WO2017038772A1 - ショベル - Google Patents

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Publication number
WO2017038772A1
WO2017038772A1 PCT/JP2016/075216 JP2016075216W WO2017038772A1 WO 2017038772 A1 WO2017038772 A1 WO 2017038772A1 JP 2016075216 W JP2016075216 W JP 2016075216W WO 2017038772 A1 WO2017038772 A1 WO 2017038772A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bucket
axis
controller
attachment
boom
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/075216
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
岡田　純一
Original Assignee
住友重機械工業株式会社
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 住友重機械工業株式会社 filed Critical 住友重機械工業株式会社
Priority to CN201680034252.3A priority Critical patent/CN107636236B/zh
Priority to JP2017538021A priority patent/JP6851701B2/ja
Publication of WO2017038772A1 publication Critical patent/WO2017038772A1/ja

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives

Definitions

  • the present invention relates to an excavator.
  • the excavator includes a traveling body called a crawler, an upper revolving body, a revolving device that rotates the upper revolving body relative to the traveling body, and an attachment attached to the upper revolving body.
  • the attachment includes a boom, an arm, a bucket, and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder that drive them.
  • Each cylinder can be controlled by a lever operation by a driver (operator).
  • the conventional prevention of earth overflow prevents the turning torque from changing suddenly, limits the turning acceleration based on the operator's setting, and turns the turning axis gently to reduce the impact of the attachment.
  • it was effective for the overflow of earth and sand accompanying it there was room for improvement because it was not considered for the overflow of earth and sand based on the movement of the attachment.
  • the conventional technology is based on a bucket angle constant control that automatically keeps the bucket posture horizontally with respect to the ground, and does not take into account the dynamic movement of the bucket.
  • the present invention has been made in view of such problems, and one exemplary purpose of an aspect thereof is to provide an excavator capable of suppressing overflow of earth and sand.
  • An aspect of the present invention relates to an excavator.
  • the excavator includes a crawler, an upper swing body, a swing device that rotates the upper swing body with respect to the crawler, a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder, and is attached to the upper swing body And a controller that limits the operation of at least one of the attachment and the upper swing body so that the force applied to the load in the bucket during the operation of the attachment does not exceed a stable threshold value of the load.
  • the overflow of earth and sand can be suppressed by considering the force applied to the load during the operation of the attachment.
  • the controller may consider the resultant force of the force generated by the attachment operation and the force generated by the turning device operation. Thereby, the overflow of earth and sand at the time of performing a turning motion and the bending extension motion of an attachment can be suppressed.
  • the controller may suppress the acceleration of at least one of the swing axis, boom axis, arm axis, and bucket axis.
  • the controller may suppress the acceleration of all axes of the swing axis, boom axis, arm axis, and bucket axis.
  • the controller may preferentially suppress the acceleration of the axis that acts predominantly in the direction of overflowing the load from the bucket.
  • the controller may suppress the speed of at least one of the swing axis, boom axis, arm axis, and bucket axis.
  • the controller may suppress jerk of at least one of the swing axis, boom axis, arm axis, and bucket axis.
  • Threshold value may depend on the posture of the attachment.
  • An aspect of the present invention relates to an excavator.
  • the excavator includes a crawler, an upper swing body, a swing device that rotates the upper swing body with respect to the crawler, a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder, and is attached to the upper swing body And a controller that tilts the bucket in a direction in which the reference plane of the bucket approaches a vertical plane with respect to the acceleration direction generated on the load in the bucket when the bucket is moved.
  • the excavator includes a crawler, an upper swing body, a swing device that rotates the upper swing body with respect to the crawler, a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder, and is attached to the upper swing body.
  • An attachment, and a controller that tilts the bucket so that the vertical drag of the load in the bucket increases while moving at least one of the turning device and the attachment.
  • Still another embodiment of the present invention is also an excavator.
  • the excavator includes a crawler, an upper swing body, a swing device that rotates the upper swing body with respect to the crawler, a boom, an arm, a bucket and a boom cylinder, an arm cylinder, and a bucket cylinder, and is attached to the upper swing body.
  • a controller that tilts the bucket so that a force acting in parallel with the reference plane of the bucket is reduced with respect to the load in the bucket while at least one of the swivel device and the attachment is movable.
  • FIGS. 13A and 13B are diagrams schematically showing bucket angle control by the controller.
  • FIGS. 14A and 14B are diagrams illustrating a first usage pattern of an excavator in which bucket angle control is effective. It is a figure which shows the 2nd usage pattern of the shovel where bucket angle control is effective.
  • the state in which the member A is connected to the member B means that the member A and the member B are electrically connected to each other in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of an excavator 1 that is an example of a construction machine according to an embodiment.
  • the excavator 1 mainly includes a crawler (also referred to as a traveling mechanism) 2 and an upper swing body (hereinafter also simply referred to as a swing body) 4 that is rotatably mounted on the top of the crawler 2 via a swing device 3. Yes.
  • the swing body 4 is attached with a boom 5, an arm 6 linked to the tip of the boom 5, and a bucket 10 linked to the tip of the arm 6.
  • the bucket 10 is a facility for capturing suspended loads such as earth and sand and steel materials.
  • the boom 5, the arm 6, and the bucket 10 are collectively referred to as an attachment 12, and are hydraulically driven by the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9, respectively.
  • the revolving body 4 is provided with a power source such as a driver's cab 4a for accommodating a driver who operates the position of the bucket 10, excitation operation and release operation, and an engine 11 for generating hydraulic pressure.
  • the engine 11 is composed of, for example, a diesel engine.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the coordinate system of the excavator 1.
  • angle coordinates ⁇ 1 to ⁇ 3 indicating the positions of the boom 5, the arm 6, and the bucket 10 are defined.
  • ⁇ 1 is a positional relationship between the boom and the swinging body 4
  • ⁇ 2 is a positional relationship between the boom 5 and the arm 6
  • ⁇ 3 is a positional relationship between the arm 6 and the bucket 10. It doesn't matter.
  • a combination of ⁇ 1 to ⁇ 3 is simply denoted as ⁇ , and represents the position (posture) of the entire attachment 12.
  • R ( ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 ) is the distance between the origin O of the attachment 12 and the reference position X of the bucket 10.
  • R is expressed by a function based on the mechanism of the attachment 12, and can be calculated from the position information ⁇ 1 to ⁇ 3 .
  • R ( ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 ) is also simply referred to as R ( ⁇ ).
  • the origin of the attachment 12 and the reference position of the bucket 10 may be determined appropriately.
  • FIGS. 3 to 6 are block diagrams of the electric system and hydraulic system of the excavator 1 according to the first embodiment.
  • the mechanical power transmission system is indicated by a double line
  • the hydraulic system is indicated by a thick solid line
  • the steering system is indicated by a broken line
  • the electrical system is indicated by a thin solid line.
  • the engine 11 as a mechanical drive unit is connected to a main pump 14 and a pilot pump 15 as a hydraulic pump.
  • a control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high pressure hydraulic line 16.
  • Two hydraulic circuits for supplying hydraulic pressure to the hydraulic actuator may be provided.
  • the main pump 14 includes two hydraulic pumps. In this specification, the case where the main pump is one system will be described for easy understanding.
  • the control valve 17 is a device that controls the hydraulic system in the excavator 1.
  • a boom cylinder 7, an arm cylinder 8 and a bucket cylinder 9 are connected to the control valve 17 via a high pressure hydraulic line.
  • the control valve 17 controls the hydraulic pressure supplied to them according to the operation input of the driver.
  • a swing hydraulic motor 21 for driving the swing device 3 is connected to the control valve 17.
  • the swing hydraulic motor 21 is connected to the control valve 17 via the hydraulic circuit of the swing controller, but the hydraulic circuit of the swing controller is not shown in FIG.
  • An operating device 26 (operating means) is connected to the pilot pump 15 via a pilot line 25.
  • the operating device 26 is an operating device for operating the crawler 2, the turning device 3, the boom 5, the arm 6, and the bucket 10, and is operated by a driver.
  • a control valve 17 is connected to the operating device 26 via a hydraulic line 27, and a pressure sensor 29 is connected via a hydraulic line 28.
  • the operating device 26 converts the hydraulic pressure (primary hydraulic pressure) supplied through the pilot line 25 into hydraulic pressure (secondary hydraulic pressure) corresponding to the operation amount of the driver and outputs the converted hydraulic pressure.
  • the secondary hydraulic pressure output from the operating device 26 is supplied to the control valve 17 through the hydraulic line 27 and detected by the pressure sensor 29.
  • one hydraulic line 27 is drawn, but actually there are hydraulic lines of control command values for the left traveling hydraulic motor, the right traveling hydraulic motor, and the turning.
  • the operating device 26 includes three input devices 26A to 26C.
  • the input devices 26A to 26C are pedals or levers, and the input devices 26A to 26C are connected to the control valve 17 and the pressure sensor 29 via hydraulic lines 27 and 28, respectively.
  • the pressure sensor 29 is connected to a controller 30 that performs drive control of the electric system.
  • the input device 26A functions as a turning operation lever
  • the input device 26B functions as an attachment operation lever.
  • the input device 26C is a travel lever or pedal.
