JP2020159049A - 作業機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる作業機械を提供すること。【解決手段】バケット10が土砂に接地している場合には、バケット10と目標面60との距離Dが予め定めた第一閾値D1以下である場合に目標面に対するバケット10の相対角度が維持されるように操作信号を出力または補正し、バケット10が土砂に接地していない場合には、バケット10と目標面60との距離が第一閾値D1よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値D2以下である場合に目標面60に対するバケット10の相対角度が維持されるように操作信号を出力または補正する。【選択図】 図6
Description
本発明は、作業機械に関する。
油圧アクチュエータで駆動される作業装置(例えば、フロント作業装置)を備える、作業機械(例えば油圧ショベル)の作業効率を向上する技術としてマシンコントロール(MC:Machine Control)がある。マシンコントロール(以降、単にMCと称する)とは、操作装置がオペレータに操作された場合に、予め定めた条件に従って作業装置を動作させる半自動制御を実行することでオペレータの操作支援を行う技術である。
このようなMCに係る技術として、例えば、特許文献1には、少なくともバケットを含む作業機を備える建設機械の制御装置であって、前記作業機の操作量を示す操作量データを取得する操作量データ取得部と、前記操作量データに基づいて前記バケットの非操作状態を判定する操作判定部と、前記非操作状態の判定に基づいてバケット制御条件が満たされているか否かを判定するバケット制御判定部と、前記バケット制御条件が満たされていると判定された場合前記作業機の状態が維持されるように前記バケットを制御する制御信号を出力する作業機制御部と、を備える建設機械の制御装置が開示されている。
上記従来技術においては、フロント作業装置のバケット(作業具)を基準面に沿って移動させるようなMCを行う場合に、バケットと目標掘削地形(以下、目標面と称する)との距離が予め設定された閾値以下であり且つアームが駆動状態のときに、目標面に対するバケットの角度を一定角度に維持するよう制御することで、例えば、掘削対象の仕上げ作業を支援している。
しかしながら、上記従来技術においては、バケットの角度を一定角度に維持する制御を開始する条件としてバケットと目標面との距離について設定される閾値は予め定められているため、この閾値の設定の仕方によっては、角度の維持が求められる場合に制御が開始されなかったり、或いは、角度の維持が邪魔になる場合に制御が開始されてしまったりすることが考えられる。例えば、掘削面に土を盛ってバケットにより押し固めるような仕上げ作業においては、閾値が大きいとバケットの角度が維持されてしまう範囲が高くなるため、バケットを掘削面から大きく離した状態で土を下ろし、かつ、バケットの姿勢を押し固めの姿勢にしてから下げる必要があり、オペレータにとって違和感のある操作を行わなければならず、作業効率も低下してしまう。また、閾値が小さいとバケットの角度を維持する条件から外れ易くなるため、角度を維持する制御が開始されなかったり、或いは、意図せずに角度を維持する制御の有無が切り換わったりすることが考えられる。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる作業機械を提供することを目的とする。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、先端に設けられた作業具を含む複数の被駆動部材を互いに回動可能に連結して構成された多関節型のフロント作業装置と、操作信号に基づいて前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数の油圧アクチュエータのうちオペレータの所望する油圧アクチュエータに前記操作信号を出力する操作装置と、前記フロント作業装置の複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置と、前記フロント作業装置による作業対象について設定された目標面上およびその上方の領域内で前記フロント作業装置が動くように、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも1つの油圧アクチュエータに前記操作信号を出力するか、又は、前記操作信号を補正する領域制限制御を実行するコントローラとを備えた作業機械において、前記作業具の土砂への接地状態を検出する接地状態検出装置をさらに備え、前記コントローラは、前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していると判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が予め定めた第一閾値以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正し、前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していないと判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が前記第一閾値よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正するものとする。
本発明によれば、作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の説明においては、作業機械の一例として、フロント作業装置の先端に作業具(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て説明するが、バケット以外のアタッチメントを備える作業機械に本発明を適用することが可能である。また、複数の被駆動部材(アタッチメント、アーム、ブーム等)を連結して構成される多関節型のフロント作業装置を有するものであれば、油圧ショベル以外の作業機械への適用も可能である。
また、以下の説明においては、ある形状を示す用語(例えば、目標面、設計面等)とともに用いられる「上」、「上方」又は「下方」という語の意味に関し、「上」は当該或る形状の「表面」を意味し、「上方」は当該或る形状の「表面より高い位置」を意味し、「下方」は当該或る形状の「表面より低い位置」を意味することとする。
また、以下の説明においては、同一の構成要素が複数存在する場合、符号(数字)の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。すなわち、例えば、2つのポンプ2a,2bが存在するとき、これらをまとめてポンプ2と表記することがある。
<基本構成>
図1は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。また、図2は、油圧ショベルの油圧回路システムをコントローラ(制御装置)を含む周辺構成とともに抜き出して示す図であり、図3は、図2中のフロント制御用油圧ユニットの詳細を示す図である。
