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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024057970
(43)【公開日】2024-04-25
(54)【発明の名称】ショベル及びショベルの制御装置
(51)【国際特許分類】
   E02F 3/43 20060101AFI20240418BHJP
   E02F 9/22 20060101ALI20240418BHJP
   E02F 9/26 20060101ALI20240418BHJP
【FI】
E02F3/43 A
E02F9/22 E
E02F9/26 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022164995
(22)【出願日】2022-10-13
(71)【出願人】
【識別番号】000002107
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】佐野 裕介
(72)【発明者】
【氏名】平手 奨二
【テーマコード(参考)】
2D003
2D015
【Fターム(参考)】
2D003AA01
2D003AB03
2D003AB04
2D003BA01
2D003BA02
2D003BA06
2D003CA02
2D003DA04
2D003DB02
2D003DB03
2D003DB04
2D015HA03
(57)【要約】
【課題】オフセットブームを含むアタッチメントの操作を支援できるショベルの制御装置を提供すること。
【解決手段】コントローラ30は、下部走行体1と、下部走行体1に旋回可能に搭載される上部旋回体3と、上部旋回体3に取り付けられる、オフセットブーム4M及び法面バケット6Aを含むアタッチメントATと、を備えるショベル100の制御装置である。コントローラ30は、法面バケット6Aの開口方向に向かって延びる第1の目標軌道TR1と、第1の目標軌道TR1の方向とは異なる、上り法面BSに沿う方向に向かって延びる第2の目標軌道TR2とのいずれかに沿って法面バケット6Aを移動させるように構成されている。
【選択図】図7
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下部走行体と、前記下部走行体を移動させるアクチュエータと、前記下部走行体に旋回可能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る、オフセットブーム及びバケットを含むアタッチメントと、を備えるショベルの制御装置であって、
バケットの開口方向に向かって延びる第1の目標軌道と、前記第1の目標軌道の方向とは異なる、目標面に沿う方向に向かって延びる第2の目標軌道とのいずれかに沿って前記バケットを移動させるように構成されている、
ショベルの制御装置。
【請求項2】
下部走行体と、前記下部走行体を移動させるアクチュエータと、前記下部走行体に旋回可能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る、ブーム、オフセットブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントと、を備えるショベルの制御装置であって、
前記ブーム、前記オフセットブーム、及び前記アームの動きを制御して目標軌道に沿って前記バケットを移動させる、
ショベルの制御装置。
【請求項3】
下部走行体と、前記下部走行体を移動させるアクチュエータと、前記下部走行体に旋回可能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る、オフセットブーム及びバケットを含むアタッチメントと、を備えるショベルの制御装置であって、
前記バケットの移動に関する所定の条件を設定し、該条件が満たされたときに、オフセットブームシリンダを制御して前記バケットの移動を停止させるように構成されている、
ショベルの制御装置。
【請求項4】
下部走行体と、
前記下部走行体を移動させるアクチュエータと、
前記下部走行体に旋回可能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る、オフセットブーム及びバケットを含むアタッチメントと、
前記上部旋回体に搭載される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、バケットの開口方向に向かって延びる第1の目標軌道と、前記第1の目標軌道の方向とは異なる、目標面に沿う方向に向かって延びる第2の目標軌道とのいずれかに沿って前記バケットを移動させるように構成されている、
ショベル。
【請求項5】
下部走行体と、
前記下部走行体を移動させるアクチュエータと、
前記下部走行体に旋回可能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る、ブーム、オフセットブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントと、
前記上部旋回体に搭載される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ブーム、前記オフセットブーム、及び前記アームの動きを制御して目標軌道に沿って前記バケットを移動させる、
ショベル。
【請求項6】
下部走行体と、
前記下部走行体を移動させるアクチュエータと、
前記下部走行体に旋回可能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る、オフセットブーム及びバケットを含むアタッチメントと、
前記上部旋回体に搭載される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記バケットの移動に関する所定の条件を設定し、該条件が満たされたときに、オフセットブームシリンダを制御して前記バケットの移動を停止させるように構成されている、
ショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ショベル及びショベルの制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、操作者によるアタッチメントの操作を支援するマシンコントロール機能を実行可能なショベルが知られている(特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第2019/112059号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述のマシンコントロール機能は、オフセットブームを含むアタッチメントの操作を支援できるようには構成されていない。
【0005】
そこで、オフセットブームを含むアタッチメントの操作を支援できるショベルを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の実施形態に係るショベルの制御装置は、下部走行体と、前記下部走行体を移動させるアクチュエータと、前記下部走行体に旋回可能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る、オフセットブーム及びバケットを含むアタッチメントと、を備えるショベルの制御装置であって、バケットの開口方向に向かって延びる第1の目標軌道と、前記第1の目標軌道の方向とは異なる、目標面に沿う方向に向かって延びる第2の目標軌道とのいずれかに沿って前記バケットを移動させるように構成されている。
【発明の効果】
【0007】
上述のショベルは、オフセットブームを含むアタッチメントの操作を支援できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】ショベルの側面図である。
図2】ショベルの制御システムの構成例を示す図である。
図3】ショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。
図4A】アームシリンダの操作に関する油圧システムの一部の図である。
図4B】ブームシリンダの操作に関する油圧システムの一部の図である。
図4C】バケットシリンダの操作に関する油圧システムの一部の図である。
図4D】旋回油圧モータの操作に関する油圧システムの一部の図である。
図4E】左走行油圧モータの操作に関する油圧システムの一部の図である。
図4F】右走行油圧モータの操作に関する油圧システムの一部の図である。
図4G】オフセットブームシリンダの操作に関する油圧システムの一部の図である。
図5】ショベルの制御システムの構成例を示す図である。
図6A】コントローラの構成例を示す図である。
図6B】コントローラの構成例を示す図である。
図6C】コントローラの別の構成例を示す図である。
図7】上り法面を形成する作業を行うショベルの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
最初に、図1を参照して、本開示の実施形態に係る掘削機としてのショベル100について説明する。図1はショベル100の側面図である。
【0010】
本実施形態では、ショベル100の下部走行体1は被駆動体としてのクローラ1Cを含む。クローラ1Cは、下部走行体1に搭載されている走行油圧モータ2Mによって駆動される。但し、走行油圧モータ2Mは、電動アクチュエータとしての走行用電動発電機であってもよい。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(図1では不可視)を含む。左クローラ1CLは左走行油圧モータ2MLによって駆動され、右クローラ1CRは右走行油圧モータ2MR(図1では不可視)によって駆動される。下部走行体1は、クローラ1Cによって駆動されるため、被駆動体として機能する。
【0011】
下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が旋回可能に搭載されている。被駆動体としての旋回機構2は、上部旋回体3に搭載されている旋回油圧モータ2Aによって駆動される。但し、旋回油圧モータ2Aは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機であってもよい。上部旋回体3は、旋回油圧モータ2Aによって駆動されるため、被駆動体として機能する。
【0012】
上部旋回体3には被駆動体としてのブーム4が取り付けられている。ブーム4の先端には被駆動体としてのオフセットブーム4Mが取り付けられ、オフセットブーム4Mの先端には被駆動体としてのアーム5が取り付けられ、アーム5の先端に被駆動体及びエンドアタッチメントとしてのバケット6が取り付けられている。エンドアタッチメントは、アーム5の先端に取り付けられる部材であり、ブレーカ、グラップル、又はリフティングマグネット等であってもよい。ブーム4、オフセットブーム4M、アーム5、及びバケット6は、アタッチメントATの一例である掘削アタッチメントを構成する。ブーム4はブームシリンダ7で駆動され、オフセットブーム4Mはオフセットブームシリンダ7Mで駆動され、アーム5はアームシリンダ8で駆動され、バケット6はバケットシリンダ9で駆動される。図示例では、オフセットブーム4Mは、平行リンク式オフセットブームであり、エンドアタッチメントを、上部旋回体3の前後軸に垂直な方向(左右方向)に平行移動させることができる。すなわち、エンドアタッチメントとしてのバケット6は、オフセットブーム4Mの回動角度がどのような角度であっても、上部旋回体3の前後軸に沿って上部旋回体3の後方に向かって開口する。尚、上部旋回体3の前後軸は、例えば、上面視でアタッチメントATの中心線に平行であり、且つ、旋回軸を通る仮想線である。
【0013】
ブーム4にはブーム角度センサS1が取り付けられ、オフセットブーム4Mにはオフセットブーム角度センサS1M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が取り付けられている。尚、バケット角度センサS3は省略されてもよい。
【0014】
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は加速度センサであり、上部旋回体3に対するブーム4の回動角度であるブーム角度を検出できる。ブーム角度は、例えば、ブーム4を最も下げたときに最小角度となり、ブーム4を上げるにつれて大きくなる。
【0015】
オフセットブーム角度センサS1Mはオフセットブーム4Mの回動角度を検出する。本実施形態では、オフセットブーム角度センサS1Mは加速度センサであり、ブーム4に対するオフセットブーム4Mの回動角度であるオフセットブーム角度を検出できる。オフセットブーム角度は、例えば、オフセットブーム4Mを最も左側に回動させたときに最小角度となり、オフセットブーム4Mを右方に回動させるにつれて大きくなる。
【0016】
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は加速度センサであり、ブーム4に対するアーム5の回動角度であるアーム角度を検出できる。アーム角度は、例えば、アーム5を最も閉じたときに最小角度となり、アーム5を開くにつれて大きくなる。
【0017】
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は加速度センサであり、アーム5に対するバケット6の回動角度であるバケット角度を検出できる。バケット角度は、例えば、バケット6を最も閉じたときに最小角度となり、バケット6を開くにつれて大きくなる。
【0018】
ブーム角度センサS1、オフセットブーム角度センサS1M、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3はそれぞれ、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、ジャイロセンサ、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせ等であってもよい。
【0019】
また、ブーム角度センサS1は、ブーム操作レバー(後述)の操作量を検出する操作検出部(後述の操作センサ29LA)であってもよい。この場合、コントローラ30は、操作センサ29LAの出力に基づいてブーム角度を算出してもよい。オフセットブーム角度センサS1M、アーム角度センサS2、及びバケット角度センサS3についても同様である。
【0020】
上部旋回体3には、運転室としてのキャビン10が設けられ、且つ、エンジン11等の動力源が搭載されている。動力源は、電動モータであってもよい。また、上部旋回体3には、室外警報器45A、物体検知装置70、測位装置85、機体傾斜センサS4、及び旋回角速度センサS5等が取り付けられている。キャビン10の内部には、操作装置26、コントローラ30、表示装置40、及び室内警報器45B等が設けられている。尚、本書では、便宜上、上部旋回体3における、ブーム4が取り付けられている側を前方とし、カウンタウェイトが取り付けられている側を後方とする。
【0021】
コントローラ30は、処理回路の一例であり、ショベル100を制御するための制御装置として機能する。本実施形態では、コントローラ30は、CPU、RAM、NVRAM、及びROM等を備えたコンピュータで構成されている。そして、コントローラ30は、各機能に対応するプログラムをROMから読み出してRAMにロードし、対応する処理をCPUに実行させる。
【0022】
表示装置40は、画像情報を表示できるように構成されている。図示例では、表示装置40は、有機ELディスプレイであり、ショベル100の操作者に画像情報を提示できるように構成されている。
【0023】
室外警報器45Aは、キャビン10の外部に向けて音を出力できるように構成されている。図示例では、室外警報器45Aは、室外スピーカであり、ショベル100の周囲で作業する作業者の注意を喚起するための音を出力できるように構成されている。
【0024】