  • the controller 30 is a main control unit that performs drive control of the excavator.
  • the controller 30 is configured by a processing unit including a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory, and is realized by the CPU executing a drive control program stored in the memory.
  • a processing unit including a CPU (Central Processing Unit) and an internal memory, and is realized by the CPU executing a drive control program stored in the memory.
  • CPU Central Processing Unit
  • the sensor 530 detects position information ⁇ of the attachment 23.
  • the position information ⁇ includes detected values of angle coordinates ⁇ 1 to ⁇ 3 indicating the positions of the boom 5, the arm 6, and the bucket 10.
  • the sensor 530 can be a link angle sensor or a sensor that detects the amount of cylinder displacement.
  • the position information may be angle information [rad], angular velocity information [rad / s], or angular acceleration information [rad / s 2 ].
  • the controller 30 performs the operation of at least one of the attachment 12 and the upper swing body 4 so that the force F applied to the load in the bucket 10 during the operation of the attachment 12 does not exceed the stable threshold value T of the load. Restrict. Restriction control by the controller 30 will be described later.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the bucket 10 and the load 40.
  • the threshold value T can be calculated in consideration of the static friction coefficient ⁇ , the normal force N, and the mass m of the load 40.
  • threshold value T typical values of ⁇ , ⁇ , and m at the design stage of the excavator 1 are assumed, and a predetermined value calculated based on these values may be used. Alternatively, the driver of the shovel 1 may be set.
  • an arithmetic expression of the threshold value T may be described in a program (or hardware) executed by the controller 30, and the threshold value T may be calculated adaptively.
  • the angle ⁇ may be calculated from the posture of the attachment 12 and the threshold value T may be calculated as appropriate.
  • the mass m of the load 40 can be measured, the mass m may be reflected on the threshold value T.
  • a change in the vertical drag N caused by the operation of the attachment 12 or the turning device 3 may be taken into consideration.
  • the shape of the load or the like may be detected by a camera or the like, and the threshold value T may be dynamically and adaptively changed according to the shape.
  • controller 30 restricts the movement of the attachment 12 and the swivel body 4 only when the load in the bucket 10 is being carried, and if not, for example, it is desirable not to restrict during the earthing or excavation. . Since soil overflow does not become a problem during soil removal and excavation operations, it is possible to prevent work efficiency from decreasing by removing the restriction. For example, a technique described in Japanese Patent Application No. 2006-182504 can be used to determine whether soil is being discharged or excavated.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the operation of the excavator 1 in the first usage pattern.
  • FIG. 8 shows a swivel lifting operation.
  • the force F A acting on the load 40 in the bucket is expressed by equations (1a) and (1b).
  • the resultant force F A of the forces y 11 and y 14 generated by the operation of the attachment 12 and the forces y 12 and y 13 generated by the operation of the turning device 3 is considered.
  • the swivel lifting operation can be considered in the same manner.
  • F A is a three-dimensional vector, but as shown in FIG. 7, it is a component F
  • the controller 30 calculates a force F A based on the coordinates ⁇ 1 to ⁇ 3 and ⁇ of each axis. As described above, the force F A is grasped as a function of ⁇ 1 to ⁇ 3 and ⁇ .
  • the controller 30, when the stable may thresholds cargo 40 during pivoting lifting operation written as T A, limits the operation of at least one of the attachment 12 and the turning device 3 so as to satisfy the relational expression (2). T A > F A (2)
  • the threshold value T A is mainly governed by a frictional force, thus proportional to the mass of the cargo 40.
  • the proportionality coefficient is S A
  • a relational expression (4) that does not depend on the mass m of the load 40 is obtained.
  • the controller 30 may limit at least one of the multi-axis accelerations y 11 , y 12 , y 13 , y 14 so as to satisfy the relational expression (4).
  • S A (y 11 + y 12 + y 13 + y 14 ) (4)
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the excavator 1 in the second usage pattern.
  • FIG. 9 shows the lifting operation. In the lifting operation, the bucket 10 is pulled forward while being lifted up. This lifting operation, the force F B acting on the cargo 40 in the bucket is represented by the formula (5a), (5b).
  • F B m ⁇ ⁇ B (5a)
  • ⁇ B y 11
  • y 14 Centrifugal force generated by the operation of the attachment 12 Note that y 14 may be considered in this usage pattern.
  • the centrifugal force y 11 is applied in a direction that causes the load 40 to overflow from both sides of the bucket 10 toward the back side of the arm 6.
  • the controller 30, based on the coordinates ⁇ 1 ⁇ ⁇ 3 of each axis, calculates a force F B.
  • the controller 30, when the lifting steady may thresholds cargo 40 during operation written as T B, limits the operation of at least one of the attachment 12 and the turning device 3 so as to satisfy the equation (6).
  • the threshold value T B may be set to a value different from the threshold value T A. T B > F B (6)
  • a relational expression (8) that does not depend on the mass m of the load 40 is obtained.
  • the controller 30 may limit at least one of the accelerations y 11 and y 14 related to the arm axis, the boom axis, and the bucket axis so as to satisfy the relational expression (8).
  • the controller 30 can perform the following control in order to suppress the forces F A and F B.
  • Control 1 Acceleration Suppression
  • the controller 30 can reduce the forces F A and F B by limiting the acceleration (angular acceleration) of at least one axis.
  • Control 1A the controller 30 may maintain the relational expression (4) or (8) by suppressing the acceleration of all axes. Suppression of acceleration in all axes can be realized by (i) reducing the flow rate change of the pilot pressure, or (ii) limiting the change amount (time change rate) of the pump output torque.
  • the flow rate change of the pilot pressure may be realized by adding an electromagnetic throttle on the pilot line 25.
  • the flow rate adjusting valve 18 is provided on the path of the hydraulic line 27.
  • the controller 30 can suppress acceleration of all axes by controlling the flow rate adjustment valve 18.
  • the controller 30 controls the main pump 14, whereby the amount of change in the output torque of the main pump 14 can be suppressed.
  • the controller 30 may suppress acceleration when S ⁇ , and may further suppress acceleration when S ⁇ .
  • the acceleration may not be suppressed in a predetermined range 0 ⁇ K ⁇ 0.8, and the acceleration may be suppressed if 0.8 ⁇ K.
  • the degree of suppressing acceleration may be increased as K increases.
  • Control 1B is good also as limiting the acceleration of some axes
  • the influence on the force y 14 may not be so great as compared to other axes.
  • the acceleration of the three axes ⁇ 1 , ⁇ 2 , and ⁇ may be limited without limiting the acceleration of ⁇ 3 .
  • the controller 30 may suppress only the acceleration of the turning axis ⁇ . This control should not be confused with the prior art. Conventionally, the forces y 11 and y 14 generated by the movement of the attachment are not considered.
  • the controller 30 can reduce the forces F A and F B by limiting the speed (angular speed) of at least one axis.
  • the controller 30 may maintain the relational expression (2) by limiting the speed of all axes. Suppression of the speeds of all the shafts can be realized by (i) reducing the output torque of the pump, (ii) reducing the pilot pressure, or (iii) reducing the engine speed.
  • the controller 30 can limit the speed by reducing the output torque of the main pump 14 by controlling the main pump 14.
  • the controller 30 can limit the speed by reducing the pilot pressure by controlling the proportional valve 19.
  • the controller 30 can limit the speed by reducing the number of revolutions of the engine 11.
  • Controller 30 may suppress the speed of all axes when S ⁇ , and may further suppress the speed when S ⁇ F.
  • the speed may not be suppressed in a certain predetermined range 0 ⁇ K ⁇ 0.8, and the speed may be suppressed when 0.8 ⁇ K. You may raise the grade which suppresses speed, so that K becomes large.
  • the controller 30 may limit the speeds of some axes and may not suppress the speeds of the remaining axes. By appropriately selecting an axis that does not limit acceleration, it is possible to prevent a decrease in responsiveness and a deterioration in operational feeling.
  • the controller 30 may use acceleration suppression control and speed suppression control in combination. In this case, all the terms y 11 , y 12 , y 13 , and y 14 are limited, and the forces F A and F B are reduced. For example: (i) Suppress both acceleration and velocity for all axes, (ii) Suppress both acceleration and velocity for some selected axes, (iii) Suppress acceleration for some axes However, the speed may be suppressed for the remaining several axes.
  • Control 4 Suppression of jerk
  • the controller 30 can reduce the forces F A and F B by limiting the jerk of at least one axis.
  • the suppression of jerk may be combined with the suppression of acceleration and speed.
  • the controller 30 may preferentially suppress the acceleration, speed, or jerk of the axis that acts predominantly in the direction of overflowing the load 40 from the bucket 10.
  • K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 are gains of the respective axes, and the controller 30 weights K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 , thereby suppressing overflow of earth and sand without impairing the operational feeling. it can.
  • the controller 30 may change K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 dynamically and adaptively based on the shape of earth and sand, the attitude of the bucket, and the like. Depending on the shape of the earth and sand and the attitude of the bucket, the ease of overflow and the direction in which the sand tends to overflow may vary. In view of these, by changing K 1 , K 2 , K 3 , and K 4 , it is possible to suppress sediment overflow without impairing the operational feeling of the shaft that is not related to sediment overflow.
