JP2021025198A - Shovel - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ショベルに関する。 This disclosure relates to excavators.
例えば、特許文献1には、オペレータが着座する座席の座面に複数の荷重センサを含む検出器が配置され、検出器で得られた圧力分布に基づいてオペレータの覚醒レベルを判定する作業機械が開示されている。
For example, in
また、特許文献2には、オペレータの状態を監視する生体センサが設けられ、生体センサで得られた生体情報に基づいてオペレータの現在の状態を推定し警告または支援を行うショベルが開示されている。
Further,
しかしながら、特許文献1に開示された作業機械では、オペレータの覚醒レベルを判定するための検出器を特別に追加する必要があり、ショベルのコストが上昇する。また、特許文献2に開示されたショベルでは、オペレータの現在の状態を推定するための生体センサを特別に追加する必要があり、ショベルのコストが上昇する。また、オペレータに生体センサを装着させることで、オペレータに不快感を与えるおそれがある。
However, in the work machine disclosed in
そこで、上記課題に鑑み、オペレータの状態を推定するショベルを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, it is an object of the present invention to provide an excavator for estimating the state of the operator.
上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記下部走行体、前記上部旋回体、前記アタッチメントを含む機体に設けられる機体センサと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記機体センサにより計測した物理量に基づいて、オペレータ状態を推定する、ショベルが提供される。 In order to achieve the above object, in one embodiment of the present invention, a lower traveling body, an upper rotating body rotatably mounted on the lower traveling body, an attachment attached to the upper rotating body, and the lower traveling body. Provided by an excavator, the upper swinging body, the body sensor provided in the body including the attachment, and a control device, the control device estimating an operator state based on a physical quantity measured by the body sensor. Will be done.
上述の実施形態によれば、オペレータの状態を推定するショベルを提供することができる。 According to the above-described embodiment, it is possible to provide an excavator for estimating the state of the operator.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
[ショベルの概要]
最初に、図1を参照して、本実施形態に係るショベル100を含むシステムSYSについて説明する。
[Outline of excavator]
First, the system SYS including the
図1は、本実施形態に係る掘削機としてのショベル100を含むシステムSYSの構成例を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration example of a system SYS including an
尚、図1では、ショベル100は、施工対象の上り傾斜面ESに面する水平面に位置すると共に、後述する目標施工面の一例である上り法面BS(つまり、上り傾斜面ESに対する施工後の法面形状)が併せて記載されている。なお、施工対象の上り傾斜面ESには、目標施工面である上り法面BSの法線方向を示す円筒体(図示せず)が設けられている。
In FIG. 1, the
ショベル100は、図示しないダンプトラックに土砂を積み込む。システムSYSは、ダンプトラックに積み込んだ土砂重量を管理するシステムである。本実施形態では、システムSYSは、主に、ショベル100、支援装置200及び管理装置300で構成される。システムSYSを構成するショベル100、支援装置200及び管理装置300はそれぞれ1台であってもよく、複数台であってもよい。本実施形態では、1台のショベル100と、1台の支援装置200と、1台の管理装置300を含む。
The
支援装置200は、携帯端末装置であり、例えば、作業現場にいる作業者等が携帯するノートPC、タブレットPC、スマートフォン等のコンピュータである。ショベル100の操作者が携帯するコンピュータであってもよい。
The
管理装置300は、固定端末装置であり、例えば、作業現場外の管理センタ等に設置されるコンピュータである。管理装置300は、可搬性のコンピュータ(例えば、ノートPC、タブレットPC、スマートフォン等の携帯端末装置)であってもよい。
The
本実施形態に係るショベル100は、下部走行体1と、旋回機構2を介して旋回自在に下部走行体1に搭載される上部旋回体3と、アタッチメント(作業機)を構成するブーム4、アーム5、及び、バケット6と、キャビン10を備える。
The
下部走行体1は、左右一対のクローラが走行油圧モータ1L,1R(後述する図2参照)でそれぞれ油圧駆動されることにより、ショベル100を走行させる。つまり、一対の走行油圧モータ1L,1R(走行モータの一例)は、被駆動部としての下部走行体1(クローラ)を駆動する。
The lower
上部旋回体3は、旋回油圧モータ2A(後述する図2参照)で駆動されることにより、下部走行体1に対して旋回する。つまり、旋回油圧モータ2Aは、被駆動部としての上部旋回体3を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体3の向きを変化させることができる。
The
尚、上部旋回体3は、旋回油圧モータ2Aの代わりに、電動機(以下、「旋回用電動機」)により電気駆動されてもよい。つまり、旋回用電動機は、旋回油圧モータ2Aと同様、非駆動部としての上部旋回体3を駆動する旋回駆動部であり、上部旋回体3の向きを変化させることができる。
The upper
ブーム4は、上部旋回体3の前部中央に俯仰可能に枢着され、ブーム4の先端には、アーム5が上下回動可能に枢着され、アーム5の先端には、エンドアタッチメントとしてのバケット6が上下回動可能に枢着される。ブーム4、アーム5、及びバケット6は、それぞれ、油圧アクチュエータとしてのブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。
The
尚、バケット6は、エンドアタッチメントの一例であり、アーム5の先端には、作業内容等に応じて、バケット6の代わりに、他のエンドアタッチメント、例えば、法面用バケット、浚渫用バケット、ブレーカ等が取り付けられてもよい。
The
キャビン10は、オペレータが搭乗する運転室であり、上部旋回体3の前部左側に搭載される。また、上部旋回体3には、エンジン11が設けられている。
The
また、上部旋回体3には、操作装置(レバー装置26A)、コントローラ30、表示装置40、入力装置42、音声出力装置43、記憶装置47が設けられている。
Further, the
操作装置は、キャビン10の操縦席付近に設けられ、オペレータが各種動作要素(下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、バケット6等)の操作を行うための操作入力手段である。換言すれば、操作装置は、オペレータがそれぞれの動作要素を駆動する油圧アクチュエータ(即ち、走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9等)の操作を行うための操作入力手段である。操作装置は、例えば、ブーム4(ブームシリンダ7)、アーム5(アームシリンダ8)、バケット6(バケットシリンダ9)、上部旋回体3(旋回油圧モータ2A)のそれぞれを操作するレバー装置を含む。なお、後述する図3では、操作装置の一例として、レバー装置26Aを図示する。また、操作装置は、例えば、下部走行体1の左右一対のクローラ(走行油圧モータ1L,1R)のそれぞれを操作するレバー装置やペダル装置を含む。
