作装置を備え、
前記コントローラは、
前記設定操作装置により設定された前記目標位置と前記上部旋回体の旋回中心との距離が、前記上部旋回体の旋回中心から前記上部旋回体の後端までの距離に基づいて設定された閾値よりも大きい場合に、前記目標位置に前記侵入不可領域面を設定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、
モニタを更に備え、
前記コントローラは、
前記設定操作装置により設定された前記目標位置と前記上部旋回体の旋回中心との距離が前記閾値よりも大きいときは、前記モニタに前記侵入不可領域面の設定成功の情報を表示させ、前記設定操作装置により設定された前記目標位置と前記上部旋回体の旋回中心との距離が前記閾値以下であるときは、前記モニタに前記侵入不可領域面の設定失敗の情報を表示させる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、
前記設定操作装置により設定された前記目標位置と前記上部旋回体の旋回中心との距離が前記閾値以下のときは、前記侵入不可領域面として補正侵入不可領域面を設定し、
前記補正侵入不可領域面は、前記目標位置に前記侵入不可領域面を設定した場合に前記侵入不可領域面のうち前記閾値を半径とする仮想円の内側となる範囲を除外した領域面であ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、
前記設定操作装置により設定された前記目標位置と前記上部旋回体の旋回中心との距離が前記閾値以下のときは、前記侵入不可領域面として補正侵入不可領域面を設定し、
前記補正侵入不可領域面は、前記目標位置に前記侵入不可領域面を設定した場合に前記侵入不可領域面のうち前記閾値を半径とする仮想円の内側となる範囲を除外すると共に、除外された前記範囲を前記仮想円の円弧に置き換えた領域面であることを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項３又は４記載の作業機械において、
モニタを更に備え、
前記コントローラは、
前記設定操作装置により設定された前記目標位置と前記上部旋回体の旋回中心との距離が前記閾値よりも大きいときは、前記モニタに前記侵入不可領域面の設定成功の情報を表示させ、前記設定操作装置により設定された前記目標位置と前記上部旋回体の旋回中心との距離が前記閾値以下であるときは、前記補正侵入不可領域面を表示させることを特徴とする作業機械。

【請求項6】

請求項１記載の作業機械において、
前記上部旋回体の旋回角度を検出する角度センサと、
前記作業機に設けられ、前記作業機の姿勢を検出する複数の姿勢センサとを更に備え、
前記コントローラは、
前記設定操作装置が操作されたときに、前記角度センサ及び複数の姿勢センサからの信号に基づいて前記目標位置を算出することを特徴とする作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業機の侵入不可領域を設定して作業を行う油圧ショベルや油圧クレーン等の作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、油圧ショベルに代表される作業機械は、作業機を構成するブーム、アーム等の複数の部材を同時に駆動することで、複雑な動作を効率よく行うことができる。

【0003】

そのような作業機械において、近年、オペレータの熟練度に依らず作業効率を確保することを目的として、作業機が目標面に近づくと作業機を減速することで、作業機が周囲の障害物に接触することを防止する作業支援システムが提案されている。

【0004】

例えば特許文献１では、作業開始前にオペレータが、作業機の動作可能な範囲内に侵入不可領域を設定し、作業時に、センサ情報に基づいて侵入不可領域と車体の距離を測定し、作業機が侵入不可領域に侵入しないよう作業機を減速、停止させる領域制限制御の技術が開示されている。特許文献１には、また、作業機の爪先位置を検出し、領域制限制御の侵入不可領域面を設定する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平４－１３６３２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

領域制限制御を行う場合の侵入不可領域面の形状として、例えば特許文献１の第９図、第１９図等に示されるように、クローラ底面に対して垂直な面を設定することで、作業機の伸ばし方向への逸脱抑制を行うものがある。

【0007】

ここで、クローラ底面に対して垂直な面を侵入不可領域面として設定する場合、上部旋回体の後端半径円内に侵入不可領域面が設定されると、作業機の逸脱抑制が実現できる一方、上部旋回体が旋回動作したとき、上部旋回体の後端が侵入不可領域に入り込んでしまう可能性がある。

