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JP7521024B2 - Excavators and systems for excavators - Google Patents

Excavators and systems for excavators Download PDF

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JP7521024B2
JP7521024B2 JP2023014312A JP2023014312A JP7521024B2 JP 7521024 B2 JP7521024 B2 JP 7521024B2 JP 2023014312 A JP2023014312 A JP 2023014312A JP 2023014312 A JP2023014312 A JP 2023014312A JP 7521024 B2 JP7521024 B2 JP 7521024B2
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Description

本発明は、アタッチメントを備えたショベル及びショベル用のシステムに関する。 The present invention relates to a shovel with an attachment and a system for a shovel.

アームを閉じる際にアームシリンダのロッド側油室から流出する作動油の流量を増減させる可変絞りを有するショベルが知られている(特許文献1参照。)。このショベルは、可変絞りを制御するためにアームシリンダのボトム側油室の圧力を監視する。ボトム側油室の圧力が所定値未満であれば、バケットが地面に接触しておらず掘削アタッチメントが空中で動作していると判断でき、アームが自重で落下しないように可変絞りを流れる作動油の流量を低減すべきと判断できるためである。また、ボトム側油室の圧力が所定値以上であれば、バケットが地面に接触していると判断でき、可変絞りのところで無駄な圧力損失が生じないように可変絞りを流れる作動油の流量を増大すべきと判断できるためである。 A shovel is known that has a variable throttle that increases or decreases the flow rate of hydraulic oil flowing out of the rod-side oil chamber of the arm cylinder when the arm is closed (see Patent Document 1). This shovel monitors the pressure in the bottom-side oil chamber of the arm cylinder to control the variable throttle. If the pressure in the bottom-side oil chamber is below a predetermined value, it can be determined that the bucket is not in contact with the ground and the excavation attachment is operating in the air, and it can be determined that the flow rate of hydraulic oil flowing through the variable throttle should be reduced so that the arm does not fall under its own weight. Also, if the pressure in the bottom-side oil chamber is equal to or greater than a predetermined value, it can be determined that the bucket is in contact with the ground and it can be determined that the flow rate of hydraulic oil flowing through the variable throttle should be increased so that unnecessary pressure loss does not occur at the variable throttle.

特開2010-230061号公報JP 2010-230061 A

しかしながら、上述のショベルは、アームシリンダのボトム側油室の圧力に基づいてバケットと地面の接触を検知した後でなければ可変絞りを流れる作動油の流量を低減させるべきか増大させるべきかを判断できない。その結果、掘削開始時にその流量を増大させることができず、可変絞りのところで無駄な圧力損失を生じさせ、ショベルの作業効率を低下させてしまう。これは、掘削対象の地面の現在の形状を認識していないため、バケットが地面に接触する時期を事前に判断できないことに起因する。 However, the above-mentioned excavator cannot determine whether to reduce or increase the flow rate of hydraulic oil flowing through the variable throttle until it detects contact between the bucket and the ground based on the pressure in the bottom oil chamber of the arm cylinder. As a result, the flow rate cannot be increased when excavation begins, causing unnecessary pressure loss at the variable throttle and reducing the working efficiency of the excavator. This is because the current shape of the ground being excavated is not recognized, and it is therefore not possible to determine in advance when the bucket will come into contact with the ground.

上述に鑑み、作業対象の地面の現在の形状を認識できるショベルを提供することが望まれる。 In view of the above, it is desirable to provide a shovel that can recognize the current shape of the ground being worked on.

本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、制御装置と、を備えるショベルであって、前記制御装置は、前記制御装置が参照できるようにデータベースに記憶された、前記アタッチメントによる土砂の形状を変化させる動作が行われる前の、当該ショベルが位置する作業現場の3次元形状モデルとしての土砂の形状情報を、前記アタッチメントによる土砂の形状を変化させる動作が行われた後であって、前記アタッチメントによる土砂の形状を変化させる別の動作が行われる前に更新し、前記制御装置が更新する土砂の形状情報は、掘削された地面の形状、及び、排土された土砂の形状を含み、前記排土された土砂の形状は、予め記憶された情報に基づいて決定される
A shovel according to an embodiment of the present invention is a shovel comprising a lower running body, an upper rotating body mounted on the lower running body, an attachment attached to the upper rotating body, an attitude detection device for detecting the attitude of the attachment, and a control device, wherein the control device updates soil shape information as a three-dimensional shape model of the work site where the shovel is located before an operation to change the shape of the soil is performed by the attachment, which is stored in a database so that the control device can refer to it, after an operation to change the shape of the soil is performed by the attachment and before another operation to change the shape of the soil is performed by the attachment, and the soil shape information updated by the control device includes the shape of the excavated ground and the shape of the removed soil, and the shape of the removed soil is determined based on pre-stored information .

上述の手段により、作業対象の地面の現在の形状を認識できるショベルが提供される。 The above-mentioned means provide a shovel that can recognize the current shape of the ground being worked on.

本発明の実施例に係るショベルの側面図である。FIG. 1 is a side view of a shovel according to an embodiment of the present invention. 図1のショベルに搭載される姿勢検出装置を構成する各種センサの出力内容の一例を示すショベルの側面図である。2 is a side view of the shovel showing an example of output contents of various sensors constituting a posture detection device mounted on the shovel of FIG. 1. 図1のショベルに搭載される基本システムの構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a basic system mounted on the excavator shown in FIG. 外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of an external calculation device. 地面形状情報取得部が取得する掘削対象地面の現在の形状に関する情報の概念図である。4 is a conceptual diagram of information regarding the current shape of the ground surface to be excavated acquired by a ground surface shape information acquisition unit. FIG. 排土後地面形状取得処理の流れの一例を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing an example of the flow of a post-earth-discharging ground surface shape acquisition process. バケット角度と土砂排土率との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the bucket angle and the soil discharge rate. 排土動作後の地面形状に関する情報の概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram of information regarding the ground shape after an earth removal operation. 図1のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a drive system mounted on the shovel of FIG. 1 . 再生油路及び再生解除弁の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a regeneration oil passage and a regeneration release valve. 開口面積調整処理の流れを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a flow of an opening area adjustment process. コントローラが再生解除弁の開口面積を調整する際の各種パラメータの時間的推移を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the transition over time of various parameters when the controller adjusts the opening area of the regeneration release valve. 掘削対象地面の深さと基準面との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the depth of the ground to be excavated and a reference surface. バケット角度と掘削反力との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between a bucket angle and an excavation reaction force. 姿勢自動調整処理の流れを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a flow of automatic attitude adjustment processing. 外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of an external calculation device. 外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of an external calculation device. 外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of an external calculation device. 外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of an external calculation device.

