以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。
Below, we will explain the form for implementing the invention with reference to the drawings.
[ショベルの概要]
最初に、図1を参照して、本発明の一実施形態に係るショベル100の概要について説明する。図1は、ショベル100の側面図である。図1では、ショベル100は、施工対象の上り傾斜面ESに隣接する水平面に位置すると共に、後述する目標施工面の一例である上り法面BS(つまり、上り傾斜面ESに対する施工後の法面形状)が併せて記載されている。尚、施工対象の上り傾斜面ESには、目標施工面である上り法面BSの法線方向を示す丁張り(図示せず)が設けられている。
[Outline of the excavator]
First, an overview of a shovel 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a side view of the shovel 100. In Fig. 1, the shovel 100 is located on a horizontal plane adjacent to an upwardly inclined surface ES to be worked on, and an upwardly inclined surface BS (i.e., the slope shape after work on the upwardly inclined surface ES) which is an example of a target work surface to be described later is also shown. Note that a stake (not shown) is provided on the upwardly inclined surface ES to be worked on, indicating the normal direction of the upwardly inclined surface BS which is the target work surface.
ショベル100は、下部走行体1と、旋回機構2を介して旋回自在に下部走行体1に搭載される上部旋回体3と、アタッチメント(作業機)の一例である掘削アタッチメントを構成するブーム4、アーム5、及びバケット6と、キャビン10とを備える。
The excavator 100 includes a lower carrier 1, an upper rotating body 3 mounted on the lower carrier 1 so as to be freely rotatable via a rotating mechanism 2, a boom 4, an arm 5, and a bucket 6 constituting an excavation attachment, which is an example of an attachment (work machine), and a cabin 10.
下部走行体1は、左右一対のクローラが走行油圧モータ1L,1R(図2参照)でそれぞれ油圧駆動されることにより、ショベル100を走行させる。つまり、一対の走行油圧モータ1L,1R(走行モータの一例)は、被駆動部としての下部走行体1(クローラ)を駆動する。
The lower traveling body 1 allows the excavator 100 to travel by hydraulically driving a pair of left and right crawlers by traveling hydraulic motors 1L, 1R (see FIG. 2). In other words, the pair of traveling hydraulic motors 1L, 1R (an example of a traveling motor) drive the lower traveling body 1 (crawlers) as the driven part.
上部旋回体3は、旋回油圧モータ2A(図2参照)で駆動されることにより、下部走行体1に対して旋回する。つまり、旋回油圧モータ2Aは、被駆動部としての上部旋回体3を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体3の向きを変化させることができる。
The upper rotating body 3 is driven by a hydraulic motor 2A (see FIG. 2) to rotate relative to the lower traveling body 1. In other words, the hydraulic motor 2A is a rotation drive unit that drives the upper rotating body 3 as a driven unit, and can change the orientation of the upper rotating body 3.
尚、上部旋回体3は、旋回油圧モータ2Aの代わりに、電動機(以下、「旋回用電動機」)により電気駆動されてもよい。つまり、旋回用電動機は、旋回油圧モータ2Aと同様、非駆動部としての上部旋回体3を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体3の向きを変化させることができる。
The upper rotating body 3 may be electrically driven by an electric motor (hereinafter, "swivel electric motor") instead of the swivel hydraulic motor 2A. In other words, the swivel electric motor, like the swivel hydraulic motor 2A, is a swivel drive unit that drives the upper rotating body 3 as a non-driven unit, and can change the orientation of the upper rotating body 3.
ブーム4は、上部旋回体3の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム4の先端には、アーム5が上下回動可能に枢着され、アーム5の先端には、エンドアタッチメントとしてのバケット6が上下回動可能に枢着される。ブーム4、アーム5、及びバケット6は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。
The boom 4 is pivotally attached to the front center of the upper rotating body 3 so that it can be raised and lowered, and an arm 5 is pivotally attached to the tip of the boom 4 so that it can rotate up and down, and a bucket 6 as an end attachment is pivotally attached to the tip of the arm 5 so that it can rotate up and down. The boom 4, arm 5, and bucket 6 are hydraulically driven by a boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9, which serve as hydraulic actuators, respectively.
尚、バケット6は、エンドアタッチメントの一例であり、アーム5の先端には、作業内容等に応じて、バケット6の代わりに、他のエンドアタッチメント、例えば、法面用バケット、浚渫用バケット、ブレーカ等が取り付けられてもよい。
The bucket 6 is an example of an end attachment, and other end attachments, such as a slope bucket, a dredging bucket, or a breaker, may be attached to the tip of the arm 5 instead of the bucket 6 depending on the type of work being performed.
キャビン10は、オペレータが搭乗する運転室であり、上部旋回体3の前部左側に搭載される。
The cabin 10 is the cab in which the operator sits and is mounted on the front left side of the upper rotating body 3.
[ショベルの構成]
次に、図1に加えて、図2を参照して、ショベル100の具体的な構成について説明する。図2は、ショベル100の構成の一例を概略的に示す図である。図2において、機械的動力系、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御系は、それぞれ、二重線、実線、破線、及び点線で示されている。
[Excavator configuration]
Next, a specific configuration of the shovel 100 will be described with reference to Fig. 2 in addition to Fig. 1. Fig. 2 is a diagram that shows a schematic example of the configuration of the shovel 100. In Fig. 2, a mechanical power system, a hydraulic oil line, a pilot line, and an electric control system are indicated by double lines, solid lines, dashed lines, and dotted lines, respectively.
ショベル100の駆動系は、エンジン11と、レギュレータ13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17を含む。また、ショベル100の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等の油圧アクチュエータを含む。
The drive system of the excavator 100 includes an engine 11, a regulator 13, a main pump 14, and a control valve 17. As described above, the hydraulic drive system of the excavator 100 includes hydraulic actuators such as the travel hydraulic motors 1L, 1R, the swing hydraulic motor 2A, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 that hydraulically drive the lower travel structure 1, the upper swing structure 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, respectively.
エンジン11は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体3の後部に搭載される。具体的には、エンジン11は、後述するコントローラ30による直接或いは間接的な制御下で、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ14及びパイロットポンプ15を駆動する。エンジン11は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。
The engine 11 is the main power source in the hydraulic drive system, and is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3. Specifically, the engine 11 rotates at a constant speed at a preset target speed under direct or indirect control by a controller 30 (described later), and drives the main pump 14 and pilot pump 15. The engine 11 is, for example, a diesel engine that uses diesel as fuel.
レギュレータ13は、メインポンプ14の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じて、メインポンプ14の斜板の角度(傾転角)を調節する。レギュレータ13は、例えば、後述の如く、レギュレータ13L,13Rを含む。
The regulator 13 controls the discharge volume of the main pump 14. For example, the regulator 13 adjusts the angle (tilt angle) of the swash plate of the main pump 14 in response to a control command from the controller 30. The regulator 13 includes, for example, regulators 13L and 13R, as described below.
メインポンプ14は、例えば、エンジン11と同様、上部旋回体3の後部に搭載され、高圧油圧ラインを通じてコントロールバルブ17に作動油を供給する。メインポンプ14は、上述の如く、エンジン11により駆動される。メインポンプ14は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ30による制御下で、レギュレータ13により斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量(吐出圧)が制御される。メインポンプ14は、例えば、後述の如く、メインポンプ14L,14Rを含む。
The main pump 14 is mounted on the rear of the upper rotating body 3, for example, like the engine 11, and supplies hydraulic oil to the control valve 17 through a high-pressure hydraulic line. The main pump 14 is driven by the engine 11 as described above. The main pump 14 is, for example, a variable displacement hydraulic pump, and as described above, under the control of the controller 30, the tilt angle of the swash plate is adjusted by the regulator 13 to adjust the stroke length of the piston and control the discharge flow rate (discharge pressure). The main pump 14 includes, for example, main pumps 14L and 14R, as described below.
コントロールバルブ17は、例えば、上部旋回体3の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置26に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ17は、上述の如く、高圧油圧ラインを介してメインポンプ14と接続され、メインポンプ14から供給される作動油を、操作装置26の操作状態に応じて、油圧アクチュエータ(走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9)に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する制御弁171~176を含む。より具体的には、制御弁171は、走行油圧モータ1Lに対応し、制御弁172は、走行油圧モータ1Rに対応し、制御弁173は、旋回油圧モータ2Aに対応する。また、制御弁174は、バケットシリンダ9に対応し、制御弁175は、ブームシリンダ7に対応し、制御弁176は、アームシリンダ8に対応する。また、制御弁175は、例えば、後述の如く、制御弁175L,175Rを含み、制御弁176は、例えば、後述の如く、制御弁176L,176Rを含む。制御弁171~176の詳細は、後述する。
The control valve 17 is, for example, mounted in the center of the upper rotating body 3, and is a hydraulic control device that controls the hydraulic drive system in response to the operation of the operating device 26 by the operator. As described above, the control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high-pressure hydraulic line, and selectively supplies hydraulic oil supplied from the main pump 14 to the hydraulic actuators (travel hydraulic motors 1L, 1R, swing hydraulic motor 2A, boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9) in response to the operating state of the operating device 26. Specifically, the control valve 17 includes control valves 171 to 176 that control the flow rate and flow direction of hydraulic oil supplied from the main pump 14 to each of the hydraulic actuators. More specifically, the control valve 171 corresponds to the travel hydraulic motor 1L, the control valve 172 corresponds to the travel hydraulic motor 1R, and the control valve 173 corresponds to the swing hydraulic motor 2A. Furthermore, control valve 174 corresponds to bucket cylinder 9, control valve 175 corresponds to boom cylinder 7, and control valve 176 corresponds to arm cylinder 8. Furthermore, control valve 175 includes control valves 175L and 175R, for example, as described below, and control valve 176 includes control valves 176L and 176R, for example, as described below. Details of control valves 171 to 176 will be described later.
ショベル100の操作系は、パイロットポンプ15と、操作装置26を含む。また、ショベル100の操作系は、後述するコントローラ30によるマシンコントロール機能に関する構成として、シャトル弁32を含む。
The operation system of the shovel 100 includes a pilot pump 15 and an operating device 26. The operation system of the shovel 100 also includes a shuttle valve 32 as a component related to the machine control function by the controller 30, which will be described later.
パイロットポンプ15は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、パイロットラインを介して操作装置26にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン11により駆動される。
The pilot pump 15 is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3 and supplies pilot pressure to the operating device 26 via a pilot line. The pilot pump 15 is, for example, a fixed displacement hydraulic pump, and is driven by the engine 11 as described above.
操作装置26は、キャビン10の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種動作要素(下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、又はバケット6等)の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置26は、オペレータがそれぞれの動作要素を駆動する油圧アクチュエータ(即ち、走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9等)の操作を行うための操作入力手段である。操作装置26は、その二次側のパイロットラインを通じて直接的に、或いは、二次側のパイロットラインに設けられる後述のシャトル弁32を介して間接的に、コントロールバルブ17にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ17には、操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に応じたパイロット圧が入力されうる。そのため、コントロールバルブ17は、操作装置26における操作状態に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動することができる。操作装置26は、例えば、アーム5(アームシリンダ8)を操作するレバー装置を含む。また、操作装置26は、例えば、ブーム4(ブームシリンダ7)、バケット6(バケットシリンダ9)、上部旋回体3(旋回油圧モータ2A)のそれぞれを操作するレバー装置26A~26Cを含む(図4参照)。また、操作装置26は、例えば、下部走行体1の左右一対のクローラ(走行油圧モータ1L,1R)のそれぞれを操作するレバー装置やペダル装置を含む。
The operation device 26 is provided near the cockpit of the cabin 10, and is an operation input means for the operator to operate various operating elements (lower traveling body 1, upper rotating body 3, boom 4, arm 5, bucket 6, etc.). In other words, the operation device 26 is an operation input means for the operator to operate the hydraulic actuators that drive each operating element (i.e., traveling hydraulic motors 1L, 1R, swing hydraulic motor 2A, boom cylinder 7, arm cylinder 8, bucket cylinder 9, etc.). The operation device 26 is connected to the control valve 17 directly through its secondary pilot line, or indirectly through a shuttle valve 32 (described later) provided in the secondary pilot line. As a result, pilot pressure corresponding to the operating state of the lower traveling body 1, upper rotating body 3, boom 4, arm 5, bucket 6, etc. in the operation device 26 can be input to the control valve 17. Therefore, the control valve 17 can drive each hydraulic actuator according to the operating state in the operation device 26. The operating device 26 includes, for example, a lever device that operates the arm 5 (arm cylinder 8). The operating device 26 also includes, for example, lever devices 26A-26C that operate the boom 4 (boom cylinder 7), bucket 6 (bucket cylinder 9), and upper rotating body 3 (swing hydraulic motor 2A) (see FIG. 4). The operating device 26 also includes, for example, lever devices and pedal devices that operate the pair of left and right crawlers (travel hydraulic motors 1L, 1R) of the lower traveling body 1.
シャトル弁32は、2つの入口ポートと1つの出口ポートを有し、2つの入口ポートに入力されたパイロット圧のうちの高い方のパイロット圧を有する作動油を出口ポートに出力させる。シャトル弁32は、2つの入口ポートのうちの一方が操作装置26に接続され、他方が比例弁31に接続される。シャトル弁32の出口ポートは、パイロットラインを通じて、コントロールバルブ17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(詳細は、図4参照)。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。つまり、後述するコントローラ30は、操作装置26から出力される二次側のパイロット圧よりも高いパイロット圧を比例弁31から出力させることにより、オペレータによる操作装置26の操作に依らず、対応する制御弁を制御し、各種動作要素の動作を制御することができる。シャトル弁32は、例えば、後述の如く、シャトル弁32AL,32AR,32BL,32BR,32CL,32CRを含む。
The shuttle valve 32 has two inlet ports and one outlet port, and outputs hydraulic oil having the higher pilot pressure of the two pilot pressures input to the two inlet ports to the outlet port. One of the two inlet ports of the shuttle valve 32 is connected to the operating device 26, and the other is connected to the proportional valve 31. The outlet port of the shuttle valve 32 is connected to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 through a pilot line (see FIG. 4 for details). Therefore, the shuttle valve 32 can apply the higher of the pilot pressure generated by the operating device 26 and the pilot pressure generated by the proportional valve 31 to the pilot port of the corresponding control valve. In other words, the controller 30 described later can control the corresponding control valve and control the operation of various operating elements without depending on the operation of the operating device 26 by outputting a pilot pressure higher than the secondary pilot pressure output from the operating device 26 from the proportional valve 31. The shuttle valve 32 includes, for example, shuttle valves 32AL, 32AR, 32BL, 32BR, 32CL, and 32CR, as described below.
尚、操作装置26(左操作レバー、右操作レバー、左走行レバー、及び右走行レバー)は、パイロット圧を出力する油圧パイロット式ではなく、電気信号を出力する電気式であってもよい。この場合、操作装置26からの電気信号は、コントローラ30に入力され、コントローラ30は、入力される電気信号に応じて、コントロールバルブ17内の各制御弁171~176を制御することにより、操作装置26に対する操作内容に応じた、各種油圧アクチュエータの動作を実現する。例えば、コントロールバルブ17内の制御弁171~176は、コントローラ30からの指令により駆動する電磁ソレノイド式スプール弁であってよい。また、例えば、パイロットポンプ15と各制御弁171~176のパイロットポートとの間には、コントローラ30からの電気信号に応じて動作する電磁弁が配置されてもよい。この場合、電気式の操作装置26を用いた手動操作が行われると、コントローラ30は、その操作量(例えば、レバー操作量)に対応する電気信号によって、当該電磁弁を制御しパイロット圧を増減させることで、操作装置26に対する操作内容に合わせて、各制御弁171~176を動作させることができる。
The operating device 26 (left operating lever, right operating lever, left travel lever, and right travel lever) may be an electric type that outputs an electric signal, rather than a hydraulic pilot type that outputs a pilot pressure. In this case, the electric signal from the operating device 26 is input to the controller 30, and the controller 30 controls each of the control valves 171 to 176 in the control valve 17 in response to the input electric signal, thereby realizing the operation of various hydraulic actuators in response to the operation content of the operating device 26. For example, the control valves 171 to 176 in the control valve 17 may be electromagnetic solenoid spool valves that are driven by commands from the controller 30. Also, for example, solenoid valves that operate in response to electric signals from the controller 30 may be arranged between the pilot pump 15 and the pilot ports of each of the control valves 171 to 176. In this case, when manual operation is performed using the electric operating device 26, the controller 30 controls the solenoid valve and increases or decreases the pilot pressure using an electrical signal corresponding to the amount of operation (e.g., the amount of lever operation), thereby operating each of the control valves 171 to 176 in accordance with the operation content of the operating device 26.
ショベル100の制御系は、コントローラ30と、吐出圧センサ28と、操作圧センサ29と、比例弁31と、表示装置40と、入力装置42と、音声出力装置43と、記憶装置47と、ブーム角度センサS1と、アーム角度センサS2と、バケット角度センサS3と、機体傾斜センサS4と、旋回状態センサS5と、撮像装置S6と、形状推定装置S10と、測位装置PSと、通信装置T1を含む。
The control system of the excavator 100 includes a controller 30, a discharge pressure sensor 28, an operating pressure sensor 29, a proportional valve 31, a display device 40, an input device 42, an audio output device 43, a memory device 47, a boom angle sensor S1, an arm angle sensor S2, a bucket angle sensor S3, a machine body inclination sensor S4, a turning state sensor S5, an imaging device S6, a shape estimation device S10, a positioning device PS, and a communication device T1.
コントローラ30(制御装置の一例)は、例えば、キャビン10内に設けられ、ショベル100の駆動制御を行う。コントローラ30は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。例えば、コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、不揮発性の補助記憶装置と、各種入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ30は、例えば、ROMや不揮発性の補助記憶装置に格納される各種プログラムをCPU上で実行することにより各種機能を実現する。
The controller 30 (an example of a control device) is provided, for example, in the cabin 10 and controls the drive of the excavator 100. The functions of the controller 30 may be realized by any hardware, software, or a combination thereof. For example, the controller 30 is mainly configured with a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a non-volatile auxiliary storage device, various input/output interfaces, etc. The controller 30 realizes various functions by, for example, executing various programs stored in the ROM or non-volatile auxiliary storage device on the CPU.
例えば、コントローラ30は、オペレータ等の所定操作により予め設定される作業モード等に基づき、目標回転数を設定し、エンジン11を一定回転させる駆動制御を行う。
For example, the controller 30 sets a target rotation speed based on a work mode that is preset by a specific operation of an operator or the like, and performs drive control to rotate the engine 11 at a constant speed.
また、例えば、コントローラ30は、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。
For example, the controller 30 also outputs a control command to the regulator 13 as necessary to change the discharge volume of the main pump 14.
また、例えば、コントローラ30は、例えば、オペレータによる操作装置26を通じたショベル100の手動操作をガイド(案内)するマシンガイダンス機能に関する制御を行う。また、コントローラ30は、例えば、オペレータによる操作装置26を通じたショベル100の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能に関する制御を行う。つまり、コントローラ30は、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能に関する機能部として、マシンガイダンス部50を含む。また、コントローラ30は、後述する形状推定部60を含む。
For example, the controller 30 also controls a machine guidance function that guides (guides) the manual operation of the shovel 100 by an operator through the operation device 26. For example, the controller 30 also controls a machine control function that automatically assists the manual operation of the shovel 100 by an operator through the operation device 26. That is, the controller 30 includes a machine guidance unit 50 as a functional unit related to the machine guidance function and the machine control function. The controller 30 also includes a shape estimation unit 60, which will be described later.
尚、コントローラ30の機能の一部は、他のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。即ち、コントローラ30の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。例えば、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能は、専用のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。
In addition, some of the functions of the controller 30 may be realized by other controllers (control devices). That is, the functions of the controller 30 may be realized in a distributed manner by multiple controllers. For example, the machine guidance function and the machine control function may be realized by a dedicated controller (control device).
吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出する。吐出圧センサ28により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。吐出圧センサ28は、例えば、後述の如く、吐出圧センサ28L,28Rを含む。
The discharge pressure sensor 28 detects the discharge pressure of the main pump 14. A detection signal corresponding to the discharge pressure detected by the discharge pressure sensor 28 is input to the controller 30. The discharge pressure sensor 28 includes, for example, discharge pressure sensors 28L and 28R, as described below.
操作圧センサ29は、上述の如く、操作装置26の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置26におけるそれぞれの動作要素(即ち、油圧アクチュエータ)に関する操作状態(例えば、操作方向や操作量等の操作内容)に対応するパイロット圧を検出する。操作圧センサ29による操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に対応するパイロット圧の検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。操作圧センサ29は、例えば、後述の如く、操作圧センサ29A~29Cを含む。
As described above, the operating pressure sensor 29 detects the secondary pilot pressure of the operating device 26, i.e., the pilot pressure corresponding to the operating state (e.g., the operating direction, the amount of operation, and other operating contents) of each operating element (i.e., the hydraulic actuator) in the operating device 26. The detection signal of the pilot pressure by the operating pressure sensor 29 corresponding to the operating state of the lower traveling body 1, the upper rotating body 3, the boom 4, the arm 5, the bucket 6, and the like in the operating device 26 is input to the controller 30. The operating pressure sensor 29 includes, for example, operating pressure sensors 29A to 29C, as described below.
尚、操作圧センサ29の代わりに、操作装置26におけるそれぞれの動作要素に関する操作状態を検出可能な他のセンサ、例えば、レバー装置26A~26C等の操作量(傾倒量)や傾倒方向を検出可能なエンコーダやポテンショメータ等が設けられてもよい。
In addition, instead of the operating pressure sensor 29, other sensors capable of detecting the operating state of each operating element in the operating device 26, such as an encoder or potentiometer capable of detecting the operating amount (tilt amount) and tilt direction of the lever devices 26A to 26C, may be provided.
比例弁31は、パイロットポンプ15とシャトル弁32とを接続するパイロットラインに設けられ、その流路面積(作動油が通流可能な断面積)を変更できるように構成される。比例弁31は、コントローラ30から入力される制御指令に応じて動作する。これにより、コントローラ30は、オペレータにより操作装置26(具体的には、レバー装置26A~26C)が操作されていない場合であっても、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、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。比例弁31は、例えば、後述の如く、比例弁31AL,31AR,31BL,31BR,31CL,31CRを含む。
The proportional valve 31 is provided in a pilot line connecting the pilot pump 15 and the shuttle valve 32, and is configured so that its flow area (the cross-sectional area through which hydraulic oil can flow) can be changed. The proportional valve 31 operates in response to a control command input from the controller 30. This allows the controller 30 to supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 via the proportional valve 31 and the shuttle valve 32, even when the operating device 26 (specifically, the lever devices 26A to 26C) is not operated by the operator. The proportional valve 31 includes, for example, proportional valves 31AL, 31AR, 31BL, 31BR, 31CL, and 31CR, as described below.
表示装置40は、キャビン10内の着座したオペレータから視認し易い場所に設けられ、コントローラ30による制御下で、各種情報画像を表示する。表示装置40は、CAN(Controller Area Network)等の車載通信ネットワークを介してコントローラ30に接続されていてもよいし、一対一の専用線を介してコントローラ30に接続されていてもよい。
The display device 40 is provided in a location that is easily visible to the operator seated in the cabin 10, and displays various information images under the control of the controller 30. The display device 40 may be connected to the controller 30 via an in-vehicle communication network such as a Controller Area Network (CAN), or may be connected to the controller 30 via a one-to-one dedicated line.
