WO2024150639A1 - Electric work machine, electric work machine control system, and electric work machine control method - Google Patents
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- E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
- E02F3/36—Component parts
- E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
- E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
- E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
Definitions
- This disclosure relates to an electric work machine, a control system for an electric work machine, and a control method for an electric work machine.
- JP 2020-159055 A Patent Document 1
- the driving motor is switched to the first driving speed regardless of the input from the driving mode instruction device.
- JP 2020-125625 A Patent Document 2
- the battery loss when the work machine travels from the charging facility to the work site is calculated, and a warning threshold is set based on the value obtained by adding this battery loss to the battery remaining limit.
- the objective of this disclosure is to provide an electric work machine, an electric work machine control system, and an electric work machine control method that can determine the exact amount of electricity required to reach a charging facility.
- Each of the electric work machine and the electric work machine control system disclosed herein includes a battery, a running body, a position sensor, and a controller.
- the battery is charged by a charging facility.
- the running body runs on power supplied from the battery.
- the position sensor acquires position information of the electric work machine.
- the controller calculates the distance between the charging facility and the electric work machine based on the position information of the charging facility and the position information of the electric work machine acquired by the position sensor, calculates the amount of electricity required to move the distance, and outputs notification information when it determines that the amount of electricity required is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
- the disclosed method for controlling an electric work machine includes a battery that is charged by a charging facility and a vehicle that runs on power supplied from the battery, and includes the following steps:
- the distance between the charging equipment and the electric work machine is calculated based on the position information of the charging equipment and the position information of the electric work machine.
- the amount of electricity required to move the distance is calculated. If it is determined that the amount of electricity required is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery, a notification is output.
- an electric work machine an electric work machine control system, and an electric work machine control method that can determine the exact amount of electricity required to reach a charging facility.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electric working machine according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of a control system for an electric working machine according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 3 is a diagram showing functional blocks of a controller shown in FIG. 2 .
- FIG. 4 is a flow chart showing a control method for an electric working machine in one embodiment of the present disclosure.
- the electric work machine of the present disclosure may be any other work machine such as a wheel loader, a bulldozer, or a motor grader, so long as it is a work machine that runs on electric power stored in a battery.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electric shovel in one embodiment of the present disclosure.
- the electric shovel 100 of this embodiment has a main body 1 and a working machine 2.
- the main body 1 has a rotating body 3 and a running body 5.
- the running body 5 has a pair of tracks 5Cr and a travel motor 5M.
- the electric excavator 100 can travel by rotating the tracks 5Cr.
- the travel motor 5M is provided as a drive source for the running body 5.
- the travel motor 5M is, for example, a hydraulic motor that is operated by hydraulic pressure.
- the running body 5 may also have wheels (tires).
- the rotating body 3 is placed on the running body 5 and is supported by the running body 5.
- the rotating body 3 can rotate around a rotation axis RX relative to the running body 5 by a rotation motor (not shown).
- the rotation motor is, for example, a hydraulic motor that is operated by hydraulic pressure.
- the rotation axis RX is an imaginary straight line that is the center of rotation of the rotating body 3.
- the traveling motor 5M or the rotation motor may be an electric motor.
- the rotating body 3 has a driver's cab 4.
- a driver's seat 4S is provided in the driver's cab 4 where the operator sits.
- the operator (crew) sits in the driver's cab 4 and can operate the work equipment 2, rotate the rotating body 3 relative to the running body 5, and operate the electric shovel 100 using the running body 5.
- the rotating body 3 has an exterior cover 9.
- the exterior cover 9 covers the machine room.
- the electric shovel 100 may be remotely operated.
- the work machine 2 is supported by the rotating body 3.
- the work machine 2 has a boom 6, an arm 7, and a bucket 8.
- the work machine 2 further has a boom cylinder 10, an arm cylinder 11, and a bucket cylinder 12.
- the boom 6 is rotatably connected to the main body 1. Specifically, the base end of the boom 6 is rotatably connected to the rotating body 3 with the boom foot pin 13 as a fulcrum.
- the arm 7 is rotatably connected to the boom 6. Specifically, the base end of the arm 7 is rotatably connected to the tip of the boom 6 with the boom top pin 14 as a fulcrum.
- the bucket 8 is rotatably connected to the arm 7. Specifically, the base end of the bucket 8 is rotatably connected to the tip of the arm 7 with the arm top pin 15 as a fulcrum.
- One end of the boom cylinder 10 is connected to the rotating body 3, and the other end is connected to the boom 6.
- the boom 6 can be driven relative to the main body 1 by the boom cylinder 10. This drive allows the boom 6 to rotate vertically relative to the rotating body 3, with the boom foot pin 13 as a fulcrum.
- One end of the arm cylinder 11 is connected to the boom 6, and the other end is connected to the arm 7.
- the arm 7 can be driven relative to the boom 6 by the arm cylinder 11. This drive allows the arm 7 to rotate up and down or back and forth relative to the boom 6, with the boom top pin 14 as a fulcrum.
- One end of the bucket cylinder 12 is connected to the arm 7, and the other end is connected to the bucket link 17.
- the bucket 8 can be driven relative to the arm 7 by the bucket cylinder 12. This drive allows the bucket 8 to rotate vertically relative to the arm 7, with the arm top pin 15 as a fulcrum.
- Each of the boom cylinder 10, arm cylinder 11 and bucket cylinder 12 is a hydraulic cylinder driven by hydraulic pressure, but may also be another actuator such as an electric cylinder.
- the electric shovel 100 further has a position sensor 21.
- the position sensor 21 is, for example, a GNSS (Global Navigation Satellite Systems) receiver.
- the position sensor 21 includes two GNSS receivers 21a, 21b. Each of the two GNSS receivers 21a, 21b is installed at a different position on the rotating body 3. Each of the GNSS receivers 21a, 21b receives a satellite positioning signal from a satellite that indicates the position of the rotating body 3 in the global coordinate system.
- the electric excavator 100 further has a surrounding information sensor 24.
- the surrounding information sensor 24 is attached, for example, to the top surface of the cab 4 near the front end.
- the surrounding information sensor 24 is arranged so that it can capture an image of, for example, the area in front of the main body 1.
- the surrounding information sensor 24 is arranged so that it can capture an image of, for example, the area near the cutting edge of the work machine 2 or the area near the object to be excavated.
- Multiple surrounding information sensors 24 may be arranged on the main body 1.
- the multiple surrounding information sensors 24 may be arranged so as to be able to capture images of the front, left and right sides, and rear of the main body 1.
- the surrounding information sensor 24 may be, for example, a LiDAR (Light Detection and Ranging) that emits laser light to acquire information about an object.
- the surrounding information sensor 24 may also be a Radar (Radio Detection and Ranging) that acquires information about an object by emitting radio waves.
- the radar may be, for example, a millimeter wave radar that uses a receiving antenna to detect how millimeter wave band radio waves emitted from a transmitting antenna are reflected off the surface of an object and returned.
- the surrounding information sensor 24 may be a visual sensor including a camera.
- the surrounding information sensor 24 may be an infrared sensor.
- FIG. 2 is a diagram showing the functional blocks of a control system for an electric working machine in one embodiment of the present disclosure.
- one line indicates an electric circuit
- two lines indicate a hydraulic circuit
- dashed lines indicate mechanical connections.
- the control system of the electric shovel 100 which is an electric work machine, has a position sensor 21, a receiver 22, a communication device 23, a surrounding information sensor 24, an alarm device 25, and an operating device 26.
- the position sensor 21 outputs a satellite positioning signal indicating the position of the rotating body 3 in the global coordinate system received from a satellite to the controller 40.
- the controller 40 calculates the position of the electric excavator 100 in the global coordinate system from this satellite positioning signal.
- the receiver 22 is capable of communicating with the charging equipment 50. Wireless communication between the receiver 22 and the charging equipment 50 is performed, for example, using a specific low-power radio or a wireless LAN.
- the receiver 22 receives position information of the charging equipment 50 from the charging equipment 50.
- the receiver 22 outputs a position signal indicating the received position of the charging equipment 50 to the controller 40.
- the controller 40 calculates the position of the charging equipment 50 in the global coordinate system based on the position signal received from the charging equipment 50.
- the charging equipment 50 charges the battery 31 of the electric shovel 100.
- the charging equipment 50 may be a fixed type that is grounded on the ground, or may be a mobile type that is mounted on a truck or the like.
- the charging equipment 50 has a position sensor 51, a memory unit 52, and a transmission device 53.
- the position sensor 51 is, for example, a GNSS receiver.
- the position sensor 51 receives from a satellite a satellite positioning signal that indicates the position of the charging equipment 50 in the global coordinate system.
- the memory unit 52 may store the position of the charging equipment 50 received by the position sensor 51.
- the transmission device 53 transmits the position information of the charging equipment 50 received by the position sensor 51 or stored in the memory unit 52 to the receiver 22.
- the communication device 23 is capable of communicating with the remote control device 60.
- the communication device 23 receives an operation signal from the remote control device 60.
