JP2019060122A - Operation supporting device of revolving superstructure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、旋回体の操作支援装置に係り、詳しくは、旋回体の作業装置を目標旋回停止位置に正確に到達させるために旋回操作を支援する操作支援装置に関する。 The present invention relates to an operation support device for a rotating body, and more particularly, to an operation support device for supporting a turning operation in order to cause a working device for a rotating body to reach a target rotation stop position accurately.
この種の旋回体として、例えば油圧ショベルに備えられた上部旋回体を挙げることができる。上部旋回体は、クローラを備えた下部走行体上に旋回可能に設けられ、その前部には、例えばブーム、アーム及びバケットからなる作業装置が設けられている。
油圧ショベルは、地面の土砂、砂利、鉱石等の掘削物(以下、代表として土砂と称する)をバケットで掘削し、ダンプトラック等の運搬車のベッセル上にバケットから放土する掘削・放土作業を行う。例えば、掘削場所で作業装置のバケットにより地面の土砂を掘削し、上部旋回体の旋回によりバケットを運搬車のベッセル上に到達させて放土し、再び上部旋回体の逆方向の旋回によりバケットを掘削場所に戻す。以上の動作を繰り返して行い、運搬車のベッセルに順次土砂を積み込んでいく。
As this kind of revolving unit, for example, an upper revolving unit provided in a hydraulic shovel can be mentioned. The upper slewing body is pivotally provided on a lower traveling body equipped with a crawler, and at its front portion, a working device including, for example, a boom, an arm and a bucket is provided.
A hydraulic shovel excavates excavated material such as earth and sand, gravel, ore (hereinafter referred to as earth and sand as a representative) with a bucket, and excavates and releases earth from a bucket on a vessel of a transporter such as a dump truck. I do. For example, the soil on the ground is excavated by the bucket of the working device at the excavation site, the bucket is allowed to reach onto the vessel vessel of the transport vehicle by turning of the upper turning body, and released. Return to the drilling site. Repeat the above operation and load the soil in the vessel of the transport vehicle sequentially.
上部旋回体は旋回操作レバーの操作に応じた旋回用の油圧モータの駆動により旋回し、油圧回路上において油圧モータには旋回リリーフ弁が並列接続されている。レバー操作の中止により油圧モータの駆動が中止されても、上部旋回体は作業装置を含めた自己の慣性モーメントにより直ちに停止することなく旋回を継続する。このとき、旋回リリーフ弁を経由して油圧モータの下流側から上流側へと作動油を流通させる回路が形成されて、下流側の油路の圧力上昇が抑制されると共に、上部旋回体の運動エネルギが消費されて旋回ブレーキとして機能する。 The upper swing structure is turned by the driving of a turning hydraulic motor corresponding to the operation of a turning operation lever, and a turning relief valve is connected in parallel to the hydraulic motor on the hydraulic circuit. Even if the drive of the hydraulic motor is stopped due to the stop of the lever operation, the upper swing body continues the swing without stopping immediately due to its moment of inertia including the working device. At this time, a circuit for circulating the hydraulic fluid from the downstream side to the upstream side of the hydraulic motor via the swing relief valve is formed, so that the pressure increase in the downstream oil path is suppressed and the movement of the upper swing body Energy is consumed to act as a swing brake.
しかし、レバー操作の中止から上部旋回体が停止するまでには旋回角度として大きな制動角が必要であり、その制動角は、作業装置の姿勢やバケット内の土砂の重量、上部旋回体の旋回速度、油圧ショベルの傾斜角度等の諸要件に応じて常に変化する。このため油圧ショベルに搭乗したオペレータは、これらの諸要件を考慮した上で旋回中の上部旋回体が停止する位置(以下、旋回停止予測位置と称する)を予測し、旋回停止予測位置がバケットの目標旋回停止位置(掘削場所や運搬車のベッセル上)と一致したタイミングでレバー操作を中止している。 However, a large braking angle is required as a turning angle from the stop of lever operation to the stop of the upper turning body, and the braking angle is the posture of the working device, the weight of soil in the bucket, the turning speed of the top turning body , And always change according to various requirements such as the inclination angle of the hydraulic shovel. For this reason, the operator who gets on the hydraulic shovel predicts the position (hereinafter referred to as "predicted turning stop position") where the upper swing body being turned stops (hereinafter referred to as "predicted turning stop position") in consideration of these requirements. The lever operation is stopped at a timing coincident with the target turning stop position (on the excavation site or on the vessel of the transport vehicle).
レバー操作の中止タイミングが不適切な場合には、停止後にバケット位置の再調整が必要になり、また、再調整を避けるために上部旋回体の旋回速度を低下させると、目標旋回停止位置への到達が遅れる。掘削・放土作業が同一動作の繰り返しであるが故に、何れも作業効率を大きく低下させる要因になり、オペレータには高い技量が要求されることになる。 If the stop timing of the lever operation is not appropriate, it is necessary to re-adjust the bucket position after stopping, and if the pivoting speed of the upper swing body is reduced to avoid re-adjustment, the target pivot stop position is reached. Arrival is delayed. Since the excavation and release work is a repetition of the same operation, any of them causes a large reduction in work efficiency, and the operator is required to have high skill.
