JP5548306B2 - 作業機制御システム、建設機械及び作業機制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、作業機を備える作業機制御システム及びこの作業機制御システムを備える建設機械に関する。
従来、作業機を備える建設機械において、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させることによって所定の領域を掘削する手法が知られている(特許文献1参照)。
具体的に、特許文献1の制御装置は、バケットと設計面との間隔が小さいほどバケットの設計面に対する相対速度が減少するように、オペレータからバケット操作のために入力される操作信号を補正する。このように、バケットの速度制限を行うことによって、バケットは設計面に沿って自動的に移動する。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、特許文献1では、オペレータがバケットの刃先を設計面に近接する位置で停止させようとしても、オペレータの操作に関わらずバケットは設計面に沿って自動的に移動してしまう。そのため、刃先を所定位置にセットするには、速度制限を終了させる必要がある。また、速度制限を終了させた状態では、オペレータは手動で刃先を所定位置にセットする必要がある。
しかしながら、特許文献1では、オペレータがバケットの刃先を設計面に近接する位置で停止させようとしても、オペレータの操作に関わらずバケットは設計面に沿って自動的に移動してしまう。そのため、刃先を所定位置にセットするには、速度制限を終了させる必要がある。また、速度制限を終了させた状態では、オペレータは手動で刃先を所定位置にセットする必要がある。
そのため、速度制限中であっても、設計面に沿ってバケットを移動させる成形モードと、所定位置で刃先を停止させる刃先位置合わせモードとが自動的に切換えられることが望まれている。
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、成形モードと刃先位置合わせモードとを自動切換え可能な作業機制御システム、建設機械及び作業機制御方法の提供を目的とする。
(課題を解決するための手段)
第1の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、操作具と、作業形態判定部と、駆動制御部とを備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。操作具は、作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、ユーザ操作に応じた操作信号を出力する。作業形態判定部は、操作信号に基づいて、作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させ、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、設計面を基準とする所定位置でバケットを停止させる。
第1の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、操作具と、作業形態判定部と、駆動制御部とを備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。操作具は、作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、ユーザ操作に応じた操作信号を出力する。作業形態判定部は、操作信号に基づいて、作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させ、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、設計面を基準とする所定位置でバケットを停止させる。
第2の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、内部圧取得部と、作業形態判定部と、駆動制御部とを備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。内部圧取得部は、作業機を駆動する油圧シリンダの内部圧を取得する。作業形態判定部は、内部圧に基づいて、作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させ、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、設計面を基準とする所定位置でバケットを停止させる。
第3の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、吐出圧取得部と、作業形態判定部と、駆動制御部とを備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。吐出圧取得部は、複数の被駆動部材のそれぞれを駆動する複数の油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧を取得する。作業形態判定部は、吐出圧に基づいて、作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させ、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、設計面を基準とする所定位置でバケットを停止させる。
