JP2019148147A - 積込機械の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的は、旋回停止時に旋回体が向く方位を精度よく制御する積込機械の制御装置および制御方法を提供することにある。
〈第1の実施形態〉
《積込機械の構成》
図1は、第1の実施形態に係る積込機械の構成を示す概略図である。
積込機械100は、土砂を運搬車両などの積込対象200へ積込むため作業機械である。第1の実施形態に係る積込機械100は、油圧ショベルである。なお、他の実施形態に係る積込機械100は、油圧ショベル以外の積込機械100であってもよい。また図2に示す積込機械100はフェイスショベルであるが、バックホウショベルやロープショベルであってもよい。積込対象200の例としては、運搬車両やホッパなどが挙げられる。
積込機械100は、走行体110と、走行体110に支持される旋回体120と、油圧により作動し旋回体120に支持される作業機130とを備える。旋回体120は、旋回中心を中心として走行体110に旋回自在に支持される。
アーム132は、ブーム131とバケット133とを連結する。アーム132の基端部は、ブーム131の先端部にピンを介して取り付けられる。
バケット133は、土砂などを掘削するための刃と掘削した土砂を収容するための容器とを備える。バケット133の基端部は、アーム132の先端部にピンを介して取り付けられる。
アームシリンダ135は、アーム132を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ135の基端部は、ブーム131に取り付けられる。アームシリンダ135の先端部は、アーム132に取り付けられる。
バケットシリンダ136は、バケット133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136の基端部は、ブーム131に取り付けられる。バケットシリンダ136の先端部は、バケット133に取り付けられる。
アーム角度センサ138は、アーム132に取り付けられ、アーム132の傾斜角を検出する。
バケット角度センサ139は、バケット133に取り付けられ、バケット133の傾斜角を検出する。
第1の実施形態に係るブーム角度センサ137、アーム角度センサ138、およびバケット角度センサ139は、地平面に対する傾斜角を検出する。なお、他の実施形態に係る角度センサはこれに限られず、他の基準面に対する傾斜角を検出してもよい。例えば、他の実施形態においては、角度センサは、ブーム131、アーム132およびバケット133の基端部に設けられたポテンショメータによって相対回転角を検出してもよいし、ブームシリンダ134、アームシリンダ135およびバケットシリンダ136のシリンダ長さを計測し、シリンダ長さを角度に変換することで傾斜角を検出するものであってもよい。
検出装置124の例としては、ステレオカメラ、レーザスキャナ、UWB(Ultra Wide Band)測距装置などが挙げられる。検出装置124は、例えば検出方向が積込機械100の運転室121の前方を向くように設けられる。検出装置124は、対象物の三次元位置を、検出装置124の位置を基準とした座標系で特定する。
なお、第1の実施形態に係る積込機械100は、運転席122に着座するオペレータの操作に従って動作するが、他の実施形態においてはこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る積込機械100は、遠隔操作によって動作するものであってもよい。
位置方位演算器125は、2つの受信器が受信した各測位信号を用いて、一方の受信器の設置位置に対する他方の受信器の設置位置の関係として、旋回体120の向く方位を演算する。旋回体120が向く方位とは、旋回体120の正面に直交する方向であって、作業機130のブーム131からバケット133へ伸びる直線の延在方向の水平成分に等しい。
図2は、第1の実施形態に係る油圧装置127のうち旋回体120の旋回に寄与する構成を示す概略油圧装置図である。
油圧装置127は、作動油タンク701、油圧ポンプ702、旋回モータ703、方向制御弁704、第1チェック弁705、第2チェック弁706、第3チェック弁707、第4チェック弁708、第1リリーフ弁709、第2リリーフ弁710を備える。
制御装置128は、操作装置123から操作信号を受信する。制御装置128は、油圧装置127に操作信号を出力し、作業機130、旋回体120、または走行体110を作動させる。
制御装置128は、プロセッサ1100、メインメモリ1200、ストレージ1300、インタフェース1400を備えるコンピュータである。ストレージ1300は、プログラムを記憶する。プロセッサ1100は、プログラムをストレージ1300から読み出してメインメモリ1200に展開し、プログラムに従った処理を実行する。
