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JP2024113561A - Shovel - Google Patents

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JP2024113561A
JP2024113561A JP2023018639A JP2023018639A JP2024113561A JP 2024113561 A JP2024113561 A JP 2024113561A JP 2023018639 A JP2023018639 A JP 2023018639A JP 2023018639 A JP2023018639 A JP 2023018639A JP 2024113561 A JP2024113561 A JP 2024113561A
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JP
Japan
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bucket
control
controller
pilot
boom
Prior art date
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Pending
Application number
JP2023018639A
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Japanese (ja)
Inventor
春男 呉
Chunnan Wu
裕介 佐野
Yusuke Sano
孔康 井辻
Yoshiyasu Itsuji
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2023018639A priority Critical patent/JP2024113561A/en
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shovel which can efficiently scoop sediment.
SOLUTION: A shovel includes an attachment including a boom, an arm and a bucket, and a control device for controlling excavation operation of the attachment, wherein the control device monitors the state of sediment on an opening side of the bucket during the excavation operation.
SELECTED DRAWING: Figure 6
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本開示は、ショベルに関する。 This disclosure relates to a shovel.

ショベルでの掘削作業中には、ブーム及びアームを駆動してバケットを目的の位置に移動しながら、バケットで土砂等を掘削する。バケットで掬い上げられた土砂は、所定の場所に排土(ダンプ)される。通常、掘削動作は、バケットを土砂に差し込んだ後、アームを閉じながら(手前に引きながら)バケットを閉じるという動作となる。 During excavation work with a shovel, the boom and arm are driven to move the bucket to the desired location, while the bucket is used to excavate soil and other materials. The soil scooped up by the bucket is then dumped at a designated location. Typically, the excavation operation involves inserting the bucket into the soil, and then closing the bucket while closing the arm (pulling it towards you).

バケットによる掘削の際に、バケットを土砂に深く入れて過ぎてしまった場合、あるいは掘削する土砂が固くて重いような場合、土砂によりバケットに加わる負荷が大きくなり、アームを閉じる動作あるいはバケットを閉じる動作ができなくなることがある。 When digging with a bucket, if the bucket is inserted too deeply into the soil, or if the soil being excavated is hard and heavy, the load on the bucket will be so great that it may become impossible to close the arm or the bucket.

そこで従来、作業要素の位置及び姿勢から掘削反力を求めることで、掘削動作における過負荷を判定し、作業要素の動作を制御するショベルが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, a conventional shovel is known that determines an overload during excavation operation by calculating an excavation reaction force from the position and posture of the working element, and controls the operation of the working element (see, for example, Patent Document 1).

特開2011-252338号公報JP 2011-252338 A

しかしながら、上述のショベルでは、作業要素の位置及び姿勢から掘削反力を求めることで、掘削動作における過負荷を監視しているが、土砂山の状況は考慮されていない。そのため、バケットの容積に対して土砂を掬い上げる量が少なくなる場合がある。 However, in the above-mentioned excavator, the excavation reaction force is calculated from the position and posture of the working elements to monitor overload during excavation operations, but the condition of the pile of soil is not taken into consideration. As a result, the amount of soil scooped up may be less than the bucket's volume.

そこで、土砂を効率的に掬い上げることができるショベルを提供することが望ましい。 Therefore, it is desirable to provide a shovel that can efficiently scoop up soil and sand.

本発明の実施形態に係るショベルは、ブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントと、前記アタッチメントの掘削動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、掘削動作中に前記バケットの開口側の土砂の状態を監視する。 The excavator according to an embodiment of the present invention includes an attachment including a boom, an arm, and a bucket, and a control device that controls the excavation operation of the attachment, and the control device monitors the condition of the soil on the opening side of the bucket during the excavation operation.

上述の手段により、土砂を効率的に掬い上げることができるショベルが提供される。 The above-mentioned means provide a shovel that can efficiently scoop up soil and sand.

一実施形態のショベルの側面図FIG. 1 is a side view of a shovel according to an embodiment; 一実施形態のショベルの駆動系の構成例を示す図FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a drive system of a shovel according to an embodiment; 一実施形態のショベルの油圧システムの構成例を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a hydraulic system of a shovel according to an embodiment; 一実施形態のショベルの油圧システムにおける操作系の構成部分の一例を示す図FIG. 1 is a diagram illustrating an example of components of an operation system in a hydraulic system of a shovel according to an embodiment. 掘削・積込み動作を説明するための図Diagram for explaining excavation and loading operations 掬い上げ処理の一例を示すフローチャートFlowchart showing an example of scooping processing 掬い上げ処理における判定に用いられるパラメータを示す図FIG. 13 is a diagram showing parameters used for judgment in the scooping process.

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の限定的でない例示の実施形態について説明する。添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, non-limiting exemplary embodiments of the present disclosure will be described with reference to the attached drawings. In all the attached drawings, the same or corresponding members or parts are denoted by the same or corresponding reference numerals, and duplicate descriptions will be omitted.

〔ショベルの概要〕
最初に、図1を参照し、一実施形態に係るショベル100の概要について説明する。図1は、一実施形態に係る掘削機としてのショベル100の側面図である。
[Outline of the excavator]
First, an overview of a shovel 100 according to one embodiment will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a side view of the shovel 100 as an excavator according to one embodiment.

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と、を備える。 The excavator 100 comprises a lower carrier 1, an upper rotating body 3 mounted on the lower carrier 1 so as to be freely rotatable via a rotating mechanism 2, a boom 4, an arm 5, and a bucket 6 constituting an attachment (working machine), and a cabin 10.

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(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 traveling body 1 allows the excavator 100 to travel by hydraulically driving a pair of left and right crawlers by traveling hydraulic motors 1L, 1R (see FIG. 2). In other words, the pair of traveling hydraulic motors 1L, 1R (an example of a traveling motor) drive the lower traveling body 1 (crawlers) as the driven part.

上部旋回体3は、旋回油圧モータ2A(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。 The upper rotating body 3 is driven by a hydraulic motor 2A (see FIG. 2) to rotate relative to the lower traveling body 1. In other words, the hydraulic motor 2A is a rotation drive unit that drives the upper rotating body 3 as a driven unit, and changes the orientation of the upper rotating body 3.

なお、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」という。)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。 The upper rotating body 3 may be electrically driven by an electric motor (hereinafter referred to as the "swivel electric motor") instead of the swivel hydraulic motor 2A. In other words, the swivel electric motor, like the swivel hydraulic motor 2A, is a swivel drive unit that drives the upper rotating body 3 as a non-driven unit, and changes the orientation of the upper rotating body 3.

ブーム4は、上部旋回体3の前部中央に俯仰可能に取り付けられている。ブーム4の先端にはアーム5が上下回動可能に取り付けられ、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が上下回動可能に取り付けられる。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により油圧駆動される。 The boom 4 is attached to the center of the front of the upper rotating body 3 so that it can be raised and lowered. An arm 5 is attached to the tip of the boom 4 so that it can rotate up and down, and a bucket 6 is attached to the tip of the arm 5 so that it can rotate up and down as an end attachment. The boom 4, arm 5, and bucket 6 are hydraulically driven by a boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9, which serve as hydraulic actuators, respectively.

なお、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、別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 bucket 6 is an example of an end attachment, and instead of the bucket 6, a different end attachment, such as a slope bucket, a dredging bucket, or a breaker, may be attached to the tip of the arm 5 depending on the work content, etc.

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。 The cabin 10 is the cab in which the operator sits and is mounted on the front left side of the upper rotating body 3.

〔ショベルの構成〕
次に、図1に加えて、図2を参照し、一実施形態に係るショベル100の具体的な構成について説明する。図2は、一実施形態のショベル100の駆動系の構成例を示す図である。なお、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、及び電気制御系を、それぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。
[Excavator configuration]
Next, a specific configuration of the shovel 100 according to one embodiment will be described with reference to Fig. 2 in addition to Fig. 1. Fig. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a drive system of the shovel 100 according to one embodiment. In Fig. 2, a mechanical power system, a hydraulic oil line, a pilot line, and an electric control system are indicated by double lines, solid lines, dashed lines, and dotted lines, respectively.

ショベル100の駆動系は、エンジン11と、レギュレータ13と、メインポンプ14と、コントロールバルブ17と、を含む。また、ショベル100の油圧駆動系は、上述の如く、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。 The drive system of the excavator 100 includes an engine 11, a regulator 13, a main pump 14, and a control valve 17. As described above, the hydraulic drive system of the excavator 100 includes hydraulic actuators such as the travel hydraulic motors 1L and 1R, the swing hydraulic motor 2A, the boom cylinder 7, the arm cylinder 8, and the bucket cylinder 9 that hydraulically drive the lower travel structure 1, the upper swing structure 3, the boom 4, the arm 5, and the bucket 6, respectively.

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、後述するコントローラ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14及びパイロットポンプ15を駆動する。エンジン11は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。 The engine 11 is the main power source in the hydraulic drive system, and is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3. Specifically, the engine 11 rotates at a constant speed at a preset target speed under direct or indirect control by the controller 30 (described later), and drives the main pump 14 and pilot pump 15. The engine 11 is, for example, a diesel engine that uses diesel as fuel.

レギュレータ13は、メインポンプ14の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ13は、コントローラ30からの制御指令に応じて、メインポンプ14の斜板の角度(傾転角)を調節する。レギュレータ13は、例えば、後述の如く、レギュレータ13L、13R(図3参照)を含む。 The regulator 13 controls the discharge volume of the main pump 14. For example, the regulator 13 adjusts the angle (tilt angle) of the swash plate of the main pump 14 in response to a control command from the controller 30. The regulator 13 includes, for example, regulators 13L and 13R (see FIG. 3), as described below.

メインポンプ14は、例えば、エンジン11と同様、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に作動油を供給する。メインポンプ14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14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13により斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量(吐出圧)が制御される。メインポンプ14は、例えば、後述の如く、メインポンプ14L、14R(図3参照)を含む。 The main pump 14 is mounted on the rear of the upper rotating body 3, for example, like the engine 11, and supplies hydraulic oil to the control valve 17 through a high-pressure hydraulic line. The main pump 14 is driven by the engine 11 as described above. The main pump 14 is, for example, a variable displacement hydraulic pump, and as described above, under the control of the controller 30, the tilt angle of the swash plate is adjusted by the regulator 13 to adjust the stroke length of the piston and control the discharge flow rate (discharge pressure). The main pump 14 includes, for example, main pumps 14L and 14R (see FIG. 3), as described below.

コントロールバルブ17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26に対する操作に応じて、油圧駆動系の制御を行う油圧制御装置である。コントロールバルブ17は、上述の如く、高圧油圧ラインを介してメインポンプ14と接続され、メインポンプ14から供給される作動油を、操作装置26の操作状態に応じて、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14から油圧アクチュエータのそれぞれに供給される作動油の流量と流れる方向を制御する制御弁171~176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、例えば、後述の如く、制御弁175L、175R(図3参照)を含み、制御弁176は、例えば、後述の如く、制御弁176L、176R(図3参照)を含む。制御弁171~176の詳細は、後述する。 The control valve 17 is, for example, mounted in the center of the upper rotating body 3, and is a hydraulic control device that controls the hydraulic drive system in response to the operation of the operating device 26 by the operator. As described above, the control valve 17 is connected to the main pump 14 via a high-pressure hydraulic line, and selectively supplies hydraulic oil supplied from the main pump 14 to the hydraulic actuators (travel hydraulic motors 1L, 1R, swing hydraulic motor 2A, boom cylinder 7, arm cylinder 8, and bucket cylinder 9) in response to the operating state of the operating device 26. Specifically, the control valve 17 includes control valves 171 to 176 that control the flow rate and flow direction of hydraulic oil supplied from the main pump 14 to each of the hydraulic actuators. More specifically, the control valve 171 corresponds to the travel hydraulic motor 1L, the control valve 172 corresponds to the travel hydraulic motor 1R, and the control valve 173 corresponds to the swing hydraulic motor 2A. Furthermore, control valve 174 corresponds to bucket cylinder 9, control valve 175 corresponds to boom cylinder 7, and control valve 176 corresponds to arm cylinder 8. Furthermore, control valve 175 includes, for example, control valves 175L and 175R (see FIG. 3) as described below, and control valve 176 includes, for example, control valves 176L and 176R (see FIG. 3) as described below. Details of control valves 171 to 176 will be described later.

