JP2024055125A - Work Machine - Google Patents
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Abstract
【課題】掘削後における運搬車両の走行路の凹みの発生を抑制することができ、整地作業時間を抑制することができる作業機械を提供すること。【解決手段】掘削対象物を掘削して所定の放土位置に放土するための作業装置と、掘削対象物について予め定めた掘削目標面上およびその上方の領域内で作業装置が動くように制御する制御装置とを備えた作業機械において、周辺環境を認識する外界認識装置をさらに備え、制御装置は、外界認識装置の認識結果に基づいて、掘削対象物の掘削後の目標形状を定めた設計面から作業機械が乗っている掘削対象物の上面までの高さであるベンチ高さを計測し、ベンチ高さと、予め取得した現場環境に関する情報とに基づいて、掘削目標面を設計面よりも高くなるように設定する。【選択図】 図6[Problem] To provide a work machine capable of suppressing the occurrence of depressions in the roadway for transport vehicles after excavation and suppressing the time required for leveling work. [Solution] The work machine includes a work device for excavating an excavation target object and discharging the soil at a predetermined soil discharge position, and a control device for controlling the work device to move on a predetermined excavation target surface of the excavation target object and within an area above it, and further includes an external environment recognition device for recognizing the surrounding environment, and the control device measures a bench height, which is the height from a design surface that defines the target shape of the excavation target object after excavation to the top surface of the excavation target object on which the work machine is riding, based on the recognition result of the external environment recognition device, and sets the excavation target surface to be higher than the design surface based on the bench height and information on the site environment acquired in advance. [Selected Figure] Figure 6
Description
本発明は、作業機械に関する。 The present invention relates to a work machine.
自動で様々な作業を行う作業機械に係る技術としては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。特許文献1には、自走可能な作業機械の作業支援システムであって、作業機械の1回の掘削動作による想定掘削量に基づいて、作業機械の1回の掘削動作により掘削対象から前記想定掘削量が得られる領域を掘削領域として決定し、掘削領域に基づいて次回の掘削動作を行う際の作業機械の作業位置を算出するするとともに、作業位置に関する情報を表示装置に表示する作業機械の作業支援システムが記載されている。
One known technology relating to a work machine that automatically performs various tasks is described in, for example,
上記従来技術では、作業機械が掘削対象物の上部にて掘削対象上面の端部からフロント作業装置を下方へ伸ばして行う掘削動作において、掘削対象上面から走行路までの距離を掘削対象物の高さ方向の変化に対して掘削量を維持するため、掘削対象物の高さ(掘削対象上面から走行路までの距離)を掘削高さ(制限高さ)として、作業機械のフロント作業装置の姿勢を誘導する。 In the above-mentioned conventional technology, when a work machine performs an excavation operation by extending the front working implement downward from the edge of the top surface of the excavation target above the excavation target, in order to maintain the excavation amount in relation to the change in the height direction of the excavation target by changing the distance from the top surface of the excavation target to the travel path, the height of the excavation target (the distance from the top surface of the excavation target to the travel path) is set as the excavation height (limiting height) and the attitude of the front working implement of the work machine is guided.
しかしながら、掘削高さを掘削対象物の高さに固定した場合、走行路へ整地する際の高さマージンがほぼ無いため、走行路の設計値に対して誤差が生じる場合がある。例えば、走行路の設計値に対して凹みが発生する場合があり、この場合には埋める作業などが必要になるので、整地作業時間が長くなってしまう。具体的には、設計値に対してマージンの無い走行路を設定すると、ダンプ走行による削りや沈み込みなどの凹みが大きく発生し、整地作業において埋める必要が出てくる。場合によっては作業機械による作業を一時的に中断にする必要も生じる。また、走行路に凹みが生じることにより、運搬車両がスタックしてしまうことも考えられる。 However, when the excavation height is fixed to the height of the object to be excavated, there is almost no height margin when leveling the travel path, and errors may occur with respect to the design value of the travel path. For example, depressions may occur in the design value of the travel path, in which case filling work is necessary, which increases the time required for leveling work. Specifically, when a travel path with no margin from the design value is set, large depressions such as scraping and sinking caused by dump truck travel will occur, and it will be necessary to fill them in the leveling work. In some cases, it may be necessary to temporarily suspend work by the work machine. In addition, it is possible that a transport vehicle will become stuck if a depression occurs in the travel path.
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、掘削後における運搬車両の走行路の凹みの発生を抑制することができ、整地作業時間を抑制することができる作業機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide a work machine that can prevent the occurrence of depressions in the roadway for transport vehicles after excavation, and can reduce the time required for leveling work.
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、掘削対象物を掘削して所定の放土位置に放土するための作業装置と、前記掘削対象物について予め定めた掘削目標面上およびその上方の領域内で前記作業装置が動くように制御する制御装置とを備えた作業機械において、周辺環境を認識する外界認識装置をさらに備え、前記制御装置は、前記外界認識装置の認識結果に基づいて、前記掘削対象物の掘削後の目標形状を定めた設計面から前記作業機械が乗っている前記掘削対象物の上面までの高さであるベンチ高さを計測し、前記ベンチ高さと、予め取得した現場環境に関する情報とに基づいて、前記掘削目標面を前記設計面よりも高くなるように設定するものとする。 The present application includes multiple means for solving the above problems, and one example is a work machine equipped with a working device for excavating an excavation target object and discharging the soil at a predetermined soil discharge position, and a control device for controlling the working device to move on a predetermined excavation target surface for the excavation target object and within an area above the surface, further comprising an external environment recognition device for recognizing the surrounding environment, and the control device measures a bench height, which is the height from a design surface that determines the target shape of the excavation target object after excavation to the top surface of the excavation target object on which the work machine is mounted, based on the recognition results of the external environment recognition device, and sets the excavation target surface to be higher than the design surface based on the bench height and information related to the site environment obtained in advance.
