JP2021014746A - Working machine, and control method of working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、作業機械と、作業機械の制御方法とに関する。 The present disclosure relates to a work machine and a method of controlling the work machine.
ショベルに関し、特開2019−7173号公報(特許文献1)には、オペレータが意図しないショベルの動作として、オペレータによる走行体の操作が行なわれていないにも関わらず、掘削反力によりショベルが前方に引き摺られる前方引き摺り動作、および、均し作業における地面からの反力によりショベルが後方に引き摺られる後方引き摺り動作が例示されている。 Regarding the excavator, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-7173 (Patent Document 1) states that the excavator moves forward due to the excavation reaction force even though the operator does not operate the traveling body as an unintended operation of the excavator. The forward dragging motion of being dragged by the excavator and the backward dragging motion of dragging the excavator backward by the reaction force from the ground in the leveling work are exemplified.
上記文献には、オペレータが意図しないショベルの動作は、アタッチメント、すなわちブーム、アーム、バケットの動作に起因しており、アタッチメントを制御することにより意図しない動作を抑制できると記載されている。具体的には、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動作を補正することにより、ショベルの引き摺り動作を抑制できると記載されている。 The above document describes that the excavator movement unintentional by the operator is caused by the movement of the attachment, that is, the boom, arm, and bucket, and the unintended movement can be suppressed by controlling the attachment. Specifically, it is described that the dragging operation of the excavator can be suppressed by correcting the operation of the boom cylinder, which is a hydraulic actuator that drives the boom.
走行体と、旋回可能に走行体に搭載される旋回体とを備えるショベルにおいては、旋回体が走行体に対して旋回するときの走行体のスリップの発生を抑制することが作業効率上望ましいが、上記文献にはこのような観点からの記載はない。 In an excavator including a traveling body and a swivel body mounted on the traveling body so as to be able to turn, it is desirable from the viewpoint of work efficiency to suppress the occurrence of slip of the traveling body when the swivel body turns with respect to the traveling body. , The above document does not describe from such a viewpoint.
本開示では、旋回体の旋回によるスリップの発生を抑制できる、作業機械、および作業機械の制御方法が提供される。 The present disclosure provides a work machine and a method for controlling the work machine, which can suppress the occurrence of slip due to the rotation of the swivel body.
本開示に従うと、走行体と、走行体に旋回可能に搭載された旋回体と、作業機械の動作を制御するコントローラとを備える、作業機械が提供される。コントローラは、作業機械の自動運転中に、旋回体の旋回動作時における走行体のスリップの発生を判断する。コントローラは、スリップが発生したと判断すると、旋回動作時に発生する回転慣性力を低減する処理を実行する。 According to the present disclosure, there is provided a work machine including a running body, a turning body rotatably mounted on the running body, and a controller for controlling the operation of the working machine. The controller determines the occurrence of slip of the traveling body during the turning operation of the turning body during the automatic operation of the work machine. When the controller determines that slip has occurred, the controller executes a process of reducing the rotational inertial force generated during the turning operation.
本開示に従えば、旋回体の旋回によるスリップの発生を抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress the occurrence of slip due to the turning of the turning body.
