CN117062956A - 挖土机及挖土机的控制装置 - Google Patents

挖土机及挖土机的控制装置 Download PDF

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CN117062956A
CN117062956A CN202280023207.3A CN202280023207A CN117062956A CN 117062956 A CN117062956 A CN 117062956A CN 202280023207 A CN202280023207 A CN 202280023207A CN 117062956 A CN117062956 A CN 117062956A
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Inventor
小野寺将
佐野裕介
本田圭二
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

具备:下部行走体(1);上部回转体(3),可回转地搭载于下部行走体(1);附属装置(AT),安装于上部回转体(3);姿势检测装置,检测附属装置(AT)的姿势,所述姿势检测装置包括动臂角度传感器(S1)、斗杆角度传感器(S2)、铲斗角度传感器(S3)、机身姿势传感器(S4)及回转角度传感器(S5);及控制器(30),计算与作业角度相关的目标角度,所述作业角度由根据附属装置(AT)中所包括的铲斗(6)的形状确定的面或线与目标面形成。控制器(30)根据附属装置(AT)的姿势和与目标面相关的信息来变更目标角度。

Description

挖土机及挖土机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种作为挖掘机的挖土机及挖土机的控制装置。
背景技术
以往,已知一种液压挖土机,其在进行挖掘作业时,将铲斗相对于目标面(设计面)的角度维持在一定角度(例如,参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2020-159049号公报
专利文献2:国际公开第2019/009341号
发明内容
发明要解决的课题
然而,若将铲斗相对于目标面的角度维持在一定角度,则在设计面上残留有大量的沙土的阶段中,铲斗的铲尖难以刺入地面,有可能会导致妨碍顺畅的挖掘作业。
因此,优选提供一种能够实现更顺畅的作业的挖土机。
用于解决课题的手段
本发明的实施方式所涉及的挖土机具备:下部行走体;上部回转体,可回转地搭载于所述下部行走体;附属装置,安装于所述上部回转体;姿势检测装置,检测所述附属装置的姿势;及控制装置,计算与作业角度相关的目标角度,所述作业角度由根据所述附属装置中所包括的铲斗的形状确定的面或线与目标面形成,所述控制装置根据所述附属装置的姿势和与所述目标面相关的信息来变更所述目标角度。
发明效果
通过上述方法,提供一种能够实现更顺畅的作业的挖土机。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的挖土机的侧视图。
图2是图1的挖土机的俯视图。
图3是表示搭载于图1的挖土机的液压系统的结构例的图。
图4A是与斗杆缸的操作相关的液压系统的一部分的图。
图4B是与动臂缸相关的液压系统的一部分的图。
图4C是与铲斗缸相关的液压系统的一部分的图。
图4D是与回转液压马达相关的液压系统的一部分的图。
图5是表示控制器的结构例的图。
图6A是铲斗的侧视图。
图6B是表示作业角度的目标角度、动作速度及分开距离的关系的图表。
图7A是位于比设计面更高的位置的铲斗的侧视图。
图7B是位于比设计面更高的位置的铲斗的侧视图。
图7C是位于比设计面更高的位置的铲斗的侧视图。
图7D是位于比设计面更高的位置的铲斗的侧视图。
图8A是位于比设计面更高的位置的铲斗的侧视图。
图8B是位于比设计面更高的位置的铲斗的侧视图。
图9A是位于比设计面更低的位置的铲斗的侧视图。
图9B是位于比设计面更低的位置的铲斗的侧视图。
图9C是位于比设计面更低的位置的铲斗的侧视图。
图9D是位于比设计面更低的位置的铲斗的侧视图。
图10是表示挖土机的控制系统的结构的一例的图。
图11是表示与挖土机的设备控制功能相关的功能结构的一例的功能框图。
图12是表示与挖土机的设备控制功能相关的功能结构的另一例的功能框图。
图13是说明与挖掘时的铲斗的铲尖的轨道相关的参数的一例的图。
图14是表示与每个作业现场的参数相关的表信息的一例的图。
具体实施方式
首先,参考图1及图2对作为本发明的实施方式所涉及的挖掘机的挖土机100进行说明。图1是挖土机100的侧视图,图2是挖土机100的俯视图。
在本实施方式中,挖土机100的下部行走体1包括履带1C。履带1C由搭载于下部行走体1的作为行走致动器的行走液压马达2M驱动。具体而言,履带1C包括左履带1CL及右履带1CR。左履带1CL由左行走液压马达2ML驱动,右履带1CR由右行走液压马达2MR驱动。
在下部行走体1上经由回转机构2可回转地搭载有上部回转体3。回转机构2由搭载于上部回转体3的作为回转致动器的回转液压马达2A驱动。但是,回转致动器也可以为作为电动致动器的回转电动发电机。
在上部回转体3上安装有动臂4。在动臂4的前端安装有斗杆5,在斗杆5的前端安装有作为端接附属装置的铲斗6。动臂4、斗杆5及铲斗6构成作为附属装置AT的一例的挖掘附属装置。动臂4由动臂缸7驱动,斗杆5由斗杆缸8驱动,铲斗6由铲斗缸9驱动。动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9构成附属装置致动器。铲斗6例如可以为斜面铲斗。并且,铲斗6可以具备铲斗倾斜机构。
动臂4被上部回转体3可上下转动地支承。并且,在动臂4上安装有动臂角度传感器S1。动臂角度传感器S1能够检测动臂4的转动角度即动臂角度α1。动臂角度α1例如为从最大限度地降低动臂4的状态起的上升角度。因此,动臂角度α1在最大限度地提升动臂4时成为最大。
斗杆5被动臂4可转动地支承。并且,在斗杆5上安装有斗杆角度传感器S2。斗杆角度传感器S2能够检测斗杆5的转动角度即斗杆角度α2。斗杆角度α2例如为从最大限度地收回斗杆5的状态起的张开角度。因此,斗杆角度α2在最大限度地张开斗杆5时成为最大。
铲斗6被斗杆5可转动地支承。并且,在铲斗6上安装有铲斗角度传感器S3。铲斗角度传感器S3能够检测铲斗6的转动角度即铲斗角度α3。铲斗角度α3为从最大限度地收回铲斗6的状态起的张开角度。因此,铲斗角度α3在最大限度地张开铲斗6时成为最大。
在图1的实施方式中,动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2及铲斗角度传感器S3分别由加速度传感器和陀螺仪传感器的组合构成。但是,也可以仅由加速度传感器构成。并且,动臂角度传感器S1可以为安装于动臂缸7的行程传感器,也可以为旋转编码器、电位差计或惯性测量装置等。关于斗杆角度传感器S2及铲斗角度传感器S3也相同。
在上部回转体3上设置有作为驾驶舱的驾驶室10,并且搭载有发动机11等动力源。并且,在上部回转体3上安装有空间识别装置70、朝向检测装置71、测位装置73、机身姿势传感器S4及回转角度传感器S5等。在驾驶室10的内部设置有操作装置26、控制器30、输入装置72、显示装置D1及声音输出装置D2等。另外,在本说明书中,为了方便起见,将上部回转体3中安装有附属装置AT的一侧设为前方,将安装有配重的一侧设为后方。
空间识别装置70构成为识别在挖土机100的周围的三维空间内存在的物体。并且,空间识别装置70也可以构成为计算从空间识别装置70或挖土机100至识别出的物体为止的距离。空间识别装置70例如包括超声波传感器、毫米波雷达、摄像装置、LIDAR、距离图像传感器、红外线传感器等或其任意组合。摄像装置例如为单眼摄像机或立体摄像机等。在本实施方式中,空间识别装置70包括安装于驾驶室10的上表面前端的前侧传感器70F、安装于上部回转体3的上表面后端的后侧传感器70B、安装于上部回转体3的上表面左端的左侧传感器70L及安装于上部回转体3的上表面右端的右侧传感器70R。识别在上部回转体3的上方的空间内存在的物体的上方传感器也可以安装于挖土机100。
空间识别装置70可以构成为能够检测设定于挖土机100的周围的规定区域内的规定物体。即,空间识别装置70可以构成为能够识别物体的种类、位置及形状等中的至少一个。例如,空间识别装置70也可以构成为能够区分人和除了人以外的物体。而且,空间识别装置70也可以构成为能够确定挖土机100的周围的地形的种类。地形的种类例如为地表面、坑、倾斜面或河川等。而且,空间识别装置70也可以构成为能够确定障碍物的种类。障碍物的种类例如为电线、电线杆、人、动物、车辆、作业机材、施工机械、建筑物或围栏等。而且,空间识别装置70也可以构成为能够确定作为车辆的自卸车的种类或尺寸等。而且,空间识别装置70也可以构成为通过识别头盔、安全背心或工作服等、或者通过识别头盔、安全背心或工作服等上的规定的标记等来检测人。而且,空间识别装置70也可以构成为识别路面的状态。具体而言,空间识别装置70例如也可以构成为确定路面上存在的物体的种类。路面上存在的物体的种类例如为香烟、罐、塑料瓶或石头等。另外,基于空间识别装置70的上述功能也可以由接收空间识别装置70的输出的控制器30实现。
朝向检测装置71构成为检测与上部回转体3的朝向和下部行走体1的朝向之间的相对关系相关的信息。朝向检测装置71例如可以由安装于下部行走体1的地磁传感器和安装于上部回转体3的地磁传感器的组合构成。或者,朝向检测装置71可以由安装于下部行走体1的GNSS接收机和安装于上部回转体3的GNSS接收机的组合构成。朝向检测装置71可以为旋转编码器、旋转位置传感器等或其任意组合。在通过回转电动发电机回转驱动上部回转体3的结构中,朝向检测装置71也可以由旋转变压器构成。朝向检测装置71例如也可以安装于与回转机构2关联设置的中心接头部,所述回转机构2实现下部行走体1与上部回转体3之间的相对旋转。
朝向检测装置71也可以由安装于上部回转体3的摄像机构成。此时,朝向检测装置71对由安装于上部回转体3的摄像机拍摄到的图像(输入图像)实施已知的图像处理来检测输入图像中所包括的下部行走体1的图像。并且,朝向检测装置71通过使用已知的图像识别技术检测下部行走体1的图像来确定下部行走体1的长度方向。并且,导出在上部回转体3的前后轴的方向与下部行走体1的长度方向之间形成的角度。上部回转体3的前后轴的方向根据摄像机的安装位置来导出。尤其,由于履带1C从上部回转体3突出,因此朝向检测装置71能够通过检测履带1C的图像来确定下部行走体1的长度方向。此时,朝向检测装置71可以合并到控制器30中。并且,摄像机可以为空间识别装置70。
输入装置72构成为挖土机的操作者能够向控制器30输入信息。在本实施方式中,输入装置72为靠近显示装置D1的显示部设置的开关面板。但是,输入装置72可以为配置于显示装置D1的显示部上的触摸面板,也可以为配置于驾驶室10内的麦克风等声音输入装置。并且,输入装置72可以为获取来自外部的信息的通信装置。
测位装置73构成为测定上部回转体3的位置。在本实施方式中,测位装置73为GNSS接收机,检测上部回转体3的位置,并将检测值输出至控制器30。测位装置73也可以为GNSS罗盘。此时,测位装置73能够检测上部回转体3的位置及朝向,因此也作为朝向检测装置71而发挥作用。
机身姿势传感器S4检测上部回转体3相对于规定平面的倾斜度。在本实施方式中,机身姿势传感器S4为检测上部回转体3相对于水平面围绕前后轴的倾斜角及围绕左右轴的倾斜角的加速度传感器。上部回转体3的前后轴及左右轴例如彼此正交且通过挖土机100的回转轴上的一点即挖土机中心点。
回转角度传感器S5检测上部回转体3的回转角度。在本实施方式中,回转角速度传感器S5为陀螺仪传感器。也可以为旋转变压器、旋转编码器等或其任意组合。回转角度传感器S5可以检测回转速度或回转角速度。回转速度可以根据回转角速度计算。
以下,将动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2、铲斗角度传感器S3、机身姿势传感器S4及回转角度传感器S5中的至少一个也称为姿势检测装置。附属装置AT的姿势例如根据动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2及铲斗角度传感器S3各自的输出来检测。
显示装置D1为显示信息的装置。在本实施方式中,显示装置D1为设置于驾驶室10内的液晶显示器。但是,显示装置D1也可以为智能手机等移动终端的显示器。
声音输出装置D2为输出声音的装置。声音输出装置D2包括向驾驶室10内的操作者输出声音的装置及向驾驶室10外的作业人员输出声音的装置中的至少一个。也可以为移动终端的扬声器。
操作装置26为用于供操作者操作致动器的装置。操作装置26例如包括操作杆及操作踏板。致动器包括液压致动器及电动致动器中的至少一个。
控制器30为用于控制挖土机100的控制装置。在本实施方式中,控制器30由具备CPU、易失性存储装置及非易失性存储装置等的计算机构成。并且,控制器30从非易失性存储装置读出与各功能对应的程序并将其加载到易失性存储装置中,并使CPU执行对应的处理。各功能例如包括引导(guide)操作者对挖土机100进行的手动操作的设备引导功能及支援操作者对挖土机100进行的手动操作或者使挖土机100自动或自主地动作的设备控制功能。控制器30可以包括接触避开功能,所述接触避开功能使挖土机100自动或自主地动作、或者使挖土机100停止,以避开挖土机100的周围的监视范围内存在的物体与挖土机100的接触。挖土机100的周围的物体的监视不仅在监视范围内执行,在监视范围外也执行。
接着,参考图3对搭载于挖土机100的液压系统的结构例进行说明。图3是表示搭载于挖土机100的液压系统的结构例的图。在图3中分别用双重线、实线、虚线及点线表示机械动力传递系统、工作油管路、先导管路及电控系统。
挖土机100的液压系统主要包括发动机11、调节器13、主泵14、先导泵15、控制阀单元17、操作装置26、吐出压力传感器28、操作传感器29及控制器30等。
在图3中,液压系统构成为能够使工作油从由发动机11驱动的主泵14经由中间旁通油路40或并联油路42循环至工作油罐。
发动机11为挖土机100的驱动源。在本实施方式中,发动机11例如为以维持规定转速的方式动作的柴油发动机。发动机11的输出轴分别与主泵14及先导泵15的输入轴连结。
主泵14构成为能够将工作油经由工作油管路供给至控制阀单元17。在本实施方式中,主泵14为斜板式可变容量型液压泵。
调节器13构成为能够控制主泵14的吐出量。在本实施方式中,调节器13通过根据来自控制器30的控制指令调节主泵14的斜板偏转角来控制主泵14的吐出量。
先导泵15为先导压生成装置的一例,并且构成为能够将工作油经由先导管路供给至液压控制设备。在本实施方式中,先导泵15为固定容量型液压泵。但是,先导压生成装置可以由主泵14实现。即,主泵14除了将工作油经由工作油管路供给至控制阀单元17的功能以外,还可以具备将工作油经由先导管路供给至各种液压控制设备的功能。此时,也可以省略先导泵15。
控制阀单元17为控制挖土机100中的液压系统的液压控制装置。在本实施方式中,控制阀单元17包括控制阀171~176。控制阀175包括控制阀175L及控制阀175R,控制阀176包括控制阀176L及控制阀176R。控制阀单元17构成为能够通过控制阀171~176将由主泵14吐出的工作油选择性地供给至一个或多个液压致动器。控制阀171~176例如控制从主泵14流向液压致动器的工作油的流量及从液压致动器流向工作油罐的工作油的流量。液压致动器包括动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、左行走液压马达2ML、右行走液压马达2MR及回转液压马达2A。
操作装置26构成为能够供操作者操作致动器。在本实施方式中,操作装置26包括液压致动器操作装置,所述液压致动器操作装置构成为能够供操作者操作液压致动器。具体而言,液压致动器操作装置构成为能够将由先导泵15吐出的工作油经由先导管路供给至控制阀单元17内的对应的控制阀的先导端口。供给至各先导端口的工作油的压力(先导压)为与对应于各液压致动器的操作装置26的操作方向及操作量对应的压力。
吐出压力传感器28构成为能够检测主泵14的吐出压力。在本实施方式中,吐出压力传感器28将检测出的值输出至控制器30。
