WO2025204746A1 - 作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の遠隔操作システム、及び作業機械の制御方法 - Google Patents
作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の遠隔操作システム、及び作業機械の制御方法Info
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- WO2025204746A1 WO2025204746A1 PCT/JP2025/008427 JP2025008427W WO2025204746A1 WO 2025204746 A1 WO2025204746 A1 WO 2025204746A1 JP 2025008427 W JP2025008427 W JP 2025008427W WO 2025204746 A1 WO2025204746 A1 WO 2025204746A1
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- work machine
- bucket
- boom
- work
- control system
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
- E02F9/20—Drives; Control devices
Definitions
- This disclosure relates to a work machine control system, a work machine, a work machine remote control system, and a work machine control method.
- a remote control system for a wheel loader such as that disclosed in Patent Document 1
- the wheel loader has a camera and an antenna.
- the wheel loader's on-board controller receives a remote signal from an off-board controller via the antenna.
- the off-board controller receives a camera image from the camera and displays it on a display.
- a work machine has a working implement.
- the work implement operates based on an operation signal from an operating device operated by an operator, if the operating device is operated violently, the work implement will operate violently. Violent operation of the work implement may cause the work machine to deteriorate prematurely.
- a work machine has a vehicle body and a working implement connected to the vehicle body.
- the work implement operates based on operation signals from an operating device operated by an operator. For example, if the operating device is operated to suddenly interrupt the lowering operation while the work implement is in the process of lowering, the weight balance of the work machine may be disrupted. If the weight balance of the work machine is disrupted, a load may be placed on the work machine, which may cause it to deteriorate.
- the purpose of this disclosure is to suppress deterioration of work machines.
- a control system for a work machine includes a controller.
- the controller determines whether or not a predetermined operation in which the bucket of the work equipment of the work machine repeatedly performs tilting and dumping operations is occurring, and if it determines that the predetermined operation has occurred and that the operating speed of the predetermined operation has exceeded a threshold, it outputs a control command to reduce the operating speed to below the threshold.
- a control system for a work machine includes a controller.
- the controller acquires an operation signal from an operation device that is operated to operate the work equipment of the work machine, and when the operation device is suddenly operated while the work equipment is lowering from a raised position, causing a change in the weight balance of the work machine, the controller outputs a control command to reduce the rate of change in the operation signal.
- FIG. 1 is a diagram showing a remote control system for a work machine according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a configuration diagram showing the work machine and the operating device according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a hardware configuration diagram showing the in-vehicle controller according to the first embodiment.
- FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the work machine according to the first embodiment.
- FIG. 5 is a functional block diagram showing the control system for the work machine according to the first embodiment.
- FIG. 6 is a flowchart showing a control method for a work machine according to the first embodiment.
- FIG. 7 is a diagram illustrating the posture of the work machine according to the first embodiment.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of an operation signal from the bucket lever according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing a remote control system for a work machine according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a configuration diagram showing the work machine and the operating device according to the first embodiment.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of an operation signal from the bucket lever according to the first embodiment.
- FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the work machine according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a functional block diagram showing a control system for a work machine according to the second embodiment.
- FIG. 12 is a flowchart showing a control method for a work machine according to the second embodiment.
- FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the operation signal from the boom lever and the height of the boom according to the second embodiment.
- FIG. 14 is a diagram showing an example of the relationship between the operation signal from the boom lever and the height of the boom according to the second embodiment.
- ⁇ Remote control system> 1 is a diagram showing a remote operation system 200 for a work machine 1 according to an embodiment.
- the remote operation system 200 remotely operates the work machine 1 located at a work site 201. At least a part of the remote operation system 200 is disposed in a remote operation room 202 provided outside the work machine 1.
- the remote operation system 200 comprises an operation device 7, a display device 8, and a remote controller 9.
- the control device 7 is located in the remote control room 202.
- the control device 7 is operated by an operator in the remote control room 202.
- the operator can operate the control device 7 while seated in the pilot's seat 10.
- the operator may also operate a portable control device 700.
- the control device 700 may also be operated outside the remote control room 202.
- the display device 8 is placed in the remote control room 202.
- Examples of the display device 8 include a flat panel display such as a liquid crystal display or an organic EL display.
- the display device 8 displays at least an image of the work site 201.
- the display device 8 may also output audio from the work site 201.
- the operator operates the operation device 7 while checking the image of the work site 201 displayed on the display device 8.
- the work machine 1 is remotely controlled by the operation device 7.
- the remote controller 9 is located in a remote control room 202.
- the remote controller 9 and the work machine 1 communicate via a communication system 203.
- Examples of the communication system 203 include the Internet, a local area network (LAN), a mobile phone communication network, and a satellite communication network.
- the work machine 1 is a wheel loader. As shown in Figure 1, the work machine 1 includes a body 2, an articulating mechanism 3, a cab 4, wheels 5, a work implement 6, and a camera 29. The work machine 1 travels on the wheels 5 at a work site 201. The work machine 1 performs work using the work implement 6 at the work site 201. Examples of work that the work machine 1 can perform include excavation work, loading work, transporting work, and snow removal work.
- the vehicle body 2 supports the work machine 6.
- the vehicle body 2 includes a front frame 2F and a rear frame 2R.
- the front frame 2F is positioned forward of the rear frame 2R.
- the front frame 2F and the rear frame 2R are connected by an articulation mechanism 3.
- the articulation mechanism 3 includes an articulation cylinder 11.
- the articulation cylinder 11 is a hydraulic cylinder.
- the articulation cylinder 11 connects the front frame 2F and the rear frame 2R. When the articulation cylinder 11 extends and retracts, the front frame 2F bends left and right relative to the rear frame 2R. When the front frame 2F bends relative to the rear frame 2R, the traveling direction of the work machine 1 is adjusted.
- the cab 4 is located above the rear frame 2R.
- the wheels 5 support the vehicle body 2.
- the wheels 5 include tires.
- the wheels 5 come into contact with the ground at the work site.
- the wheels 5 include front wheels 5F attached to the front frame 2F and rear wheels 5R attached to the rear frame 2R.
- the front wheels 5F rotate around a rotation axis CXf.
- the rear wheels 5R rotate around a rotation axis CXr.
- the rotation axis CXf of the front wheels 5F and the rotation axis CXr of the rear wheels 5R are parallel.
- the work machine 1 travels on the ground at the work site 201.
- the work implement 6 is supported by the vehicle body 2.
- the work implement 6 is connected to the front frame 2F.
- the work implement 6 has a boom 12, a bucket 13, a bell crank 14, and a bucket link 15.
- the base end of the boom 12 is rotatably connected to the front frame 2F.
- the boom 12 rotates around a rotation axis AXa relative to the front frame 2F.
- a bracket 16 is fixed to the middle of the boom 12.
- the bucket 13 is a work member used to excavate an object.
- the bucket 13 holds the excavated material.
- the bucket 13 has a cutting edge 13A, an opening 13B, and a bottom surface 13C.
- the middle portion of the bell crank 14 is rotatably connected to the bracket 16 of the boom 12.
- the bell crank 14 rotates around the rotation axis AXc relative to the bracket 16 of the boom 12.
- the lower end of the bell crank 14 is rotatably connected to the base end of the bucket link 15.
- the tip of the bucket link 15 is rotatably connected to the bracket 17 of the bucket 13.
- the bucket link 15 rotates around the rotation axis AXd relative to the bracket 17 of the bucket 13.
- the bell crank 14 is connected to the bucket 13 via the bucket link 15.
- the boom 12 is operated by a boom cylinder 18.
- the boom cylinder 18 is a hydraulic cylinder.
- the base end of the boom cylinder 18 is connected to the front frame 2F.
- the tip end of the boom cylinder 18 is connected to the boom 12.
- the boom 12 rotates around a rotation axis AXe relative to the boom cylinder 18.
- the bucket 13 is operated by a bucket cylinder 19.
- the bucket cylinder 19 is a hydraulic cylinder.
- the base end of the bucket cylinder 19 is connected to the front frame 2F.
- the tip end of the bucket cylinder 19 is connected to the upper end of the bell crank 14.
- the bell crank 14 rotates relative to the bucket cylinder 19 around a rotation axis AXf.
- Pivot axis AXa, pivot axis AXb, pivot axis AXc, pivot axis AXd, pivot axis AXe, pivot axis AXf, and rotation axis CXf of the front wheel 5F are parallel to each other.
- the pivot axis AXa of the work implement 6 and the rotation axis CXr of the rear wheel 5R are parallel to each other.
- the camera 29 captures an image of the work site 201.
- the camera 29 captures an image of at least the work site 201 in front of the work machine 1.
- the camera 29 captures an image of at least a portion of the work implement 6.
- the camera 29 is disposed in the cab 4.
- Figure 2 is a configuration diagram showing a work machine 1 and an operating device 7 according to the embodiment.
- the work machine 1 is equipped with an engine 20, a power take-off (PTO) 21, a power transmission device 22, a brake device 23, a steering pump 24, a steering control valve 37, an articulate cylinder 11, a work implement pump 26, a boom control valve 38, a bucket control valve 39, a boom cylinder 18, a bucket cylinder 19, a work implement attitude sensor 28, a load sensor 27, a camera 29, and an on-board controller 30.
- PTO power take-off
- the engine 20 is the drive source for the work machine 1.
- the engine 20 is supported on the vehicle body 2.
- An example of the engine 20 is a diesel engine.
- the power take-off 21 distributes the driving force of the engine 20 to the power transmission device 22, the steering pump 24, and the work implement pump 26.
- the power transmission device 22 transmits the driving force of the engine 20 to the wheels 5.
- the brake device 23 reduces the traveling speed of the work machine 1.
- the power transmission device 22 transmits the driving force of the engine 20 to the wheels 5.
- the power transmission device 22 controls the speed range and direction of travel of the work machine 1.
- the power transmission device 22 may be a transmission with a torque converter, or a transmission with multiple speed change gears.
- the brake device 23 reduces the traveling speed of the work machine 1.
- the steering pump 24 is a hydraulic pump that is operated by the driving force generated by the engine 20.
- the hydraulic oil discharged from the steering pump 24 is supplied to the articulating cylinder 11 via the steering control valve 37.
- the steering control valve 37 controls the flow rate and direction of the hydraulic oil supplied from the steering pump 24 to the articulating cylinder 11.
- the articulating mechanism 3 is operated by the hydraulic oil from the steering pump 24.
- the work implement attitude sensor 28 detects the attitude of the work implement 6.
- the attitude of the work implement 6 includes the angle of the work implement 6.
- the work implement attitude sensor 28 includes a boom angle sensor 28A that detects the attitude of the boom 12, and a bucket angle sensor 28B that detects the attitude of the bucket 13.
- the attitude of the boom 12 includes the angle of the boom 12.
- the attitude of the bucket 13 includes the angle of the bucket 13.
- the attitude of the bucket 13 includes the angle of the bucket 13.
- the bucket angle sensor 28B detects the bucket angle, which indicates the angle of the bucket 13.
- the bucket angle refers to the angle of the bucket 13 relative to the boom 12 in the local coordinate system.
- the bucket angle is the angle between a line connecting the rotation axis AXb and the cutting edge 13A and a line connecting the rotation axis AXa and the rotation axis AXb.
- An example of the bucket angle sensor 28B is an angle sensor placed at the connection between the boom 12 and the bell crank 14.
- the bucket angle sensor 28B detects the bell crank angle, which indicates the angle of the bell crank 14 relative to the boom 12 in the local coordinate system.
- boom angle and bucket angle are each angles in the operating plane of the work implement 6 that is perpendicular to the rotation axis AXa.
- the line connecting the rotation axis AXa and the rotation axis AXb, the line connecting the rotation axis AXc and the rotation axis AXf, the line connecting the rotation axis AXb and the cutting edge 13A, and the line connecting the rotation axis CXf and the rotation axis CXr when the work machine 1 is traveling in a straight line are all lines in the operating plane of the work implement 6.
- the load sensor 27 detects the load state of the work implement 6.
- the load sensor 27 detects whether the bucket 13 is in a loaded state, holding excavated material, or in an empty state, not holding any excavated material.
- the load sensor 27 includes a weight sensor that detects the weight of the work implement 6.
- the weight of the work implement 6 differs when the bucket 13 is in a loaded state, holding excavated material, and when it is in an empty state, not holding any excavated material.
- the load sensor 27 can detect whether the work implement 6 is in a loaded state or an empty state by detecting the weight of the work implement 6.
- An example of the load sensor 27 is a bottom pressure sensor that detects the bottom pressure of the boom cylinder 18.
- the camera 29 captures images of the work site 201.
- the camera 29 captures images of at least a portion of the work machine 6.
- the image data captured by the camera 29 is transmitted to the remote controller 9 via the on-board controller 30 and the communication system 203.
- the remote controller 9 displays the image data captured by the camera 29 on the display device 8.
- the work implement operating device 7B is operated by the operator to operate the work implement 6.
- the work implement operating device 7B generates an operating signal to operate the work implement 6.
- the work implement operating device 7B includes a boom lever 75 and a bucket lever 76.
- the boom lever 75 is operated to operate the boom 12.
- the bucket lever 76 is operated to operate the bucket 13.
- the boom lever 75 and the bucket lever 76 are each operated to a neutral position, a first operating position on one side of the neutral position, and a second operating position rearward of the neutral position.
- the spool of the boom control valve 38 When the boom lever 75 is operated to the other side from the neutral position of the boom lever 75, the spool of the boom control valve 38 is positioned in a rod position where hydraulic oil discharged from the work implement pump 26 is supplied to the rod chamber of the boom cylinder 18. When the spool of the boom control valve 38 is positioned in the rod position, the boom cylinder 18 retracts. When the boom lever 75 is operated to one side from its neutral position and the spool of the boom control valve 38 is positioned in the bottom position, the boom cylinder 18 extends. When the boom lever 75 is operated to the other side from its neutral position and the spool of the boom control valve 38 is positioned in the rod position, the boom cylinder 18 retracts. When the spool of the boom control valve 38 is positioned in the neutral position, the extension and retraction of the boom cylinder 18 stops.
- the spool of the bucket control valve 39 moves.
- the spool of the bucket control valve 39 is positioned in a neutral position where hydraulic oil does not flow.
- the spool of the bucket control valve 39 is positioned in a bottom position where hydraulic oil discharged from the work implement pump 26 is supplied to the bottom chamber of the bucket cylinder 19.
- the spool of the bucket control valve 39 When the bucket lever 76 is operated to the other side from the neutral position of the bucket lever 76, the spool of the bucket control valve 39 is positioned in a rod position where hydraulic oil discharged from the work implement pump 26 is supplied to the rod chamber of the bucket cylinder 19.
- the bucket cylinder 19 retracts.
- the spool of the bucket control valve 39 When the spool of the bucket control valve 39 is positioned in the bottom position, the bucket cylinder 19 extends.
- the spool of the bucket control valve 39 When the spool of the bucket control valve 39 is positioned in the rod position, the bucket cylinder 19 retracts.
- the spool of the bucket control valve 39 When the spool of the bucket control valve 39 is positioned in the neutral position, the bucket cylinder 19 stops extending and retracting.
- FIG. 3 is a hardware configuration diagram showing an in-vehicle controller 30 according to an embodiment.
- the in-vehicle controller 30 includes a computer system.
- the in-vehicle controller 30 includes a processor 31 such as a central processing unit (CPU), a main memory 32 including a non-volatile memory such as a read-only memory (ROM) and a volatile memory such as a random access memory (RAM), a storage 33, an input/output interface 34 including an input/output circuit, and a communication interface 35 including a communication circuit.
- the functions of the in-vehicle controller 30 are stored in the storage 33 as a computer program.
- the processor 31 reads the computer program from the storage 33, loads it into the main memory 32, and executes processing in accordance with the computer program.
- the computer program may be distributed to the in-vehicle controller 30 via a network.
- the remote controller 9 also includes a computer system. Like the in-vehicle controller 30, the remote controller 9 has a processor, main memory, storage, an input/output interface, and a communication interface.
- ⁇ Work machine operation> 4 is a diagram illustrating the operation of the work machine 1 according to the embodiment.
- the work implement 6 is a front-loading work implement in which the opening 13B of the bucket 13 faces forward during excavation work.
- the boom cylinder 18 extends and retracts to perform a raising or lowering operation of the boom 12.
- the bucket cylinder 19 extends and retracts to perform a tilting or dumping operation of the bucket 13.
- the raising operation of the boom 12 refers to the operation of the boom 12 rotating around the rotation axis AXa so that the tip of the boom 12 moves away from the ground.
- the lowering operation of the boom 12 refers to the operation of the boom 12 rotating around the rotation axis AXa so that the tip of the boom 12 moves closer to the ground.
