JP2021055262A - 油圧ショベル - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率の低下を防ぎつつ、バケットと運搬車両の荷台との衝突を回避することができる油圧ショベルを提供する。【解決手段】油圧ショベルのコントローラ２７は、旋回速度センサ２５、ブーム角度センサ２０、アーム角度センサ２１、及びバケット角度センサ２２の検出結果に基づいてバケット８の位置を算出すると共に、掘削物の積込位置Ｐ１及びバケット８の掘削位置Ｐ２を設定する。コントローラ２７は、積込位置Ｐ１と掘削位置Ｐ２とに基づいて、旋回停止領域Ａ１及び旋回減速領域Ａ２からなる旋回制限領域を設定して、バケット８の位置が旋回減速領域Ａ２にある場合には、旋回体２の旋回を減速させ、バケット８の位置が旋回停止領域Ａ１にある場合には、旋回体２の旋回を停止させると共に、旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度に応じて、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界を更新する。【選択図】図３

Description

本発明は、掘削作業及び積込作業を行う油圧ショベルに関する。

油圧ショベルは、走行可能な走行体と、走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、旋回体に連結された作業装置とを備える。作業装置は、例えば、旋回体の前部に回動可能に連結されたブームと、ブームの先端部に回動可能に連結されたアームと、アームの先端部に回動可能に連結されたバケットとを備える。ブーム、アーム、及びバケットは、ブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダの駆動によってそれぞれ回動する。

また、油圧ショベルは、原動機（詳細には、エンジン又は電動モータ）によって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダへの圧油の流れをそれぞれ制御する油圧パイロット方式のブーム制御弁、アーム制御弁、及びバケット制御弁とを備える。

特許文献１は、油圧ショベルの作業装置と周囲の障害物との衝突を回避するために、作業装置の動作を制限する装置を開示する。この装置は、コントローラと、コントローラからの指令電流に応じてパイロット圧（油圧）を生成してブーム制御弁へ出力する一対の電磁比例弁と、コントローラからの指令電流に応じてパイロット圧を生成してアーム制御弁へ出力する一対の電磁比例弁と、コントローラからの指令電流に応じてパイロット圧を生成してバケット制御弁へ出力する一対の電磁比例弁とを備える。

コントローラは、ブーム角度、アーム角度、及びバケット角度に基づいて作業装置の位置を算出する第１の機能と、モニタスイッチの操作時の作業装置の位置を用いて作業装置の危険域を設定する第２の機能と、作業装置の危険域を基準として作業装置の制限領域を設定する第３の機能と、作業装置が制限領域にある場合に作業装置の速度を制限するように上述した指令電流を制限する第４の機能を有する。第４の機能について詳しく説明すると、コントローラは、作業装置の位置と速度との関係であって、作業装置が危険域に近づくのに従って作業装置の速度が減少して最終的にゼロとなる減速パターンを記憶しており、この減速パターンに従って作業装置が危険域に近づくときの作業装置の速度を制限するようになっている。

特許第３２１５５０２号公報

ところで、油圧ショベルは、バケットで土砂などを掘削して、バケット内に掘削物を積載する掘削作業と、その後、バケットが上昇すると共に旋回体が旋回してバケットを運搬車両の荷台の上方に移動させ、バケットから運搬車両の荷台に掘削物を積み込む積込作業を行う。この積込作業において、旋回体が旋回するときに、バケットと運搬車両の荷台が衝突する可能性がある。そこで、バケットと運搬車両の荷台との衝突を回避するために、特許文献１に記載の技術を適用して、旋回体の旋回を制限する場合を想定する。

この場合、制限領域は、旋回体の旋回を減速する減速領域と、旋回体の旋回を停止する停止領域とからなる。そして、特許文献１に記載の技術と同様、減速領域の範囲及び停止領域の範囲を固定するのであれば、旋回体の旋回速度が最大であるときの旋回停止角度（詳細には、旋回体の旋回を停止させる制御を開始してから実際に停止するまでに必要な旋回角度）を考慮して、停止領域の範囲を大きめに設定する必要がある。しかし、実際に旋回体の旋回速度が小さければ、旋回体の旋回を過剰に停止することになる。そのため、作業効率が低下する。

