JP3936820B2 - 自動運転ショベル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転ショベルに係わり、特に、一巡する各作業状態によりエンジン回転数を設定する機能を備えた自動運転ショベルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建設機械を自動運転するシステムが開発されきており、例えば、特開平９−１９５３２１号公報には、教示された作業を繰り返し再生して、油圧ショベルに掘削から放土までの一連の作業を自動的に行わせる技術が開示されている。この公知技術では、油圧ショベルを利用して砕石作業等を行う際に、ブルドーザ、油圧ショベル、砕石クラッシヤを直列的に配置し、油圧ショベルによってブルドーザが寄せ集めた土砂を積み込み、旋回させて砕石用クラッシヤのホッパ上でバケットダンプ、アームダンブ、ブーム上げを行って放土させ、放土した土砂を砕石用クラッシャによって破砕して砕石を得、再び旋回して土砂を積み込むという作業を繰り返し行わせている。
【０００３】
また、特開昭５９−５２３０８号公報には、油圧ショベルにかかる負荷に応じてエンジン回転数を自動補正する技術が開示されており、この公知技術は、作業装置装備車両の走行モータを駆動する油圧ポンプの吐出圧が設定値以下で一定時間経過した場合は、車両待機中と判断してエンジンをローアイドル回転に制御し、車両走行時において油圧ポンプの吐出圧が設定値以下で一定時間経過した場合には、軽負荷走行と判断して自動的に軽負荷走行のエンジン回転数に設定値を下げ、負荷条件が変化した場合にはエンジン回転数は直ちに復帰するという制御が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、オペレータによって油圧ショベルを運転する場合は、オペレータが負荷の大きさに応じてエンジン回転数を任意に可変できるが、無人化された自動運転ショベルでは負荷の大きさに応じてエンジン回転数を制御することは困難である。
【０００５】
自動運転ショベルによる掘削から放土までの一連の作業について考えると、掘削作業時は、自動運転ショベルに重負荷がかかることが予想されるためエンジン回転数を上げた状態で作業を行い、一方、掘削位置から放土位置へ移動する旋回作業時には自動運転ショベルにかかる負荷はそれ程大きくならないと予想されるので、省エネルギーを考慮してエンジン回転数を下げた状態で作業させたいという要望がある。
【０００６】
しかし、自動運転ショベルに設けられる自動運転コントローラがエンジンに対して回転数設定信号を出力してエンジン回転数を制御する場合、自動運転コントローラが負荷の大きさを検出してからその負荷に対応したエンジン回転数を制御しようとしても、実際にはエンジン回転数が所定値に達したときには既に負荷が変わっていることが予想される。このため、例えば、作業が軽負荷から重負荷に移行する場合、重負荷作業に入ってから暫くは適正なエンジン回転数以下で作業を行うことになり、これは重負荷作業の開始が遅くなり、作業のサイクルタイムを悪化させることになる。
【０００７】
また、シリンダ内の圧力は自動運転ショベルの姿勢によっても変わるし、急稼動、急停止を行ったときには大きく変化する。そのため旋回動作のように実際にはそれ程負荷がかからない動作においても、シリンダ内の圧力が上がり負荷が大きいと判定してエンジン回転数を上げてしまうことも考えられる。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みて、自動運転ショベルにおいて、自動運転ショベルの負荷の大きさに応じてエンジン回転数を迅速かつ適切に制御し、省エネルギー運転を可能にした自動運転ショベルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【００１０】
教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時に検出された負荷の大きさに基づいて設定されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項１記載の自動運転ショベルにおいて、前記負荷の大きさは、当該自動運転ショベルのフロント機構のシリンダにかかる圧力を検出して用いられることを特徴とする。
【００１３】
また、教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時における特定の作業に要した時間に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１４】
また、教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時における特定の作業において計測された速度の偏差に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１５】
また、教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時における特定の作業において計測された当該自動運転ショベルのフロント機構の位置偏差に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１６】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転ショベルに係わり、特に、一巡する各作業状態によりエンジン回転数を設定する機能を備えた自動運転ショベルに関する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施形態を図１〜図４を用いて説明する。
【００１８】
図１は、以下に示す各実施形態に係わる自動運転ショベルおよびその作業形態の一例を示す側面図である。
【００１９】
同図において、１はストックヤード２に貯留された土石を掘削して、クラッシヤ３に放土する自動運転ショベル本体、２は図示されていないダンプトラック等によって運搬されてきた土砂等を貯留するストックヤード、３は自動運転ショベル本体１によって放土された土石を破砕するクラッシヤ、４は破砕された砕石を図示されていない運搬用ダンプトラックに積み込むホイールローダ、５は自動運転ショベル本体１の再生操作を行うのに適した任意の場所に設置した操作ボックスである。
【００２０】
自動運転ショベル本体１は、走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体１１と、旋回体１１に回動可能に設けたブーム１２と、ブーム１２の先端に回動可能に設けられたアーム１３と、アーム１３の先端に回動可能に設けられたバケット１４と、ブーム１２、アーム１３、バケット１４、とをそれぞれ回動動作させるためのシリンダ１５、１６、１７と、自動運転ショベル本体１の動力であるエンジン８０と、自動運転ショベル本体１の自動運転以外の機能を制御するエンジンコントローラ８２と、自動運転機能の制御を行う自動運転コントローラ６と、教示操作を行う教示操作部９と、自動運転コントローラ６が各シリンダに送り込む油量を制御するための電磁制御弁８１と、操作ボックス５との間で信号の送受信を行う無線機６１とから構成されている。
【００２１】
また、自動運転ショベル本体１には、旋回体１１の旋回角を検出する角度センサ１１１と、旋回体１１とブーム１２との回動角を検出する角度センサ１１２と、ブーム１２とアーム１３の回動角を検出する角度センサ１１３と、アーム１３とバケット１４の回動角を検出する角度センサ１１４が設けられ、さらに、図示されていない旋回モータに供給される油圧を検出する油圧センサ１１５と、ブームを回動するシリンダ１５に供給される作動油の圧力を検出する油圧センサ１１６と、アームを回動するシリンダ１６に供給される作動油の圧力を検出する油圧センサ１１７と、バケットを回動するシリンダ１６に供給される作動油の圧力を検出する油圧センサ１１８とが設けられている。
【００２２】
また、クラッシヤ３は、走行体３０と、ホッパ３１と、コンベア３２から構成されており、３３はクラッシャ３によって破砕された土石を示す。
【００２３】
また、操作ボックス５は、非常停止ボタン５２と、再生操作を行うための再生操作部５３と、自動運転ショベル本体１のエンジン回転数を操作するためのエンジン操作部５４と自動運転ショベル本体１の無線機６１との間で信号の送受信を行う無線機５１とを備える。
【００２４】
図２は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００２５】
なお、同図において図１に示す符号と同一符号は同一箇所を示す。
【００２６】
同図において、５５は起動釦５３１，停止釦５３２を備える再生操作部５３、エンジン操作部５４、または非常停止釦５２からの指令をコマンドとして生成するコマンド生成部、５１はコマンド生成部５５で生成された各種のコマンドを自動運転コントローラ６に伝送するための無線機である。
【００２７】
