WO2023074175A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2023074175A1
WO2023074175A1 PCT/JP2022/034603 JP2022034603W WO2023074175A1 WO 2023074175 A1 WO2023074175 A1 WO 2023074175A1 JP 2022034603 W JP2022034603 W JP 2022034603W WO 2023074175 A1 WO2023074175 A1 WO 2023074175A1
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target
point
work
controller
series
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PCT/JP2022/034603
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English (en)
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龍之介 宮嵜
将貴 秋山
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Kobelco Construction Machinery Co Ltd
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Kobelco Construction Machinery Co Ltd
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Priority to US18/701,864 priority patent/US20250067027A1/en
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    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
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    • E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
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    • E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
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    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller

Definitions

  • the present invention relates to work machines that can be automatically operated.
  • Patent Document 1 discloses an automatic excavator that automatically performs work operations from excavating earth and sand to dumping soil. Specifically, Patent Document 1 discloses that when the excavation depth reaches a set value at a certain excavation position, the next excavation position is automatically moved (changed) in the turning direction of the upper rotating body. It is
  • the purpose of the present invention is to provide a working machine that can be automatically operated while suppressing the feeling of discomfort given to the operator.
  • a work machine that includes a lower traveling body, an upper revolving body, a working device, and a controller.
  • the upper revolving body is rotatably mounted on the lower traveling body.
  • the working device is rotatably attached to the upper revolving body so as to be able to perform a working operation.
  • the controller sets target trajectory information, and controls driving of the upper slewing body and the work device so as to cause the upper slewing body and the attachment to perform a target motion in which the controlled part moves according to the target trajectory information.
  • the target trajectory information includes a plurality of target points on a target path of the control target portion included in the work device, and the control target portion moving between adjacent target points among the plurality of target points. is the time target.
  • the controller changes at least one of a start point and an end point of the plurality of target points of the next target motion when determining that the work including the target motion has reached a predetermined stage, and configured to correct trajectory information;
  • the correction of the target trajectory information includes correction of the target point-to-point time based on a change in the new movement amount with respect to the old movement amount.
  • the old amount of movement is the amount by which the controlled part moves from the starting point to the end point before at least one of the starting point and the ending point is changed, and the new amount of movement is the amount of movement from the starting point. and the amount by which the controlled portion moves from the start point to the end point after at least one of the end points is changed.
  • FIG. 1 is a side view of a working machine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram showing a controller unit mounted on the working machine and elements connected thereto
  • FIG. FIG. 4 is a plan view showing a target path of the tip of the bucket in the lifting and turning motion of the working machine
  • FIG. 4 is a plan view showing the target path and target points of the tip of the bucket before the points included in the target path are changed
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of the target path and target points of the tip of the bucket after the points have been changed
  • FIG. 10 is a plan view showing another example of the target path and target points of the tip of the bucket after the points have been changed
  • 4 is a flow chart showing processing performed by the controller
  • FIG. 1 shows a working machine 1 according to an embodiment of the invention.
  • the working machine 1 can be operated automatically.
  • the work machine 1 is a hydraulic excavator and includes a machine body 25 including a lower travel body 21 and an upper revolving body 22 , a revolving device 24 , an attachment 30 , and a working drive device 40 .
  • the lower running body 21 includes a pair of crawlers, and can perform a running operation by moving the pair of crawlers.
  • the upper revolving body 22 is mounted on the lower traveling body 21 so as to be able to perform a revolving motion of revolving with respect to the lower traveling body 21 .
  • the revolving device 24 is a revolving driving device that causes the upper revolving body 22 to perform the revolving motion.
  • the upper revolving body 22 includes a cab (cab) 23 that constitutes the front portion of the upper revolving body 22 .
  • the attachment 30 is a working device attached to the upper revolving body 22 so as to be able to perform work operations.
  • the work motion includes vertical rotation.
  • the attachment 30 includes a boom 31 , an arm 32 and a bucket 33 .
  • the boom 31 has a base end portion and a tip end portion on the opposite side, and the base end portion is connected to the upper revolving body 22 so as to be vertically rotatable (up and down).
  • the arm 32 has a base end and a tip on the opposite side, and the base end is connected to the tip of the boom 31 so as to be vertically rotatable.
  • the bucket 33 is a tip attachment, and is attached to the tip of the arm 32 so as to be rotatable in the front-rear direction, thereby forming the tip of the attachment 30 .
  • the bucket 33 has a shape that enables excavation, leveling, and scooping of an object to be excavated such as earth and sand.
  • the object to be excavated by the bucket 33 is not limited to earth and sand, and may be stones or waste (industrial waste, etc.).
  • the working machine according to the present invention is not limited to the excavating machine, and therefore the work object is not limited to the excavating object.
  • the tip attachment that constitutes the tip of the working device according to the present invention is not limited to the bucket 33 that holds earth and sand as described above, but also the grapple that grips the work object and the attachment that adsorbs the work object.
  • a holding lifting magnet or the like may be used.
  • the work drive device 40 can cause the attachment 30 to perform the work operation by hydraulically moving the attachment 30 .
  • the work drive device 40 includes a plurality of hydraulic cylinders each capable of telescopic motion, and the plurality of hydraulic cylinders includes a boom cylinder 41 , an arm cylinder 42 and a bucket cylinder 43 .
  • the boom cylinder 41 is arranged so as to rotate the boom 31 in the hoisting direction (vertical direction) with respect to the upper rotating body 22 by performing the telescopic motion.
  • the boom cylinder 41 has a base end rotatably connected to the upper rotating body 22 and a tip end rotatably connected to the boom 31 .
  • the arm cylinder 42 is arranged so as to vertically rotate the arm 32 with respect to the boom 31 by performing the telescopic motion.
  • the arm cylinder 42 has a base end rotatably connected to the boom 31 and a tip end rotatably connected to the arm 32 .
  • the bucket cylinder 43 is arranged so as to rotate the bucket 33 with respect to the arm 32 by performing the telescopic motion.
  • the bucket cylinder 43 has a base end rotatably connected to the arm 32 and a tip end rotatably connected to the link member 34 .
  • the link member 34 is rotatably connected to the bucket 33 and connects the bucket cylinder 43 and the bucket 33 to each other.
  • the working machine 1 further includes a turning angle sensor 52 as a turning angle detector and a working attitude detector 60 .
  • the turning angle sensor 52 detects the turning angle of the upper turning body 22 with respect to the lower traveling body 21 .
  • the turning angle sensor 52 is, for example, an encoder, resolver, or gyro sensor.
  • the turning angle of the upper turning body 22 when the front of the upper turning body 22 coincides with the front of the lower traveling body 21 is 0°.
  • the working posture detector 60 detects the working posture, which is the posture of the attachment 30, which is the working device. and an angle sensor 63 .
  • the boom tilt angle sensor 61 is attached to the boom 31 and detects the attitude of the boom 31 .
  • the boom tilt angle sensor 61 is a sensor that acquires the tilt angle of the boom 31 with respect to the horizontal line, and is, for example, a tilt (acceleration) sensor.
  • the working posture detector 60 is a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the boom 31 around a boom foot pin that is a support shaft of the base end of the boom 31, or a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the boom 31.
  • a stroke sensor that detects the stroke of the boom cylinder 41 may be included.
  • the arm tilt angle sensor 62 is attached to the arm 32 and detects the posture of the arm 32 .
  • the arm tilt angle sensor 62 is a sensor that acquires the tilt angle of the arm 32 with respect to the horizontal line, and is, for example, a tilt (acceleration) sensor.
  • the working posture detector 60 is a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the arm 32 around an arm connecting pin that is a support shaft of the base end of the arm 32, or a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the arm 32.
  • a stroke sensor that detects the stroke of the arm cylinder 42 may be included.
  • the bucket tilt angle sensor 63 is attached to the link member 34 and detects the attitude of the bucket 33 .
  • the bucket tilt angle sensor 63 is a sensor that acquires the tilt angle of the bucket 33 with respect to the horizontal line, and is, for example, a tilt (acceleration) sensor.
  • the working posture detector 60 is a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the bucket 33 about a bucket connecting pin that is a support shaft at the base end of the bucket 33, or a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the bucket 33.
  • a stroke sensor that detects the stroke of the cylinder 43 may be included. The following description will be made on the case where the bucket 33 is used to excavate earth and sand.
  • the work machine 1 includes a control unit 11 and a storage device 13.
  • Information detected by the turning angle sensor 52 that is, information on the turning angle (turning posture) of the upper turning body 22 with respect to the lower traveling body 21 is input to the control unit 11 .
  • Work posture information is input to the control unit 11, and the work posture information is information relating to the posture detected by the work posture detector 60, that is, the posture of the attachment 30, which is the work device.
  • the work attitude information includes information detected by the boom tilt angle sensor 61, that is, information about the attitude of the boom 31, information detected by the arm tilt angle sensor 62, that is, information about the attitude of the arm 32, and information about the attitude of the arm 32. and information detected by the tilt angle sensor 63, that is, information on the posture of the bucket 33.
