JP2020033788A - Blade control device of work machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブレードを備えた作業機械に設けられるブレード制御装置に関する。 The present invention relates to a blade control device provided in a work machine having a blade.
従来、地面の掘削、整地、土砂の運搬などに使用されるブレードを備える作業機械が広く用いられている。このような作業機械では、オペレータが走行操作とともにブレードを昇降させる操作を行うことによりブレード位置(ブレードの刃先の高さ)が調節され、地面の掘削や整地が行われる。 2. Description of the Related Art Conventionally, work machines provided with blades used for excavating the ground, leveling the ground, and transporting earth and sand have been widely used. In such a working machine, the operator performs the operation of moving the blade up and down together with the traveling operation, so that the blade position (the height of the blade edge) is adjusted, and ground excavation and leveling are performed.
特許文献1は、前記ブレード位置を自動制御するブレード制御システムを開示している。特許文献1に記載のブレード制御システムは、設計面とブレードの刃先との距離が第1距離を上回っていると距離判定部によって判定された場合には掘削制御を実行し、設計面とブレードの刃先との距離が第2距離を下回っていると距離判定部によって判定された場合には整地制御を実行し、設計面とブレードの刃先との距離が第1距離以下かつ第2距離以上であると距離判定部によって判定された場合には掘削制御または整地制御を実行する。特許文献1において、前記掘削制御は、効率の良い掘削作業を行うために、ブレード負荷を目標負荷に保持させる制御である。また、前記整地制御は、地形を目標の形状にならすために、ブレードの刃先と設計面との距離を目標距離に保持させる制御である。
しかし、特許文献1のブレード制御システムでは、実際の掘削状況に適した制御の選択、すなわち、前記掘削制御及び前記整地制御からの選択ができないという課題がある。例えば、設計面とブレードの刃先との距離が第2距離を下回っている場合には、たとえブレード負荷が大きくても、必ず前記整地制御、すなわち、ブレードの刃先と設計面との距離を目標距離に保持させる制御が行われるので、掘削対象の地面の状態(例えば、土砂の固さ、土砂の種類など)によってはブレード負荷が過大となる。これにより、作業機械がスタックする可能性がある。一方、設計面とブレードの刃先との距離が第1距離を上回っている場合には、ブレード負荷が小さくてブレードの刃先を設計面に合わせるような制御(整地制御)が可能であっても整地制御は行われずに前記掘削制御が行われるので、高い施工効率を得ることができない。
However, the blade control system of
本発明は、ブレードを備えた作業機械に設けられ、実際の掘削状況に適した制御の選択が可能なブレード制御装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a blade control device provided in a work machine provided with a blade and capable of selecting a control suitable for an actual excavation situation.
本発明のブレード制御装置は、機械本体と前記機械本体に対して昇降可能に取り付けられたブレードとを備えた作業機械に設けられ、前記ブレードの昇降動作を制御するための装置である。前記ブレード制御装置は、前記ブレードによる掘削対象の目標形状を特定する目標設計面を設定する目標設計面設定部と、前記作業機械に関する位置情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて前記ブレードの位置であるブレード位置を演算するブレード位置演算部と、前記ブレード位置と前記目標設計面との偏差である位置偏差を演算する偏差演算部と、前記ブレードにかかる負荷であるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、前記ブレード負荷の閾値である第1負荷閾値と前記ブレード負荷の閾値であって前記第1負荷閾値よりも大きな第2負荷閾値と前記位置偏差の閾値である位置閾値とを記憶する記憶部と、前記ブレードの動作を制御するブレード動作制御部と、を備え、前記ブレード動作制御部は、前記ブレード負荷が前記第1負荷閾値以下であり、かつ、前記位置偏差が前記位置閾値以上である場合に、前記ブレードが下降して前記位置偏差がゼロに近づくように前記ブレードの動作を制御し、前記ブレード動作制御部は、前記ブレード負荷が前記第2負荷閾値以上である場合に、前記位置偏差にかかわらず、前記ブレードが上昇するように前記ブレードの動作を制御する。 A blade control device according to the present invention is provided on a work machine including a machine body and a blade that is attached to the machine body so as to be able to move up and down, and is a device for controlling the up and down operation of the blade. The blade control device, a target design surface setting unit that sets a target design surface that specifies a target shape of an excavation target by the blade, a position information acquisition unit that acquires position information about the work machine, and the position information acquisition unit A blade position calculation unit that calculates a blade position that is the position of the blade based on the position information obtained by a deviation calculation unit that calculates a position deviation that is a deviation between the blade position and the target design surface. A blade load obtaining unit that obtains a blade load that is a load applied to the blade, a first load threshold that is a threshold of the blade load, and a second load threshold that is a threshold of the blade load and is larger than the first load threshold. And a storage unit that stores a position threshold value that is a threshold value of the position deviation, and a blade operation control unit that controls the operation of the blade. The blade operation control unit is configured such that, when the blade load is equal to or less than the first load threshold, and the position deviation is equal to or greater than the position threshold, the blade descends and the position deviation approaches zero. Controlling the operation of the blade, the blade operation control unit, when the blade load is greater than or equal to the second load threshold, regardless of the position deviation, controls the operation of the blade so that the blade rises I do.
本発明のブレード制御装置では、上記のような制御が行われるので、実際の掘削状況に適した制御の選択が可能になる。具体的には次の通りである。このブレード制御装置では、前記位置偏差が前記位置閾値以上の値であってもブレード負荷が第1負荷閾値以下の小さい値であるときにはブレード位置を目標設計面に近づける制御が行われる。このことは、ブレードによる施工面を迅速に目標設計面に近づけることを可能にするので、施工効率を向上させる。また、本発明のブレード制御装置では、ブレード負荷が第2負荷閾値以上の大きな値であるときには、たとえ前記位置偏差が小さくても、前記位置偏差にかかわらず、ブレードを上昇させる制御が行われる。このことは、掘削対象の地面がどのような状態であってもブレード負荷が過大になることを抑制し、作業機械がスタックすることを抑制する。 In the blade control device of the present invention, since the above-described control is performed, it is possible to select a control suitable for an actual excavation condition. Specifically, it is as follows. In this blade control device, control is performed to bring the blade position closer to the target design surface when the blade load is a small value equal to or smaller than the first load threshold even if the position deviation is equal to or larger than the position threshold. This makes it possible to quickly bring the construction surface with the blade closer to the target design surface, thereby improving construction efficiency. Further, in the blade control device of the present invention, when the blade load is a large value equal to or larger than the second load threshold, control is performed to raise the blade regardless of the position deviation even if the position deviation is small. This suppresses the blade load from becoming excessive regardless of the state of the ground to be excavated, and prevents the working machine from being stuck.
前記ブレード制御装置において、前記ブレード負荷が前記第1負荷閾値よりも大きくて前記第2負荷閾値よりも小さく、かつ、前記位置偏差が前記位置閾値以上である場合には、前記機械本体に対する前記ブレードの相対位置が保持されることが好ましい。 In the blade control device, when the blade load is larger than the first load threshold and smaller than the second load threshold, and the position deviation is equal to or more than the position threshold, the blade with respect to the machine main body. Is preferably maintained.