図1は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。また、図2は、油圧ショベルの油圧回路システムをコントローラ(制御装置)を含む周辺構成とともに抜き出して示す図であり、図3は、図2中のフロント制御用油圧ユニットの詳細を示す図である。
図1において、油圧ショベル1は、多関節型のフロント作業装置1Aと、本体1Bで構成されている。油圧ショベル1の本体1Bは、左右の走行油圧モータ3a,3bにより走行する下部走行体11と、下部走行体11の上に取り付けられ、旋回油圧モータ4により旋回する上部旋回体12とからなる。
フロント作業装置1A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8、アーム9、及び、バケット10)を連結して構成されている。ブーム8の基端は上部旋回体12の前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム8の先端にはアームピンを介してアーム9が回動可能に連結されており、アーム9の先端にはバケットピンを介してバケット10が回動可能に連結されている。ブーム8はブームシリンダ5によって駆動され、アーム9はアームシリンダ6によって駆動され、バケット10はバケットシリンダ7によって駆動される。なお、以降の説明において、ブームシリンダ5、アームシリンダ6、及び、バケットシリンダ7をまとめて油圧シリンダ5,6,7や油圧アクチュエータ5,6,7と称することがある。
図8は、油圧ショベルについて設定するショベル座標系について説明する図である。
図8に示すように、本実施の形態においては、油圧ショベル1に対して、ショベル座標系(ローカル座標系)を定義する。ショベル座標系は、上部旋回体12に対して相対的に固定で定義されるXY座標系であり、上部旋回体12に回動支持されているブーム8の基端を原点とし、上部旋回体12の旋回軸に沿う方向に原点を通って上方を正とするZ軸を、フロント作業装置1Aの稼動する平面に沿う方向であってZ軸に垂直にブームの基端を通って前方を正とするX軸を有する車体座標系を設定する。
また、ブーム8の長さ(両端の連結部の間の直線距離)をL1、アーム9の長さ(両端の連結部の間の直線距離)をL2、バケット10の長さ(アームとの連結部と爪先の間の直線距離)をL3とし、ブーム8とX軸との成す角(長さ方向の直線とX軸との相対角度)を回動角度α、アーム9とブーム8との成す角(長さ方向の直線の相対角度)を回動角度β、バケット10とアーム9との成す角(長さ方向の直線の相対角度)を回動角度γと定義する。これにより、ショベル座標系におけるバケット爪先位置の座標およびフロント作業装置1Aの姿勢はL1,L2,L3,α,β,γで表現することができる。
さらに、油圧ショベル1の本体1Bの水平面に対する前後方向の傾きを角度θ、フロント作業装置1Aのバケット10の爪先と目標面60との距離をDとする。なお、目標面60とは、掘削作業の目標として施工現場の設計情報などに基づいて設定される目標掘削面である。
フロント作業装置1Aには、ブーム8、アーム9、バケット10の回動角度α,β,γを測定する姿勢検出装置として、ブームピンにブーム角度センサ30、アームピンにアーム角度センサ31、バケットリンク13にバケット角度センサ32がそれぞれ取付けられ、また、上部旋回体12には基準面(例えば水平面)に対する上部旋回体12(油圧ショベル1の本体1B)の傾斜角θを検出する車体傾斜角センサ33が取付けられている。なお、角度センサ30,31,32は、複数の被駆動部材8,9,10の連結部における相対角度を検出するものを例示して説明するが、複数の被駆動部材8,9,10の基準面(例えば水平面)に対する相対角度をそれぞれ検出する慣性計測装置(IMU: Inertial Measurement Unit)に代替可能である。
上部旋回体12に設けられた運転室内には、走行右レバー23a(図1)を有し走行右油圧モータ3a(下部走行体11)を操作するための操作装置47a(図2)と、走行左レバー23b(図1)を有し走行左油圧モータ3b(下部走行体11)を操作するための操作装置47b(図2)と、操作右レバー1a(図1)を共有しブームシリンダ5(ブーム8)及びバケットシリンダ7(バケット10)を操作するための操作装置45a,46a(図2)と、操作左レバー1b(図1)を共有しアームシリンダ6(アーム9)及び旋回油圧モータ4(上部旋回体12)を操作するための操作装置45b,46b(図2)とが設置されている。以下では,走行右レバー23a、走行左レバー23b、操作右レバー1a、及び、操作左レバー1bを操作レバー1,23と総称することがある。
また、運転室内には、目標面60とフロント作業装置1Aの位置関係が表示可能な表示装置(例えば液晶ディスプレイ)53と、マシンコントロール(以下、MCと称する)によるバケット角度制御(作業具角度制御とも称する)の許可・禁止(ON・OFF)を択一的に選択するための制御選択装置97と、目標面60に関する情報(各目標面の位置情報や傾斜角度情報を含む)を入力可能なインタフェースである目標面設定装置51とが配置されている。
制御選択装置97は、例えば、ジョイスティック形状の操作レバー1aにおける前面の上端部に設けられており、操作レバー1aを握るオペレータの親指により押下操作される。また、制御選択装置97は、例えば、モーメンタリスイッチであり、押下される度にバケット角度制御(作業具角度制御)の有効(ON)と無効(OFF)が切り替えられる。なお、制御選択装置97の設置箇所は操作レバー1a(1b)に限られず、その他の場所に設けても良い。また、制御選択装置97は、ハードウェアで構成する必要は無く、例えば表示装置53をタッチパネル化し、その表示画面上に表示されるグラフィカルユーザインターフェース(GUI)で構成しても良い。
目標面設定装置51は、グローバル座標系(絶対座標系)上に規定された目標面の3次元データを格納した外部端末(図示せず)と接続されており、この外部端末からの情報に基づいて目標面60の設定を行う。なお、目標面設定装置51を介した目標面60の入力は、オペレータが手動で行っても良い。
図2に示すように、上部旋回体12に搭載された原動機であるエンジン18は、油圧ポンプ2a,2bとパイロットポンプ48を駆動する。油圧ポンプ2a,2bはレギュレータ2aa,2baによって容量が制御される可変容量型ポンプであり、パイロットポンプ48は固定容量型ポンプである。油圧ポンプ2およびパイロットポンプ48は作動油タンク200より作動油を吸引する。
操作装置45,46,47から操作信号として出力される油圧信号を伝達するパイロットライン144,145,146,147,148,149の途中にはシャトルブロック162が設けられている。操作装置45,46,47から出力された油圧信号がシャトルブロック162を介してレギュレータ2aa,2baにも入力される。シャトルブロック162は、パイロットライン144,145,146,147,148,149の油圧信号を選択的に抽出するための複数のシャトル弁等により構成されるものであるが、詳細構成の説明は省略する。操作装置45,46,47からの油圧信号がシャトルブロック162を介してレギュレータ2aa,2baに入力されており、油圧ポンプ2a,2bの吐出流量が当該油圧信号に応じて制御される。
