WO2020203843A1 - ショベル - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to excavators as excavators.
- the above-mentioned excavator relates to an error included in the output of the GNSS antenna due to the satellite position or the weather, an error included in the output of the IMU, a hydraulic pump discharge amount due to the hydraulic oil temperature or the temperature of the hydraulic actuator, etc. Due to the influence of an error or an error related to the amount of expansion and contraction of the hydraulic cylinder, there is a possibility that a relatively large step is generated between two adjacent strip-shaped regions formed by the repeatedly executed excavation operation.
- the strip-shaped region is a part of the finished surface having a width corresponding to the width of the bucket.
- the excavator according to the embodiment of the present invention includes a lower traveling body, an upper rotating body rotatably mounted on the lower traveling body, an attachment attached to the upper rotating body, an attachment actuator for moving the attachment, and the like. To assist the operator so that the level difference formed between two adjacent finished surfaces is equal to or less than a predetermined value.
- FIG. 1 is a side view of the excavator 100
- FIG. 2 is a top view of the excavator 100.
- the lower traveling body 1 of the excavator 100 includes the crawler 1C.
- the crawler 1C is driven by a traveling hydraulic motor 2M as a traveling actuator mounted on the lower traveling body 1.
- the crawler 1C includes a left crawler 1CL and a right crawler 1CR.
- the left crawler 1CL is driven by the left traveling hydraulic motor 2ML
- the right crawler 1CR is driven by the right traveling hydraulic motor 2MR.
- the lower traveling body 1 is mounted so that the upper rotating body 3 can be swiveled via the swivel mechanism 2.
- the swivel mechanism 2 is driven by a swivel hydraulic motor 2A as a swivel actuator mounted on the upper swivel body 3.
- the swivel actuator may be a swivel motor generator as an electric actuator.
- a boom 4 is attached to the upper swing body 3.
- An arm 5 is attached to the tip of the boom 4, and a bucket 6 as an end attachment is attached to the tip of the arm 5.
- the boom 4, arm 5, and bucket 6 form an excavation attachment AT, which is an example of an attachment.
- the boom 4 is driven by the boom cylinder 7, the arm 5 is driven by the arm cylinder 8, and the bucket 6 is driven by the bucket cylinder 9.
- the boom cylinder 7, arm cylinder 8 and bucket cylinder 9 constitute an attachment actuator.
- the end attachment may be a slope bucket.
- the boom 4 is supported so as to be rotatable up and down with respect to the upper swing body 3.
- a boom angle sensor S1 is attached to the boom 4.
- the boom angle sensor S1 can detect the boom angle ⁇ , which is the rotation angle of the boom 4.
- the boom angle ⁇ is, for example, an ascending angle from the state in which the boom 4 is most lowered. Therefore, the boom angle ⁇ becomes maximum when the boom 4 is raised most.
- the arm 5 is rotatably supported with respect to the boom 4.
- An arm angle sensor S2 is attached to the arm 5.
- the arm angle sensor S2 can detect the arm angle ⁇ , which is the rotation angle of the arm 5.
- the arm angle ⁇ is, for example, an opening angle from the most closed state of the arm 5. Therefore, the arm angle ⁇ becomes maximum when the arm 5 is opened most.
- the bucket 6 is rotatably supported with respect to the arm 5.
- a bucket angle sensor S3 is attached to the bucket 6.
- the bucket angle sensor S3 can detect the bucket angle ⁇ , which is the rotation angle of the bucket 6.
- the bucket angle ⁇ is an opening angle from the most closed state of the bucket 6. Therefore, the bucket angle ⁇ becomes maximum when the bucket 6 is opened most.
- each of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, and the bucket angle sensor S3 is composed of a combination of an acceleration sensor and a gyro sensor. However, it may be composed only of an acceleration sensor. Further, the boom angle sensor S1 may be a stroke sensor attached to the boom cylinder 7, a rotary encoder, a potentiometer, an inertial measurement unit, or the like. The same applies to the arm angle sensor S2 and the bucket angle sensor S3.
- the upper swing body 3 is provided with a cabin 10 as a driver's cab, and is equipped with a power source such as an engine 11. Further, a space recognition device 70, an orientation detection device 71, a positioning device 73, an airframe tilt sensor S4, a swivel angular velocity sensor S5, and the like are attached to the upper swivel body 3. Inside the cabin 10, an operating device 26, a controller 30, an information input device 72, a display device D1, a voice output device D2, and the like are provided. In this document, for convenience, the side of the upper swing body 3 to which the excavation attachment AT is attached is referred to as the front, and the side to which the counterweight is attached is referred to as the rear.
- the space recognition device 70 is configured to recognize an object existing in the three-dimensional space around the excavator 100.
- Objects are, for example, construction surfaces, people, animals, vehicles (dump trucks, etc.), work equipment, construction machinery, buildings, electric wires, fences, holes, and the like.
- the space recognition device 70 is configured to be able to distinguish between a person and a non-human object. Further, the space recognition device 70 may be configured to identify the type of the object from the person based on the work vest or helmet worn by the person.
- the space recognition device 70 may be configured to recognize the terrain. Specifically, the space recognition device 70 may be configured to calculate, for example, the difference between the current terrain and the design surface. The difference between the current terrain and the design surface is, for example, the distance between the surface of the current terrain and the design surface in the direction perpendicular to the design surface.
- the space recognition device 70 may be configured to calculate the distance from the space recognition device 70 or the excavator 100 to the recognized object.
- the space recognition device 70 includes, for example, an ultrasonic sensor, a millimeter wave radar, a monocular camera, a stereo camera, a LIDAR, a range image sensor, an infrared sensor, or any combination thereof.
- the space recognition device 70 is attached to the front sensor 70F attached to the front end of the upper surface of the cabin 10, the rear sensor 70B attached to the rear end of the upper surface of the upper swing body 3, and the left end of the upper surface of the upper swing body 3.
- the left sensor 70L and the right sensor 70R attached to the upper right end of the upper swing body 3 are included.
- An upper sensor that recognizes an object existing in the space above the upper swivel body 3 may be attached to the excavator 100.
- the orientation detection device 71 is configured to detect information regarding the relative relationship between the orientation of the upper swing body 3 and the orientation of the lower traveling body 1.
- the orientation detection device 71 may be composed of, for example, a combination of a geomagnetic sensor attached to the lower traveling body 1 and a geomagnetic sensor attached to the upper rotating body 3.
- the orientation detection device 71 may be composed of a combination of a GNSS receiver attached to the lower traveling body 1 and a GNSS receiver attached to the upper rotating body 3.
- the orientation detection device 71 may be a rotary encoder, a rotary position sensor, or any combination thereof.
- the orientation detection device 71 may be configured by a resolver.
- the orientation detection device 71 may be attached to, for example, a center joint provided in connection with the swivel mechanism 2 that realizes relative rotation between the lower traveling body 1 and the upper swivel body 3.
- the orientation detection device 71 may be composed of a camera attached to the upper swing body 3. In this case, the orientation detection device 71 performs known image processing on the image (input image) captured by the camera attached to the upper swivel body 3 to detect the image of the lower traveling body 1 included in the input image. Then, the orientation detection device 71 identifies the longitudinal direction of the lower traveling body 1 by detecting the image of the lower traveling body 1 by using a known image recognition technique. Then, the angle formed between the direction of the front-rear axis of the upper swing body 3 and the longitudinal direction of the lower traveling body 1 is derived. The direction of the front-rear axis of the upper swing body 3 is derived from the mounting position of the camera.
- the orientation detection device 71 can specify the longitudinal direction of the lower traveling body 1 by detecting the image of the crawler 1C.
- the orientation detection device 71 may be integrated with the controller 30.
- the camera may be a space recognition device 70.
- the information input device 72 is configured so that the operator of the excavator can input information to the controller 30.
- the information input device 72 is a switch panel installed close to the display unit of the display device D1.
- the information input device 72 may be a touch panel arranged on the display unit of the display device D1, or may be a voice input device such as a microphone arranged in the cabin 10.
- the information input device 72 may be a communication device that acquires information from the outside.
- the positioning device 73 is configured to measure the position of the upper swing body 3.
- the positioning device 73 is a GNSS receiver, detects the position of the upper swing body 3, and outputs the detected value to the controller 30.
- the positioning device 73 may be a GNSS compass. In this case, since the positioning device 73 can detect the position and orientation of the upper swing body 3, it also functions as the orientation detecting device 71.
- the body tilt sensor S4 detects the tilt of the upper swivel body 3 with respect to a predetermined plane.
- the airframe tilt sensor S4 is an acceleration sensor that detects the tilt angle around the front-rear axis and the tilt angle around the left-right axis of the upper swing body 3 with respect to the horizontal plane.
- the front-rear axis and the left-right axis of the upper swivel body 3 pass, for example, the excavator center point which is one point on the swivel axis of the shovel 100 at right angles to each other.
- the turning angular velocity sensor S5 detects the turning angular velocity of the upper swing body 3. In this embodiment, it is a gyro sensor. It may be a resolver, a rotary encoder, or any combination thereof. The turning angular velocity sensor S5 may detect the turning velocity. The turning speed may be calculated from the turning angular velocity.
- At least one of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, the bucket angle sensor S3, the body tilt sensor S4, and the turning angular velocity sensor S5 is also referred to as an attitude detection device.
- the posture of the excavation attachment AT is detected based on, for example, the outputs of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, and the bucket angle sensor S3.
- the display device D1 is a device that displays information.
- the display device D1 is a liquid crystal display installed in the cabin 10.
- the display device D1 may be a display of a mobile terminal such as a smartphone.
- the audio output device D2 is a device that outputs audio.
- the voice output device D2 includes at least one device that outputs voice to the operator inside the cabin 10 and a device that outputs voice to the operator outside the cabin 10. It may be a speaker of a mobile terminal.
- the operating device 26 is a device used by the operator to operate the actuator.
- the operating device 26 includes, for example, an operating lever and an operating pedal.
- the actuator includes at least one of a hydraulic actuator and an electric actuator.
- the controller 30 is a control device for controlling the excavator 100.
- the controller 30 is composed of a computer including a CPU, a volatile storage device, a non-volatile storage device, and the like. Then, the controller 30 reads the program corresponding to each function from the non-volatile storage device, loads it into the volatile storage device, and causes the CPU to execute the corresponding process.
- Each function is, for example, a machine guidance function for guiding the manual operation of the excavator 100 by the operator, supporting the manual operation of the excavator 100 by the operator, or operating the excavator 100 automatically or autonomously. Includes a machine control function.
- the controller 30 may include a contact avoidance function for automatically or autonomously operating or stopping the excavator 100 in order to avoid contact between an object existing around the excavator 100 and the excavator 100.
- the controller 30 determines that a person exists within a predetermined range (within the monitoring range) from the excavator 100 based on the information acquired by the space recognition device 70 before the actuator operates, the operator operates the operation device 26. Even so, the operation of the actuator may be limited to inoperability or operation in a very low speed state. Specifically, when the controller 30 determines that a person is within the monitoring range, the controller 30 can disable the actuator by locking the gate lock valve. In the case of the electric operating device 26, the controller 30 can disable the actuator by disabling the control command to the operating control valve.
- the operation device 26 of another type also outputs the pilot pressure corresponding to the control command from the controller 30, and the pilot port of the corresponding control valve (for example, one of the control valves 171 to 176) in the control valve unit 17.
- the operation of the actuator can be slowed down by limiting the control command from the controller 30 to the control valve for operation to a relatively small content. In this way, if it is determined that the object to be monitored exists within the monitoring range, the actuator is not driven even if the operation device 26 is operated, or the operating speed corresponding to the operation input to the operation device 26 is increased. Is driven at a small operating speed (slow speed).
- the controller 30 stops the operation of the actuator or stops the operation of the actuator regardless of the operation of the operator. , May be decelerated. Specifically, when it is determined that a person exists within the monitoring range, the controller 30 may stop the actuator by locking the gate lock valve.
- the controller 30 When an operation control valve that outputs a pilot pressure corresponding to a control command from the controller 30 and applies the pilot pressure to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve unit is used, the controller 30 operates. By disabling the control command to the control valve for operation or outputting the deceleration command to the control valve for operation, the actuator can be restricted to the inoperable or slow speed operation.
- control regarding stopping or deceleration of the actuator may not be performed.
- the actuator may be controlled to avoid detected dump trucks. In this way, the type of detected object is recognized, and the actuator may be controlled based on the recognition.
- FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a hydraulic system mounted on the excavator 100.
- the mechanical power transmission system, the hydraulic oil line, the pilot line and the electric control system are shown by double lines, solid lines, broken lines and dotted lines, respectively.
- the hydraulic system of the excavator 100 mainly includes an engine 11, a regulator 13, a main pump 14, a pilot pump 15, a control valve unit 17, an operating device 26, a discharge pressure sensor 28, an operating pressure sensor 29, a controller 30, and the like.
- the hydraulic system is configured to circulate hydraulic oil from the main pump 14 driven by the engine 11 to the hydraulic oil tank via the center bypass pipeline 40 or the parallel pipeline 42.
- the engine 11 is a drive source for the excavator 100.
- the engine 11 is, for example, a diesel engine that operates so as to maintain a predetermined rotation speed.
- the output shaft of the engine 11 is connected to each input shaft of the main pump 14 and the pilot pump 15.
- the main pump 14 is configured so that hydraulic oil can be supplied to the control valve unit 17 via the hydraulic oil line.
- the main pump 14 is a swash plate type variable displacement hydraulic pump.
- the regulator 13 is configured to be able to control the discharge amount of the main pump 14.
- the regulator 13 controls the discharge amount of the main pump 14 by adjusting the swash plate tilt angle of the main pump 14 in response to a control command from the controller 30.
- the pilot pump 15 is an example of a pilot pressure generating device, and is configured to be able to supply hydraulic oil to a hydraulic control device including an operating device 26 via a pilot line.
- the pilot pump 15 is a fixed displacement hydraulic pump.
- the pilot pressure generator may be realized by the main pump 14. That is, the main pump 14 has a function of supplying hydraulic oil to the control valve unit 17 via the hydraulic oil line and a function of supplying hydraulic oil to various hydraulic control devices including the operating device 26 via the pilot line. May be. In this case, the pilot pump 15 may be omitted.
- the control valve unit 17 is a hydraulic control device that controls the hydraulic system in the excavator 100.
- the control valve unit 17 includes control valves 171 to 176.
- the control valve 175 includes a control valve 175L and a control valve 175R
- the control valve 176 includes a control valve 176L and a control valve 176R.
- the control valve unit 17 is configured to selectively supply the hydraulic oil discharged by the main pump 14 to one or a plurality of hydraulic actuators through the control valves 171 to 176.
- the control valves 171 to 176 control, for example, the flow rate of the hydraulic oil flowing from the main pump 14 to the hydraulic actuator and the flow rate of the hydraulic oil flowing from the hydraulic actuator to the hydraulic oil tank.
- the hydraulic actuator includes a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, a bucket cylinder 9, a left traveling hydraulic motor 2ML, a right traveling hydraulic motor 2MR, and a swivel hydraulic motor 2A.
- the operating device 26 is configured to be able to supply the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve unit 17 via the pilot line.
- the pressure of the hydraulic oil (pilot pressure) supplied to each of the pilot ports is a pressure corresponding to the operation direction and the operation amount of the operation device 26 corresponding to each of the hydraulic actuators.
- the operating device 26 may be an electrically controlled type instead of the pilot pressure type as described above.
- the control valve in the control valve unit 17 may be an electromagnetic solenoid type spool valve.
- the discharge pressure sensor 28 is configured to be able to detect the discharge pressure of the main pump 14. In the present embodiment, the discharge pressure sensor 28 outputs the detected value to the controller 30.
- the operating pressure sensor 29 is configured to be able to detect the content of the operation of the operating device 26 by the operator.
- the operating pressure sensor 29 detects the operating direction and operating amount of the operating device 26 corresponding to each of the actuators in the form of pressure (operating pressure), and outputs the detected value to the controller 30.
- the content of the operation of the operating device 26 may be detected by using a sensor other than the operating pressure sensor.
- the main pump 14 includes a left main pump 14L and a right main pump 14R. Then, the left main pump 14L circulates the hydraulic oil to the hydraulic oil tank via the left center bypass line 40L or the left parallel line 42L, and the right main pump 14R is the right center bypass line 40R or the right parallel line 42R. The hydraulic oil is circulated to the hydraulic oil tank via.
- the left center bypass pipeline 40L is a hydraulic oil line passing through the control valves 171, 173, 175L and 176L arranged in the control valve unit 17.
- the right center bypass line 40R is a hydraulic oil line passing through the control valves 172, 174, 175R and 176R arranged in the control valve unit 17.
- the control valve 171 supplies the hydraulic oil discharged by the left main pump 14L to the left hydraulic motor 2ML, and discharges the hydraulic oil discharged by the left hydraulic motor 2ML to the hydraulic oil tank. It is a spool valve that switches.
- the control valve 172 supplies the hydraulic oil discharged by the right main pump 14R to the right traveling hydraulic motor 2MR, and discharges the hydraulic oil discharged by the right traveling hydraulic motor 2MR to the hydraulic oil tank. It is a spool valve that switches.
- the control valve 173 supplies the hydraulic oil discharged by the left main pump 14L to the swing hydraulic motor 2A, and switches the flow of the hydraulic oil in order to discharge the hydraulic oil discharged by the swing hydraulic motor 2A to the hydraulic oil tank. It is a valve.
- the control valve 174 is a spool valve that supplies the hydraulic oil discharged by the right main pump 14R to the bucket cylinder 9 and switches the flow of the hydraulic oil in order to discharge the hydraulic oil in the bucket cylinder 9 to the hydraulic oil tank. ..
- the control valve 175L is a spool valve that switches the flow of hydraulic oil in order to supply the hydraulic oil discharged by the left main pump 14L to the boom cylinder 7.
- the control valve 175R is a spool valve that supplies the hydraulic oil discharged by the right main pump 14R to the boom cylinder 7 and switches the flow of the hydraulic oil in order to discharge the hydraulic oil in the boom cylinder 7 to the hydraulic oil tank. ..
- the control valve 176L is a spool valve that supplies the hydraulic oil discharged by the left main pump 14L to the arm cylinder 8 and switches the flow of the hydraulic oil in order to discharge the hydraulic oil in the arm cylinder 8 to the hydraulic oil tank. ..
- the control valve 176R is a spool valve that supplies the hydraulic oil discharged by the right main pump 14R to the arm cylinder 8 and switches the flow of the hydraulic oil in order to discharge the hydraulic oil in the arm cylinder 8 to the hydraulic oil tank. ..
- the left parallel pipeline 42L is a hydraulic oil line parallel to the left center bypass pipeline 40L.
- the left parallel pipeline 42L can supply hydraulic oil to a control valve further downstream when the flow of hydraulic oil through the left center bypass pipeline 40L is restricted or blocked by any of the control valves 171, 173, and 175L.
- the right parallel pipeline 42R is a hydraulic oil line parallel to the right center bypass pipeline 40R.
- the right parallel line 42R can supply the hydraulic oil to the control valve further downstream when the flow of the hydraulic oil through the right center bypass line 40R is restricted or blocked by any of the control valves 172, 174 and 175R. ..
- the regulator 13 includes a left regulator 13L and a right regulator 13R.
- the left regulator 13L controls the discharge amount of the left main pump 14L by adjusting the swash plate tilt angle of the left main pump 14L according to the discharge pressure of the left main pump 14L.
- the left regulator 13L reduces the discharge amount by adjusting the swash plate tilt angle of the left main pump 14L in response to an increase in the discharge pressure of the left main pump 14L, for example.
- the operating device 26 includes a left operating lever 26L, a right operating lever 26R, and a traveling lever 26D.
- the traveling lever 26D includes a left traveling lever 26DL and a right traveling lever 26DR.
- the left operating lever 26L is used for turning and operating the arm 5.
- the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 is used to introduce a control pressure according to the lever operating amount into the pilot port of the control valve 176.
- the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 is used to introduce a control pressure according to the lever operation amount into the pilot port of the control valve 173.
- the hydraulic oil is introduced into the right pilot port of the control valve 176L and the hydraulic oil is introduced into the left pilot port of the control valve 176R. ..
- the hydraulic oil is introduced into the left pilot port of the control valve 176L and the hydraulic oil is introduced into the right pilot port of the control valve 176R.
- hydraulic oil is introduced into the left pilot port of the control valve 173, and when operated in the right turning direction, the right pilot port of the control valve 173 is introduced. Introduce hydraulic oil to.
- the right operating lever 26R is used for operating the boom 4 and the bucket 6.
- the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 is used to introduce a control pressure according to the lever operating amount into the pilot port of the control valve 175.
- the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 is used to introduce a control pressure according to the lever operation amount into the pilot port of the control valve 174.
- hydraulic oil is introduced into the left pilot port of the control valve 175R.
- the hydraulic oil is introduced into the right pilot port of the control valve 175L, and the hydraulic oil is introduced into the left pilot port of the control valve 175R.
- the right operating lever 26R causes hydraulic oil to be introduced into the right pilot port of the control valve 174 when operated in the bucket closing direction, and into the left pilot port of the control valve 174 when operated in the bucket opening direction. Introduce hydraulic oil.
- the traveling lever 26D is used to operate the crawler 1C.
- the left traveling lever 26DL is used for operating the left crawler 1CL. It may be configured to work with the left travel pedal.
- the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 is used to introduce a control pressure according to the lever operating amount into the pilot port of the control valve 171.
- the right traveling lever 26DR is used to operate the right crawler 1CR. It may be configured to work with the right-handed pedal.
- the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 is used to introduce a control pressure according to the lever operating amount into the pilot port of the control valve 172.
- the discharge pressure sensor 28 includes a discharge pressure sensor 28L and a discharge pressure sensor 28R.
- the discharge pressure sensor 28L detects the discharge pressure of the left main pump 14L and outputs the detected value to the controller 30. The same applies to the discharge pressure sensor 28R.
- the operating pressure sensor 29 includes the operating pressure sensors 29LA, 29LB, 29RA, 29RB, 29DL, and 29DR.
- the operating pressure sensor 29LA detects the content of the operator's operation of the left operating lever 26L in the front-rear direction in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the contents of the operation are, for example, the lever operation direction, the lever operation amount (lever operation angle), and the like.
- the operation pressure sensor 29LB detects the content of the operation by the operator in the left-right direction with respect to the left operation lever 26L in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the operating pressure sensor 29RA detects the content of the operator's operation of the right operating lever 26R in the front-rear direction in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the operating pressure sensor 29RB detects the content of the operator's operation of the right operating lever 26R in the left-right direction in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the operating pressure sensor 29DL detects the content of the operator's operation of the left traveling lever 26DL in the front-rear direction in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the operating pressure sensor 29DR detects the content of the operator's operation on the right traveling lever 26DR in the front-rear direction in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the controller 30 receives the output of the operating pressure sensor 29, outputs a control command to the regulator 13 as necessary, and changes the discharge amount of the main pump 14. Further, the controller 30 receives the output of the control pressure sensor 19 provided upstream of the throttle 18, outputs a control command to the regulator 13 as needed, and changes the discharge amount of the main pump 14.
- the diaphragm 18 includes a left diaphragm 18L and a right diaphragm 18R, and the control pressure sensor 19 includes a left control pressure sensor 19L and a right control pressure sensor 19R.
- a left throttle 18L is arranged between the most downstream control valve 176L and the hydraulic oil tank. Therefore, the flow of hydraulic oil discharged by the left main pump 14L is limited by the left throttle 18L. Then, the left diaphragm 18L generates a control pressure for controlling the left regulator 13L.
- the left control pressure sensor 19L is a sensor for detecting this control pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the controller 30 controls the discharge amount of the left main pump 14L by adjusting the swash plate tilt angle of the left main pump 14L according to this control pressure. The controller 30 decreases the discharge amount of the left main pump 14L as the control pressure is larger, and increases the discharge amount of the left main pump 14L as the control pressure is smaller.
- the discharge amount of the right main pump 14R is also controlled in the same manner.
- the hydraulic oil discharged by the left main pump 14L passes through the left center bypass pipe 40L to the left.
- the aperture reaches 18L.
- the flow of hydraulic oil discharged by the left main pump 14L increases the control pressure generated upstream of the left throttle 18L.
- the controller 30 reduces the discharge amount of the left main pump 14L to the allowable minimum discharge amount, and suppresses the pressure loss (pumping loss) when the discharged hydraulic oil passes through the left center bypass line 40L.
