JP2020159144A - ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】操作者の意図した位置で旋回動作を停止させる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、旋回用油圧モータと、前記旋回用油圧モータに接続される管路内の作動油の圧力が旋回リリーフ圧に達した場合に開状態となる電磁比例式の旋回リリーフ弁と、旋回指令に応じて前記旋回リリーフ圧を制御する制御装置と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、ショベルに関する。

従来、旋回用油圧モータに接続される管路内の作動油の圧力が所定の旋回リリーフ圧に達した場合に開状態となり、管路内の作動油を作動油タンクへ流出させる旋回リリーフ弁を有するショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１７２９６２号公報

しかしながら、上述のショベルでは、例えばアームが伸びている状態やバケットに土砂が積み込まれている状態で旋回動作を実行すると、慣性力が大きいため、操作者の意図した位置で旋回動作を停止させることが困難な場合がある。また、操作者が、意図しない旋回動作を停止させるために操作レバーを逆方向に操作しても、旋回用油圧モータの吐出側圧力が旋回リリーフ圧よりも高圧となっているため、管路内の作動油は旋回リリーフ弁を介して作動油タンクへ流出する。そのため、操作者が操作レバーを逆方向に操作しても、油圧ポンプから供給される作動油は旋回用油圧モータの吐出側に供給されず、意図しない旋回動作を停止させることが困難である。

そこで、操作者の意図した位置で旋回動作を停止させる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、旋回用油圧モータと、前記旋回用油圧モータに接続される管路内の作動油の圧力が旋回リリーフ圧に達した場合に開状態となる電磁比例式の旋回リリーフ弁と、旋回指令に応じて前記旋回リリーフ圧を制御する制御装置と、を備える。

上述の手段により、操作者の意図した位置で旋回動作を停止させることができるショベルが提供される。

第１の実施形態に係るショベルの構成例を示す図。 図１のショベルに搭載される油圧システムの回路図。 旋回油圧回路の構成例を示す概略図。 旋回操作レバーの位置と旋回リリーフ弁の制御電流との関係を示す図。 第２の実施形態に係るショベルの構成例を示す図（１）。 第２の実施形態に係るショベルの構成例を示す図（２）。 コントローラの機能ブロック図。 旋回角速度と旋回リリーフ弁の制御電流との関係を示す図。

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。

〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態に係る建設機械としてのショベルの構成例を示す図である。図１において、ショベル１００は、クローラ式の下部走行体１の上に、旋回機構２を介して、上部旋回体３をＸ軸周りに旋回自在に搭載している。

上部旋回体３は、前方中央部に掘削アタッチメントを備える。掘削アタッチメントは、ブーム４、アーム５、及びバケット６を含み、且つ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によって駆動される。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は加速度センサであり、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度を検出する。

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は加速度センサであり、ブーム４に対するアーム５の回動角度を検出する。

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は加速度センサであり、アーム５に対するバケット６の回動角度を検出する。

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、それぞれ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、ジャイロセンサ、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせ等であってもよい。

また、上部旋回体３には、機体傾斜センサＳ４及び旋回角速度センサＳ５が取り付けられている。

機体傾斜センサＳ４は、水平面に対する上部旋回体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の前後軸回りの傾斜角及び左右軸回りの傾斜角を検出する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１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度及び旋回角度を検出する。本実施形態では、旋回角速度センサＳ５は、ジャイロセンサである。ただし、旋回角速度センサＳ５は、例えばレゾルバ、ロータリエンコーダであってもよい。

図２は、図１のショベル１００に搭載される油圧システムの回路図である。油圧システムは、エンジン、電動モータ等の駆動源によって駆動される油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒを有する。油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、１回転当たりの吐出量である押し退け容積を可変とする可変容量型ポンプである。油圧ポンプ１４Ｌは、流量制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ、１７６Ｌを連通するセンターバイパス管路４２Ｌを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。油圧ポンプ１４Ｒは、流量制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ、１７６Ｒを連通するセンターバイパス管路４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。

