JP5548307B2 - 掘削制御システム - Google Patents
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Description
本発明は、作業機の速度制限を実行する掘削制御システムに関する。
従来、作業機を備える建設機械において、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させることによって所定の領域を掘削する手法が知られている(特許文献1参照)。
具体的に、特許文献1の制御装置は、バケットの刃先と設計面との間隔が小さいほど作業機の設計面に対する相対速度が減少するように、オペレータから入力される操作信号を補正する。これによって、オペレータの操作に関わらず、刃先を設計面に沿って自動的に移動させる掘削制御が実行される。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、特許文献1に記載の掘削制御では、すくい込みを行うとバケット背面で掘削対象面を掘削しすぎるおそれがある。また、特許文献1に記載の掘削制御では、床面仕上げの際、バケット背面を設計面上で制御する事ができないおそれがある。
しかしながら、特許文献1に記載の掘削制御では、すくい込みを行うとバケット背面で掘削対象面を掘削しすぎるおそれがある。また、特許文献1に記載の掘削制御では、床面仕上げの際、バケット背面を設計面上で制御する事ができないおそれがある。
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、適切な掘削制御を実行可能な掘削制御システムの提供を目的とする。
(課題を解決するための手段)
第1の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、複数の油圧シリンダと、候補速度取得部と、相対速度取得部と、制限速度選択部と、油圧シリンダ制御部と、を備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。複数の油圧シリンダは、複数の被駆動部材のそれぞれを駆動させる。候補速度取得部は、バケットの第1監視ポイントと掘削対象の目標形状を示す設計面との第1間隔に応じた第1候補速度と、第1監視ポイントとは異なるバケットの第2監視ポイントと設計面との第2間隔に応じた第2候補速度と、を取得する。相対速度取得部は、設計面に対する第1監視ポイントの第1相対速度と、設計面に対する第2監視ポイントの第2相対速度と、を取得する。第1相対速度と第1候補速度との相対関係および第2相対速度と第2候補速度との相対関係に基づいて、第1候補速度および第2候補速度のいずれか一方を制限速度として選択する。油圧シリンダ制御部は、複数の油圧シリンダに作動油を供給することによって、第1監視ポイントおよび第2監視ポイントのうち制限速度に係る監視ポイントの設計面に対する相対速度を制限速度に制限する。
第1の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、複数の油圧シリンダと、候補速度取得部と、相対速度取得部と、制限速度選択部と、油圧シリンダ制御部と、を備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。複数の油圧シリンダは、複数の被駆動部材のそれぞれを駆動させる。候補速度取得部は、バケットの第1監視ポイントと掘削対象の目標形状を示す設計面との第1間隔に応じた第1候補速度と、第1監視ポイントとは異なるバケットの第2監視ポイントと設計面との第2間隔に応じた第2候補速度と、を取得する。相対速度取得部は、設計面に対する第1監視ポイントの第1相対速度と、設計面に対する第2監視ポイントの第2相対速度と、を取得する。第1相対速度と第1候補速度との相対関係および第2相対速度と第2候補速度との相対関係に基づいて、第1候補速度および第2候補速度のいずれか一方を制限速度として選択する。油圧シリンダ制御部は、複数の油圧シリンダに作動油を供給することによって、第1監視ポイントおよび第2監視ポイントのうち制限速度に係る監視ポイントの設計面に対する相対速度を制限速度に制限する。