入力装置42は、キャビン10内の着座したオペレータから手が届く範囲に設けられ、オペレータによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた信号をコントローラ30に出力する。入力装置42は、各種情報画像を表示する表示装置のディスプレイに実装されるタッチパネル、レバー装置26A~26Cのレバー部の先端に設けられるノブスイッチ、表示装置40の周囲に設置されるボタンスイッチ、レバー、トグル、回転ダイヤル等を含む。入力装置42に対する操作内容に対応する信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The input device 42 is provided within reach of an operator seated in the cabin 10, accepts various operational inputs by the operator, and outputs signals corresponding to the operational inputs to the controller 30. The input device 42 includes a touch panel mounted on the display of a display device that displays various information images, knob switches provided at the tips of the lever portions of the lever devices 26A to 26C, button switches, levers, toggles, rotary dials, etc., provided around the display device 40. Signals corresponding to the operations performed on the input device 42 are input to the controller 30.
音声出力装置43は、例えば、キャビン10内に設けられ、コントローラ30と接続され、コントローラ30による制御下で、音声を出力する。音声出力装置43は、例えば、スピーカやブザー等である。音声出力装置43は、コントローラ30からの音声出力指令に応じて各種情報を音声出力する。
The audio output device 43 is provided, for example, in the cabin 10, connected to the controller 30, and outputs audio under the control of the controller 30. The audio output device 43 is, for example, a speaker or a buzzer. The audio output device 43 outputs various information by audio in response to an audio output command from the controller 30.
記憶装置47は、例えば、キャビン10内に設けられ、コントローラ30による制御下で、各種情報を記憶する。記憶装置47は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置47は、ショベル100の動作中に各種機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル100の動作が開始される前に各種機器を介して取得する情報を記憶してもよい。記憶装置47は、例えば、通信装置T1等を介して取得される、或いは、入力装置42等を通じて設定される目標施工面に関するデータを記憶していてもよい。当該目標施工面は、ショベル100のオペレータにより設定(保存)されてもよいし、施工管理者等により設定されてもよい。
The storage device 47 is provided, for example, in the cabin 10, and stores various information under the control of the controller 30. The storage device 47 is, for example, a non-volatile storage medium such as a semiconductor memory. The storage device 47 may store information output by various devices during operation of the shovel 100, or may store information acquired via various devices before operation of the shovel 100 is started. The storage device 47 may store data relating to a target construction surface acquired, for example, via a communication device T1, or set via an input device 42, or the like. The target construction surface may be set (saved) by the operator of the shovel 100, or may be set by a construction manager, or the like.
ブーム角度センサS1は、ブーム4に取り付けられ、ブーム4の上部旋回体3に対する俯仰角度(以下、「ブーム角度」)、例えば、側面視において、上部旋回体3の旋回平面に対してブーム4の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。ブーム角度センサS1は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、6軸センサ、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)等を含んでよい。また、ブーム角度センサS1は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、ブーム角度に対応する油圧シリンダ(ブームシリンダ7)のストローク量を検出するシリンダセンサ等を含んでもよい。以下、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3についても同様である。ブーム角度センサS1によるブーム角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The boom angle sensor S1 is attached to the boom 4 and detects the elevation angle of the boom 4 relative to the upper rotating body 3 (hereinafter referred to as the "boom angle"), for example, the angle formed by a straight line connecting the fulcrums at both ends of the boom 4 relative to the rotation plane of the upper rotating body 3 in a side view. The boom angle sensor S1 may include, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, a six-axis sensor, an IMU (Inertial Measurement Unit), etc. The boom angle sensor S1 may also include a potentiometer using a variable resistor, a cylinder sensor that detects the stroke amount of a hydraulic cylinder (boom cylinder 7) corresponding to the boom angle, etc. The same applies to the arm angle sensor S2 and bucket angle sensor S3 below. The detection signal corresponding to the boom angle by the boom angle sensor S1 is taken into the controller 30.
アーム角度センサS2は、アーム5に取り付けられ、アーム5のブーム4に対する回動角度(以下、「アーム角度」)、例えば、側面視において、ブーム4の両端の支点を結ぶ直線に対してアーム5の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。アーム角度センサS2によるアーム角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The arm angle sensor S2 is attached to the arm 5 and detects the rotation angle of the arm 5 relative to the boom 4 (hereinafter, "arm angle"), for example, the angle formed by a line connecting the fulcrums at both ends of the arm 5 with a line connecting the fulcrums at both ends of the boom 4 in a side view. A detection signal corresponding to the arm angle by the arm angle sensor S2 is input to the controller 30.
バケット角度センサS3は、バケット6に取り付けられ、バケット6のアーム5に対する回動角度(以下、「バケット角度」)、例えば、側面視において、アーム5の両端の支点を結ぶ直線に対してバケット6の支点と先端(刃先)とを結ぶ直線が成す角度を検出する。バケット角度センサS3によるバケット角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The bucket angle sensor S3 is attached to the bucket 6 and detects the rotation angle of the bucket 6 relative to the arm 5 (hereinafter, the "bucket angle"), for example, the angle formed by a line connecting the fulcrums at both ends of the arm 5 and a line connecting the fulcrum and tip (cutting edge) of the bucket 6 in a side view. A detection signal corresponding to the bucket angle by the bucket angle sensor S3 is input to the controller 30.
機体傾斜センサS4は、水平面に対する機体(上部旋回体3或いは下部走行体1)の傾斜状態を検出する。機体傾斜センサS4は、例えば、上部旋回体3に取り付けられ、ショベル100(即ち、上部旋回体3)の前後方向及び左右方向の2軸回りの傾斜角度(以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」)を検出する。機体傾斜センサS4は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、6軸センサ、IMU等を含んでよい。機体傾斜センサS4による傾斜角度(前後傾斜角及び左右傾斜角)に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The machine body tilt sensor S4 detects the tilt state of the machine body (upper rotating body 3 or lower running body 1) relative to the horizontal plane. The machine body tilt sensor S4 is attached, for example, to the upper rotating body 3, and detects the tilt angles around two axes in the forward/backward and left/right directions (hereinafter, "forward/rearward tilt angle" and "left/right tilt angle") of the shovel 100 (i.e., upper rotating body 3). The machine body tilt sensor S4 may include, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, a six-axis sensor, an IMU, etc. The detection signal corresponding to the tilt angle (forward/backward tilt angle and left/right tilt angle) by the machine body tilt sensor S4 is input to the controller 30.
旋回状態センサS5は、上部旋回体3の旋回状態に関する検出情報を出力する。旋回状態センサS5は、例えば、上部旋回体3の旋回角速度及び旋回角度を検出する。旋回状態センサS5は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を含んでよい。旋回状態センサS5による上部旋回体3の旋回角度や旋回角速度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The rotation state sensor S5 outputs detection information regarding the rotation state of the upper rotating body 3. The rotation state sensor S5 detects, for example, the rotation angular velocity and rotation angle of the upper rotating body 3. The rotation state sensor S5 may include, for example, a gyro sensor, a resolver, a rotary encoder, etc. The detection signal corresponding to the rotation angle and rotation angular velocity of the upper rotating body 3 by the rotation state sensor S5 is input to the controller 30.
第1空間認識装置としての撮像装置S6は、ショベル100の周辺を撮像する。撮像装置S6は、例えば、CCDやCMOS等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮像した画像を表示装置40に出力する。本実施形態では、撮像装置S6は、ショベル100の前方を撮像するカメラS6F、ショベル100の左方を撮像するカメラS6L、ショベル100の右方を撮像するカメラS6R、及び、ショベル100の後方を撮像するカメラS6Bを含む。撮像装置S6は、アタッチメントに取り付けられたアタッチメントカメラを含んでいてもよい。
The imaging device S6, which serves as a first spatial recognition device, captures an image of the periphery of the shovel 100. The imaging device S6 is, for example, a monocular camera having an imaging element such as a CCD or CMOS, and outputs the captured image to the display device 40. In this embodiment, the imaging device S6 includes a camera S6F that captures an image in front of the shovel 100, a camera S6L that captures an image to the left of the shovel 100, a camera S6R that captures an image to the right of the shovel 100, and a camera S6B that captures an image behind the shovel 100. The imaging device S6 may include an attachment camera attached to an attachment.
カメラS6Fは、例えば、キャビン10の天井、即ち、キャビン10の内部に取り付けられている。また、カメラS6Fは、キャビン10の屋根、ブーム4の側面等、キャビン10の外部に取り付けられていてもよい。カメラS6Lは、上部旋回体3の上面左端に取り付けられ、カメラS6Rは、上部旋回体3の上面右端に取り付けられ、カメラS6Bは、上部旋回体3の上面後端に取り付けられている。
Camera S6F is attached, for example, to the ceiling of cabin 10, i.e., inside cabin 10. Camera S6F may also be attached to the outside of cabin 10, such as the roof of cabin 10 or the side of boom 4. Camera S6L is attached to the left end of the top surface of upper rotating body 3, camera S6R is attached to the right end of the top surface of upper rotating body 3, and camera S6B is attached to the rear end of the top surface of upper rotating body 3.
撮像装置S6(カメラS6F,S6B,S6L,S6R)は、それぞれ、例えば、広い画角を有する単眼の広角カメラである。また、撮像装置S6は、ステレオカメラや距離画像カメラ等であってもよい。撮像装置S6による撮像画像は、表示装置40を介してコントローラ30に取り込まれる。尚、撮像装置S6は、直接、コントローラ30と通信可能に接続されてもよい。
Each of the imaging device S6 (cameras S6F, S6B, S6L, and S6R) is, for example, a monocular wide-angle camera having a wide angle of view. The imaging device S6 may also be a stereo camera or a distance imaging camera. Images captured by the imaging device S6 are input to the controller 30 via the display device 40. The imaging device S6 may also be directly connected to the controller 30 so as to be able to communicate with it.
第1空間認識装置としての撮像装置S6は、物体検知装置として機能してもよい。この場合、撮像装置S6は、ショベル100の周囲に存在する物体を検知してよい。検知対象の物体には、例えば、人、動物、車両、建設機械、建造物、穴等が含まれうる。また、撮像装置S6は、撮像装置S6又はショベル100から認識された物体までの距離を算出し、種類を判別してもよい。そのため、物体検知装置としての撮像装置S6には、例えば、ステレオカメラ、距離画像センサ等が含まれうる。
The imaging device S6 as the first spatial recognition device may function as an object detection device. In this case, the imaging device S6 may detect objects present around the shovel 100. The objects to be detected may include, for example, people, animals, vehicles, construction machinery, buildings, holes, etc. The imaging device S6 may also calculate the distance from the imaging device S6 or the shovel 100 to the recognized object and determine the type. Therefore, the imaging device S6 as an object detection device may include, for example, a stereo camera, a distance image sensor, etc.
第1空間認識装置は、第1空間認識装置又はショベル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。また、撮像装置S6に加えて、第1空間認識装置として、例えば、RGB-Dセンサ、超音波センサ、ミリ波レーダ、LIDAR、又は赤外線センサ等の他の物体検知装置が設けられてもよい。第1空間認識装置としてRGB-Dセンサ、LIDAR、ミリ波レーダ、超音波センサ、又はレーザレーダ等を利用する場合には、多数の信号(レーザ光等)を物体に向けて発信し、その反射信号を受信することで、反射信号から物体の距離及び方向を検出してもよい。これらの物体検知装置が設けられる場合、撮像装置S6は省略されてもよい。
The first spatial recognition device may be configured to calculate the distance from the first spatial recognition device or the shovel 100 to a recognized object. In addition to the imaging device S6, other object detection devices such as an RGB-D sensor, an ultrasonic sensor, a millimeter wave radar, a LIDAR, or an infrared sensor may be provided as the first spatial recognition device. When an RGB-D sensor, a LIDAR, a millimeter wave radar, an ultrasonic sensor, a laser radar, or the like is used as the first spatial recognition device, a number of signals (such as laser light) may be emitted toward the object and the reflected signals may be received to detect the distance and direction of the object from the reflected signals. When such an object detection device is provided, the imaging device S6 may be omitted.
第2空間認識装置としての形状推定装置S10は、バケット6内に取り込まれている物の形状を推定できるように構成される。形状推定装置S10は、例えば、1又は複数台のLIDARで構成され、取得した情報をコントローラ30に向けて送信できるように構成される。但し、形状推定装置S10は、RGB-Dセンサ、ステレオカメラ、距離画像センサ、又は3次元レーザスキャナ等で構成されていてもよい。第2空間認識装置としてRGB-Dセンサ、LIDAR、ミリ波レーダ、超音波センサ、又はレーザレーダ等を利用する場合には、多数の信号(レーザ光等)を物体に向けて発信し、その反射信号を受信することで、反射信号から物体の距離及び方向を検出してもよい。本実施形態では、形状推定装置S10は、アーム5の腹面に取り付けられた1台のLIDARで構成されている。但し、形状推定装置S10は、アーム5の背面若しくは側面等、又は、ブーム4の腹面、側面、若しくは背面等、掘削アタッチメントATの他の部分に取り付けられていてもよい。
The shape estimation device S10 as the second spatial recognition device is configured to estimate the shape of an object taken into the bucket 6. The shape estimation device S10 is configured to be able to estimate the shape of an object taken into the bucket 6. For example, the shape estimation device S10 is configured to be able to transmit acquired information to the controller 30. However, the shape estimation device S10 may be configured to be an RGB-D sensor, a stereo camera, a distance image sensor, a three-dimensional laser scanner, or the like. When an RGB-D sensor, a LIDAR, a millimeter wave radar, an ultrasonic sensor, a laser radar, or the like is used as the second spatial recognition device, a number of signals (laser light, etc.) may be emitted toward an object, and the reflected signals may be received to detect the distance and direction of the object from the reflected signals. In this embodiment, the shape estimation device S10 is configured to be a single LIDAR attached to the ventral surface of the arm 5. However, the shape estimation device S10 may be attached to other parts of the excavation attachment AT, such as the back or side of the arm 5, or the ventral surface, side, or back of the boom 4.
ブームシリンダ7にはブームロッド圧センサS7R及びブームボトム圧センサS7Bが取り付けられている。アームシリンダ8にはアームロッド圧センサS8R及びアームボトム圧センサS8Bが取り付けられている。バケットシリンダ9にはバケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bが取り付けられている。ブームロッド圧センサS7R、ブームボトム圧センサS7B、アームロッド圧センサS8R、アームボトム圧センサS8B、バケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bは、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。
A boom rod pressure sensor S7R and a boom bottom pressure sensor S7B are attached to the boom cylinder 7. An arm rod pressure sensor S8R and an arm bottom pressure sensor S8B are attached to the arm cylinder 8. A bucket rod pressure sensor S9R and a bucket bottom pressure sensor S9B are attached to the bucket cylinder 9. The boom rod pressure sensor S7R, the boom bottom pressure sensor S7B, the arm rod pressure sensor S8R, the arm bottom pressure sensor S8B, the bucket rod pressure sensor S9R and the bucket bottom pressure sensor S9B are collectively referred to as the "cylinder pressure sensors."
ブームロッド圧センサS7Rはブームシリンダ7のロッド側油室の圧力(以下、「ブームロッド圧」とする。)を検出し、ブームボトム圧センサS7Bはブームシリンダ7のボトム側油室の圧力(以下、「ブームボトム圧」とする。)を検出する。アームロッド圧センサS8Rはアームシリンダ8のロッド側油室の圧力(以下、「アームロッド圧」とする。)を検出し、アームボトム圧センサS8Bはアームシリンダ8のボトム側油室の圧力(以下、「アームボトム圧」とする。)を検出する。バケットロッド圧センサS9Rはバケットシリンダ9のロッド側油室の圧力(以下、「バケットロッド圧」とする。)を検出し、バケットボトム圧センサS9Bはバケットシリンダ9のボトム側油室の圧力(以下、「バケットボトム圧」とする。)を検出する。
The boom rod pressure sensor S7R detects the pressure in the rod side oil chamber of the boom cylinder 7 (hereinafter referred to as the "boom rod pressure"), and the boom bottom pressure sensor S7B detects the pressure in the bottom side oil chamber of the boom cylinder 7 (hereinafter referred to as the "boom bottom pressure"). The arm rod pressure sensor S8R detects the pressure in the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 (hereinafter referred to as the "arm rod pressure"), and the arm bottom pressure sensor S8B detects the pressure in the bottom side oil chamber of the arm cylinder 8 (hereinafter referred to as the "arm bottom pressure"). The bucket rod pressure sensor S9R detects the pressure in the rod side oil chamber of the bucket cylinder 9 (hereinafter referred to as the "bucket rod pressure"), and the bucket bottom pressure sensor S9B detects the pressure in the bottom side oil chamber of the bucket cylinder 9 (hereinafter referred to as the "bucket bottom pressure").
測位装置PSは、上部旋回体3の位置及び向きを測定する。測位装置PSは、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)コンパスであり、上部旋回体3の位置及び向きを検出し、上部旋回体3の位置及び向きに対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。また、測位装置PSの機能のうちの上部旋回体3の向きを検出する機能は、上部旋回体3に取り付けられた方位センサにより代替されてもよい。
The positioning device PS measures the position and orientation of the upper rotating body 3. The positioning device PS is, for example, a Global Navigation Satellite System (GNSS) compass, which detects the position and orientation of the upper rotating body 3, and a detection signal corresponding to the position and orientation of the upper rotating body 3 is input to the controller 30. In addition, the function of the positioning device PS to detect the orientation of the upper rotating body 3 may be replaced by a direction sensor attached to the upper rotating body 3.
通信装置T1は、基地局を末端とする移動体通信網、衛星通信網、インターネット網等を含む所定のネットワークを通じて外部機器と通信を行う。通信装置T1は、例えば、LTE(Long Term Evolution)、4G(4th Generation)、5G(5th Generation)等の移動体通信規格に対応する移動体通信モジュールや、衛星通信網に接続するための衛星通信モジュール等である。
The communication device T1 communicates with external devices through a predetermined network including a mobile communication network with a base station as an end, a satellite communication network, the Internet, etc. The communication device T1 is, for example, a mobile communication module compatible with mobile communication standards such as LTE (Long Term Evolution), 4G (4th Generation), and 5G (5th Generation), or a satellite communication module for connecting to a satellite communication network.
マシンガイダンス部50は、例えば、マシンガイダンス機能に関するショベル100の制御を実行する。マシンガイダンス部50は、例えば、目標施工面とアタッチメントの先端部、具体的には、エンドアタッチメントの作業部位との距離等の作業情報を、表示装置40や音声出力装置43等を通じて、オペレータに伝える。目標施工面に関するデータは、例えば、上述の如く、記憶装置47に予め記憶されている。目標施工面に関するデータは、例えば、基準座標系で表現されている。基準座標系は、例えば、世界測地系である。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、X軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Y軸を東経90度の方向に、そして、Z軸を北極の方向にとる三次元直交XYZ座標系である。オペレータは、施工現場の任意の点を基準点と定め、入力装置42を通じて、基準点との相対的な位置関係により目標施工面を設定してよい。バケット6の作業部位は、例えば、バケット6の爪先、バケット6の背面等である。また、エンドアタッチメントとして、バケット6の代わりに、例えば、ブレーカが採用される場合、ブレーカの先端部が作業部位に相当する。マシンガイダンス部50は、表示装置40、音声出力装置43等を通じて、作業情報をオペレータに通知し、オペレータによる操作装置26を通じたショベル100の操作をガイドする。
The machine guidance unit 50, for example, executes control of the excavator 100 regarding the machine guidance function. The machine guidance unit 50 conveys work information, such as the distance between the target construction surface and the tip of the attachment, specifically, the working part of the end attachment, to the operator through the display device 40, the audio output device 43, etc. Data regarding the target construction surface is, for example, stored in advance in the storage device 47 as described above. Data regarding the target construction surface is, for example, expressed in a reference coordinate system. The reference coordinate system is, for example, the World Geodetic System. The World Geodetic System is a three-dimensional orthogonal XYZ coordinate system with the origin at the center of gravity of the earth, the X axis in the direction of the intersection of the Greenwich meridian and the equator, the Y axis in the direction of 90 degrees east longitude, and the Z axis in the direction of the North Pole. The operator may set any point on the construction site as a reference point and set the target construction surface through the input device 42 based on the relative positional relationship with the reference point. The working part of the bucket 6 is, for example, the tip of the bucket 6, the back of the bucket 6, etc. Also, if, for example, a breaker is used as the end attachment instead of the bucket 6, the tip of the breaker corresponds to the working part. The machine guidance unit 50 notifies the operator of work information via the display device 40, the audio output device 43, etc., and guides the operator in operating the excavator 100 via the operating device 26.
また、マシンガイダンス部50は、例えば、マシンコントロール機能に関するショベル100の制御を実行する。マシンガイダンス部50は、例えば、オペレータが手動で掘削操作を行っているときに、目標施工面とバケット6の先端位置とが一致するように、ブーム4、アーム5、及び、バケット6の少なくとも一つを自動的に動作させてもよい。
The machine guidance unit 50 also controls the excavator 100, for example, with respect to the machine control function. For example, when an operator is manually performing an excavation operation, the machine guidance unit 50 may automatically operate at least one of the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 so that the target construction surface and the tip position of the bucket 6 coincide with each other.
マシンガイダンス部50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、旋回状態センサS5、撮像装置S6、測位装置PS、通信装置T1及び入力装置42等から情報を取得する。そして、マシンガイダンス部50は、例えば、取得した情報に基づき、バケット6と目標施工面との間の距離を算出し、音声出力装置43からの音声及び表示装置40に表示される画像により、バケット6と目標施工面との間の距離の程度をオペレータに通知したり、アタッチメントの先端部(具体的には、バケット6の爪先や背面等の作業部位)が目標施工面に一致するように、アタッチメントの動作を自動的に制御したりする。マシンガイダンス部50は、当該マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能に関する詳細な機能構成として、位置算出部51と、距離算出部52と、情報伝達部53と、自動制御部54と、旋回角度算出部55と、相対角度算出部56と、を含む。
The machine guidance unit 50 acquires information from the boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, bucket angle sensor S3, vehicle tilt sensor S4, turning state sensor S5, imaging device S6, positioning device PS, communication device T1, input device 42, etc. Then, the machine guidance unit 50 calculates the distance between the bucket 6 and the target construction surface based on the acquired information, notifies the operator of the degree of the distance between the bucket 6 and the target construction surface by voice from the voice output device 43 and an image displayed on the display device 40, and automatically controls the operation of the attachment so that the tip of the attachment (specifically, the working part such as the tip or back of the bucket 6) coincides with the target construction surface. The machine guidance unit 50 includes a position calculation unit 51, a distance calculation unit 52, an information transmission unit 53, an automatic control unit 54, a turning angle calculation unit 55, and a relative angle calculation unit 56 as detailed functional configurations related to the machine guidance function and the machine control function.
位置算出部51は、所定の測位対象の位置を算出する。例えば、位置算出部51は、アタッチメントの先端部、具体的には、バケット6の爪先や背面等の作業部位の基準座標系における座標点を算出する。具体的には、位置算出部51は、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれの俯仰角度(ブーム角度、アーム角度、及びバケット角度)からバケット6の作業部位の座標点を算出する。
The position calculation unit 51 calculates the position of a predetermined positioning target. For example, the position calculation unit 51 calculates the coordinate point in a reference coordinate system of the tip of the attachment, specifically, the working part such as the tip or back of the bucket 6. Specifically, the position calculation unit 51 calculates the coordinate point of the working part of the bucket 6 from the respective elevation and depression angles of the boom 4, arm 5, and bucket 6 (boom angle, arm angle, and bucket angle).
