JPWO2020162428A1 - ショベル - Google Patents

ショベル Download PDF

Info

Publication number
JPWO2020162428A1
JPWO2020162428A1 JP2020571200A JP2020571200A JPWO2020162428A1 JP WO2020162428 A1 JPWO2020162428 A1 JP WO2020162428A1 JP 2020571200 A JP2020571200 A JP 2020571200A JP 2020571200 A JP2020571200 A JP 2020571200A JP WO2020162428 A1 JPWO2020162428 A1 JP WO2020162428A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
work
earth
sand
excavator
ground
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020571200A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7404278B2 (ja
Inventor
匠 伊藤
将 小野寺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Publication of JPWO2020162428A1 publication Critical patent/JPWO2020162428A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7404278B2 publication Critical patent/JP7404278B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2004Control mechanisms, e.g. control levers
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2232Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps
    • E02F9/2235Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps including an electronic controller
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/30Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom
    • E02F3/32Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets with a dipper-arm pivoted on a cantilever beam, i.e. boom working downwardly and towards the machine, e.g. with backhoes
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/437Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/438Memorising movements for repetition, e.g. play-back capability
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • E02F3/439Automatic repositioning of the implement, e.g. automatic dumping, auto-return
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08Superstructures; Supports for superstructures
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/08Superstructures; Supports for superstructures
    • E02F9/10Supports for movable superstructures mounted on travelling or walking gears or on other superstructures
    • E02F9/12Slewing or traversing gears
    • E02F9/121Turntables, i.e. structure rotatable about 360°
    • E02F9/123Drives or control devices specially adapted therefor
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2025Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2225Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves
    • E02F9/2228Control of flow rate; Load sensing arrangements using pressure-compensating valves including an electronic controller
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2292Systems with two or more pumps
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/261Surveying the work-site to be treated
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/261Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2264Arrangements or adaptations of elements for hydraulic drives
    • E02F9/2267Valves or distributors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

土砂を盛る作業や土砂で埋める作業を自動で行うことが可能なショベルを提供する。本開示の一実施形態に係るショベル100は、土砂を盛る作業及び土砂で埋める作業の少なくとも一方を自動で行う。例えば、ショベル100は、所定領域内の地面が一定の高さになるように土砂を盛る作業を自動で行う。また、例えば、ショベル100は、オペレータから操作入力される、外部から取得される、又は、空間認識装置70により前もって取得される地面の目標形状に関する情報と、空間認識装置70により取得される地面の実際の形状に関する情報とに基づき、地面の凹部を検出し、凹部を土砂で埋める。この場合、ショベル100は、地面の凸部を検出し、凸部の土砂で凹部を埋めてもよい。

