Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7655504B2 - Excavator - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7655504B2 - Excavator - Google Patents

Excavator Download PDF

Info

Publication number
JP7655504B2
JP7655504B2 JP2021057894A JP2021057894A JP7655504B2 JP 7655504 B2 JP7655504 B2 JP 7655504B2 JP 2021057894 A JP2021057894 A JP 2021057894A JP 2021057894 A JP2021057894 A JP 2021057894A JP 7655504 B2 JP7655504 B2 JP 7655504B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bucket
shovel
work
controller
hydraulic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021057894A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022154722A (en
Inventor
裕介 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2021057894A priority Critical patent/JP7655504B2/en
Publication of JP2022154722A publication Critical patent/JP2022154722A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7655504B2 publication Critical patent/JP7655504B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)

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).

国際公開第2019/009341号International Publication No. 2019/009341

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.

ショベルの側面図である。FIG. ショベルの上面図である。FIG. ショベルの油圧システムの構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a hydraulic system of a shovel. ショベルの制御システムの構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a control system for a shovel. ショベル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。FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of a functional configuration related to a machine control function of a shovel. 完全自動型のマシンコントロール機能によるショベル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を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of an operation map showing the relationship between the work efficiency and the energy consumption efficiency of a shovel using a fully automatic machine control function. 掘削時のバケットの軌道に関するパラメータの一例を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of parameters related to a trajectory of a bucket during excavation.

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 shovel 100 according to this embodiment will be described with reference to Figs. 1 and 2 .

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 shovel 100 according to this embodiment.

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 excavator 100 according to this embodiment includes a lower traveling body 1, an upper rotating body 3 mounted on the lower traveling body 1 so as to be freely rotatable via a rotating mechanism 2, an attachment AT for performing various tasks, and a cabin 10. Hereinafter, the front of the excavator 100 (upper rotating body 3) corresponds to the direction in which the attachment for the upper rotating body 3 extends when the excavator 100 is viewed in a plan view (top view) from directly above along the rotation axis of the upper rotating body 3. In addition, the left and right sides of the excavator 100 (upper rotating body 3) correspond to the left and right sides, respectively, as viewed from an operator seated in the driver's seat in the cabin 10.

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 excavator 100 is remotely operated or operates in a fully automated manner, the cabin 10 may be omitted.

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 right crawlers 1C. Specifically, the crawlers 1C include a left crawler 1CL and a right crawler 1CR. The lower traveling body 1 causes the excavator 100 to travel by hydraulically driving the left crawler 1CL and the right crawler 1CR with a left traveling hydraulic motor 2ML and a right traveling hydraulic motor 2MR (see FIG. 3), respectively.

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 body 3 rotates relative to the lower traveling body 1 as the rotating mechanism 2 is hydraulically driven by the rotating hydraulic motor 2A.

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 boom 4, an arm 5, and a bucket 6.

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 boom 4 is attached to the center of the front of the upper rotating body 3 so that it can be raised and lowered, and an arm 5 is attached to the tip of the boom 4 so that it can rotate up and down, and a bucket 6 is attached to the tip of the arm 5 so that it can rotate up and down.

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 bucket 6 is an example of an end attachment. The bucket 6 is used, for example, for excavation work. In addition, instead of the bucket 6, other end attachments may be attached to the tip of the arm 5 depending on the work content, etc. The other end attachments may be other types of buckets, such as a large bucket, a slope bucket, or a dredging bucket. The other end attachments may also be types of end attachments other than buckets, such as mixers, breakers, grapples, etc.

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 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、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 shovel 100 may be configured such that some of the driven elements, such as the lower traveling body 1, the upper rotating body 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, are electrically driven. In other words, the shovel 100 may be a hybrid shovel or an electric shovel in which some of the driven elements are driven by an electric actuator.

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 cabin 10 is the cockpit where the operator sits and is mounted on the front left side of the upper rotating body 3.

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 cabin 10 may be omitted if the excavator 100 is remotely operated or operates in a fully automated manner.

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 excavator 100 may also be equipped with a communication device T1, for example, and may be capable of communicating with an external device via a specified communication line.

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 shovel 100. The wide area network may also include, for example, the Internet network. The communication line may also include, for example, a local network (LAN) of a facility in which an external device is installed. The local network may be a wireless line, a wired line, or a line that includes both. The communication line may also include, for example, a short-distance communication line based on a predetermined wireless communication method such as WiFi or Bluetooth (registered trademark).

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 shovel 100. This allows the shovel 100 to transmit (upload) various information to the management device 200 and receive various signals (for example, information signals and control signals) from the management device 200.

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 management device 200 is, for example, a cloud server or an on-premise server installed in a remote location different from the work site of the shovel 100. The management device 200 may also be, for example, an edge server installed inside the work site of the shovel 100 (for example, a management office for the work site) or in a location relatively close to the work site (for example, a communication facility such as a nearby base station). The management device 200 may also be a management terminal device used at the work site.

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 shovel 100. The user of the shovel 100 may include, for example, an operator, a serviceman, an administrator, an owner, etc. of the shovel 100. This allows the shovel 100 to transmit various information to the user terminal and provide information about the shovel 100 to the user of the shovel 100.

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 excavator 100 operates actuators (e.g., hydraulic actuators) in response to the operation of an operator in the cabin 10, and drives operating elements (hereinafter, "driven elements") such as the lower traveling body 1, the upper rotating body 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6.

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 cabin 10, the shovel 100 may be configured to be remotely operated from outside the shovel 100. When the shovel 100 is remotely operated, the inside of the cabin 10 may be unmanned. In the following description, it is assumed that the operation of the operator includes at least one of the operation of the operating device 26 by the operator in the cabin 10 and the remote operation by an external operator.

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 shovel 100 by input from a user (operator) regarding the actuator of the shovel 100 performed in a predetermined external device (for example, the above-mentioned management device 200). In this case, the shovel 100 transmits image information (hereinafter, "surrounding image") of the surroundings of the shovel 100 based on the output of the spatial recognition device 70 (imaging device) described later to the external device, and the image information may be displayed on a display device (hereinafter, "display device for remote operation") provided in the external device. In addition, various information images (information screens) displayed on the display device D1 in the cabin 10 of the shovel 100 may also be displayed on the remote operation display device of the external device. As a result, the operator of the external device can remotely operate the shovel 100 while checking the display contents such as the surrounding image showing the state of the surroundings of the shovel 100 and various information images displayed on the display device for remote operation. The excavator 100 may operate the actuators and drive the driven elements such as the lower traveling body 1, the upper rotating body 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 in response to a remote control signal that is received from an external device and indicates the content of the remote control.

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 shovel 100 is operated by external voice input or gesture input to the shovel 100 by a person (e.g., a worker) around the shovel 100. Specifically, the shovel 100 recognizes voices uttered by surrounding workers and gestures made by the workers through a voice input device (e.g., a microphone) or an imaging device mounted on the shovel 100 (its own machine). The shovel 100 may then operate actuators in accordance with the contents of the recognized voices and gestures to drive driven elements such as the lower traveling body 1, upper rotating body 3, boom 4, arm 5, and bucket 6.

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 excavator 100 may also automatically operate the actuators regardless of the content of the operator's operation. This allows the excavator 100 to realize a function of automatically operating at least some of the driven elements, such as the lower traveling body 1, the upper rotating body 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, i.e., a so-called "automatic driving function" or "machine control function."

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 device 26 or remote operation, i.e., a so-called "semi-automatic operation function" or "operation-assisted machine control function". The automatic operation function may also include a function of automatically operating at least a part of the multiple driven elements (hydraulic actuators) on the premise that there is no operation or remote operation of the operating device 26 by the operator, i.e., a so-called "fully automatic operation function" or "fully automatic machine control function". In the excavator 100, when the fully automatic operation function is enabled, the inside of the cabin 10 may be unmanned. The semi-automatic operation function, the fully automatic operation function, etc. may also include a mode in which the operation content of the driven element (actuator) to be operated automatically is determined according to a rule that is specified in advance. In addition, the semi-automatic operation function and the fully automatic operation function may include a mode in which the excavator 100 autonomously makes various decisions and autonomously determines the operation content of the driven element (hydraulic actuator) that is the target of the automatic operation based on the decision results (so-called "autonomous operation function").

