JP2018090989A - 作業機制御装置および作業機械 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。
《油圧ショベル》
図1は、第1の実施形態に係る油圧ショベルの構成を示す斜視図である。第1の実施形態では、作業機械の一例として油圧ショベル100について説明する。なお、他の実施形態に係る作業機械は、必ずしも油圧ショベル100でなくてもよい。
油圧ショベル100は、油圧により作動する作業機110と、作業機110を支持する上部旋回体としての車体120と、車体120を支持する下部走行体としての走行装置130とを備える。
アーム112は、ブーム111とバケット113とを連結する。アーム112の基端部は、ブーム111の先端部にピンP2を介して取り付けられる。
バケット113は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を搬送するための容器とを備える。バケット113は、刃の後端側に延長するバケット底面113Aを備える。バケット113の基端部は、アーム112の先端部にピンP3を介して取り付けられる。
アームシリンダ115は、アーム112を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ115の基端部は、ブーム111に取り付けられる。アームシリンダ115の先端部は、アーム112に取り付けられる。
バケットシリンダ116は、バケット113を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ116の基端部は、アーム112に取り付けられる。バケットシリンダ116の先端部は、バケット113に取り付けられる。
図2は、第1の実施形態に係る油圧ショベルの制御系の構成を示す概略ブロック図である。
油圧ショベル100は、ストローク検出器117、操作装置1211、位置検出器122、方位演算器123、傾斜検出器124を備える。
左側操作レバー1213の後方向の操作は、アームシリンダ115の縮退、アーム112のダンプの指令に対応する。左側操作レバー1213の右方向の操作は、車体120の右旋回の指令に対応する。左側操作レバー1213の左方向の操作は、車体120の左旋回の指令に対応する。
図3は、作業機の姿勢の例を示す図である。
制御装置126は、作業機110の姿勢を算出し、その姿勢に基づいて作業機110の制御指令を生成する。具体的には、制御装置126は、作業機110の姿勢として、ブーム111の姿勢角α、アーム112の姿勢角β、バケット113の姿勢角γ、およびバケット113の輪郭点の位置を算出する。
アーム112の姿勢角βは、ピンP1からピンP2へ伸びる半直線と、ピンP2からピンP3へ伸びる半直線とがなす角によって表される。
バケット113の姿勢角γは、ピンP2からピンP3へ伸びる半直線と、ピンP3からバケット113の刃先Eへ伸びる半直線とがなす角によって表される。
ここで、ブーム111の姿勢角α、アーム112の姿勢角β、およびバケット113の姿勢角γの和を、作業機110の姿勢角ηとよぶ。作業機110の姿勢角ηは、ピンP3から車体120の上方向(+Z方向)に伸びる半直線と、ピンP3からバケット113の刃先Eへ伸びる半直線とがなす角に等しい。
また、バケット底面113Aに直交し、上面側へ伸びるベクトルを底面法線ベクトルNbという。底面法線ベクトルNbの向きは、作業機110の姿勢角ηによって変化する。
図4は、第1の実施形態に係る油圧ショベルの制御装置の構成を示すブロック図である。
制御装置126は、作業機械情報記憶部200、操作量取得部201、検出情報取得部202、姿勢特定部203、目標施工データ記憶部204、目標施工線特定部205、距離特定部206、目標速度決定部207、作業機制御部208、バケット制御部209、目標角度記憶部210、制御指令出力部211を備える。
姿勢特定部203は、バケット113の角度を特定するバケット姿勢特定部の一例である。
目標施工線特定部205は、作業機110の制御基準を特定する制御基準特定部の一例である。
ここで、第1の実施形態に係る制御装置126による油圧ショベル100の制御方法について説明する。
図6は、第1の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。制御装置126は、所定の制御周期ごとに以下に示す制御を実行する。
操作量取得部201は、操作装置1211からブーム111に係る操作量、アーム112に係る操作量、バケット113に係る操作量、および旋回に係る操作量を取得する(ステップS1)。検出情報取得部202は、位置検出器122、方位演算器123、傾斜検出器124、ストローク検出器117のそれぞれが検出した情報を取得する(ステップS2)。
