WO2021064775A1 - 作業機械 - Google Patents

Abstract

作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くしつつ、作業効率の悪化を抑制することのできる作業機械を提供する。あらかじめ作業機械の移動範囲を設定し、作業者やダンプトラック等は、設定した移動範囲の内側に入らないようにする。作業機械は、移動範囲に進入した障害物に対しては余裕をもって停止制御を行うが、移動範囲に対しては比較的余裕をもたないで（余裕代を最小限に抑えて）停止制御を行うので、車体や作業機が停止する頻度を抑えることができ、作業効率の悪化を抑制できる。また、作業者やダンプトラック等が本作業機械の移動範囲の内側に入った時は、車体や作業機は余裕をもって停止制御を行うので、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くすることができる。

Description

作業機械

　本発明は、油圧ショベル、ブルドーザ、ホイールローダ、締固め機械、トラック等の、作業機械に関する。

　作業領域内へ進入した作業者やダンプトラック等の進入物と、作業機械のアタッチメントが接触する可能性が高い時は、アタッチメントの旋回を停止する制御を行う作業機械が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載の作業機械は、旋回中心を基点としたアタッチメントの方位と進入物の方位とのなす角度間隔が閾値よりも小さくなると、旋回停止制御を開始する。その角度間隔の閾値は、旋回角速度が速いほど大きく、また、旋回慣性モーメントが大きいほど大きくなるように設定されている。

特許第５５７０３３２号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の方法のように進入物に対する停止制御を行う場合、進入物は動くので、進入物に接触する可能性を低くするためには、ある程度余裕をもって旋回停止制御を開始する必要がある。その場合、実際には接触しない時でも停止制御が行われる場合があり、作業領域内で作業機械が停止する頻度が増え、作業効率が悪くなるという課題があった。

　本発明の目的は、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くしつつ、作業効率の悪化を抑制することのできる作業機械を提供することである。

　上記の目的を達成するために、本発明の作業機械の一態様は、移動可能な車体、または、車体に移動可能に装設された作業機と、前記作業機または前記車体を駆動するアクチュエータと、前記作業機または前記車体の移動範囲を設定する移動範囲設定装置と、周辺の障害物の位置を検出する障害物位置検出装置と、前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備えた作業機械において、前記制御装置は、前記移動範囲に基づいて前記アクチュエータを制御する第１制御指令を演算する第１制御指令演算部と、前記移動範囲の内側の前記障害物の位置に基づいて前記アクチュエータを制御する第２制御指令を演算する第２制御指令演算部と、前記第１制御指令と前記第２制御指令のうち、前記作業機または前記車体がより早く停止する方、もしくは、より大きく減速する方を選択して前記アクチュエータの制御を実行する制御実行部と、を備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くしつつ、作業効率の悪化を抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルのシステム構成図である。 本発明の第１の実施の形態の制御装置の機能ブロック構成図である。 本発明の第１の実施の形態の制御装置の第１制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態の制御装置の第２制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態の制御装置の第２制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態の制御装置の第１制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態の制御装置の第２制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態の制御装置の第１制御指令演算部で用いる第１速度制限値と第２制御指令演算部で用いる第２速度制限値の一例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態の制御装置の第２制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態の制御装置の機能ブロック構成図である。 本発明の第５の実施の形態の制御装置の第１制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態の制御装置の第２制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。 本発明の第６の実施の形態の制御装置の機能ブロック構成図である。 本発明の第６の実施の形態の制御装置の第１制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。 本発明の第６の実施の形態の制御装置の第２制御指令演算部の演算処理を示すフローチャートである。

　以下、作業機械として油圧ショベルを例にとって本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、ブルドーザ、ホイールローダ、締固め機械、トラック等、作業機械全般に適用可能であり、油圧ショベルに限定されるものではない。

　以下の実施の形態の説明において、同一の機能を有する部分には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略するものとする。

［第１の実施の形態］
　初めに、本発明の第１の実施の形態を説明する。

＜全体構成＞
　図１は、本発明の第１の実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの側面図である。図１において、油圧ショベル１は、クローラ式の自走可能な走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体２０および旋回体２０に俯仰動可能に装設したフロント作業機３０を備えている。なお、請求の範囲の「作業機械」は油圧ショベル１に相当し、請求の範囲の「作業機」はフロント作業機３０に相当し、請求の範囲の「車体」は走行体１０および旋回体２０に相当する。

　走行体１０は、一対のクローラ１１ａ、１１ｂおよびクローラフレーム１２ａ、１２ｂ（図１では片側のみを示す）、各クローラ１１ａ、１１ｂを独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂおよびその減速機構等で構成されている。アクチュエータとしての各走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂの駆動力が減速機構等を介して各クローラ１１ａ、１１ｂに伝達され、その駆動力により油圧ショベル１（の走行体１０）を作業領域内（後述する移動範囲内）で走行（移動）させる。

　旋回体２０は、旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１上に設けられた、原動機としてのエンジン２２と、旋回用油圧モータ２７と、旋回用油圧モータ２７の回転を減速する減速機構２６等から構成されている。アクチュエータとしての旋回用油圧モータ２７の駆動力が減速機構２６を介して走行体１０に伝達され、その駆動力により下部の走行体１０に対して上部の旋回体２０（旋回フレーム２１）を旋回駆動させる。

　また、旋回体２０にはフロント作業機３０が搭載されている。フロント作業機３０は、ブーム３１と、ブーム３１を駆動するためのブームシリンダ３２と、ブーム３１の先端部近傍に回転自在に軸支されたアーム３３と、アーム３３を駆動するためのアームシリンダ３４と、アーム３３の先端に回転可能に軸支されたバケット３５と、バケット３５を駆動するためのバケットシリンダ３６等で構成されている。アクチュエータとしてのブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６の駆動力により旋回体２０（旋回フレーム２１）に対してフロント作業機３０（ブーム３１、アーム３３、バケット３５）を移動させる。

　さらに、旋回体２０の旋回フレーム２１上には、上述した走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂ、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧システム４０が搭載されている。なお、以下では、走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂ、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６を、油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６と称することがある。

　油圧システム４０は、作動油タンク、油圧ポンプ、レギュレータ、コントロールバルブ等から構成されるが、これらについては後述する図２を用いて説明する。

　また、センサ類として、フロント作業機３０には、ブーム傾斜角センサ５１、アーム傾斜角センサ５２、バケット傾斜角センサ５３が搭載されている。旋回体２０の旋回フレーム２１上には、旋回角度センサ５４、ＧＮＳＳ受信装置５５ａ、５５ｂ（図１では片側のみを示す）、障害物位置検出装置５６ａ、５６ｂが搭載されている。

　ブーム傾斜角センサ５１はブーム３１の地面に対する傾斜角を検出し、アーム傾斜角センサ５２はアーム３３の地面に対する傾斜角を検出し、バケット傾斜角センサ５３はバケット３５の地面に対する傾斜角を検出する。これらの傾斜角センサ５１、５２、５３は、ＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）と呼ばれる慣性計測装置であってもよく、その場合、ブーム３１、アーム３３、バケット３５が動く時の加減速の影響を補正し、正確な傾斜角を計測することができる。

　旋回角度センサ５４は、電気抵抗や磁気を用いた角度センサで、走行体１０と旋回体２０の相対角度を検出する。

　ＧＮＳＳ受信装置５５ａ、５５ｂは、アンテナと受信機から構成され、ＧＮＳＳ受信装置５５ａ、５５ｂの地球に対する位置（水平座標と高さ）を検出する。なお、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）は、衛星を使って測位を行うシステムの総称である。

　障害物位置検出装置５６ａ、５６ｂは、カメラやレーダによって構成し、作業者やダンプトラック等、接触すべきではない周辺の障害物の、旋回体２０に対する位置を検出する。なお、図１では障害物位置検出装置は旋回体２０（旋回フレーム２１）の前後に２つ搭載しているが、搭載位置は任意に変更可能であるし、１つでも良いし、３つ以上でも良い。

