JP6462435B2 - Excavator - Google Patents
Excavator Download PDFInfo
- Publication number
- JP6462435B2 JP6462435B2 JP2015051370A JP2015051370A JP6462435B2 JP 6462435 B2 JP6462435 B2 JP 6462435B2 JP 2015051370 A JP2015051370 A JP 2015051370A JP 2015051370 A JP2015051370 A JP 2015051370A JP 6462435 B2 JP6462435 B2 JP 6462435B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- excavation
- reaction force
- attachment
- excavation reaction
- excavator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Operation Control Of Excavators (AREA)
Description
本発明は、アタッチメントを備えたショベルに関する。 The present invention relates to an excavator provided with an attachment.
走行中に、油圧ポンプから走行装置の状態、車両の傾斜角、又は、油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数に基づいて登坂状態又は降坂状態にあるか否かを判定するショベルが知られている（特許文献１参照。）。 An excavator is known that determines whether the vehicle is in an uphill or downhill state while traveling based on the state of the traveling device, the inclination angle of the vehicle, or the rotational speed of the engine that drives the hydraulic pump. (See Patent Document 1).
しかしながら、上述のショベルは車両の状態を検出するために傾斜センサ等を用いている。そして、それらセンサの検出値には、アタッチメントの動きや旋回動作によるノイズが乗ってしまう。このため、ショベルが平坦な地形に存在しているのか或いは傾斜地等の不安定な地形に存在しているかを判断する際に誤った判定をしてしまうおそれがある。 However, the above-described excavator uses an inclination sensor or the like to detect the state of the vehicle. And the noise by an attachment movement and turning operation | movement will get on the detection value of these sensors. For this reason, there is a risk of making an erroneous determination when determining whether the excavator exists on flat terrain or on unstable terrain such as an inclined land.
上述に鑑み、ショベルが安定な地形に存在しているか否かの判定精度を向上させ、ショベルが不安定な状態になるのを未然に防止できるショベルを提供することが望まれる。 In view of the above, it is desirable to provide a shovel that can improve the accuracy of determining whether or not the shovel is present on stable terrain and prevent the shovel from becoming unstable.
本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、制御装置と、を備えるショベルであって、前記制御装置は、前記アタッチメントを下方に引き下げようとする向きである掘削反力を導出し、前記下方に引き下げようとする向きである掘削反力が閾値を上回る場合に前記下部走行体の一端を転倒軸としたショベルの後部の浮き上がりを防止するように前記アタッチメントの動きを制限する。
Excavator according to an embodiment of the present invention is a shovel comprising a lower traveling structure, an upper revolving structure to be mounted on the lower traveling body, and an attachment attached to the upper rotating body, and the control device, and the controller derives the excavation reaction force is a direction to tries to lower the attachment downward, one end of the lower traveling body when the orientation in which excavation reaction force and tries to lower the lower is above a threshold The movement of the attachment is restricted so as to prevent the rear portion of the excavator that has fallen from being lifted .
上述の手段により、ショベルが安定な地形に存在しているか否かの判定精度を向上させ、ショベルが不安定な状態になるのを未然に防止できるショベルが提供される。 By the above means, there is provided a shovel capable of improving the accuracy of determining whether or not the shovel is present on stable terrain and preventing the shovel from becoming unstable.
最初に、図１を参照し、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルについて説明する。なお、図１は、本発明の実施例に係るショベルの側面図である。図１に示すショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられる。作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する。なお、アタッチメントは、床堀アタッチメント、均しアタッチメント、浚渫アタッチメント等の他のアタッチメントであってもよい。また、ブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ、エンジン１１等の動力源が搭載される。また、上部旋回体３には通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、及び姿勢検出装置Ｍ３が取り付けられる。
First, an excavator as a construction machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side view of an excavator according to an embodiment of the present invention. An
通信装置Ｍ１は、ショベルと外部との間の通信を制御する装置である。本実施例では、通信装置Ｍ１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）測量システムとショベルとの間の無線通信を制御する。具体的には、通信装置Ｍ１は、例えば１日１回の頻度で、ショベルの作業を開始する際に作業現場の地形情報を取得する。ＧＮＳＳ測量システムは、例えばネットワーク型ＲＴＫ−ＧＮＳＳ測位方式を採用する。 The communication device M1 is a device that controls communication between the shovel and the outside. In the present embodiment, the communication device M1 controls wireless communication between a GNSS (Global Navigation Satellite System) survey system and an excavator. Specifically, the communication device M1 acquires the terrain information of the work site when starting the excavator work at a frequency of once a day, for example. The GNSS survey system employs, for example, a network type RTK-GNSS positioning method.
測位装置Ｍ２は、ショベルの位置及び向きを測定する装置である。本実施例では、測位装置Ｍ２は、電子コンパスを組み込んだＧＮＳＳ受信機であり、ショベルの存在位置の緯度、経度、高度を測定し、且つ、ショベルの向きを測定する。 The positioning device M2 is a device that measures the position and orientation of the excavator. In the present embodiment, the positioning device M2 is a GNSS receiver that incorporates an electronic compass, and measures the latitude, longitude, and altitude of the location of the shovel and measures the orientation of the shovel.
姿勢検出装置Ｍ３は、アタッチメントの姿勢を検出する装置である。本実施例では、姿勢検出装置Ｍ３は、掘削アタッチメントの姿勢を検出する装置である。 The posture detection device M3 is a device that detects the posture of the attachment. In the present embodiment, the posture detection device M3 is a device that detects the posture of the excavation attachment.
図２は、図１のショベルに搭載される姿勢検出装置Ｍ３を構成する各種センサの出力内容の一例を示すショベルの側面図である。具体的には、姿勢検出装置Ｍ３は、ブーム角度センサＭ３ａ、アーム角度センサＭ３ｂ、バケット角度センサＭ３ｃ、及び車体傾斜センサＭ３ｄを含む。 FIG. 2 is a side view of the shovel showing an example of output contents of various sensors constituting the attitude detection device M3 mounted on the shovel of FIG. Specifically, the attitude detection device M3 includes a boom angle sensor M3a, an arm angle sensor M3b, a bucket angle sensor M3c, and a vehicle body tilt sensor M3d.
ブーム角度センサＭ３ａは、ブーム角度θ１を取得するセンサであり、例えば、ブームフートピンの回転角度を検出する回転角度センサ、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサ、ブーム４の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。ブーム角度θ１は、ＸＺ平面において、ブームフートピン位置Ｐ１とアーム連結ピン位置Ｐ２とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。 The boom angle sensor M3a is a sensor that acquires the boom angle θ1, and for example, a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the boom foot pin, a stroke sensor that detects the stroke amount of the boom cylinder 7, and an inclination angle of the boom 4 Including an inclination (acceleration) sensor. The boom angle θ1 is an angle with respect to the horizontal line of the line segment connecting the boom foot pin position P1 and the arm connecting pin position P2 in the XZ plane.
