(57)【要約】  掘削制御システム（２００）は、作業形態判定部（２６４）と、駆動制御部（２６５）とを備える。作業形態判定部（２６４）は、操作信号（Ｍ）に基づいて、作業機（２）の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部（２６５）は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、目標設計面（４５Ａ）に沿ってバケット（８）の刃先（８ａ）を移動させる。駆動制御部（２６５）は、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、目標設計面（４５Ａ）を基準とする所定位置でバケット（８）の刃先（８ａ）を停止させる。
2012127912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機と、
前記作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する操作具と、
前記操作信号に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する作業形態判定部と、
前記作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させ、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる駆動制御部と、
を備える作業機制御システム。
【請求項２】
前記複数の被駆動部材のうち前記車両本体に回動可能に取り付けられるブームを駆動するブームシリンダと、
前記設計面に対する前記バケットの相対速度に基づいて、前記設計面に対する前記バケットの制限速度を決定する制限速度決定部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記バケットが前記設計面から所定距離内に位置する場合に、前記相対速度を前記制限速度に制限する、
請求項１に記載の作業機制御システム。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記ブームシリンダの伸縮速度の調整によって前記相対速度を前記制限速度に制限する、
請求項２に記載の作業機制御システム。
【請求項４】
前記複数の被駆動部材は、前記バケットと前記ブームとに連結されるアームを含み、
前記作業形態判定部は、前記操作信号に前記アームの操作を示す信号が含まれている場合に、前記作業形態は成形作業であると判定する、
請求項３に記載の作業機制御システム。
【請求項５】
バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機と、
前記作業機を駆動する油圧シリンダの内部圧を取得する内部圧取得部と、
前記内部圧に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する作業形態判定部と、
前記作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させ、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる駆動制御部と、
を備える作業機制御システム。
【請求項６】
バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機と、
前記複数の被駆動部材のそれぞれを駆動する複数の油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧を取得する吐出圧取得部と、
前記吐出圧に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する作業形態判定部と、
前記作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させ、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる駆動制御部と、
を備える作業機制御システム。
【請求項７】
車両本体と、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の作業機制御システムと、
を備える建設機械。
【請求項８】
バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する工程と、
前記操作信号に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する工程と、
前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる工程と、
前記バケットが前記所定位置で停止された後、前記複数の被駆動部材のうち所定の被駆動部材を駆動するユーザ操作が受け付けられた場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させる工程と、
を備える作業機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機を備える作業機制御システム及びこの作業機制御システムを備える建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業機を備える建設機械において、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させることによって所定の領域を掘削する手法が知られている（特許文献１参照）。【０００３】
具体的に、特許文献１の制御装置は、バケットと設計面との間隔が小さいほどバケットの設計面に対する相対速度が減少するように、オペレータからバケット操作のために入力される操作信号を補正する。このように、バケットの速度制限を行うことによって、バケットは設計面に沿って自動的に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９５/３００５９号