室内警報器45Bは、キャビン10の内部に向けて音を出力できるように構成されている。図示例では、室内警報器45Bは、室内スピーカであり、ショベル100を操作する操作者の注意を喚起するための音を出力できるように構成されている。
【0025】
物体検知装置70は、ショベル100の周囲に存在する物体を検知するように構成されている。物体は、例えば、人、動物、車両、建設機械、建造物、又は穴等である。物体検知装置70は、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、撮像装置、又は赤外線センサ等である。撮像装置は、例えば、単眼カメラ、ステレオカメラ、LIDAR、又は距離画像センサ等である。本実施形態では、物体検知装置70は、上部旋回体3の上面後端に取り付けられた後方カメラ70B、キャビン10の上面前端に取り付けられた前方カメラ70F、上部旋回体3の上面左端に取り付けられた左方カメラ70L、及び上部旋回体3の上面右端に取り付けられた右方カメラ70Rを含む。
【0026】
物体検知装置70は、ショベル100の周囲に設定された所定領域内の所定物体(例えば人)を検知できるように構成されていてもよい。例えば、物体検知装置70は、人と人以外の物体とを区別して検知できるように構成されていてもよい。
【0027】
測位装置85は、ショベル100の位置を計測するように構成されている。本実施形態では、測位装置85は、電子コンパスを組み込んだGNSS受信機であり、受信したGNSS信号に基づいてショベル100の緯度、経度、及び高度を算出して出力し、且つ、ショベル100の向きを算出して出力する。
【0028】
機体傾斜センサS4は所定の平面に対する上部旋回体3の傾きを検出するように構成されている。本実施形態では、機体傾斜センサS4は、水平面に関する上部旋回体3の前後軸回りの傾斜角及び左右軸回りの傾斜角を検出する加速度センサである。上部旋回体3の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交してショベル100の旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。
【0029】
旋回角速度センサS5は、上部旋回体3の旋回角速度を検出するように構成されている。本実施形態では、旋回角速度センサS5は、ジャイロセンサである。旋回角速度センサS5は、レゾルバ又はロータリエンコーダ等であってもよい。旋回角速度センサS5は、旋回速度及び旋回角度の少なくとも一方を出力するように構成されていてもよい。この場合、旋回速度及び旋回角度の少なくとも一方は旋回角速度から算出されてもよい。
【0030】
以下では、ブーム角度センサS1、オフセットブーム角度センサS1M、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、及び旋回角速度センサS5の任意の組み合わせは、集合的に姿勢センサとも称される。
【0031】
次に、図1に加えて、図2を参照し、ショベル100の具体的な構成について説明する。図2は、ショベル100の制御システムの構成例を概略的に示す図である。尚、図2において、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、電気信号ラインは、それぞれ、二重線、実線、破線、点線で示されている。
【0032】
ショベル100の駆動系は、主に、エンジン11、レギュレータ13、メインポンプ14、パイロットポンプ15、及びコントロールバルブユニット17を含む。また、ショベル100の油圧駆動系は、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、オフセットブーム4M、アーム5、及びバケット6のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ2M、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、オフセットブームシリンダ7M、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等の油圧アクチュエータを含む。
【0033】
エンジン11は、油圧駆動系における動力源であり、例えば、上部旋回体3の後部に搭載される。具体的には、エンジン11は、コントローラ30による直接的或いは間接的な制御下で、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ14及びパイロットポンプ15を駆動する。エンジン11は、例えば、ディーゼルエンジンである。
【0034】
レギュレータ13は、メインポンプ14の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じて、メインポンプ14の斜板の角度(傾転角)を調節する。レギュレータ13は、例えば、左レギュレータ13L及び右レギュレータ13Rを含む(図3参照)。
【0035】
メインポンプ14は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、作動油ラインを通じてコントロールバルブユニット17に作動油を供給する。メインポンプ14は、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、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でピストンのストローク長が調整され、吐出流量(押しのけ容積)が制御される。メインポンプ14は、例えば、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rを含む(図3参照)。
【0036】
コントロールバルブユニット17は、例えば、上部旋回体3の中央部に搭載され、操作者による操作装置26に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブユニット17は、作動油ラインを介してメインポンプ14と接続され、メインポンプ14から供給される作動油を、操作装置26の操作状態に応じて、複数の油圧アクチュエータ(走行油圧モータ2M、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、オフセットブームシリンダ7M、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9)のそれぞれに選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブユニット17は、メインポンプ14から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する制御弁171~177を含む。より具体的には、制御弁171は、左走行油圧モータ2MLに対応し、制御弁172は、右走行油圧モータ2MRに対応し、制御弁173は、旋回油圧モータ2Aに対応する。また、制御弁174は、バケットシリンダ9に対応し、制御弁175は、ブームシリンダ7に対応し、制御弁176は、アームシリンダ8に対応し、制御弁177は、オフセットブームシリンダ7Mに対応する。制御弁175は、例えば、制御弁175L及び制御弁175Rを含み、制御弁176は、例えば、制御弁176L、176Rを含む(図3参照)。
【0037】
ショベル100の操作系は、パイロットポンプ15及び操作装置26を含む。また、ショベル100の操作系は、コントローラ30によるマシンコントロール機能に関する構成として電磁弁31を含む。
【0038】
パイロットポンプ15は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、パイロットラインを介して制御弁171~177のそれぞれのパイロットポートにパイロット圧を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、エンジン11により駆動される。
【0039】
操作装置26は、キャビン10内の運転席の近くに設けられ、操作者が各種動作要素(下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、オフセットブーム4M、アーム5、及びバケット6等)の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置26は、操作者がそれぞれの動作要素を駆動する油圧アクチュエータ(走行油圧モータ2M、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、オフセットブームシリンダ7M、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等)の操作を行うための操作入力手段である。制御弁171~177のそれぞれのパイロットポートには、操作装置26の操作内容(操作方向及び操作量)に応じたパイロット圧が入力される。図示例では、操作装置26は、上部旋回体3(旋回油圧モータ2A)及びアーム5(アームシリンダ8)を操作するレバー装置である左操作レバー26L(図4A参照)と、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)を操作するレバー装置である右操作レバー26R(図4B参照)と、オフセットブーム4M(オフセットブームシリンダ7M)を操作するスライドスイッチ26S(図4G参照)と、下部走行体1のクローラ(走行油圧モータ2M)を操作する走行操作装置26D(図4E参照)とを含む。走行操作装置26Dは、左クローラ(左走行油圧モータ2ML)を操作する左走行レバー26DL(図4E参照)と、右クローラ(右走行油圧モータ2MR)を操作する右走行レバー26DR(図4F参照)とを含む。走行操作装置26Dは、左クローラ(左走行油圧モータ2ML)を操作する左走行ペダル、及び、右クローラ(右走行油圧モータ2MR)を操作する右走行ペダルを含んでいてもよい。
【0040】
図示例では、操作装置26は、電気信号を出力する電気式であり、操作装置26からの電気信号は、コントローラ30に入力され、コントローラ30は、入力される電気信号に応じて、制御弁171~177のそれぞれのパイロットポートに作用するパイロット圧を制御することにより、操作装置26に対する操作内容に応じた、各種油圧アクチュエータの動作を実現する。具体的には、パイロットポンプ15と制御弁171~177のそれぞれのパイロットポートとの間には、コントローラ30からの電気信号に応じて動作する電磁弁31が配置されている。そして、操作装置26が操作されると、コントローラ30は、その操作量(例えば、レバー操作量)に対応する電気信号によって電磁弁31を制御してパイロット圧を増減させることで、操作装置26に対する操作の内容に合わせて、制御弁171~177のそれぞれを動作させることができる。尚、制御弁171~177は、コントローラ30からの指令により駆動する電磁ソレノイド式スプール弁であってよい。
【0041】
ショベル100の制御系は、コントローラ30、吐出圧センサ28、操作センサ29、及び電磁弁31を含む。
【0042】
コントローラ30(制御装置の一例)は、キャビン10内に設けられ、ショベル100の駆動制御を行うように構成されている。コントローラ30は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。図示例では、コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、不揮発性の補助記憶装置と、各種入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ30は、例えば、ROMや不揮発性の補助記憶装置に格納される各種プログラムをCPU上で実行することにより各種機能を実現する。
【0043】
図示例では、コントローラ30は、操作者等の所定操作により予め設定される作業モード等に基づき、目標回転数を設定し、エンジン11を一定回転させる駆動制御を行う。コントローラ30は、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の吐出量を変化させてもよい。
【0044】
コントローラ30は、操作者による操作装置26を通じたショベル100の手動操作をガイド(案内)するマシンガイダンス機能に関する制御を行うように構成されていてもよい。また、コントローラ30は、操作者による操作装置26を通じたショベル100の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能に関する制御を行うように構成されていてもよい。
【0045】
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。すなわち、コントローラ30の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。例えば、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能は、専用のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。
【0046】
吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出する。吐出圧センサ28により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。吐出圧センサ28は、例えば、左吐出圧センサ28L及び右吐出圧センサ28Rを含む(図3参照)。
【0047】
操作センサ29は、操作装置26の操作内容(操作方向及び操作量)を検出する。操作センサ29の検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。操作センサ29は、例えば、左操作レバー26Lの前後方向(アーム操作方向)における操作内容を検出する操作センサ29LA(図4A参照)、右操作レバー26Rの前後方向(ブーム操作方向)における操作内容を検出する操作センサ29RA(図4B参照)、右操作レバー26Rの左右方向(バケット操作方向)における操作内容を検出する操作センサ29RB(図4C参照)、左操作レバー26Lの左右方向(旋回操作方向)における操作内容を検出する操作センサ29LB(図4D参照)、左走行レバー26DLの操作内容を検出する操作センサ29DL(図4E参照)、右走行レバー26DRの操作内容を検出する操作センサ29DR(図4F参照)、及び、スライドスイッチ26Sの操作内容を検出する操作センサ29S(図4G参照)を含む。
【0048】
図示例では、操作センサ29は、操作装置26の操作量や操作方向を検出可能な傾斜センサであるが、エンコーダ又はポテンショメータ等の任意のセンサであってもよい。
【0049】
電磁弁31は、パイロットポンプ15と制御弁171~177のそれぞれのパイロットポートとを接続するパイロットラインに設けられ、その流路面積(作動油が通流可能な断面積)を変更できるように構成される。電磁弁31は、コントローラ30から入力される制御指令に応じて動作する。これにより、コントローラ30は、操作者により操作装置26が操作されていない場合であっても、パイロットポンプ15から吐出されるパイロット油を、電磁弁31を介し、制御弁171~177のそれぞれのパイロットポートに供給できる。図示例では、電磁弁31は、図4A図4Gに示すように、電磁弁31AL~電磁弁31GL及び電磁弁31AR~電磁弁31GRを含む。
【0050】
表示装置40は、キャビン10内の運転席に着座した操作者から視認し易い場所に設けられ、コントローラ30による制御下で、各種情報を表示する。表示装置40は、車載通信ネットワークを介してコントローラ30に接続されていてもよいし、一対一の専用線を介してコントローラ30に接続されていてもよい。
【0051】
