WO2015129932A1 - ホイールローダ - Google Patents
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Definitions
- a wheel loader often repeats excavation work and loading work for loading the excavated material into a vessel of a dump truck.
- an operation called V-shape operation is often repeated over a long period of time, which places a heavy burden on the operator. Therefore, in order to reduce the burden on the operator, there is a wheel loader equipped with a mode that partially automates the operation of the boom and bucket and assists loading work on the vessel or the like (see, for example, Patent Document 1). .
- the bucket loading operation is automatically started. Thereby, the operator can load with a bucket only by operating a boom lever.
- the wheel loader works by lowering the tip of the boom and placing the bucket close to the ground.
- the boom tip is raised to a position higher than the vessel of the transport work vehicle or the dump truck.
- the operator needs to perform a complicated operation such as operating the work machine with the right hand while moving the wheel loader by performing an accelerator operation (right foot), a brake operation (left foot), and a steering operation (left hand).
- an accelerator operation right foot
- a brake operation left foot
- a steering operation left hand
- One of the objects of the present invention is to provide a wheel loader that can easily carry and load excavated earth and sand.
- the wheel loader of the present invention is a wheel loader having a work machine including a boom and a bucket attached to the boom, the work state detecting means for detecting the work state of the wheel loader, and the work state detecting means.
- Target setting means for setting a relationship between a target position of the work implement and a movement distance of the wheel loader according to the work state detected in step; a movement distance detection means for detecting the movement distance of the wheel loader;
- a work implement control means for moving the boom and the bucket to a target position of the work implement determined according to the movement distance detected by the movement distance detection means.
- the target position of the work implement corresponding to the work state and the movement distance is set as the target setting means.
- the work implement control means moves the boom and bucket to this target position. For this reason, the operator only needs to perform the steering, the accelerator, and the brake operation, and it is not necessary to perform the operation of the work machine such as the boom lever and the bucket lever at the same time as the steering and the accelerator operation. Therefore, even an inexperienced operator can easily operate the wheel loader.
- the work equipment is automatically moved to an appropriate position while the wheel loader is moving, the work efficiency can be improved and fuel-saving operation can be realized as compared with the case where the work machine is moved after the wheel loader is moved. .
- the work state detection means includes a load determination means for determining whether or not a load is loaded on the bucket, and a forward / reverse determination means for determining forward and reverse of the wheel loader. And when the load determining means determines that the load is in the load state and the forward / backward determination means determines that the load is in reverse, the working state is detected as the load reverse state, and the target setting means is A relationship between a target position of the work implement and a moving distance of the wheel loader is set according to the reverse load state, and the work implement control means, when the work state is the reverse load state, It is preferable that the boom and the bucket are moved to the target position of the work implement determined according to the movement distance detected by the movement distance detection means.
- the work state detection means includes a load determination means for determining whether or not a load is loaded on the bucket, and a forward / reverse determination means for determining forward and reverse of the wheel loader. And when it is determined that the load is determined by the load determination means and the forward / backward determination means is forward, the working state is detected as a load advance state, and the target setting means is A relationship between a target position of the work implement and a moving distance of the wheel loader is set according to the load advance state, and the work implement control means, when the work state is the load advance state, It is preferable that the boom and the bucket are moved to the target position of the work implement determined according to the movement distance detected by the movement distance detection means.
- the work state detection means includes a load determination means for determining whether or not a load is loaded on the bucket, and a forward / reverse determination means for determining forward and reverse of the wheel loader. And when the load determining means determines that the load is in an empty state and the forward / backward determination means determines that the load is in reverse, the working state is detected as an unloaded reverse state, and the target setting The means sets the relationship between the target position of the work implement and the moving distance of the wheel loader according to the reverse load state, and the work implement control means is configured so that the work state is the empty reverse state. In this case, it is preferable that the boom and the bucket are moved to the target position of the working machine determined according to the movement distance detected by the movement distance detection means.
- the wheel loader of the present invention when the wheel loader moves a distance L1 from a boom angle at the start of movement in the reverse load state as the target position of the boom according to the reverse load state,
- the boom angle is set in proportion to the moving distance until the boom becomes horizontal, and the bucket is set to the tilt position in conjunction with the boom angle as the target position of the bucket according to the reverse load state. It is preferable to set the bucket cylinder length to be maintained.
- the target setting means includes a distance L2 that is a target movement distance in the forward load state, a first intermediate distance that is less than the distance L2, the first intermediate distance or more, and the distance A second intermediate distance less than L2 is set, and when the moving distance is less than the first intermediate distance, a boom angle at which the boom is horizontal is set as a target position of the boom according to the load advance state.
- the moving distance is not less than the first intermediate distance and less than the second intermediate distance Is a lifting position preset when the second intermediate distance is moved from the boom angle when the first intermediate distance is moved as a target position of the boom according to the load advance state.
- the boom angle is set in proportion to the travel distance to the boom angle that becomes the shoner position, and the bucket is maintained at the tilt position in conjunction with the boom angle as the target position of the bucket according to the load advance state.
- the boom angle of the raised positioner position is set as the boom target position according to the load advance state.
- the bucket cylinder length for maintaining the bucket in the tilt position is preferably set as the target position of the bucket according to the load advance state.
- the target setting means includes a distance L2 that is a target movement distance in the idle reverse state, a third intermediate distance that is less than the distance L2, the third intermediate distance or more, and the A fourth intermediate distance less than the distance L2 is set, and when the moving distance is less than the third intermediate distance, the boom is set in advance as a target position of the boom according to the reverse travel state.
- a boom angle as a position is set, and the wheel loader has moved the third intermediate distance from the bucket cylinder length at the start of the movement in the unloaded backward state as the target position of the bucket according to the unloaded backward state.
- the bucket cylinder length is set in proportion to the moving distance up to the bucket cylinder length at which the bucket is set to the initial position set in advance, and the moving distance is not less than the third intermediate distance.
- the boom at the time when the fourth intermediate distance is moved from the boom angle at the time when the third intermediate distance is moved as the target position of the boom according to the reverse travel state is set in proportion to the travel distance until the boom angle becomes horizontal, and the bucket is maintained at a preset initial position as a target position of the bucket in accordance with the idle load reverse state.
- the boom angle when the fourth intermediate distance is moved as the target position of the boom according to the idle reverse state Until the boom angle at which the boom at the time of the movement of the second distance L2 becomes a preset lowered positioner position, the boom angle is set in proportion to the movement distance, As the target position of the bucket in accordance with the condition, it is preferable to set the bucket cylinder length to maintain a preset initial position the bucket.
- the wheel loader includes boom position detection means for detecting the current position of the boom and bucket position detection means for detecting the current position of the bucket, wherein the target setting means is detected by the movement distance detection means.
- a current target position of the boom and bucket is calculated in accordance with the current travel distance, and the work implement control means calculates the current target position of the boom and the current position detected by the boom position detection means. It is preferable to calculate a deviation amount and a deviation amount between the current target position of the bucket and the current position detected by the bucket position detecting means, and move the boom and the bucket based on the deviation amount.
- the wheel loader of the present invention comprises a boom lever for operating the boom and a bucket lever for operating the bucket, and the work implement control means adds an operation amount by manual operation of the boom lever and the bucket lever. It is preferable to move the working machine.
- the wheel loader includes a boom lever for operating the boom and a bucket lever for operating the bucket, and the work implement control means adds an operation amount by manual operation of the boom lever and the bucket lever.
- the work implement control means adds an operation amount by manual operation of the boom lever and the bucket lever.
- the target setting means determines the movement distance of the wheel loader in relation to the position of the work implement and the movement distance of the wheel loader. It is preferable to correct with the movement distance stored when the machine moves to the target position.
- Explanatory drawing which shows the drive mechanism of a working machine typically.
- the block diagram which shows the structure of a working machine controller.
- Explanatory drawing which illustrates typically V shape work of a wheel loader.
- Explanatory drawing which illustrates typically the work process of V shape work.
- the flowchart which shows the working machine control process of V shape work.
- the graph which shows the relationship between the movement distance in the reverse state of loading, and the target position of a working machine.
- the graph which shows the relationship between the movement distance in a load advance state, and the target position of a working machine.
- the graph which shows the relationship between the movement distance in an unreversed reverse state, and the target position of a working machine.
- the flowchart which shows the working machine control process in a cargo reverse state The flowchart which shows the work machine control process in a load advance state.
- the flowchart which shows the working machine control process in an unloaded reverse state The flowchart which shows the working machine control process in an unloaded reverse state.
- FIG. 1 is a side view showing a wheel loader 1 according to an embodiment of the present invention.
- the wheel loader 1 is a large wheel loader 1 used in a mine or the like.
- the wheel loader 1 includes a vehicle body 2 composed of a front vehicle body 2A and a rear vehicle body 2B.
- a hydraulic pressure composed of an excavating / loading bucket 31, a boom 32, a bell crank 33, a connecting link 34, a bucket cylinder 35, a boom cylinder 36, and the like.
- a work machine 3 of the type is attached.
- the rear vehicle body 2B has a rear vehicle body frame 5 made of a thick metal plate or the like.
- a box-shaped cab 6 on which an operator enters is provided on the front side of the rear body frame 5, and an engine (not shown), a hydraulic pump driven by the engine, and the like are mounted on the rear side of the rear body frame 5.
- FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a drive mechanism of the work machine 3.
- the wheel loader 1 includes a work machine controller 10, an engine 11, and a power take-off (PTO: power take-out device) 12.
- the PTO 12 distributes the output of the engine 11 to a traveling system that drives the wheels (tires) 7 and a hydraulic system that drives the work implement 3.
- the traveling system is a mechanism (traveling device) for causing the wheel loader 1 to travel, and includes a torque converter (T / C) 15, a transmission (not shown), an axle, and the like.
- the power output from the engine 11 is transmitted to the wheels 7 via the PTO 12, the torque converter 15, the transmission, and the axle.
- the hydraulic device system is a mechanism for mainly driving the work machine 3 (for example, the boom 32 and the bucket 31).
- the hydraulic system includes a hydraulic pump 21 for a work machine driven by the PTO 12, hydraulic pilot type bucket operation valves 22 and boom operation valves 23 provided in a discharge circuit of the hydraulic pump 21, and bucket operation valves 22.
- Electromagnetic proportional control valves for buckets 24 and 25 connected to the pilot pressure receiving unit and electromagnetic proportional control valves for booms 26 and 27 connected to each pilot pressure receiving unit of the boom operation valve 23 are provided.
- the electromagnetic proportional control valves 24 to 27 are connected to a pilot pump (not shown), and control the supply of hydraulic oil from the pilot pump to each pilot pressure receiving unit in accordance with a control signal from the work machine controller 10. Specifically, the electromagnetic proportional control valve 24 contracts the bucket cylinder 35 and switches the bucket operation valve 22 so that the bucket 31 moves to the loading position. Further, the electromagnetic proportional control valve 25 extends the bucket cylinder 35 and switches the bucket operation valve 22 so that the bucket 31 moves to the tilt position. The electromagnetic proportional control valve 26 switches the boom operation valve 23 so that the boom cylinder 36 is contracted and the boom 32 is lowered. Further, the electromagnetic proportional control valve 27 extends the boom cylinder 36 and switches the boom operation valve 23 so that the boom 32 is raised.
- the work machine controller 10 also includes a boom lever 41 and a bucket lever 42 provided on the cab 6, a semi-auto mode selection means 431 provided on a monitor 43 provided on the cab 6, and an approach length.
- a setting means 432, a boom angle sensor 44, a bucket angle sensor 45, a boom bottom pressure sensor 46, an engine controller 47, and a transmission controller 48 are connected.
- the boom lever 41 includes a lever angle sensor that detects a lever angle. When the operator operates the boom lever 41, the lever angle sensor detects a lever angle corresponding to the operation amount, and outputs it to the work machine controller 10 as a boom lever signal.
- the bucket lever 42 includes a lever angle sensor that detects a lever angle. When the operator operates the bucket lever 42, the lever angle sensor detects a lever angle corresponding to the operation amount, and outputs it to the work machine controller 10 as a bucket lever signal.
