JP2020033815A - 建設機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】オペレータが目標を決める通常の掘削等の作業においても作業効率の向上が可能となる建設機械を提供する。【解決手段】建設機械100は、下部走行体10と、下部走行体10に対して旋回可能な構造で取り付けられた上部旋回体20と、上部旋回体20に対して上下方向に揺動可能な構造で取り付けられた作業装置30と、作業装置30の駆動を制御する制御装置18とを備えている。作業装置30は、複数の部材31〜33から構成されている。制御装置18は、複数の部材31〜33の合成重心の運動状態量を測定もしくは算出し、当該運動状態量が所定の目標値に追従するように、作業装置30の操作機構に対する指示値をフィードバック制御を用いて決定し、当該指示値に基づき、作業装置30に対する操作者の操作量を調整する。【選択図】図2

Description

本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械に関する。
昨今の建設業界に目を向けると、建設投資額の減少、加えて若年層の就業労働人口の低下が著しく、高齢化の一途を辿っている。一方で、このような社会環境においても魅力ある現場を作り出すことで新3Kを実現し、生産性を向上させる動きがあり、これら相反するものを両立していくことが求められている。建設業を始めとした各種産業においては、これらの実現に向けた施策であるi-Constructionが国主導で推進されており、ICT建機や作業自動化による省人化を図ることで、1人当りの生産性向上が図られている。
しかし、非定常な作業や現場など、依然として人の操作や判断に頼らなければならない場面は多い。そのような場合、油圧ショベルなどの建設機械の生産性は、操作オペレータの技量によって左右されることになる。これは、現場環境や作業内容に合わせて建設機械の複数ある操作レバーをそれぞれ操作する必要があり、高い技量を有するオペレータであれば生産性の高い効率的な作業が実現できるためである。
また、ベテランのオペレータが高齢のためにいなくなり、若年層が主体となりつつある昨今、高い生産性を獲得していくためには、操作技量の向上が必須であるが、技量向上には時間を要するため、制御をはじめとした生産性を高める様々な対策が必要である。
従来技術では、例えば、走行体、旋回体及び作業フロントの急停止による影響を考慮した、安定性の高い作業機械が提案されている(特許文献1)。また、マシンコントロールの実行中に圧油再生に伴う油圧アクチュエータの速度変動を抑えることにより、マシンコントロールの制御精度を確保しつつ、作業効率を向上させることができる作業機械も提案されている(特許文献2)。
国際公開2012/169531号公報 特開2018−3516号公報
特許文献1の作業機械によると、操作レバーが急に戻された時に不安定化が生じるか否かを予測し、不安定となる恐れがある場合には、それが生じないだけの動作制限を算出し、レバー操作によって決定されたアクチュエータへの駆動指令を補正し、機械の安定化を図っている。
しかし、特許文献1の作業機械は、意図しない加速等により機械転倒の危険性が高まった時に、速度をコントロールして機械の安定性の低下を抑制し、安全性を向上させるものであって、作業量の向上は期待できない。
また、特許文献2の作業機械によると、施工現場の仕上げに用いられるアシスト機能であるマシンコントロールにおいて、アタッチメント先端の位置精度を重視して、速度変化抑制や、圧油再生による作業効率の向上を図っている。
しかし、特許文献2の作業機械は、目標値が定まっている仕上げ作業でしか効果を発揮できず、オペレータが目標を決める通常の掘削等の作業においては作業効率の向上は期待できない。また、オペレータの操作スキルが低い場合、油圧アクチュエータの意図しない速度変化に起因してアタッチメントの位置精度が低下し、作業効率はむしろ低下する恐れがある。
以上に鑑み、本発明は、オペレータが目標を決める通常の掘削等の作業においても作業効率の向上が可能となる建設機械を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係る建設機械は、下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能な構造で取り付けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に対して上下方向に揺動可能な構造で取り付けられた作業装置と、前記作業装置の駆動を制御する制御装置とを備え、前記作業装置は複数の部材から構成されており、前記制御装置は、前記複数の部材の合成重心の運動状態量を測定もしくは算出し、当該運動状態量が所定の第1目標値に追従するように、前記作業装置の操作機構に対する指示値をフィードバック制御を用いて決定し、当該指示値に基づき、前記作業装置に対する操作者の操作量を調整する。
