JP2021050522A - Work machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は継続使用により消耗し得るアタッチメントを作業装置に有する作業機械に関する。 The present invention relates to a work machine having an attachment in the work device that can be consumed by continuous use.
例えば油圧ショベルのような作業機械では,オペレータが操作レバーを操作することで,バケットなどのアタッチメントを含む作業装置(フロント作業装置)が駆動される。このとき,所定深さの溝または所定勾配の法面を掘削する場合には,作業装置の動作を目視するだけで目標とする形状通りに正確に掘削されているか否かをオペレータが判断することは困難である。また,オペレータが,そのような所定勾配の法面を目標形状通りに効率よく正確に掘削できるようになるには熟練を要する。このため,例えば特許文献1のように,作業装置の先端に位置するバケットの先端(爪先)の位置情報を表示装置に表示して,オペレータを補助する技術がある。
For example, in a work machine such as a hydraulic excavator, a work device (front work device) including an attachment such as a bucket is driven by an operator operating an operation lever. At this time, when excavating a groove of a predetermined depth or a slope of a predetermined slope, the operator shall judge whether or not the excavation is performed accurately according to the target shape only by visually observing the operation of the work equipment. It is difficult. In addition, it takes skill for the operator to be able to excavate such a slope with a predetermined slope efficiently and accurately according to the target shape. Therefore, for example, as in
バケットの位置情報を正確に表示するためには,作業装置の各部位の寸法と当該各部位の姿勢を検出する各センサの位置関係を正確に測定および設定する必要がある。その一方で,バケット先端には消耗部品である複数の爪が取り付けられている。バケットの継続使用により爪の先端が摩耗して,その長さが事前に測定及び設定した値から短くなると,バケットの位置情報を正確に表示することができなくなる。そのため,爪が摩耗する度に爪の長さを再度正確に測定して設定する必要がある。爪の正確な長さを測定する方法として,手作業で測定してその測定値を入力するものがあるが,この方法は手間がかかる。この手間を軽減するために,爪を所定の場所に接触させた時の座標と,異なる条件で取得した座標の少なくとも2つの座標に基づいて爪の摩耗量を算出する方法がある(特許文献2参照)。 In order to accurately display the position information of the bucket, it is necessary to accurately measure and set the positional relationship between the dimensions of each part of the work equipment and each sensor that detects the posture of each part. On the other hand, a plurality of claws, which are consumable parts, are attached to the tip of the bucket. If the tip of the claw is worn due to continuous use of the bucket and its length becomes shorter than the value measured and set in advance, the position information of the bucket cannot be displayed accurately. Therefore, every time the nail wears, it is necessary to accurately measure and set the length of the nail again. As a method of measuring the exact length of the nail, there is a method of manually measuring and inputting the measured value, but this method is troublesome. In order to reduce this trouble, there is a method of calculating the amount of wear of the nail based on at least two coordinates of the coordinates when the nail is brought into contact with a predetermined place and the coordinates acquired under different conditions (Patent Document 2). reference).
しかしながら特許文献2のショベルは,座標の演算のためにGPS受信機を含む測位センサを搭載している。つまり,全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)を利用して地球座標系における座標を演算することを前提としている。すなわち,アンテナや受信機を含むGNSS用の機器の搭載が必須であり,これらの機器を搭載しない作業機械(例えば,地球座標系ではなく車体座標系を基準とした位置計測システムを搭載した油圧ショベル)には適用することができない。また,事前に爪の摩耗量を測定するための位置を決め,その位置を検出しておく必要があるため,測定の度に所定の位置にショベルを移動するか,測定のための位置を再設定する必要がある。
However, the excavator of
本発明は,上述の事柄に基づいてなされたもので,その目的は,車体座標系を基準とする位置計測システムを搭載した作業機械にも適用でき,アタッチメントに取り付けられた消耗部の摩耗量を容易に測定できる作業機械を提供することにある。 The present invention has been made based on the above-mentioned matters, and an object of the present invention can be applied to a work machine equipped with a position measurement system based on a vehicle body coordinate system, and the amount of wear of a consumable part attached to an attachment can be reduced. The purpose is to provide a work machine that can be easily measured.
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,消耗部が設けられたアタッチメントを先端に有する多関節型の作業装置と,前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと,前記姿勢センサから出力される信号に基づいて前記作業装置の姿勢データを演算し,演算した姿勢データと前記作業装置の寸法データとに基づいて,前記消耗部に設定した制御点の車体座標系における位置データを演算する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,前記アタッチメント上の基準面を測定面設定物体に接触させた状態で演算される前記作業装置の姿勢データ及び前記制御点の位置データに基づいて,前記車体座標系における前記基準面の位置に測定面を設定する第1処理と,前記測定面設定物体において前記基準面が接触した接触面に対して前記アタッチメントを所定の角度で保持しながら前記アタッチメントの前記消耗部を接触させる測定姿勢に前記作業装置の姿勢が保持されているか否かを判定する第2処理と,前記車体座標系における前記制御点の位置と,前記車体座標系に設定した前記測定面の位置とに基づいて,前記測定面と前記制御点の距離を演算する第3処理と,演算された前記距離のうち前記作業装置が前記測定姿勢に保持されていると判定されたときに演算された距離に基づいて前記消耗部の摩耗量を演算する第4処理とを実行するものとする。 The present application includes a plurality of means for solving the above problems. For example, an articulated work device having an attachment provided with a consumable part at the tip and a posture for detecting the posture of the work device. The attitude data of the work device is calculated based on the sensor and the signal output from the attitude sensor, and the vehicle body of the control point set in the consumable portion is calculated based on the calculated attitude data and the dimension data of the work device. In a work machine provided with a controller for calculating position data in a coordinate system, the controller calculates the attitude data of the work device and the control in a state where the reference plane on the attachment is in contact with the measurement plane setting object. Based on the position data of the points, the first process of setting the measurement surface at the position of the reference surface in the vehicle body coordinate system and the attachment are predetermined to the contact surface in contact with the reference surface in the measurement surface setting object. The second process of determining whether or not the posture of the working device is held in the measurement posture of contacting the consumable portion of the attachment while holding at the angle of, and the position of the control point in the vehicle body coordinate system. The third process of calculating the distance between the measurement surface and the control point based on the position of the measurement surface set in the vehicle body coordinate system, and the work device holding the calculated distance in the measurement posture. It is assumed that the fourth process of calculating the amount of wear of the consumable portion based on the distance calculated when it is determined that the data is being used is executed.
