JP2016183499A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】浮き上がりを抑制して、大きな掘削力を発生することが可能なショベルを提供する。【解決手段】下部走行体に上部旋回体が旋回可能に搭載されている。旋回駆動装置が、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる、上部旋回体にアタッチメントが装備されている。アタッチメントは、上部旋回体とともに旋回する。作動条件が満たされると、制御装置が旋回駆動装置を作動させることにより、アタッチメントの作用点に加わる掘削反力による下部走行体の浮き上がりが生じにくい方向に上部旋回体を旋回させる。【選択図】図７

Description

本発明は、ショベルに関する。

下記の特許文献１に、ショベルの自重を最大限に利用して、掘削作業の効率を良好に維持し得るショベルが開示されている。特許文献１に開示されたショベルにおいては、掘削反力によってショベルが浮き上がるときの掘削反力の大きさに対応して、ブームシリンダのロッド側の油圧の許容最大圧力が求められている。掘削作業時に、ブームシリンダのロッド側の油圧が許容最大圧力を超えないように、ブームシリンダが制御される。

特開２０１４−１２２５１０号公報

特許文献１に開示されたショベルにおいては、ショベルに浮き上がりが生じないように、ブームシリンダのロッド側の油圧が制限される。このため、ブームシリンダのロッド側の油圧の許容最大圧力に応じて、掘削力の上限値が制限されてしまう。

本発明の目的は、浮き上がりを抑制して、大きな掘削力を発生することが可能なショベルを提供することである。

本発明の一観点によると、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記下部走行体に対して前記上部旋回体を旋回させる旋回駆動装置と、
前記上部旋回体に装備され、前記上部旋回体とともに旋回するアタッチメントと、
作動条件が満たされると、前記旋回駆動装置を作動させることにより、前記アタッチメントの作用点に加わる掘削反力による前記下部走行体の浮き上がりが生じにくい方向に前記上部旋回体を旋回させる制御装置と
を有するショベルが提供される。

下部走行体の浮き上がりが生じにくい方向に上部旋回体を旋回させることにより、浮き上がりを抑制することができる。これにより、より大きな掘削力を発生することが可能になる。

図１は、実施例によるショベルの概略斜視図である。 図２は、ショベルの油圧駆動系のブロック図である。 図３は、ショベルの各構成部品を直線で単純化した模式図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、ショベルの平面図である。 図５は、アタッチメント方位角θと、水平距離Ｌｃとの関係を示すグラフである。 図６Ａは、浮き上がりを抑制する機能に関係するショベルのブロック図であり、図６Ｂは、制御装置が実行する処理のフローチャートである。 図７Ａは、他の実施例によるショベルの制御装置４０が実行する処理のフローチャートであり、図７Ｂ〜図７Ｄは、ショベル及び掘削目標位置の平面図である。 図８Ａは、さらに他の実施例によるショベルのブロック図であり、図８Ｂは、制御装置が実行する処理のフローチャートである。 図９Ａは、さらに他の実施例によるショベルのブロック図であり、図９Ｂは、制御装置が実行する処理のフローチャートである。 図１０Ａは、さらに他の実施例によるショベルのブロック図であり、図１０Ｂは、制御装置が実行する処理のフローチャートである。 図１１Ａは、さらに他の実施例によるショベルのブロック図であり、図１１Ｂは、制御装置が実行する処理のフローチャートである。 図１２Ａ〜図１２Ｄは、ショベルと掘削目標位置との位置関係を示す平面図である。 図１３は、さらに他の実施例によるショベルと掘削目標位置との位置関係を示す平面図である。 図１４は、さらに他の実施例によるショベルのブロック図である。

図１に、実施例によるショベルの概略側面図を示す。ショベルの本体１０が、下部走行体１１及び上部旋回体１２を含む。上部旋回体１２は下部走行体１１に旋回可能に搭載されている。

上部旋回体１２に搭載された旋回駆動装置１３が、下部走行体１１に対して上部旋回体１２を旋回させる。下部走行体１１に搭載された走行駆動装置１４が、下部走行体１１の左右のクローラを回転させることにより、下部走行体１１を接地面に対して、走行及び旋回させる。左右のクローラを同速度で互いに反対向きに回転させると、下部走行体１１は、移動することなく、その場で旋回する。このような旋回は、一般に、「超信地旋回」と呼ばれる。旋回駆動装置１３及び走行駆動装置１４には、油圧モータを用いることができる。