- the semi-auto mode selection means 431 displays a mode selection button on the monitor 43.
- an ON signal is output as the semi-auto mode selection signal, and the semi-auto loading mode is not selected.
- an OFF signal is output as a semi-auto mode selection signal.
- the approach length setting means 432 includes a moving distance L1 when moving backward in a state in which excavation of earth and sand is completed and a load of earth and sand is loaded on the bucket 31 in the V-shape work, After moving backward by the moving distance L1 and stopping, a moving distance L2 when moving toward the dump truck 60 is set.
- L is the total length of the wheel loader 1.
- the approach length setting means 432 displays “1” and “0.8” which are initial values of the approach lengths L1 and L2 on the monitor 43, and when the operator changes these numerical values, the input values are stored as set values. To the work machine controller 10.
- the boom angle sensor 44 includes, for example, a rotary encoder provided at a mounting portion (support shaft) of the boom 32 shown in FIG. 2 with respect to the vehicle body 2, and detects the boom angle between the center line of the boom 32 and the horizontal line. And outputs a detection signal. Accordingly, the boom angle sensor 44 constitutes a boom position detection means.
- the center line of the boom 32 is the YY line in FIG. 2, and the attachment portion (the center of the support shaft) of the boom 32 to the vehicle body 2 and the attachment portion of the bucket 31 (the center of the bucket support shaft). It is a connecting line. Therefore, when the YY line in FIG. 2 is along the horizontal line, the boom angle sensor 44 outputs a boom angle of 0 degrees. Further, when the tip of the boom 32 is raised from the state where the boom angle is 0 degrees, the boom angle sensor 44 outputs a positive value, and when the tip of the boom 32 is lowered, a negative value is output.
- the bucket angle sensor 45 is composed of, for example, a rotary encoder provided on the rotating shaft of the bell crank 33, and outputs 0 degrees when the blade edge of the bucket 31 is horizontal on the ground while the bucket 31 is grounded.
- a positive value is output
- the bucket angle sensor 45 constitutes a bucket position detection means.
- the boom bottom pressure sensor 46 detects the pressure on the bottom side of the boom cylinder 36. The boom bottom pressure increases when a load is loaded on the bucket 31 and decreases when the bucket 31 is empty.
- the engine controller 47 communicates with the work machine controller 10 via the Controller Area Network (CAN), and outputs engine operation information such as the rotation speed of the engine 11 to the work machine controller 10.
- the transmission controller 48 communicates with the work machine controller 10 via the CAN, and receives FR information indicating a selection state and a speed stage of the wheel loader 1 by the FR lever 49 and vehicle speed information output from the vehicle speed sensor 50. Output to the work machine controller 10.
- the vehicle speed sensor 50 is a sensor that detects the vehicle speed from the rotational speed of the drive shaft of the tire 7, and the vehicle speed information detected by the vehicle speed sensor 50 is output to the work machine controller 10 via the transmission controller 48.
- the work machine controller 10 includes a work state detection unit 110, a target setting unit 120, a movement distance detection unit 130, a work machine control unit 140, and a storage unit 150.
- the work state detection unit 110 includes a load determination unit 111 and a forward / backward determination unit 112.
- the load determination unit 111 determines whether or not a load is loaded in the bucket 31 based on the output value of the boom bottom pressure sensor 46.
- the forward / reverse determination means 112 determines whether the wheel loader 1 is in the forward movement state or the reverse movement state based on the FR information output from the transmission controller 48 according to the operation of the FR lever 49.
- the work state detection unit 110 detects the work state from the determination result of the load determination unit 111 and the determination result of the forward / reverse determination unit 112.
- the work state detection means 110 includes at least a wheel loader in a state where the excavation work is completed and the wheel loader 1 is moved backward, and a load state in order to carry the load to the dump truck 60 or the like.
- a load forward state in which 1 is moved forward and an unloaded reverse state in which the wheel loader 1 is moved backward after the load is loaded on the dump truck 60 or the like are detected.
- the target setting unit 120 sets the relationship between the movement distance of the wheel loader 1 and the target position of the work implement 3 according to the work state detected by the work state detection unit 110.
- a mathematical formula for calculating the target position of the work implement 3 specifically, the boom angle of the boom 32 and the bucket cylinder length of the bucket 31 is used.
- the relationship between the movement distance and the target position may be stored in a table structure.
- the movement distance detection means 130 receives vehicle speed information detected by the vehicle speed sensor 50 from the transmission controller 48 and calculates the current movement distance of the wheel loader 1.
- the work implement control means 140 outputs control signals for the electromagnetic proportional control valves 24 to 27 based on various pieces of input information, and operates the bucket 31 and the boom 32.
- the work machine controller 10 outputs an indicator command and a buzzer command to the monitor 43.
- the monitor 43 controls the display of the indicator 435 provided on the monitor 43 to notify the operator of information.
- the monitor 43 includes a buzzer 436 that sounds a warning sound. When a buzzer command is received, the monitor 43 sounds a warning sound by the buzzer 436 to warn the operator.
- the storage unit 150 stores various data input to the work machine controller 10 and stores various parameters necessary for controlling the work machine 3.
- V-shape work process Next, the V shape work by the wheel loader 1 will be described with reference to FIGS.
- the V shape work is performed by a plurality of work processes as described below.
- the operator advances the loaded wheel loader 1 toward the dump truck 60 as shown in FIG.
- the angle difference ⁇ between the direction of the wheel loader 1 at the stop position relative to the embankment and the direction toward the dump truck 60 is usually in the range of about 45 to 60 degrees.
- the moving distance to the dump truck 60 is set to L2 described above. The operator changes the direction by operating the steering, and advances the wheel loader 1 by the moving distance L2. When the wheel loader 1 reaches the side of the dump truck 60, the operator stops the wheel loader 1 by a brake operation.
- semi-automatic control that allows manual operation of the boom lever 41 and the bucket lever 42 by the operator during automatic control of the work machine 3 is further set. Specifically, the semi-automatic control is performed in each of the operation steps of FIG. 5C (C) Load reverse, (D) Load advance, and (F) Unload reverse.
- step S1 the lever operation commands (the boom lever operation command cmd_bm and the bucket lever operation command cmd_bk) are set to “0”.
- the variable sL indicating the starting distance is initialized to “0” in the load forward control and the idle reverse control (step S1).
- step S2 the work machine controller 10 determines whether or not the semi-automatic loading mode is “ON” based on the semi-automatic mode selection signal output from the semi-automatic mode selecting unit 431 (step S2).
- the semi-automatic loading mode is “OFF”
- the work machine controller 10 determines “NO” in step S2.
- the work machine controller 10 outputs an indicator command to the monitor 43, and when the indicator indicating that the semi-automatic loading mode is operating is displayed on the monitor 43, the indicator is erased (step S3).
- the work machine controller 10 repeats steps S1 to S3 until the semi-automatic loading mode is turned “ON”.
- Step S2 When the semi-automatic loading mode is “ON”, the work machine controller 10 determines YES in Step S2, outputs an indicator command to the monitor 43, and displays an indicator indicating that the semi-automatic loading mode is in operation on the monitor 43. (Step S4).
- the load determination unit 111 determines whether the load is in the loaded state or the empty state based on the boom bottom pressure sensor signal output from the boom bottom pressure sensor 46.
- the forward / reverse determination unit 112 determines whether the vehicle is moving forward or backward based on the FR information output from the transmission controller 48. From these pieces of information, the work state detection unit 110 can detect whether the wheel loader 1 is in the reverse load state, the forward load state, or the empty reverse state.
- the work state detection means 110 of the work machine controller 10 determines whether or not the backward movement detection has changed from OFF to ON (step S5).
- the work machine controller 10 determines “YES” in step S5 when it detects that the backward movement detection has changed from OFF to ON.
- the variable STAGE indicating the work stage is set to “2”
- the variable L indicating the movement distance is set to the initial value “0”
- the value of the current position is set in (cylinder length) (step S6).
- step S6 the work machine controller 10 sets the current boom angle based on the detection value of the boom angle sensor 44 to sp_bm, and sets the current bucket cylinder length to sp_bk based on the detection value of the bucket angle sensor 45. .
- step S7 the work state detection unit 110 of the work machine controller 10 determines whether or not it is detected that the load forward detection has changed from OFF to ON (step S7).
- the work implement controller 10 detects that the load advance detection has been turned ON and determines “YES” in step S7, the work implement controller 10 sets the variable STAGE indicating the work stage to “3” and the variable L indicating the movement distance. Is set to an initial value “0”, the current boom angle is set to sp_bm, and the current bucket cylinder length is set to sp_bk (step S8).
- step S9 the work state detection unit 110 of the work machine controller 10 determines whether or not it has been detected that the detection of the backward movement of the unloaded state has changed from OFF to ON (step S9).
- the work implement controller 10 detects that the unloading reverse detection has changed to ON and determines “YES” in step S9, the work implement controller 10 sets the variable STAGE indicating the work stage to “4” and sets the variable indicating the movement distance. L is set to an initial value “0”, the current boom angle is set to sp_bm, and the current bucket cylinder length is set to sp_bk (step S10).
- End condition judgment The work machine controller 10 determines whether or not the end condition is satisfied after performing the initial setting in steps S6, S8, and S10 or when it is determined NO in step S9 (step S11).
- the end condition is satisfied when any of the following six conditions is satisfied.
- End condition 1 is a case where the semi-auto mode is disabled by the output of the semi-auto mode selection means 431 of the monitor 43.
- Termination condition 2 is when the work state detection means 110 detects either an unloading advance or an excavation state.
- the empty forward state can be determined by the boom bottom pressure sensor signal and the FR information
- the excavation state can be determined by the boom bottom pressure sensor signal, the boom angle, the bucket cylinder length, and the like.
- Termination condition 3 is when the lever speed stage is F3 (forward 3rd speed) or higher. While the wheel loader 1 is in the V-shape work, the lever speed stage is selected only up to F2, and is set to F3 to indicate that the wheel loader 1 is not working and is traveling.
- the end condition 4 is when the work machine 3 is in a locked state.
- the wheel loader 1 is provided with a lock button so that the work implement 3 does not operate during traveling, and when the lock button is operated by the operator, it can be determined that the vehicle is not traveling but traveling. is there.
- End condition 5 refers to a case where the sensor or the electromagnetic proportional control valves (EPC valves) 24 to 27 have a failure to end the semi-auto mode with reference to FMEA (Failure Mode and Effect Analysis).
- the end condition 6 is a case where the engine is in the stopped state in the engine operating state input from the engine controller 47.
- the work machine controller 10 determines YES in step S11. In this case, the work machine controller 10 sets the value of STAGE to “1” indicating that it is in a standby state, and further outputs a buzzer command to the monitor 43 when a condition other than the end condition 2 is met, and sounds an abnormal end buzzer. (Step S13). Then, the work machine controller 10 returns to the process of step S1 and continues the process.
- the relationship between the moving distance of the wheel loader 1 and the target position of the work implement 3 is set according to each work state. Specifically, the target position of the work machine 3 when the wheel loader 1 moves a preset distance is set. Examples of the target position of the work machine 3 are shown in Tables 1 and 2, and the relationship between the movement distance set in Tables 1 and 2 and the target position is shown in FIGS.
- the parameters set in Tables 1 and 2 are stored in the storage unit 150 of the work machine controller 10.
- the boom angle raising positioner position and the lowering positioner position are boom angles set by the operator.
- the position of the bucket cylinder length is set to a position where the bucket angle becomes 0 degrees when the boom 32 is lowered and the bucket 31 is grounded.
- the bucket cylinder length is A2 when the high lift boom 32 is mounted, and B2 when the standard boom 32 is mounted.
- the operator can set the work machine 3 to continue to move in proportion to the moving distance in order to move the wheel loader 1 linearly without turning the steering.
- TP2 is set so that the boom angle is raised to the positioner position.