以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are designated by the same reference numerals. Their names and functions are the same. Therefore, the detailed description of them will not be repeated.
図1は、実施形態に基づく油圧ショベル100の外観図である。図1に示されるように、作業機械として、本例においては、主に油圧ショベル100を例に挙げて説明する。
FIG. 1 is an external view of the
油圧ショベル100は、本体1と、油圧により作動する作業機2とを有している。本体1は、旋回体3と、走行体5とを有している。走行体5は、一対の履帯5Crと、走行モータ5Mとを有している。走行モータ5Mは、走行体5の駆動源として設けられている。走行モータ5Mは、油圧により作動する油圧モータである。
The
油圧ショベル100の動作時には、走行体5、より具体的には履帯5Crが、地面に接触している。走行体5は、履帯5Crの回転により地面を走行可能である。なお、走行体5が車輪(タイヤ)を有していてもよい。
During the operation of the
旋回体3は、走行体5の上に配置され、かつ走行体5により支持されている。旋回体3は、旋回軸RXを中心として走行体5に対して旋回可能に、走行体5に搭載されている。旋回体3は、キャブ4を有している。油圧ショベル100の乗員(オペレータ)は、このキャブ4に搭乗して、油圧ショベル100を操縦する。キャブ4には、オペレータが着座する運転席4Sが設けられている。オペレータは、キャブ4内において油圧ショベル100を操作可能である。オペレータは、キャブ4内において、作業機2の操作が可能であり、走行体5に対する旋回体3の旋回操作が可能であり、また走行体5による油圧ショベル100の走行操作が可能である。
The
旋回体3は、エンジンが収容されるエンジンルーム9と、旋回体3の後部に設けられるカウンタウェイトとを有している。エンジンルーム9には、後述するエンジン31および油圧ポンプ33などが配置されている。
The
旋回体3において、エンジンルーム9の前方に手すり19が設けられている。手すり19には、アンテナ21が設けられている。アンテナ21は、たとえばGNSS(Global Navigation Satellite Systems:全地球航法衛星システム)用のアンテナである。アンテナ21は、車幅方向に互いに離れるように旋回体3に設けられた第1アンテナ21Aおよび第2アンテナ21Bを有している。
In the rotating
作業機2は、旋回体3に搭載されており、旋回体3によって支持されている。作業機2は、ブーム6と、アーム7と、バケット8とを有している。ブーム6は、旋回体3に回転可能に連結されている。アーム7はブーム6に回転可能に連結されている。バケット8は、アーム7に回転可能に連結されている。バケット8は、複数の刃を有している。バケット8の先端部を、刃先8aと称する。
The
なお、バケット8は、刃を有していなくてもよい。バケット8の先端部は、ストレート形状の鋼板で形成されていてもよい。
The
ブーム6の基端部は、ブームピン13を介して旋回体3に連結されている。アーム7の基端部は、アームピン14を介してブーム6の先端部に連結されている。バケット8は、バケットピン15を介してアーム7の先端部に連結されている。
The base end portion of the
なお本実施形態においては、作業機2を基準として、油圧ショベル100の各部の位置関係について説明する。
In this embodiment, the positional relationship of each part of the
作業機2のブーム6は、旋回体3に対して、ブーム6の基端部に設けられたブームピン13を中心に回転する。旋回体3に対して回転するブーム6の特定の部分、たとえばブーム6の先端部が移動する軌跡は円弧状であり、その円弧を含む平面が特定される。油圧ショベル100を平面視した場合に、当該平面は直線として表される。この直線の延びる方向が、油圧ショベル100の本体1の前後方向、または旋回体3の前後方向であり、以下では単に前後方向ともいう。油圧ショベル100の本体1の左右方向(車幅方向)、または旋回体3の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向であり、以下では単に左右方向ともいう。車両本体の上下方向、または旋回体3の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向であり、以下では単に上下方向ともいう。
The
前後方向において、油圧ショベル100の本体1から作業機2が突き出している側が前方向であり、前方向と反対方向が後方向である。前方向を視て左右方向の右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。
In the front-rear direction, the side on which the
前後方向とは、キャブ4内の運転席4Sに着座したオペレータの前後方向である。運転席4Sに着座したオペレータに正対する方向が前方向であり、運転席4Sに着座したオペレータの背後方向が後方向である。左右方向とは、運転席4Sに着座したオペレータの左右方向である。運転席4Sに着座したオペレータが正面に正対したときの右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。上下方向とは、運転席4Sに着座したオペレータの上下方向である。運転席4Sに着座したオペレータの足元側が下側、頭上側が上側である。
The front-rear direction is the front-rear direction of the operator seated in the driver's
ブーム6は、ブームピン13を中心に回転可能である。アーム7は、アームピン14を中心に回転可能である。バケット8は、バケットピン15を中心に回転可能である。アーム7およびバケット8のそれぞれは、ブーム6の先端側で移動可能な可動部材である。ブームピン13、アームピン14およびバケットピン15は、すなわち左右方向に延びている。
The
作業機2は、ブームシリンダ10と、アームシリンダ11と、バケットシリンダ12とを有している。ブームシリンダ10は、ブーム6を駆動する。アームシリンダ11は、アーム7を駆動する。バケットシリンダ12は、バケット8を駆動する。ブームシリンダ10、アームシリンダ11、およびバケットシリンダ12のそれぞれは、作動油によって駆動される油圧シリンダである。
The
バケットシリンダ12は、アーム7に取り付けられている。バケットシリンダ12が伸縮することにより、アーム7に対してバケット8が回転する。作業機2は、バケットリンクを有している。バケットリンクは、バケットシリンダ12とバケット8とを連結している。
The
油圧ショベル100には、コントローラ26が搭載されている。コントローラ26は、油圧ショベル100の動作を制御する。コントローラ26の詳細は後述する。
The