【0008】

上部旋回体の後部が入り込まない位置に侵入不可領域面を設定するには、オペレータは試行錯誤を繰り返す必要があり、オペレータの負担となっていた。

【0009】

発明の目的は、領域制限制御の侵入不可領域面を設定する際にオペレータの負担を軽減することができる作業機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、前記下部走行体の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体の前部に上下方向に回動可能に取り付けられた作業機と、前記作業機が予め設定された侵入不可領域面を超えて侵入不可領域内に侵入しないよう領域制限制御を行うコントローラとを備えた作業機械において、前記侵入不可領域面の目標位置の設定に用いられる設定操作装置を備え、前記コントローラは、前記設定操作装置により設定された前記目標位置と前記上部旋回体の旋回中心との距離が、前記上部旋回体の旋回中心から前記上部旋回体の後端までの距離に基づいて設定された閾値よりも大きい場合に、前記目標位置に前記侵入不可領域面を設定するものとする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、侵入不可領域面の位置設定時に旋回の可不可を車体側が判断するため、オペレータの侵入不可領域面の位置設定時の負担を低減することができる

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る作業機械の一例としてクローラ型の油圧ショベルを示す図である。

【図2】本発明に係わる油圧ショベルのキャビンの内部（運転室）を運転席側から見た図である。

【図3】作業機（ブーム、アーム、バケット）、下部走行体（左右のクローラ）及び上部旋回体を駆動するための油圧システムを示す図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係わる油圧ショベルの制御システムを示す図である。

【図5A】侵入不可領域面の目標位置の指示方法として、作業機の位置合わせによる方法を示す図である。

【図5B】侵入不可領域面の目標位置の指示方法として、作業機の位置合わせによる他の方法を示す図である。

【図5C】侵入不可領域面の目標位置の指示方法として、モニタ操作装置の数値入力による方法を示す図である。

【図5D】侵入不可領域面の目標位置の指示方法として、モニタ操作装置の数値入力による他の方法を示す図である。

【図5E】侵入不可領域面の目標位置の指示方法として、モニタ操作装置の数値入力によるさらに他の方法を示す図である。

【図6】本発明の第１の実施形態におけるメインコントローラの侵入不可領域面の設定の処理手順を示すフローチャートである。

【図7】第１の実施形態におけるメインコントローラにより設定される侵入不可領域面と油圧ショベルとの位置関係を示す図である。

【図8】本発明の第２の実施形態におけるメインコントローラの侵入不可領域面の設定の処理手順を示すフローチャートである。

【図9】第２の実施形態におけるメインコントローラにより設定される侵入不可領域面と油圧ショベルとの位置関係を示す図である。

【図10】本発明の第３の実施形態におけるメインコントローラの侵入不可領域面の設定の処理手順を示すフローチャートである。

【図11】第３の実施形態におけるメインコントローラにより設定される侵入不可領域面と油圧ショベルとの位置関係を示す図である。

【図12】本発明の第４の実施形態におけるメインコントローラの侵入不可領域面の設定の処理手順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】

【0013】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0014】

＜第１の実施形態＞
＜作業機械＞
図１は、本発明に係る作業機械の一例としてクローラ型の油圧ショベルを示す図である。なお、本発明は、クローラ型の油圧ショベルに限らず、ホイール型の油圧ショベル、油圧クレーン等の作業機械にも適用可能である。

【0015】

図１において、油圧ショベルは、下部走行体１００と、下部走行体１００の上部に旋回可能に搭載された上部旋回体１０２と、上部旋回体１０２の前部に上下方向に回動可能に取り付けられ、ブーム１０３ａ、アーム１０３ｂ、バケット１０３ｃ（複数のフロント部材）を上下方向に回動可能に連結して構成された作業機１０３とを備えている。

【0016】

下部走行体１００は左右のクローラ１００ａ，１００ｂを備えている。

【0017】

ブーム１０３ａ、アーム１０３ｂ、バケット１０３ｃはそれぞれブームシリンダ１０４ａ、アームシリンダ１０４ｂ、バケットシリンダ１０４ｃにより駆動される。左右のクローラ１００ａ，１００ｂはそれぞれ左右の走行モータ１０４ｄ，１０４ｅにより駆動される。上部旋回体１０２は、旋回フレーム１０２ａ上に設置された旋回モータ１０４ｆにより駆動される。

【0018】

上部旋回体１０２の旋回フレーム１０２ａ上には、また、上部旋回体１０２側に位置する油圧配管と下部走行体１００側に位置する油圧配管を上部旋回体１０２の旋回によってねじれないように接続するセンタジョイント（図示せず）が設けられ、そのセンタジョイントに下部走行体１００に対する上部旋回体１０２の旋回角度を検出する角度センサ２４が備えられている。