本発明の目的は、作業効率の低下を防ぎつつ、バケットと運搬車両の荷台との衝突を回避することができる油圧ショベルを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、走行可能な走行体と、前記走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、前記旋回体に連結され、バケットを有する作業装置と、前記走行体に対する前記旋回体の旋回角度及び旋回速度のうちの少なくとも一方を検出する旋回センサと、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出器とを備えた油圧ショベルにおいて、掘削物の積込位置を設定する積込位置設定装置と、前記バケットの掘削位置を設定する掘削位置設定装置と、前記旋回センサにより検出された前記旋回体の旋回角度又は、前記旋回センサにより検出された前記旋回速度から算出した前記旋回体の旋回角度と前記姿勢検出器により検出された前記作業装置の姿勢から前記バケットの位置を算出して、前記バケットの位置に応じて前記旋回体の旋回の速度を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記積込位置と前記掘削位置とに基づいて、旋回停止領域及び旋回減速領域からなる旋回制限領域を設定して、前記バケットの位置が前記旋回減速領域にある場合には、前記旋回体の旋回を減速させ、前記バケットの位置が前記旋回停止領域にある場合には、前記旋回体の旋回を停止させると共に、前記旋回センサにより検出された前記旋回体の旋回速度又は、前記旋回センサにより検出された前記旋回角度から算出した前記旋回体の旋回速度に応じて、前記旋回停止領域と前記旋回減速領域との境界を更新する。

本発明によれば、作業効率の低下を防ぎつつ、バケットと運搬車両の荷台との衝突を回避することができる。

本発明の第１の実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。 本発明の第１の実施形態における油圧駆動装置の構成を表す概略図である。 本発明の第１の実施形態における衝突回避装置の構成を表すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における旋回制限領域を表す斜視図及び旋回方向の展開図である。 本発明の第１の実施形態におけるコントローラの処理手順を表す図である。 本発明の第２の実施形態における衝突回避装置の構成を表すブロック図である。 本発明の一変形例における旋回制限領域を表す斜視図及び展開図である。

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。なお、以降、油圧ショベルのキャブに搭乗したオペレータの前側（図１の右側）、後側（図１の左側）、左側（図１の紙面に対して奥側）、右側（図１の紙面に対して手前側）を、単に前側、後側、左側、右側と称する。

本実施形態の油圧ショベルは、走行可能な走行体１と、走行体１の上側に旋回可能に設けられた旋回体２と、旋回体２の前側に連結された作業装置３とを備える。走行体１は、左右の走行モータ４Ａ、４Ｂ（後述の図２参照）の駆動によって走行する。旋回体２は、旋回モータ５（後述の図２参照）の駆動によって旋回する。

作業装置３は、旋回体２の前部に上下方向に回動可能に連結されたブーム６と、ブーム６の先端部に上下方向に回動可能に連結されたアーム７と、アーム７の先端部に上下方向に回動可能に連結されたバケット８とを備える。ブーム６、アーム７、及びバケット８は、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、及びバケットシリンダ１１の駆動によってそれぞれ回動する。

旋回体２の前部左側には、オペレータが搭乗するキャブ１２が設けられている。キャブ１２内には、オペレータが操作する複数の操作装置（詳細は後述）が設けられている。

油圧ショベルは、上述した操作装置の操作に応じて油圧アクチュエータを駆動する油圧駆動装置を備える。この油圧駆動装置の構成を、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態における油圧駆動装置の構成を表す概略図である。

本実施形態の油圧駆動装置は、エンジン１３と、エンジン１３によって駆動される可変容量型の油圧ポンプ１４Ａ、１４Ｂと、油圧ポンプ１４Ａ、１４Ｂからの圧油によって駆動される複数の油圧アクチュエータ（詳細には、上述した走行モータ４Ａ、４Ｂ、旋回モータ５、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、及びバケットシリンダ１１）と、油圧ポンプ１４Ａ、１４Ｂから複数の油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御するコントロールバルブ装置１５と、コントロールバルブ装置１５を操作する複数の操作装置（詳細には、走行操作装置１６Ａ、１６Ｂ及び作業操作装置１７Ａ、１７Ｂ）とを備える。

走行操作装置１６Ａは、図示しないものの、前後方向に操作可能な操作レバーと、操作レバーの前側の操作量に応じて前走行パイロット圧（油圧）を生成して出力する左側走行パイロット弁と、操作レバーの後側の操作量に応じて後走行パイロット圧（油圧）を生成して出力する左側走行パイロット弁とを有する。

同様に、走行操作装置１６Ｂは、図示しないものの、前後方向に操作可能な操作レバーと、操作レバーの前側の操作量に応じて前走行パイロット圧（油圧）を生成して出力する右側走行パイロット弁と、操作レバーの後側の操作量に応じて後走行パイロット圧（油圧）を生成して出力する右側走行パイロット弁とを有する。

作業操作装置１７Ａは、図示しないものの、左右方向及び前後方向に操作可能な操作レバーと、操作レバーの左側の操作量に応じてアームダンプパイロット圧（油圧）を生成して出力するアームパイロット弁と、操作レバーの右側の操作量に応じてアームクラウドパイロット圧（油圧）を生成して出力するアームパイロット弁と、操作レバーの前側の操作量に応じて右旋回パイロット圧（油圧）を生成して出力する旋回パイロット弁と、操作レバーの後側の操作量に応じて左旋回パイロット圧（油圧）を生成して出力する旋回パイロット弁とを有する。

