JP6591531B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、バケットチルト機構を有するショベルに関する。

ショベルのバケットの刃先位置を自動調整して、バケットの刃先を設計面に沿って移動させる掘削制限制御を行なう掘削制御システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。上述の特許文献に開示されたショベルでは、バケット回転軸はショベルが設置される路面などに対して平行な単一の回転軸である。したがって、バケットの刃先も常に路面に対して平行となる。

特開２０１３−２１７１３７号公報

バケットにより法面（傾斜面）を掘削する場合、バケットの爪先を常に法面に対して平行にしながらバケットを法面に沿って斜め上又は斜め下に移動させることが好ましい。上述の掘削制御システムでは、ブーム及びアームの長手方向が法面の上下方向に一致しているときは、バケットの爪先は法面に対して平行となる。ところが、ブームが取り付けられている旋回体を旋回させながらバケットを法面に沿って移動させると、ブーム及びアームの長手方向が法面の上下方向に対して傾斜し、これに伴って、バケットの作業部位が形成するバケット線（例えば、刃先（作業部位の一例）の両端を結んだ爪先線、バケット背面（作業部位の一例）の縁に沿った背面線等を含む。）が法面に対して傾斜してしまう。この場合、バケットにより掘削した面は、法面に対して傾斜してしまい、掘削した面を正確に目標面に沿わせることができない。

そこで、本発明は、ショベルの操作者の操作に係らずバケット線が目標掘削面に対して常に平行となるようにバケットを自動的に制御することができるショベルを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、旋回体に回動可能に取り付けられたブームに回動可能に取り付けられたアームと、該アームに回動可能に取り付けられたバケットと、該バケットを前記アームに対してチルト可能に支持するチルト機構と、前記バケットのチルト角度を検出するバケットチルト角度センサと、前記チルト角度の調整を制御するチルト角度制御部と、を有し、前記チルト角度制御部は、前記バケットチルト角度センサの検出値に基づき算出された前記バケットの中の少なくとも２点を結んだ線分で形成されるバケット線と予め入力された掘削目標面とを比較してチルト角度の角度偏差を算出し、前記角度偏差を低減するように、前記チルト機構により前記チルト角度を制御する、ショベルが提供される。

開示した実施形態によれば、バケット線が傾斜した目標面に対して常に平行になるように、ショベルの操作中にバケットのチルト角度が自動的に修正される。これにより、例えば、旋回体を旋回させながら法面掘削作業を行なった場合には、バケット線が常に法面に自動的に平行になるので、掘削面の精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態によるショベルの側面図である。 図１に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 コントローラ及びマシンガイダンス装置の機能構成を示すブロック図である。 バケットチルト自動制御を説明するための図である。 バケットによる掘削作業の例を説明する図である。 バケットによる掘削作業の別の例を説明する図である。

図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は一実施形態によるショベルの側面図である。ショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられる。エンドアタッチメントとして、法面用バケット、浚渫用バケット等が用いられてもよい。

ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例として掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられる。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３を「姿勢センサ」と称することもある。

バケット６はいわゆるチルトバケットであり、バケット６はアーム５に対して紙面に垂直な方向にも回動可能である。具体的には、バケット６がアーム５に取り付けられる部分にチルト機構６０が設けられる。チルト機構６０は、バケット６を回動可能に支持するピン６２（チルト軸）と、バケット６を回動させるためのチルトバケットシリンダ６４とを有する。チルトバケットシリンダ６４を駆動することで、バケット６をピン６２の周りに回動させることができる。なお、バケット６にはバケットチルト角度センサＳ５が取り付けられる。バケットチルト角度センサＳ５はチルト軸周りのバケット６の回転角度を検出し、検出値を出力するセンサである。

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度を検出する。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は、水平面に対する傾斜を検出して、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度を検出する加速度センサである。アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度を検出する。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は、水平面に対する傾斜を検出して、ブーム４に対するアーム５の回動角度を検出する加速度センサである。バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度を検出する。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は、水平面に対する傾斜を検出して、アーム５に対するバケット６の回動角度を検出する加速度センサである。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。