＜システム構成＞
　図２は、本発明の第１の実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルのシステム構成図である。図２に示すように、本システムは、エンジン２２、エンジンコントローラ２３、走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂ、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６、作動油タンク４６ａ、４６ｂ、油圧ポンプ４１ａ、４１ｂ、そのレギュレータ４２ａ、４２ｂ、パイロットバルブ４３ａ～４３ｄ、コントロールバルブ４４、パイロット圧制御電磁弁４５a～４５ｌ、ブーム傾斜角センサ５１、アーム傾斜角センサ５２、バケット傾斜角センサ５３、旋回角度センサ５４、ＧＮＳＳ受信装置５５ａ、５５ｂ、障害物位置検出装置５６ａ、５６ｂ、エンジンコントロールダイヤル６１、移動範囲設定装置６２、制御装置１００で構成される。

　エンジン２２は、エンジンコントローラ２３によって制御され、エンジンコントローラ２３は、制御装置１００が出力するエンジン回転数目標値に実際のエンジン回転数が一致するように、エンジン２２の燃料噴射量や燃料噴射タイミングを調整する。

　油圧ポンプ４１ａ、４１ｂは、可変容積型の油圧ポンプで、エンジン２２によって回転駆動され、回転数と容積の積に比例した作動油を（作動油タンク４６ａ、４６ｂからコントロールバルブ４４を介して油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６に）吐出する。

　レギュレータ４２ａ、４２ｂは、制御装置１００からの制御指令に従って駆動され、油圧ポンプ４１ａ、４１ｂの容積を変更する。

　走行Ｌパイロットバルブ４３ａは、対応する操作レバー（不図示）の前後方向の傾きに応じて、走行Ｌ前進パイロット圧Ｐａ、走行Ｌ後進パイロット圧Ｐｂを生成する。走行Ｒパイロットバルブ４３ｂは、対応する操作レバー（不図示）の前後方向の傾きに応じて、走行Ｒ前進パイロット圧Ｐｃ、走行Ｒ後進パイロット圧Ｐｄを生成する。旋回・アームパイロットバルブ４３ｃは、対応する操作レバー（不図示）の前後方向と左右方向の傾きに応じて、旋回右パイロット圧Ｐｅ、旋回左パイロット圧Ｐｆ、アームダンプパイロット圧Ｐｇ、アームクラウドパイロット圧Ｐｈを生成する。ブーム・バケットパイロットバルブ４３ｄは、対応する操作レバー（不図示）の前後方向と左右方向の傾きに応じて、ブーム下げパイロット圧Ｐｉ、ブーム上げパイロット圧Ｐｊ、バケットクラウドパイロット圧Ｐｋ、バケットダンプパイロット圧Ｐｌを生成する。なお、パイロットバルブ４３ａ～４３ｄは、前記のように、例えば油圧ショベル１の運転席に設けられた対応する操作レバーをオペレータが動かすことによってパイロット圧Ｐａ～Ｐｌを生成するようにしても良いし、自動運転のように、オペレータが操作レバーを動かさなくても、制御装置１００による制御指令によってパイロット圧Ｐａ～Ｐｌを生成するようにしても良い。

　コントロールバルブ４４は、各油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６に対応したパイロット圧Ｐａ～Ｐｌによって駆動され、油圧ポンプ４１ａ、４１ｂから油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６へ流れる流量と、油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６から作動油タンク４６ａ、４６ｂへ流れる流量を調整する。

　パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌは、制御装置１００の制御指令に従ってパイロット圧Ｐａ～Ｐｌを制限し（パイロット圧が制限値以上の時は制限値まで低減し、制限値以下の時は何もしない）、後で説明するように、油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６を減速したり、停止したりする。

　エンジンコントロールダイヤル６１は、例えば油圧ショベル１の運転席にあってオペレータがエンジン回転数を指示する手段であり、オペレータがエンジンコントロールダイヤル６１をひねるとダイヤル角度に応じて出力電圧が変化する。

　移動範囲設定装置６２は、本油圧ショベル１の移動範囲（＝作業領域）を設定し、その情報を制御装置１００へ出力する。移動範囲とは、予定している作業内容において、油圧ショベル１が走行したり、旋回したり、フロント作業機３０を使って作業を行うことにより、走行体１０、旋回体２０、フロント作業機３０が移動する範囲のことである。なお、移動範囲設定装置６２は、油圧ショベル１の運転席にあってオペレータが操作・設定することによって制御装置１００へ情報を送っても良いし、油圧ショベル１の外側にあり、無線によって制御装置１００へ情報を送っても良い。

　制御装置１００は、エンジンコントロールダイヤル６１の出力電圧に基づいて、エンジン回転数目標値をエンジンコントローラ２３に出力する。また、パイロット圧Ｐａ～Ｐｌをセンサによって検出し、その検出値とパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌの指令値に基づいて、油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６へ流す流量を確保するようにレギュレータ４２ａ、４２ｂを制御する。

　また、制御装置１００は、後で説明するように、パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌを制御することで、油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６を減速したり、停止したりする。パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌの制御方法に関して、図３等を用いて説明する。

＜制御装置の機能ブロック構成および制御内容＞
　図３は、本発明の第１の実施の形態の制御装置１００の機能ブロック構成図である。図３は、制御装置１００によるパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌの制御方法の一例、特に、そのうちの走行に関連するパイロット圧Ｐａ～Ｐｄを制御するパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｄの制御方法の一例を示している。

　制御装置１００は、図示しないが、各種演算を行うＣＰＵ、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やＨＤＤ等の記憶装置、ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ、他の機器とデータを送受信する際のインタフェースである通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）等を含むマイクロコンピュータ（マイコン）として構成される。制御装置１００の各機能は、ＣＰＵが、記憶装置に格納された各種プログラムをＲＡＭにロードして実行することにより、実現される。

　制御装置１００の旋回体現在位置・向き演算部１０１では、ＧＮＳＳ受信装置５５ａ、５５ｂで検出したＧＮＳＳ受信装置５５ａの位置とＧＮＳＳ受信装置５５ｂの位置から、旋回体２０の旋回中心の位置と、旋回体２０の向き（方位）を演算して出力する。

　走行体現在位置・向き演算部１０２では、旋回体現在位置・向き演算部１０１で演算した旋回体２０の位置と同じ値を、走行体１０の位置として出力する。また、旋回体現在位置・向き演算部１０１で演算した旋回体２０の向きと、旋回角度センサ５４が検出した旋回角度（走行体１０と旋回体２０の相対角度）から、走行体１０の向きを演算して出力する。

　走行体位置・向き演算部１０３では、走行体現在位置・向き演算部１０２から入力した走行体１０の現在の位置と向きから、最大速度で走行した場合の走行体１０の将来の位置と向きを演算する。例えば、前進方向に最大速度で走行した場合の０．１秒後、０．２秒後、０．３秒後、・・・、２．０秒後の位置と、後進方向に最大速度で走行した場合の０．１秒後、０．２秒後、０．３秒後、・・・、２．０秒後の位置を演算する。将来の向きは、現在の向きと同じとする。なお、現在、走行している最中であれば、その軌跡を保つように走行した場合の０．１秒後、０．２秒後、０．３秒後、・・・、２．０秒後の位置と向きを演算しても良い。走行体位置・向き演算部１０３からは、走行体位置・向き演算部１０３で演算した走行体１０の将来の位置と向きの情報と、走行体現在位置・向き演算部１０２で演算した走行体１０の現在の位置と向きの情報を合わせて出力する。

　旋回体位置・向き演算部１０４では、走行体位置・向き演算部１０３で演算した走行体１０の将来の位置と同じ値を、旋回体２０の将来の位置とする。また、走行体位置・向き演算部１０３で演算した走行体１０の将来の向きと、旋回角度センサ５４が検出した旋回角度（走行体１０と旋回体２０の相対角度）から、（将来の旋回角度が現在と同じであると仮定して）旋回体２０の将来の向きを演算する。旋回体位置・向き演算部１０４からは、旋回体位置・向き演算部１０４で演算した旋回体２０の将来の位置と向きの情報と、旋回体現在位置・向き演算部１０１で演算した旋回体２０の現在の位置と向きの情報を合わせて出力する。

　ブーム位置・向き演算部１０５では、旋回体位置・向き演算部１０４から入力した旋回体２０の現在と将来の位置と向きから、ブーム３１の旋回体２０との接続部の現在と将来の位置を演算し、その演算値とブーム傾斜角センサ５１で検出したブーム３１の傾斜角から、ブーム３１のアーム３３との接続部の現在と将来の位置を演算し、その演算値をブーム３１の現在と将来の位置として出力する。また、旋回体位置・向き演算部１０４から入力した旋回体２０の現在と将来の向きと同じ値を、ブーム３１の現在と将来の向きとして出力する。