図2は、実施形態に基づく油圧ショベル100のシステム構成を示すブロック図である。図2に示されるように、油圧ショベル100は、コントローラ(メインコントローラ)26と、エンジン31と、油圧ポンプ33と、タンク35と、メインバルブ40と、旋回モータ3Mとを備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing a system configuration of the
図2に示されるシステムは、油圧ポンプ33がエンジン31によって駆動され、油圧ポンプ33から吐出された作動油がメインバルブ40を介して各種の油圧アクチュエータに供給されるように、構成されている。油圧アクチュエータへの油圧の供給および排出が制御されることにより、作業機2の動作、旋回体3の旋回、および走行体5の走行動作が制御される。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12および旋回モータ3Mと、図1に示される走行モータ5Mとを含んでいる。旋回モータ3Mは、旋回体3を旋回させる駆動源として設けられている。
The system shown in FIG. 2 is configured such that the
エンジン31は、たとえばディーゼルエンジンである。エンジンコントローラ36は、エンジン31の動作を制御する。エンジン31への燃料の噴射量がエンジンコントローラ36によって制御されることにより、エンジン31の出力が制御される。エンジン31は、油圧ポンプ33に連結するための駆動軸を有している。
The
油圧ポンプ33は、作業機2の駆動および旋回体3の旋回に用いる作動油を供給する。油圧ポンプ33は、エンジン31の駆動軸に連結されている。エンジン31の回転駆動力が油圧ポンプ33に伝達されることにより、油圧ポンプ33が駆動される。油圧ポンプ33は、斜板を有し、斜板の傾転角が変更されることにより吐出容量を変化させる可変容量型の油圧ポンプである。
The
タンク35は、油圧ポンプ33が利用する油を蓄えるタンクである。タンク35内に貯留された油が、油圧ポンプ33の駆動によってタンク35から吸い出され、作動油用油路42を経由してメインバルブ40に供給される。
The
メインバルブ40は、ロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り換えるスプール方式の弁である。メインバルブ40は、ブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12および旋回モータ3Mのそれぞれの作動油の供給量を調整するそれぞれのスプールを有している。各スプールが軸方向に移動することにより、油圧アクチュエータ、すなわちブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12および旋回モータ3Mに対する作動油の供給量が調整される。作動油は、油圧アクチュエータを作動するために、その油圧アクチュエータに供給される油である。
The
油圧ポンプ33から送出された油の一部は、作動油用油路42から分岐してパイロット油路50へ流入する。油圧ポンプ33から送出された油の一部が自己圧減圧弁52で減圧され、その減圧された油がパイロット油として使用される。パイロット油は、メインバルブ40のスプールを作動するために、メインバルブ40に供給される油である。
A part of the oil delivered from the
パイロット油路50には、EPC弁(電磁比例制御弁)54が設けられている。ブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12および旋回モータ3Mのそれぞれの作動油の供給量を調整するそれぞれのスプール毎に、それぞれのEPC弁54が設けられている。EPC弁54は、コントローラ26からの制御信号(EPC電流)に基づいて、パイロット油の油圧(パイロット油圧)を調整する。EPC弁54は、コントローラ26からの制御信号に基づいて制御される。
The
EPC弁54は、メインバルブ40の一対の受圧室の各々に供給されるパイロット油のパイロット油圧を調整して、メインバルブ40を経由して油圧アクチュエータに供給される作動油の供給量を調整する。各油圧アクチュエータに供給される作動油の流れ方向および流量がメインバルブ40によって調整され、各油圧アクチュエータへの作動油の供給が制御されることにより、各油圧アクチュエータの出力が制御される。これにより、作業機2の動作および旋回体3の旋回動作が制御される。
The
図3は、旋回体3の旋回を制御するための構成を示す図である。走行体5に対する旋回体3の旋回に用いる作動油が流れる作動油用油路42は、旋回モータ3Mへ供給される作動油が流れる供給油路43と、旋回モータ3Mから排出される作動油が流れる排出油路44とを有している。供給油路43に、油圧ポンプ33と、メータイン絞り61とが設けられている。排出油路44に、メータアウト絞り62が設けられている。メータアウト絞り62は、開口面積を変更可能である。メータアウト絞り62の開口面積を変更することで、排出油路44を流れる作動油の流量を制御可能である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration for controlling the turning of the turning
図3に示されるメインバルブ40は、旋回モータ3Mに対する作動油の供給量を調整する旋回スプール41を有している。メータイン絞り61とメータアウト絞り62とは、旋回スプール41に含まれている。
The
旋回モータ3Mとメータアウト絞り62との間の排出油路44から分岐する分岐ラインに、リリーフ弁66が設けられている。リリーフ弁66の入力ポートは排出油路44に接続されており、リリーフ弁66の出力ポートはタンクに接続されている。旋回モータ3Mから流出して排出油路44内を流れる作動油の圧力がリリーフ圧以上になると、リリーフ弁66が開状態になって、排出油路44内の作動油の一部がリリーフ弁66を通過してタンクへ流れる。通常は、排出油路44内の作動油の圧力がリリーフ圧よりも小さくなるように、作動油用油路42内の作動油の流れが制御される。
A
旋回体3の旋回の減速度、すなわち、単位時間当たりの旋回速度の減少量は、メータアウト絞り62を用いて制御される。コントローラ26から制御信号を受けたEPC弁(図2)は、その開度を調整することにより、パイロット油圧を調整する。旋回スプール41は、パイロット油圧に応じて軸方向に移動する。メータアウト絞り62は、その旋回スプール41の移動量に応じて、開口面積を変更する。
The deceleration of the swivel of the
メータアウト絞り62の開口面積を小さくすることにより、メータアウト側の排出油路44内の作動油の圧力が高くなり、得られる制動力が大きくなる。これにより、旋回体3の減速度が大きくなり、旋回体3は短時間で急に減速する。メータアウト絞り62の開口面積を大きくすることにより、メータアウト側の排出油路44内の作動油の圧力が下がり、得られる制動力が小さくなる。これにより、旋回体3の減速度が小さくなり、旋回体3は緩やかに減速する。
By reducing the opening area of the meter-