上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ、且つエンジン１１等の動力源が搭載される。また、上部旋回体３には機体傾斜センサＳ４が取り付けられる。機体傾斜センサＳ４は、水平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出するセンサである。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は、上部旋回体３の前後方向及び左右方向の傾斜角度を検出する２軸加速度センサである。機体傾斜センサＳ４を「姿勢センサ」と称することもある。

キャビン１０内には、入力装置Ｄ１、音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、記憶装置Ｄ４、ゲートロックレバーＤ５、コントローラ３０、及びマシンガイダンス装置５０が設置される。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。コントローラ３０の各種機能は、ＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

マシンガイダンス装置５０は、ショベルの操作をガイドする。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、例えば、操作者が設定した目標地形の表面とバケット６の先端（爪先）位置との鉛直方向における距離を視覚的に且つ聴覚的に操作者に報知する。これにより、マシンガイダンス装置５０は操作者によるショベルの操作をガイドする。なお、マシンガイダンス装置５０は、その距離を視覚的に操作者に知らせるのみであってもよく、聴覚的に操作者に知らせるのみであってもよい。具体的には、マシンガイダンス装置５０は、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。マシンガイダンス装置５０の各種機能はＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。マシンガイダンス装置５０は、コントローラ３０とは別個に設けられてもよく、あるいは、コントローラ３０に組み込まれていてもよい。

入力装置Ｄ１は、ショベルの操作者がマシンガイダンス装置５０に各種情報を入力するための装置である。本実施形態では、入力装置Ｄ１は、表示装置Ｄ３の表面に取り付けられるメンブレンスイッチである。入力装置Ｄ１としてタッチパネル等を用いてもよい。操作者は入力装置Ｄ１を用いて掘削目標面を入力できる。また、操作者はその掘削目標面からの高さを入力することで、後述のバケットチルト自動制御を開始する基準となるチルト制御開始面を設定することができる。これにより、掘削目標面及びチルト制御開始面はマシンガイダンス装置５０の記憶装置Ｄ４に記憶される。また、掘削目標面及びチルト制御開始面の少なくとも一方は通信を介して記憶装置Ｄ４に記憶されてもよい。

音声出力装置Ｄ２は、マシンガイダンス装置５０からの音声出力指令に応じて各種音声情報を出力する。本実施形態では、音声出力装置Ｄ２として、マシンガイダンス装置５０に直接接続される車載スピーカが利用される。なお、音声出力装置Ｄ２として、ブザー等の警報器が利用されてもよい。

表示装置Ｄ３は、マシンガイダンス装置５０からの指令に応じて各種画像情報を表示する。本実施形態では、表示装置Ｄ３として、マシンガイダンス装置５０に直接接続される車載液晶ディスプレイが利用される。

記憶装置Ｄ４は、各種情報を記憶するための装置である。本実施形態では、記憶装置Ｄ４として、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体が用いられる。記憶装置Ｄ４は、マシンガイダンス装置５０等が出力する各種情報を記憶する。

ゲートロックレバーＤ５は、ショベルが誤って操作されるのを防止する機構である。本実施形態では、ゲートロックレバーＤ５は、キャビン１０のドアと運転席との間に配置される。キャビン１０から操作者が退出できないようにゲートロックレバーＤ５が引き上げられた場合に、各種操作装置は操作可能となる。一方、キャビン１０から操作者が退出できるようにゲートロックレバーＤ５が押し下げられた場合には、各種操作装置は操作不能となる。

図２は、図１のショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示される。

エンジン１１はショベルの動力源である。本実施形態では、エンジン１１は、エンジン負荷の増減にかかわらずエンジン回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を採用したディーゼルエンジンである。エンジン１１における燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ブースト圧等は、エンジンコントローラＤ７により制御される。

エンジンコントローラＤ７はエンジン１１を制御する装置である。本実施形態では、エンジンコントローラＤ７は、オートアイドル機能、オートアイドルストップ機能等の各種機能を実行する。

