WO2023080114A1

WO2023080114A1 - 作業機械

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Publication number: WO2023080114A1
Application number: PCT/JP2022/040739
Authority: WO
Inventors: 哲平齋藤; 理優成川; 匡士西澤; 英明伊東; 英史石本; 慧佐藤
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2024-05-05
Also published as: JP7191183B1; CN117881858A; JP2023069275A; EP4372155A4; US20240376693A1; EP4372155A1

Abstract

作業機械１では、履帯２１の走行平面Ｓ上において履帯２１から一定距離離れた走行予測点Ｐ１を通るとともに走行平面Ｓに対して最大登坂角度θと同じ角度を有する直線を第１直線Ｌ１、測距センサ６の取付位置と走行予測点Ｐ１とを結ぶ直線を第２直線Ｌ２としたときに、測距センサ６は、第１直線Ｌ１よりも上方に位置し、その取付位置から第２直線Ｌ２上の地面までの距離を計測する。制御装置５は、測距センサ６の計測結果と旋回角度センサ８の検出結果とに基づいて走行予測領域Ｔの高さＨ１を算出し、算出した走行予測領域Ｔの高さＨ１と走行平面Ｓの高さＨ２との高低差Ｈ３が閾値以上であるか否かを判定し、高低差が閾値以上であると判定した場合に通知装置７を作動させる。

Description

作業機械

　本発明は、油圧ショベルなどの作業機械に関する。

　例えば鉱山で稼働する油圧ショベルなどの作業機械は、高低差の多い場所で昼夜問わず掘削作業および積込作業を行っている。このような環境では、粉塵が舞うことが多く、夜間の作業現場が暗いので、油圧ショベルの運転席からの視界が悪い問題が生じている。これに加え、鉱山で稼働する油圧ショベルは車体サイズが大きいので、運転席から足元の走行履帯周辺が見えづらい。このため、足元の大きな段差に気づかずに走行すると、履帯が段差に落ちたり油圧ショベルが段差から転落したりし、車体安定性を維持できない場合がある。車体が不安定になると、作業の中断を招き、生産性が低下してしまう。

　そこで、作業機械の車体安定性を維持する技術として、例えば下記特許文献１に開示された油圧ショベルが検討されている。すなわち、油圧ショベルのフロント装置に鉛直下方の地面までの距離を計測する測距センサを設け、下部走行体の接地面の高さから測距センサの鉛直下方に位置する地点の高さを差し引いて高低差を求め、求めた高低差が閾値より大きい場合に油圧ショベルの走行を制限する。このようにすることで、車体安定性の維持を図ろうとしている。

特開２０２０－１５９１４２号公報

　しかし、上記特許文献１に開示された油圧ショベルでは、測距センサは、フロント装置の姿勢に関わらず鉛直下方を向くようにフロント装置に回転可能に取り付けられているため、フロント装置の動作中に測距センサの回転方向に振動する。このような回転揺れによってノイズが発生し、距離を正確に計測し難い問題がある。距離を正確に計測するために、例えばフロント装置の動作を減速または停止する際に行うことが考えられるが、フロント装置を減速又は停止すると、作業機械の生産性に影響してしまう。従って、特許文献１に記載の油圧ショベルには、改善の余地があった。

　本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、車体安定性を維持し、車体不安定による生産性の低下を抑制できる作業機械を提供することを目的とする。

　本発明に係る作業機械は、履帯を有する下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に設けられた上部旋回体とを備えた作業機械であって、前記上部旋回体に取り付けられた少なくとも１つの測距センサと、前記上部旋回体と前記下部走行体との相対旋回角度を検出する旋回角度センサと、前記作業機械のオペレータに情報を通知する通知装置と、前記下部走行体と前記通知装置とを制御する制御装置と、を備え、前記履帯の走行平面上において前記履帯から一定距離離れた走行予測点を通るとともに前記履帯の走行平面に対して前記作業機械の最大登坂角度に対応する角度を有する直線を第１直線、前記測距センサの取付位置と前記走行予測点とを結ぶ直線を第２直線としたときに、前記測距センサは、前記第１直線よりも上方に位置し、その取付位置から前記第２直線上の地面までの距離を計測し、前記測距センサが計測した地面の領域を走行予測領域としたときに、前記制御装置は、前記測距センサの計測結果と前記旋回角度センサの検出結果とに基づいて前記走行予測領域の高さを算出し、算出した前記走行予測領域の高さと前記履帯の走行平面の高さとの高低差が予め設定された閾値以上であるか否かを判定し、前記高低差が前記閾値以上であると判定した場合に前記通知装置を作動させることを特徴としている。