- the communication device 23 outputs the operation signal received from the remote control device 60 to the controller 40.
- the communication device 23 also transmits notification information to the communication device 61 of the remote control device 60, such as a notification signal acquired from the controller 40, the working status of the electric excavator 100 detected by the surrounding information sensor 24, the current topography, and the designed topography.
- the remote control device 60 is a device that allows an operator to operate the electric shovel 100 from a remote location.
- the remote control device 60 has, for example, a communication device 61, an operation device 62, and a display device 63 (alarm device).
- Each of the communication device 61, the operation device 62, and the display device 63 is disposed in a location remote from the electric shovel 100. The operator may board the electric shovel 100 to operate the electric shovel 100.
- the communication device 61 can communicate wirelessly with the communication device 23. Wireless communication between the communication device 61 and the communication device 23 is performed, for example, using a specific low-power radio or a wireless LAN.
- the operating device 62 includes, for example, an operating lever, an operating switch, and the like for the operator to operate.
- An operating signal input to the operating device 62 by the operator is received by the communication device 23 via the communication device 61 and output to the controller 40 of the electric excavator 100.
- the remote operation device 60 may be a remote management device that has a communication device 61 and a display device 63, but does not have an operation device 62. In this case, various information (such as notification information) received by the communication device 61 of the remote management device 60 from the communication device 23 of the electric excavator 100 is displayed on the display device 63 of the remote management device 60.
- the remote management device 60 may also have a notification speaker, and may emit a sound from the notification speaker when notification information is received from the communication device 23.
- the display device 63 displays various information such as notification information, the working status of the electric shovel 100, the current topography, and the designed topography.
- the display device 63 can display information obtained from the electric shovel 100 via the communication device 23 and the communication device 61.
- the surrounding information sensor 24 outputs a signal indicating the surrounding information of the electric excavator 100 detected by the surrounding information sensor 24 to the controller 40.
- the controller 40 transmits this surrounding information to the alarm device 25, the display device 63 of the remote control device 60, etc.
- the notification device 25 may be, for example, a display device or a notification speaker.
- the notification device 25 is arranged, for example, in the driver's cab 4.
- the display device as the notification device 25 displays, for example, notification information.
- the display device as the notification device 25 may also display surrounding information detected by the surrounding information sensor 24, current topography data, designed topography data, the cutting edge position of the work machine 2, etc., or construction plan data.
- the notification speaker emits a warning sound.
- the operating device 26 is disposed in the cab 4.
- the operating device 26 controls the travel of the electric excavator 100, the operation of the work machine 2, the rotation of the rotating body 3, etc., and is operated by the operator.
- the amount of operation of the operating device 26 is detected by, for example, a potentiometer or a Hall IC (Integrated Circuit).
- an operation signal indicating the amount of operation of the operating device 26 is transmitted to the controller 40.
- the controller 40 transmits the operation signal as an operation command to the electromagnetic control valve 36 for the work machine, the electromagnetic control valve 37 for the travel motor, etc.
- the battery 31 is connected to the controller 40 and the inverter 33 via electrical wiring.
- the controller 40 provides a control signal to the inverter 33, which is connected via electrical wiring.
- the battery 31 supplies power to the electric motor 34, which serves as a power source, via the inverter 33.
- the battery 31 is a unit made up of multiple lithium-ion battery cells, for example.
- the inverter 33 converts the DC power output from the battery 31 into AC power with controlled frequency, etc., based on a control signal from the controller 40.
- the inverter 33 supplies the AC power to the electric motor 34 through electrical wiring.
- the electric motor 34 is driven by the AC power supplied from the inverter 33, using the battery 31 as a power source.
- the electric motor 34 and the hydraulic pump 35 are mechanically linked.
- the driving force of the electric motor 34 is transmitted to the hydraulic pump 35, which drives the hydraulic pump 35.
- the hydraulic pump 35 When the hydraulic pump 35 is driven, it pumps hydraulic oil from the hydraulic oil tank TA.
- the hydraulic pump 35 supplies and discharges the hydraulic oil pumped from the hydraulic oil tank TA to each of the work machine actuators 10, 11, and 12 through the work machine electromagnetic control valve 36.
- the supply and discharge of hydraulic oil operates each of the work machine actuators 10, 11, and 12.
- the hydraulic pump 35 also supplies and discharges the hydraulic oil pumped from the hydraulic oil tank TA to the travel motor 5M through the travel motor electromagnetic control valve 37.
- the supply and discharge of hydraulic oil operates the travel motor 5M.
- the controller 40 controls the opening and closing of the work machine electromagnetic control valve 36. This controls the drive of each of the work machine actuators 10, 11, and 12.
- the controller 40 controls the opening and closing of the travel motor electromagnetic control valve 37. This controls the drive of the travel motor 5M.
- the controller 40 outputs control signals to the inverter 33, the electromagnetic control valve for the work machine 36, and the electromagnetic control valve for the travel motor 37 based on the acquired operation signal. This controls the travel of the running body 5 of the electric excavator 100 and the operation of the work machine 2 based on the operation signal from the operation device 26 or the remote operation device 60.
- the charge remaining sensor 32 detects the charge remaining in the battery 31.
- the charge remaining sensor 32 outputs a signal indicating the detected charge remaining in the battery 31 to the controller 40.
- the controller 40 calculates the distance between the charging equipment 50 and the electric shovel 100 based on the position information of the charging equipment 50 and the position information of the electric shovel 100 received by the receiver 22.
- the controller 40 calculates the amount of electricity required to move the above-mentioned distance.
- the controller 40 outputs notification information when it determines that the above-mentioned required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery 31.
- FIG. 3 is a diagram showing functional blocks of the controller shown in FIG. 2.
- the controller 40 includes a processor, a main memory, and a storage.
- the processor is, for example, a CPU (Central Processing Unit).
- the main memory includes, for example, a non-volatile memory such as a ROM (Read Only Memory) and a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory).
- the controller 40 reads out a program stored in the storage, expands it into the main memory, and executes a predetermined process according to the program.
- the controller 40 may be mounted on the electric shovel 100, or may be disposed remotely outside the electric shovel 100. When the controller 40 is disposed remotely outside the electric shovel 100, the controller 40 may be wirelessly connected to each device, sensor, etc. mounted on the electric shovel 100. In this case, the controller 40 may be stored in a server separate from the electric shovel 100.
- the controller 40 has a work machine position acquisition unit 41, a charging equipment position acquisition unit 42, a remaining charge acquisition unit 43, a distance calculation unit 44, a memory unit 45, a required electricity amount calculation unit 46, a movement feasibility determination unit 47, a notification control unit 48, and a travel speed limiting unit 49.
- the work machine position acquisition unit 41 acquires a signal indicating the position of the electric shovel 100 in the global coordinate system from the position sensor 21.
- the work machine position acquisition unit 41 outputs the acquired signal indicating the position of the electric shovel 100 to the separation distance calculation unit 44.
- the charging equipment position acquisition unit 42 acquires a signal indicating the position of the charging equipment 50 in the global coordinate system from the receiver 22.
- the charging equipment position acquisition unit 42 outputs the acquired signal indicating the position of the charging equipment 50 to the separation distance calculation unit 44. This allows the charging equipment position acquisition unit 42 to acquire the accurate position of the charging equipment 50 even if the charging equipment 50 is mobile and mounted on a truck or the like.
- the remaining charge acquisition unit 43 acquires a signal indicating the remaining charge of the battery 31 from the remaining charge sensor 32.
- the remaining charge acquisition unit 43 outputs the acquired signal indicating the remaining charge of the battery 31 to the movement feasibility determination unit 47.
- the separation distance calculation unit 44 calculates the separation distance between the charging equipment 50 and the electric shovel 100 based on the acquired signal indicating the position of the electric shovel 100 and the signal indicating the position of the charging equipment 50.
- the separation distance calculation unit 44 outputs the calculated separation distance to the required amount of electricity calculation unit 46.
- the separation distance calculation unit 44 may calculate the separation distance based on the position information of the electric excavator 100 acquired from the work machine position acquisition unit 41 and the position information of the charging equipment 50 stored in advance in the storage unit 45. In this case, the separation distance calculation unit 44 does not need to acquire a signal indicating the position of the charging equipment 50 from the charging equipment position acquisition unit 42.
- the required amount of electricity calculation unit 46 calculates the amount of electricity required to move to the charging equipment 50 based on the acquired separation distance. At this time, the required amount of electricity calculation unit 46 refers to information (table) that indicates the relationship between the separation distance stored in the memory unit 45 and the amount of electricity required for the electric shovel 100 to move. The amount of electricity required for the electric shovel 100 to move is calculated in advance based on known information such as the set traveling speed, the specifications of the electric motor 34, and the efficiency and pressure loss of the hydraulic pump 35 and the traveling motor 5M. The required amount of electricity calculation unit 46 outputs a signal indicating the calculated amount of electricity required to the movement feasibility determination unit 47.
- the required electricity calculation unit 46 may calculate the required electricity taking into account at least one of the slip ratio based on the soil information of the work site and the slope based on the difference in elevation between the charging equipment 50.