第2の態様に係る掘削制御システムは、第1の態様に係り、調整速度取得部をさらに備える。調整速度取得部は、第1相対速度を第1候補速度に制限するために必要とされる複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度を示す第1調整速度と、第2相対速度を第2候補速度に制限するために必要とされる複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度を示す第2調整速度と、を取得する。制限速度選択部は、第1調整速度が第2調整速度よりも大きい場合に第1候補速度を制限速度として選択し、第2調整速度が第1調整速度よりも大きい場合に第2候補速度を制限速度として選択する。
(発明の効果)
掘削制御をスムーズに実行可能な掘削制御システムを提供することができる。
掘削制御をスムーズに実行可能な掘削制御システムを提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下においては、「建設機械」の一例として油圧ショベルを挙げて説明する。
《油圧ショベル100の全体構成》
図1は、実施形態に係る油圧ショベル100の斜視図である。油圧ショベル100は、車両本体1と、作業機2とを有する。また、油圧ショベル100には、掘削制御システム200が搭載されている。掘削制御システム200の構成および動作については後述する。
図1は、実施形態に係る油圧ショベル100の斜視図である。油圧ショベル100は、車両本体1と、作業機2とを有する。また、油圧ショベル100には、掘削制御システム200が搭載されている。掘削制御システム200の構成および動作については後述する。
車両本体1は、上部旋回体3と運転室4と走行装置5とを有する。上部旋回体3は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどを収容している。上部旋回体3の後端部上には、第1GNSSアンテナ21と第2GNSSアンテナ22とが配置されている。第1GNSSアンテナ21と第2GNSSアンテナ22とは、RTK−GNSS(Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、GNSSは全地球航法衛星システムをいう。)用のアンテナである。運転室4は、上部旋回体3の前部に載置されている。運転室4内には、後述する操作装置25が配置される(図3参照)。走行装置5は履帯5a,5bを有しており、履帯5a,5bが回転することにより油圧ショベル100が走行する。
作業機2は、車両本体1の前部に取り付けられており、ブーム6と、アーム7と、バケット8と、ブームシリンダ10と、アームシリンダ11と、バケットシリンダ12と、を有する。ブーム6の基端部は、ブームピン13を介して車両本体1の前部に揺動可能に取り付けられる。アーム7の基端部は、アームピン14を介してブーム6の先端部に揺動可能に取り付けられる。アーム7の先端部には、バケットピン15を介してバケット8が揺動可能に取り付けられる。
ブームシリンダ10とアームシリンダ11とバケットシリンダ12とは、それぞれ作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ10はブーム6を駆動する。アームシリンダ11は、アーム7を駆動する。バケットシリンダ12は、バケット8を駆動する。
ここで、図2Aは油圧ショベル100の側面図であり、図2Bは油圧ショベル100の背面図である。図2Aに示すように、ブーム6の長さ、すなわち、ブームピン13からアームピン14までの長さは、L1である。アーム7の長さ、すなわち、アームピン14からバケットピン15までの長さは、L2である。バケット8の長さ、すなわち、バケットピン15からバケット8のツースの先端(以下、「刃先8a」という。「第1監視ポイント」の一例)までの長さは、L3aである。また、バケットピン15からバケット8の背面側最外端(以下、「背面端8b」という。「第2監視ポイント」の一例)までの長さは、L3bである。
また、図2Aに示すように、ブーム6とアーム7とバケット8には、それぞれ第1〜第3ストロークセンサ16〜18が設けられている。第1ストロークセンサ16は、ブームシリンダ10のストローク長さ(以下、「ブームシリンダ長N1」という。)を検出する。後述する表示コントローラ28(図3参照)は、第1ストロークセンサ16が検出したブームシリンダ長N1から、車両本体座標系の垂直方向に対するブーム6の傾斜角θ1を算出する。第2ストロークセンサ17は、アームシリンダ11のストローク長さ(以下、「アームシリンダ長N2」という。)を検出する。表示コントローラ28は、第2ストロークセンサ17が検出したアームシリンダ長N2から、ブーム6に対するアーム7の傾斜角θ2を算出する。第3ストロークセンサ18は、バケットシリンダ12のストローク長さ(以下、「バケットシリンダ長N3」という。)を検出する。表示コントローラ28は、第3ストロークセンサ18が検出したバケットシリンダ長N3から、アーム7に対する刃先8aの傾斜角θ3aと、アーム7に対する背面端8bの傾斜角θ3bと、を算出する。