上部旋回体１２にアタッチメント２０が装備されている。アタッチメント２０は、ブーム２１、アーム２２、及びバケット２３を含む。ブーム２１は、上部旋回体１２に対して上下方向に駆動される。アーム２２はブーム２１に対して、押し出し方向（ダンプ方向）及び引き込み方向（クラウド方向）に駆動される。バケット２３はアーム２２に対して、開き方向（ダンプ方向）及び閉じ方向（クラウド方向）に駆動される。ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、及びバケットシリンダ２６が、それぞれブーム２１、アーム２２、及びバケット２３を駆動する。ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、及びバケットシリンダ２６には、油圧シリンダを用いることができる。

上部旋回体１２に搭載されたキャビンに、操作装置２７が装備されている。操作装置２７は、複数の操作レバー及び複数のペダルを含む。操作レバーを用いて、上部旋回体１２の旋回操作、ブーム２１の上げ下げ操作、アーム２２のダンプ及びクラウド操作、バケット２３のダンプ及びクラウド操作が行われる。ペダルを用いて、下部走行体１１の走行及び旋回操作が行われる。

ストロークセンサ３１、３２、３３からなる姿勢検出器が、アタッチメント２０の姿勢を検出する。ストロークセンサ３１、３２、３３は、それぞれがブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、及びバケットシリンダ２６のピストンロッドの位置を検出する。この検出結果から、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、及びバケットシリンダ２６の長さが求まる。ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、及びバケットシリンダ２６の長さによって、アタッチメント２０の姿勢を特定することができる。

上部旋回体１２に傾斜角センサ３５が搭載されている。傾斜角センサ３５は、上部旋回体１２のピッチング方向の傾斜角度、すなわち上部旋回体１２の後方から前方を向くベクトルが、水平面に対してなす角度（以下、「ピッチング角」という。）を検出する。

上部旋回体１２に現在位置検出器３６及び制御装置４０が搭載されている。現在位置検出器３６は、ショベルの現在位置を検出する。現在位置検出器３６には、例えばＧＰＳ受信機が用いられる。制御装置４０は、操作装置２７の操作量に応じて、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、バケットシリンダ２６、旋回駆動装置１３、走行駆動装置１４の動作を制御する。

図２に、ショベル（図１）の油圧駆動系のブロック図を示す。エンジン５４の出力軸に、メインポンプ５０及びパイロットポンプ５１が接続されている。エンジン５４の発生する動力により、メインポンプ５０及びパイロットポンプ５１が駆動される。メインポンプ５０はコントロールバルブ５２に高圧の作動油を供給する。パイロットポンプ５１は、操作装置２７にパイロット圧を供給する。

操作装置２７は、操作者の操作量に応じて、パイロットポンプ５１から供給された一次側のパイロット圧を二次側のパイロット圧に変換する。二次側のパイロット圧は、コントロールバルブ５２及び圧力センサ５５に供給される。

圧力センサ５５は、操作装置２７で生成された二次側のパイロット圧を電気信号に変換する。二次側のパイロット圧に対応する電気信号が、制御装置４０に入力される。制御装置４０は、この電気信号により、操作装置２７の操作量を検出することができる。

コントロールバルブ５２は、複数のパイロット作動型制御弁、電磁比例弁等を含む。コントロールバルブ５２は、二次側のパイロット圧及び制御装置４０からの指令に基づいて、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、バケットシリンダ２６、走行駆動装置１４、及び旋回駆動装置１３に供給される作動油の流れの方向及び流量を制御する。走行駆動装置１４は、左側のクローラを駆動する油圧モータ１４Ｌ、及び右側のクローラを駆動する油圧モータ１４Ｒを含む。

ブームシリンダ２４に、ストロークセンサ３１、油圧センサ３７Ｂ、３７Ｒが装備されている。ストロークセンサ３１は、ブームシリンダ２４の長さに関わる物理量を検出する。油圧センサ３７Ｂ、３７Ｒは、それぞれブームシリンダ２４のボトム室及びロッド室の油圧を検出する。ストロークセンサ３１、油圧センサ３７Ｂ、３７Ｒの検出結果が、制御装置４０に入力される。