その対策として、特許文献1に記載の油圧ショベルが提案されており、油圧モータに並列接続されている旋回リリーフ弁を可変式としている。そして、掘削・放土作業での上部旋回体の旋回中には、作業装置を含めた上部旋回体の慣性モーメントを算出すると共に旋回速度を検出し、レバー操作が中止されたときに旋回リリーフ弁の設定圧を制御することにより、設定した目標旋回停止位置で上部旋回体の旋回を自動的に停止させている。 As a countermeasure, a hydraulic shovel described in Patent Document 1 is proposed, and a swing relief valve connected in parallel to the hydraulic motor is variable. Then, during the turning of the upper turning body in the excavation and earth release work, the moment of inertia of the top turning body including the working device is calculated and the turning speed is detected, and the turning relief valve is operated when the lever operation is stopped. By controlling the set pressure, the turning of the upper structure is automatically stopped at the set target turning stop position.
しかしながら、特許文献1の油圧ショベルは可変式の旋回リリーフ弁の採用により製造コストの面で不利な上に、その設定圧の制御を含めて自動停止のために全体として複雑な制御を要するという問題がある。 However, the hydraulic shovel of Patent Document 1 is disadvantageous in terms of manufacturing cost due to the adoption of a variable swing relief valve, and requires complicated control as a whole for automatic stop including control of the set pressure. There is.
また、掘削・放土作業においてバケットを到達させるべき目標旋回停止位置は、例えば掘削の進行状況や運搬車のベッセル内での放土状況等に応じて頻繁に変化する。このため特許文献1では、その都度目標旋回停止位置を設定し直す必要が生じるが、このような設定操作を掘削・放土作業中に実施することは実質的に困難なため、操作支援に役立つとは言い難かった。 In addition, the target turning and stopping position to which the bucket should be reached in the excavation and earth release work frequently changes, for example, according to the progress of the excavation and the earth release state in the vessel of the transport vehicle. For this reason, in patent document 1, although it will be necessary to set a target turning stop position again each time, since it is substantially difficult to implement such setting operation during excavation and earth release work, it is useful for operation support. It was hard to say.
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、低コスト且つ簡単な制御により実施できると共に、オペレータが容易に操作支援の機能を利用することができる旋回体の操作支援装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention can be implemented with low cost and simple control, and the operator can easily utilize the operation support function. An object of the present invention is to provide an operation support device for a rotating body.
上記の目的を達成するため、本発明の旋回体の操作支援装置は、作業装置を有する旋回体の旋回角度を検出する旋回角度検出部と、前記旋回体の旋回により前記作業装置を到達させるべき目標旋回停止位置を認識する目標旋回停止位置認識部と、旋回操作部材の操作に応じた前記旋回体の旋回中において、前記旋回操作部材に対する操作が中止されてから前記旋回体が停止するまでの旋回角度として制動角を算出する制動角算出部と、前記目標旋回停止位置認識部により認識された目標旋回停止位置を前記旋回体と共に表示部に俯瞰画像として表示し、前記旋回角度検出部により検出された旋回角度に基づき前記俯瞰画像中の作業装置と目標旋回停止位置との位置関係を変化させると共に、前記制動角算出部により算出された制動角から予測した前記作業装置の旋回停止予測位置を前記俯瞰画像中に表示する俯瞰画像表示制御部とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the operation support device for a rotating body according to the present invention should have a working angle detection unit for detecting a turning angle of a rotating body having a working device, and allow the working device to reach by the turning of the rotating body. A target turning stop position recognition unit that recognizes a target turning stop position, and a period from when the operation on the turning operation member is canceled to when the turning body stops while the turning body is turning according to the operation of the turning operation member A braking angle calculation unit that calculates a braking angle as a turning angle, and a target turning stop position recognized by the target turning stop position recognition unit are displayed as a bird's-eye view on the display unit together with the turning body, and detected by the turning angle detection unit The positional relationship between the work device in the bird's-eye view image and the target turning stop position is changed based on the determined turning angle, and predicted from the braking angle calculated by the braking angle calculation unit Characterized in that the slewing stop predicted position of the working device and a bird's eye image display control unit for displaying in the overhead image.
本発明の旋回体の操作支援装置によれば、低コスト且つ簡単な制御により実施できると共に、オペレータが容易に操作支援の機能を利用することができる。 According to the operation support device for a rotating body of the present invention, the operation can be performed with low cost and simple control, and the operator can easily use the function of the operation support.
以下、本発明を鉱山等で稼働する超大型油圧ショベルの操作支援装置に具体化した一実施形態を説明する。
図1は本実施形態の油圧ショベルを示す側面図である。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in an operation support device for a super large hydraulic excavator operating in a mine or the like will be described.
FIG. 1 is a side view showing a hydraulic shovel of the present embodiment.