The operation device is provided near the cockpit of the
コントローラ30(制御装置の一例)は、例えば、キャビン10内に設けられ、ショベル100の駆動制御を行う。コントローラ30は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。例えば、コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、不揮発性の補助記憶装置と、各種入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ30は、例えば、ROMや不揮発性の補助記憶装置に格納される各種プログラムをCPU上で実行することにより各種機能を実現する。
The controller 30 (an example of a control device) is provided in the
表示装置40は、キャビン10内の着座したオペレータから視認し易い場所に設けられ、コントローラ30による制御下で、各種情報画像を表示する。表示装置40は、CAN(Controller Area Network)等の車載通信ネットワークを介してコントローラ30に接続されていてもよいし、一対一の専用線を介してコントローラ30に接続されていてもよい。
The
入力装置42は、キャビン10内の着座したオペレータから手が届く範囲に設けられ、オペレータによる各種操作入力を受け付け、操作入力に応じた信号をコントローラ30に出力する。入力装置42は、各種情報画像を表示する表示装置のディスプレイに実装されるタッチパネル、レバー装置26Aのレバー部の先端に設けられるノブスイッチ、表示装置40の周囲に設置されるボタンスイッチ、レバー、トグル、回転ダイヤル等を含む。入力装置42に対する操作内容に対応する信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The
音声出力装置43は、例えば、キャビン10内に設けられ、コントローラ30と接続され、コントローラ30による制御下で、音声を出力する。音声出力装置43は、例えば、スピーカやブザー等である。音声出力装置43は、コントローラ30からの音声出力指令に応じて各種情報を音声出力する。
The
記憶装置47は、例えば、キャビン10内に設けられ、コントローラ30による制御下で、各種情報を記憶する。記憶装置47は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置47は、ショベル100の動作中に各種機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル100の動作が開始される前に各種機器を介して取得する情報を記憶してもよい。記憶装置47は、例えば、通信装置T1等を介して取得される、或いは、入力装置42等を通じて設定される目標施工面に関するデータを記憶していてもよい。当該目標施工面は、ショベル100のオペレータにより設定(保存)されてもよいし、施工管理者等により設定されてもよい。
The
ブーム角度センサS1は、ブーム4に取り付けられ、ブーム4の上部旋回体3に対する俯仰角度(以下、「ブーム角度」)、例えば、側面視において、上部旋回体3の旋回平面に対してブーム4の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。ブーム角度センサS1は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、6軸センサ、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)等を含んでよい。また、ブーム角度センサS1は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、ブーム角度に対応する油圧シリンダ(ブームシリンダ7)のストローク量を検出するシリンダセンサ等を含んでもよい。以下、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3についても同様である。ブーム角度センサS1によるブーム角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The boom angle sensor S1 is attached to the
アーム角度センサS2は、アーム5に取り付けられ、アーム5のブーム4に対する回動角度(以下、「アーム角度」)、例えば、側面視において、ブーム4の両端の支点を結ぶ直線に対してアーム5の両端の支点を結ぶ直線が成す角度を検出する。アーム角度センサS2によるアーム角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The arm angle sensor S2 is attached to the
バケット角度センサS3は、バケット6に取り付けられ、バケット6のアーム5に対する回動角度(以下、「バケット角度」)、例えば、側面視において、アーム5の両端の支点を結ぶ直線に対してバケット6の支点と先端(刃先)とを結ぶ直線が成す角度を検出する。バケット角度センサS3によるバケット角度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The bucket angle sensor S3 is attached to the
機体傾斜センサS4は、水平面に対する機体(上部旋回体3或いは下部走行体1)の傾斜状態を検出する。機体傾斜センサS4は、例えば、上部旋回体3に取り付けられ、ショベル100(即ち、上部旋回体3)の前後方向及び左右方向の2軸回りの傾斜角度(以下、「前後傾斜角」及び「左右傾斜角」)を検出する。機体傾斜センサS4は、例えば、ロータリエンコーダ、加速度センサ、6軸センサ、IMU等を含んでよい。機体傾斜センサS4による傾斜角度(前後傾斜角及び左右傾斜角)に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The airframe tilt sensor S4 detects the tilted state of the airframe (
旋回状態センサS5は、上部旋回体3の旋回状態に関する検出情報を出力する。旋回状態センサS5は、例えば、上部旋回体3の旋回角速度及び旋回角度を検出する。旋回状態センサS5は、例えば、ジャイロセンサ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等を含んでよい。旋回状態センサS5による上部旋回体3の旋回角度や旋回角速度に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The swivel state sensor S5 outputs detection information regarding the swivel state of the
空間認識装置としての撮像装置S6は、ショベル100の周辺を撮像する。撮像装置S6は、ショベル100の前方を撮像するカメラS6F、ショベル100の左方を撮像するカメラS6L、ショベル100の右方を撮像するカメラS6R、及び、ショベル100の後方を撮像するカメラS6Bを含む。
The imaging device S6 as a space recognition device images the periphery of the
カメラS6Fは、例えば、キャビン10の天井、即ち、キャビン10の内部に取り付けられている。また、カメラS6Fは、キャビン10の屋根、ブーム4の側面等、キャビン10の外部に取り付けられていてもよい。カメラS6Lは、上部旋回体3の上面左端に取り付けられ、カメラS6Rは、上部旋回体3の上面右端に取り付けられ、カメラS6Bは、上部旋回体3の上面後端に取り付けられている。
The camera S6F is mounted, for example, on the ceiling of the
撮像装置S6(カメラS6F,S6B,S6L,S6R)は、それぞれ、例えば、非常に広い画角を有する単眼の広角カメラである。また、撮像装置S6は、ステレオカメラや距離画像カメラ等であってもよい。撮像装置S6による撮像画像は、表示装置40を介してコントローラ30に取り込まれる。
The image pickup apparatus S6 (cameras S6F, S6B, S6L, S6R) is, for example, a monocular wide-angle camera having a very wide angle of view. Further, the image pickup device S6 may be a stereo camera, a distance image camera, or the like. The image captured by the image pickup device S6 is captured by the
