JP7375260B2 - working machine - Google Patents
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Description
本発明は,道路工事,建設工事,土木工事,浚渫工事等に使用される作業機械に関する。 The present invention relates to a working machine used for road construction, construction work, civil engineering work, dredging work, etc.
道路工事,建設工事,土木工事,浚渫工事等に使用される作業機械として,動力系により走行する走行体の上部に旋回体を旋回自在に取り付けると共に,旋回体に多関節型のフロント作業装置を上下方向に揺動自在に取り付け,フロント作業装置を構成する各フロント部材をシリンダにて駆動するものが知られている。その一例にブーム,アーム,バケット等から構成されるフロント作業装置を有する,いわゆる油圧ショベルがある。 As a working machine used for road work, construction work, civil engineering work, dredging work, etc., a rotating body is rotatably attached to the top of a traveling body that runs by a power system, and an articulated front working device is attached to the rotating body. It is known that the front working device is mounted so as to be swingable in the vertical direction, and each front member constituting the front working device is driven by a cylinder. One example is a so-called hydraulic excavator, which has a front working device consisting of a boom, arm, bucket, etc.
この種の油圧ショベルには,例えば油圧ショベル本体を基準とした座標系(車体座標系)においてフロント作業装置の稼働制限領域(侵入禁止領域とも称する)を設定し,その稼働制限領域にフロント作業装置が侵入しないようにすることを目的として,フロント作業装置と稼働制限領域までの距離をモニタなどに表示してオペレータに注意喚起や警告するものがある。また,フロント作業装置が稼働制限領域に侵入しないようにフロント作業装置と稼働制限領域の距離に応じてフロント作業装置の動作を制限するものもある。 For this type of hydraulic excavator, for example, an operation restriction area (also referred to as an entry-prohibited area) for the front working device is set in a coordinate system based on the hydraulic excavator body (vehicle body coordinate system), and the front working device is placed in the operation restriction area. Some systems display the distance between the front work equipment and the restricted operation area on a monitor, etc., to alert or warn the operator. Furthermore, there is a system that limits the operation of the front working device according to the distance between the front working device and the restricted operation area so that the front working device does not invade the restricted operation area.
特許文献1は,油圧ショベルが載っている地盤の崩落を防止するために設定される走行体(履帯)の下方の領域であってバケット先端の侵入を禁止する車体下部領域(稼働制限領域)と,フロント作業装置が届くことができる範囲(作業可能範囲)との境界線をモニタに表示する技術を開示している。より具体的には,旋回体(車両本体)が水平な場合には車体下部領域と作業可能範囲との境界線をグローバル座標系における鉛直方向に設定し,旋回体が前傾している場合には当該境界線をグローバル座標系における鉛直方向に維持するように設定し,旋回体が後傾している場合には旋回体が載置される地盤面と当該境界線とのなす角が90度以上になるように当該境界線を補正するコントローラが開示されている。 Patent Document 1 discloses a lower vehicle body area (operation restriction area) which is an area below a traveling body (track) that is set to prevent the ground on which a hydraulic excavator is placed from collapsing, and prohibits entry of the bucket tip. , discloses a technology that displays on a monitor the boundary line between the range that a front work device can reach (workable range). More specifically, when the rotating body (vehicle body) is horizontal, the boundary line between the lower body area and the workable range is set in the vertical direction in the global coordinate system, and when the rotating body is tilted forward, is set so that the boundary line is maintained in the vertical direction in the global coordinate system, and if the rotating body is tilted backwards, the angle between the ground surface on which the rotating body is placed and the boundary line is 90 degrees. A controller that corrects the boundary line as described above is disclosed.
ところで,油圧ショベルでは,その作業能力を十分に発揮するためにフロント作業装置を地面に接触させた状態で走行体の一部が浮き上がるように操作することがある。例えば硬い地盤を掘削する場面でフロント作業装置の下方への掘削力を最大化したいときには,走行体後部(カウンタウェイト側)が地面に接触し走行体前部(フロント作業装置側)が浮き上がるようにフロント作業装置を操作する(いわゆるジャッキアップ状態になるように操作する)。一方で,例えば重い荷物を持ち上げる場面でフロント作業装置の上方へのリフト力を最大化したいときには,走行体前部が地面に接触し走行体後部が浮き上がるようにフロント作業装置を操作する。両者の場合の走行体の姿勢に着目すると,前者の場合には,走行体は走行体後部の接地点(回転中心)を中心に回転するような姿勢になり,後者の場合には,走行体は走行体前部の接地点(回転中心)を中心に回転するような姿勢になる。つまり,走行体の前部と後部のどちらが浮き上がるかで走行体の回転中心が異なる。このような走行体の姿勢変化に応じて稼働制限領域の表示を補正するには,稼働制限領域の表示位置の補正に際する車体座標系と重力座標系の座標変換において,回転移動だけでなく平行移動(つまり回転中心の移動)も考慮する必要がある。 Incidentally, in order to fully utilize its working capacity, a hydraulic excavator may be operated so that a part of the traveling body is lifted up while the front working device is in contact with the ground. For example, when excavating hard ground, if you want to maximize the downward excavation force of the front working equipment, the rear part of the traveling body (counterweight side) will contact the ground and the front part of the traveling body (front working equipment side) will float up. Operate the front working device (operate it so that it is in the so-called jack-up state). On the other hand, when it is desired to maximize the upward lifting force of the front working device, for example when lifting a heavy load, the front working device is operated so that the front part of the traveling body contacts the ground and the rear part of the traveling body lifts up. Focusing on the posture of the running body in both cases, in the former case, the running body rotates around the grounding point (rotation center) at the rear of the running body, and in the latter case, the running body rotates around the grounding point (rotation center) at the rear of the running body. is in a position where it rotates around the grounding point (rotation center) at the front of the vehicle. In other words, the center of rotation of the vehicle differs depending on whether the front or rear part of the vehicle is lifted up. In order to correct the display of the restricted operation area in response to such changes in the posture of the vehicle, it is necessary to perform not only rotational movement but also rotational movement in the coordinate transformation between the vehicle body coordinate system and the gravity coordinate system when correcting the display position of the restricted operation area. Parallel movement (that is, movement of the center of rotation) must also be considered.
この点に関して,特許文献1の技術は,走行体の前部と後部の双方が接地していることを前提としており(つまり走行体に浮き上がりが生じる場合は想定しておらず),車体下部領域と作業可能範囲の境界線の補正に際して履帯の前端を基準とした回転移動だけで対応している。そのため,上記のような走行体の前部又は後部の浮き上がりが生じた場合には対応不能であり,稼働制限領域を正確に保持できない。 Regarding this point, the technology of Patent Document 1 assumes that both the front and rear parts of the vehicle are in contact with the ground (in other words, it does not assume that the vehicle will lift up), and the lower part of the vehicle body is When correcting the boundary line of the workable range, it is possible to correct the boundary line by simply rotating the front end of the crawler track as a reference. Therefore, if the front or rear part of the traveling body lifts up as described above, it cannot be dealt with, and the operation restricted area cannot be accurately maintained.
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり,その目的は走行体の前部又は後部の浮き上がりが生じた場合にも稼働制限領域を正確に保持できる作業機械を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a working machine that can accurately maintain the restricted operation area even when the front or rear part of the traveling body lifts up.
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,走行体と,前記走行体の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体と,前記旋回体に取り付けられ,複数のフロント部材からなる作業装置と,前記旋回体の姿勢を検出する第1姿勢センサと,前記作業装置の侵入が禁止される稼働制限領域の境界線の位置を,前記旋回体に設定された車体座標系上に記憶したコントローラとを備えた作業機械において,前記コントローラは,少なくとも前記第1姿勢センサの出力に基づいて前記走行体の浮き上がりが発生していると判定された場合,前記第1姿勢センサの出力に基づいて前記走行体の浮き上がり角度を演算し,前記浮き上がり角度に基づいて前記走行体が浮き上がる際の回転中心を演算し,前記浮き上がり角度と前記回転中心とに基づいて,前記車体座標系における前記境界線の位置を回転して補正することとする。
The present application includes a plurality of means for solving the above problems, and to give one example, a traveling body, a rotating body rotatably attached to the upper part of the traveling body, and a plurality of means attached to the rotating body, A working device consisting of a front member, a first attitude sensor that detects the attitude of the rotating structure, and a vehicle body set on the rotating structure to determine the position of the boundary line of the operation restriction area where entry of the working device is prohibited. In a working machine including a controller stored on a coordinate system, when it is determined that lifting of the traveling body has occurred based on at least an output of the first orientation sensor, the controller is configured to adjust the first orientation to the first orientation. The lifting angle of the traveling body is calculated based on the output of the sensor, the rotation center when the traveling body lifts is calculated based on the lifting angle, and the vehicle body coordinates are calculated based on the lifting angle and the rotation center. The position of the boundary line in the system is corrected by rotating it .