【発明の概要】
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、特許文献１では、オペレータがバケットの刃先を設計面に近接する位置で停止させようとしても、オペレータの操作に関わらずバケットは設計面に沿って自動的に移動してしまう。そのため、刃先を所定位置にセットするには、速度制限を終了させる必要がある。また、速度制限を終了させた状態では、オペレータは手動で刃先を所定位置にセットする必要がある。
【０００６】
そのため、速度制限中であっても、設計面に沿ってバケットを移動させる成形モードと、所定位置で刃先を停止させる刃先位置合わせモードとが自動的に切換えられることが望まれている。
【０００７】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、成形モードと刃先位置合わせモードとを自動切換え可能な作業機制御システム、建設機械及び作業機制御方法の提供を目的とする。
【０００８】
（課題を解決するための手段）
第１の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、操作具と、作業形態判定部と、駆動制御部とを備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。操作具は、作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、ユーザ操作に応じた操作信号を出力する。作業形態判定部は、操作信号に基づいて、作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させ、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、設計面を基準とする所定位置でバケットを停止させる。
【０００９】
第２の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、内部圧取得部と、作業形態判定部と、駆動制御部とを備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。内部圧取得部は、作業機を駆動する油圧シリンダの内部圧を取得する。作業形態判定部は、内部圧に基づいて、作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させ、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、設計面を基準とする所定位置でバケットを停止させる。
【００１０】
第３の態様に係る掘削制御システムは、作業機と、吐出圧取得部と、作業形態判定部と、駆動制御部とを備える。作業機は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される。吐出圧取得部は、複数の被駆動部材のそれぞれを駆動する複数の油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧を取得する。作業形態判定部は、吐出圧に基づいて、作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿ってバケットを移動させ、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、設計面を基準とする所定位置でバケットを停止させる。
【００１１】
第４の態様に係る作業機制御方法は、バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する工程と、前記操作信号に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する工程と、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる工程と、前記バケットが前記所定位置で停止された後、前記複数の被駆動部材のうち所定の被駆動部材を駆動するユーザ操作が受け付けられた場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させる工程と、を備える。
【００１２】
（発明の効果）
成形モードと刃先位置合わせモードとを自動切換え可能な作業機制御システム、建設機械及び作業機制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】油圧ショベル１００の斜視図である。
【図２Ａ】油圧ショベル１００の側面図である。
【図２Ｂ】油圧ショベル１００の背面図である。
【図３】掘削制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。
【図４】表示部２９に表示される設計地形の一例を示す模式図である。
【図５】交線４７における設計地形の断面図である。
【図６】作業機コントローラ２６の構成を示すブロック図である。
【図７】バケット８と第１設計面４５１との位置関係を示す模式図である。
【図８】制限速度Ｕと距離ｄとの関係を示すグラフである。
【図９】掘削制御システム２００の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下においては、「建設機械」の一例として油圧ショベルを挙げて説明する。
【００１５】
《油圧ショベル１００の全体構成》
図１は、実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車両本体１と、作業機２とを有する。また、油圧ショベル１００には、掘削制御システム２００が搭載されている。掘削制御システム２００の構成および動作については後述する。
【００１６】
