JP2013189767A - Electrically driven turning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アタッチメントが取り付けられた旋回体が、基体に旋回可能に搭載されている電動旋回装置に関し、特に、傾斜地での作業時に転倒を防止する機能を有する電動旋回装置に関する。 The present invention relates to an electric swivel device in which a swivel body to which an attachment is attached is mounted on a base body so as to be able to swivel, and particularly relates to an electric swivel device having a function of preventing a fall during work on an inclined ground.
ショベル等の作業機械を傾斜地で動作させると、転倒する危険が伴う。ショベル等の作業機械の転倒を防止するための装置が提案されている(特許文献1)。 If a work machine such as an excavator is operated on an inclined ground, there is a risk of falling. An apparatus for preventing a work machine such as an excavator from overturning has been proposed (Patent Document 1).
従来のショベルにおいては、コントローラが、機体の転倒を生じない機体重心安全域を求める。機体重心安全域は、旋回体の旋回角度と傾斜角度に依存する。さらに、コントローラは、種々のセンサからの信号に基づいて、機体の重心位置を算出する。算出された重心位置が、機体重心安全域の境界に近づくと、コントローラが警報を発出する。または、重心位置が、機体重心安全域の境界に近づくと、重心位置を機体重心安全域の境界の内側から外側へ向けて移動させるように作用するブーム、アームの作動を停止させる。機体重心安全域の境界は、転倒支点となる点から鉛直上方に伸ばした直線の集合で表される。 In a conventional excavator, the controller obtains a body center-of-gravity safety zone where the body does not fall. The body center-of-gravity safety range depends on the turning angle and the inclination angle of the turning body. Further, the controller calculates the center of gravity position of the aircraft based on signals from various sensors. When the calculated center-of-gravity position approaches the boundary of the body center-of-gravity safety zone, the controller issues an alarm. Alternatively, when the position of the center of gravity approaches the boundary of the fuselage center of gravity safety area, the operation of the boom and the arm that act to move the center of gravity position from the inside to the outside of the boundary of the body center of gravity safety area is stopped. The boundary of the aircraft center-of-gravity safety zone is represented by a set of straight lines extending vertically upward from the point that becomes the fall fulcrum.
特許文献1に開示された油圧式のショベルでは、旋回駆動部も油圧で駆動される。旋回体は、旋回駆動部に加わる作動油の圧力によって旋回体が旋回動作を行う。アタッチメントがたたまれているときには慣性モーメントが小さいため、旋回速度が速くなる。逆に、アタッチメントが伸ばされているときには慣性モーメントが大きいため、旋回速度が遅くなる。 In the hydraulic excavator disclosed in Patent Document 1, the turning drive unit is also driven hydraulically. The revolving structure performs a revolving operation by the pressure of hydraulic oil applied to the revolving drive unit. Since the moment of inertia is small when the attachment is folded, the turning speed is increased. On the other hand, when the attachment is extended, the moment of inertia is large, so the turning speed is slow.
しかしながら、電動式旋回装置を備えたショベルの場合には、速度制御に基づき旋回動作が行われるため、旋回速度がアタッチメントの姿勢に依存せず、旋回速度がほぼ一定になる。アタッチメントが伸ばされているときは、慣性モーメントが大きくなるが、旋回角速度はほぼ一定のままである。このため、旋回を急停止させることが困難である。特に、特許文献1に開示されているような傾斜地で作業を行っている場合には、旋回を急停止させることが一層困難になる。 However, in the case of an excavator equipped with an electric turning device, the turning operation is performed based on the speed control. Therefore, the turning speed does not depend on the posture of the attachment, and the turning speed becomes substantially constant. When the attachment is extended, the moment of inertia increases, but the turning angular velocity remains substantially constant. For this reason, it is difficult to stop the turning suddenly. In particular, when working on an inclined ground as disclosed in Patent Document 1, it becomes more difficult to stop the turning suddenly.
本発明の目的は、傾斜地に対する基体の姿勢に関わらず、旋回動作を停止させやすい電動式旋回装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electric swivel device that can easily stop the swivel operation regardless of the posture of the base with respect to the slope.