  • the control unit 11 has a function as setting means for setting target trajectory information.
  • the target trajectory information includes a plurality of target points and a travel time between target points.
  • the plurality of target points are set on the target path of the control target portion of the attachment 30, which is the tip of the bucket 33 in this embodiment.
  • the inter-target point travel time is a target value of the time required for the tip of the bucket 33 to move between adjacent target points among the plurality of target points, that is, the target travel time between the target points. .
  • the control unit 11 automatically controls the work machine 1.
  • the control unit 11 controls driving of the upper swing body 22 and the attachment 30 so as to cause the upper swing body 22 and the attachment 30 to perform a series of operations. That is, the working machine 1 is automatically operated.
  • the control unit 11 controls the driving of the upper swing body 22 by the swing device 24 and the operation of the work drive device 40 based on the information detected by the swing angle sensor 52 and the work posture detector 60 .
  • the series of operations is an operation of excavating and discharging earth and sand. That is, the series of operations includes an excavation operation of excavating earth and sand with the bucket 33 .
  • the control unit 11 controls the driving of the upper swing body 22 and the attachment 30 so that the upper swing body 22 and the attachment 30 perform a target motion in which the tip of the bucket 33 moves according to the target trajectory information. do.
  • the target motion is included in the series of motions.
  • the series of motions includes an excavation motion, a lifting and turning motion, an earth dumping motion, and a return turning motion, each of which may correspond to a target motion.
  • the lifting and turning motion, the soil discharging motion, and the return and turning motion will be described later.
  • FIG. 3 shows the target path 71 of the tip of the bucket 33 in the series of operations.
  • the excavation operation involves moving the tip of the bucket 33 from point A to point B.
  • the lifting and turning motion involves turning the tip of the bucket 33 from the point B to the point C.
  • the lifting and turning operation is performed while the earth and sand are held in the bucket 33 .
  • the dumping operation involves movement of the tip of the bucket 33 from point C to point D, and rotation of the bucket 33 in the opening direction during this movement.
  • the earth and sand are unloaded on the loading platform of the
  • the return turning operation involves turning the tip of the bucket 33 from the point D to the point A in the return direction.
  • the control target portion according to the present invention is not limited to the tip of the bucket 33 .
  • a plurality of target points are set on the target path 71 at the tip of the bucket 33 .
  • the target path 71 for a lifting and turning path 71B corresponding to the lifting and turning motion from the point B to the point C, in addition to the point B and the point C which are the starting and ending points, these points Between points B and C, a plurality of intermediate target points 73B are set.
  • the target route 71 for an excavation route 71A from point A, which is the start point of the excavation operation, to point B, which is the end point of the operation, in addition to the points A and B, A plurality of intermediate target points 73A are set in between.
  • An intermediate target point 73D is set.
  • FIG. 4 shows details of the lifting turning path 71B from the point B to the point C.
  • the tip of the bucket 33 extends from the starting point B to the first intermediate target point 73B1, the second intermediate target point from the first intermediate target point 73B1.
  • the section up to the second intermediate target point 73B2 which is the intermediate target point, the section from the second intermediate target point 73B2 to the third intermediate target point 73B3 which is the third intermediate target point, and the third intermediate target point 73B3 to the point C, which is the end point, is moved with the time between the target points determined for each.
  • the same applies to each of the excavation route 71A from the point A to the point B, the earth removal route 71C from the point C to the point D, and the return turning route 71D from the point D to the point A. is.
  • the control unit 11 shown in FIG. 2 functions as repeating means for causing the upper rotating body 22 and the attachment 30 to repeat the series of operations. Specifically, the control unit 11 repeats the series of operations while changing the height of the tip of the bucket 33 during the excavation operation. As a result, a series of operations from excavation of earth and sand to unloading of earth and sand are repeated while changing the depth of excavation of earth and sand at the same excavation location.
  • the storage device 13 constitutes a controller together with the control unit 11 and stores the series of operations.
  • the series of operations is set by, for example, teaching by an operator.
  • the part to be controlled of the attachment 30 which is the tip of the attachment 30 and the tip of the bucket 33 in this embodiment, moves along the target path 71 .
  • the control unit 11 functions as limit depth setting means for setting the limit depth.
  • the limit depth is a limit value set for the excavation depth
  • the excavation depth is the depth at which earth and sand are excavated by the bucket 33 . As described above, the series of operations from excavation of earth and sand to unloading is repeated while changing the excavation depth.
  • the control unit 11 determines that the work by repeating the series of operations has reached a predetermined stage when the excavation depth in the excavation operation reaches the limit depth.
  • the control unit 11 terminates the repetition of the series of operations at the same excavation location when it determines that the work by repeating the series of operations has reached the predetermined stage.
  • the control unit 11 or the storage device 13 stores a target number of repetitions, which is the number of times the series of operations should be repeated, and when the number of repetitions of the series of operations reaches the target number of repetitions, the series of operations is repeated.
  • the control unit 11 may be configured to determine that the repeated work has reached a predetermined stage.
  • the control unit 11 When the control unit 11 determines that the work by repeating the series of operations reaches the predetermined stage, the control unit 11 shifts the excavation operation starting point from the point A shown in FIG. change to the starting point of This change is made in the turning direction of the upper turning body 22 .
  • a change in the swing direction of the upper swing structure 22 from the point A to the next new starting point is accompanied by a change from the point B to the next new ending point. This is because the excavation operation is performed without revolving the upper revolving body 22 . Changing the starting point allows the sequence of operations to be repeated at a new excavation site.
  • the lifting turning path 71B shown in FIG. The section from the point 73B1 to the next second intermediate target point 73B2, the section from the second intermediate target point 73B2 to the next third intermediate target point 73B3, and the end point from the third intermediate target point 73B3.
  • the driving of the upper rotating body 22 and the attachment 30 is controlled so that the tip of the bucket 33 moves through the section up to the point C in one second.
  • FIG. 5 shows an example of changing the plurality of target points for the lifting turning path 71B.
  • the starting point is changed from point B shown in FIG. 4 to point B'.
  • This change is a 30° change in the turning direction of the upper turning body 22 in the path expansion direction, and the path expansion direction is a direction away from the point C where the start point is the end point.
  • the control unit 11 moves the target path of the tip of the bucket 33 from the point B', which is the starting point after the change, to the point C, that is, on the changed lifting and turning path 71B.
  • first to third intermediate target points 73B1, 73B2, and 73B3 new first intermediate target points 75B1, second intermediate target points 75B2, and third intermediate target points 75B3 corresponding to these are newly set. That is, the first to third intermediate target points 73B1 to 73B3 are changed to the first to third intermediate target points 75B1 to 75B3, respectively.
  • the control unit 11 controls the upper slewing body 22 so that the tip of the bucket 33 moves the distance between adjacent target points among the new target points B'75B1 to 75B3,C with the time between the respective target points. controls the turning motion of the In FIG.
  • the new first to third intermediate target points 75B1 to 7353 after change are indicated by black circles, and the first to third intermediate target points 73B1 to 73B3 before change are indicated by white circles.
  • the target points adjacent to each other are The distance is greater than the distance between the multiple target points before the change.
  • the time between the target points set for each interval between the target points adjacent to each other among the plurality of target points after the change is equal to the time between the target points before the change (for example, 1 second). If so, the tip of the bucket 33 must move between adjacent target points among the plurality of target points after the change at a higher speed than before the change. This may make the movement of the upper revolving body 22 and the attachment 30 abrupt and make the operator around the working machine 1 feel uneasy.
  • the control unit 11 functions as correction means for correcting the target trajectory information. Specifically, the control unit 11 corrects the target point-to-point time based on the change in the new movement amount with respect to the old movement amount so as to suppress the change in the speed of the bucket 33 that accompanies the change.
  • the old movement amount is the amount by which the control target portion of the attachment 30 (in this embodiment, the tip of the bucket 33 in this embodiment) moves from the point B, which is the starting point before the change, to the point C, which is the ending point.
  • the new movement amount is the amount by which the controlled portion moves from the point B', which is the starting point after the change, to the point C.
  • the control unit 11 functions as calculation means for calculating the ratio between the old movement amount and the new movement amount.
  • the control unit 11 calculates the turning angle difference ratio ⁇ .
  • the turning angle of the upper turning body 22 corresponding to the point B which is the starting point before the change is 0°
  • the turning angle of the upper turning body 22 corresponding to the ending point C is -80°
  • the control unit 11 corrects the target point-to-point time based on the turning angle difference ratio ⁇ thus calculated. Specifically, the control unit 11 changes the time between the target points of 1 second before the change of the starting point to 1.375 seconds with the change of the starting point from the point B to the point B'. corrected to
  • the control unit 11 moves the tip of the bucket 33 between adjacent target points among the plurality of newly set target points B', 75B1, 75B2, 75B3, and C, respectively, between the corrected target points.