最初に、図1を参照し、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルについて説明する。なお、図1は、本発明の実施例に係るショベルの側面図である。図1に示すショベルの下部走行体1には旋回機構2を介して上部旋回体3が搭載される。上部旋回体3にはブーム4が取り付けられる。ブーム4の先端にはアーム5が取り付けられ、アーム5の先端にはバケット6が取り付けられる。作業要素としてのブーム4、アーム5、及びバケット6は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する。なお、アタッチメントは、床堀アタッチメント、均しアタッチメント、浚渫アタッチメント等の他のアタッチメントであってもよい。また、ブーム4、アーム5、及びバケット6は、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、及びバケットシリンダ9によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体3にはキャビン10が設けられ、エンジン11等の動力源が搭載される。また、上部旋回体3には通信装置M1、測位装置M2、姿勢検出装置M3、及びシリンダ圧検出装置M4が取り付けられる。 First, referring to FIG. 1, a shovel as a construction machine according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a side view of a shovel according to an embodiment of the present invention. An upper rotating body 3 is mounted on a lower traveling body 1 of the shovel shown in FIG. 1 via a rotating mechanism 2. A boom 4 is attached to the upper rotating body 3. An arm 5 is attached to the tip of the boom 4, and a bucket 6 is attached to the tip of the arm 5. The boom 4, arm 5, and bucket 6 as working elements constitute an excavation attachment, which is an example of an attachment. The attachment may be other attachments such as a bed digging attachment, a leveling attachment, and a dredging attachment. The boom 4, arm 5, and bucket 6 are hydraulically driven by a boom cylinder 7, an arm cylinder 8, and a bucket cylinder 9, respectively. A cabin 10 is provided on the upper rotating body 3, and a power source such as an engine 11 is mounted on the upper rotating body 3. Additionally, a communication device M1, a positioning device M2, an attitude detection device M3, and a cylinder pressure detection device M4 are attached to the upper rotating body 3.

通信装置M1は、ショベルと外部との間の通信を制御する装置である。本実施例では、通信装置M1は、GNSS(Global Navigation Satellite System)測量システムとショベルとの間の無線通信を制御する。具体的には、通信装置M1は、例えば1日1回の頻度で、ショベルの作業を開始する際に作業現場の地形情報を取得する。GNSS測量システムは、例えばネットワーク型RTK-GNSS測位方式を採用する。 The communication device M1 is a device that controls communication between the shovel and the outside. In this embodiment, the communication device M1 controls wireless communication between a GNSS (Global Navigation Satellite System) surveying system and the shovel. Specifically, the communication device M1 acquires topographical information of the work site when the shovel starts work, for example, once a day. The GNSS surveying system employs, for example, a network-type RTK-GNSS positioning method.

測位装置M2は、ショベルの位置及び向きを測定する装置である。本実施例では、測位装置M2は、電子コンパスを組み込んだGNSS受信機であり、ショベルの存在位置の緯度、経度、高度を測定し、且つ、ショベルの向きを測定する。 The positioning device M2 is a device that measures the position and orientation of the shovel. In this embodiment, the positioning device M2 is a GNSS receiver with an integrated electronic compass, and measures the latitude, longitude, and altitude of the shovel's location, as well as the orientation of the shovel.

姿勢検出装置M3は、アタッチメントの姿勢を検出する装置である。本実施例では、姿勢検出装置M3は、掘削アタッチメントの姿勢を検出する装置である。 The attitude detection device M3 is a device that detects the attitude of the attachment. In this embodiment, the attitude detection device M3 is a device that detects the attitude of the excavation attachment.

シリンダ圧検出装置M4は、油圧シリンダ内の作動油の圧力を検出する装置である。本実施例では、シリンダ圧検出装置M4は、ブームシリンダ7のボトム側油室の圧力(以下、「ブームボトム圧」とする。)を検出するブームボトム圧センサを含む。 The cylinder pressure detection device M4 is a device that detects the pressure of the hydraulic oil in the hydraulic cylinder. In this embodiment, the cylinder pressure detection device M4 includes a boom bottom pressure sensor that detects the pressure in the bottom oil chamber of the boom cylinder 7 (hereinafter referred to as the "boom bottom pressure").

図2は、図1のショベルに搭載される姿勢検出装置M3を構成する各種センサの出力内容の一例を示すショベルの側面図である。具体的には、姿勢検出装置M3は、ブーム角度センサM3a、アーム角度センサM3b、バケット角度センサM3c、及び車体傾斜センサM3dを含む。 Figure 2 is a side view of the excavator showing an example of the output contents of various sensors constituting the posture detection device M3 mounted on the excavator in Figure 1. Specifically, the posture detection device M3 includes a boom angle sensor M3a, an arm angle sensor M3b, a bucket angle sensor M3c, and a vehicle body inclination sensor M3d.

ブーム角度センサM3aは、ブーム角度θ1を取得するセンサであり、例えば、ブームフートピンの回転角度を検出する回転角度センサ、ブームシリンダ7のストローク量を検出するストロークセンサ、ブーム4の傾斜角度を検出する傾斜(加速度)センサ等を含む。ブーム角度θ1は、XZ平面において、ブームフートピン位置P1とアーム連結ピン位置P2とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。 The boom angle sensor M3a is a sensor that acquires the boom angle θ1, and includes, for example, a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the boom foot pin, a stroke sensor that detects the stroke amount of the boom cylinder 7, and an inclination (acceleration) sensor that detects the inclination angle of the boom 4. The boom angle θ1 is the angle of the line segment connecting the boom foot pin position P1 and the arm connecting pin position P2 with respect to the horizontal line in the XZ plane.

アーム角度センサM3bは、アーム角度θ2を取得するセンサであり、例えば、アーム連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、アームシリンダ8のストローク量を検出するストロークセンサ、アーム5の傾斜角度を検出する傾斜(加速度)センサ等を含む。アーム角度θ2は、XZ平面において、アーム連結ピン位置P2とバケット連結ピン位置P3とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。 The arm angle sensor M3b is a sensor that acquires the arm angle θ2, and includes, for example, a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the arm connecting pin, a stroke sensor that detects the stroke amount of the arm cylinder 8, and an inclination (acceleration) sensor that detects the inclination angle of the arm 5. The arm angle θ2 is the angle of the line segment connecting the arm connecting pin position P2 and the bucket connecting pin position P3 with respect to the horizontal line in the XZ plane.

