JP2018024997A - 建設機械の作業機軌道修正システム - Google Patents

Abstract

【課題】位置や向きが変化する障害物であっても、フロント作業装置に対するオペレータの操作を効率良く支援することができる建設機械の作業機軌道修正システムの提供。
【解決手段】本発明は、旋回体１２が旋回して掘削物を荷台２５へ運搬する際のバケット１３Ｃの軌道を修正する作業機軌道修正システムであって、制御装置１９は、軌道生成部１９４によって生成されたバケット１３Ｃの軌道が、領域特定部２９３によって特定されたダンプトラック１０２の領域と交差するか否かを判定する判定部１９５と、判定部１９５によってバケット１３Ｃの軌道がダンプトラック１０２の領域と交差すると判定された場合に、旋回体１２の旋回速度を減少させる制御及びフロント作業装置１３の上昇速度を増加させる制御の少なくとも一方を行う制御部１９６とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械の作業機が障害物と干渉しないように、オペレータの操作を支援する建設機械の作業機軌道修正システムに関する。

一般に、油圧ショベルに代表される建設機械においては、フロント作業装置が掘削した掘削物をダンプトラックへ運搬するにあたり、オペレータは、フロント作業装置の先端の作業機、例えば、バケットと、ダンプトラックの荷台との干渉を避けるようにフロント作業装置を操作する必要がある。特に、建設機械は２４時間稼働する場合が多いことから、視界の悪い夜間においては、オペレータは、より注意を払いながらフロント作業装置を操作する必要がある。

そこで、このようなフロント作業装置に対するオペレータの操作を補助する従来技術の１つとして、建設機械の上方、下方、前方等に障害物があるとき、これらの障害物への作業機の接触を防止するため、障害物の手前で自動的に作業機の速度を漸減させた上、作業機を停止させるようにした作業機動作範囲制限装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−３２１２９０号公報

上述した特許文献１に開示された従来技術は、油圧ショベル等の建設機械の上方、下方、前方等に、作業機の速度を制限する危険域及び減速域を予め設定し、これらの領域内での作業機の減速を図る技術であるため、電柱や電線のように固定された障害物を対象としたものである。そのため、危険域及び減速域が設定された後であっても、ダンプトラックのように、建設機械によって掘削物が荷台に積み込まれる度に車体の位置や向きが変化する障害物に対しては、危険域及び減速域の設定を再度行わなければならない。

したがって、鉱山等の現場においては、建設機械１台が複数のダンプトラックに対して短時間に掘削物を荷台へ運搬して積み込むため、特許文献１の従来技術は、危険域及び減速域の再設定に時間がかかることから、建設機械とダンプトラックとが協働して実施される掘削物の積込作業に適していない。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、位置や向きが変化する障害物であっても、フロント作業装置に対するオペレータの操作を効率良く支援することができる建設機械の作業機軌道修正システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の建設機械の作業機軌道修正システムは、旋回体、及び前記旋回体の前部に俯仰動可能に設けられ、先端に取り付けられた作業機を含むフロント作業装置を有する建設機械と、作業対象物としての積荷を積載する荷台を有するダンプトラックとを備え、前記旋回体が旋回して前記作業対象物を前記荷台へ運搬する際の前記作業機の軌道を修正する建設機械の作業機軌道修正システムであって、前記作業機の位置を検出する作業機位置検出装置と、前記ダンプトラックの位置を検出するダンプトラック位置検出装置と、前記ダンプトラックの向きを検出するダンプトラック方向検出装置と、前記建設機械及び前記ダンプトラックの寸法を示す基本情報を記憶する基本情報記憶部と、前記作業機位置検出装置によって検出された前記作業機の位置、前記ダンプトラック位置検出装置によって検出された前記ダンプトラックの位置、及び前記基本情報記憶部に記憶された前記基本情報に基づいて、前記建設機械の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記作業機位置検出装置を用いて前記作業機の位置を一定時間ごとにサンプリングし、そのサンプリングした位置から前記作業機の速度及び加速度を演算する演算部と、前記演算部によって演算された前記作業機の速度及び加速度から予測される前記作業機の軌道を生成する軌道生成部と、前記ダンプトラック位置検出装置によって検出された前記ダンプトラックの位置、前記ダンプトラック方向検出装置によって検出された前記ダンプトラックの向き、及び前記基本情報記憶部に記憶された前記基本情報から前記ダンプトラックが存在する領域を特定する領域特定部と、前記軌道生成部によって生成された前記作業機の軌道が、前記領域特定部によって特定された前記ダンプトラックの領域と交差するか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記作業機の軌道が前記ダンプトラックの領域と交差すると判定された場合に、前記旋回体の旋回速度を減少させる制御及び前記フロント作業装置の上昇速度を増加させる制御の少なくとも一方を行う制御部とを有することを特徴としている。