この態様では、ブレード負荷の増大が抑制されるので、施工面のうねりの発生が抑制される。具体的には次の通りである。この態様において、ブレード負荷が前記第1負荷閾値よりも大きくて前記第2負荷閾値よりも小さい領域である中間負荷領域は、ブレードに対して適度な負荷がかかる領域である。前記位置偏差が前記位置閾値(第1位置閾値)以上である場合、具体的には、ブレード位置と目標設計面との偏差が大きい場合に、前記位置偏差をゼロに近づける制御が行われると、ブレードが地中に深く入り込みすぎてブレード負荷が前記適度な負荷から第2負荷閾値以上に増大する可能性が高まる。ブレード負荷が第2負荷閾値以上になると、前記位置偏差にかかわらず、ブレードを上昇させる制御が行われる。このようにブレード位置が上昇することは、施工面のうねり(波打ち)の発生の原因となる。したがって、本態様では、適度な負荷状態の前記中間負荷領域において、前記位置偏差が前記位置閾値(第1位置閾値)以上である場合には、ブレード動作制御部は前記機械本体に対する前記ブレードの相対位置を変えるような制御を行わず、当該相対位置が保持される。このことは、ブレード負荷の増大を抑制し、施工面のうねりの発生を抑制する。 In this aspect, since an increase in the blade load is suppressed, the occurrence of undulation on the construction surface is suppressed. Specifically, it is as follows. In this aspect, the intermediate load region in which the blade load is larger than the first load threshold and smaller than the second load threshold is a region where an appropriate load is applied to the blade. When the position deviation is equal to or greater than the position threshold (first position threshold), specifically, when the deviation between the blade position and the target design surface is large, when control is performed to make the position deviation close to zero, There is a high possibility that the blade load will increase from the moderate load to the second load threshold or more due to the blade penetrating too deeply into the ground. When the blade load is equal to or greater than the second load threshold, control is performed to raise the blade regardless of the position deviation. The elevation of the blade position in this way causes the construction surface to undulate (undulate). Therefore, in the present aspect, when the position deviation is equal to or larger than the position threshold (first position threshold) in the intermediate load region in an appropriate load state, the blade operation control unit sets the relative position of the blade to the machine body. The relative position is maintained without performing control to change the position. This suppresses an increase in blade load and suppresses undulation on the construction surface.
前記ブレード制御装置において、前記ブレード動作制御部は、前記ブレード負荷が前記第1負荷閾値よりも大きくて前記第2負荷閾値よりも小さく、かつ、前記位置偏差が前記位置閾値よりも小さい場合に、前記位置偏差がゼロに近づくように前記ブレードの動作を制御してもよい。 In the blade control device, the blade operation control unit, when the blade load is larger than the first load threshold and smaller than the second load threshold, and, when the position deviation is smaller than the position threshold, The operation of the blade may be controlled so that the position deviation approaches zero.
この態様では、ブレード動作制御部は、当該中間負荷領域において、前記位置偏差が前記位置閾値(第1位置閾値)よりも小さい場合にブレード位置を前記目標設計面に近づける制御を行う。このことは、施工効率を向上させる。具体的には次の通りである。前記位置偏差が前記位置閾値(第1位置閾値)より小さい場合、具体的には、ブレード位置と目標設計面との偏差が小さい場合には、前記位置偏差をゼロに近づける制御が行われたとしても、ブレード位置が目標設計面に近いので、ブレードが地中に深く入り込みすぎてブレード負荷が第2負荷閾値以上に増大する可能性が低い。したがって、本態様では、かかる場合に、ブレード動作制御部はブレード位置を前記目標設計面に近づける制御を行う。このことは、ブレードによる施工面を迅速に目標設計面に近づけることを可能にするので、施工効率を向上させる。 In this aspect, in the intermediate load region, when the position deviation is smaller than the position threshold (first position threshold), the blade operation control unit performs control to bring the blade position closer to the target design surface. This improves construction efficiency. Specifically, it is as follows. If the position deviation is smaller than the position threshold value (first position threshold value), specifically, if the deviation between the blade position and the target design surface is small, it is assumed that control has been performed to bring the position deviation closer to zero. Also, since the blade position is close to the target design surface, there is a low possibility that the blade enters the ground too deeply and the blade load increases beyond the second load threshold. Therefore, in this aspect, in such a case, the blade operation control unit performs control to bring the blade position closer to the target design surface. This makes it possible to quickly bring the construction surface with the blade closer to the target design surface, thereby improving construction efficiency.
前記ブレード制御装置において、前記位置閾値が第1位置閾値であり、前記記憶部は、前記位置偏差の閾値であって前記第1位置閾値よりも小さい第2位置閾値をさらに記憶し、前記ブレード動作制御部は、前記ブレード負荷が前記第1負荷閾値以下であり、かつ、前記位置偏差が前記第2位置閾値以下である場合に、前記ブレードが上昇して前記位置偏差がゼロに近づくように前記ブレードの動作を制御してもよい。 In the blade control device, the position threshold is a first position threshold, and the storage unit further stores a second position threshold that is a threshold of the position deviation and is smaller than the first position threshold. The control unit is configured such that, when the blade load is equal to or less than the first load threshold, and the position deviation is equal to or less than the second position threshold, the blade moves up so that the position deviation approaches zero. The operation of the blade may be controlled.
この態様では、前記位置偏差が第2位置閾値以下になるとブレードを上昇させる制御が行われるので、ブレードが目標設計面を下回ることによる掘りすぎを抑制することができる。 In this aspect, when the position deviation is equal to or less than the second position threshold, control is performed to raise the blade, so that excessive digging due to the blade falling below the target design surface can be suppressed.
以上のように、本発明によれば、実際の掘削状況に適した制御の選択が可能なブレード制御装置が提供される。 As described above, according to the present invention, a blade control device capable of selecting control suitable for an actual excavation situation is provided.
