JP7655504B2 - Excavator - Google Patents
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Description
本開示は、ショベルに関する。 This disclosure relates to a shovel.
例えば、作業環境(掘削対象の地面の硬さ)に応じて、バケットの角度を変更する技術が知られている(特許文献1参照)。 For example, there is a known technology that changes the bucket angle depending on the work environment (hardness of the ground to be excavated) (see Patent Document 1).
しかしながら、上述の技術では、バケットの角度が自動で変更されるだけである。そのため、例えば、マシンコントロール(MC:Machine Control)機能によって、自動でアタッチメントに掘削動作を行わせる場合に、作業効率やエネルギ消費効率等の各種の効率を考慮して、バケットの目標軌道の設定可能であることが望ましい。 However, the above-mentioned technology only changes the bucket angle automatically. Therefore, for example, when the machine control (MC) function is used to automatically cause the attachment to perform excavation operations, it is desirable to be able to set the target trajectory of the bucket taking into account various efficiencies such as work efficiency and energy consumption efficiency.
そこで、上記課題に鑑み、ショベルの各種の効率を考慮して、ショベルの掘削動作時におけるバケットの目標軌道を設定可能な技術を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the objective is to provide a technology that can set a target trajectory for the bucket during excavation operations of a shovel, taking into account various efficiencies of the shovel.
上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム、及びバケットを含む作業アタッチメントと、
前記ブームを駆動するブームシリンダ、前記アームを駆動するアームシリンダ、及び前記バケットを駆動するバケットシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータを制御するコントロールバルブと、
予め設定される、作業効率とエネルギ消費効率との間の優先度合いに基づき、前記作業アタッチメントの動作を伴うショベルの動作の際の前記バケットの目標軌道を設定する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、エネルギ消費効率に対して作業効率の優先度合いが高くなるほど、ショベルの動作での作業量が大きくなり、作業効率に対してエネルギ消費効率の優先度合いが高くなるほど、ショベルの動作での作業量が小さくなるように、前記バケットの目標軌道を設定する、
ショベルが提供される。
In order to achieve the above object, in one embodiment of the present disclosure,
A lower running body;
An upper rotating body rotatably mounted on the lower traveling body;
A work attachment attached to the upper rotating body and including a boom, an arm, and a bucket;
a plurality of hydraulic actuators including a boom cylinder that drives the boom, an arm cylinder that drives the arm, and a bucket cylinder that drives the bucket;
a control valve for controlling the plurality of hydraulic actuators;
a control device that sets a target trajectory of the bucket during operation of the shovel involving operation of the work attachment based on a predetermined priority between work efficiency and energy consumption efficiency ,
the control device sets the target trajectory of the bucket such that the higher the priority of work efficiency over energy consumption efficiency, the greater the amount of work in the operation of the shovel, and the higher the priority of energy consumption efficiency over work efficiency, the smaller the amount of work in the operation of the shovel .
Shovel provided.
上述の実施形態によれば、ショベルの各種の効率を考慮して、ショベルの掘削動作時におけるバケットの目標軌道を設定することができる。 According to the above-described embodiment, the target trajectory of the bucket during the excavation operation of the shovel can be set taking into account various efficiencies of the shovel.
以下、図面を参照して実施形態について説明する。 The following describes the embodiment with reference to the drawings.
[ショベルの概要]
まず、図1、図2を参照して、本実施形態に係るショベル100の概要について説明をする。
[Outline of the excavator]
First, an overview of a
図1、図2は、それぞれ、本実施形態に係るショベル100の上面図及び側面図である。
Figures 1 and 2 are a top view and a side view, respectively, of a
図1、図2に示すように、本実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、旋回機構2を介して旋回自在に下部走行体1に搭載される上部旋回体3と、各種作業を行うためのアタッチメントATと、キャビン10とを備える。以下、ショベル100(上部旋回体3)の前方は、ショベル100を上部旋回体3の旋回軸に沿って真上から平面視(上面視)で見たときに、上部旋回体3に対するアタッチメントが延び出す方向に対応する。また、ショベル100(上部旋回体3)の左方及び右方は、それぞれ、キャビン10内の操縦席に着座するオペレータから見た左方及び右方に対応する。
As shown in Figures 1 and 2, the
尚、後述の如く、ショベル100が遠隔操作される場合や完全自動運転によって動作する場合、キャビン10は、省略されてもよい。
As described below, when the
下部走行体1は、例えば、左右一対のクローラ1Cを含む。具体的には、クローラ1Cは、左クローラ1CL、及び右クローラ1CRを含む。下部走行体1は、左クローラ1CL、及び右クローラ1CRが左側の走行油圧モータ2ML及び右側の走行油圧モータ2MR(図3参照)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。
The lower traveling body 1 includes, for example, a pair of left and
上部旋回体3は、旋回機構2が旋回油圧モータ2Aで油圧駆動されることにより、下部走行体1に対して旋回する。
The upper rotating
アタッチメントAT(作業アタッチメントの一例)は、ブーム4、アーム5、及びバケット6を含む。
The attachment AT (an example of a work attachment) includes a
ブーム4は、上部旋回体3の前部中央に俯仰可能に取り付けられ、ブーム4の先端には、アーム5が上下回動可能に取り付けられ、アーム5の先端には、バケット6が上下回動可能に取り付けられる。
The
バケット6は、エンドアタッチメントの一例である。バケット6は、例えば、掘削作業等に用いられる。また、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が取り付けられてもよい。他のエンドアタッチメントは、例えば、大型バケット、法面用バケット、浚渫用バケット等の他の種類のバケットであってよい。また、他のエンドアタッチメントは、攪拌機、ブレーカ、グラップル等のバケット以外の種類のエンドアタッチメントであってもよい。
The
ブーム4、アーム5、及びバケット6は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9により油圧駆動される。
The
尚、ショベル100は、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素の一部が電気駆動される構成であってもよい。即ち、ショベル100は、被駆動要素の一部が電動アクチュエータで駆動される、ハイブリッドショベルや電動ショベル等であってもよい。
The
キャビン10は、オペレータが搭乗する操縦室であり、上部旋回体3の前部左側に搭載される。
The
尚、後述の如く、ショベル100が遠隔操作される場合や完全自動運転によって動作する場合、キャビン10は省略されてもよい。
As described below, the
また、ショベル100は、例えば、通信装置T1を搭載し、所定の通信回線を通じて、外部装置と相互に通信可能であってよい。
The
通信回線には、例えば、広域ネットワーク(WAN:Wide Area Network)が含まれる。広域ネットワークには、例えば、基地局を末端とする移動体通信網が含まれてよい。また、広域ネットワークには、例えば、ショベル100の上空の通信衛星を利用する衛星通信網が含まれてもよい。また、広域ネットワークには、例えば、インターネット網が含まれてもよい。また、通信回線には、例えば、外部装置が設置される施設等のローカルネットワーク(LAN:Local Area Network)が含まれてもよい。ローカルネットワークは、無線回線であってもよいし、有線回線であってもよいし、その両方を含む回線であってよい。また、通信回線には、例えば、WiFiやブルートゥース(登録商標)等の所定の無線通信方式に基づく近距離通信回線が含まれてもよい。
The communication line may include, for example, a wide area network (WAN). The wide area network may include, for example, a mobile communication network with a base station as its terminal. The wide area network may also include, for example, a satellite communication network that uses a communication satellite above the
外部装置は、例えば、ショベル100の稼働状態や運用状態等を管理(監視)する管理装置200(図5参照)である。これにより、ショベル100は、各種情報を管理装置200に送信(アップロード)したり、管理装置200から各種の信号(例えば、情報信号や制御信号)等を受信したりすることができる。
The external device is, for example, a management device 200 (see FIG. 5) that manages (monitors) the operating status and operational status of the
管理装置200は、例えば、ショベル100の作業現場とは異なる遠隔の場所に設置されるクラウドサーバやオンプレミスサーバである。また、管理装置200は、例えば、ショベル100の作業現場の内部(例えば、作業現場の管理事務所等)や作業現場から相対的に近い場所(例えば、近隣の基地局等の通信施設)に設置されるエッジサーバであってもよい。また、管理装置200は、作業現場で利用される管理用の端末装置であってもよい。
The
また、外部装置は、例えば、ショベル100のユーザが利用する端末装置(ユーザ端末)であってもよい。ショベル100のユーザには、例えば、ショベル100のオペレータ、サービスマン、管理者、所有者(オーナ)等が含まれる。これにより、ショベル100は、各種情報をユーザ端末に送信、ショベル100のユーザにショベル100に関する情報を提供することができる。
The external device may also be, for example, a terminal device (user terminal) used by a user of the
ショベル100は、キャビン10に搭乗するオペレータの操作に応じて、アクチュエータ(例えば、油圧アクチュエータ)を動作させ、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等の動作要素(以下、「被駆動要素」)を駆動する。
The
また、ショベル100は、キャビン10のオペレータにより操作可能に構成されるのに代えて、或いは、加えて、ショベル100の外部から遠隔操作(リモート操作)が可能に構成されてもよい。ショベル100が遠隔操作される場合、キャビン10の内部は、無人状態であってもよい。以下、オペレータの操作には、キャビン10のオペレータによる操作装置26に対する操作、及び外部のオペレータによる遠隔操作の少なくとも一方が含まれる前提で説明を進める。
In addition to or instead of being configured to be operable by an operator in the
遠隔操作には、例えば、所定の外部装置(例えば、上述の管理装置200)で行われるショベル100のアクチュエータに関するユーザ(オペレータ)からの入力によって、ショベル100が操作される態様が含まれる。この場合、ショベル100は、例えば、後述の空間認識装置70(撮像装置)の出力に基づくショベル100の周囲の画像情報(以下、「周囲画像」)を外部装置に送信し、画像情報は、外部装置に設けられる表示装置(以下、「遠隔操作用表示装置」)に表示されてよい。また、ショベル100のキャビン10内の表示装置D1に表示される各種の情報画像(情報画面)は、同様に、外部装置の遠隔操作用表示装置にも表示されてよい。これにより、外部装置のオペレータは、例えば、遠隔操作用表示装置に表示されるショベル100の周囲の様子を表す周囲画像や各種の情報画像等の表示内容を確認しながら、ショベル100を遠隔操作することができる。そして、ショベル100は、外部装置から受信される、遠隔操作の内容を表す遠隔操作信号に応じて、アクチュエータを動作させ、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等の被駆動要素を駆動してよい。