本発明の建設機械の作業機軌道修正システムによれば、位置や向きが変化する障害物であっても、フロント作業装置に対するオペレータの操作を効率良く支援することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る作業機軌道修正システムの第１実施形態における油圧ショベルとダンプトラックの構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル及びダンプトラックの各制御装置の主な機能を示す機能ブロック図である。 図２に示す基本情報記憶部に記憶された油圧ショベルに関する基本情報の内容を説明する図である。 図１に示すバケットがダンプトラックと交差する状況を説明する図である。 図１に示す油圧ショベルに搭載された油圧回路の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る油圧ショベルの制御装置によるバケットの軌道修正の制御処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル、ダンプトラック、及び管制局の各制御装置の主な機能を示す機能ブロック図である。

以下、本発明に係る建設機械の作業機軌道修正システムを実施するための形態を図に基づいて説明する。

［第１実施形態］
本発明に係る作業機軌道修正システムの第１実施形態は、図１に示すように、掘削等の作業を行う建設機械としての油圧ショベル１０１と、この油圧ショベル１０１によって掘削された土砂や砕石等の掘削物（作業対象物）を運搬するダンプトラック１０２とから構成されている。

まず、油圧ショベル１０１の具体的な構成について、図１を参照しながら詳細に説明する。

油圧ショベル１０１は、走行体１１と、この走行体１１上に旋回装置１２Ａを介して旋回可能に設けられ、車体（本体）を構成する旋回体１２と、この旋回体１２の前部に俯仰動可能に取り付けられ、上下方向に回動して作業を行うフロント作業装置１３とを備えている。旋回体１２は、前部に配置され、フロント作業装置１３を操作するオペレータが搭乗する運転室１４と、後部に配置され、車体が傾倒しないように車体のバランスを保つカウンタウェイト１５とを有している。

フロント作業装置１３は、基端が旋回体１２の旋回フレーム１２ａに回動可能に取り付けられ、車体に対して上下方向へ回動するブーム１３Ａと、このブーム１３Ａの先端に回動可能に取り付けられ、車体に対して上下方向へ回動するアーム１３Ｂと、このアーム１３Ｂの先端に回動可能に取り付けられ、車体に対して上下方向へ回動する作業機、例えば、バケット１３Ｃとを含んでいる。

また、フロント作業装置１３は、旋回体１２とブーム１３Ａとの間で連結され、伸縮することによりブーム１３Ａを回動させるブームシリンダ１３ａと、ブーム１３Ａとアーム１３Ｂとの間で連結され、伸縮することによってアーム１３Ｂを回動させるアームシリンダ１３ｂと、アーム１３Ｂとバケット１３Ｃとの間で連結され、伸縮することによってバケット１３Ｃを回動させるバケットシリンダ１３ｃとを含んでいる。

ブーム１３Ａの両端のうち旋回体１２側の一端の回動中心には、ブーム１３Ａが上下方向に回動した角度（旋回体１２に対するブーム１３Ａの傾斜角度）αを検出するブーム角度センサ１３Ａ１が取り付けられている。アーム１３Ｂの両端のうちブーム１３Ａ側の一端の回動中心には、アーム１３Ｂが回動した角度（ブーム１３Ａに対するアーム１３Ｂの傾斜角度）βを検出するアーム角度センサ１３Ｂ１が取り付けられている。バケット１３Ｃの回動中心には、バケット１３Ｃが回動した角度（アーム１３Ｂに対するバケット１３Ｃの傾斜角度）γを検出するバケット角度センサ１３Ｃ１が取り付けられている。

運転室１４は、オペレータが着座する運転シート（図示せず）と、この運転シートの近傍に設けられ、旋回装置１２Ａに搭載された旋回用油圧モータ（図示せず）、ブームシリンダ１３ａ、アームシリンダ１３ｂ、及びバケットシリンダ１３ｃ等の各油圧アクチュエータの所望の動作を可能とし、運転室１４内のオペレータが把持して操作する操作装置１４Ａ，１４Ｂ（図２参照）とを有している。

操作装置１４Ａは、運転室１４内においてオペレータの左側の近傍に設置され、オペレータが左手で把持する左手側の操作レバーから構成されている。操作装置１４Ｂは、運転室１４内においてオペレータの右側の近傍に設置され、オペレータが右手で把持する右手側の操作レバーから構成されている。

操作装置１４Ａは、前後方向に操作されると、その操作量に対応して旋回体１２を左右に旋回させるように設定されている。操作装置１４Ｂの後側への操作は、旋回装置１２Ａを介して旋回体１２を左旋回させる操作であり、操作装置１４Ｂの前側の操作は、旋回装置１２Ａを介して旋回体１２を右旋回させる操作である。