本発明によれば,走行体の前部又は後部の浮き上がりが生じた場合にも稼働制限領域を正確に保持でき,オペレータの作業性を良好に維持できる。 According to the present invention, even if the front or rear part of the traveling body lifts up, the restricted operation area can be accurately maintained, and the operator's workability can be maintained satisfactorily.
以下,本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<対象装置>
図1に示すように,本発明の第1実施形態に係る油圧ショベル(作業機械)1は,走行体4と,その上部に取り付けられた旋回体3と,複数のフロント部材20,21,22を連結して構成され旋回体3に回動可能に取り付けられた多関節型のフロント作業装置2とを備えている。<Target device>
As shown in FIG. 1, a hydraulic excavator (work machine) 1 according to a first embodiment of the present invention includes a
旋回体3は,走行体4に対して左右方向に旋回可能に取り付けられており,旋回油圧モータ(図示せず)によって旋回駆動される。
The rotating body 3 is attached to the
フロント作業装置2は,基端側が旋回体3に回動可能に連結されたブーム20と,基端側がブーム20の先端側に回動可能に連結されたアーム21と,基端側がアーム21の先端側に回動可能に連結されたバケット22と,先端側がブーム20に連結され,基端側が旋回体3に連結されたブームシリンダ20Aと,先端側がアーム21に連結され,基端側がブーム20に連結されたアームシリンダ21Aと,先端側がバケット22に回動可能に連結された第1リンク部材22Bと,先端側が第1リンク部材22Bの基端側に回動可動に連結された第2リンク部材22Cと,2つのリンク部材22B,22Cの連結部とアーム21との間に掛け渡されたバケットシリンダ22Aを備えている。これらの油圧シリンダ20A,21A,22Aはそれぞれ連結部分を中心に,上下方向に回動可能に構成されている。
The
ブームシリンダ20A,アームシリンダ21A,バケットシリンダ22Aは,油圧ポンプ36b(図2参照)から吐出される作動油を給排することによりそれぞれ伸縮可能な構造となっており,伸縮することによりそれぞれブーム20,アーム21,バケット22を回動(動作)させることができる。バケット22は,グラップル,ブレーカ,リッパ,マグネット等の図示しないアタッチメントに任意に交換可能である。
The
ブームシリンダ20Aには,ブームシリンダ20Aにおけるボトム側の圧力を検出する圧力センサ(ブームボトム圧センサ)20BPと,ブームシリンダ20Aにおけるロッド側の圧力を検出する圧力センサ(ブームロッド圧センサ)20RPとが取り付けられている。この2つの圧力センサ20BP,20RPはブームシリンダ20Aの負荷検出装置として機能し得る。
The
ブーム20にはブーム20の姿勢を検出するための慣性計測ユニットセンサ(以下,IMUセンサと称する)(ブーム)20Sが取り付けられており,アーム21にはアーム21の姿勢を検出するためのIMUセンサ(アーム)21Sが取り付けられている。第2リンク部材22Cには,バケット22の姿勢を検出するためのIMUセンサ(バケット)22Sが取り付けられている。IMUセンサ(ブーム)20S,IMUセンサ(アーム)21S,IMUセンサ(バケット)22Sは,それぞれ角速度センサと加速度センサから構成されており,各フロント部材20,21,22の傾斜角度,角速度及び加速度の検出が可能である。本稿では,3つのフロント部材20,21,22の姿勢をそれぞれ検出するこれら3つのIMUセンサ20S,21S,22Sを第3姿勢センサと称することがある。
An inertial measurement unit sensor (hereinafter referred to as IMU sensor) (boom) 20S is attached to the
旋回体3はメインフレーム31を有する。メインフレーム31上には,旋回体3の傾斜角度を検出するためのIMUセンサ(旋回体)30Sと,オペレータが搭乗する運転室32と,油圧ショベル1内の複数の油圧アクチュエータの駆動制御を司るメインコントローラ(駆動制御用コントローラ)34と,エンジン36a及びエンジン36aによって駆動される油圧ポンプ36bを有する原動装置36と,メインコントローラ34からの信号に応じて油圧ポンプ36bから油圧アクチュエータ(例えば,油圧シリンダ20A,21A,22A)に供給される作動油(油圧)の流量及び流通方向を制御する複数の方向切替弁35bを有する油圧制御装置35と,作業中の油圧ショベル1のバランスをとるための重りであり旋回体3における後側に位置するカウンタウェイト37と,旋回体3を左右方向のいずれかに旋回駆動する旋回用モータ38とが搭載されている。
The revolving body 3 has a
IMUセンサ(旋回体)30Sは,加速度センサと角速度センサから構成されており,旋回体3の水平面に対する傾き(傾斜角)や,角速度及び加速度を検出することができる。本稿では,旋回体3の姿勢を検出するIMUセンサ30Sを第1姿勢センサと称することがある。
The IMU sensor (rotating body) 30S is composed of an acceleration sensor and an angular velocity sensor, and can detect the inclination (inclination angle) of the rotating body 3 with respect to the horizontal plane, as well as the angular velocity and acceleration. In this paper, the
運転室32には,オペレータが操作を入力するための操作入力装置33と,フロント作業装置2の侵入が禁止される稼働制限領域の境界線の位置をメインコントローラ34に記憶させるための装置である稼働制限領域設定装置100と,稼働制限領域の境界線の位置を含め,油圧ショベル1に関する各種情報が表示されるモニタ(表示装置)110とが備えられている。稼働制限領域の境界線は,例えば旋回体3に設定された3次元座標系(車体座標系)上に設定できる。すなわち,例えば旋回体3の高さ方向,前後方向,左右方向を座標軸とする座標系に設定できる。なお,図1に示した例では,稼働制限領域設定装置100とモニタ110を兼用する装置としてタッチパネルを有するタブレット端末(タブレットコンピュータ)を利用しており,その関係で1つのシンボルに2つの符号100,110が付されている。なお,稼働制限領域設定装置100としては,タブレット端末に代えて,入力デバイスを含むコントローラ(メモリとプロセッサを備えるコンピュータ)を利用しても良い。
The operator's
操作入力装置33は,オペレータの操作に応じてフロント作業装置2(ブーム20,アーム21,バケット22)の回動動作と旋回体3の旋回動作を指示するための2本の操作レバー33a(図示は1本にまとめている)と,オペレータの操作に応じて走行体4に係る左右の履帯45の走行動作を指示するための2本の走行操作レバー33c(図示は1本にまとめている)と,各操作レバー33a,33cが倒された量(操作量)を検出する複数の操作センサ33b(図示は1つにまとめている)により構成されている。複数の操作センサ33bは,オペレータが4本の操作レバー33a,33cのそれぞれを倒す量を検出することで,オペレータが各フロント部材20,21,22,旋回体3及び走行体4に要求する動作速度を電気信号(操作信号)に変換してメインコントローラ34に出力する。なお,操作入力装置33(操作レバー33a,33b)は,操作量に応じた圧力に調整された作動油を操作信号として出力する油圧パイロット方式によるものでもよい。その場合には,操作センサ33bとして圧力センサを利用して,当該圧力センサで検出した信号をメインコントローラ34に出力して操作量を検出する。
The
油圧制御装置35は,メインコントローラ34から出力される動作指令値(指令電流)に応じた圧力の作動油(パイロット圧)を発生させる複数の電磁制御弁35aと,対応する電磁制御弁35aから出力される作動油(パイロット圧)によって駆動され,油圧ショベル1に搭載された複数の油圧アクチュエータに供給される作動油の流量と流通方向をそれぞれ制御する複数の方向切替弁35bとから構成される。コントローラ34から出力される動作指令値は,操作レバー33a,33bに入力されるオペレータ操作を基に生成されるが,後述する領域制限制御が機能している場合には,その条件に従ってオペレータ操作の無い油圧アクチュエータに関する動作指令値(停止指令値も含む)も生成され得る。メインコントローラ34から電磁制御弁35aに対して動作指令値を出力すると,それに対応する方向切替弁35bが動作して,当該方向切替弁35bに対応する油圧アクチュエータ(例えば,油圧シリンダ20A,21A,22A)が動作する。油圧アクチュエータには,上記に含まれないアタッチメントや機器を駆動するものも含めてもよい。
The
原動装置36は,エンジン(原動機)36aと,エンジン36aによって駆動される少なくとも1台の油圧ポンプ36bとから構成され,油圧シリンダ20A,21A,22Aと,2つの走行用モータ41と,旋回用モータ38とを駆動するために必要な圧油(作動油)を供給する。原動装置36はこの構成に限らず,電動ポンプなどの他の動力源を用いても良い。
The
旋回角度センサ40Sは,旋回体3と走行体4の相対角度φを検出するセンサ(第2姿勢センサ)であり,当該相対角度φを検出できるように油圧ショベル1に搭載されている。旋回角度センサ40Sとしては望ましくはポテンショメータが利用可能である。
The
走行体4は,トラックフレーム40と,トラックフレーム40に取り付けられた左右の履帯45と,トラックフレーム40を周回するように左右の履帯45のそれぞれを駆動する左右の走行用モータ41とを備えている。オペレータは2本の走行操作レバー33cを適宜操作することにより,左右の走行油圧モータ(油圧アクチュエータ)41の回転速度を調整することで油圧ショベル1を走行させることができる。走行体4は,履帯45を備えたものに限定されることなく,走行輪や脚(アウトリガー)を備えたものであってもよい。
The traveling
<システム構成>
図2は本実施形態の油圧ショベル1に搭載された油圧制御システムのシステム構成図である。なお,上記で既に説明した部分については適宜説明を省略することがある。<System configuration>
FIG. 2 is a system configuration diagram of the hydraulic control system installed in the hydraulic excavator 1 of this embodiment. Note that the description of the parts that have already been explained above may be omitted as appropriate.
