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特許7107771作業機械、および作業機械を含むシステム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-19
(45)【発行日】2022-07-27
(54)【発明の名称】作業機械、および作業機械を含むシステム
(51)【国際特許分類】
   E02F 9/26 20060101AFI20220720BHJP
【FI】
E02F9/26 A
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2018124614
(22)【出願日】2018-06-29
(65)【公開番号】P2020002694
(43)【公開日】2020-01-09
【審査請求日】2021-05-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000001236
【氏名又は名称】株式会社小松製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大門 正樹
(72)【発明者】
【氏名】新田目 啓敬
【審査官】荒井 良子
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2017/104238(WO,A1)
【文献】特開平05-239850(JP,A)
【文献】国際公開第2013/145341(WO,A1)
【文献】特開昭63-044029(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E02F 9/26
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
作業機械であって、
車体と、
前記車体に回転可能に取り付けられた走行輪と、
前記車体に対し動作可能な作業機と、
前記走行輪および前記作業機を操作するための操作装置と、
前記作業機械の動作を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、掘削作業中に、前記操作装置より出力される操作指令値に基づいて、前記走行輪が地面に対して滑る掘削時スリップが発生していると判断して、前記作業機を動かすことに関係する信号を出力する、作業機械。
【請求項2】
前記作業機械の状態を検出する少なくとも1つのセンサをさらに備え、
前記コントローラは、前記センサの信号に基づき掘削作業中か否かを判定する、請求項1に記載の作業機械。
【請求項3】
前記作業機は、ブームを有し、
前記コントローラは、掘削作業中に前記掘削時スリップが発生していると判断したとき、前記ブームの上げ動作に関係する信号を出力する、請求項1または2に記載の作業機械。
【請求項4】
前記操作装置は、前記ブームを操作するためのブーム操作装置を有し、
前記コントローラは、前記ブーム操作装置より出力される前記操作指令値が第1の閾値よりも小さいとき、前記掘削時スリップが発生していると判断する、請求項3に記載の作業機械。
【請求項5】
前記コントローラは、前記センサの信号に基づき前記走行輪の回転速度を演算する、請求項3または4に記載の作業機械。
【請求項6】
前記作業機は、バケットを有し、
前記コントローラは、掘削作業中に前記作業機が動けない作業機ストールが発生していると判断したとき、前記バケットのチルトバック動作に関係する信号を出力する、請求項1~5のいずれか1項に記載の作業機械。
【請求項7】
前記作業機は、ブームを有し、
前記操作装置は、前記ブームを操作するためのブーム操作装置を有し、
前記コントローラは、前記センサの信号に基づき前記ブームの上昇速度を演算し、
前記コントローラは、前記ブーム操作装置より出力される前記操作指令値が第2の閾値よりも大きく、かつ前記上昇速度が第3の閾値よりも小さいとき、前記作業機ストールが発生していると判断する、請求項6に記載の作業機械。
【請求項8】
作業機械を含むシステムであって、
車体と、
前記車体に回転可能に取り付けられた走行輪と、
前記車体に対し動作可能な作業機と、
前記走行輪および作業機を操作するための操作装置と、
前記作業機械の動作を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、掘削作業中に、前記操作装置より出力される操作指令値に基づいて、前記走行輪が地面に対して滑る掘削時スリップが発生していると判断して、前記作業機を動かすことに関係する信号を出力する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、作業機械、および作業機械を含むシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
作業機械に関し、アクセルの開度およびエンジンの実回転数が所定の運転条件を満たすか否かによって、オペレータに省エネルギー運転を示唆するための表示を表示するか否かを判断し、オペレータに対して省エネルギー運転を促す技術が、たとえば国際公開第2007/072701号(特許文献1)に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第2007/072701号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ホイールローダによる作業のうち、車両を前進させるとともにブームを上昇させてバケットに土砂を掬い込む掘削は、燃料を多く消費する作業の1つである。掘削時間が長くなると、稼働燃費全体に大きく影響する。そのため、掘削時間遅延の原因となる無駄操作を低減して掘削時間を短縮することで燃費を改善したいという要求がある。
【0005】
本開示では、掘削作業中に無駄操作が行われている時間を低減できる、作業機械および作業機械を含むシステムが提供される。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一の局面に従うと、作業機械が提供される。作業機械は、車体と、車体に回転可能に取り付けられた走行輪と、車体に対し動作可能な作業機と、走行輪および作業機を操作するための操作装置と、作業機械の動作を制御するコントローラとを備えている。コントローラは、掘削作業中に、操作装置より出力される操作指令値に基づいて、走行輪が地面に対して滑る掘削時スリップが発生していると判断して、作業機を動かすことに関係する信号を出力する。
【0007】
本開示の一の局面に従うと、作業機械を含むシステムが提供される。システムは、車体と、車体に回転可能に取り付けられた走行輪と、車体に対し動作可能な作業機と、走行輪および作業機を操作するための操作装置と、作業機械の動作を制御するコントローラとを備えている。コントローラは、掘削作業中に、操作装置より出力される操作指令値に基づいて、走行輪が地面に対して滑る掘削時スリップが発生していると判断して、作業機を動かすことに関係する信号を出力する。
【発明の効果】
【0008】
本開示に従えば、掘削作業中に無駄操作が行われている時間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】実施形態に基づくホイールローダの側面図である。
図2】ホイールローダの概略ブロック図である。
図3】実施形態に基づくホイールローダによる掘削作業を説明する図である。
図4】ホイールローダの掘削動作および積込動作を構成する一連の作業工程の例を示す模式図である。
図5】ホイールローダの掘削動作および積込動作を構成する一連の作業工程の判定方法を示すテーブルである。
図6】実施形態に基づくホイールローダによるかき上げ作業を説明する図である。
図7】実施形態に基づくホイールローダによるドージング作業を説明する図である。
図8】第1処理装置内の掘削分類処理を示すフローチャートである。
図9】ホイールローダによる作業内容を判別するためのテーブルである。
図10】ホイールローダによる作業中の、バケットの刃先の軌跡を示すグラフである。
図11】無駄操作発生時に実行される制御処理を示すフローチャートである。
図12】作業機ストール発生の有無を判断する処理を示すフローチャートである。
図13】キャブ内の表示部に表示される表示の第1の例を示す模式図である。
図14】掘削時スリップ発生の有無を判断する処理を示すフローチャートである。
図15】キャブ内の表示部に表示される表示の第2の例を示す模式図である。
図16】第二実施形態に基づく、無駄操作発生時に実行される制御処理を示すフローチャートである。
図17】キャブ内の表示部に表示される表示の第3の例を示す模式図である。
図18】第三実施形態に基づく、無駄操作発生時に実行される制御処理を示すフローチャートである。
図19】第2処理装置の表示部に表示される表示の一例を示す模式図である。
図20】ホイールローダを含むシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【0011】
[第一実施形態]
<全体構成>
実施形態においては、作業機械の一例としてホイールローダ1について説明する。図1は、実施形態に基づくホイールローダ1の側面図である。
【0012】
図1に示すように、ホイールローダ1は、車体フレーム2(実施形態における車体に相当する)と、作業機3と、走行装置4と、キャブ5とを備えている。走行装置4は、走行輪4a,4bを含んでいる。ホイールローダ1は、走行輪4a,4bが回転駆動されることにより自走可能であり、作業機3を用いて所望の作業を行うことができる。
