JP6721291B2 - Excavator - Google Patents
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Description
本発明は、マシンガイダンス機能を有するショベルに関する。 The present invention relates to a shovel having a machine guidance function.
建設機械としてのショベルの操縦者には、アタッチメントによる掘削などの作業を効率的且つ正確に行うために、熟練した操縦技術が要求される。そこで、ショベルの操縦経験が少ない操縦者でも作業を効率的且つ正確に行うことができるように、ショベルの操縦をガイドする機能(マシンガイダンスと称する)が設けられたショベルがある(例えば、特許文献1参照)。 The operator of a shovel as a construction machine is required to have a skillful control technique in order to efficiently and accurately perform work such as excavation using an attachment. Therefore, there is a shovel provided with a function (referred to as machine guidance) for guiding the shovel operation so that an operator who has little experience in operating the shovel can perform the work efficiently and accurately (for example, Patent Document 1). 1).
マシンガイダンス機能を達成するには、ショベルの姿勢やアタッチメントの位置を正確に把握しながら、操縦者の操縦によるショベルの動作と目標動作との相違を検出する必要がある。 In order to achieve the machine guidance function, it is necessary to accurately detect the posture of the shovel and the position of the attachment while detecting the difference between the movement of the shovel and the target movement by the pilot.
マシンガイド機能を有するショベルでは、アタッチメントが搭載された旋回体を停止した状態で、アタッチメントを操縦して作業を行うことが多い。しかし、例えば、旋回体を旋回させている間にもアタッチメントを操縦することがあり、このような場合にも、マシンガイダンスが行われることが好ましい。 In a shovel having a machine guide function, the attachment is often operated while the revolving structure equipped with the attachment is stopped. However, for example, the attachment may be operated even while the revolving structure is revolving, and in such a case, it is preferable that the machine guidance is performed.
上述のように、マシンガイダンス機能を達成するために、現在のショベルの現在の姿勢としてショベルの傾きを検出する必要がある。ショベルの傾きは一般的に、旋回体に設けられた傾斜センサにより検出する。このような傾斜センサとして2軸あるいは3軸の加速度センサが用いられることが多い。 As described above, in order to achieve the machine guidance function, it is necessary to detect the tilt of the shovel as the current posture of the current shovel. The tilt of the shovel is generally detected by a tilt sensor provided on the revolving structure. As such a tilt sensor, a biaxial or triaxial acceleration sensor is often used.
ところが、傾斜センサとして加速度センサを用いた場合、旋回体の旋回運動に起因した遠心力をショベルの傾斜として誤検出してしまうおそれがある。しかし、上述の特許文献1に記載のマシンガイダンス機能は、ショベルの旋回体の旋回動作が傾斜センサに及ぼす影響を考慮していない。
However, when an acceleration sensor is used as the tilt sensor, there is a possibility that the centrifugal force caused by the turning motion of the turning body may be erroneously detected as the shovel tilt. However, the machine guidance function described in
そこで、本発明は、旋回体が旋回中であっても旋回による影響を除去できるショベルを提供することを目的とする。
The present invention, rotating body and to provide a shovel that can by divided the effect of turning even during turning.
上述の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、旋回体と、該旋回体に取り付けられたアタッチメントと、該アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサと、前記旋回体に取り付けられた傾斜センサと、前記旋回体に取り付けられた旋回速度センサと、前記姿勢センサの検出値に基づき前記アタッチメントの高さを算出するガイダンス装置とを有し、前記ガイダンス装置は、前記旋回速度センサの検出値に基づき前記傾斜センサの検出値より遠心力による誤差を含まない前記旋回体の傾斜角を算出し、前記算出された傾斜角と前記姿勢センサの検出値とに基づいて前記アタッチメントの高さを算出する、ショベルが提供される。
同様に、上述の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、旋回体と、該旋回体に取り付けられたアタッチメントと、該アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサと、前記旋回体に取り付けられた傾斜センサと、前記旋回体に取り付けられた旋回速度センサと、ガイダンス装置とを有し、前記ガイダンス装置は、前記姿勢センサの検出値に基づいて、前記アタッチメントの高さを算出し、前記高さに前記傾斜センサの検出値の遠心力による誤差を含まないように、予め設定された目標高さを前記旋回速度センサの旋回速度に基づいて補正してから出力し、前記算出された高さと、前記補正された目標高さとを比較し、比較結果に基づいてガイダンスを行なう、ショベルが提供される。
To achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a revolving structure, an attachment attached to the revolving structure, a posture sensor for detecting a posture of the attachment, and a revolving structure attached to the revolving structure. A tilt sensor, a turning speed sensor attached to the turning body, and a guidance device that calculates the height of the attachment based on a detection value of the attitude sensor, and the guidance device is a turning speed sensor of the turning speed sensor. A tilt angle of the revolving structure that does not include an error due to a centrifugal force is calculated from the detection value of the tilt sensor based on the detection value, and the height of the attachment is calculated based on the calculated tilt angle and the detection value of the attitude sensor. A shovel is provided to calculate.
