JP2018135679A - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】掘削開始前にバケット姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能な作業車両を提供する。【解決手段】作業車両は、車両本体と、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なアームと、アームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、掘削開始前の操作指令に従ってアームに対するバケットの角度を算出し、算出した角度が第1の角度となるように作業機を制御する制御部とを備える。【選択図】図6
Description
本発明は、作業車両に関する。
油圧ショベルは、ブームとアームとバケットとを有する作業機を備える。オペレータは、この作業機を備えた油圧ショベルの掘削作業において、ブームとアームとバケットとの3軸の操作レバーをそれぞれ動かしてバケットの動きを操作する必要がある。たとえば、油圧ショベルの掘削作業の開始時には、アームを操作して土砂にバケットを貫入する。アームの操作を続けるとバケットが土砂に深く貫入し、土砂の抵抗が大きくなるためブームを操作してバケットを上方に上げる操作を加える。これにより、バケットの土砂に対する掘削深さを適正にする。さらに、アームとバケットとを操作してバケット内に土砂が十分入るようにした後に、土砂を引き上げ、さらにブームを操作して上方までバケットを上げる。したがって、オペレータにとって効率的な掘削作業を実行することは簡単ではなく熟練が必要である。
従来、効率的な掘削作業を実行する点で掘削作業を自動制御する技術がある。
たとえば、特開昭61−225429号公報においては、掘削作業における土砂の抵抗を軽減するためにバケット背面と掘削面との衝突を検出して、バケット背面の干渉を回避するためにバケットの姿勢を自動修正する方式が開示されている。
たとえば、特開昭61−225429号公報においては、掘削作業における土砂の抵抗を軽減するためにバケット背面と掘削面との衝突を検出して、バケット背面の干渉を回避するためにバケットの姿勢を自動修正する方式が開示されている。
特開昭62−189222号公報においては、バケットに含まれる土砂の重量を測定して、バケットに満杯に入れた際の土砂の重量となるように、バケットの掘削深さを自動調整する方式が開示されている。
上記公報における油圧ショベルの掘削作業においては、掘削作業中における種々の複雑な演算が必要となり制御が複雑となる可能性がある。
本発明の目的は、上記の課題を解決するためになされたものであって、掘削開始前にバケット姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能な作業車両および作業車両の制御方法を提供することである。
本発明のある局面に従う作業車両は、車両本体と、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なアームと、アームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、掘削開始前の操作指令に従ってアームに対するバケットの角度を算出し、算出した角度が第1の角度となるように作業機を制御する制御部とを備える。
本発明のある局面に従う作業車両の制御方法は、車両本体に対して回動可能なブームと、ブームに対して回動可能なアームと、アームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、掘削開始前の操作指令を受け付けるステップと、操作指令に従って、アームに対するバケットの角度を算出するステップと、算出した角度が第1の角度となるように作業機を制御するステップとを備える。
本発明の作業車両および作業車両の制御方法は、掘削開始前にバケット姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能の同じである。したがって、それらについての詳細な説明については繰り返さない。
[作業車両の全体構成]
図1は、実施形態に基づく作業車両の一例を示す斜視図である。
図1は、実施形態に基づく作業車両の一例を示す斜視図である。
図1に示されるように、本発明の思想を適用可能な作業車両として油圧により作動する作業機2を備える油圧ショベルCMを例に挙げて説明する。
油圧ショベルCMは、車両本体1と、作業機2とを備える。
車両本体1は、旋回体3と、運転室4と、走行装置5とを有する。
車両本体1は、旋回体3と、運転室4と、走行装置5とを有する。
旋回体3は、走行装置5の上に配置される。走行装置5は、旋回体3を支持する。旋回体3は、旋回軸AXを中心に旋回可能である。運転室4には、オペレータが着座する運転席4Sが設けられる。オペレータは、運転室4において油圧ショベルCMを操作する。走行装置5は、一対の履帯5Crを有する。履帯5Crの回転により、油圧ショベルCMが走行する。走行装置5は、車輪(タイヤ)で構成されていてもよい。
実施形態では、運転席4Sに着座したオペレータを基準として各部の位置関係を説明する。
前後方向とは、運転席4Sに着座したオペレータを基準とした前後方向をいう。左右方向とは、運転席4Sに着座したオペレータを基準とした左右方向をいう。左右方向は、車両の幅方向(車幅方向)に一致する。運転席4Sに着座したオペレータが正面に正対する方向を前方向とし、前方向とは反対の方向を後方向とする。運転席4Sに着座したオペレータが正面に正対したとき右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。前後方向は、X軸方向であり、左右方向は、Y軸方向である。運転席4Sに着座したオペレータが正面に正対する方向は、前方向(+X方向)であり、前方向の反対方向は、後方向(−X方向)である。運転席4Sに着座したオペレータが正面に正対したときの車幅方向の一側の方向は、右方向(+Z方向)であり、車幅方向の他側の方向は、左方向(−Z方向)である。
旋回体3は、エンジンが収容されるエンジンルーム9と、旋回体3の後部に設けられるカウンタウェイトとを有する。旋回体3において、エンジンルーム9の前方に手すり19が設けられる。エンジンルーム9に、エンジン及び油圧ポンプなどが配置される。
