JPH10292419A - 自動運転建設機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自動運転建設機械における、自動運転時の安全
性を向上する。 【解決手段】教示された掘削から放土までの一連の動作
を、再生操作により繰り返し動作する建設機械５と、該
建設機械から遠隔の位置に設置され前記建設機械の自動
運転操作を行う遠隔操作装置７と、から構成される自動
運転建設機械において、前記建設機械５および前記遠隔
操作装置７には、該建設機械および該遠隔操作装置と接
離可能であって、掘削から放土までの一連の動作を教示
操作する教示操作手段７１４を備え、再生時、前記教示
操作手段７１４が、前記遠隔操作装置７に接続７１４
２，７１５されていない時、再生処理が実行されないこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動運転する建設
機械に係わり、特に、掘削から放土までの一連の作業を
自動的に繰り返す油圧ショベル等の自動運転建設機械に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設機械の代表例として油圧ショ
ベルが知られているが、近年、油圧ショベが掘削から放
土までの一連の作業を単調に繰り返す作業の場合には、
自動運転によって作業を行わせるようになってきてい
る。例えば、特公昭５４ー７１２１号公報には、掘削か
ら放土までの一連の動作を教示し、教示された動作を繰
り返し再生して、油圧ショベルに掘削から放土までの一
連の作業を自動的に行わせる技術が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、掘削から放土ま
での一連の作業を自動的に繰り返す建設機械において、
教示操作は、通常は、作業者が建設機械の運転室に搭乗
して、掘削から放土までの一連の作業を教示する。ま
た、再生操作は、安全上の観点から作業者が運転室から
降りて、建設機械から離れた再生操作のし易い場所に設
置された教示再生操作装置から操作している。作業者
は、教示再生操作装置から再生操作を行う場合、建設機
械の周囲に他の作業者が存在するか否かを確認して安全
を図っているが、建設機械が大型であったり、大型の付
帯設備が設置されているような場合には、再生操作をす
る作業者は、それらの背後等にいる他の作業者を十分に
把握できない場合がある。このような状態で再生操作を
開始することは非常に危険である。

【０００４】本発明は、上記の問題点に鑑みて、自動運
転を行う建設機械において、再生操作時の安全性を向上
した自動運転建設機械を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、教示された掘削から放土までの一連の
動作を、再生操作により繰り返し動作する建設機械と、
該建設機械から遠隔の位置に設置され前記建設機械の自
動運転操作を行う遠隔操作装置と、から構成される自動
運転建設機械において、前記建設機械および前記遠隔操
作装置には、該建設機械および該遠隔操作装置と接離可
能であって、掘削から放土までの一連の動作を教示操作
する教示操作手段を備え、再生時、前記教示操作手段
が、前記遠隔操作装置に接続されていない時、再生処理
が実行されないことを特徴とする。

【０００６】また、前記遠隔操作装置は、前記教示され
た動作を繰り返し動作させる再生操作手段と、前記教示
操作手段が前記遠隔操作装置に接続された時、前記再生
操作手段から出力される再生起動信号のロックを解除す
るインターロックと、を設けたことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
１〜図６を用いて説明する。

【０００８】図１は本実施形態に係わる自動運転建設機
械の作業状態を示す斜視図である。図において、１は斜
面２に形成された土石貯留場所、３は運搬してきた土石
４を土石貯留場所１に放出するトラック、５は土石貯留
場所１に貯留された土石を掘削し後述する破砕機６に放
出する油圧ショベル、７は油圧ショベル５の再生操作を
行うのに適した任意の場所に設置された操作ボックスで
ある。

【０００９】油圧ショベル５は、走行体５０と、走行体
５０上に旋回可能に設けられた旋回体５１と、旋回体５
１に俯仰動可能に設けられたブーム５２と、ブーム５２
の先端に回動可能に設けられたアーム５３と、アーム５
３の先端に回動可能に設けられたバケット５４と、ブー
ム５２、アーム５３、バケット５４をそれぞれ俯仰動作
するためのシリンダ５５，５６，５７と、旋回体５１に
設けられた運転室５８と、操作ボックスとの間で信号の
送受信を行うアンテナ５９とから構成されている。

【００１０】また、破砕機６は、走行体６０と、走行体
６０上に設けられたフレーム６１と、フレーム６１に設
けられたホッパ６２と、ホッパ６２の下方に設けられた
破砕部６３と、破砕部６３の下方に設けられたコンベア
６４とから構成されており、６５は破砕機６によって粉
砕された土石を示す。

