特許ウォッチ

公開番号2025081955
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-28
出願番号2023195086
出願日2023-11-16
発明の名称作業機
出願人株式会社クボタ
代理人安田岡本弁理士法人
主分類E02F 3/43 20060101AFI20250521BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】本発明は、土壌を掘削する際、想定している目標掘削深さよりも深く掘り下げることを抑制できる作業機を提供する。
【解決手段】本発明は、機体に対して回転可能に連結されたブームと、ブームに回転可能に連結されたアームと、アームに連結されたバケットであって、土壌を掘削する際に先頭となるエッジ部を有するバケットと、制御装置と、を備え、制御装置は、ブームを回転させて上昇させながらアームをブームに近づく方向に回転させることで目標掘削深さに沿った掘削を行う第一処理を行う際、操作開始位置におけるエッジ部から目標掘削深さまでの距離に応じて、アームの始動時からの経過時間に応じた目標角速度である第一の目標角速度、及びブームの始動時からの経過時間に応じた目標角速度である第二の目標角速度を設定し、設定した第一の目標角速度及び第二の目標角速度に基づいてアーム及びブームの回転を制御する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
機体と、
前記機体に対して第一の横軸回りで回転可能に連結されたブームと、
前記ブームの先端部に第二の横軸回りで回転可能に連結されたアームと、
前記アームの先端部に連結されたバケットであって、前記アームとの連結位置から離れた位置に、土壌を掘削する際に先頭となるエッジ部を有するバケットと、
前記ブーム及び前記アームの回転を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記ブームを前記第一の横軸回りに回転させて上昇させながら前記アームを前記第二の横軸回りに前記ブームに近づく方向に回転させることで目標掘削深さに沿った掘削を行う第一処理を行う際、操作開始位置における前記エッジ部から前記目標掘削深さまでの距離に応じて、前記アームの始動時からの経過時間に応じた目標角速度である第一の目標角速度、及び前記ブームの始動時からの経過時間に応じた目標角速度である第二の目標角速度を設定し、設定した前記第一の目標角速度及び前記第二の目標角速度に基づいて前記アーム及び前記ブームの回転を制御する作業機。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記制御装置は、前記距離が短いほど前記アームの初速角速度が遅く且つ始動時から所定の第一経過時間までの角加速度が大きくなるように前記第一の目標角速度を設定し、前記第一の目標角速度に応じて前記第二の目標角速度を設定する請求項１に記載の作業機。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第一の目標角速度を、始動時から前記第一経過時間まで増速し、前記第一経過時間以降は等速になるように設定する請求項２に記載の作業機。
【請求項４】
前記制御装置は、前記第二の目標角速度を、始動時から第二経過時間まで増速し、前記第二経過時間以降は等速になるように設定し、且つ前記距離が長いほど前記第二経過時間を長く設定する請求項１に記載の作業機。
【請求項５】
作動油の供給及び排出によって伸縮し、前記アームを回転させるアームシリンダと、
作動油の供給及び排出によって伸縮し、前記ブームを回転させるブームシリンダと、
前記アームシリンダに対する作動油の供給及び排出を切り換え可能で、且つ入力される電流値によって前記作動油の流量の調整を行うソレノイドを有するアーム制御弁と、
前記ブームシリンダに対する作動油の供給及び排出を切り換え可能で、且つ入力される電流値によって前記作動油の流量の調整を行うソレノイドを有するブーム制御弁と、を備え、
前記制御装置は、
前記アーム制御弁のソレノイドに前記第一の目標角速度に対応する電流を給電し、前記ブーム制御弁のソレノイドに前記第二の目標角速度に対応する電流を給電する請求項１に記載の作業機。
【請求項６】
前記アームシリンダ及び前記ブームシリンダに向けて前記作動油を吐出する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動する駆動源と、をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第一処理を行う際、前記アーム及び前記ブームの動作指示を受け付けたときの前記エッジ部から前記目標掘削深さまでの距離と前記駆動源の出力とに応じて前記第一の目標角速度及び前記第二の目標角速度を設定する請求項５に記載の作業機。
【請求項７】
前記駆動源は、
前記駆動源の出力域のうちの低出力域で出力する低出力モードと、
前記駆動源の前記出力域のうちの前記低出力域よりも高出力となる高出力モードとに出力モードの状態を切り換え可能に構成され、
前記制御装置は、
前記第一処理を行う際、前記アーム及び前記ブームの動作指示を受け付けたときの前記エッジ部から前記目標掘削深さまでの距離と、前記駆動源の前記出力モードの状態とに応じて、前記第一の目標角速度及び前記第二の目標角速度を設定する請求項６に記載の作業機。
【請求項８】
前記制御装置は、
下記の式（１）に基づいて前記アームの初速角速度を設定し、
下記の式（２）に基づいて始動時から所定の経過時間までの前記アームの角速度の増加割合を設定し、
下記の式（３）に基づいて始動時から前記所定の経過時間までの前記第一の目標角速度を設定する請求項７に記載の作業機。
初速角速度ωs＝（Ｐ×ｋ）－Ｎｄ・・・式（１）
角速度の増加割合α＝（ωmax－ωs）÷Ｔａ・・・式（２）
第一の目標加速度＝α×Ｔｂ＋ωs ・・・式（３）
但し、Ｐ：始動時のエッジ部から目標掘削深さまでの距離
ｋ：予め設定される係数
Ｎｄ：駆動源の出力の高出力モードにおける出力に対する差分