図4は、実施形態に基づく油圧ショベル100の一部電気的構成を示すブロック図である。図4に示されるように、コントローラ26は、メモリ261を有している。メモリ261は、油圧ショベル100の各種の動作を制御するためのプログラムを格納する。コントローラ26は、メモリ261に格納されているプログラムに基づいて、油圧ショベル100の動作を制御するための各種処理を実行する。メモリ261は、不揮発性のメモリであり、必要なデータを記憶する領域として設けられている。
FIG. 4 is a block diagram showing a partial electrical configuration of the
アンテナ21は、受信した電波(GNSS電波)に応じた信号をグローバル座標演算部23に出力する。グローバル座標演算部23は、グローバル座標系におけるアンテナ21の設置位置を検出する。グローバル座標系は、作業エリアに設置した基準位置を元にした3次元座標系である。基準位置は、作業エリアに設定された基準杭の先端の位置であってもよい。
The
IMU(Inertial Measurement Unit)24は、旋回体3に設けられている。本例においては、IMU24は、キャブ4の下部に配置されている。旋回体3において、キャブ4の下部に高剛性のフレームが配置されている。IMU24は、そのフレーム上に配置されている。なお、IMU24は、旋回体3の旋回軸RXの側方(右側又は左側)に配置されてもよい。IMU24は、前後方向、左右方向および上下方向における旋回体3の加速度と、前後方向、左右方向および上下方向まわりの旋回体3の角速度とを計測する。
The IMU (Inertial Measurement Unit) 24 is provided on the
マンマシンインターフェース部28は、入力部281と表示部(モニタ)282とを有している。入力部281は、オペレータによって操作される。入力部281は、表示部282の周囲に配置される操作ボタンを有している。入力部281は、タッチパネルを有していてもよい。入力部281の操作により生成された指令信号は、コントローラ26に出力される。表示部282は、燃料残量および冷却水温度などの基本情報、および油圧ショベル100の動作情報などを表示する。
The man-
コントローラ26は、EPC弁54に、制御信号を送信する。EPC弁54は、コントローラ26からの制御信号に基づいて制御される。EPC弁54は、コントローラ26から入力された制御信号に基づいて、開度を調整して、メインバルブ40の各スプールに供給されるパイロット油の圧力を調整する。各スプールがパイロット油圧に応じて軸方向に移動することにより、油圧アクチュエータ、すなわちブームシリンダ10、アームシリンダ11、バケットシリンダ12および旋回モータ3Mに対する作動油の供給量が調整される。
The
旋回スプール41に対応するEPC弁54が、コントローラ26から入力された制御信号に基づいて開度を調整することにより、旋回スプール41に供給されるパイロット油圧が調整され、旋回スプール41が軸方向に移動する。旋回スプール41の移動量に投じて、メータアウト絞り62は、作動油用油路42(排出油路44、図3)の開口面積を調整して、排出油路44内の作動油の圧力を調整する。
The
コントローラ26は、リリーフ弁66に、制御信号を送信する。リリーフ弁66は、コントローラ26からの制御信号に基づいて制御される。コントローラ26は、リリーフ弁66に、リリーフ圧の設定値を指示する制御信号を出力する。
The
図5は、コントローラ26の機能的構成を表したブロック図である。図5に示されるように、コントローラ26は、旋回体位置取得部102と、旋回減速度設定部104と、目標掘削量設定部106と、旋回時作業機姿勢設定部108とを備えている。
FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of the
旋回体位置取得部102は、アンテナ21で受信したGNSS電波に基づいてグローバル座標演算部23が検出したグローバル座標系におけるアンテナ21の設置位置の検出結果から、アンテナ21が搭載されている旋回体3の基準位置に対する座標を取得する。典型的には、旋回体位置取得部102は、旋回軸RXの座標を取得する。また旋回体位置取得部102は、IMU24による角速度の計測結果から、地面に対する旋回体3の旋回の角度を取得する。
The swivel body
旋回減速度設定部104は、旋回体3の旋回の減速度、すなわち単位時間当たりの旋回速度の減少量を設定する。コントローラ26は、旋回減速度設定部104の設定した旋回の減速度に対応する制御信号を生成して、その制御信号をEPC弁54に出力する。旋回スプール41に供給されるパイロット油圧を調整して旋回スプール41を軸方向に移動させることにより、メータアウト絞り62の開口面積を調整する。
The turning
目標掘削量設定部106は、土砂などの掘削対象物を作業機2によって掘削する掘削量の目標値を設定する。この掘削量の目標値を、以下では目標掘削量と称する。目標掘削量設定部106は、掘削対象物の目標掘削量を設定する。コントローラ26は、目標掘削量設定部106の設定した目標掘削量に対応する制御信号を生成して、その制御信号をEPC弁54に出力して、バケット8に目標掘削量の掘削対象物が積載されるように、作業機2を制御する。
The target excavation
旋回時作業機姿勢設定部108は、旋回体3が旋回動作するときの、旋回体3に対する作業機2の相対位置を設定する。コントローラ26は、旋回時作業機姿勢設定部108の設定した作業機2の姿勢に対応する制御信号を生成して、その制御信号をEPC弁54に出力して、旋回時の作業機2が設定された姿勢をとるように、作業機2を制御する。
The turning work machine
図6は、ダンプトラック200への排土のための油圧ショベル100の旋回動作を示す模式図である。図6(A)中の曲線矢印に示されるように、旋回体3は、旋回軸RX(図1)を中心として、走行体5に対して旋回する。旋回体3は、図6(B)に示されるように、ダンプトラック200の荷台202に作業機2が向く姿勢となる位置で、旋回を停止する。この位置で、油圧ショベル100は、バケット8に積載された土砂などの積載対象物を、ダンプトラック200の荷台202に排土する。バケット8に積載された土砂などの積載対象物は、実施形態における作業機2が運搬する荷の一例である。
FIG. 6 is a schematic view showing a turning operation of the
図7は、旋回減速中の油圧ショベル100のスリップの発生状況を示す模式図である。図7(A)には、図6(A)と同様の、旋回軸RXを回転中心とする旋回体3の旋回が示されている。旋回体3の旋回速度の減少時に、走行体5に、旋回する旋回体3の慣性モーメントによる回転慣性力が作用する。この回転慣性力が、地面に対する履帯5Crの最大静止摩擦力よりも大きいと、地面に対する走行体5のスリップが発生する。履帯5Crが接触している地面が雨で湿っている場合など、地面と履帯5Crとの間の摩擦抵抗が小さくなる場合に、走行体5のスリップが発生しやすくなる。
FIG. 7 is a schematic view showing a slip occurrence state of the