車両本体1には、位置検出部19が備えられている。位置検出部19は、油圧ショベル100の現在位置を検出する。位置検出部19は、上述の第1および第2GNSSアンテナ21,22と、3次元位置センサ23と、傾斜角センサ24とを有する。第1および第2GNSSアンテナ21,22は、車幅方向において一定距離だけ離間して配置されている。第1および第2GNSSアンテナ21,22で受信されたGNSS電波に応じた信号は3次元位置センサ23に入力される。3次元位置センサ23は、第1および第2GNSSアンテナ21,22の設置位置を検出する。図2Bに示すように、傾斜角センサ24は、重力方向(鉛直線)に対する車両本体1の車幅方向における傾斜角θ4を検出する。
《掘削制御システム200の構成》
図3は、掘削制御システム200の機能構成を示すブロック図である。掘削制御システム200は、操作装置25と、作業機コントローラ26と、比例制御弁27と、表示コントローラ28と、表示部29と、を備える。
図3は、掘削制御システム200の機能構成を示すブロック図である。掘削制御システム200は、操作装置25と、作業機コントローラ26と、比例制御弁27と、表示コントローラ28と、表示部29と、を備える。
操作装置25は、作業機2を駆動させるオペレータ操作を受け付け、オペレータ操作に応じた操作信号を出力する。具体的に、操作装置25は、ブーム操作具31と、アーム操作具32と、バケット操作具33と、を有する。ブーム操作具31は、ブーム操作レバー31aと、ブーム操作検出部31bと、を含む。ブーム操作レバー31aは、オペレータによるブーム6の操作を受け付ける。ブーム操作検出部31bは、ブーム操作レバー31aの操作に応じてブーム操作信号M1を出力する。アーム操作レバー32aは、オペレータによるアーム7の操作を受け付ける。アーム操作検出部32bは、アーム操作レバー32aの操作に応じてアーム操作信号M2を出力する。バケット操作具33は、バケット操作レバー33aと、バケット操作検出部33bと、を含む。バケット操作レバー33aは、オペレータによるバケット8の操作を受け付ける。バケット操作検出部33bは、バケット操作レバー33aの操作に応じてバケット操作信号M3を出力する。
作業機コントローラ26は、操作装置25からブーム操作信号M1、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3を取得する。作業機コントローラ26は、第1〜第3ストロークセンサ16〜18からブームシリンダ長N1、アームシリンダ長N2およびバケットシリンダ長N3を取得する。作業機コントローラ26は、これらの各種情報に基づく制御信号を比例制御弁27に出力する。これにより、作業機コントローラ26は、バケット8を設計面45(図4参照)に沿って自動的に移動させる掘削制御を実行する。この際、作業機コントローラ26は、後述するように、ブーム操作信号M1を補正した後に比例制御弁27に出力する。一方で、作業機コントローラ26は、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3を補正せずに比例制御弁27に出力する。作業機コントローラ26の機能および動作については後述する。
比例制御弁27は、ブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12と図示しない油圧ポンプとの間に配置される。比例制御弁27は、作業機コントローラ26からの制御信号に応じた流量の作動油をブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12それぞれに供給する。