　本発明に係る作業機械では、履帯の走行平面上において履帯から一定距離離れた走行予測点を通るとともに履帯の走行平面に対して作業機械の最大登坂角度に対応する角度を有する直線を第１直線、測距センサの取付位置と走行予測点とを結ぶ直線を第２直線としたときに、測距センサは、第１直線よりも上方に位置するように上部旋回体に取り付けられ、その取付位置から第２直線上の地面までの距離を計測する。このようにすれば、測距センサは最大登坂角度より大きい角度で距離を計測できるため、高低差が最大登坂角度を超える段差を確実に検出することができる。また、高低差が閾値以上であると判定した場合、制御装置は通知装置を作動させることで、通知装置を介して作業機械のオペレータにその情報を知らせることができる。その結果、運転席からの視界が悪い場合であっても、走行予測領域に段差があることをオペレータに気づかせることができる。これによって、履帯が段差に落ちたり作業機械が段差から転落したりすることを防ぐことができるので、作業機械の車体安定性を維持することができ、車体不安定による生産性の低下を抑制することができる。

　本発明によれば、車体安定性を維持し、車体不安定による生産性の低下を抑制することができる。

第１実施形態に係る作業機械を示す側面図である。制御装置を示す機能ブロック図である。制御装置の制御処理を示すフローチャート図である。走行予測領域の形状を説明するための平面図である。通知装置に表示された内容を説明するための図である。第２実施形態に係る作業機械を示す側面図である。後方測距センサ、左側測距センサ及び右側測距センサを更に備える作業機械を示す側面図である。後方測距センサ、左側測距センサ及び右側測距センサを更に備える作業機械を示す背面図である。

　以下、図面を参照して本発明に係る作業機械の実施形態について説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。また、以下では、作業機械として油圧ショベルの例を挙げて説明するが、本発明は油圧ショベルに限定されず、クローラクレーンなどの作業機械にも適用される。更に、以下の説明では、上下、左右、前後の方向及び位置は、油圧ショベルの通常の使用状態、すなわち下部走行体が地面に接地した状態を基準とする。

[第１実施形態]
　図１は第１実施形態に係る作業機械を示す側面図である。本実施形態の作業機械１は、例えば油圧ショベルであって、動力系により走行する下部走行体２と、下部走行体２に対して左右方向に旋回自在に取り付けられた上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられるとともに掘削などの作業を行うフロント装置４とを備えている。本実施形態では、下部走行体２及び上部旋回体３は作業機械１の車体を構成する。

　下部走行体２は、左右一対の履帯２１と、一対の履帯２１をそれぞれ駆動する走行モータ（図示せず）と、走行モータなどを制御する走行制御器２２とを有する。走行モータは、走行制御器２２の指令に従って左右の履帯２１をそれぞれ駆動する。これによって、下部走行体２は前進又は後進、左折又は右折、或いは超信地旋回（定置旋回ともいう）することができる。そして、走行制御器２２は、後述する制御装置５と電気的に接続され、制御装置５からの走行制御指令に従って走行モータの駆動などを制御する。ここで、超信地旋回とは、左右の履帯２１をそれぞれ逆方向に回転することでその場で下部走行体２を旋回させることを意味する。

　上部旋回体３は、運転室３１、及び機械室３２を有する。運転室３１は、例えば上部旋回体３の左側部に配置されており、その中にはオペレータが着席した状態で作業機械１の各操作を行うための運転席が設けられている。機械室３２は、例えば運転室３１の後方に配置されている。上部旋回体３には、旋回モータ（図示せず）が配置されている。旋回モータを駆動すると、上部旋回体３は下部走行体２に対して旋回動作することができる。

　フロント装置４は、上部旋回体３に対して上下方向に回動可能に形成されている。フロント装置４は、上部旋回体３に連結されたブーム４１と、ブーム４１に連結されたアーム４２と、アーム４２に連結されたバケット４３と、ブーム４１を駆動するブームシリンダ４４と、アーム４２を駆動するアームシリンダ４５と、バケットリンクなどを介してバケット４３を駆動するバケットシリンダ４６とを有する。

　また、作業機械１は、上部旋回体３と下部走行体２との相対旋回角度を検出する旋回角度センサ８と、作業機械１のオペレータに情報を通知する通知装置７と、上部旋回体の前方に取り付けられた測距センサ６と、作業機械１の各制御を行う制御装置５とを備えている。

　旋回角度センサ８は、例えばロータリーエンコーダなどにより形成され、下部走行体２に対する上部旋回体３の旋回角度を計測し、計測した結果を制御装置５に出力する。

　通知装置７は、例えばモニタとスピーカーなどにより形成され、運転室３１内に配置されている。通知装置７は、制御装置５と電気的に接続され、制御装置５からの通知制御指令に従って文字又は音声を介してオペレータに情報を通知する。本実施形態では、通知装置７は、モニタからなる表示部９（後述する）を有する。

　測距センサ６は、例えば１Ｄ～３ＤタイプのＬｉＤＡＲ、ミリ波レーダ、又はステレオカメラなどにより形成されている。測距センサ６は、上部旋回体３（ここでは、運転室３１のフロントガラスの外側）に取り付けられている。