本発明によれば、掘削後における運搬車両の走行路の凹みの発生を抑制することができるので、運搬車両のスタックの発生や、凹みの埋め戻し作業による整地作業時間の発生を抑制することができる。 The present invention can prevent the occurrence of depressions in the roadway for transport vehicles after excavation, thereby preventing the occurrence of transport vehicles getting stuck and the time required for leveling work to backfill depressions.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、作業機械の一例として作業装置の先端に作業具であるバケットを設けた油圧ショベルを例示して説明するが、複数のリンク部材(アタッチメント、アーム、ブーム等)を連結して構成される多関節型の作業装置を有するものであれば他の作業機械においても本発明を適用することが可能である。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. In this embodiment, a hydraulic excavator with a bucket as a working tool at the tip of the working device is used as an example of a working machine, but the present invention can also be applied to other working machines as long as they have a multi-joint working device that is configured by connecting multiple link members (attachments, arms, booms, etc.).
また、以下の説明においては、同一の構成要素が複数存在する場合、符号(数字)の末尾にアルファベットを付すことがあるが、当該アルファベットを省略して当該複数の構成要素をまとめて表記することがある。例えば、左右1つずつの走行油圧モータ4a、4bが存在するとき、これらをまとめて走行油圧モータ4と表記することがある。
In addition, in the following description, when there are multiple identical components, an alphabet may be added to the end of the reference symbol (number), but the alphabet may be omitted to refer to the multiple components collectively. For example, when there are one traveling
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態を図1~図12を参照しつつ説明する。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図であり、図2は作業現場における油圧ショベル及び周辺の様子を模式的に示す側面図である。また、図3は、油圧ショベルのコントローラを油圧駆動装置と共に抜き出して示す図であり、図4は図2中の電磁弁ユニットの詳細を示す図である。 Figure 1 is a diagram showing the appearance of a hydraulic excavator, which is an example of a work machine according to this embodiment, and Figure 2 is a side view showing the hydraulic excavator and its surroundings at a work site. Figure 3 is a diagram showing the controller of the hydraulic excavator together with the hydraulic drive system, and Figure 4 is a diagram showing the details of the solenoid valve unit in Figure 2.
図1において、油圧ショベル1は、多関節型の作業フロント2と、走行体3で構成されている。走行体3は、左右一対の走行油圧モータ4b(4a)により走行する下部走行部3aと、下部走行部3aの上に取り付けられ、旋回油圧モータ5により旋回する上部旋回部3bとからなる。なお、図1においては、左右一対のうち一方の走行油圧モータ4bのみを図示し、他方の走行油圧モータ4aについては括弧書きの符号で示している。
In FIG. 1, the
作業フロント2(作業装置)は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材(ブーム6、アーム7及びバケット8)を連結して構成される多関節型の作業装置である。ブーム6の基端は上部旋回部3bの前部においてブームピンを介して回動可能に支持されている。ブーム6の先端にはアームピンを介してアーム7が回動可能に連結されており、アーム7の先端にはバケットピンを介してバケット8が回動可能に連結されている。ブーム6はブームシリンダ61によって駆動され、アーム7はアームシリンダ71によって駆動され、バケット8はバケットシリンダ81によって駆動される。
The work front 2 (working device) is a multi-jointed working device configured by connecting multiple driven members (
ブーム6、アーム7、バケット8の回動を測定可能にするため、ブームピンにブーム角度センサ62、アームピンにアーム角度センサ72、バケットリンク9にバケット角度センサ82が取付けられ、上部旋回部3bには基準面(例えば水平面)に対する上部旋回部3bの傾斜角を検出する車体傾斜角センサ31が取付けられている。なお、角度センサ62,72,82はそれぞれ基準面(例えば水平面)に対する角度センサに代替可能である。
To enable measurement of the rotation of the
上部旋回部3bと下部走行部3aの相対角度を測定可能なように旋回中心軸に旋回角度センサ32が取り付けられている。
A