【0013】
車体フレーム2は、前フレーム11と後フレーム12とを含んでいる。前フレーム11と後フレーム12とは、互いに左右方向に揺動可能に取り付けられている。前フレーム11と後フレーム12とには、ステアリングシリンダ13が取り付けられている。ステアリングシリンダ13は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ13がステアリングポンプ(図示せず)からの作動油によって伸縮することによって、ホイールローダ1の進行方向が左右に変更される。
【0014】
本明細書中において、ホイールローダ1が直進走行する方向を、ホイールローダ1の前後方向という。ホイールローダ1の前後方向において、車体フレーム2に対して作業機3が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ1の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ1の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。
【0015】
前後方向とは、キャブ5内の運転席に着座した作業者の前後方向である。左右方向とは、運転席に着座した作業者の左右方向である。左右方向とは、ホイールローダ1の車幅方向である。上下方向とは、運転席に着座した作業者の上下方向である。運転席に着座した作業者に正対する方向が前方向であり、運転席に着座した作業者の背後方向が後方向である。運転席に着座した作業者が正面に正対したときの右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。運転席に着座した作業者の足元側が下側、頭上側が上側である。
【0016】
前フレーム11には、作業機3および走行輪4aが取り付けられている。作業機3は、ブーム14と、バケット6とを含んでいる。ブーム14の基端部は、ブームピン10によって前フレーム11に回転自在に取付けられている。バケット6は、ブーム14の先端に位置するバケットピン17によって、回転自在にブーム14に取付けられている。前フレーム11とブーム14とは、ブームシリンダ16により連結されている。ブームシリンダ16は、油圧シリンダである。ブームシリンダ16が作業機ポンプ25(図2参照)からの作動油によって伸縮することによって、ブーム14が昇降する。ブームシリンダ16は、ブーム14を駆動する。
【0017】
作業機3は、ベルクランク18と、チルトシリンダ19と、チルトロッド15とをさらに含んでいる。ベルクランク18は、ブーム14のほぼ中央に位置する支持ピン18aによって、ブーム14に回転自在に支持されている。チルトシリンダ19は、ベルクランク18の基端部と前フレーム11とを連結している。チルトロッド15は、ベルクランク18の先端部とバケット6とを連結している。チルトシリンダ19は、油圧シリンダである。チルトシリンダ19が作業機ポンプ25(図2参照)からの作動油によって伸縮することによって、バケット6が上下に回動する。チルトシリンダ19は、バケット6を駆動する。
【0018】
後フレーム12には、キャブ5および走行輪4bが取り付けられている。キャブ5は、ブーム14の後方に配置されている。キャブ5は、車体フレーム2上に載置されている。キャブ5内には、オペレータが着座するシートおよび操作装置などが配置されている。
【0019】
図2は、ホイールローダ1の構成を示す概略ブロック図である。ホイールローダ1は、エンジン20、動力取り出し部22、動力伝達機構23、シリンダ駆動部24、第1角度検出器29、第2角度検出器48、および第1処理装置30を備えている。エンジン20、動力取り出し部22、動力伝達機構23、シリンダ駆動部24、第1角度検出器29、第2角度検出器48、および第1処理装置30は、図1に示される車体フレーム2に搭載されている。
【0020】
エンジン20は、ホイールローダ1を走行させるための駆動力を発生し、かつ作業機3を動作させるための駆動力を発生する、駆動源の一例である。エンジン20は、たとえばディーゼルエンジンである。エンジン20の出力は、エンジン20のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより制御される。
【0021】
動力取り出し部22は、エンジン20の出力を、動力伝達機構23とシリンダ駆動部24とに振り分ける装置である。
【0022】
動力伝達機構23は、エンジン20からの駆動力を走行輪4a,4bに伝達する機構である。動力伝達機構23は、入力軸21の回転を変速して出力軸23aに出力する。
【0023】
動力伝達機構23の出力軸23aには、ホイールローダ1の車速を検出するための車速検出器27が取り付けられている。ホイールローダ1は、車速検出器27を含んでいる。車速検出器27は、出力軸23aの回転速度を検出することにより、走行装置4によるホイールローダ1の移動速度を検出する。車速検出器27は、出力軸23aの回転速度を検出するための回転センサとして機能する。車速検出器27は、走行装置4による移動を検出する移動検出器として機能する。車速検出器27は、ホイールローダ1の車速を示す検出信号を第1処理装置30に出力する。
【0024】
シリンダ駆動部24は、作業機ポンプ25および制御弁26を有している。エンジン20の出力は、動力取り出し部22を介して、作業機ポンプ25に伝達される。作業機ポンプ25から吐出された作動油は、制御弁26を介して、ブームシリンダ16およびチルトシリンダ19に供給される。
【0025】
ブームシリンダ16には、ブームシリンダ16の油室内の油圧を検出するための第1油圧検出器28a,28bが取り付けられている。ホイールローダ1は、第1油圧検出器28a,28bを含んでいる。第1油圧検出器28a,28bは、たとえばヘッド圧検出用の圧力センサ28aと、ボトム圧検出用の圧力センサ28bとを有している。
【0026】
圧力センサ28aは、ブームシリンダ16のヘッド側に取り付けられている。圧力センサ28aは、ブームシリンダ16のシリンダヘッド側油室内の作動油の圧力(ヘッド圧)を検出することができる。圧力センサ28aは、ブームシリンダ16のヘッド圧を示す検出信号を第1処理装置30に出力する。
【0027】
圧力センサ28bは、ブームシリンダ16のボトム側に取り付けられている。圧力センサ28bは、ブームシリンダ16のシリンダボトム側油室内の作動油の圧力(ボトム圧)を検出することができる。圧力センサ28bは、ブームシリンダ16のボトム圧を示す検出信号を第1処理装置30に出力する。
【0028】
第1角度検出器29は、たとえば、ブームピン10に取り付けられたポテンショメータである。第1角度検出器29は、ブーム14の持ち上がり角度(チルト角度)を表すブーム角度を検出する。第1角度検出器29は、ブーム角度を示す検出信号を第1処理装置30に出力する。
【0029】
具体的には、図1に示すように、ブーム角度θは、ブームピン10の中心から前方に延びる水平線LHに対する、ブームピン10の中心からバケットピン17の中心に向かう方向に延びる直線LBの角度である。直線LBが水平である場合をブーム角度θ=0°と定義する。直線LBが水平線LHよりも上方にある場合にブーム角度θを正とする。直線LBが水平線LHよりも下方にある場合にブーム角度θを負とする。
【0030】
第1角度検出器29は、ブームシリンダ16に配置されたストロークセンサであってもよい。
【0031】
第2角度検出器48は、たとえば、支持ピン18aに取り付けられたポテンショメータである。第2角度検出器48は、ブーム14に対するベルクランク18の角度(ベルクランク角度)を検出することにより、ブーム14に対するバケット6のチルト角度を表すバケット角度を検出する。第2角度検出器48は、バケット角度を示す検出信号を第1処理装置30に出力する。バケット角度はたとえば、直線LBと、バケットピン17の中心とバケット6の刃先6aとを結ぶ直線との成す角度である。バケット6の刃先6aが直線LBよりも上方にある場合にバケット角度を正とする。
【0032】
第2角度検出器48は、チルトシリンダ19に配置されたストロークセンサであってもよい。
【0033】
ホイールローダ1は、キャブ5内に、オペレータによって操作される操作装置を備えている。操作装置は、前後進切換装置49、アクセル操作装置51、ブーム操作装置52、バケット操作装置54、およびブレーキ操作装置58を含んでいる。前後進切換装置49、アクセル操作装置51およびブレーキ操作装置58は、ホイールローダ1を走行するための操作装置を構成している。ブーム操作装置52およびバケット操作装置54は、作業機3を操作するための操作装置を構成している。
【0034】
前後進切換装置49は、操作部材49aと、部材位置検出センサ49bとを含んでいる。操作部材49aは、車両の前進および後進の切換を指示するためにオペレータによって操作される。操作部材49aは、前進(F)、中立(N)、および後進(R)の各位置に切り換えられることができる。部材位置検出センサ49bは、操作部材49aの位置を検出する。部材位置検出センサ49bは、操作部材49aの位置によって表される前後進指令の検出信号(前進、中立、後進)を第1処理装置30に出力する。
【0035】
