JPWO2019039522A1 - ショベル - Google Patents

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Abstract

本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体(1)と、下部走行体(1)に旋回可能に搭載される上部旋回体(3)と、上部旋回体(3)に搭載される運転室(10)と、運転室(10)内に設置される操作装置(26)と、操作装置(26)によって駆動されるアクチュエータと、アクチュエータの動きを制限可能なコントローラ(30)とを有する。コントローラ(30)は、操作装置(26)が操作者の手で操作されているか否かに応じ、アクチュエータの動きに関する制限の要否を判断する。

Description

本発明は、ショベルに関する。
従来、作業機(アタッチメント)の誤作動を抑制可能なショベルが知られている(特許文献1参照。)。このショベルは、操作者がシートベルトを装着していない場合、操作レバーによるアタッチメントの操作を実行不能にしている。また、操作者がシートベルトを装着している場合であっても、アタッチメントを視認できないような不適切な着座姿勢であると判定したときには、操作レバーによるアタッチメントの操作を実行不能にしている。
特開2012−21362号公報
しかしながら、上述のショベルは、操作者が適切な着座姿勢でシートベルトを装着している場合、すなわち、操作レバーによるアタッチメントの操作を実行可能にした場合に、例えば操作者の肘が操作レバーに当たってしまったときには、アタッチメントの誤作動を防止できない。
上述に鑑み、操作者が誤ってアクチュエータを動かしてしまうのをより確実に防止できるショベルを提供することが望ましい。
本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載される運転室と、前記運転室内に設置される操作装置と、前記操作装置によって駆動されるアクチュエータと、前記アクチュエータの動きを制限可能な制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記操作装置が操作者の手で操作されているか否かに応じ、前記アクチュエータの動きに関する制限の要否を判断する。
上述の手段により、操作者が誤ってアクチュエータを動かしてしまうのをより確実に防止できるショベルが提供される。
本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。 図1のショベルに搭載される運転室の内部の側面図である。 図2の運転室の内部の上面図である。 図1のショベルに搭載される制御システムの構成例を示す図である。 制限解除処理のフローチャートである。 図2の運転室の内部の上面図である。 図1のショベルに搭載される制御システムの別の構成例を示す図である。 操作システムの構成例を示す図である。 操作システムの別の構成例を示す図である。
最初に、図1を参照して、本発明の実施形態に係るショベル(掘削機)について説明する。図1はショベルの側面図である。図1に示すショベルの下部走行体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。上部旋回体3には作業要素としてのブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端には作業要素としてのアーム5が取り付けられ、アーム5の先端に作業要素及び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は、ブームシリンダ7により駆動される。アーム5は、アームシリンダ8により駆動される。バケット6は、バケットシリンダ9により駆動される。下部走行体1は、左走行用油圧モータ1L及び右走行用油圧モータ1Rにより駆動される。旋回機構2は、旋回用油圧モータ2Aにより駆動される。旋回機構2は電動モータにより駆動されてもよい。上部旋回体3には、運転室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。また、上部旋回体3には、コントローラ30等が搭載されている。
次に、図2及び図3を参照し、運転室10の内部構成について説明する。図2は運転室10の内部の左側面図であり、図3は運転室10の内部の上面図である。図3では、明瞭化のため、操作者に関しては手の部分のみが図示されている。
運転室10の内部の中央部分には運転席DSが設置されている。運転席DSの前側には操作装置26、ゲートロックレバーD1及び表示装置D2等が設置されている。運転室10の天井には撮像装置D3が取り付けられている。図2の破線で示す範囲R1は、撮像装置D3の撮像範囲を表す。
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。本実施形態では、アクチュエータは、左走行用油圧モータ1L、右走行用油圧モータ1R、旋回用油圧モータ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等の油圧アクチュエータを含む。旋回用油圧モータ2Aは電動モータであってもよい。操作装置26は、左操作レバー26L、右操作レバー26R、左走行ペダル26PL、右走行ペダル26PR、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、例えば、旋回用油圧モータ2A及びアームシリンダ8を動作させるために用いられる。旋回用油圧モータ2Aは、左操作レバー26Lが右方(−Y方向)に傾けられたときに上部旋回体3を上面視で時計回りに旋回させる。反対に、旋回用油圧モータ2Aは、左操作レバー26Lが左方(+Y方向)に傾けられたときに上部旋回体3を上面視で反時計回りに旋回させる。アームシリンダ8は、左操作レバー26Lが前方(+X方向)に傾けられたときに収縮してアーム5を開く。反対に、アームシリンダ8は、左操作レバー26Lが後方(−X方向)に傾けられたときに伸張してアーム5を閉じる。
右操作レバー26Rは、例えば、ブームシリンダ7及びバケットシリンダ9を動作させるために用いられる。ブームシリンダ7は、右操作レバー26Rが前方(+X方向)に傾けられたときに収縮してブーム4を下降させる。反対に、ブームシリンダ7は、右操作レバー26Rが後方(−X方向)に傾けられたときに伸張してブーム4を上昇させる。バケットシリンダ9は、右操作レバー26Rが左方(+Y方向)に傾けられたときに伸張してバケット6を閉じる。反対に、バケットシリンダ9は、右操作レバー26Rが右方(−Y方向)に傾けられたときに収縮してバケット6を開く。