操作传感器29构成为能够检测操作者对操作装置26进行的操作内容。在本实施方式中,操作传感器29检测与各致动器对应的操作装置26的操作方向及操作量,并将检测出的值输出至控制器30。
主泵14包括左主泵14L及右主泵14R。并且,左主泵14L使工作油经由左中间旁通油路40L或左并联油路42L循环至工作油罐,右主泵14R使工作油经由右中间旁通油路40R或右并联油路42R循环至工作油罐。
左中间旁通油路40L为通过配置于控制阀单元17内的控制阀171、173、175L及176L的工作油管路。右中间旁通油路40R为通过配置于控制阀单元17内的控制阀172、174、175R及176R的工作油管路。
控制阀171是为了将由左主泵14L吐出的工作油供给至左行走液压马达2ML且将由左行走液压马达2ML吐出的工作油排出至工作油罐而切换工作油的流动的滑阀。
控制阀172是为了将由右主泵14R吐出的工作油供给至右行走液压马达2MR且将由右行走液压马达2MR吐出的工作油排出至工作油罐而切换工作油的流动的滑阀。
控制阀173是为了将由左主泵14L吐出的工作油供给至回转液压马达2A且将由回转液压马达2A吐出的工作油排出至工作油罐而切换工作油的流动的滑阀。
控制阀174是为了将由右主泵14R吐出的工作油供给至铲斗缸9且将铲斗缸9内的工作油排出至工作油罐而切换工作油的流动的滑阀。
控制阀175L是为了将由左主泵14L吐出的工作油供给至动臂缸7而切换工作油的流动的滑阀。控制阀175R是为了将由右主泵14R吐出的工作油供给至动臂缸7且将动臂缸7内的工作油排出至工作油罐而切换工作油的流动的滑阀。
控制阀176L是为了将由左主泵14L吐出的工作油供给至斗杆缸8且将斗杆缸8内的工作油排出至工作油罐而切换工作油的流动的滑阀。
控制阀176R是为了将由右主泵14R吐出的工作油供给至斗杆缸8且将斗杆缸8内的工作油排出至工作油罐而切换工作油的流动的滑阀。
左并联油路42L为与左中间旁通油路40L并联的工作油管路。在通过左中间旁通油路40L的工作油的流动被控制阀171、173及175L中的某一个限制或切断的情况下,左并联油路42L能够将工作油供给至更靠下游的控制阀。右并联油路42R为与右中间旁通油路40R并联的工作油管路。在通过右中间旁通油路40R的工作油的流动被控制阀172、174及175R中的某一个限制或切断的情况下,右并联油路42R能够将工作油供给至更靠下游的控制阀。
调节器13包括左调节器13L及右调节器13R。左调节器13L通过根据左主泵14L的吐出压力调节左主泵14L的斜板偏转角来控制左主泵14L的吐出量。具体而言,左调节器13L例如根据左主泵14L的吐出压力的增大调节左主泵14L的斜板偏转角来减少吐出量。关于右调节器13R也相同。这是为了使由吐出压力与吐出量的乘积表示的主泵14的吸收功率(吸收马力)不超过发动机11的输出功率(输出马力)。
操作装置26包括左操作杆26L、右操作杆26R及行走杆26D。行走杆26D包括左行走杆26DL及右行走杆26DR。
左操作杆26L用于回转操作和斗杆5的操作。若向前后方向进行操作,则左操作杆26L利用由先导泵15吐出的工作油,使与杆操作量对应的控制压力导入到控制阀176的先导端口。并且,若向左右方向进行操作,则利用由先导泵15吐出的工作油,使与杆操作量对应的控制压力导入到控制阀173的先导端口。
具体而言,在向斗杆收回方向进行了操作的情况下,左操作杆26L将工作油导入到控制阀176L的右侧先导端口,并将工作油导入到控制阀176R的左侧先导端口。并且,在向斗杆张开方向进行了操作的情况下,左操作杆26L将工作油导入到控制阀176L的左侧先导端口,并将工作油导入到控制阀176R的右侧先导端口。并且,在向左回转方向进行了操作的情况下,左操作杆26L将工作油导入到控制阀173的左侧先导端口,在向右回转方向进行了操作的情况下,左操作杆26L将工作油导入到控制阀173的右侧先导端口。
右操作杆26R用于动臂4的操作和铲斗6的操作。若向前后方向进行操作,则右操作杆26R利用由先导泵15吐出的工作油,使与杆操作量对应的控制压力导入到控制阀175的先导端口。并且,若向左右方向进行操作,则利用由先导泵15吐出的工作油,使与杆操作量对应的控制压力导入到控制阀174的先导端口。
具体而言,在向动臂降低方向进行了操作的情况下,右操作杆26R将工作油导入到控制阀175R的左侧先导端口。并且,在向动臂提升方向进行了操作的情况下,右操作杆26R将工作油导入到控制阀175L的右侧先导端口,并将工作油导入到控制阀175R的左侧先导端口。并且,在向铲斗收回方向进行了操作的情况下,右操作杆26R将工作油导入到控制阀174的右侧先导端口,在向铲斗张开方向进行了操作的情况下,右操作杆26R将工作油导入到控制阀174的左侧先导端口。
行走杆26D用于履带1C的操作。具体而言,左行走杆26DL用于左履带1CL的操作。也可以构成为与左行走踏板联动。若向前后方向进行操作,则左行走杆26DL利用由先导泵15吐出的工作油,使与杆操作量对应的控制压力导入到控制阀171的先导端口。右行走杆26DR用于右履带1CR的操作。也可以构成为与右行走踏板联动。若向前后方向进行操作,则右行走杆26DR利用由先导泵15吐出的工作油,使与杆操作量对应的控制压力导入到控制阀172的先导端口。
吐出压力传感器28包括左吐出压力传感器28L及右吐出压力传感器28R。左吐出压力传感器28L检测左主泵14L的吐出压力,并将检测出的值输出至控制器30。关于右吐出压力传感器28R也相同。
操作传感器29包括操作传感器29LA、29LB、29RA、29RB、29DL、29DR。操作传感器29LA检测操作者在前后方向上对左操作杆26L进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。操作内容例如为杆操作方向、杆操作量(杆操作角度)等。
同样地,操作传感器29LB检测操作者在左右方向上对左操作杆26L进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。操作传感器29RA检测操作者在前后方向上对右操作杆26R进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。操作传感器29RB检测操作者在左右方向上对右操作杆26R进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。操作传感器29DL检测操作者在前后方向上对左行走杆26DL进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。操作传感器29DR检测操作者在前后方向上对右行走杆26DR进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。
控制器30接收操作传感器29的输出,并根据需要对调节器13输出控制指令,以改变主泵14的吐出量。并且,控制器30接收设置于节流器18的上游的控制压力传感器19的输出,并根据需要对调节器13输出控制指令,以改变主泵14的吐出量。节流器18包括左节流器18L及右节流器18R,控制压力传感器19包括左控制压力传感器19L及右控制压力传感器19R。
在左中间旁通油路40L中,在位于最下游的控制阀176L与工作油罐之间配置有左节流器18L。因此,由左主泵14L吐出的工作油的流动被左节流器18L限制。并且,左节流器18L产生用于控制左调节器13L的控制压力。左控制压力传感器19L为用于检测该控制压力的传感器,并将检测出的值输出至控制器30。控制器30通过根据该控制压力调节左主泵14L的斜板偏转角来控制左主泵14L的吐出量。控制器30构成为如下:该控制压力越大,越减少左主泵14L的吐出量,该控制压力越小,越增加左主泵14L的吐出量。右主泵14R的吐出量也同样地受控制。
具体而言,如图3所示,在挖土机100中的液压致动器均未被操作的待机状态的情况下,由左主泵14L吐出的工作油通过左中间旁通油路40L而到达左节流器18L。并且,由左主泵14L吐出的工作油的流动使在左节流器18L的上游产生的控制压力增大。其结果,控制器30使左主泵14L的吐出量减少至允许最小吐出量,从而抑制所吐出的工作油通过左中间旁通油路40L时的压力损耗(泵送损耗)。另一方面,在操作了某一个液压致动器的情况下,由左主泵14L吐出的工作油经由与操作对象的液压致动器对应的控制阀流入操作对象的液压致动器。并且,由左主泵14L吐出的工作油的流动使到达左节流器18L的量减少或消失,从而降低在左节流器18L的上游产生的控制压力。其结果,控制器30使左主泵14L的吐出量增加,以使足够的工作油循环至操作对象的液压致动器,从而确保操作对象的液压致动器的驱动。另外,控制器30也同样地控制右主泵14R的吐出量。
根据如上结构,图3的液压系统在待机状态下能够抑制主泵14中的不必要的能耗。不必要的能耗包括由主泵14吐出的工作油在中间旁通油路40中产生的泵送损耗。并且,在使液压致动器工作的情况下,图3的液压系统能够将所需足够量的工作油从主泵14可靠地供给至工作对象的液压致动器。
接着,参考图4A~图4D对用于控制器30通过设备控制功能使致动器工作的结构进行说明。图4A~图4D是将液压系统的一部分抽出的图。具体而言,图4A是将与斗杆缸8的操作相关的液压系统部分抽出的图,图4B是将与动臂缸7的操作相关的液压系统部分抽出的图。图4C是将与铲斗缸9的操作相关的液压系统部分抽出的图,图4D是将与回转液压马达2A的操作相关的液压系统部分抽出的图。
如图4A~图4D所示,液压系统包括比例阀31。比例阀31包括比例阀31AL~31DL及31AR~31DR。
比例阀31作为设备控制用控制阀而发挥作用。比例阀31配置于连接先导泵15与控制阀单元17内的对应的控制阀的先导端口的油路,并且构成为能够变更其该油路的流路面积。在本实施方式中,比例阀31根据由控制器30输出的控制指令来动作。因此,控制器30能够与操作者对操作装置26进行的操作无关地将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31供给至控制阀单元17内的对应的控制阀的先导端口。并且,控制器30能够使由比例阀31生成的先导压作用于对应的控制阀的先导端口。
通过该结构,即使在未进行对特定的操作装置26的操作的情况下,控制器30也能够使与该特定的操作装置26对应的液压致动器工作。并且,即使在进行对特定的操作装置26的操作的情况下,控制器30也能够强制性地停止与该特定的操作装置26对应的液压致动器的工作。
例如,如图4A所示,左操作杆26L用于操作斗杆5。具体而言,左操作杆26L利用由先导泵15吐出的工作油,使与前后方向上的操作对应的先导压作用于控制阀176的先导端口。更具体而言,在向斗杆收回方向(后方向)进行了操作的情况下,左操作杆26L使与操作量对应的先导压作用于控制阀176L的右侧先导端口和控制阀176R的左侧先导端口。并且,在向斗杆张开方向(前方向)进行了操作的情况下,左操作杆26L使与操作量对应的先导压作用于控制阀176L的左侧先导端口和控制阀176R的右侧先导端口。
在左操作杆26L上设置有开关NS。在本实施方式中,开关NS为设置于左操作杆26L的前端的按钮开关。操作者能够在按下开关NS的同时操作左操作杆26L。开关NS可以设置于右操作杆26R,也可以设置于驾驶室10内的其他位置。
操作传感器29LA检测操作者在前后方向上对左操作杆26L进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。
比例阀31AL根据由控制器30输出的控制指令(电流指令)来动作。并且,调整由从先导泵15经由比例阀31AL导入到控制阀176L的右侧先导端口及控制阀176R的左侧先导端口的工作油产生的先导压。比例阀31AR根据由控制器30输出的控制指令(电流指令)来动作。并且,调整由从先导泵15经由比例阀31AR导入到控制阀176L的左侧先导端口及控制阀176R的右侧先导端口的工作油产生的先导压。比例阀31AL能够以使控制阀176L及控制阀176R能够停在任意的阀位置的方式调整先导压。同样地,比例阀31AR能够以使控制阀176L及控制阀176R能够停在任意的阀位置的方式调整先导压。
通过该结构,控制器30能够根据由操作者进行的斗杆收回操作将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31AL供给至控制阀176L的右侧先导端口及控制阀176R的左侧先导端口。并且,控制器30能够与由操作者进行的斗杆收回操作无关地将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31AL供给至控制阀176L的右侧先导端口及控制阀176R的左侧先导端口。即,控制器30能够根据由操作者进行的斗杆收回操作或与由操作者进行的斗杆收回操作无关地收回斗杆5。
并且,控制器30能够根据由操作者进行的斗杆张开操作将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31AR供给至控制阀176L的左侧先导端口及控制阀176R的右侧先导端口。并且,控制器30能够与由操作者进行的斗杆张开操作无关地将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31AR供给至控制阀176L的左侧先导端口及控制阀176R的右侧先导端口。即,控制器30能够根据由操作者进行的斗杆张开操作或与由操作者进行的斗杆张开操作无关地张开斗杆5。
并且,通过该结构,即使在由操作者进行斗杆收回操作的情况下,控制器30也能够根据需要减小作用于控制阀176的关闭侧先导端口(控制阀176L的左侧先导端口及控制阀176R的右侧先导端口)的先导压,强制性地停止斗杆5的收回动作。关于在由操作者进行斗杆张开操作时强制性地停止斗杆5的张开动作的情况也相同。
或者,即使在由操作者进行斗杆收回操作的情况下,控制器30也可以根据需要控制比例阀31AR以增加作用于位于与控制阀176的关闭侧先导端口相反的一侧的控制阀176的打开侧先导端口(控制阀176L的右侧先导端口及控制阀176R的左侧先导端口)的先导压,强制性地使控制阀176返回到中立位置,从而强制性地停止斗杆5的收回动作。关于在由操作者进行斗杆张开操作时强制性地停止斗杆5的张开动作的情况也相同。
并且,省略参考以下图4B~图4D进行的说明,但是关于在由操作者进行动臂提升操作或动臂降低操作时强制性地停止动臂4的动作的情况、在由操作者进行铲斗收回操作或铲斗张开操作时强制性地停止铲斗6的动作的情况及在由操作者进行回转操作时强制性地停止上部回转体3的回转动作的情况也相同。并且,关于在由操作者进行行走操作时强制性地停止下部行走体1的行走动作的情况也相同。
并且,如图4B所示,右操作杆26R用于操作动臂4。具体而言,右操作杆26R利用由先导泵15吐出的工作油,使与前后方向上的操作对应的先导压作用于控制阀175的先导端口。更具体而言,在向动臂提升方向(后方向)进行了操作的情况下,右操作杆26R使与操作量对应的先导压作用于控制阀175L的右侧先导端口和控制阀175R的左侧先导端口。并且,在向动臂降低方向(前方向)进行了操作的情况下,右操作杆26R使与操作量对应的先导压作用于控制阀175R的右侧先导端口。
操作传感器29RA检测操作者在前后方向上对右操作杆26R进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。
比例阀31BL根据由控制器30输出的控制指令(电流指令)来动作。并且,调整由从先导泵15经由比例阀31BL导入到控制阀175L的右侧先导端口及控制阀175R的左侧先导端口的工作油产生的先导压。比例阀31BR根据由控制器30输出的控制指令(电流指令)来动作。并且,调整由从先导泵15经由比例阀31BR导入到控制阀175R的右侧先导端口的工作油产生的先导压。比例阀31BL能够以使控制阀175L及控制阀175R能够停在任意的阀位置的方式调整先导压。并且,比例阀31BR能够以使控制阀175R能够停在任意的阀位置的方式调整先导压。
通过该结构,控制器30能够根据由操作者进行的动臂提升操作将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31BL供给至控制阀175L的右侧先导端口及控制阀175R的左侧先导端口。并且,控制器30能够与由操作者进行的动臂提升操作无关地将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31BL供给至控制阀175L的右侧先导端口及控制阀175R的左侧先导端口。即,控制器30能够根据由操作者进行的动臂提升操作或与由操作者进行的动臂提升操作无关地提升动臂4。