パイロットポンプ48の吐出配管であるポンプライン48aは、ロック弁39を通った後、複数に分岐して操作装置45,46,47、及び、フロント制御用油圧ユニット160内の各弁に接続されている。ロック弁39は、例えば、電磁切換弁であり、その電磁駆動部は運転室(図1)に配置された図示しないゲートロックレバーの位置検出器と電気的に接続されている。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器で検出され、その位置検出器からロック弁39に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁39が閉じてポンプライン48aが遮断され、ロック解除位置にあればロック弁39が開いてポンプライン48aが開通する。つまり、ゲートロックレバーがロック位置に操作されてポンプライン48aが遮断された状態では、操作装置45,46,47による操作が無効化されて、旋回および掘削等の動作が禁止される。
操作装置45,46,47は、油圧パイロット方式であり、パイロットポンプ48から吐出される圧油をもとに、オペレータにより操作される操作レバー1,23の操作量(例えば、レバーストローク)と操作方向に応じたパイロット圧(操作圧と称することがある)を油圧信号として生成する。このようにして生成されたパイロット圧(油圧信号)は、対応する流量制御弁15a〜15f(図2,図3参照)の油圧駆動部150a〜155bにパイロットライン144a〜149b(図3参照)を介して供給され、これら流量制御弁15a〜15fを駆動する操作信号として利用される。
油圧ポンプ2から吐出された圧油は、流量制御弁15a,15b,15c,15d,15e,15f(図2参照)を介して走行右油圧モータ3a、走行左油圧モータ3b、旋回油圧モータ4、ブームシリンダ5、アームシリンダ6、及び、バケットシリンダ7に供給される。油圧ポンプ2から流量制御弁15a,15b,15cを介して供給される圧油によってブームシリンダ5、アームシリンダ6、及び、バケットシリンダ7が伸縮することで、ブーム8、アーム9、及び、バケット10がそれぞれ回動されてバケット10の位置及び姿勢が変化する。また、油圧ポンプ2から流量制御弁15dを介して供給される圧油によって旋回油圧モータ4が回転することで、下部走行体11に対して上部旋回体12が旋回する。また、油圧ポンプ2から流量制御弁15e,15fを介して供給される圧油によって走行右油圧モータ3a及び走行左油圧モータ3bが回転することで、下部走行体11が走行する。ブームシリンダ5には、バケット10が土砂に接地されているかどうかを検出するためのバケット接地状態検出装置として、ブームシリンダ5のボトム側の圧力を検出する圧力センサ57が設けられている。なお、接地状態検出装置は、作業具であるバケット10が土砂に接地されているかどうかを検出できればよく、例えば、ステレオカメラを有するカメラ装置を用いて取得した映像からバケット10が土砂に接地しているかどうかを判定するように構成しても良い。
<フロント制御用油圧ユニット160>
図3に示すように、フロント制御用油圧ユニット160は、ブーム8用の操作装置45aのパイロットライン144a,144bに設けられ、操作レバー1aの操作量としてパイロット圧(第1制御信号)を検出するオペレータ操作検出装置としての圧力センサ70a,70bと、一次ポート側がポンプライン48aを介してパイロットポンプ48に接続されパイロットポンプ48からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁54aと、ブーム8用の操作装置45aのパイロットライン144aと電磁比例弁54aの二次ポート側に接続され、パイロットライン144a内のパイロット圧と電磁比例弁54aから出力される制御圧(第2制御信号)の高圧側を選択し、流量制御弁15aの油圧駆動部150aに導くシャトル弁82aと、ブーム8用の操作装置45aのパイロットライン144bに設置され、コントローラ40からの制御信号を基にパイロットライン144b内のパイロット圧(第1制御信号)を低減して出力する電磁比例弁54bとを備えている。
図3に示すように、フロント制御用油圧ユニット160は、ブーム8用の操作装置45aのパイロットライン144a,144bに設けられ、操作レバー1aの操作量としてパイロット圧(第1制御信号)を検出するオペレータ操作検出装置としての圧力センサ70a,70bと、一次ポート側がポンプライン48aを介してパイロットポンプ48に接続されパイロットポンプ48からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁54aと、ブーム8用の操作装置45aのパイロットライン144aと電磁比例弁54aの二次ポート側に接続され、パイロットライン144a内のパイロット圧と電磁比例弁54aから出力される制御圧(第2制御信号)の高圧側を選択し、流量制御弁15aの油圧駆動部150aに導くシャトル弁82aと、ブーム8用の操作装置45aのパイロットライン144bに設置され、コントローラ40からの制御信号を基にパイロットライン144b内のパイロット圧(第1制御信号)を低減して出力する電磁比例弁54bとを備えている。
また、フロント制御用油圧ユニット160は、アーム9用のパイロットライン145a,145bに設置され、操作レバー1bの操作量としてパイロット圧(第1制御信号)を検出してコントローラ40に出力するオペレータ操作検出装置としての圧力センサ71a,71bと、パイロットライン145bに設置され、コントローラ40からの制御信号を基にパイロット圧(第1制御信号)を低減して出力する電磁比例弁55bと、パイロットライン145aに設置され、コントローラ40からの制御信号を基にパイロットライン145a内のパイロット圧(第1制御信号)を低減して出力する電磁比例弁55aとを備えている。
また、フロント制御用油圧ユニット160は、バケット10用のパイロットライン146a,146bに設置され、操作レバー1aの操作量としてパイロット圧(第1制御信号)を検出してコントローラ40に出力するオペレータ操作検出装置としての圧力センサ72a,72bと、コントローラ40からの制御信号を基にパイロット圧(第1制御信号)を低減して出力する電磁比例弁56a,56bと、一次ポート側がパイロットポンプ48に接続されパイロットポンプ48からのパイロット圧を減圧して出力する電磁比例弁56c,56dと、パイロットライン146a,146b内のパイロット圧と電磁比例弁56c,56dから出力される制御圧の高圧側を選択し、流量制御弁15cの油圧駆動部152a,152bに導くシャトル弁83a,83bとを備えている。なお、図3においては、圧力センサ70,71,72とコントローラ40との接続線は紙面の都合上省略している。
電磁比例弁54b,55a,55b,56a,56bは、非通電時には開度が最大で、コントローラ40からの制御信号である電流を増大させるほど開度は小さくなる。一方、電磁比例弁54a,56c,56dは、非通電時には開度をゼロ,通電時に開度を有し,コントローラ40からの電流(制御信号)を増大させるほど開度は大きくなる。このように各電磁比例弁54,55,56の開度はコントローラ40からの制御信号に応じたものとなる。