６は自動運転コントローラであり、自動運転コントローラ６は、教示操作部９からの操作により自動運転ショベル本体１の現在位置を教示位置として後述する教示位置格納部６８に格納する教示処理部６７と、教示処理部６７によって再生時の教示データを格納する教示位置格納部６８と、再生動作の手順を順次実行するための再生コマンドを格納する再生コマンド格納部６５と、再生コマンドを解釈して教示位置格納部６８から所定の教示位置データの出力を指示するコマンドインタプリタ部６６と、教示位置データや目標圧力が出力処理される教示位置・目標圧力出力処理部６９と、自動運転ショベル本体１の動作が円滑に動作するように、教示位置・目標圧力出力処理部６９から出力される教示位置データを演算によって補間された教示位置データを作成して出力するサーボ前処理部７０と、サーボ前処理部７０から出力された補間後の教示位置データと目標圧力を後述する現在位置演算部７２から出力された現在位置データと後述する現在圧力演算部７３から出力された現在圧力データを対比して自動運転ショベル本体１を所定の位置に制御するための駆動信号を電磁制御弁８１に出力するサーボ制御部７１と、操作ボックス５から伝送されてきたコマンドを受信する無線機６１と、無線機６１によって受信されたコマンドを後述する再生起動・停止処理部６３またはエンジン制御部６４に出力し、教示操作部９からのコマンドを教示処理部６７に出力するコマンド受信部６２と、再生操作部５３から伝送されるコマンドを入力処理してコマンドインタプリタ部６６に再生起動コマンドまたは再生停止コマンドを出力する再生起動・停止処理部６３と、エンジン操作部５４の操作や内部処理によりエンジン回転数を設定するアナログ信号をエンジンコントローラ８２に出力するエンジン制御部６４とから構成される。
【００２８】
なお、無線機６１は、無線機５１からの受信信号が途絶えたり、または無線機６１が故障して受信できない場合には、その状態を検出して、検出信号を後述する再生起動・停止処理部６３に伝送して、再生起動・停止処理部６３からコマンドインタプリタ部６６に停止信号を伝送して自動運転ショベル本体１の動作を停止させる。
【００２９】
８３はエンジン８０に燃料を供給する燃料噴射装置、８４は燃料電磁弁の制御信号を強制的にカットしエンジン８０を停止させるためのエンジン停止用リレー、８５はエンジン制御を自動運転コントローラ６が行うのか、後述するエンジン設定ダイヤル８６で行うのかを切り換えるスイッチ、８６は自動運転ショベル本体１の運転室内に設置され、通常エンジン設定を行うエンジン設定ダイヤルである。
【００３０】
図３は、図２に示す教示位置格納部６８に格納される教示位置データの一例を示す図である。
【００３１】
同図において、Ｐ１〜Ｐｎは、後述するＭＯＶＥのラベルＰ１〜Ｐｎに対応しており、各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応する自動運転ショベル本体１の各部が取るべきブーム角、アーム角、バケット角、旋回角の値が設定されている。
【００３２】
ここで、図２に示すサーボ前処理部７０における補間処理について説明する。
【００３３】
サーボ前処理部７０は、はじめに角度センサ１１１〜１１４、現在位置演算部７２、サーボ制御部７１を介して、現在位置データＡを入手し保持する。次いで、教示位置・目標圧力出力処理部６９から目標となる教示位置データＢを読み込む。ここで両者の差分Ｃの、例えば、１／１０の差分を算出し、現在位置データＡ＋差分Ｃ／１０の位置データをサーボ制御部７４に出力し、一定時間のサーボ制御を待つ。次に、サーボ前処理部７０は一定時間後、現在位置データＡ＋差分２Ｃ／１０をサーボ制御部７１に出力し、一定時間のサーボ制御を待つ。以下同様の処理を繰り返して、現在位置データＡ＋差分Ｃ（＝教示位置データＢ）をサーボ制御部７１に出力して教示位置データＢに対する補間処理を終了する。以下同様にして、各教示位置データが出力される毎に補間処理を行う。
【００３４】
次に、再生時の自動運転ショベル本体１の動作を図２を用いて説明する。
【００３５】
再生時は、操作ボックス５の再生操作部５３の再生起動釦５３１からの指示がコマンド生成部５５、無線機５１、６１、コマンド受信部６２、再生起動・停止処理部６３を介してコマンドインタプリタ部６６に出力される。コマンドインタプリタ部６６は指示を受けると、再生コマンド格納部６５に格納されている再生コマンドをシーケンシヤルに読み出して解釈し、例えば、コマンドが後述するＭＯＶＥコマンドの時は、再生コマンドの各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応するパラメータとしての教示位置データを教示位置格納部６８から教示位置・目標圧力出力処理部６９に出力させる。再生コマンドとして出力された教示位置データは、サーボ前処理部７０に入力し、ここでは自動運転ショベル本体１が円滑な速度で動作するように演算されて上述のように補間された教示位置データが作成される。これらの補間された教示位置データはサーボ制御部７１に入力され、一方、現在位置演算部７２において角度センサ１１１〜１１４で検出されたセンサ信号を演算して現在位置データを得、サーボ制御部７１に入力する。サーボ制御部７１は、目標となる補間された教示位置データと検出した現在位置データ、目標圧力データと検出した現在圧力データに基づいて所定のサーボ制御を行い、電磁制御弁８１に駆動信号を出力する。
【００３６】
ここまでの説明は位置制御に関する部分であるが、圧力制御も行う場合は、ＭＯＶＥコマンドの前に後述するＰ＿ＳＥＴコマンドを用い、アクチュエータの各軸の圧力目標値をサーボ制御部７１に設定し、後述するＰ＿ＯＮコマンドで指定したアクチュエータの軸について圧力制御を行うことをサーボ制御部７１に指示する。一方、現在圧力演算部７３において圧力センサ１１５〜１１８で検出されたセンサ信号を演算して現在圧力データを得、サーボ制御部７１に入力する。サーボ制御部７１は、目標となる補間された教示位置データと検出した現在位置データ、現在圧力データに基づいて所定のサーボ制御を行い、電磁制御弁８１に駆動信号を出力する。
【００３７】
図４は、図２の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００３８】
同図において、Ｌ１はラベル示し、ＧＯＴＯ Ｌ１でラベルＬ１に戻るシーケンスになっている。ＭＯＶＥは指定した位置に移動することを指示するコマンドであり、引数のＰ１等は移動すべき図３に示す教示位置の番号を示す。Ｐ＿ＳＥＴは、指定したアクチュエータの軸の目標圧力を読み込むためのコマンド、Ｐ＿ＯＮは指定したアクチュエータ（ここでは、ブームＢＭ）の軸について位置制御を行うか圧力制御（ここでは、引数Ｐは圧力制御を表す）を行うかを設定するコマンドである。Ｖは教示位置間を移動する速さを指示するコマンドであり、その引数は最速を１００としたときの％で表される。ＰＡＣは位置決め精度を指示するコマンドであり、その引数は位置決めの度合いを示すものである。この値を高くした場合、位置決め精度が高くなるため、ショベルは各教示位置で減速または停止するように動作する。この値を低くする程、位置決めが緩くなり各教示位置を移動するショベルの動きは滑らかになる。ＥＮＧはエンジン回転数を設定するコマンドであり、その引数は最大を１００としたときの％で表わされ、変数で与えられる。
【００３９】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図４を用いて説明する。
【００４０】
本実施形態のエンジン回転数制御は、掘削作業時のエンジン回転数とそれ以外の作業時のエンジン回転数を変更するものである。同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、まず（４）で通常作業時に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。そのエンジン回転数のまま（１０）までの処理を行う。（１２）で掘削動作を開始する前に（１１）においてエンジン回転数をＮ２に設定することが指令される。ここで、予め掘削作業に適したエンジン回転数Ｎ２が入力されている。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１６）までの処理を行い、掘削作業を終了する。その後（１７）を実行して（２）以降の処理を行う。そして再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００４１】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、既定値として自動運転コントローラ内部に記憶し、掘削時や旋回時に応じて記憶されている既定のエンジン回転数から選択して設定されるので、掘削作業や旋回作業に適応したエンジン回転数を迅速に設定できる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施形態を図５から図７を用いて説明する。
【００４３】
図５は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００４４】
同図において、７４はコマンドインタプリタ部６６からの指令により、現在圧力演算部７３において演算された現在圧力の中から最大圧力値を格納する現在圧力格納部である。その他の構成は図２に示す同一符号の箇所と同一であるので説明を省略する。
【００４５】
図６は、図５の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００４６】
同図において、ＭＥＳ＿Ｐは指定したアクチュエータ（ここでは、アームＡＭ）の軸において計測された圧力Ｑ１を読み込むことを指令するためのコマンド、ＥＮＧ＿Ｐは指定したアクチュエータ（アームＡＭ）の軸において計測された圧力Ｑ１からエンジン回転数Ｎ２を所定の演算により求めることを指令するコマンドである。その他の構成は図４に示す同一記号のコマンドと同一であるので説明を省略する。