【0019】

また、ブーム１０３ａ、アーム１０３ｂ、バケット１０３ｃには、作業機１０３の姿勢を検出する複数の姿勢センサとして、ブームIMUセンサ２５、アームIMUセンサ２６、バケットIMUセンサ２７が備えられている。ブームIMUセンサ２５、アームIMUセンサ２６、バケットIMUセンサ２７は、それぞれ、センサ要素の運動量の変化により作業機１０３の姿勢を検出するものである。

【0020】

上部旋回体１０２の左側前部には運転室を形成するキャビン１０５が設置されている。

【0021】

＜キャビン内部＞
図２は、本発明に係わる油圧ショベルのキャビン１０５の内部（運転室）を運転席側から見た図である。

【0022】

図２において、キャビン１０５内には、オペレータが着座する運転席２と、上部旋回体１０２及び作業機１０３（ブーム１０３ａ、アーム１０３ｂ、バケット１０３ｃ）の動作を指示する操作レバー装置３，４と、下部走行体１００（左右のクローラ１００ａ，１００ｂ）の動作を指示する操作レバー装置５，６が配置されている。

【0023】

操作レバー装置３，４は運転席２の前部左右に設けられ、左側の操作レバー装置３はアーム１０３ｂと上部旋回体１０２の動作を指示し、右側の操作レバー装置４は、ブーム１０３ａとバケット１０３ｃの動作を指示する。

【0024】

操作レバー装置５，６は、運転席２の前側床部の中央部分に左右に並べて設けられ、左側の操作レバー装置５は、左クローラ１００ａの動作を指示し，右側の操作レバー装置６は、右クローラ１００ｂの動作を指示する。

【0025】

また、キャビン１０５は、屋根部の前側を支持する２本のピラー７ａ，７ｂを有し、２本のピラー７ａ，７ｂにフロントガラス８がはめ込まれている。また、運転席２から見て右側のピラー７ｂに、侵入不可領域面の設定やその他の車体設定、視界補助に用いるモニタ９が設置されている。また、モニタ９は領域制限制御の詳細（領域制限制御のON/OFF、侵入不可領域面の位置と有効／無効、減速制御の有効／無効）を表示する機能を有している。

【0026】

更に、運転席２の右側の操作レバー装置４の後側であって、運転席２に着座したオペレータの右側にはコンソールボックス１０が設けられ、コンソールボックス１０に、領域制限制御の侵入不可領域面の目標位置の設定に用いられる設定操作装置として、コンソールスイッチ１１及びモニタ操作装置１２が備えられている。

【0027】

＜油圧システム＞
図３は、作業機１０３（ブーム１０３ａ、アーム１０３ｂ、バケット１０３ｃ）、下部走行体１００（左右のクローラ１００ａ，１００ｂ）及び上部旋回体１０２を駆動するための油圧システムを示す図である。

【0028】

図３において、油圧システムは、油圧ポンプ１５と、油圧ポンプ１５から吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータ（ブームシリンダ１０４ａ、アームシリンダ１０４ｂ、バケットシリンダ１０４ｃ、左右の走行モータ１０４ｄ，１０４ｅ、旋回モータ１０４ｆ）と、油圧ポンプ１５から複数のアクチュエータに供給される圧油の流量と流れ方向を制御する複数のスプール弁を備えたコントロールバルブ１６と、コントロールバルブ１６の複数のスプール弁を切り換えるための操作パイロット圧を生成する上述した操作レバー装置３，４，５，６とを備えている。

【0029】

なお、図３において、操作レバー装置３を、アーム１０３ｂと上部旋回体１０２の動作を指示する部分３ａと、上部旋回体１０２の動作を指示する部分３ｂとに分けて図示し、操作レバー装置４を、ブーム１０３ａの動作を指示する部分４ａと、バケット１０３ｃの動作を指示する部分４ｂとに分けて図示している。以下、これらの部分３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂもそれぞれ操作レバー装置という。

【0030】

操作レバー装置３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５，６はそれぞれパイロットライン１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆを介してコントロールバルブ１６に接続され、生成した操作パイロット圧がパイロットライン１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆを介してコントロールバルブ１６のスプール弁に導かれる。コントロールバルブ１６のスプール弁は操作パイロット圧によって切り換えられ、油圧ポンプ１５から複数のアクチュエータに供給される圧油の流量と流れ方向を制御する。

【0031】

操作レバー装置３ａ，４ａ，４ｂのパイロットライン１７ａ，１７ｃ，１７ｄにはそれぞれ減圧弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃが設置され、領域制限制御を行う際にこれら減圧弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃを作動させて操作パイロット圧を減圧し、作業機１０３の減速と停止制御を行う。