作業機2は、旋回体3に接続される。
作業機2は、ブーム6と、アーム7と、バケット8と、ブームシリンダ10と、アームシリンダ11と、バケットシリンダ12とを有する。
作業機2は、ブーム6と、アーム7と、バケット8と、ブームシリンダ10と、アームシリンダ11と、バケットシリンダ12とを有する。
ブーム6は、ブームピン13を介して旋回体3に接続される。アーム7は、アームピン14を介してブーム6に接続される。バケット8は、バケットピン15を介してアーム7に接続される。ブームシリンダ10は、ブーム6を駆動する。アームシリンダ11は、アーム7を駆動する。バケットシリンダ12は、バケット8を駆動する。ブーム6の基端部(ブームフート)と旋回体3とが接続される。ブーム6の先端部(ブームトップ)とアーム7の基端部(アームフート)とが接続される。アーム7の先端部(アームトップ)とバケット8の基端部とが接続される。ブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12はいずれも、作動油によって駆動される油圧シリンダである。
ブーム6は、回動軸であるブームピン13を中心に旋回体3に対して回動可能である。アーム7は、ブームピン13と平行な回動軸であるアームピン14を中心にブーム6に対して回動可能である。バケット8は、ブームピン13及びアームピン14と平行な回動軸であるバケットピン15を中心にアーム7に対して回動可能である。
ブームピン13、アームピン14、及びバケットピン15のそれぞれは、Z軸と平行である。ブーム6、アーム7、及びバケット8のそれぞれは、Z軸と平行な軸を中心に回動可能である。
図2は、実施形態に基づく作業車両CMを模式的に説明する図である。
図2に示されるように、作業車両CMには、ブームシリンダストロークセンサ16と、アームシリンダストロークセンサ17と、バケットシリンダストロークセンサ18とが設けられる。
図2に示されるように、作業車両CMには、ブームシリンダストロークセンサ16と、アームシリンダストロークセンサ17と、バケットシリンダストロークセンサ18とが設けられる。
ブームシリンダストロークセンサ16は、ブームシリンダ10に配置され、ブームシリンダ10のストローク長さ(ブームシリンダ長)を検出する。アームシリンダストロークセンサ17は、アームシリンダ11に配置され、アームシリンダ11のストローク長さ(アームシリンダ長)を検出する。バケットシリンダストロークセンサ18は、バケットシリンダ12に配置され、バケットシリンダ12のストローク長さ(バケットシリンダ長)を検出する。
ブームシリンダ10のストローク長さをブームシリンダ長又はブームストロークとも称する。アームシリンダ11のストローク長さをアームシリンダ長又はアームストロークとも称する。バケットシリンダ12のストローク長さをバケットシリンダ長又はバケットストロークとも称する。
ブームシリンダ長、アームシリンダ長およびバケットシリンダ長を総称してシリンダ長データとも称する。
ブーム6の長さL1は、ブームピン13とアームピン14との距離である。アーム7の長さL2は、アームピン14とバケットピン15との距離である。バケット8の長さL3は、バケットピン15とバケット8の刃先8aとの距離である。バケット8は、複数の刃を有する。バケット8の先端部は刃先8aと称する。バケット8は、刃を有していなくてもよい。バケット8の先端部は、ストレート形状の鋼板で形成されていてもよい。
図2においては、ブームピン13を基準点(基準位置)としたX、Y軸の車両本体座標系が示されている。
ブームシリンダストロークセンサ16が検出したシリンダ長データから、車両本体座標系の水平方向に対するブーム6の傾斜角θ1が算出される。傾斜角θ1は、水平線(X軸)と、ブームピン13およびアームピン14を結ぶ線分とで成す角度である。
アームシリンダストロークセンサ17が検出したシリンダ長データから、ブーム6に対するアーム7の傾斜角θ2が算出される。傾斜角θ2は、ブームピン13およびアームピン14を結ぶ線分と、アームピン14およびバケットピン15を結ぶ線分とで成す角度である。
バケットシリンダストロークセンサ18が検出したシリンダ長データから、アーム7に対するバケット8が有する刃先8aへの傾斜角θ3が算出される。傾斜角θ3は、アームピン14およびバケットピン15を結ぶ線分と、バケットピン15およびバケット8の刃先8aを結ぶ線分とで成す角度である。傾斜角θ3は、アーム7に対するバケット8の角度であるバケット角とも称する。
傾斜角θを算出する方式として、ストロークセンサを用いてストローク長さを検出し、検出結果に基づいて傾斜角θを算出する方式について説明したが、ロータリーエンコーダのような角度検出器を用いて、傾斜角を算出しても良い。水平線(水平方向)は、図示しない慣性計測装置(inertial measurement unit)により検出するが、傾斜センサ、加速度センサ等により検出してもよい。
[油圧システムの構成]
図3は、実施形態に基づく作業車両CMを制御する制御システム200の構成を説明する機能ブロック図である。
図3は、実施形態に基づく作業車両CMを制御する制御システム200の構成を説明する機能ブロック図である。
図3に示されるように、実施形態に基づく制御システム200は、作業機2を用いる掘削作業の動作を制御する。
制御システム200は、ブームシリンダストロークセンサ16と、アームシリンダストロークセンサ17と、バケットシリンダストロークセンサ18と、操作装置25と、作業機コントローラ26と、油圧シリンダ60と、方向制御弁64と、圧力センサ66とを有する。
操作装置25は、運転室4に配置される。操作装置25は、オペレータにより操作される。操作装置25は、作業機2を駆動するオペレータの操作指令を受け付ける。操作装置25は、パイロット油圧方式の操作装置である。
方向制御弁64は、油圧シリンダ60に対する作動油の供給量を調整する。方向制御弁64は、供給される油によって作動する。油圧シリンダ(ブームシリンダ10、アームシリンダ11、及びバケットシリンダ12)を作動するために、その油圧シリンダに供給される油は作動油とも称する。方向制御弁64を作動するためにその方向制御弁64に供給される油はパイロット油と称される。パイロット油の圧力はパイロット油圧とも称される。