【００４７】
図７は、図６におけるＭＥＳ＿Ｐにおいて読み込まれる圧力Ｑ１を計測するための圧力測定の処理手順を示すフローチャートである。
【００４８】
ここでは、測定すべきアクチュエータの軸がいずれかを、ステップ１、ステップ７、ステップ１３、ステップ１９において判定する。本実施形態の場合は、アームの軸であるので、ステップ７においてＹＥＳと判定され、さらにステップ８において圧力値Ｑ１がリセットされる。ステップ９では測定終了か否かが判定され、終了していない場合は、ステップ１０においてアームの圧力が測定される。次いで、測定された最大圧力値を使用すべく、ステップ１１で測定された圧力値が測定された圧力値の中で最大圧力値か否かが判定され、最大圧力値に達していない場合はステップ９からの処理を繰り返し、最大圧力値の場合はステップ１２において、その最大圧力値を測定値として記憶し、ステップ９からの処理を繰り返す。ステップ９において、所定の測定期間が終了する測定を終了する。
【００４９】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図６を用いて説明する。
【００５０】
同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、まず（４）で通常作業時に適したエンジン回転数が設定される。そのエンジン回転数のまま（１１）までの処理を行う。（１３）で掘削動作を開始する前に（１１）のＭＥＳ＿Ｐコマンドでアームシリンダに供給する作動油の最大圧力の検出を開始する。ＭＥＳ＿Ｐコマンド実行時、実行前の格納データはリセットされる。次に（１２）でエンジン回転数をＮ２に設定する。Ｎ２は、前サイクルにおいて（１８）で求めたエンジン回転数が入力されている。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１７）までの処理を行い、掘削作業を終了する。次に、（１８）のコマンドで（１１）から（１７）の間に得られたアームの最大圧力値Ｑ１から適正なエンジン回転数Ｎ２を演算して求め格納する。その後（１９）を実行して（２）以降の処理に戻り、再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００５１】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、前のサイクルで検出されたアームの最大圧力値Ｑ１から次のサイクルの掘削時に適用されるエンジン回転数Ｎ２を設定するものであり、各サイクルの掘削に適応したエンジン回転数を迅速に設定でき、それ以外の旋回時等は既定のエンジン回転数Ｎ１を用いるので、作業性に優れ、かつ経済的な自動運転ショベルを提供することができる。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施形態を図８から図１０を用いて説明する。
【００５３】
図８は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００５４】
同図において、７５はコマンドインタプリタ部６６からの指令により、掘削に要した時間を計測する実行時間カウンタである。その他の構成は図２に示す同一符号の箇所と同一であるので説明を省略する。
【００５５】
図９は、図８の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００５６】
同図において、ＭＥＳ＿Ｔは掘削に要する時間Ｔ１を計測を指令するためのコマンド、ＥＮＧ＿Ｔは計測された時間Ｔ１から所定の演算によりエンジン回転数Ｎ２を求めることを指令するコマンドである。その他の構成は図４に示す同記号のコマンドと同一であるので説明を省略する。
【００５７】
図１０は、図９におけるＭＥＳ＿Ｔにおいて時間を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【００５８】
ステップ１において計測時間値Ｔ１がリセットされ、ステップ２で測定終了か否かが判定される。終了していない場合は、ステップ３において計測時間が加算される。次いで、ステップ２において、掘削期間が終了すると計測が終了し、それまでカウントした計測時間を計測時間値Ｔ１として求める。
【００５９】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図９を用いて説明する。
【００６０】
同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、（４）で通常作業時に適したエンジン回転数が設定される。そのエンジン回転数のまま（１１）までの処理を行う。（１３）で掘削動作を開始する前に（１１）のＭＥＳ＿Ｔコマンドで時間の測定を開始し、カウンタ値はＴ１に入る。次に（１２）でエンジン回転数の設定値としてＮ２が設定される。エンジン回転数Ｎ２には、前サイクルにおいて（１８）で求めたエンジン回転数Ｎ２が入力されている。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１７）までの処理を行い、掘削作業を終了する。次に、（１８）のコマンドで（１１）から（１７）の間の掘削作業時間が計測された計測時間値Ｔ１から適正なエンジン回転数Ｎ２を演算して求め、格納する。その後（１９）を実行して（２）以降の処理に戻る。そして再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００６１】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、掘削時の負荷が大きい場合は掘削に要する時間が増大することに着目して、前のサイクルで掘削に要した時間Ｔ１を計測して、その計測時間Ｔ１から次のサイクルの掘削時に適用されるエンジン回転数Ｎ２を算定するものであり、各サイクルの掘削に適応したエンジン回転数を迅速に設定でき、それ以外の旋回時等は既定のエンジン回転数Ｎ１を用いることにより、作業性に優れ、かつ経済的な自動運転ショベルを提供することができる。
【００６２】
次に、本発明の第４の実施形態を図１１から図１３を用いて説明する。
【００６３】
図１１は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００６４】
同図において、７６は現在位置演算部７２から入力される現在位置データに基づいて現在速度を演算する現在速度演算部、７７はコマンドインタプリタ部６６からの指令により、サーボ制御部７１から入力した目標速度値と現在速度演算部７６から入力した現在速度値から最大速度偏差を求める速度偏差演算部である。その他の構成は図２に示す同一符号の箇所と同一であるので説明を省略する。
【００６５】
図１２は、図１１の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００６６】
同図において、ＭＥＳ＿Ｖは指定したアクチュエータ（ここでは、アームＡＭ）の軸において計測された速度偏差Ｒ１を読み込むことを指令するためのコマンド、ＥＮＧ＿Ｖは指定したアクチュエータ（ここでは、アームＡＭ）の軸において計測された最大の速度偏差値Ｒ１から所定の演算によりエンジン回転数Ｎ２を求めることを指令するコマンドである。
【００６７】
その他の構成は図４に示す同記号のコマンドと同一であるので説明を省略する。
【００６８】
図１３は、図１２におけるＭＥＳ＿Ｖにおいて計測される速度偏差を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【００６９】
ここでは、測定すべきアクチュエータの軸がいずれかを、ステップ１、ステップ７、ステップ１３、ステップ１９において判定する。本実施形態の場合は、アームＡＭであるので、ステップ７においてＹＥＳと判定され、ステップ８において速度偏差値Ｒ１がリセットされ、ステップ９で測定終了か否かが判定される。終了していない場合は、ステップ１０において、アーム目標速度とアーム現在速度との差から速度偏差を算出する。次いで、算出されたアーム速度偏差の中から最大速度偏差値を使用すべく、ステップ１１で算出された速度偏差が最大か否かが判定され、最大に達していない場合はステップ９からの処理を繰り返し、最大の場合はステップ１２において、その最大速度偏差を測定値として記憶し、再びステップ９からの処理を繰り返す。ステップ９において、所定の測定期間に達すると測定を終了する。
【００７０】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図１２を用いて説明する。
【００７１】
同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、（４）で通常作業時に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。そのエンジン回転数のまま（１１）までの処理を行う。（１３）で掘削動作を開始する前に（１３）のＭＥＳ＿Ｖで速度偏差の測定を開始する。次に（１２）でエンジン回転数の設定値としてＮ２が設定される。ここで、前サイクルの（１６）で求めたエンジン回転数Ｎ２が入力されている。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１７）までの処理を行い、掘削作業を終了する。次に（１８）のコマンドで最大速度偏差Ｒ１から適正なエンジン回転数Ｎ２を演算して格納する。その後（１９）を実行して（２）以降の処理に戻る。そして再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００７２】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、掘削時の負荷が大きい場合は速度偏差が大きくなることに着目して、前のサイクルで掘削時の最大速度偏差値Ｒ１を計測して、その最大速度偏差値Ｒ１から次のサイクルの掘削時に適用されるエンジン回転数Ｎ２を算定するものであり、各サイクルの掘削に適応したエンジン回転数を迅速に設定でき、それ以外の旋回時等は既定のエンジン回転数Ｎ１を用いることにより、作業性に優れ、かつ経済的な自動運転ショベルを提供することができる。