【0032】

なお、操作レバー装置３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５，６は、それぞれ、ブーム１０３ａ、アーム１０３ｂ、バケット１０３ｃ、上部旋回体１０２，左右のクローラ１００ａ，１００ｂの逆方向の動作を指示する２つの操作パイロット圧を生成するため、１つの操作レバー装置に対してパイロットライン１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆは２本づつ設けられているが、図２では図示の簡略化のため、２本のパイロットラインを１本のパイロットラインで示している。減圧弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃは２本のパイロットライン１７ａ，１７ｂ，１７ｄのそれぞれに設けられている。

【0033】

＜制御システム＞
図４は、本実施形態に係わる油圧ショベルの制御システムを示す図である。

【0034】

図４において、制御システムは、上述した角度センサ２４、ブームIMUセンサ２５、アームIMUセンサ２６、バケットIMUセンサ２７、モニタ９、コンソールスイッチ１１及びモニタ操作装置１２、減圧弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃと、領域制限制御、侵入不可領域面設定、その他の諸機能を実施するメインコントローラ２１及びモニタ制御を実施するモニタコントローラ２２とを備えている。

【0035】

メインコントローラ２１は、例えば、運転席２の後側に配置されている。モニタコントローラ２２は、例えば、コンソールボックス１０の下側に配置されている。

【0036】

メインコントローラ２１には、後述するように垂直面を含む侵入不可領域面が予め設定されており、メインコントローラ２１は、作業機１０３が予め設定された侵入不可領域面を超えて侵入不可領域内に侵入しないよう領域制限制御を行う。

【0037】

また、メインコントローラ２１は、コンソールスイッチ１１又はモニタ操作装置１２（設定操作装置）により設定された侵入不可領域面の目標位置と上部旋回体１０２の旋回中心との距離が、上部旋回体１０２の旋回中心から上部旋回体１０２の後端までの距離に基づいて設定された閾値よりも大きい場合に、当該目標位置に侵入不可領域面を設定する。

【0038】

本発明では、侵入不可領域面として垂直面を含むものを対象としている。垂直面とは下部走行体１００のクローラ底面（左右のクローラ１００ａ，１００ｂの底面）に対して垂直な面を意味する。侵入不可領域面は、垂直面を含む面であれば、それ以外の面、例えば傾斜面や湾曲面等を含んでいてもよい。

【0039】

以下では、侵入不可領域面が垂直面である場合について説明する。侵入不可領域面が垂直面以外の面を含んでいる場合は、侵入不可領域面の垂直面部分に対して以下の操作や、メインコントローラ２１の処理を適用すればよい。

【0040】

オペレータは、侵入不可領域面を設定するとき、モニタ操作装置１２を操作して侵入不可領域面設定モードをＯＮにする。

【0041】

侵入不可領域面設定モードのＯＮ信号は、モニタコントローラ２２からメインコントローラ２１に送信され、メインコントローラ２１は侵入不可領域面の設定機能を待機状態とする。

【0042】

また、オペレータは、侵入不可領域面を設定するとき、侵入不可領域面の目標位置を指示する操作を行う。侵入不可領域面の目標位置の指示方法には、作業機１０３の位置合わせによる方法と、モニタ操作装置１２の数値入力による方法とがある。

【0043】

図５Ａ及び図５Ｂは作業機１０３の位置合わせによる方法を示す図であり、図５Ｃ、図５Ｄ及び図５Ｅはモニタ操作装置１２の数値入力による方法を示す図である。

【0044】

侵入不可領域面は上部旋回体１０２の後端が入り込まない位置に設定する必要がある。

【0045】

また、図５Ａ～図５Ｅにおいて、侵入不可領域面の目標位置が符号Ｍで示されている。図５Ａ～図５Ｅでは侵入不可領域面を垂直上方向から見ており、目標位置Ｍは侵入不可領域面の水平断面で示されている。

【0046】

～図５Ａ～

【0047】

オペレータは、図５Ａに示すように、操作レバー装置３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂにより、侵入不可領域面の目標位置Ｍにバケット１０３ｃの先端に形成された複数の爪１０３ｃ１の全ての爪先を合わせる操作を行い、複数の爪１０３ｃ１の全ての爪先が侵入不可領域面の目標位置Ｍに合ったときに、コンソールスイッチ１１を押す。コンソールスイッチ１１が押されると、スイッチ信号がコンソールスイッチ１１からモニタコントローラ２２を介してメインコントローラ２１に送信される。メインコントローラ２１は、コンソールスイッチ１１からの信号を入力すると、角度センサ２４、ブームIMUセンサ２５、アームIMUセンサ２６、バケットIMUセンサ２７からのセンサ信号に基づいて、そのときのバケット１０３ｃの複数の爪１０３ｃ１の全ての爪先に接する線分の位置情報を算出し、更にその線分の位置情報から侵入不可領域面の目標位置Ｍの情報（後述する例えばｒ１、θ）を算出し、侵入不可領域面の目標位置情報として記憶する。