作業操作装置１７Ｂは、図示しないものの、左右方向及び前後方向に操作可能な操作レバーと、操作レバーの左側の操作量に応じてバケットクラウドパイロット圧（油圧）を生成して出力するバケットパイロット弁と、操作レバーの右側の操作量に応じてバケットダンプパイロット圧（油圧）を生成して出力するバケットパイロット弁と、操作レバーの前側の操作量に応じてブーム下げパイロット圧（油圧）を生成して出力するブームパイロット弁と、操作レバーの後側の操作量に応じてブーム上げパイロット圧（油圧）を生成して出力するブームパイロット弁とを有する。

コントロールバルブ装置１５は、図示しないものの、油圧パイロット方式の左側走行制御弁、右側走行制御弁、アーム制御弁、旋回制御弁、バケット制御弁、及びブーム制御弁を備える。

左側走行制御弁は、走行操作装置１６Ａからの前走行パイロット圧又は後走行パイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプから左側の走行モータ４Ａへの圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、左側の走行モータ４Ａが前方向又は後方向に回転するようになっている。

同様に、右側走行制御弁は、走行操作装置１６Ｂからの前走行パイロット圧又は後走行パイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプから右側の走行モータ４Ｂへの圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、右側の走行モータ４Ｂが前方向又は後方向に回転するようになっている。

アーム制御弁は、作業操作装置１７Ａからのアームクラウドパイロット圧又はアームダンプパイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプからアームシリンダ１０への圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、アームシリンダ１０が伸長又は縮短するようになっている。

旋回制御弁は、作業操作装置１７Ａからの左旋回パイロット圧又は右旋回パイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプから旋回モータ５への圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、旋回モータ５が一方向又は反対方向に回転するようになっている。

バケット制御弁は、作業操作装置１７Ｂからのバケットクラウドパイロット圧又はバケットダンプパイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプからバケットシリンダ１１への圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、バケットシリンダ１１が伸長又は縮短するようになっている。

ブーム制御弁は、作業操作装置１７Ｂからのブーム上げパイロット圧又はブーム下げパイロット圧によって切換えられ、油圧ポンプからブームシリンダ９への圧油の流れ（方向と流量）を制御する。これにより、ブームシリンダ９が伸長又は縮短するようになっている。

上述した油圧ショベルは、バケット８で土砂などを掘削して、バケット８内に掘削物を積載する掘削作業と、その後、バケット８が上昇すると共に旋回体２が旋回してバケット８を運搬車両１００の荷台１０１（後述の図４（ａ）参照）の上方に移動させ、バケット８から運搬車両１００の荷台１０１に掘削物を積み込む積込作業を行う。この積込作業において、旋回体２が旋回するときに、バケット８と運搬車両１００の荷台１０１が衝突する可能性がある。そこで、本実施形態の油圧ショベルは、バケット８と運搬車両１００の荷台１０１との衝突を回避する装置を備える。この衝突回避装置の構成を、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における衝突回避装置の構成を表すブロック図である。

本実施形態の衝突回避装置は、ブーム角度センサ２０、アーム角度センサ２１、バケット角度センサ２２、シリンダ圧力センサ２３Ａ、２３Ｂ、パイロット圧センサ２４Ａ、２４Ｂ、旋回速度センサ２５、設定スイッチ２６、コントローラ２７、及び電磁式の減圧弁２８Ａ、２８Ｂを備える。

ブーム角度センサ２０は、ブーム６の基端部に取り付けられた角度センサであり、旋回体２に対するブーム６の回動角度を検出してコントローラ２７へ出力する。アーム角度センサ２１は、アーム７の基端部に取り付けられた角度センサであり、ブーム６に対するアーム７の回動角度を検出してコントローラ２７へ出力する。バケット角度センサ２２は、バケット８の基端部に取り付けられた角度センサであり、アーム７に対するバケット８の回動角度を検出してコントローラ２７へ出力する。

シリンダ圧力センサ２３Ａは、ブームシリンダ９のボトム側油室に設けられた圧力センサであり、ブームシリンダ９のボトム側圧力を検出してコントローラ２７へ出力する。シリンダ圧力センサ２３Ｂは、ブームシリンダ９のロッド側油室に設けられた圧力センサであり、ブームシリンダ９のロッド側圧力を検出してコントローラ２７へ出力する。

パイロット圧センサ２４Ａ又は２４Ｂは、上述の図２で示すように、作業操作装置１７Ａの旋回パイロット弁とコントロールバルブ装置１５の旋回制御弁の間に設けられた圧力センサである。パイロット圧センサ２４Ａ又は２４Ｂは、旋回パイロット圧を検出してコントローラ２７へ出力する。旋回速度センサ２５は、旋回体２の旋回速度を検出してコントローラ２７へ出力する。

設定スイッチ２６は、キャブ１２内に設けられており、オペレータの操作によって掘削物の積込位置Ｐ１（詳細には、後述の図４（ａ）で示すように、運搬車両１００の荷台１０１の上端であってバケット８に最も近い部分の位置）の設定を指示する指示信号をコントローラ２７へ出力する。