ブームシリンダ２４と同様に、アームシリンダ２５にも、ストロークセンサ３２、油圧センサ３８Ｂ、３８Ｒが装備されている。バケットシリンダ２６にも、ストロークセンサ３３、油圧センサ３９Ｂ、３９Ｒが装備されている。ストロークセンサ３２、３３、油圧センサ３８Ｂ、３８Ｒ、３９Ｂ、３９Ｒの検出結果も、制御装置４０に入力される。油圧センサ３７Ｂ、３７Ｒ、３８Ｂ、３８Ｒ、３９Ｂ、３９Ｒが、アタッチメント２０に印加される駆動力を検出する駆動力検出器を構成する。

制御装置４０は、圧力センサ５５の検出結果、姿勢検出器、及び駆動力検出器の検出結果に基づいて、旋回駆動装置１３及び走行駆動装置１４を制御する。

図３〜図５を参照して、掘削作業時におけるショベルの浮き上がりについて説明する。掘削作業時には、掘削力と同じ大きさの反力（以下、掘削反力という。）がアタッチメント２０の作用点に作用する。掘削作業において、一般的にバケット２３の先端が作用点になる。掘削反力が大きくなると、ショベルの最も後方の接地点を回転中心として、下部走行体１１の前方が接地面から浮き上がる。下部走行体１１の浮き上がりが生じると、掘削力が、浮き上がり直前の大きさより大きくならない。大きな掘削力を発生するために、浮き上がりが生じにくい姿勢で掘削作業を行なうことが好ましい。

図３に、ショベルの各構成部品を直線で単純化した模式図を示す。下部走行体１１に上部旋回体１２が搭載されている。上部旋回体１２に、ブーム２１、アーム２２、及びバケット２３が連結されている。本体１０、ブーム２１、アーム２２の質量を、それぞれｍ１、ｍ２、ｍ３で表す。バケット２３及びバケット２３に収容されている掘削物の合計の質量をｍ４で表す。図３において、バケット２３は、１つの質点で表されている。

本体１０の重心Ｃ１は上部旋回体１２の旋回中心よりも後方に位置し、ブーム２１の重心Ｃ２、アーム２２の重心Ｃ３、及びバケット２３の重心Ｃ４は、旋回中心よりも前方に位置する。掘削作業中において、ショベル全体の重心Ｃ０も、旋回中心より前方に位置する。下部走行体１１の最も後方の接地点が、浮き上がりの回転支点Ｐ０となる。

旋回中心から本体１０の重心Ｃ１、ブーム２１の重心Ｃ２、アーム２２の重心Ｃ３、及びバケット２３の重心Ｃ４までの水平距離を、それぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４で表す。バケット２３に加わる掘削反力をＲで表す。掘削反力Ｒは、ブームシリンダ２４、アームシリンダ２５、及びバケットシリンダ２６がそれぞれ発生する推力、アタッチメント２０の姿勢、ブーム２１、アーム２２、及びバケット２３の各々の質量、重心位置から算出することができる。

旋回中心から回転支点Ｐ０までの水平距離をＬｃで表す。ショベル全体の質量Ｍは、以下の式で表される。
Ｍ＝ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４・・・（１）
旋回中心からショベル全体の重心Ｃ０までの水平距離Ｌｒは、以下の式で表される。
Ｌｒ＝（ｍ４・Ｌ４＋ｍ３・Ｌ３＋ｍ２・Ｌ２−ｍ１・Ｌ１）／Ｍ・・・（２）

回転支点Ｐ０を中心として、ショベルを浮き上がり方向に回転させる掘削モーメントＭｅは、以下の式で表される。
Ｍｅ＝Ｒ（Ｌ４＋Ｌｃ）・・・（３）

回転支点Ｐ０を中心として、ショベルを浮き上がり方向とは反対方向に回転させる安定モーメントＭｓは、以下の式で表される。
Ｍｓ＝Ｍ・ｇ（Ｌｒ＋Ｌｃ）・・・（４）
ここで、ｇは重力加速度を表す。

掘削モーメントＭｅが安定モーメントＭｓより大きくなると、ショベルが浮き上がる。ショベルが浮き上がる直前（Ｍｓ＝Ｍｅのとき）に発生する最大掘削力Ｒｍａｘは、以下の式で表される。
Ｒｍａｘ＝Ｍ・ｇ（Ｌｒ＋Ｌｃ）／（Ｌ４＋Ｌｃ）・・・（５）