左走行レバー26DL及び左走行ペダル26PLは、左走行用油圧モータ1Lを動作させるために用いられる。本実施形態では、左走行ペダル26PLは左走行レバー26DLに直結されている。左走行用油圧モータ1Lは、左走行レバー26DLが前方(+X方向)に傾けられたときに、或いは、左走行ペダル26PLの爪先側が踏み込まれたときに順回転する。反対に、左走行レバー26DLが後方(−X方向)に傾けられたときに、或いは、左走行ペダル26PLの踵側が踏み込まれたときに逆回転する。
右走行レバー26DR及び右走行ペダル26PRは、右走行用油圧モータ1Rを動作させるために用いられる。本実施形態では、右走行ペダル26PRは右走行レバー26DRに直結されている。右走行用油圧モータ1Rは、右走行レバー26DRが前方(+X方向)に傾けられたときに、或いは、右走行ペダル26PRの爪先側が踏み込まれたときに順回転する。反対に、右走行レバー26DRが後方(−X方向)に傾けられたときに、或いは、右走行ペダル26PRの踵側が踏み込まれたときに逆回転する。
ゲートロックレバーD1は、操作装置26の制限状態と無効状態とを切り換える。操作装置26の無効状態は、操作者が操作装置26を操作しても対応するアクチュエータが動作しない状態を意味する。操作装置26の制限状態は、所定の制限解除条件が満たされている場合には、操作者が操作装置26を操作すると、対応するアクチュエータが動作し、所定の制限解除条件が満たされていない場合には、操作者が操作装置26を操作しても、対応するアクチュエータの動作が制限される状態を意味する。すなわち、所定の制限解除条件が満たされている場合には、操作装置26の制限状態は、操作装置26の有効状態に相当する。操作装置26の有効状態は、操作者が操作装置26を操作すると、対応するアクチュエータが動作する状態を意味する。所定の制限解除条件は、例えば、操作者の手で操作装置26が操作されている場合に満たされる。「操作者の手で操作装置26が操作されている場合」は、例えば、左手で左操作レバー26Lが握られ且つ右手で右操作レバー26Rが握られた状態において左手によって左操作レバー26Lが傾けられている場合を含む。例えば、操作者の手で操作装置26が操作されている場合、所定の制限解除条件は、操作装置26の操作が中止されるまで満たされたままとなる。制限状態にある操作装置26に対応するアクチュエータは、操作装置26が操作された場合であっても動作しないように、或いは、有効状態のときと同じようには動作しないように制御される。「有効状態のときと同じようには動作しない」は、例えば、操作装置26が有効状態のときに比べて、対応するアクチュエータがゆっくり動作すること、又は、対応するアクチュエータが僅かだけ動作すること等を含む。
本実施形態では、ゲートロックレバーD1は、運転席DSの左側前端部に設置されている。操作者は、ゲートロックレバーD1を引き上げてロック解除状態(図2の実線で示された状態)にすることで操作装置26を制限状態にする。また、操作者は、ゲートロックレバーD1を押し下げてロック状態(図2の点線で示された状態)にすることで操作装置26を無効状態にする。
表示装置D2は各種情報を表示する。本実施形態では、表示装置D2は液晶ディスプレイであり、運転席DSの右前方に設置されている。表示装置D2は、スマートフォン等の携帯端末であってもよい。
撮像装置D3は、操作装置26が操作者の手で操作されていることを検出するために用いられる検出装置の一例である。本実施形態では、非接触式の検出装置としての撮像装置D3は運転席DSに着座する操作者を撮像するカメラであり、図3に示す監視領域A1〜A3を撮像するように運転室10の天井に取り付けられている。撮像装置D3は、1台のカメラで構成されていてもよく、複数台のカメラで構成されていてもよい。すなわち、1台のカメラで複数の監視領域を同時に撮像するように構成されてもよい。或いは、複数台のカメラで1つの監視領域を撮像するように構成されてもよい。
カメラは、単眼カメラであってもよく、ステレオカメラであってもよい。非接触式の検出装置は、ライダ又はミリ波レーダ等の空間認識装置であってもよく、カメラと空間認識装置との組み合わせであってもよく、単眼カメラとステレオカメラの組み合わせであってもよい。
監視領域A1は、コントローラ30が検出装置の出力に基づいて左操作レバー26Lが操作者の手(例えば左手)で操作されているか否かを判定できるように、検出装置によって監視される領域であり、例えば、左操作レバー26Lの可動域に対応する。
監視領域A2は、コントローラ30が検出装置の出力に基づいて右操作レバー26Rが操作者の手(例えば右手)で操作されているか否かを判定できるように、検出装置によって監視される領域であり、例えば、右操作レバー26Rの可動域に対応する。
監視領域A3は、コントローラ30が検出装置の出力に基づいて走行レバー(左走行レバー26DL及び右走行レバー26DR)が操作者の手(例えば右手、左手、又は、両手)で操作されているか否かを判定できるように、検出装置によって監視される領域であり、例えば、走行レバーの可動域に対応する。
運転席DSにはシート着座スイッチ及びシートベルトスイッチ等の少なくとも1つが取り付けられていてもよい。シート着座スイッチは、操作者の着座状態を表す信号をコントローラ30に対して出力する。シート着座スイッチは、例えば、操作者が運転席DSに着座しているときに着座信号を出力する。この場合、シート着座スイッチは、操作者が運転席DSに着座していないときには着座信号を出力しない。シートベルトスイッチは、シートベルトの着用状態を表す信号をコントローラ30に対して出力する。シートベルトスイッチは、例えば、運転席DSに着座する操作者がシートベルトを着用しているときにシートベルト着用信号を出力する。この場合、シートベルトスイッチは、操作者がシートベルトを着用していないときにはシートベルト着用信号を出力しない。
次に、図4を参照し、図1のショベルに搭載される制御システム100について説明する。図4は、制御システム100の構成例を示す概略図であり、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、電気制御ラインをそれぞれ二重線、実線、破線、一点鎖線で示す。