Description

本開示は、ショベルに関する。
例えば、自動で掘削作業を行うショベルが知られている(特許文献1参照)。
特開2016−130409号公報
しかしながら、ショベルは、掘削作業以外を行う必要が生じうる。例えば、ショベルは、地面の均し作業や埋め戻し作業等、地面の凹部を土砂で埋める作業を行う場合がある。また、例えば、ショベルは、地面を盛り上げて高くするために、土砂を盛る盛土作業を行う場合がある。そのため、ショベルは、土砂を盛る作業や土砂で埋める作業を自動で実行可能であることが望ましい。
そこで、上記課題に鑑み、土砂を盛る作業や土砂で埋める作業を自動で行うことが可能なショベルを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
土砂を盛る作業及び土砂で埋める作業の少なくとも一方を自動で行う、
ショベルが提供される。
上述の実施形態によれば、土砂を盛る作業や土砂で埋める作業を自動で行うことが可能なショベルを提供することができる。
ショベルの側面図である。 ショベルの上面図である。 ショベルの構成の一例を示すブロック図である。 ショベルの構成の他の例を示すブロック図である。 ショベルの第1例を説明する図である。 ショベルの第2例を説明する図である。 ショベルの第3例を説明する図である。 ショベルの第4例を説明する図である。 ショベルの第4例を説明する図である。 ショベルの第7例を説明する図である。
以下、図面を参照して実施形態について説明する。
[ショベルの概要]
まず、図1(図1A、図1B)を参照して、本実施形態に係るショベル100の概要について説明をする。
図1A、図1Bは、本実施形態に係るショベル100の側面図及び上面図である。
本実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、旋回機構2を介して旋回自在に下部走行体1に搭載される上部旋回体3と、アタッチメントATを構成するブーム4、アーム5、及びバケット6と、オペレータが搭乗するキャビン10とを備える。以下、ショベル100の前方は、ショベル100を上部旋回体3の旋回軸に沿って真上から平面視(以下、単に「平面視」と称する)で見たときに、上部旋回体3に対するアタッチメントATの延出方向に対応する。また、ショベル100の左方及び右方は、それぞれ、キャビン10内のオペレータから見た左方及び右方に対応する。
下部走行体1は、例えば、左右一対のクローラ1C(即ち、左側のクローラ1CL及び右側のクローラ1CR)を含む。下部走行体1は、それぞれのクローラ1C(1CL,1CR)が走行油圧モータ1M(即ち、左側の走行油圧モータ1ML及び右側の走行油圧モータ1MR)で油圧駆動されることにより、ショベル100を走行させる。
上部旋回体3は、旋回機構2が旋回油圧モータ2Aで油圧駆動されることにより、下部走行体1に対して旋回する。
ブーム4は、上部旋回体3の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム4の先端には、アーム5が上下回動可能に枢着され、アーム5の先端には、バケット6が上下回動可能に枢着される。
ブーム4、アーム5、及びバケット6は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9により油圧駆動される。
キャビン10は、オペレータが搭乗する操縦室であり、上部旋回体3の前部左側に搭載される。
[ショベルの構成]
次に、図1(図1A、図1B)に加えて、図2(図2A、図2B)を参照して、ショベル100の具体的な構成について説明する。
図2A、図2Bは、本実施形態に係るショベル100の構成の一例及び他の例を示すブロック図である。
尚、図中において、機械的動力ラインは二重線、高圧油圧ラインは実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御ラインは点線でそれぞれ示される。
<ショベルの油圧駆動系>
本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ1M(1ML,1MR)、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等の油圧アクチュエータを含む。また、本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系は、エンジン11と、レギュレータ13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17とを含む。
エンジン11は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン11は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、後述するコントローラ30による直接或いは間接的な制御下で、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ14及びパイロットポンプ15を駆動する。
レギュレータ13は、コントローラ30の制御下で、メインポンプ14の吐出量を制御(調節)する。例えば、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じて、メインポンプ14の斜板の角度(以下、「傾転角」)を調節する。
メインポンプ14は、例えば、エンジン11と同様、上部旋回体3の後部に搭載され、高圧油圧ラインを通じてコントロールバルブ17に作動油を供給する。メインポンプ14は、上述の如く、エンジン11により駆動される。メインポンプ14は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ30の制御下で、レギュレータ13によって斜板の傾転角が調節されることによりピストンのストローク長が調整され、吐出流量(吐出圧)が制御される。
コントロールバルブ17は、例えば、上部旋回体3の中央部に搭載され、オペレータの操作装置26に対する操作内容、或いは、コントローラ30から出力される、ショベル100の自動動作に対応する制御指令(以下、「自動制御指令」)に応じて、油圧アクチュエータの制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ17は、上述の如く、高圧油圧ラインを介してメインポンプ14と接続され、メインポンプ14から供給される作動油を、操作装置26の操作状態、或いは、コントローラ30から出力される自動制御指令に応じて、油圧アクチュエータ(走行油圧モータ1M(1ML,1MR)、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等)に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の制御弁(方向切換弁)を含む。
<ショベルの操作系>
本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系に関する操作系は、パイロットポンプ15と、操作装置26とを含む。また、図2Aに示すように、ショベル100の油圧駆動系に関する操作系は、操作装置26が油圧パイロット式である場合、シャトル弁32を含む。
パイロットポンプ15は、例えば、エンジン11と同様、上部旋回体3の後部に搭載され、パイロットライン25を介して各種油圧機器にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン11により駆動される。
操作装置26は、キャビン10の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種被駆動要素(下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、バケット6等)の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置26は、オペレータがそれぞれの被駆動要素を駆動する油圧アクチュエータ(即ち、走行油圧モータ1ML,1MR、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9等)の操作を行うための操作入力手段である。操作装置26は、例えば、ブーム4(ブームシリンダ7)、アーム5(アームシリンダ8)、バケット6(バケットシリンダ9)、及び上部旋回体3(旋回油圧モータ2A)のそれぞれを操作するレバー装置を含む。また、操作装置26は、例えば、下部走行体1の左右のクローラ1CL,1CR(走行油圧モータ1ML,1MR)のそれぞれを操作するペダル装置或いはレバー装置を含む。
例えば、図2Aに示すように、操作装置26は、油圧パイロット式である。具体的には、操作装置26は、パイロットライン25及びパイロットライン25から分岐されるパイロットライン25Aを通じてパイロットポンプ15から供給される作動油を利用して、操作内容に応じたパイロット圧をその二次側のパイロットライン27に出力する。パイロットライン27は、シャトル弁32を介してコントロールバルブ17に接続される。これにより、コントロールバルブ17には、操作装置26における各種被駆動要素(油圧アクチュエータ)に関する操作内容に応じたパイロット圧が、シャトル弁32を介して、入力されうる。そのため、コントロールバルブ17は、オペレータ等の操作装置26に対する操作内容に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。
また、例えば、図2Bに示すように、操作装置26は、電気式である。具体的には、操作装置26は、操作内容に応じた電気信号を出力し、当該電気信号は、コントローラ30に取り込まれる。そして、コントローラ30は、電気信号の内容、つまり、操作装置26に対する操作内容に応じた制御指令を比例弁31に出力する。これにより、比例弁31からコントロールバルブ17に操作装置26に対する操作内容に応じたパイロット圧が入力され、コントロールバルブ17は、オペレータ等の操作装置26に対する操作内容に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。
尚、コントロールバルブ17に内蔵される制御弁(方向切換弁)が電磁ソレノイド式である場合、操作装置26から出力される電気信号が直接的にコントロールバルブ17、つまり、電磁ソレノイド式の制御弁に入力される態様であってもよい。
図2Aに示すように、シャトル弁32は、2つの入口ポートと1つの出口ポートを有し、2つの入口ポートに入力されたパイロット圧のうちの高い方のパイロット圧を有する作動油を出口ポートに出力させる。シャトル弁32は、操作装置26の操作対象の被駆動要素(クローラ1CL、クローラ1CR、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6)ごとに設けられる。シャトル弁32の2つの入口ポートのうちの一方が操作装置26(具体的には、操作装置26に含まれる上述のレバー装置或いはペダル装置)に接続され、他方が比例弁31に接続される。シャトル弁32の出口ポートは、パイロットラインを通じて、コントロールバルブ17の対応する制御弁(具体的には、シャトル弁32の一方の入口ポートに接続される上述のレバー装置或いはペダル装置の操作対象である油圧アクチュエータに対応する制御弁)のパイロットポートに接続される。そのため、これらのシャトル弁32は、それぞれ、操作装置26が生成するパイロット圧と比例弁31が生成するパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。つまり、後述するコントローラ30は、操作装置26から出力される二次側のパイロット圧よりも高いパイロット圧を比例弁31から出力させることで、オペレータの操作装置26に対する操作に依らず、対応する制御弁を制御することができる。よって、コントローラ30は、オペレータの操作装置26に対する操作状態に依らず、被駆動要素(下部走行体1、上部旋回体3、アタッチメントAT)の動作を自動制御することができる。
<ショベルの制御系>
本実施形態に係るショベル100の制御系は、コントローラ30と、演算装置30Eと、比例弁31と、空間認識装置70と、向き検出装置71と、入力装置72と、測位装置73と、ブーム姿勢センサS1と、アーム姿勢センサS2と、バケット姿勢センサS3と、機体傾斜センサS4と、旋回状態センサS5とを含む。また、図2Aに示すように、本実施形態に係るショベル100の制御系は、操作装置26が油圧パイロット式である場合、操作圧センサ29を含む。
コントローラ30は、ショベル100に関する各種制御を行う。コントローラ30は、その機能が任意のハードウェア、或いは、任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現されてよい。例えば、コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等のメモリ装置、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性の補助記憶装置、及びインターフェース装置等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ30は、例えば、補助記憶装置にインストールされる一以上のプログラムをCPU上で実行することにより各種機能を実現する。
例えば、コントローラ30は、演算装置30Eの演算結果、具体的には、油圧アクチュエータの駆動指令に基づき、比例弁31を制御し、オペレータの操作に依らず、ショベル100を動作させてよい。
尚、コントローラ30の機能の一部は、他のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。即ち、コントローラ30の機能は、複数のコントローラにより分散して実現される態様であってもよい。
演算装置30Eは、コントローラ30の制御下で、コントローラ30の各種機能に関する演算処理を行う。演算装置30Eは、任意のハードウェア、或いは、ハードウェア及びソフトウェアの組み合わせにより実現されてよい。例えば、演算装置30Eは、GPU(Graphical Processing Unit),ASIC(Application Specific Integrated Circuit),FPGA(field-programmable gate array)等を含み、高速演算処理を実現する。
例えば、演算装置30Eは、空間認識装置70、向き検出装置71、測位装置73、センサS1〜S5等の一部又は全部の出力情報に基づき、自動でショベル100を動作させるための油圧アクチュエータの駆動指令を演算し生成する。
比例弁31は、操作装置26の操作対象の被駆動要素(クローラ1CL、クローラ1CR、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6)ごとに設けられる。比例弁31は、パイロットポンプ15とコントロールバルブ17との間のパイロットライン25(図2Aの場合、パイロットライン25から分岐するパイロットライン25B)に設けられ、その流路面積(即ち、作動油が通流可能な断面積)を変更可能に構成される。これにより、比例弁31は、パイロットライン25(パイロットライン25B)を通じて供給されるパイロットポンプ15の作動油を利用して、所定のパイロット圧を二次側に出力することができる。そのため、比例弁31は、図2Aに示すように、シャトル弁32を介して、或いは、図2Bに示すように、直接的に、コントローラ30からの制御指令に応じた所定のパイロット圧をコントロールバルブ17に作用させることができる。つまり、コントローラ30は、電気式の操作装置26からの電気信号に応じた自動制御指令を比例弁31に出力することで、比例弁31から操作装置26の操作内容に応じたパイロット圧をコントロールバルブ17に供給させ、オペレータの操作に基づくショベルの動作を実現することができる。また、コントローラ30は、オペレータにより操作装置26が操作されていない場合であっても、比例弁31から所定のパイロット圧をコントロールバルブ17に供給させ、ショベル100の自動化を実現することができる。
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(検出)し、空間認識装置70或いはショベル100から認識された物体までの距離等の位置関係を測定する。空間認識装置70は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、単眼カメラ、ステレオカメラ、デプスカメラ、LIDAR(Light Detection and Ranging)、距離画像センサ、赤外線センサ等を含みうる。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認識センサ70F、上部旋回体3の上面後端に取り付けられた後方認識センサ70B、上部旋回体3の上面左端に取り付けられた左方認識センサ70L、及び、上部旋回体3の上面右端に取り付けられた右方認識センサ70Rを含む。また、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認識センサがショベル100に取り付けられていてもよい。また、後方認識センサ70B、左方認識センサ70L、及び右方認識センサ70Rの一部又は全部は、ショベル100の自動動作に要求される性能によっては、省略されてもよい。