アーム角度センサＭ３ｂは、アーム角度θ２を取得するセンサであり、例えば、アーム連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、アームシリンダ８のストローク量を検出するストロークセンサ、アーム５の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。アーム角度θ２は、ＸＺ平面において、アーム連結ピン位置Ｐ２とバケット連結ピン位置Ｐ３とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
The arm angle sensor M3b is a sensor that acquires the arm angle θ2. For example, a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the arm connecting pin, a stroke sensor that detects the stroke amount of the arm cylinder 8, and an inclination angle of the
バケット角度センサＭ３ｃは、バケット角度θ３を取得するセンサであり、例えば、バケット連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、バケットシリンダ９のストローク量を検出するストロークセンサ、バケット６の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。バケット角度θ３は、ＸＺ平面において、バケット連結ピン位置Ｐ３とバケット爪先位置Ｐ４とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。 The bucket angle sensor M3c is a sensor that acquires the bucket angle θ3. For example, the rotation angle sensor that detects the rotation angle of the bucket connecting pin, the stroke sensor that detects the stroke amount of the bucket cylinder 9, and the inclination angle of the bucket 6 are detected. Including an inclination (acceleration) sensor. The bucket angle θ3 is an angle with respect to a horizontal line segment connecting the bucket connecting pin position P3 and the bucket toe position P4 in the XZ plane.
車体傾斜センサＭ３ｄは、ショベルのＹ軸回りの傾斜角θ４、及び、ショベルのＸ軸回りの傾斜角θ５（図示せず。）を取得するセンサであり、例えば２軸傾斜（加速度）センサ等を含む。なお、図２のＸＹ平面は水平面である。 The vehicle body inclination sensor M3d is a sensor that acquires an inclination angle θ4 around the Y-axis of the shovel and an inclination angle θ5 (not shown) around the X-axis of the shovel. For example, a biaxial inclination (acceleration) sensor or the like is used. Including. Note that the XY plane in FIG. 2 is a horizontal plane.
次に、図４を参照してショベルの基本システムについて説明する。ショベルの基本システムは、主に、エンジン１１、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、コントローラ３０、及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）７４等を含む。
Next, the basic system of the shovel will be described with reference to FIG. The basic system of the excavator mainly includes an
エンジン１１はショベルの駆動源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸はメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に接続される。
The
メインポンプ１４は、高圧油圧ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。メインポンプ１４は、斜板の角度（傾転角）を変更することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量、すなわち、ポンプ出力を変化させることができる。メインポンプ１４の斜板は、レギュレータ１４ａにより制御される。レギュレータ１４ａは、電磁比例弁（不図示）に対する制御電流の変化に対応して、斜板の傾転角を変化させる。例えば、制御電流を増加させることにより、レギュレータ１４ａは、斜板の傾転角を大きくして、メインポンプ１４の吐出流量を多くする。また、制御電流を減少させることにより、レギュレータ１４ａは、斜板の傾転角を小さくして、メインポンプ１４の吐出流量を少なくする。
The
パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して各種油圧制御機器に作動油を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
The
コントロールバルブ１７は、林業機械における油圧システムを制御する油圧制御バルブである。コントロールバルブ１７は、後述するレバー又はペダル２６Ａ〜２６Ｃの操作方向及び操作量に応じた圧力変化に応じて、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａのうちの一又は複数のものに対し、メインポンプ１４から高圧油圧ライン１６を通じて供給された作動油を選択的に供給する。なお、以下の説明では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。
The
操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置２６は、パイロットライン２５を介してパイロットポンプ１５から供給された作動油をパイロットライン２５ａを通じて、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応するレバー又はペダル２６Ａ〜２６Ｃの操作方向及び操作量に応じた圧力とされる。
The operating
コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成される。コントローラ３０のＣＰＵは、ショベルの動作や機能に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードしながらプログラムを実行することで、それらプログラムのそれぞれに対応する処理を実行させる。
The
コントローラ３０は、メインポンプ１４の吐出流量の制御を行う。例えば、ネガコン弁（不図示）のネガコン圧に応じて上記制御電流を変化させ、レギュレータ１４ａを介してメインポンプ１４の吐出流量を制御する。
The
エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４は、エンジン１１を制御する装置である。例えば、コントローラ３０からの指令に基づき、後述するエンジン回転数調整ダイヤル７５により操作者が設定したエンジン回転数（モード）に応じてエンジン１１の回転数を制御するための燃料噴射量等をエンジン１１に出力する。
The engine control device (ECU) 74 is a device that controls the
エンジン回転数調整ダイヤル７５は、キャビン１０内に設けられるエンジンの回転数を調整するためのダイヤルであり、本実施形態ではエンジン回転数を５段階で切り換えできるようにする。即ち、エンジン回転数調整ダイヤル７５により、Ｒｍａｘ、Ｒ４、Ｒ３、Ｒ２及びＲ１の５段階でエンジン回転数を切り換えることができるようにする。なお、図４は、エンジン回転数調整ダイヤル７５でＲ４が選択された状態を示す。
The engine speed adjustment dial 75 is a dial for adjusting the engine speed provided in the
Ｒｍａｘは、エンジン１１の最高回転数であり、作業量を優先したい場合に選択される。Ｒ４は、二番目に高いエンジン回転数であり、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される。Ｒ３及びＲ２は、三番目及び四番目に高いエンジン回転数であり、燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される。Ｒ１は、最も低いエンジン回転数（アイドリング回転数）であり、エンジン１１をアイドリング状態にしたい場合に選択されるアイドリングモードにおけるエンジン回転数である。例えば、Ｒｍａｘ（最高回転数）を２０００ｒｐｍ、Ｒ１（アイドリング回転数）を１０００ｒｐｍとし、その間を２５０ｒｐｍ毎に、Ｒ４（１７５０ｒｐｍ）、Ｒ３（１５００ｒｐｍ）、Ｒ２（１２５０ｒｐｍ）と多段階に設定してよい。そして、エンジン１１は、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定されたエンジン回転数で一定に回転数制御される。なお、ここでは、エンジン回転数調整ダイヤル７５による５段階でのエンジン回転数調整の事例を示したが、５段階には限られず何段階であってもよい。
Rmax is the maximum number of revolutions of the
また、ショベルには、運転者による運転を補助するために画像表示装置４０をキャビン１０の運転席の近傍に配置する。運転者は画像表示装置４０の入力部４２を利用して情報や指令をコントローラ３０に入力できる。また、ショベルの運転状況や制御情報を画像表示装置４０の画像表示部４１に表示させることで、運転者に情報を提供できる。
Further, the
画像表示装置４０は、画像表示部４１及び入力部４２を含む。画像表示装置４０は、運転席内のコンソールに固定される。なお、一般的に、運転席に着座した運転者からみて右側にブーム４が配置されており、運転者はブーム４の先端に取り付けられたアーム５、バケット６を視認しながらショベルを運転することが多い。キャビン１０の右側前方のフレームは運転者の視界の妨げとなる部分であるが、本実施形態では、この部分を利用して画像表示装置４０を設けている。これにより、もともと視界の妨げとなっていた部分に画像表示装置４０が配置されるので、画像表示装置４０自体が運転者の視界を大きく妨げることは無い。フレームの幅にもよるが、画像表示装置４０全体がフレームの幅に入るように、画像表示装置４０は、画像表示部４１が縦長となるように構成されてもよい。
The
本実施形態では、画像表示装置４０は、ＣＡＮ、ＬＩＮ等の通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続される。なお、画像表示装置４０は、専用線を介してコントローラ３０に接続されてもよい。