　アーム位置・向き演算部１０６では、ブーム位置・向き演算部１０５から入力したブーム３１の現在と将来の位置と向きと、アーム傾斜角センサ５２で検出したアーム３３の傾斜角から、アーム３３のバケット３５との接続部の現在と将来の位置を演算し、その演算値をアーム３３の現在と将来の位置として出力する。また、ブーム位置・向き演算部１０５から入力したブーム３１の現在と将来の向きと同じ値をアーム３３の現在と将来の向きとして出力する。

　バケット位置・向き演算部１０７では、アーム位置・向き演算部１０６から入力したアーム３３の現在と将来の位置と向きと、バケット傾斜角センサ５３で検出したバケット３５の傾斜角から、バケット３５の先端の現在と将来の位置を演算し、その演算値をバケット３５の現在と将来の位置として出力する。また、アーム位置・向き演算部１０６から入力したアーム３３の現在と将来の向きと同じ値をバケット３５の現在と将来の向きとして出力する。

　第１制御指令演算部１０８では、上述した各演算部１０３～１０７が出力した情報と移動範囲設定装置６２で設定した移動範囲の情報を入力とし、基本的に移動範囲設定装置６２で設定した移動範囲に基づいて油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６を制御するための第１制御指令を演算する。

　第１制御指令演算部１０８では、図４のフローチャートに示した演算を行う。初めに、移動範囲設定装置６２で移動範囲が設定されているかどうかを判定する（Ｓ２０１）。移動範囲が設定されている場合は（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、走行体１０、旋回体２０、ブーム３１、アーム３３、バケット３５の一部が、現在または将来、移動範囲の外側に出るかどうかを判定する（Ｓ２０２）。移動範囲の外側に出る場合は（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、最も早く出るまでの時間（現在、移動範囲の外側に出ている時は、ゼロ）と、走行の最大速度を乗じることで、出るまでの走行距離（余裕量）を演算し、その値を第１余裕量とする（Ｓ２０３）。移動範囲の外側に出ない場合や（Ｓ２０２：Ｎｏ）、移動範囲が設定されていない場合は（Ｓ２０１：Ｎｏ）、十分大きな値（後述する第１閾値よりも大きな値）を第１余裕量とする（Ｓ２０４）。そして、第１余裕量が第１閾値以下かどうかを判定し（Ｓ２０５）、第１余裕量が第１閾値以下の時は（Ｓ２０５：Ｙｅｓ）、停止指令を第１制御指令として出力し（Ｓ２０６）、第１余裕量が第１閾値より大きい時は（Ｓ２０５：Ｎｏ）、動作継続指令を第１制御指令として出力する（Ｓ２０７）。第１閾値は、あらかじめ設定した固定値でも良いし、下り坂では止まりにくくなることを考慮して、下る方向の傾斜が強いほど大きくなるように閾値を変更しても良い。

　一方、第２制御指令演算部１０９では、上述した各演算部１０３～１０７が出力した情報と移動範囲設定装置６２で設定した移動範囲の情報と障害物位置検出装置５６ａ、５６ｂで検出した障害物の位置の情報を入力とし、基本的に障害物位置検出装置５６ａ、５６ｂで検出した障害物の位置に基づいて油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６を制御するための第２制御指令を演算する。

　第２制御指令演算部１０９では、図５のフローチャートに示した演算を行う。初めに、移動範囲設定装置６２で移動範囲が設定されているかどうかを判定する（Ｓ３０１）。移動範囲が設定されている場合は（Ｓ３０１：Ｙｅｓ）、移動範囲の内側に障害物があるかどうかを判定する（Ｓ３０２）。移動範囲が設定されていない場合は（Ｓ３０１：Ｎｏ）、場所に関係なく障害物があるかどうかを判定する（Ｓ３０３）。Ｓ３０２またはＳ３０３で障害物がある場合は（Ｓ３０２、Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、走行体１０、旋回体２０、ブーム３１、アーム３３、バケット３５の一部が、現在または将来、障害物に接触するかどうかを判定する（Ｓ３０４）。障害物に接触する場合は（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、最も早く接触するまでの時間（仮に、現在、障害物に接触している時は、ゼロ）と、走行の最大速度を乗じることで、接触するまでの走行距離（余裕量）を演算し、その値を第２余裕量とする（Ｓ３０５）。障害物に接触しない場合や（Ｓ３０４：Ｎｏ）、Ｓ３０２またはＳ３０３で障害物がない場合は（Ｓ３０２、Ｓ３０３：Ｎｏ）、十分大きな値（後述する第２閾値よりも大きな値）を第２余裕量とする（Ｓ３０６）。そして、第２余裕量が第２閾値以下かどうかを判定し（Ｓ３０７）、第２余裕量が第２閾値以下の時は（Ｓ３０７：Ｙｅｓ）、停止指令を第２制御指令として出力し（Ｓ３０８）、第２余裕量が第２閾値より大きい時は（Ｓ３０７：Ｎｏ）、動作継続指令を第２制御指令として出力する（Ｓ３０９）。第２閾値は、あらかじめ設定した固定値でも良いし、下り坂では止まりにくくなることを考慮して、下る方向の傾斜が強いほど大きくなるように閾値を変更しても良い。

　作業者やダンプトラック等の障害物は移動する場合があるので、障害物（移動範囲に進入する障害物）に対する停止制御は、移動範囲に対する停止制御よりも余裕をもって（早いタイミングで）行うことが望ましい。

　そこで、第２制御指令演算部１０９で設定する第２閾値は、第１制御指令演算部１０８で設定する第１閾値よりも大きい値に設定する。一例として、第２閾値は５ｍ、第１閾値は２ｍに設定する。また、第２制御指令演算部１０９で設定する第２閾値は、障害物位置検出装置５６ａ、５６ｂで検出した位置に誤差があることを考慮して、比較的大きい値に設定しても良い。

　図３に戻り、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の少なくとも片方が停止指令の時は、そのうちの適切な停止指令を選択し、走行を停止する（詳しくは、油圧アクチュエータとしての走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂを停止する制御を行う）ために、コントロールバルブ４４に入る走行Ｌ前進パイロット圧Ｐａ、走行Ｌ後進パイロット圧Ｐｂ、走行Ｒ前進パイロット圧Ｐｃ、走行Ｒ後進パイロット圧Ｐｄをカットする（０ＭＰａにする）ように、パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｄを制御する。

　詳しくは、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の片方が停止指令の時は、その停止指令を選択し、上述したように、パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｄを制御する。

　また、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の両方が停止指令の時は、そのうちの走行をより早く停止する方（油圧アクチュエータとしての走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂをより早く停止する方）の停止指令を選択し、上述したように、パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｄを制御する。

　この時、残りのパイロット圧制御電磁弁４５ｅ～４５ｌに関しては、パイロット圧をカットしても良いし、カットしなくても良い。パイロット圧をカットして動きを止めれば、走行だけでなく全てのアクチュエータが止まるので、オペレータは油圧ショベル１全体の動きを理解しやすい。パイロット圧をカットしなければ、走行以外の動きは継続されるので、利便性が良い。

　いずれの場合も、上述した走行停止制御により、車体（走行体１０、旋回体２０）や作業機（フロント作業機３０のブーム３１、アーム３３、バケット３５）が、設定した移動範囲の外側に出たり、検出した障害物と接触したりする可能性を低くすることができる。

　なお、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の両方が動作継続指令の時は、現在の走行を継続するために、コントロールバルブ４４に入る走行Ｌ前進パイロット圧Ｐａ、走行Ｌ後進パイロット圧Ｐｂ、走行Ｒ前進パイロット圧Ｐｃ、走行Ｒ後進パイロット圧Ｐｄを維持するように、パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｄを制御する。