- the hydraulic oil discharged from the left main pump 14L flows into the hydraulic actuator to be operated via the control valve corresponding to the hydraulic actuator to be operated. Then, the flow of the hydraulic oil discharged by the left main pump 14L reduces or eliminates the amount reaching the left throttle 18L, and lowers the control pressure generated upstream of the left throttle 18L. As a result, the controller 30 increases the discharge amount of the left main pump 14L, circulates sufficient hydraulic oil to the hydraulic actuator to be operated, and ensures the driving of the hydraulic actuator to be operated. The controller 30 also controls the discharge amount of the right main pump 14R in the same manner.
- the hydraulic system of FIG. 3 can suppress wasteful energy consumption in the main pump 14 in the standby state.
- the wasteful energy consumption includes a pumping loss generated in the center bypass line 40 by the hydraulic oil discharged from the main pump 14. Further, in the hydraulic system of FIG. 3, when operating the hydraulic actuator, the necessary and sufficient hydraulic oil can be reliably supplied from the main pump 14 to the hydraulic actuator to be operated.
- FIGS. 4A to 4D are views of a part of the hydraulic system.
- FIG. 4A is a diagram showing an extracted hydraulic system portion related to the operation of the arm cylinder 8
- FIG. 4B is a diagram showing an extracted hydraulic system portion related to the operation of the boom cylinder 7.
- FIG. 4C is a diagram showing an extracted hydraulic system portion related to the operation of the bucket cylinder 9
- FIG. 4D is a diagram showing an extracted hydraulic system portion related to the operation of the swing hydraulic motor 2A.
- the hydraulic system includes a proportional valve 31, a shuttle valve 32, and a proportional valve 33.
- the proportional valve 31 includes proportional valves 31AL to 31DL and 31AR to 31DR
- the shuttle valve 32 includes shuttle valves 32AL to 32DL and 32AR to 32DR
- the proportional valve 33 includes proportional valves 33AL to 33DL and 33AR to 33DR. ..
- the proportional valve 31 functions as a control valve for machine control.
- the proportional valve 31 is arranged in a pipeline connecting the pilot pump 15 and the shuttle valve 32, and is configured so that the flow path area of the pipeline can be changed.
- the proportional valve 31 operates in response to a control command output from the controller 30. Therefore, the controller 30 supplies the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the corresponding control valve in the control valve unit 17 via the proportional valve 31 and the shuttle valve 32, regardless of the operation of the operating device 26 by the operator. Can be supplied to the pilot port.
- the shuttle valve 32 has two inlet ports and one outlet port. One of the two inlet ports is connected to the operating device 26 and the other is connected to the proportional valve 31. The outlet port is connected to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve unit 17. Therefore, the shuttle valve 32 can make the higher of the pilot pressure generated by the operating device 26 and the pilot pressure generated by the proportional valve 31 act on the pilot port of the corresponding control valve.
- the proportional valve 33 functions as a machine control control valve in the same manner as the proportional valve 31.
- the proportional valve 33 is arranged in a pipeline connecting the operating device 26 and the shuttle valve 32, and is configured so that the flow path area of the pipeline can be changed.
- the proportional valve 33 operates in response to a control command output from the controller 30. Therefore, the controller 30 reduces the pressure of the hydraulic oil discharged by the operating device 26 regardless of the operation of the operating device 26 by the operator, and then controls the corresponding control in the control valve unit 17 via the shuttle valve 32. Can be supplied to the pilot port of the valve.
- the controller 30 can operate the hydraulic actuator corresponding to the specific operating device 26 even when the specific operating device 26 is not operated. Further, the controller 30 can forcibly stop the operation of the hydraulic actuator corresponding to the specific operating device 26 even when the operation on the specific operating device 26 is being performed.
- the left operating lever 26L is used to operate the arm 5.
- the left operating lever 26L utilizes the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to apply a pilot pressure corresponding to the operation in the front-rear direction to the pilot port of the control valve 176.
- the pilot pressure according to the amount of operation is applied to the right pilot port of the control valve 176L and the left pilot port of the control valve 176R. Let it work.
- the pilot pressure according to the operating amount is applied to the left pilot port of the control valve 176L and the right pilot port of the control valve 176R.
- a switch NS is provided on the left operating lever 26L.
- the switch NS is a push button switch provided at the tip of the left operating lever 26L. The operator can operate the left operating lever 26L while pressing the switch NS.
- the switch NS may be provided on the right operating lever 26R or may be provided at another position in the cabin 10.
- the operating pressure sensor 29LA detects the content of the operator's operation of the left operating lever 26L in the front-rear direction in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the proportional valve 31AL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure by the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the right side pilot port of the control valve 176L and the left side pilot port of the control valve 176R via the proportional valve 31AL and the shuttle valve 32AL is adjusted.
- the proportional valve 31AR operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure due to the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the left side pilot port of the control valve 176L and the right side pilot port of the control valve 176R is adjusted via the proportional valve 31AR and the shuttle valve 32AR.
- the proportional valves 31AL and 31AR can adjust the pilot pressure so that the control valves 176L and 176R can be stopped at any valve position.
- the controller 30 supplies the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 176L and the control valve 176R via the proportional valve 31AL and the shuttle valve 32AL, regardless of the arm closing operation by the operator. Can be supplied to the pilot port on the left side of. That is, the arm 5 can be closed. Further, the controller 30 supplies the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the left side pilot port of the control valve 176L and the right side of the control valve 176R via the proportional valve 31AR and the shuttle valve 32AR regardless of the arm opening operation by the operator. Can be supplied to the pilot port. That is, the arm 5 can be opened.
- the proportional valve 33AL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure due to the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 176L and the left pilot port of the control valve 176R is reduced via the left operating lever 26L, the proportional valve 33AL, and the shuttle valve 32AL.
- the proportional valve 33AR operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure due to the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 176L and the right pilot port of the control valve 176R is reduced via the left operating lever 26L, the proportional valve 33AR, and the shuttle valve 32AR.
- the proportional valves 33AL and 33AR can adjust the pilot pressure so that the control valves 176L and 176R can be stopped at any valve position.
- the controller 30 can use the pilot port on the closing side of the control valve 176 (the left pilot port of the control valve 176L and the control valve, if necessary, even when the arm closing operation is performed by the operator.
- the pilot pressure acting on the right side pilot port of the 176R) can be reduced to forcibly stop the closing operation of the arm 5. The same applies to the case where the opening operation of the arm 5 is forcibly stopped while the arm opening operation is being performed by the operator.
- the controller 30 controls the proportional valve 31AR as necessary even when the arm closing operation is performed by the operator, and is on the opposite side of the pilot port on the closing side of the control valve 176.
- the arm The closing operation of 5 may be forcibly stopped.
- the proportional valve 33AL may be omitted. The same applies to the case where the opening operation of the arm 5 is forcibly stopped when the arm opening operation is performed by the operator.
- the right operating lever 26R is used to operate the boom 4.
- the right operating lever 26R utilizes the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to apply a pilot pressure corresponding to the operation in the front-rear direction to the pilot port of the control valve 175. More specifically, when the right operating lever 26R is operated in the boom raising direction (rear direction), the pilot pressure according to the amount of operation is applied to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R. Let it work. Further, when the right operating lever 26R is operated in the boom lowering direction (forward direction), the pilot pressure corresponding to the operating amount is applied to the right pilot port of the control valve 175R.
- the operating pressure sensor 29RA detects the content of the operator's operation of the right operating lever 26R in the front-rear direction in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the proportional valve 31BL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure by the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the right side pilot port of the control valve 175L and the left side pilot port of the control valve 175R via the proportional valve 31BL and the shuttle valve 32BL is adjusted.
- the proportional valve 31BR operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure due to the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the left side pilot port of the control valve 175L and the right side pilot port of the control valve 175R is adjusted via the proportional valve 31BR and the shuttle valve 32BR.
- the proportional valves 31BL and 31BR can adjust the pilot pressure so that the control valves 175L and 175R can be stopped at any valve position.
- the controller 30 supplies the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175L and the control valve 175R via the proportional valve 31BL and the shuttle valve 32BL, regardless of the boom raising operation by the operator. Can be supplied to the pilot port on the left side of. That is, the boom 4 can be raised. Further, the controller 30 can supply the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175R via the proportional valve 31BR and the shuttle valve 32BR regardless of the boom lowering operation by the operator. That is, the boom 4 can be lowered.
- the right operating lever 26R is also used to operate the bucket 6. Specifically, the right operating lever 26R utilizes the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to apply a pilot pressure corresponding to the operation in the left-right direction to the pilot port of the control valve 174. More specifically, when the right operating lever 26R is operated in the bucket closing direction (left direction), the pilot pressure according to the operating amount is applied to the left pilot port of the control valve 174. Further, when the right operating lever 26R is operated in the bucket opening direction (right direction), the pilot pressure according to the operating amount is applied to the right pilot port of the control valve 174.
- the operating pressure sensor 29RB detects the content of the operator's operation of the right operating lever 26R in the left-right direction in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the proportional valve 31CL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure due to the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 174 via the proportional valve 31CL and the shuttle valve 32CL is adjusted.
- the proportional valve 31CR operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure due to the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 174 via the proportional valve 31CR and the shuttle valve 32CR is adjusted.
- the proportional valves 31CL and 31CR can adjust the pilot pressure so that the control valve 174 can be stopped at an arbitrary valve position.
- the controller 30 can supply the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 174 via the proportional valve 31CL and the shuttle valve 32CL regardless of the bucket closing operation by the operator. That is, the bucket 6 can be closed. Further, the controller 30 can supply the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 174 via the proportional valve 31CR and the shuttle valve 32CR regardless of the bucket opening operation by the operator. That is, the bucket 6 can be opened.
- the left operating lever 26L is also used to operate the turning mechanism 2.
- the left operating lever 26L utilizes the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to apply a pilot pressure corresponding to the operation in the left-right direction to the pilot port of the control valve 173. More specifically, when the left operating lever 26L is operated in the left turning direction (left direction), the pilot pressure according to the operating amount is applied to the left pilot port of the control valve 173. Further, when the left operating lever 26L is operated in the right turning direction (right direction), the pilot pressure according to the operating amount is applied to the right pilot port of the control valve 173.
- the operating pressure sensor 29LB detects the content of the operator's operation of the left operating lever 26L in the left-right direction in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30.
- the proportional valve 31DL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure due to the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 173 via the proportional valve 31DL and the shuttle valve 32DL is adjusted.
- the proportional valve 31DR operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. Then, the pilot pressure due to the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 173 via the proportional valve 31DR and the shuttle valve 32DR is adjusted.
- the proportional valves 31DL and 31DR can adjust the pilot pressure so that the control valve 173 can be stopped at an arbitrary valve position.
- the controller 30 can supply the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 173 via the proportional valve 31DL and the shuttle valve 32DL, regardless of the left turning operation by the operator. That is, the turning mechanism 2 can be turned to the left. Further, the controller 30 can supply the hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 173 via the proportional valve 31DR and the shuttle valve 32DR regardless of the right turning operation by the operator. That is, the turning mechanism 2 can be turned to the right.
- the excavator 100 may have a configuration in which the lower traveling body 1 is automatically or autonomously moved forward and backward.
- the hydraulic system portion related to the operation of the left traveling hydraulic motor 2ML and the hydraulic system portion related to the operation of the right traveling hydraulic motor 2MR may be configured in the same manner as the hydraulic system portion related to the operation of the boom cylinder 7.
- the electric operation lever provided with the electric pilot circuit may be adopted instead of the hydraulic operation lever.
- the lever operation amount of the electric operation lever is input to the controller 30 as an electric signal.
- an electromagnetic valve is arranged between the pilot pump 15 and the pilot port of each control valve.
- the solenoid valve is configured to operate in response to an electrical signal from the controller 30.
- the controller 30 moves each control valve by controlling the solenoid valve by an electric signal corresponding to the lever operating amount to increase or decrease the pilot pressure. be able to.
- Each control valve may be composed of an electromagnetic spool valve. In this case, the electromagnetic spool valve operates in response to an electric signal from the controller 30 corresponding to the lever operation amount of the electric operation lever.
- FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the controller 30.
- the controller 30 receives various signals output by at least one of the attitude detection device, the operation device 26, the space recognition device 70, the orientation detection device 71, the information input device 72, the positioning device 73, the switch NS, and the like. It is configured to execute an operation and output a control command to at least one of a proportional valve 31, a display device D1, a voice output device D2, and the like.
- the attitude detection device includes, for example, a boom angle sensor S1, an arm angle sensor S2, a bucket angle sensor S3, a body tilt sensor S4, and a turning angular velocity sensor S5.
- the controller 30 has a position calculation unit 30A, a trajectory acquisition unit 30B, and an autonomous control unit 30C as functional elements. Each functional element may be composed of hardware or software.
- the position calculation unit 30A is configured to calculate the position of the positioning target.
- the position calculation unit 30A calculates the coordinate points in the reference coordinate system of the predetermined portion of the attachment.
- the predetermined portion is, for example, the toe or the back surface of the bucket 6.
- the origin of the reference coordinate system is, for example, the intersection of the swivel axis and the ground plane of the excavator 100.
- the reference coordinate system is, for example, an XYZ Cartesian coordinate system, in which an X axis parallel to the front-rear axis of the excavator 100, a Y axis parallel to the left-right axis of the excavator 100, and a Z axis parallel to the turning axis of the excavator 100 are used.
- the position calculation unit 30A calculates, for example, the coordinate points of the toes of the bucket 6 from the rotation angles of the boom 4, the arm 5, and the bucket 6.
- the position calculation unit 30A may calculate not only the coordinate point at the center of the toe of the bucket 6, but also the coordinate point at the left end of the toe of the bucket 6 and the coordinate point at the right end of the toe of the bucket 6. In this case, the position calculation unit 30A may use the output of the airframe tilt sensor S4. Further, the position calculation unit 30A may calculate the coordinate points in the world coordinate system of the predetermined portion of the attachment by using the output of the positioning device 73.
- the trajectory acquisition unit 30B is configured to acquire a target trajectory, which is a trajectory followed by a predetermined portion of the attachment when the excavator 100 is autonomously operated.
- the trajectory acquisition unit 30B acquires a target trajectory used when the autonomous control unit 30C autonomously operates the shovel 100.
- the trajectory acquisition unit 30B derives a target trajectory based on data related to the design surface (hereinafter referred to as “design data”) stored in the non-volatile storage device.
- the target trajectory is typically a trajectory that coincides with the design surface.
- the trajectory acquisition unit 30B may derive a target trajectory based on the information regarding the terrain around the excavator 100 recognized by the space recognition device 70.
- the trajectory acquisition unit 30B may derive information on the past trajectory of the toe of the bucket 6 from the past output of the posture detection device stored in the volatile storage device, and derive a target trajectory based on the information. .. Alternatively, the trajectory acquisition unit 30B may derive a target trajectory based on the current position of the predetermined portion of the attachment and the design data.
- the autonomous control unit 30C is configured so that the excavator 100 can be operated autonomously.
- the autonomous control unit 30C is configured to move a predetermined portion of the attachment along the target trajectory acquired by the trajectory acquisition unit 30B when a predetermined start condition is satisfied. Specifically, when the operating device 26 is operated while the switch NS is pressed, the excavator 100 is autonomously operated so that the predetermined portion moves along the target trajectory.
- the autonomous control unit 30C is configured to support the manual operation of the excavator by the operator by autonomously operating the actuator.
- the autonomous control unit 30C has a boom cylinder 7 and an arm cylinder 8 so that the target trajectory and the position of the toe of the bucket 6 match when the operator manually closes the arm while pressing the switch NS.
- at least one of the bucket cylinders 9 may be autonomously expanded and contracted. In this case, the operator can close the arm 5 while aligning the toes of the bucket 6 with the target trajectory by simply operating the left operating lever 26L in the arm closing direction, for example.
- the autonomous control unit 30C autonomously operates each actuator by giving a control command (current command) to the proportional valve 31 and individually adjusting the pilot pressure acting on the control valve corresponding to each actuator. Can be made to. For example, at least one of the boom cylinder 7 and the bucket cylinder 9 can be operated regardless of whether the right operating lever 26R is tilted or not.
- FIG. 6 is a perspective view of the excavator 100 performing the finishing work on the slope of the downward slope.
- FIG. 7 is a flowchart of the first support process.
- FIG. 8 shows a configuration example of the first support screen displayed on the display unit of the display device D1 when the first support process is being performed.
- the operator of the excavator 100 determines the finishing work of moving the slope bucket 6S from the slope FS to the slope TS along the design surface, and the lower traveling body 1 in the direction indicated by the arrow AR.
- the slope is finished by alternately executing the running work of moving only the distance.
- the finishing work includes excavating the slope as the construction surface with the tip of the slope bucket 6S, the work of pressing the slope as the construction surface on the back surface of the slope bucket 6S, and the method. Includes work such as excavating the construction surface while pressing the slope as the construction surface on the back surface of the surface bucket 6S.
- the strip-shaped region SW is a region (finished surface) on the slope that can be finished in one finishing operation.
- the strip-shaped region SW has substantially the same width as the width of the slope bucket 6S.
- the strip-shaped region SW0 is an unfinished region finished by the finishing work this time.
- the strip-shaped region SW1 is a region that has already been finished by the finishing work of the previous time (one time before), and the strip-shaped region SW2 is a region that has already been finished by the finishing work of the previous time (two times before).
- the area indicated by the dot pattern represents the slope portion for which finishing has already been completed
- the region indicated by the cross pattern represents the slope portion for which finishing has not been completed.
- the target trajectory is set to match the design surface during finishing work. Therefore, the excavator 100 is controlled so that the trajectory of the actual work site falls within a predetermined tolerance with respect to the design surface. However, even if the excavator 100 can continue the construction so that the locus of the work part actually falls within the predetermined tolerance range, a step LD may occur between the two adjacent strip-shaped regions. is there.
- the step LD6 as the step LD in FIG. 6 is a step formed between the strip-shaped region SW5 and the strip-shaped region SW6. If this step LD is large, even if each of the constructed strip-shaped region SWs is within the permissible range, there is a risk of causing problems such as the concrete block floating when the concrete block is installed on a slope. ..
- the controller 30 executes the first support process when the back surface of the bucket 6 is positioned on the buttock FS by the autonomous control unit 30C.
- the controller 30 calculates the difference between the surface of the strip-shaped region SW1 formed by the previous finishing work and the design surface (step ST1). For example, in the example of FIG. 6, the controller 30 calculates the difference DS1 (see FIG. 8) between the surface and the design surface of the strip-shaped region SW1 formed by the previous finishing work.
- the controller 30 derives the difference DS1 between the surface of the band-shaped region SW1 and the design surface in the direction perpendicular to the design surface based on the locus of the working part of the attachment when the band-shaped region SW1 is finished. At this time, the controller 30 may derive the difference DS1 between the surface of the band-shaped region SW1 and the design surface in the direction perpendicular to the design surface based on the output of the space recognition device 70 and the output of the positioning device 73.
- the working part of the attachment is, for example, the toe of the slope bucket 6S or the back surface of the slope bucket 6S.
- the controller 30 calculates the difference between the surface (estimated surface) of the band-shaped region SW0 formed by the finishing work this time and the design surface (step ST2). For example, in the example of FIG. 6, the controller 30 estimates the difference DS0 between the estimated surface and the design surface of the band-shaped region SW0 formed by the finishing work this time.
- the toe of the slope bucket 6S can be moved to the slope of the slope as a construction surface by manual operation or autonomous control by the operator during the finishing work. Then, when the toe of the slope bucket 6S is moved to the slope, the controller 30 is incomplete in the direction perpendicular to the design surface based on the coordinate points of the toe of the slope bucket 6S calculated by the position calculation unit 30A.
- the difference DS0 between the estimated surface and the design surface of the band-shaped region SW0 is derived. That is, the controller 30 sets the coordinate point of the toe of the current slope bucket 6S as the coordinate point on the estimated surface of the unfinished strip region SW0, and then sets the estimated surface and the design surface of the unfinished strip region SW0.
- the difference DS0 is derived.
- the controller 30 is unfinished after setting the coordinate point of the contact point between the back surface of the current slope bucket 6S and the slope as the construction surface as the coordinate point on the estimated surface of the unfinished strip region SW0.
- the difference DS0 between the estimated surface and the design surface of the band-shaped region SW0 may be derived.
- the controller 30 determines whether or not the size of the step is larger than the predetermined value (step ST3).
- the controller 30 sets the band-shaped region SW0 based on the difference DS1 between the surface and the design surface of the band-shaped region SW1 that has already been formed and the difference DS0 between the estimated surface and the design surface of the strip-shaped region SW0 that has not yet been formed.
- the size HT1 of the step LD1 with the band-shaped region SW1 is derived. That is, the controller 30 derives the difference between the surface of the band-shaped region SW1 and the estimated surface of the band-shaped region SW0 as the size HT1 of the step LD1.
- the controller 30 determines whether or not the size HT1 of the step LD1 is larger than the predetermined value TH1.
- the predetermined value TH1 is, for example, a value stored in advance in the non-volatile storage device, and is typically several mm (for example, 5 mm).
- the predetermined value TH1 may be zero.
- step ST3 When it is determined that the size HT1 of the step LD1 is larger than the predetermined value TH1 (YES in step ST3), the controller 30 notifies that the size HT1 of the step LD1 is larger than the predetermined value TH1 (step ST4).
- the controller 30 notifies that the size HT1 of the step LD1 between the surface of the band-shaped region SW1 that has already been formed and the estimated surface of the strip-shaped region SW0 that has not yet been formed may be larger than the predetermined value TH1. To do. Specifically, the controller 30 outputs a voice message such as "the height of the bucket is adjusted because the step may become large" from the voice output device D2, and / or displays a similar message on the display device D1. It is displayed on the display part of.
- the controller 30 changes the target related to autonomous control (step ST5).
- the target for autonomous control is, for example, a target trajectory.
- the controller 30 may change the target trajectory so that the surface of the band-shaped region SW1 and the surface of the band-shaped region SW0 are flush with each other. After that, the controller 30 autonomously operates the excavator 100 so that the predetermined portion of the attachment moves along the newly set target trajectory.
- the controller 30 changes the target trajectory so that the position of the estimated surface of the band-shaped region SW0 with respect to the design surface is within a predetermined allowable range and the size HT1 of the step LD1 is equal to or less than the predetermined value TH1. ..
- the predetermined allowable range is, for example, the design surface ⁇ 30 mm.
- the controller 30 ends the first support process this time without changing the target related to the autonomous control.
- FIG. 8 shows a configuration example of the first support screen displayed on the display unit of the display device D1 when the slope bucket 6S is positioned on the slope FS in order to complete the strip-shaped region SW0.
- the first support screen includes a cross-section display area G1, a surface display area G2, and a message display area G3.
- the cross section display area G1 is an area for displaying the cross section of the slope.
- the cross-section display area G1 displays the cross-section of the slope in the virtual plane perpendicular to the slope, including the alternate long and short dash line LN1 of FIG.
- the image parts GL1 to GL6 are a part of the solid line LS representing the unevenness of the slope, and represent the size of the steps LD1 to LD6, respectively.
- the image portion GL2 shows that the size of the step LD2 is almost zero, that is, the surface of the strip-shaped region SW1 and the surface of the strip-shaped region SW2 are substantially flush with each other.
- the thick solid line L0 indicates the position of the design surface
- the broken line L1 indicates the allowable upper limit position of the finished surface (for example, the design surface + 30 mm)
- the broken line L2 indicates the allowable lower limit position of the finished surface (for example, the design surface -30 mm). ing. That is, the finished surface is treated as acceptable if the position with respect to the design surface is equal to or less than the allowable upper limit position and equal to or more than the allowable lower limit position.
- the operator of the excavator 100 can determine that the distance between the design surface and the surface of the strip-shaped region SW1 is DS1 and that the distance between the design surface and the estimated surface of the strip-shaped region SW0 is It is easy that the DS0, the size of the step LD1 between the surface of the band-shaped region SW1 and the estimated surface of the band-shaped region SW0 is HT1, and the size of the step LD1 HT1 is larger than the predetermined value TH1. Can be grasped.
- the dashed arrows representing DS0, DS1, DS2, HT1, and TH1 are for explanation purposes only and are not actually displayed. However, the display device D1 may display auxiliary figures such as these broken line arrows.
- the surface display area G2 is an area for displaying the difference in surface height of each band-shaped area constituting the slope, and shows a state in which each band-shaped area is viewed from above.
- the surface display area G2 represents the difference in the height of the surface of each band-shaped area with a plurality of colors.
- the image portion GS0 represents in the first color (cross pattern) that the difference between the estimated surface and the design surface of the unfinished strip region SW0 finished by this finishing work is DS0.