【0048】

～図５Ｂ～
図５Ｂでは、オペレータは、操作レバー装置３ａ，３ｂ，４ａ、４ｂの操作により、バケット１０３ｃの先端の特定の点（例えば複数の爪１０３ｃ１の中央の爪先）を侵入不可領域面の目標位置Ｍ上の２点Ａ，Ｂのそれぞれに合わせ、２点Ａ，Ｂのそれぞれの位置でコンソールスイッチ１１を押す。このとき、スイッチ信号がコンソールスイッチ１１からモニタコントローラ２２を介してメインコントローラ２１に送信され、メインコントローラ２１は、コンソールスイッチ１１からの信号を入力すると、角度センサ２４、ブームIMUセンサ２５、アームIMUセンサ２６、バケットIMUセンサ２７からのセンサ信号に基づいて、そのときの２点Ａ，Ｂの位置情報を算出し、更に２点Ａ，Ｂの位置情報から侵入不可領域面の目標位置Ｍの情報（後述する例えばｒ１、θ）を算出し、侵入不可領域面の目標位置情報として記憶する。

【0049】

～図５Ｃ～
オペレータは、モニタ操作装置１２を用い、図５Ｃに示すように、モニタ９の画面に油圧ショベルの上面図と、上部旋回体１０２の旋回中心を原点とし、車体左右方向に延びる直線をｘ軸とし、車体前後方向に延びる（ｘ軸に直交する）直線をｙ軸とする直交座標系を表示させる。次いで、オペレータは、モニタ操作装置１２を用いて、モニタ９の画面上に侵入不可領域面の目標位置Ｍ上の２点Ｃ，Ｄを指示する。この２点Ｃ，Ｄの指示は２点Ｃ，Ｄの座標値（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）を数値入力することによって行う。２点Ｃ，Ｄの座標値（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）は直交座標系のｘ軸方向及びｙ軸方向の距離情報である。入力された座標値（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）の距離情報はモニタコントローラ２２を介してメインコントローラ２１に送信され、メインコントローラ２１は、その座標値の距離情報を侵入不可領域面の目標位置Ｍの情報として入力する。

【0050】

～図５Ｄ～
図５Ｄでは、オペレータは、モニタ操作装置１２を用いて、モニタ９の画面に直交座標系に代えて極座標系を表示させる。次いで、オペレータは、モニタ操作装置１２を用いて、モニタ９の画面上に、侵入不可領域面の目標位置Ｍの旋回中心（原点）からの動径ｒと偏角θを指示する。この指示も、動径ｒと偏角θを数値入力することにって行う。旋回中心から侵入不可領域面までの距離は動径ｒと一致し、偏角θに応じて侵入不可領域面の位置が回転する。モニタ操作装置１２によって入力された動径ｒと偏角θはモニタコントローラ２２を介してメインコントローラ２１に送信され、メインコントローラ２１は、動径ｒと偏角θを侵入不可領域面の目標位置Ｍの情報として入力する。

【0051】

～図５Ｅ～
オペレータは、モニタ操作装置１２を用いて、図５Ｄの場合と同様にモニタ９の画面に極座標系を表示させ、動径ｒと偏角θ１を入力することで、侵入不可領域面の目標位置Ｍ上に１点Ｅを指示する。次いで、オペレータは、点Ｅと旋回中心を通る線分に対する角度θ２を入力することで、モニタ９の画面上に侵入不可領域面の目標位置Ｍを指示する。モニタ操作装置１２によって入力された動径ｒと偏角θ１及び角度θ２はモニタコントローラ２２を介してメインコントローラ２１に送信され、メインコントローラ２１は、動径ｒと偏角θ１及び角度θ２を侵入不可領域面の目標位置Ｍの情報として入力する。

【0052】

＜メインコントローラ＞
次に、メインコントローラ２１が行う侵入不可領域面の設定処理の詳細を、図６及び図７を用いて説明する。

【0053】

図６は、メインコントローラ２１の侵入不可領域面の設定の処理手順を示すフローチャートであり、このフローチャートの処理手順はメインコントローラ２１が動作している間、サンプリング時間ごとに繰り返し実行される。図７は、メインコントローラ２１により設定される侵入不可領域面と油圧ショベルとの位置関係とを示す図である。

