JP6830725B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、ショベルに関する。

ショベルの旋回時に、操作レバーの操作量に応じて旋回速度または旋回トルクの指令値が変化する。ショベルは、掘削作業、クレーン作業等の種々の作業に使用される。掘削作業では、掘削地点でバケットに保持した土砂を、ダンプトラックの荷台まで旋回搬送する。クレーン作業では、バケットに付属するフックを用いて搬送対象物を移動させる。掘削作業においては、作業の効率を高めるために、旋回速度の向上が求められる。クレーン作業においては、正確にフックの位置決めを行うための操作性の向上が求められる。

下記の特許文献１に、旋回速度が目標速度に達するまでの加速度を調整することが可能なショベルが開示されている。特許文献１に開示されたショベルは、旋回加速度を調整するための調整ボリュームを含む。オペレータ（操作者）が調整ボリュームを操作することにより、旋回加速度を調整することができる。旋回加速度の設定値が大きい場合、旋回速度が短時間で目標速度に達する。旋回加速度の設定値が小さい場合、旋回速度が目標速度に達するまでの時間が長くなる。

特開２００９−６８１９７号公報

特許文献１に開示されたショベルでは、操作者が、作業に応じて好ましい旋回加速度が得られるように、調整ボリュームを調整しなければならない。操作者が操作レバーの操作に加えて、調整ボリュームの操作を行わなければならないため、操作が煩わしくなる。また、調整ボリュームの操作を忘れると、操作者が想定した速さとは異なる速さで上部旋回体が旋回してしまう。

本発明の目的は、旋回速度を速くしたい操作と、遅くしたい操作との切り換えの煩わしさを軽減し、作業に応じた良好な操作性を実現することが可能なショベルを提供することである。

本発明の一観点によると、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記下部走行体に対して前記上部旋回体を旋回させる動力を発生する旋回電動モータと、
中立位置からの操作量を検知する操作器から取得される操作量に基づいて、前記旋回電動モータの回転速度またはトルクを指令する動作指令値を生成し、前記動作指令値に基づいて前記旋回電動モータを制御するコントローラと
を有し、
前記上部旋回体を旋回させる動力は前記旋回電動モータのみで発生され、
前記コントローラは、
前記操作量に基づいて、前記操作量に対する前記動作指令値の変化率を変えて前記旋回電動モータを制御し、
現在の操作が微操作である場合、所定のトルクを前記動作指令値に基づくトルクに上乗せして前記旋回電動モータを制御するショベルが提供される。

操作者は、操作量に対する動作指令値の変化率を変えるために、操作器の操作以外の特定の操作を行う必要が無い。このため、操作者は、操作器の操作に加えて、他の操作を行うという煩わしさから解放される。

図１は、実施例によるショベルの側面図である。 図２は、実施例によるショベルのブロック図である。 図３Aは、操作器の概略図であり、図３Ｂは、旋回モータの駆動制御を行う制御ブロック図である。 図４は、コントローラが実行する制御のフローチャートである。 図５Ａは、操作レバーの操作開始時点からの経過時間と、操作量との関係の例を示すグラフであり、図５Ｂは、操作器の操作量と、旋回モータを制御するための動作指令値との関係を示すグラフである。 図６Ａは、通常操作モードにおける操作量と動作指令値との時間変化の一例を示すグラフであり、図６Ｂは、微操作モードにおける操作量と動作指令値との時間変化の一例を示すグラフである。 図７Ａは、コントローラの機能の一例を示す機能ブロック図であり、図７Ｂは、旋回モータが速度制御される場合のインバータ制御部の機能の一例を示す機能ブロック図であり、図７Ｃは、旋回モータがトルク制御される場合のインバータ制御部の機能の一例を示す機能ブロック図である。 図８Ａは、他の実施例によるショベルのコントローラの一例を示す機能ブロック図である。 図８Ｂは、インバータ制御部の機能の一例を示す機能ブロック図である。 図９は、さらに他の実施例によるショベルのコントローラで実行される処理のフローチャートである。 図１０Ａは、さらに他の実施例によるショベルのコントローラの一部の機能ブロック図であり、図１０Ｂは、ローパスフィルタのフィルタ特性の一例を示すグラフである。 図１１は、さらに他の実施例によるショベルのブロック図である。

図１に、実施例によるショベルの側面図を示す。下部走行体１０に、上部旋回体１１が旋回可能に搭載されている。上部旋回体１１に、ブーム１２、アーム１３、及びバケット１４が連結されている。ブームシリンダ１５がブーム１２を駆動する。アームシリンダ１６がアーム１３を駆動する。バケットシリンダ１７がバケット１４を駆動する。上部旋回体１１に搭載された旋回モータ１８が、上部旋回体１１を旋回させる動力を発生する。旋回モータ１８には、電動モータを用いることができる。コントローラ１９が旋回モータ１８を制御する。上部旋回体１１に、操作者によって操作される操作器２０が配置されている。操作器２０は、例えば操作レバー２０Ａを含み、操作者による操作を検知する。