式（１）〜（５）において、ｍ１、ｍ２、ｍ３、及びＬ１は一定である。作業状態により、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４及びｍ４が変化する。Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は、アタッチメント２０の姿勢に依存し、ストロークセンサ３１、３２、３３の検出結果から算出することができる。ショベルが浮き上がる方向に掘削力を発生している場合、バケット２３の収容物の質量は０であると考えることができる。従って。浮き上がりが生じるか否かを判定するとき、質量ｍ４として、バケット２３自体の質量を用いることができる。旋回中心から回転支点Ｐ０までの水平距離Ｌｃが求まれば、最大掘削力Ｒｍａｘを算出することができる。

アタッチメント２０の姿勢が固定された条件の下で、最大掘削力Ｒｍａｘは水平距離Ｌｃのみに依存する。Ｌ４＞Ｌｒが常に成立するため、式（５）の右辺の分数の値は１未満であり、Ｌｃが大きくなるに従って１に近づく。言い換えると、Ｌｃが大きくなるに従って、Ｒｍａｘは単調に増加する。Ｌｃを大きくすることにより、最大掘削力Ｒｍａｘを大きくすることができる。

図４Ａ及び図４Ｂを参照して、水平距離Ｌｃの算出方法について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、ショベルの平面図を示す。

図４Ａに示すように、下部走行体１１の前進方向を方位角０°と定義する。下部走行体１１の２本のクローラの接地領域を包含する最小の長方形を、実効接地領域１５ということとする。実効接地領域１５の、方位角が０°の方向に関する寸法（接地長）をＬｘで表し、それに直交する方向に関する寸法（接地幅）をＬｙで表す。アタッチメント２０が向く方向の方位角（以下、「アタッチメント方位角」という。）をθで表す。実効接地領域１５の中心から、前方の１つの頂点を向く方向の方位角をθｄで表す。実効接地領域１５の対角線の長さの１／２をＬｄで表す。図４Ａに示した例では、アタッチメント２０が、方位角０°の方向を向いている。このとき、旋回中心から、最も後方の接地点までの水平距離Ｌｃは、Ｌｘ／２に等しい。

図４Ｂに示した例では、アタッチメント方位角θが０°以外である。このとき、水平距離Ｌｃは、以下の式で表される。
Ｌｃ＝Ｌｄ・ｃｏｓ（θｄ−θ）・・・（６）

図５に、アタッチメント方位角θと、水平距離Ｌｃとの関係を示す。横軸はアタッチメント方位角θを単位「度」で表し、縦軸は水平距離Ｌｃを表す。アタッチメント方位角θの絶対値がθｄに一致するとき、水平距離Ｌｃが最大値Ｌｄを示す。水平距離Ｌｃの増加にともなって、最大掘削力Ｒｍａｘが単調に増加するため、アタッチメント方位角θ＝θｄのとき、最大掘削力Ｒｍａｘが最も大きくなる。

次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、ショベルの浮き上がりを抑制して、掘削力を高める処理について説明する。

図６Ａに、浮き上がりを抑制する機能に関係するショベルのブロック図を示し、図６Ｂに、制御装置４０が実行する処理のフローチャートを示す。制御装置４０の記憶装置４１に、作動条件が記憶されている。作動条件の種々の具体例については、後に、図８Ａ〜図１３を参照して説明する。制御装置４０の機能は、記憶装置４１に記憶されている制御プログラムを中央処理ユニット（ＣＰＵ）が実行することにより実現される。図６Ｂに示した処理は、一定の周期で起動される。回転角センサ４２から、旋回駆動装置１３の旋回角情報が制御装置４０に入力される。旋回角情報に基づいて、アタッチメント方位角θ（図４Ｂ）を算出することができる。回転角センサ４２には、レゾルバを用いることができる。

制御装置４０は、コントロールバルブ５２を制御することにより、旋回駆動装置１３及び走行駆動装置１４を動作させる。

ステップＳ１において、制御装置４０が、種々のセンサの検出結果、及びアタッチメント方位角θに基づいて、作動条件が満たされているか否かを判定する。作動条件が満たされていると判定された場合には、ステップＳ２において、ショベルの浮き上がりが生じにくい方向に、上部旋回体１２を旋回させる。作動条件が満たされていないと判定された場合には、処理を終了する。