- the work machine 1 can perform loading work to load excavated material into the dump body of the dump truck 300.
- the operator operates the work machine operating device 7B to control the attitude of the work machine 6 so that the excavated material held in the bucket 13 is loaded into the dump body of the dump truck 300.
- the operator controls the attitude of the work machine 6 so that the excavated material does not spill from the bucket 13 and so that the bucket 13 is positioned higher than the upper end of the dump body.
- the operator may perform a dump operation with the bucket 13 while raising the front end of the boom 12, and then operate the bucket 13 so that the excavated material adhering to the bucket 13 is shaken off from the bucket 13.
- the operator operates the bucket lever 76 back and forth to one side and the other side of the neutral position.
- the bucket lever 76 is operated back and forth, the bucket 13 repeatedly performs a tilt operation and a dump operation.
- the excavated material adhering to the bucket 13 is shaken off from the bucket 13.
- the operation of the bucket 13 repeatedly performing an excavation operation and a dump operation will be referred to as a "predetermined operation" as appropriate.
- Control System> 5 is a functional block diagram showing a control system 100 of a work machine 1 according to an embodiment.
- the control system 100 has an operation device 7, a remote controller 9, an on-board controller 30, a work machine attitude sensor 28, and a camera 29.
- the on-board controller 30 has a sensor data acquisition unit 101, an operation signal acquisition unit 102, an attitude determination unit 103, an operation determination unit 104, a travel control unit 106, a work machine control unit 107, and a transmission unit 108.
- the sensor data acquisition unit 101 acquires detection data from the work machine attitude sensor 28.
- the detection data from the work machine attitude sensor 28 includes detection data from the boom angle sensor 28A, which indicates the boom angle, and detection data from the bucket angle sensor 28B, which indicates the bucket angle.
- the attitude determination unit 103 determines whether the attitude of the work implement 6 satisfies predetermined attitude conditions based on detection data from the work implement attitude sensor 28. Satisfying the attitude conditions includes the work implement 6 being in a predetermined attitude where the height of the work implement 6 is equal to or greater than a predetermined height. The attitude determination unit 103 determines whether the height of the work implement 6 is equal to or greater than a predetermined height. The attitude determination unit 103 determines whether the height of the work implement 6 is equal to or greater than a predetermined height based on detection data from the work implement attitude sensor 28, which detects the attitude of the work implement 6.
- the work implement 6 being in a predetermined posture includes the bottom surface 13C of the bucket 13 being tilted downward toward the front.
- the posture determination unit 103 determines whether the bottom surface 13C of the bucket 13 is in a predetermined posture in which it is tilted downward toward the front.
- the operation determination unit 104 determines whether the operation of the bucket 13 satisfies predetermined operation conditions based on the operation signal from the bucket lever 76. Satisfying the operation conditions includes causing the bucket 13 to perform a predetermined operation that alternates between tilting and dumping. The operation determination unit 104 determines whether the bucket 13 has performed a predetermined operation that alternates between tilting and dumping.
- the travel control unit 106 controls the travel of the work machine 1 based on operation signals from the travel system operation device 7A. Based on operation signals from the travel system operation device 7A, the travel control unit 106 adjusts the travel speed of the work machine 1, adjusts the travel direction of the work machine 1, and switches the work machine 1 between forward and reverse travel.
- the work implement control unit 107 controls the work implement 6 based on an operation signal from the work implement operating device 7B.
- the work implement control unit 107 controls the boom control valve 38 based on an operation signal from the boom lever 75.
- the boom control valve 38 By controlling the boom control valve 38, the boom cylinder 18 extends and retracts, causing the boom 12 to perform raising and lowering operations.
- the work implement control unit 107 controls the bucket control valve 39 based on an operation signal from the bucket lever 76.
- the bucket control valve 39 By controlling the bucket control valve 39, the bucket cylinder 19 extends and retracts, causing the bucket 13 to perform tilting and dumping operations.
- Intervention control of the bucket 13 refers to controlling the bucket control valve 39 so that the bucket control valve 39 operates under predetermined conditions when the bucket lever 76 is operated.
- intervention control of the bucket 13 refers to outputting a control command from the work machine control unit 107 so that the bucket 13 operates under predetermined conditions when an operation signal from the bucket lever 76 is acquired by the operation signal acquisition unit 102.
- the transmission unit 108 transmits image data captured by the camera 29 to the remote controller 9.
- the transmission unit 108 may also transmit detection data from the work machine attitude sensor 28 to the remote controller 9.
- Figure 6 is a flowchart showing a control method for the work machine 1 according to the embodiment.
- the operation signal acquisition unit 102 acquires an operation signal from the operation device 7.
- the travel control unit 106 controls the travel of the work machine 1 based on an operation signal from the travel system operation device 7A.
- the work implement control unit 107 controls the work implement 6 based on an operation signal from the work implement operation device 7B.
- the sensor data acquisition unit 101 acquires detection data from the work implement attitude sensor 28 (step S1).
- the bucket 13 when excavated material is loaded onto the dump body of the dump truck 300, the bucket 13 performs a dumping operation with the front end of the boom 12 raised.
- the predetermined position of the work implement 6 may be considered to be the position of the work implement 6 immediately after loading excavated material onto the dump body of the dump truck 300.
- the work implement control unit 107 determines that the amplitude of the bucket lever signal (absolute value of the operation amount) at the time when the predetermined time Tm has elapsed is equal to or less than the threshold value Sh, it determines that the operating speed of the predetermined operation of the bucket 13 does not exceed the threshold value. If the work implement control unit 107 determines that the amplitude of the bucket lever signal (absolute value of the operation amount) at the time when the predetermined time Tm has elapsed exceeds the threshold value Sh, it determines that the operating speed of the predetermined operation of the bucket 13 has exceeded the threshold value.
- the amplitude of the bucket lever signal at the time when the predetermined time Tm has elapsed does not exceed the threshold value Sh.
- the amplitude of the bucket lever signal at the time when the predetermined time Tm has elapsed exceeds the threshold value Sh.
- the work implement control unit 107 determines that the operating speed of the predetermined operation of the bucket 13 does not exceed the threshold value.
- the work implement control unit 107 determines that the operating speed of the predetermined operation of the bucket 13 has exceeded the threshold value.
- the work machine control unit 107 determines that the operating speed of the predetermined operation of the bucket 13 does not exceed the threshold, it determines not to start intervention control of the bucket 13. If the work machine control unit 107 determines that the operating speed of the predetermined operation of the bucket 13 exceeds the threshold, it determines to start intervention control of the bucket 13.
- step S4 If it is determined in step S4 that intervention control of the bucket 13 is to be initiated (step S4: Yes), the work machine control unit 107 outputs a control command so that the operating speed of the predetermined operation of the bucket 13 is equal to or less than a threshold.
- intervention control of the bucket 13 includes performing a limiting process to reduce the amplitude of the bucket lever signal while the bucket lever signal is being acquired by the operation signal acquisition unit 102. While the bucket lever signal is being acquired by the operation signal acquisition unit 102, the work machine control unit 107 performs a limiting process to reduce the amplitude of the bucket lever signal (step S5).
- the work machine control unit 107 performs limiting processing on the bucket lever signal acquired by the operation signal acquisition unit 102 to generate a bucket lever signal with a small amplitude.
- the limiting processing reduces the amplitude of the bucket lever signal after a predetermined time Tm has elapsed.
- the limiting processing suppresses the amplitude of the bucket lever signal to a value equal to or less than the threshold value Sh.
- the work machine control unit 107 outputs a control command to control the bucket control valve 39 based on the limited bucket lever signal.
- the bucket control valve 39 is driven based on the limited bucket lever signal (step S6).
- the work machine control unit 107 changes the amplitude (absolute value of the operation amount) of the bucket lever signal acquired by the operation signal acquisition unit 102 so that it becomes smaller.
- the work machine control unit 107 does not change the timing at which the bucket lever signal acquired by the operation signal acquisition unit 102 switches from one of the positive and negative value states to the other. In other words, when the bucket lever 76 is operated to one side and the other side of the neutral position at regular time intervals, the work machine control unit 107 does not change the period of the bucket lever signal acquired by the operation signal acquisition unit 102.
- the work machine control unit 107 determines that the amplitude of the bucket lever signal acquired by the operation signal acquisition unit 102 is equal to or less than the threshold value Sh, it determines to end the intervention control. For example, if the operator reduces the amount of operation of the bucket lever 76 or stops operating the bucket lever 76, it determines to end the intervention control.
- the on-board controller 30 includes an attitude determination unit 103 that determines whether the height of the work implement 6 possessed by the work machine 1 is equal to or greater than a predetermined height; an operation determination unit 104 that, when it is determined that the height of the work implement 6 is equal to or greater than the predetermined height, determines whether the bucket 13 has performed a predetermined operation in which it repeats tilting and dumping operations; and a work implement control unit 107 that, when it is determined that the bucket 13 has performed the predetermined operation and that the operation speed of the predetermined operation has exceeded a threshold, outputs a control command so that the operation speed becomes equal to or less than the threshold.
- the operator in the remote control room 202 When the work machine 1 is remotely operated, the operator in the remote control room 202 rarely feels that the bucket 13 is moving violently, even if the bucket lever 76 is operated violently. As a result, the operator in the remote control room 202 may unintentionally operate the bucket lever 76 violently. According to this embodiment, when the bucket lever 76 is operated violently, intervention control is implemented to prevent the tilt and dump operations of the bucket 13 from becoming violent. As a result, deterioration of the work machine 6 is suppressed.
- the operation determination unit 104 may determine whether or not the bucket 13 is performing a predetermined operation based on detection data from the pressure sensor.
- the work implement control unit 107 may determine whether or not the operating speed of the bucket 13 performing a predetermined operation has exceeded a threshold value based on detection data from the pressure sensor.
- Control System> 11 is a functional block diagram showing a control system 100 for a work machine 1 according to an embodiment.
- the control system 100 has an operation device 7, a remote controller 9, an on-board controller 30, a work machine attitude sensor 28, a load sensor 27, and a camera 29.
- the attitude determination unit 103 determines whether the attitude of the work implement 6 satisfies predetermined attitude conditions based on detection data from the work implement attitude sensor 28. Satisfying the attitude conditions includes the work implement 6 being in a raised attitude. The attitude determination unit 103 determines whether the work implement 6 is in a raised attitude. The attitude determination unit 103 determines whether the boom 12 is in a raised attitude based on detection data from the boom angle sensor 28A.
- the threshold setting unit 105 sets a threshold Sh related to the operation signal from the boom lever 75.
- the threshold setting unit 105 changes the threshold Sh based on the detection data of the load sensor 27.
- the threshold Sh includes a threshold Shc when the work implement 6 is in a loaded state and a threshold She when the work implement 6 is in an unloaded state.
- the threshold setting unit 105 determines whether the work implement 6 is in a loaded state or an unloaded state based on the detection data of the load sensor 27.
- the threshold setting unit 105 sets the threshold Sh to the threshold Shc when the work implement 6 is in a loaded state, and sets the threshold Sh to the threshold She when the work implement 6 is in an unloaded state.
- the threshold Shc when the work implement 6 is in a loaded state is smaller than the threshold She when the work implement 6 is in an unloaded state.
- the work implement control unit 107 controls the work implement 6 based on an operation signal from the work implement operating device 7B.
- the work implement control unit 107 controls the boom control valve 38 based on an operation signal from the boom lever 75.
- the boom control valve 38 By controlling the boom control valve 38, the boom cylinder 18 extends and retracts, causing the boom 12 to perform raising and lowering operations.
- the work implement control unit 107 controls the bucket control valve 39 based on an operation signal from the bucket lever 76.
- the bucket control valve 39 By controlling the bucket control valve 39, the bucket cylinder 19 extends and retracts, causing the bucket 13 to perform tilting and dumping operations.
- the work implement control unit 107 also performs intervention control of the boom 12.
- Intervention control of the boom 12 refers to controlling the boom control valve 38 so that the boom control valve 38 operates under predetermined conditions when the boom lever 75 is being operated.
- intervention control of the boom 12 refers to outputting a control command from the work implement control unit 107 so that the boom 12 operates under predetermined conditions when an operation signal from the boom lever 75 is being acquired by the operation signal acquisition unit 102.
- the transmission unit 108 transmits image data captured by the camera 29 to the remote controller 9.
- the transmission unit 108 may also transmit detection data from the work machine attitude sensor 28 to the remote controller 9.
- Figure 12 is a flowchart showing a method for controlling the work machine 1 according to the embodiment.
- the operation signal acquisition unit 102 acquires an operation signal from the operation device 7.
- the travel control unit 106 controls the travel of the work machine 1 based on an operation signal from the travel system operation device 7A.
- the work implement control unit 107 controls the work implement 6 based on an operation signal from the work implement operation device 7B.
- the sensor data acquisition unit 101 acquires detection data from the work implement attitude sensor 28 and detection data from the load sensor 27 (step S1).
- this includes when the boom 12 is in a raised position.
- this includes when the rotation axis AXb between the boom 12 and the bucket 13 is positioned higher than the rotation axis AXa between the front frame 2F and the boom 12.
- this includes when the distance between the rotation axis AXb and the ground in the vertical direction is longer than the distance between the rotation axis AXa and the ground.
- this includes when the rotation axis AXb at the tip of the boom 12 is elevated above a predetermined height Hp in the local coordinate system of the work machine 1.
- the working implement 6 being in a raised position may also include the line connecting the pivot axis AXa and the pivot axis AXb being inclined upward and forward relative to the specified line. If the specified line is parallel to the horizontal plane, the working implement 6 being in a raised position includes the distance in the vertical direction between the pivot axis AXb and the specified line being longer than the distance between the pivot axis AXa and the specified line.
- the bucket 13 when excavated material is loaded onto the dump body of the dump truck 300, the bucket 13 performs a dumping operation with the tip of the boom 12 raised.
- the raised posture of the work implement 6 may be considered to be the posture of the work implement 6 when loading excavated material onto the dump body of the dump truck 300.
- step S2 determines whether the boom 12 is being lowered from the raised position based on the operation signal from the boom lever 75.
- the operation determination unit 104 may also determine whether the boom 12 is being lowered based on the detection data of the boom angle sensor 28A (step S3).
- Figures 13 and 14 each show an example of the relationship between the operation signal from the boom lever 75 and the height of the boom 12 according to an embodiment.
- the operation signal from the boom lever 75 will be referred to as the boom lever signal as appropriate.
- the horizontal axis represents the elapsed time from the point in time when it was determined that the work implement 6 was in the raised posture
- the vertical axis represents the height of the tip of the boom 12, the boom lever signal, and the rate of change of the boom lever signal.
- a positive value for the boom lever signal means that the boom lever 75 has been operated to one side from the neutral position of the boom lever 75 so that the boom 12 is raised, and a negative value for the boom lever signal means that the boom lever 75 has been operated to the other side from the neutral position of the boom lever 75 so that the boom 12 is lowered.
- a positive value for the boom lever signal means that the boom 12 has been raised, and a negative value for the boom lever signal means that the boom 12 has been lowered.
- the boom lever signal includes the amount of operation of the boom lever 75.
- the rate of change of the boom lever signal refers to the amount of change in the boom lever signal per unit time.
- the rate of change of the boom lever signal includes the rate of change of the amount of operation of the boom lever 75.
- a larger rate of change of the boom lever signal means that the boom lever 75 has been operated more suddenly.
- a larger rate of change of the boom lever signal means that the boom acceleration is higher.
- a smaller rate of change of the boom lever signal means that the boom acceleration is lower.
- step S3 If it is determined in step S3 that the boom 12 is being lowered (step S3: Yes), the work implement control unit 107 determines whether to start intervention control of the boom 12 based on the operation signal from the boom lever 75 (step S4).
- the work implement control unit 107 determines whether the rate of change in the operation signal from the boom lever 75 acquired by the operation signal acquisition unit 102 exceeds a predetermined threshold value Sh when the work implement 6 is being lowered from a raised position.
- the threshold value Sh includes a threshold value Shc when the work implement 6 is in a loaded state and a threshold value She when the work implement 6 is in an unloaded state.
- Figure 13 shows an example in which the rate of change of the boom lever signal does not exceed the threshold value She or the threshold value Shc.
- the threshold value Shc when the work implement 6 is in a loaded state is smaller than the threshold value She when the work implement 6 is in an unloaded state.
- the threshold value Sh is set to the threshold value Shc.
- the threshold value Sh is set to the threshold value She.
- the work implement control unit 107 determines whether the rate of change of the boom lever signal has exceeded the threshold value Shc.