　このように、第１の実施の形態の作業機械としての油圧ショベル１は、移動可能な車体（走行体１０、旋回体２０）、または、車体に移動可能に装設された作業機（フロント作業機３０のブーム３１、アーム３３、バケット３５）と、前記作業機または前記車体を駆動するアクチュエータ（走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂ、旋回用油圧モータ２７、ブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６）と、前記作業機または前記車体の移動範囲を設定する移動範囲設定装置６２と、周辺の障害物の位置を検出する障害物位置検出装置５６ａ、５６ｂと、前記アクチュエータを制御する制御装置１００と、を備える。前記制御装置１００は、前記移動範囲に基づいて前記アクチュエータを制御する第１制御指令を演算する第１制御指令演算部１０８と、前記移動範囲の内側の前記障害物の位置、または、前記移動範囲が設定されていない時の前記障害物の位置に基づいて前記アクチュエータを制御する第２制御指令を演算する第２制御指令演算部１０９と、前記第１制御指令と前記第２制御指令のうち、前記作業機または前記車体がより早く停止する方を選択して前記アクチュエータの制御を実行する制御実行部１１０と、を備える。

　また、前記第１制御指令演算部１０８は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの余裕量を演算してその値を第１余裕量とし、前記第１余裕量が第１閾値以下の時は前記第１制御指令を停止指令とし、前記第１余裕量が前記第１閾値より大きい時は前記第１制御指令を動作継続指令とする。前記第２制御指令演算部１０９は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の内側の前記障害物、または、前記移動範囲が設定されていない時の前記障害物と接触するまでの余裕量を演算してその値を第２余裕量とし、前記第２余裕量が第２閾値以下の時は前記第２制御指令を停止指令とし、前記第２余裕量が前記第２閾値より大きい時は前記第２制御指令を動作継続指令とする。前記制御実行部１１０は、前記第１制御指令と前記第２制御指令の少なくとも片方が停止指令の時は、前記アクチュエータを停止する制御を行う。前記第２閾値は、前記第１閾値よりも大きい。

　ここで、前記第２閾値は、前記第１閾値よりも大きいので、障害物に対する停止制御は、移動範囲に対する停止制御よりも余裕をもって（早いタイミングで）行うことが可能となる。

　以上のように、第１の実施の形態によれば、障害物に対しては余裕をもって停止制御を行うが、移動範囲に対しては比較的余裕をもたないで（余裕代を最小限に抑えて）停止制御を行うので、あらかじめ移動範囲を設定して作業者やダンプトラック等が設定した移動範囲の内側に入らないようにすれば、車体が停止する頻度を抑えることができ、作業効率の悪化を抑制できる。また、作業者やダンプトラック等が本作業機械の移動範囲の内側に入った時は、車体は余裕をもって停止制御を行うので、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くすることができる。

［第２の実施の形態］
　次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。

　第２の実施の形態は、第１の実施の形態の制御装置１００の第２制御指令演算部１０９の演算内容が異なるだけで、他は第１の実施の形態と同じである。

　第２の実施の形態の第２制御指令演算部１０９では、図６のフローチャートに示した演算を行う。図６のＳ３０１～Ｓ３０３、Ｓ３０６～Ｓ３０９の演算内容は、第１の実施の形態（図５参照）と同じである。本第２の実施の形態では、Ｓ３０２またはＳ３０３で障害物がある場合は（Ｓ３０２、Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、障害物の周囲を、障害物が現在または将来に存在する可能性のある範囲として設定する（この範囲を障害物存在範囲と呼ぶ）（Ｓ３１１）。この範囲は、あらかじめ設定した固定値でも良いし、障害物が移動することを考慮して、時間の経過につれて大きくなるようにしても良い。時間の経過につれて大きくなるようにする場合、障害物存在範囲は、現在の範囲と、０．１秒後、０．２秒後、０．３秒後、・・・、２．０秒後の範囲を、それぞれ設定する。また、障害物存在範囲は、障害物の周囲、数ｍの円形の領域でも良いし、障害物が移動することを考慮して、移動方向側が大きくなるようにしても良い。次いで、走行体１０、旋回体２０、ブーム３１、アーム３３、バケット３５の一部が、現在または将来、障害物存在範囲に入るかどうかを判定する（Ｓ３１２）。障害物存在範囲に入る場合は（Ｓ３１２：Ｙｅｓ）、障害物存在範囲に入るまでの時間（仮に、現在、障害物存在範囲に入っている時は、ゼロ）と、走行の最大速度を乗じることで、入るまでの走行距離（余裕量）を演算し、その値を第２余裕量とする（Ｓ３１３）。

　第２の実施の形態では、障害物の周囲に設定した障害物存在範囲に対して停止制御を行うため、障害物そのものに対しては余裕をもった停止制御を行うことになる。よって、第１の実施の形態とは異なり、第２制御指令演算部１０９で設定する第２閾値は、第１制御指令演算部１０８で設定する第１閾値よりも大きくしなくても良い。一例として、第２閾値は、第１閾値と同じ値（例えば２ｍ）に設定しても良い。

　このように、第２の実施の形態では、前記第１制御指令演算部１０８は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの余裕量を演算してその値を第１余裕量とし、前記第１余裕量が第１閾値以下の時は前記第１制御指令を停止指令とし、前記第１余裕量が前記第１閾値より大きい時は前記第１制御指令を動作継続指令とする。前記第２制御指令演算部１０９は、前記移動範囲の内側の前記障害物の周囲、または、前記移動範囲が設定されていない時の前記障害物の周囲を障害物存在範囲に設定し、前記作業機または前記車体が、前記障害物存在範囲に入るまでの余裕量を演算してその値を第２余裕量とし、前記第２余裕量が第２閾値以下の時は前記第２制御指令を停止指令とし、前記第２余裕量が前記第２閾値より大きい時は前記第２制御指令を動作継続指令とする。前記制御実行部１１０は、前記第１制御指令と前記第２制御指令の少なくとも片方が停止指令の時は、前記アクチュエータを停止する制御を行う。

　以上のように、第２の実施の形態においても、障害物に対しては余裕をもって停止制御を行うが、移動範囲に対しては比較的余裕をもたないで（余裕代を最小限に抑えて）停止制御を行うので、あらかじめ移動範囲を設定して作業者やダンプトラック等が設定した移動範囲の内側に入らないようにすれば、車体が停止する頻度を抑えることができ、作業効率の悪化を抑制できる。また、作業者やダンプトラック等が本作業機械の移動範囲の内側に入った時は、車体は余裕をもって停止制御を行うので、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くすることができる。

［第３の実施の形態］
　次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。

　第３の実施の形態は、第１の実施の形態の制御装置１００の第１制御指令演算部１０８、第２制御指令演算部１０９、制御実行部１１０の演算内容が異なるだけで、他は第１の実施の形態と同じである。

　第３の実施の形態の第１制御指令演算部１０８では、図７のフローチャートに示した演算を行う。図７のＳ２０１～Ｓ２０３の演算内容は、第１の実施の形態（図４参照）と同じである。本第３の実施の形態では、走行体１０、旋回体２０、ブーム３１、アーム３３、バケット３５の一部が、現在または将来、移動範囲の外側に出ない場合や（Ｓ２０２：Ｎｏ）、移動範囲設定装置６２で移動範囲が設定されていない場合は（Ｓ２０１：Ｎｏ）、後述する図９で第１速度制限値が最大速度になる余裕量Ｘ１よりも十分大きな値を第１余裕量とする（Ｓ２２１）。次いで、図９を用いて、第１余裕量から第１速度制限値を演算し、その値を第１制御指令として出力する（Ｓ２２２）。

　図９の第１速度制限値は、油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６を減速、停止する制御を行うための速度制限値（速度上限値）であり、第１余裕量が大きいほど大きくなるように（言い換えれば、第１余裕量が小さいほど小さくなるように）設定する。図９の値は、あらかじめ設定した固定値でも良いし、下り坂では止まりにくくなることを考慮して、下る方向の傾斜が強いほど小さくなるように値を変更しても良い。

　一方、第３の実施の形態の第２制御指令演算部１０９では、図８のフローチャートに示した演算を行う。図８のＳ３０１～Ｓ３０５の演算内容は、第１の実施の形態（図５参照）と同じである。本第３の実施の形態では、走行体１０、旋回体２０、ブーム３１、アーム３３、バケット３５の一部が、現在または将来、障害物に接触しない場合や（Ｓ３０４：Ｎｏ）、Ｓ３０２またはＳ３０３で障害物がない場合は（Ｓ３０２、Ｓ３０３：Ｎｏ）、後述する図９で第２速度制限値が最大速度になる余裕量Ｘ２よりも十分大きな値を第２余裕量とする（Ｓ３２１）。次いで、図９を用いて、第２余裕量から第２速度制限値を演算し、その値を第２制御指令として出力する（Ｓ３２２）。