本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[作業機械の全体構造]
図1は、本発明の実施の形態に係るブレード制御装置が搭載される作業機械の例である油圧ショベル1を示す側面図である。この油圧ショベル1は、地面Gの上を走行可能な走行装置2(下部走行体)と、前記走行装置2に搭載される車体3(上部旋回体)と、車体3に搭載される作業装置と、走行装置2又は車体3に搭載されるブレード4(ドーザ)と、を備える。前記走行装置2及び前記車体3は、前記作業機械の機体本体を構成する。前記車体3は、旋回フレーム、エンジン、運転室などを有する。
[Overall structure of work machine]
FIG. 1 is a side view showing a
前記車体3に搭載される前記作業装置は、ブーム5、アーム6及びバケット7を含む。前記ブーム5は、前記旋回フレームの前端に起伏可能すなわち水平軸回りに回動可能に支持される基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記アーム6は、前記ブーム5の先端部に水平軸回りに回動可能に取付けられる基端部と、その反対側の先端部と、を有する。前記バケット7は、前記アーム6の先端部に回動可能に取付けられる。
The working device mounted on the
油圧ショベル1は、ブーム5、アーム6及びバケット7のそれぞれについて設けられるブームシリンダ、アームシリンダ及びバケットシリンダを有する。前記ブームシリンダは、前記車体3と前記ブーム5との間に介在し、当該ブーム5に起伏動作を行わせるように伸縮する。前記アームシリンダは、前記ブーム5と前記アーム6との間に介在し、当該アーム6に回動動作を行わせるように伸縮する。前記バケットシリンダは、前記アーム6と前記バケット7との間に介在し、当該バケット7に回動動作を行わせるように伸縮する。
The
前記走行装置2又は車体3に搭載される前記ブレード4は、地面の掘削、整地、土砂の運搬などの作業を行うために設けられている。具体的には、ブレード4は、リフトフレーム4aに支持されており、当該リフトフレーム4aは、走行装置2に対して水平軸4b回りに回動可能に支持されている。したがって、ブレード4は、走行装置2に対して上下方向に変位することができる。
The blade 4 mounted on the traveling
油圧ショベル1は、ブレード4について設けられるリフトシリンダ8を有する。当該リフトシリンダ8は、ヘッド側室8h及びロッド側室8r(図1参照)を有し、当該ヘッド側室8hに作動油が供給されることにより伸長してブレード4を下げ方向に動かすとともに前記ロッド側室8r内の作動油を排出する一方、前記ロッド側室8rに作動油が供給されることにより収縮してブレード4を上げ方向に動かすとともに前記ヘッド側室8h内の作動油を排出する。
The
油圧ショベル1は、図略の油圧回路を有する。前記油圧回路は、前記ブームシリンダ、前記アームシリンダ、前記バケットシリンダ及び前記リフトシリンダ8を含む。また、前記油圧回路は、油圧ポンプ9(図1参照)と、リフトシリンダ制御用比例弁41(図2参照)と、図略のリフトシリンダ流量制御弁と、をさらに含む。
The
[ブレード制御装置]
図2は、ブレード制御装置100の主要な機能を示すブロック図である。ブレード制御装置100は、ブレード4の昇降動作を制御するために設けられている。ブレード制御装置100は、コントローラ10(メカトロコントローラ)と、位置情報取得部と、ブレード負荷取得部34と、自動制御スイッチ35と、ブレード4を操作するための走行レバー36と、を備える。前記コントローラ10は、例えばマイクロコンピュータからなり、前記油圧回路に含まれる各要素の動作を制御する。
[Blade control unit]
FIG. 2 is a block diagram illustrating main functions of the
前記位置情報取得部は、油圧ショベル1に関する位置情報を取得する機能を有する。具体的には、本実施形態では、前記位置情報取得部は、車体位置取得部31と、車体角度取得部32と、ブレード角度取得部33と、を含む。前記車体位置取得部31は、前記機械本体の位置である車体位置を取得する機能を有する。前記車体位置取得部31は、例えばGNSS(Global Navigation Satellite System)のレシーバ(GNSSセンサ)によって構成され、車体3の位置である車体位置を示すGNSSデータを受信する。車体角度取得部32は、車体3の角度である車体角度を取得する機能を有する。車体角度取得部32は、グローバル座標系における車体3の角度を検出する車体角度センサによって構成されている。前記ブレード角度取得部33は、前記ブレード4の角度を取得する機能を有する。ブレード角度取得部33は、グローバル座標系におけるブレード4の角度を検出するブレード角度センサによって構成されている。
The position information acquisition unit has a function of acquiring position information on the
図1に示すように、車体位置取得部31及び車体角度取得部32は車体3の上部に取り付けられており、ブレード角度取得部33はブレード4の上部に取り付けられるが、これらの取り付け位置は図1に示す具体例に限られない。これらの取得部31,32,33により生成される電気信号である検出信号は、前記コントローラ10に入力される。
As shown in FIG. 1, the vehicle body
本実施形態では、前記ブレード負荷取得部34は、掘削作業時に前記ブレード4にかかる負荷であるブレード負荷を取得する機能を有する。当該ブレード負荷は、例えばブレード4を駆動する油圧ポンプ9のポンプ圧に対応するものである。したがって、ブレード負荷取得部34は、前記ポンプ圧を検出することにより前記ブレード負荷を検出可能である。本実施形態では、前記ブレード負荷取得部34は、リフトシリンダ8のヘッド側室8hにおける作動油の圧力であるヘッド圧P1を検出するヘッド圧センサ34Hと、リフトシリンダ8のロッド側室8rにおける作動油の圧力であるロッド圧P2を検出するロッド圧センサ34Rと、を含む。前記センサ34H及び34Rのそれぞれは、その検出した物理量をこれに対応する電気信号である検出信号に変換して前記コントローラ10に入力する。
In the present embodiment, the blade load obtaining unit 34 has a function of obtaining a blade load that is a load applied to the blade 4 during excavation work. The blade load corresponds to, for example, the pump pressure of the
自動制御スイッチ35は、運転室内に配置されるとともに、前記コントローラ10に電気的に接続される。当該自動制御スイッチ35は、前記コントローラ10の制御モードを手動操作モードから自動制御モードに切換えるための操作を受けて当該操作に係るモード指令信号を前記コントローラ10に入力する。前記コントローラ10は、前記自動制御スイッチ35から入力されるモード指令信号により前記手動操作モードから前記自動制御モードに切換えられる。
The
前記自動制御モードでは、当該コントローラ10は、ブレード4により施工される施工面が予め設定された目標設計面に近づくように前記リフトシリンダ8の動作を自動制御するように構成されている。リフトシリンダ8の動作を制御するための前記リフトシリンダ制御用比例弁41への指令値(指令電流)が当該コントローラ10から出力されると、当該指令値に応じて比例弁41の2次圧が変化し、その2次圧に応じて前記リフトシリンダ流量制御弁の開度が変化する。その結果、前記油圧ポンプ9からリフトシリンダ8へ供給される作動油の供給流量及び供給方向が変化し、リフトシリンダ8の動作速度や駆動方向が制御される。一方、前記手動操作モードでは、作業者が走行レバー36を操作すると、その操作信号がコントローラ10に入力され、前記リフトシリンダ制御用比例弁41への指令値が当該コントローラ10から出力される。
In the automatic control mode, the
前記コントローラ10は、前記自動制御を実行するための機能として、目標設計面設定部11と、ブレード位置演算部12と、記憶部13と、偏差演算部14と、ブレード動作制御部15と、閾値設定部16と、を有する。
The
前記目標設計面設定部11は、前記ブレード4による掘削対象の目標形状を特定する目標設計面を設定する。前記目標設計面設定部11は、前記運転室内に設けられた目標設計面入力部により入力された設計面を記憶する。この目標設計面は、掘削対象である地盤の目標形状であって3次元の設計地形を特定する面である。当該目標設計面は、CIMなどの外部データによって特定されてもよいし、機体位置を基準にして設定されたものでもよい。
The target design
前記ブレード位置演算部12は、前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて、グローバル座標系における前記ブレード4の位置であるブレード位置を演算する。本実施形態では、ブレード位置演算部12は、車体位置取得部31により取得された前記車体位置と、車体角度取得部32により取得された前記車体角度と、ブレード角度取得部33により取得された前記ブレード4の角度とに基づいて、前記ブレード位置を演算する。すなわち、基準点から前記車体位置までのベクトルと前記車体位置から前記ブレード位置までのベクトルとの和から前記ブレード位置が演算される。このように本実施形態では、グローバル座標系における前記車体角度と前記ブレード4の角度の相対角度によりブレード位置を演算しているが、ブレード位置の演算方法はこれに限られない。ブレード位置は、例えばリフトシリンダ8の長さに基づいて演算されてもよく、ブレード4にGNSSのレシーバ(GNSSセンサ)を取り付け、当該GNSSセンサが受信するGNSSデータに基づいて演算されてもよい。
The
偏差演算部14は、前記ブレード位置と前記目標設計面SDとの偏差である位置偏差ΔZを演算する。
The
図3は、目標設計面SD、現状面SP、及び位置偏差ΔZの関係を説明するための概略図である。なお、図3では、油圧ショベル1(作業機械)を簡略化して図示している。本実施形態では、図3に示すように、前記ブレード位置は、ブレード4の先端である刃先位置(ブレード4の先端の下縁の位置)に設定されているが、ブレード4の他の部位に設定されていてもよい。前記位置偏差ΔZは、前記ブレード位置と前記目標設計面SDとの偏差である。すなわち、前記位置偏差ΔZは、前記ブレード位置(ブレード4の刃先高さ)から前記目標設計面SDの高さを引き算することにより得られる。図3に示す現状面SPは、掘削対象の地面である。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the relationship between the target design plane SD, the current plane SP, and the positional deviation ΔZ. In FIG. 3, the excavator 1 (work machine) is shown in a simplified manner. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the blade position is set at the blade edge position (the lower edge position of the blade 4), which is the tip of the blade 4, but is set at another position of the blade 4. It may be set. The position deviation ΔZ is a deviation between the blade position and the target design surface SD. That is, the positional deviation ΔZ is obtained by subtracting the height of the target design surface SD from the blade position (the cutting edge height of the blade 4). The current plane SP shown in FIG. 3 is the ground to be excavated.
