JP7228450B2 - Excavator - Google Patents
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Description
本開示は、ショベル（掘削機）に関する。 The present disclosure relates to shovels (excavators).
ショベルの操作者は、通常、アタッチメントによる掘削等の作業を効率的且つ正確に行うために、熟練した操作技術が要求される。そこで、ショベルの操作経験が少ない操作者でも作業を効率的且つ正確に行うことができるように、ショベルの操作をガイドするマシンガイダンス機能を有するショベルがある（特許文献１参照）。 A shovel operator is generally required to have skillful operation skills in order to efficiently and accurately perform work such as excavation using an attachment. Therefore, there is an excavator that has a machine guidance function that guides the operation of the excavator so that even an operator with little experience in operating an excavator can work efficiently and accurately (see Patent Document 1).
操作者は、アタッチメントが取り付けられた上部旋回体の旋回を停止させた状態で、アタッチメントを操作して作業を行うことが多い。しかし、操作者は、上部旋回体を旋回させている間にもアタッチメントを操作することがある。そのため、ショベルでは、旋回中であってもマシンガイダンス機能が実行されることが好ましい。 In many cases, the operator operates the attachment while stopping the revolving of the upper revolving body to which the attachment is attached. However, the operator may operate the attachment while rotating the upper rotating body. Therefore, the excavator preferably executes the machine guidance function even during turning.
上述のショベルは、マシンガイダンス機能を実行するために上部旋回体のロール角を検出する。上部旋回体のロール角は、典型的には、上部旋回体に設けられた傾斜角（姿勢角）センサにより検出される。傾斜角センサとしては、２軸又は３軸の加速度センサが用いられることが多い。 The excavator described above senses the roll angle of the superstructure to perform machine guidance functions. The roll angle of the upper revolving structure is typically detected by an inclination angle (attitude angle) sensor provided on the upper revolving structure. Biaxial or triaxial acceleration sensors are often used as tilt angle sensors.
しかしながら、加速度センサは、上部旋回体の旋回運動に起因する遠心加速度を上部旋回体の重力加速度の一部として誤検出してしまうおそれがある。そのため、ショベルは、旋回中の上部旋回体のロール角を正確に検出できないおそれがある。 However, the acceleration sensor may erroneously detect the centrifugal acceleration caused by the revolving motion of the upper revolving body as part of the gravitational acceleration. Therefore, the excavator may not be able to accurately detect the roll angle of the upper swing body during swing.
そこで、上部旋回体が旋回中であっても遠心加速度等の重力加速度以外の加速度による影響を受けずに上部旋回体のピッチ角及びロール角等を含む傾斜角（姿勢角）を導き出すことができるように構成されたショベルを提供することが望ましい。 Therefore, even when the upper slewing body is turning, the inclination angle (posture angle) including the pitch angle and roll angle of the upper slewing body can be derived without being affected by acceleration other than gravitational acceleration such as centrifugal acceleration. It would be desirable to provide an excavator configured to:
本発明の一実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に作用する加速度の情報を取得する加速度センサと、前記上部旋回体の旋回角度の情報を取得する旋回角度センサと、前記上部旋回体が旋回しているときに前記旋回角度センサが取得した前記上部旋回体の旋回角度の情報と、旋回開始前における前記上部旋回体が旋回していないときに前記加速度センサが取得した前記上部旋回体に作用する加速度の情報とに基づいて前記上部旋回体が旋回しているときの前記上部旋回体の傾斜角を推定する演算装置と、を備える。
An excavator according to one embodiment of the present invention includes a lower traveling body, an upper revolving body rotatably mounted on the lower traveling body, an acceleration sensor for acquiring information on acceleration acting on the upper revolving body, and a turning angle sensor for acquiring information on the turning angle of the upper turning body; information on the turning angle of the upper turning body acquired by the turning angle sensor while the upper turning body is turning ; estimating the inclination angle of the upper slewing structure when the upper slewing structure is turning based on the information of the acceleration acting on the upper slewing structure acquired by the acceleration sensor when the upper slewing structure is not turning; and a computing device for
本発明の一実施形態に係るショベルは、上部旋回体が旋回中であっても上部旋回体の傾斜角を正確に導き出すことができる。 A shovel according to an embodiment of the present invention can accurately derive the inclination angle of the upper revolving body even while the upper revolving body is revolving.
図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、一実施形態に係るショベル１００の側面図である。ショベル１００の下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられ、ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a
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としての掘削アタッチメントを構成している。ブーム４はブームシリンダ７によって駆動され、アーム５はアームシリンダ８によって駆動され、バケット６はバケットシリンダ９によって駆動される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。
The
ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は、水平面に対する傾斜を検出して、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度を検出する加速度センサである。
The boom angle sensor S<b>1 is configured to detect the rotation angle of the
アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は、水平面に対する傾斜を検出して、ブーム４に対するアーム５の回動角度を検出する加速度センサである。
Arm angle sensor S2 is configured to detect the rotation angle of
バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は、水平面に対する傾斜を検出して、アーム５に対するバケット６の回動角度を検出する加速度センサである。
Bucket angle sensor S3 is configured to detect the rotation angle of
ブーム角度センサＳ１は、対応する連結ピン回りのブーム４の回転に関する情報を取得するポテンショメータ若しくはロータリエンコーダ、又は、対応する油圧シリンダのストローク量に関する情報を取得するストロークセンサ等であってもよい。アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３についても同様である。
The boom angle sensor S1 may be a potentiometer or rotary encoder that obtains information about rotation of the
上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ、且つ、動力源としてのエンジン１１等が搭載されている。また、上部旋回体３には機体傾斜センサＳ４及び旋回角度センサＳ５が取り付けられている。
A
機体傾斜センサＳ４は、上部旋回体３の傾斜に関する情報を取得するように構成されている。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は、上部旋回体３に作用する加速度に関する情報を取得する加速度センサであり、旋回軸ＳＡよりも前方の位置で上部旋回体３に取り付けられている。但し、機体傾斜センサＳ４は、旋回軸ＳＡよりも後方の位置で上部旋回体３に取り付けられていてもよく、旋回軸ＳＡ上の位置で上部旋回体３に取り付けられていてもよい。また、機体傾斜センサＳ４は、加速度センサと角速度センサ（ジャイロセンサ）との組み合わせである慣性センサであってもよい。この場合、機体傾斜センサＳ４は、地磁気センサ等を含んでいてもよい。
The fuselage tilt sensor S4 is configured to acquire information about the tilt of the upper revolving
旋回角度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角度θｓに関する情報を取得するように構成されている。旋回角度θｓは、旋回軸ＳＡ回りの上部旋回体３の回動角度である。本実施形態では、旋回角度センサＳ５は、上部旋回体３の角速度を検出する角速度センサ（ジャイロセンサ）であり、上部旋回体３に取り付けられている。但し、旋回角度センサＳ５は、下部走行体１に取り付けられていてもよい。
The turning angle sensor S5 is configured to acquire information on the turning angle θs of the upper turning
旋回角度センサＳ５は、上部旋回体３の角速度を積分することで上部旋回体３の旋回角度θｓを導き出す。但し、旋回角度センサＳ５は、旋回用モータの回転を測定するポテンショメータ若しくはロータリエンコーダが出力する情報、旋回用モータとしての旋回用油圧モータに流入する作動油の流量に関する情報、又は、上部旋回体３に取り付けられたカメラ若しくはライダが出力する情報等に基づき、上部旋回体３の旋回角度θｓに関する情報を取得するように構成されていてもよい。
The turning angle sensor S5 derives the turning angle θs of the upper turning
また、旋回角度センサＳ５は、機体傾斜センサＳ４のように、加速度センサと角速度センサ（ジャイロセンサ）との組み合わせである慣性センサであってもよい。この場合、機体傾斜センサＳ４は、地磁気センサ等を含んでいてもよい。旋回角度センサＳ５は、一対のＧＮＳＳ受信機で構成されていてもよい。 Also, the turning angle sensor S5 may be an inertial sensor that is a combination of an acceleration sensor and an angular velocity sensor (gyro sensor) like the body tilt sensor S4. In this case, the body tilt sensor S4 may include a geomagnetic sensor or the like. The turning angle sensor S5 may consist of a pair of GNSS receivers.
