JP7254769B2 - 作業機械、情報処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、作業機械等に関する。
例えば、一の操作入力で、複数のアクチュエータを動作させることが可能な作業機械が知られている(例えば、特許文献1等参照)。
特許文献1では、アームのレバー操作だけで、ブーム等の動作が自動制御され、予め設定される設計面等に沿って、バケットの先端部を移動させるように、アタッチメントに掘削動作や均し動作等を行わせることが可能なショベルが開示されている。
特開2017-210816号公報
しかしながら、一の操作入力で複数のアクチュエータが動作する機能が有効な場合、これらの複数のアクチュエータを個別に動作させるための操作入力は無効にされる。そのため、複数のアクチュエータを個別に動作させるための操作入力は不要となってしまう。よって、一の操作入力で複数のアクチュエータが動作する機能が有効な場合に、当該複数のアクチュエータを個別に操作するための操作入力の有効活用が図られることが望ましい。
そこで、上記課題に鑑み、一の操作入力で複数のアクチュエータが動作する機能が有効な場合に、これらの複数のアクチュエータを個別に動作させるための操作入力を有効活用することが可能な作業機械を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、
複数のアクチュエータと、
前記複数のアクチュエータに関する複数の操作入力を受け付ける操作受付部と、を備え、
前記複数の操作入力のうちの一の操作入力で、前記複数のアクチュエータのうちの一のアクチュエータが動作する第1のモードと、前記一の操作入力で前記複数のアクチュエータのうちの二以上のアクチュエータが動作する第2のモードとを有し、
前記第2のモードである場合、前記複数の操作入力のうちの前記一の操作入力と異なる他の操作入力に応じて、前記複数のアクチュエータのうちの前記二以上のアクチュエータ以外のアクチュエータを動作させる、又は、前記複数のアクチュエータのうちの前記一の操作入力で動作するアクチュエータに関するパラメータを調整する、
作業機械が提供される。
また、本発明の他の実施形態では、
上述の作業機械が前記第2のモードである場合における前記他の操作入力の操作対象を設定する、又は、前記操作対象の設定内容を表示させる、
情報処理装置が提供される。
上述の実施形態によれば、一の操作入力で複数のアクチュエータが動作する機能が有効な場合に、これらの複数のアクチュエータを個別に動作させるための操作入力を有効活用することが可能な作業機械を提供することができる。
ショベルの側面図である。 ショベルの上面図である。 ショベルの構成の一例を示すブロック図である。 油圧駆動系の油圧回路の一例を示す図である。 ブームシリンダを油圧制御する制御弁にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。 アームシリンダを油圧制御する制御弁にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。 バケットシリンダを油圧制御する制御弁にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。 旋回油圧モータを油圧制御する制御弁にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。 マシンコントロール機能に関する機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 マシンコントロール機能に関する機能構成の一例を示す機能ブロック図である。 オペレータから見たキャビン内のレバー装置に対応するレバーの配置状態を示す図である。 左右のレバーのそれぞれに対する操作方向(縦方向及び横方向)ごとの操作対象となる被駆動要素(作業体)の動作の割り付けの一例を示す図である。 マシンコントロール機能によるショベルの作業状況の第1例を示す図である。 マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第1例を示す図である。 マシンコントロール機能によるショベルの作業状況の第2例を示す図である。 マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第2例を示す図である。 マシンコントロール機能によるショベルの作業状況の第3例を示す図である。 マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第3例を示す図である。 コントローラによるマシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への操作対象の割り付けに関する処理の一例を概略的に示すフローチャートである。 マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第4例を示す図である。 マシンコントロール機能によるショベルの作業状況の第4例を示す図である。 マシンコントロール機能によるショベルの作業状況の第4例を示す図である。 マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第5例を示す図である。 マシンコントロール機能によるショベルの作業状況の第5例を示す図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
[ショベルの概要]
まず、図1(図1A、図1B)を参照して、本実施形態に係るショベル100の概要について説明をする。
図1A、図1Bは、本実施形態に係るショベル100の側面図及び上面図である。
本実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、旋回機構2を介して旋回自在に下部走行体1に搭載される上部旋回体3と、アタッチメント(作業装置)としてのブーム4、アーム5、及び、バケット6と、キャビン10を備える。
下部走行体1(走行体の一例)は、例えば、左右一対のクローラ1C(左側のクローラ1CL及び右側のクローラ1CR)を含み、それぞれのクローラ1CL,1CRが走行油圧モータ1L,1Rで油圧駆動されることにより、ショベル100を走行させる。
上部旋回体3は、旋回油圧モータ2Aで駆動されることにより、下部走行体1に対して自在に旋回する。
ブーム4は、上部旋回体3の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム4の先端には、アーム5が上下回動可能に枢着され、アーム5の先端には、バケット6が上下回動可能に枢着される。
バケット6(エンドアタッチメントの一例)は、ショベル100の作業内容に応じて、適宜交換可能な態様で、アーム5の先端に取り付けられている。そのため、バケット6は、例えば、大型バケット、法面用バケット、浚渫用バケット等の異なる種類のバケットに交換されてもよい。また、バケット6は、例えば、攪拌機、ブレーカ等の異なる種類のエンドアタッチメントに交換されてもよい。
ブーム4、アーム5、及びバケット6(それぞれ、リンク部の一例)は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。
キャビン10は、オペレータが搭乗する操縦室であり、上部旋回体3の前部左側に搭載される。
[ショベルの構成]
次に、図1A、図1Bに加えて、図2を参照して、ショベル100の具体的な構成について説明する。
図2は、本実施形態に係るショベル100の構成の一例を示すブロック図である。
尚、図中において、機械的動力ラインは二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御ラインは点線でそれぞれ示される。以下、図3及び図4についても同様である。
<ショベルの油圧駆動系>
本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素のそれぞれを油圧駆動する複数の油圧アクチュエータ(アクチュエータの一例)を含む。具体的には、走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9(何れもアクチュエータの一例)等の油圧アクチュエータが含まれる。また、本実施形態に係るショベル100の油圧アクチュエータを油圧駆動する油圧駆動系は、エンジン11と、レギュレータ13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17を含む。
エンジン11は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体3の後部に搭載される。具体的には、エンジン11は、後述するコントローラ30による直接或いは間接的な制御の下、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ14及びパイロットポンプ15を駆動する。エンジン11は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。
レギュレータ13は、メインポンプ14の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じて、メインポンプ14の斜板の角度(傾転角)を調節する。レギュレータ13は、例えば、後述の如く、レギュレータ13L,13Rを含む。
メインポンプ14(油圧ポンプの一例)は、例えば、エンジン11と同様、上部旋回体3の後部に搭載され、高圧油圧ライン16を通じてコントロールバルブ17に作動油を供給する。メインポンプ14は、上述の如く、エンジン11により駆動される。メインポンプ14は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ30による制御の下、レギュレータ13により斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量(吐出圧)が制御されうる。メインポンプ14は、例えば、後述の如く、メインポンプ14L,14Rを含む。
コントロールバルブ17は、例えば、上部旋回体3の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置26に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ17は、上述の如く、高圧油圧ライン16を介してメインポンプ14と接続され、メインポンプ14から供給される作動油を、操作装置26の操作状態(例えば、操作量及び操作方向等の操作内容)に応じて、油圧アクチュエータ(走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9)に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する制御弁171~176を含む。制御弁171は、走行油圧モータ1Lに対応し、制御弁172は、走行油圧モータ1Rに対応し、制御弁173は、旋回油圧モータ2Aに対応し、制御弁174は、バケットシリンダ9に対応し、制御弁175は、ブームシリンダ7に対応し、制御弁176は、アームシリンダ8に対応する。また、制御弁175は、例えば、後述の如く、制御弁175L,175Rを含み、制御弁176は、例えば、後述の如く、制御弁176L,176Rを含む。制御弁171~176の詳細は、後述する(図3参照)。
また、ショベル100は、遠隔操作されてもよい。この場合、コントロールバルブ17は、ショベル100に搭載される通信装置T1(操作受付部の一例)を通じて外部装置から受信される、アクチュエータ(油圧アクチュエータ)の操作に関する信号(以下、「遠隔操作信号」)に応じて、油圧駆動系の制御を行う。遠隔操作信号には、操作対象のアクチュエータや、操作対象のアクチュエータに関する遠隔操作の内容(例えば、操作方向及び操作量等)が規定される。遠隔操作のオペレータ(以下、「遠隔操作者」)は、遠隔操作用の操作装置を通じて、ショベル100のキャビン10の外から、ショベル100のアクチュエータを遠隔操作する。遠隔操作者は、ショベル100を直接視認可能な位置から操作をしてもよいし、ショベル100を直接視認できない位置から操作してもよい。後者の場合、遠隔操作者は、例えば、ディスプレイ等に表示される、ショベル100で撮像された周囲の画像情報を見ながら、遠隔操作を行ってよい。例えば、遠隔操作用の操作装置(以下、便宜的に「遠隔操作装置」)は、ショベル100の操作装置26と同様の構成であってよい。遠隔操作装置は、例えば、縦方向(前後方向)及び横方向(左右方向)に操作可能な二本のレバー部で、上部旋回体3及びアタッチメント(ブーム4、アーム5、及びバケット6)を個別に操作可能な態様であってよい。また、遠隔操作装置は、例えば、ショベル100の操作装置26とは全く異なる形態(例えば、コンピュータゲーム用のコントローラ(ゲームパッド)の形態やジョイスティック等)であってもよい。つまり、遠隔操作装置は、ショベル100の複数のアクチュエータごとの操作量及び操作方向(二方向)を出力可能であれば、任意の形態の操作部材で構成されてよい。例えば、コントローラ30は、遠隔操作信号に対応する制御指令を、パイロットポンプ15とコントロールバルブ17との間を接続する油圧ライン(パイロットライン)に配置される後述の比例弁31に出力する。これにより、比例弁31は、制御指令に対応するパイロット圧、つまり、遠隔操作信号に規定される遠隔操作の内容に応じたパイロット圧を、後述のシャトル弁32を介して、コントロールバルブ17に作用させることができる。そのため、コントロールバルブ17は、遠隔操作信号で規定される遠隔操作の内容に応じた油圧アクチュエータの動作を実現することができる。
<ショベルの操作系>
本実施形態に係るショベル100の操作系は、パイロットポンプ15と、操作装置26を含む。また、ショベル100の操作系は、後述するコントローラ30による後述のマシンコントロール(半自動運転機能とも称する)に関する構成として、シャトル弁32を含む。
パイロットポンプ15は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、パイロットラインを介して操作装置26にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン11により駆動される。
操作装置26(操作受付部の一例)は、キャビン10の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種被駆動要素(下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、バケット6等の作業体)の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置26は、オペレータがそれぞれの被駆動要素を駆動する油圧アクチュエータ(即ち、走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9等)の操作を行うための操作入力手段である。操作装置26は、その二次側のパイロットラインを通じて直接的に、或いは、二次側のパイロットラインに設けられる後述のシャトル弁32を介して間接的に、コントロールバルブ17にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ17には、操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に応じたパイロット圧が入力されうる。そのため、コントロールバルブ17は、操作装置26における操作状態に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。操作装置26は、後述の如く、ブーム4(ブームシリンダ7)、アーム5(アームシリンダ8)、バケット6(バケットシリンダ9)、及び上部旋回体3(旋回油圧モータ2A)のそれぞれを操作するレバー装置26A~26Dを含む(図4A~図4D参照)。また、操作装置26は、例えば、左右の下部走行体1(走行油圧モータ1L,1R)のそれぞれを操作するペダル装置或いはレバー装置を含む。