　本実施形態では、測距センサ６の取付位置及び計測位置は次のように定められている。すなわち、図１に示すように、作業機械１の履帯２１の走行平面Ｓ上において履帯２１から一定距離Ｄ１離れた走行予測点Ｐ１を通るとともに履帯２１の走行平面Ｓに対して作業機械１の最大登坂角度θと同じ角度を有する直線を第１直線Ｌ１、測距センサ６の取付位置と走行予測点Ｐ１とを結ぶ直線を第２直線Ｌ２としたときに、測距センサ６は、第１直線Ｌ１よりも上方に位置するように上部旋回体３に取り付けられ、その取付位置から第２直線Ｌ２上の地面までの距離を計測する。

　ここで、走行平面Ｓは、履帯２１が直進する場合の仮想平面である。走行予測点Ｐ１は、走行平面Ｓ上に存在する点状の領域であって、履帯２１の先端（ここでは、前端）から一定距離Ｄ１離れた領域である。走行予測点Ｐ１の位置（言い換えれば、距離Ｄ１）は、例えば制御装置５が走行制御器２２へ停止指令を送信してから作業機械１が停止するまでの応答時間に車体の最大走行速度をかけて得られた値、すなわち制動距離に基づいて定められている。なお、該走行予測点Ｐ１の位置（言い換えれば、距離Ｄ１）は、制動距離よりも大きくなってもよい。

　最大登坂角度θは、作業機械１が登坂可能な斜面Ｆの最大角度であり、作業機械１の仕様値（登坂能力）に基づいて設定されているが、仕様値に対し安全マージンを設けるように設定されてもよい。すなわち、最大登坂角度θを仕様値と同じになるように設定してもよく、安全性を重視して仕様値より小さく設定してもよい。第１直線Ｌ１は、走行予測点Ｐ１を通る直線であって、走行平面Ｓに対して最大登坂角度θと同じ角度を有する直線である。そして、測距センサ６は、第１直線Ｌ１よりも上方に位置しており、上部旋回体３に取り付けられている。測距センサ６は、その取付位置から第２直線Ｌ２に沿って地面までの距離、すなわち第２直線Ｌ２と斜面Ｆとの交わる場所までの距離を計測し、計測した結果を制御装置５に出力する。

　本実施形態では、測距センサ６が計測した地面の領域を走行予測領域Ｔとする。走行予測領域Ｔは、様々な形状を有する領域であり、例えば作業機械１の周囲に点在する複数の点状の領域でもよく、連続した点からなる線状（例えば直線状や曲線状）の領域でもよく、又は作業機械１を取り囲むように連続した点からなる環状（例えば円環状や多角環状）の領域であってもよい。走行予測領域Ｔの形状については後述する。

　制御装置５は、例えば算出を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と、算出のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、算出経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されており、記憶されたプログラムの実行によって作業機械１の各制御を行う。

　図２は制御装置を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置５は、地形形状取得部５１、高低差算出部５２、判定部５３、発報部５４及び走行制御部５５を有する。地形形状取得部５１は、測距センサ６により計測された距離と旋回角度センサ８により計測された角度とに基づいて、走行予測領域Ｔの地形形状を取得する。

　高低差算出部５２は、地形形状取得部５１で取得した走行予測領域Ｔの地形形状に基づいて、走行予測領域Ｔの高さＨ１（図１参照）を算出する。また、高低差算出部５２は、走行平面Ｓの高さＨ２（図１参照）と上記算出した走行予測領域Ｔの高さＨ１との差（高低差Ｈ３（図１参照））を算出する。なお、高さＨ１及びＨ２は、測距センサ６の取付位置を基準としており、測距センサ６により計測された距離と走行平面Ｓに対する第２直線Ｌ２の傾斜角度とに基づいてそれぞれ算出される。

　判定部５３は、高低差算出部５２で算出した高低差が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する。閾値は、例えば作業機械１が踏破可能な高低差の仕様値などに基づいて設定されている。また、この判定部５３は、上記高低差が閾値以上であるか否かの判定結果に基づいて、段差検出フラグを設定する。具体的には、上記高低差が閾値以上であると判定した場合、判定部５３は、走行予測領域Ｔに段差が検出されたものとして「段差検出フラグ」を「真」に設定する。一方、上記高低差が閾値よりも小さい場合、判定部５３は、「段差検出フラグ」を「偽」に設定する。なお、本実施形態でいう「段差」は、上述の通り、走行平面Ｓの高さＨ２と走行予測領域Ｔの高さＨ１との差（高低差Ｈ３）が閾値以上のものを指す。