表示コントローラ28は、RAMやROMなどの記憶部28aや、CPUなどの演算部28bを有している。記憶部28aは、上述のブーム6の長さL1、アーム7の長さL2、バケット8の長さL3a,L3bを含む作業機データを記憶している。作業機データは、ブーム6の傾斜角θ1、アーム7の傾斜角θ2、刃先8aの傾斜角θ3aおよび背面端8bの傾斜角θ3bそれぞれの最小値および最大値を含む。表示コントローラ28は、作業機コントローラ26と無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能である。表示コントローラ28の記憶部28aは、作業エリア内の3次元の設計地形の形状および位置を示す設計地形データを予め記憶している。表示コントローラ28は、設計地形や上述した各種のセンサからの検出結果などに基づいて、設計地形を表示部29に表示させる。
ここで、図4は、表示部29に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図4に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面45によって構成されている。複数の設計面45それぞれは、作業機2による掘削対象の目標形状を示している。オペレータは、これら複数の設計面45のうちの1つの設計面を目標設計面45Aとして選択する。オペレータが目標設計面45Aをバケット8で掘削する場合、作業機コントローラ26は、バケット8の刃先8aの現在位置を通る平面46と目標設計面45Aとの交線47に沿って、バケット8を移動させる。なお、図4では複数の設計面のうちの1つのみに符号45が付されており、他の設計面の符号は省略されている。
図5は、交線47における設計地形の断面図であり、表示部29に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図5に示すように、本実施形態に係る設計地形は、目標設計面45Aと、速度制限介入ラインCとを含んでいる。
目標設計面45Aは、油圧ショベル100の側方に位置する傾斜面である。オペレータは、目標設計面45Aの上方から下方に向かってバケット8を移動させることによって、目標設計面45Aに沿って掘削を行う。
速度制限介入ラインCは、後述する速度制限が実行される領域を画定する。後述するように、バケット8が速度制限介入ラインCの内側に侵入した場合に、掘削制御システム200による速度制限が実行される。速度制限介入ラインCは、目標設計面45Aからライン距離hの位置に設定されている。ライン距離hは、オペレータによる作業機2の操作感が損なわれない距離に設定されていることが好ましい。
《作業機コントローラ26の構成》
図6は、作業機コントローラ26の構成を示すブロック図である。図7は、刃先8aと目標設計面45Aとの位置関係を示す模式図である。図8は、背面端8bと目標設計面45Aとの位置関係を示す模式図である。図7および図8は、同じ時刻におけるバケット8の位置を示している。
図6は、作業機コントローラ26の構成を示すブロック図である。図7は、刃先8aと目標設計面45Aとの位置関係を示す模式図である。図8は、背面端8bと目標設計面45Aとの位置関係を示す模式図である。図7および図8は、同じ時刻におけるバケット8の位置を示している。
作業機コントローラ26は、図6に示すように、相対距離取得部261と、候補速度取得部262と、相対速度取得部263と、調整速度取得部264と、制限速度選択部265と、油圧シリンダ制御部266と、を備える。
相対距離取得部261は、図7に示すように、目標設計面45Aに垂直な垂直方向における刃先8aと目標設計面45Aとの第1距離d1を取得する。相対距離取得部261は、図8に示すように、垂直方向における背面端8bと目標設計面45Aとの第2距離d2を取得する。相対距離取得部261は、表示コントローラ28から取得する設計地形データおよび油圧ショベル100の現在位置データと、第1〜第3ストロークセンサ16〜18から取得するブームシリンダ長N1、アームシリンダ長N2およびバケットシリンダ長N3とに基づいて、第1距離d1および第2距離d2を算出する。相対距離取得部261は、第1距離d1および第2距離d2を候補速度取得部263に出力する。なお、本実施形態において、第1距離d1は、第2距離d2よりも小さい。
