最初に、図1及び図2を参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル100について説明する。図1はショベル100の側面図であり、図2はショベル100の上面図である。
本実施形態では、ショベル100の下部走行体1はクローラ1Cを含む。クローラ1Cは、下部走行体1に搭載されている走行アクチュエータとしての走行油圧モータ2Mによって駆動される。具体的には、クローラ1Cは左クローラ1CL及び右クローラ1CRを含む。左クローラ1CLは左走行油圧モータ2MLによって駆動され、右クローラ1CRは右走行油圧モータ2MRによって駆動される。
下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が旋回可能に搭載されている。旋回機構2は、上部旋回体3に搭載されている旋回アクチュエータとしての旋回油圧モータ2Aによって駆動される。但し、旋回アクチュエータは、電動アクチュエータとしての旋回電動発電機であってもよい。
上部旋回体3にはブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット6が取り付けられている。ブーム4、アーム5及びバケット6は、アタッチメントの一例であるアタッチメントATを構成する。ブーム4はブームシリンダ7で駆動され、アーム5はアームシリンダ8で駆動され、バケット6はバケットシリンダ9で駆動される。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は、アタッチメントアクチュエータを構成している。図1及び図2に示す例では、バケット6は、掘削バケットであるが、スケルトンバケット(除礫バケット)であってもよい。また、バケット6は、バケットチルト機構を備えていてもよい。
上部旋回体3には、運転室としてのキャビン10が設けられ、且つ、エンジン11等の動力源が搭載されている。キャビン10の内部には、操作装置26、コントローラ30、及び操作方式切換装置SD等が設けられている。また、上部旋回体3には、空間認識装置70等が取り付けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体3における、アタッチメントATが取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。
空間認識装置70は、ショベル100の周囲の三次元空間に存在する物体を認識するように構成されている。また、空間認識装置70は、空間認識装置70又はショベル100から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。空間認識装置70は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、撮像装置、LIDAR、距離画像センサ、赤外線センサ等、又はそれらの任意の組み合わせを含む。撮像装置は、例えば、単眼カメラ又はステレオカメラ等である。本実施形態では、空間認識装置70は、キャビン10の上面前端に取り付けられた前方センサ70F、上部旋回体3の上面後端に取り付けられた後方センサ70B、上部旋回体3の上面左端に取り付けられた左方センサ70L、及び、上部旋回体3の上面右端に取り付けられた右方センサ70Rを含む。上部旋回体3の上方の空間に存在する物体を認識する上方センサがショベル100に取り付けられていてもよい。
操作装置26は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置26は、例えば、操作レバー及び操作ペダルを含む。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも1つを含む。
操作方式切換装置SDは、操作レバーの操作方式を切り換えることができるように構成される。例えば、操作方式切換装置SDは、キャビン10内の右側コンソールに設けられた押しボタンスイッチを含み、押しボタンスイッチが押される度に、第1操作方式と第2操作方式との間で操作レバーの操作方式を切り換えることができるように構成される。例えば、第1操作方式は、左操作レバー26L(図3参照。)が前方に倒されたときにアーム5が開かれ、左操作レバー26Lが後方に倒されたときにアーム5が閉じられ、左操作レバー26Lが左方に倒されたときに左旋回が実行され、且つ、左操作レバー26Lが右方に倒されたときに右旋回が実行されるように構成されている。また、第1操作方式は、右操作レバー26R(図3参照。)が前方に倒されたときにブーム4が下げられ、右操作レバー26Rが後方に倒されたときにブーム4が上げられ、右操作レバー26Rが左方に倒されたときにバケット6が閉じられ、且つ、右操作レバー26Rが右方に倒されたときにバケット6が開かれるように構成されている。一方で、第2操作方式は、左操作レバー26L(図3参照。)が前方に倒されたときに右旋回が実行され、左操作レバー26Lが後方に倒されたときに左旋回が実行され、左操作レバー26Lが左方に倒されたときにアーム5が開かれ、且つ、左操作レバー26Lが右方に倒されたときにアーム5が閉じられるように構成されている。
ショベル100の操作者は、例えば、掘削バケットを用いて掘削作業を行う場合に第1操作方式を選択し、スケルトンバケット(除礫バケット)を用いて除礫作業を行う場合に第2操作方式を選択してもよい。
コントローラ30は、ショベル100を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ30は、CPU、揮発性記憶装置、及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ30は、各機能に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出して揮発性記憶装置にロードし、対応する処理をCPUに実行させる。各機能は、例えば、操作者によるショベル100の手動操作をガイド(案内)するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル100の手動操作を支援したり或いはショベル100を自動的或いは自律的に動作させたりするマシンコントロール機能を含む。コントローラ30は、ショベル100の周囲の監視範囲内に存在する物体とショベル100との接触を回避するためにショベル100を自動的或いは自律的に動作させたり或いは停止させたりする接触回避機能を含んでいてもよい。ショベル100の周囲の物体の監視は、監視範囲内だけでなく監視範囲外に対しても実行される。
次に、図3を参照し、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図3は、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例を示す図である。図3は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ、二重線、実線、破線及び点線で示している。
ショベル100の油圧システムは、主に、エンジン11、レギュレータ13、メインポンプ14、パイロットポンプ15、コントロールバルブユニット17、操作装置26、吐出圧センサ28、操作センサ29、及びコントローラ30等を含む。
図3において、油圧システムは、エンジン11によって駆動されるメインポンプ14から、センターバイパス管路40又はパラレル管路42を経て作動油タンクまで作動油を循環させることができるように構成されている。
エンジン11は、ショベル100の駆動源である。本実施形態では、エンジン11は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン11の出力軸は、メインポンプ14及びパイロットポンプ15のそれぞれの入力軸に連結されている。
メインポンプ14は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット17に供給できるように構成されている。本実施形態では、メインポンプ14は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
レギュレータ13は、メインポンプ14の吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、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の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ14の吐出量を制御する。
パイロットポンプ15は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して油圧制御機器に作動油を供給できるように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ15は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロット圧生成装置は、メインポンプ14によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ14は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット17に供給する機能に加え、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ15は、省略されてもよい。