バケット１４に代えて、他のアタッチメントをアーム１３の先端に取り付けることも可能である。バケット１４以外のアタッチメントとして、クラッシャ、ブレーカ、リフティングマグネット等が挙げられる。

図２に、実施例によるショベルのブロック図を示す。エンジン３０、電動発電機３１、及びメイン油圧ポンプ３２が、トルク伝達機構３３を介して相互に接続されている。電動発電機３１は、発電運転及び電動運転（アシスト運転）を行うことができる。発電運転時には、エンジン３０の動力が電動発電機３１に伝達される。アシスト運転時には、電動発電機３１で発生する動力が、メイン油圧ポンプ３２に伝達される。メイン油圧ポンプ３２の回転軸が、パイロット圧用油圧ポンプ３９に連結されている。

電動発電機３１及び旋回モータ１８が、それぞれインバータ３４及び３６を介して蓄電回路３５に接続されている。旋回モータ１８で発生したトルクが、減速機３８を介して上部旋回体１１（図１）に伝達される。旋回モータ１８は、上部旋回体１１の旋回速度の減速時に回生電力を発生する。

メイン油圧ポンプ３２は、コントロールバルブ４０に作動油を供給する。パイロット圧用油圧ポンプ３９は、操作器２０に一次パイロット圧を供給する。操作器２０は、操作状況に応じて一次パイロット圧を二次パイロット圧に変換する。二次パイロット圧は、コントロールバルブ４０及び圧力センサ２１に供給される。

コントロールバルブ４０は、二次パイロット圧に応じて、作動油をブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、バケットシリンダ１７、油圧モータ２２、２３に振り分ける。油圧モータ２２、２３は、下部走行体１０（図１）の左右のクローラを駆動する。圧力センサ２１は、二次パイロット圧を電気信号に変換する。この電気信号は、コントローラ１９に入力される。

操作器２０は、上部旋回体１１の旋回操作に関する操作量に応じて電気信号を発生する。この電気信号は、コントローラ１９に入力される。コントローラ１９は、圧力センサ２１及び操作器２０からの電気信号に基づいて、ブーム１２の上げ下げ、アーム１３の開閉、バケット１４の開閉、下部走行体１０の動作、上部旋回体１１の旋回動作に関する操作情報を得る。

レゾルバ３７が、旋回モータ１８の回転速度を検出する。この検出結果が、コントローラ１９に入力される。

蓄電回路３５は、蓄電装置及び昇降圧コンバータを含む。蓄電装置から、昇降圧コンバータを介して、インバータ３４及び３６に直流電力が供給される。電動発電機３１で発電された電力、及び旋回モータ１８で発生した回生電力が、それぞれインバータ３４及び３６を介して蓄電回路３５に供給される。これらの電力により、蓄電装置が充電される。

コントローラ１９がインバータ３４を制御することにより、電動発電機３１の発電運転またはアシスト運転が行われる。さらに、コントローラ１９がインバータ３６を制御することにより、旋回モータ１８が駆動される。コントローラ１９は、電動発電機３１及び旋回モータ１８で必要となる電力、及び蓄電装置の充電状態に応じて蓄電回路３５の充放電制御を行う。

図３Ａに、操作器２０の概略図を示す。操作器２０は、２本の操作レバー、及び２つのペダルを含む。２本の操作レバーによって、旋回モータ１８、ブーム１２、アーム１３、及びバケット１４に対する操作が行われる。ペダルによって、下部走行体１０のクローラに対する操作が行われる。図３Ａは、旋回モータ１８に対する操作を行う操作レバー２０Ａが示されている。中立位置にある操作レバー２０Ａが実線で示されている。破線で示されているように、操作レバー２０Ａは、中立位置から正方向または負方向に向って倒される。例えば、正方向への操作が右旋回に対応し、負方向への操作が左旋回に対応する。

位置センサ２０Ｂが、操作レバー２０Ａの操作量を検出し、検出された操作量ＯＡを出力する。操作量ＯＡは、例えば電気信号である。

図３Ｂに、旋回モータ１８の駆動制御を行う制御ブロック図を示す。操作器２０から出力された操作量ＯＡが、コントローラ１９に入力される。コントローラ１９は、インバータ３６に制御信号ＳＣを送信する。インバータ３６は、制御信号ＳＣに基づいて、旋回モータ１８に駆動電流を供給する。レゾルバ３７で検出された回転速度の測定値ＳＲが、コントローラ１９にフィードバックされる。コントローラ１９は、回転速度の測定値ＳＲに基づいて、フィードバック制御を行う。

次に、図４を参照して、実施例によるショベルの旋回モータ１８（図２）の制御方法について説明する。

図４に、コントローラ１９が実行する制御のフローチャートを示す。ステップＳ１０において、中立位置から操作を開始したときの操作量ＯＡの時間変化に基づいて、現在の操作が「通常操作」であるか「微操作」であるかを判定する。ここで、「微操作」とは、「通常操作」に比べてアタッチメントの先端位置を微調整するのに適している操作を意味する。中立位置から操作レバー２０Ａを通常の速さで倒した場合には、この操作は通常操作であると判定され、中立位置から操作レバー２０Ａを通常の速さよりもゆっくり倒した場合には、この操作は微操作であると判定される。現在の操作が微操作か否かの詳細な判定方法については、後に図５Ａを参照して説明する。