上部旋回部3bに設けられた運転室13内には、油圧ショベルを操作するための操作装置10が設置されている。操作装置10は、ブームシリンダ61(ブーム6)及びバケットシリンダ81(バケット8)を操作するための操作右レバー10aと、アームシリンダ71(アーム7)及び旋回油圧モータ5(上部旋回部3b)を操作するための操作左レバー10bと、走行右油圧モータ4a(下部走行部3a)を操作するための操作右レバー10cと、走行左油圧モータ4b(下部走行部3a)を操作するための操作左レバー10dと、から構成される。また以下では、操作右レバー10a、操作左レバー10b、走行右レバー10cおよび走行左レバー10dを操作装置10と総称する場合もある。
An
また、図2に示すように、油圧ショベル1の周囲の情報を取得するための外界認識装置610(後述)が設けられている。外界認識装置610は、例えば、LiDAR(Light Detection and Ranging)やカメラ(ステレオカメラ等を含む)などであり、油圧ショベル1の周囲の地形情報や他の作業機械(運搬車両を含む)の情報を取得することができる。
As shown in FIG. 2, an external environment recognition device 610 (described later) is provided for acquiring information about the surroundings of the
上部旋回部3bには、原動機であるエンジン11が搭載されている。図3に示すように、エンジン11は、油圧ポンプ20a,20bとパイロットポンプ30を駆動する。油圧ポンプ20a,20bはレギュレータ20aa,20baによって容量が制御される可変容量型ポンプであり、パイロットポンプ30は固定容量型ポンプである。油圧ポンプ20およびパイロットポンプ30はタンク200より作動油を吸引する。本実施の形態においては、コントローラ40から出力された制御信号が、レギュレータ20aa,20baに入力される。レギュレータ20aa,20baの詳細構成は省略するが、油圧ポンプ20a,20bの吐出流量が当該制御信号に応じて制御される。
The upper rotating
パイロットポンプ30の吐出配管であるポンプライン148aはロック弁39を通った後、電磁弁ユニット160内の各電磁弁に接続している。ロック弁39は例えば電磁切換弁であり、その電磁駆動部は運転室13に配置されたゲートロックレバーの位置検出器12と電気的に接続している。ゲートロックレバーのポジションは位置検出器12で検出され、その位置検出器12からロック弁39に対してゲートロックレバーのポジションに応じた信号が入力される。ゲートロックレバーのポジションがロック位置にあればロック弁39が閉じてポンプライン148aが遮断され、ロック解除位置にあればロック弁39が開いてポンプライン148aが開通する。つまり、ポンプライン148aが遮断された状態では操作装置10による操作が無効化され、走行、旋回、掘削等の動作が禁止される。
The
操作装置10は、電気レバー方式であり、オペレータの操作量と操作方向に応じた電気信号を発生させる。このように発生した電気信号はコントローラ40に入力され、操作装置10に入力された操作に応じた電磁比例弁54,55,56,57,58,59を駆動させるべくコントローラ40は電磁弁ユニット160に電気信号を出力する。電磁比例弁54,55,56,57,58,59は、入力された電気信号に応じて対応する流量制御弁15a,15b,15c,15d,15e,15fの油圧駆動部150a,150b,151a,151b,152a,152b,153a,153b,154a,154b,155a,155b(以降、油圧駆動部150a,点)にパイロットライン144a,144b,145a,145b,146a,146b,147a,147b,148a,148b,149a,149bを介して供給され、これら流量制御弁15a,15b,15c,15d,15e,15fを駆動する制御信号として利用される。
The
油圧ポンプ20から吐出された圧油は、流量制御弁15a,15b,15c,15d,15e,15fを介して走行右油圧モータ4a、走行左油圧モータ4b、旋回油圧モータ5、ブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81に供給される。供給された圧油によってブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81が伸縮することで、ブーム6、アーム7、バケット8がそれぞれ回動し、バケット8の位置及び姿勢が変化する。また、供給された圧油によって旋回油圧モータ5が回転することで、下部走行部3aに対して上部旋回部3bが旋回する。そして、供給された圧油によって走行右油圧モータ4a、走行左油圧モータ4bが回転することで、下部走行部3aが走行する。
The pressure oil discharged from the hydraulic pump 20 is supplied to the right traveling
ブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81には、そのシリンダ圧が検出できるように負荷検出装置16a,16b,16c,16e,16fが備えられる。負荷検出装置16は、例えば、圧力センサであり、ブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81のそれぞれのボトム側の圧力とロッド側の圧力を検出し、電気信号としてコントローラ40へ出力する。
The
図4に示すように、フロント制御用油圧ユニット160は、一次ポート側がポンプライン148aを介してパイロットポンプ30に接続されパイロットポンプ30からのパイロット圧を減圧してパイロットライン144a,144b,145a,145b,146a,146bに出力する電磁比例弁54a,54b,55a,55b,56a,56bと、同様にパイロットポンプ30からのパイロット圧を減圧してパイロットライン147a,147b,148a,148b,149a,149bに出力する電磁比例弁57a,57b,58a,58b,59a,59b(図3参照)を備えている。
As shown in FIG. 4, the front control
電磁比例弁54a,54b,55a,55b,56a,56b,57a,57b,58a,58b,59a,59bは、非通電時には開度が最小で、コントローラ40からの制御信号である電流を増大させるほど開度は大きくなる。このように各電磁比例弁54a,54b,55a,55b,56a,56b,57a,57b,58a,58b,59a,59bの開度はコントローラ40からの制御信号に応じたものとなる。
The electromagnetic
上術のように構成される制御用油圧ユニット160において、コントローラ40から制御信号を出力して電磁比例弁54a,54b,55a,55b,56a,56b,57a,57b,58a,58b,59a,59bを駆動すると、対応する操作装置10のオペレータ操作が無い場合にもパイロット圧を発生できるので、各アクチュエータ4,5,61,71,81の動作を強制的に発生できる。
In the control
図5は、制御システムの概要を示すハードウェア構成図である。 Figure 5 is a hardware configuration diagram showing an overview of the control system.