前記閾値設定部16は、ブレード動作制御部15における演算に使用される第1負荷閾値f1、第2負荷閾値f2、第1位置閾値Z1及び第2位置閾値Z2を設定する。これらの閾値は、作業者が掘削作業前にコントローラ10に手動で入力してもよく、掘削作業中にコントローラ10により適宜演算されるものであってもよい。
The threshold
前記記憶部13は、前記閾値設定部16により設定された第1負荷閾値f1、第2負荷閾値f2、第1位置閾値Z1、及び第2位置閾値Z2を記憶する。
The
前記第1負荷閾値f1は、油圧ショベル1が安定して走行可能な適正なブレード負荷fに対応する値に設定される。第2負荷閾値f2は、安定して効率のよい掘削動作を実現するために設定された値である。前記第2負荷閾値f2は、ブレード負荷fが過大になってスタック(ブレード負荷fが過大になって作業機械が前進することが困難になる状態)等が発生するという事態の発生を未然に防止するために設定された値である。したがって、第2負荷閾値f2は第1負荷閾値f1よりも大きい値に設定される。第2負荷閾値f2は、上記のような事態が発生するブレード負荷fよりも小さい値に設定されるのが好ましい。すなわち、第2負荷閾値f2は、ブレード負荷fが第2負荷閾値f2に達した場合であっても、作業機械が走行可能な値に設定されるのが好ましい。
The first load threshold f1 is set to a value corresponding to an appropriate blade load f at which the
第1位置閾値Z1は、ブレード負荷fが第1負荷閾値f1以下である場合に、ブレード4を下降させて位置偏差がゼロに近づくようにブレードの動作を制御するか否かを判定する基準になる値である。また、第1位置閾値Z1は、ブレード負荷fが中間負荷領域にある場合、すなわち、ブレード負荷fが第1負荷閾値f1より大きく第2負荷閾値f2より小さい場合に、前記機体本体に対するブレード4の相対位置を保持するか否かを判定する基準になる値である。第1位置閾値Z1は例えばゼロ又は正の値に設定される。第2位置閾値Z1は、ブレード負荷fが前記中間領域にある場合に、ブレード4を上昇させて位置偏差がゼロに近づくようにブレードの動作を制御するか否かを判定する基準になる値である。したがって、第2位置閾値Z2は第1位置閾値Z1よりも小さい値に設定される。 The first position threshold value Z1 is based on a criterion for determining whether or not to control the operation of the blade so that the blade 4 descends and the position deviation approaches zero when the blade load f is equal to or less than the first load threshold value f1. Value. When the blade load f is in the intermediate load region, that is, when the blade load f is larger than the first load threshold f1 and smaller than the second load threshold f2, the first position threshold Z1 is determined by the blade 4 with respect to the body of the aircraft. This is a value that serves as a reference for determining whether to maintain the relative position. The first position threshold value Z1 is set to, for example, zero or a positive value. The second position threshold value Z1 is a value that serves as a criterion for determining whether or not to control the operation of the blade 4 so as to raise the blade 4 so that the position deviation approaches zero when the blade load f is in the intermediate region. is there. Therefore, the second position threshold value Z2 is set to a value smaller than the first position threshold value Z1.