アクセル操作装置51は、アクセル操作部材51aと、アクセル操作検出部51bとを含んでいる。アクセル操作部材51aは、エンジン20の目標回転速度を設定するためにオペレータによって操作される。アクセル操作検出部51bは、アクセル操作部材51aの操作量(アクセル操作量)を検出する。アクセル操作検出部51bは、アクセル操作量を示す検出信号を第1処理装置30に出力する。
【0036】
ブレーキ操作装置58は、ブレーキ操作部材58aと、ブレーキ操作検出部58bとを含んでいる。ブレーキ操作部材58aは、ホイールローダ1の減速力を操作するために、オペレータによって操作される。ブレーキ操作検出部58bは、ブレーキ操作部材58aの操作量(ブレーキ操作量)を検出する。ブレーキ操作検出部58bは、ブレーキ操作量を示す検出信号を第1処理装置30に出力する。ブレーキ操作量としてブレーキオイルの圧力が用いられてもよい。
【0037】
ブーム操作装置52は、ブーム操作部材52aと、ブーム操作検出部52bとを含んでいる。ブーム操作部材52aは、ブーム14を上げ動作または下げ動作させるためにオペレータによって操作される。ブーム操作検出部52bは、ブーム操作部材52aの位置を検出する。ブーム操作検出部52bは、ブーム操作部材52aの位置によって表されるブーム14の上げ指令または下げ指令の検出信号を、第1処理装置30に出力する。
【0038】
バケット操作装置54は、バケット操作部材54aと、バケット操作検出部54bとを含んでいる。バケット操作部材54aは、バケット6を掘削動作またはダンプ動作させるためにオペレータによって操作される。バケット操作検出部54bは、バケット操作部材54aの位置を検出する。バケット操作検出部54bは、バケット操作部材54aの位置によって表されるバケット6の掘削方向またはダンプ方向への動作指令の検出信号を、第1処理装置30に出力する。
【0039】
第1角度検出器29、第2角度検出器48、第1油圧検出器28a,28b、ブーム操作検出部52bおよびバケット操作検出部54bは、作業機センサに含まれる。作業機センサは、作業機3の状態を検知するものである。また作業機センサの検出値から、バケット6内の積載重量を算出することができる。この作業機センサは、圧力センサまたはひずみセンサの少なくとも一方を含む。作業機センサは作業機位置センサを含む。作業機位置センサは、たとえば第1角度検出器29、第2角度検出器48、ブーム操作検出部52bおよびバケット操作検出部54bである。
【0040】
第1処理装置30は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などの記憶装置と、CPU(Central Processing Unit)などの演算装置を含むマイクロコンピュータで構成されている。第1処理装置30は、エンジン20、作業機3、動力伝達機構23等の動作を制御する。第1処理装置30は、ホイールローダ1のコントローラの機能の一部として実現されてもよい。
【0041】
第1処理装置30には、車速検出器27によって検出されるホイールローダ1の車速の信号と、第1角度検出器29によって検出されるブーム角度の信号と、圧力センサ28bによって検出されるブームシリンダ16のボトム圧の信号と、前後進切換装置49によって検出される前後進指令の信号とが入力される。第1処理装置30は、入力された以上の信号に基づいて、バケット6の荷の運搬作業情報を積算する。
【0042】
運搬作業情報とは、たとえば、運搬作業回数、総運搬重量、総運搬距離、総仕事量である。運搬作業回数とは、当該積算を開始してから終了するまでにVシェープなどの所定の運搬作業を行った回数を表す。当該積算を開始して終了するまでの期間とは、たとえば、1日などの所定の時間内においてオペレータがホイールローダ1を運転している期間を意味する。当該期間は、オペレータごとに分けて管理されるとよい。また、当該期間は、オペレータによって手動で設定されてもよい。総運搬重量とは、当該積算を開始してから終了するまでにバケット6が運搬した荷の総重量である。総運搬距離とは、当該積算を開始してから終了するまでに、バケット6に荷を積んだ状態でホイールローダ1が移動した総距離である。総仕事量とは、当該積算を開始してから終了するまでの、総運搬重量と総運搬距離との積である。
【0043】
第1処理装置30には、第2角度検出器48によって検出されるバケット角度の信号が入力される。第1処理装置30は、ホイールローダ1の車速の信号と、ブーム角度の信号と、バケット角度の信号とに基づいて、バケット6の刃先6aの現在位置を算出する。
【0044】
ホイールローダ1は、表示部40および出力部45をさらに備えている。表示部40は、キャブ5に配置された、オペレータが視認するモニタである。表示部40は、第1処理装置30によって計数された運搬作業情報を表示する。表示部40は、キャブ5のフロントピラーに取り付けられていてもよい。キャブ5の左側面にオペレータが乗降するためのドアが設けられている場合、表示部40は、キャブ5の右フロントピラーに取り付けられていてもよい。
【0045】
表示部40は、第1処理装置30と通信ケーブルによって有線接続されていてもよい。または表示部40は、無線LAN(Local Area Network)を介して第1処理装置30からデータを受信する構成であってもよい。
【0046】
出力部45は、ホイールローダ1の外部に設置されたサーバ(第2処理装置70)に、運搬作業情報を出力する。出力部45は、たとえば、無線通信などの通信機能を有し、第2処理装置70の入力部71と通信してもよい。または、出力部45は、たとえば、第2処理装置70の入力部71がアクセス可能な携帯記憶装置(メモリカードなど)のインタフェースであってもよい。第2処理装置70は、モニタ機能にあたる表示部75を有しており、出力部45から出力された運搬作業情報を表示することができる。
【0047】
<掘削作業>
本実施形態のホイールローダ1は、土砂などの掘削対象物を掬い取る掘削作業を実行する。図3は、実施形態に基づくホイールローダ1による掘削作業を説明する図である。
【0048】
図3に示されるように、ホイールローダ1は、バケット6の刃先6aを掘削対象物100に食い込ませた後に、図3中の曲線矢印のように、バケット軌跡Lに沿ってバケット6を上昇させる。これにより、掘削対象物100を掬い取る掘削作業が実行される。
【0049】
本実施形態のホイールローダ1は、掘削対象物100をバケット6に掬い取る掘削動作と、バケット6内の荷(掘削対象物100)をダンプトラック200などの運搬機械に積み込む積込動作とを実行する。図4は、実施形態に基づくホイールローダ1の掘削動作および積込動作を構成する一連の作業工程の例を示す模式図である。ホイールローダ1は、次のような複数の作業工程を順次に行うことを繰り返して、掘削対象物100を掘削し、ダンプトラック200などの運搬機械に掘削対象物100を積み込んでいる。
【0050】
図4(A)に示されるように、ホイールローダ1は、掘削対象物100に向かって前進する。この空荷前進工程において、オペレータは、ブームシリンダ16およびチルトシリンダ19を操作して、作業機3をブーム14の先端が低い位置にありバケット6が水平を向いた掘削姿勢にして、ホイールローダ1を掘削対象物100に向けて前進させる。
【0051】
図4(B)に示されるように、バケット6の刃先6aが掘削対象物100に食い込むまで、オペレータはホイールローダ1を前進させる。この掘削(突込み)工程において、バケット6の刃先6aが掘削対象物100に食い込む。
【0052】
図4(C)に示されるように、その後オペレータは、ブームシリンダ16を操作してバケット6を上昇させるとともに、チルトシリンダ19を操作してバケット6をチルトバックさせる。この掘削(掬込み)工程により、図中の矢印のようにバケット軌跡Lに沿ってバケット6が上昇し、バケット6内に掘削対象物100が掬い込まれる。これにより、掘削対象物100を掬い取る掘削作業が実行される。
【0053】
掘削対象物100の種類によって、バケット6を1回チルトバックさせるだけで掬込み工程が完了する場合がある。または、掬込み工程において、バケット6をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合もある。
【0054】
図4(D)に示されるように、バケット6に掘削対象物100が掬い込まれた後、オペレータは、積荷後進工程にて、ホイールローダ1を後進させる。オペレータは、後退しながらブーム上げをしてもよく、図4(E)にて前進しながらブーム上げをしてもよい。
【0055】
図4(E)に示されるように、オペレータは、バケット6を上昇させた状態を維持しながら、またはバケット6を上昇させながら、ホイールローダ1を前進させてダンプトラック200に接近させる。この積荷前進工程により、バケット6はダンプトラック200の荷台のほぼ真上に位置する。
【0056】
図4(F)に示されるように、オペレータは、所定位置でバケット6をダンプして、バケット6内の荷(掘削対象物)をダンプトラック200の荷台上に積み込む。この工程は、いわゆる排土工程である。この後、オペレータは、ホイールローダ1を後進させながらブーム14を下げ、バケット6を掘削姿勢に戻す。
【0057】
以上が、掘削積込作業の1サイクルをなす典型的な作業工程である。
図5は、ホイールローダ1の掘削動作および積込動作を構成する一連の作業工程の判定方法を示すテーブルである。
【0058】