機体傾斜センサＳ４と旋回角度センサＳ５とは、別々に上部旋回体３に取り付けられていてもよく、一つの基板に搭載されて一体となって上部旋回体３に取り付けられていてもよい。
The machine body tilt sensor S4 and the turning angle sensor S5 may be separately attached to the upper revolving
以下では、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３及び機体傾斜センサＳ４を集合的に「姿勢センサ」と称する場合がある。 Below, the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, the bucket angle sensor S3, and the body tilt sensor S4 may be collectively referred to as "attitude sensors."
キャビン１０内には、入力装置Ｄ１、音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、記憶装置Ｄ４、ゲートロックレバーＤ５、コントローラ３０及び演算装置５０等が設置されている。
In the
コントローラ３０は、ショベル１００の駆動制御を行う主制御部として機能するように構成されている。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、揮発性記憶装置及び不揮発性記憶装置を含むマイクロコンピュータで構成されている。コントローラ３０の各種機能は、不揮発性記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。
The
演算装置５０は、ショベル１００の操作を支援できるように構成されている。本実施形態では、演算装置５０は、例えば、操作者が設定した目標地形の表面とバケット６の先端（爪先）位置との鉛直方向における距離を視覚的に且つ聴覚的に操作者に知らせることができるように構成されている。このようにして、演算装置５０は操作者によるショベル１００の操作を支援できる。なお、演算装置５０は、その距離を視覚的に操作者に知らせるのみであってもよく、聴覚的に操作者に知らせるのみであってもよい。具体的には、演算装置５０は、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ、揮発性記憶装置及び不揮発性記憶装置を含むマイクロコンピュータで構成される。演算装置５０の各種機能は、不揮発性記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。演算装置５０は、コントローラ３０とは別個に設けられてもよく、或いは、コントローラ３０に組み込まれていてもよい。また、演算装置５０は、マシンガイダンス機能ばかりでなく、操作者によるショベル１００の操作を自律的に支援するマシンコントロール機能を実行するように構成されていてもよい。
The
入力装置Ｄ１は、ショベル１００の操作者がコントローラ３０又は演算装置５０に各種情報を入力する際に利用される装置である。本実施形態では、入力装置Ｄ１は、表示装置Ｄ３の表面に取り付けられるメンブレンスイッチである。入力装置Ｄ１はタッチパネル等であってもよい。
The input device D<b>1 is a device used when the operator of the
音声出力装置Ｄ２は、警報装置の一例であり、各種音声情報を出力できるように構成されている。本実施形態では、音声出力装置Ｄ２は、演算装置５０に直接接続される車載スピーカであり、演算装置５０からの音声出力指令に応じて各種音声情報を出力する。なお、音声出力装置Ｄ２は、ブザー等であってもよい。
The audio output device D2 is an example of an alarm device, and is configured to output various audio information. In this embodiment, the audio output device D2 is an in-vehicle speaker directly connected to the
表示装置Ｄ３は、警報装置の別の一例であり、各種情報を表示できるように構成されている。本実施形態では、表示装置Ｄ３は、演算装置５０に直接接続される車載液晶ディスプレイであり、演算装置５０からの指令に応じて各種画像情報を表示する。
The display device D3 is another example of an alarm device, and is configured to display various types of information. In this embodiment, the display device D3 is an in-vehicle liquid crystal display directly connected to the
記憶装置Ｄ４は、各種情報を記憶できるように構成されている。本実施形態では、記憶装置Ｄ４は、不揮発性記憶媒体としての半導体メモリであり、演算装置５０等が出力する各種情報を記憶する。
The storage device D4 is configured to store various types of information. In this embodiment, the storage device D4 is a semiconductor memory as a non-volatile storage medium, and stores various information output by the
ゲートロックレバーＤ５は、ショベル１００が誤って操作されるのを防止する機構である。本実施形態では、ゲートロックレバーＤ５は、キャビン１０のドアと運転席との間に配置されている。キャビン１０から操作者が退出し難くなるようにゲートロックレバーＤ５が引き上げられた場合に、各種操作装置は操作可能となる。一方、キャビン１０から操作者が退出し易くなるようにゲートロックレバーＤ５が押し下げられた場合には、各種操作装置は操作不能となる。
The gate lock lever D5 is a mechanism that prevents the
図２は、図１のショベル１００の駆動系の構成例を示す図である。図２では、機械的動力系は二重線で示され、作動油ラインは太実線で示され、パイロットラインは破線で示され、電気制御系は細実線で示されている。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the drive system of the
エンジン１１はショベル１００の動力源である。本実施形態では、エンジン１１は、エンジン負荷の増減にかかわらずエンジン回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を採用したディーゼルエンジンである。エンジン１１における燃料噴射量、燃料噴射タイミング及びブースト圧等は、エンジンコントローラＤ７により制御される。
The
エンジンコントローラＤ７はエンジン１１を制御するように構成されている。本実施形態では、エンジンコントローラＤ７は、オートアイドル機能及びオートアイドルストップ機能等の各種機能を実行できるように構成されている。
The engine controller D7 is configured to control the
オートアイドル機能は、所定の条件が満たされた場合にエンジン回転数を通常回転数（例えば２０００ｒｐｍ）からアイドル回転数（例えば８００ｒｐｍ）に低減させる機能である。本実施形態では、エンジンコントローラＤ７は、コントローラ３０からのオートアイドル指令に応じてオートアイドル機能を作動させてエンジン回転数をアイドル回転数まで低減させる。