車両本体１は、上部旋回体３と運転室４と走行装置５とを有する。上部旋回体３は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどを収容している。上部旋回体３の後端部上には、第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２とが配置されている。第１ＧＮＳＳアンテナ２１と第２ＧＮＳＳアンテナ２２とは、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）用のアンテナである。運転室４は、上部旋回体３の前部に載置されている。運転室４内には、後述する操作装置２５が配置される（図３参照）。走行装置５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１００が走行する。
【００１７】
作業機２は、車両本体１の前部に取り付けられており、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２と、を有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に揺動可能に取り付けられる。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられる。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が揺動可能に取り付けられる。
【００１８】
ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。
【００１９】
ここで、図２Ａは油圧ショベル１００の側面図であり、図２Ｂは油圧ショベル１００の背面図である。図２Ａに示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３からアームピン１４までの長さは、Ｌ１である。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４からバケットピン１５までの長さは、Ｌ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５からバケット８のツースの先端（以下、「刃先８ａ」という。）までの長さは、Ｌ３である。
【００２０】
また、図２Ａに示すように、ブーム６とアーム７とバケット８には、それぞれ第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８が設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さ（以下、「ブームシリンダ長Ｎ１」という。）を検出する。後述する表示コントローラ２８（図３参照）は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ長Ｎ１から、車両本体座標系の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さ（以下、「アームシリンダ長Ｎ２」という。）を検出する。表示コントローラ２８は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ長Ｎ２から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さ（以下、「バケットシリンダ長Ｎ３」という。）を検出する。表示コントローラ２８は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ長Ｎ３から、アーム７に対するバケット８が有する刃先８ａの傾斜角θ３を算出する。
【００２１】
車両本体１には、位置検出部１９が備えられている。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。位置検出部１９は、上述の第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２と、３次元位置センサ２３と、傾斜角センサ２４とを有する。第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、車幅方向において一定距離だけ離間して配置されている。第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、第１および第２ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を検出する。図２Ｂに示すように、傾斜角センサ２４は、重力方向（鉛直線）に対する車両本体１の車幅方向における傾斜角θ４を検出する。
【００２２】
《掘削制御システム２００の構成》
図３は、掘削制御システム２００の機能構成を示すブロック図である。掘削制御システム２００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、比例制御弁２７と、表示コントローラ２８と、表示部２９と、を備える。
【００２３】
操作装置２５は、作業機２を駆動するオペレータ操作を受け付け、オペレータ操作に応じた操作信号を出力する。具体的に、操作装置２５は、ブーム操作具３１と、アーム操作具３２と、バケット操作具３３と、を有する。ブーム操作具３１は、ブーム操作レバー３１ａと、ブーム操作検出部３１ｂと、を含む。ブーム操作レバー３１ａは、オペレータによるブーム６の操作を受け付ける。ブーム操作検出部３１ｂは、ブーム操作レバー３１ａの操作に応じてブーム操作信号Ｍ１を出力する。アーム操作レバー３２ａは、オペレータによるアーム７の操作を受け付ける。アーム操作検出部３２ｂは、アーム操作レバー３２ａの操作に応じてアーム操作信号Ｍ２を出力する。バケット操作具３３は、バケット操作レバー３３ａと、バケット操作検出部３３ｂと、を含む。バケット操作レバー３３ａは、オペレータによるバケット８の操作を受け付ける。バケット操作検出部３３ｂは、バケット操作レバー３３ａの操作に応じてバケット操作信号Ｍ３を出力する。
【００２４】