　図９の第２速度制限値は、油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６を減速、停止する制御を行うための速度制限値（速度上限値）であり、第２余裕量が大きいほど大きくなるように（言い換えれば、第２余裕量が小さいほど小さくなるように）設定する。図９の値は、あらかじめ設定した固定値でも良いし、下り坂では止まりにくくなることを考慮して、下る方向の傾斜が強いほど小さくなるように値を変更しても良い。

　作業者やダンプトラック等の障害物は移動する場合があるので、障害物（移動範囲に進入する障害物）に対しては余裕をもって減速、停止できるように、第２制御指令演算部１０９で用いる第２速度制限値は、少なくとも一部の範囲（詳しくは、第１余裕量が予め決めた下限値であって第１速度制限値がゼロになる値よりも大きく、かつ、第２余裕量が予め決めた上限値であって第２速度制限値が最大速度になる値よりも小さい場合）では、第１余裕量と第２余裕量が同じでも、第１制御指令演算部１０８で用いる第１速度制限値よりも小さい値に設定する。また、第２制御指令演算部１０９で用いる第２速度制限値は、障害物位置検出装置５６ａ、５６ｂで検出した位置に誤差があることを考慮して、比較的小さい値に設定しても良い。

　第３の実施の形態の制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令（第１速度制限値）と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令（第２速度制限値）の小さい方（換言すれば、油圧アクチュエータ１３ａ、１３ｂ、２７、３２、３４、３６、ひいては、車体（走行体１０、旋回体２０）または作業機（フロント作業機３０のブーム３１、アーム３３、バケット３５）がより大きく減速する方）の値を選択して走行速度制限値とし、走行速度が走行速度制限値よりも大きい時は、走行速度を走行速度制限値以下にする（詳しくは、油圧アクチュエータとしての走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂの回転速度が走行速度制限値に対応した回転速度制限値よりも大きい時は、走行用油圧モータ１３ａ、１３ｂの回転速度が回転速度制限値以下になるように制御を行う）ために、コントロールバルブ４４に入る走行Ｌ前進パイロット圧Ｐａ、走行Ｌ後進パイロット圧Ｐｂ、走行Ｒ前進パイロット圧Ｐｃ、走行Ｒ後進パイロット圧Ｐｄを制限するように、パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｄを制御する。

　上述した本制御により、車体（走行体１０、旋回体２０）や作業機（フロント作業機３０のブーム３１、アーム３３、バケット３５）が、設定した移動範囲の外側や障害物に近づくにつれて走行速度が低くなるので、設定した移動範囲の外側に出たり、検出した障害物と接触したりする可能性を低くすることができる。

　このように、第３の実施の形態では、前記制御装置１００は、前記移動範囲に基づいて前記アクチュエータを制御する第１制御指令を演算する第１制御指令演算部１０８と、前記移動範囲の内側の前記障害物の位置、または、前記移動範囲が設定されていない時の前記障害物の位置に基づいて前記アクチュエータを制御する第２制御指令を演算する第２制御指令演算部１０９と、前記第１制御指令と前記第２制御指令のうち、前記作業機または前記車体がより大きく減速する方を選択して前記アクチュエータの制御を実行する制御実行部１１０と、を備える。

　また、前記第１制御指令演算部１０８は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの余裕量を演算してその値を第１余裕量とし、前記第１余裕量が大きいほど大きくなるように前記作業機または前記車体の第１速度制限値を設定してその値を前記第１制御指令とする。前記第２制御指令演算部１０９は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の内側の前記障害物、または、前記移動範囲が設定されていない時の前記障害物と接触するまでの余裕量を演算してその値を第２余裕量とし、前記第２余裕量が大きいほど大きくなるように前記作業機または前記車体の第２速度制限値を設定してその値を前記第２制御指令とする。前記制御実行部１１０は、前記第１速度制限値と前記第２速度制限値の小さい方の値を速度制限値とし、前記アクチュエータの速度が前記速度制限値よりも大きい時は、前記アクチュエータの速度が前記速度制限値以下になるように制御を行う。前記第１余裕量が予め決めた下限値よりも大きく、かつ、前記第２余裕量が予め決めた上限値よりも小さい場合、前記第１余裕量と前記第２余裕量が同じでも、前記第２速度制限値は前記第１速度制限値よりも小さい。

　ここで、前記第１余裕量と前記第２余裕量が同じでも、前記第２速度制限値は前記第１速度制限値よりも小さいので、障害物に対しては余裕をもって減速、停止することができる。

　以上のように、第３の実施の形態においても、障害物に対しては余裕をもって減速制御を行うが、移動範囲に対しては比較的余裕をもたないで（余裕代を最小限に抑えて）減速制御を行うので、あらかじめ移動範囲を設定して作業者やダンプトラック等が設定した移動範囲の内側に入らないようにすれば、車体が減速する頻度を抑えることができ、作業効率の悪化を抑制できる。また、作業者やダンプトラック等が本作業機械の移動範囲の内側に入った時は、車体は余裕をもって減速制御を行うので、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くすることができる。

［第４の実施の形態］
　次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。

　第４の実施の形態は、第３の実施の形態の制御装置１００の第２制御指令演算部１０９の演算内容が異なるだけで、他は第３の実施の形態と同じである。

　第４の実施の形態の第２制御指令演算部１０９では、図１０のフローチャートに示した演算を行う。図１０のＳ３０１～Ｓ３０３、Ｓ３２１、Ｓ３２２の演算内容は、第３の実施の形態（図８参照）と同じである。また、図１０のＳ３１１～Ｓ３１３の演算内容は、第２の実施の形態（図６参照）と同じである。

　第４の実施の形態では、障害物の周囲に設定した障害物存在範囲に対して減速制御を行うため、障害物そのものに対しては余裕をもった減速制御を行うことになる。よって、第３の実施の形態とは異なり、第２制御指令演算部１０９で用いる第２速度制限値は、第１制御指令演算部１０８で用いる第１速度制限値よりも小さくしなくても良い。一例として、第２速度制限値は、第１速度制限値と同じ値に設定しても良い。

　このように、第４の実施の形態では、前記第１制御指令演算部１０８は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの余裕量を演算してその値を第１余裕量とし、前記第１余裕量が大きいほど大きくなるように前記作業機または前記車体の第１速度制限値を設定してその値を前記第１制御指令とする。前記第２制御指令演算部１０９は、前記移動範囲の内側の前記障害物の周囲、または、前記移動範囲が設定されていない時の前記障害物の周囲を障害物存在範囲に設定し、前記作業機または前記車体が、前記障害物存在範囲に入るまでの余裕量を演算してその値を第２余裕量とし、前記第２余裕量が大きいほど大きくなるように前記作業機または前記車体の第２速度制限値を設定してその値を前記第２制御指令とする。前記制御実行部１１０は、前記第１速度制限値と前記第２速度制限値の小さい方の値を速度制限値とし、前記アクチュエータの速度が前記速度制限値よりも大きい時は、前記アクチュエータの速度が前記速度制限値以下になるように制御を行う。

　以上のように、第４の実施の形態においても、障害物に対しては余裕をもって減速制御を行うが、移動範囲に対しては比較的余裕をもたないで（余裕代を最小限に抑えて）減速制御を行うので、あらかじめ移動範囲を設定して作業者やダンプトラック等が設定した移動範囲の内側に入らないようにすれば、車体が減速する頻度を抑えることができ、作業効率の悪化を抑制できる。また、作業者やダンプトラック等が本作業機械の移動範囲の内側に入った時は、車体は余裕をもって減速制御を行うので、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くすることができる。

［第５の実施の形態］
　次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。

　第５の実施の形態は、第１の実施の形態の制御装置１００によるパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌの制御方法が異なるだけで、他は第１の実施の形態と同じである。

　上述した第１の実施の形態では、パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌのうちの走行に関連するパイロット圧Ｐａ～Ｐｄを制御するパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｄを制御することで、車体（走行体１０、旋回体２０）を減速したり、停止したりする制御を行うものとしたが、第５の実施の形態では、旋回に関連するパイロット圧Ｐｅ、Ｐｆを制御するパイロット圧制御電磁弁４５ｅ、４５ｆを制御することで、車体（旋回体２０）を減速したり、停止したりする制御を行うものとする。