制御システム100は、主に、エンジン11、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17、操作装置26、操作圧センサ29、コントローラ30、ゲートロック弁50、ゲートロックレバーD1、表示装置D2及び撮像装置D3等を含む。
エンジン11は、ショベルの駆動源である。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17に供給する。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り、メインポンプ14L、14Rを含む。
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操作装置26を含む各種油圧制御機器に作動油を供給する。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17に供給する機能に加え、パイロットラインを介して操作装置26を含む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17は、ショベルに搭載されてい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17は、メインポンプ14が吐出する作動油の流れを制御する制御弁171〜178を含む。コントロールバルブ17は、制御弁171〜178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する。制御弁171〜178は、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、左走行用油圧モータ1L、右走行用油圧モータ1R、旋回用油圧モータ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を含む。
図4において、制御システム100は、エンジン11によって駆動されるメインポンプ14L、14Rから、センターバイパス管路40L、40R、パラレル管路42L、42R、絞り18L、18Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させている。
センターバイパス管路40Lは、コントロールバルブ17内に配置された制御弁171、173、175及び177を通る作動油ラインである。センターバイパス管路40Rは、コントロールバルブ17内に配置された制御弁172、174、176及び178を通る作動油ラインである。
制御弁171は、メインポンプ14Lが吐出する作動油を左走行用油圧モータ1Lへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ1L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171は、左走行レバー26DL又は左走行ペダル26PLが前方(+X方向)に傾けられると、右パイロットポート171Rでパイロット圧を受けて左方に移動し、左走行用油圧モータ1Lを順回転させる。また、制御弁171は、左走行レバー26DL又は左走行ペダル26PLが後方(−X方向)に傾けられると、左パイロットポート171Lでパイロット圧を受けて右方に移動し、左走行用油圧モータ1Lを逆回転させる。
制御弁172は、メインポンプ14Rが吐出する作動油を右走行用油圧モータ1Rへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ1R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、右走行レバー26DR又は右走行ペダル26PRが前方(+X方向)に傾けられると、右パイロットポート172Rでパイロット圧を受けて左方に移動し、右走行用油圧モータ1Rを順回転させる。また、制御弁172は、右走行レバー26DR又は右走行ペダル26PRが後方(−X方向)に傾けられると、左パイロットポート172Lでパイロット圧を受けて右方に移動し、右走行用油圧モータ1Rを逆回転させる。
制御弁173は、メインポンプ14Lが吐出する作動油を旋回用油圧モータ2Aへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ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173は、左操作レバー26Lが右方(−Y方向)に傾けられると、右パイロットポート173Rでパイロット圧を受けて左方に移動し、旋回用油圧モータ2Aを順回転させる。すなわち、上部旋回体3を右回転させる。また、制御弁173は、左操作レバー26Lが左方(+Y方向)に傾けられると、左パイロットポート173Lでパイロット圧を受けて右方に移動し、旋回用油圧モータ2Aを逆回転させる。すなわち、上部旋回体3を左回転させる。
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するためのスプール弁である。制御弁174は、右操作レバー26Rが左方(+Y方向)に傾けられると、左パイロットポート174Lでパイロット圧を受けて右方に移動し、バケットシリンダ9を伸張させてバケット6を閉じさせる。また、制御弁174は、右操作レバー26Rが右方(−Y方向)に傾けられると、右パイロットポート174Rでパイロット圧を受けて左方に移動し、バケットシリンダ9を収縮させてバケット6を開かせる。
制御弁175、176は、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175は、右操作レバー26Rが後方(−X方向)に傾けられると、右パイロットポート175Rでパイロット圧を受けて左方に移動し、ブームシリンダ7を伸張させてブーム4を上昇させる。制御弁176は、右操作レバー26Rが前方(+X方向)に傾けられると、右パイロットポート176Rでパイロット圧を受けて左方に移動し、ブームシリンダ7を収縮させてブーム4を下降させる。また、制御弁176は、右操作レバー26Rが後方(−X方向)に傾けられると、左パイロットポート176Lでパイロット圧を受けて右方に移動し、ブームシリンダ7を伸張させてブーム4を上昇させる。