- the image portion GS1 is represented by a second color (coarse dot pattern) that the difference between the surface of the strip-shaped region SW1 finished by the previous finishing work and the design surface is DS1.
- the image portion GS2 represents in the second color (coarse dot pattern) that the difference between the surface of the strip-shaped region SW2 finished by the finishing work two times before and the design surface is the same DS1 as the strip-shaped region SW1. ..
- the image portion GS3 indicates that the difference between the surface and the design surface of the strip-shaped region SW3 finished by the finishing work three times before is DS2 in the third color (fine dot pattern).
- the image portion GS4 represents in the first color (cross pattern) that the difference between the surface and the design surface of the strip-shaped region SW4 finished by the finishing work four times before is the same DS0 as the strip-shaped region SW0.
- the image portion GS5 represents in the third color (fine dot pattern) that the difference between the surface and the design surface of the strip-shaped region SW5 finished by the finishing work five times before is the same DS2 as the strip-shaped region SW3. ..
- the image portion GS6 represents in the second color (coarse dot pattern) that the difference between the surface and the design surface of the strip-shaped region SW6 finished by the finishing work six times before is the same DS1 as the strip-shaped region SW1. ..
- the image portion GS0 corresponding to the strip-shaped region SW0 that has not been finished is a thick line frame for distinguishing from the image portions GS1 to GS6 corresponding to the strip-shaped regions SW1 to SW6 that have been finished. It is surrounded by FR1 and has a figure GB.
- the figure GB is a figure representing the slope bucket 6S, and indicates the current position of the slope bucket 6S.
- the image portion GSx indicates that the area is not reached by the excavator 100 in the fourth color (white).
- the operator of the excavator 100 can easily grasp the height of each surface of the strip-shaped areas SW1 to SW6 that have already been finished, that is, the unevenness of the slope. Further, the operator of the excavator 100 can compare the height of the estimated surface of the strip-shaped region SW0, which has not been finished, with respect to the design surface of each surface of the strip-shaped regions SW1 to SW6.
- the message display area G3 is an area in which a message generated by the controller 30 is displayed.
- the controller 30 determines that the size HT1 of the step LD1 between the surface of the band-shaped area SW1 and the estimated surface of the band-shaped area SW0 may be larger than the predetermined value TH1.
- a message generated by the controller 30 is displayed.
- the operator of the excavator 100 autonomously raises the height of the slope bucket 6S so that the size HT1 of the step LD1 is equal to or less than the predetermined value TH1. You can recognize that it is adjusted. However, the controller 30 may autonomously adjust the height of the slope bucket 6S without making the operator recognize that the height of the slope bucket 6S is autonomously adjusted.
- FIG. 9 is a perspective view of the excavator 100 and the excavator 100A performing the finishing work on the slope of the downward slope.
- FIG. 10 is a flowchart of the second support process.
- FIG. 11 shows a configuration example of the second support screen displayed on the display unit of the display device D1 when the second support process is being performed.
- the operator of the excavator 100 determines the finishing work of moving the slope bucket 6S from the slope FS to the slope TS along the design surface, and the lower traveling body 1 in the direction indicated by the arrow AR1.
- the slope is finished by alternately executing the running work of moving only the distance.
- the operator of the excavator 100A moves the slope bucket 6S from the buttock FS to the shoulder TS along the design surface, and moves the lower traveling body 1 by a predetermined distance in the direction indicated by the arrow AR2.
- the slope is finished by alternately executing the running work.
- the excavator 100A has the same configuration as the excavator 100.
- the excavator 100A may include a controller that does not have functional elements such as a position calculation unit 30A, a trajectory acquisition unit 30B, and an autonomous control unit 30C.
- the region indicated by the dot pattern represents the slope portion where the finish is completed
- the region indicated by the cross pattern represents the slope portion where the finish is not completed.
- the region represented by the dot pattern includes the slope portion SF1 that has been finished by the excavator 100 and the slope portion SF2 that has been finished by the excavator 100A.
- the region represented by the cross pattern includes the slope portion SN1 which has not been finished by the excavator 100 and the slope portion SN2 which has not been finished by the excavator 100A.
- the connecting portion LK the portion where the slope portion SN1 which has not been finished by the excavator 100 and the slope portion SF2 which has been finished by the excavator 100A are in contact with each other, that is, the slope portion SF1 and the slope portion SF2 will be in the future. It is a part that is connected to each other.
- the figure of the part surrounded by the broken line circle CL1 is an enlarged view of the part surrounded by the broken line circle CL2.
- This enlarged view shows that the size of the step LDa between the slope portion SN1 and the slope portion SF2, that is, the current step LDa in the connecting portion LK is HTa.
- the controller 30 mounted on the excavator 100 repeatedly executes the second support process at a predetermined control cycle while the excavator 100 is in operation.
- the controller 30 determines whether or not the distance DT to the connecting portion LK is less than the predetermined distance TH2 (step ST11). For example, in the example of FIG. 9, the controller 30 determines whether or not the distance DT between the slope portion SF1 and the connecting portion LK in the extending direction of the slope is less than the predetermined distance TH2.
- the predetermined distance TH2 is, for example, a distance pre-stored in the non-volatile storage device, typically several meters (eg, 5 meters).
- the controller 30 derives the distance DT based on the output of the space recognition device 70.
- the controller 30 may derive the distance DT based on the output of the positioning device 73 and the information regarding the position of the slope portion SF2 acquired from the excavator 100A via the communication device.
- the information regarding the position of the slope portion SF2 may be the information measured by the measuring device carried by the operator working around the excavator 100, and is acquired by the space recognition device mounted on the flying object such as the multicopter. It may be the information provided.
- the controller 30 estimates the size HTb of the step LDb that can be formed by the connecting portion LK (step ST12).
- the controller 30 relates to the output of the space recognition device 70, information on the position of the working part of the attachment, the output of the positioning device 73, and the position of the slope portion SF2 acquired from the excavator 100A via the communication device. Based on at least one of the information and the like, the size HTb of the step LDb formed when the slope portion SF1 and the slope portion SF2 are connected by the connecting portion LK is estimated. In the broken line circle CL1 of FIG. 9, the position of the estimated surface of the slope portion SF1 when the slope portion SF1 and the slope portion SF2 are connected by the connecting portion LK is indicated by the broken line HM.
- the controller 30 has a difference DS1 between the surface and the design surface of the slope portion SF1 at the present time, that is, when the slope portion SF1 and the slope portion SF2 are not yet connected by the connecting portion LK (see FIG. 11). ) Is used to estimate the height HTb.
- the height DS1 is the difference between the surface of the strip-shaped region SW1 formed by the previous finishing work and the design surface.
- the controller 30 determines the difference between the surface of the strip-shaped region SW1 and the design surface in the direction perpendicular to the design surface based on the locus of the work portion of the attachment when the strip-shaped region SW1 is finished by the previous finishing work. Height DS1 is derived.
- the controller 30 may derive the height DS1 as the difference between the surface of the band-shaped region SW1 and the design surface in the direction perpendicular to the design surface based on the output of the space recognition device 70 and the output of the positioning device 73. Good.
- the working part of the attachment is, for example, the toe of the slope bucket 6S or the back surface of the slope bucket 6S.
- the controller 30 determines whether or not the size HTb of the step LDb is larger than the predetermined value TH3 (step ST13).
- the predetermined value TH3 is, for example, a value stored in advance in the non-volatile storage device, and is typically several mm (for example, 5 mm).
- the predetermined value TH3 may be zero.
- step ST13 When it is determined that the size HTb of the step LDb is larger than the predetermined value TH3 (YES in step ST13), the controller 30 notifies that the size HTb of the step LDb is larger than the predetermined value TH3 (step ST14).
- the controller 30 notifies that if the formation of the slope portion SF1 is continued as it is, the size HTb of the step LDb formed by the connecting portion LK may be larger than the predetermined value TH3. Specifically, the controller 30 outputs a voice message such as "the height of the bucket is adjusted because the step may become large at the connecting portion" from the voice output device D2, and / or outputs a similar message. It is displayed on the display unit of the display device D1.
- the controller 30 changes the target related to autonomous control (step ST15).
- the controller 30 determines the difference between the estimated surface and the design surface of each strip region finished up to the connecting portion LK.
- the slope portion SF1 and the slope portion SF2 are connected to each other when the finishing work including the unfinished strip-shaped region SW0 finished by the finishing work is performed four times. Derives that they are connected by.
- the unfinished strip-shaped region SW finished by the four finishing operations includes the strip-shaped regions SW0, SW10, SW11 and SW12 as shown in FIG.
- the controller 30 determines the difference between the estimated surface and the design surface of each of the four strip-shaped regions so that the sizes of the five steps related to these four strip-shaped regions are all equal to or less than the predetermined value TH3.
- the five steps include a step LD1 formed between the band-shaped area SW1 and the band-shaped area SW0, a step LD10 formed between the band-shaped area SW0 and the band-shaped area SW10, and a band-shaped area SW10.
- the size of the step LDb formed between the band-shaped region SW12 and the band-shaped region SW21 is zero, and all of the remaining four steps LD1 and LD10 to LD12 are the minimum.
- the difference between the estimated surface and the design surface of each of the four strip-shaped regions SW0 and SW10 to SW12 is determined so as to have the same size.
- the controller 30 changes the goal related to autonomous control.
- the target for autonomous control is, for example, a target trajectory.
- the controller 30 changes the target trajectory based on the difference between the estimated surface and the design surface of each of the four strip-shaped regions SW0 and SW10 to SW12, for example.
- the controller 30 when finishing the strip-shaped region SW0, the controller 30 makes the target trajectory lower than the design surface by the size of the step LD1 which is the difference between the surface of the strip-shaped region SW1 and the estimated surface of the strip-shaped region SW0. Change the target trajectory to. After that, the controller 30 autonomously operates the excavator 100 so that the predetermined portion of the attachment moves along the newly set target trajectory.
- the controller 30 when finishing the band-shaped region SW10, the controller 30 further lowers the target trajectory from the design surface by the size of the step LD10, which is the difference between the estimated surface of the strip-shaped region SW0 and the estimated surface of the strip-shaped region SW10. Change the target trajectory. The same applies when finishing each of the strip-shaped region SW11 and the strip-shaped region SW12.
- the size of the step LDb formed between the band-shaped region SW12 and the band-shaped region SW21 becomes zero, and the sizes of the remaining four steps LD1 and LD10 to LD12 are different.
- the difference between the estimated surface and the design surface of each of the four strip-shaped regions SW0 and SW10 to SW12 may be determined.
- the controller 30 may determine the difference between the estimated surface and the design surface of each of the four strip regions SW0 and SW10 to SW12 so that all five steps have the minimum and same size.
- the controller 30 makes sure that the positions of the surfaces of the six strip-shaped regions SW1, SW0, SW10 to SW12, and SW21 are all within a predetermined allowable range, and the five steps LD1 with respect to the six strip-shaped regions. , LD10 to LD12 and LDb are all changed to have a predetermined value TH3 or less.
- the predetermined allowable range is, for example, the design surface ⁇ 30 mm.
- the controller 30 ends the second support process this time without changing the target related to the autonomous control.
- FIG. 11 is a second support screen displayed on the display unit of the display device D1 mounted on the excavator 100 when the slope bucket 6S is positioned on the slope FS in order to complete the strip-shaped region SW0.
- the second support screen includes a cross-section display area G1, a surface display area G2, and a message display area G3, similarly to the first support screen.
- the cross section display area G1 is an area for displaying the cross section of the slope.
- the cross-section display area G1 displays the cross-section of the slope in the virtual plane perpendicular to the slope, including the alternate long and short dash line LN2 of FIG.
- the image portion GL1 is a part of the solid line LS1 representing the unevenness of the slope formed by the excavator 100, and indicates the size of the step LD1.
- the image portions GL10 to GL12 are a part of the dotted line LS2 representing the unevenness of the slope formed by the subsequent finishing work, and indicate the respective sizes of the steps LD10 to LD12.
- the image portion GLb is a part of the solid line LS3 representing the unevenness of the slope formed by the excavator 100A, and indicates the size of the step LDb formed by the subsequent finishing work.
- the image portion GLb shows that the size of the step LDb becomes almost zero, that is, the surface of the band-shaped region SW12 and the surface of the band-shaped region SW21 are substantially flush with each other.
- the thick solid line L0 indicates the position of the design surface
- the broken line L1 indicates the allowable upper limit position of the finished surface (for example, the design surface + 30 mm)
- the broken line L2 indicates the allowable lower limit position of the finished surface (for example, the design surface -30 mm). ing.
- the operator of the excavator 100 can determine that the distance between the design surface and the surface of the strip-shaped region SW1 is DS1 and that the distance between the design surface and the estimated surface of the strip-shaped region SW0 is DS0, the size of the step LD1 between the surface of the band-shaped region SW1 and the estimated surface of the band-shaped region SW0, and the size of the step LD10 between the estimated surface of the band-shaped region SW0 and the estimated surface of the band-shaped region SW10.
- the broken line arrows representing DS0, DS1, DS10 to DS12, HTb, and TH3 are for explanation purposes only and are not actually displayed.
- the display device D1 may display auxiliary figures such as these broken line arrows.
- the surface display area G2 is an area for displaying the difference in surface height of each band-shaped area constituting the slope, and shows a state in which each band-shaped area is viewed from above.
- the surface display area G2 represents the difference in the height of the surface of each band-shaped area with a plurality of colors.
- the image part GS0 is represented by the first color (dot pattern) that the difference between the estimated surface and the design surface of the unfinished strip-shaped region SW0 finished by this finishing work is DS0.
- the image portion GS1 is represented by a second color (coarse dot pattern) that the difference between the surface of the strip-shaped region SW1 finished by the previous finishing work and the design surface is DS1.
- the image portion GS10 is represented by a third color (coarse diagonal line pattern) that the difference between the estimated surface and the design surface of the unfinished strip-shaped region SW10 to be finished by the next finishing work is DS10 smaller than DS0.
- the image portion GS11 has a fourth color (fine diagonal line pattern) that the difference between the estimated surface and the design surface of the unfinished band-shaped region SW11 finished by the finishing work one after another (after two times) is DS11 smaller than DS10. It is represented by.
- the image portion GS12 represents in the fifth color (cross pattern) that the difference between the estimated surface and the design surface of the unfinished strip-shaped region SW12 finished by the finishing work after three times is DS12 smaller than DS11. ..
- the fifth color (cross pattern) of the image portions GS21 to GS23 is that the difference between the surface and the design surface of the strip-shaped regions SW21 to SW23 finished by the finishing work by the excavator 100A is the same DS12 as the strip-shaped region SW12. It is represented by.
- the image portion GS0 corresponding to the strip-shaped region SW0 formed by the finishing work by the excavator 100 is surrounded by a thick line frame FR2 in order to distinguish it from the image portion corresponding to the other strip-shaped region.
- the figure GB is attached.
- the figure GB is a figure representing the slope bucket 6S, and indicates the current position of the slope bucket 6S.
- the image portions corresponding to the other strip-shaped regions are, for example, the image portion GS1 corresponding to the strip-shaped region SW1 that has been finished by the excavator 100, and the strip-shaped regions SW21 to SW23 that have been finished by the excavator 100A.
- the corresponding image portions GS21 to GS23 and the image portions GS10 to GS12 corresponding to the strip-shaped regions SW10 to SW12 for which the finishing work by the excavator 100 has not been started are included.
- the image portions GS10 to GS12 corresponding to the strip-shaped regions SW10 to SW12 for which the finishing work by the excavator 100 has not been started are surrounded by the dotted line frame FR3 in order to distinguish them from other strip-shaped regions.
- the image portion corresponding to the other strip-shaped region is, for example, the image portion GS0 corresponding to the strip-shaped region SW0 formed by the current finishing work by the excavator 100, and the strip-shaped region SW1 which has been finished by the excavator 100.
- the operator of the excavator 100 can easily determine the estimated surface heights of the strip-shaped areas SW0 and SW10 to SW12, which will be finished in the next four finishing operations including the current finishing operation. I can grasp it. Then, the operator of the excavator 100 makes sure that the sizes of the steps LD1, LD10 to LD12, and LDb are equal to or less than the predetermined value TH3, that is, the slope finished by the excavator 100 and the method finished by the shovel 100A. It can be confirmed that the surfaces are smoothly connected.
- the message display area G3 is an area in which a message generated by the controller 30 is displayed.
- a message generated by the controller 30 is displayed when the controller 30 determines that the size HTb of the step LDb in the connecting portion LK may be larger than the predetermined value TH3. ing.
- the operator of the excavator 100 autonomously lowers the height of the slope bucket 6S so that the size HTb of the step LDb becomes a predetermined value TH3 or less. You can recognize that it is adjusted. Specifically, it can be recognized that the height of the slope bucket 6S is autonomously and stepwise adjusted downward in the next four finishing operations. However, the controller 30 may autonomously adjust the height of the slope bucket 6S without making the operator recognize that the height of the slope bucket 6S is autonomously adjusted.
- FIGS. 12A and 12B are functional block diagrams showing an example of a detailed configuration of the machine control function of the excavator 100 according to the present embodiment.
- the controller 30 has operation content acquisition unit 3001, target construction surface acquisition unit 3002, target trajectory setting unit 3003, current position calculation unit 3004, target position calculation unit 3005, and trajectory acquisition as functional units related to the machine control function.
- the operation content acquisition unit 3001 acquires the operation content related to the operation of the arm 5 (that is, the tilting operation in the front-rear direction) in the left operation lever 26L based on the detection signal captured from the operation pressure sensor 29LA. For example, the operation content acquisition unit 3001 acquires (calculates) the operation direction (whether it is an arm opening operation or an arm closing operation) and the operation amount as the operation content.
- the target construction surface acquisition unit 3002 acquires data on the target construction surface (design surface) from, for example, an internal memory or a predetermined external storage device.
- the target trajectory setting unit 3003 sets information on the target trajectory of the work part for moving the work part of the attachment along the design surface based on the data on the design surface. For example, the target trajectory setting unit 3003 may set an inclination angle of the design surface in the front-rear direction with reference to the body of the excavator 100 (upper turning body 3) as information on the target trajectory.
- the current position calculation unit 3004 calculates the position (current position) of the work portion of the attachment. Specifically, the position of the working portion of the attachment may be calculated based on the boom angle ⁇ 1 , the arm angle ⁇ 2 , and the bucket angle ⁇ 3 calculated by the posture angle calculation unit 3013 described later.
- the target position calculation unit 3005 determines the attachment based on the operation content (operation direction and operation amount) related to the operation of the arm 5 on the left operation lever 26L, the information on the set target trajectory, and the current position of the work part of the attachment. Calculate the target position of the work part.
- the target position is a design surface (in other words, a target) that should be an achievement target during the current control cycle, assuming that the arm 5 operates according to the operation direction and operation amount of the arm 5 on the left operation lever 26L. It is a position on the orbit).
- the target position calculation unit 3005 may calculate the target position of the work portion of the attachment by using, for example, a map or an arithmetic expression stored in advance in a non-volatile internal memory or the like.
- the locus acquisition unit 3006 acquires data on the locus of the work part of the past attachment from, for example, an internal memory or a predetermined external storage device.
- the construction surface acquisition unit 3007 is a strip-shaped region SW1 (see FIG. 6), which is an area already completed by the previous (one time before) finishing work based on the locus of the work part of the past attachment acquired by the locus acquisition unit 3006. ) Get data about the surface.
- the estimated surface acquisition unit 3008 is a strip-shaped area SW0 (see FIG. 6), which is an unfinished area finished by the finishing work this time, based on the position (current position) of the work part of the attachment calculated by the current position calculation unit 3004. Get data about the estimated surface of.
- the comparison unit 3009 compares the size HT1 of the step LD1 between the surface of the band-shaped region SW1 and the estimated surface of the band-shaped region SW0 with the predetermined value TH1. For example, as shown in FIG. 8, the comparison unit 3009 shows the difference DS1 between the surface and the design surface of the band-shaped region SW1 that has already been formed, and the difference between the estimated surface and the design surface of the strip-shaped region SW0 that has not yet been formed. Based on DS0, the size HT1 of the step LD1 between the band-shaped region SW0 and the band-shaped region SW1 is derived. Then, the comparison unit 3009 compares the size HT1 of the step LD1 with the predetermined value TH1.
- the target position correction unit 3010 may correct the target position so that the surface of the band-shaped region SW1 and the surface of the band-shaped region SW0 are flush with each other.
- the target position correction unit 3010 When the comparison unit 3009 determines that the size HT1 of the step LD1 is equal to or less than the predetermined value TH1, the target position correction unit 3010 directly commands the operation of the target position of the attachment work portion calculated by the target position calculation unit 3005. Output to the generation unit 3011.
- the operation command generation unit 3011 Based on the target position of the work part of the attachment, the operation command generation unit 3011 has a command value related to the operation of the boom 4 (hereinafter, “boom command value”) ⁇ 1r and a command value related to the operation of the arm 5 (hereinafter, “arm command value”). ”) ⁇ 2r and a command value (“bucket command value”) ⁇ 3r relating to the operation of the bucket 6 are generated.
- the boom command value ⁇ 1r , the arm command value ⁇ 2r , and the bucket command value ⁇ 3r are the boom angle, the arm angle, and the bucket angle when the working part of the attachment can achieve the target position, respectively.
- the operation command generation unit 3011 includes a master command value generation unit 3011A and a slave command value generation unit 3011B.
- the boom command value, arm command value, and bucket command value may be the angular velocity or angular acceleration of the boom 4, arm 5, and bucket 6 required for the working part of the attachment to realize the target position.
- the master command value generation unit 3011A operates in response to the operation input in the front-rear direction of the left operating lever 26L (hereinafter referred to as the operating element). Generates a command value (hereinafter, "master command value") related to the operation of the "master element").
- the master element is the arm 5, and the master command value generation unit 3011A generates the arm command value ⁇ 2r and outputs it to the arm pilot command generation unit 3012B described later.
- the master command value generation unit 3011A generates the arm command value ⁇ 2r corresponding to the operation content (operation direction and operation amount) of the left operation lever 26L.
- the master command value generation unit 3011A generates and outputs the arm command value ⁇ 2r based on a predetermined map or conversion formula that defines the relationship between the operation content of the left operation lever 26L and the arm command value ⁇ 2r. You can do it.
- the arm 5 When the arm command value ⁇ 2r output by the master command value generation unit 3011A is “0”, the arm 5 operates according to the operator's operation on the operating device 26 with respect to the arm 5 regardless of the control of the controller 30. To do. Further, the master command value generation unit 3011A may be omitted. As described above, the pilot pressure corresponding to the content of the front-rear operation of the left operating lever 26L acts on the pilot port of the control valve 176L and 176R corresponding to the arm cylinder 8 for driving the arm 5 via the shuttle valves 32AL and 32AR. Because it does.
- the slave command value generation unit 3011B operates so that the work part of the attachment moves along the design surface in accordance with (synchronously) the operation of the master element (arm 5) among the operation elements constituting the attachment AT. Generates a command value related to the operation of the slave element (hereinafter, "slave command value").
- the slave elements are the boom 4 and the bucket 6, and the slave command value generation unit 3011B generates the boom command value ⁇ 1r and the bucket command value ⁇ 3r , respectively, and the boom pilot command generation unit 3012A described later, respectively. And output to the bucket pilot command generation unit 3012C.
- the slave command value generation unit 3011B at least one of the boom 4 and the bucket 6 operates in accordance with (synchronously) the operation of the arm 5 corresponding to the arm command value ⁇ 2r , and the working part of the attachment. Generates a boom command value ⁇ 1r and a bucket command value ⁇ 3r so that can achieve the target position (that is, move along the design surface).
- the controller 30 operates the boom 4 and the bucket 6 of the attachment AT in accordance with (that is, in synchronization with) the operation of the arm 5 corresponding to the operation related to the arm 5 in the left operation lever 26L, thereby causing the attachment to be attached.
- the work area can be moved along the design surface.
- the arm 5 (arm cylinder 8) operates in response to the operation input to the left operation lever 26L, and the boom 4 (boom cylinder 7) and the bucket 6 (bucket cylinder 9) are attached ATs such as the toes of the bucket 6.
- the operation is controlled in accordance with the operation of the arm 5 (arm cylinder 8) so that the tip portion of the arm 5 moves along the design surface.
- the pilot command generation unit 3012 acts on the control valves 174 to 176 for realizing the boom angle, arm angle, and bucket angle corresponding to the boom command value ⁇ 1r , the arm command value ⁇ 2r , and the bucket command value ⁇ 3r . Generates a pilot pressure command value (hereinafter, "pilot pressure command value").