The remote operation includes, for example, an operation of the
また、遠隔操作には、例えば、ショベル100の周囲の人(例えば、作業者)のショベル100に対する外部からの音声入力やジェスチャ入力等によって、ショベル100が操作される態様が含まれてよい。具体的には、ショベル100は、ショベル100(自機)に搭載される音声入力装置(例えば、マイクロフォン)や撮像装置等を通じて、周囲の作業者等により発話される音声や作業者等により行われるジェスチャ等を認識する。そして、ショベル100は、認識した音声やジェスチャ等の内容に応じて、アクチュエータを動作させ、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等の被駆動要素を駆動してよい。
Remote operation may also include a mode in which the
また、ショベル100は、オペレータの操作の内容に依らず、自動でアクチュエータを動作させてもよい。これにより、ショベル100は、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素の少なくとも一部を自動で動作させる機能、即ち、いわゆる「自動運転機能」或いは「マシンコントロール機能」を実現する。
The
自動運転機能には、オペレータの操作装置26に対する操作や遠隔操作に応じて、操作対象の被駆動要素(アクチュエータ)以外の被駆動要素(アクチュエータ)を自動で動作させる機能、即ち、いわゆる「半自動運機能」或いは「操作支援型のマシンコントロール機能」が含まれてよい。また、自動運転機能には、オペレータの操作装置26に対する操作や遠隔操作がない前提で、複数の被駆動要素(油圧アクチュエータ)の少なくとも一部を自動で動作させる機能、即ち、いわゆる「完全自動運転機能」或いは「完全自動型のマシンコントロール機能」が含まれてもよい。ショベル100において、完全自動運転機能が有効な場合、キャビン10の内部は無人状態であってよい。また、半自動運転機能や完全自動運転機能等には、自動運転の対象の被駆動要素(アクチュエータ)の動作内容が予め規定されるルールに従って自動的に決定される態様が含まれてよい。また、半自動運転機能や完全自動運転機能等には、ショベル100が自律的に各種の判断を行い、その判断結果に沿って、自律的に自動運転の対象の被駆動要素(油圧アクチュエータ)の動作内容が決定される態様(いわゆる「自律運転機能」)が含まれてもよい。
The automatic operation function may include a function of automatically operating a driven element (actuator) other than the driven element (actuator) to be operated in response to an operator's operation of the operating
[ショベルの構成]
次に、図1、図2に加えて、図3、図4を参照して、ショベル100の構成について説明する。
[Excavator configuration]
Next, the configuration of the
図3は、本実施形態に係るショベル100の油圧システムの構成の一例を示す図である。図4は、本実施形態に係るショベル100の制御システムの構成の一例を示す図である。
Figure 3 is a diagram showing an example of the configuration of a hydraulic system of the
ショベル100は、被駆動要素の油圧駆動に関する油圧駆動系、被駆動要素の操作に関する操作系、ユーザとの情報のやり取りに関するユーザインタフェース系、外部との通信に関する通信系、及び各種制御に関する制御系等のそれぞれの構成要素を含む。
The
<油圧駆動系>
図3に示すように、本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体1(左クローラ1CL及び右クローラ1CR)、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の被駆動要素のそれぞれを油圧駆動する油圧アクチュエータを含む。油圧アクチュエータには、走行油圧モータ2ML,2MR、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等が含まれる。また、本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系は、エンジン11と、レギュレータ13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17とを含む。
<Hydraulic drive system>
3, the hydraulic drive system of the
エンジン11は、原動機であり、油圧駆動系におけるメイン動力源である。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。エンジン11は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載される。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。
The
尚、ショベル100には、エンジン11に代えて、或いは、加えて、他の原動機が搭載されてもよい。他の原動機は、例えば、メインポンプ14及びパイロットポンプ15を駆動可能な電動機である。
The
レギュレータ13は、コントローラ30の制御下で、メインポンプ14の吐出量を制御(調節)する。例えば、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じて、メインポンプ14の斜板の角度(以下、「傾転角」)を調節する。レギュレータ13は、例えば、後述するメインポンプ14L,14Rのそれぞれに対応するレギュレータ13L,13Rを含む。
The regulator 13 controls (adjusts) the discharge rate of the
メインポンプ14は、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、例えば、エンジン11と同様、上部旋回体3の後部に搭載される。メインポンプ14は、上述の如く、エンジン11により駆動される。メインポンプ14は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ30の制御下で、レギュレータ13により斜板の傾転角が調節されることによりピストンのストローク長が調整され、吐出流量(吐出圧)が制御される。メインポンプ14は、例えば、メインポンプ14L,14Rを含む。
The
コントロールバルブ17は、オペレータの操作装置26に対する操作や遠隔操作の内容、或いは、コントローラ30から出力される自動運転機能に関する操作指令に応じて、油圧アクチュエータの制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ17は、例えば、上部旋回体3の中央部に搭載される。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、オペレータの操作、或いは、コントローラ30から出力される操作指令に応じて、それぞれの油圧アクチュエータに選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する複数の制御弁(「方向切換弁」とも称する)171~176を含む。
The
図3に示すように、油圧駆動系では、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40L,40R、パラレル油路42L,42Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
As shown in FIG. 3, in the hydraulic drive system, hydraulic oil is circulated from each of the
センタバイパス油路40L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
センタバイパス油路40R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
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2MLへ供給し、且つ、走行油圧モータ2ML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
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2MRへ供給し、且つ、走行油圧モータ2MRが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The
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
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
制御弁175は、制御弁175L,175Rを含む。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 valve 175 includes
制御弁176は、制御弁176L,176Rを含む。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スプール弁である。
The control valve 176 includes
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。
パラレル油路42Lは、センタバイパス油路40L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42Lは、制御弁171の上流側でセンタバイパス油路40L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42Lは、制御弁171,173,175Lの何れかによってセンタバイパス油路40Lを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
The
パラレル油路42Rは、センタバイパス油路40R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42Rは、制御弁172の上流側でセンタバイパス油路40R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42Rは、制御弁172,174,175Rの何れかによってセンタバイパス油路40Rを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
The
センタバイパス油路40L,40Rにおいて、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、ネガティブコントロール絞り(以下、「ネガコン絞り」)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、ネガコン絞り18L,18Rで制限される。そして、ネガコン絞り18L,18Rは、レギュレータ13L,13Rを制御するための制御圧(以下、「ネガコン圧」)を発生させる。
In the center
<操作系>
図3、図4に示すように、本実施形態に係るショベル100の操作系は、パイロットポンプ15と、操作装置26と、油圧制御弁31と、油圧制御弁33とを含む。
<Operation system>
As shown in FIGS. 3 and 4 , the operating system of the
パイロットポンプ15は、パイロットライン25を介して各種油圧機器にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、エンジン11と同様、上部旋回体3の後部に搭載される。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
尚、パイロットポンプ15は、省略されてもよい。この場合、メインポンプ14から吐出される相対的に高い圧力の作動油が所定の減圧弁により減圧された後の相対的に低い圧力の作動油がパイロット圧として各種油圧機器に供給される。
The
操作装置26は、キャビン10の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種被駆動要素(下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、バケット6等)の操作を行うために用いられる。換言すれば、操作装置26は、オペレータがそれぞれの被駆動要素を駆動する油圧アクチュエータ(即ち、走行油圧モータ2ML,2MR、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)の操作を行うために用いられる。
The operating
図3に示すように、操作装置26は、例えば、油圧パイロット式である。操作装置26は、その二次側のパイロットラインに設けられる、図示しないシャトル弁を介して、コントロールバルブ17に接続される。これにより、コントロールバルブ17には、シャトル弁を介して、操作装置26におけるそれぞれの被駆動要素、即ち、それぞれの油圧アクチュエータ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、それぞれの被駆動要素(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、アーム5(アームシリンダ8)及び上部旋回体3(旋回油圧モータ2A)、並びに、ブーム4(ブームシリンダ7)及びバケット6(バケットシリンダ9)を操作するための左操作レバー26L及び右操作レバー26Rを含む。また、操作装置26は、下部走行体1を操作するための走行レバー26Dを含む。走行レバー26Dは、左クローラ1CLを操作するための左走行レバー26DLと、右クローラ1CRを操作するための右走行レバー26DRとを含む。
3, the operating
左操作レバー26Lは、上部旋回体3の旋回操作とアーム5の操作に用いられる。
The
左操作レバー26Lにおけるキャビン10内のオペレータから見た前方向及び後方向(即ち、上部旋回体3の前方向及び後方向)への操作は、それぞれ、アーム5の開き方向及び閉じ方向への操作に対応する。左操作レバー26Lが前方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、アーム開き動作に対応する二次側のパイロットラインにレバー操作量に応じた制御圧(パイロット圧)を出力する。また、左操作レバー26Lが後方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、アーム閉じ動作に対応する二次側のパイロットラインにレバー操作量に応じたパイロット圧を出力する。アーム開き及びアーム閉じに対応する左操作レバー26Lの二次側のパイロットラインは、それぞれ、アーム開き用及びアーム閉じ用の図示しないシャトル弁を介して、制御弁176L,176Rのアーム開き及びアーム閉じに対応するパイロットポートに接続される。
Operation of the
左操作レバー26Lにおけるキャビン10内のオペレータから見た左方向及び右方向(即ち、上部旋回体3の左方向及び右方向)への操作は、それぞれ、上部旋回体3の左旋回及び右旋回の操作に対応する。左操作レバー26Lは、左方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、上部旋回体3の左旋回に対応する二次側のパイロットラインにレバー操作量に応じたパイロット圧を出力する。また、左操作レバー26Lは、右方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、上部旋回体3の右旋回に対応する二次側のパイロットラインにレバー操作量に応じたパイロット圧を出力する。上部旋回体3の左旋回及び右旋回に対応する左操作レバー26Lの二次側のパイロットラインは、それぞれ、左旋回用及び右旋回用の図示しないシャトル弁を介して、制御弁173の左旋回及び右旋回に対応するパイロットポートに接続される。