図5において、制御システムは、姿勢検出装置50と、操作装置10と、運転室13内に設置され、後述する操縦モードに関して現在の操縦モードを表示可能な表示装置(例えば液晶ディスプレイ)53と、運転室内13に設置され、後述する操縦モードの変更を入力するための入力装置(例えばタッチパネルディスプレイ)と、ブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81に備えられた圧力センサである負荷検出装置16と、制御を司るコンピュータであるコントローラ(制御装置)40とを備えている。
In FIG. 5, the control system includes a
姿勢検出装置50は、車体傾斜角センサ31、旋回角度センサ32、ブーム、角度センサ62、アーム角度センサ72、バケット角度センサ82から構成される。これらの角度センサ32,62,72,82は作業フロント2の姿勢センサとして機能している。
The
コントローラ40は、入力インターフェース部91と、プロセッサである中央処理装置(CPU)92と、記憶装置であるリードオンリーメモリ(ROM)93及びランダムアクセスメモリ(RAM)94と、出力インターフェース部95とを有している。入力インターフェース部91は、姿勢検出装置50である角度センサ32,62,72,82及び傾斜角センサ31からの信号と、操作装置10からの操作量を示す信号と、負荷検出装置16である各シリンダ61,71,81に備えられた負荷検出装置16の圧力センサ16a,16b,16c,16d,16e,16fの信号と、管制からのダンプなどの運搬車両の情報などを取得する通信装置600の信号と、作業機械の周辺環境情報を取得する外界認識装置610の信号と、を入力し、CPU92が演算可能なように変換する。ROM93は、後述するフローチャートに係る処理を含めた制御内容を実行するための制御プログラムと、当該フローチャートの実行に必要な各種情報等が記憶された記録媒体であり、CPU92は、ROM93に記憶された制御プログラムに従って入力部91及びメモリ93,94から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力インターフェース部95は、CPU92での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を電磁比例弁54,55,56,57,58,59または表示装置53に出力することで、油圧アクチュエータ4,5,61,71,81を駆動・制御したり、後述するパラメータ推定するためのガイダンス動作を表示装置53の画面上に表示させたりする。
The
なお、図4のコントローラ40は、記憶装置としてROM93及びRAM94という半導体メモリを備えているが、記憶装置であれば特に代替可能であり、例えばハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備えても良い。
Note that the
図6は、コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。 Figure 6 is a functional block diagram showing the processing contents of the controller.
図6において、コントローラ40は、電磁比例弁制御部41と、表示制御部42と、自動運転制御部43と、目標高さ演算部400を備えている。
In FIG. 6, the
電磁比例弁制御部41は、自動運転制御部43から出力される信号に応じて電磁比例弁54,55,56,57,58,59に制御指令を出力する。
The solenoid proportional valve control unit 41 outputs control commands to the solenoid proportional valves 54, 55, 56, 57, 58, and 59 in response to signals output from the automatic
表示制御部42は、目標高さ演算部400から出力される掘削面に応じて表示装置53を制御する部分である。表示制御部42には、油圧ショベル1の画像及びアイコンを含む表示関連データが多数格納されている表示ROMが備えられており、表示制御部42が、入力情報に含まれるフラグに基づいて所定のプログラムを読み出すとともに、表示装置53における表示制御をする。
The
自動運転制御部43は、姿勢検出装置50から出力される作業フロント2の姿勢情報と、目標高さ計算部404から出力される信号と、を基に、その演算結果を電磁比例弁制御部41に出力する。例えば掘削対象物のバケット爪先高さ範囲を示す掘削面に対してバケット爪先高さを沿わせるためにブーム6、アーム7、バケット8がそれぞれ回動するためのブームシリンダ61、アームシリンダ71、バケットシリンダ81の移動量を演算し、その演算結果を電磁比例弁制御部41に出力する。ただし、自動運転制御部43の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
The automatic
目標高さ演算部400はベンチ高さ計測部401、ダンプ積載量計測部402、目標高さ勾配計算部403、目標高さ計算部404を備えている。
The target
ベンチ高さ計測部401は外界認識装置610からの入力によりベンチ高さを演算する。演算したベンチ高さを目標高さ計算部404へ出力する。例えば、外界認識装置610の信号から作業機械が掘削作業時に載る掘削対象物上面、掘削対象物上面に接続する下り傾斜の掘削対象面、掘削対象面の傾斜が終わる終了点を検知して、掘削対象物上面と終了点の垂直方向の距離をベンチ高さとして計測する。ただし、ベンチ高さ計測部401の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
The bench
ダンプ積載量計測部402は外界認識装置610または通信装置600からの入力を基にダンプ最大積載量を計測する。計測したダンプ最大積載量を目標高さ計算部404へ出力する。例えば、外界認識装置610の信号から積込対象のダンプトレイサイズを検知してダンプサイズを推定し、ダンプの最大積載量を計測する。あるいは、通信装置600の信号から積込対象のダンプ情報を取得し、ダンプの最大積載量を計測する。ただし、ダンプ積載量計測部402の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
The dump
目標高さ勾配計算部403は姿勢検出装置50からの入力を基に勾配を演算する。演算した勾配を目標高さ計算部404へ出力する。例えば、姿勢検出装置50の信号からバケット爪先位置を計算し、作業機械の旋回中心からバケット爪先位置の距離が所定値以上になるバケット爪先位置を基準位置とする。基準位置からバケット爪先位置が旋回中心に近づく距離に応じて勾配を増加するように計算する。ただし、目標高さ勾配計算部403の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
The target height
目標高さ計算部404は、ベンチ高さ計測部401、ダンプ積載量計測部402と目標高さ勾配計算部403からの入力を基に掘削面を演算する。演算した掘削面を自動運転制御部43へ出力する。例えば、ベンチ高さ計測部401のベンチ高さからダンプ積載量計測部402のダンプ最大積載量に対する高さマージン分を減算して目標高さを演算する。演算した目標高さと目標高さ勾配計算部403のバケット爪先距離に応じた勾配を掛けることでバケット爪先範囲を演算し、目標掘削面として出力する。ただし、目標高さ計算部404の具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
The target
図7は、ベンチ高さ計測部におけるベンチ高さ計測処理の内容を示すフローチャートである。 Figure 7 is a flowchart showing the contents of the bench height measurement process in the bench height measurement unit.
図7に示すフローチャートの処理は、外界認識装置610から情報が入力されることで実施される。
The processing of the flowchart shown in FIG. 7 is performed by inputting information from the external
ベンチ高さ計測部401は、まず、外界認識装置610からの入力信号を検出すると(ステップS100)、検出した信号から作業機械が掘削作業時に載る掘削対象物上面と、掘削対象物上面に接続する下り傾斜の掘削対象面と、掘削対象面の傾斜が終わる終了点とを検出する(ステップS110)。
The bench
続いて、掘削対象物上面と終了点の垂直方向の距離差を計算し、距離差をベンチ高さとして出力し(ステップS120)、処理を終了する。 Next, the difference in vertical distance between the top surface of the excavation object and the end point is calculated, and the difference in distance is output as the bench height (step S120), and the process ends.