バケット角度センサM3cは、バケット角度θ3を取得するセンサであり、例えば、バケット連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、バケットシリンダ9のストローク量を検出するストロークセンサ、バケット6の傾斜角度を検出する傾斜(加速度)センサ等を含む。バケット角度θ3は、XZ平面において、バケット連結ピン位置P3とバケット爪先位置P4とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。 The bucket angle sensor M3c is a sensor that acquires the bucket angle θ3, and includes, for example, a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the bucket connecting pin, a stroke sensor that detects the stroke amount of the bucket cylinder 9, and an inclination (acceleration) sensor that detects the inclination angle of the bucket 6. The bucket angle θ3 is the angle of the line segment connecting the bucket connecting pin position P3 and the bucket toe position P4 with respect to the horizontal line in the XZ plane.

車体傾斜センサM3dは、ショベルのY軸回りの傾斜角θ4、及び、ショベルのX軸回りの傾斜角θ5(図示せず。)を取得するセンサであり、例えば2軸傾斜(加速度)センサ等を含む。なお、図2のXY平面は水平面である。 The vehicle body tilt sensor M3d is a sensor that acquires the tilt angle θ4 around the Y axis of the shovel and the tilt angle θ5 around the X axis of the shovel (not shown), and includes, for example, a two-axis tilt (acceleration) sensor. Note that the XY plane in FIG. 2 is a horizontal plane.

次に、図3を参照してショベルの基本システムについて説明する。ショベルの基本システムは、主に、エンジン11、メインポンプ14、パイロットポンプ15、コントロールバルブ17、操作装置26、コントローラ30、及びエンジン制御装置(ECU)74等を含む。 Next, the basic system of the excavator will be described with reference to FIG. 3. The basic system of the excavator mainly includes an engine 11, a main pump 14, a pilot pump 15, a control valve 17, an operating device 26, a controller 30, and an engine control unit (ECU) 74.

エンジン11はショベルの駆動源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン11の出力軸はメインポンプ14及びパイロットポンプ15の入力軸に接続される。 The engine 11 is the driving source of the excavator, and is, for example, a diesel engine that operates to maintain a predetermined rotation speed. The output shaft of the engine 11 is connected to the input shafts of the main pump 14 and the pilot pump 15.

メインポンプ14は、高圧油圧ライン16を介して作動油をコントロールバルブ17に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。メインポンプ14は、斜板の角度(傾転角)を変更することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量、すなわち、ポンプ出力を変化させることができる。メインポンプ14の斜板は、レギュレータ14aにより制御される。レギュレータ14aは、電磁比例弁(不図示)に対する制御電流の変化に対応して、斜板の傾転角を変化させる。例えば、制御電流を増加させることにより、レギュレータ14aは、斜板の傾転角を大きくして、メインポンプ14の吐出流量を多くする。また、制御電流を減少させることにより、レギュレータ14aは、斜板の傾転角を小さくして、メインポンプ14の吐出流量を少なくする。 The main pump 14 is a hydraulic pump that supplies hydraulic oil to the control valve 17 via a high-pressure hydraulic line 16, and is, for example, a swash plate type variable displacement hydraulic pump. The main pump 14 can adjust the stroke length of the piston by changing the angle (tilt angle) of the swash plate, thereby changing the discharge flow rate, i.e., the pump output. The swash plate of the main pump 14 is controlled by a regulator 14a. The regulator 14a changes the tilt angle of the swash plate in response to changes in the control current for the solenoid proportional valve (not shown). For example, by increasing the control current, the regulator 14a increases the tilt angle of the swash plate and increases the discharge flow rate of the main pump 14. Also, by decreasing the control current, the regulator 14a decreases the tilt angle of the swash plate and decreases the discharge flow rate of the main pump 14.

パイロットポンプ15は、パイロットライン25を介して各種油圧制御機器に作動油を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。 The pilot pump 15 is a hydraulic pump for supplying hydraulic oil to various hydraulic control devices via the pilot line 25, and is, for example, a fixed displacement hydraulic pump.

コントロールバルブ17は、林業機械における油圧システムを制御する油圧制御バルブである。コントロールバルブ17は、後述するレバー又はペダル26A~26Cの操作方向及び操作量に応じた圧力変化に応じて、例えば、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、走行用油圧モータ1A(左用)、走行用油圧モータ1B(右用)、及び旋回用油圧モータ2Aのうちの一又は複数のものに対し、メインポンプ14から高圧油圧ライン16を通じて供給された作動油を選択的に供給する。なお、以下の説明では、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、走行用油圧モータ1A(左用)、走行用油圧モータ1B(右用)、及び旋回用油圧モータ2Aを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。 The control valve 17 is a hydraulic control valve that controls the hydraulic system of the forestry machine. The control valve 17 selectively supplies hydraulic oil supplied from the main pump 14 through the high-pressure hydraulic line 16 to one or more of the boom cylinder 7, arm cylinder 8, bucket cylinder 9, traveling hydraulic motor 1A (left), traveling hydraulic motor 1B (right), and swing hydraulic motor 2A, depending on pressure changes according to the operation direction and amount of levers or pedals 26A to 26C (described later). In the following description, the boom cylinder 7, arm cylinder 8, bucket cylinder 9, traveling hydraulic motor 1A (left), traveling hydraulic motor 1B (right), and swing hydraulic motor 2A are collectively referred to as "hydraulic actuators."

操作装置26は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置26は、パイロットライン25を介してパイロットポンプ15から供給された作動油をパイロットライン25aを通じて、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応するレバー又はペダル26A~26Cの操作方向及び操作量に応じた圧力とされる。 The operating device 26 is a device used by an operator to operate the hydraulic actuators. The operating device 26 supplies hydraulic oil supplied from the pilot pump 15 via the pilot line 25 through the pilot line 25a to the pilot ports of the flow control valves corresponding to each hydraulic actuator. The pressure of the hydraulic oil supplied to each pilot port is set to a pressure according to the direction and amount of operation of the levers or pedals 26A to 26C corresponding to each hydraulic actuator.

コントローラ30は、ショベルを制御するための制御装置であり、例えば、CPU、RAM、ROM等を備えたコンピュータで構成される。コントローラ30のCPUは、ショベルの動作や機能に対応するプログラムをROMから読み出してRAMにロードしながらプログラムを実行することで、それらプログラムのそれぞれに対応する処理を実行させる。 The controller 30 is a control device for controlling the shovel, and is composed of, for example, a computer equipped with a CPU, RAM, ROM, etc. The CPU of the controller 30 reads out programs corresponding to the operations and functions of the shovel from the ROM, loads them into the RAM, and executes the programs, thereby executing the processes corresponding to each of the programs.

コントローラ30は、メインポンプ14の吐出流量の制御を行う。例えば、ネガコン弁(不図示)のネガコン圧に応じて上記制御電流を変化させ、レギュレータ14aを介してメインポンプ14の吐出流量を制御する。 The controller 30 controls the discharge flow rate of the main pump 14. For example, it changes the control current in response to the negative control pressure of a negative control valve (not shown) and controls the discharge flow rate of the main pump 14 via the regulator 14a.