本発明によれば,車体座標系を基準とする位置計測システムを搭載した作業機械においても,アタッチメントに取り付けられた消耗部の摩耗量を容易に測定できる。 According to the present invention, even in a work machine equipped with a position measurement system based on the vehicle body coordinate system, the amount of wear of the consumable portion attached to the attachment can be easily measured.
以下,本発明の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお,以下では作業機械として油圧ショベルを例に挙げて説明するが,継続使用により摩耗するアタッチメントを先端に有する多関節型の作業装置を備えた作業機械であれば,油圧ショベル以外の作業機械にも適用可能である。また,油圧ショベルのアタッチメントとしてはバケットを例示するが,継続使用による摩耗する消耗部が設けられたアタッチメントであれば,バケット以外のものにも適用可能である。 In the following, a hydraulic excavator will be described as an example of a work machine, but if it is a work machine equipped with an articulated work device having an attachment that wears due to continuous use at the tip, it can be used as a work machine other than the hydraulic excavator. Is also applicable. An example of an attachment for a hydraulic excavator is a bucket, but it can be applied to attachments other than buckets as long as the attachment is provided with a consumable part that wears due to continuous use.
<第1の実施形態>
図1は第1の実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。この図に示した油圧ショベルは,下部走行体10と,下部走行体10の上部に旋回可能に取り付けられた上部旋回体20と,消耗部(爪37)が設けられたアタッチメント(バケット35)を先端に有し,上部旋回体20に取り付けられた多関節型のフロント作業装置30とを備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a side view of the hydraulic excavator according to the first embodiment. The hydraulic excavator shown in this figure includes a lower traveling
下部走行体10は,一対のクローラ11及びクローラフレーム12(図では片側のみを示す)と,各クローラ11を独立して駆動制御する一対の走行用油圧モータ13(図では片側のみを示す)と,その減速機構などで構成されている。
The lower
上部旋回体20は,旋回フレーム21と,旋回フレーム21上に設けられた,原動機としてのエンジン22と,旋回用油圧モータ24の駆動力により下部走行体10に対して上部旋回体20(旋回フレーム21)を旋回駆動させるための旋回機構23と,オペレータが搭乗して操作を行うキャブ(運転室)24などを搭載している。
The upper
フロント作業装置30は,ブーム31と,ブーム31を駆動するためのブームシリンダ32と,ブーム31の先端部分に回転自在に軸支されたアーム33と,アーム33を駆動するためのアームシリンダ34と,アーム33の先端部分に回転可能に軸支されたバケット(アタッチメント)35と,バケット35を駆動するためのバケットシリンダ36などを備えている。
The
バケット35は先端に交換可能な消耗部である爪37が取り付けられており,バケット35の背面39は爪37の先端に向かって略平坦な面になるように形成されている。本実施形態ではバケット35の背面39を基準面と称することがある。
A
さらに,上部旋回体20の旋回フレーム21上には,走行用油圧モータ13,旋回用油圧モータ24,ブームシリンダ32,アームシリンダ34,及びバケットシリンダ36などの油圧アクチュエータを駆動するための油圧(作動油)を発生する油圧ポンプ41と,各アクチュエータを駆動制御するための,図示されないコントロールバルブを含む油圧システム40と,油圧ショベルに設定した任意の点(制御点)の車体座標系における位置を演算して表示装置67(後述の図2参照)に表示する油圧ショベルの画像(後述の図4等参照)を生成するコントローラ60が搭載されている。油圧源となる油圧ポンプ41はエンジン22によって駆動される。
Further, on the
フロント作業装置30および上部旋回体20には,フロント作業装置30を構成する各フロント部材31,33,35及び上部旋回体20の姿勢を検出するための姿勢センサとして,ブーム31,アーム33,バケット35,上部旋回体20にそれぞれIMU50(Inertial Measurement Unit,慣性計測装置)が搭載されている。コントローラ60は,これらのIMU50で検出及び出力される加速度信号および角速度信号に基づいて,フロント作業装置30を構成する各フロント部材(ブーム31,アーム33,バケット35)及び上部旋回体20の傾斜角度が演算でき,その演算した各傾斜角度のデータをここでは「姿勢データ」と称することがある。コントローラ60は,この演算した姿勢データと,各フロント部材(ブーム31,アーム33,バケット35)の寸法データとに基づいて,車体座標系(油圧ショベルに設定した3次元座標系)における油圧ショベル上の任意の点の位置(例えばバケット35の爪37の先端(バケット爪先)の位置)が演算できる。なお,図1においては,アーム33とバケット35を接続するリンク機構の構成部材(バケットリンク部材)にバケット35の姿勢データを取得するためのIMU50を配置した場合を例示しているが,油圧ショベルの設計データ等に基づいてバケット35の姿勢データを間接的に取得しているため,当該IMU50がバケット35に搭載されていると取り扱うこと,すなわち当該IMU50の出力でバケット35の傾斜角度を演算することができる。
The