　発報部５４は、上記高低差が閾値以上であると判定された場合に、通知装置７を作動させる指令を発する。すなわち発報部５４は、上記高低差が閾値以上であると判定された場合のみ、通知装置７に指令を出力する。走行制御部５５は、上記高低差が閾値以上であると判定された場合、下部走行体２の走行を直ちに減速して停止するように走行制御器２２に指令を出力する。

　以下、図３を基に制御装置５の制御処理を説明する。

　ステップＳ１では、地形形状取得部５１は、測距センサ６の計測結果と旋回角度センサ８の検出結果とに基づいて、走行予測領域Ｔの地形形状を取得する。

　ステップＳ１に続くステップＳ２では、高低差算出部５２は、ステップＳ１で取得した走行予測領域Ｔの地形形状に基づいて走行予測領域Ｔの高さＨ１を算出する。走行予測領域Ｔの高さＨ１は、例えば走行予測領域Ｔの地形形状の高さの平均値である。

　ステップＳ２に続くステップＳ３では、高低差算出部５２は、予め計測された走行平面Ｓの高さＨ２とステップＳ２で算出した走行予測領域Ｔの高さＨ１との差（高低差Ｈ３）を算出し、算出した高低差を判定部５３に出力する。そして、判定部５３は、高低差算出部５２で算出した高低差と予め設定された閾値とを比較し、算出した高低差が閾値以上であるか否かを判定する。

　算出した高低差が閾値より小さいと判定された場合、制御処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、判定部５３は、走行予測領域Ｔに段差がないと判定するとともに、「段差検出フラグ」を「偽」に設定する。これによって、制御処理が終了する。

　一方、ステップＳ３において、算出した高低差が閾値以上であると判定された場合、制御処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５では、判定部５３は、走行予測領域Ｔに段差がある（言い換えれば、段差が検出された）と判定するとともに「段差検出フラグ」を「真」に設定する。

　ステップＳ５に続くステップＳ６では、発報部５４は、「真」の段差検出フラグを受け取り、通知装置７を作動させる指令を通知装置７に出力する。この場合、通知装置７は、発報部５４からの指令に従って、文字表示又は音声などを介してオペレータに走行予測領域Ｔに段差が検出されたことを知らせる。

　ステップＳ６に続くステップＳ７では、走行制御部５５は、下部走行体２の走行を直ちに減速して停止させる指令を走行制御器２２に出力する。ステップＳ７が終わると、一連の制御処理が終了する。

　なお、上述の制御処理において、ステップＳ６及びステップＳ７は同時に行われてもよい。すなわち、「真」の段差検出フラグを受け取ると、発報部５４は通知装置７に出力すると同時に、走行制御部５５は減速して停止させる指令を走行制御器２２に出力する。このように「真」の段差検出フラグを受け取ると、走行制御器２２への停止指令を直ちに出力することで、タイムラグが生じずに作業機械１の停止を直ちに実施できるので、作業機械１の安全性を高めることができる。なお、この場合、図２に示す判定部５３は、走行制御部５５にも出力できるように走行制御部５５と直接接続すればよい。

　また、上述の制御処理において、高低差が閾値以上であると判定した場合に、制御装置５は、走行停止（ステップＳ７）に代えて、高低差が閾値よりも小さい方向に走行するように下部走行体２を制御してもよい。例えば作業機械１の前方に段差が検出され、かつ作業機械１の後方に段差が検出されていない場合、制御装置５は、下部走行体２の後方への走行を許可し、下部走行体２を後方に走行させるように制御する。このようにすれば、車体安定性を維持できるとともに、作業機械１の走行停止を回避することができる。

　本実施形態の作業機械１では、作業機械１の履帯２１の走行平面Ｓ上において履帯２１から一定距離Ｄ１離れた走行予測点Ｐ１を通るとともに履帯２１の走行平面Ｓに対して作業機械１の最大登坂角度θと同じ角度を有する直線を第１直線Ｌ１、測距センサ６の取付位置と走行予測点Ｐ１とを結ぶ直線を第２直線Ｌ２としたときに、測距センサ６は、第１直線Ｌ１よりも上方に位置するように上部旋回体３に取り付けられ、その取付位置から第２直線Ｌ２上の地面までの距離を計測する。このようにすれば、測距センサ６は最大登坂角度θより大きい角度で距離を計測できるため、高低差が最大登坂角度θを超える段差を確実に検出することができる。

　また、高低差が閾値以上であると判定した場合、制御装置５は通知装置７を作動させることで、通知装置７を介して作業機械１のオペレータにその情報を知らせることができる。その結果、運転席からの視界が悪い場合であっても、走行予測領域Ｔに段差があることをオペレータに気づかせることができる。従って、オペレータは作業機械１を停止することにより、履帯２１が段差に落ちたり作業機械１が段差から転落したりすることを防ぐことができるので、作業機械１の車体安定性を維持することができ、車体不安定による生産性の低下を抑制することができる。