油圧ショベル1の下部走行体2にはクローラ3が備えられ、クローラ3は図示しない走行用油圧モータにより駆動されて油圧ショベル1を走行させる。下部走行体2上には旋回装置4を介して上部旋回体5が設けられ、後述する旋回用油圧モータ15(図2に示す)を駆動源とした旋回装置4により上部旋回体5が旋回する。上部旋回体5の旋回フレーム6上の前部にはオペレータが搭乗する運転室7が設けられ、運転室7の後側には建屋8が設けられ、建屋8の後部にはカウンタウエイト9が固定されている。
The lower traveling
上部旋回体5の運転室7の右側には掘削用の作業装置10が前方に向けて取り付けられ、作業装置10はブーム11、アーム12及びバケット13から構成されている。ブーム11はブームシリンダ11aにより角度変更され、アーム12はアームシリンダ12aにより角度変更され、バケット13はバケットシリンダ13aにより角度変更される。
On the right side of the
図示はしないが建屋8内にはエンジンが搭載されており、エンジンの駆動により油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて、上記した走行用及び旋回用油圧モータ15や作業装置10の各シリンダ11a〜13a等が作動する。運転室7に設けられた各種操作機器がオペレータに操作されると、図示しない油圧回路により作動油の流れ方向が切り換えられ、それに応じて各アクチュエータが作動して油圧ショベル1が稼働する。
Although not shown, an engine is mounted in the
図2は旋回用油圧モータ15を駆動するための油圧回路を示す図である。
旋回用油圧モータ15は一対の油路16a,16bを介してコントロール弁17に接続され、コントロール弁17は上記した油圧ポンプに接続されている。コントロール弁17は操作機器の一つである旋回操作レバー18(本発明の旋回操作部材に相当)の操作により切り換えられ、それに応じて油圧ポンプから旋回用油圧モータ15への作動油の供給方向が逆転し、供給方向に対応して旋回用油圧モータ15の駆動により上部旋回体5が旋回する。旋回用油圧モータ15の一対の油路16a,16bの間には、旋回用油圧モータ15に対して並列接続となるように一対の旋回リリーフ弁19a,19bが介装されており、両リリーフ弁19a,19bは互いに逆側の油路16a,16bの圧力上昇で開弁されるようになっている。
FIG. 2 is a view showing a hydraulic circuit for driving the swing
The swing
上部旋回体5を旋回させるための旋回操作レバー18の操作が中止されて中立位置に復帰すると、油圧ポンプからの作動油が遮断されて旋回用油圧モータ15の駆動が中止されるが、上部旋回体5は作業装置10を含めた自己の慣性モーメントにより直ちに停止することなく旋回を継続する。このため、例えば一方の旋回リリーフ弁19aを経由して、旋回用油圧モータ15の下流側に相当する油路16aから上流側に相当する油路16bへと作動油を流通させる回路が形成される。これにより下流側の油路16aの圧力上昇が抑制されると共に、上部旋回体5の運動エネルギが消費されて旋回ブレーキとして機能する。
When the operation of the turning operation lever 18 for turning the upper turning
次に、油圧ショベル1の旋回動作の表示を司るコントローラの構成を図3のブロック図に基づき説明する。
コントローラ21は、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置(ROM,RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等から構成されている。
Next, the configuration of the controller that controls the display of the turning operation of the hydraulic shovel 1 will be described based on the block diagram of FIG.
The
コントローラ21の入力側には、上記した旋回操作レバー18が接続されると共に、作業装置10の旋回フレーム6と作業装置10のブーム11との間の角度を検出するフレーム・ブーム角度センサ22、ブーム11とアーム12との間の角度を検出するブーム・アーム角度センサ23、アーム12とバケット13との間の角度を検出するアーム・バケット角度センサ24、ブームシリンダ11aの圧力を検出するブームシリンダ圧力センサ25、油圧ショベル1の傾斜角度を検出する車体傾斜角度センサ26、上部旋回体5の旋回角度を検出するジャイロセンサ27(本発明の旋回角度検出部に相当)、及び油圧ショベル1の周辺を撮像するために上部旋回体5に設置された計4台のカメラ28(本発明の撮像部、目標旋回停止位置認識部に相当)等の各種センサ類が接続されている。
またコントローラ21の出力側には、運転室7に設けられた後述する俯瞰画像を表示するためのディスプレイ29(本発明の表示部に相当)等のデバイス類が接続されている。
A frame / boom angle sensor 22 for detecting an angle between the swing frame 6 of the
Further, on the output side of the
ところで、油圧ショベル1は地面の土砂等(本発明の掘削物に相当)をバケット13で掘削し、ダンプトラック等の運搬車のベッセル上にバケット13から放土する掘削・放土作業を行う。そして、旋回中の上部旋回体5を停止させるべく旋回操作レバー18の操作を中止しても、上記のように上部旋回体5は慣性モーメントにより直ちに停止せず、停止までに大きな旋回角度(以下、制動角と称する)が必要となる上に、その制動角は、作業装置10の姿勢等の諸要件に応じて常に変化する。このため、バケット13を目標旋回停止位置(掘削場所や運搬車のベッセル上)に正確に到達させるにはオペレータに高い技量が要求される。