コントロールバルブユニット17は、ショベル100における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット17は、制御弁171~176を含む。制御弁175は制御弁175L及び制御弁175Rを含み、制御弁176は制御弁176L及び制御弁176Rを含む。コントロールバルブユニット17は、制御弁171~176を通じ、メインポンプ14が吐出する作動油を1又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。制御弁171~176は、例えば、メインポンプ14から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、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、左走行油圧モータ2ML、右走行油圧モータ2MR及び旋回油圧モータ2Aを含む。
操作装置26は、操作者がアクチュエータを操作できるように構成されている。本実施形態では、操作装置26は、操作者が油圧アクチュエータを操作できるように構成された油圧アクチュエータ操作装置を含む。具体的には、油圧アクチュエータ操作装置は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、コントロールバルブユニット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ように構成されている。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力(パイロット圧)は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作方向及び操作量に応じた圧力である。
吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出できるように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ28は、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
操作センサ29は、操作者による操作装置26の操作の内容を検出できるように構成されている。本実施形態では、操作センサ29は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作方向及び操作量を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
メインポンプ14は、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rを含む。そして、左メインポンプ14Lは、左センターバイパス管路40L又は左パラレル管路42Lを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ14Rは、右センターバイパス管路40R又は右パラレル管路42Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
左センターバイパス管路40Lは、コントロールバルブユニット17内に配置された制御弁171、173、175L及び176Lを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路40Rは、コントロールバルブユニット17内に配置された制御弁172、174、175R及び176Rを通る作動油ラインである。
制御弁171は、左メインポンプ14Lが吐出する作動油を左走行油圧モータ2MLへ供給し、且つ、左走行油圧モータ2MLが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁172は、右メインポンプ14Rが吐出する作動油を右走行油圧モータ2MRへ供給し、且つ、右走行油圧モータ2MRが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁173は、左メインポンプ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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁174は、右メインポンプ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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁175Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁175Rは、右メインポンプ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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁176Lは、左メインポンプ14L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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁176Rは、右メインポンプ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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
左パラレル管路42Lは、左センターバイパス管路40Lに並行する作動油ラインである。左パラレル管路42Lは、制御弁171、173、及び175Lの何れかによって左センターバイパス管路40L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。右パラレル管路42Rは、右センターバイパス管路40Rに並行する作動油ラインである。右パラレル管路42Rは、制御弁172、174、及び175Rの何れかによって右センターバイパス管路40R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13は、左レギュレータ13L及び右レギュレータ13Rを含む。左レギュレータ13Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの吐出量を制御する。具体的には、左レギュレータ13Lは、例えば、左メインポンプ14Lの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。右レギュレータ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の吸収パワー(吸収馬力)がエンジン11の出力パワー(出力馬力)を超えないようにするためである。
操作装置26は、左操作レバー26L、右操作レバー26R及び走行レバー26Dを含む。走行レバー26Dは、左走行レバー26DL及び右走行レバー26DRを含む。
左操作レバー26Lは、旋回操作とアーム5の操作に用いられる。左操作レバー26Lは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁176のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁173のパイロットポートに導入させる。
具体的には、左操作レバー26Lは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁176Lの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁176Rの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁176Lの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁176Rの右側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁173の左側パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁173の右側パイロットポートに作動油を導入させる。
図3に示す例では、左操作レバー26Lは、前後方向に操作されたときにアーム操作レバーとして機能し、左右方向に操作されたときに旋回操作レバーとして機能する。