空間認識装置としての撮像装置S6は、物体検知装置として機能してもよい。この場合、撮像装置S6は、ショベル100の周囲に存在する物体を検知してよい。検知対象の物体には、例えば、人、動物、車両、建設機械、建造物、穴等が含まれうる。また、撮像装置S6は、撮像装置S6又はショベル100から認識された物体までの距離を算出してもよい。物体検知装置としての撮像装置S6には、例えば、ステレオカメラ、距離画像センサ等が含まれうる。そして、空間認識装置は、例えば、CCDやCMOS等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮像した画像を表示装置40に出力する。また、空間認識装置は、空間認識装置又はショベル100から認識された物体までの距離を算出するように構成されていてもよい。また、撮像装置S6に加えて、空間認識装置として、例えば、超音波センサ、ミリ波レーダ、LIDAR、赤外線センサ等の他の物体検知装置が設けられてもよい。空間認識装置としてミリ波レーダ、超音波センサ、又はレーザレーダ等を利用する場合には、多数の信号(レーザ光等)を物体に発信し、その反射信号を受信することで、反射信号から物体の距離及び方向を検出してもよい。
The image pickup device S6 as a space recognition device may function as an object detection device. In this case, the image pickup apparatus S6 may detect an object existing around the
尚、撮像装置S6は、直接、コントローラ30と通信可能に接続されてもよい。
The image pickup apparatus S6 may be directly connected to the
ブームシリンダ7にはブームロッド圧センサS7R及びブームボトム圧センサS7Bが取り付けられている。アームシリンダ8にはアームロッド圧センサS8R及びアームボトム圧センサS8Bが取り付けられている。バケットシリンダ9にはバケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bが取り付けられている。ブームロッド圧センサS7R、ブームボトム圧センサS7B、アームロッド圧センサS8R、アームボトム圧センサS8B、バケットロッド圧センサS9R及びバケットボトム圧センサS9Bは、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。
A boom rod pressure sensor S7R and a boom bottom pressure sensor S7B are attached to the
ブームロッド圧センサS7Rはブームシリンダ7のロッド側油室の圧力(以下、「ブームロッド圧」とする。)を検出し、ブームボトム圧センサS7Bはブームシリンダ7のボトム側油室の圧力(以下、「ブームボトム圧」とする。)を検出する。アームロッド圧センサS8Rはアームシリンダ8のロッド側油室の圧力(以下、「アームロッド圧」とする。)を検出し、アームボトム圧センサS8Bはアームシリンダ8のボトム側油室の圧力(以下、「アームボトム圧」とする。)を検出する。バケットロッド圧センサS9Rはバケットシリンダ9のロッド側油室の圧力(以下、「バケットロッド圧」とする。)を検出し、バケットボトム圧センサS9Bはバケットシリンダ9のボトム側油室の圧力(以下、「バケットボトム圧」とする。)を検出する。各センサS7R〜S9Bの検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The boom rod pressure sensor S7R detects the pressure in the rod side oil chamber of the boom cylinder 7 (hereinafter referred to as “boom rod pressure”), and the boom bottom pressure sensor S7B detects the pressure in the bottom side oil chamber of the boom cylinder 7 (hereinafter referred to as “boom rod pressure”). , "Boom bottom pressure") is detected. The arm rod pressure sensor S8R detects the pressure in the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 (hereinafter referred to as “arm rod pressure”), and the arm bottom pressure sensor S8B detects the pressure in the bottom side oil chamber of the arm cylinder 8 (hereinafter referred to as “arm rod pressure”). , "Arm bottom pressure") is detected. The bucket rod pressure sensor S9R detects the pressure in the rod side oil chamber of the bucket cylinder 9 (hereinafter referred to as "bucket rod pressure"), and the bucket bottom pressure sensor S9B detects the pressure in the bottom side oil chamber of the bucket cylinder 9 (hereinafter referred to as "bucket rod pressure"). , "Bucket bottom pressure") is detected. The detection signals of the sensors S7R to S9B are taken into the
測位装置P1は、上部旋回体3の位置及び向きを測定する。測位装置P1は、例えば、GNSS(Global Navigation Satellite System)コンパスであり、上部旋回体3の位置及び向きを検出し、上部旋回体3の位置及び向きに対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。また、測位装置P1の機能のうちの上部旋回体3の向きを検出する機能は、上部旋回体3に取り付けられた方位センサにより代替されてもよい。
The positioning device P1 measures the position and orientation of the
通信装置T1は、基地局を末端とする移動体通信網、衛星通信網、インターネット網等を含む所定のネットワークを通じて外部機器と通信を行う。通信装置T1は、例えば、LTE(Long Term Evolution)、4G(4th Generation)、5G(5th Generation)等の移動体通信規格に対応する移動体通信モジュールや、衛星通信網に接続するための衛星通信モジュール等である。 The communication device T1 communicates with an external device through a predetermined network including a mobile communication network having a base station as a terminal, a satellite communication network, an Internet network, and the like. The communication device T1 is, for example, a mobile communication module corresponding to mobile communication standards such as LTE (Long Term Evolution), 4G (4th Generation), and 5G (5th Generation), and satellite communication for connecting to a satellite communication network. Modules, etc.