候補速度取得部262は、第1距離d1に応じた第1候補速度P1と、第2距離d2に応じた第2候補速度P2とを取得する。ここで、第1候補速度P1は、第1距離d1に応じて画一的に定められる速度である。図9に示すように、第1候補速度P1は、第1距離d1がライン距離h以上で最大となり、第1距離d1がライン距離hより小さくなるほど遅くなる。同様に、第2候補速度P2は、第2距離d2に応じて画一的に定められる速度である。図10に示すように、第2候補速度P2は、第2距離d2がライン距離h以上で最大となり、第2距離d2がライン距離hより小さくなるほど遅くなる。候補速度取得部262は、第1候補速度P1および第2候補速度P2を調整速度取得部264と制限速度選択部265に出力する。なお、図9では、第1設計面451に近づく向きが負の向きであり、図10では、第2設計面452に近づく向きが負の向きである。本実施形態において、第1候補速度P1は、第2候補速度P2よりも遅い。
相対速度取得部263は、操作装置25から取得するブーム操作信号M1、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3に基づいて、刃先8aの速度Qおよび背面端8bの速度Q’を算出する。また、相対速度取得部263は、図7に示すように、速度Qに基づいて、刃先8aの目標設計面45Aに対する第1相対速度Q1を取得する。相対速度取得部263は、図8に示すように、速度Q’に基づいて、背面端8bの目標設計面45Aに対する第2相対速度Q2を取得する。相対速度取得部263は、第1相対速度Q1と第2相対速度Q2とを調整速度取得部264に出力する。
調整速度取得部264は、候補速度取得部262から第1候補速度P1を取得するとともに、相対速度取得部263から第1相対速度Q1を取得する。調整速度取得部264は、第1相対速度Q1を第1候補速度P1に制限するために必要とされるブームシリンダ10の伸縮速度の第1調整速度S1を取得する。
ここで、図11は、第1調整速度S1の取得方法を説明するための図である。図11に示すように、第1相対速度Q1を第1候補速度P1に抑えるには、第1相対速度Q1を第1差分R1(=Q1−P1)だけ小さくする必要がある。一方で、ブームピン13を中心とするブーム6の回転速度の減速のみによって、第1相対速度Q1を第1差分R1が無くなる様に、ブーム6の速度を調整する必要がある。これにより、第1差分R1に基づいた第1調整速度S1を取得することができる。
また、調整速度取得部264は、候補速度取得部262から第2候補速度P2を取得するとともに、相対速度取得部263から第2相対速度Q2を取得する。調整速度取得部264は、第2相対速度Q2を第2候補速度P2に制限するために必要とされるブームシリンダ10の伸縮速度の第2調整速度S2を取得する。
ここで、図12は、第2調整速度S2の取得方法を説明するための図である。図12に示すように、第2相対速度Q2を第2候補速度P2に抑えるには、第2相対速度Q2を第2差分R2(=Q2−P2)だけ小さくする必要がある。一方で、ブームピン13を中心とするブーム6の回転速度の減速のみによって、第2相対速度Q2を第2差分R2が無くなる様に、ブーム6の速度を調整する必要がある。これにより、第2差分R2に基づいた第2調整速度S2を取得することができる。
本実施形態では、図7および図8に示されるように第2間隔d2が第1間隔d1よりも大きいにもかかわらず、図11および図12に示されるように、第2調整速度S2が第1調整速度S1よりも大きくなっている。これは、刃先8aの速度Qと背面端8bの速度Q’とが異なることによって、刃先8aの第1相対速度Q1と背面端8bの第2相対速度Q2とが異なる場合があるためである。そのため、本実施形態では、後述するように、刃先8aよりも目標設計面45Aから離れている背面端8bを基準とする速度制限が実行されることになる。
制限速度選択部265は、候補速度取得部262から第1候補速度P1および第2候補速度P2を取得するとともに、調整速度取得部264から第1調整速度S1および第2調整速度S2を取得する。制限速度選択部265は、第1調整速度S1および第2調整速度S2に基づいて、第1候補速度P1および第2候補速度P2のいずれか一方を制限速度Uとして選択する。具体的に、制限速度選択部265は、第1調整速度S1が第2調整速度S2よりも大きい場合に第1候補速度P1を制限速度Uとして選択する。一方で、制限速度選択部265は、第2調整速度S2が第1調整速度S1よりも大きい場合に第2候補速度P2を制限速度Uとして選択する。本実施形態では、第2調整速度S2が第1調整速度S1よりも大きいので、制限速度選択部265は、第2候補速度P2を制限速度Uとして選択する。