作動油及びパイロット油は、同一の油圧ポンプから送出されてもよい。例えば、油圧ポンプから送出された作動油の一部が減圧弁で減圧され、その減圧された作動油がパイロット油として使用されてもよい。作動油を送出する油圧ポンプ(メイン油圧ポンプ)と、パイロット油を送出する油圧ポンプ(パイロット油圧ポンプ)とは別の油圧ポンプである。
図3においては、メイン油圧ポンプから送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置25に供給される。
操作装置25の操作量に基づいてパイロット油圧が調整される。圧力センサ66は、操作装置25と接続される。圧力センサ66は、操作装置25のレバー操作に従い発生するパイロット油圧を検出して、作業機コントローラ26に出力する。
作業機コントローラ26は、圧力センサ66で検出されたパイロット油圧に応じて、油圧シリンダ60(ブームシリンダ10、アームシリンダ11、及びバケットシリンダ12)に供給される作動油が流れる方向制御弁64を駆動する。
操作装置25は、第1操作レバー25Rと、第2操作レバー25Lと、掘削ボタン25Pとを有する。第1操作レバー25Rは、運転席4Sの右側に配置される。第2操作レバー25Lは、運転席4Sの左側に配置される。第1操作レバー25R及び第2操作レバー25Lでは、前後左右の動作が2軸の動作に対応する。
掘削ボタン25Pは、オペレータが掘削作業を開始する際に指示するボタンである。作業機コントローラ26は、オペレータの掘削ボタン25Pの押下指示に従って、掘削作業のために作業機2の姿勢を制御する。具体的には、後述するがバケット角が所定角(第1の角度)となるように調整する。
第1操作レバー25Rにより、ブーム6及びバケット8が操作される。
第1操作レバー25Rの前後方向の操作は、ブーム6の操作に対応し、前後方向の操作に応じてブーム6の下げ動作及び上げ動作が実行される。ブーム6を操作するためにレバー操作される。
第1操作レバー25Rの前後方向の操作は、ブーム6の操作に対応し、前後方向の操作に応じてブーム6の下げ動作及び上げ動作が実行される。ブーム6を操作するためにレバー操作される。
第1操作レバー25Rの左右方向の操作は、バケット8の操作に対応し、左右方向の操作に応じてバケット8の掘削動作及び開放動作が実行される。バケット8を操作するためにレバー操作される。
第2操作レバー25Lにより、アーム7及び旋回体3が操作される。
第2操作レバー25Lの前後方向の操作は、アーム7の操作に対応し、前後方向の操作に応じてアーム7の上げ動作及び下げ動作が実行される。アーム7を操作するためにレバー操作される。
第2操作レバー25Lの前後方向の操作は、アーム7の操作に対応し、前後方向の操作に応じてアーム7の上げ動作及び下げ動作が実行される。アーム7を操作するためにレバー操作される。
第2操作レバー25Lの左右方向の操作は、旋回体3の旋回に対応し、左右方向の操作に応じて旋回体3の右旋回動作及び左旋回動作が実行される。
作業機コントローラ26は、圧力センサ66の検出結果に基づく前後方向に関する第1操作レバー25Rの操作量(ブーム操作量)に従って、ブーム6を駆動するためのブームシリンダ10に供給される作動油が流れる方向制御弁64を駆動する。
作業機コントローラ26は、圧力センサ66の検出結果に基づく左右方向に関する第1操作レバー25Rの操作量(バケット操作量)に従って、バケット8を駆動するためのバケットシリンダ12に供給される作動油が流れる方向制御弁64を駆動する。
作業機コントローラ26は、圧力センサ66の検出結果に基づく前後方向に関する第2操作レバー25Lの操作量(アーム操作量)に従って、アーム7を駆動するためのアームシリンダ11に供給される作動油が流れる方向制御弁64を駆動する。
作業機コントローラ26は、圧力センサ66の検出結果に基づく左右方向に関する第2操作レバー25Lの操作量に従って旋回体3を駆動するための油圧アクチュエータに供給される作動油が流れる方向制御弁64を駆動する。
第1操作レバー25Rの左右方向の操作がブーム6の操作に対応し、前後方向の操作がバケット8の操作に対応してもよい。第2操作レバー25Lの左右方向がアーム7の操作に対応し、前後方向の操作が旋回体3の操作に対応してもよい。
[土砂抵抗]
図4は、実施形態に基づくバケット8の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。
図4は、実施形態に基づくバケット8の掘削角度と土砂抵抗との関係を説明する図である。
図4に示されるように、バケット8の掘削角度が0°付近が限界角度として示されている。
掘削角度とは、バケット8の刃先8aの方向と、バケット8が移動する際の刃先8aの掘削方向(進行方向)との間の角度を表わす。バケット8の刃先8aの方向を基準にバケット8が移動する際の刃先8aの掘削方向がバケット8の開口面側に進む場合には正の値となり、逆方向に進む場合には負の値となる。
バケット8の掘削角度が限界角度より小さい場合には、バケット8の外装あるいはバケット8の背面により土砂を押し付ける形態となり、バケット8にかかる土砂抵抗の値が急激に上昇する。
バケット8の掘削角度が所定角度Qにおいては、バケット8にかかる土砂抵抗の値は最小となる場合が示されている。
限界角度、所定角度Qは、一例でありバケット8の形態に従って異なる値に設定することが可能である。
実施形態に従う作業車両CMは、土砂抵抗の値が低い掘削角度で掘削作業を実行することにより簡易な方式で効率的な掘削作業を実行する。具体的には、作業車両CMは、掘削角度が所定角度Qとなるように掘削作業を実行する。掘削角度が所定角度Qとなるようにとは、掘削角度が所定角度Qに完全に一致することを意味するものではなく、掘削角度が所定角度Qの近似値となる場合も含む。
[掘削作業の概要]
図5は、実施形態に基づく作業機2の掘削作業の動きを説明する図である。
図5は、実施形態に基づく作業機2の掘削作業の動きを説明する図である。
図5に示されるように、アーム7を動作させる場合が示されている。
作業機2による掘削作業の開始時には、アーム7を操作して土砂にバケット8を貫入する。その際にアーム7に対するバケット8の角度を固定すればアーム7を操作して掘削作業する場合の掘削角度は一定となる。