第4の態様に係る作業機制御方法は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する工程と、前記操作信号に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する工程と、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる工程と、前記バケットが前記所定位置で停止された後、前記複数の被駆動部材のうち所定の被駆動部材を駆動するユーザ操作が受け付けられた場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させる工程と、を備える。
(発明の効果)
成形モードと刃先位置合わせモードとを自動切換え可能な作業機制御システム、建設機械及び作業機制御方法を提供することができる。
成形モードと刃先位置合わせモードとを自動切換え可能な作業機制御システム、建設機械及び作業機制御方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下においては、「建設機械」の一例として油圧ショベルを挙げて説明する。
《油圧ショベル100の全体構成》
図1は、実施形態に係る油圧ショベル100の斜視図である。油圧ショベル100は、車両本体1と、作業機2とを有する。また、油圧ショベル100には、掘削制御システム200が搭載されている。掘削制御システム200の構成および動作については後述する。
図1は、実施形態に係る油圧ショベル100の斜視図である。油圧ショベル100は、車両本体1と、作業機2とを有する。また、油圧ショベル100には、掘削制御システム200が搭載されている。掘削制御システム200の構成および動作については後述する。
車両本体1は、上部旋回体3と運転室4と走行装置5とを有する。上部旋回体3は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどを収容している。上部旋回体3の後端部上には、第1GNSSアンテナ21と第2GNSSアンテナ22とが配置されている。第1GNSSアンテナ21と第2GNSSアンテナ22とは、RTK−GNSS(Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、GNSSは全地球航法衛星システムをいう。)用のアンテナである。運転室4は、上部旋回体3の前部に載置されている。運転室4内には、後述する操作装置25が配置される(図3参照)。走行装置5は履帯5a,5bを有しており、履帯5a,5bが回転することにより油圧ショベル100が走行する。
作業機2は、車両本体1の前部に取り付けられており、ブーム6と、アーム7と、バケット8と、ブームシリンダ10と、アームシリンダ11と、バケットシリンダ12と、を有する。ブーム6の基端部は、ブームピン13を介して車両本体1の前部に揺動可能に取り付けられる。アーム7の基端部は、アームピン14を介してブーム6の先端部に揺動可能に取り付けられる。アーム7の先端部には、バケットピン15を介してバケット8が揺動可能に取り付けられる。
ブームシリンダ10とアームシリンダ11とバケットシリンダ12とは、それぞれ作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ10はブーム6を駆動する。アームシリンダ11は、アーム7を駆動する。バケットシリンダ12は、バケット8を駆動する。
ここで、図2Aは油圧ショベル100の側面図であり、図2Bは油圧ショベル100の背面図である。図2Aに示すように、ブーム6の長さ、すなわち、ブームピン13からアームピン14までの長さは、L1である。アーム7の長さ、すなわち、アームピン14からバケットピン15までの長さは、L2である。バケット8の長さ、すなわち、バケットピン15からバケット8のツースの先端(以下、「刃先8a」という。)までの長さは、L3である。
また、図2Aに示すように、ブーム6とアーム7とバケット8には、それぞれ第1〜第3ストロークセンサ16〜18が設けられている。第1ストロークセンサ16は、ブームシリンダ10のストローク長さ(以下、「ブームシリンダ長N1」という。)を検出する。後述する表示コントローラ28(図3参照)は、第1ストロークセンサ16が検出したブームシリンダ長N1から、車両本体座標系の垂直方向に対するブーム6の傾斜角θ1を算出する。第2ストロークセンサ17は、アームシリンダ11のストローク長さ(以下、「アームシリンダ長N2」という。)を検出する。表示コントローラ28は、第2ストロークセンサ17が検出したアームシリンダ長N2から、ブーム6に対するアーム7の傾斜角θ2を算出する。第3ストロークセンサ18は、バケットシリンダ12のストローク長さ(以下、「バケットシリンダ長N3」という。)を検出する。表示コントローラ28は、第3ストロークセンサ18が検出したバケットシリンダ長N3から、アーム7に対するバケット8が有する刃先8aの傾斜角θ3を算出する。