Similarly, to achieve the above object, according to one embodiment of the present invention, a revolving structure, an attachment attached to the revolving structure, a posture sensor for detecting a posture of the attachment, and the revolving structure. An inclination sensor attached to the revolving structure, a revolving speed sensor attached to the revolving structure, and a guidance device, and the guidance device calculates the height of the attachment based on the detection value of the posture sensor. The target height set in advance is corrected based on the turning speed of the turning speed sensor so that the height does not include an error due to the centrifugal force of the detected value of the tilt sensor, and the output is calculated. There is provided a shovel that compares the height with the corrected target height and provides guidance based on the comparison result.
また、旋回体と、該旋回体に取り付けられたアタッチメントと、該アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサと、前記旋回体に取り付けられた傾斜センサと、前記アタッチメントの操作をガイダンスするガイダンス装置とを有し、前記ガイダンス装置は、前記旋回体の旋回速度に基づいて前記旋回体の傾斜角を補正し、前記姿勢センサの検出値に基づいて、前記アタッチメントの高さを算出し、予め設定された目標高さを前記旋回体の旋回速度に基づいて補正してから出力し、前記算出された高さと、前記補正された目標高さとを比較し、比較結果に基づいてガイダンスを行なう、ショベルが提供される。 Further, it has a revolving structure, an attachment attached to the revolving structure, a posture sensor for detecting the posture of the attachment, an inclination sensor mounted on the revolving structure, and a guidance device for guiding the operation of the attachment. However, the guidance device corrects the tilt angle of the revolving structure based on the revolving speed of the revolving structure, calculates the height of the attachment based on the detection value of the posture sensor, and sets a preset target. A shovel is provided which corrects the height based on the turning speed of the revolving structure, outputs the corrected height, compares the calculated height with the corrected target height, and provides guidance based on the comparison result. It
開示した実施形態によれば、ショベルの旋回体の旋回中に傾斜センサの検出値を補正することで、ショベルの傾斜を考慮しながら的確なマシンガイダンスを行うことができる。 According to the disclosed embodiment, by correcting the detection value of the tilt sensor while the revolving structure of the shovel is turning, it is possible to provide accurate machine guidance while considering the tilt of the shovel.
図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は一実施形態によるショベルの側面図である。ショベルの下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載される。上部旋回体3にはブーム4が取り付けられる。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット6が取り付けられる。エンドアタッチメントとして、法面用バケット、浚渫用バケット等が用いられてもよい。
FIG. 1 is a side view of a shovel according to an embodiment. An upper revolving
ブーム4、アーム5、及びバケット6は、アタッチメントの一例として掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。ブーム4にはブーム角度センサS1が取り付けられ、アーム5にはアーム角度センサS2が取り付けられ、バケット6にはバケット角度センサS3が取り付けられる。掘削アタッチメントには、バケットチルト機構が設けられてもよい。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を「姿勢センサ」と称することもある。
The
ブーム角度センサS1は、ブーム4の回動角度を検出する。本実施形態では、ブーム角度センサS1は、水平面に対する傾斜を検出して、上部旋回体3に対するブーム4の回動角度を検出する加速度センサである。アーム角度センサS2は、アーム5の回動角度を検出する。本実施形態では、アーム角度センサS2は、水平面に対する傾斜を検出して、ブーム4に対するアーム5の回動角度を検出する加速度センサである。バケット角度センサS3は、バケット6の回動角度を検出する。本実施形態では、バケット角度センサS3は、水平面に対する傾斜を検出して、アーム5に対するバケット6の回動角度を検出する加速度センサである。掘削アタッチメントがバケットチルト機構を備える場合、バケット角度センサS3は、チルト軸回りのバケット6の回動角度を追加的に検出する。ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。
The boom angle sensor S1 detects the rotation angle of the
上部旋回体3にはキャビン10が設けられ、且つエンジン11等の動力源が搭載される。また、上部旋回体3には機体傾斜センサS4が取り付けられる。機体傾斜センサS4は、水平面に対する上部旋回体3の傾斜を検出するセンサである。本実施形態では、機体傾斜センサS4は、上部旋回体3の前後軸及び左右軸回りの傾斜角度(傾斜角とも称する)を検出する2軸加速度センサである。さらに、上部旋回体3には旋回速度センサS5が取り付けられる。旋回速度センサS5は、例えばジャイロセンサであり、上部旋回体3の旋回角速度を検出する。機体傾斜センサS4と旋回速度センサS5とは、別々に上部旋回体3に取り付けられてもよく、一つの基板に搭載されて一体となって上部旋回体3に取り付けられてもよい。機体傾斜センサS4を「姿勢センサ」と称することもある。