流量制御弁１７１は、油圧ポンプ１４Ｌが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしての左走行用油圧モータ１Ａに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

流量制御弁１７２は、油圧ポンプ１４Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしての右走行用油圧モータ１Ｂに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

流量制御弁１７３は、油圧ポンプ１４Ｌが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしての旋回用油圧モータ２Ａに供給するために作動油の流れを切り替えるスプール弁である。

流量制御弁１７４は、油圧ポンプ１４Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのバケットシリンダ９へ供給し、また、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のスプール弁である。

流量制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒはそれぞれ、油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ７へ供給し、また、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替えるスプール弁である。流量制御弁１７５Ｒは、操作装置としてのブーム操作レバーが操作された場合、油圧ポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７に供給するスプール弁である。流量制御弁１７５Ｌは、ブーム操作レバーが所定のレバー操作量以上で操作された場合、油圧ポンプ１４Ｌが吐出する作動油を追加的にブームシリンダ７に供給するスプール弁である。

流量制御弁１７６Ｌ、１７６Ｒは、それぞれ油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油を油圧アクチュエータとしてのアームシリンダ８へ供給し、また、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替えるスプール弁である。流量制御弁１７６Ｌは、操作装置としてのアーム操作レバーが操作された場合、油圧ポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８に供給するスプール弁である。流量制御弁１７６Ｒは、アーム操作レバーが所定のレバー操作量以上で操作された場合、油圧ポンプ１４Ｒが吐出する作動油を追加的にアームシリンダ８に供給するスプール弁である。

センターバイパス管路４２Ｌ、４２Ｒは、それぞれ最も下流にある流量制御弁１７６Ｌ、１７６Ｒと作動油タンクとの間に、ネガティブコントロール絞り１８Ｌ、１８Ｒを備える。以下では、ネガティブコントロールを「ネガコン」と略称する。ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒは、油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れを制限することにより、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流でネガコン圧を発生させる。

圧力センサ１９Ｌ、１９Ｒは、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生したネガコン圧を検出し、検出した値を電気的なネガコン圧信号としてコントローラ３０に対して出力する。

圧力センサ２８Ｌ、２８Ｒは、油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出圧を検出し、検出した値を電気的な吐出圧信号としてコントローラ３０に対して出力する。

コントローラ３０は、油圧システムを制御する制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile ＲＡＭ）等を備えたコンピュータである。

本実施形態では、コントローラ３０は、アーム操作レバー、ブーム操作レバー等の各種の操作装置を操作した場合に発生するパイロット圧を測定する操作内容検出部としてのパイロット圧センサの出力に基づいて各種の操作装置の操作内容を電気的に検出する。操作内容は、例えばレバー操作の有無、レバー操作方向、レバー操作量等である。ただし、操作内容検出部は、各種の操作レバーの傾きを検出する傾きセンサ等、パイロット圧センサ以外のセンサを用いて構成されてもよい。

また、コントローラ３０は、各種の操作装置の操作内容に応じて後述する旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒ等を動作させる各種の機能要素に対応するプログラムをＣＰＵに実行させる。

ポンプレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する駆動機構である。

なお、図２では、ショベル１００における全ての油圧アクチュエータが利用されていない状態を示す。以下、この状態を「待機モード」と称する。待機モードでは、油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油は、センターバイパス管路４２Ｌ、４２Ｒを通ってネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒに至り、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生するネガコン圧を増大させる。その結果、ポンプレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、ネガコン圧信号に基づいてコントローラ３０が生成する指令に応じて、油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を低減させる。その結果、油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油がセンターバイパス管路４２Ｌ、４２Ｒを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）が抑制される。

