JP2019044333A - ショベル及びコントロールバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】キャリブレーションに要する時間を短縮し或いは無くすことができるショベルを提供すること。【解決手段】本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に搭載されるメインポンプ１４と、メインポンプ１４に接続されるコントロールバルブ１７と、コントロールバルブ１７を構成する制御弁１７４に作用するパイロット圧を調整するパイロット圧調整弁３１と、制御弁１７４に関する実測情報に基づいてパイロット圧調整弁３１の動きを決定するマシンコントロール装置５０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ショベル及びショベルに搭載されるコントロールバルブに関する。

従来、圧力センサを較正（キャリブレーション）して掘削精度の低下を抑制する建設機械が知られている（特許文献１参照。）。

国際公開第２０１５／１２９９３１号

しかしながら、メンテナンス作業者又はオペレータによるキャリブレーション作業は長い時間を要する。

そこで、キャリブレーションに要する時間を短縮し或いは無くすことができるショベルを提供することが望ましい。

本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載される油圧ポンプと、前記油圧ポンプに接続されるコントロールバルブと、前記コントロールバルブを構成する制御弁に作用するパイロット圧を調整する調整機構と、前記制御弁に関する実測情報に基づいて前記調整機構の動きを決定する制御装置と、を備える。

上述の手段により、キャリブレーションに要する時間を短縮し或いは無くすことができるショベルが提供される。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。 図１のショベルの駆動制御系の構成例を示す図である。 マシンコントロール装置の構成例を示す図である。 制御弁の開口特性の一例を示す図である。 均し作業を行うショベルの側面図である。

図１は本発明の実施形態に係るショベル（掘削機）の側面図である。ショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。

ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例としての掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。

ブーム角度センサＳ１はブーム４の回動角度を検出する。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は上部旋回体３に対するブーム４の回動角度を検出する加速度センサである。アーム角度センサＳ２はアーム５の回動角度を検出する。本実施形態では、アーム角度センサＳ２はブーム４に対するアーム５の回動角度を検出する加速度センサである。バケット角度センサＳ３はバケット６の回動角度を検出する。本実施形態では、バケット角度センサＳ３はアーム５に対するバケット６の回動角度を検出する加速度センサである。

ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３は、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせであってもよい。また、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。

上部旋回体３には運転室であるキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、及び撮像装置Ｓ６が取り付けられている。ＧＮＳＳ受信機、通信装置等が取り付けられていてもよい。

機体傾斜センサＳ４は上部旋回体３の傾斜を検出する。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は上部旋回体３の前後軸及び左右軸回りの傾斜角を検出する２軸加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交してショベルの旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。機体傾斜センサＳ４は３軸加速度センサであってもよい。

旋回角速度センサＳ５は、例えばジャイロセンサであり、上部旋回体３の旋回角速度を検出する。旋回角速度センサＳ５は、レゾルバ、ロータリエンコーダ等であってもよい。

撮像装置Ｓ６はショベルの周辺を撮像する。本実施形態では、撮像装置Ｓ６は上部旋回体３に取り付けられる１又は複数台のカメラである。

キャビン１０内には、入力装置Ｄ１、音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、記憶装置Ｄ４、ゲートロックレバーＤ５、コントローラ３０、及びマシンコントロール装置５０が設置されている。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。コントローラ３０の各種機能は、ＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

マシンコントロール装置５０は、マシンコントロール機能を実行し、操作者によるショベルの操作を自動的に支援する。本実施形態では、マシンコントロール装置５０は、操作者が掘削操作を行っているときに、目標施工面とバケット６の先端位置とが合致するようにブーム４、アーム５及びバケット６のうちの少なくとも１つを自動的に動作させる。例えば、操作者がアーム閉じ操作を行っているときにブームシリンダ７及びバケットシリンダ９の少なくとも一方を自動的に伸縮させて目標施工面とバケット６の先端位置とを合致させる。この場合、操作者は、１本の操作レバーを操作するだけでブーム４、アーム５及びバケット６を同時に動かして目標施工面とバケット６の先端位置とを合わせながら掘削作業を行うことができる。

本実施形態では、マシンコントロール装置５０は、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。マシンコントロール装置５０の各種機能はＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。マシンコントロール装置５０は、コントローラ３０に組み込まれていてもよい。すなわち、コントローラ３０に一体化されていてもよい。