以降、本実施の形態においては、流量制御弁15a〜15cに対する制御信号のうち、操作装置45a,45b,46aの操作によって発生したパイロット圧を「第1制御信号」と称する。また、流量制御弁15a〜15cに対する制御信号のうち、コントローラ40で電磁比例弁54b,55a,55b,56a,56bを駆動して第1制御信号を補正(低減)して生成したパイロット圧と、コントローラ40で電磁比例弁54a,56c,56dを駆動して第1制御信号とは別に新たに生成したパイロット圧を「第2制御信号」と称する。
<コントローラ40>
図4は、コントローラのハードウェア構成図である。
図4は、コントローラのハードウェア構成図である。
図4において、コントローラ40は、入力インタフェース91と、プロセッサである中央処理装置(CPU)92と、記憶装置であるリードオンリーメモリ(ROM)93及びランダムアクセスメモリ(RAM)94と、出力インタフェース95とを有している。入力インタフェース91は、姿勢検出装置(ブーム角度センサ30、アーム角度センサ31、バケット角度センサ32、車体傾斜角センサ33)からの信号、目標面設定装置51からの信号、オペレータ操作検出装置(圧力センサ70a,70b,71a,71b,72a,72b)、制御選択装置97からの信号、及び、バケット接地状態検出装置(圧力センサ57)からの信号を入力し、A/D変換を行う。ROM93は、後述するフローチャートを実行するための制御プログラムと、当該フローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり、CPU92は、ROM93に記憶された制御プログラムに従って入力インタフェース91及びメモリ93、94から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力インタフェース95は、CPU92での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を表示装置53や電磁比例弁54,55,56に出力することで、油圧アクチュエータ3a,3b,3cを駆動・制御したり、油圧ショベル1の本体1B、バケット10及び目標面60等の画像を表示装置53の表示画面上に表示させたりする。なお、図4のコントローラ40は、記憶装置としてROM93及びRAM94という半導体メモリを備えている場合を例示しているが、記憶機能を有する装置であれば代替可能であり、例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備える構成としても良い。
本実施の形態におけるコントローラ40は、マシンコントロール(MC)として、操作装置45,46がオペレータに操作されたとき、フロント作業装置1Aを予め定められた条件に基づいて制御する処理を実行する。本実施の形態におけるMCは、操作装置45,46の非操作時にフロント作業装置1Aの動作をコンピュータにより制御する「自動制御」に対して、操作装置45,46の操作時にのみフロント作業装置1Aの動作をコンピュータにより制御する「半自動制御」と称することがある。
フロント作業装置1AのMCとしては、操作装置45b,46aを介して掘削操作(具体的には、アームクラウド、バケットクラウド及びバケットダンプのうち少なくとも1つの指示)が入力された場合、目標面60とフロント作業装置1Aの先端(本実施形態ではバケット10の爪先とする)の位置関係に基づいて、フロント作業装置1Aの先端の位置が目標面60上及びその上方の領域内に保持されるように油圧アクチュエータ5,6,7のうち少なくとも1つを強制的に動作させる制御信号(例えば、ブームシリンダ5を伸ばして強制的にブーム上げ動作を行う)を該当する流量制御弁15a,15b,15cに出力する、所謂、領域制限制御を行う。
このようなMCによりバケット10の爪先が目標面60の下方に侵入することが防止されるので、オペレータの技量の程度に関わらず目標面60に沿った掘削が可能となる。なお、本実施の形態では、MC時のフロント作業装置1Aの制御点を、油圧ショベルのバケット10の爪先(フロント作業装置1Aの先端)に設定しているが、制御点はフロント作業装置1Aの先端部分の点であればバケット爪先以外にも変更可能である。すなわち、例えば、バケット10の底面や、バケットリンク13の最外部に制御点を設定しても良い。
フロント制御用油圧ユニット160において、コントローラ40から制御信号を出力して電磁比例弁54a,56c,56dを駆動すると、対応する操作装置45a,46aのオペレータ操作が無い場合にもパイロット圧(第2制御信号)を発生できるので、ブーム上げ動作、バケットクラウド動作、バケットダンプ動作を強制的に発生できる。また、これと同様にコントローラ40により電磁比例弁54b,55a,55b,56a,56bを駆動すると、操作装置45a,45b,46aのオペレータ操作により発生したパイロット圧(第1制御信号)を減じたパイロット圧(第2制御信号)を発生することができ、ブーム下げ動作、アームクラウド/ダンプ動作、バケットクラウド/ダンプ動作の速度をオペレータ操作の値から強制的に低減できる。
第2制御信号は、第1制御信号によって発生されるフロント作業装置1Aの制御点の速度ベクトルが所定の条件に反するときに生成され、当該所定の条件に反しないフロント作業装置1Aの制御点の速度ベクトルを発生させる制御信号として生成される。なお、同一の流量制御弁15a〜15cにおける一方の油圧駆動部に対して第1制御信号が、他方の油圧駆動部に対して第2制御信号が生成される場合は、第2制御信号を優先的に油圧駆動部に作用させるものとし、第1制御信号を電磁比例弁で遮断し、第2制御信号を当該他方の油圧駆動部に入力する。したがって、流量制御弁15a〜15cのうち第2制御信号が演算されたものについては第2制御信号を基に制御され、第2制御信号が演算されなかったものについては第1制御信号を基に制御され、第1及び第2制御信号の双方が発生しなかったものについては制御(駆動)されないことになる。上記のように第1制御信号と第2制御信号を定義すると、MCは、第2制御信号に基づく流量制御弁15a〜15cの制御ということもできる。
図5は、コントローラの処理機能を示す機能ブロック図である。また、図6は、図5におけるMC制御部の処理機能の詳細を示す機能ブロック図である。
図5に示すように、コントローラ40は、MC制御部43と、電磁比例弁制御部44と、表示制御部374とを備えている。
表示制御部374は、MC制御部43から出力される作業装置姿勢及び目標面を基に表示装置53を制御する部分である。表示制御部374には、フロント作業装置1Aの画像及びアイコンを含む表示関連データが多数格納されている表示ROMが備えられており、表示制御部374が、入力情報に含まれるフラグに基づいて所定のプログラムを読み出すとともに、表示装置53における表示制御をする。
図6に示すように、MC制御部43は、操作量演算部43aと、姿勢演算部43bと、目標面演算部43cと、ブーム制御部81aと、バケット制御部81bとを備えている。