- the work implement control unit 107 determines whether the rate of change of the boom lever signal has exceeded the threshold value She.
- the threshold value Sh is set to the threshold value She.
- Figure 14 shows an example in which the rate of change of the boom lever signal exceeds the threshold value She.
- time t3 is the time when the boom lever 75 is operated to suddenly stop the lowering operation of the boom 12. Because the lowering operation of the boom 12 suddenly stops at time t3, the rate of change of the boom lever signal becomes larger from time t3 onwards.
- time t3a is the time when the rate of change of the boom lever signal exceeds the threshold value She.
- Time t3a is after time t3 and before time t4.
- Time t4a is the time when the boom lever 75 is placed in the neutral position.
- Time 4a is after time t3a and before time t4. Because the boom lever 75 is suddenly operated to return to the neutral position so as to suddenly stop the boom 12 while the boom 12 is lowering, the rate of change of the boom lever signal becomes larger from time t3 to time t4a.
- the work implement control unit 107 determines that the rate of change of the boom lever signal does not exceed the threshold value She. In the case of the rate of change of the boom lever signal shown in Figure 14, the work implement control unit 107 determines that the rate of change of the boom lever signal has exceeded the threshold value She.
- the work implement control unit 107 determines that the rate of change of the boom lever signal does not exceed the threshold value She, it determines not to start intervention control of the boom 12. If the work implement control unit 107 determines that the rate of change of the boom lever signal has exceeded the threshold value She, it determines to start intervention control of the boom 12.
- step S4 If it is determined in step S4 that intervention control of the boom 12 is to be initiated (step S4: Yes), the work implement control unit 107 outputs a control command so that the rate of change of the boom lever signal becomes equal to or less than the threshold value She.
- the work implement 6 In the example shown in FIG. 14, the work implement 6 is in an unloaded state, so the work implement control unit 107 outputs a control command so that the rate of change of the boom lever signal becomes equal to or less than the threshold value She. Note that if the work implement 6 is in a loaded state, the work implement control unit 107 outputs a control command so that the rate of change of the boom lever signal becomes equal to or less than the threshold value Shc.
- the intervention control of the boom 12 includes implementing a restriction process to reduce the rate of change of the boom lever signal while the boom lever signal is being acquired by the operation signal acquisition unit 102.
- the work implement control unit 107 implements a restriction process to reduce the rate of change of the boom lever signal while the boom lever signal is being acquired by the operation signal acquisition unit 102 (step S5).
- the dotted lines show the height of the boom 12, the boom lever signal, and the rate of change of the boom lever signal when intervention control is implemented.
- the solid lines show the height of the boom 12, the boom lever signal, and the rate of change of the boom lever signal when intervention control is not implemented.
- the work implement control unit 107 performs limiting processing on the boom lever signal acquired by the operation signal acquisition unit 102 to reduce the rate of change of the boom lever signal.
- the limiting processing generates a boom lever signal with a small rate of change.
- the limiting processing suppresses the rate of change of the boom lever signal to a value equal to or less than the threshold value She.
- the work implement control unit 107 outputs a control command to control the bucket control valve 39 based on the limited boom lever signal.
- the bucket control valve 39 is driven based on the limited bucket lever signal (step S6).
- the work implement control unit 107 performs intervention control to reduce the rate of change of the boom lever signal from time t3a onwards, when the rate of change of the boom lever signal exceeds the threshold value She.
- the work implement control unit 107 performs restriction processing to reduce the rate of change of the boom lever signal from time t3a onwards.
- intervention control the rate of change of the boom lever signal from time t3a onwards becomes smaller. Because the rate of change of the boom lever signal becomes smaller, the operating acceleration of the boom 12 is reduced.
- the boom 12 transitions from a lowering operation to a stopped state at low acceleration.
- step S2 If it is determined in step S2 that the work implement 6 is not in a raising position (step S2: No), if it is determined in step S3 that the boom 12 is not lowering (step S3: No), or if it is determined in step S4 that intervention control of the boom 12 will not be initiated (step S4: No), the work implement control unit 107 does not perform limiting processing on the boom lever signal, and outputs a control command to control the boom control valve 38 based on the operation signal acquired by the operation signal acquisition unit 102. The boom control valve 38 is driven based on the boom lever signal that has not been limited (step S8).
- the on-board controller 30 has an operation signal acquisition unit 102 that acquires an operation signal from the operation device 7 that is operated to operate the work implement 6 of the work machine 1, and a work implement control unit 107 that, when the rate of change of the operation signal is large while the work implement 6 is being lowered from a raised position in which it has risen to a predetermined height Hp or higher, outputs a control command to reduce the rate of change.
- the work implement control unit 107 determines that the rate of change of the operation signal exceeds the threshold value Sh, it outputs a control command to reduce the rate of change to equal to or less than the threshold value Sh.
- the weight balance of the work machine 1 may be disrupted. If the boom lever 75 is operated to suddenly decelerate or stop the boom 12 while the boom 12 is lowering, or if the boom lever 75 is operated to suddenly raise the boom 12 while the boom 12 is lowering, the weight balance of the work machine 1 will change so that the rear wheels 5R of the work machine 1 lift off the ground. If the weight balance of the work machine 1 changes, localized loads will be applied to the work machine 1, which may cause the body 2 and work implement 6 of the work machine 1 to deteriorate prematurely.
- the operator in the remote control room 202 When the work machine 1 is remotely operated, the operator in the remote control room 202 is unlikely to feel that the weight balance of the work machine 1 is disrupted even if the boom lever 75 is suddenly operated. As a result, the operator in the remote control room 202 may unconsciously operate the boom lever 75 suddenly. According to this embodiment, when the boom lever 75 is suddenly operated, intervention control is implemented to prevent the lowering operation of the boom 12 from being suddenly interrupted. As a result, deterioration of the work machine 1 is suppressed.
- the threshold value Sh includes a threshold value Shc when the work implement 6 is loaded, and a threshold value She when the work implement 6 is unloaded.
- the moment applied from the work implement 6 to the vehicle body 2 when the work implement 6 is loaded is greater than the moment applied from the work implement 6 to the vehicle body 2 when the work implement 6 is unloaded. Therefore, when the work implement 6 is loaded, there is a possibility that the weight balance of the work machine 1 will be significantly disrupted if the lowering operation of the boom 12 is suddenly interrupted.
- the work implement control unit 107 when the work implement control unit 107 determines that the rate of change of the boom lever signal exceeds the threshold value Sh, it outputs a control command so that the rate of change of the boom lever signal becomes equal to or less than the threshold value Sh.
- the work implement control unit 107 may also output a control command without using the threshold value Sh.
- the work implement control unit 107 may output a control command so that the rate of change of the boom lever signal becomes small.
- the load sensor 27 that detects the load state of the work implement 6 includes a weight sensor that detects the weight of the work implement 6.
- the load sensor 27 may include, for example, a camera that captures images of the bucket 13. The camera can capture images of the excavated material held in the bucket 13. Image data of the excavated material captured by the camera is transmitted to the on-board controller 30. Density data indicating the density of the excavated material is pre-stored in the on-board controller 30.
- the sensor data acquisition unit 101 of the on-board controller 30 estimates the volume of the excavated material held in the bucket 13 based on the image data of the excavated material.
- the sensor data acquisition unit 101 can calculate the weight of the excavated material held in the bucket 13 based on the estimated volume of the excavated material and the density data of the excavated material.
- the three-dimensional shape of the excavated material may be detected by a three-dimensional sensor such as a laser scanner or a stereo camera.
- the sensor data acquisition unit 101 may estimate the volume of the excavated material held in the bucket 13 based on the three-dimensional shape of the excavated material.
- the operation determination unit 104 may determine whether the boom 12 is performing a lowering operation based on the image data of the work implement 6 captured by the camera 29.