図8は、ダンプ積載量計測部におけるダンプ積載量計測処理の内容を示すフローチャートである。 Figure 8 is a flowchart showing the contents of the dump load measurement process in the dump load measurement unit.
図8に示すフローチャートの処理は、外界認識装置610または通信装置600から情報が入力されることで実施される。
The processing of the flowchart shown in FIG. 8 is performed by inputting information from the external
ダンプ積載量計測部402は、まず、外界認識装置610または通信装置600からの入力信号を検出し(ステップS200)、検出した入力信号が外界認識装置610の信号か否かを判定する(ステップS210)。
The dump truck
ステップS210での判定結果がYESの場合には、検出した外界認識装置610からの入力信号による認識結果からダンプサイズを検出し(ステップS221)、取得したダンプサイズよりダンプの最大積載量を計算し、ダンプ最大積載量として出力して(ステップS230)、処理を終了する。 If the determination result in step S210 is YES, the dump truck size is detected from the recognition result based on the input signal from the external environment recognition device 610 (step S221), the maximum dump truck load is calculated from the acquired dump truck size, and this is output as the maximum dump truck load (step S230), and the process ends.
また、ステップS210での判定結果がNOの場合には、検出した通信装置600からの入力信号によるダンプ情報からダンプサイズを取得し(ステップS220)、取得したダンプサイズよりダンプの最大積載量を計算し、ダンプ最大積載量として出力して(ステップS230)、処理を終了する。 Also, if the determination result in step S210 is NO, the dump size is obtained from the dump information based on the input signal from the detected communication device 600 (step S220), the maximum load capacity of the dump is calculated from the obtained dump size, and this is output as the maximum load capacity of the dump (step S230), and the process ends.
図9は、目標高さ勾配計算部における目標高さ勾配計算処理の内容を示すフローチャートである。 Figure 9 is a flowchart showing the contents of the target height gradient calculation process in the target height gradient calculation unit.
図9に示すフローチャートの処理は、姿勢検出装置50から情報が入力されることで実施される。
The processing of the flowchart shown in FIG. 9 is performed by inputting information from the
目標高さ勾配計算部403は、まず、姿勢検出装置50からの入力信号を検出し(ステップS300)、検出した信号よりバケット爪先の位置を計算する(ステップS310)。
The target height
続いて、ステップS310で計算したバケット爪先位置が所定値(例えば、15m前方など)以上かどうかを判定し(ステップS320)、判定結果がYESであれば、勾配無しの数値を出力し(ステップS330)、処理を終了する。 Next, it is determined whether the bucket tip position calculated in step S310 is greater than a predetermined value (e.g., 15 m forward) (step S320), and if the determination result is YES, a numerical value without gradient is output (step S330), and the process ends.
また、ステップS320での判定結果がNOの場合には、バケット爪先位置が旋回中心に近づく距離に応じた勾配の数値を出力し(ステップS331)、処理を終了する。 If the determination result in step S320 is NO, the gradient value according to the distance by which the bucket tip position approaches the turning center is output (step S331), and the process ends.
図10は、目標高さ勾配計算部で用いるマップの一例を示す図である。 Figure 10 shows an example of a map used by the target height gradient calculation unit.
図10において、マップはショベルからの距離と高さマージンとの関係を示しており、目標高さ勾配計算部403での処理(ステップS331参照)において、当該マップに応じて、ショベルからの距離に応じて高さマージン(勾配の数値)を算出する。 In FIG. 10, the map shows the relationship between the distance from the shovel and the height margin, and in the processing in the target height gradient calculation unit 403 (see step S331), the height margin (numerical value of the gradient) is calculated according to the distance from the shovel in accordance with the map.
図11は、目標高さ演算部における目標高さ演算処理の内容を示すフローチャートである。 Figure 11 is a flowchart showing the contents of the target height calculation process in the target height calculation unit.
図11に示すフローチャートの処理は、ベンチ高さ計測部401、ダンプ積載量計測部402、及び、目標高さ勾配計算部403からの情報が入力されることで実施される。
The processing of the flowchart shown in FIG. 11 is performed by inputting information from the bench
目標高さ計算部404は、まず、ベンチ高さ計測部401、ダンプ積載量計測部402、及び、目標高さ勾配計算部403からの入力信号を検出し(ステップS400)、検出したベンチ高さ計測部401およびダンプ積載量計測部402の信号を基にベンチ高さからダンプ最大積載量に応じた高さ分を減算した目標高さを計算し(ステップS410)、ステップS400で検出した目標高さ勾配計算部403の勾配と、ステップS410で計算した目標高さから、バケット爪先範囲を演算し、演算したバケット爪先範囲を目標掘削面として出力して(ステップS420)、処理を終了する。
The target
図12は、目標高さ計算部で用いるマップの一例を示す図である。 Figure 12 shows an example of a map used by the target height calculation unit.
図12において、マップはダンプの最大積載量と高さマージンとの関係を示しており、目標高さ計算部404での処理(ステップS410参照)において、当該マップに応じて、ダンプの最大積載量から高さマージン(減算量)を算出する。 In FIG. 12, the map shows the relationship between the maximum load capacity of the dump truck and the height margin, and in the processing in the target height calculation unit 404 (see step S410), the height margin (subtraction amount) is calculated from the maximum load capacity of the dump truck according to the map.