オートアイドル機能は、所定の条件が満たされた場合にエンジン回転数を通常回転数（例えば２０００ｒｐｍ）からアイドル回転数（例えば８００ｒｐｍ）に低減させる機能である。本実施形態では、エンジンコントローラＤ７は、コントローラ３０からのオートアイドル指令に応じてオートアイドル機能を作動させてエンジン回転数をアイドル回転数まで低減させる。

オートアイドルストップ機能は、所定の条件が満たされた場合にエンジン１１を停止させる機能である。本実施形態では、エンジンコントローラＤ７は、コントローラ３０からのオートアイドルストップ指令に応じてオートアイドルストップ機能を作動させてエンジン１１を停止させる。

エンジン１１には油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続される。メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続される。

コントロールバルブ１７は、ショベルの油圧系の制御を行う油圧制御装置である。右側走行用油圧モータ１Ａ、左側走行用油圧モータ１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、旋回用油圧モータ２１、チルトバケットシリンダ６４等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

パイロットポンプ１５にはパイロットライン２５及びゲートロック弁Ｄ６を介して操作装置２６が接続される。また、パイロットポンプ１５にはパイロットライン２５Ａ及び切換弁Ｄ８を介してコントロールバルブ１７が接続される。操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃ、自動チルトスイッチ２６Ｄを含む。本実施形態では、操作装置２６は、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７に接続される。油圧ライン２７には、コントローラ３０により制御される減圧弁Ｖ１が設けられている。また、操作装置２６は、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に接続される。

ゲートロック弁Ｄ６は、パイロットポンプ１５と操作装置２６とを接続するパイロットライン２５の連通・遮断を切り換える。本実施形態では、ゲートロック弁Ｄ６は、コントローラ３０からの指令に応じてパイロットライン２５の連通・遮断を切り換える電磁弁である。コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が出力する状態信号に基づいてゲートロックレバーＤ５の状態を判定する。そして、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が引き上げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁Ｄ６に対して連通指令を出力する。連通指令を受けると、ゲートロック弁Ｄ６は開いてパイロットライン２５を連通させる。その結果、操作装置２６に対する操作者の操作が有効となる。一方、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が引き下げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁Ｄ６に対して遮断指令を出力する。遮断指令を受けると、ゲートロック弁Ｄ６は閉じてパイロットライン２５を遮断する。その結果、操作装置２６に対する操作者の操作が無効となる。

切換弁Ｄ８は、パイロットポンプ１５とコントロールバルブ１７とを接続するパイロットライン２５Ａの連通・遮断を切り換える。本実施形態では、切換弁Ｄ８は、コントローラ３０からの指令に応じてパイロットライン２５Ａの連通・遮断を切り換える電磁比例弁である。コントローラ３０は、後述のバケットチルト自動制御を開始する場合に切換弁Ｄ８に対して連通指令を出力する。連通指令を受けると、切換弁Ｄ８は開いてパイロットライン２５Ａを連通させてバケットチルト自動制御が行われるようにする。

圧力センサ２９は、操作装置２６の操作に対応する圧力を検出する。圧力センサ２９は、検出値をコントローラ３０に対して出力する。

次に、図３を参照しながら、コントローラ３０及びマシンガイダンス装置５０に設けられた各種機能要素について説明する。図３は、コントローラ３０及びマシンガイダンス装置５０の構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態では、コントローラ３０は、ショベル全体の動作の制御に加えて、マシンガイダンス装置５０によるガイダンスを行なうか否かを制御する。具体的には、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５の状態と圧力センサ２９からの検出信号等に基づいて、ショベルが休止中か否かを判定する。そして、コントローラ３０は、ショベルが休止中であると判定したときは、マシンガイダンス装置５０によるガイダンスを中止するように、マシンガイダンス装置５０にガイダンス中止指令を送る。

また、コントローラ３０は、オートアイドルストップ指令をエンジンコントローラＤ７に対して出力する際に、ガイダンス中止指令をマシンガイダンス装置５０に対して出力してもよい。あるいは、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が押し下げられた状態にあると判定した場合に、ガイダンス中止指令をマシンガイダンス装置５０に対して出力してもよい。