操作量演算部43aは、オペレータ操作検出装置(圧力センサ70,71,72)からの入力を基に操作装置45a,45b,46a(操作レバー1a,1b)の操作量を算出する。操作量演算部43aでは、圧力センサ70,71,72の検出値から操作装置45a,45b,46aの操作量を算出する。なお、本実施の形態で示す圧力センサ70,71,72による操作量の算出は一例に過ぎず、例えば、各操作装置45a,45b,46aの操作レバーの回転変位を検出する位置センサ(例えば、ロータリーエンコーダ)で当該操作レバーの操作量を検出しても良い。
姿勢演算部43bは作業装置姿勢検出装置50からの情報に基づき、ローカル座標系におけるフロント作業装置1Aの姿勢と、バケット10の爪先の位置を演算する。
目標面演算部43cは、目標面設定装置51からの情報に基づき目標面60の位置情報を演算し、これをROM93内に記憶する。本実施の形態では、図8に示すように、3次元の目標面をフロント作業装置1Aが移動する平面(作業機の動作平面)で切断した断面形状を目標面60(2次元の目標面)として利用する。
なお、図8では、目標面60が1つである場合を例示しているが、目標面が複数存在する場合もある。目標面が複数存在する場合には、例えば、フロント作業装置1Aから最も近いものを目標面と設定する方法や、バケット爪先の下方に位置するものを目標面とする方法、或いは、任意に選択したものを目標面とする方法等がある。
距離演算部43dは、バケット10の爪先の位置(座標)と、ROM93に記憶された目標面60を含む直線の距離とに基づいて、バケット先端から制御対象の目標面60までの距離D(図8参照)を算出する。
目標角度演算部96は、目標面60に対するバケット爪先の傾斜角バケット角γの目標角度(以下では「目標バケット角度γTGT」とも称する)を演算する。目標バケット角度γTGTの設定には、バケット制御判定部81cでバケット制御が開始されるときのバケット角度γが設定される。
ブーム制御部81a及びバケット制御部81bは、操作装置45a,45b,46aの操作時に、予め定めた条件に従って複数の油圧アクチュエータ5,6,7のうち少なくとも1つを制御するアクチュエータ制御部81を構成する。アクチュエータ制御部81は、各油圧シリンダ5,6,7の流量制御弁15a,15b,15cの目標パイロット圧を演算し、その演算した目標パイロット圧を電磁比例弁制御部44に出力する。
ブーム制御部81aは、操作装置45a,45b,46aの操作時に、目標面60の位置と、フロント作業装置1Aの姿勢及びバケット10の爪先の位置と、操作装置45a,45b,46aの操作量とに基づいて、目標面60上またはその上方にバケット10の爪先(制御点)が位置するようにブームシリンダ5(ブーム8)の動作を制御するMCを実行するための部分である。ブーム制御部81aでは、ブームシリンダ5の流量制御弁15aの目標パイロット圧が演算される。
バケット制御部81bは、操作装置45a,45b,46aの操作時に、MCによるバケット角度制御を実行するための部分である。バケット制御部81bの詳細な制御内容は後述するが、バケット制御判定部81cでバケットを自動で制御するように判定したとき、アームに対するバケット爪先の傾斜角度γが目標角度演算部96で設定した目標バケット角度γTGTとなるようにバケットシリンダ7(バケット10)の動作を制御するMC(バケット角度制御)が実行される。バケット制御部81bでは、バケットシリンダ7の流量制御弁15cの目標パイロット圧が演算される。
電磁比例弁制御部44は、アクチュエータ制御部81から出力される各流量制御弁15a,15b,15cへの目標パイロット圧を基に、各電磁比例弁54〜56への指令を演算する。なお、オペレータ操作に基づくパイロット圧(第1制御信号)と、アクチュエータ制御部81で算出された目標パイロット圧が一致する場合には,該当する電磁比例弁54〜56への電流値(指令値)はゼロとなり、該当する電磁比例弁54〜56の動作は行われない。
<MCに係るブーム制御(ブーム制御部81a)>
ここで、MCに係るブーム制御の詳細を説明する。
ここで、MCに係るブーム制御の詳細を説明する。
図7は、コントローラによるMCのブームについての処理内容を示すフローチャートである。また、図9は操作量に対するシリンダ速度の設定テーブルの一例を、図10はバケット爪先速度の垂直成分の制限値と距離との関係を、図11は、バケットにおける速度成分の一例をそれぞれ示す図である。
コントローラ40は、MCにおけるブーム制御として、ブーム制御部81aによるブーム上げ制御を実行する。ブーム制御部81aによる処理は、操作装置45a,45b,46aがオペレータにより操作されると開始される。
図7において、ブーム制御部81aは、操作装置45a,45b,46aがオペレータにより操作されると、まず、操作量演算部43aで演算された操作量を基に各油圧シリンダ5,6,7の動作速度(シリンダ速度)を演算する(ステップS410)。具体的には、図9で示すように、あらかじめ実験やシミュレーションで求めた操作量に対するシリンダ速度をテーブルとして設定し、これに従って各油圧シリンダ5,6,7についてシリンダ速度を算出する。
続いて、ブーム制御部81aは、ステップS410で演算された各油圧シリンダ5,6,7の動作速度と、姿勢演算部43bで演算されたフロント作業装置1Aの姿勢とに基づいて、オペレータ操作によるバケット先端(爪先)の速度ベクトルBを演算する(ステップS420)。
続いて、ブーム制御部81aは、距離Dと図10に示す関係に基づいて、バケット先端の速度ベクトルの目標面60に垂直な成分の制限値ayを算出する(ステップS430)。
続いて、ブーム制御部81aは、ステップS420で算出したオペレータ操作によるバケット先端の速度ベクトルBについて、目標面60に垂直な成分byを取得する(ステップS440)。
続いて、ブーム制御部81aは、ステップS430で算出した制限値ayが0以上か否かを判定する(ステップS450)。なお、図11に示したように、バケット10に対してxy座標を設定する。図11のxy座標では、x軸は目標面60と平行で図中右方向を正とし、y軸は目標面60に垂直で図中上方向を正とする。図11では、垂直成分by及び制限値ayは負であり、水平成分bx及び水平成分cx及び垂直成分cyは正である。そして、図10から明らかであるが、制限値ayが0のときは距離Dが0、すなわち爪先が目標面60上に位置する場合であり、制限値ayが正のときは距離Dが負、すなわち爪先が目標面60より下方に位置する場合であり、制限値ayが負のときは距離Dが正、すなわち爪先が目標面60より上方に位置する場合である。
ステップS450での判定結果がYESの場合、すなわち、制限値ayが0以上と判定された場合であって、爪先が目標面60上またはその下方に位置する場合には、ブーム制御部81aは、オペレータ操作による爪先の速度ベクトルBの垂直成分byが0以上か否かを判定する(ステップS460)。垂直成分byが正の場合は速度ベクトルBの垂直成分byが上向きであることを示し、垂直成分byが負の場合は速度ベクトルBの垂直成分byが下向きであることを示す。