減圧弁２８Ａ又は２８Ｂは、上述の図２で示すように、作業操作装置１７Ａの旋回パイロット弁とコントロールバルブ装置１５の旋回制御弁の間に設けられている。

コントローラ２７は、図示しないものの、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや処理結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）とを有する。コントローラ２７は、機能的構成として、バケット位置算出部３０、モーメント算出部３１、バケット積載量算出部３２、旋回制限領域設定部３３、及び旋回制限制御部３４を有する。

コントローラ２７のバケット位置算出部３０は、旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度を積分することにより、走行体１に対する旋回体２の旋回角度を算出する。そして、算出した旋回体２の旋回角度とブーム角度センサ２０、アーム角度センサ２１、及びバケット角度センサ２２で検出されたブーム６、アーム７、及びバケット８の回動角度に基づいて、バケット８の位置（詳細には、バケット８の下端の位置）を算出する。

コントローラ２７のモーメント算出部３１は、シリンダ圧力センサ２３Ａ、２３Ｂで検出されたブームシリンダ９のボトム側圧力及びロッド側圧力に基づいて、作業装置３のモーメントを算出する。コントローラ２７のバケット積載量算出部３２は、モーメント算出部３１で算出された作業装置３のモーメントとブーム角度センサ２０、アーム角度センサ２１、及びバケット角度センサ２２で検出されたブーム６、アーム７、及びバケット８の回動角度に基づいて、バケット８内の掘削物の重量（積載量）を算出する。

コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、設定スイッチ２６からの指示信号が入力されたときに、バケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置を、積込位置Ｐ１として設定して記憶する。

コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、バケット積載量算出部３２で算出されたバケット８内の掘削物の重量が予め設定された閾値以上であるかどうかを判定する。また、パイロット圧センサ２４Ａ、２４Ｂで検出された旋回パイロット圧の両方が予め設定された閾値未満である状態から、一方の旋回パイロット圧が閾値以上となるかどうかを判定することにより、旋回体２の旋回開始を検出する。そして、バケット８内の掘削物の重量が閾値以上である状態で旋回体２の旋回開始を検出したときに、バケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置を、バケット８の掘削位置Ｐ２（別の言い方をすれば、掘削作業の終了位置、又は積込作業の開始位置）として設定して記憶する。

コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、掘削位置Ｐ２を設定した直後に、積込位置Ｐ１と掘削位置Ｐ２と旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度に基づいて、旋回停止領域Ａ１及び旋回減速領域Ａ２からなる旋回制限領域を設定して記憶する。また、所定の周期毎に、旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度に応じて、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界を更新する（詳細は後述）。

コントローラ２７の旋回制限制御部３４は、バケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置が旋回減速領域Ａ２及び旋回停止領域Ａ１にない場合、減圧弁２８Ａ、２８Ｂを全開状態に制御する。

コントローラ２７の旋回制限制御部３４は、バケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置が旋回減速領域Ａ２にある場合に、減圧弁２８Ａ、２８Ｂのうちの一方を絞り状態に制御して、積込位置Ｐ１に近づく方向の旋回体２の旋回を減速させる。絞り状態における減圧弁の開口率は、旋回体２の旋回方向におけるバケット８の位置にかかわらず、一定値であってもよいし、バケット８の位置が旋回停止領域Ａ１に近づくのに従って、減少してもよい。

コントローラ２７の旋回制限制御部３４は、バケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置が旋回停止領域Ａ１にある場合に、減圧弁２８Ａ、２８Ｂの一方を全閉状態に制御して、積込位置Ｐ１に近づく方向の旋回体２の旋回を停止させる。

次に、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２の設定方法の具体例を、図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本実施形態における旋回制限領域を表す斜視図及び旋回方向の展開図である。

コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、旋回体２の同一の旋回半径方向にて掘削位置Ｐ２を位置Ｐ２’に水平移動して、旋回体２の旋回中心軸から積込位置Ｐ１までの水平距離と、旋回体２の旋回中心軸から位置Ｐ２’までの水平距離が同じとなるように設定する。

旋回制限領域設定部３３は、旋回体２の旋回速度に対応する旋回停止角度（詳細には、旋回体２の旋回を停止させる制御を開始してから実際に停止するまでに必要な旋回角度）を予め記憶しており、これを用いて旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度から旋回停止角度を算出する。そして、旋回体２の旋回中心軸を中心として積込位置Ｐ１を通る水平円周上で、積込位置Ｐ１を基準として位置Ｐ２’側に向かって旋回停止角度だけ進んだ位置Ｐ３を設定する。

旋回制限領域設定部３３は、積込位置Ｐ１に対して旋回体２の旋回半径方向が同じ、且つ位置Ｐ２、Ｐ２’に対して高さが同じである位置Ｐ４を設定する。また、位置Ｐ３に対して旋回体２の旋回半径方向が同じ、且つ位置Ｐ２、Ｐ２’、Ｐ４に対して高さが同じである位置Ｐ５を設定する。