以下、図5を参照しながら、制動開始判定部1110が仮目標圧に相当する減速度で減速させたときに旋回体120が停止までに旋回する角度を特定する手順の例について説明する。
ここでは、時刻t1で旋回モータ703の制動を開始した場合に旋回体120の停止までに旋回する角度を特定する例について説明する。
制動開始判定部1110は、旋回体120の現在の旋回速度ωと、方向制御弁704の開口を最大としたときの加速度ωa´、油圧装置127の応答遅れ時間Δtとに基づいて、制動指示を出力してから旋回モータ703が加速から減速に転じるまでの旋回角度θ1と、旋回モータ703が加速から減速に転じたときの旋回速度ω+ωa´Δtとを特定する。旋回角度θ1は、以下の式(1)に基づいて求めることができる。
以下、図5を参照しながら、目標減速度特定部1111が目標減速度を特定する手順の例について説明する。
まず、目標減速度特定部1111は、残り旋回角度特定部1108が特定した残り旋回角度θ0から制動開始判定部1110が特定した旋回角度θ1を減算することで、旋回体120が目標停止方位を向いて停止するために、旋回モータ703が減速し始めてから停止するまでに旋回すべき旋回角度θ2を特定する。
目標減速度特定部1111は、旋回モータ703が加速から減速に転じたときの旋回速度ω+ωa´Δtと、旋回すべき旋回角度θ2とに基づいて、目標減速度ωt´を特定する。目標減速度ωt´は、以下の式(4)に基づいて求めることができる。
積込機械100のオペレータは、積込機械100と積込対象200とが積込処理可能な位置関係にあると判断すると、操作装置123のスイッチをONにする。これにより、操作装置123は、積込指示信号を生成し出力する。
旋回体120の旋回速度が所定速度未満である場合(ステップS13:YES)、移動処理部1107は、バケット133の高さが掘削完了位置P10の高さから干渉回避位置P12の高さに至るまでの時間である上昇時間を特定する(ステップS14)。移動処理部1107は、バケット133の上昇時間に基づいて、現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム132の先端が干渉回避位置P12または干渉回避位置P12より高い点を通過することになるか否かを判定する(ステップS15)。現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム132の先端が干渉回避位置P12または干渉回避位置P12より高い点を通過することになる場合(ステップS15:YES)、移動処理部1107は、方向制御弁704の開口を最大開度に制御するための旋回操作信号を生成する(ステップS16)。
現在時刻から旋回操作信号を出力した場合に、アーム132の先端が干渉回避位置P12より低い点を通過することになる場合(ステップS15:NO)、移動処理部1107は、旋回操作信号を生成しない。
このように、第1の実施形態に係る制御装置128は、旋回モータ703の制動中に、旋回体120の方位、旋回速度、および目標停止方位に基づいて、油圧装置127のうち旋回モータ703より下流側の作動油の圧力を制御する操作信号を生成する。これにより、制御装置128は、旋回体120の旋回中に旋回モータ703の制動力を適宜制御し、旋回体120が目標停止方位を向いて停止するように制御することができる。
第1の実施形態に係る制御装置128は、方向制御弁704の旋回モータ703の下流側の開口面積を変化させる操作信号を生成することで、旋回体120の減速度を制御する。これに対し、第2の実施形態に係る制御装置128は、第2リリーフ弁710のリリーフ圧力を変化させることで、旋回体120の減速度を制御する。
図8は、第2の実施形態に係る油圧装置のうち旋回体の旋回に寄与する構成を示す概略ブロック図である。
第2の実施形態に係る油圧装置127は、第1の実施形態の第2リリーフ弁710に代えて、可変リリーフ弁720を備える。
可変リリーフ弁720は、制御装置128からの操作信号に応じてリリーフ圧力を変化させることができるリリーフ弁である。すなわち、操作信号によって可変リリーフ弁720のソレノイドが励磁されると、可変リリーフ弁720のリリーフ圧力が減少する。可変リリーフ弁720は、第3分岐管路715および第4分岐管路716と作動油タンク701との間に設けられ、可変リリーフ弁720に掛かる圧力が、操作信号によって設定されるリリーフ圧力以上となったときに、作動油を作動油タンク701に排出する。
第2の実施形態に係る制御装置128は、第1の実施形態と制動開始判定部1110、背圧制御部1113、および操作信号出力部1114の動作が異なる。
