JP6917941B2 - Hydraulic work machine - Google Patents

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Description

本発明は、油圧式作業機械に関する。 The present invention relates to a hydraulic work machine.

油圧式作業機械では、制御バルブによって油圧アクチュエータに供給される圧油を制御することより作業装置を動作させる。制御バルブは、制御装置が定める操作圧によって動作しており、油圧ポンプ等から油圧アクチュエータに供給される圧油の流量と方向を制御することによって作業装置の動作速度や動作方向を制御している。 In a hydraulic work machine, the work device is operated by controlling the pressure oil supplied to the hydraulic actuator by a control valve. The control valve operates according to the operating pressure determined by the control device, and controls the operating speed and operating direction of the work device by controlling the flow rate and direction of the pressure oil supplied from the hydraulic pump or the like to the hydraulic actuator. ..

このような油圧式作業機械においては、掘削作業などにおけるオペレータの操作を支援する技術が知られており、例えば、特許文献1には、作業装置を構成するバケットの先端と目標面との距離に応じて作業装置の動作速度を制限し、また、オペレータによる入力、或いは油圧シリンダに設けられた圧力センサの値からバケットの種別を選択することによって、バケット種別に応じて異なる速度制限で作業装置を動作させ、作業装置のバケットの先端の目標面への侵入を抑制する作業車両が開示されている。 In such a hydraulic work machine, a technique for assisting an operator's operation in excavation work or the like is known. For example, in Patent Document 1, the distance between the tip of a bucket constituting a work device and a target surface is set. By limiting the operating speed of the work equipment according to it, and by selecting the bucket type from the input by the operator or the value of the pressure sensor provided in the hydraulic cylinder, the work equipment can be operated with different speed limits according to the bucket type. A work vehicle that operates and suppresses the intrusion of the tip of the bucket of the work device into the target surface is disclosed.

特許第5864775号公報Japanese Patent No. 5864775

しかしながら、上記従来技術においては、バケットの種別について、予め設けられた選択肢からバケット種別が選ばれ、選ばれたバケット種別に応じて速度制限を変化させている。したがって、予め設けられた選択肢にないバケットを装着したり、バケット内の土砂等によってバケット部分の重量が連続的に変化したりする場合、すなわち、想定外の状態となった場合には、バケット先端の速度が適切な値から外れてしまい、空中でブームを下げる動作の際などに、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりするおそれがあった。 However, in the above-mentioned prior art, the bucket type is selected from the options provided in advance, and the speed limit is changed according to the selected bucket type. Therefore, when a bucket that is not provided in advance is installed, or when the weight of the bucket portion changes continuously due to earth and sand in the bucket, that is, when an unexpected state occurs, the tip of the bucket The speed of the bucket deviates from the appropriate value, and there is a risk that the tip of the bucket may invade the target surface or the stability of the vehicle body may be impaired when the boom is lowered in the air.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、バケット種類の変更やバケット内の土砂の量等によってバケット部分の重量が変化しても、空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりすることを抑制することができる油圧式作業機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and even if the weight of the bucket portion changes due to a change in the bucket type or the amount of earth and sand in the bucket, the tip of the bucket is the target when performing the boom lowering operation in the air. An object of the present invention is to provide a hydraulic work machine capable of suppressing intrusion into a surface or impairing the stability of a vehicle body.

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ブーム、アーム、及び作業具を垂直方向に回動可能に連結して構成され、作業機械の車体に垂直方向に回動可能に支持された多関節型の作業装置と、前記ブーム、アーム、及び作業具をそれぞれ駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、及び作業具シリンダと、前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、及び前記作業具シリンダをそれぞれ操作するための操作信号を出力する複数の操作装置と、前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、及び前記作業具シリンダに供給される圧油の流量および方向をそれぞれ制御する複数の流量制御弁と、前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、及び前記作業具シリンダのうち少なくとも前記ブームシリンダのボトム側の圧力を検出する油圧センサと、前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の流量制御弁の動作を制御する制御信号を出力するコントローラとを備えた油圧式作業機械において、前記コントローラは、前記複数の操作装置のうち前記ブームシリンダに対応する特定の操作装置から操作信号の出力が開始された時の前記作業装置の姿勢である初期姿勢において、前記作業装置が目標面位置に対して保持する初期位置エネルギーを算出する位置エネルギー算出部と、前記油圧センサによって検出された前記ブームシリンダのボトム側の圧力と前記ブームシリンダの実速度とに基づいて、前記特定の操作装置の操作に応じた前記ブームシリンダの動作による消費エネルギーを積算する消費パワー積算部と、前記位置エネルギー算出部で算出された前記初期位置エネルギーと前記消費パワー積算部で積算された前記消費エネルギーの差分である残存エネルギーを算出すると共に、前記残存エネルギーを入力として、前記残存エネルギーと前記作業装置の動作に際して前記ブームシリンダが消費すべき目標消費パワーとの関係を予め定めたルックアップテーブルを用いて前記目標消費パワーを算出する目標消費パワー算出部と、前記目標消費パワーを前記ブームシリンダのボトム側の圧力で除して目標流量を算出し、前記目標流量を前記ブームシリンダのボトム側の面積で除して前記ブームシリンダの制限速度を算出する目標速度算出部と、前記特定の操作装置からの操作信号に対応する前記ブームシリンダの操作速度と前記目標速度算出部で算出された前記ブームシリンダの制限速度とのうち前記ブームの下げ速度としての大きさが小さい方の速度を前記ブームシリンダの制御速度として選択する最大値選択部と、前記ブームシリンダの動作速度が前記最大値選択部で選択された前記ブームシリンダの制御速度となるように前記複数の流量制御弁のうち前記ブームシリンダに対応する流量制御弁に制御信号を出力するブーム駆動部とを備えるものとする。

The present application includes a plurality of means for solving the above problems. For example, the boom, the arm, and the work tool are vertically rotatably connected to each other, and the work machine is vertically connected to the vehicle body. An articulated work device rotatably supported, a boom cylinder, an arm cylinder, and a work tool cylinder for driving the boom, arm, and work tool, respectively, and the boom cylinder, the arm cylinder, and the work tool. A plurality of operating devices that output operation signals for operating the work tool cylinders, and a pressure supplied to the boom cylinder, the arm cylinder, and the work tool cylinder in response to operation signals from the plurality of operation devices. A plurality of flow control valves for controlling the flow rate and direction of oil, a hydraulic sensor for detecting at least the pressure on the bottom side of the boom cylinder, the arm cylinder, and the work tool cylinder, and the plurality. In a hydraulic work machine including a controller that outputs a control signal for controlling the operation of the plurality of flow control valves in response to an operation signal from the operation device, the controller is the boom cylinder of the plurality of operation devices. Position energy calculation for calculating the initial position energy held by the work device with respect to the target surface position in the initial posture which is the posture of the work device when the output of the operation signal is started from the specific operation device corresponding to Based on the unit, the pressure on the bottom side of the boom cylinder detected by the oil pressure sensor, and the actual speed of the boom cylinder, the energy consumption due to the operation of the boom cylinder in response to the operation of the specific operating device is integrated. The residual energy, which is the difference between the power consumption integrating unit, the initial position energy calculated by the position energy calculation unit, and the energy consumption integrated by the power consumption integration unit, is calculated, and the residual energy is used as an input. The target power consumption calculation unit for calculating the target power consumption using a lookup table in which the relationship between the residual energy and the target power consumption to be consumed by the boom cylinder during the operation of the work device is determined in advance, and the target power consumption calculation unit. Target speed calculation unit that calculates the target flow rate by dividing the power consumption by the pressure on the bottom side of the boom cylinder, and divides the target flow rate by the area on the bottom side of the boom cylinder to calculate the speed limit of the boom cylinder. And the operation speed of the boom cylinder corresponding to the operation signal from the specific operation device and the target speed calculation. The operation of the boom cylinder and the maximum value selection unit that selects the speed that is smaller than the speed limit of the boom cylinder calculated at the protrusion as the control speed of the boom cylinder. A boom drive unit that outputs a control signal to the flow rate control valve corresponding to the boom cylinder among the plurality of flow rate control valves is provided so that the speed becomes the control speed of the boom cylinder selected by the maximum value selection unit. Shall be.

本発明によれば、バケット種類の変更やバケット内の土砂の量等によってバケット部分の重量が変化しても、空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりすることを抑制することができる。 According to the present invention, even if the weight of the bucket portion changes due to a change in the bucket type, the amount of earth and sand in the bucket, etc. It is possible to prevent the stability of the device from being impaired.

第1の実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the appearance of the hydraulic excavator which is an example of the work machine which concerns on 1st Embodiment. 油圧ショベルにおける油圧駆動装置の要部を関連構成とともに抜き出して示す図である。It is a figure which extracts and shows the main part of the hydraulic drive device in a hydraulic excavator together with the related structure. メインコントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the processing content of a main controller. アクチュエータ制御部の処理内容を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the processing content of an actuator control part. 第1の実施の形態に係る制限速度算出部の処理内容を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the processing content of the speed limit calculation part which concerns on 1st Embodiment. 目標消費パワー算出部での目標消費パワーの算出に用いられるルックアップテーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the lookup table used for the calculation of the target power consumption in the target power consumption calculation unit. 第1の実施の形態に係る制限速度算出部の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process flow of the speed limit calculation part which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る制限速度算出部の処理内容を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the processing content of the speed limit calculation part which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る制限速度算出部の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process flow of the speed limit calculation part which concerns on 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、油圧式作業機械の一例として、作業装置(フロント作業機)の先端に作業具としてバケットを備える油圧ショベルを例示して説明するが、バケット以外の作業具を備える油圧式作業機械にも本発明を適用することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, as an example of a hydraulic work machine, a hydraulic excavator having a bucket as a work tool at the tip of a work device (front work machine) will be described as an example. The present invention can also be applied to a type work machine.

<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態を図1〜図7参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.

図1は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the appearance of a hydraulic excavator, which is an example of a work machine according to the present embodiment.

図1において、油圧ショベル600は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材(ブーム11、アーム12、バケット(作業具)8)を連結して構成された多関節型の作業装置(フロント作業機)15と、車体を構成する上部旋回体10及び下部走行体9とを備え、上部旋回体10は下部走行体9に対して旋回可能に設けられている。また、作業装置15のブーム11の基端は上部旋回体10の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム12の一端はブーム11の基端とは異なる端部(先端)に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム12の他端にはバケットリンク8aを介してバケット8が垂直方向に回動可能に支持されている。 In FIG. 1, the hydraulic excavator 600 is an articulated work device (front) configured by connecting a plurality of driven members (boom 11, arm 12, bucket (work tool) 8) that rotate in each vertical direction. A working machine) 15 and an upper swivel body 10 and a lower traveling body 9 constituting a vehicle body are provided, and the upper swivel body 10 is provided so as to be rotatable with respect to the lower traveling body 9. Further, the base end of the boom 11 of the working device 15 is rotatably supported by the front portion of the upper swing body 10 in a vertical direction, and one end of the arm 12 is an end portion (tip) different from the base end of the boom 11. The bucket 8 is rotatably supported in the vertical direction at the other end of the arm 12 via a bucket link 8a.

ブーム11、アーム12、バケット8、上部旋回体10、及び下部走行体9は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ5、アームシリンダ6、バケットシリンダ7、旋回油圧モータ4、及び左右の走行油圧モータ3b(ただし、一方の走行油圧モータのみ図示)によりそれぞれ駆動される。 The boom 11, arm 12, bucket 8, upper swing body 10, and lower traveling body 9 are hydraulic actuators such as a boom cylinder 5, an arm cylinder 6, a bucket cylinder 7, a swing hydraulic motor 4, and left and right traveling hydraulic motors 3b ( However, only one of the traveling hydraulic motors is driven by (shown).

ブーム11、アーム12、及びバケット8は、作業装置15を含む平面上で動作し、以下ではこの平面を動作平面と称することがある。つまり動作平面とは、ブーム11、アーム12、及びバケット8の回動軸に直交する平面であり、ブーム11、アーム12、及びバケット8の幅方向の中心に設定することができる。 The boom 11, arm 12, and bucket 8 operate on a plane including the working device 15, and this plane may be referred to as an operating plane below. That is, the operating plane is a plane orthogonal to the rotation axis of the boom 11, arm 12, and bucket 8, and can be set at the center of the boom 11, arm 12, and bucket 8 in the width direction.

オペレータが搭乗する運転室16には、作業装置15の油圧アクチュエータ5〜7、及び上部旋回体10の旋回油圧モータ4を操作するための操作信号を出力する操作レバー装置(操作装置)である右操作レバー装置1c及び左操作レバー装置1dと、下部走行体9の左右の走行油圧モータ3bを操作するための操作信号を出力する走行用右操作レバー装置1a及び走行用左操作レバー装置1bとが設けられている。 In the driver's cab 16 on which the operator is boarded, the right is an operation lever device (operation device) that outputs an operation signal for operating the hydraulic actuators 5 to 7 of the work device 15 and the swing hydraulic motor 4 of the upper swing body 10. The operating lever device 1c and the left operating lever device 1d, and the traveling right operating lever device 1a and the traveling left operating lever device 1b that output operation signals for operating the left and right traveling hydraulic motors 3b of the lower traveling body 9 It is provided.

操作レバー装置1c,1dはそれぞれ前後左右に傾倒可能であり、レバーのそれぞれの方向への傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を操作信号として情報コントローラ200(図2参照)に電気配線を介して出力する。つまり、操作レバー装置1c,1dの前後方向または左右方向に、油圧アクチュエータ4〜7の操作がそれぞれ割り当てられている。 The operation lever devices 1c and 1d can be tilted back and forth and left and right, respectively, and include a detection device (not shown) that electrically detects the tilt amount of the lever in each direction, that is, the lever operation amount, and the lever operation detected by the detection device. The amount is output as an operation signal to the information controller 200 (see FIG. 2) via electrical wiring. That is, the operations of the hydraulic actuators 4 to 7 are assigned to the operation lever devices 1c and 1d in the front-rear direction or the left-right direction, respectively.

