JP7079758B2

JP7079758B2 - 建設機械

Info

Publication number: JP7079758B2
Application number: JP2019180069A
Authority: JP
Inventors: 浩川口; 弘湯川; 沢哉野村; 誠之湯上
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Tierra Co Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: JP2021055426A

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に関する。

建設機械の一つである油圧ショベルは、下部走行体と、旋回輪を介して下部走行体の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体と、上部旋回体に連結された作業装置とを備える。作業装置は、例えば、ブームと、ブームの先端側に回動可能に連結されたアームと、アームの先端側に回動可能に連結されたバケットとを備える。

特許文献１に記載の油圧ショベルは、下部走行体に対する上部旋回体の旋回角度を検出する旋回角度センサを備える。

特開平０８－２６９９９８号公報

上記特許文献１には記載されていないものの、旋回角度センサは、上部旋回体の旋回中心位置であって、旋回輪の内側や旋回モータ等の機器に組込んだ上で上部旋回体に取り付けられる。そのため、製造中の油圧ショベルに対しては、旋回角度センサを容易に取り付けることができるものの、完成後の油圧ショベルに対しては、旋回角度センサを容易に取り付けることができない。詳細には、例えば、上部旋回体と下部走行体を分離し、クレーンを用いて上部旋回体を吊り上げなければ、旋回角度センサを後付けすることができないということもありうる。

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、下部走行体に対する上部旋回体の旋回角度を検出するための装置を容易に後付けすることができる建設機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明は、下部走行体と、前記下部走行体の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に連結された作業装置とを備えた建設機械において、前記下部走行体に取り付けられ、電波信号を発信する発信器と、前記上部旋回体に互いに離間して取り付けられ、前記発信器からの電波信号を受信する複数の受信器と、前記発信器から前記複数の受信器のそれぞれが受信した電波信号の受信強度を示す受信強度情報に基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記受信強度情報から、前記複数の受信器のそれぞれと前記発信器の間における伝播距離を算出し、算出された複数の伝播距離と予め記憶された前記複数の受信器及び前記発信器の搭載位置情報とに基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出する。

上記目的を達成するために、第２の発明は、下部走行体と、前記下部走行体の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に連結された作業装置とを備えた建設機械において、前記下部走行体に互いに離間して取り付けられ、電波信号をそれぞれ発信する複数の発信器と、前記上部旋回体に取り付けられ、前記複数の発信器からの電波信号を受信する受信器と、前記受信器が前記複数の発信器のそれぞれから受信した電波信号の受信強度を示す受信強度情報に基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記受信強度情報から、前記複数の発信器のそれぞれと前記受信器の間における伝播距離を算出し、算出された複数の伝播距離と予め記憶された前記複数の発信器及び前記受信器の搭載位置情報とに基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出する。

本発明によれば、下部走行体に対する上部旋回体の旋回角度を検出するための装置を容易に後付けすることができる。

本発明の第１の実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。本発明の第１の実施形態における送信器及び受信器の配置を油圧ショベルの構造と共に表す上面図である。本発明の第１の実施形態における送信器の配置をトラックフレームの構造と共に表す斜視図である。本発明の第１の実施形態における制御装置の機能的構成を発信器及び受信器と共に表すブロック図である。本発明の第２の実施形態における送信器及び受信器の配置を油圧ショベルの構造と共に表す上面図である。本発明の第２の実施形態における送信器の配置をトラックフレームの構造と共に表す斜視図である。本発明の第２の実施形態における制御装置の機能的構成を発信器及び受信器と共に表すブロック図である。

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における油圧ショベルの構造を表す側面図である。図２は、本実施形態における送信器及び受信器の配置を油圧ショベルの構造と共に表す上面図である。図３は、本実施形態における送信器の配置をトラックフレームの構造と共に表す斜視図である。なお、以降、油圧ショベルが図１で示す状態にて運転者が運転席に着座した場合における運転者の前側（図１の右側）、後側（図１の左側）、右側（図１の紙面に対して手前側）、左側（図１の紙面に対して奥側）を、単に前側、後側、右側、左側と称する。