本発明の一観点によると、
基体と、
前記基体に旋回可能に搭載された旋回体と、
前記旋回体に取り付けられて前記旋回体と共に旋回し、旋回半径が可変のアタッチメントと、
前記旋回体を旋回させるトルクを発生する旋回用電動機と、
前記アタッチメントの旋回半径に依存する物理量、前記基体を傾斜地に設置したときの
前記傾斜地に対する前記基体の姿勢に依存する物理量、及び前記基体に対する前記アタッチメントの旋回角に依存する物理量を測定するセンサ群と、
操作者が前記旋回体の旋回運動を制御するための指令を与える操作器と、
前記センサ群の測定結果に基づいて、前記旋回用電動機を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位の転倒危険範囲を定義した危険判定情報を含み、
前記センサ群の測定結果に基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位を算出し、算出結果と前記危険判定情報とに基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれるか否かを判定し、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれると判定された場合には、前記旋回用電動機を強制減速指令に基づき制御する電動式旋回装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A substrate;
A swivel mounted on the base so as to be swivelable;
An attachment attached to the revolving structure and revolving together with the revolving structure, wherein the revolving radius is variable;
A turning electric motor that generates torque for turning the turning body;
A sensor group for measuring a physical quantity that depends on a turning radius of the attachment, a physical quantity that depends on a posture of the base body with respect to the inclined ground when the base body is installed on an inclined ground, and a physical quantity that depends on a turning angle of the attachment with respect to the base body; ,
An operating device for giving an instruction for an operator to control the swing motion of the swing body;
A control device for controlling the electric motor for turning based on the measurement result of the sensor group;
The controller is
Including risk determination information defining a fall risk range of the orientation of the attachment with respect to the slope;
Based on the measurement result of the sensor group, the orientation of the attachment with respect to the slope is calculated, and based on the calculation result and the risk determination information, whether the orientation of the attachment with respect to the slope is included in the fall risk range. Determine whether
When it is determined that the orientation of the attachment with respect to the slope is included in the fall risk range, an electric turning device that controls the turning electric motor based on a forced deceleration command is provided.
旋回用電動機を強制減速指令に基づいて制御することにより、転倒の危険性を低減させることができる。 By controlling the turning electric motor based on the forced deceleration command, the risk of falling can be reduced.
[実施例1]
図1に、実施例1による電動旋回装置例として、ショベルの平面図を示す。一対のクローラを備えた基体(下部走行体)10に、旋回体11が旋回可能に搭載されている。旋回体11に、ブーム14及びアーム15が連結されている。アーム15の先端に、バケット、油圧ブレーカ、圧砕機等のエンドアタッチメント16が取り付けられている。旋回体11の旋回中心21からエンドアタッチメント16までの距離に相当する旋回半径Lは可変である。ブーム14、アーム15、及びエンドアタッチメント16をまとめて「アタッチメント12」という。
[Example 1]
FIG. 1 shows a plan view of an excavator as an example of the electric swivel device according to the first embodiment. A turning
旋回体11に、旋回用電動機20、センサ群に含まれる速度センサ22、キャビン51、及び制御装置60が搭載されている。旋回用電動機20は、基体10に対して旋回体11を旋回させるトルクを発生する。速度センサ22は、旋回体11の旋回速度ωを測定する。キャビン51内に、操作器50が設置されている。操作者がキャビン11に乗り込み、操作器50を操作することによって、旋回体11の旋回運動を制御するための指令を制
御装置60に与える。
A turning
基体10に、センサ群に含まれるピッチング角センサ41及びローリング角センサ42が搭載されている。両者を合わせて「姿勢センサ」40という。速度センサ22及び姿勢センサ40の出力信号が制御装置60に入力される。姿勢センサ40の機能については、後に図4A及び図4Bを参照して説明する。
A
基体10、旋回体11、ブーム14、アーム15、及びエンドアタッチメント16の合成の重心55が定義される。アタッチメント12の旋回半径Lを変化させると、旋回中心21から重心55までの距離が変動する。また、旋回体11を旋回させると、重心55も旋回中心21を中心として旋回する。
A center of
旋回中心21をz軸とし、基体10の進行方向をx軸方向とするxyz直交座標系を定義する。進行方向の前向き(前方)をx軸の正の向きとし、基体10から旋回体11を向く方向をz軸の正の向きとする。すなわち、xyz座標は、基体10に対して固定されている。
An xyz orthogonal coordinate system in which the
xy面内において、旋回中心21を始点としアタッチメント12の方に伸びる直線をu軸と定義する。u軸の正の向きを、「アタッチメントの方位」という。u軸は、旋回体11に固定されており、旋回体11の旋回と共に旋回する。x軸の正の向きとu軸の正の向きとのなす角を旋回角といい、θuxで表す。
In the xy plane, a straight line extending from the turning
通常、基体10の重心は旋回中心21上に設定される。このため、合成の重心55はu軸上に位置する。すなわち、旋回中心21から重心55に向かう方位は、旋回中心21からエンドアタッチメント16に向かう方位(u軸の正の向き)に一致する。本明細書において、「旋回中心21から重心55に向かう方位」と、「アタッチメントの方位」とを区別しないで用いる。
Usually, the center of gravity of the
図2及び図3を参照して、電動旋回装置が傾斜地に設置されたときの座標及び各種パラメータの定義について説明する。 With reference to FIG.2 and FIG.3, the definition of the coordinate and various parameters when an electric turning apparatus is installed in the sloping ground is demonstrated.