【００７３】
次に、本発明の第５の実施形態を図１４から図１６を用いて説明する。
【００７４】
図１４は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００７５】
同図において、７８はコマンドインタプリタ部６６からの指令により、サーボ制御部７１から入力した目標位置と現在位置の偏差を求め格納する位置偏差格納部である。その他の構成は図２に示す同一符号の箇所と同一であるので説明を省略する。
【００７６】
図１５は、図１４の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００７７】
同図において、ＭＥＳ＿Ｓは指定したアクチュエータ（ここでは、アームＡＭ）の軸において計測された位置偏差Ｓ１を読み込むことを指令するためのコマンド、ＥＮＧ＿Ｓは指定したアクチュエータ（アームＡＭ）の軸において計測された位置偏差Ｓ１から所定の演算によりエンジン回転数Ｎ２を求めることを指令するコマンドである。その他の構成は図４に示す同記号のコマンドと同一であるので説明を省略する。
【００７８】
図１６は、図１４におけるＭＥＳ＿Ｓにおいて計測される位置偏差を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【００７９】
ここでは、測定すべきアクチュエータの軸がいずれかを、ステップ１、ステップ７、ステップ１３、ステップ１９において判定する。本実施形態の場合は、アームであるので、ステップ７においてＹＥＳと判定され、ステップ８においてアーム偏差Ｓ１がリセットされ、ステップ９で測定終了か否かが判定される。終了していない場合は、ステップ１０において、アーム偏差値Ｓ１を測定する。次いで、測定されたアーム偏差値Ｓ１の中から最大アーム偏差値を使用すべく、ステップ１１で算出されたアーム偏差値が最大アーム偏差値か否かが判定され、最大アーム偏差値に達していない場合はステップ９からの処理を繰り返し、最大アーム偏差値の場合はステップ１２において、その最大アーム偏差値を測定値として記憶し、再びステップ９からの処理を繰り返す。ステップ９において、所定の測定期間に達すると測定を終了する。
【００８０】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図１５を用いて説明する。
【００８１】
同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、まず（４）で通常作業時に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。そのエンジン回転数のまま（１１）までの処理を行う。（１３）で掘削動作を開始する前に（１１）ＭＥＳ＿Ｓで位置偏差の測定を開始する。次に（１２）でエンジン回転数の設定値としてＮ２が設定される。Ｎ２には、前サイクルにおいて（１８）で求めたエンジン回転数が入力される。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１２）までの処理を行い、掘削作業を終了する。次に（１８）のコマンドで最大位置偏差Ｓ１から適正なエンジン回転数Ｎ２を演算して格納する。その後（１９）を実行して（２）以降の処理に戻る。そして再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００８２】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、掘削時の負荷が大きい場合はアーム等のフロント機構の位置偏差が大きくなることに着目して、前のサイクルで掘削時に最大位置偏差値Ｓ１を計測して、その最大位置偏差値Ｓ１から次のサイクルの掘削時に適用されるエンジン回転数Ｎ２を算定するものであり、各サイクルの掘削に適応したエンジン回転数Ｎ２を迅速に設定でき、それ以外の旋回時等は既定のエンジン回転数Ｎ１を用いることにより、作業性に優れ、かつ経済的な自動運転ショベルを提供することができる。
【００８３】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明によれば、作業内容毎にエンジン回転数を設定することができるため、一巡する作業の流れの中で重負荷が予想される作業時のみエンジン回転数を上げ、その他の作業はエンジン回転数を下げて作業を行える。これにより燃費が改善される。また、負荷に応じてリアルタイムでエンジン回転数を制御するのではなく、作業開始以前に適正なエンジン回転数を設定してしまうので、エンジン回転数が実際に設定値に達するまでの遅れがなく、各作業に合ったエンジン回転数に迅速に設定し作業を行わせることができ、作業を円滑かつ効率よく行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係わる自動運転ショベルおよびその作業形態の一例を示す側面図である。
【図２】第１の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図３】図２に示す教示位置格納部６８に格納される教示位置データの一例を示す図である。
【図４】図２の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図５】第２の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図６】図５の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図７】図６におけるＭＥＳ＿Ｐにおいて読み込まれる圧力を計測するための圧力測定の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第３の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図９】図８の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図１０】図９におけるＭＥＳ＿Ｔにおいて時間を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】第４の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図１２】図１１の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図１３】図１２におけるＭＥＳ＿Ｖにおいて計測される速度偏差を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】第５の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図１５】図１４の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図１６】図１５におけるＭＥＳ＿Ｓにおいて計測される位置偏差を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 自動運転ショベル本体
２ ストックヤード
３ クラッシャ
４ ホイールローダ
５ 操作ボックス
５３ 再生操作部
５４ エンジン操作部
６ 自動運転コントローラ
６２ コマンド受信部
６３ 再生起動・停止処理部
６４ エンジン制御部
６５ 再生コマンド格納部
６６ コマンドインタプリタ部
６７ 教示処理部
６８ 教示位置格納部
６９ 教示位置・目標圧力出力処理部
７０ サーボ前処理部
７１ サーボ制御部
７２ 現在位置演算部
７３ 現在圧力演算部
７４ 現在圧力格納部
７５ 実行時間カウンタ
７６ 現在速度演算部
７７ 速度偏差演算部
７８ 位置偏差格納部
９ 教示操作部
８０ エンジン
８２ エンジンコントローラ
１０ 走行体
１１ 旋回体
１２ アーム
１３ ブーム
１４ バケット
１５，１６，１７ シリンダ
１１１〜１１４ 角度センサ
１１５〜１１８ 圧力センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転ショベルに係わり、特に、一巡する各作業状態によりエンジン回転数を設定する機能を備えた自動運転ショベルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建設機械を自動運転するシステムが開発されきており、例えば、特開平９−１９５３２１号公報には、教示された作業を繰り返し再生して、油圧ショベルに掘削から放土までの一連の作業を自動的に行わせる技術が開示されている。この公知技術では、油圧ショベルを利用して砕石作業等を行う際に、ブルドーザ、油圧ショベル、砕石クラッシヤを直列的に配置し、油圧ショベルによってブルドーザが寄せ集めた土砂を積み込み、旋回させて砕石用クラッシヤのホッパ上でバケットダンプ、アームダンブ、ブーム上げを行って放土させ、放土した土砂を砕石用クラッシャによって破砕して砕石を得、再び旋回して土砂を積み込むという作業を繰り返し行わせている。