The
キャビン10内には、入力装置D1、音声出力装置D2、表示装置D3、記憶装置D4、ゲートロックレバーD5、コントローラ30、及びマシンガイダンス装置50が設置される。
An input device D1, a voice output device D2, a display device D3, a storage device D4, a gate lock lever D5, a
コントローラ30は、ショベルの駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施形態では、コントローラ30は、CPU及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。コントローラ30の各種機能は、CPUが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。
The
マシンガイダンス装置50は、ショベルの操作をガイドする。本実施形態では、マシンガイダンス装置50は、例えば、操作者が設定した目標地形の表面とバケット6の先端(爪先)位置との鉛直方向における距離を視覚的に且つ聴覚的に操作者に報知する。これにより、マシンガイダンス装置50は操作者によるショベルの操作をガイドする。なお、マシンガイダンス装置50は、その距離を視覚的に操作者に知らせるのみであってもよく、聴覚的に操作者に知らせるのみであってもよい。具体的には、マシンガイダンス装置50は、コントローラ30と同様、CPU及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。マシンガイダンス装置50の各種機能はCPUが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。マシンガイダンス装置50は、コントローラ30とは別個に設けられてもよく、あるいは、コントローラ30に組み込まれていてもよい。
The
入力装置D1は、ショベルの操作者がマシンガイダンス装置50に各種情報を入力するための装置である。本実施形態では、入力装置D1は、表示装置D3の表面に取り付けられるメンブレンスイッチである。入力装置D1としてタッチパネル等を用いてもよい。
The input device D1 is a device for the shovel operator to input various information to the
音声出力装置D2は、マシンガイダンス装置50からの音声出力指令に応じて各種音声情報を出力する。本実施形態では、音声出力装置D2として、マシンガイダンス装置50に直接接続される車載スピーカが利用される。なお、音声出力装置D2として、ブザー等の警報器が利用されてもよい。
The voice output device D2 outputs various voice information in response to a voice output command from the
表示装置D3は、マシンガイダンス装置50からの指令に応じて各種画像情報を出力する。本実施形態では、表示装置D3として、マシンガイダンス装置50に直接接続される車載液晶ディスプレイが利用される。
The display device D3 outputs various image information in response to a command from the
記憶装置D4は、各種情報を記憶するための装置である。本実施形態では、記憶装置D4として、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体が用いられる。記憶装置D4は、マシンガイダンス装置50等が出力する各種情報を記憶する。
The storage device D4 is a device for storing various information. In this embodiment, a non-volatile storage medium such as a semiconductor memory is used as the storage device D4. The storage device D4 stores various information output by the
ゲートロックレバーD5は、ショベルが誤って操作されるのを防止する機構である。本実施形態では、ゲートロックレバーD5は、キャビン10のドアと運転席との間に配置される。キャビン10から操作者が退出できないようにゲートロックレバーD5が引き上げられた場合に、各種操作装置は操作可能となる。一方、キャビン10から操作者が退出できるようにゲートロックレバーD5が押し下げられた場合には、各種操作装置は操作不能となる。
The gate lock lever D5 is a mechanism that prevents the shovel from being operated by mistake. In the present embodiment, the gate lock lever D5 is arranged between the door of the
図2は、図1のショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図2において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示される。 FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a drive system of the shovel shown in FIG. In FIG. 2, the mechanical power system is shown by a double line, the high-pressure hydraulic line is shown by a thick solid line, the pilot line is shown by a broken line, and the electric drive/control system is shown by a thin solid line.
エンジン11はショベルの動力源である。本実施形態では、エンジン11は、エンジン負荷の増減にかかわらずエンジン回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を採用したディーゼルエンジンである。エンジン11における燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ブースト圧等は、エンジンコントローラD7により制御される。 The engine 11 is the power source of the shovel. In the present embodiment, the engine 11 is a diesel engine that employs isochronous control that maintains the engine speed constant regardless of the increase or decrease of the engine load. The fuel injection amount, fuel injection timing, boost pressure, etc. in the engine 11 are controlled by the engine controller D7.
エンジンコントローラD7はエンジン11を制御する装置である。本実施形態では、エンジンコントローラD7は、オートアイドル機能、オートアイドルストップ機能等の各種機能を実行する。 The engine controller D7 is a device that controls the engine 11. In this embodiment, the engine controller D7 executes various functions such as an auto idle function and an auto idle stop function.