この図に示すように,メインコントローラ34は,稼働制限領域設定装置100と,モニタ110と,複数の操作センサ33bと,IMUセンサ30S(第1姿勢センサ)と,複数のIMUセンサ20S,21S,22S(第3姿勢センサ)と,旋回角度センサ40S(第2姿勢センサ)と,複数の圧力センサ20BP,20RP(負荷検出装置)と,複数の電磁制御弁35aと電気的に接続されており,これらと通信可能に構成されている。
As shown in this figure, the
稼働制限領域設定装置100は,オペレータが設定した稼働制限領域の境界の位置データをメインコントローラ34に出力する。稼働制限領域の境界は,例えば旋回体3に設定した車体座標系に設定可能である。稼働制限領域の境界の位置データは,稼働制限領域設定装置100を介してオペレータが直接入力しても良いし,地理座標系や現場座標系等の上に予め作成しておいた設計データを稼働制限領域設定装置100を介して適宜座標変換を加えて入力しても良い。図4に示すように,稼働制限領域59は,油圧ショベル1に対して任意の位置に設定することができる。また,稼働制限領域59の形状は多角形や曲線であってもよい。
The operation restriction
なお,稼働制限領域設定装置100は,予め設定した稼働制限領域59の境界の位置データの記憶機能を具備していれば良く,例えば半導体メモリ等の記憶装置にも代替可能である。そのため稼働制限領域59の境界の位置データを例えばメインコントローラ34内の記憶装置や油圧ショベルに搭載された記憶装置に記憶した場合には省略可能である。
Note that the restricted operation
モニタ110は,稼働制限領域59の境界の位置や,油圧ショベル1の姿勢(フロント作業装置2やバケット22の姿勢も含む)や,稼働制限領域59の境界とバケット22との距離や位置関係などの情報をオペレータに提供可能な表示装置である。
The
メインコントローラ34は,油圧ショベル1に関する各種制御を司るコントローラである。本実施形態のメインコントローラ34が実行可能な特徴的な制御は2つある。
The
第1に,メインコントローラ34は,フロント作業装置2の動作平面と稼働制限領域59(図4参照)の境界との交線60(境界線60と称する)を超えてフロント作業装置2が稼働制限領域59に侵入しないようにフロント作業装置2の目標速度ベクトル(例えば,当該目標速度ベクトルは,フロント作業装置2と当該境界線60との距離が小さくなるほど小さくなるように演算され,当該距離がゼロの場合には当該目標速度ベクトルとしてゼロが演算される)を演算し,その演算した目標速度ベクトルに従ってフロント作業装置2が動作するように複数の油圧シリンダ20A,21A,22Aのうち少なくとも1つの油圧シリンダを制御するため動作指令値を演算及び出力することで領域制限制御を実行できる。すなわちこの領域制限制御によれば,例えばフロント作業装置2が稼働制限領域59の近傍に位置する状態でオペレータがアームクラウド操作を入力しても,フロント作業装置2が稼働制限領域59の外側に継続して位置するようにフロント作業装置2が半自動的に制御されるため(例えば,稼働制限領域59に近づくとフロント作業装置2が半自動的に停止する),オペレータの技量に依らずフロント作業装置2の稼働制限領域59内への侵入を確実に防止できる。
First, the
第2に,メインコントローラ34は,旋回体3のIMUセンサ30Sの出力に基づいて走行体4の浮き上がり角度θ(詳細は後述)を演算し,その浮き上がり角度θに基づいて走行体4が浮き上がる際の回転中心Cr(詳細は後述)を演算し,演算した当該浮き上がり角度θと当該回転中心Crとに基づいて車体座標系における境界線の位置データを補正する処理を実行できる。これにより境界線60の位置を車体座標系上に設定した場合に走行体4に浮き上がりが生じた場合にも領域制限制御が誤った境界線に従って実行されることが防止できる。
Second, the
なお,フロント作業装置2の動作平面とは,各フロント部材20,21,22が動作する平面,すなわち,3つのフロント部材20,21,22の全てに直交する平面であり,そのような平面のうち例えばフロント作業装置2の幅方向の中心(ブーム20の基端側の回動軸となるブームピンにおける軸方向の中心)を通過する平面が選択できる。
Note that the operating plane of the
<操作入力装置>
一般に油圧ショベルでは操作レバー33a,33cが倒された量(傾倒量)が大きいほど,各油圧アクチュエータ20A,21A,22A,38,41の動作速度が速くなるように設定されており,オペレータは操作レバー33a,33cを倒す量を変更することにより,各油圧アクチュエータ20A,21A,22A,38,41の動作速度を変更して油圧ショベル1を動作させる。<Operation input device>
In general, in a hydraulic excavator, the operating speed of each
操作センサ33bには,ブーム20,アーム21,バケット22(ブームシリンダ20A,アームシリンダ21A,バケットシリンダ22A)及び旋回体3(旋回用モータ38)に対する操作レバー33aの操作量(傾倒量)を電気的に検出するセンサが含まれており,操作センサ33bの検出信号に基づいて,オペレータが要求するブームシリンダ20A,アームシリンダ21A,バケットシリンダ22A,旋回体3の動作速度をそれぞれ検出することができる。また,操作センサ33bには,走行用モータ41に対する操作レバー33cの操作量(傾倒量)を電気的に検出するセンサが含まれており,操作センサ33bの検出信号に基づいて,オペレータが要求する走行体4の動作速度を検出することができる。操作センサとしては,操作レバー33a,33cが倒された量を直接検出するものに限らず,操作レバー33a,33cの操作によって出力される作動油の圧力(操作パイロット圧)を検出する方式であってもよい。
The
<姿勢センサ>
IMUセンサ(旋回体)30S,IMUセンサ(ブーム)20S,IMUセンサ(アーム)21S,IMUセンサ(バケット)22Sは,それぞれ角速度センサと加速度センサと傾斜角センサとして機能し得る。これらのIMUセンサによりそれぞれの設置位置における角速度と加速度データと傾斜角データを得ることができる。ブーム20,アーム21,バケット22,ブームシリンダ20A,アームシリンダ21A,バケットシリンダ22A,第1リンク部材22B,第2リンク部材22C,および旋回体3は,それぞれ回動(旋回)できるように取り付けられているので,各部の寸法と機械的なリンク関係とから,ブーム20,アーム21,バケット22,および旋回体3の車体座標系における姿勢や位置を算出することができる。なお,ここで示した姿勢及び位置の検出方法は一例であり,フロント作業装置2の各部の相対角度を直接計測するものや,ブームシリンダ20A,アームシリンダ21A,バケットシリンダ22Aのストロークを検出して油圧ショベル1の各部の姿勢及び位置を算出してもよい。
<負荷検出装置>
負荷検出装置である圧力センサ20BP,20RPは,上記のようにブームシリンダ20Aに直接取り付けられても良いし,油圧制御装置35からブームシリンダ20Aに至るまでの油路上に取り付けられても良い。また,負荷検出装置としては,圧力センサ20BP,20RPに限らず,ブーム20と旋回体3の接続部に働くトルクを直接検出するロードセルでも良いし,フロント作業装置2のひずみを検出して負荷を推定する方式(ひずみゲージ)であってもよい。<Attitude sensor>
The IMU sensor (swivel body) 30S, IMU sensor (boom) 20S, IMU sensor (arm) 21S, and IMU sensor (bucket) 22S can function as an angular velocity sensor, an acceleration sensor, and a tilt angle sensor, respectively. These IMU sensors can obtain angular velocity, acceleration data, and tilt angle data at each installation position. The
<Load detection device>
The pressure sensors 20BP and 20RP, which are load detection devices, may be attached directly to the
<メインコントローラ>
図3はメインコントローラ34の構成図である。メインコントローラ34は,例えば図示しないCPU(Central Processing Unit)と,CPUによる処理を実行するための各種プログラムを格納するROM(Read Only Memory)やHDD(Hard Disc Drive)などの記憶装置と,CPUがプログラムを実行する際の作業領域となるRAM(Random Access Memory)とを含むハードウェアを用いて構成されている。このように記憶装置に格納されたプログラムを実行することで,姿勢演算部710,稼働制限領域演算部720,稼働制限領域補正部730,浮き上がり判定部910,浮き上がり角度演算部920,浮き上がり中心演算部930,動作指令部310として機能する。次に各部が行う処理の詳細について説明する。<Main controller>
FIG. 3 is a configuration diagram of the
<姿勢演算部710>