[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 shovel 100 will be described with reference to FIGS. 3 and 4 in addition to FIGS. 1 and 2.

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 excavator 100 according to this embodiment. Figure 4 is a diagram showing an example of the configuration of a control system of the excavator 100 according to this embodiment.

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 excavator 100 includes various components, such as a hydraulic drive system for hydraulically driving the driven elements, an operation system for operating the driven elements, a user interface system for exchanging information with the user, a communication system for communicating with the outside world, and a control system for various controls.

<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 excavator 100 according to this embodiment includes hydraulic actuators that hydraulically drive each of the driven elements, such as the lower traveling body 1 (left crawler 1CL and right crawler 1CR), upper rotating body 3, boom 4, arm 5, and bucket 6, as described above. The hydraulic actuators include traveling hydraulic motors 2ML, 2MR, swing hydraulic motor 2A, boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9. The hydraulic drive system of the excavator 100 according to this embodiment also includes an engine 11, a regulator 13, a main pump 14, and a control valve 17.

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 engine 11 is a prime mover and the main power source in the hydraulic drive system. The engine 11 is, for example, a diesel engine that uses diesel as fuel. The engine 11 is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3. The engine 11 rotates at a constant speed at a preset target speed under direct or indirect control by the controller 30 (described later), and drives the main pump 14 and the pilot pump 15.

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 excavator 100 may be equipped with another prime mover instead of or in addition to the engine 11. The other prime mover may be, for example, an electric motor capable of driving the main pump 14 and the pilot pump 15.

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 main pump 14 under the control of the controller 30. For example, the regulator 13 adjusts the angle of the swash plate of the main pump 14 (hereinafter, the "tilt angle") in response to a control command from the controller 30. The regulator 13 includes, for example, regulators 13L and 13R corresponding to the main pumps 14L and 14R, respectively, which will be described later.

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 main pump 14 supplies hydraulic oil to the control valve 17 through a high-pressure hydraulic line. The main pump 14 is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3, similar to the engine 11. As described above, the main pump 14 is driven by the engine 11. 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.

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 control valve 17 is a hydraulic control device that controls the hydraulic actuators in response to the operator's operation of the operating device 26, the contents of remote operation, or operation commands related to the automatic operation function output from the controller 30. The control valve 17 is mounted, for example, in the center of the upper rotating body 3. 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 each hydraulic actuator in response to the operator's operation or operation commands output from the controller 30. Specifically, the control valve 17 includes multiple control valves (also called "directional control valves") 171 to 176 that control the flow rate and flow direction of the hydraulic oil supplied from the main pump 14 to each hydraulic actuator.

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 main pumps 14L, 14R driven by the engine 11 through center bypass oil passages 40L, 40R and parallel oil passages 42L, 42R to the hydraulic oil tank.

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 bypass oil passage 40L 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 bypass oil passage 40R 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 control valve 171 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the main pump 14L to the travel hydraulic motor 2ML and discharges hydraulic oil discharged by the travel hydraulic motor 2ML 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 control valve 172 is a spool valve that supplies hydraulic oil discharged from the main pump 14R to the travel hydraulic motor 2MR and discharges hydraulic oil discharged by the travel hydraulic motor 2MR into 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 control valves 175L and 175R. 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 control valves 176L and 176R. The control valves 176L and 176R are spool valves that supply hydraulic oil discharged from the main pumps 14L and 14R to the arm cylinder 8 and 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 parallel oil passage 42L 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 40L. Specifically, the parallel oil passage 42L branches off from the center bypass oil passage 40L 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. As a result, the parallel oil passage 42L can supply hydraulic oil to a more downstream control valve when the flow of hydraulic oil through the center bypass oil passage 40L is restricted or blocked by any of the control valves 171, 173, and 175L.

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 parallel oil passage 42R 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 40R. Specifically, the parallel oil passage 42R branches off from the center bypass oil passage 40R 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 42R can supply hydraulic oil to a more downstream control valve when the flow of hydraulic oil through the center bypass oil passage 40R is restricted or blocked by any of the control valves 172, 174, and 175R.

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 bypass oil passages 40L, 40R, negative control throttles (hereinafter "negative control throttles") 18L, 18R are provided between the hydraulic oil tank and the most downstream control valves 176L, 176R, respectively. As a result, the flow of hydraulic oil discharged by the main pumps 14L, 14R is restricted by the negative control throttles 18L, 18R. The negative control throttles 18L, 18R then generate a control pressure (hereinafter "negative control pressure") for controlling the regulators 13L, 13R.

<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 excavator 100 according to this embodiment includes a pilot pump 15 , an operating device 26 , a hydraulic control valve 31 , and a hydraulic control valve 33 .

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 pilot pump 15 supplies pilot pressure to various hydraulic equipment via a pilot line 25. The pilot pump 15 is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3, similar to the engine 11. The pilot pump 15 is, for example, a fixed displacement hydraulic pump, and is driven by the engine 11 as described above.

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 pilot pump 15 may be omitted. In this case, the relatively high pressure hydraulic oil discharged from the main pump 14 is reduced in pressure by a specified pressure reducing valve, and the relatively low pressure hydraulic oil is supplied to various hydraulic equipment as pilot pressure.

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 device 26 is provided near the cockpit of the cabin 10 and is used by the operator to operate the various driven elements (lower traveling body 1, upper rotating body 3, boom 4, arm 5, bucket 6, etc.). In other words, the operating device 26 is used by the operator to operate the hydraulic actuators that drive the respective driven elements (i.e., traveling hydraulic motors 2ML, 2MR, swing hydraulic motor 2A, boom cylinder 7, arm cylinder 8, bucket cylinder 9, etc.).

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 device 26 is, for example, a hydraulic pilot type. The operating device 26 is connected to the control valve 17 via a shuttle valve (not shown) provided in the secondary pilot line. As a result, pilot pressures corresponding to the operation states of the driven elements in the operating device 26, i.e., the hydraulic actuators, can be input to the control valve 17 via the shuttle valve. Therefore, the control valve 17 can drive the driven elements (hydraulic actuators) according to the operation states in the operating device 26. The operating device 26 includes a left operating lever 26L and a right operating lever 26R for operating the arm 5 (arm cylinder 8) and the upper rotating body 3 (swing hydraulic motor 2A), as well as the boom 4 (boom cylinder 7) and the bucket 6 (bucket cylinder 9). The operating device 26 also includes a travel lever 26D for operating the lower traveling body 1. The travel lever 26D includes a left travel lever 26DL for operating the left crawler 1CL and a right travel lever 26DR for operating the right crawler 1CR.

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 left operating lever 26L is used to rotate the upper rotating body 3 and operate the arm 5.

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 left operating lever 26L in the forward and rearward directions (i.e., the forward and rearward directions of the upper rotating body 3) as viewed from the operator in the cabin 10 corresponds to operation of the arm 5 in the opening and closing directions, respectively. When the left operating lever 26L is operated in the forward direction, hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 is used to output a control pressure (pilot pressure) corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the arm opening operation. When the left operating lever 26L is operated in the rearward direction, hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 is used to output a pilot pressure corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the arm closing operation. The secondary pilot lines of the left operating lever 26L corresponding to the arm opening and arm closing are connected to the pilot ports corresponding to the arm opening and arm closing of the control valves 176L and 176R, respectively, via shuttle valves (not shown) for arm opening and arm closing.

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 left operation lever 26L in the left and right directions (i.e., left and right directions of the upper rotating body 3) as viewed from the operator in the cabin 10 corresponds to left and right rotation of the upper rotating body 3, respectively. When the left operation lever 26L is operated to the left, it uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure according to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the left rotation of the upper rotating body 3. When the left operation lever 26L is operated to the right, it uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure according to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the right rotation of the upper rotating body 3. The secondary pilot lines of the left operation lever 26L corresponding to the left and right rotation of the upper rotating body 3 are connected to the pilot ports corresponding to the left and right rotation of the control valve 173 via shuttle valves for left and right rotation (not shown), respectively.