By the way, the hydraulic shovel 1 excavates earth and sand etc. (corresponding to the excavated object of the present invention) with the
特許文献1の技術では、可変式の旋回リリーフ弁の設定圧を制御することにより、設定した目標旋回停止位置で上部旋回体5の旋回を自動的に停止させている。しかし、可変式の旋回リリーフ弁に起因するコスト高騰及び制御の複雑化を生じ、さらに、頻繁に変化する目標旋回停止位置をその都度設定し直すことは実質的に困難であるという問題がある。
In the technique of Patent Document 1, the swing of the
このような不具合を鑑みて本発明者は、レバー操作の中止タイミングを決定する際のオペレータの判断過程に着目した。即ち、このときのオペレータは、旋回中の上部旋回体5が停止する旋回停止予測位置を予測し、この旋回停止予測位置がバケット13の目標旋回停止位置と一致したタイミングでレバー操作を中止している。旋回停止予測位置を予測するには、上部旋回体5の慣性モーメントに影響する作業装置10の姿勢等の諸要件を洩れなく考慮する必要があり、この点がオペレータに高い技量が要求される要因である。
従って、オペレータが予め旋回停止予測位置さえ認識できれば、目標旋回停止位置との相対的な位置関係に基づきレバー操作の中止タイミングを判別することはそれ程困難ではない。
In view of such problems, the inventor focused on the determination process of the operator when determining the stop timing of the lever operation. That is, the operator at this time predicts a predicted turning stop position at which the
Therefore, it is not so difficult to determine the stop timing of the lever operation based on the relative positional relationship with the target turning and stopping position if the operator can recognize only the predicted turning stopping position in advance.
以上の観点に基づき、作業装置10の姿勢等の諸要件に基づく旋回停止予測位置の予測についてはコントローラ21で演算処理し、得られた旋回停止予測位置と目標旋回停止位置との相対的な位置関係をディスプレイ29上に表示することで、オペレータにレバー操作の中止タイミングを判断させるようにしたものが本発明の操作支援装置である。
以下、コントローラ21により実行される操作支援の処理について第1及び第2実施形態として説明する。
Based on the above viewpoints, the
Hereinafter, the process of the operation support performed by the
[第1実施形態]
本実施形態は、バケット13を到達させるべき目標旋回停止位置としてダンプトラック等の運搬車のベッセル上を設定し、掘削・放土作業では、この目標旋回停止位置にバケット13を到達させる際に上部旋回体5の旋回停止予測位置を予測・表示する操作支援を実施する。
First Embodiment
In the present embodiment, the
掘削・放土作業に先立ち、コントローラ21の目標旋回停止位置認識部21aは、各カメラ28により撮像された画像中に運搬車が存在するか否かを所定周期で判定し、判定結果を俯瞰画像表示制御部21bに入力する。これと並行してコントローラ21の俯瞰画像表示制御部21bは、各カメラ28により撮像された画像に基づき、油圧ショベル1(以下、自車と称する場合もある)を中心とした周辺領域の俯瞰画像を作成すると共に、所定周期で俯瞰画像を更新する。
Prior to the excavation and release work, the target turning and stopping
土砂の運搬のために自車1に運搬車が接近して作業装置10のバケット13が届く領域内で停止すると、目標旋回停止位置認識部21aは運搬車の存在、及び自車1を基準とした運搬車の位置及び姿勢を認識し、運搬車のベッセル上を目標旋回停止位置として定める。その判定結果に基づき俯瞰画像表示制御部21bは、俯瞰画像中に自車1と共に運搬車を表示する。
When the transport vehicle approaches the vehicle 1 for transportation of soil and stops in the area where the
図4はバケット13を掘削場所に位置させたときの俯瞰画像を示す説明図、図5は旋回停止予測位置のマーカーが目標旋回停止位置であるベッセル上と一致したときの俯瞰画像を示す説明図であり、図4に示す状態では運搬車31が油圧ショベル1の右側方に停止している。
FIG. 4 is an explanatory view showing a bird's-eye view image when the
掘削・放土作業時の油圧ショベル1は、まず、図4に示す掘削場所で作業装置10のバケット13により地面の土砂を掘削し、その後に上部旋回体5を時計回りに旋回させる。バケット13が目標旋回停止位置である運搬車31のベッセル31a上に到達すると放土し、その後に再び上部旋回体5を逆方向に旋回させてバケット13を掘削場所に戻す。以上の動作を繰り返して行い、土砂を順次掘削して運搬車31のベッセル31aに積み込んでいく。
The hydraulic shovel 1 at the time of excavation and earth release work first excavates the earth and sand on the ground with the