一方、ショベル１００におけるいずれかの油圧アクチュエータに対応する操作装置が操作された場合、油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油は、該油圧アクチュエータに対応する流量制御弁を介して該油圧アクチュエータに流れ込む。そのため、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒに至る量は減少又は消滅し、ネガコン絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生するネガコン圧は低下する。その結果、ポンプレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、油圧ポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させ、各油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、各アクチュエータの駆動を確かなものとする。

次に、図３を参照し、図１のショベル１００に搭載される油圧システムの一部を構成する旋回油圧回路の別の例について説明する。図３は、旋回油圧回路の構成例を示す概略図である。

図３に示されるように、旋回油圧回路２００は、主に、旋回用油圧モータ２Ａ、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒ、チェック弁５３Ｌ、５３Ｒを含む。

旋回用油圧モータ２Ａは、メカニカルブレーキ及び減速機を含む旋回機構２を介して上部旋回体３を旋回させる。本実施形態では、旋回用油圧モータ２Ａの出力トルクは、２段階のプラネタリギア機構で構成される減速機によって増幅される。旋回用油圧モータ２Ａの出力軸の回転は、複数枚のブレーキディスクと各ブレーキディスクを挟む複数枚のブレーキプレートとで構成されるメカニカルブレーキによって制動される。

旋回用油圧モータ２Ａの左ポート２Ｐ１は、管路５０Ｌを介して、流量制御弁１７３のポート１７３Ｐ１に接続されている。旋回用油圧モータ２Ａの右ポート２Ｐ２は、管路５０Ｒを介して、流量制御弁１７３のポート１７３Ｐ２に接続されている。

旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒは、それぞれ管路５０Ｌ、５０Ｒ内の作動油の圧力（以下「旋回油圧回路内圧」という。）を所定の旋回リリーフ圧以下に制限する。本実施形態では、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒは、電気的に旋回リリーフ圧を調整可能な電磁比例式のリリーフ弁であり、コントローラ３０からの電流指令に応じて旋回リリーフ圧を変更する。具体的には、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧は、コントローラ３０からの制御電流が大きくなるほどが高くなり、コントローラ３０からの制御電流が小さくなるほど低くなる。

旋回リリーフ弁５１Ｌは、管路５０Ｌの旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧に達した場合に開状態となり、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧を過度に上回らないように管路５０Ｌ内の作動油を、管路５５を介して作動油タンクへ流出させる。

旋回リリーフ弁５１Ｒは、管路５０Ｒの旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧に達した場合に開状態となり、旋回油圧回路内圧が旋回リリーフ圧を過度に上回らないように管路５０Ｒ内の作動油を、管路５５を介して作動油タンクへ流出させる。

チェック弁５３Ｌ、５３Ｒは、それぞれ管路５０Ｌ、５０Ｒ内の作動油の圧力が作動油タンクの作動油の圧力（以下、「タンク圧」という。）を下回らないようにする弁である。

チェック弁５３Ｌは、管路５０Ｌの作動油が作動油タンクへ流出するのを防止しながら、管路５０Ｌの旋回油圧回路内圧がタンク圧未満となった場合に開状態となり、作動油タンクの作動油を、管路５４を介して管路５０Ｌ内に流入させる。

チェック弁５３Ｒは、管路５０Ｒの作動油が作動油タンクへ流出するのを防止しながら、管路５０Ｒの旋回油圧回路内圧がタンク圧未満となった場合に開状態となり、作動油タンクの作動油を、管路５４を介して管路５０Ｒ内に流入させる。

次に、図３に示される旋回油圧回路２００におけるコントローラ３０の動作について説明する。

コントローラ３０は、上部旋回体３の慣性モーメント（以下、単に「慣性モーメント」ともいう。）と旋回指令とに応じて旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を制御する。具体的には、コントローラ３０は、慣性モーメントが予め定めた閾値よりも大きい場合、旋回操作レバーが旋回動作とは逆方向に操作されると、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。