マシンコントロール装置５０は、マシンガイダンス機能を実行し、ショベルの操作をガイド（案内）してもよい。例えば、マシンコントロール装置５０は、操作者が事前に設定した目標施工面とバケット６の先端位置との鉛直方向における距離の大きさを視覚的に且つ聴覚的に操作者に知らせる。バケット６の先端位置は、例えば、爪先位置である。この機能により、マシンコントロール装置５０は操作者によるショベルの操作をガイドできる。マシンコントロール装置５０は、その距離の大きさを視覚的に操作者に知らせるのみであってもよく、聴覚的に操作者に知らせるのみであってもよい。

入力装置Ｄ１は、ショベルの操作者がマシンコントロール装置５０に各種情報を入力するための装置である。本実施形態では、入力装置Ｄ１は、表示装置Ｄ３の周囲に取り付けられるメンブレンスイッチである。入力装置Ｄ１としてタッチパネルが用いられてもよい。

音声出力装置Ｄ２は、マシンコントロール装置５０からの音声出力指令に応じて各種音声情報を出力する。本実施形態では、音声出力装置Ｄ２として、マシンコントロール装置５０に接続された車載スピーカが利用される。音声出力装置Ｄ２として、ブザー等の警報器が利用されてもよい。

表示装置Ｄ３は、マシンコントロール装置５０からの指令に応じて各種画像情報を出力する。本実施形態では、表示装置Ｄ３として、マシンコントロール装置５０に接続された液晶ディスプレイが利用される。表示装置Ｄ３には撮像装置Ｓ６が取得したカメラ画像が表示されてもよい。

記憶装置Ｄ４は、各種情報を記憶するための装置である。本実施形態では、記憶装置Ｄ４として半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体が用いられる。記憶装置Ｄ４は、設計データ等、マシンコントロール装置５０等が利用可能な各種情報を記憶している。

ゲートロックレバーＤ５は、ショベルが誤って操作されるのを防止する機構である。本実施形態では、ゲートロックレバーＤ５は、キャビン１０のドアと運転席との間に配置されている。キャビン１０から操作者が退出できないようにゲートロックレバーＤ５が引き上げられると、各種操作装置は操作可能となる。一方、キャビン１０から操作者が退出できるようにゲートロックレバーＤ５が押し下げられると、各種操作装置は操作不能となる。

図２は、図１のショベルの駆動制御系の構成例を示す図である。図２において、機械的動力系は二重線、作動油ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は一点鎖線でそれぞれ示されている。

エンジン１１はショベルの動力源である。本実施形態では、エンジン１１はエンジン負荷の増減にかかわらずエンジン回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を採用したディーゼルエンジンである。エンジン１１における燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ブースト圧等は、エンジンコントローラＤ７により制御される。エンジンコントローラＤ７からは、エンジン１１の状態を示す各種データがコントローラ３０に送信される。

エンジン１１の回転軸には油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの回転軸が接続されている。メインポンプ１４には作動油ラインを介してコントロールバルブ１７が接続される。

コントロールバルブ１７は、ショベルの油圧系の制御を行う油圧制御装置である。左走行用油圧モータ１Ｌ、右走行用油圧モータ１Ｒ、旋回用油圧モータ２Ａ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の油圧アクチュエータは、作動油ラインを介してコントロールバルブ１７に接続されている。

パイロットポンプ１５にはパイロットライン及びゲートロック弁Ｄ６を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６は操作レバー及び操作ペダルを含む。また、操作装置２６は、パイロットラインを介してコントロールバルブ１７に接続されている。図２は、操作装置２６の一例であるバケット操作レバー２６Ａを示している。

操作圧センサ２９は、操作装置２６の操作内容を圧力の形で検出する。操作圧センサ２９は、検出値をコントローラ３０に対して出力する。本実施形態では、操作圧センサ２９は、操作装置２６が生成するパイロット圧を検出する。操作圧センサ２９は、検出したパイロット圧を示すデータをコントローラ３０に出力する。図２は、操作圧センサ２９の一例であるバケット操作圧センサ２９Ａを示している。

ゲートロック弁Ｄ６は、パイロットポンプ１５と操作装置２６とを接続するパイロットラインの連通・遮断を切り換える。本実施形態では、ゲートロック弁Ｄ６は、コントローラ３０からの指令に応じてパイロットラインの連通・遮断を切り換える電磁弁である。コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が出力する状態信号に基づいてゲートロックレバーＤ５の状態を判定する。そして、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が引き上げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁Ｄ６に対して連通指令を出力する。連通指令を受けると、ゲートロック弁Ｄ６は開いてパイロットラインを連通させる。その結果、操作装置２６に対する操作者の操作が有効となる。一方、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が引き下げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁Ｄ６に対して遮断指令を出力する。遮断指令を受けると、ゲートロック弁Ｄ６は閉じてパイロットラインを遮断する。その結果、操作装置２６に対する操作者の操作が無効となる。