次に、図3を参照し、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図3は、ショベル100に搭載される油圧システムの構成例を示す図である。図3は、機械的動力伝達系、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御系を、それぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示している。
【0052】
ショベル100の油圧システムは、主に、エンジン11、レギュレータ13、メインポンプ14、パイロットポンプ15、コントロールバルブユニット17、操作装置26、吐出圧センサ28、操作センサ29、コントローラ30、及び制御弁60等を含む。
【0053】
図3において、油圧システムは、エンジン11によって駆動されるメインポンプ14から、センターバイパス管路CB又はパラレル管路PCを経て作動油タンクまで作動油を循環させている。
【0054】
エンジン11は、ショベル100の駆動源の一例である。駆動源は、電動モータ、燃料電池、又は水素エンジン等であってもよい。本実施形態では、エンジン11は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン11の出力軸は、メインポンプ14及びパイロットポンプ15のそれぞれの入力軸に連結されている。
【0055】
メインポンプ14は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニット17に供給するように構成されている。本実施形態では、メインポンプ14は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
【0056】
レギュレータ13は、メインポンプ14の吐出量を制御するように構成されている。本実施形態では、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の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ14の吐出量(押し退け容積)を制御する。
【0057】
パイロットポンプ15は、パイロットラインを介して操作装置26を含む油圧制御機器にパイロット油を供給するように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ15は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロットポンプ15は、省略されてもよい。この場合、パイロットポンプ15が担っていた機能は、メインポンプ14によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ14は、コントロールバルブユニット17に作動油を供給する機能とは別に、絞り等により作動油の圧力を低下させた後で操作装置26及び電磁弁31(図4A図4G参照)等に作動油をパイロット油として供給する機能を備えていてもよい。
【0058】
コントロールバルブユニット17は、ショベル100における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブユニット17は、制御弁171~177を含む。制御弁175は制御弁175L及び制御弁175Rを含み、制御弁176は制御弁176L及び制御弁176Rを含む。コントロールバルブユニット17は、制御弁171~177を通じ、メインポンプ14が吐出する作動油を1又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁171~177は、メインポンプ14から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ7、オフセットブームシリンダ7M、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、左走行油圧モータ2ML、右走行油圧モータ2MR、及び旋回油圧モータ2Aを含む。
【0059】
操作装置26は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置26は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートに向けて供給する。パイロットポートのそれぞれに向けて供給されるパイロット油の圧力(パイロット圧)は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作方向及び操作量に応じた圧力である。
【0060】
吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出するように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ28は、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
【0061】
操作センサ29は、操作者による操作装置26の操作の内容を検出するように構成されている。本実施形態では、操作センサ29は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26の操作方向及び操作量を角度の形で検出する角度センサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作装置26の操作内容は、角度センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。
【0062】
メインポンプ14は、左メインポンプ14L及び右メインポンプ14Rを含む。そして、左メインポンプ14Lは、左センターバイパス管路CBL又は左パラレル管路PCLを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、右メインポンプ14Rは、右センターバイパス管路CBR又は右パラレル管路PCRを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
【0063】
左センターバイパス管路CBLは、コントロールバルブユニット17内に配置された制御弁171、173、177、175L、及び176Lを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路CBRは、コントロールバルブユニット17内に配置された制御弁172、174、175R、及び176Rを通る作動油ラインである。
【0064】
制御弁171は、左メインポンプ14Lが吐出する作動油を左走行油圧モータ2MLへ供給し、且つ、左走行油圧モータ2MLが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁であり、「左走行油圧モータ用制御弁」とも称される。
【0065】
制御弁172は、右メインポンプ14Rが吐出する作動油を右走行油圧モータ2MRへ供給し、且つ、右走行油圧モータ2MRが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁であり、「右走行油圧モータ用制御弁」とも称される。
【0066】
制御弁173は、左メインポンプ14Lが吐出す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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁であり、「旋回油圧モータ用制御弁」とも称される。
【0067】
制御弁174は、右メインポンプ14Rが吐出す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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁であり、「バケットシリンダ用制御弁」とも称される。
【0068】
制御弁175Lは、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁175Rは、右メインポンプ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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁175は、「ブームシリンダ用制御弁」とも称される。
【0069】
制御弁176Lは、左メインポンプ14L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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁176Rは、右メインポンプ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するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。制御弁176は、「アームシリンダ用制御弁」とも称される。
【0070】
制御弁177は、左メインポンプ14Lが吐出する作動油をオフセットブームシリンダ7Mへ供給し、且つ、オフセットブームシリンダ7M内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁であり、「オフセットブームシリンダ用制御弁」とも称される。
【0071】
左パラレル管路PCLは、左センターバイパス管路CBLに並行する作動油ラインである。左パラレル管路PCLは、制御弁171、173、177、又は175Lのいずれかによって左センターバイパス管路CBL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。右パラレル管路PCRは、右センターバイパス管路CBRに並行する作動油ラインである。右パラレル管路PCRは、制御弁172、174、又は175Rのいずれかによって右センターバイパス管路CBR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。
【0072】
レギュレータ13は、左レギュレータ13L及び右レギュレータ13Rを含む。左レギュレータ13Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの吐出量(押し退け容積)を制御する。具体的には、左レギュレータ13Lは、例えば、左メインポンプ14Lの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節して吐出量(押し退け容積)を減少させる。右レギュレータ13Rについても同様である。これは、吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ14の吸収パワー(吸収馬力)がエンジン11の出力パワー(出力馬力)を超えないようにするためである。
【0073】
操作装置26は、左操作レバー26L、右操作レバー26R、スライドスイッチ26S、及び走行操作装置26Dを含む。走行操作装置26Dは、左走行レバー26DL及び右走行レバー26DRを含む。
【0074】
左操作レバー26Lは、旋回操作とアーム5の操作に用いられる。左操作レバー26Lは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、操作量に応じた制御圧を制御弁176のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、操作量に応じた制御圧を制御弁173のパイロットポートに導入させる。
【0075】
具体的には、左操作レバー26Lは、アーム閉じ方向に操作された場合に、制御弁176Lの右パイロットポートにパイロット油を導入させ、且つ、制御弁176Rの左パイロットポートにパイロット油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、アーム開き方向に操作された場合には、制御弁176Lの左パイロットポートにパイロット油を導入させ、且つ、制御弁176Rの右パイロットポートにパイロット油を導入させる。また、左操作レバー26Lは、左旋回方向に操作された場合に、制御弁173の左パイロットポートにパイロット油を導入させ、右旋回方向に操作された場合に、制御弁173の右パイロットポートにパイロット油を導入させる。このように、左操作レバー26Lは、前後方向に操作される場合に「アーム操作レバー」として機能し、左右方向に操作される場合に「旋回操作レバー」として機能する。
【0076】
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。右操作レバー26Rは、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、操作量に応じた制御圧を制御弁175のパイロットポートに導入させる。また、左右方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、操作量に応じた制御圧を制御弁174のパイロットポートに導入させる。
【0077】
具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向に操作された場合に、制御弁175Rの右パイロットポートにパイロット油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向に操作された場合には、制御弁175Lの右パイロットポートにパイロット油を導入させ、且つ、制御弁175Rの左パイロットポートにパイロット油を導入させる。また、右操作レバー26Rは、バケット閉じ方向に操作された場合に、制御弁174の右パイロットポートにパイロット油を導入させ、バケット開き方向に操作された場合に、制御弁174の左パイロットポートにパイロット油を導入させる。このように、右操作レバー26Rは、前後方向に操作される場合に「ブーム操作レバー」として機能し、左右方向に操作される場合に「バケット操作レバー」として機能する。
【0078】
スライドスイッチ26Sは、オフセットブーム4Mの操作に用いられる。スライドスイッチ26Sは、前後方向に操作(スライド)されると、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、操作量(スライド量)に応じた制御圧を制御弁177のパイロットポートに導入させる。具体的には、スライドスイッチ26Sは、前方(右オフセット方向)に操作された場合に、制御弁177の左パイロットポートにパイロット油を導入させ、後方(左オフセット方向)に操作された場合に、制御弁177の右パイロットポートにパイロット油を導入させる。図示例では、スライドスイッチ26Sは、操作者が左手の親指で操作できるように、左操作レバー26Lの先端に設けられている。
【0079】
走行操作装置26Dは、クローラ1Cの操作に用いられる。具体的には、左走行レバー26DLは、左クローラ1CLの操作に用いられる。左走行レバー26DLは、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は、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、操作量に応じた制御圧を制御弁171のパイロットポートに導入させる。右走行レバー26DRは、右クローラ1CRの操作に用いられる。右走行レバー26DRは、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は、前後方向に操作されると、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、操作量に応じた制御圧を制御弁172のパイロットポートに導入させる。
【0080】
吐出圧センサ28は、左吐出圧センサ28L及び右吐出圧センサ28Rを含む。左吐出圧センサ28Lは、左メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。右吐出圧センサ28Rについても同様である。