現在の操作が微操作であると判定された場合には、ステップＳ１１において、微操作モードで旋回モータ１８を制御する。現在の操作が通常操作であると判定された場合には、ステップＳ１２において、通常操作モードで旋回モータ１８を制御する。微操作モード時には、通常操作モード時と比べて、操作量ＯＡに対する旋回モータの回転速度の目標値の変化率が小さい条件で旋回モータ１８が制御される。微操作モード及び通常操作モードは、操作器２０が中立位置に復帰するまで継続される。微操作モード及び通常操作モードでの詳細な制御方法については、後に図５Ｂを参照して説明する。

次に、図５Ａを参照して、現在の操作が「通常操作」であるか「微操作」であるかを判定する方法について説明する。

図５Ａは、操作レバー２０Ａ（図３Ａ）の操作開始時点からの経過時間と、操作量ＯＡとの関係の例を示す。横軸は経過時間を表し、縦軸は操作量ＯＡを表す。中立位置において操作量ＯＡが０である。操作レバー２０Ａを正方向に倒すと、操作量ＯＡが正方向に増大し、操作レバー２０Ａを負方向に倒すと、操作量ＯＡが負方向に増大する。現在の操作が「通常操作」であるか「微操作」であるかを判定するための判定操作量ＯＡｊが定義されている。

操作レバー２０Ａを中立位置から正方向に倒すと、操作量ＯＡが、時間の経過とともに増加する。操作レバー２０Ａを正方向に通常の速さで倒した時の操作量ＯＡの時間変化を太い実線ＯＡ１で表し、ゆっくり倒した時の操作量ＯＡの変化を細い実線ＯＡ２で表す。細い実線ＯＡ２の傾きは、太い実線ＯＡ１の傾きより緩やかである。

操作量ＯＡの絶対値が判定操作量ＯＡｊより小さい範囲に収まっている期間における操作量ＯＡの時間変化率に基づいて、現在の操作が通常操作であるか微操作であるかが判定される。具体的には、操作量ＯＡの絶対値が、中立位置から判定操作量ＯＡｊに達するまでの時間が、判定閾値ｔｊ以上の場合に、現在の操作が微操作であると判定され、判定閾値ｔｊ未満の場合に、現在の操作が通常操作であると判定される。

図５Ａに示した例では、太い実線ＯＡ１で示された操作は、通常操作であると判定され、細い実線ＯＡ２で示された操作は、微操作であると判定される。

次に、図５Ｂを参照して、通常操作モード及び微操作モードにおける旋回モータ１８の制御方法について説明する。

図５Ｂは、操作器２０（図３Ａ、図３Ｂ）の操作量ＯＡと、旋回モータ１８（図３Ｂ）を制御するための動作指令値ＯＣとの関係を示す。横軸は操作量ＯＡを表し、縦軸は動作指令値ＯＣを表す。横軸の原点が、操作器２０の中立位置に相当する。動作指令値ＯＣは、例えば旋回モータ１８の回転速度の目標値を指令する値である。なお、動作指令値ＯＣとして、旋回モータ１８が発生するトルクの目標値を指令する値を採用してもよい。図５Ｂの操作量ＯＡが正の領域は、旋回モータ１８を右旋回させる動作指令値ＯＣを示しており、操作量ＯＡが負の領域は、旋回モータ１８を左旋回させる動作指令値ＯＣを示している。

コントローラ１９（図３Ｂ）に、通常操作モード時の操作量ＯＡと動作指令値ＯＣとの関係（通常操作時の関係）Ｒ１を定義する情報、及び微操作モード時の操作量ＯＡと動作指令値ＯＣとの関係（微操作時の関係）Ｒ２を定義する情報が記憶されている。操作量ＯＡに、中立位置を含む通常操作時の不感帯ＤＺ１、及び中立位置を含み、通常操作時の不感帯ＤＺ１よりも狭い微操作時の不感帯ＤＺ２が定義されている。

通常操作時の関係Ｒ１においては、操作量ＯＡが通常操作時の不感帯ＤＺ１の範囲内で動作指令値ＯＣが０である。操作量ＯＡの絶対値が通常操作時の不感帯ＤＺ１の上限値を超えると、動作指令値ＯＣが出力される。操作量ＯＡの絶対値が増加するに従って、動作指令値ＯＣも大きくなる。動作指令値ＯＣが、上限値ＯＣＭに達すると、操作量ＯＡが増加しても、動作指令値ＯＣは上限値ＯＣＭで一定になる。

微操作時の関係Ｒ２においては、操作量ＯＡが微操作時の不感帯ＤＺ２の範囲内で動作指令値ＯＣが０である。操作量ＯＡの絶対値が微操作時の不感帯ＤＺ２の上限値を超えると、動作指令値ＯＣが出力される。操作量ＯＡの絶対値が増加するに従って、動作指令値ＯＣも大きくなる。