エンジン制御装置(ECU)74は、エンジン11を制御する装置である。例えば、コントローラ30からの指令に基づき、後述するエンジン回転数調整ダイヤル75により操作者が設定したエンジン回転数(モード)に応じてエンジン11の回転数を制御するための燃料噴射量等をエンジン11に出力する。 The engine control unit (ECU) 74 is a device that controls the engine 11. For example, based on a command from the controller 30, it outputs to the engine 11 the fuel injection amount and the like for controlling the rotation speed of the engine 11 according to the engine rotation speed (mode) set by the operator using the engine rotation speed adjustment dial 75 described later.

エンジン回転数調整ダイヤル75は、キャビン10内に設けられるエンジンの回転数を調整するためのダイヤルであり、本実施形態ではエンジン回転数を5段階で切り換えできるようにする。即ち、エンジン回転数調整ダイヤル75により、Rmax、R4、R3、R2及びR1の5段階でエンジン回転数を切り換えることができるようにする。なお、図3は、エンジン回転数調整ダイヤル75でR4が選択された状態を示す。 The engine speed adjustment dial 75 is a dial provided inside the cabin 10 for adjusting the engine speed, and in this embodiment, the engine speed can be changed in five stages. That is, the engine speed adjustment dial 75 allows the engine speed to be changed in five stages: Rmax, R4, R3, R2, and R1. Note that FIG. 3 shows the state in which R4 is selected with the engine speed adjustment dial 75.

Rmaxは、エンジン11の最高回転数であり、作業量を優先したい場合に選択される。R4は、二番目に高いエンジン回転数であり、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される。R3及びR2は、三番目及び四番目に高いエンジン回転数であり、燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される。R1は、最も低いエンジン回転数(アイドリング回転数)であり、エンジン11をアイドリング状態にしたい場合に選択されるアイドリングモードにおけるエンジン回転数である。例えば、Rmax(最高回転数)を2000rpm、R1(アイドリング回転数)を1000rpmとし、その間を250rpm毎に、R4(1750rpm)、R3(1500rpm)、R2(1250rpm)と多段階に設定してよい。そして、エンジン11は、エンジン回転数調整ダイヤル75で設定されたエンジン回転数で一定に回転数制御される。なお、ここでは、エンジン回転数調整ダイヤル75による5段階でのエンジン回転数調整の事例を示したが、5段階には限られず何段階であってもよい。 Rmax is the maximum engine speed of the engine 11 and is selected when the amount of work is to be prioritized. R4 is the second highest engine speed and is selected when both the amount of work and fuel efficiency are to be achieved. R3 and R2 are the third and fourth highest engine speeds and are selected when the excavator is to be operated with low noise while prioritizing fuel efficiency. R1 is the lowest engine speed (idling speed) and is the engine speed in the idling mode selected when the engine 11 is to be in an idling state. For example, Rmax (maximum speed) may be set to 2000 rpm, R1 (idling speed) may be set to 1000 rpm, and multiple steps may be set therebetween in increments of 250 rpm, such as R4 (1750 rpm), R3 (1500 rpm), and R2 (1250 rpm). The engine 11 is then constantly controlled at the engine speed set by the engine speed adjustment dial 75. Note that, although an example of adjusting the engine speed in five stages using the engine speed adjustment dial 75 is shown here, any number of stages is possible and is not limited to five stages.

また、ショベルには、運転者による運転を補助するために画像表示装置40をキャビン10の運転席の近傍に配置する。運転者は画像表示装置40の入力部42を利用して情報や指令をコントローラ30に入力できる。また、ショベルの運転状況や制御情報を画像表示装置40の画像表示部41に表示させることで、運転者に情報を提供できる。 The shovel also has an image display device 40 disposed near the driver's seat in the cabin 10 to assist the driver in driving. The driver can input information and commands to the controller 30 using the input unit 42 of the image display device 40. The shovel's operating status and control information can also be displayed on the image display unit 41 of the image display device 40, providing information to the driver.

画像表示装置40は、画像表示部41及び入力部42を含む。画像表示装置40は、運転席内のコンソールに固定される。なお、一般的に、運転席に着座した運転者からみて右側にブーム4が配置されており、運転者はブーム4の先端に取り付けられたアーム5、バケット6を視認しながらショベルを運転することが多い。キャビン10の右側前方のフレームは運転者の視界の妨げとなる部分であるが、本実施形態では、この部分を利用して画像表示装置40を設けている。これにより、もともと視界の妨げとなっていた部分に画像表示装置40が配置されるので、画像表示装置40自体が運転者の視界を大きく妨げることは無い。フレームの幅にもよるが、画像表示装置40全体がフレームの幅に入るように、画像表示装置40は、画像表示部41が縦長となるように構成されてもよい。 The image display device 40 includes an image display unit 41 and an input unit 42. The image display device 40 is fixed to a console in the driver's seat. Generally, the boom 4 is disposed on the right side of the driver seated in the driver's seat, and the driver often operates the excavator while visually checking the arm 5 and bucket 6 attached to the tip of the boom 4. The frame on the front right side of the cabin 10 is a part that obstructs the driver's field of vision, but in this embodiment, this part is used to provide the image display device 40. As a result, the image display device 40 is disposed in a part that originally obstructed the field of vision, so that the image display device 40 itself does not significantly obstruct the driver's field of vision. Depending on the width of the frame, the image display device 40 may be configured so that the image display unit 41 is vertically long so that the entire image display device 40 fits within the width of the frame.

本実施形態では、画像表示装置40は、CAN、LIN等の通信ネットワークを介してコントローラ30に接続される。なお、画像表示装置40は、専用線を介してコントローラ30に接続されてもよい。 In this embodiment, the image display device 40 is connected to the controller 30 via a communication network such as CAN or LIN. The image display device 40 may also be connected to the controller 30 via a dedicated line.

また、画像表示装置40は、画像表示部41上に表示する画像を生成する変換処理部40aを含む。本実施形態では、変換処理部40aは、撮像装置M5の出力に基づいて画像表示部41上に表示するカメラ画像を生成する。そのため、撮像装置M5は、例えば専用線を介して画像表示装置40に接続される。また、変換処理部40aは、コントローラ30の出力に基づいて画像表示部41上に表示する画像を生成する。 The image display device 40 also includes a conversion processing unit 40a that generates an image to be displayed on the image display unit 41. In this embodiment, the conversion processing unit 40a generates a camera image to be displayed on the image display unit 41 based on the output of the imaging device M5. Therefore, the imaging device M5 is connected to the image display device 40 via, for example, a dedicated line. The conversion processing unit 40a also generates an image to be displayed on the image display unit 41 based on the output of the controller 30.