本実施形態の油圧ショベルは、下部走行体１と、旋回輪２を介して下部走行体１の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３に連結された作業装置４とを備える。

作業装置４は、上部旋回体３（詳細には、後述する旋回フレーム）の前側に左右方向に回動可能に連結されたスイングポスト５と、スイングポスト５に上下方向に回動可能に連結されたブーム６と、ブーム６に上下方向に回動可能に連結されたアーム７と、アーム７に上下方向に回動可能に連結されたバケット８とを備える。スイングポスト５、ブーム６、アーム７、及びバケット８は、スイングシリンダ（図示せず）、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、及びバケットシリンダ１１の駆動によってそれぞれ回動する。

下部走行体１は、上方から見てＨ字状のトラックフレーム１２を備える。トラックフレーム１２は、左右方向に延在するセンタフレーム１３と、センタフレーム１３の右側に設けられ、前後方向に延在する右サイドフレーム１４と、センタフレーム１３の左側に設けられ、前後方向に延在する左サイドフレーム１５とで構成されている。

右サイドフレーム１４の後端には駆動輪１６が設けられ、右サイドフレーム１４の前端には従動輪１７が設けられ、これら右側の駆動輪１６と従動輪１７の間で右側の履帯１８が掛けまわされている。右側の走行モータ１９の駆動によって右側の駆動輪１６が回転し、ひいては右側の履帯１８が回転する。

同様に、左サイドフレーム１５の後端には駆動輪（図示せず）が設けられ、左サイドフレーム１５の前端には従動輪（図示せず）が設けられ、これら左側の駆動輪と従動輪の間で左側の履帯（図示せず）が掛けまわされている。左側の走行モータ（図示せず）の駆動によって左側の駆動輪が回転し、ひいては左側の履帯が回転する。

センタフレーム１３の前側には、排土用のブレード２０が上下動可能に設けられている。ブレード２０は、ブレードシリンダ（図示せず）の駆動によって上下動する。

上部旋回体３は、基礎構造体をなす旋回フレーム２１と、旋回フレーム２１の左側に設けられた運転室２２と、旋回フレーム２１の後端に設けられたカウンタウエイト２３とを備える。旋回フレーム２１は、旋回輪２を介してトラックフレーム１２のセンタフレーム１３の上側に連結されている。上部旋回体３は、旋回モータ（図示せず）の駆動によって旋回中心点Ｃを中心として旋回する。

上部旋回体３には、図示しないものの、エンジンと、エンジンによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプから複数の油圧アクチュエータ（詳細には、上述したスイングシリンダ、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、右側走行モータ１９、左側走行モータ、ブレードシリンダ、及び旋回モータ）への圧油の流れをそれぞれ制御する複数の制御弁とが搭載されている。

上部旋回体３の運転室２２には、運転者が着座する運転席２４と、運転者が操作する複数の操作装置（詳細には、走行操作装置２５Ａ及び作業操作装置２５Ｂ等）と、表示装置２６（後述の図４参照）と、制御装置２７（後述の図４参照）とが設けられている。上述した制御弁は、対応する操作装置の操作に応じて切換えられる。これにより、制御弁を介して油圧ポンプから油圧アクチュエータへ圧油が供給されて、油圧アクチュエータが駆動する。

本実施形態の特徴として、下部走行体１の上面には（詳細には、トラックフレーム１２のセンタフレーム１３の上面であって、旋回輪２の外側位置には）、１つの発信器２８が取り付けられている。上部旋回体３の下面には（詳細には、旋回フレーム２１の下面であって、旋回輪２の外側位置には）、上部旋回体３の旋回方向に互いに離間するように、複数の受信器２９が取り付けられている。発信器２８は、予め設定された周期で、特定パターンの電波信号を発信する。複数の受信器２９は、発信器２８からの電波信号を受信し、受信情報として受信強度情報（詳細には、発信器２８から複数の受信器２９のそれぞれが受信した電波信号の強度を示す情報）を制御装置２７へ出力する。