  • FIG. 10 is a block diagram of the controller 30.
  • the controller 30 includes a threshold value acquisition unit 32, a force calculation unit 34, and a restriction unit 36.
  • the controller 30 can be realized by a combination of hardware such as a CPU, a microcontroller, and a DSP (Digital Signal Processor) and a program. Therefore, the threshold value acquisition unit 32, the force calculation unit 34, and the limiting unit 36 are hardware-based. And part of the DSP.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the threshold acquisition unit 32 acquires the threshold T.
  • the threshold value T may be calculated as described above, or a predetermined value may be used. Alternatively, the threshold value T may be obtained by multiplying a predetermined value by a variable coefficient corresponding to the bucket angle ⁇ or the shape of the load 40.
  • the threshold value T may be represented by S having the dimension of acceleration as described above.
  • the force calculation unit 34 receives information ⁇ 1 to ⁇ 3 indicating the position of the attachment 12 and information ⁇ indicating the state of the turning device 3 and calculates the force F.
  • the force F may be represented by ⁇ having a dimension of acceleration.
  • the restriction unit 36 restricts the operation of at least one axis of the attachment 12 and the turning device 3 based on the relationship between the acceleration ⁇ and the threshold value S. As described above, the limiting unit 36 can limit acceleration, speed, and jerk, and there can be various variations in the limiting axis.
  • the model shown in FIG. 7 regarding the determination of the threshold value T is merely an example, and the threshold value T may be determined based on another model.
  • the forces F A and F B acting on the load 40 in the usage mode of the excavator 1 in FIGS. 8 and 9 are not limited to the expressions (1) and (5).
  • one term may be omitted or another term may be considered.
  • FIG. 11 is a block diagram of an electric system and a hydraulic system of the excavator 1 according to the second embodiment.
  • the controller 30 controls the inclination of the bucket 10 to prevent overflow of earth and sand.
  • the controller 30 may electrically directly drive the valve that controls the bucket cylinder 9 or the other cylinders 7 and 8.
  • the above is a block diagram of the entire shovel 1.
  • FIG. 12 is a diagram schematically illustrating the bucket 10 and the load 40.
  • the threshold value T can be calculated in consideration of the static friction coefficient ⁇ , the normal force N, and the mass m of the load 40.
  • the threshold value T can be approximately calculated by modeling the load and the bucket 10.
  • An angle (hereinafter referred to as a bucket angle) formed by a reference plane of the bucket 10 and a horizontal plane (ground) is defined as ⁇ .
  • the reference surface 41 can be defined in parallel with the bottom or top surface of the bucket.
  • N mg ⁇ cos ⁇ .
  • g gravitational acceleration.
  • F G mg ⁇ sin ⁇ is acting. Therefore, the relational expression F G ⁇ N is a condition that prevents sediment overflow.
  • a conventional bucket angle constant control by approximating the ⁇ to zero, closer to F G to zero, by increasing the normal force N, is grasped as to prevent overflow sediment.
  • due to operation of the attachment 12 and the turning device 3 is applied to the cargo 40.
  • + F G ⁇ N is a condition that does not cause sediment overflow.
  • may include acceleration due to operation of the attachment 12, centrifugal acceleration, acceleration due to operation of the turning device 3, and centrifugal acceleration.
  • FIGS. 13A and 13B are diagrams schematically illustrating bucket angle control by the controller 30.
  • the load 40 can be divided into an upper part 40 a that overflows and a lower part 40 b that is accommodated in the bucket 10, and the lower part 40 b can be regarded as being integral with the bucket 10.
  • FIGS. 13A to 13C the force is shown as an acceleration dimension.
  • FIG. 13 (a) shows control for maintaining the bucket angle ⁇ at 0 degrees as in the prior art.
  • the mass of the upper portion 40a is m
  • the vertical drag N is mg
  • the maximum static friction force is ⁇ mg.
  • Applying an acceleration ⁇ force in the arrow direction X to the lower portion 40b is equivalent to applying an acceleration ⁇ force in the direction opposite to the arrow X to the upper portion 40a. Therefore, m ⁇ > ⁇ mg When this holds, ⁇ > ⁇ g (1) When the above holds, the upper portion 40a overflows in the direction opposite to the X axis.
  • FIG. 13B shows bucket angle control by the controller 30 in the present embodiment.
  • the controller 30 moves the bucket 10 in a direction in which the reference plane 41 approaches the vertical plane 42 with the acceleration direction (X direction) generated in the load 40. Tilt to.
  • the control of the bucket angle ⁇ may be performed by controlling only the bucket shaft ⁇ 3 or may be performed by combining the control of the boom shaft ⁇ 1 and the arm shaft ⁇ 2 .
  • a force of acceleration ⁇ is applied to the upper portion 40a in the direction opposite to the arrow X, and gravity acceleration g is applied in the vertical direction.
  • perpendicular to the reference plane 41 of the acceleration alpha is the sum of the vertical components g
  • the force that causes the upper portion 40a to slide in the horizontal direction with respect to the reference surface 41 is the sum of the component ⁇
  • are in opposite directions.
  • each of the relational expressions (1) and (2) is a force that tries to overflow the upper portion 40a, and by appropriately selecting ⁇ , ⁇ >
  • Holds On the other hand, when comparing the maximum static frictional force on the right side of each of the relational expressions (1) and (2), by appropriately selecting ⁇ , ⁇ g ⁇ ⁇ (g ⁇ cos ⁇ + ⁇ ⁇ sin ⁇ ) Holds. That is, comparing relational expressions (1) and (2), it can be seen that relational expression (2) is less likely to hold.
  • the controller 30 performs maximum stationary with respect to the load 40 (the upper portion 40a) while at least one of the turning device 3 and the attachment 12 is moving (that is, while the bucket 10 is moving). It can be understood that the bucket 10 is controlled to be tilted so that the frictional force increases, in other words, the vertical drag increases.
  • the left side of relational expression (2) is smaller. That is, when this embodiment is viewed from another point of view, the controller 30 acts on the load 40 (upper portion 40a) in parallel with the reference plane while moving at least one of the turning device 3 and the attachment 12. It can be understood that the control for tilting the bucket 10 is performed so that the value of the bucket 10 becomes smaller.
  • the bucket angle control by the controller 30 is performed only when the load 40 in the bucket 10 is being carried, otherwise it is desirable not to control the bucket angle during, for example, earthing or excavation. Since soil overflow does not become a problem during soil removal and excavation operations, it is possible to prevent work efficiency from decreasing by removing the restriction. For example, a technique described in Japanese Patent Application No. 2006-182504 can be used to determine whether soil is being discharged or excavated.
  • FIGS. 14A and 14B are diagrams illustrating a first usage pattern of the excavator 1 in which bucket angle control is effective.
  • the first usage pattern shows a turning operation in which the attachment 12 is fixed and the turning device 3 is turned. During the turning operation, the centrifugal force acceleration R ⁇ ′ 2 and the turning acceleration R ⁇ ′′ act on the load 40.
  • the controller 30 can consider the force acting on the plane including the boom 5 and the arm 6 among the forces acting on the load 40, and can tilt the reference plane of the bucket in the direction approaching the vertical plane of acceleration in this plane. That's fine. Specifically, during the turning operation, the controller 30 tilts the bucket 10 in a direction in which the reference surface 41 approaches the vertical surface 42 of the centrifugal force acceleration R ⁇ ′ 2 .
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a second usage pattern of the excavator 1 in which bucket angle control is effective.
  • the second usage pattern shows an operation in which the pivot axis ⁇ is fixed and the load 40 is lifted (or lowered) by the attachment 12. During the lifting operation, the load 40 is subjected to acceleration R ⁇ ′′ and centrifugal acceleration R ⁇ ′ 2 .
  • the controller 30 tilts the bucket 10 so that the reference surface 41 approaches one of the vertical surfaces of the acceleration R ⁇ ′′ and the centrifugal acceleration R ⁇ ′ 2 .
  • the controller 30 may perform vector synthesis of the acceleration R ⁇ ′′ and the centrifugal acceleration R ⁇ ′ 2 and tilt the bucket 10 so that the reference plane 41 approaches the vertical plane of the synthesized acceleration.
  • the bucket angle control according to the embodiment is effective not only for the usage patterns shown in FIGS. 14 and 15 but also for the swing lifting operation (swivel lifting) operation that is a combination thereof.
  • the cargo 40, the acceleration R.theta '', centrifugal force acceleration R.theta '2, the centrifugal force acceleration R [phi]' 2, turn acceleration R [phi] '' acts.
  • the controller 30 can perform bucket angle control based on any one of acceleration R ⁇ ′′, centrifugal force acceleration R ⁇ ′ 2 , centrifugal force acceleration R ⁇ ′ 2 , or some combination thereof.
  • FIG. 16 is a block diagram of the controller 30.
  • the controller 30 in FIG. 16 includes an acceleration direction acquisition unit 32, a bucket angle calculation unit 34, and an inverse kinematics calculation unit 36.
  • the controller 30 can be realized by a combination of hardware such as a CPU, a microcontroller, and a DSP (Digital Signal Processor) and a program. Therefore, the acceleration direction acquisition unit 32 and the bucket angle calculation unit 34 are one of the CPU and DSP in terms of hardware. Is grasped as a department.