なお、変換処理部40aは、画像表示装置40が有する機能としてではなく、コントローラ30が有する機能として実現されてもよい。この場合、撮像装置M5は、画像表示装置40ではなく、コントローラ30に接続される。 The conversion processing unit 40a may be realized as a function of the controller 30, rather than as a function of the image display device 40. In this case, the imaging device M5 is connected to the controller 30, rather than to the image display device 40.

また、画像表示装置40は、入力部42としてのスイッチパネルを含む。スイッチパネルは、各種ハードウェアスイッチを含むパネルである。本実施形態では、スイッチパネルは、ハードウェアボタンとしてのライトスイッチ42a、ワイパースイッチ42b、及びウインドウォッシャスイッチ42cを含む。ライトスイッチ42aは、キャビン10の外部に取り付けられるライトの点灯・消灯を切り換えるためのスイッチである。ワイパースイッチ42bは、ワイパーの作動・停止を切り換えるためのスイッチである。また、ウインドウォッシャスイッチ42cは、ウインドウォッシャ液を噴射するためのスイッチである。 The image display device 40 also includes a switch panel as an input unit 42. The switch panel is a panel that includes various hardware switches. In this embodiment, the switch panel includes a light switch 42a, a wiper switch 42b, and a window washer switch 42c as hardware buttons. The light switch 42a is a switch for switching the lights attached to the exterior of the cabin 10 on and off. The wiper switch 42b is a switch for switching the wipers on and off. The window washer switch 42c is a switch for spraying window washer fluid.

また、画像表示装置40は、蓄電池70から電力の供給を受けて動作する。なお、蓄電池70はエンジン11のオルタネータ11a(発電機)で発電した電力で充電される。蓄電池70の電力は、コントローラ30及び画像表示装置40以外のショベルの電装品72等にも供給される。また、エンジン11のスタータ11bは、蓄電池70からの電力で駆動され、エンジン11を始動する。 The image display device 40 operates by receiving power from the storage battery 70. The storage battery 70 is charged with power generated by the alternator 11a (generator) of the engine 11. The power of the storage battery 70 is also supplied to the controller 30, the electrical equipment 72 of the shovel other than the image display device 40, and the like. The starter 11b of the engine 11 is driven by power from the storage battery 70 to start the engine 11.

エンジン11は、上述のとおり、エンジン制御装置(ECU)74により制御される。ECU74からは、エンジン11の状態を示す各種データ(例えば、水温センサ11cで検出される冷却水温(物理量)を示すデータ)がコントローラ30に常時送信される。したがって、コントローラ30は一時記憶部(メモリ)30aにこのデータを蓄積しておき、必要なときに画像表示装置40に送信することができる。 As described above, the engine 11 is controlled by the engine control unit (ECU) 74. The ECU 74 constantly transmits various data indicating the state of the engine 11 (for example, data indicating the cooling water temperature (physical quantity) detected by the water temperature sensor 11c) to the controller 30. Therefore, the controller 30 can store this data in a temporary storage unit (memory) 30a and transmit it to the image display device 40 when necessary.

また、コントローラ30には以下のように各種のデータが供給され、コントローラ30の一時記憶部30aに格納される。 In addition, various data are supplied to the controller 30 and stored in the temporary memory unit 30a of the controller 30 as follows:

まず、可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ14のレギュレータ14aから斜板の傾転角を示すデータがコントローラ30に供給される。また、メインポンプ14の吐出圧力を示すデータが、吐出圧力センサ14bからコントローラ30に送られる。これらのデータ(物理量を表すデータ)は一時記憶部30aに格納される。また、メインポンプ14が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ14との間の管路には、油温センサ14cが設けられており、その管路を流れる作動油の温度を表すデータが、油温センサ14cからコントローラ30に供給される。 First, data indicating the tilt angle of the swash plate is supplied to the controller 30 from the regulator 14a of the main pump 14, which is a variable displacement hydraulic pump. Data indicating the discharge pressure of the main pump 14 is also sent to the controller 30 from the discharge pressure sensor 14b. These data (data representing physical quantities) are stored in the temporary memory unit 30a. An oil temperature sensor 14c is also provided in the pipeline between the main pump 14 and a tank that stores the hydraulic oil to be sucked by the main pump 14, and data indicating the temperature of the hydraulic oil flowing through that pipeline is supplied from the oil temperature sensor 14c to the controller 30.

また、レバー又はペダル26A~26Cを操作した際に、パイロットライン25aを通じてコントロールバルブ17に送られるパイロット圧が、油圧センサ15a、15bで検出され、検出したパイロット圧を示すデータがコントローラ30に供給される。 When the lever or pedals 26A to 26C are operated, the pilot pressure sent to the control valve 17 through the pilot line 25a is detected by the hydraulic sensors 15a and 15b, and data indicating the detected pilot pressure is supplied to the controller 30.

また、エンジン回転数調整ダイヤル75からは、エンジン回転数の設定状態を示すデータがコントローラ30に常時送信される。 In addition, data indicating the engine speed setting status is constantly sent from the engine speed adjustment dial 75 to the controller 30.

外部演算装置30Eは、通信装置M1、測位装置M2、姿勢検出装置M3、シリンダ圧検出装置M4、撮像装置M5等の出力に基づいて各種演算を行い、演算結果をコントローラ30に対して出力する制御装置である。本実施例では、外部演算装置30Eは蓄電池70から電力の供給を受けて動作する。 The external calculation device 30E is a control device that performs various calculations based on the outputs of the communication device M1, the positioning device M2, the attitude detection device M3, the cylinder pressure detection device M4, the imaging device M5, etc., and outputs the calculation results to the controller 30. In this embodiment, the external calculation device 30E operates by receiving power from the storage battery 70.

次に、図4を参照して外部演算装置30Eの機能について説明する。なお、図4は、外部演算装置30Eの構成例を示す機能ブロック図である。本実施例では、外部演算装置30Eは、通信装置M1、測位装置M2、姿勢検出装置M3、シリンダ圧検出装置M4の出力を受けて各種演算を実行し、その演算結果をコントローラ30に対して出力する。コントローラ30は、例えば、その演算結果に応じた制御指令を制御弁E1に対して出力する。制御弁E1はアタッチメントの動きを制御するための弁であり、例えば、再生解除弁50、パイロット圧を調整する減圧弁、リリーフ弁等である。 Next, the function of the external calculation device 30E will be described with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the external calculation device 30E. In this embodiment, the external calculation device 30E receives outputs from the communication device M1, the positioning device M2, the attitude detection device M3, and the cylinder pressure detection device M4, executes various calculations, and outputs the calculation results to the controller 30. The controller 30 outputs, for example, a control command according to the calculation results to the control valve E1. The control valve E1 is a valve for controlling the movement of the attachment, and is, for example, a regeneration release valve 50, a pressure reducing valve for adjusting the pilot pressure, a relief valve, etc.