本発明に係る建設機械によると、作業装置を構成する複数の部材(アタッチメント)の合成重心の運動状態量に着目し、作業装置の動きを、合成重心のみで等価的に表現したシステム(以下、等価システムという)として取り扱うことができる。このため、例えばオペレータ(操作者)の過剰な操作に起因して合成重心の運動状態量が目標値を外れる場合に、当該目標値に運動状態量が追従するように操作者の操作量を抑制することができる。従って、各アタッチメントの速度変化が抑制され、掘削等の作業動作が安定するので、作業の効率化を図ることができる。
また、本発明に係る建設機械によると、合成重心のみに着目した等価システムを用いた制御を行うため、各アタッチメントの動作の組み合わせや、当該各動作の良し悪しを個別に判断することなく、作業の効率化を図ることができる。
本発明に係る建設機械において、前記運動状態量は、前記合成重心の位置、速度、加速度及び躍度のうちの少なくとも1つであってもよい。
本発明に係る建設機械において、前記制御装置は、前記第1目標値と前記運動状態量との差分に基づき、前記作業装置の駆動力に関する第2目標値を決定する第1制御部と、前記第2目標値と前記作業装置の実駆動力との差分に基づき、前記指示値を決定する第2制御部とを含んでいてもよい。このようにすると、作業内容に見合った作業装置の駆動力目標値が決定され、当該目標値に実駆動力が追従するように操作者の操作量が調整される。従って、操作者の操作スキルが低い場合にも、急峻な操作に起因する速度変化が抑制されるように、操作者の操作量が制御されるので、操作者の操作スキルに依存せずに作業の効率化を図ることができる。
本発明に係る建設機械において、前記制御装置は、操作方法又は作業内容に応じて、前記フィードバック制御における制御パラメータを変更可能であってもよい。このようにすると、作業装置の動きが、操作方法や作業内容によって特性が変化する非線形システムであっても、システム入出力等に基づいて制御パラメータを最適な値に変更することによって、作業内容や操作方法に合致した動きつまり安定した作業を行うことができるので、作業の効率化を図ることができる。
本発明によると、例えば油圧ショベル等の建設機械を用いた作業において、作業装置を構成するアタッチメントの合成重心の運動状態量(例えば速度)を指標として、当該運動状態量の急峻な変化を抑制し、作業の安定化を図ることができる。これにより、作業アタッチメントの意図しない増速が抑制され、作業アタッチメントの位置精度を高めることができる。また、作業アタッチメントの合成重心の運動状態量が安定的に保持されるように操作者の操作量を調整するため、掘削等の作業中に作業アタッチメントが安定的に動き続けることができる。従って、作業量が確保される結果、作業効率の向上を図ることができる。
本発明が適用される建設機械の一例の側面図である。 実施形態に係る建設機械の油圧系統の概略構成図である。 実施形態に係る建設機械における作業装置の制御フロー図である。 作業装置の駆動力の求め方を示す図である。 実施形態に係る建設機械における電磁比例弁に対する指示電流値と開口面積との関係を示す図である。 実施形態に係る建設機械における電磁比例弁の開口面積と減圧量との関係を示す図である。 実施形態に係る建設機械における操作者の操作量と油圧ポンプ吐出量との関係を示す図である。 作業装置の合成重心を示す図である。 実施形態の変形例に係る建設機械における作業装置の制御フロー図である。
以下、本発明の実施形態に係る建設機械について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明が適用される建設機械の一例の側面図である。図1に示すように、建設機械100は、下部走行体10と、下部走行体10に対して旋回可能な構造で取り付けられた上部旋回体20と、上部旋回体20に対して上下方向に揺動可能な構造で取り付けられた作業装置30とを備えている。作業装置30は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材(ブーム31、アーム32及びバケット33)を連結して構成されており、作業装置30のブーム31の基端は上部旋回体20の前部に支持されている。