并且,控制器30能够根据由操作者进行的动臂降低操作将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31BR供给至控制阀175R的右侧先导端口。并且,控制器30能够与由操作者进行的动臂降低操作无关地将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31BR供给至控制阀175R的右侧先导端口。即,控制器30能够根据由操作者进行的动臂降低操作或与由操作者进行的动臂降低操作无关地降低动臂4。
并且,如图4C所示,右操作杆26R用于操作铲斗6。具体而言,右操作杆26R利用由先导泵15吐出的工作油,使与左右方向上的操作对应的先导压作用于控制阀174的先导端口。更具体而言,在向铲斗收回方向(左方向)进行了操作的情况下,右操作杆26R使与操作量对应的先导压作用于控制阀174的左侧先导端口。并且,在向铲斗张开方向(右方向)进行了操作的情况下,右操作杆26R使与操作量对应的先导压作用于控制阀174的右侧先导端口。
操作传感器29RB检测操作者在左右方向上对右操作杆26R进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。
比例阀31CL根据由控制器30输出的控制指令(电流指令)来动作。并且,调整由从先导泵15经由比例阀31CL导入到控制阀174的左侧先导端口的工作油产生的先导压。比例阀31CR根据由控制器30输出的控制指令(电流指令)来动作。并且,调整由从先导泵15经由比例阀31CR导入到控制阀174的右侧先导端口的工作油产生的先导压。比例阀31CL能够以使控制阀174能够停在任意的阀位置的方式调整先导压。同样地,比例阀31CR能够以使控制阀174能够停在任意的阀位置的方式调整先导压。
通过该结构,控制器30能够根据由操作者进行的铲斗收回操作将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31CL供给至控制阀174的左侧先导端口。并且,控制器30能够与由操作者进行的铲斗收回操作无关地将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31CL供给至控制阀174的左侧先导端口。即,控制器30能够根据由操作者进行的铲斗收回操作或与由操作者进行的铲斗收回操作无关地收回铲斗6。
并且,控制器30能够根据由操作者进行的铲斗张开操作将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31CR供给至控制阀174的右侧先导端口。并且,控制器30能够与由操作者进行的铲斗张开操作无关地将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31CR供给至控制阀174的右侧先导端口。即,控制器30能够根据由操作者进行的铲斗张开操作或与由操作者进行的铲斗张开操作无关地张开铲斗6。
并且,如图4D所示,左操作杆26L也用于操作回转机构2。具体而言,左操作杆26L利用由先导泵15吐出的工作油,使与左右方向上的操作对应的先导压作用于控制阀173的先导端口。更具体而言,在向左回转方向(左方向)进行了操作的情况下,左操作杆26L使与操作量对应的先导压作用于控制阀173的左侧先导端口。并且,在向右回转方向(右方向)进行了操作的情况下,左操作杆26L使与操作量对应的先导压作用于控制阀173的右侧先导端口。
操作传感器29LB检测操作者在左右方向上对左操作杆26L进行的操作内容,并将检测出的值输出至控制器30。
比例阀31DL根据由控制器30输出的控制指令(电流指令)来动作。并且,调整由从先导泵15经由比例阀31DL导入到控制阀173的左侧先导端口的工作油产生的先导压。比例阀31DR根据由控制器30输出的控制指令(电流指令)来动作。并且,调整由从先导泵15经由比例阀31DR导入到控制阀173的右侧先导端口的工作油产生的先导压。比例阀31DL能够以使控制阀173能够停在任意的阀位置的方式调整先导压。同样地,比例阀31DR能够以使控制阀173能够停在任意的阀位置的方式调整先导压。
通过该结构,控制器30能够根据由操作者进行的左回转操作将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31DL供给至控制阀173的左侧先导端口。并且,控制器30能够与由操作者进行的左回转操作无关地将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31DL供给至控制阀173的左侧先导端口。即,控制器30能够根据由操作者进行的左回转操作或与由操作者进行的左回转操作无关地使回转机构2进行左回转。
并且,控制器30能够根据由操作者进行的右回转操作将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31DR供给至控制阀173的右侧先导端口。并且,控制器30能够与由操作者进行的右回转操作无关地将由先导泵15吐出的工作油经由比例阀31DR供给至控制阀173的右侧先导端口。即,控制器30能够根据由操作者进行的右回转操作或与由操作者进行的右回转操作无关地使回转机构2进行右回转。
挖土机100可以具备使下部行走体1自动前进/自动后退的结构。此时,与左行走液压马达2ML的操作相关的液压系统部分及与右行走液压马达2MR的操作相关的液压系统部分可以构成为和与动臂缸7的操作相关的液压系统部分等相同。
并且,挖土机100可以具备使铲斗倾斜机构自动动作的结构。此时,与构成铲斗倾斜机构的铲斗倾斜缸相关的液压系统部分可以构成为和与动臂缸7的操作相关的液压系统部分等相同。
并且,对与作为操作装置26的方式的电动式操作杆相关的说明进行了记载,但是也可以采用液压式操作杆,而不是电动式操作杆。此时,液压式操作杆的杆操作量可以通过压力传感器以压力形式检测并输入至控制器30。并且,也可以在作为液压式操作杆的操作装置26与各控制阀的先导端口之间配置有电磁阀。电磁阀构成为根据来自控制器30的电信号来动作。通过该结构,若进行使用作为液压式操作杆的操作装置26的手动操作,则操作装置26根据杆操作量来增减先导压,从而能够移动各控制阀。并且,各控制阀可以由电磁滑阀构成。此时,电磁滑阀根据来自与电动式操作杆的杆操作量对应的控制器30的电信号来动作。
接着,参考图5对控制器30的功能进行说明。图5是控制器30的功能框图。在图5的例子中,控制器30构成为能够接收由信息获取装置E1及开关NS等中的至少一个输出的信号来执行各种运算,并向比例阀31等输出控制指令。
信息获取装置E1检测与挖土机100相关的信息。在本实施方式中,信息获取装置E1包括动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2、铲斗角度传感器S3、机身姿势传感器S4、回转角度传感器S5、动臂杆压力传感器、动臂底部压力传感器、斗杆杆压力传感器、斗杆底部压力传感器、铲斗杆压力传感器、铲斗底部压力传感器、动臂缸行程传感器、斗杆缸行程传感器、铲斗缸行程传感器、吐出压力传感器28、操作传感器29、空间识别装置70、朝向检测装置71、输入装置72、测位装置73及通信装置T1中的至少一个。信息获取装置E1例如获取动臂角度、斗杆角度、铲斗角度、机身倾斜角度、回转角速度、动臂杆压力、动臂底部压力、斗杆杆压力、斗杆底部压力、铲斗杆压力、铲斗底部压力、动臂行程量、斗杆行程量、铲斗行程量、主泵14的吐出压力、操作装置26的操作量、与在挖土机100的周围的三维空间内存在的物体相关的信息、与上部回转体3的朝向和下部行走体1的朝向的相对关系相关的信息、向控制器30输入的信息及与当前位置相关的信息中的至少一个作为与挖土机100相关的信息。并且,信息获取装置E1也可以从其他机械(施工机械或现场信息获取用的飞行物体等)中获取信息。
控制器30具有位置计算部30A、轨道获取部30B及自动控制部30C作为功能要件。各功能要件可以由硬件构成,也可以由软件构成。为了方便说明,位置计算部30A、轨道获取部30B、自动控制部30C及作业角度控制部30D被区分表示,但是无需在物理上进行区分,也可以由整体或部分通用的软件组件或硬件组件构成。
位置计算部30A构成为计算测位对象的位置。在本实施方式中,位置计算部30A计算附属装置AT的规定部位在基准坐标系中的坐标点。规定部位例如为铲斗6的铲尖。具体而言,铲斗6的铲尖为安装于铲斗6的前端的多个爪子中位于中央的爪子的前端。但是,铲斗6的铲尖也可以为安装于铲斗6的前端的多个爪子中位于左端的爪子的前端,也可以为安装于铲斗6的前端的多个爪子中位于右端的爪子的前端。基准坐标系的原点例如为回转轴与挖土机100的接地面的交点。基准坐标系例如为XYZ直角坐标系,并且具有与挖土机100的前后轴平行的X轴、与挖土机100的左右轴平行的Y轴及与挖土机100的回转轴平行的Z轴。位置计算部30A例如根据动臂4、斗杆5及铲斗6各自的转动角度来计算铲斗6的铲尖的坐标点。位置计算部30A不仅可以计算位于中央的爪子的前端的坐标点,还可以计算位于左端的爪子的前端的坐标点及位于右端的爪子的前端的坐标点。此时,位置计算部30A可以利用机身姿势传感器S4的输出。并且,规定部位可以为铲斗6的底面上的一点,也可以为铲斗6的开口面上的一点。
轨道获取部30B构成为获取在使挖土机100自动动作时附属装置AT的规定部位所追随的轨道即目标轨道。在本实施方式中,轨道获取部30B获取自动控制部30C使挖土机100自动动作时利用的目标轨道。具体而言,轨道获取部30B根据存储于非易失性存储装置中的与设计面相关的数据来导出目标轨道。轨道获取部30B也可以根据由空间识别装置70识别出的与挖土机100的周围的地形相关的信息来导出目标轨道。或者,轨道获取部30B也可以根据存储于易失性存储装置中的姿势检测装置的过去的输出来导出与铲斗6的铲尖的过去的轨迹相关的信息,并根据该信息来导出目标轨道。或者,轨道获取部30B也可以根据附属装置AT的规定部位的当前位置和与设计面相关的数据来导出目标轨道。
自动控制部30C构成为能够使挖土机100自动动作。在本实施方式中,自动控制部30C构成为如下:在满足规定的开始条件的情况下,使附属装置AT的规定部位沿由轨道获取部30B获取到的目标轨道移动。具体而言,在按下开关NS的状态下操作了操作装置26时,使挖土机100自动动作,以使规定部位沿目标轨道移动。
在本实施方式中,自动控制部30C构成为通过使致动器自动工作来支援操作者对挖土机100进行的手动操作。例如,在由操作者按下开关NS的同时手动进行斗杆收回操作的情况下,自动控制部30C可以使动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9中的至少一个自动伸缩,以使目标轨道与铲斗6的铲尖的位置一致。此时,操作者例如仅通过向斗杆收回方向操作左操作杆26L,能够使铲斗6的铲尖与目标轨道一致的同时收回斗杆5。
在本实施方式中,自动控制部30C对比例阀31施加控制指令(电流指令)来个别调整作用于与各致动器对应的控制阀的先导压,从而能够使各致动器自动工作。例如,不管右操作杆26R是否倾倒,都能够使动臂缸7及铲斗缸9中的至少一个动作。
作业角度控制部30D构成为能够控制作业角度θ。作业角度θ为由根据铲斗6的形状确定的面或线与设计面形成的角度。在本实施方式中,作业角度控制部30D构成为执行使作业角度θ追随目标角度θT的控制。
在此,参考图6A及图6B对作业角度θ进行说明。图6A及图6B是表示作业角度θ、动作速度V及分开距离L的关系的图。具体而言,图6A是从-Y侧观察铲斗6时的铲斗6的侧视图,图6B是表示作业角度θ的目标角度θT、动作速度V及分开距离L的关系的图表。
作业角度θ为由根据铲斗6的形状确定的面或线与设计面DS形成的角度。在图6A所示的例子中,设计面DS位于比地表面GS更靠下方。并且,作业角度θ为在包括铲斗6的开口面的假想平面BS与设计面DS之间形成的角度。但是,作业角度θ也可以为在包括铲斗6的底面BT的假想平面与设计面DS之间形成的角度,也可以为在包括铲斗6的背面BK的假想平面与设计面DS之间形成的角度。另外,在图6A所示的例子中,铲斗6位于比作业对象的地面更高的位置,设计面DS被沙土覆盖而未露出。
动作速度V为控制基准点的移动速度。控制基准点为成为执行作业角度θ的控制时的基准的点,例如与附属装置AT的规定部位上的点对应。在图6A及图6B所示的例子中,附属装置AT的规定部位为铲斗6的铲尖6A。具体而言,铲尖6A为安装于铲斗6的前端的多个爪子中位于中央的爪子的前端。并且,在图6A及图6B所示的例子中,挖土机100的操作者进行斗杆收回操作。因此,铲斗6向下方且向靠近上部回转体3的方向移动。即,铲尖6A的动作速度V由具有-X方向的成分和-Z方向的成分的矢量表示。
分开距离L为控制基准点与设计面DS之间的距离。在图6A及图6B所示的例子中,分开距离L为铲斗6的铲尖6A与设计面DS之间的铅垂距离。但是,分开距离L也可以为沿着铲尖6A靠近设计面DS时的铲尖6A的轨道的距离(路程)。
作业角度控制部30D根据信息获取装置E1的输出来计算作业角度θ、动作速度V及分开距离L。具体而言,作业角度控制部30D根据信息获取装置E1的输出来计算铲斗6的铲尖6A的坐标点。其上在,作业角度控制部30D根据第1时刻的铲尖6A的坐标点和第2时刻的铲尖6A的坐标点来计算作为铲尖6A的移动速度的动作速度V(每单位时间的移动距离)。并且,作业角度控制部30D根据信息获取装置E1的输出来计算铲斗销6B的坐标点。铲斗销6B为用于连结斗杆5与铲斗6的销。并且,作业角度控制部30D根据铲尖6A的坐标点和存储于非易失性存储装置中的与设计面DS相关的数据来计算分开距离L。
在图6A及图6B所示的例子中,作业角度控制部30D构成为根据当前的动作速度V和当前的分开距离L来导出作业角度θ的目标角度θT。具体而言,作业角度控制部30D参考存储如图6B的图表所示的目标角度θT、动作速度V及分开距离L的对应关系的数据库来导出与当前的动作速度V和当前的分开距离L对应的目标角度θT。
图6B所示的图表为以目标角度θT为纵轴且以分开距离L为横轴的图表。并且,在图6B所示的图表中,用实线、单点划线及虚线表示三个阶段的动作速度V中的每个阶段的分开距离L与目标角度θT的对应关系。并且,图6B所示的图表表示如下:在铲斗6位于比设计面DS更高的位置时(在分开距离L为正值时),分开距离L的绝对值越大,目标角度θT越大,并且动作速度V的绝对值越大,目标角度θT越大。并且,图6B所示的图表表示如下:在铲斗6位于比设计面DS更低的位置时(在分开距离L为负值时),分开距离L的绝对值越大,目标角度θT越小,并且动作速度V的绝对值越大,目标角度θT越小。即,图6B所示的图表表示如下:铲斗6从设计面DS越向上方离开,铲斗6越张开,铲斗6从设计面DS越向下方离开,铲斗6越收回。并且,图6B所示的图表表示如下:在分开距离L为零时、即在铲斗6的铲尖6A与设计面DS接触时,与动作速度V的大小无关地,目标角度θT成为值θ0。另外,在图6B所示的例子中,为了清楚起见,动作速度V由三个阶段表示,但是实际上,动作速度V由更多的阶段表示。
在此,参考图6B及图7A~图7D对由作业角度控制部30D设定(变更)目标角度θT的处理的一例进行说明。图7A~图7D是进行修整挖掘作业或水平牵引作业等作业时的铲斗6的侧视图,并且表示铲斗6的位置的推移。并且,在图7A~图7D所示的例子中,设计面DS位于比地表面GS更靠下方。
具体而言,图7A表示时刻t1的铲斗6的位置,图7B表示比时刻t1稍后的时刻t2的铲斗6的位置,图7C表示比时刻t2稍后的时刻t3的铲斗6的位置,图7D表示比时刻t3稍后的时刻t4的铲斗6的位置。并且,图7B中的用点线表示的铲斗6的图形表示过去的时刻(时刻t1)的铲斗6的位置。在图7C及图7D中也相同。
在时刻t1,铲斗6位于图7A所示的位置,作业角度控制部30D根据当前的动作速度V的值V1、当前的分开距离L的值L3及存储图6B所示的对应关系的数据库来导出与作业角度θ相关的目标角度θT的值θ3。并且,作业角度控制部30D执行使作业角度θ与目标角度θT的值θ3一致的控制。具体而言,作业角度控制部30D通过对比例阀31CL及比例阀31CR中的至少一个输出控制指令以使铲斗6张开或收回来使作业角度θ与目标角度θT的值θ3一致。另外,作业角度控制部30D也可以通过执行动臂4的升降、斗杆5的张开或收回及铲斗6的张开或收回中的至少一个来使作业角度θ与目标角度θT的值θ3一致。作业角度控制部30D也可以在不使铲斗6张开或收回的状态下使作业角度θ与目标角度θT的值θ3一致。