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 right operating lever 26R is used to operate the boom 4 and the bucket 6.

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 right operating lever 26R in the forward and backward directions corresponds to operation of the boom 4 in the lowering and raising directions, respectively. When the right operating lever 26R is operated in the forward direction, it uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the boom lowering operation. When the right operating lever 26R is operated in the backward direction, it uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the boom raising operation. The secondary pilot lines of the right operating lever 26R corresponding to the boom raising and boom lowering are connected to the pilot ports corresponding to the boom raising and boom lowering of the control valves 175L and 175R, respectively, via shuttle valves (not shown) for boom raising and boom lowering.

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 right operating lever 26R to the left and right corresponds to operation of the bucket 6 in the closing and opening directions, respectively. When the right operating lever 26R is operated to the left, it uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 and outputs pilot pressure corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the bucket closing operation. When the right operating lever 26R is operated to the right, it uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 and outputs pilot pressure corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the bucket opening operation. The secondary pilot lines of the right operating lever 26R corresponding to bucket closing and bucket opening are connected to pilot ports corresponding to bucket closing and bucket opening of the control unit 174 via shuttle valves (not shown) for bucket closing and bucket opening, respectively.

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 pilot pump 15 and outputs pilot pressure corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the forward operation of the left crawler 1CL. When the left travel lever 26DL is operated in the backward direction, it uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 and outputs pilot pressure corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the reverse operation of the left crawler 1CL. The secondary pilot lines of the left travel lever 26DL corresponding to the forward and reverse operations of the left crawler 1CL are connected to the pilot ports corresponding to the left forward and left reverse operations of the control valve 171 via shuttle valves (not shown) for left forward and left reverse, respectively.

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 pilot pump 15 and outputs pilot pressure corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the forward operation of the right crawler 1CR. When the right travel lever 26DR is operated in the backward direction, it uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 and outputs pilot pressure corresponding to the lever operation amount to the secondary pilot line corresponding to the reverse operation of the right crawler 1CR. The secondary pilot lines of the right travel lever 26DR corresponding to the forward and reverse operations of the right crawler 1CR are connected to the pilot ports corresponding to the right forward and right reverse operations of the control valve 171 via shuttle valves (not shown) for right forward and right reverse, respectively.

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 hydraulic control valve 31 is provided in a pilot line connecting the pilot pump 15 and the shuttle valve. The hydraulic control valve 31 uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to a control command (control current) from the controller 30 to the secondary pilot line. The hydraulic control valve 31 is, for example, an electromagnetic proportional valve configured to be able to change its flow path area according to a control command (control current) from the controller 30. The secondary pilot line of the hydraulic control valve 31 is connected to the control valve 17 (pilot port of the control valves 171 to 176) through the shuttle valve. A secondary pilot line of the operating device 26 is connected to one inlet port of the shuttle valve, and a secondary pilot line of the hydraulic control valve 31 is connected to the other inlet port. As a result, the controller 30 can apply the pilot pressure of the hydraulic control valve 31 to the control valve 17 through the shuttle valve by outputting a pilot pressure greater than the secondary pilot pressure of the operating device 26 from the hydraulic control valve 31. Therefore, the controller 30 can drive the hydraulic actuator regardless of the operation of the operating device 26.

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 lever 26L, right operating lever 26R, left travel lever 26DL, and right travel lever 26DR) may be an electric type that outputs an electric signal (hereinafter, "operation signal") corresponding to the operation content. In this case, the shuttle valve described above may be omitted, and the output (operation signal) of the operating device 26 may be taken in, for example, by the controller 30, and the controller 30 may output a control command corresponding to the operation signal, i.e., a control command corresponding to the operation content of the operating device 26, to the hydraulic control valve 31. The hydraulic control valve 31 may output a pilot pressure corresponding to the control command from the controller 30 using hydraulic oil supplied from the pilot pump 15, and may directly apply the pilot pressure to the pilot port of the control valve corresponding to the operation content of the control valve 17. In this way, the controller 30 can control the hydraulic control valve 31 and reflect the operation content of the operating device 26 in the operation of the control valve 17. Therefore, the controller 30 can realize the operation of various driven elements according to the operation content of the electric operating device 26.

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 controller 30 may use the hydraulic control valve 31 to realize remote operation of the excavator 100. Specifically, the controller 30 may output a control command corresponding to the content of the remote operation specified by a remote operation signal received from an external device to the hydraulic control valve 31. The hydraulic control valve 31 may output a pilot pressure corresponding to the control command from the controller 30 using hydraulic oil supplied from the pilot pump 15, and apply the pilot pressure to the pilot port of the control valve of the control valve 17 corresponding to the control command. In this way, the controller 30 can control the hydraulic control valve 31 and reflect the content of the remote operation in the operation of the control valve 17. Therefore, the excavator 100 can realize the operation of various driven elements according to the content of the remote operation by the hydraulic actuator.

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 controller 30 may control the hydraulic control valve 31 to realize the automatic driving function. Specifically, the controller 30 outputs a control signal corresponding to an operation command related to the automatic driving function to the hydraulic control valve 31, regardless of whether the operating device 26 is operated. As a result, the controller 30 can supply pilot pressure corresponding to the operation command related to the automatic driving function from the hydraulic control valve 31 to the control valve 17, thereby realizing the operation of the excavator 100 based on the automatic driving function.

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 hydraulic control valve 31 is provided for each driven element (hydraulic actuator) to be operated by the operating device 26 and for each operation direction of the driven element. That is, for each of the multiple hydraulic actuators, two hydraulic control valves 31 corresponding to the two operation directions are provided. For example, the hydraulic control valves 31 for closing the arm and opening the arm are connected to the other inlet ports of the shuttle valves for closing the arm and opening the arm, respectively. Also, for example, the hydraulic control valves 31 for turning left and turning right are connected to the other inlet ports of the hydraulic control valves 31 for turning left and turning right, respectively. Also, for example, the hydraulic control valves 31 for raising the boom and lowering the boom are connected to the other inlet ports of the hydraulic control valves 31 for raising the boom and lowering, respectively. Also, for example, the hydraulic control valves 31 for closing the bucket and opening the bucket are connected to the other color port ports of the shuttle valves for closing the bucket and opening the bucket, respectively. Also, for example, the left forward and left reverse hydraulic control valves 31 are connected to the other inlet ports of the shuttle valves for left forward and right reverse, respectively. Also, for example, the right forward and right reverse hydraulic control valves 31 are connected to the other inlet ports of the hydraulic control valves for right forward and right reverse, respectively.

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 device 26 is electric, the control valves 171 to 176 of the control valve 17 may be electromagnetic solenoid spool valves. In this case, the hydraulic control valve 31 is omitted, and the output (operation signal) of the operating device 26 is input directly to the electromagnetic solenoid spool valves.

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 hydraulic control valve 33 is provided in a pilot line connecting the operating device 26 and the shuttle valve. The hydraulic control valve 33 operates in response to a control command input from the controller 30. The hydraulic control valve 33 is, for example, an electromagnetic proportional valve configured to change its flow path area in response to a control command (control current) from the controller 30. As a result, the controller 30 can forcibly reduce the pilot pressure output from the operating device 26 when the operating device 26 is operated by the operator. Therefore, even when the operating device 26 is operated, the controller 30 can forcibly decelerate or stop the operation of the hydraulic actuator corresponding to the operation of the operating device 26. In addition, for example, when the operating device 26 is operated, the controller 30 can reduce the pilot pressure output from the operating device 26 to be lower than the pilot pressure output from the hydraulic control valve 31. Therefore, the controller 30 can reliably apply a desired pilot pressure to the pilot port of the control valve of the control valve 17, for example, regardless of the operation content of the operating device 26, by controlling the hydraulic control valve 31 and the hydraulic control valve 33. Therefore, for example, the controller 30 can more appropriately realize the automatic operation function and remote control function of the excavator 100 by controlling the hydraulic control valve 33 in addition to the hydraulic control valve 31.

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 device 26 is electric, the hydraulic control valve 33 may be omitted.