向き検出装置71は、上部旋回体3の向きと下部走行体1の向きとの相対的な関係に関する情報(例えば、下部走行体1に対する上部旋回体3の旋回角度)を検出する。
向き検出装置71は、例えば、下部走行体1に取り付けられた地磁気センサと上部旋回体3に取り付けられた地磁気センサの組み合わせを含んでよい。また、向き検出装置71は、下部走行体1に取り付けられたGNSS(Global Navigation Satellite System)受信機と上部旋回体3に取り付けられたGNSS受信機の組み合わせを含んでもよい。また、向き検出装置71は、上部旋回体3の下部走行体1に対する相対的な旋回角度を検出可能なロータリエンコーダ、ロータリポジションセンサ等、つまり、上述の旋回状態センサS5を含んでもよく、例えば、下部走行体1と上部旋回体3との間の相対回転を実現する旋回機構2に関連して設けられるセンタージョイントに取り付けられていてもよい。また、向き検出装置71は、上部旋回体3に取り付けられたカメラを含んでもよい。この場合、向き検出装置71は、上部旋回体3に取り付けられているカメラが撮像した画像(入力画像)に既知の画像処理を施すことにより、入力画像に含まれる下部走行体1の画像を検出する。そして、向き検出装置71は、既知の画像認識技術を用いて、下部走行体1の画像を検出することで、下部走行体1の長手方向を特定し、上部旋回体3の前後軸の方向と下部走行体1の長手方向との間に形成される角度を導出してよい。このとき、上部旋回体3の前後軸の方向は、カメラの取り付け位置から導出されうる。特に、クローラ1Cは上部旋回体3から突出しているため、向き検出装置71は、クローラ1Cの画像を検出することにより、下部走行体1の長手方向を特定することができる。また、上部旋回体3が旋回油圧モータ2Aに代えて、電動機で旋回駆動される構成の場合、向き検出装置71は、電動機に取り付けられるレゾルバであってよい。
入力装置72は、キャビン10内の着座したオペレータから手が届く範囲に設けられ、オペレータによる各種操作入力を受け付け、操作入力に対応する信号は、コントローラ30に取り込まれる。例えば、入力装置72は、各種情報画像を表示するキャビン10内の表示装置のディスプレイに実装されるタッチパネル、表示装置の周囲に設置されるボタンスイッチ、レバー、トグル、操作装置26に設けられるノブスイッチ等のハードウェアによる操作入力手段を含む。また、入力装置72は、表示装置に表示される各種操作画面に表示される仮想的な操作対象(例えば、操作アイコン)等のハードウェアの操作入力手段によって操作可能なソフトウェアの操作入力手段を含んでもよい。入力装置72に対する操作内容に対応する信号は、コントローラ30に取り込まれる。
入力装置72は、自動制御スイッチ72aを含む。
自動制御スイッチ72aは、ショベル100に自動で作業を行わせるために用いられる操作部である。つまり、自動制御スイッチ72aは、ショベル100の自動化機能をON/OFFするための操作部である。具体的には、自動制御スイッチ72aがON操作されると、コントローラ30は、操作装置26からの操作に依らず、ショベル100に自動で所定の作業を行わせる(図3〜図7参照)。
測位装置73は、上部旋回体3の位置及び向きを測定する。測位装置73は、例えば、GNSSコンパスであり、上部旋回体3の位置及び向きを検出し、上部旋回体3の位置及び向きに対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。また、測位装置73の機能のうちの上部旋回体3の向きを検出する機能は、上部旋回体3に取り付けられた方位センサにより代替されてもよい。
尚、ショベル100の自動動作に関する要求性能によっては、測位装置73が省略されてもよい。ショベル100を基準とするローカル座標系で、空間認識装置70で検出されるショベル100の周囲の物体の位置を表現できるからである。
通信装置74は、例えば、基地局を末端とする移動体通信網、通信衛星を利用する衛星通信網、インターネット網等を含みうる所定の通信ネットワークに接続し、ショベル100の外部装置(例えば、後述の管理装置200)と通信を行う。
ブーム姿勢センサS1は、ブーム4に取り付けられ、ブーム4の上部旋回体3に対する姿勢角度、具体的には、俯仰角度(以下、「ブーム角度」)θ1を検出する。ブーム姿勢センサS1は、例えば、側面視において、上部旋回体3の旋回平面に対してブーム4の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。ブーム姿勢センサS1は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、角加速度センサ、6軸センサ、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)等を含んでよく、以下、アーム姿勢センサS2、バケット姿勢センサS3、機体傾斜センサS4についても同様であってよい。ブーム姿勢センサS1によるブーム角度θ1に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
アーム姿勢センサS2は、アーム5に取り付けられ、アーム5のブーム4に対する姿勢角度、具体的には、回動角度(以下、「アーム角度」)θ2を検出する。アーム姿勢センサS2は、例えば、側面視において、ブーム4の両端の支点を結ぶ直線に対してアーム5の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。アーム姿勢センサS2によるアーム角度θ2に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
バケット姿勢センサS3は、バケット6に取り付けられ、バケット6のアーム5に対する姿勢角度、具体的には、回動角度(以下、「バケット角度」)θ3を検出する。バケット姿勢センサS3は、例えば、側面視において、アーム5の両端の支点を結ぶ直線に対してバケット6の支点と先端(バケットの場合、刃先)とを結ぶ直線が成す角度を検出する。バケット姿勢センサS3によるバケット角度θ3に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
機体傾斜センサS4は、所定の基準面(例えば、水平面)に対する機体(例えば、上部旋回体3)の傾斜状態を検出する。機体傾斜センサS4は、例えば、上部旋回体3に取り付けられ、ショベル100(即ち、上部旋回体3)の前後方向及び左右方向の2軸回りの傾斜角度(以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」)を検出する。機体傾斜センサS4により検出される傾斜角度(前後傾斜角及び左右傾斜角)に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
旋回状態センサS5は、上部旋回体3に取り付けられ、上部旋回体3の旋回状態に関する検出情報を出力する。旋回状態センサS5は、例えば、上部旋回体3の旋回角速度や旋回角度を検出する。旋回状態センサS5は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を含む。旋回状態センサS5により検出される旋回状態に関する検出情報は、コントローラ30に取り込まれる。
尚、機体傾斜センサS4に3軸回りの角速度を検出可能なジャイロセンサ、6軸センサ、IMU等が含まれる場合、機体傾斜センサS4の検出信号に基づき上部旋回体3の旋回状態(例えば、旋回角速度)が検出されてもよい。この場合、旋回状態センサS5は、省略されてよい。
図2Aに示すように、操作圧センサ29は、操作装置26の二次側(パイロットライン27)のパイロット圧、即ち、操作装置26におけるそれぞれの被駆動要素(油圧アクチュエータ)の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。操作圧センサ29による操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等に関する操作状態に対応するパイロット圧の検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
[ショベルの自動動作]
次に、本実施形態に係るショベル100のオペレータの操作に依らない自動動作について説明する。
<ショベルの自動動作の概要>
最初に、本実施形態に係るショベル100の自動動作の概要について説明する。
本実施形態では、ショベル100は、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、土砂を盛る作業及び土砂で埋める作業の少なくとも一方を自動で行う。
例えば、ショベル100は、作業対象の所定領域(以下、「作業領域」)内の凹凸を均して平坦にする均し作業を自動で行う。具体的には、ショベル100は、作業領域内の凸部を削り(掘削し)、凹部を土砂で埋める作業を自動で行う。この場合、ショベル100は、相対的に大きな凹凸がなくなるように、粗い均し作業を自動で行ってよい。また、ショベル100は、作業領域内で、相対的に大きな凸部を削り、相対的に大きな凹部を埋める作業を行った後に、作業領域内の地面が所定の目標形状になるように、即ち、目標施工面に一致するように、転圧作業等を行う態様の均し作業を自動で行ってもよい。
また、例えば、ショベル100は、作業領域内に所定の物体(埋設物)を埋設する際の埋め戻し作業を自動で行ってもよい。具体的には、ショベル100は、埋設物が設置された溝等の凹部を土砂で埋める埋め戻し作業を自動で行う。この場合、ショベル100は、一連の埋設作業のうち、既に埋設物が設置された溝等の凹部を土砂で埋める埋め戻し作業だけを自動で行ってよい。また、ショベル100は、一連の埋設作業のうち、溝等の凹部を形成するための掘削作業、埋設物を設置するための設置作業(例えば、クレーン作業)等の埋戻し作業以外の作業の一部又は全部を自動で行ってもよい。また、ショベル100は、埋め戻し作業の対象の凹部を土砂で埋めるために、凹部に土砂を排土する作業だけを自動で行ってよい。また、ショベル100は、凹部に土砂を排土し、周囲の地面を超える高さまで凹部の土砂の表面を到達させた後に、凹部の土砂の表面(地面)が所定の目標形状、即ち、目標施工面に一致するように、転圧作業等を行う態様の埋め戻し作業を自動で行ってもよい。
また、例えば、ショベル100は、作業領域内に土砂を盛って地面の高さをかさ上げする盛土作業を自動で行ってもよい。具体的には、作業領域の端部或いは作業領域の周囲にダンプトラック等により運搬されてくる土砂をバケット6で掬って作業領域内の所定の場所にバケット6から排土し、作業領域全体の地面をかさ上げする。この場合、ショベル100は、一連の盛土作業のうち、作業領域内の所定の場所にバケット6に掬った土砂を排土し、作業領域全体に土砂を行き渡らせる作業だけを自動で行ってよい。また、ショベル100は、作業領域内の土砂をクローラ1Cで踏みつけたり、バケット6の背面で押し付けたりしながら地面を平坦にする作業、即ち、地面が所定の目標形状(目標施工面)に一致するようにする作業を自動で行ってもよい。つまり、ショベル100は、一連の盛土作業のうち、作業領域全体に土砂を行き渡らせる作業以外の作業の一部又は全部を自動で行ってもよい。
以下、本実施形態に係るショベル100の自動動作の具体例について説明する。
<ショベルの第1例>
続いて、図3を参照して、ショベル100の第1例の自動動作について説明する。
図3は、ショベル100の第1例を説明する図である。具体的には、図3は、本例に係るショベル100の自動動作による地面の均し作業の流れを示す作業状態遷移図であり、ショベル100を真上から俯瞰する形で作業状態310から作業状態340までの流れを示している。
本例では、作業状態310に示すように、ショベル100の作業対象の領域(以下、「作業領域」)には、基準となる目標施工面より上に出ている凸部311,312と、下に窪んでいる凹部313,314が存在している。このとき、作業領域は、例えば、入力装置72を通じて、ユーザの操作入力により設定されてもよいし、通信装置74を通じて、ショベル100の外部装置(例えば、後述する管理装置200等)から取得されてもよい。また、本例の作業は、例えば、自動制御スイッチ72aのON操作に応じて一義的に開始される態様であってもよいし、入力装置72を通じた操作入力やショベル100の外部装置から受信される操作入力で本例に対応する作業内容が選択された上で、自動制御スイッチ72aがON操作されることで、開始される態様であってもよい。以下、後述のショベル100の第2例〜第5例の自動動作による作業についても同様であってよい。
まず、作業状態310にて、ショベル100(演算装置30E)は、目標施工面に関する情報(地面の目標形状に関する情報の一例)と、空間認識装置70の出力情報(地面の実際の形状に関する情報の一例)とに基づき、作業領域を対象として、目標施工面を基準とする全ての凸部及び凹部(本例では、凸部311,312及び凹部313,314)を認識する。このとき、目標施工面に関する情報は、例えば、入力装置72を通じて、ユーザの操作入力により取得されてもよいし、通信装置74を通じて、ショベル100の外部(例えば、後述する管理装置200等)から取得されてもよい。以下、後述するショベル100の第2例〜第5例の場合についても同様であってよい。ショベル100(演算装置30E)は、認識した凸部311,312及び凹部313,314のそれぞれから土砂の供給元としての凸部及び土砂の供給先としての凹部を一つずつ選択する(ステップS102)。具体的には、凸部の目標施工面よりも上に出ている土砂の量と凹部の目標施工面よりも下の窪み部分の体積に対応する土砂の量とが相対的に近くなるように(本例では、略同じになるように)、凸部及び凹部を一つずつ選択してよい。本例では、凸部311の土砂の量と凹部313の窪み部分の体積に対応する土砂の量が略同じであるため、ショベル100(演算装置30E)は、凸部311及び凹部313の組み合わせを選択している。
続いて、作業状態320にて、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、凸部311の目標施工面よりも上の土砂を掘削しバケット6に掬うと共に、バケット6に掬った土砂を凹部313に排土し埋める一連の作業を自動的に行う(ステップS104,S106)。
尚、凸部311の土砂の量が凹部313の窪み部分の体積に対応する土砂の量より多い場合、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、余った土砂を所定の場所に仮置きし、次の作業(後述のステップS112の作業)に利用してよい。例えば、ショベル100は、余った土砂を次の作業場所の近く(つまり、凹部314付近)に仮置きしてよい。また、凸部311の土砂の量が凹部313の窪み部分の体積に対応する土砂の量より少ない場合、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、他の凸部(凸部312)からも土砂を掘削し、この土砂で足りない分を補填してよい。以下、後述するショベル100の第2例〜第5例の自動動作による作業の場合についても同様であってよい。
続いて、作業状態330にて、ショベル100(演算装置30E)は、土砂の供給元としての凸部及び土砂の供給先としての凹部を一つずつ選択する(ステップS108)。作業状態330にて、残っているのは凸部312及び凹部314だけであるため、ショベル100(演算装置30E)は、必然的に、凸部312及び凹部314の組み合わせを選択している。
続いて、作業状態340にて、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、凸部312の目標施工面よりも上の土砂を掘削しバケット6に掬うと共に、バケット6に掬った土砂を凹部314に排土し埋める一連の作業を自律的に行う(ステップS110,S112)。本例では、凸部312の目標施工面より上の土砂の量と凹部314の目標施工面より下の窪み部分の体積に対応する土砂の量とが略同じであるため、ショベル100の均し作業は終了する。