また、操作装置１４Ａは、左右方向に操作されると、その操作量に対応してアーム１３Ｂを上下方向へ回動させるように設定されている。操作装置１４Ａの左側への操作は、アームシリンダ１３ｂが伸長することでアーム１３Ｂを車体側へ引き寄せるアームクラウドの操作であり、操作装置１４Ａの右側への操作は、アームシリンダ１３ｂが短縮することでアーム１３Ｂを車体側から遠ざける（離れさせる）アームダンプの操作である。

操作装置１４Ｂは、前後方向に操作されると、その操作量に対応してブーム１３Ａを上下方向へ回動させるように設定されている。操作装置１４Ｂの前側への操作は、ブームシリンダ１３ａが短縮することでブーム１３Ａを下方へ回動させるブーム下げの操作であり、操作装置１４Ｂの後側への操作は、ブームシリンダ１３ａが伸長することでブーム１３Ａを上方へ回動させるブーム上げの操作である。

また、操作装置１４Ｂは、左右方向に操作されると、その操作量に対応してバケット１３Ｃを上下方向へ回動させるように設定されている。操作装置１４Ｂの左側への操作は、バケットシリンダ１３ｃが伸長することでバケット１３Ｃを車体側へ引き寄せるバケットクラウドの操作であり、操作装置１４Ｂの右側への操作は、バケットシリンダ１３ｃが短縮することでバケット１３Ｃを車体側から遠ざける（離れさせる）バケットダンプの操作である。

さらに、旋回体１２は、運転室１４の上部に設置され、無線通信回線（図示せず）に接続してダンプトラック１０２との間で無線通信を行うアンテナ１６と、油圧ショベル１０１の位置を検出する油圧ショベル位置検出装置１７と、油圧ショベル１０１の向きを検出する油圧ショベル方向検出装置１８と、ブーム角度センサ１３Ａ１、アーム角度センサ１３Ｂ１、バケット角度センサ１３Ｃ１、アンテナ１６、油圧ショベル位置検出装置１７、及び油圧ショベル方向検出装置１８等に通信接続され、油圧ショベル１０１の動作全体を制御するための各種の情報の処理を行う制御装置１９（図２参照）とを有している。

油圧ショベル位置検出装置１７は、例えば、車体の所定の位置に取り付けられ、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から測位電波を受信して自車体の位置（例えば、３次元空間の実座標で表される絶対位置）を取得するＧＰＳ受信機から構成されている。

油圧ショベル方向検出装置１８は、例えば、車体の所定の位置に互いに離隔して取り付けられた少なくとも２個の上記ＧＰＳ受信機から構成され、これらのＧＰＳ受信機から得られた複数の位置情報に基づいて油圧ショベル１０１の向き（例えば、方位）を算出する。本発明の第１実施形態では、油圧ショベル方向検出装置１８は、２個のＧＰＳ受信機の一方に、油圧ショベル位置検出装置１７に用いたＧＰＳ受信機を兼用している。

なお、油圧ショベル方向検出装置１８は、この場合に限らず、油圧ショベル位置検出装置１７とは別にＧＰＳ受信機を油圧ショベル１０１に追加してもよい。また、油圧ショベル方向検出装置１８の２個のＧＰＳ受信機は、例えば、車体のうちフロント作業装置１３の回動面と同一の鉛直面内に配置されており、互いに前後方向に離隔して配置されている。

制御装置１９は、例えば図示されないが、車体の動作全体を制御するための各種の演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、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）等の記憶装置と、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）とを含むハードウェアから構成されている。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭやＨＤＤ、もしくは図示しない光学ディスク等の記録媒体に格納されたプログラムがＲＡＭに読み出され、ＣＰＵの制御に従って動作することにより、プログラム（ソフトウェア）とハードウェアとが協働して、制御装置１９の機能を実現する機能ブロックが構成される。なお、制御装置１９の機能構成の詳細については後述する。

次に、ダンプトラック１０２の具体的な構成について、図１を参照しながら詳細に説明する。

ダンプトラック１０２は、車両の土台を形成するフレーム２１と、このフレーム２１の前部の左右両端にそれぞれ一輪ずつ配置された前輪２２と、フレーム２１の後部の左右両端に回転可能にそれぞれ二輪ずつ配置された後輪２３と、前輪２２の上方に設けられ、オペレータが搭乗する運転室２４と、フレーム２１に対して起伏可能に設けられ、土砂や砕石等の掘削物を積荷として積載する荷台２５とを備えている。