コントローラ60は,演算した油圧ショベルの姿勢データ及び位置データに基づいてキャブ24内に設置されるモニタなどの表示装置67(図2参照)に現在の油圧ショベルの姿勢を反映した画像を設計面や施工目標面とともに表示できる。設計面は地形(作業対象物)の完成形状を規定するもので,本実施形態では3次元データで提供されている。施工目標面はフロント作業装置30の動作平面によって設計面の3次元データを切断したときに現れる断面図であり,設計面のうち油圧ショベル近傍のものを2次元平面で表したものであり,本実施形態では車体座標系に設定されている。施工目標面は設計面データと独立してオペレータが簡易的に設定することもできる。油圧ショベルの姿勢データには油圧ショベルの側面図や正面図,各関節部の角度情報,油圧ショベルの前後左右の傾きなどの情報が含まれる。表示装置67には予め作成して取り込んだ設計面や施工目標面,バケット35の爪37の先端と設計面や施工目標面との距離などの情報も数値やインジケータ,図形などで表示することができる。油圧ショベルのオペレータはこれらの情報を基に施工することで,従前から施工時の目印として使用されてきた丁張や水糸などを設置することなく施工を進めることができる。
The
(システム構成)
次に本実施形態によるマシンガイダンスシステムについて説明する。図2は本発明の第1の実施形態に係るマシンガイダンスシステムの構成図である。図2のマシンガイダンスシステムは,コントローラ60と,これと通信可能に接続される複数のIMU50,入力装置66及び表示装置67とを備えている。
(System configuration)
Next, the machine guidance system according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a configuration diagram of a machine guidance system according to the first embodiment of the present invention. The machine guidance system of FIG. 2 includes a
入力装置66は,キャブ(運転室)24内に搭載されオペレータの入力操作を受け付けるボタンなどの装置である。入力装置66としては,独立したハードウェアを採用しても良いが,表示装置67をタッチパネル式に構成して,その画面上にボタンなどの入力装置を示す画像を表示させ,当該画像に対するオペレータの操作を検出することでオペレータの入力を検出しても良い。
The
(コントローラ60)
コントローラ60は,例えば図示しないCPU(Central Processing Unit)と,CPUによる処理を実行するための各種プログラムを格納するROM(Read Only Memory)やHDD(Hard Disc Drive)などの記憶装置と,CPUがプログラムを実行する際の作業領域となるRAM(Random Access Memory)とを含むハードウェアを用いて構成されている。このように記憶装置に格納されたプログラムを実行することで,図2のコントローラ60内に記載した各部,すなわち,姿勢演算部61,測定面設定部62,測定姿勢判定部63,距離演算部64,摩耗量設定部65として機能する。
(Controller 60)
The
(姿勢演算部61)
姿勢演算部61は,各IMU50から出力される各検出信号と予めコントローラ60に入力したフロント作業装置30の各部位の寸法に基づき,各フロント部材31,33,35及び上部旋回体20の姿勢(姿勢データ)と,バケット35の爪37(消耗部)の先端に設定した制御点(バケット爪先)の位置(位置データ)とを演算する。姿勢データにはバケット35の背面39の角度(背面角度)も含まれる。演算された姿勢データと位置データは,測定姿勢判定部63,測定面設定部62,距離演算部64,表示装置67等に出力される。
(Posture calculation unit 61)
The
(測定面設定部62)
測定面設定部62は,姿勢演算部61で演算されたバケット35の爪先の位置および背面39の角度と,油圧ショベルのオペレータによって操作される入力装置66の信号とに基づき,バケット35の爪37の摩耗量を測定するための測定面を設定する(第1処理)。
(Measurement surface setting unit 62)
The measurement
測定面設定部62は,バケット35の背面39を測定面設定物体(後述)に接触させた状態において,姿勢演算部61で演算されるフロント作業装置30の姿勢データ及びバケット爪先の位置データと,入力装置66から入力される信号とに基づいて,車体座標系におけるバケット背面39の位置を演算し,その演算した車体座標系におけるバケット背面39の位置に測定面(後述)を設定する。測定面はバケット35の爪37の摩耗量を測定するために車体座標系に設定される仮想的な面であり,測定面設定物体は,設定面の設定時に利用され,バケット35の背面39を面接触できる平坦な部分を有する物体であり,例えば地面,地表,金属板,平坦な部分を有するコンクリートやアスファルト等である。測定面設定物体にバケット背面39を接触させて測定面を設定すると,結果的に測定面設定物体においてバケット背面39が接触した面(接触面)に測定面が設定されることになる。
The measurement
(測定姿勢判定部63)
測定姿勢判定部63は,姿勢演算部61で演算された姿勢データと入力装置66から入力される信号に基づいて,フロント作業装置30の姿勢がバケット35の爪37の摩耗量を測定するために予め設定された姿勢(測定姿勢)に保持されているか否かを判定する(第2処理)。測定姿勢とは,測定面設定物体に設定した測定面(測定面設定物体においてバケット背面39が接触した接触面)に対してバケット35を所定の角度θ1で保持しながらバケット35の爪37の先端を接触させた姿勢である。爪37の摩耗量を正確に計測する観点からは,測定面に対してバケット35を保持する所定の角度θ1として,測定面に対してバケット背面39が垂直に保持される角度を選択することが好ましい。すなわち,測定面(接触面)に対してバケット背面39が垂直になるようにバケット35の爪37の先端を接触させる姿勢を測定姿勢とすることが好ましい。
(Measurement posture determination unit 63)
The measurement
バケット爪先が測定面(接触面)に接触したか否かは,バケット爪先を測定面に接触させたことをオペレータが入力装置66に入力したことをトリガーとして入力装置66から入力される信号に基づいて判定でき,バケット35が測定面(接触面)に対して所定の角度θ1か否かは姿勢演算部61から入力される姿勢データに基づいて判定できる。測定姿勢判定部63の判定結果は摩耗量設定部65と表示装置67に出力される。
Whether or not the bucket toe has come into contact with the measurement surface (contact surface) is based on the signal input from the
(距離演算部64)