ショベルに搭載される油圧システムは、基本的に、エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４からセンターバイパス管路４０を経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ａ及び１７６Ａを通る作動油ラインである。センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｂ及び１７６Ｂを通る作動油ラインである。

制御弁１７１は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行用油圧モータ１Ｌへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ１Ｌが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。ロータリ弁であってもよい。

制御弁１７２は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行用油圧モータ１Ｒへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ１Ｒが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。ロータリ弁であってもよい。

制御弁１７３は、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。ロータリ弁であってもよい。

制御弁１７４は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。ロータリ弁であってもよい。

制御弁１７５Ａ、１７５Ｂは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。ロータリ弁であってもよい。本実施形態では、制御弁１７５Ａは、ブーム４の上げ操作が行われた場合にのみ作動し、ブーム４の下げ操作が行われた場合には作動しない。

制御弁１７６Ａ、１７６Ｂは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。ロータリ弁であってもよい。

パラレル管路４２Ｌは、センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、１７５Ａの何れかによってセンターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給する。パラレル管路４２Ｒは、センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、１７５Ｂの何れかによってセンターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給する。

レギュレータ１４ａは、ネガコン圧、メインポンプ１４の吐出圧等に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１４ａは、コントローラ３０からの制御指令に応じて動作する。レギュレータ１４ａは、メインポンプ１４Ｌに関するレギュレータ１４ａＬとメインポンプ１４Ｒに関するレギュレータ１４ａＲを含む。レギュレータ１４ａは、例えば、メインポンプ１４の吐出圧が所定値以上となった場合にメインポンプ１４の斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないようにするためである。

吐出圧センサ１４ｂは、メインポンプ１４の吐出圧を検出する。吐出圧センサ１４ｂは、検出値をコントローラ３０に対して出力する。本実施形態では、吐出圧センサ１４ｂＬは、メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、吐出圧センサ１４ｂＲは、メインポンプ１４Ｒの吐出圧を検出する。

バケット操作レバー２６Ａは、バケット６を操作するために用いられる。バケット操作レバー２６Ａは、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して、レバー操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに導入させる。具体的には、バケット操作レバー２６Ａは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁１７４の左パイロットポートに作動油を導入させる。また、バケット操作レバー２６Ａは、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁１７４の右パイロットポートに作動油を導入させる。

バケット操作圧センサ２９Ａは、バケット操作レバー２６Ａに対する操作者の操作内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量（レバー操作角度）等である。

走行レバー（走行ペダル）、ブーム操作レバー、アーム操作レバー、旋回操作レバー（何れも図示せず。）等の他の操作装置２６は、バケット操作レバー２６Ａと同様に動作する。具体的には、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用して、レバー操作量（又はペダル操作量）に応じたパイロット圧を、対応する制御弁の左右何れかのパイロットポートに導入させる。他の操作装置２６のそれぞれに対する操作者の操作内容は、バケット操作圧センサ２９Ａと同様、対応する操作圧センサ２９によって圧力の形で検出され、検出値がコントローラ３０に対して出力される。

コントローラ３０は、吐出圧センサ１４ｂ、操作圧センサ２９、ネガコン圧センサ（図示せず。）等の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１４ａに対して制御信号を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。

パイロット圧調整弁３１は、コントローラ３０が出力する制御指令に応じてパイロットポンプ１５から制御弁のパイロットポートに導入されるパイロット圧を調整する調整機構の一例である。パイロット圧調整弁３１は、操作装置２６が生成するパイロット圧とは無関係に、パイロット圧を生成できる。パイロット圧調整弁３１は、例えば、制御指令としての電流指令（電流値）が大きいほどパイロット圧を大きくする。図２は、パイロット圧調整弁３１の一例であるパイロット圧調整弁３１ＡＬ及びパイロット圧調整弁３１ＡＲを示している。パイロット圧調整弁３１ＡＬは、バケット閉じ操作に関するパイロット圧を生成或いは調整する。パイロット圧調整弁３１ＡＲは、バケット開き操作に関するパイロット圧を生成或いは調整する。

シャトル弁３２は、操作装置２６が生成するパイロット圧と、パイロット圧調整弁３１が生成するパイロット圧のうちの高い方を制御弁のパイロットポートに作用させる。図２は、バケット閉じ操作に関するパイロット圧を選択するシャトル弁３２ＡＬ、及び、バケット開き操作に関するパイロット圧を選択するシャトル弁３２ＡＲを示している。