【０００３】
また、特開昭５９−５２３０８号公報には、油圧ショベルにかかる負荷に応じてエンジン回転数を自動補正する技術が開示されており、この公知技術は、作業装置装備車両の走行モータを駆動する油圧ポンプの吐出圧が設定値以下で一定時間経過した場合は、車両待機中と判断してエンジンをローアイドル回転に制御し、車両走行時において油圧ポンプの吐出圧が設定値以下で一定時間経過した場合には、軽負荷走行と判断して自動的に軽負荷走行のエンジン回転数に設定値を下げ、負荷条件が変化した場合にはエンジン回転数は直ちに復帰するという制御が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、オペレータによって油圧ショベルを運転する場合は、オペレータが負荷の大きさに応じてエンジン回転数を任意に可変できるが、無人化された自動運転ショベルでは負荷の大きさに応じてエンジン回転数を制御することは困難である。
【０００５】
自動運転ショベルによる掘削から放土までの一連の作業について考えると、掘削作業時は、自動運転ショベルに重負荷がかかることが予想されるためエンジン回転数を上げた状態で作業を行い、一方、掘削位置から放土位置へ移動する旋回作業時には自動運転ショベルにかかる負荷はそれ程大きくならないと予想されるので、省エネルギーを考慮してエンジン回転数を下げた状態で作業させたいという要望がある。
【０００６】
しかし、自動運転ショベルに設けられる自動運転コントローラがエンジンに対して回転数設定信号を出力してエンジン回転数を制御する場合、自動運転コントローラが負荷の大きさを検出してからその負荷に対応したエンジン回転数を制御しようとしても、実際にはエンジン回転数が所定値に達したときには既に負荷が変わっていることが予想される。このため、例えば、作業が軽負荷から重負荷に移行する場合、重負荷作業に入ってから暫くは適正なエンジン回転数以下で作業を行うことになり、これは重負荷作業の開始が遅くなり、作業のサイクルタイムを悪化させることになる。
【０００７】
また、シリンダ内の圧力は自動運転ショベルの姿勢によっても変わるし、急稼動、急停止を行ったときには大きく変化する。そのため旋回動作のように実際にはそれ程負荷がかからない動作においても、シリンダ内の圧力が上がり負荷が大きいと判定してエンジン回転数を上げてしまうことも考えられる。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みて、自動運転ショベルにおいて、自動運転ショベルの負荷の大きさに応じてエンジン回転数を迅速かつ適切に制御し、省エネルギー運転を可能にした自動運転ショベルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【００１０】
教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時に検出された負荷の大きさに基づいて設定されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項１記載の自動運転ショベルにおいて、前記負荷の大きさは、当該自動運転ショベルのフロント機構のシリンダにかかる圧力を検出して用いられることを特徴とする。
【００１３】
また、教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時における特定の作業に要した時間に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１４】
また、教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時における特定の作業において計測された速度の偏差に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１５】
また、教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時における特定の作業において計測された当該自動運転ショベルのフロント機構の位置偏差に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１６】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動運転ショベルに係わり、特に、一巡する各作業状態によりエンジン回転数を設定する機能を備えた自動運転ショベルに関する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施形態を図１〜図４を用いて説明する。
【００１８】
図１は、以下に示す各実施形態に係わる自動運転ショベルおよびその作業形態の一例を示す側面図である。
【００１９】
同図において、１はストックヤード２に貯留された土石を掘削して、クラッシヤ３に放土する自動運転ショベル本体、２は図示されていないダンプトラック等によって運搬されてきた土砂等を貯留するストックヤード、３は自動運転ショベル本体１によって放土された土石を破砕するクラッシヤ、４は破砕された砕石を図示されていない運搬用ダンプトラックに積み込むホイールローダ、５は自動運転ショベル本体１の再生操作を行うのに適した任意の場所に設置した操作ボックスである。
【００２０】
自動運転ショベル本体１は、走行体１０と、走行体１０上に旋回可能に設けた旋回体１１と、旋回体１１に回動可能に設けたブーム１２と、ブーム１２の先端に回動可能に設けられたアーム１３と、アーム１３の先端に回動可能に設けられたバケット１４と、ブーム１２、アーム１３、バケット１４、とをそれぞれ回動動作させるためのシリンダ１５、１６、１７と、自動運転ショベル本体１の動力であるエンジン８０と、自動運転ショベル本体１の自動運転以外の機能を制御するエンジンコントローラ８２と、自動運転機能の制御を行う自動運転コントローラ６と、教示操作を行う教示操作部９と、自動運転コントローラ６が各シリンダに送り込む油量を制御するための電磁制御弁８１と、操作ボックス５との間で信号の送受信を行う無線機６１とから構成されている。
【００２１】
また、自動運転ショベル本体１には、旋回体１１の旋回角を検出する角度センサ１１１と、旋回体１１とブーム１２との回動角を検出する角度センサ１１２と、ブーム１２とアーム１３の回動角を検出する角度センサ１１３と、アーム１３とバケット１４の回動角を検出する角度センサ１１４が設けられ、さらに、図示されていない旋回モータに供給される油圧を検出する油圧センサ１１５と、ブームを回動するシリンダ１５に供給される作動油の圧力を検出する油圧センサ１１６と、アームを回動するシリンダ１６に供給される作動油の圧力を検出する油圧センサ１１７と、バケットを回動するシリンダ１６に供給される作動油の圧力を検出する油圧センサ１１８とが設けられている。
【００２２】
また、クラッシヤ３は、走行体３０と、ホッパ３１と、コンベア３２から構成されており、３３はクラッシャ３によって破砕された土石を示す。
【００２３】
また、操作ボックス５は、非常停止ボタン５２と、再生操作を行うための再生操作部５３と、自動運転ショベル本体１のエンジン回転数を操作するためのエンジン操作部５４と自動運転ショベル本体１の無線機６１との間で信号の送受信を行う無線機５１とを備える。
【００２４】
図２は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００２５】
なお、同図において図１に示す符号と同一符号は同一箇所を示す。
【００２６】
同図において、５５は起動釦５３１，停止釦５３２を備える再生操作部５３、エンジン操作部５４、または非常停止釦５２からの指令をコマンドとして生成するコマンド生成部、５１はコマンド生成部５５で生成された各種のコマンドを自動運転コントローラ６に伝送するための無線機である。
【００２７】
６は自動運転コントローラであり、自動運転コントローラ６は、教示操作部９からの操作により自動運転ショベル本体１の現在位置を教示位置として後述する教示位置格納部６８に格納する教示処理部６７と、教示処理部６７によって再生時の教示データを格納する教示位置格納部６８と、再生動作の手順を順次実行するための再生コマンドを格納する再生コマンド格納部６５と、再生コマンドを解釈して教示位置格納部６８から所定の教示位置データの出力を指示するコマンドインタプリタ部６６と、教示位置データや目標圧力が出力処理される教示位置・目標圧力出力処理部６９と、自動運転ショベル本体１の動作が円滑に動作するように、教示位置・目標圧力出力処理部６９から出力される教示位置データを演算によって補間された教示位置データを作成して出力するサーボ前処理部７０と、サーボ前処理部７０から出力された補間後の教示位置データと目標圧力を後述する現在位置演算部７２から出力された現在位置データと後述する現在圧力演算部７３から出力された現在圧力データを対比して自動運転ショベル本体１を所定の位置に制御するための駆動信号を電磁制御弁８１に出力するサーボ制御部７１と、操作ボックス５から伝送されてきたコマンドを受信する無線機６１と、無線機６１によって受信されたコマンドを後述する再生起動・停止処理部６３またはエンジン制御部６４に出力し、教示操作部９からのコマンドを教示処理部６７に出力するコマンド受信部６２と、再生操作部５３から伝送されるコマンドを入力処理してコマンドインタプリタ部６６に再生起動コマンドまたは再生停止コマンドを出力する再生起動・停止処理部６３と、エンジン操作部５４の操作や内部処理によりエンジン回転数を設定するアナログ信号をエンジンコントローラ８２に出力するエンジン制御部６４とから構成される。