并且,在时刻t2,铲斗6位于图7B所示的位置,作业角度控制部30D根据当前的动作速度V的值V1、当前的分开距离L的值L2及存储图6B所示的对应关系的数据库来导出与作业角度θ相关的目标角度θT的值θ2。并且,作业角度控制部30D执行使作业角度θ与目标角度θT的值θ2一致的控制。
并且,在时刻t3,铲斗6位于图7C所示的位置,作业角度控制部30D根据当前的动作速度V的值V1、当前的分开距离L的值L1及存储图6B所示的对应关系的数据库来导出与作业角度θ相关的目标角度θT的值θ1。并且,作业角度控制部30D执行使作业角度θ与目标角度θT的值θ1一致的控制。
同样地,在时刻t4,铲斗6位于图7D所示的位置,作业角度控制部30D根据当前的动作速度V的值V1、当前的分开距离L的值零及存储图6B所示的对应关系的数据库来导出与作业角度θ相关的目标角度θT的值θ0。并且,作业角度控制部30D执行使作业角度θ与目标角度θT的值θ0一致的控制。在本实施方式中,在作业角度θ为值θ0时,如图7D所示,铲斗6的底面与设计面DS一致(彼此平行。)。因此,操作者将铲斗6以原样的姿势(时刻t4的姿势)向上部回转体3侧拉近,从而能够露出设计面DS。但是,值θ0可以为由挖土机100的操作者等预先设定或动态设定的任意值。并且,铲斗6的底面与设计面DS的一致还具有数十毫米左右的允许宽度。在铲斗6的底面相对于设计面DS位于预先设定的允许宽度内时,控制器30判断为铲斗6的底面与设计面DS一致。
另外,在图6B所示的对应关系中,动作速度V被设为铲斗6的铲尖6A的移动速度、即铲尖6A的移动速度的范数(大小),但是动作速度V也可以为铲尖6A的移动速度的水平成分的范数(大小),也可以为铲尖6A的移动速度的铅垂成分的范数(大小)。
并且,图6B所示的对应关系设定为目标角度θT随着分开距离L的增加而线性增加,但是也可以设定为非线性增加。
并且,图6B所示的对应关系设定为随着动作速度V的增加而目标角度θT的增加与分开距离L的增加之比线性变大,但是也可以设定为其比非线性变大。
并且,图6B所示的对应关系作为数据库存储于非易失性存储装置中,但是也可以使用数式表示。例如,与作业角度θ相关的目标角度θT可以表示为以分开距离L及动作速度V为自变量的函数。
并且,在上述实施方式中,采用铲斗6的铲尖6A作为控制基准点,但是也可以采用除了铲斗6的铲尖6A以外的部位作为控制基准点。并且,在上述实施方式中,采用控制基准点(铲斗6的铲尖6A)与设计面DS之间的铅垂距离作为分开距离L,但是也可以采用除了铅垂距离以外的距离作为分开距离L。
在此,参考图8A及图8B对控制基准点及分开距离L的另一例进行说明。图8A及图8B是位于比设计面DS更高的位置的铲斗6的侧视图。具体而言,图8A表示控制基准点的另一例,图8B表示分开距离L的另一例。另外,在图8A及图8B所示的例子中,设计面DS位于比地表面GS更靠下方。
在图8A所示的例子中,采用铲斗6的外表面上的多个点中最靠近设计面DS的点(最近点6C)作为控制基准点。并且,分开距离L为最近点6C与设计面DS之间的铅垂距离。另外,在图8A所示的时刻,最近点6C为与铲斗6的底面BT的后端对应的点,但是与最近点6C对应的附属装置AT(铲斗6)上的点根据当时铲斗6的姿势而不同。但是,控制器30也可以在规定时刻成为最近点6C的附属装置AT(铲斗6)上的点在该点不再是实际的最近点之后,也继续地作为最近点6C。
在图8B所示的例子中,与图8A的情况同样地,采用位于铲斗6的底面BT的后端的最近点6C作为控制基准点。并且,分开距离L采用最近点6C与交点CP之间的距离。另外,在图8B所示的例子中,交点CP为以动臂脚销为中心且通过控制基准点(最近点6C)的圆的圆周线与设计面DS的交点。
接着,参考图9A~图9D对由作业角度控制部30D设定(变更)目标角度θT的处理的另一例进行说明。图9A~图9D是进行修整挖掘作业或水平牵引作业等作业时的铲斗6的侧视图,并且表示铲斗6的位置的推移。另外,在图9A~图9D所示的例子中,设计面DS位于比地表面GS更靠下方。
具体而言,图9A表示时刻t1的铲斗6的位置,图9B表示比时刻t1稍后的时刻t2的铲斗6的位置,图9C表示比时刻t2稍后的时刻t3的铲斗6的位置,图9D表示比时刻t3稍后的时刻t4的铲斗6的位置。并且,图9B中的用点线表示的铲斗6的图形表示过去的时刻(时刻t1)的铲斗6的位置。在图9C及图9D中也相同。
图9A~图9D所示的例子在控制基准点(铲斗6的铲尖6A)位于比包括设计面DS的假想平面更低的位置这一点上与图7A~图7D所示的例子不同。因此,图9A~图9C中的分开距离L的值L3D、值L2D及值L1D为负值。另外,在图7A~图7D所示的例子中,控制基准点(铲斗6的铲尖6A)位于比包括设计面DS的假想平面更高的位置。因此,图7A~图7C中的分开距离L的值L3、值L2及值L1为正值。
在时刻t1,铲斗6位于图9A所示的位置,作业角度控制部30D根据当前的动作速度V的值V1、当前的分开距离L的值L3D及存储图6B所示的对应关系的数据库来导出与作业角度θ相关的目标角度θT的值θ3D。并且,作业角度控制部30D执行使作业角度θ与目标角度θT的值θ3D一致的控制。具体而言,作业角度控制部30D通过对比例阀31CL及比例阀31CR中的至少一个输出控制指令以使铲斗6张开或收回来使作业角度θ与目标角度θT的值θ3D一致。另外,作业角度控制部30D也可以通过执行动臂4的升降、斗杆5的张开或收回及铲斗6的张开或收回中的至少一个来使作业角度θ与目标角度θT的值θ3一致。
并且,在时刻t2,铲斗6位于图9B所示的位置,作业角度控制部30D根据当前的动作速度V的值V1、当前的分开距离L的值L2D及存储图6B所示的对应关系的数据库来导出与作业角度θ相关的目标角度θT的值θ2D。并且,作业角度控制部30D执行使作业角度θ与目标角度θT的值θ2D一致的控制。
并且,在时刻t3,铲斗6位于图9C所示的位置,作业角度控制部30D根据当前的动作速度V的值V1、当前的分开距离L的值L1D及存储图6B所示的对应关系的数据库来导出与作业角度θ相关的目标角度θT的值θ1D。并且,作业角度控制部30D执行使作业角度θ与目标角度θT的值θ1D一致的控制。
同样地,在时刻t4,铲斗6位于图9D所示的位置,作业角度控制部30D根据当前的动作速度V的值V1、当前的分开距离L的值零及存储图6B所示的对应关系的数据库来导出与作业角度θ相关的目标角度θT的值θ0。并且,作业角度控制部30D执行使作业角度θ与目标角度θT的值θ0一致的控制。在本实施方式中,在作业角度θ为值θ0时,如图9D所示,铲斗6的底面与设计面DS一致(彼此平行。)。因此,操作者将铲斗6以原样的姿势向上部回转体3侧拉近,从而能够露出设计面DS。但是,值θ0可以为由挖土机100的操作者等预先设定或动态设定的任意值。
如上所述,本发明的实施方式所涉及的挖土机100具备:下部行走体1;上部回转体3,可回转地搭载于下部行走体1;挖掘附属装置,为安装于上部回转体3的附属装置AT的一例;姿势检测装置,检测附属装置AT的姿势,所述姿势检测装置包括动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2、铲斗角度传感器S3、机身姿势传感器S4及回转角度传感器S5;及作为控制装置的控制器30,计算与作业角度θ相关的目标角度θT,所述作业角度θ由根据附属装置AT中所包括的铲斗6的形状确定的面或线(例如,参考图6A中的包括铲斗6的开口面的假想平面BS。)与设计面DS形成。并且,控制器30构成为根据附属装置AT的姿势和与设计面DS相关的信息来变更目标角度θT。与设计面DS相关的信息例如为与设计面DS的位置相关的信息。
该结构为如下结构:能够自动调整附属装置AT的作业角度θ,因此发挥能够实现更顺畅的作业等效果。例如,该结构为如下结构:即使在进行将铲斗6沿水平延伸的目标轨道(设计面DS)向机身侧水平拉近的水平牵引作业的情况下,在铅垂方向上使铲斗6靠近目标轨道(设计面DS)时,也能够使铲斗6的铲尖6A的姿势成为容易刺入地面的姿势。因此,该结构为如下结构:即使在设计面DS上残留有沙土的情况下,也能够使铲斗6的铲尖6A以适当的插入角度插入到该沙土中。并且,该结构为如下结构:在使铲尖6A插入到沙土中之后使铲尖6A的朝向逐渐接近水平方向,在铲尖6A与设计面DS一致时,能够使铲尖6A朝向水平方向。即,该结构为如下结构:控制附属装置AT的姿势以使在铲斗6的底面与设计面DS之间形成的角度随着铲斗6靠近设计面DS而变小,进而在铲尖6A与设计面DS一致时,能够控制附属装置AT的姿势以使铲斗6的底面与设计面DS平行。如此,该结构为如下结构:能够防止为了水平牵引作业而将铲斗6的铲尖6A朝向水平方向的功能反而成为挖掘残留在设计面DS上的沙土时的妨碍。
控制器30可以构成为根据铲斗6与设计面DS之间的距离(分开距离L)来变更目标角度θT。并且,控制器30也可以构成为根据铲斗6的动作速度V来变更目标角度θT。另外,控制器30也可以构成为与铲斗6的动作速度V无关地变更目标角度θT。
并且,控制器30可以构成为执行使作业角度θ追随目标角度θT的控制。例如,如图7A~图7D所示,控制器30可以构成为控制附属装置AT,以使随着位于比设计面DS更高的位置的铲斗6靠近设计面DS而收回铲斗6。具体而言,控制器30可以使铲斗缸9自动伸长,以使随着位于比设计面DS更高的位置的铲斗6靠近设计面DS而收回铲斗6。或者,控制器30可以自动收回斗杆5,以使随着位于比设计面DS更高的位置的铲斗6靠近设计面DS而收回铲斗6。或者,控制器30可以分别自动收回斗杆5及铲斗6,以使随着位于比设计面DS更高的位置的铲斗6靠近设计面DS而收回铲斗6。
如图9A~图9D所示,控制器30可以控制附属装置AT,以使铲斗6随着位于比设计面DS更低的位置的铲斗6靠近设计面DS而张开。例如,控制器30可以使铲斗缸9自动收缩,以使铲斗6随着位于比设计面DS更低的位置的铲斗6靠近设计面DS而张开。或者,控制器30可以自动张开斗杆5,以使铲斗6随着位于比设计面DS更低的位置的铲斗6靠近设计面DS而张开。或者,控制器30可以分别自动张开斗杆5及铲斗6,以使铲斗6随着位于比设计面DS更低的位置的铲斗6靠近设计面DS而张开。该结构例如为如下结构:在比设计面DS挖掘过度的情况下、即在铲尖6A从目标轨道(设计面DS)向下方脱离的情况下,发挥能够使铲尖6A顺畅地返回到目标轨道(设计面DS)等效果。并且,该结构发挥能够防止进一步挖掘过度等效果。
接着,参考附图对另一实施方式进行说明。
例如,已知一种根据作业环境(挖掘对象的地面的硬度)来变更铲斗的角度的技术(参考专利文献2)。
然而,在专利文献2中所记载的技术中,只是自动变更铲斗的角度。因此,例如,在通过设备控制(MC:Machine Control)功能来使附属装置全自动或半自动地进行挖掘动作的情况下,需要设定与作业环境相符的铲斗的目标轨道。
因此,优选提供一种能够容易设定挖土机挖掘时的铲斗的目标轨道的技术。
以下所说明的另一实施方式所涉及的挖土机100能够容易设定挖掘时的铲斗6的目标轨道。
[挖土机的概要]
首先,参考图1、图2对另一实施方式所涉及的挖土机100的概要进行说明。
图1是另一实施方式所涉及的挖土机100的侧视图,图2是另一实施方式所涉及的挖土机100的俯视图。
如图1、图2所示,另一实施方式所涉及的挖土机100具备:下部行走体1;上部回转体3,经由回转机构2回转自如地搭载于下部行走体1;附属装置AT,用于进行各种作业;及驾驶室10。以下,在沿上部回转体3的回转轴从正上方俯视(顶视)观察挖土机100时,挖土机100(上部回转体3)的前方与相对于上部回转体3的附属装置延伸的方向对应。并且,挖土机100(上部回转体3)的左方及右方分别与从就坐于驾驶室10内的操作员座的操作者侧观察的左方及右方对应。
另外,如后述,在挖土机100被远程操作的情况下或在通过全自动运行进行动作的情况下,可以省略驾驶室10。
下部行走体1例如包括左右一对的履带1C。具体而言,履带1C包括左履带1CL及右履带1CR。下部行走体1通过分别由左行走液压马达2ML及右行走液压马达2MR(参考图3)液压驱动左履带1CL及右履带1CR来使挖土机100行走。
通过由回转液压马达2A液压驱动回转机构2,上部回转体3相对于下部行走体1进行回转。
附属装置AT(作业附属装置的一例)包括动臂4、斗杆5及铲斗6。
动臂4可俯仰地安装于上部回转体3的前部中央,在动臂4的前端可上下转动地安装有斗杆5,在斗杆5的前端可上下转动地安装有铲斗6。
铲斗6为端接附属装置的一例。铲斗6例如用于挖掘作业等。并且,在斗杆5的前端,可以根据作业内容等安装其他端接附属装置来代替铲斗6。其他端接附属装置例如可以为大型铲斗、斜面用铲斗、疏浚用铲斗等其他种类的铲斗。并且,其他端接附属装置可以为搅拌机、破碎机、抓斗等除了铲斗以外的种类的端接附属装置。
动臂4、斗杆5及铲斗6分别由作为液压致动器的动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9液压驱动。
另外,挖土机100可以为下部行走体1、上部回转体3、动臂4、斗杆5及铲斗6等被驱动要件的一部分被电力驱动的结构。即,挖土机100可以为由电动致动器驱动被驱动要件的一部分的混合式挖土机或电动挖土机等。
驾驶室10为由操作者搭乘的座舱,并且搭载于上部回转体3的前部左侧。
另外,如后述,在挖土机100被远程操作的情况下或在通过全自动运行进行动作的情况下,可以省略驾驶室10。
并且,挖土机100例如可以搭载通信装置T1,并通过规定的通信线路能够与外部装置彼此通信。
通信线路例如包括广域网(WAN:Wide Area Network)。广域网例如可以包括以基站为终端的移动体通信网。并且,在广域网中例如可以包括利用挖土机100的上空的通信卫星的卫星通信网。并且,广域网例如也可以包括互联网。并且,在通信线路中例如可以包括设置有外部装置的设施等的局域网(LAN:Local Area Network)。局域网可以为无线线路,也可以为有线线路,也可以为包括这两者的线路。并且,在通信线路中例如可以包括基于WiFi或蓝牙(注册商标)等规定的无线通信方式的近距离通信线路。
外部装置例如为管理(监视)挖土机100的运转状态或应用状态等的管理装置。由此,挖土机100能够将各种信息发送(上传)至管理装置、或者从管理装置接收各种信号(例如,信息信号或控制信号)等。
管理装置例如为设置于与挖土机100的作业现场不同的远程的场所的云服务器或本地服务器。并且,管理装置例如也可以为设置于挖土机100的作业现场的内部(例如,作业现场的管理事务所等)或离作业现场相对近的场所(例如,附近的基站等通信设施)的边缘服务器。并且,管理装置也可以为在作业现场内利用的管理用终端装置。
并且,外部装置例如可以为由挖土机100的用户利用的终端装置(用户终端)。在挖土机100的用户中例如包括挖土机100的操作者、维修人员、管理者、所有者(owner)等。由此,挖土机100能够将各种信息发送至用户终端以向挖土机100的用户提供与挖土机100相关的信息。
挖土机100根据搭乘于驾驶室10的操作者的操作来使致动器(例如,液压致动器)工作,从而驱动下部行走体1、上部回转体3、动臂4、斗杆5及铲斗6等动作要件(以下,称为“被驱动要件”)。
并且,挖土机100可以代替构成为能够由驾驶室10的操作者进行操作或除了构成为能够由驾驶室10的操作者进行操作以外,还构成为能够从挖土机100的外部进行远程操作(遥控操作)。在挖土机100被远程操作的情况下,驾驶室10的内部可以为无人状态。以下,在操作者的操作中包括由驾驶室10的操作者对操作装置26的操作及由外部的操作者进行的远程操作中的至少一个的前提下进行说明。
在远程操作中例如包括如下方式:根据由规定的外部装置(例如,上述管理装置)进行的与挖土机100的致动器相关的来自用户(操作者)的输入来操作挖土机100。此时,挖土机100例如可以将基于后述空间识别装置70(摄像装置)的输出的挖土机100的周围的图像信息(以下,称为“周围图像”)发送至外部装置,图像信息显示在设置于外部装置的显示装置(以下,称为“远程操作用显示装置”)。并且,显示在挖土机100的驾驶室10内的显示装置D1的各种信息图像(信息画面)也可以同样地显示在外部装置的远程操作用显示装置。由此,外部装置的操作者例如能够在确认表示显示在远程操作用显示装置的挖土机100的周围的状态的周围图像或各种信息图像等显示内容的同时远程操作挖土机100。并且,挖土机100也可以根据从外部装置接收的表示远程操作内容的远程操作信号来使致动器工作,从而驱动下部行走体1、上部回转体3、动臂4、斗杆5及铲斗6等被驱动要件。
