JP6941108B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、ショベルに関する。

ショベルは、主として走行体（クローラ、ロワーともいう）、上部旋回体、アタッチメントを備える。上部旋回体は走行体に対して回動自在に取り付けられており、旋回モータによって位置が制御される。アタッチメントは上部旋回体に取り付けられており、作業時に使用される。

ショベルが軟土壌等の弾性係数の低い脆いフィールドで使用される場合、あるいは摩擦係数が小さいフィールドで使用される場合、ショベルの滑りが問題となる。たとえば特許文献１には、掘削時のショベル車体の浮き上がりや、ショベル車体の引き摺りを防止する技術が開示される。また特許文献２には、旋回時の走行体の滑り防止に関する技術が開示される。特許文献３には、アームシリンダのボトム圧を抑制することにより、車体前方（掘削地点に近づく方向）への引き摺りを防止する技術が開示されている。

特開２０１４−６４０２４号公報 特開２０１４−１６３１５５号公報 特開２０１４−１２２５１０号後方

本発明者はショベルについて検討したところ、以下の課題を認識するに至った。ショベルの作業状態によっては、車体が後方に引き摺られる可能性がある。作業者（オペレータ）に視界が及ばない後方向への滑りは、作業者に心理的な不安を抱かせ、作業効率を低下させるため、前方への滑りよりも深刻な場合もありえる。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、アタッチメントの動作に起因する後方への滑り抑制機構を備えたショベルの提供にある。

本発明のある態様はショベルに関する。ショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、ブーム、アーム、バケットを有し、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントの延長方向の後方への走行体の滑りが抑制されるように、アタッチメントのブームシリンダの動作を補正する滑り抑制部と、を備える。

この態様によると、後方滑りを抑制することで安全性を高めることができる。

滑り抑制部は、ブームシリンダが上部旋回体に及ぼす力にもとづいて、ブームシリンダの動作を補正してもよい。

滑り抑制部は、ブームシリンダのロッド圧およびボトム圧にもとづいて、ブームシリンダの動作を補正してもよい。

滑り抑制部は、ブームシリンダのロッド圧を制御してもよい。たとえばブームシリンダのロッド側にリリーフ弁を設け、ロッド圧が高くなりすぎるのを抑制することで、後方滑りを抑制できる。あるいはブームシリンダのコントロールバルブに対するパイロットラインに電磁制御弁を設け、パイロット圧を調節することで、ロッド圧が高くなりすぎるのを抑制してもよい。

滑り抑制部は、ブームシリンダと鉛直軸がなす角度をη_１、ブームシリンダが上部旋回体に及ぼす力をＦ_１、静止摩擦係数をμ、車体重量をＭ、重力加速度をｇとするとき、
Ｆ_１ｓｉｎη_１＜μＭｇ
が成り立つように、ブームシリンダの動作を補正してもよい。
μＭｇ／ｓｉｎη_１を力Ｆ_１の許容最大値Ｆ_ＭＡＸとして、
Ｆ_１＜μＭｇ／ｓｉｎη_１
が成り立つようにＦ_１を制御することにより、後方滑りを抑制してもよい。
ここでＦ_１は、ブームシリンダのロッド圧Ｐ_Ｒとボトム圧Ｐ_Ｂにもとづいて計算してもよい。

あるいは、ロッド圧Ｐ_Ｒの最大値Ｐ_ＲＭＡＸを計算し、
Ｐ_Ｒ＜Ｐ_ＲＭＡＸ
が成り立つように、ロッド圧Ｐ_Ｒを調節することで後方滑りを抑制してもよい。

本発明の別の態様もまた、ショベルである。このショベルは、走行体と、走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、ブーム、アーム、バケットを有し、上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントのブームシリンダと鉛直軸がなす角度をη_１、ブームシリンダが上部旋回体に及ぼす力をＦ_１、静止摩擦係数をμ、車体重量をＭ、重力加速度をｇとするとき、
Ｆ_１ｓｉｎη_１＜μＭｇが成り立つように、アタッチメントの動作を補正する滑り抑制部と、を備える。
この態様によると、走行体の滑りを抑制できる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、ショベルの走行体の滑りを抑制できる。