次に、マシンガイダンス装置５０について説明する。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、バケットチルト角度センサＳ５、入力装置Ｄ１、及びコントローラ３０から出力される各種信号及びやデータを受信する。マシンガイダンス装置５０は、受信した信号及びデータに基づいてアタッチメント（例えば、バケット６）の実際の動作位置を算出する。そして、マシンガイダンス装置５０は、アタッチメントの実際の動作位置が目標動作位置とは異なる場合に、音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３に警報指令を送信し、警報を発令させる。マシンガイダンス装置５０とコントローラ３０とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）を通じて互いに通信可能に接続される。

マシンガイダンス装置５０は、様々な機能を行なう機能部を含む。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、アタッチメントの動作を制御するための機能部として、高さ算出部５１０、比較部５１２、チルト角度制御部５１４、ガイダンスデータ出力部５１６、及びチルト制御開始線設定部５１８を含む。

高さ算出部５１０は、センサＳ１〜Ｓ３の検出信号から算出されたブーム４、アーム５、バケット６の角度及びセンサＳ４の検出信号から算出された上部旋回体３の傾斜角度から、バケット６の先端（爪先）の高さを算出する。

ガイダンスデータ出力部５１６は、上述のように、マシンガイダンス装置５０の記憶装置に予め格納されていた掘削目標面に関するデータを含むガイダンスデータを読み込んでチルト制御開始線設定部５１８に対して出力する。この構成により、操作者は、入力装置Ｄ１を用いて掘削目標面を予め設定できる。

チルト制御開始線設定部５１８は、ガイダンスデータ内に掘削目標線から所定の距離の位置にチルト制御開始線を設定し、ガイダンスデータを比較部５１２に対して出力する。

比較部５１２は、高さ算出部５１０が算出したバケット６の先端（爪先）の高さと、チルト制御開始線設定部５１８から出力されるガイダンスデータで示されるチルト制御開始線とを比較する。

チルト角度制御部５１４は、比較部５１２での比較結果に基づいて、バケット６の作業部位（例えば爪先）がチルト制御開始線より掘削目標線に近い位置にあるか（チルト制御開始線と掘削目標線との間に位置するか）否かを判断する。バケット６の作業部位がチルト制御開始線より掘削目標線に近い位置にあると判断された場合、チルト角度制御部５１４は、バケット６のチルト角度を制御してバケット６のバケット線（例えば爪先線）が掘削目標面に平行となるように調整する。なお、バケット線は、バケット６の作業部位が形成する線であり、例えば、刃先（作業部位の一例）の両端を結んだ爪先線、バケット背面（作業部位の一例）の縁に沿った背面線等を含む。すなわち、バケット線は、掘削目標面に接する作業部位の中の少なくとも２点を結んだ線分とされる。具体的には、チルト角度制御部５１４は、センサＳ１〜Ｓ４の検出信号を用いて掘削目標面に対する現在のバケット６のチルト角度の角度偏差を算出し、算出した角度偏差を低減するように制御信号をコントローラ３０へ送信する。これにより、コントローラ３０はバケット６の爪先線が掘削目標面に平行になるように自動制御を行う。また、バケット６の爪先線の角度の算出には、センサＳ１〜Ｓ４だけでなくＧＮＳＳ装置等を用いてもよい。

ここでは、アタッチメントの作業部位をバケット６の先端（爪先）とした例を説明したが、バケット６の任意の位置を作業部位としてもよい。例えば、バケット６の背面を用いて行われる作業の場合、バケット６の背面が作業部位とされてもよい。

次に、マシンガイダンス装置５０によるバケットチルト自動制御について、図４を参照しながら説明する。図４は、本実施形態によるバケットチルト自動制御の一例を説明するための図である。

図４には、バケット６の爪先線を法面（傾斜面）に対して平行にする制御が示されている。図４において、掘削目標面を示す目標線ＴＬから所定距離だけ離れた位置にバケットチルト自動制御を開始する基準となるチルト制御開始面を示すチルト制御開始線ＣＬが示されている。なお、目標線ＴＬは、バケット６の爪先線に対応する掘削目標面上の線である。チルト制御開始線ＣＬは、上述の図３に示されたチルト制御開始線設定部５１８により、ガイダンスデータ中に設定される。