オートアイドル機能は、所定の条件が満たされた場合にエンジン回転数を通常回転数(例えば2000rpm)からアイドル回転数(例えば800rpm)に低減させる機能である。本実施形態では、エンジンコントローラD7は、コントローラ30からのオートアイドル指令に応じてオートアイドル機能を作動させてエンジン回転数をアイドル回転数まで低減させる。
The auto idle function is a function to reduce the engine speed from the normal speed (for example, 2000 rpm) to the idle speed (for example, 800 rpm) when a predetermined condition is satisfied. In the present embodiment, the engine controller D7 operates the auto idle function in response to the auto idle command from the
オートアイドルストップ機能は、所定の条件が満たされた場合にエンジン11を停止させる機能である。本実施形態では、エンジンコントローラD7は、コントローラ30からのオートアイドルストップ指令に応じてオートアイドルストップ機能を作動させてエンジン11を停止させる。
The auto idle stop function is a function to stop the engine 11 when a predetermined condition is satisfied. In the present embodiment, the engine controller D7 operates the auto idle stop function to stop the engine 11 in response to the auto idle stop command from the
エンジン11には油圧ポンプとしてのメインポンプ14及びパイロットポンプ15が接続される。メインポンプ14には高圧油圧ライン16を介してコントロールバルブ17が接続される。
A
コントロールバルブ17は、ショベルの油圧系の制御を行う油圧制御装置である。右側走行用油圧モータ1A、左側走行用油圧モータ1B、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、旋回用油圧モータ21等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ17に接続される。
The
パイロットポンプ15にはパイロットライン25を介して操作装置26が接続される。
An operating
操作装置26は、レバー26A、レバー26B、ペダル26Cを含む。本実施形態では、操作装置26は、油圧ライン27及びゲートロック弁D6を介してコントロールバルブ17に接続される。また、操作装置26は、油圧ライン28を介して圧力センサ29に接続される。
The operating
ゲートロック弁D6は、コントロールバルブ17と操作装置26とを接続する油圧ライン27の連通・遮断を切り換える。本実施形態では、ゲートロック弁D6は、コントローラ30からの指令に応じて油圧ライン27の連通・遮断を切り換える電磁弁である。コントローラ30は、ゲートロックレバーD5が出力する状態信号に基づいてゲートロックレバーD5の状態を判定する。そして、コントローラ30は、ゲートロックレバーD5が引き上げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁D6に対して連通指令を出力する。連通指令を受けると、ゲートロック弁D6は開いて油圧ライン27を連通させる。その結果、操作装置26に対する操作者の操作が有効となる。一方、コントローラ30は、ゲートロックレバーD5が引き下げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁D6に対して遮断指令を出力する。遮断指令を受けると、ゲートロック弁D6は閉じて油圧ライン27を遮断する。その結果、操作装置26に対する操作者の操作が無効となる。
The gate lock valve D6 switches connection/disconnection of the
圧力センサ29は、操作装置26の操作内容を圧力の形で検出する。圧力センサ29は、検出値をコントローラ30に対して出力する。
The
次に、図3を参照しながら、コントローラ30及びマシンガイダンス装置50に設けられた各種機能要素について説明する。図3は、コントローラ30及びマシンガイダンス装置50の構成を示す機能ブロック図である。
Next, various functional elements provided in the
本実施形態では、コントローラ30は、ショベル全体の動作の制御に加えて、マシンガイダンス装置50によるガイダンスを行なうか否かを制御する。具体的には、コントローラ30は、ゲートロックレバーD5の状態と圧力センサ29からの検出信号等に基づいて、ショベルが休止中か否かを判定する。そして、コントローラ30は、ショベルが休止中であると判定したときは、マシンガイダンス装置50によるガイダンスを中止するように、マシンガイダンス装置50にガイダンス中止指令を送る。
In the present embodiment, the