作業機コントローラ２６は、操作装置２５からブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３（以下、適宜「操作信号Ｍ」と総称する。）を取得する。作業機コントローラ２６は、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８からブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３を取得する。作業機コントローラ２６は、これらの各種情報に基づく制御信号を比例制御弁２７に出力する。これにより、作業機コントローラ２６は、バケット８を設計面４５（図４参照）に沿って自動的に移動させる掘削制御を実行する。この際、作業機コントローラ２６は、後述するように、ブーム操作信号Ｍ１を補正した後に比例制御弁２７に出力する。一方で、作業機コントローラ２６は、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３を補正せずに比例制御弁２７に出力する。作業機コントローラ２６の機能および動作については後述する。
【００２５】
比例制御弁２７は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２と図示しない油圧ポンプとの間に配置される。比例制御弁２７は、作業機コントローラ２６からの制御信号に応じた流量の作動油をブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２それぞれに供給する。
【００２６】
表示コントローラ２８は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部２８ａや、ＣＰＵなどの演算部２８ｂを有している。記憶部２８ａは、上述のブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３を含む作業機データを記憶している。作業機データは、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、バケット８の傾斜角θ３のそれぞれの最小値および最大値を含む。表示コントローラ２８は、作業機コントローラ２６と無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能である。表示コントローラ２８の記憶部２８ａは、作業エリア内の３次元の設計地形の形状および位置を示す設計地形データを予め記憶している。表示コントローラ２８は、設計地形や上述した各種のセンサからの検出結果などに基づいて、設計地形を表示部２９に表示させる。
【００２７】
ここで、図４は、表示部２９に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図４に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。複数の設計面４５それぞれは、作業機２による掘削対象の目標形状を示している。オペレータは、これら複数の設計面４５のうちの１つの設計面を目標設計面４５Ａとして選択する。オペレータが目標設計面４５Ａをバケット８で掘削する場合、作業機コントローラ２６は、バケット８の刃先８ａの現在位置を通る平面４６と目標設計面４５Ａとの交線４７に沿って、バケット８を移動させる。なお、図４では複数の設計面のうちの１つのみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。
【００２８】
図５は、交線４７における設計地形の断面図であり、表示部２９に表示される設計地形の一例を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態に係る設計地形は、目標設計面４５Ａと、速度制限介入ラインＣとを含んでいる。
【００２９】
目標設計面４５Ａは、油圧ショベル１００の側方に位置する傾斜面である。オペレータは、目標設計面４５Ａの上方から下方に向かってバケット８を移動させる。
【００３０】
速度制限介入ラインＣは、後述する速度制限が実行される領域を画定する。後述するように、刃先８ａが速度制限介入ラインＣの内側に侵入した場合に、掘削制御システム２００による速度制限が実行される。速度制限介入ラインＣは、目標設計面４５Ａからライン距離ｈの位置に設定されている。ライン距離ｈは、オペレータによる作業機２の操作感が損なわれない距離に設定されていることが好ましい。
【００３１】
《作業機コントローラ２６の構成》
図６は、作業機コントローラ２６の構成を示すブロック図である。図７は、バケット８と目標設計面４５Ａとの位置関係を示す模式図である。
【００３２】
作業機コントローラ２６は、図６に示すように、相対距離取得部２６１と、制限速度決定部２６２と、相対速度取得部２６３と、作業形態判定部２６４と、駆動制御部２６５と、を備える。
【００３３】
相対距離取得部２６１は、図７に示すように、目標設計面４５Ａに垂直な垂直方向における刃先８ａと目標設計面４５Ａとの距離ｄを取得する。相対距離取得部２６１は、表示コントローラ２８から取得する設計地形データおよび油圧ショベル１００の現在位置データと、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８から取得するブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３とに基づいて、距離ｄを算出することができる。相対距離取得部２６１は、距離ｄを制限速度決定部２６２に出力する。なお、本実施形態において、距離ｄはライン距離ｈよりも小さいので、刃先８ａは速度制限介入ラインＣの内側に侵入している。
【００３４】
制限速度決定部２６２は、距離ｄに応じた制限速度Ｕを取得する。ここで、制限速度Ｕは、距離ｄに応じて画一的に定められる速度である。図８に示すように、制限速度Ｕは、距離ｄがライン距離ｈ以上で最大となり、距離ｄがライン距離ｈより小さくなるほど遅くなる。制限速度決定部２６２は、制限速度Ｕを駆動制御部２６５に出力する。なお、図８では、目標設計面４５Ａに近づく向きが負の向きである。
【００３５】