図2に示すように、電動旋回装置が、傾斜角asの傾斜地71に設置されている。xy面は傾斜地71と平行である。xy面内において、傾斜地71の傾斜方向をs軸とし、傾斜地71の低い方を向く向きをs軸の正の向きとする。傾斜地71の表面に、x軸、y軸、u軸、及びs軸が定義される。
As shown in FIG. 2, the electric turning device is installed in a
図3に、xy面内の各軸の関係を示す。s軸とx軸とのなす角を傾斜地に対する「基体10の前方の方位角」といい、θxsで表す。s軸とu軸とのなす角を傾斜地71に対する「アタッチメントの方位角」、または「重心の方位角」といい、θusで表す。旋回中心21から重心55までの距離をGで表す。特に断らない限り、本明細書において「方位角」は、傾斜地71に固定されたs軸の正の方向を基準(0°)として定義された方位角を意味する。
FIG. 3 shows the relationship between the axes in the xy plane. The angle formed by the s-axis and the x-axis is referred to as “the azimuth angle in front of the base 10” with respect to the sloping ground and is represented by θxs. The angle formed by the s-axis and the u-axis is referred to as “attachment azimuth” or “centroid azimuth” with respect to the
z軸を中心とし、s軸を含む扇型の範囲を転倒危険範囲70と定義する。転倒危険範囲70の大きさは、扇形の両端の方位角(最大方位角)θdsで定義される。z軸の負の向きに向かって電動旋回装置を見たとき、時計回りの回転方向を正の方向とし、反時計まわりの回転方向を負の方向とする。正側の最大方位角θdsと、負側の最大方位角−θdsとは同一であるとは限らない。
A fan-shaped range centering on the z-axis and including the s-axis is defined as a
アタッチメントの方位(u軸の正の方向)が転倒危険範囲70内に含まれるとき、電動
旋回装置が転倒してしまうか、または転倒の危険性が高い。従って、アタッチメント方位が転倒危険範囲70内に含まれない状態で作業を行うことが好ましい。転倒危険範囲70の広がり(最大方位角θds)については、後に図8A〜図8Cを参照して説明する。
When the orientation of the attachment (the positive direction of the u-axis) is included in the
エンドアタッチメント16の旋回角θuxは、旋回速度ωの時刻歴に依存する。速度センサ22で旋回速度ωを計測することにより、旋回角θuxを算出することができる。具体的には、旋回速度ωを積分することにより、旋回角θuxが得られる。なお、u軸とx軸とが一致している状態を、初期状態とする。旋回角θuxに依存する物理量として、旋回速度ωに代えて、旋回角自体を採用してもよい。旋回角θusは、角度センサにより計測することができる。
The turning angle θux of the
図4A及び図4Bを参照して、ピッチング角センサ41及びローリング角センサ42(図1)の機能について説明する。ピッチング角センサ41及びローリング角センサ42には、例えば加速度センサが用いられる。
The functions of the
図4Aに示すように、ピッチング角センサ41は、水平面72とx軸とのなす角(ピッチング角)apを測定する。図4Bに示すように、ローリング角センサ42は、水平面72とy軸とのなす角(ローリング角)arを測定する。ピッチング角apとローリング角arとは、基体10の傾斜角(すなわち、傾斜地71の傾斜角as(図2))及び傾斜地71に対する基体10の姿勢(基体の前向の方位角θxs)に依存する。このように、基体10の傾斜角及び傾斜地71に対する基体10の姿勢に依存する物理量を計測することにより、基体10の傾斜角及び傾斜地71に対する基体10の姿勢を算出することができる。
As shown in FIG. 4A, the