また、コントローラ30は、オートアイドルストップ指令をエンジンコントローラD7に対して出力する際に、ガイダンス中止指令をマシンガイダンス装置50に対して出力してもよい。
Further, the
次に、マシンガイダンス装置50について説明する。本実施形態では、マシンガイダンス装置50は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回速度センサS5、入力装置D1、及びコントローラ30から出力される各種信号及びやデータを受信する。マシンガイダンス装置50は、受信した信号及びデータに基づいてアタッチメント(例えば、バケット6)の実際の動作位置を算出する。そして、マシンガイダンス装置50は、アタッチメントの実際の動作位置が目標動作位置とは異なる場合に、音声出力装置D2及び表示装置D3に警報指令を送信し、警報を発令させる。マシンガイダンス装置50とコントローラ30とは、CAN(Controller Area Network)を通じて互いに通信可能に接続される。
Next, the
マシンガイダンス装置50は、様々な機能を行なう機能部を含む。本実施形態では、マシンガイダンス装置50は、アタッチメントの動作をガイダンスするための機能部として、傾斜角算出部501、傾斜角補正部502、高さ算出部503、比較部504、警報制御部505、及びガイダンスデータ出力部506を含む。
傾斜角算出部501は、機体傾斜センサS4からの検出信号に基づいて、水平面に対する上部旋回体3の傾斜角(ショベルの傾斜角)を算出する。すなわち、傾斜角算出部501は、機体傾斜センサS4からの検出信号を用いて、ショベルの傾斜角を算出する。
The tilt
傾斜角補正部502は、傾斜角算出部501が算出した傾斜角を、旋回速度センサS5の検出信号を用いて補正する。傾斜角算出部501が算出する傾斜角は、上部旋回体3が旋回動作を行なっているときには、旋回動作による遠心力の影響を受けて実際の傾斜角からずれてしまうことがある。傾斜角補正部502は、この遠心力に起因する傾斜角のずれを、旋回速度センサS5の検出信号(旋回速度信号)を用いて補正する。
The tilt
高さ算出部503は、傾斜角補正部502で補正された傾斜角と、センサS1〜S3の検出信号から算出されたブーム4、アーム5、バケット6の角度とから、バケット6の先端(爪先)の高さを算出する。ここでは、バケット6の先端で掘削を行なうため、バケット6の先端(爪先)はエンドアタッチメントの作業部位に相当する。例えば、バケット6の背面で土砂をならすような作業をするときは、バケット6の背面がエンドアタッチメントの作業部位に相当する。また、バケット6以外のエンドアタッチメントとして、ブレーカを用いた場合には、ブレーカの先端がエンドアタッチメントの作業部位に相当する。
The
比較部504は、高さ算出部503が算出したバケット6の先端(爪先)の高さと、ガイダンスデータ出力部506から出力されるガイダンスデータで示されるバケット6の先端(爪先)の目標高さとを比較する。
The
警報制御部505は、比較部504での比較結果に基づいて、警報が必要と判断した場合には警報指令を、音声出力装置D2及び表示装置D3の両方又は一方に送信する。音声出力装置D2及び表示装置D3は、警報指令を受けると所定の警報を発してショベルの操作者に通報する。
The
ガイダンスデータ出力部506は、上述のように、マシンガイダンス装置50の記憶装置に予め格納されていたガイダンスデータから、バケット6の目標高さのデータを抽出して、比較部504に対して出力する。この際、ガイダンスデータ出力部506は、ショベルの傾斜角に対応するバケットの目標高さのデータを出力する。このときに用いられる傾斜角として、傾斜角補正部502が旋回速度センサS5の検出信号に基づいて補正された傾斜角が用いられる。したがって、ガイダンスデータ出力部506から出力される目標高さは、機体傾斜センサS4に対する旋回速度の影響が除かれて補正された目標高さとなる。
As described above, the guidance
また、ガイダンスデータ出力部506は、傾斜角算出部501が算出した傾斜角をそのまま用いて目標高さを読み出し、読み出された目標高さを旋回速度センサS5の検出信号に基づいて補正する機能を有していてもよい。この場合も、機体傾斜センサS4に対する旋回速度の影響が除かれて補正された目標高さが比較部504に出力される。
Further, the guidance
なお、ガイダンスデータには、バケット6により所定の作業を行うときの基準となる動作におけるバケット6の高さに関するデータが、ショベルの傾斜角に対応して規定されている。したがって、ある傾斜角を指定することで、その傾斜角に対応する予め設定されたバケット6の目標高さを抽出することができる。 In the guidance data, data regarding the height of the bucket 6 in a reference operation when performing a predetermined work with the bucket 6 is defined in correspondence with the inclination angle of the shovel. Therefore, by designating a certain inclination angle, the preset target height of the bucket 6 corresponding to the inclination angle can be extracted.