[ショベルの油圧システム]
次に、図2を参照して、本実施形態に係るショベル100の油圧システムについて説明する。
[Excavator hydraulic system]
Next, the hydraulic system of the
図2は、本実施形態に係るショベル100の油圧システムの構成の一例を概略的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the hydraulic system of the
尚、図2において、機械的動力系、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御系は、それぞれ、二重線、実線、破線、及び点線で示されている。 In FIG. 2, the mechanical power system, the hydraulic oil line, the pilot line, and the electric control system are shown by double lines, solid lines, broken lines, and dotted lines, respectively.
本実施形態に係るショベル100の駆動系は、エンジン11と、レギュレータ13L,13Rと、メインポンプ14L,14Rと、コントロールバルブ17(制御弁171〜176)を含む。また、本実施形態に係るショベル100の油圧駆動系は、下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9等の油圧アクチュエータを含む。また、本実施形態に係るショベル100の操作系は、パイロットポンプ15と、操作装置(レバー装置26A)を含む。また、本実施形態に係るショベル100の制御系は、コントローラ30と、吐出圧センサ28L,28Rと、表示装置40と、入力装置42と、音声出力装置43と、記憶装置47と、ブーム角度センサS1と、アーム角度センサS2と、バケット角度センサS3と、機体傾斜センサS4と、旋回状態センサS5と、撮像装置S6と、測位装置P1と、通信装置T1を含む。
The drive system of the
エンジン11は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体3の後部に搭載される。具体的には、エンジン11は、コントローラ30による直接或いは間接的な制御下で、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ14L,14R及びパイロットポンプ15を駆動する。エンジン11は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。
The
例えば、コントローラ30は、オペレータ等の所定操作により予め設定される作業モード等に基づき、目標回転数を設定し、エンジン11を一定回転させる駆動制御を行う。
For example, the
レギュレータ13Lは、メインポンプ14Lの吐出量を制御する。例えば、レギュレータ13Lは、コントローラ30からの制御指令に応じて、メインポンプ14Lの斜板の角度(傾転角)を調節する。同様に、レギュレータ13Rは、メインポンプ14Rの吐出量を制御する。
The
例えば、コントローラ30は、必要に応じてレギュレータ13L,13Rに対して制御指令を出力し、メインポンプ14L,14Rの吐出量を変化させる。
For example, the
メインポンプ14L,14Rは、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、高圧油圧ラインを通じてコントロールバルブ17(制御弁171〜176)に作動油を供給する。メインポンプ14L,14Rは、上述の如く、エンジン11により駆動される。メインポンプ14L,14Rは、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ30による制御下で、レギュレータ13L,13Rにより斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量(吐出圧)が制御される。
The
パイロットポンプ15は、例えば、上部旋回体3の後部に搭載され、パイロットラインを介してコントロールバルブ17(制御弁171〜176)のパイロットポートに作動油を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン11により駆動される。なお、後述する図3に示すように、パイロットラインには、コントローラ30により制御される電磁弁60,62が設けられている。これにより、コントローラ30は、電磁弁60,62の開度を調整することにより、コントロールバルブ17のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整する。
The
コントロールバルブ17(制御弁171〜176)は、例えば、上部旋回体3の中央部に搭載され、オペレータによる操作装置(レバー装置26A)に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ17は、上述の如く、高圧油圧ラインを介してメインポンプ14L,14Rと接続され、メインポンプ14L,14Rから供給される作動油を、操作装置(レバー装置26A)の操作状態に応じて、または、コントローラ30によって調整されたパイロット圧に応じて、油圧アクチュエータ(走行油圧モータ1L,1R、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9)に選択的に供給する。具体的には、コントロールバルブ17は、メインポンプ14L,14Rから油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する制御弁171〜176を含む。より具体的には、制御弁171は、走行油圧モータ1Lに対応し、制御弁172は、走行油圧モータ1Rに対応し、制御弁173は、旋回油圧モータ2Aに対応する。また、制御弁174は、バケットシリンダ9に対応し、制御弁175は、ブームシリンダ7に対応し、制御弁176は、アームシリンダ8に対応する。また、制御弁175は、制御弁175L,175Rを含み、制御弁176は、制御弁176L,176Rを含む。
The control valve 17 (control valves 171 to 176) is mounted on the central portion of the
図2に示す油圧回路により実現される油圧システムは、エンジン11により駆動されるメインポンプ14L,14Rのそれぞれから、センタバイパス油路C1L,C1R、パラレル油路C2L,C2Rを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
The hydraulic system realized by the hydraulic circuit shown in FIG. 2 operates from the