In the present embodiment, the
また、画像表示装置４０は、画像表示部４１上に表示する画像を生成する変換処理部４０ａを含む。本実施形態では、変換処理部４０ａは、撮像装置Ｍ５の出力に基づいて画像表示部４１上に表示するカメラ画像を生成する。そのため、撮像装置Ｍ５は、例えば専用線を介して画像表示装置４０に接続される。また、変換処理部４０ａは、コントローラ３０の出力に基づいて画像表示部４１上に表示する画像を生成する。
The
なお、変換処理部４０ａは、画像表示装置４０が有する機能としてではなく、コントローラ３０が有する機能として実現されてもよい。この場合、撮像装置Ｍ５は、画像表示装置４０ではなく、コントローラ３０に接続される。
Note that the
また、画像表示装置４０は、入力部４２としてのスイッチパネルを含む。スイッチパネルは、各種ハードウェアスイッチを含むパネルである。本実施形態では、スイッチパネルは、ハードウェアボタンとしてのライトスイッチ４２ａ、ワイパースイッチ４２ｂ、及びウインドウォッシャスイッチ４２ｃを含む。ライトスイッチ４２ａは、キャビン１０の外部に取り付けられるライトの点灯・消灯を切り換えるためのスイッチである。ワイパースイッチ４２ｂは、ワイパーの作動・停止を切り換えるためのスイッチである。また、ウインドウォッシャスイッチ４２ｃは、ウインドウォッシャ液を噴射するためのスイッチである。
The
また、画像表示装置４０は、蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。なお、蓄電池７０はエンジン１１のオルタネータ１１ａ（発電機）で発電した電力で充電される。蓄電池７０の電力は、コントローラ３０及び画像表示装置４０以外のショベルの電装品７２等にも供給される。また、エンジン１１のスタータ１１ｂは、蓄電池７０からの電力で駆動され、エンジン１１を始動する。
Further, the
エンジン１１は、上述のとおり、エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４により制御される。ＥＣＵ７４からは、エンジン１１の状態を示す各種データ（例えば、水温センサ１１ｃで検出される冷却水温（物理量）を示すデータ）がコントローラ３０に常時送信される。したがって、コントローラ３０は一時記憶部（メモリ）３０ａにこのデータを蓄積しておき、必要なときに画像表示装置４０に送信することができる。
The
また、コントローラ３０には以下のように各種のデータが供給され、コントローラ３０の一時記憶部３０ａに格納される。
Various data are supplied to the
まず、可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ１４のレギュレータ１４ａから斜板の傾転角を示すデータがコントローラ３０に供給される。また、メインポンプ１４の吐出圧力を示すデータが、吐出圧力センサ１４ｂからコントローラ３０に送られる。これらのデータ（物理量を表すデータ）は一時記憶部３０ａに格納される。また、メインポンプ１４が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ１４との間の管路には、油温センサ１４ｃが設けられており、その管路を流れる作動油の温度を表すデータが、油温センサ１４ｃからコントローラ３０に供給される。
First, data indicating the tilt angle of the swash plate is supplied to the
また、レバー又はペダル２６Ａ〜２６Ｃを操作した際に、パイロットライン２５ａを通じてコントロールバルブ１７に送られるパイロット圧が、油圧センサ１５ａ、１５ｂで検出され、検出したパイロット圧を示すデータがコントローラ３０に供給される。
Further, when the levers or
また、エンジン回転数調整ダイヤル７５からは、エンジン回転数の設定状態を示すデータがコントローラ３０に常時送信される。
Further, data indicating the setting state of the engine speed is constantly transmitted from the engine speed adjustment dial 75 to the
外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３、撮像装置Ｍ５等の出力に基づいて各種演算を行い、演算結果をコントローラ３０に対して出力する制御装置である。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。
The
図４は、図１のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図であり、機械的動力伝達ライン、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御ラインをそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a drive system mounted on the excavator of FIG. 1. A mechanical power transmission line, a high-pressure hydraulic line, a pilot line, and an electric control line are respectively double lines, solid lines, broken lines, And indicated by dotted lines.
ショベルの駆動系は、主に、エンジン１１、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、操作内容検出装置２９、コントローラ３０、外部演算装置３０Ｅ、及び吐出量調整装置５０Ｌ、５０Ｒを含む。
The drive system of the excavator mainly includes an
コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れを制御する流量制御弁１７１〜１７６を含む。そして、コントロールバルブ１７は、流量制御弁１７１〜１７６を通じ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａのうちの１又は複数のものに対しメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油を選択的に供給する。
The
操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置２６は、パイロットライン２５を通じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。
The operating
操作内容検出装置２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出する装置である。本実施例では、操作内容検出装置２９は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。なお、操作装置２６の操作内容は、ポテンショメータ等、圧力センサ以外の他のセンサの出力を用いて導き出されてもよい。
The operation
エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒのそれぞれを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
The
センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７１、１７３、及び１７５を通る高圧油圧ラインであり、センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７２、１７４、及び１７６を通る高圧油圧ラインである。
The
流量制御弁１７１、１７２、１７３は、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、旋回用油圧モータ２Ａに流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。
The
また、流量制御弁１７４、１７５、１７６は、バケットシリンダ９、アームシリンダ８、ブームシリンダ７に流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。
The
吐出量調整装置５０Ｌ、５０Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を調整する機能要素である。本実施例では、吐出量調整装置５０Ｌはレギュレータであり、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を増減させてメインポンプ１４Ｌの押し退け容積を増減させることでメインポンプ１４Ｌの吐出量を調整する。具体的には、吐出量調整装置５０Ｌは、コントローラ３０が出力するポンプ電流が大きくなるにつれて斜板傾転角を増大させて押し退け容積を増大させることでメインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。吐出量調整装置５０Ｒによるメインポンプ１４Ｒの吐出量の調整についても同様である。
The discharge amount adjusting devices 50L and 50R are functional elements that adjust the discharge amounts of the
次に、図５を参照して外部演算装置３０Ｅの機能について説明する。なお、図５は、外部演算装置３０Ｅの構成例を示す機能ブロック図である。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３の出力を受けて各種演算を実行し、その演算結果をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、例えば、その演算結果に応じた制御指令を動作制限部Ｅ１に対して出力する。
Next, the function of the external
動作制限部Ｅ１はアタッチメントの動きを制限するための機能要素であり、例えば、パイロット圧を調整する減圧弁、メインポンプ１４の吐出量を調整する吐出量調整装置５０を含む。本実施例では、動作制限部Ｅ１は吐出量調整装置５０を含む。
The operation limiting unit E1 is a functional element for limiting the movement of the attachment, and includes, for example, a pressure reducing valve that adjusts the pilot pressure and a discharge amount adjusting device 50 that adjusts the discharge amount of the
また、動作制限部Ｅ１は、ショベルの操作者に対して警告を出力する警告出力装置を含む。警告出力装置は、例えば、音声出力装置、警告ランプ等を含む。 The operation restriction unit E1 includes a warning output device that outputs a warning to an operator of the excavator. The warning output device includes, for example, an audio output device, a warning lamp, and the like.
