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公開番号2021042523
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210318
出願番号2019162700
出願日20190906
発明の名称作業機械
出願人日立建機株式会社
代理人特許業務法人平木国際特許事務所
主分類E02F 9/20 20060101AFI20210219BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】オペレータの操作を補助して自動的に目標重量の積載物を積み込み可能な作業機械を提供する。
【解決手段】作業機械は、制御装置120を備える。制御装置120は、圧力センサおよび姿勢センサの検出結果に基づいて演算を行う中央処理装置121と、バケット102によって積み込む積載物の目標重量を記憶する記憶装置122とを備える。中央処理装置121は、バケット102に入っている積載物の重量を算出し、バケット102から排出された積載物の重量を積算して重量積算値を算出し、重量積算値と目標重量との差分に基づいてバケット102に入っている積載物の排出重量を算出し、排出重量に基づくバケットシリンダ104の制御量を算出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
リフトアームと、該リフトアームの先端部に設けられたバケットと、前記リフトアームを駆動するリフトシリンダと、前記バケットをチルトまたはダンプ駆動させるバケットシリンダと、前記リフトシリンダの圧力を検出する圧力センサと、前記リフトアームおよび前記バケットの姿勢を検出する姿勢センサと、前記リフトシリンダおよび前記バケットシリンダを制御する制御装置と、を備えた作業機械であって、
前記制御装置は、前記バケットによって積み込む積載物の目標重量を記憶し、前記圧力センサおよび前記姿勢センサにより検出された検出結果に基づいて前記バケットに入っている前記積載物の重量を算出し、算出された重量積算値と記憶された前記目標重量との差分に基づいて前記バケットに入っている前記積載物の排出重量を算出し、算出された前記排出重量に基づく前記バケットシリンダをダンプ駆動させる制御量を算出することを特徴とする作業機械。
続きを表示(約 580 文字)【請求項2】
前記制御装置は、前記排出重量が減少するほど前記制御量が減少する関係が規定されたマップを記憶し、前記排出重量と前記マップとに基づいて前記制御量を決定することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
【請求項3】
前記マップは、前記バケットのフルチルト状態からの角度変位量が大きいほど前記制御量が減少する関係が規定されていることを特徴とする請求項2に記載の作業機械。
【請求項4】
前記制御装置は、前記排出重量のしきい値を記憶し、前記排出重量が前記しきい値よりも小さい場合に前記バケットシリンダの駆動を停止させる制御量を出力することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
【請求項5】
前記制御装置は、停止操作が入力された場合に前記バケットシリンダの駆動を停止させる制御量を出力することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。
【請求項6】
前記バケットシリンダを操作する操作レバーと、前記操作レバーの操作量に応じて前記バケットシリンダの制御量を前記制御装置に出力する操作量検出装置を備え、
前記制御装置は、前記排出重量に基づいて算出した前記制御量と前記操作量検出装置から入力された前記制御量とのうち、小さい方を選択して出力することを特徴とする請求項1に記載の作業機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、作業機械に関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
従来から建設機械を制御する技術に関し、特に建設機械を使って積み込み作業を行う際にオペレータを補助する技術に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。特許文献1に記載された建設機械は、ブームと、前記ブームに取り付けられたバケットとを有し、ブーム操作レバーと、コントローラと、を備える(同文献、請求項1等を参照)。
【0003】
前記ブーム操作レバーは、 ブームの上昇を指示するポジション、下降を指示するポジションおよび中立を指示するポジションをとり得る。前記コントローラは、前記ブーム操作レバーのポジションを検出して、検出されたポジションにしたがって前記ブームおよび前記バケットを制御する。 前記コントローラは、前記ブームを上昇させているときに、前記ブーム操作レバーに対して所定の操作が行われたことを検出すると、前記バケットをダンプさせるように制御する。