掘削場所から目標旋回停止位置までバケット13を移動させる過程において、旋回操作レバー18の操作を中止してから上部旋回体5が停止するまでの制動角θ(図4,5に示す)は常に変化し、現在の上部旋回体5の旋回位置を基準として制動角θから予測される旋回停止予測位置も常に変化する。
制動角θに影響を及ぼす諸要因としては、作業装置10を含めた上部旋回体5全体の慣性モーメント、上部旋回体5の旋回速度、油圧ショベル1の傾斜角度、旋回ブレーキとして機能する旋回リリーフ弁19a,19bの特性が挙げられる。旋回リリーフ弁19a,19bの特性は予め特定できるが、それ以外の要因は旋回中に常に変化する。
In the process of moving the
Various factors affecting the braking angle θ include the moment of inertia of the entire
例えば慣性モーメントに関して述べると、旋回開始時のバケット13は掘削場所である地表高さにあり、これに対して目標位置はより高い運搬車31のベッセル31a上のため、時計回りの旋回と並行して作業装置10はバケット13を上方に位置変位させるように姿勢を変化させる。また、上部旋回体5の旋回中心Cを基準とした掘削場所と目標旋回停止位置との半径方向の距離が相違する場合には、それに応じて半径方向のバケット13の位置調整のために作業装置10の姿勢が変化する。
For example, referring to the moment of inertia, the
作業装置10の姿勢が変化すると、旋回中心Cを基準としたブーム11、アーム12、バケット13及びバケット13内の土砂のそれぞれの重心位置も変化する。それぞれの重心位置の変化により旋回中の作業装置10の慣性モーメントが増減するため、旋回停止までに要する制動角θも増減する。
When the posture of the
また上部旋回体5の旋回速度に関しては、旋回開始から次第に増加するため、それに応じて旋回停止までに要する制動角θも増加する。
また油圧ショベル1の傾斜角度に関しては、旋回中に傾斜角自体は変化しないが、傾斜角に起因して上部旋回体5の旋回角度と共に作業装置10に作用する重力の方向が変化するため、その影響を受けて旋回停止までに要する制動角θが増減する。
Further, as the swing speed of the
Further, with regard to the inclination angle of the hydraulic shovel 1, the inclination angle itself does not change during turning, but the direction of gravity acting on the working
以上のような制動角θに影響を及ぼす諸要件を反映させつつ、コントローラ21の制動角算出部21cは制動角θを算出し、算出結果を俯瞰画像表示制御部21bに入力する。制動角算出部21cの処理内容は種々の特許公報に開示されているため、ここでは概略のみを説明する。
The braking
まず、各角度センサ22〜24からの検出情報に基づきブーム11、アーム12、バケット13の姿勢を推定し、それらの姿勢から上部旋回体5の旋回中心Cを基準としたブーム11、アーム12、バケット13の重心位置を算出する。予めコントローラ21の記憶装置には、旋回中心Cを基準としたバケット13の重心位置毎に、ブームシリンダ11aの圧力とバケット13内の土砂の重量との関係が記憶されている。記憶情報の中から現在のバケット13の重心位置に対応するシリンダ圧力と土砂重量との関係を選択し、その関係に基づき、ブームシリンダ圧力センサ25により検出された現在のシリンダ圧力と対応する土砂重量を求める。
First, the postures of the
算出したブーム11、アーム12、バケット13の重心位置及びバケット13内の土砂重量と、予めコントローラ21の記憶装置に保存されているブーム11、アーム12、バケット13の重量とに基づき、作業装置10全体の慣性モーメントを算出する。求めた作業装置10の慣性モーメントに対し、予めコントローラ21に記憶されている上部旋回体5の慣性モーメントを加算して、作業装置10を含めた上部旋回体5全体の慣性モーメントを算出する。
Based on the calculated gravity position of the
そして、算出した慣性モーメント、ジャイロセンサ27により検出された上部旋回体5の旋回速度、及び旋回ブレーキとして機能する旋回リリーフ弁19a,19bの特性に基づき、平地(傾斜角=0)での旋回停止までの制動角θを算出する。油圧ショベル1が傾斜地に位置している場合には、車体傾斜角度センサ26により検出された傾斜角度と現在の上部旋回体5の旋回位置とから、作業装置10に対する重力の作用方向を特定可能であり、これらの情報に基づき傾斜角度を反映した制動角θに補正する。
以上の算出処理は、掘削場所から目標旋回停止位置までバケット13を移動させるための旋回操作レバー18の操作中に所定周期で繰り返し実行され、逐次新たな制動角θに更新される。
Then, based on the calculated moment of inertia, the swing speed of the
The above calculation process is repeatedly performed in a predetermined cycle during operation of the
一方、旋回操作レバー18の操作により上部旋回体5と共に作業装置10が何れかの方向に旋回を開始すると、その旋回位置に応じてコントローラ21の俯瞰画像表示制御部21bは、俯瞰画像中の油圧ショベル1と運搬車31との位置関係をリアルタイムで変化させる。図4,5に示すように、本実施形態では油圧ショベル1を固定し、上部旋回体5の旋回中心Cを中心とした円弧状の軌跡を辿って運搬車31が移動するように表示している。但し、表示形態はこれに限ることはなく、例えば実際の動作に準じて運搬車31を固定し、油圧ショベル1を旋回させてもよい。
On the other hand, when the working
