JP3633746B2 - 自動運転ショベル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転する油圧ショベルに係わり、特に、採石を積み込み砕石用クラッシャに放土する自動運転ショベルにおいて、作業終了時、油圧ショベルを自動的に所定の作業終了姿勢にすることのできる自動運転ショベルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動運転ショベルについて図３〜図６を用いて説明する。
【０００３】
図３〜図４は、ダンプトラック、油圧ショベル、および砕石用クラッシャによる、放土された採石から砕石を得るまでの一連の作業状態を示し、１０１は搬入した採石を放土するダンプトラック、１０２は放土された採石、１０３は自動運転により放土された採石を採掘し砕石用クラッシャのホッパに放土する自動運転する油圧ショベル、１０４は油圧ショベルのフロント機構、１０５は旋回体、１０６は砕石用クラッシャ、１０７は砕石用クラッシャ１０６のホッパ、１０８は砕石用クラッシャ１０６により砕かれた砕石、１０９は油圧ショベルの自動運転を指示する外部操作ボックスである。
【０００４】
図５は、油圧ショベル１０３の側面図を示し、１１０はバケット角度センサ、１１１はアーム角センサ、１１２はブーム角センサ、１１３は旋回角度センサ、１１４はバケット、Ａは、アームがたたみこまれ、バケット１１４が着地した作業終了姿勢を示す。
【０００５】
図６は、従来の自動運転を行うための油圧ショベルの制御機構のブロック図であり、１は油圧ショベルに搭載される車上機器の範囲を示し、２は自動運転時に駆動される自動運転用ショベルコントローラ、３は自動運転ショベル１と外部操作ボックス１０９との間でデータの送受信を行う有線または無線等の通信手段、４は油圧ショベルを手動運転または自動運転に切り換える手動／自動切換スイッチ、５は自動運転を行うための自動運転行程の教示処理を指示する教示スイッチ、６は、図５に示すバケット角度セン１１０、アーム角センサ１１１、ブーム角センサ１１２、および旋回角度センサ１１３に相当する油圧ショベルの各可動部に設けられる角度センサ、７は、自動運転時、自動運転用ショベルコントローラ２から出力される制御信号を油圧信号に変換する電磁弁ユニット、８は、手動運転時、オペレータによって操作される操作レバー、９は操作レバーの動作状態を検知する油圧センサ、１０は教示運転時を含む手動運転時に駆動される手動運転用ショベルコントローラ、１１は、手動運転時、手動運転用ショベルコントローラ１０から出力される制御信号を油圧信号に変換する電磁弁ユニット、１２は自動運転用ショベルコントローラから出力される制御信号により電磁弁ユニット７または電磁弁ユニット１１のいずれかの出力に切り換える切り換え弁、１３は電磁弁ユニット７または電磁弁ユニット１１から出力される油圧信号により、アクチュエータに吐出される圧油の方向を制御するコントロールバルブ、１４はフロント機構１０４および旋回体１０５を作動するためのアクチュエータ、１５は外部操作ボックス１０９と自動運転用ショベルコントローラ２間のデータの送受信を行う通信手段、１０９１は外部操作ボックス１０９に設けられる手動／自動切換スイッチ、１０９２は外部操作ボックス１０９に設けられ自動運転時に操作される再生スイッチである。
【０００６】
次に、この自動運転ショベルの動作について説明する。
【０００７】
図３〜図４に示すように、油圧ショベル１０３は、その作業が、積み込み、旋回、放土のみの単純作業であるため通常は無人の自動運転が行われる。
【０００８】
図６に示すように、手動運転時は、手動／自動切換スイッチ４を手動側に切り換えると、そのスイッチ信号は、手動運転用ショベルコントローラ１０に伝達され、手動運転用ショベルコントローラ１０が稼動状態になる。また同時に、自動運転用ショベルコントローラ２を介して切り換え弁１２が手動運転用ショベルコントローラ１０側に切り換えられる。その結果、オペレータによる操作レバー８の操作により手動運転が可能となる。
【０００９】