図7(B)に破線で示される接地面Gは、旋回体3の旋回前に走行体5が接触している地面を示す。図7(B)中の白抜き矢印に示されるように、走行体5のスリップが発生すると、履帯5Crは旋回体3の旋回方向に移動して、履帯5Crは接地面Gからずれる。接地面Gに対する走行体5のスリップが発生すると、油圧ショベル100が全体として地面に対して移動し、ダンプトラック200に対する作業機2の相対位置がずれることになる。
The ground plane G shown by the broken line in FIG. 7B indicates the ground that the traveling
旋回体3の旋回後に作業機2がダンプトラック200の荷台202から外れるほどにスリップによる油圧ショベル100の位置ずれが大きくなると、ダンプトラック200への排土位置がずれることによる荷こぼれが発生する可能性がある。荷こぼれを防止するために旋回体3を逆方向に旋回させる場合には、サイクルタイムが長くなる。このように、スリップが発生することにより、掘削積込作業の効率が低下することになる。
If the displacement of the
実施形態の油圧ショベル100は、油圧ショベル100からダンプトラック200へ自動で積込を行なう自動運転中における、旋回体3の旋回時にこのような走行体5のスリップが発生した場合に、次回に旋回体3が旋回するときの走行体5のスリップの発生を抑制するものである。図8は、旋回減速中の油圧ショベル100にスリップが発生した場合の処理の流れを示すフロー図である。
The
図8に示されるように、まずステップS1において、掘削を実行する。コントローラ26は、EPC弁54に制御信号を送信することにより作業機2および旋回体3の動作を制御する。掘削作業を実行するための適切な位置にバケット8を移動させ、その位置で作業機2を適切に動作させることにより、バケット8によって土砂などの掘削対象物が掘削され、バケット8内に掘削対象物が積載される。
As shown in FIG. 8, first, in step S1, excavation is performed. The
ステップS2において、旋回体3を旋回させる。コントローラ26は、EPC弁54に制御信号を送信することにより、作業機2および旋回体3の動作を制御する。バケット8内に荷を積載したまま旋回体3に対する作業機2の相対位置を維持しながら、または、作業機2を上昇もしくは下降させながら、走行体5に対して旋回体3を所定の角度分旋回させる。旋回体3が旋回する角度は、掘削作業を実行した位置と、ダンプトラック200の荷台202の位置とに基づいて、コントローラ26が自動で設定する。
In step S2, the
ステップS3において、旋回体3が旋回を停止した後の旋回体3の位置を取得する。コントローラ26、具体的には旋回体位置取得部102(図5)は、アンテナ21で受信したGNSS電波、および/またはIMU24による角速度の計測結果に基づいて、旋回体3が旋回を停止した後の旋回体3の位置を取得する。
In step S3, the position of the
ステップS4において、地面に対して走行体5(履帯5Cr)がスリップしているか否かを判断する。たとえば、走行体5を走行させる操作が行なわれておらず、EPC弁54に対して走行モータ5M(図1)を駆動させる信号は送信されず、したがって走行モータ5Mは停止したままであるにも関わらず、旋回の前後で旋回軸RXの位置が変化している場合に、コントローラ26は、走行体5が地面に対してスリップしていると判断する。
In step S4, it is determined whether or not the traveling body 5 (track 5Cr) is slipping on the ground. For example, the operation of traveling the traveling
または、走行体5に対する旋回体3の旋回角度を旋回角センサで検出し、地面に対する旋回体3の旋回角度をIMU24で検出し、検出された旋回角度の差分が所定の閾値以上である場合に、コントローラ26は、走行体5が地面に対してスリップしていると判断する。または、掘削作業を実行した位置とダンプトラック200の荷台202の位置とに基づいてコントローラ26が自動で設定した旋回目標角度と、地面に対する旋回体3の旋回角度と、の差分が所定の閾値以上である場合に、コントローラ26は、走行体5が地面に対してスリップしていると判断する。
Alternatively, when the turning angle of the turning
地面に対する旋回体3の旋回角度は、油圧ショベル100に搭載している視覚センサで画像を取得し、スキャンマッチングで油圧ショベル100の自己位置および姿勢を推定することにより、検出してもよい。旋回前のGNSSの方位角と旋回後のGNSSの方位角との差分から、地面に対する旋回体3の旋回角度を検出してもよい。
The turning angle of the
走行体5が地面に対してスリップしていると判断された場合(ステップS4においてYES)、ステップS5に進み、スリップ発生と判断された回数が閾値未満であるか否かを判断する。コントローラ26は、メモリ261に保存されている、直前のステップS4の判断よりも前にスリップ発生と判断された回数と、スリップ発生と判断された回数の閾値とを読み出す。コントローラ26は、直前のステップS4の判断よりも前にスリップ発生と判断された回数に1を加算し、加算後の回数と閾値とを比較して、加算後の回数が閾値未満であるか否かを判断する。
When it is determined that the traveling
加算後の回数が閾値未満であると判断された場合(ステップS5においてYES)、ステップS6に進み、コントローラ26は、次回に走行体5に対する旋回体3の旋回速度が減少するときに発生する回転慣性力を低減する処理を実行する。
If it is determined that the number of times after addition is less than the threshold value (YES in step S5), the process proceeds to step S6, and the
図9は、旋回減速中に発生する回転慣性力を低減する第1の処理を説明するためのグラフである。図9には、スリップ発生時、および次回の、時間に対する旋回速度の変化を示すグラフが図示されている。グラフの横軸は時間を示し、グラフの縦軸は旋回速度を示す。 FIG. 9 is a graph for explaining the first process of reducing the rotational inertial force generated during turning deceleration. FIG. 9 shows a graph showing changes in the turning speed with respect to time when slip occurs and next time. The horizontal axis of the graph shows time, and the vertical axis of the graph shows turning speed.