ショベル100の操作系は、パイロットポンプ15と、操作装置26を含む。また、ショベル100の操作系は、後述するコントローラ30によるマシンコントロール機能に関する構成として、シャトル弁32を含む。 The operation system of the shovel 100 includes a pilot pump 15 and an operating device 26. The operation system of the shovel 100 also includes a shuttle valve 32 as a component related to the machine control function by the controller 30, which will be described later.

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操作装置26にパイロット圧を供給する。パイロットポンプ15は、例えば、固定容量式油圧ポンプであり、上述の如く、エンジン11により駆動される。 The pilot pump 15 is mounted, for example, at the rear of the upper rotating body 3 and supplies pilot pressure to the operating device 26 via a pilot line. The pilot pump 15 is, for example, a fixed displacement hydraulic pump, and is driven by the engine 11 as described above.

操作装置26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26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26は、その二次側のパイロットラインを通じて直接的に、或いは、二次側のパイロットラインに設けられる後述のシャトル弁32を介して間接的に、コントロールバルブ17にそれぞれ接続される。これにより、コントロールバルブ17には、操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に応じたパイロット圧が入力されうる。そのため、コントロールバルブ17は、操作装置26における操作状態に応じて、それぞれの油圧アクチュエータを駆動できる。操作装置26は、例えば、アーム5(アームシリンダ8)を操作するレバー装置を含む。また、操作装置26は、例えば、ブーム4(ブームシリンダ7)、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26A~26Cを含む(図4参照)。また、操作装置26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 26 is provided near the cockpit of the cabin 10, and is an operation input means for the operator to operate various operating elements (lower traveling body 1, upper rotating body 3, boom 4, arm 5, bucket 6, etc.). In other words, the operation device 26 is an operation input means for the operator to operate the hydraulic actuators that drive each operating element (i.e., traveling hydraulic motors 1L, 1R, swing hydraulic motor 2A, boom cylinder 7, arm cylinder 8, bucket cylinder 9, etc.). The operation device 26 is connected to the control valve 17 directly through its secondary pilot line, or indirectly through a shuttle valve 32 (described later) provided in the secondary pilot line. As a result, pilot pressures corresponding to the operating states of the lower traveling body 1, upper rotating body 3, boom 4, arm 5, bucket 6, etc. in the operation device 26 can be input to the control valve 17. Therefore, the control valve 17 can drive each hydraulic actuator according to the operating state in the operation device 26. The operating device 26 includes, for example, a lever device that operates the arm 5 (arm cylinder 8). The operating device 26 also includes, for example, lever devices 26A-26C that operate the boom 4 (boom cylinder 7), bucket 6 (bucket cylinder 9), and upper rotating body 3 (swing hydraulic motor 2A) (see FIG. 4). The operating device 26 also includes, for example, lever devices and pedal devices that operate the pair of left and right crawlers (travel hydraulic motors 1L, 1R) of the lower traveling body 1.

シャトル弁32は、2つの入口ポートと1つの出口ポートを有し、2つの入口ポートに入力されたパイロット圧のうちの高い方のパイロット圧を有する作動油を出口ポートに出力させる。シャトル弁32は、2つの入口ポートのうちの一方が操作装置26に接続され、他方が比例弁31に接続される。シャトル弁32の出口ポートは、パイロットラインを通じて、コントロールバルブ17内の対応する制御弁のパイロットポートに接続されている(詳細は、図4参照)。そのため、シャトル弁32は、操作装置26が生成するパイロット圧と比例弁31が生成するパイロット圧のうちの高い方を、対応する制御弁のパイロットポートに作用させることができる。つまり、後述するコントローラ30は、操作装置26から出力される二次側のパイロット圧よりも高いパイロット圧を比例弁31から出力させることにより、オペレータによる操作装置26の操作に依らず、対応する制御弁を制御し、各種動作要素の動作を制御できる。シャトル弁32は、例えば、後述の如く、シャトル弁32AL、32AR、32BL、32BR、32CL、32CR(図4参照)を含む。 The shuttle valve 32 has two inlet ports and one outlet port, and outputs hydraulic oil having the higher pilot pressure of the two pilot pressures input to the two inlet ports to the outlet port. One of the two inlet ports of the shuttle valve 32 is connected to the operating device 26, and the other is connected to the proportional valve 31. The outlet port of the shuttle valve 32 is connected to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 through a pilot line (see FIG. 4 for details). Therefore, the shuttle valve 32 can apply the higher of the pilot pressure generated by the operating device 26 and the pilot pressure generated by the proportional valve 31 to the pilot port of the corresponding control valve. In other words, the controller 30 described later can control the corresponding control valve and control the operation of various operating elements without depending on the operation of the operating device 26 by outputting a pilot pressure higher than the secondary pilot pressure output from the operating device 26 from the proportional valve 31. The shuttle valve 32 includes, for example, shuttle valves 32AL, 32AR, 32BL, 32BR, 32CL, and 32CR (see FIG. 4), as described below.

なお、操作装置26は、パイロット圧を出力する油圧パイロット式ではなく、電気信号を出力する電気式であってもよい。この場合、操作装置26からの電気信号は、コントローラ30に入力され、コントローラ30は、入力される電気信号に応じて、コントロールバルブ17内の各制御弁171~176を制御することにより、操作装置26に対する操作内容に応じた、各種油圧アクチュエータの動作を実現する。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。また、例えば、パイロットポンプ15と各制御弁171~176のパイロットポートとの間には、コントローラ30からの電気信号に応じて動作する電磁弁が配置されてもよい。この場合、電気式の操作装置26を用いた手動操作が行われると、コントローラ30は、その操作量(例えば、レバー操作量)に対応する電気信号によって、当該電磁弁を制御しパイロット圧を増減させることで、操作装置26に対する操作内容に合わせて、各制御弁171~176を動作させることができる。 The operating device 26 may be an electric type that outputs an electric signal, instead of a hydraulic pilot type that outputs a pilot pressure. In this case, the electric signal from the operating device 26 is input to the controller 30, and the controller 30 controls each of the control valves 171 to 176 in the control valve 17 according to the input electric signal, thereby realizing the operation of various hydraulic actuators according to the operation content of the operating device 26. For example, the control valves 171 to 176 in the control valve 17 may be electromagnetic solenoid spool valves that are driven by commands from the controller 30. Also, for example, solenoid valves that operate according to electric signals from the controller 30 may be arranged between the pilot pump 15 and the pilot ports of each of the control valves 171 to 176. In this case, when manual operation is performed using the electric operating device 26, the controller 30 can operate each of the control valves 171 to 176 according to the operation content of the operating device 26 by controlling the solenoid valves by an electric signal corresponding to the operation amount (for example, the lever operation amount) to increase or decrease the pilot pressure.

ショベル100の制御系は、コントローラ30と、吐出圧センサ28と、操作圧センサ29と、比例弁31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と、を含む。 The control system of the excavator 100 includes a controller 30, a discharge pressure sensor 28, an operating pressure sensor 29, a proportional valve 31, a display device 40, an input device 42, an audio output device 43, a memory device 47, a boom angle sensor S1, an arm angle sensor S2, a bucket angle sensor S3, a machine body inclination sensor S4, a turning state sensor S5, an imaging device S6, a positioning device P1, and a communication device T1.

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。コントローラ30は、例えば、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, for example, in the cabin 10 and controls the drive of the excavator 100. The functions of the controller 30 may be realized by any hardware, software, or a combination thereof. The controller 30 is configured, for example, around a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), a non-volatile auxiliary storage device, and various input/output interfaces. The controller 30 realizes various functions, for example, by executing various programs stored in the ROM or non-volatile auxiliary storage device on the CPU.

コントローラ30は、例えば、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。 The controller 30 sets the target rotation speed based on, for example, a work mode that is preset by a specific operation by an operator, and performs drive control to rotate the engine 11 at a constant speed.

また、コントローラ30は、例えば、必要に応じてレギュレータ13に対して制御指令を出力し、メインポンプ14の吐出量を変化させる。 The controller 30 also outputs a control command to the regulator 13 as necessary, for example, to change the discharge volume of the main pump 14.

また、コントローラ30は、例えば、オペレータによる操作装置26を通じたショベル100の手動操作をガイド(案内)するマシンガイダンス機能に関する制御を行う。また、コントローラ30は、例えば、オペレータによる操作装置26を通じたショベル100の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能に関する制御を行う。つまり、コントローラ30は、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能に関する機能部として、マシンガイダンス部50を含む。 The controller 30 also performs control related to a machine guidance function that, for example, guides the operator in manually operating the shovel 100 through the operating device 26. The controller 30 also performs control related to a machine control function that automatically assists the operator in manually operating the shovel 100 through the operating device 26. In other words, the controller 30 includes a machine guidance unit 50 as a functional unit related to the machine guidance function and the machine control function.

なお、コントローラ30の機能の一部は、他のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。即ち、コントローラ30の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。例えば、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能は、専用のコントローラ(制御装置)により実現されてもよい。 Note that some of the functions of the controller 30 may be realized by other controllers (control devices). That is, the functions of the controller 30 may be realized in a distributed manner by multiple controllers. For example, the machine guidance function and the machine control function may be realized by a dedicated controller (control device).

吐出圧センサ28は、メインポンプ14の吐出圧を検出する。吐出圧センサ28により検出された吐出圧に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。吐出圧センサ28は、例えば、後述の如く、吐出圧センサ28L、28R(図3参照)を含む。 The discharge pressure sensor 28 detects the discharge pressure of the main pump 14. A detection signal corresponding to the discharge pressure detected by the discharge pressure sensor 28 is input to the controller 30. The discharge pressure sensor 28 includes, for example, discharge pressure sensors 28L and 28R (see FIG. 3), as described below.

操作圧センサ29は、上述の如く、操作装置26の二次側のパイロット圧、即ち、操作装置26におけるそれぞれの動作要素(即ち、油圧アクチュエータ)に関する操作状態(例えば、操作方向や操作量等の操作内容)に対応するパイロット圧を検出する。操作圧センサ29による操作装置26における下部走行体1、上部旋回体3、ブーム4、アーム5、及びバケット6等の操作状態に対応するパイロット圧の検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。操作圧センサ29は、例えば、後述の如く、操作圧センサ29A~29C(図4参照)を含む。なお、操作圧センサ29の代わりに、操作装置26におけるそれぞれの動作要素に関する操作状態を検出可能な他のセンサ、例えば、レバー装置26A~26C等の操作量(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が設けられてもよい。 As described above, the operating pressure sensor 29 detects the secondary pilot pressure of the operating device 26, that is, the pilot pressure corresponding to the operating state (e.g., the operating contents such as the operating direction and the operating amount) of each operating element (i.e., the hydraulic actuator) in the operating device 26. The detection signal of the pilot pressure corresponding to the operating state of the lower traveling body 1, the upper rotating body 3, the boom 4, the arm 5, the bucket 6, etc. in the operating device 26 by the operating pressure sensor 29 is taken into the controller 30. The operating pressure sensor 29 includes, for example, operating pressure sensors 29A to 29C (see FIG. 4), as described later. Note that, instead of the operating pressure sensor 29, other sensors capable of detecting the operating state of each operating element in the operating device 26, such as an encoder or potentiometer capable of detecting the operating amount (tilt amount) and tilt direction of the lever devices 26A to 26C, may be provided.