また、自動運転に先だって行われる教示処理は、通常、油圧ショベルの運転室内で行われるので、手動／自動切換スイッチ４を手動側に切り換えると、そのスイッチ信号が、手動運転用ショベルコントローラ１０に伝達され、手動運転用ショベルコントローラ１０が稼動可能になる。それと同時に、自動運転用ショベルコントローラ２を介して切り換え弁１２が手動運転用ショベルコントローラ１０側に切り換えられるので、手動運転が可能となり、教示スイッチ５をオンすることにより、教示処理の実行が可能となる。教示処理は、通常、オペレータが油圧ショベル１０３を自動運転の開始時の作業姿勢にし、そこで教示スイッチ５をオンして作業姿勢を教示する。次いで、オペレータは教示操作を繰り返して各教示位置毎に各角度センサ６から検出された値を自動運転ショベルコントローラ２に教示データとして記憶していく。砕石自動積み込みのような繰り返し処理の場合は、１サイクルのデータを記憶しておき、この記憶された教示データを繰り返して使用する。
【００１０】
自動運転を行う時は、通常、外部操作ボックス１０９からの操作により実行され、手動／自動切換スイッチ１０９１を自動側に切り換えられる。そのスイッチ信号は、通信装置１５，３を介して自動運転用ショベルコントローラ２に伝達され、自動運転用ショベルコントローラ２が稼動可能状態になる。それと同時に、自動運転用ショベルコントローラ２を介して切り換え弁１２が自動運転用ショベルコントローラ２側に切り換えられるので、自動運転が可能となり、さらに再生スイッチ１０９２が操作されることにより、再生処理が実行される。再生処理は、自動運転用ショベルコントローラ２において、先に教示処理により記憶した教示データと現在の角度センサ６の値を比較演算して電気的な制御信号を電磁弁ユニット７に出力する。電磁弁ユニット７は制御信号を油圧信号に変換して切り換え弁１２を介して各コントロールバルブ１３に出力し、アクチュエータ１４を作動することにより自動運転が行われる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、油圧ショベルは、作業を終了してエンジンを停止する場合は、図５のＡに示すように、フロント機構を運転室側に折り畳み、バケット１１４を着地して終了する。
【００１２】
従来、自動運転ショベルでは、作業を終了してエンジンを停止する場合は、図５に示すようなバケット１１４を着地させた最終姿勢をとるためには、外部操作ボックス１０９から再生スイッチ１０９２を解除し、そのスイッチ信号を自動運転用ショベルコントローラ２に伝達し、次にオペレータが油圧ショベル１０３に乗り込み、手動／自動切換スイッチ４を手動側に切り換え、手動操作によりフロント機構１０４を作動してバケット１１４を所定の姿勢で着地させてエンジンを停止していた。そのため、作業終了時には、オペレータの操作が必ず必要になるという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記の問題を解決するために、自動運転の終了時において、作業終了スイッチをオンすることにより、バケットを自動的に所定の作業終了姿勢に設定することのできる自動運転ショベルを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、次のような手段を採用した。
【００１５】
油圧ショベルのアクチュエータを駆動するためのコントロールバルブと、
油圧ショベルのフロント機構の各関節部の回転角および旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
記憶された教示位置データを順次読み出し、前記角度検出器から得られた現在位置データとを対比して前記コントロールバルブを制御する自動運転コントローラと、
を備えた自動運転ショベルにおいて、
前記自動運転コントローラは、
前記フロント機構であるアームがたたみこまれ、バケットが着地した作業終了姿勢の作業終了姿勢データを記憶する手段を備え、
作業終了時、作業終了指令に応じて、前記記憶された作業終了姿勢データを読み出し、前記フロント機構が前記作業終了姿勢になるようにバケットをクラウド方向に移動させると共にアーム及びブームを俯動させ、更にブーム用油圧シリンダのロッド側の圧力が所定値になるまでブームを俯動させる制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図１〜図２を用いて説明する。