微操作時の不感帯ＤＺ２の範囲内で、現在の操作が通常操作であるか微操作であるかの判定が行われる。すなわち、判定操作量ＯＡｊ（図５Ａ）は、微操作時の不感帯ＤＺ２の上限値以下である。なお、微操作時の不感帯ＤＺ２の上限値と、判定操作量ＯＡｊ（図５Ａ）とを同一の値にすることが好ましい。両者を同一にすると、現在の操作が微操作であると判定された直後に、旋回モータ１８を動かし始めることができる。

操作量ＯＡが微操作時の不感帯ＤＺ２の上限値を超えた時点での微操作時の関係Ｒ２における操作量ＯＡに対する動作指令値ＯＣの変化率は、通常操作時の不感帯ＤＺ１の上限値を超えた時点での通常操作時の関係Ｒ１における操作量ＯＡに対する動作指令値ＯＣの変化率よりも小さい。また、操作量ＯＡが通常操作時の不感帯ＤＺ１の上限値を超えて、動作指令値ＯＣが上限値ＯＣＭに達するまでの範囲で、微操作時の関係Ｒ２における操作量ＯＡに対する動作指令値ＯＣの変化率は、通常操作時の関係Ｒ１における操作量ＯＡに対する動作指令値ＯＣの変化率よりも小さい。

微操作時の不感帯ＤＺ２の外側で、かつ通常操作時の不感帯ＤＺ１の内側の範囲では、微操作時の関係Ｒ２における動作指令値ＯＣが、通常操作時の関係Ｒ１における動作指令値ＯＣよりも大きい。操作量ＯＡが、通常操作時の不感帯ＤＺ１の上限値よりもやや大きくなった時点で、微操作時の関係Ｒ２における動作指令値ＯＣが、通常操作時の関係Ｒ１における動作指令値ＯＣと等しくなる。両者が等しくなる操作量ＯＡよりも操作量ＯＡが大きい範囲では、微操作時の関係Ｒ２における動作指令値ＯＣが、通常操作時の関係Ｒ１における動作指令値ＯＣより小さい。

ステップＳ１０（図４）において、現在の操作が通常操作と判定された場合には、通常操作時の関係Ｒ１に基づいて、現在の操作量ＯＡから動作指令値ＯＣを生成し、動作指令値ＯＣに基づいて旋回モータ１８を制御する（ステップＳ１２）。現在の操作が微操作と判定された場合には、微操作時の関係Ｒ２に基づいて、現在の操作量ＯＡから動作指令値ＯＣを生成し、動作指令値ＯＣに基づいて旋回モータ１８を制御する（ステップＳ１１）。

次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、通常操作モード時、及び微操作モード時の旋回モータ１８の動作について説明する。図６Ａ及び図６Ｂでは、操作器２０が正の方向（右旋回方向）に操作された例を示す。操作器２０が負の方向に操作された場合には、図６Ａ及び図６Ｂに示された操作量ＯＡの符号が負になり、動作指令値ＯＣが左旋回方向を示す値に変わる。

図６Ａに、通常操作モードにおける操作量ＯＡと動作指令値ＯＣとの時間変化の一例を示す。図６Ａにおいて、細い実線が操作量ＯＡを示し、太い実線が動作指令値ＯＣを示す。操作量ＯＡが中立位置から判定操作量ＯＡｊに達するための時間が、判定閾値ｔｊより短いため、図６Ａに示した操作は、通常操作であると判定される。このため、動作指令値ＯＣの生成には、通常操作時の通常操作時の関係Ｒ１（図５Ｂ）が適用される。

操作量ＯＡが通常操作時の不感帯ＤＺ１の上限値に達するまでは、動作指令値ＯＣが０である。操作量ＯＡが通常操作時の不感帯ＤＺ１の上限値を超えると、通常操作時の関係Ｒ１（図５Ｂ）に基づいて、現在の操作量ＯＡから動作指令値ＯＣが生成される。この動作指令値ＯＣに基づいて、旋回モータ１８（図３Ｂ）が制御される。

図６Ｂに、微操作モードにおける操作量ＯＡと動作指令値ＯＣとの時間変化の一例を示す。図６Ｂにおいて、細い実線が操作量ＯＡを示し、太い実線が動作指令値ＯＣを示す。操作量ＯＡが中立位置から判定操作量ＯＡｊに達するまでの時間が、判定閾値ｔｊより長いため、図６Ｂに示した操作は、微操作であると判定される。このため、動作指令値ＯＣの生成には、微操作時の関係Ｒ２（図５Ｂ）が適用される。

操作量ＯＡが微操作時の不感帯ＤＺ２の上限値に達するまでは、動作指令値ＯＣが０である。操作量ＯＡが微操作時の不感帯ＤＺ２の上限値を超えると、微操作時の関係Ｒ２（図５Ｂ）に基づいて、現在の操作量ＯＡから動作指令値ＯＣが生成される。この動作指令値ＯＣに基づいて、旋回モータ１８（図３Ｂ）が制御される。