  • the upper revolving body 22 is given the same sense of speed as before the change of the starting point. and the attachment 30 can be operated, that is, the changed lifting and turning motion can be performed. This suppresses the movement of the upper revolving body 22 or the attachment 30 from becoming steep due to the change in the starting point, and suppresses the worker around the work machine 1 from feeling uneasy.
  • FIG. 6 shows another example of the lifting turning path 71B after the starting point is changed from the point B to the point B' and the first to third intermediate target points 75B1 to 75B3 after the change.
  • the point B shown in FIG. 4 is changed to a point B', and this change is a 30° change in the turning direction of the upper turning body 22 in a direction approaching the point C.
  • the control unit 11 controls the movement of the bucket 33 between the point B', which is the starting point after the change, and the point C, which is the ending point.
  • a new first intermediate target point 75B1, a second intermediate target point 75B2 and a third intermediate target point 75B3 are set on the target path of the tip, that is, the lifting turning path 71B.
  • the newly set first to third intermediate target points 75B1 to 75B3 are indicated by black circles
  • the previously set first to third intermediate target points 73B1 to 73B3 are indicated by white circles.
  • the distance between mutually adjacent target points among the plurality of newly set target points B′, 75B1 to 75B3, C is the same as the distance between mutually adjacent target points among the plurality of previously set target points B, 73B1 to 73B3, C. less than the distance between the target points.
  • the distance between the target points is maintained at 1 second regardless of the change from point B to point B', that is, the section from point B' to the first intermediate target point 75B1, the section from the first intermediate target point 75B1 to the first intermediate target point 75B1, and
  • the tip of the bucket 33 is 1 Assuming that control is performed to move in seconds, the distance between the target points adjacent to each other is reduced by the change, so the speed at which the tip of the bucket 33 moves slows down. In this case, since the movements of the upper rotating body 22 and the attachment 30 do not become steep, there is little possibility that the workers around the working machine 1 will feel uneasy. A decrease in speed gives the operator a sense of discomfort and reduces work efficiency.
  • the control unit 11 corrects the target point-to-point time based on the turning angle difference ratio ⁇ thus calculated. Specifically, the control unit 11 corrects 1 second, which is the time between the target points before the change of the start point, to 0.625 seconds according to the change.
  • the control unit 11 causes the tip of the bucket 33 to move between adjacent target points among the plurality of newly set target points B', 75B1, 75B2, 75B3, and C in 0.625 seconds.
  • the upper revolving body 22 and the attachment 30 are operated so as to give the operator a sense of speed equivalent to that before the point B is changed. can be done.
  • the lifting and turning motion is changed, but the same applies to the case where any one of the excavating motion, the earth dumping motion, and the return turning motion is changed.
  • the control unit 11 functions as range setting means for setting an allowable range 80 as shown in FIGS.
  • the allowable range 80 is set for the range of work performed by the attachment 30 .
  • the control unit 11 changes the target point, for example, sets the changed starting point within the allowable range 80 set in advance. This prevents the attachment 30 from deviating from the allowable range 80 due to the change in the target motion, and prevents the attachment 30 from interfering with an obstacle or the like outside the allowable range 80 due to the target motion. can be done.
  • control unit 11 functions as upper limit speed setting means for setting a target upper limit speed for the speed of the tip of the bucket 33, which is the part to be controlled of the attachment 30, and also functions as an upper limit speed setting means for setting the tip of the bucket 33 of the attachment 30. moves at a speed equal to or lower than the target upper limit speed. If the corrected inter-target point-to-point time is too short, the moving speed of the tip of the bucket 33 becomes excessively high, which may make a worker around the working machine 1 feel uneasy. Correction of the target point-to-point time such that the attachment 30 is operated at a speed equal to or lower than the target upper limit speed can preferably suppress anxiety given to workers around the work machine 1 .
  • point C which is the ending point
  • point C may be changed to another point.
  • both the starting point and the ending point of the lifting and turning motion may be changed. Since the point C is also the starting point of the unloading operation, changing the point C, which is the end point of the lifting and turning operation, causes the series of operations to be repeated at a new unloading point.
  • the change of at least one of the points A to D is not limited to the change in the turning direction of the upper turning body 22 as shown in FIGS. 4 to 6.
  • the change may be a change in the orientation of the attachment 30 or a change in the running direction of the lower running body 21 .
  • the correction of the target point-to-point time is not limited to that based on the ratio of the new movement amount to the old movement amount.
  • the correction of the target point-to-point time may be performed using, for example, a map prepared in advance by associating the movement amount of the attachment 30 with the target point-to-point time.
  • the working machine according to the present invention is not limited to the working machine 1 having the bucket 33 for excavating earth and sand as described above.
  • the invention can also be applied, for example, to a working machine provided with another tip attachment, such as a lifting magnet, instead of the bucket 33 .
  • the target motion can include a pick-up motion, and the pick-up motion holds the object (attracts the object by magnetic force in the case of the lifting magnet) and lifts the object. It is action.
  • the work machine performs a series of operations including the pick-up operation, for example, an operation of picking up an object such as scrap iron with the lifting magnet and an operation of discharging the held object onto a dump truck bed.
  • the controller performs the operation for the work while changing the height of the tip attachment, for example, the lifting magnet, which is attached to the tip of the working device instead of the bucket 33 (lifting and lowering of the lifting magnet).
  • the controller is arranged to cause the working device to repeat.
  • the controller provided for the working machine having the tip attachment with the lifting magnet or other holding function is configured to set a limit height.
  • the limit height is a limit value set for the height of the tip attachment in a pick-up operation of holding and picking up an object. The controller determines that the repetitive work has reached a predetermined stage when the height of the tip attachment reaches the limit height, and moves the starting point of the pick-up operation.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the processing performed by the control unit 11 to control the operations shown in FIGS. 4-6.
  • control unit 11 causes the upper rotating body 22 and the attachment 30 to perform the series of operations (step S1). In this series of operations, the control unit 11 determines whether or not the depth during excavation has reached the limit depth (step S2).
  • step S2 when it is determined that the depth during excavation has not reached the limit depth (NO in step S2), the control unit 11 changes the excavation depth (step S3), and then (step S1). In this manner, the series of operations described above is repeated while changing the height of the tip of the bucket 33 during the excavation operation.
  • step S2 When it is determined that the depth during excavation has reached the limit depth (YES in step S2), the control unit 11 sets the start point (point A) of the excavation operation included in the series of operations to the upper part.
  • the turning direction of the turning body 22 is changed (step S4). This change involves changing the starting point of the lifting pivoting motion from point B to point B'.
  • the control unit 11 controls the section from the point B', which is the changed starting point, to the first intermediate target point 75B1, the section from the first intermediate target point 75B1 to the second intermediate target point, and 75B2, the section from the second intermediate target point 75B2 to the third intermediate target point 75B3, and the section from the third intermediate target point 75B3 to the end point C, the tip of the bucket 33 moves.
  • step S5 The correction of the target point-to-point time is preferably performed so that the attachment 30 moves at a speed equal to or lower than the target upper limit speed. After such correction of the target point-to-point time, the series of operations described above is repeated at a new excavation location (step S1).
  • a working machine that includes a lower traveling body, an upper rotating body, a working device, and a controller.
  • the upper revolving body is rotatably mounted on the lower traveling body.
  • the working device is rotatably attached to the upper revolving body so as to be able to perform a working operation.
  • the controller sets target trajectory information, and controls driving of the upper slewing body and the work device so as to cause the upper slewing body and the attachment to perform a target motion in which the controlled portion moves according to the target trajectory information.
  • the target trajectory information includes a plurality of target points on a target path of the control target portion included in the work device, and the control target portion moving between adjacent target points among the plurality of target points. is the time target.
  • the controller is configured to change at least one of a start point and an end point of the next target motion and correct the target trajectory information when determining that the work including the target motion has reached a predetermined stage. be done.
  • Correction of the target trajectory information includes correction of the target point-to-point time based on a change in the new movement amount with respect to the old movement amount.
  • the old movement amount is an amount by which the control target part moves from the start point to the end point before at least one of the start point and the end point is changed, and the new movement amount is the start point. and the amount by which the controlled portion moves from the start point to the end point after at least one of the end points is changed.
  • the controller corrects the target point-to-point time based on a change in the new movement amount with respect to the old movement amount of the control target portion.
  • the controller is configured to, for example, calculate a ratio between the old movement amount and the new movement amount and correct the target point-to-point time based on the calculated ratio.
  • the controller is configured to change at least one of the start point and the end point within an allowable range set for the range of work performed by the work device. This prevents the work device from deviating from the allowable range due to the change, thereby preventing the work device from interfering with obstacles that exist outside the allowable range regardless of the change. be able to.