　また、高低差が閾値以上であると判定した場合に、制御装置５は下部走行体２の走行を停止するように制御する。このようにすることで、仮にオペレータが通知装置７を介して段差が検出されたことに気づいたが、迅速に作業機械１を停止しない場合或いは何らかの原因でそのまま走行を操作した場合であっても、下部走行体２をすみやかに減速して停止することで、作業機械１が不安定な状態に陥ることを防止できる。従って、車体安定性を維持し、車体不安定による生産性の低下を確実に抑制することができる。

　更に、測距センサ６が上部旋回体３に取り付けられているので、従来のようにフロント装置４に取り付けられた場合と比べて、回転揺れによる計測精度への影響を確実に抑えることができる。

　上述したように、走行予測領域Ｔは様々な形状を有する。以下、図４に示す４つの代表例（Ｔ１～Ｔ４）を説明する。

　まず、図４に示す走行予測領域Ｔ１は、最も基本的な走行予測領域であり、下部走行体２の前後方向上の複数の点状の領域として設定されている。具体的には、走行予測領域Ｔ１は、左右の履帯２１の前後一箇所ずつ、計４つの点状の領域からなる。従って、制御装置５の地形形状取得部５１は、４つの点状の領域のそれぞれの地形形状を取得する。このようにすれば、下部走行体２の前後方向において、作業機械１の目前にある段差を検出することが可能である。なお、履帯２１の後方の走行予測領域Ｔ１を計測する際に、上部旋回体３を後方に旋回させて測距センサ６を用いて計測すればよい。

　また、図４に示す走行予測領域Ｔ２は、下部走行体２の左右方向に沿う複数の線状の領域として設定されている。具体的には、走行予測領域Ｔ２は、左右の履帯２１の前後一本ずつ、計４本の直線状の領域からなる。そして、各領域の長さは例えば履帯２１の幅に合わせるようにしてもよい。このようにすれば、制御装置５の地形形状取得部５１は左右の履帯２１の前後に履帯２１の幅に合わせた地形形状を取得する。このようにすれば、地形形状の高さとして走行予測領域Ｔ２の地形形状の高さの平均値を用いることができるので、地形の凹凸などによる影響及び測距センサ６の計測ノイズの影響などを抑制でき、高低差を高精度に算出することができる。なお、履帯２１の後方の走行予測領域Ｔ２を計測する際に、上部旋回体３を後方に旋回させて測距センサ６を用いて計測すればよい。

　図４に示す走行予測領域Ｔ３は、下部走行体２を取り囲むような環状の領域として設定されている。具体的には、走行予測領域Ｔ３は、下部走行体２を取り囲むように円環状又は楕円環状の領域となっている。この場合、制御装置５の地形形状取得部５１は、下部走行体２の周囲全周の地形形状を取得する。このようにすれば、下部走行体２の側方にある段差も検出することができる。従って、例えば下部走行体２を超信地旋回する際に、下部走行体２の側方にある段差に履帯２１が落ちて車体が不安定になるような状況を防ぐことができる。なお、履帯２１の側方及び後方の走行予測領域Ｔ３を計測する際に、上部旋回体３を旋回しながら測距センサ６を用いて計測すればよい。

　また、図４に示す走行予測領域Ｔ４は、下部走行体２の前後方向に沿う複数の線状の領域によって形成されている。具体的には、走行予測領域Ｔ４は、左右の履帯２１の走行方向に延びる２本の直線状の領域からなる。この場合、制御装置５の地形形状取得部５１は、下部走行体２の前後方向に対して直線的に地形形状を取得する。このようにすれば、走行予測点Ｐ１より遠方の段差を検出することが可能である。なお、履帯２１の後方の走行予測領域Ｔ４を計測する際に、上部旋回体３を後方に旋回させて測距センサ６を用いて計測すればよい。

　また、走行予測領域が下部走行体２を中心に前方に延びる複数の放射線の領域の集合である扇状の領域であってもよい。例えば、上部旋回体３を扇状に旋回しながら測距センサ６で走行予測点Ｐ１より遠方の領域を計測することで、作業機械１の前方にある一定範囲の段差を検出することが可能である。このようにすれば、例えば図５に示すように、検出した段差の位置を示す稜線１０及び作業機械１の位置をともに通知装置７の表示部９に表示させることで、オペレータが遠方の段差の状況を早く気づくことができ、段差の状況も把握し易い。

　なお、測距センサ６の計測範囲が点状、線状、面状であるかによって、走行予測領域Ｔ１～Ｔ４の地形形状を取得する条件が変わる。例えば走行予測領域Ｔ１の場合、測距センサ６の計測範囲が点状、線状、面状のいずれであっても走行予測領域Ｔ１の地形形状を取得することが可能であるが、走行予測領域Ｔ４の場合は測距センサ６の計測範囲が線状又は面状である必要がある。