ここで、機体傾斜センサS4の傾斜検出方法について、図4を参照しながら簡単に説明する。本実施形態では、機体傾斜センサS4として加速度センサが用いられている。図4(a)は傾斜面に設置されたショベルを上部旋回体3の前方から見た図であり、図4(b)は水平面に設置されたショベルを上部旋回体3の前方から見た図である。図4(a)に示すように、加速度センサは重力の傾斜方向の成分Fsを検出することで、ショベル本体の傾きを検出する。バケット6の高さの算出には、加速度センサで検出された傾きが反映される。このような加速度センサが上部旋回体3に設置されると、上部旋回体3が旋回しているときに、図4(b)に示すように、加速度センサは旋回による遠心力Fcを検出してしまい、遠心力Fcがノイズとして機体傾斜センサS4の検出信号にのってしまう。したがって、機体傾斜センサS4の検出信号をそのまま傾斜角の算出に用いるとノイズの影響がはいった傾斜角が算出されてしまい、正確な傾斜角ではなくなってしまう。
Here, a tilt detection method of the body tilt sensor S4 will be briefly described with reference to FIG. In the present embodiment, an acceleration sensor is used as the machine body tilt sensor S4. FIG. 4A is a view of the shovel installed on the inclined surface as viewed from the front of the upper revolving
より具体的には、例えば、図4(b)に示すように水平な場所に設置されたショベルの上部旋回体3が旋回している場合、機体傾斜センサS4は旋回による遠心力Fcを検出し、この遠心力Fcの検出信号をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、機体傾斜センサS4の検出信号から機体の傾斜角を演算するので、遠心力Fcに相当する傾斜角が算出されてしまう。つまり、旋回動作による誤差が、バケット高さの算出に含まれてしまう。すなわち、ショベルは水平な場所に設置されており実際は傾斜角はゼロ度であるのに、遠心力Fcに相当する傾斜角が算出されてしまう。そこで、本実施形態では、傾斜角補正部502は、旋回速度センサS5により検出した旋回速度を用いて、旋回速度の影響が除かれるように傾斜角を補正する。
More specifically, for example, when the
なお、傾斜角補正部502が補正に用いる旋回速度は、旋回速度センサS5により検出した旋回速度に限られない。例えば、旋回モータの回転数から旋回速度を算出してもよい。旋回モータが油圧モータである場合には、油圧モータを駆動するための作動油を供給するメインポンプの吐出流量から旋回速度を推定してもよい。
The turning speed used for correction by the inclination
次に、マシンガイダンス装置50によるガイダンス処理の一例について、図5を参照しながら説明する。図5は、バケット6による作業をガイドする際のガイダンス処理のフローチャートである。図5に示すガイダンス処理は、バケット6による作業中にバケット6が目標の動作位置(目標高さ)から外れたことを警報で操作者に報知する処理である。
Next, an example of guidance processing by the
バケット6での作業中にガイダンス処理が開始されると、先ず、傾斜角算出部501は、現在のショベルの傾斜角を算出する(ステップST101)。ショベルの傾斜角の算出は、機体傾斜センサS4からの検出信号を用いて行なわれる。
When the guidance process is started during the work on the bucket 6, the tilt
続いて、傾斜角補正部502は、傾斜角算出部501が算出した傾斜角を、旋回速度センサS5からの検出信号に基づいて補正する(ステップST102)。この補正された傾斜角は、上部旋回体3が旋回運動を行なっている場合でも、旋回速度が旋回速度センサS5に及ぼす影響が除去された実際の傾斜角となる。
Subsequently, the tilt
ここで、上述の傾斜角の補正について、図6を参照しながら説明する。図6(a)は、旋回速度センサS5が上部旋回体3の旋回角速度ωの時間的変化を示すグラフである。図6(b)は、旋回速度を表す旋回角速度ωが図6(a)のように変化した際の、機体傾斜センサS4の検出値の変化を示すグラフである。
Here, the above-described inclination angle correction will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a graph showing the change over time of the swing angular velocity ω of the
図6(a)において、上部旋回体3が時刻t1において旋回を開始する。上部旋回体3は時刻t1以降、加速を続け、時刻t2において加速が停止されて一定速回転となる。したがって、上部旋回体3の旋回角速度ωは時刻t1以降上昇し、時刻t2において一定となる。
In FIG. 6A, the
上部旋回体3が図6(a)に示すような旋回運動を行うと、旋回中は機体傾斜センサS4に遠心力が作用する。上部旋回体3に取り付けられた機体傾斜センサS4は加速度センサであるため、機体傾斜センサS4はこの遠心力Fcを加速度として検出する。このため、図6(b)に示すように、機体傾斜センサS4の検出値は、旋回開始の時刻t1から上昇を開始し、時刻t2まで上昇しつづけて、時刻t2において一定となる。