以上のように構成した本実施の形態においては、掘削作業跡の整地代を確保した目標掘削面に沿って自動掘削作業ができる。また、自動掘削の作業跡に凹が発生したとしても埋める整地作業のための土のマージンがあるため、整地作業時間を抑制できる。ダンプ走行による削りや沈み込みが発生した場合でも埋める整地作業のための土のマージンがあるため、整地作業時間を抑制できる。さらに、掘削作業跡に勾配がつくため、ダンプの停車向きによっては整地作業なしでダンプがスタックしない走行路へ転用できるため、整地作業時間を抑制できる。 In this embodiment configured as described above, automatic excavation work can be performed along a target excavation surface that ensures the leveling of the excavation work marks. Furthermore, even if depressions occur in the marks left by the automatic excavation work, there is a margin of soil for the leveling work to fill them in, so the leveling work time can be reduced. Even if scraping or sinking occurs due to dump truck travel, there is a margin of soil for the leveling work to fill them in, so the leveling work time can be reduced. Furthermore, because the excavation work marks have a slope, depending on the direction in which the dump truck is stopped, it can be diverted to a travel path where the dump truck will not get stuck without leveling work, so the leveling work time can be reduced.
<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態を図13~図17を参照しつつ説明する。
Second Embodiment
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施の形態は、通信装置を介して得たダンプ情報を用いて処理を行うものである。なお、本実施の形態において、第1の実施の形態と同様の部材や機能などには同じ符号を付し、説明を適宜省略する。 In this embodiment, processing is performed using dump information obtained via a communication device. Note that in this embodiment, the same components and functions as in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions are omitted as appropriate.
図13は、本実施の形態に係るコントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。 Figure 13 is a functional block diagram showing the processing contents of the controller in this embodiment.
図13において、コントローラ40Aの目標高さ演算部400Aは、ベンチ高さ計測部401と、ダンプ轍高さ計測部402Aと、目標高さ勾配計算部403Aと、目標高さ計算部404Aとを有している。
In FIG. 13, the target
ダンプ轍高さ計測部402Aは、外界認識装置610からの入力を基にダンプの轍高さを計測する。計測したダンプ轍高さを目標高さ計算部404Aへ出力する。例えば、外界認識装置610の信号から積込対象ダンプの走行路と轍を検知して走行路に対する轍高さを計測する。ただし、ダンプ轍高さ計測部402Aの具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
The dump truck rut
目標高さ勾配計算部403Aは、外界認識装置610または通信装置600からの入力を基に勾配を演算する。演算した勾配を目標高さ計算部404Aへ出力する。例えば、外界認識装置610の信号から接近中のダンプを検知して進行方向を推定し、ダンプ進行方向を取得する。取得したダンプ進行方向に対して作業機械から離れる距離に応じた勾配を計算する。あるいは、通信装置600の信号から積込対象のダンプの進行経路情報を取得し、ダンプ進行方向を取得する。取得したダンプ進行方向に対して作業機械から離れる距離に応じて勾配を減少するように計算する。ただし、目標高さ勾配計算部403Aの具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
The target height
目標高さ計算部404Aは、ベンチ高さ計測部401、ダンプ轍高さ計測部402A、目標高さ勾配計算部403Aからの入力を基に掘削面を演算する。演算した掘削面を自動運転制御部43へ出力する。例えば、ベンチ高さ計測部401のベンチ高さからダンプ轍高さ計測部402Aのダンプ轍高さに対する高さマージン分を減算して目標高さを演算する。演算した目標高さと目標高さ勾配計算部403Aのダンプ進行方向の勾配を掛けることでバケット爪先範囲を演算し、目標掘削面として出力する。ただし、目標高さ計算部404Aの具体的な構成はこれに限定されず、その他の手段によって実現されてもよい。
The target
図14は、ダンプ轍高さ計測部におけるダンプ轍高さ計測処理の内容を示すフローチャートである。 Figure 14 is a flowchart showing the contents of the dump truck wheel height measurement process in the dump truck wheel height measurement unit.
図14に示すフローチャートの処理は、外界認識装置610から情報が入力されることで実施される。
The processing of the flowchart shown in FIG. 14 is performed by inputting information from the external
ダンプ轍高さ計測部402Aは、まず、外界認識装置610からの入力信号を検出し(ステップS500)、検出した信号より積込対象ダンプの走行路と轍を検知し(ステップS510)、検知した積込対象ダンプの走行路と轍から走行路に対する轍の高さを計算し、ダンプ轍高さを出力して(ステップS520)、処理を終了する。
The dump truck rut
図15は、目標高さ勾配計算部における目標高さ勾配計算処理の内容を示すフローチャートである。 Figure 15 is a flowchart showing the contents of the target height gradient calculation process in the target height gradient calculation unit.
図15に示すフローチャートの処理は、外界認識装置610または通信装置600から情報が入力されることで実施される。
The processing of the flowchart shown in FIG. 15 is performed by inputting information from the external
目標高さ勾配計算部403Aは、まず、外界認識装置610または通信装置600からの入力信号を検出し(ステップS600)、検出した入力信号が外界認識装置610の信号か否かを判定する(ステップS610)。
The target height
ステップS610での判定結果がYESの場合には、ステップS600で検出した外界認識装置610からの入力信号による認識結果からダンプ進行方向を検出し(ステップS621)、取得したダンプ進行方向に対して作業機械から離れる距離に応じて勾配を減少するように計算し、ダンプ最大積載量として出力して(ステップS630)、処理を終了する。
If the determination result in step S610 is YES, the dump truck travel direction is detected from the recognition result based on the input signal from the external
また、ステップS610での判定結果がNOの場合には、ステップS600で検出した通信装置600からの入力信号によるダンプ情報からダンプ進行方向を取得し(ステップS620)、取得したダンプ進行方向に対して作業機械から離れる距離に応じて勾配を減少するように計算し、ダンプ最大積載量として出力して(ステップS630)、処理を終了する。
If the determination result in step S610 is NO, the dump truck travel direction is obtained from the dump truck information based on the input signal from the
図16は、目標高さ計算部における目標高さ計算処理の内容を示すフローチャートである。 Figure 16 is a flowchart showing the contents of the target height calculation process in the target height calculation unit.
