JP6851701B2 - Excavator - Google Patents

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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives

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Description

本発明は、ショベルに関する。 The present invention relates to excavators.

ショベルは、クローラと呼ばれる走行体、上部旋回体、走行体に対して上部旋回体を回転させる旋回装置、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントを備える。アタッチメントは、ブーム、アーム、バケットおよびそれらを駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有する。各シリンダは、運転者(オペレータ)によるレバー操作により制御可能となっている。 The excavator includes a traveling body called a crawler, an upper swivel body, a swivel device that rotates the upper swivel body with respect to the traveling body, and an attachment attached to the upper swivel body. The attachment includes a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder for driving them. Each cylinder can be controlled by lever operation by the driver (operator).

バケットに土砂や瓦礫などの積載物が収容された状態で、オペレータがブーム軸、アーム軸、バケット軸あるいは旋回軸を急激に動かすと、積載物がバケットからこぼれ落ちる(土砂溢れという)。土砂溢れは作業のやり直しを必要とするため作業効率を悪化させる要因となる。 When the operator suddenly moves the boom shaft, arm shaft, bucket shaft, or swivel shaft while the bucket contains a load such as earth and sand or rubble, the load spills out of the bucket (called sediment overflow). Sediment overflow is a factor that deteriorates work efficiency because it requires rework.

特開2008−267760号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-267760

しかしながら従来の土砂溢れの防止は、旋回トルクの急変を抑制したり、オペレータの設定にもとづいて旋回加速度を制限したり、アタッチメントの衝撃が低減されるように緩やかに旋回軸を止めるなど、旋回運動にともなう土砂溢れには有効であったが、アタッチメントの動作にもとづく土砂溢れに対して配慮されておらず、改善の余地があった。 However, the conventional prevention of sediment overflow is such as suppressing sudden changes in turning torque, limiting turning acceleration based on the operator's settings, and gently stopping the turning axis so that the impact of the attachment is reduced. Although it was effective against the sediment overflow that accompanies it, there was room for improvement because no consideration was given to the sediment overflow due to the operation of the attachment.

また、従来技術では、バケット姿勢を地面に対して自動的に水平に保つバケット角一定制御をベースとするものであり、バケットの力学的な運動が考慮されていない。 Further, the prior art is based on the bucket angle constant control that automatically keeps the bucket posture horizontal with respect to the ground, and does not consider the mechanical movement of the bucket.

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、土砂溢れを抑制可能なショベルの提供にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of the exemplary purposes of the present invention is to provide a shovel capable of suppressing sediment overflow.

1. 本発明のある態様はショベルに関する。ショベルは、クローラと、上部旋回体と、クローラに対して上部旋回体を回転させる旋回装置と、ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、アタッチメントの動作中にバケット内の積載物に加わる力が、積載物の安定しうるしきい値を超えないように、アタッチメントおよび上部旋回体の少なくとも一方の動作を制限するコントローラと、を備える。 1. 1. Some aspects of the invention relate to excavators. The excavator has a crawler, an upper swivel body, a swivel device that rotates the upper swivel body with respect to the crawler, a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder, and is an attachment attached to the upper swivel body. And a controller that limits the movement of at least one of the attachment and the upper swing body so that the force applied to the load in the bucket during the operation of the attachment does not exceed the stable threshold of the load.

この態様によると、アタッチメントの動作中に積載物に加わる力を考慮することで、土砂溢れを抑制することができる。 According to this aspect, the overflow of earth and sand can be suppressed by considering the force applied to the load during the operation of the attachment.

コントローラは、アタッチメントの動作にともない発生する力と旋回装置の動作にともない生ずる力の合力を考慮してもよい。これにより、旋回運動とアタッチメントの曲げ伸ばし運動を同時に行った場合の土砂溢れを抑制できる。 The controller may consider the resultant force of the force generated by the operation of the attachment and the force generated by the operation of the swivel device. As a result, it is possible to suppress the overflow of earth and sand when the turning motion and the bending / stretching motion of the attachment are performed at the same time.

コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸の加速度を抑制してもよい。 The controller may suppress the acceleration of at least one of the swivel shaft, the boom shaft, the arm shaft, and the bucket shaft.

コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の全軸の加速度を抑制してもよい。 The controller may suppress the acceleration of all the swivel shafts, boom shafts, arm shafts, and bucket shafts.

コントローラは、積載物をバケットから溢す方向に支配的に作用する軸の加速度を優先的に抑制してもよい。 The controller may preferentially suppress the acceleration of the axis that predominantly acts in the direction in which the load overflows the bucket.

コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸の速度を抑制してもよい。 The controller may suppress the speed of at least one of the swivel shaft, the boom shaft, the arm shaft, and the bucket shaft.

コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸のジャークを抑制してもよい。 The controller may suppress jerk on at least one of a swivel axis, a boom axis, an arm axis, and a bucket axis.

しきい値は、アタッチメントの姿勢に応じていてもよい。 The threshold value may depend on the attitude of the attachment.

2. 本発明のある態様はショベルに関する。ショベルは、クローラと、上部旋回体と、クローラに対して上部旋回体を回転させる旋回装置と、ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、バケットを移動させたときに、バケットの基準面がバケット内の積載物に生ずる加速度方向と垂直面に近づく方向に、バケットを傾けるコントローラと、を備える。 2. Some aspects of the invention relate to excavators. The excavator has a crawler, an upper swivel body, a swivel device that rotates the upper swivel body with respect to the crawler, a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder, and is an attachment attached to the upper swivel body. And a controller that tilts the bucket in a direction in which the reference plane of the bucket approaches the acceleration direction generated on the load in the bucket and the plane perpendicular to the plane when the bucket is moved.

本発明の別の態様もまた、ショベルである。このショベルは、クローラと、上部旋回体と、クローラに対して上部旋回体を回転させる旋回装置と、ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、旋回装置およびアタッチメントの少なくともひとつを可動中にバケット内の積載物の垂直抗力が大きくなるようにバケットを傾けるコントローラと、を備える。 Another aspect of the invention is also an excavator. This excavator has a crawler, an upper swivel body, a swivel device for rotating the upper swivel body with respect to the crawler, a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder, and is attached to the upper swivel body. It comprises an attachment and a controller that tilts the bucket so that the normal force of the load in the bucket increases while the swivel device and at least one of the attachments are in motion.

本発明のさらに別の態様もまた、ショベルである。このショベルは、クローラと、上部旋回体と、クローラに対して上部旋回体を回転させる旋回装置と、ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、旋回装置およびアタッチメントの少なくともひとつを可動中に、バケット内の積載物に対して、バケットの基準面と平行に働く力が小さくなるようにバケットを傾けるコントローラと、を備える。 Yet another aspect of the invention is also an excavator. This excavator has a crawler, an upper swivel body, a swivel device for rotating the upper swivel body with respect to the crawler, a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder, and is attached to the upper swivel body. It includes an attachment and a controller that tilts the bucket so that the force acting parallel to the reference plane of the bucket is small with respect to the load in the bucket while the swivel device and at least one of the attachments are in motion.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components or components and expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, and the like are also effective as aspects of the present invention.

本発明によれば、土砂溢れを抑制できる。 According to the present invention, sediment overflow can be suppressed.

実施の形態に係る建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance of the excavator which is an example of the construction machine which concerns on embodiment. ショベルの座標系を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the coordinate system of an excavator. 第1の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the excavator which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the excavator which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the excavator which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the excavator which concerns on 1st Embodiment. バケットおよび積載物を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the bucket and the load. 第1の使用形態におけるショベルの動作を示す図である。It is a figure which shows the operation of the excavator in the 1st use form. 第2の使用形態におけるショベルの動作を示す図である。It is a figure which shows the operation of the excavator in the 2nd use form. コントローラのブロック図である。It is a block diagram of a controller. 第2の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。It is a block diagram of one Example of the excavator which concerns on 2nd Embodiment. バケットおよび積載物を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the bucket and the load. 図13(a)、(b)は、コントローラによるバケット角制御を模式的に示す図である。13 (a) and 13 (b) are diagrams schematically showing bucket angle control by a controller. 図14(a)、(b)は、バケット角制御が有効なショベルの第1の使用形態を示す図である。14 (a) and 14 (b) are diagrams showing a first usage mode of a shovel in which bucket angle control is effective. バケット角制御が有効なショベルの第2の使用形態を示す図である。It is a figure which shows the 2nd use form of the excavator which bucket angle control is effective. コントローラのブロック図である。It is a block diagram of a controller. 第1変形例に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。It is a block diagram of the electric system and the hydraulic system of the excavator which concerns on the 1st modification. 第2変形例に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。It is a block diagram of the electric system and the hydraulic system of the excavator which concerns on the 2nd modification.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In the present specification, the "state in which the member A is connected to the member B" means that the member A and the member B are physically directly connected, and that the member A and the member B are electrically connected to each other. It also includes the case of being indirectly connected via other members, which does not substantially affect the connection state, or does not impair the functions and effects performed by the combination thereof.

図1は、実施の形態に係る建設機械の一例であるショベル1の外観を示す斜視図である。ショベル1は、主としてクローラ(走行機構ともいう)2と、クローラ2の上部に旋回装置3を介して回動自在に搭載された上部旋回体(以下、単に旋回体ともいう)4とを備えている。 FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the excavator 1, which is an example of the construction machine according to the embodiment. The excavator 1 mainly includes a crawler (also referred to as a traveling mechanism) 2 and an upper swivel body (hereinafter, also simply referred to as a swivel body) 4 rotatably mounted on the crawler 2 via a swivel device 3. There is.