- notification data indicating that intervention control has been initiated may be output from the display device 8.
- the posture determination unit 103 and the movement determination unit 104 may be provided in the remote controller 9.
- the work machine 1 does not have to be remotely controlled. An operator may operate the work machine 1 from inside the cab 4 of the work machine 1.
- the work machine 1 is a wheel loader.
- the work machine 1 may also be a hydraulic excavator with a front-loading type work implement.
- the work machine 1 may also be a hydraulic excavator with a backhoe type work implement in which the opening of the bucket faces rearward during excavation work.
- (Appendix 3) The controller determining whether the bottom surface of the bucket is inclined downward toward the front;
- (Appendix 4) The work machine has front and rear wheels, When the line connecting the rotation axis of the front wheel and the rotation axis of the rear wheel is defined as the prescribed line, The controller determining whether the bottom surface of the bucket is inclined downward toward the front with respect to the specified line; A control system for a work machine as described in (Appendix 3).
- the work implement has a boom that is rotatably connected to a vehicle body of the work machine around a first rotation axis, and the bucket is rotatably connected to the boom around a second rotation axis, The controller determining whether the second rotation axis is disposed above the first rotation axis; A control system for a work machine as described in (Appendix 4). (Appendix 6) The controller determining whether or not the predetermined operation is performed based on an operation signal from a bucket lever that is operated to operate the bucket; A control system for a work machine according to any one of (Appendix 1) to (Appendix 5).
- the controller determining whether or not the height of the working implement of the working machine is at a predetermined height or higher and in a predetermined posture; When it is determined that the bucket is in the predetermined posture, it is determined whether or not a predetermined operation in which the bucket of the work machine repeats a tilt operation and a dump operation is performed; and when it is determined that the predetermined motion has been performed and that the motion speed of the predetermined motion has exceeded a threshold, outputting a control command so that the motion speed becomes equal to or less than the threshold.
- a method for controlling a work machine When it is determined that the bucket is in the predetermined posture, it is determined whether or not a predetermined operation in which the bucket of the work machine repeats a tilt operation and a dump operation is performed; and when it is determined that the predetermined motion has been performed and that the motion speed of the predetermined motion has exceeded a threshold, outputting a control command so that the motion speed becomes equal to or less than the threshold.
- (Appendix 19) The controller determining whether the work machine is in a loaded state or an unloaded state based on the detection data of the load sensor, and setting a threshold value when the work machine is in the loaded state to be smaller than a threshold value when the work machine is in the unloaded state; A control system for a work machine as described in (Appendix 18).
- the load sensor includes a weight sensor that detects the weight of the work machine.
- (Appendix 21) A work machine control system according to any one of (Supplementary Note 13) to (Supplementary Note 20), Work machinery.
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Abstract
作業機械の制御システムは、コントローラを備える。コントローラは、作業機械が有する作業機のバケットがチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定し、所定動作が有ったと判定され所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力する。
Description
本開示は、作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の遠隔操作システム、及び作業機械の制御方法に関する。
作業機械に係る技術分野において、特許文献1に開示されているような、ホイールローダの遠隔操作システムが知られている。特許文献1において、ホイールローダは、カメラ及びアンテナを有する。ホイールローダのオンボードコントローラは、アンテナを介してオフボードコントローラからのリモート信号を受信する。オフボードコントローラは、カメラからのカメラ画像を受信してディスプレイに表示させる。
作業機械は、作業機を有する。オペレータによって操作される操作装置からの操作信号に基づいて作業機が動作する場合、操作装置が激しく操作されると、作業機が激しく動作する。作業機が激しく動作すると、作業機械が早期に劣化する可能性がある。
作業機械は、車体と、車体に連結される作業機とを有する。作業機は、オペレータにより操作される操作装置からの操作信号に基づいて動作する。例えば作業機が下げ動作している状態で、下げ動作を急激に中断するように操作装置が操作されると、作業機械の重量バランスが崩れる可能性がある。作業機械の重量バランスが崩れると、作業機械に負荷が掛かり、作業機械が劣化する可能性がある。
本開示は、作業機械の劣化を抑制することを目的とする。
本開示に従えば、コントローラを備える作業機械の制御システムが提供される。コントローラは、作業機械が有する作業機のバケットがチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定し、所定動作が有ったと判定され所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力する。
本開示に従えば、コントローラを備える作業機械の制御システムが提供される。コントローラは、作業機械が有する作業機を動作させるために操作される操作装置からの操作信号を取得し、作業機が上昇している上げ姿勢から下げ動作している状態で、前記操作装置が急操作され前記作業機械の重量バランスが変化する場合、前記操作信号の変化率が小さくなるように制御指令を出力する。
本開示によれば、作業機械の劣化が抑制される。
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本開示は実施形態に限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
[第1実施形態]
第1実施形態について説明する。
第1実施形態について説明する。
<遠隔操作システム>
図1は、実施形態に係る作業機械1の遠隔操作システム200を示す図である。遠隔操作システム200は、作業現場201に存在する作業機械1を遠隔操作する。遠隔操作システム200の少なくとも一部は、作業機械1の外部に設けられた遠隔操作室202に配置される。遠隔操作システム200は、操作装置7と、表示装置8と、遠隔コントローラ9とを備える。
図1は、実施形態に係る作業機械1の遠隔操作システム200を示す図である。遠隔操作システム200は、作業現場201に存在する作業機械1を遠隔操作する。遠隔操作システム200の少なくとも一部は、作業機械1の外部に設けられた遠隔操作室202に配置される。遠隔操作システム200は、操作装置7と、表示装置8と、遠隔コントローラ9とを備える。
操作装置7は、遠隔操作室202に配置される。操作装置7は、遠隔操作室202においてオペレータにより操作される。オペレータは、操縦シート10に着座した状態で、操作装置7を操作することができる。なお、オペレータは、可搬式の操作装置700を操作してもよい。操作装置700は、遠隔操作室202の外部で操作されてもよい。
表示装置8は、遠隔操作室202に配置される。表示装置8として、液晶ディスプレイ又は有機ELディスプレイのようなフラットパネルディスプレイが例示される。表示装置8は、少なくとも作業現場201の画像を表示する。表示装置8は、作業現場201の音声を出力してもよい。
オペレータは、表示装置8に表示される作業現場201の画像を確認しながら、操作装置7を操作する。作業機械1は、操作装置7によって遠隔操作される。
遠隔コントローラ9は、遠隔操作室202に配置される。遠隔コントローラ9と作業機械1とは、通信システム203を介して通信する。通信システム203として、インターネット(internet)、ローカルエリアネットワーク(LAN:Local Area Network)、携帯電話通信網、及び衛星通信網が例示される。
<作業機械>
実施形態において、作業機械1は、ホイールローダである。図1に示すように、作業機械1は、車体2と、アーティキュレート機構3と、キャブ4と、車輪5と、作業機6と、カメラ29とを備える。作業機械1は、車輪5により作業現場201を走行する。作業機械1は、作業現場201において作業機6を用いる作業を実施する。作業機械1が実施可能な作業として、掘削作業、積込作業、運搬作業、及び除雪作業が例示される。
実施形態において、作業機械1は、ホイールローダである。図1に示すように、作業機械1は、車体2と、アーティキュレート機構3と、キャブ4と、車輪5と、作業機6と、カメラ29とを備える。作業機械1は、車輪5により作業現場201を走行する。作業機械1は、作業現場201において作業機6を用いる作業を実施する。作業機械1が実施可能な作業として、掘削作業、積込作業、運搬作業、及び除雪作業が例示される。
車体2は、作業機6を支持する。車体2は、フロントフレーム2Fと、リヤフレーム2Rとを含む。フロントフレーム2Fは、リヤフレーム2Rよりも前方に配置される。フロントフレーム2Fとリヤフレーム2Rとは、アーティキュレート機構3により連結される。アーティキュレート機構3は、アーティキュレートシリンダ11を含む。アーティキュレートシリンダ11は、油圧シリンダである。アーティキュレートシリンダ11は、フロントフレーム2Fとリヤフレーム2Rとを連結する。アーティキュレートシリンダ11が伸縮することにより、フロントフレーム2Fは、リヤフレーム2Rに対して左右方向に屈曲する。フロントフレーム2Fがリヤフレーム2Rに対して屈曲することにより、作業機械1の走行方向が調整される。キャブ4は、リヤフレーム2Rの上部に配置される。
車輪5は、車体2を支持する。車輪5は、タイヤを含む。車輪5は、作業現場の地面に接触する。車輪5は、フロントフレーム2Fに装着される前輪5Fと、リヤフレーム2Rに装着される後輪5Rとを含む。前輪5Fは、回転軸CXfを中心に回転する。後輪5Rは、回転軸CXrを中心に回転する。作業機械1が直進状態で走行するとき、前輪5Fの回転軸CXfと後輪5Rの回転軸CXrとは、平行である。車輪5が回転することにより、作業機械1は、作業現場201の地面を走行する。
作業機6は、車体2に支持される。作業機6は、フロントフレーム2Fに連結される。作業機6は、ブーム12と、バケット13と、ベルクランク14と、バケットリンク15とを有する。
ブーム12の基端部は、フロントフレーム2Fに回動可能に連結される。ブーム12は、フロントフレーム2Fに対して、回動軸AXaを中心に回動する。ブーム12の中間部に、ブラケット16が固定される。
バケット13は、掘削対象を掘削する作業部材である。バケット13は、掘削物を保持する。バケット13は、刃先端部13Aと、開口部13Bと、底面13Cとを有する。
バケット13の基端部は、ブーム12の先端部に回動可能に連結される。バケット13は、ブーム12に対して、回動軸AXbを中心に回動する。バケット13は、前輪5Fよりも前方に配置される。バケット13の一部に、ブラケット17が固定される。
ベルクランク14の中間部は、ブーム12のブラケット16に回動可能に連結される。ベルクランク14は、ブーム12のブラケット16に対して、回動軸AXcを中心に回動する。ベルクランク14の下端部は、バケットリンク15の基端部に回動可能に連結される。
バケットリンク15の先端部は、バケット13のブラケット17に回動可能に連結される。バケットリンク15は、バケット13のブラケット17に対して、回動軸AXdを中心に回動する。ベルクランク14は、バケットリンク15を介してバケット13に連結される。
ブーム12は、ブームシリンダ18により動作する。ブームシリンダ18は、油圧シリンダである。ブームシリンダ18の基端部は、フロントフレーム2Fに連結される。ブームシリンダ18の先端部は、ブーム12に連結される。ブーム12は、ブームシリンダ18に対して、回動軸AXeを中心に回動する。
バケット13は、バケットシリンダ19により動作する。バケットシリンダ19は、油圧シリンダである。バケットシリンダ19の基端部は、フロントフレーム2Fに連結される。バケットシリンダ19の先端部は、ベルクランク14の上端部に連結される。ベルクランク14は、バケットシリンダ19に対して、回動軸AXfを中心に回動する。
回動軸AXaと、回動軸AXbと、回動軸AXcと、回動軸AXdと、回動軸AXeと、回動軸AXfと、前輪5Fの回転軸CXfとは、平行である。作業機械1が直進状態で走行するとき、作業機6の回動軸AXaと後輪5Rの回転軸CXrとは、平行である。
カメラ29は、作業現場201を撮像する。カメラ29は、少なくとも作業機械1の前方の作業現場201を撮像する。カメラ29は、作業機6の少なくとも一部を撮像する。実施形態において、カメラ29は、キャブ4に配置される。
<作業機械及び操作装置の構成>
図2は、実施形態に係る作業機械1及び操作装置7を示す構成図である。図2に示すように、作業機械1は、エンジン20と、パワーテイクオフ21(PTO:Power Take Off)と、動力伝達装置22と、ブレーキ装置23と、ステアリングポンプ24と、ステアリング制御弁37と、アーティキュレートシリンダ11と、作業機ポンプ26と、ブーム制御弁38と、バケット制御弁39と、ブームシリンダ18と、バケットシリンダ19と、作業機姿勢センサ28と、積荷センサ27と、カメラ29と、車載コントローラ30とを備える。
図2は、実施形態に係る作業機械1及び操作装置7を示す構成図である。図2に示すように、作業機械1は、エンジン20と、パワーテイクオフ21(PTO:Power Take Off)と、動力伝達装置22と、ブレーキ装置23と、ステアリングポンプ24と、ステアリング制御弁37と、アーティキュレートシリンダ11と、作業機ポンプ26と、ブーム制御弁38と、バケット制御弁39と、ブームシリンダ18と、バケットシリンダ19と、作業機姿勢センサ28と、積荷センサ27と、カメラ29と、車載コントローラ30とを備える。
エンジン20は、作業機械1の駆動源である。エンジン20は、車体2に支持される。エンジン20として、ディーゼルエンジンが例示される。パワーテイクオフ21は、エンジン20の駆動力を動力伝達装置22とステアリングポンプ24及び作業機ポンプ26とに分配する。動力伝達装置22は、エンジン20の駆動力を車輪5に伝達する。ブレーキ装置23は、作業機械1の走行速度を低減する。
動力伝達装置22は、エンジン20の駆動力を車輪5に伝達する。動力伝達装置22は、作業機械1の速度範囲及び進行方向を制御する。動力伝達装置22は、トルクコンバータを有するトランスミッションでもよいし、複数の変速ギアを有するトランスミッションでもよい。ブレーキ装置23は、作業機械1の走行速度を低減する。
ステアリングポンプ24は、エンジン20が発生する駆動力によって動作する油圧ポンプである。ステアリングポンプ24から吐出された作動油は、ステアリング制御弁37を介して、アーティキュレートシリンダ11に供給される。ステアリング制御弁37は、ステアリングポンプ24からアーティキュレートシリンダ11に供給される作動油の流量及び方向を制御する。アーティキュレート機構3は、ステアリングポンプ24からの作動油により動作する。
作業機ポンプ26は、エンジン20が発生する駆動力によって動作する油圧ポンプである。作業機ポンプ26から吐出された作動油は、ブーム制御弁38を介して、ブームシリンダ18に供給される。作業機ポンプ26から吐出された作動油は、バケット制御弁39を介して、バケットシリンダ19に供給される。ブーム制御弁38は、作業機ポンプ26からブームシリンダ18に供給される作動油の流量及び方向を制御する。バケット制御弁39は、作業機ポンプ26からバケットシリンダ19に供給される作動油の流量及び方向を制御する。作業機6は、作業機ポンプ26からの作動油により動作する。
作業機姿勢センサ28は、作業機6の姿勢を検出する。作業機6の姿勢は、作業機6の角度を含む。作業機姿勢センサ28は、ブーム12の姿勢を検出するブーム角度センサ28Aと、バケット13の姿勢を検出するバケット角度センサ28Bとを含む。ブーム12の姿勢は、ブーム12の角度を含む。バケット13の姿勢は、バケット13の角度を含む。
ブーム12の姿勢は、ブーム12の角度を含む。ブーム角度センサ28Aは、ブーム12の角度を示すブーム角を検出する。ブーム角とは、ローカル座標系における車体2に対するブーム12の角度をいう。実施形態において、ブーム角は、回動軸AXaと回動軸AXbとを結ぶラインと、作業機械1が直進状態で走行しているときの回転軸CXfと回転軸CXrとを結ぶラインとがなす角度である。ブーム角度センサ28Aとして、フロントフレーム2Fとブーム12との連結部に配置される角度センサが例示される。