次に、図３を参照し、マシンコントロール装置５０の各種機能要素について説明する。図３は、マシンコントロール装置５０の構成例を示す。

マシンコントロール装置５０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、入力装置Ｄ１、コントローラ３０等が出力する情報を受信する。そして、受信した情報と記憶装置Ｄ４に記憶された情報とに基づいて各種演算を実行し、その演算結果を音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、パイロット圧調整弁３１等に出力する。

マシンコントロール装置５０は、例えば、目標施工面に沿うように掘削アタッチメントの作業部位を半自動的に動かす。すなわち、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも１つが操作者によるレバー操作に応じて伸縮したときに、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも１つを自動的に伸縮させる。或いは、目標施工面に沿うように掘削アタッチメントの作業部位を全自動的に動かしてもよい。すなわち、操作者によるレバー操作が行われていないときに、ブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のうちの少なくとも１つを自動的に伸縮させてもよい。掘削アタッチメントの作業部位は、バケット６の先端（爪先）、バケット６の背面端部等である。

マシンコントロール装置５０は、例えば、ブームシリンダ７に関するパイロット圧調整弁３１に制御指令を出力してブームシリンダ７を自動的に伸縮させる。アームシリンダ８及びバケットシリンダ９についても同様である。

パイロット圧調整弁３１は、マシンコントロール装置５０からの制御指令に応じて二次圧を増減させることで制御弁のパイロットポートに作用するパイロット圧を増減させる。そして、制御弁はパイロット圧に応じてストロークし、油圧シリンダは制御弁を通過する作動油を受け入れて伸縮する。その結果、掘削アタッチメントは、作業部位の高さが目標高さと一致するように動作する。本実施形態では、「高さ」は、基準面（水平面）からの距離を意味する。基準面は、例えば、ショベルの基準点を含む水平面である。基準点は、例えば、ショベルが位置する仮想平面と旋回軸との交点である。目標高さは、例えば、目標施工面の高さである。目標高さは、入力装置Ｄ１、通信装置等を通じて入力される高さであってもよい。

マシンコントロール装置５０は、例えば、地面を水平に均すために操作者がアーム閉じ操作を行う際に、アーム５の動きに合わせてブーム４及びバケット６のそれぞれの動きを自動的に制御する。作業部位としてのバケット６の先端の高さを目標施工面の高さに一致させるためである。この場合、作業者は、ブーム操作及びバケット操作を行う必要はない。

マシンコントロール装置５０は、上述のような自動制御を行うため、傾斜角算出部５０１、高さ算出部５０２、自動制御部５０３、特性決定部５０４等の機能要素を有する。

傾斜角算出部５０１は、機体傾斜センサＳ４の出力に基づいて基準面に対する上部旋回体３の傾斜角を算出する。

高さ算出部５０２は、傾斜角算出部５０１が算出した傾斜角と、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３のそれぞれの出力に基づいて基準面に対する作業部位の高さを算出する。

自動制御部５０３は、作業部位の高さに関する情報と目標高さに関する情報とに基づいて自動制御を実行する。本実施形態では、高さ算出部５０２が算出したバケット６の先端の高さと、入力装置Ｄ１等を通じて入力された目標施工面に関する情報と、操作圧センサ２９が検出した操作装置２６の操作内容に関する情報とに基づいて自動制御を実行する。

自動制御部５０３は、例えば、アーム閉じ操作が行われたことを検出した場合、アーム５の回動角度に基づき、バケット６の先端を目標施工面に一致させるために必要なブーム４及びバケット６のそれぞれの回動角度を決定する。そして、各回動角度に基づいて各油圧シリンダに流入すべき作動油の流量を決定し、各流量に基づいて各制御弁の開口面積（スプールストローク位置）を決定する。具体的には、制御弁１７４、制御弁１７６Ａ及び制御弁１７６ＢのそれぞれにおけるＰ−Ｃポートの開口面積を決定する。そして、各制御弁の開口面積に基づいて各制御弁に作用すべきパイロット圧、すなわち、各制御弁に対応するパイロット圧調整弁３１の二次圧を決定し、各パイロット圧に基づいて各パイロット圧調整弁３１に対する電流指令の大きさを決定する。

自動制御部５０３は、例えば、記憶装置Ｄ４等に記憶された各制御弁に関する特性テーブルを参照し、各パイロット圧調整弁３１に対して出力すべき電流指令の大きさを決定する。特性テーブルは、例えば、制御弁の開口面積とパイロット圧調整弁３１に対する電流指令の大きさとの対応関係を記憶した参照テーブルである。