本実施形態では、慣性モーメントは、バケット６の旋回質量と旋回半径とにより算出される。バケット６の旋回質量は、バケット６の質量とバケット６に積み込まれている土砂の質量との和により算出される。バケット６に積み込まれている土砂の質量は、例えばブームシリンダ７のシリンダ圧を検出するセンサにより測定される。具体的には、バケット６の質量が一定である場合、バケット６に積み込まれている土砂の質量が大きいほど旋回質量は大きくなるため、上部旋回体３の回転時の慣性モーメントが大きくなる。バケット６の旋回半径は、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、及び旋回角速度センサＳ５の少なくとも１つを含む姿勢検出装置の測定結果により定まるショベル１００の姿勢に基づいて算出される。具体的には、アーム５が伸びている状態ではバケット６の旋回半径が大きくなるため、上部旋回体３の回転時の慣性モーメントが大きくなる。

なお、コントローラ３０は、慣性モーメントに代えて、バケット６の旋回質量や旋回半径と旋回指令とに応じて旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を制御してもよい。この場合、コントローラ３０は、バケット６の旋回質量及び旋回半径の少なくともいずれかが予め定めた閾値よりも大きい場合、旋回操作レバーが旋回動作とは逆方向に操作されると、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。

図４は、旋回操作レバーの位置と旋回リリーフ弁の制御電流との関係を示す図である。図４において、上段のグラフは慣性モーメントの時間変化を示し、中段のグラフは旋回操作レバーの位置の時間変化を示し、下段のグラフは旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流の時間変化を示す。

コントローラ３０は、慣性モーメントが閾値よりも大きい場合、旋回操作レバーが右旋回方向に操作された後に左旋回方向に操作されると、つまり、旋回操作レバーが中立位置を横切り逆方向へ操作されると、旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流を増加させることにより、旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。具体的には、コントローラ３０は、旋回操作レバーの左旋回方向への操作量が大きいほど、旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流を増加させる。これにより、旋回リリーフ弁５１Ｒの旋回リリーフ圧が高くなるので、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側の管路５０Ｒの作動油が、管路５５を介して、作動油タンクに流出することが抑制される。そのため、旋回リリーフ弁５１Ｒの旋回リリーフ圧を固定している場合と比較して、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側圧力である管路５０Ｒ内の圧力を高めることができる。その結果、制動力を高めることができ、操作者の意図した位置で旋回動作を停止させることができる。

また、コントローラ３０は、慣性モーメントが閾値よりも大きい場合、旋回操作レバーが左旋回方向に操作された後に右旋回方向に操作されると、つまり、旋回操作レバーが中立位置を横切り逆方向へ操作されると、旋回リリーフ弁５１Ｌの制御電流を増加させることにより、旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。具体的には、コントローラ３０は、旋回操作レバーの右旋回方向への操作量が大きいほど、旋回リリーフ弁５１Ｌの制御電流を増加させる。これにより、旋回リリーフ弁５１Ｌの旋回リリーフ圧が高くなるので、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側の管路５０Ｌの作動油が、管路５５を介して、作動油タンクに流出することが抑制される。そのため、旋回リリーフ弁５１Ｌの旋回リリーフ圧を固定している場合と比較して、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側圧力である管路５０Ｌ内の圧力を高めることができる。その結果、制動力を高めることができ、操作者の意図した位置で旋回動作を停止させることができる。

なお、コントローラ３０は、慣性モーメントが閾値以下である場合、旋回操作レバーの操作内容によらず、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの制御電流を変更しなくてよい。慣性モーメントが閾値以下である場合、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を変更しなくても、操作者の意図しない位置で旋回動作が停止することが生じにくいためである。ただし、コントローラ３０は、慣性モーメントが閾値以下である場合、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を高圧側へ制御してもよい。また、コントローラ３０は、旋回操作レバーが中立の位置に近づくほど、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの制御電流を減少させてもよい。また、旋回操作レバーが逆方向へ操作されたことの判断は、上部旋回体３の旋回方向と旋回操作レバーの操作方向とを比較してもよい。この場合、上部旋回体３の旋回方向と旋回操作レバーの操作方向とが逆方向の場合には、旋回操作レバーが逆方向へ操作されたと判断する。