比例弁31は、パイロットポンプ15とシャトル弁32とを接続するパイロットラインに設けられ、その流路面積(作動油が通流可能な断面積)を変更できるように構成される。比例弁31は、コントローラ30から入力される制御指令に応じて動作する。これにより、コントローラ30は、オペレータにより操作装置26(具体的には、レバー装置26A~26C)が操作されていない場合であっても、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31及びシャトル弁32を介し、コントロールバルブ17内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。比例弁31は、例えば、後述の如く、比例弁31AL、31AR、31BL、31BR、31CL、31CR(図4参照)を含む。 The proportional valve 31 is provided in a pilot line connecting the pilot pump 15 and the shuttle valve 32, and is configured so that its flow area (the cross-sectional area through which hydraulic oil can flow) can be changed. The proportional valve 31 operates in response to a control command input from the controller 30. This allows the controller 30 to supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the pilot port of the corresponding control valve in the control valve 17 via the proportional valve 31 and the shuttle valve 32, even when the operating device 26 (specifically, the lever devices 26A to 26C) is not operated by the operator. The proportional valve 31 includes, for example, proportional valves 31AL, 31AR, 31BL, 31BR, 31CL, and 31CR (see FIG. 4), as described below.

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 display device 40 is provided in a location that is easily visible to the operator seated in the cabin 10, and displays various information images under the control of the controller 30. The display device 40 may be connected to the controller 30 via an in-vehicle communication network such as a Controller Area Network (CAN), or may be connected to the controller 30 via a one-to-one dedicated line.

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~26C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 input device 42 is provided within reach of an operator seated in the cabin 10, accepts various operational inputs by the operator, and outputs signals corresponding to the operational inputs to the controller 30. The input device 42 includes a touch panel mounted on the display of a display device that displays various information images, knob switches provided at the tips of the lever portions of the lever devices 26A to 26C, button switches, levers, toggles, rotary dials, etc., that are installed around the display device 40. Signals corresponding to the operations performed on the input device 42 are input to the controller 30.

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 audio output device 43 is provided, for example, in the cabin 10, connected to the controller 30, and outputs audio under the control of the controller 30. The audio output device 43 is, for example, a speaker or a buzzer. The audio output device 43 outputs various information by audio in response to an audio output command from the controller 30.

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 storage device 47 is provided, for example, in the cabin 10, and stores various information under the control of the controller 30. The storage device 47 is, for example, a non-volatile storage medium such as a semiconductor memory. The storage device 47 may store information output by various devices during operation of the shovel 100, or may store information acquired via various devices before operation of the shovel 100 is started. The storage device 47 may store data related to a target construction surface acquired, for example, via a communication device T1, or set via an input device 42, or the like. The target construction surface may be set (saved) by the operator of the shovel 100, or may be set by a construction manager, or the like.

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」という。)、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 boom 4 and detects the elevation angle of the boom 4 relative to the upper rotating body 3 (hereinafter referred to as the "boom angle"), for example, the angle formed by a straight line connecting the fulcrums at both ends of the boom 4 relative to the rotation plane of the upper rotating body 3 in a side view. The boom angle sensor S1 may include, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, a six-axis sensor, an IMU (Inertial Measurement Unit), etc. The boom angle sensor S1 may also include a potentiometer using a variable resistor, a cylinder sensor that detects the stroke amount of a hydraulic cylinder (boom cylinder 7) corresponding to the boom angle, etc. The same applies to the arm angle sensor S2 and bucket angle sensor S3 below. The detection signal corresponding to the boom angle by the boom angle sensor S1 is taken into the controller 30.

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」という。)、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 arm 5 and detects the rotation angle of the arm 5 relative to the boom 4 (hereinafter referred to as the "arm angle"), for example, the angle formed by a line connecting the fulcrums at both ends of the arm 5 with a line connecting the fulcrums at both ends of the boom 4 in a side view. A detection signal corresponding to the arm angle by the arm angle sensor S2 is input to the controller 30.

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」という。)、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 bucket 6 and detects the rotation angle of the bucket 6 relative to the arm 5 (hereinafter referred to as the "bucket angle"), for example, the angle formed by a line connecting the fulcrums at both ends of the arm 5 and a line connecting the fulcrum and tip (cutting edge) of the bucket 6 in a side view. A detection signal corresponding to the bucket angle by the bucket angle sensor S3 is input to the controller 30.

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」という。)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 machine body inclination sensor S4 detects the inclination state of the machine body (upper rotating body 3 or lower running body 1) relative to the horizontal plane. The machine body inclination sensor S4 is attached, for example, to the upper rotating body 3, and detects the inclination angle around two axes in the forward/backward and left/right directions (hereinafter referred to as the "forward/rearward inclination angle" and the "left/right inclination angle") of the shovel 100 (i.e., the upper rotating body 3). The machine body inclination sensor S4 may include, for example, a rotary encoder, an acceleration sensor, a six-axis sensor, an IMU, etc. The detection signal corresponding to the inclination angle (forward/backward inclination angle and left/right inclination angle) by the machine body inclination sensor S4 is input to the controller 30.

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 rotation state sensor S5 outputs detection information regarding the rotation state of the upper rotating body 3. The rotation state sensor S5 detects, for example, the rotation angular velocity and rotation angle of the upper rotating body 3. The rotation state sensor S5 may include, for example, a gyro sensor, a resolver, a rotary encoder, etc. The detection signal corresponding to the rotation angle and rotation angular velocity of the upper rotating body 3 by the rotation state sensor S5 is input to the controller 30.

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 captures images of the periphery of the shovel 100. The imaging device S6 includes a camera S6F that captures images in front of the shovel 100, a camera S6L that captures images to the left of the shovel 100, a camera S6R that captures images to the right of the shovel 100, and a camera S6B that captures images behind the shovel 100.

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。 Camera S6F is attached, for example, to the ceiling of cabin 10, i.e., inside cabin 10. Camera S6F may also be attached to the outside of cabin 10, such as the roof of cabin 10 or the side of boom 4. Camera S6L is attached to the left end of the top surface of upper rotating body 3, camera S6R is attached to the right end of the top surface of upper rotating body 3, and camera S6B is attached to the rear end of the top surface of upper rotating body 3.

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。 Each of the imaging devices S6 (cameras S6F, S6B, S6L, and S6R) is, for example, a monocular wide-angle camera with a very wide angle of view. The imaging device S6 may also be a stereo camera or a distance imaging camera. Images captured by the imaging device S6 are input to the controller 30 via the display device 40.

また、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。また、撮像装置S6に加えて、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。 The imaging device S6 may also function as an object detection device. In this case, the imaging device S6 may detect objects present around the shovel 100. The objects to be detected may include, for example, people, animals, vehicles, construction machinery, buildings, holes, etc. The imaging device S6 may also calculate the distance from the imaging device S6 or the shovel 100 to the recognized object. The imaging device S6 as an object detection device may include, for example, a stereo camera, a distance image sensor, etc. In addition to the imaging device S6, other object detection devices such as an ultrasonic sensor, a millimeter wave radar, a LIDAR, an infrared sensor, etc. may also be provided.

なお、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 imaging device S6 may also be directly connected to the controller 30 so as to be able to communicate with it.

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 upper rotating body 3. The positioning device P1 is, for example, a Global Navigation Satellite System (GNSS) compass, which detects the position and orientation of the upper rotating body 3, and a detection signal corresponding to the position and orientation of the upper rotating body 3 is input to the controller 30. In addition, the function of detecting the orientation of the upper rotating body 3, which is one of the functions of the positioning device P1, may be replaced by a direction sensor attached to the upper rotating body 3.

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 external devices through a predetermined network including a mobile communication network with a base station as an end, a satellite communication network, the Internet, etc. The communication device T1 is, for example, a mobile communication module compatible with mobile communication standards such as LTE (Long Term Evolution), 4G (4th Generation), and 5G (5th Generation), or a satellite communication module for connecting to a satellite communication network.

マシンガイダンス部50は、例えば、マシンガイダンス機能に関するショベル100の制御を実行する。マシンガイダンス部50は、例えば、目標施工面とアタッチメントの先端部、具体的には、エンドアタッチメントの作業部位との距離等の作業情報を、表示装置40や音声出力装置43等を通じて、オペレータに伝える。目標施工面に関するデータは、例えば、上述の如く、記憶装置47に予め記憶されている。目標施工面に関するデータは、例えば、基準座標系で表現されている。基準座標系は、例えば、世界測地系である。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、X軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Y軸を東経90度の方向に、そして、Z軸を北極の方向にとる三次元直交XYZ座標系である。オペレータは、施工現場の任意の点を基準点と定め、入力装置42を通じて、基準点との相対的な位置関係により目標施工面を設定してよい。バケット6の作業部位は、例えば、バケット6の爪先、バケット6の背面等である。また、エンドアタッチメントとして、バケット6の代わりに、例えば、ブレーカが採用される場合、ブレーカの先端部が作業部位に相当する。マシンガイダンス部50は、表示装置40、音声出力装置43等を通じて、作業情報をオペレータに通知し、オペレータによる操作装置26を通じたショベル100の操作をガイドする。 The machine guidance unit 50, for example, executes control of the excavator 100 regarding the machine guidance function. The machine guidance unit 50 conveys work information, such as the distance between the target construction surface and the tip of the attachment, specifically, the working part of the end attachment, to the operator through the display device 40, the audio output device 43, etc. Data regarding the target construction surface is, for example, stored in advance in the storage device 47 as described above. Data regarding the target construction surface is, for example, expressed in a reference coordinate system. The reference coordinate system is, for example, the World Geodetic System. The World Geodetic System is a three-dimensional orthogonal XYZ coordinate system with the origin at the center of gravity of the earth, the X axis in the direction of the intersection of the Greenwich meridian and the equator, the Y axis in the direction of 90 degrees east longitude, and the Z axis in the direction of the North Pole. The operator may set any point on the construction site as a reference point and set the target construction surface through the input device 42 based on the relative positional relationship with the reference point. The working part of the bucket 6 is, for example, the tip of the bucket 6, the back of the bucket 6, etc. Also, if, for example, a breaker is used as the end attachment instead of the bucket 6, the tip of the breaker corresponds to the working part. The machine guidance unit 50 notifies the operator of work information via the display device 40, the audio output device 43, etc., and guides the operator in operating the excavator 100 via the operating device 26.

また、マシンガイダンス部50は、例えば、マシンコントロール機能に関するショベル100の制御を実行する。マシンガイダンス部50は、例えば、オペレータが手動で掘削操作を行っているときに、目標軌道(例えば、目標施工面等)とバケット6の先端位置とが一致するように、ブーム4、アーム5、及びバケット6の少なくとも一つを自動的に動作させてもよい。 The machine guidance unit 50 also controls the excavator 100, for example, with respect to the machine control function. For example, when an operator is manually performing an excavation operation, the machine guidance unit 50 may automatically operate at least one of the boom 4, the arm 5, and the bucket 6 so that the tip position of the bucket 6 coincides with a target trajectory (for example, a target construction surface, etc.).