旋回体4には、ブーム5と、ブーム5の先端にリンク接続されたアーム6と、アーム6の先端にリンク接続されたバケット10とが取り付けられている。バケット10は、土砂、鋼材などの吊荷を捕獲するための設備である。ブーム5、アーム6、及びバケット10は、アタッチメント12と総称され、それぞれブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によって油圧駆動される。また、旋回体4には、バケット10の位置や励磁動作および釈放動作を操作する運転者を収容するための運転室4aや、油圧を発生するためのエンジン11といった動力源が設けられている。エンジン11は、例えばディーゼルエンジンで構成される。 The swing body 4 is attached with a boom 5, an arm 6 linked to the tip of the boom 5, and a bucket 10 linked to the tip of the arm 6. The bucket 10 is a facility for capturing suspended loads such as earth and sand and steel materials. The boom 5, arm 6, and bucket 10 are collectively referred to as an attachment 12, and are hydraulically driven by a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9, respectively. Further, the swivel body 4 is provided with a power source such as a driver's cab 4a for accommodating a driver who operates a position of a bucket 10, an excitation operation and a release operation, and an engine 11 for generating flood control. The engine 11 is composed of, for example, a diesel engine.

図2は、ショベル1の座標系を模式的に示す図である。ショベル1においては、ブーム5、アーム6、バケット10それぞれの位置を示す角度座標θ〜θが定義される。θはブームと旋回体4の位置関係、θはブーム5とアーム6の位置関係、θはアーム6とバケット10の位置関係を一義的に表せばよく、それらはどのように定義しても構わない。θ〜θの組み合わせを単にθと示し、アタッチメント12全体の位置(姿勢)を示すものとする。FIG. 2 is a diagram schematically showing the coordinate system of the excavator 1. In the excavator 1, angular coordinates θ 1 to θ 3 indicating the positions of the boom 5, the arm 6, and the bucket 10 are defined. θ 1 is the positional relationship between the boom and the swivel body 4, θ 2 is the positional relationship between the boom 5 and the arm 6, and θ 3 is the positional relationship between the arm 6 and the bucket 10. How are they defined? It doesn't matter. The combination of θ 1 to θ 3 is simply indicated as θ, and the position (posture) of the entire attachment 12 is indicated.

またφは旋回装置3の旋回角を示す。R(θ,θ,θ)は、アタッチメント12の原点Oと、バケット10の基準位置Xの距離である。Rはアタッチメント12の機構にもとづく関数で表され、位置情報θ〜θから計算することができる。R(θ,θ,θ)を単にR(θ)とも記す。またアタッチメント12の原点およびバケット10の基準位置は、それぞれ適切に定めればよい。Further, φ indicates the turning angle of the turning device 3. R (θ 1 , θ 2 , θ 3 ) is the distance between the origin O of the attachment 12 and the reference position X of the bucket 10. R is represented by a function based on the mechanism of the attachment 12, and can be calculated from the position information θ 1 to θ 3. R (θ 1 , θ 2 , θ 3 ) is also simply referred to as R (θ). Further, the origin of the attachment 12 and the reference position of the bucket 10 may be appropriately determined.

(第1の実施の形態)
図3〜図6は、第1の実施の形態に係るショベル1の電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図3〜図6では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。なおここでは油圧ショベルについて説明するが、旋回に電動機を用いるハイブリッドショベルにも本発明は適用可能である。
(First Embodiment)
3 to 6 are block diagrams of an electric system, a hydraulic system, and the like of the excavator 1 according to the first embodiment. In FIGS. 3 to 6, the system for mechanically transmitting power is shown by a double line, the hydraulic system is shown by a thick solid line, the flight control system is shown by a broken line, and the electric system is shown by a thin solid line. Although the hydraulic excavator will be described here, the present invention can also be applied to a hybrid excavator that uses an electric motor for turning.

機械式駆動部としてのエンジン11は、油圧ポンプとしてメインポンプ14及びパイロットポンプ15に接続されている。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が接続されている。なお、油圧アクチュエータに油圧を供給する油圧回路は2系統設けられることがあり、その場合にはメインポンプ14は2つの油圧ポンプを含む。本明細書では理解の容易化のため、メインポンプが1系統の場合を説明する。 The engine 11 as a mechanical drive unit is connected to the main pump 14 and the pilot pump 15 as a hydraulic pump. A control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high-pressure hydraulic line 16. In addition, two hydraulic circuits for supplying hydraulic pressure to the hydraulic actuator may be provided, in which case the main pump 14 includes two hydraulic pumps. In this specification, for the sake of facilitation of understanding, the case where the main pump is one system will be described.

コントロールバルブ17は、ショベル1における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ17には、図1に示したクローラ2を駆動するための走行油圧モータ2A及び2Bの他、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が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ17は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。 The control valve 17 is a device that controls the hydraulic system in the excavator 1. In addition to the traveling hydraulic motors 2A and 2B for driving the crawler 2 shown in FIG. 1, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 are connected to the control valve 17 via a high-pressure hydraulic line. , The control valve 17 controls the hydraulic pressure supplied to them according to the operation input of the driver.

また、旋回装置3を駆動するための旋回油圧モータ21がコントロールバルブ17に接続される。旋回油圧モータ21は、旋回コントローラの油圧回路を介してコントロールバルブ17に接続されるが、図3等には旋回コントローラの油圧回路は示されず、簡略化されている。 Further, a swivel hydraulic motor 21 for driving the swivel device 3 is connected to the control valve 17. The swivel hydraulic motor 21 is connected to the control valve 17 via the hydraulic circuit of the swivel controller, but the hydraulic circuit of the swivel controller is not shown in FIG. 3 and the like, which is simplified.

パイロットポンプ15には、パイロットライン25を介して操作装置26(操作手段)が接続されている。操作装置26は、クローラ2、旋回装置3、ブーム5、アーム6、及びバケット10を操作するための操作装置であり、運転者によって操作される。操作装置26には、油圧ライン27を介してコントロールバルブ17が接続され、また、油圧ライン28を介して圧力センサ29が接続される。 An operating device 26 (operating means) is connected to the pilot pump 15 via a pilot line 25. The operating device 26 is an operating device for operating the crawler 2, the swivel device 3, the boom 5, the arm 6, and the bucket 10, and is operated by the driver. The control valve 17 is connected to the operating device 26 via the hydraulic line 27, and the pressure sensor 29 is connected via the hydraulic line 28.

操作装置26は、パイロットライン25を通じて供給される油圧(1次側の油圧)を運転者の操作量に応じた油圧(2次側の油圧)に変換して出力する。操作装置26から出力される2次側の油圧は、油圧ライン27を通じてコントロールバルブ17に供給されるとともに、圧力センサ29によって検出される。なお図3等において油圧ライン27は1本で描かれているが、実際には左走行油圧モータ、右走行油圧モータ、旋回それぞれの制御指令値の油圧ラインが存在する。 The operating device 26 converts the flood control supplied through the pilot line 25 (primary-side flood control) into a flood control (secondary-side flood control) according to the amount of operation by the driver and outputs the output. The secondary side oil pressure output from the operating device 26 is supplied to the control valve 17 through the hydraulic line 27 and is detected by the pressure sensor 29. Although the hydraulic line 27 is drawn as one in FIG. 3 and the like, there are actually a left traveling hydraulic motor, a right traveling hydraulic motor, and a hydraulic line with control command values for turning.

操作装置26は、3つの入力装置26A〜26Cを含む。入力装置26A〜26Cはペダルもしくはレバーであり、入力装置26A〜26Cは、油圧ライン27及び28を介して、コントロールバルブ17及び圧力センサ29にそれぞれ接続される。圧力センサ29は、電気系の駆動制御を行うコントローラ30に接続されている。本実施形態では、入力装置26Aが旋回操作レバーとして機能し、入力装置26Bがアタッチメントの操作レバーとして機能する。入力装置26Cは、走行用のレバーもしくはペダルである。 The operating device 26 includes three input devices 26A to 26C. The input devices 26A to 26C are pedals or levers, and the input devices 26A to 26C are connected to the control valve 17 and the pressure sensor 29 via the hydraulic lines 27 and 28, respectively. The pressure sensor 29 is connected to a controller 30 that controls the drive of the electrical system. In the present embodiment, the input device 26A functions as a turning operation lever, and the input device 26B functions as an attachment operation lever. The input device 26C is a traveling lever or pedal.

コントローラ30は、ショベルの駆動制御を行う主制御部である。コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、CPUがメモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される。 The controller 30 is a main control unit that controls the drive of the excavator. The controller 30 is composed of a CPU (Central Processing Unit) and an arithmetic processing device including an internal memory, and is realized by the CPU executing a drive control program stored in the memory.

センサ530は、アタッチメント23の位置情報θを検出する。具体的には位置情報θは、ブーム5、アーム6、バケット10それぞれの位置を示す角度座標θ〜θの検出値を含む。センサ530は、リンク角センサあるいはシリンダの変位量を検出するセンサで構成することができる。また位置情報は、角度情報[rad]であってもよいし、角速度情報[rad/s]であってもよいし、あるいは角加速度情報[rad/s]であってもよい。The sensor 530 detects the position information θ of the attachment 23. Specifically, the position information θ includes the detected values of the angular coordinates θ 1 to θ 3 indicating the positions of the boom 5, the arm 6, and the bucket 10. The sensor 530 can be composed of a link angle sensor or a sensor that detects the displacement amount of the cylinder. Further, the position information may be angle information [rad], angular velocity information [rad / s], or angular acceleration information [rad / s 2 ].

コントローラ30は、アタッチメント12の動作中にバケット10内の積載物に加わる力Fが、積載物の安定しうるしきい値Tを超えないように、アタッチメント12および上部旋回体4の少なくとも一方の動作を制限する。コントローラ30による制限制御については後述する。 The controller 30 operates at least one of the attachment 12 and the upper swing body 4 so that the force F applied to the load in the bucket 10 during the operation of the attachment 12 does not exceed the stable threshold value T of the load. Restrict. The limit control by the controller 30 will be described later.