〔第２の実施形態〕
図５Ａ及び図５Ｂは、第２の実施形態に係る建設機械としてのショベルの構成例を示す図である。図５Ａはショベルの側面図であり、図５Ｂはショベルの上面図である。

図５Ａ及び図５Ｂにおいて、ショベル１００Ａの下部走行体１はクローラ１Ｃを含む。クローラ１Ｃは、下部走行体１に搭載されている左走行用油圧モータ１Ａ及び右走行用油圧モータ１Ｂによって駆動される。具体的には、クローラ１Ｃは、左クローラ１ＣＬ、右クローラ１ＣＲを含む。左クローラ１ＣＬは、左走行用油圧モータ１Ａによって駆動される。右クローラ１ＣＲは、右走行用油圧モータ１Ｂによって駆動される。

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ている。旋回機構２は、上部旋回体３に搭載されている旋回用油圧モータ２Ａによって駆動される。ただし、旋回用油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機であってもよい。

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が取り付けられている。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である掘削アタッチメントＡＴを構成する。ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。

ブーム４は、上部旋回体３に対して上下に回動可能に支持されている。ブーム４には、ブーム角度センサＳ１が取り付けられている。ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度であるブーム角度θ１を検出する。ブーム角度θ１は、例えばブーム４を最も下降させた状態からの上昇角度である。そのため、ブーム角度θ１は、ブーム４を最も上昇させたときに最大となる。

アーム５は、ブーム４に対して回動可能に支持されている。アーム５には、アーム角度センサＳ２が取り付けられている。アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度であるアーム角度θ２を検出する。アーム角度θ２は、例えばアーム５を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、アーム角度θ２は、アーム５を最も開いたときに最大となる。

バケット６は、アーム５に対して回動可能に支持されている。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。バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度であるバケット角度θ３を検出する。バケット角度θ３は、バケット６を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、バケット角度θ３は、バケット６を最も開いたときに最大となる。

本実施形態では、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、それぞれ加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成されている。ただし、加速度センサのみで構成されていてもよい。また、ブーム角度センサＳ１は、ブームシリンダ７に取り付けられたストロークセンサであってもよく、ロータリエンコーダ、ポテンショメータ、慣性計測装置等であってもよい。アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３についても同様である。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ、且つ、エンジン等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、物体検知装置７０、撮像装置８０、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５等が取り付けられている。キャビン１０の内部には、操作装置２６、コントローラ３０、表示装置Ｄ１、音声出力装置Ｄ２等が設けられている。なお、本実施形態では、便宜上、上部旋回体３における、掘削アタッチメントＡＴが取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。

物体検知装置７０は、ショベル１００Ａの周囲に存在する物体を検知する。物体は、例えば人、動物、車両、建設機械、建造物、壁、柵、穴等を含む。物体検知装置７０は、例えば超音波センサ、ミリ波レーダ、ステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ、距離画像センサ、赤外線センサ等を含む。本実施形態では、物体検知装置７０は、前方センサ７０Ｆ、後方センサ７０Ｂ、左方センサ７０Ｌ、及び右方センサ７０Ｒを含む。前方センサ７０Ｆ、後方センサ７０Ｂ、左方センサ７０Ｌ、及び右方センサ７０Ｒは、それぞれキャビン１０の上面前端、上部旋回体３の上面後端、上部旋回体３の上面左端、及び上部旋回体３の上面右端に取り付けられている。

物体検知装置７０は、ショベル１００Ａの周囲に設定された所定領域内の所定物体を検知するように構成されていてもよい。例えば人と人以外の物体とを区別できるように構成されていてもよい。