相対速度取得部２６３は、操作装置２５から取得する操作信号Ｍに基づいて、刃先８ａの速度Ｑを算出する。また、相対速度取得部２６３は、図７に示すように、速度Ｑに基づいて、刃先８ａの目標設計面４５Ａに対する相対速度Ｑ１を取得する。相対速度取得部２６３は、相対速度Ｑ１を駆動制御部２６５に出力する。本実施形態において、相対速度Ｑ１は、制限速度Ｕよりも大きい。
【００３６】
作業形態判定部２６４は、操作装置２５から取得する操作信号Ｍに基づいて、作業機２の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。
【００３７】
ここで、成形作業とは、目標設計面４５Ａに沿って刃先８ａを移動させることによって、目標設計面４５Ａに沿って整地する作業である。成形作業には、例えば切り土や盛り土の斜面を成形する法面成形作業が含まれる。なお、成形作業では、オペレータによってアーム７が駆動される場合が多い。
【００３８】
また、刃先位置合せ作業とは、目標設計面４５Ａを基準とする所定位置で刃先８ａを停止させることによって、次の作業のスタート位置に刃先８ａをセットする作業である。刃先位置合せ作業には、例えば法面成形作業のスタート位置への刃先８ａのセットが含まれる。所定位置は、目標設計面４５Ａ上の任意の位置、或いは、目標設計面４５Ａから油圧ショベル１００側に離間した任意の位置に設定することができる。このような所定位置は、図８のグラフにおいて制限速度が“０”となるときの垂直距離の値によって調整される。本実施形態では、図８に示すように、制限速度が“０”となるときの垂直距離の値が“０”であるので、所定位置は、目標設計面４５Ａ上に設定されている。なお、所定位置が目標設計面４５Ａから離間した位置に設定される場合には、目標設計面４５Ａから所定位置までの垂直距離は小さいこと（すなわち、刃先８ａの停止位置が目標設計面４５Ａに隣接していること）が好ましい。
【００３９】
本実施形態において、作業形態判定部２６４は、操作信号Ｍにアームの操作を示すアーム操作信号Ｍ２が含まれている場合に、作業機２の作業形態は成形作業であると判定する。一方で、作業形態判定部２６４は、操作信号Ｍにアーム７の操作を示すアーム操作信号Ｍ２が含まれていない場合に、作業機２の作業形態は刃先位置合せ作業であると判定する。作業形態判定部２６４は、判定結果を駆動制御部２６５に通知する。
【００４０】
駆動制御部２６５は、目標設計面４５Ａに対する刃先８ａの相対速度Ｑ１を制限速度Ｕに制限する速度制限を実行する。本実施形態では、ブーム６の回転速度の減速のみによって相対速度Ｑ１を制限速度Ｕに抑えるために、駆動制御部２６５は、ブーム操作信号Ｍ１を補正し、補正後のブーム操作信号Ｍ１を比例制御弁２７に出力する。これによって、垂直方向における刃先８ａの速度は、刃先８ａが目標設計面４５Ａに近づくほど遅くなり、刃先８ａが所定位置（本実施形態では、目標設計面４５Ａ上の位置）に達したときに“０”となる（図８参照）。
【００４１】
また、駆動制御部２６５は、作業形態判定部２６４によって作業形態が成形作業であると判定された場合には、目標設計面４５Ａに沿って刃先８ａを移動させる。具体的に、駆動制御部２６５は、上述の通りブーム操作信号Ｍ１を補正して比例制御弁２７に出力するとともに、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３については補正せずにそのまま比例制御弁２７に出力する。この結果、作業機２は、刃先８ａが目標設計面４５Ａに沿って移動する成形モードで駆動制御される。
【００４２】
一方で、駆動制御部２６５は、作業形態判定部２６４によって作業形態が刃先位置合わせ作業であると判定された場合には、目標設計面４５Ａを基準とする所定位置（本実施形態では、目標設計面４５Ａ上の位置）で刃先８ａを停止させる。具体的には、駆動制御部２６５は、刃先８ａが目標設計面４５Ａに達するまでの間、上述の通りブーム操作信号Ｍ１を補正して比例制御弁２７に出力するとともに、バケット操作信号Ｍ３については補正せずにそのまま比例制御弁２７に出力する。そして、駆動制御部２６５は、刃先８ａが目標設計面４５Ａに達した後は、目標設計面４５Ａに平行な平行方向における刃先８ａの速度が“０”になるようにブーム操作信号Ｍ１及びバケット操作信号Ｍ３を補正して比例制御弁２７に出力する。この結果、作業機２は、刃先８ａが所定位置に停止する刃先位置合わせモードで駆動制御される。
【００４３】
なお、作業形態が刃先位置合わせ作業であると判定された場合には、操作装置２５からアーム操作信号Ｍ２が出力されていないが、その後、操作装置２５からアーム操作信号Ｍ２が出力された場合には、作業形態は成形作業であると判定される。その結果、作業機２の駆動制御は、刃先位置合わせモードから成形モードへと移行する。
【００４４】
《掘削制御システム２００の動作》
図９は、掘削制御システム２００の動作を説明するためのフローチャートである。
【００４５】
ステップＳ１０において、掘削制御システム２００は、設計地形データおよび油圧ショベル１００の現在位置データを取得する。
【００４６】
ステップＳ２０において、掘削制御システム２００は、ブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３を取得する。
【００４７】
ステップＳ３０において、掘削制御システム２００は、設計地形データ、現在位置データ、ブームシリンダ長Ｎ１、アームシリンダ長Ｎ２およびバケットシリンダ長Ｎ３に基づいて、距離ｄを算出する（図７参照）。
【００４８】
ステップＳ４０において、掘削制御システム２００は、距離ｄに応じた制限速度Ｕを取得する（図８参照）。
【００４９】
ステップＳ５０において、掘削制御システム２００は、ブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３に基づいて、刃先８ａの速度Ｑを算出する（図７参照）。
【００５０】
ステップＳ６０において、掘削制御システム２００は、速度Ｑに基づいて、相対速度Ｑ１を取得する（図７参照）。
【００５１】
ステップＳ７０において、掘削制御システム２００は、ブーム６の回転速度の減速のみによって相対速度Ｑ１を制限速度Ｕに抑える（図７参照）。