ステップS460での判定結果がYESの場合、すなわち、垂直成分byが0以上と判定された場合であって、垂直成分byが上向きの場合には、ブーム制御部81aは、制限値ayの絶対値が垂直成分byの絶対値以上か否かを判定し、(ステップS470)、判定結果がYESの場合には、ブーム制御部81aは、マシンコントロールによるブーム8の動作で発生すべきバケット先端の速度ベクトルCの目標面60に垂直な成分cyを算出する式として「cy=ay−by」を選択し、その式とステップS430で算出した制限値ayとステップS440で算出した垂直成分byを基に垂直成分cyを算出する(ステップS500)。
続いて、ブーム制御部81aは、ステップS500で算出した垂直成分cyを出力可能な速度ベクトルCを算出し、その水平成分をcxとする(ステップS510)。
続いて、ブーム制御部81aは、目標速度ベクトルTを算出し(ステップS520)、ステップS550に進む。目標速度ベクトルTの目標面60に垂直な成分をty,水平な成分txとすると、それぞれ「ty=by+cy,tx=bx+cx」と表すことができる。これに、ステップS500で算出したcy=ay−byを代入すると目標速度ベクトルTは「ty=ay,tx=bx+cx」となる。つまり、ステップS520の処理に至った場合の目標速度ベクトルの垂直成分tyは制限値ayに制限され、マシンコントロールによる強制ブーム上げの制御が発動される。
ステップS450での判定結果がNOの場合、すなわち、制限値ayが0未満の場合には、ブーム制御部81aは、オペレータ操作による爪先の速度ベクトルBの垂直成分byが0以上か否かを判定する(ステップS480)。ステップS480での判定結果がYESの場合には、ステップS530に進み、判定結果がNOの場合には、ステップS490に進む。
ステップS480での判定結果がNOの場合、すなわち、垂直成分byが0未満の場合には、ブーム制御部81aは、制限値ayの絶対値がと垂直成分byの絶対値以上か否かを判定し(ステップS490)、判定結果がYESの場合には、ステップS530に進み、判定結果がNOの場合にはステップS500に進む。
ステップS480での判定結果がYESの場合、すなわち、垂直成分byが0以上と判定された場合(垂直成分byが上向きの場合)、又は、ステップS490での判定結果がYESの場合、すなわち、制限値ayの絶対値が垂直成分byの絶対値未満の場合には、ブーム制御部81aは、マシンコントロールでブーム8を動作させる必要が無いとし、速度ベクトルCをゼロとする(ステップS530)。
続いて、ブーム制御部81aは、目標速度ベクトルTをステップS520で利用した式(ty=by+cy,tx=bx+cx)に基づいて「ty=by,tx=bx」とする(ステップS540)。これは、オペレータ操作による速度ベクトルBと一致する。
ステップS520、又は、ステップS540の処理が終了すると、続いて、ブーム制御部81aは、ステップS520又はステップS540で決定した目標速度ベクトルT(ty,tx)に基づいて各油圧シリンダ5,6,7の目標速度を演算する(ステップS550)。なお、上記説明から明らかであるが、目標速度ベクトルTが速度ベクトルBに一致しないときには、マシンコントロールによるブーム8の動作で発生する速度ベクトルCを速度ベクトルBに加えることで目標速度ベクトルTを実現する。
続いて、ブーム制御部81aは、ステップS550で算出された各シリンダ5,6,7の目標速度を基に各油圧シリンダ5,6,7の流量制御弁15a,15b,15cへの目標パイロット圧を演算する(ステップS560)。
続いて、ブーム制御部81aは、各油圧シリンダ5,6,7の流量制御弁15a,15b,15cへの目標パイロット圧を電磁比例弁制御部44に出力し(ステップS570)、処理を終了する。
このように、図7に示したフローチャートの処理を行うことにより、電磁比例弁制御部44は、各油圧シリンダ5,6,7の流量制御弁15a,15b,15cに目標パイロット圧が作用するように電磁比例弁54,55,56を制御し、フロント作業装置1Aによる掘削が行われる。例えば、オペレータが操作装置45bを操作してアームクラウド動作によって水平掘削を行う場合には、バケット10の先端が目標面60に侵入しないように電磁比例弁55cが制御され、ブーム8の上げ動作が自動的に行われる。
<MCに係るバケット制御(バケット制御部81b、バケット制御判定部81c)>
続いて、MCに係るバケット制御の詳細を説明する。
続いて、MCに係るバケット制御の詳細を説明する。
図12は、コントローラによるMCのバケットについての処理内容を示すフローチャートである。
コントローラ40は、MCにおけるバケット制御として、バケット制御部81bおよびバケット制御判定部81cによるバケット回動制御を実行する。バケット回動制御は、バケット10の目標面60に対する相対角度を制御するバケット角度制御である。
図12において、まず、バケット制御判定部81cは、制御選択装置97がON(すなわちバケット角度制御は有効)に切り替えられているか否かを判定し(ステップS100)、判定結果がNOの場合には、バケット10の角度を制御するバケット回動制御を実行せず(ステップS108)、処理を終了する。この場合、4つの電磁比例弁56a,56b,56c,56dのいずれにも指令は送られない。
また、ステップS100での判定結果がYESの場合、すなわち、制御選択装置97がON(バケット角度制御が有効)である場合には、続いて、バケット制御判定部81cは、バケット10が土砂に接地されているか否かを判定する(ステップS101)。バケット10が土砂に接地されているか否かの判定は、バケット接地状態検出装置(圧力センサ57)で検出されたブームシリンダ5のボトム圧Pbmbと予め定めた閾値Pthとを比較することによって行い、ボトム圧Pbmbが閾値Pthよりも小さい場合には、バケット10が接地状態であると判定する。
ステップS101での判定結果がYESの場合、すなわち、バケット10が接地状態であると判定した場合には、続いて、バケット制御判定部81cは、バケット10の爪先と目標面60の距離Dが所定値D1以下か否かを判定し(ステップS102)、判定結果がYESの場合には、ステップS104に進む。
また、ステップS101での判定結果がNOの場合、すなわち、バケット10が接地状態ではないと判定した場合には、バケット制御判定部81cは、バケット10の爪先と目標面60の距離Dが所定値D2以下か否かを判定し(ステップS103)、判定結果がYESの場合には、ステップS104に進む。
バケット10と目標面60の距離の所定値D1,D2は、MCのバケット角度制御(バケット回動制御)の開始タイミングを決定する値であるといえる。所定値D2は、バケット角度制御の発動がオペレータに与える違和感を低減する観点からはできるだけ小さい値に設定することが好ましい。また所定値D1は、目標面よりも土が盛られていることを想定し、所定値D2よりも大きい値に設定することが好ましい。また、ステップS102,S103で利用するバケット10の爪先から目標面60までの距離Dは、姿勢演算部43bで演算したバケット10の爪先の位置(座標)と、ROM93に記憶された目標面60を含む直線の距離から算出できる。なお、距離Dを算出する際のバケット10の基準点はバケット爪先(バケット10の前端)である必要は無く、バケット10のうち目標面60との距離が最小となる点であってもよく、バケット10の後端であっても良い。