- the pilot command generation unit 3012 includes a boom pilot command generation unit 3012A, an arm pilot command generation unit 3012B, and a bucket pilot command generation unit 3012C.
- the boom pilot command generation unit 3012A drives the boom cylinder 7 to drive the boom 4 based on the deviation between the boom command value ⁇ 1r and the current boom angle calculation value (measured value) by the boom angle calculation unit 3013A described later.
- a pilot pressure command value is generated to act on the control valves 175L and 175R corresponding to the above.
- the boom pilot command generation unit 3012A outputs the control current corresponding to the generated pilot pressure command value to the proportional valves 31BL and 31BR.
- the pilot pressure corresponding to the pilot pressure command value output from the proportional valves 31BL and 31BR acts on the corresponding pilot ports of the control valves 175L and 175R via the shuttle valves 32BL and 32BR.
- the boom cylinder 7 operates by the action of the control valves 175L and 175R, and the boom 4 operates so as to realize the boom angle corresponding to the boom command value ⁇ 1r .
- the arm pilot command generation unit 3012B drives the arm cylinder 8 based on the deviation between the arm command value ⁇ 2r and the current arm angle calculation value (measured value) by the arm angle calculation unit 3013B described later.
- a pilot pressure command value is generated to act on the control valves 176L and 176R corresponding to the above.
- the arm pilot command generation unit 3012B outputs the control current corresponding to the generated pilot pressure command value to the proportional valves 31AL and 31AR.
- the pilot pressure corresponding to the pilot pressure command value output from the proportional valves 31AL and 31AR acts on the corresponding pilot ports of the control valves 176L and 176R via the shuttle valves 32AL and 32AR.
- the arm cylinder 8 operates by the action of the control valves 176L and 176R, and the arm 5 operates so as to realize the arm angle corresponding to the arm command value ⁇ 2r .
- the bucket pilot command generation unit 3012C drives the bucket cylinder 9 based on the deviation between the bucket command value ⁇ 3r and the current bucket angle calculation value (measured value) by the bucket angle calculation unit 3013C described later. Generates a pilot pressure command value that acts on the control valve 174 corresponding to. Then, the bucket pilot command generation unit 3012C outputs the control current corresponding to the generated pilot pressure command value to the proportional valves 31CL and 31CR. As a result, as described above, the pilot pressure corresponding to the pilot pressure command value output from the proportional valves 31CL and 31CR acts on the corresponding pilot port of the control valve 174 via the shuttle valves 32CL and 32CR. Then, by the action of the control valve 174, the bucket cylinder 9 operates, and the bucket 6 operates so as to realize the bucket angle corresponding to the bucket command value ⁇ 3r .
- the attitude angle calculation unit 3013 calculates (current) boom angle ⁇ 1 , arm angle ⁇ 2 , and bucket angle ⁇ 3 based on the detection signals of boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, and bucket angle sensor S3 (current). Measure.
- the posture angle calculation unit 3013 includes a boom angle calculation unit 3013A, an arm angle calculation unit 3013B, and a bucket angle calculation unit 3013C.
- the boom angle calculation unit 3013A calculates (measures) the boom angle ⁇ 1 based on the detection signal captured from the boom angle sensor S1.
- the arm angle calculation unit 3013B calculates (measures) the arm angle ⁇ 2 based on the detection signal captured from the arm angle sensor S2.
- the bucket angle calculation unit 3013C calculates (measures) the bucket angle ⁇ 3 based on the detection signal captured from the bucket angle sensor S3.
- FIG. 13 is a functional block diagram showing another example of a detailed configuration regarding the machine control function of the excavator 100 according to the present embodiment.
- FIG. 12B since the configuration corresponding to FIG. 12B is the same as that of the above example, FIG. 12B is incorporated.
- FIG. 12A a part different from the above example (FIG. 12A) will be mainly described.
- the excavator 100 includes the communication device T1, and the controller 30 realizes the autonomous driving function according to the signal received from the predetermined external device by the communication device T1.
- the communication device T1 controls communication between the excavator 100 and the outside of the excavator 100.
- the communication device T1 receives, for example, a command (hereinafter, “start command”) indicating the start of the autonomous driving function of the excavator 100 from a predetermined external device.
- start command a command indicating the start of the autonomous driving function of the excavator 100 from a predetermined external device.
- the controller 30 has work start determination unit 3001A, operation content determination unit 3001B, operation condition setting unit 3001C, operation start determination unit 3001D, target construction surface acquisition unit 3002, and target trajectory as functional units related to the machine control function.
- the operation command generation unit 3011, the pilot command generation unit 3012, and the attitude angle calculation unit 3013 are included.
- the work start determination unit 3001A determines the start of a predetermined work of the excavator 100.
- the predetermined work is, for example, excavation work or the like.
- the work start determination unit 3001A determines, for example, the start of the work specified by the start command when the start command is input from the external device through the communication device T1. Further, when the work start determination unit 3001A determines that the object to be monitored does not exist within the monitoring range around the excavator 100 by the peripheral monitoring function when the start command is input from the external device through the communication device T1. , The start of the work specified by the start command may be determined.
- the operation content determination unit 3001B determines the current operation content when the work start determination unit 3001A determines the start of work.
- the operation content determination unit 3001B determines, for example, whether or not the excavator 100 is performing an operation corresponding to a plurality of operations constituting a predetermined work, based on the current position of the work portion of the attachment.
- the plurality of operations constituting the predetermined work include an excavation operation, a boom raising turning operation, a soil discharging operation, a boom lowering turning operation, and the like when the predetermined work is an excavation work.
- the operating condition setting unit 3001C sets the operating conditions related to the execution of a predetermined work by the autonomous driving function.
- the operating conditions may include, for example, conditions relating to excavation depth, excavation length, and the like when the predetermined work is excavation work.
- the operation start determination unit 3001D determines the start of a predetermined operation constituting the predetermined work whose start is determined by the work start determination unit 3001A.
- the operation start determination unit 3001D determines, for example, that the operation content determination unit 3001B has finished the boom lowering turning operation and the work part of the attachment (the toe of the bucket 6) has reached the excavation start position. It may be determined that the excavation operation can be started.
- the operation command of the operation element (actuator) corresponding to the autonomous operation function generated according to the setup of the predetermined work is calculated at the target position.
- the unit 3005 input.
- the target position calculation unit 3005 can calculate the target position of the work portion of the attachment in response to the operation command corresponding to the autonomous driving function.
- the controller 30 can cause the excavator 100 to perform a predetermined operation (for example, excavation operation) based on the autonomous driving function.
- FIG. 14 shows a configuration example of an electric operation system.
- the electric operation system of FIG. 14 is an example of a boom operation system, and mainly includes a pilot pressure actuated control valve unit 17, a boom operation lever 26A as an electric operation lever, and a controller 30. It is composed of a solenoid valve 65 for raising the boom and an electromagnetic valve 66 for lowering the boom.
- the electric operation system of FIG. 14 can be similarly applied to an arm operation system, a bucket operation system, and the like.
- the pilot pressure actuated control valve unit 17 includes a control valve 175 for the boom cylinder 7 (see FIG. 4B), a control valve 176 for the arm cylinder 8 (see FIG. 4A), and a control valve 174 for the bucket cylinder 9 (see FIG. 4A). See 4C.) Etc. are included.
- the solenoid valve 65 is configured so that the flow path area of the pipeline connecting the pilot pump 15 and the raising side pilot port of the control valve 175 can be adjusted.
- the solenoid valve 66 is configured so that the flow path area of the pipeline connecting the pilot pump 15 and the lowering side pilot port of the control valve 175 can be adjusted.
- the controller 30 When a manual operation is performed, the controller 30 outputs a boom raising operation signal (electric signal) or a boom lowering operation signal (electric signal) according to the operation signal (electric signal) output by the operation signal generation unit of the boom operation lever 26A. Generate.
- the operation signal output by the operation signal generation unit of the boom operation lever 26A is an electric signal that changes according to the operation amount and operation direction of the boom operation lever 26A.
- the controller 30 when the boom operating lever 26A is operated in the boom raising direction, the controller 30 outputs a boom raising operation signal (electric signal) corresponding to the lever operation amount to the solenoid valve 65.
- the solenoid valve 65 adjusts the flow path area according to the boom raising operation signal (electric signal), and controls the pilot pressure as the boom raising operation signal (pressure signal) acting on the raising side pilot port of the control valve 175. ..
- the controller 30 when the boom operating lever 26A is operated in the boom lowering direction, the controller 30 outputs a boom lowering operation signal (electric signal) corresponding to the lever operation amount to the solenoid valve 66.
- the solenoid valve 66 adjusts the flow path area according to the boom lowering operation signal (electric signal), and controls the pilot pressure as the boom lowering operation signal (pressure signal) acting on the lowering side pilot port of the control valve 175. ..
- the controller 30 When executing autonomous control, for example, the controller 30 responds to a correction operation signal (electric signal) instead of responding to an operation signal (electric signal) output by the operation signal generation unit of the boom operation lever 26A. (Electrical signal) or boom lowering operation signal (electrical signal) is generated.
- the correction operation signal may be an electric signal generated by the controller 30, or may be an electric signal generated by an external control device or the like other than the controller 30.
- FIG. 15 is a schematic view showing an example of the construction system SYS.
- the construction system SYS includes a shovel 100, a support device 200, and a management device 300.
- the construction system SYS is configured to support construction by one or a plurality of excavators 100.
- the information acquired by the excavator 100 may be shared with the manager, other excavator operators, and the like through the construction system SYS.
- Each of the excavator 100, the support device 200, and the management device 300 constituting the construction system SYS may be one unit or a plurality of units.
- the construction system SYS includes one excavator 100, one support device 200, and one management device 300.
- the support device 200 is typically a mobile terminal device, for example, a laptop-type computer terminal, a tablet terminal, a smartphone, or the like carried by a worker or the like at a construction site.
- the support device 200 may be a mobile terminal carried by the operator of the excavator 100.
- the support device 200 may be a fixed terminal device.
- the management device 300 is typically a fixed terminal device, for example, a server computer (so-called cloud server) installed in a management center or the like outside the construction site. Further, the management device 300 may be, for example, an edge server set at the construction site. Further, the management device 300 may be a portable terminal device (for example, a laptop computer terminal, a tablet terminal, or a mobile terminal such as a smartphone).
- a server computer so-called cloud server
- the management device 300 may be, for example, an edge server set at the construction site.
- the management device 300 may be a portable terminal device (for example, a laptop computer terminal, a tablet terminal, or a mobile terminal such as a smartphone).
- At least one of the support device 200 and the management device 300 may include a monitor and an operation device for remote control.
- the operator who uses the support device 200 or the manager who uses the management device 300 may operate the excavator 100 while using the operation device for remote control.
- the operation device for remote control is communicably connected to the controller 30 mounted on the excavator 100 through a wireless communication network such as a short-range wireless communication network, a mobile phone communication network, or a satellite communication network.
- various information displayed on the display device D1 installed in the cabin 10 is at least one of the support device 200 and the management device 300. It may be displayed on a display device connected to. Image information representing the surroundings of the excavator 100 may be generated based on an image captured by an image pickup device (for example, a camera as a space recognition device 70).
- an image pickup device for example, a camera as a space recognition device 70.
- the controller 30 of the excavator 100 determines the time and place when the switch NS is pressed, the target trajectory used when the excavator 100 is autonomously operated, and the time and place when the excavator 100 is autonomously operated.
- Information about at least one such as the trajectory actually followed by the part may be transmitted to at least one of the support device 200 and the management device 300.
- the controller 30 may transmit the captured image of the imaging device to at least one of the support device 200 and the management device 300.
- the captured image may be a plurality of images captured during the autonomous operation.
- the controller 30 provides information on at least one such as data on the operation content of the excavator 100 during autonomous operation, data on the posture of the excavator 100, and data on the posture of the excavation attachment, at least one of the support device 200 and the management device 300. May be sent to.
- the worker who uses the support device 200 or the manager who uses the management device 300 can obtain information about the excavator 100 during autonomous operation.
- the construction system SYS allows the operator of the excavator 100 to share information about the excavator 100 with the manager, other excavator operators, and the like.
- the communication device mounted on the excavator 100 is configured to transmit and receive information to and from the communication device T2 installed in the remote control room RC via wireless communication. May be good.
- the communication device and the communication device T2 mounted on the excavator 100 transmit and receive information via a fifth generation mobile communication line (5G line), an LTE line, a satellite line, or the like. It is configured.
- 5G line fifth generation mobile communication line
- LTE line Long Term Evolution
- satellite line or the like. It is configured.
- a remote controller 30R In the remote control room RC, a remote controller 30R, a sound output device A2, an indoor image pickup device C2, a display device RD, a communication device T2, and the like are installed. Further, in the remote control room RC, a driver's seat DE on which the operator OP who remotely controls the excavator 100 sits is installed.
- the remote controller 30R is an arithmetic unit that executes various arithmetic operations.
- the remote controller 30R like the controller 30, is composed of a microcomputer including a CPU and a memory. Then, various functions of the remote controller 30R are realized by the CPU executing a program stored in the memory.
- the sound output device A2 is configured to output sound.
- the sound output device A2 is a speaker, and is configured to reproduce the sound collected by the sound collecting device (not shown) attached to the excavator 100.
- the indoor imaging device C2 is configured to image the inside of the remote control room RC.
- the indoor imaging device C2 is a camera installed inside the remote control room RC, and is configured to image the operator OP seated in the driver's seat DE.
- the communication device T2 is configured to control wireless communication with the communication device attached to the excavator 100.
- the driver's seat DE has the same structure as the driver's seat installed in the cabin 10 of a normal excavator.
- the left console box is arranged on the left side of the driver's seat DE
- the right console box is arranged on the right side of the driver's seat DE.
- a left operation lever is arranged at the front end of the upper surface of the left console box
- a right operation lever is arranged at the front end of the upper surface of the right console box.
- a traveling lever and a traveling pedal are arranged in front of the driver's seat DE.
- a dial 75 is arranged at the center of the upper surface of the right console box.
- Each of the left operating lever, the right operating lever, the traveling lever, and the traveling pedal constitutes the operating device 26E.
- the dial 75 is a dial for adjusting the engine speed, and is configured so that the engine speed can be switched in four stages, for example.
- the dial 75 is configured so that the engine speed can be switched in four stages of SP mode, H mode, A mode, and idling mode.
- the dial 75 transmits data regarding the setting of the engine speed to the controller 30.
- the SP mode is a rotation speed mode selected when the operator OP wants to prioritize the amount of work, and uses the highest engine speed.
- the H mode is a rotation speed mode selected when the operator OP wants to achieve both work load and fuel consumption, and uses the second highest engine speed.
- the A mode is a rotation speed mode selected when the operator OP wants to operate the excavator with low noise while giving priority to fuel consumption, and uses the third highest engine speed.
- the idling mode is a rotation speed mode selected when the operator OP wants to put the engine in the idling state, and uses the lowest engine speed. Then, the engine 11 is constantly controlled in rotation speed by the engine rotation speed in the rotation speed mode selected via the dial 75.
- the operation device 26E is provided with an operation sensor 29A for detecting the operation content of the operation device 26E.
- the operation sensor 29A is, for example, an inclination sensor that detects the inclination angle of the operation lever, an angle sensor that detects the swing angle around the swing axis of the operation lever, and the like.
- the operation sensor 29A may be composed of other sensors such as a pressure sensor, a current sensor, a voltage sensor, or a distance sensor.
- the operation sensor 29A outputs information regarding the operation content of the detected operation device 26E to the remote controller 30R.
- the remote controller 30R generates an operation signal based on the received information, and transmits the generated operation signal to the excavator 100.
- the operation sensor 29A may be configured to generate an operation signal. In this case, the operation sensor 29A may output the operation signal to the communication device T2 without going through the remote controller 30R.
- the display device RD is configured to display information on the surrounding conditions of the excavator 100.
- the display device RD is a multi-display composed of nine monitors having three vertical rows and three horizontal rows so as to be able to display the state of the space in front, left, and right of the excavator 100. It is configured.
- Each monitor is a liquid crystal monitor, an organic EL monitor, or the like.
- the display device RD may be composed of one or a plurality of curved surface monitors, or may be composed of a projector. Further, the display device RD may be configured to be able to display the state of the space in front, left, right, and rear of the excavator 100.
- the display device RD may be a display device that can be worn by the operator OP.
- the display device RD may be a head-mounted display and may be configured so that information can be transmitted and received to and from the remote controller 30R by wireless communication.
- the head-mounted display may be wiredly connected to the remote controller 30R.
- the head-mounted display may be a transmissive head-mounted display or a non-transparent head-mounted display.
- the head-mounted display may be a monocular head-mounted display or a binocular head-mounted display.
- the display device RD is configured to display an image that allows the operator OP in the remote control room RC to visually recognize the surroundings of the excavator 100. That is, the display device RD has an image so that the situation around the excavator 100 can be confirmed as if the operator is in the cabin 10 of the excavator 100 even though the operator is in the remote control room RC. Is displayed.
- the construction system SYS is configured to support construction by the excavator 100.
- the construction system SYS has a communication device CD and a control device CTR that communicate with the excavator 100.
- the communication device CD and the control device CTR are installed outside the excavator 100.
- the control device CTR assists the operator of the excavator 100 so that the step formed between the two adjacent finished surfaces becomes a predetermined value or less.
- the control device CTR may be configured to autonomously expand and contract the hydraulic cylinder so that the step becomes a predetermined value or less.
- control device CTR may be configured to move a predetermined portion of the attachment along a target trajectory set based on the design surface and adjust the height of the target trajectory when the step exceeds the predetermined value. Good.
- control device CTR may be configured to display information about the step.
- control device CTR may be configured to output an alarm when the step exceeds a predetermined value.
- control device CTR is arranged on both sides of the unfinished slope portion, and when the distance between the two finished slope portions is less than a predetermined value, one method is used. It may be configured to calculate the difference between the height of the finished surface on the surface portion and the height of the finished surface on the other slope portion.
- control device CTR may be configured so that the size of the step formed between two adjacent finished surfaces can be calculated.
- control device CTR may be configured to control the attachment so that the step is equal to or less than a predetermined value.
- the excavator 100 includes a lower traveling body 1, an upper rotating body 3 rotatably mounted on the lower traveling body 1, and an attachment attached to the upper rotating body 3. It is equipped with an attachment actuator that moves the attachment.
- the excavator 100 is configured to support the operator so that the step formed between two adjacent finished surfaces is equal to or less than a predetermined value.
- the excavator 100 has a step LD1 size HT1 formed between the surface of the strip-shaped region SW1 and the surface of the strip-shaped region SW0, which are two adjacent finished surfaces. It is configured to support the operator by autonomously operating the excavation attachment AT so that the value is TH1 or less.
- the excavator 100 can suppress a step between two adjacent strip-shaped regions. Therefore, the excavator 100 can realize a continuous finished surface. Further, the excavator 100 can reduce the frequency of requiring extra work for eliminating a relatively large step, and can improve the work efficiency.
- the excavator 100 autonomously changes the target trajectory of the excavation attachment AT so that the step does not exceed the predetermined value TH1, so that the above-mentioned problem is surely prevented from occurring. it can.
- the excavator 100 is preferably configured to calculate the size of the step each time the attachment is brought into contact with the ground. With this configuration, the excavator 100 can continuously suppress that the step between two adjacent strip-shaped regions becomes relatively large.
- the excavator 100 moves a predetermined portion of the attachment along a target trajectory set based on the design surface, and when the step between two adjacent strip-shaped regions exceeds a predetermined value, the height of the target trajectory is increased. It is configured to adjust. With this configuration, the excavator 100 can suppress a step between two adjacent strip-shaped regions without forcing the operator to perform a special operation.
- the excavator 100 displays information on a step between two adjacent strip-shaped regions as an example of a process of assisting the operator so that the step formed between two adjacent finished surfaces is equal to or less than a predetermined value. It may be configured as follows. For example, the excavator 100 displays the first support screen as shown in FIG. 8 or the second support screen as shown in FIG. 11 on the display unit of the display device D1 when the finishing work is being performed. It may be configured in. With this configuration, the excavator 100 can make the operator recognize the state of the slope realized by the autonomous control in advance.
- the excavator 100 is arranged on both sides of an unfinished slope portion, and when the distance between two finished slope portions is less than a predetermined value, the excavator 100 is placed on one of the slope portions. It may be configured to calculate the difference between the height of the finished surface and the height of the finished surface on the other slope portion. For example, as shown in FIG. 9, the excavator 100 is arranged on both sides of the unfinished slope portion SN1 and is the distance between the finished slope portion SF1 and the slope portion SF2.
- the size of the step LDb that can be formed by the connecting portion LK which is the difference between the height of the band-shaped region SW1 in the slope portion SF1 and the height of the strip-shaped region SW21 in the slope portion SF2. It may be configured to calculate the HTb. This is to effectively execute the function of reducing the step LDb that may be formed by the connecting portion LK when the slope portion SF1 and the slope portion SF2 are connected in the future.
- the excavator 100 may autonomously operate the actuator so that three or more consecutive finished surfaces are gradually raised or lowered stepwise.
- the difference between the surface of each of the strip regions SW1, SW0, SW10, SW11, and SW12 and the design surface is in the order of DS1, DS0, DS10, DS11, and DS12.
- the actuator may be operated autonomously so as to be smaller. This is to prevent one of the steps LD1, LD10, LD11, LD12, and LDb from protruding and becoming large.
- At least one of two adjacent finished surfaces may be unfinished.
- the excavator 100 estimates the size of the step between the two adjacent finished surfaces when both of the two adjacent finished surfaces are incomplete, and the target trajectory is determined according to the estimated size. It may be configured to adjust the height of the. With this configuration, the excavator 100 can flexibly determine the state of the slope realized by autonomous control.
- the two adjacent finished surfaces may be, for example, a part of a slope or a part of the surface of a base on which a pavement is laid.
- the excavator 100 can suppress a step between each of the plurality of strip-shaped regions constituting the slope or the base.
- the excavator 100 may output an alarm when the step between two adjacent strip-shaped regions exceeds a predetermined value.
- the excavator 100 can inform the operator that the target trajectory is adjusted in order to suppress the step. In this case, the operator may prohibit the adjustment of the target trajectory by performing a predetermined operation.
- the excavator 100 may autonomously expand and contract the hydraulic cylinder, which is an example of the attachment actuator, so that the step formed between two adjacent finished surfaces becomes a predetermined value or less.
- the hydraulic cylinder includes, for example, a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9. With this configuration, the excavator 100 can easily and easily reduce the size of the step.
- the excavator 100 may be configured to output sound according to the magnitude of the distance between a predetermined portion of the attachment and the target trajectory.
- the excavator 100 uses the machine guidance function to output an intermittent sound from the audio output device D2 according to the magnitude of the distance (vertical distance or shortest distance) between the back surface of the slope bucket 6S and the target trajectory. You may. This is to make the operator of the excavator 100 audibly recognize the magnitude of the distance between the back surface of the slope bucket 6S and the target trajectory.
- the excavator 100 may inform the operator that the back surface of the slope bucket 6S is approaching the target trajectory by shortening the output interval of the intermittent sound as the distance becomes smaller.
- the finishing work is the work of moving the slope bucket 6S from the buttock TS to the buttock TS along the design surface, but the buttock TS is moved to the buttock TS along the design surface. It may be the work of moving the slope bucket 6S to the FS.
- Excavator 171 to 176 Control valve AT ... Excavation attachment D1 ... Display device D2 ... Audio output device FS ... Hojiri G1 ... Cross section display area G2 ... Surface Display area G3 ... Message display area GB ... Figures GL1 to GL6, GL10 to GL12, GS0 to GS6, GS10 to GS12, GS21 to GS23 ... Image part LD ... Step LK ...