バケット13の姿勢は、バケット13の角度を含む。バケット角度センサ28Bは、バケット13の角度を示すバケット角を検出する。バケット角とは、ローカル座標系におけるブーム12に対するバケット13の角度をいう。実施形態において、バケット角は、回動軸AXbと刃先端部13Aとを結ぶラインと、回動軸AXaと回動軸AXbとを結ぶラインとがなす角度である。バケット角度センサ28Bとして、ブーム12とベルクランク14との連結部に配置される角度センサが例示される。実施形態において、バケット角度センサ28Bは、ローカル座標系におけるブーム12に対するベルクランク14の角度を示すベルクランク角を検出する。ベルクランク角は、回動軸AXcと回動軸AXfとを結ぶラインと、回動軸AXaと回動軸AXbとを結ぶラインとがなす角度である。バケット角とベルクランク角とは、1対1で対応する。バケット角度センサ28Bは、ベルクランク角を検出する。ベルクランク角の検出データとブーム角の検出データとに基づいて、バケット角が算出される。
なお、ブーム角及びバケット角のそれぞれは、回動軸AXaに直交する作業機6の動作平面における角度である。回動軸AXaと回動軸AXbとを結ぶライン、回動軸AXcと回動軸AXfとを結ぶライン、回動軸AXbと刃先端部13Aとを結ぶライン、及び作業機械1が直進状態で走行しているときの回転軸CXfと回転軸CXrとを結ぶラインのそれぞれは、作業機6の動作平面におけるラインである。
積荷センサ27は、作業機6の積荷状態を検出する。積荷センサ27は、バケット13が掘削物を保持する積荷状態であるか又は掘削物を保持しない空荷状態であるかを検出する。実施形態において、積荷センサ27は、作業機6の重量を検出する重量センサを含む。バケット13が掘削物を保持する積荷状態と保持しない空荷状態とでは、作業機6の重量が異なる。積荷センサ27は、作業機6の重量を検出することにより、作業機6が積荷状態であるか空荷状態であるかを検出することができる。積荷センサ27として、ブームシリンダ18のボトム圧を検出するボトム圧センサが例示される。
カメラ29は、作業現場201を撮像する。カメラ29は、作業機6の少なくとも一部を撮像する。カメラ29により撮像された画像データは、車載コントローラ30及び通信システム203を介して、遠隔コントローラ9に送信される。遠隔コントローラ9は、カメラ29により撮像された画像データを表示装置8に表示させる。
操作装置7は、オペレータにより操作される。操作装置7は、オペレータにより操作されることにより、作業機械1を動作させるための操作信号を生成する。操作装置7において生成された操作信号は、遠隔コントローラ9及び通信システム203を介して、車載コントローラ30に送信される。車載コントローラ30は、遠隔コントローラ9から送信された操作信号に基づいて、作業機械1を動作させるための制御指令を出力する。操作装置7は、走行系操作装置7Aと、作業機操作装置7Bとを含む。
走行系操作装置7Aは、エンジン20、動力伝達装置22、及びブレーキ装置23の少なくとも一つを動作させるためにオペレータにより操作される。走行系操作装置7Aは、エンジン20、動力伝達装置22、及びブレーキ装置23の少なくとも一つを動作させるための操作信号を生成する。走行系操作装置7Aは、アクセルペダル71と、ブレーキペダル72と、ステアリングホイール73と、前後進切換レバー74とを含む。アクセルペダル71は、作業機械1の走行速度を増加させるために操作される。ブレーキペダル72は、作業機械1の走行速度を減少又は作業機械1の走行を停止させるために操作される。ステアリングホイール73は、作業機械1の走行方向を変更するために操作される。前後進切換レバー74は、作業機械1の前進と後進とを切り換えるために操作される。
作業機操作装置7Bは、作業機6を動作させるためにオペレータにより操作される。作業機操作装置7Bは、作業機6を動作させるための操作信号を生成する。作業機操作装置7Bは、ブームレバー75と、バケットレバー76とを含む。ブームレバー75は、ブーム12を動作させるために操作される。バケットレバー76は、バケット13を動作させるために操作される。ブームレバー75及びバケットレバー76のそれぞれは、中立位置と、中立位置よりも一方側の第1操作位置と、中立位置よりも後方の第2操作位置とに操作される。
ブームレバー75が操作されると、ブーム制御弁38のスプールが移動する。ブームレバー75がブームレバー75の中立位置に配置されると、ブーム制御弁38のスプールは、作動油を流通させない中立位置に配置される。ブームレバー75がブームレバー75の中立位置よりも一方側に操作されると、ブーム制御弁38のスプールは、作業機ポンプ26から吐出された作動油がブームシリンダ18のボトム室に供給されるボトム位置に配置される。ブーム制御弁38のスプールがボトム位置に配置されると、ブームシリンダ18が伸びる。ブームレバー75がブームレバー75の中立位置よりも他方側に操作されると、ブーム制御弁38のスプールは、作業機ポンプ26から吐出された作動油がブームシリンダ18のロッド室に供給されるロッド位置に配置される。ブーム制御弁38のスプールがロッド位置に配置されると、ブームシリンダ18が縮む。ブームレバー75がブームレバー75の中立位置から一方側に操作されて、ブーム制御弁38のスプールがボトム位置に配置されると、ブームシリンダ18が伸びる。ブームレバー75がブームレバー75の中立位置から他方側に操作されて、ブーム制御弁38のスプールがロッド位置に配置されると、ブームシリンダ18が縮む。ブーム制御弁38のスプールが中立位置に配置されると、ブームシリンダ18の伸縮が停止される。
バケットレバー76が操作されると、バケット制御弁39のスプールが移動する。バケットレバー76がバケットレバー76の中立位置に配置されると、バケット制御弁39のスプールは、作動油を流通させない中立位置に配置される。バケットレバー76がバケットレバー76の中立位置よりも一方側に操作されると、バケット制御弁39のスプールは、作業機ポンプ26から吐出された作動油がバケットシリンダ19のボトム室に供給されるボトム位置に配置される。バケット制御弁39のスプールがボトム位置に配置されると、バケットシリンダ19が伸びる。バケットレバー76がバケットレバー76の中立位置よりも他方側に操作されると、バケット制御弁39のスプールは、作業機ポンプ26から吐出された作動油がバケットシリンダ19のロッド室に供給されるロッド位置に配置される。バケット制御弁39のスプールがロッド位置に配置されると、バケットシリンダ19が縮む。バケット制御弁39のスプールがボトム位置に配置されると、バケットシリンダ19が伸びる。バケット制御弁39のスプールがロッド位置に配置されると、バケットシリンダ19が縮む。バケット制御弁39のスプールが中立位置に配置されると、バケットシリンダ19の伸縮が停止する。
<車載コントローラ>
図3は、実施形態に係る車載コントローラ30を示すハードウエア構成図である。車載コントローラ30は、コンピュータシステムを含む。車載コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)のようなプロセッサ31と、ROM(Read Only Memory)のような不揮発性メモリ及びRAM(Random Access Memory)のような揮発性メモリを含むメインメモリ32と、ストレージ33と、入出力回路を含む入出力インターフェース34と、通信回路を含む通信インターフェース35とを有する。車載コントローラ30の機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ33に記憶されている。プロセッサ31は、コンピュータプログラムをストレージ33から読み出してメインメモリ32に展開し、コンピュータプログラムに従って処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介して車載コントローラ30に配信されてもよい。
図3は、実施形態に係る車載コントローラ30を示すハードウエア構成図である。車載コントローラ30は、コンピュータシステムを含む。車載コントローラ30は、CPU(Central Processing Unit)のようなプロセッサ31と、ROM(Read Only Memory)のような不揮発性メモリ及びRAM(Random Access Memory)のような揮発性メモリを含むメインメモリ32と、ストレージ33と、入出力回路を含む入出力インターフェース34と、通信回路を含む通信インターフェース35とを有する。車載コントローラ30の機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ33に記憶されている。プロセッサ31は、コンピュータプログラムをストレージ33から読み出してメインメモリ32に展開し、コンピュータプログラムに従って処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介して車載コントローラ30に配信されてもよい。
遠隔コントローラ9も、コンピュータシステムを含む。車載コントローラ30と同様、遠隔コントローラ9は、プロセッサと、メインメモリと、ストレージと、入出力インターフェースと、通信インターフェースとを有する。
<作業機械の動作>
図4は、実施形態に係る作業機械1の動作を説明する図である。実施形態において、作業機6は、掘削作業においてバケット13の開口部13Bが前方を向くフロントローディング方式の作業機である。ブームシリンダ18が伸縮することによって、ブーム12が上げ動作又は下げ動作する。バケットシリンダ19が伸縮することによって、バケット13がチルト動作又はダンプ動作する。
図4は、実施形態に係る作業機械1の動作を説明する図である。実施形態において、作業機6は、掘削作業においてバケット13の開口部13Bが前方を向くフロントローディング方式の作業機である。ブームシリンダ18が伸縮することによって、ブーム12が上げ動作又は下げ動作する。バケットシリンダ19が伸縮することによって、バケット13がチルト動作又はダンプ動作する。
ブーム12の上げ動作とは、ブーム12の先端部が地面から離隔するように、ブーム12が回動軸AXaを中心に回動する動作をいう。ブーム12の下げ動作とは、ブーム12の先端部が地面に接近するように、ブーム12が回動軸AXaを中心に回動する動作をいう。
ブームレバー75がブームレバー75の中立位置よりも一方側に操作されてブームシリンダ18が伸びることにより、ブーム12が上げ動作する。ブームレバー75がブームレバー75の中立位置よりも他方側に操作されてブームシリンダ18が縮むことにより、ブーム12が下げ動作する。
バケット13のチルト動作とは、バケット13の開口部13Bが上方を向き刃先端部13Aが地面から離隔するように、バケット13が回動軸AXbを中心に回動する動作をいう。バケット13のダンプ動作とは、バケット13の開口部13Bが下方を向き刃先端部13Aが地面に接近するように、バケット13が回動軸AXbを中心に回動する動作をいう。
バケットレバー76がバケットレバー76の中立位置よりも一方側に操作されてバケットシリンダ19が伸びることにより、ベルクランク14の上端部が前方に移動し、ベルクランク14の下端部が後方に移動するように、ベルクランク14が回動する。ベルクランク14の下端部が後方に移動することにより、バケット13は、バケットリンク15により後方に引かれ、チルト動作する。バケットレバー76がバケットレバー76の中立位置よりも他方側に操作されてバケットシリンダ19が縮むことにより、ベルクランク14の上端部が後方に移動し、ベルクランク14の下端部が前方に移動するように、ベルクランク14が回動する。ベルクランク14の下端部が前方に移動することにより、バケット13は、バケットリンク15により前方に押され、ダンプ動作する。
バケット13がチルト動作することにより、掘削物がバケット13によって掬い取られ、バケット13に保持される。バケット13がダンプ動作することにより、バケット13に保持されている掘削物がバケット13から排出される。
図4に示すように、作業機械1は、ダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込む積込作業を実施することができる。オペレータは、作業機操作装置7Bを操作して、バケット13に保持されている掘削物がダンプトラック300のダンプボディに積み込まれるように、作業機6の姿勢を制御する。オペレータは、バケット13から掘削物がこぼれないように、且つ、バケット13がダンプボディの上端部よりも上方に配置されるように、作業機6の姿勢を制御する。
オペレータは、ダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込むために、ブーム12の前端部を上昇させた状態でバケット13をダンプ動作させた後、バケット13に付着した掘削物がバケット13から振るい落とされるようにバケット13を動作させる場合がある。バケット13に付着した掘削物をバケット13から振るい落とす場合、オペレータは、バケットレバー76を中立位置よりも一方側と他方側とに往復操作する。バケットレバー76が往復操作されることにより、バケット13がチルト動作とダンプ動作とを繰り返す。バケット13がチルト動作とダンプ動作とを繰り返すことにより、バケット13に付着した掘削物がバケット13から振るい落とされる。以下の説明において、バケット13が掘削動作とダンプ動作とを繰り返す動作を適宜、所定動作、と称する。
<制御システム>
図5は、実施形態に係る作業機械1の制御システム100を示す機能ブロック図である。制御システム100は、操作装置7と、遠隔コントローラ9と、車載コントローラ30と、作業機姿勢センサ28と、カメラ29を有する。
図5は、実施形態に係る作業機械1の制御システム100を示す機能ブロック図である。制御システム100は、操作装置7と、遠隔コントローラ9と、車載コントローラ30と、作業機姿勢センサ28と、カメラ29を有する。
車載コントローラ30は、センサデータ取得部101と、操作信号取得部102と、姿勢判定部103と、動作判定部104と、走行制御部106と、作業機制御部107と、送信部108とを有する。
センサデータ取得部101は、作業機姿勢センサ28の検出データを取得する。作業機姿勢センサ28の検出データは、ブーム角を示すブーム角度センサ28Aの検出データと、バケット角を示すバケット角度センサ28Bの検出データとを含む。
操作信号取得部102は、操作装置7からの操作信号を取得する。操作装置7からの操作信号は、ブーム12を動作させるために操作されるブームレバー75からの操作信号と、バケット13を動作させるために操作されるバケットレバー76からの操作信号とを含む。
姿勢判定部103は、作業機姿勢センサ28の検出データに基づいて、作業機6の姿勢が予め定められて姿勢条件を満足するか否かを判定する。姿勢条件を満足することは、作業機6の高さが予め定められている所定高さ以上である所定姿勢であることを含む。姿勢判定部103は、作業機6の高さが予め定められている所定高さ以上であるであるか否かを判定する。姿勢判定部103は、作業機6の姿勢を検出する作業機姿勢センサ28の検出データに基づいて、作業機6の高さが所定高さ以上であるか否かを判定する。
実施形態において、作業機6が所定姿勢であることは、バケット13の底面13Cが前方に向かって下方に傾斜することを含む。姿勢判定部103は、バケット13の底面13Cが前方に向かって下方に傾斜する所定姿勢であるか否かを判定する。
動作判定部104は、バケットレバー76からの操作信号に基づいて、バケット13の動作が予め定められている動作条件を満足するか否かを判定する。動作条件を満足することは、バケット13をチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作させたことを含む。動作判定部104は、バケット13がチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定する。
走行制御部106は、走行系操作装置7Aからの操作信号に基づいて、作業機械1の走行を制御する。走行制御部106は、走行系操作装置7Aからの操作信号に基づいて、作業機械1の走行速度を調整したり、作業機械1の走行方向を調整したり、作業機械1の前進と後進とを切り換えたりする。
作業機制御部107は、作業機操作装置7Bからの操作信号に基づいて、作業機6を制御する。作業機制御部107は、ブームレバー75からの操作信号に基づいて、ブーム制御弁38を制御する。ブーム制御弁38が制御されることにより、ブームシリンダ18が伸縮し、ブーム12が上げ動作及び下げ動作する。作業機制御部107は、バケットレバー76からの操作信号に基づいて、バケット制御弁39を制御する。バケット制御弁39が制御されることにより、バケットシリンダ19が伸縮し、バケット13がチルト動作及びダンプ動作する。
また、作業機制御部107は、バケット13の介入制御を実施する。バケット13の介入制御とは、バケットレバー76が操作されている状態で、バケット制御弁39が予め定められた条件で駆動するように、バケット制御弁39を制御することをいう。すなわち、バケット13の介入制御とは、バケットレバー76からの操作信号が操作信号取得部102に取得されている状態で、バケット13が予め定められた条件で動作するように、作業機制御部107から制御指令を出力することをいう。
送信部108は、カメラ29により撮像された画像データを遠隔コントローラ9に送信する。送信部108は、作業機姿勢センサ28の検出データを遠隔コントローラ9に送信してもよい。
<作業機械の制御方法>
図6は、実施形態に係る作業機械1の制御方法を示すフローチャートである。操作信号取得部102は、操作装置7からの操作信号を取得する。走行制御部106は、走行系操作装置7Aからの操作信号に基づいて、作業機械1の走行を制御する。作業機制御部107は、作業機操作装置7Bからの操作信号に基づいて、作業機6を制御する。センサデータ取得部101は、作業機姿勢センサ28の検出データを取得する(ステップS1)。
図6は、実施形態に係る作業機械1の制御方法を示すフローチャートである。操作信号取得部102は、操作装置7からの操作信号を取得する。走行制御部106は、走行系操作装置7Aからの操作信号に基づいて、作業機械1の走行を制御する。作業機制御部107は、作業機操作装置7Bからの操作信号に基づいて、作業機6を制御する。センサデータ取得部101は、作業機姿勢センサ28の検出データを取得する(ステップS1)。
姿勢判定部103は、作業機6の姿勢を検出する作業機姿勢センサ28の検出データに基づいて、作業機6が所定姿勢であるか否かを判定する(ステップS2)。
図7は、実施形態に係る作業機6の姿勢を説明する図である。バケット13は、刃先端部13Aと、開口部13Bと、底面13Cとを有する。開口部13Bは、バケット13の前部に設けられる。刃先端部13Aは、開口部13Bの下端部に設けられる。底面13Cは、刃先端部13Aから後方に延びるように設けられる。底面13Cは、実質的に平坦面である。
作業機6が所定姿勢であることは、作業機6の高さが予め定められている所定高さ以上であることを含む。ブーム12とバケット13とが回動軸AXbを介して連結される場合、作業機6の高さは、地面からの回動軸AXbの高さを含む。前輪5Fの回転軸CXfと後輪5Rの回転軸CXrとを結ぶラインを規定ラインRLとした場合、所定高さは、地面からの規定ラインRLの高さを含む。すなわち、実施形態において、作業機6の高さが所定高さ以上であることは、回動軸AXbが規定ラインRLよりも上方に配置されることを含む。なお、作業機6の高さが所定高さ以上であることは、回動軸AXbが車体2の底面よりも上方に配置されることを含んでもよい。なお、作業機6の高さは、地面からのバケット13の底面13Cの高さでもよい。バケット13のチルト動作又はダンプ動作により、バケット13の底面13Cの高さが変化してもよい。
また、作業機6が所定姿勢であることは、バケット13の底面13Cが前方に向かって下方に傾斜することを含む。実施形態において、前輪5Fの回転軸CXfと後輪5Rの回転軸CXrとを結ぶラインを規定ラインRLとした場合、作業機6が所定姿勢であることは、バケット13の底面13Cが規定ラインRLに対して前方に向かって下方に傾斜することを含む。姿勢判定部103は、バケット13の底面13Cが規定ラインRLに対して前方に向かって下方に傾斜しているか否かを判定する。規定ラインRLが水平面と平行である場合、作業機6が所定姿勢であることは、刃先端部13Aが底面13Cの後部よりも下方に配置されることを含む。作業機6が所定姿勢であることは、鉛直方向において刃先端部13Aと地面との距離が底面13Cの後部と地面との距離よりも短いことを含む。
なお、作業機6が所定姿勢であることは、ブーム12とバケット13との間の回動軸AXbが、フロントフレーム2Fとブーム12との間の回動軸AXaよりも上方に配置されることを含んでもよい。すなわち、作業機6が所定姿勢であることは、鉛直方向において回動軸AXbと地面との距離が回動軸AXaと地面との距離よりも長いことを含んでもよい。姿勢判定部103は、回動軸AXbが回動軸AXaよりも上方に配置されているか否かを判定してもよい。
図4に示したように、ダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込むとき、ブーム12の前端部が上昇した状態でバケット13がダンプ動作する。作業機6の所定姿勢は、作業機6がダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込んだ直後の姿勢であるとみなされてもよい。
ステップS2において、作業機6が所定姿勢であると判定された場合(ステップS2:Yes)、動作判定部104は、バケットレバー76からの操作信号に基づいて、バケット13がチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定する(ステップS3)。
図8及び図9のそれぞれは、実施形態に係るバケットレバー76からの操作信号の一例を示す図である。以下の説明において、バケットレバー76からの操作信号を適宜、バケットレバー信号、と称する。図8及び図9において、横軸は、作業機6が所定姿勢であると判定された時点からの経過時間であり、縦軸は、バケットレバー信号である。バケットレバー信号が正値であることは、バケットレバー76がバケットレバー76の中立位置から一方側に操作されたことを意味し、バケットレバー信号が負値であることは、バケットレバー76がバケットレバー76の中立位置から他方側に操作されたことを意味する。すなわち、バケットレバー信号が正値であることは、バケット13がチルト動作したことを意味し、バケットレバー信号が負値であることは、バケット13がダンプ動作したことを意味する。