具体的には、外部演算装置３０Ｅは、主に、地形データベース更新部３１、位置座標更新部３２、地面形状情報取得部３３、及び掘削反力導出部３４を含む。
Specifically, the
地形データベース更新部３１は、作業現場の地形情報を参照可能に体系的に記憶する地形データベースを更新する機能要素である。本実施例では、地形データベース更新部３１は、例えばショベルの起動時に通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。地形データベースは不揮発性メモリ等に記憶される。また、作業現場の地形情報は、例えば世界測位系に基づく３次元地形モデルで記述される。
The terrain
位置座標更新部３２は、ショベルの現在位置を表す座標及び向きを更新する機能要素である。本実施例では、位置座標更新部３２は、測位装置Ｍ２の出力に基づいて世界測位系におけるショベルの位置座標及び向きを取得し、不揮発性メモリ等に記憶されるショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータを更新する。
The position coordinate
地面形状情報取得部３３は、作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する機能要素である。本実施例では、地面形状情報取得部３３は、地形データベース更新部３１が更新した地形情報と、位置座標更新部３２が更新したショベルの現在位置を表す座標及び向きと、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢の過去の推移とに基づいて掘削対象地面の現在の形状に関する情報を取得する。また、上述の実施例では、外部演算装置３０Ｅはコントローラ３０の外部にある別の演算装置として説明されたが、コントローラ３０に一体的に統合されてもよい。
The ground shape
ここで、図６を参照し、地面形状情報取得部３３が掘削動作後の地面形状に関する情報を取得する処理について説明する。図６は、掘削動作後の地面形状に関する情報の概念図である。なお、図６の破線で示す複数のバケット形状は、前回の掘削動作の際のバケット６の軌跡を表す。バケット６の軌跡は、姿勢検出装置Ｍ３が過去に検出した掘削アタッチメントの姿勢の推移から導き出される。また、図６の太実線は、地面形状情報取得部３３が把握している掘削対象地面の現在の断面形状を表し、太点線は、地面形状情報取得部３３が把握している前回の掘削動作が行われる前の掘削対象地面の断面形状を表す。すなわち、地面形状情報取得部３３は、前回の掘削動作が行われる前の掘削対象地面の形状から、前回の掘削動作の際にバケット６が通過した空間に対応する部分を取り除くことで掘削対象地面の現在の形状を導き出す。このようにして、地面形状情報取得部３３は、掘削動作後の地面形状を推定できる。また、図６の一点鎖線で示すＺ軸方向に伸びる各ブロックは３次元地形モデルの各要素を表す。各要素は例えばＸＹ平面に平行な単位面積の上面と−Ｚ方向に無限大の長さを有するモデルで表現される。なお、３次元地形モデルは３次元メッシュモデルで表現されてもよい。
Here, with reference to FIG. 6, the process in which the ground shape
掘削反力導出部３４は、バケット６と地面とが接触しているかを判定し、接触していると判定した場合にその接触状態に基づいて掘削反力を導き出す。そして、導出した掘削反力に基づいて動作制限部Ｅ１を制御する。本実施例では、掘削反力導出部３４は、掘削反力と許容最大掘削反力を導出し、導出した掘削反力と許容最大掘削反力に基づく閾値とを用いてコントローラ３０を介して動作制限部Ｅ１を制御する。また、掘削反力導出部３４は、地面形状情報取得部３３により更新された最新の地面形状からショベル本体の傾きを推定し、推定されたショベル本体の傾きと掘削アタッチメントの姿勢とに基づいてそれぞれの重心位置を導き出す。
The excavation reaction
許容最大掘削反力は、ショベルの姿勢バランスを安定した状態で維持できる範囲内の掘削反力の最大値であり、掘削アタッチメントの姿勢に基づいて導出される。また、掘削反力が許容最大掘削反力を上回った状態はショベルの姿勢バランスが不安定な状態にあることを表し、例えば、ショベルの後部が浮き上がってショベルが前のめりに転倒するおそれがある状態を表す。 The allowable maximum excavation reaction force is the maximum value of the excavation reaction force within a range in which the excavator attitude balance can be maintained in a stable state, and is derived based on the attitude of the excavation attachment. In addition, a state where the excavation reaction force exceeds the allowable maximum excavation reaction force indicates that the excavator's posture balance is unstable.For example, the excavator's rear part may be lifted and the excavator may fall forward. Represent.
具体的には、掘削反力導出部３４は、掘削アタッチメントの姿勢と、作業対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいて掘削反力と許容最大掘削反力の推移を導出する。掘削アタッチメントの姿勢は姿勢検出装置Ｍ３によって検出され、作業対象地面の現在の形状に関する情報は地面形状情報取得部３３によって取得される。そして、所定時間後（例えば１秒後）の掘削反力と所定の閾値とを比較して掘削反力が閾値を上回るか否かを判定する。所定の閾値はショベルの姿勢バランスが不安定であるかを判定するための値である。本実施例では、所定の閾値は許容最大掘削反力に基づいて設定され、例えば、許容最大掘削反力から予め登録された値を差し引いた値に設定される。なお、所定の閾値は許容最大掘削反力であってもよい。そして、掘削反力が閾値を上回ると判定した場合に、動作制限部Ｅ１としての吐出量調整装置５０に対するポンプ電流を低減させる。吐出量調整装置５０はポンプ電流の低減にしたがってメインポンプ１４の吐出量を低減させることで掘削アタッチメントの動きを鈍化させる。その結果、掘削反力が許容最大掘削反力を上回る状況が発生するのを防止し、ショベルの後部が浮き上がるのを防止する。
Specifically, the excavation reaction
ここで、図７〜図１０を参照し、掘削反力導出部３４が掘削反力を導出し、導出した掘削反力に基づいてショベルの後部が浮き上がるおそれがあると判定した場合に掘削アタッチメントの動きを制限する処理（以下、「動作制限処理」）について説明する。なお、図７は、掘削対象地面の深さと基準面との関係を示す図である。基準面は、掘削対象地面の深さを定める基準となる平面である。本実施例では、基準面はショベルの中心点Ｒが位置する水平面であり、中心点Ｒはショベルの旋回軸と下部走行体１の接地面との交点である。
Here, referring to FIG. 7 to FIG. 10, the excavation reaction
具体的には、図７の一点鎖線で示す掘削アタッチメントは、一点鎖線で示す基準面と同じ深さの掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さＤは基準面の深さＤ０（＝０）と同じである。なお、掘削対象地面の深さＤは、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて導き出される。また、掘削対象地面の深さＤは、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの現在の姿勢に基づいて導き出されてもよい。
Specifically, the excavation attachment indicated by the one-dot chain line in FIG. 7 represents the posture of the excavation attachment when excavating the ground to be excavated having the same depth as the reference plane indicated by the one-dot chain line. In this case, the depth D of the excavation target ground is the same as the depth D0 (= 0) of the reference plane. The depth D of the excavation target ground is derived based on information on the current shape of the excavation target ground acquired by the ground shape
また、図７の破線で示す掘削アタッチメントは、破線で示す掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さＤは深さＤ１（＞Ｄ０）で表される。 Moreover, the excavation attachment shown with the broken line of FIG. 7 represents the attitude | position of the excavation attachment at the time of excavating the excavation object ground shown with a broken line. In this case, the depth D of the excavation target ground is represented by a depth D1 (> D0).
また、図７の実線で示す掘削アタッチメントは、実線で示す掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さＤは深さＤ２（＞Ｄ１）で表される。 Moreover, the excavation attachment shown with the continuous line of FIG. 7 represents the attitude | position of the excavation attachment at the time of excavating the excavation object ground shown with a continuous line. In this case, the depth D of the excavation target ground is represented by the depth D2 (> D1).
なお、掘削対象地面は基準面よりも高い位置にあってもよい。この場合、掘削対象地面の深さＤは負の値で表されてもよい。 The excavation target ground may be at a position higher than the reference plane. In this case, the depth D of the excavation target ground may be expressed as a negative value.