【0004】
この従来の建設機械は、前記バケットのダンプエンドを検出するセンサをさらに備える場合がある(同文献、請求項4等を参照)。この場合、コントローラは、前記センサの出力によって前記バケットがダンプエンドのポジションになったことを検出すると、前記ダンプエンドポジションと他の所定のポジションとの間で前記バケットを往復させるように制御する。
【0005】
この従来の建設機械によれば、オペレータは、ブームレバーを操作するだけで、自らが意図するタイミングでバケットをダンプさせることができる(同文献、第0030段落等を参照)。また、コントローラがバケットの揺さぶりを数回行うことにより、バケット内部にこびりついた残土を排出することができる(同文献、第0032段落等を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2009−197425号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
前記従来の建設機械のセミオートローディング機能により、バケットに入った積載物を、たとえばダンプトラックの荷台に積み込む場合を想定する。この場合、コントローラがバケットの揺さぶりを行って、バケット内部にこびりついた残土等の積載物をすべて排出する。これにより、バケットに入ったすべての積載物がダンプトラックの荷台に積載されることになる。
【0008】
そのため、前記従来の建設機械は、セミオートローディング機能を継続するとダンプトラックの最大積載量を超過するおそれがある。これを回避するために、オペレータは、ダンプトラックの最大積載量よりも十分に少ない量の積載物が荷台に積載された時点でセミオートローディング機能を停止させ、通常の手動操作によって最大積載量を超過しないように注意しながら積載物を積み込む必要がある。
【0009】
本開示は、オペレータの操作を補助して自動的に目標重量の積載物を積み込み可能な作業機械を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示の一態様は、リフトアームと、該リフトアームの先端部に設けられたバケットと、前記リフトアームを駆動するリフトシリンダと、前記バケットをチルトまたはダンプ駆動させるバケットシリンダと、前記リフトシリンダの圧力を検出する圧力センサと、前記リフトアームおよび前記バケットの姿勢を検出する姿勢センサと、前記リフトシリンダおよび前記バケットシリンダを制御する制御装置と、を備えた作業機械であって、前記制御装置は、前記圧力センサおよび前記姿勢センサの検出結果に基づいて演算を行う中央処理装置と、前記バケットによって積み込む積載物の目標重量を記憶する記憶装置とを備え、前記中央処理装置は、前記バケットに入っている前記積載物の重量を算出し、前記バケットから排出された前記積載物の前記重量を積算して重量積算値を算出し、前記重量積算値と前記目標重量との差分に基づいて前記バケットに入っている前記積載物の排出重量を算出し、前記排出重量に基づく前記バケットシリンダをダンプ駆動させる制御量を算出することを特徴とする作業機械である。
【発明の効果】
【0011】
本開示の上記一態様によれば、オペレータの操作を補助して自動的に目標重量の積載物を積み込み可能な作業機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本開示の作業機械の実施形態1に係るホイールローダの側面図。
図1に示すホイールローダに搭載されるセンサと制御装置の機能ブロック図。
図1に示すホイールローダのリフトアームを上昇させたときの側面図。
図2に示す制御装置による自動積み込み制御のフロー図。
図4に示すパイロット圧指令Ppiを算出するためのマップ。
本開示の作業機械の実施形態2に係るホイールローダの機能ブロック図。
図6に示すパイロット圧指令Ppiを算出するためのマップ。
図6に示す制御装置による自動積み込み制御のフロー図。
本開示の作業機械の実施形態3に係るホイールローダの制御装置による自動積み込み制御のフロー図。
本開示の作業機械の実施形態4に係るホイールローダの記憶装置に記憶されたパイロット圧指令Ppiを算出するためのマップ。
本開示の作業機械の実施形態4に係るホイールローダの制御装置による自動積み込み制御のフロー図。
本開示の作業機械の実施形態5に係るホイールローダの機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して本開示に係る作業機械の実施形態を説明する。
【0014】
[実施形態1]