When the
一方、ショベルの実際の傾斜角は上部旋回体3が旋回しても変化しないから、機体傾斜センサS4の検出値は、図6(b)の二点鎖線に示すように一定になるべきである。したがって、図6(b)において、実線で示す機体傾斜センサS4の検出値と、二点鎖線で示す実際の傾斜に対応する検出値との間にずれSが生じる。ずれSの大きさは旋回角速度ωの2乗に比例する。このずれSを含む検出値を用いてショベルの傾斜角を求めると、求められた傾斜角は実際の傾斜角とはならず、ずれSに相当する誤差を含んだ傾斜角となってしまう。
On the other hand, since the actual tilt angle of the shovel does not change even when the upper-
そこで、本実施形態では、機体傾斜センサS4の検出信号(検出値)から算出するショベルの傾斜角を、旋回角速度ωの検出値を用いて、実際の傾斜角に等しくなるように補正する。この補正が、傾斜角補正部502における補正である。
Therefore, in the present embodiment, the tilt angle of the shovel calculated from the detection signal (detection value) of the machine body tilt sensor S4 is corrected to be equal to the actual tilt angle by using the detection value of the turning angular velocity ω. This correction is correction by the tilt
ステップST102において、傾斜角算出部501が算出した傾斜角が、旋回速度センサS5からの検出信号に基づいて補正されると、高さ算出部503は、現時点でのバケット6の高さを算出する(ステップST103)。バケット6の高さの算出は、傾斜角補正部502が補正したショベルの傾斜角とブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3からの検出信号とを用いて行われる。
In step ST102, when the tilt angle calculated by the tilt
上述のステップST101〜ST103までの処理と並行して、ガイダンスデータ出力部506は、バケット6の目標高さのデータをガイダンスデータから抽出し、比較部504に対して出力する(ステップST104)。
In parallel with the processing of steps ST101 to ST103 described above, the guidance
次に、比較部504は、ステップST103で求めたバケット高さと、ステップST105でガイダンスデータ出力部506から出力された目標バケット高さとを比較する(ステップST105)。そして、比較部504は、ステップST103で求めたバケット高さと、ステップST105で出力された目標バケット高さとの差を求める。比較部504は、ステップST103で求めたバケット高さと、ステップST105で出力された目標バケット高さとの差が所定値以上であるか否かを判定する(ステップST106)。
Next, the
ステップST106において差が所定値以上ではないと判定された場合は、警報制御部505は、バケット6の動作は目標動作に沿っている判断して、警報指令を出力せず、今回のガイダンス処理は終了する。
If it is determined in step ST106 that the difference is not greater than or equal to the predetermined value, the
一方、ステップST106において差が所定値以上であると判定された場合は、警報制御部505は、バケット6の動作は目標動作からはずれていると判断し、所定の警報指令を出力する。
On the other hand, when it is determined in step ST106 that the difference is equal to or larger than the predetermined value, the
以上のように、マシンガイダンス装置50は、上部旋回体3の旋回速度に基づいて上部旋回体3の傾斜角を補正する傾斜角補正部502と、センサS1〜S3の検出値と補正された傾斜角とに基づいてバケット6の高さを算出する高さ算出部503と、予め設定された目標高さを抽出して出力するガイダンスデータ出力部506と、算出された高さと出力された目標高さとを比較する比較部504とを含み、比較結果に基づいて警報を発する等のガイダンスを行なう。
As described above, the
次に、ガイダンス処理の他の例について、図7を参照しながら説明する。図7はガイダンス処理の他の例のフローチャートである。図7において、図5に示すステップと同等なステップには同じステップ番号を付す。 Next, another example of the guidance process will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart of another example of the guidance process. 7, steps that are the same as the steps shown in FIG. 5 are given the same step numbers.