距離演算部64は,姿勢演算部61で演算された車体座標系におけるバケット爪先(制御点)の位置データと,測定面設定部62で車体座標系に設定された測定面の位置データとに基づいて,測定面とバケット爪先との距離(測定面距離)を演算する(第3処理)。演算された距離は摩耗量設定部65と表示装置67に出力される。
(Distance calculation unit 64)
The
(摩耗量設定部65)
摩耗量設定部65は,距離演算部64から逐次入力される複数の測定面距離のうち,測定姿勢判定部63においてフロント作業装置30の姿勢が測定姿勢に保持されていると判定されたときに距離演算部64で演算された測定面距離に基づいて爪(消耗部)37の摩耗量を演算する(第4処理)。本実施形態では,フロント作業装置30の姿勢が測定姿勢に保持されていると判定されたときに距離演算部64で演算された測定面距離をそのままバケット35の爪37の摩耗量として算出している。
(Abrasion amount setting unit 65)
When the measurement
摩耗量の演算後は,演算された摩耗量を姿勢演算部61に出力し,当該摩耗量が反映された値になるようにフロント作業装置30の寸法データを自動的に更新しても良い。また,演算された摩耗量を表示装置67に表示してオペレータに摩耗量の反映に必要な作業(例えば,摩耗量のコントローラ60への入力作業)をさせても良い。
After the calculation of the amount of wear, the calculated amount of wear may be output to the
なお,本実施形態では,距離演算部64で測定面距離を随時演算しておき,フロント作業装置30が測定姿勢をとったときの測定面距離から摩耗量を演算するプロセスを採用したが,フロント作業装置30が測定姿勢をとったときのみ距離演算部64で測定面距離を演算し,その測定面距離から摩耗量を演算するプロセスを採用しても良い。
In this embodiment, the
(表示装置67)
姿勢演算部61で演算される油圧ショベルの姿勢データ,測定面設定部62で設定される測定面,距離演算部64で演算されるバケット35の爪37先端と測定面の距離(測定面距離)は,油圧ショベルのキャブ24内に設置されるモニタなどの表示装置67に表示でき,油圧ショベルのオペレータに随時情報を提供できる。
(Display device 67)
The attitude data of the hydraulic excavator calculated by the
(フローチャート)
次に,本実施形態のコントローラ60によって実行される処理をまとめた図3のフローチャートに沿って,バケット35の爪37の摩耗量の設定方法を説明する。
(flowchart)
Next, a method of setting the amount of wear of the
まずステップ1で,コントローラ60は入力装置66から入力される信号に基づいて摩耗量演算モード(演算モード)がONであるか否かを判定する。摩耗量演算モードは,コントローラ60が爪先の摩耗量を演算する処理を実行するモードである。キャブ24内に設置された入力装置66を介して摩耗量演算モードをONにする信号がオペレータによって入力されると,摩耗量演算モードはONとなる。条件を満たさない場合(ステップ1でNoの場合)は,条件成立まで待機状態となる。
First, in
ステップ1で摩耗量演算モードがONであり,条件が成立した場合(ステップ1でYesの場合)は,コントローラ60は測定面設定指示情報(第1表示)を表示装置67に表示する(ステップ2)。測定面設定指示情報(第1表示)は,例えば表示装置67の画面を示す図4に示した表示であり,(1)バケット35の背面39を接地すること(測定面設定物体にバケット背面39を接触させること)と,(2)バケット35の背面(基準面)39を測定面に接触させたことをコントローラ60に入力装置66を介して入力すること(第1入力)をオペレータに対して指示するための表示である。
When the wear amount calculation mode is ON in
図4に示すように測定面設定指示情報には,バケット背面39を単に接地することを指示する表示を含めるよりも,バケット背面39を強く接地(強く押圧しながら接地)するよう指示する表示を含めることが好ましい。このように表示(指示)することで,測定面設定物体が柔らかい地面の場合であってもバケット背面39による押圧力によって測定面を押し固めることができる。これにより,後続の処理でバケット35の爪37の先端を接地する際(フロント作業装置30で測定姿勢をとる際)に爪37の先端が地面に潜り込みすぎることを防止することができ,バケット35の爪37の摩耗量をより正確に設定することができる。
As shown in FIG. 4, the measurement surface setting instruction information includes a display instructing the
ステップ3では,コントローラ60は,ステップ2の測定面設定指示情報が表示された後に,その表示に従って入力装置66に対するオペレータの入力操作(第1入力)があったか否か(換言すると,バケット背面39が接地されたか否か)を判定する。入力装置66に対する入力操作が無い場合(ステップ3の判定がNoの場合)は,条件成立まで待機状態となる。
In step 3, after the measurement surface setting instruction information of
一方,入力装置66に対する入力操作が有った場合(例えば,入力装置66である「接地完了ボタン」が押された場合で,ステップ3の判定がYesの場合)には,コントローラ60は,ステップ4にて,測定面設定部62によって,車体座標系においてバケット35の背面を通る面に測定面を設定し(第1処理を実行し),ステップ5に進む。
On the other hand, when there is an input operation to the input device 66 (for example, when the "grounding completion button" of the
ステップ5では,コントローラ60は測定姿勢指示情報を表示装置67に表示する。測定姿勢指示情報は,例えば表示装置67の画面を示す図5に示した表示であり,ステップ4で設定した測定面に対してバケット35を所定の角度θ1となる姿勢(例えば,バケット35の背面およびバケット35の爪37の先端を通る面が測定面に対して垂直になる姿勢)をとるよう指示するための情報である。このとき,オペレータが現在のバケット35の角度の適否とバケット35の操作方向(ダンプかクラウドか)を判断できるように,図5に示すように測定面に対するバケット35の角度の現在値を数値やインジケータなどで表示することが好ましい。バケット35の角度は姿勢演算部61で演算される姿勢データと測定面設定部62で設定された測定面の位置データから容易に演算できる。なお,図5の例ではバケット背面39が測定面となす角度の現在値が表示されている。