<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 shovel 100 according to this embodiment includes the operation device 26, an input device 72, a display device D1, a sound output device D2, and a switch NS.

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 input device 72 is located within close proximity to the operator seated in the cabin 10 and receives various inputs from the operator, and signals corresponding to the received inputs are input to the controller 30.

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 input device 72 is an operation input device that accepts operation input. The operation input device may include a touch panel mounted on the display device D1, a touch pad installed around the display device D1, a button switch, a lever, a toggle, a knob switch provided on the operation device 26 (lever device), etc.

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 input device 72 may be a voice input device that accepts voice input from an operator. The voice input device may include, for example, a microphone.

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 input device 72 may be a gesture input device that accepts gesture input from an operator. The gesture input device may include, for example, an imaging device (indoor camera) installed in the cabin 10.

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 cabin 10, displays various information images, and outputs various information in a visual manner. The display device D1 is, for example, a liquid crystal display or an organic EL (electroluminescence) display.

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 cabin 10. Examples of lighting devices include warning lights.

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 cabin 10.

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 left operation lever 26L. The operator can operate the left operation lever 26L while pressing the switch NS. For example, when the arm 5 of the left operation lever 26L is operated (i.e., the left operation lever 26L is tilted forward or backward) while the switch NS is pressed, the operation assistance type machine control function may be enabled. Also, for example, when the switch NS is pressed while the machine control function is disabled, the machine control function may be enabled, and when the switch NS is pressed while the machine control function is enabled, the machine control function may be disabled. Also, the switch NS may be provided on the right operation lever 26R, or may be provided at another position within the cabin 10. A signal corresponding to the operation state of the switch NS is taken into the controller 30.

<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 shovel 100 according to this embodiment includes a communication device T1.

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 shovel 100. The device provided separately from the shovel 100 may include a device outside the shovel 100 as well as a portable terminal device brought into the cabin 10 by the user of the shovel 100. The communication device T1 may include, for example, a mobile communication module conforming to standards such as 4G ( 4th Generation) and 5G ( 5th Generation). The communication device T1 may also include, for example, a satellite communication module. The communication device T1 may also include, for example, a WiFi communication module or a Bluetooth communication module. The communication device T1 may also include, for example, a communication module capable of wired communication with a terminal device connected through a cable connected to a predetermined connector.

<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 shovel 100 according to this embodiment includes a controller 30. The control system of the shovel 100 according to this embodiment also includes a negative control pressure sensor 19, a discharge pressure sensor 28, an operating pressure sensor 29, a spatial recognition device 70, and a positioning device 73. The control system of the shovel 100 according to this embodiment also includes a boom angle sensor S1, an arm angle sensor S2, a bucket angle sensor S3, a machine body attitude sensor S4, and a swing angle sensor S5.

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 excavator 100. The functions of the controller 30 may be realized by any hardware or any combination of hardware and software. For example, the controller 30 is configured around a computer including a CPU (Central Processing Unit), a memory device such as a RAM (Random Access Memory), a non-volatile auxiliary storage device such as a ROM (Read Only Memory), and various interface devices for input and output. The controller 30 realizes various functions, for example, by loading a program installed in the auxiliary storage device into the memory device and executing the program on the CPU.

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 controller 30, for example, controls the main pumps 14L and 14R.

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 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、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 controller 30 may also adjust the discharge volume of the main pumps 14L, 14R by controlling the regulators 13L, 13R according to the negative control pressure detected by the negative control pressure sensors 19L, 19R. For example, the controller 30 decreases the discharge volume of the main pumps 14L, 14R as the negative control pressure increases, and increases the discharge volume of the main pumps 14L, 14R as the negative control pressure decreases.

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 excavator 100 is in a standby state (see FIG. 3) in which none of the hydraulic actuators are being operated, the hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R passes through the center bypass oil passages 40L, 40R to the negative control throttles 18L, 18R. The flow of hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R increases the negative control pressure generated upstream of the negative control 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 40L, 40R.

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 main pumps 14L, 14R flows into the hydraulic actuator to be operated via 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 negative control throttles 18L, 18R, lowering the negative control pressure generated upstream of the negative control 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.

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 controller 30 also controls the operation of the hydraulic actuator (driven element) of the excavator 100, for example, by controlling the hydraulic control valve 31.

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 device 26 is electric, the controller 30 may control the operation of the hydraulic actuator (driven element) of the excavator 100 based on the operation of the operating device 26, with the hydraulic control valve 31 as the control object.

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 controller 30 may also control the remote operation of the hydraulic actuator (driven element) of the shovel 100, with the hydraulic control valve 31 as the control target. That is, the operation of the hydraulic actuator (driven element) of the shovel 100 may include remote operation of the hydraulic actuator from outside the shovel 100.

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 controller 30 may also control the automatic operation function of the shovel 100 by controlling the hydraulic control valve 31. That is, the operation of the hydraulic actuator of the shovel 100 may include an operation command for the hydraulic actuator of the shovel 100 that is output based on the automatic operation function.

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 controller 30 also controls, for example, the perimeter monitoring function. In the perimeter monitoring function, the entry of a monitored object into a predetermined range (hereinafter, the "monitoring range") around the excavator 100 is monitored based on information acquired by the spatial recognition device 70. The process of determining whether a monitored object has entered the monitoring range may be performed by the spatial recognition device 70 or may be performed outside the spatial recognition device 70 (for example, by the controller 30). The monitored object may include, for example, a person, a truck, other construction machinery, a utility pole, a suspended load, a pylon, a building, etc.

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 controller 30 also controls, for example, an object detection and notification function. In the object detection and notification function, when the periphery monitoring function determines that a monitored object is present within the monitoring range, the presence of the monitored object in the vicinity of the operator in the cabin 10 or the shovel 100 is notified. The controller 30 may realize the object detection and notification function, for example, using a display device D1 or a sound output device D2.

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 controller 30 also controls the operation restriction function. The operation restriction function restricts the operation of the excavator 100 when, for example, the perimeter monitoring function determines that a monitored object is present within the monitored area.

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 controller 30 determines that a person is present within a predetermined range (monitoring range) from the excavator 100 based on the information acquired by the spatial recognition device 70, the controller 30 may disable the actuator or limit the actuator to operating at a slow speed even if the operator operates the operating device 26. Specifically, if the controller 30 determines that a person is present within the monitoring range, the controller 30 can disable the actuator by locking the gate lock valve. In the case of an electric operating device 26, the actuator can be disabled by disabling the signal from the controller 30 to the hydraulic control valve 31. The same is true for other types of operating device 26, if a hydraulic control valve 31 that outputs a pilot pressure corresponding to a control command from the controller 30 and applies the pilot pressure to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 is used. If it is desired to operate the actuator at a slow speed, the actuator can be operated at a slow speed by limiting the control signal from the controller 30 to the hydraulic control valve 31 to a content corresponding to a relatively small pilot pressure. In this way, when it is determined that the detected monitored object is present within the monitoring range, the actuator is not driven even if the operating device 26 is operated, or is driven at an operating speed (slow speed) lower than the operating speed corresponding to the operation input to the operating device 26. Furthermore, when it is determined that a person is present within the monitoring range while the operator is operating the operating device 26, the operation of the actuator may be stopped or decelerated regardless of the operation of the operator. Specifically, when it is determined that a person is present within the monitoring range, the actuator may be stopped by locking the gate lock valve. When a hydraulic control valve 31 is used that outputs a pilot pressure corresponding to a control command from the controller 30 and applies the pilot pressure to a pilot port of a corresponding control valve in the control valve, the actuator can be made inoperable or limited to operating at a slow speed by invalidating the signal from the controller 30 to the hydraulic control valve 31 or outputting a deceleration command to the hydraulic control valve 31. Furthermore, when the detected monitored object is a truck, control regarding stopping or deceleration of the actuator may not be performed. For example, the actuator may be controlled to avoid the detected truck. In this way, the type of object detected can be recognized and the actuator can be controlled based on that recognition.

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 controller 30 also controls the machine guidance (MG) function and the machine control function (automatic driving function). Details 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して実現される態様であってもよい。 Note that some of the functions of the controller 30 may be realized by another controller (control device). In other words, the functions of the controller 30 may be realized in a distributed manner by multiple controllers.