【００１１】また、操作ボックス７は、支持台７０と、
支持台７０に固定された教示再生操作装置７１とから構
成され、教示再生操作装置７１には、再生起動釦７１１
と、再生停止釦７１２と、非常停止釦７１３と、教示再
生操作装置７１本体と機械的かつ電気的に接続可能に設
けられ、教示時に操作される教示操作部７１４と、教示
結果を表示する表示部７１４１と、教示操作部７１４と
教示再生操作装置７１本体とをコネクタ部７１５におい
て電気的に接続するコード７１４２と、油圧ショベル５
のアンテナ５９との間で信号の送受信を行うアンテナ７
１６とを備えている。

【００１２】図２は図１に示す運転室５８の内部構造を
示す図であり、図において、５８１は運転席であり、７
１４’は図１に示す着脱可能の教示操作部７１４が運転
席に装着された状態を示す教示操作部であり、７１４
１’はその表示部である。

【００１３】次に、本実施形態に係わる自動運転建設機
械の制御機構について図３を用いて説明する。

【００１４】なお、図において、図１に示した教示再生
装置７１の構成と対応する部分については同一符号を付
して説明を省略する。

【００１５】図において、７１７は再生時に操作される
再生操作部、７１８は教示操作部７１４または再生操作
部７１９から出力される信号を自動運転コントローラに
出力するための所定の信号に形成するための車外信号生
成部、７１９および８１６はそれぞれシリアル通信等を
行う、教示再生装置７１と自動運転コントローラ８００
間で信号の送受信を行う車外無線装置および車内無線装
置である。

【００１６】なお、信号生成部７１８は、マイクロコン
ピュータを使用した一般的なコントローラで構成され、
入力した信号に相当する指令コードを生成する機能を有
する。例えば、起動は「ＳＴ」、停止は「ＳＰ」という
ように識別可能なＡＳＣＩＩコード列に変換される。

【００１７】８０は車内搭載装置を示し、８００は自動
運転コントローラ、８１１は自動運転コントローラ８０
０から出力される駆動電流によって駆動される補助制御
弁、８１２は、補助制御弁８１１から出力される油圧信
号により制御され、アクチュエータに流入する油量また
は油圧を制御する主制御弁、８１３は図１に示す油圧シ
ョベル５の各部を作動するためのシリンダ５５，５６，
５７等のアクチュエータ、８１４は、旋回体５１とブー
ム５２間、ブーム５２とアーム５３間、アーム５３とバ
ケット５４間のそれぞれの回転角度と旋回体５１の旋回
角を検出する角度センサである。

【００１８】なお、図において、教示操作部７１４は、
運転室内の教示操作部７１４’から外されて教示操作装
置７１に装着されている時の状態を示す。

【００１９】また、図において、教示時は、運転室内の
教示操作部７１４’からの操作によって教示が行わ
れ、、自動運転コントローラ８００はその操作に従っ
て、各角度センサ８１４からの検出出力を入力して演算
し、後に説明するように所定の記憶領域に教示位置デー
タと教示コマンドを記憶する。再生時は、再生操作部７
１７から再生起動釦７１１をオンすることによって、車
外信号生成部７１８において形成された所定の信号が無
線装置７２１，８１６を介して自動運転コントローラ８
００に送信され、再生処理が開始される。自動運転コン
トローラ８００で再生処理が開始されると、記憶してい
る教示位置データを呼び出し、角度センサ８１４から得
られた現在位置情報と対比しながら、この教示位置デー
タに合致するように、旋回体５１、ブーム５２、アーム
５３、バケット５４をそれぞれ作動するための補助制御
弁８１１に駆動電流を出力する。補助制御弁８１１から
さらに主制御弁８１２を介して各アクチュエータ８１３
の油圧を制御して油圧ショベル５の自動運転を行う。

【００２０】次に、本実施形態に係わる自動運転建設機
械における機能構成について図４を用いて説明する。

【００２１】なお、図４において、図１〜図３に示した
構成と対応する同一部分については同一符号を付して説
明を省略する。

【００２２】７１８１は、車外信号生成部７１８におい
て、教示再生装置７１に教示操作部７１４を装着した
時、装着したことを検出して検出信号を出力する車外コ
マンドポート、７１８２は、車外信号生成部７１８にお
いて、車外コマンドポート７１８１から検出信号が出力
されている時に、再生起動するために、再生起動釦７１
１をオンした時、再生起動信号のロックを解除するイン
タ−ロックである。