図5に示したテーブルにおいて、一番上の「作業工程」の行には、図4(A)~図4(F)に示した作業工程の名称が示されている。その下の「前後進切換レバー」、「作業機操作」および「作業機シリンダ圧力」の行には、現在の作業工程がどの工程であるかを判定するために第1処理装置30(図2)が使用する、各種の判定条件が示されている。
【0059】
より詳細には、「前後進切換レバー」の行には、前後進切換レバー(操作部材49a)に対するオペレータの操作についての判定条件が丸印で示されている。
【0060】
「作業機操作」の行には、作業機3に対するオペレータの操作についての判定条件が丸印で示されている。より詳細には、「ブーム」の行にはブーム14に対する操作に関する判定条件が示されており、「バケット」の行にはバケット6に対する操作に関する判定条件が示されている。
【0061】
「作業機シリンダ圧力」の行には、作業機3のシリンダの現在の油圧、たとえばブームシリンダ16のシリンダボトム室の油圧、についての判定条件が示されている。ここで、油圧に関して、4つの基準値A,B,C,Pが予め設定され、これら基準値A,B,C,Pによって複数の圧力範囲(基準値P未満の範囲、基準値AからCの範囲、基準値BからPの範囲、基準値C未満の範囲)が定義され、これらの圧力範囲が上記判定条件として設定されている。4つの基準値A,B,C,Pの大きさは、A>B>C>Pとなっている。
【0062】
以上のような各作業工程ごとの「前後進切換レバー」、「ブーム」、「バケット」および「作業機シリンダ圧力」の判定条件の少なくとも1つの判定条件を用いることにより、第1処理装置30は、現在行われている作業がどの作業工程にあるのかを判定可能である。
【0063】
図5に示した制御を行う場合の第1処理装置30の具体的動作を以下に説明する。
図5に示した各作業工程に対応する「前後進切換レバー」、「ブーム」、「バケット」および「作業機シリンダ圧力」の判定条件が、記憶部30j(図2)に予め格納されている。第1処理装置30は、前後進切換装置49からの信号に基づいて、前後進切換レバーに対する現在の操作の種類(F,N,R)を把握する。第1処理装置30は、ブーム操作検出部52bからの信号に基づいて、ブーム14に対する現在の操作の種類(下げ、中立または上げ)を把握する。第1処理装置30は、バケット操作検出部54bからの信号に基づいて、バケット6に対する現在の操作の種類(ダンプ、中立またはチルトバック)を把握する。さらに、第1処理装置30は、図2に示した圧力センサ28bからの信号に基づいて、ブームシリンダ16のシリンダボトム室の現在の油圧を把握する。
【0064】
第1処理装置30は、把握された現在の前後進切換レバー操作種類、ブーム操作種類、バケット操作種類およびブームシリンダ油圧(つまり現在の作業状態)を、予め記憶してある各作業工程に対応する「前後進切換レバー」、「ブーム」、「バケット」および「作業機シリンダ圧力」の判定条件と対照する。この対照する処理の結果として、第1処理装置30は、現在の作業状態に最も良く一致する判定条件がどの作業工程に対応するのかを判定する。
【0065】
ここで、図5に示す掘削積込動作を構成する各作業工程に対応する判定条件は、具体的には次のとおりである。
【0066】
空荷前進工程においては、前後進切換レバーがFであり、ブーム操作とバケット操作とがともに中立であり、作業機シリンダ圧力が基準値P未満である。
【0067】
掘削(突込み)工程においては、前後進切換レバーがF、ブーム操作とバケット操作とが共に中立、作業機シリンダ圧力が基準値AからCの範囲である。
【0068】
掘削(掬込み)工程においては、前後進切換レバーがFまたはR、ブーム操作が上げまたは中立、バケット操作がチルトバック、作業機シリンダ圧力が基準値AからCの範囲である。バケット操作については、チルトバックと中立とが交互に繰り返される判定条件をさらに追加してもよい。掘削対象物100の状態によっては、バケット6をチルトバックさせ、中立にし、再びチルトバックさせるという動作を繰り返す場合があるからである。
【0069】
積荷後進工程においては、前後進切換レバーがR、ブーム操作が中立または上げ、バケット操作が中立、作業機シリンダ圧力が基準値BからPの範囲である。
【0070】
積荷前進工程においては、前後進切換レバーがF、ブーム操作が上げまたは中立、バケット操作が中立、作業機シリンダ圧力が基準値BからPの範囲である。
【0071】
排土工程においては、前後進切換レバーがF、ブーム操作が上げまたは中立、バケット操作がダンプ、作業機シリンダ圧力が基準値BからPの範囲である。
【0072】
後進・ブーム下げ工程においては、前後進切換レバーがR、ブーム操作が下げ、バケット操作がチルトバック、作業機シリンダ圧力が基準値P未満である。
【0073】
さらに、図5には、ホイールローダ1が単純に走行する単純走行工程が示されている。単純走行工程では、オペレータはブーム14を低い位置にしてホイールローダ1を前進させる。バケット6に荷を積んで荷を運搬する場合もあるし、バケット6に荷を積まずに走行する場合もある。単純走行工程においては、前後進切換レバーがF(前進時。後進時にはR)、ブーム操作が中立、バケット操作が中立、作業機シリンダ圧力が基準値C未満である。
【0074】
<かき上げ作業>
本実施形態のホイールローダ1は、バケット6に掬い込んだ土砂などの掘削対象物100をその場で排土して積み上げるかき上げ作業を実行する。図6は、実施形態に基づくホイールローダ1によるかき上げ作業を説明する図である。
【0075】
図6に示されるように、ホイールローダ1は、バケット6の刃先6aを掘削対象物100に食い込ませた後に、図6中の曲線矢印のように、バケット軌跡Lに沿ってバケット6を上昇させる。ホイールローダ1はさらに、バケット6をダンプ動作させる。これにより、バケット6に掬い込んだ掘削対象物100をその場で排土して積み上げるかき上げ作業が実行される。
【0076】
かき上げ作業では、バケット6のダンプ動作が作業の終了時に行なわれるため、作業終了時のブーム14の位置が掘削積込作業よりも高くなることが多い。かき上げ作業を行なう場合には、バケット6に掬い込んだ掘削対象物100をより高い位置で排土できるように、ホイールローダ1が掘削対象物100の山を中腹まで登るように走行することもある。
【0077】
<ドージング作業>
本実施形態のホイールローダ1は、バケット6の刃先6aを地面付近に位置させて走行することで地面を均すドージング(整地)作業を実行する。図7は、実施形態に基づくホイールローダ1によるドージング作業を説明する図である。
【0078】
図7に示されるように、ホイールローダ1は、刃先6aが地面付近に位置するようにバケット6を配置した後に、図7中の矢印のように、前進走行する。これにより、バケット6の刃先6aによって地面が均されて整地されるドージング作業が実行される。ドージング作業の終了時には、バケット6内に入り込んだ土砂を排土するために、バケット6をダンプ動作させることがある。
【0079】
<作業内容の判別>
本実施形態のホイールローダ1において、第1処理装置30は、作業機3による作業内容がドージング、かき上げおよび掘削積込のいずれの作業であるかを判別する。この作業内容の判別を、掘削分類と定義する。たとえば掘削作業の詳細解析時に、掘削分類を使用することができる。図8は、第1処理装置30内の掘削分類処理を示すフローチャートである。
【0080】
図8に示されるように、まずステップS11において、作業工程が掘削であるか否かが判定される。第1処理装置30は、図4,5を参照して説明した通り、現在の前後進切替レバー操作種類、ブーム操作種類、バケット操作種類およびブームシリンダ油圧(つまり現在の作業状態)を、予め記憶してある各作業工程に対応する「前後進切替レバー」、「ブーム」、「バケット」および「作業機シリンダ圧力」の判定条件と対照して、現在の作業工程が掘削であるかを判定する。
【0081】
たとえば第1処理装置30は、前後進切換レバーがFでありホイールローダ1を前進させる操作が行われているときに、掘削作業中であると判定してもよい。代替的には、第1処理装置30は、前後進切換レバーがFであることと、その他の判定条件、たとえば作業機シリンダ圧力が基準値C以上であることとの組み合わせに基づいて、掘削作業中であると判定してもよい。
【0082】
作業工程が掘削であると判定された場合(ステップS11においてYES)、ステップS12,S14,S16において掘削作業の分類を行なう。すなわち、掘削作業について、ドージング、かき上げおよび掘削積込のいずれの作業であるかを判別する。ステップS12,S14,S16の処理は、第1処理装置30のサンプリング周期毎、すなわちリアルタイムに実行される。
【0083】
ステップS12において、掘削と判定された作業工程において、ドージング作業が行なわれているか否かを最初に判別する。図9は、ホイールローダ1による作業内容を判別するためのテーブルである。図10は、ホイールローダ1による作業中の、バケット6の刃先6aの軌跡を示すグラフである。図10(1)の横軸は、水平方向のバケット6の刃先6aの軌跡(刃先軌跡X、単位:m)を示し、図10(1)の縦軸は、垂直方向のバケット6の刃先6aの軌跡(刃先軌跡Y、単位:m)を示す。図10(2)の横軸は、図10(1)と同様の刃先軌跡Xを示し、図10(2)の縦軸は、図1,2を参照して説明したバケット角度(単位:°)を示す。
【0084】