  • the acceleration direction acquisition unit 32 acquires the acceleration direction generated in the load 40 in the bucket 10 when the bucket 10 is moved.
  • the acceleration direction acquisition unit 32 may calculate the acceleration direction based on the position information ⁇ 1 to ⁇ 3 and ⁇ (or speed information).
  • a map (table) that associates the position information ⁇ 1 to ⁇ 3 and ⁇ (or speed information) with the acceleration direction may be held, and the acceleration direction may be acquired by referring to the table.
  • a map may be prepared for each usage pattern (lifting operation, turning operation, turning lifting operation).
  • the bucket angle calculation unit 34 determines the bucket angle ⁇ by calculation or table reference so as to approach the vertical plane of the acceleration direction obtained by the acceleration direction acquisition unit 32.
  • the inverse kinematics computing unit 36 computes command values for the link angles ⁇ 1 to ⁇ 3 so that the bucket angle ⁇ can be obtained.
  • the bucket angle ⁇ is determined by two-stage signal processing of the acceleration direction acquisition unit 32 and the bucket angle calculation unit 34, but the present invention is not limited to this.
  • a map (table) that directly associates the position information ⁇ 1 to ⁇ 3 and ⁇ (or speed information) with the bucket angle ⁇ may be prepared, and the bucket angle ⁇ may be determined by referring to the table.
  • a map may be prepared for each usage pattern (lifting operation, turning operation, turning lifting operation).
  • the bucket angle ⁇ may be adaptively changed according to the magnitude of acceleration and the type of operation of the excavator 1. Alternatively, a constant value may be determined for each shovel operation, and when the shovel operation is determined, a constant value corresponding thereto may be used.
  • the bucket angle control according to the embodiment is naturally effective when decelerating the bucket.
  • FIG. 17 is a block diagram of the electric system and hydraulic system of the excavator according to the first modification.
  • the excavator 1 is provided with a switching valve 18 and a proportional valve 19.
  • the controller 30 controls the switching valve 18 and the proportional valve 19 to control the pressure to the control valve 17 and control the bucket angle. Good.
  • FIG. 18 is a block diagram of the electric system and hydraulic system of the excavator according to the second modification.
  • the shovel 1 includes a flow rate adjusting valve 20 instead of the switching valve 18 and the proportional valve 19 of FIG.
  • the controller 30 may control the bucket angle by changing the flow rate of the pressure oil supplied to the control valve 17 by controlling the flow rate adjusting valve 20.
  • the present invention can be used for industrial vehicles.

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Abstract

旋回装置は、クローラに対して上部旋回体を回転させる。アタッチメント１２は、ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、上部旋回体に取り付けられる。コントローラ３０は、アタッチメント１２の動作中にバケット内の積載物に加わる力が、積載物の安定しうるしきい値を超えないように、アタッチメント１２および上部旋回体の少なくとも一方の動作を制限する。

Description

ショベル
　本発明は、ショベルに関する。
　ショベルは、クローラと呼ばれる走行体、上部旋回体、走行体に対して上部旋回体を回転させる旋回装置、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントを備える。アタッチメントは、ブーム、アーム、バケットおよびそれらを駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有する。各シリンダは、運転者（オペレータ）によるレバー操作により制御可能となっている。
　バケットに土砂や瓦礫などの積載物が収容された状態で、オペレータがブーム軸、アーム軸、バケット軸あるいは旋回軸を急激に動かすと、積載物がバケットからこぼれ落ちる（土砂溢れという）。土砂溢れは作業のやり直しを必要とするため作業効率を悪化させる要因となる。
特開２００８－２６７７６０号公報
　しかしながら従来の土砂溢れの防止は、旋回トルクの急変を抑制したり、オペレータの設定にもとづいて旋回加速度を制限したり、アタッチメントの衝撃が低減されるように緩やかに旋回軸を止めるなど、旋回運動にともなう土砂溢れには有効であったが、アタッチメントの動作にもとづく土砂溢れに対して配慮されておらず、改善の余地があった。
　また、従来技術では、バケット姿勢を地面に対して自動的に水平に保つバケット角一定制御をベースとするものであり、バケットの力学的な運動が考慮されていない。
　本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、土砂溢れを抑制可能なショベルの提供にある。
１．　本発明のある態様はショベルに関する。ショベルは、クローラと、上部旋回体と、クローラに対して上部旋回体を回転させる旋回装置と、ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、アタッチメントの動作中にバケット内の積載物に加わる力が、積載物の安定しうるしきい値を超えないように、アタッチメントおよび上部旋回体の少なくとも一方の動作を制限するコントローラと、を備える。
　この態様によると、アタッチメントの動作中に積載物に加わる力を考慮することで、土砂溢れを抑制することができる。
　コントローラは、アタッチメントの動作にともない発生する力と旋回装置の動作にともない生ずる力の合力を考慮してもよい。これにより、旋回運動とアタッチメントの曲げ伸ばし運動を同時に行った場合の土砂溢れを抑制できる。
　コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸の加速度を抑制してもよい。
　コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の全軸の加速度を抑制してもよい。
　コントローラは、積載物をバケットから溢す方向に支配的に作用する軸の加速度を優先的に抑制してもよい。
　コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸の速度を抑制してもよい。
　コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸のジャークを抑制してもよい。
　しきい値は、アタッチメントの姿勢に応じていてもよい。