制動開始判定部1110は、仮目標圧を例えば可変リリーフ弁720の最低リリーフ圧力と最大リリーフ圧力の中間値として、仮目標圧に相当する減速度で減速させたときに旋回体120が停止までに旋回する角度が残り旋回角度以上となる場合に、旋回モータ703の制動を開始することを決定する。ここで、最低リリーフ圧力と最大リリーフ圧力の中間値とは、必ずしも最低リリーフ圧力と最大リリーフ圧力を等分する中央値でなくてよく、最低リリーフ圧力と最大リリーフ圧力の間の値であればよい。
背圧制御部1113は、方向制御弁704における旋回モータ703より下流側の開口面積Aを制御するための操作信号を求める代わりに、可変リリーフ弁720のリリーフ圧力を目標圧決定部1112が決定した圧力にするための操作信号を生成する。
操作信号出力部1114は、背圧制御部1113が生成した操作信号を可変リリーフ弁720に出力することで、可変リリーフ弁720のリリーフ圧力を変化させることができる。
図9は、第2の実施形態に係る自動積込制御方法を示すフローチャートである。制御装置128は、オペレータから積込指示信号の入力を受け付けると、第1の実施形態と同様にステップS1からステップS13の処理を実行する。
以降、制御装置128は、第1の実施形態と同様の処理を行う。
このように、第2の実施形態に係る制御装置128は、旋回モータ703の制動中に、旋回体120の方位、旋回速度、および目標停止方位に基づいて、可変リリーフ弁720のリリーフ圧力を制御する操作信号を生成する。これにより、制御装置128は、第1の実施形態と同様に、旋回体120の旋回中に旋回モータ703の制動力を適宜制御し、旋回体120が目標停止方位を向いて停止するように制御することができる。
例えば、上述した実施形態に係る制御装置128は、方向制御弁704の開口面積および可変リリーフ弁720のリリーフ圧の何れか一方を制御するものであるが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る制御装置128は、減速度が過大である場合に方向制御弁704の開口面積を制御し、減速度が過少である場合に方向制御弁704のリリーフ圧を制御するものであってもよい。
Claims (6)
- 作動油によって回転する旋回モータと前記作動油の圧力がリリーフ圧力以上になったときに前記作動油を排出するリリーフ弁とを有する油圧装置と、前記旋回モータの回転により旋回中心回りに旋回する旋回体とを備える積込機械の制御装置であって、
前記旋回モータの制動中に、前記旋回体の方位、旋回速度、および目標停止方位に基づいて、前記油圧装置のうち前記旋回モータより下流側の前記作動油の圧力を制御する操作信号を生成する背圧制御部と、
前記油圧装置に前記背圧制御部の操作信号を出力する操作信号出力部と
を備える制御装置。 - 前記旋回モータより下流側の前記作動油の圧力を所定の圧力に維持する場合に前記旋回体の向く方位が前記目標停止方位で停止するタイミングで前記旋回モータの制動を開始することを決定する制動開始判定部を備える
請求項1に記載の制御装置。 - 前記制動開始判定部は、前記油圧装置が前記リリーフ圧力未満の目標圧で制動する場合に、前記旋回体の向く方位が前記目標停止方位で停止するタイミングで前記旋回モータの制動を開始することを決定する
請求項2に記載の制御装置。 - 前記油圧装置は、前記旋回モータに供給する前記作動油の流量を制御するメインバルブを有し、
前記背圧制御部は、前記メインバルブにおける前記旋回モータより下流側の前記作動油の流量を流す開口面積を変化させることにより前記作動油の圧力を制御する前記操作信号を生成する
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御装置。 - 前記リリーフ弁は、前記操作信号で前記リリーフ圧力を変化可能な可変リリーフ弁であり、
前記背圧制御部は、前記リリーフ弁の前記リリーフ圧力を変化させることにより前記旋回モータより下流側の前記作動油の圧力を制御する前記操作信号を生成する
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御装置。 - 作動油によって回転する旋回モータと前記作動油の圧力がリリーフ圧力以上になったときに前記作動油を排出するリリーフ弁とを有する油圧装置と、前記旋回モータの回転により旋回中心回りに旋回する旋回体とを備える積込機械の制御方法であって、
前記旋回モータの制動中に、前記旋回体の方位、旋回速度、および目標停止方位に基づいて、前記油圧装置のうち前記旋回モータより下流側の前記作動油の圧力を制御する操作信号を生成するステップと、
前記油圧装置に前記操作信号を出力するステップと
を有する積込機械の制御方法。
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