ステップＳ２において、より具体的には、制御装置４０は、コントロールバルブ５２を制御することにより、アタッチメント方位角θをθｄ（図５）に近づける方向に旋回駆動装置１３を動作させる。上部旋回体１２を旋回させる角度は、予め決められている一定の角度にしてもよいし、アタッチメント方位角θが角度θｄ（図４Ａ）に一致するまで上部旋回体１２を旋回させてもよい。

上部旋回体１２が旋回すると、アタッチメント２０の先端が、掘削しようとする目標位置からずれる。操作者は、操作装置２７を操作して、下部走行体１１（図１）を、上部旋回体１２の旋回方向とは反対方向に旋回させることにより、アタッチメント２０の先端を掘削目標位置まで戻すことができる。

アタッチメント方位角θが、ショベルの浮き上がりが生じにくい方向に近づくため、ショベルの浮き上がりが生じにくくなる。このため、より大きな掘削力を発生することができる。

次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、他の実施例について説明する。以下、図１〜図６Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図７Ａは、制御装置４０が実行する処理のフローチャートを示す。図６Ｂに示した実施例では、ステップＳ２において、制御装置４０が上部旋回体１２をショベルの浮き上がりが生じにくい方向に旋回させた。図７Ａに示した実施例では、ステップＳ２（図６Ｂ）に代えて、ステップＳ３が実行される。

ステップＳ３において、制御装置４０は、上部旋回体１２をショベルの浮き上がりが生じにくい方向に旋回させると共に、走行駆動装置１４（図１、図２）を制御して下部走行体１１を、上部旋回体１２とは反対方向に旋回させる。下部走行体１１の旋回角度は、上部旋回体１２の旋回角度と同一である。

図７Ｂに、ステップＳ３の処理が行われる前のショベル及び掘削目標位置１６の平面図を示す。アタッチメント方位角θが０°であり、アタッチメント２０の先端（バケット２３）の位置が、掘削目標位置１６に一致している。

図７Ｃに、ステップＳ３において、上部旋回体１２のみを旋回させた後のショベルの平面図を示す。下部走行体１１が静止した状態で上部旋回体１２のみが旋回するため、バケット２３の位置が掘削目標位置１６から外れてしまう。

図７Ｄに、ステップＳ３において、下部走行体１１を旋回させた後のショベルの平面図を示す。下部走行体１１が、上部旋回体１２とは反対方向に、同じ角度だけ旋回するため、バケット２３の位置が、掘削目標位置１６まで戻る。これにより、操作者が介入することなく、掘削作業を継続することができる。

ステップＳ３において、上部旋回体１２の旋回中に、下部走行体１１を反対方向に旋回させてもよい。上部旋回体１２と下部走行体１１とが、同時に旋回するため、旋回中も、バケット２３の位置を掘削目標位置１６に一致させておくことができる。これにより、操作者が受ける違和感を軽減することができる。

次に、図８Ａ〜図１３を参照して、さらに複数の他の実施例について説明する。以下、図１〜図６Ｂに示した実施例、及び図７Ａ〜図７Ｄに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。以下の実施例では、ステップＳ１（図６Ｂ、図７Ａ）の処理が、より具体的に示される。

図８Ａに、一実施例によるショベルのブロック図を示す。姿勢検出器４５が、ブームシリンダ２４用のストロークセンサ３１、アームシリンダ２５用のストロークセンサ３２、及びバケットシリンダ２６用のストロークセンサ３３を含む。駆動力検出器４６が、ブームシリンダ２４用の油圧センサ３７Ｂ、３７Ｒ、アームシリンダ２５用の油圧センサ３８Ｂ、３８Ｒ、及びバケットシリンダ２６用の油圧センサ３９Ｂ、３９Ｒを含む。姿勢検出器４５の検出結果、及び駆動力検出器４６の検出結果が、制御装置４０に入力される。

図８Ｂに、制御装置４０で実行されるステップＳ１（図６Ａ、図７Ａ）のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１１において、制御装置４０が、姿勢検出器４５及び駆動力検出器４６の検出結果を用いて掘削反力Ｒ（図３）を算出する。さらに、姿勢検出器４５及び回転角センサ４２の検出結果を用いて、ショベルの現在の姿勢における最大掘削力Ｒｍａｘを算出する。最大掘削力Ｒｍａｘは、式（５）を用いて算出することができる。