姿勢演算部710は,IMUセンサ(ブーム)20S,IMUセンサ(アーム)21S,IMUセンサ(バケット)22S,IMUセンサ(旋回体)30Sから得られる加速度信号と角速度信号を検出し,ブーム20,アーム21,バケット22,および旋回体3の姿勢(傾斜角度)をそれぞれ演算する。この姿勢の演算結果に各フロント部材20,21,22の寸法を加味すればフロント作業装置2の位置も演算できる。3つのIMUセンサ20S,21S,22S(第3姿勢センサ)から演算できるブーム20,アーム21及びバケット22の姿勢からは車体座標系におけるフロント作業装置2の位置を演算できる。<Posture
The
<稼働制限領域演算部720>
稼働制限領域演算部720は,稼働制限領域設定装置100から入力される稼働制限領域59の位置データに基づいて,車体座標系における稼働制限領域59の境界線60の位置を演算する。ここで演算される境界線60の位置は,旋回体3が水平な状態における境界線60の位置であり,以下ではこれを「初期位置」と称することがある。<Operation restriction
The restricted operation
<浮き上がり判定部910>
浮き上がり判定部910は,走行体4の一部が浮き上がった状態であるか否かを判定する。図4は走行体4が水平な地面に面接触している状態を示し,図5は旋回体3が後傾している状態(走行体4の前方が浮き上がっている状態)を示し,図6は旋回体3が前傾している状態(走行体4の後方が浮き上がっている状態)を示す。<Lifting
The floating
なお,走行体4の浮き上がりが発生している場合には稼働制限領域59の境界線60の補正が行われ,走行体4の浮き上がりが発生していない場合には稼働制限領域59の境界線60の補正は行われない(すなわち境界線60の位置は初期位置のまま保持される)。すなわち,走行体4の浮き上がりの有無は,稼働制限領域59の境界線60の補正の有無に一致する。
Note that when the traveling
走行体4の浮き上がり判定の方法について説明する。作業機械1が走行体4による走行を停止しているときに,フロント作業装置2を介して油圧ショベル1が地面から大きな反力を受けると走行体4の浮き上がりが発生し得る。
A method for determining whether the traveling
そこで,本実施形態の浮き上がり判定部910は,走行操作レバー33cに対する操作入力の有無(すなわち走行の有無)を操作センサ33bの出力で監視しつつ,走行体4の浮き上がりの有無をIMUセンサ(旋回体)30Sの出力で監視する。そして,走行操作レバー33cに対する操作が無い状態(すなわち非走行状態)の場合にIMUセンサ(旋回体)30Sの出力が変化したときには,浮き上がり判定部910は走行体4が浮き上がっていると判定する。一方,走行操作レバー33cに対する操舵が有る場合,または,IMUセンサ(旋回体)30Sの出力が一定の場合には,走行体4の浮き上がりは無いと判定する。
Therefore, the lifting
上記の他の判定方法として,フロント作業装置2の負荷を検出し,走行体4が浮き上がるのに必要な反力を得ているときに走行体4の傾斜角度が変化した場合は,走行体4が浮き上がっていると判定してもよい。例えば,浮き上がり判定部910において,ブームシリンダ20Aに関する2つの圧力センサ(ロッド側,ボトム側)20BP,20RPの出力からブームシリンダ20Aの推力F1を算出する。算出したブームシリンダ20Aの推力F1と,フロント作業装置2を支えるのに必要なブームシリンダ20Aの推力F2と比較することで,走行体4が浮き上がるのに必要な反力を得ているか否かを判断し,浮き上がりの有無を判定する。具体的には(1)ブームシリンダ20Aの推力F1がフロント作業装置2を支持するために必要な推力F2と異なるとき,かつ,IMUセンサ(旋回体)30の出力が変化したときには,走行体4が浮き上がっていると判定する。一方,(2)ブームシリンダ20Aの推力F1がフロント作業装置2を支持するために必要な推力F2に一致するとき,または,IMUセンサ(旋回体)30Sの出力が一定のとき(より具体的には一定とみなせるとき)には,走行体4が浮き上がっていない(走行体4が地面と面接触している)と判定する。
As another method for determining the above, the load on the
この方法を利用すると,走行体4の浮き上がりにより旋回体3が前傾と後傾のいずれの姿勢を示すかも判定できる。上記(1)の場合にF1<F2が成立すれば,旋回体3が後傾していることを示し,旋回体3の後側(カウンタウェイト37側)において走行体4が地面と接触する接触線を中心に走行体4が浮き上がっていると判定できる(図5参照)。逆にF1>F2が成立すれば,旋回体3が前傾していることを示し,旋回体3の前側(フロント作業装置2側)において走行体4が地面と接触する接触線を中心に走行体4が浮き上がっていると判定できる(図6参照)。
By using this method, it is also possible to determine whether the rotating body 3 is tilting forward or backward due to the lifting of the traveling
なお,上記の比較において利用される「フロント作業装置2を支えるのに必要なブームシリンダ20Aの推力F2」は,姿勢演算部710で演算される各フロント部材20,21,22の姿勢と,各フロント部材20,21,22の重量とに基づいて演算され得るものであり,一般的な力学演算により算出可能である。
The "thrust force F2 of the
<浮き上がり角度演算部920>
浮き上がり角度演算部920は,IMUセンサ(旋回体)30Sの出力に基づいて,走行体4の浮き上がりによる旋回体3の傾斜角度の変化θを演算する。ここではこの角度θを浮き上がり角度と称する。<Lifting
The lifting
走行体4の浮き上がり角度θの演算方法について説明する。図5および図6に示されるように,走行体4は作業状態によってフロント作業装置2側またはカウンタウェイト37側が浮き上がる。浮き上がり角度θは,走行体4が接触している地面と走行体4の底面がなす角度で定義される。つまり,走行体4が浮き上がる直前の傾斜角度(走行体4が接触している地面の傾斜角度)と,浮き上がり後の傾斜角度との偏差を演算することで,下記式(1)のように浮き上がり角度θを演算できる。なお,油圧ショベル1では,旋回体3と走行体4は1軸の回転動作をする構造のため,IMUセンサ(旋回体)30Sにより旋回体3の傾斜角度を計測することで走行体4の傾斜角度を推定できる。
A method of calculating the lifting angle θ of the traveling
<浮き上がり中心演算部930>
浮き上がり中心演算部930は,浮き上がり角度演算部920で演算された浮き上がり角度θに基づいて,走行体4のどこを中心に浮き上がりが発生しているかを判定し,走行体4が浮き上がるときの回転中心Cr(Crb,Crf)を演算する。<Floating
The floating
図5および図6を用いて浮き上がりの回転中心Crを演算する方法について説明する。図5中の矢印55が示すように旋回体3が前傾する方向の角度を正(+)とすると,式(1)に示した浮き上がり角度θは,図5のように旋回体3が後傾するとき(走行体4のフロント作業装置2側が浮き上がるとき)には正の値になり,図6のように旋回体3が前傾するとき(走行体4のカウンタウェイト37側が浮き上がるとき)には負の値になる。そのため浮き上がり角度の正負により,走行体4におけるフロント作業装置2側とカウンタウェイト37側のどちらが浮き上がっているかを判定することができる。
A method of calculating the center of rotation Cr of uplift will be explained using FIGS. 5 and 6. If the angle in the direction in which the rotating body 3 tilts forward as indicated by the
浮き上がり角度θが正の値のときには,図5のように走行体4のフロント作業装置2側が浮き上がって旋回体3が後傾するので,旋回体3のカウンタウェイト37側(後側)において走行体4が地面と接触する接触線を浮き上がりの回転中心Crbとする。反対に,浮き上がり角度θが負の値のときには,図6のように走行体4のカウンタウェイト37側が浮き上がって旋回体3が前傾するので,旋回体3のフロント作業装置2側(前側)において走行体4が地面と接触する接触線を浮き上がりの回転中心Crfとする。
When the lifting angle θ is a positive value, the
本実施形態では図4-図6に示すようにブーム20の回転軸(ブームピンの回転軸心)とフロント作業装置2の動作平面との交点に車体座標系の原点Oが設定されている。フロント作業装置2の動作平面上における当該原点Oに対する各回転中心Crb,Crfの位置の座標(a,c)は,旋回角度センサ40Sで検出される旋回体3と走行体4との相対角度φと,旋回体3と走行体4との寸法(予めコントローラ34に記憶させておくことが可能)とに基づいて演算可能である。
In this embodiment, as shown in FIGS. 4 to 6, the origin O of the vehicle body coordinate system is set at the intersection of the rotation axis of the boom 20 (the rotation axis of the boom pin) and the operating plane of the