図7は、バケット10および積載物40を模式的に示す図である。ある使用形態において土砂溢れは、積載物40に加わる力Fが最大静止摩擦力μNを上回ると発生する。したがってしきい値Tは、静止摩擦係数μと垂直抗力N、積載物40の質量mを考慮して計算することができる。 FIG. 7 is a diagram schematically showing the bucket 10 and the load 40. In a certain usage pattern, sediment overflow occurs when the force F applied to the load 40 exceeds the maximum static friction force μN. Therefore, the threshold value T can be calculated in consideration of the coefficient of static friction μ, the normal force N, and the mass m of the load 40.

具体的にはしきい値は、積載物およびバケット10をモデル化することにより近似的に計算することができる。バケット10が水平面(地面)となす角度をδとする。バケット10の静止状態では垂直抗力Nは、N=mg×cosδである。また積載物40を溢す方向xには、重力の成分F=mg×sinδが働いている。よって関係式F<μNが土砂溢れが生じない条件となる。Specifically, the threshold can be calculated approximately by modeling the load and the bucket 10. Let δ be the angle formed by the bucket 10 with the horizontal plane (ground). In the stationary state of the bucket 10, the normal force N is N = mg × cos δ. Also in the cargo 40 spilled to the direction x is worked component F G = mg × sinδ gravity. Thus relation F G <[mu] N is a condition that does not cause overflow sediment.

アタッチメント12あるいは旋回装置3を動かすと、重力の成分に加えて、アタッチメント12や旋回装置3の動作に起因する力F||が積載物40に加わる。このとき、関係式F||+F<μNが土砂溢れが発生しない条件となる。これを変形すると、以下の関係式を得ることができ、右辺μ−Fがしきい値Tとなる。
||<μN−F
T=μN−F=μmg×cosδ−mg×sinδ
=mg(μcosδ−sinδ)
つまり、しきい値Tはバケット角δの関数であるため、バケット角δが溢しやすい範囲にあるときには、しきい値Tを低下させることが望ましい。なお、アタッチメント12や旋回装置3を動かすことで垂直抗力Nも変化するが、その影響は無視している。
When the attachment 12 or the swivel device 3 is moved, in addition to the gravity component, a force F || caused by the operation of the attachment 12 or the swivel device 3 is applied to the load 40. At this time, a condition for equation F || + F G <μN no overflow occurs sediment. By transforming this, it is possible to obtain the following equation, the right side mu N -F G is the threshold T.
F || <μN-F G
T = μN-F G = μmg × cosδ-mg × sinδ
= Mg (μcosδ-sinδ)
That is, since the threshold value T is a function of the bucket angle δ, it is desirable to lower the threshold value T when the bucket angle δ is in a range where it is likely to overflow. The normal force N also changes by moving the attachment 12 and the swivel device 3, but the effect is ignored.

しきい値Tは、ショベル1の設計段階において典型的なδ、μ、mを仮定し、これらにもとづいて計算した所定値を用いてもよい。あるいはショベル1の運転者が設定できるようにしてもよい。 As the threshold value T, typical δ, μ, and m are assumed in the design stage of the excavator 1, and a predetermined value calculated based on these may be used. Alternatively, the driver of the excavator 1 may be able to set it.

あるいはコントローラ30が実行するプログラム(あるいはハードウェア)に、しきい値Tの演算式を記述しておき、しきい値Tを適応的に演算してもよい。たとえばアタッチメント12の姿勢から角度δを計算し、しきい値Tを適宜計算してもよい。また積載物40の質量mが測定可能である場合、質量mをしきい値Tに反映させてもよい。 Alternatively, the calculation formula of the threshold value T may be described in the program (or hardware) executed by the controller 30, and the threshold value T may be calculated adaptively. For example, the angle δ may be calculated from the posture of the attachment 12, and the threshold value T may be calculated as appropriate. If the mass m of the load 40 is measurable, the mass m may be reflected in the threshold value T.

より高度なモデルでは、アタッチメント12や旋回装置3の動作に起因する垂直抗力Nの変化を考慮してもよい。 In more advanced models, changes in normal force N due to the operation of the attachment 12 and swivel device 3 may be considered.

積載物40の形状によって溢れやすさが異なることが経験的に分かる。そこでカメラなどによって積載物の形状等を検出し、形状に応じてしきい値Tを動的、適応的に変化させてもよい。 It can be empirically found that the easiness of overflow differs depending on the shape of the load 40. Therefore, the shape of the load may be detected by a camera or the like, and the threshold value T may be dynamically and adaptively changed according to the shape.

なお、コントローラ30によるアタッチメント12や旋回体4の動作の制限は、バケット10中の積載物を運んでいる状態においてのみ行い、そうでない場合、たとえば排土中や掘削中は、制限しないことが望ましい。排土、掘削動作中は土砂溢れが問題とならないため、制限を解除することで、作業効率が低下するのを防止できる。なお、排土中であることや掘削中であることの判定には、たとえば特願2006−182504号公報に記載の技術を用いることができる。 It is desirable that the operation of the attachment 12 and the swivel body 4 by the controller 30 is restricted only in the state of carrying the load in the bucket 10, and not restricted in other cases, for example, during excavation or excavation. .. Since overflow of earth and sand does not matter during excavation and excavation operations, it is possible to prevent a decrease in work efficiency by removing the restriction. For the determination of whether the soil is being excavated or excavated, for example, the technique described in Japanese Patent Application No. 2006-182504 can be used.

続いて、コントローラ30によるアタッチメント12や旋回体4の動作制限について、ショベル1のいくつかの使用形態と関連付けて説明する。 Subsequently, the operation limitation of the attachment 12 and the swivel body 4 by the controller 30 will be described in relation to some usage patterns of the excavator 1.

図8は、第1の使用形態におけるショベル1の動作を示す図である。図8には旋回持ち上げ動作が示される。旋回持ち上げ動作では、バケット内の積載物40に働く力Fは式(1a)、(1b)で表される。
=m×α …(1a)
α=(y11+y12+y13+y14) …(1b)
m: 積載物の質量
α: 積載物の加速度
11:アタッチメント12の動作により生ずる遠心力
12:旋回装置3の動作により生ずる遠心力
13:旋回装置3の動作によりアタッチメント12が積載物40に及ぼす力
14:アタッチメント12の動作によりアタッチメント12が積載物40に及ぼす力
FIG. 8 is a diagram showing the operation of the excavator 1 in the first usage mode. FIG. 8 shows a swivel lifting operation. The swivel lifting operation, the force F A acting on the cargo 40 in the bucket formula (1a), represented by (1b).
F A = m × α A ... (1a)
α A = (y 11 + y 12 + y 13 + y 14 )… (1b)
m: Mass of the load α A : Acceleration of the load y 11 : Centrifugal force generated by the operation of the attachment 12 y 12 : Centrifugal force generated by the operation of the swivel device 3 y 13 : The attachment 12 is the load generated by the operation of the swivel device 3. Force exerted on 40 y 14 : Force exerted by the attachment 12 on the load 40 due to the operation of the attachment 12.

つまりこの使用形態では、アタッチメント12の動作にともない発生する力y11,y14と旋回装置3の動作にともない生ずる力y12,y13の合力Fが考慮される。なお、旋回持ち下げ動作も同様に考えることができる。That this use form, the resultant force F A force y 12, y 13 occurring with the operation of the power y 11, y 14 and turning device 3 for generating with the operation of the attachment 12 is taken into account. It should be noted that the turning holding and lowering operation can be considered in the same manner.

遠心力y11は、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の変位にともない、アタッチメント12を含む平面内の原点O周りの遠心力であり、y11=R(θ)・(θ'+θ'+θ')で表される。「'」は時間微分d/dtを表す。The centrifugal force y 11 is a centrifugal force around the origin O in the plane including the attachment 12 due to the displacement of the boom shaft, the arm shaft, and the bucket shaft, and y 11 = R (θ) · (θ 1 '+ θ 2 '. + Θ 3 ') Represented by 2. "'" Represents the time derivative d / dt.

12は、旋回軸の回転により生ずる遠心力であり、たとえばy12=R(θ)・φ'で表される。y 12 is a centrifugal force generated by the rotation of the swivel shaft, and is represented by, for example, y 12 = R (θ) · φ ′ 2 .

13は、旋回軸の回転によりアタッチメント12が積載物40に及ぼす力であり、たとえばy13=R(θ)・φ''で表される。「''」は時間の2階微分(d/dt)を表す。y 13 is a force exerted by the attachment 12 on the load 40 due to the rotation of the swivel shaft, and is represented by, for example, y 13 = R (θ) · φ ″. “''” Represents the second derivative (d / dt) 2 of time.

14は、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の変位にともないアタッチメント12が積載物40に及ぼす力であり、たとえばy14=R(θ)・(θ''+θ''+θ'')で表される。y 14 is the force exerted by the attachment 12 on the load 40 due to the displacement of the boom shaft, arm shaft, and bucket shaft. For example, y 14 = R (θ) · (θ 1 '' + θ 2 '' + θ 3 '' ).

なおFは三次元ベクトルであるが、図7に示すように、土砂溢れに作用するのは、バケット10と平行な成分F||である。したがってアタッチメント12の姿勢を考慮して平行成分F||を演算してもよい。あるいは力Fのノルム(絶対値)がすべて土砂溢れに寄与するものとして、|F|≒F||と近似してもよい。Note F A but is a three-dimensional vector, as shown in FIG. 7, acting on the overflow sediment is parallel to the bucket 10 component F ||. Therefore, the parallel component F || may be calculated in consideration of the posture of the attachment 12. Or as the norm of the force F A (absolute value) are all contribute to overflow sediment, | F A | may be approximated with ≒ F ||.