制御弁177、178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177は、左操作レバー26Lが前方(+X方向)に傾けられると、左パイロットポート177Lでパイロット圧を受けて右方に移動し、アームシリンダ8を収縮させてアーム5を開かせる。また、制御弁177は、左操作レバー26Lが後方(−X方向)に傾けられると、右パイロットポート177Rでパイロット圧を受けて左方に移動し、アームシリンダ8を伸張させてアーム5を閉じさせる。制御弁178は、左操作レバー26Lが前方(+X方向)に傾けられると、右パイロットポート178Rでパイロット圧を受けて左方に移動し、アームシリンダ8を収縮させてアーム5を開かせる。また、制御弁178は、左操作レバー26Lが後方(−X方向)に傾けられると、左パイロットポート178Lでパイロット圧を受けて右方に移動し、アームシリンダ8を伸張させてアーム5を閉じさせる。
操作装置26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油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁のパイロットポートに供給する。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であるパイロット圧は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作内容に応じた圧力である。操作内容は、例えば、操作方向及び操作量を含む。
操作圧センサ29は、操作装置26を用いた操作者の操作内容を圧力の形で検出する。但し、操作装置26の操作内容は、圧力以外の他の物理量の形で検出されてもよい。本実施形態では、操作圧センサ29は、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作圧センサ29は、左操作圧センサ29L、右操作圧センサ29R、左走行圧センサ29DL及び右走行圧センサ29DRを含む。
左操作圧センサ29Lは、左操作レバー26Lの操作内容を検出する。右操作圧センサ29Rは、右操作レバー26Rの操作内容を検出する。左走行圧センサ29DLは、左走行レバー26DL及び左走行ペダル26PLの操作内容を検出する。右走行圧センサ29DRは、右走行レバー26DR及び右走行ペダル26PRの操作内容を検出する。
コントローラ30は、ショベル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。コントローラ30は、各種機能に対応するプログラムを実行して各種機能を実現する。
ゲートロック弁50は、操作装置26とパイロットポンプ15とを接続する管路L1の連通・遮断を切り換える電磁弁である。本実施形態では、ロック解除信号を受けたときに管路L1を連通させ、ロック解除信号を受けていないときに管路L1を遮断する。ロック信号を受けたときに管路L1を遮断する構成であってもよい。ゲートロック弁50は、比例減圧弁で構成されていてもよい。
コントローラ30は、例えば、ゲートロックレバーD1がロック解除状態で且つゲートロック弁50が遮断状態の場合に、操作装置26が操作者の手で操作されたと判定すると、ゲートロック弁50に向けてロック解除信号を出力する。すなわち、コントローラ30は、ゲートロック弁50に向けてロック解除信号を出力していない場合、或いは、ゲートロック弁50に向けてロック信号を出力している場合に、操作装置26が操作者の手で操作されたと判定すると、ゲートロック弁50に向けてロック解除信号を出力する。コントローラ30は、ゲートロックレバーD1がロック状態の場合には、操作装置26が操作者の手で操作されたと判定したとしても、ゲートロック弁50に向けてロック解除信号を出力しない。ゲートロックレバーD1によって無効状態に切り換えられている操作装置26を制限状態(有効状態)に切り換えてしまうことがないようにするためである。この場合、コントローラ30は、ゲートロック弁50に向けてロック信号を出力してもよい。コントローラ30は、シート着座スイッチから着座信号を受信していない場合、或いは、シートベルトスイッチからシートベルト着用信号を受信していない場合に、ロック解除信号を出力しないように構成されていてもよい。
コントローラ30は、例えば、検出装置としての撮像装置D3の出力に基づいて操作装置26が操作者の手で操作されているか否かを判定する。例えば、左操作レバー26Lが操作者の左手で把持され且つ右操作レバー26Rが操作者の右手で把持された状態で左操作レバー26L及び右操作レバー26Rの少なくとも一方が操作されたか否かを判定する。コントローラ30がこの判定を行うか否かは、作業現場、作業状況等に応じ、任意に設定されてもよい。
本実施形態では、コントローラ30は、画像認識技術を用いて、撮像装置D3が撮像した画像に、操作者が手で操作装置26を操作している様子が映っているか否かを判定する。そして、操作者が手で操作装置26を操作している様子が映っていると判定した場合に、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定する。コントローラ30は、操作装置26の近傍の所定の範囲内に操作者の手があることを認識した場合、操作者の手が操作装置26に触れる前であっても、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定してもよい。或いは、コントローラ30は、シート着座スイッチの出力に基づいて操作者が着座していることを検出しているときに、操作者が手で操作装置26を操作している様子が映っている場合に、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定してもよい。すなわち、操作者が着座していることを検出していないときには、操作者が手で操作装置26を操作している様子が映っている場合であっても、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定しないようにしてもよい。また、コントローラ30は、操作者が手を開いた状態でその手を操作装置26に接触させている場合には、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定しないようにしてもよい。また、コントローラ30は、撮像装置D3の出力に基づき、操作者が立ちながら操作しているか否かを判定してもよい。