ステップＳ１２において、掘削反力Ｒが最大掘削力Ｒｍａｘを超えているか否かを判定する。掘削反力Ｒが最大掘削力Ｒｍａｘを超えている場合、ステップＳ１３において、作動条件が満たされていると判定される。掘削反力Ｒが最大掘削力Ｒｍａｘ以下である場合、ステップＳ１４において、作動条件が満たされていないと判定される。作動条件が満たされているか否かが判定された後、図６Ｂまたは図７ＡのフローチャートのステップＳ１の後のステップが実行される。

掘削反力Ｒが最大掘削力Ｒｍａｘに等しい状態は、ショベルに浮き上がりが生じる直前の状態に相当する。本実施例では、ショベルに浮き上がりが生じた直後に、ステップＳ１３において、作動条件が満たされていると判定される。作動条件が満たされていると判定されると、上部旋回体１２が、ショベルの浮き上がりが生じにくい方向に旋回する。このため、ショベルの浮き上がりを抑制することができると共に、最大掘削力Ｒｍａｘをより大きくすることができる。

図９Ａに、他の実施例によるショベルのブロック図を示す。傾斜角センサ３５が、上部旋回体１２（図１）のピッチング角を検出する。傾斜角センサ３５の検出結果が制御装置４０に入力される。

図９Ｂに、制御装置４０で実行されるステップＳ１（図６Ａ、図７Ａ）のフローチャートを示す。ステップＳ１５において、制御装置４０が傾斜角センサ３５から、上部旋回体１２のピッチング角を取得する。ステップＳ１６において、上部旋回体１２のピッチング角が浮き上がり判定閾値を超えているか否かを判定する。ピッチング角が浮き上がり判定閾値を超えている場合、ステップＳ１３において、作動条件が満たされていると判定される。ピッチング角が浮き上がり判定閾値以下である場合、ステップＳ１４において、作動条件が満たされていないと判定される。作動条件が満たされているか否かが判定された後、図６Ｂまたは図７ＡのフローチャートのステップＳ１の後のステップが実行される。

浮き上がり判定閾値として、０°よりもやや大きな角度が設定される。本実施例においては、ショベルが浮き上がってピッチング角が浮き上がり判定閾値を超えると、上部旋回体１２が、ショベルの浮き上がりが生じにくい方向に旋回する。このため、ショベルの浮き上がりを抑制することができると共に、最大掘削力Ｒｍａｘをより大きくすることができる。

図１０Ａに、さらに他の実施例によるショベルのブロック図を示す。操作器４７が、操作者によって操作される。操作器４７として、ボタンスイッチを用いることができる。制御装置４０は、操作器４７の操作状態を読み取ることができる。

図１０Ｂに、制御装置４０で実行されるステップＳ１（図６Ａ、図７Ａ）のフローチャートを示す。ステップＳ１７において、制御装置４０が操作器４７の操作状態を取得する。ステップＳ１８において、操作器４７が操作されているか否かを判定する。操作器４７が操作されている場合、ステップＳ１３において、作動条件が満たされていると判定される。操作器４７が操作されていない場合、ステップＳ１４において、作動条件が満たされていないと判定される。作動条件が満たされているか否かが判定された後、図６Ｂまたは図７ＡのフローチャートのステップＳ１の後のステップが実行される。

本実施例においては、操作者がショベルの浮き上がりを感知して操作器４７を操作すると、上部旋回体１２が、ショベルの浮き上がりが生じにくい方向に旋回する。このため、ショベルの浮き上がりを抑制することができるとともに、最大掘削力Ｒｍａｘをより大きくすることができる。

図１１Ａに、さらに他の実施例によるショベルのブロック図を示す。本実施例によるショベルは、自動運転可能であり、待機場所から作業場所への走行、及び掘削作業が自動制御により実行される。ショベルに搭載された現在位置検出器３６が、ショベルの現在位置を検出する。現在位置は、緯度及び経度で表現することができる。現在位置検出器３６で検出された現在位置が制御装置４０に入力される。