<稼働制限領域補正部730>
稼働制限領域補正部730は,走行体4が浮き上がるときの回転中心Crf,Crbの位置と,浮き上がり角度θとに基づいて,車体座標系における稼働制限領域59の境界線60の位置を補正する。但し走行体4の浮き上がりが無い場合(浮き上がり角度θ=0の場合)には補正は行われず境界線60の位置は初期位置のまま出力される。また,稼働制限領域補正部730は,車体座標系における稼働制限領域59の境界線60の位置データと,姿勢演算部710で演算される各フロント部材20,21,22の車体座標系における位置データとに基づいて,稼働制限領域59の境界線60とフロント作業装置2との最短距離dを演算する。<Operation restriction
The operation restriction
稼働制限領域補正部730が車体座標系における稼働制限領域59の境界線60の位置を補正する方法について説明する。稼働制限領域59を構成する任意の点をP(X,Z),回転中心Crf,Crb(a,c)の周りに浮き上がり角θだけ回転した点をQ(X’,Z’)とすると,下記式(2)が成り立つ。
A method by which the operation restriction
既に触れたように,上記式(2)におけるθ,a,cは演算可能な定数である。そのため,例えば,初期位置の境界線60の位置を示す関数Z=f(X)と,上記式(2)とに基づいて,補正後の境界線60の位置(補正位置)を示す関数Z’=g(X’)をXの関数で表すことができる。なお,式(2)による変換は,境界線60の初期位置(X,Z)を回転中心Crf,Crfの回りに-θ回転させ,回転中心Crf,Crfの座標(a,c)の分だけ平行移動するものである。
As already mentioned, θ, a, and c in the above equation (2) are constants that can be calculated. Therefore, for example, based on the function Z=f(X) indicating the position of the
<動作指令部310>
動作指令部310は,稼働制限領域59の境界線60とフロント作業装置2との最短距離dと,操作センサ33bの出力とに基づいて,ブームシリンダ20A,アームシリンダ21A及びバケットシリンダ22Aに係る電磁制御弁35aの駆動に必要な動作指令値を演算する。最短距離dは,稼働制限領域補正部730から出力される境界線60の位置(初期位置または補正位置)に基づいて演算される。すなわち,走行体4が浮き上がっている場合には境界線60の補正位置に基づいて演算され,走行体4の下面が地面と面接触している場合には境界線60の初期位置に基づいて演算される。<
The
動作指令部310は,油圧ショベル1が稼働している間(または領域制限制御が有効とされている間),稼働制限領域59の境界線60とフロント作業装置2との最短距離dが所定値(閾値)よりも小さいか否かを判定する。当該最短距離dが当該所定値よりも小さくなった場合には,動作指令部310は,操作センサ33bから出力に関わらず,フロント作業装置2が停止するためにブームシリンダ20A,アームシリンダ21A,バケットシリンダ22Aの目標動作速度をゼロに設定する。そして,動作指令部310は,当該目標動作速度に従って各電磁制御弁35aの駆動に必要な動作指令値を生成し,生成した動作指令値を対応する電磁制御弁35aに出力することで,対応する方向切替弁(コントロールバルブ)35bを駆動する。これによりフロント作業装置2が境界線60に接近した場合にはフロント作業装置2が停止され,フロント作業装置2が稼働制限領域59内に侵入することが防止される。
The
なお,最短距離dが所定値以上の場合には,操作センサ33bの出力に従ってブームシリンダ20A,アームシリンダ21A,バケットシリンダ22Aの目標速度が演算され,オペレータの操作に即してフロント作業装置2が動作する。
Note that when the shortest distance d is equal to or greater than a predetermined value, the target speeds of the
<モニタ110>
稼働制限領域59の境界線60と油圧ショベル(作業機械)1の位置関係を示すモニタ110上の画面の一例を図7に示す。走行体4の浮き上がりがない場合には,図中左側の(a)のように走行体4の底面と地面が全面で接地している画像を表示し,稼働制限領域59の境界線60とフロント作業装置2の最短距離dの値を表示する。図7の例では油圧ショベル1の前方に位置する垂直の境界線60aと油圧ショベル1の下方に位置する水平の境界線60bとの最短距離da(+0.5m),db(+1.2m)をそれぞれ表示している。走行体4の浮き上がりがある場合には,図中右側の(b)のような走行体4が浮き上がっている画像を表示し,(a)と同様に稼働制限領域59の境界線60(60a,60b)とフロント作業装置2の最短距離d(da,db)を表示する。<
FIG. 7 shows an example of a screen on the
上記で説明した浮きあがり角度θに応じた境界線60の補正を行うことで,走行体4に浮きあがりが生じてもモニタ110の画面上の境界線60の位置は保持される。
By correcting the
なお,図7の例では境界線60の形状に応じて最短距離を2つ表示したが,フロント作業装置2と最も近い境界線60との距離のみを表示してもよい。また,このほかに,色や図形を変えることで稼働制限領域59の境界線60と油圧ショベル1の位置関係を表示してもよい。例えば,図7の例では油圧ショベル1の画像を表示したが,この画像の表示の代わりに走行体4の浮き上がりが生じていることをメッセージや警報等で報知するに留めても良い。
Note that in the example of FIG. 7, the two shortest distances are displayed according to the shape of the
<メインコントローラの制御手順>
図8は,図3でメインコントローラ34内に示した各部による演算の流れの一例を説明したメインコントローラ34が実行する処理のフローチャートである。以下では,図3に示したメインコントローラ34内の各部を主語として各処理(ステップS110-S210)を説明する場合があるが,各処理を実行するハードウェアはメインコントローラ34である。また,各部の処理の詳細な説明は各部の説明箇所に記載されていることがある。なお,走行体4と旋回体3の相対角度φはゼロ度とする。<Main controller control procedure>
FIG. 8 is a flowchart of processing executed by the
まず,ステップS110では,姿勢演算部710は,姿勢センサ30S,20S,21S,22S,40Sで検出されたデータを参照し,ブーム20,アーム21,バケット22,走行体4および旋回体3の姿勢を演算する。
First, in step S110, the
ステップS120では,稼働制限領域演算部720は,稼働制限領域設定装置100から入力される稼働制限領域59の位置データに基づいて,車体座標系における稼働制限領域59の境界線60の位置(初期位置)を演算する。
In step S120, the operation restriction
ステップS130では,浮き上がり判定部910は,走行操作レバー33cに対する操作入力の有無と,IMUセンサ(旋回体)30Sの出力とに基づいて,走行体4が浮き上がり状態であるかを判定する。走行体4が浮上がり状態にあると判定された場合にはステップS140に進み,浮き上がっていないと判定された場合にはステップS200に進む。
In step S130, the floating
ステップS140では,浮き上がり角度演算部920は,IMUセンサ(旋回体)30Sの出力に基づいて,走行体4の浮き上がりによる旋回体3の傾斜角度の変化(浮き上がり角度)θを演算し,ステップS160に進む。
In step S140, the lifting
ステップS160では,浮き上がり中心演算部930は,ステップS140で演算した浮き上がり角度θに基づいて,走行体4の浮上がりがどの方向に発生しているかを判定する。浮上がり角度θが負の場合には,旋回体3が前傾しており,走行体4におけるカウンタウェイト37側が浮上がっているので(つまり図6の状態),ステップS170に進む。一方,浮上がり角度が正の場合には,旋回体3が後傾しており,走行体4におけるフロント作業装置2側が浮上がっているので(つまり図5の状態),ステップS180に進む。
In step S160, the floating
ステップS170では,油圧ショベル1は図6のような姿勢になっているので,浮き上がり中心演算部930は,走行体4の進行方向(前後方向や長さ方向とも称される)かつフロント作業装置2側(つまり走行体4の前側)に回転中心Crfを設定する。 In step S170, since the hydraulic excavator 1 is in the posture shown in FIG. The rotation center Crf is set on the side (that is, on the front side of the traveling body 4).