距離算出部52は、2つの測位対象間の距離を算出する。例えば、距離算出部52は、アタッチメントの先端部、具体的には、バケット6爪先や背面等の作業部位と目標施工面との間の距離を算出する。また、距離算出部52は、バケット6の作業部位としての背面と目標施工面との間の角度(相対角度)を算出してもよい。
The distance calculation unit 52 calculates the distance between two positioning targets. For example, the distance calculation unit 52 calculates the distance between the tip of the attachment, specifically, the working part such as the tip or back of the bucket 6, and the target construction surface. The distance calculation unit 52 may also calculate the angle (relative angle) between the back of the bucket 6 as the working part and the target construction surface.
情報伝達部53は、表示装置40や音声出力装置43等の所定の通知手段を通じて、各種情報をショベル100のオペレータに伝達(通知)する。情報伝達部53は、距離算出部52により算出された各種距離等の大きさ(程度)をショベル100のオペレータに通知する。例えば、表示装置40による視覚情報及び音声出力装置43による聴覚情報の少なくとも一方を用いて、バケット6の先端部と目標施工面との間の距離(の大きさ)をオペレータに伝える。また、情報伝達部53は、表示装置40による視覚情報及び音声出力装置43による聴覚情報の少なくとも一方を用いて、バケット6の作業部位としての背面と目標施工面との間の相対角度(の大きさ)をオペレータに伝えてもよい。
The information transmission unit 53 transmits (notifies) various information to the operator of the shovel 100 through a predetermined notification means such as the display device 40 or the audio output device 43. The information transmission unit 53 notifies the operator of the shovel 100 of the magnitude (degree) of various distances calculated by the distance calculation unit 52. For example, the information transmission unit 53 notifies the operator of the distance (magnitude) between the tip of the bucket 6 and the target construction surface using at least one of visual information from the display device 40 and audio information from the audio output device 43. The information transmission unit 53 may also notify the operator of the relative angle (magnitude) between the back of the bucket 6 as the working part and the target construction surface using at least one of visual information from the display device 40 and audio information from the audio output device 43.
具体的には、情報伝達部53は、音声出力装置43による断続音を用いて、バケット6の作業部位と目標施工面との間の距離(例えば、鉛直距離)の大きさをオペレータに伝える。この場合、情報伝達部53は、鉛直距離が小さくなるほど、断続音の間隔を短くし、鉛直距離が大きくなるほど、断続音の感覚を長くしてよい。また、情報伝達部53は、連続音を用いてもよく、音の高低、強弱等を変化させながら、鉛直距離の大きさの違いを表すようにしてもよい。また、情報伝達部53は、バケット6の先端部が目標施工面よりも低い位置になった、つまり、目標施工面を超えてしまった場合、音声出力装置43を通じて警報を発してもよい。当該警報は、例えば、断続音より顕著に大きい連続音である。
Specifically, the information transmission unit 53 uses intermittent sounds from the audio output device 43 to inform the operator of the distance (e.g., vertical distance) between the working portion of the bucket 6 and the target construction surface. In this case, the information transmission unit 53 may shorten the interval of the intermittent sounds as the vertical distance decreases, and may lengthen the interval of the intermittent sounds as the vertical distance increases. The information transmission unit 53 may also use a continuous sound, or may express differences in the vertical distance by varying the pitch, strength, etc. of the sound. The information transmission unit 53 may also issue an alarm through the audio output device 43 when the tip of the bucket 6 is lower than the target construction surface, that is, when it has passed the target construction surface. The alarm is, for example, a continuous sound that is significantly louder than the intermittent sound.
また、情報伝達部53は、アタッチメントの先端部、具体的には、バケット6の作業部位と目標施工面との間の距離の大きさやバケット6の背面と目標施工面との間の相対角度の大きさ等を作業情報として表示装置40に表示させてもよい。表示装置40は、コントローラ30による制御下で、例えば、撮像装置S6から受信した画像データと共に、情報伝達部53から受信した作業情報を表示する。情報伝達部53は、例えば、アナログメータの画像やバーグラフインジケータの画像等を用いて、鉛直距離の大きさをオペレータに伝えるようにしてもよい。
The information transmission unit 53 may also cause the display device 40 to display, as work information, the distance between the tip of the attachment, specifically the working part of the bucket 6, and the target construction surface, and the relative angle between the back surface of the bucket 6 and the target construction surface. Under the control of the controller 30, the display device 40 displays the work information received from the information transmission unit 53 together with, for example, image data received from the imaging device S6. The information transmission unit 53 may convey the vertical distance to the operator using, for example, an image of an analog meter or an image of a bar graph indicator.
自動制御部54は、アクチュエータを自動的に動作させることでオペレータによる操作装置26を通じたショベル100の手動操作を自動的に支援する。具体的には、自動制御部54は、後述の如く、複数の油圧アクチュエータ(具体的には、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、及びバケットシリンダ9)に対応する制御弁(具体的には、制御弁173、制御弁175L,175R、及び制御弁174)に作用するパイロット圧を個別に且つ自動的に調整することができる。これにより、自動制御部54は、それぞれの油圧アクチュエータを自動的に動作させることができる。自動制御部54によるマシンコントロール機能に関する制御は、例えば、入力装置42に含まれる所定のスイッチが押下された場合に実行されてよい。当該所定のスイッチは、例えば、マシンコントロールスイッチ(以下、「MC(Machine Control)スイッチ」)であり、ノブスイッチとして操作装置26(例えば、アーム5の操作に対応するレバー装置)のオペレータによる把持部の先端に配置されていてもよい。以下、MCスイッチが押下されている場合に、マシンコントロール機能が有効である前提で説明を進める。
The automatic control unit 54 automatically assists the operator in manually operating the excavator 100 through the operation device 26 by automatically operating the actuators. Specifically, the automatic control unit 54 can individually and automatically adjust the pilot pressure acting on the control valves (specifically, the control valve 173, the control valves 175L, 175R, and the control valve 174) corresponding to the multiple hydraulic actuators (specifically, the swing hydraulic motor 2A, the boom cylinder 7, and the bucket cylinder 9), as described below. This allows the automatic control unit 54 to automatically operate each hydraulic actuator. The control of the machine control function by the automatic control unit 54 may be performed, for example, when a predetermined switch included in the input device 42 is pressed. The predetermined switch may be, for example, a machine control switch (hereinafter, "MC (Machine Control) switch"), and may be disposed as a knob switch at the tip of the operator's grip of the operation device 26 (for example, a lever device corresponding to the operation of the arm 5). The following description will be given on the assumption that the machine control function is active when the MC switch is pressed.
例えば、自動制御部54は、MCスイッチ等が押下されている場合、掘削作業や整形作業を支援するために、アームシリンダ8の動作に合わせて、ブームシリンダ7及びバケットシリンダ9の少なくとも一方を自動的に伸縮させる。具体的には、自動制御部54は、オペレータが手動でアーム5の閉じ操作(以下、「アーム閉じ操作」)を行っている場合に、目標施工面とバケット6の爪先や背面等の作業部位の位置とが一致するようにブームシリンダ7及びバケットシリンダ9の少なくとも一方を自動的に伸縮させる。この場合、オペレータは、例えば、アーム5の操作に対応するレバー装置をアーム閉じ操作するだけで、バケット6の爪先等を目標施工面に一致させながら、アーム5を閉じることができる。
For example, when an MC switch or the like is pressed, the automatic control unit 54 automatically extends and retracts at least one of the boom cylinder 7 and the bucket cylinder 9 in accordance with the operation of the arm cylinder 8 to support excavation and shaping work. Specifically, when an operator manually performs a closing operation of the arm 5 (hereinafter, "arm closing operation"), the automatic control unit 54 automatically extends and retracts at least one of the boom cylinder 7 and the bucket cylinder 9 so that the target construction surface coincides with the position of a work part such as the tip or back of the bucket 6. In this case, the operator can close the arm 5 while aligning the tip of the bucket 6 with the target construction surface, simply by performing an arm closing operation on a lever device corresponding to the operation of the arm 5, for example.
また、自動制御部54は、MCスイッチ等が押下されている場合、上部旋回体3を目標施工面に正対させるために旋回油圧モータ2A(アクチュエータの一例)を自動的に回転させてもよい。以下、コントローラ30(自動制御部54)による上部旋回体3を目標施工面に正対させる制御を「正対制御」と称する。これにより、オペレータ等は、所定のスイッチを押下するだけで、或いは、当該スイッチが押下された状態で、旋回操作に対応する後述のレバー装置26Cを操作するだけで、上部旋回体3を目標施工面に正対させることができる。また、オペレータは、MCスイッチを押下するだけで、上部旋回体3を目標施工面に正対させ且つ上述の目標施工面の掘削作業等に関するマシンコントロール機能を開始させることができる。
When an MC switch or the like is pressed, the automatic control unit 54 may automatically rotate the rotation hydraulic motor 2A (an example of an actuator) to make the upper rotating body 3 face the target construction surface. Hereinafter, the control by the controller 30 (automatic control unit 54) to face the upper rotating body 3 face the target construction surface is referred to as "facing control." This allows an operator or the like to face the upper rotating body 3 face the target construction surface simply by pressing a specified switch, or, with the switch pressed, by operating a lever device 26C (described below) corresponding to a turning operation. Also, an operator can face the upper rotating body 3 face the target construction surface and start the machine control function related to the excavation work of the target construction surface described above, simply by pressing an MC switch.
例えば、ショベル100の上部旋回体3が目標施工面に正対している状態は、アタッチメントの動作に従い、アタッチメントの先端部(例えば、バケット6の作業部位としての爪先や背面等)を目標施工面(上り法面BS)の傾斜方向に沿って移動させることが可能な状態である。具体的には、ショベル100の上部旋回体3が目標施工面に正対している状態は、ショベル100の旋回平面に鉛直なアタッチメントの稼動面(アタッチメント稼動面)が、丁張りに対応する目標施工面の法線を含む状態(換言すれば、当該法線に沿う状態)である。
For example, when the upper rotating body 3 of the shovel 100 faces the target construction surface, the tip of the attachment (e.g., the tip or back of the bucket 6 as the working part) can be moved along the inclination direction of the target construction surface (upward slope BS) in accordance with the operation of the attachment. Specifically, when the upper rotating body 3 of the shovel 100 faces the target construction surface, the working surface of the attachment (attachment working surface) perpendicular to the rotation plane of the shovel 100 includes the normal of the target construction surface corresponding to the stake (in other words, it is along that normal).
ショベル100のアタッチメント稼動面が丁張りに対応する目標施工面の法線を含む状態にない場合、アタッチメントの先端部は、目標施工面を傾斜方向に移動させることができない。そのため、結果として、ショベル100は、目標施工面を適切に施工できない。これに対して、自動制御部54は、自動的に旋回油圧モータ2Aを回転させることで、上部旋回体3を正対させることができる。これにより、ショベル100は、目標施工面を適切に施工することができる。
If the working surface of the attachment of the shovel 100 does not include the normal of the target construction surface corresponding to the stakeout, the tip of the attachment cannot move the target construction surface in the inclined direction. As a result, the shovel 100 cannot properly construct the target construction surface. In response to this, the automatic control unit 54 can automatically rotate the turning hydraulic motor 2A to orient the upper turning body 3 in the correct position. This allows the shovel 100 to properly construct the target construction surface.
自動制御部54は、正対制御において、例えば、バケット6の爪先の左端の座標点と目標施工面との間の左端鉛直距離(以下、単に「左端鉛直距離」)と、バケット6の爪先の右端の座標点と目標施工面との間の右端鉛直距離(以下、単に「右端鉛直距離」)とが等しくなった場合に、ショベルが目標施工面に正対していると判断する。また、自動制御部54は、左端鉛直距離と右端鉛直距離とが等しくなった場合(即ち、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差がゼロになった場合)ではなく、その差が所定値以下になった場合に、ショベル100が目標施工面に正対していると判断してもよい。
In the facing control, the automatic control unit 54 determines that the shovel is facing the target construction surface, for example, when the left end vertical distance between the coordinate point of the left end of the tip of the bucket 6 and the target construction surface (hereinafter simply referred to as the "left end vertical distance") and the right end vertical distance between the coordinate point of the right end of the tip of the bucket 6 and the target construction surface (hereinafter simply referred to as the "right end vertical distance") are equal. In addition, the automatic control unit 54 may determine that the shovel 100 is facing the target construction surface not when the left end vertical distance and the right end vertical distance are equal (i.e., when the difference between the left end vertical distance and the right end vertical distance becomes zero), but when the difference becomes equal to or less than a predetermined value.
また、自動制御部54は、正対制御において、例えば、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差に基づき、旋回油圧モータ2Aを動作させてもよい。具体的には、MCスイッチ等の所定のスイッチが押下された状態で旋回操作に対応するレバー装置26Cが操作されると、上部旋回体3を目標施工面に正対させる方向にレバー装置26Cが操作されたか否かを判断する。例えば、バケット6の爪先と目標施工面(上り法面BS)との間の鉛直距離が大きくなる方向にレバー装置26Cが操作された場合、自動制御部54は、正対制御を実行しない。一方で、バケット6の爪先と目標施工面(上り法面BS)との間の鉛直距離が小さくなる方向に旋回操作レバーが操作された場合、自動制御部54は、正対制御を実行する。その結果、自動制御部54は、左端鉛直距離と右端鉛直距離との差が小さくなるように旋回油圧モータ2Aを動作させることができる。その後、自動制御部54は、その差が所定値以下或いはゼロになると、旋回油圧モータ2Aを停止させる。また、自動制御部54は、その差が所定値以下或いはゼロとなる旋回角度を目標角度として設定し、その目標角度と現在の旋回角度(具体的には、旋回状態センサS5の検出信号に基づく検出値)との角度差がゼロになるように、旋回油圧モータ2Aの動作制御を行ってもよい。この場合、旋回角度は、例えば、基準方向に対する上部旋回体3の前後軸の角度である。
In addition, the automatic control unit 54 may operate the swing hydraulic motor 2A in the facing control, for example, based on the difference between the left end vertical distance and the right end vertical distance. Specifically, when the lever device 26C corresponding to the swing operation is operated with a predetermined switch such as an MC switch pressed, the automatic control unit 54 determines whether the lever device 26C is operated in a direction to face the upper swing body 3 to the target construction surface. For example, if the lever device 26C is operated in a direction to increase the vertical distance between the tip of the bucket 6 and the target construction surface (upward slope BS), the automatic control unit 54 does not execute the facing control. On the other hand, if the swing operation lever is operated in a direction to decrease the vertical distance between the tip of the bucket 6 and the target construction surface (upward slope BS), the automatic control unit 54 executes the facing control. As a result, the automatic control unit 54 can operate the swing hydraulic motor 2A so that the difference between the left end vertical distance and the right end vertical distance is reduced. Thereafter, when the difference becomes equal to or less than a predetermined value or becomes zero, the automatic control unit 54 stops the swing hydraulic motor 2A. The automatic control unit 54 may also set the swing angle at which the difference becomes equal to or less than a predetermined value or becomes zero as a target angle, and control the operation of the swing hydraulic motor 2A so that the angle difference between the target angle and the current swing angle (specifically, the detection value based on the detection signal of the swing state sensor S5) becomes zero. In this case, the swing angle is, for example, the angle of the front and rear axes of the upper swing body 3 relative to the reference direction.
尚、上述の如く、旋回油圧モータ2Aの代わりに、旋回用電動機がショベル100に搭載される場合、自動制御部54は、旋回用電動機(アクチュエータの一例)を制御対象として、正対制御を行う。
As described above, when a turning electric motor is installed on the excavator 100 instead of the turning hydraulic motor 2A, the automatic control unit 54 performs facing control with the turning electric motor (an example of an actuator) as the control target.
旋回角度算出部55は、上部旋回体3の旋回角度を算出する。これにより、コントローラ30は、上部旋回体3の現在の向きを特定することができる。旋回角度算出部55は、例えば、測位装置PSに含まれるGNSSコンパスの出力信号に基づき、基準方向に対する上部旋回体3の前後軸の角度を旋回角度として算出する。また、旋回角度算出部55は、旋回状態センサS5の検出信号に基づき、旋回角度を算出してもよい。また、施工現場に基準点が設定されている場合、旋回角度算出部55は、旋回軸から基準点を見た方向を基準方向としてもよい。
The slewing angle calculation unit 55 calculates the slewing angle of the upper rotating body 3. This allows the controller 30 to identify the current orientation of the upper rotating body 3. The slewing angle calculation unit 55 calculates the angle of the front-rear axis of the upper rotating body 3 relative to a reference direction as the slewing angle, for example, based on the output signal of the GNSS compass included in the positioning device PS. The slewing angle calculation unit 55 may also calculate the slewing angle based on the detection signal of the slewing state sensor S5. Furthermore, if a reference point is set at the construction site, the slewing angle calculation unit 55 may use the direction of the reference point as viewed from the slewing axis as the reference direction.
旋回角度は、基準方向に対するアタッチメント稼動面が延びる方向を示す。アタッチメント稼動面は、例えば、アタッチメントを縦断する仮想平面であり、旋回平面に垂直となるように配置される。旋回平面は、例えば、旋回軸に垂直な旋回フレームの底面を含む仮想平面である。コントローラ30(マシンガイダンス部50)は、例えば、アタッチメント稼動面が目標施工面の法線を含んでいると判断した場合に、上部旋回体3が目標施工面に正対していると判断する。
The rotation angle indicates the direction in which the attachment working surface extends relative to the reference direction. The attachment working surface is, for example, a virtual plane that cuts the attachment longitudinally and is positioned so as to be perpendicular to the rotation plane. The rotation plane is, for example, a virtual plane that includes the bottom surface of the rotating frame that is perpendicular to the rotation axis. The controller 30 (machine guidance unit 50) determines that the upper rotating body 3 is directly facing the target construction surface when it determines, for example, that the attachment working surface includes the normal to the target construction surface.
相対角度算出部56は、上部旋回体3を目標施工面に正対させるために必要な旋回角度(相対角度)を算出する。相対角度は、例えば、上部旋回体3を目標施工面に正対させたときの上部旋回体3の前後軸の方向と、上部旋回体3の前後軸の現在の方向との間に形成される相対的な角度である。相対角度算出部56は、例えば、記憶装置47に記憶されている目標施工面に関するデータと、旋回角度算出部55により算出された旋回角度とに基づき、相対角度を算出する。
The relative angle calculation unit 56 calculates the rotation angle (relative angle) required to make the upper rotating body 3 face the target construction surface. The relative angle is, for example, the relative angle formed between the direction of the front-rear axis of the upper rotating body 3 when the upper rotating body 3 is faced directly to the target construction surface and the current direction of the front-rear axis of the upper rotating body 3. The relative angle calculation unit 56 calculates the relative angle based on, for example, data related to the target construction surface stored in the storage device 47 and the rotation angle calculated by the rotation angle calculation unit 55.
自動制御部54は、MCスイッチ等の所定のスイッチが押下された状態で旋回操作に対応するレバー装置26Cが操作されると、上部旋回体3を目標施工面に正対させる方向に旋回操作されたか否かを判断する。自動制御部54は、上部旋回体3を目標施工面に正対させる方向に旋回操作されたと判断した場合、相対角度算出部56により算出された相対角度を目標角度として設定する。そして、自動制御部54は、レバー装置26Cが操作された後の旋回角度の変化が目標角度に達した場合、上部旋回体3が目標施工面に正対したと判断し、旋回油圧モータ2Aの動きを停止させてよい。これにより、自動制御部54は、図2に示す構成を前提として、上部旋回体3を目標施工面に正対させることができる。上記正対制御の実施例では目標施工面に対する正対制御の事例を示したが、これに限られることはない。例えば、仮置きの土砂をダンプトラックに積み込む際の掬い取り動作においても、目標体積に相当する目標掘削軌道を生成し、目標掘削軌道に対してアタッチメントが向かい合うように旋回動作の正対制御をおこなってもよい。この場合、掬い取り動作の都度、目標掘削軌道は変更される。このため、ダンプトラックへの排土後は、新たに変更された目標掘削軌道に対して正対制御される。
When the lever device 26C corresponding to the rotation operation is operated with a predetermined switch such as an MC switch pressed, the automatic control unit 54 determines whether the upper rotating body 3 has been rotated in a direction to face the target construction surface. If the automatic control unit 54 determines that the upper rotating body 3 has been rotated in a direction to face the target construction surface, it sets the relative angle calculated by the relative angle calculation unit 56 as the target angle. Then, if the change in the rotation angle after the lever device 26C is operated reaches the target angle, the automatic control unit 54 may determine that the upper rotating body 3 faces the target construction surface and stop the movement of the rotation hydraulic motor 2A. As a result, the automatic control unit 54 can make the upper rotating body 3 face the target construction surface, assuming the configuration shown in FIG. 2. In the above embodiment of the facing control, an example of the facing control to the target construction surface is shown, but this is not limited to this. For example, even in the scooping operation when loading temporary soil and sand onto a dump truck, a target excavation trajectory corresponding to the target volume may be generated, and the turning operation may be controlled so that the attachment faces the target excavation trajectory. In this case, the target excavation trajectory is changed each time a scooping operation is performed. Therefore, after the soil is discharged onto the dump truck, the attachment is controlled to face the newly changed target excavation trajectory.
また、旋回油圧モータ2Aは、第1ポート2A1及び第2ポート2A2を有している。油圧センサ21は、旋回油圧モータ2Aの第1ポート2A1の作動油の圧力を検出する。油圧センサ22は、旋回油圧モータ2Aの第2ポート2A2の作動油の圧力を検出する。油圧センサ21,22により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The swing hydraulic motor 2A also has a first port 2A1 and a second port 2A2. The hydraulic sensor 21 detects the pressure of the hydraulic oil at the first port 2A1 of the swing hydraulic motor 2A. The hydraulic sensor 22 detects the pressure of the hydraulic oil at the second port 2A2 of the swing hydraulic motor 2A. The detection signals corresponding to the discharge pressures detected by the hydraulic sensors 21 and 22 are input to the controller 30.
また、第1ポート2A1は、リリーフ弁23を介して作動油タンクと接続される。リリーフ弁23は、第1ポート2A1側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、第1ポート2A1側の作動油を作動油タンクに排出する。同様に、第2ポート2A2は、リリーフ弁24を介して作動油タンクと接続される。リリーフ弁24は、第2ポート2A2側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、第2ポート2A2側の作動油を作動油タンクに排出する。
The first port 2A1 is also connected to a hydraulic oil tank via a relief valve 23. The relief valve 23 opens when the pressure on the first port 2A1 side reaches a predetermined relief pressure, and discharges the hydraulic oil on the first port 2A1 side to the hydraulic oil tank. Similarly, the second port 2A2 is connected to a hydraulic oil tank via a relief valve 24. The relief valve 24 opens when the pressure on the second port 2A2 side reaches a predetermined relief pressure, and discharges the hydraulic oil on the second port 2A2 side to the hydraulic oil tank.
