JP3633746B2 - 自動運転ショベル - Google Patents
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Description
【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)
- 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。 - 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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KR101715940B1 (ko) * | 2010-06-23 | 2017-03-13 | 두산인프라코어 주식회사 | 티칭 및 플레이백을 이용한 건설기계의 작업궤적 제어 장치 및 그 방법 |
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