- the raising positioner position is set by the operator according to the height of the vessel 61 of the dump truck 60 on which the wheel loader 1 loads a load such as earth and sand.
- the bucket cylinder length is set so that the load in the bucket 31 is not spilled by maintaining the bucket 31 in the lift position when the boom angle changes.
- the operator operates the steering in the direction toward the dump truck 60 until the wheel loader 1 moves by the distance K1 ⁇ L2, so it is desirable to maintain the position of the work implement 3.
- the work implement 3 is raised to the positioner position before moving from the distance K1 ⁇ L2 to the distance K2 ⁇ L2, and the work implement 3 is raised and maintained at the positioner position until it moves from the distance K2 ⁇ L2 to L2.
- the bucket 31 can be prevented from interfering with the vessel 61.
- TP3 has no boom angle operation.
- the bucket cylinder length is set to a position where the bucket angle becomes 0 degrees when the bucket 31 is in the positioner position, that is, when the boom 32 is lowered and the bucket 31 is grounded.
- the boom angle is 0 degree
- the bucket cylinder length is the positioner position.
- the boom angle is the lowered positioner position
- the bucket cylinder length is the positioner position.
- the work machine controller 10 determines whether or not the movement distance L obtained by the movement distance detection means 130 is less than the set value L1 (step S21). [Current distance calculation] If the work machine controller 10 determines “YES” in step S21, the working distance detector 130 calculates the current moving distance L (step S22). The current moving distance L is obtained by ⁇ (abs (V) * 1000/3600 * ⁇ t). V is a vehicle speed (km / h), and is converted to a second speed (m / s) by multiplying by 1000/3600.
- ⁇ t is a program execution cycle (sec) in the work machine controller 10 and is, for example, 0.01 sec. If it is determined “NO” in step S21, the work machine controller 10 does not calculate the current movement distance L in step S22 because the movement of the distance L1 has already been completed.
- the target setting means 120 of the work machine controller 10 calculates the boom target position after the process of step S22 or when it is determined “NO” in step S21 (step S23).
- the angle of the boom 32 is controlled in proportion to the movement distance.
- the boom target position tp_bm (t) at the movement distance L is obtained by L / L1 * (TP1_bm-sp_bm) + sp_bm.
- TP1_bm is the boom angle at the target position TP1
- sp_bm is the start position of the boom 32 set in step S6.
- the boom target position tp_bm (t) is obtained by adding the start position, which is an initial value, to a value obtained by multiplying the ratio of the movement distance L to the set distance L1 and the difference between the target position and the start position of the boom 32. It is done.
- the target setting means 120 of the work machine controller 10 calculates the bucket target position after the process of step S23 (step S24).
- the bucket target position is obtained in the same way as the boom target position. That is, in the backward movement operation of the load, as described above, the angle of the boom 32 is controlled in proportion to the moving distance. Specifically, as described in Table 2, the bucket angle is set corresponding to the boom angle, and the bucket cylinder length is also set corresponding to the bucket angle. Therefore, the cylinder length of the bucket cylinder 35 that moves the bucket 31 is also controlled in conjunction with the angle of the boom 32.
- the bucket target position tp_bk (t) at the movement distance L is obtained by L / L1 * (TP1_bk ⁇ sp_bk) + sp_bk.
- TP1_bk is the bucket cylinder length at the target position TP1
- sp_bk is the start position of the bucket 31 set in step S6. That is, the bucket target position tp_bk (t) is obtained by adding the start position, which is an initial value, to a value obtained by multiplying the ratio of the movement distance L to the set distance L1 by the difference between the target position and the start position of the bucket 31. It is done.
- the target setting means 120 uses the bucket cylinder position when the wheel loader moves the distance L1 as the bucket target position tp_bk (t) at the movement distance L from the bucket cylinder length at the start of movement in the reverse load state.
- the bucket cylinder length proportional to the travel distance is set up to the bucket cylinder length. That is, the target setting means 120 sets the bucket cylinder length that maintains the bucket 31 in the tilt position in conjunction with the boom angle.
- the work implement control means 140 of the work implement controller 10 includes the actual boom angle detected by the boom angle sensor 44, the actual bucket cylinder length detected based on the detection value of the bucket angle sensor 45, the target The amount of deviation from the position is calculated (step S25). That is, the boom target deviation angle ⁇ bm is obtained by boom target position tp_bm (t) ⁇ actual boom angle BmAngle, and the bucket target deviation length ⁇ bk is obtained by bucket target position tp_bk (t) ⁇ actual bucket cylinder length BkLength.
- the work machine control means 140 of the work machine controller 10 calculates a boom lever operation command cmd_bm after the process of step S25 (step S26).
- the boom lever operation command cmd_bm is used to command the flow rate of hydraulic oil in the electromagnetic proportional control valves 26 and 27 in the range of ⁇ 100% to + 100%, and the auto boom command based on the boom target deviation angle ⁇ bm obtained in step S25.
- the boom lever command BmLever that is input when the operator is operating the boom lever 41.
- the auto boom command is a function interp ( ⁇ bm, BmCmdFlow, DeltaBmAngle) for obtaining a target flow rate corresponding to the boom target deviation angle ⁇ bm from a boom flow rate table BmCmdFlow that defines the relationship between the boom deviation angle and the target flow rate shown in FIG. ).
- the boom lever command is added to the auto boom command (%).
- the target flow rate is reduced to about ⁇ 20 to + 20%, and the moving speed of the boom 32 is also lowered.
- the value of the target flow rate can be increased, so that the moving speed of the boom 32 can be improved.
- the work machine control means 140 of the work machine controller 10 calculates the bucket lever operation command cmd_bk after the process of step S26 (step S27).
- the bucket lever operation command cmd_bk commands the flow rate of hydraulic oil in the electromagnetic proportional control valves 24 and 25 in the range of ⁇ 100% to + 100%, and is an auto bucket command based on the bucket target deviation length ⁇ bk obtained in step S25.
- the bucket lever command BkLever that is input when the operator is operating the bucket lever 42.
- the auto bucket command is a function interp ( ⁇ bk, BkCmdFlow, DeltaBmLength) for obtaining a target flow rate corresponding to the bucket target deviation length ⁇ bk from the bucket flow rate table BkCmdFlow that defines the relationship between the bucket deviation length and the target flow rate shown in FIG. ).
- the bucket lever command is added to the auto bucket command (%).
- the target flow rate is reduced to about ⁇ 20 to + 20%, and the moving speed of the bucket 31 is also lowered.
- the value of the target flow rate can be increased, so that the moving speed of the bucket 31 can be improved.
- the boom lever operation command cmd_bm and bucket lever operation command cmd_bk obtained in steps S26 and S27 are input to the electromagnetic proportional control valves 24 to 26 from the work implement control means 140, whereby the bucket operation valve 22, the boom operation valve 23 is controlled, the bucket cylinder 35 and the boom cylinder 36 are operated, and the work implement 3 moves.
- step S27 the work machine controller 10 returns to FIG. 6 and executes step S5 and subsequent steps again.
- NO is determined in step S5
- NO is also determined in other steps S7 and S9, and NO in step S11. Since it is determined as “2” in step S12, the reverse load control shown in FIG. 10 is repeatedly executed.
- the work machine 3 is set to move to the target position TP1 when the movement distance becomes L1, but when the operator's lever operation is added, The working machine 3 may reach the target position TP1 before the moving distance becomes L1.
- step S25 After the work implement 3 moves to the target position TP1, the deviation amount obtained in step S25 becomes 0, so the work implement 3 is maintained at the target position TP1.
- the accelerator operation and the steering operation are performed by the operator, if the traveling speed is made much faster than usual by the accelerator operation, the supply flow rate of hydraulic oil to the work machine cannot catch up, and before the work machine 3 finishes moving. There is also a possibility that the movement of the distance L1 is completed. In this case, after the movement of the wheel loader 1 is completed, only the work machine 3 moves.
- FIG. 11 shows a processing flow of the load forward control.
- the work machine controller 10 determines whether or not the movement distance L obtained by the movement distance detection unit 130 is less than the set value L2 (step S31).
- the movement distance detection unit 130 calculates the current movement distance by the same method as in step S22 (step S32).
- step S32 the work machine controller 10 does not calculate the current movement distance L in step S32 because the movement of the distance L2 has already been completed.
- the work machine controller 10 determines whether the movement distance L is equal to or greater than K1 ⁇ L2 and less than K2 ⁇ L2 after the process of step S32 or when “NO” is determined in step S31 (step S31). S33).
- the work machine controller 10 determines NO in step S33. For example, if the distance coefficient K1 is 0.5, and before the moving distance L1 reaches half of the set distance L2, the work machine controller 10 determines NO in step S33.
- step S33 If the target setting means 120 of the work machine controller 10 determines NO in step S33, it substitutes the actual boom angle BmAngle for the boom target position tp_bm (t) (step S34), and the actual bucket cylinder for the bucket target position tp_bk (t).
- the length BkLength is substituted (step S35). That is, the target setting unit 120 sets the boom target position and the bucket target position to the current position. Therefore, in the deviation amount calculation process (step S39), which is the same process as step S25 described above, the boom target deviation angle ⁇ bm is obtained by the boom target position tp_bm (t) ⁇ the actual boom angle BmAngle, and the bucket target deviation length ⁇ bk is determined by the bucket.
- each deviation amount is “0”. Accordingly, in the boom lever operation command calculation process (step S40) and the bucket lever operation command calculation process (step S41), which are the same processes as steps S26 and S27 described above, since the deviation amount is 0, the auto boom command and the auto bucket The command is 0% flow rate. For this reason, only when the boom lever 41 and the bucket lever 42 are manually operated, the flow rate corresponding to the boom lever command and the bucket lever command is calculated as each operation command.
- the work implement 3 is maintained at TP1 in the automatic control by the work implement controller 10, but when the operator manually operates, depending on the operation Thus, the work machine 3 can be moved.
- the work machine controller 10 determines “YES” in step S33, that is, if the movement distance L is equal to or greater than K1 ⁇ L2 and less than K2 ⁇ L2, whether the start distance sL is set to K1 ⁇ L2. (Step S36). If the determination is “NO” in step S36, the work machine controller 10 sets K1 ⁇ L2 (first intermediate distance) to the starting distance sL, and sets sp_bm to the boom at the time of the current movement, that is, the first intermediate distance. An angle is set and the bucket cylinder length at the time of the first intermediate distance movement is set in sp_bk (step S36A).
- the boom target position tp_bm (t) at the movement distance L is obtained by (L ⁇ sL) / (L2 * (K2 ⁇ K1)) * (TP2_bm ⁇ sp_bm) + sp_bm.
- TP2_bm is the boom angle at the target position TP2
- sp_bm is the start position of the boom 32 lifting control set in step S36A.
- L-sL is the moving distance from the point of K1 ⁇ L2 (first intermediate distance)
- (L2 * (K2-K1)) is the point of K2 ⁇ L2 (second intermediate distance) from the point of K1 ⁇ L2 It is the distance to.
- the boom target position tp_bm (t) is the ratio of the travel distance from the point K1 ⁇ L2 to the distance (L2 * (K2-K1)) from the point K1 ⁇ L2 to the point K2 ⁇ L2 (L-sL ) And the difference between the target position and start position of the boom 32 (TP2_bm-sp_bm) and the start position (sp_bm) that is the initial value is added.
- the target setting means 120 of the work machine controller 10 calculates the bucket target position, similarly to step S24 (step S38). That is, the bucket target position tp_bk (t) at the movement distance L is obtained by (L ⁇ sL) / (L2 * (K2 ⁇ K1)) * (TP2_bk ⁇ sp_bk) + sp_bk. Therefore, the target setting means 120 moves the first intermediate distance as the target position of the boom corresponding to the load advancement state when the movement distance is not less than the first intermediate distance and less than the second intermediate distance.
- the boom angle is set in proportion to the moving distance from the boom angle at the time point to the boom angle at which the boom 32 is set to the preset position position when the second intermediate distance is moved.