図１２Ａに、ショベルと掘削目標位置１６との位置関係を示す。掘削作業前にショベルは待機場所１７で待機している。制御装置４０の記憶装置４１（図１１Ａ）に記憶されている作動条件が、掘削目標位置１６の位置情報を含む。記憶装置４１には、待機場所１７から掘削目標位置１６までの走行経路１８を規定する経路情報も記憶されている。ショベルは、走行経路１８に沿って掘削目標位置１６まで自動走行する。

図１１Ｂに、制御装置４０で実行されるステップＳ１（図６Ａ、図７Ａ）のフローチャートを示す。ステップＳ１９において、制御装置４０が、ショベルの現在位置と掘削目標位置１６との距離を算出する。ステップＳ２０において、現在位置から掘削目標位置１６までの距離が判定閾値以下であるか否かを判定する。判定閾値は、記憶装置４１に記憶されている。

図１２Ｂに、ショベルのバケット２３の位置が掘削目標位置１６とほぼ一致したときのショベルと掘削目標位置１６との位置関係を示す。このときの、ショベルの現在位置から掘削目標位置１６までの距離が、判定閾値として設定されている。

バケット２３の位置が掘削目標位置１６とほぼ一致すると、ステップＳ２０において、現在位置から掘削目標位置１６までの距離が判定閾値以下であると判定される。この場合、ステップＳ１３において、作動条件が満たされていると判定される。バケット２３が掘削目標位置１６まで到達していないとき、ステップＳ２０において、現在位置から掘削目標位置１６までの距離が判定閾値より長いと判定される。この場合、ステップＳ１４において、作動条件が満たされていないと判定される。作動条件が満たされているか否かが判定された後、図６Ｂまたは図７ＡのフローチャートのステップＳ１の後のステップが実行される。

図１２Ｃに、ステップＳ２（図６Ｂ）が実行された後のショベルと掘削目標位置１６との位置関係を示す。上部旋回体１２が旋回するため、バケット２３の位置が掘削目標位置１６からずれる。図１２Ｄに、下部走行体１１を反対方向に旋回させた後のショベルと掘削目標位置１６との位置関係を示す。図６Ｂに示した実施例では、下部走行体１１の旋回は、操作者の操作によって実行される。図７Ａに示した実施例では、制御装置４０の制御により、下部走行体１１の旋回動作が実行される。下部走行体１１の旋回によって、バケット２３の位置が、掘削目標位置１６まで戻る。

本実施例においては、ショベルが掘削目標位置１６に到着した後、掘削作業前に、ショベルが、浮き上がりの生じにくい姿勢に設定される。このため、掘削作業中のショベルの浮き上がりを抑制することができる。

図１３に、さらに他の実施例によるショベルと掘削目標位置１６との位置関係を示す。以下、図１１Ａ〜図１２Ｄに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

本実施例においては、ステップＳ２０（図１１Ｂ）で用いられる判定閾値Ｔｈｄが、図１１Ａ〜図１２Ｄに示した実施例で採用された判定閾値より長い。このため、ショベルが掘削目標位置１６に到着する前に、ショベルの現在位置から掘削目標位置１６までの距離が判定閾値Ｔｈｄに等しくなって作動条件が満たされる。作動条件が満たされると、上部旋回体１２の旋回動作が開始される（図６ＢのステップＳ２）。

ショベルが掘削目標位置１６に到着した時点では、上部旋回体１２の旋回動作が終了している。すなわち、アタッチメント方位角θが、浮き上がりの生じにくい角度θｄになっている。下部走行体１１は、掘削目標位置１６から角度θｄだけずれた方向を向いている。待機場所１７から掘削目標位置１６までの走行経路１８は、ショベルが掘削目標位置１６に到着した時点で、下部走行体１１が、掘削目標位置１６から角度θｄだけずれた方向を向くように設定されている。

本実施例においては、ショベルが掘削目標位置１６に到着した時点で、すでにアタッチメント方位角θが浮き上がりの生じにくい角度θｄになっているため、掘削目標位置１６に到着した後、超信地旋回を行う必要がない。

次に、図１４を参照して、さらに他の実施例によるショベルについて説明する。図１〜図１３に示した実施例では、旋回駆動装置１３（図２）に油圧モータが用いられているが、図１４に示した実施例では、油圧モータに代えて電動モータが用いられている。