シャトル弁32は、2つの入口ポートと1つの出口ポートを有し、2つの入口ポートに入力されたパイロット圧のうちの高い方のパイロット圧を有する作動油を出口ポートに出力させる。シャトル弁32は、2つの入口ポートのうちの一方が操作装置26に接続され、他方が比例弁31に接続される。シャトル弁32の出口ポートは、パイロットラインを通じて、コントロールバルブ17内の対応する制御弁のパイロットポートに接続されている(詳細は、図4A~図4D参照)。そのため、シャトル弁32は、操作装置26が生成するパイロット圧と比例弁31が生成するパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。つまり、後述するコントローラ30は、比例弁31から操作装置26から出力される二次側のパイロット圧よりも高いパイロット圧を出力させることにより、オペレータによる操作装置26の操作に依らず、対応する制御弁を制御し、アタッチメントの動作を制御することができる。シャトル弁32は、例えば、後述の如く、シャトル弁32AL,32AR,32BL,32BR,32CL,32CRを含む。
<ショベルの制御系>
本実施形態に係るショベル100の制御系は、コントローラ30と、吐出圧センサ28と、操作圧センサ29と、表示装置40と、入力装置42と、音出力装置44を含む。また、コントローラ30は、後述するマシンコントロール機能に関する構成として、比例弁31と、ブーム角度センサS1と、アーム角度センサS2と、バケット角度センサS3と、機体傾斜センサS4と、旋回状態センサS5と、撮像装置S6と、ブームロッド圧センサS7Rと、ブームボトム圧センサS7Bと、アームロッド圧センサS8Rと、アームボトム圧センサS8Bと、バケットロッド圧センサS9Rと、バケットボトム圧センサS9Bと、測位装置V1と、通信装置T1を含む。
コントローラ30(制御装置の一例)は、ショベル100に関する各種制御を行う。コントローラ30は、その機能が任意のハードウェア、或いは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより実現されてよい。例えば、コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサと、RAM(Random Access Memory)等のメモリ装置と、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性の補助記憶装置と、各種入出力用のインタフェース装置等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ30は、例えば、補助記憶装置等に格納される各種プログラムをCPU上で実行することにより各種機能を実現する。
例えば、コントローラ30は、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の吐出量を変化させる。
また、例えば、コントローラ30は、オペレータ等の所定操作により予め設定される作業モード(運転モードとも称する)等に基づき、目標回転数を設定し、エンジン11を一定回転させる駆動制御を行う。
また、例えば、コントローラ30は、操作圧センサ29から入力される、操作装置26における各種被駆動要素(即ち、各種油圧アクチュエータ)の操作状態に対応するパイロット圧の検出値等に基づき、レギュレータ13を制御し、メインポンプ14の吐出量を調整する。
また、例えば、コントローラ30は、自動で、オペレータによる被駆動要素、下部走行体1、上部旋回体3、及びアタッチメント(ブーム4、アーム5、バケット6)の操作を支援するマシンコントロール機能を実現する。具体的には、コントローラ30は、操作装置26からの操作入力や外部装置からの遠隔操作に対応する操作入力(遠隔操作信号)に応じて、バケット6の所定の作業部位(例えば、爪先や背面等)が所定の目標軌道に沿って移動するように、複数の被駆動要素(即ち、複数の油圧アクチュエータ)で自動で動作させてよい。
コントローラ30は、例えば、アーム5の操作が行われている場合に、予め規定される目標設計面(目標施工面とも称する)(以下、単に「設計面」)とバケット6の所定の作業部位の位置とが一致するように、ブーム4及びバケット6の少なくとも一つを自動的に動作させてよい。このとき、アーム5の操作には、オペレータによる操作装置26を通じたアーム5に関する操作や、外部装置から受信される遠隔操作信号に対応するアーム5に関する遠隔操作が含まれる。また、コントローラ30は、併せて、アーム5に関する操作状態に依らず、アーム5を自動的に動作させてもよい。つまり、コントローラ30は、オペレータによる操作装置26の操作や、外部装置から受信される遠隔操作信号に対応する遠隔操作をトリガにして、予め規定された動作をアタッチメント等に行わせてよい。このように、コントローラ30は、アーム5に関する操作に応じて、アーム5だけでなく、ブーム4及びバケット6うちの少なくとも一つを動作させるマシンコントロール機能を実現することができる。
マシンコントロール機能は、例えば、入力装置42に含まれる、レバー装置26A~26Dの後述するレバー26L,26Rの何れかの先端に配置される所定のノブスイッチ(以下、「MC(Machine Control)スイッチ」)NSが操作されることにより実行されてよい。つまり、MCスイッチNSが操作されることにより、ショベル100は、マシンコントロールが有効でない通常の制御モード(以下、「通常制御モード」)(第1のモードの一例)から、マシンコントロール機能が有効な制御モード(以下、「マシンコントロールモード」)(第2のモードの一例)に遷移してよい。
より具体的には、コントローラ30は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回状態センサS5、撮像装置S6、測位装置V1、通信装置T1及び入力装置42等から情報を取得する。また、コントローラ30は、例えば、取得した情報に基づいてバケット6と設計面との間の距離を算出する。そして、コントローラ30は、算出したバケット6と設計面との距離等に応じて、比例弁31を適宜制御し、油圧アクチュエータに対応する制御弁に作用するパイロット圧を個別に且つ自動的に調整することにより、それぞれの油圧アクチュエータを自動的に動作させることができる。詳細は、後述する(図4A~図4D参照)。
コントローラ30は、例えば、掘削作業を支援するために、レバー装置26Bの操作に応じて、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9の少なくとも一つを自動的に伸縮させてよい。掘削作業は、設計面に沿ってバケット6の爪先で地面を掘削する作業である。コントローラ30は、例えば、オペレータが操作装置26(レバー装置26B)に対して手動でアーム5の閉じ方向の操作(以下、「アーム閉じ操作」)を行っている場合に、ブームシリンダ7及びバケットシリンダ9のうちの少なくとも一つを自動的に伸縮させる。掘削作業に関するマシンコントロール機能は、例えば、MCスイッチNSが操作された上で、入力装置42に含まれる所定のスイッチが操作されることにより実行されてもよいし、掘削作業専用のMCスイッチNSが操作されることにより実行されてもよい。
また、コントローラ30は、例えば、法面仕上げ作業を支援するためにブームシリンダ7、アームシリンダ8及びバケットシリンダ9の少なくとも一つを自動的に伸縮させてもよい。法面仕上げ作業は、バケット6の背面を地面に押さえ付けながら設計面に沿ってバケット6を手前に引く作業である。コントローラ30は、例えば、操作装置26(レバー装置26B)を通じて、或いは、遠隔操作信号を通じて、手動でアーム閉じ操作が行われている場合に、ブームシリンダ7及びバケットシリンダ9の少なくとも一つを自動的に伸縮させる。これにより、所定の押し付け力でバケット6の背面を完成前の法面である斜面に押し付けながら、完成後の法面である設計面に沿ってバケット6を移動させることができる。法面仕上げに関するマシンコントロール機能は、MCスイッチNSが操作された上で、入力装置42に含まれる所定のスイッチが操作されることにより実行されてもよいし、法面仕上げ作業専用のMCスイッチNSが操作されることにより実行されてもよい。
また、コントローラ30は、上部旋回体3を設計面に正対させるために旋回油圧モータ2Aを自動的に回転させてもよい。この場合、旋回油圧モータ2Aに対応する後述のレバー装置26Dは、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9に対応するレバー装置26A~26Cと同様、二次側のパイロットラインが他方の入口ポートに比例弁31が接続されるシャトル弁32の入口ポートに接続される。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Dによる操作に依らず、上部旋回体3を自動的に旋回させることができる。また、この場合、コントローラ30は、入力装置42に含まれる所定のスイッチが操作されることにより、上部旋回体3を設計面に正対させてよい。また、コントローラ30は、MCスイッチが操作されるだけで、上部旋回体3を設計面に正対させ且つマシンコントロール機能を開始させてもよい。
また、コントローラ30は、例えば、土砂のトラックへの積み込み作業や掘削作業でバケット6に収容した土砂の仮置き領域への排土作業等を支援するために、上部旋回体3に関する操作に合わせて、ブームシリンダ7を伸縮させてもよい。コントローラ30は、例えば、バケット6に土砂等が収容された状態で、操作装置26を通じて、或いは、遠隔操作を通じて、トラックの荷台に向けて旋回操作が行われている場合に、ブームシリンダを自動的に伸縮させる。また、コントローラ30は、例えば、バケット6の土砂がトラックバケットこれにより、上部旋回体3の旋回動作に連動させる形で、ブーム4の上げ動作(以下、「ブーム上げ動作」)や下げ動作(以下、「ブーム下げ動作」)を行わせることができる。つまり、旋回操作だけで、ブーム上げ旋回動作やブーム下げ旋回動作を実現することができる。ブーム上げ旋回動作やブーム下げ旋回動作に関するマシンコントロール機能は、MCスイッチNSが操作された上で、入力装置42に含まれる所定のスイッチが操作されることにより実行されてもよいし、専用のMCスイッチNSが操作されることにより実行されてもよい。
尚、コントローラ30の機能の一部は、他のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。即ち、コントローラ30の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。例えば、上述したマシンコントロール機能は、専用のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。
吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出する。吐出圧センサ28により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。吐出圧センサ28は、例えば、後述の如く、吐出圧センサ28L,28Rを含む。
操作圧センサ29は、上述の如く、操作装置26の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置26におけるそれぞれの被駆動要素(油圧アクチュエータ)の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。操作圧センサ29による操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に対応するパイロット圧の検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。操作圧センサ29は、例えば、後述の如く、操作圧センサ29A~29Dを含む。
表示装置40は、キャビン10内の着座したオペレータから視認し易い場所に設けられ、各種情報画像を表示する。表示装置40は、例えば、液晶ディスプレイや有機EL(Electroluminescence)ディスプレイである。
入力装置42は、キャビン10内の着座したオペレータがら手が届く範囲に設けられ、オペレータによる各種操作を受け付ける。入力装置42は、各種情報画像を表示する表示装置のディスプレイに実装されるタッチパネル、レバー装置26A~26Dのレバー部(後述するレバー26L,26F)の先端に設けられるノブスイッチ、表示装置の周囲に設置されるボタンスイッチ、レバー、トグル等を含む。入力装置42に対する操作内容に対応する信号は、コントローラ30に取り込まれる。
音出力装置44は、キャビン10内に設けられ、音を出力する。音出力装置44は、例えば、ブザーやスピーカ等である。
比例弁31は、パイロットポンプ15とシャトル弁32とを接続するパイロットラインに設けられ、その流路面積(作動油が通流可能な断面積)を変更できるように構成されている。比例弁31は、コントローラ30から入力される制御指令に応じて動作する。これにより、コントローラ30は、オペレータにより操作装置26(具体的には、レバー装置26A~26C)が操作されていない場合であっても、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31及びシャトル弁32を介し、コントロールバルブ17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。比例弁31は、例えば、後述の如く、比例弁31AL,31AR,31BL,31BR,31CL,31CRを含む。
ブーム角度センサS1は、ブーム4に取り付けられ、ブーム4の上部旋回体3に対する俯仰角度(以下、「ブーム角度」)、例えば、側面視において、上部旋回体3の旋回平面に対してブーム4の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。ブーム角度センサS1は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、6軸センサ、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)等を含んでよく、以下、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4についても同様である。ブーム角度センサS1によるブーム角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
アーム角度センサS2は、アーム5に取り付けられ、アーム5のブーム4に対する回動角度(以下、「アーム角度」)、例えば、側面視において、ブーム4の両端の支点を結ぶ直線に対してアーム5の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。アーム角度センサS2によるアーム角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
バケット角度センサS3は、バケット6に取り付けられ、バケット6のアーム5に対する回動角度(以下、「バケット角度」)、例えば、側面視において、アーム5の両端の支点を結ぶ直線に対してバケット6の支点と先端(刃先)とを結ぶ直線が成す角度を検出する。バケット角度センサS3によるバケット角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
機体傾斜センサS4は、水平面に対する機体(上部旋回体3或いは下部走行体1)の傾斜状態を検出する。機体傾斜センサS4は、例えば、上部旋回体3に取り付けられ、ショベル100(即ち、上部旋回体3)の前後方向及び左右方向の2軸回りの傾斜角度(以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」)を検出する。機体傾斜センサS4による傾斜角度(前後傾斜角及び左右傾斜角)に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
旋回状態センサS5は、上部旋回体3の旋回状態に関する検出情報を出力する。旋回状態センサS5は、例えば、上部旋回体3の旋回角速度及び旋回角度を検出する。旋回状態センサS5は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を含む。