【００２３】また、８０１は、教示操作部７１４’を運
転室内の自動運転コントローラ８００に装着して教示操
作した時、教示操作信号の出力が可能となる車内コマン
ドポート、８０２は角度センサ８１４から検出された角
度信号を現在の位置データに演算する現在位置演算部、
８０３は、教示時、教示操作部７１４または７１４’か
らの操作により、教示コマンドと、現在位置演算部８０
９から得られた油圧ショベル５の現在位置を教示位置デ
ータとして出力する教示処理部、８０４は教示処理部８
０３から出力された教示コマンドを格納する教示コマン
ド格納部、８０５は教示処理部８０３から出力された教
示位置データを格納する教示位置格納部、８０６は教示
再生装置７１から送信された再生起動信号または再生停
止信号を入力処理する起動・停止処理部、８０７は、起
動・停止処理部８０６から出力される信号により再生起
動または再生停止され、再生起動された時、格納されて
いる教示コマンドを逐次解釈して教示位置格納部８０５
から所定の教示位置データの出力を指示するコマンドイ
ンタプリタ部、８０８はコマンドインタプリタ部８０７
からの指令に応じて教示位置格納部８０５から教示位置
データを出力処理する教示位置出力処理部、８０９は、
油圧ショベル５が各教示位置間を円滑に動作するよう
に、教示位置出力処理部８０８から出力された教示位置
データから教示位置データ間に演算によって補間された
教示位置データを作成し出力するサーボ前処理部、８１
０はサーボ前処理部８０９から出力された補間教示位置
データと現在位置演算部８０２から出力される現在位置
データとを対比して油圧ショベル５の各部を所定の位置
に制御するための駆動電流を出力するサーボ制御部であ
る。

【００２４】次に、図４に示す車外コマンドポート７１
８１およびインターロック７１８２の具体的構成および
その動作について図５〜図６を用いて説明する。

【００２５】図５において、教示操作部７１４が教示再
生操作装置７１に装着されると、車外コマンドポート７
１８１ａと７１８１ｂが結合され、ラインａとラインｂ
がラインｃを介して接続され、電源Ｖｃｃの電圧が端子
ＤＩー１に出力する。一方、再生起動釦７１１がオンさ
れると端子ＤＩー２が接地電位になり、再生起動信号が
端子ＤＩー２に出力する。車外信号生成器では、端子Ｄ
Ｉー１からの信号入力を条件として端子ＤＩー２から入
力された再生起動信号のロックが解除される。その結
果、再生起動信号は、車外信号生成器から車外無線装置
７１９を介して自動運転コントローラ８００に出力され
る。

【００２６】また、図６は示すものは、図５に示すもの
の他の例であり、図６において、教示操作部７１４が教
示再生操作装置７１に装着されると、車外コマンドポー
ト７１８１ａと７１８１ｂが結合され、ラインａとライ
ンｂがラインｃを介して接続される。一方、再生起動釦
７１１がオンされるとラインｂが接地電位になり再生起
動信号が生成される。その結果、接地電位が端子ＤＩー
１に出力し、ラインａとラインｂが接続されたことを条
件として、再生起動信号のロックが解除される。その結
果、再生起動信号は、車外信号生成器から車外無線装置
７１９を介して自動運転コントローラ８００に出力され
る。

【００２７】次に本実施形態の油圧ショベルの動作を主
として図４に基づいて説明する。

【００２８】教示操作は、教示操作部７１４または７１
４’から操作される。通常は、教示操作部７１４’が運
転室５８内に装着され、運転室５８から教示操作が行わ
れる。

【００２９】教示操作部７１４’が運転室５８内に装着
され、教示操作が行われると、その指令は教示処理部８
０３に入力され、教示処理部８０３では現在位置演算部
８０２から現在位置データを入力して、各教示点に対応
する教示コマンドと教示位置データを生成する。生成さ
れた教示コマンドと教示位置データはそれぞれ、教示コ
マンド格納部８０４と教示位置格納部８０５に格納され
る。

【００３０】ここで、教示コマンドとは、例えば、ｖ＝
０．７のような速度の指令命令、ｍｏｖｅ Ｐ１、ｍｏ
ｖｅ Ｐ２、・・・ｍｏｖｅ Ｐｎのような位置の動作
命令から構成される。ここでｖは速度を表すコマンド、
ｍｏｖｅは動作を表すコマンド、Ｐ１・・・Ｐｎはラベ
ルを表す。これらの教示コマンドのパラメータは、各油
圧ショベルの各部の関節の角度情報を示すラベルに相当
し、そのラベル情報は、教示位置データとして教示位置
格納部８０５に格納される。