コントローラ30は、各軸の座標θ〜θおよびφにもとづいて、力Fを演算する。上述のように力Fは、θ〜θおよびφの関数として把握される。そしてコントローラ30は、旋回持ち上げ動作中に積載物40の安定しうるしきい値をTと書くとき、関係式(2)を満たすようにアタッチメント12および旋回装置3の少なくとも一方の動作を制限する。
>F …(2)
The controller 30, based on the coordinates theta 1 through? 3 and φ for each axis, calculates a force F A. Force F A as described above, it is understood as a function of theta 1 through? 3 and phi. The controller 30, when the stable may thresholds cargo 40 during pivoting lifting operation written as T A, limits the operation of at least one of the attachment 12 and the turning device 3 so as to satisfy the relational expression (2).
T A> F A ... (2 )

ここで、しきい値Tは主に摩擦力により支配され、したがって積載物40の質量に比例すると近似できる。比例係数をSとすると、しきい値Tは式(3)で表される。
=m×S …(3)
Here, it can be approximated as the threshold value T A is mainly governed by a frictional force, thus proportional to the mass of the cargo 40. A proportionality coefficient and S A, threshold value T A is represented by the formula (3).
T A = m × S A ... (3)

式(1)〜(3)から、積載物40の質量mに依存しない関係式(4)を得る。コントローラ30は関係式(4)を満たすように、複数軸の加速度y11,y12,y13,y14の少なくとも一つを制限すればよい。
>(y11+y12+y13+y14) …(4)
From the equations (1) to (3), the relational expression (4) which does not depend on the mass m of the load 40 is obtained. The controller 30 may limit at least one of the accelerations y 11 , y 12 , y 13 and y 14 of the plurality of axes so as to satisfy the relational expression (4).
S A> (y 11 + y 12 + y 13 + y 14) ... (4)

図9は、第2の使用形態におけるショベル1の動作を示す図である。図9には、持ち上げ動作が示される。持ち上げ動作では、バケット10が上に持ち上げられながら、手前に引き込まれる。この持ち上げ動作では、バケット内の積載物40に働く力Fは式(5a)、(5b)で表される。
=m×α …(5a)
α=y11 …(5b)
11:アタッチメント12の動作により生ずる遠心力
なお、この使用形態においてy14を考慮してもよい。
FIG. 9 is a diagram showing the operation of the excavator 1 in the second usage mode. FIG. 9 shows a lifting operation. In the lifting operation, the bucket 10 is pulled toward the front while being lifted upward. This lifting operation, the force F B acting on the cargo 40 in the bucket is represented by the formula (5a), (5b).
F B = m × α B ... (5a)
α B = y 11 … (5b)
y 11 : Centrifugal force generated by the operation of the attachment 12 In this usage pattern, y 14 may be taken into consideration.

この使用形態では遠心力y11は、積載物40をバケット10の両脇からアーム6の奥側に向かって溢れ落とす方向に加わる。In this usage mode, the centrifugal force y 11 is applied in a direction in which the load 40 overflows from both sides of the bucket 10 toward the back side of the arm 6.

コントローラ30は、各軸の座標θ〜θにもとづいて、力Fを演算する。そしてコントローラ30は、持ち上げ動作中に積載物40の安定しうるしきい値をTと書くとき、関係式(6)を満たすようにアタッチメント12および旋回装置3の少なくとも一方の動作を制限する。しきい値Tは、しきい値Tと異なる値に定めてもよい。
>F …(6)
しきい値Tは比例係数Sを用いて式(7)で表される。
=m×S …(7)
The controller 30, based on the coordinates theta 1 through? 3 for each axis, calculates a force F B. The controller 30, when the lifting steady may thresholds cargo 40 during operation written as T B, limits the operation of at least one of the attachment 12 and the turning device 3 so as to satisfy the equation (6). Threshold T B may be set to a different value as the threshold value T A.
T B> F B ... (6 )
Threshold T B is represented by the formula (7) using the proportionality factor S B.
T B = m × S B ... (7)

式(5)〜(7)から、積載物40の質量mに依存しない関係式(8)を得る。コントローラ30は関係式(8)を満たすように、アーム軸、ブーム軸、バケット軸に関連する加速度y11,y14の少なくとも一つを制限すればよい。
>y11 …(8)
From the equations (5) to (7), the relational expression (8) which does not depend on the mass m of the load 40 is obtained. The controller 30 may limit at least one of the accelerations y 11 and y 14 associated with the arm shaft, boom shaft, and bucket shaft so as to satisfy the relational expression (8).
S B> y 11 ... (8 )

第1、第2の使用形態において、力FやFを抑制するために、コントローラ30は以下の制御を行うことができる。In the first, second usage pattern, in order to suppress the force F A and F B, the controller 30 can perform the following control.

制御1. 加速度の抑制
コントローラ30は、少なくともひとつの軸の加速度(角加速度)を制限することにより、力F,Fを低下させることができる。
Control 1. Suppression controller 30 of acceleration, by limiting the acceleration (angular acceleration) of at least one axis, it is possible to reduce the force F A, F B.

制御1A. たとえばコントローラ30は、全軸の加速度を抑制することにより関係式(4)あるいは(8)を維持してもよい。全軸の加速度の抑制は、(i)パイロット圧の流量変化を落とすこと、あるいは(ii)ポンプ出力トルクの変化量(時間変化率)を制限すること、などにより実現できる。パイロット圧の流量変化は、パイロットライン25上に、電磁絞りを追加することで実現してもよい。 Control 1A. For example, the controller 30 may maintain the relational expression (4) or (8) by suppressing the acceleration of all axes. Suppression of acceleration on all axes can be realized by (i) reducing the change in the flow rate of the pilot pressure, or (ii) limiting the amount of change (time change rate) in the pump output torque. The change in the flow rate of the pilot pressure may be realized by adding an electromagnetic diaphragm on the pilot line 25.

具体的には、図3のショベル1においては、油圧ライン27の経路上に流量調整弁18が設けられる。コントローラ30は、流量調整弁18を制御することにより、全軸の加速度を抑制することができる。 Specifically, in the excavator 1 of FIG. 3, a flow rate adjusting valve 18 is provided on the path of the hydraulic line 27. The controller 30 can suppress the acceleration of all axes by controlling the flow rate adjusting valve 18.

また図4のショベル1においては、コントローラ30がメインポンプ14を制御することにより、メインポンプ14の出力トルクの変化量が抑制することができる。 Further, in the excavator 1 of FIG. 4, the controller 30 controls the main pump 14, so that the amount of change in the output torque of the main pump 14 can be suppressed.

全軸の加速度を抑制することにより、直接的にはy13およびy14の項が抑制される。また加速度の抑制によりその後の速度が低下するため、y11,y12の項も間接的に抑制される。その結果、力F,Fが減少し、式(4)、(8)が満たされ、土砂溢れを抑制できる。また全軸を一律に抑制することで制御を簡素化できる。By suppressing the acceleration of all axes, the direct term of y 13 and y 14 are suppressed. Further, since the subsequent speed is reduced by suppressing the acceleration, the terms y 11 and y 12 are also indirectly suppressed. As a result, decreases the force F A, is F B, Equation (4), are satisfied (8), it can be suppressed overflow sediment. In addition, control can be simplified by uniformly suppressing all axes.

コントローラ30は、S<αとなると、加速度を抑制し、それでもなおS<αであるときには、さらに加速度を抑制してもよい。あるいはコントローラ30は、Sとαの比率K=α/Sにもとづいて加速度を抑制してもよい。たとえばある所定の範囲0<K<0.8では加速度を抑制せず、0.8<Kとなると加速度を抑制してもよい。Kが大きくなるほど、加速度を抑制する程度を高めてもよい。式(4)や(8)を満たすために、加速度をどのように低下させるかについてはさまざまなバリエーションが存在し、バリエーションも本発明の範囲に含まれる。 The controller 30 may suppress the acceleration when S <α, and may further suppress the acceleration when S <α. Alternatively, the controller 30 may suppress the acceleration based on the ratio K = α / S of S and α. For example, the acceleration may not be suppressed in a predetermined range 0 <K <0.8, and the acceleration may be suppressed in a certain predetermined range 0 <K <0.8. As K becomes larger, the degree of suppressing acceleration may be increased. There are various variations in how to reduce the acceleration in order to satisfy the equations (4) and (8), and the variations are also included in the scope of the present invention.

制御1B. あるいはコントローラ30は、いくつかの軸の加速度を制限し、残りの軸の加速度を抑制しないこととしてもよい。たとえばバケット軸θに関しては、力y14に及ぼす影響が他の軸に比べてそれほど大きくない場合がある。この場合、θの加速度を制限せずに、θ,θ,φの3軸について加速度の制限を行ってもよい。加速度を制限しない軸を適切に選択することで、応答性の低下、操作感の悪化を防止できる。Control 1B. Alternatively, the controller 30 may limit the acceleration of some axes and not suppress the acceleration of the remaining axes. For example, with respect to the bucket axis θ 3 , the influence on the force y 14 may not be so large as compared with other axes. In this case, the acceleration may be limited for the three axes of θ 1 , θ 2 , and φ without limiting the acceleration of θ 3. By appropriately selecting an axis that does not limit acceleration, it is possible to prevent deterioration of responsiveness and deterioration of operability.

あるいはコントローラ30は旋回軸φの加速度のみを抑制してもよい。なおこの制御を従来技術と混同してはならない。従来では、アタッチメントの運動により発生する力y11,y14は考慮されていない。Alternatively, the controller 30 may suppress only the acceleration of the turning shaft φ. This control should not be confused with the prior art. Conventionally, the forces y 11 and y 14 generated by the movement of the attachment are not taken into consideration.

制御2. 速度の抑制
コントローラ30は、少なくともひとつの軸の速度(角速度)を制限することにより、力F,Fを低下させることができる。
Control 2. Suppression controller 30 of the speed, by limiting the rate of at least one axis (angular velocity), it is possible to reduce the force F A, F B.