尚、凹部313を埋める土砂が余った場合、つまり、作業領域全体の作業で土砂が余った場合、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、予め規定された土砂の保管場所まで余った土砂を運んでもよい。また、凹部313を埋める土砂が足りない場合、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、土砂の保管場所まで移動し土砂を作業領域まで運んだり、通信装置74を通じて、外部装置に土砂の作業領域への運搬を要請したりしてもよい。これらの場合、ショベル100(演算装置30E)は、作業開始時に、全ての凹部を埋めるために必要な土砂の量と、全ての凸部の土砂の量とを比較し、土砂が足りない可能性があるのか、余る可能性があるのかを判定してもよい。これにより、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、前もって、足りない土砂を保管場所から運ぶ等して準備したり、余る土砂の量を把握し、作業後に土砂の保管場所に運びやすい場所(例えば、作業領域の保管場所に相対的に近い場所)に土砂を仮置きしたりすることができる。以下、後述するショベル100の第2例〜第5例の自動動作による作業の場合についても同様であってよい。
このように、本例では、ショベル100は、作業領域内の複数の凹部及び複数の凸部を対象として、凸部及び凹部の組み合わせを個別に選択し、選択した組み合わせの凸部の土砂を凹部に補充する作業を繰り返す。これにより、ショベル100は、作業領域の均し作業を自動で実行することができる。
<ショベルの第2例>
続いて、図4を参照して、ショベル100の第2例の自動動作について説明する。
図4は、ショベル100の第2例を説明する図である。具体的には、図4は、本例に係るショベル100の自動動作による地面の均し作業の流れを示す作業状態遷移図であり、ショベル100を真上から俯瞰する形で作業状態410から作業状態440までの流れを示している。
本例では、作業状態410に示すように、ショベル100の作業領域には、基準となる目標施工面より上に出ている凸部411,412と、下に窪んでいる凹部413,414が存在している。
まず、作業状態410にて、ショベル100(演算装置30E)は、目標施工面に関する情報と、空間認識装置70の出力情報とに基づき、作業領域を対象として、目標施工面を基準とする全ての凸部及び凹部(本例では、凸部411,412及び凹部413,414)を認識する。そして、ショベル100(演算装置30E)は、全ての凸部及び凹部の相互間の距離を計算する(ステップS202)。具体的には、ショベル100(演算装置30E)は、それぞれの凸部及び凹部に対して代表位置(例えば、凹部及び凸部を上面視で円形状と仮定したときの中心位置等)を規定し、代表位置間の距離を計算してよい。
続いて、作業状態420にて、ショベル100(演算装置30E)は、アタッチメントAT(具体的には、バケット6)の移動距離が相対的に短くなるように(例えば、移動距離が最も短くなるように)、凸部の土砂を凹部に補充する作業を繰り返す態様の作業経路を設定する(ステップS204)。このとき、上述の第1例の場合と同様、土砂の供給元の凸部の土砂の量と土砂の供給先の凹部の窪み部分の体積に対応する土砂の量とが相対的に近くなるように(例えば、略同じになるように)、作業経路が決定されてもよい。具体的には、ショベル100(演算装置30E)は、最適計画問題(数理計画問題)に関する既知のアルゴリズムを適用することにより、作業経路を決定してよい。本例では、凸部411の土砂を凹部413に補充し、バケット6を凹部413から凸部412に移動させ、凸部412の土砂を凹部414に補充する移動経路が設定される。
続いて、作業状態430にて、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、決定した作業経路に沿って、作業を開始する。具体的には、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、凸部411の目標施工面より上の土砂を掘削しバケット6に掬うと共に、バケット6に掬った土砂を凹部413に排土し埋める一連の動作を自動的に行う(ステップS206,S208)。本例では、凸部411の目標施工面より上の土砂の量と凹部413の目標施工面より下の窪み部分の体積に対応する土砂の量とが略同じであるため、不足する土砂や余剰の土砂は発生しない。
続いて、作業状態440にて、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、決定した作業経路に沿って、作業を継続する。具体的には、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、バケット6を凹部413から凸部412に移動させ、凸部412の目標施工面より上の土砂を掘削しバケット6に掬うと共に、バケット6に掬った土砂を凹部414に排土し埋める一連の作業を自動的に行う(ステップS210,S212)。本例では、凸部412の目標施工面より上の土砂の量(体積)と凹部414の目標施工面より下の窪み部分の体積とが略同じであるため、ショベル100の均し作業は終了する。
このように、本例では、ショベル100は、作業領域内の複数の凹部及び複数の凸部を対象として、凸部の土砂を凹部に補充する作業を繰り返す態様の全体の作業経路を前もって設定し、決定した作業経路に沿って、均し作業を進める。これにより、ショベル100は、効率的に、作業領域の均し作業を自動で実行することができる。
<ショベルの第3例>
続いて、図5を参照して、ショベル100の第3例の自動動作について説明する。
図5は、ショベル100の第3例を説明する図である。具体的には、相対的に範囲の広い作業領域500を対象として、本例に係るショベル100が自動動作による地面の均し作業を行う様子を示す図である。
図5に示すように、作業領域500は、平面視で矩形状を有し、その矩形状の縦横が三等分される形で、9つの相対的に範囲の狭い小作業領域510〜590が構成される。小作業領域510〜590は、例えば、入力装置72を通じた操作入力により設定されてもよいし、例えば、通信装置74を通じて受信される操作入力により設定されてもよい。以下、後述する移動経路RTについても同様であってよい。本例では、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、小作業領域510〜590を対象として、一の小作業領域の均し作業を完了させると、次の小作業領域に移動し均し作業を行う一連の動作を繰り返す。このとき、ショベル100は、例えば、上述の第1例や第2例の手法を適用することにより、小作業領域ごとの均し作業を行ってよい。
ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、小作業領域510〜590を移動経路RTに沿って移動しながら、小作業領域ごとの均し作業を完了させていく。
具体的には、移動経路RTは、矩形状の作業領域500の一端の小作業領域から作業領域500の一辺沿いに直線移動しながら小作業領域ごとの作業を進め、他端の小作業領域の作業が完了すると、作業領域500の他辺沿いに隣接する小作業領域に移動し、この小作業領域から一辺沿いの反対方向に直線移動しながら小作業領域ごとの作業を進める形の繰り返しで設定される。つまり、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、相対的に範囲の広い作業領域500の一端と他端との間を直線的に往復移動しながら、小作業領域ごとの均し作業を行う。これにより、ショベル100は、作業領域500が相対的に広い範囲に及ぶ場合であっても、効率的に、作業領域500の均し作業を自動で行うことができる。
ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、前もって、移動経路RTを移動し、小作業領域ごとの土砂の余剰量或いは不足量を把握してもよい。これにより、作業領域500全体として土砂が不足する場合、ショベル100は、演算装置30E及びコントローラ30の制御下で、前もって、土砂の保管場所まで移動し、必要な土砂を作業領域500に運んだり、通信装置74を通じて、外部装置に土砂の作業領域500への運搬を要請したりすることができる。
ショベル100は、ある小作業領域の均し作業において、土砂が余る場合、次の小作業領域に相対的に近い場所に余った土砂を仮置きしてもよい。これにより、ショベル100は、次の小作業領域への移動時に余った土砂を運びやすくなるため、均し作業の作業効率を向上させることができる。
<ショベルの第4例>
続いて、図6(図6A、図6B)を参照して、ショベル100の第4例の自動動作について説明する。
図6A、図6Bは、ショベル100の第4例を説明する図である。具体的には、図6Aは、本例に係るショベル100の自動動作による掘削作業、埋設作業、及び埋め戻し作業に対応するコントローラ30及び演算装置30Eの処理の一例を概略的に示すフローチャートである。図6Bは、本例に係るショベル100の自動動作による掘削作業、埋設作業、及び埋め戻し作業の流れを示す作業状態遷移図であり、ショベル100を真上から俯瞰する形で作業状態610から作業状態640までの流れを示している。図6Aのフローチャートは、例えば、入力装置72を通じて、作業内容(つまり、掘削作業、埋設作業、及び埋め戻し作業の一連の作業)が設定された上で、自動制御スイッチ72aがON操作された場合に実行される。
図6Aに示すように、ステップS302にて、演算装置30Eは、空間認識装置70を用いて、作業領域(例えば、図6Bの作業領域611)の作業開始前の地形形状のデータ(以下、「地形形状データ」)(目標形状に関する情報の一例)を取得し(例えば、図6Bの作業状態610参照)、ステップS304に進む。
尚、演算装置30Eは、空間認識装置70を用いて作業開始前の地形データを取得する代わりに、上述の第1例等の場合と同様、埋め戻し作業時の目標施工面に関する情報を入力装置72からの操作入力を通じて取得したり、外部装置から取得したりしてもよい。また、演算装置30Eは、所定の動作指令を出力し、アタッチメントATの先端(例えば、バケット6の爪先)で作業開始前の地面の形状をなぞり、アタッチメントATの先端の軌道を計測することにより、作業開始前の地形形状データを取得してもよい。
ステップS304にて、演算装置30Eは、作業開始前の地形形状データと自機の位置情報を含む三次元マップ(以下、「作業開始前マップ」)を補助記憶装置等に記憶させ、ステップS306に進む。
ステップS306にて、コントローラ30は、演算装置30Eから出力される、油圧アクチュエータの駆動指令に基づき、比例弁31を制御し、ショベル100に作業領域の掘削作業を行わせる。このとき、演算装置30Eは、掘削作業の目標施工面に関する情報と実際の地形形状に関する情報(例えば、空間認識装置70の出力情報)との差分や、ショベル100の状態に関する情報(例えば、向き検出装置71、測位装置73、センサS1〜S5等の出力情報)に基づき、油圧アクチュエータの駆動指令を生成する。
例えば、図6Bの作業状態620に示すように、ショベル100は、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、作業領域611を掘削し、所定の埋設物を埋設するための溝621(凹部の一例)を形成する。このとき、ショベル100は、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、溝621の掘削作業でバケット6に収容した土砂を作業領域611の周辺の所定の排土場所に排土し、排土山622,623(凸部の一例)が形成される。また、作業領域611の周辺には、運搬用のトラック等によって、埋め戻し作業用に追加される追加土砂624(凸部の一例)が準備される。
図6Aに戻り、ステップS308にて、演算装置30Eは、ショベル100の掘削作業と並行して、空間認識装置70を用いて、作業領域611の作業中の地形形状データを取得し、ステップS310に進む。
例えば、図6Bの作業状態620に示すように、ショベル100(演算装置30E)は、空間認識装置70を用いて、掘削作業中の溝621、排土山622,623、及び追加土砂624を含む作業領域611の地形形状データを取得する。
図6Aに戻り、ステップS310にて、演算装置30Eは、ステップS308で取得された作業中の地形形状データと自機の位置情報を含む三次元マップ(以下、「作業中マップ」)を補助記憶装置等に記憶させ、ステップS312に進む。このとき、過去の本ステップの処理で生成された作業中マップが既に記憶されている場合、演算装置30Eは、既存の作業中マップを最新の作業中マップで更新してよい。
ステップS312にて、演算装置30Eは、掘削作業の目標施工面に関する情報と、現在の地形形状に関する情報(即ち、作業中マップ)とに基づき、掘削作業が終了したか否かを判定する。演算装置30Eは、掘削作業が終了した場合、ステップS314に進み、掘削作業が終了していない場合、ステップS306に戻り、ステップS306〜S312の処理が繰り返される。
ステップS314にて、コントローラ30は、演算装置30Eから出力される駆動指令に基づき、所定の埋設物を掘削作業により形成された溝や穴等に埋設する埋設作業をショベル100に行わせ、埋設作業が完了すると、ステップS316に進む。
例えば、図6Bの作業状態630に示すように、ショベル100は、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、完成した溝621に埋設物631を埋設する。
図6Aに戻り、ステップS316にて、コントローラ30は、演算装置30Eから出力される駆動指令に基づき、比例弁31を制御し、ショベル100に埋設物が埋設された溝や穴等の埋め戻し作業を行わせる。
例えば、図6Bの作業状態630に示すように、ショベル100は、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、埋設物631が埋設された溝621に排土山622,623からバケット6で土砂を掬って排土することにより、埋め戻し作業を進める。また、ショベル100は、何等かの理由で、排土山622,623だけでは土砂が足りない場合、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、追加土砂624を用いて、溝621の埋め戻し作業を行ってもよい。
図6Aに戻り、ステップS318にて、演算装置30Eは、ショベル100の埋め戻し作業と並行して、空間認識装置70を用いて、作業領域611の作業中の地形形状データ(地面の実際の形状に関する情報の一例)を取得し、ステップS320に進む。
例えば、図6Bの作業状態630に示すように、ショベル100(演算装置30E)は、空間認識装置70を用いて、埋め戻し作業中の溝621、排土山622,623、及び追加土砂624を含む作業領域611の地形形状データを取得する。
図6Aに戻り、ステップS320にて、演算装置30Eは、ステップS318で取得された作業中の地形形状データと自機の位置情報に基づき、補助記憶装置等に記憶される既存の作業中マップを更新し、ステップS322に進む。
ステップS322にて、演算装置30Eは、作業開始前マップと作業中マップとに基づき、作業領域が作業開始前の地形形状に戻ったか否かを判定する。演算装置30Eは、作業領域が作業開始前の地形形状に戻っていない場合、ステップS316に戻って、ステップS316〜S322の処理が繰り返され、作業開始前の地形形状に戻っている場合(例えば、図6Bの作業状態640参照)、今回の処理を終了する。
このように、本例では、ショベル100(演算装置30E)は、作業領域の掘削作業の開始前の地形形状データを前もって取得する。これにより、ショベル100は、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、掘削作業の開始前の地形形状データと作業中の地形形状データとの比較に基づき、自動で作業領域の埋め戻し作業を行うことができる。
尚、掘削作業や埋設作業は、他のショベルによって実施されてもよい。掘削作業が他のショベルにより実施される場合、ショベル100は、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、例えば、入力装置72を通じて入力される、或いは、外部装置から受信される目標施工面に関する情報と、作業中の地形形状データとに基づき、自動で作業領域の埋め戻し作業を行ってよい。
<ショベルの第5例>
続いて、ショベル100の第5例の自動動作について説明する。
本例では、ショベル100は、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、相対的に範囲の狭い作業領域の盛土作業を自動で行う。
まず、ショベル100は、作業領域の端部に準備される土砂をバケット6に掬い、下部走行体1により走行したり、上部旋回体3を旋回させたりすることで、バケット6を作業領域内の所定の場所(以下、「排土場所」)付近まで自動で移動させる。排土場所は、例えば、作業領域の中央部であってよい。そして、ショベル100は、アタッチメントATを動作させ、バケット6の土砂を排土場所に自動で排土する。これにより、作業領域に土砂が盛られる。