図1は、本開示に係る作業機械の一実施形態であるホイールローダ100の側面図である。図2は、図1に示すホイールローダ100に搭載される制御装置120等の機能ブロック図である。以下の説明では、図1に示すように、ホイールローダ100の前後方向に平行なX軸、ホイールローダ100の幅方向に平行なY軸、およびホイールローダ100の高さ方向に平行なZ軸からなる直交座標系に基づいて、ホイールローダ100の各部を説明する場合がある。詳細については後述するが、本実施形態のホイールローダ100は、次の構成を主な特徴としている。
【0015】
本開示に係る作業機械の一実施形態であるホイールローダ100は、リフトアーム101と、そのリフトアーム101の先端部に設けられたバケット102と、リフトアーム101を駆動するリフトシリンダ103と、バケット102をチルトまたはダンプ駆動させるバケットシリンダ104と、を備えている。また、ホイールローダ100は、リフトシリンダ103の圧力を検出する圧力センサ105と、リフトアーム101およびバケット102の姿勢を検出する姿勢センサ106と、リフトシリンダ103およびバケットシリンダ104を制御する制御装置120と、を備えている。制御装置120は、圧力センサ105および姿勢センサ106の検出結果に基づいて演算を行う中央処理装置121と、バケット102によって積み込む積載物の目標重量Wtを記憶する記憶装置122とを備えている。そして、中央処理装置121は、バケット102に入っている積載物の重量Wbを算出する重量演算機能F1と、バケット102から排出された積載物の重量を積算して重量積算値Wiを算出する重量積算機能F2とを有する。さらに、中央処理装置121は、重量積算値Wiと目標重量Wtとの差分に基づいてバケット102に入っている積載物の排出重量Waを算出し、その排出重量Waに基づくバケットシリンダ104をダンプ駆動させる制御量を算出する制御量演算機能F3を有している。
【0016】
以下、本実施形態のホイールローダ100の構成を詳細に説明する。ホイールローダ100は、前述のように、リフトアーム101と、バケット102と、リフトシリンダ103と、バケットシリンダ104と、圧力センサ105と、姿勢センサ106と、制御装置120と、を備えている。また、ホイールローダ100は、たとえば、リンク機構107と、フレーム110と、タイヤ111と、運転室112と、エンジン室113と、エンジン114と、エンジン回転数センサ115と、油圧装置116と、を備えている。
【0017】
なお、図1において、油圧装置116および制御装置120は、図示の便宜上、運転室112の後部に配置されている。しかし、油圧装置116および制御装置120の位置は特に限定されず、実際の油圧装置116および制御装置120の位置は、図1に示す位置とは異なる場合がある。また、図2に示す機能ブロック図において、圧力センサ105、姿勢センサ106、およびエンジン回転数センサ115は模式的に示されており、実際の配置とは異なっている。
【0018】
リフトアーム101は、たとえば、ホイールローダ100の前後方向(X軸方向)に沿って延びる一対の細長い板状の構造体が、長手方向の中間部でホイールローダ100の幅方向(Y軸方向)に延びる柱状の構造体によって連結された構成を有している。リフトアーム101の長手方向における一端は、回転軸101aを介してフレーム110に連結されている。
【0019】
リフトシリンダ103は、たとえば、リフトアーム101の下方側に、リフトアーム101の長手方向に沿って配置されている。たとえば、ホイールローダ100の幅方向(Y軸方向)に間隔をあけて、一対のリフトシリンダ103が設けられている。リフトシリンダ103は、シリンダのボトム側の端部が、リフトアーム101の回転軸101aよりも下方側に設けられた回転軸103aを介してフレーム110に連結されている。また、リフトシリンダ103は、ロッドの先端部が、回転軸103bを介してリフトアーム101の長手方向における中間部の下方部分に連結されている。
【0020】
バケット102は、たとえば、リフトアーム101の長手方向において、フレーム110に連結された基端部と反対の先端部に、回転軸102aを介して回動自在に連結されている。バケット102は、たとえば、リフトアーム101の一対の板状の構造体の先端部に、一対の回転軸102aを介して回動自在に連結され、リフトアーム101の一対の板状の構造体の間に配置されたリンク機構107に、回転軸102bを介して連結されている。
【0021】
バケットシリンダ104は、たとえば、ホイールローダ100の幅方向(Y軸方向)に間隔をあけて配置されたリフトアーム101の一対の板状の構造体の間に、リフトアーム101の長手方向に沿って配置されている。バケットシリンダ104は、シリンダのボトム側の端部が、リフトアーム101の回転軸101aよりも前方側に設けられた回転軸104aを介してフレーム110に連結されている。また、バケットシリンダ104は、ロッドの先端部が、回転軸104bを介してリンク機構107のベルクランクの一端に連結されている。
【0022】