  • the controller is configured to correct the target point-to-point time so that the controlled portion moves at a speed equal to or lower than a target upper limit speed set for the speed of the controlled portion of the working device. is preferred. This means that the time between the target points after the correction is too short and the speed of movement of the control target portion between the target points is too high, which makes the operator around the work machine 1 feel uneasy. Giving can be restrained.
  • the controller is configured to cause the upper revolving structure and the work device to repeat a series of operations including the target operation, wherein the series of operations includes an excavation operation of excavating earth and sand with the work apparatus, and the controller is configured to repeat the series of operations while changing the height of the tip of the work device in the excavation operation, and the controller determines that the excavation depth, which is the depth at which earth and sand are excavated, is about the excavation depth. It is preferable that the starting point of the excavation operation in the next series of operations is changed when a limit depth, which is a set limit value, is reached. This allows the excavation operation to continue while changing the excavation location.
  • the series of operations includes a pick-up operation of holding and picking up an object with the work device, and the controller changes the height of the tip of the attachment in the pick-up operation while changing the height of the top end of the attachment.
  • the controller is configured to cause the device to repeat the series of motions, and the controller performs the next step when the height of the work device in the pick-up motion reaches a limit height, which is a limit value set for the height. It is also preferred to be configured to change the starting point of the pick-up motion in the sequence of motions. This makes it possible to continue picking up the object while changing the position at which the object is picked up.
  • the controller stores a target number of repetitions, which is the number of times a series of operations including the target operation should be repeated by the upper rotating body and the work device, and the series of operations is repeated for the target number of times.
  • a target number of repetitions which is the number of times a series of operations including the target operation should be repeated by the upper rotating body and the work device, and the series of operations is repeated for the target number of times.
  • at least one of the start point and the end point of the next series of actions is sometimes changed. Storing the target number of repetitions for the series of actions makes it possible to easily determine the timing for transitioning to the next series of actions.

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Abstract

作業者に与える違和感を抑えながら自動運転されることが可能な作業機械（１）が提供される。作業機械（１）はコントローラを備える。コントローラは、制御対象部位の目標経路（７１Ｂ）上の複数の目標点及び目標点間時間を含む目標軌道情報を設定し、目標軌道情報に従って制御対象部位が移動する目標動作を上部旋回体（２２）および作業装置（３０）に行わせる。コントローラは、目標動作を含む作業が所定段階に達したと判定したときに、次の目標動作の開始点および終了点の少なくとも一方を変更するとともに、旧移動量に対する新移動量の変化に基づいて目標点間時間を補正する。旧移動量は、変更前の開始点終了点までの制御対象部位の移動量であり、新移動量は、変更後の開始点から終了点までの制御対象部位の移動量である。

Description

作業機械
　本発明は、自動運転されることが可能な作業機械に関する。
　特許文献１には、土砂の掘削から排土までの作業動作が自動で行われる自動運転ショベルが開示されている。具体的に、特許文献１では、ある掘削位置において掘削深さが設定値に達した場合に、上部旋回体の旋回方向に次の掘削位置を自動的に移動させる（変更する）ことが、開示されている。
　しかしながら、前記掘削位置の変更は、当該掘削位置から排土位置までの前記上部旋回体およびアタッチメントの動きの速度を大きく変えて作業者に違和感を与える可能性がある。例えば、前記上部旋回体及び前記アタッチメントの動きが急峻になった場合、前記自動運転ショベルの周りにいる作業者に不安感を与える恐れがある。
特開２００１－１２３４７９号公報
　本発明の目的は、作業者に与える違和感を抑えながら自動運転されることが可能な作業機械を提供することである。
　提供されるのは、下部走行体と、上部旋回体と、作業装置と、コントローラと、を備えた作業機械である。前記上部旋回体は、前記下部走行体に旋回可能に搭載される。前記作業装置は、作業動作を行うことが可能となるように前記上部旋回体に回動可能に取り付けられる。前記コントローラは、目標軌道情報を設定し、前記目標軌道情報に従って前記制御対象部位が動く目標動作を前記上部旋回体および前記アタッチメントに行わせるように、前記上部旋回体及び前記作業装置の駆動を制御する。前記目標軌道情報は、前記作業装置に含まれる制御対象部位の目標経路上の複数の目標点、および、前記複数の目標点のうち互いに隣り合う目標点どうしの間で前記制御対象部位が移動する時間の目標値である。前記コントローラは、前記目標動作を含む作業が所定段階に達したと判定したときに次の前記目標動作の前記複数の目標点のうちの開始点および終了点の少なくとも一方を変更し、かつ前記目標軌道情報を補正するように構成される。前記目標軌道情報の補正は、旧移動量に対する新移動量の変化に基づく前記目標点間時間の補正を含む。前記旧移動量は、前記開始点および前記終了点の少なくとも一方が変更される前に当該開始点から当該終了点まで前記制御対象部位が移動する量であり、前記新移動量は、前記開始点および前記終了点の少なくとも一方が変更された後に当該開始点から当該終了点まで前記制御対象部位が移動する量である。
