JP2009197425A

JP2009197425A - 建設機械

Info

Publication number: JP2009197425A
Application number: JP2008038351A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Saito; 芳明齋藤
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2009-09-03
Also published as: EP2251494A1; WO2009104355A1; US20100312437A1; CN101946045A

Abstract

【課題】積み込み作業を補助して、オペレータの負担軽減を図る。
【解決手段】ブーム５の上昇を指示するポジション、下降を指示するポジション及び中立を指示するポジションをとり得るブームレバー１３と、バケット３のチルトを指示するポジション、ダンプを指示するポジション及び中立を指示するポジションをとり得るバケットレバー１１と、ブームレバー１３及びバケットレバー１１のポジションを検出して、検出されたポジションに従ってブーム５及びバケット３を制御するコントローラ１と、を備える。コントローラ１は、ブームレバー１３がブーム５の上昇を指示するポジションにセットされていて、ブーム５を上昇させているときに、ブームレバー１３に対して所定の操作が行われたことを検出すると、バケット３をダンプさせるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械を制御する技術に関し、特に建設機械を使って積み込み作業を行う際にオペレータを補助する技術に関する。

建設機械のオペレータ室には、操作レバーが設けられていて、オペレータがこの操作レバーを操作することによって建設機械を動作させている。例えば、ホイールローダなどのようにブームと、ブームの先端に取り付けられたバケットとを有する建設機械の場合、ブーム用の操作レバーと、バケット用の操作レバーをそれぞれ別個に備えるタイプと、ブーム及びバケットの何れも操作可能な１本のレバー（モノレバー）を備えるタイプとがある。モノレバータイプの建設機械は、例えば特許文献１に記載されている。
実開５−５７０３９号公報

ところで、ホイールローダで行う作業は、掘削作業と掘削したものの積み込み作業の繰り返しである。特に大型のホイールローダの場合、作業時間が長時間になることが多く、オペレータにかかる負担は大きい。そこで、オペレータの負担軽減のために、ブーム及びバケットの動作を一部自動化して、掘削作業を補助するためのセミオート掘削モードが搭載されているホイールローダがある。

しかしながら、セミオート掘削モードが搭載されていても、積み込み作業を補助するための制御は行われていないので、積み込み作業についてはすべて従来通りにオペレータが操作する必要があった。

そこで、本発明の目的は、積み込み作業を補助して、オペレータの負担軽減を図ることである。

本発明の一つの実施態様に従う建設機械は、ブーム（５）と、前記ブームに取り付けられたバケット（３）とを有する建設機械であって、前記ブームの上昇を指示するポジション、下降を指示するポジション及び中立を指示するポジションをとり得るブーム操作レバー（１３）と、前記ブーム操作レバーのポジションを検出して、検出されたポジションに従って前記ブーム及び前記バケットを制御するコントローラ（１）と、を備え、前記コントローラは、前記ブームを上昇させているときに、前記ブーム操作レバーに対して所定の操作が行われたことを検出すると、前記バケットをダンプさせるように制御する。

好適な実施形態では、前記コントローラは、前記バケットをダンプさせた後に、前記ブーム操作レバーが前記ブームの下降を指示するポジションへ操作されたことを検出すると、前記バケットをチルトさせるように制御するようにしてもよい。

好適な実施形態では、前記バケットのチルトを指示するポジション、ダンプを指示するポジション及び中立を指示するポジションをとり得るバケット操作レバー（１１）をさらに備え、前記コントローラは、前記バケット操作レバーのポジションを検出して、検出されたポジションに従って前記バケットを制御し、前記ブーム操作レバーの操作に基づいて前記バケットの制御が行われているときに、前記バケット操作レバーが操作されたことを検出すると、前記ブーム操作レバーの操作に基づく前記バケットの制御を停止するようにしてもよい。

好適な実施形態では、前記バケットのダンプエンドを検出するセンサ（１９）をさらに備え、前記コントローラは、前記センサの出力によって前記バケットがダンプエンドのポジションになったことを検出すると、前記ダンプエンドポジションと他の所定のポジションとの間で前記バケットを往復させるように制御するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る建設機械は、ホイールローダなどのようにブームと、ブームの先端に取り付けられたバケットとを備える。そして、この建設機械には、ブームとバケットの動作を制御する制御システムが搭載されている。本実施形態にかかる制御システムは、積み込み作業時のオペレータの負担を軽減するために、一部の制御を自動化したセミオートローディング機能を有する。以下、本実施形態に係る建設機械について、制御システムによる制御を中心に、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る建設機械に搭載されている制御システムのブロック図である。