制御2A. コントローラ30は、全軸の速度を制限することにより関係式(2)を維持してもよい。全軸の速度の抑制は、(i)ポンプの出力トルクを落とすこと、(ii)パイロット圧を落とすこと、あるいは(iii)エンジンの回転数を落とすことにより実現できる。 Control 2A. The controller 30 may maintain the relational expression (2) by limiting the speed of all axes. Suppression of the speed of all axes can be achieved by (i) reducing the output torque of the pump, (ii) reducing the pilot pressure, or (iii) reducing the engine speed.

図4のショベル1において、コントローラ30は、メインポンプ14を制御することによりメインポンプ14の出力トルクを低下させることにより、速度を制限することができる。 In the excavator 1 of FIG. 4, the controller 30 can limit the speed by reducing the output torque of the main pump 14 by controlling the main pump 14.

図5のショベル1には、油圧ライン27上に比例弁19が設けられる。コントローラ30は、比例弁19を制御することによりパイロット圧を低下させることにより、速度を制限することができる。 The excavator 1 of FIG. 5 is provided with a proportional valve 19 on the hydraulic line 27. The controller 30 can limit the speed by reducing the pilot pressure by controlling the proportional valve 19.

図6のショベル1において、コントローラ30は、エンジン11の回転数を落とすことにより、速度を制限することができる。 In the excavator 1 of FIG. 6, the controller 30 can limit the speed by reducing the rotation speed of the engine 11.

コントローラ30は、S<αとなると、全軸の速度を抑制し、それでもなおS<Fであるときには、さらに速度を抑制してもよい。あるいはコントローラ30は、Sとαの比率K=α/Sにもとづいて速度を抑制してもよい。たとえばある所定の範囲0<K<0.8では速度を抑制せず、0.8<Kとなると速度を抑制してもよい。Kが大きくなるほど、速度を抑制する程度を高めてもよい。 The controller 30 may suppress the speed of all axes when S <α, and may further suppress the speed when S <F. Alternatively, the controller 30 may suppress the speed based on the ratio K = α / S of S and α. For example, in a certain predetermined range 0 <K <0.8, the speed may not be suppressed, and in 0.8 <K, the speed may be suppressed. As K becomes larger, the degree of suppressing the speed may be increased.

このように全軸の速度を抑制することにより、遠心力の項y11およびy12の項が抑制される。その結果、力F,Fが減少し、式(4)、(8)が満たされ、土砂溢れを抑制できる。また全軸を一律に抑制することで制御を簡素化できる。By thus suppressing the rate of all axes, term term y 11 and y 12 of the centrifugal force is suppressed. As a result, decreases the force F A, is F B, Equation (4), are satisfied (8), it can be suppressed overflow sediment. In addition, control can be simplified by uniformly suppressing all axes.

制御2B. コントローラ30は、いくつかの軸の速度を制限し、残りの軸の速度を抑制しないこととしてもよい。加速度を制限しない軸を適切に選択することで、応答性の低下、操作感の悪化を防止できる。 Control 2B. The controller 30 may limit the speed of some axes and not suppress the speed of the remaining axes. By appropriately selecting an axis that does not limit acceleration, it is possible to prevent deterioration of responsiveness and deterioration of operability.

制御3. 加速度および速度の抑制
コントローラ30は、加速度の抑制制御と速度の抑制制御を併用してもよい。この場合、y11,y12,y13,y14すべての項が制限されて力F,Fが低下する。たとえば(i)すべての軸について加速度、速度の両方を抑制したり、(ii)選択されたいくつかの軸について加速度、速度の両方を抑制したり、(iii)いくつかの軸について加速度を抑制し、残りのいくつかの軸について速度を抑制してもよい。
Control 3. Acceleration and speed suppression controller 30 may use both acceleration suppression control and speed suppression control. In this case, y 11, y 12, y 13, y 14 , all terms are limited by the force F A, is F B decreases. For example, (i) suppress both acceleration and velocity for all axes, (ii) suppress both acceleration and velocity for some selected axes, and (iii) suppress acceleration for some axes. However, the velocity may be suppressed for some of the remaining axes.

制御4. 加加速度の抑制
コントローラ30は、少なくともひとつの軸の加加速度(ジャーク)を制限することにより、力F,Fを低下させることができる。加加速度の抑制は、加速度や速度の抑制と組み合わせてもよい。
Control 4. Suppression controller 30 of the jerk, by limiting the jerk (jerk) of at least one axis, it is possible to reduce the force F A, F B. Jerk suppression may be combined with acceleration or velocity suppression.

このように、加速度、速度、加加速度を抑制することで、力Fがしきい値Tを超えないような制御が実現できる。 By suppressing the acceleration, velocity, and jerk in this way, it is possible to realize control so that the force F does not exceed the threshold value T.

続いて、複数軸の制御について説明する。コントローラ30は、積載物40をバケット10から溢す方向に支配的に作用する軸の加速度、速度あるいはジャークを優先的に抑制してもよい。
S>K・y11+K・y12+K・y13+K・y14 …(9)
,K,K,Kは各軸のゲインであり、コントローラ30はK,K,K,Kを重み付けすることにより、操作感を損なわずに、土砂溢れを抑制できる。
Subsequently, control of a plurality of axes will be described. The controller 30 may preferentially suppress the acceleration, velocity or jerk of the axis that predominantly acts in the direction in which the load 40 overflows the bucket 10.
S> K 1・ y 11 + K 2・ y 12 + K 3・ y 13 + K 4・ y 14 … (9)
K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 are the gains of each axis, and the controller 30 weights K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 to suppress sediment overflow without impairing the operability. it can.

コントローラ30は、K,K,K,Kは、土砂の形状、バケットの姿勢などにもとづいて、動的、適応的に変化させてもよい。土砂の形状、バケットの姿勢によって、土砂の溢れやすさ、溢れ易い方向が異なりうる。そこでこれらを考慮して、K,K,K,Kを変化させることにより、土砂溢れと関係のない軸の操作感を損なわずに、土砂溢れを抑制できる。The controller 30, K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 may be dynamically and adaptively changed based on the shape of the earth and sand, the posture of the bucket, and the like. Depending on the shape of the earth and sand and the posture of the bucket, the ease of overflow and the direction in which the earth and sand are likely to overflow may differ. Therefore, in consideration of these, by changing K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 , it is possible to suppress the sediment overflow without impairing the operation feeling of the shaft which is not related to the sediment overflow.

図10は、コントローラ30のブロック図である。コントローラ30は、しきい値取得部32、力演算部34、制限部36を備える。コントローラ30はCPU、マイクロコントローラ、DSP(Digital Signal Processor)などのハードウェアとプログラムの組み合わせで実現でき、したがってしきい値取得部32、力演算部34、制限部36は、ハードウェア的にはCPUやDSPの一部と把握される。 FIG. 10 is a block diagram of the controller 30. The controller 30 includes a threshold value acquisition unit 32, a force calculation unit 34, and a limit unit 36. The controller 30 can be realized by a combination of hardware and a program such as a CPU, a microcontroller, and a DSP (Digital Signal Processor). Therefore, the threshold value acquisition unit 32, the force calculation unit 34, and the restriction unit 36 are CPU in terms of hardware. And is grasped as a part of DSP.

しきい値取得部32は、しきい値Tを取得する。しきい値Tは、上述のように演算してもよいし、所定値を用いてもよい。あるいは所定値に、バケットの角度δや積載物40の形状に応じた可変係数を乗じてしきい値Tとしてもよい。しきい値Tは、上述のように加速度の次元を有するSで表してもよい。 The threshold value acquisition unit 32 acquires the threshold value T. The threshold value T may be calculated as described above, or a predetermined value may be used. Alternatively, the threshold value T may be obtained by multiplying a predetermined value by a variable coefficient according to the angle δ of the bucket and the shape of the load 40. The threshold value T may be represented by S having an acceleration dimension as described above.

力演算部34は、アタッチメント12の位置を示す情報θ〜θおよび旋回装置3の状態を示す情報φを受け、力Fを演算する。力Fは加速度の次元を有するαで表してもよい。The force calculation unit 34 receives information θ 1 to θ 3 indicating the position of the attachment 12 and information φ indicating the state of the swivel device 3, and calculates the force F. The force F may be represented by α having the dimension of acceleration.

制限部36は加速度αとしきい値Sの関係にもとづき、アタッチメント12および旋回装置3の少なくともひとつの軸の動作を制限する。上述のように制限部36は、加速度、速度、ジャークを制限対象とすることができ、また制限する軸もさまざまなバリエーションが存在しうる。 The limiting unit 36 limits the operation of at least one axis of the attachment 12 and the swivel device 3 based on the relationship between the acceleration α and the threshold value S. As described above, the limiting unit 36 can limit acceleration, velocity, and jerk, and there may be various variations in the limiting axis.

以上、第1の実施の形態について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The first embodiment has been described above. This embodiment is an example, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications are possible for each of these components and combinations of each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such a modification will be described.

(第1の実施の形態の変形例)
しきい値Tの決定に関して図7で示したモデルは一例にすぎず、別のモデルにもとづいてしきい値Tを決定してもよい。
(Modified example of the first embodiment)
The model shown in FIG. 7 regarding the determination of the threshold value T is only an example, and the threshold value T may be determined based on another model.

またショベル1の図8、図9の使用形態において積載物40に働く力F,Fは、式(1)や(5)に限定されない。たとえばある項を省略してもよいし、さらに別の項を考慮してもよい。The Figure 8 of the excavator 1, the force F A, F B acting on the cargo 40 in the use configuration of FIG. 9 is not limited to Equation (1) and (5). For example, one term may be omitted or another term may be considered.