２．　本発明のある態様はショベルに関する。ショベルは、クローラと、上部旋回体と、クローラに対して上部旋回体を回転させる旋回装置と、ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、バケットを移動させたときに、バケットの基準面がバケット内の積載物に生ずる加速度方向と垂直面に近づく方向に、バケットを傾けるコントローラと、を備える。
　本発明の別の態様もまた、ショベルである。このショベルは、クローラと、上部旋回体と、クローラに対して上部旋回体を回転させる旋回装置と、ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、旋回装置およびアタッチメントの少なくともひとつを可動中にバケット内の積載物の垂直抗力が大きくなるようにバケットを傾けるコントローラと、を備える。
　本発明のさらに別の態様もまた、ショベルである。このショベルは、クローラと、上部旋回体と、クローラに対して上部旋回体を回転させる旋回装置と、ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、旋回装置およびアタッチメントの少なくともひとつを可動中に、バケット内の積載物に対して、バケットの基準面と平行に働く力が小さくなるようにバケットを傾けるコントローラと、を備える。
　なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本発明によれば、土砂溢れを抑制できる。
実施の形態に係る建設機械の一例であるショベルの外観を示す斜視図である。 ショベルの座標系を模式的に示す図である。 第１の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。 第１の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。 第１の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。 第１の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。 バケットおよび積載物を模式的に示す図である。 第１の使用形態におけるショベルの動作を示す図である。 第２の使用形態におけるショベルの動作を示す図である。 コントローラのブロック図である。 第２の実施の形態に係るショベルの一実施例のブロック図である。 バケットおよび積載物を模式的に示す図である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、コントローラによるバケット角制御を模式的に示す図である。 図１４（ａ）、（ｂ）は、バケット角制御が有効なショベルの第１の使用形態を示す図である。 バケット角制御が有効なショベルの第２の使用形態を示す図である。 コントローラのブロック図である。 第１変形例に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。 第２変形例に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。
　以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
　本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
　図１は、実施の形態に係る建設機械の一例であるショベル１の外観を示す斜視図である。ショベル１は、主としてクローラ（走行機構ともいう）２と、クローラ２の上部に旋回装置３を介して回動自在に搭載された上部旋回体（以下、単に旋回体ともいう）４とを備えている。
　旋回体４には、ブーム５と、ブーム５の先端にリンク接続されたアーム６と、アーム６の先端にリンク接続されたバケット１０とが取り付けられている。バケット１０は、土砂、鋼材などの吊荷を捕獲するための設備である。ブーム５、アーム６、及びバケット１０は、アタッチメント１２と総称され、それぞれブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によって油圧駆動される。また、旋回体４には、バケット１０の位置や励磁動作および釈放動作を操作する運転者を収容するための運転室４ａや、油圧を発生するためのエンジン１１といった動力源が設けられている。エンジン１１は、例えばディーゼルエンジンで構成される。
　図２は、ショベル１の座標系を模式的に示す図である。ショベル１においては、ブーム５、アーム６、バケット１０それぞれの位置を示す角度座標θ１～θ３が定義される。θ１はブームと旋回体４の位置関係、θ２はブーム５とアーム６の位置関係、θ３はアーム６とバケット１０の位置関係を一義的に表せばよく、それらはどのように定義しても構わない。θ１～θ３の組み合わせを単にθと示し、アタッチメント１２全体の位置（姿勢）を示すものとする。
　またφは旋回装置３の旋回角を示す。Ｒ（θ１，θ２，θ３）は、アタッチメント１２の原点Ｏと、バケット１０の基準位置Ｘの距離である。Ｒはアタッチメント１２の機構にもとづく関数で表され、位置情報θ１～θ３から計算することができる。Ｒ（θ１，θ２，θ３）を単にＲ（θ）とも記す。またアタッチメント１２の原点およびバケット１０の基準位置は、それぞれ適切に定めればよい。
（第１の実施の形態）
　図３～図６は、第１の実施の形態に係るショベル１の電気系統や油圧系統などのブロック図である。なお、図３～図６では、機械的に動力を伝達する系統を二重線で、油圧系統を太い実線で、操縦系統を破線で、電気系統を細い実線でそれぞれ示している。なおここでは油圧ショベルについて説明するが、旋回に電動機を用いるハイブリッドショベルにも本発明は適用可能である。
　機械式駆動部としてのエンジン１１は、油圧ポンプとしてメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５に接続されている。メインポンプ１４には、高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続されている。なお、油圧アクチュエータに油圧を供給する油圧回路は２系統設けられることがあり、その場合にはメインポンプ１４は２つの油圧ポンプを含む。本明細書では理解の容易化のため、メインポンプが１系統の場合を説明する。
　コントロールバルブ１７は、ショベル１における油圧系の制御を行う装置である。コントロールバルブ１７には、図１に示したクローラ２を駆動するための走行油圧モータ２Ａ及び２Ｂの他、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が高圧油圧ラインを介して接続されており、コントロールバルブ１７は、これらに供給する油圧を運転者の操作入力に応じて制御する。
　また、旋回装置３を駆動するための旋回油圧モータ２１がコントロールバルブ１７に接続される。旋回油圧モータ２１は、旋回コントローラの油圧回路を介してコントロールバルブ１７に接続されるが、図３等には旋回コントローラの油圧回路は示されず、簡略化されている。
　パイロットポンプ１５には、パイロットライン２５を介して操作装置２６（操作手段）が接続されている。操作装置２６は、クローラ２、旋回装置３、ブーム５、アーム６、及びバケット１０を操作するための操作装置であり、運転者によって操作される。操作装置２６には、油圧ライン２７を介してコントロールバルブ１７が接続され、また、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９が接続される。
　操作装置２６は、パイロットライン２５を通じて供給される油圧（１次側の油圧）を運転者の操作量に応じた油圧（２次側の油圧）に変換して出力する。操作装置２６から出力される２次側の油圧は、油圧ライン２７を通じてコントロールバルブ１７に供給されるとともに、圧力センサ２９によって検出される。なお図３等において油圧ライン２７は１本で描かれているが、実際には左走行油圧モータ、右走行油圧モータ、旋回それぞれの制御指令値の油圧ラインが存在する。
　操作装置２６は、３つの入力装置２６Ａ～２６Ｃを含む。入力装置２６Ａ～２６Ｃはペダルもしくはレバーであり、入力装置２６Ａ～２６Ｃは、油圧ライン２７及び２８を介して、コントロールバルブ１７及び圧力センサ２９にそれぞれ接続される。圧力センサ２９は、電気系の駆動制御を行うコントローラ３０に接続されている。本実施形態では、入力装置２６Ａが旋回操作レバーとして機能し、入力装置２６Ｂがアタッチメントの操作レバーとして機能する。入力装置２６Ｃは、走行用のレバーもしくはペダルである。
　コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部である。コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及び内部メモリを含む演算処理装置で構成され、ＣＰＵがメモリに格納された駆動制御用のプログラムを実行することにより実現される。
　センサ５３０は、アタッチメント２３の位置情報θを検出する。具体的には位置情報θは、ブーム５、アーム６、バケット１０それぞれの位置を示す角度座標θ１～θ３の検出値を含む。センサ５３０は、リンク角センサあるいはシリンダの変位量を検出するセンサで構成することができる。また位置情報は、角度情報［ｒａｄ］であってもよいし、角速度情報［ｒａｄ／ｓ］であってもよいし、あるいは角加速度情報［ｒａｄ／ｓ２］であってもよい。
　コントローラ３０は、アタッチメント１２の動作中にバケット１０内の積載物に加わる力Ｆが、積載物の安定しうるしきい値Ｔを超えないように、アタッチメント１２および上部旋回体４の少なくとも一方の動作を制限する。コントローラ３０による制限制御については後述する。
　図７は、バケット１０および積載物４０を模式的に示す図である。ある使用形態において土砂溢れは、積載物４０に加わる力Ｆが最大静止摩擦力μＮを上回ると発生する。したがってしきい値Ｔは、静止摩擦係数μと垂直抗力Ｎ、積載物４０の質量ｍを考慮して計算することができる。
　具体的にはしきい値は、積載物およびバケット１０をモデル化することにより近似的に計算することができる。バケット１０が水平面（地面）となす角度をδとする。バケット１０の静止状態では垂直抗力Ｎは、Ｎ＝ｍｇ×ｃｏｓδである。また積載物４０を溢す方向ｘには、重力の成分ＦＧ＝ｍｇ×ｓｉｎδが働いている。よって関係式ＦＧ＜μＮが土砂溢れが生じない条件となる。