ショベル100は、土砂を排土場所に排土する作業を繰り返し行い、地面のかさ上げ量に応じた土砂を作業領域に盛る。
続いて、ショベル100は、空間認識装置70を用いて地形データを取得し、実際の地形形状と目標形状(目標施工面)との差分を認識しながら、排土場所に盛られた土砂を地面のかさ上げ量に合わせて平坦に均す作業を自動で(自律的に)行う。具体的には、ショベル100は、クローラ1Cで土砂を踏みつけたり、バケット6の背面を土砂に押し付けたりしながら、地面を平坦にしていく。
ショベル100は、例えば、実際の地形形状が目標形状と略一致していると認識すると、作業を終了してよい。また、ショベル100は、地面が平坦になった状態で地形形状が目標形状(目標施工面)の高さよりも高い場合、高さ調整のために地面を切土(掘削)する作業を自動で(自律的に)行ってもよい。この場合、ショベル100は、掘削された残りの土砂をバケット6に掬って、下部走行体1を走行させたり上部旋回体3を旋回させたりすることにより、元の土砂置き場まで自動で移動させてもよい。また、ショベル100は、地面が平坦になった状態で地形形状が目標形状(目標施工面)の高さに届かないと認識する場合、追加で土砂を盛る作業を自動で(自律的に)行ってもよい。この場合、ショベル100は、例えば、下部走行体1を走行させたり上部旋回体3を旋回させたりし、元の土砂置き場からバケット6に土砂を掬って作業領域に土砂を排土(追加)する作業を自動で行う。
このように、本例では、ショベル100は、一連の盛土作業のうち、地面のかさ上げ量に合わせて、作業領域内の排土場所(1か所)に土砂を盛る作業を自動で行うことができる。また、本例では、ショベル100は、併せて、一連の盛土作業のうち、土砂を地面の目標形状(目標施工面)に合わせるように、具体的には、地面が目標施工面で規定される一定の高さになるように、平坦にする作業を自動で行うことができる。
<ショベルの第6例>
続いて、ショベル100の第6例の自動動作について説明する。
本例では、ショベル100は、コントローラ30及び演算装置30Eの制御下で、相対的に範囲の広い作業領域の盛土作業を行う。
まず、ショベル100は、作業領域に設定される複数の小領域ごとに、小領域の排土場所にバケット6に掬った土砂を排土し、土砂を盛る作業を自動で行う。具体的には、ショベル100は、ある小領域に土砂を盛る作業を完了すると、隣接する次の小領域に土砂を盛る作業を行う形で、複数の小領域の全てに地面のかさ上げ量に合わせた土砂を行き渡らせる。例えば、ショベル100は、上述の第3例(図5)の移動経路RTと同様の順序で、小領域ごとに土砂を盛る作業を行ってもよい。
続いて、ショベル100は、複数の小領域ごとに、空間認識装置70を用いて地形データを取得し、実際の地形形状と目標形状(目標施工面)との差分を認識しながら、排土場所に盛られた土砂を地面のかさ上げ量に合わせて平坦に均す作業を自動で(自律的に)行う。具体的には、ショベル100は、上述の第5例の場合と同様に、クローラ1Cで土砂を踏みつけたり、バケット6の背面を土砂に押し付けたりしながら、地面を平坦にしていく。
ショベル100は、複数の小領域ごとに、例えば、実際の地形形状が目標形状と略一致していると認識すると、作業を終了し、次に小領域に移動し、地面を平坦に均す作業を開始する態様で、最後の小領域まで地面を平坦に均す作業を繰り返す。例えば、ショベル100は、上述の第3例(図5)の移動経路RTと同様の順序で、小領域ごとに地面を平坦にする作業を行ってもよい。また、ショベル100は、ある小領域で、地面が平坦になった状態で地形形状が目標形状(目標施工面)の高さよりも高い場合、高さ調整のために地面を切土(掘削)する作業を自動で(自律的に)行ってもよい。この場合、ショベル100は、掘削された残りの土砂をバケット6に掬って、下部走行体1を走行させたり上部旋回体3を旋回させたりすることにより、次の小領域がある場合、次の小領域まで、次の小領域がない場合、元の土砂置き場まで自動で移動させてもよい。また、ショベル100は、ある小領域で、地面が平坦になった状態で地形形状が目標形状(目標施工面)の高さに届かないと認識する場合、追加で土砂を盛る作業を自動で(自律的に)行ってもよい。この場合、追加の土砂は、最初の土砂を盛る作業の場合と同様の元の土砂置き場から移動させてもよいし、次の小領域がある場合、隣接する次の小領域から移動させてもよい。
このように、本例では、ショベル100は、一の盛土作業のうち、地面のかさ上げ量に合わせて、作業領域内の複数の小領域ごとの排土場所、つまり、複数の排土場所に土砂を盛る作業を自動で行うことができる。また、本例では、ショベル100は、併せて、一連の盛土作業のうち、作業領域内の複数の小領域ごとに、土砂を地面の目標形状(目標施工面)に合わせるように(地面が目標施工面で規定される一定の高さになるように)、平坦にする作業を自動で行うことができる。
<ショベルの第7例>
続いて、図7を参照して、ショベル100の第7例の自動動作について説明する。
図7は、ショベル100の第5例を説明する図である。具体的には、本例に係るショベル100を含むショベル管理システムSYSの一例の構成を示す図である。
尚、図7では、図2Aのショベル100の構成が採用されているが、図2Bのショベル100の構成が採用されてもよい。
ショベル管理システムSYSは、ショベル100と、管理装置200とを含む。
ショベル100は、例えば、基地局を末端とする移動体通信網、通信衛星を利用する衛星通信網、インターネット網等を含みうる所定の通信ネットワークを通じて、管理装置200と通信可能に接続される。ショベル100は、管理装置200から配信される、油圧アクチュエータの自動制御指令を生成する学習済みモデル(以下、「指令生成モデル」)を用いて、自律的に、所定の作業(例えば、作業領域の均し作業や埋め戻し作業等)を行う。このとき、自律的に行われる均し作業には、上述の第3例で説明した小作業領域間の移動作業が含まれうる。
管理装置200は、所定の通信ネットワークを通じて、ショベル100と通信可能に接続され、強化学習を用いて、ショベル100が均し作業を自律的に実行するための指令生成モデルを生成し、ショベル100に配信する。
管理装置200は、任意のハードウェア、或いは、任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現されてよい。例えば、管理装置200は、CPU、CPUの制御下で演算を行うGPU,FPGA,ASIC等の演算装置、RAM等のメモリ装置、ROM等の不揮発性の補助記憶装置、及びインターフェース装置等を含むサーバコンピュータを中心に構成される。管理装置200、例えば、補助記憶装置にインストールされる一以上のプログラムをCPU上で実行することにより実現される機能部として、シミュレータ部210と、強化学習部220と、配信部240とを含む。また、管理装置200は、記憶部230を利用する。記憶部230は、例えば、内部の補助記憶装置や管理装置200と通信可能に接続される外部の記憶装置等により実現されうる。
シミュレータ部210は、所定の作業(例えば、均し作業や埋め戻し作業等)を対象として、入力される環境条件(例えば、作業範囲や地形形状)や作業パターン等の入力条件に基づき、ショベル100の動作シミュレーションを行う。
強化学習部220は、シミュレータ部210を用いて、ショベル100の所定の作業に関する強化学習を行い、ショベル100の所定の作業における自動制御指令を生成するための指令生成モデルMDを出力する。指令生成モデルMDは、環境条件(例えば、空間認識装置70、向き検出装置71、測位装置73、センサS1〜S5等の一部又は全部の出力情報)を入力情報として、自動制御指令を出力する学習済みモデルである。具体的には、強化学習部220は、シミュレータ部210を用いて様々な環境条件下でショベル100の所定の作業を行わせながら、作業効率や安全性等に貢献する行動に対して付与される報酬が最大化する行動(方策)をエージェントに学習させる。強化学習部220には、既知の強化学習の方法が任意に適用されてよく、状態の縮約表現としてディープニューラルネットワーク(DNN:Deep Neural Network)を採用する深層強化学習が適用されてもよい。
また、強化学習部220は、一度生成した学習済みモデル(指令生成モデルMD)を起点として、更に追加の強化学習を行い、追加学習済みの指令生成モデルMDを生成してもよい。つまり、強化学習部220は、強化学習に基づき、記憶部230の指令生成モデルMDを更新してよい。
尚、強化学習部220は、シミュレータ部210の代わりに、実機(例えば、ショベル100)を用いて、様々な環境条件下でショベル100の所定の作業を行わせながら、ショベル100の所定の作業に関する強化学習を行ってもよい。
記憶部230には、強化学習部220により生成される指令生成モデルMDが記憶される。
配信部240は、記憶部230に記憶される最新の指令生成モデルMDをショベル100に配信する。これにより、ショベル100の演算装置30Eは、配信された指令生成モデルMDを用いて、空間認識装置70、向き検出装置71、測位装置73、センサS1〜S5等の一部又は全部の出力情報から自動制御指令を生成することができる。
このように、本例では、演算装置30Eは、強化学習に基づく指令生成モデルMDを用いて自動制御指令を生成する。これにより、ショベル100は、自律的に、均し作業や埋め戻し作業や盛土作業等の所定の作業を行うことができる。また、本例では、上述の如く、作業効率や安全性等に関する報酬が最大化されるような強化学習に基づき、指令生成モデルMDが生成される。これにより、ショベル100は、より効率的な均し作業や埋め戻し作業や盛土作業等を実現したり、より安全性の高い均し作業や埋め戻し作業や盛土作業等を実現したりすることができる。
[作用]
次に、本実施形態に係るショベル100の作用について説明する。
本実施形態では、ショベル100は、土砂を盛る作業及び土砂で埋める作業の少なくとも一方を自動で行う。
これにより、ショベル100は、例えば、地面をかさ上げする盛土作業、凹部を埋めながら整地する均し作業、所定の物体を埋設する埋設作業等を自動で行うことができる。
また、本実施形態では、ショベル100は、盛る又は埋める土砂による地面が目標形状になるように、土砂を盛る作業や土砂で埋める作業を自動で行ってよい。
これにより、ショベル100は、自動で土砂を盛ったり土砂で埋めたりするだけでなく、盛られた土砂や埋められた土砂による地面を目標形状になるように自動で仕上げることができる。
また、本実施形態では、ショベル100は、所定領域内の盛る又は埋める土砂による地面が一定の高さになるように、土砂を盛る作業及び土砂で埋める作業の少なくとも一方を自動で行ってよい。
これにより、ショベル100は、作業対象の所定領域内で、土砂を盛ったり土砂で埋めたりしながら、一定の高さの地面を自動で施工することができる。
また、本実施形態では、ショベル100は、所定領域内の複数の位置に土砂を排土することにより、地面が一定の高さになるように、土砂を盛る作業及び土砂で埋める作業の少なくとも一方を自動で行ってよい。
これにより、ショベル100は、例えば、作業対象の所定領域が相対的に広い場合に、必要な地面の高さに合わせた量の土砂を所定領域内に行き渡らせることができる。そのため、ショベル100は、具体的に、地面が一定の高さになるように自動で施工作業を進めることができる。
また、本実施形態では、ショベル100は、地面の目標形状に関する情報と地面の実際の形状に関する情報とに基づき、地面の凹部を検出(認識)し、凹部を土砂で埋める。
これにより、ショベル100は、自動で地面の凹部を土砂で埋める作業を行うことができる。
また、本実施形態では、ショベル100は、地面の目標形状に関する情報と地面の実際の形状に関する情報とに基づき、地面の凸部を検出し、凸部の土砂で凹部を埋めてよい。
これにより、ショベル100は、凸部の土砂を凹部に補充する態様で、凹部を埋める作業を自動で行うことできる。
また、本実施形態では、ショベル100は、バケット6で掬った土砂を凹部に排土することにより、凹部を土砂で埋めてよい。
これにより、ショベル100は、バケット6を用いて具体的に凹部を埋める作業を行うことができる。
尚、ショベル100は、バケット6の背面で土砂を凹部に押し入れること(つまり、転圧)により凹部を埋めてもよい。例えば、ショベル100の演算装置30Eは、空間認識装置70を用いて、凸部の土砂の量を取得し、その量が所定量より多い場合、バケット6に掬って凹部に排土し、その量が所定量以下の場合、バケット6の背面で土砂を凹部に押し入れてよい。
また、本実施形態では、ショベル100は、地面にある複数の凸部のうちの相対的に凹部に距離の近い凸部の土砂で凹部を埋めてよい。
これにより、ショベル100は、アタッチメントATや上部旋回体3の動作をより簡略化することができる。よって、ショベル100は、作業効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、ショベル100は、地面の凹部を凸部の土砂で埋めきれない場合、所定の保管場所から土砂を運んで凹部を埋めてよい。
これにより、ショベル100は、作業領域内の凸部の土砂だけで凹部を埋めきれない場合であっても、必要な土砂を自動で補充し凹部を埋める作業を完了させることができる。
また、本実施形態では、ショベル100は、自機での操作入力、又は、外部から受信される操作入力に応じて、所定領域内の凹部を埋める作業を自動で行ってよい。
これにより、ショベル100は、自機での操作や遠隔操作による操作入力をトリガにして、自動で凹部を埋める作業を行うことができる。
また、本実施形態では、ショベル100は、所定領域を一の方向に直線的に移動しながら凹部を埋める作業を進め、その後、一の方向と反対の他の方向に直線的に移動しながら凹部を埋める作業を繰り返してよい。
これにより、ショベル100は、相対的に広い作業領域であっても、一端から他端に向けて、一の方向に移動しながらの作業、及び他端から一端に向けて反対方向に移動しながらの作業の往復作業の繰り返しによって、効率的に凹部を埋める作業を行うことができる。
また、本実施形態では、ショベル100は、地面の凹部を埋めるための凸部の土砂が余った場合に、所定の場所に移動させてよい。
これにより、ショベル100は、作業領域の凹部を埋めるための凸部の土砂が余ってしまった場合であっても、自動で所定の場所まで移動させることができる。
また、本実施形態では、作業対象の一の領域(例えば、図5の小作業領域510)内で地面の凹部を埋めるための凸部の土砂が余った場合に、当該一の領域における次の作業対象の他の領域(例えば、図5の作業領域520)寄りの所定の場所に移動させてよい。
これにより、ショベル100は、一の領域で土砂が余ってしまった場合であっても、次の作業対象の他の領域で利用し易い場所に自動で移動させることができる。よって、ショベル100は、作業効率を向上させることができる。
[変形・変更]
以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、ショベル100は、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の各種動作要素を全て油圧駆動する構成であったが、その一部が電気駆動される構成であってもよい。つまり、上述した実施形態で開示される構成等は、ハイブリッドショベルや電動ショベル等に適用されてもよい。
また、上述した実施形態及び変形例において、操作装置26は、省略されてもよい。つまり、上述した実施形態及び変形例において、ショベル100は、オペレータの操作を受け付けず、完全自動化されていてもよい。
最後に、本願は、2019年2月4日に出願した日本国特許出願2019−18048号に基づく優先権を主張するものであり、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
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 キャビン
11 エンジン
13 レギュレータ
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
30 コントローラ
30E 演算装置
31 比例弁
32 シャトル弁
70 空間認識装置
71 向き検出装置
72 入力装置
73 測位装置
74 通信装置
100 ショベル
S1 ブーム姿勢センサ
S2 アーム姿勢センサ
S3 バケット姿勢センサ
S4 機体傾斜センサ
S5 旋回状態センサ
上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム、及びバケットを有するアタッチメントと、を備え、
前記上部旋回体及び前記アタッチメントを自動で動作させることにより、土砂を盛る作業及び土砂で埋める作業の少なくとも一方の作業を自動で行う、
ショベルが提供される。