図9(A)に、ホイールローダ1の作業内容がドージング作業であるか否かを判別するためのテーブルを示す。図10(1)のカーブ(A)に、ドージング作業時の、水平方向の刃先軌跡Xと、垂直方向の刃先軌跡Yとの関係の一例を示す。図10(2)のカーブ(A)に、ドージング作業時の、水平方向の刃先軌跡Xと、バケット角度との関係の一例を示す。
【0085】
図7を参照して説明した通り、ホイールローダ1は、ドージング作業を実行するとき、バケット6の刃先6aを地面付近に配置した状態で前進走行する。ドージング作業中に刃先6aが垂直方向に上方へ移動する高さは、ホイールローダ1の走行に伴って刃先6aが水平方向に移動する長さに比べて、相当に小さい。図11(1)のカーブ(A)に示されるとおり、ドージング作業では、後述するかき上げ作業や掘削積込作業に比べると、刃先軌跡Yに対して刃先軌跡Xが長くなっていることがわかる。
【0086】
そこで、刃先軌跡Xと刃先軌跡Yに基づいて、作業内容がドージング作業であるか否かを判別する。具体的には、作業終了時のバケット6の刃先6aの位置における刃先軌跡Xおよび刃先軌跡Yの座標を、刃先軌跡Xと刃先軌跡Yとの関係を記憶したテーブルと対照し、ドージング作業であるか否かを判別する。
【0087】
より詳しくは、作業終了時のバケット6の刃先6aの位置における刃先軌跡Xおよび刃先軌跡Yの座標が、上記テーブルにおいてドージング作業であると判別される範囲に含まれていれば、ドージング作業であると判別される。たとえば、ホイールローダ1の走行距離に対してバケット6の刃先6aの位置が地面に近く、ブーム14を上昇させる動作が行われていないかまたはブーム14の上昇動作は行われているがその上昇移動量が小さい場合、作業内容がドージング作業であると判別される。
【0088】
代替的には、刃先軌跡Yを用いずに、単に刃先軌跡Xを所定値と比較することで、作業内容がドージング作業であるか否かを判別することもできる。たとえば、作業終了時のバケット6の刃先6aの位置における刃先軌跡Xの座標の値が所定値以上であれば、作業終了時までのホイールローダ1の走行距離が大きく、この場合作業内容がドージング作業であると判別される。
【0089】
ドージング作業の終了時に排土を行なうためには、図9(A)に示されるように、一度ブーム14を上げた後にバケット6をダンプ操作する。さらに、前後進切替レバー操作の変化、ブーム操作の変化、バケット操作の変化、刃先軌跡Xの変化、刃先軌跡Yの変化、バケット角度の変化、またはこれらの組合せに基づいて、ドージング作業であるか否かを判別してもよい。
【0090】
図8のステップS12において、作業内容がドージングであると判別された場合(ステップS12においてYES)は、ステップS13に進み、掘削分類をドージングとして記憶する。
【0091】
一方、ステップS12において、作業内容がドージングではないと判別された場合(ステップS12においてNO)には、ステップS14に進み、掘削積込作業が行なわれているか否かの判別を行なう。図9(B)に、ホイールローダ1の作業内容が掘削積込作業であるか否かを判別するためのテーブルを示す。図10(1)のカーブ(B)に、掘削積込作業時の、水平方向の刃先軌跡Xと、垂直方向の刃先軌跡Yとの関係の一例を示す。図10(2)のカーブ(B)に、掘削積込作業時の、水平方向の刃先軌跡Xと、バケット角度との関係の一例を示す。
【0092】
図3に示す掘削積込を実施する場合、土砂を掬いこむため、図9(B)のテーブルに示すように、掘削中にチルトバック操作を行う。これにより、図10(2)のカーブ(B)に示すように、掘削終了近辺において、バケット角度が、かき上げ作業やドージング作業に比べて、大きくなる。
【0093】
そこで、バケット角度に基づいて、掘削積込作業であるか否かを判別する。具体的には、バケット角度を所定値と比較することで、掘削積込作業であるか否かを判別する。より詳しくは、作業終了時のバケット角度が所定値よりも大きければ、掘削積込作業であると判別される。さらに、前後進レバー操作の変化、ブーム角度の変化、バケット角度の変化、刃先軌跡の変化、またはこれらの組合せに基づいて、掘削積込作業であるか否かを判別してもよい。
【0094】
図8のステップS14において、作業内容が掘削積込であると判別された場合(ステップS14においてYES)は、ステップS15に進み、掘削分類を掘削積込として記憶する。
【0095】
一方、ステップS14において、作業内容が掘削積込ではないと判別された場合(ステップS14においてNO)には、ステップS16に進み、かき上げ作業が行なわれているか否かの判別を行う。図9(C)に、ホイールローダ1の作業内容がかき上げ作業であるか否かを判別するためのテーブルを示す。図10(1)のカーブ(C)に、かき上げ作業時の、水平方向の刃先軌跡Xと、垂直方向の刃先軌跡Yとの関係の一例を示す。図10(2)のカーブ(C)に、かき上げ作業時の、水平方向の刃先軌跡Xと、バケット角度との関係の一例を示す。
【0096】
かき上げの場合、図9(C)のテーブルに示されるように、掘削終了近辺で、バケット6内の土砂を排土するため、ダンプ操作を行う。そこで、掘削中に、バケット6のダンプ操作が行われたことに基づき、かき上げ作業であるか否かを判別する。
【0097】
また、掘削終了近辺でダンプ操作を行うため、図10(1)のカーブ(C)に示すように、刃先軌跡Yは、上昇から下降に転じる。よって、刃先軌跡Yに基づいて、かき上げ作業であるか否かを判別してもよい。
【0098】
また、図10(2)のカーブ(C)に示すように、掘削積込に比べ、バケット角度の値が小さくなっている。よって、バケット角度に基づいて、かき上げ作業であるか否かを判別してもよい。
【0099】
図9のステップS16において、作業内容がかき上げであると判別された場合(ステップS16においてYES)は、ステップS17に進み、掘削分類をかき上げとして記憶する。
【0100】
一方、ステップS16で作業内容がかき上げではないと判別された場合(ステップS16においてNO)には、ステップS18に進み、掘削分類を不明として記憶する。
【0101】
掘削分類が不明となる類型として、掘削開始直後があげられる。図9(A)~(C)、および、図10のカーブ(A)~(C)に示されるとおり、掘削開始時点では、掘削積込、かき上げ、ドージングで作業機の動作に大きな差はないため、掘削分類は不明と判別される場合がある。
【0102】
図9図10に示されるとおり、掘削終了近辺で、ドージング、掘削積込、かき上げの差が顕著に現れる。このため、掘削終盤であることを認識する条件として、前後進切替レバーの操作を、判別条件に加えてもよい。
【0103】
図8のステップS12~S18においてリアルタイムに計算した掘削分類の判別データを基に、ステップS19において、時刻、作業工程、および掘削分類を累積的に記録する。第1処理装置30は、作業の開始時刻および終了時刻を、タイマ30t(図2)を参照して記憶部30jに記憶する。第1処理装置30は、その時間内に行なわれたものと判別された作業内容を、記憶部30jに記憶する。
【0104】
作業工程が掘削でないと判定された場合(ステップS11においてNO)、ステップS20において、直前の作業工程が掘削か否かを判定する。すなわち、ステップS20では、作業工程が掘削から掘削以外に進んだ(掘削が終了した)か否かを判定する。
【0105】
ステップS20で直前の作業工程が掘削であると判定された場合(ステップS20においてYES)、ステップS21において、作業工程が掘削以外から掘削に移行してから作業工程が掘削から掘削以外に移行するまで、すなわち掘削が開始されてから掘削が終了するまでの、掘削分類を更新する。
【0106】
このようにして、作業機3による作業内容がドージング、かき上げおよび掘削積込のいずれの作業であるかの判別が行なわれる(図8のエンド)。
【0107】
図8~10を参照して説明した掘削分類は、作業内容が掘削か否かを判別する手段の一例であり、これに限られるものではない。たとえば、作業機3の位置を検出する位置センサ、具体的には、図1,2に示す第1角度検出器29および第2角度検出器48の検出結果を用いて、ブーム14およびバケット6の位置の経時的な変化を算出して、作業内容を判別してもよい。ホイールローダ1に搭載されたセンサの信号に基づいてホイールローダ1の状態を検出する例のほか、たとえばホイールローダ1を外部から撮像するカメラ(撮像装置)などの、ホイールローダ1の外部に設置されたセンサを用いてホイールローダ1の状態を検出することで、作業機3による作業内容を判別してもよい。
【0108】
<無駄操作発生時の制御>
本実施形態のホイールローダ1において、第1処理装置30は、作業工程が掘削であると判定された時間内において、作業機3が動いていない無駄操作が行われているか否かを判断する。第1処理装置30はさらに、無駄操作が行われていると判断された場合に、当該無駄操作を解消するような制御を実行する。
【0109】
たとえば、作業機ストール、および掘削時スリップが、無駄操作の一例として挙げられる。作業機ストールとは、バケット6の刃先6aが掘削対象物100に深く貫入しすぎて、オペレータがブーム操作部材52aを操作してブーム14を上げ動作させようとしているにもかかわらず、実際にはブーム14が上昇できない状況をいう。掘削時スリップとは、掘削作業中に掘削に必要な作業機3の操作指令を入力しないことによってリフト力不足となり走行輪4a,4bが地面に対して滑る状況、特にホイールローダ1の前輪をなす走行輪4aが空転する状況をいう。
【0110】