実施の形態に係る建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、後方滑りが発生するショベルの作業の具体例を説明する図である。 ショベルの電気系統および油圧系統のブロック図である。 後方滑りに関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。 第１構成例に係るショベルの滑り抑制部およびその周辺のブロック図である。 第２構成例に係る滑り抑制部を示すブロック図である。 第３構成例に係るショベルの滑り抑制部およびその周辺のブロック図である。 後方滑りに関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。 第４構成例に係るショベルの滑り抑制部およびその周辺のブロック図である。 実施の形態に係る滑り補正のフローチャートである。 変形例に係るショベルの電気系統および油圧系統のブロック図である。 図１２（ａ）、（ｂ）は、アタッチメントの動作に起因するショベルの滑りを説明する図である。 図１３（ａ）〜（ｄ）は、ショベルの滑りを説明する図である。 実施の形態に係る滑り補正のフローチャートである。 図１５（ａ）、（ｂ）は、センサの取り付け箇所の一例を説明する図である。 図１６（ａ）〜（ｃ）は、後方滑りの別の例を説明する図である。 ショベルの運転室に設けられたディスプレイおよび操作部一例を示す図である。 図１８（ａ）、（ｂ）は、滑り抑制機能を無効化すべき状況を説明する図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図１は、実施の形態に係る建設機械の一例であるショベル１の外観を示す斜視図である。ショベル１は、主として走行体（ロワー、クローラともいう）２と、走行体２の上部に旋回装置３を介して回動自在に搭載された上部旋回体４と、を備えている。

上部旋回体４には、アタッチメント１２が取り付けられる。アタッチメント１２は、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたバケット１０とが取り付けられている。バケット１０は、土砂、鋼材などの吊荷を捕獲するための手段である。ブーム５、アーム６およびバケット１０は、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８およびバケットシリンダ９によって油圧駆動される。また、上部旋回体４には、バケット１０の位置や励磁動作および釈放動作を操作するオペレータ（運転者）を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン１１といった動力源が設けられている。

続いて、ショベル１の滑りおよびその抑制について詳細に説明する。

ショベル１による滑りの抑制は、突っ張っているアタッチメントを緩やかにして、アタッチメントの反動・力が車体に伝わらないようにするものと理解できる。

図２（ａ）、（ｂ）は、後方滑りが発生するショベルの作業の具体例を説明する図である。図２（ａ）のショベル１は、地面５０の均し作業を行っており、主としてアームの開き動作によってバケット１０が土砂５２を前方に押し出すように力Ｆ_２が発生している。このときショベル１の車体（走行体２、旋回装置３、旋回体４）には、アタッチメント１２からの反力Ｆ_３が作用する。反力Ｆ_３がショベル１と地面５０との間の最大静止摩擦力Ｆ_０を上回ると、車体は後方に滑ってしまう。

図２（ｂ）のショベル１は、河川工事などを行っており、主としてアームの開き動作によって、バケットを傾斜した壁面に対して押し付けて土砂を固め、整地する作業を行っている。このような作業においても、アタッチメント１２からの反力が車体を後方に滑らせる方向に作用する。

続いて、後方滑りを抑制可能なショベル１の具体的な構成を説明する。図３は、ショベル１の電気系統および油圧系統のブロック図である。なお、図３では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。なおここでは油圧ショベルについて説明するが、旋回に電動機を用いるハイブリッドショベルにも本発明は適用可能である。

エンジン１１は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５に接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。なお、油圧アクチュエータに油圧を供給する油圧回路は２系統設けられることがあり、その場合にはメインポンプ１４は２つの油圧ポンプを含む。本明細書では理解の容易化のため、メインポンプが１系統の場合を説明する。

コントロールバルブ１７は、ショベル１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図１に示した走行体２を駆動するための走行油圧モータ２Ａ及び２Ｂの他、ブームシリンダ７、アームシリンダ８およびバケットシリンダ９が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧（制御圧）をオペレータの操作入力に応じて制御する。

また、旋回装置３を駆動するための旋回油圧モータ２１がコントロールバルブ１７に接続される。旋回油圧モータ２１は、旋回コントローラの油圧回路を介してコントロールバルブ１７に接続されるが、図３には旋回コントローラの油圧回路は示されず、簡略化されている。

パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６（操作手段）が接続されている。操作装置２６は、走行体２、旋回装置３、ブーム５、アーム６およびバケット１０を操作するための操作手段であり、オペレータによって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。