コントローラ30は、操作装置26の近傍の所定の範囲内に操作者の手があることを認識した場合であっても、その手の姿勢が操作に適さない場合には、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定しないようにしてもよい。例えば、コントローラ30は、操作者が手を握った状態で、或いは、手のひらを上に向けた状態で、その手を操作装置26に近づけた場合には、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定しないようにしてもよい。また、コントローラ30は、操作者が手で別の物体を持った状態で、その手を操作装置26に近づけた場合には、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定しないようにしてもよい。
図3の監視領域A1、A2内に示すような操作レバーの握り方、手と操作レバーの位置関係等は、参照用画像として不揮発性記憶装置等に予め記憶されていてもよい。コントローラ30は、予め記憶された複数の参照用画像に基づき、操作装置26が操作者の手で操作されているか否かを判定してもよい。具体的には、コントローラ30は、撮像装置D3が撮像した画像に含まれている操作レバーの握り方の画像と、予め記憶された1又は複数の参照用画像のそれぞれに含まれている操作レバーの握り方の画像とを比較する。撮像装置D3が撮像した画像に含まれている操作レバーの握り方の画像と同じ握り方の画像を含む参照用画像があるか否かを判定するためである。そして、コントローラ30は、そのような参照用画像があれば、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定し、そのような参照用画像がなければ、操作装置26が操作者の手で操作されていないと判定してもよい。
なお、コントローラ30は、例えば、画像認識技術を用いて撮像装置D3が撮像した画像から操作者の手を認識する際には、手首から指先までの部分を手として認識し、手首から胴体側を手以外の部分として認識してもよい。
そして、コントローラ30は、その判定結果に応じて操作装置26の状態を制御する。例えば、コントローラ30は、ショベルが待機状態であり、且つ、ゲートロックレバーD1がロック解除状態である場合に、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定すると、操作装置26を有効状態に切り換える。待機状態は、例えば、少なくともコントローラ30が起動中で、エンジン11が作動中で、且つ、操作装置26が操作されていない状態を意味する。
次に、図5を参照し、コントローラ30が操作装置26の制限状態を解除する処理(以下、「制限解除処理」とする。)の一例について説明する。図5は制限解除処理の一例のフローチャートである。コントローラ30は、例えば、ショベルが待機状態である場合に、所定の制御周期で繰り返しこの制限解除処理を実行する。
最初に、コントローラ30は、操作装置26が操作されたか否かを判定する(ステップST1)。本実施形態では、コントローラ30は、操作圧センサ29の出力に基づいて操作装置26が操作されたか否かを判定する。例えば、コントローラ30は、左操作圧センサ29Lの出力に基づいて左操作レバー26Lが操作されたか否かを判定する。
操作装置26が操作されていないと判定した場合(ステップST1のNO)、コントローラ30は、操作装置26の制限状態を解除することなく、今回の制限解除処理を終了させる。
操作装置26が操作されたと判定した場合(ステップST1のYES)、コントローラ30は、所定の制限解除条件が満たされているか否かを判定する(ステップST2)。本実施形態では、コントローラ30は、撮像装置D3が撮像した画像に基づいて操作装置26が操作者の手で操作されているか否かを判定する。例えば、左操作レバー26Lが操作されたと判定した場合、コントローラ30は、撮像装置D3が撮像した画像に基づいて左操作レバー26Lが操作者の左手で操作されているか否かを判定する。
所定の制限解除条件が満たされていないと判定した場合(ステップST2のNO)、コントローラ30は、アクチュエータの動作を制限する(ステップST3)。本実施形態では、コントローラ30は、操作装置26が操作者の手で操作されていないと判定した場合、操作装置26を制限状態のまま維持する。コントローラ30は、ゲートロック弁50に向けてロック解除信号を出力することなく、すなわち、操作装置26の制限状態を解除することなく、今回の制限解除処理を終了させる。そのため、管路L1は遮断された状態で維持される。この場合、油圧アクチュエータは、例えば操作者の肘が当たって操作装置26が意図せず操作されてしまったとき、或いは、操作者の上着の袖が引っ掛かって操作装置26が意図せず操作されてしまったときであっても動作しない。コントローラ30は、撮像装置D3が撮像した画像に基づいて左操作レバー26Lが操作者の右手で操作されていると判定した場合、操作装置26が操作者の手で操作されていないと判定してもよい。右操作レバー26Rが操作者の左手で操作されていると判定した場合も同様である。
コントローラ30は、ゲートロック弁50以外の装置を用いてアクチュエータの動作を制限してもよい。例えば、コントローラ30は、操作装置26が操作者の手で操作されていないと判定した場合、パイロット圧生成装置としてのパイロットポンプ15の出力を低減させ、制御弁に作用するパイロット圧を低減させることで、アクチュエータの動作を制限してもよい。或いは、コントローラ30は、操作装置26が操作者の手で操作されていないと判定した場合、メインポンプ14の出力を低減させ、油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を低減させることで、アクチュエータの動作を制限してもよい。これらの場合、ゲートロック弁50を用いて操作装置26の制限状態を維持或いは解除する機能は省略されてもよい。
所定の制限解除条件が満たされていると判定した場合(ステップST2のYES)、コントローラ30は、アクチュエータの動作制限を解除する(ステップST4)。本実施形態では、コントローラ30は、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定した場合、操作装置26を有効状態に切り換える。具体的には、コントローラ30は、ゲートロック弁50に向けてロック解除信号を出力して管路L1を連通させる。この場合、油圧アクチュエータは、操作者による操作装置26の操作に応じて動作する。
上述の処理により、コントローラ30は、操作装置26が誤って操作されてしまった場合に油圧アクチュエータが動いてしまうのを防止できる。