　アタッチメント１２あるいは旋回装置３を動かすと、重力の成分に加えて、アタッチメント１２や旋回装置３の動作に起因する力Ｆ||が積載物４０に加わる。このとき、関係式Ｆ||＋ＦＧ＜μＮが土砂溢れが発生しない条件となる。これを変形すると、以下の関係式を得ることができ、右辺μＮ－ＦＧがしきい値Ｔとなる。
　Ｆ||＜μＮ－ＦＧ
　Ｔ＝μＮ－ＦＧ＝μｍｇ×ｃｏｓδ－ｍｇ×ｓｉｎδ
　　＝ｍｇ（μｃｏｓδ－ｓｉｎδ）
　つまり、しきい値Ｔはバケット角δの関数であるため、バケット角δが溢しやすい範囲にあるときには、しきい値Ｔを低下させることが望ましい。なお、アタッチメント１２や旋回装置３を動かすことで垂直抗力Ｎも変化するが、その影響は無視している。
　しきい値Ｔは、ショベル１の設計段階において典型的なδ、μ、ｍを仮定し、これらにもとづいて計算した所定値を用いてもよい。あるいはショベル１の運転者が設定できるようにしてもよい。
　あるいはコントローラ３０が実行するプログラム（あるいはハードウェア）に、しきい値Ｔの演算式を記述しておき、しきい値Ｔを適応的に演算してもよい。たとえばアタッチメント１２の姿勢から角度δを計算し、しきい値Ｔを適宜計算してもよい。また積載物４０の質量ｍが測定可能である場合、質量ｍをしきい値Ｔに反映させてもよい。
　より高度なモデルでは、アタッチメント１２や旋回装置３の動作に起因する垂直抗力Ｎの変化を考慮してもよい。
　積載物４０の形状によって溢れやすさが異なることが経験的に分かる。そこでカメラなどによって積載物の形状等を検出し、形状に応じてしきい値Ｔを動的、適応的に変化させてもよい。
　なお、コントローラ３０によるアタッチメント１２や旋回体４の動作の制限は、バケット１０中の積載物を運んでいる状態においてのみ行い、そうでない場合、たとえば排土中や掘削中は、制限しないことが望ましい。排土、掘削動作中は土砂溢れが問題とならないため、制限を解除することで、作業効率が低下するのを防止できる。なお、排土中であることや掘削中であることの判定には、たとえば特願２００６－１８２５０４号公報に記載の技術を用いることができる。
　続いて、コントローラ３０によるアタッチメント１２や旋回体４の動作制限について、ショベル１のいくつかの使用形態と関連付けて説明する。
　図８は、第１の使用形態におけるショベル１の動作を示す図である。図８には旋回持ち上げ動作が示される。旋回持ち上げ動作では、バケット内の積載物４０に働く力ＦＡは式（１ａ）、（１ｂ）で表される。
　ＦＡ＝ｍ×αＡ　　　…（１ａ）
　αＡ＝（ｙ１１＋ｙ１２＋ｙ１３＋ｙ１４）　　…（１ｂ）
　ｍ：　積載物の質量
　αＡ：　積載物の加速度
　ｙ１１：アタッチメント１２の動作により生ずる遠心力
　ｙ１２：旋回装置３の動作により生ずる遠心力
　ｙ１３：旋回装置３の動作によりアタッチメント１２が積載物４０に及ぼす力
　ｙ１４：アタッチメント１２の動作によりアタッチメント１２が積載物４０に及ぼす力
　つまりこの使用形態では、アタッチメント１２の動作にともない発生する力ｙ１１，ｙ１４と旋回装置３の動作にともない生ずる力ｙ１２，ｙ１３の合力ＦＡが考慮される。なお、旋回持ち下げ動作も同様に考えることができる。
　遠心力ｙ１１は、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の変位にともない、アタッチメント１２を含む平面内の原点Ｏ周りの遠心力であり、ｙ１１＝Ｒ（θ）・（θ１'＋θ２'＋θ３'）２で表される。「'」は時間微分ｄ／ｄｔを表す。
　ｙ１２は、旋回軸の回転により生ずる遠心力であり、たとえばｙ１２＝Ｒ（θ）・φ'２で表される。
　ｙ１３は、旋回軸の回転によりアタッチメント１２が積載物４０に及ぼす力であり、たとえばｙ１３＝Ｒ（θ）・φ''で表される。「''」は時間の２階微分（ｄ／ｄｔ）２を表す。
　ｙ１４は、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の変位にともないアタッチメント１２が積載物４０に及ぼす力であり、たとえばｙ１４＝Ｒ（θ）・（θ１''＋θ２''＋θ３''）で表される。
　なおＦＡは三次元ベクトルであるが、図７に示すように、土砂溢れに作用するのは、バケット１０と平行な成分Ｆ||である。したがってアタッチメント１２の姿勢を考慮して平行成分Ｆ||を演算してもよい。あるいは力ＦＡのノルム（絶対値）がすべて土砂溢れに寄与するものとして、｜ＦＡ｜≒Ｆ||と近似してもよい。
　コントローラ３０は、各軸の座標θ１～θ３およびφにもとづいて、力ＦＡを演算する。上述のように力ＦＡは、θ１～θ３およびφの関数として把握される。そしてコントローラ３０は、旋回持ち上げ動作中に積載物４０の安定しうるしきい値をＴＡと書くとき、関係式（２）を満たすようにアタッチメント１２および旋回装置３の少なくとも一方の動作を制限する。
　ＴＡ＞ＦＡ　　　…（２）
　ここで、しきい値ＴＡは主に摩擦力により支配され、したがって積載物４０の質量に比例すると近似できる。比例係数をＳＡとすると、しきい値ＴＡは式（３）で表される。
　ＴＡ＝ｍ×ＳＡ　　　…（３）
　式（１）～（３）から、積載物４０の質量ｍに依存しない関係式（４）を得る。コントローラ３０は関係式（４）を満たすように、複数軸の加速度ｙ１１，ｙ１２，ｙ１３，ｙ１４の少なくとも一つを制限すればよい。
　ＳＡ＞（ｙ１１＋ｙ１２＋ｙ１３＋ｙ１４）　　　…（４）
　図９は、第２の使用形態におけるショベル１の動作を示す図である。図９には、持ち上げ動作が示される。持ち上げ動作では、バケット１０が上に持ち上げられながら、手前に引き込まれる。この持ち上げ動作では、バケット内の積載物４０に働く力ＦＢは式（５ａ）、（５ｂ）で表される。
　ＦＢ＝ｍ×αＢ　　　…（５ａ）
　αＢ＝ｙ１１　　…（５ｂ）
　ｙ１１：アタッチメント１２の動作により生ずる遠心力
　なお、この使用形態においてｙ１４を考慮してもよい。
　この使用形態では遠心力ｙ１１は、積載物４０をバケット１０の両脇からアーム６の奥側に向かって溢れ落とす方向に加わる。
　コントローラ３０は、各軸の座標θ１～θ３にもとづいて、力ＦＢを演算する。そしてコントローラ３０は、持ち上げ動作中に積載物４０の安定しうるしきい値をＴＢと書くとき、関係式（６）を満たすようにアタッチメント１２および旋回装置３の少なくとも一方の動作を制限する。しきい値ＴＢは、しきい値ＴＡと異なる値に定めてもよい。
　ＴＢ＞ＦＢ　　　…（６）
　しきい値ＴＢは比例係数ＳＢを用いて式（７）で表される。
　　ＴＢ＝ｍ×ＳＢ　　　…（７）
　式（５）～（７）から、積載物４０の質量ｍに依存しない関係式（８）を得る。コントローラ３０は関係式（８）を満たすように、アーム軸、ブーム軸、バケット軸に関連する加速度ｙ１１，ｙ１４の少なくとも一つを制限すればよい。
　ＳＢ＞ｙ１１　　　…（８）
　第１、第２の使用形態において、力ＦＡやＦＢを抑制するために、コントローラ３０は以下の制御を行うことができる。
　制御１．　加速度の抑制
　コントローラ３０は、少なくともひとつの軸の加速度（角加速度）を制限することにより、力ＦＡ，ＦＢを低下させることができる。
　　制御１Ａ．　たとえばコントローラ３０は、全軸の加速度を抑制することにより関係式（４）あるいは（８）を維持してもよい。全軸の加速度の抑制は、（i）パイロット圧の流量変化を落とすこと、あるいは（ii）ポンプ出力トルクの変化量（時間変化率）を制限すること、などにより実現できる。パイロット圧の流量変化は、パイロットライン２５上に、電磁絞りを追加することで実現してもよい。
　具体的には、図３のショベル１においては、油圧ライン２７の経路上に流量調整弁１８が設けられる。コントローラ３０は、流量調整弁１８を制御することにより、全軸の加速度を抑制することができる。
　また図４のショベル１においては、コントローラ３０がメインポンプ１４を制御することにより、メインポンプ１４の出力トルクの変化量が抑制することができる。
　全軸の加速度を抑制することにより、直接的にはｙ１３およびｙ１４の項が抑制される。また加速度の抑制によりその後の速度が低下するため、ｙ１１，ｙ１２の項も間接的に抑制される。その結果、力ＦＡ，ＦＢが減少し、式（４）、（８）が満たされ、土砂溢れを抑制できる。また全軸を一律に抑制することで制御を簡素化できる。
　コントローラ３０は、Ｓ＜αとなると、加速度を抑制し、それでもなおＳ＜αであるときには、さらに加速度を抑制してもよい。あるいはコントローラ３０は、Ｓとαの比率Ｋ＝α／Ｓにもとづいて加速度を抑制してもよい。たとえばある所定の範囲０＜Ｋ＜０．８では加速度を抑制せず、０．８＜Ｋとなると加速度を抑制してもよい。Ｋが大きくなるほど、加速度を抑制する程度を高めてもよい。式（４）や（８）を満たすために、加速度をどのように低下させるかについてはさまざまなバリエーションが存在し、バリエーションも本発明の範囲に含まれる。
　　制御１Ｂ．　あるいはコントローラ３０は、いくつかの軸の加速度を制限し、残りの軸の加速度を抑制しないこととしてもよい。たとえばバケット軸θ３に関しては、力ｙ１４に及ぼす影響が他の軸に比べてそれほど大きくない場合がある。この場合、θ３の加速度を制限せずに、θ１，θ２，φの３軸について加速度の制限を行ってもよい。加速度を制限しない軸を適切に選択することで、応答性の低下、操作感の悪化を防止できる。
　あるいはコントローラ３０は旋回軸φの加速度のみを抑制してもよい。なおこの制御を従来技術と混同してはならない。従来では、アタッチメントの運動により発生する力ｙ１１，ｙ１４は考慮されていない。
　制御２．　速度の抑制
　コントローラ３０は、少なくともひとつの軸の速度（角速度）を制限することにより、力ＦＡ，ＦＢを低下させることができる。
　制御２Ａ．　コントローラ３０は、全軸の速度を制限することにより関係式（２）を維持してもよい。全軸の速度の抑制は、（i）ポンプの出力トルクを落とすこと、（ii）パイロット圧を落とすこと、あるいは（iii）エンジンの回転数を落とすことにより実現できる。
　図４のショベル１において、コントローラ３０は、メインポンプ１４を制御することによりメインポンプ１４の出力トルクを低下させることにより、速度を制限することができる。
　図５のショベル１には、油圧ライン２７上に比例弁１９が設けられる。コントローラ３０は、比例弁１９を制御することによりパイロット圧を低下させることにより、速度を制限することができる。
　図６のショベル１において、コントローラ３０は、エンジン１１の回転数を落とすことにより、速度を制限することができる。
　コントローラ３０は、Ｓ＜αとなると、全軸の速度を抑制し、それでもなおＳ＜Ｆであるときには、さらに速度を抑制してもよい。あるいはコントローラ３０は、Ｓとαの比率Ｋ＝α／Ｓにもとづいて速度を抑制してもよい。たとえばある所定の範囲０＜Ｋ＜０．８では速度を抑制せず、０．８＜Ｋとなると速度を抑制してもよい。Ｋが大きくなるほど、速度を抑制する程度を高めてもよい。