加えてコントローラ21の俯瞰画像表示制御部21bは、目標旋回停止位置への旋回方向に旋回操作レバー18が操作された場合には、図4に示すように、俯瞰画像中の作業装置10を基準として、制動角算出部21cから入力された制動角θだけ目標旋回停止位置側(旋回方向側)を旋回停止予測位置として予測し、この旋回停止予測位置を示すマーカー32を俯瞰画像中に表示する。本実施形態では、オペレータがマーカー32から作業装置10をイメージし易いように、上部旋回体5の旋回中心Cから半径方向に延びる棒状のマーカー32を表示している。但し、これに限るものではなくマーカー32の表示は任意に変更可能である。
In addition, when the turning
俯瞰画像中の油圧ショベル1と運搬車31との位置関係と同じく、旋回停止予測位置を示すマーカー32も制動角θの更新に応じてリアルタイムで変化するように表示される。このため旋回操作レバー18を操作しているオペレータは、俯瞰画像中の油圧ショベル1と運搬車31との位置関係から作業装置10の旋回状況を認識できるだけでなく、作業装置10の旋回方向側に表示されるマーカー32に基づき、旋回停止予測位置と目標旋回停止位置(ベッセル31a上)との相対的な位置関係も直感的に認識できる。
Similar to the positional relationship between the hydraulic shovel 1 and the
そして、図5に示すように、旋回停止予測位置のマーカー32が目標旋回停止位置に一致したときに、作業装置10と目標旋回停止位置との間には制動角θに相当する旋回距離が残されているため、その時点でレバー操作を中止すれば、目標旋回停止位置で作業装置10が停止してベッセル31a上にバケット13が正確に到達する。
Then, as shown in FIG. 5, when the
以上のように本実施形態の油圧ショベル1の操作支援装置によれば、作業装置10の姿勢等の諸要件に基づく旋回停止予測位置をコントローラ21の演算処理により予測し、得られた旋回停止予測位置を示すマーカー32と目標旋回停止位置(ベッセル31a)との位置関係をディスプレイ29上に表示することで、オペレータにレバー操作の中止タイミングを判断させている。
As described above, according to the operation support device of the hydraulic shovel 1 of the present embodiment, the predicted turning stop position based on various conditions such as the attitude of the working
このためオペレータは、マーカー32に基づき旋回停止予測位置と目標旋回停止位置との相対的な位置関係をリアルタイムで直感的に認識でき、的確なタイミングでレバー操作を中止して目標旋回停止位置である運搬車31のベッセル31a上にバケット13を正確に到達させることができる。
Therefore, the operator can intuitively recognize the relative positional relationship between the predicted turning stop position and the target turning stop position on the basis of the
従って、レバー操作の中止タイミングが不適切な場合の停止後のバケット位置の再調整が不要になる。また、再調整を避けるために上部旋回体5の旋回速度を低下させる必要がないため、最大速度で上部旋回体5を旋回させてバケット13を迅速に目標旋回停止位置に到達させることができる。結果として、これらの要因により掘削・放土作業の効率を大幅に向上することができる。
Therefore, it is not necessary to re-adjust the bucket position after the stop when the lever operation stop timing is inappropriate. Further, since it is not necessary to lower the swing speed of the
また、オペレータはディスプレイ29上の表示に基づきレバー操作の中止タイミングを判断するだけであり、例えば特許文献1のような目標旋回停止位置の設定を要さない。必然的に、目標旋回停止位置が頻繁に変化しても、その都度目標旋回停止位置を設定し直す必要がないことから、オペレータが容易に操作支援の機能を利用することができる。
Further, the operator only determines the stop timing of the lever operation based on the display on the
本実施形態の操作支援装置を別の視点から表現すると、レバー操作の中止タイミングを決定する際のオペレータの一連の判断過程において、技量の低いオペレータには困難な旋回停止予測位置の予測についてはコントローラ21により演算し、判断に柔軟性が要求されるレバー操作の中止タイミングについてはオペレータの判断に任せている。 Expressing the operation support apparatus according to the present embodiment from another viewpoint, in the series of determination processes of the operator when determining the stop timing of the lever operation, the controller with regard to the prediction of the predicted turning stop position difficult for the operator with low skill The timing at which the lever operation is canceled is determined by the operator.