【0081】
操作センサ29は、操作センサ29LA、29LB、29RA、29RB、29DL、29DR、及び29Sを含む。操作センサ29LAは、操作者による左操作レバー26Lに対する前後方向への操作の内容を角度の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作内容は、例えば、レバー操作方向及びレバー操作量(レバー操作角度)等である。同様に、操作センサ29LBは、操作者による左操作レバー26Lに対する左右方向への操作の内容を角度の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29RAは、操作者による右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を角度の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29RBは、操作者による右操作レバー26Rに対する左右方向への操作の内容を角度の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29DLは、操作者による左走行レバー26DLに対する前後方向への操作の内容を角度の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29DRは、操作者による右走行レバー26DRに対する前後方向への操作の内容を角度の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。操作センサ29Sは、操作者によるスライドスイッチ26Sに対する前後方向への操作の内容をスライド量の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
【0082】
コントローラ30は、操作センサ29の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の吐出量を変化させる。
【0083】
ここで、絞り18と制御圧センサ19を用いたネガティブコントロール制御について説明する。絞り18は左絞り18L及び右絞り18Rを含み、制御圧センサ19は左制御圧センサ19L及び右制御圧センサ19Rを含む。
【0084】
左センターバイパス管路CBLには、最も下流にある制御弁176Lと作動油タンクとの間に左絞り18Lが配置されている。そのため、左メインポンプ14Lが吐出した作動油の流れは、左絞り18Lで制限される。そして、左絞り18Lは、左レギュレータ13Lを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ19Lは、この制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、この制御圧に応じて左メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ14Lの吐出量を制御する。コントローラ30は、この制御圧が大きいほど左メインポンプ14Lの吐出量を減少させ、この制御圧が小さいほど左メインポンプ14Lの吐出量を増大させる。右メインポンプ14Rの吐出量も同様に制御される。
【0085】
具体的には、図3で示されるようにショベル100における油圧アクチュエータがいずれも操作されていない待機状態の場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、左センターバイパス管路CBLを通って左絞り18Lに至る。そして、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14Lの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路CBLを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。一方、いずれかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ14Lが吐出する作動油は、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、左メインポンプ14Lが吐出する作動油の流れは、左絞り18Lに至る量を減少或いは消失させ、左絞り18Lの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ30は、左メインポンプ14L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流入させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。尚、コントローラ30は、右メインポンプ14Rの吐出量も同様に制御する。
【0086】
上述のような構成により、図3の油圧システムは、待機状態においては、メインポンプ14における無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ14が吐出する作動油がセンターバイパス管路CBで発生させるポンピングロスを含む。また、図3の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、メインポンプ14から必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに確実に供給できる。
【0087】
制御弁60は、操作装置26の有効状態と無効状態とを切り換えるように構成されている。操作装置26の有効状態は、操作者が操作装置26を操作することで関連する被駆動体を動かすことができる状態であり、操作装置26の無効状態は、操作者が操作装置26を操作しても関連する被駆動体を動かすことができない状態である。
【0088】
本実施形態では、制御弁60は、パイロットポンプ15と操作装置26とを繋ぐパイロットラインCD1の連通状態と遮断状態とを切り換え可能な電磁弁である。具体的には、制御弁60は、コントローラ30からの指令に応じてパイロットラインCD1の連通状態と遮断状態とを切り換えるように構成されている。
【0089】
制御弁60は、不図示のゲートロックレバーに連動するように構成されていてもよい。具体的には、ゲートロックレバーが押し下げられたときにパイロットラインCD1を遮断状態にし、ゲートロックレバーが引き上げられたときにパイロットラインCD1を連通状態にするように構成されていてもよい。但し、制御弁60は、ゲートロックレバーに連動してパイロットラインCD1の連通状態と遮断状態とを切り換え可能な電磁弁とは別の電磁弁であってもよい。
【0090】
次に、図4A図4Gを参照し、コントローラ30がアクチュエータを動作させるための構成について説明する。図4A図4Gは、油圧システムの一部を抜き出した図である。具体的には、図4Aは、アームシリンダ8の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Bは、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。図4Cは、バケットシリンダ9の操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Dは、旋回油圧モータ2Aの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。図4Eは、左走行油圧モータ2MLの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Fは、右走行油圧モータ2MRの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図であり、図4Gは、オフセットブームシリンダ7Mの操作に関する油圧システム部分を抜き出した図である。
【0091】
図4A図4Gに示すように、油圧システムは、電磁弁31を含む。電磁弁31は、電磁弁31AL~電磁弁31GL及び電磁弁31AR~電磁弁31GRを含む。
【0092】
電磁弁31は、パイロットポンプ15とコントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートとを接続する管路に配置され、開口面積を変更することにより、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、電磁弁31は、電磁比例弁であり、コントローラ30が出力する制御指令に応じて動作する。そのため、コントローラ30は、操作者による操作装置26の操作に応じ、又は、操作者による操作装置26の操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31を介し、コントロールバルブユニット17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。そして、コントローラ30は、電磁弁31が生成するパイロット圧を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。
【0093】
この構成により、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われている場合に加え、特定の操作装置26に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。また、コントローラ30は、特定の操作装置26に対する操作が行われている場合であっても、その特定の操作装置26に対応する油圧アクチュエータの動作を強制的に停止させることができる。
【0094】
例えば、図4Aに示すように、左操作レバー26Lは、アーム5を操作するために用いられる。具体的には、左操作レバー26Lは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁176のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー26Lは、アーム閉じ方向(後方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁176Lの右側パイロットポートと制御弁176Rの左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー26Lは、アーム開き方向(前方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁176Lの左側パイロットポートと制御弁176Rの右側パイロットポートに作用させる。
【0095】
操作装置26にはスイッチSWが設けられている。本実施形態では、スイッチSWは、スイッチSW1及びスイッチSW2を含む。スイッチSW1は、左操作レバー26Lに設けられた押しボタンスイッチである。図示例では、スイッチSWは、操作者が左手の人差し指で操作できるように、左操作レバー26Lに設けられている。操作者は、スイッチSW1を押しながら左操作レバー26Lを操作できる。スイッチSW1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SW2は、左走行レバー26DLの先端に設けられた押しボタンスイッチである。操作者は、スイッチSW2を押しながら左走行レバー26DLを操作できる。スイッチSW2は、右走行レバー26DR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。
【0096】
操作センサ29LAは、操作者による左操作レバー26Lに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
【0097】
電磁弁31ALは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31ALを介して制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31ARは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31ARを介して制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31ALは、制御弁176L及び制御弁176Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、電磁弁31ARは、制御弁176L及び制御弁176Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【0098】
この構成により、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ALを介し、制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ALを介し、制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、アーム5を閉じることができる。このように、電磁弁31ALは、「アーム用電磁弁」又は「アーム閉じ用電磁弁」として機能する。
【0099】
また、コントローラ30は、操作者によるアーム開き操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ARを介し、制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ARを介し、制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるアーム開き操作に応じ、或いは、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、アーム5を開くことができる。このように、電磁弁31ARは、「アーム用電磁弁」又は「アーム開き用電磁弁」として機能する。
【0100】
また、この構成により、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、制御弁176の閉じ側のパイロットポート(制御弁176Lの左側パイロットポート及び制御弁176Rの右側パイロットポート)に作用するパイロット圧を減圧し、アーム5の閉じ動作を強制的に停止させることができる。操作者によるアーム開き操作が行われているときにアーム5の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
【0101】
或いは、コントローラ30は、操作者によるアーム閉じ操作が行われている場合であっても、必要に応じて、電磁弁31ARを制御し、制御弁176の閉じ側のパイロットポートの反対側にある、制御弁176の開き側のパイロットポート(制御弁176Lの右側パイロットポート及び制御弁176Rの左側パイロットポート)に作用するパイロット圧を増大させ、制御弁176を強制的に中立位置に戻すことで、アーム5の閉じ動作を強制的に停止させてもよい。操作者によるアーム開き操作が行われている場合にアーム5の開き動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
【0102】
また、以下の図4B図4Gを参照しながらの説明を省略するが、操作者によるブーム上げ操作又はブーム下げ操作が行われている場合にブーム4の動作を強制的に停止させる場合、操作者によるバケット閉じ操作又はバケット開き操作が行われている場合にバケット6の動作を強制的に停止させる場合、及び、操作者による旋回操作が行われている場合に上部旋回体3の旋回動作を強制的に停止させる場合、についても同様である。また、操作者による走行操作が行われている場合に下部走行体1の走行動作を強制的に停止させる場合についても同様である。
【0103】