- the target setting means 120 tilts the bucket 31 when the bucket 31 moves from the bucket cylinder length at the time when the first intermediate distance is moved to the second intermediate distance as the bucket target position according to the load advance state.
- the bucket cylinder length is set in proportion to the moving distance up to the bucket cylinder length as the position. That is, the target setting means 120 sets the bucket cylinder length that maintains the bucket 31 in the tilt position in conjunction with the boom angle.
- the work implement control means 140 of the work implement controller 10 calculates the deviation amount between the actual boom angle, bucket cylinder length, and the target position after step S35 or step S38, as in step S25 (step S39). .
- the work machine control means 140 of the work machine controller 10 calculates the boom lever operation command cmd_bm (step S40) and the bucket lever operation command cmd_bk (step S41) after the process of step S39.
- the process in step S40 is the same as that in step S26, and the process in step S41 is the same as that in step S27. Therefore, the description thereof is omitted.
- the boom lever operation command cmd_bm and the bucket lever operation command cmd_bk obtained in steps S40 and S41 are input from the work implement control means 140 to the electromagnetic proportional control valves 24 to 26, whereby the bucket operation valve 22, the boom operation valve 23 is controlled, the bucket cylinder 35 and the boom cylinder 36 are operated, and the work implement 3 moves.
- the work machine controller 10 returns to FIG. 6 after the process of step S41, and executes step S5 and subsequent steps again.
- the load advancement detection is already ON, so it is determined NO in step S7, NO is also determined in other steps S5 and S9, and NO in step S11. Since it is determined as “3” in step S12, the load forward control shown in FIG. 11 is repeatedly executed.
- FIG. 12 and FIG. 13 show the processing flow of the unreversed reverse control.
- the work machine controller 10 compares the boom bottom pressure with the set value A (kg) to confirm whether the load is “empty” (step S51). Since the boom bottom pressure is not less than the set value A, when the work implement controller 10 detects NO (loaded state) in step S51, the work implement controller 10 ends the unloaded reverse control and returns to FIG. As a result, it is possible to prevent the boom 32 from being lowered in the loaded state.
- step S51 the work machine controller 10 determines whether or not the movement distance L obtained by the movement distance detection means 130 is less than the set value L2 (step S52).
- step S52 the movement distance detection means 130 calculates the current movement distance L by the same method as steps S22 and S32 (step S53). If it is determined “NO” in step S52, the work machine controller 10 does not calculate the current movement distance L in step S53 because the movement of the distance L2 has already been completed.
- the work machine controller 10 determines whether or not the movement distance L is less than K3 ⁇ L2 (third intermediate distance) after the process of step S52 or when “NO” is determined in step S52 (step S54). ).
- K3 is 0.2
- the work machine controller 10 determines YES in step S54.
- the target setting unit 120 of the work machine controller 10 determines YES in step S54, it determines whether or not the deviation length between the actual bucket cylinder length BkLength and the bucket target position TP3_bk is greater than a set value (for example, 10 mm). Determination is made (step S55).
- the work implement target TP3 for the unloading reverse control is that the boom 32 is not operated and only the bucket 31 is moved to the positioner position. Since the bucket 31 immediately after loading is in the loading position and different from the positioner position, the work machine controller 10 determines YES in step S55.
- the target setting unit 120 of the work machine controller 10 determines YES in step S55, it calculates a boom target position (step S56) and a bucket target position (step S57).
- the target setting means 120 substitutes the actual boom angle BmAngle for the boom target position tp_bm (t) in step S56 (step S56).
- the target setting means 120 determines that the bucket 31 is set in advance at the initial position (this embodiment) when the wheel loader 1 moves the third intermediate distance from the bucket cylinder length at the start of the movement in the idle reverse state.
- the bucket cylinder length is set in proportion to the moving distance up to the bucket cylinder length which becomes the positioner position).
- the target setting means 120 of the work machine controller 10 determines NO in step S55 when the deviation length between the absolute value of the actual bucket cylinder length BkLength and the bucket target position TP3_bk becomes smaller than 10 mm. In this case, since the bucket 31 has moved to the approximate positioner position, the work machine controller 10 does not need to move the bucket 31 any more. Therefore, the target setting means 120 substitutes the actual boom angle BmAngle for the boom target position tp_bm (t) (step S58) and sets the actual bucket cylinder length BkLength for the bucket target position tp_bk (t), as in steps S34 and S35. Substitute (step S59).
- Step S68 An amount calculation process (step S68), a boom lever operation command calculation process (step S69), and a bucket lever operation command calculation process (step S70) are executed.
- step S68 An amount calculation process
- step S69 a boom lever operation command calculation process
- step S70 a bucket lever operation command calculation process
- the work machine controller 10 determines NO in steps S54 and S64, and step S60. It determines with YES.
- step S61 determines whether or not the start distance sL is set to K3 ⁇ L2 (step S61). If it is determined “NO” in step S61, the work machine controller 10 sets K3 ⁇ L2 to the starting distance sL, sets the current boom angle to sp_bm, and sets the current bucket cylinder length to sp_bk. Set (step S61A). For this reason, the work machine controller 10 executes step S61A only once as well as step S36A. Next, the work machine controller 10 calculates the boom target position in the same manner as in Step S37 (Step S62). Here, as shown in FIG.
- the boom target position tp_bm (t) at the movement distance L is obtained by (L ⁇ sL) / (L2 * (K4 ⁇ K3)) * (TP4_bm ⁇ sp_bm) + sp_bm.
- TP4_bm is a boom angle at the target position TP4, and the boom angle is set to be horizontal, that is, 0 degrees.
- sp_bm is the control start position for lowering the angle of the boom 32 set in step S61A.
- L-sL is the moving distance from the point K3 ⁇ L2
- (L2 * (K4-K3)) is the distance from the point K3 ⁇ L2 to the point K4 ⁇ L2. That is, the boom target position tp_bm (t) is the ratio of the moving distance from the point K3 ⁇ L2 to the distance from the point K3 ⁇ L2 to the point K4 ⁇ L2, and the difference between the target position of the boom 32 and the control start position.
- the target setting means 120 sets the boom 32 at the time when the fourth intermediate distance is moved from the boom angle when the third intermediate distance is moved as the target position of the boom 32 according to the idle reverse state.
- the boom angle is set in proportion to the movement distance until the boom angle becomes horizontal.
- the work machine controller 10 calculates the bucket target position in the same manner as in Step S38 (Step S63). That is, the bucket target position tp_bk (t) at the movement distance L is obtained by (L-sL) / (L2 * (K4-K3)) * (TP4_bk-sp_bk) + sp_bk.
- the target setting means 120 sets the bucket cylinder length for maintaining the bucket 31 at a preset initial position (positioner position in the present embodiment) as the target position of the bucket 31 according to the idle reverse state. Set.
- the work machine controller 10 performs the processes of steps S68 to S70 after the process of step S63.
- the work machine controller 10 determines NO in steps S54 and S60, and determines YES in step S64.
- step S64 determines that the start distance sL is set to K4 ⁇ L2 similarly to the step S61 (step S65).
- step S65 determines “NO” in step S65, it sets K4 ⁇ L2 to the starting distance sL, sets the current boom angle to sp_bm, and sets the current bucket cylinder length to sp_bk. Set (step S65A). For this reason, the work machine controller 10 executes step S65A only once as in steps S36A and S61A.
- step S66 calculates the boom target position in the same manner as in step S62 (step S66).
- TP5_bm is a boom angle at the target position TP5, and is set to a lowered positioner position that can be set by the operator.
- sp_bm is the control start position of the boom 32 set in step S65A, and is the position of the target value TP4 if automatic control is performed.
- L-sL is the moving distance from the point of K4 ⁇ L2
- (L2 * (1-K4)) is the distance from the point of K4 ⁇ L2 to the point of L2. That is, the boom target position tp_bm (t) is a ratio of the moving distance from the point K4 ⁇ L2 to the distance from the point K4 ⁇ L2 to the point L2, and the difference between the target position of the boom 32 and the control start position. The initial value of the control start position is added to the multiplied value.
- the target setting means 120 determines that the boom 32 at the time of moving the second distance L2 from the boom angle at the time of moving the fourth intermediate distance as the target position of the boom 32 according to the reverse travel state.
- the boom angle is set in proportion to the movement distance up to the horizontal boom angle.
- the work machine controller 10 calculates the bucket target position in the same manner as in Step S63 (Step S67). That is, the bucket target position tp_bk (t) at the movement distance L is obtained by (L-sL) / (L2 * (1-K4)) * (TP5_bk-sp_bk) + sp_bk.
- the target setting means 120 sets the bucket cylinder length for maintaining the bucket 31 at a preset initial position (positioner position in the present embodiment) as the target position of the bucket 31 according to the idle reverse state. Set.
- the work machine controller 10 performs the processes of steps S68 to S70 after the process of step S67. By repeating the above control, the V shape operation can be repeated.
- the work machine controller 10 realizes semi-automatic control in the backward work of loading, the forward work of loading, and the backward work of empty load. Therefore, the operator manually operates the boom lever 41 and the bucket lever 42 during the automatic control of the work machine 3. Can intervene. For this reason, an operator's intention can be reflected in the movement of the work machine 3. For example, the work machine 3 can be moved at a higher speed, and the operability can be improved.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
- the semi-automatic control of the present invention is executed in the case of the backward load operation, the forward load operation, and the empty reverse operation.
- the present invention is applied to only one or only two of these operations. It is possible to perform semi-automatic control.
- the relationship between the moving distance of the wheel loader 1 and the target position of the work implement 3 in each work is not limited to that shown in FIGS.
- the work implement 3 in the reverse load control, the work implement 3 may be set to move to the target position TP1 when it has moved to an intermediate position less than the movement distance L1.
- the boom 32 In the forward load control, the boom 32 is gently moved to the new target position set between the target positions TP1 and TP2 without being maintained at the target position TP1 during the movement of the first intermediate distance (K1 ⁇ L2). It may be raised.
- the work implement 3 may be moved to the lowered positioner position when moving to the fourth intermediate distance (K4 ⁇ L2), and thereafter the work implement 3 may be maintained at the position of TP5. .
- the operator may be able to set the relationship between the moving distance of the wheel loader 1 corresponding to each work and the target position of the work implement 3.
- numerical values of the distance coefficients K1 to K4 are displayed on the monitor 43, and the numerical values are changed by the operator and stored in the storage means 150, so that the moving distance of the wheel loader 1 corresponding to each work and the working machine 3
- the operator may change the relationship with the target position.
- the present invention is semi-automatic control that allows manual operation of the boom lever 41 and the bucket lever 42, the distance that the work implement 3 has reached the target position by manual operation is stored in the storage unit 150 and stored in the storage unit 150.
- the operator may change the relationship between the moving distance of the wheel loader 1 corresponding to each work and the target position of the work implement 3 by changing the numerical values of the distance coefficients K1 to K4 according to the stored distance. For example, in the load forward control, since K1 is 0.5, the work implement 3 is maintained at the target position TP1 until the wheel loader 1 moves to the intermediate point of L2, but the operator moves to the intermediate point. For example, when the work machine 3 is moved toward the target position TP2 by operating the boom lever 41 at a point of 0.4 ⁇ L2, the distance coefficient K1 is set to 0.4. That's fine. Thereby, at the time of semi-automatic control of the work machine 3, it is possible to realize control reflecting the operation preference of each operator.
- the semi-automatic control in which the manual operation by the boom lever 41 or the bucket lever 42 can be intervened during the control of the work machine 3, but the fully automatic operation in which the manual operation is not intervened in the control of the work machine 3 is described.
- Control may be used, or semi-automatic control and automatic control may be selected.
- a mode that does not involve manual operation may be selected.
- the target moving distance of the wheel loader 1, the actual moving distance, the target position of the work implement 3, the actual position, and the like may be displayed on the monitor 43 during semi-automatic control to support the operator.
- load discrimination means 112 ... forward / reverse discrimination means, 120 ... target setting means, 130 ... Moving distance detection means, 140 ... work machine control means, 150 ... storage means, 431 Semi-automatic mode selection means, 432 ... approach length setting means, 435 ... indicator, 436 ... buzzer.