Operation of the
右操作レバー26Rは、ブーム4の操作とバケット6の操作に用いられる。
The
右操作レバー26Rの前方向及び後ろ方向への操作は、それぞれ、ブーム4の下げ方向及び上げ方向の操作に対応する。右操作レバー26Rは、前方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧をブーム下げ動作に対応する二次側のパイロットラインに出力する。また、右操作レバー26Rは、後方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧をブーム上げ動作に対応する二次側のパイロットラインに出力する。ブーム上げ及びブーム下げに対応する右操作レバー26Rの二次側のパイロットラインは、それぞれ、ブーム上げ用及びブーム下げ用の図示しないシャトル弁を介して、制御弁175L,175Rのブーム上げ及びブーム下げに対応するパイロットポートに接続される。
Operation of the
右操作レバー26Rの左方向及び右方向の操作は、それぞれ、バケット6の閉じ方向及び開き方向の操作に対応する。右操作レバー26Rは、左方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧をバケット閉じ動作に対応する二次側のパイロットラインに出力する。また、右操作レバー26Rは、右方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧をバケット開き動作に対応する二次側のパイロットラインに出力する。バケット閉じ及びバケット開きに対応する右操作レバー26Rの二次側のパイロットラインは、それぞれ、バケット閉じ用及びバケット開き用の図示しないシャトル弁を介して、制御部174のバケット閉じ及びバケット開きに対応するパイロットポートに接続される。
Operation of the
左走行レバー26DLは、上述の如く、左クローラ1CLの操作に用いられる。左走行レバー26DLは、図示しない左走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。左走行レバー26DLの前方向及び後方向への操作は、それぞれ、左クローラ1CLの前進及び後進の操作に対応する。左走行レバー26DLは、前方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を左クローラ1CLの前進動作に対応する二次側のパイロットラインに出力する。また、左走行レバー26DLは、後方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を左クローラ1CLの後進動作に対応する二次側のパイロットラインに出力する。左クローラ1CLの前進及び後進に対応する左走行レバー26DLの二次側のパイロットラインは、それぞれ、左前進用及び左後進用の図示しないシャトル弁を介して、制御弁171の左前進及び左後進に対応するパイロットポートに接続される。
As described above, the left travel lever 26DL is used to operate the left crawler 1CL. The left travel lever 26DL may be configured to be linked to a left travel pedal (not shown). The forward and backward operations of the left travel lever 26DL correspond to the forward and reverse operations of the left crawler 1CL, respectively. When the left travel lever 26DL is operated in the forward direction, it uses hydraulic oil discharged from the
右走行レバー26DRは、上述の如く、右クローラ1CRの操作に用いられる。右走行レバー26DRは、図示しない右走行ペダルと連動するように構成されていてもよい。右走行レバー26DRの前方向及び後方向への操作は、それぞれ、右クローラ1CRの前進及び後進の操作に対応する。右走行レバー26DRは、前方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を右クローラ1CRの前進動作に対応する二次側のパイロットラインに出力する。また、右走行レバー26DRは、後方向に操作されると、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、レバー操作量に応じたパイロット圧を右クローラ1CRの後進動作に対応する二次側のパイロットラインに出力する。右クローラ1CRの前進及び後進に対応する右走行レバー26DRの二次側のパイロットラインは、それぞれ、右前進用及び右後進用の図示しないシャトル弁を介して、制御弁171の右前進及び右後進に対応するパイロットポートに接続される。
The right travel lever 26DR is used to operate the right crawler 1CR as described above. The right travel lever 26DR may be configured to be linked to a right travel pedal (not shown). The forward and backward operations of the right travel lever 26DR correspond to the forward and reverse operations of the right crawler 1CR, respectively. When the right travel lever 26DR is operated in the forward direction, it uses hydraulic oil discharged from the
油圧制御弁31は、パイロットポンプ15と上述のシャトル弁との間を接続するパイロットラインに設けられる。油圧制御弁31は、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用し、二次側のパイロットラインにコントローラ30からの制御指令(制御電流)に応じたパイロット圧を出力する。油圧制御弁31は、例えば、コントローラ30からの制御指令(制御電流)に応じて、その流路面積を変更可能なように構成される電磁比例弁である。油圧制御弁31の二次側のパイロットラインは、上述のシャトル弁を通じて、コントロールバルブ17(制御弁171~176のパイロットポート)に接続される。シャトル弁の一方の入口ポートには、操作装置26の二次側のパイロットラインが接続され、他方の入口ポートには、油圧制御弁31の二次側のパイロットラインが接続される。これにより、コントローラ30は、操作装置26の二次側のパイロット圧よりも大きいパイロット圧を油圧制御弁31から出力させることで、シャトル弁を介して、油圧制御弁31のパイロット圧をコントロールバルブ17に作用させルことができる。そのため、コントローラ30は、操作装置26の操作と無関係に、油圧アクチュエータを駆動させることができる。
The
また、操作装置26(左操作レバー26L、右操作レバー26R、左走行レバー26DL、及び右走行レバー26DR)は、操作内容に対応する電気信号(以下、「操作信号」)を出力する電気式であってもよい。この場合、上述のシャトル弁は、省略され、操作装置26の出力(操作信号)は、例えば、コントローラ30に取り込まれると共に、コントローラ30は、操作信号に対応する制御指令、即ち、操作装置26の操作内容に対応する制御指令を油圧制御弁31に出力してよい。そして、油圧制御弁31は、パイロットポンプ15から供給される作動油を用いて、コントローラ30からの制御指令に対応するパイロット圧を出力し、コントロールバルブ17の操作内容に対応する制御弁のパイロットポートにパイロット圧を直接作用させてよい。これにより、コントローラ30は、油圧制御弁31を制御し、操作装置26における操作内容をコントロールバルブ17の動作に反映させることができる。そのため、コントローラ30は、電気式の操作装置26の操作内容に沿った各種被駆動要素の動作を実現することができる。
The operating device 26 (left operating
また、例えば、コントローラ30は、油圧制御弁31を用いて、ショベル100の遠隔操作を実現してよい。具体的には、コントローラ30は、外部装置から受信される遠隔操作信号で指定される遠隔操作の内容に対応する制御指令を油圧制御弁31に出力してよい。そして、油圧制御弁31は、パイロットポンプ15から供給される作動油を用いて、コントローラ30からの制御指令に対応するパイロット圧を出力し、その制御指令に対応するコントロールバルブ17の制御弁のパイロットポートにパイロット圧を作用させてよい。これにより、コントローラ30は、油圧制御弁31を制御し、遠隔操作の内容をコントロールバルブ17の動作に反映させることができる。そのため、ショベル100は、油圧アクチュエータによって、遠隔操作の内容に沿った各種被駆動要素の動作を実現することができる。
For example, the
また、例えば、コントローラ30は、油圧制御弁31を制御し、自動運転機能を実現してもよい。具体的には、コントローラ30は、操作装置26の操作の有無に依らず、自動運転機能に関する操作指令に対応する制御信号を油圧制御弁31に出力する。これにより、コントローラ30は、油圧制御弁31から自動運転機能に関する操作指令に対応するパイロット圧をコントロールバルブ17に供給させ、自動運転機能に基づくショベル100の動作を実現することができる。
For example, the
油圧制御弁31は、操作装置26の操作対象の被駆動要素(油圧アクチュエータ)ごとに、且つ、被駆動要素の操作方向ごとに設けられる。つまり、複数の油圧アクチュエータのそれぞれについて、2つの操作方向に対応する2つの油圧制御弁31が設けられる。例えば、アーム閉じ用及びアーム開き用の油圧制御弁31は、それぞれ、上述のアーム閉じ用及びアーム開き用のシャトル弁の他方の入口ポートに接続される。また、例えば、左旋回用及び右旋回用の油圧制御弁31は、それぞれ、上述の左旋回用及び右旋回用の油圧制御弁31の他方の入口ポートに接続される。また、例えば、ブーム上げ用及びブーム下げ用の油圧制御弁31は、それぞれ、上述のブーム上げ用及びブーム下げ用の油圧制御弁31の他方の入口ポートに接続される。また、例えば、バケット閉じ用及びバケット開き用の油圧制御弁31は、上述のバケット閉じ用及びバケット開き用のシャトル弁の他方の色口ポートに接続される。また、例えば、左前進用及び左後進用の油圧制御弁31は、それぞれ、上述の左前進用及び右後進用のシャトル弁の他方の入口ポートに接続される。また、例えば、右前進用及び右後進用の油圧制御弁31は、例えば、上述の右前進用及び右後進用の油圧制御弁31の他方の入口ポートに接続される。
The
尚、操作装置26が電気式である場合、コントロールバルブ17の制御弁171~176は、電磁ソレノイド式スプール弁であってもよい。この場合、油圧制御弁31は、省略され、操作装置26の出力(操作信号)は、電磁ソレノイド式スプール弁に直接入力される。
When the operating
油圧制御弁33は、操作装置26と上述のシャトル弁とを接続するパイロットラインに設けられる。油圧制御弁33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。油圧制御弁33は、例えば、コントローラ30からの制御指令(制御電流)に応じて、その流路面積を変更可能なように構成される電磁比例弁である。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が操作されている場合に、操作装置26から出力されるパイロット圧を強制的に減圧させることができる。そのため、コントローラ30は、操作装置26が操作されている場合であっても、操作装置26の操作に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に減速させたり停止させたりすることができる。また、コントローラ30は、例えば、操作装置26が操作されている場合に、操作装置26から出力されるパイロット圧を減圧させ、油圧制御弁31から出力されるパイロット圧よりも低くすることができる。そのため、コントローラ30は、油圧制御弁31及び油圧制御弁33を制御することで、例えば、操作装置26の操作内容とは無関係に、所望のパイロット圧をコントロールバルブ17の制御弁のパイロットポートに確実に作用させることができる。よって、コントローラ30は、例えば、油圧制御弁31に加えて、油圧制御弁33を制御することで、ショベル100の自動運転機能や遠隔操作機能をより適切に実現することができる。
The
尚、操作装置26が電気式である場合、油圧制御弁33は、省略されてよい。
If the operating
<ユーザインタフェース系>
図3、図4に示すように、本実施形態に係るショベル100のユーザインタフェース系は、操作装置26と、入力装置72と、表示装置D1と、音出力装置D2と、スイッチNSとを含む。
<User interface>
As shown in FIGS. 3 and 4, the user interface system of the
入力装置72は、キャビン10内の着座したオペレータに近接する範囲に設けられ、オペレータによる各種入力を受け付け、受け付けられる入力に対応する信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The
例えば、入力装置72は、操作入力を受け付ける操作入力装置である。操作入力装置には、表示装置D1に実装されるタッチパネル、表示装置D1の周囲に設置されるタッチパッド、ボタンスイッチ、レバー、トグル、操作装置26(レバー装置)に設けられるノブスイッチ等が含まれてよい。
For example, the
また、例えば、入力装置72は、オペレータの音声入力を受け付ける音声入力装置であってもよい。音声入力装置には、例えば、マイクロフォンが含まれる。
For example, the
また、例えば、入力装置72は、オペレータのジェスチャ入力を受け付けるジェスチャ入力装置であってもよい。ジェスチャ入力装置には、例えば、キャビン10内に設置される撮像装置(室内カメラ)が含まれる。
For example, the
表示装置D1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、各種情報画像を表示し、視覚的な方法で各種情報を出力する。表示装置D1は、例えば、液晶ディスプレイや有機EL(Electroluminescence)ディスプレイである。
The display device D1 is provided in a location that is easily visible to the operator seated in the
尚、表示装置の他に、視覚的な方法で各種情報を出力可能な照明機器等がキャビン10の内部に設けられてもよい。照明機器は、例えば、警告灯等である。
In addition to the display device, lighting devices capable of outputting various information visually may be provided inside the
音出力装置D2は、聴覚的な方法で各種情報を出力する。音出力装置D2には、例えば、ブザー、アラーム、スピーカ等が含まれる。 The sound output device D2 outputs various information in an auditory manner. Examples of the sound output device D2 include a buzzer, an alarm, a speaker, etc.