たとえば操作装置２６は、油圧パイロット式の操作レバー２６Ａ〜２６Ｄを含む。操作レバー２６Ａ〜２６Ｄはそれぞれ、ブーム軸、アーム軸、バケット軸および旋回軸に対応する操作レバーである。実際には、操作レバーは二個設けられ、一方の操作レバーの縦方向、横方向に２軸が、残りの操作レバーの縦方向、横方向に残りの２軸が割り当てられる。また操作装置２６は、走行軸を制御するためのペダル（不図示）を含む。

操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）をオペレータの操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧（制御圧）は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。すなわち圧力センサ２９の検出値は、操作レバー２６Ａ〜２６Ｄそれぞれに対するオペレータの操作入力θ_ＣＮＴを示す。なお図３において油圧ライン２７は１本で描かれているが、実際には左走行油圧モータ、右走行油圧モータ、旋回それぞれの制御指令値の油圧ラインが存在する。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵがメモリにロードされた駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される。

さらにショベル１は、滑り抑制部５００を備える。滑り抑制部５００は、アタッチメント１２の延長方向の後方への走行体２の滑りが抑制されるように、アタッチメント１２のブームシリンダ７の動作を補正する。滑り抑制部５００の主要部は、コントローラ３０の一部として構成することができる。

図４は、後方滑りに関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。
ブームシリンダ７と鉛直軸５４がなす角度をη_１、ブームシリンダ７が上部旋回体４に及ぼす力をＦ_１とする。このとき、ブームシリンダ７が旋回体４を水平方向に押す力Ｆ_３は、
Ｆ_３＝Ｆ_１ｓｉｎη_１ …（１）
となる。

一方、走行体２と地面５０の間の静止摩擦係数をμ、車体重量をＭ、重力加速度をｇとするとき、最大静止摩擦力Ｆ_０は、μＭｇとなる。
Ｆ_０＝μＭｇ

ショベル１が滑らない条件は、
Ｆ_３＜Ｆ_０ …（３）
であり、式（１）、（２）を代入すると、関係式（４）を得る。
Ｆ_１ｓｉｎη_１＜μＭｇ …（４）
となる。

すなわち、図３の滑り抑制部５００は、式（４）の関係式が成り立つように、ブームシリンダ７の動作を補正すればよい。

（第１構成例）
図５は、第１構成例に係るショベル１の滑り抑制部５００およびその周辺のブロック図である。圧力センサ５１０，５１２はそれぞれ、ブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（ロッド圧）Ｐ_Ｒ、ボトム側油室の圧力（ボトム圧）Ｐ_Ｂを測定する。測定された圧力Ｐ_Ｒ，Ｐ_Ｂは、滑り抑制部５００（コントローラ３０）に入力される。

滑り抑制部５００は、力推定部５０２、角度算出部５０４、圧力調節部５０６を含む。
力Ｆ_１は圧力Ｐ_Ｒ，Ｐ_Ｂの関数ｆ（Ｐ_Ｒ，Ｐ_Ｂ）で表される。
Ｆ_１＝ｆ（Ｐ_Ｒ，Ｐ_Ｂ） …（５）
力推定部５０２は、ロッド圧Ｐ_Ｒおよびボトム圧Ｐ_Ｂにもとづいて、ブームシリンダ７が旋回体４に及ぼす力Ｆ_１を計算する。

一例として、ロッド側の受圧面積をＡ_Ｒ、ボトム側の受圧面積をＡ_Ｂとするとき、
Ｆ_１＝Ａ_Ｒ・Ｐ_Ｒ−Ａ_Ｂ・Ｐ_Ｂ
と表すことができる。力推定部５０２はこの式にもとづいて力Ｆ_１を計算あるいは推定してもよい。

また角度算出部５０４は、鉛直軸５４とブームシリンダ７のなす角度η_１を算出する。角度η_１は、ブームシリンダ７の伸縮長とショベル１の寸法ならびにショベル１の車体の傾き等から幾何学的に計算することができる。あるいは角度η_１を測定するセンサを設け、センサの出力を利用してもよい。静止摩擦係数μは、典型的な所定値を用いてもよいし、作業場の地面の状況に応じてオペレータが入力できるようにしてもよい。

あるいは、ショベル１に静止摩擦係数μを推定する手段を設けてもよい。ショベル１が地面に対して静止した状態において、アタッチメント１２による作業中に車体の滑りを検出すると、その瞬間の力Ｆ_１から、μを計算することができる。たとえば、ショベル１の上部旋回体４に加速度センサや速度センサなどを搭載することにより、滑りを検出できる。