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Abstract
Description
この特許文献1のホイールローダでは、ブーム操作レバーに対して所定の操作が行われた場合に、バケットの積込操作を自動的に開始している。これにより、オペレータは、ブームレバーを操作するだけで、バケットで積込むことができる。
したがって、オペレータは、例えば、アクセル操作(右足)、ブレーキ操作(左足)、ステアリング操作(左手)を行ってホイールローダを移動させながら、作業機を右手で操作するといった複雑な操作を行う必要があり、特に経験の浅いオペレータにとっては、操作の負荷が大きく、効率的な操作が難しいという問題がある。
また、ホイールローダの移動中に、作業機が適切な位置に自動的に移動するため、ホイールローダの移動後に作業機を移動する場合に比べて、作業効率を向上でき、省燃費運転も実現できる。
図1は、本発明の実施形態に係るホイールローダ1を示す側面図である。ホイールローダ1は、鉱山等で使用される大型のホイールローダ1である。
ホイールローダ1は、前部車体2Aと後部車体2Bとで構成される車体2を備えている。前部車体2Aの前方(図1中の左方)には、掘削・積込用のバケット31、ブーム32、ベルクランク33、連結リンク34、バケットシリンダ35、ブームシリンダ36等で構成される油圧式の作業機3が取り付けられている。
図2は、作業機3の駆動機構を模式的に示す説明図である。ホイールローダ1は、作業機コントローラ10と、エンジン11と、Power Take Off(PTO:動力取出装置)12とを備えている。PTO12は、エンジン11の出力を、車輪(タイヤ)7を駆動する走行系と、作業機3を駆動する油圧装置系に分配する。
走行系は、ホイールローダ1を走行させるための機構(走行装置)であり、トルクコンバータ(T/C)15や、図示しないトランスミッション、アクスル等を備えている。エンジン11から出力された動力は、PTO12、トルクコンバータ15、トランスミッション及びアクスルを介して、車輪7に伝達される。
油圧装置系は、主に作業機3(例えばブーム32やバケット31)を駆動するための機構である。油圧装置系は、PTO12で駆動される作業機用の油圧ポンプ21と、油圧ポンプ21の吐出回路に設けられた油圧パイロット式のバケット操作弁22およびブーム操作弁23と、バケット操作弁22の各パイロット受圧部に接続されたバケット用の電磁比例制御弁24,25と、ブーム操作弁23の各パイロット受圧部に接続されたブーム用の電磁比例制御弁26,27と、を備えている。
具体的には、電磁比例制御弁24は、バケットシリンダ35を縮めて、バケット31が積込位置に移動するようにバケット操作弁22を切り換える。また、電磁比例制御弁25は、バケットシリンダ35を伸ばして、バケット31がチルト位置に移動するようにバケット操作弁22を切り換える。
電磁比例制御弁26は、ブームシリンダ36を縮めて、ブーム32が下がるようにブーム操作弁23を切り換える。また、電磁比例制御弁27は、ブームシリンダ36を伸ばして、ブーム32が上がるようにブーム操作弁23を切り換える。
作業機コントローラ10には、図3にも示すように、キャブ6に設けられたブームレバー41およびバケットレバー42と、キャブ6に設けられたモニタ43に設けられたセミオートモード選択手段431およびアプローチ長設定手段432と、ブーム角度センサ44と、バケット角度センサ45と、ブームボトム圧センサ46と、エンジンコントローラ47と、トランスミッションコントローラ48とが接続されている。
バケットレバー42は、レバー角度を検出するレバー角度センサを内蔵する。オペレータがバケットレバー42を操作すると、前記レバー角度センサは、操作量に応じたレバー角度を検出し、バケットレバー信号として作業機コントローラ10に出力する。
アプローチ長設定手段432は、図4に示すように、Vシェイプ作業時において、土砂等の掘削が完了してバケット31に土砂等の荷が積まれた状態で後進する際の移動距離L1と、移動距離L1だけ後進して停止した後、ダンプトラック60に向かって移動する際の移動距離L2とを設定する。図4において、Lはホイールローダ1の全長である。また、L1,L2は、ホイールローダ1の車両全長Lに対する割合で設定され、デフォルト値はL1=1(車両全長と同じ長さ)、L2=0.8(車両全長の80%の長さ)である。アプローチ長設定手段432は、モニタ43にアプローチ長L1,L2の初期値である「1」、「0.8」を表示し、オペレータがこれらの数値を変更すると、入力された値を設定値として記憶し、作業機コントローラ10に出力する。
エンジンコントローラ47は、Controller Area Network(CAN)を介して作業機コントローラ10と通信し、エンジン11の回転数等のエンジン稼働情報を作業機コントローラ10に出力する。
トランスミッションコントローラ48は、CANを介して作業機コントローラ10と通信し、FRレバー49によるホイールローダ1の前後進の選択状態および速度段を示すFR情報と、車速センサ50から出力される車速情報とを作業機コントローラ10に出力する。なお、車速センサ50は、タイヤ7の駆動軸の回転数等から車速を検出するセンサであり、車速センサ50で検出した車速情報はトランスミッションコントローラ48を介して作業機コントローラ10に出力される。
作業機コントローラ10は、作業状態検出手段110と、目標設定手段120と、移動距離検出手段130と、作業機制御手段140と、記憶手段150とを備えている。
作業状態検出手段110は、積荷判別手段111と、前後進判別手段112とを備える。積荷判別手段111は、前記ブームボトム圧センサ46の出力値に基づいて、バケット31内に荷が積まれているか否かを判別する。
前後進判別手段112は、前記FRレバー49の操作に応じてトランスミッションコントローラ48から出力されるFR情報に基づいて、ホイールローダ1が前進状態であるか後進状態であるかを判別する。
作業状態検出手段110は、積荷判別手段111の判別結果および前後進判別手段112の判別結果から作業状態を検出する。本実施形態では、作業状態検出手段110は、少なくとも、掘削作業が完了してホイールローダ1を後進させた状態である積荷後進状態と、積荷をダンプトラック60等に運ぶために積荷状態でホイールローダ1を前進させる積荷前進状態と、積荷をダンプトラック60等に積込んだ後にホイールローダ1を後進させる空荷後進状態とを検出する。
目標設定手段120は、作業状態検出手段110で検出した作業状態に応じて、ホイールローダ1の移動距離と、作業機3の目標位置との関係を設定する。本実施形態では、後述するように、現在の移動距離を代入することで、作業機3の目標位置、具体的にはブーム32のブーム角度と、バケット31のバケットシリンダ長とを算出する数式で前記関係を設定しているが、移動距離と目標位置との関係をテーブル構造で記憶してもよい。
移動距離検出手段130は、車速センサ50で検出される車速情報をトランスミッションコントローラ48から受信し、ホイールローダ1の現在の移動距離を算出する。
作業機制御手段140は、入力される各種情報に基づいて、電磁比例制御弁24~27に対する制御信号を出力し、バケット31やブーム32を作動する。
また、作業機コントローラ10は、モニタ43に対してインジケータ指令やブザー指令を出力する。モニタ43は、インジケータ指令を受信すると、モニタ43に設けられたインジケータ435の表示を制御してオペレータに情報を通知する。
また、モニタ43は、警告音を鳴らすブザー436を備え、ブザー指令を受信すると、前記ブザー436によって警告音を鳴らしてオペレータに警告する。
次に、ホイールローダ1によるVシェイプ作業について、図4,5を参照して説明する。Vシェイプ作業は、以下に説明するような複数の作業工程によって行われる。
バケット31に土砂等の荷が積まれていない空荷状態で、図4に示すように、ホイールローダ1の前輪のタイヤ7の前端がA点にある状態を空荷停止状態(スタート位置)とする。
次に、図5(A)に示すように、オペレータは、空荷状態のホイールローダ1を運転して盛土等に向かって前進させる。この際、オペレータは、タイヤ7の前端が図4のB点となる位置まで、つまり距離L1だけホイールローダ1を前進させることが好ましい。
すると、図5(B)に示すように、バケット31によって盛土が掘削され、バケット31内に土砂が積込まれる。
図5(C)に示すように、掘削作業の完了後、オペレータは、バケット31に土砂等の荷が積まれた積荷状態のホイールローダ1を、空荷停止位置(図4のA点の位置)まで後進させる。つまり、ホイールローダ1を距離L1だけ後進させる。
空荷停止位置に停止後、オペレータは、図5(D)に示すように、積荷状態のホイールローダ1をダンプトラック60に向かって前進させる。図4に示すように、停止位置にあるホイールローダ1の盛土に対する方向と、ダンプトラック60に向かう方向との角度差θは、通常45~60度程度の範囲である。また、ダンプトラック60までの移動距離は前述のL2に設定される。オペレータは、ステアリングを操作して向きを変えて、ホイールローダ1を移動距離L2だけ前進させる。そして、オペレータは、ホイールローダ1がダンプトラック60の側方に到達すると、ブレーキ操作でホイールローダ1を停止させる。
図5(E)に示すように、オペレータは、バケット31を積込位置に移動して、バケット31内の土砂をベッセル61に積込む積込作業を行う。
図5(F)に示すように、オペレータは、積込が完了すると、空荷状態のホイールローダ1を後進させる。オペレータは、後進とともにステアリング操作を行い、距離L2だけ後進させて空荷状態のホイールローダ1を停止する。この空荷状態での停止位置は、図5(G)に示すようにスタート位置(空荷停止位置)と同じである。
オペレータは、以上の工程を繰り返し、ホイールローダ1の移動軌跡が略V字状になるVシェイプ運転を繰り返すことができる。
以上のようなVシェイプ作業において、図5(B)に示す掘削作業では、バケット31の移動をブーム32の移動に連動させる制御が導入されていた。すなわち、掘削作業時には、オペレータは、ブームレバー41およびバケットレバー42を操作する必要が無く、バケット31およびブーム32を移動させることができる。
掘削作業以外の作業は、従来、オペレータの手動操作で行われていた。これに対し、本実施形態では、セミオートモード選択手段431でセミオートモード選択信号がONに設定されると、作業機コントローラ10によって、掘削作業以外のホイールローダ1が移動する作業において作業機3を自動制御するように設定されている。本実施形態では、作業機3の自動制御時に、オペレータによるブームレバー41、バケットレバー42の手動操作を許容するセミオート制御がさらに設定されている。
具体的には、図5(C)積荷後進、(D)積荷前進、(F)空荷後進の各作業工程においてセミオート制御が行われる。
作業機コントローラ10は、エンジンキーのオン操作などによって処理を開始すると、図6に示すように、まず、レバー操作指令(ブームレバー用の操作指令cmd_bm、バケットレバー用の操作指令cmd_bk)を「0」に初期化し、積荷前進制御および空荷後進制御において開始時距離を示す変数sLを「0」に初期化する(ステップS1)。
次に、作業機コントローラ10は、セミオートモード選択手段431から出力されるセミオートモード選択信号によって、セミオート積込みモードが「ON」であるか否かを判定する(ステップS2)。作業機コントローラ10は、セミオート積込みモードが「OFF」の場合、ステップS2で「NO」と判定する。そして、作業機コントローラ10はモニタ43にインジケータ指令を出力し、モニタ43にセミオート積込みモードが動作中のインジケータが表示されている場合にはインジケータを消去する(ステップS3)。作業機コントローラ10は、セミオート積込みモードが「ON」となるまで、ステップS1~S3を繰り返す。
積荷判別手段111は、ブームボトム圧センサ46から出力されたブームボトム圧センサ信号によって、積荷状態であるか空荷状態であるかを判定する。前後進判別手段112は、トランスミッションコントローラ48から出力されたFR情報によって、前進状態であるか、後進状態であるかを判定する。作業状態検出手段110は、これらの情報から、ホイールローダ1が、積荷後進状態、積荷前進状態、空荷後進状態であるかを、それぞれ検出できる。