ブーム31、アーム32及びバケット33はそれぞれブームシリンダ51、アームシリンダ52及びバケットシリンダ53により駆動される。ブームシリンダ51、アームシリンダ52及びバケットシリンダ53への動作指示は、上部旋回体20上の運転室内に搭載された複数の操作レバー(図示省略)に対するオペレータ操作に応じて出力される。具体的には、運転室内には、各操作レバーに対応する油圧パイロット方式の操作装置(図示省略)が設置されており、当該操作装置からの信号に応じて供給される圧油によりブームシリンダ51、アームシリンダ52及びバケットシリンダ53が伸縮することによって、ブーム31、アーム32及びバケット33がそれぞれ回動し、バケット33の位置及び姿勢が変化する。
図2は、本実施形態に係る建設機械の油圧系統の概略構成図である。図2において、図1に示す建設機械と同じ構成要素には同じ符号を付している。また、図2において、g1 はブーム31の重心、g2 はアーム32の重心、g3 はバケット33の重心、Gは作業装置30の合成重心を示す。図2に示すように、操作レバー4の操作量に応じて油圧ポンプ2A、2Bから供給される作動油によってブームシリンダ51、アームシリンダ52及びバケットシリンダ53は伸縮する。ブームシリンダ51、アームシリンダ52及びバケットシリンダ53には、供給油の方向を切り替えるコントロールバルブ7を通じて油圧ポンプ2A、2Bから作動油が供給される。また、図2に示す油圧系統には、操作パイロット圧用油圧ポンプ3、各ポンプ2A、2B、3を駆動する動力源1、操作パイロット圧を減圧する電磁比例弁5、及び、操作パイロット圧を検出する圧力センサ6が設けられている。また、図2に示す油圧系統を制御することにより作業装置30の駆動を制御する制御装置18が設けられている。
本実施形態の特徴は、制御装置18が、作業装置30を構成する複数の部材(本実施形態ではブーム31、アーム32及びバケット33)の合成重心の運動状態量を測定もしくは算出し、当該運動状態量が所定の目標値に追従するように、作業装置30の操作機構(作業装置30に対する操作者の操作量を調整する機構:本実施形態では電磁比例弁5)に対する指示値をフィードバック制御を用いて決定し、当該指示値に基づき、作業装置30に対する操作者の操作量を調整することである。
以上に説明した本実施形態によると、作業装置30を構成する複数の部材(ブーム31、アーム32及びバケット33)の合成重心の運動状態量に着目し、作業装置30の動きを、合成重心のみで等価的に表現したシステム(以下、等価システムという)として取り扱うことができる。このため、例えばオペレータ(操作者)の過剰な操作によって合成重心の運動状態量が目標値を外れる場合に、当該目標値に運動状態量が追従するように操作者の操作量を抑制することができる。従って、各部材(ブーム31、アーム32及びバケット33)の速度変化が抑制され、掘削等の作業動作が安定するので、作業の効率化を図ることができる。
また、本実施形態によると、合成重心のみに着目した等価システムを用いた制御を行うため、各アタッチメント(ブーム31、アーム32及びバケット33)の動作の組み合わせや、当該各動作の良し悪しを個別に判断することなく、作業の効率化を図ることができる。
尚、本実施形態において、制御装置18は、例えば、上部旋回体20上の運転室内に搭載してもよい。また、制御装置18は、コンピュータを備えており、当該コンピュータがプログラムを実行することによって、各機能が実施される。コンピュータは、プログラムに従って動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わないが、例えば半導体集積回路(IC)又はLSI(large scale integration)を含む一つ又は複数の電子回路により構成されていてもよい。複数の電子回路は、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは一つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なROM、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。
以下、掘削動作(アーム引きとブーム上げの複合操作)について作業装置30の合成重心の運動状態量として重心速度に着目した場合を例として説明する。
まず、ブーム31の重心g1 の位置(x1 、y1 )、アーム32の重心g2 の位置(x2 、y2 )及びバケット33の重心g3 の位置(x3 、y3 )と下記式(1)を用いて、作業装置30の合成重心(以下、等価重心という)Gの位置(Xg 、Yg )を算出する。ここで、各部材の重心位置は直接計測可能か、又はセンサ等により計測可能な部材の角度情報から計算可能である。また、各部材の重心位置や等価重心Gの位置は、例えば、アーム引きとブーム上げの複合操作時の作業装置30の運動面となる二次元鉛直面におけるブーム基端を原点としたxy座標系で表してもよい。