　図１１は、本発明の第５の実施の形態の制御装置１００の機能ブロック構成図である。図１１は、制御装置１００によるパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌの制御方法の一例、特に、そのうちの旋回に関連するパイロット圧Ｐｅ、Ｐｆを制御するパイロット圧制御電磁弁４５ｅ、４５ｆの制御方法の一例を示している。図１１の旋回体現在位置・向き演算部１０１、ブーム位置・向き演算部１０５、アーム位置・向き演算部１０６、バケット位置・向き演算部１０７の演算内容は第１の実施の形態（図３参照）と同じであるが、第１の実施の形態の走行体現在位置・向き演算部１０２および走行体位置・向き演算部１０３が省略され、旋回体位置・向き演算部１０４、第１制御指令演算部１０８、第２制御指令演算部１０９、制御実行部１１０の演算内容は第１の実施の形態と異なる。

　旋回体位置・向き演算部１０４では、旋回体現在位置・向き演算部１０１で演算した旋回体２０の現在の向きから、最大角速度で旋回した場合の旋回体２０の将来の向きを演算する。例えば、右方向に最大角速度で旋回した場合の０．１秒後、０．２秒後、０．３秒後、・・・、２．０秒後の向きと、左方向に最大角速度で旋回した場合の０．１秒後、０．２秒後、０．３秒後、・・・、２．０秒後の向きを演算する。旋回体２０の将来の位置は、旋回体現在位置・向き演算部１０１で演算した旋回体２０の現在の位置と同じとする。なお、現在、旋回している最中であれば、現在旋回している方向でのみ、将来の向きを演算しても良い。旋回体位置・向き演算部１０４からは、旋回体位置・向き演算部１０４で演算した旋回体２０の将来の位置と向きの情報と、旋回体現在位置・向き演算部１０１で演算した旋回体２０の現在の位置と向きの情報を合わせて出力する。

　第１制御指令演算部１０８では、図１２のフローチャートに示した演算を行う。第５の実施の形態の本演算は、第１の実施の形態（のＳ２０２、Ｓ２０３）（図４参照）とＳ２５２、Ｓ２５３の演算内容が異なるだけで、他は同じである。

　本第５の実施の形態では、移動範囲設定装置６２で移動範囲が設定されている場合は（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、旋回体２０、ブーム３１、アーム３３、バケット３５の一部が、現在または将来、移動範囲の外側に出るかどうかを判定する（第１の実施の形態では、走行体１０が移動範囲の外側に出るかどうかの判定も行う）（Ｓ２５２）。移動範囲の外側に出る場合は（Ｓ２５２：Ｙｅｓ）、移動範囲の外側に出るまでの時間（現在、移動範囲の外側に出ている時は、ゼロ）と、旋回の最大角速度を乗じることで、出るまでの旋回角度（余裕量）を演算し、その値を第１余裕量とする（Ｓ２５３）。Ｓ２５２、Ｓ２５３以外は第１の実施の形態と同じ演算を行い、第１制御指令（停止指令、または、動作継続指令）を設定する。

　第２制御指令演算部１０９では、図１３のフローチャートに示した演算を行う。第５の実施の形態の本演算は、第１の実施の形態（のＳ３０４、Ｓ３０５）（図５参照）とＳ３５４、Ｓ３５５の演算内容が異なるだけで、他は同じである。

　本第５の実施の形態では、Ｓ３０２またはＳ３０３で障害物がある場合は（Ｓ３０２、Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、旋回体２０、ブーム３１、アーム３３、バケット３５の一部が、現在または将来、障害物に接触するかどうかを判定する（第１の実施の形態では、走行体１０が障害物に接触するかどうかの判定も行う）（Ｓ３５４）。障害物に接触する場合は（Ｓ３５４：Ｙｅｓ）、障害物に接触するまでの時間（仮に、現在、障害物に接触している時は、ゼロ）と、旋回の最大角速度を乗じることで、接触するまでの旋回角度（余裕量）を演算し、その値を第２余裕量とする（Ｓ３５５）。Ｓ３５４、Ｓ３５５以外は第１の実施の形態と同じ演算を行い、第２制御指令（停止指令、または、動作継続指令）を設定する。

　なお、第５の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、第２制御指令演算部１０９で設定する第２閾値は、第１制御指令演算部１０８で設定する第１閾値よりも大きい値に設定する。

　図１１に戻り、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の少なくとも片方が停止指令の時は、そのうちの適切な停止指令を選択し、旋回を停止する（詳しくは、油圧アクチュエータとしての旋回用油圧モータ２７を停止する制御を行う）ために、コントロールバルブ４４に入る旋回右パイロット圧Ｐｅ、旋回左パイロット圧Ｐｆをカットする（０ＭＰａにする）ように、パイロット圧制御電磁弁４５ｅ、４５ｆを制御する。

　詳しくは、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の片方が停止指令の時は、その停止指令を選択し、上述したように、パイロット圧制御電磁弁４５ｅ、４５ｆを制御する。

　また、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の両方が停止指令の時は、そのうちの旋回をより早く停止する方（油圧アクチュエータとしての旋回用油圧モータ２７をより早く停止する方）の停止指令を選択し、上述したように、パイロット圧制御電磁弁４５ｅ、４５ｆを制御する。

　この時、残りのパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｄ、４５ｇ～４５ｌに関しては、パイロット圧をカットしても良いし、カットしなくても良い。パイロット圧をカットして動きを止めれば、旋回だけでなく全てのアクチュエータが止まるので、オペレータは油圧ショベル１全体の動きを理解しやすい。パイロット圧をカットしなければ、旋回以外の動きは継続されるので、利便性が良い。

　いずれの場合も、上述した旋回停止制御により、車体（旋回体２０）や作業機（フロント作業機３０のブーム３１、アーム３３、バケット３５）が、設定した移動範囲の外側に出たり、検出した障害物と接触したりする可能性を低くすることができる。

　なお、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の両方が動作継続指令の時は、現在の旋回を継続するために、コントロールバルブ４４に入る旋回右パイロット圧Ｐｅ、旋回左パイロット圧Ｐｆを維持するように、パイロット圧制御電磁弁４５ｅ、４５ｆを制御する。

　以上のように、第５の実施の形態においても、障害物に対しては余裕をもって停止制御を行うが、移動範囲に対しては比較的余裕をもたないで（余裕代を最小限に抑えて）停止制御を行うので、あらかじめ移動範囲を設定して作業者やダンプトラック等が設定した移動範囲の内側に入らないようにすれば、車体が停止する頻度を抑えることができ、作業効率の悪化を抑制できる。また、作業者やダンプトラック等が本作業機械の移動範囲の内側に入った時は、車体は余裕をもって停止制御を行うので、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くすることができる。

　なお、ここでは、第５の実施の形態を第１の実施の形態に対する変形形態として説明したが、例えば第２～第４の実施の形態と組み合わせて適用できることは詳述するまでも無い。

［第６の実施の形態］
　次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。

　第６の実施の形態は、第１の実施の形態の制御装置１００によるパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌの制御方法が異なるだけで、他は第１の実施の形態と同じである。

　上述した第１の実施の形態では、パイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌのうちの走行に関連するパイロット圧Ｐａ～Ｐｄを制御するパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｄを制御することで、車体（走行体１０、旋回体２０）を減速したり、停止したりする制御を行うものとしたが、第６の実施の形態では、作業機（フロント作業機３０）の移動に関連するパイロット圧Ｐｇ～Ｐｌを制御するパイロット圧制御電磁弁４５ｇ～４５ｌを制御することで、作業機（フロント作業機３０）を減速したり、停止したりする制御を行うものとする。

　図１４は、本発明の第６の実施の形態の制御装置１００の機能ブロック構成図である。図１４は、制御装置１００によるパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｌの制御方法の一例、特に、そのうちの作業機（フロント作業機３０）の移動に関連するパイロット圧Ｐｇ～Ｐｌを制御するパイロット圧制御電磁弁４５ｇ～４５ｌの制御方法の一例を示している。図１４の旋回体現在位置・向き演算部１０１、バケット位置・向き演算部１０７の演算内容は第１の実施の形態（図３参照）と同じであるが、第１の実施の形態の走行体現在位置・向き演算部１０２および走行体位置・向き演算部１０３が省略され、それ以外（１０４～１０６、１０８～１１０）の演算内容は第１の実施の形態と異なる。