并且,在远程操作中例如可以包括如下方式:通过挖土机100的周围的人(例如,作业人员)从外部对挖土机100进行声音输入或手势输入等来操作挖土机100。具体而言,挖土机100通过搭载于挖土机100(本机)的声音输入装置(例如,麦克风)或摄像装置等来识别由周围的作业人员等发出的声音或由作业人员等进行的手势等。并且,挖土机100可以根据识别出的声音或手势等内容使致动器工作,从而驱动下部行走体1、上部回转体3、动臂4、斗杆5及铲斗6等被驱动要件。
并且,挖土机100可以不管操作者的操作内容而自动使致动器工作。由此,挖土机100实现使下部行走体1、上部回转体3、动臂4、斗杆5及铲斗6等被驱动要件中的至少一部分自动动作的功能、即所谓的“自动运行功能”或“设备控制功能”)。
在自动运行功能中可以包括根据操作者对操作装置26的操作或远程操作来使除了操作对象的被驱动要件(致动器)以外的被驱动要件(致动器)自动工作的功能、即所谓的“半自动运行功能”或“操作支援型设备控制功能”。并且,在自动运行功能中,可以包括在没有操作者对操作装置26的操作或远程操作的前提下,使多个被驱动要件(液压致动器)中的至少一部分自动工作的功能、即所谓的“全自动运行功能”或“全自动型设备控制功能”。在挖土机100中,在全自动运行功能有效的情况下,驾驶室10的内部可以为无人状态。并且,在半自动运行功能或全自动运行功能等中可以包括如下方式:按照预先规定的规则自动确定自动运行的对象的被驱动要件(致动器)的工作内容。并且,在半自动运行功能或全自动运行功能等中可以包括如下方式:挖土机100自主地进行各种判断,并根据其判断结果自主地确定自动运行的对象的被驱动要件(液压致动器)的工作内容(所谓的“自主运行功能”)。
[挖土机的结构]
接着,除了图1、图2以外,还参考图3、图10对挖土机100的结构进行说明。
图3是表示另一实施方式所涉及的挖土机100的液压系统的结构的一例的图。图10是表示另一实施方式所涉及的挖土机100的控制系统的结构的一例的图。
挖土机100包括与被驱动要件的液压驱动相关的液压驱动系统、与被驱动要件的操作相关的操作系统、与和用户的信息交换相关的用户界面系统、与和外部的通信相关的通信系统、及与各种控制相关的控制系统等各自的构成要件。
<液压驱动系统>
如图3所示,如上所述,另一实施方式所涉及的挖土机100的液压驱动系统包括液压致动器,液压致动器分别液压驱动下部行走体1(左履带1CL及右履带1CR)、上部回转体3、动臂4、斗杆5及铲斗6等被驱动要件。在液压致动器中包括左行走液压马达2ML、右行走液压马达2MR、回转液压马达2A、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9等。并且,另一实施方式所涉及的挖土机100的液压驱动系统包括发动机11、调节器13、主泵14及控制阀单元17。
发动机11为原动机,并且为液压驱动系统中的主动力源。发动机11例如为以轻油为燃料的柴油发动机。发动机11例如搭载于上部回转体3的后部。发动机11在由后述控制器30进行的直接或间接控制下以预先设定的目标转速恒定旋转,并驱动主泵14及先导泵15。
另外,在挖土机100上代替发动机11或除了发动机11以外,还可以搭载有其他原动机。其他原动机例如为能够驱动主泵14及先导泵15的电动机。
调节器13在控制器30的控制下控制(调节)主泵14的吐出量。例如,调节器13根据来自控制器30的控制指令来调节主泵14的斜板的角度(以下,称为“偏转角”)。调节器13例如包括与后述各左主泵14L、右主泵14R对应的左调节器13L、右调节器13R。
主泵14将工作油通过高压液压管路供给至控制阀单元17。主泵14例如与发动机11同样地搭载于上部回转体3的后部。如上所述,主泵14由发动机11驱动。主泵14例如为可变容量式液压泵,如上所述,通过在控制器30的控制下由调节器13调节斜板的偏转角来调整活塞的行程长度,从而控制吐出流量(吐出压力)。主泵14例如包括左主泵14L、右主泵14R。
控制阀单元17为液压控制装置,所述液压控制装置根据操作者对操作装置26的操作或远程操作内容、或者从控制器30输出的与自动运行功能相关的操作指令来进行液压致动器的控制。控制阀单元17例如搭载于上部回转体3的中央部。如上所述,控制阀单元17经由高压液压管路与主泵14连接,并根据操作者的操作或从控制器30输出的操作指令将从主泵14供给的工作油选择性地供给至各液压致动器。具体而言,控制阀单元17包括控制从主泵14供给至各液压致动器的工作油的流量和流动方向的多个控制阀(也称为“方向切换阀”)171~176。
如图3所示,在液压驱动系统中,使工作油分别从由发动机11驱动的左主泵14L、右主泵14R经由左中间旁通油路40L、右中间旁通油路40R、左并联油路42L、右并联油路42R循环至工作油罐。
左中间旁通油路40L以左主泵14L为起点依次通过配置于控制阀单元17内的控制阀171、173、175L、176L,并到达工作油罐。
右中间旁通油路40R以右主泵14R为起点依次通过配置于控制阀单元17内的控制阀172、174、175R、176R,并到达工作油罐。
控制阀171为将从左主泵14L吐出的工作油供给至左行走液压马达2ML且将由左行走液压马达2ML吐出的工作油排出至工作油罐的滑阀。
控制阀172为将从右主泵14R吐出的工作油供给至右行走液压马达2MR且将由右行走液压马达2MR吐出的工作油排出至工作油罐的滑阀。
控制阀173为将从左主泵14L吐出的工作油供给至回转液压马达2A且将由回转液压马达2A吐出的工作油排出至工作油罐的滑阀。
控制阀174为将从右主泵14R吐出的工作油供给至铲斗缸9且将铲斗缸9内的工作油排出至工作油罐的滑阀。
控制阀175包括控制阀175L、175R。控制阀175L、175R分别为将由左主泵14L、右主泵14R吐出的工作油供给至动臂缸7且将动臂缸7内的工作油排出至工作油罐的滑阀。
控制阀176包括控制阀176L、176R。控制阀176L、176R为将由左主泵14L、右主泵14R吐出的工作油供给至斗杆缸8且将斗杆缸8内的工作油排出至工作油罐的滑阀。
控制阀171、172、173、174、175L、175R、176L、176R分别根据作用于先导端口的先导压来调整供给及排出至液压致动器的工作油的流量、或者切换流动方向。
左并联油路42L与左中间旁通油路40L并列地向控制阀171、173、175L、176L供给左主泵14L的工作油。具体而言,左并联油路42L构成为在控制阀171的上游侧从左中间旁通油路40L分支,从而能够并列地向各控制阀171、173、175L、176R供给左主泵14L的工作油。由此,在通过左中间旁通油路40L的工作油的流动被控制阀171、173、175L中的某一个限制或切断的情况下,左并联油路42L能够将工作油供给至更靠下游的控制阀。
右并联油路42R与右中间旁通油路40R并列地向控制阀172、174、175R、176R供给右主泵14R的工作油。具体而言,右并联油路42R构成为在控制阀172的上游侧从右中间旁通油路40R分支,从而能够并列地向各控制阀172、174、175R、176R供给右主泵14R的工作油。在通过右中间旁通油路40R的工作油的流动被控制阀172、174、175R中的某一个限制或切断的情况下,右并联油路42R能够将工作油供给至更靠下游的控制阀。
在左中间旁通油路40L、右中间旁通油路40R中,在位于最下游的各控制阀176L、176R与工作油罐之间设置有左节流器18L、右节流器18R。由此,由左主泵14L、右主泵14R吐出的工作油的流动被左节流器18L、右节流器18R限制。并且,左节流器18L、右节流器18R产生用于控制左调节器13L、右调节器13R的控制压力。
<操作系统>
如图3、图10所示,另一实施方式所涉及的挖土机100的操作系统包括先导泵15、操作装置26、液压控制阀32及液压控制阀33。
先导泵15将先导压经由先导管路25供给至各种液压设备。先导泵15例如与发动机11同样地搭载于上部回转体3的后部。先导泵15例如为固定容量式液压泵,并且如上所述由发动机11驱动。
另外,也可以省略先导泵15。此时,将从主泵14吐出的相对高的压力的工作油通过规定的减压阀减压之后的相对低的压力的工作油作为先导压供给至各种液压设备。
操作装置26设置于驾驶室10的操作员座附近,并且用于供操作者进行各种被驱动要件(下部行走体1、上部回转体3、动臂4、斗杆5、铲斗6等)的操作。换言之,操作装置26用于供操作者进行驱动各被驱动要件的液压致动器(即,左行走液压马达2ML、右行走液压马达2MR、回转液压马达2A、动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9等)的操作。
如图3所示,操作装置26例如为液压先导式。操作装置26经由设置于其二次侧的先导管路上的未图示的往复阀与控制阀单元17连接。由此,可以经由往复阀向控制阀单元17输入与操作装置26中的各被驱动要件、即各液压致动器的操作状态对应的先导压。因此,控制阀单元17能够根据操作装置26中的操作状态来驱动各被驱动要件(液压致动器)。操作装置26包括用于操作斗杆5(斗杆缸8)及上部回转体3(回转液压马达2A)、以及动臂4(动臂缸7)及铲斗6(铲斗缸9)的左操作杆26L及右操作杆26R。并且,操作装置26包括用于操作下部行走体1的行走杆26D。行走杆26D包括用于操作左履带1CL的左行走杆26DL和用于操作右履带1CR的右行走杆26DR。
左操作杆26L用于上部回转体3的回转操作和斗杆5的操作。
左操作杆26L中向从驾驶室10内的操作者侧观察的前方向及后方向(即,上部回转体3的前方向及后方向)的操作分别与向斗杆5的张开方向及收回方向的操作对应。若向前方向操作左操作杆26L,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的控制压力(先导压)输出至与斗杆张开动作对应的二次侧的先导管路。并且,若向后方向操作左操作杆26L,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与斗杆收回动作对应的二次侧的先导管路。与斗杆张开及斗杆收回对应的左操作杆26L的二次侧的先导管路分别经由斗杆张开用及斗杆收回用的未图示的往复阀和控制阀176L、176R的与斗杆张开及斗杆收回对应的先导端口连接。
左操作杆26L中向从驾驶室10内的操作者侧观察的左方向及右方向(即,上部回转体3的左方向及右方向)的操作分别与上部回转体3的左回转及右回转的操作对应。若向左方向操作左操作杆26L,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与上部回转体3的左回转对应的二次侧的先导管路。并且,若向右方向操作左操作杆26L,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与上部回转体3的右回转对应的二次侧的先导管路。与上部回转体3的左回转及右回转对应的左操作杆26L的二次侧的先导管路分别经由左回转用及右回转用的未图示的往复阀和控制阀173的与左回转及右回转对应的先导端口连接。
右操作杆26R用于动臂4的操作和铲斗6的操作。
右操作杆26R向前方向及后方向的操作分别与动臂4的降低方向及提升方向的操作对应。若向前方向操作右操作杆26R,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与动臂降低动作对应的二次侧的先导管路。并且,若向后方向操作右操作杆26R,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与动臂提升动作对应的二次侧的先导管路。与动臂提升及动臂降低对应的右操作杆26R的二次侧的先导管路分别经由动臂提升用及动臂降低用的未图示的往复阀和控制阀175L、175R的与动臂提升及动臂降低对应的先导端口连接。
右操作杆26R的左方向及右方向的操作分别与铲斗6的收回方向及张开方向的操作对应。若向左方向操作右操作杆26R,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与铲斗收回动作对应的二次侧的先导管路。并且,若向右方向操作右操作杆26R,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与铲斗张开动作对应的二次侧的先导管路。与铲斗收回及铲斗张开对应的右操作杆26R的二次侧的先导管路分别经由铲斗收回用及铲斗张开用的未图示的往复阀和控制部174的与铲斗收回及铲斗张开对应的先导端口连接。
如上所述,左行走杆26DL用于左履带1CL的操作。左行走杆26DL可以构成为与未图示的左行走踏板联动。左行走杆26DL向前方向及后方向的操作分别与左履带1CL的前进及后退的操作对应。若向前方向操作左行走杆26DL,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与左履带1CL的前进动作对应的二次侧的先导管路。并且,若向后方向操作左行走杆26DL,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与左履带1CL的后退动作对应的二次侧的先导管路。与左履带1CL的前进及后退对应的左行走杆26DL的二次侧的先导管路分别经由左前进用及左后退用的未图示的往复阀和控制阀171的与左前进及左后退对应的先导端口连接。
如上所述,右行走杆26DR用于右履带1CR的操作。右行走杆26DR可以构成为与未图示的右行走踏板联动。右行走杆26DR向前方向及后方向的操作分别与右履带1CR的前进及后退的操作对应。若向前方向操作右行走杆26DR,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与右履带1CR的前进动作对应的二次侧的先导管路。并且,若向后方向操作右行走杆26DR,则利用从先导泵15吐出的工作油将与杆操作量对应的先导压输出至与右履带1CR的后退动作对应的二次侧的先导管路。与右履带1CR的前进及后退对应的右行走杆26DR的二次侧的先导管路分别经由右前进用及右后退用的未图示的往复阀和控制阀171的与右前进及右后退对应的先导端口连接。
液压控制阀32设置于连接先导泵15与上述往复阀之间的先导管路。液压控制阀32利用从先导泵15吐出的工作油将与来自控制器30的控制指令(控制电流)对应的先导压输出至二次侧的先导管路。液压控制阀32例如为电磁比例阀,所述电磁比例阀构成为能够根据来自控制器30的控制指令(控制电流)来变更其流路面积。液压控制阀32的二次侧的先导管路通过上述往复阀与控制阀单元17(控制阀171~176的先导端口)连接。在往复阀的一个入口端口连接有操作装置26的二次侧的先导管路,在另一个入口端口连接有液压控制阀32的二次侧的先导管路。由此,控制器30通过从液压控制阀32输出比操作装置26的二次侧的先导压更大的先导压,能够经由往复阀使液压控制阀32的先导压作用于控制阀单元17。因此,控制器30能够与操作装置26的操作无关地驱动液压致动器。
并且,操作装置26(左操作杆26L、右操作杆26R、左行走杆26DL及右行走杆26DR)可以为输出与操作内容对应的电信号(以下,称为“操作信号”)的电动式。此时,可以省略上述往复阀,操作装置26的输出(操作信号)例如被读取到控制器30中,并且控制器30将与操作信号对应的控制指令、即与操作装置26的操作内容对应的控制指令输出至液压控制阀32。并且,液压控制阀32可以使用从先导泵15供给的工作油来输出与来自控制器30的控制指令对应的先导压,并使先导压直接作用于与控制阀单元17的操作内容对应的控制阀的先导端口。由此,控制器30能够控制液压控制阀32,以使操作装置26中的操作内容反映到控制阀单元17的动作上。因此,控制器30能够根据电动式的操作装置26的操作内容来实现各种被驱动要件的动作。
并且,例如,控制器30可以使用液压控制阀32来实现挖土机100的远程操作。具体而言,控制器30可以将与由从外部装置接收的远程操作信号指定的远程操作内容对应的控制指令输出至液压控制阀32。并且,液压控制阀32可以使用从先导泵15供给的工作油来输出与来自控制器30的控制指令对应的先导压,并使先导压作用于与该控制指令对应的控制阀单元17的控制阀的先导端口。由此,控制器30能够控制液压控制阀32,以使远程操作内容反映到控制阀单元17的动作上。因此,挖土机100能够由液压致动器根据远程操作内容来实现各种被驱动要件的工作。