(第2の実施の形態)
図11は、第2の実施の形態に係るショベル1の電気系統や油圧系統などのブロック図である。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a block diagram of an electric system, a hydraulic system, and the like of the excavator 1 according to the second embodiment.

コントローラ30は、詳しくは後述するが、バケット10の傾きを制御することにより、土砂溢れを防止する。たとえばコントロールバルブ17が電子制御可能である場合、コントローラ30は、バケットシリンダ9もしくはその他のシリンダ7,8を制御するバルブを電気的に直接駆動してもよい。以上がショベル1の全体のブロック図である。 Although the controller 30 will be described in detail later, the controller 30 prevents sediment overflow by controlling the inclination of the bucket 10. For example, if the control valve 17 is electronically controllable, the controller 30 may directly electrically drive a valve that controls the bucket cylinder 9 or other cylinders 7, 8. The above is the entire block diagram of the excavator 1.

続いて土砂溢れのメカニズムを説明する。図12は、バケット10および積載物40を模式的に示す図である。ある使用形態において土砂溢れは、積載物40に加わる力Fが最大静止摩擦力μNに応じたしきい値Tを上回ると発生するものと考えられる。したがってしきい値Tは、静止摩擦係数μと垂直抗力N、積載物40の質量mを考慮して計算することができる。 Next, the mechanism of sediment overflow will be explained. FIG. 12 is a diagram schematically showing the bucket 10 and the load 40. In a certain usage pattern, it is considered that sediment overflow occurs when the force F applied to the load 40 exceeds the threshold value T corresponding to the maximum static friction force μN. Therefore, the threshold value T can be calculated in consideration of the coefficient of static friction μ, the normal force N, and the mass m of the load 40.

具体的にはしきい値Tは、積載物およびバケット10をモデル化することにより近似的に計算することができる。バケット10の基準面が水平面(地面)となす角度(以下、バケット角と称する)をδとする。基準面41は、バケットの底面あるいは上面と平行に定めることができる。バケット10の静止状態では垂直抗力Nは、N=mg×cosδである。gは重力加速度を表す。また積載物40を溢す方向xには、重力の成分F=mg×sinδが働いている。よって関係式F<μNが土砂溢れが生じない条件となる。従来のバケット角一定制御では、δをゼロに近づけることにより、Fをゼロに近づけ、垂直抗力Nを大きくすることにより、土砂溢れを防止するものと把握される。Specifically, the threshold value T can be approximately calculated by modeling the load and the bucket 10. The angle (hereinafter referred to as the bucket angle) formed by the reference plane of the bucket 10 with the horizontal plane (ground) is defined as δ. The reference surface 41 can be defined parallel to the bottom surface or the top surface of the bucket. In the stationary state of the bucket 10, the normal force N is N = mg × cos δ. g represents the gravitational acceleration. Also in the cargo 40 spilled to the direction x is worked component F G = mg × sinδ gravity. Thus relation F G <[mu] N is a condition that does not cause overflow sediment. In a conventional bucket angle constant control, by approximating the δ to zero, closer to F G to zero, by increasing the normal force N, it is grasped as to prevent overflow sediment.

アタッチメント12あるいは旋回装置3を動かすと、重力の成分Fに加えて、アタッチメント12や旋回装置3の動作に起因する力F||が積載物40に加わる。このとき、関係式F||+F<μNが土砂溢れが発生しない条件となる。力F||は、アタッチメント12の稼動による加速度、遠心加速度、旋回装置3の稼動による加速度、遠心加速度を含みうる。Moving the attachment 12 or the turning device 3, in addition to the components F G of gravity, the force F || due to operation of the attachment 12 and the turning device 3 is applied to the cargo 40. At this time, a condition for equation F || + F G <μN no overflow occurs sediment. The force F || may include the acceleration due to the operation of the attachment 12, the centrifugal acceleration, the acceleration due to the operation of the swivel device 3, and the centrifugal acceleration.

続いて、本実施の形態に係るショベル1の土砂溢れの防止制御を説明する。図13(a)、(b)は、コントローラ30によるバケット角制御を模式的に示す図である。積載物40は、溢れ落ちる上部分40aと、バケット10に収容される下部分40bに分けて考えることができ、下部分40bはバケット10と一体とみなすことができる。 Subsequently, the control for preventing the overflow of earth and sand of the excavator 1 according to the present embodiment will be described. 13 (a) and 13 (b) are diagrams schematically showing bucket angle control by the controller 30. The load 40 can be considered separately as an overflowing upper portion 40a and a lower portion 40b housed in the bucket 10, and the lower portion 40b can be regarded as one with the bucket 10.

いま、バケット10を図中矢印方向、つまり地面水平方向(X軸方向)に加速度αで加速させることを考える。なお図13(a)〜(c)には、力を加速度のディメンジョンで示している。図13(a)には、従来のようにバケット角δを0度に保つ制御を示す。上部分40aの質量をmとすると垂直抗力Nはmgであり、最大静止摩擦力はμmgとなる。下部分40bに対して矢印方向Xに加速度αの力を加えることは、上部分40aに矢印Xと反対方向に加速度αの力を加えることと等価である。したがって、
mα>μmg
が成り立つとき、ひいては
α>μg …(1)
が成り立つときに、上部分40aがX軸反対方向に溢れることとなる。
Now, consider accelerating the bucket 10 in the direction of the arrow in the figure, that is, in the horizontal direction of the ground (X-axis direction) with acceleration α. Note that FIGS. 13 (a) to 13 (c) show the force as a dimension of acceleration. FIG. 13A shows a control for keeping the bucket angle δ at 0 degrees as in the conventional case. Assuming that the mass of the upper portion 40a is m, the normal force N is mg, and the maximum static friction force is μmg. Applying a force of acceleration α to the lower portion 40b in the arrow direction X is equivalent to applying a force of acceleration α to the upper portion 40a in the direction opposite to the arrow X. Therefore,
mα> μmg
When holds, then α> μg… (1)
When is satisfied, the upper portion 40a overflows in the direction opposite to the X-axis.

図13(b)には、本実施の形態におけるコントローラ30によるバケット角制御が示される。バケット10を加速度αで加速させるとき、コントローラ30は、バケット10を移動させたときに、バケット10を、その基準面41が積載物40に生ずる加速度方向(X方向)と垂直面42に近づく方向に傾ける。バケット角δの制御は、バケット軸θのみの制御で行ってもよいし、ブーム軸θ、アーム軸θの制御を組み合わせて行ってもよい。FIG. 13B shows bucket angle control by the controller 30 in the present embodiment. When accelerating the bucket 10 with the acceleration α, the controller 30 moves the bucket 10 in a direction in which the reference surface 41 approaches the acceleration direction (X direction) generated on the load 40 and the vertical surface 42. Tilt to. The bucket angle δ may be controlled only by controlling the bucket axis θ 3 , or may be controlled by combining the control of the boom axis θ 1 and the arm axis θ 2.

図13(a)と同様に、上部分40aには、矢印Xと反対方向に加速度αの力が加わり、鉛直方向に重力加速度gが加わっている。このときの垂直抗力は、加速度αの基準面41に対して垂直な成分α||と、重力加速度gの基準面41に対して垂直な成分g||の合計であり、
g×cosδ+α×sinδ
となる。よって最大静止摩擦力は、
μ×(g×cosδ+α×sinδ)
となる。
Similar to FIG. 13A, a force of acceleration α is applied to the upper portion 40a in the direction opposite to the arrow X, and a gravitational acceleration g is applied in the vertical direction. The normal force at this time is the sum of the component α || perpendicular to the reference plane 41 of the acceleration α and the component g || perpendicular to the reference plane 41 of the gravitational acceleration g.
g × cos δ + α × sin δ
Will be. Therefore, the maximum static friction force is
μ × (g × cos δ + α × sin δ)
Will be.

一方、上部分40aを、基準面41と水平方向に滑らせる力は、加速度αの基準面41と平行な成分α||と、重力加速度gの基準面41と平行な成分g||の合計であり、
α×cosδ−g×sinδ
となる。なおα||とg||は反対向きである。
On the other hand, the force for sliding the upper portion 40a in the horizontal direction with the reference surface 41 is the sum of the component α || parallel to the reference surface 41 of the acceleration α and the component g || parallel to the reference surface 41 of the gravity acceleration g. And
α × cos δ-g × sin δ
Will be. Note that α || and g || are in opposite directions.

したがって、関係式(2)が成り立つときに、上部分40aがX軸方向またはその反対方向に溢れることとなる。
|α×cosδ−g×sinδ|>μ×(g×cosδ+α×sinδ)…(2)
Therefore, when the relational expression (2) holds, the upper portion 40a overflows in the X-axis direction or the opposite direction.
| Α × cos δ-g × sin δ |> μ × (g × cos δ + α × sin δ)… (2)

関係式(1)と(2)を対比することにより、実施の形態に係るバケット角制御の利点が明確となる。関係式(1)、(2)それぞれの左辺は、上部分40aを溢そうとする力であり、δを適切に選ぶことにより、
α>|α×cosδ−g×sinδ|
が成り立つ。一方、関係式(1)、(2)それぞれの右辺の最大静止摩擦力を比較すると、δを適切に選ぶことにより、
μg<μ×(g×cosδ+α×sinδ)
が成り立つ。つまり、関係式(1)と(2)を比べると、関係式(2)の方が成立しにくいことが分かる。
By comparing the relational expressions (1) and (2), the advantage of the bucket angle control according to the embodiment becomes clear. The left side of each of the relational expressions (1) and (2) is the force that tries to overflow the upper part 40a, and by appropriately selecting δ,
α > | α × cos δ-g × sin δ |
Is established. On the other hand, comparing the maximum static friction forces on the right side of each of the relational expressions (1) and (2), by appropriately selecting δ,
μg <μ × (g × cos δ + α × sin δ)
Is established. That is, comparing the relational expressions (1) and (2), it can be seen that the relational expression (2) is more difficult to hold.