図１４に、実施例によるショベルのブロック図を示す。以下、図２に示した実施例によるショベルのブロック図との相違点について説明する。

エンジン５４、メインポンプ５０、及び電動発電機５７が、トルク伝達機構５６を介して相互に接続されている。制御装置４０が駆動回路６０の動作を制御することにより、電動発電機５７及び旋回駆動装置１３が駆動される。駆動回路６０には、蓄電装置、昇降圧コンバータ、インバータ等が含まれる。回転角センサ４２が旋回駆動装置１３の駆動軸の回転角を検出する。回転角センサ４２には、レゾルバを用いることができる。回転角の検出結果が制御装置４０に入力される。

図６Ｂに示したステップＳ２及び図７Ａに示したステップＳ３において、制御装置４０が駆動回路６０を制御することにより、旋回駆動装置１３を駆動する。旋回駆動装置１３が駆動されることにより、上部旋回体１２が旋回する。

旋回駆動装置１３に電動モータを用いる場合でも、油圧モータを用いる場合と同様に、アタッチメント方位角θを角度θｄ（図４Ａ）に近づけることにより、ショベルの浮き上がりが生じにくくなる。その結果、より大きな掘削力を発生することが可能になる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 本体
１１ 下部走行体
１２ 上部旋回体
１３ 旋回駆動装置
１４ 走行駆動装置
１４Ｌ、１４Ｒ 油圧モータ
１５ 実効接地領域
１６ 掘削目標位置
１７ 待機場所
１８ 走行経路
２０ アタッチメント
２１ ブーム
２２ アーム
２３ バケット
２４ ブームシリンダ
２５ アームシリンダ
２６ バケットシリンダ
２７ 操作装置
３１、３２、３３ ストロークセンサ
３５ 傾斜角センサ
３６ 現在位置検出器
３７Ｂ、３７Ｒ、３８Ｂ、３８Ｒ、３９Ｂ、３９Ｒ 油圧センサ
４０ 制御装置
４１ 記憶装置
４２ 回転角センサ
４５ 姿勢検出器
４６ 駆動力検出器
４７ 操作器
５０ メインポンプ
５１ パイロットポンプ
５２ コントロールバルブ
５４ エンジン
５５ 圧力センサ
５６ トルク伝達機構
５７ 電動発電機
６０ 駆動回路

Claims (8)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
   前記下部走行体に対して前記上部旋回体を旋回させる旋回駆動装置と、
   前記上部旋回体に装備され、前記上部旋回体とともに旋回するアタッチメントと、
   作動条件が満たされると、前記旋回駆動装置を作動させることにより、前記アタッチメントの作用点に加わる掘削反力による前記下部走行体の浮き上がりが生じにくい方向に前記上部旋回体を旋回させる制御装置と
   を有するショベル。
2. さらに、前記下部走行体を走行させ、かつ旋回させる走行駆動装置を有し、
   前記制御装置は、前記作動条件が満たされると、前記走行駆動装置を作動させることにより、前記下部走行体に対して前記上部旋回体を旋回させる旋回方向とは反対方向に、同じ角度だけ、接地面に対して前記下部走行体を旋回させる請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御装置は、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回中に、前記下部走行体を旋回させる請求項２に記載のショベル。
4. 前記制御装置は、前記下部走行体の浮き上がりを検出し、浮き上がりの開始を検出すると、前記作動条件が満たされたと判定する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のショベル。
5. さらに、
   前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出器と、
   前記アタッチメントの駆動力を検出する駆動力検出器と
   を有し、
   前記制御装置は、前記姿勢検出器及び前記駆動力検出器の検出結果に基づいて、前記アタッチメントの作用点に加わる反力を算出し、算出された前記反力に基づいて、前記下部走行体の浮き上がりを検出する請求項４に記載のショベル。
6. さらに、水平面に対する前記上部旋回体のピッチング方向の傾斜角を検出する傾斜角センサを有し、
   前記制御装置は、前記傾斜角センサの検出結果に基づいて、前記下部走行体の浮き上がりを検出する請求項４に記載のショベル。
7. さらに、操作者によって操作される操作器を有し、
   前記制御装置は、前記操作器が操作されたことを検出すると、前記作動条件が満たされたと判定する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のショベル。
8. さらに、現在位置検出器を有し、
   前記制御装置は、前記現在位置検出器によって検出された現在位置から、掘削目標位置までの距離が判定閾値以下になると、前記作動条件が満たされたと判定する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のショベル。

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