図８は、バケット角度θ３と掘削反力Ｆとの関係を示す図である。具体的には、図８（Ａ）は、バケット６をバケット角度３０°からバケット角度１８０°まで閉じる際のバケット６の姿勢の推移を示す。なお、図８（Ａ）の破線で示すバケット６はバケット角度３０°のときの姿勢を表し、図８（Ａ）の実線で示すバケット６はバケット角度１８０°のときの姿勢を表す。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the bucket angle θ3 and the excavation reaction force F. As shown in FIG. Specifically, FIG. 8A shows the transition of the posture of the bucket 6 when the bucket 6 is closed from the
図８（Ｂ）は、掘削対象地面の深さＤと所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆの大きさの推移又はピーク値との対応関係を予め記憶する対応テーブルの内容の一例を示す。具体的には、図８（Ｂ）は、バケット角度３０°からバケット角度１８０°までバケット６を閉じる際のバケット角度θ３に対する掘削反力Ｆの大きさの推移を示す。なお、対応テーブルは、実測データの分析に基づいて生成されるデータテーブルであり、例えば不揮発性メモリに予め登録されている。
FIG. 8B shows the contents of the correspondence table that stores in advance the correspondence between the depth D of the excavation target ground and the transition or peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed. An example is shown. Specifically, FIG. 8B shows a transition of the magnitude of the excavation reaction force F with respect to the bucket angle θ3 when the bucket 6 is closed from the
また、図８（Ｂ）の線分ＬＳは、掘削反力Ｆの鉛直成分が上向きから下向きに切り替わるときの境界を表す。具体的には、線分ＬＳは、バケット角度θ３が略９０°未満のところでは掘削反力Ｆの鉛直成分が上向き（掘削アタッチメントを上方に押し上げようとする向き）であり、バケット角度θ３が略９０°のところでゼロとなり、バケット角度θ３が略９０°を超えると掘削反力Ｆの鉛直成分が下向き（掘削アタッチメントを下方に引き下げようとする向き）になることを表す。 A line segment LS in FIG. 8B represents a boundary when the vertical component of the excavation reaction force F switches from upward to downward. Specifically, in the line segment LS, when the bucket angle θ3 is less than about 90 °, the vertical component of the excavation reaction force F is upward (direction in which the excavation attachment is pushed upward), and the bucket angle θ3 is substantially equal. When the bucket angle θ3 exceeds approximately 90 °, the vertical component of the excavation reaction force F is downward (the direction in which the excavation attachment is to be lowered).
また、図８（Ｃ）はバケット角度θ３の時間的推移を示し、図８（Ｄ）は図８（Ｂ）の対応テーブルを用いて導出される掘削反力Ｆの大きさの時間的推移を示す。なお、図８（Ｃ）及び図８（Ｄ）のそれぞれの時間軸（横軸）は共通である。 8C shows the temporal transition of the bucket angle θ3, and FIG. 8D shows the temporal transition of the magnitude of the excavation reaction force F derived using the correspondence table of FIG. 8B. Show. Note that the time axes (horizontal axes) in FIGS. 8C and 8D are common.
また、図８（Ｃ）は時刻ｔ１においてバケット角度θ３が略９０°に達することを表し、図８（Ｄ）は時刻ｔ１において掘削反力Ｆの鉛直成分が上向きから下向きに切り替わることを表す。 8C shows that the bucket angle θ3 reaches approximately 90 ° at time t1, and FIG. 8D shows that the vertical component of the excavation reaction force F switches from upward to downward at time t1.
また、図８（Ｂ）及び図８（Ｄ）の一点鎖線で示す推移は、掘削対象地面の深さＤが深さＤ０のときの推移を表す。また、破線で示す推移は、掘削対象地面の深さＤが深さＤ１のときの推移を表し、実線で示す推移は、掘削対象地面の深さＤが深さＤ２のときの推移を表す。 8B and 8D represents the transition when the depth D of the excavation target ground is the depth D0. A transition indicated by a broken line represents a transition when the depth D of the excavation target ground is the depth D1, and a transition indicated by a solid line represents a transition when the depth D of the excavation target ground is the depth D2.
図８（Ａ）及び図８（Ｃ）に示すようなバケット角度３０°から１８０°までのバケット閉じ操作が行われた場合、掘削反力Ｆの大きさは、図８（Ｂ）及び図８（Ｄ）に示すように、バケット角度θ３がある角度（例えば１００°）に至るまで増大した後で減少に転じ、バケット角度θ３が１８０°に達したときにゼロに至る。この傾向は、掘削対象地面の深さＤにかかわらず同じである。但し、掘削反力Ｆの大きさのピーク値は、掘削対象地面の深さＤの変化に応じて変化する。図８（Ｂ）及び図８（Ｄ）は、掘削対象地面の深さＤが深くなるほど掘削反力Ｆの大きさのピーク値が大きくなる傾向を一例として示す。 When a bucket closing operation from a bucket angle of 30 ° to 180 ° as shown in FIGS. 8 (A) and 8 (C) is performed, the magnitude of the excavation reaction force F is as shown in FIGS. As shown in (D), the bucket angle θ3 increases until reaching a certain angle (for example, 100 °) and then decreases, and reaches zero when the bucket angle θ3 reaches 180 °. This tendency is the same regardless of the depth D of the excavation target ground. However, the peak value of the magnitude of the excavation reaction force F changes according to the change of the depth D of the excavation target ground. FIG. 8B and FIG. 8D show, as an example, a tendency that the peak value of the excavation reaction force F increases as the depth D of the excavation target ground increases.
そこで、掘削反力導出部３４は、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削対象地面の現在の深さＤを導き出す。そして、掘削反力導出部３４は、掘削対象地面の現在の深さＤに応じて、所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆの大きさのピーク値を推定する。その後、掘削反力導出部３４は、推定した掘削反力Ｆの大きさのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を上回るかを判定する。そして、上回ると判定した場合には、掘削アタッチメントの動きを制御してそのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を超えないようにする。掘削アタッチメントを鉛直下方に引き下げようとする掘削反力Ｆの鉛直下向きの成分が大きくなり過ぎてショベルが前のめりになってショベルの後部が浮き上がるのを防止するためである。例えば、掘削反力導出部３４は、メインポンプ１４の吐出量を低減させることで掘削アタッチメントの動きを鈍化させ或いは停止させて掘削反力Ｆの大きさのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を超えないようにする。具体的には、掘削反力導出部３４は、吐出量調整装置５０に対するポンプ電流を低減させてメインポンプ１４の斜板傾転角（押し退け容積）を低減させることでメインポンプ１４の吐出量を低減させて掘削アタッチメントの動きを鈍化させ或いは停止させる。
Therefore, the excavation reaction
或いは、掘削反力導出部３４は、操作者によるブーム上げ操作の有無にかかわらず、バケット閉じ動作中にブーム４を自動的に上昇させることで掘削反力Ｆの大きさのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を超えないようにしてもよい。具体的には、掘削反力導出部３４は、操作者が気付かない程度の上昇率（単位時間当たりのブーム４の回動角度）でブーム４を自動的に上昇させる。そのため、掘削反力導出部３４は、ブーム４が自動的に上昇したことを操作者に気付かせずに掘削アタッチメントの動きを滑らかにすることができ、操作感を向上させることができる。なお、この場合の掘削反力導出部３４の制御対象は、吐出量調整装置５０ではなく流量制御弁１７６である。例えば、掘削反力導出部３４は、推定した掘削反力Ｆのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を上回るとの判定結果をコントローラ３０に対して出力する。この判定結果を受けたコントローラ３０は、流量制御弁１７６のパイロット圧を増減させる動作制限部Ｅ１としての電磁減圧弁（図示せず。）に対して制御指令を出力して流量制御弁１７６を自動的に移動させる。
Alternatively, the excavation reaction
なお、上述の実施例では、バケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆの導出について説明したが、バケット開き操作、アーム操作、ブーム操作等が行われる場合の掘削反力Ｆの導出も同様に実行される。また、バケット操作、アーム操作、及びブーム操作のうちの少なくとも２つを含む所定の複合操作が行われる場合の掘削反力Ｆの導出も同様に実行される。 In the above-described embodiment, the derivation of the excavation reaction force F when the bucket closing operation is performed has been described. However, the digging reaction force F when the bucket opening operation, the arm operation, the boom operation, and the like are performed is the same. To be executed. Further, the derivation of the excavation reaction force F in the case where a predetermined combined operation including at least two of the bucket operation, the arm operation, and the boom operation is performed is similarly executed.
