JP2021050494A - 作業機械 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は本発明の第1実施形態に係る油圧ショベル(作業機械)を示す斜視図である。図1に示すように、本実施形態に係る油圧ショベルは、車体本体である下部走行体9および上部旋回体10と、上部旋回体10の前方に揺動可能に取り付けられた多関節型の作業装置(フロント作業装置)15とを備えている。
均し作業制御設定スイッチ17は油圧ショベルの運転室内に設置されており、オペレータ操作によって許可位置と禁止位置のいずれか一方の切り換え位置に変更される。均し作業制御設定スイッチ17が、メインコントローラ500による均し作業制御の実行を許可する許可位置に切り換えられている場合には、均し作業制御設定スイッチ17は設定データとして「真」を出力する。反対に、メインコントローラ500による均し作業制御の実行を禁止する禁止位置に切り換えられている場合には、均し作業制御設定スイッチ17は設定データとして「偽」を出力する。なお、本実施形態では、均し作業制御設定スイッチ17の切替位置によって設定データの内容を決定するが、コントローラ500内の他の演算によって設定データの内容を定めても良く、例えば、前記姿勢データに基づいて、目標面に対するバケット8の角度を演算し、その値が所定の範囲に収まる場合は設定データを真とし、収まらない場合は偽とするように構成しても良い。
目標面設定装置18は、作業対象となる目標面の設定や、設定された目標面の位置データ(目標面データ)の記憶に利用される装置であり、目標面データをメインコントローラ500に出力する。目標面データは目標面の3次元形状を規定するデータであり、本実施形態では目標面の位置情報や角度情報が含まれている。本実施形態においては、目標面の位置は上部旋回体10(油圧ショベル)との相対距離情報(すなわち油圧ショベル1に対する目標面の位置データ)、目標面の角度は重力方向に対する相対角度情報として定義されているものとするが、位置を地球上での位置座標、角度を車体との相対角度などとし、適当な変換を行ったデータを利用しても良い。
車体情報記憶装置19は、予め計測された油圧ショベルを構成する各部(例えば、下部走行体9、上部旋回体10、フロント作業装置15を構成する各フロント部材11,12,8)の寸法データの記憶に利用される装置であり、寸法データをメインコントローラ500に出力する。
メインコントローラ500は、油圧ショベルに関する各種制御を司るコントローラであるが、特に、バケット8の爪先が目標面に沿って移動するように各フロント部材11,12,8に関する目標速度(例えば、油圧シリンダ5,6,7の目標速度(目標アクチュエータ速度))を演算し、その目標速度に基づいて作業装置15を制御する掘削作業制御と、目標面に対するバケット8の姿勢(例えば目標面に対するバケット底面の角度がゼロに近い値)を保持しながらバケット8が目標面に沿って移動するように各フロント部材11,12,8に関する目標速度を演算し、その目標速度に基づいて作業装置15を制御する均し作業制御とを実行可能に構成されている点に特徴がある。
情報処理部100は、操作レバー装置1c,1dからの操作量データと、姿勢センサ13a―13dからの姿勢データと、均し作業制御設定スイッチ17からの設定データと、目標面設定装置18からの目標面データと、車体情報記憶装置19からの寸法データとに基づいて、各油圧シリンダ5,6,7の目標アクチュエータ速度を演算し、それらを制御弁駆動部200に出力する。制御弁駆動部200は、目標アクチュエータ速度に応じて、制御弁駆動信号を生成し、コントロールバルブ20を駆動する。
爪先偏差演算部110は、姿勢データ及び寸法データから演算するバケット8の爪先の位置と、目標面データとから、バケット8の爪先と目標面との距離(爪先偏差Dvt)を演算し、その演算結果を爪先偏差データとして出力する。
アーム先端偏差演算部140は、アーム12の先端ピン(バケットピン)について、爪先偏差演算部110と同様の演算を行う。つまり、姿勢データ及び寸法データから演算するアーム12の先端ピンの中心(本稿では「アーム先端」や「バケット回動中心」と称することがある)の位置と、目標面データとから、アーム先端と目標面との距離(アーム先端偏差)Dva(図17参照)を演算し、その演算結果をアーム先端偏差データとして出力する。アーム先端偏差Dvaは、例えば、各フロント部材11,12の姿勢データ及び寸法データLsb,Lbm,Lamに基づいて車体座標系におけるアーム先端の座標を算出し、その座標と、車体座標系における目標面の位置データとに基づいて演算できる。
掘削作業目標速度演算部120は、操作量データ、姿勢データ及び寸法データと、爪先偏差データとから、掘削作業制御時の油圧シリンダ5,6,7の目標速度(目標アクチュエータ速度)である掘削作業目標速度を演算し、出力する。