[ショベルの油圧システム]
次に、図3を参照して、ショベル100の油圧システムについて説明する。図3は、ショベル100の油圧システムの構成の一例を概略的に示す図である。
[Excavator hydraulic system]
Next, a hydraulic system of the shovel 100 will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the hydraulic system of the shovel 100.
尚、図3において、機械的動力系、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御系は、図2等の場合と同様、それぞれ、二重線、実線、破線、及び点線で示されている。
In addition, in Figure 3, the mechanical power system, hydraulic oil lines, pilot lines, and electrical control system are shown by double lines, solid lines, dashed lines, and dotted lines, respectively, as in Figure 2, etc.
当該油圧回路により実現される油圧システムは、エンジン11により駆動されるメインポンプ14L,14Rのそれぞれから、センタバイパス油路C1L,C1R、パラレル油路C2L,C2Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
The hydraulic system realized by this hydraulic circuit circulates hydraulic oil from each of the main pumps 14L, 14R driven by the engine 11 through the center bypass oil passages C1L, C1R and the parallel oil passages C2L, C2R to the hydraulic oil tank.
センタバイパス油路C1Lは、メインポンプ14Lを起点として、コントロールバルブ17内に配置される制御弁171,173,175L,176Lを順に通過し、作動油タンクに至る。
The center bypass oil passage C1L starts at the main pump 14L, passes through the control valves 171, 173, 175L, and 176L arranged in the control valve 17, and reaches the hydraulic oil tank.
センタバイパス油路C1Rは、メインポンプ14Rを起点として、コントロールバルブ17内に配置される制御弁172,174,175R,176Rを順に通過し、作動油タンクに至る。
The center bypass oil passage C1R starts at the main pump 14R, passes through the control valves 172, 174, 175R, and 176R arranged in the control valve 17, and reaches the hydraulic oil tank.
制御弁171は、メインポンプ14Lから吐出される作動油を走行油圧モータ1Lへ供給し、且つ、走行油圧モータ1Lが吐出する作動油を作動油タンクに排出させるスプール弁である。
The control valve 171 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the main pump 14L to the travel hydraulic motor 1L and discharges hydraulic oil discharged by the travel hydraulic motor 1L into the hydraulic oil tank.
制御弁172は、メインポンプ14Rから吐出される作動油を走行油圧モータ1Rへ供給し、且つ、走行油圧モータ1Rが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valve 172 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the main pump 14R to the traveling hydraulic motor 1R and discharges hydraulic oil discharged by the traveling hydraulic motor 1R to the hydraulic oil tank.
制御弁173は、メインポンプ14Lから吐出され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させるスプール弁である。
The control valve 173 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the main pump 14L to the swing hydraulic motor 2A and discharges hydraulic oil discharged by the swing hydraulic motor 2A into the hydraulic oil tank.
制御弁174は、メインポンプ14Rから吐出され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させるスプール弁である。
The control valve 174 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the main pump 14R to the bucket cylinder 9 and also discharges the hydraulic oil in the bucket cylinder 9 to the hydraulic oil tank.
制御弁175L,175Rは、それぞれ、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給し、且つ、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valves 175L and 175R are spool valves that supply hydraulic oil discharged from the main pumps 14L and 14R to the boom cylinder 7 and discharge the hydraulic oil in the boom cylinder 7 to the hydraulic oil tank.
制御弁176L,176Rは、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出させる。
The control valves 176L, 176R supply hydraulic oil discharged by the main pumps 14L, 14R to the arm cylinder 8, and also discharge the hydraulic oil in the arm cylinder 8 to the hydraulic oil tank.
制御弁171,172,173,174,175L,175R,176L,176Rは、それぞれ、パイロットポートに作用するパイロット圧に応じて、油圧アクチュエータに給排される作動油の流量を調整したり、流れる方向を切り換えたりする。
Control valves 171, 172, 173, 174, 175L, 175R, 176L, and 176R each adjust the flow rate of hydraulic oil supplied to or discharged from the hydraulic actuator and switch the flow direction according to the pilot pressure acting on the pilot port.
パラレル油路C2Lは、センタバイパス油路C1Lと並列的に、制御弁171,173,175L,176Lにメインポンプ14Lの作動油を供給する。具体的には、パラレル油路C2Lは、制御弁171の上流側でセンタバイパス油路C1Lから分岐し、制御弁171,173,175L,176Rのそれぞれに並列してメインポンプ14Lの作動油を供給可能に構成される。これにより、パラレル油路C2Lは、制御弁171,173,175Lの何れかによってセンタバイパス油路C1L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。
The parallel oil passage C2L supplies hydraulic oil of the main pump 14L to the control valves 171, 173, 175L, and 176L in parallel with the center bypass oil passage C1L. Specifically, the parallel oil passage C2L branches off from the center bypass oil passage C1L upstream of the control valve 171, and is configured to be able to supply hydraulic oil of the main pump 14L in parallel to each of the control valves 171, 173, 175L, and 176R. This allows the parallel oil passage C2L to supply hydraulic oil to a more downstream control valve when the flow of hydraulic oil through the center bypass oil passage C1L is restricted or blocked by any of the control valves 171, 173, and 175L.
パラレル油路C2Rは、センタバイパス油路C1Rと並列的に、制御弁172,174,175R,176Rにメインポンプ14Rの作動油を供給する。具体的には、パラレル油路C2Rは、制御弁172の上流側でセンタバイパス油路C1Rから分岐し、制御弁172,174,175R,176Rのそれぞれに並列してメインポンプ14Rの作動油を供給可能に構成される。パラレル油路C2Rは、制御弁172,174,175Rの何れかによってセンタバイパス油路C1R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。
The parallel oil passage C2R supplies hydraulic oil of the main pump 14R to the control valves 172, 174, 175R, and 176R in parallel with the center bypass oil passage C1R. Specifically, the parallel oil passage C2R branches off from the center bypass oil passage C1R upstream of the control valve 172, and is configured to be able to supply hydraulic oil of the main pump 14R in parallel to each of the control valves 172, 174, 175R, and 176R. The parallel oil passage C2R can supply hydraulic oil to a more downstream control valve when the flow of hydraulic oil through the center bypass oil passage C1R is restricted or blocked by any of the control valves 172, 174, and 175R.
レギュレータ13L,13Rは、それぞれ、コントローラ30による制御下で、メインポンプ14L,14Rの斜板の傾転角を調節することによって、メインポンプ14L,14Rの吐出量を調節する。
Regulators 13L and 13R adjust the discharge volume of main pumps 14L and 14R by adjusting the tilt angle of the swash plates of main pumps 14L and 14R, respectively, under the control of controller 30.
吐出圧センサ28Lは、メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。吐出圧センサ28Rについても同様である。これにより、コントローラ30は、メインポンプ14L,14Rの吐出圧に応じて、レギュレータ13L,13Rを制御することができる。
The discharge pressure sensor 28L detects the discharge pressure of the main pump 14L, and a detection signal corresponding to the detected discharge pressure is input to the controller 30. The same is true for the discharge pressure sensor 28R. This allows the controller 30 to control the regulators 13L, 13R according to the discharge pressures of the main pumps 14L, 14R.
センタバイパス油路C1L,C1Rには、最も下流にある制御弁176L,176Rのそれぞれと作動油タンクとの間には、絞り18L,18Rが設けられる。これにより、メインポンプ14L,14Rにより吐出された作動油の流れは、絞り18L,18Rで制限される。そして、絞り18L,18Rは、レギュレータ13L,13Rを制御するための制御圧を発生させる。
The center bypass oil passages C1L, C1R are provided with throttles 18L, 18R between the hydraulic oil tank and the most downstream control valves 176L, 176R, respectively. This restricts the flow of hydraulic oil discharged by the main pumps 14L, 14R by the throttles 18L, 18R. The throttles 18L, 18R then generate a control pressure for controlling the regulators 13L, 13R.
制御圧センサ19L,19Rは、制御圧を検出し、検出された制御圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The control pressure sensors 19L and 19R detect the control pressure, and the detection signal corresponding to the detected control pressure is input to the controller 30.
コントローラ30は、吐出圧センサ28L,28Rにより検出されるメインポンプ14L,14Rの吐出圧に応じて、レギュレータ13L,13Rを制御し、メインポンプ14L,14Rの吐出量を調節してよい。例えば、コントローラ30は、メインポンプ14Lの吐出圧の増大に応じて、レギュレータ13Lを制御し、メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することにより、吐出量を減少させてよい。レギュレータ13Rについても同様である。これにより、コントローラ30は、吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ14L,14Rの吸収馬力がエンジン11の出力馬力を超えないように、メインポンプ14L,14Rの全馬力制御を行うことができる。
The controller 30 may control the regulators 13L, 13R in response to the discharge pressure of the main pumps 14L, 14R detected by the discharge pressure sensors 28L, 28R to adjust the discharge volume of the main pumps 14L, 14R. For example, the controller 30 may control the regulator 13L in response to an increase in the discharge pressure of the main pump 14L, and reduce the discharge volume by adjusting the swash plate tilt angle of the main pump 14L. The same applies to the regulator 13R. This allows the controller 30 to control the total horsepower of the main pumps 14L, 14R so that the absorption horsepower of the main pumps 14L, 14R, which is expressed as the product of the discharge pressure and the discharge volume, does not exceed the output horsepower of the engine 11.
また、コントローラ30は、制御圧センサ19L,19Rにより検出される制御圧に応じて、レギュレータ13L,13Rを制御することにより、メインポンプ14L,14Rの吐出量を調節してよい。例えば、コントローラ30は、制御圧が大きいほどメインポンプ14L,14Rの吐出量を減少させ、制御圧が小さいほどメインポンプ14L,14Rの吐出量を増大させる。
The controller 30 may also adjust the discharge rate of the main pumps 14L, 14R by controlling the regulators 13L, 13R according to the control pressure detected by the control pressure sensors 19L, 19R. For example, the controller 30 decreases the discharge rate of the main pumps 14L, 14R as the control pressure increases, and increases the discharge rate of the main pumps 14L, 14R as the control pressure decreases.
具体的には、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(図3に示す状態)の場合、メインポンプ14L,14Rから吐出される作動油は、センタバイパス油路C1L,C1Rを通って絞り18L,18Rに至る。そして、メインポンプ14L,14Rから吐出される作動油の流れは、絞り18L,18R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、メインポンプ14L,14Rの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油がセンタバイパス油路C1L,C1Rを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。
Specifically, in the case of a standby state (state shown in FIG. 3) in which none of the hydraulic actuators in the excavator 100 are being operated, the hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R passes through the center bypass oil passages C1L, C1R to the throttles 18L, 18R. The flow of the hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R increases the control pressure generated upstream of the throttles 18L, 18R. As a result, the controller 30 reduces the discharge rate of the main pumps 14L, 14R to the minimum allowable discharge rate, suppressing the pressure loss (pumping loss) that occurs when the discharged hydraulic oil passes through the center bypass oil passages C1L, C1R.
一方、何れかの油圧アクチュエータが操作装置26を通じて操作された場合、メインポンプ14L,14Rから吐出される作動油は、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、メインポンプ14L,14Rから吐出される作動油の流れは、絞り18L,18Rに至る量を減少或いは消失させ、絞り18L,18R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、メインポンプ14L,14R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を確実に駆動させることができる。
On the other hand, when any of the hydraulic actuators is operated through the operating device 26, the hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R flows into the hydraulic actuator to be operated through the control valve corresponding to the hydraulic actuator to be operated. The flow of hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R reduces or eliminates the amount of hydraulic oil reaching the throttles 18L, 18R, lowering the control pressure generated upstream of the throttles 18L, 18R. As a result, the controller 30 increases the discharge amount of the main pumps 14L, 14R, circulates sufficient hydraulic oil to the hydraulic actuator to be operated, and can reliably drive the hydraulic actuator to be operated.
[ショベルのマシンコントロール機能に関する構成の詳細]
次に、図4を参照して、ショベル100のマシンコントロール機能に関する構成の詳細について説明する。
[Configuration details for excavator machine control function]
Next, the configuration regarding the machine control function of the shovel 100 will be described in detail with reference to FIG.
図4は、ショベル100の油圧システムのうちの操作系に関する構成部分の一例を概略的に示す図である。具体的には、図4(A)は、ブームシリンダ7を油圧制御する制御弁175L,175Rにパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。また、図4(B)は、バケットシリンダ9を油圧制御する制御弁174にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。また、図4(C)は、旋回油圧モータ2Aを油圧制御する制御弁173にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。
Figure 4 is a diagram that shows an example of a component part related to the operating system of the hydraulic system of the excavator 100. Specifically, Figure 4(A) shows an example of a pilot circuit that applies pilot pressure to the control valves 175L, 175R that hydraulically control the boom cylinder 7. Also, Figure 4(B) shows an example of a pilot circuit that applies pilot pressure to the control valve 174 that hydraulically controls the bucket cylinder 9. Also, Figure 4(C) shows an example of a pilot circuit that applies pilot pressure to the control valve 173 that hydraulically controls the swing hydraulic motor 2A.
また、例えば、図4(A)に示すように、レバー装置26Aは、オペレータ等がブーム4に対応するブームシリンダ7を操作するために用いられる。レバー装置26Aは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧を二次側に出力する。
For example, as shown in FIG. 4(A), the lever device 26A is used by an operator to operate the boom cylinder 7 corresponding to the boom 4. The lever device 26A uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure to the secondary side according to the operation.
シャトル弁32ALは、二つの入口ポートが、それぞれ、ブーム4の上げ方向の操作(以下、「ブーム上げ操作」)に対応するレバー装置26Aの二次側のパイロットラインと、比例弁31ALの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁175Lの右側のパイロットポート及び制御弁175Rの左側のパイロットポートに接続される。
The shuttle valve 32AL has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26A, which corresponds to the operation of the boom 4 in the lifting direction (hereinafter referred to as the "boom lifting operation"), and the secondary pilot line of the proportional valve 31AL, and an outlet port connected to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R.
シャトル弁32ARは、二つの入口ポートが、それぞれ、ブーム4の下げ方向の操作(以下、「ブーム下げ操作」)に対応するレバー装置26Aの二次側のパイロットラインと、比例弁31ARの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁175Rの右側のパイロットポートに接続される。
The shuttle valve 32AR has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26A, which corresponds to the operation of lowering the boom 4 (hereinafter referred to as the "boom lowering operation"), and the secondary pilot line of the proportional valve 31AR, and an outlet port connected to the right pilot port of the control valve 175R.
つまり、レバー装置26Aは、シャトル弁32AL,32ARを介して、操作内容(例えば、操作方向及び操作量)に応じたパイロット圧を制御弁175L,175Rのパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置26Aは、ブーム上げ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32ALの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32ALを介して、制御弁175Lの右側のパイロットポートと制御弁175Rの左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置26Aは、ブーム下げ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32ARの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32ARを介して、制御弁175Rの右側のパイロットポートに作用させる。
That is, the lever device 26A applies pilot pressure corresponding to the operation content (e.g., the operation direction and the operation amount) to the pilot ports of the control valves 175L and 175R via the shuttle valves 32AL and 32AR. Specifically, when the boom is raised, the lever device 26A outputs pilot pressure corresponding to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32AL, and applies it to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the shuttle valve 32AL. Also, when the boom is lowered, the lever device 26A outputs pilot pressure corresponding to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32AR, and applies it to the right pilot port of the control valve 175R via the shuttle valve 32AR.
比例弁31ALは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31ALは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32ALの他方の入口ポートに出力する。これにより、比例弁31ALは、シャトル弁32ALを介して、制御弁175Lの右側のパイロットポート及び制御弁175Rの左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
The proportional valve 31AL operates in response to a control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31AL uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to the control current input from the controller 30 to the other inlet port of the shuttle valve 32AL. This allows the proportional valve 31AL to adjust the pilot pressure acting on the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the shuttle valve 32AL.
比例弁31ARは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31ARは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32ARの他方の入口ポートに出力する。これにより、比例弁31ARは、シャトル弁32ARを介して、制御弁175Rの右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
The proportional valve 31AR operates in response to the control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31AR uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to the control current input from the controller 30 to the other inlet port of the shuttle valve 32AR. This allows the proportional valve 31AR to adjust the pilot pressure acting on the right pilot port of the control valve 175R via the shuttle valve 32AR.
つまり、比例弁31AL,31ARは、レバー装置26Aの操作状態に依らず、制御弁175L、175Rを任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整することができる。
In other words, the proportional valves 31AL, 31AR can adjust the pilot pressure output to the secondary side so that the control valves 175L, 175R can be stopped at any valve position, regardless of the operating state of the lever device 26A.
比例弁33ALは、比例弁31AL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33ALは、操作装置26とシャトル弁32AL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33AL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32ALを介し、コントロールバルブ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。
The proportional valve 33AL functions as a control valve for machine control, similar to the proportional valve 31AL. The proportional valve 33AL is disposed in a pipeline connecting the operating device 26 and the shuttle valve 32AL, and is configured so that the flow area of the pipeline can be changed. In this embodiment, the proportional valve 33AL operates in response to a control command output by the controller 30. Therefore, the controller 30 can reduce 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 supply it to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 via the shuttle valve 32AL.
同様に、比例弁33ARは、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁33ARは、操作装置26とシャトル弁32AR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33AR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32ARを介し、コントロールバルブ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。
Similarly, the proportional valve 33AR functions as a control valve for machine control. The proportional valve 33AR is disposed in a pipe that connects the operating device 26 and the shuttle valve 32AR, and is configured so that the flow path area of the pipe can be changed. In this embodiment, the proportional valve 33AR operates in response to a control command output by the controller 30. Therefore, the controller 30 can reduce the pressure of the hydraulic oil discharged by the operating device 26 and supply it to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 via the shuttle valve 32AR, regardless of the operation of the operating device 26 by the operator.
操作圧センサ29Aは、オペレータによるレバー装置26Aに対する操作内容を圧力(操作圧)の形で検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Aに対する操作内容を把握できる。
The operating pressure sensor 29A detects the operation of the lever device 26A by the operator in the form of pressure (operating pressure), and a detection signal corresponding to the detected pressure is input to the controller 30. This allows the controller 30 to grasp the operation of the lever device 26A.
コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Aに対するブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31AL及びシャトル弁32ALを介して、制御弁175Lの右側のパイロットポート及び制御弁175Rの左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Aに対するブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31AR及びシャトル弁32ARを介して、制御弁175Rの右側のパイロットポートに供給できる。即ち、コントローラ30は、ブーム4の上げ下げの動作を自動制御することができる。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。
The controller 30 can supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the proportional valve 31AL and the shuttle valve 32AL, regardless of the boom-up operation of the lever device 26A by the operator. The controller 30 can also supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175R via the proportional valve 31AR and the shuttle valve 32AR, regardless of the boom-down operation of the lever device 26A by the operator. That is, the controller 30 can automatically control the raising and lowering operation of the boom 4. The controller 30 can also forcibly stop the operation of the hydraulic actuator corresponding to a specific operating device 26, even if the specific operating device 26 is being operated.
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からレバー装置26A、比例弁33AL、及びシャトル弁32AL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からレバー装置26A、比例弁33AR、及びシャトル弁32ARを介して制御弁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減圧する。比例弁33AL、33AR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整可能である。
The proportional valve 33AL operates in response to a control command (current command) output by the controller 30. It reduces the pilot pressure of the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the lever device 26A, 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. It reduces the pilot pressure of the hydraulic oil introduced from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175R via the lever device 26A, 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 175L and 175R can be stopped at any valve position.
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が行われている場合であっても、必要に応じて、制御弁175の上げ側のパイロットポート(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)に作用するパイロット圧を減圧し、ブーム4の閉じ動作を強制的に停止させることができる。操作者によるブーム下げ操作が行われているときにブーム4の下げ動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
With this configuration, even if the operator is performing a boom-raising operation, the controller 30 can, as necessary, reduce the pilot pressure acting on the pilot ports on the raising side of the control valve 175 (the left pilot port of the control valve 175L and the right pilot port of the control valve 175R) to forcibly stop the closing operation of the boom 4. The same applies to the case where the lowering operation of the boom 4 is forcibly stopped when the operator is performing a boom-lowering operation.
或いは、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ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175の上げ側のパイロットポートの反対側にある、制御弁175の下げ側のパイロットポート(制御弁175Rの右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175を強制的に中立位置に戻すことで、ブーム4の上げ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。操作者によるブーム下げ操作が行われている場合にブーム4の下げ動作を強制的に停止させる場合についても同様である。すなわち、比例弁33AL、33ARは省略されてもよい。
Alternatively, even if the operator is performing a boom-raising operation, the controller 30 may, as necessary, control the proportional valve 31AR to increase the pilot pressure acting on the lowering pilot port of the control valve 175 (the right pilot port of the control valve 175R) opposite the raising pilot port of the control valve 175, and forcibly return the control valve 175 to the neutral position, thereby forcibly stopping the raising operation of the boom 4. In this case, the proportional valve 33AL may be omitted. The same applies to the case where the lowering operation of the boom 4 is forcibly stopped when the operator is performing a boom-lowering operation. In other words, the proportional valves 33AL and 33AR may be omitted.
図4(B)に示すように、レバー装置26Bは、オペレータ等がバケット6に対応するバケットシリンダ9を操作するために用いられる。レバー装置26Bは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧を二次側に出力する。
As shown in FIG. 4B, the lever device 26B is used by an operator to operate the bucket cylinder 9 corresponding to the bucket 6. The lever device 26B uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure to the secondary side according to the operation.
シャトル弁32BLは、二つの入口ポートが、それぞれ、バケット6の閉じ方向の操作(以下、「バケット閉じ操作」)に対応するレバー装置26Bの二次側のパイロットラインと、比例弁31BLの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁174の左側のパイロットポートに接続される。
The shuttle valve 32BL has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26B corresponding to the operation in the closing direction of the bucket 6 (hereinafter, the "bucket closing operation") and the secondary pilot line of the proportional valve 31BL, respectively, and an outlet port connected to the left pilot port of the control valve 174.
シャトル弁32BRは、二つの入口ポートが、それぞれ、バケット6の開き方向の操作(以下、「バケット開き操作」)に対応するレバー装置26Bの二次側のパイロットラインと、比例弁31BRの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁174の右側のパイロットポートに接続される。
The shuttle valve 32BR has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26B, which corresponds to the operation of the bucket 6 in the opening direction (hereinafter, "bucket opening operation"), and the secondary pilot line of the proportional valve 31BR, and an outlet port connected to the right pilot port of the control valve 174.
つまり、レバー装置26Bは、シャトル弁32BL,32BRを介して、操作内容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。具体的には、レバー装置26Bは、バケット閉じ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32BLの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32BLを介して、制御弁174の左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置26Bは、バケット開き操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32BRの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32BRを介して、制御弁174の右側のパイロットポートに作用させる。
In other words, the lever device 26B applies pilot pressure according to the operation to the pilot port of the control valve 174 via the shuttle valves 32BL and 32BR. Specifically, when the bucket is closed, the lever device 26B outputs pilot pressure according to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32BL, and applies it to the left pilot port of the control valve 174 via the shuttle valve 32BL. Also, when the bucket is opened, the lever device 26B outputs pilot pressure according to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32BR, and applies it to the right pilot port of the control valve 174 via the shuttle valve 32BR.