撮像装置８０は、ショベル１００Ａの周囲を撮像する。本実施形態では、撮像装置８０は、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後方カメラ８０Ｂ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左方カメラ８０Ｌ、及び上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右方カメラ８０Ｒを含む。また、撮像装置８０は、前方カメラを含んでいてもよい。

後方カメラ８０Ｂは後方センサ７０Ｂに隣接して配置され、左方カメラ８０Ｌは左方センサ７０Ｌに隣接して配置され、右方カメラ８０Ｒは右方センサ７０Ｒに隣接して配置されている。前方カメラは、前方センサ７０Ｆに隣接して配置されていてもよい。

撮像装置８０が撮像した画像は表示装置Ｄ１に表示される。撮像装置８０は、俯瞰画像等の視点変換画像を表示装置Ｄ１に表示できるように構成されていてもよい。俯瞰画像は、例えば後方カメラ８０Ｂ、左方カメラ８０Ｌ、及び右方カメラ８０Ｒのそれぞれが出力する画像を合成して生成される。

機体傾斜センサＳ４は、所定の平面に対する上部旋回体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、水平面に関する上部旋回体３の前後軸回りの傾斜角及び左右軸回りの傾斜角を検出する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１００Ａの旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出する。本実施形態では、旋回角速度センサＳ５は、ジャイロセンサである。ただし、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。旋回角速度センサＳ５は、旋回速度を検出してもよい。旋回速度は、旋回角速度から算出されてもよい。

以下では、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、及び旋回角速度センサＳ５は、それぞれ姿勢検出装置とも称される。

表示装置Ｄ１は、情報を表示する装置である。音声出力装置Ｄ２は、音声を出力する装置である。操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。

コントローラ３０は、ショベル１００Ａを制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成されている。コントローラ３０は、各機能に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードし、対応する処理をＣＰＵに実行させる。各機能は、例えば操作者によるショベル１００Ａの手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル１００Ａの手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能を含む。

なお、本実施形態のショベル１００Ａに搭載される油圧システムの回路図については、第１の実施形態で説明した油圧システムの回路図（図２を参照）と同様の構成であってよい。ただし、本実施形態では、特定の操作装置２６に対する操作が行われていない場合であっても、コントローラ３０がその特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータを動作させることができるように構成されている。また、図５Ａ及び図５Ｂのショベル１００Ａに搭載される油圧システムの一部を構成する旋回油圧回路については、第１の実施形態で説明した旋回油圧回路（図３を参照）と同様の構成であってよい。

次に、図６を参照し、本実施形態のショベル１００Ａに搭載されるコントローラ３０の機能について説明する。図６は、コントローラ３０の機能ブロック図である。

図６の例では、コントローラ３０は、姿勢検出装置、操作装置２６、物体検知装置７０、撮像装置８０、スイッチＮＳ等が出力する信号を受け、様々な演算を実行し、表示装置Ｄ１、音声出力装置Ｄ２等に制御指令を出力できるように構成されている。姿勢検出装置は、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及び旋回角速度センサＳ５を含む。スイッチＮＳは、記録スイッチＮＳ１及び自動スイッチＮＳ２を含む。

コントローラ３０は、姿勢記録部３０Ａ、軌道算出部３０Ｂ、自律制御部３０Ｃ、及び旋回リリーフ圧制御部３０Ｄを機能要素として有する。各機能要素は、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアで構成されていてもよい。

姿勢記録部３０Ａは、ショベル１００Ａの姿勢に関する情報を記録する。本実施形態では、姿勢記録部３０Ａは、記録スイッチＮＳ１が押されたときのショベル１００Ａの姿勢に関する情報をＲＡＭに記録する。具体的には、姿勢記録部３０Ａは、記録スイッチＮＳ１が押される度に姿勢検出装置の出力を記録する。姿勢記録部３０Ａは、第１時点で記録スイッチＮＳ１が押されたときに記録を開始し、第２時点で記録スイッチＮＳ１が押されたときにその記録を終了するように構成されていてもよい。この場合、姿勢記録部３０Ａは、第１時点から第２時点まで、ショベル１００Ａの姿勢に関する情報を所定の制御周期で繰り返し記録してもよい。