作業機2による掘削作業の開始時には、アーム7を操作して土砂にバケット8を貫入する。その際にアーム7に対するバケット8の角度を固定すればアーム7を操作して掘削作業する場合の掘削角度は一定となる。
例えば、アーム7に対するバケット8のバケット角Pを設定した場合には、アーム7を操作して掘削角度Qで掘削作業することが可能となる。
したがって、実施形態においては、アーム7を操作して掘削作業する場合の掘削角度が最適な掘削角度(角度Q)となるように、掘削開始前にアーム7に対するバケット8の角度をバケット角Pに調整する。掘削開始前とは、最初の掘削作業(1回目)を開始する前および以降の掘削作業(2回目以降)を開始する前のいずれの場合も含まれる。
具体的には、作業機コントローラ26は、掘削開始前の操作指令に従ってアーム7に対するバケット8の角度を算出し、算出した角度が所定角度(角度P)となるように作業機を制御する。
以上の処理により、アーム7を操作して掘削作業する場合のバケット8にかかる土砂抵抗は低くなる。そのため、バケット8にかかる土砂抵抗(負荷)を低くすることにより簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。
従来の油圧ショベルの掘削作業においては、オペレータは、ブームとアームとバケットとの3軸の操作レバーをそれぞれ動かして掘削開始前に掘削作業する場合の掘削角度が最適となるように操作する必要があり、操作は簡単ではなく熟練が必要であった。しかし、実施形態に基づく掘削開始前の操作指令により、掘削作業する場合に最適な掘削角度となるようにバケット8のバケット角が制御される。そのため、簡易な操作により、効率的な掘削作業を実行することが可能となる。
[動作処理]
図6は、実施形態に基づく作業車両CMの掘削作業の動作処理を説明する図である。
図6は、実施形態に基づく作業車両CMの掘削作業の動作処理を説明する図である。
図6に示されるように、作業機コントローラ26は、掘削ボタン25Pの入力が有ったか否かを判断する(ステップS2)。具体的には、作業機コントローラ26は、オペレータの操作による掘削ボタン25Pの押下指示を受け付けたかどうかを判断する。
ステップS2において、作業機コントローラ26は、掘削ボタン25Pの入力が有ったと判断した場合(ステップS2においてYES)には、バケット角を算出する(ステップS4)。
具体的には、作業機コントローラ26は、バケットシリンダストロークセンサ18の検出結果に基づいて、アーム7に対するバケット8の角度(バケット角)θ3を算出する。
ステップS2において、作業機コントローラ26は、掘削ボタン25Pの入力が無いと判断した場合(ステップS2においてNO)には、ステップS2の状態を維持する。
次に、作業機コントローラ26は、バケット角θ3がバケット角Pとなるように調整する(ステップS6)。作業機コントローラ26は、バケット角θ3がバケット角Pとなるように方向制御弁64を駆動し、バケットシリンダ12に供給される作動油を調整する。
そして、処理を終了する(エンド)。
作業機コントローラ26は、アーム7のみを操作した場合に、バケット8の刃先8aの方向に対してバケット8の刃先8aの掘削方向との間の成す掘削角度が所定角度Qとなるようにバケット角θ3をバケット角Pに調整する。
作業機コントローラ26は、アーム7のみを操作した場合に、バケット8の刃先8aの方向に対してバケット8の刃先8aの掘削方向との間の成す掘削角度が所定角度Qとなるようにバケット角θ3をバケット角Pに調整する。
掘削作業を開始する前である掘削開始前に、バケット8の姿勢を整える。バケット8の姿勢としてアーム7を操作した場合の掘削角度が最適な角度となるように自動制御される。これにより掘削開始の際のバケット8にかかる土砂抵抗(負荷)は低くなる。掘削開始前にバケット8の姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。
負荷の低い効率的な掘削作業が可能となるため作業車両の燃費の向上を図ることが可能である。
オペレータの掘削ボタン25Pの押下指示に従い掘削作業の準備を開始することが可能であるためオペレータの意図を反映させる点で、ユーザビリティに優れた効率的な掘削作業を簡易に実行することが可能である。
(変形例1)
実施形態の変形例1に従う作業車両は、オペレータの掘削ボタン25Pの操作指示に依らずに他の操作指令に従ってバケット8を制御する。
実施形態の変形例1に従う作業車両は、オペレータの掘削ボタン25Pの操作指示に依らずに他の操作指令に従ってバケット8を制御する。
実施形態の変形例1に従う作業車両は、バケット8の姿勢が排土状態であるか否かを判断して、排土状態であれば自律的にバケット8の角度を調整する。
具体的には、作業車両は、水平線に対するバケット8の角度に基づいて排土状態であるか否かを判断する。
図7は、実施形態の変形例1に基づくバケット8の姿勢について説明する図である。
図7に示されるように、アーム7に対するバケット8の角度θ3が0の場合が示されている。
図7に示されるように、アーム7に対するバケット8の角度θ3が0の場合が示されている。
アーム7に対するバケット8の角度θ3がαの場合における、バケット8の回転中心であるバケットピン15およびバケット8の刃先8aを結ぶ線分と、水平線とで成すバケット対水平角度θbが示されている。当該バケット対水平角度θbは、水平線に対するバケット8の角度である。
バケット対水平角度θbは、傾斜角θ1〜θ3に基づき次式に基づいて算出される。
θb=180°+θ1−θ2−θ3
バケット対水平角度θbが90°未満であればバケット8に土砂が滞留し易い状況である。バケット対水平角度θbが90°以上であればバケット8から土砂が排土し易い状況となる。バケット対水平角度θbが180°であればバケット8から土砂が完全に排土される状況となる。
θb=180°+θ1−θ2−θ3
バケット対水平角度θbが90°未満であればバケット8に土砂が滞留し易い状況である。バケット対水平角度θbが90°以上であればバケット8から土砂が排土し易い状況となる。バケット対水平角度θbが180°であればバケット8から土砂が完全に排土される状況となる。
バケット対水平角度θbが、大きくなればなるほどバケット8の姿勢は排土状態となる。
本例においては、バケット対水平角度θbが所定角度以上であれば排土状態であると判断する。