右操作レバー26Rは、ブーム4の操作とバケット6の操作に用いられる。右操作レバー26Rは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁175のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁174のパイロットポートに導入させる。
具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁175Rの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁175Lの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁175Rの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁174の右側パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁174の左側パイロットポートに作動油を導入させる。
図3に示す例では、右操作レバー26Rは、前後方向に操作されたときにブーム操作レバーとして機能し、左右方向に操作されたときにバケット操作レバーとして機能する。
走行レバー26Dは、クローラ1Cの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー26DLは、左クローラ1CLの操作に用いられる。左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー26DLは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁171のパイロットポートに導入させる。右走行レバー26DRは、右クローラ1CRの操作に用いられる。右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー26DRは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁172のパイロットポートに導入させる。
吐出圧センサ28は、吐出圧センサ28L及び吐出圧センサ28Rを含む。吐出圧センサ28Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。吐出圧センサ28Rについても同様である。
操作センサ29は、操作センサ29LA、29LB、29RA、29RB、29DL、29DRを含む。操作センサ29LAは、操作者による左操作レバー26Lに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作の内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量(レバー操作角度)等である。
同様に、操作センサ29LBは、操作者による左操作レバー26Lに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29RAは、操作者による右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29RBは、操作者による右操作レバー26Rに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29DLは、操作者による左走行レバー26DLに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29DRは、操作者による右走行レバー26DRに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
コントローラ30は、操作センサ29の出力を受信し、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、コントローラ30は、絞り18の上流に設けられた制御圧センサ19の出力を受信し、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。絞り18は左絞り18L及び右絞り18Rを含み、制御圧センサ19は左制御圧センサ19L及び右制御圧センサ19Rを含む。
左センターバイパス管路40Lには、最も下流にある制御弁176Lと作動油タンクとの間に左絞り18Lが配置されている。そのため、左メインポンプ14Lが吐出した作動油の流れは、左絞り18Lで制限される。そして、左絞り18Lは、左レギュレータ13Lを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ19Lは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、この制御圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの吐出量を制御する。コントローラ30は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ14Lの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ14Lの吐出量を増大させる。右メインポンプ14Rの吐出量も同様に制御される。
具体的には、図3で示されるようにショベル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、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、左センターバイパス管路40Lを通って左絞り18Lに至る。そして、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路40L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、左メインポンプ14L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、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lに至る量を減少或いは消失させ、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14L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の駆動を確かなものとする。なお、コントローラ30は、右メインポンプ14Rの吐出量も同様に制御する。
上述のような構成により、図3の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ14における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ14が吐出する作動油がセンターバイパス管路40で発生させるポンピングロスを含む。また、図3の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ14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確実に供給できる。
次に、図4A~図4Dを参照し、コントローラ30がマシンコントロール機能によってアクチュエータを動作させるための構成について説明する。図4A~図4Dは、油圧システムの一部を抜き出した図である。具体的には、図4Aは、アームシリンダ8の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Bは、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。図4Cは、バケットシリンダ9の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Dは、旋回油圧モータ2Aの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。
図4A~図4Dに示すように、油圧システムは、比例弁31を含む。比例弁31は、比例弁31AL~31DL及び31AR~31DRを含む。
比例弁31は、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁31は、パイロットポンプ15とコントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁31は、コントローラ30が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ30は、操作者による操作装置26の操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31を介し、コントロールバルブユニット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。そして、コントローラ30は、比例弁31が生成するパイロット圧を、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。