【００３１】再生処理は、教示処理部７１４が教示再生
操作装置７１に装着されることを条件としており、教示
処理部７１４が教示再生操作装置７１に装着されると、
図５および図６において説明したように、車外コマンド
ポート７１８１から教示処理部１４が装着されたことを
検出する検出信号がインターロック７１８２に出力す
る。このような状態で、再生起動釦７１１をオンする
と、インターロック７１８２において、再生起動信号の
ロックが解除され、再生起動信号は自動運転コントロー
ラ８００の起動・停止処理部８０６に出力される。

【００３２】コマンドインタプリタ部８０７は、起動・
停止処理部８０６からの起動命令により教示コマンド格
納部８０４に格納されている教示コマンドを順次読み出
し実行する。教示コマンドがｍｏｖｅ命令の場合は、教
示位置データ８０８を起動し、教示位置格納部８０５か
ら該当するパラメータを呼び出し、サーボ前処理部８０
９に転送する。

【００３３】サーボ前処理部８０９は、コマンドインタ
プリタ部８０７から与えられた目標速度で各関節が動作
するように角度の補間計算を行い、サーボ制御部８１０
に角度目標値を出力する。

【００３４】サーボ制御部８１０は、現在位置演算部８
０２で演算された現在位置をもとに、フイードバック制
御を行い、補助制御弁８１１を駆動するための駆動電流
を出力する。

【００３５】これにより、主制御弁８１２が制御されて
アクチュエータ８１３に、所定の圧油を供給し、油圧シ
ョベルの各関節を駆動する。

【００３６】上記のごとく、本実施形態によれば、再生
操作時は、再生起動釦７１１がオンされた時、教示操作
部７１４が教示再生操作装置７１に接続されていない時
は、インターロック７１８２が動作して、起動・停止処
理部８０６に起動指令を伝達しない。教示操作部７１４
が教示再生操作装置７１に接続されると、インターロッ
ク７１８２によるロックがは解除され、起動・停止処理
部８０６に再生起動指令を出力することができる。

【００３７】なお、再生起動釦７１１は１カ所設ける場
合について説明したが、数カ所設ける場合でも、同様の
安全機構を設けることにより、安全に自動運転ショベル
の起動をかけることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明によれば、
遠隔操作によって自動運転する建設機械において、誤っ
て再生操作を起動しても、教示操作手段が遠隔操作装置
に装着されていない限り、再生起動信号が出力しないよ
うに構成したので、自動運転建設機械の安全性を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係わる自動運転建設機械
の作業状態を示す斜視図である。

【図２】図１に示す運転室５８の内部構造を示す図であ
る。

【図３】本実施形態に係わる自動運転建設機械の制御機
構を示すブロック図である。

【図４】本実施形態に係わる自動運転建設機械の機能構
成を示すブロック図である。

【図５】図１に示す車外コマンドポート７１８１および
インターロック７１８２の一例を示す図である。

【図６】図１に示す車外コマンドポート７１８１および
インターロック７１８２の他の例を示す図である。

【符号の説明】

５ 建設機械 ７ 操作ボックス ７１１ 再生起動釦 ７１４，７１４’ 教示操作部 ７１７ 再生操作部 ７１８１ 車外コマンドポート ７１８２ インターロック ８００ 自動運転コントローラ ８０１ 車内コマンドポート ８０６ 起動・停止処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 誠二 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 石橋 英人 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 橋本 昭 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 安田 元 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 教示された掘削から放土までの一連の動
   作を、再生操作により繰り返し動作する建設機械と、該
   建設機械から遠隔の位置に設置され前記建設機械の自動
   運転操作を行う遠隔操作装置と、から構成される自動運
   転建設機械において、 前記建設機械および前記遠隔操作装置には、該建設機械
   および該遠隔操作装置と接離可能であって、掘削から放
   土までの一連の動作を教示操作する教示操作手段を備
   え、 再生時、前記教示操作手段が、前記遠隔操作装置に接続
   されていない時、再生処理が実行されないことを特徴と
   する自動運転建設機械。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記遠隔操作装置は、 前記教示された動作を繰り返し動作させる再生操作手段
   と、 前記教示操作手段が前記遠隔操作装置に接続された時、
   前記再生操作手段から出力される再生起動信号のロック
   を解除するインターロックと、 を設けたことを特徴とする自動運転建設機械。