次に、図９を参照し、掘削反力導出部３４が許容最大掘削反力に基づく閾値を導出する処理について説明する。なお、図９は、ショベルの後部が浮き上がるときの回転軸（転倒軸TA）回りのモーメントの説明図である。
Next, a process in which the excavation reaction
掘削反力導出部３４は、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢に基づいて許容最大掘削反力を導出する。本実施例では、掘削反力導出部３４は、ショベルの後部が浮き上がるときの転倒軸TA回りのモーメントのつり合い式（以下の式（１）参照。）に基づいて許容最大掘削反力F0を導出する。なお、転倒軸TAの位置は地面形状情報取得部３３が更新した地面形状の更新情報から導き出される。また、FEは掘削力を表し、Fは掘削反力を表し、LFはバケット６に作用する掘削反力Fの作用線の転倒軸TAからの距離を表す。また、m0は掘削アタッチメントを除くショベルの質量を表し、gは重力加速度を表し、L0は掘削アタッチメントを除くショベルの重心GC0に作用する重力m0・gの作用線の転倒軸TAからの距離を表す。また、m1、m2、m3は、ブーム４、アーム５、バケット６の質量を表し、L1、L2、L3はブーム４、アーム５、バケット６の重心GC1、GC2、GC3に作用する重力m1・g、m2・g、m3・gの作用線の転倒軸TAからの距離を表す。
The excavation reaction
そこで、掘削反力導出部３４は、以下の式（２）に示すように、式（１）の左辺の合計トルクが右辺の合計トルクと等しくなるときの掘削反力Fを許容最大掘削反力F0として導き出す。
Therefore, the excavation reaction
次に、図１０を参照し、動作制限処理の流れについて説明する。図１０は、動作制限処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、ショベル稼働中、所定の制御周期で繰り返しこの動作制限処理を実行する。
Next, the flow of the operation restriction process will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart showing the flow of the operation restriction process. The
最初に、コントローラ３０は、掘削操作が行われたかを判定する（ステップＳ１１）。本実施例では、コントローラ３０は、操作内容検出装置２９の出力に基づいてブーム操作、アーム操作、及びバケット操作の少なくとも１つが行われたかを判定する。
Initially, the
そして、掘削操作が行われたと判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、外部演算装置３０Ｅの演算結果に基づいて掘削アタッチメントと地面が接触しているかを判定する（ステップＳ１２）。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは、姿勢検出装置Ｍ３の出力から導き出されるバケット６の爪先の現在位置と、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいてバケット６の爪先が地面に接触しているか否かを判定する。
And when it determines with excavation operation having been performed (YES of step S11), the
そして、掘削アタッチメントと地面が接触していると判定した場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、外部演算装置３０Ｅの掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆを導出する（ステップＳ１３）。本実施例では、掘削反力導出部３４は、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削対象地面の現在の深さＤを導き出す。そして、掘削反力導出部３４は、掘削対象地面の現在の深さＤに応じて所定の掘削操作（例えばバケット閉じ操作）が行われる場合の掘削反力Ｆのピーク値を推定する。具体的には、掘削反力導出部３４は、図８（Ｂ）のところで説明したような対応テーブルを参照して掘削対象地面の現在の深さＤに対応する掘削反力Ｆのピーク値を導き出す。また、掘削反力導出部３４は、掘削対象地面の現在の深さＤに基づいて所定の掘削操作が行われる場合の掘削反力Ｆのピーク値をリアルタイムで算出してもよい。
And when it determines with the excavation attachment and the ground contacting (YES of step S12), the excavation reaction
また、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆを導出する際に掘削深さを考慮してもよい。掘削深さは掘削の際の掘削アタッチメントの地中進入深さに相当する。本実施例では、掘削反力導出部３４は、掘削アタッチメントと地面が接触したと判定したときのバケット６の爪先の高さ（掘削開始深さ）と掘削作業中のバケット６の爪先の高さ（掘削途中深さ）との差として掘削深さを算出する。そして、掘削反力導出部３４は、掘削深さと補正係数Ｋ１とを対応付ける掘削深さ補正テーブルを参照し、掘削深さから補正係数Ｋ１を導き出す。そして、その補正係数Ｋ１を掘削反力Ｆに乗じて最終的な掘削反力Ｆを導出する。
The excavation reaction
また、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆを導出する際に土砂密度等の土砂特性を考慮してもよい。土砂特性は、車載入力装置（図示せず。）を通じて操作者が入力する値であってもよく、シリンダ圧センサ等の各種センサの出力に基づいて自動的に算出される値であってもよい。具体的には、掘削反力導出部３４は、土砂特性と補正係数Ｋ２とを対応付ける土砂特性テーブルを参照し、土砂特性から補正係数Ｋ２を導き出す。そして、その補正係数Ｋ２を掘削反力Ｆに乗じて最終的な掘削反力Ｆを導出する。
Further, the excavation reaction
その後、掘削反力導出部３４は許容最大掘削反力を導出する（ステップＳ１４）。本実施例では、掘削反力導出部３４は姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢に基づいて許容最大掘削反力を導出する。具体的には、上述の式（２）を用いて深さＤのところで所定の掘削操作（バケット閉じ操作）が行われる場合の許容最大掘削反力のピーク値を導出する。
Thereafter, the excavation reaction
その後、掘削反力導出部３４は閾値Ｆ０を設定する（ステップＳ１５）。閾値Ｆ０は、ショベルの後部が浮き上がるおそれがあるか否かを判定するための閾値である。本実施例では、導出した許容最大掘削反力のピーク値を閾値Ｆ０として設定する。なお、掘削反力導出部３４は許容最大掘削反力とは無関係に閾値Ｆ０を設定してもよい。例えば、掘削反力導出部３４は、掘削対象地面の現在の深さＤに基づいて閾値Ｆ０を設定してもよい。
Thereafter, the drilling reaction
その後、掘削反力導出部３４は、導出した掘削反力Ｆが閾値Ｆ０を上回るかを判定する（ステップＳ１６）。本実施例では、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を上回るか否かを判定する。
Thereafter, the drilling reaction
そして、掘削反力Ｆが閾値Ｆ０を上回ると判定した場合（ステップＳ１６のＹＥＳ）、掘削反力導出部３４は、メインポンプ１４のポンプ吸収馬力を制限する（ステップＳ１７）。本実施例では、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を上回ると判定した場合、コントローラ３０に対してその判定結果を出力する。その判定結果を受けたコントローラ３０は、吐出量調整装置５０に対するポンプ電流を低減させる。吐出量調整装置５０はポンプ電流の低減にしたがってメインポンプ１４の吐出量を低減させることでメインポンプ１４のポンプ吸収馬力を低減させる。その結果、掘削アタッチメントの動きが鈍化し、掘削反力が許容最大掘削反力を上回る状況が発生するのを防止し、ショベルの後部が浮き上がるのを防止する。
When the excavation reaction force F is determined to exceed the threshold value F 0 (YES in step S16), and the excavation reaction
なお、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を上回ると判定した場合、バケット閉じ動作中に掘削アタッチメントの姿勢を自動的に調整してもよい。例えば、掘削反力導出部３４は、操作者によるブーム上げ操作の有無にかかわらず、バケット閉じ動作中に自動的にアーム５を開きブーム４を下降させる。具体的には、バケット角度θ３の変化に応じた所定の動作パターンでアーム５を自動的に開き、且つ、ブーム４を自動的に下降させてもよい。また、バケット閉じ動作を中断させ、所定の角度だけ開くようにしてもよい。
Incidentally, excavation reaction
また、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆのピーク値が所定値（＜閾値Ｆ０）を上回ると判定した場合、警告出力装置で警報を出力させてもよい。ショベルの後部が浮き上がるおそれがあることを操作者に知らせるためである。
Moreover, when it is determined that the peak value of the excavation reaction force F exceeds a predetermined value (<threshold value F 0 ), the excavation reaction
なお、掘削反力導出部３４は、コントローラ３０により掘削操作が行われていないと判定された場合（ステップＳ１１のＮＯ）、掘削アタッチメントと地面が接触していないと判定した場合（ステップＳ１２のＮＯ）、或いは、掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０以下であると判定した場合には（ステップＳ１６のＮＯ）、ポンプ吸収馬力を制限することなく、今回の動作制限処理を終了する。
The excavation reaction