【００５２】
ステップＳ８０において、掘削制御システム２００は、操作信号Ｍに基づいて、作業機２の作業形態が成形作業であるか否かを判定する。具体的に、掘削制御システム２００は、操作信号Ｍにアームの操作を示すアーム操作信号Ｍ２が含まれている場合に、作業機２の作業形態は成形作業であると判定し、操作信号Ｍにアーム操作信号Ｍ２が含まれていない場合に、作業機２の作業形態は刃先位置合せ作業であると判定する。作業形態が成形作業である場合、処理はステップＳ９０に進む。作業形態が成形作業でない場合には、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定し、処理はステップＳ１００に進む。
【００５３】
ステップＳ９０において、掘削制御システム２００は、目標設計面４５Ａに沿って刃先８ａを移動させる。具体的に、掘削制御システム２００は、上述の通りブーム操作信号Ｍ１を補正して比例制御弁２７に出力するとともに、アーム操作信号Ｍ２およびバケット操作信号Ｍ３については補正せずにそのまま比例制御弁２７に出力する。
【００５４】
ステップＳ１００において、掘削制御システム２００は、目標設計面４５Ａを基準とする所定位置（本実施形態では、目標設計面４５Ａ上の任意の位置）で刃先８ａを停止させる。具体的には、駆動制御部２６５は、上述の通りブーム操作信号Ｍ１を補正して比例制御弁２７に出力するとともに、バケット操作信号Ｍ３については補正せずにそのまま比例制御弁２７に出力する。
【００５５】
ステップＳ１１０において、掘削制御システム２００は、オペレータがアーム操作レバー３２ａを操作したか否か、すなわち、操作装置２５からアーム操作信号Ｍ２が出力されたか否かを判定する。オペレータがアーム操作レバー３２ａを操作したと判定された場合、処理はステップＳ９０に進む。オペレータがアーム操作レバー３２ａを操作していないと判定された場合、処理はステップＳ１００に戻る。
【００５６】
《作用および効果》
（１）本実施形態に係る掘削制御システム２００は、作業形態判定部２６４と、駆動制御部２６５とを備える。作業形態判定部２６４は、操作信号Ｍに基づいて、作業機２の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する。駆動制御部２６５は、作業形態が成形作業であると判定された場合に、目標設計面４５Ａに沿ってバケット８の刃先８ａを移動させる。駆動制御部２６５は、作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、目標設計面４５Ａを基準とする所定位置でバケット８の刃先８ａを停止させる。
【００５７】
そのため、成形作業中にはオペレータの操作に関わらず目標設計面４５Ａに沿って刃先８ａを移動させるとともに、刃先位置合せ作業中にはオペレータの操作に従って所定位置で刃先８ａを停止させることができる。従って、刃先位置合せ作業を行いたいにも関わらず刃先８ａが目標設計面４５Ａに沿って移動してしまうことを抑制できる。このように、本実施形態に係る掘削制御システム２００によれば、作業機２の駆動制御を成形モードと刃先位置合わせモードとに自動切換えすることができる。
【００５８】
（２）本実施形態に係る掘削制御システム２００は、ブームシリンダ１０の伸縮速度の調整によって速度制限を実行する。
【００５９】
そのため、オペレータ操作に応じた操作信号のうちブーム操作信号Ｍ１のみを補正することで速度制限が実行される。すなわち、ブーム６、アーム７およびバケット８のうちオペレータの操作通りに駆動しないのはブーム６のみである。従って、ブーム６、アーム７およびバケット８のうち２つ以上の被駆動部材の伸縮速度を調整する場合に比べて、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。
【００６０】
（３）本実施形態に係る掘削制御システム２００において、作業形態判定部２６４は、操作信号Ｍにアーム７の操作を示すアーム操作信号Ｍ２が含まれている場合に、作業形態は成形作業であると判定する。
【００６１】
ここで、成形作業が行われる多くの場合において、オペレータはアーム７を駆動させることが知られている。そのため、アーム操作信号Ｍ２の有無に基づいて判定することによって、簡便かつ精度良く判定を行うことができる。
【００６２】
（４）本実施形態に係る掘削制御システム２００は、ブームシリンダ１０の伸縮速度の調整によって速度制限を実行しつつ、アーム操作信号Ｍ２の有無によって作業形態の判定を行う。そのため、速度制限介入を行いながらオペレータの掘削有無の意思を判定することが出来る。従って、法肩から法面への掘削面切り替えや掘削開始時等の刃先位置合わせ時に、オペレータの操作意思に沿った刃先位置合わせが可能になり、作業効率を向上する事が出来る。
【００６３】
《その他の実施形態》
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００６４】
（Ａ）上記実施形態において、作業形態判定部２６４は、操作信号Ｍに基づいて作業機２の作業形態を判定することとしたが、これに限られるものではない。
【００６５】
例えば、作業形態判定部２６４は、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２のうち少なくとも一つのシリンダの内部圧に基づいて、作業機２の作業形態を判定することができる。これは、成形作業が行われる場合に作動油の供給量が増加することによってシリンダの内部圧が一時的に増大することを利用した手法である。この手法において、作業形態判定部２６４は、内部圧を取得する内部圧取得部から内部圧を取得して、内部圧が所定値以上であれば成形作業であると判定し、内部圧が所定値未満であれば刃先位置合わせ作業であると判定することができる。
【００６６】