軌道算出部３０Ｂは、ショベル１００Ａを自律的に動作させるときにショベル１００Ａの所定部位が描く軌道である目標軌道を算出する。所定部位は、例えばバケット６の背面にある所定点である。本実施形態では、軌道算出部３０Ｂは、自律制御部３０Ｃがショベル１００Ａを自律的に動作させるときに利用する目標軌道を算出する。具体的には、軌道算出部３０Ｂは、姿勢記録部３０Ａが記録したショベル１００Ａの姿勢に関する情報に基づいて目標軌道を算出する。また、軌道算出部３０Ｂは、目標軌道を算出する際に旋回動作の減速を開始させる位置（以下「減速開始位置」という。）を決定する。減速開始位置は、例えば目標軌道における旋回動作を停止させる位置（以下「目標位置」という。）よりも所定角度だけ小さい角度の位置であってよい。なお、目標軌道及び減速開始位置は、操作者により操作画面が操作されることにより決定されてもよく、過去の旋回動作に基づいて決定されてもよい。目標位置は、作業の進捗に応じて更新される。したがって、目標軌道も作業の進捗に応じて更新される。

自律制御部３０Ｃは、ショベル１００Ａを自律的に動作させる。本実施形態では、所定の開始条件が満たされた場合、軌道算出部３０Ｂが算出した目標軌道に沿ってショベル１００Ａの所定部位を移動させる。具体的には、自動スイッチＮＳ２が押されている状態で操作装置２６が操作されたときに、ショベル１００Ａの所定部位が目標軌道に沿って移動するように、ショベル１００Ａを自律的に動作させる。

旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、旋回指令に応じて旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を制御する。具体的には、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、目標軌道における所定のタイミングで算出された慣性モーメントに対応して旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。目標軌道における所定のタイミングは、例えば軌道算出部３０Ｂが目標軌道を算出する際に決定する減速開始位置に到達した時点であってよい。

次に、図３に示される旋回油圧回路２００におけるコントローラ３０の動作について説明する。

本実施形態では、慣性モーメントは、第１の実施形態と同様に、バケット６の旋回質量と旋回半径とにより算出される。

図７は、旋回角速度と旋回リリーフ弁の制御電流との関係を示す図である。図７において、上段のグラフは慣性モーメントの時間変化を示し、中段のグラフは旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流の時間変化を示し、下段のグラフは旋回角速度の時間変化を示す。なお、図７中、時刻ｔは減速開始位置に到達した時刻を示す。また、図７の下段のグラフにおいて、実線は旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流をｉ１としたときの旋回角速度を示し、破線は旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流を基準値（例えば０）としたときの旋回角速度を示す。

旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点（時刻ｔ）における慣性モーメントに対応して旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を制御する。具体的には、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントが閾値よりも大きい場合、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。

旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、右旋回時において、減速開始位置に到達した時点（時刻ｔ）における慣性モーメントが閾値よりも大きい場合、旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流を増加させることにより、旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。具体的には、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントが大きいほど、旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流を増加させる。例えば、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントが閾値よりも大きいＭ１である場合、旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流をｉ１に制御する。また、例えば、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントが閾値よりも大きく、且つＭ１よりも小さいＭ２である場合、旋回リリーフ弁５１Ｒの制御電流をｉ１よりも小さいｉ２に制御する。このように、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントに対応して旋回リリーフ弁５１Ｒの旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。これにより、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側の管路５０Ｒの作動油が、管路５５を介して、作動油タンクに流出することが抑制される。そのため、旋回リリーフ弁５１Ｒの旋回リリーフ圧を固定している場合と比較して、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側圧力である管路５０Ｒ内の圧力を高めることができる。その結果、図７の下段のグラフに示されるように、減速開始位置を通過した後の旋回角速度が小さくなる。言い換えると、制動力を高めることができる。そのため、操作者の意図した位置で旋回動作を停止させることができる。