図16に示すフローチャートの処理は、ベンチ高さ計測部401、ダンプ轍高さ計測部402A、及び、目標高さ勾配計算部403Aから情報が入力されることで実施される。
The processing of the flowchart shown in FIG. 16 is performed by inputting information from the bench
目標高さ計算部404Aは、まず、ベンチ高さ計測部401、ダンプ轍高さ計測部402A、及び、目標高さ勾配計算部403Aからの入力信号を検出し(ステップS700)、検出したベンチ高さ計測部401及びダンプ轍高さ計測部402Aからの信号を基にベンチ高さからダンプ轍高さ分を減算した目標高さを計算し(ステップS710)、ステップS700で検出した目標高さ勾配計算部403Aからの勾配と、ステップS710で計算した目標高さからバケット爪先範囲を演算し、演算したバケット爪先範囲を目標掘削面として出力して(ステップS720)、処理を終了する。
The target
図17は、目標高さ計算部で用いるマップの一例を示す図である。 Figure 17 shows an example of a map used by the target height calculation unit.
図17において、マップはダンプの轍高さと高さマージンとの関係を示しており、目標高さ計算部404Aでの処理(ステップS710参照)において、当該マップに応じて、ダンプの轍高さから高さマージン(減算量)を算出する。
In FIG. 17, the map shows the relationship between the rut height of the dump truck and the height margin, and in the processing of the target
その他の構成は第1の実施の形態と同様である。 The rest of the configuration is the same as in the first embodiment.
以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 The present embodiment, configured as described above, can achieve the same effects as the first embodiment.
また、天候などによって周辺環境が変化する場合でもあっても掘削作業跡の整地代を確保した目標掘削面に沿って自動掘削作業ができる。特に雨天時などのダンプ走行による削りや沈み込みが大きく発生した場合でも、埋める整地作業のための土のマージンを調整できるため整地作業時間を抑制できる。さらに、ダンプの停車向きに合わせて掘削作業跡に勾配がつくことで整地作業なしでダンプがスタックしない走行路へ転用できるため、整地作業時間を抑制できる。 Even if the surrounding environment changes due to weather, etc., automatic excavation work can be performed along a target excavation surface that ensures the leveling of the excavation work site. Even if significant erosion or sinking occurs due to dump truck driving in rainy weather, the soil margin for filling and leveling work can be adjusted, so the leveling work time can be reduced. Furthermore, by giving a slope to the excavation work site according to the direction in which the dump truck is stopped, it can be converted into a driving road where the dump truck will not get stuck without leveling work, so the leveling work time can be reduced.
<付記>
なお、本発明は上記の実施の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や組み合わせが含まれる。
<Additional Notes>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications and combinations within the scope of the invention.
例えば、上記の実施の形態においては、ブーム6、アーム7、バケット8の角度を検出する角度センサを用いたが、角度センサではなくシリンダストロークセンサによりショベルの姿勢情報を算出するとしても良い。また、操作装置10を電気レバー式のショベルにした例で説明したが、油圧パイロット式のショベルであれば油圧パイロットから生成される指令パイロット圧を制御するような構成としても良い。
For example, in the above embodiment, angle sensors are used to detect the angles of the
また、本発明は、上記の実施の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、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。 The present invention is not limited to having all of the configurations described in the above embodiments, but also includes configurations in which some of the configurations are omitted. Each of the above configurations, functions, etc. may be realized in part or in whole by designing, for example, an integrated circuit. Each of the above configurations, functions, etc. may be realized in software by a processor interpreting and executing a program that realizes each function.