この構成により、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。また、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われている場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。
例えば、図4Aに示すように、左操作レバー26Lは、アーム5を操作するために用いられる。具体的には、左操作レバー26Lは、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁176のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー26Lは、アーム閉じ方向(後方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁176Lの右側パイロットポートと制御弁176Rの左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー26Lは、アーム開き方向(前方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁176Lの左側パイロットポートと制御弁176Rの右側パイロットポートに作用させる。
操作装置26の一つである操作レバーにはスイッチNSが設けられている。具体的には、左操作レバー26Lには左スイッチNSLが設けられ、右操作レバー26Rには右スイッチNSRが設けられている。本実施形態では、スイッチNSは、操作レバーの先端に設けられた押しボタンスイッチである。操作者は、スイッチNSを押しながら操作レバーを操作できる。なお、左スイッチNSL及び右スイッチNSRの何れか一方は、省略されていてもよい。また、スイッチNSは、キャビン10内の他の位置に設けられていてもよい。
操作センサ29LAは、操作者による左操作レバー26Lに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
比例弁31ALは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31ALを介して制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31ARは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31ARを介して制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31ALは、制御弁176L及び制御弁176Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、比例弁31ARは、制御弁176L及び制御弁176Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
この構成により、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31ALを介し、制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によ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31ALを介し、制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、アーム5を閉じることができる。
また、コントローラ30は、操作者によるアーム開き操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31ARを介し、制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によ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31ARを介し、制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるアーム開き操作に応じ、或いは、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、アーム5を開くことができる。
また、この構成により、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、制御弁176の閉じ側のパイロットポート(制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポート)に作用するパイロット圧を減圧し、アーム5の閉じ動作を強制的に停止させることができる。操作者によるアーム開き操作が行われているときにアーム5の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
或いは、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、比例弁31ARを制御し、制御弁176の閉じ側のパイロットポートの反対側にある、制御弁176の開き側のパイロットポート(制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポート)に作用するパイロット圧を増大させ、制御弁176を強制的に中立位置に戻すことで、アーム5の閉じ動作を強制的に停止させてもよい。操作者によるアーム開き操作が行われている場合にアーム5の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
また、以下の図4B~図4Dを参照しながらの説明を省略するが、操作者によるブーム上げ操作又はブーム下げ操作が行われている場合にブーム4の動作を強制的に停止させる場合、操作者によるバケット閉じ操作又はバケット開き操作が行われている場合にバケット6の動作を強制的に停止させる場合、及び、操作者による旋回操作が行われている場合に上部旋回体3の旋回動作を強制的に停止させる場合についても同様である。また、操作者による走行操作が行われている場合に下部走行体1の走行動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
また、図4Bに示すように、右操作レバー26Rは、ブーム4を操作するために用いられる。具体的には、右操作レバー26Rは、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁175のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向(後方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Lの右側パイロットポートと制御弁175Rの左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向(前方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Rの右側パイロットポートに作用させる。
操作センサ29RAは、操作者による右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
比例弁31BLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31BLを介して制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31BRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31BRを介して制御弁175Rの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31BLは、制御弁175L及び制御弁175Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。また、比例弁31BRは、制御弁175Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
この構成により、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BLを介し、制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によ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31BLを介し、制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、ブーム4を上げることができる。