In step 5, the
ステップ6では,コントローラ60は,ステップ5の測定姿勢指示情報が表示された後に,その表示に従って測定面に対するバケット35の角度が所定の角度θ1に保持されているか否かを測定姿勢判定部63で判定する。バケット35の角度が所定の角度θ1と異なる場合(ステップ6でNoの場合)は,条件成立まで待機状態となる。
In step 6, after the measurement posture instruction information of step 5 is displayed, the
ステップ6でバケット35の角度が所定の角度θ1で保持されていると判定された場合(ステップ6でYesの場合)は,コントローラ60は,アタッチメント先端の接地指示情報を表示する(ステップ7)。アタッチメント先端の接地指示情報は,例えば図6に示すような表示であり,(1)測定面にバケット35の爪37の先端を接触させることと,(2)バケット35の爪37の先端を測定面に接触させたことをコントローラ60に入力装置66を介して入力すること(第2入力)をオペレータに対して指示するための表示である。
When it is determined in step 6 that the angle of the
図6に示すように接地指示情報には,バケット爪先を軽く接地するよう指示する表示を含めることが好ましい。このように表示(指示)することにより,バケット35の爪37の先端が地面に潜り込むことを防止することができ,バケット35の爪37の摩耗量をより正確に設定することができる。
As shown in FIG. 6, it is preferable that the grounding instruction information includes a display instructing the bucket toe to be lightly grounded. By displaying (instructing) in this way, it is possible to prevent the tip of the
ステップ8では,コントローラ60は,ステップ7の接地指示情報が表示された後に,その表示に従って入力装置66に対して入力操作(第2入力)があったか否かを測定姿勢判定部63で判定する。入力装置66に対する入力操作が無い場合(ステップ8でNoの場合)は,ステップ5の前まで戻り,ステップ6とステップ8がどちらも成立するまで待機状態となる。
In
一方,入力装置66に対する入力操作が有った場合(例えば,入力装置66である「接地完了ボタン」が押された場合で,ステップ8でYesの場合)には,コントローラ60(摩耗量設定部65)は,そのときに距離演算部64で演算されたバケット35の爪37の先端位置と測定面との距離(測定面距離)を取得し,その測定面距離をバケット35の爪37の摩耗量として算出する(ステップ9)。そして,コントローラ60は摩耗量演算モードをONからOFFに切り替えて処理を終了する。
On the other hand, when there is an input operation to the input device 66 (for example, when the "grounding completion button" of the
ここで図7を用いて測定面距離と爪37の摩耗量の関係について説明を加える。バケット35の爪37の先端位置と測定面との距離(測定面距離)は,バケット35の爪37が摩耗する前に設定した寸法データを基に演算される。このため,バケット35の爪37が摩耗していない状態では,バケット35の爪37の先端を測定面に接地すると測定面距離は図7の左に示すように0mmになる。しかし,バケット35の爪37が摩耗している状態では,バケット35の爪37の先端を測定面に接地すると,計算および表示上は,図7の右側に示すようにバケット35の爪37の摩耗分だけ爪先が測定面の下方に潜り込んだ状態になる。この時(図7の右側の場合)の測定面距離がバケット35の爪37の摩耗量となる。ここで取得した摩耗量を考慮して寸法データを更新することで,バケット35の爪37の摩耗量を考慮した姿勢演算を行うことができる。
Here, the relationship between the measurement surface distance and the amount of wear of the
なお,本実施形態では,測定姿勢指示情報(ステップ5(図5))と接地指示情報(ステップ7(図6))を独立して表示したが,両者を併合した情報(第2表示)を表示装置67に表示しても良い。この表示を採用した場合には,ステップ6とステップ8の判定を同時に行い,両ステップの条件が成立した場合にはステップ9に進むようにフローチャートを構成すれば良い。
In the present embodiment, the measurement attitude instruction information (step 5 (FIG. 5)) and the ground contact instruction information (step 7 (FIG. 6)) are displayed independently, but the combined information (second display) is displayed. It may be displayed on the
(効果)
以上のように構成された本実施形態の油圧ショベルでは,オペレータ操作によりバケット背面39が例えば地面に押しつけられた場合,それによって地表に形成された平坦な面をコントローラ60(測定面設定部62)が測定面として車体座標系に設定する。次にオペレータ操作によってその測定面に対してバケット35が所定の角度(例えばバケット背面39とバケット爪先を通る面が測定面と垂直になる角度)を保持しながらバケット35の爪先が接触した場合,コントローラ60は,車体座標系におけるバケット爪先と測定面の距離を距離演算部64によって演算し,その距離に基づいて爪の摩耗量を摩耗量設定部65によって演算する。これにより車体座標系を基準とする位置計測システムを搭載した油圧ショベルにおいても,バケット35の爪37の摩耗量を容易に測定できる。
(effect)
In the hydraulic excavator of the present embodiment configured as described above, when the
<第2の実施形態>
次に,本発明の第2の実施形態について説明する。以下では,第1の実施形態と同じ部分については同じ符号伏して適宜説明を省略し,主として異なる部分について説明する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following, the same parts as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate, and mainly different parts will be described.