バケット6での作業中にガイダンス処理が開始されると、先ず、傾斜角算出部501は、現在のショベルの傾斜角を算出する(ステップST101)。ショベルの傾斜角の算出は、機体傾斜センサS4からの検出信号を用いて行なわれる。
When the guidance process is started during the work on the bucket 6, the tilt
続いて、高さ算出部503は、現時点でのバケット6の高さを算出する(ステップST103)。バケット6の高さの算出は、傾斜角算出部501が算出したショベルの傾斜角とブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3からの検出信号とを用いて行われる。しかし、算出されたバケット6の高さには、旋回動作による誤差が含まれている。
Subsequently, the
一方、ガイダンスデータ出力部506は、バケット6の目標高さのデータをガイダンスデータから抽出する(ステップST201)。そして、ガイダンスデータ出力部506は、抽出された目標高さを、旋回速度センサS5の検出信号(検出値)に基づいて補正し、補正した目標高さを出力する(ステップST202)。この補正は、高さ算出部503が算出した高さが、旋回動作の影響による誤差を含んだ傾斜角に基づいた高さであるので、目標高さもその誤差に対応する分だけ修正するための補正である。旋回速度に基づいて誤差分の傾斜角を算出し、バケット6の位置に対応する目標高さを補正して求めることができる。
On the other hand, the guidance
ステップST103及びステップST202の処理が終わると、比較部504は、ステップST103で求めたバケット高さと、ステップST202でガイダンスデータ出力部506から出力された目標バケット高さとを比較する(ステップST105)。そして、比較部504は、ステップST103で求めたバケット高さと、ステップST202で出力された目標バケット高さとの差を求める。比較部504は、ステップST103で求めたバケット高さと、ステップST202で出力された目標バケット高さとの差が所定値以上であるか否かを判定する(ステップST106)。
When the processes of step ST103 and step ST202 are completed, the
ステップST106において差が所定値以上ではないと判定された場合は、警報制御部505は、バケット6の動作は目標動作に沿っている判断して、警報指令を出力せず、今回のガイダンス処理は終了する。
If it is determined in step ST106 that the difference is not greater than or equal to the predetermined value, the
一方、ステップST106において差が所定値以上であると判定された場合は、警報制御部505は、バケット6の動作は目標動作からはずれていると判断し、所定の警報指令を出力する。
On the other hand, when it is determined in step ST106 that the difference is equal to or larger than the predetermined value, the
以上のように、マシンガイダンス装置50は、上部旋回体3の傾斜角を算出する傾斜角算出部501と、姿勢センサS1〜S3の検出値に基づいてバケット6の高さを算出する高さ算出部503と、予め設定された目標高さを抽出し、抽出された目標高さを上部旋回体3の旋回速度に基づいて補正してから出力するガイダンスデータ出力部506と、算出された高さと、補正された目標高さとを比較する比較部504とを含み、比較結果に基づいてガイダンスを行なう。
As described above, the
1 下部走行体
2 旋回機構
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
16 高圧油圧ライン
17 コントロールバルブ
26 操作装置
29 圧力センサ
30 コントローラ
50 マシンガイダンス装置
501 傾斜角算出部
502 傾斜角補正部
503 高さ算出部
504 比較部
505 警報制御部
506 ガイダンスデータ出力部
S1 ブーム角度センサ
S2 アーム角度センサ
S3 バケット角度センサ
S4 機体傾斜センサ
S5 旋回速度センサ
D1 入力装置
D2 音声出力装置
D3 表示装置
D4 記憶装置
D5 ゲートロックレバー
D6 ゲートロック弁
D7 エンジンコントローラ
1
Claims (2)
該旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
該アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサと、
前記旋回体に取り付けられた傾斜センサと、
前記旋回体に取り付けられた旋回速度センサと、
前記姿勢センサの検出値に基づき前記アタッチメントの高さを算出するガイダンス装置と
を有し、
前記ガイダンス装置は、
前記旋回速度センサの検出値に基づき前記傾斜センサの検出値より遠心力による誤差を含まない前記旋回体の傾斜角を算出し、
前記算出された傾斜角と前記姿勢センサの検出値とに基づいて前記アタッチメントの高さを算出する、ショベル。 Revolving structure,
An attachment attached to the revolving structure,
A posture sensor for detecting the posture of the attachment,
An inclination sensor attached to the revolving structure,
A turning speed sensor attached to the turning body,
A guidance device that calculates the height of the attachment based on the detection value of the posture sensor,
The guidance device is
Calculating the tilt angle of the revolving structure that does not include an error due to centrifugal force from the detection value of the tilt sensor based on the detection value of the turning speed sensor,
A shovel that calculates a height of the attachment based on the calculated inclination angle and a detection value of the attitude sensor.
該旋回体に取り付けられたアタッチメントと、
該アタッチメントの姿勢を検出する姿勢センサと、
前記旋回体に取り付けられた傾斜センサと、
前記旋回体に取り付けられた旋回速度センサと、
ガイダンス装置と
を有し、
前記ガイダンス装置は、
前記姿勢センサの検出値に基づいて、前記アタッチメントの高さを算出し、
前記高さに前記傾斜センサの検出値の遠心力による誤差を含まないように、予め設定された目標高さを前記旋回速度センサの旋回速度に基づいて補正してから出力し、
前記算出された高さと、前記補正された目標高さとを比較し、
比較結果に基づいてガイダンスを行なう、ショベル。 Revolving structure,
An attachment attached to the revolving structure,
A posture sensor for detecting the posture of the attachment,
An inclination sensor attached to the revolving structure,
A turning speed sensor attached to the turning body,
With a guidance device,
The guidance device is
Based on the detection value of the attitude sensor, calculate the height of the attachment,
In order not to include an error due to the centrifugal force of the detection value of the tilt sensor in the height, a preset target height is corrected based on the turning speed of the turning speed sensor and then output.
Comparing the calculated height with the corrected target height,
A shovel that gives guidance based on the comparison result.
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