具体的には、外部演算装置30Eは、主に、地形データベース更新部31、位置座標更新部32、地面形状情報取得部33、及び地面接触判定部34を含む。 Specifically, the external calculation device 30E mainly includes a terrain database update unit 31, a position coordinate update unit 32, a ground shape information acquisition unit 33, and a ground contact determination unit 34.

地形データベース更新部31は、作業現場の地形情報を参照可能に体系的に記憶する地形データベースを更新する機能要素である。本実施例では、地形データベース更新部31は、例えばショベルの起動時に通信装置M1を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。地形データベースは不揮発性メモリ等に記憶される。また、作業現場の地形情報は、例えば世界測位系に基づく3次元地形モデルで記述される。 The terrain database update unit 31 is a functional element that updates the terrain database that systematically stores the terrain information of the work site so that it can be referenced. In this embodiment, the terrain database update unit 31 acquires the terrain information of the work site through the communication device M1, for example, when the shovel is started, and updates the terrain database. The terrain database is stored in a non-volatile memory or the like. In addition, the terrain information of the work site is described, for example, in a three-dimensional terrain model based on the global positioning system.

位置座標更新部32は、ショベルの現在位置を表す座標及び向きを更新する機能要素である。本実施例では、位置座標更新部32は、測位装置M2の出力に基づいて世界測位系におけるショベルの位置座標及び向きを取得し、不揮発性メモリ等に記憶されるショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータを更新する。 The position coordinate update unit 32 is a functional element that updates the coordinates and orientation that represent the current position of the shovel. In this embodiment, the position coordinate update unit 32 acquires the position coordinates and orientation of the shovel in the global positioning system based on the output of the positioning device M2, and updates the data related to the coordinates and orientation that represent the current position of the shovel that are stored in a non-volatile memory or the like.

地面形状情報取得部33は、作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する機能要素である。本実施例では、地面形状情報取得部33は、地形データベース更新部31が更新した地形情報と、位置座標更新部32が更新したショベルの現在位置を表す座標及び向きと、姿勢検出装置M3が検出した掘削アタッチメントの姿勢の過去の推移と、シリンダ圧検出装置M4が検出したブームボトム圧とに基づいて掘削対象地面の現在の形状に関する情報を取得する。 The ground shape information acquisition unit 33 is a functional element that acquires information about the current shape of the ground to be excavated. In this embodiment, the ground shape information acquisition unit 33 acquires information about the current shape of the ground to be excavated based on the terrain information updated by the terrain database update unit 31, the coordinates and orientation representing the current position of the shovel updated by the position coordinate update unit 32, the past changes in the attitude of the excavation attachment detected by the attitude detection device M3, and the boom bottom pressure detected by the cylinder pressure detection device M4.

ここで、図5を参照し、地面形状情報取得部33が掘削動作後の地面形状に関する情報を取得する処理について説明する。図5は、掘削動作後の地面形状に関する情報の概念図である。なお、図5の破線で示す複数のバケット形状は、前回の掘削動作の際のバケット6の軌跡を表す。バケット6の軌跡は、姿勢検出装置M3が過去に検出した掘削アタッチメントの姿勢の推移から導き出される。また、図5の太実線は、地面形状情報取得部33が把握している掘削対象地面の現在の断面形状を表し、太点線は、地面形状情報取得部33が把握している前回の掘削動作が行われる前の掘削対象地面の断面形状を表す。すなわち、地面形状情報取得部33は、前回の掘削動作が行われる前の掘削対象地面の形状から、前回の掘削動作の際にバケット6が通過した空間に対応する部分を取り除くことで掘削対象地面の現在の形状を導き出す。このようにして、地面形状情報取得部33は、掘削動作後の地面形状を推定できる。また、図5の一点鎖線で示すZ軸方向に伸びる各ブロックは3次元地形モデルの各要素を表す。各要素は例えばXY平面に平行な単位面積の上面と-Z方向に無限大の長さを有するモデルで表現される。なお、3次元地形モデルは3次元メッシュモデルで表現されてもよい。 Here, referring to FIG. 5, the process of the ground shape information acquisition unit 33 acquiring information on the ground shape after the excavation operation will be described. FIG. 5 is a conceptual diagram of information on the ground shape after the excavation operation. Note that the multiple bucket shapes shown by the dashed lines in FIG. 5 represent the trajectory of the bucket 6 during the previous excavation operation. The trajectory of the bucket 6 is derived from the transition of the posture of the excavation attachment previously detected by the posture detection device M3. Also, the thick solid line in FIG. 5 represents the current cross-sectional shape of the ground to be excavated as grasped by the ground shape information acquisition unit 33, and the thick dotted line represents the cross-sectional shape of the ground to be excavated before the previous excavation operation as grasped by the ground shape information acquisition unit 33. That is, the ground shape information acquisition unit 33 derives the current shape of the ground to be excavated by removing the part corresponding to the space through which the bucket 6 passed during the previous excavation operation from the shape of the ground to be excavated before the previous excavation operation. In this way, the ground shape information acquisition unit 33 can estimate the ground shape after the excavation operation. Additionally, each block extending in the Z-axis direction shown by the dashed dotted line in FIG. 5 represents an element of the three-dimensional terrain model. Each element is represented, for example, by a model having a unit area upper surface parallel to the XY plane and an infinite length in the -Z direction. The three-dimensional terrain model may also be represented by a three-dimensional mesh model.

次に、図6~図8を参照し、地面形状情報取得部33が排土動作後の地面形状に関する情報を取得する処理(以下、「排土後地面形状取得処理」とする。)について説明する。図6は排土後地面形状取得処理の流れの一例を示すフローチャートである。地面形状情報取得部33は、排土動作が行われたときに排土後地面形状取得処理を実行する。例えば、地面形状情報取得部33は、掘削動作後にバケット開き操作が行われた場合に排土後地面形状取得処理を実行する。 Next, the process in which the ground shape information acquisition unit 33 acquires information on the ground shape after the soil discharge operation (hereinafter referred to as "ground shape acquisition process after soil discharge") will be described with reference to Figures 6 to 8. Figure 6 is a flowchart showing an example of the flow of the ground shape acquisition process after soil discharge. The ground shape information acquisition unit 33 executes the ground shape acquisition process after soil discharge when soil discharge operation is performed. For example, the ground shape information acquisition unit 33 executes the ground shape acquisition process after soil discharge when a bucket opening operation is performed after an excavation operation.