スリップ発生時には、時刻0から時刻T1まで旋回速度ωが維持されており、時刻T1で減速を開始し、時刻T2の時点で旋回速度0まで減速されたとする。この場合、次回の旋回時には、時刻0の時点で同じ旋回速度ωであれば、同じ時刻T2で旋回速度0まで減速して旋回体3を旋回目標角度分旋回させるために、減速を開始する時刻を、時刻T1よりも前の時刻T0と設定する。
It is assumed that when the slip occurs, the turning speed ω is maintained from the
スリップが発生したと判断された後の次回の旋回速度の減少時に、旋回減速を開始するタイミングを早めることで、単位時間当たりの旋回速度の減少量を、スリップ発生時よりも小さくする。旋回減速時の減速度を小さくすることにより、回転慣性力が低減される。旋回体3を緩やかに減速させることで、スリップの発生が抑制される。地面に対する履帯5Crの最大静止摩擦力よりも回転慣性力を小さくすることにより、スリップの発生を防止することができる。
When the next turning speed is reduced after it is determined that a slip has occurred, the timing of starting the turning deceleration is advanced so that the amount of reduction in the turning speed per unit time is smaller than that when the slip occurs. The rotational inertia force is reduced by reducing the deceleration during turning deceleration. By gently decelerating the
旋回速度の減少量は、図3に示される、メインバルブ40内の旋回スプール41のメータアウト絞り62を用いて、制御することができる。旋回モータ3Mとメータアウト絞り62との間の排出油路44内における作動油の圧力は、リリーフ弁66のリリーフ圧手前で制御される。旋回モータ3Mの下流側の排出油路44内の作動油の圧力が高いと、旋回モータ3Mの回転に対する抵抗が大きくなり、旋回モータ3Mの回転を止めるブレーキとして働く。
The amount of decrease in the swivel speed can be controlled by using the meter-
コントローラ26でEPC弁54の開度を制御することで、旋回スプール41に供給されるパイロット油圧が調整され、メータアウト絞り62の開口面積が変更される。メータアウト絞り62を開く方向に制御することで、メータアウト絞り62を通過する作動油の流れに対する抵抗が低下する。旋回モータ3Mとメータアウト絞り62との間の排出油路44内における、作動油の圧力が低くなる。
By controlling the opening degree of the
旋回モータ3Mの下流側の排出油路44内の作動油の圧力を低くすることで、旋回モータ3Mに働くブレーキ力が小さくなり、旋回速度の減少量を小さくすることができる。したがって、メータアウト絞り62を開くことにより、単位時間当たりの旋回速度の減少量を小さくすることができる。
By lowering the pressure of the hydraulic oil in the
または旋回速度の減少量は、図3に示されるリリーフ弁66を用いて制御することができる。リリーフ弁66のリリーフ圧の設定値を高く設定すると、旋回の減速度が大きくなる。リリーフ弁66のリリーフ圧の設定値を低く設定すると、旋回の減速度が小さくなる。そこで、走行体5のスリップが発生すると、次回に走行体5に対する旋回体3の旋回速度が減少するときのリリーフ圧の設定値を低くするように、制御してもよい。
Alternatively, the amount of decrease in the turning speed can be controlled by using the
図10は、旋回減速中に発生する回転慣性力を低減する第2の処理を説明するための模式図である。図10には、バケット8と、バケット8によって運搬される荷、典型的には掘削作業時にバケット8内に積まれた土砂などの掘削対象物、とが図示されている。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a second process of reducing the rotational inertial force generated during turning deceleration. FIG. 10 illustrates a
スリップ発生時には、バケット8内に積載量P1の荷が積まれており、作業機2が運搬する荷の量は積載量P1であったとする。この場合、目標掘削量設定部106は、次回の目標掘削量を現在の目標掘削量よりも小さい量に設定変更する。作業機2が運搬する荷の量が、積載量P1よりも小さい積載量P2と設定される。作業機2が運搬する荷の量を小さくすることにより、旋回速度が減少するときの回転慣性力が低減される。これにより、スリップの発生が抑制される。地面に対する履帯5Crの最大静止摩擦力よりも回転慣性力を小さくすることにより、スリップの発生を防止することができる。
It is assumed that when the slip occurs, the load of the load P1 is loaded in the
図11は、旋回減速中に発生する回転慣性力を低減する第3の処理を説明するための模式図である。図11には、左方から見た油圧ショベル100の模式図が図示されている。旋回体3は、旋回軸RXを中心として旋回可能に、走行体5に搭載されている。作業機2は、旋回体3に対し相対移動可能に、旋回体3に取り付けられている。バケット8には、積荷Pが積載されている。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a third process of reducing the rotational inertial force generated during turning deceleration. FIG. 11 shows a schematic view of the
スリップ発生時における作業機2の姿勢と比較して、次回の旋回時には、作業機2が、旋回体3の旋回の中心である旋回軸RXにより近づけられている。旋回体3の旋回時に作業機2を折り畳んだ姿勢にして、旋回軸RXから作業機2までの距離、典型的には旋回軸RXから積荷Pを積載するバケット8までの距離を小さくすることにより、旋回速度が減少するときの回転慣性力が低減される。これにより、スリップの発生が抑制される。地面に対する履帯5Crの最大静止摩擦力よりも回転慣性力を小さくすることにより、スリップの発生を防止することができる。
Compared with the posture of the working
このように、地面(接地面G、図7)に対する走行体5のスリップが発生した場合に、次回に旋回体3の旋回速度が減少するときに、発生する回転慣性力を低減することで、旋回体3の旋回によるスリップの発生を抑制することができる。そして、処理を終了する(図8の「エンド」)。
In this way, when the traveling
図8のステップS5の判断において、スリップ発生と判断された回数が閾値以上であると判断された場合(ステップS5においてNO)、ステップS7に進み、自動運転を停止する。ステップS6における回転慣性力を低減する処理を実行した後の次回の旋回時においても走行体5のスリップが発生する事象が繰り返され、当該事象が閾値回数に達したとき、コントローラ26は、油圧ショベル100の自動運転を停止する。度重なるスリップの発生によって、目標の作業効率が得られなかったり、油圧ショベル100の姿勢が不安定になったりする不具合を回避するために、油圧ショベル100の自動運転が停止される。そして、処理を終了する(図8の「エンド」)。
If it is determined in step S5 of FIG. 8 that the number of times that slip has occurred is equal to or greater than the threshold value (NO in step S5), the process proceeds to step S7 and the automatic operation is stopped. The event that the traveling