旋回制限領域設定部３３は、積込位置Ｐ１と位置Ｐ３を旋回体２の旋回方向の曲線で結び、位置Ｐ４と位置Ｐ５を旋回体２の旋回方向の曲線で結び、積込位置Ｐ１と位置Ｐ４を高さ方向の直線で結び、位置Ｐ３と位置Ｐ５を高さ方向の直線で結び、旋回体２の旋回中心軸上の予め定められた旋回中心点（図示せず）と位置Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のそれぞれを直線で結ぶことにより、旋回停止領域Ａ１を設定する。これにより、旋回体２の旋回方向における位置にかかわらず、旋回停止領域Ａ１の高さ範囲が一定となるように設定される。

旋回制限領域設定部３３は、位置Ｐ３と位置Ｐ２’を旋回体２の旋回方向の曲線で結び、位置Ｐ５と位置Ｐ２’を旋回体２の旋回方向の曲線で結び、旋回中心点と位置Ｐ２’、Ｐ３、Ｐ５のそれぞれを直線で結ぶことにより、旋回減速領域Ａ２を設定する。これにより、掘削位置Ｐ２から積込位置Ｐ１に向かって旋回減速領域Ａ２の高さ範囲が徐々に増加するように設定される。

なお、所定の周期毎に旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度が増加すれば、旋回停止角度も増加するため、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界（すなわち、位置Ｐ３、Ｐ５）が掘削位置Ｐ２側に移動する。また、所定の周期毎に旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度が減少すれば、旋回停止角度も減少するため、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界（すなわち、位置Ｐ３、Ｐ５）が積込位置Ｐ１側に移動する。

次に、本実施形態におけるコントローラの処理内容を、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態におけるコントローラの処理手順を表すフローチャートである。なお、この図５のステップＳ１の前に、コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、積込位置Ｐ１を設定して記憶したものとして説明する。

ステップＳ１にて、コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、バケット積載量算出部３２で算出されたバケット８内の掘削物の重量が閾値以上であるかどうかを判定し、ステップＳ２にて、旋回制限領域設定部３３は、旋回体２の旋回開始を検出したかどうかを判定する。バケット積載量算出部３２で算出されたバケット８内の掘削物の重量が閾値未満であれば、ステップＳ１の判定がＮＯとなって、その判定が繰り返される。また、旋回体２の旋回開始を検出しなければ、ステップＳ２の判定がＮＯとなって、ステップＳ１に戻る。

バケット８内の掘削物の重量が閾値以上である状態で旋回体２の旋回開始を検出すれば、ステップＳ１及びＳ２の判定がＹＥＳとなって、ステップＳ３に進む。ステップＳ３にて、旋回制限領域設定部３３は、バケット８内の掘削物の重量が閾値以上である状態で旋回体２の旋回開始を検出したときに、バケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置を、掘削位置Ｐ２として設定して記憶する。そして、ステップＳ４に進み、旋回制限領域設定部３３は、積込位置Ｐ１と掘削位置Ｐ２と予め設定された所定の旋回速度に基づいて、旋回体２の旋回速度旋回停止領域Ａ１及び旋回減速領域Ａ２からなる旋回制限領域を仮設定する。そして、旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度に応じて、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界を更新する。

その後、ステップＳ５に進み、コントローラ２７の旋回制限制御部３４は、バケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置が旋回減速領域Ａ２にあるかどうかを判定する。バケット８の位置が旋回減速領域Ａ２にない場合、ステップＳ５の判定がＮＯとなって、ステップＳ６に進む。ステップＳ６にて、旋回制限制御部３４は、バケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置が旋回停止領域Ａ１にあるかどうかを判定する。バケット８の位置が旋回停止領域Ａ１にない場合、ステップＳ６の判定がＮＯとなって、ステップＳ７に進む。ステップＳ７にて、旋回制限制御部３４は、減圧弁２８Ａ、２８Ｂを全開状態に制御する。

ステップＳ５にてバケット８の位置が旋回減速領域Ａ２にある場合、ステップＳ５の判定がＹＥＳとなって、ステップＳ８に進む。ステップＳ８にて、旋回制限制御部３４は、減圧弁２８Ａ、２８Ｂのうちの一方を絞り状態に制御して、積込位置Ｐ１に近づく方向の旋回体２の旋回を減速させる。ステップＳ６にてバケット８の位置が旋回停止領域Ａ１にある場合、ステップＳ６の判定がＹＥＳとなって、ステップＳ９に進む。ステップＳ９にて、旋回制限制御部３４は、減圧弁２８Ａ、２８Ｂのうちの一方を全閉状態に制御して、積込位置Ｐ１に近づく方向の旋回体２の旋回を停止させる。したがって、バケット８と運搬車両１００の荷台１０１との衝突を回避することができる。