前記ブレード動作制御部15は、リフトシリンダ8の動作を制御するための前記リフトシリンダ制御用比例弁41への指令値を演算し出力する。ブレード動作制御部15には、自動制御スイッチ35の自動制御スイッチ操作信号と、走行レバー36の走行レバー操作信号と、ブレード負荷取得部34で取得されたブレード負荷fと、閾値設定部16で設定されて記憶部13に記憶された各閾値と、偏差演算部14により演算された位置偏差ΔZとが入力され、これらに基づいてリフトシリンダ制御用比例弁41に出力する指令電流が演算される。
The blade
次に、前記自動制御モードにおいて前記コントローラ10が前記ブレード4の駆動について行う制御動作を、図4のフローチャートを参照しながら説明する。
Next, a control operation performed by the
自動制御スイッチ35(図2参照)がオンになると、コントローラ10は、自動制御の初期動作を行う(ステップS0)。当該初期動作では、コントローラ10は、当該コントローラ10に入力される信号、具体的には各センサの検出信号や指定信号を取り込む。当該指定信号には、オペレータによる目標設計面の入力部の操作により指定される目標設計面についての信号や、ブレード負荷取得部34により取得されるブレード負荷fについての信号、車体位置取得部31により取得される前記車体位置についての信号、車体角度取得部32により取得される車体角度についての信号、ブレード角度取得部33により取得される前記ブレード4の角度についての信号、走行レバー36が受ける操作に対応する走行速度についての信号などが含まれる。これらの指定信号に基づき、前記コントローラ10は、油圧ショベル1の初期状態を取得する。また、コントローラ10の目標設計面設定部11は、前記目標設計面についての前記信号に基づいて、目標設計面を設定する。そして、コントローラ10のブレード動作制御部15は、以下のようにブレード4の動作を制御する。
When the automatic control switch 35 (see FIG. 2) is turned on, the
ブレード動作制御部15は、ブレード負荷取得部34により取得されるブレード負荷fが第2負荷閾値f2以上であるか否かを判定する(ステップS1)。ブレード負荷fが第2負荷閾値f2以上である場合(ステップS1においてYES)、ブレード動作制御部15は、ブレード4が上昇するようにブレード4の動作を制御し(ステップS2)、コントローラ10は、ステップS1の処理を再び行う。
The blade
ブレード負荷fが第2負荷閾値f2より小さい場合(ステップS1においてNO)、ブレード動作制御部15は、ブレード負荷fが第1負荷閾値f1以下であるか否かを判定する(ステップS3)。
When the blade load f is smaller than the second load threshold f2 (NO in step S1), the blade
ブレード負荷fが第1負荷閾値f1以下である場合(ステップS3においてYES)、ブレード動作制御部15は、前記位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以上であるか否かを判定する(ステップS4)。
If the blade load f is equal to or less than the first load threshold f1 (YES in step S3), the blade
前記位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以上である場合(ステップS4においてYES)、ブレード動作制御部15は、整地制御を行う(ステップS5)。具体的には、ブレード動作制御部15は、前記ブレード4が下降して前記位置偏差ΔZがゼロに近づくように前記ブレード4の動作を制御し(ステップS5)、コントローラ10は、ステップS1の処理を再び行う。
When the position deviation ΔZ is equal to or larger than the first position threshold value Z1 (YES in step S4), the blade
一方、前記位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1より小さい場合(ステップS4においてNO)、ブレード動作制御部15は、前記位置偏差ΔZが第2位置閾値Z2以下であるか否かを判定する(ステップS6)。
On the other hand, when the position deviation ΔZ is smaller than the first position threshold value Z1 (NO in step S4), the blade
前記位置偏差ΔZが第2位置閾値Z2以下である場合(ステップS6においてYES)、ブレード動作制御部15は、整地制御を行う。具体的には、ブレード動作制御部15は、前記ブレード4が上昇して前記位置偏差ΔZがゼロに近づくように前記ブレード4の動作を制御し(ステップS7)、コントローラ10は、ステップS1の処理を再び行う。
When the position deviation ΔZ is equal to or smaller than the second position threshold value Z2 (YES in step S6), the blade
前記位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1より小さく(ステップS4においてNO)、かつ、前記位置偏差ΔZが第2位置閾値Z2より大きい場合(ステップS6においてNO)、ブレード動作制御部15は、前記機体本体に対するブレード4の相対位置を変えるような制御(ブレード4を上昇動作又は下降動作させる制御)を行わず、当該相対位置は保持され、コントローラ10は、ステップS1の処理を再び行う。
When the position deviation ΔZ is smaller than the first position threshold value Z1 (NO in step S4) and when the position deviation ΔZ is larger than the second position threshold value Z2 (NO in step S6), the blade
また、ブレード負荷fが第2負荷閾値f2より小さく(ステップS1においてNO)、かつ、ブレード負荷fが第1負荷閾値f1より大きい場合(ステップS3においてNO)、すなわち、ブレード負荷fが前記中間負荷領域にある場合には、ブレード動作制御部15は、前記位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以上であるか否かを判定する(ステップS8)。
When the blade load f is smaller than the second load threshold f2 (NO in step S1) and the blade load f is larger than the first load threshold f1 (NO in step S3), that is, when the blade load f is equal to the intermediate load. If it is in the area, the blade
前記位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以上である場合(ステップS8においてYES)、ブレード動作制御部15は、前記機体本体に対するブレード4の相対位置を変えるような制御(ブレード4を上昇動作又は下降動作させる制御)を行わず、当該相対位置は保持される(ステップS9)。言い換えると、ブレード動作制御部15は、前記リフトシリンダ制御用比例弁41への指令を出力しない。すなわち、前記機体本体に対するブレード4のリフト量は前回値が保持される。その後、コントローラ10は、ステップS1の処理を再び行う。
When the position deviation ΔZ is equal to or greater than the first position threshold value Z1 (YES in step S8), the blade
一方、前記位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1より小さい場合(ステップS8においてNO)、ブレード動作制御部15は、整地制御を行う(ステップS10)。具体的には、ブレード動作制御部15は、ブレード4が下降又は上昇して前記位置偏差ΔZがゼロに近づくようにブレード4の動作を制御し(ステップS10)、コントローラ10は、ステップS1の処理を再び行う。
On the other hand, when the position deviation ΔZ is smaller than the first position threshold value Z1 (NO in step S8), the blade
以上説明した図4のフローチャートに示されるブレード制御装置100による制御をまとめると、次のようになる。ブレード制御装置100のコントローラ10は、第1制御モードと、第2制御モードと、第3制御モードとを実行する。前記第1制御モードは、整地制御を行うものであり、前記第2制御モードは、ブレード上昇制御(リフト上げ制御)を行うものであり、前記第3制御モードは、ブレード保持制御(リフト保持制御)を行うものである。
The control by the
前記第1制御モードの前記整地制御は、前記位置偏差ΔZがゼロに近づくようにブレード4の動作を制御するものである。言い換えると、前記整地制御では、ブレード4の刃先(前記ブレード位置)が目標設計面にほぼ一致するようにブレード4の動作が制御される。前記第1制御モードは、ブレード負荷fが第1負荷閾値f1以下である場合に行われる。具体的には、本実施形態では、前記第1制御モードは、ブレード負荷fが第1負荷閾値f1以下であり、かつ、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以上である場合に行われる(ステップS5)。また、前記第1制御モードは、ブレード負荷fが第1負荷閾値f1以下であり、かつ、位置偏差ΔZが第2位置閾値Z2以下である場合にも行われる(ステップS7)。さらに、前記第1制御モードは、前記中間負荷領域において、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1よりも小さい場合にも行われる(ステップS10)。 The leveling control in the first control mode controls the operation of the blade 4 so that the position deviation ΔZ approaches zero. In other words, in the leveling control, the operation of the blade 4 is controlled such that the blade edge (the blade position) of the blade 4 substantially matches the target design surface. The first control mode is performed when the blade load f is equal to or less than the first load threshold f1. Specifically, in the present embodiment, the first control mode is performed when the blade load f is equal to or less than the first load threshold value f1 and the position deviation ΔZ is equal to or greater than the first position threshold value Z1 (step S1). S5). The first control mode is also performed when the blade load f is equal to or less than the first load threshold f1 and the position deviation ΔZ is equal to or less than the second position threshold Z2 (step S7). Further, the first control mode is also performed when the position deviation ΔZ is smaller than the first position threshold value Z1 in the intermediate load region (Step S10).
前記第2制御モードでは、ブレード4が上昇するようにブレード4の動作が制御される。前記第2制御モードは、ブレード負荷fが第2負荷閾値f2以上である場合に行われる(ステップS2)。 In the second control mode, the operation of the blade 4 is controlled so that the blade 4 moves up. The second control mode is performed when the blade load f is equal to or more than the second load threshold f2 (Step S2).