車両本体1には、位置検出部19が備えられている。位置検出部19は、油圧ショベル100の現在位置を検出する。位置検出部19は、上述の第1および第2GNSSアンテナ21,22と、3次元位置センサ23と、傾斜角センサ24とを有する。第1および第2GNSSアンテナ21,22は、車幅方向において一定距離だけ離間して配置されている。第1および第2GNSSアンテナ21,22で受信されたGNSS電波に応じた信号は3次元位置センサ23に入力される。3次元位置センサ23は、第1および第2GNSSアンテナ21,22の設置位置を検出する。図2Bに示すように、傾斜角センサ24は、重力方向(鉛直線)に対する車両本体1の車幅方向における傾斜角θ4を検出する。
《掘削制御システム200の構成》
図3は、掘削制御システム200の機能構成を示すブロック図である。掘削制御システム200は、操作装置25と、作業機コントローラ26と、比例制御弁27と、表示コントローラ28と、表示部29と、を備える。
図3は、掘削制御システム200の機能構成を示すブロック図である。掘削制御システム200は、操作装置25と、作業機コントローラ26と、比例制御弁27と、表示コントローラ28と、表示部29と、を備える。
操作装置25は、作業機2を駆動するオペレータ操作を受け付け、オペレータ操作に応じた操作信号を出力する。具体的に、操作装置25は、ブーム操作具31と、アーム操作具32と、バケット操作具33と、を有する。ブーム操作具31は、ブーム操作レバー31aと、ブーム操作検出部31bと、を含む。ブーム操作レバー31aは、オペレータによるブーム6の操作を受け付ける。ブーム操作検出部31bは、ブーム操作レバー31aの操作に応じてブーム操作信号M1を出力する。アーム操作レバー32aは、オペレータによるアーム7の操作を受け付ける。アーム操作検出部32bは、アーム操作レバー32aの操作に応じてアーム操作信号M2を出力する。バケット操作具33は、バケット操作レバー33aと、バケット操作検出部33bと、を含む。バケット操作レバー33aは、オペレータによるバケット8の操作を受け付ける。バケット操作検出部33bは、バケット操作レバー33aの操作に応じてバケット操作信号M3を出力する。
作業機コントローラ26は、操作装置25からブーム操作信号M1、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3(以下、適宜「操作信号M」と総称する。)を取得する。作業機コントローラ26は、第1〜第3ストロークセンサ16〜18からブームシリンダ長N1、アームシリンダ長N2およびバケットシリンダ長N3を取得する。作業機コントローラ26は、これらの各種情報に基づく制御信号を比例制御弁27に出力する。これにより、作業機コントローラ26は、バケット8を設計面45(図4参照)に沿って自動的に移動させる掘削制御を実行する。この際、作業機コントローラ26は、後述するように、ブーム操作信号M1を補正した後に比例制御弁27に出力する。一方で、作業機コントローラ26は、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3を補正せずに比例制御弁27に出力する。作業機コントローラ26の機能および動作については後述する。
比例制御弁27は、ブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12と図示しない油圧ポンプとの間に配置される。比例制御弁27は、作業機コントローラ26からの制御信号に応じた流量の作動油をブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12それぞれに供給する。
表示コントローラ28は、RAMやROMなどの記憶部28aや、CPUなどの演算部28bを有している。記憶部28aは、上述のブーム6の長さL1、アーム7の長さL2、バケット8の長さL3を含む作業機データを記憶している。作業機データは、ブーム6の傾斜角θ1、アーム7の傾斜角θ2、バケット8の傾斜角θ3のそれぞれの最小値および最大値を含む。表示コントローラ28は、作業機コントローラ26と無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能である。表示コントローラ28の記憶部28aは、作業エリア内の3次元の設計地形の形状および位置を示す設計地形データを予め記憶している。表示コントローラ28は、設計地形や上述した各種のセンサからの検出結果などに基づいて、設計地形を表示部29に表示させる。
ここで、図4は、表示部29に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図4に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面45によって構成されている。複数の設計面45それぞれは、作業機2による掘削対象の目標形状を示している。オペレータは、これら複数の設計面45のうちの1つの設計面を目標設計面45Aとして選択する。オペレータが目標設計面45Aをバケット8で掘削する場合、作業機コントローラ26は、バケット8の刃先8aの現在位置を通る平面46と目標設計面45Aとの交線47に沿って、バケット8を移動させる。なお、図4では複数の設計面のうちの1つのみに符号45が付されており、他の設計面の符号は省略されている。
図5は、交線47における設計地形の断面図であり、表示部29に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図5に示すように、本実施形態に係る設計地形は、目標設計面45Aと、速度制限介入ラインCとを含んでいる。