撮像装置S6は、ショベル100の周辺を撮像する。換言すれば、撮像装置S6は、ショベル100の周辺の三次元空間に関する情報として、撮像画像(画像情報)を取得する。撮像装置S6は、ショベル100の前方を撮像するカメラS6F、ショベル100の左方を撮像するカメラS6L、ショベル100の右方を撮像するカメラS6R、及び、ショベル100の後方を撮像するカメラS6Bを含む。
カメラS6Fは、例えば、キャビン10の天井、即ち、キャビン10の内部に取り付けられている。また、カメラS6Fは、キャビン10の屋根、ブーム4の側面等、キャビン10の外部に取り付けられていてもよい。カメラS6Lは、上部旋回体3の上面左端に取り付けられ、カメラS6Rは、上部旋回体3の上面右端に取り付けられ、カメラS6Bは、上部旋回体3の上面後端に取り付けられている。
撮像装置S6(カメラS6F,S6B,S6L,S6R)は、それぞれ、例えば、非常に広い画角を有する単眼の広角カメラである。また、撮像装置S6は、ステレオカメラや距離画像カメラ、デプスカメラ等であってもよい。撮像装置S6による撮像画像は、コントローラ30に取り込まれる。
また、ショベル100(上部旋回体3)には、撮像装置S6に代えて、或いは、加えて、ショベル100の周辺の三次元空間に関する情報を取得可能な他のセンサが搭載されてもよい。他のセンサは、例えば、LIDAR(Light Detection and Ranging)、ミリ波レーダ、超音波センサ、赤外線センサ等の距離情報を取得可能なセンサであってよい。
ブームロッド圧センサS7R及びブームボトム圧センサS7Bは、それぞれ、ブームシリンダ7に取り付けられ、ブームシリンダ7のロッド側油室の圧力(以下、「ブームロッド圧」)及びボトム側油室の圧力(以下、「ブームボトム圧」)を検出する。ブームロッド圧センサS7R及びブームボトム圧センサS7Bによるブームロッド圧及びブームボトム圧に対応する検出信号は、それぞれ、コントローラ30に取り込まれる。
アームロッド圧センサS8R及びアームボトム圧センサS8Bは、それぞれ、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力(以下、「アームロッド圧」)、及びボトム側油室の圧力(以下、「アームボトム圧」)を検出する。アームロッド圧センサS8R及びアームボトム圧センサS8Bによるアームロッド圧及びアームボトム圧に対応する検出信号は、それぞれ、コントローラ30に取り込まれる。
バケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bは、それぞれ、バケットシリンダ9のロッド側油室の圧力(以下、「バケットロッド圧」)及びボトム側油室の圧力(以下、「バケットボトム圧」)を検出する。バケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bによるバケットロッド圧及びバケットボトム圧に対応する検出信号は、それぞれ、コントローラ30に取り込まれる。
測位装置V1は、上部旋回体3の位置及び向きを測定する。測位装置V1は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)コンパスであり、上部旋回体3の位置及び向きを検出し、上部旋回体3の位置及び向きに対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。また、測位装置V1の機能のうちの上部旋回体3の向きを検出する機能は、上部旋回体3に取り付けられた方位センサにより代替されてもよい。
通信装置T1は、基地局を末端とする移動体通信網、衛星通信網、インターネット網等を含む所定のネットワークを通じて外部機器と通信を行う。通信装置T1は、例えば、LTE(Long Term Evolution)、4G(4th Generation)、5G(5th Generation)等の移動体通信規格に対応する移動体通信モジュールや、衛星通信網に接続するための衛星通信モジュール等である。
[油圧駆動系の油圧回路]
次に、図3を参照して、ショベル100の油圧アクチュエータを駆動する油圧駆動系の油圧回路について説明する。
図3は、油圧駆動系の油圧回路の一例を示す図である。
当該油圧回路により実現される油圧システムは、エンジン11により駆動されるメインポンプ14L,14Rのそれぞれから、センタバイパス油路C1L,C1R、パラレル油路C2L,C2Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
センタバイパス油路C1Lは、メインポンプ14Lを起点として、コントロールバルブ17内に配置される制御弁171,173,175L,176Lを通過し、作動油タンクに至る。
センタバイパス油路C1Rは、メインポンプ14Rを起点として、コントロールバルブ17内に配置される制御弁172,174,175R,176Rを順に通過し、作動油タンクに至る。
制御弁171は、メインポンプ14Lが吐出する作動油を走行油圧モータ1Lへ供給し、且つ、走行油圧モータ1Lが吐出する作動油を作動油タンクに排出させるスプール弁である。
制御弁172は、メインポンプ14Rが吐出する作動油を走行油圧モータ1Rへ供給し、且つ、走行油圧モータ1Rが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
制御弁173は、メインポンプ14Lが吐出する作動油を旋回油圧モータ2Aへ供給し、且つ、旋回油圧モータ2Aが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
制御弁174は、メインポンプ14Rが吐出する作動油をバケットシリンダ9へ供給し、且つ、バケットシリンダ9内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
制御弁175L,175Rは、それじれ、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給し、且つ、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
制御弁176L,176Rは、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出させる。
制御弁171,172,173,174,175L,175R,176L,176Rは、それぞれ、パイロットポートに作用するパイロット圧に応じて、油圧アクチュエータに給排される作動油の流量を調整したり、流れる方向を切り換えたりする。
パラレル油路C2Lは、センタバイパス油路C1Lと並列的に、制御弁171,173,175L,176Lにメインポンプ14Lの作動油を供給する。具体的には、パラレル油路C2Lは、制御弁171の上流側でセンタバイパス油路C1Lから分岐し、制御弁171,173,175L,176Rのそれぞれに並列してメインポンプ14Lの作動油を供給可能に構成される。これにより、パラレル油路C2Lは、制御弁171,173,175Lの何れかによってセンタバイパス油路C1Lを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
パラレル油路C2Rは、センタバイパス油路C1Rと並列的に、制御弁172,174,175R,176Rにメインポンプ14Rの作動油を供給する。具体的には、パラレル油路C2Rは、制御弁172の上流側でセンタバイパス油路C1Rから分岐し、制御弁172,174,175R,176Rのそれぞれに並列してメインポンプ14Rの作動油を供給可能に構成される。パラレル油路C2Rは、制御弁172,174,175Rの何れかによってセンタバイパス油路C1Rを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
レギュレータ13L,13Rは、それぞれ、コントローラ30による制御の下、メインポンプ14L、14Rの斜板の傾転角を調節することによって、メインポンプ14L,14Rの吐出量を調節する。コントローラ30は、吐出圧センサ28L,28Rにより検出されるメインポンプ14L,14Rの吐出圧に応じて、レギュレータ13L,13Rを制御してよい。例えば、コントローラ30は、メインポンプ14Lの吐出圧の増大に応じて、レギュレータ13Lを通じて、メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節し吐出量を減少させる。レギュレータ13Rについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ14の吸収馬力がエンジン11の出力馬力を超えないようにするためである。
吐出圧センサ28Lは、メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。吐出圧センサ28Rについても同様である。これにより、コントローラ30は、メインポンプ14L,14Rの吐出圧に応じて、レギュレータ13L,13Rを制御することができる。
センタバイパス油路C1L,C1Rには、最も下流にある制御弁176L,176Rのそれぞれと作動油タンクとの間にネガティブコントロール絞り(以下、「ネガコン絞り」)18L,18Rが設けられる。これにより、メインポンプ14L,14Rにより吐出された作動油の流れは、ネガコン絞り18L,18Rで制限される。そして、ネガコン絞り18L、18Rは、レギュレータ13L,13Rを制御するための制御圧(以下、「ネガコン圧」)を発生させる。
ネガコン圧センサ19L,19Rは、ネガコン圧を検出し、検出されたネガコン圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
コントローラ30は、ネガコン圧に応じて、レギュレータ13L,13Rを制御し、メインポンプ14L,14Rの斜板の傾転角を調節することによって、メインポンプ14L,14Rの吐出量を制御する。コントローラ30は、ネガコン圧が大きいほどメインポンプ14L,14Rの吐出量を減少させ、ネガコン圧が小さいほどメインポンプ14L,14Rの吐出量を増大させる。
具体的には、図3に示すように、ショベル100における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油は、センタバイパス油路C1L,C1Rを通ってネガコン絞り18L,18Rに至る。そして、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油の流れは、ネガコン絞り18L,18Rの上流で発生するネガコン圧を増大させる。その結果、コントローラ30は、メインポンプ14L,14Rの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油がセンタバイパス油路C1L,C1Rを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。
一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油の流れは、ネガコン絞り18L,18Rに至る量を減少或いは消失させ、ネガコン絞り18L,18Rの上流で発生するネガコン圧を低下させる。その結果、コントローラ30は、メインポンプ14L,14Rの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータを確実に駆動させることができる。
このように、当該油圧システムは、待機状態において、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油がセンタバイパス油路C1L,C1Rで発生させるポンピングロスを含む、メインポンプ14L,14Rの無駄なエネルギ消費を抑制することができる。また、当該油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合、メインポンプ14L,14Rから必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに供給できる。
[操作系の油圧回路]
次に、図4を参照して、操作系の油圧回路、具体的には、制御弁173~176にパイロット圧を作用させるパイロット回路について説明する。
図4(図4A~図4D)は、アタッチメント及び上部旋回体3に対応する油圧アクチュエータを油圧制御する制御弁173~176にパイロット圧を作用させるパイロット回路の構成の一例を示す図である。具体的には、図4Aは、ブームシリンダ7を油圧制御する制御弁175L,175Rにパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。図4Bは、アームシリンダ8を油圧制御する制御弁176L,176Rにパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。図4Cは、バケットシリンダ9を油圧制御する制御弁174にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。図4Dは、旋回油圧モータを油圧制御する制御弁173にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。
図4Aに示すように、レバー装置26Aは、ブーム4に対応するブームシリンダ7を操作するために用いられる。つまり、レバー装置26Aは、ブーム4の動作を操作対象とする。レバー装置26Aは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、操作状態に応じたパイロット圧を二次側に出力する。
シャトル弁32ALは、二つの入口ポートが、それぞれ、ブーム4の上げ方向の操作(以下、「ブーム上げ操作」)に対応するレバー装置26Aの二次側のパイロットラインと、比例弁31ALの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁175Lの右側のパイロットポート及び制御弁175Rの左側のパイロットポートに接続される。
シャトル弁32ARは、二つの入口ポートが、それぞれ、ブーム4の下げ方向(以下、「ブーム下げ操作」)の操作に対応するレバー装置26Aの二次側のパイロットラインと、比例弁31ARの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁175Rの右側のパイロットポートに接続される。
つまり、レバー装置26Aは、シャトル弁32AL,32ARを介して、操作状態に応じたパイロット圧を制御弁175L,175Rのパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置26Aは、ブーム上げ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32ALの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32ALを介して、制御弁175Lの右側のパイロットポートと制御弁175Rの左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置26Aは、ブーム下げ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32ARの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32ARを介して、制御弁175Rの右側のパイロットポートに作用させる。
比例弁31ALは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31ALは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32ALの他方の入口ポートに出力する。これにより、比例弁31ALは、シャトル弁32ALを介して、制御弁175Lの右側のパイロットポート及び制御弁175Rの左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
比例弁31ARは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31ARは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32ARの他方の入口ポートに出力する。これにより、比例弁31ARは、シャトル弁32ARを介して、制御弁175Rの右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