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 control pressure sensors 19L and 19R. The negative control pressure sensors 19L and 19R detect the negative control pressure of each of the negative control apertures 18L and 18R, and the detection signal corresponding to the detected negative control pressure is input to the controller 30.

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 discharge pressure sensors 28L and 28R. The discharge pressure sensors 28L and 28R detect the discharge pressures of the main pumps 14L and 14R, respectively, and detection signals corresponding to the detected discharge pressures are input to the controller 30.

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 pressure sensor 29 detects the secondary pilot pressure of the hydraulic pilot type operating device 26, i.e., the pilot pressure corresponding to the operating state of each driven element (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, upper rotating body 3, boom 4, arm 5, bucket 6, etc. in the operating device 26 is taken into the controller 30. The operating pressure sensor 29 includes operating pressure sensors 29LA, 29LB, 29RA, 29RB, 29DL, and 29DR.

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 left operating lever 26L by the operator (e.g., the direction and amount of operation) in the form of hydraulic oil pressure in the secondary pilot line of the left operating lever 26L (hereinafter, "operating pressure").

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 left operating lever 26L by the operator (e.g., the direction and amount of operation) in the form of operating pressure in the secondary pilot line of the left operating lever 26L.

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 right operating lever 26R by the operator in the forward/rearward direction (e.g., the direction and amount of operation) in the form of operating pressure in the secondary pilot line of the right operating lever 26R.

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 right operating lever 26R by the operator (e.g., the direction and amount of operation) in the form of operating pressure in the secondary pilot line of the right operating lever 26R.

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 lever 26L, right operating lever 26R, left travel lever 26DL, and right travel lever 26DR) may be detected by a sensor other than the operating pressure sensor 29 (for example, a potentiometer attached to the right operating lever 26R, left travel lever 26DL, and right travel lever 26DR). If the operating device 26 is electric, the operating pressure sensor 29 is omitted. In this case, the controller 30 can grasp the operating state of each driven element (hydraulic actuator) based on the operation signal received from the electric operating device 26.

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 spatial recognition device 70 is configured to recognize objects present in the three-dimensional space around the shovel 100, and to measure (calculate) positional relationships such as the distance from the spatial recognition device 70 or the shovel 100 to the recognized objects. The spatial recognition device 70 may include a distance sensor capable of measuring the distance to objects around the shovel 100, such as an ultrasonic sensor, a millimeter wave radar, an infrared sensor, or a LIDAR (Light Detecting and Ranging). The spatial recognition device 70 may also include an imaging device such as a monocular camera, a stereo camera, a distance image camera, or a depth camera.

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 spatial recognition device 70 includes a forward recognition sensor 70F attached to the front end of the upper surface of the cabin 10, a rear recognition sensor 70B attached to the rear end of the upper surface of the upper rotating body 3, a left recognition sensor 70L attached to the left end of the upper surface of the upper rotating body 3, and a right recognition sensor 70R attached to the right end of the upper surface of the upper rotating body 3. In addition, an upward recognition sensor that recognizes objects present in the space above the upper rotating body 3 may be attached to the excavator 100.

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 positioning device 73 measures the position and orientation of the upper rotating body 3. The positioning device 73 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 73, which is to detect the orientation of the upper rotating body 3, may be substituted by a direction sensor attached to the upper rotating body 3.

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 boom cylinder 7.

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 boom 4 or a state at either end of the movable angle range of the arm 5). The arm angle sensor S2 may include, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a six-axis sensor, an IMU, etc. The arm angle sensor S2 may also include a cylinder sensor capable of detecting the extension/retraction position of the arm cylinder 8.

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 arm 5 or a state at either end of the movable angle range of the bucket 6). The bucket angle sensor S3 may include, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a six-axis sensor, an IMU, etc. The bucket angle sensor S3 may also include a cylinder sensor capable of detecting the extension/retraction position of the bucket cylinder 9.

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 rotating body 3. The attitude state of the vehicle includes the inclination state of the vehicle. The inclination state of the vehicle includes, for example, a tilt state in the front-rear direction, which corresponds to the attitude state around the left-right axis of the upper rotating body 3, and a tilt state in the left-right direction, which corresponds to the attitude state around the front-rear axis of the upper rotating body 3. The attitude state of the vehicle also includes the rotation state of the upper rotating body 3, which corresponds to the attitude state around the rotation axis of the upper rotating body 3. The vehicle attitude sensor S4 is mounted, for example, on the upper rotating body 3, and acquires (outputs) detection data regarding the attitude angle around the front-rear axis, left-right axis, and rotation axis of the upper rotating body 3 (hereinafter, "front-rear tilt angle" and "left-right tilt angle"). As a result, the vehicle attitude sensor S4 can acquire detection information regarding the orientation of the upper rotating body 3 with respect to the ground (rotation attitude around the rotation axis). The orientation of the upper rotating body 3 means, for example, the direction in which the attachment AT extends when viewed from above, that is, the forward direction as seen from the upper rotating body 3. The aircraft attitude sensor S4 may include, for example, an acceleration sensor (tilt sensor), an angular velocity sensor, a six-axis sensor, an IMU, etc.

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 rotating body 3 with respect to the ground may be obtained from another device instead of or in addition to the aircraft attitude sensor S4. For example, a geomagnetic sensor may be mounted on the upper rotating body 3. In this case, the controller 30 can obtain information regarding the orientation of the upper rotating body 3 with respect to the ground from the geomagnetic sensor. Also, for example, the controller 30 may determine the orientation of the upper rotating body 3 with respect to the ground by determining the direction of the surrounding objects (particularly fixed objects such as utility poles and trees) that are captured based on the output (captured image) of the spatial recognition device 70 (imaging device). In other words, information regarding the orientation of the upper rotating body 3 with respect to the ground may be obtained from the spatial recognition device 70 (imaging device).

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 rotating body 3 with respect to the lower running body 1 as a reference. As a result, the slewing angle sensor S5 obtains detection information regarding the slewing angle of the upper rotating body 3 with respect to a predetermined reference (for example, a state in which the forward direction of the lower running body 1 and the front of the upper rotating body 3 are aligned). The slewing angle sensor S5 includes, for example, a potentiometer, a rotary encoder, a resolver, etc. The slewing angle sensor S5 may also include, for example, a combination of a geomagnetic sensor attached to the lower running body 1 and a geomagnetic sensor attached to the upper rotating body 3. The slewing angle sensor S5 may also include a combination of a GNSS receiver attached to the lower running body 1 and a GNSS receiver attached to the upper rotating body 3.

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 rotating body 3 with respect to the lower running body 1 as a reference may be obtained from another device instead of or in addition to the rotation angle sensor S5. For example, the orientation of the upper rotating body 3 relative to the lower running body 1 may be determined by determining the orientation of the lower running body 1 shown based on the captured image of the spatial recognition device 70 (imaging device) attached to the upper rotating body 3. Specifically, the controller 30 extracts the image of the lower running body 1 included in the captured image by performing known image processing. Then, the controller 30 may use known image recognition technology to identify the longitudinal direction of the lower running body 1 and derive the angle formed between the direction of the front-rear axis of the upper rotating body 3 and the longitudinal direction of the lower running body 1. At this time, the direction of the front-rear axis of the upper rotating body 3 can be derived from the mounting position of the spatial recognition device 70 that acquired the captured image. In particular, since the crawler 1C protrudes from the upper rotating body 3, the controller 30 can identify the longitudinal direction of the lower running body 1 by extracting the image of the crawler 1C. Also, for simplicity, it may be assumed that the orientation of the upper rotating body 3 relative to the ground and the orientation of the upper rotating body 3 relative to the lower running body 1 are substantially the same. In this case, the rotation angle sensor S5 may be omitted.

[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 shovel 100 will be described.

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 controller 30 controls the excavator 100, for example, with respect to a machine guidance function that guides the operator in manually operating the excavator 100.