目標設計面45Aは、油圧ショベル100の側方に位置する傾斜面である。オペレータは、目標設計面45Aの上方から下方に向かってバケット8を移動させる。
速度制限介入ラインCは、後述する速度制限が実行される領域を画定する。後述するように、刃先8aが速度制限介入ラインCの内側に侵入した場合に、掘削制御システム200による速度制限が実行される。速度制限介入ラインCは、目標設計面45Aからライン距離hの位置に設定されている。ライン距離hは、オペレータによる作業機2の操作感が損なわれない距離に設定されていることが好ましい。
《作業機コントローラ26の構成》
図6は、作業機コントローラ26の構成を示すブロック図である。図7は、バケット8と目標設計面45Aとの位置関係を示す模式図である。
図6は、作業機コントローラ26の構成を示すブロック図である。図7は、バケット8と目標設計面45Aとの位置関係を示す模式図である。
作業機コントローラ26は、図6に示すように、相対距離取得部261と、制限速度決定部262と、相対速度取得部263と、作業形態判定部264と、駆動制御部265と、を備える。
相対距離取得部261は、図7に示すように、目標設計面45Aに垂直な垂直方向における刃先8aと目標設計面45Aとの距離dを取得する。相対距離取得部261は、表示コントローラ28から取得する設計地形データおよび油圧ショベル100の現在位置データと、第1〜第3ストロークセンサ16〜18から取得するブームシリンダ長N1、アームシリンダ長N2およびバケットシリンダ長N3とに基づいて、距離dを算出することができる。相対距離取得部261は、距離dを制限速度決定部262に出力する。なお、本実施形態において、距離dはライン距離hよりも小さいので、刃先8aは速度制限介入ラインCの内側に侵入している。
制限速度決定部262は、距離dに応じた制限速度Uを取得する。ここで、制限速度Uは、距離dに応じて画一的に定められる速度である。図8に示すように、制限速度Uは、距離dがライン距離h以上で最大となり、距離dがライン距離hより小さくなるほど遅くなる。制限速度決定部262は、制限速度Uを駆動制御部265に出力する。なお、図8では、目標設計面45Aに近づく向きが負の向きである。
相対速度取得部263は、操作装置25から取得する操作信号Mに基づいて、刃先8aの速度Qを算出する。また、相対速度取得部263は、図7に示すように、速度Qに基づいて、刃先8aの目標設計面45Aに対する相対速度Q1を取得する。相対速度取得部263は、相対速度Q1を駆動制御部265に出力する。本実施形態において、相対速度Q1は、制限速度Uよりも大きい。
作業形態判定部264は、操作装置25から取得する操作信号Mに基づいて、作業機2の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。
ここで、成形作業とは、目標設計面45Aに沿って刃先8aを移動させることによって、目標設計面45Aに沿って整地する作業である。成形作業には、例えば切り土や盛り土の斜面を成形する法面成形作業が含まれる。なお、成形作業では、オペレータによってアーム7が駆動される場合が多い。
また、刃先位置合せ作業とは、目標設計面45Aを基準とする所定位置で刃先8aを停止させることによって、次の作業のスタート位置に刃先8aをセットする作業である。刃先位置合せ作業には、例えば法面成形作業のスタート位置への刃先8aのセットが含まれる。所定位置は、目標設計面45A上の任意の位置、或いは、目標設計面45Aから油圧ショベル100側に離間した任意の位置に設定することができる。このような所定位置は、図8のグラフにおいて制限速度が“0”となるときの垂直距離の値によって調整される。本実施形態では、図8に示すように、制限速度が“0”となるときの垂直距離の値が“0”であるので、所定位置は、目標設計面45A上に設定されている。なお、所定位置が目標設計面45Aから離間した位置に設定される場合には、目標設計面45Aから所定位置までの垂直距離は小さいこと(すなわち、刃先8aの停止位置が目標設計面45Aに隣接していること)が好ましい。
本実施形態において、作業形態判定部264は、操作信号Mにアームの操作を示すアーム操作信号M2が含まれている場合に、作業機2の作業形態は成形作業であると判定する。一方で、作業形態判定部264は、操作信号Mにアーム7の操作を示すアーム操作信号M2が含まれていない場合に、作業機2の作業形態は刃先位置合せ作業であると判定する。作業形態判定部264は、判定結果を駆動制御部265に通知する。
駆動制御部265は、目標設計面45Aに対する刃先8aの相対速度Q1を制限速度Uに制限する速度制限を実行する。本実施形態では、ブーム6の回転速度の減速のみによって相対速度Q1を制限速度Uに抑えるために、駆動制御部265は、ブーム操作信号M1を補正し、補正後のブーム操作信号M1を比例制御弁27に出力する。これによって、垂直方向における刃先8aの速度は、刃先8aが目標設計面45Aに近づくほど遅くなり、刃先8aが所定位置(本実施形態では、目標設計面45A上の位置)に達したときに“0”となる(図8参照)。
また、駆動制御部265は、作業形態判定部264によって作業形態が成形作業であると判定された場合には、目標設計面45Aに沿って刃先8aを移動させる。具体的に、駆動制御部265は、上述の通りブーム操作信号M1を補正して比例制御弁27に出力するとともに、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3については補正せずにそのまま比例制御弁27に出力する。この結果、作業機2は、刃先8aが目標設計面45Aに沿って移動する成形モードで駆動制御される。