圧力調節部５０６は、力Ｆ_１、角度η_１にもとづいて、式（４）が成り立つように、ブームシリンダ７の圧力を制御する。この構成例では、圧力調節部５０６は、式（４）が成り立つようにブームシリンダ７のロッド圧Ｐ _Ｒを調節する。

電磁比例リリーフ弁５２０は、ブームシリンダ７のロッド側油室とタンクの間に設けられる。圧力調節部５０６は、式（４）が成り立つように、電磁比例リリーフ弁５２０を制御し、ブームシリンダ７のシリンダ圧をリリーフする。これによりロッド圧Ｐ_Ｒが低下し、したがってＦ_１が小さくなり、滑りを抑制することができる。

なおブームシリンダ７を制御するコントロールバルブ１７のスプールの状態、言い換えればメインポンプ１４からブームシリンダ７に供給される圧油の向きは特に限定されず、アタッチメント１２の状態（作業内容）によっては、図５のような順方向でなく、逆方向であったり、遮蔽状態であってもよい。

（第２構成例）
図６は、第２構成例に係る滑り抑制部５００を示すブロック図である。式（４）を変形すると、以下の関係式（６）を得る。
Ｆ_１＜μＭｇ／ｓｉｎη_１ …（６）
つまり、μＭｇ／ｓｉｎη_１は、力Ｆ_１の許容最大値Ｆ_ＭＡＸである。

また、ロッド圧Ｐ_Ｒは、力Ｆ_１およびボトム圧Ｒ_Ｂの関数ｇ（Ｆ_１，Ｒ_Ｂ）として表すこともできる。
Ｐ_Ｒ＝ｇ（Ｆ_１，Ｒ_Ｂ） …（７）
したがって、ロッド圧Ｐ_Ｒが取り得る最大値（最大圧力）Ｐ_ＲＭＡＸを計算することができる。
Ｐ_ＲＭＡＸ＝ｇ（Ｆ_ＭＡＸ，Ｒ_Ｂ） …（８）

最大圧力算出部５０８は、式（８）にもとづいて、ロッド圧Ｐ_Ｒに許容される最大圧力Ｐ_ＲＭＡＸを算出する。圧力調節部５０６は、圧力センサ５１０が検出するロッド圧Ｐ_Ｒが、最大圧力Ｐ_ＲＭＡＸを超えないように、電磁比例リリーフ弁５２０を制御する。

当業者によれば、図５や図６のほかにも、関係式（４）を満たすようにロッド圧Ｐ_Ｒを制御しうることが理解される。

（第３構成例）
図７は、第３構成例に係るショベル１の滑り抑制部５００およびその周辺のブロック図である。図７のショベル１は、図５のショベル１の電磁比例リリーフ弁５２０に代えて、電磁比例制御弁５３０を備える。電磁比例制御弁５３０は、操作レバー２６Ａからコントロールバルブ１７へのパイロットライン２７Ａに設けられている。滑り抑制部５００は、関係式（４）を満たすように電磁比例制御弁５３０への制御信号を変化させ、コントロールバルブ１７への圧力を変化させ、これによりブームシリンダ７のボトム側油室の圧力およびロッド側油室の圧力を変化させる。

なお図７の滑り抑制部５００の構成や制御方式は限定されず、図５あるいは図６その他の構成、方式を採用しうる。

（第４構成例）
滑り抑制部５００はメインポンプ１４の出力を低下させることにより、たとえば馬力制限をかけたり、流量制限をかけることによって、ブームシリンダ７の動作を補正してもよい。

（第５構成例）
これまでの説明では、アームの開き動作に起因する後方滑りを抑制するために、ブームシリンダ７を制御したがその限りではない。ショベル１は後方滑りを抑制するために、ブームシリンダ７に加えて、あるいはそれに代えて、アームシリンダ８の圧力を制御してもよい。

図８は、後方滑りに関連するショベルの力学的なモデルを示す図である。アーム開き動作中、アームシリンダ８は収縮方向に力Ｆ_Ａを発生する。このとき、バケット１０が地面５０から受ける掘削反力Ｆ_Ｒは、
Ｆ_Ｒ＝Ｆ_Ａ・Ｄ_５／Ｄ_４
で表される。Ｄ _５ は、アーム６とブーム５の連結点とアームシリンダ８を通る直線の間の距離であり、Ｄ _４ は、アーム６とブーム５の連結点と掘削反力Ｆ_Ｒのベクトルを含む直線の間の距離である。