【0054】

また、図６の処理手順は、侵入不可領域面の目標位置の指示方法として、図５Ａ又は図５Ｂに示す作業機１０３の位置合わせによる方法を用いている。

【0055】

図６において、メインコントローラ２１は、まず、コンソールスイッチ１１が操作されたかどうかを繰り返し判定する（ステップＳ１００）。一方、この間、オペレータは、バケット１０３ｃの複数の爪１０３ｃ１の全ての爪先を侵入不可領域面の目標位置Ｍに合わせる操作をしており、バケット１０３ｃの複数の爪１０３ｃ１の全ての爪先が侵入不可領域面の目標位置Ｍに合うと、オペレータはコンソールスイッチ１１を押す。このコンソールスイッチ１１の信号はモニタコントローラ２２を介してメインコントローラ２１に送信される。メインコントローラ２１は、コンソールスイッチ１１からの信号を入力すると、ステップＳ１００において、コンソールスイッチ１１が操作されたと判定し、そのときの角度センサ２４、ブームIMUセンサ２５、アームIMUセンサ２６、バケットIMUセンサ２７の信号を入力する（ステップＳ１０５）。

【0056】

次いで、メインコントローラ２１は、入力したセンサ信号に基づいて、バケット１０３ｃの複数の爪１０３ｃ１の全ての爪先に接する線分の位置情報を算出し、更にその線分の位置情報から、侵入不可領域面の目標位置Ｍと上部旋回体１０２の旋回中心Ｏとの距離ｒ１と偏角θを算出し、侵入不可領域面の目標位置情報として記憶する（ステップＳ１１０）。

【0057】

ここで、侵入不可領域面の目標位置Ｍと上部旋回体１０２の旋回中心Ｏとの距離ｒ１は、図７に示すように、上部旋回体１０２の旋回中心Ｏを通る目標位置Ｍに対する垂線Ｎの長さであり、この長さは目標位置Ｍと旋回中心Ｏとの最短距離である。偏角θとは、作業機１０３の長手方向の中心軸線Ｌに対する垂線Ｎの角度である。

【0058】

次いで、メインコントローラ２１は、距離ｒ１が、上部旋回体１０２の旋回中心Ｏから上部旋回体１０２の後端までの距離ｒ２に基づいて設定された閾値より大きいかどうかを判定する（ステップＳ１１５）。本実施形態では、閾値は、上部旋回体１０２の旋回中心Ｏから上部旋回体１０２の後端までの距離ｒ２に等しい値として設定されている。すなわち、閾値＝ｒ２である。

【0059】

メインコントローラ２１は、距離ｒ１が閾値ｒ２より大きいときは、距離ｒ１と偏角θとを侵入不可領域面の目標位置情報として有効化し、侵入不可領域面を目標位置Ｍに設定するとともに（ステップＳ１２０）、モニタ９に侵入不可領域面の設定が成功したことを表示する（ステップＳ１２５）。

【0060】

一方、メインコントローラ２１は、距離ｒ１が閾値ｒ２以下であるときは、記憶した目標位置情報（距離ｒ１と偏角θ）を消去、破棄し（ステップＳ１３０）、モニタ９に侵入不可領域面の設定が失敗したことを表示する（ステップＳ１３５）。

【0061】

＜効果＞
このように構成した本実施形態においては、上部旋回体１０２の後端が侵入しない侵入不可領域面だけが自動で選択され、設定されるとともに、侵入不可領域面が設定された場合は、キャビン１０５内のモニタ９に侵入不可領域面の設定が成功したことが表示され、侵入不可領域面が設定されなかった場合は、モニタ９に侵入不可領域面の設定が失敗したことが表示される。このため、オペレータは侵入不可領域面の設定結果を明確に把握することができ、領域制限制御の侵入不可領域面を設定する際のオペレータの負担を軽減することができる。

【0062】

なお、本実施形態では、距離ｒ１の判定に用いる閾値として上部旋回体１０２の旋回中心Ｏから上部旋回体１０２の後端までの距離ｒ２に等しい値を設定したが、距離ｒ２に所定距離を加算した、距離ｒ２よりも大きな値を当該閾値として設定してもよい。

【0063】

作業現場の状況によっては、侵入不可領域内の侵入不可領域面の近くに他の作業者が何らかの作業をしている場合がある。このような場合、距離ｒ１の判定に用いる閾値を旋回体後端半径ｒ２よりも大きな値に設定することにより、万一、作業者が侵入不可領域内から侵入不可領域面を超えて油圧ショベルの作業領域に入り込んだとしても、上部旋回体１０２の後端と当該作業者との距離を確保することができる。