図11は、無駄操作発生時に実行される制御処理の流れを示すフローチャートである。図11に示されるように、まずステップS31において、作業工程の判定が行なわれる。図8のステップS11に対応する作業工程の判定で、現在の作業工程が掘削であるかの判定が行なわれる。
【0111】
次にステップS32において、ステップS31における判定の結果、作業工程が掘削と判定されたか否かを判断する。作業工程が掘削であると判断された場合(ステップS32においてYES)、ステップS33に進み、掘削時間の計算を行なう。
【0112】
第1処理装置30は、作業の開始時点における時刻(T0)をタイマ30tから読み取る。また第1処理装置30は、現在の時刻(T1)をタイマ30tから読み取る。第1処理装置30は、作業の開始時点における時刻から現在の時刻までの経過時間(T=T1-T0)を計算し、これを掘削時間とする。第1処理装置30は、作業が終了するまで、掘削時間の計算を続ける。第1処理装置30は、前回の作業完了時までの掘削時間に今回の作業中の掘削時間を加算することで、掘削時間を累積する。
【0113】
次にステップS34において、作業機ストールの発生の有無を判断する。図12は、作業機ストール発生の有無を判断する処理を示すフローチャートである。
【0114】
作業機ストール発生の有無を判断するには、図12に示すように、まずステップS51において、ブーム操作装置52から出力される、ブーム14を動作させるための操作指令値が、上位閾値よりも大きいか否かを判断する。
【0115】
ここで、操作指令値とは、オペレータがブーム操作部材52aを操作する操作量に従ってブーム操作検出部52bが第1処理装置30に出力する検出信号の大きさを示す。操作指令値は、上位閾値と、後述する図14に示す下位閾値とを有している。上位閾値は、下位閾値よりも大きい閾値として設定される。たとえば、上位閾値は、操作指令値の最大値に近い値に設定される。下位閾値は、操作指令値の最小値に近い値に設定される。操作指令値のレンジを0%~100%とする場合、たとえば上位閾値を80%としてもよい。下位閾値を5%としてもよい。
【0116】
操作指令値が上位閾値よりも大きい場合(ステップS51においてYES)、次にステップS52において、ブーム14の上昇速度が閾値よりも小さいか否かを判断する。ブーム14の上昇速度は、たとえば第1角度検出器29(図1,2)によって検出されるブーム角度の値を時間で微分して得られる角速度によって、得ることができる。図5および図9(B)に示されるように、掘削作業中にはブーム14を上げる操作がなされる。そのためステップS52においては、ブーム14が上昇する速度について判断される。
【0117】
作業機ストールとは、上述した通りブーム14が上昇しない状況であるので、ブーム14の上昇速度の閾値は、上昇速度の設定値の最小値に近い値に設定される。ブーム14の上昇速度のレンジを0%~100%とする場合、たとえば閾値を5%としてもよい。
【0118】
ブーム14の上昇速度が閾値よりも小さい場合(ステップS52においてYES)、ブーム14を上げ動作しようとするオペレータの操作量が大きいと判断されたにもかかわらず、実際にはブーム14が上昇していない状況である。この場合、ステップS53に進み、作業機ストールが発生していると判断される。
【0119】
ブーム14の操作指令値が上位閾値以下である場合(ステップS51においてNO)、およびブーム14の上昇速度が閾値以上である場合(ステップS52においてNO)には、ステップS54に進み、作業機ストールは発生していないと判断される。このようにして、作業機ストールの発生の有無が判断される(図12のエンド)。
【0120】
図11に戻って、作業機ストールが発生していると判断された場合(ステップS34においてYES)、ステップS35に進み、作業機ストール時間の計算を行なう。
【0121】
第1処理装置30は、作業機ストールが発生しているとの判断が始まった時刻(T2)をタイマ30tから読み取る。また第1処理装置30は、作業機ストールが発生していると判断されなくなった、すなわち作業機ストールが解消された時刻(T3)をタイマ30tから読み取る。第1処理装置30は、作業機ストールが発生している時間(T=T3-T2)を計算する。第1処理装置30は、これまでの掘削作業における作業機ストールが発生している時間に、今回の作業機ストールの時間を加算することで、作業機ストール時間を累積する。
【0122】
次にステップS36において、モニタ(表示部40)の、作業機ストールコーションランプ82を点灯させる。図13は、キャブ5内の表示部40(図1,2も併せて参照)に表示される表示の第1の例を示す模式図である。
【0123】
図13に示す表示部40には、燃費メータ81と、作業機ストールコーションランプ82と、掘削時スリップコーションランプ83とが表示されている。作業機ストールが発生している間、第1処理装置30は、表示部40に対して、作業機ストールコーションランプ82を点灯させる指令信号を送信する。第1処理装置30から指令信号を受けた表示部40は、作業機ストールコーションランプ82を点灯させる。作業機ストールコーションランプ82は、作業機ストールが発生している間点灯し、作業機ストールが発生している状況を表示部40の画面に表示する。作業機ストールコーションランプ82は、キャブ5内に搭乗しているオペレータに、作業機ストールが発生していることを通知する。
【0124】
作業機ストールコーションランプ82の点灯に替えて、またはこれに加えて、作業機ストールが発生している間に音声信号を発信して、オペレータに対して作業機ストールが発生していることを通知してもよい。
【0125】
作業機ストールコーションランプ82の点灯を視認して、作業機ストールの発生を認識したオペレータは、作業機ストールを解消するための操作を行なう。より詳細には、オペレータは、バケット6をチルトバックさせる操作を行なう。ブーム14を上昇できない作業機ストールが発生している場合でも、バケット6のチルトバック操作時に掘削対象物100がバケット6に作用する負荷は比較的小さい。作業機ストールの発生時に、まずバケット6をチルトバックさせて作業機3にかかる負荷を低減させることによって、ブーム14を上げ動作させることが可能になる。したがって作業機ストールが解消される。
【0126】
なお図13に示される燃費メータ81は、針状部81Nを有している。燃費メータ81はまた、第1ゲージ領域81A、第2ゲージ領域81Bおよび第3ゲージ領域81Cを有している。第1ゲージ領域81A、第2ゲージ領域81Bおよび第3ゲージ領域81Cは、燃費が良い順に設定されている。比較的燃費が良いとき、針状部81Nが第1ゲージ領域81Aに重なって表示される。燃費が悪く改善が必要なとき、針状部81Nが第3ゲージ領域81Cに重なって表示される。
【0127】
針状部81Nは、燃費のリアルタイムの検出結果に基づいて変位してもよく、所定の時間内または所定の作業回数における燃費の平均値に基づいて変位してもよい。第1ゲージ領域81A、第2ゲージ領域81Bおよび第3ゲージ領域81Cを、各々異なる色に着色してもよい。たとえば、第1ゲージ領域81Aを緑色に、第2ゲージ領域81Bを黄色に、第3ゲージ領域81Cを赤色に着色してもよい。
【0128】
図11に戻って、次にステップS37において、掘削時スリップの発生の有無を判断する。なお作業機ストールが発生していないと判断された場合(ステップS34においてNO)、ステップS35,S36の処理は行われず、ステップS34の判断に続いてステップS37の判断が行なわれる。図14は、掘削時スリップ発生の有無を判断する処理を示すフローチャートである。
【0129】
掘削時スリップ発生の有無を判断するには、図14に示すように、まずステップS61において、ブーム操作装置52から出力される、ブーム14を動作させるための操作指令値が、下位閾値よりも小さいか否かを判断する。下位閾値とは、図12に示す上位閾値に関連して説明した、操作指令値について設定される閾値の一つである。
【0130】
ブーム14を上げる操作がなされると、掘削対象物100から作業機3に作用する反力が走行輪4aに下向きの力を加えることで、走行輪4aのスリップは発生しにくい。操作指令値が下位閾値よりも小さい場合(ステップS61においてYES)、ブーム14を上げ動作しようとするオペレータの操作量が小さいことになる。この場合、スリップが発生する可能性がある。他方、図5および図9(B)に示されるように、ブーム14を中立に保ちバケット6のチルトバックのみによって掘削対象物100をバケット6に掬い込む作業もあり得る。
【0131】
そこで、次にステップS62において、走行輪4a,4bの回転速度が閾値よりも大きいか否かを判断する。走行輪4a,4bの回転速度は、たとえば車速検出器27によって検出される出力軸23aの回転速度によって、得ることができる。
【0132】
走行輪4a,4bの回転速度が閾値よりも大きい場合(ステップS62においてYES)、ブーム14を上げ動作しようとするオペレータの操作量が小さく、かつホイールローダ1を前進走行しようとするオペレータの操作量が大きい状況である。この場合、ステップS63に進み、掘削時スリップが発生していると判断される。
【0133】
ブーム14の操作指令値が下位閾値以上である場合(ステップS61においてNO)、および走行輪4a,4bの回転速度が閾値以下である場合(ステップS62においてNO)、ステップS64に進み、掘削時スリップは発生していないと判断される。このようにして、掘削時スリップの発生の有無が判断される(図14のエンド)。