掘削反力Ｆ_Ｒのベクトルと鉛直軸５４がなす角度をθとするとき、掘削反力Ｆ_Ｒがショベルの車体を後方に滑らせようとする力Ｆ_Ｒ２は、
Ｆ_Ｒ２＝Ｆ_Ｒ×ｓｉｎθ
となり、後方滑りが生じない条件は、
Ｆ_Ｒ２＜μＭｇ
となる。

したがって滑り抑制部５００は、
Ｆ_Ａ・Ｄ_５／Ｄ_４×ｓｉｎθ＜μＭｇ …（９）
が成り立つように、アームシリンダ８の動作を補正する。

ここで、アームシリンダ８のボトム側油室に面するピストンの受圧面積をＡ_Ａとするとき、力Ｆ_ＡはＦ_Ａ＝Ｐ_Ａ・Ａ_Ａで表される。Ｐ_Ａは、アームシリンダ８のボトム側油室の作動油の圧力（ボトム圧）である。したがって、後方滑りが発生しない条件として、不等式（１０）を得る。
Ｐ_Ａ＜μＭｇ・Ｄ _４ ／（Ａ_Ａ・Ｄ _５ ・ｓｉｎθ） …（１０）
つまりμＭｇ・Ｄ _４ ／（Ａ_Ａ・Ｄ _５ ・ｓｉｎθ）が、ボトム圧Ｐ_Ａの許容最大値Ｐ_ＭＡＸとなる。滑り抑制部５００は、アームシリンダ８のボトム圧Ｐ_Ａを監視し、ボトム圧Ｐ_Ａが許容最大値Ｐ_ＭＡＸを超えないように、アームシリンダ８の動作を補正する。

図９は、第５構成例に係るショベルの滑り抑制部およびその周辺のブロック図である。滑り抑制部５００は、アームシリンダ８を制御対象とするが、基本構成、動作は図５と同様である。具体的には後方滑りが発生しないように、具体的には、不等式（９）または（１０）が成り立つように、アームシリンダ８のボトム圧Ｐ_Ｂ（図８のＰ_Ａ）を制御する。この構成例では、電磁比例リリーフ弁５２０が、アームシリンダ８のボトム側油室とタンクの間に設けられる。

滑り抑制部５００は、電磁比例リリーフ弁５２０を制御することにより、アームシリンダ８のボトム圧を制御し、後方滑りを抑制する。

アームシリンダ８の補正による後方滑りの抑制のための構成は、図９に限定されない。たとえば図６あるいは図７を基本構成として、アームシリンダ８の補正機構を構成してもよい。あるいは第４構成例に記載したように、滑り抑制部５００はメインポンプ１４の出力を低下させることにより、たとえば馬力制限をかけたり、流量制限をかけることによって、アームシリンダ８の動作を補正してもよい。

図１０は、実施の形態に係る滑り補正のフローチャートである。はじめにショベルが走行中か否かが判定される（Ｓ１００）。そして走行中である場合（Ｓ１００のＹ）、ふたたびＳ１００の判定に戻る。ショベルが走行停止中である場合（Ｓ１００のＮ）、アタッチメントが動作中か否かが判定される（Ｓ１０２）。非動作中であれば（Ｓ１０２のＮ）、ステップＳ１００に戻る。アタッチメント１２の動作が検出されると（Ｓ１０２のＹ）、滑り抑制処理が有効となる。

滑り抑制処理では、ブームシリンダのボトム圧およびロッド圧、ひいてはブームが車体に及ぼす力Ｆ_１が監視される。そして滑りが発生しないように、より詳しくは関係式（４）を満たすようにブームシリンダ７の圧力が調整される。

以上がショベル１の動作である。実施の形態に係るショベル１によれば、ショベルの後方への滑りを抑制することができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。

（変形例１）
センサを用いて滑りを検出し、滑りが生じたときに、実施の形態で説明した滑り抑制処理を行ってもよい。図１１は、変形例１に係るショベル１の電気系統および油圧系統のブロック図である。ショベル１は、図３のショベル１に加えて、センサ５４０をさらに備える。

センサ５４０は、ショベル１の本体の運動を検出する。センサ５４０は、ショベル１の走行体２の滑りを検出できればよく、その種類や構成は特に限定されない。またセンサ５４０は、複数のセンサの組み合わせであってもよい。好ましくはセンサ５４０は、上部旋回体４に設けられた加速度センサや速度センサを含んでもよい。加速度センサや速度センサの検出軸の方向は、アタッチメント１２の延長方向と一致させることが望ましい。