つまり、比例弁31AL,31ARは、レバー装置26Aの操作状態に依らず、制御弁175L、175Rを任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整することができる。
これにより、操作圧センサ29Aは、オペレータによるレバー装置26Aに対する操作状態を圧力として検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30取り込まれる。コントローラ30は、レバー装置26Aの操作状態を把握できる。操作状態には、例えば、操作方向、操作量(操作角度)等が含まれる。以下、レバー装置26B~26Dについても同様である。
コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Aに対するブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31AL及びシャトル弁32ALを介して、制御弁175Lの右側のパイロットポート及び制御弁175Rの左側のパイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Aに対するブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31AR及びシャトル弁32ARを介して、制御弁175Rの右側のパイロットポートに供給できる。即ち、コントローラ30は、ブーム4の上げ下げの動作を自動制御することができる。
図4Bに示すように、レバー装置26Bは、アーム5に対応するアームシリンダ8を操作するために用いられる。つまり、レバー装置26Bは、アーム5の動作を操作対象とする。レバー装置26Bは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、操作状態に応じたパイロット圧を二次側に出力する。
シャトル弁32BLは、二つの入口ポートが、それぞれ、アーム5の閉じ方向の操作(以下、「アーム閉じ操作」)に対応するレバー装置26Bの二次側のパイロットラインと、比例弁31BLの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが制御弁176Lの右側のパイロットポート及び制御弁176Rの左側のパイロットポートに接続される。
シャトル弁32BRは、二つの入口ポートが、それぞれ、アーム5の開き方向の操作(以下、「アーム開き操作」)に対応するレバー装置26Bの二次側のパイロットラインと、比例弁31BRの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが制御弁176Lの左側のパイロットポート及び制御弁176Rの右側のパイロットポートに接続される。
つまり、レバー装置26Bは、シャトル弁32BL,32BRを介して、操作状態に応じたパイロット圧を制御弁176L、176Rのパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置26Bは、アーム閉じ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32BLの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32BLを介して、制御弁176Lの右側のパイロットポートと制御弁176Rの左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置26Bは、アーム開き操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32BRの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32BRを介して、制御弁176Lの左側のパイロットポートと制御弁176Rの右側のパイロットポートに作用させる。
比例弁31BLは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31BLは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32BLの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31BLは、シャトル弁32BLを介して、制御弁176Lの右側のパイロットポート及び制御弁176Rの左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
比例弁31BRは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31BRは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32BRの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31BRは、シャトル弁32BRを介して、制御弁176Lの左側のパイロットポート及び制御弁176Rの右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
つまり、比例弁31BL、31BRは、レバー装置26Bの操作状態に依らず、制御弁176L,176Rを任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整することができる。
操作圧センサ29Bは、オペレータによるレバー装置26Bに対する操作状態を圧力として検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Bの操作状態を把握できる。
コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Bに対するアーム閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BL及びシャトル弁32BLを介して、制御弁176Lの右側のパイロットポート及び制御弁176Rの左側のパイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Bに対するアーム開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BR及びシャトル弁32BRを介して、制御弁176Lの左側のパイロットポート及び制御弁176Rの右側のパイロットポートに供給させることができる。即ち、コントローラ30は、アーム5の開閉動作を自動制御することができる。
図4Cに示すように、レバー装置26Cは、バケット6に対応するバケットシリンダ9を操作するために用いられる。つまり、レバー装置26Cは、バケット6の動作を操作対象とする。レバー装置26Cは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、操作状態に応じたパイロット圧を二次側に出力する。
シャトル弁32CLは、二つの入口ポートが、それぞれ、バケット6の閉じ方向の操作(以下、「バケット閉じ操作」)に対応するレバー装置26Cの二次側のパイロットラインと、比例弁31CLの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁174の左側のパイロットポートに接続される。
シャトル弁32ARは、二つの入口ポートが、それぞれ、バケット6の開き方向の操作(以下、「バケット開き操作」)に対応するレバー装置26Cの二次側のパイロットラインと、比例弁31CRの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁174の右側のパイロットポートに接続される。
つまり、レバー装置26Cは、シャトル弁32CL,32CRを介して、操作状態に応じたパイロット圧を制御弁174のパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置26Cは、バケット閉じ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32CLの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32CLを介して、制御弁174の左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置26Cは、バケット開き操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32CRの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32CRを介して、制御弁174の右側のパイロットポートに作用させる。
比例弁31CLは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31CLは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32CLの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31CLは、シャトル弁32CLを介して、制御弁174の左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
比例弁31CRは、コントローラ30が出力する制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31CRは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32CRの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31CRは、シャトル弁32CRを介して、制御弁174の右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
つまり、比例弁31CL,31CRは、レバー装置26Cの操作状態に依らず、制御弁174を任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整することができる。
操作圧センサ29Cは、オペレータによるレバー装置26Cに対する操作状態を圧力として検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Cの操作状態を把握できる。
コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Cに対するバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31CL及びシャトル弁32CLを介して、制御弁174の左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Cに対するバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31CR及びシャトル弁32CRを介して、制御弁174の右側のパイロットポートに供給させることができる。即ち、コントローラ30は、バケット6の開閉動作を自動制御することができる。
図4Dに示すように、レバー装置26Dは、上部旋回体3の旋回動作に対応する旋回油圧モータを操作するために用いられる。つまり、レバー装置26Dは、上部旋回体3の旋回動作を操作対象とする。レバー装置26Dは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、操作状態に応じたパイロット圧を制御弁173のパイロットポートに作用させる。
操作圧センサ29Dは、オペレータによるレバー装置26Dに対する操作状態を圧力として検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Dの操作状態を把握できる。
尚、ショベル100は、上部旋回体3を自動的に旋回させる構成を備えてもよい。この場合、制御弁173にパイロット圧を作用させるパイロット回路についても、図4A~図4Cと同様に、比例弁31及びシャトル弁32を含む油圧システムが採用される。また、ショベル100は、下部走行体1を自動的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、走行油圧モータ1L,1Rに対応する制御弁171,172にパイロット圧を作用させるパイロット回路についても、図4A~図4Dと同様に、比例弁31及びシャトル弁32を含む油圧システムが採用される。
[マシンコントロール機能に関する機能構成]
次に、図5、図6を参照して、ショベル100のマシンコントロール機能に関する機能構成について説明する。
図5、図6は、ショベル100のマシンコントロール機能に関する機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
図5、図6に示すように、コントローラ30は、例えば、補助記憶装置にインストールされる所定のプログラムをCPU上で実行することにより実現される機能部として、姿勢記録部30Aと、軌道算出部30Bと、自律制御部30Cを含む。
姿勢記録部30Aは、ショベル100の姿勢に関する情報(以下、「ショベル姿勢情報」)を所定の記憶装置(例えば、RAMに設定されるリングバッファ等)に記録する。例えば、姿勢記録部30Aは、MCスイッチNSが押されているときのショベル100の姿勢に関する情報をRAM(リングバッファ)に記録する。つまり、姿勢記録部30Aは、マシンコントロール機能が有効な場合に、ショベル姿勢情報をRAM等に記録する。具体的には、姿勢記録部30Aは、MCスイッチNSが押されているときに、センサS1~S5の出力を記録する。
軌道算出部30Bは、マシンコントロール機能が有効な場合に、ショベル100の所定の作業部位(例えば、バケット6の爪先や背面等)が通過する目標軌道を算出する。具体的には、軌道算出部30Bは、姿勢記録部30Aにより記録されるショベル100の姿勢情報や撮像装置S6の画像データに基づき、所定の作業部位の目標軌道を算出する。
自律制御部30Cは、マシンコントロール機能が有効な場合に、ショベル100を自律的に動作させるように構成されている。自律的とは、操作対象の被駆動要素(以下、「マスタ要素」)以外の被駆動要素(以下、「スレーブ要素」)の動作がコントローラ30の自律的な判断で所定動作を行うように制御される態様を意味してよい。換言すれば、自律的とは、操作対象の油圧アクチュエータ(以下、「マスタアクチュエータ」)以外の油圧アクチュエータ(以下、「スレーブアクチュエータ」)の動作が、コントローラ30の自律的な判断で、所定動作を行うように制御される態様であってよい。自律制御部30Cは、所定の開始条件が満たされた場合に、軌道算出部30Bが算出した目標軌道に沿ってショベル100の所定の作業部位を移動させる。例えば、自律制御部30Cは、MCスイッチNSが押されている状態で操作装置26が操作されたときに、ショベル100の所定の作業部位が目標軌道に沿って移動するように、ショベル100を自律的に動作させる。
図6に示すように、自律制御部30Cは、機能部F2~F6を含む。
機能部F2は、現在のバケット6の所定の作業部位(例えば、バケット6の爪先)の位置(以下、「バケット現在位置」)を算出する。具体的には、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、及び旋回状態センサS5により検出されるブーム角度β1、アーム角度β2、バケット角度β3、及び旋回角度α1に基づき、バケット現在位置を算出する。
機能部F3は、軌道算出部30Bにより算出される目標軌道と、機能部F2により算出されるバケット現在位置とに基づき、バケット6の作業部位の次の目標位置(つまり、制御周期中で到達すべき目標位置)(以下、「次の目標位置」)を算出する。
機能部F4は、機能部F3により算出されるバケット6の作業部位の次の目標位置に基づき、バケット6の作業部位の速度指令値を生成する。