ステップS180では,油圧ショベル1は図5のような姿勢になっているので,浮き上がり中心演算部930は,走行体4の進行方向(前後方向や長さ方向とも称される)かつカウンタウェイト37側(つまり走行体4の後側)に回転中心Crbを設定する。
In step S180, since the hydraulic excavator 1 is in the posture shown in FIG. The rotation center Crb is set at the rear side of the traveling
ステップS190では,稼働制限領域補正部730は,ステップS170またはS180で設定した回転中心Crf,Crbの位置と,ステップS140で演算した浮き上がり角度θとに基づいて,車体座標系における稼働制限領域59の境界線60の位置を補正して補正位置とする。浮き上がり角度θがゼロの場合(走行体4の浮き上がりが発生していない場合)には境界線60の位置として初期位置が保持される。
In step S190, the operation restriction
ステップS200では,モニタ110の画面上で,ステップS190で補正された位置に境界線60が表示される。
In step S200, the
ステップS210では,稼働制限領域補正部730は,ステップS190で演算された車体座標系における稼働制限領域59の境界線60の位置データ(浮き上がりの無い場合には初期位置,浮き上がりが発生した場合には補正位置)と,ステップS110で演算された各フロント部材20,21,22の姿勢データとに基づいて,稼働制限領域59の境界線60とフロント作業装置2との最短距離dを演算し,動作指令部310に出力する。
In step S210, the operation restriction
動作指令部310は,稼働制限領域補正部730で演算された最短距離dが所定値(閾値)よりも小さい場合には,ブームシリンダ20A,アームシリンダ21A,バケットシリンダ22Aの目標動作速度をゼロに設定し,当該目標動作速度に従って各電磁制御弁35aの駆動に必要な動作指令値を生成・出力する。これによりフロント作業装置2が境界線60に接近した場合にはフロント作業装置2が停止される。一方,最短距離dが所定値以上の場合には,動作指令部310は,操作センサ33bの出力に従ってブームシリンダ20A,アームシリンダ21A,バケットシリンダ22Aの目標速度を演算し,その結果,オペレータの操作に即してフロント作業装置2が動作する。
If the shortest distance d calculated by the operation restriction
<効果>
まず本願の課題を改めて説明する。例えば車体座標系上に図4のような境界線60を設定した場合に,図5のように旋回体3が後傾するような走行体4の浮き上がりが発生したときには,走行体4の浮き上がりとともに車体座標系上の境界線60も回転してしまい,実際の境界線60と異なってしまう。そこで,車体座標系の原点を中心にして浮き上がり角度θを打ち消す分だけ境界線60を回転し,当該回転後の境界線60を新たな境界線60とする方法が考えられる。しかし,図5に示すように実際の走行体4の浮き上がりは走行体4の後方に位置する点Crbを中心に発生している。つまり,車体座標系の原点を中心に境界線60を回転させるだけでは不充分であり,車体座標系の原点と実際の回転中心Crbのズレに応じた平行移動を境界線60に加える必要がある。なお,図5及び図6中で符号69を付した領域は,車体座標系の原点を中心とする回転のみを加えて補正した稼働制限領域69である。<Effect>
First, the problem of the present application will be explained again. For example, when the
そこで,上記のように構成した本実施形態の油圧ショベル1では,メインコントローラ34が,IMUセンサ(旋回体)30Sの出力に基づいて走行体4の浮き上がり角度θを演算し,その浮き上がり角度θに基づいて走行体4が浮き上がる際の回転中心Cr(Crf,Crb)を演算し,浮き上がり角度θと回転中心Crとに基づいて車体座標系における境界線60の位置を補正する。これにより走行体4の浮き上がり角度θ及び回転中心Crの位置に応じて車体座標系における稼働制限領域59の境界線60の位置が補正されるので,例えば境界線60の位置に基づく油圧アクチュエータの制御(領域制限制御)の誤動作の発生を防止できる。
Therefore, in the hydraulic excavator 1 of this embodiment configured as described above, the
また,図5,6等に示したように,旋回体3と走行体4の相対角度が0度の場合(走行体4の前進方向とフロント作業装置2が伸びる方向(車体座標系のx軸方向)が一致する場合)には,走行体4の回転中心Crは,フロント作業装置2側に位置する地面との接触線Crf(図6)と,カウンタウェイト37側に位置する地面との接触線Crb(図5)のいずれかとなる。そこで本実施形態では,この2つの接触線Crf,Crbのうちいずれが回転中心となるかを浮き上がり角度θの正負で判定することにした。具体的には浮き上がり角度θが負の場合には旋回体3は前傾して接触線Crfが回転中心となり,正の場合には旋回体3は後傾して接触線Crbが回転中心となる。これにより走行体4におけるフロント作業装置2側とカウンタウェイト37側のいずれが回転中心となるかを正確に判断できるので,境界線60の補正を正確に行うことができる。
In addition, as shown in Figs. 5 and 6, when the relative angle between the rotating body 3 and the traveling
また,本実施形態では,走行体4の浮き上がりが発生したか否かを,浮き上がり角度θ≠0が成立するか否かを判定することとは別に,走行体4の動作状態とIMUセンサ(旋回体)30Sの出力の状態とに基づいて判定している。具体的には,A)走行体4の停止中にIMUセンサ(旋回体)30Sの出力が変化したときには,浮き上がりが発生したと判定して境界線60の位置を補正し,B)走行体4が走行中のとき,または,IMUセンサ(旋回体)30Sの出力が一定のときには,浮き上がりは発生していないと判定して境界線60の位置の補正を行わずに初期位置を保持することとした。これにより走行体4の浮き上がりの発生の有無を精度良く判定できるので境界線60の補正精度を向上できる。
Furthermore, in this embodiment, in addition to determining whether or not lifting of the traveling
さらに,走行体4の浮き上がりが発生したか否かは,上記で触れた通り,ブームシリンダ20Aのロッド側圧力とボトム側圧力をそれぞれ検出する2つの圧力センサ20BP,20RPの出力を利用することでも判定可能である。すなわち,メインコントローラ34により,2つの圧力センサ20BP,20RPの出力に基づいてブームシリンダ20Aの推力F1を演算し,A)演算した推力F1がフロント作業装置2を支持するために必要な推力F2と異なるとき,かつ,IMUセンサ(旋回体)30Sの出力が変化したときには,浮き上がりが発生したと判定した境界線60の位置を補正し,B)演算した推力F1が推力F2に一致するとき,または,IMUセンサ(旋回体)30Sの出力が一定のときには,浮き上がりは発生していないと判定して境界線60の位置の補正を行わずに初期位置を保持することとしても良い。この方法によっても境界線60の補正精度を向上できる。ただし,この方法は,走行体4が浮き上がる際に2つの接触線Crf,Crbのうちいずれが回転中心となるかを判定できる点で先に説明した方法よりも優れている。すなわち,浮き上がりが発生した場合にF1<F2が成立すれば,旋回体3は後傾して接触線Crbが回転中心となる(図5参照)と判定でき,反対にF1>F2が成立すれば,旋回体3は前傾して接触線Crfが回転中心となる(図6参照)と判定できる。
Furthermore, as mentioned above, whether or not the traveling
<第2実施形態>
次に本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態では旋回体3と走行体4の相対角度φがゼロ度であったが,本実施形態では相対角度φがゼロ以外の場合も考慮し,浮き上がり中心演算部930が相対角度φに応じて回転中心Crを変更する点に特徴がある。なお,本実施形態のハードウェア構成は既に説明した第1実施形態と同じであるため説明は省略する。<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the relative angle φ between the rotating body 3 and the traveling
<浮き上がり中心演算部930>
図9は本実施形態に係る油圧ショベル1の上面図であり,図10は図9のA,Bの場合に走行体4におけるフロント作業装置2側が浮き上がったときの油圧ショベル1の側面図をそれぞれ示す。<Floating
FIG. 9 is a top view of the hydraulic excavator 1 according to the present embodiment, and FIG. 10 is a side view of the hydraulic excavator 1 when the
図9のA,Bに示すように,走行体4はその前後方向(走行体4の進行方向)と左右方向(進行方向に対して直交方向)とで長さが異なっており,走行体4の長さは前後方向の方が左右方向よりも長い。そのため,旋回体3と走行体4の相対角度φに応じて車体座標系の原点Oに対する回転中心Crの位置が異なり得る。例えば,図10の(a)(b)に示すように走行体4におけるフロント作業装置2側が浮き上がっていることが共通していても,両者における車体座標系の原点Oに対する回転中心Crb,Crrの位置(a,c),(a’,c’)は異なっている。したがって,旋回体3と走行体4の相対角度φに応じて浮き上がりの回転中心Crの位置の補正を行うことが好ましい。
As shown in A and B of FIG. 9, the length of the running
図9Aの場合には,走行体4を構成する左右一対の履帯45が走行体4の前方(前進方向)で地面と接触する接触線Crfと,履帯45が走行体4の後方(後退方向)で地面と接触する接触線Crbとの2つの接触線Crf,Crbのうちいずれか一方が回転中心となり得る。接触線Crf,Crbはいずれも走行体4の左右方向(進行方向に対して直交方向)に延びる直線である。
In the case of FIG. 9A, there is a contact line Crf where the pair of left and
図9Bの場合には,走行体4を構成する左右一対の履帯45のうち左側の履帯45Lがその前後方向(進行方向)に延びるエッジで地面と接触する接触線Crlと,右側の履帯45Rがその前後方向に延びるエッジで地面と接触する接触線Crrとの2つの接触線Crl,Crrのうちいずれか一方が回転中心となり得る。接触線Crl,Crrはいずれも走行体4の左右方向(進行方向に対して直交方向)に延びる直線である。
In the case of FIG. 9B, the contact line Crl where the
図9のA,Bのどちらの場合に該当するかは,旋回角度センサ40Sで検出される旋回体3と走行体4との相対角度φに基づいて決定される。図11は図9のA,Bのどちらの場合に該当するかを相対角度φに基づいて分類した図である。図中の点Csは旋回体3の旋回中心を示す。図11のように走行体4の前進方向とフロント作業装置2が伸びる方向(車体座標系のx軸方向)が一致した状態の旋回体3と走行体4の相対角度φを0度とする。旋回体3が右方向に旋回した場合の相対角度φの符号を正とし,左方向に旋回した場合の符号を負とする。
Which case A or B in FIG. 9 applies is determined based on the relative angle φ between the rotating body 3 and the traveling
本実施形態では相対角度φに閾値を設け,その閾値と旋回角度センサ40Sで検出される相対角度φとの関係に基づいて,走行体4の回転中心Crの位置を分類する。相対角度φの閾値は,+45度(-315度),+135度(-225度),+225度(-135度),+315度(-45度)であり,隣接する2つの閾値は90度異なる。図11に示した旋回中心Csを中心とする円は,これら閾値によって4つの領域A1,B1,A2,B2に区分されている。
In this embodiment, a threshold value is provided for the relative angle φ, and the position of the rotation center Cr of the traveling
領域A1(第1領域)は,相対角度φが0度(-360度)度から+45度(-315度)までの範囲と,相対角φが+315度(-45度)から+360度(0度)までの範囲である。領域B1(第2領域)は,相対角度φが+45度(-315度)から+135度(-225度)までの範囲である。領域A2(第3領域)は,相対角度φが+135度(-225度)から+225度(-135度)までの範囲である。領域B2(第4領域)は,相対角度φが+225度(-135度)から+315度(-45度)までの範囲である。 Area A1 (first area) has a range in which the relative angle φ is from 0 degrees (-360 degrees) to +45 degrees (-315 degrees), and a range in which the relative angle φ is from +315 degrees (-45 degrees) to +360 degrees (0 degrees). degree). In region B1 (second region), the relative angle φ ranges from +45 degrees (-315 degrees) to +135 degrees (-225 degrees). In region A2 (third region), the relative angle φ ranges from +135 degrees (-225 degrees) to +225 degrees (-135 degrees). In region B2 (fourth region), the relative angle φ ranges from +225 degrees (-135 degrees) to +315 degrees (-45 degrees).