なお、本実施形態では、電波信号が旋回輪２等で遮断されるか若しくは減衰されることを考慮して、旋回フレーム２１の４つのコーナー部（詳細には、前右コーナー部、前左コーナー部、後右コーナー部、及び後左コーナー部）にそれぞれ位置するように、４つの受信器２９が取り付けられている。

制御装置２７は、４つの受信器２９からの受信強度情報に基づいて、下部走行体１に対する上部旋回体３の旋回角度（例えば、下部走行体１の任意の基準位置から上部旋回体３が何度旋回した所に位置するのかを示す状態量）を算出する機能を有する。この機能の詳細を、図４を用いて説明する。なお、制御装置２７は、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する演算制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや演算処理の結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）等を有するものである。

図４は、本実施形態における制御装置の機能的構成を発信器及び受信器と共に表すブロック図である。

本実施形態の制御装置２７は、機能的構成として、受信器選択部３０、伝播距離演算部３１、及び旋回角度演算部３２を有する。

制御装置２７の受信器選択部３０は、予め設定された周期で、上述した受信強度情報に基づいて、４つの受信器２９のうち、受信強度が一番目及び二番目に大きな２つの受信器２９を選択する。制御装置２７の伝播距離演算部３１は、受信強度情報に基づいて（詳細には、例えば、電波信号の発信強度と受信強度との差分に基づいて）、受信器選択部３０で選択された２つの受信器２９のそれぞれと発信器２８の間における伝播距離を算出する。

制御装置２７の旋回角度演算部３２は、伝播距離演算部３１で算出された２つの伝播距離と、それらに対応する２つの受信器２９の搭載位置情報及び発信器２８の搭載位置情報に基づいて、上部旋回体３の旋回角度を算出する。なお、例えば、発信器２８及び受信器２９を取り付けたときに、それらの搭載位置を制御装置２７へ記憶させている。これにより、制御装置２７は、下部走行体１における発信器２８の搭載位置や上部旋回体３における４つの受信器２９の搭載位置を予め記憶している。

表示装置２６は、制御装置２７で算出された上部旋回体３の旋回角度を表示する。

以上のように本実施形態では、下部走行体１の上面に発信器２８を取り付け、上部旋回体３の下面に受信器２９を取り付けている。そのため、組立完成後のショベルにおいても、容易に後付けすることができる。

なお、第１の実施形態において、複数の受信器２９は、受信情報として受信強度情報を出力し、制御装置２７は、受信強度情報に基づいて、上部旋回体３の旋回角度を算出する場合を例にとって説明したが、これに限られない。複数の受信器２９は、受信情報として受信時間情報（詳細には、発信器２８から複数の受信器２９のそれぞれが受信した電波信号の受信時間を示す情報）を出力してもよい。この第１の変形例の詳細を説明する。

本変形例では、制御装置２７の受信器選択部３０は、予め設定された周期で、上述した受信時間情報に基づいて、４つの受信器２９のうち、受信時間が一番目及び二番目に小さな２つの受信器２９を選択する。制御装置２７の伝播距離演算部３１は、受信時間情報に基づいて、受信器選択部３０で選択された２つの受信器２９のそれぞれと発信器２８の間における伝播距離を算出する。制御装置２７の旋回角度演算部３２は、伝播距離演算部３１で算出された２つの伝播距離と、それらに対応する２つの受信器２９の搭載位置情報及び発信器２８の搭載位置情報に基づいて、上部旋回体３の旋回角度を算出する。本変形例においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第１の実施形態及び第１の変形例においては、４つの受信器２９を取り付けた場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、３つの受信器、又は５つ以上の受信器を取り付けてもよい。あるいは、発信器が発信する電波信号の透過性が強ければ、例えば、２つの受信器を取り付けてもよい。

本発明の第２の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

図５は、本実施形態における送信器及び受信器の配置を油圧ショベルの構造と共に表す上面図である。図６は、本実施形態における送信器の配置をトラックフレームの構造と共に表す斜視図である。