マシンガイダンス部50は、ブーム角度センサS1、アーム角度センサS2、バケット角度センサS3、機体傾斜センサS4、旋回状態センサS5、撮像装置S6、測位装置P1、通信装置T1、及び入力装置42等から情報を取得する。そして、マシンガイダンス部50は、例えば、取得した情報に基づき、バケット6と目標施工面との間の距離を算出し、音声出力装置43からの音声及び表示装置40に表示される画像により、バケット6と目標施工面との間の距離の程度をオペレータに通知したり、アタッチメントの先端部(具体的には、バケット6の爪先や背面等の作業部位)が目標施工面に一致するように、アタッチメントの動作を自動的に制御したりする。マシンガイダンス部50は、当該マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能に関する詳細な機能構成として、位置算出部51と、距離算出部52と、情報伝達部53と、自動制御部54を含む。 The machine guidance unit 50 acquires information from the boom angle sensor S1, arm angle sensor S2, bucket angle sensor S3, machine body inclination sensor S4, turning state sensor S5, imaging device S6, positioning device P1, communication device T1, input device 42, etc. Then, the machine guidance unit 50 calculates the distance between the bucket 6 and the target construction surface based on the acquired information, notifies the operator of the degree of the distance between the bucket 6 and the target construction surface by voice from the voice output device 43 and an image displayed on the display device 40, and automatically controls the operation of the attachment so that the tip of the attachment (specifically, the working part such as the tip or back of the bucket 6) coincides with the target construction surface. The machine guidance unit 50 includes a position calculation unit 51, a distance calculation unit 52, an information transmission unit 53, and an automatic control unit 54 as detailed functional configurations related to the machine guidance function and the machine control function.

位置算出部51は、所定の測位対象の位置を算出する。例えば、位置算出部51は、アタッチメントの先端部、具体的には、バケット6の爪先や背面等の作業部位の基準座標系における座標点を算出する。具体的には、位置算出部51は、ブーム4、アーム5、及びバケット6のそれぞれの俯仰角度(ブーム角度、アーム角度、及びバケット角度)からバケット6の作業部位の座標点を算出する。 The position calculation unit 51 calculates the position of a predetermined positioning target. For example, the position calculation unit 51 calculates the coordinate point in a reference coordinate system of the tip of the attachment, specifically, the working part such as the tip or back of the bucket 6. Specifically, the position calculation unit 51 calculates the coordinate point of the working part of the bucket 6 from the respective elevation and depression angles of the boom 4, arm 5, and bucket 6 (boom angle, arm angle, and bucket angle).

距離算出部52は、2つの測位対象間の距離を算出する。例えば、距離算出部52は、アタッチメントの先端部、具体的には、バケット6の爪先や背面等の作業部位と目標施工面との間の距離を算出する。また、距離算出部52は、バケット6の作業部位としての背面と目標施工面との間の角度(相対角度)を算出してもよい。 The distance calculation unit 52 calculates the distance between two positioning targets. For example, the distance calculation unit 52 calculates the distance between the tip of the attachment, specifically, the working part such as the tip or back of the bucket 6, and the target construction surface. The distance calculation unit 52 may also calculate the angle (relative angle) between the back of the bucket 6 as the working part and the target construction surface.

情報伝達部53は、表示装置40や音声出力装置43等の所定の通知手段を通じて、各種情報をショベル100のオペレータに伝達(通知)する。情報伝達部53は、距離算出部52により算出された各種距離等の大きさ(程度)をショベル100のオペレータに通知する。例えば、表示装置40による視覚情報及び音声出力装置43による聴覚情報の少なくとも一方を用いて、バケット6の先端部と目標施工面との間の距離(の大きさ)をオペレータに伝える。また、情報伝達部53は、表示装置40による視覚情報及び音声出力装置43による聴覚情報の少なくとも一方を用いて、バケット6の作業部位としての背面と目標施工面との間の相対角度(の大きさ)をオペレータに伝えてもよい。 The information transmission unit 53 transmits (notifies) various information to the operator of the shovel 100 through a predetermined notification means such as the display device 40 or the audio output device 43. The information transmission unit 53 notifies the operator of the shovel 100 of the magnitude (degree) of various distances calculated by the distance calculation unit 52. For example, the information transmission unit 53 notifies the operator of the distance (magnitude) between the tip of the bucket 6 and the target construction surface using at least one of visual information from the display device 40 and audio information from the audio output device 43. The information transmission unit 53 may also notify the operator of the relative angle (magnitude) between the back of the bucket 6 as the working part and the target construction surface using at least one of visual information from the display device 40 and audio information from the audio output device 43.

具体的には、情報伝達部53は、音声出力装置43による断続音を用いて、バケット6の作業部位と目標施工面との間の距離(例えば、鉛直距離)の大きさをオペレータに伝える。この場合、情報伝達部53は、鉛直距離が小さくなるほど、断続音の間隔を短くし、鉛直距離が大きくなるほど、断続音の感覚を長くしてよい。また、情報伝達部53は、連続音を用いてもよく、音の高低、強弱等を変化させながら、鉛直距離の大きさの違いを表すようにしてもよい。また、情報伝達部53は、バケット6の先端部が目標施工面よりも低い位置になった、つまり、目標施工面を超えてしまった場合、音声出力装置43を通じて警報を発してもよい。当該警報は、例えば、断続音より顕著に大きい連続音である。 Specifically, the information transmission unit 53 uses intermittent sounds from the audio output device 43 to inform the operator of the distance (e.g., vertical distance) between the working portion of the bucket 6 and the target construction surface. In this case, the information transmission unit 53 may shorten the interval of the intermittent sounds as the vertical distance decreases, and may lengthen the interval of the intermittent sounds as the vertical distance increases. The information transmission unit 53 may also use a continuous sound, or may express differences in the vertical distance by varying the pitch, strength, etc. of the sound. The information transmission unit 53 may also issue an alarm through the audio output device 43 when the tip of the bucket 6 is lower than the target construction surface, that is, when it has passed the target construction surface. The alarm is, for example, a continuous sound that is significantly louder than the intermittent sound.

また、情報伝達部53は、アタッチメントの先端部、具体的には、バケット6の作業部位と目標施工面との間の距離の大きさやバケット6の背面と目標施工面との間の相対角度の大きさ等を作業情報として表示装置40に表示させてもよい。表示装置40は、コントローラ30による制御下で、例えば、撮像装置S6から受信した画像データと共に、情報伝達部53から受信した作業情報を表示する。情報伝達部53は、例えば、アナログメータの画像やバーグラフインジケータの画像等を用いて、鉛直距離の大きさをオペレータに伝えるようにしてもよい。 The information transmission unit 53 may also cause the display device 40 to display, as work information, the distance between the tip of the attachment, specifically the working part of the bucket 6, and the target construction surface, and the relative angle between the back surface of the bucket 6 and the target construction surface. Under the control of the controller 30, the display device 40 displays the work information received from the information transmission unit 53 together with, for example, image data received from the imaging device S6. The information transmission unit 53 may convey the vertical distance to the operator using, for example, an image of an analog meter or an image of a bar graph indicator.

自動制御部54は、アクチュエータを自動的に動作させることでオペレータによる操作装置26を通じたショベル100の手動操作を自動的に支援する。具体的には、自動制御部54は、後述の如く、複数の油圧アクチュエータ(具体的には、旋回油圧モータ2A、ブームシリンダ7、及びバケットシリンダ9)に対応する制御弁(具体的には、制御弁173、制御弁175L、175R、及び174)に作用するパイロット圧を個別に且つ自動的に調整できる。これにより、自動制御部54は、それぞれの油圧アクチュエータを自動的に動作させることができる。自動制御部54によるマシンコントロール機能に関する制御は、例えば、入力装置42に含まれる所定のスイッチが押下された場合に実行されてよい。当該所定のスイッチは、例えば、マシンコントロールスイッチ(以下「MC(Machine Control)スイッチ」という。)であり、ノブスイッチとして操作装置26(例えば、アーム5の操作に対応するレバー装置)のオペレータによる把持部の先端に配置されていてもよい。以下、MCスイッチが押下されている場合に、マシンコントロール機能が有効である前提で説明を進める。 The automatic control unit 54 automatically assists the operator in manually operating the excavator 100 through the operation device 26 by automatically operating the actuators. Specifically, the automatic control unit 54 can individually and automatically adjust the pilot pressure acting on the control valves (specifically, the control valves 173, 175L, 175R, and 174) corresponding to the multiple hydraulic actuators (specifically, the swing hydraulic motor 2A, the boom cylinder 7, and the bucket cylinder 9), as described below. This allows the automatic control unit 54 to automatically operate each hydraulic actuator. The control of the machine control function by the automatic control unit 54 may be performed, for example, when a predetermined switch included in the input device 42 is pressed. The predetermined switch may be, for example, a machine control switch (hereinafter referred to as an "MC (Machine Control) switch"), and may be disposed as a knob switch at the tip of the operator's grip of the operation device 26 (for example, a lever device corresponding to the operation of the arm 5). The following description will be given on the assumption that the machine control function is active when the MC switch is pressed.

例えば、自動制御部54は、MCスイッチ等が押下されている場合、掘削作業や整形作業を支援するために、アームシリンダ8の動作に合わせて、ブームシリンダ7及びバケットシリンダ9の少なくとも一方を自動的に伸縮させる。具体的には、自動制御部54は、オペレータが手動でアーム5の閉じ操作(以下「アーム閉じ操作」という。)を行っている場合に、目標施工面とバケット6の爪先や背面等の作業部位の位置とが一致するようにブームシリンダ7及びバケットシリンダ9の少なくとも一方を自動的に伸縮させる。この場合、オペレータは、例えば、アーム5の操作に対応するレバー装置をアーム閉じ操作するだけで、バケット6の爪先等を目標施工面に一致させながら、アーム5を閉じることができる。 For example, when an MC switch or the like is pressed, the automatic control unit 54 automatically extends and retracts at least one of the boom cylinder 7 and the bucket cylinder 9 in accordance with the operation of the arm cylinder 8 to support excavation and shaping work. Specifically, when an operator manually performs a closing operation of the arm 5 (hereinafter referred to as an "arm closing operation"), the automatic control unit 54 automatically extends and retracts at least one of the boom cylinder 7 and the bucket cylinder 9 so that the target construction surface coincides with the position of the work part, such as the tip or back of the bucket 6. In this case, the operator can close the arm 5 while aligning the tip of the bucket 6, etc. with the target construction surface, simply by performing an arm closing operation on a lever device corresponding to the operation of the arm 5, for example.

〔ショベルの油圧システム〕
次に、図3を参照し、一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。図3は、一実施形態のショベル100の油圧システムの構成例を示す図である。なお、図3において、機械的動力系、作動油ライン、パイロットライン、及び電気制御系を、それぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。
[Excavator hydraulic system]
Next, a hydraulic system of the shovel 100 according to one embodiment will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the hydraulic system of the shovel 100 according to one embodiment. In Fig. 3, a mechanical power system, a hydraulic oil line, a pilot line, and an electrical control system are indicated by double lines, solid lines, dashed lines, and dotted lines, respectively.