ステップＳ７、Ｓ８、又はＳ９の後、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０にて、コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、バケット積載量算出部３２で算出されたバケット８内の掘削物の重量が閾値未満であるかどうかを判定する。すなわち、積込作業が完了したかどうかを判定する。

ステップＳ１０にてバケット積載量算出部３２で算出されたバケット８内の掘削物の重量が閾値以上である場合（すなわち、積込作業が完了していない場合）、ステップＳ１０の判定がＮＯとなって、ステップＳ４に戻る。ステップＳ４にて、旋回制限領域設定部３３は、旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度に応じて、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界を更新する。

ステップＳ１０にてバケット積載量算出部３２で算出されたバケット８内の掘削物の重量が閾値未満である場合（すなわち、積込作業が完了した場合）、ステップＳ１０の判定がＮＯとなって、ステップＳ１に戻る。

以上のようにして、本実施形態では、バケット８と運搬車両１００の荷台１０１との衝突を回避することができる。また、旋回体２の旋回速度に応じて旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界を更新するので、その境界を固定する場合とは異なり、旋回体２の旋回を過剰に停止させることがない。したがって、作業効率の低下を防ぐことができる。

また、本実施形態では、掘削位置Ｐ２から積込位置Ｐ１に向かって旋回減速領域Ａ２の高さ範囲が徐々に増加するように設定されている。これにより、旋回減速領域の高さ範囲が一定となるように設定された場合とは異なり、バケット８の上昇と旋回体２の旋回を同時に行う複合操作を行っても、旋回体２の旋回を過剰に減速させることがない。したがって、作業効率の低下を防ぐことができる。

なお、上記において、ブーム角度センサ２０、アーム角度センサ２１、バケット角度センサ２２は、特許請求の範囲に記載の作業装置の姿勢を検出する姿勢検出器を構成する。また、シリンダ圧力センサ２３Ａ、２３Ｂは、作業装置を支持する油圧シリンダの圧力を検出する圧力センサを構成する。旋回速度センサ２５は、走行体に対する旋回体の旋回角度及び旋回速度のうちの少なくとも一方を検出する旋回センサを構成する。

また、設定スイッチ２６は、積込位置の設定を指示する設定指示器を構成する。また、コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３の一機能は、掘削物の積込位置を設定する積込位置設定装置を構成し、且つ、設定指示器で指示されたときに、コントローラで算出されたバケットの位置を積込位置として設定する積込位置設定装置を構成する。

また、パイロット圧センサ２４Ａ、２４Ｂは、操作装置による旋回体の旋回の指示を検出する旋回指示検出器を構成する。また、コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３の一機能は、バケットの掘削位置を設定する掘削位置設定装置を構成し、且つ、圧力センサで検出された油圧シリンダの圧力から作業装置のモーメントを算出し、姿勢検出器により検出された作業装置の姿勢と作業装置のモーメントとからバケット内の掘削物の重量を算出し、バケット内の掘削物の重量が予め設定された閾値以上である状態で、旋回指示検出器の検出結果に基づいて旋回体の旋回開始を検出したときに、コントローラで算出されたバケットの位置を掘削位置として設定する掘削位置設定装置を構成する。

なお、第１の実施形態において、油圧ショベルは、シリンダ圧力センサ２３Ａ、２３Ｂを備え、コントローラ２７は、シリンダ圧力センサ２３Ａ、２３Ｂの検出結果に基づいて作業装置３のモーメントを算出するモーメント算出部３１と、作業装置３のモーメント等に基づいてバケット８内の掘削物の重量を算出するバケット積載量算出部３２とを有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。油圧ショベルは、シリンダ圧力センサ２３Ａ、２３Ｂとコントローラ２７のモーメント算出部３１及びバケット積載量算出部３２に代えて、例えば、バケット８内の掘削物の重量を検出する重量センサを備えてもよい。この場合、コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、重量センサで検出されたバケット８内の掘削物の重量が予め設定された閾値以上である状態で、パイロット圧センサ２４Ａ、２４Ｂの検出結果に基づいて旋回体２の旋回開始を検出したときに、コントローラ２７のバケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置を掘削位置Ｐ２として設定すればよい。

また、第１の実施形態において、コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、バケット８内の掘削物の重量が予め設定された閾値以上である状態で、パイロット圧センサ２４Ａ、２４Ｂの検出結果に基づいて旋回体２の旋回開始を検出したときに、コントローラ２７のバケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置を掘削位置Ｐ２として設定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、設定スイッチで掘削位置の設定が指示されたときに、コントローラ２７のバケット位置算出部３０で算出されたバケット８の位置を掘削位置Ｐ２として設定してもよい。

本発明の第２の実施形態を、図６を用いて説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は、同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