【００１７】
図１は本実施形態に係わる自動運転ショベルの制御機構を示すブロック図であり、図２は図１に示す自動運転用ショベルコントローラ２における処理手順を示すフローチャートである。
【００１８】
なお、図１に示す自動運転ショベルの制御機構は、従来例として示した図６のものと比べて、作業終了時において、バケット１１４の終了姿勢を制御するための構成が付加されている点を除いて同一の構成であり、従って、図６に示す部分と同一の部分については同一符号を付して説明を省略する。また、本実施形態の油圧ショベルの機械的構成は従来例として示したものと同じであるので、図３〜図５の構成を適用して説明する。
【００１９】
図１において、１６は、バケット１１４が所定の終了姿勢をとった時、その姿勢を記憶するための指令信号を自動運転用ショベルコントローラ２に出力する終了姿勢記憶スイッチ、１７はコントロールバルブに設けられ油圧を検出する油圧センサ、２１は自動運転用ショベルコントローラ２内に設けられ、バケット１１４の終了姿勢を記憶する終了姿勢記憶エリア、１０９３は外部操作ボックス１０９に設けられ、作業の終了時にオンすることにより、終了姿勢制御のための指令を出力する作業終了スイッチである。
【００２０】
次に、図２を用いて自動運転用ショベルコントローラ２の処理手順を説明する。
【００２１】
最初に、ステップ１において、電源がオンされた時点でまず再生フラグをオフにする。この再生フラグは、油圧ショベル１０３のフロント機構１０４が自動運転を実行する軌跡上にあるか否かを表し、再生フラグがオンかオフかによって、作業終了姿勢に移行する処理を切り換えるために必要なものである。次に、ステップ２において、手動／自動切換スイッチ４が手動側および自動側のいずれの側に切り換えられているかを判断し、手動側に切り換えられている時は、ステップ３で再生フラグをオフにして、ステップ４において切り変え弁１２が手動側に切り換えられ、操作レバー８からの操作信号がコントロールバルブ１３に伝えられ、手動運転が可能となる。
【００２２】
ステップ２において、自動側に切り換えられている時は、教示スイッチ５がオンかオフかが判断され、オンしている時は、ステップ６において、再生フラグをオフにし、ステップ７において、切り変え弁１２が手動側に切り換えられ、操作レバー８からの操作信号がバルブ１３に伝えらえ、教示するための手動運転が可能となる。
【００２３】
ステップ８において、手動運転により油圧ショベルを動作して、バケット１１４の終了姿勢を記憶すべきか否かを判断し、バケット１１４の終了姿勢として記憶すべき時は終了姿勢記憶スイッチ１６をオンする。オンすることにより、ステップ９において、終了姿勢が終了姿勢記憶エリア２１に記憶される。
【００２４】
ステップ８において、終了姿勢記憶スイッチ１６がオフの時は、ステップ１０において、所定の教示処理が実行される。
【００２５】
ステップ５において、教示スイッチ５がオフの時は、ステップ１１において再生スイッチ１０９２がオンかオフかが判断され、再生スイッチ１０９２がオンの時は、ステップ１２において、再生フラグがオンに設定され、次いで、ステップ１３において、切り換え弁１２が自動側に切り換えられ、さらにステップ１４において、所定の再生処理が実行される。
【００２６】
ステップ１１において、再生スイッチ１０９２がオフの時は、ステップ１５において作業終了スイッチ１０９３がオンかオフが判断され、オンの時は、ステップ１６において、再生フラグがオンかオフが判断され、オフの時はステップ１からの処理に戻り、オンの時は、ステップ１７において再生処理が実行され、次いで、ステップ１８において、油圧ショベル１０３の上部旋回体１０５の現在の旋回角が、所定の作業終了旋回角にあるか否かが判断され、両者が等しくない時は、ステップ１７からの再生処理を繰り返す。等しい時は、ステップ１９において、バケット１１４内に掘削物を保持していない状態で作業を終了するために、バケット１１４内に掘削物を保持している時と保持していない時とのブームにかかる圧力差を検出するために、ブーム圧力が空時の圧力か否かが判断され、両者が等しくない時はステップ１７からの再生処理が繰り返される。なお、圧力検出は、コントロールバルブ１３に取り付けられた油圧センサ１７によって行う。また、油圧を検出するコントロールバルブ１３はブーム、アーム、バケット１１４のいずれのものでもよい。