Figure 2020033815
尚、式(1)において、m1 、m2 、m3 はそれぞれブーム31、アーム32、バケット33の質量である。また、バケット33の質量m3 はバケット33内の土砂等の質量を含む。
アーム引き及びブーム上げの複合操作が操作レバー4によって入力されると、その時の操作パイロット圧(つまり操作量)を圧力センサ6によって制御装置18が取得し、当該操作量に応じた油圧ポンプ2A、2Bに対する吐出指示を制御装置18が行う。また、操作量に応じてコントロールバルブ7内で供給油の方向が切り替えられ、ブームシリンダ51、アームシリンダ52にそれぞれ作動油が供給され、作業装置30つまりブーム31及びアーム32が駆動する。この時の等価重心Gの位置(Xg 、Yg )の単位時間当たりの変位量から、下記式(2)〜(4)を用いて等価重心Gの速度Vg を算出する。
Figure 2020033815
Figure 2020033815
Figure 2020033815
作業装置30の制御に用いる等価重心Gの速度Vg の算出に当たっては、1次遅れフィルタを設け、高周波成分を除去することによって安定的な値を得てもよい。1次遅れフィルタを加味した合成重心速度Vは下記式(5)〜(7)のように設定することができる。
Figure 2020033815
Figure 2020033815
Figure 2020033815
尚、式(5)〜(7)において、kはデータのステップ数、Ts はサンプリング時間(単位:ms)、fはローパス周波数(単位:Hz)である。
以下、図3の制御フロー図を参照しながら、制御装置18による合成重心速度Vの制御について説明する。
まず、制御装置18の第1制御部18Aは、前述のように求めた合成重心速度Vと、目標速度r_Vg との差分(偏差)e_Vに基づき、目標速度r_ Vg に追従するために必要な作業装置30の油圧部のアクチュエータ(ブームシリンダ51、アームシリンダ52)の目標駆動トルクTを、例えば下記式(8)を用いたPID制御によって求める。
Figure 2020033815
但し、式(8)において、e1 は合成重心の速度偏差e_V(単位mm/s)、u1 はアクチュエータの目標駆動トルクT、kP1は比例ゲイン、kI1は積分ゲイン、kD1は微分ゲインである。kP1、kI1、kD1は作業条件等に応じて決まるパラメータである。また、目標速度r_ Vg は例えば熟練オペレータの過去の作業データに基づいて設定してもよい。
次に、制御装置18の第2制御部18Bは、実際に発生している駆動トルク(実駆動トルク)T’と目標駆動トルクTとの差分(偏差)e_Tに基づき、実駆動トルクT’が目標駆動トルクTに追従するように、操作レバー4に対する操作者の操作量hを調整する電磁比例弁5に対する指示電流値u_Iを、例えば下記式(9)を用いたPID制御によって求める。
Figure 2020033815
但し、式(9)において、e2 はアクチュエータの駆動トルク偏差e_T(単位Nm)、u2 は電磁比例弁5に対する指示電流値u_I(単位mA)、kP2は比例ゲイン、kI2は積分ゲイン、kD2は微分ゲインである。kP2、kI2、kD2は作業条件等に応じて決まるパラメータである。また、電磁比例弁5としては、電磁逆比例弁を用いている。
ここで、実駆動トルクT’の求め方について、例えばブームの実駆動トルクを例として、図4を参照しながら説明する。図4において、Lstはシリンダストローク長、LB はブーム基端からシリンダ取り付け位置までの長さ、Lost はブーム基端からシリンダ基端までの長さ、θ’はブームとシリンダとのなす角度、Fはブームシリンダ推力、F’は駆動トルクを生じさせる力(シリンダ取り付け位置において該位置とブーム基端とを結ぶ線に対して垂直に働く力)である。尚、図4において、図1に示す建設機械と同じ構成要素には同じ符号を付している。また、LB 及びLost は建設機械の仕様に決まる値であり、Lstはセンサ等により測定される値である。
まず、ブームシリンダ推力は下記式(10)により算出することができる。
Figure 2020033815
但し、式(10)において、PBHはブームシリンダヘッド圧、PBRはブームシリンダロッド圧、ABHはブームシリンダヘッド受圧面積、ABRはブームシリンダロッド受圧面積である。
また、ブームとシリンダとのなす角度θ’は余弦定理を用いて下記式(11)により算出することができる。
Figure 2020033815
従って、実駆動トルクT’は下記式(12)により算出することができる。
Figure 2020033815