微操作モード（図６Ｂ）では、通常操作モード（図６Ａ）に比べて、操作量ＯＡの変化量が同一でも、動作指令値ＯＣが緩やかに変化する。さらに、微操作モード（図６Ｂ）では、通常操作モード（図６Ａ）に比べて、操作量ＯＡが同一でも、中立位置の近傍を除いて動作指令値ＯＣが小さい。

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。図６Ａ及び図６Ｂに示したように、微操作モードでは、通常操作モードに比べて、操作量ＯＡの変化量が同一でも、動作指令値ＯＣが緩やかに変化する。このため、アタッチメントの先端の位置を微調整する操作を容易に行うことができる。

微操作モード時の操作量ＯＡと動作指令値ＯＣとの微操作時の関係Ｒ２（図５Ｂ）は、通常操作モード時の操作量ＯＡと動作指令値ＯＣとの通常操作時の関係Ｒ１（図５Ｂ）に比べて、直線に近い。このため、微操作時に、操作バーの操作に対して旋回モータ１８の反応が直線的に変化する。これにより、アタッチメントの先端の位置を微調整するときの操作性が向上する。

さらに、上記実施例では、微操作時の不感帯ＤＺ２（図５Ｂ）が通常操作時の不感帯ＤＺ１よりも狭い。このため、現在の操作が微操作であると判定されたときに、通常操作時に比べて旋回モータ１８の動き始めが早くなる。通常、微操作を行う際には、操作器２０が中立位置の近傍で頻繁に操作される。不感帯が広い場合には、中立位置の近傍で頻繁に行われる操作の各々の操作量を大きくしなければならない。上記実施例では、微操作時の不感帯ＤＺ２が狭くされているため、中立位置の近傍における頻繁な操作の操作性が向上する。

さらに、上記実施例では、操作器２０を中立位置からゆっくり操作すると、旋回モータ１８が微操作モードで制御され、中立位置から通常の速さで操作すると、旋回モータ１８が通常操作モードで制御される。操作者は、微操作モードと通常操作モードとのいずれかを選択するためにスイッチ等を操作する必要がない。このため、操作モードを選択するという煩わしい操作から解放され、操作器２０の操作に集中することができる。また、スイッチ等の操作忘れを防止することができる。実際に、操作者は、微小な操作を行いたい場合には操作器２０をゆっくり動かし始める。このため、操作者の意図に合致する操作モードが選択される。

図７Ａに、コントローラ１９の機能ブロック図の一例を示す。コントローラ１９は、第１の動作指令生成部５１、第２の動作指令生成部５２、微操作判定部５３、操作モード切替部５４、及びインバータ制御部５５を含む。第１の動作指令生成部５１、第２の動作指令生成部５２、及び微操作判定部５３に、現在の操作量ＯＡが入力される。

第１の動作指令生成部５１に、操作量ＯＡと動作指令値ＯＣとの通常操作時の関係Ｒ１（図５Ｂ）を定義する情報が記憶されており、第２の動作指令生成部５２に、操作量ＯＡと動作指令値ＯＣとの微操作時の関係Ｒ２（図５Ｂ）を定義する情報が記憶されている。第１の動作指令生成部５１は、現在の操作量ＯＡと、通常操作時の関係Ｒ１とに基づいて、動作指令値ＯＣ１を出力する。第２の動作指令生成部５２は、現在の操作量ＯＡと、微操作時の関係Ｒ２とに基づいて、動作指令値ＯＣ２を出力する。動作指令値ＯＣ１、ＯＣ２によって、旋回モータ１８の回転速度の目標値またはトルクの目標値が指令される。

操作モード切替部５４は、第１の動作指令生成部５１の出力である動作指令値ＯＣ１及び第２の動作指令生成部５２の出力である動作指令値ＯＣ２の一方を選択して、動作指令値ＯＣとしてインバータ制御部５５に与える。

微操作判定部５３は、現在の操作量ＯＡの時間変化に基づいて、現在の操作が微操作か通常操作かを判定する。具体的な判定方法は、図５Ａを参照して説明した通りである。現在の操作が微操作であると判定された場合には、第２の動作指令生成部５２の出力である動作指令値ＯＣ２がインバータ制御部５５に入力されるように、微操作判定部５３が操作モード切替部５４を制御する。現在の操作が通常操作であると判定された場合には、第１の動作指令生成部５１の出力である動作指令値ＯＣ１がインバータ制御部５５に入力されるように、微操作判定部５３が操作モード切替部５４を制御する。

インバータ制御部５５は、動作指令値ＯＣに基づいて、インバータ３６に与える制御信号ＳＣを発生する。このとき、旋回モータ１８の回転速度の測定値ＳＲ、及びインバータ３６の出力電流の測定値Ｉに基づくフィードバック制御が行われる。インバータ３６は、制御信号ＳＣに基づいて、旋回モータ１８に駆動電流を供給する。旋回モータ１８は、減速機３８を介して、上部旋回体１１を旋回させる。