バケットレバー信号は、バケットレバー76の操作量を含む。バケットレバー信号の絶対値が大きいほど、往復操作されるバケットレバー76の操作量が大きいことを意味する。バケットレバー信号の絶対値が大きいほど、チルト動作とダンプ動作とを繰り返すバケット13の動作速度が高いことを意味する。
上述のように、オペレータは、ダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込んだ後、バケット13に付着した掘削物がバケット13から振るい落とされるようにバケット13を所定動作させる場合がある。バケット13を所定動作させる場合、オペレータは、バケットレバー76をバケットレバー76の中立位置よりも一方側と他方側とに往復操作する。図8に示すように、バケットレバー76が往復操作されることにより、バケットレバー信号は、正値になる状態と負値になる状態とを繰り返す。
動作判定部104は、バケットレバー76が中立位置よりも一方側と他方側とに往復操作された回数が所定時間Tmにおいて所定回数以上であると判定した場合、バケット13の所定動作が有ったと判定する。バケットレバー76が往復操作された回数は、バケットレバー信号が正値の状態及び負値の状態の一方の状態から他方の状態に変化した回数である。例えばバケットレバー信号が正値の状態から負値の状態に変化した後に正値の状態に変化した場合、動作判定部104は、バケットレバー76の往復操作された回数が1回であると判定する。
所定時間Tmは、作業機6が所定姿勢であると判定された時点からの時間であり、予め定められた時間である。所定回数は、予め定められた回数である。一例として、所定時間Tmは、1秒間であり、所定回数は、2回である。
ステップS3において、バケット13の所定動作が有ったと判定された場合(ステップS3:Yes)、作業機制御部107は、所定動作の動作速度に基づいて、バケット13の介入制御を開始するか否かを判定する(ステップS4)。
バケットレバー76が往復操作されたときのバケットレバー信号の振幅と、チルト動作とダンプ動作とを繰り返すバケット13の動作速度とは、1対1で対応する。バケットレバー信号の振幅が大きいほど、所定動作するバケット13の動作速度が高い。バケットレバー信号は、バケットレバー76の操作量を含む。バケットレバー信号の振幅が大きいことは、往復操作されるバケットレバー76の操作量の絶対値が大きいことを意味する。バケットレバー信号の振幅が大きいことは、所定動作するバケット13の動作速度が高いことを意味する。動作判定部104は、バケットレバー信号の振幅に基づいて、バケット13の所定動作の動作速度が閾値を超過したか否かを判定する。閾値は、予め定められた値である。
作業機制御部107は、作業機6が所定姿勢であると判定された時点から所定時間Tmが経過した時点におけるバケットレバー信号の振幅と、バケットレバー信号に係る閾値Shとを比較する。すなわち、作業機制御部107は、所定時間Tmが経過した時点におけるバケットレバー76の操作量の絶対値と閾値Shとを比較する。閾値Shは、予め定められた値である。作業機制御部107は、所定時間Tmが経過した時点におけるバケットレバー信号の振幅(操作量の絶対値)が閾値Sh以下であると判定した場合、バケット13の所定動作の動作速度が閾値を超過していないと判定する。作業機制御部107は、所定時間Tmが経過した時点におけるバケットレバー信号の振幅(操作量の絶対値)が閾値Shを超過したと判定した場合、バケット13の所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定する。
図8に示す例において、符号PKで示すように、所定時間Tmが経過した時点におけるバケットレバー信号の振幅は、閾値Shを超過していない。図9に示す例において、符号PKで示すように、所定時間Tmが経過した時点におけるバケットレバー信号の振幅は、閾値Shを超過している。図8に示すバケットレバー信号の振幅の場合、作業機制御部107は、バケット13の所定動作の動作速度が閾値を超過していないと判定する。図9に示すバケットレバー信号の振幅の場合、作業機制御部107は、バケット13の所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定する。
作業機制御部107は、バケット13の所定動作の動作速度が閾値を超過していないと判定した場合、バケット13の介入制御を開始しないと判定する。作業機制御部107は、バケット13の所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、バケット13の介入制御を開始すると判定する。
ステップS4において、バケット13の介入制御を開始すると判定した場合(ステップS4:Yes)、作業機制御部107は、バケット13の所定動作の動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力する。実施形態において、バケット13の介入制御は、バケットレバー信号が操作信号取得部102により取得されている状態で、バケットレバー信号の振幅を小さく制限処理を実施することを含む。作業機制御部107は、バケットレバー信号が操作信号取得部102により取得されている状態で、バケットレバー信号の振幅が小さくなるように、制限処理を実施する(ステップS5)。
図9に示すように、作業機制御部107は、操作信号取得部102により取得されたバケットレバー信号を制限処理して、振幅が小さいバケットレバー信号を生成する。制限処理により、所定時間Tmが経過した後、バケットレバー信号の振幅が小さくなる。制限処理により、バケットレバー信号の振幅は、閾値Shに等しい値又は閾値Sh未満の値に抑制される。作業機制御部107は、制限処理されたバケットレバー信号に基づいて、バケット制御弁39を制御する制御指令を出力する。バケット制御弁39は、制限処理されたバケットレバー信号に基づいて駆動する(ステップS6)。
実施形態において、作業機制御部107は、操作信号取得部102により取得されたバケットレバー信号の振幅(操作量の絶対値)が小さくなるように、振幅を変更する。作業機制御部107は、操作信号取得部102により取得されたバケットレバー信号が正値の状態及び負値の状態の一方の状態から他方の状態に切り換えられるタイミングを変更しない。すなわち、バケットレバー76が一定の時間間隔で中立位置の一方側と他方側とに操作されている場合、作業機制御部107は、操作信号取得部102により取得されたバケットレバー信号の周期を変更しない。
バケットレバー信号の振幅が小さくなることにより、バケット13の所定動作の動作速度が小さくなる。
作業機制御部107は、操作信号取得部102により取得されたバケットレバー信号に基づいて、介入制御を終了するか否かを判定する(ステップS7)。
作業機制御部107は、操作信号取得部102により取得されたバケットレバー信号の振幅が閾値Sh以下であると判定した場合、介入制御を終了すると判定する。例えば、オペレータがバケットレバー76の操作量を小さくした場合又はバケットレバー76の操作をやめた場合、介入制御を終了すると判定される。
ステップS7において、介入制御を終了しないと判定した場合(ステップS7:No)、作業機制御部107は、ステップS5の処理に戻る。ステップS7において、介入制御を終了すると判定した場合(ステップS7:Yes)、ステップS1の処理に戻る。
ステップS2において、作業機6が所定姿勢ではないと判定された場合(ステップS2:No)、ステップS3において、ステップS3において、バケット13が所定動作したと判定された場合(ステップS3:No)、及びステップS4において、バケット13の介入制御を開始しないと判定した場合(ステップS4:No)、作業機制御部107は、バケットレバー信号の制限処理を実施せず、操作信号取得部102により取得された操作信号に基づいて、バケット制御弁39を制御する制御指令を出力する。バケット制御弁39は、制限処理されていないバケットレバー信号に基づいて駆動する(ステップS8)。
<効果>
以上説明したように、実施形態によれば、車載コントローラ30は、作業機械1が有する作業機6の高さが所定高さ以上であるか否かを判定する姿勢判定部103と、作業機6の高さが所定高さ以上であると判定された場合、バケット13がチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定する動作判定部104と、バケット13が所定動作したと判定され所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力する作業機制御部107と、を備える。
以上説明したように、実施形態によれば、車載コントローラ30は、作業機械1が有する作業機6の高さが所定高さ以上であるか否かを判定する姿勢判定部103と、作業機6の高さが所定高さ以上であると判定された場合、バケット13がチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定する動作判定部104と、バケット13が所定動作したと判定され所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力する作業機制御部107と、を備える。
実施形態によれば、例えばバケット13に付着した掘削物がバケット13から振るい落とされるように、オペレータによってバケットレバー76が激しく操作された場合、バケット13のチルト動作及びダンプ動作が作業機6の劣化を早めないように、介入制御が実施される。そのため、作業機械1の劣化が抑制される。
作業機械1が遠隔操作される場合、遠隔操作室202のオペレータは、バケットレバー76を激しく操作しても、バケット13が激しく動作していることを体感し難い。そのため、遠隔操作室202のオペレータは、バケットレバー76を無意識に激しく操作してしまう可能性がある。実施形態によれば、バケットレバー76が激しく操作された場合、バケット13のチルト動作及びダンプ動作が激しくならないように介入制御が実施される。そのため、作業機6の劣化が抑制される。
<その他の実施形態>
上述の実施形態において、動作判定部104は、バケットレバー信号に基づいて、バケット13の所定動作の有無を判定することとした。また、作業機制御部107は、バケットレバー信号の振幅に基づいて、所定動作するバケット13の動作速度が閾値を超過したか否かを判定することとした。動作判定部104は、作業機姿勢センサ28(バケット角度センサ28B)の検出データに基づいて、バケット13の所定動作の有無を判定してもよい。作業機制御部107は、作業機姿勢センサ28(バケット角度センサ28B)の検出データに基づいて、所定動作するバケット13の動作速度が閾値を超過したか否かを判定してもよい。バケットシリンダ19の作動油の圧力(バケットシリンダ19のボトム圧)を検出する圧力センサが設けられる場合、動作判定部104は、圧力センサの検出データに基づいて、バケット13の所定動作の有無を判定してもよい。作業機制御部107は、圧力センサの検出データに基づいて、所定動作するバケット13の動作速度が閾値を超過したか否かを判定してもよい。
上述の実施形態において、動作判定部104は、バケットレバー信号に基づいて、バケット13の所定動作の有無を判定することとした。また、作業機制御部107は、バケットレバー信号の振幅に基づいて、所定動作するバケット13の動作速度が閾値を超過したか否かを判定することとした。動作判定部104は、作業機姿勢センサ28(バケット角度センサ28B)の検出データに基づいて、バケット13の所定動作の有無を判定してもよい。作業機制御部107は、作業機姿勢センサ28(バケット角度センサ28B)の検出データに基づいて、所定動作するバケット13の動作速度が閾値を超過したか否かを判定してもよい。バケットシリンダ19の作動油の圧力(バケットシリンダ19のボトム圧)を検出する圧力センサが設けられる場合、動作判定部104は、圧力センサの検出データに基づいて、バケット13の所定動作の有無を判定してもよい。作業機制御部107は、圧力センサの検出データに基づいて、所定動作するバケット13の動作速度が閾値を超過したか否かを判定してもよい。
また、カメラ29が作業機6を撮像する場合、動作判定部104は、カメラ29により撮像された作業機6の画像データに基づいて、バケット13が所定動作したか否かを判定してもよい。作業機制御部107は、カメラ29により撮像された作業機6の画像データに基づいて、所定動作するバケット13の振幅が閾値を超過したか否かを判定してもよい。
上述の実施形態において、介入制御が開始された場合、介入制御が開始されたことを示す通知データが表示装置8から出力されてもよい。
上述の実施形態において、車載コントローラ30の機能の一部又は全部が遠隔コントローラ9に設けられてもよい。例えば、姿勢判定部103及び動作判定部104が遠隔コントローラ9に設けられてもよい。
上述の実施形態において、作業機械1は、遠隔操作されてなくてもよい。オペレータが作業機械1のキャブ4に搭乗して、作業機械1を操作してもよい。
上述の実施形態においては、作業機械1がホイールローダであることとした。作業機械1は、作業機を有する油圧ショベルでもよい。
[第2実施形態]
第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その構成要素の説明を簡略又は省略する。
第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その構成要素の説明を簡略又は省略する。
<作業機械の動作>
図10は、実施形態に係る作業機械1の動作を説明する図である。実施形態において、作業機6は、掘削作業においてバケット13の開口部13Bが前方を向くフロントローディング方式の作業機である。ブームシリンダ18が伸縮することによって、ブーム12が上げ動作又は下げ動作する。バケットシリンダ19が伸縮することによって、バケット13がチルト動作又はダンプ動作する。
図10は、実施形態に係る作業機械1の動作を説明する図である。実施形態において、作業機6は、掘削作業においてバケット13の開口部13Bが前方を向くフロントローディング方式の作業機である。ブームシリンダ18が伸縮することによって、ブーム12が上げ動作又は下げ動作する。バケットシリンダ19が伸縮することによって、バケット13がチルト動作又はダンプ動作する。
ブーム12の上げ動作とは、ブーム12の先端部が地面から離隔するように、ブーム12が回動軸AXaを中心に回動する動作をいう。ブーム12の下げ動作とは、ブーム12の先端部が地面に接近するように、ブーム12が回動軸AXaを中心に回動する動作をいう。ブームシリンダ18が伸びることにより、ブーム12が上げ動作する。ブームシリンダ18が縮むことにより、ブーム12が下げ動作する。
バケット13のチルト動作とは、バケット13の開口部13Bが上方を向き刃先端部13Aが地面から離隔するように、バケット13が回動軸AXbを中心に回動する動作をいう。バケット13のダンプ動作とは、バケット13の開口部13Bが下方を向き刃先端部13Aが地面に接近するように、バケット13が回動軸AXbを中心に回動する動作をいう。バケットシリンダ19が伸びることにより、バケット13がチルト動作する。バケットシリンダ19が縮むことにより、バケット13がダンプ動作する。
バケット13がチルト動作することにより、掘削物がバケット13によって掬い取られ、バケット13に保持される。バケット13がダンプ動作することにより、バケット13に保持されている掘削物がバケット13から排出される。
図10に示すように、作業機械1は、ダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込む積込作業を実施することができる。オペレータは、作業機操作装置7Bを操作して、バケット13に保持されている掘削物がダンプトラック300のダンプボディに積み込まれるように、作業機6の姿勢を制御する。オペレータは、バケット13から掘削物がこぼれないように、且つ、バケット13がダンプボディの上端部よりも上方に配置されるように、作業機6の姿勢を制御する。
積込作業を実施するとき、オペレータは、作業機6が上げ姿勢になるように作業機操作装置7Bを操作する。作業機6の上げ姿勢とは、作業機6が予め定められた所定高さHp以上に上昇している姿勢をいう。実施形態において、上げ姿勢とは、ブーム12の先端部の回動軸AXbが所定高さHp以上に上昇している姿勢をいう。
オペレータは、ダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込むために、ブーム12の先端部を上昇させた状態でバケット13をダンプ動作させた後、ダンプトラック300から離隔するように、作業機械1を後進させる。また、オペレータは、作業機操作装置7Bを操作して、作業機6を下げ動作させる。
<制御システム>
図11は、実施形態に係る作業機械1の制御システム100を示す機能ブロック図である。制御システム100は、操作装置7と、遠隔コントローラ9と、車載コントローラ30と、作業機姿勢センサ28と、積荷センサ27と、カメラ29を有する。
図11は、実施形態に係る作業機械1の制御システム100を示す機能ブロック図である。制御システム100は、操作装置7と、遠隔コントローラ9と、車載コントローラ30と、作業機姿勢センサ28と、積荷センサ27と、カメラ29を有する。
車載コントローラ30は、センサデータ取得部101と、操作信号取得部102と、姿勢判定部103と、動作判定部104と、閾値設定部105と、走行制御部106と、作業機制御部107と、送信部108とを有する。
センサデータ取得部101は、作業機姿勢センサ28の検出データ及び積荷センサ27の検出データを取得する。作業機姿勢センサ28の検出データは、ブーム角を示すブーム角度センサ28Aの検出データと、バケット角を示すバケット角度センサ28Bの検出データとを含む。
操作信号取得部102は、操作装置7からの操作信号を取得する。操作装置7からの操作信号は、ブーム12を動作させるために操作されるブームレバー75からの操作信号と、バケット13を動作させるために操作されるバケットレバー76からの操作信号とを含む。
姿勢判定部103は、作業機姿勢センサ28の検出データに基づいて、作業機6の姿勢が予め定められている姿勢条件を満足するか否かを判定する。姿勢条件を満足することは、作業機6が上げ姿勢であることを含む。姿勢判定部103は、作業機6が上げ姿勢であるか否かを判定する。姿勢判定部103は、ブーム角度センサ28Aの検出データに基づいて、ブーム12が上げ姿勢であるか否かを判定する。
動作判定部104は、作業機操作装置7Bからの操作信号に基づいて、作業機6の動作が予め定められている動作条件を満足するか否かを判定する。動作条件を満足することは、作業機6が下げ動作していることを含む。動作判定部104は、ブームレバー75からの操作信号に基づいて、ブーム12が下げ動作しているか否かを判定する。なお、動作判定部104は、ブーム角度センサ28Aの検出データに基づいて、ブーム12が下げ動作しているか否かを判定してもよい。
閾値設定部105は、ブームレバー75からの操作信号に係る閾値Shを設定する。閾値設定部105は、積荷センサ27の検出データに基づいて、閾値Shを変更する。閾値Shは、作業機6が積荷状態であるときの閾値Shcと空荷状態であるときの閾値Sheとを含む。閾値設定部105は、積荷センサ27の検出データに基づいて、作業機6が積荷状態であるか空荷状態であるかを判定する。閾値設定部105は、作業機6が積荷状態であるときに閾値Shを閾値Shcに設定し、作業機6が空荷状態であるときに閾値Shを閾値Sheに設定する。作業機6が積荷状態であるときの閾値Shcは、作業機6が空荷状態であるときの閾値Sheよりも小さい。
走行制御部106は、走行系操作装置7Aからの操作信号に基づいて、作業機械1の走行を制御する。走行制御部106は、走行系操作装置7Aからの操作信号に基づいて、作業機械1の走行速度を調整したり、作業機械1の走行方向を調整したり、作業機械1の前進と後進とを切り換えたりする。
作業機制御部107は、作業機操作装置7Bからの操作信号に基づいて、作業機6を制御する。作業機制御部107は、ブームレバー75からの操作信号に基づいて、ブーム制御弁38を制御する。ブーム制御弁38が制御されることにより、ブームシリンダ18が伸縮し、ブーム12が上げ動作及び下げ動作する。作業機制御部107は、バケットレバー76からの操作信号に基づいて、バケット制御弁39を制御する。バケット制御弁39が制御されることにより、バケットシリンダ19が伸縮し、バケット13がチルト動作及びダンプ動作する。
また、作業機制御部107は、ブーム12の介入制御を実施する。ブーム12の介入制御とは、ブームレバー75が操作されている状態で、ブーム制御弁38が予め定められた条件で駆動するように、ブーム制御弁38を制御することをいう。すなわち、ブーム12の介入制御とは、ブームレバー75からの操作信号が操作信号取得部102に取得されている状態で、ブーム12が予め定められた条件で動作するように、作業機制御部107から制御指令を出力することをいう。
送信部108は、カメラ29により撮像された画像データを遠隔コントローラ9に送信する。送信部108は、作業機姿勢センサ28の検出データを遠隔コントローラ9に送信してもよい。
<作業機械の制御方法>
図12は、実施形態に係る作業機械1の制御方法を示すフローチャートである。操作信号取得部102は、操作装置7からの操作信号を取得する。走行制御部106は、走行系操作装置7Aからの操作信号に基づいて、作業機械1の走行を制御する。作業機制御部107は、作業機操作装置7Bからの操作信号に基づいて、作業機6を制御する。センサデータ取得部101は、作業機姿勢センサ28の検出データ及び積荷センサ27の検出データを取得する(ステップS1)。
図12は、実施形態に係る作業機械1の制御方法を示すフローチャートである。操作信号取得部102は、操作装置7からの操作信号を取得する。走行制御部106は、走行系操作装置7Aからの操作信号に基づいて、作業機械1の走行を制御する。作業機制御部107は、作業機操作装置7Bからの操作信号に基づいて、作業機6を制御する。センサデータ取得部101は、作業機姿勢センサ28の検出データ及び積荷センサ27の検出データを取得する(ステップS1)。
姿勢判定部103は、作業機6の姿勢を検出する作業機姿勢センサ28の検出データに基づいて、作業機6が上げ姿勢であるか否かを判定する(ステップS2)。