尚、視覚的な方法や聴覚的な方法以外の方法、例えば、操縦席の振動等の触覚的な方法で各種情報を出力可能な出力装置がキャビン10の内部に設けられてもよい。
In addition, an output device capable of outputting various information by a method other than visual or auditory methods, for example, a tactile method such as vibration of the cockpit, may be provided inside the
スイッチNSは、例えば、左操作レバー26Lの先端に設けられた押しボタン式のスイッチである。オペレータは、スイッチNSを押しながら左操作レバー26Lを操作できる。例えば、スイッチNSが押し操作された状態で、左操作レバー26Lのアーム5の操作(つまり、左操作レバー26Lの前後方向へ傾倒操作)が行われた場合に、操作支援型のマシンコントロール機能が有効にされてよい。また、例えば、マシンコントロール機能が無効の状態で、スイッチNSが押し操作されると、マシンコントロール機能が有効になり、マシンコントロール機能が有効な状態で、スイッチNSが押し操作されると、マシンコントロール機能が無効になってもよい。また、スイッチNSは、右操作レバー26Rに設けられていてもよく、キャビン10内の他の位置に設けられていてもよい。スイッチNSの操作状態に対応する信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The switch NS is, for example, a push button switch provided at the tip of the
<通信系>
図4に示すように、本実施形態に係るショベル100の通信系は、通信装置T1を含む。
<Communications>
As shown in FIG. 4, the communication system of the
通信装置T1は、所定の通信回線に接続し、ショベル100と別に設けられる装置(例えば、管理装置200)と通信を行う。ショベル100と別に設けられる装置には、ショベル100の外部にある装置の他、ショベル100のユーザによりキャビン10に持ち込まれる携帯型の端末装置が含まれてよい。通信装置T1は、例えば、4G(4th Generation)や5G(5th Generation)等の規格に準拠する移動体通信モジュールを含んでよい。また、通信装置T1は、例えば、衛星通信モジュールを含んでもよい。また、通信装置T1は、例えば、WiFi通信モジュールやブルートゥース通信モジュール等を含んでもよい。また、通信装置T1は、例えば、所定のコネクタに接続されるケーブルを通じて接続される端末装置等と有線で通信可能な通信モジュール等を含んでもよい。
The communication device T1 connects to a predetermined communication line and communicates with a device (e.g., the management device 200) provided separately from the
<制御系>
図3、図4に示すように、本実施形態に係るショベル100の制御系は、コントローラ30を含む。また、本実施形態に係るショベル100の制御系は、ネガコン圧センサ19と、吐出圧センサ28と、操作圧センサ29と、空間認識装置70と、測位装置73とを含む。また、本実施形態に係るショベル100の制御系は、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、機体姿勢センサS4と、旋回角度センサS5とを含む。
<Control system>
3 and 4, the control system of the
コントローラ30(制御装置の一例)は、ショベル100に関する各種制御を行う。コントローラ30の機能は、任意のハードウェア、或いは、任意のハードウェア及びソフトウェアの組み合わせ等により実現されてよい。例えば、コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等のメモリ装置、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性の補助記憶装置、各種入出力用のインタフェース装置等を含むコンピュータを中心に構成される。コントローラ30は、例えば、補助記憶装置にインストールされるプログラムをメモリ装置にロードし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) performs various controls related to the
コントローラ30は、例えば、メインポンプ14L,14Rに関する制御を行う。
The
具体的には、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。
Specifically, the
また、コントローラ30は、ネガコン圧センサ19L,19Rにより検出されるネガコン圧に応じて、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、ネガコン圧が大きいほどメインポンプ14L,14Rの吐出量を減少させ、ネガコン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
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3参照)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40L,40Rを通ってネガコン絞り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、ネガコン絞り18L,18Rの上流で発生するネガコン圧を増大させる。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、吐出された作動油がセンタバイパス油路40L,40Rを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。
When the
一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、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、ネガコン絞り18L,18Rに至る量を減少或いは消失させ、ネガコン絞り18L,18Rの上流で発生するネガコン圧を低下させる。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, the hydraulic oil discharged from the
また、コントローラ30は、例えば、油圧制御弁31を制御対象として、ショベル100の油圧アクチュエータ(被駆動要素)の操作に関する制御を行う。
The
具体的には、コントローラ30は、操作装置26が電気式である場合、油圧制御弁31を制御対象として、操作装置26の操作に基づくショベル100の油圧アクチュエータ(被駆動要素)の操作に関する制御を行ってよい。
Specifically, when the operating
また、コントローラ30は、油圧制御弁31を制御対象として、ショベル100の油圧アクチュエータ(被駆動要素)の遠隔操作に関する制御を行ってよい。即ち、ショベル100の油圧アクチュエータ(被駆動要素)の操作には、ショベル100の外部からの油圧アクチュエータの遠隔操作が含まれてよい。
The
また、コントローラ30は、油圧制御弁31を制御対象として、ショベル100の自動運転機能に関する制御を行ってよい。即ち、ショベル100の油圧アクチュエータの操作には、自動運転機能に基づき出力される、ショベル100の油圧アクチュエータの操作指令が含まれてよい。
The
また、コントローラ30は、例えば、周辺監視機能に関する制御を行う。周辺監視機能では、空間認識装置70で取得される情報に基づき、ショベル100の周囲の所定範囲(以下、「監視範囲」)内への監視対象の物体の進入が監視される。監視範囲内への監視対象の物体の進入の判断処理は、空間認識装置70によって行われてもよいし、空間認識装置70の外部(例えば、コントローラ30)によって行われてもよい。監視対象の物体には、例えば、人、トラック、他の建設機械、電柱、吊り荷、パイロン、建屋等が含まれてよい。
The
また、コントローラ30は、例えば、物体検知報知機能に関する制御を行う。物体検知報知機能では、周辺監視機能によって、監視範囲内に監視対象の物体が存在すると判断される場合に、キャビン10内のオペレータやショベル100の周囲に対する監視対象の物体の存在が報知される。コントローラ30は、例えば、表示装置D1や音出力装置D2を用いて、物体検知報知機能を実現してよい。
The
また、例えば、コントローラ30は、動作制限機能に関する制御を行う。動作制限機能では、例えば、周辺監視機能によって、監視対象内に監視対象の物体が存在すると判断される場合に、ショベル100の動作を制限する。
For example, the
コントローラ30は、例えば、アクチュエータが動作する前において、空間認識装置70の取得情報に基づきショベル100から所定範囲内(監視範囲内)に人が存在すると判断される場合、オペレータが操作装置26を操作しても、アクチュエータの動作を動作不能、或いは、微速状態での動作に制限してよい。具体的には、コントローラ30は、監視範囲内に人が存在すると判断される場合、ゲートロック弁をロック状態にすることでアクチュエータを動作不能にすることができる。電気式の操作装置26の場合には、コントローラ30から油圧制御弁31への信号を無効にすることで、アクチュエータを動作不能にすることができる。他の方式の操作装置26でも、コントローラ30からの制御指令に対応するパイロット圧を出力し、コントロールバルブ17内の対応する制御弁のパイロットポートにそのパイロット圧を作用させる油圧制御弁31が用いられる場合には、同様である。アクチュエータの動作を微速にしたい場合には、コントローラ30から油圧制御弁31への制御信号を相対的に小さいパイロット圧に対応する内容に制限することで、アクチュエータの動作を微速状態にすることができる。このように、検知される監視対象の物体が監視範囲内に存在すると判断されると、操作装置26が操作されてもアクチュエータは駆動されない、或いは、操作装置26への操作入力に対応する動作速度よりも小さい動作速度(微速)で駆動される。更に、オペレータが操作装置26を操作している最中において、監視範囲内に人が存在すると判断される場合には、オペレータの操作に関わらずアクチュエータの動作を停止、或いは、減速させてもよい。具体的には、監視範囲内に人が存在すると判断される場合、ゲートロック弁をロック状態にすることでアクチュエータを停止させてよい。コントローラ30からの制御指令に対応するパイロット圧を出力し、コントロールバルブ内の対応する制御弁のパイロットポートにそのパイロット圧を作用させる油圧制御弁31が用いられる場合には、コントローラ30から油圧制御弁31への信号を無効にする、或いは、油圧制御弁31に減速指令を出力することで、アクチュエータを動作不能、或いは、微速状態の動作に制限することができる。また、検知された監視対象の物体がトラックの場合、アクチュエータの停止或いは減速に関する制御は実施されなくてもよい。例えば、検知されたトラックを回避するようにアクチュエータは制御されてよい。このように、検知された物体の種類が認識され、その認識に基づきアクチュエータは制御されてよい。
For example, before the actuator operates, if the
また、例えば、コントローラ30は、マシンガイダンス(MG:Machine Guidance)機能やマシンコントロール機能(自動運転機能)に関する制御を行う。詳細は後述する。
For example, the
尚、コントローラ30の機能の一部は、他のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。即ち、コントローラ30の機能は、複数のコントローラにより分散して実現される態様であってもよい。
Note that some of the functions of the
ネガコン圧センサ19は、ネガコン圧センサ19L,19Rを含む。ネガコン圧センサ19L,19Rは、ネガコン絞り18L,18Rのそれぞれのネガコン圧を検出し、検出されたネガコン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 negative control pressure sensor 19 includes negative
吐出圧センサ28は、吐出圧センサ28L,28Rを含む。吐出圧センサ28L,28Rは、それぞれ、メインポンプ14L,14R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。
The discharge pressure sensor 28 includes
操作圧センサ29は、油圧パイロット式の操作装置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被駆動要素(油圧アクチュエータ)の操作状態に対応するパイロット圧を検出する。操作圧センサ29による操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等に関する操作状態に対応するパイ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、操作圧センサ29LA,29LB,29RA,29RB,29DL,29DRを含む。
The operating
操作圧センサ29LAは、オペレータによる左操作レバー26Lに対する前後方向の操作内容(例えば、操作方向及び操作量)を、左操作レバー26Lの二次側のパイロットラインの作動油の圧力(以下、「操作圧」)の形で検出する。
The operating pressure sensor 29LA detects the forward/rearward operation of the
操作圧センサ29LBは、オペレータによる左操作レバー26Lに対する左右方向の操作内容(例えば、操作方向及び操作量)を、左操作レバー26Lの二次側のパイロットラインの操作圧の形で検出する。
The operating pressure sensor 29LB detects the left-right operation of the
操作圧センサ29RAは、オペレータによる右操作レバー26Rに対する前後方向の操作内容(例えば、操作方向及び操作量)を、右操作レバー26Rの二次側のパイロットラインの操作圧の形で検出する。
The operating pressure sensor 29RA detects the operation of the
操作圧センサ29RBは、オペレータによる右操作レバー26Rに対する左右方向の操作内容(例えば、操作方向及び操作量)を、右操作レバー26Rの二次側のパイロットラインの操作圧の形で検出する。
The operating pressure sensor 29RB detects the left-right operation of the
操作圧センサ29DLは、オペレータによる左走行レバー26DLに対する前後方向の操作内容(例えば、操作方向及び操作量)を、左走行レバー26DLの二次側のパイロットラインの操作圧の形で検出する。 The operating pressure sensor 29DL detects the operation of the left travel lever 26DL by the operator in the forward/rearward direction (e.g., the direction and amount of operation) in the form of operating pressure on the secondary pilot line of the left travel lever 26DL.