機能部F5は、ショベル100の動作を制限すべき所定の動作制限条件が成立する場合に、バケット6の作業部位の移動速度が制限されるように、速度指令値を補正し、補正速度指令値を出力する。動作制限条件には、例えば、"ショベル100の作業部位を含むアタッチメントや機体等が障害物に当接する可能性があること"が含まれてよい。また、動作制限条件には、例えば、"被駆動要素の応答特性(回動速度)に関する制限基準を超えていること"等が含まれてよい。機能部F5は、撮像装置S6の撮像画像やバケット6の現在位置等に基づき、動作制限条件が成立するか否かを判定する。機能部F5は、動作制限条件が成立しない場合、機能部F4により生成された速度指令値をそのまま機能部F6に出力する。一方、機能部F5は、動作制限条件が成立する場合、補正速度指令値を機能部F6に出力する。
機能部F6は、バケット6の作業部位の速度指令値に基づき、各被駆動要素(ブーム4、アーム5、バケット6、及び上部旋回体3)に関する指令値を出力する。例えば、機能部F6は、ブーム角度、アーム角度、バケット角度、及び旋回角度の目標値に相当するブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、バケット指令値β3r、及び旋回指令値α1rを出力する。
自律制御部30Cは、例えば、ブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、バケット指令値β3r、及び旋回指令値α1rと、実際のブーム角度、アーム角度、バケット角度、旋回角度との偏差がゼロになるように、比例弁31に関するフィードバック制御を行う。これにより、自律制御部30Cは、バケット6の作業部位の位置を目標軌道に沿って移動させることができる。
[左右のレバーに対する操作方向ごとの操作対象の具体例]
次に、図7(図7A,図7B)を参照して、通常制御モードにおけるキャビン10内の操縦席の近傍に配置される左右二つのレバー26L,26Rのそれぞれに対する操作方向ごとの操作対象について説明する。
図7Aは、オペレータから見たキャビン10内のレバー装置26A~26Dに対応するレバー26L,26Rの配置状態を示す図である。図7Bは、左右のレバー26L,26Rのそれぞれに対する操作対象となるアタッチメントの動作の割り付けの一例を示す図である。
図7Aに示すように、キャビン10内には、レバー装置26A~26Dを操作するためにオペレータが把持するレバー26L,26Rが配置される。具体的には、オペレータから見て、左側にレバー26Lが配置され、右側にレバー26Rが配置される。
レバー26L,26Rは、それぞれ、オペレータから見て、前後方向(縦方向とも称する)及び左右方向(横方向とも称する)に操作(傾倒)可能に構成される。つまり、レバー26L,26Rは、それぞれ、前後方向の操作と、左右方向の操作とによって、レバー装置26A~26Dのうちの二つのレバー装置のレバー部を兼用する。
図7Bに示すように、本例では、左側のレバー26Lの前後方向の操作に対応する操作対象として、アーム5の動作が割り当てられ、左右方向の操作に対応する操作対象として、上部旋回体3の旋回動作が割り当てられる。つまり、レバー装置26B及びレバー装置26Dは、オペレータにより把持されるレバー部として、左側のレバー26Lを兼用する。
また、右側のレバー26Rの前後方向の操作に対応する操作対象として、ブーム4の動作が割り当てられ、左右方向の操作に対応する操作対象として、バケット6の動作が割り当てられる。つまり、レバー装置26A及びレバー装置26Cは、オペレータにより把持されるレバー部として、右側のレバー26Rを兼用する。
これにより、オペレータは、マシンコントロール機能が有効でない状態(つまり、MCスイッチNSが操作されていない状態)において、左右のレバー26L,26Rを前後左右に操作することにより、手動で、上部旋回体3及びアタッチメント(ブーム4、アーム5、バケット6)を操作することができる。
以下、レバー26L,26Rとレバー装置26A~26Dとは、これらの対応関係を有する前提で説明を進める。
[操作対象の割り付け方法の一例]
次に、図8~図10を参照して、マシンコントロール機能が有効な場合に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対する異なる操作対象の割り付け方法の一例(第1例~第3例)について説明する。マシンコントロール機能が有効な場合に操作不要なアクチュエータとは、マスタアクチュエータの動作に連動するように自律制御されることにより、個別の操作が不要なスレーブアクチュエータのことである。つまり、マシンコントロール機能が有効な場合に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置とは、マシンコントロール機能が有効でない状態、つまり、通常制御モードで、スレーブアクチュエータ(スレーブ要素)を操作するために用いられるレバー装置である。
<操作対象の割り付け方法の第1例>
まず、図8(図8A、図8B)は、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対する異なる操作対象の割り付け方法の第1例を説明する図である。具体的には、図8Aは、マシンコントロール機能によるショベル100の作業状況の第1例を示す図である。図8Bは、マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第1例を示す図である。
図8Aに示すように、本例では、ショベル100は、マシンコントロール機能によって、レバー装置26B(一のレバー装置の一例)に対するアーム5の開閉操作に応じて、ブーム4だけを自動的に駆動し、掘削作業や均し作業を行っている。つまり、本例では、マスタ要素及びマスタアクチュエータが、それぞれ、アーム5及びアームシリンダ8であり、スレーブ要素及びスレーブアクチュエータが、それぞれ、ブーム4及びブームシリンダ7である。
本例では、マシンコントロール機能の有効時において、レバー装置26A(他のレバー装置の一例)を用いたブーム4(ブームシリンダ7)に関する操作が不要である。そのため、コントローラ30は、レバー装置26Aを用いたブーム4に関する操作を無効にする。具体的には、例えば、レバー装置26Aの二次側のパイロットラインの作動油を作動油タンクに排出可能な切換弁を設ける。これにより、コントローラ30は、当該切換弁に制御指令を出力することで、レバー装置26Aからのパイロット圧がシャトル弁32AL,32ARを介して、制御弁175に作用しないようすることができる。この場合、切換弁による作動油タンクへの作動油の排出時でも、レバー装置26Aの二次側の圧力が、レバー装置26Aの操作状態(操作量)に対応する値になるように、切換弁或いは切換弁の上流側には、絞り等が設けられるとよい。また、後述の如く、電気式の操作装置26が採用される場合、コントローラ30は、操作装置26からブーム4に関する操作に対応する電気信号、つまり、レバー装置26Aの操作に対応する電気信号が入力されても、比例弁31AL,31ARに操作内容に対応する制御指令を出力しないようにすればよい。また、ショベル100が遠隔操作される場合についても、同様に、マシンコントロール機能が有効な状況で、ブーム4に関する操作に対応する遠隔操作信号(操作入力)が受信されても、ブーム4(ブームシリンダ7)に関する遠隔操作を無効にする。以下、マスタコントロール機能の有効時におけるスレーブ要素(スレーブアクチュエータ)に関する操作入力があった場合のコントローラ30の対応は、後述の第2例~第5例の場合についても同様である。
また、図8Bに示すように、コントローラ30は、マシンコントロール機能が有効な場合、操作不要になるブーム4(ブームシリンダ7)を個別に操作するためのレバー装置26Aに対して、ブーム4(ブームシリンダ7)の動作とは異なる操作対象を割り付ける。具体的には、レバー装置26Aに対応する右側のレバー26Rの前後方向の操作に対する操作対象として、設計面からのオフセット量(パラメータの一例)の設定を割り付ける。また、ショベル100が遠隔操作される場合についても、同様に、操作対象としてブーム4が指定された遠隔操作信号、つまり、ブーム4に関する操作に対応する遠隔操作信号の操作対象として、ブーム4の動作とは異なる操作対象(本例では、設計面からのオフセット量の設定)を割り付ける。つまり、操作対象としてブーム4が指定された遠隔操作信号(操作入力)の操作内容(例えば、操作量及び操作方向)に応じて、コントローラ30は、設計面からのオフセット量を設定する。以下、マスタコントロール機能の有効時にスレーブ要素(スレーブアクチュエータ)に関する遠隔操作信号が受け付けられる場合のコントローラ30の対応は、後述の第2例~第5例の場合についても同様である。
この場合、コントローラ30は、操作圧センサ29Aから入力される、レバー装置26Aの操作状態に対応する圧力値に基づき、操作方向及び操作量を把握し、操作方向及び操作量に応じて、設計面からのオフセット量を設定する。また、操作装置26が後述の如く電子式である場合、コントローラ30は、レバー装置26Aから入力される電子信号に基づき、操作量及び操作方向を把握し、同様に、設計面からのオフセット量を設定する。例えば、コントローラ30は、レバー26Rが中立状態から前方に操作(傾倒)されると、設計面を予め規定される一の方向にオフセットさせ、レバー26Rが中立状態から後方に操作(傾倒)されると、設計面を一の方向の反対の他の方向にオフセットさせる。そして、コントローラ30は、レバー装置26Aの操作量が大きくなるほど、オフセット量を大きくする。そして、コントローラ30は、設定したオフセット量だけ設計面をオフセットしたオフセット面に沿って、バケット6の先端が移動するように、レバー装置26Bの操作に応じて、ブーム4の動作を自動制御する。
尚、操作装置26が後述の如く電子式である場合、コントローラ30は、レバー装置26Aから入力される電子信号に基づき、操作量及び操作方向を把握し、同様に、スレーブアクチュエータの動作と異なる操作対象を操作することができる。以下、後述の第2例~第5例の場合についても同様である。
実際の作業現場では、常に同じ設計面を前提として作業が進められる訳ではないため、オペレータは、設計面を適宜設定変更しながら、作業を進める必要がある。これに対して、本例では、オペレータは、レバー装置26Aを操作するだけで、設計面をオフセットさせることができる。そのため、例えば、オペレータは、わざわざ、キャビン10内の表示装置40のディスプレイの操作画面上で、設計面を設定し直す手間が省けるため、作業の効率化やストレスのないオペレーションが実現されうる。
例えば、地面と実際に施工したい目標の施工面との間の高低差が比較的大きい場合、当該施工面を設計面として設定すると、バケット6が一気に設計面まで到達できず、マシンコントロール機能が正常に動作しない可能性がある。このような場合、地面から比較的浅い位置に設計面を適宜設定しながら、少しずつ地面を掘り進める必要がある。これに対して、本例では、レバー装置26Aの操作により、オフセット量が適宜調整されうるため、オペレータは、毎回、表示装置40のディスプレイの操作画面上で設計面を設定する作業を行う必要がなく、作業の効率化やオペレータのストレスの緩和を実現できる。
<操作対象の割り付け方法の第2例>
続いて、図9(図9A、図9B)は、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対する異なる操作対象の割り付け方法の第2例を説明する図である。具体的には、図9Aは、マシンコントロール機能によるショベル100の作業状況の第2例を示す図である。図9Bは、マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第2例を示す図である。
図9Aに示すように、本例では、ショベル100は、マシンコントロール機能によって、レバー装置26Bに対するアーム5の開閉操作に応じて、ブーム4及びバケット6を自動的に駆動し、掘削作業や均し作業を行っている。つまり、本例では、マスタ要素及びマスタアクチュエータが、それぞれ、アーム5及びアームシリンダ8であり、スレーブ要素及びスレーブアクチュエータが、それぞれ、ブーム4とバケット6、及びブームシリンダ7とバケットシリンダ9である。
本例では、マシンコントロール機能の有効時において、レバー装置26A,26Cを用いたブーム4及びバケット6に関する操作が不要である。そのため、コントローラ30は、レバー装置26A,26Cを用いたブーム4及びバケット6に対する操作を無効にする。具体的には、例えば、上述の如く、レバー装置26A,26C(他のレバー装置の一例)の二次側のパイロットラインの作動油を作動油タンクに排出可能な切換弁を設ける。これにより、コントローラ30は、当該切換弁を制御することにより、レバー装置26A,26Cからのパイロット圧がシャトル弁32AL,32AR,32CL,32CRを介して、制御弁175,174に作用しないようにすることができる。以下、図10Aの場合についても同様である。
また、図9Bに示すように、コントローラ30は、マシンコントロール機能が有効な場合、操作不要になるブーム4(ブームシリンダ7)及びバケット6(バケットシリンダ9)を個別に操作するためのレバー装置26A,26Cのそれぞれに対して、ブーム4及びバケット6の動作と異なる操作対象を割り付ける。具体的には、レバー装置26Aに対応する右側のレバー26Rの前後方向の操作に対する操作対象として、図8Bの場合と同様、設計面からのオフセット量の設定を割り付ける。また、レバー装置26Cに対応する右側のレバー26Rの左右方向の操作に対する操作対象として、バケット6の駆動(移動)速度(パラメータの一例)の設定を割り付ける。
この場合、コントローラ30は、図8Bの場合と同様、操作圧センサ29Aから入力される、レバー装置26Aの操作状態に対応する圧力値に基づき、操作方向及び操作量を把握し、操作方向及び操作量に応じて、設計面からのオフセット量を設定する。また、コントローラ30は、操作圧センサ29Cから入力される、レバー装置26Cの操作状態に対応する圧力値に基づき、操作方向及び操作量を把握し、操作方向及び操作量に応じて、バケット6の駆動速度を設定する。例えば、コントローラ30は、レバー26Rが中立状態から左方向に操作(傾倒)されると、その操作量に応じて、予め規定されるデフォルト値よりも駆動速度を小さくし、レバー26Rが中立状態から右方向に操作(傾倒)されると、その操作量に応じて、駆動速度をデフォルト値より大きくする。そして、コントローラ30は、設定したオフセット量だけ設計面をオフセットしたオフセット面に沿って、バケット6の先端が設定した駆動速度で移動するように、レバー装置26Bの操作に応じて、ブーム4及びバケット6の動作を自動制御する。この場合、コントローラ30は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回状態センサS5、撮像装置S6等から入力される情報に基づき、バケット6の実際の移動速度を測定する。そして、コントローラ30は、バケット6の実際の移動速度の測定値と、設定した駆動速度との差を小さく(ゼロに)するように、比例弁31AL,31AR,31BL,31BRを介して、ブームシリンダ7及びアームシリンダ8を制御する。
実際の作業現場では、設計面が水平面の場合だけでなく、鉛直面に近いような場合が有り得る。この場合、設計面に沿ってバケット6を移動させる場合のバケット6の駆動速度は、ブーム4の上げ下げの速度に支配される。しかし、レバー装置26Bの操作では、アーム5の駆動速度しか調整ができないため、レバー装置26Bの操作に対して、ブーム4の移動が適切に追従できず、作業効率が低下してしまう可能性がある。これに対して、本例では、レバー装置26Cの操作によりバケット6の駆動速度が適宜設定されうる。そのため、レバー装置26Bの操作をトリガとしてブーム4及びバケット6の自動制御が実行され、且つ、設定された駆動速度でバケット6が移動するように、ブーム4及びアーム5が自動制御される。よって、ショベル100は、適切な駆動速度でバケット6を駆動させることができ、作業効率を向上させることができる。