また、ダンプトラック１０２は、運転室２４の上部に設置され、無線通信回線に接続して油圧ショベル１０１との間で無線通信を行うアンテナ２６と、ダンプトラック１０２の位置を検出するダンプトラック位置検出装置２７と、ダンプトラック１０２の向きを検出するダンプトラック方向検出装置２８と、アンテナ２６、ダンプトラック位置検出装置２７、及びダンプトラック方向検出装置２８等に通信接続され、ダンプトラック１０２の動作全体を制御するための各種の情報の処理を行う制御装置２９（図２参照）とを備えている。

ダンプトラック位置検出装置２７は、例えば油圧ショベル１０１と同様に、車両の所定の位置に取り付けられ、ＧＰＳ衛星から測位電波を受信して自車両の位置を取得するＧＰＳ受信機から構成されている。ダンプトラック方向検出装置２８は、例えば、車両の所定の位置に互いに離隔して取り付けられた少なくとも２個の上記ＧＰＳ受信機から構成され、これらのＧＰＳ受信機から得られた複数の位置情報に基づいてダンプトラック１０２の向きを算出する。なお、制御装置２９は、上述した油圧ショベル１０１の制御装置１９と同様のハードウェア構成を備えているため、当該制御装置１９と重複する説明を省略する。

次に、本発明の第１実施形態に係る作業機軌道修正システムの要部である油圧ショベル１０１及びダンプトラック１０２の各制御装置１９，２９の機能を示す構成について、図２を参照しながら詳細に説明する。

図２に示すように、油圧ショベル１０１の制御装置１９は、基本情報記憶部１９１、情報通信部１９２、演算部１９３、軌道生成部１９４、判定部１９５、及び制御部１９６を備えている。一方、ダンプトラック１０２の制御装置２９は、基本情報記憶部２９１、情報通信部２９２、及び領域特定部２９３を備えている。

基本情報記憶部１９１は、車体の寸法、並びにブーム１３Ａ、アーム１３Ｂ、及びバケット１３Ｃの寸法を示す基本情報を予め記憶している。具体的には、基本情報記憶部１９１は、基本情報として、車体におけるＧＰＳ受信機の取付位置の他、図３に示すように、ブーム１３Ａの回動支点とアーム１３Ｂの回動支点との距離であるブーム１３Ａの長さＬＡ、アーム１３Ｂの回動支点とバケット１３Ｃの回動支点との距離であるアーム１３Ｂの長さＬＢ、及びバケット１３Ｃの回動支点とバケット１３Ｃの下端との距離であるバケット１３Ｃの長さＬＣを記憶する。

この基本情報記憶部１９１は、ＲＯＭやＨＤＤ等の記憶装置によって実現される。情報通信部１９２は、アンテナ１６を介してダンプトラック１０２との間で各種の情報の通信を行い、ダンプトラック１０２から受け取った情報を判定部１９５へ転送する。

演算部１９３は、油圧ショベル位置検出装置１７によって検出された油圧ショベル１０１の位置、油圧ショベル方向検出装置１８によって検出された油圧ショベル１０１の向き、ブーム角度センサ１３Ａ１によって検出されたブーム１３Ａの傾斜角度α、アーム角度センサ１３Ｂ１によって検出されたアーム１３Ｂの傾斜角度β、バケット角度センサ１３Ｃ１によって検出されたバケット１３Ｃの傾斜角度γ、及び基本情報記憶部１９１に記憶された基本情報に基づいて、バケット１３Ｃの下端の位置（例えば、３次元空間の実座標で表される絶対位置Ｅ）を演算する。すなわち、油圧ショベル位置検出装置１７、油圧ショベル方向検出装置１８、各角度センサ１３Ａ１〜１３Ｃ１、基本情報記憶部１９１、及び演算部１９３が作業機位置検出装置として機能する。

演算部１９３は、得られたバケット１３Ｃの下端の位置情報を一定時間毎にサンプリングすることにより、そのサンプリングしたバケット１３Ｃの下端の複数の位置からバケット１３Ｃの下端の速度及び加速度を演算する。軌道生成部１９４は、演算部１９３によって演算されたバケット１３Ｃの下端の速度及び加速度から予測されるバケット１３Ｃの下端の軌道（例えば、３次元空間における関数Ｆ（Ｅ））を生成する。

判定部１９５は、情報通信部１９２からダンプトラック１０２の領域情報を取得し、軌道生成部１９４によって生成されたバケット１３Ｃの下端の軌道Ｆ（Ｅ）が、領域特定部２９３によって特定されたダンプトラック１０２の領域（例えば、３次元空間の実座標で表される領域Ｒ）と交差するか否かを判定する。制御部１９６は、図４に示すように、判定部１９５によってバケット１３Ｃの下端の軌道Ｆ（Ｅ）がダンプトラック１０２の領域Ｒと交差すると判定された場合に、旋回体１２の旋回速度を減少させる制御及びフロント作業装置１３の上昇速度を増加させる制御を行う。