前記第3制御モードでは、前記機体本体に対するブレード4の相対位置が保持される。前記第3制御モードは、前記中間負荷領域において、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以上である場合に行われる(ステップS9)。また、本実施形態では、前記第3制御モードは、ブレード負荷fが第1負荷閾値f1以下であり、かつ、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1より小さく第2位置閾値Z2より大きい場合(ステップS6においてNO)にも行われる。 In the third control mode, the relative position of the blade 4 with respect to the body of the aircraft is maintained. The third control mode is performed when the position deviation ΔZ is equal to or larger than the first position threshold value Z1 in the intermediate load region (Step S9). In the present embodiment, the third control mode includes a case where the blade load f is equal to or less than the first load threshold f1 and the position deviation ΔZ is smaller than the first position threshold Z1 and larger than the second position threshold Z2 (step S1). (NO in S6).
図5、図6及び図7は、前記ブレード位置と目標設計面SDとの位置偏差ΔZに基づいたブレード4の動作の制御の例をそれぞれ示すグラフである。図5、図6及び図7に示すブレード4の動作の制御は、前記第1制御モードの整地制御に用いられる。 FIGS. 5, 6, and 7 are graphs respectively showing examples of the control of the operation of the blade 4 based on the positional deviation ΔZ between the blade position and the target design surface SD. The control of the operation of the blade 4 shown in FIGS. 5, 6, and 7 is used for the leveling control in the first control mode.
図5に示す具体例では、第1位置閾値Z1は正の値に設定され、第2位置閾値Z2はゼロに設定されている。図6に示す具体例では、第1位置閾値Z1は正の値に設定され、第2位置閾値Z2は負の値に設定されている。図7に示す具体例では、第1位置閾値Z1のみが設定され、第2位置閾値Z2は設定されていない。なお、上述したように、前記位置偏差ΔZは、前記ブレード位置(ブレード4の刃先高さ)から前記目標設計面SDの高さを引き算することにより得られる値である。したがって、前記ブレード位置が目標設計面SDの高さよりも高い場合には、位置偏差ΔZは正の値になり、前記ブレード位置が目標設計面SDの高さよりも低い場合には、位置偏差ΔZは負の値になる。 In the specific example shown in FIG. 5, the first position threshold value Z1 is set to a positive value, and the second position threshold value Z2 is set to zero. In the specific example shown in FIG. 6, the first position threshold value Z1 is set to a positive value, and the second position threshold value Z2 is set to a negative value. In the specific example shown in FIG. 7, only the first position threshold value Z1 is set, and the second position threshold value Z2 is not set. As described above, the position deviation ΔZ is a value obtained by subtracting the height of the target design surface SD from the blade position (the cutting edge height of the blade 4). Therefore, when the blade position is higher than the height of the target design surface SD, the position deviation ΔZ is a positive value, and when the blade position is lower than the height of the target design surface SD, the position deviation ΔZ is Becomes a negative value.
図5、図6及び図7の制御例では、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以上である場合には(ステップS4においてYES)、位置偏差ΔZが大きくなるにつれてブレード下降指令(リフト下げ指令)の指令値が大きくなる。また、これらの制御例では、位置偏差ΔZが所定の値以上である場合には、前記指令値が一定値(最大値)に設定されている。なお、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以上になると、直ちに前記指令値が一定値(最大値)に設定されるように構成されていてもよい。 In the control examples of FIGS. 5, 6, and 7, when the position deviation ΔZ is equal to or larger than the first position threshold value Z1 (YES in step S4), as the position deviation ΔZ increases, a blade lowering command (a lift lowering command) is issued. Command value increases. In these control examples, when the position deviation ΔZ is equal to or more than a predetermined value, the command value is set to a constant value (maximum value). The command value may be set to a fixed value (maximum value) as soon as the position deviation ΔZ becomes equal to or greater than the first position threshold value Z1.
なお、前記指令値が大きくなるほど、前記リフトシリンダ8の動作速度が上昇し、ブレード4の動作速度が上昇する。
The operating speed of the
図5及び図6の制御例では、第1位置閾値Z1はゼロより若干大きな正の値に設定されており、図7の制御例では、第1位置閾値Z1はゼロに設定されている。 In the control examples of FIGS. 5 and 6, the first position threshold value Z1 is set to a positive value slightly larger than zero, and in the control example of FIG. 7, the first position threshold value Z1 is set to zero.
図5及び図6の制御例では、位置偏差ΔZが第2位置閾値Z2以下である場合に(ステップS6においてYES)、位置偏差ΔZが小さくなるにつれてブレード上昇指令(リフト上げ指令)の指令値が大きくなる。また、図7の制御例では、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以下である場合に、位置偏差ΔZが小さくなるにつれてブレード上昇指令(リフト上げ指令)の指令値が大きくなる。これらの制御例では、位置偏差ΔZが所定の値以下である場合には、前記指令値が一定値(最大値)に設定されている。なお、位置偏差ΔZが第2位置閾値Z2以下になると、直ちに前記指令値が一定値(最大値)に設定されるように構成されていてもよい。 In the control examples of FIGS. 5 and 6, when the position deviation ΔZ is equal to or smaller than the second position threshold value Z2 (YES in step S6), as the position deviation ΔZ decreases, the command value of the blade lifting command (lift lifting command) increases. growing. In the control example of FIG. 7, when the position deviation ΔZ is equal to or smaller than the first position threshold value Z1, the command value of the blade raising command (lifting command) increases as the position deviation ΔZ decreases. In these control examples, when the position deviation ΔZ is equal to or smaller than a predetermined value, the command value is set to a constant value (maximum value). Note that the command value may be set to a constant value (maximum value) as soon as the position deviation ΔZ becomes equal to or less than the second position threshold value Z2.
図5の制御例では、第2位置閾値Z2はゼロに設定されており、図6の制御例では、第2位置閾値Z2はゼロより若干小さな負の値に設定されている。図7の制御例では、第1位置閾値Z1はゼロに設定されている。 In the control example of FIG. 5, the second position threshold value Z2 is set to zero, and in the control example of FIG. 6, the second position threshold value Z2 is set to a negative value slightly smaller than zero. In the control example of FIG. 7, the first position threshold value Z1 is set to zero.
図5及び図6の制御例では、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1より小さく第2位置閾値Z2より大きい場合に(ステップS6においてNO)、ブレード下降動作(リフト下げ)及びブレード上昇動作(リフト上げ)の何れもが行われず、前記機体本体に対するブレード4の相対位置が保持される(上述の第3制御モード)。このように位置偏差ΔZがゼロの近傍の領域において前記相対位置が保持される領域(不感帯)を設けることにより、位置偏差ΔZがゼロの近傍の領域においてブレード4の上下動が過度に生じるのを抑制できる。 In the control examples of FIGS. 5 and 6, when the position deviation ΔZ is smaller than the first position threshold value Z1 and larger than the second position threshold value Z2 (NO in step S6), the blade lowering operation (lift lowering) and the blade raising operation (lifting) ) Is not performed, and the relative position of the blade 4 with respect to the machine body is maintained (the above-described third control mode). By providing a region (dead zone) in which the relative position is held in a region where the positional deviation ΔZ is near zero, it is possible to prevent excessive movement of the blade 4 in a region where the positional deviation ΔZ is near zero. Can be suppressed.