次に、図6及び図7を参照し、制御システム100の別の構成例について説明する。図6は運転室10の内部の上面図であり、図3に対応する。図7は、制御システム100の別の構成例を示す概略図であり、図4に対応する。図7の制御システム100は、図3に示す監視領域A3を監視しない点で、図4の制御システム100と異なる。すなわち、左走行レバー26DL及び右走行レバー26DRが操作者の手で操作されているか否かを検出しない点で図4の制御システム100と異なる。また、切換弁51を備える点で図4の制御システム100と異なる。但し、その他の点で図4の制御システム100と共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳説する。
図7の制御システム100では、ゲートロック弁50は、左走行レバー26DL、右走行レバー26DR、左走行ペダル26PL及び右走行ペダル26PRとパイロットポンプ15とを接続する管路L1Aの連通・遮断を切り換える電磁弁である。本実施形態では、ロック解除信号を受けたときに管路L1Aを連通させ、ロック解除信号を受けていないときに管路L1Aを遮断する。ロック信号を受けたときに管路L1Aを遮断する構成であってもよい。
切換弁51は、左操作レバー26L及び右操作レバー26Rのそれぞれと管路L1Aとを接続する管路L1Bの連通・遮断を切り換える電磁弁である。本実施形態では、ロック解除信号を受けたときに管路L1Bを連通させ、ロック解除信号を受けていないときに管路L1Bを遮断する。ロック信号を受けたときに管路L1Bを遮断する構成であってもよい。切換弁51は、比例減圧弁で構成されていてもよい。
この構成により、コントローラ30は、下部走行体1に関する操作装置26の状態と、上部旋回体3に関する操作装置26の状態とを別々に制御できる。例えば、下部走行体1に関する操作装置26を有効状態としたまま、上部旋回体3に関する操作装置26を制限状態とすることができる。
例えば、コントローラ30は、ゲートロック弁50に向けてロック解除信号を出力し、切換弁51に向けてロック解除信号を出力しないことで、走行レバー及び走行ペダルを有効状態とし、左操作レバー26L及び右操作レバー26Rを制限状態とすることができる。
この構成により、コントローラ30は、例えば、操作者が右手で左走行レバー26DL及び右走行レバー26DRを操作しているときに左腕の肘が左操作レバー26Lに当たってしまったときに、上部旋回体3が左旋回してしまうのを防止できる。また、下部走行体1の動きを急停止させてしまうのを防止できる。
従って、コントローラ30は、ショベルの走行中に、操作者が上部旋回体3に関するアクチュエータを誤って動かしてしまうのを防止し、且つ、下部走行体1の動きを急停止させてしまうのを防止できる。なお、上部旋回体3に関するアクチュエータは、旋回用油圧モータ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を含む。
次に、図8及び図9を参照し、操作装置26の操作に応じて制御弁を動作させる操作システムの別の構成例について説明する。
図8は、右操作レバー26Rの操作に応じてブームシリンダ7に関する制御弁176を動作させる操作システムの一例を示す。図8の操作システムは、右操作レバー26Rを用いた操作者の操作内容を電気的に検出する点で、操作者の操作内容を圧力の形で検出する図4及び図7のそれぞれにおける操作システムと異なる。なお、図8の操作システムに関する説明は、左操作レバー26Lの操作に応じてアームシリンダ8に関する制御弁177を動作させる操作システム、及び、右操作レバー26Rの操作に応じてバケットシリンダ9に関する制御弁174を動作させる操作システム等の他の操作システムにも同様に適用される。
図8の例では、右操作レバー26Rがブーム上げ方向に操作されると、レバー操作信号生成部29ERは、その操作量に応じた電気信号であるレバー操作信号を生成する。そして、レバー操作信号をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、レバー操作信号に応じた電流指令を生成し、その電流指令を電磁比例弁52Lに対して出力する。電磁比例弁52Lは、パイロットポンプ15が吐出する作動油の圧力(一次圧)を利用し、電流指令に応じた二次圧(パイロット圧)を生成して制御弁176の左パイロットポート176Lに作用させる。左パイロットポート176Lでパイロット圧を受けた制御弁176は右方に移動し、メインポンプ14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7のボトム側油室に流入させる。ブームシリンダ7は、ボトム側油室に作動油が流入すると伸張し、ブーム4を上昇させる。
右操作レバー26Rがブーム下げ方向に操作されると、レバー操作信号生成部29ERは、その操作量に応じたレバー操作信号を生成する。そして、レバー操作信号をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、レバー操作信号に応じた電流指令を生成し、その電流指令を電磁比例弁52Rに対して出力する。電磁比例弁52Rは、パイロットポンプ15が吐出する作動油の圧力(一次圧)を利用し、電流指令に応じた二次圧(パイロット圧)を生成して制御弁176の右パイロットポート176Rに作用させる。右パイロットポート176Rでパイロット圧を受けた制御弁176は左方に移動し、メインポンプ14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7のロッド側油室に流入させる。ブームシリンダ7は、ロッド側油室に作動油が流入すると収縮し、ブーム4を下降させる。
図8の例では、コントローラ30は、右操作レバー26Rが操作者の手で操作されていると判定した場合にはレバー操作信号に応じた電流指令を電磁比例弁52に出力するが、操作者の手で操作されていないと判定した場合には電流指令を電磁比例弁52に出力しない。右操作レバー26Rが誤って操作されてしまった場合にブームシリンダ7が動いてしまうのを防止するためである。また、図8の操作システムは、電磁比例弁52によって制御弁176の動きを制限できる。この場合、電磁比例弁52を有する図8の操作システムは、ゲートロック弁50(図4参照。)及び切換弁51(図7参照。)等を備えていてもよい。或いは、図8の操作システムでは、ゲートロック弁50及び切換弁51等は、省略されていてもよい。