- the slip ratio based on the soil information of the work site may be calculated in advance by investigating the soil information of the work site and stored in the storage unit 45.
- the slip ratio based on the soil information of the work site may also be calculated from surrounding soil information detected by the surrounding information sensor 24.
- the slip ratio is a measure of the degree of slippage that occurs between the tracks 5Cr (or tires) and the ground when a braking force or driving force is applied.
- the vehicle speed is V
- the wheel angular velocity is ⁇
- the wheel effective radius is r
- the slip ratio during driving is expressed as (V- ⁇ r)/ ⁇ r
- the slip ratio during braking is expressed as (V- ⁇ r)/V.
- the inclination based on the difference in elevation between the electric shovel 100 and the charging equipment 50 may be calculated from the difference between the elevation position of the ground where the electric shovel 100 is located and the elevation position of the ground where the charging equipment 50 is located, and the distance between them.
- the position of the electric shovel 100 in the global coordinate system acquired by the position sensor 21 is used as the elevation position of the ground where the electric shovel 100 is located.
- the elevation position of the charging equipment 50 acquired by the receiver 22, or the elevation position of the charging equipment 50 previously stored in the memory unit 45 may be used as the elevation position of the ground where the charging equipment 50 is located.
- the movement feasibility determination unit 47 determines whether or not the electric excavator 100 can move to the charging equipment 50 based on a signal indicating the required amount of electricity acquired from the required amount of electricity calculation unit 46 and a signal indicating the remaining charge acquired from the remaining charge acquisition unit 43. Specifically, the movement feasibility determination unit 47 determines whether or not the remaining charge is equal to or less than the required amount of electricity (remaining charge ⁇ required amount of electricity). The movement feasibility determination unit 47 outputs a determination signal indicating the determination result to the notification control unit 48 and the traveling speed restriction unit 49. The movement feasibility determination unit 47 also outputs a difference signal indicating the magnitude of the difference between the required amount of electricity and the remaining charge to the notification control unit 48 and the traveling speed restriction unit 49.
- the notification control unit 48 controls the notification device 25 and the display device 63 of the remote control device 60 based on the acquired determination signal and difference signal. Specifically, when the notification control unit 48 acquires a signal indicating a determination result that the remaining charge is equal to or less than the required amount of electricity from the mobility determination unit 47, it outputs a notification signal to the notification device 25 and the communication device 23.
- the alarm device 25 When the alarm device 25 receives an alarm signal from the alarm control unit 48, it issues the necessary warning using an image, light, sound, or the like based on the alarm signal.
- the alarm device 25 may also change the output form of the warning depending on the magnitude of the difference between the required amount of electricity in the difference signal and the remaining charge. For example, when the alarm device 25 issues a warning using an image or light, it changes the color of the image or light to yellow, red, or the like. When the alarm device 25 issues a warning using sound, it changes the sound to an intermittent sound or a continuous sound.
- the communication device 23 When the communication device 23 receives the notification signal from the notification control unit 48, it transmits the notification signal to the remote control device 60. Based on the notification signal, the remote control device 60 issues a necessary warning by displaying an image on the display device 63 or by emitting a sound from a speaker or the like. As with the notification device 25, the remote control device 60 may change the output form of the warning depending on the magnitude of the difference between the required amount of electricity and the remaining charge in the difference signal.
- the traveling speed limiting unit 49 controls the traveling motor electromagnetic control valve 37 based on the acquired judgment signal or difference signal. Specifically, when the traveling speed limiting unit 49 of the controller 40 acquires a judgment signal indicating that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge, it controls the traveling motor electromagnetic control valve 37 to limit the traveling speed of the electric shovel 100. For example, even if the operating device 26 is operated to travel at the maximum speed, when the traveling speed limiting unit 49 acquires a judgment signal indicating that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge, it controls the traveling motor electromagnetic control valve 37 to set a speed limit lower than the maximum speed. The speed limit can be set by adjusting the opening of the traveling motor electromagnetic control valve.
- FIG. 4 is a flow diagram showing a method for controlling an electric work machine in one embodiment of the present disclosure.
- the work machine position acquisition unit 41 acquires a signal indicating the position of the electric excavator 100 in the global coordinate system from the position sensor 21 (step S1: FIG. 4).
- the work machine position acquisition unit 41 outputs the acquired signal indicating the position of the electric excavator 100 to the separation distance calculation unit 44.
- the charging equipment position acquisition unit 42 acquires a signal indicating the position of the charging equipment 50 in the global coordinate system from the receiver 22 (step S2: FIG. 4).
- the charging equipment position acquisition unit 42 outputs the acquired signal indicating the position of the charging equipment 50 to the separation distance calculation unit 44.
- the remaining charge acquisition unit 43 acquires a signal indicating the remaining charge of the battery 31 from the remaining charge sensor 32 (step S3: FIG. 4).
- the remaining charge acquisition unit 43 outputs the acquired signal indicating the remaining charge of the battery 31 to the movement feasibility determination unit 47.
- the separation distance calculation unit 44 calculates the separation distance between the charging equipment 50 and the electric shovel 100 based on the acquired signal indicating the position of the electric shovel 100 and the signal indicating the position of the charging equipment 50 (step S4: FIG. 4). The separation distance calculation unit 44 outputs the calculated separation distance to the required amount of electricity calculation unit 46.
- the required amount of electricity calculation unit 46 calculates the amount of electricity required to move to the charging equipment 50 based on the acquired separation distance (step S5: FIG. 4). At this time, the required amount of electricity calculation unit 46 refers to information indicating the relationship between the separation distance stored in the memory unit 45 and the amount of electricity required for the electric excavator 100 to move. The required amount of electricity calculation unit 46 outputs a signal indicating the calculated required amount of electricity to the movement feasibility determination unit 47.
- the movement feasibility determination unit 47 determines whether or not the electric excavator 100 can move to the charging facility 50 based on the acquired signal indicating the required amount of electricity and the signal indicating the remaining charge. Specifically, the movement feasibility determination unit 47 determines whether or not the remaining charge is equal to or less than the required amount of electricity (remaining charge amount ⁇ required amount of electricity) (step S6: FIG. 4). Note that the required amount of electricity may be calculated by adding a predetermined margin to the required amount of electricity, so that notification information can be output early in step S8 described below.
- the notification control unit 48 does not output notification information (notification signal) to the notification device 25 and the communication device 23 (step S7).
- the notification control unit 48 outputs notification information (notification signal) to the notification device 25 and the communication device 23 (step S8).
- the alarm device 25 When the alarm device 25 receives an alarm signal from the alarm control unit 48, it issues the necessary warning using an image, light, or sound based on the alarm signal.
- the communication device 23 When the communication device 23 receives a notification signal from the notification control unit 48, it transmits the notification signal to the remote control device 60. In response to the notification signal, the remote control device 60 issues a warning by displaying an image or light on the display device 63, or by emitting a sound from a speaker or the like.
- the batteries installed are also small. This means that a replacement battery can be carried on the electric shovel, and when the remaining charge of the battery in use becomes low, it can be replaced with the replacement battery.
- the controller 40 outputs notification information when it determines that the amount of electricity required to move the distance between the charging equipment 50 and the electric shovel 100 is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery 31. This makes it possible to know the exact amount of electricity required to reach the charging equipment 50.
- the controller 40 calculates the separation distance based on the position information of the charging equipment 50 that is pre-stored in the memory unit 45. This eliminates the need to obtain the position information of the charging equipment 50 through the receiver 22, and the device configuration can be simplified.
- the controller 40 refers to information indicating the relationship between the separation distance and the amount of electricity required for the electric shovel 100 to move, and calculates the required amount of electricity based on the separation distance. This makes it possible to easily calculate the required amount of electricity.
- the controller 40 changes the alarm output format according to the difference between the required amount of electricity and the remaining battery charge. This allows the operator to properly grasp the remaining battery charge.
- the controller 40 when the controller 40 determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining charge in the storage battery, it controls the running body 5 (running motor 5M) to impose a limit on the running speed. This makes it possible to suppress unnecessary power consumption that occurs when the running speed is increased.
- the controller 40 when the controller 40 determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery, it outputs notification information to the display device 63 (notification device) via the communication device 23 to notify the display device 63.
- the controller 40 determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery, it outputs notification information to the display device 63 (notification device) via the communication device 23 to notify the display device 63.
- the controller 40 determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery, it outputs notification information to the display device 63 (notification device) via the communication device 23 to notify the display device 63.