滑り抑制部５００は、センサ５４０の出力にもとづき、アタッチメント１２の延長方向の走行体２の滑りを検出し、滑りが抑制されるように、アタッチメント１２のブームシリンダ７の動作を補正する。「滑りの検出」は、実際に滑っていることの検出であってもよいし、滑る予兆の検出であってもよい。

なお、センサ５４０の出力には、滑りに起因する成分の他に、振動に起因する成分、旋回に起因する成分、外乱に起因する成分などが含まれうる。滑り抑制部５００は、センサ５４０の出力から、滑り運動において支配的な周波数成分のみを抽出し、そのほかの周波数成分を除去するフィルタを含んでもよい。

以上がショベル１の基本構成である。続いてその動作を説明する。図１２（ａ）、（ｂ）は、アタッチメント１２の動作に起因するショベル１の滑りを説明する図である。図１２（ａ）、（ｂ）は、ショベル１を真横から見た図である。τ_１〜τ_３はそれぞれ、ブーム５、アーム６、バケット１０の各リンクにおいて発生するトルク（力）を示す。図１２（ａ）は、掘削作業を示しており、アタッチメント１２がショベル１の本体（走行体２および上部旋回体４）に及ぼす力Ｆは、ブーム５の根元５２２に作用し、この力Ｆは走行体２をバケット１０に近づける方向に作用する。走行体２と地面の間の静止摩擦係数をμとし、走行体２に対する垂直抗力をＮとすれば、
Ｆ＞μＮ
を満たしたときに、走行体２は力Ｆの方向に滑り始める。

図１２（ｂ）は、均し作業を示しており、アタッチメント１２がショベル１の本体に及ぼす力Ｆは、走行体２をバケット１０から遠ざける方向に作用する。この場合も、
Ｆ＞μＮ
を満たしたときに、走行体２は力Ｆの方向に滑り始める。

図１３（ａ）〜（ｄ）は、ショベル１の滑りを説明する図である。図１３（ａ）〜（ｄ）は、ショベル１を真上から見た図である。アタッチメント１２のブーム５、アーム６、バケット１０は、その姿勢や作業内容にかかわらず常に同一平面（矢状面）内に位置する。したがってアタッチメント１２の動作中に、アタッチメント１２からの反力Ｆは、ショベル１の本体（走行体２および上部旋回体４）に対して、アタッチメントの延長方向Ｌ１に作用すると言える。これは、走行体２と上部旋回体４の位置関係（回転角度）にも依存しない。力Ｆの向きは、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、作業内容によって異なる。言い換えれば、アタッチメント１２の延長方向Ｌ１への滑りが生じているとき、その滑りは、アタッチメント１２の動作に起因するものであると推定され、したがってアタッチメント１２を制御することでその滑りを抑制できる。

図１４は、実施の形態に係る滑り補正のフローチャートである。はじめにアタッチメントの動作中か否かが判定される（Ｓ１００）。非動作中であれば（Ｓ１００のＮ）、ステップＳ１００に戻る。アタッチメント１２の動作が検出されると（Ｓ１００のＹ）、アタッチメント延長方向Ｌ１のショベル本体の運動（たとえば加速度）が検出される（Ｓ１０２）。そして滑りが検出されないとき（Ｓ１０４のＮ）には、オペレータの入力にもとづく通常のアタッチメント動作（Ｓ１０８）が行われる。滑りが検出された場合（Ｓ１０４のＹ）、アタッチメント１２の動作が補正される（Ｓ１０６）。

変形例１に係るショベル１によれば、センサ５４０によってアタッチメント１２の動作に起因する滑りを検出し、その結果に応じて、アタッチメント１２の動作を補正することにより、滑りを抑制できる。

走行体２が変位する原因は、アタッチメントの掘削反力による滑りの他、走行体による意図的な変位、旋回体の旋回に起因する滑りなどが存在するが、アタッチメントの動作補正が最も有効なのは、掘削反力を原因とする滑りであり、その他の要因による滑りや変位は、却って滑りや変位を増長させる場合もあり得る。そこでより詳しくは、アタッチメントによる掘削作業中において、走行体が変位した場合に、アタッチメント１２の動作を補正してもよい。