前述のように、式(9)によって指示電流値u_Iが算出されると、指示電流値u_Iの算出値に応じて、電磁比例弁5の開口面積は、例えば図5に示すような関係から決まる。また、このように決められた開口面積に応じて、操作レバー4に対する操作者の操作量hの調整量(電磁比例弁5の開口部で生じる減圧量)Δhは、例えば図6に示すような関係から決まる。
次に、作業装置30の油圧部のアクチュエータ(ブームシリンダ51、アームシリンダ52)に入力される、調整後の操作量e_h(=h−Δh)に応じて、油圧ポンプ2A、2Bの吐出量(ポンプ指示流量)は、例えば図7に示すような関係から決まり、作業装置30の機構部へ入力される駆動トルクT’が得られる。このように得られた駆動トルクT’によって作業装置30の各アタッチメント(ブーム31、アーム32)は駆動し、前述の式(5)〜(7)から合成重心速度Vが得られる。この速度Vを制御装置18の第1制御部18Aへフィードバックし、作業装置30の各アタッチメント(ブーム31、アーム32)の目標駆動トルクTを更新し、制御装置18の第2制御部18Bへフィードバックする処理を繰り返し行うことによって、合成重心速度Vを目標速度r_Vg に追従させることができる(図3参照)。
このように、図3に示すフィードバック制御により、操作者の操作スキルが低い場合にも、急峻な操作に起因してアタッチメント速度が不安定になる事態が回避されるように、操作者の操作量が制御されるので、操作者の操作スキルに依存せずに作業の安定化及び効率化を図ることができる。
以上に述べた実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物又はその用途を制限することを意図するものではなく、発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、前述の実施形態においては、操作者の操作量の調整に電磁比例弁を用いたが、これに代えて、他のタイプの弁を用いてもよい。
また、コントローラ(制御装置18)によるフィードバック制御においてPID制御則を用いたが、これに代えて、例えば、演算式やマップ等を用いてもよい。
また、コントローラによるフィードバック制御の対象となる作業装置30のアタッチメント合成重心の運動状態量として、速度を用いたが、アタッチメント合成重心の位置、速度、加速度及び躍度のうちの少なくとも1つを用いればよい。
また、フィードバック制御は、2次元座標系(xy座標系)の速度(速さ)を対象とする一入力一出力系を例示した。しかし、より精度良くアタッチメント合成重心の速度を制御するために、例えば、図8に示すように、ブーム基端を原点とする極座標系でアタッチメント合成重心の運動を表現してもよい。尚、図8において、図1に示す建設機械と同じ構成要素には同じ符号を付している。具体的には、アタッチメント合成重心の速度を半径方向速度Vr と、回転方向速度Vθの2方向に分解し、各速度Vr 、Vθがそれぞれ目標速度に追従するように各アクチュエータの駆動トルクを求めてもよい。この場合、各アクチュエータ駆動トルクが速度Vr 、Vθに相互に作用し合う多入力多出力系のPID制御となる。また、速度Vr 、Vθは下記式(13)〜(16)のように算出可能である。
Figure 2020033815
Figure 2020033815
Figure 2020033815
Figure 2020033815
尚、式(13)〜(16)において、(x、y)はxy座標系でのアタッチメント合成重心の座標であり、(r、θ)は極座標系でのアタッチメント合成重心の座標である。
また、油圧ショベル等の建設機械は、作業内容や操作方法によって特性が変化する非線形システムであるが、これに対応するために、例えば、図9に示すように、制御系の入出力データ等に基づいて、作業内容や操作方法に対して適応的に制御パラメータ(式(8)、(9)のパラメータ)を変更するパラメータチューナーを制御系に織り込む構成としてもよい。尚、図9に示す制御系は、図3に示す制御系に、目標速度r_Vg と合成重心速度Vとに基づき式(8)のパラメータを変更する第1パラメータチューナー151と、目標駆動トルクTと実駆動トルクT’ とに基づき式(9)のパラメータを変更する第2パラメータチューナー152が織り込まれたものである。
また、前述の実施形態では、建設機械の作業装置先端のアタッチメントとしてバケットを備える油圧ショベルを例示したが、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルに本発明を適用してもよい。
また、前述の実施形態では、掘削動作(アーム引きとブーム上げの複合操作)についてアタッチメント合成重心の運動状態量に着目した制御を例示した。しかし、制御対象となる操作は、「アーム引きとブーム上げの複合操作」に限られないことは言うまでもなく、他のアタッチメント(バケット等)を動かす複合操作においても同様の制御を行うことができる。