図9は、右操作レバー26Rの操作に応じてブームシリンダ7に関する電磁式スプール弁176Eを作動させる操作システムの一例を示す。図9の操作システムは、右操作レバー26Rを用いた操作者の操作内容を電気的に検出する点で、操作者の操作内容を圧力の形で検出する図4及び図7のそれぞれにおける操作システムと異なる。また、電磁式スプール弁176Eを利用する点で、油圧式スプール弁である制御弁176を利用する図4及び図7のそれぞれにおける操作システムと異なる。なお、図9の操作システムに関する説明は、左操作レバー26Lの操作に応じてアームシリンダ8に関する制御弁177を作動させる操作システム、及び、右操作レバー26Rの操作に応じてバケットシリンダ9に関する制御弁174を作動させる操作システム等の他の操作システムにも同様に適用される。
図9の例では、右操作レバー26Rがブーム上げ方向に操作されると、レバー操作信号生成部29ERは、その操作量に応じた電気信号であるレバー操作信号を生成する。そして、レバー操作信号をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、レバー操作信号に応じた電流指令を生成し、その電流指令を電磁式スプール弁176Eの左ソレノイド176ELに対して出力する。左ソレノイド176ELで電流指令を受けた電磁式スプール弁176Eは右方に移動し、メインポンプ14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7のボトム側油室に流入させる。ブームシリンダ7は、ボトム側油室に作動油が流入すると伸張し、ブーム4を上昇させる。
右操作レバー26Rがブーム下げ方向に操作されると、レバー操作信号生成部29ERは、その操作量に応じたレバー操作信号を生成する。そして、レバー操作信号をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、レバー操作信号に応じた電流指令を生成し、その電流指令を電磁式スプール弁176Eの右ソレノイド176ERに対して出力する。右ソレノイド176ERで電流指令を受けた電磁式スプール弁176Eは左方に移動し、メインポンプ14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7のロッド側油室に流入させる。ブームシリンダ7は、ロッド側油室に作動油が流入すると収縮し、ブーム4を下降させる。
このように、図9の例では、コントローラ30は、パイロットポンプ15が吐出する作動油の圧力を用いずに、電磁式スプール弁176Eを動作させることができる。
図9の例では、コントローラ30は、右操作レバー26Rが操作者の手で操作されていると判定した場合にはレバー操作信号に応じた電流指令を電磁式スプール弁176Eに出力するが、操作者の手で操作されていないと判定した場合には電流指令を電磁式スプール弁176Eに出力しない。右操作レバー26Rが誤って操作されてしまった場合にブームシリンダ7が動いてしまうのを防止するためである。また、図9の操作システムは、コントローラ30が直接的に電磁式スプール弁176Eの動きを制限できる。この場合、電磁式スプール弁176Eを有する図9の操作システムは、ゲートロック弁50(図4参照。)及び切換弁51(図7参照。)等に相当する機構を備えていてもよい。或いは、図9の操作システムでは、ゲートロック弁50及び切換弁51等、又は、それらに相当する機構は、省略されていてもよい。
上述の通り、本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体1と、下部走行体1に旋回可能に搭載される上部旋回体3と、上部旋回体3に搭載される運転室10と、運転室10内に設置される操作装置26と、操作装置26によって駆動されるアクチュエータと、アクチュエータの動きを制限可能な制御装置としてのコントローラ30と、を有する。そして、コントローラ30は、操作装置26が操作者の手で操作されているか否かに応じ、アクチュエータの動きに関する制限の要否を判断する。コントローラ30は、例えば、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定した場合、アクチュエータの動きに関する制限を解除し、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定していない場合、アクチュエータの動きを制限する。すなわち、コントローラ30は、操作装置26が操作者の手で操作されていると判定するまではアクチュエータの動きを制限する。但し、コントローラ30は、操作装置26が操作者の手で操作されていないと判定した場合に、アクチュエータの動きを制限してもよい。すなわち、操作装置26が操作者の手で操作されていないと判定するまではアクチュエータの動きを制限しないようにしてもよい。
コントローラ30は、例えば、操作装置26が操作者の手で操作されていることを検出する検出装置の出力に基づいて前記操作装置が操作者の手で操作されているか否かを判定してもよい。
検出装置は、例えば、撮像装置D3である。但し、検出装置は、操作装置26の表面に取り付けられた静電センサ又は感圧センサ等の接触式の検出装置であってもよく、運転室10内に取り付けられた焦電センサ、サーモパイルセンサ、サーモグラフィカメラ又は空間認識装置等の、撮像装置D3以外の他の非接触式の検出装置であってもよい。空間認識装置は、例えば、三次元測距装置、ライダ又はミリ波レーダ等を含む。
撮像装置D3は、例えば、運転室10内に取り付けられた1又は複数のカメラである。カメラは、例えば、単眼カメラ、ステレオカメラ、距離画像カメラ又は赤外線カメラ等である。
コントローラ30は、操作装置26の操作に応じて生成されるパイロット圧を低減させることで、アクチュエータの動きを制限してもよい。コントローラ30は、例えば、ゲートロック弁50を制御して管路L1における作動油の圧力を低減させることで、操作装置26の操作に応じて生成されるパイロット圧を低減させる。その結果、パイロット圧に応じて動く制御弁171〜178のストローク量を低減させ或いは消失させ、左走行用油圧モータ1L、右走行用油圧モータ1R、旋回用油圧モータ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のそれぞれの動きを鈍化させ或いは停止させることができる。
コントローラ30は、切換弁51(図7参照。)を制御して管路L1Bにおける作動油の圧力を低減させることで、左操作レバー26L及び右操作レバー26Rのそれぞれの操作に応じて生成されるパイロット圧を低減させてもよい。その結果、パイロット圧に応じて動く制御弁173〜178のストローク量を低減させ或いは消失させ、旋回用油圧モータ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のそれぞれの動きを鈍化させ或いは停止させることができる。この場合、左走行用油圧モータ1L及び右走行用油圧モータ1Rのそれぞれの動きは制限されない。