図8は本発明の第2の実施形態に係るマシンガイダンスシステムの構成図である。図8のマシンガイダンスシステムは,コントローラ60と,これと通信可能に接続される複数のIMU50,圧力センサ69及び表示装置67とを備えている。
FIG. 8 is a configuration diagram of a machine guidance system according to a second embodiment of the present invention. The machine guidance system of FIG. 8 includes a
圧力センサ69は,バケット爪先の接地を検出するためのもので,ブームシリンダ32のボトム側に取り付けられており,ボトム側の作動油に関する圧力信号をコントローラ60に逐次出力している。
The
コントローラ60は,第1の実施形態の各部61−65に加えて,アタッチメント接地判定部68として機能し得る。アタッチメント接地判定部68は,圧力センサ69から入力される情報に基づき,バケット35が接地したかどうか,さらにはバケット35がどの程度接地したかを判定する。
The
(フローチャート)
次に,本実施形態のコントローラ60によって実行される処理をまとめた図9のフローチャートに沿って,バケット35の爪37の摩耗量の設定方法を説明する。
(flowchart)
Next, a method of setting the amount of wear of the
まずステップ1で,コントローラ60は入力装置66から入力される信号に基づいて摩耗量演算モード(演算モード)がONであるか否かを判定する。入力装置66を介して摩耗量演算モードをONにする信号がオペレータによって入力されると,摩耗量演算モードはONとなる。条件を満たさない場合(ステップ1でNoの場合)は,条件成立まで待機状態となる。
First, in
ステップ1で摩耗量演算モードがONであり,条件が成立した場合(ステップ1でYesの場合)は,コントローラ60は測定面設定指示情報(第1表示)を表示装置67に表示する(ステップ12)。本実施形態の測定面設定指示情報(第1表示)は,例えば表示装置67の画面を示す図10に示した表示であり,バケット35の背面39を接地すること(測定面設定物体にバケット背面39を接触させること)をオペレータに対して指示するための表示である。
When the wear amount calculation mode is ON in
ステップ13では,コントローラ60は,ステップ12の測定面設定指示情報が表示された後に,その表示に従ってバケット背面39が接地したか否かを判定する。判定には圧力センサ69の検出値を使用する。コントローラ60(アタッチメント接地判定部68)は,圧力センサ69の検出圧力が閾値P1以下になった時,バケット背面39が接地した(すなわちバケット背面39が測定面設定物体に接触した)と判断する。このときの閾値P1はバケット35の接地を検出する値としては低めに設定(例えば,後述する閾値P2(ステップ15)よりも低く設定)することで,バケット35の背面を強く接地しなければ接地したと判定されないようにすることができる。これにより,ステップ15でバケット35の爪37の先端を測定面に接地させる際に爪37の先端が地面(測定面)の下方に潜り込みすぎることを防止することができ,バケット35の爪37の摩耗量をより正確に設定することができる。ステップ13でバケット背面39の接地が検出されない場合(ステップ13の判定がNoの場合)は,条件成立まで待機状態となる。
In
一方,ステップ13でバケット背面39の接地が検出された場合には,コントローラ60(測定面設定部62)は,第1の実施形態と同様にステップS4で測定面の設定を行い,ステップ14に進む。
On the other hand, when the contact of the
ステップ14では,コントローラ60は,アタッチメント先端の接地指示情報(第2表示)を表示する。アタッチメント先端の接地指示情報(第2表示)は,例えば図11に示すような表示であり,測定面に対してバケット35を所定の角度θ1で保持しながらバケット35の爪37の先端を接触させること(すなわち,フロント作業装置30を測定姿勢に保持すること)をオペレータに対して指示するための表示である。所定の角度θ1は,例えば,バケット35の背面およびバケット35の爪37の先端を通る面が測定面に対して垂直になる角度である。
In step 14, the
ステップ15では,コントローラ60(アタッチメント接地判定部68,測定姿勢判定部63)は,フロント作業装置30(バケット35)が測定姿勢で保持されているか否かを判定する。判定には,ステップ13と同様に圧力センサ69の検出値を使用するとともに,さらにバケット35の姿勢データを利用する。コントローラ60(アタッチメント接地判定部68)は,圧力センサ69の検出圧力が閾値P2以下になった時,バケット爪先が接地した(すなわちフロント作業装置30が測定姿勢をとった)と判断する。このときの閾値P2はバケット35の接地を検出する値としては高めに設定(例えば,前述の閾値P1(ステップ13)よりも高く設定)することで,爪先が軽く地面に触れただけで接地したと判定することができる。これにより,バケット35の爪37の先端が測定面の下方に潜り込むことを防止することができ,バケット35の爪37の摩耗量をより正確に設定することができる。
In step 15, the controller 60 (attachment grounding
ステップ15でバケット35の姿勢が測定姿勢と異なると判定された場合(ステップ15の判定がNoの場合)には,条件成立まで待機状態となる。このとき,オペレータが現在のバケット35の角度の適否とバケット35の操作方向(ダンプかクラウドか)を判断できるように,図11に示すように測定面に対するバケット35の角度の現在値を数値やインジケータなどで表示することが好ましい。
If it is determined in step 15 that the posture of the
一方,ステップ15でバケット35の姿勢が測定姿勢であることが検出された場合(ステップ15の判定がYesの場合)には,コントローラ60(摩耗量設定部65)は,そのときに距離演算部64で演算されたバケット35の爪37の先端位置と測定面との距離(測定面距離)を取得し,その測定面距離をバケット35の爪37の摩耗量として算出する(ステップ9)。そして,コントローラ60は摩耗量演算モードをONからOFFに切り替えて処理を終了する。
On the other hand, when it is detected in step 15 that the posture of the
(効果)
以上のように構成された本実施形態の油圧ショベルでは,オペレータ操作によりバケット背面39が例えば地面に押しつけられたことが圧力センサ69によって検出された場合,バケット背面39の押しつけによって地表に形成された平坦な面をコントローラ60(測定面設定部62)が自動的に測定面として車体座標系に設定する。次にオペレータ操作によってその測定面に対してバケット35が所定の角度(例えばバケット背面39とバケット爪先を通る面が測定面と垂直になる角度)を保持しながらバケット35の爪先が接触したことが圧力センサ69によって検出された場合,コントローラ60は,車体座標系におけるバケット爪先と測定面の距離を自動的に演算し,その距離に基づいて爪の摩耗量を自動的に演算する。これにより第1の実施形態と比してオペレータの入力装置66の操作負担が減少するので,第1の実施形態よりもバケット35の爪37の摩耗量を容易に測定できる。
(effect)
In the hydraulic excavator of the present embodiment configured as described above, when the
<その他>
上記2つの実施形態において,測定面はバケット35を接地した際のバケット35の背面39を通る面として設定したが,キャブ24やフロント作業装置30等にステレオカメラやレーザセンサなどの外界認識装置を搭載して現況地形を取得できる構成とすれば,その外界認識装置で取得した現況地形を測定面として使用することができる。これにより,測定面を設定する際にバケット35の背面39を接地する工程を省略することができ,より簡単に摩耗量を測定することができる。
<Others>
In the above two embodiments, the measurement surface is set as a surface that passes through the
上記では,フロント作業装置30(バケット35)と施工目標面の位置関係を表示装置67に表示してオペレータの作業を支援するいわゆるマシンガイダンスシステムを搭載した油圧ショベルを例示したが,本発明は,油圧ショベルに設定した制御点の車体座標系における位置に基づいて油圧ショベル(例えばフロント作業装置30や上部旋回体20)を所定の条件に合わせて自動的に制御するいわゆるマシンコントロールシステムを搭載した油圧ショベルにも適用することができる。マシンコントロールによる制御としては,例えば,バケット35の爪先を制御点に設定し,そのバケット35の爪先が施工目標面に沿って移動するようにフロント作業装置30を制御するものがある。
In the above, a hydraulic excavator equipped with a so-called machine guidance system that displays the positional relationship between the front work device 30 (bucket 35) and the construction target surface on the
マシンコントロールシステムを搭載した作業機械を利用する場合には,マシンコントロールにより測定姿勢を自動的にとるように構成することができる。例えば,測定面の角度情報から測定面に対してバケット35の背面およびバケット35の爪37の先端を通る面が垂直になるように施工目標面を設定し,その施工目標面にバケット背面39が沿うようバケット35の角度を制御する。これにより,オペレータがバケット35の角度情報を確認しながら測定姿勢をとる必要がなくなるので,より簡単に摩耗量を測定することができる。
When using a work machine equipped with a machine control system, it can be configured to automatically take the measurement posture by machine control. For example, the construction target surface is set so that the back surface of the
上記2つの実施形態ではフロント作業装置30の姿勢を取得するためのセンサをIMUとしたが,これに限らず,各部位に取り付けられる傾斜センサや各シリンダに取り付けられるストロークセンサ,各フロント部材31,33,35を連結する軸(ピン)に取り付けられるポテンショメータなどの回転角センサで構成しても良い。