スリップ発生と判断された回数の閾値は、1以上の整数が設定される。この閾値は、メモリ261に予め保存されていてもよい。オペレータがマンマシンインターフェース部28(図4)の入力部281を操作することにより、コントローラ26に閾値の設定値が入力されてもよい。
An integer of 1 or more is set as the threshold value for the number of times the slip is determined to occur. This threshold value may be stored in the
ステップS4の判断において、走行体5が地面に対してスリップしていないと判断された場合(ステップS4においてNO)、回転慣性力を低減する処理は行なわれず、自動運転を停止する処理も行なわれず、そのまま処理を終了する(図8の「エンド」)。
If it is determined in step S4 that the traveling
ステップS6において回転慣性力を低減する処理を実行したとき、および、ステップS7において自動運転を停止する処理を実行したとき、コントローラ26は、これらの処理を実行したことをオペレータに通知してもよい。併せて、旋回体3の旋回時にスリップが発生したことをオペレータに通知し、スリップしにくい作業場所への移動をオペレータに促してもよい。この通知は、表示部282(図4)に通知表示を表示することにより行なわれてもよく、ランプなどのオペレータに視覚的に通知する他の装置を用いて行なわれてもよく、または、ブザーもしくはスピーカなどのオペレータに音声で通知する装置を用いてもよい。
When the process of reducing the rotational inertial force is executed in step S6 and the process of stopping the automatic operation is executed in step S7, the
上記のステップS7の説明では、自動運転を停止するか否かの判断に、スリップ発生と判断された回数が用いられる例について説明した。この例に替えて、スリップ量の閾値を超えると自動運転を停止するように、制御されてもよい。スリップ量が大きいと、1回のスリップの発生によって車体が不安定になる可能性がある。自動運転を停止するか否かの判断にスリップ量を用いて制御することにより、車体が不安定になる事象をより確実に回避することができる。 In the above description of step S7, an example has been described in which the number of times the slip is determined to occur is used for determining whether or not to stop the automatic operation. Instead of this example, the automatic operation may be controlled to stop when the slip amount threshold is exceeded. If the amount of slip is large, the vehicle body may become unstable due to the occurrence of one slip. By controlling the slip amount to determine whether or not to stop the automatic driving, it is possible to more reliably avoid the event that the vehicle body becomes unstable.
これまでの実施形態の説明では、油圧ショベル100がコントローラ26を備えており、油圧ショベル100に搭載されているコントローラ26が作業機2の動作を自動制御する例について説明した。作業機2の動作を制御するコントローラは、必ずしも油圧ショベル100に搭載されていなくてもよい。
In the description of the embodiments so far, an example has been described in which the
図12は、油圧ショベル100を含むシステムの概略図である。油圧ショベル100に搭載されたコントローラ26とは別に設けられた外部のコントローラ260が、作業機2の動作を制御するシステムを構成してもよい。コントローラ260は、油圧ショベル100の作業現場に配置されてもよく、油圧ショベル100の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。
FIG. 12 is a schematic view of a system including the
実施形態においては、スリップが発生したときに、次回の旋回速度の減少時にスリップの発生を抑制する制御について説明した。図9を参照して説明した旋回減速時の減速度を小さくする制御、および図11を参照して説明した作業機2を旋回軸に近づける制御は、次回の旋回減速時に限らず制御可能である。たとえば、自動旋回している間にスリップを検知すると、スリップを検知した直後に作業機2を旋回軸RXに近づけたり、スリップを検知した直後に単位時間当たりの旋回速度の減少量を小さくして、回転慣性力を低減させてもよい。
In the embodiment, when a slip occurs, control for suppressing the occurrence of the slip when the next turning speed is reduced has been described. The control for reducing the deceleration during turning deceleration described with reference to FIG. 9 and the control for bringing the working
実施形態においては、旋回体3の旋回減速時におけるスリップ対策について説明した。図10を参照して説明したバケット8によって運搬される荷を減らす制御、および図11を参照して説明した作業機2を旋回軸RXに近づける制御は、旋回体3の旋回加速時に走行体5のスリップが発生した場合の対策としても、同様に有効である。したがって、旋回体3の旋回速度の変動時に走行体5のスリップが発生したときに、回転慣性力を低減する処理を実行することで、スリップの発生を抑制することができる。
In the embodiment, the slip countermeasure at the time of turning deceleration of the turning
実施形態においては、旋回体3の旋回速度の変動時におけるスリップ対策について説明した。図10を参照して説明したバケット8によって運搬される荷を減らす制御、および図11を参照して説明した作業機2を旋回軸RXに近づける制御は、旋回体3が一定の旋回速度で旋回しているときに走行体5のスリップが発生した場合の対策としても、同様に有効である。したがって、旋回体3の旋回動作時に走行体5のスリップが発生したときに、回転慣性力を低減する処理を実行することで、スリップの発生を抑制することができる。
In the embodiment, measures against slipping when the turning speed of the turning
実施形態においては、作業機械の一例として油圧ショベル100について説明したが、本開示の思想を適用可能な作業機械は、油圧で駆動しない機械式の超大型のロープショベル、電動モータで駆動する電動ショベルなどであってもよい。
In the embodiment, the