また、コントローラ30は、アーム操作(アーム閉じ操作及びアーム開き操作)の応答性を良くするため、アーム操作が行われる前から微小なパイロット圧を制御弁176の両側のパイロットポートに作用させるように構成されていてもよい。ブーム操作(ブーム上げ操作及びブーム下げ操作)等の他の操作についても同様である。すなわち、コントローラ30は、より多くのパイロット油を使用することにより、油圧アクチュエータの応答性を高めることができる。
【0104】
また、図4Bに示すように、右操作レバー26Rは、ブーム4を操作するために用いられる。具体的には、右操作レバー26Rは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁175のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー26Rは、ブーム上げ方向(後方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Lの右側パイロットポートと制御弁175Rの左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー26Rは、ブーム下げ方向(前方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁175Rの右側パイロットポートに作用させる。
【0105】
操作センサ29RAは、操作者による右操作レバー26Rに対する前後方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
【0106】
電磁弁31BLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31BLを介して制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31BRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31BRを介して制御弁175Rの右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31BLは、制御弁175L及び制御弁175Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。また、電磁弁31BRは、制御弁175Rを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【0107】
この構成により、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31BLを介し、制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31BLを介し、制御弁175Lの右側パイロットポート及び制御弁175Rの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、ブーム4を上げることができる。このように、電磁弁31BLは、「ブーム用電磁弁」又は「ブーム上げ用電磁弁」として機能する。
【0108】
また、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31BRを介し、制御弁175Rの右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31BRを介し、制御弁175Rの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるブーム下げ操作に応じ、或いは、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、ブーム4を下げることができる。このように、電磁弁31BRは、「ブーム用電磁弁」又は「ブーム下げ用電磁弁」として機能する。
【0109】
また、図4Cに示すように、右操作レバー26Rは、バケット6を操作するためにも用いられる。具体的には、右操作レバー26Rは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁174のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右操作レバー26Rは、バケット閉じ方向(左方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁174の左側パイロットポートに作用させる。また、右操作レバー26Rは、バケット開き方向(右方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁174の右側パイロットポートに作用させる。
【0110】
操作センサ29RBは、操作者による右操作レバー26Rに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
【0111】
電磁弁31CLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31CLを介して制御弁174の左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31CRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31CRを介して制御弁174の右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31CLは、制御弁174を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、電磁弁31CRは、制御弁174を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【0112】
この構成により、コントローラ30は、操作者によるバケット閉じ操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31CLを介し、制御弁174の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31CLを介し、制御弁174の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるバケット閉じ操作に応じ、或いは、操作者によるバケット閉じ操作とは無関係に、バケット6を閉じることができる。このように、電磁弁31CLは、「バケット用電磁弁」又は「バケット閉じ用電磁弁」として機能する。
【0113】
また、コントローラ30は、操作者によるバケット開き操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31CRを介し、制御弁174の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31CRを介し、制御弁174の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者によるバケット開き操作に応じ、或いは、操作者によるバケット開き操作とは無関係に、バケット6を開くことができる。このように、電磁弁31CRは、「バケット用電磁弁」又は「バケット開き用電磁弁」として機能する。
【0114】
また、図4Dに示すように、左操作レバー26Lは、旋回機構2を操作するためにも用いられる。具体的には、左操作レバー26Lは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、左右方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁173のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左操作レバー26Lは、左旋回方向(左方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁173の左側パイロットポートに作用させる。また、左操作レバー26Lは、右旋回方向(右方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁173の右側パイロットポートに作用させる。
【0115】
操作センサ29LBは、操作者による左操作レバー26Lに対する左右方向への操作の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
【0116】
電磁弁31DLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31DLを介して制御弁173の左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31DRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31DRを介して制御弁173の右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31DLは、制御弁173を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、電磁弁31DRは、制御弁173を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【0117】
この構成により、コントローラ30は、操作者による左旋回操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31DLを介し、制御弁173の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者による左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31DLを介し、制御弁173の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者による左旋回操作に応じ、或いは、操作者による左旋回操作とは無関係に、旋回機構2を左旋回させることができる。このように、電磁弁31DLは、「旋回用電磁弁」又は「左旋回用電磁弁」として機能する。
【0118】
また、コントローラ30は、操作者による右旋回操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31DRを介し、制御弁173の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者による右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31DRを介し、制御弁173の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者による右旋回操作に応じ、或いは、操作者による右旋回操作とは無関係に、旋回機構2を右旋回させることができる。このように、電磁弁31DRは、「旋回用電磁弁」又は「右旋回用電磁弁」として機能する。
【0119】
また、図4Eに示すように、左走行レバー26DLは、左クローラ1CLを操作するために用いられる。具体的には、左走行レバー26DLは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁171のパイロットポートに作用させる。より具体的には、左走行レバー26DLは、前進方向(前方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁171の左側パイロットポートに作用させる。また、左走行レバー26DLは、後進方向(後方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁171の右側パイロットポートに作用させる。
【0120】
操作センサ29DLは、操作者による左走行レバー26DLに対する前後方向への操作の内容を電気的に検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
【0121】
電磁弁31ELは、コントローラ30が出力する電流指令に応じて動作する。そして、電磁弁31ELは、パイロットポンプ15から電磁弁31ELを介して制御弁171の左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31ERは、コントローラ30が出力する電流指令に応じて動作する。そして、電磁弁31ERは、パイロットポンプ15から電磁弁31ERを介して制御弁171の右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31EL、31ERは、制御弁171を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【0122】
この構成により、コントローラ30は、操作者による左前進操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ELを介し、制御弁171の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、左クローラ1CLを前進させることができる。また、コントローラ30は、操作者による左後進操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31ERを介し、制御弁171の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、左クローラ1CLを後進させることができる。このように、電磁弁31ELは、「左走行用電磁弁」又は「左前進用電磁弁」として機能し、電磁弁31ERは、「左走行用電磁弁」又は「左後進用電磁弁」として機能する。
【0123】
また、図4Fに示すように、右走行レバー26DRは、右クローラ1CRを操作するために用いられる。具体的には、右走行レバー26DRは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、前後方向への操作に応じたパイロット圧を制御弁172のパイロットポートに作用させる。より具体的には、右走行レバー26DRは、前進方向(前方向)に操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧を制御弁172の右側パイロットポートに作用させる。また、右走行レバー26DRは、後進方向(後方向)に操作された場合には、操作量に応じたパイロット圧を制御弁172の左側パイロットポートに作用させる。
【0124】
操作センサ29DRは、操作者による右走行レバー26DRに対する前後方向への操作の内容を電気的に検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
【0125】
電磁弁31FLは、コントローラ30が出力する電流指令に応じて動作する。そして、電磁弁31FLは、パイロットポンプ15から電磁弁31FLを介して制御弁172の左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31FRは、コントローラ30が出力する電流指令に応じて動作する。そして、電磁弁31FRは、パイロットポンプ15から電磁弁31FRを介して制御弁172の右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31FL、31FRは、制御弁172を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【0126】
この構成により、コントローラ30は、操作者による右前進操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31FLを介し、制御弁172の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、右クローラ1CRを前進させることができる。また、コントローラ30は、操作者による右後進操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31FRを介し、制御弁172の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、右クローラ1CRを後進させることができる。このように、電磁弁31FLは、「右走行用電磁弁」又は「右前進用電磁弁」として機能し、電磁弁31FRは、「右走行用電磁弁」又は「右後進用電磁弁」として機能する。