比例弁31BLは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31BLは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32BLの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31BLは、シャトル弁32BLを介して、制御弁174の左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
The proportional valve 31BL operates in response to the control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31BL uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to the control current input from the controller 30 to the other pilot port of the shuttle valve 32BL. This allows the proportional valve 31BL to adjust the pilot pressure acting on the left pilot port of the control valve 174 via the shuttle valve 32BL.
比例弁31BRは、コントローラ30が出力する制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31BRは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32BRの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31BRは、シャトル弁32BRを介して、制御弁174の右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
The proportional valve 31BR operates according to the control current output by the controller 30. Specifically, the proportional valve 31BR uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure according to the control current input from the controller 30 to the other pilot port of the shuttle valve 32BR. This allows the proportional valve 31BR to adjust the pilot pressure acting on the right pilot port of the control valve 174 via the shuttle valve 32BR.
つまり、比例弁31BL,31BRは、レバー装置26Bの操作状態に依らず、制御弁174を任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整することができる。
In other words, the proportional valves 31BL and 31BR can adjust the pilot pressure output to the secondary side so that the control valve 174 can be stopped at any valve position, regardless of the operating state of the lever device 26B.
比例弁33BLは、比例弁31BL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33BLは、操作装置26とシャトル弁32BL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33BL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32BLを介し、コントロールバルブ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。
The proportional valve 33BL functions as a control valve for machine control, similar to the proportional valve 31BL. The proportional valve 33BL is disposed in a pipeline connecting the operating device 26 and the shuttle valve 32BL, and is configured so that the flow area of the pipeline can be changed. In this embodiment, the proportional valve 33BL operates in response to a control command output by the controller 30. Therefore, the controller 30 can reduce 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 supply it to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 via the shuttle valve 32BL.
同様に、比例弁33BRは、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁33BRは、操作装置26とシャトル弁32BR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33BR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32BRを介し、コントロールバルブ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。
Similarly, the proportional valve 33BR functions as a control valve for machine control. The proportional valve 33BR is disposed in a pipeline connecting the operating device 26 and the shuttle valve 32BR, and is configured so that the flow passage area of the pipeline can be changed. In this embodiment, the proportional valve 33BR operates in response to a control command output by the controller 30. Therefore, the controller 30 can reduce 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 supply it to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 via the shuttle valve 32BR.
操作圧センサ29Bは、オペレータによるレバー装置26Bに対する操作内容を圧力(操作圧)の形で検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Bの操作内容を把握できる。
The operating pressure sensor 29B detects the operation of the lever device 26B by the operator in the form of pressure (operating pressure), and a detection signal corresponding to the detected pressure is input to the controller 30. This allows the controller 30 to grasp the operation of the lever device 26B.
コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Bに対するバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31BL及びシャトル弁32BLを介して、制御弁174の左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Bに対するバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31BR及びシャトル弁32BRを介して、制御弁174の右側のパイロットポートに供給させることができる。即ち、コントローラ30は、バケット6の開閉動作を自動制御することができる。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。
The controller 30 can supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 174 via the proportional valve 31BL and the shuttle valve 32BL, regardless of the bucket closing operation of the lever device 26B by the operator. The controller 30 can also supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 174 via the proportional valve 31BR and the shuttle valve 32BR, regardless of the bucket opening operation of the lever device 26B by the operator. In other words, the controller 30 can automatically control the opening and closing operation of the bucket 6. The controller 30 can also forcibly stop the operation of the hydraulic actuator corresponding to a specific operating device 26, even if an operation is being performed on that specific operating device 26.
尚、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比例弁33BL,33BRの操作は、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比例弁33AL,33ARの操作と同様であり、重複する説明を省略する。また、比例弁33BL,33BRは、比例弁33AL,33ARと同様に、省略されてもよい。
The operation of the proportional valves 33BL, 33BR, which forcibly stop the movement of the bucket 6 when the operator is performing a bucket closing operation or a bucket opening operation, is similar to the operation of the proportional valves 33AL, 33AR, which forcibly stop the movement of the boom 4 when the operator is performing a boom raising operation or a boom lowering operation, and therefore a duplicated explanation will be omitted. Also, the proportional valves 33BL, 33BR may be omitted, similar to the proportional valves 33AL, 33AR.
また、例えば、図4(C)に示すように、レバー装置26Cは、オペレータ等が上部旋回体3(旋回機構2)に対応する旋回油圧モータ2Aを操作するために用いられる。レバー装置26Cは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧を二次側に出力する。
Also, for example, as shown in FIG. 4(C), the lever device 26C is used by an operator to operate the swing hydraulic motor 2A corresponding to the upper swing body 3 (swing mechanism 2). The lever device 26C uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure to the secondary side according to the operation content.
シャトル弁32CLは、二つの入口ポートが、それぞれ、上部旋回体3の左方向の旋回操作(以下、「左旋回操作」)に対応するレバー装置26Cの二次側のパイロットラインと、比例弁31CLの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁173の左側のパイロットポートに接続される。
The shuttle valve 32CL has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26C corresponding to the leftward rotation operation of the upper rotating body 3 (hereinafter referred to as "left rotation operation") and the secondary pilot line of the proportional valve 31CL, and an outlet port connected to the left pilot port of the control valve 173.
シャトル弁32CRは、二つの入口ポートが、それぞれ、上部旋回体3の右方向の旋回操作(以下、「右旋回操作」)に対応するレバー装置26Cの二次側のパイロットラインと、比例弁31CRの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁173の右側のパイロットポートに接続される。
The shuttle valve 32CR has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26C corresponding to the rightward rotation operation of the upper rotating body 3 (hereinafter, "right rotation operation") and the secondary pilot line of the proportional valve 31CR, respectively, and an outlet port connected to the right pilot port of the control valve 173.
つまり、レバー装置26Cは、シャトル弁32CL,32CRを介して、左右方向への操作内容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。具体的には、レバー装置26Cは、左旋回操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32CLの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32CLを介して、制御弁173の左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置26Cは、右旋回操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32CRの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32CRを介して、制御弁173の右側のパイロットポートに作用させる。
In other words, the lever device 26C applies pilot pressure corresponding to the operation in the left and right direction to the pilot port of the control valve 173 via the shuttle valves 32CL and 32CR. Specifically, when the lever device 26C is operated to turn left, it outputs pilot pressure corresponding to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32CL, and applies it to the left pilot port of the control valve 173 via the shuttle valve 32CL. Also, when the lever device 26C is operated to turn right, it outputs pilot pressure corresponding to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32CR, and applies it to the right pilot port of the control valve 173 via the shuttle valve 32CR.
比例弁31CLは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31CLは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32CLの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31CLは、シャトル弁32CLを介して、制御弁173の左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
The proportional valve 31CL operates in response to the control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31CL uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to the control current input from the controller 30 to the other pilot port of the shuttle valve 32CL. This allows the proportional valve 31CL to adjust the pilot pressure acting on the left pilot port of the control valve 173 via the shuttle valve 32CL.
比例弁31CRは、コントローラ30が出力する制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31CRは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32CRの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31CRは、シャトル弁32CRを介して、制御弁173の右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整することができる。
The proportional valve 31CR operates according to the control current output by the controller 30. Specifically, the proportional valve 31CR uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure according to the control current input from the controller 30 to the other pilot port of the shuttle valve 32CR. This allows the proportional valve 31CR to adjust the pilot pressure acting on the right pilot port of the control valve 173 via the shuttle valve 32CR.
つまり、比例弁31CL,31CRは、レバー装置26Cの操作状態に依らず、制御弁173を任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整することができる。
In other words, the proportional valves 31CL and 31CR can adjust the pilot pressure output to the secondary side so that the control valve 173 can be stopped at any valve position, regardless of the operating state of the lever device 26C.
比例弁33CLは、比例弁31CL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33CLは、操作装置26とシャトル弁32CL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33CL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32CLを介し、コントロールバルブ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。
The proportional valve 33CL functions as a control valve for machine control, similar to the proportional valve 31CL. The proportional valve 33CL is disposed in a pipeline connecting the operating device 26 and the shuttle valve 32CL, and is configured so that the flow passage area of the pipeline can be changed. In this embodiment, the proportional valve 33CL operates in response to a control command output by the controller 30. Therefore, the controller 30 can reduce 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 supply it to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 via the shuttle valve 32CL.
同様に、比例弁33CRは、マシンコントロール用制御弁として機能する。比例弁33CRは、操作装置26とシャトル弁32CR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33CR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32CRを介し、コントロールバルブ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。
Similarly, the proportional valve 33CR functions as a control valve for machine control. The proportional valve 33CR is disposed in a pipeline connecting the operating device 26 and the shuttle valve 32CR, and is configured so that the flow path area of the pipeline can be changed. In this embodiment, the proportional valve 33CR operates in response to a control command output by the controller 30. Therefore, the controller 30 can reduce 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 supply it to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 via the shuttle valve 32CR.
操作圧センサ29Cは、オペレータによるレバー装置26Cに対する操作状態を圧力として検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Cに対する左右方向への操作内容を把握できる。
The operating pressure sensor 29C detects the operating state of the lever device 26C by the operator as pressure, and a detection signal corresponding to the detected pressure is input to the controller 30. This allows the controller 30 to grasp the operation content of the lever device 26C in the left and right directions.
コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Cに対する左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31CL及びシャトル弁32CLを介して、制御弁173の左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Cに対する右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31CR及びシャトル弁32CRを介して、制御弁173の右側のパイロットポートに供給させることができる。即ち、コントローラ30は、上部旋回体3の左右方向への旋回動作を自動制御することができる。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。
The controller 30 can supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 173 via the proportional valve 31CL and the shuttle valve 32CL, regardless of the left rotation operation of the lever device 26C by the operator. The controller 30 can also supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 173 via the proportional valve 31CR and the shuttle valve 32CR, regardless of the right rotation operation of the lever device 26C by the operator. That is, the controller 30 can automatically control the left-right rotation operation of the upper rotating body 3. The controller 30 can also forcibly stop the operation of the hydraulic actuator corresponding to a specific operating device 26, even if the specific operating device 26 is being operated.
尚、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の動作を強制的に停止させる比例弁33CL,33CRの操作は、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比例弁33AL,33ARの操作と同様であり、重複する説明を省略する。また、比例弁33CL,33CRは、比例弁33AL,33ARと同様に、省略されてもよい。
The operation of the proportional valves 33CL, 33CR, which forcibly stop the operation of the upper rotating body 3 when the operator is performing a rotation operation, is similar to the operation of the proportional valves 33AL, 33AR, which forcibly stop the operation of the boom 4 when the operator is performing a boom-raising or boom-lowering operation, and therefore a duplicated explanation will be omitted. Also, the proportional valves 33CL, 33CR may be omitted, similar to the proportional valves 33AL, 33AR.
尚、ショベル100は、更に、アーム5を自動的に開閉させる構成、及び、下部走行体1を自動的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、油圧システムのうち、アームシリンダ8の操作系に関する構成部分、走行油圧モータ1Lの操作系に関する構成部分、及び、走行油圧モータ1Rの操作に関する構成部分は、ブームシリンダ7の操作系に関する構成部分等(図4(A)~(C))と同様に構成されてよい。
The excavator 100 may further include a configuration for automatically opening and closing the arm 5, and a configuration for automatically moving the lower traveling structure 1 forward and backward. In this case, the components of the hydraulic system related to the operation system of the arm cylinder 8, the components related to the operation system of the traveling hydraulic motor 1L, and the components related to the operation of the traveling hydraulic motor 1R may be configured similarly to the components related to the operation system of the boom cylinder 7, etc. (FIGS. 4(A) to (C)).
[ショベルの形状推定機能に関する構成の詳細]
次に、図5及び図6を参照して、ショベル100の形状推定機能に関する構成の一例について説明する。図5は、形状推定機能に関する構成の一例を概略的に示す図である。図6は、形状推定機能が実行されるときのアーム5及びバケット6の側面図である。
[Details of the configuration of the excavator shape estimation function]
Next, an example of a configuration related to the shape estimation function of the shovel 100 will be described with reference to Fig. 5 and Fig. 6. Fig. 5 is a diagram showing an example of a configuration related to the shape estimation function. Fig. 6 is a side view of the arm 5 and the bucket 6 when the shape estimation function is executed.
形状推定機能は、物の形状を推定する機能である。本実施形態では、形状推定機能は、バケット6の内部に取り込まれている土砂の形状を推定するように構成されている。
The shape estimation function is a function that estimates the shape of an object. In this embodiment, the shape estimation function is configured to estimate the shape of the soil and sand that has been taken into the bucket 6.
図3で前述したように、コントローラ30は、形状推定機能に関する機能部として、形状推定部60を含む。形状推定部60は、バケット状態推定部61と、土砂形状推定部62と、体積推定部63とを有する。
As described above in FIG. 3, the controller 30 includes a shape estimation unit 60 as a functional unit related to the shape estimation function. The shape estimation unit 60 has a bucket state estimation unit 61, a soil shape estimation unit 62, and a volume estimation unit 63.
バケット状態推定部61は、バケット6の状態を推定するように構成されている。バケット6の状態は、例えば、バケット6の形状、及び、バケット6の現在の位置及び姿勢を認識することによって推定される。本実施形態では、バケット6の形状に関する情報は、例えばCADモデル等の設計データとして記憶装置に予め記憶されている。バケット6の現在の位置及び姿勢に関する情報は、姿勢センサの出力から導き出される。すなわち、バケット状態推定部61は、姿勢センサの出力に基づいてバケット6の現在の位置及び姿勢を導き出すことができる。姿勢センサは、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、及び旋回状態センサS5のうちの少なくとも1つである。
The bucket state estimation unit 61 is configured to estimate the state of the bucket 6. The state of the bucket 6 is estimated, for example, by recognizing the shape of the bucket 6 and the current position and attitude of the bucket 6. In this embodiment, information about the shape of the bucket 6 is pre-stored in a storage device as design data, for example, a CAD model. Information about the current position and attitude of the bucket 6 is derived from the output of the attitude sensor. That is, the bucket state estimation unit 61 can derive the current position and attitude of the bucket 6 based on the output of the attitude sensor. The attitude sensor is, for example, at least one of a boom angle sensor S1, an arm angle sensor S2, a bucket angle sensor S3, a machine body inclination sensor S4, and a turning state sensor S5.
バケット6の状態を推定することは、例えば、所定の座標系において、バケット6の外表面に関する点群の座標を決定することを意味する。所定の座標系は、例えば、形状推定装置S10の位置を原点とする3次元直交座標系Σarmである。このように、バケット状態推定部61は、アーム5に対するバケット6の角度とCADモデルとを用いて、バケット6の外表面に関する座標を算出する。
Estimating the state of the bucket 6 means, for example, determining the coordinates of a point cloud relating to the outer surface of the bucket 6 in a predetermined coordinate system. The predetermined coordinate system is, for example, a three-dimensional orthogonal coordinate system Σarm with the position of the shape estimation device S10 as its origin. In this way, the bucket state estimation unit 61 calculates the coordinates relating to the outer surface of the bucket 6 using the angle of the bucket 6 relative to the arm 5 and the CAD model.
バケット状態推定部61は、姿勢センサの出力を用いずに、バケット6の現在の姿勢を導き出すように構成されていてもよい。例えば、バケット状態推定部61は、記憶装置に予め記憶されているバケット6のCADモデルと、形状推定装置S10としてのLIDARの出力とに基づいてバケット6の現在の姿勢を導き出すように構成されていてもよい。具体的には、バケット6のCADモデルと、形状推定装置S10が取得したバケット6の爪先、バケット6の開口の右側、左側、手前側、若しくは奥側の縁、又は、バケットリンク等に関する点群データとに基づいてバケット6の現在の姿勢を導き出すように構成されていてもよい。或いは、バケット状態推定部61は、形状推定装置S10としてのLIDARの出力のみに基づいてバケット6の状態を推定するように構成されていてもよい。例えば、バケット状態推定部61は、土砂等の物が取り込まれていないときのバケット6を形状推定装置S10としてのLIDARで測定することにより、バケット6の形状に関する情報を取得できる。すなわち、バケット状態推定部61は、形状推定装置S10としてのLIDARの出力に基づいてバケット6のCADモデルを生成できる。
The bucket state estimation unit 61 may be configured to derive the current attitude of the bucket 6 without using the output of the attitude sensor. For example, the bucket state estimation unit 61 may be configured to derive the current attitude of the bucket 6 based on a CAD model of the bucket 6 pre-stored in a storage device and the output of the LIDAR as the shape estimation device S10. Specifically, the bucket state estimation unit 61 may be configured to derive the current attitude of the bucket 6 based on the CAD model of the bucket 6 and point cloud data related to the tip of the bucket 6, the right side, left side, front side, or rear side edge of the opening of the bucket 6, or the bucket link, etc., acquired by the shape estimation device S10. Alternatively, the bucket state estimation unit 61 may be configured to estimate the state of the bucket 6 based only on the output of the LIDAR as the shape estimation device S10. For example, the bucket state estimation unit 61 can acquire information on the shape of the bucket 6 by measuring the bucket 6 when no soil or other objects are taken in with the LIDAR as the shape estimation device S10. That is, the bucket state estimation unit 61 can generate a CAD model of the bucket 6 based on the output of the LIDAR as the shape estimation device S10.
土砂形状推定部62は、バケット6内に取り込まれている物の形状を推定するように構成されている。本実施形態では、土砂形状推定部62は、形状推定装置S10としてのLIDARの出力に基づいてバケット6内に入っている物(例えば土砂等)の表面の形状を推定する。
The soil shape estimation unit 62 is configured to estimate the shape of the object taken into the bucket 6. In this embodiment, the soil shape estimation unit 62 estimates the surface shape of the object (e.g., soil, etc.) in the bucket 6 based on the output of the LIDAR as the shape estimation device S10.
バケット6内に入っている物の表面の形状を推定することは、例えば、所定の座標系において、その物の表面に関する点群の座標を決定することを意味する。所定の座標系は、例えば、形状推定装置S10の位置を原点とする3次元直交座標系Σarmである。
Estimating the surface shape of an object contained in the bucket 6 means, for example, determining the coordinates of a point cloud relating to the surface of the object in a predetermined coordinate system. The predetermined coordinate system is, for example, a three-dimensional Cartesian coordinate system Σarm with the position of the shape estimation device S10 as its origin.
図6は、形状推定装置S10の監視範囲R1の断面の一例をドットパターンで示している。図6に示すように、形状推定装置S10としてのLIDARは、バケット6内に取り込まれた土砂の表面に関する点群データを取得できるようにアーム5の腹面に取り付けられている。具体的には、形状推定装置S10としてのLIDARは、バケット6内に取り込まれた土砂の表面のうち、アーム5とバケット6とを連結するピンP7に近い側の表面に関する点群データをも取得できるようにアーム5の腹面に取り付けられている。
Figure 6 shows an example of a cross section of the monitoring range R1 of the shape estimation device S10 using a dot pattern. As shown in Figure 6, the LIDAR as the shape estimation device S10 is attached to the ventral surface of the arm 5 so as to acquire point cloud data relating to the surface of the soil and sand taken into the bucket 6. Specifically, the LIDAR as the shape estimation device S10 is attached to the ventral surface of the arm 5 so as to acquire point cloud data relating to the surface of the soil and sand taken into the bucket 6 that is closer to the pin P7 that connects the arm 5 and the bucket 6.
形状推定装置S10としてのLIDARによって取得される点群データは、バケット6及びバケット6内に入っている物(土砂等)ばかりでなく地面等に関する点群データを含み、更に、ノイズに起因する点群データをも含んでいる。そのため、本実施形態では、土砂形状推定部62は、Pass Throughフィルタ等のフィルタを用い、これらの不要な点群データを除去する。具体的には、土砂形状推定部62は、形状推定装置S10とバケット6との間の位置関係に基づいてPass Throughフィルタで使用される閾値を設定することにより、バケット6内に入っている土砂とバケット6自体(以下、「対象物」とする。)以外の物(以下、「非対象物」とする。)に関する点群データを大まかに除去する。そして、土砂形状推定部62は、除去されなかった残りの点群データ、すなわち、対象物に関する点群データをクラスタリングし、最大クラスタを抽出することにより、対象物に関する点群データを抽出する。
The point cloud data acquired by the LIDAR as the shape estimation device S10 includes point cloud data related to the ground as well as the bucket 6 and objects (such as soil and sand) contained in the bucket 6, and also includes point cloud data caused by noise. Therefore, in this embodiment, the soil shape estimation unit 62 uses a filter such as a pass-through filter to remove these unnecessary point cloud data. Specifically, the soil shape estimation unit 62 roughly removes point cloud data related to objects (hereinafter referred to as "non-target objects") other than the soil contained in the bucket 6 and the bucket 6 itself (hereinafter referred to as "target object") by setting a threshold value used in the pass-through filter based on the positional relationship between the shape estimation device S10 and the bucket 6. Then, the soil shape estimation unit 62 clusters the remaining point cloud data that has not been removed, i.e., the point cloud data related to the target object, and extracts the point cloud data related to the target object by extracting the maximum cluster.
体積推定部63は、バケット6内に取り込まれている物の体積を推定するように構成されている。本実施形態では、体積推定部63は、バケット状態推定部61が導き出したバケット6の外表面に関する点群データ(第1点群データ)と、土砂形状推定部62が導き出した非対象物に関する点群データ(第2点群データ)とを合成することにより、バケット6内に取り込まれている物の体積を推定できるように構成されている。第1点群データと第2点群データとによって囲まれた空間の体積が、バケット6内に取り込まれている物の体積に相当すると判断できるためである。尚、第1点群データと第2点群データとの合成は、例えば、2つの点群データを一纏まりの点群データである第3点群データとして統合することを意味する。
The volume estimation unit 63 is configured to estimate the volume of the object taken into the bucket 6. In this embodiment, the volume estimation unit 63 is configured to estimate the volume of the object taken into the bucket 6 by combining point cloud data (first point cloud data) related to the outer surface of the bucket 6 derived by the bucket state estimation unit 61 and point cloud data (second point cloud data) related to the non-target object derived by the soil shape estimation unit 62. This is because it can be determined that the volume of the space surrounded by the first point cloud data and the second point cloud data corresponds to the volume of the object taken into the bucket 6. Note that combining the first point cloud data and the second point cloud data means, for example, integrating the two point cloud data into a set of point cloud data, that is, third point cloud data.
具体的には、体積推定部63は、第3点群データによって表される3次元形状をボクセル化することにより、その3次元形状を正規化する。
Specifically, the volume estimation unit 63 normalizes the three-dimensional shape represented by the third point cloud data by voxelizing the three-dimensional shape.