図3に示される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40L、40R、パラレル油路42L、42R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. 3 circulates hydraulic oil from each of the main pumps 14L, 14R driven by the engine 11 through center bypass oil passages 40L, 40R and parallel oil passages 42L, 42R to the hydraulic oil tank.

センタバイパス油路40L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 40L starts at the main pump 14L, passes through the control valves 171, 173, 175L, and 176L arranged in the control valve 17, and then reaches the hydraulic oil tank.

センタバイパス油路40R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 40R starts at the main pump 14R, passes through the control valves 172, 174, 175R, and 176R arranged in the control valve 17, and reaches the hydraulic oil tank.

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 hydraulic oil discharged from the main pump 14L to the travel hydraulic motor 1L and discharges hydraulic oil discharged by the travel hydraulic motor 1L into the hydraulic oil tank.

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 hydraulic oil discharged from the main pump 14R to the traveling hydraulic motor 1R and discharges hydraulic oil discharged by the traveling hydraulic motor 1R to the hydraulic oil tank.

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 hydraulic oil discharged from the main pump 14L to the swing hydraulic motor 2A and discharges hydraulic oil discharged by the swing hydraulic motor 2A into the hydraulic oil tank.

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 hydraulic oil discharged from the main pump 14R to the bucket cylinder 9 and also discharges the hydraulic oil in the bucket cylinder 9 to the hydraulic oil tank.

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 control valves 175L and 175R are spool valves that supply hydraulic oil discharged from the main pumps 14L and 14R to the boom cylinder 7, and discharge the hydraulic oil in the boom cylinder 7 to the hydraulic oil tank.

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 control valves 176L and 176R supply hydraulic oil discharged from the main pumps 14L and 14R to the arm cylinder 8, and also discharge the hydraulic oil in the arm cylinder 8 to the hydraulic oil tank.

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。 Control valves 171, 172, 173, 174, 175L, 175R, 176L, and 176R adjust the flow rate and switch the flow direction of hydraulic oil supplied to and discharged from the hydraulic actuator according to the pilot pressure acting on the respective pilot ports.

パラレル油路42Lは、センタバイパス油路40L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42Lは、制御弁171の上流側でセンタバイパス油路40Lから分岐し、制御弁171、173、175L、176L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42Lは、制御弁171、173、175Lの何れかによってセンタバイパス油路40L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 42L supplies hydraulic oil of the main pump 14L to the control valves 171, 173, 175L, and 176L in parallel with the center bypass oil passage 40L. Specifically, the parallel oil passage 42L branches off from the center bypass oil passage 40L upstream of the control valve 171, and is configured to be able to supply hydraulic oil of the main pump 14L in parallel to each of the control valves 171, 173, 175L, and 176L. As a result, the parallel oil passage 42L can supply hydraulic oil to a more downstream control valve when the flow of hydraulic oil through the center bypass oil passage 40L is restricted or blocked by any of the control valves 171, 173, and 175L.

パラレル油路42Rは、センタバイパス油路40R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42Rは、制御弁172の上流側でセンタバイパス油路40R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。これにより、パラレル油路42Rは、制御弁172、174、175Rの何れかによってセンタバイパス油路40R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 42R supplies hydraulic oil of the main pump 14R to the control valves 172, 174, 175R, and 176R in parallel with the center bypass oil passage 40R. Specifically, the parallel oil passage 42R branches off from the center bypass oil passage 40R upstream of the control valve 172, and is configured to be able to supply hydraulic oil of the main pump 14R in parallel to each of the control valves 172, 174, 175R, and 176R. As a result, the parallel oil passage 42R can supply hydraulic oil to a more downstream control valve when the flow of hydraulic oil through the center bypass oil passage 40R is restricted or blocked by any of the control valves 172, 174, and 175R.

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。 Regulators 13L and 13R adjust the discharge volume of main pumps 14L and 14R by adjusting the tilt angle of the swash plates of main pumps 14L and 14R under the control of controller 30.

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を制御できる。 The discharge pressure sensor 28L detects the discharge pressure of the main pump 14L, and a detection signal corresponding to the detected discharge pressure is input to the controller 30. The same is true for the discharge pressure sensor 28R. This allows the controller 30 to control the regulators 13L and 13R according to the discharge pressures of the main pumps 14L and 14R.

センタバイパス油路40L、40R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、ネガティブコントロール絞り(以下「ネガコン絞り」という。)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」という。)を発生させる。 Negative control throttles (hereafter referred to as "negative control throttles") 18L, 18R are provided in the center bypass oil passages 40L, 40R between the hydraulic oil tank and the most downstream control valves 176L, 176R, respectively. As a result, the flow of hydraulic oil discharged by the main pumps 14L, 14R is restricted by the negative control throttles 18L, 18R. The negative control throttles 18L, 18R then generate a control pressure (hereafter referred to as "negative control pressure") for controlling the regulators 13L, 13R.

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。 Negative control pressure sensors 19L and 19R detect the negative control pressure, and the detection signal corresponding to the detected negative control pressure is input to controller 30.

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。コントローラ30は、例えば、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 controller 30 may control the regulators 13L, 13R in response to the discharge pressure of the main pumps 14L, 14R detected by the discharge pressure sensors 28L, 28R to adjust the discharge volume of the main pumps 14L, 14R. For example, the controller 30 may control the regulator 13L in response to an increase in the discharge pressure of the main pump 14L, and reduce the discharge volume by adjusting the swash plate tilt angle of the main pump 14L. The same applies to the regulator 13R. This allows the controller 30 to control the total horsepower of the main pumps 14L, 14R so that the absorption horsepower of the main pumps 14L, 14R, which is expressed as the product of the discharge pressure and the discharge volume, does not exceed the output horsepower of the engine 11.

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。コントローラ30は、例えば、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。 The controller 30 may also adjust the discharge rate of the main pumps 14L, 14R by controlling the regulators 13L, 13R according to the negative control pressure detected by the negative control pressure sensors 19L, 19R. For example, the controller 30 decreases the discharge rate of the main pumps 14L, 14R as the negative control pressure increases, and increases the discharge rate of the main pumps 14L, 14R as the negative control pressure decreases.

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40L、40R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40L、40Rを通過する際の圧力損失(ポンピングロス)を抑制する。 Specifically, when the excavator 100 is in a standby state in which none of the hydraulic actuators are being operated, the hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R passes through the center bypass oil passages 40L, 40R to the negative control throttles 18L, 18R. The flow of hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R increases the negative control pressure generated upstream of the negative control throttles 18L, 18R. As a result, the controller 30 reduces the discharge rate of the main pumps 14L, 14R to the minimum allowable discharge rate, suppressing pressure loss (pumping loss) when the discharged hydraulic oil passes through the center bypass oil passages 40L, 40R.

一方、何れかの油圧アクチュエータが操作装置26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 26, the hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R flows into the hydraulic actuator to be operated through the control valve corresponding to the hydraulic actuator to be operated. The flow of hydraulic oil discharged from the main pumps 14L, 14R reduces or eliminates the amount of hydraulic oil reaching the negative control throttles 18L, 18R, lowering the negative control pressure generated upstream of the negative control throttles 18L, 18R. As a result, the controller 30 increases the discharge amount of the main pumps 14L, 14R, circulates sufficient hydraulic oil to the hydraulic actuator to be operated, and can reliably drive the hydraulic actuator to be operated.

〔ショベルのマシンコントロール機能に関する構成の詳細〕
次に、図4を参照し、ショベル100のマシンコントロール機能に関する構成の詳細について説明する。図4は、一実施形態のショベル100の油圧システムにおける操作系の構成部分の一例を示す図である。具体的には、図4(A)は、ブームシリンダ7を油圧制御する制御弁175L、175Rにパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。また、図4(B)は、バケットシリンダ9を油圧制御する制御弁174にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。また、図4(C)は、旋回油圧モータ2Aを油圧制御する制御弁173にパイロット圧を作用させるパイロット回路の一例を示す図である。
[Details of configuration regarding excavator machine control function]
Next, the details of the configuration related to the machine control function of the excavator 100 will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4 is a diagram showing an example of a component part of an operation system in a hydraulic system of the excavator 100 of one embodiment. Specifically, Fig. 4(A) is a diagram showing an example of a pilot circuit that applies pilot pressure to control valves 175L, 175R that hydraulically control the boom cylinder 7. Fig. 4(B) is a diagram showing an example of a pilot circuit that applies pilot pressure to a control valve 174 that hydraulically controls the bucket cylinder 9. Fig. 4(C) is a diagram showing an example of a pilot circuit that applies pilot pressure to a control valve 173 that hydraulically controls the swing hydraulic motor 2A.

図4(A)に示されるように、レバー装置26Aは、オペレータ等がブーム4に対応するブームシリンダ7を操作するために用いられる。レバー装置26Aは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧を二次側に出力する。 As shown in FIG. 4(A), the lever device 26A is used by an operator to operate the boom cylinder 7 corresponding to the boom 4. The lever device 26A uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure to the secondary side according to the operation content.

シャトル弁32ALは、二つの入口ポートが、それぞれブーム4の上げ方向の操作(以下、「ブーム上げ操作」という。)に対応するレバー装置26Aの二次側のパイロットラインと、比例弁31ALの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁175Lの右側のパイロットポート及び制御弁175Rの左側のパイロットポートに接続される。 The shuttle valve 32AL has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26A, which corresponds to the operation of the boom 4 in the lifting direction (hereinafter referred to as the "boom lifting operation"), and the secondary pilot line of the proportional valve 31AL, and an outlet port connected to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R.

シャトル弁32ARは、二つの入口ポートが、それぞれブーム4の下げ方向の操作(以下、「ブーム下げ操作」という。)に対応するレバー装置26Aの二次側のパイロットラインと、比例弁31ARの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁175Rの右側のパイロットポートに接続される。 The shuttle valve 32AR has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26A, which corresponds to the operation of lowering the boom 4 (hereinafter referred to as the "boom lowering operation"), and the secondary pilot line of the proportional valve 31AR, and an outlet port connected to the right pilot port of the control valve 175R.

つまり、レバー装置26Aは、シャトル弁32AL、32ARを介して、操作内容(例えば、操作方向及び操作量)に応じたパイロット圧を制御弁175L、175Rのパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置26Aは、ブーム上げ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32ALの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32ALを介して、制御弁175Lの右側のパイロットポートと制御弁175Rの左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置26Aは、ブーム下げ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32ARの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32ARを介して、制御弁175Rの右側のパイロットポートに作用させる。 That is, the lever device 26A applies pilot pressure corresponding to the operation content (e.g., the operation direction and the operation amount) to the pilot ports of the control valves 175L and 175R via the shuttle valves 32AL and 32AR. Specifically, when the boom is raised, the lever device 26A outputs pilot pressure corresponding to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32AL, and applies it to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the shuttle valve 32AL. Also, when the boom is lowered, the lever device 26A outputs pilot pressure corresponding to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32AR, and applies it to the right pilot port of the control valve 175R via the shuttle valve 32AR.

比例弁31ALは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31ALは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32ALの他方の入口ポートに出力する。これにより、比例弁31ALは、シャトル弁32ALを介して、制御弁175Lの右側のパイロットポート及び制御弁175Rの左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整できる。 The proportional valve 31AL operates in response to a control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31AL uses hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to the control current input from the controller 30 to the other inlet port of the shuttle valve 32AL. This allows the proportional valve 31AL to adjust the pilot pressure acting on the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the shuttle valve 32AL.