[動作処理]
図8は、実施形態の変形例1に基づく作業車両CMの掘削作業の動作処理を説明する図である。
図8は、実施形態の変形例1に基づく作業車両CMの掘削作業の動作処理を説明する図である。
図8に示されるように、作業機コントローラ26は、バケット8の操作が有るか否かを判断する(ステップS10)。具体的には、作業機コントローラ26は、第1操作レバー25Rの左右方向の操作が有るか否かを判断する。
ステップS10において、作業機コントローラ26は、バケット8の操作が有ると判断した場合(ステップS10においてYES)には、バケット角を算出する(ステップS11)。
具体的には、作業機コントローラ26は、バケットシリンダストロークセンサ18の検出結果に基づいて、アーム7に対するバケット8の角度(バケット角)θ3を算出する。
ステップS10において、作業機コントローラ26は、バケット8の操作が無いと判断した場合(ステップS10においてNO)には、ステップS10の状態を維持する。
次に、作業機コントローラ26は、バケット対水平角度θbを算出する(ステップS12)。
具体的には、図7で説明した方式に基づいてバケットピン15およびバケット8の刃先8aを結ぶ線分と、水平線とで成すバケット対水平角度θbを算出する。傾斜角θ1、θ2は、ブームシリンダストロークセンサ16およびアームシリンダストロークセンサ17の検出結果にそれぞれ基づいて算出される。バケット8の操作の前に傾斜角θ1、θ2が算出されている場合にはその値を利用することも可能である。
次に、作業機コントローラ26は、算出したバケット対水平角度θbが所定角度R以上か否かを判断する(ステップS14)。所定角度Rは、90°以上である。
ステップS14において、作業機コントローラ26は、算出したバケット対水平角度θbが所定角度R以上であると判断した場合(ステップS14においてYES)には、バケットの操作が終了したか否かを判断する(ステップS16)。
ステップS14において、作業機コントローラ26は、算出したバケット対水平角度θbが所定角度R未満であると判断した場合(ステップS14においてNO)には、ステップS10に戻る。
ステップS16において、作業機コントローラ26は、バケットの操作が終了したと判断した場合(ステップS16においてYES)には、バケット角θ3がバケット角Pとなるように調整する(ステップS18)。作業機コントローラ26は、バケット角θ3がバケット角Pとなるようにバケットシリンダ12に供給される作動油が流れる方向制御弁64を駆動する。
そして、処理を終了する(エンド)。
作業機コントローラ26は、アーム7のみを操作した場合に、バケット8の刃先8aの方向に対してバケット8の刃先8aの掘削方向との間の成す掘削角度が所定角度Qとなるようにバケット角θ3をバケット角Pに調整する。
作業機コントローラ26は、アーム7のみを操作した場合に、バケット8の刃先8aの方向に対してバケット8の刃先8aの掘削方向との間の成す掘削角度が所定角度Qとなるようにバケット角θ3をバケット角Pに調整する。
掘削作業を開始する前である掘削開始前に、バケット8の姿勢を整える。バケット8の姿勢としてアーム7を操作した場合の掘削角度が最適な角度となるように自動制御される。これにより掘削開始の際のバケット8にかかる土砂抵抗(負荷)は低くなる。掘削開始前にバケット8の姿勢をの整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。
作業機コントローラ26は、バケット8の操作指令に従い、水平線に対するバケット8の角度であるバケット対水平角度θbを算出し、バケット対水平角度θbが所定角度R以上であるか否かを判断する。バケット対水平角度θbが所定角度R以上であると判断した場合には、バケット8の姿勢が排土状態であると判断する。作業機コントローラ26は、排土状態であると判断した場合には、バケット8の角度をバケット角Pとなるように調整する。
その結果、オペレータによる掘削ボタン25Pの押下指示が無い場合であっても、バケット8の操作指令に従ってバケット8を掘削開始前に所定のバケット角に自律的に制御することが可能である。したがって、オペレータの操作負荷を軽減して、効率的な掘削作業を簡易に実行することが可能である。
(変形例2)
実施形態の変形例2に従う作業車両は、作業機2にかかる負荷をさらに判断して、排土状態であれば自律的にバケット8の角度を調整する。
実施形態の変形例2に従う作業車両は、作業機2にかかる負荷をさらに判断して、排土状態であれば自律的にバケット8の角度を調整する。
図9は、実施形態の変形例2に基づく制御システム200Aの構成を説明する機能ブロック図である。
図9に示されるように、制御システム200Aは、制御システム200と比較して、負荷センサ28をさらに設けた点が異なる。操作装置25は、操作装置25#に置換した点が異なる。
操作装置25#は、操作装置25と比較して、掘削ボタン25Pが除かれた構成が示されている。その他の構成については、図3で説明したのと同様であるためその詳細な説明については繰り返さない。
負荷センサ28は、バケット8に取り付けられる。
作業機コントローラ26は、バケット8に取り付けられた負荷センサ28に従って作業機2が排土作業を実行したか否かを判断する。
作業機コントローラ26は、バケット8に取り付けられた負荷センサ28に従って作業機2が排土作業を実行したか否かを判断する。
負荷センサ28の値は、バケット8が土砂を掘削する掘削作業により大きくなる。負荷センサ28の値は、バケット8が土砂を排土する排土作業により小さくなる。
作業機コントローラ26は、負荷センサ28からの検出結果に従う負荷の値が第1の値以上であるか否かを判断する。作業機コントローラ26は、第1の値以上である場合には、掘削作業を実行したと判断する。
作業機コントローラ26は、掘削作業を実行したと判断した後、負荷センサ28からの検出結果に従う負荷の値が第1の値よりも小さい第2の値未満となったか否かを判断する。
作業機コントローラ26は、負荷センサ28からの検出結果に従う負荷の値が第2の値未満となった場合には、排土作業を実行したと判断する。第1の値と第2の値は同じ値としてもよい。
[動作処理]
図10は、実施形態の変形例2に基づく作業車両CMの掘削作業の動作処理を説明する図である。