并且,例如,控制器30可以控制液压控制阀32来实现自动运行功能。具体而言,不管有无对操作装置26的操作,控制器30都将对应于与自动运行功能相关的操作指令的控制信号输出至液压控制阀32。由此,控制器30能够将对应于与自动运行功能相关的操作指令的先导压从液压控制阀32供给至控制阀单元17,从而实现基于自动运行功能的挖土机100的动作。
液压控制阀32针对操作装置26的操作对象的每个被驱动要件(液压致动器)且针对被驱动要件的每个操作方向设置。即,针对多个液压致动器分别设置有与2个操作方向对应的2个液压控制阀32。例如,斗杆收回用及斗杆张开用的液压控制阀32分别与上述斗杆收回用及斗杆张开用的往复阀的另一个入口端口连接。并且,例如,左回转用及右回转用的液压控制阀32分别与上述左回转用及右回转用的液压控制阀32的另一个入口端口连接。并且,例如,动臂提升用及动臂降低用的液压控制阀32分别与上述动臂提升用及动臂降低用的液压控制阀32的另一个入口端口连接。并且,例如,铲斗收回用及铲斗张开用的液压控制阀32分别与上述铲斗收回用及铲斗张开用的往复阀的另一个入口端口连接。并且,例如,左前进用及左后退用的液压控制阀32分别与上述左前进用及右后退用的往复阀的另一个入口端口连接。并且,例如,右前进用及右后退用的液压控制阀32例如与上述右前进用及右后退用的液压控制阀32的另一个入口端口连接。
另外,在操作装置26为电动式的情况下,控制阀单元17的控制阀171~176可以为电磁螺线管式滑阀。此时,省略液压控制阀32,操作装置26的输出(操作信号)被直接输入至电磁螺线管式滑阀。
液压控制阀33设置于连接操作装置26与上述往复阀的先导管路。液压控制阀33根据从控制器30输入的控制指令进行动作。液压控制阀33例如为电磁比例阀,所述电磁比例阀构成为能够根据来自控制器30的控制指令(控制电流)来变更其流路面积。由此,在由操作者操作操作装置26的情况下,控制器30能够强制地使从操作装置26输出的先导压减压。因此,即使在操作操作装置26的情况下,控制器30也能够强制地减速或者停止与操作装置26的操作对应的液压致动器的工作。并且,例如在操作操作装置26的情况下,控制器30能够使从操作装置26输出的先导压减压,以使其比从液压控制阀32输出的先导压更低。因此,控制器30通过控制液压控制阀32及液压控制阀33,例如能够与操作装置26的操作内容无关地使所希望的先导压可靠地作用于控制阀单元17的控制阀的先导端口。因此,控制器30例如通过除了液压控制阀32以外还控制液压控制阀33,能够更适当地实现挖土机100的自动运行功能或远程操作功能。
另外,在操作装置26为电动式的情况下,可以省略液压控制阀33。
<用户界面系统>
如图3、图10所示,另一实施方式所涉及的挖土机100的用户界面系统包括操作装置26、输入装置72、显示装置D1、声音输出装置D2及开关NS。
输入装置72设置于靠近就坐于驾驶室10内的操作者的范围内,并接受由操作者进行的各种输入,与接受到的输入对应的信号被读取到控制器30中。
例如,输入装置72为接受操作输入的操作输入装置。在操作输入装置中可以包括安装于显示装置D1的触摸面板、设置于显示装置D1的周围的触摸板、按钮开关、杆、切换键、设置于操作装置26(杆装置)的旋钮开关等。
并且,例如,输入装置72可以为接受操作者的声音输入的声音输入装置。在声音输入装置中例如包括麦克风。
并且,例如,输入装置72可以为接受操作者的手势输入的手势输入装置。在手势输入装置中例如包括设置于驾驶室10内的摄像装置(室内摄像机)。
显示装置D1设置于从就坐于驾驶室10内的操作者侧容易目视的场所,显示各种信息图像,并以视觉方式输出各种信息。显示装置D1例如为液晶显示器或有机EL(Electroluminescence:电致发光)显示器。
另外,在驾驶室10的内部,除了显示装置以外,还可以设置能够以视觉方式输出各种信息的照明设备等。照明设备例如为警告灯等。
声音输出装置D2以听觉方式输出各种信息。在声音输出装置D2中例如包括蜂鸣器、警报器、扬声器等。
另外,也可以在驾驶室10的内部设置能够以除了视觉方式或听觉方式以外的方式、例如以操作员座的振动等触觉方式输出各种信息的输出装置。
开关NS例如为设置于左操作杆26L的前端的按钮式开关。操作者能够在按下开关NS的同时操作左操作杆26L。例如,在按压操作了开关NS的状态下进行了左操作杆26L的斗杆5的操作(即,将左操作杆26L向前后方向进行倾倒操作)的情况下,可以使操作支援型设备控制功能有效。并且,例如,若在设备控制功能无效的状态下按压操作了开关NS,则可以使设备控制功能有效,若在设备控制功能有效的状态下按压操作了开关NS,则可以使设备控制功能无效。并且,开关NS可以设置于右操作杆26R,也可以设置于驾驶室10内的其他位置。与开关NS的操作状态对应的信号被读取到控制器30中。
<通信系统>
如图10所示,另一实施方式所涉及的挖土机100的通信系统包括通信装置T1。
通信装置T1与规定的通信线路连接,并且和与挖土机100分体设置的装置(例如,管理装置)进行通信。在与挖土机100分体设置的装置中除了位于挖土机100的外部的装置以外,还可以包括由挖土机100的用户带入驾驶室10内的携带型终端装置。通信装置T1例如可以包括基于4G(4thGeneration:第四代移动通信)或5G(5thGeneration:第五代移动通信)等规格的移动体通信模块。并且,通信装置T1例如也可以包括卫星通信模块。并且,通信装置T1例如也可以包括WiFi通信模块或蓝牙通信模块等。并且,通信装置T1例如也可以包括能够与终端装置等有线通信的通信模块等,所述终端装置等通过与规定的连接器连接的电缆连接。
<控制系统>
如图3、图10所示,另一实施方式所涉及的挖土机100的控制系统包括控制器30。并且,另一实施方式所涉及的挖土机100的控制系统包括控制压力传感器19、吐出压力传感器28、操作传感器29、空间识别装置70及测位装置73。并且,另一实施方式所涉及的挖土机100的控制系统包括动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2、铲斗角度传感器S3、机身姿势传感器S4及回转角度传感器S5。
控制器30(控制装置的一例)进行与挖土机100相关的各种控制。控制器30的功能可以由任意硬件、或任意硬件及软件的组合等实现。例如,控制器30以包括CPU(CentralProcessing Unit:中央处理器)、RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)等存储器装置、ROM(Read Only Memory:只读存储器)等非易失性辅助存储装置及各种输入和输出用接口装置等的计算机为中心构成。控制器30例如通过将安装于辅助存储装置的程序加载到存储器装置上并在CPU上执行来实现各种功能。
控制器30例如进行与左主泵14L、右主泵14R相关的控制。
具体而言,控制器30可以根据由左吐出压力传感器28L、右吐出压力传感器28R检测的左主泵14L、右主泵14R的吐出压力来控制左调节器13L、右调节器13R,从而调节左主泵14L、右主泵14R的吐出量。例如,控制器30可以根据左主泵14L的吐出压力的增大来控制左调节器13L,并调节左主泵14L的斜板偏转角,从而减少吐出量。关于右调节器13R也相同。由此,控制器30能够进行左主泵14L、右主泵14R的总马力控制,以使由吐出压力与吐出量的乘积表示的左主泵14L、右主泵14R的吸收马力不超过发动机11的输出马力。
并且,控制器30可以根据由左控制压力传感器19L、右控制压力传感器19R检测的控制压力来控制左调节器13L、右调节器13R,从而调节左主泵14L、右主泵14R的吐出量。例如,控制器30构成为如下:控制压力越大,越减少左主泵14L、右主泵14R的吐出量,控制压力越小,越增加左主泵14L、右主泵14R的吐出量。
在挖土机100中的液压致动器均未被操作的待机状态(参考图3)的情况下,从左主泵14L、右主泵14R吐出的工作油通过左中间旁通油路40L、右中间旁通油路40R到达左节流器18L、右节流器18R。并且,由左主泵14L、右主泵14R吐出的工作油的流动使在左节流器18L、右节流器18R的上游产生的控制压力增大。其结果,控制器30使左主泵14L、右主泵14R的吐出量减少至允许最小吐出量,抑制所吐出的工作油通过左中间旁通油路40L、右中间旁通油路40R时的压力损耗(泵送损耗)。
另一方面,在操作了某一个液压致动器的情况下,从左主泵14L、右主泵14R吐出的工作油经由与操作对象的液压致动器对应的控制阀流入操作对象的液压致动器。并且,由左主泵14L、右主泵14R吐出的工作油的流动使到达左节流器18L、右节流器18R的量减少或消失,从而降低在左节流器18L、右节流器18R的上游产生的控制压力。其结果,控制器30使左主泵14L、右主泵14R的吐出量增加,以使足够的工作油循环至操作对象的液压致动器,从而能够可靠地驱动操作对象的液压致动器。
并且,控制器30例如以液压控制阀32为控制对象进行与挖土机100的液压致动器(被驱动要件)的操作相关的控制。
具体而言,在操作装置26为电动式的情况下,控制器30可以以液压控制阀32为控制对象进行基于操作装置26的操作的与挖土机100的液压致动器(被驱动要件)的操作相关的控制。
并且,控制器30可以以液压控制阀32为控制对象进行与挖土机100的液压致动器(被驱动要件)的远程操作相关的控制。即,在挖土机100的液压致动器(被驱动要件)的操作中可以包括来自挖土机100的外部的液压致动器的远程操作。
并且,控制器30可以以液压控制阀32为控制对象进行与挖土机100的自动运行功能相关的控制。即,在挖土机100的液压致动器的操作中可以包括根据自动运行功能输出的挖土机100的液压致动器的操作指令。
并且,控制器30例如进行与周边监视功能相关的控制。在周边监视功能中,根据由空间识别装置70获取的信息来监视监视对象的物体进入挖土机100的周围的规定范围(以下,称为“监视范围”)内。监视对象的物体进入监视范围内的判断处理可以由空间识别装置70进行,也可以由空间识别装置70的外部(例如,控制器30)进行。在监视对象的物体中例如可以包括人、卡车、其他施工机械、电线杆、吊装货物、铁塔、建筑物等。
并且,控制器30例如进行与物体检测通知功能相关的控制。在物体检测通知功能中,在通过周边监视功能判断为在监视范围内存在监视对象的物体的情况下,向驾驶室10内的操作者通知在挖土机100的周围存在监视对象的物体。控制器30例如可以使用显示装置D1或声音输出装置D2来实现物体检测通知功能。
并且,例如,控制器30进行与动作限制功能相关的控制。在动作限制功能中,例如在通过周边监视功能判断为在监视对象内存在监视对象的物体的情况下,限制挖土机100的动作。
控制器30构成为如下:例如在致动器工作之前,根据空间识别装置70的获取信息判断为距挖土机100规定范围内(监视范围内)存在人的情况下,即使由操作者操作操作装置26,也可以将致动器的工作限制为无法工作或在微速状态下的工作。具体而言,在判断为在监视范围内存在人的情况下,控制器30能够通过使门锁阀成为锁定状态来使致动器成为无法工作的状态。在电动式操作装置26的情况下,能够通过使从控制器30向液压控制阀32的信号无效来使致动器成为无法工作的状态。在其他方式的操作装置26中也使用液压控制阀32的情况下也相同,所述液压控制阀32输出与来自控制器30的控制指令对应的先导压,并使该先导压作用于控制阀单元17内的对应的控制阀的先导端口。在欲使致动器的工作处于微速的情况下,能够通过将从控制器30向液压控制阀32的控制信号限制为与相对小的先导压对应的内容来使致动器的工作成为微速状态。如此,若判断为检测出的监视对象的物体存在于监视范围内,则即使操作了操作装置26,致动器也未驱动或以比与向操作装置26的操作输入对应的工作速度更小的工作速度(微速)驱动。而且,在由操作者正在操作操作装置26时判断为在监视范围内存在人的情况下,可以与操作者的操作无关地使致动器的工作停止或减速。具体而言,在判断为在监视范围内存在人的情况下,通过使门锁阀成为锁定状态来使致动器停止。在使用输出与来自控制器30的控制指令对应的先导压并使该先导压作用于控制阀内的对应的控制阀的先导端口的液压控制阀32的情况下,通过使从控制器30向液压控制阀32的信号无效、或将减速指令输出至液压控制阀32,能够将致动器限制为无法工作或在微速状态下的工作。并且,在检测出的监视对象的物体为卡车的情况下,可以不实施与致动器的停止或减速相关的控制。例如,可以控制致动器以避开检测出的卡车。如此,可以识别检测出的物体的种类,并根据该识别来控制致动器。
并且,例如,控制器30进行与设备引导功能或设备控制功能(自动运行功能)相关的控制。详细内容在后面叙述。
另外,控制器30的功能的一部分也可以由其他控制器(控制装置)实现。即,控制器30的功能可以为由多个控制器分散实现的方式。
控制压力传感器19包括左控制压力传感器19L、右控制压力传感器19R。左控制压力传感器19L、右控制压力传感器19R分别检测左节流器18L、右节流器18R的控制压力,与检测出的控制压力对应的检测信号被读取到控制器30中。
吐出压力传感器28包括左吐出压力传感器28L、右吐出压力传感器28R。左吐出压力传感器28L、右吐出压力传感器28R分别检测左主泵14L、右主泵14R的吐出压力,与检测出的吐出压力对应的检测信号被读取到控制器30中。
操作传感器29检测液压先导式操作装置26的二次侧的先导压、即与操作装置26中的各被驱动要件(液压致动器)的操作状态对应的先导压。由操作传感器29检测出的与操作装置26中的和下部行走体1、上部回转体3、动臂4、斗杆5及铲斗6等相关的操作状态对应的先导压的检测信号被读取到控制器30中。操作传感器29包括操作传感器29LA、29LB、29RA、29RB、29DL、29DR。
操作传感器29LA以左操作杆26L的二次侧的先导管路的工作油的压力(以下,称为“操作压力”)形式检测操作者在前后方向上对左操作杆26L进行的操作内容(例如,操作方向及操作量)。
操作传感器29LB以左操作杆26L的二次侧的先导管路的操作压力形式检测操作者在左右方向上对左操作杆26L进行的操作内容(例如,操作方向及操作量)。
操作传感器29RA以右操作杆26R的二次侧的先导管路的操作压力形式检测操作者在前后方向上对右操作杆26R进行的操作内容(例如,操作方向及操作量)。
操作传感器29RB以右操作杆26R的二次侧的先导管路的操作压力形式检测操作者在左右方向上对右操作杆26R进行的操作内容(例如,操作方向及操作量)。
操作传感器29DL以左行走杆26DL的二次侧的先导管路的操作压力形式检测操作者在前后方向上对左行走杆26DL进行的操作内容(例如,操作方向及操作量)。
操作传感器29DR以右行走杆26DR的二次侧的先导管路的操作压力形式检测操作者在前后方向上对右行走杆26DR进行的操作内容(例如,操作方向及操作量)。
另外,操作装置26(左操作杆26L、右操作杆26R、左行走杆26DL及右行走杆26DR)的操作内容可以由除了操作传感器29以外的传感器(例如,安装于右操作杆26R、左行走杆26DL及右行走杆26DR的电位差计等)检测。并且,在操作装置26为电动式的情况下,省略操作传感器29。此时,控制器30能够根据从电动式操作装置26读取的操作信号来掌握各被驱动要件(液压致动器)的操作状态。
空间识别装置70构成为如下:识别在挖土机100的周围的三维空间内存在的物体,并测定(运算)从空间识别装置70或挖土机100至识别出的物体为止的距离等的位置关系。空间识别装置70例如可以包括超声波传感器、毫米波雷达、红外线传感器、LIDAR(LightDetecting and Ranging:光探测和测距)等能够测定至挖土机100的周边的物体为止的距离的距离传感器。并且,空间识别装置70例如可以包括单眼摄像机、立体摄像机、距离图像摄像机、深度摄像机等摄像装置。
如图1、图2所示,空间识别装置70包括安装于驾驶室10的上表面前端的前侧传感器70F、安装于上部回转体3的上表面后端的后侧传感器70B、安装于上部回转体3的上表面左端的左侧传感器70L及安装于上部回转体3的上表面右端的右侧传感器70R。并且,识别在上部回转体3的上方的空间内存在的物体的上方传感器也可以安装于挖土机100。
测位装置73测定上部回转体3的位置及朝向。测位装置73例如为GNSS(GlobalNavigation Satellite System:全球导航卫星系统)罗盘,检测上部回转体3的位置及朝向,与上部回转体3的位置及朝向对应的检测信号被读取到控制器30中。并且,测位装置73的功能中检测上部回转体3的朝向的功能也可以由安装于上部回转体3的方位传感器来代替。