【0134】
図11に戻って、掘削時スリップが発生していると判断された場合(ステップS37においてYES)、ステップS38に進み、掘削時スリップ時間の計算を行なう。
【0135】
第1処理装置30は、掘削時スリップが発生しているとの判断が始まった時刻(T4)をタイマ30tから読み取る。また第1処理装置30は、掘削時スリップが発生していると判断されなくなった、すなわち掘削時スリップが解消された時刻(T5)をタイマ30tから読み取る。第1処理装置30は、掘削時スリップが発生している時間(T=T5-T4)を計算する。第1処理装置30は、これまでの掘削作業における掘削時スリップが発生している時間に、今回の掘削時スリップの時間を加算することで、掘削時スリップ時間を累積する。
【0136】
次にステップS39において、モニタ(表示部40)の、掘削時スリップコーションランプ83を点灯させる。図13を併せて参照して、掘削時スリップが発生している間、第1処理装置30は、表示部40に対して、掘削時スリップコーションランプ83を点灯させる指令信号を送信する。第1処理装置30から指令信号を受けた表示部40は、掘削時スリップコーションランプ83を点灯させる。掘削時スリップコーションランプ83は、掘削時スリップが発生している間点灯し、掘削時スリップが発生している状況を表示部40の画面に表示する。掘削時スリップコーションランプ83は、キャブ5内に搭乗しているオペレータに、掘削時スリップが発生していることを通知する。
【0137】
掘削時スリップコーションランプ83の点灯に替えて、またはこれに加えて、掘削時スリップが発生している間に音声信号を発信して、オペレータに対して掘削時スリップが発生していることを通知してもよい。音声信号を使用する場合、作業機ストールの発生時と掘削時スリップの発生時とで、異なる音声信号が発信されるのが好ましい。
【0138】
掘削時スリップコーションランプ83の点灯を視認して、掘削時スリップの発生を認識したオペレータは、掘削時スリップを解消するための操作を行なう。より詳細には、オペレータは、ブーム14を上昇させる操作を行なう。ブーム14を上昇させることによって、掘削対象物100から作業機3に対して下向きの反力が作用する。この反力が走行輪4aに伝わることで、走行輪4aが地面に押し付けられ、地面と走行輪4aとの接触部分に作用する摩擦力が増大する。したがって、地面に対して走行輪4aが空転しなくなり、掘削時スリップが解消される。
【0139】
次にステップS40において、作業機ストールが発生している時間を出力する。続いてステップS41において、掘削時スリップが発生している時間を出力する。なお掘削時スリップが発生していないと判断された場合(ステップS37においてNO)、ステップS38,S39の処理は行われず、ステップS37の判断に続いてステップS40,S41の処理が行なわれる。
【0140】
図15は、キャブ5内の表示部40に表示される表示の第2の例を示す模式図である。図15に示す表示部40には、作業機ストールインジケータ84と、掘削時スリップインジケータ85と、ゲージ86とが表示されている。ゲージ86には、全掘削時間内における作業機ストールの発生時間および掘削時スリップの発生時間が示されている。作業機ストールインジケータ84と掘削時スリップインジケータ85とは、掘削時の無駄操作の発生割合を元に、掘削作業の良し悪しを可視化するインジケータである。
【0141】
作業機ストールインジケータ84は、針状部84Nと、第1領域84Aと、第2領域84Bとを有している。第1領域84Aと第2領域84Bとの境界が、作業機ストールの発生時間の許容限界を示している。針状部84Nが第1領域84Aに重なって表示されていれば、作業機ストールの発生した時間が少なく、良好な掘削が行なわれていることになる。他方、針状部84Nが第2領域84Bに重なって表示されていれば、作業機ストールの発生した時間が多く、掘削作業の効率が悪く、したがって燃費も悪いことになる。作業機ストールインジケータ84は、表示部40を視認するオペレータに、作業機ストールを発生させないように促す役割を果たす。
【0142】
なお作業機ストールインジケータ84は、全掘削時間に対する作業機ストールの発生時間を示すものではなく、作業機ストールが発生している実時間と作業機ストールの許容限界との比較を示すものであることに、留意すべきである。
【0143】
掘削時スリップインジケータ85は、針状部85Nと、第1領域85Aと、第2領域85Bとを有している。第1領域85Aと第2領域85Bとの境界が、掘削時スリップの発生時間の許容限界を示している。針状部85Nが第1領域85Aに重なって表示されていれば、掘削時スリップの発生した時間が少なく、良好な掘削が行なわれていることになる。他方、針状部85Nが第2領域85Bに重なって表示されていれば、掘削時スリップの発生した時間が多く、掘削作業の効率が悪く、したがって燃費も悪いことになる。掘削時スリップインジケータ85は、表示部40を視認するオペレータに、掘削時スリップを発生させないように促す役割を果たす。
【0144】
なお掘削時スリップインジケータ85は、全掘削時間に対する掘削時スリップの発生時間を示すものではなく、掘削時スリップが発生している実時間と掘削時スリップの許容限界との比較を示すものであることに、留意すべきである。
【0145】
ステップS32の判断において作業内容が掘削でないと判断された場合(ステップS32においてNO)、ステップS33~S39の処理はスキップされ、ステップS40,S41における出力の処理が行なわれる。そして、処理を終了する(図11のエンド)。
【0146】
このようにして、第1処理装置30は、無駄操作の発生時に、作業機の操作に関係する指令信号を出力することができる。ブーム14を動作させるための操作指令値が上位閾値よりも大きいことに基づいて、作業機ストールが発生していると判断したとき、作業機3を動かすことに関係する信号として、表示部40に対して作業機ストールコーションランプ82を点灯させる指令信号を出力することができる。ブーム14を動作させるための操作指令値が下位閾値よりも小さいことに基づいて、掘削時スリップが発生していると判断したとき、作業機を動かすことに関係する信号として、表示部40に対して掘削時スリップコーションランプ83を点灯させる指令信号を出力することができる。
【0147】
[第二実施形態]
図16は、第二実施形態に基づく、無駄操作発生時に実行される制御処理を示すフローチャートである。図16に示す第二実施形態の処理は、ステップS36に替えてモニタ(表示部40)のチルトバック指令表示を点灯させるステップS76を備え、ステップS39に替えてモニタ(表示部40)のブーム上げ指令表示を点灯させるステップS79を備える点で、図11に示す第一実施形態の処理と異なっている。
【0148】
図17は、キャブ5内の表示部40に表示される表示の第3の例を示す模式図である。図17に示す表示部40には、図13と同様の燃費メータ81と、チルトバック指令ランプ87と、ブーム上げ指令ランプ88とが表示されている。
【0149】
ステップS34の判断において作業機ストールが発生していると判断された場合、作業機ストールが発生している間、第1処理装置30は、表示部40に対して、チルトバック指令ランプ87を点灯させる指令信号を送信する。第1処理装置30から指令信号を受けた表示部40は、チルトバック指令ランプ87を点灯させる。チルトバック指令ランプ87は、作業機ストールが発生している間点灯し、キャブ5内に搭乗しているオペレータに対してバケット6のチルトバック操作を促す。
【0150】
チルトバック指令ランプ87の点灯を視認したオペレータは、バケット6をチルトバックさせる操作を行なう。これにより、上述したように、作業機ストールが解消される。
【0151】
ステップS37の判断において掘削時スリップが発生していると判断された場合、掘削時スリップが発生している間、第1処理装置30は、表示部40に対して、ブーム上げ指令ランプ88を点灯させる指令信号を送信する。第1処理装置から指令信号を受けた表示部40は、ブーム上げ指令ランプ88を点灯させる。ブーム上げ指令ランプ88は、掘削時スリップが発生している間点灯し、キャブ5内に搭乗しているオペレータに対してブーム上げ操作を促す。
【0152】
ブーム上げ指令ランプ88の点灯を視認したオペレータは、ブーム14を上昇させる操作を行なう。これにより、上述したように、掘削時スリップが解消される。
【0153】
このようにして、第1処理装置30は、無駄操作の発生時に、作業機の操作に関係する指令信号を出力することができる。ブーム14を動作させるための操作指令値が上位閾値よりも大きいことに基づいて、作業機ストールが発生していると判断したとき、作業機3を動かすことに関係する信号として、表示部40に対してチルトバック指令ランプ87を点灯させる指令信号を出力することができる。ブーム14を動作させるための操作指令値が下位閾値よりも小さいことに基づいて、掘削時スリップが発生していると判断したとき、作業機3を動かすことに関係する信号として、表示部40に対してブーム上げ指令ランプ88を点灯させる指令信号を出力することができる。
【0154】
[第三実施形態]
図18は、第三実施形態に基づく、無駄操作発生時に実行される制御処理を示すフローチャートである。図18に示す第三実施形態の処理は、ステップS36に替えてチルトバック指令信号を出力するステップS86を備え、ステップS39に替えてブーム上げ操作指令を出力するステップS89を備える点で、図11に示す第一実施形態の処理と異なっている。