The auto idle function is a function that reduces the engine speed from the normal speed (eg, 2000 rpm) to the idle speed (eg, 800 rpm) when a predetermined condition is satisfied. In this embodiment, the engine controller D7 activates the auto idle function in response to an auto idle command from the
オートアイドルストップ機能は、所定の条件が満たされた場合にエンジン１１を停止させる機能である。本実施形態では、エンジンコントローラＤ７は、コントローラ３０からのオートアイドルストップ指令に応じてオートアイドルストップ機能を作動させてエンジン１１を停止させる。
The auto idle stop function is a function that stops the
エンジン１１の出力軸には油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸が接続されている。メインポンプ１４には作動油ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。
Input shafts of a
コントロールバルブ１７は、ショベル１００の油圧系の制御を行う油圧制御装置である。右側走行用油圧モータ１Ａ、左側走行用油圧モータ１Ｂ、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及び旋回用油圧モータ２１等の油圧アクチュエータは、作動油ラインを介してコントロールバルブ１７に接続されている。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が接続されている。旋回用油圧モータ２１は、旋回用電動発電機で置き換えられてもよい。
The
操作装置２６は、ショベル１００を操作するために操作者が使用できるように構成されている。本実施形態では、操作装置２６は、レバー及びペダルを含み、作動油ライン２７及びゲートロック弁Ｄ６を介してコントロールバルブ１７に接続されている。また、操作装置２６は、作動油ライン２８を介して圧力センサ２９に接続されている。具体的には、操作装置２６は、アーム操作レバーと旋回操作レバーとを兼ねる左操作レバー、ブーム操作レバーとバケット操作レバーとを兼ねる右操作レバー、走行レバー及び走行ペダルを含む。
The operating
ゲートロック弁Ｄ６は、コントロールバルブ１７と操作装置２６とを接続する作動油ライン２７の連通・遮断を切り換えできるように構成されている。本実施形態では、ゲートロック弁Ｄ６は、コントローラ３０からの指令に応じて作動油ライン２７の連通・遮断を切り換える電磁弁である。コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が出力する状態信号に基づいてゲートロックレバーＤ５の状態を判定する。そして、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が引き上げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁Ｄ６に対して連通指令を出力する。連通指令を受けると、ゲートロック弁Ｄ６は開いて作動油ライン２７を連通させる。その結果、操作装置２６に対する操作者の操作は有効となる。すなわち、操作者は、油圧アクチュエータを動作させることができるようになる。一方、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が引き下げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁Ｄ６に対して遮断指令を出力する。遮断指令を受けると、ゲートロック弁Ｄ６は閉じて作動油ライン２７を遮断する。その結果、操作装置２６に対する操作者の操作は無効となる。すなわち、操作者は、油圧アクチュエータを動作させることができないようになる。
The gate lock valve D6 is configured to switch communication/blocking of the
圧力センサ２９は、操作装置２６の操作内容を圧力の形で検出できるように構成されている。本実施形態では、圧力センサ２９は、操作装置２６が操作されたときに生成されるパイロット圧を検出できるように構成されている。圧力センサ２９は、検出値をコントローラ３０に対して出力する。但し、操作装置２６の操作内容は、レバー傾斜角度等、圧力以外の他の物理量に基づいて検出されてもよい。
The
次に、図３を参照し、演算装置５０に設けられた各種機能要素について説明する。図３は、演算装置５０の構成例を示す図である。
Next, various functional elements provided in the
本実施形態では、コントローラ３０は、演算装置５０によるマシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能等の支援機能を実行させるか否かを決定できるように構成されている。具体的には、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５及び圧力センサ２９等のそれぞれの出力に基づいて、ショベル１００が休止中であるか否かを判定する。そして、コントローラ３０は、ショベル１００が休止中であると判定したときは、演算装置５０による支援機能を中止するように、演算装置５０に中止指令を送る。なお、演算装置５０とコントローラ３０とは、ＣＡＮを通じて互いに通信可能に接続されている。
In this embodiment, the
或いは、コントローラ３０は、オートアイドルストップ指令をエンジンコントローラＤ７に対して出力する際に、中止指令を演算装置５０に対して出力してもよい。
Alternatively, the
本実施形態では、演算装置５０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、旋回角度センサＳ５、入力装置Ｄ１及びコントローラ３０等が出力する情報を受信できるように構成されている。そして、演算装置５０は、受信した情報に基づいてアタッチメント（例えば、バケット６）の目標位置と実際の位置とを算出できるように構成されている。また、演算装置５０は、アタッチメントの実際の位置が目標位置と異なる場合、音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３に警報指令を送信し、警報を出力させることができるように構成されている。
In the present embodiment, the
演算装置５０は、様々な機能を実行する機能部を含む。本実施形態では、演算装置５０は、アタッチメントの動きをガイドするための機能部として、傾斜角算出部５０１、傾斜角推定部５０２、高さ算出部５０３、比較部５０４、警報制御部５０５及びガイダンスデータ出力部５０６を含む。
傾斜角算出部５０１は、機体傾斜センサＳ４の出力に基づいて上部旋回体３の傾斜角（姿勢角）を算出する。上部旋回体３の傾斜角は、例えば、上部旋回体３の前後軸回りの傾斜角（ロール角）、及び、上部旋回体３の左右軸回りの傾斜角（ピッチ角）を含む。具体的には、傾斜角算出部５０１は、機体傾斜センサＳ４が出力する情報を用いて、水平面に対する上部旋回体３のピッチ角及びロール角を算出する。
The