本発明の実施の形態に係る作業機械の側面図である。 前記作業機械に搭載されるコントローラユニット及びこれに接続される要素を示すブロック図である。 前記作業機械の持ち上げ旋回動作におけるバケットの先端の目標経路を示す平面図である。 前記目標経路に含まれる点が変更される前の前記バケットの先端の目標経路および目標点を示す平面図である。 前記点が変更された後の前記バケットの先端の目標経路および目標点の一例を示す平面図である。 前記点が変更された後の前記バケットの先端の目標経路および目標点の他の例を示す平面図である。 前記コントローラにより行われる処理を示すフローチャートである。
　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。
（作業機械の構成）
　図１は、本発明の実施形態に係る作業機械１を示す。前記作業機械１は、自動運転されることが可能である。前記作業機械１は、油圧ショベルであり、下部走行体２１と上部旋回体２２とを含む機械本体２５と、旋回装置２４と、アタッチメント３０と、作業駆動装置４０と、を備える。
　前記下部走行体２１は、一対のクローラを含み、当該一対のクローラが動くことにより走行動作を行うことが可能である。前記上部旋回体２２は、前記下部走行体２１に対して旋回する旋回動作を行うことが可能となるように当該下部走行体２１に搭載される。前記旋回装置２４は、前記上部旋回体２２に前記旋回動作を行わせる旋回駆動装置である。前記上部旋回体２２は、当該上部旋回体２２の前部を構成するキャブ（運転室）２３を含む。
　前記アタッチメント３０は、作業動作を行うことが可能となるように前記上部旋回体２２に取り付けられる作業装置である。前記作業動作は上下方向の回動を含む。前記アタッチメント３０は、ブーム３１と、アーム３２と、バケット３３と、を含む。前記ブーム３１は、基端部及びその反対側の先端部を有し、前記基端部が上下方向に回動可能（起伏可能）に前記上部旋回体２２に連結される。前記アーム３２は、基端部及びその反対側の先端部を有し、前記基端部が上下方向に回動可能に前記ブーム３１の前記先端部に連結される。前記バケット３３は、先端アタッチメントであり、前後方向に回動可能に前記アーム３２の前記先端部に取り付けられて前記アタッチメント３０の先端部を構成する。前記バケット３３は、土砂をはじめとする掘削対象物の掘削、均し、すくい、などの作業を行うことが可能な形状を有する。前記バケット３３による前記掘削対象物は、土砂に限定されず、石でもよく、廃棄物（産業廃棄物など）でもよい。また、本発明に係る作業機械は掘削機械に限られず、よって、その作業対象物は前記掘削対象物に限られない。例えば、本発明に係る作業装置の先端を構成する先端アタッチメントは、前記のように土砂等を保持するバケット３３に限られず、作業対象物を把持する動作をするグラップルや作業対象物を吸着して保持するリフティングマグネット等であってもよい。
　前記作業駆動装置４０は、前記アタッチメント３０を油圧で動かすことにより当該アタッチメント３０に前記作業動作を行わせることが可能である。前記作業駆動装置４０は、それぞれが伸縮動作を行うことが可能な複数の油圧シリンダを含み、当該複数の油圧シリンダは、ブームシリンダ４１、アームシリンダ４２及びバケットシリンダ４３、を含む。
　前記ブームシリンダ４１は、前記伸縮動作をすることにより前記上部旋回体２２に対して前記ブーム３１を起伏方向（上下方向）に回動させるように配置される。前記ブームシリンダ４１は、前記上部旋回体２２に回動可能に連結される基端部と、前記ブーム３１に回動可能に連結される先端部と、を有する。
　前記アームシリンダ４２は、前記伸縮動作をすることにより前記ブーム３１に対して前記アーム３２を上下方向に回動させるように配置される。前記アームシリンダ４２は、前記ブーム３１に回動可能に連結される基端部と、前記アーム３２に回動可能に連結される先端部と、を有する。
　前記バケットシリンダ４３は、前記伸縮動作をすることにより前記アーム３２に対して前記バケット３３を回動させるように配置される。前記バケットシリンダ４３は、前記アーム３２に回動可能に連結される基端部と、リンク部材３４に回動可能に連結される先端部と、を有する。前記リンク部材３４は、前記バケット３３に回動可能に連結され、前記バケットシリンダ４３と前記バケット３３とを相互に連結する。
　前記作業機械１は、旋回角度検出器である旋回角度センサ５２と、作業姿勢検出器６０と、をさらに備える。
　前記旋回角度センサ５２は、前記下部走行体２１に対する前記上部旋回体２２の旋回角度を検出する。前記旋回角度センサ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、前記上部旋回体２２の前方が前記下部走行体２１の前方と一致するときの当該上部旋回体２２の旋回角度を０°としている。
　前記作業姿勢検出器６０は、前記作業装置である前記アタッチメント３０の姿勢である作業姿勢を検出するものであり、この実施の形態で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、を含む。
　前記ブーム傾斜角センサ６１は、前記ブーム３１に取り付けられ、前記ブーム３１の姿勢を検出する。前記ブーム傾斜角センサ６１は、具体的には、水平線に対する前記ブーム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）センサである。前記作業姿勢検出器６０は、前記ブーム傾斜角センサ６１に代えて、前記ブーム３１の前記基端部の支軸であるブームフットピン回りの前記ブーム３１の回転角度を検出する回転角度センサまたは前記ブームシリンダ４１のストロークを検出するストロークセンサを含んでもよい。
　前記アーム傾斜角センサ６２は、前記アーム３２に取り付けられ、前記アーム３２の姿勢を検出する。前記アーム傾斜角センサ６２は、具体的には、水平線に対する前記アーム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）センサである。前記作業姿勢検出器６０は、前記アーム傾斜角センサ６２に代えて、前記アーム３２の前記基端部の支軸であるアーム連結ピン回りの前記アーム３２の回転角度を検出する回転角度センサまたは前記アームシリンダ４２のストロークを検出するストロークセンサを含んでもよい。
　前記バケット傾斜角センサ６３は、前記リンク部材３４に取り付けられ、前記バケット３３の姿勢を検出する。前記バケット傾斜角センサ６３は、具体的には、水平線に対する前記バケット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）センサである。前記作業姿勢検出器６０は、前記バケット傾斜角センサ６３に代えて、前記バケット３３の基端部の支軸であるバケット連結ピン回りの前記バケット３３の回転角度を検出する回転角度センサまたは前記バケットシリンダ４３のストロークを検出するストロークセンサを含んでもよい。以下の説明は、前記バケット３３を用いて土砂を掘削する場合について行われる。
　図２に示すように、前記作業機械１は、コントロールユニット１１と、記憶装置１３と、を備える。
　前記コントロールユニット１１には、前記旋回角度センサ５２により検出された情報、すなわち、前記下部走行体２１に対する前記上部旋回体２２の旋回角度（旋回姿勢）に関する情報、が入力される。前記コントロールユニット１１には作業姿勢情報が入力され、当該作業姿勢情報は、前記作業姿勢検出器６０により検出される姿勢、すなわち前記作業装置である前記アタッチメント３０の姿勢、に関する情報である。前記作業姿勢情報は、前記ブーム傾斜角センサ６１により検出された情報すなわち前記ブーム３１の姿勢に関する情報と、前記アーム傾斜角センサ６２により検出される情報すなわち前記アーム３２の姿勢に関する情報と、前記バケット傾斜角センサ６３により検出される情報すなわち前記バケット３３の姿勢に関する情報と、を含む。
　この実施の形態に係る前記コントロールユニット１１は、目標軌道情報を設定する設定手段としての機能を有する。前記目標軌道情報は、複数の目標点と目標点間移動時間とを含む。前記複数の目標点は、前記アタッチメント３０における制御対象部位、この実施の形態では前記バケット３３の先端、の目標経路上に設定される。前記目標点間移動時間は、前記複数の目標点のうち互いに隣り合う目標点どうしの間を前記バケット３３の先端が移動する時間の目標値、つまり、当該目標点間での目標移動時間である。
　前記コントロールユニット１１は、前記作業機械１を自動制御する。前記コントロールユニット１１は、一連の動作を前記上部旋回体２２および前記アタッチメント３０に行わせるように、前記上部旋回体２２および前記アタッチメント３０の駆動を制御する。つまり、前記作業機械１は自動運転される。前記コントロールユニット１１は、具体的には、前記旋回角度センサ５２および前記作業姿勢検出器６０により検出された情報に基づいて、前記旋回装置２４による前記上部旋回体２２の駆動および前記作業駆動装置４０による前記アタッチメント３０の駆動を自動で制御する。本実施の形態において、前記一連の動作は、土砂を掘削して排土する動作である。すなわち、前記一連の動作は、前記バケット３３で土砂を掘削する掘削動作を含む。
　前記コントロールユニット１１は、前記目標軌道情報に従って前記バケット３３の先端が移動する目標動作を前記上部旋回体２２及び前記アタッチメント３０に行わせるように、前記上部旋回体２２および前記アタッチメント３０の駆動を制御する。前記目標動作は、前記一連の動作に含まれる。前記一連の動作は、掘削動作、持ち上げ旋回動作、排土動作、および、復帰旋回動作を含み、それぞれが目標動作に対応し得る。前記持ち上げ旋回動作、前記排土動作、および、前記復帰旋回動作については後述する。