また、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BRを介し、制御弁175Rの右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によ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31BRを介し、制御弁175Rの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、ブーム4を下げることができる。
また、図4Cに示すように、右操作レバー26Rは、バケット6を操作するためにも用いられる。具体的には、右操作レバー26Rは、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作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。より具体的には、右操作レバー26Rは、バケット閉じ方向(左方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁174の左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー26Rは、バケット開き方向(右方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁174の右側パイロットポートに作用させる。
操作センサ29RBは、操作者による右操作レバー26Rに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
比例弁31CLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31CLを介して制御弁174の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31CRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31CRを介して制御弁174の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31CLは、制御弁174を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、比例弁31CRは、制御弁174を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
この構成により、コントローラ30は、操作者によるバケット閉じ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31CLを介し、制御弁174の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるバケット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31CLを介し、制御弁174の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるバケット閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、バケット6を閉じることができる。
また、コントローラ30は、操作者によるバケット開き操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31CRを介し、制御弁174の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるバケット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31CRを介し、制御弁174の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるバケット開き操作に応じ、或いは、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、バケット6を開くことができる。
また、図4Dに示すように、左操作レバー26Lは、旋回機構2を操作するためにも用いられる。具体的には、左操作レバー26Lは、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作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。より具体的には、左操作レバー26Lは、左旋回方向(左方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁173の左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー26Lは、右旋回方向(右方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁173の右側パイロットポートに作用させる。
操作センサ29LBは、操作者による左操作レバー26Lに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
比例弁31DLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31DLを介して制御弁173の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31DRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31DRを介して制御弁173の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調整する。比例弁31DLは、制御弁173を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、比例弁31DRは、制御弁173を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
この構成により、コントローラ30は、操作者による左旋回操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31DLを介し、制御弁173の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者による左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31DLを介し、制御弁173の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者による左旋回操作に応じ、或いは、操作者による左旋回操作とは無関係に、旋回機構2を左旋回させることができる。
また、コントローラ30は、操作者による右旋回操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31DRを介し、制御弁173の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者による右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31DRを介し、制御弁173の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者による右旋回操作に応じ、或いは、操作者による右旋回操作とは無関係に、旋回機構2を右旋回させることができる。
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、左走行油圧モータ2MLの操作に関する油圧システム部分、及び、右走行油圧モータ2MRの操作に関する油圧システム部分は、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。
また、操作装置26の形態として電気式操作レバーに関する説明を記載したが、電気式操作レバーではなく油圧式操作レバーが採用されてもよい。この場合、油圧式操作レバーのレバー操作量は、圧力センサによって圧力の形で検出されてコントローラ30へ入力されてもよい。また、油圧式操作レバーとしての操作装置26と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置されてもよい。電磁弁は、コントローラ30からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、油圧式操作レバーとしての操作装置26を用いた手動操作が行われると、操作装置26は、レバー操作量に応じてパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。また、各制御弁は電磁スプール弁で構成されていてもよい。この場合、電磁スプール弁は、電気式操作レバーのレバー操作量に対応するコントローラ30からの電気信号に応じて動作する。