操作圧センサ29DRは、オペレータによる右走行レバー26DRに対する前後方向の操作内容(例えば、操作方向及び操作量)を、右走行レバー26DRの二次側のパイロットラインの操作圧の形で検出する。 The operating pressure sensor 29DR detects the operation of the right travel lever 26DR by the operator in the forward/rearward direction (e.g., the direction and amount of operation) in the form of operating pressure on the secondary pilot line of the right travel lever 26DR.
尚、操作装置26(左操作レバー26L、右操作レバー26R、左走行レバー26DL、及び右走行レバー26DR)の操作内容は、操作圧センサ29以外のセンサ(例えば、右操作レバー26R、左走行レバー26DL、及び右走行レバー26DRに取り付けられるポテンショメータ等)で検出されてもよい。また、操作装置26が電気式である場合、操作圧センサ29は、省略される。この場合、コントローラ30は、電気式の操作装置26から取り込まれる操作信号に基づき、それぞれの被駆動要素(油圧アクチュエータ)の操作状態を把握することができる。
The operation of the operating device 26 (left operating
空間認識装置70は、ショベル100の周囲の三次元空間に存在する物体を認識し、空間認識装置70或いはショベル100から認識された物体までの距離等の位置関係を測定(演算)するように構成される。空間認識装置70は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、赤外線センサ、LIDAR(Light Detecting and Ranging)等のショベル100の周辺の物体までの距離を測定可能な距離センサを含んでよい。また、空間認識装置70は、例えば、単眼カメラ、ステレオカメラ、距離画像カメラ、デプスカメラ等の撮像装置を含んでもよい。
The
図1、図2に示すように、空間認識装置70は、キャビン10の上面前端に取り付けられた前方認識センサ70F、上部旋回体3の上面後端に取り付けられた後方認識センサ70B、上部旋回体3の上面左端に取り付けられた左方認識センサ70L、及び、上部旋回体3の上面右端に取り付けられた右方認識センサ70Rを含む。また、上部旋回体3の上方の空間に存在する物体を認識する上方認識センサがショベル100に取り付けられていてもよい。
As shown in Figures 1 and 2, the
測位装置73は、上部旋回体3の位置及び向きを測定する。測位装置73は、例えば、GNSS(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73の機能のうちの上部旋回体3の向きを検出する機能は、上部旋回体3に取り付けられた方位センサにより代替されてもよい。
The
ブーム角度センサS1は、所定基準(例えば、水平面やブーム4の可動角度範囲の両端の何れかの状態等)に対するブーム4の姿勢角度(以下、「ブーム角度」)に関する検出情報を取得する。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、角速度センサ、六軸センサ、IMU(Inertial Measurement Unit)等を含んでよい。また、ブーム角度センサS1は、ブームシリンダ7の伸縮位置を検出可能なシリンダセンサを含んでもよい。
The boom angle sensor S1 acquires detection information regarding the attitude angle of the boom 4 (hereinafter, "boom angle") relative to a predetermined reference (e.g., a horizontal plane or one of the states at either end of the movable angle range of the boom 4). The boom angle sensor S1 may include, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a six-axis sensor, an IMU (Inertial Measurement Unit), etc. The boom angle sensor S1 may also include a cylinder sensor capable of detecting the extension/retraction position of the
アーム角度センサS2は、所定基準(例えば、ブーム4の両端の連結点間を結ぶ直線やアーム5の可動角度範囲の両端の何れかの状態等)に対するアーム5の姿勢角度(以下、「アーム角度」)に関する検出情報を取得する。アーム角度センサS2は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、角速度センサ、六軸センサ、IMU等を含んでよい。また、アーム角度センサS2は、アームシリンダ8の伸縮位置を検出可能なシリンダセンサを含んでもよい。
The arm angle sensor S2 acquires detection information regarding the posture angle of the arm 5 (hereinafter, "arm angle") relative to a predetermined reference (e.g., a straight line connecting the connection points at both ends of the
バケット角度センサS3は、所定基準(例えば、アーム5の両端の連結点間を結ぶ直線やバケット6の可動角度範囲の両端の何れかの状態等)に対するバケット6の姿勢角度(以下、「バケット角度」)に関する検出情報を取得する。バケット角度センサS3は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、角速度センサ、六軸センサ、IMU等を含んでよい。また、バケット角度センサS3は、バケットシリンダ9の伸縮位置を検出可能なシリンダセンサを含んでもよい。
The bucket angle sensor S3 acquires detection information regarding the attitude angle of the bucket 6 (hereinafter, "bucket angle") relative to a predetermined reference (e.g., a straight line connecting the connection points at both ends of the
機体姿勢センサS4は、下部走行体1及び上部旋回体3を含む機体の姿勢状態に関する検出情報を取得する。機体の姿勢状態には、機体の傾斜状態が含まれる。機体の傾斜状態には、例えば、上部旋回体3の左右軸回りの姿勢状態に相当する、前後方向の傾斜状態、及び上部旋回体3の前後軸回りの姿勢状態に相当する、左右方向の傾斜状態が含まれる。また、機体の姿勢状態には、上部旋回体3の旋回軸回りの姿勢状態に相当する、上部旋回体3の旋回状態が含まれる。機体姿勢センサS4は、例えば、上部旋回体3に搭載され、上部旋回体3の前後軸、左右軸、及び旋回軸回りの姿勢角度(以下、「前後傾斜角度」及び「左右傾斜角度」)に関する検出データを取得(出力)する。これにより、機体姿勢センサS4は、地面を基準とする上部旋回体3の向き(旋回軸回りの旋回姿勢)に関する検出情報を取得することができる。上部旋回体3の向きは、例えば、上面視で、アタッチメントATが延び出す方向、つまり、上部旋回体3から見た前方を意味する。機体姿勢センサS4は、例えば、加速度センサ(傾斜センサ)、角速度センサ、六軸センサ、IMU等を含んでよい。
The vehicle attitude sensor S4 acquires detection information regarding the attitude state of the vehicle including the lower running body 1 and the upper
尚、地面を基準とする上部旋回体3の向きに関する情報は、機体姿勢センサS4に代えて、或いは、加えて、他の装置から取得されてもよい。例えば、上部旋回体3に地磁気センサが搭載されてもよい。この場合、コントローラ30は、地磁気センサから地面を基準とする上部旋回体3の向きに関する情報を取得することができる。また、例えば、コントローラ30は、空間認識装置70(撮像装置)の出力(撮像画像)に基づき、映っている周囲の物体(特に、電柱、樹木等の固定物)の存在する方向を判断することで、上部旋回体3の地面を基準とする向きを判断してもよい。つまり、地面を基準とする上部旋回体3の向きに関する情報は、空間認識装置70(撮像装置)から取得されてもよい。
In addition, information regarding the orientation of the upper
旋回角度センサS5は、下部走行体1を基準とする上部旋回体3の相対的な旋回角度に関する検出情報を取得する。これにより、旋回角度センサS5は、下部走行体1と旋回角度センサS5は、例えば、所定基準(例えば、下部走行体1の前進方向と上部旋回体3の前方とが一致する状態)に対する上部旋回体3の旋回角度に関する検出情報を取得する。旋回角度センサS5は、例えば、ポテンショメータ、ロータリエンコーダ、レゾルバ等を含む。また、旋回角度センサS5は、例えば、下部走行体1に取り付けられた地磁気センサと上部旋回体3に取り付けられた地磁気センサの組み合わせを含んでもよい。また、旋回角度センサS5は、下部走行体1に取り付けられたGNSS受信機と上部旋回体3に取り付けられたGNSS受信機の組み合わせを含んでもよい。
The slewing angle sensor S5 obtains detection information regarding the relative slewing angle of the upper
尚、下部走行体1を基準とする上部旋回体3の向きに関する情報は、旋回角度センサS5に代えて、或いは、加えて、他の装置から取得されてもよい。例えば、上部旋回体3に取り付けられる空間認識装置70(撮像装置)の撮像画像に基づき、映っている下部走行体1の向きを判断することで、下部走行体1に対する上部旋回体3の向きを判断してもよい。具体的には、コントローラ30は、既知の画像処理を施すことにより、撮像画像に含まれる下部走行体1の画像を抽出する。そして、コントローラ30は、既知の画像認識技術を用いて、下部走行体1の長手方向を特定し、上部旋回体3の前後軸の方向と下部走行体1の長手方向との間に形成される角度を導出してよい。このとき、上部旋回体3の前後軸の方向は、撮像画像を取得した空間認識装置70の取り付け位置から導出されうる。特に、クローラ1Cは上部旋回体3から突出していることから、コントローラ30は、クローラ1Cの画像を抽出することにより、下部走行体1の長手方向を特定することができる。また、地面を基準とする上部旋回体3の向き、及び下部走行体1を基準とする上部旋回体3の向きは、簡易的に、略同じであると仮定してもよい。この場合、旋回角度センサS5は、省略されてもよい。
In addition, information regarding the orientation of the upper
[ショベルのマシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能の概要]
次に、引き続き、図4を参照して、ショベル100のマシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能の概要について説明する。
[Outline of excavator machine guidance and control functions]
Next, still referring to FIG. 4, an overview of the machine guidance function and the machine control function of the
コントローラ30は、例えば、オペレータによるショベル100の手動操作をガイド(案内)するマシンガイダンス機能に関するショベル100の制御を実行する。
The
コントローラ30は、例えば、目標施工面とアタッチメントATの先端部、つまり、バケット6の所定の作業部位(例えば、バケット6の爪先、バケット6の背面等)(以下、単に「作業部位」)との距離等の作業情報を、表示装置D1や音出力装置D2等を通じて、オペレータに伝える。具体的には、コントローラ30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、機体姿勢センサS4、旋回角度センサS5、空間認識装置70、測位装置73、入力装置72等から情報を取得する。そして、コントローラ30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、表示装置D1に表示される画像や音出力装置D2から出力される音声により、算出した距離をオペレータに通知してよい。目標施工面に関するデータは、例えば、オペレータによる入力装置72を通じた設定入力に基づき、或いは、外部(例えば、所定の管理サーバ)からのダウンロードされることにより、内部メモリやコントローラ30に接続される外部記憶装置等に記憶されている。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。例えば、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72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。これにより、コントローラ30は、表示装置D1、音出力装置D2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ことができる。
The
また、コントローラ30は、例えば、オペレータによるショベル100の手動操作を支援したり、ショベル100を完全自動で或いは自律的に動作させたりするマシンコントロール機能に関するショベル100の制御を実行する。
The
コントローラ30は、例えば、オペレータが手動で地面の掘削操作や均し操作等を行っている場合に、目標施工面と、アタッチメントATの先端部、具体的には、バケット6の作業部位に設定される、制御基準となる位置(以下、単に「制御基準」)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る。制御基準は、例えば、バケット6の作業部位としての爪先を構成する平面或いは曲面、当該平面或いは曲面上に規定される線分、当該平面或いは曲面上に規定される点等を含みうる。また、制御基準には、例えば、バケット6の作業部位としての背面を構成する平面或いは曲面、当該平面或いは曲面上に規定される線分、当該平面或いは曲面上に規定される点等を含みうる。具体的には、オペレータがスイッチNSを操作(押し)ながら、左操作レバー26Lを通じて、アーム5の操作を行うと、コントローラ30は、オペレータによるアーム5の操作に応じて、目標施工面とバケット6の制御基準とが一致するように、ブーム4、アーム5、及び、バケット6を自動的に動作させる。より具体的には、コントローラ30は、上述の如く、油圧制御弁31を制御し、ブーム4、アーム5、及び、バケット6を自動的に動作させる。これにより、オペレータは、左操作レバー26Lを前後方向に操作するだけで、目標施工面に沿った掘削作業や均し作業等をショベル100に実行させることができる。
For example, when the operator is manually performing an excavation operation or a leveling operation on the ground, the
バケット6の作業部位は、例えば、オペレータ等による入力装置72を通じた設定入力に応じて、設定されてよい。また、バケット6の作業部位は、例えば、ショベル100の作業内容に応じて、自動的に設定されてもよい。具体的には、バケット6の作業部位は、ショベル100の作業内容が掘削作業等である場合、バケット6の爪先に設定され、ショベル100の作業内容が均し作業や転圧作業等である場合、バケット6の背面に設定されてよい。この場合、ショベル100の作業内容は、空間認識装置70(前方認識センサ70F)に含まれる撮像装置の撮像画像等に基づき、自動的に判定されてもよいし、入力装置72を通じて、オペレータ等が選択或いは入力することにより、選択内容或いは入力内容に沿って設定されてもよい。
The working part of the
バケット6の作業部位における制御基準(以下、単純に「バケット6の制御基準」)は、例えば、作業部位がバケット6の爪先である場合、バケット6の複数の爪のうちの特定の一つの爪の爪先を構成する曲面或いは平面上の一点に設定されてよい。また、バケット6の制御基準は、例えば、作業部位がバケット6の背面である場合、バケット6の背面を構成する曲面或いは平面上で任意に設定されうる。この場合、コントローラ30は、入力装置72を通じたオペレータ等による設定操作に応じて、バケット6の背面における制御基準を設定してもよいし、後述の如く、所定の条件に基づき、自動的に、バケット6の背面における制御基準を設定(変更)してもよい。
The control standard for the working part of the bucket 6 (hereinafter, simply referred to as the "control standard for the
[完全自動型のマシンコントロール機能に関する構成]
次に、図5を参照して、完全自動型のマシンコントロール機能(完全自動運転機能)に関する機能構成について説明する。
[Configuration related to fully automatic machine control function]
Next, a functional configuration related to a fully automatic machine control function (fully automatic driving function) will be described with reference to FIG.