また、レバー装置26A,26Cのそれぞれに対応するレバー26Rの前後方向の操作及び左右方向の操作の何れかに対する操作対象として、バケット6の駆動力(パラメータの一例)、つまり、バケット6が地面に作用させる力の設定が割り付けられてもよい。この場合、コントローラ30は、操作圧センサ29A,29Cの何れかから入力される、レバー装置26A,26Cの何れかの操作状態に対応する圧力値に基づき、操作方向及び操作量を把握し、操作方向及び操作量に応じて、バケット6の駆動力を設定する。例えば、コントローラ30は、レバー26Rが中立状態から一の方向(例えば、後方向或いは左方向)に操作(傾倒)されると、その操作量に応じて、予め規定されるデフォルト値より駆動力を小さくし、レバー26Rが一の方向の反対方向(例えば、前方向或いは右方向)に操作(傾倒)されると、その操作量に応じて、デフォルト値より駆動力を大きくする。そして、コントローラ30は、設定した駆動力が地面に対して作用するように、レバー装置26Bの操作に応じて、ブーム4及びバケット6の動作を自動制御する。この場合、コントローラ30は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回状態センサS5、撮像装置S6等から入力される情報に基づき、ショベル100(アタッチメント)の姿勢状態を判断する。また、コントローラ30は、ブームロッド圧センサS7R、ブームボトム圧センサS7B、アームロッド圧センサS8R、アームボトム圧センサS8B、バケットロッド圧センサS9R、及びバケットボトム圧センサS9B等から入力される情報と、ショベル100の姿勢状態に基づき、バケット6の実際の駆動力を測定する。そして、コントローラ30は、バケット6の実際の駆動力の測定値と、設定した駆動力との差を小さく(ゼロに)するように、比例弁31AL,31AR,31BL,31BR,31CL,31CRを介して、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9を制御する。
上述の如く、地面と設計面との間の高低差が比較的大きくなると、駆動力が不足して、バケット6が一気に設計面まで到達できず、マシンコントロール機能が正常に動作しない可能性がある。これに対して、本例では、レバー装置26A,26Cの何れかの操作によりバケット6の駆動力が適宜設定されうる。そのため、レバー装置26Bの操作をトリガとして、ブーム4及びバケット6の自動制御が実行され、且つ、設定された駆動力をバケット6が地面に作用させることが可能なように、ブーム4、アーム5、及びバケット6が自動制御される。よって、ショベル100は、適切な駆動力をバケット6が地面に作用できるように、アタッチメントを駆動させることができ、作業効率を向上させることができる。
また、コントローラ30は、設定したバケット6の駆動速度や駆動力を実現するため、エンジン11の出力(回転数)或いはメインポンプ14(メインポンプ14L,14Rの少なくとも一方)の吐出量を制御してもよい。つまり、コントローラ30は、他の条件から設定されているエンジン11の回転数やメインポンプ14の吐出量が、設定したバケット6の駆動速度や駆動力を実現するために不足していると判断すると、自動的に、エンジン11の出力(回転数)を上昇させたり、メインポンプ14の吐出量を増大させたりしてよい。これにより、コントローラ30は、他の条件によりエンジン11及びメインポンプ14の出力不足が生じている場合でも、エンジン11やメインポンプ14の出力制御を行い、レバー装置26A,26Cの操作状態に合わせて、設定したバケット6の駆動速度や駆動力を適切に実現することができる。
<操作対象の割り付け方法の第3例>
続いて、図10(図10A、図10B)は、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対する異なる操作対象の割り付け方法の第3例を説明する図である。具体的には、図10Aは、マシンコントロール機能によるショベル100の作業状況の第3例を示す図である。図10Bは、マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第3例を示す図である。
図10Aに示すように、本例では、ショベル100は、マシンコントロール機能によって、レバー装置26Bに対するアーム閉じ操作に応じて、ブーム4及びバケット6を自動的に駆動し、前下がりの法面の転圧作業(法面仕上げ作業)を行っている。つまり、本例では、マスタ要素及びマスタアクチュエータが、それぞれ、アーム5、及びアームシリンダ8であり、スレーブ要素及びスレーブアクチュエータが、それぞれ、ブーム4及びブームシリンダ7である。
本例では、図9Aの場合と同様、マシンコントロール機能の有効時において、レバー装置26A,26Cを用いたブーム4及びバケット6に関する操作が不要である。そのため、コントローラ30は、ブーム4及びバケット6に対する操作を無効にする。
また、図10Bに示すように、コントローラ30は、マシンコントロール機能が有効な場合、操作不要なブーム4(ブームシリンダ7)及びバケット6(バケットシリンダ9)を個別に操作するためのレバー装置26A,26Cのそれぞれに対して、ブーム4及びバケット6の動作と異なる操作対象を割り付ける。具体的には、レバー装置26Aに対応する右側のレバー26Rの前後方向の操作に対する操作対象として、図8B,図9Bの場合と同様、設計面からのオフセット量を割り付ける。また、レバー装置26Cに対応する右側のレバー26Rの左右方向の操作に対する操作対象として、バケット6の背面で地面を押し付ける際の押し付け力(以下、「バケット6の押し付け力」)(パラメータの一例)の設定を割り付ける。
この場合、コントローラ30は、図8B,図9Bの場合と同様、操作圧センサ29Aから入力される、レバー装置26Aの操作状態に対応する圧力値に基づき、操作方向及び操作量を把握し、操作方向及び操作量に応じて、設計面からのオフセット量を設定する。また、コントローラ30は、操作圧センサ29Cから入力される、レバー装置26Cの操作状態に対応する圧力値に基づき、操作方向及び操作量を把握し、操作方向及び操作量に応じて、バケット6の押し付け力を設定する。例えば、コントローラ30は、レバー26Rが中立状態から左方向に操作(傾倒)されると、その操作量に応じて、予め規定されるデフォルト値よりも押し付け力を小さくし、レバー26Rが中立状態から右方向に操作(傾倒)されると、その操作量に応じて、押し付け力をデフォルト値より大きくする。そして、コントローラ30は、設定したオフセット量だけ設計面をオフセットしたオフセット面に沿って、バケット6の背面が設定した押し付け力で地面を転圧するように、レバー装置26Bの操作に応じて、ブーム4及びバケット6の動作を自動制御する。この場合、コントローラ30は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回状態センサS5、撮像装置S6等から入力される情報に基づき、ショベル100(アタッチメント)の姿勢状態を判断する。また、コントローラ30は、ブームロッド圧センサS7R、ブームボトム圧センサS7B、アームロッド圧センサS8R、アームボトム圧センサS8B、バケットロッド圧センサS9R、及びバケットボトム圧センサS9B等から入力される情報と、ショベル100の姿勢状態に基づき、バケット6の実際の押し付け力を測定する。そして、コントローラ30は、バケット6の実際の押し付け力の測定値と、設定した押し付け力との差を小さく(ゼロに)するように、比例弁31AL,31AR,31BL,31BR,31CL,31CRを介して、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9を制御する。
法面仕上げ作業では、ある程度の転圧力(押し付け力)が地面に付加される必要がある。しかし、通常、バケット6の先端(背面)が設計面に沿って移動するようにブーム4及びバケット6の自動制御が行われるため、バケット6が設計面に相当する法面に十分な転圧力(押し付け力)を作用させることができない可能性がある。これに対して、本例では、レバー装置26Cの操作によりバケット6の押し付け力が適宜設定されうる。そのため、レバー装置26Bの操作をトリガとして、ブーム4及びバケット6の自動制御が実行され且つ、設定された押し付け力が発生するように、ブーム4等が自動制御される。よって、ショベル100は、適切な転圧力をバケット6が地面に作用できるように、アタッチメント(ブーム4)を駆動させることができ、適切に転圧作業(法面仕上げ作業)を行うことができる。
このように、本例では、コントローラ30は、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータ(スレーブアクチュエータ)に対応するレバー装置に対して、本来の操作対象であるブーム4やバケット6の動作と異なる操作対象を割り付ける。換言すれば、レバー装置26A~26Cのうちのブーム4やバケット6を個別に動作するためのレバー装置26A,26Cは、マシンコントロール機能が有効である場合、ブーム4やアーム5の動作と異なる所定の操作対象の操作入力を受け付ける。具体的には、コントローラ30は、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置の操作対象として、マシンコントロール機能に関するパラメータの設定を割り付ける。これにより、ショベル100は、作業の効率化を図ることができると共に、オペレータのストレスを抑制することができる。
[操作対象割り付け処理の具体例]
次に、図11を参照して、コントローラ30によるマシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対する異なる操作対象の割り付けに関する処理(以下、「操作対象割り付け処理」)について説明する。
図11は、コントローラ30による操作対象割付け処理の一例を概略的に示すフローチャートである。本フローチャートは、例えば、ショベル100の起動から停止までの運転中において、所定の処理間隔ごとに実行される。
ステップS102にて、コントローラ30は、MCスイッチがONされたか否かを判定する。コントローラ30は、MCスイッチがONされた場合、ステップS104に進み、それ以外の場合、今回の処理を終了する。
ステップS104にて、コントローラ30は、今回のMCスイッチONによるマシンコントロール機能において、バケット6が自動制御の対象であるか否かを判定する。例えば、バケット6が自動制御の対象であるか否かは、キャビン10内の表示装置に表示される所定の操作画面上でのオペレータ等による設定操作により予め規定され、当該設定内容を参照されることで、当該判定が行われてよい。また、バケット6が自動制御の対象であるか否かは、ブーム4だけを自動制御させるためのMCスイッチと、ブーム4及びバケット6の双方を自動制御させるためのMCスイッチの何れがON操作されたかにより判定されてもよい。また、バケット6が自動制御の対象であるか否かは、MCスイッチのON操作の態様(例えば、通常の押し操作の場合、ブーム4だけが自動制御され、長押し操作の場合、ブーム4及びバケット6の双方が自動制御される等)に応じて判定されてもよい。コントローラ30は、バケット6が自動制御の対象でない場合、ステップS106に進み、バケット6ば自動制御の対象である場合、ステップS116に進む。
ステップS106にて、コントローラ30は、上述の如く、レバー装置26Aによるブーム4の操作を無効にする。
ステップS108にて、コントローラ30は、本来、ブーム4の動作を操作対象とするレバー装置26Aに対して、異なる操作対象を割り付ける。割り付ける操作対象は、例えば、キャビン10内の表示装置に表示される所定の操作画面上でのオペレータ等による設定操作により予め規定されていてよい。また、割り付ける操作対象は、例えば、ショベル100の作業内容に応じて、自動的に、判定されてもよい。具体的には、コントローラ30は、掘削作業や均し作業の場合、バケット6の駆動速度や駆動力の設定を操作対象として割り付け、転圧作業の場合、バケット6の押し付け力の設定を操作対象として割り付けてもよい。以下、ステップS118においても同様である。
ステップS110にて、コントローラ30は、レバー装置26Aの操作状態(操作方向及び操作量)に応じて、レバー装置26Aに割り付けられた操作対象の操作、具体的には、マシンコントロール機能に関するパラメータの設定を行う。
ステップS111にて、コントローラ30は、ステップS110で設定されたマシンコントロール機能に関するパラメータの設定状態を前提として、オペレータによるレバー装置26Bに対するアーム5の操作に応じて、ブーム4の自動制御を行う。
ステップS112にて、コントローラ30は、MCスイッチがOFFされたか否かを判定する。コントローラ30は、MCスイッチがOFFされていない場合、ステップS110に戻って、ステップS110,S111の処理を繰り返し、MCスイッチがOFFされた場合、ステップS114に進む。
ステップS114にて、コントローラ30は、レバー装置26Aによるブーム4の操作を有効な状態に戻すと共に、レバー装置26Aへの異なる操作対象の割り付けを解除し、今回の処理を終了する。
一方、ステップS116にて、コントローラ30は、上述の如く、レバー装置26A及びレバー装置26Cによるブーム4及びバケット6の操作を無効にする。
ステップS118にて、コントローラ30は、本来、ブーム4及びバケット6の動作を操作対象とするレバー装置26A,26Cに対して、異なる操作対象を割り付ける。
ステップS120にて、コントローラ30は、レバー装置26A,26Cの操作状態(操作方向及び操作量)に応じて、レバー装置26A,26Cに割り付けられたそれぞれの操作対象の操作、具体的には、マシンコントロール機能に関するパラメータの設定を行う。
ステップS121にて、コントローラ30は、ステップS120で設定されたマシンコントロール機能に関するパラメータを前提として、オペレータによるレバー装置26Bに対するアーム5の操作に応じて、ブーム4及びバケット6の自動制御を行う。
ステップS122にて、コントローラ30は、MCスイッチがOFFされたか否かを判定する。コントローラ30は、MCスイッチがOFFされていない場合、ステップS120に戻って、ステップS120,S121の処理を繰り返し、MCスイッチがOFFされた場合、ステップS124に進む。
ステップS124にて、コントローラ30は、レバー装置26A,26Cによるブーム4及びバケット6の操作を有効な状態に戻すと共に、レバー装置26A,26Cへの異なる操作対象の割り付けを解除し、今回の処理を終了する。
[操作対象の割り付け方法の他の例]
次に、図12~図15を参照して、マシンコントロール機能が有効な場合に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対する異なる操作対象の割り付け方法の他の例(第4例、第5例)について説明する。
<操作対象の割り付け方法の第4例>
まず、図12、図13(図13A、図13B)は、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対する異なる操作対象の割り付け方法の第4例を説明する図である。具体的には、図12は、マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第4例を示す図である。図13A、図13Bは、マシンコントロール機能によるショベル100の作業状況の第4例を示す図である。
尚、図13A,図13Bでは、便宜的に、位置P1~P3にあるときのバケット6を、それぞれ、バケット6A~6Cと区別して表記している。
図12に示すように、本例では、上述の第1例~第3例の場合と同様、マシンコントロール機能の有効時に、レバー装置26Bの操作(つまり、アーム5に関する操作)に応じて、アーム5(マスタ要素)が開閉駆動されると共に、ブーム4が追従(連動)する。これにより、アーム5の閉じ動作に対応して、バケット6の作業部位(例えば、爪先や背面等)の設計面に沿った移動が実現される。
また、本例では、マシンコントロール機能の有効時に、レバー装置26Dの操作(つまり、上部旋回体3に関する操作)に応じて、上部旋回体3(マスタ要素)が旋回駆動されると共に、ブーム4(スレーブ要素)が上げ方向に追従(連動)する。これにより、レバー装置26Dの操作を通じて、目標軌道に沿ったブーム上げ旋回動作が実現される。遠隔操作の場合についても同様である。
また、本例では、マシンコントロール機能の有効時に、レバー装置26Cの操作(つまり、バケット6に関する操作)に応じて、バケット6(マスタ要素)が開閉駆動されると共に、アーム5が開き方向に追従(連動)する。これにより、レバー装置26Cの操作を通じて、目標軌道に沿った排土動作(ダンプ動作)が実現される。