本システムは、バケット３及びブーム５の動作を制御するコントローラ１を有する。コントローラ１は、例えば、バケットレバー１１、ブームレバー１３，ブーム角度センサ１５，バケット水平センサ１７及びバケットダンプエンドセンサ１９の出力に基づいて、バケット３及びブーム５の動作を制御する。

バケットレバー１１は、オペレータがバケット３の動作を指示するために操作するレバーである。バケットレバー１１は、例えば、単一軸線に沿って移動するレバーであり、複数のポジションをとり得る。この複数のポジションとは、例えば、バケット３をチルトさせるチルトポジション、バケット３をダンプさせるダンプポジション及びバケット３の動作を停止させる中立ポジションである。

そして、コントローラ１は、バケットレバー１１のポジションを検出して、そのポジションに従ってバケット３を制御する。すなわち、コントローラ１は、バケットレバー１１がチルトポジションであればバケット３をチルトさせるように動作させ、ダンプポジションであればバケット３をダンプさせるように動作させ、中立ポジションであればバケット３の動作を停止させるように制御する。

ところで、本実施形態にかかるセミオートローディング機能では、バケットレバー１１を使用しない。つまり、ブームレバー１３のみでバケット３のダンプ及びチルトも行う。セミオートローディング機能の詳細については後述する。

ブームレバー１３は、オペレータがブーム５の動作を指示するために操作するレバーである。ブームレバー１３も、例えば、単一軸線に沿って移動するレバーであり、複数のポジションをとり得る。この複数のポジションとは、例えば、ブーム５を上昇させる上げポジション、ブーム５を下降させる下げポジション及びブーム５の停止を指示する中立ポジションである。

そして、コントローラ１は、ブームレバー１３のポジションを検出して、そのポジションに従ってブーム５を制御する。すなわち、コントローラ１は、ブームレバー１３が上げポジションであればブーム５を上昇させ、下げポジションであればブーム５を下降させ、中立ポジションであればブーム５の動作を停止させるように制御する。

セミオートローディング機能では、ブームレバー１３が特定の条件下で所定の操作を受け付けると、コントローラ１はバケット３を動作させる。セミオートローディング機能については後述する。

ブーム角度センサ１５は、水平に対するブーム５の角度を検出するためのセンサである。例えば、コントローラ１は、ブーム角度センサ１５の出力に基づいて、ブーム５の角度を検出する。図２は、地面（水平面）Ｇに対するブーム５及びバケット３の位置関係を示す図である。ブーム角度センサ１５によって検出されるブーム５の角度は、例えば、図２Ａに示すように、ブーム５の向きが水平であれば０度である。そして、図２Ａに示す水平位置よりもブーム５の先端が上に上がっていればプラス、下に下がっていればマイナスである。

バケット水平センサ１７は、バケット３のポジションが水平であることを検出するためのセンサである。ここで、バケット３のポジションが水平であるとは、例えば図２Ｂに示すように、地上接地状態でバケット３の刃先が地上Ｇにおいて水平となる位置をいう。バケット水平センサ１７は、例えば、シリンダストロークを検知する近接センサや近接スイッチであってもよい。コントローラ１は、バケット水平センサ１７の出力に基づいて、バケット３が水平に向いていることを検出する。またブームに対する角度を検出するバケット角度センサであってもよい。コントローラ１はバケット角度センサとブーム角度センサの出力に基づいて、バケット３が水平に向いていることを検出する。

バケットダンプエンドセンサ１９は、バケット３がダンプエンドポジションであることを検出するためのセンサである。バケットダンプエンドセンサ１９は、例えば、シリンダストロークを検知する近接スイッチや近接スイッチであってもよい。コントローラ１は、バケットダンプエンドセンサ１９の出力に基づいて、バケット３の位置がダンプエンドポジションであることを検出する。なお、バケットダンプエンドセンサ１９はなくてもよい。その場合、後述するバケット３の揺さぶりは行わない。また、バケットダンプエンドセンサ１９はバケット角度センサと兼ねてもよい。

本願明細書で説明するコントローラ１の個々の機能は、例えば、ファームウェアによって実現してもよいし、コントローラ１が所定のプロセッサ及びメモリを備え、コンピュータプログラムを実行することにより実現してもよいし、あるいは、これらの組み合わせによって実現してもよい。

次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係るセミオートローディング機能の処理手順について説明する。本実施形態に係るセミオートローディング機能は、オペレータがブームレバー１３のみを使用して積み込み作業を行えるように、バケット３及びブーム５を制御するものである。