図７Ｂに、旋回モータ１８を速度制御する場合のインバータ制御部５５の機能ブロック図の一例を示す。インバータ制御部５５は、速度制御部５５Ａ、及び電流制御部５５Ｂを含む。図７Ｂに示した例では、動作指令値ＯＣによって、旋回モータ１８の回転速度の目標値が指令される。

旋回モータ１８の回転速度の測定値ＳＲが、速度制御部５５Ａにフィードバックされる。速度制御部５５Ａは、回転速度の目標値である動作指令値ＯＣと、回転速度の測定値ＳＲとに基づいて、回線速度が動作指令値ＯＣに近づくように、トルク指令値ＴＣを出力する。

インバータ３６の出力電流の測定値Ｉが、電流制御部５５Ｂにフィードバックされる。電流制御部５６は、トルク指令値ＴＣと電流の測定値Ｉとに基づいて、インバータ３６に制御信号ＳＣを与える。

図７Ｃに、旋回モータ１８をトルク制御する場合のインバータ制御部５５の機能ブロック図の一例を示す。インバータ制御部５５は電流制御部５５Ｂを含む。図７Ｃに示した例では、動作指令値ＯＣによって、旋回モータ１８のトルクの目標値が指令される。トルクの目標値は、トルク指令値ＴＣ（図７Ｂ）に相当する。

インバータ３６の出力電流の測定値Ｉが、電流制御部５５Ｂにフィードバックされる。電流制御部５６は、動作指令値ＯＣで指令されたトルクの目標値と電流の測定値Ｉとに基づいて、インバータ３６に制御信号ＳＣを与える。旋回モータ１８をトルク制御する場合には、旋回モータ１８の回転速度の測定値ＳＲ（図７Ａ）は、フィードバック制御に用いる必要はない。

図７Ａ及び図７Ｂに示した例では、微操作判定部５３が操作モード切替部５４の切り替えを行うことにより、微操作モード及び通常操作モードの一方が選択されて、旋回モータ１８の制御が行われる。

次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照して他の実施例について説明する。以下、図１〜図７に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図８Ａに、本実施例によるショベルのコントローラの機能ブロック図の一例を示す。図８Ａに示した実施例では、コントローラ１９が追加トルク生成部５７を含む。追加トルク生成部５７は、上部旋回体１１が静止した状態から旋回を開始するときの静止摩擦力に相当する追加トルク指令値ＴＡを生成する。追加トルク指令値ＴＡは、開閉スイッチ５８を介してインバータ制御部５５に入力される。

インバータ制御部５５は、動作指令値ＯＣ１に基づくトルクの目標値に、追加トルク指令値ＴＡを上乗せした値を、新たなトルクの目標値として、旋回モータ１８を制御する。

微操作判定部５３が、開閉スイッチ５８の開閉動作を制御する。現在の操作が微操作であると判定された場合には、開閉スイッチ５８が閉じられ、現在の操作が通常操作であると判定された場合には、開閉スイッチ５８が開かれる。このため、現在の操作が微操作であると判定された場合に、電流制御部５６に与えられるトルクの指令値、すなわち旋回モータ１８が発生するトルクの目標値は、操作量ＯＡから求まるトルクの目標値に、静止摩擦力に相当するトルクが上乗せされた値になる。

操作者が操作器２０を操作して、旋回モータ１８にトルクが発生しても、静止摩擦力に相当するトルク以下である場合には、旋回モータ１８は旋回を開始しない。旋回モータ１８が旋回を開始するのは、旋回モータ１８が発生するトルクが、静止摩擦力に相当するトルクを超えたときである。図１〜図７Ｂに示した実施例では、上部旋回体１１を静止状態から旋回させるときに、操作者は、静止摩擦力に相当するトルク分だけ、操作量ＯＡを大きくしなければならない。図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例では、旋回モータ１８が、静止摩擦力に相当するトルクを追加して発生するため、上部旋回体１１の起動をスムーズに行うことができる。

図８Ｂに、インバータ制御部５５の機能ブロック図の一例を示す。追加トルク指令値ＴＡが加算器５５Ｃに入力される。加算器５５Ｃは、速度制御部５５Ａから出力されたトルク指令値ＴＣと、追加トルク生成部５７で生成された追加トルク指令値ＴＡとを加算して、電流制御部５５Ｂに与える。電流制御部５５Ｂに与えられるトルクの指令値、すなわち旋回モータ１８が発生するトルクの目標値は、操作量ＯＡから求まるトルクの目標値に、静止摩擦力に相当するトルクが上乗せされた値になる。

次に、図９を参照してさらに他の実施例について説明する。以下、図１〜図７Ｂに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図９は、本実施例によるショベルのコントローラ１９で実行される制御のフローチャートを示す。ステップＳ１０の処理は、図４に示したステップＳ１０の処理と同一である。ステップＳ１０で、現在の操作が微操作であると判定された場合には、ステップＳ２１において、操作モードを微操作モードに設定する。ステップＳ１０で、現在の操作が通常操作であると判定された場合には、ステップＳ２２において、操作モードを通常操作モードに設定する。