図5を参照して、エンドアタッチメント16(図1)の旋回半径Lの算出方法について説明する。ブーム14の基部及びアーム15の基部に、それぞれブーム角センサ31及びアーム角センサ32が取り付けられている。ブーム角センサ31は、xy面とブーム14とのなす角(ブーム角)C1の大きさを計測する。アーム角センサ32は、ブーム14とアーム15とのなす角(アーム角)C2の大きさを計測する。ブーム14及びアーム15の長さは不変であるため、ブーム角C1及びアーム角C2の大きさがわかれば、旋回軸21からエンドアタッチメント16までの距離、すなわち旋回半径Lを算出することができる。以下、ブーム角センサ31とアーム角センサ32とをまとめてアタッチメントセンサ30という。アタッチメントセンサ30も、センサ群に含まれる。
A method for calculating the turning radius L of the end attachment 16 (FIG. 1) will be described with reference to FIG. A
このように、アタッチメントの旋回半径Lに依存する物理量であるブーム角C1及びアーム角C2を計測することにより、旋回半径Lを算出することができる。なお、アタッチメントの旋回半径Lに依存する物理量として、ブーム14を駆動する油圧シリンダ及びアーム15を駆動する油圧シリンダの長さの変動量を採用してもよい。油圧シリンダの長さの変動量は、各油圧シリンダにピストンストロークセンサを設けることにより計測可能である。
Thus, the turning radius L can be calculated by measuring the boom angle C1 and the arm angle C2, which are physical quantities that depend on the turning radius L of the attachment. Note that the amount of variation in the length of the hydraulic cylinder that drives the
図6に、制御装置60の機能ブロック図を示す。制御装置60は、速度センサ22、アタッチメントセンサ30、及び姿勢センサ40による測定結果に基づいて、旋回用電動機20を制御する。
FIG. 6 shows a functional block diagram of the
制御装置60は記憶装置61を含み、記憶装置61に危険判定情報62が記憶されている。旋回用電動機駆動ブロック67が、旋回速度指令値生成ブロック65、速度上限値制限ブロック68、動作モード切替ブロック66、及びフィードバック制御ブロック61を含む。危険判定ブロック63が、速度センサ22、アタッチメントセンサ30、姿勢センサ40を含むセンサ群の測定結果、及び危険判定情報62に基づいて、アタッチメントの
方位角θus(図3)が、転倒危険範囲70に含まれるか否かを判定する。判定結果に基づいて、動作モード切替ブロック66に切替指令を送出する。
The
旋回速度指令値生成ブロック65が、操作器50を通した操作者からの指令に基づいて、旋回速度指令値を生成する。生成された旋回速度が速度上限値制限ブロック68に入力される。速度上限値制限ブロック68には上限値ωULが設定されており、旋回速度指令値が、この上限値を超えない条件の下で旋回速度指令値が生成される。強制減速指令値生成ブロック64が、強制減速指令値を生成する。
A turning speed command
危険判定ブロック63で、アタッチメントの方位角θusが転倒危険範囲70に含まれると判定された場合には、動作モード切替ブロック66は、フィードバック制御ブロック61に、制御目標値として強制減速指令値を入力する。この動作状態を、「強制減速動作モード」という。アタッチメントの方位角θusが転倒危険範囲70に含まれないと判定された場合には、動作モード切替ブロック66は、旋回速度指令値生成ブロック65で生成された旋回速度指令値を、制御目標値として、フィードバック制御ブロック61に入力する。この動作状態を、「通常動作モード」という。旋回用電動機20の回転速度が、フィードバック制御ブロック61に負帰還される。旋回速度指令値、及び旋回用電動機20の回転速度を測定する速度センサ22の測定値に基づいて、インバータ69に電流制御信号が送出される。インバータ69は、与えられた電流制御信号に基づいて、旋回用電動機20に交流電流を供給する。この結果、旋回用電動機20の旋回速度が、旋回速度指令値に等しくなる。すなわち、旋回用電動機20は、速度制御される。
When it is determined in the