したがって走行状態、旋回状態だと判断できる場合には、滑りが生じたとしてもアタッチメントによる滑りではないとして制御の判断材料とすることもできる。逆にいうとアタッチメントで土砂を掘削している際に、走行状態ではない、旋回状態ではない、という判断材料を更に考慮して、アタッチメントの動作による滑りだと判断すると、掘削動作による滑りを精度よく抑制することができる。

変形例１によれば、アタッチメントの掘削中に走行体の位置が変位することを条件として、アタッチメントの動作が補正され、滑りが抑制される。また、このときの補正の判断材料として、アタッチメントの操作レバーや、走行体、旋回の操作情報や実際の動作を更に考慮して、アタッチメントの動作を補正することにより、掘削動作による滑りを精度よく抑制できる。

図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、アタッチメント１２の延長方向Ｌ１は、上部旋回体４の向き（正面方向）と常に一致する。したがってセンサ５４０（加速度センサ）を、実際の滑りが生ずる走行体２側ではなく、上部旋回体４の上に搭載することで、上部旋回体４の旋回角度（位置）に依存せずに、延長方向Ｌ１への滑り運動を直接的にかつ正確に検出することができる。

アタッチメント１２の動作の補正を高速に行うことで、オペレータが補正を意識せずに滑りを抑制することは理論的に可能である。しかしながら応答遅延が大きくなると、オペレータが、自分自身の操作と、アタッチメント１２の動作に乖離を感じる可能性もある。そこでショベル１は、滑りが検出されたときに、アタッチメント１２の動作の補正と平行して、オペレータに滑りが生じていることを報知、警報してもよい。この報知、警報は、音声メッセージや警告音などの聴覚的手段を用いてもよいし、ディスプレイや警告灯などの視覚的手段を用いてもよいし、振動などの触覚的（物理的）手段を用いてもよい。

これにより、オペレータは、操作と動作の乖離が、アタッチメント１２の動作の自動補正によるものであることを認知することができる。またオペレータは、この報知が連続して発生する場合には、自身の操作が不適切であることを認識することが可能であり、操作が支援される。

図１５（ａ）、（ｂ）は、センサ５４０の取り付け箇所の一例を説明する図である。上述のように、センサ５４０は、上部旋回体４に設けられた加速度センサ５４２を含む。加速度センサ５４２は、延長方向Ｌ１に検出軸を有している。ここでアタッチメント１２が上部旋回体４に及ぼす力の作用点は、ブーム５の根元５２２である。したがって加速度センサ５４２は、ブーム５の根元５２２に設けることが望ましい。これによりアタッチメント１２の動作に起因する滑りを好適に検出できる。

ここで加速度センサ５４２が旋回軸５２１から遠ざかると、旋回体４が旋回運動するときに、加速度センサ５４２が、旋回運動による遠心力の影響を受けてしまう。そこで加速度センサ５４２は、ブーム５の根元５２２の近傍であって、かつ旋回軸５２１の近傍に配置することが望ましい。まとめると、加速度センサ５４２は、ブーム５の根元５２２と上部旋回体４の旋回軸５２１の間の領域Ｒ１に配置することが望ましい。これにより、加速度センサ５４２の出力に含まれる旋回運動の影響を低減でき、アタッチメント１２の動作に起因する滑りを好適に検出できる。

また加速度センサ５４２の位置が地面から遠すぎると、加速度センサ５４２の出力が、ピッチングやローリングに起因する加速度成分を含むこととなり好ましくない。この観点から、加速度センサ５４２は上部旋回体４のなるべく下の方に設置することが好ましい。

（変形例２）
図２（ａ）、（ｂ）を参照して、アームの操作に起因する後方滑りについて説明したが、本発明の適用はそれに限定されない。図１６（ａ）〜（ｃ）は、後方滑りの別の例を説明する図である。図１６（ａ）は、法面の仕上げ作業を示す。この作業では、法面に沿ってバケット１０を移動させる動作が行われるが、誤った操作により法面に沿わない力が発生すると、車体が前方に引っ張られる。

図１６（ｂ）は、深掘り作業を示す。バケット１０が硬い地面に引っかかった状態で、アタッチメント１２を駆動すると、ショベル１が前方に引っ張られる。

図１６（ｃ）は、崖の掘削作業を示す。バケット１０が崖に引っかかった状態で強い力を発生すると、土砂が一気に崩れる場合がある。この場合、崩れる直前の釣り合い力でアタッチメントの反動が車体に伝わり、車体の後方滑りを誘発する。