次に、図5を参照し、コントローラ30の構成例について説明する。図5は、コントローラ30の構成例を示す図である。図5では、コントローラ30は、操作装置26、空間認識装置70、操作方式切換装置SD、及びスイッチNS等の少なくとも1つが出力する信号を受け、様々な演算を実行し、比例弁31等に制御指令を出力できるように構成されている。そして、コントローラ30は、モード切換部30A、バケット動作制御部30B、及びアーム動作制御部30Cを機能要素として有する。各機能要素は、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアで構成されていてもよい。モード切換部30A、バケット動作制御部30B、及びアーム動作制御部30Cは、説明の便宜のために区別されて示されているが、物理的に区別されている必要はなく、全体的に或いは部分的に共通のソフトウェアコンポーネント若しくはハードウェアコンポーネントで構成されていてもよい。
モード切換部30Aは、ショベル100の動作モードを切り換えることができるように構成されている。ショベル100の動作モードは、振動モード及び通常モード等を含む。
通常モードは、掘削作業、整地作業(水平引き作業)、又は法面整形作業等の際に利用される動作モードである。具体的には、通常モードは、図3を参照して説明したように操作レバーの操作方向及び操作量に応じてアクチュエータが動作する動作モードである。より具体的には、第1操作方式が選択されている場合、通常モードでは、左操作レバー26Lが前方に倒されたときにアーム5が開かれ、左操作レバー26Lが後方に倒されたときにアーム5が閉じられ、左操作レバー26Lが左方に倒されたときに左旋回が実行され、且つ、左操作レバー26Lが右方に倒されたときに右旋回が実行される。また、第1操作方式が選択されている場合、通常モードでは、右操作レバー26Rが前方に倒されたときにブーム4が下げられ、右操作レバー26Rが後方に倒されたときにブーム4が上げられ、右操作レバー26Rが左方に倒されたときにバケット6が閉じられ、且つ、右操作レバー26Rが右方に倒されたときにバケット6が開かれる。
振動モードは、除礫作業又は砂利撒き作業の際に利用される動作モードである。具体的には、振動モードは、アタッチメントの自動振動が実行される動作モードである。アタッチメントの自動振動は、少なくともバケット6の自動振動を含む。アタッチメントの自動振動は、バケット6の自動振動とアーム5の自動振動との組み合わせであってもよい。なお、バケット6の自動振動とアーム5の自動振動との組み合わせは、「スケルトン動作」とも称される。また、バケット6の自動振動は、「バケットスケルトン動作」とも称され、アーム5の自動振動は、「アームスケルトン動作」とも称される。バケット6の自動振動は、バケット6の自動開閉動作の繰り返しによって実現される。バケット6の自動開閉動作の繰り返しは、バケット操作レバーに対する手動操作の有無にかかわらず、バケット6の僅かな開動作とバケット6の僅かな閉動作とが交互に且つ自動的に繰り返されることを意味する。なお、バケット6の僅かな開動作によるバケット6の開き角度と、バケット6の僅かな閉動作によるバケット6の閉じ角度とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。開き角度が閉じ角度より大きい場合、バケット6は、開閉を繰り返しながらも徐々に開いていく。反対に、開き角度が閉じ角度より小さい場合、バケット6は、開閉を繰り返しながらも、徐々に閉じていく。
本実施形態では、モード切換部30Aは、左操作レバー26Lの先端に設けられた押しボタンスイッチであるスイッチNSが押下される度に、通常モードと振動モードとを切り換えるように構成されている。但し、モード切換部30Aは、スイッチNSが押下される度に、三つ以上の動作モードを循環的に切り換えるように構成されていてもよい。
バケット動作制御部30Bは、振動モードにおけるバケット6の動作を制御できるように構成されている。本実施形態では、バケット動作制御部30Bは、振動モードが選択されている場合であってバケット操作レバーがバケット開き方向に操作された場合に、その操作量に応じ、バケット6の自動開閉動作を構成するバケット6の各回の自動開動作における開き角度を増大させるように構成されている。また、バケット動作制御部30Bは、振動モードが選択されている場合であってバケット操作レバーがバケット閉じ方向に操作された場合に、その操作量に応じ、バケット6の各回の自動開閉動作を構成するバケット6の自動閉動作における閉じ角度を増大させるように構成されている。なお、振動モードが選択されているときにバケット操作レバーが操作されたとしても、バケット6の自動開閉動作における開閉角度の調整が行われるだけであり、通常モードが選択されているときのようにバケット6が開閉されることはない。
アーム動作制御部30Cは、振動モードにおけるアーム5の動作を制御できるように構成されている。本実施形態では、アーム動作制御部30Cは、振動モードが選択されている場合であってアーム操作レバーが操作されていない場合に、アーム5の自動開閉動作の繰り返しを実行するように構成されている。アーム5の自動開閉動作の繰り返しは、アーム操作レバーに対する手動操作が行われていない場合に、アーム5の僅かな開動作とアーム5の僅かな閉動作とが交互に且つ自動的に繰り返されることを意味する。なお、アーム5の僅かな開動作によるアーム5の開き角度と、アーム5の僅かな閉動作によるアーム5の閉じ角度とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。開き角度が閉じ角度より大きい場合、アーム5は、開閉を繰り返しながらも徐々に開いていく。反対に、開き角度が閉じ角度より小さい場合、アーム5は、開閉を繰り返しながらも、徐々に閉じていく。
一方で、アーム動作制御部30Cは、振動モードが選択されている場合であってアーム操作レバーが操作された場合には、アーム5の自動開閉動作の繰り返しを停止させるように構成されている。
次に、図6を参照し、コントローラ30がショベル100の動作モードを切り換える処理(以下、「モード切換処理」とする。)について説明する。図6は、モード切換処理の流れの一例を示すフローチャートである。コントローラ30は、所定の制御周期で繰り返しこのモード切換処理を実行する。
最初に、コントローラ30のモード切換部30Aは、モード切換スイッチとしてのスイッチNSが押されているか否かを判定する(ステップST1)。本実施形態では、モード切換部30Aは、スイッチNSの出力に基づいてスイッチNSが押されているか否かを判定する。
モード切換スイッチが押されていると判定した場合(ステップST1のYES)、モード切換部30Aは、振動モードをONにする(ステップST2)。具体的には、モード切換部30Aは、ショベル100の動作モードが通常モードになっている場合には動作モードを振動モードに切り換える。また、モード切換部30Aは、ショベル100の動作モードが既に振動モードになっている場合には動作モードを切り換えることなく振動モードを継続させる。
通常モードから振動モードへの切り換えは、比例弁31に対する制御指令の内容を変えることによって実現される。具体的には、振動モードをONにした場合、すなわち、振動モードが選択されている場合、コントローラ30は、バケット操作レバーの操作方向及び操作量とは無関係に、比例弁31CL(図4C参照。)に対する閉じ指令と比例弁31CR(図4C参照。)に対する開き指令と、を交互に出力する。その結果、バケット6は、自動閉じ動作と自動開き動作とを交互に繰り返すように動作する。
一方、モード切換スイッチが押されていないと判定した場合(ステップST1のNO)、モード切換部30Aは、振動モードをOFFにする(ステップST3)。具体的には、モード切換部30Aは、ショベル100の動作モードが振動モードになっている場合には動作モードを通常モードに切り換える。また、モード切換部30Aは、ショベル100の動作モードが既に通常モードになっている場合には動作モードを切り換えることなく通常モードを継続させる。
振動モードから通常モードへの切り換えは、比例弁31に対する制御指令の内容を変えることによって実現される。具体的には、振動モードをOFFにした場合、すなわち、通常モードが選択されている場合、コントローラ30は、バケット操作レバーが操作されない限り、比例弁31CL及び比例弁31CR(図4C参照。)に制御指令を出力することはない。一方で、コントローラ30は、バケット操作レバーがバケット閉じ方向に操作された場合には、操作量に応じた閉じ指令を比例弁31CLに対して出力し、操作量に応じたバケット6の閉じ動作が行われるようにする。また、コントローラ30は、バケット操作レバーがバケット開き方向に操作された場合には、操作量に応じた開き指令を比例弁31CRに対して出力し、操作量に応じたバケット6の開き動作が行われるようにする。
次に、図7を参照し、振動モード中にコントローラ30がバケット6の自動開閉動作の内容を調整する処理(以下、「バケット調整処理」とする。)について説明する。図7は、バケット調整処理の流れの一例を示すフローチャートである。コントローラ30は、振動モードがONのときに、所定の制御周期で繰り返しこのバケット調整処理を実行する。すなわち、コントローラ30は、振動モードがONであれば、モード切換処理及びバケット調整処理を並列に且つ所定の制御周期で繰り返し実行する。