基本情報記憶部２９１は、車両の寸法を示す基本情報を予め記憶している。具体的には、基本情報記憶部２９１は、基本情報として、車両におけるＧＰＳ受信機の取付位置の他、車長Ｌａ、車幅Ｌｂ（図示せず）、及び車高Ｌｃを記憶する。この基本情報記憶部２９１は、ＲＯＭやＨＤＤ等の記憶装置によって実現される。情報通信部２９２は、アンテナ２６を介して油圧ショベル１０１との間で各種の情報の通信を行い、領域特定部２９３によって特定されたダンプトラック１０２の領域情報を油圧ショベル１０１へ送信する。

領域特定部２９３は、ダンプトラック位置検出装置２７によって検出されたダンプトラック１０２の位置、ダンプトラック方向検出装置２８によって検出されたダンプトラック１０２の向き、及び基本情報記憶部２９１に記憶された基本情報からダンプトラック１０２が存在する領域Ｒを特定する。

次に、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１０１に搭載された油圧回路３１の構成について、図５を参照しながら詳細に説明する。

図５に示す油圧回路３１は、作動油を貯蔵する作動油タンク３１１と、作動油タンク３１１から作動油を吸入し、吸入した作動油をパイロット圧油として吐出するパイロット油圧ポンプ３１２と、このパイロット油圧ポンプ３１２を駆動するモータ３１３と、作動油タンク３１１から作動油を吸入し、吸入した作動油を圧油として旋回用油圧モータ及びブームシリンダ１３ａへそれぞれ吐出する可変容量型油圧ポンプ３１４，３１５と、これらの可変容量型油圧ポンプ３１４，３１５を駆動するモータ３１６とを備えている。

また、油圧回路３１は、可変容量型油圧ポンプ３１４，３１５の吐出流量をそれぞれ制御するレギュレータ３１７，３１８と、パイロット油圧ポンプ３１２とレギュレータ３１７，３１８とを接続する管路３１９，３２０に設けられ、パイロット油圧ポンプ３１２からのパイロット圧油を制御圧としてレギュレータ３１７，３１８へそれぞれ供給する電磁比例弁３２１，３２２とを備えている。

パイロット油圧ポンプ３１２とレギュレータ３１７，３１８とを接続する管路３１９，３２０のうち電磁比例弁３２１，３２２の前後には、当該管路３１９，３２０内の圧力が所定の設定値以上であるときに開くことにより、管路３１９，３２０内の圧油を作動油タンク３１１へ流出して管路３１９，３２０が過圧状態になることを回避するリリーフバルブ３２３，３２４がそれぞれ設けられている。

可変容量型油圧ポンプ３１４，３１５は、可変容量機構として、例えば、斜板（図示せず）を有し、この斜板の傾転角が調整されることにより、吐出する圧油の流量を制御している。なお、可変容量型油圧ポンプ３１４，３１５は、斜板式油圧ポンプである場合について説明するが、この場合に限らず、吐出する圧油の流量を制御する機能を有するものであれば、斜軸式油圧ポンプ等であってもよい。

電磁比例弁３２１，３２２は、制御装置１９に電気的に接続され、制御装置１９から受信した指令電流の大きさに比例して開口量を増減する。レギュレータ３１７，３１８は、電磁比例弁３２１，３２２から制御圧を受けると、この制御圧によって可変容量型油圧ポンプ３１４，３１５の斜板の傾転角を変更することにより、可変容量型油圧ポンプ３１４，３１５の容量（押しのけ容積）が調節され、可変容量型油圧ポンプ３１４，３１５の吸収トルクを制御することができる。

次に、本発明の第１実施形態に係る制御装置１９によるバケット１３Ｃの軌道修正の制御処理について、図６のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

図６に示すように、まずは、制御装置１９は、操作装置１４Ａからの操作信号の入力の有無を確認し、運転室１４に搭乗したオペレータによる操作装置１４Ａの旋回操作が行われたか否かを判断する（ステップ（以下、Ｓと記す）６０１）。このとき、制御装置１９は、操作装置１４Ａの旋回操作が行われていないと判断すると（Ｓ６０１／ＮＯ）、Ｓ６０１の処理が繰り返される。

Ｓ６０１において、制御装置１９は、操作装置１４Ａの旋回操作が行われたと判断すると（Ｓ６０１／ＹＥＳ）、制御装置１９の情報通信部１９２が、無線通信によってダンプトラック１０２の情報通信部２９２に対して領域情報の送信を要求し、情報通信部２９２からダンプトラック１０２の領域情報を取得する（Ｓ６０２）。