傾斜角推定部５０２は、上部旋回体３が旋回しているときの上部旋回体３の傾斜角を推定する。具体的には、傾斜角推定部５０２は、上部旋回体３の旋回が開始される前に傾斜角算出部５０１が算出した傾斜角と、上部旋回体３が旋回しているときに旋回角度センサＳ５が出力する情報とに基づき、上部旋回体３が旋回しているときの上部旋回体３の傾斜角を推定する。本実施形態では、傾斜角算出部５０１は、上部旋回体３が旋回動作を行っているときには、上部旋回体３の傾斜角を算出しない。傾斜角算出部５０１が算出する傾斜角は、上部旋回体３が旋回動作を行っているときには、その旋回動作による遠心力の影響を受けて実際の傾斜角からずれてしまうためである。この構成により、演算装置５０は、上部旋回体３が旋回動作を行っているときであっても、上部旋回体３の傾斜角を正確に推定できる。
The
高さ算出部５０３は、上部旋回体３の傾斜角と、ブーム４、アーム５及びバケット６のそれぞれの回動角度とから、目標地形の表面に対するバケット６の先端（爪先）の高さを算出する。本実施形態では、上部旋回体３の傾斜角は、傾斜角算出部５０１によって算出され、或いは、傾斜角推定部５０２によって推定される。ブーム４の回動角度は、ブーム角度センサＳ１の出力に基づいて算出され、アーム５の回動角度は、アーム角度センサＳ２の出力に基づいて算出され、バケット６の回動角度は、バケット角度センサＳ３の出力に基づいて算出される。
The
バケット６の先端で掘削を行う場合、バケット６の先端（爪先）は、エンドアタッチメントの作業部位に相当する。バケット６の背面で土砂をならすような作業を行う場合には、バケット６の背面は、エンドアタッチメントの作業部位に相当する。エンドアタッチメントとしてブレーカが用いられる場合、ブレーカの先端は、エンドアタッチメントの作業部位に相当する。
When excavating with the tip of the
比較部５０４は、作業部位の実際の高さと目標高さとを比較する。本実施形態では、比較部５０４は、高さ算出部５０３が算出したバケット６の先端（爪先）の高さと、ガイダンスデータ出力部５０６が出力するバケット６の先端（爪先）の目標高さとを比較する。
A
警報制御部５０５は、警報装置を制御する。本実施形態では、警報制御部５０５は、例えば、比較部５０４での比較結果に基づき、警報を出力する必要があるか否かを判定する。そして、警報制御部５０５は、警報を出力する必要があると判定した場合、警報指令を音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３の少なくとも一方に送信する。音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３の少なくとも一方は、警報指令を受けると、ショベル１００の操作者に対して所定の警報を出力する。
An
例えば、警報制御部５０５は、作業部位の実際の高さと目標高さと差が所定値以下となった場合に、音声出力装置Ｄ２から断続音を出力させる。そして、警報制御部５０５は、その差が小さくなるにつれて断続音の間隔を短くし、その差がゼロになった場合に音声出力装置Ｄ２から連続音を出力させる。この構成により、操作者は、断続音の間隔に基づいて作業部位の実際の高さと目標高さと差を直感的に把握できる。
For example, the
ガイダンスデータ出力部５０６は、記憶装置Ｄ４に予め記憶されていた設計データから、バケット６の目標高さに関する情報を導き出し、比較部５０４に対して出力する。
The guidance
次に、図４を参照し、上部旋回体３の旋回中に機体傾斜センサＳ４の出力に基づいて演算装置５０が上部旋回体３の傾斜角を算出するときの問題について説明する。図４は、ショベル１００の側面図であり、図４（Ａ）～図４（Ｃ）を含む。図４（Ａ）は、上部旋回体３が旋回していないときに機体傾斜センサＳ４が検出する重力加速度ＧＡを示す。図４（Ｂ）は、上部旋回体３が旋回しているときに機体傾斜センサＳ４が検出する、重力加速度ＧＡと遠心加速度ＣＡとの合成加速度ＲＡを示す。図４（Ｃ）は、演算装置５０が合成加速度ＲＡを重力加速度と誤認したときに演算装置５０が導き出してしまう傾斜角（＋α度のピッチ角）を示す。すなわち、図４（Ｃ）は、演算装置５０が誤って導き出してしまうショベル１００の仮想的な状態を示す。ピッチ角が正値であることは、上部旋回体３の前側が低くなっていることを表す。
Next, with reference to FIG. 4, a problem when the
図４の例では、ショベル１００は水平面上に位置している。そして、機体傾斜センサＳ４は、上部旋回体３の旋回軸ＳＡよりも前方の位置で上部旋回体３に取り付けられている。また、機体傾斜センサＳ４は、上部旋回体３の前後軸（前方を＋Ｘ、後方を－ＸとするＸ軸）に沿った方向に作用する加速度を検出する第１加速度センサと、上部旋回体３の左右軸（右方を－Ｙ、左方を＋ＹとするＹ軸）に沿った方向に作用する加速度を検出する第２加速度センサと、上部旋回体３の旋回軸ＳＡ（上方を＋Ｚ、下方を－ＺとするＺ軸）に沿った方向に作用する加速度を検出する第３加速度センサと、を含む。
In the example of FIG. 4, the
図４（Ａ）に示すように、上部旋回体３が旋回していないとき、機体傾斜センサＳ４に作用する加速度は、重力加速度ＧＡのみである。そのため、演算装置５０は、第３加速度センサのみが重力加速度ＧＡを検出している状態に基づき、ショベル１００が水平面に位置していると判定する。すなわち、演算装置５０は、０度のピッチ角と０度のロール角を算出する。
As shown in FIG. 4A, when the
図４（Ｂ）に示すように、上部旋回体３が旋回しているときには、機体傾斜センサＳ４に作用する加速度は、重力加速度ＧＡと遠心加速度ＣＡとを含む。遠心加速度ＣＡは、＋Ｘ方向を向く加速度である。そのため、演算装置５０は、第３加速度センサが重力加速度ＧＡを検出し、且つ、第１加速度センサが遠心加速度ＣＡを検出している状態に基づき、重力加速度ＧＡと遠心加速度ＣＡとの合成加速度ＲＡを導き出す。
As shown in FIG. 4B, when the
このとき、合成加速度ＲＡを重力加速度と誤認した場合、すなわち、合成加速度ＲＡが作用する方向を鉛直下方と誤認した場合、演算装置５０は、ショベル１００が実際には水平面上に位置しているにもかかわらず、ショベル１００があたかも図４（Ｃ）に示すような斜面上に位置しているものと判定してしまう。すなわち、演算装置５０は、＋α度のピッチ角を算出してしまう。
At this time, if the synthetic acceleration RA is misidentified as the gravitational acceleration, that is, if the direction in which the synthetic acceleration RA acts is misidentified as being vertically downward, the
このような誤認を防止するため、演算装置５０は、以下で説明するように、上部旋回体３が旋回しているときには、旋回開始前の機体傾斜センサＳ４の出力と、旋回中の旋回角度センサＳ５の出力とに基づき、上部旋回体３の傾斜角を推定するように構成されている。
In order to prevent such misrecognition, as described below, when the
次に、図５を参照し、斜面上に位置するショベル１００に搭載されている演算装置５０が上部旋回体３の傾斜角を導き出す処理（以下、「傾斜角導出処理」とする。）の概要について説明する。図５は、傾斜角導出処理を説明する図であり、図５（Ａ１）、図５（Ａ２）、図５（Ｂ１）及び図５（Ｂ２）を含む。図５（Ａ１）は、斜面上で静止しているショベル１００の側面図であり、図５（Ａ２）は、その静止しているショベル１００に搭載されている演算装置５０が算出する重力加速度ベクトルＧＡｓを表すセンサ座標系である。本実施形態では、局所座標系としてのセンサ座標系は、機体傾斜センサＳ４の中心を原点Ｏとし、上部旋回体３の前後軸に平行なＸ軸と、上部旋回体３の左右軸に平行なＹ軸と、旋回軸ＳＡに平行なＺ軸とを有する３次元直交座標系である。図５（Ｂ１）は、斜面上で旋回しているショベル１００の側面図を示し、図５（Ｂ２）は、その旋回しているショベル１００に搭載されている演算装置５０が推定する重力加速度ベクトルＧＡｓを表すセンサ座標系である。図５（Ｂ２）における点線で示された軸は、図５（Ａ２）におけるＸ軸及びＹ軸を表している。