动臂角度传感器S1获取与动臂4相对于规定基准(例如,水平面或动臂4的可动角度范围的两端中的某一个状态等)的姿势角度(以下,称为“动臂角度”)相关的检测信息。动臂角度传感器S1例如可以包括旋转编码器、加速度传感器、角速度传感器、六轴传感器、IMU(Inertial Measurement Unit:惯性测量单元)等。并且,动臂角度传感器S1也可以包括能够检测动臂缸7的伸缩位置的缸传感器。
斗杆角度传感器S2获取与斗杆5相对于规定基准(例如,连结动臂4的两端的连结点之间的直线或斗杆5的可动角度范围的两端中的某一个状态等)的姿势角度(以下,称为“斗杆角度”)相关的检测信息。斗杆角度传感器S2例如可以包括旋转编码器、加速度传感器、角速度传感器、六轴传感器、IMU等。并且,斗杆角度传感器S2也可以包括能够检测斗杆缸8的伸缩位置的缸传感器。
铲斗角度传感器S3获取与铲斗6相对于规定基准(例如,连结斗杆5的两端的连结点之间的直线或铲斗6的可动角度范围的两端中的某一个状态等)的姿势角度(以下,称为“铲斗角度”)相关的检测信息。铲斗角度传感器S3例如可以包括旋转编码器、加速度传感器、角速度传感器、六轴传感器、IMU等。并且,铲斗角度传感器S3也可以包括能够检测铲斗缸9的伸缩位置的缸传感器。
机身姿势传感器S4获取与包括下部行走体1及上部回转体3的机身的姿势状态相关的检测信息。在机身的姿势状态中包括机身的倾斜状态。在机身的倾斜状态中例如包括相当于上部回转体3围绕左右轴的姿势状态的前后方向的倾斜状态、及相当于上部回转体3围绕前后轴的姿势状态的左右方向的倾斜状态。并且,在机身的姿势状态中包括相当于上部回转体3围绕回转轴的姿势状态的上部回转体3的回转状态。机身姿势传感器S4例如搭载于上部回转体3,并且获取(输出)与上部回转体3围绕前后轴、左右轴及回转轴的姿势角度(以下,称为“前后倾斜角度”及“左右倾斜角度”)相关的检测数据。由此,机身姿势传感器S4能够获取与以地面为基准的上部回转体3的朝向(围绕回转轴的回转姿势)相关的检测信息。上部回转体3的朝向例如表示在俯视时附属装置AT延伸出的方向、即从上部回转体3侧观察的前方。机身姿势传感器S4例如可以包括加速度传感器(倾斜传感器)、角速度传感器、六轴传感器、IMU等。
另外,关于与以地面为基准的上部回转体3的朝向相关的信息,代替机身姿势传感器S4或除了机身姿势传感器S4以外,还可以从其他装置获取。例如,在上部回转体3上也可以搭载有地磁传感器。此时,控制器30能够从地磁传感器获取与以地面为基准的上部回转体3的朝向相关的信息。并且,例如,控制器30根据空间识别装置70(摄像装置)的输出(摄像图像)来判断拍摄到的周围的物体(尤其,电线杆、树木等固定物体)所存在的方向,从而可以判断以地面为基准的上部回转体3的朝向。即,与以地面为基准的上部回转体3的朝向相关的信息也可以从空间识别装置70(摄像装置)获取。
回转角度传感器S5获取与以下部行走体1为基准的上部回转体3的相对回转角度相关的检测信息。由此,回转角度传感器S5例如获取与上部回转体3相对于规定基准(例如,下部行走体1的前进方向与上部回转体3的前方一致的状态)的回转角度相关的检测信息。回转角度传感器S5例如包括电位差计、旋转编码器、旋转变压器等。并且,回转角度传感器S5例如可以包括安装于下部行走体1的地磁传感器和安装于上部回转体3的地磁传感器的组合。并且,回转角度传感器S5也可以包括安装于下部行走体1的GNSS接收机和安装于上部回转体3的GNSS接收机的组合。
另外,关于与以下部行走体1为基准的上部回转体3的朝向相关的信息,代替回转角度传感器S5或除了回转角度传感器S5以外,还可以从其他装置获取。例如,根据安装于上部回转体3的空间识别装置70(摄像装置)的摄像图像来判断拍摄到的下部行走体1的朝向,从而可以判断上部回转体3相对于下部行走体1的朝向。具体而言,控制器30通过实施已知的图像处理来提取摄像图像中所包括的下部行走体1的图像。并且,控制器30可以使用已知的图像识别技术来确定下部行走体1的长度方向,并导出在上部回转体3的前后轴的方向与下部行走体1的长度方向之间形成的角度。此时,上部回转体3的前后轴的方向可以从获取了摄像图像的空间识别装置70的安装位置导出。尤其,由于履带1C从上部回转体3突出,因此控制器30能够通过提取履带1C的图像来确定下部行走体1的长度方向。并且,可以简单地假设为以地面为基准的上部回转体3的朝向及以下部行走体1为基准的上部回转体3的朝向大致相同。此时,可以省略回转角度传感器S5。
[挖土机的设备引导功能及设备控制功能的概要]
接着,继续参考图10对挖土机100的设备引导功能及设备控制功能的概要进行说明。
控制器30例如执行与引导(guide)操作者对挖土机100进行的手动操作的设备引导功能相关的挖土机100的控制。
控制器30例如将目标施工面与附属装置AT的前端部、即铲斗6的规定的作业部位(例如,铲斗6的铲尖、铲斗6的背面等)(以下,简称为“作业部位”)的距离等作业信息通过显示装置D1或声音输出装置D2等传达给操作者。具体而言,控制器30从动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2、铲斗角度传感器S3、机身姿势传感器S4、回转角度传感器S5、空间识别装置70、测位装置73、输入装置72等获取信息。并且,控制器30例如可以根据获取到的信息来计算铲斗6与目标施工面之间的距离,并通过显示在显示装置D1的图像或从声音输出装置D2输出的声音将计算出的距离通知给操作者。与目标施工面相关的数据例如根据操作者通过输入装置72进行的设定输入、或通过从外部(例如,规定的管理服务器)的下载来存储于内部存储器或与控制器30连接的外部存储装置等中。与目标施工面相关的数据例如在基准坐标系中表述。基准坐标系例如为世界测地系统。世界测地系统为以地球的重心为原点、以格林威治子午线与赤道的交点的方向为X轴、以东经90度的方向为Y轴且以北极的方向为Z轴的三维直角XYZ坐标系。例如,操作者可以将施工现场的任意点设定为基准点,并通过输入装置72,根据与基准点的相对位置关系设定目标施工面。由此,控制器30能够通过显示装置D1、声音输出装置D2等将作业信息通知给操作者,并引导操作者通过操作装置26进行的挖土机100的操作。
并且,控制器30例如执行与支援操作者对挖土机100进行的手动操作、或者使挖土机100全自动或自主地动作的设备控制功能相关的挖土机100的控制。
例如,在由操作者手动进行地面的挖掘操作或平整操作等的情况下,控制器30使动臂4、斗杆5及铲斗6中的至少一个自动动作,以使目标施工面与附属装置AT的前端部、具体而言与设定为铲斗6的作业部位的成为控制基准的位置(以下,简称为“控制基准”)一致。控制基准例如可以包括构成作为铲斗6的作业部位的铲尖的平面或曲面、在该平面或曲面上限定的线段、在该平面或曲面上限定的点等。并且,在控制基准中例如也可以包括构成作为铲斗6的作业部位的背面的平面或曲面、在该平面或曲面上限定的线段、在该平面或曲面上限定的点等。具体而言,若由操作者操作(按下)开关NS的同时通过左操作杆26L进行斗杆5的操作,则控制器30根据由操作者进行的斗杆5的操作来使动臂4、斗杆5及铲斗6自动动作,以使目标施工面与铲斗6的控制基准一致。更具体而言,如上所述,控制器30控制液压控制阀32,以使动臂4、斗杆5及铲斗6自动动作。由此,操作者仅通过向前后方向操作左操作杆26L,能够使挖土机100执行沿着目标施工面的挖掘作业或平整作业等。
铲斗6的作业部位例如可以根据操作者等通过输入装置72进行的设定输入来设定。并且,铲斗6的作业部位例如也可以根据挖土机100的作业内容而自动设定。具体而言,在挖土机100的作业内容为挖掘作业等的情况下,铲斗6的作业部位可以设定为铲斗6的铲尖,在挖土机100的作业内容为平整作业或碾压作业等的情况下,铲斗6的作业部位可以设定为铲斗6的背面。此时,挖土机100的作业内容可以根据空间识别装置70(前侧传感器70F)中所包括的摄像装置的摄像图像等自动判定,也可以由操作者等通过输入装置72选择或输入,从而根据选择内容或输入内容来设定。
例如,在作业部位为铲斗6的铲尖的情况下,铲斗6的作业部位上的控制基准(以下,简称为“铲斗6的控制基准”)可以设定为构成铲斗6的多个爪子中特定的一个爪子的铲尖的曲面或平面上的一点。并且,例如,在作业部位为铲斗6的背面的情况下,铲斗6的控制基准可以在构成铲斗6的背面的曲面或平面上任意设定。此时,控制器30可以根据操作者等通过输入装置72进行的设定操作来设定铲斗6的背面上的控制基准,也可以如后述那样根据规定条件自动设定(变更)铲斗6的背面上的控制基准。
[与操作支援型设备控制功能相关的结构]
接着,参考图11对与操作支援型设备控制功能(半自动运行功能)相关的功能结构进行说明。
图11是表示与另一实施方式所涉及的挖土机100的设备控制功能相关的功能结构的一例的功能框图。具体而言,图11是表示与挖土机100的操作支援型设备控制功能相关的功能结构的具体例的功能框图。
控制器30包括操作内容获取部3001、目标施工面获取部3002、挖掘对象识别部3003、作业环境判断部3004、目标轨道设定部3005、当前位置计算部3006、目标位置计算部3007及动作指令生成部3008作为与操作支援型设备控制功能相关的功能部。
操作内容获取部3001根据从操作传感器29LA读取的检测信号来获取与左操作杆26L中的斗杆5的操作(即,前后方向的倾倒操作)相关的操作内容。例如,操作内容获取部3001获取(计算)操作方向(是斗杆张开操作还是斗杆收回操作的区别)和操作量作为操作内容。
目标施工面获取部3002例如从内部存储器或规定的外部存储装置等获取与目标施工面相关的数据。与目标施工面相关的数据例如可以由操作者通过输入装置72手动输入,例如也可以通过通信装置T1从管理装置等输入(接收)。
挖掘对象识别部3003根据空间识别装置70的输出来识别作为挖掘对象的地面的形状。
另外,挖掘对象识别部3003也可以根据挖土机100的外部的空间识别装置的输出来识别作为挖掘对象的地面的形状。在挖土机100的外部的空间识别装置中例如可以包括固定在施工现场的电线杆等的空间识别装置或搭载于在施工现场的上空飞行的无人机(例如,多旋翼直升机)的空间识别装置。并且,挖掘对象识别部3003也可以根据紧前(前一次)挖掘时的铲斗6的作业部位的移动轨迹来识别作为挖掘对象的地面的形状。
作业环境判断部3004判断(确定)用于设定目标轨道的挖土机100的作业环境。在挖土机100的作业环境中包括作业现场的类别、作业对象的类别、天气的类别等。在作业对象的类别中包括地面的土质、硬度等的类别(差异)。
例如,作业环境判断部3004判断(确定)挖土机100的作业现场。具体而言,作业环境判断部3004可以根据空间识别装置70(获取装置的一例)的输出且根据作业现场的摄像图像和地形的三维数据,从预先登记的多个作业现场的候补中确定一个作业现场。并且,作业环境判断部3004可以通过通信装置T1与设置于作业现场的规定设备进行通信,并根据从该设备返回的信号来判断(确定)作业现场。
并且,作业环境判断部3004例如可以使用空间识别装置70的输出等来详细地判断作业对象的地面的土质、硬度的类别或天气的类别等。
目标轨道设定部3005根据由挖掘对象识别部3003识别的挖掘对象(地面)的形状、作业环境判断部3004的判断结果及与目标施工面相关的数据等来设定铲斗6的作业部位(控制基准)的目标轨道。例如,在实际地形与目标施工面之间的距离相对大的状态下进行粗挖掘的情况下,目标轨道设定部3005在不超过目标施工面的下方的范围内设定铲斗6的作业部位的目标轨道。并且,例如在实际地形与目标施工面的距离相对小的状态下进行修整挖掘的情况下、或在进行平整作业或碾压作业的情况下,目标轨道设定部3005设定铲斗6的作业部位的目标轨道,以使铲斗6的作业部位沿目标施工面移动。对挖掘时的目标轨道的设定方法在后面叙述(参考图13、图14)。
当前位置计算部3006计算铲斗6的控制基准的位置(当前位置)。具体而言,当前位置计算部3006可以根据动臂角度β1、斗杆角度β2及铲斗角度β3来计算铲斗6的控制基准的位置,所述动臂角度β1、斗杆角度β2及铲斗角度β3根据动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2及铲斗角度传感器S3的输出来获取。
目标位置计算部3007根据与左操作杆26L中的斗杆5的操作相关的操作内容(操作方向及操作量)、与所设定的目标轨道相关的信息及铲斗6的控制基准的当前位置来计算铲斗6的控制基准的目标位置。在假设为斗杆5根据左操作杆26L中的斗杆5的操作方向及操作量进行动作时,该目标位置为在本次控制周期中应作为到达目标的目标施工面(换言之,目标轨道)上的位置。目标位置计算部3007例如可以使用预先存储于非易失性的内部存储器等中的映射图或运算式等来计算铲斗6的控制基准的目标位置。
动作指令生成部3008根据铲斗6的控制基准的目标位置来生成与动臂4的动作相关的指令值(以下,称为“动臂指令值”)β1r、与斗杆5的动作相关的指令值(以下,称为“斗杆指令值”)β2r及与铲斗6的动作相关的指令值(“铲斗指令值”)β3r。例如,动臂指令值β1r、斗杆指令值β2r及铲斗指令值β3r分别为铲斗6的控制基准实现了目标位置时的动臂角度、斗杆角度及铲斗角度。由此,控制器30能够将动臂指令值β1r、斗杆指令值β2r及铲斗指令值β3r转换为动臂4、斗杆5及铲斗6的操作指令,并通过控制液压控制阀32来实现设备控制功能。
另外,动臂指令值、斗杆指令值、铲斗指令值可以为铲斗6的控制基准实现目标位置所需的动臂4、斗杆5及铲斗6的角速度或角加速度。
[与全自动型设备控制功能相关的结构]
接着,参考图12对与全自动型设备控制功能(全自动运行功能)相关的功能结构进行说明。
图12是表示与另一实施方式所涉及的挖土机100的设备控制功能相关的功能结构的另一例的功能框图。具体而言,图12是表示与挖土机100的全自动型设备控制功能相关的功能结构的具体例的图。以下,以与上述一例(图11)不同的部分为中心进行说明。
在本例子中,控制器30根据通过通信装置T1从规定的外部装置(例如,管理装置等)接收的信号来实现全自动型设备控制功能(自主运行功能)。
控制器30包括作业开始判定部3001A、动作内容判定部3001B、动作条件设定部3001C及动作开始判定部3001D作为与设备控制功能相关的功能部。并且,与上述一例(图11)的情况同样地,控制器30包括目标施工面获取部3002、挖掘对象识别部3003、作业环境判断部3004、目标轨道设定部3005、当前位置计算部3006、目标位置计算部3007及动作指令生成部3008作为与设备控制功能相关的功能部。
作业开始判定部3001A判定挖土机100的规定作业的开始。规定作业例如为挖掘作业等。例如,在通过通信装置T1从外部装置输入开始指令的情况下,作业开始判定部3001A判定由开始指令指定的作业的开始。并且,在通过通信装置T1从外部装置输入了开始指令的情况下,作业开始判定部3001A可以在通过周边监视功能判断为在挖土机100的周围的监视范围内不存在监视对象的物体时,判定由开始指令指定的作业的开始。
在由作业开始判定部3001A判定了作业的开始的情况下,动作内容判定部3001B判定当前的动作内容。动作内容判定部3001B例如根据铲斗6的控制基准的当前位置来判定挖土机100是否进行与构成规定作业的多个动作对应的动作。例如,在构成规定作业的多个动作中包括规定作业为挖掘作业时的挖掘动作、动臂提升回转动作、排土动作及动臂降低回转动作等。
动作条件设定部3001C设定与基于自主运行功能的规定作业的实施相关的动作条件。在规定作业为挖掘作业的情况下,在动作条件中例如可以包括与挖掘深度、挖掘长度等相关的条件。
动作开始判定部3001D判定构成由作业开始判定部3001A判定为开始的规定作业的规定动作的开始。例如,在由动作内容判定部3001B判定为动臂降低回转动作结束且铲斗6的控制基准(铲尖)到达挖掘开始位置的情况下,动作开始判定部3001D可以判定为能够开始挖掘动作。并且,若判定为能够开始挖掘动作,则动作开始判定部3001D将与根据规定作业的准备工序而生成的自主运行功能对应的动作要件(致动器)的操作指令输入至目标位置计算部3007。由此,目标位置计算部3007能够根据与自主运行功能对应的操作指令来计算铲斗6的作业部位(控制基准)的目标位置。
如此,在本例子中,控制器30能够根据全自动型设备控制功能(自主运行功能)来使挖土机100自主地执行规定动作(例如,挖掘动作)。
[挖掘时的铲斗的目标轨道的设定方法]
接着,参考图13、图14对挖掘时的铲斗6的作业部位(铲尖)的目标功能的设定方法进行说明。