ステップＳ２１及びステップＳ２２で操作モードが設定された後、ステップＳ２３において、現在の操作量ＯＡ、及び操作モードに基づいて、動作指令値ＯＣを生成する。操作モードが微操作モードである場合、動作指令値ＯＣの生成に、微操作時の関係Ｒ２（図５Ｂ）が適用される。操作モードが通常操作モードである場合、動作指令値ＯＣの生成に、通常操作時の関係Ｒ１（図５Ｂ）が適用される。

ステップＳ２４において、操作器２０が中立位置に復帰したか否かを判定する。操作器２０が中立位置に復帰していない場合には、ステップＳ２３に戻って、動作指令値ＯＣの生成を継続する。操作器２０が中立位置に復帰した場合には、ステップＳ２５において操作モードを初期設定する。初期設定後、ステップＳ１０に戻って、現在の操作が微操作か否かの判定処理を実行する。

図９に示した実施例では、操作器２０が中立位置に復帰した時点で、操作モードが初期設定される。このため、操作者が特別な操作を行うことなく、微操作モードから通常操作モードへの切り替え、及び通常操作モードから微操作モードへの切り替えが行われる。操作者は、現在の操作を中止または中断するときに、通常、操作器２０を中立位置に復帰させる。従って、操作器２０が中立位置に復帰した時点で操作モードを初期設定する制御は、操作者の意志に沿う制御であるといえる。

次に、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図１〜図７に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図１０Ａに、本実施例によるショベルのコントローラ１９の一部の機能ブロック図を示す。本実施例では、操作量ＯＡが、ローパスフィルタ６０を介して、第１の動作指令生成部５１、第２の動作指令生成部５２、及び微操作判定部５３に入力される。操作量ＯＡの時間波形にローパスフィルタ処理が施され、ローパスフィルタ処理後の操作量ＯＡに基づいて、旋回モータ１８が制御される。ローパスフィルタ６０を配置することにより、操作量ＯＡの時間波形の高周波成分による影響を排除して、旋回モータ１８を制御することができる。微操作判定部５３は、現在の操作が微操作であると判定された場合と、通常操作と判定された場合とで、ローパスフィルタ６０のフィルタ特性、例えば遮断周波数を異ならせる。

図１０Ｂに、ローパスフィルタ６０のフィルタ特性の一例を示す。横軸は周波数を表し、縦軸は透過係数を表す。実線ＦＰ１が、通常操作時におけるローパスフィルタ６０のフィルタ特性を示し、破線ＦＰ２が、微操作時におけるローパスフィルタ６０のフィルタ特性を示す。図１０Ｂに示した例では、微操作時の遮断周波数が、通常操作時の遮断周波数より低くなっている。このため、現在の操作が微操作であると判定された場合には、現在の操作が通常操作であると判定された場合に比べて、操作量ＯＡの変化に対する動作指令値ＯＣの追随性が低下する。

微操作時において、操作量ＯＡの変化に対する動作指令値ＯＣの追随性を低下させることにより、上部旋回体１１の揺れに伴う操作者の腕の振動や揺らぎの影響を排除して、微操作時の操作性を向上させることができる。

次に、図１１を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図１〜図７に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。

図１１に、本実施例によるショベルのブロック図を示す。本実施例においては、出力装置６１が配置される。出力装置６１は、操作者が認識可能な態様で情報を出力する。例えば、画像の表示、音、光、振動の発生等により、情報を出力する。

コントローラ１９は、現在の操作が微操作であると判定したとき、出力装置６１に、現在の操作が微操作であることを示す情報を出力する。これにより、操作者は、旋回モータ１８が微操作モードで制御されることを容易に認識することができる。

上記複数の実施例では、旋回モータ１８として電動モータが用いられた。その他の構成として、旋回モータに油圧モータを用いてもよい。また、操作器２０から出力される二次パイロット圧によって、コントロールバルブ４０が駆動される例を示した。その他に、コントロールバルブ４０に電磁弁を用い、操作器２０が電磁弁を駆動する電気信号を出力する構成を採用することも可能である。さらに、旋回モータ１８を制御するための信号として、操作器２０から出力される二次パイロット圧を圧力センサ２１で電気信号に変換したものを用いることも可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 下部走行体
１１ 上部旋回体
１２ ブーム
１３ アーム
１４ バケット
１５ ブームシリンダ
１６ アームシリンダ
１７ バケットシリンダ
１８ 旋回モータ
１９ コントローラ
２０ 操作器
２０Ａ 操作レバー
２０Ｂ 位置センサ
２１ 圧力センサ
２２、２３ 油圧モータ
３０ エンジン
３１ 電動発電機
３２ メイン油圧ポンプ
３３ トルク伝達機構
３４ インバータ
３５ 蓄電回路
３６ インバータ
３７ レゾルバ
３８ 減速機
３９ パイロット圧用油圧ポンプ
４０ コントロールバルブ
５１ 第１の動作指令生成部
５２ 第２の動作指令生成部
５３ 微操作判定部
５４ 操作モード切替部
５５ インバータ制御部
５５Ａ 速度制御部
５５Ｂ 電流制御部
５５Ｃ 加算器
５７ 追加トルク生成部
５８ 開閉スイッチ
６０ ローパスフィルタ
６１ 出力装置
ＤＺ１ 通常操作時の不感帯
ＤＺ２ 微操作時の不感帯
ＯＡ 操作量
ＯＡｊ 判定操作量
ＯＣ 動作指令値
Ｒ１ 通常操作時の関係
Ｒ２ 微操作時の関係
ＳＣ 制御信号
ＴＡ 追加トルク指令値
ＴＣ トルク指令値
ｔｊ 判定閾値