【００２８】
なお、無線機６１は、無線機５１からの受信信号が途絶えたり、または無線機６１が故障して受信できない場合には、その状態を検出して、検出信号を後述する再生起動・停止処理部６３に伝送して、再生起動・停止処理部６３からコマンドインタプリタ部６６に停止信号を伝送して自動運転ショベル本体１の動作を停止させる。
【００２９】
８３はエンジン８０に燃料を供給する燃料噴射装置、８４は燃料電磁弁の制御信号を強制的にカットしエンジン８０を停止させるためのエンジン停止用リレー、８５はエンジン制御を自動運転コントローラ６が行うのか、後述するエンジン設定ダイヤル８６で行うのかを切り換えるスイッチ、８６は自動運転ショベル本体１の運転室内に設置され、通常エンジン設定を行うエンジン設定ダイヤルである。
【００３０】
図３は、図２に示す教示位置格納部６８に格納される教示位置データの一例を示す図である。
【００３１】
同図において、Ｐ１〜Ｐｎは、後述するＭＯＶＥのラベルＰ１〜Ｐｎに対応しており、各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応する自動運転ショベル本体１の各部が取るべきブーム角、アーム角、バケット角、旋回角の値が設定されている。
【００３２】
ここで、図２に示すサーボ前処理部７０における補間処理について説明する。
【００３３】
サーボ前処理部７０は、はじめに角度センサ１１１〜１１４、現在位置演算部７２、サーボ制御部７１を介して、現在位置データＡを入手し保持する。次いで、教示位置・目標圧力出力処理部６９から目標となる教示位置データＢを読み込む。ここで両者の差分Ｃの、例えば、１／１０の差分を算出し、現在位置データＡ＋差分Ｃ／１０の位置データをサーボ制御部７４に出力し、一定時間のサーボ制御を待つ。次に、サーボ前処理部７０は一定時間後、現在位置データＡ＋差分２Ｃ／１０をサーボ制御部７１に出力し、一定時間のサーボ制御を待つ。以下同様の処理を繰り返して、現在位置データＡ＋差分Ｃ（＝教示位置データＢ）をサーボ制御部７１に出力して教示位置データＢに対する補間処理を終了する。以下同様にして、各教示位置データが出力される毎に補間処理を行う。
【００３４】
次に、再生時の自動運転ショベル本体１の動作を図２を用いて説明する。
【００３５】
再生時は、操作ボックス５の再生操作部５３の再生起動釦５３１からの指示がコマンド生成部５５、無線機５１、６１、コマンド受信部６２、再生起動・停止処理部６３を介してコマンドインタプリタ部６６に出力される。コマンドインタプリタ部６６は指示を受けると、再生コマンド格納部６５に格納されている再生コマンドをシーケンシヤルに読み出して解釈し、例えば、コマンドが後述するＭＯＶＥコマンドの時は、再生コマンドの各ラベルＰ１〜Ｐｎに対応するパラメータとしての教示位置データを教示位置格納部６８から教示位置・目標圧力出力処理部６９に出力させる。再生コマンドとして出力された教示位置データは、サーボ前処理部７０に入力し、ここでは自動運転ショベル本体１が円滑な速度で動作するように演算されて上述のように補間された教示位置データが作成される。これらの補間された教示位置データはサーボ制御部７１に入力され、一方、現在位置演算部７２において角度センサ１１１〜１１４で検出されたセンサ信号を演算して現在位置データを得、サーボ制御部７１に入力する。サーボ制御部７１は、目標となる補間された教示位置データと検出した現在位置データ、目標圧力データと検出した現在圧力データに基づいて所定のサーボ制御を行い、電磁制御弁８１に駆動信号を出力する。
【００３６】
ここまでの説明は位置制御に関する部分であるが、圧力制御も行う場合は、ＭＯＶＥコマンドの前に後述するＰ＿ＳＥＴコマンドを用い、アクチュエータの各軸の圧力目標値をサーボ制御部７１に設定し、後述するＰ＿ＯＮコマンドで指定したアクチュエータの軸について圧力制御を行うことをサーボ制御部７１に指示する。一方、現在圧力演算部７３において圧力センサ１１５〜１１８で検出されたセンサ信号を演算して現在圧力データを得、サーボ制御部７１に入力する。サーボ制御部７１は、目標となる補間された教示位置データと検出した現在位置データ、現在圧力データに基づいて所定のサーボ制御を行い、電磁制御弁８１に駆動信号を出力する。
【００３７】
図４は、図２の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００３８】
同図において、Ｌ１はラベル示し、ＧＯＴＯ Ｌ１でラベルＬ１に戻るシーケンスになっている。ＭＯＶＥは指定した位置に移動することを指示するコマンドであり、引数のＰ１等は移動すべき図３に示す教示位置の番号を示す。Ｐ＿ＳＥＴは、指定したアクチュエータの軸の目標圧力を読み込むためのコマンド、Ｐ＿ＯＮは指定したアクチュエータ（ここでは、ブームＢＭ）の軸について位置制御を行うか圧力制御（ここでは、引数Ｐは圧力制御を表す）を行うかを設定するコマンドである。Ｖは教示位置間を移動する速さを指示するコマンドであり、その引数は最速を１００としたときの％で表される。ＰＡＣは位置決め精度を指示するコマンドであり、その引数は位置決めの度合いを示すものである。この値を高くした場合、位置決め精度が高くなるため、ショベルは各教示位置で減速または停止するように動作する。この値を低くする程、位置決めが緩くなり各教示位置を移動するショベルの動きは滑らかになる。ＥＮＧはエンジン回転数を設定するコマンドであり、その引数は最大を１００としたときの％で表わされ、変数で与えられる。
【００３９】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図４を用いて説明する。
【００４０】
本実施形態のエンジン回転数制御は、掘削作業時のエンジン回転数とそれ以外の作業時のエンジン回転数を変更するものである。同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、まず（４）で通常作業時に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。そのエンジン回転数のまま（１０）までの処理を行う。（１２）で掘削動作を開始する前に（１１）においてエンジン回転数をＮ２に設定することが指令される。ここで、予め掘削作業に適したエンジン回転数Ｎ２が入力されている。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１６）までの処理を行い、掘削作業を終了する。その後（１７）を実行して（２）以降の処理を行う。そして再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００４１】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、既定値として自動運転コントローラ内部に記憶し、掘削時や旋回時に応じて記憶されている既定のエンジン回転数から選択して設定されるので、掘削作業や旋回作業に適応したエンジン回転数を迅速に設定できる。
【００４２】
次に、本発明の第２の実施形態を図５から図７を用いて説明する。
【００４３】
図５は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００４４】
同図において、７４はコマンドインタプリタ部６６からの指令により、現在圧力演算部７３において演算された現在圧力の中から最大圧力値を格納する現在圧力格納部である。その他の構成は図２に示す同一符号の箇所と同一であるので説明を省略する。
【００４５】
図６は、図５の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００４６】
同図において、ＭＥＳ＿Ｐは指定したアクチュエータ（ここでは、アームＡＭ）の軸において計測された圧力Ｑ１を読み込むことを指令するためのコマンド、ＥＮＧ＿Ｐは指定したアクチュエータ（アームＡＭ）の軸において計測された圧力Ｑ１からエンジン回転数Ｎ２を所定の演算により求めることを指令するコマンドである。その他の構成は図４に示す同一記号のコマンドと同一であるので説明を省略する。
【００４７】
図７は、図６におけるＭＥＳ＿Ｐにおいて読み込まれる圧力Ｑ１を計測するための圧力測定の処理手順を示すフローチャートである。
【００４８】
ここでは、測定すべきアクチュエータの軸がいずれかを、ステップ１、ステップ７、ステップ１３、ステップ１９において判定する。本実施形態の場合は、アームの軸であるので、ステップ７においてＹＥＳと判定され、さらにステップ８において圧力値Ｑ１がリセットされる。ステップ９では測定終了か否かが判定され、終了していない場合は、ステップ１０においてアームの圧力が測定される。次いで、測定された最大圧力値を使用すべく、ステップ１１で測定された圧力値が測定された圧力値の中で最大圧力値か否かが判定され、最大圧力値に達していない場合はステップ９からの処理を繰り返し、最大圧力値の場合はステップ１２において、その最大圧力値を測定値として記憶し、ステップ９からの処理を繰り返す。ステップ９において、所定の測定期間が終了する測定を終了する。
【００４９】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図６を用いて説明する。