自動制御部５０３は、パイロット圧調整弁３１毎に決定した電流指令を各パイロット圧調整弁３１に対して出力する。各パイロット圧調整弁３１は、電流指令に対応する二次圧（パイロット圧）を各制御弁のパイロットポートに作用させる。各制御弁は、パイロット圧に応じてストロークし、パイロット圧に対応する開口面積をもたらす。

このようにして、自動制御部５０３は、アーム閉じ操作が行われたときに、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９のそれぞれに流入する作動油の流量を自動制御し、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９のそれぞれの動きを自動制御する。

自動制御部５０３は、所定の制御周期毎に、各制御弁の開口面積を決定し、各パイロット圧調整弁３１に対する電流指令の大きさを決定し、且つ、各油圧シリンダの動きを自動制御する。そのため、アーム閉じ操作が継続される間、バケット６の先端を継続的に目標施工面に一致させることができる。すなわち、水平面に沿ってバケット６の先端をショベルに接近させることができる。

なお、上述の説明は、アーム閉じ操作が行われたときにブーム４及びバケット６の動きを自動制御する場合に関する。但し、アーム開き操作が行われたときにブーム４及びバケット６の動きを自動制御する場合、ブーム下げ操作が行われたときにアーム５及びバケット６の動きを自動制御する場合等にも適用される。また、レバー操作が行われていないときにブーム４、アーム５及びバケット６のうちの少なくとも１つの動きを自動制御する場合に適用されてもよい。

特性決定部５０４は、自動制御の特性を決定する。本実施形態では、特性決定部５０４は、制御弁に関する実測情報に基づき、自動制御の特性を決定する。特性決定部５０４は、例えば、入力装置Ｄ１等を通じて取得した制御弁に関する実測情報に基づいて特性テーブルの内容を決定する。特性テーブルは、例えば、パイロット圧調整弁３１に対する電流指令の大きさと、その制御弁の開口面積（スプールストローク位置）との対応関係を記憶している。

制御弁に関する実測情報は、例えば、コントロールバルブ１７がショベルに搭載される前に製造工場等で行われるコントロールバルブ１７のベンチテスト等で得られる情報である。ベンチテストは、例えば、コントロールバルブ１７の実際の利用条件と同等の条件下で行われる。制御弁に関する実測情報は、例えば、パイロット圧と開口面積の関係、パイロット圧とスプールストローク位置の関係、パイロット圧とスプールストローク速度の関係等を含む。

より具体的には、ベンチテストでは、作業者は、模擬的なブーム、アーム及びバケットを含むアタッチメントを用いる。そして、通常のマシンコントロール機能が実行される場合と同じようにコントロールバルブ１７を動かしつつ、バケット刃先の位置と、アタッチメントを駆動させる各油圧シリンダのシリンダストローク位置を検出する。各油圧シリンダのシリンダストローク位置ではなく、アタッチメントの姿勢（ブーム、アーム及びバケットのそれぞれの回動角度）を検出してもよい。その際、刃先位置の変化（刃先速度）とシリンダストローク位置の変化（シリンダストローク速度）を求めてもよい。シリンダストローク位置の変化（シリンダストローク速度）の大きさは、コントロールバルブ１７から油圧シリンダに流れる作動油の流量の大きさ、すなわち、制御弁（スプール弁）の開口面積（スプールストローク位置）の大きさに対応している。一方で、刃先位置の変化（刃先速度）は、現在の刃先位置とレバー操作量に基づいて求められる。したがって、任意の刃先位置から所定の面（目標面）に沿ってバケット刃先を動かす際の刃先速度を制御する場合、作業者は、作業空間内における刃先位置とシリンダストローク位置（アタッチメント姿勢）との関係を導き出す。そして、刃先位置毎に、所定の面に沿ってバケット刃先を動かす際のレバー操作量（刃先速度）と、シリンダストローク速度、すなわち、各制御弁（スプール弁）の開口面積（スプールストローク位置）との関係を導き出す。これにより、刃先位置毎に、所定の面に沿って刃先を動かす際のレバー操作量（パイロット圧）と、各制御弁（スプール弁）の開口面積（スプールストローク位置）との関係を特性テーブルとして記憶できる。したがって、作業者は、コントロールバルブ１７毎に制御弁（スプール弁）に関する実測情報を得ることができる。

ショベルに搭載されるコントロールバルブ１７又は制御弁は、制御弁に関する実測情報、又は、その実測情報にアクセスするための情報（以下、これらの情報をまとめて「目標情報」とする。）を保持するための情報保持手段を備えていてもよい。情報保持手段は、例えば、電子タグ等の電子コード、ＱＲコード（登録商標）等の二次元コード、及び、バーコード等の一次元コードを含む。