作業機コントローラ10の作業状態検出手段110は、積荷後進検出がOFFからONに変化したか否かを判定する(ステップS5)。作業機コントローラ10は、積荷後進検出がOFFからONに変化したことを検出した場合にステップS5で「YES」と判定する。この場合、作業ステージを示す変数STAGEを「2」に設定し、移動距離を示す変数Lを初期値「0」に設定し、作業機の開始位置を示す変数sp_bm(ブーム角度)、sp_bk(バケットシリンダ長)に現在位置の値を設定する(ステップS6)。ステップS6では、作業機コントローラ10は、sp_bmにブーム角度センサ44の検出値に基づいて現在のブーム角度を設定し、sp_bkにバケット角度センサ45の検出値に基づいて現在のバケットシリンダ長を設定する。
作業機コントローラ10の作業状態検出手段110は、ステップS5で「NO」と判定した場合、積荷前進検出がOFFからONに変化したことを検出したか否かを判定する(ステップS7)。作業機コントローラ10は、積荷前進検出がONに変化したことを検出してステップS7で「YES」と判定した場合、作業ステージを示す変数STAGEを「3」に設定し、移動距離を示す変数Lを初期値「0」に設定し、sp_bmに現在のブーム角度を設定し、sp_bkに現在のバケットシリンダ長を設定する(ステップS8)。
作業機コントローラ10の作業状態検出手段110は、ステップS7で「NO」と判定した場合、空荷後進検出がOFFからONに変化したことを検出したか否かを判定する(ステップS9)。作業機コントローラ10は、空荷後進検出がONに変化したことを検出してステップS9で「YES」と判定した場合、作業ステージを示す変数STAGEを「4」に設定し、移動距離を示す変数Lを初期値「0」に設定し、sp_bmに現在のブーム角度を設定し、sp_bkに現在のバケットシリンダ長を設定する(ステップS10)。
作業機コントローラ10は、ステップS6、S8、S10で初期設定を行った後、あるいはステップS9でNOと判定された場合は、終了条件が成立したかを判定する(ステップS11)。
ここで、終了条件が成立したとは、以下の6条件のいずれかが成立した場合である。
終了条件1は、モニタ43のセミオートモード選択手段431の出力で、セミオートモードが無効とされている場合である。
終了条件2は、作業状態検出手段110において、空荷前進、掘削状態のいずれかを検出した場合である。ここで、空荷前進状態は、ブームボトム圧センサ信号およびFR情報で判別でき、掘削状態はブームボトム圧センサ信号、ブーム角度、バケットシリンダ長などで判別できる。
終了条件3は、レバー速度段がF3(前進3速)以上の場合である。ホイールローダ1がVシェイプ作業中は、レバー速度段はF2までしか選択されず、F3とされるのは、ホイールローダ1が作業を行っておらず、走行中であることを示すためである。
終了条件4は、作業機3がロック状態となっている場合である。ホイールローダ1には、走行中に作業機3が作動しないようにロックボタンが設けられており、オペレータによってロックボタンが操作された場合は、作業中ではなく、走行中であると判断できるためである。
終了条件5は、FMEA(Failure Mode and Effect Analysis)を参照し、センサや電磁比例制御弁(EPCバルブ)24~27に、セミオートモードを終了させるべき故障がある場合である。
終了条件6は、エンジンコントローラ47から入力されるエンジン稼働状態で、エンジンが停止状態となっている場合である。
作業機コントローラ10は、ステップS11で終了条件に該当せず、「NO」と判定された場合、作業ステージSTAGEの値を確認し、後述するように、STAGE=2であれば積荷後進制御を実行し、STAGE=3であれば積荷前進制御を実行し、STAGE=4であれば空荷後進制御を実行する(ステップS12)。
なお、これらの各制御では、各作業状態に応じて、ホイールローダ1の移動距離と、作業機3の目標位置との関係を設定している。具体的には、ホイールローダ1が予め設定した距離移動した時点での作業機3の目標位置を設定している。この作業機3の目標位置の例を表1、2に示し、これらの表1,2で設定される移動距離と目標位置との関係を図7~9に示す。なお、これらの表1,2で設定されるパラメータは、作業機コントローラ10の記憶手段150に記憶されている。
表1において、ブーム角度の上げポジショナ位置、下げポジショナ位置は、オペレータが設定するブーム角度である。バケットシリンダ長のポジショナ位置は、ブーム32を下げてバケット31を接地させた際に、バケット角度が0度になる位置に設定される。
積荷後進制御では、図7に示すように、ホイールローダ1が掘削完了時点から距離L1だけ後進する間に、作業機3を掘削完了時点の現在位置から積荷後進の目標位置TP1まで移動する。すなわち、ブーム角度は移動距離に比例して変化し、移動距離がL1になった時点で、表1に示すように、ブーム角度が0度(TP1)となるように設定されている。また、バケットシリンダ長は、ブーム角度が変化した際に、バケット31をリフト位置に維持してバケット31内の積荷がこぼれないように設定されている。
たとえば、表2の例では、ブーム角度が0度になった場合、バケット角度がβ2になるようにバケットシリンダ長が設定される。表2の例では、バケットシリンダ長は、ハイリフトのブーム32が装着されている場合はA2であり、スタンダードのブーム32が装着されている場合はB2である。
積荷後進制御では、オペレータは、ステアリングを切ることなく、ホイールローダ1を直線的に後進させるため、作業機3も移動距離に比例して移動し続けるように設定できる。
積荷前進制御では、図8に示すように、ホイールローダ1が第1中間距離である距離K1×L2に移動するまで、作業機3をTP1の位置に維持し、距離K1×L2から第2中間距離である距離K2×L2に移動するまで、作業機3をTP1からTP2の位置まで移動距離に比例して移動する。
また、ホイールローダ1が距離K2×L2からL2に移動するまで、作業機3をTP2の位置に維持している。ここで、K1のデフォルト値は例えば0.5であり、K2は0.8であるが、これらの距離係数はオペレータなどが変更可能である。
また、TP2は、表1、2に示すように、ブーム角度が上げポジショナ位置となるように設定される。上げポジショナ位置は、ホイールローダ1が土砂等の積荷を積込むダンプトラック60のベッセル61の高さに合わせてオペレータが設定する。また、バケットシリンダ長はブーム角度が変化した際に、バケット31をリフト位置に維持してバケット31内の積荷がこぼれないように設定されている。
積荷前進制御では、距離K1×L2だけ移動するまでは、オペレータはホイールローダ1がダンプトラック60に向かう方向にステアリングを操作するため、作業機3の位置を維持することが望ましい。一方、距離K1×L2から距離K2×L2に移動するまでに作業機3を上げポジショナ位置まで移動し、距離K2×L2からL2に移動するまでは作業機3を上げポジショナ位置に維持することで、バケット31がベッセル61と干渉すること防止できる。
空荷後進制御では、図9に示すように、ホイールローダ1が第3中間距離である距離K3×L2に移動するまで、作業機3をTP3の位置に維持し、距離K3×L2から第4中間距離である距離K4×L2に移動するまで、作業機3をTP3からTP4の位置まで移動距離に比例して移動する。
また、ホイールローダ1が距離K4×L2からL2に移動するまでは、作業機3をTP4からTP5の位置まで移動距離に比例して移動する。ここで、K3のデフォルト値は例えば0.2であり、K4は0.5であるが、これらの距離係数はオペレータなどが変更可能である。
TP3は、表1に示すように、ブーム角度は操作無しである。ここで、積荷前進終了時から積込完了時まではブーム角度は上げポジショナ位置に維持されているので、空荷後進制御時のTP3も同じ上げポジショナ位置となる。バケットシリンダ長は、バケット31がポジショナ位置つまりブーム32を下げてバケット31を接地させた際に、バケット角度が0度になる位置に設定される。
表1に示すように、TP4では、ブーム角度は0度であり、バケットシリンダ長はポジショナ位置である。TP5では、ブーム角度は下げポジショナ位置であり、バケットシリンダ長はポジショナ位置である。
積込後の空荷後進制御では、ホイールローダ1が距離K3×L2だけ移動するまでは、作業機3を上げポジショナ位置に維持し、バケット31をポジショナ位置にすることで、バケット31がベッセル61と干渉すること防止する。そして、ホイールローダ1が距離K3×L2から距離K4×L2に移動するまでにブーム32を水平位置まで移動し、距離K4×L2からL2に移動するまではブーム32を徐々に下げポジショナ位置に移動し、この間にオペレータがステアリングを操作してホイールローダ1を元の空荷停止位置に移動する。
[STAGE=2:積荷後進制御]
積荷後進制御では、図10に示すように、作業機コントローラ10は、移動距離検出手段130で求めた移動距離Lが設定値L1未満であるか否かを判定する(ステップS21)。
[現在の移動距離算出]
作業機コントローラ10は、ステップS21で「YES」と判定すると、移動距離検出手段130によって現在の移動距離Lを算出する(ステップS22)。現在の移動距離Lは、∫(abs(V)*1000/3600*Δt)で求められる。Vは車速(km/h)であり、1000/3600を乗算することで秒速(m/s)に変換している。Δtは、作業機コントローラ10におけるプログラムの実行周期(sec)であり例えば0.01secである。
作業機コントローラ10は、ステップS21で「NO」と判定した場合は、すでに距離L1の移動が完了しているため、ステップS22での現在の移動距離Lの算出は行わない。
作業機コントローラ10の目標設定手段120は、ステップS22の処理後、あるいはステップS21で「NO」と判定した場合は、ブーム目標位置を算出する(ステップS23)。ここで、積荷後進作業では、図7に示すように、移動距離に比例してブーム32の角度を制御する。このため、移動距離Lにおけるブーム目標位置tp_bm(t)は、L/L1*(TP1_bm-sp_bm)+sp_bmで求められる。TP1_bmは、目標位置TP1におけるブーム角度であり、sp_bmはステップS6で設定されたブーム32の開始位置である。すなわち、ブーム目標位置tp_bm(t)は、設定距離L1に対する移動距離Lの割合と、ブーム32の目標位置および開始位置の差とを乗算した値に、初期値である開始位置を加算して求められる。
作業機コントローラ10の目標設定手段120は、ステップS23の処理後、バケット目標位置を算出する(ステップS24)。バケット目標位置はブーム目標位置と同様の考え方で求められる。すなわち、積荷後進作業では、前述の通り、移動距離に比例してブーム32の角度が制御される。具体的には、前記表2に記載したように、ブーム角度に対応してバケット角度が設定され、バケット角度に対応してバケットシリンダ長も設定されている。したがって、バケット31を動かすバケットシリンダ35のシリンダ長もブーム32の角度に連動して制御される。
このため、移動距離Lにおけるバケット目標位置tp_bk(t)は、L/L1*(TP1_bk-sp_bk)+sp_bkで求められる。TP1_bkは、目標位置TP1におけるバケットシリンダ長であり、sp_bkはステップS6で設定されたバケット31の開始位置である。すなわち、バケット目標位置tp_bk(t)は、設定距離L1に対する移動距離Lの割合と、バケット31の目標位置および開始位置の差とを乗算した値に、初期値である開始位置を加算して求められる。したがって、目標設定手段120は、移動距離Lにおけるバケット目標位置tp_bk(t)として、積荷後進状態の移動開始時のバケットシリンダ長から、前記ホイールローダが距離L1を移動した際に前記バケットがチルト位置となるバケットシリンダ長まで、移動距離に比例したバケットシリンダ長を設定している。すなわち、目標設定手段120は、前記ブーム角度に連動して前記バケット31をチルト位置に維持するバケットシリンダ長を設定している。
次に、作業機コントローラ10の作業機制御手段140は、ブーム角度センサ44で検出される実際のブーム角と、バケット角度センサ45の検出値に基づいて検出される実際のバケットシリンダ長と、目標位置との偏差量を算出する(ステップS25)。すなわち、ブーム目標偏差角Δbmは、ブーム目標位置tp_bm(t)-実ブーム角BmAngleで求められ、バケット目標偏差長Δbkは、バケット目標位置tp_bk(t)-実バケットシリンダ長BkLengthで求められる。