このためコントローラ21の演算処理により、高い技量を有するオペレータと同等以上の予測精度を実現でき、常に正確に旋回停止予測位置のマーカー32を表示することができる。また、例えばベッセル31a上での放土位置を微調整したい場合、オペレータは、特許文献1のように目標旋回停止位置を設定し直すことなく、俯瞰画像で旋回停止予測位置のマーカー32と目標旋回停止位置との位置関係を確認しつつ、レバー操作の中止タイミングを僅かにずらすだけで簡単に微調整できる。
For this reason, the calculation processing of the
結果として本実施形態によれば、コントローラ21とオペレータとの互いの長所を組み合わせて、目標旋回停止位置へのバケット13の正確な到達とベッセル31a上での放土位置の簡単な微調整とを共に達成することができる。
As a result, according to the present embodiment, by combining the advantages of the
一方、本実施形態では特許文献1のように可変式の旋回リリーフ弁を採用することなく、固定設定圧の一般的な旋回リリーフ弁19a,19bを使用しており、必然的にコントローラ21には、旋回リリーフ弁の設定圧の制御機能や上部旋回体5の自動停止機能等は要求されない。結果として本実施形態の油圧ショベル1は、操作支援機能を備えない従来からの油圧ショベル1に対してディスプレイ29を追加し(既存の場合は不要)、そのコントローラ21に制動角θの算出機能及び俯瞰画像の作成・表示機能を付加するだけの簡単な仕様変更により、極めて安価なコストで実施することができる。
On the other hand, in the present embodiment, general
ところで本実施形態では、カメラ28の撮像画像に基づき自車1を基準とした運搬車31の位置及び姿勢を認識すると共に、撮像画像に基づき俯瞰画像を作成して自車1と共に運搬車31を表示したが、本発明はこれに限るものではない。
By the way, in this embodiment, while recognizing the position and posture of the
例えば、本実施形態のような鉱山等で稼働する超大型油圧ショベル1では、鉱山内の作業車両の運行を管理する管制局からの無線指令により掘削場所が設定されると共に、作業現場で掘削すべき掘削場所を特定するために一対のGPS受信機を搭載している。そして、設定された掘削場所に関する位置情報とGPS情報から認識した自車1の位置及び姿勢とに基づき、所期の掘削場所を特定して掘削・放土作業を実施している。 For example, in the case of a super large hydraulic excavator 1 operating in a mine or the like according to the present embodiment, an excavation site is set by a wireless command from the control station that manages the operation of a work vehicle in the mine and A pair of GPS receivers are mounted to identify the drilling site to be used. Then, based on the set position information on the excavated place and the position and attitude of the vehicle 1 recognized from the GPS information, the intended excavated place is identified and the excavating and unearthing work is performed.
同様に鉱山等で稼働する超大型の運搬車31では、コントローラ21の記憶装置に予め作業現場の走行経路に関する経路情報が記憶され、その走行経路を辿って自律走行するために一対のGPS受信機を搭載している。このため、油圧ショベル1のコントローラ21は、自車1に搭載されているGPS受信機の情報に基づき自車1の位置及び姿勢を認識可能であると共に、運搬車31から提供されるGPS情報に基づき運搬車31の位置及び姿勢を認識可能である。
Similarly, in the
そこで、予め自車1と運搬車31とを表示した俯瞰画像を作成しておき、GPS情報に基づき自車1を基準とした運搬車31の位置及び姿勢をコントローラ21の目標旋回停止位置認識部21aに認識させ、その認識結果に基づき、俯瞰画像表示制御部21bに俯瞰画像中の自車1と運搬車31との位置関係を変化させるようにしてもよい。この場合には4台のカメラ28を省略できると共に、撮像画像から俯瞰画像を作成・表示する機能がコントローラ21に要求されなくなるため、さらなるコスト低減を達成することができる。
Then, the bird's-eye view image which displayed the own vehicle 1 and the
[第2実施形態]
第1実施形態では目標旋回停止位置として運搬車31のベッセル31a上を設定したが、本実施形態では、それに加えて目標旋回停止位置として掘削場所を設定した点に特徴があり、その他の構成は第1実施形態と同一である。よって、重複する箇所の説明は省略し、相違点を重点的に述べる。
Second Embodiment
In the first embodiment, the
図6は旋回停止予測位置のマーカー32が目標旋回停止位置である掘削場所と一致したときの俯瞰画像を示す説明図である。
第1実施形態で述べたように、掘削場所は管制局からの無線指令により設定されており、GPS情報から自車1の位置及び姿勢を認識できるため、これらの情報に基づき自車1を基準とした掘削場所41の位置関係を特定できる。
FIG. 6 is an explanatory view showing a bird's-eye view image when the
As described in the first embodiment, the excavation site is set by the wireless command from the control station, and since the position and attitude of the vehicle 1 can be recognized from the GPS information, the vehicle 1 is determined based on these information. The positional relationship of the
そこで、コントローラ21の目標旋回停止位置認識部21aは、ベッセル31a上の目標旋回停止位置と同じく掘削場所41上を別の目標旋回停止位置として定め、俯瞰画像表示制御部21bは、図6に示すようにディスプレイ29上の俯瞰画像中に自車1及び運搬車31と共に掘削場所41を表示する。そして、何れの旋回方向への旋回操作レバー18の操作中においても、第1実施形態で述べた算出処理により制動角算出部21cが制動角θを算出し、その制動角θから予測した旋回停止予測位置のマーカー32を俯瞰画像表示制御部21bが俯瞰画像中に表示する。
Therefore, the target turning stop
従って重複する説明はしないが、第1実施形態と同様の作用効果を達成できると共に、オペレータは、ベッセル31a上へのバケット13の移動時のみならず、掘削場所41へのバケット13の移動時においても、マーカー32に基づき旋回停止予測位置と目標旋回停止位置との相対的な位置関係をリアルタイムで直感的に認識できる。このため図6に示すように、旋回停止予測位置のマーカー32が目標旋回停止位置(掘削場所41)に一致した的確なタイミングでレバー操作を中止でき、これによりバケット13を正確に掘削場所41に到達させることができる。よって、第1実施形態よりもさらに掘削・放土作業の効率を向上することができる。
Therefore, although not described redundantly, the same operation and effect as those of the first embodiment can be achieved, and the operator can not only move the
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、鉱山等で稼働する超大型油圧ショベル1に具体化したが、これに限るものではない。例えば、通常の道路工事等に使用される油圧ショベルに適用してもよいし、ブームを旋回させる機能を備えたクレーン装置に適用してもよい。クレーン装置の場合には、ブームを旋回可能に支持する旋回体が本発明の旋回体に相当し、ブームが本発明の作業装置に相当する。 Although the description of the embodiment is finished above, the aspect of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in each said embodiment, although embodied in the super-large-sized hydraulic shovel 1 which operate | moves at a mine etc., it does not restrict to this. For example, the present invention may be applied to a hydraulic shovel used for ordinary road construction or the like, or may be applied to a crane apparatus having a function of turning a boom. In the case of a crane apparatus, a pivoting body that pivotally supports the boom corresponds to the pivoting body of the present invention, and the boom corresponds to the working device of the present invention.