Next, referring to FIG. 5, an overview of the processing (hereinafter referred to as “tilt angle derivation processing”) for deriving the tilt angle of the upper revolving
図５の例では、図４の例と同様に、機体傾斜センサＳ４は、上部旋回体３の旋回軸ＳＡよりも前方の位置で上部旋回体３に取り付けられている。そして、機体傾斜センサＳ４を構成する３つ（３軸）の加速度センサは、重力加速度ＧＡを鉛直上向きの重力加速度ベクトルＧＡｓとして検出し、且つ、遠心加速度ＣＡを旋回軸ＳＡ向きの加速度ベクトルとして検出するように構成されている。３つの加速度センサは、Ｘ軸方向に作用する加速度を検出する第１加速度センサと、Ｙ軸方向に作用する加速度を検出する第２加速度センサと、Ｚ軸方向に作用する加速度を検出する第３加速度センサと、を含む。旋回角度センサＳ５は、旋回用油圧モータ２１の回転軸の回転角度を検出するポテンショメータである。
In the example of FIG. 5, as in the example of FIG. 4, the body tilt sensor S4 is attached to the upper revolving
ショベル１００が旋回していないときには、演算装置５０は、遠心加速度ＣＡ等の外乱が発生しないため、機体傾斜センサＳ４の出力に基づき、上部旋回体３の傾斜角（ピッチ角及びロール角）を算出する。具体的には、演算装置５０は、センサ座標系における重力加速度ベクトルＧＡｓの向きを導き出すことで、上部旋回体３のピッチ角及びロール角を算出する。
When the
図５の例では、演算装置５０は、第１加速度センサが検出した重力加速度ベクトルＧＡｓのＸ軸成分Ｇｘと、第３加速度センサが検出した重力加速度ベクトルＧＡｓのＺ軸成分Ｇｚとに基づき、ＸＺ平面上の座標点Ｐ１を向く重力加速度ベクトルＧＡｓを導き出している。なお、Ｘ軸成分Ｇｘの大きさはｘ１であり、Ｚ軸成分Ｇｚの大きさはｚ１である。図５（Ａ１）及び図５（Ａ２）の例では、重力加速度ベクトルＧＡｓのＹ軸成分Ｇｙの大きさｙ１は０であるため、座標点Ｐ１のＹ座標の値は０である。そのため、重力加速度ベクトルＧＡｓは、（１）式で表される。
In the example of FIG. 5, the
図５の例では、演算装置５０は、例えば、旋回開始直前に旋回角度センサＳ５が出力する情報に基づいて基準角度位置を決定する。そして、演算装置５０は、例えば、基準角度位置と、上部旋回体３が旋回しているときに旋回角度センサＳ５が出力する情報に基づいて継続的に算出される現在の角度位置との差を旋回角度θｓとして算出する。
In the example of FIG. 5, the
そして、演算装置５０は、算出した旋回角度θｓに基づいて旋回軸ＳＡ回りのセンサ座標系の回転を表す回転行列Ｒｓを生成する。回転行列Ｒｓは、旋回開始直前に上部旋回体３に作用していた重力加速度ベクトルＧＡｓと、旋回中の現時点で上部旋回体３に作用している重力加速度ベクトルＧＡｓ'との関係を表す行列である。以下の（４）式は回転行列Ｒｓを表し、（５）式は重力加速度ベクトルＧＡｓ'を表し、（６）式は、回転行列Ｒｓと重力加速度ベクトルＧＡｓと重力加速度ベクトルＧＡｓ'との関係を表す。
Then, the
より具体的には、演算装置５０は、旋回開始前に機体傾斜センサＳ４の出力に基づいて算出された重力加速度ベクトルＧＡｓと、旋回中に旋回角度センサＳ５の出力に基づいて生成された回転行列Ｒｓと、に基づき、旋回中の上部旋回体３に作用している重力加速度ベクトルＧＡｓ'を推定する。
More specifically, the
そして、演算装置５０は、重力加速度ベクトルＧＡｓ'のＸ軸成分Ｇｘ'の大きさｘ２とＺ軸成分Ｇｚ'の大きさｚ２と式（２）とを用いて上部旋回体３の現在のピッチ角αを推定する。この場合、（２）式を用いて算出されるピッチ角αは＋α２である。また、演算装置５０は、重力加速度ベクトルＧＡｓ'のＹ軸成分Ｇy'の大きさｙ２とＺ軸成分Ｇｚ'の大きさｚ２と式（３）とを用いて上部旋回体３の現在のロール角βを推定する。この場合、（３）式を用いて算出されるロール角βは－β２である。
Then, the
次に、図６を参照し、傾斜角導出処理の流れについて説明する。図６は、傾斜角導出処理の流れの一例を示すフローチャートである。演算装置５０は、ショベル１００の稼動中、所定の制御周期で繰り返しこの傾斜角導出処理を実行する。
Next, the flow of the tilt angle derivation process will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing an example of the flow of tilt angle derivation processing. The
最初に、演算装置５０は、上部旋回体３が旋回しているか否かを判定する（ステップＳＴ１）。本実施形態では、演算装置５０は、圧力センサ２９が取得する旋回操作レバーの操作内容に関する情報に基づいて上部旋回体３が旋回しているか否かを判定する。具体的には、演算装置５０は、旋回操作レバーが生成するパイロット圧に関する情報に基づいて上部旋回体３が旋回しているか否かを判定する。但し、演算装置５０は、上部旋回体３の旋回角度θｓの変化に関する情報、及び、上部旋回体３の旋回角速度の変化に関する情報等の少なくとも１つに基づいて上部旋回体３が旋回しているか否かを判定してもよい。
First, the
上部旋回体３が旋回していないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、演算装置５０は、旋回開始直前であるか否かを判定する（ステップＳＴ２）。本実施形態では、演算装置５０は、圧力センサ２９が取得する旋回操作レバーの操作内容に関する情報に基づいて上部旋回体３の旋回がまさに開始されようとしているか否かを判定する。すなわち、演算装置５０は、旋回操作レバーが既に操作されたが上部旋回体３が未だ回転していない状態であるか否かを判定する。
If it is determined that the
旋回開始直前であると判定した場合（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、演算装置５０は、加速度と基準角度位置とを記憶する（ステップＳＴ３）。本実施形態では、演算装置５０は、機体傾斜センサＳ４を構成する第１加速度センサ～第３加速度センサのそれぞれが出力する３つの加速度の値を重力加速度ベクトルＧＡｓの３成分として揮発性記憶装置に記憶する。演算装置５０は、３つの加速度の値に基づいて算出される上部旋回体３の傾斜角（ピッチ角α及びロール角β）を記憶してもよい。また、演算装置５０は、旋回角度センサＳ５が出力する情報に基づいて算出される上部旋回体３の角度位置を基準角度位置として揮発性記憶装置に記憶する。
If it is determined that the vehicle is about to start turning (YES in step ST2), the
その後、演算装置５０は、旋回角度θｓと記憶した加速度とに基づいて上部旋回体３の傾斜角を推定して出力する（ステップＳＴ４）。本実施形態では、演算装置５０は、基準角度位置と現在の角度位置との差を旋回角度θｓとして算出する。そして、演算装置５０は、旋回角度θｓと、ステップＳＴ３で揮発性記憶装置に記憶した重力加速度ベクトルＧＡｓの３成分である加速度と、（６）式とを用い、旋回中の現時点で上部旋回体３に作用している重力加速度ベクトルＧＡｓ'を導き出す。その上で、演算装置５０は、重力加速度ベクトルＧＡｓ'の３成分と（２）式及び（３）式とを用い、上部旋回体３のピッチ角α及びロール角βを推定して出力する。
After that, the