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Abstract
ショベル(100)は、下部走行体(1)と、下部走行体(1)に旋回可能に搭載された上部旋回体(3)と、上部旋回体(3)に取り付けられた掘削アタッチメント(AT)と、掘削アタッチメント(AT)を動かすアタッチメントアクチュエータであるブームシリンダ(7)、アームシリンダ(8)、及びバケットシリンダ(9)とを備えている。そして、ショベル(100)は、隣り合う2つの仕上がり面の間に形成される段差(LD1)の大きさ(HT1)が所定値(TH1)以下となるように操作者を支援するように構成されている。
Description
本開示は、掘削機としてのショベルに関する。
従来、法面仕上げ作業を支援するショベルが知られている(例えば、特許文献1参照)。このショベルは、バケットの刃先の位置を自動的に調節しながら、バケットの刃先を設計面に沿って移動させて斜面を掘削させることによって法面が形成されるようにしている。具体的には、バケットの刃先を斜面の下端(法尻)から上端(法肩)まで移動させる法面仕上げ作業の際に、バケットの刃先が斜面に沿うようにバケットの刃先の位置を自動的に調節することによって法面が形成されるようにしている。
しかしながら、上述のショベルは、衛星位置若しくは天候等に起因するGNSSアンテナの出力に含まれる誤差、IMUの出力に含まれる誤差、作動油温若しくは油圧アクチュエータの温度等に起因する油圧ポンプの吐出量に関する誤差、又は、油圧シリンダの伸縮量に関する誤差等の影響により、繰り返し実行される掘削動作によって形成される隣り合う2つの帯状領域の間で比較的大きな段差を生じさせてしまうおそれがある。なお、帯状領域は、バケットの幅に相当する幅を有する仕上がり面の一部である。
そこで、隣り合う2つの帯状領域の間における段差を抑制できるショベルを提供することが望ましい。
本発明の実施形態に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、前記アタッチメントを動かすアタッチメントアクチュエータと、を備え、隣り合う2つの仕上がり面の間に形成される段差が所定値以下となるように操作者を支援する。
上述の手段により、隣り合う2つの帯状領域の間における段差を抑制できるショベルが提供される。
最初に、図1及び図2を参照して、本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル100について説明する。図1はショベル100の側面図であり、図2はショベル100の上面図である。
本実施形態では、ショベル100の下部走行体1はクローラ1Cを含む。クローラ1Cは、下部走行体1に搭載されている走行アクチュエータとしての走行油圧モータ2Mによって駆動される。具体的には、クローラ1Cは左クローラ1CL及び右クローラ1CRを含む。左クローラ1CLは左走行油圧モータ2MLによって駆動され、右クローラ1CRは右走行油圧モータ2MRによって駆動される。
下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が旋回可能に搭載されている。旋回機構2は、上部旋回体3に搭載されている旋回アクチュエータとしての旋回油圧モータ2Aによって駆動される。但し、旋回アクチュエータは、電動アクチュエータとしての旋回電動発電機であってもよい。
上部旋回体3にはブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット6が取り付けられている。ブーム4、アーム5及びバケット6は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントATを構成する。ブーム4はブームシリンダ7で駆動され、アーム5はアームシリンダ8で駆動され、バケット6はバケットシリンダ9で駆動される。ブームシリンダ7、アームシリンダ8及びバケットシリンダ9は、アタッチメントアクチュエータを構成している。エンドアタッチメントは、法面バケットであってもよい。
ブーム4は、上部旋回体3に対して上下に回動可能に支持されている。そして、ブーム4にはブーム角度センサS1が取り付けられている。ブーム角度センサS1は、ブーム4の回動角度であるブーム角度αを検出できる。ブーム角度αは、例えば、ブーム4を最も下降させた状態からの上昇角度である。そのため、ブーム角度αは、ブーム4を最も上昇させたときに最大となる。
アーム5は、ブーム4に対して回動可能に支持されている。そして、アーム5にはアーム角度センサS2が取り付けられている。アーム角度センサS2は、アーム5の回動角度であるアーム角度βを検出できる。アーム角度βは、例えば、アーム5を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、アーム角度βは、アーム5を最も開いたときに最大となる。
バケット6は、アーム5に対して回動可能に支持されている。そして、バケット6にはバケット角度センサS3が取り付けられている。バケット角度センサS3は、バケット6の回動角度であるバケット角度γを検出できる。バケット角度γは、バケット6を最も閉じた状態からの開き角度である。そのため、バケット角度γは、バケット6を最も開いたときに最大となる。
図1の実施形態では、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2及びバケット角度センサS3のそれぞれは、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成されている。但し、加速度センサのみで構成されていてもよい。また、ブーム角度センサS1は、ブームシリンダ7に取り付けられたストロークセンサであってもよく、ロータリエンコーダ、ポテンショメータ又は慣性計測装置等であってもよい。アーム角度センサS2及びバケット角度センサS3についても同様である。
上部旋回体3には、運転室としてのキャビン10が設けられ、且つ、エンジン11等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体3には、空間認識装置70、向き検出装置71、測位装置73、機体傾斜センサS4及び旋回角速度センサS5等が取り付けられている。キャビン10の内部には、操作装置26、コントローラ30、情報入力装置72、表示装置D1及び音声出力装置D2等が設けられている。なお、本書では、便宜上、上部旋回体3における、掘削アタッチメントATが取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。
空間認識装置70は、ショベル100の周囲の三次元空間に存在する物体を認識するように構成されている。物体は、例えば、施工面、人、動物、車両(ダンプトラック等)、作業機材、建設機械、建造物、電線、柵、又は穴等である。物体として人を検知するように構成されている場合、空間認識装置70は、人と人以外の物体とを区別できるように構成される。また、空間認識装置70は、人が着用する作業用ベストやヘルメットに基づいて、物体の種類を人と識別するように構成されていてもよい。
空間認識装置70は、地形を認識するように構成されていてもよい。具体的には、空間認識装置70は、例えば、現在の地形と設計面との差を算出するように構成されていてもよい。現在の地形と設計面との差は、例えば、設計面に垂直な方向における現在の地形の表面と設計面との間の距離である。
また、空間認識装置70は、空間認識装置70又はショベル100から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。空間認識装置70は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、単眼カメラ、ステレオカメラ、LIDAR、距離画像センサ、赤外線センサ等、又はそれらの任意の組み合わせを含む。本実施形態では、空間認識装置70は、キャビン10の上面前端に取り付けられた前方センサ70F、上部旋回体3の上面後端に取り付けられた後方センサ70B、上部旋回体3の上面左端に取り付けられた左方センサ70L、及び、上部旋回体3の上面右端に取り付けられた右方センサ70Rを含む。上部旋回体3の上方の空間に存在する物体を認識する上方センサがショベル100に取り付けられていてもよい。
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を検出するように構成されている。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で構成されていてもよい。或いは、向き検出装置71は、下部走行体1に取り付けられたGNSS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で構成されていてもよい。向き検出装置71は、ロータリエンコーダ、ロータリポジションセンサ等、又は、それらの任意の組み合わせであってもよい。旋回電動発電機で上部旋回体3が旋回駆動される構成では、向き検出装置71は、レゾルバで構成されていてもよい。向き検出装置71は、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。
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で構成されていてもよい。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して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の長手方向を特定する。そして、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き出す。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き出される。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で下部走行体1の長手方向を特定できる。この場合、向き検出装置71は、コントローラ30に統合されていてもよい。また、カメラは、空間認識装置70であってもよい。
情報入力装置72は、ショベルの操作者がコントローラ30に対して情報を入力できるように構成されている。本実施形態では、情報入力装置72は、表示装置D1の表示部に近接して設置されるスイッチパネルである。但し、情報入力装置72は、表示装置D1の表示部の上に配置されるタッチパネルであってもよく、キャビン10内に配置されているマイクロフォン等の音声入力装置であってもよい。また、情報入力装置72は、外部からの情報を取得する通信装置であってもよい。
測位装置73は、上部旋回体3の位置を測定するように構成されている。本実施形態では、測位装置73は、GNSS受信機であり、上部旋回体3の位置を検出し、検出値をコントローラ30に対して出力する。測位装置73は、GNSSコンパスであってもよい。この場合、測位装置73は、上部旋回体3の位置及び向きを検出できるため、向き検出装置71としても機能する。
機体傾斜センサS4は、所定の平面に対する上部旋回体3の傾斜を検出する。本実施形態では、機体傾斜センサS4は、水平面に関する上部旋回体3の前後軸回りの傾斜角及び左右軸回りの傾斜角を検出する加速度センサである。上部旋回体3の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交してショベル100の旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。
旋回角速度センサS5は、上部旋回体3の旋回角速度を検出する。本実施形態では、ジャイロセンサである。レゾルバ、ロータリエンコーダ等、又はそれらの任意の組み合わせであってもよい。旋回角速度センサS5は、旋回速度を検出してもよい。旋回速度は、旋回角速度から算出されてもよい。
以下では、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4及び旋回角速度センサS5の少なくとも1つは、姿勢検出装置とも称される。掘削アタッチメントATの姿勢は、例えば、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2及びバケット角度センサS3のそれぞれの出力に基づいて検出される。
表示装置D1は、情報を表示する装置である。本実施形態では、表示装置D1は、キャビン10内に設置された液晶ディスプレイである。但し、表示装置D1は、スマートフォン等の携帯端末のディスプレイであってもよい。
音声出力装置D2は、音声を出力する装置である。音声出力装置D2は、キャビン10内の操作者に向けて音声を出力する装置、及び、キャビン10外の作業者に向けて音声を出力する装置の少なくとも1つを含む。携帯端末のスピーカであってもよい。
操作装置26は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置26は、例えば、操作レバー及び操作ペダルを含む。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも1つを含む。
コントローラ30は、ショベル100を制御するための制御装置である。本実施形態では、コントローラ30は、CPU、揮発性記憶装置及び不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ30は、各機能に対応するプログラムを不揮発性記憶装置から読み出して揮発性記憶装置にロードし、対応する処理をCPUに実行させる。各機能は、例えば、操作者によるショベル100の手動操作をガイド(案内)するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル100の手動操作を支援したり或いはショベル100を自動的或いは自律的に動作させたりするマシンコントロール機能を含む。コントローラ30は、ショベル100の周囲に存在する物体とショベル100との接触を回避するためにショベル100を自動的或いは自律的に動作させたり或いは停止させたりする接触回避機能を含んでいてもよい。
コントローラ30は、例えば、アクチュエータが動作する前において、空間認識装置70の取得情報に基づきショベル100から所定範囲内(監視範囲内)に人が存在すると判断した場合、操作者が操作装置26を操作しても、アクチュエータの動作を動作不能、或いは、微速状態での動作に制限してよい。具体的には、コントローラ30は、監視範囲内に人が存在すると判断した場合、ゲートロック弁をロック状態にすることでアクチュエータを動作不能にすることができる。電気式の操作装置26の場合には、コントローラ30は、操作用制御弁への制御指令を無効にすることで、アクチュエータを動作不能にすることができる。他の方式の操作装置26でも、コントローラ30からの制御指令に対応するパイロット圧を出力し、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁(例えば制御弁171~176のうちの1つ)のパイロットポートにそのパイロット圧を作用させる操作用制御弁が用いられる場合には、同様である。アクチュエータの動作を微速にしたい場合には、コントローラ30から操作用制御弁への制御指令を相対的に小さい内容に制限することで、アクチュエータの動作を微速状態にすることができる。このように、監視対象の物体が監視範囲内に存在すると判断されると、操作装置26が操作されても、アクチュエータは、駆動されない、或いは、操作装置26への操作入力に対応する動作速度よりも小さい動作速度(微速)で駆動される。更に、操作者が操作装置26を操作している最中において、監視範囲内に人が存在すると判断した場合には、コントローラ30は、操作者の操作に関わらず、アクチュエータの動作を停止、或いは、減速させてもよい。具体的には、監視範囲内に人が存在すると判断した場合、コントローラ30は、ゲートロック弁をロック状態にすることでアクチュエータを停止させてよい。コントローラ30からの制御指令に対応するパイロット圧を出力し、コントロールバルブユニット内の対応する制御弁のパイロットポートにそのパイロット圧を作用させる操作用制御弁が用いられる場合には、コントローラ30は、操作用制御弁への制御指令を無効にする、或いは、操作用制御弁に減速指令を出力することで、アクチュエータを動作不能、或いは、微速状態の動作に制限することができる。また、検出された監視対象の物体がダンプトラックである場合、アクチュエータの停止或いは減速に関する制御は実施されなくてもよい。例えば、検出されたダンプトラックを回避するようにアクチュエータは制御されてよい。このように、検出された物体の種類が認識され、その認識に基づきアクチュエータは制御されてよい。
次に、図3を参照し、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図3は、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例を示す図である。図3は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御系を、それぞれ、二重線、実線、破線及び点線で示している。
ショベル100の油圧システムは、主に、エンジン11、レギュレータ13、メインポンプ14、パイロットポンプ15、コントロールバルブユニット17、操作装置26、吐出圧センサ28、操作圧センサ29及びコントローラ30等を含む。
図3において、油圧システムは、エンジン11によって駆動されるメインポンプ14から、センターバイパス管路40又はパラレル管路42を経て作動油タンクまで作動油を循環させることができるように構成されている。
エンジン11は、ショベル100の駆動源である。本実施形態では、エンジン11は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン11の出力軸は、メインポンプ14及びパイロットポンプ15のそれぞれの入力軸に連結されている。
メインポンプ14は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット17に供給できるように構成されている。本実施形態では、メインポンプ14は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
レギュレータ13は、メインポンプ14の吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じてメインポンプ14の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ14の吐出量を制御する。
パイロットポンプ15は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して操作装置26を含む油圧制御機器に作動油を供給できるように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ15は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロット圧生成装置は、メインポンプ14によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ14は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット17に供給する機能に加え、パイロットラインを介して操作装置26を含む各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ15は、省略されてもよい。
コントロールバルブユニット17は、ショベル100における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット17は、制御弁171~176を含む。制御弁175は制御弁175L及び制御弁175Rを含み、制御弁176は制御弁176L及び制御弁176Rを含む。コントロールバルブユニット17は、制御弁171~176を通じ、メインポンプ14が吐出する作動油を1又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。制御弁171~176は、例えば、メインポンプ14から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、左走行油圧モータ2ML、右走行油圧モータ2MR及び旋回油圧モータ2Aを含む。
操作装置26は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力(パイロット圧)は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作方向及び操作量に応じた圧力である。但し、操作装置26は、上述のようなパイロット圧式ではなく、電気制御式であってもよい。この場合、コントロールバルブユニット17内の制御弁は、電磁ソレノイド式スプール弁であってもよい。
吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出できるように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ28は、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
操作圧センサ29は、操作者による操作装置26の操作の内容を検出できるように構成されている。本実施形態では、操作圧センサ29は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作方向及び操作量を圧力(操作圧)の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作装置26の操作の内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。
メインポンプ14は、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rを含む。そして、左メインポンプ14Lは、左センターバイパス管路40L又は左パラレル管路42Lを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ14Rは、右センターバイパス管路40R又は右パラレル管路42Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
左センターバイパス管路40Lは、コントロールバルブユニット17内に配置された制御弁171、173、175L及び176Lを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路40Rは、コントロールバルブユニット17内に配置された制御弁172、174、175R及び176Rを通る作動油ラインである。
制御弁171は、左メインポンプ14Lが吐出する作動油を左走行油圧モータ2MLへ供給し、且つ、左走行油圧モータ2MLが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁172は、右メインポンプ14Rが吐出する作動油を右走行油圧モータ2MRへ供給し、且つ、右走行油圧モータ2MRが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁173は、左メインポンプ14Lが吐出する作動油を旋回油圧モータ2Aへ供給し、且つ、旋回油圧モータ2Aが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁174は、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をバケットシリンダ9へ供給し、且つ、バケットシリンダ9内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁175Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁175Rは、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給し、且つ、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁176Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
制御弁176Rは、右メインポンプ14Rが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
左パラレル管路42Lは、左センターバイパス管路40Lに並行する作動油ラインである。左パラレル管路42Lは、制御弁171、173及び175Lの何れかによって左センターバイパス管路40Lを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路42Rは、右センターバイパス管路40Rに並行する作動油ラインである。右パラレル管路42Rは、制御弁172、174及び175Rの何れかによって右センターバイパス管路40Rを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
レギュレータ13は、左レギュレータ13L及び右レギュレータ13Rを含む。左レギュレータ13Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの吐出量を制御する。具体的には、左レギュレータ13Lは、例えば、左メインポンプ14Lの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。右レギュレータ13Rについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ14の吸収パワー(吸収馬力)がエンジン11の出力パワー(出力馬力)を超えないようにするためである。
操作装置26は、左操作レバー26L、右操作レバー26R及び走行レバー26Dを含む。走行レバー26Dは、左走行レバー26DL及び右走行レバー26DRを含む。
左操作レバー26Lは、旋回操作とアーム5の操作に用いられる。左操作レバー26Lは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁176のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁173のパイロットポートに導入させる。
具体的には、左操作レバー26Lは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁176Lの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁176Rの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁176Lの左側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁176Rの右側パイロットポートに作動油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁173の左側パイロットポートに作動油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁173の右側パイロットポートに作動油を導入させる。
右操作レバー26Rは、ブーム4の操作とバケット6の操作に用いられる。右操作レバー26Rは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁175のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁174のパイロットポートに導入させる。
具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁175Rの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁175Lの右側パイロットポートに作動油を導入させ、且つ、制御弁175Rの左側パイロットポートに作動油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁174の右側パイロットポートに作動油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁174の左側パイロットポートに作動油を導入させる。
走行レバー26Dは、クローラ1Cの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー26DLは、左クローラ1CLの操作に用いられる。左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー26DLは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁171のパイロットポートに導入させる。右走行レバー26DRは、右クローラ1CRの操作に用いられる。右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー26DRは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、レバー操作量に応じた制御圧を制御弁172のパイロットポートに導入させる。
吐出圧センサ28は、吐出圧センサ28L及び吐出圧センサ28Rを含む。吐出圧センサ28Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。吐出圧センサ28Rについても同様である。
操作圧センサ29は、操作圧センサ29LA、29LB、29RA、29RB、29DL、29DRを含む。操作圧センサ29LAは、操作者による左操作レバー26Lに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作の内容は、例えば、レバー操作方向、レバー操作量(レバー操作角度)等である。
同様に、操作圧センサ29LBは、操作者による左操作レバー26Lに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作圧センサ29RAは、操作者による右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作圧センサ29RBは、操作者による右操作レバー26Rに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作圧センサ29DLは、操作者による左走行レバー26DLに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作圧センサ29DRは、操作者による右走行レバー26DRに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
コントローラ30は、操作圧センサ29の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の吐出量を変化させる。また、コントローラ30は、絞り18の上流に設けられた制御圧センサ19の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の吐出量を変化させる。絞り18は左絞り18L及び右絞り18Rを含み、制御圧センサ19は左制御圧センサ19L及び右制御圧センサ19Rを含む。
左センターバイパス管路40Lには、最も下流にある制御弁176Lと作動油タンクとの間に左絞り18Lが配置されている。そのため、左メインポンプ14Lが吐出した作動油の流れは、左絞り18Lで制限される。そして、左絞り18Lは、左レギュレータ13Lを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ19Lは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、この制御圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの吐出量を制御する。コントローラ30は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ14Lの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ14Lの吐出量を増大させる。右メインポンプ14Rの吐出量も同様に制御される。