　このように全軸の速度を抑制することにより、遠心力の項ｙ１１およびｙ１２の項が抑制される。その結果、力ＦＡ，ＦＢが減少し、式（４）、（８）が満たされ、土砂溢れを抑制できる。また全軸を一律に抑制することで制御を簡素化できる。
　制御２Ｂ．　コントローラ３０は、いくつかの軸の速度を制限し、残りの軸の速度を抑制しないこととしてもよい。加速度を制限しない軸を適切に選択することで、応答性の低下、操作感の悪化を防止できる。
　制御３．　加速度および速度の抑制
　コントローラ３０は、加速度の抑制制御と速度の抑制制御を併用してもよい。この場合、ｙ１１，ｙ１２，ｙ１３，ｙ１４すべての項が制限されて力ＦＡ，ＦＢが低下する。たとえば（i）すべての軸について加速度、速度の両方を抑制したり、（ii）選択されたいくつかの軸について加速度、速度の両方を抑制したり、（iii）いくつかの軸について加速度を抑制し、残りのいくつかの軸について速度を抑制してもよい。
　制御４．　加加速度の抑制
　コントローラ３０は、少なくともひとつの軸の加加速度（ジャーク）を制限することにより、力ＦＡ，ＦＢを低下させることができる。加加速度の抑制は、加速度や速度の抑制と組み合わせてもよい。
　このように、加速度、速度、加加速度を抑制することで、力Ｆがしきい値Ｔを超えないような制御が実現できる。
　続いて、複数軸の制御について説明する。コントローラ３０は、積載物４０をバケット１０から溢す方向に支配的に作用する軸の加速度、速度あるいはジャークを優先的に抑制してもよい。
　Ｓ＞Ｋ１・ｙ１１＋Ｋ２・ｙ１２＋Ｋ３・ｙ１３＋Ｋ４・ｙ１４　　　…（９）
　Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４は各軸のゲインであり、コントローラ３０はＫ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を重み付けすることにより、操作感を損なわずに、土砂溢れを抑制できる。
　コントローラ３０は、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４は、土砂の形状、バケットの姿勢などにもとづいて、動的、適応的に変化させてもよい。土砂の形状、バケットの姿勢によって、土砂の溢れやすさ、溢れ易い方向が異なりうる。そこでこれらを考慮して、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を変化させることにより、土砂溢れと関係のない軸の操作感を損なわずに、土砂溢れを抑制できる。
　図１０は、コントローラ３０のブロック図である。コントローラ３０は、しきい値取得部３２、力演算部３４、制限部３６を備える。コントローラ３０はＣＰＵ、マイクロコントローラ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのハードウェアとプログラムの組み合わせで実現でき、したがってしきい値取得部３２、力演算部３４、制限部３６は、ハードウェア的にはＣＰＵやＤＳＰの一部と把握される。
　しきい値取得部３２は、しきい値Ｔを取得する。しきい値Ｔは、上述のように演算してもよいし、所定値を用いてもよい。あるいは所定値に、バケットの角度δや積載物４０の形状に応じた可変係数を乗じてしきい値Ｔとしてもよい。しきい値Ｔは、上述のように加速度の次元を有するＳで表してもよい。
　力演算部３４は、アタッチメント１２の位置を示す情報θ１～θ３および旋回装置３の状態を示す情報φを受け、力Ｆを演算する。力Ｆは加速度の次元を有するαで表してもよい。
　制限部３６は加速度αとしきい値Ｓの関係にもとづき、アタッチメント１２および旋回装置３の少なくともひとつの軸の動作を制限する。上述のように制限部３６は、加速度、速度、ジャークを制限対象とすることができ、また制限する軸もさまざまなバリエーションが存在しうる。
　以上、第１の実施の形態について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
（第１の実施の形態の変形例）
　しきい値Ｔの決定に関して図７で示したモデルは一例にすぎず、別のモデルにもとづいてしきい値Ｔを決定してもよい。
　またショベル１の図８、図９の使用形態において積載物４０に働く力ＦＡ，ＦＢは、式（１）や（５）に限定されない。たとえばある項を省略してもよいし、さらに別の項を考慮してもよい。
（第２の実施の形態）
　図１１は、第２の実施の形態に係るショベル１の電気系統や油圧系統などのブロック図である。
　コントローラ３０は、詳しくは後述するが、バケット１０の傾きを制御することにより、土砂溢れを防止する。たとえばコントロールバルブ１７が電子制御可能である場合、コントローラ３０は、バケットシリンダ９もしくはその他のシリンダ７，８を制御するバルブを電気的に直接駆動してもよい。以上がショベル１の全体のブロック図である。
　続いて土砂溢れのメカニズムを説明する。図１２は、バケット１０および積載物４０を模式的に示す図である。ある使用形態において土砂溢れは、積載物４０に加わる力Ｆが最大静止摩擦力μＮに応じたしきい値Ｔを上回ると発生するものと考えられる。したがってしきい値Ｔは、静止摩擦係数μと垂直抗力Ｎ、積載物４０の質量ｍを考慮して計算することができる。
　具体的にはしきい値Ｔは、積載物およびバケット１０をモデル化することにより近似的に計算することができる。バケット１０の基準面が水平面（地面）となす角度（以下、バケット角と称する）をδとする。基準面４１は、バケットの底面あるいは上面と平行に定めることができる。バケット１０の静止状態では垂直抗力Ｎは、Ｎ＝ｍｇ×ｃｏｓδである。ｇは重力加速度を表す。また積載物４０を溢す方向ｘには、重力の成分ＦＧ＝ｍｇ×ｓｉｎδが働いている。よって関係式ＦＧ＜μＮが土砂溢れが生じない条件となる。従来のバケット角一定制御では、δをゼロに近づけることにより、ＦＧをゼロに近づけ、垂直抗力Ｎを大きくすることにより、土砂溢れを防止するものと把握される。
　アタッチメント１２あるいは旋回装置３を動かすと、重力の成分ＦＧに加えて、アタッチメント１２や旋回装置３の動作に起因する力Ｆ||が積載物４０に加わる。このとき、関係式Ｆ||＋ＦＧ＜μＮが土砂溢れが発生しない条件となる。力Ｆ||は、アタッチメント１２の稼動による加速度、遠心加速度、旋回装置３の稼動による加速度、遠心加速度を含みうる。
　続いて、本実施の形態に係るショベル１の土砂溢れの防止制御を説明する。図１３（ａ）、（ｂ）は、コントローラ３０によるバケット角制御を模式的に示す図である。積載物４０は、溢れ落ちる上部分４０ａと、バケット１０に収容される下部分４０ｂに分けて考えることができ、下部分４０ｂはバケット１０と一体とみなすことができる。
　いま、バケット１０を図中矢印方向、つまり地面水平方向（Ｘ軸方向）に加速度αで加速させることを考える。なお図１３（ａ）～（ｃ）には、力を加速度のディメンジョンで示している。図１３（ａ）には、従来のようにバケット角δを０度に保つ制御を示す。上部分４０ａの質量をｍとすると垂直抗力Ｎはｍｇであり、最大静止摩擦力はμｍｇとなる。下部分４０ｂに対して矢印方向Ｘに加速度αの力を加えることは、上部分４０ａに矢印Ｘと反対方向に加速度αの力を加えることと等価である。したがって、
　ｍα＞μｍｇ
が成り立つとき、ひいては
　α＞μｇ　　　…（１）
が成り立つときに、上部分４０ａがＸ軸反対方向に溢れることとなる。
　図１３（ｂ）には、本実施の形態におけるコントローラ３０によるバケット角制御が示される。バケット１０を加速度αで加速させるとき、コントローラ３０は、バケット１０を移動させたときに、バケット１０を、その基準面４１が積載物４０に生ずる加速度方向（Ｘ方向）と垂直面４２に近づく方向に傾ける。バケット角δの制御は、バケット軸θ３のみの制御で行ってもよいし、ブーム軸θ１、アーム軸θ２の制御を組み合わせて行ってもよい。
　図１３（ａ）と同様に、上部分４０ａには、矢印Ｘと反対方向に加速度αの力が加わり、鉛直方向に重力加速度ｇが加わっている。このときの垂直抗力は、加速度αの基準面４１に対して垂直な成分α||と、重力加速度ｇの基準面４１に対して垂直な成分ｇ||の合計であり、
　ｇ×ｃｏｓδ＋α×ｓｉｎδ
となる。よって最大静止摩擦力は、
　μ×（ｇ×ｃｏｓδ＋α×ｓｉｎδ）
となる。
　一方、上部分４０ａを、基準面４１と水平方向に滑らせる力は、加速度αの基準面４１と平行な成分α||と、重力加速度ｇの基準面４１と平行な成分ｇ||の合計であり、
　α×ｃｏｓδ－ｇ×ｓｉｎδ
となる。なおα||とｇ||は反対向きである。
　したがって、関係式（２）が成り立つときに、上部分４０ａがＸ軸方向またはその反対方向に溢れることとなる。
　｜α×ｃｏｓδ－ｇ×ｓｉｎδ｜＞μ×（ｇ×ｃｏｓδ＋α×ｓｉｎδ）…（２）
　関係式（１）と（２）を対比することにより、実施の形態に係るバケット角制御の利点が明確となる。関係式（１）、（２）それぞれの左辺は、上部分４０ａを溢そうとする力であり、δを適切に選ぶことにより、
　α＞｜α×ｃｏｓδ－ｇ×ｓｉｎδ｜
が成り立つ。一方、関係式（１）、（２）それぞれの右辺の最大静止摩擦力を比較すると、δを適切に選ぶことにより、
　μｇ＜μ×（ｇ×ｃｏｓδ＋α×ｓｉｎδ）
が成り立つ。つまり、関係式（１）と（２）を比べると、関係式（２）の方が成立しにくいことが分かる。
　以上がコントローラ３０によるバケット角制御の原理である。このように実施の形態に係るショベル１によれば、バケット１０を移動させたときに、バケット１０を、その基準面４１が積載物４０に生ずる加速度方向（Ｘ方向）と垂直面４２に近づく方向に傾けることにより、土砂溢れを抑制することができる。
　上述のように、関係式（１）と（２）の右辺同士を比較すると、関係式（２）の右辺の方が大きい。つまり本実施の形態を別の観点から見ると、コントローラ３０は、旋回装置３およびアタッチメント１２の少なくともひとつを可動中（つまりバケット１０の移動中）に、積載物４０（上部分４０ａ）に対する最大静止摩擦力が大きくなるように、言い換えれば垂直抗力が大きくなるようにバケット１０を傾ける制御を行っているものと把握することができる。
　また上述のように、関係式（１）と（２）の左辺同士を比較すると、関係式（２）の左辺の方が小さい。つまり本実施の形態を別の観点から見ると、コントローラ３０は、旋回装置３およびアタッチメント１２の少なくともひとつを可動中に、積載物４０（上部分４０ａ）に対して、基準面と平行に働く力が小さくなるように、バケット１０を傾ける制御を行っているものと把握することができる。