以上がコントローラ30によるバケット角制御の原理である。このように実施の形態に係るショベル1によれば、バケット10を移動させたときに、バケット10を、その基準面41が積載物40に生ずる加速度方向(X方向)と垂直面42に近づく方向に傾けることにより、土砂溢れを抑制することができる。 The above is the principle of bucket angle control by the controller 30. According to the excavator 1 according to the embodiment as described above, when the bucket 10 is moved, the bucket 10 is moved in a direction in which the reference surface 41 approaches the acceleration direction (X direction) generated on the load 40 and the vertical surface 42. By tilting to, the overflow of earth and sand can be suppressed.

上述のように、関係式(1)と(2)の右辺同士を比較すると、関係式(2)の右辺の方が大きい。つまり本実施の形態を別の観点から見ると、コントローラ30は、旋回装置3およびアタッチメント12の少なくともひとつを可動中(つまりバケット10の移動中)に、積載物40(上部分40a)に対する最大静止摩擦力が大きくなるように、言い換えれば垂直抗力が大きくなるようにバケット10を傾ける制御を行っているものと把握することができる。 As described above, when comparing the right-hand sides of the relational expressions (1) and (2), the right-hand side of the relational expression (2) is larger. That is, when the present embodiment is viewed from another viewpoint, the controller 30 is maximally stationary with respect to the load 40 (upper portion 40a) while at least one of the swivel device 3 and the attachment 12 is moving (that is, the bucket 10 is moving). It can be understood that the control is performed so that the bucket 10 is tilted so that the frictional force becomes large, in other words, the normal force becomes large.

また上述のように、関係式(1)と(2)の左辺同士を比較すると、関係式(2)の左辺の方が小さい。つまり本実施の形態を別の観点から見ると、コントローラ30は、旋回装置3およびアタッチメント12の少なくともひとつを可動中に、積載物40(上部分40a)に対して、基準面と平行に働く力が小さくなるように、バケット10を傾ける制御を行っているものと把握することができる。 Further, as described above, when the left sides of the relational expressions (1) and (2) are compared with each other, the left side of the relational expression (2) is smaller. That is, when the present embodiment is viewed from another viewpoint, the controller 30 acts on the load 40 (upper portion 40a) in parallel with the reference plane while moving at least one of the swivel device 3 and the attachment 12. It can be grasped that the control of tilting the bucket 10 is performed so that

なお、コントローラ30によるバケット角制御は、バケット10中の積載物40を運んでいる状態においてのみ行い、そうでない場合、たとえば排土中や掘削中は、バケット角制御をしないことが望ましい。排土、掘削動作中は土砂溢れが問題とならないため、制限を解除することで、作業効率が低下するのを防止できる。なお、排土中であることや掘削中であることの判定には、たとえば特願2006−182504号公報に記載の技術を用いることができる。 It is desirable that the bucket angle control by the controller 30 is performed only in the state where the load 40 in the bucket 10 is being carried, and in other cases, for example, during soil removal or excavation, the bucket angle control is not performed. Since overflow of earth and sand does not matter during excavation and excavation operations, it is possible to prevent a decrease in work efficiency by removing the restriction. For the determination of whether the soil is being excavated or excavated, for example, the technique described in Japanese Patent Application No. 2006-182504 can be used.

図14(a)、(b)は、バケット角制御が有効なショベル1の第1の使用形態を示す図である。第1の使用形態は、アタッチメント12を固定し、旋回装置3を旋回させる旋回動作を示す。旋回動作中、積載物40には、遠心力加速度Rφ'と旋回加速度Rφ''とが作用する。14 (a) and 14 (b) are views showing the first usage mode of the excavator 1 in which the bucket angle control is effective. The first usage mode shows a swivel operation in which the attachment 12 is fixed and the swivel device 3 is swiveled. During the turning operation, the centrifugal acceleration Rφ ' 2 and the turning acceleration Rφ'' act on the load 40.

バケット10は、ブーム5およびアーム6を含む平面内で可動であるため、旋回加速度rφ''に対向する方向に傾けることはできない。したがってコントローラ30は、積載物40に働く力の内、ブーム5およびアーム6を含む平面内に働く力を考慮し、この平面内の加速度の垂直面に近づく方向に、バケットの基準面を傾ければよい。具体的には旋回動作時においてコントローラ30は、バケット10を、その基準面41が遠心力加速度Rφ'の垂直面42に近づく方向に傾ける。Since the bucket 10 is movable in the plane including the boom 5 and the arm 6, it cannot be tilted in the direction facing the turning acceleration rφ''. Therefore, the controller 30 considers the force acting on the load 40 in the plane including the boom 5 and the arm 6, and tilts the reference plane of the bucket in a direction approaching the vertical plane of the acceleration in this plane. Just do it. Specifically, during the turning operation, the controller 30 tilts the bucket 10 in a direction in which the reference surface 41 approaches the vertical surface 42 of the centrifugal acceleration Rφ '2.

図15は、バケット角制御が有効なショベル1の第2の使用形態を示す図である。第2の使用形態は、旋回軸φを固定し、アタッチメント12により積載物40を持ち上げる(あるいは持ち下げる)動作を示す。持ち上げ動作中、積載物40には加速度Rθ''と遠心力加速度Rθ'とが作用する。コントローラ30は、バケット10を、その基準面41が加速度Rθ''と遠心力加速度Rθ'のいずれか一方の垂直面に近づくように傾ける。FIG. 15 is a diagram showing a second usage mode of the excavator 1 in which bucket angle control is effective. The second usage mode shows an operation of fixing the swivel shaft φ and lifting (or lowering) the load 40 by the attachment 12. During the lifting operation, and a 2 act 'centrifugal acceleration R.theta and' acceleration R.theta 'the cargo 40. The controller 30 tilts the bucket 10 so that the reference surface 41 approaches the vertical surface of either the acceleration Rθ'' or the centrifugal force acceleration Rθ ' 2.

あるいはコントローラ30は、加速度Rθ''と遠心力加速度Rθ'をベクトル合成し、バケット10を、その基準面41が合成された加速度の垂直面に近づくように傾けてもよい。Alternatively the controller 30 'and the centrifugal force acceleration R.theta' acceleration R.theta '2 to vector synthesis, the bucket 10, the reference surface 41 may be inclined so as to approach the vertical face of the acceleration synthesized.

図14、図15の使用形態の他、それらの組み合わせである旋回持ち上げ動作(旋回持ち下げ)動作にも、実施の形態に係るバケット角制御は有効である。この旋回持ち上げ動作中、積載物40には、加速度Rθ''、遠心力加速度Rθ'、遠心力加速度Rφ'、旋回加速度Rφ''が作用する。コントローラ30は、加速度Rθ''、遠心力加速度Rθ'、遠心力加速度Rφ'のいずれか、あるいはいくつかの組み合わせにもとづいてバケット角制御を行うことができる。In addition to the usage embodiments shown in FIGS. 14 and 15, the bucket angle control according to the embodiment is also effective for the swivel lifting operation (swivel lifting operation) which is a combination thereof. During this swivel lifting operation, acceleration Rθ ″, centrifugal force acceleration Rθ ′ 2 , centrifugal force acceleration Rφ ′ 2 , and swivel acceleration Rφ ″ act on the load 40. The controller 30 can control the bucket angle based on any one of the acceleration Rθ ″, the centrifugal force acceleration Rθ ′ 2 , the centrifugal force acceleration Rφ ′ 2, or some combination thereof.

図16は、コントローラ30のブロック図である。図16のコントローラ30は、加速度方向取得部32、バケット角演算部34、逆運動学演算部36を備える。コントローラ30はCPU、マイクロコントローラ、DSP(Digital Signal Processor)などのハードウェアとプログラムの組み合わせで実現でき、したがって加速度方向取得部32、バケット角演算部34は、ハードウェア的にはCPUやDSPの一部と把握される。 FIG. 16 is a block diagram of the controller 30. The controller 30 of FIG. 16 includes an acceleration direction acquisition unit 32, a bucket angle calculation unit 34, and an inverse kinematics calculation unit 36. The controller 30 can be realized by a combination of hardware and a program such as a CPU, a microcontroller, and a DSP (Digital Signal Processor). Therefore, the acceleration direction acquisition unit 32 and the bucket angle calculation unit 34 are one of the CPU and DSP in terms of hardware. It is grasped as a department.

加速度方向取得部32は、バケット10を移動させたときに、バケット10内の積載物40に生ずる加速度方向を取得する。加速度方向取得部32は、位置情報θ〜θおよびφ(あるいは速度情報)にもとづき、加速度方向を演算してもよい。あるいは位置情報θ〜θおよびφ(あるいは速度情報)と、加速度方向を対応付けるマップ(テーブル)を保持し、テーブル参照により加速度方向を取得してもよい。マップは、使用形態(持ち上げ動作、旋回動作、旋回持ち上げ動作)ごとに用意してもよい。The acceleration direction acquisition unit 32 acquires the acceleration direction generated in the load 40 in the bucket 10 when the bucket 10 is moved. The acceleration direction acquisition unit 32 may calculate the acceleration direction based on the position information θ 1 to θ 3 and φ (or velocity information). Alternatively, a map (table) that associates the position information θ 1 to θ 3 and φ (or velocity information) with the acceleration direction may be held, and the acceleration direction may be acquired by referring to the table. The map may be prepared for each usage pattern (lifting operation, turning operation, turning lifting operation).