リンク機構107は、たとえば、ベルクランクと支持部とリンク部とを有している。ベルクランクは、たとえば、長手方向の一端が回転軸104bを介してバケットシリンダ104に連結され、長手方向の他端が回転軸107aを介してリンク部に連結され、長手方向の中間部が回転軸107bを介して支持部に連結されている。支持部は、たとえば、リフトアーム101の一対の板状の構造体を連結する柱状の構造体に接続され、回転軸107bを介してベルクランクを揺動自在に支持している。リンク部は、長手方向の一端が回転軸107aを介してベルクランクに連結され、長手方向の他端が回転軸102bを介してバケット102に連結されている。
【0023】
圧力センサ105は、たとえば、リフトシリンダ103の内部の作動油の圧力を測定するボトム圧センサ105aおよびロッド圧センサ105bを含む。ボトム圧センサ105aは、リフトシリンダ103のボトム側、すなわちロッドと反対側に設けられ、ロッド圧センサ105bは、リフトシリンダ103のロッド側、すなわちボトム側と反対側に設けられている。ボトム圧センサ105aおよびロッド圧センサ105bは、それぞれリフトシリンダ103の作動油の圧力を検出し、その検出結果に応じた信号を制御装置120へ出力する。
【0024】
姿勢センサ106は、たとえば、リフトアーム角度センサ106aと、ベルクランク角度センサ106bとを含む。リフトアーム角度センサ106aは、たとえば、回転軸101aを中心に上下に回動するリフトアーム101の角度を検出する。ベルクランク角度センサ106bは、たとえば、回転軸107bを中心に揺動するリンク機構107のベルクランクの角度を検出する。なお、姿勢センサ106は、角度センサに限定されない。たとえば、姿勢センサ106として、リフトアーム101およびバケット102の姿勢を検出可能な加速度センサなどを用いてもよい。
【0025】
フレーム110は、ホイールローダ100の各部を支持する構造体である。フレーム110の前方部分には、たとえば前述のように、リフトアーム101、リフトシリンダ103、バケットシリンダ104、およびホイールローダ100の前輪を構成する一対のタイヤ111などが取り付けられている。フレーム110の後方部分には、ホイールローダ100の後輪を構成する一対のタイヤ111が取り付けられている。また、フレーム110上には、運転室112およびエンジン室113が設けられている。
【0026】
運転室112は、図示を省略するが、その内部に座席を備え、たとえば、操作レバー、操作ペダル、ステアリング、操作ボタン、タッチパネル、モニタ、計器、マイク、スピーカーなどの各種の機器や装置を収容している。ホイールローダ100のオペレータは、運転室112に搭乗して上記各種の機器を用いてホイールローダ100を操作する。操作レバーおよび操作ペダルは、たとえば、オペレータの操作量に応じた制御信号を油圧装置116に出力する。
【0027】
エンジン室113は、たとえば、運転室112の後部に配置され、エンジン114を収容している。エンジン回転数センサ115は、エンジン114の回転数を検知して、検知結果に応じた信号を制御装置120へ出力する。エンジン114は、たとえば、油圧トランスミッション(Hydrostatic Transmission:HST)を介してホイールローダ100のタイヤ111を駆動するとともに、油圧装置116の油圧ポンプを駆動する。
【0028】
油圧装置116は、たとえば、パイロットバルブ116a、コントロールバルブ116b、および図示を省略する油圧ポンプを備えている。パイロットバルブ116aは、たとえば、制御装置120から出力される制御量であるパイロット圧指令Ppiに応じてパイロット圧を生成する。コントロールバルブ116bは、パイロット圧に応じて、リフトシリンダ103およびバケットシリンダ104の作動油の圧力を生成する。
【0029】
制御装置120は、たとえば、ホイールローダ100に搭載されたファームウェアやマイクロコントローラなどのコンピュータシステムであり、中央処理装置121と記憶装置122とを備えている。中央処理装置121は、圧力センサ105および姿勢センサ106の検出結果に基づいて演算を行うように構成されている。記憶装置122は、たとえば、圧力センサ105および姿勢センサ106の検出結果、バケット102によって積み込む積載物の目標重量Wt、ホイールローダ100の各部の重量、各種のプログラムなどが記憶される。また、記憶装置122は、たとえば、後述する排出重量Waのしきい値としてゼロが記憶されている。
【0030】
図2に示すように、制御装置120は、たとえば、重量演算機能F1、重量積算機能F2、および制御量演算機能F3を有している。これらの各機能は、中央処理装置121ならびに記憶装置122に記憶された各種データおよびプログラム等によって実現されている。これら制御装置120の各機能については、後述する。
(【0031】以降は省略されています)

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