センタバイパス油路C1Lは、メインポンプ14Lを起点として、コントロールバルブ17内に配置される制御弁171,173,175L,176Lを順に通過し、作動油タンクに至る。
The center bypass oil passage C1L starts from the
センタバイパス油路C1Rは、メインポンプ14Rを起点として、コントロールバルブ17内に配置される制御弁172,174,175R,176Rを順に通過し、作動油タンクに至る。
The center bypass oil passage C1R starts from the
制御弁171は、メインポンプ14Lから吐出される作動油を走行油圧モータ1Lへ供給し、且つ、走行油圧モータ1Lが吐出する作動油を作動油タンクに排出させるスプール弁である。
The control valve 171 is a spool valve that supplies the hydraulic oil discharged from the
制御弁172は、メインポンプ14Rから吐出される作動油を走行油圧モータ1Rへ供給し、且つ、走行油圧モータ1Rが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valve 172 is a spool valve that supplies the hydraulic oil discharged from the
制御弁173は、メインポンプ14Lから吐出される作動油を旋回油圧モータ2Aへ供給し、且つ、旋回油圧モータ2Aが吐出する作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valve 173 is a spool valve that supplies the hydraulic oil discharged from the
制御弁174は、メインポンプ14Rから吐出される作動油をバケットシリンダ9へ供給し、且つ、バケットシリンダ9内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The control valve 174 is a spool valve that supplies the hydraulic oil discharged from the
制御弁175L,175Rは、それぞれ、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油をブームシリンダ7へ供給し、且つ、ブームシリンダ7内の作動油を作動油タンクへ排出させるスプール弁である。
The
制御弁176L,176Rは、メインポンプ14L,14Rが吐出する作動油をアームシリンダ8へ供給し、且つ、アームシリンダ8内の作動油を作動油タンクへ排出させる。
The
制御弁171,172,173,174,175L,175R,176L,176Rは、それぞれ、パイロットポートに作用するパイロット圧に応じて、油圧アクチュエータに給排される作動油の流量を調整したり、流れる方向を切り換えたりする。
The
パラレル油路C2Lは、センタバイパス油路C1Lと並列的に、制御弁171,173,175L,176Lにメインポンプ14Lの作動油を供給する。具体的には、パラレル油路C2Lは、制御弁171の上流側でセンタバイパス油路C1Lから分岐し、制御弁171,173,175L,176Rのそれぞれに並列してメインポンプ14Lの作動油を供給可能に構成される。これにより、パラレル油路C2Lは、制御弁171,173,175Lの何れかによってセンタバイパス油路C1Lを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
The parallel oil passage C2L supplies the hydraulic oil of the
パラレル油路C2Rは、センタバイパス油路C1Rと並列的に、制御弁172,174,175R,176Rにメインポンプ14Rの作動油を供給する。具体的には、パラレル油路C2Rは、制御弁172の上流側でセンタバイパス油路C1Rから分岐し、制御弁172,174,175R,176Rのそれぞれに並列してメインポンプ14Rの作動油を供給可能に構成される。パラレル油路C2Rは、制御弁172,174,175Rの何れかによってセンタバイパス油路C1Rを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
The parallel oil passage C2R supplies the hydraulic oil of the
レギュレータ13L,13Rは、それぞれ、コントローラ30による制御下で、メインポンプ14L,14Rの斜板の傾転角を調節することによって、メインポンプ14L,14Rの吐出量を調節する。
The
吐出圧センサ28Lは、メインポンプ14Lの吐出圧を検出し、検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。吐出圧センサ28Rについても同様である。これにより、コントローラ30は、メインポンプ14L,14Rの吐出圧に応じて、レギュレータ13L,13Rを制御することができる。
The
センタバイパス油路C1L,C1Rには、最も下流にある制御弁176L,176Rのそれぞれと作動油タンクとの間には、ネガティブコントロール絞り(以下、「ネガコン絞り」)18L,18Rが設けられる。これにより、メインポンプ14L,14Rにより吐出された作動油の流れは、ネガコン絞り18L,18Rで制限される。そして、ネガコン絞り18L,18Rは、レギュレータ13L,13Rを制御するための制御圧(以下、「ネガコン圧」)を発生させる。
Negative control throttles (hereinafter referred to as "negative control throttles") 18L and 18R are provided between the
ネガコン圧センサ19L,19Rは、ネガコン圧を検出し、検出されたネガコン圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
The negative
コントローラ30は、吐出圧センサ28L,28Rにより検出されるメインポンプ14L,14Rの吐出圧に応じて、レギュレータ13L,13Rを制御し、メインポンプ14L,14Rの吐出量を調節してよい。例えば、コントローラ30は、メインポンプ14Lの吐出圧の増大に応じて、レギュレータ13Lを制御し、メインポンプ14Lの斜板傾転角を調節することにより、吐出量を減少させてよい。レギュレータ13Rについても同様である。これにより、コントローラ30は、吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ14L,14Rの吸収馬力がエンジン11の出力馬力を超えないように、メインポンプ14L,14Rの全馬力制御を行うことができる。
The