本実施形態では、下部走行体１の上面には（詳細には、トラックフレーム１２のセンタフレーム１３の上面であって、旋回輪２の外側位置には）、上部旋回体３の旋回方向に互いに離間するように、複数の発信器２８Ａが取り付けられている。上部旋回体３の下面には（詳細には、旋回フレーム２１の下面であって、旋回輪２の外側位置には）、１つの受信器２９Ａが取り付けられている。複数の発信器２８Ａは、予め設定された周期であって、例えば周波数帯域が互いに異なる電波信号をそれぞれ発信する。受信器２９Ａは、複数の発信器２８Ａからの電波信号を受信し、受信情報として受信強度情報（詳細には、受信器２９Ａが複数の発信器２８Ａのそれぞれから受信した電波信号の受信強度を示す情報）を制御装置２７Ａへ出力する。

なお、本実施形態では、電波信号が旋回輪２等で遮断されるか若しくは減衰されることを考慮して、トラックフレーム１２のセンタフレーム１３の４つのコーナー部（詳細には、前右コーナー部、前左コーナー部、後右コーナー部、及び後左コーナー部）にそれぞれ位置するように、４つの発信器２８Ａが取り付けられている。

制御装置２７Ａは、１つの受信器２９Ａからの受信強度情報に基づいて、下部走行体１に対する上部旋回体３の旋回角度を算出する機能を有する。この機能の詳細を、図７を用いて説明する。

図７は、本実施形態における制御装置の機能的構成を発信器及び受信器と共に表すブロック図である。

本実施形態の制御装置２７Ａは、機能的構成として、発信器選択部３３、伝播距離演算部３１、及び旋回角度演算部３２を有する。

制御装置２７Ａの発信器選択部３３は、予め設定された周期で、上述した受信強度情報に基づいて、４つの発信器２８Ａのうち、受信強度が一番目及び二番目に大きな電波信号を発信した２つの発信器２８Ａを選択する。制御装置２７Ａの伝播距離演算部３１は、受信強度情報に基づいて（詳細には、例えば、電波信号の発信強度と受信強度との差分に基づいて）、発信器選択部３３で選択された２つの発信器２８Ａのそれぞれと受信器２９Ａの間における伝播距離を算出する。

制御装置２７Ａの旋回角度演算部３２は、伝播距離演算部３１で算出された２つの伝播距離と、それらに対応する２つの発信器２８Ａの搭載位置情報及び受信器２９Ａの搭載位置情報に基づいて、上部旋回体３の旋回角度を算出する。なお、例えば、発信器２８Ａ及び受信器２９Ａを取り付けたときに、それらの搭載位置を制御装置２７Ａへ記憶させている。これにより、制御装置２７Ａは、下部走行体１における４つの発信器２８Ａの搭載位置や上部旋回体３における受信器２９Ａの搭載位置を予め記憶している。

表示装置２６は、制御装置２７Ａで算出された上部旋回体３の旋回角度を表示する。

以上のように本実施形態では、下部走行体１の上面に発信器２８Ａを取り付け、上部旋回体３の下面に受信器２９Ａを取り付けている。そのため、組立完成後のショベルにおいても、容易に後付けすることができる。

なお、第２の実施形態において、受信器２９Ａは、受信情報として受信強度情報を出力し、制御装置２７Ａは、受信強度情報に基づいて、上部旋回体３の旋回角度を算出する場合を例にとって説明したが、これに限られない。受信器２９Ａは、受信情報として受信時間情報（詳細には、受信器２９Ａが複数の発信器２８Ａのそれぞれから受信した電波信号の受信時間を示す情報）を出力してもよい。この第２の変形例の詳細を説明する。

本変形例では、制御装置２７Ａの発信器選択部３３は、予め設定された周期で、上述した受信時間情報に基づいて、４つの発信器２８Ａのうち、受信時間が一番目及び二番目に小さな電波信号を発信した２つの発信器２８Ａを選択する。制御装置２７Ａの伝播距離演算部３１は、受信時間情報に基づいて、発信器選択部３３で選択された２つの発信器２８Ａのそれぞれと受信器２９Ａの間における伝播距離を算出する。制御装置２７Ａの旋回角度演算部３２は、伝播距離演算部３１で算出された２つの伝播距離と、それらに対応する２つの発信器２８Ａの搭載位置情報及び受信器２９Ａの搭載位置情報に基づいて、上部旋回体３の旋回角度を算出する。本変形例においても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第２の実施形態及び第２の変形例においては、４つの発信器２８Ａを取り付けた場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば、３つの発信器、又は５つ以上の発信器を取り付けてもよい。あるいは、発信器が発信する電波信号の透過性が強ければ、例えば、２つの発信器を取り付けてもよい。