一方で、駆動制御部265は、作業形態判定部264によって作業形態が刃先位置合わせ作業であると判定された場合には、目標設計面45Aを基準とする所定位置(本実施形態では、目標設計面45A上の位置)で刃先8aを停止させる。具体的には、駆動制御部265は、刃先8aが目標設計面45Aに達するまでの間、上述の通りブーム操作信号M1を補正して比例制御弁27に出力するとともに、バケット操作信号M3については補正せずにそのまま比例制御弁27に出力する。そして、駆動制御部265は、刃先8aが目標設計面45Aに達した後は、目標設計面45Aに平行な平行方向における刃先8aの速度が“0”になるようにブーム操作信号M1及びバケット操作信号M3を補正して比例制御弁27に出力する。この結果、作業機2は、刃先8aが所定位置に停止する刃先位置合わせモードで駆動制御される。
なお、作業形態が刃先位置合わせ作業であると判定された場合には、操作装置25からアーム操作信号M2が出力されていないが、その後、操作装置25からアーム操作信号M2が出力された場合には、作業形態は成形作業であると判定される。その結果、作業機2の駆動制御は、刃先位置合わせモードから成形モードへと移行する。
《掘削制御システム200の動作》
図9は、掘削制御システム200の動作を説明するためのフローチャートである。
図9は、掘削制御システム200の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップS10において、掘削制御システム200は、設計地形データおよび油圧ショベル100の現在位置データを取得する。
ステップS20において、掘削制御システム200は、ブームシリンダ長N1、アームシリンダ長N2およびバケットシリンダ長N3を取得する。
ステップS30において、掘削制御システム200は、設計地形データ、現在位置データ、ブームシリンダ長N1、アームシリンダ長N2およびバケットシリンダ長N3に基づいて、距離dを算出する(図7参照)。
ステップS40において、掘削制御システム200は、距離dに応じた制限速度Uを取得する(図8参照)。
ステップS50において、掘削制御システム200は、ブーム操作信号M1、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3に基づいて、刃先8aの速度Qを算出する(図7参照)。
ステップS60において、掘削制御システム200は、速度Qに基づいて、相対速度Q1を取得する(図7参照)。
ステップS70において、掘削制御システム200は、ブーム6の回転速度の減速のみによって相対速度Q1を制限速度Uに抑える(図7参照)。
ステップS80において、掘削制御システム200は、操作信号Mに基づいて、作業機2の作業形態が成形作業であるか否かを判定する。具体的に、掘削制御システム200は、操作信号Mにアームの操作を示すアーム操作信号M2が含まれている場合に、作業機2の作業形態は成形作業であると判定し、操作信号Mにアーム操作信号M2が含まれていない場合に、作業機2の作業形態は刃先位置合せ作業であると判定する。作業形態が成形作業である場合、処理はステップS90に進む。作業形態が成形作業でない場合には、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定し、処理はステップS100に進む。
ステップS90において、掘削制御システム200は、目標設計面45Aに沿って刃先8aを移動させる。具体的に、掘削制御システム200は、上述の通りブーム操作信号M1を補正して比例制御弁27に出力するとともに、アーム操作信号M2およびバケット操作信号M3については補正せずにそのまま比例制御弁27に出力する。
ステップS100において、掘削制御システム200は、目標設計面45Aを基準とする所定位置(本実施形態では、目標設計面45A上の任意の位置)で刃先8aを停止させる。具体的には、駆動制御部265は、上述の通りブーム操作信号M1を補正して比例制御弁27に出力するとともに、バケット操作信号M3については補正せずにそのまま比例制御弁27に出力する。
ステップS110において、掘削制御システム200は、オペレータがアーム操作レバー32aを操作したか否か、すなわち、操作装置25からアーム操作信号M2が出力されたか否かを判定する。オペレータがアーム操作レバー32aを操作したと判定された場合、処理はステップS90に進む。オペレータがアーム操作レバー32aを操作していないと判定された場合、処理はステップS100に戻る。
《作用および効果》
(1)本実施形態に係る掘削制御システム200は、作業形態判定部264と、駆動制御部265とを備える。作業形態判定部264は、操作信号Mに基づいて、作業機2の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部265は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、目標設計面45Aに沿ってバケット8の刃先8aを移動させる。駆動制御部265は、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、目標設計面45Aを基準とする所定位置でバケット8の刃先8aを停止させる。