また、コントローラ30は、ネガコン圧センサ19L,19Rにより検出されるネガコン圧に応じて、レギュレータ13L,13Rを制御することにより、メインポンプ14L,14Rの吐出量を調節してよい。例えば、コントローラ30は、ネガコン圧が大きいほどメインポンプ14L,14Rの吐出量を減少させ、ネガコン圧が小さいほどメインポンプ14L,14Rの吐出量を増大させる。
Further, the
具体的には、ショベル100における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態(図2に示す状態)の場合、メインポンプ14L,14Rから吐出される作動油は、センタバイパス油路C1L,C1Rを通ってネガコン絞り18L,18Rに至る。そして、メインポンプ14L,14Rから吐出される作動油の流れは、ネガコン絞り18L,18Rの上流で発生するネガコン圧を増大させる。その結果、コントローラ30は、メインポンプ14L,14Rの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油がセンタバイパス油路C1L,C1Rを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。
Specifically, in the standby state (state shown in FIG. 2) in which none of the hydraulic actuators in the
一方、何れかの油圧アクチュエータが操作装置(レバー装置26A)またはコントローラ30を通じて操作された場合、メインポンプ14L,14Rから吐出される作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、メインポンプ14L,14Rから吐出される作動油の流れは、ネガコン絞り18L,18Rに至る量を減少或いは消失させ、ネガコン絞り18L,18Rの上流で発生するネガコン圧を低下させる。その結果、コントローラ30は、メインポンプ14L,14Rの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータを確実に駆動させることができる。
On the other hand, when any of the hydraulic actuators is operated through the operating device (
また、旋回油圧モータ2Aは、第1ポート2A1及び第2ポート2A2を有している。油圧センサ21は、旋回油圧モータ2Aの第1ポート2A1の作動油の圧力を検出する。油圧センサ22は、旋回油圧モータ2Aの第2ポート2A2の作動油の圧力を検出する。油圧センサ21,22により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。
Further, the swing
また、第1ポート2A1は、リリーフ弁23を介して作動油タンクと接続される。リリーフ弁23は、第1ポート2A1側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、第1ポート2A1側の作動油を作動油タンクに排出する。同様に、第2ポート2A2は、リリーフ弁24を介して作動油タンクと接続される。リリーフ弁24は、第2ポート2A2側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、第2ポート2A2側の作動油を作動油タンクに排出する。
Further, the first port 2A1 is connected to the hydraulic oil tank via the
[電気式操作システム]
次に、図3を参照して、本実施形態に係るショベル100の電気式操作システムについて説明する。図3は、本実施形態に係るショベル100の電気式操作システムの構成の一例を概略的に示す図である。なお、図3では、電気式操作システムの一例として、ブーム4を上下させるブーム操作システムを例に説明する。なお、電気式操作システムは、下部走行体1を前進・後進させるための走行操作システム、上部旋回体3を旋回させるための旋回操作システム、アーム5を開閉させるためのアーム操作システム、及び、バケット6を開閉させるためのバケット操作システム等にも同様に適用され得る。
[Electric operation system]
Next, the electric operation system of the
図3に示す電気式操作システムは、電気式操作レバーとしてのレバー装置26Aと、ショベル100の姿勢を検出する各センサS1〜S5と、パイロットポンプ15と、パイロット圧作動型のコントロールバルブ17と、ブーム上げ操作用の電磁弁60と、ブーム下げ操作用の電磁弁62と、コントローラ30と、を備えている。
The electric operation system shown in FIG. 3 includes a
操作装置の一例であるレバー装置26A(操作信号生成部)には、操作量(傾倒量)や傾倒方向を検出可能なエンコーダやポテンショメータ等のセンサが設けられている。レバー装置26Aのセンサで検出されたレバー装置26Aの操作に対応する操作信号(電気信号)は、コントローラ30に取り込まれる。
The
また、機体センサ(ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回状態センサS5等)で検出されたショベル100の姿勢(ブーム角度、アーム角度、バケット角度、傾斜角度、旋回角度等)に対応する検出信号(電気信号)は、コントローラ30に取り込まれる。
Further, the posture (boom angle, arm angle, bucket angle, inclination) of the
電磁弁60は、パイロットポンプ15からコントロールバルブ17(図2に示す制御弁175L,175R参照)のブーム上げ側パイロットポートに作動油を供給するパイロットラインに設けられている。電磁弁60は、開度調整が可能な電磁弁であり、コントローラ30からの制御信号であるブーム上げ操作信号(電気信号)に応じて電磁弁60の開度が制御される。電磁弁60の開度を制御することにより、ブーム上げ側パイロットポートに作用する、ブーム上げ操作信号(圧力信号)としてのパイロット圧を制御する。同様に、電磁弁62は、パイロットポンプ15からコントロールバルブ17(図2に示す制御弁175L,175R参照)のブーム下げ側パイロットポートに作動油を供給するパイロットラインに設けられている。電磁弁62は、開度調整が可能な電磁弁であり、コントローラ30からの制御信号であるブーム下げ操作信号(電気信号)に応じて電磁弁62の開度が制御される。電磁弁62の開度を制御することにより、ブーム下げ側パイロットポートに作用する、ブーム下げ操作信号(圧力信号)としてのパイロット圧を制御する。
The
コントローラ30は、レバー装置26Aの操作信号(電気信号)および/または機体センサの検出信号(電気信号)に基づいて、電磁弁60,62の開度を制御するブーム上げ操作信号(電気信号)、ブーム下げ操作信号(電気信号)を出力する。これにより、コントローラ30は、電磁弁60,62、コントロールバルブ17(制御弁175L,175R)を介して、メインポンプ14L,14Rからブームシリンダ7に供給される作動油の流量及び流れる方向を制御して、ブーム4の動作を制御することができる。