ステップS102での判定結果がYESの場合、すなわち、距離Dが所定値D1以下である場合、又は、ステップS103での判定結果がYESの場合、すなわち、距離Dが所定値D2以下である場合には、バケット制御判定部81cは、操作量演算部43aからの信号に基づいて、オペレータによるアーム9の操作信号があるか否かを判定する(ステップS104)。
ステップS104での判定結果がYESの場合、すなわち、アーム9の操作信号がある場合には、バケット制御判定部81cは、操作量演算部43aからの信号基づいて、オペレータによるバケット10の操作信号があるか否かを判定し(ステップS105)、判定結果がNOの場合には、バケット制御部81bは、バケット10のパイロットライン146a,146bにある電磁比例弁(バケット減圧弁)56a,56bを閉じるように指令を出力する(ステップS106)。これにより操作装置46aを介したオペレータ操作によってバケット10が回動することが防止される。
また、ステップS105での判定結果がYESの場合、すなわち、バケット10の操作信号が無い場合、又は、ステップS106の処理が終了した場合には、続いて、バケット制御部81bは、バケット10のパイロットライン148aにある電磁比例弁(バケット増圧弁)56c,56dを開くよう指令を出し、目標バケット角度が設定値γTGTとなるようバケットシリンダ7を回動制御し(ステップS107)、処理を終了する。
また、ステップS102,S103,S104のいずれかの判定結果がNOの場合には、ステップS108に進む。
なお、本実施の形態においては、MCとして、ブーム制御部81aによるブーム制御(強制ブーム上げ制御)と、バケット制御部81b及びバケット制御判定部81cによるバケット制御(バケット角度制御)を実行する場合を例示したが、MCとしてバケット10と目標面60の距離Dに応じたブーム制御を実行するように構成しても良い。
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。
図13は、本実施の形態の効果を説明する図であり、バケット押し付け作業の様子を示す図である。
図13に示すように、掘削面を押し固めるために、目標面60よりも上方で土を盛り、その上からバケット角度を一定に保ち、バケットを押し付けながら掘削面を仕上げる作業を行う場合、従来技術においては、バケット角度を保持する制御が開始されるバケットと目標面との距離の閾値をD1のように大きくとると、例えば、バケットを掘削開始位置に戻すために目標面の上方の空中でフロントを操作し、この閾値D1以下の領域にバケットが進入した場合、バケット角度が保持されるように駆動され,掘削動作ではない動作で制御されるのでオペレータに違和感を与えてしまう場合がある。また、これを避けるために、図13のように閾値D1よりも小さなD2を閾値とした場合、前述したような押し固め作業のため、目標面60上に土を盛った際にバケットと目標面との距離が閾値D2以下にならず、バケット角度を保持する制御が開始されなくなる場合がある。
これに対して、本実施の形態においては、先端に設けられた作業具(例えば、バケット10)を含む複数の被駆動部材(ブーム8、アーム9、バケット10)を互いに回動可能に連結して構成された多関節型のフロント作業装置1Aと、操作信号に基づいて複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ(ブームシリンダ5、アームシリンダ6、バケットシリンダ7)と、複数の油圧アクチュエータのうちオペレータの所望する油圧アクチュエータに操作信号を出力する操作装置45a,45b,46aと、フロント作業装置の複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置(ブーム角度センサ30、アーム角度センサ31、バケット角度センサ32、車体傾斜角センサ33)と、フロント作業装置による作業対象について設定された目標面60上およびその上方の領域内でフロント作業装置が動くように、複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも1つの油圧アクチュエータに操作信号を出力するか、又は、操作信号を補正する領域制限制御を実行するコントローラ40とを備えた作業機械(油圧ショベル1)において、作業具の土砂への接地状態を検出する接地状態検出装置(圧力センサ57)をさらに備え、コントローラは、接地状態検出装置の検出結果から作業具が土砂に接地していると判定した場合には、作業具と目標面との距離が予め定めた第一閾値D1以下である場合に目標面に対する作業具の相対角度が維持されるように操作信号を出力または補正し、接地状態検出装置の検出結果から作業具が土砂に接地していないと判定した場合には、作業具と目標面との距離が第一閾値D1よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値D2以下である場合に目標面に対する作業具の相対角度が維持されるように操作信号を出力または補正するように構成したので、作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる。
すなわち、図13のように目標面よりも上方に土を盛った状態でバケット角度を保持する作業を実施する際に、バケット10を土に押し付けることでフロントの荷重が地面に支えられ、ブームシリンダ5のボトム圧が閾値Pthを下回るので、バケット角度を維持する制御を開始するためのバケットと目標面との距離の閾値DがD1となり、閾値D1は目標面上に盛った土の厚みよりも十分大きいため、バケット角度を維持するように制御が開始される。また、作業開始位置にバケットを空中で移動する際に、フロントの荷重をブームシリンダ5で保持することになり,ブームシリンダ5のボトム圧が閾値Pthよりも大きくなる。このため,バケット角度を維持する制御を開始するためのバケットと目標面との距離の閾値DがD2となり、閾値D2はできるだけ小さい値に設定されているため、バケット角度を維持する制御が開始されず、オペレータの操作に違和感を与えないように制御することができる。
次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。