　また、走行予測領域Ｔ２及びＴ３の場合、測距センサ６の計測範囲が点状、線状、面状のいずれであっても走行予測領域Ｔ２及びＴ３の地形形状を取得することが可能である。例えば測距センサ６の計測範囲が点であるとき、上部旋回体３を旋回しながら測距センサ６が連続的に距離を測定し（言い換えれば、連続した点になるように距離を測定し）、旋回角度センサ８により計測した旋回角度と組み合わせることで、走行予測領域Ｔ２及びＴ３の地形形状を取得することができる。

［第２実施形態］
　以下、図６を基に作業機械１の第２実施形態を説明する。第２実施形態の作業機械１は、遠隔操作に適用される点において上記第１実施形態と相違している。ここでは、その相違点によって上記第１実施形態との異なる内容のみを説明する。

　図６に示すように、第２実施形態の作業機械１は、作業機械１から離れた場所に配置されて制御装置５に操作指令を送信可能に構成された遠隔操作装置１１と、遠隔操作装置１１からの操作指令を送信する無線送信機１２と、上部旋回体３に配置されて無線送信機１２から送信された指令を受信する無線受信機１３とを更に備えている。無線受信機１３は、受信した指令を制御装置５に出力する。

　第２実施形態では、測距センサ６は、上部旋回体３（ここでは、運転室３１のフロントガラスの外側）に取り付けられているが、その取付位置及び計測位置は次のように定められている。すなわち、履帯２１の走行平面Ｓ上において走行予測点Ｐ１より作業機械１に対して遠方にある遠隔操作走行予測点Ｐ２を通るとともに履帯２１の走行平面Ｓに対して最大登坂角度θと同じ角度又はこれに対応する角度を有する直線を第３直線Ｌ３、測距センサ６の取付位置と遠隔操作走行予測点Ｐ２とを結ぶ直線を第４直線Ｌ４としたときに、測距センサ６は、更に第３直線Ｌ３よりも上方に位置するように上部旋回体３に取り付けられ、その取付位置から第４直線Ｌ４上の地面までの距離を計測する。

　ここで、遠隔操作走行予測点Ｐ２は、走行平面Ｓ上に存在する点であって、履帯２１の先端（ここでは、前端）から一定距離Ｄ２（Ｄ２＞Ｄ１）離れた点である。遠隔操作走行予測点Ｐ２の位置（言い換えれば、距離Ｄ２）は、例えば、制御装置５が走行制御器２２へ停止指令を出力してから作業機械１が停止するまでの応答時間に、更に遠隔操作装置１１からの操作指令が無線送信機１２及び無線受信機１３を介して制御装置５に到達するまでの時間を加えた値に対し、車体の最大走行速度をかけて得られた値、すなわち遠隔操作による制動距離に基づいて定められている。なお、該遠隔操作走行予測点Ｐ２の位置（言い換えれば、距離Ｄ２）は、遠隔操作による制動距離よりも大きくなってもよい。

　本実施形態では、測距センサ６が計測した地面の領域を遠隔操作走行予測領域Ｗとする。遠隔操作走行予測領域Ｗは、上記第１実施形態の走行予測領域Ｔと同様に様々な形状を有し、例えば図４に示す形状を有する。

　また、本実施形態の制御装置５では、地形形状取得部５１は、測距センサ６の計測結果と旋回角度センサ８の検出結果とに基づいて遠隔操作走行予測領域Ｗの地形形状を取得する。高低差算出部５２は、地形形状取得部５１で取得した遠隔操作走行予測領域Ｗの地形形状に基づいて、遠隔操作走行予測領域Ｗの高さＨ４（図６参照）を算出する。更に、高低差算出部５２は、走行平面Ｓの高さＨ５（図６参照）と遠隔操作走行予測領域Ｗの高さＨ４との差（高低差Ｈ６（図６参照））を算出する。なお、高さＨ４及びＨ５は、測距センサ６の取付位置を基準としており、測距センサ６により計測された距離と走行平面Ｓに対する第４直線Ｌ４の傾斜角度とに基づいてそれぞれ算出される。

　一方、判定部５３、発報部５４及び走行制御部５５は、上記第１実施形態と同じである。また、制御装置５に関する制御処理は、遠隔操作走行予測領域Ｗを対象とする点で第１実施形態と異なるが、その他は第１実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。

　作業機械１を遠隔操作する場合、オペレータは、作業機械１から離れた場所で、例えば作業機械１に搭載したカメラ(図示せず)の映像などに基づいて各操作を行う。カメラの映像と遠隔操作装置１１からの操作指令とを無線で通信する場合、通信遅延が発生する。このため、例えばオペレータが遠隔操作装置１１を用いて作業機械１に走行を指示した際に、オペレータの視界が悪い原因により、段差などに気づくのが遅れた場合がある。また、オペレータが遠隔操作装置１１を介して速やかに走行停止を指示しても、無線通信遅延の原因で作業機械１の制動距離は、実際にオペレータが作業機械１に搭乗して操作する場合と比べて、大きくなる。その結果、作業機械１の走行停止が間に合わず、履帯２１が段差に落ちたり作業機械１が段差から転落したりする可能性が生じる。