以上の構成により、外部演算装置３０Ｅは、掘削動作後の地面形状に関する情報に基づいて作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する。そして、取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削アタッチメントの動きを制限する。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは、バケット閉じ動作中に掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を超えないようにすることができる。そのため、掘削反力Ｆが過度に増大してショベルの後部が浮き上がるのを防止することができ、ショベルの操作性及び作業効率を向上させることができる。また、ショベルの転落、転倒を防止することができる。
With the above configuration, the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、コントローラ３０は、リモート運転又は自動掘削運転（無人運転）の場合であっても、外部演算装置３０Ｅにより掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を上回ると判定されたときにブーム４を自動的に上昇させてもよい。掘削反力Ｆを小さくして円滑な掘削作業を継続させるためである。
For example, even in the case of remote operation or automatic excavation operation (unmanned operation), the
また、上述の実施例では、地形データベース更新部３１は、ショベルの起動時に通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、地形データベース更新部３１は、アタッチメントの姿勢の推移に関する情報を用いることなく、撮像装置が撮像したショベル周辺の画像に基づいて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新してもよい。
In the above-described embodiment, the terrain
図１１は、撮像装置Ｍ５に接続される外部演算装置３０Ｅの構成例を示す機能ブロック図である。図１１の構成は、通信装置Ｍ１の代わりに撮像装置Ｍ５が接続される点で、図５の構成と相違するがその他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。
FIG. 11 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the external
撮像装置Ｍ５はショベルの周辺の画像を取得する装置である。本実施例では、撮像装置Ｍ５は、ショベルの上部旋回体３に取り付けられるカメラであり、撮像した画像に基づいてショベルの周囲の地面までの距離を認識して作業現場の地形情報を取得する。なお、撮像装置Ｍ５はステレオカメラ、距離画像カメラ、３次元レーザスキャナ等であってもよい。
The imaging device M5 is a device that acquires an image around a shovel. In the present embodiment, the imaging device M5 is a camera attached to the
また、撮像装置Ｍ５はショベルの外部に取り付けられていてもよい。この場合、外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１を介して撮像装置Ｍ５が出力する地形情報を取得してもよい。具体的には、撮像装置Ｍ５は、空撮用マルチコプタ、作業現場に設置された鉄塔等に取り付けられ、作業現場を上から見た画像に基づいて作業現場の地形情報を取得してもよい。また、撮像装置Ｍ５は、空撮用マルチコプタに取り付けられた場合、１時間に１回程度の頻度で或いはリアルタイムで、作業現場を上から見た画像を撮像して作業現場の地形情報を取得してもよい。撮像装置Ｍ５が取得した地形情報は地形データベースの更新に用いられる。その更新間隔は、地形情報の所得間隔が１時間以上の場合には、姿勢検出装置Ｍ３からの信号に基づく地形データベースの更新間隔よりも長い。
The imaging device M5 may be attached to the outside of the excavator. In this case, the external
図１２〜図１４は、撮像装置Ｍ５に接続される外部演算装置３０Ｅの別の構成例を示す機能ブロック図である。図１２の構成は、地形データベース更新部３１及び位置座標更新部３２のそれぞれが撮像装置Ｍ５（特にショベルの外部にある撮像装置Ｍ５）の出力を利用する点で、図５の構成と相違するがその他の点で共通する。図１２の実施例では、地形データベース更新部３１は、例えば、１日１回の頻度で通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得し、且つ、１時間に１回の頻度で或いはリアルタイムで撮像装置Ｍ５を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。また、位置座標更新部３２は、測位装置Ｍ２の出力と撮像装置Ｍ５の出力を併用してショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新する。なお、位置座標更新部３２は、撮像装置Ｍ５の出力のみに基づいてショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新してもよい。
12 to 14 are functional block diagrams illustrating another configuration example of the external
図１３の構成は、位置座標更新部３２が撮像装置Ｍ５の出力のみを利用し且つ測位装置Ｍ２が省略された点で図５の構成と相違するがその他の点で共通する。また、図１４の構成は、地形データベース更新部３１及び位置座標更新部３２のそれぞれが撮像装置Ｍ５の出力のみを利用し且つ通信装置Ｍ１及び測位装置Ｍ２が省略された点で図５の構成と相違するがその他の点で共通する。
The configuration of FIG. 13 is different from the configuration of FIG. 5 in that the position coordinate
このように、外部演算装置３０Ｅは、撮像装置Ｍ５の出力に基づいて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新してもよく、ショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新してもよい。
As described above, the
また、上述の実施例では、外部演算装置３０Ｅはコントローラ３０の外部にある別の演算装置として説明されたが、コントローラ３０に一体的に統合されてもよい。
In the above-described embodiment, the external
１・・・下部走行体 １Ａ・・・走行用油圧モータ（左用） １Ｂ・・・走行用油圧モータ（右用） ２・・・旋回機構 ２Ａ・・・旋回用油圧モータ ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １１ａ・・・オルタネータ １１ｂ・・・スタータ １１ｃ・・・水温センサ １４Ｌ、１４Ｒ・・・メインポンプ １４ａ・・・レギュレータ １４ｂ・・・吐出圧力センサ １４ｃ・・・油温センサ １５・・・パイロットポンプ １５ａ、１５ｂ・・・油圧センサ １６・・・高圧油圧ライン １７・・・コントロールバルブ ２５、２５ａ・・・パイロットライン ２６・・・操作装置 ２６Ａ〜２６Ｃ・・・レバー又はペダル ２９・・・操作内容検出装置 ３０・・・コントローラ ３０ａ・・・一時記憶部 ３０Ｅ・・・外部演算装置 ３１・・・地形データベース更新部 ３２・・・位置座標更新部 ３３・・・地面形状情報取得部 ３４・・・掘削反力導出部 ４０・・・画像表示装置 ４０ａ・・・変換処理部 ４０Ｌ、４０Ｒ・・・センターバイパス管路 ４１・・・画像表示部 ４２・・・入力部 ４２ａ・・・ライトスイッチ ４２ｂ・・・ワイパースイッチ ４２ｃ・・・ウインドウォッシャスイッチ ５０・・・吐出量調整装置 ７０・・・蓄電池 ７２・・・電装品 ７４・・・エンジン制御装置（ＥＣＵ） ７５・・・エンジン回転数調整ダイヤル １７１〜１７６・・・流量制御弁 Ｅ１・・・動作制限部 Ｍ１・・・通信装置 Ｍ２・・・測位装置 Ｍ３・・・姿勢検出装置 Ｍ３ａ・・・ブーム角度センサ Ｍ３ｂ・・・アーム角度センサ Ｍ３ｃ・・・バケット角度センサ Ｍ３ｄ・・・車体傾斜センサ Ｍ５・・・撮像装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lower traveling
Claims (8)
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
制御装置と、を備えるショベルであって、
前記制御装置は、前記アタッチメントを下方に引き下げようとする向きである掘削反力を導出し、前記下方に引き下げようとする向きである掘削反力が閾値を上回る場合に前記下部走行体の一端を転倒軸としたショベルの後部の浮き上がりを防止するように前記アタッチメントの動きを制限する、
ショベル。 A lower traveling body,
An upper swing body mounted on the lower traveling body;
An attachment attached to the upper swing body;
A shovel comprising a control device,
The controller derives the excavation reaction force is a direction to tries to lower the attachment downward, one end of the lower traveling body when the orientation in which excavation reaction force and tries to lower the lower is above a threshold Restricting the movement of the attachment to prevent lifting of the rear part of the shovel as a fall axis ;
Excavator.