上述のように、速度センサ22で検出された回転速度の測定値は、旋回用電動機20のPI制御を行うための負帰還信号、及び危険判定ブロック63で転倒の危険判定を行うための情報として利用される。
As described above, the measured value of the rotational speed detected by the
フィードバック制御ブロック61に、制御目標値として強制減速指令値が入力されたときには、旋回用電動機20は最大制動トルクを発生する。旋回用電動機20が制動トルクを発生すると、旋回体11の旋回運動が停止する。これにより、電動旋回装置の転倒を防止することができる。フィードバック制御ブロック61に、制御目標値として強制減速指令値が入力されたときに旋回用電動機20が発生するトルクは、必ずしも最大制動トルクである必要はない。
When the forced deceleration command value is input to the
図7A〜図7Cを参照して、危険判定情報62(図6)について説明する。危険判定情報62は、基体10の傾斜角as(図2)と、傾斜地71に対する基体の姿勢(基体11の前方の方位角θxs(図3))と、アタッチメントの旋回半径L(図1)に基づく物理量(旋回中心21から重心55までの距離G(図3))との組み合わせに対して、転倒危険範囲70の最大方位角θds(図3)を定義している。
The risk determination information 62 (FIG. 6) will be described with reference to FIGS. 7A to 7C. The
図7A、図7B、図7Cは、それぞれ基体10の傾斜角asが0°、15°、25°のときの、旋回中心21から重心55までの距離Gと、転倒危険範囲70の最大方位角θds(図3)との関係を、基体10の種々の姿勢θxsについて表す。なお、0°、15°、25°以外の傾斜角asについても、距離Gと、転倒危険範囲70の最大方位角θdsとの関係が、基体10の種々の姿勢θxsについて定義されている。
7A, 7B, and 7C show the distance G from the turning
傾斜角asが0°のときには、転倒危険範囲70の最大方位角θdsは0°である。すなわち、アタッチメントの方位角θusに関わらず、転倒の危険はない。
When the inclination angle as is 0 °, the maximum azimuth angle θds of the
傾斜角asが15°及び25°のとき、旋回中心21から重心55までの距離Gが長くなるに従って、転倒危険範囲70の最大方位角θdsの絶対値が大きくなる。すなわち、
転倒危険範囲70が広くなる。
When the inclination angle as is 15 ° and 25 °, the absolute value of the maximum azimuth angle θds of the
The
傾斜角asが一定の条件の下では、基体10の前方(x軸の正の方向)が傾斜地71の最大傾斜方向を向くとき(θxsが0°のとき)に、転倒危険範囲70の最大方位角θdsが最も小さい。基体10の前方(x軸の正の方向)が水平方向を向くとき(θxsが90°のとき)に、転倒危険範囲70の最大方位角θdsが最も大きい。図7B及び図7Cでは、θxsが0°のとき及び90°のときのみを示しているが、θxsがその間の大きさのとき、すなわち基体10の前方(x軸の正の方向)が傾斜地71に対して斜め方向を向く場合についても、転倒危険範囲70の最大方位角θdsが定義されている。
Under the condition that the inclination angle as is constant, when the front side of the base body 10 (positive direction of the x-axis) faces the maximum inclination direction of the inclined ground 71 (when θxs is 0 °), the maximum direction of the
図8を参照して、危険判定ブロック63の処理について説明する。処理装置60は、姿勢センサ40で計測されたピッチング角ap(図4A)及びローリング角ar(図4B)に基づいて、傾斜地71に対する基体10の前方の方位角θxs及び基体10の傾斜角as(図2)を算出する。