本例では、マシンコントロール機能の有効時に、レバー26L(レバー装置26B,26D)が操作される場合、レバー装置26Aを用いたブーム4に関する操作が不要である。そのため、この場合、コントローラ30は、ブーム4に対する操作を無効にする。そして、コントローラ30は、操作不要なブーム4(ブームシリンダ7)に対応するレバー装置26Aに対して、ブーム4の動作とは異なる操作対象を割り付ける。具体的には、レバー装置26Aに対応する右側のレバー26Rの前後方向の操作に対する操作対象として、バケット6(の作業部位)の動作に関するパラメータの調整を割り付ける。このとき、動作に関するパラメータの調整には、位置(高さ)、速度、加速度等の調整が含まれてよい。以下、後述の第5例の場合も同様である。これにより、レバー26L(即ち、レバー装置26B,26D)の操作時に、レバー26Rを前後方向の操作することで、マシンコントロール機能におけるバケット6(の作業部位)の動作を調整することができる。
図13A、図13Bに示すように、本例では、ショベル100は、マシンコントロール機能を利用して、土砂のダンプトラックDTへの積み込み作業を行っている。
オペレータは、レバー装置26Bに対してアーム5を閉じる方向の操作を行う。これより、アーム5が開き駆動されると共に、ブーム4が上げ方向に追従し、地面付近でバケット6に土砂が収容される(位置P1のバケット6A)。
続いて、オペレータは、レバー装置26Dに対して右方向への旋回操作を行う。これにより、上部旋回体3が右旋回駆動されると共に、ブーム4が上げ方向に追従し、ブーム上げ旋回動作が実現される(位置P1のバケット6Aから位置P2のバケット6Bまでの破線)。このとき、オペレータは、レバー装置26Dを操作しながら、レバー装置26Aを操作し、バケット6の位置(高さ)や速度等を調整することができる。
そして、オペレータは、ダンプトラックDTの荷台の上にバケット6が到達すると、レバー装置26Dを中立位置に戻しながら、レバー装置26Cをバケット6を開く方向に操作することにより、アーム5が開き方向に追従し、排土動作が実現される(位置P2のバケット6Bから位置P3のバケット6Cまでの破線)。
このように、本例では、土砂のバケット6への収容、ブーム上げ旋回動作、及び排土動作の一連の動作のそれぞれを、一のレバー装置の操作、つまり、一の操作入力だけで実現できる。また、オペレータは、操作不要のブーム4の操作に対応する操作入力を利用して、ブーム上げ旋回動作のバケット6の動作を調整することができる。これにより、オペレータの操作性を更に向上させることができる。
<操作対象の割り付け方法の第5例>
続いて、図14、図15は、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対する異なる操作対象の割り付け方法の第5例を説明する図である。具体的には、図14は、マシンコントロール機能の有効時における操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置への異なる操作対象の割り付けの第5例を示す図である。図15は、マシンコントロール機能によるショベル100の作業状況の第5例を示す図である。
図14に示すように、本例では、マシンコントロール機能の有効時に、レバー装置26B(即ち、レバー26L)の前方向への操作(即ち、アーム5の開き操作)に応じて、アーム5(マスタ要素)が開き駆動されると共に、バケット6(スレーブ要素)が開き方向に追従する。また、併せて、ブーム4(スレーブ要素)が下げ方向に追従してもよい。これにより、レバー装置26Bの前方向の操作を通じて、排土動作が実現される。
また、本例では、マシンコントロール機能の有効時に、レバー装置26B(即ち、レバー26L)の後方向への操作(即ち、アーム5の閉じ操作)に応じて、アーム5(マスタ要素)が閉じ駆動されると共に、ブーム4(スレーブ要素)が追従(連動)する。これにより、レバー装置26Bの後方向への操作を通じて、バケット6の作業部位(例えば、爪先や背面等)の設計面に沿った移動が実現される。
また、本例では、マシンコントロール機能の有効時に、レバー装置26D(即ち、レバー26L)の左方向の操作(即ち、左旋回操作)に応じて、上部旋回体3(マスタ要素)が左旋回駆動されると共に、ブーム4が上げ方向に追従(連動)する。これにより、レバー装置26Dの左方向への操作を通じて、目標軌道に沿ったブーム上げ旋回動作が実現される。
また、本例では、マシンコントロール機能の有効時に、レバー装置26D(即ち、レバー26L)の右方向の操作(即ち、右旋回操作)に応じて、上部旋回体3(マスタ要素)が右旋回駆動されると共に、ブーム4が下げ方向に追従(連動)する。これにより、レバー装置26Dの右方向への操作を通じて、目標軌道に沿ったブーム下げ旋回動作が実現される。
本例では、マシンコントロール機能の有効時に、レバー26L(即ち、レバー装置26B)が後方向に操作される場合、レバー装置26Aを用いたブーム4に関する操作が不要である。また、レバー26L(即ち、レバー装置26B)が前方向に操作される場合、排土動作が行われるため、ブーム4に関する操作が不要と考えることができる。そのため、この場合、コントローラ30は、ブーム4に関する操作を無効にする。そして、コントローラ30は、操作不要なブーム4(ブームシリンダ7)に対応するレバー装置26Aに対して、ブーム4の動作とは異なる操作対象を割り付ける。具体的には、レバー装置26Aに対応する右側のレバー26Rの前後方向の操作に対する操作対象として、アーム5の駆動時のバケット6(の作業部位)の動作に関するパラメータの調整を割り付ける。これにより、レバー26Lの前後方向(即ち、レバー装置26B)の操作時に、レバー26Rを前後方向の操作することで、マシンコントロール機能におけるバケット6(作業部位)の動作を調整することができる。
また、本例では、マシンコントロール機能の有効時に、レバー26L(即ち、レバー装置26D)が操作される場合、レバー装置26Aを用いたバケット6の操作が不要と考えることができる。ブーム上げ旋回動作及びブーム下げ旋回動作では、バケット6の姿勢は一定に維持されるからである。そのため、この場合、コントローラ30は、バケット6に関する操作を無効にする。そして、コントローラ30は、操作不要なバケット6(バケットシリンダ9)に対応するレバー装置26Cに対して、バケット6の動作とは異なる操作対象を割り付ける。具体的には、レバー装置26Cに対応する右側のレバー26Rの左右方向の操作に対する操作対象として、上部旋回体3の駆動時のバケット6(の作業部位)の動作に関するパラメータの調整を割り付ける。これにより、レバー26Lの左右方向(即ち、レバー装置26D)の操作時に、レバー26Rを前後方向の操作することで、マシンコントロール機能におけるバケット6(作業部位)の動作を調整することができる。
図15に示すように、本例では、ショベル100は、マシンコントロール機能を利用して、掘削動作(作業状況15A~15D)、ブーム上げ旋回動作(作業状況15E)、ダンプ動作(作業状況15F)、及びブーム下げ旋回動作の一連の作業パターンを繰り返し行っている。
オペレータは、レバー装置26Bに対してアーム5を閉じる方向(即ち、後方向)の操作を行う。これにより、ショベル100は、アーム5が閉じる方向に駆動されると共に、ブーム4が適宜追従(連動)し、バケット6の作業部位(例えば、爪先)が目標軌道(例えば、設計面或いは設計面のオフセット面)に沿って移動する掘削動作を実現することができる(作業状況15A~作業状況15C)。そして、ショベル100は、バケット6に掘削作業による土砂を収容する(作業状況15D)。このとき、オペレータは、レバー装置26Bを操作しながら、レバー装置26Aを前後に操作し、バケット6の移動速度等を調整することができる。
続いて、オペレータは、レバー装置26Dに対して、左旋回操作(即ち、左方向の操作)を行う。これにより、ショベル100は、上部旋回体3が左旋回駆動されると共に、ブーム4が上げ方向に追従(連動)し、バケット6の作業部位が目標軌道に沿って移動する態様のブーム上げ旋回動作を実現することができる(作業状況15E)。このとき、オペレータは、レバー装置26Dを操作しながら、レバー装置26Cを左右に操作し、バケット6の位置(高さ)や移動速度等を調整することができる。
続いて、オペレータは、レバー装置26Bに対して、アーム5を開く方向(即ち、前方向)の操作を行う。これにより、ショベル100は、アーム5が開く方向に駆動されると共に、バケット6が開く方向に追従(連動)し、バケット6の作業部位が目標軌道に沿って移動する態様の排土動作(ダンプ動作)を実現することができる(作業状況15F)。このとき、オペレータは、レバー装置26Bを操作しながら、レバー装置26Aを前後に操作し、バケット6の位置や速度等を調整することができる。
続いて、オペレータは、レバー装置26Dに対して、右旋回操作(即ち、右方向の操作)を行う。これにより、ショベル100は、上部旋回体3が右旋回駆動されると共に、ブーム4が下げ方向に追従(連動)し、バケット6の作業部位が目標軌道に沿って移動する態様のブーム下げ旋回動作を実現することができる(作業状況15G)。このとき、オペレータは、レバー装置26Dを操作しながら、レバー装置26Cを左右に操作し、バケット6の位置(高さ)や移動速度等を調整することができる。
このように、本例では、掘削動作、ブーム上げ旋回動作、ダンプ動作、及びブーム下げ旋回動作の一連の作業を、左側のレバー26Lの操作だけで実現できる。また、オペレータは、左側のレバー26Lの前後方向への操作時に、操作不要のブーム4の操作に対応する操作入力を利用して、バケット6の動作を調整することができる。また、オペレータは、左側レバー26Lの左右方向への操作時に、操作不要のバケット6の操作に対応する操作入力を利用して、バケット6の動作に関するパラメータを調整することができる。これにより、オペレータの操作性及び利便性を更に向上させることができる。
[本実施形態の作用]
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態では、ショベル100は、複数のアクチュエータ(油圧アクチュエータ)と、複数のアクチュエータに関する複数の操作入力を受け付ける操作受付部(操作装置26、通信装置T1)と、を備える。また、ショベル100は、複数の操作入力のうちの一の操作入力で、複数のアクチュエータのうちの一のアクチュエータが動作する通常制御モードと、当該一の操作入力で複数のアクチュエータのうちの二以上のアクチュエータが動作するマシンコントロールモードとを有する。そして、ショベル100は、コントローラ30の制御下で、マシンコントロールモードである場合、複数の操作入力のうちの当該一の操作入力と異なる他の操作入力に応じて、複数のアクチュエータのうちの当該一の操作入力で動作するアクチュエータに関するパラメータを調整する。また、他の操作入力に応じて、パラメータを調整する代わりに、当該一の操作入力で動作する二以上のアクチュエータとは異なるアクチュエータを動作させてもよい。つまり、他の操作入力(例えば、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置)の操作対象として、当該一の操作入力で動作する二以上のアクチュエータとは異なる他のアクチュエータを操作対象として割り付けてもよい。
具体的には、本実施形態では、コントローラ30は、マシンコントロールモードにおいて、一の操作入力に応じて、所定の作業部位(例えば、バケット6の爪先)が所定動作を行うように(例えば、目標軌道に沿って移動するように)、通常制御モードでの当該一の操作入力の操作対象である一のアクチュエータを含む二以上のアクチュエータの動作を自動制御する機能(マシンコントロール機能)を実現する。そして、ショベル100は、マシンコントロールモードである場合、コントローラ30の制御下で、通常制御モードで当該二以上のアクチュエータのうちの当該一のアクチュエータと異なる他のアクチュエータを動作させるための他の操作入力に応じて、当該他のアクチュエータの動作と異なる所定の操作対象(例えば、マシンコントロール機能に関するパラメータ)を操作させる。
これにより、オペレータの操作性及び利便性を向上させることができる。
[変形・改良]
以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、操作装置26(レバー装置26A~26D)は、オペレータによる操作状態に応じたパイロット圧を出力する油圧式であったが、電気信号を出力する電気式であってもよい。この場合、走行油圧モータ1L,1R及び旋回油圧モータ2Aに対応する制御弁171~173にパイロット圧を作用させるパイロット回路にも、図4A~図4Cと同様、比例弁31を設けるとよい。これにより、コントローラ30は、マシンコントロール機能が無効の場合、操作装置26からの電気信号に応じて、比例弁31を制御し、操作状態に応じたパイロット圧を制御弁171~176に作用させることができる。一方、マシンコントロール機能が有効な場合、操作装置26(レバー装置26A,26C等)からの電気信号に依らず、比例弁31を適宜制御することにより、アタッチメント等を自動制御することができる。また、この場合、コントロールバルブ17の制御弁171~176は、操作装置26から入力される、操作状態に応じた電気信号により駆動される電磁パイロット式の制御弁に置換されてもよい。そして、操作装置26からの電気信号に割り込みを掛ける態様で、コントローラ30からの制御信号を電磁パイロット式の制御弁に入力させることが可能な構成を採用することにより、コントローラ30によるマシンコントロール機能が実現されうる。
また、上述した実施形態及び変形例では、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対して、マシンコントロール機能に関する操作対象(具体的には、マシンコントロール機能に関するパラメータの設定)が割り付けられるが、任意の操作対象が割り付けられてもよい。例えば、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対して、一定回転する動力源としてのエンジン11の回転数、エンジン11の出力(馬力)、メインポンプ14の出力、後述の如く電動アクチュエータが採用される場合の動力源としての蓄電装置(例えば、リチウムイオンバッテリ等)やケーブル接続される外部の商用電源の出力、ブーム4の下げ操作時やアーム5の閉じ操作時の作動油の再生、上部旋回体3の旋回減速時の回生(電気回生或いは油圧回生)等のショベル100のエネルギ消費及び回生の少なくとも一方に関する設定が操作対象として割り当てられてもよい。
また、上述した実施形態及び変形例では、マシンコントロール機能がブーム4、アーム5、及びバケット6で構成されるアタッチメントの動作に適用されたが、当該態様には、限定されない。例えば、ブームと、複数のアームと、エンドアタッチメントで構成されるアタッチメントを備えるショベル100の当該アタッチメントの動作にマシンコントロール機能が適用されてもよい。つまり、複数のリンク部を含む任意のアタッチメントのうちの一のリンク部の操作に応じて、他のリンク部の動作が自動制御されることにより、マシンコントロール機能が実現されてよい。この場合、マシンコントロール機能の有効時に、他のリンク部を操作するレバー装置の操作が不要になるため、上述と同様、当該レバー装置に他のリンク部の動作と異なる操作対象が割り付けられてよい。
また、上述した実施形態及び変形例では、ショベル100のアタッチメントに関するマシンコントロール機能を対象とするが、他の作業機械の機体に搭載される複数のリンク部を含むアタッチメントにマシンコントロール機能が適用されてもよい。この場合、上述と同様、他の作業機械のアタッチメントのマシンコントロール機能の有効時に、操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対して、本来の操作対象であるリンク部の動作と異なる操作対象が割り付けられてよい。