目標情報は、例えば、コントロールバルブ１７に埋め込まれた電子タグ１７Ｔ（図２参照。）に記憶されている。各制御弁に埋め込まれた電子タグに記憶されていてもよい。この場合、バケットシリンダ９と協働する制御弁１７４に関する目標情報は、制御弁１７４に埋め込まれた電子タグＴ４（図２参照。）に記憶されていてもよい。ブームシリンダ７と協働する制御弁１７５Ａ、１７５Ｂに埋め込まれた電子タグＴ５Ａ、Ｔ５Ｂ、及び、アームシリンダ８と協働する制御弁１７６Ａ、１７６Ｂに埋め込まれた電子タグＴ６Ａ、Ｔ６Ｂについても同様である。但し、１つの制御弁に埋め込まれた電子タグに複数の制御弁に関する目標情報が記憶されていてもよい。また、図２の例では、掘削アタッチメントの動きに関連する制御弁１７４、１７５Ａ、１７５Ｂ、１７６Ａ、１７６Ｂには電子タグが埋め込まれているが、掘削アタッチメントの動きに関連しない制御弁１７１〜１７３には電子タグが埋め込まれていない。但し、制御弁１７１〜１７３に電子タグが埋め込まれていてもよい。

ショベルの組み立てを行う作業者は、例えば、電子タグ読み取り装置を用い、コントロールバルブ１７に埋め込まれた電子タグ１７Ｔから目標情報を読み取り、入力装置Ｄ１等を介してその目標情報をマシンコントロール装置５０に入力する。マシンコントロール装置５０への目標情報の入力は任意の方法で行われる。例えば、電子タグ読み取り装置は、読み取った目標情報を無線通信でマシンコントロール装置５０に転送する機能を有していてもよい。この場合、マシンコントロール装置５０には、電子タグ読み取り装置が送信する目標情報を受信するための受信装置が接続されていてもよい。

目標情報の保持には、コントロールバルブ１７又は制御弁に貼付されたＱＲコード（登録商標）が利用されてもよい。この場合、ショベルの組み立てを行う作業者は、例えば、カメラを備えたコード読み取り装置を用い、コントロールバルブ１７に貼付された二次元コードから目標情報を読み取る。

目標情報の保持には、コントロールバルブ１７又は制御弁に貼付されたバーコードが利用されてもよい。この場合、ショベルの組み立てを行う作業者は、例えば、バーコードリーダを用い、コントロールバルブ１７に貼付されたバーコードから目標情報を読み取る。

目標情報の保持には、コントロールバルブ１７又は制御弁に刻印されたシリアル番号等が利用されてもよい。この場合、ショベルの組み立てを行う作業者は、例えば、光学文字認識装置を用い、コントロールバルブ１７に刻印されたシリアル番号等から目標情報を読み取る。

コード読み取り装置、バーコードリーダ、光学文字認識装置等は、読み取った目標情報を無線通信でマシンコントロール装置５０に転送する機能を有していてもよい。この場合、マシンコントロール装置５０には、目標情報を受信するための受信装置が接続されていてもよい。

ＱＲコード（登録商標）、バーコード等から読み取った目標情報が、制御弁に関する実測情報にアクセスするための識別番号である場合、作業者は、その識別番号を用い、通信ネットワーク等を介してその実測情報が格納されているサーバにアクセスすることで、その実測情報を取得してもよい。サーバは、例えば、管理センタ等に設置されるコンピュータである。マシンコントロール装置５０は、通信を介して、その実測情報をサーバから取得するように構成されていてもよい。

図４は、バケットシリンダ９と協働する制御弁１７４の開口特性の一例を示す。横軸は、制御弁１７４の右パイロットポートに作用するパイロット圧（バケット開き操作に関するパイロット圧）を表し、縦軸は、制御弁１７４のＰ−Ｃポートの開口面積を表す。また、実線は、制御弁１７４の理想的な特性である基準特性を表し、破線は実測情報に基づく制御弁１７４の実測特性を表す。基準特性は、例えば、製造誤差のない理想的なコントロールバルブ１７を用いた場合に実現される理想的な特性である。

図４は、開口面積を値Ａ１にするには、理想的なコントロールバルブ１７では制御弁１７４のパイロットポートにパイロット圧Ｐ１が作用する必要があることを表している。また、図４は、実際のコントロールバルブ１７ではパイロット圧Ｐ１ａ（＞Ｐ１）が作用する必要があることを表している。すなわち、実際のコントロールバルブ１７が理想的であるという前提で、開口面積を値Ａ１にすべく自動制御が行われたとしても、開口面積は値Ａ１ａまでしか増大せず値Ａ１に達しないことを表している。