The process of the
さらに、処理装置60は、アタッチメントセンサ30で計測されたブーム角C1及びアーム角C2に基づいて、アタッチメントの旋回半径L(図5)を算出する。速度センサ22で計測されている旋回速度ωを積分することにより、アタッチメントの旋回角θuxを算出する。旋回半径L及び旋回角θuxから、重心位置55のxy座標を求める。重心位置に基づいて、旋回中心21から重心55までの距離Gを算出する。図1に示したように、通常、重心Gはu軸上に位置すると考えられる。この場合、距離Gは、旋回角θuxに依存せず、旋回半径Lのみに依存する。したがって、距離Gは、第3の物理量を用いることなく、第1の物理量に基づいて算出することができる。
Further, the
旋回中心21から重心55までの距離G、傾斜地71に対する基体10の姿勢θxs、及び基体10の傾斜角asの算出結果を指標として、危険判定情報62を検索することにより、転倒危険範囲70の最大方位角θdsを求める。
By searching the
さらに、重心55の位置(xy座標)と基体10の前方の方位角θxsとに基づいて、重心の方位角θusを算出する。転倒危険範囲70の最大方位角θdsと、重心55の方位角θusとを比較することにより、重心の方位角θusが、転倒危険範囲70に含まれるか否かを判定する。
Further, the azimuth angle θus of the centroid is calculated based on the position of the centroid 55 (xy coordinates) and the azimuth angle θxs in front of the
図6に示したように、制御装置60は、重心の方位角θusが転倒危険範囲70に含まれる場合には、旋回用電動機20の動作モードを、通常動作モードから強制減速モードに切り替える。強制減速モードでは、旋回用電動機20が制動トルクを発生するため、旋回体11の旋回運動が停止する。これにより、電動旋回装置の転倒の危険性を低減することができる。重心の方位(u軸の正の向き)が転倒危険範囲70に含まれるか否かの判定は、アタッチメントの方位角θusと、転倒危険範囲70の最大方位角θdsとを比較することにより行われる。この比較は、転倒支点の位置と重心の位置とを考慮して、転倒の危険性の低い安全な範囲に重心が位置するか否かの判定に比べて、容易である。
As shown in FIG. 6, the
[実施例2]
図9に、実施例2による電動旋回装置に搭載された制御装置60の機能ブロック図を示す。以下、図6に示した実施例1の制御装置60の機能ブロック図との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例1では、速度上限値制限ブロック68が生成する旋回速度指令値の上限値ωULが固定されていた。実施例2においては、この旋回速度指令値の上限値ωULが、各センサで計測された種々の物理量に依存して修正される。
[Example 2]
FIG. 9 shows a functional block diagram of the
制御装置60の記憶装置に、減速許容時間Taを記憶するための記憶領域75が確保されている。減速許容時間Taは、予め与えられている。制御装置60は、アタッチメントセンサ30の計測結果から、アタッチメントの旋回半径L(図5)を算出する。算出された旋回半径Lに基づいて、旋回体11の慣性モーメントJを求める。慣性モーメントJは、外部からエンドアタッチメント16に加わっている負荷に依存する。エンドアタッチメント16が、例えば地面を掘削するためのバケットである場合には、エンドアタッチメント16に加わる負荷は、バケットに保持されている土質の質量に依存する。エンドアタッチメント16に加わる負荷は、作業中に時々刻々と変動するため、実施例2においては、エンドアタッチメント16に設計上の最大負荷が加えられていると仮定する。
A
旋回速度上限値算出ブロック76が、減速許容時間Ta、旋回速度ω、慣性モーメントJ、基体10の姿勢θxs、基体10の傾斜角asに基づいて、旋回速度上限値ωULDを算出する。以下、旋回速度上限値ωULDの算出方法について説明する。旋回用電動機20が発生するトルクをτ、旋回体11の旋回角速度をωとする。電動旋回装置が傾斜地71に配置されている場合には、旋回体11に重力によるトルクが加わる。重力によるトルクをτgとする。トルクτgは、傾斜角as、アタッチメントの方位角θus、エンドアタッチメント16に加えられている負荷に依存する。旋回体11の回転の運動方程式は、以下のように表される。