図5は、本実施形態に係るショベル100のマシンコントロール機能に関する機能構成の一例を示す機能ブロック図である。具体的には、図5は、ショベル100の完全自動型のマシンコントロール機能に関する機能構成の具体例を示す機能ブロック図である。
Figure 5 is a functional block diagram showing an example of the functional configuration related to the machine control function of the
本例では、コントローラ30は、通信装置T1により所定の外部装置(例えば、管理装置200等)から受信される信号に応じて、完全自動型のマシンコントロール機能(自律運転機能)を実現する。
In this example, the
コントローラ30は、マシンコントロール機能に関する機能部として、作業開始判定部3001Aと、動作内容判定部3001Bと、動作条件設定部3001Cと、動作開始判定部3001Dとを含む。また、コントローラ30は、マシンコントロール機能に関する機能部として、目標施工面取得部3002と、掘削対象認識部3003と、目標軌道設定部3004と、現在位置算出部3005と、目標位置算出部3006と、動作指令生成部3007とを含む。
The
作業開始判定部3001Aは、ショベル100の所定の作業の開始を判定する。所定の作業は、例えば、掘削作業等である。作業開始判定部3001Aは、例えば、通信装置T1を通じて外部装置から開始指令が入力される場合に、開始指令で指定される作業の開始を判定する。また、作業開始判定部3001Aは、通信装置T1を通じて外部装置から開始指令が入力された場合、周辺監視機能によってショベル100の周囲の監視範囲内に監視対象の物体が存在しないと判断されるときに、開始指令で指定される作業の開始を判定してもよい。
The work start determination unit 3001A determines the start of a specified task of the
動作内容判定部3001Bは、作業開始判定部3001Aにより作業の開始が判定された場合に、現在の動作内容を判定する。動作内容判定部3001Bは、例えば、バケット6の制御基準の現在位置に基づき、ショベル100が所定の作業を構成する複数の動作に対応する動作を行っているか否かを判定する。例えば、所定の作業を構成する複数の動作には、所定の作業が掘削作業である場合の掘削動作、ブーム上げ旋回動作、排土動作、及びブーム下げ旋回動作等が含まれる。
The operation content determination unit 3001B determines the current operation content when the start of work is determined by the work start determination unit 3001A. The operation content determination unit 3001B determines, for example, based on the current position of the control reference of the
動作条件設定部3001Cは、自律運転機能による所定の作業の実施に関する動作条件を設定する。動作条件には、例えば、所定の作業が掘削作業である場合、掘削深さ、掘削長さ等に関する条件が含まれてよい。
The operating
動作開始判定部3001Dは、作業開始判定部3001Aにより開始の判定がされた所定の作業を構成する所定の動作の開始を判定する。動作開始判定部3001Dは、例えば、動作内容判定部3001Bによって、ブーム下げ旋回動作が終了し、且つ、バケット6の制御基準(爪先)が掘削開始位置に達していると判定される場合、掘削動作を開始させることができると判定してよい。そして、動作開始判定部3001Dは、掘削動作を開始させることが可能と判定すると、所定の作業の段取りに応じて生成される自律運転機能に対応する動作要素(アクチュエータ)の操作指令を目標位置算出部3006に入力させる。これにより、目標位置算出部3006は、自律運転機能に対応する操作指令に応じて、バケット6の作業部位(制御基準)の目標位置を算出することができる。
The operation start
目標施工面取得部3002は、例えば、内部メモリや所定の外部記憶装置等から目標施工面に関するデータを取得する。目標施工面に関するデータは、例えば、入力装置72を通じて、オペレータによる手動で入力されてもよいし、例えば、通信装置T1を通じて、管理装置200等から入力(受信)されてもよい。
The target construction
掘削対象認識部3003は、空間認識装置70の出力に基づき、掘削対象としての地面の形状を認識する。
The excavation
尚、掘削対象認識部3003は、ショベル100の外部の空間認識装置の出力に基づき、掘削対象としての地面の形状を認識してもよい。ショベル100の外部の空間認識装置には、例えば、施工現場の電柱等に定置される空間認識装置や施工現の上空を飛行するドローン(例えば、マルチコプタ)に搭載される空間認識装置が含まれてよい。また、掘削対象認識部3003は、直前(前回)の掘削時におけるバケット6の作業部位の移動軌跡に基づき、掘削対象としての地面の形状を認識してもよい。
The excavation
目標軌道設定部3004は、目標施工面に関するデータ等に基づき、バケット6の作業部位(制御基準)の目標軌道を設定する。目標軌道設定部3004は、例えば、実際の地形と目標施工面との間の距離が相対的に大きい状態で、粗掘削が行われる場合、目標施工面を超えない範囲で、バケット6の作業部位の目標軌道を設定する。また、目標軌道設定部3004は、例えば、実際の地形と目標施工面との距離が相対的に小さい状態で仕上げ掘削が行われる場合や均し作業や転圧作業が行われる場合、目標施工面に沿ってバケット6の作業部位が移動するように、バケット6の作業部位の目標軌道を設定する。また、目標軌道設定部3004は、目標軌道に加えて、目標軌道上におけるバケット6の姿勢角度を設定してもよい。掘削時におけるバケット6の目標軌道や姿勢角度の設定方法については後述する(図6、図7参照)。
The target
現在位置算出部3005は、バケット6の制御基準の位置(現在位置)を算出する。具体的には、現在位置算出部3005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の出力に基づき取得される、ブーム角度β1、アーム角度β2、及びバケット角度β3に基づき、バケット6の制御基準の位置を算出してよい。
The current
目標位置算出部3006は、左操作レバー26Lにおけるアーム5の操作に関する操作内容(操作方向及び操作量)と、設定された目標軌道に関する情報と、バケット6の制御基準の現在位置とに基づき、バケット6の制御基準の目標位置を算出する。当該目標位置は、アーム5が左操作レバー26Lにおけるアーム5の操作方向及び操作量に応じて動作すると仮定したときに、今回の制御周期中で到達目標とすべき目標施工面(換言すれば、目標軌道)上の位置である。目標位置算出部3006は、例えば、不揮発性の内部メモリ等に予め格納されるマップや演算式等を用いて、バケット6の制御基準の目標位置を算出してよい。
The target
動作指令生成部3007は、バケット6の制御基準の目標位置に基づき、ブーム4の動作に関する指令値(以下、「ブーム指令値」)β1r、アーム5の動作に関する指令値(以下、「アーム指令値」)β2r、及びバケット6の動作に関する指令値(「バケット指令値」)β3rを生成する。例えば、ブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、及びバケット指令値β3rは、それぞれ、バケット6の制御基準が目標位置を実現できたときのブーム角度、アーム角度、及びバケット角度である。これにより、コントローラ30は、ブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、及びバケット指令値β3rを、ブーム4、アーム5、及びバケット6の操作指令に変換し、油圧制御弁31を制御することで、マシンコントロール機能を実現できる。
The motion
尚、ブーム指令値、アーム指令値、バケット指令値は、バケット6の制御基準が目標位置を実現するために必要なブーム4、アーム5、及びバケット6の角速度や角加速度であってもよい。
The boom command value, arm command value, and bucket command value may be the angular velocity and angular acceleration of the
このように、本例では、コントローラ30は、完全自動型のマシンコントロール機能(自律運転機能)に基づき、ショベル100に所定の動作(例えば、掘削動作)を自律的に実行させることができる。
In this way, in this example, the
[マシンコントロール機能によるショベル100の掘削時の動作の制御方法]
次に、図6、図7を参照して、マシンコントロール機能によるショベル100の掘削時の動作の制御方法について説明する。
[Method for controlling the excavation operation of the
Next, a method of controlling the excavation operation of the
<概要>
図6は、完全自動型のマシンコントロール機能によるショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との関係を表す動作マップの一例(動作マップ600)を示す図である。
<Overview>
FIG. 6 is a diagram showing an example of an operation map (operation map 600) showing the relationship between the work efficiency and the energy consumption efficiency of the
ショベル100の作業効率は、例えば、ショベル100が所定の単位作業を完了させるのに要する作業時間に相当する。
The work efficiency of the
ショベル100のエネルギ消費効率は、例えば、エンジン11の燃料消費率に相当する。
The energy consumption efficiency of the
図6に示すように、ショベル100におけるエネルギ消費量が等しいコンタ線602は、ショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との間でトレードオフの関係が成立することを表している。具体的には、コンタ線602は、同じエネルギ消費量で作業効率を高めると、ショベル100の被駆動要素の動作速度が相対的に速くなることから、エネルギ消費効率が低下する形で、動作点が動作マップ600の右下に向かって移動することを表している。一方、コンタ線602は、同じエネルギ消費量でエネルギ消費効率を高めると、ショベル100の被駆動要素の動作速度が相対的に遅くなることから作業効率が低下する形で、動作マップ600の左上に動作点が移動することを表している。
As shown in FIG. 6, the
ショベル100の作業に要するエネルギ消費量は、ショベル100の被駆動要素の動作速度が上がるほど大きくなる。そのため、特定の消費エネルギ量で単位作業を完了させるためには、作業時間の下限(作業効率の上限)が存在し、作業効率の上限に相当する限界ライン604が規定される。作業効率の限界ライン604は、エネルギ消費効率が高くなるほど、作業効率の上限が低くなり(作業時間の下限が大きくなり)、エネルギ消費効率が低くなるほど、作業効率の上限が高くなる(作業時間の下限が小さくなる)。
The amount of energy consumption required for the operation of the
コントローラ30は、作業効率の向上の観点から、限界ライン604付近でショベル100の動作点が設定し、動作点に対応する作業効率とエネルギ消費効率との間の相対的な優先度に応じて、ショベル100の動作内容を決定する。そして、コントローラ30は、その動作内容を実現するように、マシンコントロール機能よって、ショベル100の動作を制御する。例えば、コントローラ30は、ショベル100の掘削時において、ショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との間の相対的な優先度に応じて、バケット6の作業部位の目標軌道及びバケット6の基準面(例えば、地面)に対する姿勢角度等を設定する。そして、コントローラ30は、設定したバケット6の目標軌道及びバケット6の地面に対する姿勢角度等に沿って、アタッチメントATの動作を制御してよい。