ステップＳＴ１において、旋回中であると判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、演算装置５０は、ステップＳＴ２の判定処理及びステップＳＴ３の記憶処理を実行せずに、ステップＳＴ４を実行する。
When it is determined in step ST1 that the vehicle is turning (NO in step ST1), the
この場合、演算装置５０は、旋回開始時に記憶された基準角度位置と現在の角度位置との差を旋回角度θｓとして算出する。そして、演算装置５０は、その旋回角度θｓと、旋回開始時に記憶された重力加速度ベクトルＧＡｓの３成分である加速度と、（６）式とを用い、旋回中の現時点で上部旋回体３に作用している重力加速度ベクトルＧＡｓ'を導き出す。その上で、演算装置５０は、重力加速度ベクトルＧＡｓ'の３成分と（２）式及び（３）式とを用い、上部旋回体３のピッチ角α及びロール角βを推定して出力する。
In this case, the
ステップＳＴ２において、旋回開始直前ではないと判定した場合（ステップＳＴ２のＮＯ）、演算装置５０は、加速度に基づいて上部旋回体３の傾斜角を算出して出力する（ステップＳＴ５）。本実施形態では、演算装置５０は、機体傾斜センサＳ４を構成する第１加速度センサ～第３加速度センサのそれぞれが出力する３つの加速度の値、すなわち、重力加速度ベクトルＧＡｓの３成分と（２）式及び（３）式とを用い、上部旋回体３のピッチ角α及びロール角βを算出して出力する。
If it is determined in step ST2 that it is not immediately before the turning start (NO in step ST2), the
なお、演算装置５０は、ステップＳＴ２で旋回開始直前であると判定する前に、ステップＳＴ１で旋回中であると判定した場合、揮発性記憶装置等に記憶された過去のデータに基づき、旋回開始時点を決定してもよい。ステップＳＴ４で用いられる旋回開始前の上部旋回体３の傾斜角及び基準角度位置を決定するためである。演算装置５０は、例えば、旋回操作レバーが生成するパイロット圧を検出する圧力センサ２９が制御周期毎に出力するデータを所定時間にわたって揮発性記憶装置等に記憶しておき、旋回中であると判定した後で、記憶しておいた過去のデータに基づいて旋回開始時点を決定してもよい。過去のデータは、旋回操作レバーの操作内容に関するデータ、上部旋回体３の旋回角度θｓの変化に関するデータ、及び、上部旋回体３の旋回角速度の変化に関するデータ等であってもよい。
Note that if the
そして、演算装置５０は、過去のデータに基づいて旋回開始時点を決定した上で、揮発性記憶装置等に記憶しておいた、機体傾斜センサＳ４が出力した加速度に関する情報に基づき、旋回開始前の上部旋回体３の傾斜角及び基準角度位置を決定する。
Then, the
この構成により、演算装置５０は、旋回中であると判定したときには未だ旋回開始時点を特定できていない場合であっても、遅滞なく旋回開始時点を特定した上で、旋回開始前の上部旋回体３の傾斜角及び基準角度位置を決定することができる。その結果、旋回中の上部旋回体３の傾斜角を高精度に推定することができる。
With this configuration, even if it is not yet possible to specify the turning start time when it is determined that the
次に、図７を参照し、演算装置５０が旋回中の上部旋回体３の傾斜角を推定することによる効果について説明する。図７は、水平面上に位置するショベル１００がダンプトラックＤＴに土砂を積み込んでいる作業の様子の一例を示す。具体的には、図７（Ａ）は作業現場の上面図である。図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）は、図７（Ａ）の矢印ＡＲ１で示す方向から作業現場を見たときの図である。図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）では、明瞭化のため、ショベル１００（バケット６を除く。）の図示が省略されている。
Next, with reference to FIG. 7, the effect of estimating the inclination angle of the
図７の例では、演算装置５０は、操作者による右旋回操作が行われたときに旋回動作に合わせてブーム４を自律的に上昇させるマシンコントロール機能を実行している。「ブーム４を自律的に上昇させる」は、ブーム操作レバーが操作されていない場合であってもブーム４を上昇させることを含む。
In the example of FIG. 7, the
図７（Ａ）において、実線で描かれたショベル１００は掘削動作が終了したときの状態を表し、破線で描かれたショベル１００は旋回中の状態を表し、一点鎖線で描かれたショベル１００は排土動作が開始する前の状態を表す。同様に、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）において、実線で描かれたバケット６Ａは掘削動作が終了したときのバケット６の状態を表し、破線で描かれたバケット６Ｂは旋回中のバケット６の状態を表し、一点鎖線で描かれたバケット６Ｃは排土動作が開始する前のバケット６の状態を表す。また、図７（Ａ）～図７（Ｃ）における太い点線は、バケット６の背面にある所定点（以下、「作業点」とする。）が通る軌道を表す。
In FIG. 7A, the
より具体的には、図７（Ｂ）は、演算装置５０が傾斜角導出処理を実行して旋回中の上部旋回体３の傾斜角を推定する場合のバケット６の動きを示し、図７（Ｃ）は、演算装置５０が傾斜角導出処理を実行せずに、機体傾斜センサＳ４の出力を利用して旋回中の上部旋回体３の傾斜角を継続的に算出する場合のバケット６の動きを示す。なお、この例では、機体傾斜センサＳ４は、図４の場合と異なり、旋回軸ＳＡよりも後方の位置で上部旋回体３に取り付けられている。
More specifically, FIG. 7(B) shows the movement of the
演算装置５０は、上部旋回体３に取り付けられたカメラ又はライダ等（図示せず。）を用いて把握したダンプトラックＤＴに関する情報に基づき、右旋回操作が開始される前に或いは開始されたときに目標軌道を設定する。
Based on information about the dump truck DT grasped using a camera or a rider (not shown) attached to the
そして、演算装置５０は、姿勢センサの出力に基づき、作業点の位置を特定しながら、その作業点が目標軌道に沿って移動するよう、右方向への旋回動作に合わせてブーム４を自律的に上昇させる。
Then, while specifying the position of the work point based on the output of the attitude sensor, the
また、演算装置５０は、傾斜角導出処理により、すなわち、旋回中では旋回角度θｓに基づいて上部旋回体３の傾斜角を推定することにより、目標軌道に沿って作業点を移動させることができる。その結果、演算装置５０は、図７（Ｂ）に示すように、バケット６をダンプトラックＤＴに接触させることなく、且つ、バケット６を過度に持ち上げることなく、バケット６をダンプトラックＤＴの荷台の上に移動させることができる。旋回中に上部旋回体３に作用する遠心加速度ＣＡの影響を受けることなく上部旋回体３の傾斜角を正確に推定できるため、すなわち、作業点の位置を正確に推定できるためである。
Further, the