【００５０】
同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、まず（４）で通常作業時に適したエンジン回転数が設定される。そのエンジン回転数のまま（１１）までの処理を行う。（１３）で掘削動作を開始する前に（１１）のＭＥＳ＿Ｐコマンドでアームシリンダに供給する作動油の最大圧力の検出を開始する。ＭＥＳ＿Ｐコマンド実行時、実行前の格納データはリセットされる。次に（１２）でエンジン回転数をＮ２に設定する。Ｎ２は、前サイクルにおいて（１８）で求めたエンジン回転数が入力されている。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１７）までの処理を行い、掘削作業を終了する。次に、（１８）のコマンドで（１１）から（１７）の間に得られたアームの最大圧力値Ｑ１から適正なエンジン回転数Ｎ２を演算して求め格納する。その後（１９）を実行して（２）以降の処理に戻り、再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００５１】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、前のサイクルで検出されたアームの最大圧力値Ｑ１から次のサイクルの掘削時に適用されるエンジン回転数Ｎ２を設定するものであり、各サイクルの掘削に適応したエンジン回転数を迅速に設定でき、それ以外の旋回時等は既定のエンジン回転数Ｎ１を用いるので、作業性に優れ、かつ経済的な自動運転ショベルを提供することができる。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施形態を図８から図１０を用いて説明する。
【００５３】
図８は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００５４】
同図において、７５はコマンドインタプリタ部６６からの指令により、掘削に要した時間を計測する実行時間カウンタである。その他の構成は図２に示す同一符号の箇所と同一であるので説明を省略する。
【００５５】
図９は、図８の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００５６】
同図において、ＭＥＳ＿Ｔは掘削に要する時間Ｔ１を計測を指令するためのコマンド、ＥＮＧ＿Ｔは計測された時間Ｔ１から所定の演算によりエンジン回転数Ｎ２を求めることを指令するコマンドである。その他の構成は図４に示す同記号のコマンドと同一であるので説明を省略する。
【００５７】
図１０は、図９におけるＭＥＳ＿Ｔにおいて時間を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【００５８】
ステップ１において計測時間値Ｔ１がリセットされ、ステップ２で測定終了か否かが判定される。終了していない場合は、ステップ３において計測時間が加算される。次いで、ステップ２において、掘削期間が終了すると計測が終了し、それまでカウントした計測時間を計測時間値Ｔ１として求める。
【００５９】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図９を用いて説明する。
【００６０】
同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、（４）で通常作業時に適したエンジン回転数が設定される。そのエンジン回転数のまま（１１）までの処理を行う。（１３）で掘削動作を開始する前に（１１）のＭＥＳ＿Ｔコマンドで時間の測定を開始し、カウンタ値はＴ１に入る。次に（１２）でエンジン回転数の設定値としてＮ２が設定される。エンジン回転数Ｎ２には、前サイクルにおいて（１８）で求めたエンジン回転数Ｎ２が入力されている。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１７）までの処理を行い、掘削作業を終了する。次に、（１８）のコマンドで（１１）から（１７）の間の掘削作業時間が計測された計測時間値Ｔ１から適正なエンジン回転数Ｎ２を演算して求め、格納する。その後（１９）を実行して（２）以降の処理に戻る。そして再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００６１】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、掘削時の負荷が大きい場合は掘削に要する時間が増大することに着目して、前のサイクルで掘削に要した時間Ｔ１を計測して、その計測時間Ｔ１から次のサイクルの掘削時に適用されるエンジン回転数Ｎ２を算定するものであり、各サイクルの掘削に適応したエンジン回転数を迅速に設定でき、それ以外の旋回時等は既定のエンジン回転数Ｎ１を用いることにより、作業性に優れ、かつ経済的な自動運転ショベルを提供することができる。
【００６２】
次に、本発明の第４の実施形態を図１１から図１３を用いて説明する。
【００６３】
図１１は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００６４】
同図において、７６は現在位置演算部７２から入力される現在位置データに基づいて現在速度を演算する現在速度演算部、７７はコマンドインタプリタ部６６からの指令により、サーボ制御部７１から入力した目標速度値と現在速度演算部７６から入力した現在速度値から最大速度偏差を求める速度偏差演算部である。その他の構成は図２に示す同一符号の箇所と同一であるので説明を省略する。
【００６５】
図１２は、図１１の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００６６】
同図において、ＭＥＳ＿Ｖは指定したアクチュエータ（ここでは、アームＡＭ）の軸において計測された速度偏差Ｒ１を読み込むことを指令するためのコマンド、ＥＮＧ＿Ｖは指定したアクチュエータ（ここでは、アームＡＭ）の軸において計測された最大の速度偏差値Ｒ１から所定の演算によりエンジン回転数Ｎ２を求めることを指令するコマンドである。
【００６７】
その他の構成は図４に示す同記号のコマンドと同一であるので説明を省略する。
【００６８】
図１３は、図１２におけるＭＥＳ＿Ｖにおいて計測される速度偏差を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【００６９】
ここでは、測定すべきアクチュエータの軸がいずれかを、ステップ１、ステップ７、ステップ１３、ステップ１９において判定する。本実施形態の場合は、アームＡＭであるので、ステップ７においてＹＥＳと判定され、ステップ８において速度偏差値Ｒ１がリセットされ、ステップ９で測定終了か否かが判定される。終了していない場合は、ステップ１０において、アーム目標速度とアーム現在速度との差から速度偏差を算出する。次いで、算出されたアーム速度偏差の中から最大速度偏差値を使用すべく、ステップ１１で算出された速度偏差が最大か否かが判定され、最大に達していない場合はステップ９からの処理を繰り返し、最大の場合はステップ１２において、その最大速度偏差を測定値として記憶し、再びステップ９からの処理を繰り返す。ステップ９において、所定の測定期間に達すると測定を終了する。
【００７０】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図１２を用いて説明する。
【００７１】
同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、（４）で通常作業時に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。そのエンジン回転数のまま（１１）までの処理を行う。（１３）で掘削動作を開始する前に（１３）のＭＥＳ＿Ｖで速度偏差の測定を開始する。次に（１２）でエンジン回転数の設定値としてＮ２が設定される。ここで、前サイクルの（１６）で求めたエンジン回転数Ｎ２が入力されている。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１７）までの処理を行い、掘削作業を終了する。次に（１８）のコマンドで最大速度偏差Ｒ１から適正なエンジン回転数Ｎ２を演算して格納する。その後（１９）を実行して（２）以降の処理に戻る。そして再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００７２】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、掘削時の負荷が大きい場合は速度偏差が大きくなることに着目して、前のサイクルで掘削時の最大速度偏差値Ｒ１を計測して、その最大速度偏差値Ｒ１から次のサイクルの掘削時に適用されるエンジン回転数Ｎ２を算定するものであり、各サイクルの掘削に適応したエンジン回転数を迅速に設定でき、それ以外の旋回時等は既定のエンジン回転数Ｎ１を用いることにより、作業性に優れ、かつ経済的な自動運転ショベルを提供することができる。
【００７３】
次に、本発明の第５の実施形態を図１４から図１６を用いて説明する。
【００７４】
図１４は、本実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【００７５】
同図において、７８はコマンドインタプリタ部６６からの指令により、サーボ制御部７１から入力した目標位置と現在位置の偏差を求め格納する位置偏差格納部である。その他の構成は図２に示す同一符号の箇所と同一であるので説明を省略する。