そして、体積推定部63は、図7に示すように、バケット6のCADモデルから生成された(斜線パターンが付された)ボクセルV1と、バケット6内に取り込まれている土砂の表面(上面)を表す点群データから生成された(ドットパターンが付された)ボクセルV2との間のZ軸方向における3次元距離hi(iは0~Nの整数)に基づき、バケット6内に取り込まれている土砂の体積Vを算出する。図7は、第3点群データによって表される3次元形状のXZ平面における断面を示す。この3次元形状は、バケット6の3次元形状とバケット6内に取り込まれた土砂の3次元形状とを含む。Z軸は、3次元直交座標系Σarmを構成する3軸のうちの1つであり、例えば、アーム5の中心軸に平行に延びる軸である。X軸は、3次元直交座標系Σarmを構成する3軸のうちの別の1つであり、例えば、上面視で上部旋回体3の前後方向に延びる軸である。図示しないY軸は、3次元直交座標系Σarmを構成する3軸のうちの別の1つであり、例えば、上部旋回体3の幅方向に延びる軸である。Nは、XY平面におけるボクセルV1の数である。XY平面におけるボクセルV1の数は、ボクセルV1がZ軸方向に複数個重なっている場合には1個としてカウントされる。
Then, as shown in FIG. 7, the volume estimation unit 63 calculates the volume V of the soil taken into the bucket 6 based on the three-dimensional distance h i (i is an integer from 0 to N) in the Z-axis direction between a voxel V1 (with a diagonal line pattern) generated from the CAD model of the bucket 6 and a voxel V2 (with a dot pattern) generated from point cloud data representing the surface (upper surface) of the soil taken into the bucket 6. FIG. 7 shows a cross section in the XZ plane of the three-dimensional shape represented by the third point cloud data. This three-dimensional shape includes the three-dimensional shape of the bucket 6 and the three-dimensional shape of the soil taken into the bucket 6. The Z axis is one of the three axes constituting the three-dimensional orthogonal coordinate system Σarm, and is, for example, an axis extending parallel to the central axis of the arm 5. The X axis is another of the three axes constituting the three-dimensional orthogonal coordinate system Σarm, and is, for example, an axis extending in the front-rear direction of the upper rotating body 3 when viewed from above. The Y-axis, not shown, is another of the three axes constituting the three-dimensional orthogonal coordinate system Σarm, and is, for example, an axis extending in the width direction of the upper rotating body 3. N is the number of voxels V1 in the XY plane. The number of voxels V1 in the XY plane is counted as one when multiple voxels V1 overlap in the Z-axis direction.
概略的には、体積推定部63は、バケット6とバケット6内に取り込まれている土砂とを含む物体の全体の体積を推定し、その上で、バケット6の体積を算出し、その後、バケット6の体積を物体全体の体積から差し引くことによって土砂の体積を推定する。
In general terms, the volume estimation unit 63 estimates the total volume of the object including the bucket 6 and the soil and sand contained in the bucket 6, calculates the volume of the bucket 6, and then estimates the volume of the soil by subtracting the volume of the bucket 6 from the volume of the entire object.
具体的には、体積推定部63は、以下の式(1)を用いて体積Vを算出する。式(1)において、Sはボクセルの底面積(XY平面における単位面積)を表す。
Specifically, the volume estimation unit 63 calculates the volume V using the following formula (1): In formula (1), S represents the base area of the voxel (unit area in the XY plane).
上述の構成により、コントローラ30(形状推定部60)は、バケット6内に取り込まれている土砂の体積Vを正確に推定できる。
With the above-described configuration, the controller 30 (shape estimation unit 60) can accurately estimate the volume V of soil and sand taken into the bucket 6.
尚、コントローラ30(形状推定部60)は、任意のタイミングで体積Vを推定できるが、所定のタイミングで体積Vを推定するように構成されていてもよい。例えば、コントローラ30は、姿勢センサの出力に基づいてバケット6の姿勢を継続的に導き出し、バケット6の姿勢が所定の姿勢になったときに体積Vを推定するように構成されていてもよい。
The controller 30 (shape estimation unit 60) can estimate the volume V at any timing, but may also be configured to estimate the volume V at a predetermined timing. For example, the controller 30 may be configured to continuously derive the attitude of the bucket 6 based on the output of the attitude sensor, and estimate the volume V when the attitude of the bucket 6 becomes a predetermined attitude.
また、コントローラ30(形状推定部60)は、バケット6が所定の姿勢となるように、掘削アタッチメントを自動的に動作させてもよい。例えば、形状推定部60は、ショベル100の操作者による操作装置26に対する操作の有無にかかわらず、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つを伸縮させ、バケット6の姿勢が所定の姿勢となるようにしてもよい。
The controller 30 (shape estimation unit 60) may also automatically operate the excavation attachment so that the bucket 6 assumes a predetermined posture. For example, the shape estimation unit 60 may extend or retract at least one of the boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9, regardless of whether or not the operator of the excavator 100 operates the operating device 26, so that the posture of the bucket 6 assumes a predetermined posture.
また、コントローラ30(形状推定部60)は、複数回の推定結果に基づいて算出される統計値を体積Vとしてもよい。統計値は、例えば、平均値、最大値、最小値、最頻値、又は中央値等である。例えば、形状推定部60は、バケット6が所定の第1姿勢になったときに推定した体積Vと、バケット6が所定の第2姿勢になったときに推定した体積Vとの平均値を最終的な体積Vとしてもよい。或いは、形状推定部60は、バケット6が所定の第1姿勢になったときに推定した体積V、バケット6が所定の第2姿勢になったときに推定した体積V、及び、バケット6が所定の第3姿勢になったときに推定した体積Vのうちの最大値を最終的な体積Vとしてもよい。
The controller 30 (shape estimation unit 60) may also set the volume V to a statistical value calculated based on multiple estimation results. The statistical value may be, for example, an average value, a maximum value, a minimum value, a mode, or a median. For example, the shape estimation unit 60 may set the final volume V to the average value of the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined first posture and the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined second posture. Alternatively, the shape estimation unit 60 may set the final volume V to the maximum value of the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined first posture, the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined second posture, and the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined third posture.
或いは、コントローラ30(形状推定部60)は、形状推定装置S10としてのLIDARの出力に基づいてバケット6内に入っている物の表面の形状を複数回にわたって推定するように構成されていてもよい。例えば、形状推定部60は、ブーム上げ旋回が行われている間、所定の時間間隔で繰り返し、バケット6内に入っている土砂の表面の形状を推定してもよい。そして、形状推定部60は、その土砂の表面の形状が変化したと判定した場合に、その土砂の体積Vを再計算するように構成されていてもよい。具体的には、形状推定部60は、ブーム上げ旋回が開始された後で、土砂の表面の形状を初めて推定したときにその土砂の体積Vを推定するように構成されていてもよい。そして、形状推定部60は、その後にその土砂の表面の形状を推定する度に、表面の形状が変化したか否かを判定し、表面の形状が変化していないと判定した場合には、すなわち、バケット6から土砂がこぼれ落ちていないと判定できた場合には、その土砂の体積Vの再計算を省略する。一方、形状推定部60は、表面の形状が変化したと判定した場合には、すなわち、バケット6から土砂の一部がこぼれ落ちたと判定できた場合には、新たに推定した土砂の表面の形状に基づいてその土砂の体積Vを再計算する。この構成により、形状推定部60は、例えば、ブーム上げ旋回中に土砂がバケット6からこぼれ落ちた場合であっても、ダンプトラックに積み込まれる土砂の体積Vを効率的に且つ正確に推定することができる。すなわち、形状推定部60は、ブーム上げ旋回中にバケット6からこぼれ落ちた土砂の体積が、ダンプトラックに積み込まれる土砂の体積Vに含まれてしまうのを防止できる。
Alternatively, the controller 30 (shape estimation unit 60) may be configured to estimate the surface shape of the object in the bucket 6 multiple times based on the output of the LIDAR as the shape estimation device S10. For example, the shape estimation unit 60 may estimate the surface shape of the soil in the bucket 6 repeatedly at a predetermined time interval while the boom raising rotation is being performed. The shape estimation unit 60 may be configured to recalculate the volume V of the soil when it is determined that the surface shape of the soil has changed. Specifically, the shape estimation unit 60 may be configured to estimate the volume V of the soil when it estimates the surface shape of the soil for the first time after the boom raising rotation is started. The shape estimation unit 60 then determines whether the surface shape has changed each time it estimates the surface shape of the soil, and if it determines that the surface shape has not changed, that is, if it is determined that the soil has not spilled out of the bucket 6, it omits recalculating the volume V of the soil. On the other hand, if the shape estimation unit 60 determines that the shape of the surface has changed, that is, if it is determined that some of the soil has spilled out of the bucket 6, it recalculates the volume V of the soil based on the newly estimated shape of the surface of the soil. With this configuration, the shape estimation unit 60 can efficiently and accurately estimate the volume V of the soil to be loaded into the dump truck, for example, even if soil spills out of the bucket 6 during boom-raising and swinging. In other words, the shape estimation unit 60 can prevent the volume of soil that has spilled out of the bucket 6 during boom-raising and swinging from being included in the volume V of the soil to be loaded into the dump truck.
次に、図8を参照し、ショベル100の形状推定機能に関する構成の別の一例について説明する。図8は、ショベル100の側面図である。図8に示すショベル100には、形状推定装置S10としての第1形状推定装置S10A及び第2形状推定装置S10Cが取り付けられている。
Next, referring to FIG. 8, another example of the configuration related to the shape estimation function of the shovel 100 will be described. FIG. 8 is a side view of the shovel 100. The shovel 100 shown in FIG. 8 is equipped with a first shape estimation device S10A and a second shape estimation device S10C as the shape estimation device S10.
具体的には、第1形状推定装置S10Aは、バケット6内に取り込まれている物の形状を推定できるように構成されている。図8に示す例では、第1形状推定装置S10Aは、アーム5の腹面に取り付けられた3台のRGB-Dセンサで構成され、取得した情報をコントローラ30に向けて送信できるように構成されている。尚、図8において、第1形状推定装置S10Aからバケット6に向かって延びる一点鎖線矢印は、第1形状推定装置S10Aがバケット6の方向に測距用の赤外線を照射していることを表している。また、第1形状推定装置S10Aは、アーム5の背面若しくは側面等、又は、ブーム4の腹面、側面、若しくは背面等、掘削アタッチメントATの他の部分に取り付けられていてもよい。或いは、第1形状推定装置S10Aは、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、又はバケットシリンダ9等に取り付けられていてもよい。
Specifically, the first shape estimation device S10A is configured to estimate the shape of an object taken into the bucket 6. In the example shown in FIG. 8, the first shape estimation device S10A is configured to be able to estimate the shape of an object taken into the bucket 6. In FIG. 8, the dashed arrow extending from the first shape estimation device S10A toward the bucket 6 indicates that the first shape estimation device S10A is irradiating infrared rays for distance measurement in the direction of the bucket 6. The first shape estimation device S10A may also be attached to other parts of the excavation attachment AT, such as the back or side of the arm 5, or the ventral surface, side, or back of the boom 4. Alternatively, the first shape estimation device S10A may be attached to the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, or the bucket cylinder 9.
また、第1形状想定装置S10Aは、キャビン10の前面等、ショベル100の特定の部分が監視範囲に含まれるように構成されている。図8に示す例では、第1形状想定装置S10Aは、キャビン10の前面に貼り付けられたAR(拡張現実)マーカMKを認識できるように構成されている。第1形状推定装置S10Aは、ARマーカMKを認識することにより、自身(第1形状推定装置S10A)の現在の姿勢を導き出すことができる。尚、図8において、第1形状推定装置S10Aからキャビン10に向かって延びる一点鎖線矢印は、第1形状推定装置S10AがARマーカMKを撮像していることを表している。
The first shape estimation device S10A is configured to include specific parts of the excavator 100, such as the front of the cabin 10, in its monitoring range. In the example shown in FIG. 8, the first shape estimation device S10A is configured to recognize an AR (augmented reality) marker MK attached to the front of the cabin 10. The first shape estimation device S10A can derive its own (the first shape estimation device S10A) current posture by recognizing the AR marker MK. In FIG. 8, the dashed arrow extending from the first shape estimation device S10A toward the cabin 10 indicates that the first shape estimation device S10A is capturing an image of the AR marker MK.
図8に示す例では、第1形状推定装置S10Aは、バケット6内に取り込まれている物の形状を測定するためのRGB-Dセンサと、ARマーカMKを撮像するためのRGB-Dセンサとを含む。しかしながら、第1形状推定装置S10Aは、バケット6内に取り込まれている物の形状を測定でき、且つ、ARマーカMKを撮像できるRGB-Dセンサを含んでいてもよい。或いは、ARマーカMKを撮像するためのRGB-Dセンサは、単眼カメラで置き換えられてもよい。或いは、バケット6内に取り込まれている物の形状を測定するためのRGB-Dセンサは、LIDAR又はステレオカメラ等で置き換えられてもよい。
In the example shown in FIG. 8, the first shape estimation device S10A includes an RGB-D sensor for measuring the shape of an object taken into the bucket 6, and an RGB-D sensor for capturing an image of the AR marker MK. However, the first shape estimation device S10A may include an RGB-D sensor that can measure the shape of an object taken into the bucket 6 and capture an image of the AR marker MK. Alternatively, the RGB-D sensor for capturing an image of the AR marker MK may be replaced with a monocular camera. Alternatively, the RGB-D sensor for measuring the shape of an object taken into the bucket 6 may be replaced with a LIDAR or stereo camera, etc.
第1形状想定装置S10Aは、ARマーカMKを認識する代わりに、ショベル100の一部の特徴的な立体形状を認識するように構成されていてもよい。ショベル100の一部の特徴的な立体形状は、例えば、キャビン10の下部前端の突起若しくは凹部、又は、旋回フレームの前端の突起若しくは凹部等である。また、第1形状想定装置S10Aは、ARマーカMKを認識する代わりに、上部旋回体3に貼り付けられたQRコード(登録商標)等の二次元コードを認識するように構成されていてもよい。すなわち、第1形状想定装置S10Aは、自身が取得した情報から自身の位置及び姿勢を導き出すことができるのであれば、どのような情報を認識するように構成されていてもよい。
The first shape assumption device S10A may be configured to recognize a characteristic three-dimensional shape of a part of the shovel 100, instead of recognizing the AR marker MK. The characteristic three-dimensional shape of a part of the shovel 100 may be, for example, a protrusion or recess at the front end of the lower part of the cabin 10, or a protrusion or recess at the front end of the rotating frame. Also, the first shape assumption device S10A may be configured to recognize a two-dimensional code such as a QR code (registered trademark) affixed to the upper rotating body 3, instead of recognizing the AR marker MK. In other words, the first shape assumption device S10A may be configured to recognize any information as long as it can derive its own position and attitude from the information it acquires.
第2形状推定装置S10Cは、バケット6の形状を推定できるように構成されている。図8に示す例では、第2形状推定装置S10Cは、キャビン10の下部前端に取り付けられた3台のRGB-Dセンサで構成され、取得した情報をコントローラ30に向けて送信できるように構成されている。但し、第2形状推定装置S10Cは、キャビン10の上部前端等、上部旋回体3の他の部分に取り付けられていてもよい。また、第2形状推定装置S10Cは、1台のRGB-Dセンサで構成されていてもよく、1台若しくは複数台のLIDAR若しくはステレオカメラ等で構成されていてもよい。
The second shape estimation device S10C is configured to be able to estimate the shape of the bucket 6. In the example shown in FIG. 8, the second shape estimation device S10C is configured with three RGB-D sensors attached to the lower front end of the cabin 10, and is configured to be able to transmit acquired information to the controller 30. However, the second shape estimation device S10C may also be attached to other parts of the upper rotating body 3, such as the upper front end of the cabin 10. The second shape estimation device S10C may also be configured with one RGB-D sensor, or one or more LIDAR or stereo cameras, etc.
図8に示す例では、バケット状態推定部61は、第2形状推定装置S10Cの出力に基づき、バケット6の状態、すなわち、バケット6の形状、及び、バケット6の現在の姿勢を推定できるように構成されている。
In the example shown in FIG. 8, the bucket state estimation unit 61 is configured to estimate the state of the bucket 6, i.e., the shape of the bucket 6 and the current attitude of the bucket 6, based on the output of the second shape estimation device S10C.
具体的には、バケット状態推定部61は、第2形状推定装置S10CとしてのRGB-Dセンサが取得した、バケット6の正面FS(図8の太い点線参照。)に関する点群データに基づき、バケット6の状態を推定する。尚、図8において、第2形状推定装置S10Cからバケット6に向かって延びる一点鎖線矢印は、第2形状推定装置S10Cがバケット6の方向に測距用の赤外線を照射していることを表している。
Specifically, the bucket state estimation unit 61 estimates the state of the bucket 6 based on point cloud data relating to the front surface FS of the bucket 6 (see the thick dotted line in FIG. 8) acquired by an RGB-D sensor serving as the second shape estimation device S10C. Note that in FIG. 8, the dashed-dotted arrow extending from the second shape estimation device S10C toward the bucket 6 indicates that the second shape estimation device S10C is irradiating infrared rays for distance measurement in the direction of the bucket 6.
より具体的には、バケット状態推定部61は、バケット6に関する点群データに対してRANSAC(Random sample consensus)アルゴリズムを適用し、バケット6の正面FSを検出する。そして、バケット状態推定部61は、検出した正面FSの位置及び姿勢からバケット6の位置及び姿勢を推定する。そして、バケット状態推定部61は、推定したバケット6の位置及び姿勢と、バケット6のCADモデルとに基づき、バケット6の外表面に関する点群データ(第1点群データ)を導き出す。
More specifically, the bucket state estimation unit 61 applies a RANSAC (Random sample consensus) algorithm to the point cloud data related to the bucket 6 to detect the front surface FS of the bucket 6. The bucket state estimation unit 61 then estimates the position and attitude of the bucket 6 from the position and attitude of the detected front surface FS. The bucket state estimation unit 61 then derives point cloud data (first point cloud data) related to the outer surface of the bucket 6 based on the estimated position and attitude of the bucket 6 and the CAD model of the bucket 6.
土砂形状推定部62は、第1形状推定装置S10AとしてのRGB-Dセンサの出力に基づいてバケット6内に入っている物(例えば土砂等)の表面の形状を推定する。具体的には、土砂形状推定部62は、第1形状推定装置S10AとしてのRGB-Dセンサの出力に基づき、バケット6及びバケット6内に入っている土砂(すなわち対象物)以外の非対象物に関する点群データ(第2点群データ)を導き出す。
The soil shape estimation unit 62 estimates the surface shape of the object (e.g., soil) contained in the bucket 6 based on the output of the RGB-D sensor serving as the first shape estimation device S10A. Specifically, the soil shape estimation unit 62 derives point cloud data (second point cloud data) relating to non-target objects other than the bucket 6 and the soil contained in the bucket 6 (i.e., the target object) based on the output of the RGB-D sensor serving as the first shape estimation device S10A.
体積推定部63は、バケット状態推定部61が導き出したバケット6の外表面に関する点群データ(第1点群データ)と、土砂形状推定部62が導き出した非対象物に関する点群データ(第2点群データ)とを合成することにより、バケット6内に取り込まれている物の体積を推定できるように構成されている。
The volume estimation unit 63 is configured to estimate the volume of the object taken into the bucket 6 by combining the point cloud data (first point cloud data) relating to the outer surface of the bucket 6 derived by the bucket state estimation unit 61 and the point cloud data (second point cloud data) relating to the non-target object derived by the soil shape estimation unit 62.
上述の構成により、コントローラ30(形状推定部60)は、バケット6内に取り込まれている土砂の体積Vを正確に推定できる。
The above-mentioned configuration allows the controller 30 (shape estimation unit 60) to accurately estimate the volume V of the soil and sand taken into the bucket 6.
尚、コントローラ30(形状推定部60)は、任意のタイミングで体積Vを推定できるが、所定のタイミングで体積Vを推定するように構成されていてもよい。例えば、コントローラ30は、第2形状推定装置S10Cの出力に基づいてバケット6の姿勢を継続的に導き出し、バケット6の姿勢が所定の姿勢になったときに体積Vを推定するように構成されていてもよい。
The controller 30 (shape estimation unit 60) can estimate the volume V at any timing, but may also be configured to estimate the volume V at a predetermined timing. For example, the controller 30 may be configured to continuously derive the attitude of the bucket 6 based on the output of the second shape estimation device S10C, and estimate the volume V when the attitude of the bucket 6 becomes a predetermined attitude.
また、コントローラ30(形状推定部60)は、複数回の推定結果に基づいて算出される統計値を体積Vとしてもよい。統計値は、例えば、平均値、最大値、最小値、最頻値、又は中央値等である。
The controller 30 (shape estimation unit 60) may also set a statistical value calculated based on multiple estimation results as the volume V. The statistical value may be, for example, an average value, a maximum value, a minimum value, a mode value, or a median value.
また、図8に示す例では、掘削アタッチメントに関する姿勢センサ(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)は、省略されてもよい。コントローラ30は、第1形状推定装置S10Aの出力に基づき、第1形状推定装置S10Aが取り付けられたアーム5の位置及び姿勢を導き出し、アーム5の位置及び姿勢からブーム4の位置及び姿勢を導き出すことができるためである。また、コントローラ30は、第1形状推定装置S10A及び第2形状推定装置S10Cのうちの少なくとも一方の出力に基づき、バケット6の位置及び姿勢を導き出すことができるためである。すなわち、コントローラ30は、掘削アタッチメントに関する姿勢センサの出力を用いずとも、掘削アタッチメントの姿勢を導き出すことができるためである。
In the example shown in FIG. 8, the attitude sensors (boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, and bucket angle sensor S3) related to the excavation attachment may be omitted. This is because the controller 30 can derive the position and attitude of the arm 5 to which the first shape estimation device S10A is attached based on the output of the first shape estimation device S10A, and can derive the position and attitude of the boom 4 from the position and attitude of the arm 5. This is also because the controller 30 can derive the position and attitude of the bucket 6 based on the output of at least one of the first shape estimation device S10A and the second shape estimation device S10C. In other words, this is because the controller 30 can derive the attitude of the excavation attachment without using the output of the attitude sensors related to the excavation attachment.
但し、コントローラ30(形状推定部60)は、掘削アタッチメントに関する姿勢センサの出力と形状推定装置S10の出力とを用いてバケット6の状態を推定するように構成されていてもよい。2種類の出力を用いることによってバケット6の状態の推定精度を高めるためである。
However, the controller 30 (shape estimation unit 60) may be configured to estimate the state of the bucket 6 using the output of the attitude sensor related to the excavation attachment and the output of the shape estimation device S10. This is to improve the accuracy of estimating the state of the bucket 6 by using two types of output.
[ショベルの土砂重量検出機能に関する構成の詳細]
次に、図9を参照し、本発明の更に別の実施形態に係るショベル100の土砂重量検出機能に関する構成の詳細について説明する。図9は、ショベル100のうちの土砂重量検出機能に関する構成部分の一例を概略的に示す図である。
[Configuration details for excavator soil weight detection function]
Next, a detailed configuration of a soil weight detection function of a shovel 100 according to yet another embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration part of the shovel 100 that is related to the soil weight detection function.
図9に示す例では、形状推定部60は、バケット状態推定部61、土砂形状推定部62、及び体積推定部63に加え、バケット6で掘削した土砂の重量(土砂重量)を検出する機能に関する機能部として、重量算出部64、最大積載量検出部65、積載量算出部66、残積載量算出部67、及び重心算出部68を有する。
In the example shown in FIG. 9, the shape estimation unit 60 has, in addition to a bucket state estimation unit 61, a soil shape estimation unit 62, and a volume estimation unit 63, a weight calculation unit 64, a maximum load detection unit 65, a load calculation unit 66, a remaining load calculation unit 67, and a center of gravity calculation unit 68 as functional units related to the function of detecting the weight of the soil (soil weight) excavated by the bucket 6.
ここで、ショベル100によるダンプトラックへの土砂(積載物)の積み込み作業の動作の一例について説明する。
Here, we will explain an example of the operation of loading soil (cargo) onto a dump truck using the excavator 100.