Claims (13)

  1. 土砂を盛る作業及び土砂で埋める作業の少なくとも一方を自動で行う、
    ショベル。
  2. 盛る又は埋める土砂による地面が目標形状になるように前記作業を自動で行う、
    請求項1に記載のショベル。
  3. 所定領域内の前記地面が一定の高さになるように前記作業を自動で行う、
    請求項2に記載のショベル。
  4. 前記所定領域内の複数の位置に土砂を排土することにより、前記作業を自動で行う、
    請求項3に記載のショベル。
  5. 地面の目標形状に関する情報と前記地面の実際の形状に関する情報とに基づき、前記地面の凹部を検出し、前記凹部を土砂で埋める、
    請求項1に記載のショベル。
  6. 前記目標形状に関する情報と前記実際の形状に関する情報とに基づき、前記地面の凸部を検出し、前記凸部の土砂で前記凹部を埋める、
    請求項5に記載のショベル。
  7. バケットの背面で土砂を前記凹部に押し入れることにより、又は、前記バケットで掬った土砂を前記凹部に排土することにより、前記凹部を土砂で埋める、
    請求項5に記載のショベル。
  8. 前記地面にある複数の前記凸部のうちの相対的に前記凹部に距離の近い前記凸部の土砂で前記凹部を埋める、
    請求項6に記載のショベル。
  9. 前記地面の前記凹部を前記凸部の土砂で埋めきれない場合、所定の保管場所から土砂を運んで前記凹部を埋める、
    請求項6に記載のショベル。
  10. 自機での操作入力、又は、外部から受信される操作入力に応じて、所定領域内の前記凹部を埋める作業を自動で行う、
    請求項5の何れか一項に記載のショベル。
  11. 所定領域を一の方向に直線的に移動しながら前記凹部を埋める作業と、前記一の方向と反対の他の方向に直線的に移動しながら前記凹部を埋める作業とを繰り返す、
    請求項5に記載のショベル。
  12. 前記地面の前記凹部を埋めるための前記凸部の土砂が余った場合に、所定の場所に移動させる、
    請求項6に記載のショベル。
  13. 作業対象の一の領域内で前記地面の前記凹部を埋めるための前記凸部の土砂が余った場合に、前記一の領域における次の作業対象の他の領域寄りの前記所定の場所に移動させる、
    請求項12に記載のショベル。
JP2020571200A 2019-02-04 2020-02-04 ショベル Active JP7404278B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019018048 2019-02-04
JP2019018048 2019-02-04
PCT/JP2020/004045 WO2020162428A1 (ja) 2019-02-04 2020-02-04 ショベル