本発明は、例えば油圧ショベル等の建設機械として有用である。
100 建設機械
10 下部走行体
20 上部旋回体
30 作業装置
31 ブーム
32 アーム
33 バケット
51 ブームシリンダ
52 アームシリンダ
53 バケットシリンダ
1 動力源
2A、2B 油圧ポンプ
3 操作パイロット圧用油圧ポンプ
4 操作レバー
5 電磁比例弁
6 圧力センサ
7 コントロールバルブ
18 制御装置
18A 第1制御部
18B 第2制御部
151 第1パラメータチューナー
152 第2パラメータチューナー

Claims (4)

  1. 下部走行体と、
    前記下部走行体に対して旋回可能な構造で取り付けられた上部旋回体と、
    前記上部旋回体に対して上下方向に揺動可能な構造で取り付けられた作業装置と、
    前記作業装置の駆動を制御する制御装置と
    を備え、
    前記作業装置は、複数の部材から構成されており、
    前記制御装置は、前記複数の部材の合成重心の運動状態量を測定もしくは算出し、当該運動状態量が所定の第1目標値に追従するように、前記作業装置の操作機構に対する指示値をフィードバック制御を用いて決定し、当該指示値に基づき、前記作業装置に対する操作者の操作量を調整する、建設機械。
  2. 請求項1に記載の建設機械において、
    前記運動状態量は、前記合成重心の位置、速度、加速度及び躍度のうちの少なくとも1つである、建設機械。
  3. 請求項1又は2に記載の建設機械において、
    前記制御装置は、
    前記第1目標値と前記運動状態量との差分に基づき、前記作業装置の駆動力に関する第2目標値を決定する第1制御部と、
    前記第2目標値と前記作業装置の実駆動力との差分に基づき、前記指示値を決定する第2制御部と
    を含む、建設機械。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の建設機械において、
    前記制御装置は、操作方法又は作業内容に応じて、前記フィードバック制御における制御パラメータを変更可能である、建設機械。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023053502A1 (ja) 2021-09-30 2023-04-06 日立建機株式会社 作業機械
WO2023068154A1 (ja) 2021-10-19 2023-04-27 国立大学法人広島大学 作業機械制御システム、作業機械、管理装置及び作業機械の制御方法
WO2023140092A1 (ja) * 2022-01-21 2023-07-27 国立大学法人広島大学 建設機械の制御装置およびこれを備えた建設機械
WO2023145609A1 (ja) * 2022-01-28 2023-08-03 コベルコ建機株式会社 建設機械の駆動制御装置及びこれを備えた建設機械

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022168730A (ja) * 2021-04-26 2022-11-08 コベルコ建機株式会社 目標軌跡生成システム

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6448103A (en) * 1987-08-19 1989-02-22 Komatsu Mfg Co Ltd Work machine position controller for power shovel
JPH02190532A (ja) * 1989-01-13 1990-07-26 Hitachi Constr Mach Co Ltd 作業装置のブームシリンダ用油圧回路
JPH09100548A (ja) * 1995-10-05 1997-04-15 Hitachi Constr Mach Co Ltd 建設機械の油圧制御装置
JPH10317417A (ja) * 1997-05-19 1998-12-02 Hitachi Constr Mach Co Ltd 多関節作業機械の姿勢制御装置
JPH11293706A (ja) * 1998-04-15 1999-10-26 Hitachi Constr Mach Co Ltd 油圧パイロット操作装置
WO2011148946A1 (ja) * 2010-05-24 2011-12-01 日立建機株式会社 作業機械の安全装置
JP2018135681A (ja) * 2017-02-21 2018-08-30 日立建機株式会社 作業機械