作業機コントローラ10の作業機制御手段140は、ステップS25の処理後、ブームレバー操作指令cmd_bmを算出する(ステップS26)。ブームレバー操作指令cmd_bmは、電磁比例制御弁26、27における作動油の流量を-100%~+100%の範囲で指令するものであり、ステップS25で求めたブーム目標偏差角Δbmに基づくオートブーム指令と、オペレータがブームレバー41を操作している場合に入力されるブームレバー指令BmLeverとを加算して求められる。
ここで、オートブーム指令は、図14に示すブーム偏差角と目標流量との関係を定義したブーム流量テーブルBmCmdFlowから前記ブーム目標偏差角Δbmに対応する目標流量を求める関数interp(Δbm,BmCmdFlow,DeltaBmAngle)で算出される。ブームレバー41が手動操作された場合は、前記オートブーム指令(%)に、ブームレバー指令を加算する。
図14に示すように、オートブーム指令では、ブーム偏差角が小さい場合(例えば、-2~+2度)では、目標流量も-20~+20%程度と小さくされ、ブーム32の移動速度も低速になる。このような場合に、オペレータがブームレバー41を操作すると、目標流量の値を増大できるため、ブーム32の移動速度を向上できる。
作業機コントローラ10の作業機制御手段140は、ステップS26の処理後、バケットレバー操作指令cmd_bkを算出する(ステップS27)。バケットレバー操作指令cmd_bkは、電磁比例制御弁24、25における作動油の流量を-100%~+100%の範囲で指令するものであり、ステップS25で求めたバケット目標偏差長Δbkに基づくオートバケット指令と、オペレータがバケットレバー42を操作している場合に入力されるバケットレバー指令BkLeverとを加算して求められる。
ここで、オートバケット指令は、図15に示すバケット偏差長と目標流量との関係を定義したバケット流量テーブルBkCmdFlowから前記バケット目標偏差長Δbkに対応する目標流量を求める関数interp(Δbk,BkCmdFlow,DeltaBmLength)で算出される。バケットレバー42が手動操作された場合は、前記オートバケット指令(%)に、バケットレバー指令を加算する。図15に示すように、オートバケット指令においても、バケット偏差長が小さい場合(例えば、-20~+20mm)では、目標流量も-20~+20%程度と小さくされ、バケット31の移動速度も低速になる。このような場合に、オペレータがバケットレバー42を操作すると、目標流量の値を増大できるため、バケット31の移動速度を向上できる。
なお、積荷後進作業では、図7に示すように、移動距離がL1になった時に作業機3が目標位置TP1に移動するように設定されているが、オペレータのレバー操作が加算された場合は、移動距離がL1になる前に作業機3が目標位置TP1に到達する場合もある。作業機3が目標位置TP1に移動した後は、ステップS25で求める偏差量が0になるため、作業機3は目標位置TP1に維持される。
一方、アクセル操作やステアリング操作はオペレータが行うため、アクセル操作によって通常よりも走行スピードを非常に速くした場合は、作業機への作動油の供給流量が追いつかず、作業機3が移動し終わる前に距離L1の移動が完了する可能性もある。この場合は、ホイールローダ1の移動が完了した後、作業機3のみが移動することになる。
積荷前進制御の処理フローを図11に示す。図11において、図10の積荷後進制御の処理と同様の処理を行うものについては説明を簡略する。
作業機コントローラ10は、移動距離検出手段130で求めた移動距離Lが設定値L2未満であるか否かを判定する(ステップS31)。
作業機コントローラ10がステップS31で「YES」と判定すると、移動距離検出手段130は、前記ステップS22と同じ方法で現在の移動距離を算出する(ステップS32)。
作業機コントローラ10は、ステップS31で「NO」と判定した場合は、すでに距離L2の移動が完了しているため、ステップS32での現在の移動距離Lの算出は行わない。
作業機コントローラ10の目標設定手段120は、ステップS33でNOと判定すると、ブーム目標位置tp_bm(t)に実ブーム角BmAngleを代入し(ステップS34)、バケット目標位置tp_bk(t)に実バケットシリンダ長BkLengthを代入する(ステップS35)。すなわち、目標設定手段120は、ブーム目標位置、バケット目標位置を、現在の位置に設定する。
このため、前述したステップS25と同じ処理である偏差量算出処理(ステップS39)で、ブーム目標偏差角Δbmをブーム目標位置tp_bm(t)-実ブーム角BmAngleで求め、バケット目標偏差長Δbkをバケット目標位置tp_bk(t)-実バケットシリンダ長BkLengthで求めた場合、各偏差量は「0」になる。
したがって、前述したステップS26、S27と同じ処理であるブームレバー操作指令算出処理(ステップS40)、バケットレバー操作指令算出処理(ステップS41)では、偏差量が0であるため、オートブーム指令およびオートバケット指令は流量0%となる。このため、ブームレバー41、バケットレバー42を手動操作している場合のみ、ブームレバー指令やバケットレバー指令に対応する流量が各操作指令として算出される。
このため、ホイールローダ1の移動距離LがK1×L2未満の場合、作業機コントローラ10による自動制御では作業機3はTP1に維持されるが、オペレータが手動で操作した場合は、その操作に応じて作業機3を移動することができる。
次に、作業機コントローラ10の目標設定手段120は、前記ステップS23と同様に、ブーム目標位置を算出する(ステップS37)。ここで、K1×L2の地点からK2×L2の地点までの積荷前進作業では、図8に示すように、移動距離に比例してブーム32の角度を制御する。このため、移動距離Lにおけるブーム目標位置tp_bm(t)は、(L-sL)/(L2*(K2-K1))*(TP2_bm-sp_bm)+sp_bmで求められる。TP2_bmは、目標位置TP2におけるブーム角度であり、sp_bmはステップS36Aで設定されたブーム32の上昇制御の開始位置である。L-sLは、K1×L2(第1中間距離)の地点からの移動距離であり、(L2*(K2-K1))はK1×L2の地点からK2×L2(第2中間距離)の地点までの距離である。すなわち、ブーム目標位置tp_bm(t)は、K1×L2の地点からK2×L2の地点までの距離(L2*(K2-K1))に対するK1×L2の地点からの移動距離の割合(L-sL)と、ブーム32の目標位置および開始位置の差(TP2_bm-sp_bm)とを乗算した値に、初期値である開始位置(sp_bm)を加算して求められる。これにより、移動距離L=K1×L2に到達した時点でのブーム角度sp_bmが目標値TP1よりも小さい場合には、移動距離に対するブーム角度の変化量は図8のグラフよりも大きくなる。一方、移動距離L=K1×L2に到達した時点でのブーム角度sp_bmが目標値TP1よりも大きい場合には、移動距離に対するブーム角度の変化量は図8のグラフよりも小さくなる。
したがって、目標設定手段120は、移動距離が前記第1中間距離以上、かつ、前記第2中間距離未満の場合は、前記積荷前進状態に応じたブームの目標位置として、前記第1中間距離移動した時点のブーム角度から、前記第2中間距離移動した時点で、前記ブーム32が予め設定された上げポジショナ位置となるブーム角度まで、移動距離に比例してブーム角度を設定している。また、目標設定手段120は、前記積荷前進状態に応じたバケットの目標位置として、前記第1中間距離移動した時点のバケットシリンダ長から、前記第2中間距離移動した時点で、前記バケット31がチルト位置となるバケットシリンダ長まで、移動距離に比例してバケットシリンダ長を設定する。すなわち、目標設定手段120は、前記ブーム角度に連動して前記バケット31をチルト位置に維持するバケットシリンダ長を設定している。
次に、作業機コントローラ10の作業機制御手段140は、ステップS39の処理後、ブームレバー操作指令cmd_bmの算出(ステップS40)と、バケットレバー操作指令cmd_bkの算出(ステップS41)とを行う。ステップS40の処理は、前記ステップS26と同一であり、ステップS41の処理は、前記ステップS27と同一であるため、説明を省略する。
空荷後進制御の処理フローを図12、図13に示す。図12、図13において、図10、図11の処理と同様の処理を行うものについては説明を簡略する。
作業機コントローラ10は、ブームボトム圧を設定値A(kg)と比較することにより「空荷」であるかを確認する(ステップS51)。作業機コントローラ10は、ブームボトム圧が設定値A未満ではないため、ステップS51でNO(積荷状態)であることを検出した場合は、空荷後進制御を終了して図6に戻る。これにより、積荷状態でブーム32を下げる制御を行うことを未然に防止している。
作業機コントローラ10がステップS52で「YES」と判定すると、移動距離検出手段130は、前記ステップS22、S32と同じ方法で、現在の移動距離Lを算出する(ステップS53)。
作業機コントローラ10は、ステップS52で「NO」と判定した場合は、すでに距離L2の移動が完了しているため、ステップS53での現在の移動距離Lの算出は行わない。
ここで、K3が0.2であれば、移動距離Lが設定距離L2の20%の距離に到達する前であれば、作業機コントローラ10はステップS54でYESと判定する。
作業機コントローラ10の目標設定手段120は、ステップS54でYESと判定すると、実バケットシリンダ長BkLengthの絶対値と、バケット目標位置TP3_bkとの偏差長が設定値(例えば10mm)より大きいか否かを判定する(ステップS55)。ここで、空荷後進制御の作業機目標TP3は、表1に示すように、ブーム32は操作無しであり、バケット31のみをポジショナ位置に移動するものである。積込直後のバケット31は、積込位置にあってポジショナ位置とは異なるため、作業機コントローラ10は、ステップS55でYESと判定する。
ここで、ブーム32は操作無しのため、目標設定手段120は、ステップS56ではブーム目標位置tp_bm(t)に実ブーム角BmAngleを代入する(ステップS56)。
一方、ホイールローダ1がK3×L2の位置まで移動する間に、バケット31が積込位置からポジショナ位置に移動するように、ステップS24と同様に、バケット目標位置はtp_bk(t)=L/(K3*L2)*(TP3_bk-sp_bk)+sp_bkで求められる(ステップS57)。すなわち、目標設定手段120は、前記空荷後進状態の移動開始時のバケットシリンダ長から、前記ホイールローダ1が前記第3中間距離移動した時点で前記バケット31が予め設定された初期位置(本実施形態ではポジショナ位置)となるバケットシリンダ長まで、移動距離に比例してバケットシリンダ長を設定する。
これにより、移動距離LがK3×L2に到達するまでに、ブーム32は上げポジショナ位置で維持され、バケット31がポジショナ位置に移動し、ポジショナ位置に移動後は、その状態が維持される。
次に、作業機コントローラ10は、前記ステップS37と同様に、ブーム目標位置を算出する(ステップS62)。ここで、K3×L2の地点からK4×L2の地点までの空荷後進作業では、図9に示すように、移動距離に比例してブーム32の角度を下げる制御を行う。このため、移動距離Lにおけるブーム目標位置tp_bm(t)は、(L-sL)/(L2*(K4-K3))*(TP4_bm-sp_bm)+sp_bmで求められる。TP4_bmは、目標位置TP4におけるブーム角度であり、ブーム角度が水平つまり0度に設定されている。sp_bmはステップS61Aで設定されたブーム32の角度を下げる制御の開始位置である。LがK3×L2となる地点までにオペレータの手動操作が無ければ、ブーム角度は上げポジショナ位置に維持されているので、sp_bmも上げポジショナ位置となる。L-sLは、K3×L2の地点からの移動距離であり、(L2*(K4-K3))はK3×L2の地点からK4×L2の地点までの距離である。すなわち、ブーム目標位置tp_bm(t)は、K3×L2の地点からK4×L2の地点までの距離に対するK3×L2の地点からの移動距離の割合と、ブーム32の目標位置および制御開始位置の差とを乗算した値に、初期値である開始位置を加算して求められる。これにより、目標設定手段120は、前記空荷後進状態に応じた前記ブーム32の目標位置として、前記第3中間距離移動した時点のブーム角度から、前記第4中間距離移動した時点の前記ブーム32が水平となるブーム角度まで、移動距離に比例してブーム角度を設定する。