図10は、実施形態の変形例2に基づく作業車両CMの掘削作業の動作処理を説明する図である。
図10に示されるように、作業機コントローラ26は、負荷センサ28からの検出結果に従い負荷が大きいか否かを判断する(ステップS20)。具体的には、作業機コントローラ26は、負荷センサ28からの検出結果に従う値が第1の値以上であるか否かを判断する。作業機コントローラ26は、掘削作業を実行したか否かを判断する。
ステップS20において、作業機コントローラ26は、負荷センサ28からの検出結果に従い負荷が大きいと判断した場合(ステップS20においてYES)には、ステップS22に進む。
ステップS20において、作業機コントローラ26は、負荷センサ28からの検出結果に従い負荷が大きくないと判断した場合(ステップS20においてNO)には、ステップS20の状態を維持する。
ステップS22において、作業機コントローラ26は、バケット8の操作が有るか否かを判断する。具体的には、作業機コントローラ26は、第1操作レバー25Rの左右方向の操作が有るか否かを判断する。
ステップS22において、作業機コントローラ26は、バケット8の操作が有ると判断した場合(ステップS22においてYES)には、次に、バケットの負荷が小さいか否かを判断する(ステップS24)。具体的には、作業機コントローラ26は、負荷センサ28からの検出結果に従う値が第2の値未満であるか否かを判断する。作業機コントローラ26は、排土作業を実行したか否かを判断する。
ステップS22において、作業機コントローラ26は、バケット8の操作が無いと判断した場合(ステップS22においてNO)には、ステップS22の状態を維持する。
ステップS24において、作業機コントローラ26は、バケット8の負荷が小さいと判断した場合(ステップS24においてYES)には、バケット角を算出する(ステップS11)。具体的には、作業機コントローラ26は、バケットシリンダストロークセンサ18の検出結果に基づいて、アーム7に対するバケット8の角度(バケット角)θ3を算出する。
ステップS24において、作業機コントローラ26は、負荷センサ28からの検出結果に従い負荷が小さくないと判断した場合(ステップS24においてNO)には、ステップS22に戻る。
次に、作業機コントローラ26は、バケット対水平角度θbを算出する(ステップS12)。ステップS11〜S18の一連の処理については、図8で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
作業機コントローラ26は、負荷センサ28からの検出結果に従って排土作業が実行されたか否かを判断する。作業機コントローラ26は、排土作業が実行されたと判断した場合に、バケット8の操作指令に従いバケット対水平角度θbを算出して、所定角度R以上であるか否かを判断する。これによりバケット8の姿勢が排土状態であるか否かを判断し、排土状態であればバケット角θ3をバケット角Pに調整する。
作業機コントローラ26は、負荷センサ28の検出結果とバケット8の姿勢状態の両方に基づいて排土作業を実行したか否かを判断する。
作業機コントローラ26は、負荷センサ28の検出結果とバケット8の姿勢状態の両方に基づいて排土作業を実行したか否かを判断するため、確実に排土作業を実行したか否かを判断することが可能である。そして、確実に排土作業を実行したと判断した掘削開始前に、バケット角θ3をバケット角Pに調整する。
その結果、作業機コントローラ26は、排土作業を実行した後の掘削開始前であることを精度よく判断し、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。
負荷センサ28をバケット8に取り付けた構成について説明したが、油圧シリンダ内の油圧を測定するセンサにより負荷を検出する構成としてもよい。たとえば、バケットシリンダ12に供給する作動油の油圧をセンサにより測定することによりバケット8にかかる負荷の大小を判断することが可能である。
(その他の実施形態)
図11は、他の実施形態に基づく作業車両を制御する制御システム200Bの構成を説明する機能ブロック図である。
図11は、他の実施形態に基づく作業車両を制御する制御システム200Bの構成を説明する機能ブロック図である。
図11に示されるように、制御システム200Bは、制御システム200Aと比較して、負荷センサ28の代わりに受信部29を設けた点が異なる。その他の構成については図9で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
受信部29は、受信した指令を作業機コントローラ26に出力する。
受信部29は、外部から送信された掘削開始指令を受信して、作業機コントローラ26に出力する。
受信部29は、外部から送信された掘削開始指令を受信して、作業機コントローラ26に出力する。
作業機コントローラ26は、受信部29で受信した掘削開始指令に応答して、アーム7に対するバケット8の角度を算出し、算出した角度が所定角度となるように作業機を制御する。
具体的には、図6で説明した掘削ボタン25Pの入力の代わりに、掘削開始指令を受信した場合に、当該動作処理を実行する。
上記で説明したのと同様に、掘削作業を開始する前である掘削開始前に、バケット8の姿勢を整える。バケット8の姿勢としてアーム7を操作した場合の掘削角度が最適な角度となるように自動制御される。これにより掘削開始の際のバケット8にかかる土砂抵抗(負荷)は低くなる。掘削開始前にバケット8の姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。
外部からの操作開始指令に従って、効率的な掘削作業を実行することが可能である。
図12は、他の実施形態に基づく作業車両システムの概念を説明する図である。
図12は、他の実施形態に基づく作業車両システムの概念を説明する図である。
図12に示されるように、他の実施形態に基づく作業車両システムは、作業車両CMを外部の基地局300から制御する制御システムを構成する。具体的には、図3で説明した作業機コントローラ26および操作装置25の機能が外部の基地局300等に設けられた構成である。
基地局300は、作業機コントローラ26と同様の機能を有する作業機コントローラ26#と、操作装置25と同様の機能を有する操作装置25#とを含む。