【0127】
また、図4Gに示すように、スライドスイッチ26Sは、オフセットブーム4Mを操作するために用いられる。具体的には、スライドスイッチ26Sは、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を利用し、前後方向への操作(スライド)に応じたパイロット圧を制御弁177のパイロットポートに作用させる。より具体的には、スライドスイッチ26Sは、右オフセット方向(前方向)にスライドされた場合に、スライド量に応じたパイロット圧を制御弁177の左側パイロットポートに作用させる。また、スライドスイッチ26Sは、左オフセット方向(後方向)にスライドされた場合には、スライド量に応じたパイロット圧を制御弁177の右側パイロットポートに作用させる。
【0128】
操作センサ29Sは、操作者によるスライドスイッチ26Sに対する前後方向への操作(スライド)の内容を検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。
【0129】
電磁弁31GLは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31GLを介して制御弁177の左側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31GRは、コントローラ30が出力する制御指令(電流指令)に応じて動作する。そして、パイロットポンプ15から電磁弁31GRを介して制御弁177の右側パイロットポートに導入されるパイロット油によるパイロット圧を調整する。電磁弁31GLは、制御弁177を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。同様に、電磁弁31GRは、制御弁177を任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調整可能である。
【0130】
この構成により、コントローラ30は、操作者によるオフセットブーム4Mの右オフセット操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31GLを介し、制御弁177の左側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者による右オフセット操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31GLを介し、制御弁177の左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者による右オフセット操作に応じ、或いは、操作者による右オフセット操作とは無関係に、オフセットブーム4Mを右方向に回動させることができる。このように、電磁弁31GLは、「オフセットブーム用電磁弁」又は「右オフセット用電磁弁」として機能する。
【0131】
また、コントローラ30は、操作者によるオフセットブーム4Mの左オフセット操作に応じ、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31GRを介し、制御弁177の右側パイロットポートに供給できる。また、コントローラ30は、操作者による左オフセット操作とは無関係に、パイロットポンプ15が吐出するパイロット油を、電磁弁31GRを介し、制御弁177の右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ30は、操作者による左オフセット操作に応じ、或いは、操作者による左オフセット操作とは無関係に、オフセットブーム4Mを左方向に回動させることができる。このように、電磁弁31GRは、「オフセットブーム用電磁弁」又は「左オフセット用電磁弁」として機能する。
【0132】
また、ショベル100は、バケットチルト機構を自動的に動作させる構成を備えていてもよい。この場合、バケットチルト機構を構成するバケットチルトシリンダに関する油圧システム部分は、ブームシリンダ7の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。
【0133】
また、操作装置26の形態として電気式操作レバーに関する説明を記載したが、電気式操作レバーではなく油圧式操作レバーが採用されてもよい。この場合、油圧式操作レバーの操作量は、圧力センサによって圧力の形で検出されてコントローラ30へ入力されてもよい。また、油圧式操作レバーとしての操作装置26と各制御弁のパイロットポートとの間には電磁弁が配置されてもよい。電磁弁は、コントローラ30からの電気信号に応じて動作するように構成される。この構成により、油圧式操作レバーとしての操作装置26を用いた手動操作が行われると、操作装置26は、操作量に応じてパイロット圧を増減させることで各制御弁を移動させることができる。また、各制御弁は電磁スプール弁で構成されていてもよい。この場合、電磁スプール弁は、電気式操作レバーの操作量に対応するコントローラ30からの電気信号に応じて動作する。
【0134】
次に、図5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。図5は、ショベル100の制御システムの構成例を示す図である。具体的には、図5は、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に関する構成の一例を示す。
【0135】
コントローラ30は、操作者によるショベル100の手動操作をガイド(案内)するマシンガイダンス機能を実行できるように構成されている。具体的には、コントローラ30は、設計データ等で設定されている設計面等の目標面とアタッチメントATの先端部であるバケット6の所定の作業部位(例えば、バケット6の爪先又はバケット6の背面等)(以下、単に「作業部位」とする)との間の距離等の作業情報を、表示装置40及び室内警報器45B等を通じて、操作者に伝える。
【0136】
より具体的には、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、機体傾斜センサS4、旋回角速度センサS5、オフセットブーム角度センサS1M、操作センサ29、物体検知装置70、測位装置85、及びスイッチSW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と目標面との間の距離を算出し、表示装置40に表示される画像、及び、室内警報器45Bから出力される音声等により、算出した距離を操作者に通知する。目標面に関するデータは、例えば、操作者による情報入力装置(不図示)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)からダウンロードされることにより、コントローラ30の内部メモリ又はコントローラ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。操作者は、例えば、施工現場の任意の点を基準点と定め、情報入力装置を通じて、基準点との相対的な位置関係により目標面を設定してよい。これにより、コントローラ30は、表示装置40及び室内警報器45B等を通じて、作業情報を操作者に通知し、操作者による操作装置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。
【0137】
また、コントローラ30は、操作者によるショベル100の手動操作を支援したり、ショベル100を自動的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を実行できるように構成されている。
【0138】
具体的には、コントローラ30は、操作者が手動で掘削操作又は均し操作等を行っている場合に、目標面と、アタッチメントATの先端部、具体的には、バケット6の作業部位等に設定される制御対象となる形状要素(以下、単に「制御対象」とする)とが一致するように、ブーム4、オフセットブーム4M、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。制御対象は、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得る。また、制御対象には、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得る。尚、制御対象は、アームトップピン(バケット連結ピン)に設定されてもよい。
【0139】
より具体的には、操作者がスイッチSWを操作(押し)ながら、アーム5を動かすために左操作レバー26Lを操作すると、コントローラ30は、操作者による左操作レバー26Lの操作に応じ、目標面(設計面)と制御対象とが一致するように、アーム5の動きに合わせ、ブーム4、オフセットブーム4M、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。より具体的には、コントローラ30は、上述の如く、電磁弁31を制御し、ブーム4、オフセットブーム4M、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。これにより、操作者は、左操作レバー26Lを前後方向に操作するだけで、目標面に沿った掘削作業又は均し作業等をショベル100に実行させることができる。
【0140】
バケット6の作業部位は、例えば、操作者等による情報入力装置を通じた設定入力に応じて設定されてもよい。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又は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、前方カメラ70Fの撮像画像等に基づき、自動的に判定されてもよいし、情報入力装置を通じて操作者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。
【0141】
バケット6の作業部位における制御対象(以下、単に「バケット6の制御対象」とする)は、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先端部を構成する曲面或いは平面上の一点に設定されてもよい。また、バケット6の制御対象は、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得る。この場合、コントローラ30は、情報入力装置を通じた操作者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対象を設定してもよいし、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対象を設定(変更)してもよい。
【0142】
或いは、コントローラ30は、操作者がスイッチSWを操作(押し)ながら、オフセットブーム4Mを動かすためにスライドスイッチ26Sを操作すると、操作者によるスライドスイッチ26Sの操作に応じ、設計面(例えば法面)の鉛直上方に設計面(法面)と平行になるように設定された目標面と制御対象(例えばバケット6の背面)とが一致するように、オフセットブーム4Mの動きに合わせ、ブーム4、アーム5、及び、バケット6の少なくとも一つを自動的に動作させてもよい。より具体的には、コントローラ30は、上述の如く、電磁弁31を制御し、ブーム4、オフセットブーム4M、アーム5、及び、バケット6の少なくとも一つを自動的に動作させてもよい。これにより、操作者は、スイッチSWを押しながらスライドスイッチ26Sを前後方向にスライドさせるだけで、目標面に沿って制御対象(バケット6の背面)を移動させることができる。この場合、制御対象(バケット6の背面)の移動は、上部旋回体3の前後軸に垂直な方向への移動を含む。オフセットブーム4Mが動作しているためである。例えば、操作者は、スイッチSWを押しながらスライドスイッチ26Sを前後方向にスライドさせるだけで、法面の法尻に位置するバケット6を、法面の法肩の真上まで、斜面(法面)にバケット6を接触させることなく、移動させることができる。尚、この移動の際に、バケット6は、スライドスイッチ26Sの操作量に応じた距離だけ左右方向(上部旋回体3の前後軸に垂直な方向)にも移動する。以下では、スイッチSWを押しながらスライドスイッチ26Sを前後方向にスライドさせるだけでバケット6を法尻から法肩まで移動させる機能は、「法面仕上げ支援機能」とも称される。
【0143】
或いは、コントローラ30は、操作者がスイッチSWを押しながらスライドスイッチ26Sを操作すると、バケット6が所定の距離だけ左右方向に移動するようにオフセットブーム4Mを回動させてもよい。この場合、コントローラ30は、バケット6が所定の距離だけ左右方向に移動した時点で、スライドスイッチ26Sの操作が継続されている場合であっても、オフセットブーム4Mの回動を強制的に停止させる。以下では、スイッチSWを押しながらスライドスイッチ26Sを前後方向にスライドさせるだけでバケット6を所定の距離だけ左右方向に移動させる機能は、「オフセット操作支援機能」とも称される。
【0144】
次に、図6A及び図6Bを参照し、マシンコントロール機能に関する詳細な構成の一例について説明する。図6A及び図6Bは、コントローラ30の構成例を示す図である。具体的には、図6A及び図6Bは、マシンコントロール機能に関する詳細な構成の一例を示す。尚、図6A及び図6Bを参照する以下の説明は、スイッチSWが操作された状態で、オフセットブーム4Mを動かすためのスライドスイッチ26Sの操作が行われた場合に実行されるマシンコントロール機能の一つである「法面仕上げ支援機能」に関する。
【0145】
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、操作内容取得部3001と、目標面取得部3002と、目標軌道設定部3003と、現在位置算出部3004と、目標位置算出部3005と、動作指令生成部3006と、パイロット指令生成部3007と、姿勢角算出部3008とを含む。図示例では、8個の機能部のそれぞれは、ソフトウェアで実現されている。但し、8個の機能部のそれぞれは、ハードウェア(電子回路等)で実現されてもよく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実現されてもよい。また、8個の機能部のうちの少なくとも二つは統合されてもよい。また、図示例では、8個の機能部のそれぞれは、スイッチSWが操作されている場合、所定の制御周期ごとに、後述する処理を繰り返し実行する。
【0146】
操作内容取得部3001は、操作センサ29Sから取り込まれる検出信号に基づき、スライドスイッチ26Sの操作内容を取得する。例えば、操作内容取得部3001は、操作内容として、操作方向(右オフセット操作であるか、左オフセット操作であるかの別)と、操作量(スライド量)を取得(算出)する。
【0147】
目標面取得部3002は、例えば、内部メモリ又は外部記憶装置等から目標面に関するデータを取得する。
【0148】
目標軌道設定部3003は、目標面に関するデータに基づき、制御対象を目標面に沿って移動させるための制御対象の目標軌道に関する情報を設定する。例えば、目標軌道設定部3003は、目標軌道に関する情報として、目標面上の二点を結ぶ線分を設定してもよい。
【0149】
現在位置算出部3004は、制御対象の位置(現在位置)を算出する。例えば、姿勢角算出部3008により算出されるブーム角度β1、アーム角度β2、バケット角度β3、及びオフセットブーム角度β4に基づいて制御対象の位置を算出してもよい。
【0150】