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 controller 30 conveys work information such as the distance between the target construction surface and the tip of the attachment AT, that is, a predetermined work part of the bucket 6 (for example, the tip of the bucket 6, the back of the bucket 6, etc.) (hereinafter simply referred to as the "work part") to the operator through the display device D1, the sound output device D2, etc. Specifically, the controller 30 acquires information from the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, the bucket angle sensor S3, the machine attitude sensor S4, the rotation angle sensor S5, the spatial recognition device 70, the positioning device 73, the input device 72, etc. Then, the controller 30 may, for example, calculate the distance between the bucket 6 and the target construction surface based on the acquired information, and notify the operator of the calculated distance by an image displayed on the display device D1 or a sound output from the sound output device D2. Data on the target construction surface is stored in an internal memory or an external storage device connected to the controller 30, for example, based on a setting input by the operator through the input device 72, or by downloading from an external device (for example, a predetermined management server). The data on the target construction surface is expressed, for example, 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. For example, the operator may determine an arbitrary point on the construction site as a reference point and set the target construction surface based on the relative positional relationship with the reference point through the input device 72. This allows the controller 30 to notify the operator of work information through the display device D1, sound output device D2, etc., and to guide the operator in operating the excavator 100 through the operating device 26.

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 controller 30 also controls the shovel 100 with respect to machine control functions, for example, assisting an operator in manually operating the shovel 100 and causing the shovel 100 to operate fully automatically or autonomously.

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 controller 30 automatically operates at least one of the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 so that the target construction surface coincides with the tip of the attachment AT, specifically, the position that serves as the control standard (hereinafter, simply referred to as the "control standard") set in the working part of the bucket 6. The control standard may include, for example, a plane or a curved surface that constitutes the tip of the bucket 6 as the working part, a line segment defined on the plane or the curved surface, a point defined on the plane or the curved surface, etc. The control standard may also include, for example, a plane or a curved surface that constitutes the back surface of the bucket 6 as the working part, a line segment defined on the plane or the curved surface, a point defined on the plane or the curved surface, etc. Specifically, when the operator operates the arm 5 through the left operating lever 26L while operating (pushing) the switch NS, the controller 30 automatically operates the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 in response to the operation of the arm 5 by the operator so that the target construction surface coincides with the control standard of the bucket 6. More specifically, as described above, the controller 30 controls the hydraulic control valve 31 to automatically operate the boom 4, the arm 5, and the bucket 6. This allows the operator to cause the excavator 100 to perform excavation work, leveling work, and the like along the target construction surface simply by operating the left operation lever 26L in the forward and backward directions.

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 bucket 6 may be set, for example, according to a setting input by an operator or the like through the input device 72. Also, the working part of the bucket 6 may be set automatically, for example, according to the work content of the shovel 100. Specifically, the working part of the bucket 6 may be set to the tip of the bucket 6 when the work content of the shovel 100 is excavation work or the like, and may be set to the back of the bucket 6 when the work content of the shovel 100 is leveling work, rolling work, or the like. In this case, the work content of the shovel 100 may be automatically determined based on the captured image of the imaging device included in the spatial recognition device 70 (forward recognition sensor 70F), or may be set according to the selected content or input content by the operator or the like selecting or inputting through the input device 72.

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 bucket 6") may be set at a point on a curved or flat surface that constitutes the tip of a specific one of the multiple tines of the bucket 6, for example, when the working part is the tip of the bucket 6. Also, the control standard for the bucket 6 may be set arbitrarily on a curved or flat surface that constitutes the back surface of the bucket 6, for example, when the working part is the back surface of the bucket 6. In this case, the controller 30 may set the control standard for the back surface of the bucket 6 in response to a setting operation by an operator or the like via the input device 72, or may automatically set (change) the control standard for the back surface of the bucket 6 based on predetermined conditions, as described below.

[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 shovel 100 according to this embodiment. Specifically, Figure 5 is a functional block diagram showing a specific example of the functional configuration related to the fully automatic machine control function of the shovel 100.

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 controller 30 realizes a fully automatic machine control function (autonomous driving function) in response to a signal received from a specific external device (e.g., the management device 200, etc.) by the communication device T1.

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 controller 30 includes, as functional units related to the machine control function, a work start determination unit 3001A, an operation content determination unit 3001B, an operation condition setting unit 3001C, and an operation start determination unit 3001D. The controller 30 also includes, as functional units related to the machine control function, a target construction surface acquisition unit 3002, an excavation target recognition unit 3003, a target trajectory setting unit 3004, a current position calculation unit 3005, a target position calculation unit 3006, and an operation command generation unit 3007.

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 shovel 100. The specified task is, for example, excavation work. For example, when a start command is input from an external device via the communication device T1, the work start determination unit 3001A determines the start of the task specified by the start command. In addition, when a start command is input from an external device via the communication device T1, the work start determination unit 3001A may determine the start of the task specified by the start command when the periphery monitoring function determines that no object to be monitored is present within the monitoring range around the shovel 100.

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 bucket 6, whether the excavator 100 is performing operations corresponding to multiple operations that constitute a specified work. For example, the multiple operations that constitute a specified work include an excavation operation, a boom raising and rotating operation, a soil removal operation, and a boom lowering and rotating operation when the specified work is an excavation operation.

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 condition setting unit 3001C sets operating conditions for performing a specified task using the autonomous driving function. For example, if the specified task is an excavation task, the operating conditions may include conditions related to the excavation depth, excavation length, etc.

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 determination unit 3001D determines the start of a predetermined operation constituting a predetermined task whose start has been determined by the work start determination unit 3001A. For example, the operation start determination unit 3001D may determine that the excavation operation can be started when the operation content determination unit 3001B determines that the boom lowering rotation operation has ended and that the control reference (toe) of the bucket 6 has reached the excavation start position. Then, when the operation start determination unit 3001D determines that the excavation operation can be started, it inputs an operation command for an operation element (actuator) corresponding to an autonomous driving function generated according to the setup of the predetermined task to the target position calculation unit 3006. As a result, the target position calculation unit 3006 can calculate the target position of the work part (control reference) of the bucket 6 according to the operation command corresponding to the autonomous driving function.

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 surface acquisition unit 3002 acquires data on the target construction surface, for example, from an internal memory or a specified external storage device. The data on the target construction surface may be manually input by an operator via the input device 72, or may be input (received) from the management device 200, for example, via the communication device T1.

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 target recognition unit 3003 recognizes the shape of the ground as the excavation target based on the output of the spatial recognition device 70.

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 target recognition unit 3003 may recognize the shape of the ground as the excavation target based on the output of a spatial recognition device external to the shovel 100. The spatial recognition device external to the shovel 100 may include, for example, a spatial recognition device installed on a utility pole or the like at the construction site, or a spatial recognition device mounted on a drone (e.g., a multicopter) flying above the construction site. The excavation target recognition unit 3003 may also recognize the shape of the ground as the excavation target based on the movement trajectory of the working part of the bucket 6 during the immediately preceding (previous) 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 trajectory setting unit 3004 sets the target trajectory of the working part (control standard) of the bucket 6 based on data related to the target construction surface. For example, when rough excavation is performed when the distance between the actual terrain and the target construction surface is relatively large, the target trajectory setting unit 3004 sets the target trajectory of the working part of the bucket 6 within a range that does not exceed the target construction surface. In addition, for example, when finish excavation is performed or leveling work or compaction work is performed when the distance between the actual terrain and the target construction surface is relatively small, the target trajectory setting unit 3004 sets the target trajectory of the working part of the bucket 6 so that the working part of the bucket 6 moves along the target construction surface. In addition to the target trajectory, the target trajectory setting unit 3004 may set the attitude angle of the bucket 6 on the target trajectory. The method of setting the target trajectory and attitude angle of the bucket 6 during excavation will be described later (see Figures 6 and 7).

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β、アーム角度β、及びバケット角度β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 position calculation unit 3005 calculates the position (current position) of the control reference of the bucket 6. Specifically, the current position calculation unit 3005 may calculate the position of the control reference of the bucket 6 based on the boom angle β1 , the arm angle β2 , and the bucket angle β3 acquired based on the outputs of the boom angle sensor S1, the arm angle sensor S2, and the bucket angle sensor S3.