バケット角演算部34は、加速度方向取得部32によって得られた加速度方向の垂直面に近づくように、バケット角δを演算あるいはテーブル参照により決定する。逆運動学演算部36は、バケット角δが得られるようなリンク角θ〜θの指令値を演算する。The bucket angle calculation unit 34 determines the bucket angle δ by calculation or table reference so as to approach the vertical plane in the acceleration direction obtained by the acceleration direction acquisition unit 32. The inverse kinematics calculation unit 36 calculates the command values of the link angles θ 1 to θ 3 so that the bucket angle δ can be obtained.

図16では、バケット角δを、加速度方向取得部32とバケット角演算部34の二段階の信号処理で決定したが本発明はそれに限定されない。たとえば位置情報θ〜θおよびφ(あるいは速度情報)と、バケット角δを直接的に対応付けるマップ(テーブル)を用意しておき、テーブル参照によりバケット角δを決定してもよい。この場合もマップは、使用形態(持ち上げ動作、旋回動作、旋回持ち上げ動作)ごとに用意してもよい。In FIG. 16, the bucket angle δ is determined by two-step signal processing of the acceleration direction acquisition unit 32 and the bucket angle calculation unit 34, but the present invention is not limited thereto. For example, a map (table) that directly associates the position information θ 1 to θ 3 and φ (or velocity information) with the bucket angle δ may be prepared, and the bucket angle δ may be determined by referring to the table. In this case as well, the map may be prepared for each usage mode (lifting operation, turning operation, turning lifting operation).

バケット角δは、加速度の大きさおよびショベル1の動作の種類に応じて、適応的に変化させてもよい。あるいは、ショベル動作ごとに一定値を定めておき、ショベルの動作を判定すると、それに応じた一定値を用いてもよい。 The bucket angle δ may be adaptively changed according to the magnitude of acceleration and the type of operation of the excavator 1. Alternatively, if a constant value is set for each excavator operation and the operation of the excavator is determined, a constant value corresponding to the value may be used.

また実施の形態に係るバケット角制御は、バケットを減速させる場合にも当然に有効である。 Further, the bucket angle control according to the embodiment is naturally effective when decelerating the bucket.

続いてコントローラ30によるバケット制御の別の実施例を説明する。図17は、第1変形例に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。バケット角を制御するために、ショベル1には切換弁18および比例弁19が設けられる。コントロールバルブ17が、バケット軸あるいはその他の軸に関して電気制御不能である場合、コントローラ30は切換弁18および比例弁19を制御し、コントロールバルブ17への圧力を制御し、バケット角を制御してもよい。 Subsequently, another embodiment of bucket control by the controller 30 will be described. FIG. 17 is a block diagram of an electric system, a hydraulic system, and the like of the excavator according to the first modification. In order to control the bucket angle, the excavator 1 is provided with a switching valve 18 and a proportional valve 19. If the control valve 17 is electrically uncontrollable with respect to the bucket shaft or other shaft, the controller 30 may control the switching valve 18 and the proportional valve 19, control the pressure on the control valve 17, and control the bucket angle. Good.

図18は、第2変形例に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。このショベル1は、図17の切換弁18、比例弁19に代えて流量調整弁20を備える。コントローラ30は、流量調整弁20を制御することにより、コントロールバルブ17に供給される圧油の流量を変化させ、バケット角を制御してもよい。 FIG. 18 is a block diagram of an electric system, a hydraulic system, and the like of the excavator according to the second modification. The excavator 1 includes a flow rate adjusting valve 20 instead of the switching valve 18 and the proportional valve 19 shown in FIG. The controller 30 may control the bucket angle by changing the flow rate of the pressure oil supplied to the control valve 17 by controlling the flow rate adjusting valve 20.

いくつかの実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 The present invention has been described using specific terms and phrases based on some embodiments, but the embodiments merely indicate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are claimed. Many modifications and arrangement changes are permitted within the range not departing from the idea of the present invention defined in the scope.

1…ショベル、2…クローラ、2A,2B…走行油圧モータ、3…旋回装置、4…旋回体、4a…運転室、5…ブーム、6…アーム、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…バケット、11…エンジン、12…アタッチメント、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、18…切換弁、19…比例弁、20…流量調整弁、21…旋回油圧モータ、25…パイロットライン、26…操作装置、27,28…油圧ライン、29…圧力センサ、30…コントローラ、32…加速度方向取得部、34…バケット角演算部、36…逆運動学演算部、40…積載物、40a…上部分、40b…下部分、530…センサ。 1 ... Excavator, 2 ... Crawler, 2A, 2B ... Running hydraulic motor, 3 ... Swivel device, 4 ... Swivel body, 4a ... Driver's cab, 5 ... Boom, 6 ... Arm, 7 ... Boom cylinder, 8 ... Arm cylinder, 9 ... bucket cylinder, 10 ... bucket, 11 ... engine, 12 ... attachment, 14 ... main pump, 15 ... pilot pump, 16 ... high pressure hydraulic line, 17 ... control valve, 18 ... switching valve, 19 ... proportional valve, 20 ... flow rate Adjusting valve, 21 ... Swing hydraulic motor, 25 ... Pilot line, 26 ... Operating device, 27, 28 ... Hydraulic line, 29 ... Pressure sensor, 30 ... Controller, 32 ... Acceleration direction acquisition unit, 34 ... Bucket angle calculation unit, 36 ... Reverse kinematics calculation unit, 40 ... Load, 40a ... Upper part, 40b ... Lower part, 530 ... Sensor.

本発明は産業車両に利用できる。 The present invention can be used in industrial vehicles.

Claims (11)

クローラと、
上部旋回体と、
前記クローラに対して前記上部旋回体を回転させる旋回装置と、
ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記アタッチメントの動作によって前記バケット内の積載物に生じる力が、前記積載物の安定しうるしきい値を超えないように、前記アタッチメントおよび前記上部旋回体の少なくとも一方の動作を制限するコントローラと、
を備えることを特徴とするショベル。
With the crawler
With the upper swivel body,
A swivel device that rotates the upper swivel body with respect to the crawler,
An attachment having a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder and attached to the upper swing body,
A controller forces arising in the loading of the operation thus the bucket of the attachment, so as not to exceed the stable may thresholds of the cargo, which limits the operation of at least one of said attachment and said upper swing structure ,
Excavator characterized by being equipped with.
前記コントローラは、前記アタッチメントの動作にともない発生する力と前記旋回装置の動作にともない生ずる力の合力を考慮することを特徴とする請求項1に記載のショベル。 The excavator according to claim 1, wherein the controller considers a resultant force of a force generated by the operation of the attachment and a force generated by the operation of the swivel device. 前記コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸の加速度を抑制することを特徴とする請求項1または2に記載のショベル。 The excavator according to claim 1 or 2, wherein the controller suppresses acceleration of at least one of a swivel shaft, a boom shaft, an arm shaft, and a bucket shaft. 前記コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の全軸の加速度を抑制することを特徴とする請求項3に記載のショベル。 The excavator according to claim 3, wherein the controller suppresses acceleration of all axes of a swivel shaft, a boom shaft, an arm shaft, and a bucket shaft. 前記コントローラは、前記積載物を前記バケットから溢す方向に支配的に作用する軸の加速度を優先的に抑制することを特徴とする請求項3に記載のショベル。 The excavator according to claim 3, wherein the controller preferentially suppresses acceleration of an axis that predominantly acts in a direction in which the load overflows from the bucket. 前記コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸の速度を抑制することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のショベル。 The excavator according to any one of claims 1 to 5, wherein the controller suppresses the speed of at least one of a swivel shaft, a boom shaft, an arm shaft, and a bucket shaft. 前記コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸のジャークを抑制することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のショベル。 The excavator according to any one of claims 1 to 6, wherein the controller suppresses jerk of at least one of a swivel shaft, a boom shaft, an arm shaft, and a bucket shaft. 前記しきい値は、前記アタッチメントの姿勢に応じていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のショベル。 The excavator according to any one of claims 1 to 7, wherein the threshold value depends on the posture of the attachment. クローラと、
上部旋回体と、
前記クローラに対して前記上部旋回体を回転させる旋回装置と、
ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記バケットを移動させたときに、前記バケットの基準面がバケット内の積載物に生ずる加速度方向と垂直面に近づく方向に、バケットを傾けるコントローラと、
を備えることを特徴とするショベル。
With the crawler
With the upper swivel body,
A swivel device that rotates the upper swivel body with respect to the crawler,
An attachment having a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder and attached to the upper swing body,
When the bucket is moved, a controller that tilts the bucket in a direction in which the reference plane of the bucket approaches the acceleration direction generated on the load in the bucket and the vertical plane
Excavator characterized by being equipped with.
クローラと、
上部旋回体と、
前記クローラに対して前記上部旋回体を回転させる旋回装置と、
ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記旋回装置および前記アタッチメントの少なくともひとつを可動中に前記バケット内の積載物の垂直抗力が大きくなるように前記バケットを傾けるコントローラと、
を備えることを特徴とするショベル。
With the crawler
With the upper swivel body,
A swivel device that rotates the upper swivel body with respect to the crawler,
An attachment having a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder and attached to the upper swing body,
A controller that tilts the bucket so that the normal force of the load in the bucket increases while the swivel device and at least one of the attachments are in motion.
Excavator characterized by being equipped with.
クローラと、
上部旋回体と、
前記クローラに対して前記上部旋回体を回転させる旋回装置と、
ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記旋回装置および前記アタッチメントの少なくともひとつを可動中に、前記バケット内の積載物に対して、バケットの基準面と平行に働く力が小さくなるように前記バケットを傾けるコントローラと、
を備えることを特徴とするショベル。
With the crawler
With the upper swivel body,
A swivel device that rotates the upper swivel body with respect to the crawler,
An attachment having a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder and attached to the upper swing body,
A controller that tilts the bucket so that the force acting parallel to the reference plane of the bucket is small with respect to the load in the bucket while moving at least one of the swivel device and the attachment.
Excavator characterized by being equipped with.
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