また上記第1実施形態では、目標旋回停止位置として運搬車31のベッセル31a上を設定し、第2実施形態では、目標旋回停止位置としてベッセル31a上及び掘削場所41をそれぞれ設定したが、これに限るものではなく、例えば目標旋回停止位置として掘削場所41のみを設定してもよい。
In the first embodiment, the
1 油圧ショベル
5 上部旋回体(旋回体)
10 作業装置
13 バケット
18 旋回操作レバー(旋回操作部材)
21 コントローラ
(制動角算出部、目標旋回停止位置認識部、俯瞰画像表示制御部)
27 ジャイロセンサ(旋回角度検出部)
28 カメラ(撮像部、目標旋回停止位置認識部)
29 ディスプレイ(表示部)
31 運搬車
31a ベッセル
1
10 working
21 Controller (Braking angle calculation unit, target turning stop position recognition unit, bird's eye image display control unit)
27 Gyro sensor (turning angle detector)
28 Camera (imaging unit, target turning stop position recognition unit)
29 Display
31
Claims (4)
前記旋回体の旋回により前記作業装置を到達させるべき目標旋回停止位置を認識する目標旋回停止位置認識部と、
旋回操作部材の操作に応じた前記旋回体の旋回中において、前記旋回操作部材に対する操作が中止されてから前記旋回体が停止するまでの旋回角度として制動角を算出する制動角算出部と、
前記目標旋回停止位置認識部により認識された目標旋回停止位置を前記旋回体と共に表示部に俯瞰画像として表示し、前記旋回角度検出部により検出された旋回角度に基づき前記俯瞰画像中の作業装置と目標旋回停止位置との位置関係を変化させると共に、前記制動角算出部により算出された制動角から予測した前記作業装置の旋回停止予測位置を前記俯瞰画像中に表示する俯瞰画像表示制御部と
を備えたことを特徴とする旋回体の操作支援装置。 A swing angle detection unit that detects a swing angle of a swing body having a work device;
A target turning stop position recognition unit that recognizes a target turning stop position to which the working device should be reached by turning the turning body;
A braking angle calculation unit that calculates a braking angle as a turning angle from when the operation on the turning operation member is stopped to when the turning body stops while the turning body is turning according to the operation of the turning operation member;
The target turning stop position recognized by the target turning stop position recognition unit is displayed as a bird's eye image on the display unit together with the swing body, and the work device in the bird's-eye view image based on the turning angle detected by the turning angle detection unit A bird's-eye view image display control unit that changes the positional relationship with the target turning stop position and displays, in the bird's-eye view, a predicted turning stop position of the work device predicted from the braking angle calculated by the braking angle calculation unit; An operation support device for a revolving unit characterized by comprising.
前記目標旋回停止位置は、前記上部旋回体の作業装置のバケットにより掘削される掘削場所、または前記バケットから掘削物が放出される運搬車のベッセル上の少なくとも何れか一方である
ことを特徴とする請求項1に記載の旋回体の操作支援装置。 The swing body is an upper swing body of a hydraulic shovel,
The target turning stop position is at least one of a digging site excavated by a bucket of a working device of the upper revolving superstructure, or at least one of a vessel of a transport vehicle from which a bucket is discharged from the bucket. The operation support device for a swing body according to claim 1.
前記撮像部により撮像された画像に基づき前記目標旋回停止位置を認識する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の旋回体の操作支援装置。 The target turning stop position recognition unit includes an imaging unit for imaging the periphery of the swing body,
The operation support device for a revolving unit according to claim 1 or 2, wherein the target turning stop position is recognized based on an image captured by the imaging unit.
ことを特徴とする請求項3に記載の旋回体の操作支援装置。 The operation support apparatus for a revolving unit according to claim 3, wherein the bird's-eye view image display control unit creates the bird's-eye view image based on the image captured by the imaging unit.
Priority Applications (1)
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JP2017185141A JP2019060122A (en) | 2017-09-26 | 2017-09-26 | Operation supporting device of revolving superstructure |
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