比例弁31ARは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31ARは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32ARの他方の入口ポートに出力する。これにより、比例弁31ARは、シャトル弁32ARを介して、制御弁175Rの右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整できる。 The proportional valve 31AR operates according to the control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31AR uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure according to the control current input from the controller 30 to the other inlet port of the shuttle valve 32AR. This allows the proportional valve 31AR to adjust the pilot pressure acting on the right pilot port of the control valve 175R via the shuttle valve 32AR.

つまり、比例弁31AL、31ARは、レバー装置26Aの操作状態に依らず、制御弁175L、175Rを任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整できる。 In other words, the proportional valves 31AL and 31AR can adjust the pilot pressure output to the secondary side so that the control valves 175L and 175R can be stopped at any valve position, regardless of the operating state of the lever device 26A.

操作圧センサ29Aは、オペレータによるレバー装置26Aに対する操作内容を圧力(操作圧)の形で検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Aに対する操作内容を把握できる。 The operating pressure sensor 29A detects the operation of the lever device 26A by the operator in the form of pressure (operating pressure), and a detection signal corresponding to the detected pressure is input to the controller 30. This allows the controller 30 to grasp the operation of the lever device 26A.

コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Aに対するブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31AL及びシャトル弁32ALを介して、制御弁175Lの右側のパイロットポート及び制御弁175Rの左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Aに対するブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31AR及びシャトル弁32ARを介して、制御弁175Rの右側のパイロットポートに供給できる。即ち、コントローラ30は、ブーム4の上げ下げの動作を自動制御できる。 The controller 30 can supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175L and the left pilot port of the control valve 175R via the proportional valve 31AL and the shuttle valve 32AL, regardless of the boom-raising operation of the lever device 26A by the operator. Also, the controller 30 can supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 175R via the proportional valve 31AR and the shuttle valve 32AR, regardless of the boom-lowering operation of the lever device 26A by the operator. In other words, the controller 30 can automatically control the raising and lowering operation of the boom 4.

図4(B)に示されるように、レバー装置26Bは、オペレータ等がバケット6に対応するバケットシリンダ9を操作するために用いられる。レバー装置26Bは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧を二次側に出力する。 As shown in FIG. 4B, the lever device 26B is used by an operator to operate the bucket cylinder 9 corresponding to the bucket 6. The lever device 26B uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure to the secondary side according to the operation.

シャトル弁32BLは、二つの入口ポートが、それぞれバケット6の閉じ方向の操作(以下、「バケット閉じ操作」という。)に対応するレバー装置26Bの二次側のパイロットラインと、比例弁31BLの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁174の左側のパイロットポートに接続される。 The shuttle valve 32BL has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26B, which corresponds to the operation in the closing direction of the bucket 6 (hereinafter referred to as the "bucket closing operation"), and the secondary pilot line of the proportional valve 31BL, and an outlet port connected to the left pilot port of the control valve 174.

シャトル弁32BRは、二つの入口ポートが、それぞれバケット6の開き方向の操作(以下、「バケット開き操作」という。)に対応するレバー装置26Bの二次側のパイロットラインと、比例弁31BRの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁174の右側のパイロットポートに接続される。 The shuttle valve 32BR has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26B, which corresponds to the operation of the bucket 6 in the opening direction (hereinafter referred to as the "bucket opening operation"), and the secondary pilot line of the proportional valve 31BR, and an outlet port connected to the right pilot port of the control valve 174.

つまり、レバー装置26Bは、シャトル弁32BL、32BRを介して、操作内容に応じたパイロット圧を制御弁174のパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置26Bは、バケット閉じ操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32BLの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32BLを介して、制御弁174の左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置26Bは、バケット開き操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32BRの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32BRを介して、制御弁174の右側のパイロットポートに作用させる。 In other words, the lever device 26B applies pilot pressure according to the operation to the pilot port of the control valve 174 via the shuttle valves 32BL and 32BR. Specifically, when the bucket is closed, the lever device 26B outputs pilot pressure according to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32BL, and applies it to the left pilot port of the control valve 174 via the shuttle valve 32BL. Also, when the bucket is opened, the lever device 26B outputs pilot pressure according to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32BR, and applies it to the right pilot port of the control valve 174 via the shuttle valve 32BR.

比例弁31BLは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31BLは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32BLの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31BLは、シャトル弁32BLを介して、制御弁174の左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整できる。 The proportional valve 31BL operates in response to the control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31BL uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to the control current input from the controller 30 to the other pilot port of the shuttle valve 32BL. This allows the proportional valve 31BL to adjust the pilot pressure acting on the left pilot port of the control valve 174 via the shuttle valve 32BL.

比例弁31BRは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31BRは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32BRの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31BRは、シャトル弁32BRを介して、制御弁174の右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整できる。 The proportional valve 31BR operates in response to the control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31BR uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to the control current input from the controller 30 to the other pilot port of the shuttle valve 32BR. This allows the proportional valve 31BR to adjust the pilot pressure acting on the right pilot port of the control valve 174 via the shuttle valve 32BR.

つまり、比例弁31BL、31BRは、レバー装置26Bの操作状態に依らず、制御弁174を任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整できる。 In other words, the proportional valves 31BL and 31BR can adjust the pilot pressure output to the secondary side so that the control valve 174 can be stopped at any valve position, regardless of the operating state of the lever device 26B.

操作圧センサ29Bは、オペレータによるレバー装置26Bに対する操作内容を圧力(操作圧)の形で検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Bの操作内容を把握できる。 The operating pressure sensor 29B detects the operation of the lever device 26B by the operator in the form of pressure (operating pressure), and a detection signal corresponding to the detected pressure is input to the controller 30. This allows the controller 30 to grasp the operation of the lever device 26B.

コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Bに対するバケット閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31BL及びシャトル弁32BLを介して、制御弁174の左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Bに対するバケット開き操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31BR及びシャトル弁32BRを介して、制御弁174の右側のパイロットポートに供給させることができる。即ち、コントローラ30は、バケット6の開閉動作を自動制御できる。 The controller 30 can supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 174 via the proportional valve 31BL and the shuttle valve 32BL, regardless of the bucket closing operation of the operator using the lever device 26B. The controller 30 can also supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 174 via the proportional valve 31BR and the shuttle valve 32BR, regardless of the bucket opening operation of the operator using the lever device 26B. In other words, the controller 30 can automatically control the opening and closing operation of the bucket 6.

図4(C)に示されるように、レバー装置26Cは、オペレータ等が上部旋回体3(旋回機構2)に対応する旋回油圧モータ2Aを操作するために用いられる。レバー装置26Cは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、その操作内容に応じたパイロット圧を二次側に出力する。 As shown in FIG. 4(C), the lever device 26C is used by an operator to operate the swing hydraulic motor 2A corresponding to the upper swing body 3 (swing mechanism 2). The lever device 26C uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output pilot pressure to the secondary side according to the operation content.

シャトル弁32CLは、二つの入口ポートが、それぞれ上部旋回体3の左方向の旋回操作(以下、「左旋回操作」という。)に対応するレバー装置26Cの二次側のパイロットラインと、比例弁31CLの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁173の左側のパイロットポートに接続される。 The shuttle valve 32CL has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26C corresponding to the leftward rotation operation of the upper rotating body 3 (hereinafter referred to as the "left rotation operation") and the secondary pilot line of the proportional valve 31CL, and an outlet port connected to the left pilot port of the control valve 173.

シャトル弁32CRは、二つの入口ポートが、それぞれ上部旋回体3の右方向の旋回操作(以下、「右旋回操作」という。)に対応するレバー装置26Cの二次側のパイロットラインと、比例弁31CRの二次側のパイロットラインとに接続され、出口ポートが、制御弁173の右側のパイロットポートに接続される。 The shuttle valve 32CR has two inlet ports connected to the secondary pilot line of the lever device 26C corresponding to the rightward rotation operation of the upper rotating body 3 (hereinafter referred to as the "right rotation operation") and the secondary pilot line of the proportional valve 31CR, and an outlet port connected to the right pilot port of the control valve 173.

つまり、レバー装置26Cは、シャトル弁32CL、32CRを介して、左右方向への操作内容に応じたパイロット圧を制御弁173のパイロットポートに作用させる。具体的には、レバー装置26Cは、左旋回操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32CLの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32CLを介して、制御弁173の左側のパイロットポートに作用させる。また、レバー装置26Cは、右旋回操作された場合に、操作量に応じたパイロット圧をシャトル弁32CRの一方の入口ポートに出力し、シャトル弁32CRを介して、制御弁173の右側のパイロットポートに作用させる。 In other words, the lever device 26C applies pilot pressure corresponding to the operation in the left and right direction to the pilot port of the control valve 173 via the shuttle valves 32CL and 32CR. Specifically, when the lever device 26C is operated to turn left, it outputs pilot pressure corresponding to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32CL, and applies it to the left pilot port of the control valve 173 via the shuttle valve 32CL. Also, when the lever device 26C is operated to turn right, it outputs pilot pressure corresponding to the operation amount to one inlet port of the shuttle valve 32CR, and applies it to the right pilot port of the control valve 173 via the shuttle valve 32CR.

比例弁31CLは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31CLは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32CLの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31CLは、シャトル弁32CLを介して、制御弁173の左側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整できる。 The proportional valve 31CL operates in response to the control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31CL uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to the control current input from the controller 30 to the other pilot port of the shuttle valve 32CL. This allows the proportional valve 31CL to adjust the pilot pressure acting on the left pilot port of the control valve 173 via the shuttle valve 32CL.

比例弁31CRは、コントローラ30から入力される制御電流に応じて動作する。具体的には、比例弁31CRは、パイロットポンプ15から吐出される作動油を利用して、コントローラ30から入力される制御電流に応じたパイロット圧をシャトル弁32CRの他方のパイロットポートに出力する。これにより、比例弁31CRは、シャトル弁32CRを介して、制御弁173の右側のパイロットポートに作用するパイロット圧を調整できる。 The proportional valve 31CR operates in response to the control current input from the controller 30. Specifically, the proportional valve 31CR uses the hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to output a pilot pressure corresponding to the control current input from the controller 30 to the other pilot port of the shuttle valve 32CR. This allows the proportional valve 31CR to adjust the pilot pressure acting on the right pilot port of the control valve 173 via the shuttle valve 32CR.

つまり、比例弁31CL、31CRは、レバー装置26Cの操作状態に依らず、制御弁173を任意の弁位置で停止できるように、二次側に出力するパイロット圧を調整できる。 In other words, the proportional valves 31CL and 31CR can adjust the pilot pressure output to the secondary side so that the control valve 173 can be stopped at any valve position, regardless of the operating state of the lever device 26C.

操作圧センサ29Cは、オペレータによるレバー装置26Cに対する操作状態を圧力として検出し、検出された圧力に対応する検出信号は、コントローラ30に取り込まれる。これにより、コントローラ30は、レバー装置26Cに対する左右方向への操作内容を把握できる。 The operating pressure sensor 29C detects the operating state of the lever device 26C by the operator as pressure, and a detection signal corresponding to the detected pressure is input to the controller 30. This allows the controller 30 to grasp the operation content of the lever device 26C in the left and right directions.

コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Cに対する左旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31CL及びシャトル弁32CLを介して制御弁173の左側のパイロットポートに供給させることができる。また、コントローラ30は、オペレータによるレバー装置26Cに対する右旋回操作とは無関係に、パイロットポンプ15から吐出される作動油を、比例弁31CR及びシャトル弁32CRを介して制御弁173の右側のパイロットポートに供給させることができる。即ち、コントローラ30は、上部旋回体3の左右方向への旋回動作を自動制御できる。 The controller 30 can supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the left pilot port of the control valve 173 via the proportional valve 31CL and the shuttle valve 32CL, regardless of the left rotation operation of the lever device 26C by the operator. The controller 30 can also supply hydraulic oil discharged from the pilot pump 15 to the right pilot port of the control valve 173 via the proportional valve 31CR and the shuttle valve 32CR, regardless of the right rotation operation of the lever device 26C by the operator. In other words, the controller 30 can automatically control the left-right rotation operation of the upper rotating body 3.

なお、ショベル100は、更に、アーム5を自動的に開閉させる構成、及び下部走行体1を自動的に前進・後進させる構成を備えていてもよい。この場合、油圧システムのうち、アームシリンダ8の操作系に関する構成部分、走行油圧モータ1Lの操作系に関する構成部分、及び走行油圧モータ1Rの操作に関する構成部分は、ブームシリンダ7の操作系に関する構成部分等(図4(A)~(C))と同様に構成されてよい。 The excavator 100 may further include a configuration for automatically opening and closing the arm 5, and a configuration for automatically moving the lower traveling structure 1 forward and backward. In this case, the components of the hydraulic system related to the operation system of the arm cylinder 8, the components related to the operation system of the traveling hydraulic motor 1L, and the components related to the operation of the traveling hydraulic motor 1R may be configured similarly to the components related to the operation system of the boom cylinder 7, etc. (Figures 4 (A) to (C)).

〔ショベルの動作〕
次に、図5を参照し、ショベル100の動作の一例として掘削・積込み動作について説明する。図5は、掘削・積込み動作を説明するための図である。
[Shovel operation]
Next, an excavation and loading operation will be described with reference to Fig. 5 as an example of the operation of the shovel 100. Fig. 5 is a diagram for explaining the excavation and loading operation.

まず、図5(a)に示されるように、上部旋回体3を旋回してバケット6が掘削位置の上方に位置している状態で、且つ、アーム5が開きバケット6も開いた状態で、オペレータはブーム4を下げ、バケット6の先端が目標の掘削深さDとなるようにバケット6を下降させる。通常、旋回及びブーム下げは、オペレータが操作し、目視でバケット6の位置を確認する。また、上部旋回体3の旋回と、ブーム4の下げは同時に行うことが一般的である。以上の動作をブーム下げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム下げ旋回動作区間と称する。 First, as shown in FIG. 5(a), with the upper rotating body 3 rotated so that the bucket 6 is positioned above the excavation position, and with the arm 5 and bucket 6 open, the operator lowers the boom 4 and lowers the bucket 6 so that the tip of the bucket 6 is at the target excavation depth D. Normally, the operator controls the rotation and boom lowering and visually confirms the position of the bucket 6. It is also common to rotate the upper rotating body 3 and lower the boom 4 simultaneously. The above operation is called the boom lowering rotation operation, and this operation section is called the boom lowering rotation operation section.

オペレータがバケット6の先端が目標の掘削深さDに到達したと判断したら、次に、図5(b)に示されるように水平引き動作に移る。水平引き動作では、バケット6の先端がほぼ水平に移動するように、アーム5が地面に対して垂直になるまでアーム5を閉じる。この水平引き動作により、所定の深さの土が掘削されバケット6でかき寄せられる。水平引き動作が完了したら、次に、図5(c)に示されるように、アーム5に対して90度になるまでバケット6を閉じる。すなわち、バケット6の上縁が水平となるまでバケット6を閉じ、かき集めた土をバケット6内に収容する。以上の動作を掘削動作と称し、この動作区間を掘削動作区間と称する。 When the operator determines that the tip of the bucket 6 has reached the target excavation depth D, the operator then moves to a horizontal pulling operation as shown in FIG. 5(b). In the horizontal pulling operation, the arm 5 is closed until it is perpendicular to the ground so that the tip of the bucket 6 moves almost horizontally. This horizontal pulling operation excavates soil to a specified depth and rakes it up with the bucket 6. Once the horizontal pulling operation is complete, the bucket 6 is then closed until it is at 90 degrees to the arm 5 as shown in FIG. 5(c). In other words, the bucket 6 is closed until the upper edge of the bucket 6 is horizontal, and the raked up soil is stored in the bucket 6. The above operation is called the excavation operation, and this operation section is called the excavation operation section.

オペレータは、バケット6が90度になるまで閉じたと判断したら、次に、図5(d)に示されるように、バケット6を閉じたままバケット6の底部が所定の高さHとなるまでブーム4を上げる。これに続いて、あるいは同時に、上部旋回体3を旋回して排土する位置までバケット6を旋回移動する。以上の動作をブーム上げ旋回動作と称し、この動作区間をブーム上げ旋回動作区間と称する。 When the operator determines that the bucket 6 has been closed to 90 degrees, he or she then raises the boom 4 with the bucket 6 closed until the bottom of the bucket 6 reaches a predetermined height H, as shown in FIG. 5(d). Following this, or at the same time, the upper rotating body 3 is rotated to rotate the bucket 6 to a position from which soil will be discharged. The above operation is called the boom-raising and rotating operation, and this operation section is called the boom-raising and rotating operation section.

なお、バケット6の底部が所定の高さHとなるまでブーム4を上げるのは、例えば、ダンプカーの荷台に排土する際にはバケット6を荷台の高さより高く持ち上げないとバケット6が荷台にぶつかってしまうためである。例えば熟練していないオペレータが操縦していた場合、バケット6を所定の高さHまで持ち上げないまま旋回するおそれがある。そのような場合には、バケット6をダンプカーの荷台にぶつけてしまうおそれがある。 The boom 4 is raised until the bottom of the bucket 6 reaches a predetermined height H because, for example, when dumping soil onto the bed of a dump truck, the bucket 6 must be raised higher than the height of the bed, otherwise it will hit the bed. For example, if an inexperienced operator is operating the machine, there is a risk that the bucket 6 will turn without being raised to the predetermined height H. In such a case, there is a risk that the bucket 6 will hit the bed of the dump truck.

オペレータは、ブーム上げ旋回動作が完了したと判断したら、次に、図5(e)に示されるようにアーム5及びバケット6を開いて、バケット6内の土を排出する。この動作をダンプ動作と称し、この動作区間をダンプ動作区間と称する。ダンプ動作では、バケット6のみを開いて排土してもよい。 When the operator determines that the boom raising and rotating operation is complete, he or she then opens the arm 5 and bucket 6 as shown in FIG. 5(e) to discharge the soil in the bucket 6. This operation is called the dump operation, and this operation section is called the dump operation section. In the dump operation, only the bucket 6 may be opened to discharge the soil.

オペレータは、ダンプ動作が完了したと判断したら、次に、図5(f)に示されるように、上部旋回体3を旋回してバケット6を掘削位置の真上に移動させる。このとき、旋回と同時にブーム4を下げてバケット6を掘削開始位置まで下降させる。この動作は図5(a)にて説明したブーム下げ旋回動作の一部である。オペレータは、図5(a)に示されるようにバケット6を掘削開始位置から目標の掘削深さDまで下降させ、再び図5(b)に示す掘削動作を行う。 When the operator determines that the dumping operation is complete, he or she then rotates the upper rotating body 3 to move the bucket 6 directly above the excavation position, as shown in FIG. 5(f). At this time, the boom 4 is lowered at the same time as the rotation, and the bucket 6 is lowered to the excavation start position. This operation is part of the boom lowering and rotating operation described in FIG. 5(a). The operator lowers the bucket 6 from the excavation start position to the target excavation depth D, as shown in FIG. 5(a), and again performs the excavation operation shown in FIG. 5(b).

以上の「ブーム下げ旋回動作」、「掘削動作」、「ブーム上げ旋回動作」、「ダンプ動作」、「ブーム下げ旋回動作」を一サイクルとしてこのサイクルを繰り返し行いながら、掘削・積込みを進めていく。 The above "boom lowering and rotating operation", "digging operation", "boom raising and rotating operation", "dumping operation", and "boom lowering and rotating operation" form one cycle, and this cycle is repeated to proceed with excavation and loading.

〔掬い上げ処理〕
次に、図6及び図7を参照し、上述の掘削動作中に、コントローラ30(自動制御部54)が、バケット6の開口側(掘削方向)の土砂の状態を監視しながらアクチュエータを自動的に動作させて土砂を掬い上げる制御処理(以下「掬い上げ処理」という。)について説明する。図6は、掬い上げ処理の一例を示すフローチャートである。図7は、掬い上げ処理における判定に用いられるパラメータを示す図である。
[Scooping process]
Next, with reference to Figures 6 and 7, a control process (hereinafter referred to as "scooping process") in which the controller 30 (automatic control unit 54) automatically operates the actuator to scoop up soil while monitoring the state of soil on the opening side (excavation direction) of the bucket 6 during the above-mentioned excavation operation will be described. Figure 6 is a flowchart showing an example of the scooping process. Figure 7 is a diagram showing parameters used for judgment in the scooping process.

図6のフローチャートによる掬い上げ処理は、例えば、MCスイッチ等が押下されており、且つ、水平引き動作、若しくは掘削動作が行われている場合に、所定の処理周期ごとに繰り返し実行される。バケット6は、生成された目標軌道700に沿って移動する。 The scooping process according to the flowchart in FIG. 6 is repeatedly executed at a predetermined processing cycle, for example, when the MC switch or the like is pressed and a horizontal pulling operation or an excavation operation is being performed. The bucket 6 moves along the generated target trajectory 700.

水平引き動作、若しくは掘削動作が行われると、バケット6の移動に伴い地表面、及び、地中の土砂が押し上げられる。これにより、バケット6の開口側には土砂山702が形成される。形成された土砂山702は、掘削動作中においてバケット6の移動に伴い大きくなる。 When a horizontal pulling operation or an excavation operation is performed, the movement of the bucket 6 pushes up the ground surface and the soil underground. As a result, a pile of soil 702 is formed on the opening side of the bucket 6. The pile of soil 702 grows larger as the bucket 6 moves during the excavation operation.