ブーム11の上部旋回体10との連結部近傍と、アーム12のブーム11との連結部近傍と、バケットリンク8aとには、それぞれ、角度検出器13a〜13cが配置されている。角度検出器13a〜13cは、例えば、慣性計測装置(IMU: Inertial Measurement Unit)である。角度検出器13aは水平面に対するブーム11の角度(ブーム角度)を検出するブーム姿勢センサであり、角度検出器13bは水平面に対するアーム12の角度(アーム角度)を検出するアーム姿勢センサであり、角度検出器13cは水平面に対するバケットリンク8aの角度を検出するバケット姿勢センサである。 Angle detectors 13a to 13c are arranged in the vicinity of the connecting portion of the boom 11 with the upper swing body 10, the vicinity of the connecting portion of the arm 12 with the boom 11, and the bucket link 8a, respectively. The angle detectors 13a to 13c are, for example, inertial measurement units (IMUs). The angle detector 13a is a boom attitude sensor that detects the angle (boom angle) of the boom 11 with respect to the horizontal plane, and the angle detector 13b is an arm attitude sensor that detects the angle (arm angle) of the arm 12 with respect to the horizontal plane. The vessel 13c is a bucket attitude sensor that detects the angle of the bucket link 8a with respect to the horizontal plane.

慣性計測装置は、角速度及び加速度を計測するものである。角度検出器13a〜13cが配置された各被駆動部材8,11,12が静止している場合を考えると、角度検出器13a〜13cに設定されたIMU座標系における重力加速度の方向(つまり、鉛直下向き方向)と、各角度検出器13a〜13cの取り付け状態(つまり、各角度検出器13a〜13cと各被駆動部材8,11,12との相対的な位置関係)とに基づいて、各被駆動部材8,11,12の水平面に対する角度を検出することができる。 The inertial measurement unit measures the angular velocity and acceleration. Considering the case where the driven members 8, 11 and 12 on which the angle detectors 13a to 13c are arranged are stationary, the direction of gravitational acceleration in the IMU coordinate system set in the angle detectors 13a to 13c (that is, that is). (Vertical downward direction) and the mounting state of each angle detector 13a to 13c (that is, the relative positional relationship between each angle detector 13a to 13c and each driven member 8, 11, 12). The angles of the driven members 8, 11 and 12 with respect to the horizontal plane can be detected.

なお、角度検出器は慣性計測装置に限られるものではなく、例えば、傾斜角センサを用いても良い。また、各被駆動部材8,11,12の連結部分にポテンショメータを配置し、上部旋回体10や各被駆動部材8,11,12の相対角度を検出したり、相対角度から各被駆動部材8,11,12の水平面に対する角度を求めたりしても良い。 The angle detector is not limited to the inertial measurement unit, and for example, an inclination angle sensor may be used. Further, a potentiometer is arranged at the connecting portion of each of the driven members 8, 11 and 12, and the relative angle of the upper swivel body 10 and each of the driven members 8, 11 and 12 can be detected, and each driven member 8 can be detected from the relative angle. , 11, 12 may be obtained with respect to the horizontal plane.

図2は、油圧ショベルにおける油圧駆動装置の要部を関連構成とともに抜き出して示す図である。なお、図2においては、図示および説明の簡単のため、複数の油圧アクチュエータのうち本願発明に関連の深いブームシリンダ5とアームシリンダ6に関する構成のみを代表して示しており、本願発明に関連の薄いドレン回路やロードチェック弁などについては図示および説明を省略する。 FIG. 2 is a diagram showing an extracted main part of a hydraulic drive device in a hydraulic excavator together with related configurations. Note that, in FIG. 2, for the sake of simplicity of illustration and description, only the configurations relating to the boom cylinder 5 and the arm cylinder 6 which are closely related to the present invention among the plurality of hydraulic actuators are shown as representatives, and are related to the present invention. Illustrations and explanations of thin drain circuits and load check valves will be omitted.

ブームシリンダ5、アームシリンダ6、バケットシリンダ7、旋回油圧モータ4、及び左右の走行油圧モータ3bの動作制御は、エンジンや電動モータなどの原動機(本実施の形態では、エンジン14)によって駆動される油圧ポンプ装置2から各油圧アクチュエータ3b,4〜7に供給される作動油の方向及び流量をコントロールバルブ20で制御することにより行う。コントロールバルブ20は、パイロットポンプ29(パイロット油圧源)から電磁比例弁21a,21b,23a,23b,24aを介して出力される駆動信号(パイロット圧)により行われる。操作レバー装置1c,1dから情報コントローラ200に入力される操作信号に基づいてメインコントローラ100で電磁比例弁の制御信号を生成することにより、各油圧アクチュエータ3b,4〜7の動作が制御される。ブーム11はブームシリンダ5の伸縮により上部旋回体10に対して上下方向に回動され、アーム12はアームシリンダ6の伸縮によりブーム11に対して上下及び前後方向に回動され、バケット8はバケットシリンダ7の伸縮によりアーム12に対して上下及び前後方向に回動される。 The operation control of the boom cylinder 5, arm cylinder 6, bucket cylinder 7, swivel hydraulic motor 4, and left and right traveling hydraulic motors 3b is driven by a prime mover such as an engine or an electric motor (engine 14 in this embodiment). This is performed by controlling the direction and flow rate of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump device 2 to the respective hydraulic actuators 3b, 4 to 7 by the control valve 20. The control valve 20 is operated by a drive signal (pilot pressure) output from the pilot pump 29 (pilot oil pressure source) via the electromagnetic proportional valves 21a, 21b, 23a, 23b, 24a. The operation of each of the hydraulic actuators 3b, 4 to 7 is controlled by generating a control signal of the electromagnetic proportional valve in the main controller 100 based on the operation signal input from the operation lever devices 1c and 1d to the information controller 200. The boom 11 is rotated in the vertical direction with respect to the upper swivel body 10 by the expansion and contraction of the boom cylinder 5, the arm 12 is rotated in the vertical and front-back directions with respect to the boom 11 by the expansion and contraction of the arm cylinder 6, and the bucket 8 is a bucket. Due to the expansion and contraction of the cylinder 7, it is rotated in the vertical and front-back directions with respect to the arm 12.

図2において、油圧駆動装置は、エンジン14によって駆動される固定容量型の第1油圧ポンプ2a及び第2油圧ポンプ2bからなる油圧ポンプ装置2と、エンジン14によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ29(パイロット油圧源)と、油圧ショベル600全体の動作を制御するメインコントローラ100と、油圧ポンプ装置2から各油圧アクチュエータ(ここでは、ブームシリンダ5及びアームシリンダ6のみを代表して示す)に供給される圧油の方向及び流量を制御するコントロールバルブ20と、油圧ショベル600の動作に係る種々の情報を演算する情報コントローラ200とから概略構成されている。 In FIG. 2, the hydraulic drive system includes a hydraulic pump device 2 including a fixed-capacity first hydraulic pump 2a and a second hydraulic pump 2b driven by the engine 14, and a fixed-capacity pilot pump driven by the engine 14. 29 (pilot hydraulic source), the main controller 100 that controls the operation of the entire hydraulic excavator 600, and the hydraulic pump device 2 supply to each hydraulic actuator (here, only the boom cylinder 5 and the arm cylinder 6 are represented). It is roughly composed of a control valve 20 that controls the direction and flow rate of the pressure oil to be pressed, and an information controller 200 that calculates various information related to the operation of the hydraulic excavator 600.

コントロールバルブ20は、第1油圧ポンプ2aからの圧油が供給される第1ポンプラインL1と第2油圧ポンプ2bからの圧油が供給される第2ポンプラインL2とからなる2系統のポンプラインから構成されている。第1ポンプラインL1には、ブームシリンダ5に関するブーム1方向制御弁21とアームシリンダ6に関するアーム2方向制御弁22とが接続されており、第1油圧ポンプ2aから吐出された圧油がブーム1方向制御弁21及びアーム2方向制御弁22を介してそれぞれブームシリンダ5及びアームシリンダ6に供給される。また、第2ポンプラインL2には、アームシリンダ6に関するアーム1方向制御弁23とブームシリンダ5に関するブーム2方向制御弁24とが接続されており、第2油圧ポンプ2bから吐出された圧油がアーム1方向制御弁23及びブーム2方向制御弁24を介してそれぞれアームシリンダ6及びブームシリンダ5に供給される。なお、ブーム1方向制御弁21とアーム2方向制御弁22はパラレル回路L1aによって分流可能に接続されている。同様に、アーム1方向制御弁23とブーム2方向制御弁24はパラレル回路L2aによって分流可能に接続されている。 The control valve 20 is a two-system pump line including a first pump line L1 to which pressure oil is supplied from the first hydraulic pump 2a and a second pump line L2 to which pressure oil is supplied from the second hydraulic pump 2b. It is composed of. The boom one-way control valve 21 related to the boom cylinder 5 and the arm two-way control valve 22 related to the arm cylinder 6 are connected to the first pump line L1, and the pressure oil discharged from the first hydraulic pump 2a is the boom 1. It is supplied to the boom cylinder 5 and the arm cylinder 6 via the directional control valve 21 and the arm two-way control valve 22, respectively. Further, the arm one-way control valve 23 related to the arm cylinder 6 and the boom two-way control valve 24 related to the boom cylinder 5 are connected to the second pump line L2, and the pressure oil discharged from the second hydraulic pump 2b is discharged. It is supplied to the arm cylinder 6 and the boom cylinder 5 via the arm one-way control valve 23 and the boom two-way control valve 24, respectively. The boom one-way control valve 21 and the arm two-way control valve 22 are connected by a parallel circuit L1a so as to be capable of splitting. Similarly, the arm one-way control valve 23 and the boom two-way control valve 24 are divergently connected by a parallel circuit L2a.

第1ポンプラインL1と第2ポンプラインL2とには、それぞれ個別にリリーフ弁26、27が接続されている。第1ポンプラインL1及び第2ポンプラインL2の圧力が、それぞれ、予めリリーフ弁26、27に設定されたリリーフ圧に達した場合には、リリーフ弁26、27が開口して第1ポンプラインL1又は第2ポンプラインL2の圧油をタンクへ逃がすよう動作する。 Relief valves 26 and 27 are individually connected to the first pump line L1 and the second pump line L2, respectively. When the pressures of the first pump line L1 and the second pump line L2 reach the relief pressures set in advance in the relief valves 26 and 27, respectively, the relief valves 26 and 27 are opened and the first pump line L1 is opened. Alternatively, it operates to release the pressure oil of the second pump line L2 to the tank.

ブーム1方向制御弁21は、メインコントローラ100からの指令信号(制御信号)に基づいて制御される電磁比例弁21a、21bによって生成される駆動信号(信号圧)によって動作する。ブーム2方向制御弁24は、電磁比例弁21a,24aによって生成される駆動信号(信号圧)によって動作する。なお、電磁比例弁21aは、ブーム1方向制御弁21とブーム2方向制御弁24とで共用である。また、アーム2方向制御弁22とアーム1方向制御弁23は、電磁比例弁23a、23bによって生成される駆動信号(信号圧)によって動作する。電磁比例弁21a〜24aは、パイロットポンプ29から供給されるパイロット圧油を一次圧として、メインコントローラ100からの指令電流(制御信号)に応じて減圧して生成した信号圧を各方向制御弁21〜24に出力する。 The boom one-way control valve 21 operates by a drive signal (signal pressure) generated by the electromagnetic proportional valves 21a and 21b controlled based on a command signal (control signal) from the main controller 100. The boom two-way control valve 24 operates by a drive signal (signal pressure) generated by the electromagnetic proportional valves 21a and 24a. The electromagnetic proportional valve 21a is shared by the boom one-way control valve 21 and the boom two-way control valve 24. Further, the arm two-way control valve 22 and the arm one-way control valve 23 operate by the drive signals (signal pressures) generated by the electromagnetic proportional valves 23a and 23b. The electromagnetic proportional valves 21a to 24a use the pilot pressure oil supplied from the pilot pump 29 as the primary pressure and reduce the pressure according to the command current (control signal) from the main controller 100 to generate the signal pressure in each direction control valve 21. Output to ~ 24.

ブームシリンダ5のボトム側の管路には、ブームシリンダ5のボトム側圧力を検出するブームボトム圧力センサ5bが備えられている。なお、本実施の形態では、コントロールバルブ20とブームシリンダ5のボトム側とを繋ぐ配管に圧力センサを設ける場合を例示しているが、例えば、ブームシリンダ5のボトム側、或いは、コントロールバルブ20に直接ブームボトム圧力センサ5bを設けるように構成しても良い。 The bottom side conduit of the boom cylinder 5 is provided with a boom bottom pressure sensor 5b that detects the bottom side pressure of the boom cylinder 5. In this embodiment, a case where a pressure sensor is provided in the pipe connecting the control valve 20 and the bottom side of the boom cylinder 5 is illustrated. For example, the bottom side of the boom cylinder 5 or the control valve 20 is provided. The boom bottom pressure sensor 5b may be directly provided.

操作レバー装置1cは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号をブーム操作信号(操作信号)として情報コントローラ200に出力する。同様に、操作レバー装置1dは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号をアーム操作信号(操作信号)として情報コントローラ200に出力する。メインコントローラ100は、情報コントローラ200において左右の操作レバー装置1c,1dから送信される操作信号であるブーム操作信号及びアーム操作信号に基づいて算出されるブーム11及びアーム12の目標操作速度を示す情報(ブーム操作速度及びアーム操作速度)と、運転室16に配置されたモード設定スイッチ32から情報コントローラ200に送信される半自動制御有効フラグと、情報コントローラ200から送信される掘削作業における目標面位置及びブーム実速度と、情報コントローラ200において角度検出器13a、13bからそれぞれ送信されるブーム角度信号及びアーム角度信号に基づいて算出されるブーム角度及びアーム角度と、情報コントローラ200においてブームボトム圧力センサ5bから送信されるブームボトム圧の検出値が変換されたブームボトム圧とを入力し、これら入力情報に応じて、各電磁比例弁21a〜24aを駆動する信号を生成してそれぞれへ出力する。 The operation lever device 1c outputs a voltage signal corresponding to the operation amount and operation direction of the operation lever to the information controller 200 as a boom operation signal (operation signal). Similarly, the operation lever device 1d outputs a voltage signal corresponding to the operation amount and operation direction of the operation lever to the information controller 200 as an arm operation signal (operation signal). The main controller 100 is information indicating the target operation speeds of the boom 11 and the arm 12 calculated based on the boom operation signal and the arm operation signal which are the operation signals transmitted from the left and right operation lever devices 1c and 1d in the information controller 200. (Boom operation speed and arm operation speed), the semi-automatic control enable flag transmitted from the mode setting switch 32 arranged in the driver's cab 16 to the information controller 200, the target surface position in the excavation work transmitted from the information controller 200, and the target surface position. The boom angle and arm angle calculated based on the actual boom speed, the boom angle signal and the arm angle signal transmitted from the angle detectors 13a and 13b in the information controller 200, respectively, and the boom bottom pressure sensor 5b in the information controller 200. The transmitted boom bottom pressure detection value is input to the converted boom bottom pressure, and according to these input information, signals for driving the electromagnetic proportional valves 21a to 24a are generated and output to each.

なお、モード設定スイッチ32は運転室内に配置されており、油圧作業機械の作業において、半自動制御を有効にするかを選択可能とするものであって、真:半自動制御有効、偽:半自動制御無効を選択する。また、本実施形態では、第1油圧ポンプ2aおよび第2油圧ポンプ2bとして固定容量型の油圧ポンプを用いる場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変容量型の油圧ポンプを用いた構成としても良い。 The mode setting switch 32 is arranged in the driver's cab and enables selection of whether to enable semi-automatic control in the work of the hydraulic work machine. True: semi-automatic control enabled, false: semi-automatic control disabled. Select. Further, in the present embodiment, a case where a fixed capacity type hydraulic pump is used as the first hydraulic pump 2a and the second hydraulic pump 2b has been illustrated, but the present invention is not limited to this, and the variable capacity type hydraulic pressure is not limited thereto. A pump may be used.

図3は、メインコントローラ及び情報コントローラの処理内容を示す機能ブロック図である。 FIG. 3 is a functional block diagram showing the processing contents of the main controller and the information controller.

図3において、メインコントローラ100は、アクチュエータ制御部110と、制限速度算出部120とを有している。また、情報コントローラ200は、操作レバー装置1c,1dからの操作信号に基づいてアーム12の目標操作速度に係る情報(アーム操作速度)及びブーム11の目標操作速度に係る情報(ブーム操作速度)を算出する操作速度情報算出部210と、ブームボトム圧力センサ5bからの検出信号をブームボトム圧に変換する検出信号変換部220と、油圧ショベル600の掘削作業における目標面位置が記憶された目標面位置記憶部230と、角度検出器13a,13bの検出信号からブーム11及びアーム12の角度情報(ブーム角度及びアーム角度)を算出する作業装置角度算出部240と、角度検出器13aの検出値などからブーム11の実速度を算出するブーム実速度算出部250と、ブーム11及びアーム12の設計質量(ブーム設計質量及びアーム設計質量)が記憶されている作業装置質量記憶部260とを有している。 In FIG. 3, the main controller 100 has an actuator control unit 110 and a speed limit calculation unit 120. Further, the information controller 200 provides information related to the target operating speed of the arm 12 (arm operating speed) and information related to the target operating speed of the boom 11 (boom operating speed) based on the operation signals from the operating lever devices 1c and 1d. The operation speed information calculation unit 210 to be calculated, the detection signal conversion unit 220 that converts the detection signal from the boom bottom pressure sensor 5b into the boom bottom pressure, and the target surface position in which the target surface position in the excavation work of the hydraulic excavator 600 is stored. From the storage unit 230, the working device angle calculation unit 240 that calculates the angle information (boom angle and arm angle) of the boom 11 and the arm 12 from the detection signals of the angle detectors 13a and 13b, the detection value of the angle detector 13a, and the like. It has a boom actual speed calculation unit 250 that calculates the actual speed of the boom 11, and a working device mass storage unit 260 that stores the design masses (boom design mass and arm design mass) of the boom 11 and the arm 12. ..

情報コントローラ200の操作速度情報算出部210は、操作レバー装置1c,1dでのアーム引きの操作に基づく操作信号が出力された場合には、その操作信号に応じた正のアーム操作速度を出力し、アーム押しの操作に基づく操作信号が出力された場合には、その操作信号に応じた負のアーム操作速度を出力する。同様に、操作速度情報算出部210は、操作レバー装置1c,1dでのブーム上げの操作に基づく操作信号が出力された場合には、その操作信号に応じた正のブーム操作速度を出力し、ブーム下げの操作に基づく操作信号が出力された場合には、その操作信号に応じた負のブーム操作速度を出力する。なお、ブーム実速度算出部250においても、ブーム上げ方向の速度を正、ブーム下げ方向の速度を負として、ブーム実速度を算出する。操作速度情報算出部210で算出したアーム操作速度及びブーム操作速度はメインコントローラ100のアクチュエータ制御部110に出力されるとともに、ブーム操作速度は制限速度算出部120に出力される。 When the operation signal based on the arm pull operation by the operation lever devices 1c and 1d is output, the operation speed information calculation unit 210 of the information controller 200 outputs a positive arm operation speed corresponding to the operation signal. , When an operation signal based on the arm pushing operation is output, a negative arm operation speed corresponding to the operation signal is output. Similarly, when the operation signal based on the boom raising operation in the operation lever devices 1c and 1d is output, the operation speed information calculation unit 210 outputs a positive boom operation speed corresponding to the operation signal. When an operation signal based on the boom lowering operation is output, a negative boom operation speed corresponding to the operation signal is output. The actual boom speed calculation unit 250 also calculates the actual boom speed, with the speed in the boom raising direction as positive and the speed in the boom lowering direction as negative. The arm operation speed and boom operation speed calculated by the operation speed information calculation unit 210 are output to the actuator control unit 110 of the main controller 100, and the boom operation speed is output to the speed limit calculation unit 120.

検出信号変換部220は、ブームボトム圧力センサ5bからの検出信号をブームシリンダ5のボトム側の圧力であるブームボトム圧を示す情報(ブームボトム圧)に変換し、メインコントローラ100のアクチュエータ制御部110及び制限速度算出部120に出力する。 The detection signal conversion unit 220 converts the detection signal from the boom bottom pressure sensor 5b into information indicating the boom bottom pressure (boom bottom pressure), which is the pressure on the bottom side of the boom cylinder 5, and the actuator control unit 110 of the main controller 100. And output to the speed limit calculation unit 120.

目標面位置記憶部230には、油圧ショベル600の作業装置15によって行う掘削作業における目標面の位置(目標面位置)が予め設定されて記憶されている。目標面とは、油圧ショベル600の稼動する施工現場において最終的に目標とする地形を示す目標地形データ(施工計画に係るデータの一部を抽出した地形データ)に応じて設定されるものであり、例えば、目標地形データのうち油圧ショベル600の周囲の一定の範囲を抽出し、油圧ショベル600の車体座標系(例えば、上部旋回体10の旋回中心上向きにz軸を、z軸と地面との交点に原点を、上部旋回体10の前方方向にx軸を、左方向にy軸を、それぞれ設定した直交座標系)において設定したものである。なお、目標面の位置は、目標地形データに一致する必要はなく、目標地形データの上方に仮の施工目標の面位置として目標面位置を設定しても良い。 The target surface position storage unit 230 presets and stores the position of the target surface (target surface position) in the excavation work performed by the work device 15 of the hydraulic excavator 600. The target surface is set according to the target terrain data (the terrain data obtained by extracting a part of the data related to the construction plan) indicating the final target terrain at the construction site where the hydraulic excavator 600 operates. For example, a certain range around the hydraulic excavator 600 is extracted from the target terrain data, and the vehicle body coordinate system of the hydraulic excavator 600 (for example, the z-axis upwards at the turning center of the upper swing body 10 is set to the z-axis and the ground. The origin is set at the intersection, the x-axis is set in the forward direction of the upper swirl body 10, and the y-axis is set in the left direction in the Cartesian coordinate system). The position of the target surface does not have to match the target terrain data, and the target surface position may be set above the target terrain data as a temporary construction target surface position.

作業装置角度算出部240は、角度検出器13a,13bの検出信号からブーム11及びアーム12の角度情報(ブーム角度及びアーム角度)を算出し、メインコントローラ100の制限速度算出部120に出力する。作業装置角度算出部240は、角度検出器13a,13bからの検出信号(角速度信号や加速度信号)を用い、予め保持している機械的なリンク関係の情報に基づいてブーム11及びアーム12のそれぞれのブーム角度及びアーム角度(ブーム11及びアーム12のそれぞれの両端の回動部を結ぶ基準線と水平面との相対角度、或いは、車体座標系におけるxy平面に対する角度)を算出する。 The working device angle calculation unit 240 calculates the angle information (boom angle and arm angle) of the boom 11 and the arm 12 from the detection signals of the angle detectors 13a and 13b, and outputs the angle information (boom angle and arm angle) to the speed limit calculation unit 120 of the main controller 100. The working device angle calculation unit 240 uses the detection signals (angular velocity signal and acceleration signal) from the angle detectors 13a and 13b, and based on the mechanical link-related information held in advance, the boom 11 and the arm 12, respectively. The boom angle and the arm angle (the relative angle between the reference line connecting the rotating portions at both ends of the boom 11 and the arm 12 and the horizontal plane, or the angle with respect to the xy plane in the vehicle body coordinate system) are calculated.

ブーム実速度算出部250は、角度検出器13aの検出信号(角速度信号や加速度信号)を用い、予め保持している機械的なリンク関係の情報に基づいてブーム11の実速度(ブーム実速度)を算出し、メインコントローラ100の制限速度算出部120に出力する。 The boom actual speed calculation unit 250 uses the detection signal (angular velocity signal or acceleration signal) of the angle detector 13a, and the actual speed (boom actual speed) of the boom 11 is based on the mechanical link-related information held in advance. Is calculated and output to the speed limit calculation unit 120 of the main controller 100.

作業装置質量記憶部260には、ブーム11及びアーム12の設計質量(ブーム設計質量及びアーム設計質量)がそれぞれ記憶されている。 The work device mass storage unit 260 stores the design masses (boom design mass and arm design mass) of the boom 11 and the arm 12, respectively.

メインコントローラ100の制限速度算出部120は、情報コントローラ200からのブーム操作速度、目標面位置、ブーム実速度、ブーム角度、アーム角度、及びブームボトム圧と、予め記憶しているブーム11およびアーム12の設計質量(ブーム設計質量及びアーム設計質量)とに応じて、ブーム下げ制限速度を算出し、アクチュエータ制御部110に出力する。 The speed limit calculation unit 120 of the main controller 100 stores the boom operation speed, the target surface position, the actual boom speed, the boom angle, the arm angle, and the boom bottom pressure from the information controller 200, and the boom 11 and the arm 12 that are stored in advance. The boom lowering speed limit is calculated according to the design mass (boom design mass and arm design mass) of the above, and is output to the actuator control unit 110.

アクチュエータ制御部110は、情報コントローラ200からのブーム操作速度、アーム操作速度、ブームボトム圧、及び制限速度算出部120で演算されたブーム下げ制限速度に基づいて、電磁比例弁23aのアーム引き駆動信号、電磁比例弁23bのアーム押し駆動信号、電磁比例弁21aのブーム上げ駆動信号、電磁比例弁21bのブーム1下げ駆動信号、及び電磁比例弁24bのブーム2下げ駆動信号をそれぞれ算出して出力する。 The actuator control unit 110 receives an arm pull drive signal of the electromagnetic proportional valve 23a based on the boom operation speed, arm operation speed, boom bottom pressure, and boom lowering speed limit calculated by the speed limit calculation unit 120 from the information controller 200. , The arm push drive signal of the electromagnetic proportional valve 23b, the boom raising drive signal of the electromagnetic proportional valve 21a, the boom 1 lowering drive signal of the electromagnetic proportional valve 21b, and the boom 2 lowering drive signal of the electromagnetic proportional valve 24b are calculated and output. ..

図4は、アクチュエータ制御部の処理内容を示す機能ブロック図である。 FIG. 4 is a functional block diagram showing the processing contents of the actuator control unit.

図4において、アクチュエータ制御部110は、アーム駆動部110a、最大値選択部110b、及びブーム駆動部110cを有している。 In FIG. 4, the actuator control unit 110 includes an arm drive unit 110a, a maximum value selection unit 110b, and a boom drive unit 110c.

アーム駆動部110aは、アーム操作速度が正であれば、その大きさに応じた電流をアーム引き駆動信号として出力し、アーム操作速度が負であれば、その大きさに応じた電流をアーム押し駆動信号として出力する。 If the arm operating speed is positive, the arm driving unit 110a outputs a current corresponding to the magnitude of the arm pulling drive signal, and if the arm operating speed is negative, the arm pushing the current corresponding to the magnitude is output. Output as a drive signal.

最大値選択部110bは、ブーム操作速度と、制限速度算出部120からのブーム下げ制限速度とを比較し、値が大きい方の速度、つまり、ブーム下げ速度として大きさが小さい方の速度信号をブーム制御速度としてブーム駆動部110cに出力する。 The maximum value selection unit 110b compares the boom operation speed with the boom lowering speed limit from the speed limit calculation unit 120, and obtains a speed signal having a larger value, that is, a speed signal having a smaller magnitude as the boom lowering speed. It is output to the boom drive unit 110c as the boom control speed.

ブーム駆動部110cは、最大値選択部110bからのブーム制御速度が正であれば、その大きさに応じた電流をブーム上げ駆動信号として出力する。また、ブーム下げ制御速度が負の場合であって、ブームボトム圧が予め定めた値を下回るときは、ブーム下げ制御速度の大きさに応じた電流をブーム1下げ駆動信号として出力する。また、ブーム下げ制御速度が負の場合であって、ブームボトム圧が予め定めた値を上回るときは、ブーム下げ制御速度の大きさと、ブームボトム圧に応じた電流をブーム2下げ駆動信号として出力する。この時、ブーム2下げ駆動信号の大きさは、油圧バルブの通過流量が油圧バルブの前後差圧の1/2乗に比例し油圧バルブの開口面積に比例することを示す関係式であるオリフィスの式を利用して算出する。具体的には、ブーム下げ制御速度をβ´、ブームシリンダボトム面積をS、ブームボトム圧をPとして、バルブの開口面積A=k3×S×β´/√Pを満たすように決定する。なお、ブームボトム圧の予め定めた値との大小関係によって駆動信号を出力する電磁比例弁を切り替えるのは、ブームボトム圧が大きいときには作業装置15に下方からの応力が働いていない場合(例えば、作業装置15のバケット8が接地していない場合)であると判断して、ポンプからの圧油を用いずに自重でブーム下げを行うことを意図した制御である。 If the boom control speed from the maximum value selection unit 110b is positive, the boom drive unit 110c outputs a current corresponding to the magnitude of the boom control speed as a boom increase drive signal. Further, when the boom lowering control speed is negative and the boom bottom pressure is lower than a predetermined value, a current corresponding to the magnitude of the boom lowering control speed is output as a boom 1 lowering drive signal. When the boom lowering control speed is negative and the boom bottom pressure exceeds a predetermined value, the magnitude of the boom lowering control speed and the current corresponding to the boom bottom pressure are output as a boom 2 lowering drive signal. do. At this time, the magnitude of the boom 2 lowering drive signal is a relational expression indicating that the passing flow rate of the hydraulic valve is proportional to the 1/2 power of the front-rear differential pressure of the hydraulic valve and proportional to the opening area of the hydraulic valve. Calculate using the formula. Specifically, the boom lowering control speed is β', the boom cylinder bottom area is S, and the boom bottom pressure is P, and the valve opening area A = k3 × S × β ′ / √P is determined to be satisfied. It should be noted that the electromagnetic proportional valve that outputs the drive signal is switched according to the magnitude relationship with the predetermined value of the boom bottom pressure when the working device 15 is not stressed from below when the boom bottom pressure is large (for example,). This control is intended to lower the boom by its own weight without using the pressure oil from the pump, judging that the bucket 8 of the working device 15 is not grounded).

図5は、制限速度算出部の処理内容を示す機能ブロック図である。 FIG. 5 is a functional block diagram showing the processing content of the speed limit calculation unit.

図5において、制限速度算出部120は、位置エネルギー算出部120a、消費パワー積算部120b、目標消費パワー算出部120c、目標速度算出部120d、及びバケット質量推定部120eを有している。 In FIG. 5, the speed limit calculation unit 120 includes a potential energy calculation unit 120a, a power consumption integration unit 120b, a target power consumption calculation unit 120c, a target speed calculation unit 120d, and a bucket mass estimation unit 120e.

バケット質量推定部120eは、ブーム操作速度が負の値をとる場合、すなわち、操作レバー装置1c,1dでブーム下げの操作が行われた場合に、ブーム角度、アーム角度、及びブームボトム圧と、ブーム11およびアーム12の設計質量(ブーム設計質量及びアーム設計質量)から、バケット8に相当する部分の質量(バケット推定質量)を推定する。 The bucket mass estimation unit 120e determines the boom angle, arm angle, and boom bottom pressure when the boom operating speed takes a negative value, that is, when the boom lowering operation is performed by the operating lever devices 1c and 1d. From the design masses of the boom 11 and the arm 12 (boom design mass and arm design mass), the mass of the portion corresponding to the bucket 8 (bucket estimated mass) is estimated.

位置エネルギー算出部120aは、ブーム操作速度が負の値をとる場合に、目標面位置、ブーム角度、及びアーム角度と、ブーム11およびアーム12の設計質量(ブーム設計質量及びアーム設計質量)と、バケット8の推定質量(バケット推定質量)とから、作業装置15がブーム下げ動作を開始した時点において、作業装置15が目標面に対して保持している位置エネルギーUを算出し、ブーム操作速度がゼロになるまで算出値を保持しつつ出力する。 When the boom operating speed takes a negative value, the potential energy calculation unit 120a determines the target surface position, the boom angle, and the arm angle, and the design masses of the boom 11 and the arm 12 (boom design mass and arm design mass). From the estimated mass of the bucket 8 (estimated bucket mass), the potential energy U held by the working device 15 with respect to the target surface at the time when the working device 15 starts the boom lowering operation is calculated, and the boom operating speed is determined. Output while holding the calculated value until it reaches zero.

消費パワー積算部120bは、ブーム実速度をβ´、ブームシリンダボトム面積をS、ブームボトム圧をP、ブーム下げ動作において圧油がコントロールバルブ20を通過する際の消費パワーをWとした時に、W=P×β´×Sの演算を行い、このWを時系列的に積算して消費エネルギーCとして出力する。 The power consumption integrating unit 120b sets the actual boom speed to β', the boom cylinder bottom area to S, the boom bottom pressure to P, and the power consumption when the pressure oil passes through the control valve 20 in the boom lowering operation to be W. The calculation of W = P × β ′ × S is performed, and this W is integrated in time series and output as energy consumption C.

目標消費パワー算出部120cは、作業装置15の有する力学的エネルギーとして、位置エネルギー算出部120aから出力された位置エネルギーUと、消費パワー積算部120bから出力された消費エネルギーCの差(すなわち、U−C)である残存エネルギーを入力とし、その値に応じた目標消費パワーWtを演算して目標速度算出部120dに出力する。 The target power consumption calculation unit 120c is the difference between the potential energy U output from the potential energy calculation unit 120a and the energy consumption C output from the power consumption integration unit 120b (that is, U) as the mechanical energy possessed by the working device 15. -C) The residual energy is input, the target power consumption Wt corresponding to the value is calculated, and the target speed calculation unit 120d is output.

図6は、目標消費パワー算出部での目標消費パワーの算出に用いられるルックアップテーブルの一例を示す図であり、横軸に入力値である残存エネルギー(U−C)を、横軸に出力値である目標消費パワーWtをそれぞれ示している。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a look-up table used for calculating the target power consumption in the target power consumption calculation unit, and outputs the residual energy (UC) which is an input value on the horizontal axis and outputs it on the horizontal axis. The target power consumption Wt, which is a value, is shown respectively.

図6に示すように、残存エネルギー(U−C)が0となるときは目標消費パワーWtを0とし、残存エネルギー(すなわち、位置エネルギーUと消費エネルギーCの差:U−C)が大きいほど目標消費パワーWtを大きくする。なお、残存エネルギー(U−C)と目標消費パワーWtの関係を示すテーブルの形状は直線でなくとも良い。また、適切な定数k2,k3などを用いて、k2×(U−C)や、k3×(U−C)^2といった関係式によって目標消費パワーWtを算出しても良い。 As shown in FIG. 6, when the residual energy (UC) becomes 0, the target power consumption Wt is set to 0, and the larger the residual energy (that is, the difference between the potential energy U and the energy consumption C: UC) Increase the target power consumption Wt. The shape of the table showing the relationship between the residual energy (UC) and the target power consumption Wt does not have to be a straight line. Further, the target power consumption Wt may be calculated by a relational expression such as k2 × (UC) or k3 × (UC) ^ 2 using appropriate constants k2 and k3.

目標速度算出部120dは、目標消費パワー算出部120cが出力した目標消費パワーWtとブームボトム圧Pとから、Wt÷Pの演算を行い、その結果として目標流量Qtを算出する。さらに目標流量Qtと、ブームシリンダのボトム側面積Abmとから、Qt÷Abmの演算を行い、その結果として、ブーム下げ制限速度、すなわち、ブーム下げ目標速度を算出する。なお、ブーム操作速度はブーム上げ操作時を正としており、目標速度算出部120dで算出されるブーム下げ制限速度は、(ブーム下げ制限速度)=−(Wt÷P÷Abm)となる。 The target velocity calculation unit 120d calculates Wt ÷ P from the target consumption power Wt and the boom bottom pressure P output by the target consumption power calculation unit 120c, and calculates the target flow rate Qt as a result. Further, Qt ÷ Abm is calculated from the target flow rate Qt and the bottom side area Abm of the boom cylinder, and as a result, the boom lowering speed limit, that is, the boom lowering target speed is calculated. The boom operation speed is positive when the boom is raised, and the boom lowering speed limit calculated by the target speed calculation unit 120d is (boom lowering speed limit) = − (Wt ÷ P ÷ Abm).

図7は、制限速度算出部の処理の流れを示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart showing the processing flow of the speed limit calculation unit.

図7において、制限速度算出部120は、まず、位置エネルギー算出部120aにおいて、操作速度情報算出部210から入力されるブーム操作速度が負の値であるかどうか、すなわち、ブーム下げ操作が開始されたかどうかを判定し(ステップS100)、ステップS100での判定結果がNOの場合には、判定結果がYESとなるまで、すなわち、ブーム下げ操作が開始されるまでステップS100の判定を繰り返す。すなわち、制限速度算出部120では、例えば、ブーム上げ動作及びブーム下げ動作によって目標面に対するバケット8の先端の位置を変化させる掘削作業を行う場合であって、オペレータによる操作レバー装置1c、1dの操作によってバケット8が目標面の方向に移動するブーム下げ動作が行われた場合に本実施の形態に係るブーム停止制御の処理を行う。 In FIG. 7, the speed limit calculation unit 120 first starts whether or not the boom operation speed input from the operation speed information calculation unit 210 in the potential energy calculation unit 120a is a negative value, that is, the boom lowering operation is started. If the determination result in step S100 is NO, the determination in step S100 is repeated until the determination result becomes YES, that is, until the boom lowering operation is started. That is, in the case where the speed limit calculation unit 120 performs excavation work for changing the position of the tip of the bucket 8 with respect to the target surface by, for example, a boom raising operation and a boom lowering operation, the operator operates the operation lever devices 1c and 1d. When the boom lowering operation in which the bucket 8 moves in the direction of the target surface is performed, the boom stop control process according to the present embodiment is performed.

ステップS100での判定結果がYESの場合、すなわち、ブーム下げ操作が開始されたと判定した場合には、バケット質量推定部120eにおいて、ブーム角度、アーム角度、ブーム設計質量、アーム設計質量、及びブームボトム圧を用いて、ブーム下げ開始の瞬間におけるバケットの質量を推定(算出)する(ステップS110)。バケット質量推定部120eでは、検出信号変換部220で得られたブームシリンダ5のブームボトム圧からブーム11の基端側(上部旋回体10側)の回動中心に働くモーメントを算出し、算出したモーメントとブーム角度及びアーム角度(作業装置15の姿勢とも言える)と予め保持している機械的なリンク関係の情報とを用いて作業装置15の推定質量(作業装置推定質量Mfi)を算出し、作業装置15の推定質量からブーム質量及びアーム質量の設計値(ブーム設計質量Mbm及びアーム設計質量Mam)を減ずることによって、バケット8の推定質量(バケット推定質量Mbc=Mfi−Mbm−Mam)を算出する(質量を推定する)。 If the determination result in step S100 is YES, that is, if it is determined that the boom lowering operation has started, the bucket mass estimation unit 120e has the boom angle, arm angle, boom design mass, arm design mass, and boom bottom. Using the pressure, the mass of the bucket at the moment when the boom starts to be lowered is estimated (calculated) (step S110). The bucket mass estimation unit 120e calculated and calculated the moment acting on the rotation center on the base end side (upper swivel body 10 side) of the boom 11 from the boom bottom pressure of the boom cylinder 5 obtained by the detection signal conversion unit 220. The estimated mass of the working device 15 (estimated mass of the working device Mfi) is calculated using the moment, the boom angle, the arm angle (which can be said to be the posture of the working device 15), and the mechanical link-related information held in advance. The estimated mass of the bucket 8 (bucket estimated mass Mbc = Mfi-Mbm-Mam) is calculated by subtracting the design values of the boom mass and the arm mass (boom design mass Mbm and arm design mass Mam) from the estimated mass of the working device 15. (Estimate the mass).

次に、位置エネルギー算出部120aにおいて、目標面位置、ブーム角度、アーム角度、ブーム設計質量、アーム設計質量、及びバケット推定質量を用いて、位置エネルギーUを算出する(ステップS120)。位置エネルギー算出部120aでは、ブーム角度及びアーム角度(作業装置15の姿勢)から作業装置15に予め設定した基準点(例えば、バケット8の爪先)の目標面からの高さhを算出し、基準点の目標面からの高さhと作業装置15を構成する各フロント部材の質量(ブーム設計質量Mbm、アーム設計質量Mam、バケット推定質量Mbc)と重力加速度Gとを掛け合わせることにより、オペレータによるブーム下げ操作の開始時において作業装置15が目標面位置に対して保持している位置エネルギーU((Mbm+Mam+Mbc)×G×h)を算出する。 Next, the potential energy calculation unit 120a calculates the potential energy U using the target surface position, boom angle, arm angle, boom design mass, arm design mass, and bucket estimated mass (step S120). The potential energy calculation unit 120a calculates the height h from the target surface of the reference point (for example, the tip of the bucket 8) preset in the work device 15 from the boom angle and the arm angle (posture of the work device 15), and uses the reference. By multiplying the height h of the point from the target surface, the mass of each front member constituting the work device 15 (boom design mass Mbm, arm design mass Mam, bucket estimated mass Mbc), and the gravitational acceleration G, the operator The potential energy U ((Mbm + Mam + Mbc) × G × h) held by the working device 15 with respect to the target surface position at the start of the boom lowering operation is calculated.

次に、消費パワー積算部120bにおいて、ブーム実速度およびブームボトム圧を用いて、消費パワーWを求め、これを積算して消費エネルギーCを求める(ステップS130)。消費パワー積算部120bでは、ブーム実速度とブームボトム圧とを用いて、オペレータによる連続するブーム下げ操作によって圧油がコントロールバルブ20を通過する際の消費パワーWを算出し、この消費パワーWをブーム下げ操作の開始時から順次積算することによって、連続するブーム下げ操作において作業装置15の動作で消費されるエネルギーC(つまり、ブーム下げ操作が連続して行われた場合のブーム下げ操作開始時からの作業装置15における消費エネルギーC)を算出する。 Next, in the power consumption integrating unit 120b, the power consumption W is obtained by using the actual boom speed and the boom bottom pressure, and the power consumption W is integrated to obtain the energy consumption C (step S130). The power consumption integrating unit 120b calculates the power consumption W when the pressure oil passes through the control valve 20 by the continuous boom lowering operation by the operator using the actual boom speed and the boom bottom pressure, and calculates the power consumption W. Energy C consumed by the operation of the work device 15 in the continuous boom lowering operation by sequentially accumulating from the start of the boom lowering operation (that is, at the start of the boom lowering operation when the boom lowering operation is continuously performed). The energy consumption C) in the working device 15 from the above is calculated.

次に、目標消費パワー算出部120cにおいて、位置エネルギーUと消費エネルギーCの差(残存エネルギー:U−C)を算出して入力し(ステップS140)、その算出結果から目標消費パワーWtを算出する(ステップS150)。目標消費パワー算出部120cでは、位置エネルギーUと消費エネルギーCの差(すなわち、その時点で作業装置15が保持している位置エネルギーに相当する残存エネルギー:U−C)を入力し、残存エネルギー(U−C)と目標消費パワーWtとの関係を予め定めたルックアップテーブル(図6参照)を用いて、目標消費パワーWtを算出する。目標消費パワーWtは、オペレータによるブーム下げ操作によって残存エネルギー(U−C)が0(ゼロ)となる、すなわち、作業装置15の基準点(例えば、バケット8の先端)の目標面位置に対する高さが0(ゼロ)となり目標面位置に対して作業装置15が保持する位置エネルギー(U−C)が0(ゼロ)となるのに要する消費エネルギーに関係するものである。 Next, in the target power consumption calculation unit 120c, the difference between the potential energy U and the energy consumption C (residual energy: UC) is calculated and input (step S140), and the target power consumption Wt is calculated from the calculation result. (Step S150). In the target power consumption calculation unit 120c, the difference between the potential energy U and the energy consumption C (that is, the residual energy corresponding to the potential energy held by the working device 15 at that time: UC) is input, and the residual energy (that is, the residual energy (UC)) is input. The target power consumption Wt is calculated using a lookup table (see FIG. 6) in which the relationship between the UC) and the target power consumption Wt is predetermined. The target power consumption Wt is such that the residual energy (UC) becomes 0 (zero) by the boom lowering operation by the operator, that is, the height of the reference point (for example, the tip of the bucket 8) of the work device 15 with respect to the target surface position. Is 0 (zero) and is related to the energy consumption required for the potential energy (UC) held by the working device 15 with respect to the target surface position to be 0 (zero).

次に、目標速度算出部120dにおいて、目標消費パワーWtと、ブームボトム圧Pと、ブームシリンダのボトム側面積Abmとを用いて、ブーム下げ制限速度(目標速度)を算出し、出力する(ステップS160)。目標速度算出部120dでは、目標消費パワーWtをブームボトム圧Pで除し、その結果として目標流量Qtを得る。さらに、目標流量Qtをブームシリンダのボトム側面積Abmで除し、その結果として、ブーム下げ制限速度(目標速度)を得る。なお、ブーム操作速度はブーム上げ操作時を正としており、目標速度算出部120dで算出されるブーム下げ制限速度は、(ブーム下げ制限速度)=−(Wt÷P÷Abm)となる。 Next, the target speed calculation unit 120d calculates and outputs the boom lowering speed limit (target speed) using the target power consumption Wt, the boom bottom pressure P, and the bottom side area Abm of the boom cylinder (step). S160). The target speed calculation unit 120d divides the target consumption power Wt by the boom bottom pressure P, and as a result, obtains the target flow rate Qt. Further, the target flow rate Qt is divided by the bottom side area Abm of the boom cylinder, and as a result, the boom lowering speed limit (target speed) is obtained. The boom operation speed is positive when the boom is raised, and the boom lowering speed limit calculated by the target speed calculation unit 120d is (boom lowering speed limit) = − (Wt ÷ P ÷ Abm).

次に、ブーム下げ操作が継続されているかどうか、すなわち、ブーム下げ操作速度が0(ゼロ)となっていないかどうかを判定し(ステップS170)、判定結果がYESの場合、すなわち、ブーム下げ操作速度が0(ゼロ)ではなく、ブーム下げ操作が継続されていると判定した場合には、判定結果がNOになるまでステップS130〜S160の処理を繰り返す。すなわち、制限速度算出部120では、オペレータにより連続でブーム下げ操作が行われている間は、作業装置15のブーム下げ動作で消費される(つまり、コントロールバルブ20での圧油の通過で消費される)消費パワーWの積算による消費エネルギーCの演算(ステップS130)、消費エネルギーCを用いて得られる残存エネルギー(U−C)の演算(ステップS140)、残存エネルギー(U−C)を用いて得られる目標消費パワーWtの演算(ステップS150)、及び、目標消費パワーWtを用いて得られるブーム下げ制限速度(目標速度)の演算・出力(ステップS160)の処理を繰り返すことにより、オペレータによるブーム下げ操作によるブーム下げ速度(言い換えると、バケット8の目標面に向かう速度)を制限する。これにより、ブーム下げ速度は、作業装置15がブーム下げ操作の開始時に有する位置エネルギーUと、ブーム下げ操作の開始時からある時点までに消費される消費エネルギーCとの差(残存エネルギー(U−C))に応じて制限される。 Next, it is determined whether or not the boom lowering operation is continued, that is, whether or not the boom lowering operation speed is 0 (zero) (step S170), and when the determination result is YES, that is, the boom lowering operation. If it is determined that the speed is not 0 (zero) and the boom lowering operation is continued, the processes of steps S130 to S160 are repeated until the determination result becomes NO. That is, in the speed limit calculation unit 120, while the boom lowering operation is continuously performed by the operator, it is consumed by the boom lowering operation of the work device 15 (that is, it is consumed by the passage of the pressure oil in the control valve 20). The calculation of the energy consumption C by integrating the power consumption W (step S130), the calculation of the residual energy (UC) obtained by using the energy consumption C (step S140), and the residual energy (UC) are used. By repeating the calculation of the obtained target power consumption Wt (step S150) and the calculation / output (step S160) of the boom lowering limit speed (target speed) obtained by using the target power consumption Wt, the boom by the operator The boom lowering speed (in other words, the speed toward the target surface of the bucket 8) by the lowering operation is limited. As a result, the boom lowering speed is the difference between the potential energy U held by the working device 15 at the start of the boom lowering operation and the energy consumption C consumed from the start of the boom lowering operation to a certain point in time (residual energy (U-). C)) is restricted.

また、ステップS170での判定結果がNOの場合、すなわち、ブーム下げ操作速度が0(ゼロ)となり、オペレータによるブーム下げ操作が終了したと判定した場合には、それまでに算出した、バケット推定質量、位置エネルギー、消費エネルギー、目標消費パワー、ブーム下げ制限速度などの算出値を0(ゼロ)にリセットし(ステップS180)、ステップS100に戻って、オペレータによるブーム下げ操作を待つ待機状態となる。すなわち、制限速度算出部120では、オペレータがブーム下げ操作をやめ、ブーム下げ動作が一旦停止した場合には処理をリセットし、再度ブーム下げが入力された際のブーム下げ制限速度(目標速度)の算出精度の低下や、ブーム下げ操作以外の操作が入力された際の、目標速度の算出精度の低下を抑制する。 Further, when the determination result in step S170 is NO, that is, when the boom lowering operation speed becomes 0 (zero) and it is determined that the boom lowering operation by the operator is completed, the bucket estimated mass calculated up to that point. , The calculated values such as potential energy, energy consumption, target power consumption, and boom lowering speed limit are reset to 0 (zero) (step S180), and the process returns to step S100 to wait for the boom lowering operation by the operator. That is, in the speed limit calculation unit 120, the operator stops the boom lowering operation, resets the process when the boom lowering operation is temporarily stopped, and determines the boom lowering speed limit (target speed) when the boom lowering is input again. It suppresses the decrease in calculation accuracy and the decrease in target speed calculation accuracy when an operation other than the boom lowering operation is input.

本実施の形態においては、作業装置15が空中でブーム下げ動作を行う際、作業装置15は自重によって動作している。つまり、作業装置15が空中でブーム下げ動作を行う際、作業装置15は位置エネルギーを消費して動作している。ブーム下げ動作で失われた位置エネルギーは、ブーム2方向制御弁24を通過する圧油の圧力損失と流量の積として消費される。消費エネルギーの総和が、作業装置15が動作開始時に目標面に対して保持している位置エネルギーと一致するように、作業装置15を動作させると、バケット先端を目標面で停止させることが出来る。メインコントローラ100では、制限速度算出部120において、位置エネルギーを位置エネルギー算出部120aで演算し、消費エネルギーを消費パワー積算部120bで演算し、これらの差分に応じて、消費エネルギーの総和が位置エネルギーと一致するような消費パワーを目標消費パワー算出部120cで演算し、消費パワーが消費されるようなシリンダ速度を目標速度算出部120dにおいて演算し、アクチュエータ制御部110を通じて、コントロールバルブ20への指令値として出力する。そのため、作業装置15が空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端を目標面で停止させることができる。また、作業装置15の重量が増加した際には、ブームボトム圧が増大し、目標速度算出部120dから得られる目標シリンダ速度の絶対値(すなわち、ブーム下げ方向の速さ)は小さくなる。作業装置15の重量に応じて、ブーム下げ動作速度が変化することで、作業装置15の重量が変化したときも、バケット先端を目標面で停止させつつ、車体安定性を確保することが出来る。 In the present embodiment, when the working device 15 performs the boom lowering operation in the air, the working device 15 operates by its own weight. That is, when the working device 15 performs the boom lowering operation in the air, the working device 15 consumes potential energy to operate. The potential energy lost in the boom lowering operation is consumed as the product of the pressure loss of the pressure oil passing through the boom two-way control valve 24 and the flow rate. When the work device 15 is operated so that the total energy consumption matches the potential energy held by the work device 15 with respect to the target surface at the start of operation, the bucket tip can be stopped at the target surface. In the main controller 100, the potential energy is calculated by the potential energy calculation unit 120a in the speed limit calculation unit 120, the energy consumption is calculated by the power consumption integration unit 120b, and the total energy consumption is the potential energy according to the difference between them. The target power consumption calculation unit 120c calculates the energy consumption that matches with, the target speed calculation unit 120d calculates the cylinder speed at which the power consumption is consumed, and commands the control valve 20 through the actuator control unit 110. Output as a value. Therefore, when the work device 15 performs the boom lowering operation in the air, the tip of the bucket can be stopped at the target surface. Further, when the weight of the working device 15 increases, the boom bottom pressure increases, and the absolute value of the target cylinder speed (that is, the speed in the boom lowering direction) obtained from the target speed calculation unit 120d becomes smaller. By changing the boom lowering operation speed according to the weight of the work device 15, even when the weight of the work device 15 changes, the vehicle body stability can be ensured while stopping the bucket tip at the target surface.

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。 The effects of the present embodiment configured as described above will be described.

油圧式作業機械においては、掘削作業などにおけるオペレータの操作を支援するものとして、作業装置を構成するバケットの先端と目標面との距離に応じて作業装置の動作速度を制限し、また、オペレータによる入力、或いは油圧シリンダに設けられた圧力センサの値からバケットの種別を選択することによって、バケット種別に応じて異なる速度制限で作業装置を動作させ、作業装置のバケットの先端の目標面への侵入を抑制する従来技術が知られている。 In a hydraulic work machine, the operating speed of the work device is limited according to the distance between the tip of the bucket constituting the work device and the target surface to support the operator's operation in excavation work, etc., and the operator also limits the operation speed of the work device. By selecting the bucket type from the input or the value of the pressure sensor provided on the hydraulic cylinder, the work device is operated with different speed limits according to the bucket type, and the work device enters the target surface at the tip of the bucket. There is a known conventional technique for suppressing the pressure.

しかしながら、バケットの種別について、予め設けられた選択肢からバケット種別が選ばれ、選ばれたバケット種別に応じて速度制限を変化させるような上記従来技術においては、予め設けられた選択肢にないバケットを装着したり、バケット内の土砂等によってバケット部分の重量が連続的に変化したりする場合、すなわち、想定外の状態となった場合には、バケット先端の速度が適切な値から外れてしまい、空中でブームを下げる動作の際などに、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりするおそれがあった。 However, regarding the bucket type, in the above-mentioned conventional technique in which the bucket type is selected from the preset options and the speed limit is changed according to the selected bucket type, a bucket that is not in the preset option is installed. If the weight of the bucket part changes continuously due to earth and sand in the bucket, that is, if it becomes an unexpected state, the speed at the tip of the bucket will deviate from the appropriate value and it will be in the air. When the boom is lowered, the tip of the bucket may invade the target surface or the stability of the vehicle body may be impaired.

これに対して本実施の形態においては、操作レバー装置1c,1dから情報コントローラ200に入力される操作信号に応じて流量制御弁の動作を制御する制御信号を出力するメインコントローラ100において、操作レバー装置1c、1dから操作信号の出力が開始された時の作業装置15の姿勢である初期姿勢において、作業装置15が目標面位置に対して保持する初期位置エネルギーを算出し、ブームシリンダ5の負荷とブームシリンダ5の操作速度から算出される消費パワーとに基づいて、操作レバー装置1c、1dからの操作信号に応じたブームシリンダ5の動作による消費エネルギーを積算し、初期位置エネルギーと消費エネルギーの差分に基づいて、作業装置15の動作に際する目標消費パワーを算出し、目標消費パワーとブームシリンダ5の負荷とに基づいて、ブームシリンダ5の制限速度を算出し、操作レバー装置1c、1dからの操作信号に基づくブーム11の操作速度と制限速度とに基づいて、ブームシリンダ5に関わる流量制御弁の動作を制御する制御信号を算出するように構成したので、バケット種類の変更やバケット内の土砂の量等によってバケット部分の重量が変化しても、空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりすることを抑制することができる。 On the other hand, in the present embodiment, in the main controller 100 that outputs a control signal that controls the operation of the flow control valve in response to the operation signal input from the operation lever devices 1c and 1d to the information controller 200, the operation lever In the initial posture, which is the posture of the work device 15 when the output of the operation signal is started from the devices 1c and 1d, the initial potential energy held by the work device 15 with respect to the target surface position is calculated, and the load of the boom cylinder 5 is loaded. The energy consumed by the operation of the boom cylinder 5 in response to the operation signals from the operation lever devices 1c and 1d is integrated based on the power consumption calculated from the operation speed of the boom cylinder 5 and the initial potential energy and the energy consumption. Based on the difference, the target power consumption during the operation of the work device 15 is calculated, the speed limit of the boom cylinder 5 is calculated based on the target power consumption and the load of the boom cylinder 5, and the operation lever devices 1c and 1d are calculated. Since the control signal for controlling the operation of the flow control valve related to the boom cylinder 5 is calculated based on the operation speed and the speed limit of the boom 11 based on the operation signal from, the bucket type can be changed and the inside of the bucket can be calculated. Even if the weight of the bucket part changes due to the amount of earth and sand, etc., it is necessary to prevent the tip of the bucket from invading the target surface and impairing the stability of the vehicle body when performing the boom lowering operation in the air. Can be done.

<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態を図8及び図9を参照しつつ説明する。本実施の形態では第1の実施の形態との相違点についてのみ説明するものとし、図面において第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
<Second embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. In this embodiment, only the differences from the first embodiment will be described, and the same members as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be omitted.

本実施の形態は、第1の実施の形態における初期位置エネルギーUと消費エネルギーCの差分(U−C)を、動作途中の位置エネルギーU1と作業装置の運動エネルギーTを用いて数式(U−C=U1+T)と表せることに基づき、この数式を制限速度算出部120の機能に実現させたものである。 In this embodiment, the difference (UC) between the initial potential energy U and the energy consumption C in the first embodiment is calculated by using the potential energy U1 in the middle of operation and the kinetic energy T of the working device (U-C). Based on the fact that it can be expressed as C = U1 + T), this formula is realized by the function of the speed limit calculation unit 120.

図8は、本実施の形態に係る制限速度算出部の処理内容を示す機能ブロック図である。 FIG. 8 is a functional block diagram showing the processing contents of the speed limit calculation unit according to the present embodiment.

図8において、制限速度算出部120Aは、目標消費パワー算出部120c、目標速度算出部120d、バケット質量推定部120e、残存位置エネルギー算出部120f、及び運動エネルギー算出部120gを有している。 In FIG. 8, the speed limit calculation unit 120A includes a target power consumption calculation unit 120c, a target speed calculation unit 120d, a bucket mass estimation unit 120e, a residual potential energy calculation unit 120f, and a kinetic energy calculation unit 120g.

バケット質量推定部120eは、ブーム操作速度が負の値をとる場合に、ブーム角度、アーム角度、及びブームボトム圧と、ブーム11およびアーム12の設計質量(ブーム設計質量及びアーム設計質量)から、バケット8に相当する部分の質量(バケット推定質量)を推定する。 When the boom operating speed takes a negative value, the bucket mass estimation unit 120e is based on the boom angle, the arm angle, the boom bottom pressure, and the design masses of the boom 11 and the arm 12 (boom design mass and arm design mass). The mass of the portion corresponding to the bucket 8 (estimated bucket mass) is estimated.

残存位置エネルギー算出部120fは、ブーム操作速度が負の値をとる場合に、目標面位置、ブーム角度、及びアーム角度と、ブーム11およびアーム12の設計質量(ブーム設計質量及びアーム設計質量)と、バケット8の推定質量(バケット推定質量)とから、作業装置15がブーム下げ動作中に目標面に対して保持している位置エネルギーを残存位置エネルギーU1として算出し、ブーム操作速度がゼロになるまで算出値を保持しつつ出力する。 When the boom operating speed takes a negative value, the residual potential energy calculation unit 120f determines the target surface position, the boom angle, and the arm angle, and the design masses of the boom 11 and the arm 12 (boom design mass and arm design mass). From the estimated mass of the bucket 8 (estimated mass of the bucket), the potential energy held by the working device 15 with respect to the target surface during the boom lowering operation is calculated as the residual potential energy U1, and the boom operating speed becomes zero. Output while holding the calculated value up to.

運動エネルギー算出部120gは、ブーム11およびアーム12の設計質量(ブーム設計質量及びアーム設計質量)と、バケット8の推定質量(バケット推定質量)と、ブーム実速度とから、作業装置15のブーム下げ動作中の運動エネルギーTを算出して出力する。 The kinetic energy calculation unit 120 g lowers the boom of the working device 15 from the design masses of the boom 11 and the arm 12 (boom design mass and arm design mass), the estimated mass of the bucket 8 (estimated bucket mass), and the actual boom speed. The kinetic energy T during operation is calculated and output.

目標消費パワー算出部120cは、作業装置15の有する力学的エネルギーとして、残存位置エネルギー算出部120fから出力された残存位置エネルギーU1と、運動エネルギー算出部120gから出力された運動エネルギーTの和(すなわち、U1+T)である残存エネルギーを入力とし、その残存エネルギー(U1+T)の値に応じた目標消費パワーWtを演算して目標速度算出部120dに出力する。 The target power consumption calculation unit 120c is the sum of the residual potential energy U1 output from the residual potential energy calculation unit 120f and the kinetic energy T output from the kinetic energy calculation unit 120g as the mechanical energy possessed by the work device 15. , U1 + T) is used as an input, and the target power consumption Wt corresponding to the value of the residual energy (U1 + T) is calculated and output to the target speed calculation unit 120d.

目標速度算出部120dは、目標消費パワー算出部120cが出力した目標消費パワーWtとブームボトム圧Pとから、Wt÷Pの演算を行い、その結果として目標流量Qtを算出する。さらに目標流量Qtと、ブームシリンダのボトム側面積Abmとから、Qt÷Abmの演算を行い、その結果として、ブーム下げ制限速度、すなわち、ブーム下げ目標速度を算出する。なお、ブーム操作速度はブーム上げ操作時を正としており、目標速度算出部120dで算出されるブーム下げ制限速度は、(ブーム下げ制限速度)=−(Wt÷P÷Abm)となる。 The target velocity calculation unit 120d calculates Wt ÷ P from the target consumption power Wt and the boom bottom pressure P output by the target consumption power calculation unit 120c, and calculates the target flow rate Qt as a result. Further, Qt ÷ Abm is calculated from the target flow rate Qt and the bottom side area Abm of the boom cylinder, and as a result, the boom lowering speed limit, that is, the boom lowering target speed is calculated. The boom operation speed is positive when the boom is raised, and the boom lowering speed limit calculated by the target speed calculation unit 120d is (boom lowering speed limit) = − (Wt ÷ P ÷ Abm).

図9は、本実施の形態に係る制限速度算出部の処理の流れを示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing a processing flow of the speed limit calculation unit according to the present embodiment.

図9において、制限速度算出部120は、まず、位置エネルギー算出部120aにおいて、操作速度情報算出部210から入力されるブーム操作速度が負の値であるかどうか、すなわち、ブーム下げ操作が開始されたかどうかを判定し(ステップS100)、ステップS100での判定結果がNOの場合には、判定結果がYESとなるまで、すなわち、ブーム下げ操作が開始されるまでステップS100の判定を繰り返す。すなわち、制限速度算出部120では、例えば、ブーム上げ動作及びブーム下げ動作によって目標面に対するバケット8の先端の位置を変化させる掘削作業を行う場合であって、オペレータによる操作レバー装置1c、1dの操作によってバケット8が目標面の方向に移動するブーム下げ動作が行われた場合に本実施の形態に係るブーム停止制御の処理を行う。
In FIG. 9, the speed limit calculation unit 120 first starts whether or not the boom operation speed input from the operation speed information calculation unit 210 in the potential energy calculation unit 120a is a negative value, that is, the boom lowering operation is started. If the determination result in step S100 is NO, the determination in step S100 is repeated until the determination result becomes YES, that is, until the boom lowering operation is started. That is, in the case where the speed limit calculation unit 120 performs excavation work for changing the position of the tip of the bucket 8 with respect to the target surface by, for example, a boom raising operation and a boom lowering operation, the operator operates the operation lever devices 1c and 1d. When the boom lowering operation in which the bucket 8 moves in the direction of the target surface is performed, the boom stop control process according to the present embodiment is performed.

ステップS100での判定結果がYESの場合、すなわち、ブーム下げ操作が開始されたと判定した場合には、バケット質量推定部120eにおいて、ブーム角度、アーム角度、ブーム設計質量、アーム設計質量、及びブームボトム圧を用いて、ブーム下げ開始の瞬間におけるバケットの質量を推定(算出)する(ステップS110)。バケット質量推定部120eでは、ブームシリンダ5のブームボトム圧からブーム11の基端側(上部旋回体10側)の回動中心に働くモーメントを算出し、算出したモーメントとブーム角度及びアーム角度(作業装置15の姿勢とも言える)と予め保持している機械的なリンク関係の情報とに基づいて作業装置15の推定質量(作業装置推定質量Mfi)を算出し、作業装置15の推定質量からブーム質量及びアーム質量の設計値(ブーム設計質量Mbm及びアーム設計質量Mam)を減ずることによって、バケット8の推定質量(バケット推定質量Mbc=Mfi−Mbm−Mam)を算出する(質量を推定する)。 If the determination result in step S100 is YES, that is, if it is determined that the boom lowering operation has started, the bucket mass estimation unit 120e has the boom angle, arm angle, boom design mass, arm design mass, and boom bottom. Using the pressure, the mass of the bucket at the moment when the boom starts to be lowered is estimated (calculated) (step S110). In the bucket mass estimation unit 120e, the moment acting on the rotation center on the base end side (upper swing body 10 side) of the boom 11 is calculated from the boom bottom pressure of the boom cylinder 5, and the calculated moment, boom angle and arm angle (work). The estimated mass of the working device 15 (estimated mass of the working device Mfi) is calculated based on the information on the mechanical link relationship held in advance (which can be said to be the posture of the device 15), and the boom mass is calculated from the estimated mass of the working device 15. And by reducing the design values of the arm mass (boom design mass Mbm and arm design mass Mam), the estimated mass of the bucket 8 (bucket estimated mass Mbc = Mfi-Mbm-Mam) is calculated (mass is estimated).

次に、残存位置エネルギー算出部120fにおいて、目標面位置、ブーム角度、アーム角度、ブーム設計質量、アーム設計質量、及びバケット推定質量を用いて、その時点での残存位置エネルギーU1を算出する(ステップS121)。残存位置エネルギー算出部120fでは、ブーム角度及びアーム角度(作業装置15の姿勢)から作業装置15に予め設定した基準点(例えば、バケット8の爪先)の目標面からの高さhを算出し、基準点の目標面からの高さhと作業装置15を構成する各フロント部材の質量(ブーム設計質量Mbm、アーム設計質量Mam、バケット推定質量Mbc)と重力加速度Gとを掛け合わせることにより、オペレータによるブーム下げ操作中において作業装置15がその時点で目標面位置に対して保持している位置エネルギーを残存位置エネルギーU1=((Mbm+Mam+Mbc)×G×h)として算出する。 Next, the residual potential energy calculation unit 120f calculates the residual potential energy U1 at that time using the target surface position, boom angle, arm angle, boom design mass, arm design mass, and bucket estimated mass (step). S121). The residual potential energy calculation unit 120f calculates the height h from the target surface of the reference point (for example, the tip of the bucket 8) preset in the work device 15 from the boom angle and the arm angle (posture of the work device 15). By multiplying the height h of the reference point from the target surface, the mass of each front member constituting the work device 15 (boom design mass Mbm, arm design mass Mam, bucket estimated mass Mbc), and the gravitational acceleration G, the operator The potential energy held by the working device 15 with respect to the target surface position at that time during the boom lowering operation is calculated as the residual potential energy U1 = ((Mbm + Mam + Mbc) × G × h).

次に、運動エネルギー算出部120gにおいて、ブーム設計質量、アーム設計質量、バケット推定質量、及びブーム実速度を用いて、運動エネルギーTを求める(ステップS131)。運動エネルギー算出部120gでは、ブーム実速度Vrbmの2乗と各フロント部材の質量(ブーム設計質量Mbm、アーム設計質量Mam、バケット推定質量Mbc)とを掛け合わせることにより、オペレータによる連続するブーム下げ操作によって作業装置15がその時点で有している運動エネルギーT(=(((Mbm+Mam+Mbc)×Vrbm^2))÷2)を算出する。 Next, the kinetic energy calculation unit 120 g obtains the kinetic energy T using the boom design mass, the arm design mass, the bucket estimated mass, and the actual boom velocity (step S131). In the kinetic energy calculation unit 120 g, the operator continuously lowers the boom by multiplying the square of the actual boom velocity Vrbm by the mass of each front member (boom design mass Mbm, arm design mass Mam, bucket estimated mass Mbc). The kinetic energy T (= (((Mbm + Mam + Mbc) × Vrbm ^ 2)) ÷ 2) that the working device 15 has at that time is calculated.

次に、目標消費パワー算出部120cにおいて、残存位置エネルギーU1と運動エネルギーTの和(残存エネルギー:U1+T)を算出して入力し(ステップS141)、その算出結果から目標消費パワーWtを算出する(ステップS150)。目標消費パワー算出部120cでは、残存位置エネルギーU1と運動エネルギーTの和(すなわち、作業装置15が保持しているエネルギーに相当する残存エネルギー:U1+T)を入力し、残存エネルギー(U1+T)と目標消費パワーWtとの関係を予め定めたルックアップテーブル(図6において、残存エネルギー(U−C)を残存エネルギー(U1+T)と読み替える)を用いて、目標消費パワーWtを算出する。目標消費パワーWtは、オペレータによるブーム下げ操作によって残存エネルギー(U1+T)が0(ゼロ)となる、すなわち、作業装置15の基準点(例えば、バケット8の先端)の目標面位置に対する高さが0(ゼロ)となることで目標面位置に対する作業装置15が保持する位置エネルギーU1が0(ゼロ)になるとともに、作業装置15のブーム下げの速度(ブーム実速度)が0(ゼロ)となることで作業装置15の運動エネルギーTが0(ゼロ)となり、その結果として残存エネルギー(U1+T)が0(ゼロ)となるのに要する消費エネルギーに関係するものである。 Next, in the target power consumption calculation unit 120c, the sum of the residual potential energy U1 and the kinetic energy T (residual energy: U1 + T) is calculated and input (step S141), and the target power consumption Wt is calculated from the calculation result (step S141). Step S150). In the target consumption power calculation unit 120c, the sum of the residual potential energy U1 and the kinetic energy T (that is, the residual energy corresponding to the energy held by the working device 15: U1 + T) is input, and the residual energy (U1 + T) and the target consumption are input. The target power consumption Wt is calculated using a lookup table in which the relationship with the power Wt is predetermined (in FIG. 6, the residual energy (UC) is read as the residual energy (U1 + T)). In the target power consumption Wt, the residual energy (U1 + T) becomes 0 (zero) by the boom lowering operation by the operator, that is, the height of the reference point (for example, the tip of the bucket 8) of the working device 15 with respect to the target surface position is 0. When it becomes (zero), the potential energy U1 held by the work device 15 with respect to the target surface position becomes 0 (zero), and the boom lowering speed (boom actual speed) of the work device 15 becomes 0 (zero). It is related to the energy consumption required for the kinetic energy T of the working device 15 to become 0 (zero) and the residual energy (U1 + T) to become 0 (zero) as a result.

次に、目標速度算出部120dにおいて、目標消費パワーWtと、ブームボトム圧Pと、ブームシリンダのボトム側面積Abmとを用いて、ブーム下げ制限速度(目標速度)を算出し、出力する(ステップS160)。目標速度算出部120dでは、目標消費パワーWtをブームボトム圧Pで除し、その結果として目標流量Qtを得る。さらに、目標流量Qtをブームシリンダのボトム側面積Abmで除し、その結果として、ブーム下げ制限速度(目標速度)を得る。なお、ブーム操作速度はブーム上げ操作時を正としており、目標速度算出部120dで算出されるブーム下げ制限速度は、(ブーム下げ制限速度)=−(Wt÷P÷Abm)となる。 Next, the target speed calculation unit 120d calculates and outputs the boom lowering speed limit (target speed) using the target power consumption Wt, the boom bottom pressure P, and the bottom side area Abm of the boom cylinder (step). S160). The target speed calculation unit 120d divides the target consumption power Wt by the boom bottom pressure P, and as a result, obtains the target flow rate Qt. Further, the target flow rate Qt is divided by the bottom side area Abm of the boom cylinder, and as a result, the boom lowering speed limit (target speed) is obtained. The boom operation speed is positive when the boom is raised, and the boom lowering speed limit calculated by the target speed calculation unit 120d is (boom lowering speed limit) = − (Wt ÷ P ÷ Abm).

次に、ブーム下げ操作が継続されているかどうか、すなわち、ブーム下げ操作速度が0(ゼロ)となっていないかどうかを判定し(ステップS170)、判定結果がYESの場合、すなわち、ブーム下げ操作速度が0(ゼロ)ではなく、ブーム下げ操作が継続されていると判定した場合には、判定結果がNOになるまでステップS121〜S160の処理を繰り返す。すなわち、制限速度算出部120では、オペレータにより連続でブーム下げ操作が行われている間は、作業装置15がその時点で有している残存位置エネルギーU1の演算(ステップS121)、作業装置15がその時点で有している運動エネルギーTの演算(ステップS131)、残存エネルギー(U1+T)の演算(ステップS141)、残存エネルギー(U1+T)を用いて得られる目標消費パワーWtの演算(ステップS150)、及び、目標消費パワーWtを用いて得られるブーム下げ制限速度(目標速度)の演算・出力(ステップS160)の処理を繰り返すことにより、オペレータによるブーム下げ操作によるブーム下げ速度(言い換えると、バケット8の目標面に向かう速度)を制限する。これにより、ブーム下げ速度は、作業装置15がある時点で有する位置エネルギーU1と運動エネルギーとの和(残存エネルギー(U1+T))に応じて制限される。 Next, it is determined whether or not the boom lowering operation is continued, that is, whether or not the boom lowering operation speed is 0 (zero) (step S170), and when the determination result is YES, that is, the boom lowering operation. If it is determined that the speed is not 0 (zero) and the boom lowering operation is continued, the processes of steps S121 to S160 are repeated until the determination result becomes NO. That is, in the speed limit calculation unit 120, while the boom lowering operation is continuously performed by the operator, the work device 15 calculates the residual potential energy U1 (step S121) that the work device 15 has at that time, and the work device 15 Calculation of kinetic energy T (step S131), calculation of residual energy (U1 + T) (step S141), calculation of target power consumption Wt obtained by using residual energy (U1 + T) (step S150), By repeating the calculation / output (step S160) of the boom lowering limit speed (target speed) obtained by using the target power consumption Wt, the boom lowering speed (in other words, the bucket 8) by the boom lowering operation by the operator Limit the speed towards the target plane). As a result, the boom lowering speed is limited according to the sum of the potential energy U1 and the kinetic energy (residual energy (U1 + T)) of the working device 15 at a certain point in time.

また、ステップS170での判定結果がNOの場合、すなわち、ブーム下げ操作速度が0(ゼロ)となり、ブーム下げ操作が終了したと判定した場合には、それまでに算出した、バケット推定質量、位置エネルギー、消費エネルギー、目標消費パワー、ブーム下げ制限速度などの算出値を0(ゼロ)にリセットし(ステップS180)、ステップS100に戻って、オペレータによるブーム下げ操作を待つ待機状態となる。すなわち、制限速度算出部120では、オペレータがブーム下げ操作をやめ、ブーム下げ動作が一旦停止した場合には処理をリセットし、再度ブーム下げが入力された際のブーム下げ制限速度(目標速度)の算出精度の低下や、ブーム下げ操作以外の操作が入力された際の、目標速度の算出精度の低下を抑制する。 Further, when the determination result in step S170 is NO, that is, when the boom lowering operation speed becomes 0 (zero) and it is determined that the boom lowering operation is completed, the bucket estimated mass and position calculated up to that point are obtained. The calculated values such as energy, energy consumption, target power consumption, and boom lowering speed limit are reset to 0 (zero) (step S180), and the process returns to step S100 to enter a standby state waiting for the boom lowering operation by the operator. That is, in the speed limit calculation unit 120, the operator stops the boom lowering operation, resets the process when the boom lowering operation is temporarily stopped, and determines the boom lowering speed limit (target speed) when the boom lowering is input again. It suppresses the decrease in calculation accuracy and the decrease in target speed calculation accuracy when an operation other than the boom lowering operation is input.

その他の構成は第1の実施の形態と同様である。 Other configurations are the same as in the first embodiment.

以上のように構成した本実施の形態においても第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 Also in the present embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。 Next, the features of each of the above embodiments will be described.

(1)上記の実施の形態では、ブーム11、アーム12、及び作業具(例えば、バケット8)を垂直方向に回動可能に連結して構成され、作業機械(例えば、油圧ショベル600)の車体に垂直方向に回動可能に支持された多関節型の作業装置15と、前記ブーム、アーム、及び作業具をそれぞれ駆動する複数の油圧アクチュエータ(例えば、ブームシリンダ5、アームシリンダ6、バケットシリンダ7)と、前記複数の油圧アクチュエータをそれぞれ操作するための操作信号を出力する複数の操作装置(例えば、操作レバー装置1c、1d)と、前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量および方向をそれぞれ制御する複数の流量制御弁(例えば、コントロールバルブ20)と、前記複数の油圧アクチュエータのうち少なくとも1つの特定のアクチュエータの負荷を検出する油圧センサ(例えば、ブームボトム圧力センサ5b)と、前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の流量制御弁の動作を制御する制御信号を出力するコントローラ(例えば、メインコントローラ100)とを備えた油圧式作業機械において、前記コントローラは、前記作業装置が有する力学的エネルギーを前記作業装置の動作開始時からの残存エネルギーとして算出し、その残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定のアクチュエータが消費すべき目標消費パワーを算出し、前記目標消費パワーと前記油圧センサによって検出された前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する制限速度算出部120と、前記特定の油圧アクチュエータに対応する特定の操作装置からの操作信号に基づいて算出された前記特定の油圧アクチュエータの操作速度と前記制限速度算出部で算出された前記制限速度とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータに対応する前記流量制御弁の動作を制御する制御信号を算出するアクチュエータ制御部110とを備えるものとした。 (1) In the above embodiment, the boom 11, the arm 12, and the work tool (for example, the bucket 8) are rotatably connected in the vertical direction, and the vehicle body of the work machine (for example, the hydraulic excavator 600) is connected. An articulated work device 15 rotatably supported in a direction perpendicular to the above, and a plurality of hydraulic actuators (for example, boom cylinder 5, arm cylinder 6, bucket cylinder 7) for driving the boom, arm, and work tool, respectively. ), A plurality of operating devices (for example, operating lever devices 1c and 1d) for outputting operation signals for operating the plurality of hydraulic actuators, and the plurality of operating devices according to the operating signals from the plurality of operating devices. A plurality of flow control valves (for example, control valve 20) that control the flow rate and direction of the pressure oil supplied to the hydraulic actuator, and a hydraulic sensor that detects the load of at least one specific actuator among the plurality of hydraulic actuators. (For example, a boom bottom pressure sensor 5b) and a controller (for example, the main controller 100) that outputs a control signal for controlling the operation of the plurality of flow control valves in response to operation signals from the plurality of operating devices. In the hydraulic work machine, the controller calculates the mechanical energy possessed by the work device as the residual energy from the start of operation of the work device, and based on the residual energy, the identification is performed when the work device is operated. The target power consumption to be consumed by the actuator of the specific hydraulic actuator is calculated, and the speed limit of the specific hydraulic actuator is calculated based on the target power consumption and the load of the specific hydraulic actuator detected by the hydraulic sensor. The calculation unit 120, the operation speed of the specific hydraulic actuator calculated based on the operation signal from the specific operation device corresponding to the specific hydraulic actuator, and the speed limit calculated by the speed limit calculation unit. Based on this, an actuator control unit 110 for calculating a control signal for controlling the operation of the flow control valve corresponding to the specific hydraulic actuator is provided.

これにより、バケット種類の変更やバケット内の土砂の量等によってバケット部分の重量が変化しても、空中でブーム下げ動作を行う際に、バケット先端が目標面に侵入したり、車体の安定性が損なわれたりすることを抑制することができる。 As a result, even if the weight of the bucket part changes due to a change in the bucket type or the amount of earth and sand in the bucket, the tip of the bucket may invade the target surface or the stability of the vehicle body when performing the boom lowering operation in the air. Can be suppressed from being damaged.

(2)また、上記の実施の形態では、(1)の油圧式作業機械において、前記制限速度算出部120は、前記特定の操作装置から操作信号の出力が開始された時の前記作業装置の姿勢である初期姿勢において、前記作業装置が目標面位置に対して保持する初期位置エネルギーUを算出する位置エネルギー算出部120aと、前記油圧センサによって検出された前記特定の油圧アクチュエータの負荷と前記特定の油圧アクチュエータの実速度とに基づいて、前記特定の操作装置の操作に応じた前記特定の油圧アクチュエータの動作による消費エネルギーCを積算する消費パワー積算部120bと、前記位置エネルギー算出部で算出された前記初期位置エネルギーと前記消費パワー積算部で積算された前記消費エネルギーの差分(U−C)である前記残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定の油圧アクチュエータが消費すべき前記目標消費パワーを算出する目標消費パワー算出部120cと、前記目標消費パワーと前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する目標速度算出部120dとを備えるものとした。 (2) Further, in the above embodiment, in the hydraulic work machine of (1), the speed limit calculation unit 120 of the work device when the output of the operation signal is started from the specific operation device. In the initial posture, which is the posture, the position energy calculation unit 120a for calculating the initial position energy U held by the work device with respect to the target surface position, the load of the specific hydraulic actuator detected by the hydraulic sensor, and the identification. Calculated by the power consumption integrating unit 120b and the position energy calculation unit that integrate the energy consumption C by the operation of the specific hydraulic actuator in response to the operation of the specific operating device based on the actual speed of the hydraulic actuator. Based on the residual energy, which is the difference (UC) between the initial position energy and the energy consumption integrated by the power consumption integration unit, the specific hydraulic actuator should be consumed in the operation of the work device. It includes a target power consumption calculation unit 120c for calculating the target power consumption, and a target speed calculation unit 120d for calculating the speed limit of the specific hydraulic actuator based on the target power consumption and the load of the specific hydraulic actuator. I made it.

(3)また、上記の実施の形態では、(1)の油圧式作業機械において、前記制限速度算出部120Aは、前記作業装置が目標面位置に対して保持する位置エネルギーU1を算出する残存位置エネルギー算出部120fと、前記作業装置の質量と前記特定の油圧アクチュエータの実速度とに基づいて、前記作業装置の運動エネルギーTを算出する運動エネルギー算出部120gと、前記残存位置エネルギー算出部で算出された前記位置エネルギーと前記運動エネルギー算出部で算出された前記運動エネルギーの和(U1+T)である前記残存エネルギーに基づいて、前記作業装置の動作に際して前記特定の油圧アクチュエータが消費すべき前記目標消費パワーを算出する目標消費パワー算出部120cと、前記目標消費パワーと前記特定の油圧アクチュエータの負荷とに基づいて、前記特定の油圧アクチュエータの制限速度を算出する目標速度算出部とを備えるものとした。 (3) Further, in the above embodiment, in the hydraulic work machine of (1), the speed limit calculation unit 120A calculates the position energy U1 held by the work device with respect to the target surface position. Calculated by the energy calculation unit 120f, the kinetic energy calculation unit 120g that calculates the kinetic energy T of the work device based on the mass of the work device and the actual speed of the specific hydraulic actuator, and the residual position energy calculation unit. Based on the residual energy, which is the sum (U1 + T) of the position energy and the kinetic energy calculated by the kinetic energy calculation unit, the target consumption to be consumed by the specific hydraulic actuator during the operation of the working device. It is provided with a target energy consumption calculation unit 120c for calculating power and a target speed calculation unit for calculating the speed limit of the specific hydraulic actuator based on the target power consumption and the load of the specific hydraulic actuator. ..

<付記>
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
<Additional notes>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications and combinations within a range that does not deviate from the gist thereof. Further, the present invention is not limited to the one including all the configurations described in the above-described embodiment, and includes the one in which a part of the configurations is deleted. Further, each of the above configurations, functions and the like may be realized by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function.

1a…走行用右操作レバー装置、1b…走行用左操作レバー装置、1c…右操作レバー装置(操作レバー装置)、1d…左操作レバー装置(操作レバー装置)、2…油圧ポンプ装置、2a…第1油圧ポンプ、2b…第2油圧ポンプ、3b…走行油圧モータ、4…旋回油圧モータ、5…ブームシリンダ、5b…ブームボトム圧力センサ、6…アームシリンダ、7…バケットシリンダ、8…バケット、8a…バケットリンク、9…下部走行体、10…上部旋回体、11…ブーム、12…アーム、13a,13b,13c…角度検出器、14…エンジン、15…作業装置(フロント作業機)、16…運転室、20…コントロールバルブ、21…方向制御弁、21a,21b,23a,23b,24a,24b…電磁比例弁、22,23,24…方向制御弁、26,27…リリーフ弁、29…パイロットポンプ、32…モード設定スイッチ、100…メインコントローラ、110…アクチュエータ制御部、110a…アーム駆動部、110b…最大値選択部、110c…ブーム駆動部、120,120A…制限速度算出部、120a…位置エネルギー算出部、120b…消費パワー積算部、120c…目標消費パワー算出部、120d…目標速度算出部、120e…バケット質量推定部、120f…残存位置エネルギー算出部、120g…運動エネルギー算出部、200…情報コントローラ、210…操作速度情報算出部、220…検出信号変換部、230…目標面位置記憶部、240…作業装置角度算出部、250…ブーム実速度算出部、260…作業装置質量記憶部、600…油圧ショベル 1a ... Right operation lever device for traveling, 1b ... Left operation lever device for traveling, 1c ... Right operation lever device (operation lever device), 1d ... Left operation lever device (operation lever device), 2 ... Hydraulic pump device, 2a ... 1st hydraulic pump, 2b ... 2nd hydraulic pump, 3b ... traveling hydraulic motor, 4 ... swivel hydraulic motor, 5 ... boom cylinder, 5b ... boom bottom pressure sensor, 6 ... arm cylinder, 7 ... bucket cylinder, 8 ... bucket, 8a ... bucket link, 9 ... lower traveling body, 10 ... upper swivel body, 11 ... boom, 12 ... arm, 13a, 13b, 13c ... angle detector, 14 ... engine, 15 ... work device (front work machine), 16 ... Driver's cab, 20 ... Control valve, 21 ... Direction control valve, 21a, 21b, 23a, 23b, 24a, 24b ... Electromagnetic proportional valve, 22, 23, 24 ... Direction control valve, 26, 27 ... Relief valve, 29 ... Pilot pump, 32 ... Mode setting switch, 100 ... Main controller, 110 ... Actuator control unit, 110a ... Arm drive unit, 110b ... Maximum value selection unit, 110c ... Boom drive unit, 120, 120A ... Speed limit calculation unit, 120a ... Position energy calculation unit, 120b ... Power consumption integration unit, 120c ... Target power consumption calculation unit, 120d ... Target speed calculation unit, 120e ... Bucket mass estimation unit, 120f ... Remaining position energy calculation unit, 120g ... Exercise energy calculation unit, 200 ... Information controller, 210 ... Operation speed information calculation unit, 220 ... Detection signal conversion unit, 230 ... Target surface position storage unit, 240 ... Working device angle calculation unit, 250 ... Boom actual speed calculation unit, 260 ... Working device mass storage unit , 600 ... Hydraulic excavator

Claims (2)

ブーム、アーム、及び作業具を垂直方向に回動可能に連結して構成され、作業機械の車体に垂直方向に回動可能に支持された多関節型の作業装置と、
前記ブーム、アーム、及び作業具をそれぞれ駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、及び作業具シリンダと、
前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、及び前記作業具シリンダをそれぞれ操作するための操作信号を出力する複数の操作装置と、
前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、及び前記作業具シリンダに供給される圧油の流量および方向をそれぞれ制御する複数の流量制御弁と、
前記ブームシリンダのボトム側の圧力を検出する油圧センサと、
前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の流量制御弁の動作を制御する制御信号を出力するコントローラとを備えた油圧式作業機械において、
前記コントローラは、
前記複数の操作装置のうち前記ブームシリンダに対応する特定の操作装置から操作信号の出力が開始された時の前記作業装置の姿勢である初期姿勢において、前記作業装置が目標面位置に対して保持する初期位置エネルギーを算出する位置エネルギー算出部と、
前記油圧センサによって検出された前記ブームシリンダのボトム側の圧力と前記ブームシリンダの実速度とに基づいて、前記特定の操作装置の操作に応じた前記ブームシリンダの動作による消費エネルギーを積算する消費パワー積算部と、
前記位置エネルギー算出部で算出された前記初期位置エネルギーと前記消費パワー積算部で積算された前記消費エネルギーの差分である残存エネルギーを算出すると共に、前記残存エネルギーを入力として、前記残存エネルギーと前記作業装置の動作に際して前記ブームシリンダが消費すべき目標消費パワーとの関係を予め定めたルックアップテーブルを用いて前記目標消費パワーを算出する目標消費パワー算出部と、
前記目標消費パワーを前記ブームシリンダのボトム側の圧力で除して目標流量を算出し、前記目標流量を前記ブームシリンダのボトム側の面積で除して前記ブームシリンダの制限速度を算出する目標速度算出部と、
前記特定の操作装置からの操作信号に対応する前記ブームシリンダの操作速度と前記目標速度算出部で算出された前記ブームシリンダの制限速度とのうち前記ブームの下げ速度としての大きさが小さい方の速度を前記ブームシリンダの制御速度として選択する最大値選択部と、
前記ブームシリンダの動作速度が前記最大値選択部で選択された前記ブームシリンダの制御速度となるように前記複数の流量制御弁のうち前記ブームシリンダに対応する流量制御弁に制御信号を出力するブーム駆動部とを備えることを特徴とする油圧式作業機械。
An articulated work device composed of a boom, an arm, and a work tool rotatably connected in the vertical direction and supported so as to be rotatable in the vehicle body of the work machine.
The boom cylinder, arm cylinder, and work tool cylinder that drive the boom, arm, and work tool, respectively.
A plurality of operation devices that output operation signals for operating the boom cylinder, the arm cylinder, and the work tool cylinder, respectively.
A plurality of flow control valves that control the flow rate and direction of the pressure oil supplied to the boom cylinder, the arm cylinder, and the work tool cylinder in response to operation signals from the plurality of operating devices.
A hydraulic sensor that detects the pressure on the bottom side of the boom cylinder, and
In a hydraulic work machine provided with a controller that outputs a control signal for controlling the operation of the plurality of flow rate control valves in response to operation signals from the plurality of operation devices.
The controller
The work device is held with respect to the target surface position in the initial posture which is the posture of the work device when the output of the operation signal is started from the specific operation device corresponding to the boom cylinder among the plurality of operation devices. The potential energy calculation unit that calculates the initial potential energy
Power consumption that integrates the energy consumed by the operation of the boom cylinder in response to the operation of the specific operating device based on the pressure on the bottom side of the boom cylinder detected by the oil pressure sensor and the actual speed of the boom cylinder. Integrator and
The residual energy, which is the difference between the initial potential energy calculated by the potential energy calculation unit and the energy consumption integrated by the power consumption integration unit, is calculated, and the residual energy is input to the residual energy and the work. A target power consumption calculation unit that calculates the target power consumption using a lookup table in which the relationship with the target power consumption that the boom cylinder should consume when operating the device is determined in advance.
The target flow rate is calculated by dividing the target power consumption by the pressure on the bottom side of the boom cylinder, and the target flow rate is divided by the area on the bottom side of the boom cylinder to calculate the speed limit of the boom cylinder. Calculation part and
The smaller of the operating speed of the boom cylinder corresponding to the operation signal from the specific operating device and the speed limit of the boom cylinder calculated by the target speed calculation unit as the lowering speed of the boom. A maximum value selection unit that selects the speed as the control speed of the boom cylinder, and
A boom that outputs a control signal to the flow rate control valve corresponding to the boom cylinder among the plurality of flow rate control valves so that the operating speed of the boom cylinder becomes the control speed of the boom cylinder selected by the maximum value selection unit. A hydraulic work machine characterized by having a drive unit.
ブーム、アーム、及び作業具を垂直方向に回動可能に連結して構成され、作業機械の車体に垂直方向に回動可能に支持された多関節型の作業装置と、
前記ブーム、アーム、及び作業具をそれぞれ駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、及び作業具シリンダと、
前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、及び前記作業具シリンダをそれぞれ操作するための操作信号を出力する複数の操作装置と、
前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、及び前記作業具シリンダに供給される圧油の流量および方向をそれぞれ制御する複数の流量制御弁と、
前記ブームシリンダのボトム側の圧力を検出する油圧センサと、
前記複数の操作装置からの操作信号に応じて前記複数の流量制御弁の動作を制御する制御信号を出力するコントローラとを備えた油圧式作業機械において、
前記コントローラは、
前記作業装置が目標面位置に対して保持する位置エネルギーを算出する残存位置エネルギー算出部と、
前記作業装置の質量と前記ブームシリンダによって駆動される前記ブームの基端部における角速度の実速度とに基づいて、前記作業装置の運動エネルギーを算出する運動エネルギー算出部と、
前記残存位置エネルギー算出部で算出された前記位置エネルギーと前記運動エネルギー算出部で算出された前記運動エネルギーの和である残存エネルギーを算出すると共に、前記残存エネルギーを入力として、前記残存エネルギーと前記作業装置の動作に際して前記ブームシリンダが消費すべき目標消費パワーとの関係を予め定めたルックアップテーブルを用いて前記目標消費パワーを算出する目標消費パワー算出部と、
前記目標消費パワーを前記ブームシリンダのボトム側の圧力で除して目標流量を算出し、前記目標流量を前記ブームシリンダのボトム側の面積で除して前記ブームシリンダの制限速度を算出する目標速度算出部と、
前記ブームシリンダの操作速度と前記目標速度算出部で算出された前記ブームシリンダの制限速度とのうち前記ブームの下げ速度としての大きさが小さい方の速度を前記ブームシリンダの制御速度として選択する最大値選択部と、
前記ブームシリンダの動作速度が前記最大値選択部で選択された前記ブームシリンダの制御速度となるように前記複数の流量制御弁のうち前記ブームシリンダに対応する流量制御弁に制御信号を出力するブーム駆動部とを備えることを特徴とする油圧式作業機械。
An articulated work device composed of a boom, an arm, and a work tool rotatably connected in the vertical direction and supported so as to be rotatable in the vehicle body of the work machine.
The boom cylinder, arm cylinder, and work tool cylinder that drive the boom, arm, and work tool, respectively.
A plurality of operation devices that output operation signals for operating the boom cylinder, the arm cylinder, and the work tool cylinder, respectively.
A plurality of flow control valves that control the flow rate and direction of the pressure oil supplied to the boom cylinder, the arm cylinder, and the work tool cylinder in response to operation signals from the plurality of operating devices.
A hydraulic sensor that detects the pressure on the bottom side of the boom cylinder, and
In a hydraulic work machine provided with a controller that outputs control signals for controlling the operation of the plurality of flow rate control valves in response to operation signals from the plurality of operation devices.
The controller
A potential energy calculation unit that calculates the potential energy held by the work device with respect to the target surface position,
A kinetic energy calculation unit that calculates the kinetic energy of the work device based on the mass of the work device and the actual angular velocity at the base end of the boom driven by the boom cylinder.
The residual energy, which is the sum of the potential energy calculated by the residual position energy calculation unit and the kinetic energy calculated by the kinetic energy calculation unit, is calculated, and the residual energy is input to the residual energy and the work. A target power consumption calculation unit that calculates the target power consumption using a lookup table that defines the relationship with the target power consumption that the boom cylinder should consume when the device operates, and a target power consumption calculation unit.
The target flow rate is calculated by dividing the target power consumption by the pressure on the bottom side of the boom cylinder, and the target speed is divided by the area on the bottom side of the boom cylinder to calculate the speed limit of the boom cylinder. Calculation part and
The maximum of the operating speed of the boom cylinder and the speed limit of the boom cylinder calculated by the target speed calculation unit, whichever is smaller as the lowering speed of the boom, is selected as the control speed of the boom cylinder. Value selection section and
A boom that outputs a control signal to the flow rate control valve corresponding to the boom cylinder among the plurality of flow rate control valves so that the operating speed of the boom cylinder becomes the control speed of the boom cylinder selected by the maximum value selection unit. A hydraulic work machine characterized by having a drive unit.
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