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 position calculation unit 3006 calculates the target position of the control reference for the bucket 6 based on the operation details (operation direction and operation amount) of the operation of the arm 5 at the left operating lever 26L, information on the set target trajectory, and the current position of the control reference for the bucket 6. The target position is a position on the target construction surface (in other words, the target trajectory) that should be reached during the current control cycle, assuming that the arm 5 operates according to the operation direction and operation amount of the arm 5 at the left operating lever 26L. The target position calculation unit 3006 may calculate the target position of the control reference for the bucket 6 using, for example, a map or an arithmetic expression that is stored in advance in a non-volatile internal memory or the like.

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 command generating unit 3007 generates a command value β1r for the motion of the boom 4 (hereinafter "boom command value"), a command value β2r for the motion of the arm 5, and a command value β3r for the motion of the bucket 6 (hereinafter "bucket command value") based on the target position of the control reference of the bucket 6. For example, the boom command value β1r , the arm command value β2r , and the bucket command value β3r are the boom angle, the arm angle, and the bucket angle, respectively, when the control reference of the bucket 6 achieves the target position. As a result, the controller 30 converts the boom command value β1r , the arm command value β2r , and the bucket command value β3r into operation commands for the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, and controls the hydraulic control valve 31, thereby achieving a machine control function.

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 boom 4, arm 5, and bucket 6 required for the control standard of the bucket 6 to achieve the target position.

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 controller 30 can cause the shovel 100 to autonomously perform a predetermined operation (e.g., an excavation operation) based on a fully automatic machine control function (autonomous driving function).

[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 shovel 100 using the machine control function]
Next, a method of controlling the excavation operation of the shovel 100 using the machine control function will be described with reference to Figs. 6 and 7.

<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 shovel 100 with a fully automatic machine control function.

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 shovel 100 corresponds to, for example, the work time required for the shovel 100 to complete a specified unit task.

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 excavator 100 corresponds to, for example, the fuel consumption rate of the engine 11.

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 contour line 602, which shows the same energy consumption in the shovel 100, indicates that a trade-off relationship exists between the work efficiency and the energy consumption efficiency of the shovel 100. Specifically, the contour line 602 indicates that when the work efficiency is increased with the same energy consumption, the operating speed of the driven elements of the shovel 100 becomes relatively faster, and the energy consumption efficiency decreases, so that the operating point moves toward the lower right of the operation map 600. On the other hand, the contour line 602 indicates that when the energy consumption efficiency is increased with the same energy consumption, the operating speed of the driven elements of the shovel 100 becomes relatively slower, and the work efficiency decreases, so that the operating point moves toward the upper left of the operation map 600.

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 shovel 100 increases as the operating speed of the driven element of the shovel 100 increases. Therefore, in order to complete a unit task with a specific amount of energy consumption, there is a lower limit to the work time (upper limit of work efficiency), and a limit line 604 corresponding to the upper limit of work efficiency is specified. The higher the energy consumption efficiency, the lower the upper limit of work efficiency (the larger the lower limit of work time) and, the lower the energy consumption efficiency, the higher the upper limit of work efficiency (the smaller the lower limit of work time).

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 controller 30 sets an operating point of the shovel 100 near the limit line 604, and determines the operation content of the shovel 100 according to the relative priority between the work efficiency corresponding to the operating point and the energy consumption efficiency. Then, the controller 30 controls the operation of the shovel 100 by a machine control function so as to realize the operation content. For example, when the shovel 100 is excavating, the controller 30 sets the target trajectory of the working part of the bucket 6 and the attitude angle of the bucket 6 with respect to a reference plane (e.g., the ground) according to the relative priority between the work efficiency and the energy consumption efficiency of the shovel 100. Then, the controller 30 may control the operation of the attachment AT according to the set target trajectory of the bucket 6 and the attitude angle of the bucket 6 with respect to the ground.

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 controller 30 can adjust the operating characteristics of the shovel 100 to suit the operator's preferences.

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 excavator 100. In this case, even if the operator sets the operating point in an inefficient manner, the manager can set the operating point via the management device from the perspective of improving work efficiency.

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 controller 30 may also perform reinforcement learning for the parameters A to E based on information on the actual work content, work site, work process, etc., starting from the parameters A to E that are set in advance, and select an optimal operating point from the operation map in FIG. 6. For example, the target trajectory setting unit 3004 may perform reinforcement learning for the parameters A to E in accordance with information on the work content, work site, work process, etc., so as to maximize the work efficiency (work time) and energy consumption efficiency (e.g., fuel consumption rate) as evaluation indices (rewards), and calculate the parameters A to E and the optimal operating point.

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, operating point 606 corresponds to a case where the priority of energy consumption efficiency is set relatively higher than the priority of work efficiency between the work efficiency and energy consumption efficiency of the excavator 100. In this case, the controller 30 sets the target trajectory of the working part of the bucket 6 and the attitude angle of the bucket 6 with respect to the ground, etc., so that the priority of energy consumption efficiency is relatively higher than the priority of work efficiency, i.e., so that the energy consumption efficiency is relatively high.

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, operating point 608 corresponds to a case where the priority of work efficiency is set relatively higher than the priority of energy consumption efficiency between the work efficiency and energy consumption efficiency of the excavator 100. In this case, the controller 30 sets the target trajectory of the working part of the bucket 6 and the attitude angle of the bucket 6 with respect to the ground, etc., so that the priority of work efficiency is relatively higher than the priority of energy consumption efficiency, i.e., so that the work efficiency is relatively high.

<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 trajectory 700 of the tip of the bucket 6 during excavation.

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 bucket 6 during excavation based on a predetermined template, thereby setting the target trajectory of the working part (tip) of the bucket 6 during excavation.

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 controller 30 sets a target trajectory for the working part (toe) of the bucket 6 during excavation by setting some or all of parameters A to E.

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 bucket 6's trajectory 700 relative to the ground surface 702 during excavation.

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 trajectory 700 corresponding to the target trajectory of the bucket 6 during excavation is set in a range above the target construction surface 704 or along the target construction surface 704. That is, the trajectory 700 corresponding to the target trajectory of the bucket 6 during excavation is set so as not to exceed the target construction surface 704 downward, as described above. Also, the controller 30 grasps the shape of the ground 702 to be excavated based on the output of the spatial recognition device 70, as described above. Also, the controller 30 may grasp the shape of the ground 702 to be excavated based on the output of a spatial recognition device installed outside the shovel 100, for example, on a multicopter or a utility pole, instead of the spatial recognition device 70, as described above. Also, the controller 30 may grasp the shape of the ground 702 to be excavated based on the trajectory of the working part (for example, the tip of the bucket 6) during the previous excavation, as described above.

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 bucket 6 penetrates the ground 702 until the tip of the bucket 6 leaves the ground as the soil is scooped up.

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 ground surface 702 along the trajectory of the toe of the bucket 6 during excavation.

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 bucket 6 trajectory relative to the reference plane during excavation.

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 bucket 6 relative to the horizontal plane or the ground surface 702 when the toe of the bucket 6 penetrates the ground surface 702.

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 bucket 6 with respect to the horizontal plane or the ground surface 702 when the horizontal movement of the bucket 6 is predominant (during horizontal pull) between when the toe of the bucket 6 penetrates the ground surface 702 and when it is lifted off the ground surface 702.

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 bucket 6 relative to the horizontal plane or the ground surface 702 when the toe of the bucket 6 leaves the ground surface 702 when the bucket 6 scoops up soil.

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 trajectory setting unit 3004 may, for example, set at least one of parameters A and B when the shovel 100 is excavating, thereby simply setting a target trajectory for the tip of the bucket 6. The target trajectory setting unit 3004 may also set a more detailed target trajectory for the tip of the bucket 6, for example, by setting at least one of parameters C to E in addition to parameters A and B. In other words, the target trajectory setting unit 3004 changes the trajectory of the template in accordance with the settings of parameters A to E by setting some or all of parameters A to E when the shovel 100 is excavating, thereby setting the target trajectory.

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 trajectory setting unit 3004 may set the target trajectory by setting parameters A to E according to the relative priority between work efficiency and energy consumption efficiency, as described above.