作業機コントローラ26#は、操作装置25#の操作指令を受け付けて、作業車両CMを制御する動作指令を出力する。作業車両CMは、作業機コントローラ26#からの動作指令に従って動作する。具体的には、作業機コントローラ26#は、図3で説明した方向制御弁64を駆動する動作指令を出力する。作業機コントローラ26#は、ブームシリンダストロークセンサ16、アームシリンダストロークセンサ17およびバケットシリンダストロークセンサ18のセンサ情報の入力を受ける。
当該構成により図6で説明した実施形態に基づく掘削作業の動作処理を作業機コントローラ26#で実行することが可能である。
その結果、遠隔地にある基地局300から作業車両を制御する場合に実施形態に従う構成を適用することが可能であり、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。
オペレータが操作装置である操作レバーの操作入力に従って作業車両CMを制御する構成について説明しているが、操作装置を設けずに自律的に作業車両CMを制御する構成にも適用可能である。たとえば、掘削作業する操作指令が予めプログラミングされており、当該プログラミングされた操作指令に従って作業機コントローラが動作する場合にも適用可能である。具体的には、ユーザの指示に従って作業車両CMを自律的に制御するための自律制御プログラムが起動し、当該プログラミングされた操作指令に従って作業機コントローラが掘削作業を開始する場合に、バケット8のアーム7に対するバケット8の角度を算出し、算出した角度が所定角度となるように作業機を動作させる処理を含めるようにすれば良い。
掘削角度として、土砂抵抗の値が最小となる所定角度Qを用いる場合について説明したが、これに限られず任意の所定角度を掘削角度として作業機2を制御しても良い。掘削角度の値も固定値に限られない。例えば、土質に従って所定角度Qの値を変更しても良い。
<作用効果>
上述した実施形態の作用効果について説明する。
上述した実施形態の作用効果について説明する。
実施形態における作業車両CMには、図1に示すように車両本体1と、作業機2とが設けられる。作業機2は、車両本体1に対して回動可能なブーム6と、ブーム6に対して回動可能なアーム7と、アーム7に対して回動可能なバケット8とを有する。作業車両CMには、図3に示すように作業機コントローラ26が設けられる。作業機コントローラ26は、掘削開始前の掘削ボタン25Pの入力(掘削指令)に従ってアーム7に対するバケット8の角度を算出し、算出した角度がバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。
実施形態における作業車両CMは、掘削開始前にバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。そのため、図4に示すように土砂抵抗の値が最小値である所定角度Qの掘削角度で作業機2の掘削作業を実行する。その結果、掘削開始前にバケット8の姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。
実施形態における作業車両CMには、操作指令に従って図7に示されるような排土作業が実行されたか否かを判断する作業機コントローラ26が設けられる。作業機コントローラ26は、排土作業が実行されたと判断した場合にアーム7に対するバケット8の角度を算出し、算出した角度がバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。
実施形態における作業車両CMは、バケット8の排土作業が実行されたか否かを判断し、掘削開始前にバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。したがって、バケット8の排土作業が実行された場合に、掘削開始前の準備を実行する。そのため簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。
実施形態における作業車両CMの作業機コントローラ26は、バケット対水平角度を算出する。バケット対水平角度θbは、バケットピン15およびバケット8の刃先8aを結ぶ線分と、水平線とで成す角度である。バケット対水平角度θbが所定角度R以上となった場合に、算出した角度がバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。
実施形態における作業車両CMは、図7に示すように、バケット対水平角度が所定角度R以上となった場合に、バケット8の姿勢が排土状態であると判断し、掘削開始前にバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。したがって、バケット8の姿勢に基づいて排土状態であるか否かを判断した上で、掘削開始前の準備を実行する。そのため排土状態であることを簡易に把握することが可能であり、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。
実施形態における作業車両CMには、バケット8にかかる負荷を検出する負荷センサ28が設けられる。作業機コントローラ26は、掘削開始前の第1操作レバー25Rの操作指令および掘削中の負荷センサ28の検出結果に従ってアーム7に対するバケット8の角度を算出し、算出した角度がバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。
実施形態における作業車両CMは、負荷センサ28の検出結果に従って排土作業が実行されたか否かを判断し、排土作業が実行されたと判断した場合に、掘削開始前にバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。したがって、負荷センサの検出結果に基づいて排土状態であるか否かを判断した上で、掘削開始前の準備を実行する。そのため排土状態であることを精度よく把握することが可能であり、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。
実施形態における作業車両CMには、図11に示すように操作開始指令を受信する受信部29が設けられる。作業機コントローラ26は、掘削開始前に受信部29で受信した掘削開始指令に従って、アーム7に対するバケット8の角度を算出し、算出した角度がバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。