また、第１及び第２の実施形態において、制御装置２７又は２７Ａは、上部旋回体３の旋回角度を表示装置２６に出力して表示させる場合を例にとって説明したが、これに限られない。制御装置は、例えば、上部旋回体３の旋回角度などを用いて作業装置の位置を算出し、作業装置が設定領域に侵入した場合に作業装置の動作を制限するが領域制限制御を行ってもよい。

なお、以上においては、本発明の適用対象として油圧ショベルを例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、下部走行体と、下部走行体の上側に旋回可能に連結された上部旋回体と、上部旋回体に連結された作業装置とを備えていれば、油圧ショベル以外の他の建設機械（詳細には、例えば油圧クレーン等）であってもよい。

１下部走行体
２旋回輪
３上部旋回体
４作業装置
２７，２７Ａ制御装置
２８，２８Ａ発信器
２９，２９Ａ受信器

Claims

下部走行体と、前記下部走行体の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に連結された作業装置とを備えた建設機械において、
前記下部走行体に取り付けられ、電波信号を発信する発信器と、
前記上部旋回体に互いに離間して取り付けられ、前記発信器からの電波信号を受信する複数の受信器と、
前記発信器から前記複数の受信器のそれぞれが受信した電波信号の受信強度を示す受信強度情報に基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記受信強度情報から、前記複数の受信器のそれぞれと前記発信器の間における伝播距離を算出し、算出された複数の伝播距離と予め記憶された前記複数の受信器及び前記発信器の搭載位置情報とに基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出することを特徴とする建設機械。
下部走行体と、前記下部走行体の上側に旋回可能に設けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に連結された作業装置とを備えた建設機械において、
前記下部走行体に互いに離間して取り付けられ、電波信号をそれぞれ発信する複数の発信器と、
前記上部旋回体に取り付けられ、前記複数の発信器からの電波信号を受信する受信器と、
前記受信器が前記複数の発信器のそれぞれから受信した電波信号の受信強度を示す受信強度情報に基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記受信強度情報から、前記複数の発信器のそれぞれと前記受信器の間における伝播距離を算出し、算出された複数の伝播距離と予め記憶された前記複数の発信器及び前記受信器の搭載位置情報とに基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出することを特徴とする建設機械。
請求項１又は２に記載の建設機械において、
前記発信器は、前記下部走行体の上面に取り付けられ、
前記受信器は、前記上部旋回体の下面に取り付けられたことを特徴とする建設機械。
請求項３に記載の建設機械において、
前記上部旋回体は、旋回輪を介して前記下部走行体の上側に旋回可能に設けられており、
前記発信器及び前記受信器は、前記旋回輪の外側に位置することを特徴とする建設機械。
請求項１に記載の建設機械において、
前記制御装置は、前記受信強度情報に基づいて、前記複数の受信器のうち前記受信強度が一番目及び二番目に大きな２つの受信器を選択すると共に、選択された前記２つの受信器のそれぞれと前記発信器の間における伝播距離を算出し、算出された２つの伝播距離と前記搭載位置情報とに基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出することを特徴とする建設機械。
請求項２に記載の建設機械において、
前記制御装置は、前記受信強度情報に基づいて、前記複数の発信器のうち前記受信強度が一番目及び二番目に大きくなった電波信号を発信した２つの発信器を選択すると共に、選択された前記２つの発信器のそれぞれと前記受信器の間における伝播距離を算出し、算出された２つの伝播距離と前記搭載位置情報とに基づいて、前記上部旋回体の旋回角度を算出することを特徴とする建設機械。