图13是说明与挖掘时的铲斗6的铲尖的轨道700相关的参数的一例的图。在图13中,用虚线表示挖掘时的铲斗6的铲尖的轨道700。图14是表示与每个作业现场的参数相关的表信息的一例(表信息800)的图。
在本例子中,控制器30(目标轨道设定部3005)通过以规定模板为基准设定与挖掘时的铲斗6的铲尖的轨道相关的参数来设定挖掘时的铲斗6的作业部位(铲尖)的目标轨道。
例如,如图13所示,控制器30通过设定参数A~E的一部分或全部来设定挖掘时的铲斗6的作业部位(铲尖)的目标轨道。
参数A、B为限定挖掘时的铲斗6的轨道700相对于地面702的尺寸的参数。
另外,相当于挖掘时的铲斗6的目标轨道的轨道700在比目标施工面704更靠上方的范围内或沿目标施工面704设定。即,如上所述,相当于挖掘时的铲斗6的目标轨道的轨道700设定为不超过目标施工面704的下方。并且,如上所述,控制器30根据空间识别装置70的输出来掌握作为挖掘对象的地面702的形状。并且,如上所述,控制器30也可以代替空间识别装置70而根据设置于挖土机100的外部、例如设置于多旋翼直升机、电线杆等的空间识别装置的输出来掌握作为挖掘对象的地面702的形状。并且,如上所述,控制器30也可以根据前一次挖掘时的作业部位的轨迹(例如,铲斗6的铲尖)来掌握作为挖掘对象的地面702的形状。
参数A表示挖掘长度。挖掘长度表示从铲斗6的铲尖插入到地面702起至通过沙土的铲起而铲斗6的铲尖远离地面为止的水平方向上的长度(距离)。
参数B表示挖掘深度。挖掘深度表示在挖掘时的铲斗6的铲尖的轨道中距地面702最深部位的深度。
参数C~E为限定挖掘时的铲斗6的轨道相对于基准面的角度的参数。
参数C表示插入角度。插入角度表示铲斗6的铲尖插入到地面702时的轨道与水平面或地面702所形成的角度。
参数D表示水平牵引角度。水平牵引角度表示在铲斗6的铲尖插入到地面702时与从地面702提升时之间铲斗6在水平方向上的移动占主导的状态(水平牵引时)下的轨道与水平面或地面702所形成的角度。
参数E表示铲起角度。铲起角度表示在铲斗6铲起沙土时铲斗6的铲尖远离地面702时的轨道与水平面或地面702所形成的角度。
目标轨道设定部3005例如可以通过设定参数A、B来简单地设定铲斗6的铲尖的目标轨道。并且,目标轨道设定部3005例如除了参数A、B以外,还可以通过设定参数C~E中的至少一个来设定铲斗6的铲尖的更详细的目标轨道。即,目标轨道设定部3005通过设定参数A~E的一部分或全部,按照参数A~E的设定内容改变模板的轨道,从而设定目标轨道。
另外,目标轨道设定部3005代替参数A~E或除了参数A~E以外,还可以通过设定其他参数,按照其他参数的设定内容改变模板的轨道,从而设定目标轨道。在其他参数中例如可以包括铲斗6相对于地面或铲尖的轨道的相对姿势角度。此时,例如可以限定相当于铲斗6的铲尖插入到地面时、水平牵引时、铲起时等的铲斗6的姿势角度的一个或多个参数。
目标轨道设定部3005根据作业环境判断部3004的判断结果、即按照挖土机100的作业环境来设定参数A~E的一部分或全部。
例如,目标轨道设定部3005可以通过由作业环境判断部3004判断(确定)的作业现场的类别来设定参数A~E。具体而言,目标轨道设定部3005可以使用限定每个作业现场的参数A~E的表信息来设定与由作业环境判断部3004确定的作业现场相符的参数A~E。表信息例如通过通信装置T1从规定的外部装置(例如,管理装置)接收,例如存储于辅助存储装置等控制器30的内部存储器(存储装置的一例)或能够与控制器30通信的外部存储装置(存储装置的一例)中。
例如,如图14所示,在表信息800中限定每个作业现场的参数A~E的值。
具体而言,在"No.1"的现场中,参数A、参数B、参数C、参数D及参数E分别被限定为规定值PA1、规定值PB1、规定值PC1、规定值PD1及规定值PE1。
若由作业环境判断部3004判断为挖土机100的作业现场为"No.1"的现场,则目标轨道设定部3005可以参考表信息800将上述参数A~E设定为上述规定值PA1~PE1。
并且,在"No.2"的现场中,参数A、参数B、参数C、参数D及参数E分别被限定为规定值PA2、规定值PB2、规定值PC2、规定值PD2及规定值PE2。
若由作业环境判断部3004判断为挖土机100的作业现场为"No.2"的现场,则目标轨道设定部3005可以参考表信息800将上述参数A~E设定为上述规定值PA2~PE2。
并且,在"No.3"的现场中,参数A、参数B、参数C、参数D及参数E分别被限定为规定值PA3、规定值PB3、规定值PC3、规定值PD3及规定值PE3。
若由作业环境判断部3004判断为挖土机100的作业现场为"No.3"的现场,则目标轨道设定部3005可以参考表信息800将上述参数A~E设定为上述规定值PA3~PE3。
关于表信息800的每个作业现场的参数A~E的值,按照每个作业现场的特性(土质、地面的硬度等)在考虑作业效率、能量消耗效率、机械受损度等之后预先规定。由此,控制器30通过使用表信息800,能够使挖土机100按照挖土机100的作业现场的作业环境进行在作业效率、能量消耗效率、机械受损度等观点上更有效的作业。
例如,在作业现场的地面(挖掘对象)相对硬的情况下,参数B(挖掘深度)的值被限定得相对小,参数A(挖掘长度)被限定得相对大(长)。这是因为由于挖掘对象的硬度而挖土机100无法深度挖掘,但是确保挖掘长度相对长,从而确保挖掘体积。并且,例如,此时,参数C(插入角度)被限定为相对于地面相对垂直靠近的状态。这是为了使沿垂直方向作用于地面的力最大。
并且,例如在作业现场的地面(挖掘对象)相对软的情况下,挖掘深度被限定为相对大、即被限定为接近规定的最大值,挖掘长度被限定为相对小(短)。这是因为通过挖掘对象的柔软度,能够使挖土机100挖掘得更深。
并且,目标轨道设定部3005可以以根据表信息800设定的参数A~E为起点,按照实际的挖掘作业的行进来进行与参数A~E相关的强化学习,更新参数A~E。例如,目标轨道设定部3005按照实际的作业的行进来进行与参数A~E相关的强化学习,以使作为评价指标(报酬)的作业时间、能量消耗率(例如,燃料消耗率)及机械受损度等最大化,更新参数A~E。由此,控制器30能够按照实际的作业现场的作业环境来更新参数A~E。
如此,在本例子中,控制器30设定与挖掘时的铲斗6的轨道相关的规定参数(例如,参数A~E),并根据规定参数来设定铲斗6的目标轨道(例如,铲尖的目标轨道)。
由此,控制器30能够通过设定规定参数来设定铲斗6的目标轨道。因此,控制器30例如能够按照挖土机100的作业现场的作业环境等自动且容易地设定铲斗6的目标轨道。
并且,在本例子中,规定参数根据包括挖土机100的作业现场的类别或挖掘对象的类别的挖土机100的作业环境来设定。
由此,控制器30能够具体地设定与挖土机100的作业环境相符的铲斗6的目标轨道。在目标轨道中可以包括成为施工目标的目标面(设计面)。
并且,在本例子中,规定参数通过实际执行挖掘作业来学习,以使与挖掘作业相关的评价指标相对变高。
由此,控制器30能够按照挖土机100的实际的作业环境将规定参数更新为更适当的内容。
并且,在本例子中,在规定参数中包括与挖掘时的铲斗6的铲尖的轨道的以地面为基准的尺寸相关的参数(例如,参数A、B)、与挖掘时的铲斗6的铲尖的轨道相对于基准面的角度相关的参数(例如,参数C~D)及与挖掘时的铲斗6的姿势相关的参数中的至少一个。
由此,控制器30例如能够通过按照规定参数的设定内容改变表示规定轨道的模板,具体地设定挖掘时的铲斗6的铲尖的目标轨道。
并且,在本例子中,控制器30根据由空间识别装置70获取的与挖土机100的作业环境相关的信息来设定规定参数。
由此,控制器30能够根据空间识别装置70的输出来判断挖土机100的作业环境(作业现场),具体地设定与作业环境相符的规定参数。
控制器30例如使用存储于内部存储器等中的与挖土机100的每个作业环境的规定参数相关的信息(例如,表信息800)来设定与挖土机100的作业环境相符的规定参数。
由此,控制器30能够具体地设定与挖土机100的作业环境相符的规定参数。
以上,对本发明的优选实施方式进行了详细说明。然而,本发明并不限于上述实施方式。上述实施方式可以在不脱离本发明的范围内适用各种变形或替换等。并且,分开说明的特征只要在技术上不产生矛盾,则可以进行组合。
本申请主张基于2021年3月30日申请的日本专利申请2021-057821号的优先权及2021年3月30日申请的日本专利申请2021-057895号的优先权,这些日本专利申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
符号说明
1-下部行走体,1C-履带,1CL-左履带,1CR-右履带,2-回转机构,2A-回转液压马达,2M-行走液压马达,2ML-左行走液压马达,2MR-右行走液压马达,3-上部回转体,4-动臂,5-斗杆,6-铲斗,6A-铲尖,6B-铲斗销,6C-最近点,7-动臂缸,8-斗杆缸,9-铲斗缸,10-驾驶室,11-发动机,13-调节器,14-主泵,15-先导泵,17-控制阀单元,18-节流器,19-控制压力传感器,26-操作装置,26D-行走杆,26DL-左行走杆,26DR-右行走杆,26L-左操作杆,26R-右操作杆,28-吐出压力传感器,29、29DL、29DR、29LA、29LB、29RA、29RB-操作传感器,30-控制器,30A-位置计算部,30B-轨道获取部,30C-自动控制部,30D-作业角度控制部,31、31AL~31DL、31AR~31DR-比例阀,32-液压控制阀,33-液压控制阀,40-中间旁通油路,42-并联油路,70-空间识别装置,70F-前侧传感器,70B-后侧传感器,70L-左侧传感器,70R-右侧传感器,71-朝向检测装置,72-输入装置,73-测位装置,100-挖土机,171~176-控制阀,AT-附属装置,D1-显示装置,D2-声音输出装置,E1-信息获取装置,GS-地表面,NS-开关,S1-动臂角度传感器,S2-斗杆角度传感器,S3-铲斗角度传感器,S4-机身姿势传感器,S5-回转角度传感器,T1-通信装置。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种挖土机,其具备:
下部行走体;
上部回转体,可回转地搭载于所述下部行走体;
附属装置,安装于所述上部回转体;及
控制装置,改变作业角度,所述作业角度由根据所述附属装置中所包括的铲斗的形状确定的面或线与目标面形成,
所述控制装置在执行设备控制功能的期间,根据所述铲斗与所述目标面之间的位置关系来改变所述作业角度。
2.(修改后)根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置根据所述铲斗与所述目标面之间的距离来变更所述作业角度。
3.(修改后)根据权利要求2所述的挖土机,其中,
所述控制装置根据所述铲斗的动作速度来变更所述作业角度。
4.(修改后)根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置执行如下控制:根据所述附属装置的姿势和与所述目标面相关的信息反复计算与所述作业角度相关的目标角度,使所述作业角度追随所述目标角度。
5.根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置控制所述附属装置,以使随着位于比所述目标面更高的位置的所述铲斗靠近所述目标面而收回所述铲斗。
6.根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置控制所述附属装置,以使随着位于比所述目标面更低的位置的所述铲斗靠近所述目标面而张开所述铲斗。
7.(修改后)根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置设定与挖掘时的所述铲斗的轨道相关的规定角度或规定尺寸,根据所述规定角度或所述规定尺寸来设定所述铲斗的目标轨道,
所述目标轨道包括所述目标面。
8.(修改后)根据权利要求7所述的挖土机,其中,
所述规定角度或所述规定尺寸根据包括挖土机的作业现场的类别或挖掘对象的类别的挖土机的作业环境来设定。
9.(修改后)根据权利要求7所述的挖土机,其中,
所述规定角度或所述规定尺寸通过实际执行挖掘作业来学习,以使与挖掘作业相关的评价指标相对变高。
10.(修改后)根据权利要求7所述的挖土机,其中,
在所述规定尺寸中包括挖掘时的所述铲斗的轨道的以地面为基准的尺寸,在所述规定角度中包括挖掘时的所述铲斗的轨道相对于基准面的角度。
11.(修改后)根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置设定与挖掘时的所述铲斗的轨道相关的规定角度或规定尺寸,根据所述规定角度或所述规定尺寸来设定所述铲斗的目标轨道。
12.(修改后)根据权利要求11所述的挖土机,其中,
所述规定角度或所述规定尺寸通过实际执行挖掘作业来学习,以使与挖掘作业相关的评价指标相对变高。
13.(修改后)一种挖土机的控制装置,所述挖土机具备:下部行走体;上部回转体,可回转地搭载于所述下部行走体;及附属装置,安装于所述上部回转体,所述挖土机的控制装置构成为如下:
在执行设备控制功能的期间,根据所述附属装置中所包括的铲斗与目标面之间的位置关系来改变作业角度,所述作业角度由根据所述铲斗的形状确定的面或线与所述目标面形成。

Claims (13)

1.一种挖土机,其具备:
下部行走体;
上部回转体,可回转地搭载于所述下部行走体;
附属装置,安装于所述上部回转体;
姿势检测装置,检测所述附属装置的姿势;及
控制装置,计算与作业角度相关的目标角度,所述作业角度由根据所述附属装置中所包括的铲斗的形状确定的面或线与目标面形成,
所述控制装置根据所述附属装置的姿势和与所述目标面相关的信息来变更所述目标角度。
2.根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置根据所述铲斗与所述目标面之间的距离来变更所述目标角度。
3.根据权利要求2所述的挖土机,其中,
所述控制装置根据所述铲斗的动作速度来变更所述目标角度。
4.根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置执行使所述作业角度追随所述目标角度的控制。
5.根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置控制所述附属装置,以使随着位于比所述目标面更高的位置的所述铲斗靠近所述目标面而收回所述铲斗。
6.根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置控制所述附属装置,以使随着位于比所述目标面更低的位置的所述铲斗靠近所述目标面而张开所述铲斗。
7.根据权利要求1所述的挖土机,其中,
所述控制装置设定与挖掘时的铲斗的轨道相关的规定参数,根据所述规定参数来设定所述铲斗的目标轨道,
所述目标轨道包括所述目标面。
8.根据权利要求7所述的挖土机,其中,
所述规定参数根据包括挖土机的作业现场的类别或挖掘对象的类别的挖土机的作业环境来设定。
9.根据权利要求7所述的挖土机,其中,
所述规定参数通过实际执行挖掘作业来学习,以使与挖掘作业相关的评价指标相对变高。
10.根据权利要求7所述的挖土机,其中,
所述规定参数包括与挖掘时的所述铲斗的轨道的以地面为基准的尺寸相关的参数、与挖掘时的所述铲斗的轨道相对于基准面的角度相关的参数及与挖掘时的所述铲斗的姿势相关的参数中的至少一个。
11.一种挖土机,其具备:
下部行走体;
上部回转体,回转自如地搭载于所述下部行走体;
作业附属装置,安装于所述上部回转体,并且包括动臂、斗杆及铲斗;及
控制装置,设定与挖掘时的所述铲斗的轨道相关的规定参数,根据所述规定参数来设定所述铲斗的目标轨道。
12.根据权利要求11所述的挖土机,其中,
所述规定参数通过实际执行挖掘作业来学习,以使与挖掘作业相关的评价指标相对变高。
13.一种挖土机的控制装置,所述挖土机具备:下部行走体;上部回转体,可回转地搭载于所述下部行走体;附属装置,安装于所述上部回转体;及姿势检测装置,检测所述附属装置的姿势,所述挖土机的控制装置构成为如下:
计算与作业角度相关的目标角度,所述作业角度由根据所述附属装置中所包括的铲斗的形状确定的面或线与目标面形成,根据所述附属装置的姿势和与所述目标面相关的信息来变更所述目标角度。
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