バケット制御部209は、ステップS11で距離特定部206が特定したバケット113と対象線との距離とステップS1で操作量取得部201が取得した操作量とに基づいて、油圧ショベル100の状態がバケット制御開始条件を満たさない状態から当該条件を満たす状態に遷移したか否かを判定する(ステップS31)。油圧ショベル100の状態がバケット制御開始条件を満たさない状態から当該条件を満たす状態に遷移した場合(ステップS31:YES)、バケット制御部209は、ステップS5で姿勢特定部203が特定した底面法線ベクトルNbと、ステップS8で目標施工線特定部205が特定した施工面法線ベクトルNtとがなす角φを目標角度として算出する(ステップS32)。バケット制御部209は、目標角度を目標角度記憶部210に記憶させる(ステップS33)。そしてバケット制御部209は、バケット制御を有効にする(ステップS34)。つまり、バケット制御部209は、バケット制御開始条件を満たしたとき以降、バケット底面113Aと対象面の角度との差が目標角度記憶部210が記憶する目標角度と一致するように、バケット113の制御速度を決定する。
このように、第1の実施形態によれば、制御装置126は、バケット底面113Aの角度と目標施工面の角度との差が一定角度になるようにバケット113を制御する(バケット制御を行う)。そして、制御装置126は、バケット113と変曲点との距離がバケット制御制限閾値未満である場合に、バケット制御を中断し、バケット113と変曲点との距離がバケット制御制限閾値以上である場合に、バケット制御を再開する。これにより、バケット113が変曲点に近づいたとき、制御装置126は、自動的にバケット113の角度の保持を解除する。したがって、制御装置126は、変曲点の整形時に、運転者による明示の操作なしにバケット113の角度の保持を解除することができる。ここで、第1の実施形態によりバケット113の角度の保持を解除する利点について説明する。
このように、第1の実施形態によれば、変曲点の整形時に、バケット113の角度の保持を解除することで、バケット113が対象線以外の目標施工線に侵食することを防ぐことができる。なお、他の実施形態においては、制御装置126は、変曲点と異なる目標施工線中の点を基準位置として制御してもよい。例えば、基準位置は、目標施工線中の点であって変曲点より所定距離だけ離れた点であってもよい。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
Claims (7)
- バケットを含む作業機を制御する作業機制御装置であって、
前記バケットの位置を特定するバケット位置特定部と、
前記作業機による掘削対象の目標形状を示す目標施工線を特定する目標施工線特定部と、
前記バケットと前記目標施工線中の基準位置との距離を特定する距離特定部と、
前記バケットと前記基準位置との距離がバケット制御制限閾値以上である場合に、前記バケットの角度が一定角度になるように前記バケットを制御するバケット制御部と
を備える作業機制御装置。 - 前記距離特定部は、前記バケットと前記目標施工線との距離をさらに特定し、
バケット制御部は、前記バケットと前記目標施工線との距離がバケット制御開始閾値未満であり、かつ前記バケットと前記基準位置との距離が前記バケット制御制限閾値以上である場合に、前記バケットを制御する
請求項1に記載の作業機制御装置。 - 前記バケット制御部は、前記目標施工線と当該目標施工線に接する他の目標施工線とがなす角が所定範囲を超える前記基準位置と、前記バケットとの距離が前記バケット制御制限閾値以上である場合に、前記バケットの角度が一定角度になるように前記バケットを制御する
請求項1または請求項2に記載の作業機制御装置。 - 前記バケットと前記目標施工線との距離が作業機制御開始閾値未満である場合に、前記バケットが前記目標施工線より下方に侵入しないように前記作業機を制御する作業機制御部をさらに備える
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の作業機制御装置。 - 前記バケットを支持するアームをさらに備える前記作業機を操作するための操作装置への操作量を取得する操作量取得部
をさらに備え、
前記作業機制御部は、前記バケットと前記基準位置との距離がアーム制限閾値未満であり、かつ前記アームを前記基準位置を超える方向へ操作する操作が継続している場合に、前記アームの駆動を制限するように前記作業機を制御する
請求項4に記載の作業機制御装置。 - 前記基準位置は、前記目標施工線の端である
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の作業機制御装置。 - バケットおよび前記バケットを支持するアームを含む作業機と、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の作業機制御装置と
を備える作業機械。
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