1…油圧ショベル、2…作業フロント、3a…下部走行部、3b…上部旋回部、4…走行油圧モータ、5…旋回油圧モータ、6…ブーム、7…アーム、8…バケット、9…バケットリンク、10…操作装置、11…エンジン、12…位置検出器、13…運転室、20…油圧ポンプ、31…車体傾斜角センサ、32…旋回角度センサ、39…ロック弁、40,40A…コントローラ(制御装置)、41…電磁比例弁制御部、42…表示制御部、43…自動運転制御部、50…姿勢検出装置、53…表示装置、54,…,59…電磁比例弁、61…ブームシリンダ、62…ブーム角度センサ、71…アームシリンダ、72…アーム角度センサ、81…バケットシリンダ、82…バケット角度センサ、91…入力部、91…入力インターフェース部、92…中央処理装置(CPU)、93,94…メモリ、95…出力インターフェース部、400,400A…目標高さ演算部、401…ベンチ高さ計測部、402…ダンプ積載量計測部、402A…ダンプ轍高さ計測部、403,403A…目標高さ勾配計算部、404,404A…目標高さ計算部、600…通信装置、610…外界認識装置 1...hydraulic excavator, 2...work front, 3a...lower traveling section, 3b...upper slewing section, 4...travel hydraulic motor, 5...slewing hydraulic motor, 6...boom, 7...arm, 8...bucket, 9...bucket link, 10...operating device, 11...engine, 12...position detector, 13...operator's cab, 20...hydraulic pump, 31...vehicle body inclination angle sensor, 32...slewing angle sensor, 39...lock valve, 40, 40A...controller (control device), 41...electromagnetic proportional valve control section, 42...display control section, 43...automatic driving control section, 50...posture detection device, 53...display device, 54, ..., 59...electromagnetic proportional valve, 61... Boom cylinder, 62...boom angle sensor, 71...arm cylinder, 72...arm angle sensor, 81...bucket cylinder, 82...bucket angle sensor, 91...input unit, 91...input interface unit, 92...central processing unit (CPU), 93, 94...memory, 95...output interface unit, 400, 400A...target height calculation unit, 401...bench height measurement unit, 402...dump truck load measurement unit, 402A...dump truck rut height measurement unit, 403, 403A...target height gradient calculation unit, 404, 404A...target height calculation unit, 600...communication device, 610...external environment recognition device
Claims (8)
前記掘削対象物について予め定めた掘削目標面上およびその上方の領域内で前記作業装置が動くように制御する制御装置とを備えた作業機械において、
周辺環境を認識する外界認識装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記外界認識装置の認識結果に基づいて、前記掘削対象物の掘削後の目標形状を定めた設計面から前記作業機械が乗っている前記掘削対象物の上面までの高さであるベンチ高さを計測し、
前記ベンチ高さと、予め取得した現場環境に関する情報とに基づいて、前記掘削目標面を前記設計面よりも高くなるように設定することを特徴とする作業機械。 A working device for excavating the excavation target and discharging the soil at a predetermined soil discharging position;
A control device that controls the working device to move on a predetermined excavation target surface of the excavation target object and within an area above the surface.
Further comprising an external environment recognition device that recognizes the surrounding environment;
The control device includes:
Based on the recognition result of the external environment recognition device, a bench height is measured, which is the height from a design surface that defines a target shape after excavation of the excavation object to an upper surface of the excavation object on which the work machine is placed;
A work machine characterized in that the excavation target surface is set to be higher than the design surface based on the bench height and information related to the site environment acquired in advance.
前記制御装置は、
前記外界認識装置の認識結果に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の最大積載量を計算し、
計算した前記運搬車両の最大積載量が大きくなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を設定することを特徴とする作業機械。 2. The work machine according to claim 1,
The control device includes:
Calculate the maximum load capacity of the transport vehicle that will be the predetermined soil release position based on the recognition result of the external environment recognition device;
A work machine characterized in that the excavation target surface is set so that the difference in height between the excavation target surface and the design surface becomes greater as the calculated maximum load capacity of the transport vehicle increases.
情報を取得する通信装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記通信装置を介して取得した情報に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の最大積載量を計算し、
計算した前記運搬車両の最大積載量が大きくなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を設定することを特徴とする作業機械。 2. The work machine according to claim 1,
A communication device for acquiring information is further provided.
The control device includes:
Calculating the maximum load capacity of the transport vehicle that will be the predetermined soil release position based on the information acquired via the communication device;
A work machine characterized in that the excavation target surface is set so that the difference in height between the excavation target surface and the design surface becomes greater as the calculated maximum load capacity of the transport vehicle increases.
前記制御装置は、
前記外界認識装置の認識結果に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の走行による轍高さを計測し、
前記轍高さが大きくなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を設定することを特徴とする作業機械。 2. The work machine according to claim 1,
The control device includes:
Measure the height of tracks caused by the travel of a transport vehicle that will be the predetermined soil release position based on the recognition result of the external environment recognition device;
A work machine characterized in that the excavation target surface is set so that the difference in height between the excavation target surface and the design surface increases as the rut height increases.
前記制御装置は、
前記作業機械に近くなるほど前記設計面との高さの差が大きくなるように前記掘削目標面を勾配をもって設定することを特徴とする作業機械。 2. The work machine according to claim 1,
The control device includes:
A work machine characterized in that the excavation target surface is set with a gradient so that the difference in height between the excavation target surface and the design surface becomes greater the closer the excavation target surface is to the work machine.
前記制御装置は、
記外界認識装置の認識結果に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の進行方向を認識し、
前記運搬車両の進行方向に進むほど前記設計面との高さの差が小さくなるように前記掘削目標面を勾配をもって設定することを特徴とする作業機械。 2. The work machine according to claim 1,
The control device includes:
Recognizing the traveling direction of the transport vehicle that will be the predetermined soil release position based on the recognition result of the external environment recognition device;
A work machine characterized in that the excavation target surface is set with a gradient so that the difference in height between the excavation target surface and the design surface becomes smaller the further the excavation target surface advances in the travel direction of the transport vehicle.
情報を取得する通信装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記通信装置を介して取得した情報に基づいて前記所定の放土位置となる運搬車両の進行方向を認識し、
前記運搬車両の進行方向に進むほど前記設計面との高さの差が小さくなるように前記掘削目標面を勾配をもって設定することを特徴とする作業機械。 2. The work machine according to claim 1,
A communication device for acquiring information is further provided.
The control device includes:
Recognizing the traveling direction of the transport vehicle that will be the predetermined soil release position based on the information acquired via the communication device;
A work machine characterized in that the excavation target surface is set with a gradient so that the difference in height between the excavation target surface and the design surface becomes smaller the further the excavation target surface advances in the travel direction of the transport vehicle.
前記制御装置は、
前記掘削対象物の上面に接続する下り傾斜面の下方であって傾斜が終わる地点から、前記掘削対象物の上面までの高さをベンチ高さとすることを特徴とする作業機械。 2. The work machine according to claim 1,
The control device includes:
A work machine characterized in that the height from a point below a downwardly sloping surface connected to the upper surface of the excavation object where the slope ends to the upper surface of the excavation object is defined as a bench height.
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