τ=J(dω/dt)+τg ・・・(1)
旋回用電動機20が発生するトルクτが、最大制動トルクに等しく、かつ減速許容時間Ta以下の時間で旋回体11の旋回角速度が0になるという条件で、上記運動方程式を解くと、現時点での旋回角速度の最大値が求まる。この旋回角速度の最大値を、旋回速度上限値ωULDとする。上記運動方程式中のトルクτgはアタッチメントの方位角θusの関数であり、θusは時間の関数である。上記運動方程式は、実際には、ある時間刻み幅で解かれる。この時間刻み幅の間にアタッチメントの方位角θusの変化量は極僅かである。このため、上記運動方程式を解く際に、アタッチメントの方位角θusとして、時間の関数ではなく、前回の値を用いることができる。
A turning speed upper
τ = J (dω / dt) + τg (1)
When the above equation of motion is solved under the condition that the torque τ generated by the turning
旋回体11が旋回速度上限値ωULD以下の速度で旋回している場合には、旋回用電動機20で最大制動トルクを発生させることにより、減速許容時間Ta以下の時間で旋回体11を静止させることができる。
When the turning
転倒危険範囲有無の判定ブロック77が、転倒危険範囲70の有無を判定する。例えば、図7Aに示したように、傾斜角asが0°である場合には、転倒危険範囲70は存在しない。このように、傾斜角asがある閾値以下のときには、転倒危険範囲70が存在しない。
The fall risk range determination block 77 determines whether or not the
通常時旋回速度上限値生成ブロック79が、通常時の旋回速度上限値ωULNを生成する。例えば、通常時の旋回速度上限値ωULNは、図6に示した実施例1の旋回速度指令値生成ブロック65が生成する指令値の上限値ωULと等しい。
A normal turning speed upper limit
上限値切替ブロック78が、旋回速度上限値算出ブロック76で算出された旋回速度上限値ωULD及び通常時旋回速度上限値生成ブロック79が発生した通常時の旋回速度上限値ωULNのいずれか一方を、速度上限値制限ブロック68に入力する。具体的には、転倒危険範囲有無の判定ブロック77で、転倒危険範囲70が存在しない(最大方位角θdsが0°)と判定された場合には、通常時の旋回速度上限値ωULNが旋回速度指令値生成ブロック65に入力される。転倒危険範囲有無の判定ブロック77で、転倒危険範囲70が有りと判定された場合には、旋回速度上限値算出ブロック76で算出された旋回速度上限値ωULDが旋回速度指令値生成ブロック65に入力される。
The upper limit
速度上限値制限ブロック68が、入力された旋回速度上限値ωULNまたはωULDを超えない条件の下で、旋回速度指令値を出力する。このため、旋回体11が旋回速度上限値を超えない条件で旋回する。旋回体11がこの条件で旋回しているとき、旋回用電動機20に最大制動トルクを発生させると、減速許容時間Ta以下の時間で旋回体11の旋回運動を停止させることができる。これにより、転倒の危険性をさらに低減させることができる。
The speed
また、旋回速度上限値ωULDは、慣性モーメントJ、機体姿勢θxs、機体傾斜角asに基づいて、その時点の危険度に応じて算出される。従って、制限速度上限値ωULDを過度に低く設定することなく、その時点で安全と思われる最大速度で旋回動作を行うことができる。 Further, the turning speed upper limit value ω ULD is calculated based on the moment of inertia J, the aircraft attitude θxs, and the aircraft inclination angle as according to the degree of danger at that time. Therefore, the turning operation can be performed at the maximum speed that seems safe at that time without setting the upper limit speed limit value ω ULD too low.