まず、ショベル100は、掘削位置において、掘削アタッチメントを制御してバケット6により土砂を掘削する(掘削動作)。次に、ショベル100は、上部旋回体3を旋回させ、バケット6を掘削位置から排土位置へと移動する(旋回動作)。排土位置の下方には、ダンプトラックの荷台が配置されている。次に、ショベル100は、排土位置において、アタッチメントを制御してバケット6内の土砂を排土することにより、バケット6内の土砂をダンプトラックの荷台へと積み込む(排土動作)。次に、ショベル100は、上部旋回体3を旋回させ、バケット6を排土位置から掘削位置へと移動する(旋回動作)。これらの動作を繰り返すことにより、ショベル100は、掘削した土砂をダンプトラックの荷台へと積み込む。
First, the shovel 100 controls the excavation attachment at the excavation position to excavate soil with the bucket 6 (excavation operation). Next, the shovel 100 rotates the upper rotating body 3 to move the bucket 6 from the excavation position to the soil discharge position (swing operation). The bed of the dump truck is located below the soil discharge position. Next, the shovel 100 controls the attachment at the soil discharge position to discharge the soil in the bucket 6, thereby loading the soil in the bucket 6 onto the bed of the dump truck (soil discharge operation). Next, the shovel 100 rotates the upper rotating body 3 to move the bucket 6 from the soil discharge position to the excavation position (swing operation). By repeating these operations, the shovel 100 loads the excavated soil onto the bed of the dump truck.
重量算出部64は、バケット6内の土砂(積載物)の重量を算出するように構成されている。図9に示す例では、重量算出部64は、ブームシリンダ7の推力に基づいて土砂重量を算出する。例えば、重量算出部64は、ブームシリンダ7の推力と、上部旋回体3とブーム4とを連結するピンから土砂重心までの距離と、上部旋回体3とブーム4とを連結するピン回りのモーメントの式と、に基づいて土砂重量を算出する。
The weight calculation unit 64 is configured to calculate the weight of the soil (cargo) in the bucket 6. In the example shown in FIG. 9, the weight calculation unit 64 calculates the weight of the soil based on the thrust of the boom cylinder 7. For example, the weight calculation unit 64 calculates the weight of the soil based on the thrust of the boom cylinder 7, the distance from the pin connecting the upper rotating body 3 and the boom 4 to the center of gravity of the soil, and the equation for the moment around the pin connecting the upper rotating body 3 and the boom 4.
最大積載量検出部65は、土砂を積載する対象のダンプトラックの最大積載量を検出するように構成されている。例えば、最大積載量検出部65は、撮像装置S6で撮像された画像に基づいて、土砂を積載する対象のダンプトラックを特定する。「撮像装置S6で撮像された画像に基づいて」は、例えば、撮像装置S6が撮像した画像に1又は複数の画像処理を施すことによって得られる情報を利用することを意味する。次に、最大積載量検出部65は、特定されたダンプトラックの画像に基づいて、ダンプトラックの最大積載量を検出する。例えば、最大積載量検出部65は、特定されたダンプトラックの画像に基づいて、ダンプトラックの車種(サイズ等)を判定する。最大積載量検出部65は、車種と最大積載量とを対応付けしたテーブルを有しており、画像から判定した車種及びテーブルに基づいて、ダンプトラックの最大積載量を求める。尚、入力装置42によってダンプトラックの最大積載量及び車種等が入力され、最大積載量検出部65は、入力装置42の入力情報に基づいて、ダンプトラックの最大積載量を求めてもよい。
The maximum load detection unit 65 is configured to detect the maximum load of the dump truck to be loaded with soil and sand. For example, the maximum load detection unit 65 identifies the dump truck to be loaded with soil and sand based on an image captured by the imaging device S6. "Based on an image captured by the imaging device S6" means, for example, using information obtained by performing one or more image processing operations on the image captured by the imaging device S6. Next, the maximum load detection unit 65 detects the maximum load of the dump truck based on the image of the identified dump truck. For example, the maximum load detection unit 65 determines the vehicle type (size, etc.) of the dump truck based on the image of the identified dump truck. The maximum load detection unit 65 has a table that associates vehicle types with maximum loads, and determines the maximum load of the dump truck based on the vehicle type determined from the image and the table. The maximum load capacity and vehicle type of the dump truck may be input by the input device 42, and the maximum load capacity detection unit 65 may determine the maximum load capacity of the dump truck based on the input information of the input device 42.
積載量算出部66は、ダンプトラックに積載された土砂重量を算出するように構成されている。即ち、バケット6内の土砂がダンプトラックの荷台に排土される毎に、積載量算出部66は、重量算出部64で算出されたバケット6内の土砂の重量を、ダンプトラックの荷台に積載された土砂重量の合計である積載量(合計重量)に加算して積載量を更新する。尚、土砂を積載する対象のダンプトラックが新しいダンプトラックとなった場合には、積載量はリセットされる。
The load amount calculation unit 66 is configured to calculate the weight of the soil loaded on the dump truck. That is, each time the soil in the bucket 6 is discharged onto the bed of the dump truck, the load amount calculation unit 66 updates the load amount by adding the weight of the soil in the bucket 6 calculated by the weight calculation unit 64 to the load amount (total weight), which is the total weight of the soil loaded onto the bed of the dump truck. Note that if the dump truck to which the soil is to be loaded is a new dump truck, the load amount is reset.
残積載量算出部67は、最大積載量検出部65で検出したダンプトラックの最大積載量と、積載量算出部66で算出した現在の積載量との差を残積載量として算出するように構成されている。残積載量とは、ダンプトラックに積載可能な土砂の残りの重量である。
The remaining load calculation unit 67 is configured to calculate the difference between the maximum load of the dump truck detected by the maximum load detection unit 65 and the current load calculated by the load calculation unit 66 as the remaining load. The remaining load is the remaining weight of soil that can be loaded onto the dump truck.
重心算出部68は、バケット6内の土砂(積載物)の重心を算出するように構成されている。尚、土砂の重心の算出方法については後述される。
The center of gravity calculation unit 68 is configured to calculate the center of gravity of the soil (load) in the bucket 6. The method for calculating the center of gravity of the soil will be described later.
表示装置40には、重量算出部64で算出されたバケット6内の土砂の重量、最大積載量検出部65で検出されたダンプトラックの最大積載量、積載量算出部66で算出されたダンプトラックの積載量(荷台に積載された土砂重量の合計)、及び残積載量算出部67で算出されたダンプトラックの残積載量(積載可能な土砂の残りの重量)のうちの少なくとも1つが表示されてもよい。
The display device 40 may display at least one of the following: the weight of the soil in the bucket 6 calculated by the weight calculation unit 64, the maximum load of the dump truck detected by the maximum load detection unit 65, the load of the dump truck (the total weight of soil loaded on the bed) calculated by the load calculation unit 66, and the remaining load of the dump truck (the remaining weight of soil that can be loaded) calculated by the remaining load calculation unit 67.
また、表示装置40には、体積推定部63で推定されたバケット6内の土砂の体積、及び、バケット6内の土砂の重量と体積から導き出される土砂の密度のうちの少なくとも1つが表示されてもよい。
The display device 40 may also display at least one of the volume of the soil in the bucket 6 estimated by the volume estimation unit 63 and the density of the soil derived from the weight and volume of the soil in the bucket 6.
尚、ショベル100は、積載量が最大積載量を超えた場合、表示装置40に警告が出るように構成されていてもよい。また、ショベル100は、算出されたバケット6内の土砂の重量が残積載量を超える場合、表示装置40に警告が出るように構成されていてもよい。尚、警告は、表示装置40に表示される場合に限られず、音声出力装置43による音声出力であってもよい。これにより、ショベル100は、ダンプトラックの最大積載量を超えてダンプトラックに土砂が積載されることを防止できる。
The shovel 100 may be configured to issue a warning on the display device 40 when the load exceeds the maximum load. The shovel 100 may be configured to issue a warning on the display device 40 when the calculated weight of soil in the bucket 6 exceeds the remaining load. The warning does not have to be displayed on the display device 40, but may be output as sound by the sound output device 43. This allows the shovel 100 to prevent soil from being loaded onto the dump truck in excess of the maximum load of the dump truck.
ここで、図10を参照し、表示装置40に表示されるメイン画面41Vの構成例について説明する。図10のメイン画面41Vに表示される情報は、例えば、バケット6内の土砂の重量(現重量)、ダンプトラックの積載量(累積重量)、ダンプトラックの残積載量(残重量)、最大積載量(最大積載重量)、並びに、バケット6内に取り込まれている物の体積及び密度等に関する情報を含む。
Now, referring to FIG. 10, an example of the configuration of the main screen 41V displayed on the display device 40 will be described. The information displayed on the main screen 41V in FIG. 10 includes, for example, the weight of the soil in the bucket 6 (current weight), the load of the dump truck (cumulative weight), the remaining load of the dump truck (remaining weight), the maximum load (maximum load weight), and information regarding the volume and density of the objects taken into the bucket 6.
メイン画面41Vは、日時表示領域41a、走行モード表示領域41b、アタッチメント表示領域41c、燃費表示領域41d、エンジン制御状態表示領域41e、エンジン稼働時間表示領域41f、冷却水温表示領域41g、燃料残量表示領域41h、回転数モード表示領域41i、尿素水残量表示領域41j、作動油温表示領域41k、カメラ画像表示領域41m、現重量表示領域41p、累積重量表示領域41q、残重量表示領域41s、最大積載重量表示領域41t、体積表示領域41u、及び密度表示領域41wを含む。
The main screen 41V includes a date and time display area 41a, a driving mode display area 41b, an attachment display area 41c, a fuel consumption display area 41d, an engine control status display area 41e, an engine operating time display area 41f, a coolant temperature display area 41g, a remaining fuel amount display area 41h, a rotation speed mode display area 41i, a remaining amount of urea water display area 41j, a hydraulic oil temperature display area 41k, a camera image display area 41m, a current weight display area 41p, a cumulative weight display area 41q, a remaining weight display area 41s, a maximum load weight display area 41t, a volume display area 41u, and a density display area 41w.
走行モード表示領域41b、アタッチメント表示領域41c、エンジン制御状態表示領域41e、及び回転数モード表示領域41iは、ショベル100の設定状態に関する情報である設定状態情報を表示する領域である。燃費表示領域41d、エンジン稼働時間表示領域41f、冷却水温表示領域41g、燃料残量表示領域41h、尿素水残量表示領域41j、作動油温表示領域41k、現重量表示領域41p及び累積重量表示領域41qは、ショベル100の稼動状態に関する情報である稼動状態情報を表示する領域である。
The travel mode display area 41b, the attachment display area 41c, the engine control status display area 41e, and the rotation speed mode display area 41i are areas that display setting status information, which is information related to the setting status of the excavator 100. The fuel consumption display area 41d, the engine operating time display area 41f, the cooling water temperature display area 41g, the remaining fuel amount display area 41h, the remaining urea water amount display area 41j, the hydraulic oil temperature display area 41k, the current weight display area 41p, and the accumulated weight display area 41q are areas that display operating status information, which is information related to the operating status of the excavator 100.
具体的には、日時表示領域41aは、現在の日時を表示する領域である。走行モード表示領域41bは、現在の走行モードを表示する領域である。アタッチメント表示領域41cは、現在装着されているエンドアタッチメントを表す画像を表示する領域である。図10は、バケット6を表す画像が表示された状態を示している。
Specifically, the date and time display area 41a is an area that displays the current date and time. The driving mode display area 41b is an area that displays the current driving mode. The attachment display area 41c is an area that displays an image that represents the currently attached end attachment. Figure 10 shows the state in which an image that represents the bucket 6 is displayed.
燃費表示領域41dは、コントローラ30によって算出された燃費情報を表示する領域である。燃費表示領域41dは、生涯平均燃費又は区間平均燃費を表示する平均燃費表示領域41d1、瞬間燃費を表示する瞬間燃費表示領域41d2を含む。
The fuel efficiency display area 41d is an area that displays fuel efficiency information calculated by the controller 30. The fuel efficiency display area 41d includes an average fuel efficiency display area 41d1 that displays the lifetime average fuel efficiency or the section average fuel efficiency, and an instantaneous fuel efficiency display area 41d2 that displays the instantaneous fuel efficiency.
エンジン制御状態表示領域41eは、エンジン11の制御状態を表示する領域である。エンジン稼働時間表示領域41fは、エンジン11の累積稼働時間を表示する領域である。冷却水温表示領域41gは、現在のエンジン冷却水の温度状態を表示する領域である。燃料残量表示領域41hは、燃料タンクに貯蔵されている燃料の残量状態を表示する領域である。回転数モード表示領域41iは、エンジン回転数調節ダイヤルによって設定された現在の回転数モードを表示する領域である。尿素水残量表示領域41jは、尿素水タンクに貯蔵されている尿素水の残量状態を表示する領域である。作動油温表示領域41kは、作動油タンク内の作動油の温度状態を表示する領域である。
The engine control status display area 41e is an area that displays the control status of the engine 11. The engine operating time display area 41f is an area that displays the cumulative operating time of the engine 11. The coolant temperature display area 41g is an area that displays the current temperature state of the engine coolant. The remaining fuel amount display area 41h is an area that displays the remaining amount of fuel stored in the fuel tank. The rotation speed mode display area 41i is an area that displays the current rotation speed mode set by the engine rotation speed adjustment dial. The urea water remaining amount display area 41j is an area that displays the remaining amount of urea water stored in the urea water tank. The hydraulic oil temperature display area 41k is an area that displays the temperature state of the hydraulic oil in the hydraulic oil tank.
カメラ画像表示領域41mは、第1空間認識装置としての撮像装置S6が撮像した画像を表示する領域である。図10の例では、カメラ画像表示領域41mは、カメラS6Bが撮像した画像を表示している。カメラS6Bが撮像した画像は、ショベル100の後方の空間を映し出す後方画像であり、カウンタウェイトの画像3aを含む。
The camera image display area 41m is an area that displays an image captured by the imaging device S6, which serves as the first spatial recognition device. In the example of FIG. 10, the camera image display area 41m displays an image captured by the camera S6B. The image captured by the camera S6B is a rear image that shows the space behind the excavator 100, and includes an image 3a of the counterweight.
現重量表示領域41pは、バケット6内の土砂の重量(現重量)を表示する領域である。図10は、現重量が550kgであることを示している。
The current weight display area 41p is an area that displays the weight (current weight) of the soil in the bucket 6. Figure 10 shows that the current weight is 550 kg.
累積重量表示領域41qは、ダンプトラックの積載量(累積重量)を表示する領域である。図10は、累積重量が9500kgであることを示している。
The accumulated weight display area 41q is an area that displays the load (accumulated weight) of the dump truck. Figure 10 shows that the accumulated weight is 9,500 kg.
累積重量は、積み込み対象のダンプトラックが入れ替わる度にリセットされる。本実施形態では、コントローラ30は、ダンプトラックの入れ替わりを自動的に認識して累積重量を自動的にゼロにリセットするように構成されている。具体的には、コントローラ30は、撮像装置S6が撮像した画像を利用してダンプトラックの入れ替わりを認識する。コントローラ30は、通信装置を利用してダンプトラックの入れ替わりを認識してもよい。或いは、コントローラ30は、リセットボタンが押されたときに累積重量をリセットしてもよい。リセットボタンは、ソフトウェアボタンであってもよく、入力装置42、左操作レバー、又は右操作レバー等に配置されるハードウェアボタンであってもよい。
The accumulated weight is reset every time the dump truck to be loaded is replaced. In this embodiment, the controller 30 is configured to automatically recognize the replacement of the dump truck and automatically reset the accumulated weight to zero. Specifically, the controller 30 recognizes the replacement of the dump truck using an image captured by the imaging device S6. The controller 30 may recognize the replacement of the dump truck using a communication device. Alternatively, the controller 30 may reset the accumulated weight when a reset button is pressed. The reset button may be a software button or a hardware button arranged on the input device 42, the left operation lever, the right operation lever, or the like.
この構成により、ショベル100は、ダンプトラックの最大積載重量を超えて、ダンプトラックの荷台に土砂等の積載物が積み込まれてしまうのを防止できる。最大積載重量を超えて積載物が積み込まれていることが台貫での重量測定によって検知されると、ダンプトラックの運転者は、積み込みヤードに戻り、荷台に積み込まれた積載物の一部を下ろす作業を行う必要がある。ショベル100は、このような積載重量の調整作業の発生を防止できる。
With this configuration, the shovel 100 can prevent soil and other cargo from being loaded onto the bed of a dump truck in excess of the maximum load weight of the dump truck. When a load exceeding the maximum load weight is detected by weight measurement at the platform, the driver of the dump truck must return to the loading yard and unload some of the cargo from the bed. The shovel 100 can prevent this type of load weight adjustment work from occurring.
表示装置40は、所定の期間中に1又は複数台のダンプトラックの荷台に積み込まれた積載物の合計を表示するように構成されていてもよい。所定の期間は、例えば、1日の作業を開始する時刻から1日の作業を終了する時刻までの期間であってもよい。1日の作業によって作業現場から運び出された積載物の総重量を操作者又は管理者が容易に認識できるようにするためである。
The display device 40 may be configured to display the total weight of cargo loaded onto the beds of one or more dump trucks during a specified period. The specified period may be, for example, the period from the start of work for the day to the end of work for the day. This is to allow the operator or manager to easily recognize the total weight of cargo transported from the work site during work for the day.
また、コントローラ30は、撮像装置S6が撮像した画像に基づき、バケット6内の土砂がダンプトラックの荷台に積み込まれたことを認識した上で、現重量を積算するように構成されていてもよい。ダンプトラックの荷台以外の場所に移された土砂がダンプトラックに積み込まれた土砂として積算されてしまうのを防止するためである。
The controller 30 may also be configured to recognize that the soil in the bucket 6 has been loaded onto the bed of the dump truck based on the image captured by the imaging device S6, and then calculate the current weight. This is to prevent soil that has been moved to a location other than the bed of the dump truck from being calculated as soil that has been loaded onto the dump truck.
コントローラ30は、アタッチメントの姿勢に基づき、バケット6内の土砂がダンプトラックの荷台に積み込まれたか否かを判定してもよい。具体的には、コントローラ30は、例えば、バケット6の高さが所定値(例えば、ダンプトラックの荷台の高さ)を超え且つバケット6が開かれた場合に、土砂がダンプトラックの荷台に積み込まれたと判定してもよい。
The controller 30 may determine whether the soil in the bucket 6 has been loaded onto the bed of the dump truck based on the posture of the attachment. Specifically, the controller 30 may determine that the soil has been loaded onto the bed of the dump truck when, for example, the height of the bucket 6 exceeds a predetermined value (e.g., the height of the bed of the dump truck) and the bucket 6 is opened.
残重量表示領域41sは、残重量を表示する領域である。最大積載重量表示領域41tは、最大積載重量を表示する領域である。図10は、累積重量が9500kgで、残重量が500kgで、且つ、最大積載重量が10000kgであることを示している。但し、表示装置40は、残重量を表示させずに最大積載重量を表示させてもよい。
The remaining weight display area 41s is an area that displays the remaining weight. The maximum load weight display area 41t is an area that displays the maximum load weight. Figure 10 shows that the accumulated weight is 9,500 kg, the remaining weight is 500 kg, and the maximum load weight is 10,000 kg. However, the display device 40 may display the maximum load weight without displaying the remaining weight.
体積表示領域41uは、バケット6内の土砂の体積を表示する領域である。図10は、体積が1.00m3であることを示している。密度表示領域41wは、バケット6内の土砂の密度を表示する領域である。図10は、体積が550kg/m3であることを示している。
The volume display area 41u is an area that displays the volume of the soil in the bucket 6. Fig. 10 shows that the volume is 1.00 m3 . The density display area 41w is an area that displays the density of the soil in the bucket 6. Fig. 10 shows that the volume is 550 kg/ m3 .
メッセージ表示領域41m1には、メッセージが表示される。例えば、累積重量が最大積載重量を超過した場合にメッセージが表示される。これにより、コントローラ30は、オペレータに積み降ろし作業を促すことができ、ダンプトラックの過積載を防止することができる。
Messages are displayed in the message display area 41m1. For example, a message is displayed when the accumulated weight exceeds the maximum load weight. This enables the controller 30 to prompt the operator to perform loading and unloading operations, and prevents overloading of the dump truck.
[重量算出部64における土砂重量算出方法]
次に、図9を参照しつつ、図11を用いて、ショベル100の重量算出部64におけるバケット6内の土砂(積載物)の重量を算出する方法について説明する。
[Method of calculating soil weight in weight calculation unit 64]
Next, a method for calculating the weight of soil (cargo) in the bucket 6 by the weight calculation unit 64 of the shovel 100 will be described with reference to FIG. 9 and FIG. 11.
図11は、土砂重量の算出に関するパラメータを説明する模式図である。図11(a)はショベル100を示し、図11(b)はバケット6付近を示す。尚、以下の説明において、後述するピンP1とバケット重心G3及び土砂重心Gsが水平線L1上に配置されているものとして説明する。
Figure 11 is a schematic diagram explaining parameters related to the calculation of soil weight. Figure 11(a) shows the shovel 100, and Figure 11(b) shows the vicinity of the bucket 6. In the following explanation, it is assumed that the pin P1, bucket center of gravity G3, and soil center of gravity Gs, which will be described later, are located on the horizontal line L1.
ここで、上部旋回体3とブーム4を連結するピンをP1とする。上部旋回体3とブームシリンダ7を連結するピンをP2とする。ブーム4とブームシリンダ7を連結するピンをP3とする。ブーム4とアームシリンダ8を連結するピンをP4とする。アーム5とアームシリンダ8を連結するピンをP5とする。ブーム4とアーム5を連結するピンをP6とする。アーム5とバケット6を連結するピンをP7とする。また、ブーム4の重心をG1とする。アーム5の重心をG2とする。バケット6の重心をG3とする。バケット6に積載された土砂(積載物)の重心をGsとする。基準線L2は、ピンP7を通りバケット6の開口面と平行な線とする。また、ピンP1とブーム4の重心G1との距離をD1とする。ピンP1とアーム5の重心G2との距離をD2とする。ピンP1とバケット6の重心G3との距離をD3とする。ピンP1と土砂の重心Gsとの距離をDsとする。ピンP2とピンP3を結ぶ直線(一点鎖線)と、ピンP1との距離をDcとする。また、ブームシリンダ7のシリンダ圧による力をFb(矢印参照。)とする。また、ブーム重量(ブーム4の自重による重力)のうち、ピンP1とブーム重心G1を結ぶ直線に対して垂直方向の垂直成分をW1a(矢印参照。)とする。アーム重量(アーム5の自重による重力)のうち、ピンP1とアーム重心G2を結ぶ直線に対して垂直方向の垂直成分をW2aとする。バケット6の重量をW6とし、バケット6に積載された土砂(積載物)の重量をWs(矢印参照。)とする。
Here, the pin connecting the upper rotating body 3 and the boom 4 is defined as P1. The pin connecting the upper rotating body 3 and the boom cylinder 7 is defined as P2. The pin connecting the boom 4 and the boom cylinder 7 is defined as P3. The pin connecting the boom 4 and the arm cylinder 8 is defined as P4. The pin connecting the arm 5 and the arm cylinder 8 is defined as P5. The pin connecting the boom 4 and the arm 5 is defined as P6. The pin connecting the arm 5 and the bucket 6 is defined as P7. Furthermore, the center of gravity of the boom 4 is defined as G1. The center of gravity of the arm 5 is defined as G2. The center of gravity of the bucket 6 is defined as G3. The center of gravity of the soil (load) loaded in the bucket 6 is defined as Gs. The reference line L2 is a line that passes through pin P7 and is parallel to the opening surface of the bucket 6. Furthermore, the distance between pin P1 and the center of gravity G1 of the boom 4 is defined as D1. The distance between pin P1 and the center of gravity G2 of the arm 5 is defined as D2. The distance between pin P1 and the center of gravity G3 of bucket 6 is D3. The distance between pin P1 and the center of gravity Gs of the soil is Ds. The distance between pin P1 and the straight line (dotted line) connecting pins P2 and P3 and pin P1 is Dc. The force due to the cylinder pressure of boom cylinder 7 is Fb (see arrow). The vertical component of the boom weight (gravity due to the weight of boom 4) perpendicular to the straight line connecting pin P1 and the boom center of gravity G1 is W1a (see arrow). The vertical component of the arm weight (gravity due to the weight of arm 5) perpendicular to the straight line connecting pin P1 and the arm center of gravity G2 is W2a. The weight of bucket 6 is W6, and the weight of soil (load) loaded on bucket 6 is Ws (see arrow).