また、上述した実施形態及び変形例では、マシンコントロール機能が掘削作業、転圧作業、土砂のダンプトラックへの積み込み作業等に適用されるが、他の任意の作業や動作に適用されてよい。例えば、マシンコントロール機能は、ショベル100のクレーン作業に適用されてもよい。クレーン作業は、バケット6を全閉状態にさせ、バケット6のバケットリンク付近に収納されるフックを取り出した上で、フックに吊り荷を吊って、アタッチメントの動作や上部旋回体3の旋回動作で吊り荷を移動させる作業である。具体的には、ショベル100は、コントローラ30の制御下で、レバー装置26Bの操作に応じて、アーム5を駆動すると共に、吊り荷が同じ高さを維持するように、或いは、所定の目標軌道で移動するように、ブーム4の動作を追従させてよい。この場合、上述の実施形態及び変形例と同様、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なブーム4に対応するレバー装置26Aに対して、ブーム4の動作と異なる操作対象を割り付けられてよい。また、例えば、マシンコントロール機能は、法面の延在方向に下部走行体1を移動させながら行う法面施工作業に適用されてもよい。具体的には、法面施工作業は、ある作業領域の施工が終了すると法面が延在する方向に下部走行体1を走行させて、次の作業領域に移動し、施工を行う動作を繰り返す。このとき、施工対象の法面は、上面視で曲線を描くように延在している場合もありうるため、下部走行体1が直線的に走行すると、上部旋回体3と法面との間の正対関係が崩れてしまう。そのため、ショベル100は、コントローラ30の制御下で、下部走行体1に関する操作に応じて、下部走行体1(左右のクローラ)を駆動すると共に、上部旋回体3のアタッチメント(作業部位の一例)が法面との正対関係を維持し続けるように、上部旋回体3の旋回動作を追従させてよい。この場合、上述の実施形態及び変形例と同様、マシンコントロール機能の有効時に操作不要な上部旋回体3(旋回油圧モータ2A)に対応するレバー装置26Dに対して、上部旋回体3の動作とは異なる操作対象が割り付けられてよい。
また、上述した実施形態及び変形例では、マシンコントロール機能の有効時に操作不要なアクチュエータに対応するレバー装置に対して、当該レバー装置の本来の操作対象であるリンク部の動作と異なる操作対象が割り付けられるが、全自動運転機能(自律運転機能とも称する)の有効時に同様の割り付けが行われてもよい。全自動運転機能は、操作者のレバー操作なしに、アタッチメント及び上部旋回体3が動作する機能である。この場合、レバー装置26A~26Dの操作が不要であるため、レバー装置26A~26Dのうちの一部又は全部に対して、アタッチメント及び上部旋回体3の動作と異なる操作対象(例えば、全自動運転機能に関するパラメータの設定等)が割り付けられてよい。
また、上述した実施形態及び変形例では、ショベル100は、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の各種被駆動要素を全て油圧駆動する構成であったが、その一部が電動アクチュエータ(例えば、電動機)(アクチュエータの一例)で電気駆動される構成であってもよい。つまり、上述した実施形態で開示される構成等は、ハイブリッドショベルや電動ショベル等に適用されてもよい。
また、上述した実施形態及び変形例において、一の操作入力に応じて、二以上のアクチュエータを動作させる場合に、操作不要な油圧アクチュエータに対応する他の操作入力に割り付ける操作対象を複数の種類の中からオペレータ等が選択(設定)可能であってもよい。この場合、表示装置40には、他の操作入力に割り付ける操作対象を複数の種類の中から選択(設定)したり、設定内容を確認したりするための操作画面(GUI:Graphical User Interface)が表示されてよい。例えば、上述の操作対象の割り付け方法の第4例及び第5例におけるバケット6の作業部位の動作に関するパラメータとして、位置、速度、加速度等の複数の種類のパラメータが準備され、操作画面を通じて、その中から操作対象のパラメータの種類が選択される態様であってよい。また、ショベル100の外部の情報処理装置から他の操作入力に割り当てる操作対象の設定やその設定内容の確認が可能な態様であってもよい。例えば、当該情報処理装置は、ショベル100に関するユーザ(オペレータ、管理者、サービスマン等)が利用するユーザ端末(例えば、スマートフォン、タブレット端末、ラップトップ型のコンピュータ端末等の携帯端末や、デスクトップ型のコンピュータ端末等の定置端末)であってよい。これにより、ユーザは、自身が利用するユーザ端末からショベル100のマシンコントロール機能の有効時におけるスレーブアクチュエータに対応する他の操作入力に割り当てる操作対象の設定を行ったり、その設定内容を表示により確認したりすることができる。この場合、ユーザ端末は、ショベル100と直接或いは管理装置(サーバ装置)等を経由してショベル100と通信可能に接続される態様であってよい。そして、ユーザ端末は、その表示装置(ディスプレイ)に、表示装置50の場合と同様の操作画面を表示させてよい。これにより、当該操作画面の設定内容が、ショベル100とユーザ端末との通信により、ショベル100のコントローラ30に反映させることができる。また、ショベル100とユーザ端末との通信により、ショベル100における設定内容がユーザ端末に反映され、ユーザ端末(表示装置)の当該操作画面に現在の設定内容を表示させることができる。また、当該情報処理装置は、ショベル100と通信可能な管理装置(サーバ装置)であってもよい。これにより、管理装置の管理者等は、ショベル100のマシンコントロール機能の有効時におけるスレーブアクチュエータに対応する他の操作入力に割り当てる操作対象の設定やその設定内容を管理(監視)することができる。この場合、管理装置は、所定の通信ネットワークを通じて、ショベル100と直接通信可能に接続される態様であってよい。そして、管理装置は、その表示装置(ディスプレイ)に、表示装置50の場合と同様の操作画面を表示させてよい。これにより、当該操作画面の設定内容が、ショベル100と管理装置との通信により、ショベル100のコントローラ30に反映させることができる。また、ショベル100と管理装置との通信により、ショベル100における設定内容が管理装置に反映され、管理装置(表示装置)の当該操作画面に現在の設定内容を表示させることができる。
また、上述した実施形態及び変形例では、ショベル100において、一の操作入力に応じて、複数の油圧アクチュエータが動作するが、他の作業機械についても、同様に、一の操作入力に応じて、複数の油圧アクチュエータが動作してよい。この場合、上述した実施形態及び変形例と同様、他の作業機械は、当該一の操作入力とは異なる他の操作入力に応じて、当該一の操作入力で動作する二以上のアクチュエータに関するパラメータを調整したり、当該二以上のアクチュエータとは異なるアクチュエータを動作させたりしてよい。
例えば、ジブクレーン(作業機械の一例)は、ジブ(支持体の一例)と、当該ジブの先端部(支持部の一例)から吊るされるワイヤと、当該ワイヤの先端に取り付けられるフックを含む。また、ジブの起伏(つまり、ジブの先端部の上下動作)、並びに、ワイヤのまき動作(巻き上げ及び巻き下げ)は、それぞれ、油圧シリンダ、油圧モータ、電動モータ等のアクチュエータで駆動される。
ここで、ショベル100の通常制御モードに対応する第1のモードでは、一の操作入力で、一のアクチュエータが動作する。例えば、第1の操作入力には、ジブの起伏動作が操作対象として割り付けられ、第2の操作入力には、ワイヤの巻き上げ及び巻き下げ動作が割り当てられる。
一方、ショベル100のマシンコントロールモードに対応する第2のモードでは、一の操作入力で、ジブの起伏動作とワイヤの巻き上げ動作及び巻き下げ動作が同時に行われる。具体的には、一の操作入力に応じて、ジブ及びワイヤのうちのマスタ要素を動作させると共に、作業部位としてのフックが目標軌道に沿って移動するように、ジブ及びワイヤのうちのスレーブ要素を連動させる。また、ジブクレーンが旋回式である場合、上部旋回体をマスタ要素或いはスレーブ要素として、ジブ、ワイヤ、及び上部旋回体の全体を連動させてもよい。これにより、例えば、ジブクレーンは、フックの位置を略同じ高さに維持したまま、水平方向に移動させることができる。つまり、オペレータは、一の操作入力に対応する一の操作手段(例えば、レバー装置)に対する操作を行うだけで、フックに吊られた吊り荷の高さを一定に維持しながら、吊り荷を水平方向に移動させることができる。これにより、オペレータの操作性及び利便性が向上する。
また、この場合、ジブ(起伏)及びワイヤ(巻き上げ及び巻き下げ)に関する操作のうちのスレーブ要素に関する操作は不要である。そのため、ジブ及びワイヤのうちの操作不要な一方に対応する他の操作入力、つまり、当該一方を第1のモードで操作対象とする他の操作入力に対して、操作不要な一方の動作とは異なる操作対象を割り付ける。例えば、フックの高さ位置、移動速度等、作業部位としてのフックの動作に関するパラメータの調整が割り当てられてよい。これにより、オペレータの操作性及び利便性が更に向上する。
また、例えば、門型クレーン(作業機械の一例)は、門型フレーム(支持体の一例)と、門型フレームの上部を幅方向に移動可能に取り付けられるトロリ(支持部の一例)と、トロリから吊るされるワイヤと、当該ワイヤの先端に取り付けられるフックを含む。また、門型フレームの前後方向の動作、トロリの幅方向(左右方向)の動作、及びワイヤの巻き動作は、それぞれ、油圧モータ、電動モータ等のアクチュエータで駆動される。
ここで、ショベル100の通常モードに対応する第1のモードでは、一の操作入力で、一のアクチュエータが動作する。例えば、第1の操作入力には、門型フレームの前後方向の動作が操作対象として割り付けられ、第2の操作入力には、トロリの左右方向への動作が割り当てられ、第3の操作入力には、ワイヤの巻き動作が割り当てられる。
一方、ショベル100のマシンコントロールモードに対応する第2のモードでは、一の操作入力で、門型フレームの前後方向の動作、トロリの左右方向の動作、及びワイヤの巻き上げ動作のうちの二以上の動作が同時に行われる。具体的には、門型フレーム、トロリ、及びワイヤのうちのマスタ要素を動作させると共に、作業部位としてのフックが目標軌道に沿って移動するように、門型フレーム、トロリ、及びワイヤのうちのスレーブ要素を連動させる。これにより、オペレータは、一の操作入力に対応する一の操作手段(例えば、レバー装置)に対する操作を行うだけで、フックに吊られた吊り荷を所望の目標軌道に移動させることができる。これにより、オペレータの操作性及び利便性が向上する。
また、この場合、門型フレーム、トロリ、及びワイヤのうちのスレーブ要素に関する操作は不要である。そのため、ジブ及びワイヤのうちの操作不要な一方を第1のモードで操作対象とする他の操作入力に対して、操作不要な一方の動作とは異なる操作対象を割り付ける。例えば、フックの移動速度等、作業部位としてのフックの動作に関するパラメータの調整が割り当てられてよい。これにより、オペレータの操作性及び利便性が更に向上する。
尚、本願は、2018年3月30日に出願した日本国特許出願2018-070360号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
1 下部走行体
1L,1R 走行油圧モータ(アクチュエータ)
2A 旋回油圧モータ(アクチュエータ)
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ(アクチュエータ)
8 アームシリンダ(アクチュエータ)
9 バケットシリンダ(アクチュエータ)
10 キャビン
11 エンジン
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
17 コントロールバルブ
26 操作装置(操作受付部)
26A レバー装置
26B レバー装置
26C レバー装置
26D レバー装置
26L レバー
26R レバー
29,29A~29D 操作圧センサ
30 コントローラ(制御装置)
31,31AL,31AR,31BL,31BR,31CL,31CR 比例弁
32,32AL,32AR,32BL,32BR,32CL,32CR シャトル弁
40 表示装置
42 入力装置
100 ショベル
171,172,173,174,175L,175R,176L,176R 制御弁
S1 ブーム角度センサ
S2 アーム角度センサ
S3 バケット角度センサ
S4 機体傾斜センサ
S5 旋回状態センサ
S6 撮像装置
S6B,S6F,S6L,S6R カメラ
T1 通信装置(操作受付部)

Claims (10)

  1. 複数のアクチュエータと、
    前記複数のアクチュエータに関する複数の操作入力を受け付ける操作受付部と、を備え、
    前記複数の操作入力のうちの一の操作入力で、前記複数のアクチュエータのうちの一のアクチュエータが動作する第1のモードと、前記一の操作入力で前記複数のアクチュエータのうちの二以上のアクチュエータが動作する第2のモードとを有し、
    前記第2のモードである場合、前記複数の操作入力のうちの前記一の操作入力と異なる他の操作入力に応じて、前記複数のアクチュエータのうちの前記二以上のアクチュエータ以外のアクチュエータを動作させる、又は、前記複数のアクチュエータのうちの前記一の操作入力で動作するアクチュエータに関するパラメータを調整する、
    作業機械。
  2. 制御装置を更に備え、
    前記制御装置は、前記第2のモードにおいて、前記一の操作入力に応じて、所定の作業部位が所定動作を行うように、前記一のアクチュエータを含む前記二以上のアクチュエータの動作を自動制御する機能を実現し、
    前記第2のモードである場合、前記第1のモードで前記二以上のアクチュエータのうちの前記一のアクチュエータと異なる他のアクチュエータを動作させるための前記他の操作入力に応じて、前記他のアクチュエータの動作と異なる所定の操作対象を操作させる、
    請求項1に記載の作業機械。
  3. 前記所定の操作対象は、前記機能に関する前記パラメータである、
    請求項2に記載の作業機械。
  4. 下部走行体と、
    前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
    前記上部旋回体に取り付けられるブーム、アーム、及びエンドアタッチメントを含み、
    前記上部旋回体、前記ブーム、前記アーム、及び前記エンドアタッチメントは、それぞれ、前記複数のアクチュエータの何れかで駆動され、
    前記第2のモードである場合、前記一の操作入力に応じて、前記下部走行体、前記上部旋回体、前記ブーム、前記アーム、及び前記エンドアタッチメントのうちの前記一のアクチュエータで駆動される何れか一つのマスタ要素を動作させると共に、前記エンドアタッチメントの前記所定の作業部位が前記所定動作を行うように、前記下部走行体、前記上部旋回体、前記ブーム、前記アーム、及び前記エンドアタッチメントのうちの前記マスタ要素以外のスレーブ要素を連動させる、
    請求項2に記載の作業機械。
  5. 前記パラメータは、予め設定される設計面からのオフセット量、前記設計面に沿って前記エンドアタッチメントの先端部を駆動する力、前記設計面に沿って前記エンドアタッチメントの先端部を駆動する速度、及び、前記設計面に対する前記エンドアタッチメントの先端による押し付け力の少なくとも一つを含む、
    請求項4に記載の作業機械。
  6. 前記操作対象は、エンジン、蓄電装置、及び外部電源の少なくとも一つを含む作業機械の動力源からの出力に関する前記パラメータである、
    請求項2に記載の作業機械。
  7. 支持体と、
    前記支持体から吊るされるワイヤと、
    前記ワイヤの先端に取り付けられるフックと、を備え、
    前記支持体における前記ワイヤの支持部の動作、並びに、前記ワイヤの巻き動作は、それぞれ、前記複数のアクチュエータの何れかで駆動され、
    前記第2のモードである場合、前記一の操作入力に応じて、前記支持部及び前記ワイヤのうちの前記一のアクチュエータで駆動される何れか一つのマスタ要素を動作させると共に、前記所定の作業部位としての前記フックが目標軌道に沿って移動するように、前記支持部及び前記ワイヤのうちの前記マスタ要素以外のスレーブ要素を連動させる、
    請求項2に記載の作業機械。
  8. 前記所定の操作対象は、前記フックの動作に関する前記パラメータを含む、
    請求項7に記載の作業機械。
  9. 前記パラメータは、前記フックの高さ位置、及び移動速度の少なくとも一つを含む、
    請求項8に記載の作業機械。
  10. 請求項1に記載の作業機械が前記第2のモードである場合における前記他の操作入力の操作対象を設定する、又は、前記操作対象の設定内容を表示させる、
    情報処理装置。
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