【0064】

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態を図８及び図９を用いて説明する。

【0065】

図８は、本実施形態に係わるメインコントローラ２１の侵入不可領域面の設定の処理手順を示すフローチャートである。図９は、メインコントローラ２１により設定される侵入不可領域面と油圧ショベルとの位置関係を示す図である。

【0066】

図８において、本実施形態のステップＳ１００～Ｓ１２５の処理手順は第１の実施形態の図６に示したフローチャートの処理手順と同じである。本実施形態は、ステップＳ１２５の後の処理手順が第１の実施形態の図６に示したステップＳ１３０、Ｓ１３５の処理手順と異なる。

【0067】

すなわち、本実施形態では、メインコントローラ２１は、ステップＳ１１５において、コンソールスイッチ１１（設定操作装置）により設定された侵入不可領域面の目標位置Ｍと上部旋回体１０２の旋回中心Ｏとの距離ｒ１が閾値ｒ２以下のときは、侵入不可領域面として補正侵入不可領域面を設定する（ステップＳ１４０）。補正侵入不可領域面は、目標位置Ｍに侵入不可領域面を設定した場合に侵入不可領域面のうち閾値ｒ２を半径とする仮想円Ｓの内側となる範囲を除外した領域面である。

【0068】

より詳しくは、メインコントローラ２１は、ステップＳ１４０において、目標位置Ｍに侵入不可領域面を設定した場合に侵入不可領域面のうち閾値ｒ２を半径とする仮想円Ｓと侵入不可領域面との２つの交点Ｃ１，Ｃ２の位置を算出し、侵入不可領域面のうち２つの交点Ｃ１，Ｃ２の内側範囲（閾値ｒ２を半径とする仮想円Ｓの内側となる範囲）Ｒａの目標位置情報を侵入不可領域面の目標位置情報から除外した目標位置Ｍ１，Ｍ２を設定し、この目標位置Ｍ１，Ｍ２に補正侵入不可領域面を設定する。

【0069】

次いで、メインコントローラ２１は、モニタ９にその補正侵入不可領域面として目標位置Ｍ１，Ｍ２を表示する（ステップＳ１５０）。

【0070】

このように構成した本実施形態においては、ステップＳ１１５の判定が肯定されたときは、第１の実施形態と同様の処理が行われるので、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【0071】

また、オペレータが侵入不可領域面を設定して作業を行うとき、オペレータは車体周囲の状況を十分に把握しており、上部旋回体１０２の後部が侵入不可領域面にわずかに入り込んでも、旋回動作を許容できると判断できる場合がある。侵入不可領域面を過掘削防止などで用いる場合などは、旋回動作を許容できる。

【0072】

本実施形態は、このような場合に、侵入不可領域面として、閾値ｒ２を半径とする仮想円Ｓの内側となる範囲Ｒａを除外した補正侵入不可領域面を設定し、モニタ９にその補正侵入不可領域面を表示することで、オペレータに設定された侵入不可領域面の採用の可否を判断する機会を与え、オペレータが採用可能と判断した場合は、その侵入不可領域面を設定して作業を行うことができる。これによりオペレータは、再度、侵入不可領域面を設定する作業が不要となり、侵入不可領域面の設定の利便性が向上する効果が得られる。

【0073】

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態を図１０及び図１１を用いて説明する。

【0074】

図１０は、本実施形態に係わるメインコントローラ２１の侵入不可領域面の設定の処理手順を示すフローチャートである。図１１は、メインコントローラ２１により設定される侵入不可領域面と油圧ショベルとの位置関係を示す図である。

【0075】

図１０において、本実施形態は、ステップＳ１４５の処理手順が図８に示したステップＳ１４０の処理手順と異なっている。

【0076】

すなわち、本実施形態では、メインコントローラ２１は、ステップＳ１１５において、コンソールスイッチ１１（設定操作装置）により設定された侵入不可領域面の目標位置Ｍと上部旋回体１０２の旋回中心Ｏとの距離ｒ１が閾値ｒ２以下のときは、侵入不可領域面として補正侵入不可領域面を設定する（ステップＳ１４５）。本実施形態での補正侵入不可領域面は、目標位置Ｍに侵入不可領域面を設定した場合に侵入不可領域面のうち閾値ｒ２を半径とする仮想円Ｓの内側となる範囲を除外すると共に、除外された範囲を仮想円Ｓの円弧に置き換えた領域面である。