The
例えば、ショベル100の手動操作が行われる場合、コントローラ30は、レバー装置26Aの操作信号(電気信号)に応じてブーム上げ操作信号(電気信号)又はブーム下げ操作信号(電気信号)を生成し出力する。また、例えば、ショベル100の自動制御が行われる場合、コントローラ30は、設定されたプログラム等に基づいて、ブーム上げ操作信号(電気信号)又はブーム下げ操作信号(電気信号)を生成し出力する。
For example, when the
コントローラ30は、オペレータ状態推定部31と、要因分析部32と、補正部33と、を有している。また、記憶装置47には、マップ47aと、マップ47bと、が記憶されている。
The
オペレータ状態推定部31は、ショベル100の機体センサ(ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回状態センサS5等)で検出された物理量(ブーム角度、アーム角度、バケット角度、傾斜角度、旋回角度等。また、検出値から求めるショベル100の車体軌道、アタッチメントの動作軌跡等を含んでもよい。)に基づいて、オペレータの状態を推定する。
The operator
ここで、ショベル100の動作として、例えば、掘削動作、搬送動作、排土動作、位置決め動作を行うものとする。掘削動作は、掘削位置においてアタッチメントを操作して、土砂を掘削する。搬送動作は、アタッチメント及び上部旋回体3を操作して、バケット6を掘削位置から排土位置まで移動させる動作である。排土動作は、アタッチメントを操作して、バケット6内の土砂を排土位置で排土する動作である。位置決め動作は、アタッチメント及び上部旋回体3を操作して、バケット6を掘削位置に位置決めする動作である。
Here, as the operation of the
まず、オペレータ状態推定部31は、機体センサS1〜S5で検出された物理量を説明変数とし、第1パラメータynを目的変数として、回帰式により第1パラメータynを推定する。具体的には、オペレータ状態推定部31は、機体センサS1〜S5の検出値(物理量)、マップ47aに基づいて、第1パラメータynを推定する。ここで、第1パラメータynとは、オペレータの現在の操作が操作しやすい状況か否かを示すパラメータである。また、第1パラメータynの値が高いほど、オペレータにとって操作しやすい状況であり、疲労が蓄積しにくいことを示す。第1パラメータynの値が低いほど、オペレータにとって操作しにくい状況であり、疲労が蓄積しやすいことを示す。なお、機体センサS1〜S5の検出値(物理量)と、第1パラメータynとの相関関係を示すマップ47aは、例えば、記憶装置47に予め記憶されている。なお、このマップ47aは、機械学習により適宜更新されてもよい。
First, the operator
操作しやすい状況を示す第1パラメータynとして、例えば、「操作し易さy1」、「揺れの少なさy2」、「力強さy3」等を評価する。ここで、操作し易さとは、加速度の変化量である。揺れの少なさとは、ピッチ加速度の大きさである。力強さとは、前後加速度の変化量である。また、第1パラメータynの回帰式は、ショベル100の動作ごとに設定される。即ち、掘削動作時における操作し易さy1aは、機体センサS1〜S5の検出値(物理量)を説明変数とした関数で表される。同様に、搬送動作時における操作し易さy1b、排土動作時における操作し易さy1c、位置決め動作時における操作し易さy1d、掘削動作時における揺れの少なさy2a、搬送動作時における揺れの少なさy2b、排土動作時における揺れの少なさy2c、位置決め動作時における揺れの少なさy2d、掘削動作時における力強さy3a、搬送動作時における力強さy3b、排土動作時における力強さy3c、位置決め動作時における力強さy3dは、それぞれ機体センサS1〜S5の検出値(物理量)を説明変数とした関数で表される。記憶装置47に記憶されるマップ47aは、回帰式の数だけ設けられており、1つの回帰式に対して1つのマップが対応する。
As the first parameter y n indicating an easy-to-operate situation, for example, "ease of operation y 1 ", "less shaking y 2 ", "strength y 3 ", and the like are evaluated. Here, the ease of operation is the amount of change in acceleration. The small amount of shaking is the magnitude of pitch acceleration. Strength is the amount of change in front-back acceleration. Further, the regression equation of the first parameter y n is set for each operation of the
具体的には、オペレータ状態推定部31は、機体センサS1〜S5の検出値(物理量)に基づいて、ショベル100の動作状態(掘削動作、搬送動作、排土動作、位置決め動作)を推定する。そして、オペレータ状態推定部31は、機体センサS1〜S5の検出値(物理量)、推定した動作状態に対応するマップ47aに基づいて、第1パラメータynを推定する。
Specifically, the operator
次に、オペレータ状態推定部31は、第1パラメータynに基づいて、第2パラメータYを推定する。ここで、第2パラメータYは、オペレータの操作の「疲れにくさ」を示すパラメータである。また、第2パラメータYの値が高いほど、オペレータにとって、疲労が蓄積しにくいことを示す。第2パラメータYの値が低いほど、オペレータにとって、疲労が蓄積しやすいことを示す。第2パラメータYは、第1パラメータynの積み重ねとして、以下の式(1)で表すことができる。なお、A〜Cは係数である。
Y=A(y1a+y1b+y1c+y1d)
+B(y2a+y2b+y2c+y2d)
+C(y3a+y3b+y3c+y3d) …(1)
Next, the operator
Y = A (y 1a + y 1b + y 1c + y 1d )
+ B (y 2a + y 2b + y 2c + y 2d )
+ C (y 3a + y 3b + y 3c + y 3d ) ... (1)
次に、オペレータ状態推定部31は、オペレータがショベル100を操作する総操作時間における第2パラメータYに基づいて、オペレータの累積疲労度を推定する。
Next, the operator
ここで、オペレータの状態とは、第1パラメータyn、第2パラメータY、累積疲労度をいう。 Here, the operator's state means the first parameter y n , the second parameter Y, and the cumulative fatigue degree.