　図３は、前記一連の動作における前記バケット３３の先端の目標経路７１を示す。前記掘削動作は、前記バケット３３の先端の点Ａから点Ｂまでの移動を伴う。前記持ち上げ旋回動作は、前記バケット３３の先端の前記点Ｂから点Ｃまでの旋回を伴う。前記持ち上げ旋回動作は、前記バケット３３内に土砂が保持された状態で行われる。前記排土動作は、前記バケット３３の先端の前記点Ｃから点Ｄまでの移動と、この移動中にける前記バケット３３の開き方向の回動と、を伴い、当該バケット３３の回動によってダンプカーの荷台などに土砂が排土される。前記復帰旋回動作は、前記バケット３３の先端の前記点Ｄから前記点Ａへの戻り方向の旋回を伴う。なお、本発明に係る制御対象部位は前記バケット３３の先端に限定されない。
　図３に示すように、前記バケット３３の先端の目標経路７１上に複数の目標点が設定される。前記目標経路７１のうち、前記点Ｂから前記点Ｃまでの持ち上げ旋回動作に対応する持ち上げ旋回経路７１Ｂについては、その開始点及び終了点である前記点Ｂ及び前記点Ｃに加え、これらの点Ｂ及び点Ｃの間に複数の中間目標点７３Ｂが設定される。同様に、前記目標経路７１のうち、前記掘削動作の開始点である点Ａから当該動作の終了点である点Ｂまでの掘削経路７１Ａについては、前記点Ａ及び前記点Ｂに加えてこれらの間に複数の中間目標点７３Ａが設定される。同様に、前記目標経路７１のうち、前記排土動作の開始点である点Ｃから当該動作の終了点である点Ｄまでの排土経路７１Ｃについては、前記点Ｃ及び前記点Ｄに加えてこれらの間に複数の中間目標点７３Ｃが設定される。同様に、前記復帰旋回動作の開始点である前記点Ｄから当該動作の終了点である点Ａまでの復帰旋回経路７１Ｄについては、前記点Ｄ及び前記点Ａに加えてこれらの間に複数の中間目標点７３Ｄが設定される。
　図４は、前記点Ｂから前記点Ｃまでの前記持ち上げ旋回経路７１Ｂの詳細を示す。この持ち上げ旋回経路７１Ｂにおいて、前記バケット３３の先端は、開始点である前記点Ｂから最初の中間目標点である第１中間目標点７３Ｂ１までの区間、当該第１中間目標点７３Ｂ１から２番目の中間目標点である第２中間目標点７３Ｂ２までの区間、前記第２中間目標点７３Ｂ２から３番目の中間目標点である第３中間目標点７３Ｂ３までの区間、および、前記第３中間目標点７３Ｂ３から終了点である前記点Ｃまでの区間を、それぞれについて定められた目標点間時間で移動する。前記点Ａから前記点Ｂまでの前記掘削経路７１Ａ、前記点Ｃから前記点Ｄまでの前記排土経路７１Ｃ、および、前記点Ｄから前記点Ａまでの前記復帰旋回経路７１Ｄのそれぞれにおいても同様である。
　図２に示される前記コントロールユニット１１は、前記上部旋回体２２及び前記アタッチメント３０に前記一連の動作を繰り返させる繰り返し手段として機能する。前記コントロールユニット１１は、具体的には、前記掘削動作時における前記バケット３３の先端の高さを変えながら前記一連の動作を繰り返させる。これにより、同じ掘削個所において、は土砂を掘削する深さを変えながら、土砂の掘削から排土までの一連の動作が繰り返される。
　前記記憶装置１３は、前記コントロールユニット１１とともにコントローラを構成し、前記一連の動作を記憶する。前記一連の動作は、例えば、作業者によるティーチングにより設定される。前記一連の動作において、前記アタッチメント３０の制御対象部位、この実施形態では当該アタッチメント３０の先端であって前記バケット３３の先端、は前記目標経路７１に沿って移動する。
　前記コントロールユニット１１は、制限深さを設定する制限深さ設定手段として機能する。前記制限深さは、掘削深さについて設定された制限値であり、前記掘削深さは前記バケット３３により土砂が掘削される深さである。上述したように、前記掘削深さを変えながら土砂の掘削から排土までの前記一連の動作が繰り返される。
　前記コントロールユニット１１は、前記掘削動作における前記掘削深さが前記制限深さに達したときに前記一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達したと判定する。前記コントロールユニット１１は、前記一連の動作の繰り返しによる作業が前記所定段階に達したと判定したときに、同じ掘削個所での前記一連の動作の繰り返しを終了する。
　前記コントロールユニット１１または前記記憶装置１３が前記一連の動作を繰り返すべき回数である目標繰り返し回数を格納し、前記一連の動作が繰り返される回数が前記目標繰り返し回数に達した時点で前記一連の動作の繰り返しによる作業が所定段階に達したと判定するように前記コントロールユニット１１が構成されてもよい。
　前記コントロールユニット１１は、前記一連の動作の繰り返しによる作業が前記所定段階に達したと判定した時点で、前記掘削動作の開始点を図３に示される点Ａから次の一連の動作における掘削動作の開始点に変更する。この変更は、前記上部旋回体２２の旋回方向に行われる。前記上部旋回体２２の旋回方向についての前記点Ａから次の新しい開始点への変更は前記点Ｂから次の新しい終了点への変更を伴う。前記掘削動作は前記上部旋回体２２の旋回を伴わずに行われるからである。前記開始点の変更により、新たな掘削個所で前記一連の動作が繰り返されることが可能である。
　上述のように、本実施形態では、図４に示される前記持ち上げ旋回経路７１Ｂにおいて、前記持ち上げ旋回動作の開始点である前記点Ｂから第１中間目標点７３Ｂ１までの区間、前記第１中間目標点７３Ｂ１から次の第２中間目標点７３Ｂ２までの区間、前記第２中間目標点７３Ｂ２から次の第３中間目標点７３Ｂ３までの区間、および、前記第３中間目標点７３Ｂ３から終了点である前記点Ｃまでの区間を、それぞれ１秒で前記バケット３３の先端が移動するように、前記上部旋回体２２及び前記アタッチメント３０の駆動が制御される。
　図５は、前記持ち上げ旋回経路７１Ｂについての前記複数の目標点の変更の例を示す。図５に示される例では、前記開始点が、図４に示される点Ｂから点Ｂ′に変更される。この変更は、前記上部旋回体２２の旋回方向であって経路拡大方向への３０°の変更であり、前記経路拡大方向は前記開始点が終了点である前記点Ｃから遠ざかる方向である。前記コントロールユニット１１は、変更後の開始点である前記点Ｂ′から前記点Ｃまでの間における前記バケット３３の先端の目標経路つまり変更された前記持ち上げ旋回経路７１Ｂ上に、変更前の前記第１～第３中間目標点７３Ｂ１，７３Ｂ２，７３Ｂ３に代えてこれらにそれぞれ対応する新しい第１中間目標点７５Ｂ１、第２中間目標点７５Ｂ２及び第３中間目標点７５Ｂ３を改めて設定する。つまり、前記第１～第３中間目標点７３Ｂ１～７３Ｂ３をそれぞれ前記第１～第３中間目標点７５Ｂ１～７５Ｂ３に変更する。前記コントロールユニット１１は、前記バケット３３の先端が新しい前記目標点Ｂ′７５Ｂ１～７５Ｂ３，Ｃのうち互いに隣り合う目標点どうしの間隔をそれぞれの目標点間時間で移動するように前記上部旋回体２２の旋回動作を制御する。図５において、変更後の新しい前記第１～第３中間目標点７５Ｂ１～７３５３はそれぞれ黒丸で示され、変更前の前記第１～第３中間目標点７３Ｂ１～７３Ｂ３はそれぞれ白丸で示されている。変更後の複数の目標点、すなわち、開始点である前記点Ｂ′、前記第１～第３中間目標点７５Ｂ１～７５Ｂ３、及び終了点である前記点Ｃのうち、互いに隣り合う目標点どうしの距離は、変更前の複数の目標点どうしの距離よりも大きい。
　このように変更された後の複数の目標点のうち互いに隣り合う目標点どうしの間隔についてそれぞれ設定された前記目標点間時間が、変更前の前記目標点間時間と同等（例えば１秒）であるとすると、前記バケット３３の先端は変更後の前記複数の目標点のうち互いに隣り合う目標点どうしの間を変更前よりも高い速度で移動しなければならない。このことは、前記上部旋回体２２および前記アタッチメント３０の動きを急峻にして前記作業機械１の周りにいる作業者に不安感を与える可能性がある。
　このことを防ぐため、前記コントロールユニット１１は、前記目標軌道情報を補正する補正手段として機能する。具体的に、前記コントロールユニット１１は、旧移動量に対する新移動量の変化に基づいて、当該変化に伴う前記バケット３３の速度の変化を抑えるように、前記目標点間時間を補正する。前記旧移動量は、変更前の開始点である前記点Ｂから終了点である前記点Ｃまで前記アタッチメント３０の制御対象部位、この実施の形態では前記バケット３３の先端、が移動する量であり、前記新移動量は変更後の開始点である前記点Ｂ′から前記点Ｃまで前記制御対象部位が移動する量である。
　より具体的に、前記コントロールユニット１１は、前記旧移動量と前記新移動量との比率を算出する算出手段として機能する。本実施形態に係る前記コントロールユニット１１は、旋回角度差比率αを演算する。旋回角度差比率αは、変更前旋回角度差Δθ１に対する変更後旋回角度差Δθ２の比率であり（α＝Δθ２／Δθ１）、前記変更前旋回角度差Δθ１は変更前の開始点である前記点Ｂ及び終了点である前記点Ｃにそれぞれ相当する前記上部旋回体２２の旋回角度の差であり、前記変更後旋回角度差Δθ２は変更後の開始点である前記点Ｂ′及び終了点である前記点Ｃにそれぞれ相当する前記上部旋回体２２の旋回角度の差である。例えば、変更前の開始点である前記点Ｂに対応する前記上部旋回体２２の旋回角度が０°、終了点である前記点Ｃに対応する前記上部旋回体２２の旋回角度が－８０°、変更後の開始点である前記点Ｂ′に対応する前記上部旋回体２２の旋回角度が３０°である場合、前記旋回角度差比率αは、（８０°＋３０°）／（８０°＋０°）＝１．３７５となる。
　前記コントロールユニット１１は、このようにして算出された前記旋回角度差比率αに基づいて目標点間時間を補正する。具体的に、前記コントロールユニット１１は、前記開始点の変更の前の前記目標点間時間である１秒を前記点Ｂから前記点Ｂ′への前記開始点の変更に伴って１．３７５秒に補正する。