ωmax ：駆動源の出力に応じたアームの想定最大角速度
Ｔａ：最大角速度までの到達時間
Ｔｂ：始動からの経過時間
【請求項９】
前記制御装置は、
前記第一の目標角速度よりも遅くなる所定の反映係数を前記第一の目標角速度に乗算して前記第二の目標角速度を導出する請求項１に記載の作業機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌を掘削するショベル装置を備えた作業機に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、バケットによる掘削深さの計測結果に応じて掘削動作を制御する作業機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００７－０６１０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、掘削深さはアームとブームの複合動作により制御されるが、ブームとアームは始動時の応答特性が異なるので、始動時のバケットの先端の位置によっては、バケット先端の位置を目標高さで正確に制御できない場合がある。例えば、目標深さの近傍でブーム及びバケットを始動させてバケット先端を目標深さに沿って水平移動させたい場合（所謂、水平引きする場合）、アームのクラウド動作に対してブームの上昇動作が遅れてしまい、目標掘削深さよりも深く掘り下げてしまうことがある。
【０００５】
そこで、本発明は、土壌を掘削する際、想定している目標掘削深さよりも深く掘り下げることを抑制できる作業機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る作業機は、機体と、前記機体に対して第一の横軸回りで回転可能に連結されたブームと、前記ブームの先端部に第二の横軸回りで回転可能に連結されたアームと、前記アームの先端部に連結されたバケットであって、前記アームとの連結位置から離れた位置に、土壌を掘削する際に先頭となるエッジ部を有するバケットと、前記ブーム及び前記アームの回転を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ブームを前記第一の横軸回りに回転させて上昇させながら前記アームを前記第二の横軸回りに前記ブームに近づく方向に回転させることで目標掘削深さに沿った掘削を行う第一処理を行う際、操作開始位置における前記エッジ部から前記目標掘削深さまでの距離に応じて、前記アームの始動時からの経過時間に応じた目標角速度である第一の目標角速度、及び前記ブームの始動時からの経過時間に応じた目標角速度である第二の目標角速度を設定し、設定した前記第一の目標角速度及び前記第二の目標角速度に基づいて前記アーム及び前記ブームの回転を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の作業機は、土壌を掘削する際、想定している目標掘削深さよりも深く掘り下げることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、本発明の第一実施形態に係る作業機の側面図である。
図２は、第一実施形態に係る作業機の油圧系の概略ブロック図である。
図３は、第一実施形態に係る作業機のコントロールバルブに含まれる制御弁の一例の概略断面図である。
図４は、第一実施形態に係る作業機の制御装置を含む電気（信号）系統の概略ブロック図である。
図５は、第一実施形態に係る作業機の深さ制限機能の前段処理のフロー図である。
図６は、第一実施形態に係る作業機の前段処理に用いられる情報（データ）の関係性を示すテーブル（マップ）の概念図である。
図７は、第一実施形態に係る作業機の深さ制限機能の前段処理で設定されるアーム及びブームの目標角速度のグラフであって、バケットのエッジ部の移動量が多い場合の低回転低出力モードのグラフである。
図８は、第一実施形態に係る作業機の深さ制限機能の前段処理で設定されるアーム及びブームの目標角速度のグラフであって、バケットのエッジ部の移動量が少ない場合の低回転低出力モードのグラフである。
図９は、第一実施形態に係る作業機の深さ制限機能の前段処理で設定されるアーム及びブームの目標角速度のグラフであって、バケットのエッジ部の移動量が多い場合の高回転高出力モードのグラフである。
図１０は、第一実施形態に係る作業機の深さ制限機能の前段処理で設定されるアーム及びブームの目標角速度のグラフであって、バケットのエッジ部の移動量が少ない場合の高回転高出力モードのグラフである。
図１１は、第一実施形態に係る作業機の制御装置の演算部の概略説明図である。
図１２は、第一実施形態に係る作業機のバケットの動作を制限する領域の説明図である。
図１３は、第一実施形態に係る作業機のバケットの動作を制限する領域でのバケットの角速度を示すグラフである。
図１４は、本発明の第二実施形態に係る作業機の前段処理に用いられる情報（データ）を説明するための説明図である。
図１５は、第二実施形態に係る作業機の前段処理に用いられる情報（データ）の関係性を示すテーブル（マップ）の概念図である。
図１６は、第二実施形態に係る作業機の深さ制限機能の前段処理のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第一実施形態）
以下、本発明の一実施形態に係る作業機について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１に示すように、作業機１は、機体２と、機体２に支持された作業装置３と、少なくとも作業装置３の動作を制御する制御装置４と、を備える。さらに、作業機１は、機体２を走行可能に支持する走行装置５を備える。本実施形態に係る作業機１は、上記構成に加え、作業者が必要な情報を入力する入力装置６を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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