具体的には、図3で示されるようにショベル100における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、左センターバイパス管路40Lを通って左絞り18Lに至る。そして、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路40Lを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lに至る量を減少或いは消失させ、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。なお、コントローラ30は、右メインポンプ14Rの吐出量も同様に制御する。
上述のような構成により、図3の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ14における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ14が吐出する作動油がセンターバイパス管路40で発生させるポンピングロスを含む。また、図3の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ14から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。
次に、図4A~図4Dを参照し、コントローラ30がマシンコントロール機能によってアクチュエータを動作させるための構成について説明する。図4A~図4Dは、油圧システムの一部を抜き出した図である。具体的には、図4Aは、アームシリンダ8の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Bは、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。図4Cは、バケットシリンダ9の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Dは、旋回油圧モータ2Aの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。
図4A~図4Dに示すように、油圧システムは、比例弁31、シャトル弁32、及び比例弁33を含む。比例弁31は、比例弁31AL~31DL及び31AR~31DRを含み、シャトル弁32は、シャトル弁32AL~32DL及び32AR~32DRを含み、比例弁33は、比例弁33AL~33DL及び33AR~33DRを含む。
比例弁31は、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁31は、パイロットポンプ15とシャトル弁32とを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁31は、コントローラ30が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ30は、操作者による操作装置26の操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31及びシャトル弁32を介し、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。
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する。2つの入口ポートのうちの1つは操作装置26に接続され、他方は比例弁31に接続されている。出口ポートは、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートに接続されている。そのため、シャトル弁32は、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。
比例弁33は、比例弁31と同様に、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁33は、操作装置26とシャトル弁32とを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁33は、コントローラ30が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ30は、操作者による操作装置26の操作とは無関係に、操作装置26が吐出する作動油の圧力を減圧した上で、シャトル弁32を介し、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。
この構成により、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。また、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われている場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。
例えば、図4Aに示すように、左操作レバー26Lは、アーム5を操作するために用いられる。具体的には、左操作レバー26Lは、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁176のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー26Lは、アーム閉じ方向(後方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁176Lの右側パイロットポートと制御弁176Rの左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー26Lは、アーム開き方向(前方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁176Lの左側パイロットポートと制御弁176Rの右側パイロットポートに作用させる。
左操作レバー26LにはスイッチNSが設けられている。本実施形態では、スイッチNSは、左操作レバー26Lの先端に設けられた押しボタンスイッチである。操作者は、スイッチNSを押しながら左操作レバー26Lを操作できる。スイッチNSは、右操作レバー26Rに設けられていてもよく、キャビン10内の他の位置に設けられていてもよい。
操作圧センサ29LAは、操作者による左操作レバー26Lに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
比例弁31ALは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31AL及びシャトル弁32ALを介して制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁31ARは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31AR及びシャトル弁32ARを介して制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁31AL、31ARは、制御弁176L、176Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調節可能である。
この構成により、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31AL及びシャトル弁32ALを介し、制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、アーム5を閉じることができる。また、コントローラ30は、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31AR及びシャトル弁32ARを介し、制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、アーム5を開くことができる。
比例弁33ALは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から左操作レバー26L、比例弁33AL、及びシャトル弁32ALを介して制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を減圧する。比例弁33ARは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から左操作レバー26L、比例弁33AR、及びシャトル弁32ARを介して制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を減圧する。比例弁33AL、33ARは、制御弁176L、176Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
この構成により、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、制御弁176の閉じ側のパイロットポート(制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポート)に作用するパイロット圧を減圧し、アーム5の閉じ動作を強制的に停止させることができる。操作者によるアーム開き操作が行われているときにアーム5の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
或いは、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、比例弁31ARを制御し、制御弁176の閉じ側のパイロットポートの反対側にある、制御弁176の開き側のパイロットポート(制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポート)に作用するパイロット圧を増大させ、制御弁176を強制的に中立位置に戻すことで、アーム5の閉じ動作を強制的に停止させてもよい。この場合、比例弁33ALは省略されてもよい。操作者によるアーム開き操作が行われている場合にアーム5の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
また、以下の図4B~図4Dを参照しながらの説明を省略するが、操作者によるブーム上げ操作又はブーム下げ操作が行われている場合にブーム4の動作を強制的に停止させる場合、操作者によるバケット閉じ操作又はバケット開き操作が行われている場合にバケット6の動作を強制的に停止させる場合、及び、操作者による旋回操作が行われている場合に上部旋回体3の旋回動作を強制的に停止させる場合についても同様である。また、操作者による走行操作が行われている場合に下部走行体1の走行動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
また、図4Bに示すように、右操作レバー26Rは、ブーム4を操作するために用いられる。具体的には、右操作レバー26Rは、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁175のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向(後方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Lの右側パイロットポートと制御弁175Rの左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向(前方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Rの右側パイロットポートに作用させる。
操作圧センサ29RAは、操作者による右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
比例弁31BLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31BL及びシャトル弁32BLを介して制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁31BRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31BR及びシャトル弁32BRを介して制御弁175Lの左側パイロットポート及び制御弁175Rの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁31BL、31BRは、制御弁175L、175Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調節可能である。
この構成により、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BL及びシャトル弁32BLを介し、制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、ブーム4を上げることができる。また、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31BR及びシャトル弁32BRを介し、制御弁175Rの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、ブーム4を下げることができる。
また、図4Cに示すように、右操作レバー26Rは、バケット6を操作するためにも用いられる。具体的には、右操作レバー26Rは、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁174のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー26Rは、バケット閉じ方向(左方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁174の左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー26Rは、バケット開き方向(右方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁174の右側パイロットポートに作用させる。
操作圧センサ29RBは、操作者による右操作レバー26Rに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
比例弁31CLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31CL及びシャトル弁32CLを介して制御弁174の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁31CRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31CR及びシャトル弁32CRを介して制御弁174の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁31CL、31CRは、制御弁174を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調節可能である。
この構成により、コントローラ30は、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31CL及びシャトル弁32CLを介し、制御弁174の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、バケット6を閉じることができる。また、コントローラ30は、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31CR及びシャトル弁32CRを介し、制御弁174の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、バケット6を開くことができる。
また、図4Dに示すように、左操作レバー26Lは、旋回機構2を操作するためにも用いられる。具体的には、左操作レバー26Lは、パイロットポンプ15が吐出する作動油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁173のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー26Lは、左旋回方向(左方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁173の左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー26Lは、右旋回方向(右方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁173の右側パイロットポートに作用させる。
操作圧センサ29LBは、操作者による左操作レバー26Lに対する左右方向への操作の内容を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
比例弁31DLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31DL及びシャトル弁32DLを介して制御弁173の左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁31DRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から比例弁31DR及びシャトル弁32DRを介して制御弁173の右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁31DL、31DRは、制御弁173を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調節可能である。
この構成により、コントローラ30は、操作者による左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31DL及びシャトル弁32DLを介し、制御弁173の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、旋回機構2を左旋回させることができる。また、コントローラ30は、操作者による右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出する作動油を、比例弁31DR及びシャトル弁32DRを介し、制御弁173の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、旋回機構2を右旋回させることができる。
ショベル100は、下部走行体1を自動的或いは自律的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、左走行油圧モータ2MLの操作に関する油圧システム部分、及び、右走行油圧モータ2MRの操作に関する油圧システム部分は、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。
また、操作装置26の形態として油圧式パイロット回路を備えた油圧式操作レバーに関する説明を記載したが、油圧式操作レバーではなく電気式パイロット回路を備えた電気式操作レバーが採用されてもよい。この場合、電気式操作レバーのレバー操作量は、電気信号としてコントローラ30へ入力される。また、パイロットポンプ15と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置される。電磁弁は、コントローラ30からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、電気式操作レバーを用いた手動操作が行われると、コントローラ30は、レバー操作量に対応する電気信号によって電磁弁を制御してパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。なお、各制御弁は電磁スプール弁で構成されていてもよい。この場合、電磁スプール弁は、電気式操作レバーのレバー操作量に対応するコントローラ30からの電気信号に応じて動作する。
次に、図5を参照し、コントローラ30の構成例について説明する。図5は、コントローラ30の構成例を示す図である。図5では、コントローラ30は、姿勢検出装置、操作装置26、空間認識装置70、向き検出装置71、情報入力装置72、測位装置73及びスイッチNS等の少なくとも1つが出力する信号を受け、様々な演算を実行し、比例弁31、表示装置D1及び音声出力装置D2等の少なくとも1つに制御指令を出力できるように構成されている。姿勢検出装置は、例えば、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4及び旋回角速度センサS5を含む。コントローラ30は、位置算出部30A、軌道取得部30B及び自律制御部30Cを機能要素として有する。各機能要素は、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアで構成されていてもよい。
位置算出部30Aは、測位対象の位置を算出するように構成されている。本実施形態では、位置算出部30Aは、アタッチメントの所定部位の基準座標系における座標点を算出する。所定部位は、例えば、バケット6の爪先又は背面等である。基準座標系の原点は、例えば、旋回軸とショベル100の接地面との交点である。基準座標系は、例えば、XYZ直交座標系であり、ショベル100の前後軸に平行なX軸と、ショベル100の左右軸に平行なY軸と、ショベル100の旋回軸に平行なZ軸とを有する。位置算出部30Aは、例えば、ブーム4、アーム5及びバケット6のそれぞれの回動角度からバケット6の爪先の座標点を算出する。位置算出部30Aは、バケット6の爪先の中央の座標点だけでなく、バケット6の爪先の左端の座標点、及び、バケット6の爪先の右端の座標点を算出してもよい。この場合、位置算出部30Aは、機体傾斜センサS4の出力を利用してもよい。また、位置算出部30Aは、測位装置73の出力を利用し、アタッチメントの所定部位の世界座標系における座標点を算出してもよい。
軌道取得部30Bは、ショベル100を自律的に動作させるときにアタッチメントの所定部位が辿る軌道である目標軌道を取得するように構成されている。本実施形態では、軌道取得部30Bは、自律制御部30Cがショベル100を自律的に動作させるときに利用する目標軌道を取得する。具体的には、軌道取得部30Bは、不揮発性記憶装置に記憶されている設計面に関するデータ(以下、「設計データ」とする。)に基づいて目標軌道を導き出す。目標軌道は、典型的には、設計面と一致する軌道である。軌道取得部30Bは、空間認識装置70が認識したショベル100の周囲の地形に関する情報に基づいて目標軌道を導き出してもよい。或いは、軌道取得部30Bは、揮発性記憶装置に記憶されている姿勢検出装置の過去の出力からバケット6の爪先の過去の軌跡に関する情報を導き出し、その情報に基づいて目標軌道を導き出してもよい。或いは、軌道取得部30Bは、アタッチメントの所定部位の現在位置と設計データとに基づいて目標軌道を導き出してもよい。
自律制御部30Cは、ショベル100を自律的に動作させることができるように構成されている。本実施形態では、自律制御部30Cは、所定の開始条件が満たされた場合に、軌道取得部30Bが取得した目標軌道に沿ってアタッチメントの所定部位を移動させるように構成されている。具体的には、スイッチNSが押されている状態で操作装置26が操作されたときに、所定部位が目標軌道に沿って移動するように、ショベル100を自律的に動作させる。
本実施形態では、自律制御部30Cは、アクチュエータを自律的に動作させることで操作者によるショベルの手動操作を支援するように構成されている。例えば、自律制御部30Cは、操作者がスイッチNSを押しながら手動でアーム閉じ操作を行っている場合に、目標軌道とバケット6の爪先の位置とが一致するようにブームシリンダ7、アームシリンダ8及びバケットシリンダ9の少なくとも1つを自律的に伸縮させてもよい。この場合、操作者は、例えば、左操作レバー26Lをアーム閉じ方向に操作するだけで、バケット6の爪先を目標軌道に一致させながら、アーム5を閉じることができる。
本実施形態では、自律制御部30Cは、比例弁31に制御指令(電流指令)を与えて各アクチュエータに対応する制御弁に作用するパイロット圧を個別に調節することで各アクチュエータを自律的に動作させることができる。例えば、右操作レバー26Rが傾倒されたか否かにかかわらず、ブームシリンダ7及びバケットシリンダ9の少なくとも1つを動作させることができる。
次に、図6~図8を参照し、コントローラ30が操作者による法面仕上げ作業を支援する処理(以下、「第1支援処理」とする。)について説明する。図6は、下り勾配の法面の仕上げ作業を行っているショベル100の斜視図である。図7は、第1支援処理のフローチャートである。図8は、第1支援処理が行われているときに表示装置D1の表示部に表示される第1支援画面の構成例を示す。
ショベル100の操作者は、図6に示すように、設計面に沿って法尻FSから法肩TSへ法面バケット6Sを移動させる仕上げ作業と、矢印ARで示す方向に下部走行体1を所定距離だけ移動させる走行作業とを交互に実行して法面の仕上げを行っている。
具体的には、仕上げ作業は、法面バケット6Sの爪先で施工面としての法面を掘削する作業、法面バケット6Sの背面で施工面としての法面を押し付けながら施工する作業、及び、法面バケット6Sの背面で施工面としての法面を押し付けながら施工面を掘削する作業等を含む。
帯状領域SWは、1回の仕上げ作業で仕上げられる法面上の領域(仕上がり面)である。本実施形態では、帯状領域SWは、法面バケット6Sの幅とほぼ同じ幅を有する。帯状領域SW0は、今回の仕上げ作業によって仕上げられる未完成の領域である。帯状領域SW1は、前回(1回前)の仕上げ作業によって既に仕上げられた領域であり、帯状領域SW2は、前々回(2回前)の仕上げ作業によって既に仕上げられた領域である。帯状領域SW3~SW10についても同様である。なお、図6では、ドットパターンで示される領域は、仕上げが既に完了した法面部分を表し、クロスパターンで示される領域は、仕上げが完了していない法面部分を表す。
目標軌道は、仕上げ作業時において、設計面と一致するように設定される。したがって、ショベル100は、実際の作業部位の軌道が設計面に対して所定の許容誤差の範囲内に収まるように制御される。しかしながら、作業部位の軌跡が実際に所定の許容誤差の範囲内に収まるようにショベル100が施工を継続できたとしても、隣り合う2つの帯状領域の間には、段差LDが生じてしまうことがある。例えば、図6における段差LDとしての段差LD6は、帯状領域SW5と帯状領域SW6との間に形成された段差である。この段差LDが大きいとそれぞれの施工された帯状領域SWが許容範囲内であったとしても、例えばコンクリートブロックを法面に設置したときにコンクリートブロックが浮いてしまう等、問題を生じさせるおそれがある。
本実施形態では、コントローラ30は、自律制御部30Cによってバケット6の背面が法尻FSに位置付けられたときに第1支援処理を実行する。
最初に、コントローラ30は、前回の仕上げ作業によって形成された帯状領域SW1の表面と設計面との差を算出する(ステップST1)。例えば図6の例では、コントローラ30は、前回の仕上げ作業によって形成された帯状領域SW1の表面と設計面との差DS1(図8参照。)を算出する。
例えば、コントローラ30は、帯状領域SW1を仕上げた際のアタッチメントの作業部位の軌跡に基づき、設計面に垂直な方向における帯状領域SW1の表面と設計面との差DS1を導き出す。このとき、コントローラ30は、空間認識装置70の出力と測位装置73の出力とに基づき、設計面に垂直な方向における帯状領域SW1の表面と設計面との差DS1を導き出してもよい。なお、アタッチメントの作業部位は、例えば、法面バケット6Sの爪先、又は、法面バケット6Sの背面である。
その後、コントローラ30は、今回の仕上げ作業によって形成される帯状領域SW0の表面(推定表面)と設計面との差を算出する(ステップST2)。例えば図6の例では、コントローラ30は、今回の仕上げ作業によって形成される帯状領域SW0の推定表面と設計面との差DS0を推定する。
例えば、法面バケット6Sの爪先は、仕上げ作業の際に、操作者による手動操作又は自律制御により、施工面としての法面の法尻まで移動させられる。そして、法面バケット6Sの爪先が法尻に移動させられると、コントローラ30は、位置算出部30Aが算出する法面バケット6Sの爪先の座標点に基づき、設計面に垂直な方向における未完成の帯状領域SW0の推定表面と設計面との差DS0を導き出す。すなわち、コントローラ30は、現在の法面バケット6Sの爪先の座標点を、未完成の帯状領域SW0の推定表面上の座標点とした上で、未完成の帯状領域SW0の推定表面と設計面との差DS0を導き出す。ここで、コントローラ30は、現在の法面バケット6Sの背面と施工面としての法面との接点の座標点を、未完成の帯状領域SW0の推定表面上の座標点とした上で、未完成の帯状領域SW0の推定表面と設計面との差DS0を導き出してもよい。
その後、コントローラ30は、段差の大きさが所定値より大きいか否かを判定する(ステップST3)。
例えば、コントローラ30は、既に形成された帯状領域SW1の表面と設計面との差DS1、及び、未だ形成されていない帯状領域SW0の推定表面と設計面との差DS0に基づき、帯状領域SW0と帯状領域SW1との間の段差LD1の大きさHT1を導き出す。すなわち、コントローラ30は、帯状領域SW1の表面と帯状領域SW0の推定表面との差を段差LD1の大きさHT1として導き出す。
そして、コントローラ30は、段差LD1の大きさHT1が所定値TH1より大きいか否かを判定する。所定値TH1は、例えば、不揮発性記憶装置に予め記憶されている値であり、典型的には、数mm(例えば5mm)である。所定値TH1は、ゼロであってもよい。
段差LD1の大きさHT1が所定値TH1より大きいと判定した場合(ステップST3のYES)、コントローラ30は、段差LD1の大きさHT1が所定値TH1より大きくなる旨を報知する(ステップST4)。
例えば、コントローラ30は、既に形成された帯状領域SW1の表面と未だ形成されていない帯状領域SW0の推定表面との間の段差LD1の大きさHT1が所定値TH1より大きくなるおそれがある旨を報知する。具体的には、コントローラ30は、「段差が大きくなるおそれがあるためバケットの高さを調節します」といった音声メッセージを音声出力装置D2から出力させ、且つ/或いは、同様のメッセージを表示装置D1の表示部に表示させる。
その後、コントローラ30は、自律制御に関する目標を変更する(ステップST5)。自律制御に関する目標は、例えば、目標軌道である。コントローラ30は、例えば、帯状領域SW1の表面が帯状領域SW0の推定表面より高い場合で、且つ、段差LD1の大きさHT1が所定値TH1よりも値DFだけ大きい場合、すなわち、HT1=TH1+DFの場合、目標軌道が設計面から少なくとも値DFだけ高くなるように目標軌道を変更する。段差LD1の大きさHT1が所定値TH1以下となるようにするためである。なお、コントローラ30は、帯状領域SW1の表面と帯状領域SW0の表面とが面一となるように、目標軌道を変更してもよい。その後、コントローラ30は、アタッチメントの所定部位が新たに設定された目標軌道に沿って移動するように、ショベル100を自律的に動作させる。