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020162428A1 true JPWO2020162428A1 (ja) 2021-12-09
JP7404278B2 JP7404278B2 (ja) 2023-12-25

Family

ID=71947734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020571200A Active JP7404278B2 (ja) 2019-02-04 2020-02-04 ショベル

Country Status (6)

Country Link
US (1) US12071741B2 (ja)
EP (1) EP3922776A4 (ja)
JP (1) JP7404278B2 (ja)
KR (1) KR20210122246A (ja)
CN (2) CN116607585A (ja)
WO (1) WO2020162428A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11236492B1 (en) * 2020-08-25 2022-02-01 Built Robotics Inc. Graphical user interface for real-time management of an earth shaping vehicle
CN116249813A (zh) * 2020-09-28 2023-06-09 神钢建机株式会社 作业区域设定系统和操作目标检测系统
JP7533760B2 (ja) 2021-02-26 2024-08-14 日本電気株式会社 対象物特定方法、対象物特定システムおよび対象物特定装置
CN113846715B (zh) * 2021-09-30 2022-09-06 湖南三一华源机械有限公司 一种平地机控制方法、装置及平地机
US20230106822A1 (en) * 2021-10-04 2023-04-06 Caterpillar Trimble Control Technologies Llc Implement-on-ground detection using vibration signals

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03295935A (ja) * 1990-04-13 1991-12-26 Shimizu Corp 管埋設施工法及び施工装置
JP2016130409A (ja) * 2015-01-13 2016-07-21 株式会社小松製作所 掘削機械、掘削機械の制御方法及び掘削システム