まず、コントローラ１は、掘削作業が終了したか否かを判定する（Ｓ１０）。この判定は、例えば、セミオート掘削モードで掘削作業を行っている場合は、セミオート掘削モードにおいて、掘削終了と判定されたか否かによって行う。また、セミオート掘削モードを利用しない場合は、ブーム角度、ブームボトム圧、ギアが後進または中立になったか否かなどを用いた所定の判定条件によって、掘削終了を判定してもよいし、オペレータによる所定の入力に基づいて判定してもよい。

掘削が終了したときは（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、コントローラ１は、バケットレバー１１が操作されたか否かを判定し、操作された場合はステップＳ１０へ戻る（Ｓ１２）。このセミオートローディングでは、バケットレバー１１を使用しないので、バケットレバー１１が操作された場合は、セミオートローディングを行わないためである。

バケットレバー１１が操作されていないときは（Ｓ１２：Ｎｏ）、ブームレバー１３が上げポジションであるか否かを判定する（Ｓ１４）。そして、ブームレバー１３が上げポジションでないときは（Ｓ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１２へ戻る。一方、ブームレバー１３が上げポジションであるときは（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、コントローラ１は、ブーム角度センサ１５の出力に基づいて、ブーム５が水平よりも上あがっているか否かを判定する（Ｓ１６）。

ブーム５が水平よりも上がっていないときは（Ｓ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１２へ戻る。一方、ブーム５が水平よりも上がっているときは（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、コントローラ１は、ブームレバー１３に対して所定のダンプ指令操作がされたか否かを判定する（Ｓ１８）。

ここで、所定のダンプ指令操作とは、例えば、ブームレバー１３の上げポジションのうち最大上げポジションをＡとし、中立ポジションをＢとしたときに、短時間（例えば０．５秒）の間に、ブームレバー１３がＡ→Ｂ→Ａとなる操作であってもよい。なお、中立ポジションＢは、厳密な中立ポジションと、そこからレバーのストロークの±１０％以内の範囲としてもよい。このダンプ指令操作は一例であって、ブームレバー１３が受け付けることができる操作であればこれ以外であってもよい。例えば、ブームレバー１３にボタンが設けられていて、そのボタンが受け付ける操作であってもよい。

ダンプ指令操作が検出されなかったときは（Ｓ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１２へ戻る。一方、ダンプ指令操作が検出されたときは（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、コントローラ１は、バケット３のダンプ動作（自動バケットダンプ）を開始する（Ｓ２０）。つまり、コントローラ１は、バケットレバー１１に対して何ら操作がされていないにも関わらず、ブームレバー１３に対するダンプ指令操作が検出されたときは、バケット３をダンプさせる。

これにより、オペレータは、ブームレバー１３を操作するだけで、自らが意図するタイミングでバケット３をダンプさせることができる。

コントローラ１は、バケット３の自動ダンプを行っている間に、バケットレバー１１が操作されたか否かを判定する（Ｓ２２）。そして、バケットレバー１１が操作された場合は（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、現在行っているバケット３のダンプ動作を停止して、ステップＳ１０へ戻る（Ｓ２４）。これは、セミオートローディングでは使用しないバケットレバー１１が操作された場合は、セミオートローディングを終了するためである。

バケットレバー１１の操作が検出されないときは（Ｓ２２：Ｎｏ）、コントローラ１は、バケット３のポジションがダンプエンドまで到達したか否かを判定する（Ｓ２６）。バケット３がダンプエンドでなければ（Ｓ２６：Ｎｏ）、ステップＳ２２以降を繰り返す。一方、バケット３のポジションがダンプエンドに到達したときは（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、コントローラ１は、バケット３の揺さぶりを数回行う（Ｓ２８）。バケット３の揺さぶりとは、ダンプエンドポジションから少しチルトしたポジションとダンプエンドポジションとの間で、バケット３を行ったり来たりさせるものである。これにより、バケット３内部にこびりついた残土を排出することができる。

バケット３の揺さぶり後、コントローラ１は、バケットレバー１１が操作されたか否かを判定する（Ｓ３０）。そして、バケットレバー１１が操作された場合は（Ｓ３０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０へ戻る（Ｓ３２）。これは、セミオートローディングでは使用しないバケットレバー１１が操作された場合は、セミオートローディングを終了するためである。