　そこで、本実施形態では、増加した制動距離分を考慮して走行予測点Ｐ１よりも遠方に遠隔操作走行予測点Ｐ２を設け、該遠隔操作走行予測点Ｐ２を通るとともに走行平面Ｓに対して最大登坂角度θと同じ角度を有する第３直線Ｌ３の上方に測距センサ６を配置することで、遠隔操作走行予測領域Ｗが作業機械１に対してより遠方になる。その結果、遠隔操作による制動距離の増加分に対し、測距センサ６を介して段差の検出を早めることが可能となる。これによって、履帯２１が段差に落ちたり作業機械１が段差から転落したりすることを防止できるので、車体の安定性を維持し、車体不安定による生産性の低下を抑制できる。

　上記の実施形態において、作業機械１の上部旋回体３に測距センサ６一つのみを取り付けた例（より具体的には、上部旋回体３の前方に測距センサ６を取り付けた例）を説明したが、本発明の測距センサは複数であってもよい。例えば図７及び図８に示すように、上部旋回体３の後方、及び上部旋回体３の側方にも測距センサを取り付けてもよい。

　図７及び図８に示すように、作業機械１は、上述の測距センサ６に加えて、後方測距センサ６ａ、左側測距センサ６ｂ及び右側測距センサ６ｃを更に備えている。後方測距センサ６ａは、上部旋回体３の後方に取り付けられている。左側測距センサ６ｂは上部旋回体３の左側、右側測距センサ６ｃは上部旋回体３の右側にそれぞれ取り付けられている。

　そして、後方測距センサ６ａ、左側測距センサ６ｂ及び右側測距センサ６ｃの取付位置及び計測位置は、測距センサ６と同様に走行予測点と最大登坂角度に基づいて定められている。

　例えば図７に示すように、走行平面Ｓ上において履帯２１から一定距離離れた後方走行予測点Ｐ１ａを通るとともに走行平面Ｓに対して最大登坂角度θと同じ角度を有する直線を第１直線Ｌ１ａ、後方測距センサ６ａの取付位置と後方走行予測点Ｐ１ａとを結ぶ直線を第２直線Ｌ２ａとしたときに、後方測距センサ６ａは、第１直線Ｌ１ａよりも上方に位置するように上部旋回体３に取り付けられ、その取付位置から第２直線Ｌ２ａ上の地面までの距離を計測する。後方走行予測点Ｐ１ａの位置は、第１実施形態の走行予測点Ｐ１と同様に制動距離に基づいて定められてもよく、制動距離よりも大きくなるように定められてもよい。

　また、図８に示すように、走行平面Ｓ上において履帯２１から一定距離離れた左側走行予測点Ｐ１ｂを通るとともに走行平面Ｓに対して最大登坂角度θと同じ角度を有する直線を第１直線Ｌ１ｂ、左側測距センサ６ｂの取付位置と左側走行予測点Ｐ１ｂとを結ぶ直線を第２直線Ｌ２ｂとしたときに、左側測距センサ６ｂは、第１直線Ｌ１ｂよりも上方に位置するように上部旋回体３に取り付けられ、その取付位置から第２直線Ｌ２ｂ上の地面までの距離を計測する。左側走行予測点Ｐ１ｂの位置は、第１実施形態の走行予測点Ｐ１と同様に制動距離に基づいて定められてもよく、制動距離よりも大きくなるように定められてもよい。

　また、走行平面Ｓ上において履帯２１から一定距離離れた右側走行予測点Ｐ１ｃを通るとともに走行平面Ｓに対して最大登坂角度θと同じ角度を有する直線を第１直線Ｌ１ｃ、右側測距センサ６ｃの取付位置と右側走行予測点Ｐ１ｃとを結ぶ直線を第２直線Ｌ２ｃとしたときに、右側測距センサ６ｃは、第１直線Ｌ１ｃよりも上方に位置するように上部旋回体３に取り付けられ、その取付位置から第２直線Ｌ２ｃ上の地面までの距離を計測する。右側走行予測点Ｐ１ｃの位置は、第１実施形態の走行予測点Ｐ１と同様に制動距離に基づいて定められてもよく、制動距離よりも大きくなるように定められてもよい。

　そして、測距センサ６、後方測距センサ６ａ、左側測距センサ６ｂ及び右側測距センサ６ｃは、例えばそれぞれ２ＤタイプのＬｉＤＡＲからなり、その計測領域は図７又は図８に示すように横方向にある一定の角度を持つ２次元平面である。なお、図７及び図８に示す三角形は、左側測距センサ６ｂと後方測距センサ６ａの計測範囲を模式的に示すものである。