From the viewpoint of improving work efficiency, the
また、動作点の設定は、オペレータによって行われてもよい。この場合、コントローラ30は、ショベル100の動作特性をオペレータの好みに合わせることができる。
The operating point may also be set by the operator. In this case, the
また、ショベル100施工現場の管理者によって動作点が設定されてもよい。この場合、仮に、オペレータが非効率な設定をしていても、管理者が管理装置を介して作業効率の向上の観点から動作点を設定できる。
The operating point may also be set by a manager at the construction site of the
また、コントローラ30は、事前に設定されるパラメータA~Eを起点として、実際の作業内容、作業現場、作業工程等の情報に基づきパラメータA~Eに関する強化学習を行い、図6の動作マップから最適な動作点を選択してもよい。例えば、目標軌道設定部3004は、評価指標(報酬)としての作業効率(作業時間)、エネルギ消費効率(例えば、燃料消費率)等を最大化するように、作業内容、作業現場、作業工程等の情報に合わせて、パラメータA~Eに関する強化学習を行い、パラメータA~Eと最適な動作点を算出してもよい。
The
例えば、動作点606は、ショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との間で、エネルギ消費効率の優先度が作業効率の優先度よりも相対的に高く設定される場合に相当する。この場合、コントローラ30は、エネルギ消費効率の優先度が作業効率の優先度よりも相対的に高くなるように、即ち、エネルギ消費効率が相対的に高くなるように、バケット6の作業部位の目標軌道及びバケット6の地面に対する姿勢角度等を設定する。
For example,
また、例えば、動作点608は、ショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との間で、作業効率の優先度がエネルギ消費効率の優先度よりも相対的に高く設定される場合に相当する。この場合、コントローラ30は、作業効率の優先度がエネルギ消費効率の優先度よりも相対的に高くなるように、即ち、作業効率が相対的に高くなるように、バケット6の作業部位の目標軌道及びバケット6の地面に対する姿勢角度等を設定する。
For example,
<掘削時のバケットの目標軌道及びバケットの姿勢角度の設定方法>
図7は、掘削時のバケット6の爪先の軌道700に関するパラメータの一例を説明する図である。
<Method of Setting Target Trajectory of Bucket and Attitude Angle of Bucket During Excavation>
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of parameters relating to a
本例では、コントローラ30(目標軌道設定部3004)は、所定のテンプレートを基準にして、掘削時のバケット6の爪先の軌道に関するパラメータを設定することにより、掘削時のバケット6の作業部位(爪先)の目標軌道を設定する。
In this example, the controller 30 (target trajectory setting unit 3004) sets parameters related to the trajectory of the tip of the
例えば、図7に示すように、コントローラ30は、パラメータA~Eの一部又は全部を設定することにより、掘削時のバケット6の作業部位(爪先)の目標軌道を設定する。
For example, as shown in FIG. 7, the
パラメータA,Bは、掘削時のバケット6の軌道700の地面702に対する寸法を規定するパラメータである。
Parameters A and B are parameters that define the dimensions of the
尚、掘削時のバケット6の目標軌道に相当する軌道700は、目標施工面704より上方の範囲、或いは、目標施工面704に沿って設定される。即ち、掘削時のバケット6の目標軌道に相当する軌道700は、上述の如く、目標施工面704を下方に超えないように設定される。また、コントローラ30は、上述の如く、空間認識装置70の出力に基づき、掘削対象である地面702の形状を把握する。また、コントローラ30は、上述の如く、空間認識装置70に代えて、ショベル100の外部、例えば、マルチコプタ、電柱等に設置される空間認識装置の出力に基づき、掘削対象である地面702の形状を把握してもよい。また、コントローラ30は、上述の如く、前回の掘削時における作業部位の軌跡(例えば、バケット6の爪先)に基づき、掘削対象である地面702の形状を把握してもよい。
The
パラメータAは、掘削長さを表す。掘削長さは、バケット6の爪先が地面702に貫入してから、土砂の掬い上げによりバケット6の爪先が地面から離れるまでの水平方向の長さ(距離)を意味する。
Parameter A represents the excavation length. The excavation length means the horizontal length (distance) from when the tip of the
パラメータBは、掘削深さを表す。掘削深さは、掘削時のバケット6の爪先の軌道の中で地面702から最も深い箇所の深さを意味する。
Parameter B represents the excavation depth. The excavation depth refers to the depth of the deepest point from the
パラメータC~Eは、掘削時のバケット6の軌道の基準面に対する角度を規定するパラメータである。
Parameters C to E specify the angle of the
パラメータCは、貫入角度を表す。貫入角度は、地面702へのバケット6の爪先の貫入時の水平面或いは地面702に対する軌道の成す角度を意味する。
Parameter C represents the penetration angle. The penetration angle means the angle of the trajectory of the
パラメータDは、水平引き角度を表す。水平引き角度は、バケット6の爪先の地面702への貫入時と地面702からの持ち上げ時との間で、バケット6の水平方向への移動が支配的な状態(水平引き時)での水平面或いは地面702に対する軌道の成す角度を意味する。
Parameter D represents the horizontal pull angle. The horizontal pull angle means the angle of the trajectory of the
パラメータEは、掬い上げ角度を表す。掬い上げ角度は、バケット6の土砂の掬い上げ時にバケット6の爪先が地面702から離れるときの水平面或いは地面702に対する軌道の成す角度を意味する。
Parameter E represents the scooping angle. The scooping angle refers to the angle of the trajectory of the toe of the
目標軌道設定部3004は、ショベル100の掘削時において、例えば、パラメータA,Bの少なくとも一方を設定することにより、簡易的に、バケット6の爪先の目標軌道を設定してよい。また、目標軌道設定部3004は、例えば、パラメータA,Bに加えて、パラメータC~Eの少なくとも一つを設定することにより、バケット6の爪先のより詳細な目標軌道を設定してもよい。つまり、目標軌道設定部3004は、ショベル100の掘削時において、パラメータA~Eの一部又は全部を設定することにより、テンプレートの軌道をパラメータA~Eの設定内容に合わせて変化させ、目標軌道を設定する。
The target
具体的には、目標軌道設定部3004は、上述の如く、作業効率とエネルギ消費効率との間の相対的な優先度に応じて、パラメータA~Eを設定することにより、目標軌道を設定してよい。
Specifically, the target
例えば、目標軌道設定部3004は、作業効率の優先度がエネルギ消費効率の優先度よりも相対的に高い場合、パラメータA,B(掘削長さ及び掘削深さ)の少なくとも一方を相対的に大きい値に設定してよい。1回の掘削動作での掘削体積を相対的に大きくすることができるからである。
For example, when the priority of work efficiency is relatively higher than the priority of energy consumption efficiency, the target
一方、例えば、目標軌道設定部3004は、エネルギ消費効率の優先度が作業効率の優先度よりも相対的に高い場合、パラメータA,B(掘削長さ及び掘削深さ)の少なくとも一方を相対的に小さい値に設定してよい。掘削時の抵抗を相対的に小さくできるからである。
On the other hand, for example, when the priority of energy consumption efficiency is relatively higher than the priority of work efficiency, the target
また、目標軌道設定部3004は、上述の如く、作業効率とエネルギ消費効率との間の相対的な優先度に応じて、掘削時のバケット6の基準面(例えば、地面)に対する姿勢角度を設定してもよい。
The target
例えば、目標軌道設定部3004は、作業効率の優先度がエネルギ消費効率の優先度よりも相対的に高い場合、側面視でバケット6の開口部と地面との間の成す角度θ(図7参照)が相対的に小さくなるようにバケット6の姿勢角度を設定してよい。
For example, when the priority of work efficiency is relatively higher than the priority of energy consumption efficiency, the target
一方、目標軌道設定部3004は、エネルギ消費効率の優先度が作業効率の優先度よりも相対的に高い場合、角度θが相対的に大きくなるようにバケット6の姿勢角度を設定してよい。
On the other hand, when the priority of energy consumption efficiency is relatively higher than the priority of work efficiency, the target
ショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との間の優先度は、例えば、掘削作業で排出される土砂を作業現場から搬出するために出入りするダンプトラックの来場の頻度に応じて、決定されてよい。
The priority between the work efficiency and the energy consumption efficiency of the
例えば、ダンプトラックの来場の頻度が相対的に高い場合、作業効率の優先度がエネルギ消費効率の優先度よりも相対的に高く設定される。 For example, if the frequency of visits by dump trucks is relatively high, the priority of work efficiency is set relatively higher than the priority of energy consumption efficiency.
一方、例えば、ダンプトラックの来場の頻度が相対的に低い場合、エネルギ消費効率の優先度が作業効率の優先度よりも相対的に高く設定される。 On the other hand, for example, if the frequency of visits by dump trucks is relatively low, the priority of energy consumption efficiency is set relatively higher than the priority of work efficiency.