油圧シリンダ制御部266は、制限速度Uとして選択された第2候補速度P2に係る目標設計面45Aに対する背面端8bの第2相対速度Q2を制限速度U(すなわち、第2候補速度P2)に制限する。本実施形態では、ブーム6の回転速度の減速のみによって第2相対速度Q2を第2候補速度P2に抑えるために、油圧シリンダ制御部266は、ブーム操作信号M1を補正し、補正後のブーム操作信号M1を比例制御弁27に出力する。一方で、作業機コントローラ26は、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3を補正せずに比例制御弁27に出力する。
これによって、比例制御弁27を介してブームシリンダ10とアームシリンダ11とバケットシリンダ12とに供給される作動油の流量が制御され、背面端8bの第2相対速度Q2が第2候補速度P2に制限される。
《掘削制御システム200の動作》
図13は、掘削制御システム200の動作を説明するためのフローチャートである。
図13は、掘削制御システム200の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップS10において、掘削制御システム200は、設計地形データおよび油圧ショベル100の現在位置データを取得する。
ステップS20において、掘削制御システム200は、ブームシリンダ長N1、アームシリンダ長N2およびバケットシリンダ長N3を取得する。
ステップS30において、掘削制御システム200は、設計地形データ、現在位置データ、ブームシリンダ長N1、アームシリンダ長N2およびバケットシリンダ長N3に基づいて、第1距離d1および第2距離d2を算出する(図7、図8参照)。
ステップS40において、掘削制御システム200は、第1距離d1に応じた第1候補速度P1と、第2距離d2に応じた第2候補速度P2とを取得する(図9、図10参照)。
ステップS50において、掘削制御システム200は、ブーム操作信号M1、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3に基づいて、刃先8aの速度Qおよび背面端8bの速度Q’を算出する(図7、図8参照)。
ステップS60において、掘削制御システム200は、速度Qおよび速度Q’に基づいて、第1相対速度Q1と第2相対速度Q2とを取得する(図7、図8参照)。
ステップS70において、掘削制御システム200は、第1相対速度Q1を第1候補速度P1に制限するために必要とされるブームシリンダ10の伸縮速度の第1調整速度S1を取得する(図11参照)。
ステップS80において、掘削制御システム200は、第2相対速度Q2を第2候補速度P2に制限するために必要とされるブームシリンダ10の伸縮速度の第2調整速度S2を取得する。(図12参照)。
ステップS90において、掘削制御システム200は、第1調整速度S1と第2調整速度S2とに基づいて、第1候補速度P1および第2候補速度P2のいずれか一方を制限速度Uとして選択する。掘削制御システム200は、第1調整速度S1と第2調整速度S2のうち大きい方に係る候補速度Pを制限速度Uとして選択する。本実施形態では、第2調整速度S2が第1調整速度S1よりも大きいので、第2候補速度P2が制限速度Uとして選択される。
ステップS100において、掘削制御システム200は、制限速度Uとして選択された第2候補速度P2に係る背面端8bの第2相対速度Q2を制限速度U(すなわち、第2候補速度P2)に制限する。
《作用および効果》
(1)本実施形態に係る掘削制御システム200は、第1相対速度Q1を第1候補速度P1に制限するために必要とされるブームシリンダ10の伸縮速度の第1調整速度S1と、第2相対速度Q2を第2候補速度P2に制限するために必要とされるブームシリンダ10の伸縮速度の第2調整速度S2とを取得する。掘削制御システム200は、第1調整速度S1と第2調整速度S2のうち大きい方に係る候補速度Pを制限速度Uとして選択する。
(1)本実施形態に係る掘削制御システム200は、第1相対速度Q1を第1候補速度P1に制限するために必要とされるブームシリンダ10の伸縮速度の第1調整速度S1と、第2相対速度Q2を第2候補速度P2に制限するために必要とされるブームシリンダ10の伸縮速度の第2調整速度S2とを取得する。掘削制御システム200は、第1調整速度S1と第2調整速度S2のうち大きい方に係る候補速度Pを制限速度Uとして選択する。