最初に、コントローラ30のバケット動作制御部30Bは、バケット操作レバーの状態を検出する(ステップST11)。本実施形態では、バケット動作制御部30Bは、操作センサ29の出力に基づいてバケット操作レバーの操作方向及び操作量を検出する。
その後、バケット動作制御部30Bは、バケット6の自動開閉動作の内容を調整する(ステップST12)。本実施形態では、バケット動作制御部30Bは、バケット操作レバーの操作方向及び操作量に応じてバケット6の自動開閉動作の内容を調整する。バケット6の自動開閉動作の内容を調整することは、例えば、比例弁31CL及び比例弁31CRのそれぞれに対して出力される制御指令の大きさを決定することを意味する。例えば、バケット動作制御部30Bは、バケット操作レバーがバケット開き方向に操作された場合、バケット6の各回の自動開動作における開き角度を増大させる。この場合、開き角度は、操作量が大きいほど大きくなるように調整される。同様に、バケット動作制御部30Bは、バケット操作レバーがバケット閉じ方向に操作された場合、バケット6の各回の自動閉動作における閉じ角度を増大させる。この場合、閉じ角度は、操作量が大きいほど大きくなるように調整される。
その後、バケット動作制御部30Bは、制御指令を比例弁31CL及び比例弁31CRの少なくとも一方に対して出力する(ステップST13)。
この構成により、ショベル100の操作者は、バケット6の自動開閉動作が閉じ優先動作となるように手動調整したり、開き優先動作となるように手動調整したり、或いは、閉じ角度と開き角度とが同程度となるように手動調整したりすることができる。なお、「閉じ優先動作」は、バケット6が自動開閉動作を繰り返しながら徐々に閉じていく動作を意味し、「開き優先動作」は、バケット6が自動開閉動作を繰り返しながら徐々に開いていく動作を意味する。
次に、図8を参照し、振動モード中にコントローラ30がアーム5の自動開閉動作の内容を調整する処理(以下、「アーム調整処理」とする。)について説明する。図8は、アーム調整処理の流れの一例を示すフローチャートである。コントローラ30は、振動モードがONのときに、所定の制御周期で繰り返しこのアーム調整処理を実行する。すなわち、コントローラ30は、振動モードがONであれば、モード切換処理、バケット調整処理、及びアーム調整処理を並列に且つ所定の制御周期で繰り返し実行する。
最初に、コントローラ30のアーム動作制御部30Cは、アーム操作レバーが操作されているか否かを判定する(ステップST21)。本実施形態では、アーム動作制御部30Cは、操作センサ29の出力に基づいてアーム操作レバーが操作されているか否かを判定する。
アーム操作レバーが操作されていると判定した場合(ステップST21のYES)、アーム動作制御部30Cは、アーム5の自動開閉動作を停止させる(ステップST22)。このステップST22は、例えば、砂利撒き作業が行われているときに実行される。すなわち、このステップST22は、スイッチNSが押されているときにアーム操作レバーが操作されている場合に実行される。その結果、アーム5の手動開閉動作とバケット6の自動開閉動作とが実行される。
砂利撒き作業は、バケット6内に入っている砂利等を地面に撒くための作業であり、自動開閉動作を行っているバケット6をショベル100から離れる方向に移動させることによって実現される。例えば、ショベル100の操作者は、スイッチNSを押してバケット6の自動開閉動作を開始させた後、すなわち振動モード中に、ブーム下げ操作とアーム開き操作との組み合わせである複合操作を行うことによって砂利撒き作業を実行する。操作者は、振動モード中に、単独でアーム開き操作若しくはブーム下げ操作を行うことによって、或いは、ブーム上げ操作とアーム閉じ操作との複合操作等の他の複合操作を行うことによって砂利撒き作業を実行してもよい。以下では、砂利撒き作業が行われているときの振動モードは「砂利撒きモード」と称される。
アーム操作レバーが操作されていないと判定した場合(ステップST21のNO)、アーム動作制御部30Cは、アーム5の自動開閉動作が実行されているか否かを判定する(ステップST23)。本実施形態では、アーム動作制御部30Cは、スイッチNSの出力に基づき、振動モードがONとなっているか、すなわち、アーム5の自動開閉動作が実行されているか否かを判定する。
アーム5の自動開閉動作が実行されていないと判定した場合(ステップST23のNO)、アーム動作制御部30Cは、アーム5の自動開閉動作を実行する(ステップST24)。このステップST24は、例えば、除礫作業が行われる場合に実行される。すなわち、このステップST24は、スイッチNSが押されているときにアーム操作レバーが操作されていない場合に実行される。その結果、アーム5の自動開閉動作とバケット6の自動開閉動作とが実行される。
除礫作業は、バケット6内に入っている岩石等のサイズの大きい物から小石等のサイズの小さい物を篩い落とすための作業であり、アーム5の自動開閉動作とバケット6の自動開閉動作とを行うことによって実現される。例えば、ショベル100の操作者は、スイッチNSを押してアーム5の自動開閉動作とバケット6の自動開閉動作とを開始させることによって除礫作業を実行する。以下では、除礫作業が行われているときの振動モードは「除礫モード」と称される。
アーム5の自動開閉動作が実行されていると判定した場合(ステップST23のYES)、アーム動作制御部30Cは、そのまま今回のアーム調整処理を終了させる。このステップST23でのYES判定は、例えば、除礫作業が行われているときに行われる。この場合、アーム5の自動開閉動作とバケット6の自動開閉動作とが継続される。アーム5の自動開閉動作が改めて実行される必要は無い。ステップST23のNO判定は、例えば、砂利撒き作業が完了したときに実行される。具体的には、砂利撒き作業中に操作されていたアーム操作レバーの操作が停止したときに実行される。この場合、本実施形態では、アーム5の自動開閉動作は再開される。但し、砂利撒き作業が完了したときには、アーム5の自動開閉動作は再開されなくてもよい。この場合、バケット6の自動開閉動作は停止される。但し、バケット6の自動開閉動作は、継続されてもよい。
次に、図9を参照し、バケット調整処理が実行されるときのバケット6に関する開き指令及び閉じ指令とバケット角度との時間的推移について説明する。図9は、バケット6に関する開き指令及び閉じ指令とバケット角度との時間的推移を示す図である。具体的には、図9(A)~図9(C)における実線で表される推移は、比例弁31CRに対する開き指令の時間的推移を表し、点線で表される推移は、比例弁31CLに対する閉じ指令の時間的推移を表し、一点鎖線で表される推移は、バケット角度の時間的推移を表す。
また、図9(A)は、一回の開き指令が出力される第1継続時間DA1と一回の閉じ指令が出力される第2継続時間DA2とが等しい場合の時間的推移を表し、図9(B)は、一回の開き指令が出力される第1継続時間DB1が一回の閉じ指令が出力される第2継続時間DB2より短い場合の時間的推移を表し、図9(B)は、一回の開き指令が出力される第1継続時間DC1が一回の閉じ指令が出力される第2継続時間DC2より長い場合の時間的推移を表している。
第1継続時間DA1~DC1は、開き指令に対応する電流が比例弁31CRに印加される継続時間であり、比例弁31CRの二次圧が所定圧以上で維持される継続時間に相当する。同様に、第2継続時間DA2~DC2は、閉じ指令に対応する電流が比例弁31CLに印加される継続時間であり、比例弁31CLの二次圧が所定圧以上で維持される継続時間に相当する。
具体的には、図9(A)における第1継続時間DA1と第2継続時間DA2との比は1:1であり、図9(B)における第1継続時間DB1と第2継続時間DB2との比は0.6:1であり、図9(C)における第1継続時間DC1と第2継続時間DC2との比は1:0.6である。
本実施形態では、図9(A)に示すように、第1継続時間DA1と第2継続時間DA2とが等しい場合、バケット角度は、一回の開き動作と一回の閉じ動作とが完了する度に元の角度に戻る。一方で、図9(B)に示すように、第1継続時間DB1が第2継続時間DB2より短い場合、バケット角度は、自動開閉動作を繰り返しながら徐々に小さくなっていく。すなわち、バケット6は閉じ優先動作により徐々に閉じていく。また、図9(C)に示すように、第1継続時間DC1が第2継続時間DC2より長い場合、バケット角度は、自動開閉動作を繰り返しながら徐々に大きくなっていく。すなわち、バケット6は開き優先動作により徐々に開いていく。
このように、ショベル100の操作者は、振動モード中に、バケット操作レバーを操作することによって、バケット6の自動開閉動作が閉じ優先動作或いは開き優先動作となるように自動開閉動作中のバケット6の動きを手動調整できる。