図4に戻り、バケットモード判断部150は、アーム先端偏差演算部140の出力するアーム先端偏差データと、均し作業制御設定スイッチ17の出力する設定データと、操作レバー装置1c,1dの出力する操作量データとに基づいて、後述する設定条件の成立の真偽を判断し、その判断結果をバケットモードフラグとして出力する。ここでいう設定条件とは、オペレータが均し作業制御の実行を希望しているとメインコントローラ500が判断するための条件であり、設定データが真(設定スイッチ17が均し作業制御の実行を許可する許可位置にある)であり、かつアーム先端偏差Dvaが所定の閾値dv1(後述)以下であり、かつ操作量データから判断されるバケット操作量の大きさが所定の閾値op1(後述)より小さく、かつ同アーム操作量の大きさが所定の閾値op2(後述)より大きいことである。この設定条件の全てが「充足された場合」には、目標面に対するバケット8の姿勢を保持するバケット自動動作を有効にすると判断し、バケットモードフラグを「真」として出力する。前記の、設定データ、アーム先端偏差Dva、バケット操作量、アーム操作量に係る条件のいずれかが「満たされない場合」は、バケット自動動作を無効にすると判断し、バケットモードフラグを「偽」として出力する。
オフセット偏差演算部160は、寸法データと、姿勢データと、アーム先端偏差データと、バケットモードフラグとに基づいて、オフセット偏差Dvo(図17参照)の演算を行い、その演算結果を出力する。
均し作業目標速度演算部170は、オフセット偏差データと、姿勢データと、寸法データと、操作量データとに基づいて、均し作業制御における作業装置15に関する目標速度(均し作業目標速度)を演算して出力する。
再び図4に戻り、目標速度選択部180は、均し作業目標速度と、掘削作業目標速度と、バケットモードフラグとに基づいて、作業装置15に関する3つの油圧シリンダ5,6,7の目標速度である目標アクチュエータ速度を演算して制御弁駆動部200に出力する。
以下、本実施形態の作用及び効果を具体的に説明する。以下では、図14(a)に示すように、アーム先端偏差Dvaの閾値dv1が、アームの先端(バケットの回動中心)からバケット爪先までの寸法(Lbk)に設定されているものとする。
続いて、第2の実施形態について説明する。本実施形態は図9の手順S6の条件に関する「アーム12の動作が有ること」をアーム操作ではなくアームシリンダ6の目標速度(アーム目標シリンダ速度)から判断するものである。以下、本実施形態の構成について説明するが、第1の実施形態と共通する部分については適宜省略する。
上記の油圧ショベルは均し作業制御設定スイッチ17を備え、図9及び図11の手順S6で判断される条件に「設定データが真であること」を含めたが、均し作業制御設定スイッチ17の設置は必須ではないため、この条件は省略可能である。
Claims (6)
- ブーム、アーム及びバケットを有する作業装置と、
前記作業装置を操作するための操作装置と、
前記バケットの爪先が所定の目標面に沿って移動するように前記作業装置を制御する掘削作業制御、及び、前記目標面に対する前記バケットの姿勢を保持しながら前記バケットが前記目標面に沿って移動するように前記作業装置を制御する均し作業制御を利用して前記作業装置を制御可能なコントローラとを備えた作業機械において、
前記コントローラは、
前記作業装置の姿勢データ、及び寸法データと前記目標面の位置データとに基づいて前記アームの先端から前記目標面までの距離であるアーム先端偏差を演算し、
演算した前記アーム先端偏差が所定の閾値以下のとき、かつ、前記操作装置に対するバケット操作の入力が無いとき、かつ、前記操作装置に対するアーム操作の入力が有るときには、前記均し作業制御を実行し、
それ以外のときには、前記掘削作業制御を実行する
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記所定の閾値は、前記アームの先端から前記バケットの爪先までの距離である
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記コントローラは、
前記目標面に対して垂直な方向における前記バケットの寸法であって、前記目標面に対する前記バケットの姿勢の変化に応じて変化し得るバケット高さを前記均し作業制御の開始時点において演算し、
演算した前記バケット高さを前記アーム先端偏差から減じて得られるオフセット偏差と、前記作業装置の姿勢データ及び寸法データと、前記操作装置の操作量データとに基づいて前記均し作業制御における前記作業装置に関する目標速度を演算する
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記均し作業制御時に保持される前記目標面に対する前記バケットの姿勢は、演算した前記アーム先端偏差が所定の閾値以下のとき、かつ、前記操作装置に対するバケット操作の入力が無いときに、前記操作装置に対するアーム操作が入力されたときにおける前記バケットの姿勢である
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記コントローラによる前記均し作業制御の実行を許可する許可位置と前記均し作業制御の実行を禁止する禁止位置とのいずれかの位置に切り換えられるスイッチをさらに備え、
前記コントローラは、
前記スイッチが前記許可位置に切り換えられているとき、かつ、演算した前記アーム先端偏差が所定の閾値以下のとき、かつ、前記操作装置に対するバケット操作の入力が無いとき、かつ、前記操作装置に対するアーム操作の入力が有るときには、前記均し作業制御を実行し、
それ以外のときには前記掘削作業制御を実行する
ことを特徴とする作業機械。 - 請求項1の作業機械において、
前記コントローラは、前記アームに関する目標速度が所定の閾値より大きいか否かに基づいて、前記操作装置に対する前記アーム操作の入力の有無を判定する
ことを特徴とする作業機械。
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