Claims (8)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
   前記下部走行体に対して前記上部旋回体を旋回させる動力を発生する旋回電動モータと、
   中立位置からの操作量を検知する操作器から取得される操作量に基づいて、前記旋回電動モータの回転速度またはトルクを指令する動作指令値を生成し、前記動作指令値に基づいて前記旋回電動モータを制御するコントローラと
   を有し、
   前記上部旋回体を旋回させる動力は前記旋回電動モータのみで発生され、
   前記コントローラは、
   前記操作量に基づいて、前記操作量に対する前記動作指令値の変化率を変えて前記旋回電動モータを制御し、
   現在の操作が微操作である場合、所定のトルクを前記動作指令値に基づくトルクに上乗せして前記旋回電動モータを制御するショベル。
2. 前記コントローラは、前記操作量に対する前記動作指令値の変化率が異なる複数の制御モードのいずれかで前記旋回電動モータを制御し、
   中立位置から操作を開始したときの前記操作量の時間変化率に基づいて、前記操作量に対する前記動作指令値の変化率を小さくする請求項１に記載のショベル。
3. 前記コントローラは、
   前記動作指令値と前記操作量との関係が異なる２つの関係情報を記憶しており、
   前記操作量の時間変化率が判定閾値より小さいときには、前記操作量に対する前記動作指令値の変化率が小さい方の関係情報に基づいて、現在の前記操作量から前記動作指令値を生成し、前記操作量の時間変化率が前記判定閾値より大きいときには、前記操作量に対する前記動作指令値の変化率が大きい方の関係情報に基づいて、現在の前記操作量から前記動作指令値を生成する請求項１または２に記載のショベル。
4. 前記操作量に、前記操作量の時間変化率が判定閾値より小さいときの第１不感帯、及び前記操作量の中立位置を含み、前記第１不感帯よりも広い第２不感帯が定義されており、
   前記操作量の時間変化率が前記判定閾値より小さいときには、前記操作量が前記第１不感帯の範囲内で前記動作指令値が０となり、前記操作量が前記第１不感帯の上限値を超えると、前記動作指令値が出力され、
   前記操作量の時間変化率が前記判定閾値より大きいときには、前記第２不感帯の範囲内で前記動作指令値が０となり、前記操作量が前記第２不感帯の上限値を超えると、前記動作指令値が出力され、
   前記コントローラは、前記第１不感帯の範囲内で、前記操作量の時間変化率が前記判定閾値より小さいか否かを判定する請求項１または２に記載のショベル。
5. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
   前記下部走行体に対して前記上部旋回体を旋回させる動力を発生する旋回電動モータと、
   中立位置からの操作量を検知する操作器から取得される操作量に基づいて、前記旋回電動モータの回転速度またはトルクを指令する動作指令値を生成し、前記動作指令値に基づいて前記旋回電動モータを制御するコントローラと
   を有し、
   前記コントローラは、前記操作量に対する前記動作指令値の変化率を変える処理において、
   中立位置から操作を開始したときの前記操作量の時間変化率に基づいて、現在の操作が通常操作であるか微操作であるかを判定し、微操作であると判定された場合は、通常操作であると判定された場合に比べて、前記操作量に対する前記動作指令値の変化率を小さくし、
   現在の操作が微操作であると判定した場合、前記上部旋回体が旋回動作を開始するときの静止摩擦力に相当するトルクを、前記動作指令値に基づくトルクに上乗せして前記旋回電動モータを制御するショベル。
6. 前記コントローラは、
   前記操作量の時間変化率が判定閾値より小さいときには、前記操作量の時間変化率が前記判定閾値より大きいときと比べて、前記操作量の変化に対する前記動作指令値の追随性を低下させる請求項１または２に記載のショベル。
7. 前記コントローラは、前記操作量が０に復帰したことを検出すると、前記操作量の変化に基づいて、前記操作量に対する前記動作指令値の変化率を変えて前記旋回電動モータを制御する処理を再度実行する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のショベル。
8. 情報を出力する出力装置を、さらに有し、
   前記コントローラは、前記操作量の時間変化率が判定閾値より小さいときには、前記出力装置に、現在の操作における前記操作量の時間変化率が前記判定閾値より小さいことを示す情報を出力する請求項１または２に記載のショベル。
   

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