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69014312T2 (de) 1989-01-13 1995-04-06 Hitachi Construction Machinery Hydraulisches System für den Auslegerzylinder einer Konstruktionsmaschine.
JPH11208538A (ja) 1998-01-28 1999-08-03 Komatsu Engineering Kk 不整地走行作業車両
JP2003065301A (ja) * 2001-08-24 2003-03-05 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 建設機械の油圧制御装置
EP2147218A1 (en) * 2007-04-13 2010-01-27 Norgren GmbH Pneumatic actuator system and method
JP5542016B2 (ja) * 2010-09-15 2014-07-09 川崎重工業株式会社 作業機械の駆動制御方法
JP5548113B2 (ja) * 2010-12-17 2014-07-16 川崎重工業株式会社 作業機械の駆動制御方法
US9348327B2 (en) 2011-06-10 2016-05-24 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Work machine
EP3244069A4 (en) * 2015-01-06 2017-12-27 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Construction apparatus
JP6666209B2 (ja) 2016-07-06 2020-03-13 日立建機株式会社 作業機械
US9868623B1 (en) 2017-01-13 2018-01-16 Caterpillar Inc. Load position display indicator for an excavation system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6448103A (en) * 1987-08-19 1989-02-22 Komatsu Mfg Co Ltd Work machine position controller for power shovel
JPH02190532A (ja) * 1989-01-13 1990-07-26 Hitachi Constr Mach Co Ltd 作業装置のブームシリンダ用油圧回路
JPH09100548A (ja) * 1995-10-05 1997-04-15 Hitachi Constr Mach Co Ltd 建設機械の油圧制御装置
JPH10317417A (ja) * 1997-05-19 1998-12-02 Hitachi Constr Mach Co Ltd 多関節作業機械の姿勢制御装置
JPH11293706A (ja) * 1998-04-15 1999-10-26 Hitachi Constr Mach Co Ltd 油圧パイロット操作装置
WO2011148946A1 (ja) * 2010-05-24 2011-12-01 日立建機株式会社 作業機械の安全装置
JP2018135681A (ja) * 2017-02-21 2018-08-30 日立建機株式会社 作業機械

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023053502A1 (ja) 2021-09-30 2023-04-06 日立建機株式会社 作業機械
KR20230143178A (ko) 2021-09-30 2023-10-11 히다치 겡키 가부시키 가이샤 작업 기계
WO2023068154A1 (ja) 2021-10-19 2023-04-27 国立大学法人広島大学 作業機械制御システム、作業機械、管理装置及び作業機械の制御方法
WO2023140092A1 (ja) * 2022-01-21 2023-07-27 国立大学法人広島大学 建設機械の制御装置およびこれを備えた建設機械
WO2023145609A1 (ja) * 2022-01-28 2023-08-03 コベルコ建機株式会社 建設機械の駆動制御装置及びこれを備えた建設機械

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