相対角度φが領域A1と領域A2のいずれかにあるときには,浮き上がり中心演算部930は,2つの接触線Crf,Crbのうちいずれか一方を回転中心として算出する。ただし,領域A1では,旋回体3が前傾した場合に接触線Crfが回転中心に,旋回体3が後傾した場合に接触線Crbが回転中心になる。一方,領域A2では,旋回体3が前傾した場合に接触線Crbが回転中心に,旋回体3が後傾した場合に接触線Crfが回転中心になる。
When the relative angle φ is in either area A1 or area A2, the lifting
相対角度φが領域B1と領域B2のいずれかにあるときには,浮き上がり中心演算部930は,2つの接触線Crl,Crrのうちいずれか一方を回転中心として算出する。ただし,領域B1では,旋回体3が前傾した場合に接触線Crlが回転中心に,旋回体3が後傾した場合に接触線Crrが回転中心になる。一方,領域B2では,旋回体3が前傾した場合に接触線Crrが回転中心に,旋回体3が後傾した場合に接触線Crlが回転中心になる。
When the relative angle φ is in either region B1 or region B2, the lifting
<メインコントローラの制御手順>
図12は本実施形態に係るメインコントローラ34が実行する処理のフローチャートである。図8と同じ処理には同じ符号を付して説明を省略し,以下では図8と異なる処理について説明する。<Main controller control procedure>
FIG. 12 is a flowchart of processing executed by the
ステップS150では,浮き上がり中心演算部930は,旋回体3に対する走行体4の相対角度φに基づいて,走行体4が前後方向かを判定する。すなわち,相対角度φが領域A1と領域A2のいずれかに含まれているかを判定する。相対角度φが領域A1と領域A2のいずれかに含まれている場合にはステップS160に進む。これとは反対に,相対角度φが領域B1と領域B2のいずれかに含まれている場合(つまり,走行体4が前後方向でない(左右方向の)場合)にはステップ161に進む。
In step S150, the floating
ステップS160では,浮き上がり中心演算部930は,ステップS140で演算した浮き上がり角度θに基づいて,走行体4の浮上がりがどの方向に発生しているかを判定する。浮上がり角度θが負の場合には,旋回体3が前傾しており,走行体4におけるカウンタウェイト37側が浮上がっているので,ステップS170に進む。一方,浮上がり角度が正の場合には,旋回体3が後傾しており,走行体4におけるフロント作業装置2側が浮上がっているので,ステップS180に進む。
In step S160, the floating
ステップS170では,旋回体3は前傾しているので,浮き上がり中心演算部930は,走行体4の進行方向(前後方向や長さ方向とも称される)かつフロント作業装置2側(つまり走行体4の前側)に回転中心を設定する。これにより,相対角度φが領域A1に含まれている場合には回転中心Crfが,領域A2に含まれている場合には回転中心Crbが設定される。
In step S170, since the rotating body 3 is tilted forward, the uplift
ステップS180では,旋回体3は後傾しているので,浮き上がり中心演算部930は,走行体4の進行方向(前後方向や長さ方向とも称される)かつカウンタウェイト37側(つまり走行体4の後側)に回転中心を設定する。これにより,相対角度φが領域A1に含まれている場合には回転中心Crbが,領域A2に含まれている場合には回転中心Crfが設定される。
In step S180, since the rotating body 3 is tilted backward, the uplift
ステップS161では,浮き上がり中心演算部930は,ステップS140で演算した浮き上がり角度θに基づいて,走行体4の浮上がりがどの方向に発生しているかを判定する。浮上がり角度θが負の場合には,旋回体3が前傾しており,走行体4におけるカウンタウェイト37側が浮上がっているので,ステップS171に進む。一方,浮上がり角度が正の場合には,旋回体3が後傾しており,走行体4におけるフロント作業装置2側が浮上がっているので,ステップS181に進む。
In step S161, the floating
ステップS171では,旋回体3は前傾しているので,浮き上がり中心演算部930は,走行体4の左右方向かつフロント作業装置2側(つまり走行体4の前側)に回転中心を設定する。これにより,相対角度φが領域B1に含まれている場合には回転中心Crlが,領域B2に含まれている場合には回転中心Crrが設定される。
In step S171, since the rotating body 3 is tilted forward, the lifting
ステップS181では,旋回体3は後傾しているので,浮き上がり中心演算部930は,走行体4の左右方向かつカウンタウェイト37側(つまり走行体4の後側)に回転中心を設定する。これにより,相対角度φが領域B1に含まれている場合には回転中心Crrが,領域B2に含まれている場合には回転中心Crlが設定される。
In step S181, since the rotating body 3 is tilted backward, the floating
<効果>
以上のように構成した油圧ショベル1によれば,旋回体3と走行体4の相対角度φがゼロ以外の場合にも正確に走行体4の回転中心を演算することができるので,境界線60の補正精度を向上できる。<Effect>
According to the hydraulic excavator 1 configured as above, the center of rotation of the
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が含まれる。例えば,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,ある実施の形態に係る構成の一部を,他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications without departing from the gist thereof. For example, the present invention is not limited to having all the configurations described in the above embodiments, but also includes configurations in which some of the configurations are deleted. Further, a part of the configuration according to one embodiment can be added to or replaced with the configuration according to another embodiment.
また,上記のコントローラ34に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は,それらの一部又は全部をハードウェア(例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等)で実現しても良い。また,上記のコントローラ34に係る構成は,演算処理装置(例えばCPU)によって読み出し・実行されることで当該コントローラ34の構成に係る各機能が実現されるプログラム(ソフトウェア)としてもよい。当該プログラムに係る情報は,例えば,半導体メモリ(フラッシュメモリ,SSD等),磁気記憶装置(ハードディスクドライブ等)及び記録媒体(磁気ディスク,光ディスク等)等に記憶することができる。
In addition, each configuration related to the
また,上記の各実施の形態の説明では,制御線や情報線は,当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが,必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。 In addition, in the description of each embodiment above, the control lines and information lines are those that are understood to be necessary for the description of the embodiment, but not all control lines and information lines related to the product are necessarily included. It does not necessarily indicate that. In reality, almost all configurations can be considered to be interconnected.