このように、刃先8aと背面端8bとを監視しながら、第1間隔d1および第2間隔d2に関わらず、ブームシリンダ10の伸縮速度の調整速度Sに基づいて速度制限が実行される。そのため、刃先8aと背面端8bとのうちブームシリンダ10の伸縮速度の調整速度Sの大きい方を基準として、速度制限を実行することができる。
ここで、調整速度Sの小さい刃先8aを基準として速度制限した後に、調整速度Sの大きい背面端8bが目標設計面45Aに近づいたときに背面端8bを基準として速度制限すると、ブームシリンダ10の伸縮速度の調整が間に合わない場合がある。この場合、背面端8bが目標設計面45Aを超えれば設計面通りの掘削を行えず、また、ブームシリンダ10を無理に調整しようとすれば急駆動による衝撃が発生してしまうので、適切な掘削制御を実行することができない。
一方で、本実施形態に係る掘削制御システム200によれば、上述の通り、調整速度Sの大きい背面端8bを基準として速度制限が実行されるので、ブームシリンダ10の調整に余裕を持たせることができる。そのため、背面端8bが目標設計面45Aを超えること、及び急駆動により衝撃が発生することを抑制できるので、適切な掘削制御を実行できる。
(2)本実施形態に係る掘削制御システム200は、ブームシリンダ10の伸縮速度の調整によって速度制限を実行する。
そのため、オペレータ操作に応じた操作信号のうちブーム操作信号M1のみの補正によって速度制限が実行される。すなわち、ブーム6、アーム7およびバケット8のうちオペレータの操作通りに駆動しないのはブーム6のみである。従って、ブーム6、アーム7およびバケット8のうち2つ以上の被駆動部材の伸縮速度を調整する場合に比べて、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。
《その他の実施形態》
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)上記実施形態において、掘削制御システム200は、バケット8のうち刃先8aと背面端8bとを監視ポイントとして設定することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム200では、バケット8の外周のうち2以上の監視ポイントが設定されていればよい。
(B)上記実施形態において、掘削制御システム200は、ブーム6の回転速度の減速のみによって相対速度を制限速度に抑えることしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム200は、ブーム6の回転速度に加えて、アーム7及びバケット8のうち少なくとも1つの回転速度を調整してもよい。これによって、設計面45に平行な方向におけるバケット8の速度が速度制限で低下することを抑制できるので、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。なお、この場合には、ブーム6、アーム7及びバケット8それぞれの調整速度の和(総計)を調整速度Sとして算出すればよい。
(C)上記実施形態において、掘削制御システム200は、操作装置25から取得する操作信号Mに基づいて、刃先8aの速度Qおよび背面端8bの速度Q’を算出することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム200は、第1〜第3ストロークセンサ16〜18から取得される各シリンダ長N1〜N3の時間当たり変化量に基づいて、速度Qおよび速度Q’を直接算出することができる。この場合、操作信号Mに基づいて速度Qおよび速度Q’を算出する場合に比べて、精度良く速度Qおよび速度Q’を算出することができる。
(D)上記実施形態において、図9および図10に示すように、候補速度と距離とは線形的な関係にあることとしたが、これに限られるものではない。候補速度と距離との関係は適宜設定することができ、線形的でなくてもよいし、原点を通らなくてもよい。
本発明は、適切な掘削制御を実行可能な作業機制御システムを提供できるため建設機械分野に有用である。