ブレード負荷fが第2負荷閾値f2よりも小さい領域において、前記第1制御モードが実行される条件が満たされると、図5、図6及び図7の制御例のように、ブレード4の刃先高さが目標設計面SDよりも高い場合には、位置偏差ΔZが大きくなるのに応じてブレード降下指令(リフト下げ指令)の指令値が大きくなるようにブレード下降動作(リフト下げ)が実行される。一方、ブレード4の刃先高さが目標設計面SDよりも低い場合には、位置偏差ΔZが小さくなるのに応じて(位置偏差ΔZの絶対値が大きくなるのに応じて)ブレード上昇指令(リフト上げ指令)の指令値が大きくなるようブレード上昇動作(リフト上げ)が実行される。このような第1制御モードが実行されることにより、ブレード4の刃先高さを目標設計面SDの高さと一致させるようにリフト量(機械本体に対するブレード4の相対位置)が制御され、ブレード4による整地が行われる。 In a region where the blade load f is smaller than the second load threshold f2, when the condition for executing the first control mode is satisfied, the edge height of the blade 4 is increased as in the control examples of FIGS. 5, 6, and 7. When the height is higher than the target design plane SD, the blade lowering operation (lift lowering) is executed so that the command value of the blade lowering command (lift lowering command) increases as the position deviation ΔZ increases. . On the other hand, when the cutting edge height of the blade 4 is lower than the target design surface SD, the blade lift command (lift) is made smaller as the position deviation ΔZ becomes smaller (as the absolute value of the position deviation ΔZ becomes larger). The blade raising operation (lift raising) is performed so that the command value of the raising command is increased. By executing such a first control mode, the lift amount (the relative position of the blade 4 with respect to the machine main body) is controlled so that the cutting edge height of the blade 4 matches the height of the target design surface SD. Leveling is performed by
図8は、ブレード負荷fに基づいたブレード4の動作の制御の一例を示すグラフである。図8に示すブレード4の動作の制御は、前記第2制御モードのブレード上昇制御(リフト上げ制御)に用いられる。 FIG. 8 is a graph illustrating an example of control of the operation of the blade 4 based on the blade load f. The control of the operation of the blade 4 shown in FIG. 8 is used for the blade raising control (lift raising control) in the second control mode.
図8の制御例では、ブレード負荷fが第2負荷閾値f2以上である場合に(ステップS1においてYES)、ブレード負荷fが大きくなるにつれてブレード上昇指令(リフト上げ指令)の指令値が大きくなる。また、この制御例では、ブレード負荷fが所定の値以上である場合には、前記指令値が一定値(最大値)に設定されている。なお、ブレード負荷fが第2負荷閾値f2以上になると、直ちに前記指令値が一定値(最大値)に設定されるように構成されていてもよい。 In the control example of FIG. 8, when the blade load f is equal to or more than the second load threshold f2 (YES in step S1), the command value of the blade lift command (lift command) increases as the blade load f increases. In this control example, when the blade load f is equal to or more than a predetermined value, the command value is set to a constant value (maximum value). Note that the command value may be set to a constant value (maximum value) as soon as the blade load f becomes equal to or more than the second load threshold value f2.
図8に示す制御例のようにブレード負荷fが第2負荷閾値f2以上である場合に、前記第2制御モードが実行されると、ブレード負荷fの増大に応じてリフト上げ制御が行われるので、ブレード4の刃先が上昇し、ブレード負荷fが小さくなる。これにより、ブレード負荷fの増大によって作業機械の走行がスタックすることを防止できる。 When the second control mode is executed when the blade load f is equal to or more than the second load threshold f2 as in the control example shown in FIG. 8, the lift-up control is performed according to the increase in the blade load f. The blade edge of the blade 4 rises, and the blade load f decreases. Thereby, it is possible to prevent the traveling of the work machine from being stuck due to an increase in the blade load f.
また、前記中間負荷領域において、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1以上である場合には(ステップS8においてYES)、第3制御モードが実行され、前記機体本体に対するブレード4の相対位置が保持される。これにより、作業機械の走行がスタックしない範囲でブレード4の刃先高さが固定されたまま掘削が行われるので、ブレード4の不必要な上下動が抑制され、施工面(掘削面)を滑らかにする効果が得られる。 When the position deviation ΔZ is equal to or larger than the first position threshold value Z1 in the intermediate load region (YES in step S8), the third control mode is executed, and the relative position of the blade 4 with respect to the body of the aircraft is held. You. As a result, the excavation is performed while the cutting edge height of the blade 4 is fixed within a range where the traveling of the working machine does not stack, so that unnecessary vertical movement of the blade 4 is suppressed, and the construction surface (excavation surface) is made smooth. The effect to be obtained is obtained.
さらに、前記中間負荷領域において、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1よりも小さい場合には(ステップS8においてNO)、前記第1制御モードが実行される。ここで、図5の制御例のように第2位置閾値Z2(図7の制御例では第1位置閾値Z1)を例えばゼロに設定すると、ブレード4の刃先高さが目標設計面SDよりも低い場合に、第1制御モードによりブレード上昇動作(リフト上げ)が実行され、これにより、ブレード4の刃先高さが目標設計面SDよりも低くなることに起因する掘り過ぎの問題が生じるのを抑制する効果が得られる。 Further, when the position deviation ΔZ is smaller than the first position threshold value Z1 in the intermediate load region (NO in step S8), the first control mode is executed. Here, when the second position threshold value Z2 (the first position threshold value Z1 in the control example of FIG. 7) is set to, for example, zero as in the control example of FIG. 5, the cutting edge height of the blade 4 is lower than the target design surface SD. In this case, the blade raising operation (lift raising) is performed in the first control mode, thereby suppressing the problem of over-digging caused by the blade tip height of the blade 4 becoming lower than the target design surface SD. The effect to be obtained is obtained.