また、掘削制御システム２００は、比例制御弁２７に作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧に基づいて、作業機２の作業形態を判定することができる。これは、成形作業が行われる場合に油圧ポンプから吐出される作動油量が一時的に増大することを利用した手法である。この手法において、作業形態判定部２６４は、吐出圧を取得する吐出圧取得部から吐出圧を取得して、吐出圧が所定値以上であれば成形作業であると判定し、吐出圧が所定値未満であれば刃先位置合わせ作業であると判定することができる。
【００６７】
（Ｂ）上記実施形態において、作業形態判定部２６４は、操作信号Ｍにアーム操作信号Ｍ２が含まれているか否かに基づいて作業機２の作業形態を判定することとしたが、これに限られるものではない。
【００６８】
例えば、作業形態判定部２６４は、ブーム操作信号Ｍ１、アーム操作信号Ｍ２及びバケット操作信号Ｍ３のうちアーム操作信号Ｍ２を含む２以上の信号が含まれているか否かに基づいて、作業機２の作業形態を判定してもよい。
【００６９】
（Ｃ）上記実施形態において、作業機コントローラ２６は、バケット８のうち刃先８ａの位置に基づいて速度制限を実行することとしたが、これに限られるものではない。作業機コントローラ２６は、バケット８のうち任意の位置に基づいて速度制限を実行することができる。
【００７０】
（Ｄ）上記実施形態において、刃先８ａが停止する所定位置は、目標設計面４５Ａ上に設定されることとしたが、これに限られるものではない。所定位置は、目標設計面４５Ａから油圧ショベル１００側に離間した任意の位置に設定されてもよい。この場合、図８のグラフにおいて制限速度が“０”となるときの垂直距離の値が、目標設計面４５Ａと所定位置との間隔に一致する。
【００７１】
（Ｅ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、ブーム６の回転速度の減速のみによって相対速度を制限速度に抑えることしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００は、ブーム６の回転速度に加えて、アーム７及びバケット８のうち少なくとも１つの回転速度を調整してもよい。これによって、設計面４５に平行な方向におけるバケット８の速度が速度制限で低下することを抑制できるので、オペレータの操作感が損なわれることを抑制できる。
【００７２】
（Ｆ）上記実施形態において、掘削制御システム２００は、操作装置２５から取得する操作信号Ｍに基づいて、刃先８ａの速度Ｑを算出することとしたが、これに限られるものではない。掘削制御システム２００は、第１〜第３ストロークセンサ１６〜１８から取得される各シリンダ長Ｎ１〜Ｎ３の時間当たり変化量に基づいて、速度Ｑを算出することができる。この場合、操作信号Ｍに基づいて速度Ｑを算出する場合に比べて、精度良く速度Ｑを算出することができる。
【００７３】
（Ｇ）上記実施形態において、図８に示すように、制限速度と垂直距離とは線形的な関係にあることとしたが、これに限られるものではない。制限速度と垂直距離との関係は適宜設定することができ、線形的でなくてもよいし、原点を通らなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、成形モードと刃先位置合わせモードとを自動切換え可能な作業機制御システムを提供できるため建設機械分野に有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１…車両本体、２…作業機、３…上部旋回体、４…運転室、５…走行装置、５ａ，５ｂ…履帯、６…ブーム、７…アーム、８…バケット、８ａ…刃先、１０…ブームシリンダ、１１…アームシリンダ、１２…バケットシリンダ、１３…ブームピン、１４…アームピン、１５…バケットピン、１６…第１ストロークセンサ、１７…第２ストロークセンサ、１８…第３ストロークセンサ、１９…位置検出部、２１…第１ＧＮＳＳアンテナ、２２…第２ＧＮＳＳアンテナ、２３…３次元位置センサ、２４…傾斜角センサ、２５…操作装置、２６…作業機コントローラ、２６１…相対距離取得部、２６２…制限速度決定部、２６３…相対速度取得部、２６４…作業形態判定部、２６５…駆動制御部、２７…比例制御弁、２８…表示コントローラ、２９…表示部、３１…ブーム操作具、…３２アーム操作具、３３…バケット操作具、４５…設計面、４５Ａ…目標設計面、１００…油圧ショベル、２００…掘削制御システム、Ｃ…速度制限介入ライン、ｈ…ライン距離
【図１】
2012127912.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月13日(2012.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機と、
前記作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する操作具と、
前記操作信号に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する作業形態判定部と、
前記作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させ、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる駆動制御部と、
を備える作業機制御システム。
【請求項２】
前記複数の被駆動部材のうち前記車両本体に回動可能に取り付けられるブームを駆動するブームシリンダと、
前記設計面と前記バケットとの距離に基づいて、前記設計面に対する前記バケットの制限速度を決定する制限速度決定部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記バケットが前記設計面から所定距離内に位置する場合に、前記相対速度を前記制限速度に制限する、
請求項１に記載の作業機制御システム。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記ブームシリンダの伸縮速度の調整によって前記相対速度を前記制限速度に制限する、
請求項２に記載の作業機制御システム。
【請求項４】