- An electric powered working machine A battery that is charged by a charging facility; a traveling body that travels using power supplied from the battery; a position sensor for acquiring position information of the electric working machine; and a controller that calculates a separation distance between the charging facility and the electric work machine based on position information of the charging facility and position information of the electric work machine acquired by the position sensor, calculates a required amount of electricity needed to move the separation distance, and outputs notification information when it determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
- An electric powered working machine A battery that is charged by a charging facility; a traveling body that travels using power supplied from the battery; a position sensor for acquiring position information of the electric working machine; a controller that calculates a separation distance between the charging facility and the electric work machine based on position information of the charging facility and position information of the electric work machine acquired by the position sensor, calculates a required amount of electricity needed to move the separation distance, and outputs notification information when it determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
- Appendix 8 an alarm device disposed away from the electric working machine; A transmitter that transmits notification information to the notification device, The control system for an electric working machine as described in Appendix 7, wherein the controller outputs the notification information via the transmitter to notify the notification device when it determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
- a control method for an electric working machine including a battery that is charged by a charging facility and a traveling body that travels using electric power supplied from the battery comprising: calculating a separation distance between the charging facility and the electric working machine based on position information of the charging facility and position information of the electric working machine; Calculating the amount of electricity required to move the separation distance; and outputting notification information when it is determined that the required amount of electricity is equal to or greater than a remaining battery charge stored in the battery.
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Abstract
Description
本開示は、電動作業機械、電動作業機械の制御システムおよび電動作業機械の制御方法に関する。 This disclosure relates to an electric work machine, a control system for an electric work machine, and a control method for an electric work machine.
バッテリから供給される電力で走行(移動)する電動作業機械がある。このような電動作業機械においては、バッテリ残量が充電設備まで移動できる電力を下回ると、作業機械が充電設備に自力で辿り着けない状況が生じる。 There are electric work machines that run (move) using power supplied from a battery. In such electric work machines, if the remaining battery power falls below the power required to travel to the charging facility, the work machine may be unable to reach the charging facility on its own.
そこで特開2020-159055号公報(特許文献1)では、バッテリ残量が予め設定された閾値を下回ったときに走行モード指示装置からの入力に関わらず走行モータが走行第1速側へ切り替えられる。 In response to this, in JP 2020-159055 A (Patent Document 1), when the remaining battery charge falls below a preset threshold, the driving motor is switched to the first driving speed regardless of the input from the driving mode instruction device.
また特開2020-125625号公報(特許文献2)では、作業機械が充電設備から作業現場まで走行するときのバッテリ減量が算出され、このバッテリ減量を限界バッテリ残量に加算した値に基づいて警告閾値が設定される。 In addition, in JP 2020-125625 A (Patent Document 2), the battery loss when the work machine travels from the charging facility to the work site is calculated, and a warning threshold is set based on the value obtained by adding this battery loss to the battery remaining limit.
しかしながら上記特許文献1、2においては充電設備に到達するまでの正確な必要電気量が分からない。
However, in the above-mentioned
本開示の目的は、充電設備に到達するまでの正確な必要電気量を知ることができる電動作業機械、電動作業機械の制御システムおよび電動作業機械の制御方法を提供することである。 The objective of this disclosure is to provide an electric work machine, an electric work machine control system, and an electric work machine control method that can determine the exact amount of electricity required to reach a charging facility.
本開示の電動作業機械および電動作業機械の制御システムの各々は、バッテリと、走行体と、位置センサと、コントローラとを備える。バッテリは、充電設備により充電される。走行体は、バッテリから供給される電力により走行する。位置センサは、電動作業機械の位置情報を取得する。コントローラは、充電設備の位置情報と位置センサにより取得された電動作業機械の位置情報とに基づいて充電設備と電動作業機械との離間距離を算出し、離間距離を移動するのに必要な必要電気量を算出し、必要電気量がバッテリに蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報を出力する。 Each of the electric work machine and the electric work machine control system disclosed herein includes a battery, a running body, a position sensor, and a controller. The battery is charged by a charging facility. The running body runs on power supplied from the battery. The position sensor acquires position information of the electric work machine. The controller calculates the distance between the charging facility and the electric work machine based on the position information of the charging facility and the position information of the electric work machine acquired by the position sensor, calculates the amount of electricity required to move the distance, and outputs notification information when it determines that the amount of electricity required is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
本開示の電動作業機械の制御方法は、充電設備により充電されるバッテリと、バッテリから供給される電力により走行する走行体とを備える電動作業機械の制御方法であって、以下のステップを備える。 The disclosed method for controlling an electric work machine includes a battery that is charged by a charging facility and a vehicle that runs on power supplied from the battery, and includes the following steps:
充電設備の位置情報と電動作業機械の位置情報とに基づいて充電設備と電動作業機械との離間距離が算出される。離間距離を移動するのに必要な必要電気量が算出される。必要電気量がバッテリに蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報が出力される。 The distance between the charging equipment and the electric work machine is calculated based on the position information of the charging equipment and the position information of the electric work machine. The amount of electricity required to move the distance is calculated. If it is determined that the amount of electricity required is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery, a notification is output.
本開示によれば、充電設備に到達するまでの正確な必要電気量を知ることができる電動作業機械、電動作業機械の制御システムおよび電動作業機械の制御方法を実現することができる。 According to the present disclosure, it is possible to realize an electric work machine, an electric work machine control system, and an electric work machine control method that can determine the exact amount of electricity required to reach a charging facility.
以下、本開示の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
In the specification and drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are not repeated. In addition, in the drawings, configurations may be omitted or simplified for the convenience of explanation.
以下の説明において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」とは、図1に示す運転室4内の運転席4Sに着座したオペレータを基準とした方向である。
In the following description, "up," "down," "front," "rear," "left," and "right" refer to directions based on the operator seated in the driver's
<電動作業機械の構成>
本開示の電動作業機械の一例として電動ショベルの構成について図1を用いて説明する。本開示の電動作業機械は、バッテリに蓄えた電力により走行する作業機械であれば、ホイールローダ、ブルドーザ、モータグレーダなどの他の作業機械であってもよい。
<Configuration of electric powered working machine>
As an example of the electric work machine of the present disclosure, the configuration of an electric shovel will be described with reference to Fig. 1. The electric work machine of the present disclosure may be any other work machine such as a wheel loader, a bulldozer, or a motor grader, so long as it is a work machine that runs on electric power stored in a battery.
図1は、本開示の一実施形態における電動ショベルの構成を概略的に示す図である。図1に示されるように、本実施形態の電動ショベル100は、本体1と、作業機2とを有している。本体1は、旋回体3と、走行体5とを有している。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electric shovel in one embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 1, the
走行体5は、一対の履帯5Crと、走行モータ5Mとを有している。電動ショベル100は、履帯5Crの回転により走行可能である。走行モータ5Mは、走行体5の駆動源として設けられている。走行モータ5Mは、たとえば油圧により作動する油圧モータである。なお、走行体5は車輪(タイヤ)を有していてもよい。
The running
旋回体3は、走行体5の上に配置され、かつ走行体5により支持されている。旋回体3は、旋回モータ(図示せず)により旋回軸RXを中心として走行体5に対して旋回可能である。旋回モータは、たとえば油圧により作動する油圧モータである。旋回軸RXは、旋回体3の旋回中心となる仮想の直線である。なお走行モータ5Mあるいは旋回モータは電動モータであってもよい。
The rotating body 3 is placed on the running
旋回体3は、運転室4(キャブ)を有している。運転室4内には、オペレータが着座する運転席4Sが設けられている。オペレータ(乗員)は、運転室4に搭乗して、作業機2の操作、走行体5に対する旋回体3の旋回操作、および走行体5による電動ショベル100の走行操作が可能である。旋回体3は、外装カバー9を有している。外装カバー9は、機械室を覆っている。電動ショベル100は、遠隔操作されるものでもよい。
The rotating body 3 has a driver's cab 4. A driver's
作業機2は、旋回体3に支持されている。作業機2は、ブーム6と、アーム7と、バケット8とを有している。作業機2は、ブームシリンダ10と、アームシリンダ11と、バケットシリンダ12とをさらに有している。
The work machine 2 is supported by the rotating body 3. The work machine 2 has a
ブーム6は、本体1に回動可能に接続されている。具体的にはブーム6の基端部は、ブームフートピン13を支点として旋回体3に回動可能に接続されている。アーム7は、ブーム6に回動可能に接続されている。具体的にはアーム7の基端部は、ブームトップピン14を支点としてブーム6の先端部に回動可能に接続されている。バケット8は、アーム7に回転可能に接続されている。具体的にはバケット8の基端部は、アームトップピン15を支点としてアーム7の先端部に回動可能に接続されている。
The
ブームシリンダ10の一端は旋回体3に接続され、他端はブーム6に接続されている。ブーム6は、ブームシリンダ10により本体1に対して駆動可能である。この駆動により、ブーム6は、ブームフートピン13を支点として旋回体3に対して上下方向に回動可能である。
One end of the
アームシリンダ11の一端はブーム6に接続され、他端はアーム7に接続されている。アーム7は、アームシリンダ11によりブーム6に対して駆動可能である。この駆動により、アーム7は、ブームトップピン14を支点としてブーム6に対して上下方向または前後方向に回動可能である。
One end of the
バケットシリンダ12の一端はアーム7に接続され、他端はバケットリンク17に接続されている。バケット8は、バケットシリンダ12によりアーム7に対して駆動可能である。この駆動により、バケット8は、アームトップピン15を支点としてアーム7に対して上下方向に回動可能である。
One end of the
ブームシリンダ10、アームシリンダ11およびバケットシリンダ12の各々は、油圧により駆動する油圧シリンダであるが、電動シリンダなどの他のアクチュエータであってもよい。
Each of the
電動ショベル100は、位置センサ21をさらに有している。位置センサ21は、たとえばGNSS(Global Navigation Satellite Systems:全地球航法衛星システム)受信機である。位置センサ21は、2つのGNSS受信機21a、21bを含む。2つのGNSS受信機21a、21bの各々は、旋回体3の異なる位置に設置される。GNSS受信機21a、21bの各々は、グローバル座標系における旋回体3の位置を示す衛星測位信号を衛星から受信する。
The
電動ショベル100は、周囲情報センサ24をさらに有している。周囲情報センサ24は、たとえば運転室4の上面であって前端付近に取り付けられている。周囲情報センサ24は、たとえば本体1の前方を撮像可能に配置されている。周囲情報センサ24は、たとえば作業機2の刃先付近または掘削対象物付近を撮像可能に配置されている。
The
複数個の周囲情報センサ24が本体1に配置されていてもよい。複数個の周囲情報センサ24は、本体1の前方、左右側方および後方を撮像可能に配置されていてもよい。
Multiple
周囲情報センサ24は、たとえばレーザ光を射出して対象物の情報を取得するLiDAR(Light Detection and Ranging)である。周囲情報センサ24は、電波を射出することにより対象物の情報を取得するRadar(Radio Detection and Ranging)であってもよい。Radarは、たとえば送信アンテナから発したミリ波帯の電波が物体の表面で反射して戻ってくる様子を受信アンテナで検出するミリ波レーダであってもよい。周囲情報センサ24は、カメラを含む視覚センサであってもよい。周囲情報センサ24は、赤外線センサであってもよい。
The surrounding
<電動作業機械の制御システム>
次に、本実施形態における電動作業機械の制御システムについて図2を用いて説明する。
<Electric power machine control system>
Next, the control system for the electric working machine in this embodiment will be described with reference to FIG.