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
制御装置と、を備えるショベルであって、
前記制御装置は、前記アタッチメントに加わる掘削反力の向きの変化を求め、
前記アタッチメントに加わる掘削反力の向きの変化は、前記アタッチメントを上方に押し上げようとする向きから、ショベルの後部を浮き上がらせる前記下部走行体の一端における転倒軸回りのモーメントを発生させる、前記アタッチメントを下方に引き下げようとする向きへの変化である、
ショベル。 A lower traveling body,
An upper swing body mounted on the lower traveling body;
An attachment attached to the upper swing body;
A shovel comprising a control device,
The controller determined Me orientation changes of the excavation reaction force applied to the attachment,
The change in the direction of the excavation reaction force applied to the attachment causes the attachment to generate a moment around the fall axis at one end of the lower traveling body that lifts the rear part of the excavator from the direction in which the attachment is pushed upward. It ’s a change in the direction to pull down,
Excavator.
請求項１に記載のショベル。 The control device reduces the absorption horsepower of a hydraulic pump used to drive the attachment when the excavation reaction force exceeds the threshold;
The excavator according to claim 1.
前記閾値は、前記アタッチメントの姿勢に応じて設定される、
請求項１又は３に記載のショベル。 A posture detecting device for detecting the posture of the attachment;
The threshold is set according to the posture of the attachment.
The excavator according to claim 1 or 3 .
前記閾値は、算出された前記掘削対象の地面の現在の深さに関する情報に基づいて設定される、
請求項１又は３に記載のショベル。 Calculating the current depth of the excavation target ground based on the current shape of the excavation target ground acquired by the imaging device;
The threshold is set based on information on the calculated current depth of the ground to be excavated,
The excavator according to claim 1 or 3 .
請求項１乃至５の何れかに記載のショベル。 The excavation reaction force is corrected according to at least one of excavation depth and sediment characteristics,
The excavator according to any one of claims 1 to 5 .
請求項１、３、４又は５の何れかに記載のショベル。 The control device derives a peak value of the excavation reaction force, and restricts the movement of the attachment when the peak value exceeds the threshold value.
The excavator according to any one of claims 1, 3 , 4 and 5 .
請求項１乃至７の何れかに記載のショベル。 Furthermore, a positioning device and a communication device are provided.
The excavator according to any one of claims 1 to 7 .
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015051370A JP6462435B2 (en) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Excavator |
| CN201610139394.8A CN105971050A (en) | 2015-03-13 | 2016-03-11 | Excavator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015051370A JP6462435B2 (en) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Excavator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016169572A JP2016169572A (en) | 2016-09-23 |
| JP6462435B2 true JP6462435B2 (en) | 2019-01-30 |
Family
ID=56982121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015051370A Active JP6462435B2 (en) | 2015-03-13 | 2015-03-13 | Excavator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6462435B2 (en) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018062210A1 (en) | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 住友重機械工業株式会社 | Shovel |
| JP7084129B2 (en) * | 2016-12-05 | 2022-06-14 | 住友重機械工業株式会社 | Excavator |
| KR102460502B1 (en) * | 2017-12-12 | 2022-10-27 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | shovel |
| EP3770341A4 (en) * | 2018-03-20 | 2021-05-19 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Excavator, information processing device, information processing method, and program |
| JP7022018B2 (en) * | 2018-07-02 | 2022-02-17 | 日立建機株式会社 | Work machine |
| JP7141894B2 (en) * | 2018-09-05 | 2022-09-26 | 日立建機株式会社 | working machine |
| JP7073232B2 (en) * | 2018-09-06 | 2022-05-23 | 住友重機械工業株式会社 | Excavator and how to update excavator information |
| JPWO2020067303A1 (en) * | 2018-09-27 | 2021-08-30 | 住友重機械工業株式会社 | Excavator, information processing device |
| CN112384663B (en) * | 2018-09-27 | 2023-10-13 | 住友重机械工业株式会社 | Excavator |
| JP7481908B2 (en) * | 2020-05-29 | 2024-05-13 | 株式会社小松製作所 | Drilling plan creating device, work machine, and drilling plan creating method |
| CN114508135B (en) * | 2021-08-27 | 2023-02-28 | 伊斯顿机电工程(江苏)有限公司 | Unmanned excavator and control method |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3030830B2 (en) * | 1991-02-28 | 2000-04-10 | 株式会社小松製作所 | Wheel loader slip prevention method |
| WO2001086078A1 (en) * | 2000-05-05 | 2001-11-15 | Laser Alignment, Inc., A Leica Geosystems Company | Laser-guided construction equipment |
| WO2010104138A1 (en) * | 2009-03-12 | 2010-09-16 | 株式会社小松製作所 | Construction vehicle provided with operating machine |
| JP5519414B2 (en) * | 2010-06-03 | 2014-06-11 | 住友重機械工業株式会社 | Construction machinery |
| JP5562893B2 (en) * | 2011-03-31 | 2014-07-30 | 住友建機株式会社 | Excavator |
| JP5864138B2 (en) * | 2011-06-13 | 2016-02-17 | 住友重機械工業株式会社 | Excavator |
| WO2014184978A1 (en) * | 2013-11-26 | 2014-11-20 | 株式会社小松製作所 | Utility vehicle |
-
2015
- 2015-03-13 JP JP2015051370A patent/JP6462435B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2016169572A (en) | 2016-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6462435B2 (en) | Excavator | |
| US11536004B2 (en) | Excavator that controls toe angle of bucket | |
| JP7474102B2 (en) | Shovel and control method thereof | |
| JP6401087B2 (en) | Excavator and control method thereof | |
| JP6974436B2 (en) | Excavator | |
| CN110832146B (en) | Excavator | |
| JP7354312B2 (en) | How to update information on excavators and shovels | |
| CN105971050A (en) | Excavator | |
| JP6781749B2 (en) | Excavators and systems for excavators | |
| JP6542550B2 (en) | Shovel | |
| JP6710442B2 (en) | Excavator | |
| JP2023041850A (en) | Excavator and system for excavator | |
| JP6874058B2 (en) | Excavators and systems for excavators | |
| JPWO2019026802A1 (en) | Excavator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170821 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180417 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180418 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180618 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180814 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181114 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20181121 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181225 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181227 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6462435 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |