JP7070292B2 - 作業機械 - Google Patents
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Description
作業機械1は、以下のように作動するように構成される。
図3に示す上部旋回体13が旋回していない状態で、操作者が旋回レバー(図示なし)を操作すると、旋回モータM(図1参照)が駆動し、上部旋回体13が旋回中心Cを中心に旋回する。このとき、上部旋回体13が正の旋回加速度で旋回加速し、旋回速度ωが増加する。旋回速度ωがある速度まで上昇すると、旋回速度ωが一定になる(定常旋回する)。操作者が旋回ブレーキをかける操作を行うと(具体的には旋回レバーを中立位置に戻すと)、上部旋回体13が、あるブレーキトルクTbで旋回減速(負の旋回加速度で旋回加速)し、旋回速度ωが減少する。その後、上部旋回体13が旋回停止する(旋回速度ωがゼロになる)。
図5に示すフローチャートを参照して、主にコントローラ40(図2参照)の処理(処理の例1)を説明する。以下では、電子機器類20の各構成要素については図2を参照し、作業機械1のうち電子機器類20以外の構成要素については主に図3を参照し、下記の各ステップ(S11~S45)については図5を参照して説明する。
コントローラ40は、合計慣性モーメントIrealを算出する。合計慣性モーメントIrealは、図3に示す下部走行体11に対して旋回中心Cを中心に旋回する物(構造物および運搬物17)の合計の慣性モーメントである。合計慣性モーメントIrealは、旋回中心Cまわりの慣性モーメントである。以下、旋回中心Cまわりの慣性モーメントを、単に「慣性モーメント」ともいう。合計慣性モーメントIrealは、アタッチメント15の慣性モーメントIaと、上部旋回体13の慣性モーメントIbと、運搬物17(例えば土砂17s)の慣性モーメントIsoilと、の合計である。なお、アタッチメント15が運搬物17を運搬していない場合(慣性モーメントIsoilがゼロの場合)に、合計慣性モーメントIrealが算出されてもよい。合計慣性モーメントIrealの算出処理S20の詳細は次の通りである。
Treal[Nm]=Iassume[kg・m2]×αassume[rad/s2]
Ireal[kg・m2]=Iassume[kg・m2]×K
K=αreal/αassume
コントローラ40(図2参照)は、図3に示すバケット15cにすくわれた土砂17sの質量を算出する。コントローラ40は、上部旋回体13に対するバケット15cの位置と、合計慣性モーメントIrealと、に基づいて、土砂17sの質量を算出する。具体的には、コントローラ40は、土砂17sの慣性モーメントIsoilを算出する。慣性モーメントIsoilは、合計慣性モーメントIrealから、アタッチメント15の慣性モーメントIaおよび上部旋回体13の慣性モーメントIbを引いた値である(Isoil=Ireal-Ia-Ib)。また、コントローラ40は、アタッチメント姿勢検出部25(図2参照)により検出された、上部旋回体13に対するバケット15cの位置を取得する。また、コントローラ40は、バケット15cの形状を取得する。バケット15cの形状は、コントローラ40に予め設定される。次に、コントローラ40は、バケット15cの位置および形状に基づいて、バケット15cにすくわれた土砂17sの位置および形状を算出(推定)する。そして、コントローラ40は、慣性モーメントIsoil、ならびに、土砂17sの位置および形状の情報に基づいて、土砂17sの質量を算出する。なお、バケット15cにすくわれた土砂17s以外の運搬物17の位置および形状を取得できる場合は、コントローラ40は、運搬物17の質量を算出してもよい。
図1に示すアタッチメント15の姿勢と、アタッチメント15を支える油圧シリンダに作用する油圧と、に基づいて、運搬物17の質量を算出する場合について検討する(例えば特許文献1の図2および段落[0032]などを参照)。この場合、上部旋回体13が旋回すると、運搬物17に慣性力(遠心力)が作用し、油圧シリンダにかかる負荷が変化する。すると、油圧シリンダに作用する油圧に基づいて算出された運搬物17の質量の値も変化する。そのため、上部旋回体13の旋回時には、運搬物17の質量算出の精度が悪化する。上部旋回体13の旋回を停止させた状態で運搬物17の質量を算出すれば、質量算出の精度は上がる。しかし、上部旋回体13の旋回を停止させると、上部旋回体13を旋回させて行われる作業の連続性が損なわれる(作業性が悪化する)。
図8に示すフローチャートを参照して、主にコントローラ40(図2参照)の処理(処理の例2)を説明する。以下では、主に、上記の「処理の例1」との相違点を説明する。以下では、電子機器類20の各構成要素については図2を参照し、作業機械1のうち電子機器類20以外の構成要素については主に図6を参照し、下記の各ステップ(S201、S11、・・・S272)については図8を参照して説明する。
Tb=Ireal×αb
θb=-ω2/2αb
θr=θe-θd (式1)
θr=(θe-θs)-θa (式2)
コントローラ40は、残存旋回角度θrとブレーキ旋回角度θbとが等しくなる前に(報知Fのタイミングよりも前に)、報知部35に報知(「報知B」とする)を行わせてもよい。コントローラ40は、ブレーキ旋回角度θbよりも所定値だけ残存旋回角度θrが大きい時に、報知部35に報知Bを行わせてもよい。残存旋回角度θrとブレーキ旋回角度θbとが等しくなる前に報知Bが行われることで、操作者は、余裕を持って旋回ブレーキ操作を行える。この場合、報知Bを行わせるタイミングは(具体的には例えば上記「所定値」は)、報知タイミング変更部32(図2参照)により変更可能でもよく、コントローラ40に予め設定された一定値でもよい。
上記の通り、上部旋回体13の旋回減速時のブレーキトルクTbは、図2に示すブレーキトルク変更部31により調整可能である。コントローラ40は、ブレーキトルクTbが変えられた場合でも、適切な報知タイミングで、報知部35に報知を行わせる。さらに詳しくは、ブレーキトルクTbが変えられると、図6に示すブレーキ旋回角度θbの値が変わる。すると、残存旋回角度θrとブレーキ旋回角度θbとの比較結果が変わり、この比較結果に基づく報知タイミングも変わる。具体的には、ブレーキトルクTbが大きくなると、ブレーキ旋回角度θbが小さくなり、報知Fのタイミングが遅くなる。ブレーキトルクTbが小さくなると、ブレーキ旋回角度θbが大きくなり、報知Fのタイミングが早くなる。
コントローラ40は、残存旋回角度θrとブレーキ旋回角度θbとの比較に基づいて、上部旋回体13を終点旋回角度θeに自動的に停止させるように制御を行ってもよい。さらに詳しくは、コントローラ40は、この比較に基づいて、上部旋回体13の旋回停止時の旋回角度θが終点旋回角度θeになるように、上部旋回体13に自動的に旋回ブレーキをかける制御を行う。具体的には例えば、コントローラ40は、残存旋回角度θrとブレーキ旋回角度θbとが等しくなった時に、自動的にブレーキトルクTbの旋回ブレーキをかける制御を行う。すると、上部旋回体13の旋回停止時の旋回角度θが、終点旋回角度θeと一致(または略一致)する。
上部旋回体13が旋回しているとき、運搬物17の位置および質量などによって、運搬物17に作用する慣性力(遠心力)が変化する。その結果、旋回中心Cを中心に旋回する物全体の慣性力(遠心力)が変化する。そのため、例えば非熟練の操作者には、旋回レバーの操作量と、上部旋回体13の旋回量(移動量)と、の関係を把握することが困難な場合がある。そのため、上部旋回体13が、本来停止させたい位置(終点旋回角度θe)に対して、逸走する場合や旋回不足となる場合がある。一方、本実施形態では、図3に示す運搬物17の慣性モーメントIsoilを含む合計慣性モーメントIrealに基づいて、図6に示す報知Fや報知Bの報知タイミングが決定される。そして、旋回ブレーキの開始に適したタイミングで、報知部35(図2参照)による報知が行われる。よって、非熟練の操作者でも、上部旋回体13の旋回停止時の旋回角度θを、終点旋回角度θeに容易に近づけることができる。よって、逸走や旋回不足により、上部旋回体13の旋回角度θを修正する手間を抑制できる。よって、上部旋回体13を旋回させる作業の作業性を向上させることができる。なお、上記の検討1、およびこの検討2に記載の作用は、作業機械1により得られることが好ましいが、得られなくてもよい。
図3に示す作業機械1による効果は次の通りである。以下では、電子機器類20の各構成要素については図2を参照し、作業機械1のうち電子機器類20以外の構成要素については主に図3を参照し、下記の各ステップ(S11~S45)、各検出値、各算出値については図5を参照して説明する。
作業機械1は、下部走行体11と、上部旋回体13と、アタッチメント15と、図2に示す旋回加速度検出部23と、旋回トルク検出部24と、アタッチメント姿勢検出部25と、コントローラ40と、を備える。図3に示す上部旋回体13は、下部走行体11に旋回可能に取り付けられる。アタッチメント15は、上部旋回体13に取り付けられ、運搬物17を運搬可能である。旋回加速度検出部23(図2参照)は、下部走行体11に対する上部旋回体13の旋回加速度である検出旋回加速度αrealを検出する。旋回トルク検出部24(図2参照)は、下部走行体11に対する上部旋回体13の旋回トルクである検出旋回トルクTrealを検出する。アタッチメント姿勢検出部25(図2参照)は、上部旋回体13に対するアタッチメント15の姿勢を検出する。コントローラ40(図2参照)は、アタッチメント姿勢検出部25(図2参照)に検出されたアタッチメント15の姿勢に基づいて、下部走行体11に対する上部旋回体13の旋回中心Cまわりのアタッチメント15の慣性モーメントIaを算出する。コントローラ40(図2参照)は、旋回中心Cまわりのアタッチメント15の慣性モーメントIaと、旋回中心Cまわりの上部旋回体13の慣性モーメントIbと、の和である推定慣性モーメントIassume(図5のステップS35を参照)を算出する。
作業機械1は、図2に示す旋回角度検出部21と、旋回速度検出部22と、を備える。旋回角度検出部21は、図6に示す下部走行体11に対する上部旋回体13の旋回角度θである検出旋回角度θdを検出する。旋回速度検出部22(図2参照)は、下部走行体11に対する上部旋回体13の旋回速度ωを検出する。コントローラ40(図2参照)には、下部走行体11に対する上部旋回体13の旋回ブレーキのトルクであるブレーキトルクTbが設定される。
[構成3]作業機械1は、報知を行う報知部35(図2参照)を備える。コントローラ40(図2参照)は、残存旋回角度θrとブレーキ旋回角度θbとの比較に基づいて、報知部35(図2参照)に報知を行わせる。
[構成4]コントローラ40(図2参照)は、残存旋回角度θrとブレーキ旋回角度θbとが等しい時に、報知部35(図2参照)に報知Fを行わせる。
[構成5]コントローラ40(図2参照)は、ブレーキ旋回角度θbよりも所定値だけ残存旋回角度θrが大きい時に、報知部35(図2参照)に報知Bを行わせる。
[構成6]コントローラ40(図2参照)は、残存旋回角度θrとブレーキ旋回角度θbとの比較に基づいて、上部旋回体13の旋回停止時の旋回角度θが終点旋回角度θeになるように、上部旋回体13に自動的に旋回ブレーキをかける制御を行う。
[構成7]図1に示すように、アタッチメント15は、土砂17sをすくうことが可能なバケット15cを備える。コントローラ40(図2参照)は、上部旋回体13に対するバケット15cの位置と、合計慣性モーメントIrealと、に基づいて、バケット15c内の土砂17sの質量を算出する。
上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、図2に示す回路の接続は変更されてもよい。例えば、図5および図8に示すフローチャートのステップの順序は変更されてもよく、ステップの一部が行われなくてもよい。例えば、作業機械1の構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。例えば、互いに異なる複数の構成要素として説明したものが、一つの部材や部分とされてもよい(例えば図2に示す旋回角度検出部21および旋回速度検出部22の説明などを参照)。例えば、一つの部材や部分として説明したもの(例えばコントローラ40)が、互いに異なる複数の部材や部分に分けて設けられてもよい。
11 下部走行体
13 上部旋回体
15 アタッチメント
15c バケット
17 運搬物
17s 土砂
21 旋回角度検出部
22 旋回速度検出部
23 旋回加速度検出部
24 旋回トルク検出部
25 アタッチメント姿勢検出部
35 報知部
40 コントローラ
C 旋回中心
Ia アタッチメント15の慣性モーメント
Iassume 推定慣性モーメント
Ib 上部旋回体13の慣性モーメント
Ireal 合計慣性モーメント
Tb ブレーキトルク
Treal 検出旋回トルク
αassume 推定旋回加速度
αb ブレーキ減速度
αreal 検出旋回加速度
θb ブレーキ旋回角度
θd 検出旋回角度
θr 残存旋回角度
ω 旋回速度
Claims (7)
- 下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、運搬物を運搬可能であるアタッチメントと、
前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回加速度である検出旋回加速度を検出する旋回加速度検出部と、
前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回トルクである検出旋回トルクを検出する旋回トルク検出部と、
前記上部旋回体に対する前記アタッチメントの姿勢を検出するアタッチメント姿勢検出部と、
コントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記アタッチメント姿勢検出部に検出された前記アタッチメントの姿勢に基づいて、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回中心まわりの前記アタッチメントの慣性モーメントを算出し、
前記旋回中心まわりの前記アタッチメントの慣性モーメントと、前記旋回中心まわりの前記上部旋回体の慣性モーメントと、の和である推定慣性モーメントを算出し、
前記推定慣性モーメントと、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回加速中に前記旋回トルク検出部に検出された前記検出旋回トルクと、に基づいて、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回加速度の推定値である推定旋回加速度を算出し、
前記検出旋回加速度と前記推定旋回加速度との比率、および、前記推定慣性モーメントに基づいて、前記上部旋回体、前記アタッチメント、および前記運搬物の、前記旋回中心まわりの慣性モーメントである合計慣性モーメントを算出する、
作業機械。 - 請求項1に記載の作業機械であって、
前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回角度である検出旋回角度を検出する旋回角度検出部と、
前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回速度を検出する旋回速度検出部と、
を備え、
前記コントローラには、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回ブレーキのトルクであるブレーキトルクが設定され、
前記コントローラは、
前記合計慣性モーメントと、前記ブレーキトルクと、に基づいて、前記下部走行体に対する前記上部旋回体の旋回減速度であるブレーキ減速度を算出し、
前記旋回速度検出部に検出された前記旋回速度と、前記ブレーキ減速度と、に基づいて、前記下部走行体に対して前記上部旋回体を前記ブレーキトルクの旋回ブレーキで旋回停止させる場合に要すると予想される前記旋回角度であるブレーキ旋回角度を算出し、
前記コントローラに設定された前記上部旋回体の終点旋回角度と、前記検出旋回角度と、の差に基づいて残存旋回角度を算出し、
前記残存旋回角度と前記ブレーキ旋回角度とを比較する、
作業機械。 - 請求項2に記載の作業機械であって、
報知を行う報知部を備え、
前記コントローラは、前記残存旋回角度と前記ブレーキ旋回角度との比較に基づいて、前記報知部に報知を行わせる、
作業機械。 - 請求項3に記載の作業機械であって、
前記コントローラは、前記残存旋回角度と前記ブレーキ旋回角度とが等しい時に、前記報知部に報知を行わせる、
作業機械。 - 請求項3または4に記載の作業機械であって、
前記コントローラは、前記ブレーキ旋回角度よりも所定値だけ前記残存旋回角度が大きい時に、前記報知部に報知を行わせる、
作業機械。 - 請求項2に記載の作業機械であって、
前記コントローラは、前記残存旋回角度と前記ブレーキ旋回角度との比較に基づいて、前記上部旋回体の旋回停止時の前記旋回角度が前記終点旋回角度になるように、前記上部旋回体に自動的に旋回ブレーキをかける制御を行う、
作業機械。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載の作業機械であって、
前記アタッチメントは、土砂をすくうことが可能なバケットを備え、
前記コントローラは、前記上部旋回体に対する前記バケットの位置と、前記合計慣性モーメントと、に基づいて、前記バケット内の土砂の質量を算出する、
作業機械。
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