作業機コントローラ10は、ステップS63の処理後は、前記ステップS68~S70の処理を行う。
次に、作業機コントローラ10は、前記ステップS62と同様に、ブーム目標位置を算出する(ステップS66)。ここで、K4×L2の地点からL2の地点までの空荷後進作業では、図9に示すように、移動距離に比例してブーム32の角度を緩やかに下げる制御を行う。このため、移動距離Lにおけるブーム目標位置tp_bm(t)は、(L-sL)/(L2*(1-K4))*(TP5_bm-sp_bm)+sp_bmで求められる。TP5_bmは、目標位置TP5におけるブーム角度であり、オペレータが設定可能な下げポジショナ位置に設定されている。sp_bmはステップS65Aで設定されたブーム32の制御開始位置であり、自動制御が行われていれば目標値TP4の位置である。L-sLは、K4×L2の地点からの移動距離であり、(L2*(1-K4))はK4×L2の地点からL2の地点までの距離である。すなわち、ブーム目標位置tp_bm(t)は、K4×L2の地点からL2の地点までの距離に対するK4×L2の地点からの移動距離の割合と、ブーム32の目標位置および制御開始位置の差とを乗算した値に、初期値である制御開始位置を加算して求められる。これにより、目標設定手段120は、前記空荷後進状態に応じた前記ブーム32の目標位置として、前記第4中間距離移動した時点のブーム角度から、前記第距離L2移動した時点の前記ブーム32が水平となるブーム角度まで、移動距離に比例してブーム角度を設定する。
作業機コントローラ10は、ステップS67の処理後は、前記ステップS68~S70の処理を行う。
以上の制御を繰り返すことで、Vシェイプ運転を繰り返すことができる。
以上の本実施形態によれば、積荷後進作業、積荷前進作業、空荷後進作業においては、作業機コントローラ10の制御によって、ホイールローダ1の移動距離に応じて、作業機3のバケット31、ブーム32が自動的に目標位置に移動する。このため、オペレータは、主にステアリング、アクセル、ブレーキ操作を行えば良く、ブームレバー41やバケットレバー42をステアリングやアクセル操作と同時に行う必要が無い。したがって、経験の浅いオペレータであってもホイールローダ1を容易に操作することができる。
さらに、ホイールローダ1の移動中に、作業機3が適切な位置に自動的に移動するため、ホイールローダ1の移動後に作業機3を移動する場合に比べて、作業効率を向上でき、省燃費運転も実現できる。
前記実施形態では、積荷後進作業、積荷前進作業、空荷後進作業の場合に本発明のセミオート制御を実行していたが、これらの各作業のいずれか1つのみ、あるいは2つのみに本発明のセミオート制御を行うものでよい。
さらに、本発明は、ブームレバー41およびバケットレバー42の手動操作を許容したセミオート制御であるため、手動操作によって作業機3が目標位置に到達した距離を記憶手段150に記憶し、記憶手段150に記憶された距離によって前記距離係数K1~K4の数値等を変更し、各作業に応じたホイールローダ1の移動距離と、作業機3の目標位置との関係をオペレータが変更してもよい。例えば、前記積荷前進制御では、K1が0.5であるため、ホイールローダ1がL2の中間地点に移動するまでは作業機3を目標位置TP1に維持していたが、オペレータが中間地点に移動する前、例えば、0.4×L2の地点でブームレバー41を操作して目標位置TP2に向かって作業機3を移動した場合には、前記距離係数K1を0.4に変更して設定すればよい。これにより、作業機3のセミオート制御時に、各オペレータの操作の好みを反映した制御を実現することができる。
さらに、セミオート制御時のモニタ43に、ホイールローダ1の目標移動距離、実際の移動距離、作業機3の目標位置、実際の位置などを表示して、オペレータをサポートしてもよい。
Claims (10)
- ブームと、前記ブームに取り付けられたバケットとを備えた作業機を有するホイールローダであって、
前記ホイールローダの作業状態を検出する作業状態検出手段と、
前記作業状態検出手段で検出される前記作業状態に応じて、前記作業機の目標位置および前記ホイールローダの移動距離との関係を設定する目標設定手段と、
前記ホイールローダの移動距離を検出する移動距離検出手段と、
前記移動距離検出手段で検出された移動距離に応じて求められた前記作業機の目標位置に前記ブームおよび前記バケットを移動させる作業機制御手段とを備える
ことを特徴とするホイールローダ。 - 請求項1に記載のホイールローダにおいて、
前記作業状態検出手段は、
前記バケットに荷が積込まれているか否かを判別する積荷判別手段と、
前記ホイールローダの前進および後進を判別する前後進判別手段とを備え、
前記積荷判別手段で積荷状態であると判別し、かつ、前記前後進判別手段で後進であると判別した場合に、前記作業状態は積荷後進状態であると検出し、
前記目標設定手段は、前記積荷後進状態に応じて、前記作業機の目標位置および前記ホイールローダの移動距離との関係を設定し、
前記作業機制御手段は、前記作業状態が前記積荷後進状態である場合に、前記移動距離検出手段で検出された移動距離に応じて求められた前記作業機の目標位置に前記ブームおよび前記バケットを移動させる
ことを特徴とするホイールローダ。 - 請求項1または請求項2に記載のホイールローダにおいて、
前記作業状態検出手段は、
前記バケットに荷が積込まれているか否かを判別する積荷判別手段と、
前記ホイールローダの前進および後進を判別する前後進判別手段とを備え、
前記積荷判別手段で積荷状態であると判別し、かつ、前記前後進判別手段で前進であると判別した場合に、前記作業状態は積荷前進状態であると検出し、
前記目標設定手段は、前記積荷前進状態に応じて、前記作業機の目標位置および前記ホイールローダの移動距離との関係を設定し、
前記作業機制御手段は、前記作業状態が前記積荷前進状態である場合に、前記移動距離検出手段で検出された移動距離に応じて求められた前記作業機の目標位置に前記ブームおよび前記バケットを移動させる
ことを特徴とするホイールローダ。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のホイールローダにおいて、
前記作業状態検出手段は、
前記バケットに荷が積込まれているか否かを判別する積荷判別手段と、
前記ホイールローダの前進および後進を判別する前後進判別手段とを備え、
前記積荷判別手段で空荷状態であると判別し、かつ、前記前後進判別手段で後進であると判別した場合に、前記作業状態は空荷後進状態であると検出し、
前記目標設定手段は、前記空荷後進状態に応じて、前記作業機の目標位置および前記ホイールローダの移動距離との関係を設定し、
前記作業機制御手段は、前記作業状態が前記空荷後進状態である場合に、前記移動距離検出手段で検出された移動距離に応じて求められた前記作業機の目標位置に前記ブームおよび前記バケットを移動させる
ことを特徴とするホイールローダ。 - 請求項2に記載のホイールローダにおいて、
前記目標設定手段は、
前記積荷後進状態に応じた前記ブームの目標位置として、前記積荷後進状態の移動開始時のブーム角度から、前記ホイールローダが距離L1を移動した際に前記ブームが水平となるブーム角度まで、移動距離に比例してブーム角度を設定し、
前記積荷後進状態に応じた前記バケットの目標位置として、前記ブーム角度に連動して前記バケットをチルト位置に維持するバケットシリンダ長を設定する
ことを特徴とするホイールローダ。 - 請求項3に記載のホイールローダにおいて、
前記目標設定手段は、
前記積荷前進状態での目標移動距離である距離L2と、前記距離L2未満の第1中間距離と、前記第1中間距離以上、かつ、前記距離L2未満の第2中間距離とを設定し、
移動距離が前記第1中間距離未満の場合は、
前記積荷前進状態に応じた前記ブームの目標位置として、前記ブームが水平となるブーム角度を設定し、
前記積荷前進状態に応じた前記バケットの目標位置として、前記バケットをチルト位置に維持するバケットシリンダ長を設定し、
移動距離が前記第1中間距離以上、かつ、前記第2中間距離未満の場合は、
前記積荷前進状態に応じた前記ブームの目標位置として、前記第1中間距離移動した時点のブーム角度から、前記第2中間距離移動した時点で予め設定された上げポジショナ位置となるブーム角度まで、移動距離に比例してブーム角度を設定し、
前記積荷前進状態に応じた前記バケットの目標位置として、前記ブーム角度に連動して前記バケットをチルト位置に維持するバケットシリンダ長を設定し、
移動距離が前記第2中間距離以上、かつ、前記距離L2以下の場合は、
前記積荷前進状態に応じた前記ブームの目標位置として、前記上げポジショナ位置のブーム角度を設定し、
前記積荷前進状態に応じた前記バケットの目標位置として、前記バケットをチルト位置に維持するバケットシリンダ長を設定する
ことを特徴とするホイールローダ。 - 請求項4に記載のホイールローダにおいて、
前記目標設定手段は、
前記空荷後進状態での目標移動距離である距離L2と、前記距離L2未満の第3中間距離と、前記第3中間距離以上、かつ、前記距離L2未満の第4中間距離とを設定し、
移動距離が前記第3中間距離未満の場合は、
前記空荷後進状態に応じた前記ブームの目標位置として、前記ブームが予め設定された上げポジショナ位置となるブーム角度を設定し、
前記空荷後進状態に応じた前記バケットの目標位置として、前記空荷後進状態の移動開始時のバケットシリンダ長から、前記ホイールローダが前記第3中間距離移動した時点で前記バケットが予め設定された初期位置となるバケットシリンダ長まで、移動距離に比例してバケットシリンダ長を設定し、
移動距離が前記第3中間距離以上、かつ、前記第4中間距離未満の場合は、
前記空荷後進状態に応じた前記ブームの目標位置として、前記第3中間距離移動した時点のブーム角度から、前記第4中間距離移動した時点の前記ブームが水平となるブーム角度まで、移動距離に比例してブーム角度を設定し、
前記空荷後進状態に応じた前記バケットの目標位置として、前記バケットを予め設定された初期位置に維持するバケットシリンダ長を設定し、
移動距離が前記第4中間距離以上、かつ、前記距離L2以下の場合は、
前記空荷後進状態に応じた前記ブームの目標位置として、前記第4中間距離移動した時点のブーム角度から、前記距離L2移動した時点の前記ブームが予め設定された下げポジショナ位置となるブーム角度まで、移動距離に比例してブーム角度を設定し、
前記空荷後進状態に応じた前記バケットの目標位置として、前記バケットを予め設定された初期位置に維持するバケットシリンダ長を設定する
ことを特徴とするホイールローダ。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のホイールローダにおいて、
前記ブームの現在位置を検出するブーム位置検出手段と、
前記バケットの現在位置を検出するバケット位置検出手段とを備え、
前記目標設定手段は、
前記移動距離検出手段で検出された現在の移動距離に応じて前記ブームおよびバケットの現在の目標位置を算出し、
前記作業機制御手段は、
前記ブームの現在の目標位置と前記ブーム位置検出手段で検出された現在位置との偏差量と、前記バケットの現在の目標位置と前記バケット位置検出手段で検出された現在位置との偏差量とを算出し、
前記偏差量に基づいて前記ブームおよび前記バケットを移動させる
ことを特徴とするホイールローダ。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のホイールローダにおいて、
前記ブームを操作するブームレバーと、
前記バケットを操作するバケットレバーとを備え、
前記作業機制御手段は、前記ブームレバーおよびバケットレバーの手動操作による操作量を加算して前記作業機を移動させる
ことを特徴とするホイールローダ。 - 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のホイールローダにおいて、
前記ブームを操作するブームレバーと、
前記バケットを操作するバケットレバーとを備え、
前記作業機制御手段は、前記ブームレバーおよびバケットレバーの手動操作による操作量が加算された場合は、前記作業機が目標位置に移動した移動距離を記憶し、
前記目標設定手段は、前記作業機の位置および前記ホイールローダの移動距離との関係における前記ホイールローダの移動距離を、前記作業機が目標位置に移動したときに記憶した移動距離で補正する
ことを特徴とするホイールローダ。
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