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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 本体、2 作業機、3 旋回体、3M 旋回モータ、5 走行体、5Cr 履帯、5M 走行モータ、6 ブーム、7 アーム、8 バケット、8a 刃先、9 エンジンルーム、10 ブームシリンダ、11 アームシリンダ、12 バケットシリンダ、21 アンテナ、21A 第1アンテナ、21B 第2アンテナ、23 グローバル座標演算部、24 IMU、26,260 コントローラ、28 マンマシンインターフェース部、31 エンジン、33 油圧ポンプ、35 タンク、36 エンジンコントローラ、40 メインバルブ、41 旋回スプール、42 作動油用油路、43 供給油路、44 排出油路、50 パイロット油路、52 自己圧減圧弁、54 EPC弁、61 メータイン絞り、62 メータアウト絞り、66 リリーフ弁、100 油圧ショベル、102 旋回体位置取得部、104 旋回減速度設定部、106 目標掘削量設定部、108 旋回時作業機姿勢設定部、200 ダンプトラック、202 荷台、261 メモリ、281 入力部、282 表示部、G 接地面、P 積荷、P1,P2 積載量、RX 旋回軸。 1 main body, 2 work equipment, 3 swivel body, 3M swivel motor, 5 traveling body, 5Cr cuffs, 5M traveling motor, 6 boom, 7 arm, 8 bucket, 8a cutting edge, 9 engine room, 10 boom cylinder, 11 arm cylinder, 12 bucket cylinder, 21 antenna, 21A 1st antenna, 21B 2nd antenna, 23 global coordinate calculation unit, 24 IMU, 26,260 controller, 28 man-machine interface unit, 31 engine, 33 hydraulic pump, 35 tank, 36 engine controller , 40 main valve, 41 swivel spool, 42 hydraulic oil passage, 43 supply oil passage, 44 discharge oil passage, 50 pilot oil passage, 52 self-pressure pressure reducing valve, 54 EPC valve, 61 meter-in throttle, 62 meter-out throttle, 66 Relief valve, 100 hydraulic excavator, 102 swivel body position acquisition section, 104 swivel deceleration setting section, 106 target excavation amount setting section, 108 turning work machine attitude setting section, 200 dump truck, 202 loading platform, 261 memory, 281 inputs Unit, 282 display unit, G ground plane, P load, P1, P2 load capacity, RX swivel shaft.
Claims (6)
走行体と、
前記走行体に旋回可能に搭載された旋回体と、
前記作業機械の動作を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記作業機械の自動運転中に、前記旋回体の旋回動作時における前記走行体のスリップの発生を判断し、スリップが発生したと判断すると、旋回動作時に発生する回転慣性力を低減する処理を実行する、作業機械。 It ’s a work machine,
With the running body
A swivel body mounted on the traveling body so as to be swivel
A controller for controlling the operation of the work machine is provided.
The controller determines the occurrence of slip of the traveling body during the turning operation of the turning body during the automatic operation of the work machine, and if it is determined that the slip has occurred, the rotational inertia force generated during the turning operation is reduced. A work machine that performs the processing to be done.
前記コントローラは、前記旋回体の旋回の中心に前記作業機を近づけることにより、前記回転慣性力を低減する処理を実行する、請求項1または2に記載の作業機械。 Further equipped with a working machine mounted on the swivel body,
The work machine according to claim 1 or 2, wherein the controller executes a process of reducing the rotational inertial force by bringing the work machine closer to the center of rotation of the swivel body.
前記作業機は、掘削対象物を掘削するバケットを有し、
前記コントローラは、前記掘削対象物の目標掘削量を設定する目標掘削量設定部を有し、前記走行体のスリップが発生したと判断すると、次回の前記目標掘削量を現在の前記目標掘削量よりも少ない量に設定変更することにより、次回の前記回転慣性力を低減する処理を実行する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の作業機械。 Further equipped with a working machine mounted on the swivel body,
The working machine has a bucket for excavating an object to be excavated.
The controller has a target excavation amount setting unit that sets a target excavation amount of the excavation target, and when it is determined that slip of the traveling body has occurred, the next target excavation amount is set from the current target excavation amount. The work machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the next process of reducing the rotational inertial force is executed by changing the setting to a smaller amount.
前記作業機械は、走行体と、前記走行体に旋回可能に搭載された旋回体とを含み、
前記作業機械の自動運転中に、前記旋回体の旋回動作時における前記走行体のスリップの発生を判断するステップと、
前記判断するステップにおいてスリップが発生したと判断すると、旋回動作時に発生する回転慣性力を低減する処理を実行するステップとを備える、作業機械の制御方法。 It is a control method for work machines.
The work machine includes a traveling body and a rotating body rotatably mounted on the traveling body.
A step of determining the occurrence of slip of the traveling body during the turning operation of the turning body during the automatic operation of the working machine, and
A method for controlling a work machine, comprising: a step of executing a process of reducing a rotational inertial force generated during a turning operation when it is determined that a slip has occurred in the determination step.
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