(1)本実施形態に係る掘削制御システム200は、作業形態判定部264と、駆動制御部265とを備える。作業形態判定部264は、操作信号Mに基づいて、作業機2の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部265は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、目標設計面45Aに沿ってバケット8の刃先8aを移動させる。駆動制御部265は、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、目標設計面45Aを基準とする所定位置でバケット8の刃先8aを停止させる。
そのため、成形作業中にはオペレータの操作に関わらず目標設計面45Aに沿って刃先8aを移動させるとともに、刃先位置合せ作業中にはオペレータの操作に従って所定位置で刃先8aを停止させることができる。従って、刃先位置合せ作業を行いたいにも関わらず刃先8aが目標設計面45Aに沿って移動してしまうことを抑制できる。このように、本実施形態に係る掘削制御システム200によれば、作業機2の駆動制御を成形モードと刃先位置合わせモードとに自動切換えすることができる。
(2)本実施形態に係る掘削制御システム200は、ブームシリンダ10の伸縮速度の調整によって速度制限を実行する。
そのため、オペレータ操作に応じた操作信号のうちブーム操作信号M1のみを補正することで速度制限が実行される。すなわち、ブーム6、アーム7およびバケット8のうちオペレータの操作通りに駆動しないのはブーム6のみである。従って、ブーム6、アーム7およびバケット8のうち2つ以上の被駆動部材の伸縮速度を調整する場合に比べて、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。
(3)本実施形態に係る掘削制御システム200において、作業形態判定部264は、操作信号Mにアーム7の操作を示すアーム操作信号M2が含まれている場合に、作業形態は成形作業であると判定する。
ここで、成形作業が行われる多くの場合において、オペレータはアーム7を駆動させることが知られている。そのため、アーム操作信号M2の有無に基づいて判定することによって、簡便かつ精度良く判定を行うことができる。
(4)本実施形態に係る掘削制御システム200は、ブームシリンダ10の伸縮速度の調整によって速度制限を実行しつつ、アーム操作信号M2の有無によって作業形態の判定を行う。そのため、速度制限介入を行いながらオペレータの掘削有無の意思を判定することが出来る。従って、法肩から法面への掘削面切り替えや掘削開始時等の刃先位置合わせ時に、オペレータの操作意思に沿った刃先位置合わせが可能になり、作業効率を向上する事が出来る。
《その他の実施形態》
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)上記実施形態において、作業形態判定部264は、操作信号Mに基づいて作業機2の作業形態を判定することとしたが、これに限られるものではない。
例えば、作業形態判定部264は、ブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12のうち少なくとも一つのシリンダの内部圧に基づいて、作業機2の作業形態を判定することができる。これは、成形作業が行われる場合に作動油の供給量が増加することによってシリンダの内部圧が一時的に増大することを利用した手法である。この手法において、作業形態判定部264は、内部圧を取得する内部圧取得部から内部圧を取得して、内部圧が所定値以上であれば成形作業であると判定し、内部圧が所定値未満であれば刃先位置合わせ作業であると判定することができる。
また、掘削制御システム200は、比例制御弁27に作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧に基づいて、作業機2の作業形態を判定することができる。これは、成形作業が行われる場合に油圧ポンプから吐出される作動油量が一時的に増大することを利用した手法である。この手法において、作業形態判定部264は、吐出圧を取得する吐出圧取得部から吐出圧を取得して、吐出圧が所定値以上であれば成形作業であると判定し、吐出圧が所定値未満であれば刃先位置合わせ作業であると判定することができる。
(B)上記実施形態において、作業形態判定部264は、操作信号Mにアーム操作信号M2が含まれているか否かに基づいて作業機2の作業形態を判定することとしたが、これに限られるものではない。
例えば、作業形態判定部264は、ブーム操作信号M1、アーム操作信号M2及びバケット操作信号M3のうちアーム操作信号M2を含む2以上の信号が含まれているか否かに基づいて、作業機2の作業形態を判定してもよい。
(C)上記実施形態において、作業機コントローラ26は、バケット8のうち刃先8aの位置に基づいて速度制限を実行することとしたが、これに限られるものではない。作業機コントローラ26は、バケット8のうち任意の位置に基づいて速度制限を実行することができる。
(D)上記実施形態において、刃先8aが停止する所定位置は、目標設計面45A上に設定されることとしたが、これに限られるものではない。所定位置は、目標設計面45Aから油圧ショベル100側に離間した任意の位置に設定されてもよい。この場合、図8のグラフにおいて制限速度が“0”となるときの垂直距離の値が、目標設計面45Aと所定位置との間隔に一致する。