目標位置算出部3005は、スライドスイッチ26Sの操作内容(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、制御対象の現在位置とに基づき、制御対象の目標位置を算出する。この目標位置は、オフセットブーム4Mがスライドスイッチ26S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の、今回の制御周期中で到達目標とすべき目標面(目標軌道)上の位置である。目標位置算出部3005は、内部メモリ等に予め格納されたマップ又は演算式等を用い、制御対象の目標位置を算出してもよい。
【0151】
動作指令生成部3006は、制御対象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」とする)、アーム5の動作に関する指令値(以下、「アーム指令値β2r」とする)、バケット6の動作に関する指令値(以下、「バケット指令値β3r」とする)、及び、オフセットブーム4Mの動作に関する指令値(以下、「オフセットブーム指令値β4r」とする)を生成する。図示例では、ブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、バケット指令値β3r、及びオフセットブーム指令値β4rは、それぞれ、制御対象が目標位置に到達したときのブーム角度、アーム角度、バケット角度、及びオフセットブーム角度である。尚、ブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、バケット指令値β3r、及びオフセットブーム指令値β4rは、それぞれ、制御対象が目標位置に到達するために必要なブーム4、アーム5、バケット6、及びオフセットブーム4Mの角速度(回動速度)又は角加速度(回動加速度)であってもよい。
【0152】
動作指令生成部3006は、マスタ指令生成部3006A、及び、スレーブ指令生成部3006Bを含む。マスタ指令生成部3006Aは、操作装置26の操作内容に対応して動作する作業要素(以下、「マスタ要素」とする)の動作に関する指令値(以下、「マスタ指令値」とする)を生成する。尚、マスタ要素を操作するための操作レバーは「マスタ操作装置」とも称される。図示例では、マスタ要素はオフセットブーム4Mであり、マスタ操作装置はスライドスイッチ26Sであり、マスタ指令生成部3006Aは、オフセットブーム指令値β4rを生成し、オフセットブームパイロット指令生成部3007Dに向けて出力する。具体的には、マスタ指令生成部3006Aは、スライドスイッチ26Sの操作内容(操作方向及び操作量)に対応するオフセットブーム指令値β4rを生成する。マスタ指令生成部3006Aは、スライドスイッチ26Sの操作内容と、オフセットブーム指令値β4rとの関係を規定する所定のマップ又は変換式等に基づき、オフセットブーム指令値β4rを生成して出力してもよい。
【0153】
スレーブ指令生成部3006Bは、アタッチメントATを構成する作業要素のうち、マスタ要素(オフセットブーム4M)の動作に合わせて(同期して)、制御対象が目標面に沿って移動するように動作する作業要素(以下、「スレーブ要素」とする)の動作に関する指令値(以下、「スレーブ指令値」とする)を生成する。図示例では、スレーブ要素は、ブーム4、アーム5、及びバケット6であり、スレーブ指令生成部3006B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を生成し、それぞれ、ブームパイロット指令生成部3007A、アームパイロット指令生成部3007B、及びバケットパイロット指令生成部3007Cに向けて出力する。具体的には、スレーブ指令生成部3006Bは、オフセットブーム指令値β4rに対応するオフセットブーム4Mの動作に合わせて(同期して)、ブーム4、アーム5、及びバケット6の少なくとも一つが動作し、制御対象が目標位置に到達できるように(つまり、目標面に沿って移動するように)、ブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、及びバケット指令値β3rを生成する。これにより、コントローラ30は、スライドスイッチ26Sの操作内容に対応するオフセットブーム4Mの動作に合わせて(つまり、同期させて)、アタッチメントATのブーム4、アーム5、及びバケット6を動作させることで、制御対象を目標面に沿って移動させることができる。つまり、オフセットブーム4M(オフセットブームシリンダ7M)は、スライドスイッチ26Sに対する操作入力に対応して動作し、ブーム4(ブームシリンダ7)、アーム5(アームシリンダ8)、及びバケット6(バケットシリンダ9)のそれぞれの動きは、制御対象としてのバケット6の背面が目標面に沿って移動するように、オフセットブーム4M(オフセットブームシリンダ7M)の動作に合わせて制御される。
【0154】
尚、マスタ要素は、アーム5であってもよい。この場合、スレーブ要素は、ブーム4、オフセットブーム4M、及びバケット6であってもよい。これにより、コントローラ30は、アーム操作レバーの操作内容に対応するアーム5の動作に合わせて(つまり、同期させて)、アタッチメントATのブーム4、オフセットブーム4M、及びバケット6を動作させることで、制御対象を目標面に沿って移動させることができる。つまり、アーム5(アームシリンダ8)は、アーム操作レバーに対する操作入力に対応して動作し、ブーム4(ブームシリンダ7)、オフセットブーム4M(オフセットブームシリンダ7M)、及びバケット6(バケットシリンダ9)のそれぞれの動きは、制御対象としてのバケット6の背面が目標面に沿って移動するように、アーム5(アームシリンダ8)の動作に合わせて制御される。
【0155】
パイロット指令生成部3007は、ブーム指令値β1r、アーム指令値β2r、バケット指令値β3r、及びオフセットブーム指令値β4rに対応するブーム角度、アーム角度、バケット角度、及びオフセットブーム角度を実現するために、制御弁174~177のそれぞれに作用させるパイロット圧の指令値(以下、「パイロット圧指令値」とする)を生成する。パイロット指令生成部3007は、ブームパイロット指令生成部3007Aと、アームパイロット指令生成部3007Bと、バケットパイロット指令生成部3007Cと、オフセットブームパイロット指令生成部3007Dとを含む。
【0156】
ブームパイロット指令生成部3007Aは、ブーム指令値β1rと、ブーム角度算出部3008Aが算出する現在のブーム角度の算出値(測定値)との間の偏差に基づき、ブーム4を駆動するブームシリンダ7に対応する制御弁175L、175Rに作用させるパイロット圧指令値を生成する。そして、ブームパイロット指令生成部3007Aは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を電磁弁31BL、31BRに出力する。これにより、電磁弁31BL、31BRは、パイロット圧指令値に対応するパイロット圧を、制御弁175L、175Rの対応するパイロットポートに作用させることができる。そして、パイロットポートにパイロット圧が作用すると、制御弁175L、175Rが動作する。さらに、制御弁175L、175Rが動作すると、ブームシリンダ7が動作し、ブーム指令値β1rに対応するブーム角度を実現するように、ブーム4が動作する。
【0157】
アームパイロット指令生成部3007Bは、アーム指令値β2rと、アーム角度算出部3008Bが算出する現在のアーム角度の算出値(測定値)との間の偏差に基づき、アーム5を駆動するアームシリンダ8に対応する制御弁176L、176Rに作用させるパイロット圧指令値を生成する。そして、アームパイロット指令生成部3007Bは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を電磁弁31AL、31ARに出力する。これにより、電磁弁31AL、31ARは、パイロット圧指令値に対応するパイロット圧を、制御弁176L、176Rの対応するパイロットポートに作用させることができる。そして、パイロットポートにパイロット圧が作用すると、制御弁176L、176Rが動作する。さらに、制御弁176L、176Rが動作すると、アームシリンダ8が動作し、アーム指令値β2rに対応するアーム角度を実現するように、アーム5が動作する。
【0158】
バケットパイロット指令生成部3007Cは、バケット指令値β3rと、バケット角度算出部3008Cが算出する現在のバケット角度の算出値(測定値)との間の偏差に基づき、バケット6を駆動するバケットシリンダ9に対応する制御弁174に作用させるパイロット圧指令値を生成する。そして、バケットパイロット指令生成部3007Cは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を電磁弁31CL、31CRに出力する。これにより、電磁弁31CL、31CRは、パイロット圧指令値に対応するパイロット圧を、制御弁174の対応するパイロットポートに作用させることができる。そして、パイロットポートにパイロット圧が作用すると、制御弁174が動作する。さらに、制御弁174が動作すると、バケットシリンダ9が動作し、バケット指令値β3rに対応するバケット角度を実現するように、バケット6が動作する。
【0159】
オフセットブームパイロット指令生成部3007Dは、オフセットブーム指令値β4rと、オフセットブーム角度算出部3008Dが算出する現在のオフセットブーム角度の算出値(測定値)との間の偏差に基づき、オフセットブーム4Mを駆動するオフセットブームシリンダ7Mに対応する制御弁177に作用させるパイロット圧指令値を生成する。そして、オフセットブームパイロット指令生成部3007Dは、生成したパイロット圧指令値に対応する制御電流を電磁弁31GL、31GRに出力する。これにより、電磁弁31GL、31GRは、パイロット圧指令値に対応するパイロット圧を、制御弁177の対応するパイロットポートに作用させることができる。そして、パイロットポートにパイロット圧が作用すると、制御弁177が動作する。さらに、制御弁177が動作すると、オフセットブームシリンダ7Mが動作し、オフセットブーム指令値β4rに対応するオフセットブーム角度を実現するように、オフセットブーム4Mが動作する。
【0160】
姿勢角算出部3008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、オフセットブーム角度センサS1Mの検出信号に基づき、ブーム角度β1、アーム角度β2、バケット角度β3、オフセットブーム角度β4を算出(測定)する。姿勢角算出部3008は、ブーム角度算出部3008Aと、アーム角度算出部3008Bと、バケット角度算出部3008Cと、オフセットブーム角度算出部3008Dとを含む。ブーム角度算出部3008Aは、ブーム角度センサS1から取り込まれる検出信号に基づき、ブーム角度β1を算出(測定)する。アーム角度算出部3008Bは、アーム角度センサS2から取り込まれる検出信号に基づき、アーム角度β2を算出(測定)する。バケット角度算出部3008Cは、バケット角度センサS3から取り込まれる検出信号に基づき、バケット角度β3を算出(測定)する。オフセットブーム角度算出部3008Dは、オフセットブーム角度センサS1Mから取り込まれる検出信号に基づき、オフセットブーム角度β4を算出(測定)する。
【0161】
次に、図6Cを参照し、マシンコントロール機能に関する構成の別の一例について説明する。図6Cは、コントローラ30の別の構成例を示す図である。図6Cに示すコントローラ30は、操作内容取得部3001が通信装置T1を通じて操作内容に関する情報を取得する点で、図6A及び図6Bに示すコントローラ30と異なるが、その他の点では図6A及び図6Bに示すコントローラ30と同じである。具体的には、図6Cのコントローラ30は、遠隔操作式のショベル又は無人式(自律式)のショベルに搭載される装置である。
【0162】
通信装置T1は、ショベル100の外部にある外部機器との通信を制御する。本実施形態では、通信装置T1は、衛星通信網、携帯電話通信網、又はインターネット網等を介した外部機器との通信を制御する。外部機器は、例えば、外部施設に設置されたサーバ等の管理装置であってもよく、ショベル100の周囲の作業者が携帯しているノートPC又はスマートフォン等の支援装置であってもよい。外部機器は、例えば、1又は複数のショベル100に関する情報を管理できるように構成されていてもよい。
【0163】
コントローラ30は、ショベルの外部に配置されていてもよい。具体的には、コントローラ30は、外部施設に設置されたサーバ等の管理装置に搭載されていてもよく、ノートPC又はスマートフォン等の支援装置に搭載されていてもよい。
【0164】
遠隔操作式のショベルでは、遠隔操作室にいる操作者は、ショベル100に搭載されている通信装置T1を通じてショベル100と遠隔操作室との間の情報のやり取りを行う。そのため、操作者は、遠隔操作室に設置された操作装置26を操作してショベル100を動作させることができる。この場合、コントローラ30は、遠隔操作室に設置された装置に搭載されていてもよい。
【0165】
遠隔操作には、例えば、外部機器を通じて行われるショベル100のアクチュエータに関する操作者の操作入力に応じてショベル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、物体検知装置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」)を外部機器に向けて送信する。周囲画像は、遠隔操作室に設けられた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40に表示されるような各種の情報画像は、遠隔操作室の表示装置に表示されてよい。これにより、遠隔操作室にいる操作者は、例えば、遠隔操作室の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、外部機器から送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。
【0166】
また、遠隔操作には、例えば、ショベル100の周囲にいる人(例えば、作業者)によるショベル100に対する音声入力又は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もよい。具体的には、ショベル100は、ショベル100に搭載される音声入力装置(例えば、マイクロフォン)又は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周囲の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、認識した音声又は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もよい。
【0167】
次に、図7を参照し、オフセット操作支援機能が実行されるときのショベル100の動きの一例について説明する。図7は、X軸に沿って直線的に延びる上り法面BSを形成する作業を行うショベル100の上面図である。図7の例では、アーム5の先端にエンドアタッチメントとしての法面バケット6Aが取り付けられている。法面バケット6Aは、幅W1を有する。操作者は、アタッチメントATの1回の仕上げ動作(法肩TSから法尻FSまで法面バケット6Aを移動させるための動作)で上り法面BSの法肩TSから法尻FSまでを平らに仕上げるようにする。そして、このようなアタッチメントATの複数回(図7に示す例では3回)の仕上げ動作と下部走行体1の走行(走行動作)とを交互に繰り返して広い斜面範囲を平らに仕上げるようにする。具体的には、操作者は、今回の仕上げ動作で法面バケット6Aが接触する斜面範囲と前回の仕上げ動作で法面バケット6Aが接触した斜面範囲とが所定の幅W2だけ重複するようにショベル100を操作する。図7の範囲NSは、上り法面BSが完成していない範囲、すなわち、地表面が上り法面BSと一致していない範囲を表し、範囲CSは、上り法面BSが完成した範囲、すなわち、地表面が上り法面BSと一致している範囲を表す。また、範囲DSは、上述の重複範囲、すなわち、範囲CSのうち、連続する2回の仕上げ動作のそれぞれで法面バケット6Aが接触した範囲を表す。図7の例では、範囲CSは、範囲CS1~範囲CS6を含み、範囲DSは、範囲DS1~範囲DS5を含む。尚、範囲CS1~範囲CS6のそれぞれの幅は、法面バケット6Aの幅W1と同じである。また、範囲DS1は、範囲CS1と範囲CS2とが重複する範囲を示し、範囲DS2は、範囲CS2と範囲CS3とが重複する範囲を示す。範囲DS3~範囲DS5についても同様である。