本実施形態によるバケットチルト自動制御では、バケット６が掘削目標面（図４では目標線ＴＬに相当）から遠い場合には、バケット６のチルト角度の自動制御は行なわれず、図４の点線で示すように、バケット６の爪先線６ａは水平に維持される。バケット６が掘削目標面に近づいて、バケット６の爪先がチルト制御開始面（図４ではチルト制御開始線ＣＬ）に到達すると、バケット６のチルト角度の自動制御が開始される。チルト角度の自動制御が行なわれると、バケット６の爪先線６ａが目標線ＴＬに対して平行となるようにチルト角度が調整される。バケット６の爪先がチルト制御開始面（図４ではチルト制御開始線ＣＬ）に接したか否かの判定は、上述の比較部５１２で行なわれる。

バケット６がチルト制御開始面（図４ではチルト制御開始線ＣＬ）から掘削目標面（図４では、目標線ＴＬ）までの間に位置している間は、コントローラ３０からの信号により、バケット６の爪先線６ａを掘削目標面に平行にするバケットチルト自動制御が継続して行なわれる。バケットチルト自動制御は、マシンガイダンス装置５０が自動的に行なう制御であり、ショベルの操作者が手動でバケット６のチルト角度を調整するわけでは無い。したがって、ショベルの操作者は、掘削作業時にバケット６の爪先線６ａの目標面に対する角度を自らが調整しなくても、バケット６の爪先線６ａを正確に掘削目標面に合わせることができる。

しかし、法面に対して作業を行う場合、操作者が旋回用のレバーを操作してしまうと、バケット６の爪先線６ａが掘削目標面と平行ではなくなってしまう。ショベルが法面と斜めに交差する方向に向いている場合に、ブーム等を操作したときも、同様である。このため、バケット６の位置がチルト制御開始線ＣＬより低い場合、操作者が旋回操作、またはブーム、アーム、バケットなどを操作しても、操作対象となる油圧アクチュエータの動作が制限され、バケット６の爪先線６ａが掘削目標面との間の角度が所定の角度以下に維持される。具体的には、バケット６の爪先線６ａが掘削目標面との間の角度が所定の角度を超えた場合、減圧弁Ｖ１によりパイロット圧が減圧される。これにより、旋回操作、またはブーム、アーム、バケットなどの操作の速度を制限することができる。

掘削動作が終了して、バケット６の爪先がチルト制御開始面（チルト制御開始線ＣＬ）より外側（図４の上側）に移動すると、バケットチルト自動制御は解除され（無効とされ）、図４の点線で示すように、バケット６の爪先線６ａが水平とされる。これにより、例えばバケット６で土砂をすくい上げたときには、バケット６から土砂がこぼれ落ちないようにしている。解除後のバケット６のチルト角度は、作業内容等により予め決められている。また、この制御を達成するには、例えば、バケット６が地表面に差し込まれたとき、或いは、バケット６で土砂をすくうときのバケット６，アーム５，又はブーム４に加わる負荷を監視し、この負荷が所定値より低くなった時点で、バケット６の爪先線６ａを水平にしてもよい。このように、検出された負荷に応じて、バケットチルト自動制御が解除され（無効とされ）、図４の点線で示すように、バケット６の爪先線６ａが水平とされるようにしてもよい。

加速度センサをバケットチルト角度センサＳ５として用いれば、バケットチルト角度センサＳ５の検出信号のみから、バケット６の爪先線６ａが水平であるか否かを判定することができる。バケットチルト角度センサＳ５として、ロータリエンコーダ等の他の角度センサ等を用いた場合には、上述のセンサＳ１〜Ｓ４からの出力信号に基づいて、バケット６の爪先線６ａの角度を求めることで、爪先線６ａが水平であるか否かを判定することができる。