　このように後方測距センサ６ａ、左側測距センサ６ｂ及び右側測距センサ６ｃを更に備えることで、上部旋回体３が旋回することなく、履帯２１の後方、左側及び右側にある段差を検出することが可能となるので、車体安定性を確実に維持することができる。

　なお、図７及び図８に示す例は上記第２実施形態にも適用されるが、その重複説明を省略する。

　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１　　作業機械
２　　下部走行体
３　　上部旋回体
４　　フロント装置
５　　制御装置
６　　測距センサ
６ａ　　後方測距センサ
６ｂ　　左側測距センサ
６ｃ　　右側測距センサ
７　　通知装置
８　　旋回角度センサ
９　　表示部
１１　　遠隔操作装置
１２　　無線送信機
１３　　無線受信機
２１　　履帯
Ｆ　　斜面
Ｌ１，Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ　　第１直線
Ｌ２，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ　　第２直線
Ｌ３　　第３直線
Ｌ４　　第４直線
Ｐ１　　走行予測点
Ｐ１ａ　　後方走行予測点
Ｐ１ｂ　　左側走行予測点
Ｐ１ｃ　　右側走行予測点
Ｐ２　　遠隔操作走行予測点
Ｓ　　走行平面
Ｔ，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４　　走行予測領域
Ｗ　　遠隔操作走行予測領域
θ　　最大登坂角度

Claims

　履帯を有する下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に設けられた上部旋回体とを備えた作業機械であって、
　前記上部旋回体に取り付けられた少なくとも１つの測距センサと、
　前記上部旋回体と前記下部走行体との相対旋回角度を検出する旋回角度センサと、
　前記作業機械のオペレータに情報を通知する通知装置と、
　前記下部走行体と前記通知装置とを制御する制御装置と、
を備え、
　前記履帯の走行平面上において前記履帯から一定距離離れた走行予測点を通るとともに前記履帯の走行平面に対して前記作業機械の最大登坂角度に対応する角度を有する直線を第１直線、前記測距センサの取付位置と前記走行予測点とを結ぶ直線を第２直線としたときに、前記測距センサは、前記第１直線よりも上方に位置し、その取付位置から前記第２直線上の地面までの距離を計測し、
　前記測距センサが計測した地面の領域を走行予測領域としたときに、前記制御装置は、前記測距センサの計測結果と前記旋回角度センサの検出結果とに基づいて前記走行予測領域の高さを算出し、算出した前記走行予測領域の高さと前記履帯の走行平面の高さとの高低差が予め設定された閾値以上であるか否かを判定し、前記高低差が前記閾値以上であると判定した場合に前記通知装置を作動させることを特徴とする作業機械。
　前記制御装置は、前記高低差が前記閾値以上であると判定した場合に、前記下部走行体の走行を停止するように前記下部走行体を制御する請求項１に記載の作業機械。
　前記制御装置は、前記高低差が前記閾値以上であると判定した場合に、前記高低差が前記閾値よりも小さい方向に走行するように前記下部走行体を制御する請求項１に記載の作業機械。
　前記走行予測領域は、前記下部走行体の前後方向上の点状の領域である請求項１～３のいずれか一項に記載の作業機械。
　前記走行予測領域は、前記下部走行体の左右方向に沿う線状の領域である請求項１～３のいずれか一項に記載の作業機械。
　前記走行予測領域は、前記下部走行体を取り囲むような環状の領域である請求項１～３のいずれか一項に記載の作業機械。
　前記走行予測領域は、前記下部走行体の前後方向に沿う線状の領域である請求項１～３のいずれか一項に記載の作業機械。
　前記通知装置は、前記作業機械の位置及び前記高低差の位置を表示する表示部を有する請求項１～７のいずれか一項に記載の作業機械。
　前記制御装置に操作指令を無線で送信する遠隔操作装置を更に備え、
　前記履帯の走行平面上において前記走行予測点より前記作業機械に対して遠方にある遠隔操作走行予測点を通るとともに前記履帯の走行平面に対して前記作業機械の最大登坂角度に対応する角度を有する直線を第３直線、前記測距センサの取付位置と前記遠隔操作走行予測点とを結ぶ直線を第４直線としたときに、前記測距センサは、更に前記第３直線よりも上方に位置し、その取付位置から前記第４直線上の地面までの距離を計測し、
　前記測距センサが計測した地面の領域を遠隔操作走行予測領域としたときに、前記制御装置は、前記測距センサの計測結果と前記旋回角度センサの検出結果とに基づいて前記遠隔操作走行予測領域の高さを算出し、算出した前記遠隔操作走行予測領域の高さと前記履帯の走行平面の高さとの高低差が前記閾値以上であるか否かを判定し、前記高低差が前記閾値以上であると判定した場合に前記通知装置を作動させる請求項１～８のいずれか一項に記載の作業機械。