作業機6が上げ姿勢であることは、ブーム12が上げ姿勢であることを含む。ブーム12が上げ姿勢であることは、ブーム12とバケット13との間の回動軸AXbが、フロントフレーム2Fとブーム12との間の回動軸AXaよりも上方に配置されることを含む。すなわち、作業機6が上げ姿勢であることは、鉛直方向において回動軸AXbと地面との距離が回動軸AXaと地面との距離よりも長いことを含む。また、ブーム12が上げ姿勢であることは、作業機械1のローカル座標系において、ブーム12の先端部の回動軸AXbが予め定められている所定高さHp以上に上昇していることを含む。
なお、前輪5Fの回転軸CXfと後輪5Rの回転軸CXrとを結ぶラインに平行なラインを規定ラインとした場合、作業機6が上げ姿勢であることは、回動軸AXaと回動軸AXbとを結ぶラインが規定ラインに対して前方に向かって上方に傾斜することを含んでもよい。規定ラインが水平面と平行である場合、作業機6が上げ姿勢であることは、鉛直方向において回動軸AXbと規定ラインとの距離が回動軸AXaと規定ラインとの距離よりも長いことを含む。
図10を参照して説明したように、ダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込むとき、ブーム12の先端部が上昇した状態でバケット13がダンプ動作する。作業機6の上げ姿勢は、作業機6がダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込むときの姿勢であるとみなされてもよい。
ステップS2において、作業機6が上げ姿勢であると判定された場合(ステップS2:Yes)、動作判定部104は、ブームレバー75からの操作信号に基づいて、ブーム12が上げ姿勢から下げ動作しているか否かを判定する。なお、動作判定部104は、ブーム角度センサ28Aの検出データに基づいて、ブーム12が下げ動作しているか否かを判定してもよい(ステップS3)。
図13及び図14のそれぞれは、実施形態に係るブームレバー75からの操作信号とブーム12の高さとの関係の一例を示す図である。以下の説明において、ブームレバー75からの操作信号を適宜、ブームレバー信号、と称する。図13及び図14において、横軸は、作業機6が上げ姿勢であると判定された時点からの経過時間であり、縦軸は、ブーム12の先端部の高さ、ブームレバー信号、及びブームレバー信号の変化率である。
ブームレバー信号が正値であることは、ブーム12が上げ動作するようにブームレバー75がブームレバー75の中立位置から一方側に操作されたことを意味し、ブームレバー信号が負値であることは、ブーム12が下げ動作するようにブームレバー75がブームレバー75の中立位置から他方側に操作されたことを意味する。すなわち、ブームレバー信号が正値であることは、ブーム12が上げ動作したことを意味し、ブームレバー信号が負値であることは、ブーム12が下げ動作したことを意味する。
ブームレバー信号は、ブームレバー75の操作量を含む。ブームレバー信号の絶対値が大きいほど、ブームレバー75の操作量が大きいことを意味する。ブームレバー信号とブームシリンダ18の伸縮速度を示すブーム速度とは、1対1で対応する。ブームレバー信号の絶対値が大きいほど、ブーム速度が高いことを意味する。ブームレバー信号の絶対値が小さいほど、ブーム速度が低いことを意味する。
ブームレバー信号の変化率とは、単位時間あたりのブームレバー信号の変化量をいう。ブームレバー信号の変化率は、ブームレバー75の操作量の変化率を含む。ブームレバー信号の変化率が大きいほど、ブームレバー75が急激に操作されたことを意味する。ブームレバー信号の変化率とブームシリンダ18の伸縮加速度を示すブーム加速度とは、1対1で対応する。ブームレバー信号の変化率が大きいほど、ブーム加速度が高いことを意味する。ブームレバー信号の変化率が小さいほど、ブーム加速度が低いことを意味する。
ブームレバー75が急激に操作されると、ブームレバー信号の変化率は大きくなる。図10を参照して説明したように、オペレータは、ダンプトラック300のダンプボディに掘削物を積み込んだ後、ブーム12を下げ動作させる。ブーム12が下げ動作するようにブームレバー75が操作されている状態で、下げ動作を中断させるようにブームレバー75が操作された場合、ブームレバー信号の変化率は大きくなる。ブーム12の下げ動作を中断させるブームレバー75の操作として、ブーム12が下げ動作している状態でブーム12を急減速又は急停止させるようにブームレバー75を操作すること、及びブーム12が下げ動作している状態でブーム12を急激に上げ動作させるようにブームレバー75を操作することが例示される。ブーム12の下げ動作を中断させるようにブームレバー75が操作された場合、ブームレバー75からの操作信号の変化率は大きくなる。
ステップS3において、ブーム12が下げ動作していると判定された場合(ステップS3:Yes)、作業機制御部107は、ブームレバー75からの操作信号に基づいて、ブーム12の介入制御を開始するか否かを判定する(ステップS4)。
作業機制御部107は、作業機6が上げ姿勢から下げ動作している状態で、操作信号取得部102により取得されたブームレバー75からの操作信号の変化率が予め定められている閾値Shを超過するか否かを判定する。実施形態において、閾値Shは、作業機6が積荷状態であるときの閾値Shcと空荷状態であるときの閾値Sheとを含む。
図13は、ブームレバー信号の変化率が閾値She及び閾値Shcを超過していない例を示す。作業機6が積荷状態であるときの閾値Shcは、作業機6が空荷状態であるときの閾値Sheよりも小さい。上述のように、作業機6が積荷状態である場合、閾値Shが閾値Shcに設定される。作業機6が空荷状態である場合、閾値Shが閾値Sheに設定される。作業機6が積荷状態である場合、作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値Shcを超過したか否かを判定する。作業機6が空荷状態である場合、作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値Sheを超過したか否かを判定する。以下の説明においては、一例として、作業機6が空荷状態であり、閾値Shが閾値Sheに設定されることとする。
図13において、時点t1は、上げ姿勢のブーム12の下げ動作するようにブームレバー75の操作が開始された時点である。時点t2は、ブームレバー75が中立位置から他方側に操作されてある位置に到達した時点である。時点t3は、ブーム12の下げ動作が終了するようにブームレバー75の操作が開始された時点である。時点t4は、ブームレバー75が中立位置に配置された時点である。
図14は、ブームレバー信号の変化率が閾値Sheを超過している例を示す。図14に示す例において、時点t3は、ブーム12の下げ動作が急停止するようにブームレバー75が操作された時点である。時点t3においてブーム12の下げ動作が急停止するので、時点t3以降におけるブームレバー信号の変化率が大きくなる。図14において、時点t3aは、ブームレバー信号の変化率が閾値Sheを超過した時点である。時点t3aは、時点t3よりも後且つ時点t4よりも前の時点である。時点t4aは、ブームレバー75が中立位置に配置された時点である。時点4aは、時点t3aよりも後且つ時点t4よりも前の時点である。ブーム12が下げ動作している状態でブーム12が急停止するようにブームレバー75が中立位置に戻るように急激に操作されるので、時点t3から時点t4aにおけるブームレバー信号の変化率が大きくなる。
図13に示すブームレバー信号の変化率の場合、作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値Sheを超過していないと判定する。図14に示すブームレバー信号の変化率の場合、作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値Sheを超過したと判定する。
作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値Sheを超過していないと判定した場合、ブーム12の介入制御を開始しないと判定する。作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値Sheを超過したと判定した場合、ブーム12の介入制御を開始すると判定する。
ステップS4において、ブーム12の介入制御を開始すると判定した場合(ステップS4:Yes)、作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値She以下になるように制御指令を出力する。図14に示す例において、作業機6は空荷状態であるため、作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値She以下になるように制御指令を出力する。なお、作業機6が積荷状態である場合、作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値Shc以下になるように制御指令を出力する。
実施形態において、ブーム12の介入制御は、ブームレバー信号が操作信号取得部102により取得されている状態で、ブームレバー信号の変化率を小さくする制限処理を実施することを含む。作業機制御部107は、ブームレバー信号が操作信号取得部102により取得されている状態で、ブームレバー信号の変化率が小さくなるように、制限処理を実施する(ステップS5)。
図14において、点線は、介入制御が実施された場合のブーム12の高さ、ブームレバー信号、及びブームレバー信号の変化率を示す。実線は、介入制御が実施されない場合のブーム12の高さ、ブームレバー信号、及びブームレバー信号の変化率を示す。
図14の点線で示すように、作業機制御部107は、操作信号取得部102により取得されたブームレバー信号を制限処理して、ブームレバー信号の変化率を小さくする。制限処理により、変化率が小さいブームレバー信号が生成される。制限処理により、ブームレバー信号の変化率は、閾値Sheに等しい値又は閾値She未満の値に抑制される。作業機制御部107は、制限処理されたブームレバー信号に基づいて、バケット制御弁39を制御する制御指令を出力する。バケット制御弁39は、制限処理されたバケットレバー信号に基づいて駆動する(ステップS6)。
作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値Sheを超過した時点t3a以降において、ブームレバー信号の変化率が小さくなるように介入制御を実施する。作業機制御部107は、時点t3a以降におけるブームレバー信号の変化率が小さくなるように制限処理を実施する。介入制御が実施されることにより、時点t3a以降におけるブームレバー信号の変化率は小さくなる。ブームレバー信号の変化率が小さくなるため、ブーム12の動作加速度が低減される。介入制御が実施されることにより、ブーム12は、低加速度で下げ動作から停止状態に遷移する。
なお、ブーム12が下げ動作している状態において、介入制御が実施された場合のブーム12の停止位置は、介入制御が実施されない場合のブーム12の停止位置よりも低くなる。図14に示すように、例えば、オペレータが下げ動作するブーム12を高さHgで停止させたい場合において、介入制御が実施されると、ブーム12は高さHgよりも低い高さHaまで下降する。すなわち、介入制御が実施されると、オペレータが意図した高さHgよりも低い高さHaまで作業機6が下降する。
作業機制御部107は、介入制御を終了するか否かを判定する(ステップS7)。ステップS7において、介入制御を終了しないと判定した場合(ステップS7:No)、作業機制御部107は、ステップS5の処理に戻る。ステップS7において、介入制御を終了すると判定した場合(ステップS7:Yes)、ステップS1の処理に戻る。
ステップS2において、作業機6が上げ姿勢ではないと判定された場合(ステップS2:No)、ステップS3において、ブーム12が下げ動作していないと判定された場合(ステップS3:No)、及びステップS4において、ブーム12の介入制御を開始しないと判定した場合(ステップS4:No)、作業機制御部107は、ブームレバー信号の制限処理を実施せず、操作信号取得部102により取得された操作信号に基づいて、ブーム制御弁38を制御する制御指令を出力する。ブーム制御弁38は、制限処理されていないブームレバー信号に基づいて駆動する(ステップS8)。
<効果>
以上説明したように、実施形態によれば、車載コントローラ30は、作業機械1が有する作業機6を動作させるために操作される操作装置7からの操作信号を取得する操作信号取得部102と、作業機6が所定高さHp以上に上昇している上げ姿勢から下げ動作している状態で、操作信号の変化率が大きい場合、変化率が小さくなるように制御指令を出力する作業機制御部107と、を有する。実施形態において、作業機制御部107は、操作信号の変化率が閾値Shを超過すると判定した場合、変化率が閾値Sh以下になるように制御指令を出力する。
以上説明したように、実施形態によれば、車載コントローラ30は、作業機械1が有する作業機6を動作させるために操作される操作装置7からの操作信号を取得する操作信号取得部102と、作業機6が所定高さHp以上に上昇している上げ姿勢から下げ動作している状態で、操作信号の変化率が大きい場合、変化率が小さくなるように制御指令を出力する作業機制御部107と、を有する。実施形態において、作業機制御部107は、操作信号の変化率が閾値Shを超過すると判定した場合、変化率が閾値Sh以下になるように制御指令を出力する。
ブーム12の下げ動作を中断させるようにブームレバー75が操作された場合、作業機械1の重量バランスが崩れる可能性がある。ブーム12が下げ動作している状態でブーム12を急減速又は急停止させるようにブームレバー75が操作されたり、ブーム12が下げ動作している状態でブーム12を急激に上げ動作させるようにブームレバー75が操作されたりすると、作業機械1の後輪5Rが地面から浮くように作業機械1の重量バランスが変化する。作業機械1の重量バランスが変化すると作業機械1に局所的な負荷が掛かり、作業機械1の車体2及び作業機6が早期に劣化する可能性がある。
実施形態によれば、ブーム12の下げ動作を中断させるブームレバー75からの操作信号が取得された場合、ブーム12の下げ動作が急激に中断されないように介入制御が実施される。そのため、作業機械1の車体2及び作業機6の劣化が抑制される。
作業機械1が遠隔操作される場合、遠隔操作室202のオペレータは、ブームレバー75を急激に操作しても、作業機械1の重量バランスが崩れることを体感し難い。そのため、遠隔操作室202のオペレータは、ブームレバー75を無意識に急激に操作してしまう可能性がある。実施形態によれば、ブームレバー75が急激に操作された場合、ブーム12の下げ動作が急激に中断されないように介入制御が実施される。そのため、作業機械1の劣化が抑制される。
実施形態において、閾値Shは、作業機6が積荷状態であるときの閾値Shcと、作業機6が空荷状態であるときの閾値Sheとを含む。作業機6が積荷状態であるときに作業機6から車体2に掛かるモーメントは、作業機6が空荷状態であるときに作業機6から車体2に掛かるモーメントよりも大きい。そのため、作業機6が積荷状態である場合、ブーム12の下げ動作が急激に中断されたときの作業機械1の重量バランスが大きく崩れる可能性がある。実施形態によれば、作業機6が積荷状態においては閾値Shが小さい閾値Shcに設定されるので、介入制御において、作業機6が積荷状態であるときのブームレバー信号の変化率は、作業機6が空荷状態であるときのブームレバー信号の変化率よりも小さくなる。そのため、作業機6が積荷状態においても作業機械1の重量バランスが大きく崩れることが抑制される。
<その他の実施形態>
なお、上述のように、ブーム12が下げ動作している状態において、介入制御が実施された場合のブーム12の停止位置は、介入制御が実施されない場合のブーム12の停止位置よりも低くなる。図14を参照して説明したように、例えば、オペレータが下げ動作するブーム12を高さHgで停止させたい場合において、介入制御が実施されると、ブーム12は高さHgよりも低い高さHaまで下降する。高さHaが地面よりも高い場合、介入制御が実施されても、バケット13は、地面に接触することなく高さHaで停止することができる。
なお、上述のように、ブーム12が下げ動作している状態において、介入制御が実施された場合のブーム12の停止位置は、介入制御が実施されない場合のブーム12の停止位置よりも低くなる。図14を参照して説明したように、例えば、オペレータが下げ動作するブーム12を高さHgで停止させたい場合において、介入制御が実施されると、ブーム12は高さHgよりも低い高さHaまで下降する。高さHaが地面よりも高い場合、介入制御が実施されても、バケット13は、地面に接触することなく高さHaで停止することができる。
上述の実施形態において、作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が閾値Shを超過すると判定した場合、ブームレバー信号の前記変化率が閾値Sh以下になるように制御指令を出力することとした。作業機制御部107は、閾値Shを用いずに制御指令を出力してもよい。作業機制御部107は、ブームレバー信号の変化率が大きい場合、ブームレバー信号の変化率が小さくなるように制御指令を出力すればよい。
例えば、作業機制御部107が一定の制御周期で制御指令を出力する場合、前回の制御指令の指令値と、今回のブームレバー信号に対応する制御指令の指令値との加重平均を算出し、算出した加重平均の値を今回の制御指令の指令値とする。ブームレバー信号の変化率が大きい場合、作業機制御部107は、前回の制御指令の指令値についての重みw1を大きい値に変更し、今回のブームレバー信号に対応する制御指令の指令値についての重みw2を小さい値に変更する。今回の制御指令の指令値は、例えば以下の(1)式に基づいて算出される。
[今回の制御指令の指令値]=w1×[前回の制御指令の指令値]+w2×[今回のブームレバー信号に対応する制御指令の指令値] …(1)
重みw1と重みw2とは、以下の(2)式の関係を満足する。
w1+w2=1 …(2)
例えば作業機制御部107による制御周期が10[msec]であり、重みw1の初期値が0.91であり、重みw2の初期値が0.09である場合において、ブームレバー信号の変化率が大きい場合、作業機制御部107は、重みw1を0.98に変更し、重みw2を0.02に変更する。
[今回の制御指令の指令値]=w1×[前回の制御指令の指令値]+w2×[今回のブームレバー信号に対応する制御指令の指令値] …(1)
重みw1と重みw2とは、以下の(2)式の関係を満足する。
w1+w2=1 …(2)
例えば作業機制御部107による制御周期が10[msec]であり、重みw1の初期値が0.91であり、重みw2の初期値が0.09である場合において、ブームレバー信号の変化率が大きい場合、作業機制御部107は、重みw1を0.98に変更し、重みw2を0.02に変更する。
上述の実施形態において、作業機6の積荷状態を検出する積荷センサ27は、作業機6の重量を検出する重量センサを含むこととした。積荷センサ27は、例えばバケット13を撮像するカメラを含んでもよい。カメラは、バケット13に保持された掘削物を撮像することができる。カメラにより取得された掘削物の画像データは、車載コントローラ30に送信される。車載コントローラ30には、掘削物の密度を示す密度データが予め記憶される。車載コントローラ30のセンサデータ取得部101は、掘削物の画像データに基づいて、バケット13に保持された掘削物の体積を推定する。センサデータ取得部101は、推定した掘削物の体積と掘削物の密度データとに基づいて、バケット13に保持された掘削物の重量を算出することができる。なお、レーザスキャナ又はステレオカメラのような3次元センサにより掘削物の3次元形状が検出されてもよい。センサデータ取得部101は、掘削物の3次元形状に基づいて、バケット13に保持された掘削物の体積を推定してもよい。
上述の実施形態において、カメラ29が作業機6を撮像する場合、動作判定部104は、カメラ29により撮像された作業機6の画像データに基づいて、ブーム12が下げ動作しているか否かを判定してもよい。
上述の実施形態において、介入制御が開始された場合、介入制御が開始されたことを示す通知データが表示装置8から出力されてもよい。
上述の実施形態において、車載コントローラ30の機能の一部又は全部が遠隔コントローラ9に設けられてもよい。例えば、姿勢判定部103及び動作判定部104が遠隔コントローラ9に設けられてもよい。
上述の実施形態において、作業機械1は、遠隔操作されてなくてもよい。オペレータが作業機械1のキャブ4に搭乗して、作業機械1を操作してもよい。
上述の実施形態においては、作業機械1がホイールローダであることとした。作業機械1は、フロントローディング方式の作業機を有する油圧ショベルでもよい。作業機械1は、掘削作業においてバケットの開口部が後方を向くバックホー方式の作業機を有する油圧ショベルでもよい。
[付記]
本開示は、以下の構成も採り得る。
(付記1)
コントローラを備え、
前記コントローラは、
作業機械が有する作業機のバケットがチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定し、
前記所定動作が有ったと判定され前記所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、前記動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力する、
作業機械の制御システム。
(付記2)
前記コントローラは、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサの検出データに基づいて、前記作業機の高さが所定高さ以上であるか否かを判定する、
(付記1)に記載の作業機械の制御システム。
(付記3)
前記コントローラは、
前記バケットの底面が前方に向かって下方に傾斜しているか否かを判定する、
(付記1)又は(付記2)に記載の作業機械の制御システム。
(付記4)
前記作業機械は、前輪と後輪とを有し、
前記前輪の回転軸と前記後輪の回転軸とを結ぶラインを規定ラインとした場合、
前記コントローラは、
前記バケットの底面が前記規定ラインに対して前方に向かって下方に傾斜しているか否かを判定する、
(付記3)に記載の作業機械の制御システム。
(付記5)