バケットレバー１１の操作が検出されないときは（Ｓ３０：Ｎｏ）、コントローラ１は、ブームレバー１３が下げポジションであるか否かを判定する（Ｓ３２）。ブームレバー１３が下げポジションでないときは（Ｓ３２：Ｎｏ）、ステップＳ３０へ戻る。

ブームレバー１３が下げポジションになると（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、コントローラ１は、ブーム５を下降させるとともに、バケット３のチルト動作（自動バケットチルト）を開始する（Ｓ３４）。

コントローラ１は、バケット３の自動チルトを行っている間に、バケットレバー１１が操作されたか否かを判定する（Ｓ３６）。そして、バケットレバー１１が操作された場合は（Ｓ３６：Ｙｅｓ）、コントローラ１は、現在行っているブーム５の下げ及びバケット３のチルト動作を停止して、ステップＳ１０へ戻る（Ｓ３８）。これは、セミオートローディングでは使用しないバケットレバー１１が操作された場合は、セミオートローディングを終了するためである。

バケットレバー１１の操作が検出されないときは（Ｓ３６：Ｎｏ）、コントローラ１は、ブームレバー１３が下げポジションであるか否かを判定する（Ｓ４０）。ブームレバー１３が下げポジションでなくなったときは（Ｓ４０：Ｎｏ）、現在行っているブーム５の下げ及びバケット３のチルト動作を停止して、ステップＳ３０へ戻る（Ｓ４２）。ブームレバー１３が下げポジションでなくなったときは、オペレータは、ブーム５の下げ及びバケット３のチルト動作を停止させたいときであると考えられるからである。したがって、このときはブーム５及びバケット３を一時停止させて、再びブームレバー１３が下げポジションになったときに自動バケットチルトを開始するように、ステップ３０へ戻っている。

ブームレバー１３が下げポジションのままのときは（Ｓ４０：Ｙｅｓ）、コントローラ１は、バケット水平センサ１７の出力に基づいて、バケット３が水平であるか否かを判定する（Ｓ４４）。バケット３が水平でない間は（Ｓ４４：Ｎｏ）、ステップＳ３６へ戻る。そして、バケット３が水平になると（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、コントローラ１は、現在行っているブーム５の下げ及びバケット３のチルト動作を停止し、セミオートローディングを終了する（Ｓ４６）。つまり、このときには、バケット３が水平になっており、次の掘削作業を開始できる状態となっている。

このセミオートローディング機能によれば、オペレータがブームレバーのみを操作することによってバケットのダンプも行うことができるので、積み込み作業時のオペレータのレバー操作の負担を軽減することができる。

上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

本発明の一実施形態に係る建設機械に搭載されている制御システムのブロック図である。地面（水平面）に対するブーム及びバケットの位置関係を示す図である。本実施形態に係るセミオートローディング機能の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るセミオートローディング機能の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１コントローラ
３バケット
５ブーム
１１バケットレバー
１３ブームレバー
１５ブーム角度センサ
１７バケット水平センサ
１９バケットダンプエンドセンサ

Claims

ブーム（５）と、前記ブームに取り付けられたバケット（３）とを有する建設機械であって、
前記ブームの上昇を指示するポジション、下降を指示するポジション及び中立を指示するポジションをとり得るブーム操作レバー（１３）と、
前記ブーム操作レバーのポジションを検出して、検出されたポジションに従って前記ブーム及び前記バケットを制御するコントローラ（１）と、を備え、
前記コントローラは、前記ブームを上昇させているときに、前記ブーム操作レバーに対して所定の操作が行われたことを検出すると、前記バケットをダンプさせるように制御することを特徴とする建設機械。
前記コントローラは、前記バケットをダンプさせた後に、前記ブーム操作レバーが前記ブームの下降を指示するポジションへ操作されたことを検出すると、前記バケットをチルトさせるように制御することを特徴とする請求項１記載の建設機械。
前記バケットのチルトを指示するポジション、ダンプを指示するポジション及び中立を指示するポジションをとり得るバケット操作レバー（１１）をさらに備え、
前記コントローラは、前記バケット操作レバーのポジションを検出して、検出されたポジションに従って前記バケットを制御し、前記ブーム操作レバーの操作に基づいて前記バケットの制御が行われているときに、前記バケット操作レバーが操作されたことを検出すると、前記ブーム操作レバーの操作に基づく前記バケットの制御を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械。
前記バケットのダンプエンドを検出するセンサ（１９）をさらに備え、
前記コントローラは、前記センサの出力によって前記バケットがダンプエンドのポジションになったことを検出すると、前記ダンプエンドポジションと他の所定のポジションとの間で前記バケットを往復させるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の建設機械。