最初に、地面形状情報取得部33は土砂積載量を推定する(ステップS1)。本実施例では、地面形状情報取得部33は、姿勢検出装置M3が検出する掘削アタッチメントの姿勢とシリンダ圧検出装置M4が検出するブームボトム圧とに基づいて土砂積載量を推定する。 土砂積載量は掘削動作によってバケット6に積載される土砂の量であり、例えば、バケット6に積載される土砂の容積として算出される。また、土砂積載量は所定の最大積載量によって制限される。 First, the ground shape information acquisition unit 33 estimates the amount of soil loaded (step S1). In this embodiment, the ground shape information acquisition unit 33 estimates the amount of soil loaded based on the attitude of the excavation attachment detected by the attitude detection device M3 and the boom bottom pressure detected by the cylinder pressure detection device M4. The amount of soil loaded is the amount of soil loaded into the bucket 6 by the excavation operation, and is calculated, for example, as the volume of soil loaded into the bucket 6. The amount of soil loaded is also limited by a predetermined maximum loading amount.

例えば、地面形状情報取得部33は、ブームボトム圧参照テーブルを参照して現在の掘削アタッチメントの姿勢に対応する非積載時ブームボトム圧を取得する。非積載時ブームボトム圧は、バケット6に土砂が積載されていないときのブームボトム圧を意味する。ブームボトム圧テーブルは、ROM等に予め記憶される参照テーブルであり、実測データの分析に基づいて生成される。具体的には、ブームボトム圧テーブルは、姿勢検出装置M3によって検出されるアタッチメントの姿勢に関連付けて非積載時ブームボトム圧を記憶する。そして、現在のブームボトム圧と非積載時ブームボトム圧との差に基づいてバケット6に積載された土砂の重量を推定する。そして、その推定された土砂の重量と予め入力された土砂特性(密度、粘性等)とからバケット6に積載された土砂の容積を推定する。 For example, the ground shape information acquisition unit 33 refers to a boom bottom pressure reference table to acquire the unloaded boom bottom pressure corresponding to the current posture of the excavation attachment. The unloaded boom bottom pressure means the boom bottom pressure when no soil is loaded in the bucket 6. The boom bottom pressure table is a reference table stored in advance in a ROM or the like, and is generated based on the analysis of actual measurement data. Specifically, the boom bottom pressure table stores the unloaded boom bottom pressure in association with the posture of the attachment detected by the posture detection device M3. Then, the weight of the soil loaded in the bucket 6 is estimated based on the difference between the current boom bottom pressure and the unloaded boom bottom pressure. Then, the volume of the soil loaded in the bucket 6 is estimated from the estimated soil weight and the soil properties (density, viscosity, etc.) input in advance.

また、地面形状情報取得部33は、地面形状の変化に基づいて土砂積載量を推定してもよい。 The ground shape information acquisition unit 33 may also estimate the amount of soil and sand loaded based on changes in the ground shape.

その後、地面形状情報取得部33は土砂排土量を算出する(ステップS2)。本実施例では、地面形状情報取得部33は、土砂積載量と土砂排土率とに基づいて土砂排土量を算出する。具体的には、地面形状情報取得部33は、土砂積載量に土砂排土率を乗じて土砂排土量を算出する。 Then, the ground shape information acquisition unit 33 calculates the amount of sediment discharged (step S2). In this embodiment, the ground shape information acquisition unit 33 calculates the amount of sediment discharged based on the amount of sediment loaded and the sediment discharge rate. Specifically, the ground shape information acquisition unit 33 calculates the amount of sediment discharged by multiplying the amount of sediment loaded by the sediment discharge rate.

土砂排土量は、排土動作によってバケット6から排土される土砂の量であり、土砂積載量に土砂排土率を乗じることで算出される。なお、土砂排土量は、例えば、土砂積載量と同様に、バケット6によって排土される土砂の容積として算出される。 The amount of soil discharged is the amount of soil discharged from the bucket 6 by the soil discharge operation, and is calculated by multiplying the soil load by the soil discharge rate. The amount of soil discharged is calculated, for example, as the volume of soil discharged by the bucket 6, similar to the soil load.

土砂排土率は、土砂積載量に対する土砂排土量の比率であり、排土動作の際のアタッチメントの姿勢の推移、動作速度の推移、土砂特性等に基づいて決定される。本実施例では、地面形状情報取得部33は土砂排土率テーブルを参照して土砂排土率を決定する。土砂排土率テーブルは、ROM等に予め記憶される参照テーブルであり、実測データの分析に基づいて生成される。具体的には、土砂排土率テーブルは、姿勢検出装置M3によって検出される排土動作の際のバケット角度に関連付けて土砂排土率を記憶する。 The soil discharge rate is the ratio of the soil discharge amount to the soil load amount, and is determined based on the change in the attachment's posture during soil discharge, the change in operating speed, the soil characteristics, etc. In this embodiment, the ground shape information acquisition unit 33 determines the soil discharge rate by referring to a soil discharge rate table. The soil discharge rate table is a reference table stored in advance in a ROM or the like, and is generated based on the analysis of actual measurement data. Specifically, the soil discharge rate table stores the soil discharge rate in association with the bucket angle during soil discharge detected by the posture detection device M3.

図7はバケット角度θ3と土砂排土率との関係を示す図である。具体的には、図7(A)はバケット角度30°のときのバケット6の姿勢とバケット角度180°のときのバケット6の姿勢を示す。また、図7(B)はバケット角度θ3に対する土砂排土率の推移を示す。図7(B)に示すように、土砂排土率はバケット角度θ3が略150度以上の場合に0[%]に設定される。すなわち、地面形状情報取得部33は、バケット角度θ3が略150度以上であればバケット6内の土砂が未だ排土されていないと推定する。一方で、土砂排土率はバケット角度θ3が略150度を下回るにつれて増大し、バケット角度θ3が略50度以下となった場合に100[%]に達する。すなわち、地面形状情報取得部33は、バケット角度θ3が略50度以下であればバケット6内の土砂の全てが排土されたと推定する。 Figure 7 is a diagram showing the relationship between the bucket angle θ3 and the soil discharge rate. Specifically, Figure 7 (A) shows the attitude of the bucket 6 when the bucket angle is 30° and the attitude of the bucket 6 when the bucket angle is 180°. Also, Figure 7 (B) shows the transition of the soil discharge rate with respect to the bucket angle θ3. As shown in Figure 7 (B), the soil discharge rate is set to 0 [%] when the bucket angle θ3 is approximately 150 degrees or more. That is, the ground shape information acquisition unit 33 estimates that the soil in the bucket 6 has not yet been discharged if the bucket angle θ3 is approximately 150 degrees or more. On the other hand, the soil discharge rate increases as the bucket angle θ3 falls below approximately 150 degrees, and reaches 100 [%] when the bucket angle θ3 is approximately 50 degrees or less. That is, the ground shape information acquisition unit 33 estimates that all the soil in the bucket 6 has been discharged if the bucket angle θ3 is approximately 50 degrees or less.