要因分析部32は、オペレータ状態推定部31が推定したオペレータの状態(第1パラメータyn、第2パラメータY、累積疲労度)、マップ47bに基づいて、オペレータが疲労する要因を推定する。なお、オペレータの状態と、疲労の要因との相関関係を示すマップ47bは、例えば、記憶装置47に予め記憶されている。
The
補正部33は、レバー装置26Aの操作信号(電気信号)及び要因分析部32が推定した推定結果に基づいて、ブーム上げ操作信号(電気信号)又はブーム下げ操作信号(電気信号)を生成し出力する。例えば、要因分析部32が、搬送動作時において上部旋回体3の旋回角速度が速すぎることがオペレータが疲労する要因と推定した場合、補正部33は、レバー装置26Aの操作信号(電気信号)に応じて旋回操作システムの電磁弁60,62への右旋回操作信号(電気信号)又は左旋回操作信号(電気信号)を生成する際に、上部旋回体3の旋回角速度を下げるように補正する。また、例えば、要因分析部32が、掘削動作時において上部旋回体3のピッチ方向の角速度が速すぎる(ピッチ方向の揺れが大きい)ことがオペレータが疲労する要因と推定した場合、補正部33は、レバー装置26Aの操作信号(電気信号)に応じてブーム操作システムの電磁弁60,62へのブーム上げ操作信号(電気信号)又はブーム下げ操作信号(電気信号)を生成する際に、ブーム4の加速度を下げるように補正する。
The
図4は、補正の前後におけるショベル100の物理量と、オペレータの状態との関係を示すグラフである。横軸はショベル100の物理量の一例である上部旋回体3のピッチ方向の角速度を示す。縦軸は、オペレータの状態の一例である疲れにくさYを示す。また、補正制御適用前を点P1として示し、補正制御適用後を点P2として示す。図4のグラフに示すように、補正部33による補正制御を適用することにより、疲れにくさYを向上させることができる。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the physical quantity of the
以上、本実施形態に係るショベル100によれば、ショベル100の機体に設けられた機体センサS1〜S5で検出した物理量に基づいて、オペレータの状態(第1パラメータyn、第2パラメータY、累積疲労度)を推定することができる。これにより、例えば、特許文献1,2に開示された方法に示すような座面の荷重センサや生体センサといった特別なセンサを追加することなく、オペレータの状態を推定することができるので、ショベル100のコストの増加を抑制することができる。また、オペレータに生体センサを装着させることもないので、オペレータに不快感を与えることを抑制することができる。
As described above, according to the excavator 100 according to the present embodiment, the operator's state (first parameter y n , second parameter Y, cumulative) is based on the physical quantity detected by the body sensors S1 to S5 provided on the body of the
また、本実施形態に係るショベル100によれば、推定したオペレータの状態に基づいて、オペレータの操作によるショベル100の動作を補正することができる。具体的には、第1パラメータynが小さくなるように補正する、第2パラメータYが小さくなるように補正する。これにより、オペレータが疲れにくい状況とすることができ、オペレータの疲労の蓄積を低減することができる。
Further, according to the
また、コントローラ30は、表示装置40、音声出力装置43を介してキャビン10内のオペレータに、オペレータ状態推定部31で推定したオペレータの状態を報知してもよい。例えば、オペレータの累積疲労度が所定の閾値を超えると、注意や休憩を促すテキストやアイコンを表示装置40に表示させてもよい。また、注意や休憩を促す音声を音声出力装置43から出力してもよい。オペレータの疲労度が蓄積すると、作業効率の低下や作業ミスの発生につながるおそれがある。本実施形態に係るショベル100によれば、オペレータ自身が気が付いていない疲労度の蓄積を自覚させることができる。これにより、オペレータに適切に注意や休憩を促すことができる。よって、作業効率の低下や作業ミスの発生を抑制することができる。
Further, the
また、コントローラ30は、オペレータ状態推定部31で推定されたオペレータの状態や要因分析部32の推定結果を、通信装置T1を介して支援装置200や管理装置300に送信してもよい。例えば、オペレータを監督する監督者は、支援装置200や管理装置300を介してショベル100を操作するオペレータの状態を把握することができる。これにより、オペレータに適切に注意や休憩を促すことができる。よって、作業効率の低下や作業ミスの発生を抑制することができる。
Further, the
以上、ショベル100の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
Although the embodiment of the
コントローラ30が電磁弁60,62の開度を調整することにより、コントロールバルブ17(制御弁171〜176)のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整するものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、コントロールバルブ17内の制御弁171〜176は、コントローラ30からの指令により駆動する電磁ソレノイド式スプール弁であってよい。このように、コントローラ30がコントロールバルブ17(制御弁171〜176)を直接制御する構成であってもよい。
It has been described that the
100 ショベル
1 下部走行体
2 旋回機構
3 上部旋回体
4 ブーム
5 アーム
6 バケット
7 ブームシリンダ
8 アームシリンダ
9 バケットシリンダ
26A レバー装置
30 コントローラ(制御装置)
31 オペレータ状態推定部
32 要因分析部
33 補正部
40 表示装置
43 音声出力装置
47 記憶装置
S1 ブーム角度センサ(機体センサ)
S2 アーム角度センサ(機体センサ)
S3 バケット角度センサ(機体センサ)
S4 機体傾斜センサ(機体センサ)
S5 旋回状態センサ(機体センサ)
100
31 Operator
S2 arm angle sensor (airframe sensor)
S3 bucket angle sensor (airframe sensor)
S4 Airframe tilt sensor (Airframe sensor)
S5 Turning state sensor (airframe sensor)
Claims (3)
前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記下部走行体、前記上部旋回体、前記アタッチメントを含む機体に設けられる機体センサと、
制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記機体センサにより計測した物理量に基づいて、オペレータ状態を推定する、
ショベル。 With the lower running body,
An upper swivel body that is mounted on the lower traveling body so as to be swivel
The attachment attached to the upper swing body and
An airframe sensor provided on the airframe including the lower traveling body, the upper swivel body, and the attachment,
Equipped with a control device,
The control device is
The operator state is estimated based on the physical quantity measured by the airframe sensor.
Excavator.
前記制御装置は、
推定された前記オペレータ状態に基づいて、前記操作信号を補正する、
請求項1に記載のショベル。 An operation device that is operated by an operator and outputs an operation signal to the control device is further provided.
The control device is
The operation signal is corrected based on the estimated operator state.
The excavator according to claim 1.
作業内容ごとの評価結果に基づいて、前記オペレータ状態を推定する、
請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のショベル。 The control device is
The operator state is estimated based on the evaluation result for each work content.
The excavator according to any one of claims 1 and 2.
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JP2018131890A (en) * | 2017-02-16 | 2018-08-23 | 住友重機械工業株式会社 | Shovel |
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