【００７６】
図１５は、図１４の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【００７７】
同図において、ＭＥＳ＿Ｓは指定したアクチュエータ（ここでは、アームＡＭ）の軸において計測された位置偏差Ｓ１を読み込むことを指令するためのコマンド、ＥＮＧ＿Ｓは指定したアクチュエータ（アームＡＭ）の軸において計測された位置偏差Ｓ１から所定の演算によりエンジン回転数Ｎ２を求めることを指令するコマンドである。その他の構成は図４に示す同記号のコマンドと同一であるので説明を省略する。
【００７８】
図１６は、図１４におけるＭＥＳ＿Ｓにおいて計測される位置偏差を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【００７９】
ここでは、測定すべきアクチュエータの軸がいずれかを、ステップ１、ステップ７、ステップ１３、ステップ１９において判定する。本実施形態の場合は、アームであるので、ステップ７においてＹＥＳと判定され、ステップ８においてアーム偏差Ｓ１がリセットされ、ステップ９で測定終了か否かが判定される。終了していない場合は、ステップ１０において、アーム偏差値Ｓ１を測定する。次いで、測定されたアーム偏差値Ｓ１の中から最大アーム偏差値を使用すべく、ステップ１１で算出されたアーム偏差値が最大アーム偏差値か否かが判定され、最大アーム偏差値に達していない場合はステップ９からの処理を繰り返し、最大アーム偏差値の場合はステップ１２において、その最大アーム偏差値を測定値として記憶し、再びステップ９からの処理を繰り返す。ステップ９において、所定の測定期間に達すると測定を終了する。
【００８０】
次に、本実施形態に係わるエンジン回転制御の処理手順を図１５を用いて説明する。
【００８１】
同図において、再生コマンドは（１）から順番に実行され、まず（４）で通常作業時に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。そのエンジン回転数のまま（１１）までの処理を行う。（１３）で掘削動作を開始する前に（１１）ＭＥＳ＿Ｓで位置偏差の測定を開始する。次に（１２）でエンジン回転数の設定値としてＮ２が設定される。Ｎ２には、前サイクルにおいて（１８）で求めたエンジン回転数が入力される。ここで設定されたエンジン回転数のまま、（１２）までの処理を行い、掘削作業を終了する。次に（１８）のコマンドで最大位置偏差Ｓ１から適正なエンジン回転数Ｎ２を演算して格納する。その後（１９）を実行して（２）以降の処理に戻る。そして再び（４）で通常作業に適したエンジン回転数Ｎ１が設定される。
【００８２】
本実施形態では、自動運転の１サイクルに適用されるエンジン回転数は、掘削時の負荷が大きい場合はアーム等のフロント機構の位置偏差が大きくなることに着目して、前のサイクルで掘削時に最大位置偏差値Ｓ１を計測して、その最大位置偏差値Ｓ１から次のサイクルの掘削時に適用されるエンジン回転数Ｎ２を算定するものであり、各サイクルの掘削に適応したエンジン回転数Ｎ２を迅速に設定でき、それ以外の旋回時等は既定のエンジン回転数Ｎ１を用いることにより、作業性に優れ、かつ経済的な自動運転ショベルを提供することができる。
【００８３】
【発明の効果】
上記のごとく、本発明によれば、作業内容毎にエンジン回転数を設定することができるため、一巡する作業の流れの中で重負荷が予想される作業時のみエンジン回転数を上げ、その他の作業はエンジン回転数を下げて作業を行える。これにより燃費が改善される。また、負荷に応じてリアルタイムでエンジン回転数を制御するのではなく、作業開始以前に適正なエンジン回転数を設定してしまうので、エンジン回転数が実際に設定値に達するまでの遅れがなく、各作業に合ったエンジン回転数に迅速に設定し作業を行わせることができ、作業を円滑かつ効率よく行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係わる自動運転ショベルおよびその作業形態の一例を示す側面図である。
【図２】第１の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図３】図２に示す教示位置格納部６８に格納される教示位置データの一例を示す図である。
【図４】図２の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図５】第２の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図６】図５の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図７】図６におけるＭＥＳ＿Ｐにおいて読み込まれる圧力を計測するための圧力測定の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第３の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図９】図８の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図１０】図９におけるＭＥＳ＿Ｔにおいて時間を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】第４の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図１２】図１１の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図１３】図１２におけるＭＥＳ＿Ｖにおいて計測される速度偏差を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】第５の実施形態に係わる自動運転ショベル本体１に搭載される車内搭載装置および操作ボックス５の概要を示すブロック図である。
【図１５】図１４の再生コマンド格納部６５に格納される本実施形態に係わる再生コマンド（レイアウトプログラム）の一例を示すものである。
【図１６】図１５におけるＭＥＳ＿Ｓにおいて計測される位置偏差を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 自動運転ショベル本体
２ ストックヤード
３ クラッシャ
４ ホイールローダ
５ 操作ボックス
５３ 再生操作部
５４ エンジン操作部
６ 自動運転コントローラ
６２ コマンド受信部
６３ 再生起動・停止処理部
６４ エンジン制御部
６５ 再生コマンド格納部
６６ コマンドインタプリタ部
６７ 教示処理部
６８ 教示位置格納部
６９ 教示位置・目標圧力出力処理部
７０ サーボ前処理部
７１ サーボ制御部
７２ 現在位置演算部
７３ 現在圧力演算部
７４ 現在圧力格納部
７５ 実行時間カウンタ
７６ 現在速度演算部
７７ 速度偏差演算部
７８ 位置偏差格納部
９ 教示操作部
８０ エンジン
８２ エンジンコントローラ
１０ 走行体
１１ 旋回体
１２ アーム
１３ ブーム
１４ バケット
１５，１６，１７ シリンダ
１１１〜１１４ 角度センサ
１１５〜１１８ 圧力センサ
Claims (5)
- 教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、
前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、
前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時に検出された負荷の大きさに基づいて設定されることを特徴とする自動運転ショベル。 - 請求項１において、
前記負荷の大きさは、当該自動運転ショベルのフロント機構のシリンダにかかる圧力を検出して用いられることを特徴とする自動運転ショベル。 - 教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、
前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、
前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時における特定の作業に要した時間に基づいて設定されることを特徴とする自動運転ショベル。 - 教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、
前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、
前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時における特定の作業において計測された速度の偏差に基づいて設定されることを特徴とする自動運転ショベル。 - 教示して記憶された教示位置を順次読み出して、掘削から放土までの一巡する作業を繰り返し行わせる自動運転ショベルにおいて、
前記一巡する作業のうち任意の作業毎に、当該自動運転ショベルのエンジン回転数を設定するとともに、
前記エンジン回転数は、前記一巡する作業のうち、前回の一巡する作業時における特定の作業において計測された当該自動運転ショベルのフロント機構の位置偏差に基づいて設定されることを特徴とする自動運転ショベル。
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