【0077】

より詳しくは、メインコントローラ２１は、ステップＳ１４５において、目標位置Ｍに侵入不可領域面を設定した場合に、閾値r２を半径とする仮想円Ｓと侵入不可領域面との２つの交点Ｃ１，Ｃ２の位置を算出した後、侵入不可領域面のうち２つの交点Ｃ１，Ｃ２の内側範囲（閾値ｒ２を半径とする仮想円Ｓの内側となる範囲）Ｒａの目標位置情報を、仮想円Ｓの２つの交点Ｃ１，Ｃ２の内側範囲Ｒａの円弧Ｓａの位置情報に置き換えた目標位置Ｍ１，Ｓａ，Ｍ２を設定し、この目標位置Ｍ１，Ｓａ，Ｍ２に補正侵入不可領域面を設定する。

【0078】

次いで、メインコントローラ２１は、モニタ９にその補正侵入不可領域面として目標位置Ｍ１，Ｓａ，Ｍ２を表示する（ステップＳ１５０）。

【0079】

本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果が得られる。

【0080】

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態を図１２を用いて説明する。

【0081】

図１２は、本実施形態に係わるメインコントローラ２１の侵入不可領域面の設定の処理手順を示すフローチャートである。

【0082】

第１~第３の実施形態は、侵入不可領域面の目標位置の指示方法として、図５Ａ又は図５Ｂに示す作業機１０３の位置合わせによる方法を用いている。本実施形態は、侵入不可領域面の目標位置の指示方法として、図５Ｃ，図５Ｄ又は図５Ｅに示すモニタ操作装置１２の数値入力による方法を用いた場合のものである。

【0083】

図５Ｃ，図５Ｄ又は図５Ｅに示すモニタ操作装置１２を用いた侵入不可領域面の目標位置の指示方法では、モニタ操作装置１２からメインコントローラ２１に送信される入力情報に侵入不可領域面の目標位置を算出するため位置情報が含まれている。このため図１２に示される本実施形態に係わるフローチャートの処理手順には、第１の実施形態の図６に示されるフローチャートの処理手順にあったセンサ信号を入力するステップＳ１０５の処理手順は含まれていない。

【0084】

また、侵入不可領域面の目標位置の指示にコンソールスイッチ１１ではなくモニタ操作装置１２を用いるため、メインコントローラ２１は、モニタ操作装置１２からの入力情報の送信があったかどうかを判定し（ステップＳ１００Ａ）、モニタ操作装置１２からの入力情報の送信があったときに、モニタ操作装置１２からの入力情報に基づいて、侵入不可領域面の目標位置情報として、上部旋回体１０２の旋回中心Ｏから設定したい侵入不可領域面までの距離ｒ１と偏角θを算出し、侵入不可領域面の目標位置情報として記憶する（ステップＳ１１０Ａ）。

【0085】

それ以下の手順は第１の実施形態の図６に示すフローチャートと同じである。

【0086】

このように構成した本実施形態においても、モニタ操作装置１２を用いて第１の実施形態と同様な効果が得られる。

【0087】

なお、第４の実施形態は、図６に示した第１の実施形態のフローチャートのステップＳ１００~ステップＳ１１０の手順を、図５Ｃ，図５Ｄ又は図５Ｅに示すモニタ操作装置１２の数値入力による位置情報を用いたものに変更したが、図８及び図１０に示した第２及び第３の実施形態のフローチャートのステップＳ１００~ステップＳ１１０の手順を、図５Ｃ，図５Ｄ又は図５Ｅに示すモニタ操作装置１２の数値入力による位置情報を用いたものに変更してもよく、その場合も、第２及び第３の実施形態と同様な効果が得られる。

【符号の説明】

【0088】

３，４ 操作レバー装置
９ モニタ
１０ コンソールボックス
１１ コンソールスイッチ
１２ モニタ操作装置
２１ メインコントローラ（コントローラ）
２２ モニタコントローラ
２４ 角度センサ
２５ ブームIMUセンサ
２６ アームIMUセンサ
２７ バケットIMUセンサ
１００ 下部走行体
１０２ 上部旋回体
１０３ 作業機
１０３ａ ブーム（フロント部材）
１０３ｂ アーム（フロント部材）
１０３ｃ バケット（フロント部材）
１０５ キャビン
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２ 目標位置
ｒ１ 距離
ｒ２ 旋回体後端半径（閾値）
θ 偏角
Ｃ１，Ｃ２ 交点
Ｓ 仮想円
Ｒａ 内側範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】