JPWO2017104408A1 - 作業機制御装置および作業機械 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。
《油圧ショベル》
図1は、第1の実施形態に係る油圧ショベルの構成を示す斜視図である。第1の実施形態では、作業機械の一例として油圧ショベル100について説明する。なお、他の実施形態に係る作業機械は、必ずしも油圧ショベル100でなくてもよい。
油圧ショベル100は、油圧により作動する作業機110と、作業機110を支持する上部旋回体としての車体120と、車体120を支持する下部走行体としての走行装置130とを備える。
アーム112は、ブーム111とバケット113とを連結する。アーム112の基端部は、ブーム111の先端部にピンP2を介して取り付けられる。
バケット113は、土砂などを掘削するための刃を有する容器である。バケット113の基端部は、アーム112の先端部にピンP3を介して取り付けられる。
アームシリンダ115は、アーム112を駆動するための油圧シリンダである。アームシリンダ115の基端部は、ブーム111に取り付けられる。アームシリンダ115の先端部は、アーム112に取り付けられる。
バケットシリンダ116は、バケット113を駆動するための油圧シリンダである。バケットシリンダ116の基端部は、アーム112に取り付けられる。バケットシリンダ116の先端部は、バケット113に取り付けられる。
運転室121の内部には、作業機110を操作するための操作装置1211が設けられる。操作装置1211の操作量に応じて、ブームシリンダ114、アームシリンダ115、およびバケットシリンダ116に作動油が供給される。
図2は、第1の実施形態に係る油圧ショベルの制御系の構成を示す概略ブロック図である。
油圧ショベル100は、ストローク検出器117、操作装置1211、位置検出器122、方位演算器123、傾斜検出器124を備える。
図3は、作業機110の姿勢の例を示す図である。
制御装置126は、作業機110の姿勢を算出し、その姿勢に基づいて作業機110の制御指令を生成する。具体的には、制御装置126は、作業機110の姿勢として、ブーム111の姿勢角α、アーム112の姿勢角β、バケット113の姿勢角γ、およびバケット113の輪郭点の位置を算出する。
アーム112の姿勢角βは、ピンP1からピンP2へ伸びる半直線と、ピンP2からピンP3へ伸びる半直線とがなす角によって表される。
バケット113の姿勢角γは、ピンP2からピンP3へ伸びる半直線と、ピンP3からバケット113の刃先Eへ伸びる半直線とがなす角によって表される。
ここで、ブーム111の姿勢角α、アーム112の姿勢角β、およびバケット113の姿勢角γの和を、作業機110の姿勢角ηとよぶ。作業機110の姿勢角ηは、ピンP3から車体120の上方向(+Z方向)に伸びる半直線と、ピンP3からバケット113の刃先Eへ伸びる半直線とがなす角に等しい。
図4は、第1の実施形態に係る油圧ショベルの制御装置の構成を示すブロック図である。
制御装置126は、作業機械情報記憶部200、操作量取得部201、検出情報取得部202、姿勢特定部203、目標施工データ記憶部204、目標施工線特定部205、距離特定部206、目標速度決定部207、作業機制御部208、バケット制御部209、姿勢角記憶部210、速度制限部211、制御指令出力部212を備える。
目標施工線特定部205は、バケット113の輪郭点のうち最も下方に位置するもの(高さが最も低いもの)を特定する。目標施工線特定部205は、特定した輪郭点の鉛直下方に位置する目標施工面を特定する。目標施工線特定部205により規定する目標施工面は、バケット113に対する最短距離に位置する目標施工面を特定する手法等でもよい。
目標施工線特定部205は、作業機110の制御基準を特定する制御基準特定部の一例である。
ここで、第1の実施形態に係る制御装置126による油圧ショベル100の制御方法について説明する。
図6は、第1の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。制御装置126は、所定の制御周期ごとに以下に示す制御を実行する。
操作量取得部201は、操作装置1211からブーム111に係る操作量、アーム112に係る操作量、バケット113に係る操作量、および旋回に係る操作量を取得する(ステップS1)。検出情報取得部202は、位置検出器122、方位演算器123、傾斜検出器124、ストローク検出器117のそれぞれが検出した情報を取得する(ステップS2)。