前記作業機は、前記作業機械の車体に第1回動軸を中心に回動可能に連結されるブームを有し、前記バケットは、前記ブームに第2回動軸を中心に回動可能に連結され、
前記コントローラは、
前記第2回動軸が前記第1回動軸よりも上方に配置されているか否かを判定する、
(付記4)に記載の作業機械の制御システム。
(付記6)
前記コントローラは、
前記バケットを動作させるために操作されるバケットレバーからの操作信号に基づいて、前記所定動作の有無を判定する、
(付記1)から(付記5)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システム。
(付記7)
前記バケットレバーが前記バケットレバーの中立位置よりも一方側に操作されることにより前記バケットがチルト動作し、前記中立位置よりも他方側に操作されることにより前記バケットがダンプ動作し、
前記コントローラは、
前記バケットレバーが前記中立位置よりも一方側と他方側とに往復操作された回数が所定時間において所定回数以上であると判定した場合、前記所定動作が有ると判定する、
(付記6)に記載の作業機械の制御システム。
(付記8)
前記コントローラは、
前記操作信号の振幅に基づいて、前記所定動作の動作速度が前記閾値を超過したか否かを判定する、
(付記7)に記載の作業機械の制御システム。
(付記9)
前記コントローラは、
前記バケットレバーからの操作信号が取得されている状態で、前記操作信号の振幅が小さくなるように、前記制御指令を出力する、
(付記8)に記載の作業機械の制御システム。
(付記10)
(付記1)から(付記9)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械。
(付記11)
(付記1)から(付記9)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械の遠隔操作システム。
(付記12)
コントローラが、
作業機械が有する作業機の高さが所定高さ以上である所定姿勢であるか否かを判定することと、
前記所定姿勢であると判定した場合、前記作業機のバケットがチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定することと、
前記所定動作が有ったと判定し前記所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、前記動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力することと、を含む、
作業機械の制御方法。
(付記13)
コントローラを備え、
前記コントローラは、
作業機械が有する作業機を動作させるために操作される操作装置からの操作信号を取得し、
前記作業機が上昇している上げ姿勢から下げ動作している状態で、前記操作装置が急操作され前記作業機械の重量バランスが変化する場合、前記操作信号の変化率が小さくなるように制御指令を出力する、
作業機械の制御システム。
(付記14)
前記コントローラは、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサの検出データに基づいて、前記作業機が前記上げ姿勢であるか否かを判定する、
(付記13)に記載の作業機械の制御システム。
(付記15)
前記コントローラは、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサの検出データ又は前記操作信号に基づいて、前記作業機が前記下げ動作しているか否かを判定する、
(付記13)又は(付記14)に記載の作業機械の制御システム。
(付記16)
前記作業機は、前記作業機械の車体に第1回動軸を中心に回動可能に連結されるブームと、前記ブームに第2回動軸を中心に回動可能に連結されるバケットと、を有し、
前記上げ姿勢であることは、前記第2回動軸が前記第1回動軸よりも上方に配置されることを含む、
(付記13)から(付記15)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システム。
(付記17)
前記コントローラは、
前記操作信号の変化率が閾値を超過すると判定した場合、前記変化率が閾値以下になるように制御指令を出力する、
(付記13)から(付記16)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システム。
(付記18)
前記コントローラは、
前記作業機の積荷状態を検出する積荷センサの検出データに基づいて、前記閾値を変更する閾値設定部を有する、
(付記17)に記載の作業機械の制御システム。
(付記19)
前記コントローラは、
前記積荷センサの検出データに基づいて、前記作業機が積荷状態であるか空荷状態であるかを判定し、前記積荷状態であるときの閾値を前記空荷状態であるときの閾値よりも小さくする、
(付記18)に記載の作業機械の制御システム。
(付記20)
前記積荷センサは、前記作業機の重量を検出する重量センサを含む、
(付記18)又は(付記19)に記載の作業機械の制御システム。
(付記21)
(付記13)から(付記20)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械。
(付記22)
(付記13)から(付記21)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械の遠隔操作システム。
(付記23)
コントローラが、
作業機械が有する作業機を動作させるために操作される操作装置からの操作信号を取得することと、
前記作業機が所定高さ以上に上昇している上げ姿勢から下げ動作している状態で、前記操作信号の変化率が大きい場合、前記変化率が小さくなるように制御指令を出力することと、を実行する、
作業機械の制御方法。
本開示は、以下の構成も採り得る。
(付記1)
コントローラを備え、
前記コントローラは、
作業機械が有する作業機のバケットがチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定し、
前記所定動作が有ったと判定され前記所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、前記動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力する、
作業機械の制御システム。
(付記2)
前記コントローラは、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサの検出データに基づいて、前記作業機の高さが所定高さ以上であるか否かを判定する、
(付記1)に記載の作業機械の制御システム。
(付記3)
前記コントローラは、
前記バケットの底面が前方に向かって下方に傾斜しているか否かを判定する、
(付記1)又は(付記2)に記載の作業機械の制御システム。
(付記4)
前記作業機械は、前輪と後輪とを有し、
前記前輪の回転軸と前記後輪の回転軸とを結ぶラインを規定ラインとした場合、
前記コントローラは、
前記バケットの底面が前記規定ラインに対して前方に向かって下方に傾斜しているか否かを判定する、
(付記3)に記載の作業機械の制御システム。
(付記5)
前記作業機は、前記作業機械の車体に第1回動軸を中心に回動可能に連結されるブームを有し、前記バケットは、前記ブームに第2回動軸を中心に回動可能に連結され、
前記コントローラは、
前記第2回動軸が前記第1回動軸よりも上方に配置されているか否かを判定する、
(付記4)に記載の作業機械の制御システム。
(付記6)
前記コントローラは、
前記バケットを動作させるために操作されるバケットレバーからの操作信号に基づいて、前記所定動作の有無を判定する、
(付記1)から(付記5)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システム。
(付記7)
前記バケットレバーが前記バケットレバーの中立位置よりも一方側に操作されることにより前記バケットがチルト動作し、前記中立位置よりも他方側に操作されることにより前記バケットがダンプ動作し、
前記コントローラは、
前記バケットレバーが前記中立位置よりも一方側と他方側とに往復操作された回数が所定時間において所定回数以上であると判定した場合、前記所定動作が有ると判定する、
(付記6)に記載の作業機械の制御システム。
(付記8)
前記コントローラは、
前記操作信号の振幅に基づいて、前記所定動作の動作速度が前記閾値を超過したか否かを判定する、
(付記7)に記載の作業機械の制御システム。
(付記9)
前記コントローラは、
前記バケットレバーからの操作信号が取得されている状態で、前記操作信号の振幅が小さくなるように、前記制御指令を出力する、
(付記8)に記載の作業機械の制御システム。
(付記10)
(付記1)から(付記9)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械。
(付記11)
(付記1)から(付記9)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械の遠隔操作システム。
(付記12)
コントローラが、
作業機械が有する作業機の高さが所定高さ以上である所定姿勢であるか否かを判定することと、
前記所定姿勢であると判定した場合、前記作業機のバケットがチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定することと、
前記所定動作が有ったと判定し前記所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、前記動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力することと、を含む、
作業機械の制御方法。
(付記13)
コントローラを備え、
前記コントローラは、
作業機械が有する作業機を動作させるために操作される操作装置からの操作信号を取得し、
前記作業機が上昇している上げ姿勢から下げ動作している状態で、前記操作装置が急操作され前記作業機械の重量バランスが変化する場合、前記操作信号の変化率が小さくなるように制御指令を出力する、
作業機械の制御システム。
(付記14)
前記コントローラは、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサの検出データに基づいて、前記作業機が前記上げ姿勢であるか否かを判定する、
(付記13)に記載の作業機械の制御システム。
(付記15)
前記コントローラは、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサの検出データ又は前記操作信号に基づいて、前記作業機が前記下げ動作しているか否かを判定する、
(付記13)又は(付記14)に記載の作業機械の制御システム。
(付記16)
前記作業機は、前記作業機械の車体に第1回動軸を中心に回動可能に連結されるブームと、前記ブームに第2回動軸を中心に回動可能に連結されるバケットと、を有し、
前記上げ姿勢であることは、前記第2回動軸が前記第1回動軸よりも上方に配置されることを含む、
(付記13)から(付記15)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システム。
(付記17)
前記コントローラは、
前記操作信号の変化率が閾値を超過すると判定した場合、前記変化率が閾値以下になるように制御指令を出力する、
(付記13)から(付記16)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システム。
(付記18)
前記コントローラは、
前記作業機の積荷状態を検出する積荷センサの検出データに基づいて、前記閾値を変更する閾値設定部を有する、
(付記17)に記載の作業機械の制御システム。
(付記19)
前記コントローラは、
前記積荷センサの検出データに基づいて、前記作業機が積荷状態であるか空荷状態であるかを判定し、前記積荷状態であるときの閾値を前記空荷状態であるときの閾値よりも小さくする、
(付記18)に記載の作業機械の制御システム。
(付記20)
前記積荷センサは、前記作業機の重量を検出する重量センサを含む、
(付記18)又は(付記19)に記載の作業機械の制御システム。
(付記21)
(付記13)から(付記20)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械。
(付記22)
(付記13)から(付記21)のいずれか一つに記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械の遠隔操作システム。
(付記23)
コントローラが、
作業機械が有する作業機を動作させるために操作される操作装置からの操作信号を取得することと、
前記作業機が所定高さ以上に上昇している上げ姿勢から下げ動作している状態で、前記操作信号の変化率が大きい場合、前記変化率が小さくなるように制御指令を出力することと、を実行する、
作業機械の制御方法。
1…作業機械、2…車体、2F…フロントフレーム、2R…リヤフレーム、3…アーティキュレート機構、4…キャブ、5…車輪、5F…前輪、5R…後輪、6…作業機、7…操作装置、7A…走行系操作装置、7B…作業機操作装置、8…表示装置、9…遠隔コントローラ、10…操縦シート、11…アーティキュレートシリンダ、12…ブーム、13…バケット、13A…刃先端部、13B…開口部、13C…底面、14…ベルクランク、15…バケットリンク、16…ブラケット、17…ブラケット、18…ブームシリンダ、19…バケットシリンダ、20…エンジン、21…パワーテイクオフ、22…動力伝達装置、23…ブレーキ装置、24…ステアリングポンプ、26…作業機ポンプ、27…積荷センサ、28…作業機姿勢センサ、28A…ブーム角度センサ、28B…バケット角度センサ、29…カメラ、30…車載コントローラ、31…プロセッサ、32…メインメモリ、33…ストレージ、34…入出力インターフェース、35…通信インターフェース、37…ステアリング制御弁、38…ブーム制御弁、39…バケット制御弁、71…アクセルペダル、72…ブレーキペダル、73…ステアリングホイール、74…前後進切換レバー、75…ブームレバー、76…バケットレバー、100…制御システム、101…センサデータ取得部、102…操作信号取得部、103…姿勢判定部、104…動作判定部、105…閾値設定部、106…走行制御部、107…作業機制御部、108…送信部、200…遠隔操作システム、201…作業現場、202…遠隔操作室、203…通信システム、300…ダンプトラック、700…操作装置、AXa…回動軸(第1回動軸)、AXb…回動軸(第2回動軸)、AXc…回動軸、AXd…回動軸、AXe…回動軸、AXf…回動軸、CXf…回転軸、CXr…回転軸、RL…規定ライン。
Claims (23)
- コントローラを備え、
前記コントローラは、
作業機械が有する作業機のバケットがチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定し、
前記所定動作が有ったと判定され前記所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、前記動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力する、
作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサの検出データに基づいて、前記作業機の高さが所定高さ以上であるか否かを判定する、
請求項1に記載の作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記バケットの底面が前方に向かって下方に傾斜しているか否かを判定する、
請求項1に記載の作業機械の制御システム。 - 前記作業機械は、前輪と後輪とを有し、
前記前輪の回転軸と前記後輪の回転軸とを結ぶラインを規定ラインとした場合、
前記コントローラは、
前記バケットの底面が前記規定ラインに対して前方に向かって下方に傾斜しているか否かを判定する、
請求項3に記載の作業機械の制御システム。 - 前記作業機は、前記作業機械の車体に第1回動軸を中心に回動可能に連結されるブームを有し、前記バケットは、前記ブームに第2回動軸を中心に回動可能に連結され、
前記コントローラは、
前記第2回動軸が前記第1回動軸よりも上方に配置されているか否かを判定する、
請求項4に記載の作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記バケットを動作させるために操作されるバケットレバーからの操作信号に基づいて、前記所定動作の有無を判定する、
請求項1に記載の作業機械の制御システム。 - 前記バケットレバーが前記バケットレバーの中立位置よりも一方側に操作されることにより前記バケットがチルト動作し、前記中立位置よりも他方側に操作されることにより前記バケットがダンプ動作し、
前記コントローラは、
前記バケットレバーが前記中立位置よりも一方側と他方側とに往復操作された回数が所定時間において所定回数以上であると判定した場合、前記所定動作が有ると判定する、
請求項6に記載の作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記操作信号の振幅に基づいて、前記所定動作の動作速度が前記閾値を超過したか否かを判定する、
請求項7に記載の作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記バケットレバーからの操作信号が取得されている状態で、前記操作信号の振幅が小さくなるように、前記制御指令を出力する、
請求項8に記載の作業機械の制御システム。 - 請求項1に記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械。 - 請求項1に記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械の遠隔操作システム。 - コントローラが、
作業機械が有する作業機の高さが所定高さ以上であるか否かを判定することと、
前記作業機の高さが所定高さ以上であると判定した場合、前記作業機のバケットがチルト動作とダンプ動作とを繰り返す所定動作の有無を判定することと、
前記所定動作が有ったと判定し前記所定動作の動作速度が閾値を超過したと判定した場合、前記動作速度が閾値以下になるように制御指令を出力することと、を含む、
作業機械の制御方法。 - コントローラを備え、
前記コントローラは、
作業機械が有する作業機を動作させるために操作される操作装置からの操作信号を取得し、
前記作業機が上昇している上げ姿勢から下げ動作している状態で、前記操作装置が急操作され前記作業機械の重量バランスが変化する場合、前記操作信号の変化率が小さくなるように制御指令を出力する、
作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサの検出データに基づいて、前記作業機が前記上げ姿勢であるか否かを判定する、
請求項13に記載の作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記作業機の姿勢を検出する作業機姿勢センサの検出データ又は前記操作信号に基づいて、前記作業機が前記下げ動作しているか否かを判定する、
請求項13に記載の作業機械の制御システム。 - 前記作業機は、前記作業機械の車体に第1回動軸を中心に回動可能に連結されるブームと、前記ブームに第2回動軸を中心に回動可能に連結されるバケットと、を有し、
前記上げ姿勢であることは、前記第2回動軸が前記第1回動軸よりも上方に配置されることを含む、
請求項13に記載の作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記操作信号の変化率が閾値を超過すると判定した場合、前記変化率が閾値以下になるように制御指令を出力する、
請求項13に記載の作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記作業機の積荷状態を検出する積荷センサの検出データに基づいて、前記閾値を変更する、
請求項17に記載の作業機械の制御システム。 - 前記コントローラは、
前記積荷センサの検出データに基づいて、前記作業機が積荷状態であるか空荷状態であるかを判定し、前記積荷状態であるときの閾値を前記空荷状態であるときの閾値よりも小さくする、
請求項18に記載の作業機械の制御システム。 - 前記積荷センサは、前記作業機の重量を検出する重量センサを含む、
請求項18に記載の作業機械の制御システム。 - 請求項13に記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械。 - 請求項13に記載の作業機械の制御システムを備える、
作業機械の遠隔操作システム。 - コントローラが、
作業機械が有する作業機を動作させるために操作される操作装置からの操作信号を取得することと、
前記作業機が所定高さ以上に上昇している上げ姿勢から下げ動作している状態で、前記操作信号の変化率が大きい場合、前記変化率が小さくなるように制御指令を出力することと、を実行する、
作業機械の制御方法。
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
| JP2024051731A JP2025150703A (ja) | 2024-03-27 | 2024-03-27 | 作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の遠隔操作システム、及び作業機械の制御方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2025204746A1 true WO2025204746A1 (ja) | 2025-10-02 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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-
2025
- 2025-03-07 WO PCT/JP2025/008427 patent/WO2025204746A1/ja active Pending
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