しかしながら、旋回中に機体傾斜センサＳ４が出力する情報を利用した場合、演算装置５０は、旋回中に上部旋回体３に作用する遠心加速度ＣＡの影響を受け、上部旋回体３の傾斜角を誤って算出してしまう。典型的には、演算装置５０は、図４に示すように、実際にはショベル１００が水平面上に位置しているにもかかわらず、あたかもショベル１００が上り勾配の斜面上に位置しているかのように、上部旋回体３の傾斜角を誤って認識してしまう。この場合、演算装置５０は、目標軌道に沿って作業点を移動させようとすると、図７（Ｃ）に示すように、実際には目標軌道よりも低い軌道に沿ってその所定点を移動させてしまう。図７（Ｃ）は、所定点の実際の軌道を太い一点鎖線で示す。その結果、演算装置５０は、バケット６をダンプトラックＤＴに接触させてしまうおそれがある。
However, if the information output by the machine body tilt sensor S4 during turning is used, the
このように、演算装置５０は、傾斜角導出処理を実行し、旋回中においては、機体傾斜センサＳ４が出力する情報を用いずに、旋回開始直前の上部旋回体３の傾斜角と旋回角度θｓとに基づいて現在の傾斜角を推定する。そのため、演算装置５０は、作業点の位置が目標軌道から逸脱してしまうのを防止でき、積み込み作業中にバケット６をダンプトラックＤＴに接触させてしまうといった事態が発生してしまうのを防止できる。
In this way, the
上述のように、本発明の実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に作用する加速度に関する情報を取得する加速度センサとしての機体傾斜センサＳ４と、上部旋回体３の旋回角度θｓに関する情報を取得する旋回角度センサＳ５と、上部旋回体３の旋回角度θｓに関する情報と、旋回開始前における上部旋回体３に作用する加速度に関する情報とに基づいて上部旋回体３が旋回しているときの上部旋回体３の傾斜角を推定する演算装置５０と、を備えている。
As described above, the
この構成により、ショベル１００は、上部旋回体３が旋回中であっても遠心加速度等による影響を受けずに上部旋回体３の傾斜角を導き出すことができる。ショベル１００は、上部旋回体３の旋回中に機体傾斜センサＳ４が出力する情報を利用せずに上部旋回体３の傾斜角を推定できるためである。
With this configuration, the
演算装置５０は、例えば、旋回操作レバーの操作内容に関する情報、旋回操作レバーが生成するパイロット圧に関する情報、上部旋回体３の旋回角度θｓの変化に関する情報、及び、上部旋回体３の旋回角速度の変化に関する情報等の少なくとも１つに基づいて上部旋回体３が旋回するか否かを判定してもよい。そして、演算装置５０は、上部旋回体３が旋回すると判定した場合に、機体傾斜センサＳ４の出力に基づき、旋回開始前における上部旋回体３に作用する加速度に関する情報を取得してもよい。
The
この構成により、演算装置５０は、旋回開始前における上部旋回体３の傾斜角と、旋回角度θｓとに基づき、旋回中の現在の上部旋回体３の傾斜角を推定できる。すなわち、演算装置５０は、上部旋回体３が旋回中であっても遠心加速度等による影響を受けずに上部旋回体３の傾斜角を導き出すことができる。
With this configuration, the
演算装置５０は、例えば、旋回操作レバーの操作内容に関する情報、旋回操作レバーが生成するパイロット圧に関する情報、上部旋回体３の旋回角度θｓの変化に関する情報、及び、上部旋回体３の旋回角速度の変化に関する情報等の少なくとも１つである基本情報に基づいて上部旋回体３が旋回しているか否かを判定してもよい。そして、演算装置５０は、上部旋回体３が旋回していると判定した場合に、過去の基本情報に基づいて旋回開始時点を推定し、その旋回開始時点の前における機体傾斜センサＳ４の出力に基づき、旋回開始前における上部旋回体３に作用する加速度に関する情報を取得してもよい。
The
この構成により、演算装置５０は、旋回開始時点をリアルタイムに特定できなかった場合であっても、上部旋回体３が旋回していると判定した時点で、旋回開始時点を特定できる。すなわち、演算装置５０は、上部旋回体３の旋回が開始した後で、揮発性記憶装置等に記憶された基本情報に関する過去のデータに基づいて旋回開始時点を特定できる。その結果、演算装置５０は、旋回開始時点における上部旋回体３の傾斜角及び基準角度位置を特定でき、それら特定した情報に基づいて旋回中の上部旋回体３の傾斜角を正確に推定できる。
With this configuration, the
旋回角度センサＳ５は、例えば、旋回用モータの回転を測定するポテンショメータ若しくはロータリエンコーダが出力する情報、上部旋回体３の角速度を測定する角速度センサが出力する情報、又は、上部旋回体３に取り付けられたカメラ若しくはライダが出力する情報等に基づき、上部旋回体３の旋回角度に関する情報を取得する。旋回用モータは、旋回用油圧モータであってもよく、旋回用電動発電機であってもよい。或いは、旋回角度センサＳ５は、旋回用油圧モータに流入する作動油の流量に関する情報等に基づき、上部旋回体３の旋回角度に関する情報を取得してもよい。
The turning angle sensor S5 is, for example, information output from a potentiometer or rotary encoder that measures the rotation of a turning motor, information output from an angular velocity sensor that measures the angular velocity of the
この構成により、旋回角度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角度に関する情報を確実且つ容易に取得できる。
With this configuration, the turning angle sensor S5 can reliably and easily acquire information about the turning angle of the
演算装置５０は、例えば、機体傾斜センサＳ４の出力に基づいてセンサ座標系における旋回開始前の重力加速度ベクトルを導き出してもよい。そして、演算装置５０は、上部旋回体３が旋回しているときには、旋回角度センサＳ５の出力に基づき、所定の制御周期毎にセンサ座標系と重力加速度ベクトルとを相対的に回転させ、回転させた後のセンサ座標系と重力加速度ベクトルとの関係から上部旋回体３の傾斜角を推定してもよい。
The
この構成により、演算装置５０は、旋回中に上部旋回体３に作用する遠心加速度等の影響を受けることなく、旋回中の上部旋回体３の傾斜角を正確に推定できる。
With this configuration, the
演算装置５０は、例えば、上部旋回体３が旋回しているときに、所定の制御周期毎に推定される上部旋回体３の傾斜角に基づいて作業部位の位置を算出してもよい。
The
この構成により、演算装置５０は、上部旋回体３の旋回中であっても、遠心加速度等の影響を受けることなく、作業部位の位置を継続的に且つ正確に算出できる。その結果、演算装置５０は、例えば、上部旋回体３の旋回中に実行されるマシンコントロール機能の位置決め精度を高めることができる。
With this configuration, the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the invention is not limited to the embodiments described above. Various modifications or replacements may be applied to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Also, features described separately can be combined unless technical contradiction arises.