図2は、本開示の一実施形態における電動作業機械の制御システムの機能ブロックを示す図である。図2において1本線は電気回路を示し、2本線は油圧回路を示し、破線は機械的な連結を示している。 FIG. 2 is a diagram showing the functional blocks of a control system for an electric working machine in one embodiment of the present disclosure. In FIG. 2, one line indicates an electric circuit, two lines indicate a hydraulic circuit, and dashed lines indicate mechanical connections.
図2に示されるように、電動作業機械である電動ショベル100の制御システムは、位置センサ21と、受信機22と、通信機23と、周囲情報センサ24と、報知装置25と、操作装置26とを有している。
As shown in FIG. 2, the control system of the
位置センサ21は、衛星から受信したグローバル座標系における旋回体3の位置を示す衛星測位信号をコントローラ40へ出力する。コントローラ40は、この衛星測位信号から、グローバル座標系における電動ショベル100の位置を演算する。
The
受信機22は、充電設備50と通信可能である。受信機22と充電設備50との無線通信は、たとえば特定小電力無線または無線LANを用いて行われる。充電設備50から充電設備50の位置情報を受信する。受信機22は、受信した充電設備50の位置を示す位置信号をコントローラ40へ出力する。コントローラ40は、充電設備50から受信した位置信号に基づいて、グローバル座標系における充電設備50の位置を演算する。
The
充電設備50は、電動ショベル100のバッテリ31を充電する。充電設備50は、地面に接地された固定式であってもよく、またトラックなどに搭載された移動式であってもよい。充電設備50は、位置センサ51と、記憶部52と、送信装置53とを有している。位置センサ51は、たとえばGNSS受信機である。位置センサ51は、グローバル座標系における充電設備50の位置を示す衛星測位信号を衛星から受信する。記憶部52は、位置センサ51により受信した充電設備50の位置を記憶してもよい。送信装置53は、位置センサ51により受信された、または記憶部52に記憶された充電設備50の位置情報を受信機22へ送信する。
The charging
通信機23は、遠隔操作装置60と通信可能である。通信機23は、遠隔操作装置60からの操作信号を受信する。通信機23は遠隔操作装置60から受信した操作信号をコントローラ40へ出力する。また通信機23は、コントローラ40から取得した報知信号、周囲情報センサ24が検出した電動ショベル100の作業状況、現況地形、設計地形などの各種情報を遠隔操作装置60の通信装置61へ報知の情報、を送信する。
The
遠隔操作装置60は、オペレータが遠隔地から電動ショベル100を操作するための装置である。遠隔操作装置60は、たとえば通信装置61と、操作装置62と、表示装置63(報知装置)とを有している。通信装置61、操作装置62および表示装置63の各々は、電動ショベル100の遠隔地に配置されている。電動ショベル100にオペレータが搭乗して電動ショベル100を操作してもよい。
The
通信装置61は、通信機23と無線で通信可能である。通信装置61と通信機23との無線通信は、たとえば特定小電力無線または無線LANを用いて行われる。
The
操作装置62は、たとえばオペレータが操作するための操作レバー、操作スイッチなどを含む。オペレータにより操作装置62に入力された操作信号は、通信装置61を通じて通信機23により受信され、電動ショベル100のコントローラ40へ出力される。
The operating
なお遠隔操作装置60は、通信装置61および表示装置63を有し、操作装置62を有しない遠隔管理装置であってもよい。この場合、遠隔管理装置60の通信装置61が電動ショベル100の通信機23から受信した各種の情報(報知情報など)が遠隔管理装置60の表示装置63に表示される。また遠隔管理装置60は報知用スピーカーを有し、通信機23から報知情報を受信した場合に、報知用スピーカーから音を発してもよい。
The
表示装置63は、報知情報、電動ショベル100の作業状況、現況地形、設計地形などの各種情報を表示する。表示装置63は、通信機23および通信装置61を通じて電動ショベル100から取得した情報を表示することができる。
The
周囲情報センサ24は、周囲情報センサ24により検出した電動ショベル100の周囲情報を示す信号をコントローラ40へ出力する。コントローラ40は、この周囲情報を報知装置25、遠隔操作装置60の表示装置63などに送信する。
The surrounding
報知装置25は、たとえば表示装置であってもよく、報知用スピーカーであってもよい。報知装置25は、たとえば運転室4内に配置されている。報知装置25としての表示装置には、たとえば報知情報が表示される。また報知装置25としての表示装置には、周囲情報センサ24により検出された周囲情報が表示されてもよく、現況地形データ、設計地形データ、作業機2の刃先位置などが表示されてもよく、施工計画データが表示されてもよい。報知用スピーカーは警告音を発する。
The
操作装置26は、運転室4内に配置されている。操作装置26は、電動ショベル100の走行、作業機2の動作、旋回体3の旋回動作などを操作するものであり、オペレータによって操作される。操作装置26の操作量は、たとえばポテンショメータ、ホールIC(Integrated Circuit)などによって検出される。操作装置26が操作されると、操作装置26の操作量を示す操作信号がコントローラ40に送信される。コントローラ40は、操作信号を、作業機用電磁制御弁36、走行モータ用電磁制御弁37などに操作指令として送信する。
The operating
バッテリ31は、電気配線を通じてコントローラ40およびインバータ33の各々に接続されている。コントローラ40は、電気配線で接続されたインバータ33に制御信号を与える。バッテリ31は、インバータ33を通じて、動力源としての電動モータ34に電力を供給する。バッテリ31は、たとえばリチウムイオン電池のセルを複数集めたユニットである。
The
インバータ33は、コントローラ40からの制御信号に基づいて、バッテリ31の出力である直流電力を周波数などを制御した交流電力に変換する。インバータ33は、電気配線を通じて電動モータ34に交流電力を供給する。これにより電動モータ34は、バッテリ31を電源として、インバータ33から供給された交流電力により駆動する。
The
電動モータ34と油圧ポンプ35とは機械的に連結されている。電動モータ34の駆動力が油圧ポンプ35に伝達されることにより油圧ポンプ35が駆動する。油圧ポンプ35は、駆動することにより、作動油タンクTAから作動油を汲み出す。油圧ポンプ35は、作動油タンクTAから汲み出した作動油を作業機用電磁制御弁36を通じて各作業機アクチュエータ10、11、12に給排する。作動油の給排により各作業機アクチュエータ10、11、12が作動する。また油圧ポンプ35は、作動油タンクTAから汲み出した作動油を走行モータ用電磁制御弁37を通じて走行モータ5Mに給排する。作動油の給排により走行モータ5Mが作動する。
The
コントローラ40は、作業機用電磁制御弁36の開閉を制御する。これにより作業機アクチュエータ10、11、12の各々の駆動が制御される。コントローラ40は、走行モータ用電磁制御弁37の開閉を制御する。これにより走行モータ5Mの駆動が制御される。
The
コントローラ40は、取得した操作信号に基づいて、インバータ33、作業機用電磁制御弁36および走行モータ用電磁制御弁37への制御信号を出力する。これにより操作装置26または遠隔操作装置60からの操作信号に基づいて電動ショベル100の走行体5の走行および作業機2を動作が操作される。
The
充電残量センサ32は、バッテリ31の充電残量を検出する。充電残量センサ32は、検出したバッテリ31の充電残量を示す信号をコントローラ40に出力する。
The
コントローラ40は、充電設備50の位置情報と受信機22により受け取られた電動ショベル100の位置情報とに基づいて充電設備50と電動ショベル100との離間距離を算出する。コントローラ40は、上記離間距離を移動するのに必要な必要電気量を算出する。コントローラ40は、上記必要電気量がバッテリ31に蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報を出力する。
The
<コントローラ40>
次に、コントローラ40の機能ブロックについて図3を用いて説明する。
<
Next, the functional blocks of the