実施形態における作業車両CMは、外部からの操作開始指令に従って、掘削開始前にバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。したがって、外部からの遠隔操作により、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。
実施形態における作業車両CMには、図1に示すように、掘削開始前の操作指令に従ってバケット8を駆動するバケットシリンダ12が設けられる。作業機コントローラ26は、バケットシリンダ12のストローク長に基づいてアーム7に対するバケット8の角度を算出し、算出した角度がバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。
実施形態における作業車両CMは、バケットシリンダ12のストローク長に基づいてアーム7に対するバケット8の角度を算出することが可能である。そのため、バケット8の角度を検出する検出器を設ける必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能である。
実施形態の作業車両CMには、図1に示すように車両本体1と、作業機2とが設けられる。作業機2は、車両本体1に対して回動可能なブーム6と、ブーム6に対して回動可能なアーム7と、アーム7に対して回動可能なバケット8とを有する。当該作業車両CMの制御方法では、掘削開始前の操作指令を受け付けるステップと、操作指令に従ってアーム7に対するバケット8の角度を算出するステップと、算出した角度がバケット角Pとなるようにバケット8を制御するステップとが実行される。
実施形態の作業車両CMの制御方法は、掘削開始前にバケット角Pとなるようにバケット8を制御する。そのため、図4に示すように土砂抵抗の値が最小値である所定角度Qの掘削角度で作業機2の掘削作業を実行する。その結果、掘削開始前にバケット8の姿勢を整えておくことで、掘削作業中に複雑な演算をする必要がなく、簡易な方式で効率的な掘削作業を実行することが可能となる。
作業車両として、油圧ショベルを例に挙げて説明したが、ブルドーザ、ホイールローダ等の作業車両にも適用可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1 車両本体、2 作業機、3 旋回体、4 運転室、4S 運転席、5 走行装置、5Cr 履帯、6 ブーム、7 アーム、8 バケット、8a 刃先、9 エンジンルーム、10 ブームシリンダ、11 アームシリンダ、12 バケットシリンダ、13 ブームピン、14 アームピン、15 バケットピン、16 ブームシリンダストロークセンサ、17 アームシリンダストロークセンサ、18 バケットシリンダストロークセンサ、19 手すり、25,25# 操作装置、25L 第2操作レバー、25P 掘削ボタン、25R 第1操作レバー、26,26# 作業機コントローラ、28 負荷センサ、29 受信部、60 油圧シリンダ、64 方向制御弁、66 圧力センサ、200,200A,200B 制御システム、300 基地局。
Claims (7)
- 車両本体と、
前記車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なアームと、前記アームに対して回動可能なバケットとを有する、作業機と、
掘削開始前の操作指令に従って前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が第1の角度となるように前記バケットを制御する制御部とを備える、作業車両。 - 前記制御部は、前記操作指令に従って排土作業が実行されたか否かを判断し、前記排土作業が実行されたと判断した場合に前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が第1の角度となるように前記バケットを制御する、請求項1に記載の作業車両。
- 前記制御部は、
前記バケットの回転中心であるパケットピンおよび前記バケットの刃先を結ぶ線分と、水平線とで成すバケット対水平角度を算出し、
前記バケット対水平角度が第2の角度以上である場合に、前記アームに対する前記バケットの算出した角度が前記第1の角度となるように前記バケットを制御する、請求項1または2に記載の作業車両。 - 前記作業機にかかる負荷を検出する負荷検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記掘削開始前の操作指令および掘削中の前記負荷検出部の検出結果に従って前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が前記第1の角度となるように前記バケットを制御する、請求項1または2に記載の作業車両。 - 前記操作指令を受信する受信部をさらに備え、
前記制御部は、前記掘削開始前に前記受信部で受信した前記掘削開始前の操作指令に従って前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が前記第1の角度となるように前記バケットを制御する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の作業車両。 - 前記掘削開始前の操作指令に従って前記バケットを駆動するバケットシリンダをさらに備え、
前記制御部は、
前記バケットシリンダのストローク長に基づいて前記アームに対する前記バケットの角度を算出し、算出した角度が前記第1の角度となるように前記バケットを制御する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の作業車両。 - 車両本体に対して回動可能なブームと、前記ブームに対して回動可能なアームと、前記アームに対して回動可能なバケットと、を有する作業機を含む作業車両の制御方法であって、
掘削開始前の操作指令を受け付けるステップと、
前記操作指令に従って、前記アームに対する前記バケットの角度を算出するステップと、
算出した角度が第1の角度となるように前記バケットを制御するステップとを備える、作業車両の制御方法。
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