なお、本実施形態によるバケットチルト自動制御は、ショベルの操作者がバケットチルト角度を自動的に調整して欲しいときに行なえばよい。そのため、図２に示すように、レバー２６Ａ、２６Ｂ等の先端にバケットチルト自動制御のＯＮ、ＯＦＦを入力するための自動チルトスイッチ２６Ｄを取り付けておき、バケットチルト自動制御を実行したい間だけ、自動チルトスイッチ２６ＤをＯＮにしておくこととしてもよい。すなわち、操作者からの指令があるときにのみ、切換弁Ｄ８に対して連通指令を出力させてバケットチルト自動制御を有効にしてもよい。なお、自動チルトスイッチ２６Ｄは、ペダル２６Ｃに取り付けられていてもよい。

また、チルト制御開始線ＣＬを、バケット６の爪先線６ａを目標線ＴＬに平行にするバケットチルト自動制御の開始基準としたが、これに限定されるものではない。例えば、バケット６が地表面（図４では地表線ＧＬ）に接した時点で、バケット６の爪先線６ａを目標線ＴＬに平行にしてもよい。

本実施形態によるバケットチルト自動制御はマシンガイダンス装置５０により実行されるものとして説明したが、必ずしもマシンガイダンス装置５０が行なう必要は無い。例えば、目標線ＴＬを含むガイダンスデータを用いることができるのであれば、コントローラ３０や他の制御装置が行なうこととしてもよい。

図５Ａおよび図５Ｂはバケットによる掘削作業例を説明する図である。図５Ａは上述の本実施形態によるバケットチルト自動制御を有効とするのが好ましい掘削作業例を示す。図５Ｂは本実施形態によるバケットチルト自動制御を無効とした場合に行なわれる掘削作業例を示す。

図５Ａにおいて、バケット６で掘削する面は法面であり、バケット６を法面に沿って直線的にではなく、法面の横方向にも移動するように上部旋回体３を旋回させながらバケット６を移動して法面を掘削する。このような掘削作業では、バケット６が点線で示された位置にあるときは、バケット６の爪先線６ａは法面に対して平行であるが、ショベルを旋回すると、バケット６の爪先線６ａは法面に対して傾いてくる（この傾きは、紙面に垂直な方向の傾きなので、図５Ａには示されない）。したがって、目標面に対するバケット６のチルト角度の角度偏差が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態によるバケットチルト自動制御を有効にしておけば、操作者はブーム４及びアーム５を操作してバケット６を移動させるだけで、バケット６の爪先線６ａは自動的に法面に平行になるように調整される。したがって、バケット６の爪先線６ａが常に法面に平行になりながら掘削が行なわれ、掘削面全体が法面に平行な面となる。

一方、本実施形態によるバケットチルト自動制御を無効にして同様の掘削作業を行なうには、操作者はバケット６のチルト角度を調整しながらブーム４及びアーム５を操作してバケット６を移動させなければならない。しかし、法面に対するバケット６のチルト（傾斜）を判断して調整するのは難しい。そこで、例えば、図５Ｂに示すように、操作者は、アーム５とブーム４の操作だけで掘削動作を行い、その後、上部旋回体３を旋回させることなく、ショベル自体を僅かに横に移動してからまた次の掘削動作を行う。このようにすれば、操作者がチルト角度を調節しなくとも掘削を行くおことができるが、ショベル自体を移動しながら掘削作業を行うのは面倒である。これに対して、本実施形態によるバケットチルト自動制御を有効にしておけば、ショベルを移動せずに、法面の掘削作業を精度よく行うことができる。また、障害物ＯＢ１等によりショベル自体を適切な作業場所へ移動できない場合であっても（図５Ａ参照。）、本実施形態によるバケットチルト自動制御を有効にしておけば、上部旋回体３を旋回させながらバケット６のチルト角度を自動的に調整し、バケット６の爪先線６ａを目標線に平行にすることができる。

以上のように、本実施形態によるバケットチルト自動制御を有効として、掘削作業を行なうことにより、バケット６の爪先線６ａを常に掘削目標面に平行にしておくことができ、法面の掘削作業を容易に且つ正確に行なうことができる。