【0155】
ステップS34の判断において作業機ストールが発生していると判断された場合、第1処理装置30は、バケット6をチルトバックさせる指令信号を出力する。より詳細には、第1処理装置30は、制御弁26に対して、チルトシリンダ19のボトム側油室に作動油を供給させる指令信号を出力する。指令信号を受けた制御弁26がチルトシリンダ19のボトム側油室に作動油を供給することで、チルトシリンダ19が伸長する。このときベルクランク18が支持ピン18aを中心にして図1中の反時計回り方向に回転することで、チルトロッド15を介してバケット6に駆動力が作用して、バケット6がチルトバックするように動作する。
【0156】
ステップS37の判断において掘削時スリップが発生していると判断された場合、第1処理装置30は、ブーム14を上昇させる指令信号を出力する。より詳細には、第1処理装置30は、制御弁26に対して、ブームシリンダ16のボトム側油室に作動油を供給させる指令信号を出力する。指令信号を受けた制御弁がブームシリンダ16のボトム側油室に作動油を供給することで、ブームシリンダ16が伸長する。これにより、ブーム14に駆動力が作用して、ブーム14は上昇するように動作する。
【0157】
このようにして、第1処理装置30は、無駄操作の発生時に、作業機の操作に関係する制御信号を出力することができる。ブーム14を動作させるための操作指令値が上位閾値よりも大きいことに基づいて、作業機ストールが発生していると判断したとき、作業機3を動かすことに関係する信号として、制御弁26に対してバケット6をチルトバックさせる制御信号を出力することができる。ブーム14を動作させるための操作指令値が下位閾値よりも小さいことに基づいて、掘削時スリップが発生していると判断したとき、作業機3を動かすことに関係する信号として、制御弁26に対してブーム14を上昇させる制御信号を出力することができる。
【0158】
[第四実施形態]
上記の第一実施形態において、図15を参照して、キャブ5内の表示部40に作業機ストールおよび掘削時スリップが発生している時間を表示する例について説明した。この例に限られず、第1処理装置30から、ホイールローダ1の外部の第2処理装置70に無駄操作が行われている時間に関する情報が送信されて、第2処理装置70の表示部に無駄操作が行われている時間が表示されてもよい。図19は、第2処理装置70の表示部75に表示される表示の一例を示す模式図である。
【0159】
表示部75に表示される情報は、無駄操作の発生をリアルタイムに通知するものではなく、一定期間内の掘削時間に対する無駄操作の発生時間についての記録を表示するものである。表示91Aは、10日間に作業機ストールが発生した時間を示している。表示91Bは、3ヶ月間に作業機ストールが発生した時間を示している。表示91Cは、10日間に掘削時スリップが発生した時間を示している。表示92Dは、3ヶ月間に掘削時スリップが発生した時間を示している。
【0160】
このように、掘削時間、作業機ストールの発生時間、および掘削時スリップの発生時間を可視化することで、掘削作業の良し悪しを容易に評価することができる。オペレータ毎に作業の状況を表示して、経験の少ないオペレータの運転指導に活用できるようにしてもよい。図19に示される表示を、ウェブコンテンツとして提供して、掘削作業の状況を遠隔地から確認したり複数の拠点で共有したりできるようにしてもよい。
【0161】
無駄作業の発生状況は、第2処理装置70に接続されている図示しないプリンタによって、印刷物として出力されてもよい。
【0162】
[第五実施形態]
これまでの実施形態の説明では、ホイールローダ1が第1処理装置30を備えており、ホイールローダ1に搭載されている第1処理装置30が無駄操作発生時の制御を行なう例について説明した。無駄操作発生時の制御を行なうコントローラは、必ずしもホイールローダ1に搭載されていなくてもよい。
【0163】
図20は、ホイールローダ1を含むシステムの概略図である。ホイールローダ1の第1処理装置30は各種のセンサによって検出されたホイールローダ1の状態を示す信号を外部のコントローラ130へ送信する処理を行ない、信号を受信した外部のコントローラ130が無駄作業発生時の制御を行なうシステムを構成してもよい。コントローラ130は、ホイールローダ1の作業現場に配置されてもよく、ホイールローダ1の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。
【0164】
第一実施形態で説明した第1処理装置30および第五実施形態で説明したコントローラ130は、単一の装置で構成されていてもよく、複数の装置で構成されていてもよい。第1処理装置30および/またはコントローラ130を構成する複数の装置が分散して配置されていてもよい。
【0165】
[作用および効果]
次に、上述した実施形態の作用および効果について説明する。
【0166】
実施形態においては、図12,14に示されるように、第1処理装置30は、走行輪4aおよび作業機3を操作するための操作装置より出力される操作指令値に基づいて、走行輪4aが地面に対して滑る掘削時スリップが発生していると判断する。図11,16,18に示されるように、第1処理装置30は、作業機3を動かすことに関係する信号を出力する。
【0167】
掘削時スリップの発生時に、作業機3を動かすことに関係する信号を出力することで、掘削時スリップを短時間で解消することが可能になる。したがって、掘削作業中に掘削時スリップが発生している時間を低減することができる。
【0168】
図2に示されるように、ホイールローダ1には、ホイールローダ1の状態を検出する複数のセンサが設けられている。図9,10に示されるように、第1処理装置30は、センサの信号に基づいて掘削作業中か否かを判定する。これにより、掘削作業中か否かを、正確に判定することができる。
【0169】
図11,16,18に示されるように、第1処理装置30は、掘削作業中に掘削時スリップが発生していると判断したとき、ブーム14の上げ動作に関係する信号を出力する。ブーム14を上昇させることによって地面に対して走行輪4aが空転しなくなり、掘削時スリップを短時間で解消することができる。
【0170】
図14に示されるように、第1処理装置30は、ブーム14を動作させるための操作指令値が下位閾値よりも小さいとき、掘削時スリップが発生していると判断する。このようにすれば、掘削時スリップが発生していることを明確かつ簡潔に判断することができる。
【0171】
図2,14に示されるように、第1処理装置30は、車速検出器27の信号に基づいて、走行輪4aの回転速度を演算する。このようにすれば、掘削時スリップが発生していることをより確実に判断することができる。
【0172】
図16,18に示されるように、第1処理装置30は、掘削作業中に作業機ストールが発生していると判断したとき、バケット6のチルトバック動作に関係する信号を出力する。バケット6をチルトバックさせることによって掘削対象物100から作業機3に作用する負荷が低減され、バケット6を上げ動作させることが可能になるので、作業機ストールを短時間で解消することができる。
【0173】
図12に示されるように、第1処理装置30は、ブーム14を動作させるための操作指令値が上位閾値よりも大きく、かつブーム14の上昇速度が閾値よりも小さいとき、作業機ストールが発生していると判断する。このようにすれば、作業機ストールが発生していることを明確かつ簡潔に判断することができる。
【0174】
本開示の思想を適用可能な作業機械は、ホイールローダに限られず、油圧ショベル、ブルドーザ、またはモータグレーダなどの、作業機を有する作業機械であってもよい。
【0175】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0176】
1 ホイールローダ、3 作業機、4 走行装置、4a,4b 走行輪、6 バケット、6a 刃先、14 ブーム、16 ブームシリンダ、19 チルトシリンダ、20 エンジン、23 動力伝達機構、26 制御弁、27 車速検出器、28a,28b 圧力センサ、29 第1角度検出器、30 第1処理装置、30j 記憶部、30t タイマ、40,75 表示部、45 出力部、48 第2角度検出器、49 前後進切換装置、49a 操作部材、49b 部材位置検出センサ、51 アクセル操作装置、51a アクセル操作部材、51b アクセル操作検出部、52 ブーム操作装置、52a ブーム操作部材、52b ブーム操作検出部、54 バケット操作装置、54a バケット操作部材、54b バケット操作検出部、58 ブレーキ操作装置、58a ブレーキ操作部材、58b ブレーキ操作検出部、70 第2処理装置、81 燃費メータ、81A 第1ゲージ領域、81B 第2ゲージ領域、81C 第3ゲージ領域、81N,84N,85N 針状部、82 作業機ストールコーションランプ、83 掘削時スリップコーションランプ、84 作業機ストールインジケータ、84A,85A 第1領域、84B,85B 第2領域、85 掘削時スリップインジケータ、86 ゲージ、87 チルトバック指令ランプ、88 ブーム上げ指令ランプ、91A,91B,91C,92D 表示、100 掘削対象物、130 コントローラ、200 ダンプトラック。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20