例えば、上述の実施形態は、旋回角度センサＳ５が取り付けられた上部旋回体３の傾斜角を計測する機体傾斜センサＳ４を備えるショベルに関する。しかしながら、本発明は、旋回角度センサＳ５に相当するエンコーダ等のセンサが取り付けられた、上部旋回体３に相当する回転部の傾斜角を計測する傾斜センサ（加速度センサ）を備える他の建設機械にも同様に適用される。
For example, the above-described embodiment relates to an excavator equipped with a body tilt sensor S4 that measures the tilt angle of the
１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 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 １４・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １６・・・作動油ライン １７・・・コントロールバルブ ２１・・・旋回用油圧モータ ２５・・・パイロットライン ２６・・・操作装置 ２７、２８・・・作動油ライン ２９・・・圧力センサ ３０・・・コントローラ ５０・・・演算装置 １００・・・ショベル ５０１・・・傾斜角算出部 ５０２・・・傾斜角推定部 ５０３・・・高さ算出部 ５０４・・・比較部 ５０５・・・警報制御部 ５０６・・・ガイダンスデータ出力部 Ｓ１・・・ブーム角度センサ Ｓ２・・・アーム角度センサ Ｓ３・・・バケット角度センサ Ｓ４・・・機体傾斜センサ Ｓ５・・・旋回角度センサ Ｄ１・・・入力装置 Ｄ２・・・音声出力装置 Ｄ３・・・表示装置 Ｄ４・・・記憶装置 Ｄ５・・・ゲートロックレバー Ｄ６・・・ゲートロック弁 Ｄ７・・・エンジンコントローラ ＤＴ・・・ダンプトラック
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に作用する加速度の情報を取得する加速度センサと、
前記上部旋回体の旋回角度の情報を取得する旋回角度センサと、
前記上部旋回体が旋回しているときに前記旋回角度センサが取得した前記上部旋回体の旋回角度の情報と、旋回開始前における前記上部旋回体が旋回していないときに前記加速度センサが取得した前記上部旋回体に作用する加速度の情報とに基づいて前記上部旋回体が旋回しているときの前記上部旋回体の傾斜角を推定する演算装置と、を備える、
ショベル。 a lower running body;
an upper revolving body rotatably mounted on the lower traveling body;
an acceleration sensor that acquires information on acceleration acting on the upper rotating body;
a turning angle sensor for acquiring information on the turning angle of the upper turning body;
Information on the turning angle of the upper turning body acquired by the turning angle sensor while the upper turning body is turning, and information on the turning angle of the upper turning body acquired by the acceleration sensor when the upper turning body is not turning before turning is started. an arithmetic device for estimating the inclination angle of the upper slewing body when the upper slewing body is turning based on information on the acceleration acting on the upper slewing body;
Excavator.
旋回操作レバーの操作内容の情報、前記旋回操作レバーが生成するパイロット圧の情報、前記上部旋回体の旋回角度の情報、及び、前記上部旋回体の旋回角速度の情報の少なくとも１つに基づいて前記上部旋回体が旋回するか否かを判定し、
前記上部旋回体が旋回すると判定した場合に、前記加速度センサの出力に基づき、旋回開始前における前記上部旋回体に作用する加速度の情報を取得する、
請求項１に記載のショベル。 The computing device is
based on at least one of information on the operation details of the turning operation lever, information on the pilot pressure generated by the turning operation lever, information on the turning angle of the upper turning body, and information on the turning angular velocity of the upper turning body. Determining whether or not the upper revolving structure will revolve,
When it is determined that the upper slewing structure will turn, obtaining information on the acceleration acting on the upper slewing structure before the start of turning based on the output of the acceleration sensor;
Shovel according to claim 1 .
旋回操作レバーの操作内容の情報、前記旋回操作レバーが生成するパイロット圧の情報、前記上部旋回体の旋回角度の情報、及び、前記上部旋回体の旋回角速度の情報の少なくとも１つである基本情報に基づいて前記上部旋回体が旋回しているか否かを判定し、
前記上部旋回体が旋回していると判定した場合に、過去の基本情報に基づいて旋回開始時点を推定し、該旋回開始時点の前における前記加速度センサの出力に基づき、旋回開始前における前記上部旋回体に作用する加速度の情報を取得する、
請求項１に記載のショベル。 The computing device is
Basic information that is at least one of information on the details of operation of the turning operation lever, information on the pilot pressure generated by the turning operation lever, information on the turning angle of the upper turning structure, and information on the turning angular velocity of the upper turning structure. determining whether or not the upper rotating body is rotating based on
When it is determined that the upper swing body is swinging, the swing start time point is estimated based on the past basic information, and based on the output of the acceleration sensor before the swing start time point, the upper swing structure before the swing start point is calculated. Acquiring information on the acceleration acting on the revolving body,
Shovel according to claim 1 .
旋回用モータの回転を測定するポテンショメータ若しくはロータリエンコーダが出力する情報、
前記上部旋回体の角速度を測定する角速度センサが出力する情報、
前記旋回用モータとしての旋回用油圧モータに流入する作動油の流量の情報、又は、
前記上部旋回体に取り付けられたカメラ若しくはライダが出力する情報、に基づき、前記上部旋回体の旋回角度の情報を取得する、
請求項１乃至３の何れか一項に記載のショベル。 The turning angle sensor is
information output by a potentiometer or rotary encoder that measures the rotation of the turning motor;
information output by an angular velocity sensor that measures the angular velocity of the upper rotating body;
information on the flow rate of hydraulic oil flowing into the turning hydraulic motor as the turning motor; or
Acquiring information on the turning angle of the upper slewing body based on information output by a camera or a rider attached to the upper slewing body;
Shovel according to any one of claims 1 to 3.
前記加速度センサの出力に基づいてセンサ座標系における旋回開始前の重力加速度ベクトルを導き出し、
前記上部旋回体が旋回しているときに、前記旋回角度センサの出力に基づき、所定の制御周期毎に前記センサ座標系と前記重力加速度ベクトルとを相対的に回転させ、回転させた後の前記センサ座標系と前記重力加速度ベクトルとの関係から前記上部旋回体の傾斜角を推定する、
請求項１乃至４の何れか一項に記載のショベル。 The computing device is
deriving a gravitational acceleration vector before starting turning in the sensor coordinate system based on the output of the acceleration sensor;
While the upper swing structure is swinging, the sensor coordinate system and the gravitational acceleration vector are rotated relative to each other based on the output of the swing angle sensor for each predetermined control cycle, and the estimating the inclination angle of the upper rotating body from the relationship between the sensor coordinate system and the gravitational acceleration vector;
Shovel according to any one of claims 1 to 4.
請求項５に記載のショベル。 The computing device calculates the position of the work site based on the tilt angle of the upper swing body that is estimated at each predetermined control cycle while the upper swing body is swinging.
Shovel according to claim 5.
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