Family Cites Families (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4123861A (en) 1976-08-18 1978-11-07 Hemphill Charles W Method of excavating earth with a bucket
US4037337A (en) 1976-08-18 1977-07-26 Adco Buckets, Inc. Excavating bucket and teeth for a backhoe
US4200423A (en) 1978-08-30 1980-04-29 Sornsin Earl W Storable boom attachment for a construction machine
US4871292A (en) 1987-12-17 1989-10-03 Richard Milanowski System for attaching and locking material handling tools to a dipper boom
JP2505381B2 (ja) 1991-07-04 1996-06-05 株式会社ジャパニック 建設機械の付属品着脱機構
US5179794A (en) 1991-12-26 1993-01-19 Ballinger Jon C Semi-automatic coupling apparatus
US5678332A (en) 1996-06-24 1997-10-21 Hawkins; Bobby Leonard Changeable and retractable implement for use on a back hoe and method
DE69737449T2 (de) 1996-08-20 2007-11-15 Yanmar Co., Ltd. Schwenkbare erdbaumaschine
KR100353566B1 (ko) 1997-02-13 2003-01-06 히다치 겡키 가부시키 가이샤 유압셔블의경사면굴삭제어장치,목표경사면설정장치및경사면굴삭형성방법
JPH1134719A (ja) 1997-07-15 1999-02-09 Hitachi Constr Mach Co Ltd 作業機
JPH11247220A (ja) 1998-03-05 1999-09-14 Komatsu Ltd 建設機械の作業機制御装置
US6088938A (en) 1998-07-17 2000-07-18 Logan; John Duncan Implement adapter for an excavation tool assembly
JP3061529U (ja) 1999-02-18 1999-09-24 味の素ゼネラルフーヅ株式会社 袋状容器の止め具
US6336077B1 (en) 1999-06-07 2002-01-01 BOUCHER GAéTAN Automatic monitoring and display system for use with a diggins machine
JP4082935B2 (ja) 2002-06-05 2008-04-30 株式会社小松製作所 ハイブリッド式建設機械
JP4029972B2 (ja) 2002-11-11 2008-01-09 株式会社小松製作所 作業機用補正シリンダを備えた油圧ショベル
JP2004238874A (ja) 2003-02-05 2004-08-26 Hiroshi Hayashi パワーショベル又はクレーン装着用の旋回型把持装置
JP4202209B2 (ja) 2003-08-11 2008-12-24 日立建機株式会社 作業機械の位置計測表示システム
GB2421984B (en) 2003-08-20 2007-03-21 Komatsu Mfg Co Ltd Hydraulic drive control device
EP1668194A2 (en) 2003-10-03 2006-06-14 The Charles Machine Works Inc Multi-function work machine
JP2006214236A (ja) 2005-02-07 2006-08-17 Hitachi Constr Mach Co Ltd 建設機械の計測表示機構
US20090282710A1 (en) * 2007-08-08 2009-11-19 Johnson Rick D Multi-Function Material Moving Assembly and Method
US7870684B2 (en) * 2007-08-20 2011-01-18 Davco Farming Method and system for optimising land levelling designs
JP4912280B2 (ja) 2007-11-21 2012-04-11 株式会社室戸鉄工所 アタッチメントカプラ
EP2381697B1 (en) 2008-12-24 2014-11-12 Doosan Infracore Co., Ltd. Remote control system and method for construction equipment
KR101601977B1 (ko) 2009-08-24 2016-03-09 두산인프라코어 주식회사 훨로더 작업기의 자동 운전 제어 장치 및 방법
CN103797191B (zh) 2011-09-07 2016-04-06 卡特彼勒工具有限公司 用于致动流体连接器污染物罩盖的设备
WO2014051170A1 (en) 2012-09-25 2014-04-03 Volvo Construction Equipment Ab Automatic grading system for construction machine and method for controlling the same
EP2725149A1 (en) * 2012-10-24 2014-04-30 Hexagon Technology Center GmbH Machine control system for a wheel loader comprising a grading blade
US9567728B2 (en) 2012-11-21 2017-02-14 Joshua Colbert Telescoping outrigger systems
KR101621675B1 (ko) 2013-12-06 2016-05-16 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 유압 셔블
EP3418455B1 (en) * 2014-06-20 2020-04-08 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Shovel and control method thereof
JP6284445B2 (ja) * 2014-06-26 2018-02-28 株式会社小松製作所 クイックカプラ
US9670644B2 (en) 2014-08-27 2017-06-06 Caterpillar Global Mining Llc Drop line tensioning assembly
JP5791827B2 (ja) 2014-09-10 2015-10-07 株式会社小松製作所 作業車両
EP3207187B1 (en) 2014-10-13 2019-11-20 Sandvik Mining and Construction Oy Arrangement for controlling a work machine
US10151077B2 (en) 2015-02-26 2018-12-11 Phillip Paull Apparatus and method for enhanced clamshell loader grading control
WO2016148251A1 (ja) * 2015-03-19 2016-09-22 住友建機株式会社 ショベル
CN105143560A (zh) 2015-03-25 2015-12-09 株式会社小松制作所 轮式装载机
WO2016151965A1 (ja) 2015-03-25 2016-09-29 日立建機株式会社 ハイブリッド式作業車両
JP6618072B2 (ja) 2015-08-28 2019-12-11 キャタピラー エス エー アール エル 作業機械
CN113073692B (zh) * 2015-09-16 2023-07-04 住友重机械工业株式会社 挖土机以及挖土机用控制装置
JP6797523B2 (ja) 2015-10-27 2020-12-09 住友建機株式会社 作業機械
JP6518271B2 (ja) 2017-02-10 2019-05-22 オリエンタル白石株式会社 地形測定機
US10731318B2 (en) 2017-02-20 2020-08-04 Cnh Industrial America Llc System and method for coupling an implement to a work vehicle
JP6718399B2 (ja) 2017-02-21 2020-07-08 日立建機株式会社 作業機械
EP3604689B1 (en) 2017-03-22 2024-09-25 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Shovel, and management device and support device for shovels
JP6735249B2 (ja) 2017-03-30 2020-08-05 日立建機株式会社 作業機械の走行振動抑制装置
KR102466641B1 (ko) 2017-03-31 2022-11-11 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 쇼벨
JP7146755B2 (ja) 2017-07-05 2022-10-04 住友重機械工業株式会社 ショベル
CN107710939A (zh) * 2017-09-05 2018-02-23 广东省生态环境技术研究所 一种缓坡地水田平整的改造方法
CN109958151B (zh) 2017-12-22 2022-03-11 株式会社久保田 前装载机及作业机
JP7117843B2 (ja) 2017-12-26 2022-08-15 日立建機株式会社 作業機械
US10738439B2 (en) * 2018-01-19 2020-08-11 Deere & Company Open loop electrohydraulic bucket position control method and system
WO2019189888A1 (ja) 2018-03-30 2019-10-03 住友重機械工業株式会社 建設機械の運転支援システム、建設機械
CN208136981U (zh) 2018-04-18 2018-11-23 中电建水环境治理技术有限公司 具有旋转手臂的挖掘机
JP2019018048A (ja) 2018-10-24 2019-02-07 株式会社三洋物産 遊技機

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03295935A (ja) * 1990-04-13 1991-12-26 Shimizu Corp 管埋設施工法及び施工装置
JP2016130409A (ja) * 2015-01-13 2016-07-21 株式会社小松製作所 掘削機械、掘削機械の制御方法及び掘削システム

Also Published As

Publication number Publication date
US20210355651A1 (en) 2021-11-18
WO2020162428A1 (ja) 2020-08-13
JP7404278B2 (ja) 2023-12-25
CN116607585A (zh) 2023-08-18
EP3922776A1 (en) 2021-12-15
US12071741B2 (en) 2024-08-27
EP3922776A4 (en) 2022-03-30
KR20210122246A (ko) 2021-10-08
CN113396258A (zh) 2021-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7404278B2 (ja) ショベル
JP6096988B2 (ja) 作業機械の制御装置、作業機械及び作業機械の制御方法
CN112867831B (zh) 挖土机
AU753517B2 (en) Software architecture for autonomous earthmoving
JP7301875B2 (ja) ショベル、ショベルの制御装置
US10017919B2 (en) Construction management device for excavation machinery, construction management device for excavator, excavation machinery, and construction management system
CN111989436B (zh) 挖土机
US11414839B2 (en) Display control device and method for generating target line or control line of work machine
JP5921692B1 (ja) 掘削機械の制御システム及び掘削機械
CN105358769A (zh) 作业机械的姿态运算装置、作业机械及作业机械的姿态运算方法
KR20180099714A (ko) 쇼벨
GB2342640A (en) System for autonomous excavation and truck loading
JP7330458B2 (ja) ショベル及びショベル用の制御装置
JP6826908B2 (ja) 作業機械の制御装置、作業機械の制御方法、及び作業機械の制御システム
US20240011252A1 (en) Shovel and shovel control device
KR20230042080A (ko) 작업 기계의 관리 시스템
WO2021145346A1 (ja) ショベル、遠隔操作支援装置
WO2021241258A1 (ja) 掘削計画作成装置、作業機械および掘削計画作成方法
KR20230158593A (ko) 적입 기계의 제어 시스템 및 제어 방법
JP2022154722A (ja) ショベル
WO2023190843A1 (ja) 支援装置、作業機械、プログラム
JP2024134943A (ja) ショベル
CN116964277A (zh) 挖掘系统
CN118829759A (zh) 支援装置、施工机械及程序

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210730

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230606

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230807

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231023

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231114

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231213

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7404278

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150