また、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、左旋回時において、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントが閾値よりも大きい場合、旋回リリーフ弁５１Ｌの制御電流を増加させることにより、旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。具体的には、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントが大きいほど、旋回リリーフ弁５１Ｌの制御電流を増加させる。このように、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントに対応して旋回リリーフ弁５１Ｌの旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する。これにより、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側の管路５０Ｌの作動油が、管路５５を介して、作動油タンクに流出することが抑制される。そのため、旋回リリーフ弁５１Ｌの旋回リリーフ圧を固定している場合と比較して、旋回用油圧モータ２Ａの吐出側圧力である管路５０Ｌ内の圧力を高めることができる。その結果、制動力を高めることができ、操作者の意図した位置で旋回動作を停止させることができる。

なお、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントが閾値以下である場合、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの制御電流を変更しなくてよい。減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントが閾値以下である場合、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を変更しなくても、操作者の意図しない位置で旋回動作が停止することが生じにくいためである。ただし、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、減速開始位置に到達した時点における慣性モーメントが閾値以下である場合、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの旋回リリーフ圧を高圧側へ制御してもよい。また、旋回リリーフ圧制御部３０Ｄは、目標位置に近づくほど、旋回リリーフ弁５１Ｌ、５１Ｒの制御電流を減少させてもよい。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ 下部走行体
１Ａ 左走行用油圧モータ
１Ｂ 右走行用油圧モータ
２ 旋回機構
２Ａ 旋回用油圧モータ
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
１３Ｌ、１３Ｒ ポンプレギュレータ
１４Ｌ、１４Ｒ 油圧ポンプ
１９Ｌ、１９Ｒ 圧力センサ
２６ 操作装置
２８Ｌ、２８Ｒ 圧力センサ
３０ コントローラ
３０Ａ 姿勢記録部
３０Ｂ 軌道算出部
３０Ｃ 自律制御部
３０Ｄ 旋回リリーフ圧制御部
４２Ｌ、４２Ｒ センターバイパス管路
５０Ｌ、５０Ｒ 管路
５１Ｌ、５１Ｒ 旋回リリーフ弁
５２Ｌ、５２Ｒ 管路
５３Ｌ、５３Ｒ チェック弁
５４、５５ 管路
７０ 物体検知装置
８０ 撮像装置
１００、１００Ａ ショベル
１７１〜１７４、１７５Ｌ、１７５Ｒ、１７６Ｌ、１７６Ｒ 流量制御弁
２００ 旋回油圧回路
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

Claims (4)

1. 旋回用油圧モータと、
   前記旋回用油圧モータに接続される管路内の作動油の圧力が旋回リリーフ圧に達した場合に開状態となる電磁比例式の旋回リリーフ弁と、
   旋回指令に応じて前記旋回リリーフ圧を制御する制御装置と、
   を備える、
   ショベル。
2. 前記制御装置は、上部旋回体の慣性モーメントが閾値よりも大きい場合に前記旋回リリーフ弁の前記旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記旋回指令は、旋回操作レバーの操作量であり、
   前記制御装置は、前記旋回操作レバーが旋回動作と逆方向に操作された場合に前記旋回リリーフ弁の前記旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する、
   請求項１に記載のショベル。
4. 前記旋回指令は、目標軌道における所定のタイミングで算出された慣性モーメントであり、
   前記制御装置は、前記慣性モーメントに対応して前記旋回リリーフ弁の前記旋回リリーフ圧を高圧側へ制御する、
   請求項１に記載のショベル。

Images