1…車両本体、2…作業機、3…上部旋回体、4…運転室、5…走行装置、5a,5b…履帯、6…ブーム、7…アーム、8…バケット、8a…刃先、8b…背面端、10…ブームシリンダ、11…アームシリンダ、12…バケットシリンダ、13…ブームピン、14…アームピン、15…バケットピン、16…第1ストロークセンサ、17…第2ストロークセンサ、18…第3ストロークセンサ、19…位置検出部、21…第1GNSSアンテナ、22…第2GNSSアンテナ、23…3次元位置センサ、24…傾斜角センサ、25…操作装置、26…作業機コントローラ、261…相対距離取得部、262…候補速度取得部、263…相対速度取得部、264…調整速度取得部、265…制限速度選択部、266…油圧シリンダ制御部、27…比例制御弁、28…表示コントローラ、29…表示部、31…ブーム操作具、…32アーム操作具、33…バケット操作具、45…設計面、45A…目標設計面、100…油圧ショベル、200…掘削制御システム、C…速度制限介入ライン、h…ライン距離
Claims (6)
- バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機と、
前記複数の被駆動部材のそれぞれを駆動させる複数の油圧シリンダと、
前記バケットの第1監視ポイントと掘削対象の目標形状を示す設計面との第1間隔に応じた第1候補速度と、前記第1監視ポイントとは異なる前記バケットの第2監視ポイントと前記設計面との第2間隔に応じた第2候補速度と、を取得する候補速度取得部と、
前記設計面に対する前記第1監視ポイントの第1相対速度と、前記設計面に対する前記第2監視ポイントの第2相対速度と、を取得する相対速度取得部と、
前記第1相対速度と前記第1候補速度との相対関係および前記第2相対速度と前記第2候補速度との相対関係に基づいて、前記第1候補速度および前記第2候補速度のいずれか一方を制限速度として選択する制限速度選択部と、
前記複数の油圧シリンダに作動油を供給することによって、前記第1監視ポイントおよび前記第2監視ポイントのうち前記制限速度に係る監視ポイントの前記設計面に対する相対速度を前記制限速度に制限する油圧シリンダ制御部と、
前記第1相対速度を前記第1候補速度に制限するために必要とされる前記複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度を示す第1調整速度と、前記第2相対速度を前記第2候補速度に制限するために必要とされる前記複数の油圧シリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度を示す第2調整速度と、を取得する調整速度取得部と、
を備え、
前記制限速度選択部は、前記第1調整速度が前記第2調整速度よりも大きい場合に前記第1候補速度を前記制限速度として選択し、前記第2調整速度が前記第1調整速度よりも大きい場合に前記第2候補速度を前記制限速度として選択し、
前記相対速度取得部は、前記複数の油圧シリンダそれぞれの伸縮速度の総計に基づいて、前記第1相対速度および前記第2相対速度を取得する、
掘削制御システム。 - 前記第1候補速度は、前記第1間隔が小さいほど遅く、
前記第2候補速度は、前記第2間隔が小さいほど遅い、
請求項1に記載の掘削制御システム。 - 前記複数の被駆動部材は、前記車両本体に回動可能に取り付けられるブームを含み、
前記複数の油圧シリンダは、前記ブームを駆動させるブームシリンダを含んでおり、
前記第1調整速度および前記第2調整速度のそれぞれは、前記ブームシリンダにおける伸縮速度の目標速度に一致する、
請求項1又は2に記載の掘削制御システム。 - 前記複数の被駆動部材は、前記車両本体に回動可能に取り付けられるブームと、前記ブームと前記バケットとに連結されるアームと、を含み、
前記複数の油圧シリンダは、前記ブームを駆動させるブームシリンダと、前記アームを駆動させるアームシリンダと、を含んでおり、
前記第1調整速度および前記第2調整速度のそれぞれは、前記ブームシリンダおよび前記アームシリンダそれぞれにおける伸縮速度の目標速度に一致する、
請求項1乃至3のいずれかに記載の掘削制御システム。 - 前記作業機を駆動させるユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じて操作信号を出力する操作具を備え、
前記相対速度取得部は、前記操作信号に基づいて、前記第1相対速度および前記第2相対速度を取得する、
請求項1乃至4のいずれかに記載の掘削制御システム。 - 前記第1監視ポイントは、前記バケットの刃先上に設けられ、
前記第2監視ポイントは、前記バケットの底板上に設けられる、
請求項1乃至5のいずれかに記載の掘削制御システム。
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