以上、本発明の好ましい実施形態が詳説された。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、上述の実施形態を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。
例えば、コントローラ30は、操作レバーが操作者の手で操作されていない、すなわち、操作者の手以外の部位又は物との接触を介して操作されていると判定した場合にアクチュエータの動きを制限するように構成されていてもよい。そして、操作レバーが操作者の手で操作されていると判定した場合にアクチュエータの動作制限を解除するように構成されていてもよい。走行レバーについても同様である。但し、コントローラ30は、走行ペダルが操作者の足で操作されているか否かに応じ、走行ペダルによるアクチュエータの動きの制限の要否を判断するように構成されていてもよい。具体的には、走行ペダルが操作者の足で操作されていない、すなわち、操作者の足以外の部位又は物との接触を介して操作されていると判定した場合に走行用油圧モータの動きを制限するように構成されていてもよい。そして、走行ペダルが操作者の足で操作されていると判定した場合に走行用油圧モータの動作制限を解除するように構成されていてもよい。
コントローラ30は、操作レバーが操作者の手で操作されていない、すなわち、操作者の手以外の部位又は物との接触を介して操作されていると判定した場合、画面表示、警告音及び振動等の少なくとも1つの報知手段によって、その旨を作業者へ知らせてもよい。
また、上述の実施形態では、切換弁51は、左操作レバー26L及び右操作レバー26Rのそれぞれの状態を同時に切り換えることができる1つの切換弁で構成されている。但し、切換弁51は、左操作レバー26Lに関する切換弁と右操作レバー26Rに関する切換弁との組み合わせのように、2つ以上の切換弁で構成されていてもよい。この場合、切換弁51は、左操作レバー26Lの状態と右操作レバー26Rの状態とを別々に切り換えることができる。
また、上述の実施形態では、切換弁51は、パイロットポンプ15と操作レバー(左操作レバー26L及び右操作レバー26R)とを繋ぐ管路L1Bに配置された1つの切換弁で構成されている。但し、切換弁51は、操作レバーと制御弁のパイロットポートとを繋ぐ管路に配置される複数の切換弁で構成されていてもよい。この場合、切換弁51は、油圧アクチュエータのそれぞれに関する操作の有効・無効を個別に制御できる。
本願は、2017年8月23日に出願した日本国特許出願2017−160251号に基づく優先権を主張するものであり、こ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・・・左走行用油圧モータ 1R・・・右走行用油圧モータ 2・・・旋回機構 2A・・・旋回用油圧モータ 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 8・・・アームシリンダ 9・・・バケットシリンダ 10・・・運転室 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 26L・・・左操作レバー 26R・・・右操作レバー 26DL・・・左走行レバー 26DR・・・右走行レバー 26PL・・・左走行ペダル 26PR・・・右走行ペダル 29・・・操作圧センサ 29L・・・左操作圧センサ 29R・・・右操作圧センサ 29DL・・・左走行圧センサ 29DR・・・右走行圧センサ 30・・・コントローラ 50・・・ゲートロック弁 51・・・切換弁 100・・・制御システム 171〜178・・・制御弁 D1・・・ゲートロックレバー D2・・・表示装置 D3・・・撮像装置 DS・・・運転席

Claims (10)

  1. 下部走行体と、
    前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
    前記上部旋回体に搭載される運転室と、
    前記運転室内に設置される操作装置と、
    前記操作装置によって駆動されるアクチュエータと、
    前記アクチュエータの動きを制限可能な制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、前記操作装置が操作者の手で操作されているか否かに応じ、前記アクチュエータの動きに関する制限の要否を判断する、
    ショベル。
  2. 前記制御装置は、前記運転室内に取り付けられた1又は複数のカメラの出力に基づいて前記操作装置が操作者の手で操作されているか否かを判定する、
    請求項1に記載のショベル。
  3. 前記制御装置は、前記操作装置の操作に応じて生成されるパイロット圧を低減させることで前記アクチュエータの動きを制限する、
    請求項1に記載のショベル。
  4. 前記パイロット圧を低減させることは、ゲートロック弁によって実現される、
    請求項3に記載のショベル。
  5. 前記パイロット圧を低減させることは、ゲートロック弁以外の弁によって実現される、
    請求項3に記載のショベル。
  6. 前記制御装置は、走行ペダルが操作者の足で操作されているか否かに応じ、前記走行ペダルによる前記アクチュエータの動きの制限の要否を判断する、
    請求項1に記載のショベル。
  7. パイロット圧生成装置と制御弁との間に設置される切換弁を有し、
    前記操作装置の操作に応じて生成されるパイロット圧は、前記切換弁によって制御される、
    請求項1に記載のショベル。
  8. パイロット圧生成装置と制御弁との間に設置される比例減圧弁を有し、
    前記制御装置は、前記比例減圧弁を制御して前記アクチュエータの動きを制限する、
    請求項1に記載のショベル。
  9. 前記制御装置は、前記操作装置が操作者の手で操作されていると判定するまでは前記アクチュエータの動きを制限するように構成されている、
    請求項1に記載のショベル。
  10. 前記制御装置は、前記操作装置が操作者の手で操作されていないと判定するまでは前記アクチュエータの動きを制限しないように構成されている、
    請求項1に記載のショベル。
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