図3は、図2に示すコントローラの機能ブロックを示す図である。図3に示されるように、コントローラ40は、プロセッサと、メインメモリと、ストレージとを含む。プロセッサはたとえばCPU(Central Processing Unit)などである。メインメモリは、たとえばROM(Read Only Memory)のような不揮発性メモリおよびRAM(Random Access Memory)のような揮発性メモリを含む。コントローラ40は、ストレージに記憶されているプログラムを読み出してメインメモリに展開し、プログラムに従って所定の処理を実行する。
FIG. 3 is a diagram showing functional blocks of the controller shown in FIG. 2. As shown in FIG. 3, the
コントローラ40は、電動ショベル100に搭載されていてもよく、電動ショベル100の外部に離れて配置されていてもよい。コントローラ40が電動ショベル100の外部に離れて配置されている場合、コントローラ40は、電動ショベル100に搭載される各装置、センサなどと無線により接続されていてもよい。この場合、コントローラ40は、電動ショベル100から離れたサーバに格納されていてもよい。
The
コントローラ40は、作業機械位置取得部41と、充電設備位置取得部42と、充電残量取得部43と、離間距離算出部44と、記憶部45と、必要電気量算出部46と、移動可否判定部47と、報知制御部48と、走行速度制限部49とを有している。
The
作業機械位置取得部41は、グローバル座標系における電動ショベル100の位置を示す信号を位置センサ21から取得する。作業機械位置取得部41は、取得した電動ショベル100の位置を示す信号を離間距離算出部44へ出力する。
The work machine
充電設備位置取得部42は、グローバル座標系における充電設備50の位置を示す信号を受信機22から取得する。充電設備位置取得部42は、取得した充電設備50の位置を示す信号を離間距離算出部44へ出力する。これにより充電設備50がトラックなどに搭載された移動式である場合であっても、充電設備位置取得部42は、正確な充電設備50の位置を取得することができる。
The charging equipment
充電残量取得部43は、バッテリ31の充電残量を示す信号を充電残量センサ32から取得する。充電残量取得部43は、取得したバッテリ31の充電残量を示す信号を移動可否判定部47へ出力する。
The remaining
離間距離算出部44は、取得した電動ショベル100の位置を示す信号と充電設備50の位置を示す信号とに基づいて、充電設備50と電動ショベル100との離間距離を算出する。離間距離算出部44は、算出した離間距離を必要電気量算出部46へ出力する。
The separation
離間距離算出部44は、充電設備50が地面に接地された固定式の場合、作業機械位置取得部41から取得した電動ショベル100の位置情報と記憶部45に予め記憶された充電設備50の位置情報とに基づいて離間距離を算出してもよい。この場合には、離間距離算出部44は、充電設備位置取得部42から充電設備50の位置を示す信号を取得する必要はない。
When the charging
必要電気量算出部46は、取得した離間距離に基づいて充電設備50まで移動するために必要な必要電気量を算出する。この際、必要電気量算出部46は、記憶部45に記憶された離間距離と電動ショベル100が移動するために必要な電気量との関係を示す情報(テーブル)を参照する。電動ショベル100が移動するために必要な電気量は、設定走行速度、電動モータ34のスペック、油圧ポンプ35および走行モータ5Mの効率および圧力損失といった既知情報に基づいて予め求められる。必要電気量算出部46は、算出した必要電気量を示す信号を移動可否判定部47へ出力する。
The required amount of
また必要電気量算出部46は、作業現場の土質情報に基づくスリップ率と充電設備50との高低差に基づく傾斜との少なくとも一方を考慮して必要電気量を算出してもよい。作業現場の土質情報に基づくスリップ率は、予め作業現場の土質情報を調べてスリップ率を算出したうえで記憶部45に記憶されていてもよい。また作業現場の土質情報に基づくスリップ率は、周囲情報センサ24により検出された周囲の土質情報から算出されてもよい。なおスリップ率は、制動力あるいは駆動力が作用している場合に履帯5Cr(またはタイヤ)と地面との間に生じる滑りの程度を示す尺度である。車体速度をV、車輪角速度をω、車輪有効半径をrとしたとき、駆動時のスリップ率は(V-ωr)/ωrで表わされ、制動時のスリップ率は(V-ωr)/Vで表わされる。
The required
また電動ショベル100と充電設備50との高低差に基づく傾斜は、電動ショベル100が位置する地面の高さ位置および充電設備50が位置する地面の高さ位置の差と離間距離とから算出されてもよい。電動ショベル100が位置する地面の高さ位置として、位置センサ21により取得されたグローバル座標系における電動ショベル100の位置が用いられる。また充電設備50が位置する地面の高さ位置として、受信機22により取得された充電設備50の高さ位置、または予め記憶部45に記憶された充電設備50の高さ位置のいずれが用いられてもよい。
The inclination based on the difference in elevation between the
移動可否判定部47は、必要電気量算出部46から取得した必要電気量を示す信号と充電残量取得部43から取得した充電残量を示す信号とに基づいて、電動ショベル100が充電設備50へ移動可能か否かを判定する。具体的には移動可否判定部47は、充電残量が必要電気量以下(充電残量≦必要電気量)であるか否かを判定する。移動可否判定部47は、判定結果を示す判定信号を報知制御部48および走行速度制限部49へ出力する。また移動可否判定部47は、必要電気量と充電残量との差分の大きさを示す差分信号を報知制御部48および走行速度制限部49へ出力する。
The movement
報知制御部48は、取得した判定信号と差分信号とに基づいて報知装置25と遠隔操作装置60の表示装置63とを制御する。具体的には報知制御部48は、移動可否判定部47から充電残量が必要電気量以下であるとの判定結果を示す信号を取得した場合、報知装置25および通信機23に報知信号を出力する。
The
報知装置25は、報知制御部48から報知信号を取得すると、報知信号に基づいて必要な警告を画像、光、音などで発報する。また報知装置25は、差分信号における必要電気量と充電残量との差分の大きさに応じて警報の出力形態を変更してもよい。たとえば報知装置25が画像、光で警告を発する場合には、画像、光の色彩を黄色、赤色などで変更する。また報知装置25が音で警告を発する場合には、音を断続音または連続音で変更する。
When the
通信機23は、報知制御部48から報知信号を取得すると、遠隔操作装置60に報知信号を送信する。これにより遠隔操作装置60は、報知信号に基づいて必要な警告を表示装置63に画像で表示し、またはスピーカーなどで音を発することにより発報する。遠隔操作装置60は、報知装置25と同様、差分信号における必要電気量と充電残量との差分の大きさに応じて警報の出力形態を変更してもよい。
When the
走行速度制限部49は、取得した判定信号または差分信号に基づいて走行モータ用電磁制御弁37を制御する。具体的にはコントローラ40の走行速度制限部49は、必要電気量が蓄電池残量以上であるとの判定信号を取得した場合、電動ショベル100の走行速度に制限を課すように走行モータ用電磁制御弁37を制御する。たとえば最大速度で走行するように操作装置26が操作されても、走行速度制限部49は必要電気量が蓄電池残量以上であるとの判定信号を取得した場合には、最大速度よりも遅い制限速度となるように走行モータ用電磁制御弁37を制御する。走行モータ用電磁制御弁の開度を調整することにより制限速度となるように制御することができる。また走行速度制限部49は、取得した判定信号に基づいてインバータ33を制御してもよい。たとえば走行速度制限部49がインバータ33を制御することにより電動モータ34に与える周波数を変更することによって制限速度となるように制御してもよい。なお走行速度制限部49は、取得した差分信号に応じて制限する走行速度を変えてもよい。
The traveling
<電動作業機械の制御方法>
次に、本実施形態における電動作業機械の制御方法について図2~図4を用いて説明する。
<Method for controlling electric working machine>
Next, a control method for the electric working machine in this embodiment will be described with reference to FIGS.