これは、制御弁１７４に関する特性テーブルにその実測特性が反映されていない場合、自動制御部５０３は、制御弁１７４に関するパイロット圧調整弁３１ＡＲ（図２参照。）に適切な大きさの電流指令を出力できず、バケット６の開き具合を適切に制御できないことを表している。

特性決定部５０４は、制御弁の実測特性をその制御弁に関する特性テーブルに反映させることができる。特性決定部５０４は、例えば、制御弁の実測特性に基づいて基準特性テーブルの内容を補正して補正後特性テーブルを生成することで、制御弁の実測特性を特性テーブルに反映させることができる。

基準特性テーブルは、例えば、製造誤差のない理想的なコントロールバルブ１７に適合する特性テーブルである。基準特性テーブルは、例えば、記憶装置Ｄ４等に予め記憶されている。

特性決定部５０４は、例えば、制御弁の実測特性と基準特性との関係が図４に示すような関係である場合、基準特性テーブルを用いる場合に比べ、同じ開口面積をもたらすための電流指令が大きくなるように補正後特性テーブルを生成する。

自動制御部５０３は、補正後特性テーブルを参照してパイロット圧調整弁３１に対する電流指令の大きさを決定することで、油圧シリンダを予定通りに自動制御できる。すなわち、理想的なコントロールバルブ１７に関して基準特性テーブルを参照してパイロット圧調整弁３１に対する電流指令の大きさを決定した場合と同じように油圧シリンダを自動制御できる。例えば、アーム閉じ操作が行われた場合に、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９のそれぞれを予定通りに伸縮させ、バケット６の先端を目標施工面に沿って移動させることができる。

ここで、図５を参照し、特性決定部５０４による効果を説明する。図５は、地面を水平に均すための均し作業を行うショベルの側面図である。点線で示す掘削アタッチメントは、均し作業開始前の掘削アタッチメントの姿勢を表す。一点鎖線は、制御弁の実測特性が反映された補正後特性テーブルを用いて自動制御が行われたときのバケット６の先端の軌跡を表す。二点鎖線は、制御弁の実測特性が反映されていない基準特性テーブルを用いて自動制御が行われたときのバケット６の先端の軌跡を表す。

このように、マシンコントロール装置５０は、基準特性テーブルを用いた自動制御では、操作者によるアーム閉じ操作に応じてアームシリンダ８が伸張したときに、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９を適切なストロークで伸縮させることができない。各制御弁の実測特性が特性テーブルに反映されていないためである。そのため、アーム閉じ操作が行われている間、バケット６の先端をショベルに向かって水平に移動させることができない。

一方、補正後特性テーブルを用いた自動制御では、操作者によるアーム閉じ操作に応じてアームシリンダ８が伸張したときに、ブームシリンダ７及びバケットシリンダ９を適切なストロークで伸縮させることができる。そのため、アーム閉じ操作が行われている間、バケット６の先端をショベルに向かって水平に移動させることができる。

上述のように、本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に搭載される油圧ポンプであるメインポンプ１４と、メインポンプ１４に接続されるコントロールバルブ１７と、コントロールバルブ１７を構成する制御弁に作用するパイロット圧を調整する調整機構としてのパイロット圧調整弁３１と、制御弁に関する実測情報に基づいてパイロット圧調整弁３１の動きを決定する制御装置としてのマシンコントロール装置５０と、を備えている。

この構成により、ショベルは、ベンチテスト等で測定された制御弁に関する実測情報を調整機構の動きに反映させることができる。そのため、ショベルを実際に動かして行われる制御弁のキャリブレーションを簡略化或いは省略できる。その結果、制御弁のキャリブレーションに要する時間を短縮し或いは無くすことができる。複数の制御弁で構成されるコントロールバルブ１７の寸法公差に起因する制御弁の位置決め精度の低下が抑制或いは防止されるためである。

マシンコントロール装置５０は、例えば、制御弁の理想的な特性である基準特性に基づいてパイロット圧調整弁３１の動きを決定してもよい。例えば、図４で示すように制御弁の実測特性がパイロット圧の全域に亘って基準特性から下方に乖離している場合、マシンコントロール装置５０は、自動制御を実行する際に制御弁のパイロットポートに作用するパイロット圧が補正前よりも大きくなるようにパイロット圧調整弁３１の動きを決定する。或いは、制御弁の実測特性がパイロット圧の全域に亘って基準特性から上方に乖離している場合には、マシンコントロール装置５０は、自動制御を実行する際に制御弁のパイロットポートに作用するパイロット圧が補正前よりも小さくなるようにパイロット圧調整弁３１の動きを決定する。