In the above two embodiments, the sensor for acquiring the posture of the
なお,本発明は,上記の実施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が含まれる。例えば,本発明は,上記の実施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,ある実施形態に係る構成の一部を,他の実施形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications within a range that does not deviate from the gist thereof. For example, the present invention is not limited to the one including all the configurations described in the above-described embodiment, and includes the one in which a part of the configurations is deleted. Further, it is possible to add or replace a part of the configuration according to one embodiment with the configuration according to another embodiment.
また,上記のコントローラ60に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は,それらの一部又は全部をハードウェア(例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等)で実現しても良い。また,上記のコントローラ60に係る構成は,演算処理装置(例えばCPU)によって読み出し・実行されることでコントローラ60の構成に係る各機能が実現されるプログラム(ソフトウェア)としてもよい。当該プログラムに係る情報は,例えば,半導体メモリ(フラッシュメモリ,SSD等),磁気記憶装置(ハードディスクドライブ等)及び記録媒体(磁気ディスク,光ディスク等)等に記憶することができる。
Further, each configuration related to the
また,上記の各実施形態の説明では,制御線や情報線は,当該実施形態の説明に必要であると解されるものを示したが,必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。 Further, in the description of each of the above embodiments, the control lines and information lines are shown to be understood to be necessary for the description of the embodiment, but they do not necessarily indicate all the control lines and information lines related to the product. Not always. In reality, it can be considered that almost all configurations are interconnected.
10…下部走行体,11…クローラ,12…クローラフレーム,13…左走行用油圧モータ,14…右走行用油圧モータ,20…上部旋回体,21…旋回フレーム,22…エンジン,23…旋回油圧モータ,24…キャブ,30…フロント作業装置,31…ブーム,32…ブームシリンダ,33…アーム,34…アームシリンダ,35…バケット,36…バケットシリンダ,37…消耗部,40…油圧システム,41…油圧ポンプ,50…IMU,60…コントローラ,61…姿勢演算部,62…測定面設定部,63…測定姿勢判定部,64…距離演算部,65…摩耗量設定部,66…入力装置,67…表示装置,68…アタッチメント接地判定部,69…圧力センサ 10 ... lower traveling body, 11 ... crawler, 12 ... crawler frame, 13 ... left traveling hydraulic motor, 14 ... right traveling hydraulic motor, 20 ... upper turning body, 21 ... turning frame, 22 ... engine, 23 ... turning hydraulic pressure Motor, 24 ... cab, 30 ... front work equipment, 31 ... boom, 32 ... boom cylinder, 33 ... arm, 34 ... arm cylinder, 35 ... bucket, 36 ... bucket cylinder, 37 ... consumable part, 40 ... hydraulic system, 41 ... Hydraulic pump, 50 ... IMU, 60 ... Controller, 61 ... Attitude calculation unit, 62 ... Measurement surface setting unit, 63 ... Measurement attitude determination unit, 64 ... Distance calculation unit, 65 ... Wear amount setting unit, 66 ... Input device, 67 ... Display device, 68 ... Attachment grounding judgment unit, 69 ... Pressure sensor
Claims (8)
前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと,
前記姿勢センサから出力される信号に基づいて前記作業装置の姿勢データを演算し,演算した姿勢データと前記作業装置の寸法データとに基づいて,前記消耗部に設定した制御点の車体座標系における位置データを演算する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,
前記アタッチメント上の基準面を測定面設定物体に接触させた状態で演算される前記作業装置の姿勢データ及び前記制御点の位置データに基づいて,前記車体座標系における前記基準面の位置に測定面を設定する第1処理と,
前記測定面設定物体において前記基準面が接触した接触面に対して前記アタッチメントを所定の角度で保持しながら前記アタッチメントの前記消耗部を接触させる測定姿勢に前記作業装置の姿勢が保持されているか否かを判定する第2処理と,
前記車体座標系における前記制御点の位置と,前記車体座標系に設定した前記測定面の位置とに基づいて,前記測定面と前記制御点の距離を演算する第3処理と,
演算された前記距離のうち前記作業装置が前記測定姿勢に保持されていると判定されたときに演算された距離に基づいて前記消耗部の摩耗量を演算する第4処理とを実行する
ことを特徴とする作業機械。 An articulated work device with an attachment provided with a consumable part at the tip, and
A posture sensor that detects the posture of the work equipment and
The attitude data of the work device is calculated based on the signal output from the attitude sensor, and based on the calculated attitude data and the dimensional data of the work device, in the vehicle body coordinate system of the control point set in the consumable portion. In a work machine equipped with a controller that calculates position data,
The controller
The measurement surface is located at the position of the reference surface in the vehicle body coordinate system based on the posture data of the work device and the position data of the control point calculated in a state where the reference surface on the attachment is in contact with the measurement surface setting object. The first process to set and
Whether or not the posture of the working device is held in the measurement posture of contacting the consumable portion of the attachment while holding the attachment at a predetermined angle with respect to the contact surface in contact with the reference surface in the measurement surface setting object. The second process to determine whether
A third process of calculating the distance between the measurement surface and the control point based on the position of the control point in the vehicle body coordinate system and the position of the measurement surface set in the vehicle body coordinate system.