本国際特許出願は２０１５年３月２７日に出願した日本国特許出願第２０１５−０６７６８４号に基づきその優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１５−０６７６８４号の全内容を本願に援用する。

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
２６ 操作装置
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
５０ マシンガイダンス装置
５１０ 高さ算出部
５１２ 比較部
５１４ チルト角度制御部
５１６ ガイダンスデータ出力部
５１８ チルト制御開始線設定部
Ｓ１ ブーム角度センサ
Ｓ２ アーム角度センサ
Ｓ３ バケット角度センサ
Ｓ４ 機体傾斜センサ
Ｓ５ バケットチルト角度センサ
Ｄ１ 入力装置
Ｄ２ 音声出力装置
Ｄ３ 表示装置
Ｄ４ 記憶装置
Ｄ５ ゲートロックレバー
Ｄ６ ゲートロック弁
Ｄ７ エンジンコントローラ
Ｄ８ 切換弁

Claims (11)

1. 旋回体に回動可能に取り付けられたブームに回動可能に取り付けられたアームと、
   該アームに回動可能に取り付けられたバケットと、
   該バケットを前記アームに対してチルト可能に支持するチルト機構と、
   前記バケットのチルト角度を検出するバケットチルト角度センサと、
   前記チルト角度の調整を制御するチルト角度制御部と、
   を有し、
   前記チルト角度制御部は、前記バケットチルト角度センサの検出値に基づき算出された前記バケットの中の少なくとも２点を結んだ線分で形成されるバケット線と予め入力された掘削目標面とを比較してチルト角度の角度偏差を算出し、前記角度偏差を低減するように、前記チルト機構により前記チルト角度を制御する、ショベル。
2. 請求項１に記載のショベルであって、
   前記掘削目標面は作業者が予め設定可能である、ショベル。
3. 請求項１又は２に記載のショベルであって、
   前記チルト角度の自動制御は、操作者からの指令があるときにのみ有効とされる、ショベル。
4. 請求項３に記載のショベルであって、
   前記指令は、操作装置に取り付けたスイッチにより行われる、ショベル。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のショベルであって、
   前記バケットの作業部位の位置が前記掘削目標面から所定距離以上離れている場合、前記チルト角度の自動制御は無効とされる、ショベル。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のショベルであって、
   前記バケットの作業部位の位置が前記掘削目標面から所定距離以内の場合、前記旋回体、前記ブーム、前記アームおよび前記バケットのそれぞれに対応する油圧アクチュエータのいずれか操作されたとき、前記バケット線と、前記掘削目標面との角度が所定の角度以下となるように、前記操作された油圧アクチュエータの動作が制限される、ショベル。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載のショベルであって、
   前記バケットに加わる負荷を検出し、検出された負荷を表す値が所定値未満である場合、前記チルト角度の自動制御は無効とされる、ショベル。
8. 請求項５乃至７のいずれかに記載のショベルであって、
   前記チルト角度の自動制御が無効とされた際に前記バケット線を水平にする、ショベル。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のショベルであって、
   前記チルト角度制御部は、
   前記掘削目標面に対する前記バケットのチルト角度の角度偏差を算出し、
   前記角度偏差を低減するように、前記チルト角度を制御することで、前記バケットのバケット線を掘削目標面に対して平行にする、ショベル。
10. 請求項９に記載のショベルであって、
    前記ブームには、前記旋回体に対する前記ブームの回動角度を検出するブーム角度センサが取り付けられ、
    前記アームには、前記ブームに対する前記アームの回動角度を検出するアーム角度センサが取り付けられ、
    前記バケットには、前記アームに対する前記バケットの回動角度を検出するバケット角度センサが設けられ、
    前記チルト角度制御部は、前記ブーム角度センサ、前記アーム角度センサ、および、バケット角度センサから出力される検出信号を用いる、ショベル。
11. 請求項１０に記載のショベルであって、
    前記チルト角度制御部は、さらに、前記旋回体に取り付けられ、前記旋回体の前後方向及び左右方向の傾斜角度を検出する機体傾斜センサから出力される検出信号を用いる、ショベル。

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