　前記コントロールユニット１１は、新たに設定された複数の目標点Ｂ′，７５Ｂ１，７５Ｂ２，７５Ｂ３，Ｃのうち互いに隣り合う目標点どうしの間を前記バケット３３の先端がそれぞれ前記補正後の目標点間時間すなわち１．３７５秒で移動するように前記上部旋回体２２及び前記アタッチメント３０の駆動を制御することにより、前記開始点の変更前と同等の速度感をオペレータに与えるように前記上部旋回体２２および前記アタッチメント３０を動作させる、つまり、変更後の持ち上げ旋回動作を行わせる、ことができる。このことは、前記開始点の変更によって前記上部旋回体２２または前記アタッチメント３０の動きが急峻になるのを抑制し、前記作業機械１の周りにいる作業者に不安感を与えることを抑制する。
　図６は、前記開始点が前記点Ｂから前記点Ｂ′に変更された後の持ち上げ旋回経路７１Ｂおよび変更後の第１～第３中間目標点７５Ｂ１～７５Ｂ３の他の例を示す。図６に示される例では、図４に示される点Ｂが点Ｂ′に変更され、この変更は前記上部旋回体２２の旋回方向であって点Ｃに近づく方向への３０°の変更である。前記コントロールユニット１１は、先に設定されていた目標点７３Ｂ１，７３Ｂ２，７３Ｂ３に代えて、変更後の開始点である前記点Ｂ′から終了点である前記点Ｃまでの間における前記バケット３３の先端の目標経路すなわち前記持ち上げ旋回経路７１Ｂ上に、新たな第１中間目標点７５Ｂ１、第２中間目標点７５Ｂ２及び第３中間目標点７５Ｂ３を設定する。図６では、新たに設定された前記第１～第３中間目標点７５Ｂ１～７５Ｂ３がそれぞれ黒丸で示され、先に設定されていた第１～第３中間目標点７３Ｂ１～７３Ｂ３が白丸で示されている。新たに設定された複数の目標点Ｂ′，７５Ｂ１～７５Ｂ３，Ｃのうち互いに隣接する目標点どうしの距離は、先に設定されていた複数の目標点Ｂ，７３Ｂ１～７３Ｂ３，Ｃのうち互いに隣接する目標点どうしの間の距離よりも小さい。
　点Ｂから点Ｂ′への変更にかかわらず前記目標点間距離が１秒に維持されたとすると、つまり、点Ｂ′から第１中間目標点７５Ｂ１までの区間、第１中間目標点７５Ｂ１から第２中間目標点７５Ｂ２までの区間、第２中間目標点７５Ｂ２から第３中間目標点７５Ｂ３までの区間、および、第３中間目標点７５Ｂ３から点Ｃまでの区間を、前記バケット３３の先端がそれぞれ１秒で移動するような制御が行われたとすると、前記互いに隣接する目標点どうしの距離は前記変更により小さくなるため、前記バケット３３の先端が移動する速度は遅くなる。この場合、前記上部旋回体２２および前記アタッチメント３０の動きが急峻になることはないので前記作業機械１の周りにいる作業者に不安感を与える可能性は少ないが、前記バケット３３の先端の移動速度の低下は前記作業者に違和感を与えるとともに作業効率を低下させる。
　これを防ぐため、前記コントロールユニット１１は、図６に示される例においても、旧移動量に対する新移動量の変化に基づいて当該変化に伴う前記バケット３３の動作の速度の変化を抑えるように前記目標点間時間を補正する補正手段として機能する。具体的に、前記コントロールユニット１１は、前記旧移動量と前記新移動量との比率を算出し、具体的には、図５に示される例と同様に前記旋回角度差比率αを算出する。例えば、変更前の開始点である前記点Ｂに対応する前記上部旋回体２２の旋回角度が０°、終了点である前記点Ｃに対応する上部旋回体２２の旋回角度が－８０°、変更された後の開始点である前記点Ｂ′に対応する前記上部旋回体２２の旋回角度を－３０°とすると、前記旋回角度差比率αは、（８０°－３０°）／（８０°－０°）＝０．６２５となる。
　前記コントロールユニット１１は、このようにして算出された前記旋回角度差比率αに基づいて前記目標点間時間を補正する。具体的に、前記コントロールユニット１１は、前記開始点が変更される前の前記目標点間時間である１秒を前記変更に伴って０．６２５秒に補正する。
　前記コントロールユニット１１は、新たに設定された複数の目標点Ｂ′，７５Ｂ１，７５Ｂ２，７５Ｂ３，Ｃのうち互いに隣り合う目標点どうしの間を前記バケット３３の先端がそれぞれ０．６２５秒で移動するように前記上部旋回体２２及び前記アタッチメント３０の駆動を制御することにより、点Ｂが変更される前と同等の速度感をオペレータに与えるように前記上部旋回体２２および前記アタッチメント３０を動作させることができる。
　以上説明した実施形態では持ち上げ旋回動作が変更されるが、前記掘削動作、前記排土動作、および、前記復帰旋回動作のいずれかが変更される場合についても同様である。
　前記コントロールユニット１１は、図４～図６に示すような許容範囲８０を設定する範囲設定手段として機能する。前記許容範囲８０は前記アタッチメント３０により行われる作業の範囲について設定されたものである。前記コントロールユニット１１は、前記目標点の変更、例えば前記変更後の開始点の設定、を、予め設定された前記許容範囲８０内で行う。このことは、前記目標動作の変更により前記アタッチメント３０が前記許容範囲８０から逸脱するのを防ぎ、当該アタッチメント３０が前記目標動作によって前記許容範囲８０外にある障害物などと干渉するのを防ぐことができる。
　また、前記コントロールユニット１１は、前記アタッチメント３０の制御対象部位である前記バケット３３の先端の速度について、目標上限速度を設定する上限速度設定手段として機能するとともに、前記アタッチメント３０の前記バケット３３の先端が前記目標上限速度以下の速度で移動するように前記目標点間時間の補正を行うように構成されている。前記補正後の目標点間時間が短すぎると、前記バケット３３の先端が移動する速度が過度に高くなって前記作業機械１の周りにいる作業者に不安感を与えるおそれがある。前記アタッチメント３０を前記目標上限速度以下の速度で動作させるような前記目標点間時間の補正は、前記作業機械１の周りにいる作業者に不安感を与えることを好適に抑制することができる。
（変形例）
　前記持ち上げ旋回動作の開始点の変更（点Ｂから点Ｂ′への変更）に代えて終了点である点Ｃが他の点に変更されてもよい。あるいは、前記持ち上げ旋回動作の開始点及び終了点の双方が変更されてもよい。前記点Ｃは、前記排土動作の開始点でもあるから、前記持ち上げ旋回動作の終了点である前記点Ｃの変更は新たな排土個所で前記一連の動作が繰り返されることを生じさせる。
　前記点Ａ～点Ｄの少なくとも一つの変更は図４～図６に示されるような前記上部旋回体２２の旋回方向への変更に限定されない。当該変更は、前記アタッチメント３０の姿勢の変化の方向または前記下部走行体２１の走行方向の変更であってもよい。
　前記目標点間時間の補正は、前記旧移動量に対する前記新移動量の比率に基づくものに限られない。当該目標点間時間の補正は、例えば、前記アタッチメント３０の移動量と前記目標点間時間とを対応付けて予め用意されたマップを用いて行われてもよい。
　本発明に係る作業機械は、前記のように土砂を掘削するバケット３３を備えた作業機械１に限定されない。本発明は、例えば、前記バケット３３の代わりに別の先端アタッチメント、例えばリフティングマグネット、を備えた作業機械に適用されることも可能である。このような作業機械では、前記目標動作に拾い上げ動作が含まれることが可能であり、前記拾い上げ動作は、前記対象物を保持（前記リフティングマグネットの場合は磁力により吸着）して当該対象物を持ち上げる動作である。前記作業機械は、前記拾い上げ動作を含む一連の動作、例えば、前記リフティングマグネットで鉄くず等の対象物を拾い上げる動作及びその保持した対象物をダンプカーの荷台などに放出する動作、を含む作業を上部旋回体及び作業装置に行わせることが可能である。この場合、コントローラは、前記バケット３３に代えて作業装置の先端に装着された先端アタッチメント、例えば前記リフティングマグネット、の高さの変更（リフティングマグネットの昇降）を伴いながら前記作業のための動作を前記作業装置に繰り返させるように構成されるのが、よい。
　前記リフティングマグネットその他の保持機能をもった先端アタッチメントを備えた作業機械について設けられる前記コントローラは、制限高さを設定するように構成されることが好ましい。前記制限高さは、対象物を保持して拾い上げる拾い上げ動作での前記先端アタッチメントの高さについて設定された制限値である。前記コントローラは、前記先端アタッチメントの高さが前記制限高さに達したときに、繰り返し作業が所定段階に達したと判定し、拾い上げ動作の開始点を移動させる。
　図７は、図４～図６に示される動作を制御するために前記コントロールユニット１１により行われる処理を示すフローチャートである。
　まず、前記コントロールユニット１１は、前記上部旋回体２２および前記アタッチメント３０に前記一連の動作を行わせる（ステップＳ１）。この一連の動作において、前記コントロールユニット１１は、掘削時の深さが制限深さに達したか否かを判定する（ステップＳ２）。
　前記一連の動作において、掘削時の深さが制限深さに達していないと判定した場合には（ステップＳ２でＮＯ）、前記コントロールユニット１１は、掘削深さを変更し（ステップＳ３）、その後に前記一連の動作を繰り返す（ステップＳ１）。このようにして、掘削動作時におけるバケット３３の先端の高さを変えながら前記一連の動作が繰り返される。
　掘削時の深さが前記制限深さに達したと判定した時点で（ステップＳ２でＹＥＳ）、前記コントロールユニット１１は、前記一連の動作に含まれる掘削動作の開始点（点Ａ）を前記上部旋回体２２の旋回方向に変更する（ステップＳ４）。この変更は、持ち上げ旋回動作の開始点の点Ｂから点Ｂ′への変更を伴う。
　次に、前記コントロールユニット１１は、前記持ち上げ旋回動作について、変更された開始点である前記点Ｂ′から第１中間目標点７５Ｂ１までの区間、前記第１中間目標点７５Ｂ１から第２中間目標点７５Ｂ２までの区間、前記第２中間目標点７５Ｂ２から第３中間目標点７５Ｂ３までの区間、及び前記第３中間目標点７５Ｂ３から終了点である点Ｃまでの区間を前記バケット３３の先端が移動するのに要すべき時間、すなわち、目標点間時間、を補正する（ステップＳ５）。この目標点間時間の補正は、前記アタッチメント３０が前記目標上限速度以下の速度で移動するように行われることが好ましい。このような目標点間時間の補正後、新たな掘削個所において前記一連の動作が繰り返される（ステップＳ１）。