具体的には、ショベル100の操作者は、バケット6を操作するほど、優先度を上げることができる。すなわち、操作者は、所望の方向へのバケット操作レバーの操作量を大きくするほど、所望の動作の優先度を高くすることができる。より具体的には、操作者は、バケット6を操作するほど、優先方向(バケット操作に対応するバケット6の可動方向)への指令値が、他方への指令値(優先方向とは逆の方向に対応する指令値)よりも長くすることができる。すなわち、操作者は、バケット操作レバーの開き方向への操作量を大きくするほど、一回の開き指令が出力される第1継続時間を長し、一回の閉じ指令が出力される第2継続時間を短くすることができる。或いは、操作者は、バケット操作レバーの閉じ方向への操作量を大きくするほど、第1継続時間を短くし、第2継続時間を長くすることができる。その結果、バケット6を操作するほど、優先方向(バケット操作に対応するバケットの可動方向)への開閉速度が速くなる。すなわち、バケット操作レバーの開き方向への操作量を大きくするほど、バケット開き速度は大きくなり、バケット操作レバーの閉じ方向への操作量を大きくするほど、バケット閉じ速度は大きくなる。
なお、図9に示す例では、バケット調整処理は、開き指令及び閉じ指令のそれぞれの継続時間を調整することによって実現されている。しかしながら、バケット調整処理は、電流指令(開き指令及び閉じ指令)の振幅等、継続時間以外のパラメータを変えることによって実現されてもよい。
上述のように、本発明の実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、下部走行体1に旋回可能に搭載された上部旋回体3と、上部旋回体3に取り付けられる、アーム5及びバケット6を含むアタッチメントATと、アタッチメントATを操作するための操作装置26と、を有する。そして、ショベル100は、砂利撒きモードを含む振動モードで動作するように構成されている。更に、ショベル100は、除礫モードで動作するように構成されていてもよい。
振動モードは、除礫作業又は砂利撒き作業の際に利用される動作モードである。具体的には、振動モードは、アタッチメントの自動振動が実行される動作モードである。アタッチメントの自動振動は、少なくともバケット6の自動振動を含む。アタッチメントの自動振動は、バケット6の自動振動とアーム5の自動振動との組み合わせであってもよい。バケット6の自動振動は、バケット6の自動開閉動作の繰り返しによって実現される。バケット6の自動開閉動作の繰り返しは、バケット操作レバーに対する手動操作の有無にかかわらず、バケット6の僅かな開動作とバケット6の僅かな閉動作とが交互に且つ自動的に繰り返されることを意味する。なお、バケット6の僅かな開動作によるバケット6の開き角度と、バケット6の僅かな閉動作によるバケット6の閉じ角度とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。開き角度が閉じ角度より大きい場合、バケット6は、開閉を繰り返しながらも徐々に開いていく。反対に、開き角度が閉じ角度より小さい場合、バケット6は、開閉を繰り返しながらも、徐々に閉じていく。
砂利撒きモードは、砂利撒き作業が行われているときの振動モードである。砂利撒き作業は、バケット6内に入っている砂利等を地面に撒くための作業であり、自動開閉動作を行っているバケット6をショベル100から離れる方向に移動させることによって実現される。例えば、ショベル100の操作者は、スイッチNSを押してバケット6の自動開閉動作を開始させた後、すなわち振動モード中に、ブーム下げ操作とアーム開き操作との組み合わせである複合操作を行うことによって砂利撒き作業を実行する。操作者は、振動モード中に、単独でアーム開き操作若しくはブーム下げ操作を行うことによって、或いは、ブーム上げ操作とアーム閉じ操作との複合操作等の他の複合操作を行うことによって砂利撒き作業を実行してもよい。また、砂利撒きモードは、バケット6の自動開閉動作中に、操作者によるバケット6以外の操作を許容するモードとしても定義され得る。具体的には、砂利撒きモードは、バケット自動開閉動作中に、操作者によるアーム5の操作又はブーム4の操作等を許容するモードとしても定義され得る。或いは、砂利撒きモードは、バケット6の自動開閉動作中に、操作者によるアーム5の操作及びブーム4の操作の少なくとも一方が可能なモードとしても定義され得る。或いは、砂利撒きモードは、バケット6の自動開閉動作と、操作者による操作に応じたアーム5の動作又はブーム4の動作とが両立するモードとしても定義され得る。
除礫モードは、除礫作業が行われているときの振動モードである。除礫作業は、バケット6内に入っている岩石等のサイズの大きい物から小石等のサイズの小さい物を篩い落とすための作業であり、アーム5の自動開閉動作とバケット6の自動開閉動作とを行うことによって実現される。例えば、ショベル100の操作者は、スイッチNSを押してアーム5の自動開閉動作とバケット6の自動開閉動作とを開始させることによって除礫作業を実行する。なお、除礫作業は、アーム5の自動開閉動作、及び、バケット6の自動開閉動作の何れか一方を行うことによって実現されてもよい。
この構成により、ショベル100は、従来よりも簡単な構成でバケット6を自動的に振動させることができる。
操作装置26は、アーム5を操作するためのアーム操作レバーを含んでいてもよい。そして、砂利撒きモードでは、アーム5は、アーム操作レバーに対する操作者の手動操作に応じて動くように構成されていてもよい。
また、ショベル100は、通常モードと振動モードとを切り換えるモード切換スイッチとして機能するスイッチNSを有していてもよい。この構成では、ショベル100の操作者は、左操作レバー26Lの先端に設けられたスイッチNSを押すだけで、バケット6の自動開閉動作を開始させることができる。そのため、操作者は、例えば、操作方式切換装置SDによって第1操作方式を第2操作方式に切り換えた上で左操作レバー26Lを左右に交互に傾倒させ且つ右操作レバー26Rを左右に交互に傾倒させるといった煩雑な操作を行うことなく、アーム5及びバケット6を振動させることができる。したがって、ショベル100は、除礫作業の際のレバー操作に伴う操作者の疲労を軽減でき、除礫作業の作業品質を向上させることができる。また、操作者は、例えば、操作方式切換装置SDによって第1操作方式を第2操作方式に切り換えた上で右操作レバー26Rを左右に交互に傾倒させるといった煩雑な操作を行うことなく、バケット6を振動させることができる。したがって、ショベル100は、砂利撒き作業の際のレバー操作に伴う操作者の疲労を軽減でき、砂利撒き作業の作業品質を向上させることができる。
また、ショベル100は、振動モードにおいて、アーム5が操作されると、砂利撒きモードで動作するように構成されていてもよい。
また、ショベル100は、振動モードでは、バケット6の自動開閉動作が繰り返されるように構成されていてもよい。そして、バケット6の自動開閉動作の内容は、調整できるように構成されていてもよい。
また、操作装置26は、バケット6を操作するためのバケット操作レバーを含んでいてもよい。そして、バケット6の自動開閉動作の内容の調整は、バケット操作レバーによって行われてもよい。なお、操作装置26は、典型的には、電気式操作レバーである。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。
例えば、図9に示す例では、一回の開き指令が出力される第1継続時間と一回の閉じ指令が出力される第2継続時間との合計時間TDは、第1継続時間と第2継続時間との間の大小関係にかかわらず、一定となっている。しかしながら、この合計時間TDは、設定画面等で変更できるように構成されていてもよい。すなわち、バケット6の自動開閉動作中におけるバケット角度の振幅は、変更可能なように構成されていてもよい。
また、上述の実施形態では、コントローラ30は、スイッチNSが押されたときにアタッチメントの自動振動を実行するように構成されている。しかしながら、コントローラ30は、スイッチNSが押されたときであっても、バケット6が所定の空間領域内に存在する場合には、アタッチメントの自動振動を開始させないように構成されていてもよい。例えば、コントローラ30は、地面に対するバケット6の高さが予め設定された上限以上である場合、或いは、地面に対するバケット6の高さが予め設定された下限以下である場合、アタッチメントの自動振動を開始させないように構成されていてもよい。また、コントローラは、キャビン10とクローラ1Cとの間の距離が予め設定された距離未満となる場合、或いは、キャビン10とバケット6との間の距離が予め設定された距離未満となる場合、アタッチメントの自動振動を開始させないように構成されていてもよい。バケット6からこぼれ落ちた石等がクローラ1C又はキャビン10等に当たってしまうのを抑制するためである。なお、地面の高さ、及び、その地面に対するバケット6の高さは、例えば、空間認識装置70の出力に基づいて算出されてもよい。
或いは、コントローラ30は、地面に対するバケット6の高さが所定の高さとなるようにアタッチメントを自動的に動かしてもよい。例えば、ショベル100の前方に形成された溝の底面に砂利を撒くための砂利撒き作業が行われる場合、その溝の底面とバケット6との間の距離が予め設定された距離となるように、ブーム4の上下動及びアーム5の開閉の少なくとも一方を自動的に実行してもよい。適切な高さから砂利が撒かれるようにするためである。この場合も、溝の底面等の地面の高さは、空間認識装置70の出力に基づいて算出されてもよい。