(E)上記実施形態において、掘削制御システム200は、ブーム6の回転速度の減速のみによって相対速度を制限速度に抑えることしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム200は、ブーム6の回転速度に加えて、アーム7及びバケット8のうち少なくとも1つの回転速度を調整してもよい。これによって、設計面45に平行な方向におけるバケット8の速度が速度制限で低下することを抑制できるので、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。
(F)上記実施形態において、掘削制御システム200は、操作装置25から取得する操作信号Mに基づいて、刃先8aの速度Qを算出することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム200は、第1〜第3ストロークセンサ16〜18から取得される各シリンダ長N1〜N3の時間当たり変化量に基づいて、速度Qを算出することができる。この場合、操作信号Mに基づいて速度Qを算出する場合に比べて、精度良く速度Qを算出することができる。
(G)上記実施形態において、図8に示すように、制限速度と垂直距離とは線形的な関係にあることとしたが、これに限られるものではない。制限速度と垂直距離との関係は適宜設定することができ、線形的でなくてもよいし、原点を通らなくてもよい。
本発明は、成形モードと刃先位置合わせモードとを自動切換え可能な作業機制御システムを提供できるため建設機械分野に有用である。
1…車両本体、2…作業機、3…上部旋回体、4…運転室、5…走行装置、5a,5b…履帯、6…ブーム、7…アーム、8…バケット、8a…刃先、10…ブームシリンダ、11…アームシリンダ、12…バケットシリンダ、13…ブームピン、14…アームピン、15…バケットピン、16…第1ストロークセンサ、17…第2ストロークセンサ、18…第3ストロークセンサ、19…位置検出部、21…第1GNSSアンテナ、22…第2GNSSアンテナ、23…3次元位置センサ、24…傾斜角センサ、25…操作装置、26…作業機コントローラ、261…相対距離取得部、262…制限速度決定部、263…相対速度取得部、264…作業形態判定部、265…駆動制御部、27…比例制御弁、28…表示コントローラ、29…表示部、31…ブーム操作具、…32アーム操作具、33…バケット操作具、45…設計面、45A…目標設計面、100…油圧ショベル、200…掘削制御システム、C…速度制限介入ライン、h…ライン距離
Claims (5)
- 車両本体に揺動可能に取り付けられるブームと、前記ブームに揺動可能に取り付けられるアームと、前記アームに揺動可能に取り付けられるバケットを含む作業機と、
前記作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する操作具と、
少なくとも前記アームを操作するためのアーム操作信号が前記操作信号に含まれている場合に前記作業機の作業形態は成形作業であると判定し、前記アーム操作信号が前記操作信号に含まれていない場合に前記作業形態は刃先位置合せ作業であると判定する作業形態判定部と、
前記作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させ、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる駆動制御部と、
を備える作業機制御システム。 - 前記ブームを駆動するブームシリンダと、
前記設計面と前記バケットとの距離に基づいて、前記設計面に対する前記バケットの制限速度を決定する制限速度決定部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記バケットが前記設計面から所定距離内に位置する場合に、前記相対速度を前記制限速度に制限する、
請求項1に記載の作業機制御システム。 - 前記駆動制御部は、前記ブームシリンダの伸縮速度の調整によって前記相対速度を前記制限速度に制限する、
請求項2に記載の作業機制御システム。 - 車両本体と、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の作業機制御システムと、
を備える建設機械。 - 車両本体に揺動可能に取り付けられるブームと、前記ブームに揺動可能に取り付けられるアームと、前記アームに揺動可能に取り付けられるバケットを含む作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する工程と、
少なくとも前記アームを操作するためのアーム操作信号が前記操作信号に含まれている場合に前記作業機の作業形態は成形作業であると判定し、前記アーム操作信号が前記操作信号に含まれていない場合に前記作業形態は刃先位置合せ作業であると判定する工程と、
前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる工程と、
前記バケットが前記所定位置で停止された後、前記複数の被駆動部材のうち所定の被駆動部材を駆動するユーザ操作が受け付けられた場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させる工程と、
を備える作業機制御方法。
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