【００２７】
また、ステップ１６において、再生フラグがオフの時は、ステップ２０において、フロント機構１０４が安全に旋回できるようにするために、手動でフロント機構１０４を所定の旋回可能な姿勢に移動する。次いで、ステップ２１において、上部旋回体１０５を作業終了するために、手動で作業終了旋回角に移動させる。
【００２８】
ステップ２２では、バケット１１４内の掘削物が放土され、上部旋回体１０５が所定の作業終了旋回角に達したら、バケット１１４をクラウド方向に移動し、次いで、ステップ２３，２４において、アームおよびブームをそれぞれ俯動し、ステップ２５において、ブームが着地しているか否かを判断するために、図示されていない油圧シリンダのロッド側のブーム圧力が所定値より小さいか否かを判断し、所定値より小さい場合は、ステップ２４からの処理を繰り返し、所定値以上になると、ステップ２６において、エンジンを停止する。
【００２９】
以上のごとく、上記実施形態によれば、作業の終了時において、自動的にバケット１１４を所定の作業終了姿勢に移動することができるので、オペレータによる作業負担を軽減することができる。また、油圧ショベルの作業終了姿勢を毎回同じ姿勢にすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明は、作業終了時、作業終了姿勢の指令に応じて、記憶された作業終了姿勢データを読み出し、フロント機構をアームがたたみこまれ、バケットが着地した作業終了姿勢に制御することができるので、オペレータによる作業負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる自動運転ショベルの制御機構を示すブロック図である。
【図２】図１に示す自動運転用ショベルコントローラ２における処理手順を示すフローチャートである。
【図３】ダンプトラック、油圧ショベル、および砕石用クラッシャによる採石を砕石するまでの一連の作業状態を示す側面図である。
【図４】ダンプトラック、油圧ショベル、および砕石用クラッシャによる採石を砕石するまでの一連の作業状態を示す平面図である。
【図５】油圧ショベルの側面図である。
【図６】従来例に係わる自動運転ショベルの制御機構を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 車上装置
２ 自動運転コントローラ
３，１５ 通信装置
６ 角度センサ
１３ コントロールバルブ
１４ アクチュエータ
１６ 終了姿勢記憶スイッチ
１７ 油圧センサ
２１ 終了姿勢記憶エリア
１０３ 油圧ショベル
１０４ フロント機構
１０５ 上部旋回体
１０９ 外部操作ボックス
１０９２ 再生スイッチ
１０９３ 作業終了スイッチ

Claims (2)

1. 油圧ショベルのアクチュエータを駆動するためのコントロールバルブと、
   油圧ショベルのフロント機構の各関節部の回転角および旋回体の旋回角を検出する角度検出器と、
   記憶された教示位置データを順次読み出し、前記角度検出器から得られた現在位置データとを対比して前記コントロールバルブを制御する自動運転コントローラと、
   を備えた自動運転ショベルにおいて、
   前記自動運転コントローラは、
   前記フロント機構であるアームがたたみこまれ、バケットが着地した作業終了姿勢の作業終了姿勢データを記憶する手段を備え、
   作業終了時、作業終了指令に応じて、前記記憶された作業終了姿勢データを読み出し、前記フロント機構が前記作業終了姿勢になるようにバケットをクラウド方向に移動させると共にアーム及びブームを俯動させ、更にブーム用油圧シリンダのロッド側の圧力が所定値になるまでブームを俯動させる制御を行うことを特徴とする自動運転ショベル。
2. 請求項１記載において、
   前記油圧ショベルの外部に、前記自動運転コントローラと通信手段を介して接続され、少なくとも前記作業終了姿勢の指令を出力するための作業終了スイッチを備えた外部操作装置を設けたことを特徴とする自動運転ショベル。

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