図６は、本実施形態における衝突回避装置の構成を表すブロック図である。

本実施形態のコントローラ２７の旋回制限領域設定部３３Ａは、所定の周期毎に、旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度とモーメント算出部３１で算出された作業装置３のモーメントに応じて、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界を更新する。

詳しく説明すると、旋回制限領域設定部３３Ａは、旋回体２の旋回速度及び作業装置３のモーメントに対応する旋回停止角度を予め記憶しており、これを用いて旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度とモーメント算出部３１で算出された作業装置３のモーメントから旋回停止角度を算出する。そして、第１の実施形態と同様、この旋回停止角度に基づいて、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界（すなわち、上述の図４（ａ）及び図４（ｂ）で示す位置Ｐ３、Ｐ５）を更新する。

このような本実施形態でも、第１の実施形態と同様、バケット８と運搬車両１００の荷台１０１との衝突を回避することができる。また、本実施形態では、旋回体２の旋回速度だけでなく、作業装置３のモーメントに応じて、旋回停止領域Ａ１と旋回減速領域Ａ２との境界を更新するので、作業効率の低下を更に防ぐことができる。

なお、第２の実施形態において、油圧ショベルは、シリンダ圧力センサ２３Ａ、２３Ｂを備え、コントローラ２７は、シリンダ圧力センサ２３Ａ、２３Ｂの検出結果に基づいて作業装置３のモーメントを算出するモーメント算出部３１と、作業装置３のモーメント等に基づいてバケット８内の掘削物の重量を算出するバケット積載量算出部３２とを有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。油圧ショベルは、シリンダ圧力センサ２３Ａ、２３Ｂとコントローラ２７のバケット積載量算出部３２に代えて、例えば、バケット８内の掘削物の重量を検出する重量センサを備えてもよい。この場合、コントローラ２７のモーメント算出部は、ブーム角度センサ２０、アーム角度センサ２１、バケット角度センサ２２、及び重量センサの検出結果に基づいて作業装置３のモーメントを算出すればよい。

また、第１及び第２の実施形態において、コントローラ２７の旋回制限領域設定部３３は、掘削位置Ｐ２を含むように旋回減速領域Ａ２を設定した場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば図７で示す変形例のように、掘削位置Ｐを基準として、予め設定された所定の旋回角度を含まず、積込位置Ｐ１に向かって所定の旋回角度だけ進んだ位置Ｐ６、Ｐ７から旋回減速領域Ａ２を設定してもよい。

また、第１及び第２の実施形態において、油圧ショベルは、ブーム角度センサ２０、アーム角度センサ２１、及びバケット角度センサ２２を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。油圧ショベルは、例えば、ブーム角度センサ２０に代えて、ブームシリンダ９のストロークを検出する変位センサを備えてもよい。また、油圧ショベルは、例えば、アーム角度センサ２１に代えて、アームシリンダ１０のストロークを検出する変位センサを備えてもよい。また、油圧ショベルは、例えば、バケット角度センサ２２に代えて、バケットシリンダ１１のストロークを検出する変位センサを備えてもよい。

また、第１及び第２の実施形態において、油圧ショベルは、旋回体２の旋回速度を検出する旋回速度センサ２５を備え、コントローラ２７は、旋回速度センサ２５で検出された旋回体２の旋回速度を積分することにより、走行体１に対する旋回体２の旋回角度を算出する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。油圧ショベルは、例えば、旋回速度センサ２５に代えて、走行体１に対する旋回体２の旋回角度を検出する旋回角度センサを備え、コントローラ２７は、旋回角度センサで検出された旋回体２の旋回角度を微分することにより、旋回体２の旋回速度を算出してもよい。

また、第１及び第２の実施形態において、油圧ショベルは、操作レバーの操作によって作動する機械式の旋回パイロット弁を備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。油圧ショベルは、例えば、操作レバーの操作量を検出してコントローラへ出力するポテンションメータと、操作レバーの操作量に応じてコントローラで生成された指令電流によって作動する電磁式の旋回パイロット弁とを備えてもよい。この場合、ポテンションメータがあるため、パイロット圧センサ２４Ａ、２４Ｂが不要となる。また、減圧弁２８Ａ、２８Ｂが不要となり、コントローラは、旋回体２の旋回を減速又は停止させるために、前述した指令電流を制限すればよい。

１ 走行体
２ 旋回体
３ 作業装置
８ バケット
１７Ａ、１７Ｂ 作業操作装置
２０ ブーム角度センサ
２１ アーム角度センサ
２２ バケット角度センサ
２３Ａ、２３Ｂ シリンダ圧力センサ
２４Ａ、２４Ｂ パイロット圧センサ
２５ 旋回速度センサ
２６ 設定スイッチ
２７ コントローラ
２８Ａ、２８Ｂ 減圧弁
３０ バケット位置算出部
３１ モーメント算出部
３２ バケット積載量算出部
３３、３３Ａ 旋回制限領域設定部
３４ 旋回制限制御部