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 trajectory setting unit 3004 may set at least one of parameters A and B (digging length and digging depth) to a relatively large value. This is because the excavation volume in one excavation operation can be relatively large.

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 trajectory setting unit 3004 may set at least one of parameters A and B (digging length and excavation depth) to a relatively small value. This is because the resistance during excavation can be made relatively small.

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 trajectory setting unit 3004 may also set the attitude angle of the bucket 6 relative to a reference plane (e.g., the ground) during excavation in accordance with the relative priority between work efficiency and energy consumption efficiency, as described above.

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 trajectory setting unit 3004 may set the attitude angle of the bucket 6 so that the angle θ (see FIG. 7) between the opening of the bucket 6 and the ground in a side view is relatively small.

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 trajectory setting unit 3004 may set the attitude angle of the bucket 6 so that the angle θ is relatively large.

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 excavator 100 may be determined, for example, according to the frequency of visits by dump trucks that enter and leave the work site to transport soil and sand discharged during excavation work.

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 management device 200, etc.

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 excavator 100 may be determined, for example, according to the time that the dump truck can stay at the work site, i.e., the time that the dump truck can be kept waiting at the work site.

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 shovel 100 may be determined, for example, according to the planned work time (planned operation time) of the shovel 100 on the day of work.

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 excavator 100 on the day of work is relatively short, the priority of work efficiency is set relatively higher than the priority of energy consumption efficiency.

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 excavator 100 on the day of work is relatively long, the priority of energy consumption efficiency is set relatively higher than the priority of work efficiency.

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 management device 200 or the like. The planned work time may also be determined based on manual input received from the user by the excavator 100 or the management device 200.

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 management device 200, and the result of the determination may be transmitted to the excavator 100.

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 controller 30 may acquire various information required for the judgment from the management device 200 or the like via the communication device T1 (an example of an acquisition device). The various information includes information related to the operation schedule of the dump truck described above, location information of the dump truck, information related to the construction schedule at the work site, information related to manual input contents accepted by the management device 200 or the like, and the like.

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 excavator 100, the controller 30 may obtain the position information of the dump truck by directly communicating with the dump truck through the communication device T1.

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 input device 72 of the excavator 100 or the input device of the management device 200, etc.

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 controller 30 sets the target trajectory of the bucket 6 during excavation based on the priority between the work efficiency and energy consumption efficiency of the excavator 100.

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 controller 30 to set a target trajectory for the bucket 6 when the shovel 100 is excavating, taking into account the work efficiency and energy consumption efficiency of the shovel 100.

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 bucket 6 during excavation is set by varying at least one of the excavation length and excavation depth.

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 controller 30 can specifically set the target trajectory of the working part (toe) of the bucket 6 by, for example, setting the excavation length and excavation depth in accordance with the work efficiency and energy consumption efficiency of the excavator 100 based on a predetermined template.

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 bucket 6 during excavation is set by varying at least one of the penetration angle, horizontal pull angle, and scooping angle in addition to the excavation length and excavation depth.

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 controller 30 can adjust the target trajectory of the working part (toe) of the bucket 6 in more detail to match the work efficiency and energy consumption efficiency of the excavator 100.

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 controller 30 determines the priority between work efficiency and energy consumption efficiency based on information regarding the frequency of dump trucks entering and leaving the work site, which is obtained by the communication device T1.

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 controller 30 to set a target trajectory for the working part (tip) of the bucket 6 based on the priority between the work efficiency and energy consumption efficiency of the excavator 100, taking into account the frequency of visits of the dump truck to the work site.

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 management device 200, etc.) that can communicate with the dump truck, and obtains the location information of the dump truck as information regarding the frequency of visits by the dump truck.

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 controller 30 to determine the frequency of visits by dump trucks based on the dump truck's location information.

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 controller 30 selects an operating point to prioritize work efficiency when the frequency of visits by dump trucks is relatively high, and prioritizes energy consumption efficiency when the frequency of visits by dump trucks is relatively low, and sets a target trajectory for the working part (toe) of the bucket 6 during excavation.

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 controller 30 to set a target trajectory for the working part (tip) of the bucket 6, taking into account work efficiency and energy consumption efficiency, in accordance with the frequency of visits by the dump truck.

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 Lower traveling body 1C Crawler 2ML, 2MR Travel hydraulic motor 2A Swing hydraulic motor 3 Upper rotating body 4 Boom 5 Arm 6 Bucket 7 Boom cylinder 8 Arm cylinder 9 Bucket cylinder 10 Cabin 11 Engine 14 Main pump 15 Pilot pump 17 Control valve 26 Operation device 30 Controller (control device)
31 Hydraulic control valve 33 Hydraulic control valve 70 Spatial recognition device 72 Input device 100 Shovel AT Attachment (work attachment)
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)

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。
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.
前記バケットの目標軌道は、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、
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.
前記バケットの目標軌道は、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、
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.
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を外部から取得する取得装置を備え、
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.
前記取得装置は、前記ダンプトラック、又は、前記ダンプトラックと通信可能な所定の外部装置と通信を行い、前記ダンプトラックの来場頻度に関する情報としての前記ダンプトラックの位置情報を取得する、
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.
前記制御装置は、前記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、前記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、前記バケットの目標軌道を設定する、
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.
JP2021057894A 2021-03-30 2021-03-30 Excavator Active JP7655504B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021057894A JP7655504B2 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Excavator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021057894A JP7655504B2 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Excavator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022154722A JP2022154722A (en) 2022-10-13
JP7655504B2 true JP7655504B2 (en) 2025-04-02

Family

ID=83557864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021057894A Active JP7655504B2 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Excavator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7655504B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024068678A (en) 2022-11-09 2024-05-21 住友重機械工業株式会社 Work machine and information processing device
CN121443802A (en) * 2023-08-31 2026-01-30 住友重机械工业株式会社 Excavators and their remote operating systems

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013221309A (en) 2012-04-16 2013-10-28 Hitachi Constr Mach Co Ltd Operation management system
US20160060842A1 (en) 2015-11-06 2016-03-03 Caterpillar Sarl System for controlling lift path of machine work tool
JP2017071982A (en) 2015-10-08 2017-04-13 日立建機株式会社 Construction machine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6108949A (en) * 1997-12-19 2000-08-29 Carnegie Mellon University Method and apparatus for determining an excavation strategy
EP3650604B1 (en) * 2017-07-05 2021-10-27 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Shovel

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013221309A (en) 2012-04-16 2013-10-28 Hitachi Constr Mach Co Ltd Operation management system
JP2017071982A (en) 2015-10-08 2017-04-13 日立建機株式会社 Construction machine
US20160060842A1 (en) 2015-11-06 2016-03-03 Caterpillar Sarl System for controlling lift path of machine work tool

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022154722A (en) 2022-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12104353B2 (en) Excavator and control apparatus for excavator
JP7439053B2 (en) Excavators and shovel management devices
KR102659076B1 (en) shovel
JPWO2019189935A1 (en) Excavator
US20230078047A1 (en) Excavator and system for excavator
JP7683996B2 (en) Excavators, excavator control devices
US12467238B2 (en) Shovel and shovel control device
KR20210141950A (en) shovel
US12258727B2 (en) Shovel and remote operation support apparatus
JP7478590B2 (en) Excavator
JP7798253B2 (en) Work machines, information processing devices
CN113631776B (en) Excavators and construction systems
JP2021059945A (en) Shovel
EP4130398A1 (en) Construction machine, management system for construction machine, machine learning device, and management system for work site of construction machine
JP2024092244A (en) Excavator, excavator operating system
JP7666865B2 (en) Excavator
JP7655504B2 (en) Excavator
JP2021188258A (en) System for shovel
JP2021055433A (en) Shovel
JP7761396B2 (en) Excavators, information processing equipment
JP2021156080A (en) Construction assist system and construction assist device
WO2024204510A1 (en) Work machine
JP2024099211A (en) Excavator
JP2024073207A (en) Shovel, shovel control device, and machine learning device
JP2024094059A (en) Excavator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240214

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20241001

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241008

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241209

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250312

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7655504

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150