制御弁は典型的にはスプール弁である。スプール弁に関する実測情報は、例えば、スプール弁に作用するパイロット圧とスプールストローク位置の対応関係を表す情報である。そして、スプール弁に関する実測情報に基づいてパイロット圧調整弁３１の動きが決定された場合、ショベルは、スプール弁のキャリブレーションに要する時間を短縮し或いは無くすことができる。複数のスプール弁で構成されるコントロールバルブ１７の寸法公差に起因するスプール弁の位置決め精度の低下が抑制或いは防止されるためである。

本発明の実施形態に係るショベルは、制御弁の実測情報、又は、その実測情報にアクセスするための情報を保持する情報保持手段を備えていてもよい。この場合、情報保持手段は、コントロールバルブ１７に取り付けられていてもよく、制御弁に取り付けられていてもよい。情報保持手段は、例えば、電子タグ等の電子コード、ＱＲコード（登録商標）等の二次元コード、及び、バーコード等の一次元コードを含む。そして、マシンコントロール装置５０は、情報保持手段が保持する情報に基づいてパイロット圧調整弁３１の動きを決定してもよい。情報保持手段が保持する情報は、情報読み取り手段を用いて読み取られる。情報読み取り手段は、電子タグ読み取り装置、バーコードリーダ、光学文字認識装置等を含む。この構成により、ショベルの組み立てを行う作業者は、制御弁の実測情報をより確実にマシンコントロール装置５０に入力することができる。別の制御弁の実測情報が誤ってマシンコントロール装置５０に入力されてしまうのを防止できるためである。

以上、本発明の好ましい実施形態が説明された。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、上述の実施形態を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。

例えば、上述の実施形態では、マシンコントロール装置５０は、キャビン１０を備えたショベル、すなわち、操作者が操作するショベルに適用されている。但し、マシンコントロール装置５０は、操作者が搭乗しない無人ショベル又は遠隔操作型ショベルに適用されてもよい。

１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １４・・・メインポンプ １４ａ・・・レギュレータ １４ｂ・・・吐出圧センサ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブ ２６・・・操作装置 ２９・・・操作圧センサ ３０・・・コントローラ ５０・・・マシンコントロール装置 ５０１・・・傾斜角算出部 ５０２・・・高さ算出部 ５０３・・・自動制御部 ５０４・・・特性決定部 Ｄ１・・・入力装置 Ｄ２・・・音声出力装置 Ｄ３・・・表示装置 Ｄ４・・・記憶装置 Ｄ５・・・ゲートロックレバー Ｄ６・・・ゲートロック弁 Ｄ７・・・エンジンコントローラ Ｓ１・・・ブーム角度センサ Ｓ２・・・アーム角度センサ Ｓ３・・・バケット角度センサ Ｓ４・・・機体傾斜センサ Ｓ５・・・旋回角速度センサ Ｓ６・・・撮像装置

Claims (7)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
   前記上部旋回体に搭載される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプに接続されるコントロールバルブと、
   前記コントロールバルブを構成する制御弁に作用するパイロット圧を調整する調整機構と、
   前記制御弁に関する実測情報に基づいて前記調整機構の動きを決定する制御装置と、を備える、
   ショベル。
2. 前記制御装置は、前記制御弁の理想的な特性である基準特性に基づいて前記調整機構の動きを決定する、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御弁はスプール弁であり、
   前記実測情報は、前記スプール弁に作用するパイロット圧とスプールストローク位置の対応関係を表す情報である、
   請求項１又は２に記載のショベル。
4. 前記実測情報、又は、前記実測情報にアクセスするための情報を保持する情報保持手段を備え、
   前記情報保持手段は、前記コントロールバルブ又は前記制御弁に取り付けられている、
   請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
5. 前記制御装置は、情報読み取り手段が読み取った、前記情報保持手段が保持する情報に基づいて前記調整機構の動きを決定する、
   請求項４に記載のショベル。
6. 油圧ポンプと調整機構と制御装置とを備えるショベルに搭載され且つ前記油圧ポンプに接続されるコントロールバルブであって、
   制御弁と、
   情報保持手段と、を備え、
   前記制御弁に作用するパイロット圧は、前記制御弁に関する実測情報に基づいて前記制御装置が前記調整機構の動きを決定することによって調整されるように構成され、
   前記情報保持手段は、前記実測情報、又は、前記実測情報にアクセスするための情報を保持する、
   コントロールバルブ。
7. 前記制御弁はスプール弁であり、
   前記実測情報は、前記スプール弁に作用するパイロット圧とスプールストローク位置の対応関係を表す情報である、
   請求項６に記載のコントロールバルブ。

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