Claims (9)

1. 走行可能な走行体と、
   前記走行体の上側に旋回可能に設けられた旋回体と、
   前記旋回体に連結され、バケットを有する作業装置と、
   前記走行体に対する前記旋回体の旋回角度及び旋回速度のうちの少なくとも一方を検出する旋回センサと、
   前記作業装置の姿勢を検出する姿勢検出器とを備えた油圧ショベルにおいて、
   掘削物の積込位置を設定する積込位置設定装置と、
   前記バケットの掘削位置を設定する掘削位置設定装置と、
   前記旋回センサにより検出された前記旋回体の旋回角度又は、前記旋回センサにより検出された前記旋回速度から算出した前記旋回体の旋回角度と前記姿勢検出器により検出された前記作業装置の姿勢から前記バケットの位置を算出して、前記バケットの位置に応じて前記旋回体の旋回の速度を制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、前記積込位置と前記掘削位置とに基づいて、旋回停止領域及び旋回減速領域からなる旋回制限領域を設定して、前記バケットの位置が前記旋回減速領域にある場合には、前記旋回体の旋回を減速させ、前記バケットの位置が前記旋回停止領域にある場合には、前記旋回体の旋回を停止させると共に、前記旋回センサにより検出された前記旋回体の旋回速度又は、前記旋回センサにより検出された前記旋回角度から算出した前記旋回体の旋回速度に応じて、前記旋回停止領域と前記旋回減速領域との境界を更新することを特徴とする油圧ショベル。
2. 請求項１に記載の油圧ショベルにおいて、
   前記作業装置を支持する油圧シリンダの圧力を検出する圧力センサを更に備え、
   前記コントローラは、前記圧力センサで検出された前記油圧シリンダの圧力から前記作業装置のモーメントを算出し、前記旋回体の旋回速度と前記作業装置のモーメントに応じて、前記旋回停止領域と前記旋回減速領域との境界を更新することを特徴とする油圧ショベル。
3. 請求項１に記載の油圧ショベルにおいて、
   前記バケット内の掘削物の重量を検出する重量センサを更に備え、
   前記コントローラは、前記重量センサで検出された前記バケット内の掘削物の重量と前記姿勢検出器により検出された前記作業装置の姿勢とから前記作業装置のモーメントを算出し、前記旋回体の旋回速度と前記作業装置のモーメントに応じて、前記旋回停止領域と前記旋回減速領域との境界を更新することを特徴とする油圧ショベル。
4. 請求項１に記載の油圧ショベルにおいて、
   前記コントローラは、前記掘削位置から前記積込位置に向かって前記旋回減速領域の高さ範囲が徐々に増加するように、前記旋回減速領域を設定することを特徴とする油圧ショベル。
5. 請求項４に記載の油圧ショベルにおいて、
   前記コントローラは、前記掘削位置を基準として前記積込位置に向かって予め設定された所定の旋回角度だけ進んだ位置から、前記旋回減速領域を設定することを特徴とする油圧ショベル。
6. 請求項４に記載の油圧ショベルにおいて、
   前記コントローラは、前記旋回停止領域の高さ範囲が一定となるように、前記旋回停止領域を設定することを特徴とする油圧ショベル。
7. 請求項１に記載の油圧ショベルにおいて、
   前記作業装置を支持する油圧シリンダの圧力を検出する圧力センサと、
   操作装置による前記旋回体の旋回の指示を検出する旋回指示検出器とを更に備え、
   前記掘削位置設定装置は、前記圧力センサで検出された前記油圧シリンダの圧力から前記作業装置のモーメントを算出し、前記姿勢検出器により検出された前記作業装置の姿勢と前記作業装置のモーメントとから前記バケット内の掘削物の重量を算出し、前記バケット内の掘削物の重量が予め設定された閾値以上である状態で、前記旋回指示検出器の検出結果に基づいて前記旋回体の旋回開始を検出したときに、前記コントローラで算出された前記バケットの位置を前記掘削位置として設定することを特徴とする油圧ショベル。
8. 請求項１に記載の油圧ショベルにおいて、
   前記バケット内の掘削物の重量を検出する重量センサと、
   操作装置による前記旋回体の旋回の指示を検出する旋回指示検出器とを更に備え、
   前記掘削位置設定装置は、前記重量センサで検出された前記バケット内の掘削物の重量が予め設定された閾値以上である状態で、前記旋回指示検出器の検出結果に基づいて前記旋回体の旋回開始を検出したときに、前記コントローラで算出された前記バケットの位置を前記掘削位置として設定することを特徴とする油圧ショベル。
9. 請求項１に記載の油圧ショベルにおいて、
   前記積込位置の設定を指示する設定指示器を更に備え、
   前記積込位置設定装置は、前記設定指示器で指示されたときに、前記コントローラで算出された前記バケットの位置を前記積込位置として設定することを特徴とする油圧ショベル。

Images