このように本発明は、さまざまな作業中に生ずる滑りに対して有効である。

（変形例３）
オペレータが意図的に、車体の滑りを利用したい場合もある。そこで滑り抑制機能を、オペレータがオン、オフできるようにするとよい。図１７は、ショベルの運転室に設けられたディスプレイ７００および操作部７１０の一例を示す図である。たとえばディスプレイ７００には、滑り補正機能のオン・オフ（有効・無効）をオペレータに尋ねるダイアログ７０２やアイコンが表示される。オペレータは操作部７１０を利用して、滑り補正機能を有効にするか、無効にするかを選択する。操作部７１０はタッチパネルであってもよく、オペレータは、ディスプレイ上の適切な箇所をタッチすることにより、有効・無効を指定してもよい。

図１８（ａ）、（ｂ）は、滑り抑制機能を無効化すべき状況を説明する図である。図１８（ａ）は、走行体２が深みにはまってしまい、そこから脱出したい場合である。走行体２による推進力がうまく得られない場合には、アタッチメント１２を操作して、積極的に走行体２を滑らせることにより、深みから脱出できる。

図１８（ｂ）は、走行体２のクローラー（キャタピラー）の泥落としを行いたい場合である。アタッチメント１２を利用して、片側のクローラーを浮かせて空転させることにより、クローラーの泥を落とすことができる。この場合にも、滑り抑制機能は無効化すべきである。

（変形例４）
実施の形態では、ブームシリンダ７の圧力を制御することにより、滑りを抑制したが、それに加えて、アームシリンダやバケットシリンダの圧力を制御してもよい。

また実施の形態では、後方への滑り抑制について説明したが、同様の技術は車体前方への滑りにも適用可能であり、そのような態様も本発明の範囲に含まれる。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１…ショベル、２…走行体、２Ａ，２Ｂ…走行油圧モータ、３…旋回装置、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、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…バケット、１１…エンジン、１２…アタッチメント、１４…メインポンプ、１５…パイロットポンプ、１７…コントロールバルブ、２１…旋回油圧モータ、２６…操作装置、２７…パイロットライン、３０…コントローラ、５００…滑り抑制部、５０２…力推定部、５０４…角度算出部、５０６…圧力調節部、５１０，５１２…圧力センサ、５２０…電磁比例リリーフ弁、５３０…電磁比例制御弁。

本発明は、産業機械に利用できる。

Claims (10)

1. 走行体と、
   前記走行体に回動自在に設けられる上部旋回体と、
   ブーム、アーム、バケットを有し、前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
   前記アタッチメントの延長方向の後方への前記走行体の滑りが抑制されるように、前記アタッチメントの動作を補正する滑り抑制部と、
   を備えることを特徴とするショベル。
2. 前記滑り抑制部は、前記アタッチメントのブームシリンダが前記上部旋回体に及ぼす力にもとづいて、前記ブームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項１に記載のショベル。
3. 前記滑り抑制部は、前記ブームシリンダのロッド圧およびボトム圧にもとづいて、前記ブームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項２に記載のショベル。
4. 前記滑り抑制部は、前記ブームシリンダのロッド圧を制御することを特徴とする請求項２または３に記載のショベル。
5. 前記滑り抑制部は、前記ブームシリンダと鉛直軸がなす角度をη_１、前記ブームシリンダが前記上部旋回体に及ぼす力をＦ_１、静止摩擦係数をμ、車体重量をＭ、重力加速度をｇとするとき、
   Ｆ_１ｓｉｎη_１＜μＭｇ
   が成り立つように、前記ブームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のショベル。
6. 前記滑り抑制部は、前記アタッチメントのアームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のショベル。
7. 前記滑り抑制部は、前記アームシリンダのボトム圧が許容最大値を超えないように、前記アームシリンダの動作を補正することを特徴とする請求項６に記載のショベル。
8. 前記走行体の運動を検出するセンサをさらに備え、
   前記滑り抑制部は、前記センサの出力にもとづいて、前記走行体の滑りまたはその予兆が検出されると、前記アタッチメントの動作を補正することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のショベル。
9. 前記滑り抑制部の機能は、オペレータの入力にもとづいて無効化可能であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のショベル。
10. オペレータに滑りが生じていることを報知、警報する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のショベル。

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