図5及び図6の制御例に示すように第1位置閾値Z1は正の適切な値に設定されてもよい。これらの場合、ブレード負荷fが第1位置閾値Z1と第2位置閾値Z2の間にあり、ブレード4の刃先高さが目標設計面SDよりも高い場合において、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1よりも小さい場合には、ブレード下降動作(リフト下げ)が実行される。これにより、ブレード4の刃先高さを目標設計面SDの高さに一致させた整地を行うことが可能となる。ただし、第1位置閾値Z1をあまり大きな値に設定すると、ブレード負荷fが第1負荷閾値f1と第2負荷閾値f2の間にあり、ブレード4の刃先高さが目標設計面SDの高さから比較的大きく離れた状態でもブレード下降動作(リフト下げ)が実行される。かかる場合には、ブレード負荷fが増大し、直ぐにブレード負荷fが第2負荷閾値f2以上になることによりブレード上昇動作(リフト上げ)が実行される可能性が高まる。かかる場合、ブレード下降動作(リフト下げ)とブレード上昇動作(リフト上げ)が頻繁に行われて施工面(掘削面)にうねり(波打ち)が生じやすくなる。したがって、第1位置閾値Z1は、位置偏差ΔZが当該第1位置閾値Z1よりも小さくかつゼロよりも大きい範囲になってブレード下降動作(リフト下げ)が行われても、ブレード負荷fが第2負荷閾値f2以上にならない程度の値に設定されるのが好ましい。第1位置閾値Z1がこのような値に設定されることで、位置偏差ΔZが第1位置閾値Z1よりも小さくなってブレード下降動作(リフト下げ)が行われ、ブレード負荷fが次第に上昇したとしても、ブレード負荷fが第2負荷閾値f2以上になりにくいので、中間負荷領域において、ブレード4の頻繁な上下動に起因する施工面のうねりの発生を抑制し、安定した整地制御が行われることで施工効率が高まるという効果が得られる。 As shown in the control examples of FIGS. 5 and 6, the first position threshold value Z1 may be set to a positive appropriate value. In these cases, when the blade load f is between the first position threshold value Z1 and the second position threshold value Z2 and the cutting edge height of the blade 4 is higher than the target design surface SD, the position deviation ΔZ is reduced to the first position threshold value Z1. If smaller, a blade lowering operation (lift lowering) is performed. Thereby, it is possible to perform leveling in which the height of the blade tip of the blade 4 matches the height of the target design surface SD. However, if the first position threshold value Z1 is set to an excessively large value, the blade load f is between the first load threshold value f1 and the second load threshold value f2, and the blade edge height of the blade 4 is higher than the target design surface SD. The blade lowering operation (lift lowering) is executed even at a relatively large distance. In such a case, the blade load f increases and the blade load f immediately becomes equal to or more than the second load threshold f2, so that the possibility that the blade raising operation (lift lift) is performed is increased. In such a case, the blade lowering operation (lift lowering) and the blade raising operation (lift raising) are frequently performed, and undulation (undulation) is likely to occur on the construction surface (excavation surface). Therefore, even when the blade deviation operation (lift down) is performed with the position deviation ΔZ being in a range where the position deviation ΔZ is smaller than the first position threshold value Z1 and larger than zero, the blade load f becomes the second position threshold Z1. It is preferable that the value is set to a value that does not exceed the load threshold value f2. When the first position threshold value Z1 is set to such a value, the position deviation ΔZ becomes smaller than the first position threshold value Z1, a blade lowering operation (lift lowering) is performed, and the blade load f gradually increases. In addition, since the blade load f is unlikely to be equal to or more than the second load threshold value f2, the generation of undulation on the construction surface due to frequent vertical movement of the blade 4 is suppressed in the intermediate load region, and stable leveling control is performed. Thus, the effect of increasing the construction efficiency can be obtained.
なお、本発明は以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような態様を包含する。 The present invention is not limited to the embodiment described above. The present invention includes the following embodiments, for example.
本発明に係るブレード制御装置が適用される作業機械は油圧ショベルに限らない。本発明は、例えばホイールローダ、ブルドーザ、グレーダなどのようにブレードを備える他の作業機械に広く適用されることが可能である。 The work machine to which the blade control device according to the present invention is applied is not limited to a hydraulic shovel. The present invention can be widely applied to other work machines including a blade, such as a wheel loader, a bulldozer, and a grader.
1 油圧ショベル(作業機械の一例)
2 走行装置(機械本体の一部)
3 車体(機械本体の一部)
4 ブレード
8 リフトシリンダ
10 コントローラ
11 目標設計面設定部
12 ブレード位置演算部
13 記憶部
14 偏差演算部
15 ブレード動作制御部
16 閾値設定部
31 車体位置取得部
32 車体角度取得部
33 ブレード角度取得部
34 ブレード負荷取得部
100 ブレード制御装置
SD 目標設計面
Z1 第1位置閾値
Z2 第2位置閾値
ΔZ 位置偏差
f ブレード負荷
f1 第1負荷閾値
f2 第2負荷閾値
1 Hydraulic excavator (an example of a working machine)
2 Traveling device (part of machine body)
3 Body (part of machine body)
Reference Signs List 4
Claims (4)
前記ブレードによる掘削対象の目標形状を特定する目標設計面を設定する目標設計面設定部と、
前記作業機械に関する位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記位置情報取得部により取得された前記位置情報に基づいて前記ブレードの位置であるブレード位置を演算するブレード位置演算部と、
前記ブレード位置と前記目標設計面との偏差である位置偏差を演算する偏差演算部と、
前記ブレードにかかる負荷であるブレード負荷を取得するブレード負荷取得部と、
前記ブレード負荷の閾値である第1負荷閾値と前記ブレード負荷の閾値であって前記第1負荷閾値よりも大きな第2負荷閾値と前記位置偏差の閾値である位置閾値とを記憶する記憶部と、
前記ブレードの動作を制御するブレード動作制御部と、を備え、
前記ブレード動作制御部は、前記ブレード負荷が前記第1負荷閾値以下であり、かつ、前記位置偏差が前記位置閾値以上である場合に、前記ブレードが下降して前記位置偏差がゼロに近づくように前記ブレードの動作を制御し、
前記ブレード動作制御部は、前記ブレード負荷が前記第2負荷閾値以上である場合に、前記位置偏差にかかわらず、前記ブレードが上昇するように前記ブレードの動作を制御する、ブレード制御装置。 A blade control device provided in a work machine including a machine main body and a blade that is attached to the machine main body so as to be able to move up and down, and controls a raising and lowering operation of the blade.
A target design surface setting unit that sets a target design surface that specifies a target shape of the excavation target by the blade,
A position information acquisition unit that acquires position information about the work machine,
A blade position calculation unit that calculates a blade position that is a position of the blade based on the position information acquired by the position information acquisition unit,
A deviation calculation unit that calculates a position deviation that is a deviation between the blade position and the target design surface,
A blade load acquisition unit that acquires a blade load that is a load applied to the blade,
A storage unit that stores a first load threshold value that is a threshold value of the blade load, a second load threshold value that is a threshold value of the blade load, and a position threshold value that is a threshold value of the position deviation, and
A blade operation control unit that controls the operation of the blade,
The blade operation control unit is configured such that, when the blade load is equal to or less than the first load threshold, and the position deviation is equal to or greater than the position threshold, the blade descends and the position deviation approaches zero. Controlling the operation of the blade,
The blade control device, wherein the blade operation control unit controls the operation of the blade so that the blade rises regardless of the positional deviation when the blade load is equal to or greater than the second load threshold.
前記記憶部は、前記位置偏差の閾値であって前記第1位置閾値よりも小さい第2位置閾値をさらに記憶し、
前記ブレード動作制御部は、前記ブレード負荷が前記第1負荷閾値以下であり、かつ、前記位置偏差が前記第2位置閾値以下である場合に、前記ブレードが上昇して前記位置偏差がゼロに近づくように前記ブレードの動作を制御する、請求項1〜3の何れか1項に記載のブレード制御装置。
The position threshold is a first position threshold,
The storage unit further stores a second position threshold that is a threshold of the position deviation and is smaller than the first position threshold,
When the blade load is equal to or less than the first load threshold and the position deviation is equal to or less than the second position threshold, the blade moves up and the position deviation approaches zero. The blade control device according to claim 1, wherein the operation of the blade is controlled as described above.
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