【0168】
1回の走行動作を行う度に実行する3回の仕上げ動作に関しては、操作者は、オフセットブームシリンダ7Mによってオフセットブーム4Mを左方に回動させ、上部旋回体3の前後軸よりも左方に法面バケット6Aのバケット中心面が位置するように法面バケット6Aを移動させた状態で一回目の仕上げ動作を実行する。図7に示す例では、一回目の仕上げ動作によって範囲CS3が仕上げられる。バケット中心面は、法面バケット6Aの幅方向(Y軸方向)で法面バケット6Aを二等分する仮想面である。その後、操作者は、法尻FSにある法面バケット6Aを空中に持ち上げ、オフセットブーム4Mを右方に回動させながら、次の仕上げ動作が行われる範囲CSの法肩TSの真上まで法面バケット6Aを移動させる。法肩TSの真上に法面バケット6Aが達したとき、典型的には、法面バケット6Aのバケット中心面と上部旋回体3の前後軸とは一致している。この状態で、操作者は、二回目の仕上げ動作を実行する。図7に示す例では、二回目の仕上げ動作によって範囲CS2が仕上げられる。その後、操作者は、法尻FSにある法面バケット6Aを空中に持ち上げ、オフセットブーム4Mを右方に回動させながら、次の仕上げ動作が行われる範囲CSの法肩TSの真上まで法面バケット6Aを移動させる。法肩TSの真上に法面バケット6Aが達したとき、法面バケット6Aのバケット中心面は、上部旋回体3の前後軸よりも右方にある。この状態で、操作者は、三回目の仕上げ動作を実行する。図7に示す例では、三回目の仕上げ動作によって範囲CS1が仕上げられる。三回目の仕上げ動作を完了した後で、操作者は、走行動作を実行し、次の3回の仕上げ動作を実行できる位置までショベル100を移動させる。
【0169】
図7は、掘削アタッチメントの現在(今回)の仕上げ動作と過去の5回の仕上げ動作で完成された上り法面BSを表している。点Qcは、現在の法面バケット6Aの爪先の左端の位置を表す。点Q1は、今回の仕上げ動作が開始されたときの法面バケット6Aの爪先の左端の位置を表す。点Q2は、1回前の仕上げ動作が完了したときの破線で示す法面バケット6Aの爪先の左端の位置を表す。点Q3は、1回前の仕上げ動作が開始されたときの破線で示す法面バケット6Aの爪先の左端の位置を表す。点Q4は、2回前の仕上げ動作が完了したときの破線で示す法面バケット6Aの爪先の左端の位置を表す。点Q5は、2回前の仕上げ動作が開始されたときの破線で示す法面バケット6Aの爪先の左端の位置を表す。点R1は、現在のショベル中心点CPの位置を表す。点R2は、前回の走行動作が開始されたときのショベル中心点CPの位置を表す。
【0170】
一点鎖線で示す複数の仮想平面PSは、上り法面BSの法線を含む互いに平行な仮想平面であり、法面バケット6Aの幅W1より小さい距離を隔てて等間隔に配置されている。図示例では、コントローラ30は、法面仕上げ支援機能又はオフセット操作支援機能を実行する際に、設計データ等に基づいて仮想平面PSを設定する。仮想平面PSは、図示例では等間隔に設定されているが、不等間隔に設定されていてもよい。また、仮想平面PSは、図示例では予め設定されているが、動的に設定されてもよい。
【0171】
具体的には、仮想平面PSは、仮想平面PS1~仮想平面PS6及び仮想平面PSa~仮想平面PScを含む。仮想平面PS1は、現在使用中の仮想平面PSの例であり、今回の仕上げ動作が開始されたときのバケット中心面と一致する。すなわち、仮想平面PS1は、法面バケット6Aの幅方向(Y軸方向)においてアタッチメントATを二等分するアタッチメントATの回動面に相当する。また、今回の仕上げ動作によって形成される範囲CS1は、仮想平面PS1によって二等分される。仮想平面PS2~仮想平面PS6は、過去に使用された仮想平面PSの例であり、1回~5回前の仕上げ動作が開始されたときのバケット中心面とそれぞれ一致する。仮想平面PSa~PScは、将来的に使用される仮想平面PSの例であり、1回~3回後の仕上げ動作を開始させるときのバケット中心面とそれぞれ一致する。各回の仕上げ動作によって形成される範囲CSは、各回の仕上げ動作の際に使用される仮想平面PSによって二等分される。
【0172】
コントローラ30は、スイッチSWが押下された状態でスライドスイッチ26Sが操作されたときにオフセット操作支援機能を実行してもよい。図示例では、コントローラ30は、スライドスイッチ26Sの右オフセット方向への操作が継続されている場合であっても、バケット中心面が右方に位置する仮想平面PSに達したときに、すなわち、法面バケット6Aが所定の距離Dだけ右方(-Y方向)に移動したときに、オフセットブーム4Mの回動を停止させる。
【0173】
このように、操作者は、スイッチSWが押下された状態でスライドスイッチ26Sを操作するだけで、所定の距離Dだけ法面バケット6Aを幅方向(Y軸方向)に平行移動させた上でアタッチメントATの動きを停止させることができる。すなわち、コントローラ30は、オフセットブーム4Mを含むアタッチメントATの操作を支援できる。
【0174】
或いは、コントローラ30は、スイッチSWが押下された状態でスライドスイッチ26Sが操作されたときに法面仕上げ支援機能を実行してもよい。図示例では、コントローラ30は、2回前の仕上げ動作が完了したとき、すなわち、法面バケット6Aの爪先の左端が点Q4に位置している場合に、スイッチSWが押下された状態でスライドスイッチ26Sが右オフセット方向に操作されると、コントローラ30は、オフセットブーム4Mを右方に回動させるとともに、ブーム4、アーム5、及びバケット6の少なくとも一つを動作させ、法面バケット6Aの爪先の左端が点Q3の真上に位置するように法面バケット6Aを移動させる。また、コントローラ30は、1回前の仕上げ動作が完了したとき、すなわち、法面バケット6Aの爪先の左端が点Q2に位置している場合に、スイッチSWが押下された状態でスライドスイッチ26Sが右オフセット方向に操作されると、コントローラ30は、オフセットブーム4Mを右方に回動させるとともに、ブーム4、アーム5、及びバケット6の少なくとも一つを動作させ、法面バケット6Aの爪先の左端が点Q1の真上に位置するように法面バケット6Aを移動させる。
【0175】
スライドスイッチ26Sの操作に応じて法面バケット6Aを移動させる際、コントローラ30は、設計データ等に基づき、法面バケット6Aの爪先の左端が辿るべき軌道である目標軌道TRを設定してもよい。図示例では、目標軌道TRは、法面バケット6Aの開口方向に向かって延びる第1の目標軌道TR1と、第1の目標軌道TR1の方向とは異なる、目標面に沿う方向に向かって延びる第2の目標軌道TR2とを含む。コントローラ30は、2回前の仕上げ動作が開始されたときの法面バケット6Aの爪先の左端の位置である点Q5と、2回前の仕上げ動作が完了したときの法面バケット6Aの爪先の左端の位置である点Q4とを繋ぐ軌道を第1の目標軌道TR1の一つ(目標軌道TR11)として設定している。また、コントローラ30は、点Q4と、1回前の仕上げ動作が開始されたときの法面バケット6Aの爪先の左端の位置である点Q3とを繋ぐ軌道を第2の目標軌道TR2の一つ(目標軌道TR21)として設定している。また、コントローラ30は、点Q3と、1回前の仕上げ動作が完了したときの法面バケット6Aの爪先の左端の位置である点Q2とを繋ぐ軌道を第1の目標軌道TR1の別の一つ(目標軌道TR12)として設定している。また、コントローラ30は、点Q2と、今回の仕上げ動作が開始されたときの法面バケット6Aの爪先の左端の位置である点Q1とを繋ぐ軌道を第2の目標軌道TR2の別の一つ(目標軌道TR22)として設定している。さらに、コントローラ30は、点Q1と、今回の仕上げ動作が完了したときの法面バケット6Aの爪先の左端の位置である点Q0とを繋ぐ軌道を第1の目標軌道TR1のさらに別の一つ(目標軌道TR13)として設定している。目標軌道TR21及び目標軌道TR22は、法面バケット6Aの開口方向とは異なる、目標面としての上り法面BSに沿った方向に延びる部分(上り法面BSに平行な仮想平面上で、仮想平面PSと上り法面BSとの交線の方向以外の方向に延びる部分)を含んでいる。
【0176】
このように、操作者は、例えば、スイッチSWが押下された状態でアーム操作レバーをアーム閉じ方向に操作するだけで、法肩TSに位置している法面バケット6Aを、第1の目標軌道TR1に沿って、すなわち、法面バケット6Aの開口方向に向かって、法尻FSの位置まで移動させることができる。
【0177】
また、操作者は、スイッチSWが押下された状態でスライドスイッチ26Sを操作するだけで、法尻FSに位置している法面バケット6Aを、第2の目標軌道TR2に沿って、次の仕上げ動作の開始位置である、法肩TSの真上の位置まで移動させることができる。すなわち、コントローラ30は、オフセットブーム4Mを含むアタッチメントATの操作を支援できる。
【0178】
尚、上述の例では、コントローラ30は、スイッチSWが押下された状態でスライドスイッチ26Sが操作されたときに、法面仕上げ支援機能又はオフセット操作支援機能を実行するように構成されているが、スイッチSWが押下されていなくても、スライドスイッチ26Sが操作されたときには、法面仕上げ支援機能又はオフセット操作支援機能を実行するように構成されていてもよい。
【0179】
また、上述の説明は、上り法面BSを形成する作業に関するが、下り法面を作成する作業にも同様に適用される。
【0180】
上述のように、本開示の実施形態に係るショベル100は、図1に示すように、下部走行体1と、下部走行体1を移動させるアクチュエータとしての走行油圧モータ2Mと、下部走行体1に旋回可能に搭載される上部旋回体3と、上部旋回体3に取り付けられる、オフセットブーム4M及びバケット6を含むアタッチメントATと、上部旋回体3に搭載される制御装置としてのコントローラ30とを備えている。そして、コントローラ30は、バケット6(法面バケット6A)の開口方向に向かって延びる第1の目標軌道TR1と、第1の目標軌道TR1の方向とは異なる、目標面に沿う方向に向かって延びる第2の目標軌道TR2とのいずれかに沿ってバケット6を移動させるように構成されている。図7に示す例では、コントローラ30は、第1の目標軌道TR1に沿って法面バケット6Aを移動させた後で、第2の目標軌道TR2に沿って法面バケット6Aを移動させるように構成されている。このように、目標軌道TRは、バケット6(法面バケット6A)の開口方向とは異なる、目標面としての上り法面BSに沿った方向に延びる部分である第2の目標軌道TR2を含む。コントローラ30は、旋回油圧モータ2A及び走行油圧モータ2Mのいずれをも動作させることなく、オフセットブームシリンダ7Mを動作させることにより、この第2の目標軌道TR2に沿ってバケット6を移動させることができる。
【0181】
また、コントローラ30は、ブーム4、オフセットブーム4M、及びアーム5の動きを制御して第2の目標軌道TR2に沿ってバケット6を移動させるように構成されていてもよい。
【0182】
また、コントローラ30は、バケット6の移動に関する所定の条件を設定し、その条件が満たされたときに、オフセットブームシリンダ7Mを制御してバケット6の移動を停止させるように構成されていてもよい。図7に示す例では、所定の条件は、法面バケット6Aが所定の距離Dだけ移動することである。そして、コントローラ30は、所定の条件が満たされたとき、すなわち、スライドスイッチ26Sの操作に応じて法面バケット6Aが所定の距離Dだけ移動したときに、オフセットブームシリンダ7Mの右方への回動を停止させて法面バケット6Aの右方への移動を停止させている。
【0183】
このように、コントローラ30は、オフセットブーム4Mを含むアタッチメントATの動きを自動的に制御できるように構成されている。そのため、コントローラ30は、オフセットブーム4Mを含むアタッチメントATの操作を支援できる。
【0184】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形又は置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【0185】
1・・・下部走行体 1C・・・クローラ 1CL・・・左クローラ 1CR・・・右クローラ 2・・・旋回機構 2A・・・旋回油圧モータ 2M・・・走行油圧モータ 2ML・・・左走行油圧モータ 2MR・・・右走行油圧モータ 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 4M・・・オフセットブーム 5・・・アーム 6・・・バケット 6A・・・法面バケット 7・・・ブームシリンダ 7M・・・オフセットブームシリンダ 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 13・・・レギュレータ 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ユニット 18・・・絞り 19・・・制御圧センサ 26・・・操作装置 26D・・・走行操作装置 26DL・・・左走行レバー 26DR・・・右走行レバー 26L・・・左操作レバー 26R・・・右操作レバー 26S・・・スライドスイッチ 28・・・吐出圧センサ 29、29DL、29DR、29LA、29LB、29RA、29RB、29S・・・操作センサ 30・・・コントローラ 31、31AL、31AR、31BL、31BR、31CL、31CR、31DL、31DR、31EL、31ER、31FL、31FR、31GL、31GR・・・電磁弁 40・・・表示装置 45A・・・室外警報器 45B・・・室内警報器 60・・・制御弁 70・・・物体検知装置 70B・・・後方カメラ 70F・・・前方カメラ 70L・・・左方カメラ 70R・・・右方カメラ 85・・・測位装置 100・・・ショベル 171~175、175L、175R、176、176L、176R、177・・・制御弁 3001・・・操作内容取得部 3002・・・目標面取得部 3003・・・目標軌道設定部 3004・・・現在位置算出部 3005・・・目標位置算出部 3006・・・動作指令生成部 3006A・・・マスタ指令生成部 3006B・・・スレーブ指令生成部 3007・・・パイロット指令生成部 3007A・・・ブームパイロット指令生成部 3007B・・・アームパイロット指令生成部 3007C・・・バケットパイロット指令生成部 3007D・・・オフセットブームパイロット指令生成部 3008・・・姿勢角算出部 3008A・・・ブーム角度算出部 3008B・・・アーム角度算出部 3008C・・・バケット角度算出部 3008D・・・オフセットブーム角度算出部 AT・・・アタッチメント BS・・・上り法面 CD1・・・パイロットライン CP・・・ショベル中心点 CS、CS1~CS6、DS、DS1~DS5・・・範囲 FS・・・法尻 NS・・・範囲 PS、PS1~PS6、PSa~PSc・・・仮想平面 S1・・・ブーム角度センサ S1M・・・オフセットブーム角度センサ 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・・・旋回角速度センサ SW、SW1、SW2・・・スイッチ T1・・・通信装置 TR、TR11、TR12、TR13、TR21、TR22・・・目標軌道 TR1・・・第1の目標軌道 TR2・・・第2の目標軌道 TS・・・法肩
図1
図2
図3
図4A
図4B
図4C
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図4G
図5
図6A
図6B
図6C
図7