このように、コントローラ30は、設計面に対する帯状領域SW0の推定表面の位置が所定の許容範囲内となり、且つ、段差LD1の大きさHT1が所定値TH1以下となるように、目標軌道を変更する。所定の許容範囲は、例えば、設計面±30mmである。
段差LD1の大きさHT1が所定値TH1以下であると判定した場合(ステップST3のNO)、コントローラ30は、自律制御に関する目標を変更することなく、今回の第1支援処理を終了させる。
図8は、帯状領域SW0を完成させるために法面バケット6Sが法尻FSに位置付けられたときに表示装置D1の表示部に表示される第1支援画面の構成例を示す。
第1支援画面は、断面表示領域G1、表面表示領域G2、及びメッセージ表示領域G3を含む。
断面表示領域G1は、法面の断面を表示する領域である。本実施形態では、断面表示領域G1は、図6の一点鎖線LN1を含む、法面に垂直な仮想平面における法面の断面を表示している。
画像部分GL1~GL6は、法面の凹凸を表す実線LSの一部であり、それぞれ、段差LD1~LD6の大きさを表している。画像部分GL2は、段差LD2の大きさがほぼゼロであること、すなわち、帯状領域SW1の表面と帯状領域SW2の表面とがほぼ面一であることを示している。
太実線L0は、設計面の位置を示し、破線L1は、仕上がり面の許容上限位置(例えば設計面+30mm)を示し、破線L2は、仕上がり面の許容下限位置(例えば設計面-30mm)を示している。すなわち、仕上がり面は、設計面に対する位置が許容上限位置以下で且つ許容下限位置以上であれば、受け入れ可能なものとして扱われる。
ショベル100の操作者は、断面表示領域G1を見ることで、設計面と帯状領域SW1の表面との間の距離がDS1であること、設計面と帯状領域SW0の推定表面との間の距離がDS0であること、帯状領域SW1の表面と帯状領域SW0の推定表面との間にある段差LD1の大きさがHT1であること、及び、段差LD1の大きさHT1が所定値TH1より大きいことを容易に把握できる。なお、本実施形態では、DS0、DS1、DS2、HT1、及びTH1を表す破線矢印は、説明のためのものであり、実際には表示されない。但し、表示装置D1は、これらの破線矢印等の補助的な図形を表示してもよい。
表面表示領域G2は、法面を構成する各帯状領域の表面の高さの違いを表示する領域であり、各帯状領域を上から見た状態を示している。本実施形態では、表面表示領域G2は、各帯状領域の表面の高さの違いを複数の色で表している。
画像部分GS0は、今回の仕上げ作業によって仕上げられる未完成の帯状領域SW0の推定表面と設計面との差がDS0であることを第1色(クロスパターン)で表している。
画像部分GS1は、前回の仕上げ作業によって仕上げられた帯状領域SW1の表面と設計面との差がDS1であることを第2色(粗いドットパターン)で表している。
画像部分GS2は、2回前の仕上げ作業によって仕上げられた帯状領域SW2の表面と設計面との差が、帯状領域SW1と同じDS1であることを第2色(粗いドットパターン)で表している。
画像部分GS3は、3回前の仕上げ作業によって仕上げられた帯状領域SW3の表面と設計面との差がDS2であることを第3色(細かいドットパターン)で表している。
画像部分GS4は、4回前の仕上げ作業によって仕上げられた帯状領域SW4の表面と設計面との差が、帯状領域SW0と同じDS0であることを第1色(クロスパターン)で表している。
画像部分GS5は、5回前の仕上げ作業によって仕上げられた帯状領域SW5の表面と設計面との差が、帯状領域SW3と同じDS2であることを第3色(細かいドットパターン)で表している。
画像部分GS6は、6回前の仕上げ作業によって仕上げられた帯状領域SW6の表面と設計面との差が、帯状領域SW1と同じDS1であることを第2色(粗いドットパターン)で表している。
図8の例では、仕上げが完了していない帯状領域SW0に対応する画像部分GS0は、仕上げが完了している帯状領域SW1~SW6に対応する画像部分GS1~GS6との区別のため、太線枠FR1で囲まれ、且つ、図形GBが付されている。図形GBは、法面バケット6Sを表す図形であり、法面バケット6Sの現在位置を示している。
画像部分GSxは、ショベル100が到達していない領域であることを第4色(白色)で表している。
ショベル100の操作者は、表面表示領域G2を見ることで、既に仕上げが完了している帯状領域SW1~SW6のそれぞれの表面の設計面に対する高さ、すなわち法面の凹凸を容易に把握できる。また、ショベル100の操作者は、仕上げが完了していない帯状領域SW0の推定表面の設計面に対する高さを、帯状領域SW1~SW6のそれぞれの表面の設計面に対する高さと対比できる。
メッセージ表示領域G3は、コントローラ30が生成するメッセージが表示される領域である。図8の例では、メッセージ表示領域G3には、帯状領域SW1の表面と帯状領域SW0の推定表面との間の段差LD1の大きさHT1が所定値TH1より大きくなるおそれがあるとコントローラ30が判定したときにコントローラ30が生成するメッセージが表示されている。
ショベル100の操作者は、メッセージ表示領域G3に表示されたメッセージを見ることで、段差LD1の大きさHT1が所定値TH1以下となるように、法面バケット6Sの高さが上方に自律的に調節されることを認識できる。但し、コントローラ30は、法面バケット6Sの高さが自律的に調節されることを操作者に認識させることなく、法面バケット6Sの高さを自律的に調節してもよい。
次に、図9~図11を参照し、コントローラ30が操作者による法面仕上げ作業を支援する別の処理(以下、「第2支援処理」とする。)について説明する。図9は、下り勾配の法面の仕上げ作業を行っているショベル100とショベル100Aの斜視図である。図10は、第2支援処理のフローチャートである。図11は、第2支援処理が行われているときに表示装置D1の表示部に表示される第2支援画面の構成例を示す。
ショベル100の操作者は、図9に示すように、設計面に沿って法尻FSから法肩TSへ法面バケット6Sを移動させる仕上げ作業と、矢印AR1で示す方向に下部走行体1を所定距離だけ移動させる走行作業とを交互に実行して法面の仕上げを行っている。
同様に、ショベル100Aの操作者は、設計面に沿って法尻FSから法肩TSへ法面バケット6Sを移動させる仕上げ作業と、矢印AR2で示す方向に下部走行体1を所定距離だけ移動させる走行作業とを交互に実行して法面の仕上げを行っている。本実施形態では、ショベル100Aは、ショベル100と同様の構成を有する。但し、ショベル100Aは、位置算出部30A、軌道取得部30B及び自律制御部30C等の機能要素を有しないコントローラを備えていてもよい。
ショベル100の操作者及びショベル100Aの操作者は、図6の場合と同様に、帯状領域SWを形成しながら、法面の仕上げ作業を継続している。図9では、図6の場合と同様に、ドットパターンで示される領域は、仕上げが完了した法面部分を表し、クロスパターンで示される領域は、仕上げが完了していない法面部分を表す。具体的には、ドットパターンで示される領域は、ショベル100による仕上げが完了した法面部分SF1、及び、ショベル100Aによる仕上げが完了した法面部分SF2を含む。クロスパターンで示される領域は、ショベル100による仕上げが完了していない法面部分SN1、及び、ショベル100Aによる仕上げが完了していない法面部分SN2を含む。連結部LKは、ショベル100による仕上げが完了していない法面部分SN1と、ショベル100Aによる仕上げが完了した法面部分SF2とが接する部分、すなわち、法面部分SF1と法面部分SF2とが将来的に連結される部分である。
破線円CL1で囲まれた部分の図は、破線円CL2で囲まれた部分の拡大図である。この拡大図は、法面部分SN1と法面部分SF2との間の段差LDa、すなわち、連結部LKにおける現在の段差LDaの大きさがHTaであることを示している。
本実施形態では、ショベル100に搭載されているコントローラ30は、ショベル100の稼動中、所定の制御周期で繰り返し第2支援処理を実行する。
最初に、コントローラ30は、連結部LKまでの距離DTが所定距離TH2を下回ったか否かを判定する(ステップST11)。例えば図9の例では、コントローラ30は、法面の延在方向における法面部分SF1と連結部LKとの間の距離DTが所定距離TH2を下回ったか否かを判定する。所定距離TH2は、例えば、不揮発性記憶装置に予め記憶されている距離であり、典型的には、数メートル(例えば5メートル)である。
例えば、コントローラ30は、空間認識装置70の出力に基づき、距離DTを導き出す。或いは、コントローラ30は、測位装置73の出力と、ショベル100Aから通信装置を介して取得する法面部分SF2の位置に関する情報とに基づき、距離DTを導き出してもよい。法面部分SF2の位置に関する情報は、ショベル100の周囲で作業する作業者が携帯する測定装置によって測定された情報であってもよく、マルチコプタ等の飛行体に搭載されている空間認識装置が取得した情報であってもよい。
距離DTが所定距離TH2を下回ったと判定した場合(ステップST11のYES)、コントローラ30は、連結部LKで形成され得る段差LDbの大きさHTbを推定する(ステップST12)。
具体的には、コントローラ30は、空間認識装置70の出力、アタッチメントの作業部位の位置に関する情報、測位装置73の出力、及び、ショベル100Aから通信装置を介して取得する法面部分SF2の位置に関する情報等の少なくとも1つに基づき、法面部分SF1と法面部分SF2とが連結部LKで連結されたときに形成される段差LDbの大きさHTbを推定する。図9の破線円CL1内には、法面部分SF1と法面部分SF2とが連結部LKで連結されるときの法面部分SF1の推定表面の位置を破線HMで示している。
例えば、コントローラ30は、現時点、すなわち、法面部分SF1と法面部分SF2とが連結部LKで未だ連結されていない時点における法面部分SF1の表面と設計面との差DS1(図11参照。)に基づいて高さHTbを推定する。高さDS1は、前回の仕上げ作業によって形成された帯状領域SW1の表面と設計面との差である。具体的には、コントローラ30は、前回の仕上げ作業によって帯状領域SW1を仕上げた際のアタッチメントの作業部位の軌跡に基づき、設計面に垂直な方向における帯状領域SW1の表面と設計面との差としての高さDS1を導き出す。このとき、コントローラ30は、空間認識装置70の出力と測位装置73の出力とに基づき、設計面に垂直な方向における帯状領域SW1の表面と設計面との差としての高さDS1を導き出してもよい。なお、アタッチメントの作業部位は、例えば、法面バケット6Sの爪先、又は、法面バケット6Sの背面である。
その後、コントローラ30は、段差LDbの大きさHTbが所定値TH3より大きいか否かを判定する(ステップST13)。所定値TH3は、例えば、不揮発性記憶装置に予め記憶されている値であり、典型的には、数mm(例えば5mm)である。所定値TH3は、ゼロであってもよい。
段差LDbの大きさHTbが所定値TH3より大きいと判定した場合(ステップST13のYES)、コントローラ30は、段差LDbの大きさHTbが所定値TH3より大きくなる旨を報知する(ステップST14)。
例えば、コントローラ30は、法面部分SF1の形成をこのまま継続した場合に連結部LKで形成される段差LDbの大きさHTbが所定値TH3より大きくなるおそれがある旨を報知する。具体的には、コントローラ30は、「連結部で段差が大きくなるおそれがあるためバケットの高さを調節します」といった音声メッセージを音声出力装置D2から出力させ、且つ/或いは、同様のメッセージを表示装置D1の表示部に表示させる。
その後、コントローラ30は、自律制御に関する目標を変更する(ステップST15)。図9の例では、コントローラ30は、連結部LKに至るまでに仕上げられる各帯状領域の推定表面と設計面との差を決定する。
具体的には、コントローラ30は、今回の仕上げ作業によって仕上げられる未完成の帯状領域SW0を含めた4回の仕上げ作業が行われたときに法面部分SF1と法面部分SF2とが連結部LKで連結されることを導き出す。
4回の仕上げ作業によって仕上げられる未完成の帯状領域SWは、図11に示すように、帯状領域SW0、SW10、SW11及びSW12を含む。
そして、コントローラ30は、これら4つの帯状領域に関する5つの段差の大きさが全て所定値TH3以下となるように、4つの帯状領域のそれぞれの推定表面と設計面との差を決定する。5つの段差は、図11に示すように、帯状領域SW1と帯状領域SW0との間に形成される段差LD1、帯状領域SW0と帯状領域SW10との間に形成される段差LD10、帯状領域SW10と帯状領域SW11との間に形成される段差LD11、帯状領域SW11と帯状領域SW12との間に形成される段差LD12、及び、帯状領域SW12と帯状領域SW21との間に形成される段差LDbを含む。
図9の例では、コントローラ30は、帯状領域SW12と帯状領域SW21との間に形成される段差LDbの大きさがゼロとなり、且つ、残りの4つの段差LD1及びLD10~LD12の全てが最小且つ同じ大きさとなるように、4つの帯状領域SW0及びSW10~SW12のそれぞれの推定表面と設計面との差を決定している。
その後、コントローラ30は、自律制御に関する目標を変更する。自律制御に関する目標は、例えば、目標軌道である。コントローラ30は、例えば、4つの帯状領域SW0及びSW10~SW12のそれぞれの推定表面と設計面との差に基づいて目標軌道を変更する。
具体的には、コントローラ30は、帯状領域SW0を仕上げる際には、帯状領域SW1の表面と帯状領域SW0の推定表面との差である段差LD1の大きさだけ目標軌道が設計面から低くなるように目標軌道を変更する。その後、コントローラ30は、アタッチメントの所定部位が新たに設定された目標軌道に沿って移動するように、ショベル100を自律的に動作させる。
また、コントローラ30は、帯状領域SW10を仕上げる際には、帯状領域SW0の推定表面と帯状領域SW10の推定表面との差である段差LD10の大きさだけ目標軌道が更に設計面から低くなるように目標軌道を変更する。帯状領域SW11及び帯状領域SW12のそれぞれを仕上げる際についても同様である。
なお、コントローラ30は、帯状領域SW12と帯状領域SW21との間に形成される段差LDbの大きさがゼロとなり、且つ、残りの4つの段差LD1及びLD10~LD12のそれぞれの大きさが異なるように、4つの帯状領域SW0及びSW10~SW12のそれぞれの推定表面と設計面との差を決定してもよい。或いは、コントローラ30は、5つの段差の全てが最小且つ同じ大きさとなるように、4つの帯状領域SW0及びSW10~SW12のそれぞれの推定表面と設計面との差を決定してもよい。
このように、コントローラ30は、6つの帯状領域SW1、SW0、SW10~SW12及びSW21のそれぞれの表面の位置が全て所定の許容範囲内となるように、且つ、6つの帯状領域に関する5つの段差LD1、LD10~LD12及びLDbのそれぞれの大きさが全て所定値TH3以下となるように、目標軌道を変更する。所定の許容範囲は、例えば、設計面±30mmである。
連結部LKまでの距離DTが所定距離TH2以上であると判定した場合(ステップST11のNO)、或いは、段差LDbの大きさHTbが所定値TH3以下であると判定した場合(ステップST13のNO)、コントローラ30は、自律制御に関する目標を変更することなく、今回の第2支援処理を終了させる。
図11は、帯状領域SW0を完成させるために法面バケット6Sが法尻FSに位置付けられたときにショベル100に搭載されている表示装置D1の表示部に表示される第2支援画面である。
第2支援画面は、第1支援画面と同様に、断面表示領域G1、表面表示領域G2、及びメッセージ表示領域G3を含む。
断面表示領域G1は、法面の断面を表示する領域である。図11では、断面表示領域G1は、図9の一点鎖線LN2を含む、法面に垂直な仮想平面における法面の断面を表示している。
画像部分GL1は、ショベル100によって形成された法面の凹凸を表す実線LS1の一部であり、段差LD1の大きさを示している。
画像部分GL10~GL12は、この後の仕上げ作業によって形成される法面の凹凸を表す点線LS2の一部であり、段差LD10~LD12のそれぞれの大きさを示している。
画像部分GLbは、ショベル100Aによって形成された法面の凹凸を表す実線LS3の一部であり、この後の仕上げ作業によって形成される段差LDbの大きさを示している。図11の例では、画像部分GLbは、段差LDbの大きさがほぼゼロになること、すなわち、帯状領域SW12の表面と帯状領域SW21の表面とがほぼ面一になることを示している。
太実線L0は、設計面の位置を示し、破線L1は、仕上がり面の許容上限位置(例えば設計面+30mm)を示し、破線L2は、仕上がり面の許容下限位置(例えば設計面-30mm)を示している。
ショベル100の操作者は、断面表示領域G1を見ることで、設計面と帯状領域SW1の表面との間の距離がDS1であること、設計面と帯状領域SW0の推定表面との間の距離がDS0であること、帯状領域SW1の表面と帯状領域SW0の推定表面との間にある段差LD1の大きさと、帯状領域SW0の推定表面と帯状領域SW10の推定表面との間にある段差LD10の大きさと、帯状領域SW10の推定表面と帯状領域SW11の推定表面との間にある段差LD11の大きさと、帯状領域SW11の推定表面と帯状領域SW12の推定表面との間にある段差LD12の大きさと、がほぼ同じであること、及び、帯状領域SW12の推定表面と帯状領域SW21の表面との間に形成される段差LDbの大きさがほぼゼロであることを容易に把握できる。
なお、図11の例では、DS0、DS1、DS10~DS12、HTb、及びTH3を表す破線矢印は、説明のためのものであり、実際には表示されない。但し、表示装置D1は、これらの破線矢印等の補助的な図形を表示してもよい。
表面表示領域G2は、法面を構成する各帯状領域の表面の高さの違いを表示する領域であり、各帯状領域を上から見た状態を示している。本実施形態では、表面表示領域G2は、各帯状領域の表面の高さの違いを複数の色で表している。
画像部分GS0は、今回の仕上げ作業によって仕上げられる未完成の帯状領域SW0の推定表面と設計面との差がDS0になることを第1色(ドットパターン)で表している。
画像部分GS1は、前回の仕上げ作業によって仕上げられた帯状領域SW1の表面と設計面との差がDS1であることを第2色(粗いドットパターン)で表している。
画像部分GS10は、次回の仕上げ作業によって仕上げられる未完成の帯状領域SW10の推定表面と設計面との差が、DS0より小さいDS10になることを第3色(粗い斜線パターン)で表している。
画像部分GS11は、次々回(2回後)の仕上げ作業によって仕上げられる未完成の帯状領域SW11の推定表面と設計面との差が、DS10より小さいDS11になることを第4色(細かい斜線パターン)で表している。
画像部分GS12は、3回後の仕上げ作業によって仕上げられる未完成の帯状領域SW12の推定表面と設計面との差が、DS11より小さいDS12になることを第5色(クロスパターン)で表している。
画像部分GS21~GS23は、ショベル100Aによる仕上げ作業によって仕上げられた帯状領域SW21~SW23のそれぞれの表面と設計面との差が、帯状領域SW12と同じDS12であることを第5色(クロスパターン)で表している。
図11の例では、ショベル100による今回の仕上げ作業によって形成される帯状領域SW0に対応する画像部分GS0は、他の帯状領域に対応する画像部分との区別のため、太線枠FR2で囲まれ、且つ、図形GBが付されている。図形GBは、法面バケット6Sを表す図形であり、法面バケット6Sの現在位置を示している。ここでは、他の帯状領域に対応する画像部分は、例えば、ショベル100による仕上げが完了している帯状領域SW1に対応する画像部分GS1、ショベル100Aによる仕上げが完了している帯状領域SW21~SW23に対応する画像部分GS21~GS23、及び、ショベル100による仕上げ作業が開始されていない帯状領域SW10~SW12に対応する画像部分GS10~GS12を含む。
また、ショベル100による仕上げ作業が開始されていない帯状領域SW10~SW12に対応する画像部分GS10~GS12は、他の帯状領域との区別のため、点線枠FR3で囲まれている。ここでは、他の帯状領域に対応する画像部分は、例えば、ショベル100による今回の仕上げ作業によって形成される帯状領域SW0に対応する画像部分GS0、ショベル100による仕上げが完了している帯状領域SW1に対応する画像部分GS1、及び、ショベル100Aによる仕上げが完了している帯状領域SW21~SW23に対応する画像部分GS21~GS23を含む。
ショベル100の操作者は、表面表示領域G2を見ることで、今回の仕上げ作業を含む今後の4回の仕上げ作業で仕上げられる帯状領域SW0及びSW10~SW12のそれぞれの推定表面の高さを容易に把握できる。そして、ショベル100の操作者は、段差LD1、LD10~LD12及びLDbのそれぞれの大きさが所定値TH3以下となること、すなわち、ショベル100によって仕上げられた法面と、ショベル100Aによって仕上げられた法面とが滑らかに連結されることを確認できる。
メッセージ表示領域G3は、コントローラ30が生成するメッセージが表示される領域である。図11の例では、メッセージ表示領域G3には、連結部LKにおける段差LDbの大きさHTbが所定値TH3より大きくなるおそれがあるとコントローラ30が判定したときにコントローラ30が生成するメッセージが表示されている。
ショベル100の操作者は、メッセージ表示領域G3に表示されたメッセージを見ることで、段差LDbの大きさHTbが所定値TH3以下となるように、法面バケット6Sの高さが下方に自律的に調節されることを認識できる。具体的には、今後の4回の仕上げ作業で法面バケット6Sの高さが自律的且つ段階的に下方に調節されることを認識できる。但し、コントローラ30は、法面バケット6Sの高さが自律的に調節されることを操作者に認識させることなく、法面バケット6Sの高さを自律的に調節してもよい。
次に、図12A及び図12Bを参照して、マシンコントロール機能に関する詳細な構成の一例について説明する。図12A及び図12Bは、本実施形態に係るショベル100のマシンコントロール機能に関する詳細な構成の一例を示す機能ブロック図である。
コントローラ30は、マシンコントロール機能に関する機能部として、操作内容取得部3001と、目標施工面取得部3002と、目標軌道設定部3003と、現在位置算出部3004と、目標位置算出部3005と、軌跡取得部3006と、施工面取得部3007と、推定表面取得部3008と、比較部3009と、目標位置補正部3010と、動作指令生成部3011と、パイロット指令生成部3012と、姿勢角算出部3013を含む。これらの機能部は、例えば、スイッチNSが押し操作されている場合、所定の制御周期ごとに、後述する動作を繰り返し実行する。
操作内容取得部3001は、操作圧センサ29LAから取り込まれる検出信号に基づき、左操作レバー26Lにおけるアーム5の操作(つまり、前後方向の傾倒操作)に関する操作内容を取得する。例えば、操作内容取得部3001は、操作内容として、操作方向(アーム開き操作であるか、アーム閉じ操作であるかの別)と、操作量を取得(算出)する。
目標施工面取得部3002は、例えば、内部メモリや所定の外部記憶装置等から目標施工面(設計面)に関するデータを取得する。
目標軌道設定部3003は、設計面に関するデータに基づき、アタッチメントの作業部位を設計面に沿って移動させるための作業部位の目標軌道に関する情報を設定する。例えば、目標軌道設定部3003は、目標軌道に関する情報として、ショベル100の機体(上部旋回体3)を基準とする、設計面の前後方向への傾斜角度を設定してよい。
現在位置算出部3004は、アタッチメントの作業部位の位置(現在位置)を算出する。具体的には、後述する姿勢角算出部3013により算出されるブーム角度β1、アーム角度β2、及びバケット角度β3に基づき、アタッチメントの作業部位の位置を算出してよい。
目標位置算出部3005は、左操作レバー26Lにおけるアーム5の操作に関する操作内容(操作方向及び操作量)と、設定された目標軌道に関する情報と、アタッチメントの作業部位の現在位置とに基づき、アタッチメントの作業部位の目標位置を算出する。当該目標位置は、アーム5が左操作レバー26Lにおけるアーム5の操作方向及び操作量に応じて動作すると仮定したときに、今回の制御周期中で到達目標とすべき設計面(換言すれば、目標軌道)上の位置である。目標位置算出部3005は、例えば、不揮発性の内部メモリ等に予め格納されるマップや演算式等を用いて、アタッチメントの作業部位の目標位置を算出してよい。
軌跡取得部3006は、例えば、内部メモリや所定の外部記憶装置等から過去のアタッチメントの作業部位の軌跡に関するデータを取得する。
施工面取得部3007は、軌跡取得部3006が取得した過去のアタッチメントの作業部位の軌跡に基づき、前回(1回前)の仕上げ作業によって既に仕上げられた領域である帯状領域SW1(図6参照。)の表面に関するデータを取得する。
推定表面取得部3008は、現在位置算出部3004が算出したアタッチメントの作業部位の位置(現在位置)に基づき、今回の仕上げ作業によって仕上げられる未完成の領域である帯状領域SW0(図6参照。)の推定表面に関するデータを取得する。
比較部3009は、帯状領域SW1の表面と帯状領域SW0の推定表面との間の段差LD1の大きさHT1と所定値TH1とを比較する。例えば、比較部3009は、図8に示すように、既に形成された帯状領域SW1の表面と設計面との差DS1、及び、未だ形成されていない帯状領域SW0の推定表面と設計面との差DS0に基づき、帯状領域SW0と帯状領域SW1との間の段差LD1の大きさHT1を導き出す。そして、比較部3009は、段差LD1の大きさHT1と所定値TH1とを比較する。
目標位置補正部3010は、段差LD1の大きさHT1が所定値TH1より大きいと比較部3009が判定した場合に、目標位置算出部3005が算出したアタッチメントの作業部位の目標位置を補正する。例えば、目標位置補正部3010は、帯状領域SW1の表面が帯状領域SW0の推定表面より高い場合で、且つ、段差LD1の大きさHT1が所定値TH1よりも値DFだけ大きい場合、すなわち、HT1=TH1+DFの場合、目標位置が設計面から少なくとも値DFだけ高くなるように目標位置を補正する。段差LD1の大きさHT1が所定値TH1以下となるようにするためである。なお、目標位置補正部3010は、帯状領域SW1の表面と帯状領域SW0の表面とが面一となるように、目標位置を補正してもよい。
目標位置補正部3010は、段差LD1の大きさHT1が所定値TH1以下であると比較部3009が判定した場合には、目標位置算出部3005が算出したアタッチメントの作業部位の目標位置をそのまま動作指令生成部3011に対して出力する。
動作指令生成部3011は、アタッチメントの作業部位の目標位置に基づき、ブーム4の動作に関する指令値(以下、「ブーム指令値」)β1r、アーム5の動作に関する指令値(以下、「アーム指令値」)β2r、及びバケット6の動作に関する指令値(「バケット指令値」)β3rを生成する。例えば、ブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、及びバケット指令値β3rは、それぞれ、アタッチメントの作業部位が目標位置を実現できたときのブーム角度、アーム角度、及びバケット角度である。動作指令生成部3011は、マスタ指令値生成部3011Aと、スレーブ指令値生成部3011Bを含む。
なお、ブーム指令値、アーム指令値、及びバケット指令値は、アタッチメントの作業部位が目標位置を実現するために必要なブーム4、アーム5、及びバケット6の角速度や角加速度であってもよい。
マスタ指令値生成部3011Aは、アタッチメントATを構成する動作要素(ブーム4、アーム5、及びバケット6)のうち、左操作レバー26Lの前後方向の操作入力に対応して動作する動作要素(以下、「マスタ要素」)の動作に関する指令値(以下、「マスタ指令値」)を生成する。本実施形態では、マスタ要素は、アーム5であり、マスタ指令値生成部3011Aは、アーム指令値β2rを生成し、後述するアームパイロット指令生成部3012Bに向けて出力する。具体的には、マスタ指令値生成部3011Aは、左操作レバー26Lの操作内容(操作方向及び操作量)に対応するアーム指令値β2rを生成する。例えば、マスタ指令値生成部3011Aは、左操作レバー26Lの操作内容と、アーム指令値β2rとの関係を規定する所定のマップや変換式等に基づき、アーム指令値β2rを生成し、出力してよい。
なお、マスタ指令値生成部3011Aにより出力されるアーム指令値β2rが"0"である場合、アーム5は、コントローラ30の制御に依らず、操作装置26に対する操作者のアーム5に関する操作に従い動作する。また、マスタ指令値生成部3011Aは、省略されてもよい。上述の如く、左操作レバー26Lの前後操作の内容に対応するパイロット圧は、シャトル弁32AL、32ARを介して、アーム5を駆動するアームシリンダ8に対応する制御弁176L、176Rのパイロットポートに作用するからである。
スレーブ指令値生成部3011Bは、アタッチメントATを構成する動作要素のうち、マスタ要素(アーム5)の動作に合わせて(同期して)、アタッチメントの作業部位が設計面に沿って移動するように動作する、スレーブ要素の動作に関する指令値(以下、「スレーブ指令値」)を生成する。本実施形態では、スレーブ要素は、ブーム4及びバケット6であり、スレーブ指令値生成部3011Bは、ブーム指令値β1r及びバケット指令値β3rを生成し、それぞれ、後述するブームパイロット指令生成部3012A及びバケットパイロット指令生成部3012Cに向けて出力する。具体的には、スレーブ指令値生成部3011Bは、アーム指令値β2rに対応するアーム5の動作に合わせて(同期して)、ブーム4及びバケット6の少なくとも一方が動作し、アタッチメントの作業部位が目標位置を実現できるように(つまり、設計面に沿って移動するように)、ブーム指令値β1r及びバケット指令値β3rを生成する。これにより、コントローラ30は、左操作レバー26Lにおけるアーム5に関する操作に対応するアーム5の動作に合わせて(つまり、同期させて)、アタッチメントATのブーム4及びバケット6を動作させることで、アタッチメントの作業部位を設計面に沿って移動させることができる。つまり、アーム5(アームシリンダ8)は、左操作レバー26Lに対する操作入力に対応して動作し、ブーム4(ブームシリンダ7)及びバケット6(バケットシリンダ9)は、バケット6の爪先等のアタッチメントATの先端部が設計面に沿って移動するように、アーム5(アームシリンダ8)の動作に合わせて、その動作が制御される。
パイロット指令生成部3012は、ブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、及びバケット指令値β3rに対応するブーム角度、アーム角度、及びバケット角度を実現するための制御弁174~176に作用させるパイロット圧の指令値(以下、「パイロット圧指令値」)を生成する。パイロット指令生成部3012は、ブームパイロット指令生成部3012Aと、アームパイロット指令生成部3012Bと、バケットパイロット指令生成部3012Cを含む。
ブームパイロット指令生成部3012Aは、ブーム指令値β1rと、後述するブーム角度算出部3013Aによる現在のブーム角度の算出値(測定値)との間の偏差に基づき、ブーム4を駆動するブームシリンダ7に対応する制御弁175L、175Rに作用させるパイロット圧指令値を生成する。そして、ブームパイロット指令生成部3012Aは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を比例弁31BL、31BRに出力する。これにより、上述の如く、比例弁31BL、31BRから出力されるパイロット圧指令値に対応するパイロット圧がシャトル弁32BL、32BRを介して、制御弁175L、175Rの対応するパイロットポートに作用する。そして、制御弁175L、175Rの作用により、ブームシリンダ7が動作し、ブーム指令値β1rに対応するブーム角度を実現するように、ブーム4が動作する。