図11(a)に示すように、ピンP7の位置は、ブーム角度及びアーム角度により算出される。即ち、ピンP7の位置は、ブーム角度センサS1及びアーム角度センサS2の検出値に基づいて算出される。
As shown in FIG. 11(a), the position of pin P7 is calculated based on the boom angle and arm angle. That is, the position of pin P7 is calculated based on the detection values of boom angle sensor S1 and arm angle sensor S2.
また、図11(b)に示すように、ピンP7とバケット重心G3との位置関係(バケット6の基準線L2と、ピンP7とバケット重心G3を結ぶ直線との間の角度θ4。ピンP7とバケット重心G3との距離D4。)は、既定値である。また、ピンP7と土砂重心Gsとの位置関係(バケット6の基準線L2と、ピンP7と土砂重心Gsを結ぶ直線との間の角度θ5。ピンP7と土砂重心Gsとの距離D5。)は、例えば、実験的に予め求められ、コントローラ30に記憶されていてもよい。即ち、コントローラ30は、バケット角度センサS3の出力に基づいて、土砂重心Gs及びバケット重心G3の位置を推定することができる。
As shown in FIG. 11(b), the positional relationship between the pin P7 and the bucket center of gravity G3 (angle θ4 between the reference line L2 of the bucket 6 and the line connecting the pin P7 and the bucket center of gravity G3; distance D4 between the pin P7 and the bucket center of gravity G3) is a preset value. The positional relationship between the pin P7 and the soil center of gravity Gs (angle θ5 between the reference line L2 of the bucket 6 and the line connecting the pin P7 and the soil center of gravity Gs; distance D5 between the pin P7 and the soil center of gravity Gs) may be determined in advance, for example, experimentally and stored in the controller 30. That is, the controller 30 can estimate the positions of the soil center of gravity Gs and the bucket center of gravity G3 based on the output of the bucket angle sensor S3.
即ち、重心算出部68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の検出値に基づいて、所定の座標系における土砂重心Gsの位置を推定することができる。所定の座標系は、例えば、形状推定装置S10の位置を原点とする3次元直交座標系Σarmである。
That is, the center of gravity calculation unit 68 can estimate the position of the soil center of gravity Gs in a predetermined coordinate system based on the detection values of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, and the bucket angle sensor S3. The predetermined coordinate system is, for example, a three-dimensional orthogonal coordinate system Σarm with the position of the shape estimation device S10 as the origin.
但し、重心算出部68は、形状推定装置S10としてのLIDARの検出値に基づき、或いは、形状推定装置S10としてのLIDARの検出値と、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のそれぞれの検出値とに基づき、土砂重心Gsを推定してもよい。
However, the center of gravity calculation unit 68 may estimate the center of gravity Gs of the soil based on the detection value of the LIDAR as the shape estimation device S10, or based on the detection value of the LIDAR as the shape estimation device S10 and the detection values of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, and the bucket angle sensor S3.
次に、ピンP1回りの各モーメントの釣り合いの式は、以下の式(A1)で表すことができる。
Next, the equation for the balance of each moment around pin P1 can be expressed as the following equation (A1).
Ws×Ds+W1a×D1+W2a×D2+W3×D3=Fb×Dc ・・・(A1)
式(A1)を土砂重量Wsについて展開すると、以下の式(A2)で表すことができる。
Ws×Ds+W1a×D1+W2a×D2+W3×D3=Fb×Dc...(A1)
When equation (A1) is expanded with respect to the soil weight Ws, it can be expressed as the following equation (A2).
Ws=(Fb×Dc-(W1a×D1+W2a×D2+W3×D3))/Ds ・・・(A2)
ここで、ブームシリンダ7のシリンダ圧による力Fbは、ブームロッド圧センサS7R及びブームボトム圧センサS7Bのうちの少なくとも1つの検出値より算出される。距離Dc及びブーム重量の垂直成分W1aは、ブーム角度センサS1の検出値より算出される。アーム重量の垂直成分W2a及び距離D2は、ブーム角度センサS1及びアーム角度センサS2のそれぞれの検出値より算出される。距離D1及びバケット重量W3(バケット6の自重による重力)は既知の値である。また、土砂重心Gsとバケット重心G3を推定したことにより、距離Ds、距離D3も推定される。
Ws=(Fb×Dc-(W1a×D1+W2a×D2+W3×D3))/Ds...(A2)
Here, the force Fb due to the cylinder pressure of the boom cylinder 7 is calculated from at least one detection value of the boom rod pressure sensor S7R and the boom bottom pressure sensor S7B. The vertical component W2a of the arm weight and the distance D2 are calculated from the detection values of the boom angle sensor S1 and the arm angle sensor S2, respectively. The distance D1 and the bucket weight W3 (bucket 6 The gravity due to the weight of the bucket itself) is a known value. Furthermore, by estimating the center of gravity Gs of the soil and the center of gravity G3 of the bucket, the distances Ds and D3 can also be estimated.
よって、土砂重量Wsは、ブームシリンダ7のシリンダ圧の検出値(ブームロッド圧センサS7R、及び、ブームボトム圧センサS7Bのうちの少なくとも一方の検出値)、ブーム角度(ブーム角度センサS1の検出値)、及びアーム角度(アーム角度センサS2の検出値)に基づいて算出され得る。これにより、重量算出部64は、重心算出部68で推定した土砂重心Gsに基づいて土砂重量Wsを算出することができる。
The soil weight Ws can therefore be calculated based on the detection value of the cylinder pressure of the boom cylinder 7 (the detection value of at least one of the boom rod pressure sensor S7R and the boom bottom pressure sensor S7B), the boom angle (the detection value of the boom angle sensor S1), and the arm angle (the detection value of the arm angle sensor S2). This allows the weight calculation unit 64 to calculate the soil weight Ws based on the soil center of gravity Gs estimated by the center of gravity calculation unit 68.
重量算出部64は、望ましくは、ショベル100が規定動作を行っていると判定したときに、土砂重量Wsを算出する。ショベル100が規定動作を行っているか否かは、例えば、バケットシリンダ9のパイロット圧の検出値に基づいて、バケット6の姿勢を推定することにより、判定することができる。
The weight calculation unit 64 preferably calculates the soil weight Ws when it is determined that the shovel 100 is performing a specified operation. Whether or not the shovel 100 is performing a specified operation can be determined, for example, by estimating the attitude of the bucket 6 based on the detected value of the pilot pressure of the bucket cylinder 9.
尚、重量算出部64は、規定動作が行われているときには、バケット6の開口面が水平であるものとみなして、土砂重心を推定し、土砂重量を算出する。しかしながら、重量算出部64は、前方を撮像するカメラS6Fでバケット6を撮像し、その画像に基づいて、バケット6の姿勢を推定してもよい。また、重量算出部64は、カメラS6Fでバケット6を撮像し、その画像に基づいて、バケット6の開口面が水平であると判定した場合に土砂重心の推定及び土砂重量の算出を行ってもよい。
When the specified operation is being performed, the weight calculation unit 64 assumes that the opening surface of the bucket 6 is horizontal, estimates the center of gravity of the soil, and calculates the weight of the soil. However, the weight calculation unit 64 may also capture an image of the bucket 6 with the camera S6F that captures the front, and estimate the attitude of the bucket 6 based on that image. The weight calculation unit 64 may also capture an image of the bucket 6 with the camera S6F, and estimate the center of gravity of the soil and calculate the weight of the soil if it determines that the opening surface of the bucket 6 is horizontal based on that image.
このように、図9~図11に示す例では、コントローラ30は、バケット6内に取り込まれている物(土砂等)の重心を算出した上で、バケット6内に取り込まれている物の重量を算出するように構成されている。そのため、コントローラ30は、バケット6内に取り込まれている物の重量を正確に導き出すことができる。但し、コントローラ30は、バケット6内に取り込まれている物(土砂等)の重心を算出することなく、バケット6内に取り込まれている物の重量を算出してもよい。
In this way, in the examples shown in Figures 9 to 11, the controller 30 is configured to calculate the center of gravity of the object (soil, sand, etc.) taken into the bucket 6, and then calculate the weight of the object taken into the bucket 6. Therefore, the controller 30 can accurately derive the weight of the object taken into the bucket 6. However, the controller 30 may calculate the weight of the object taken into the bucket 6 without calculating the center of gravity of the object (soil, sand, etc.) taken into the bucket 6.
上述のように、本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る上部旋回体3と、上部旋回体3に取り付けられるアタッチメントと、アタッチメントを構成するバケット6と、アタッチメントに取り付けられる空間認識装置としての形状推定装置S10と、形状推定装置S10の出力に基づいてバケット6内に取り込まれた物の形状を算出する制御装置としてのコントローラ30と、を備えている。この構成により、ショベル100は、バケット6内に取り込まれた物の形状から、バケット6内に取り込まれている物の体積を取得できる。
As described above, the excavator 100 according to an embodiment of the present invention includes a lower traveling body 1, an upper rotating body 3 rotatably mounted on the lower traveling body 1, an attachment attached to the upper rotating body 3, a bucket 6 constituting the attachment, a shape estimation device S10 as a spatial recognition device attached to the attachment, and a controller 30 as a control device that calculates the shape of an object taken into the bucket 6 based on the output of the shape estimation device S10. With this configuration, the excavator 100 can obtain the volume of the object taken into the bucket 6 from the shape of the object taken into the bucket 6.
コントローラ30は、形状推定装置S10の出力と姿勢センサの出力とに基づいてバケット6内に取り込まれた物の形状を算出するように構成されていてもよい。姿勢センサは、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、及び旋回状態センサS5のうちの少なくとも1つである。例えば、コントローラ30は、形状推定装置S10の出力に基づいてバケット6内に取り込まれている土砂の表面(上面)の形状を算出することができる。また、コントローラ30は、姿勢センサの出力に基づいてバケット6の現在の位置及び姿勢を導き出すことができる。すなわち、コントローラ30は、バケット6内に取り込まれた土砂の底面(下面)に相当するバケット6の内面の位置及び姿勢を導き出すことができる。その結果、コントローラ30は、バケット6内に取り込まれている土砂の表面(上面)及び底面(下面)の形状、すなわち、バケット6内に取り込まれている土砂の外面の全体形状を導き出すことができる。この構成により、ショベル100は、バケット6内に取り込まれた物の外面の全体形状から、バケット6内に取り込まれている物の体積を取得できる。この場合、ショベル100は、予めバケット6内の土砂の密度がコントローラ30へ入力されている場合には、算出された体積に基づいてバケット6内の土砂の重量も算出することができる。
The controller 30 may be configured to calculate the shape of the object taken into the bucket 6 based on the output of the shape estimation device S10 and the output of the attitude sensor. The attitude sensor is, for example, at least one of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, the bucket angle sensor S3, the machine inclination sensor S4, and the turning state sensor S5. For example, the controller 30 can calculate the shape of the surface (upper surface) of the soil taken into the bucket 6 based on the output of the shape estimation device S10. The controller 30 can also derive the current position and attitude of the bucket 6 based on the output of the attitude sensor. That is, the controller 30 can derive the position and attitude of the inner surface of the bucket 6, which corresponds to the bottom surface (lower surface) of the soil taken into the bucket 6. As a result, the controller 30 can derive the shape of the surface (upper surface) and bottom surface (lower surface) of the soil taken into the bucket 6, that is, the overall shape of the outer surface of the soil taken into the bucket 6. With this configuration, the shovel 100 can obtain the volume of the object taken into the bucket 6 from the overall shape of the outer surface of the object taken into the bucket 6. In this case, if the density of the soil in the bucket 6 has been input in advance to the controller 30, the shovel 100 can also calculate the weight of the soil in the bucket 6 based on the calculated volume.
形状推定装置S10は、アタッチメントに取り付けられた空間認識装置と、上部旋回体3に取り付けられた空間認識装置とを含んでいてもよい。例えば、図8に示すように、形状推定装置S10は、アーム5の腹面に取り付けられた第1形状推定装置S10Aと、キャビン10の下部前端に取り付けられた第2形状推定装置S10Cとを含んでいてもよい。この構成により、ショベル100は、アタッチメントに取り付けられた空間認識装置ばかりでなく、上部旋回体3に取り付けられた空間認識装置によってもバケット6を測定できるため、バケット6の位置及び形状をより正確に推定できる。特に、上部旋回体3に取り付けられた空間認識装置がバケット6の正面FSを測定できるため、ショベル100は、バケット6の位置及び形状をより正確に推定できる。
The shape estimation device S10 may include a spatial recognition device attached to the attachment and a spatial recognition device attached to the upper rotating body 3. For example, as shown in FIG. 8, the shape estimation device S10 may include a first shape estimation device S10A attached to the ventral surface of the arm 5 and a second shape estimation device S10C attached to the lower front end of the cabin 10. With this configuration, the excavator 100 can measure the bucket 6 not only by the spatial recognition device attached to the attachment but also by the spatial recognition device attached to the upper rotating body 3, so that the position and shape of the bucket 6 can be estimated more accurately. In particular, since the spatial recognition device attached to the upper rotating body 3 can measure the front surface FS of the bucket 6, the excavator 100 can estimate the position and shape of the bucket 6 more accurately.
アタッチメントに取り付けられた空間認識装置としての形状推定装置S10は、バケット6を監視範囲内に含む第1の空間認識装置と、上部旋回体3を監視範囲に含む第2の空間認識装置とを含んでいてもよい。或いは、形状推定装置S10は、バケット6及び上部旋回体3を監視範囲に含む1又は複数の空間認識装置であってもよい。例えば、図8に示すように、空間認識装置としての第1形状推定装置S10Aは、バケット6を監視範囲内に含む第1の空間認識装置としてのRGB-Dセンサと、上部旋回体3を監視範囲に含む第2の空間認識装置としてのRGB-Dセンサとを含んでいてもよい。そして、バケット6を監視範囲内に含むRGB-Dセンサと、上部旋回体3を監視範囲に含むRGB-Dセンサとは、同じ1つのRGB-Dセンサであってもよく、別々のRGB-Dセンサであってもよい。この構成により、アタッチメントに取り付けられた形状推定装置S10は、バケット6の状態を測定できるばかりでなく、形状推定装置S10自体の状態をも測定できる。形状推定装置S10自体の状態は、例えば、形状推定装置S10の位置及び姿勢である。そのため、この構成では、姿勢センサは省略されてもよい。アタッチメントに取り付けられた形状推定装置S10は、自身が取得した情報に基づき、ブーム4、アーム5、及びバケット6の位置及び姿勢を認識できるためである。
The shape estimation device S10 as a spatial recognition device attached to the attachment may include a first spatial recognition device that includes the bucket 6 in its monitoring range and a second spatial recognition device that includes the upper rotating body 3 in its monitoring range. Alternatively, the shape estimation device S10 may be one or more spatial recognition devices that include the bucket 6 and the upper rotating body 3 in their monitoring range. For example, as shown in FIG. 8, the first shape estimation device S10A as a spatial recognition device may include an RGB-D sensor as a first spatial recognition device that includes the bucket 6 in its monitoring range and an RGB-D sensor as a second spatial recognition device that includes the upper rotating body 3 in its monitoring range. The RGB-D sensor that includes the bucket 6 in its monitoring range and the RGB-D sensor that includes the upper rotating body 3 in its monitoring range may be the same RGB-D sensor or may be separate RGB-D sensors. With this configuration, the shape estimation device S10 attached to the attachment can measure not only the state of the bucket 6, but also the state of the shape estimation device S10 itself. The state of the shape estimation device S10 itself is, for example, the position and attitude of the shape estimation device S10. Therefore, in this configuration, the attitude sensor may be omitted. This is because the shape estimation device S10 attached to the attachment can recognize the position and attitude of the boom 4, arm 5, and bucket 6 based on the information it acquires.
コントローラ30は、バケット6の設計データを用いてバケット6内に取り込まれた物の体積を推定するように構成されていてもよい。バケット6の設計データは、例えば、バケット6の幅、長さ、開口面と正面FSとの間の角度等を含む。バケット6の設計データは、例えば、ショベル100に搭載されている記憶装置にCADモデルとして記憶されていてもよい。この構成により、コントローラ30は、バケット6の正面FS等のバケット6の一部の位置及び姿勢に関する情報を取得するだけで、バケット6の全体の位置及び姿勢を導き出すことができる。そして、コントローラ30は、バケット6の全体の位置及び姿勢から、バケット6内に取り込まれている物の形状(特に、バケット6内に取り込まれている物の底面等、形状推定装置S10による測定が行われない部分の形状)を導き出すことができる。その結果、コントローラ30は、バケット6内に取り込まれている物の外面の全体形状を認識することができ、その全体形状から物の体積を導き出すことができる。
The controller 30 may be configured to estimate the volume of an object taken into the bucket 6 using design data of the bucket 6. The design data of the bucket 6 includes, for example, the width and length of the bucket 6, the angle between the opening surface and the front surface FS, and the like. The design data of the bucket 6 may be stored, for example, as a CAD model in a storage device mounted on the shovel 100. With this configuration, the controller 30 can derive the overall position and attitude of the bucket 6 simply by acquiring information on the position and attitude of a part of the bucket 6, such as the front surface FS of the bucket 6. Then, the controller 30 can derive the shape of the object taken into the bucket 6 (particularly, the shape of the part not measured by the shape estimation device S10, such as the bottom surface of the object taken into the bucket 6) from the overall position and attitude of the bucket 6. As a result, the controller 30 can recognize the overall shape of the outer surface of the object taken into the bucket 6, and can derive the volume of the object from the overall shape.
コントローラ30は、複数の時点での形状推定装置S10の出力に基づいてバケット6内に取り込まれた物の体積を推定するように構成されていてもよい。この場合、バケット6の姿勢は、各時点で異なる。例えば、コントローラ30は、第1時点においてバケット6が所定の第1姿勢になったときに推定した体積V、及び、第2時点においてバケット6が所定の第2姿勢になったときに推定した体積Vのうちの大きい方を最終的な体積Vとしてもよい。或いは、コントローラ30は、第1時点においてバケット6が所定の第1姿勢になったときに推定した体積V、第2時点においてバケット6が所定の第2姿勢になったときに推定した体積V、及び、第3時点においてバケット6が所定の第3姿勢になったときに推定した体積Vのうちの最小値を最終的な体積Vとしてもよい。この構成により、コントローラ30は、推定する体積Vの精度を高めることができる。1つの時点で推定した不適切な体積Vの値によって最終的な体積Vの値が決まってしまうのを抑制或いは防止できるためである。
The controller 30 may be configured to estimate the volume of the object taken into the bucket 6 based on the output of the shape estimation device S10 at multiple points in time. In this case, the posture of the bucket 6 is different at each point in time. For example, the controller 30 may set the larger of the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined first posture at a first point in time and the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined second posture at a second point in time as the final volume V. Alternatively, the controller 30 may set the final volume V as the minimum value of the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined first posture at a first point in time, the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined second posture at a second point in time, and the volume V estimated when the bucket 6 is in a predetermined third posture at a third point in time. With this configuration, the controller 30 can increase the accuracy of the estimated volume V. This is because it is possible to suppress or prevent the value of the final volume V from being determined by an inappropriate value of the volume V estimated at one point in time.
コントローラ30は、アタッチメントを駆動する油圧アクチュエータにおける作動油の圧力に基づいてバケット6内に取り込まれた物の重量を算出し、且つ、バケット6内に取り込まれた物の重量と体積とに基づいてその物の密度を算出するように構成されていてもよい。例えば、コントローラ30は、ブームボトム圧に基づいてバケット6内に取り込まれた土砂の重量を算出し、その土砂の重量と上述の処理によって導き出した土砂の体積とに基づいてその土砂の密度を算出してもよい。この構成により、コントローラ30は、バケット6内に取り込まれている物の密度を導き出すことができる。そして、コントローラ30は、例えば、物の密度を一旦導き出した後は、ブーム上げ操作が行われる度に物の重量を導き出すことなく、物の体積を導き出すだけで物の重量を算出できる。
The controller 30 may be configured to calculate the weight of an object taken into the bucket 6 based on the pressure of the hydraulic oil in the hydraulic actuator that drives the attachment, and to calculate the density of the object based on the weight and volume of the object taken into the bucket 6. For example, the controller 30 may calculate the weight of the soil taken into the bucket 6 based on the boom bottom pressure, and calculate the density of the soil based on the weight of the soil and the volume of the soil derived by the above-mentioned process. With this configuration, the controller 30 can derive the density of the object taken into the bucket 6. Then, for example, after the controller 30 has once derived the density of the object, it can calculate the weight of the object simply by deriving the volume of the object without having to derive the weight of the object each time a boom raising operation is performed.
コントローラ30は、バケット6内に取り込まれた土砂の密度に基づいてその土砂の特性を導き出すように構成されていてもよい。例えば、コントローラ30は、上述の処理で導き出した土砂の密度を検索キーとして、ショベル100に搭載されている記憶装置に予め記憶された土砂特性テーブルを参照することにより、その密度に対応する土砂特性を導き出してもよい。この構成により、コントローラ30は、例えば、導き出した土砂特性に関する情報をショベル100の操作者に提示できる。或いは、コントローラ30は、導き出した土砂特性に応じ、マシンガイダンス機能又はマシンコントロール機能によって実現されるショベル100の動きを調整できる。
The controller 30 may be configured to derive the characteristics of the soil taken into the bucket 6 based on the density of the soil. For example, the controller 30 may use the density of the soil derived in the above-mentioned process as a search key, and derive the soil characteristics corresponding to that density by referring to a soil characteristics table pre-stored in a storage device mounted on the shovel 100. With this configuration, the controller 30 can, for example, present information on the derived soil characteristics to the operator of the shovel 100. Alternatively, the controller 30 can adjust the movement of the shovel 100, which is realized by the machine guidance function or the machine control function, according to the derived soil characteristics.
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素及びその配置、条件、及び形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更され得る。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わされてもよい。
The present embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. Design modifications to these specific examples made by a person skilled in the art are also included within the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. The elements of each of the specific examples described above and their arrangements, conditions, shapes, etc. are not limited to those exemplified and may be modified as appropriate. The elements of each of the specific examples described above may be combined as appropriate as long as no technical contradictions arise.