ステップST61では、自動制御部54は、バケット6の開口側(進行方向側)における土砂の状態の一つである、水平面に対する土砂山702の角度βが、所定角度以上であるか否かを判定する。角度βは、例えば図7に示されるように、水平面Vに対するバケット6の開口側の土砂山702におけるバケット6側の斜面の角度である。角度βは、例えば、土砂山702の斜面におけるバケット6の上縁6aと対応する位置A1と土砂山702の頂部A2とを結ぶ直線の水平面Vに対する角度であってよい。角度βは、例えばコントローラ30が撮像装置S6による撮像画像を取り込むことにより算出されてもよく、撮像装置S6により算出されてもよい。所定角度は、土砂の安息角に応じて定められることが好ましく、例えば土砂の安息角であってよい。所定角度が土砂の安息角である場合、その後のバケット6の移動により土砂山702が大きく発達しても、土砂がバケット6の奥の方へ自然落下する。このように、バケット6の奥の方まで土砂が自然に進入するため、効率よく掘削することができる。自動制御部54は、角度βが所定角度よりも小さい場合、土砂山702の発達が不十分としてステップST61の処理を再び実行し、バケット6の移動を継続させる。角度βが所定角度以上である場合も、バケット6の移動を継続させつつ判定処理をステップST62へ進める。土砂山702の角度βが所定角度以上になると、土砂山702はその角度を維持した状態で成長し続ける。そして、土砂は崩れながらバケット6の奥へ進入する。 In step ST61, the automatic control unit 54 determines whether the angle β of the pile of soil 702 with respect to the horizontal plane, which is one of the conditions of the soil on the opening side (traveling direction side) of the bucket 6, is equal to or greater than a predetermined angle. The angle β is the angle of the slope of the bucket 6 side of the pile of soil 702 on the opening side of the bucket 6 with respect to the horizontal plane V, as shown in FIG. 7, for example. The angle β may be, for example, the angle of the straight line connecting the position A1 corresponding to the upper edge 6a of the bucket 6 on the slope of the pile of soil 702 with the top A2 of the pile of soil 702 with respect to the horizontal plane V. The angle β may be calculated, for example, by the controller 30 capturing an image captured by the imaging device S6, or may be calculated by the imaging device S6. The predetermined angle is preferably determined according to the angle of repose of the soil, and may be, for example, the angle of repose of the soil. If the predetermined angle is the angle of repose of the soil, the soil will naturally fall toward the back of the bucket 6 even if the pile of soil 702 grows large due to the subsequent movement of the bucket 6. In this way, the soil naturally penetrates deep into the bucket 6, allowing efficient excavation. If the angle β is smaller than the predetermined angle, the automatic control unit 54 determines that the development of the soil pile 702 is insufficient, executes the process of step ST61 again, and continues moving the bucket 6. If the angle β is equal to or greater than the predetermined angle, the bucket 6 continues to move while the judgment process proceeds to step ST62. When the angle β of the soil pile 702 becomes equal to or greater than the predetermined angle, the soil pile 702 continues to grow while maintaining that angle. The soil then penetrates deep into the bucket 6 as it collapses.

ステップST62では、自動制御部54は、バケット6の開口側の土砂の状態の一つである、バケット6に対する土砂の積込み量が、所定量以上であるか否かを判定する。具体的には、自動制御部54は、例えば図7に示されるように、バケット6の基端6bからバケット6の上縁6aにおける土砂山702の斜面に対応する位置A1までの長さLが所定長さ以下であるか否かを判定する。長さLは、例えばコントローラ30が撮像装置S6による撮像画像を取り込むことにより算出されてもよく、撮像装置S6により算出されてもよい。所定長さは、バケット6の上縁6aの長さの略1/3であることが好ましい。所定長さがバケット6の上縁6aの長さの略1/3である場合、バケット6の奥まで土砂が進入していると判定することができる。自動制御部54は、長さLが所定長さよりも大きい場合、ステップST62の処理を再び実行し、長さLが所定長さ以下である場合、処理をステップST63へ進める。その後、バケット6の移動を継続させると、更に、土砂山702は大きく成長する。 In step ST62, the automatic control unit 54 determines whether the amount of soil loaded into the bucket 6, which is one of the conditions of the soil on the opening side of the bucket 6, is equal to or greater than a predetermined amount. Specifically, the automatic control unit 54 determines whether the length L from the base end 6b of the bucket 6 to a position A1 corresponding to the slope of the soil pile 702 at the upper edge 6a of the bucket 6 is equal to or less than a predetermined length, as shown in FIG. 7 for example. The length L may be calculated by the controller 30 capturing an image captured by the imaging device S6, or may be calculated by the imaging device S6. The predetermined length is preferably approximately 1/3 of the length of the upper edge 6a of the bucket 6. When the predetermined length is approximately 1/3 of the length of the upper edge 6a of the bucket 6, it can be determined that the soil has penetrated to the back of the bucket 6. When the length L is greater than the predetermined length, the automatic control unit 54 executes the process of step ST62 again, and when the length L is equal to or less than the predetermined length, the process proceeds to step ST63. If the bucket 6 continues to move after that, the pile of dirt 702 will continue to grow.

そして、ステップST63では、自動制御部54は、バケット6の開口側の土砂の状態の一つである、地面701に対する土砂山702の高さHが、所定高さ以上であるか否かを判定する。高さHは、例えば図7に示されるように、地面701に対する土砂山702の頂部A2の高さである。高さHは、例えばコントローラ30が撮像装置S6による撮像画像を取り込むことにより算出されてもよく、撮像装置S6により算出されてもよい。所定高さは、バケット6の基端6bの高さであることが好ましい。所定高さがバケット6の基端6bの高さである場合、バケット6の上縁6aが略水平となるまでバケット6を閉じて、かき集めた土砂をバケット6内に収容する際に、バケット6内に多くの土砂が入り込むため、土砂を効率的に掬い上げることができる。自動制御部54は、高さHが所定高さよりも小さい場合、ステップST63の処理を再び実行し、高さHが所定高さ以上である場合、十分に土砂山702が成長したと判定し、処理をステップST64へ進める。 In step ST63, the automatic control unit 54 determines whether the height H of the pile of dirt 702 relative to the ground 701, which is one of the conditions of the dirt on the opening side of the bucket 6, is equal to or greater than a predetermined height. The height H is the height of the top A2 of the pile of dirt 702 relative to the ground 701, as shown in FIG. 7, for example. The height H may be calculated, for example, by the controller 30 capturing an image captured by the imaging device S6, or may be calculated by the imaging device S6. The predetermined height is preferably the height of the base end 6b of the bucket 6. When the predetermined height is the height of the base end 6b of the bucket 6, when the bucket 6 is closed until the upper edge 6a of the bucket 6 becomes approximately horizontal and the collected dirt is stored in the bucket 6, a lot of dirt enters the bucket 6, so that the dirt can be efficiently scooped up. If the height H is smaller than the predetermined height, the automatic control unit 54 executes the process of step ST63 again, and if the height H is equal to or greater than the predetermined height, it determines that the pile of dirt 702 has grown sufficiently and proceeds to step ST64.

ステップST64では、自動制御部54は、バケット6を掬い上げる動作(以下「掬い上げ動作」という。)を実行する。掬い上げ動作は、例えばバケット6の上縁6aが略水平となるまでバケット6を閉じ、且つバケット6の背面6cを掘削面(地面701及び土砂山702)から離れるようにアタッチメントを制御する動作であってよい。 In step ST64, the automatic control unit 54 executes an operation to scoop up the bucket 6 (hereinafter referred to as the "scooping operation"). The scooping operation may be, for example, an operation to close the bucket 6 until the upper edge 6a of the bucket 6 becomes approximately horizontal, and to control the attachment so that the back surface 6c of the bucket 6 is moved away from the excavation surface (the ground surface 701 and the pile of dirt 702).

このように、一実施形態のショベル100では、コントローラ30(自動制御部54)が、例えば、MCスイッチ等が押下されており、且つ、水平引き動作、若しくは掘削動作が行われている場合、アクチュエータを自動的に動作させて掬い上げ処理を実行する。そして、掬い上げ処理では、コントローラ30(自動制御部54)は、土砂の状態を考慮して、アタッチメントの掘削動作を制御する。これにより、土砂を効率的に掬い上げることができる。そのため、掘削動作において、バケット6前方に堆積する土砂を低減できる。その結果、バケット6前方に堆積する土砂を取り除くための作業が軽減され、作業効率が向上する。 In this way, in one embodiment of the excavator 100, when, for example, an MC switch or the like is pressed and a horizontal pulling operation or an excavation operation is being performed, the controller 30 (automatic control unit 54) automatically operates the actuator to perform the scooping process. Then, in the scooping process, the controller 30 (automatic control unit 54) controls the excavation operation of the attachment taking into account the condition of the soil. This allows the soil to be scooped up efficiently. Therefore, the soil that accumulates in front of the bucket 6 during the excavation operation can be reduced. As a result, the work required to remove the soil that accumulates in front of the bucket 6 is reduced, improving work efficiency.

なお、バケットサイズや土砂特性により判定処理を変更できる。例えば、ステップST62とステップST63とは、順番を入れ替えても良い。また、ステップST62とステップST63とは、少なくとも一方の判定処理でもよい。更に、ステップST61の判定は必ずしも必要はない。 The judgment process can be changed depending on the bucket size and soil characteristics. For example, the order of steps ST62 and ST63 may be switched. Furthermore, at least one of steps ST62 and ST63 may be the judgment process. Furthermore, the judgment of step ST61 is not necessarily required.

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。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 The embodiments disclosed herein should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The above-described embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.

1 下部走行体
1L 走行油圧モータ
1R 走行油圧モータ
2 旋回機構
2A 旋回油圧モータ
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
10 キャビン
11 エンジン
13 レギュレータ
14 メインポンプ
15 パイロットポンプ
17 コントロールバルブ
19L ネガコン圧センサ
19R ネガコン圧センサ
26 操作装置
28 吐出圧センサ
29 操作圧センサ
30 コントローラ
31 比例弁
32 シャトル弁
40 表示装置
40L センタバイパス油路
40R センタバイパス油路
42 入力装置
42L パラレル油路
42R パラレル油路
43 音声出力装置
47 記憶装置
50 マシンガイダンス部
51 位置算出部
52 距離算出部
53 情報伝達部
54 自動制御部
100 ショベル
171~176 制御弁
701 地面
702 土砂山
S1 ブーム角度センサ
S2 アーム角度センサ
S3 バケット角度センサ
S4 機体傾斜センサ
S5 旋回状態センサ
S6 撮像装置
T1 通信装置
1 Lower traveling body 1L Travel hydraulic motor 1R Travel hydraulic motor 2 Swing mechanism 2A Swing hydraulic motor 3 Upper rotating body 4 Boom 5 Arm 6 Bucket 7 Boom cylinder 8 Arm cylinder 9 Bucket cylinder 10 Cabin 11 Engine 13 Regulator 14 Main pump 15 Pilot pump 17 Control valve 19L Negative control pressure sensor 19R Negative control pressure sensor 26 Operation device 28 Discharge pressure sensor 29 Operation pressure sensor 30 Controller 31 Proportional valve 32 Shuttle valve 40 Display device 40L Center bypass oil passage 40R Center bypass oil passage 42 Input device 42L Parallel oil passage 42R Parallel oil passage 43 Voice output device 47 Storage device 50 Machine guidance unit 51 Position calculation unit 52 Distance calculation unit 53 Information transmission unit 54 Automatic control unit 100 Shovel 171 to 176 Control valve 701 Ground 702 Sand pile S1 Boom angle sensor S2, arm angle sensor S3, bucket angle sensor S4, machine body inclination sensor S5, turning state sensor S6, imaging device T1, communication device

Claims (5)

ブーム、アーム、及びバケットを含むアタッチメントと、
前記アタッチメントの掘削動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、掘削動作中に前記バケットの開口側の土砂の状態を監視する、
ショベル。
an attachment including a boom, an arm, and a bucket;
A control device for controlling the excavation operation of the attachment;
Equipped with
The control device monitors the condition of soil on the opening side of the bucket during an excavation operation.
Shovel.
前記制御装置は、前記土砂の状態を考慮して、前記アタッチメントの掘削動作を制御する、
請求項1に記載のショベル。
The control device controls the excavation operation of the attachment taking into account the state of the soil and sand.
The shovel according to claim 1.
前記土砂の状態は、水平面に対する土砂山の角度である、
請求項1に記載のショベル。
The state of the soil is the angle of the soil pile with respect to the horizontal plane.
The shovel according to claim 1.
前記土砂の状態は、前記バケットに対する前記土砂の積込み量である、
請求項1に記載のショベル。
The state of the soil is the amount of soil loaded into the bucket.
The shovel according to claim 1.
前記土砂の状態は、地面に対する土砂山の高さである、
請求項1に記載のショベル。
The state of the soil is the height of the soil pile relative to the ground.
The shovel according to claim 1.
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