Of the calculated distances, the fourth process of calculating the amount of wear of the consumable portion based on the calculated distance when it is determined that the work device is held in the measurement posture is executed. Characterized work machine.
前記コントローラによって前記第1処理が実行される前に,前記基準面を前記測定面設定物体に接触させることをオペレータに対して指示する第1表示と,
前記コントローラによって前記第2処理が実行される前に,前記作業装置の姿勢を前記測定姿勢に保持することをオペレータに対して指示する第2表示とを表示するモニタをさらに備える
ことを特徴とする作業機械。 In the work machine of claim 1,
A first display instructing the operator to bring the reference plane into contact with the measurement plane setting object before the first process is executed by the controller.
It is further provided with a monitor that displays a second display instructing the operator to hold the posture of the work apparatus in the measurement posture before the second process is executed by the controller. Work machine.
前記モニタに前記第1表示が表示された後に,前記基準面が前記測定面設定物体に接触されたことを前記コントローラに入力する第1入力と,
前記モニタに前記第2表示が表示された後に,前記作業装置の姿勢が前記測定姿勢に保持されたことを前記コントローラに入力する第2入力とを入力するための入力装置をさらに備える
ことを特徴とする作業機械。 In the work machine of claim 2,
After the first display is displayed on the monitor, the first input for inputting to the controller that the reference plane has come into contact with the measurement plane setting object, and
After the second display is displayed on the monitor, it is further provided with an input device for inputting a second input for inputting to the controller that the posture of the working device is held in the measuring posture. Work machine.
前記作業装置を駆動するアクチュエータに作用する圧力を検出する圧力センサをさらに備え,
前記コントローラは,
前記モニタに前記第1表示が表示された後に,前記基準面が前記測定面設定物体に接触したことを前記圧力センサによる検出圧力によって検出したときに前記第1処理を実行し,
前記モニタに前記第2表示が表示された後に,前記作業装置が前記測定姿勢をとったことを前記圧力センサによる検出圧力によって検出したときに前記第2処理を実行する
ことを特徴とする作業機械。 In the work machine of claim 2,
It is further equipped with a pressure sensor that detects the pressure acting on the actuator that drives the work device.
The controller
After the first display is displayed on the monitor, the first process is executed when it is detected by the pressure detected by the pressure sensor that the reference plane has come into contact with the measurement plane setting object.
After the second display is displayed on the monitor, the work machine executes the second process when it is detected by the pressure detected by the pressure sensor that the work apparatus has taken the measurement posture. ..
前記アタッチメントはバケットであり,前記消耗部は前記バケットの爪であり,前記制御点は前記バケットの爪先に設定した点であり,
前記測定姿勢は,前記バケットの背面を前記接触面に対して垂直に保持し,かつ,前記バケットの爪先を前記接触面に接触させた姿勢である
ことを特徴とする作業機械。 In the work machine of claim 1,
The attachment is a bucket, the consumable part is a claw of the bucket, and the control point is a point set on the toe of the bucket.
The measuring posture is a posture in which the back surface of the bucket is held perpendicular to the contact surface and the toes of the bucket are in contact with the contact surface.
前記コントローラは,前記姿勢センサから出力される信号に基づいて演算される前記作業装置の姿勢データと,前記車体座標系における前記測定面の位置とに基づいて,前記バケットの背面と前記接触面のなす角度を演算し,演算した前記角度を前記モニタに表示する
ことを特徴とする作業機械。 In the work machine of claim 2,
The controller has a back surface of the bucket and a contact surface based on the posture data of the work device calculated based on the signal output from the posture sensor and the position of the measurement surface in the vehicle body coordinate system. A work machine characterized in that an angle formed is calculated and the calculated angle is displayed on the monitor.
前記コントローラは,演算した前記摩耗量に基づいて前記作業装置の寸法データを更新する
ことを特徴とする作業機械。 In the work machine of claim 1,
The controller is a work machine characterized in that the dimensional data of the work apparatus is updated based on the calculated amount of wear.
前記コントローラは,演算した前記制御点の前記車体座標系における位置に基づいて前記作業装置を制御する
ことを特徴とする作業機械。 In the work machine of claim 1,
The controller is a work machine that controls the work device based on the calculated position of the control point in the vehicle body coordinate system.
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