図4は、本開示の一実施形態における電動作業機械の制御方法を示すフロー図である。図3および図4に示されるように、作業機械位置取得部41は、グローバル座標系における電動ショベル100の位置を示す信号を位置センサ21から取得する(ステップS1:図4)。作業機械位置取得部41は、取得した電動ショベル100の位置を示す信号を離間距離算出部44へ出力する。
FIG. 4 is a flow diagram showing a method for controlling an electric work machine in one embodiment of the present disclosure. As shown in FIGS. 3 and 4, the work machine
充電設備位置取得部42は、グローバル座標系における充電設備50の位置を示す信号を受信機22から取得する(ステップS2:図4)。充電設備位置取得部42は、取得した充電設備50の位置を示す信号を離間距離算出部44へ出力する。
The charging equipment
充電残量取得部43は、バッテリ31の充電残量を示す信号を充電残量センサ32から取得する(ステップS3:図4)。充電残量取得部43は、取得したバッテリ31の充電残量を示す信号を移動可否判定部47へ出力する。
The remaining
離間距離算出部44は、取得した電動ショベル100の位置を示す信号と充電設備50の位置を示す信号とに基づいて、充電設備50と電動ショベル100との離間距離を算出する(ステップS4:図4)。離間距離算出部44は、算出した離間距離を必要電気量算出部46へ出力する。
The separation
必要電気量算出部46は、取得した離間距離に基づいて充電設備50まで移動するために必要な必要電気量を算出する(ステップS5:図4)。この際、必要電気量算出部46は、記憶部45に記憶された離間距離と電動ショベル100が移動するために必要な電気量との関係を示す情報を参照する。必要電気量算出部46は、算出した必要電気量を示す信号を移動可否判定部47へ出力する。
The required amount of
移動可否判定部47は、取得した必要電気量を示す信号と充電残量を示す信号とに基づいて、電動ショベル100が充電設備50へ移動可能か否かを判定する。具体的には移動可否判定部47は、充電残量が必要電気量以下(充電残量≦必要電気量)であるか否かを判定する(ステップS6:図4)。なお必要電気量に所定の余裕量を加算したものを必要電気量とすることにより、後述のステップS8にて早目に報知情報を出力するようにしてもよい。
The movement
充電残量が必要電気量より大きいと移動可否判定部47が判定した場合、報知制御部48は報知装置25および通信機23へ報知情報(報知信号)を出力しない(ステップS7)。
If the
一方、充電残量が必要電気量以下であると移動可否判定部47が判定した場合、報知制御部48は報知装置25および通信機23へ報知情報(報知信号)を出力する(ステップS8)。
On the other hand, if the
報知装置25は、報知制御部48から報知信号を取得すると、報知信号に基づいて必要な警告を画像、光または音で発する。
When the
通信機23は、報知制御部48から報知信号を取得すると、遠隔操作装置60に報知信号を送信する。これにより遠隔操作装置60は、報知信号に基づいて表示装置63に画像、光で表示し、またはスピーカーなどで音を発することにより警告する。
When the
以上により本実施形態における電動作業機械の制御方法が実行される。
<効果>
次に、本実施形態における効果について説明する。
The control method for the electric working machine in this embodiment is carried out as described above.
<Effects>
Next, the effects of this embodiment will be described.
造園、水道管作業などに用いられる小型の電動ショベルなどの場合、搭載されるバッテリも小型となる。このため交換用バッテリを電動ショベルで持ち運び、使用中のバッテリの充電残量が少なくなった場合にそのバッテリを交換用バッテリと取替えることもできる。 In the case of small electric shovels used for landscaping, water pipe work, etc., the batteries installed are also small. This means that a replacement battery can be carried on the electric shovel, and when the remaining charge of the battery in use becomes low, it can be replaced with the replacement battery.
しかしながら中型、大型の電動ショベルの場合、搭載されるバッテリも大型となる。このため交換用バッテリを電動ショベル、トラックなどで持ち運ぶことは困難であり、またバッテリを交換する作業自体も困難である。 However, in the case of medium- and large-sized electric excavators, the batteries installed are also large. This makes it difficult to transport replacement batteries on an electric excavator or truck, and the task of replacing the battery itself is also difficult.
また広い敷地、河川、山中、僻地などの作業現場では、充電設備を設置することも難しいため、電動ショベルは充電設備から遠く離れた現場で作業する場合もある。この様な場合、電動ショベルは、遠く離れた充電設備と作業現場との間を往復移動する必要がある。 In addition, in work sites that involve large premises, rivers, mountains, or remote areas, it is difficult to install charging equipment, so electric excavators may be used at sites far away from the charging equipment. In such cases, the electric excavator must travel back and forth between the distant charging equipment and the work site.
また電動ショベルでは、掘削などの作業もバッテリに蓄えられた電力を用いて行われるため作業機の動作によっても電力が消費される。このため電動ショベルのオペレータがバッテリの充電残量を正確に把握しなければ、充電設備への到達前または作業途中でバッテリの充電残量が0(ゼロ)になることもあり得る。またオペレータがバッテリの充電残量を正確に把握しなければ、バッテリの充電残量が十分に残っているにも関わらず、作業を中断して充電設備へ移動を開始する場合も生じ、作業効率が低下するおそれもある。 In addition, with electric shovels, excavation and other tasks are performed using power stored in the battery, so power is also consumed by the operation of the work equipment. For this reason, if the operator of an electric shovel does not accurately grasp the remaining charge in the battery, the battery charge may reach 0 (zero) before arriving at the charging facility or during work. Furthermore, if the operator does not accurately grasp the remaining charge in the battery, there is a risk that he or she will stop work and start moving to the charging facility even though there is still sufficient charge left in the battery, which could reduce work efficiency.
これに対して本実施形態においては図3に示されるように、コントローラ40は、充電設備50と電動ショベル100との離間距離を移動するのに必要な必要電気量がバッテリ31に蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報を出力する。これにより充電設備50に到達するまでの正確な必要電気量を知ることができる。
In contrast, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また本実施形態によれば図3に示されるように、コントローラ40は、記憶部45に予め記憶された充電設備50の位置情報に基づいて離間距離を算出する。これにより充電設備50の位置情報を受信機22を通じて取得する必要がなくなり、装置構成の簡略化を図ることができる。
Furthermore, according to this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また本実施形態によれば図3に示されるように、コントローラ40は、離間距離と電動ショベル100が移動するために必要な電気量との関係を示す情報を参照して離間距離に基づいて必要電気量を算出する。これにより容易に必要電気量を算出することが可能となる。
Furthermore, according to this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また本実施形態によれば図3に示されるように、コントローラ40は、作業現場の土質情報に基づくスリップ率と前記充電設備までの高低差に基づく傾斜とその少なくとも一方を考慮して必要電気量を算出する。これにより充電設備50に到達するまでのより正確な必要電気量を知ることができる。
Furthermore, according to this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また本実施形態によれば図3に示されるように、コントローラ40は、必要電気量と蓄電池残量との差分に応じて警報の出力形態を変更する。これによりオペレータは、蓄電池残量を適切に把握することができる。
Furthermore, according to this embodiment, as shown in FIG. 3, the
また本実施形態によれば図3に示されるように、コントローラ40は、必要電気量が蓄電池残量以上であると判断した場合に、走行速度に制限を課すように走行体5(走行モータ5M)を制御する。これにより走行速度を増加させることにより生じる無駄な電力の消費を抑制することができる。
Also, according to this embodiment, as shown in FIG. 3, when the
また本実施形態によれば図3に示されるように、コントローラ40は、必要電気量がバッテリに蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に通信機23を通じて表示装置63(報知装置)に報知するよう報知情報を出力する。これにより電動ショベル100から離れた遠隔の管理者がいる場合、その管理者は電動ショベル100におけるバッテリ31の状況を認識することができる。
Furthermore, according to this embodiment, as shown in FIG. 3, when the
<付記>
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
<Additional Notes>
The above description includes the following additional features.