次に、制御装置１９の演算部１９３は、油圧ショベル位置検出装置１７、油圧ショベル方向検出装置１８、及び基本情報記憶部１９１から油圧ショベル１０１の位置及び方向、並びに車体におけるＧＰＳ受信機の取付位置を取得する（Ｓ６０３）。続いて、演算部１９３は、ブーム角度センサ１３Ａ１、アーム角度センサ１３Ｂ１、バケット角度センサ１３Ｃ１、及び基本情報記憶部１９１からブーム１３Ａ、アーム１３Ｂ、バケット１３Ｃの傾斜角度α，β，γ及び長さＬＡ〜ＬＣを取得する（Ｓ６０４）。

次に、演算部１９３は、Ｓ６０３、Ｓ６０４で取得した油圧ショベル１０１の位置及び方向、車体におけるＧＰＳ受信機の取付位置、並びにブーム１３Ａ、アーム１３Ｂ、バケット１３Ｃの傾斜角度α，β，γ及び長さＬＡ〜ＬＣを用いてバケット１３Ｃの下端の位置Ｅを演算する（Ｓ６０５）。

そして、演算部１９３は、演算したバケット１３Ｃの下端の位置情報を一定時間毎にサンプリングして、バケット１３Ｃの下端の速度及び加速度を演算し（Ｓ６０６）、その演算結果を軌道生成部１９４へ送信する。軌道生成部１９４は、演算部１９３の演算結果を受信すると、この演算結果が示すバケット１３Ｃの下端の速度及び加速度から予測されるバケット１３Ｃの下端の軌道Ｆ（Ｅ）を生成し（Ｓ６０７）、その生成結果を判定部１９５へ送信する。

次に、判定部１９５は、ダンプトラック１０２の領域情報及び軌道生成部１９４の生成結果を受信すると、この生成結果が示すバケット１３Ｃの下端の軌道Ｆ（Ｅ）が、領域特定部２９３によって特定されたダンプトラック１０２の領域Ｒと交差するか否か、すなわち、バケット１３Ｃの下端の軌道Ｆ（Ｅ）のうちダンプトラック１０２の領域Ｒ内に含まれる部分があるか否かを判定する（Ｓ６０８）。

このとき、判定部１９５は、バケット１３Ｃの下端の軌道Ｆ（Ｅ）がダンプトラック１０２の領域Ｒと交差すると判定すると（Ｓ６０８／ＹＥＳ）、制御部１９６は、操作装置１４Ａの旋回操作に対するバケット１３Ｃの移動量が減少するように制御された指令電流を電磁比例弁３２１へ送信すると共に（Ｓ６０９）、操作装置１４Ｂのブーム上げ操作に対するバケット１３Ｃの移動量が増加するように制御された指令電流を電磁比例弁３２２へ送信し（Ｓ６１０）、Ｓ６０２からの処理が繰り返される。

Ｓ６０９の処理により、電磁比例弁３２１は制御部１９６から指令電流を受信すると、この指令電流に従って作動し、パイロット油圧ポンプ３１２から吐出されたパイロット圧油の流量が電磁比例弁３２１の開口量に応じて制御される。その結果、電磁比例弁３２１を通過するパイロット圧油の流量が減少することに伴って、可変容量型油圧ポンプ３１４の圧油の吐出流量も減少し、旋回体１２の旋回速度が減少する。

Ｓ６１０の処理により、電磁比例弁３２２は制御部１９６から指令電流を受信すると、この指令電流に従って作動し、パイロット油圧ポンプ３１２から吐出されたパイロット圧油の流量が電磁比例弁３２２の開口量に応じて制御される。その結果、電磁比例弁３２２を通過するパイロット圧油の流量が増加することに伴って、可変容量型油圧ポンプ３１５の圧油の吐出流量も増加し、ブーム１３Ａのブーム上げの速度が上昇する。

一方、Ｓ６０８において、判定部１９５は、バケット１３Ｃの下端の軌道Ｆ（Ｅ）がダンプトラック１０２の領域Ｒと交差していないと判定すると（Ｓ６０８／ＮＯ）、制御装置１９は、操作装置１４Ａからの操作信号の入力の有無を再度確認し、オペレータによる操作装置１４Ａの旋回操作が行われているか否かを判断する（Ｓ６１１）。

このとき、制御装置１９は、操作装置１４Ａの旋回操作が行われていると判断すると（Ｓ６１１／ＹＥＳ）、Ｓ６０２からの処理が繰り返される。Ｓ６１１において、制御装置１９は、操作装置１４Ａの旋回操作が行われていないと判断すると（Ｓ６１１／ＮＯ）、バケット１３Ｃの軌道修正の制御処理を終了し、操作装置１４Ａからの操作信号の入力を待機する状態となる。