(1)上記の実施の形態では、先端に設けられた作業具(例えば、バケット10)を含む複数の被駆動部材(例えば、ブーム8、アーム9、バケット10)を互いに回動可能に連結して構成された多関節型のフロント作業装置1Aと、操作信号に基づいて前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ5、アームシリンダ6、バケットシリンダ7)と、前記複数の油圧アクチュエータのうちオペレータの所望する油圧アクチュエータに前記操作信号を出力する操作装置45a,45b,46aと、前記フロント作業装置の複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置(例えば、ブーム角度センサ30、アーム角度センサ31、バケット角度センサ32、車体傾斜角センサ33)と、前記フロント作業装置による作業対象について設定された目標面上およびその上方の領域内で前記フロント作業装置が動くように、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも1つの油圧アクチュエータに前記操作信号を出力するか、又は、前記操作信号を補正する領域制限制御を実行するコントローラ40とを備えた作業機械(例えば、油圧ショベル1)において、前記作業具土砂へのの接地状態を検出する接地状態検出装置(例えば、圧力センサ57)をさらに備え、前記コントローラは、前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していると判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が予め定めた第一閾値(例えば、所定値D1)以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正し、前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していないと判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が前記第一閾値よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値(例えば、所定値D2)以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正するものとした。
これにより、作業具の角度を維持する制御を適切に開始することができる。
(2)また、上記の実施の形態では、(1)の作業機械(例えば、油圧ショベル1)において、前記フロント作業装置1Aは、前記複数の被駆動部材として、前記作業機械の本体に基端を回動可能に連結されたブーム8と、前記ブームの先端に一端を回動可能に連結されたアーム9と、前記アームの他端に回動可能に連結された作業具(例えば、バケット10)とを備え、前記接地状態検出装置は、前記ブームを駆動する油圧アクチュエータであるブームシリンダ5のシリンダ圧を検出する圧力センサ57であるものとした。
(3)また、上記の実施の形態では、(1)の作業機械(例えば、油圧ショベル1)において、前記接地状態検出装置は、前記フロント作業装置を撮影するカメラ装置であるものとした。
(4)また、上記の実施の形態では、(1)〜(3)の何れか1つの作業機械(例えば、油圧ショベル1)において、前記コントローラ40による前記領域制限制御の有効と無効とを択一的に選択する制御選択装置97をさらに備えたものとした。
<付記>
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
1…油圧ショベル、1…操作レバー、1A…フロント作業装置、1B…本体、2…油圧ポンプ、2aa,2ba…レギュレータ、3a,3b…走行油圧モータ、4…旋回油圧モータ、5…ブームシリンダ、6…アームシリンダ、7…バケットシリンダ、8…ブーム、9…アーム、10…バケット、11…下部走行体、12…上部旋回体、13…バケットリンク、15a〜15f…流量制御弁、18…エンジン、23…操作レバー、30…ブーム角度センサ、31…アーム角度センサ、32…バケット角度センサ、33…車体傾斜角センサ、39…ロック弁、40…コントローラ、43…MC制御部、43a…操作量演算部、43b…姿勢演算部、43c…目標面演算部、43d…距離演算部、44…電磁比例弁制御部、45〜47、48…パイロットポンプ、50…作業装置姿勢検出装置、51…目標面設定装置、53…表示装置、54〜56…電磁比例弁、57…圧力センサ、60…目標面、70〜72…圧力センサ、81…アクチュエータ制御部、81a…ブーム制御部、81b…バケット制御部、81c…バケット制御判定部、82a,83a,83b…シャトル弁、91…入力インタフェース、92…中央処理装置(CPU)、93…リードオンリーメモリ(ROM)、94…ランダムアクセスメモリ(RAM)、95…出力インタフェース、96…目標角度演算部、97…制御選択装置、144〜149…パイロットライン、150a,152a,152b,155b…油圧駆動部、160…フロント制御用油圧ユニット、162…シャトルブロック、200…作動油タンク、374…表示制御部
Claims (4)
- 先端に設けられた作業具を含む複数の被駆動部材を互いに回動可能に連結して構成された多関節型のフロント作業装置と、
操作信号に基づいて前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータのうちオペレータの所望する油圧アクチュエータに前記操作信号を出力する操作装置と、
前記フロント作業装置の複数の被駆動部材のそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置と、
前記フロント作業装置による作業対象について設定された目標面上およびその上方の領域内で前記フロント作業装置が動くように、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも1つの油圧アクチュエータに前記操作信号を出力するか、又は、前記操作信号を補正する領域制限制御を実行するコントローラとを備えた作業機械において、
前記作業具の土砂への接地状態を検出する接地状態検出装置をさらに備え、
前記コントローラは、
前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していると判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が予め定めた第一閾値以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正し、
前記接地状態検出装置の検出結果から前記作業具が土砂に接地していないと判定した場合には、前記作業具と前記目標面との距離が前記第一閾値よりも小さくなるよう予め定めた第二閾値以下である場合に前記目標面に対する前記作業具の相対角度が維持されるように前記操作信号を出力または補正することを特徴とする作業機械。 - 請求項1記載の作業機械において、
前記フロント作業装置は、前記複数の被駆動部材として、前記作業機械の本体に基端を回動可能に連結されたブームと、前記ブームの先端に一端を回動可能に連結されたアームと、前記アームの他端に回動可能に連結された作業具とを備え、
前記接地状態検出装置は、前記ブームを駆動する油圧アクチュエータであるブームシリンダのシリンダ圧を検出する圧力センサであることを特徴とする作業機械。 - 請求項1記載の作業機械において、
前記接地状態検出装置は、前記フロント作業装置を撮影するカメラ装置であることを特徴とする作業機械。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載の作業機械において、
前記コントローラによる前記領域制限制御の有効と無効とを択一的に選択する制御選択装置をさらに備えたことを特徴とする作業機械。
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