(付記1)
電動作業機械であって、
充電設備により充電されるバッテリと、
前記バッテリから供給される電力により走行する走行体と、
前記電動作業機械の位置情報を取得する位置センサと、
前記充電設備の位置情報と前記位置センサにより取得された前記電動作業機械の位置情報とに基づいて前記充電設備と前記電動作業機械との離間距離を算出し、前記離間距離を移動するのに必要な必要電気量を算出し、前記必要電気量が前記バッテリに蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報を出力するコントローラと、を備えた、電動作業機械。
(Appendix 1)
An electric powered working machine,
A battery that is charged by a charging facility;
a traveling body that travels using power supplied from the battery;
a position sensor for acquiring position information of the electric working machine;
and a controller that calculates a separation distance between the charging facility and the electric work machine based on position information of the charging facility and position information of the electric work machine acquired by the position sensor, calculates a required amount of electricity needed to move the separation distance, and outputs notification information when it determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
(付記2)
記憶部をさらに備え、
前記コントローラは、前記記憶部に予め記憶された前記充電設備の位置情報に基づいて前記離間距離を算出する、付記1に記載の電動作業機械。
(Appendix 2)
Further comprising a storage unit,
The electric working machine according to
(付記3)
前記コントローラは、前記離間距離と前記電動作業機械が移動するために必要な電気量との関係を示す情報を参照して前記離間距離に基づいて前記必要電気量を算出する、付記1または付記2に記載の電動作業機械。
(Appendix 3)
The electric working machine according to
(付記4)
前記コントローラは、作業現場の土質情報に基づくスリップ率と前記充電設備までの高低差に基づく傾斜との少なくとも一方を考慮して前記必要電気量を算出する、付記1から付記3のいずれか一つに記載の電動作業機械。
(Appendix 4)
The electric work machine according to any one of
(付記5)
前記コントローラは、前記必要電気量と前記蓄電池残量との差分に応じて警報の出力形態を変更する、付記1から付記4のいずれか一つに記載の電動作業機械。
(Appendix 5)
The electric working machine according to any one of
(付記6)
前記コントローラは、前記必要電気量が前記蓄電池残量以上であると判断した場合に、走行速度に制限を課すように前記走行体を制御する、付記1から付記5のいずれか一つに記載の電動作業機械。
(Appendix 6)
The electric working machine according to any one of
(付記7)
電動作業機械であって、
充電設備により充電されるバッテリと、
前記バッテリから供給される電力により走行する走行体と、
前記電動作業機械の位置情報を取得する位置センサと、
前記充電設備の位置情報と前記位置センサにより取得された前記電動作業機械の位置情報とに基づいて前記充電設備と前記電動作業機械との離間距離を算出し、前記離間距離を移動するのに必要な必要電気量を算出し、前記必要電気量が前記バッテリに蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報を出力するコントローラと、を備えた、電動作業機械の制御システム。
(Appendix 7)
An electric powered working machine,
A battery that is charged by a charging facility;
a traveling body that travels using power supplied from the battery;
a position sensor for acquiring position information of the electric working machine;
a controller that calculates a separation distance between the charging facility and the electric work machine based on position information of the charging facility and position information of the electric work machine acquired by the position sensor, calculates a required amount of electricity needed to move the separation distance, and outputs notification information when it determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
(付記8)
前記電動作業機械から離れて配置された報知装置と、
前記報知装置に報知情報を送信する送信部と、をさらに備え、
前記コントローラは、前記必要電気量が前記バッテリに蓄えられた前記蓄電池残量以上であると判断した場合に前記送信部を通じて前記報知装置に報知するよう前記報知情報を出力する、付記7に記載の電動作業機械の制御システム。
(Appendix 8)
an alarm device disposed away from the electric working machine;
A transmitter that transmits notification information to the notification device,
The control system for an electric working machine as described in
(付記9)
充電設備により充電されるバッテリと、前記バッテリから供給される電力により走行する走行体とを備える電動作業機械の制御方法であって、
前記充電設備の位置情報と前記電動作業機械の位置情報とに基づいて前記充電設備と前記電動作業機械との離間距離を算出するステップと、
前記離間距離を移動するのに必要な必要電気量を算出するステップと、
前記必要電気量が前記バッテリに蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報を出力するステップと、を備えた、電動作業機械の制御方法。
(Appendix 9)
A control method for an electric working machine including a battery that is charged by a charging facility and a traveling body that travels using electric power supplied from the battery, comprising:
calculating a separation distance between the charging facility and the electric working machine based on position information of the charging facility and position information of the electric working machine;
Calculating the amount of electricity required to move the separation distance;
and outputting notification information when it is determined that the required amount of electricity is equal to or greater than a remaining battery charge stored in the battery.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 本体、2 作業機、3 旋回体、4 運転室、4S 運転席、5 走行体、5Cr 履帯、5M 走行モータ、6 ブーム、7 アーム、8 バケット、9 外装カバー、10 ブームシリンダ、11 アームシリンダ、12 バケットシリンダ、13 ブームフートピン、14 ブームトップピン、15 アームトップピン、17 バケットリンク、21,51 位置センサ、21a,21b GNSS受信機、22 受信機、23 通信機、24 周囲情報センサ、25 報知装置、26,62 操作装置、31 バッテリ、32 充電残量センサ、33 インバータ、34 電動モータ、35 油圧ポンプ、36 作業機用電磁制御弁、37 走行モータ用電磁制御弁、40 コントローラ、41 作業機械位置取得部、42 充電設備位置取得部、43 充電残量取得部、44 離間距離算出部、45,52 記憶部、46 必要電気量算出部、47 移動可否判定部、48 報知制御部、50 充電設備、53 送信装置、60 遠隔操作装置、61 通信装置、63 表示装置、100 電動ショベル、RX 旋回軸、TA 作動油タンク。 1 Main body, 2 Work equipment, 3 Swivel body, 4 Cab, 4S Cab, 5 Running body, 5Cr Track, 5M Running motor, 6 Boom, 7 Arm, 8 Bucket, 9 Exterior cover, 10 Boom cylinder, 11 Arm cylinder, 12 Bucket cylinder, 13 Boom foot pin, 14 Boom top pin, 15 Arm top pin, 17 Bucket link, 21, 51 Position sensor, 21a, 21b GNSS receiver, 22 Receiver, 23 Communication device, 24 Surrounding information sensor, 25 Notification device, 26, 62 Operation device, 31 Back 32 remaining charge sensor, 33 inverter, 34 electric motor, 35 hydraulic pump, 36 electromagnetic control valve for work equipment, 37 electromagnetic control valve for travel motor, 40 controller, 41 work equipment position acquisition unit, 42 charging equipment position acquisition unit, 43 remaining charge acquisition unit, 44 distance calculation unit, 45, 52 memory unit, 46 required electricity amount calculation unit, 47 movement possibility determination unit, 48 notification control unit, 50 charging equipment, 53 transmission device, 60 remote control device, 61 communication device, 63 display device, 100 electric shovel, RX rotation axis, TA hydraulic oil tank.
Claims (9)
充電設備により充電されるバッテリと、
前記バッテリから供給される電力により走行する走行体と、
前記電動作業機械の位置情報を取得する位置センサと、
前記充電設備の位置情報と前記位置センサにより取得された前記電動作業機械の位置情報とに基づいて前記充電設備と前記電動作業機械との離間距離を算出し、前記離間距離を移動するのに必要な必要電気量を算出し、前記必要電気量が前記バッテリに蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報を出力するコントローラと、を備えた、電動作業機械。 An electric powered working machine,
A battery that is charged by a charging facility;
a traveling body that travels using power supplied from the battery;
a position sensor for acquiring position information of the electric working machine;
and a controller that calculates a separation distance between the charging facility and the electric work machine based on position information of the charging facility and position information of the electric work machine acquired by the position sensor, calculates a required amount of electricity needed to move the separation distance, and outputs notification information when it determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
前記コントローラは、前記記憶部に予め記憶された前記充電設備の位置情報に基づいて前記離間距離を算出する、請求項1に記載の電動作業機械。 Further comprising a storage unit,
The electric operating machine according to claim 1 , wherein the controller calculates the separation distance based on position information of the charging facility that is pre-stored in the storage unit.
充電設備により充電されるバッテリと、
前記バッテリから供給される電力により走行する走行体と、
前記電動作業機械の位置情報を取得する位置センサと、
前記充電設備の位置情報と前記位置センサにより取得された前記電動作業機械の位置情報とに基づいて前記充電設備と前記電動作業機械との離間距離を算出し、前記離間距離を移動するのに必要な必要電気量を算出し、前記必要電気量が前記バッテリに蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報を出力するコントローラと、を備えた、電動作業機械の制御システム。 An electric powered working machine,
A battery that is charged by a charging facility;
a traveling body that travels using power supplied from the battery;
a position sensor for acquiring position information of the electric working machine;
a controller that calculates a separation distance between the charging facility and the electric work machine based on position information of the charging facility and position information of the electric work machine acquired by the position sensor, calculates a required amount of electricity needed to move the separation distance, and outputs notification information when it determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
前記報知装置に報知情報を送信する送信部と、をさらに備え、
前記コントローラは、前記必要電気量が前記バッテリに蓄えられた前記蓄電池残量以上であると判断した場合に前記送信部を通じて前記報知装置に報知するよう前記報知情報を出力する、請求項7に記載の電動作業機械の制御システム。 an alarm device disposed away from the electric working machine;
A transmitter that transmits notification information to the notification device,
8. The control system for an electric working machine according to claim 7, wherein the controller outputs the notification information to the notification device via the transmitter when it determines that the required amount of electricity is equal to or greater than the remaining battery charge stored in the battery.
前記充電設備の位置情報と前記電動作業機械の位置情報とに基づいて前記充電設備と前記電動作業機械との離間距離を算出するステップと、
前記離間距離を移動するのに必要な必要電気量を算出するステップと、
前記必要電気量が前記バッテリに蓄えられた蓄電池残量以上であると判断した場合に報知情報を出力するステップと、を備えた、電動作業機械の制御方法。 A control method for an electric working machine including a battery that is charged by a charging facility and a traveling body that travels using electric power supplied from the battery, comprising:
calculating a separation distance between the charging facility and the electric working machine based on position information of the charging facility and position information of the electric working machine;
Calculating the amount of electricity required to move the separation distance;
and outputting notification information when it is determined that the required amount of electricity is equal to or greater than a remaining battery charge stored in the battery.
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