　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。
　提供されるのは、下部走行体と、上部旋回体と、作業装置と、コントローラと、を備えた作業機械である。前記上部旋回体は、前記下部走行体に旋回可能に搭載される。前記作業装置は、作業動作を行うことが可能となるように前記上部旋回体に回動可能に取り付けられる。前記コントローラは、目標軌道情報を設定し、前記目標軌道情報に従って前記制御対象部位が動く目標動作を前記上部旋回体および前記アタッチメントに行わせるように前記上部旋回体及び前記作業装置の駆動を制御する。前記目標軌道情報は、前記作業装置に含まれる制御対象部位の目標経路上の複数の目標点、および、前記複数の目標点のうち互いに隣り合う目標点どうしの間で前記制御対象部位が移動する時間の目標値である。前記コントローラは、前記目標動作を含む作業が所定段階に達したと判定したときに次の前記目標動作の開始点および終了点の少なくとも一方を変更し、かつ前記目標軌道情報を補正するように構成される。前記目標軌道情報の補正は、旧移動量に対する新移動量の変化に基づく前記目標点間時間の補正を含む。前記旧移動量は、前記開始点および前記終了点の少なくとも一方が変更される前に当該開始点から当該終了点まで前記制御対象部位が移動する量であり、前記新移動量は、前記開始点および前記終了点の少なくとも一方が変更された後に当該開始点から当該終了点まで前記制御対象部位が移動する量である。
　前記コントローラは、前記制御対象部位の前記旧移動量に対する前記新移動量の変化に基づいて前記目標点間時間を補正する、具体的には、前記目標点の変更に伴う前記制御対象部位の動きの速度の変化を抑える方向の補正をする、ことにより、前記目標動作の前記開始点および前記終了点の少なくとも一方の変更にかかわらず、当該変更が行われる前に比べて変化の少ない速度感で前記上部旋回体および前記作業装置を動作させることができる。このことは、前記上部旋回体および前記作業装置の動きの速度が急変するのを抑制し、前記作業機械の周りにいる作業者に与える違和感（例えば前記動きが急峻になることによる不安感）を抑制することができる。
　前記コントローラは、例えば、前記旧移動量と前記新移動量との比率を算出して当該比率に基づいて前記目標点間時間を補正するように構成されていることが、好ましい。
　前記コントローラは、前記作業装置により行われる作業の範囲について設定された許容範囲内において前記開始点および前記終了点の少なくとも一方の変更を行うように構成されていることが、好ましい。このことは、前記変更に伴って前記作業装置が前記許容範囲から逸脱するのを防ぎ、これにより、前記変更にかかわらず前記作業装置が前記許容範囲外に存在する障害物など干渉するのを防ぐことができる。
　前記コントローラは、前記作業装置の前記制御対象部位の速度について設定された目標上限速度以下の速度で前記制御対象部位が移動するように前記目標点間時間の補正を行うように構成されていることが、好ましい。このことは、補正後の前記目標点間時間が短すぎて互いに隣り合う目標点間の前記制御対象部位の移動の速度が高くなりすぎることにより作業機械１の周りにいる作業者に不安感を与えることを、抑制することができる。
　前記コントローラは、前記目標動作を含む一連の動作を前記上部旋回体及び前記作業装置に繰り返させるように構成され、前記一連の動作は、前記作業装置で土砂を掘削する掘削動作を含み、前記コントローラは、前記掘削動作において前記作業装置の先端の高さを変えながら前記一連の動作を繰り返させるように構成され、前記コントローラは、土砂を掘削する深さである掘削深さが当該掘削深さについて設定された制限値である制限深さに達したときに次の前記一連の動作における前記掘削動作の開始点を変更するように構成されていることが、好ましい。このことは、掘削個所を変えながら掘削動作を継続することを可能にする。
　あるいは、前記一連の動作は、前記作業装置で対象物を保持して拾い上げる拾い上げ動作を含み、前記コントローラは、前記拾い上げ動作における前記アタッチメントの先端の高さを変更しながら前記上部旋回体及び前記作業装置に前記一連の動作を繰り返させるように構成され、前記コントローラは、前記拾い上げ動作における前記作業装置の高さが当該高さについて設定された制限値である制限高さに達したときに次の前記一連の動作における前記拾い上げ動作の開始点を変更するように構成されていることも、好ましい。このことは、前記対象物を拾い上げる位置を変えながら前記対象物の拾い上げを継続することを可能にする。
　前記コントローラは、前記目標動作を含む一連の動作を前記上部旋回体及び前記作業装置に繰り返させるべき回数である目標繰り返し回数を格納し、かつ、前記一連の動作が前記目標繰り返し回数だけ繰り返されたときに次の前記一連の動作における前記開始点および前記終了点の少なくとも一方を変更するように構成されていることが、好ましい。前記一連の動作についての前記目標繰り返し回数の格納は、次の一連の動作に移行するタイミングを容易に決定することを可能にする。

Claims (7)

  1. 　下部走行体と、
    　前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
    　作業動作を行うことが可能となるように前記上部旋回体に回動可能に取り付けられる作業装置と、
    　目標軌道情報を設定し、前記目標軌道情報に従って前記制御対象部位が移動する目標動作を前記上部旋回体及び前記作業装置に行わせるように、前記上部旋回体および前記作業装置の駆動を制御するコントローラと、を備え、前記目標軌道情報は、前記作業装置に含まれる制御対象部位の目標経路上の複数の目標点、および、前記複数の目標点のうち互いに隣り合う目標点どうしの間で前記制御対象部位が移動する時間の目標値である目標点間時間、を含み、
    　前記コントローラは、前記目標動作を含む作業が所定段階に達したと判定したときに次の前記目標動作の前記複数の目標点のうちの開始点および終了点の少なくとも一方を変更し、かつ、前記目標軌道情報を補正するように構成され、
    　前記目標軌道情報の補正は、旧移動量に対する新移動量の変化に基づく前記目標点間時間の補正を含み、前記旧移動量は、前記開始点および前記終了点の少なくとも一方が変更される前に当該開始点から当該終了点まで前記制御対象部位が移動する量であり、前記新移動量は、前記開始点および前記終了点の少なくとも一方が変更された後に前記開始点から前記終了点まで前記制御対象部位が移動する量である、作業機械。
  2. 　請求項１に記載の作業機械であって、前記コントローラは、前記旧移動量に対する前記新移動量の比率を算出し、前記比率に基づいて前記目標点間時間を補正するように構成されている、作業機械。
  3. 　請求項１又は２に記載の作業機械であって、前記コントローラは、前記作業装置により行われる作業の範囲について設定された許容範囲内で前記開始点および前記終了点の少なくとも一方の変更を行うように構成されている、作業機械。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の作業機械であって、前記コントローラは、前記作業装置の前記制御対象部位の速度について設定された目標上限速度以下の速度で前記制御対象部位が移動するように前記目標点間時間の補正を行うように構成されている、作業機械。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の作業機械であって、前記コントローラは、前記目標動作を含む一連の動作を前記上部旋回体及び前記作業装置に繰り返させるように構成され、前記一連の動作は、前記作業装置で土砂を掘削する掘削動作を含み、前記コントローラは、前記掘削動作において前記作業装置の先端の高さを変えながら前記一連の動作を繰り返させるように構成され、前記コントローラは、前記掘削動作により土砂が掘削される深さである掘削深さが当該掘削深さについて設定された制限値である制限深さに達したときに次の前記一連の動作における前記掘削動作の開始点を変更するように構成されている、作業機械。
  6. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の作業機械であって、前記コントローラは、前記目標動作を含む一連の動作を前記上部旋回体及び前記作業装置に繰り返させるように構成され、前記一連の動作は、前記作業装置で対象物を保持して拾い上げる拾い上げ動作を含み、前記コントローラは、前記拾い上げ動作における前記作業装置の先端の高さを変更しながら前記上部旋回体及び前記作業装置に前記一連の動作を繰り返させるように構成され、前記コントローラは、前記拾い上げ動作における前記作業装置の高さが当該高さについて設定された制限値である制限高さに達したときに次の前記一連の動作における前記拾い上げ動作の開始点を変更するように構成されている、作業機械。
  7. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の作業機械であって、前記コントローラは、前記目標動作を含む一連の動作を前記上部旋回体及び前記作業装置に繰り返させるべき回数である目標繰り返し回数を格納し、かつ、前記一連の動作が前記目標繰り返し回数だけ繰り返されたときに次の前記一連の動作における前記開始点および前記終了点の少なくとも一方を変更するように構成されている作業機械。

     
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