アームパイロット指令生成部3012Bは、アーム指令値β2rと、後述するアーム角度算出部3013Bによる現在のアーム角度の算出値(測定値)との間の偏差に基づき、アーム5を駆動するアームシリンダ8に対応する制御弁176L、176Rに作用させるパイロット圧指令値を生成する。そして、アームパイロット指令生成部3012Bは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を比例弁31AL、31ARに出力する。これにより、上述の如く、比例弁31AL、31ARから出力されるパイロット圧指令値に対応するパイロット圧がシャトル弁32AL、32ARを介して、制御弁176L、176Rの対応するパイロットポートに作用する。そして、制御弁176L、176Rの作用により、アームシリンダ8が動作し、アーム指令値β2rに対応するアーム角度を実現するように、アーム5が動作する。
バケットパイロット指令生成部3012Cは、バケット指令値β3rと、後述するバケット角度算出部3013Cによる現在のバケット角度の算出値(測定値)との間の偏差に基づき、バケット6を駆動するバケットシリンダ9に対応する制御弁174に作用させるパイロット圧指令値を生成する。そして、バケットパイロット指令生成部3012Cは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を比例弁31CL、31CRに出力する。これにより、上述の如く、比例弁31CL、31CRから出力されるパイロット圧指令値に対応するパイロット圧がシャトル弁32CL、32CRを介して、制御弁174の対応するパイロットポートに作用する。そして、制御弁174の作用により、バケットシリンダ9が動作し、バケット指令値β3rに対応するバケット角度を実現するように、バケット6が動作する。
姿勢角算出部3013は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3の検出信号に基づき、(現在の)ブーム角度β1、アーム角度β2、及びバケット角度β3を算出(測定)する。姿勢角算出部3013は、ブーム角度算出部3013Aと、アーム角度算出部3013Bと、バケット角度算出部3013Cを含む。
ブーム角度算出部3013Aは、ブーム角度センサS1から取り込まれる検出信号に基づき、ブーム角度β1を算出(測定)する。アーム角度算出部3013Bは、アーム角度センサS2から取り込まれる検出信号に基づき、アーム角度β2を算出(測定)する。バケット角度算出部3013Cは、バケット角度センサS3から取り込まれる検出信号に基づき、バケット角度β3を算出(測定)する。
次に、図13を参照して、マシンコントロール機能に関する詳細な構成の他の例について説明する。図13は、本実施形態に係るショベル100のマシンコントロール機能に関する詳細な構成の他の例を示す機能ブロック図である。本例において、図12Bに相当する構成は上述の一例と同じであるため、図12Bを援用する。以下、上述の一例(図12A)と異なる部分を中心に説明する。
本例では、ショベル100は、通信装置T1を含み、コントローラ30は、通信装置T1により所定の外部装置から受信される信号に応じて、自律運転機能を実現する。
通信装置T1は、ショベル100とショベル100の外部との間の通信を制御する。通信装置T1は、例えば、所定の外部装置からショベル100の自律運転機能の開始を表す指令(以下、「開始指令」)を受信する。
コントローラ30は、マシンコントロール機能に関する機能部として、作業開始判定部3001Aと、動作内容判定部3001Bと、動作条件設定部3001Cと、動作開始判定部3001Dと、目標施工面取得部3002と、目標軌道設定部3003と、現在位置算出部3004と、目標位置算出部3005と、軌跡取得部3006と、施工面取得部3007と、推定表面取得部3008と、比較部3009と、目標位置補正部3010と、動作指令生成部3011と、パイロット指令生成部3012と、姿勢角算出部3013とを含む。
作業開始判定部3001Aは、ショベル100の所定の作業の開始を判定する。所定の作業は、例えば、掘削作業等である。作業開始判定部3001Aは、例えば、通信装置T1を通じて外部装置から開始指令が入力される場合に、開始指令で指定される作業の開始を判定する。また、作業開始判定部3001Aは、通信装置T1を通じて外部装置から開始指令が入力された場合、周辺監視機能によってショベル100の周囲の監視範囲内に監視対象の物体が存在しないと判断されるときに、開始指令で指定される作業の開始を判定してもよい。
動作内容判定部3001Bは、作業開始判定部3001Aにより作業の開始が判定された場合に、現在の動作内容を判定する。動作内容判定部3001Bは、例えば、アタッチメントの作業部位の現在位置に基づき、ショベル100が所定の作業を構成する複数の動作に対応する動作を行っているか否かを判定する。例えば、所定の作業を構成する複数の動作には、所定の作業が掘削作業である場合の掘削動作、ブーム上げ旋回動作、排土動作、及びブーム下げ旋回動作等が含まれる。
動作条件設定部3001Cは、自律運転機能による所定の作業の実施に関する動作条件を設定する。動作条件には、例えば、所定の作業が掘削作業である場合、掘削深さ、掘削長さ等に関する条件が含まれてよい。
動作開始判定部3001Dは、作業開始判定部3001Aにより開始の判定がされた所定の作業を構成する所定の動作の開始を判定する。動作開始判定部3001Dは、例えば、動作内容判定部3001Bによって、ブーム下げ旋回動作が終了し、且つ、アタッチメントの作業部位(バケット6の爪先)が掘削開始位置に達していると判定される場合、掘削動作を開始させることができると判定してよい。そして、動作開始判定部3001Dは、掘削動作を開始させることが可能と判定すると、所定の作業の段取りに応じて生成される自律運転機能に対応する動作要素(アクチュエータ)の操作指令を目標位置算出部3005に入力させる。これにより、目標位置算出部3005は、自律運転機能に対応する操作指令に応じて、アタッチメントの作業部位の目標位置を算出することができる。
このように、本例では、コントローラ30は、自律運転機能に基づき、ショベル100に所定の動作(例えば、掘削動作)を実行させることができる。
次に、図14を参照し、電気式操作レバーを含む電気式操作システムについて説明する。電気式操作レバーを含む電気式操作システムが採用された場合、コントローラ30は、上述のような油圧式操作レバーを含む油圧式操作システムが採用される場合に比べ、自律制御機能を容易に実行できる。図14は、電気式操作システムの構成例を示す。具体的には、図14の電気式操作システムは、ブーム操作システムの一例であり、主に、パイロット圧作動型のコントロールバルブユニット17と、電気式操作レバーとしてのブーム操作レバー26Aと、コントローラ30と、ブーム上げ操作用の電磁弁65と、ブーム下げ操作用の電磁弁66とで構成されている。図14の電気式操作システムは、アーム操作システム及びバケット操作システム等にも同様に適用され得る。
パイロット圧作動型のコントロールバルブユニット17は、ブームシリンダ7に関する制御弁175(図4B参照。)、アームシリンダ8に関する制御弁176(図4A参照。)、及び、バケットシリンダ9に関する制御弁174(図4C参照。)等を含む。電磁弁65は、パイロットポンプ15と制御弁175の上げ側パイロットポートとを繋ぐ管路の流路面積を調節できるように構成されている。電磁弁66は、パイロットポンプ15と制御弁175の下げ側パイロットポートとを繋ぐ管路の流路面積を調節できるように構成されている。
手動操作が行われる場合、コントローラ30は、ブーム操作レバー26Aの操作信号生成部が出力する操作信号(電気信号)に応じてブーム上げ操作信号(電気信号)又はブーム下げ操作信号(電気信号)を生成する。ブーム操作レバー26Aの操作信号生成部が出力する操作信号は、ブーム操作レバー26Aの操作量及び操作方向に応じて変化する電気信号である。
具体的には、コントローラ30は、ブーム操作レバー26Aがブーム上げ方向に操作された場合、レバー操作量に応じたブーム上げ操作信号(電気信号)を電磁弁65に対して出力する。電磁弁65は、ブーム上げ操作信号(電気信号)に応じて流路面積を調節し、制御弁175の上げ側パイロットポートに作用する、ブーム上げ操作信号(圧力信号)としてのパイロット圧を制御する。同様に、コントローラ30は、ブーム操作レバー26Aがブーム下げ方向に操作された場合、レバー操作量に応じたブーム下げ操作信号(電気信号)を電磁弁66に対して出力する。電磁弁66は、ブーム下げ操作信号(電気信号)に応じて流路面積を調節し、制御弁175の下げ側パイロットポートに作用する、ブーム下げ操作信号(圧力信号)としてのパイロット圧を制御する。
自律制御を実行する場合、コントローラ30は、例えば、ブーム操作レバー26Aの操作信号生成部が出力する操作信号(電気信号)に応じる代わりに、補正操作信号(電気信号)に応じてブーム上げ操作信号(電気信号)又はブーム下げ操作信号(電気信号)を生成する。補正操作信号は、コントローラ30が生成する電気信号であってもよく、コントローラ30以外の外部の制御装置等が生成する電気信号であってもよい。
次に、図15を参照して、施工システムSYSについて説明する。図15は、施工システムSYSの一例を示す概略図である。図15に示すように、施工システムSYSは、ショベル100と、支援装置200と、管理装置300とを含む。施工システムSYSは、1台又は複数台のショベル100による施工を支援できるように構成されている。
ショベル100が取得する情報は、施工システムSYSを通じ、管理者及び他のショベルの操作者等と共有されてもよい。施工システムSYSを構成するショベル100、支援装置200、及び管理装置300のそれぞれは、1台であってもよく、複数台であってもよい。本例では、施工システムSYSは、1台のショベル100と、1台の支援装置200と、1台の管理装置300とを含む。
支援装置200は、典型的には携帯端末装置であり、例えば、施工現場にいる作業者等が携帯するラップトップ型のコンピュータ端末、タブレット端末、或いはスマートフォン等である。支援装置200は、ショベル100の操作者が携帯する携帯端末であってもよい。支援装置200は、固定端末装置であってもよい。
管理装置300は、典型的には固定端末装置であり、例えば、施工現場外の管理センタ等に設置されるサーバコンピュータ(いわゆるクラウドサーバ)である。また、管理装置300は、例えば、施工現場に設定されるエッジサーバであってもよい。また、管理装置300は、可搬性の端末装置(例えば、ラップトップ型のコンピュータ端末、タブレット端末、或いはスマートフォン等の携帯端末)であってもよい。
支援装置200及び管理装置300の少なくとも一方は、モニタと遠隔操作用の操作装置とを備えていてもよい。この場合、支援装置200を利用する操作者又は管理装置300を利用する管理者は、遠隔操作用の操作装置を用いつつ、ショベル100を操作してもよい。遠隔操作用の操作装置は、例えば、近距離無線通信網、携帯電話通信網、又は衛星通信網等の無線通信網を通じ、ショベル100に搭載されているコントローラ30に通信可能に接続される。
また、キャビン10内に設置された表示装置D1に表示される各種情報(例えば、ショベル100の周囲の様子を表す画像情報又は各種の設定画面等)が、支援装置200及び管理装置300の少なくとも一方に接続された表示装置で表示されてもよい。ショベル100の周囲の様子を表す画像情報は、撮像装置(例えば空間認識装置70としてのカメラ)が撮像した画像に基づき生成されてよい。これにより、支援装置200を利用する作業者、或いは、管理装置300を利用する管理者等は、ショベル100の周囲の様子を確認しながら、ショベル100の遠隔操作を行ったり、ショベル100に関する各種の設定を行ったりすることができる。
例えば、施工システムSYSにおいて、ショベル100のコントローラ30は、スイッチNSが押されたときの時刻及び場所、ショベル100を自律的に動作させる際に利用された目標軌道、並びに、自律動作の際に所定部位が実際に辿った軌跡等の少なくとも1つに関する情報を支援装置200及び管理装置300の少なくとも一方に送信してもよい。その際、コントローラ30は、撮像装置の撮像画像を支援装置200及び管理装置300の少なくとも一方に送信してもよい。撮像画像は、自律動作中に撮像された複数の画像であってもよい。更に、コントローラ30は、自律動作中におけるショベル100の動作内容に関するデータ、ショベル100の姿勢に関するデータ、及び掘削アタッチメントの姿勢に関するデータ等の少なくとも1つに関する情報を支援装置200及び管理装置300の少なくとも一方に送信してもよい。これにより、支援装置200を利用する作業者、又は、管理装置300を利用する管理者は、自律動作中のショベル100に関する情報を入手することができる。
このように、施工システムSYSは、ショベル100の操作者がショベル100に関する情報を管理者及び他のショベルの操作者等と共有できるようにする。
なお、図15に示すように、ショベル100に搭載されている通信装置は、無線通信を介し、遠隔操作室RCに設置された通信装置T2との間で情報を送受信するように構成されていてもよい。図15に示す例では、ショベル100に搭載されている通信装置と通信装置T2とは、第5世代移動通信回線(5G回線)、LTE回線、又は衛星回線等を介して情報を送受信するように構成されている。
遠隔操作室RCには、遠隔コントローラ30R、音出力装置A2、室内撮像装置C2、表示装置RD、及び通信装置T2等が設置されている。また、遠隔操作室RCには、ショベル100を遠隔操作する操作者OPが座る運転席DEが設置されている。
遠隔コントローラ30Rは、各種演算を実行する演算装置である。本実施形態では、遠隔コントローラ30Rは、コントローラ30と同様、CPU及びメモリを含むマイクロコンピュータで構成されている。そして、遠隔コントローラ30Rの各種機能は、CPUがメモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。
音出力装置A2は、音を出力するように構成されている。本実施形態では、音出力装置A2は、スピーカであり、ショベル100に取り付けられている集音装置(図示せず。)が集めた音を再生するように構成されている。
室内撮像装置C2は、遠隔操作室RC内を撮像するように構成されている。本実施形態では、室内撮像装置C2は、遠隔操作室RCの内部に設置されたカメラであり、運転席DEに着座する操作者OPを撮像するように構成されている。
通信装置T2は、ショベル100に取り付けられた通信装置との無線通信を制御するように構成されている。
本実施形態では、運転席DEは、通常のショベルのキャビン10内に設置されている運転席と同様の構造を有する。具体的には、運転席DEの左側には左コンソールボックスが配置され、運転席DEの右側には右コンソールボックスが配置されている。そして、左コンソールボックスの上面前端には左操作レバーが配置され、右コンソールボックスの上面前端には右操作レバーが配置されている。また、運転席DEの前方には、走行レバー及び走行ペダルが配置されている。更に、右コンソールボックスの上面中央部には、ダイヤル75が配置されている。左操作レバー、右操作レバー、走行レバー、及び走行ペダルのそれぞれは、操作装置26Eを構成している。
ダイヤル75は、エンジン11の回転数を調整するためのダイヤルであり、例えばエンジン回転数を4段階で切り換えできるように構成されている。
具体的には、ダイヤル75はSPモード、Hモード、Aモード、及びアイドリングモードの4段階でエンジン回転数の切り換えができるように構成されている。ダイヤル75は、エンジン回転数の設定に関するデータをコントローラ30に送信する。
SPモードは、操作者OPが作業量を優先させたい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Hモードは、操作者OPが作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数を利用する。Aモードは、操作者OPが燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数を利用する。アイドリングモードは、操作者OPがエンジンをアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数を利用する。そして、エンジン11は、ダイヤル75を介して選択された回転数モードのエンジン回転数で一定に回転数制御される。
操作装置26Eには、操作装置26Eの操作内容を検出するための操作センサ29Aが設置されている。操作センサ29Aは、例えば、操作レバーの傾斜角度を検出する傾斜センサ、又は、操作レバーの揺動軸回りの揺動角度を検出する角度センサ等である。操作センサ29Aは、圧力センサ、電流センサ、電圧センサ、又は距離センサ等の他のセンサで構成されていてもよい。操作センサ29Aは、検出した操作装置26Eの操作内容に関する情報を遠隔コントローラ30Rに対して出力する。遠隔コントローラ30Rは、受信した情報に基づいて操作信号を生成し、生成した操作信号をショベル100に向けて送信する。操作センサ29Aは、操作信号を生成するように構成されていてもよい。この場合、操作センサ29Aは、遠隔コントローラ30Rを経由せずに、操作信号を通信装置T2に出力してもよい。
表示装置RDは、ショベル100の周囲の状況に関する情報を表示するように構成されている。本実施形態では、表示装置RDは、縦3段、横3列の9つのモニタで構成されるマルチディスプレイであり、ショベル100の前方、左方、及び右方の空間の様子を表示できるように構成されている。各モニタは、液晶モニタ又は有機ELモニタ等である。但し、表示装置RDは、1又は複数の曲面モニタで構成されていてもよく、プロジェクタで構成されていてもよい。また、表示装置RDは、ショベル100の前方、左方、右方、及び後方の空間の様子を表示できるように構成されていてもよい。
表示装置RDは、操作者OPが着用可能な表示装置であってもよい。例えば、表示装置RDは、ヘッドマウントディスプレイであり、無線通信によって、遠隔コントローラ30Rとの間で情報を送受信できるように構成されていてもよい。ヘッドマウントディスプレイは、遠隔コントローラ30Rに有線接続されていてもよい。ヘッドマウントディスプレイは、透過型ヘッドマウントディスプレイであってもよく、非透過型ヘッドマウントディスプレイであってもよい。ヘッドマウントディスプレイは、片眼型ヘッドマウントディスプレイであってもよく、両眼型ヘッドマウントディスプレイであってもよい。
表示装置RDは、遠隔操作室RCにいる操作者OPがショベル100の周囲を視認できるようにする画像を表示するように構成されている。すなわち、表示装置RDは、操作者が遠隔操作室RCにいるにもかかわらず、あたかもショベル100のキャビン10内にいるかのように、ショベル100の周囲の状況を確認することができるように、画像を表示する。
次に、図16を参照し、施工システムSYSの別の構成例について説明する。図16に示す例では、施工システムSYSは、ショベル100による施工を支援するように構成されている。具体的には、施工システムSYSは、ショベル100と通信を行う通信装置CD及び制御装置CTRを有する。図16に示す例では、通信装置CD及び制御装置CTRは、ショベル100の外部に設置されている。そして、制御装置CTRは、ショベル100による法面の仕上げ作業が行われる際に、隣り合う2つの仕上がり面の間に形成される段差が所定値以下となるようにショベル100の操作者を支援するように構成されている。例えば、制御装置CTRは、段差が所定値以下となるように油圧シリンダを自律的に伸縮させるように構成されていてもよい。
或いは、制御装置CTRは、設計面に基づいて設定される目標軌道に沿ってアタッチメントの所定部位を動かし、段差が所定値を上回る場合、目標軌道の高さを調節するように構成されていてもよい。或いは、制御装置CTRは、段差に関する情報を表示するように構成されていてもよい。或いは、制御装置CTRは、段差が所定値を上回る場合、警報を出力するように構成されていてもよい。
或いは、制御装置CTRは、仕上げが完了していない法面部分を挟んで両側に配置されている仕上げが完了した2つの法面部分の間の距離が所定値を下回った場合に、一方の法面部分における仕上がり面の高さと、他方の法面部分における仕上がり面の高さとの間の差を算出するように構成されていてもよい。
或いは、制御装置CTRは、隣り合う2つの仕上がり面の間に形成される段差の大きさを算出できるように構成されていてもよい。この場合、制御装置CTRは、その段差が所定値以下となるようにアタッチメントを制御するように構成されていてもよい。
上述のように、本願発明の実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、下部走行体1に旋回可能に搭載された上部旋回体3と、上部旋回体3に取り付けられたアタッチメントと、アタッチメントを動かすアタッチメントアクチュエータと、を備えている。そして、ショベル100は、隣り合う2つの仕上がり面の間に形成される段差が所定値以下となるように操作者を支援するように構成されている。
具体的には、ショベル100は、例えば図8に示すように、隣り合う2つの仕上がり面である帯状領域SW1の表面と帯状領域SW0の表面との間に形成される段差LD1の大きさHT1が所定値TH1以下となるように掘削アタッチメントATを自律的に動作させることで、操作者を支援するように構成されている。
この構成により、ショベル100は、隣り合う2つの帯状領域の間における段差を抑制できる。そのため、ショベル100は、連続的な仕上がり面を実現できる。また、ショベル100は、比較的大きな段差を解消するための余計な作業が必要になる頻度を低減させることができ、作業効率を高めることができる。
法面における段差は、設計上の許容誤差の範囲内であっても、例えばコンクリートブロックを法面に設置したときにコンクリートブロックが浮いてしまう等、問題を生じさせるおそれがある。しかしながら、ショベル100は、段差の大きさを小さくできるため、段差に関する問題が生じてしまうのを抑制或いは防止できる。
また、手動操作による仕上げ作業を行った結果、隣り合う2つの帯状領域の間に比較的大きな段差が生じたことに気付いたとしても、操作者は、その段差が設計上の許容誤差の範囲内であれば、仕上げ作業をやり直すことなく、その段差をそのまま放置してしまう場合がある。この場合、上述のような問題が最終的に生じてしまうおそれがある。これに対し、ショベル100は、段差が所定値TH1を上回らないように、掘削アタッチメントATの目標軌道を自律的に変更するため、上述のような問題が最終的に生じてしまうのを確実に防止できる。
ショベル100は、望ましくは、アタッチメントを地面に接触させるごとに段差の大きさを算出するように構成されている。この構成により、ショベル100は、隣り合う2つの帯状領域の間における段差が比較的大きくなってしまうのを継続的に抑制できる。
ショベル100は、望ましくは、設計面に基づいて設定される目標軌道に沿ってアタッチメントの所定部位を動かし、隣り合う2つの帯状領域の間における段差が所定値を上回る場合、目標軌道の高さを調節するように構成されている。この構成により、ショベル100は、操作者に特別な操作を強いることなく、隣り合う2つの帯状領域の間における段差を抑制できる。
ショベル100は、隣り合う2つの仕上がり面の間に形成される段差が所定値以下となるように操作者を支援する処理の一例として、隣り合う2つの帯状領域の間における段差に関する情報を表示するように構成されていてもよい。例えば、ショベル100は、仕上げ作業が行われているときに、図8に示すような第1支援画面、又は、図11に示すような第2支援画面を表示装置D1の表示部に表示するように構成されていてもよい。この構成により、ショベル100は、自律制御によって実現される法面の状態を事前に操作者に認識させることができる。
ショベル100は、仕上げが完了していない法面部分を挟んで両側に配置されている仕上げが完了した2つの法面部分の間の距離が所定値を下回った場合に、一方の法面部分における仕上がり面の高さと、他方の法面部分における仕上がり面の高さとの間の差を算出するように構成されていてもよい。例えば、ショベル100は、図9に示すように、仕上げが完了していない法面部分SN1を挟んで両側に配置されている仕上げが完了した法面部分SF1と法面部分SF2との間の距離DTが所定距離TH2を下回った場合、法面部分SF1における帯状領域SW1の高さと法面部分SF2における帯状領域SW21の高さとの間の差である、連結部LKで形成され得る段差LDbの大きさHTbを算出するように構成されていてもよい。法面部分SF1と法面部分SF2とが将来的に連結されたときに連結部LKで形成され得る段差LDbを小さくするための機能を効果的に実行するためである。
ショベル100は、連続する3つ以上の仕上がり面が段階的に高くなるように或いは段階的に低くなるように、アクチュエータを自律的に動作させてもよい。例えば、ショベル100は、図11に示すように、帯状領域SW1、SW0、SW10、SW11、及びSW12のそれぞれの表面と設計面との差が、DS1、DS0、DS10、DS11、及びDS12の順に段階的に小さくなるように、アクチュエータを自律的に動作させてもよい。段差LD1、LD10、LD11、LD12、及びLDbのうちの1つが突出して大きくなってしまうのを防止するためである。
隣り合う2つの仕上がり面のうちの少なくとも1つは未完成であってもよい。例えば、ショベル100は、隣り合う2つの仕上がり面の双方が未完成である時点で、それら隣り合う2つの仕上がり面の間における段差の大きさを推定し、その推定した大きさに応じて目標軌道の高さを調節するように構成されていてもよい。この構成により、ショベル100は、自律制御によって実現される法面の状態を柔軟に決定できる。
隣り合う2つの仕上がり面は、例えば、法面の一部であってもよく、舗装体が敷設される基盤の表面の一部であってもよい。この構成により、ショベル100は、法面又は基盤を構成する複数の帯状領域のそれぞれの間における段差を抑制できる。
ショベル100は、隣り合う2つの帯状領域の間における段差が所定値を上回る場合、警報を出力してもよい。この構成により、ショベル100は、その段差を抑制するために目標軌道が調節されることを操作者に知らせることができる。この場合、操作者は、所定の操作を行うことで、目標軌道が調節されるのを禁止してもよい。
ショベル100は、隣り合う2つの仕上がり面の間に形成される段差が所定値以下となるように、アタッチメントアクチュエータの一例である油圧シリンダを自律的に伸縮させてもよい。油圧シリンダは、例えば、ブームシリンダ7、アームシリンダ8及びバケットシリンダ9を含む。この構成により、ショベル100は、簡易且つ容易に段差の大きさを低減させることができる。
ショベル100は、アタッチメントの所定部位と目標軌道との間の距離の大きさに応じた音を出力するように構成されていてもよい。例えば、ショベル100は、マシンガイダンス機能を利用し、法面バケット6Sの背面と目標軌道との間の距離(鉛直距離又は最短距離)の大きさに応じた断続音を音声出力装置D2から出力させてもよい。法面バケット6Sの背面と目標軌道との間の距離の大きさをショベル100の操作者に聴覚的に認識させるためである。具体的には、ショベル100は、距離が小さくなるほど断続音の出力間隔を短くすることで、法面バケット6Sの背面が目標軌道に近づいていることを操作者に知らせるようにしてもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。
例えば、上述の実施形態では、仕上げ作業は、設計面に沿って法尻FSから法肩TSへ法面バケット6Sを移動させる作業とされているが、設計面に沿って法肩TSから法尻FSへ法面バケット6Sを移動させる作業であってもよい。
本願は、2019年3月29日に出願した日本国特許出願2019-066681号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。
1・・・下部走行体 1C・・・クローラ 1CL・・・左クローラ 1CR・・・右クローラ 2・・・旋回機構 2A・・・旋回油圧モータ 2M・・・走行油圧モータ 2ML・・・左走行油圧モータ 2MR・・・右走行油圧モータ 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 5・・・アーム 6・・・バケット 7・・・ブームシリンダ 8・・・アームシリンダ 9・・・バケットシリンダ 10・・・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ユニット 18・・・絞り 19・・・制御圧センサ 26・・・操作装置 26D・・・走行レバー 26DL・・・左走行レバー 26DR・・・右走行レバー 26L・・・左操作レバー 26R・・・右操作レバー 28・・・吐出圧センサ 29、29DL、29DR、29LA、29LB、29RA、29RB・・・操作圧センサ 30・・・コントローラ 30A・・・位置算出部 30B・・・軌道取得部 30C・・・自律制御部 31、31AL~31DL、31AR~31DR・・・比例弁 32、32AL~32DL、32AR~32DR・・・シャトル弁 33、33AL~33DL、33AR~33DR・・・比例弁 40・・・センターバイパス管路 42・・・パラレル管路 70・・・空間認識装置 70F・・・前方センサ 70B・・・後方センサ 70L・・・左方センサ 70R・・・右方センサ 71・・・向き検出装置 72・・・情報入力装置 73・・・測位装置 100、100A・・・ショベル 171~176・・・制御弁 AT・・・掘削アタッチメント D1・・・表示装置 D2・・・音声出力装置 FS・・・法尻 G1・・・断面表示領域 G2・・・表面表示領域 G3・・・メッセージ表示領域 GB・・・図形 GL1~GL6、GL10~GL12、GS0~GS6、GS10~GS12、GS21~GS23・・・画像部分 LD・・・段差 LK・・・連結部 NS・・・スイッチ S1・・・ブーム角度センサ S2・・・アーム角度センサ S3・・・バケット角度センサ S4・・・機体傾斜センサ S5・・・旋回角速度センサ SW・・・帯状領域 TS・・・法肩
Claims (12)
- 下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントを動かすアタッチメントアクチュエータと、を備え、
隣り合う2つの仕上がり面の間に形成される段差が所定値以下となるように操作者を支援する、
ショベル。 - 設計面に基づいて設定される目標軌道に沿って前記アタッチメントの所定部位を動かし、前記段差が所定値を上回る場合、前記目標軌道の高さを調節する、
請求項1に記載のショベル。 - 前記段差に関する情報を表示する、
請求項1に記載のショベル。 - 仕上げが完了していない法面部分を挟んで両側に配置されている仕上げが完了した2つの法面部分の間の距離が所定値を下回った場合に、一方の法面部分における仕上がり面の高さと、他方の法面部分における仕上がり面の高さとの間の差を算出する、
請求項1に記載のショベル。 - 連続する3つ以上の仕上がり面は、段階的に高くなるように、或いは、段階的に低くなるように形成される、
請求項1に記載のショベル。 - 前記隣り合う2つの仕上がり面のうちの少なくとも1つは未完成である、
請求項1に記載のショベル。 - 前記隣り合う2つの仕上がり面は、法面の一部、又は、舗装体が敷設される基盤の表面の一部である、
請求項1に記載のショベル。 - 前記段差が所定値を上回る場合、警報を出力する、
請求項1に記載のショベル。 - 前記アタッチメントアクチュエータは油圧シリンダを含み、
前記段差が所定値以下となるように前記油圧シリンダを自律的に伸縮させる、
請求項1に記載のショベル。 - 下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に搭載された上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
前記アタッチメントを動かすアタッチメントアクチュエータと、を備え、
隣り合う2つの仕上がり面の間に形成される段差の大きさを算出する、
ショベル。 - 前記段差が所定値以下となるように前記アタッチメントを制御する、
請求項1に記載のショベル。 - 前記所定値は、許容誤差よりも小さい、
請求項1に記載のショベル。
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