このように構成した本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１０１の作業機軌道修正システムによれば、油圧ショベル１０１が掘削物をダンプトラック１０２の荷台２５に積み込む際に、軌道生成部１９４がバケット１３Ｃの下端の位置Ｅの変化からバケット１３Ｃの軌道Ｆ（Ｅ）を予測し、判定部１９５が、当該バケット１３Ｃの軌道Ｆ（Ｅ）とダンプトラック１０２の領域Ｒとが交差すると判定した場合に、制御部１９６は、旋回中における旋回体１２の旋回速度を減少させると共に、ブーム１３Ａのブーム上げの速度を上昇させることにより、バケット１３Ｃがダンプトラック１０２と接触するのを未然に防ぐことができる。

つまり、本発明の第１実施形態は、従来技術のようにバケット１３Ｃの速度を制限するための危険域や減速域を設定する必要がないので、オペレータが操作装置１４Ａ，１４Ｂを操作して掘削物の積込作業を円滑に行うことができる。このように、本発明の第１実施形態は、位置や向きが変化するダンプトラック１０２であっても、フロント作業装置１３に対するオペレータの操作を効率良く支援できるので、鉱山等の現場における作業性を向上させることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル１０１の作業機軌道修正システムは、上述した第１実施形態の構成に加え、図７に示すように、油圧ショベル１０１及びダンプトラック１０２から離れた場所に設置され、これらの油圧ショベル１０１及びダンプトラック１０２の稼働状態を管理する管制局１０３を備えている。

この場合、管制局１０３は、無線通信回線（図示せず）に接続して油圧ショベル１０１及びダンプトラック１０２との間で無線通信を行うアンテナ（図示せず）と、油圧ショベル１０１及びダンプトラック１０２の動作全体を制御するための各種の情報の処理を行う制御装置３９を有している。なお、制御装置３９は、油圧ショベル１０１の制御装置１９及びダンプトラック１０２の制御装置２９と同様のハードウェア構成を備えているため、これらの制御装置１９，２９と重複する説明を省略する。

ここで、本発明の第１実施形態においては、油圧ショベル１０１の制御装置１９が、基本情報記憶部１９１、演算部１９３、軌道生成部１９４、及び判定部１９５を備えたのに対して、本発明の第２実施形態においては、それらの代わりに、管制局１０３の制御装置３９が、基本情報記憶部１９１、演算部１９３、軌道生成部１９４、及び判定部１９５にそれぞれ対応する基本情報記憶部３９１、演算部３９３、軌道生成部３９４、及び判定部３９５を備えている。

また、本発明の第１実施形態においては、ダンプトラック１０２の制御装置２９が、基本情報記憶部２９１及び領域特定部２９３を備えたのに対して、本発明の第２実施形態においては、それらの代わりに、管制局１０３の制御装置３９が、基本情報記憶部２９１及び領域特定部２９３にそれぞれ対応する前述の基本情報記憶部３９１及び領域特定部３９６を備えている。以下、本発明の第２実施形態に係る管制局１０３の構成に関して、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明する。

管制局１０３の制御装置３９は、アンテナを介して油圧ショベル１０１及びダンプトラック１０２との間で各種の情報の通信を行う情報通信部３９２を備えている。この情報通信部３９２は、油圧ショベル１０１の情報通信部１９２から油圧ショベル１０１の位置及び方向、並びにブーム１３Ａ、アーム１３Ｂ、バケット１３Ｃの傾斜角度α，β，γを取得し、これらの情報を演算部３９３へ転送したり、ダンプトラック１０２の情報通信部２９２からダンプトラック１０２の位置及び方向を取得し、これらの情報を領域特定部３９６へ転送したりする。

また、情報通信部３９２は、判定部３９５の判定結果を油圧ショベル１０１の情報通信部１９２へ送信する。これにより、当該情報通信部１９２が情報通信部３９２から受け取った判定部３９５の判定結果を制御部１９６へ転送することにより、制御部１９６は、管制局１０３からの指示に従って、バケット１３Ｃの軌道Ｆ（Ｅ）を修正するための制御を行うことが可能となる。

基本情報記憶部３９１は、油圧ショベル１０１の車体の寸法、並びにブーム１３Ａ、アーム１３Ｂ、及びバケット１３Ｃの寸法を示す油圧ショベル１０１に関する基本情報の他、ダンプトラック１０２の車両の寸法を示すダンプトラック１０２に関する基本情報を予め記憶している。その他の第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同じであり、同一又は対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