　旋回体位置・向き演算部１０４では、旋回体現在位置・向き演算部１０１で演算した旋回体２０の現在の位置と向きが将来も継続するものとして、旋回体２０の現在と将来の位置と向きの情報を出力する。

　ブーム位置・向き演算部１０５では、旋回体位置・向き演算部１０４から入力した旋回体２０の現在の位置と向きから、ブーム３１の旋回体２０との接続部の現在の位置を演算し、その演算値とブーム傾斜角センサ５１で検出したブーム３１の傾斜角から、ブーム３１のアーム３３との接続部の現在の位置を演算する。そして、ブーム３１のアーム３３との接続部の現在の位置から、最大速度でブーム下げを行った場合のブーム３１のアーム３３との接続部の将来の位置を演算する。例えば、０．１秒後、０．２秒後、０．３秒後、・・・、２．０秒後の位置を演算する。また、旋回体位置・向き演算部１０４から入力した旋回体２０の現在と将来の向きと同じ値を、ブーム３１の現在と将来の向きとする。そして、ブーム３１のアーム３３との接続部の現在と将来の位置と、ブーム３１の現在と将来の向きを出力する。

　アーム位置・向き演算部１０６では、ブーム位置・向き演算部１０５から入力したブーム３１の現在の位置と向きと、アーム傾斜角センサ５２で検出したアーム３３の傾斜角から、アーム３３のバケット３５との接続部の現在の位置を演算する。そして、アーム３３のバケット３５との接続部の現在の位置から、最大速度でアームダンプを行った場合のアーム３３のバケット３５との接続部の将来の位置を演算する。例えば、０．１秒後、０．２秒後、０．３秒後、・・・、２．０秒後の位置を演算する。また、ブーム位置・向き演算部１０５から入力したブーム３１の現在と将来の向きと同じ値を、アーム３３の現在と将来の向きとする。そして、アーム３３のバケット３５との接続部の現在と将来の位置と、アーム３３の現在と将来の向きを出力する。

　第１制御指令演算部１０８では、図１５のフローチャートに示した演算を行う。第６の実施の形態の本演算は、第１の実施の形態（のＳ２０２、Ｓ２０３）（図４参照）とＳ２６２、Ｓ２６３の演算内容が異なるだけで、他は同じである。

　本第６の実施の形態では、移動範囲設定装置６２で移動範囲が設定されている場合は（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、バケット３５の一部が、現在または将来、移動範囲の外側に出るかどうかを判定する（第１の実施の形態では、走行体１０、旋回体２０、ブーム３１、アーム３３が移動範囲の外側に出るかどうかの判定も行う）（Ｓ２６２）。移動範囲の外側に出る場合は（Ｓ２６２：Ｙｅｓ）、バケット３５が現在の位置から移動範囲の外側に出るまでの移動距離（余裕量）（現在、移動範囲の外側に出ている時は、ゼロ）を演算し、その値を第１余裕量とする（Ｓ２６３）。なお、ここでの移動距離は、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６の変位量（伸縮量ともいう）に相当する。Ｓ２６２、Ｓ２６３以外は第１の実施の形態と同じ演算を行い、第１制御指令（停止指令、または、動作継続指令）を設定する。

　第２制御指令演算部１０９では、図１６のフローチャートに示した演算を行う。第６の実施の形態の本演算は、第１の実施の形態（のＳ３０４、Ｓ３０５）（図５参照）とＳ３６４、Ｓ３６５の演算内容が異なるだけで、他は同じである。

　本第６の実施の形態では、Ｓ３０２またはＳ３０３で障害物がある場合は（Ｓ３０２、Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、バケット３５の一部が、現在または将来、障害物に接触するかどうかを判定する（第１の実施の形態では、走行体１０、旋回体２０、ブーム３１、アーム３３が障害物に接触するかどうかの判定も行う）（Ｓ３６４）。障害物に接触する場合は（Ｓ３６４：Ｙｅｓ）、バケット３５が現在の位置から障害物に接触するまでの移動距離（余裕量）（仮に、現在、障害物に接触している時は、ゼロ）を演算し、その値を第２余裕量とする（Ｓ３６５）。なお、ここでの移動距離は、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６の変位量（伸縮量ともいう）に相当する。Ｓ３６４、Ｓ３６５以外は第１の実施の形態と同じ演算を行い、第２制御指令（停止指令、または、動作継続指令）を設定する。

　なお、第６の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、第２制御指令演算部１０９で設定する第２閾値は、第１制御指令演算部１０８で設定する第１閾値よりも大きい値に設定する。

　図１４に戻り、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の少なくとも片方が停止指令の時は、そのうちの適切な停止指令を選択し、フロント作業機３０の動きを停止する（詳しくは、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６を停止する制御を行う）ために、コントロールバルブ４４に入るアームダンプパイロット圧Ｐｇ、アームクラウドパイロット圧Ｐｈ、ブーム下げパイロット圧Ｐｉ、ブーム上げパイロット圧Ｐｊ、バケットクラウドパイロット圧Ｐｋ、バケットダンプパイロット圧Ｐｌをカットする（０ＭＰａにする）ように、パイロット圧制御電磁弁４５ｇ～４５ｌを制御する。

　詳しくは、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の片方が停止指令の時は、その停止指令を選択し、上述したように、パイロット圧制御電磁弁４５ｇ～４５ｌを制御する。

　また、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の両方が停止指令の時は、そのうちのフロント作業機３０の動きをより早く停止する方（油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ３２、アームシリンダ３４、バケットシリンダ３６をより早く停止する方）の停止指令を選択し、上述したように、パイロット圧制御電磁弁４５ｇ～４５ｌを制御する。

　この時、残りのパイロット圧制御電磁弁４５ａ～４５ｆに関しては、パイロット圧をカットしても良いし、カットしなくても良い。パイロット圧をカットして動きを止めれば、フロント作業機３０の動きだけでなく全てのアクチュエータが止まるので、オペレータは油圧ショベル１全体の動きを理解しやすい。パイロット圧をカットしなければ、フロント作業機３０の動き以外の動きは継続されるので、利便性が良い。

　いずれの場合も、上述したフロント作業機３０の移動停止制御により、作業機（フロント作業機３０のブーム３１、アーム３３、バケット３５）が、設定した移動範囲の外側に出たり、検出した障害物と接触したりする可能性を低くすることができる。

　なお、制御実行部１１０では、第１制御指令演算部１０８から入力した第１制御指令と第２制御指令演算部１０９から入力した第２制御指令の両方が動作継続指令の時は、現在のフロント作業機３０の動きを継続するために、コントロールバルブ４４に入るアームダンプパイロット圧Ｐｇ、アームクラウドパイロット圧Ｐｈ、ブーム下げパイロット圧Ｐｉ、ブーム上げパイロット圧Ｐｊ、バケットクラウドパイロット圧Ｐｋ、バケットダンプパイロット圧Ｐｌを維持するように、パイロット圧制御電磁弁４５ｇ～４５ｌを制御する。

　以上のように、第６の実施の形態においても、障害物に対しては余裕をもって停止制御を行うが、移動範囲に対しては比較的余裕をもたないで（余裕代を最小限に抑えて）停止制御を行うので、あらかじめ移動範囲を設定して作業者やダンプトラック等が設定した移動範囲の内側に入らないようにすれば、作業機が停止する頻度を抑えることができ、作業効率の悪化を抑制できる。また、作業者やダンプトラック等が本作業機械の移動範囲の内側に入った時は、作業機は余裕をもって停止制御を行うので、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くすることができる。

　なお、ここでは、第６の実施の形態を第１の実施の形態に対する変形形態として説明したが、例えば第２～第４の実施の形態と組み合わせて適用できることは詳述するまでも無い。

　以上のように、本実施の形態によれば、作業者やダンプトラック等と接触する可能性を低くしつつ、作業効率の悪化を抑制することができる。

　以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。また、上記した実施の形態は、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。例えば、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