ダンプトラックの来場の頻度は、例えば、管理装置200等で管理されるダンプトラックの運用スケジュールに関する情報(来場頻度に関する情報の一例)に基づき判断されてよい。
The frequency of visits by dump trucks may be determined, for example, based on information about the operation schedule of the dump trucks (an example of information about visit frequency) managed by the
また、ダンプトラックの来場の頻度は、例えば、ダンプトラックとの間の通信によりダンプトラックから取得される、ダンプトラックの位置情報(来場頻度に関する情報の一例)に基づき判断されてもよい。ダンプトラックの位置情報は、例えば、ダンプトラックに搭載されるGNSSモジュールやGNSSコンパス等を用いて取得される。具体的には、ダンプトラックの位置情報に基づき、ダンプトラックが来場する時刻が予測され、予測されるダンプトラックの来場時刻から換算される掘削作業の残り時間に基づき、作業効率とエネルギ消費効率との間の相対的な優先度が判断されてよい。 The frequency of visits by the dump truck may be determined based on, for example, dump truck location information (an example of information related to the frequency of visits) obtained from the dump truck through communication with the dump truck. The dump truck location information is obtained using, for example, a GNSS module or a GNSS compass mounted on the dump truck. Specifically, the time at which the dump truck will arrive may be predicted based on the dump truck location information, and the relative priority between work efficiency and energy consumption efficiency may be determined based on the remaining time of the excavation work converted from the predicted arrival time of the dump truck.
また、ショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との間の優先度は、例えば、ダンプトラックの作業現場での滞在可能時間、即ち、ダンプトラックを作業現場で待たせることが可能な時間に応じて、決定されてもよい。
Furthermore, the priority between the work efficiency and the energy consumption efficiency of the
例えば、ダンプトラックの滞在可能時間が相対的に短い場合、作業効率の優先度がエネルギ消費効率の優先度よりも相対的に高く設定される。 For example, if the time that a dump truck can stay is relatively short, the priority of work efficiency is set relatively higher than the priority of energy consumption efficiency.
一方、例えば、ダンプトラックの滞在可能時間が相対的に長い場合、エネルギ消費効率の優先度が作業効率の優先度よりも相対的に高く設定される。 On the other hand, for example, if the time that a dump truck can stay is relatively long, the priority of energy consumption efficiency is set relatively higher than the priority of work efficiency.
また、ショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との間の優先度は、例えば、作業当日のショベル100の作業予定時間(稼働予定時間)に応じて、決定されてもよい。
Furthermore, the priority between the work efficiency and the energy consumption efficiency of the
例えば、作業当日のショベル100の作業予定時間が相対的に短い場合、作業効率の優先度がエネルギ消費効率の優先度よりも相対的に高く設定される。
For example, if the planned work time of the
一方、例えば、作業当日のショベル100の作業予定時間が相対的に長い場合、エネルギ消費効率の優先度が作業効率の優先度よりも相対的に高く設定される。
On the other hand, for example, if the planned working time of the
作業予定時間は、例えば、管理装置200等で管理される作業現場の施工スケジュールに関する情報に基づき、判断されてよい。また、作業予定時間は、ショベル100や管理装置200でユーザから受け付けられる手動での入力内容に基づき判断されてもよい。
The planned work time may be determined, for example, based on information about the construction schedule of the work site managed by the
作業効率とエネルギ消費効率との間の相対的な優先度の判断は、ショベル100(コントローラ30)で行われてもよいし、管理装置200で行われ、その判断結果がショベル100に送信される態様であってもよい。
The determination of the relative priority between work efficiency and energy consumption efficiency may be performed by the excavator 100 (controller 30), or may be performed by the
作業効率とエネルギ消費効率との間の相対的な優先度の判断がショベル100(コントローラ30)で行われる場合、コントローラ30は、通信装置T1(取得装置の一例)を通じて、管理装置200等から判断のために必要な各種情報が取得してよい。各種情報には、上述のダンプトラックの運用スケジュールに関する情報、ダンプトラックの位置情報、作業現場の施工スケジュールに関する情報、管理装置200等で受け付けられる手動での入力内容に関する情報等が含まれる。
When the relative priority between work efficiency and energy consumption efficiency is determined by the excavator 100 (controller 30), the
また、作業効率とエネルギ消費効率との間の相対的な優先度の判断がショベル100で行われる場合、コントローラ30は、通信装置T1を通じて、ダンプトラックと直接通信を行うことで、ダンプトラックの位置情報を取得してもよい。
In addition, when the determination of the relative priority between work efficiency and energy consumption efficiency is performed by the
また、作業効率とエネルギ消費効率との間の相対的な優先度は、ショベル100の入力装置72や管理装置200の入力装置等を通じて、ユーザが手動で指定可能な態様であってもよい。
The relative priority between work efficiency and energy consumption efficiency may be manually specified by the user via the
このように、本例では、コントローラ30は、ショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との間の優先度合いに基づき、掘削時におけるバケット6の目標軌道を設定する。
In this way, in this example, the
これにより、コントローラ30は、ショベル100の作業効率やエネルギ消費効率を考慮して、ショベル100の掘削時におけるバケット6の目標軌道を設定することができる。
This allows the
また、本例では、掘削時におけるバケット6の作業部位(爪先)の目標軌道は、掘削長さ及び掘削深さの少なくとも一方が可変されることにより設定される。
In addition, in this example, the target trajectory of the working part (toe) of the
コントローラ30は、例えば、所定のテンプレートを基準として、ショベル100の作業効率やエネルギ消費効率に合わせた掘削長さや掘削深さを設定することにより、具体的に、バケット6の作業部位(爪先)の目標軌道を設定することができる。
The
また、本例では、掘削時におけるバケット6の作業部位(爪先)の目標軌道は、掘削長さや掘削深さに加えて、貫入角度、水平引き角度、及び掬い上げ角度の少なくとも一つが可変されることにより設定される。
In addition, in this example, the target trajectory of the working part (toe) of the
コントローラ30は、ショベル100の作業効率やエネルギ消費効率に合わせて、より詳細に、バケット6の作業部位(爪先)の目標軌道を調整することができる。
The
また、本例では、コントローラ30は、通信装置T1により取得される、作業現場に出入りするダンプトラックの来場頻度に関する情報に基づき、作業効率とエネルギ消費効率との間の優先度合いを決定する。
In addition, in this example, the
これにより、コントローラ30は、ダンプトラックの作業現場への来場頻度を考慮した、ショベル100の作業効率とエネルギ消費効率との間の優先度合いに基づき、バケット6の作業部位(爪先)の目標軌道を設定することができる。
This allows the
また、本例では、通信装置T1は、ダンプトラック、或いは、ダンプトラックと通信可能な所定の外部装置(例えば、管理装置200等)と通信を行い、ダンプトラックの来場頻度に関する情報としてのダンプトラックの位置情報を取得する。
In addition, in this example, the communication device T1 communicates with the dump truck or a specific external device (e.g., the
これにより、コントローラ30は、ダンプトラックの位置情報に応じて、ダンプトラックの来場頻度を判断することができる。
This allows the
また、本例では、コントローラ30は、ダンプトラックの来場頻度が相対的に高い場合、作業効率を優先し、ダンプトラックの来場頻度が相対的に低い場合、エネルギ消費効率を優先するように動作点を選択し、掘削時におけるバケット6の作業部位(爪先)の目標軌道を設定する。
In addition, in this example, the
これにより、コントローラ30は、ダンプトラックの来場頻度に合わせて、具体的に、作業効率とエネルギ消費効率とを考慮したバケット6の作業部位(爪先)の目標軌道を設定することができる。
This allows the
以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, the present disclosure is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist of the invention as described in the claims.
1 下部走行体
1C クローラ
2ML,2MR 走行油圧モータ
2A 旋回油圧モータ
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
10 キャビン
11 エンジン
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
17 コントロールバルブ
26 操作装置
30 コントローラ(制御装置)
31 油圧制御弁
33 油圧制御弁
70 空間認識装置
72 入力装置
100 ショベル
AT アタッチメント(作業アタッチメント)
D1 表示装置
D2 音出力装置
S1 ブーム角度センサ
S2 アーム角度センサ
S3 バケット角度センサ
S4 機体姿勢センサ
S5 旋回角度センサ
T1 通信装置(取得装置)
REFERENCE SIGNS LIST 1
31
D1 Display device D2 Sound output device S1 Boom angle sensor S2 Arm angle sensor S3 Bucket angle sensor S4 Aircraft attitude sensor S5 Swing angle sensor T1 Communication device (acquisition device)
Claims (6)
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、ブーム、アーム、及びバケットを含む作業アタッチメントと、
前記ブームを駆動するブームシリンダ、前記アームを駆動するアームシリンダ、及び前記バケットを駆動するバケットシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、
前記複数の油圧アクチュエータを制御するコントロールバルブと、
予め設定される、作業効率とエネルギ消費効率との間の優先度合いに基づき、前記作業アタッチメントの動作を伴うショベルの動作の際の前記バケットの目標軌道を設定する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、エネルギ消費効率に対して作業効率の優先度合いが高くなるほど、ショベルの動作での作業量が大きくなり、作業効率に対してエネルギ消費効率の優先度合いが高くなるほど、ショベルの動作での作業量が小さくなるように、前記バケットの目標軌道を設定する、
ショベル。 A lower running body;
An upper rotating body rotatably mounted on the lower traveling body;
A work attachment attached to the upper rotating body and including a boom, an arm, and a bucket;
a plurality of hydraulic actuators including a boom cylinder that drives the boom, an arm cylinder that drives the arm, and a bucket cylinder that drives the bucket;
a control valve for controlling the plurality of hydraulic actuators;
a control device that sets a target trajectory of the bucket during operation of the shovel involving operation of the work attachment based on a predetermined priority between work efficiency and energy consumption efficiency ,
the control device sets the target trajectory of the bucket such that the higher the priority of work efficiency over energy consumption efficiency, the greater the amount of work in the operation of the shovel, and the higher the priority of energy consumption efficiency over work efficiency, the smaller the amount of work in the operation of the shovel .
Shovel.
請求項1に記載のショベル。 The target trajectory of the bucket is set by varying at least one of the excavation length and the excavation depth.
The shovel according to claim 1.
請求項2に記載のショベル。 The target trajectory of the bucket is set by varying at least one of a penetration angle, a horizontal pull angle, and a scooping angle.
The shovel according to claim 2.
前記制御装置は、前記ダンプトラックの来場頻度に関する情報に基づき、作業効率とエネルギ消費効率との間の優先度合いを決定する、
請求項1乃至3の何れか一項に記載のショベル。 An acquisition device is provided for acquiring information on the frequency of visits of dump trucks entering and leaving the work site from an external source,
The control device determines a priority between work efficiency and energy consumption efficiency based on information regarding a frequency of visits of the dump truck.
A shovel according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載のショベル。 The acquisition device communicates with the dump truck or a predetermined external device capable of communicating with the dump truck, and acquires location information of the dump truck as information regarding the frequency of visits of the dump truck.
The shovel according to claim 4.
請求項4又は5に記載のショベル。 The control device sets the target trajectory of the bucket so as to prioritize work efficiency when the frequency of visits of the dump truck is relatively high, and to prioritize energy consumption efficiency when the frequency of visits of the dump truck is relatively low.
The shovel according to claim 4 or 5.
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