このように構成した本発明の第２実施形態に係る油圧ショベル１０１の作業機軌道修正システムによれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、油圧ショベル１０１のバケット１３Ｃの軌道を修正するための制御を行うのに必要な演算を管制局１０３で一括して行うようにしているので、油圧ショベル１０１及びダンプトラック１０２の各制御装置１９，２９の処理負荷を軽減することができる。これにより、各制御装置１９，２９の省電力化を図ることができる。

なお、上述した本発明の各実施形態は、本発明を分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。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である

また、本実施形態に係る油圧ショベル１０１の制御部１９６は、判定部１９５，３９５によってバケット１３Ｃの下端の軌道Ｆ（Ｅ）がダンプトラック１０２の領域Ｒと交差すると判定された場合に、旋回体１２の旋回速度を減少させる制御及びフロント作業装置１３の上昇速度を増加させる制御を行った場合について説明したが、この場合に限定されるものではない。

例えば、制御部１９６は、判定部１９５，３９５によってバケット１３Ｃの下端の軌道Ｆ（Ｅ）がダンプトラック１０２の領域Ｒと交差すると判定された場合に、旋回体１２の旋回速度を減少させる制御及びフロント作業装置１３の上昇速度を増加させる制御のいずれかを行ってもよい。

１２…旋回体、１３…フロント作業装置、１３Ａ…ブーム、１３Ａ１…ブーム角度センサ（作業機位置検出装置）、１３ａ…ブームシリンダ、１３Ｂ…アーム、１３Ｂ１…アーム角度センサ（作業機位置検出装置）、１３ｂ…アームシリンダ、１３Ｃ…バケット、１３Ｃ１…バケット角度センサ（作業機位置検出装置）、１３ｃ…バケットシリンダ、１４Ａ，１４Ｂ…操作装置、１６…アンテナ、１７…油圧ショベル位置検出装置（作業機位置検出装置）、１８…油圧ショベル方向検出装置（作業機位置検出装置）、１９…制御装置、２５…荷台、２６…アンテナ、２７…ダンプトラック位置検出装置、２８…ダンプトラック方向検出装置、２９…制御装置、３９…制御装置
１０１…油圧ショベル（建設機械）、１０２…ダンプトラック、１９１…基本情報記憶部（作業機位置検出装置）、１９２…情報通信部、１９３…演算部（作業機位置検出装置）、１９４…軌道生成部、１９５…判定部、１９６…制御部、２９１…基本情報記憶部、２９２…情報通信部、２９３…領域特定部、３９１…基本情報記憶部（作業機位置検出装置）、３９２…情報通信部、３９３…演算部（作業機位置検出装置）、３９４…軌道生成部、３９５…判定部、３９６…領域特定部

Claims (1)

1. 旋回体、及び前記旋回体の前部に俯仰動可能に設けられ、先端に取り付けられた作業機を含むフロント作業装置を有する建設機械と、作業対象物としての積荷を積載する荷台を有するダンプトラックとを備え、
   前記旋回体が旋回して前記作業対象物を前記荷台へ運搬する際の前記作業機の軌道を修正する建設機械の作業機軌道修正システムであって、
   前記作業機の位置を検出する作業機位置検出装置と、
   前記ダンプトラックの位置を検出するダンプトラック位置検出装置と、
   前記ダンプトラックの向きを検出するダンプトラック方向検出装置と、
   前記建設機械及び前記ダンプトラックの寸法を示す基本情報を記憶する基本情報記憶部と、
   前記作業機位置検出装置によって検出された前記作業機の位置、前記ダンプトラック位置検出装置によって検出された前記ダンプトラックの位置、及び前記基本情報記憶部に記憶された前記基本情報に基づいて、前記建設機械の動作を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記作業機位置検出装置を用いて前記作業機の位置を一定時間ごとにサンプリングし、そのサンプリングした位置から前記作業機の速度及び加速度を演算する演算部と、
   前記演算部によって演算された前記作業機の速度及び加速度から予測される前記作業機の軌道を生成する軌道生成部と、
   前記ダンプトラック位置検出装置によって検出された前記ダンプトラックの位置、前記ダンプトラック方向検出装置によって検出された前記ダンプトラックの向き、及び前記基本情報記憶部に記憶された前記基本情報から前記ダンプトラックが存在する領域を特定する領域特定部と、
   前記軌道生成部によって生成された前記作業機の軌道が、前記領域特定部によって特定された前記ダンプトラックの領域と交差するか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記作業機の軌道が前記ダンプトラックの領域と交差すると判定された場合に、前記旋回体の旋回速度を減少させる制御及び前記フロント作業装置の上昇速度を増加させる制御の少なくとも一方を行う制御部とを有することを特徴とする建設機械の作業機軌道修正システム。