前記複数の被駆動部材は、前記バケットと前記ブームとに連結されるアームを含み、
前記作業形態判定部は、前記操作信号に前記アームの操作を示す信号が含まれている場合に、前記作業形態は成形作業であると判定する、
請求項３に記載の作業機制御システム。
【請求項５】
バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機と、
前記作業機を駆動する油圧シリンダの内部圧を取得する内部圧取得部と、
前記内部圧に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する作業形態判定部と、
前記作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させ、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる駆動制御部と、
を備える作業機制御システム。
【請求項６】
バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機と、
前記複数の被駆動部材のそれぞれを駆動する複数の油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプの吐出圧を取得する吐出圧取得部と、
前記吐出圧に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する作業形態判定部と、
前記作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させ、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる駆動制御部と、
を備える作業機制御システム。
【請求項７】
車両本体と、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の作業機制御システムと、
を備える建設機械。
【請求項８】
バケットを含む複数の被駆動部材によって構成されており、車両本体に回動可能に支持される作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する工程と、
前記操作信号に基づいて、前記作業機の作業形態が成形作業であるか刃先位置合せ作業であるかを判定する工程と、
前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる工程と、
前記バケットが前記所定位置で停止された後、前記複数の被駆動部材のうち所定の被駆動部材を駆動するユーザ操作が受け付けられた場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させる工程と、
を備える作業機制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月30日(2013.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両本体に揺動可能に取り付けられるブームと、前記ブームに揺動可能に取り付けられるアームと、前記アームに揺動可能に取り付けられるバケットを含む作業機と、
前記作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する操作具と、
少なくとも前記アームを操作するためのアーム操作信号が前記操作信号に含まれている場合に前記作業機の作業形態は成形作業であると判定し、前記アーム操作信号が前記操作信号に含まれていない場合に前記作業形態は刃先位置合せ作業であると判定する作業形態判定部と、
前記作業形態が成形作業であると判定された場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させ、前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる駆動制御部と、
を備える作業機制御システム。
【請求項２】
前記ブームを駆動するブームシリンダと、
前記設計面と前記バケットとの距離に基づいて、前記設計面に対する前記バケットの制限速度を決定する制限速度決定部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記バケットが前記設計面から所定距離内に位置する場合に、前記相対速度を前記制限速度に制限する、
請求項１に記載の作業機制御システム。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記ブームシリンダの伸縮速度の調整によって前記相対速度を前記制限速度に制限する、
請求項２に記載の作業機制御システム。
【請求項４】
車両本体と、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の作業機制御システムと、
を備える建設機械。
【請求項５】
車両本体に揺動可能に取り付けられるブームと、前記ブームに揺動可能に取り付けられるアームと、前記アームに揺動可能に取り付けられるバケットを含む作業機を駆動するユーザ操作を受け付け、前記ユーザ操作に応じた操作信号を出力する工程と、
少なくとも前記アームを操作するためのアーム操作信号が前記操作信号に含まれている場合に前記作業機の作業形態は成形作業であると判定し、前記アーム操作信号が前記操作信号に含まれていない場合に前記作業形態は刃先位置合せ作業であると判定する工程と、
前記作業形態が刃先位置合せ作業であると判定された場合に、前記設計面を基準とする所定位置で前記バケットを停止させる工程と、
前記バケットが前記所定位置で停止された後、前記複数の被駆動部材のうち所定の被駆動部材を駆動するユーザ操作が受け付けられた場合に、掘削対象の目標形状を示す設計面に沿って前記バケットを移動させる工程と、
を備える作業機制御方法。
【国際調査報告】
2012127912.tif 000013
2012127912.tif 000014
2012127912.tif 000015
2012127912.tif 000016