上記実施例2では、減速許容時間Taが設定されるが、減速許容時間Taの代わりに、旋回体11が静止するまでに旋回する許容旋回角度を設定してもよい。旋回体11が静止するまでに旋回する旋回角度が、許容旋回角度を超えないという条件で運動方程式(1)を解くことにより、旋回速度上限値ωULDが算出される。
In the second embodiment, the allowable deceleration time Ta is set, but instead of the allowable deceleration time Ta, an allowable turning angle at which the turning
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10 基体
11 旋回体
12 アタッチメント
14 ブーム
15 アーム
16 エンドアタッチメント
20 旋回用電動機
21 旋回中心
22 速度センサ
30 アタッチメントセンサ
31 ブーム角センサ
32 アーム角センサ
40 姿勢センサ
41 ピッチング角センサ
42 ローリング角センサ
50 操作器
51 キャビン
55 重心
60 制御装置
61 フィードバック制御ブロック
62 危険判定情報
63 危険判定ブロック
64 強制減速指令値生成ブロック
65 旋回速度指令値生成ブロック
66 動作モード切替ブロック
67 旋回用電動機駆動ブロック
68 速度上限値制限ブロック
69 インバータ
70 転倒危険範囲
71 傾斜地
72 水平面
75 減速許容時間記憶領域
76 旋回速度上限値算出ブロック
77 転倒危険範囲有無の判定ブロック
78 上限値切替ブロック
79 通常時旋回速度上限値生成ブロック
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基体に旋回可能に搭載された旋回体と、
前記旋回体に取り付けられて前記旋回体と共に旋回し、旋回半径が可変のアタッチメントと、
前記旋回体を旋回させるトルクを発生する旋回用電動機と、
前記アタッチメントの旋回半径に依存する物理量、前記基体を傾斜地に設置したときの前記傾斜地に対する前記基体の姿勢に依存する物理量、及び前記基体に対する前記アタッチメントの旋回角に依存する物理量を測定するセンサ群と、
操作者が前記旋回体の旋回運動を制御するための指令を与える操作器と、
前記センサ群の測定結果に基づいて、前記旋回用電動機を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位の転倒危険範囲を定義した危険判定情報を含み、
前記センサ群の測定結果に基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位を算出し、算出結果と前記危険判定情報とに基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれるか否かを判定し、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれると判定された場合には、前記旋回用電動機を強制減速指令に基づき制御する電動式旋回装置。 A substrate;
A swivel mounted on the base so as to be swivelable;
An attachment attached to the revolving structure and revolving together with the revolving structure, wherein the revolving radius is variable;
A turning electric motor that generates torque for turning the turning body;
A sensor group for measuring a physical quantity that depends on a turning radius of the attachment, a physical quantity that depends on a posture of the base body with respect to the inclined ground when the base body is installed on an inclined ground, and a physical quantity that depends on a turning angle of the attachment with respect to the base body; ,
An operating device for giving an instruction for an operator to control the swing motion of the swing body;
A control device for controlling the electric motor for turning based on the measurement result of the sensor group;
The controller is
Including risk determination information defining a fall risk range of the orientation of the attachment with respect to the slope;
Based on the measurement result of the sensor group, the orientation of the attachment with respect to the slope is calculated, and based on the calculation result and the risk determination information, whether the orientation of the attachment with respect to the slope is included in the fall risk range. Determine whether
An electric turning device that controls the turning electric motor based on a forced deceleration command when it is determined that the orientation of the attachment with respect to the slope is included in the fall risk range.
前記基体に旋回可能に搭載された旋回体と、
前記旋回体に取り付けられて前記旋回体と共に旋回し、旋回半径が可変のアタッチメントと、
前記旋回体を旋回させるトルクを発生する旋回用電動機と、
操作者が前記旋回体の旋回運動を制御するための指令を与える操作器と
を有する電動式旋回装置の制御方法であって、
前記基体が置かれた傾斜地に対する前記アタッチメントの方位を算出する工程と、
前記基体を傾斜地に設置したときの前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位の転倒危険範囲を定義している危険判定情報と、前記算出工程で得られた算出結果とに基づいて、前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれるか否かを判定する工程と、
前記傾斜地に対する前記アタッチメントの方位が前記転倒危険範囲に含まれると判定された場合には、前記旋回用電動機を強制減速指令に基づき制御する工程と
を有する電動式旋回装置の制御方法。 A substrate;
A swivel mounted on the base so as to be swivelable;
An attachment attached to the revolving structure and revolving together with the revolving structure, wherein the revolving radius is variable;
A turning electric motor that generates torque for turning the turning body;
A control method for an electric swivel device having an operating device for giving an instruction for an operator to control the swivel motion of the swivel body,
Calculating the orientation of the attachment relative to the sloping ground where the substrate is placed;
Based on the risk determination information defining the fall risk range of the orientation of the attachment relative to the slope when the base is installed on the slope, and the calculation result obtained in the calculation step, the attachment of the attachment to the slope Determining whether the bearing is included in the fall risk range;
And a control method of the electric turning device including a step of controlling the electric motor for turning based on a forced deceleration command when it is determined that an orientation of the attachment with respect to the slope is included in the fall risk range.
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