バケット制御部209は、ステップS8で距離特定部206が特定した距離とステップS1で操作量取得部201が取得した操作量とに基づいて、油圧ショベル100の状態がバケット制御開始条件を満たさない状態から当該条件を満たす状態に遷移したか否かを判定する(ステップS31)。油圧ショベル100の状態がバケット制御開始条件を満たさない状態から当該条件を満たす状態に遷移した場合(ステップS31:YES)、バケット制御部209は、姿勢特定部203が特定した作業機110の姿勢角ηを、目標姿勢角η´として姿勢角記憶部210に記憶させる(ステップS32)。バケット制御部209は、バケット制御を有効にする(ステップS33)。つまり、バケット制御部209は、バケット制御開始条件を満たしたとき以降、作業機110の姿勢角ηを保持するように、バケット113の制御速度を決定する。
他方、バケット113の駆動方向とアーム112の駆動方向が一致する場合(ステップS40:NO)、速度制限部211は、バケット113の制御速度を0に制限する(ステップS41)。
このように、第1の実施形態によれば、制御装置126は、バケット113の角度を一定角度に保持するようにバケット113の制御速度を算出し、バケット113が駆動する方向とアーム112が駆動する方向とが一致する場合に、制御速度を低減する。これにより、制御装置126は、外乱等によるバケット113の揺動を低減することができる。ここで、第1の実施形態によりバケット113の揺動を低減することができる理由を説明する。
比較例に対し、第1の実施形態によれば、アーム112が掘削方向に駆動している場合に、制御タイミングT2においてバケット113が岩石Rにあたり、バケット113がダンプ方向に傾く。このとき、アーム112の制御指令Vbの方向(掘削方向)とバケット制御部209が算出したバケット113の制御速度Vcによる駆動方向(掘削方向)とが一致するため、バケット113の制御速度Vcが0に制限される。そのため、制御タイミングT2においては作業機110の姿勢角ηが姿勢角記憶部210が記憶する目標姿勢角η´に近づかないままとなる。一方、アーム112は掘削操作されるため、次の制御タイミングT3において、作業機110の姿勢は相対的に掘削方向に傾く。そのため、制御タイミングT2においてバケット113を積極的に掘削方向へ駆動しなくても、制御タイミングT3で作業機110の姿勢角ηが姿勢角記憶部210が記憶する目標姿勢角η´に近づく。これにより、制御装置126は、バケット113の揺動を抑制することができる。
アーム112がダンプ方向に駆動している場合に、バケット113が掘削方向に傾いた場合も同様である。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
Claims (6)
- バケットおよび前記バケットを支持するアームを含む作業機と、前記作業機を支持する車体とを備える作業機械を制御する作業機制御装置であって、
前記作業機の角度を一定角度に保持するように前記バケットを制御する制御速度を算出するバケット制御部と、
前記バケット制御部が算出した前記制御速度で前記バケットを駆動させる場合に前記バケットが駆動する方向と前記アームが駆動する方向とが一致する場合に、前記制御速度を低減する速度制限部と
を備える作業機制御装置。 - 前記速度制限部は、前記バケットが駆動する方向と前記アームが駆動する方向とが一致する場合に、前記制御速度を0にする
請求項1に記載の作業機制御装置。 - 前記作業機の状態を特定する作業機状態特定部と、
前記作業機の制御基準を特定する制御基準特定部と、
前記作業機と前記制御基準との距離を特定する距離特定部と、
を備え、
前記バケット制御部は、前記作業機と前記制御基準との距離がバケット制御開始閾値未満である場合に前記制御速度を算出する
請求項1または請求項2に記載の作業機制御装置。 - 前記バケットの操縦に係る操作量を取得する操作量取得部を備え、
前記バケット制御部は、前記バケットの操縦に係る操作量が所定の閾値未満である場合に前記制御速度を算出する
請求項1から請求項3の何れか1項に記載の作業機制御装置。 - 前記作業機と前記制御基準との距離が作業機制御閾値未満である場合に、前記バケットが前記制御基準より下方に侵入しないように前記作業機の速度を制限する制御指令を生成する作業機制御部をさらに備え、
前記バケット制御開始閾値は、前記作業機制御閾値以下である
請求項4に記載の作業機制御装置。 - バケットおよび前記バケットを支持するアームを含む作業機と、
前記作業機を支持する車体と、
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の作業機制御装置と
を備える作業機械。
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