　また、上記の各構成、機能等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１　　　　　油圧ショベル（作業機械）
１０　　　　走行体（車体）
１１ａ、１１ｂ　クローラ
１２ａ、１２ｂ　クローラフレーム
１３ａ、１３ｂ　走行用油圧モータ（アクチュエータ）
２０　　　　旋回体（車体）
２１　　　　旋回フレーム
２２　　　　エンジン
２３　　　　エンジンコントローラ
２６　　　　減速機構
２７　　　　旋回用油圧モータ（アクチュエータ）
３０　　　　フロント作業機（作業機）
３１　　　　ブーム
３２　　　　ブームシリンダ（アクチュエータ）
３３　　　　アーム
３４　　　　アームシリンダ（アクチュエータ）
３５　　　　バケット
３６　　　　バケットシリンダ（アクチュエータ）
４０　　　　油圧システム
４１ａ、４１ｂ　油圧ポンプ
４２ａ、４２ｂ　レギュレータ
４３ａ～４３ｄ　パイロットバルブ
４４　　　　コントロールバルブ
４５ａ～４５ｌ　パイロット圧制御電磁弁
４６ａ、４６ｂ　作動油タンク
５１　　　　ブーム傾斜角センサ
５２　　　　アーム傾斜角センサ
５３　　　　バケット傾斜角センサ
５４　　　　旋回角度センサ
５５ａ、５５ｂ　ＧＮＳＳ受信装置
５６ａ、５６ｂ　障害物位置検出装置
６１　　　　エンジンコントロールダイヤル
６２　　　　移動範囲設定装置
１００　　　制御装置
１０１　　　旋回体現在位置・向き演算部
１０２　　　走行体現在位置・向き演算部
１０３　　　走行体位置・向き演算部
１０４　　　旋回体位置・向き演算部
１０５　　　ブーム位置・向き演算部
１０６　　　アーム位置・向き演算部
１０７　　　バケット位置・向き演算部
１０８　　　第１制御指令演算部
１０９　　　第２制御指令演算部
１１０　　　制御実行部

Claims (9)

1. 　移動可能な車体、または、車体に移動可能に装設された作業機と、
   　前記作業機または前記車体を駆動するアクチュエータと、
   　前記作業機または前記車体の移動範囲を設定する移動範囲設定装置と、
   　周辺の障害物の位置を検出する障害物位置検出装置と、
   　前記アクチュエータを制御する制御装置と、
   を備えた作業機械において、
   　前記制御装置は、
   　前記移動範囲に基づいて前記アクチュエータを制御する第１制御指令を演算する第１制御指令演算部と、
   　前記移動範囲の内側の前記障害物の位置に基づいて前記アクチュエータを制御する第２制御指令を演算する第２制御指令演算部と、
   　前記第１制御指令と前記第２制御指令のうち、前記作業機または前記車体がより早く停止する方、もしくは、より大きく減速する方を選択して前記アクチュエータの制御を実行する制御実行部と、
   を備えたことを特徴とする作業機械。
2. 　請求項１に記載の作業機械において、
   　前記第１制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの余裕量を演算してその値を第１余裕量とし、前記第１余裕量が第１閾値以下の時は前記第１制御指令を停止指令とし、前記第１余裕量が前記第１閾値より大きい時は前記第１制御指令を動作継続指令とし、
   　前記第２制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の内側の前記障害物と接触するまでの余裕量を演算してその値を第２余裕量とし、前記第２余裕量が第２閾値以下の時は前記第２制御指令を停止指令とし、前記第２余裕量が前記第２閾値より大きい時は前記第２制御指令を動作継続指令とし、
   　前記制御実行部は、前記第１制御指令と前記第２制御指令の少なくとも片方が停止指令の時は、前記アクチュエータを停止する制御を行い、
   　前記第２閾値は、前記第１閾値よりも大きい
   ことを特徴とする作業機械。
3. 　請求項１に記載の作業機械において、
   　前記第１制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの余裕量を演算してその値を第１余裕量とし、前記第１余裕量が第１閾値以下の時は前記第１制御指令を停止指令とし、前記第１余裕量が前記第１閾値より大きい時は前記第１制御指令を動作継続指令とし、
   　前記第２制御指令演算部は、前記移動範囲の内側の前記障害物の周囲を障害物存在範囲に設定し、前記作業機または前記車体が、前記障害物存在範囲に入るまでの余裕量を演算してその値を第２余裕量とし、前記第２余裕量が第２閾値以下の時は前記第２制御指令を停止指令とし、前記第２余裕量が前記第２閾値より大きい時は前記第２制御指令を動作継続指令とし、
   　前記制御実行部は、前記第１制御指令と前記第２制御指令の少なくとも片方が停止指令の時は、前記アクチュエータを停止する制御を行う
   ことを特徴とする作業機械。
4. 　請求項１に記載の作業機械において、
   　前記第１制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの余裕量を演算してその値を第１余裕量とし、前記第１余裕量が大きいほど大きくなるように前記作業機または前記車体の第１速度制限値を設定してその値を前記第１制御指令とし、
   　前記第２制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の内側の前記障害物と接触するまでの余裕量を演算してその値を第２余裕量とし、前記第２余裕量が大きいほど大きくなるように前記作業機または前記車体の第２速度制限値を設定してその値を前記第２制御指令とし、
   　前記制御実行部は、前記第１速度制限値と前記第２速度制限値の小さい方の値を速度制限値とし、前記アクチュエータの速度が前記速度制限値よりも大きい時は、前記アクチュエータの速度が前記速度制限値以下になるように制御を行い、
   　前記第１余裕量が予め決めた下限値よりも大きく、かつ、前記第２余裕量が予め決めた上限値よりも小さい場合、前記第１余裕量と前記第２余裕量が同じでも、前記第２速度制限値は前記第１速度制限値よりも小さい
   ことを特徴とする作業機械。
5. 　請求項１に記載の作業機械において、
   　前記第１制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの余裕量を演算してその値を第１余裕量とし、前記第１余裕量が大きいほど大きくなるように前記作業機または前記車体の第１速度制限値を設定してその値を前記第１制御指令とし、
   　前記第２制御指令演算部は、前記移動範囲の内側の前記障害物の周囲を障害物存在範囲に設定し、前記作業機または前記車体が、前記障害物存在範囲に入るまでの余裕量を演算してその値を第２余裕量とし、前記第２余裕量が大きいほど大きくなるように前記作業機または前記車体の第２速度制限値を設定してその値を前記第２制御指令とし、
   　前記制御実行部は、前記第１速度制限値と前記第２速度制限値の小さい方の値を速度制限値とし、前記アクチュエータの速度が前記速度制限値よりも大きい時は、前記アクチュエータの速度が前記速度制限値以下になるように制御を行う
   ことを特徴とする作業機械。
6. 　請求項１に記載の作業機械において、
   　前記アクチュエータは、前記車体を走行させるためのアクチュエータであり、
   　前記第１制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの走行距離を演算してその値を第１余裕量とし、
   　前記第２制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記障害物に接触するまでの走行距離、または、前記障害物の周囲に設定した障害物存在範囲に入るまでの走行距離を演算してその値を第２余裕量とする
   ことを特徴とする作業機械。
7. 　請求項１に記載の作業機械において、
   　前記アクチュエータは、前記車体を旋回させるためのアクチュエータであり、
   　前記第１制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記移動範囲の外側に出るまでの旋回角度を演算してその値を第１余裕量とし、
   　前記第２制御指令演算部は、前記作業機または前記車体が、前記障害物に接触するまでの旋回角度、または、前記障害物の周囲に設定した障害物存在範囲に入るまでの旋回角度を演算してその値を第２余裕量とする
   ことを特徴とする作業機械。
8. 　請求項１に記載の作業機械において、
   　前記アクチュエータは、前記作業機を移動させるためのシリンダであり、
   　前記第１制御指令演算部は、前記作業機が、前記移動範囲の外側に出るまでの前記アクチュエータの変位量を演算してその値を第１余裕量とし、
   　前記第２制御指令演算部は、前記作業機が、前記障害物に接触するまでの前記アクチュエータの変位量、または、前記障害物の周囲に設定した障害物存在範囲に入るまでの前記アクチュエータの変位量を演算してその値を第２余裕量とする
   ことを特徴とする作業機械。
9. 　請求項１に記載の作業機械において、
   　前記第２制御指令演算部は、前記移動範囲が設定されていない時は、場所に関係なく前記障害物の位置に基づいて前記アクチュエータを制御する第２制御指令を演算することを特徴とする作業機械。

Images