　なお、コントローラ３０によるバケット角制御は、バケット１０中の積載物４０を運んでいる状態においてのみ行い、そうでない場合、たとえば排土中や掘削中は、バケット角制御をしないことが望ましい。排土、掘削動作中は土砂溢れが問題とならないため、制限を解除することで、作業効率が低下するのを防止できる。なお、排土中であることや掘削中であることの判定には、たとえば特願２００６－１８２５０４号公報に記載の技術を用いることができる。
　図１４（ａ）、（ｂ）は、バケット角制御が有効なショベル１の第１の使用形態を示す図である。第１の使用形態は、アタッチメント１２を固定し、旋回装置３を旋回させる旋回動作を示す。旋回動作中、積載物４０には、遠心力加速度Ｒφ'２と旋回加速度Ｒφ''とが作用する。
　バケット１０は、ブーム５およびアーム６を含む平面内で可動であるため、旋回加速度ｒφ''に対向する方向に傾けることはできない。したがってコントローラ３０は、積載物４０に働く力の内、ブーム５およびアーム６を含む平面内に働く力を考慮し、この平面内の加速度の垂直面に近づく方向に、バケットの基準面を傾ければよい。具体的には旋回動作時においてコントローラ３０は、バケット１０を、その基準面４１が遠心力加速度Ｒφ'２の垂直面４２に近づく方向に傾ける。
　図１５は、バケット角制御が有効なショベル１の第２の使用形態を示す図である。第２の使用形態は、旋回軸φを固定し、アタッチメント１２により積載物４０を持ち上げる（あるいは持ち下げる）動作を示す。持ち上げ動作中、積載物４０には加速度Ｒθ''と遠心力加速度Ｒθ'２とが作用する。コントローラ３０は、バケット１０を、その基準面４１が加速度Ｒθ''と遠心力加速度Ｒθ'２のいずれか一方の垂直面に近づくように傾ける。
　あるいはコントローラ３０は、加速度Ｒθ''と遠心力加速度Ｒθ'２をベクトル合成し、バケット１０を、その基準面４１が合成された加速度の垂直面に近づくように傾けてもよい。
　図１４、図１５の使用形態の他、それらの組み合わせである旋回持ち上げ動作（旋回持ち下げ）動作にも、実施の形態に係るバケット角制御は有効である。この旋回持ち上げ動作中、積載物４０には、加速度Ｒθ''、遠心力加速度Ｒθ'２、遠心力加速度Ｒφ'２、旋回加速度Ｒφ''が作用する。コントローラ３０は、加速度Ｒθ''、遠心力加速度Ｒθ'２、遠心力加速度Ｒφ'２のいずれか、あるいはいくつかの組み合わせにもとづいてバケット角制御を行うことができる。
　図１６は、コントローラ３０のブロック図である。図１６のコントローラ３０は、加速度方向取得部３２、バケット角演算部３４、逆運動学演算部３６を備える。コントローラ３０はＣＰＵ、マイクロコントローラ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのハードウェアとプログラムの組み合わせで実現でき、したがって加速度方向取得部３２、バケット角演算部３４は、ハードウェア的にはＣＰＵやＤＳＰの一部と把握される。
　加速度方向取得部３２は、バケット１０を移動させたときに、バケット１０内の積載物４０に生ずる加速度方向を取得する。加速度方向取得部３２は、位置情報θ１～θ３およびφ（あるいは速度情報）にもとづき、加速度方向を演算してもよい。あるいは位置情報θ１～θ３およびφ（あるいは速度情報）と、加速度方向を対応付けるマップ（テーブル）を保持し、テーブル参照により加速度方向を取得してもよい。マップは、使用形態（持ち上げ動作、旋回動作、旋回持ち上げ動作）ごとに用意してもよい。
　バケット角演算部３４は、加速度方向取得部３２によって得られた加速度方向の垂直面に近づくように、バケット角δを演算あるいはテーブル参照により決定する。逆運動学演算部３６は、バケット角δが得られるようなリンク角θ１～θ３の指令値を演算する。
　図１６では、バケット角δを、加速度方向取得部３２とバケット角演算部３４の二段階の信号処理で決定したが本発明はそれに限定されない。たとえば位置情報θ１～θ３およびφ（あるいは速度情報）と、バケット角δを直接的に対応付けるマップ（テーブル）を用意しておき、テーブル参照によりバケット角δを決定してもよい。この場合もマップは、使用形態（持ち上げ動作、旋回動作、旋回持ち上げ動作）ごとに用意してもよい。
　バケット角δは、加速度の大きさおよびショベル１の動作の種類に応じて、適応的に変化させてもよい。あるいは、ショベル動作ごとに一定値を定めておき、ショベルの動作を判定すると、それに応じた一定値を用いてもよい。
　また実施の形態に係るバケット角制御は、バケットを減速させる場合にも当然に有効である。
　続いてコントローラ３０によるバケット制御の別の実施例を説明する。図１７は、第１変形例に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。バケット角を制御するために、ショベル１には切換弁１８および比例弁１９が設けられる。コントロールバルブ１７が、バケット軸あるいはその他の軸に関して電気制御不能である場合、コントローラ３０は切換弁１８および比例弁１９を制御し、コントロールバルブ１７への圧力を制御し、バケット角を制御してもよい。
　図１８は、第２変形例に係るショベルの電気系統や油圧系統などのブロック図である。このショベル１は、図１７の切換弁１８、比例弁１９に代えて流量調整弁２０を備える。コントローラ３０は、流量調整弁２０を制御することにより、コントロールバルブ１７に供給される圧油の流量を変化させ、バケット角を制御してもよい。
　いくつかの実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
１…ショベル、２…クローラ、２Ａ，２Ｂ…走行油圧モータ、３…旋回装置、４…旋回体、４ａ…運転室、５…ブーム、６…アーム、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…バケット、１１…エンジン、１２…アタッチメント、１４…メインポンプ、１５…パイロットポンプ、１６…高圧油圧ライン、１７…コントロールバルブ、１８…切換弁、１９…比例弁、２０…流量調整弁、２１…旋回油圧モータ、２５…パイロットライン、２６…操作装置、２７，２８…油圧ライン、２９…圧力センサ、３０…コントローラ、３２…加速度方向取得部、３４…バケット角演算部、３６…逆運動学演算部、４０…積載物、４０ａ…上部分、４０ｂ…下部分、５３０…センサ。
　本発明は産業車両に利用できる。

Claims (11)

  1. 　クローラと、
    　上部旋回体と、
    　前記クローラに対して前記上部旋回体を回転させる旋回装置と、
    　ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
    　前記アタッチメントの動作中に前記バケット内の積載物に加わる力が、前記積載物の安定しうるしきい値を超えないように、前記アタッチメントおよび前記上部旋回体の少なくとも一方の動作を制限するコントローラと、
    　を備えることを特徴とするショベル。
  2. 　前記コントローラは、前記アタッチメントの動作にともない発生する力と前記旋回装置の動作にともない生ずる力の合力を考慮することを特徴とする請求項１に記載のショベル。
  3. 　前記コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸の加速度を抑制することを特徴とする請求項１または２に記載のショベル。
  4. 　前記コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の全軸の加速度を抑制することを特徴とする請求項３に記載のショベル。
  5. 　前記コントローラは、前記積載物を前記バケットから溢す方向に支配的に作用する軸の加速度を優先的に抑制することを特徴とする請求項３に記載のショベル。
  6. 　前記コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸の速度を抑制することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のショベル。
  7. 　前記コントローラは、旋回軸、ブーム軸、アーム軸、バケット軸の少なくともひとつの軸のジャークを抑制することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のショベル。
  8. 　前記しきい値は、前記アタッチメントの姿勢に応じていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のショベル。
  9. 　クローラと、
    　上部旋回体と、
    　前記クローラに対して前記上部旋回体を回転させる旋回装置と、
    　ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
    　前記バケットを移動させたときに、前記バケットの基準面がバケット内の積載物に生ずる加速度方向と垂直面に近づく方向に、バケットを傾けるコントローラと、
    　を備えることを特徴とするショベル。
  10. 　クローラと、
    　上部旋回体と、
    　前記クローラに対して前記上部旋回体を回転させる旋回装置と、
    　ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
    　前記旋回装置および前記アタッチメントの少なくともひとつを可動中に前記バケット内の積載物の垂直抗力が大きくなるように前記バケットを傾けるコントローラと、
    　を備えることを特徴とするショベル。
  11. 　クローラと、
    　上部旋回体と、
    　前記クローラに対して前記上部旋回体を回転させる旋回装置と、
    　ブーム、アーム、バケットおよびブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを有し、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
    　前記旋回装置および前記アタッチメントの少なくともひとつを可動中に、前記バケット内の積載物に対して、バケットの基準面と平行に働く力が小さくなるように前記バケットを傾けるコントローラと、
    　を備えることを特徴とするショベル。
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