1…油圧ショベル(作業機械),2…フロント作業装置,3…旋回体,4…走行体,20…ブーム,20A…ブームシリンダ,20BP…圧力センサ(ブームボトム圧センサ),20RP…圧力センサ(ブームロッド圧センサ),20S…IMUセンサ(第3姿勢センサ),21…アーム,21A…アームシリンダ,21S…IMUセンサ(第3姿勢センサ),22…バケット,22A…バケットシリンダ,22B…第1リンク部材,22C…第2リンク部材,22S…IMUセンサ(第3姿勢センサ),30S…IMUセンサ(第1姿勢センサ),31…メインフレーム,32…運転室,33a…操作レバー,33b…操作センサ,33c…走行操作レバー,34…メインコントローラ(制御装置),35…油圧制御装置,35a…電磁制御弁,35b…方向切替弁(コントロールバルブ),36a…エンジン(原動機),36b…油圧ポンプ,37…カウンタウェイト,38…旋回用モータ,40…トラックフレーム,40S…旋回角度センサ(第2姿勢センサ),41…走行用モータ,45L…履帯,45R…履帯,59…稼働制限領域,60…境界線,69…稼働制限領域,100…稼働制限領域設定装置,110…モニタ(表示装置),310…動作指令部,710…姿勢演算部,720…稼働制限領域演算部,730…稼働制限領域補正部,910…判定部,920…角度演算部,930…中心演算部 1...Hydraulic excavator (work machine), 2...Front working device, 3...Swivel body, 4...Traveling body, 20...Boom, 20A...Boom cylinder, 20BP...Pressure sensor (boom bottom pressure sensor), 20RP...Pressure sensor ( boom rod pressure sensor), 20S...IMU sensor (third attitude sensor), 21...arm, 21A...arm cylinder, 21S...IMU sensor (third attitude sensor), 22...bucket, 22A...bucket cylinder, 22B...first Link member, 22C...Second link member, 22S...IMU sensor (third attitude sensor), 30S...IMU sensor (first attitude sensor), 31...Main frame, 32...Driver's cab, 33a...Operation lever, 33b...Operation Sensor, 33c... Travel control lever, 34... Main controller (control device), 35... Hydraulic control device, 35a... Electromagnetic control valve, 35b... Direction switching valve (control valve), 36a... Engine (prime mover), 36b... Hydraulic pump , 37... Counter weight, 38... Turning motor, 40... Truck frame, 40S... Turning angle sensor (second posture sensor), 41... Traveling motor, 45L... Crawler, 45R... Crawler, 59... Operation restriction area, 60 ...boundary line, 69...operation restriction area, 100...operation restriction area setting device, 110...monitor (display device), 310...movement command section, 710...posture calculation section, 720...operation restriction area calculation section, 730...operation restriction Area correction section, 910...determination section, 920...angle calculation section, 930...center calculation section
Claims (7)
前記走行体の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体と,
前記旋回体に取り付けられ,複数のフロント部材からなる作業装置と,
前記旋回体の姿勢を検出する第1姿勢センサと,
前記作業装置の侵入が禁止される稼働制限領域の境界線の位置を,前記旋回体に設定された車体座標系上に記憶したコントローラとを備えた作業機械において,
前記コントローラは,少なくとも前記第1姿勢センサの出力に基づいて前記走行体の浮き上がりが発生していると判定された場合,
前記第1姿勢センサの出力に基づいて前記走行体の浮き上がり角度を演算し,
前記浮き上がり角度に基づいて前記走行体が浮き上がる際の回転中心を演算し,
前記浮き上がり角度と前記回転中心とに基づいて,前記車体座標系における前記境界線の位置を回転して補正する
ことを特徴とする作業機械。 A running body,
a revolving body rotatably attached to the upper part of the traveling body;
a working device attached to the revolving body and consisting of a plurality of front members;
a first attitude sensor that detects the attitude of the rotating body;
A working machine comprising: a controller that stores the position of a boundary line of an operation restricted area where entry of the working equipment is prohibited on a vehicle body coordinate system set in the rotating body;
When the controller determines that lifting of the traveling body has occurred based on at least the output of the first attitude sensor,
calculating a lifting angle of the traveling body based on the output of the first attitude sensor;
Calculating the center of rotation when the traveling body lifts up based on the lifting angle,
A working machine, wherein the position of the boundary line in the vehicle body coordinate system is corrected by rotating based on the lifting angle and the rotation center.
前記コントローラは,
前記浮き上がり角度が前記旋回体の後傾を示す場合には,前記旋回体の後側において前記走行体が地面と接触する接触線を前記回転中心として演算し,
前記浮き上がり角度が前記旋回体の前傾を示す場合には,前記旋回体の前側において前記走行体が地面と接触する接触線を前記回転中心として演算する
ことを特徴とする作業機械。 In the working machine of claim 1,
The controller includes:
When the floating angle indicates a backward tilt of the rotating body, a contact line where the traveling body contacts the ground on the rear side of the rotating body is calculated as the center of rotation,
When the lifting angle indicates a forward inclination of the rotating body, the calculation is performed using a contact line where the traveling body contacts the ground on the front side of the rotating body as the center of rotation.
前記旋回体と前記走行体の相対角度を検出する第2姿勢センサをさらに備え,
前記コントローラは,前記相対角度に基づいて前記回転中心を演算すること
を特徴とする作業機械。 In the working machine of claim 2,
further comprising a second attitude sensor that detects a relative angle between the rotating body and the traveling body,
The working machine is characterized in that the controller calculates the rotation center based on the relative angle.
前記コントローラは,
前記相対角度が0度から45度の範囲,135度から225度の範囲,または315度から360度の範囲に含まれる場合には,前記走行体を構成する一対の履帯がその前方又は後方で地面と接触する接触線を前記回転中心として演算し,
前記相対角度が45度から135度の範囲,または225度から315度の範囲に含まれる場合には,前記一対の履帯のうちいずれか一方の履帯がその前後方向に延びるエッジで地面と接触する接触線を前記回転中心として演算する
ことを特徴とする作業機械。 In the working machine of claim 3,
The controller includes:
When the relative angle is within the range of 0 degrees to 45 degrees, 135 degrees to 225 degrees, or 315 degrees to 360 degrees, the pair of crawler tracks constituting the traveling body may be in front or behind it. Calculate the contact line that contacts the ground as the center of rotation,
When the relative angle is in the range of 45 degrees to 135 degrees or in the range of 225 degrees to 315 degrees, one of the pair of crawler tracks contacts the ground with an edge extending in the front-rear direction. A working machine characterized in that calculations are performed using a contact line as the center of rotation.
前記コントローラは,
前記走行体の停止中に前記第1姿勢センサの出力が変化したときには,前記車体座標系における前記境界線の位置を補正し,
前記走行体が走行中のとき,または,前記第1姿勢センサの出力が一定のときには,前記車体座標系における前記境界線の位置を保持する
ことを特徴とする作業機械。 In the working machine of claim 1,
The controller includes:
when the output of the first attitude sensor changes while the traveling body is stopped, correcting the position of the boundary line in the vehicle body coordinate system;
A working machine, wherein the position of the boundary line in the vehicle body coordinate system is maintained when the traveling body is traveling or when the output of the first attitude sensor is constant.
前記複数のフロント部材の1つであるブームを駆動するブームシリンダのロッド側圧力及びボトム側圧力をそれぞれ検出する複数の圧力センサをさらに備え,
前記コントローラは,
前記複数の圧力センサの出力に基づいて前記ブームシリンダの推力を演算し,
前記ブームシリンダの推力が前記作業装置を支持するために必要な推力と異なるとき,かつ,前記第1姿勢センサの出力が変化したときには,前記車体座標系における前記境界線の位置を補正し,
前記ブームシリンダの推力が前記作業装置を支持するために必要な推力に一致するとき,または,前記第1姿勢センサの出力が一定のときには,前記車体座標系における前記境界線の位置を保持する
ことを特徴とする作業機械。 In the working machine of claim 1,
further comprising a plurality of pressure sensors that respectively detect rod side pressure and bottom side pressure of a boom cylinder that drives the boom, which is one of the plurality of front members,
The controller includes:
calculating the thrust of the boom cylinder based on the outputs of the plurality of pressure sensors;
When the thrust of the boom cylinder is different from the thrust required to support the working device, and when the output of the first attitude sensor changes, correcting the position of the boundary line in the vehicle body coordinate system,
When the thrust of the boom cylinder matches the thrust necessary to support the working device, or when the output of the first attitude sensor is constant, the position of the boundary line in the vehicle body coordinate system is maintained. A working machine featuring:
前記複数のフロント部材の姿勢をそれぞれ検出する複数の第3姿勢センサをさらに備え,
前記コントローラは,
前記複数の第3姿勢センサの出力に基づいて前記車体座標系における前記作業装置の位置を演算し,
前記車体座標系における前記境界線の補正後の位置と,前記作業装置の位置とに基づいて,前記作業装置と前記境界線との距離を演算し,
前記作業装置と前記境界線との距離に基づいて,前記作業装置が前記稼働制限領域に侵入することが防止されるように前記作業装置を制御する
ことを特徴とする作業機械。 In the working machine of claim 1,
further comprising a plurality of third attitude sensors each detecting the attitude of the plurality of front members,
The controller includes:
calculating the position of the working device in the vehicle body coordinate system based on the outputs of the plurality of third posture sensors;
calculating the distance between the working device and the boundary line based on the corrected position of the boundary line in the vehicle body coordinate system and the position of the working device;
A working machine, wherein the working machine is controlled based on a distance between the working machine and the boundary line so that the working machine is prevented from invading the operation restriction area.
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