その後、地面形状情報取得部33は排土動作後の地面形状を推定する(ステップS3)。本実施例では、地面形状情報取得部33は、土砂排土量、直近の排土動作が行われる前の地面形状、排土動作の際の地面に対するバケット6の高さ、排土動作の際のアタッチメントの姿勢の推移、動作速度の推移、土砂特性等に基づいて排土動作後の地面形状を推定する。 Then, the ground shape information acquisition unit 33 estimates the ground shape after the soil discharge operation (step S3). In this embodiment, the ground shape information acquisition unit 33 estimates the ground shape after the soil discharge operation based on the amount of soil discharged, the ground shape before the most recent soil discharge operation, the height of the bucket 6 relative to the ground during the soil discharge operation, the change in the attachment's attitude during the soil discharge operation, the change in the operating speed, the soil characteristics, etc.

図8は排土動作後の地面形状に関する情報の概念図である。図8(A)は、排土された土砂とショベルとの位置関係を示す図であり、基準点RPは、排土動作を開始したときのバケット6の中心点をショベルが位置する水平面上に投影することで得られる点である。なお、排土動作の開始時は、例えば、バケット開き動作の開始時である。また、図8(A)の破線で示す形状は排土動作後の地面形状のうち直近の排土動作によって更新された部分の形状(以下、「更新部分形状」とする。)を示す。なお、以下では、図8(A)の破線で示す更新部分形状をもたらした排土動作の条件(例えば土砂排土量等を含む。)を「基準排土条件」とする。 Figure 8 is a conceptual diagram of information on the ground shape after the soil dumping operation. Figure 8 (A) is a diagram showing the positional relationship between the dumped soil and the shovel, and the reference point RP is a point obtained by projecting the center point of the bucket 6 when the soil dumping operation starts onto the horizontal plane on which the shovel is located. The start of the soil dumping operation is, for example, the start of the bucket opening operation. The shape shown by the dashed line in Figure 8 (A) shows the shape of the part of the ground shape after the soil dumping operation that has been updated by the most recent soil dumping operation (hereinafter referred to as the "updated part shape"). In the following, the conditions of the soil dumping operation (including, for example, the amount of soil dumped, etc.) that resulted in the updated part shape shown by the dashed line in Figure 8 (A) are referred to as the "reference soil dumping conditions".

また、図8(B1)~図8(B6)のそれぞれは、排土動作の条件の違いによってもたらされる排土動作後の様々な更新部分形状を示し、各図の破線で示す更新部分形状は、図8(A)の破線で示す更新部分形状に対応する。 In addition, each of Figures 8(B1) to 8(B6) shows various updated partial shapes after the soil discharge operation that result from different soil discharge operation conditions, and the updated partial shapes shown by dashed lines in each figure correspond to the updated partial shape shown by dashed lines in Figure 8(A).

具体的には、図8(B1)の太実線で示す更新部分形状は土砂排土量が基準排土条件のときよりも大きい場合の更新部分形状に相当する。このように、更新部分形状は、土砂排土量が大きいほど大きくなるように決定される。 Specifically, the updated portion shape shown by the thick solid line in Figure 8 (B1) corresponds to the updated portion shape when the amount of sediment discharged is greater than that under the standard discharge conditions. In this way, the updated portion shape is determined to be larger as the amount of sediment discharged is greater.

また、図8(B2)の太実線で示す更新部分形状は直近の排土動作が行われる前の地面形状が基準点RPのところで基準排土条件のときよりも隆起している場合の更新部分形状に相当する。このように、更新部分形状は、直近の排土動作が行われる前の地面形状の隆起部分の大きさ(高さ)に応じて決定される。 The updated portion shape shown by the thick solid line in FIG. 8 (B2) corresponds to the updated portion shape when the ground shape before the most recent soil dumping operation is higher at the reference point RP than under the reference soil dumping conditions. In this way, the updated portion shape is determined according to the size (height) of the raised portion of the ground shape before the most recent soil dumping operation is performed.

また、図8(B3)の太実線で示す更新部分形状は直近の排土動作が行われる前の地面形状が基準点RPのところで基準排土条件のときよりも陥没している場合の更新部分形状に相当する。このように、更新部分形状は、直近の排土動作が行われる前の地面形状の陥没部分の大きさ(深さ)に応じて決定される。 The updated portion shape shown by the thick solid line in FIG. 8 (B3) corresponds to the updated portion shape when the ground shape before the most recent soil discharge operation is more depressed at the reference point RP than under the reference soil discharge conditions. In this way, the updated portion shape is determined according to the size (depth) of the depressed portion of the ground shape before the most recent soil discharge operation is performed.

また、図8(B4)の太実線で示す更新部分形状は直近の排土動作の際のバケット6の基準点RPに対する高さが基準排土条件のときよりも高い場合の更新部分形状に相当する。このように、更新部分形状は、直近の排土動作の際のバケット6の高さが高いほど低く且つ周囲に拡がるように決定される。 The updated portion shape shown by the thick solid line in FIG. 8 (B4) corresponds to the updated portion shape when the height of the bucket 6 relative to the reference point RP during the most recent earth-discharging operation is higher than that under the reference earth-discharging conditions. In this way, the updated portion shape is determined so that it becomes lower and spreads out more to the periphery the higher the height of the bucket 6 during the most recent earth-discharging operation.

また、図8(B5)の太実線で示す更新部分形状は直近の排土動作で排土された土砂の粘度が基準排土条件のときよりも低い場合の更新部分形状に相当する。このように、更新部分形状は、直近の排土動作で排土された土砂の粘度が低いほど低く且つ周囲に拡がるように決定される。 The updated portion shape shown by the thick solid line in FIG. 8 (B5) corresponds to the updated portion shape when the viscosity of the soil discharged in the most recent soil discharge operation is lower than that under the reference soil discharge conditions. In this way, the updated portion shape is determined so that it becomes lower and spreads out more to the surrounding area the lower the viscosity of the soil discharged in the most recent soil discharge operation.

また、図8(B6)の太実線で示す更新部分形状は直近の排土動作の際のバケット6の動作速度(開き速度)が基準排土条件のときよりも速い場合の更新部分形状に相当する。このように、更新部分形状は、直近の排土動作の際のバケット6の開き速度が速いほど基準点RPに関してバケット6の開き方向に偏るように決定される。 The updated portion shape shown by the thick solid line in FIG. 8 (B6) corresponds to the updated portion shape when the operating speed (opening speed) of the bucket 6 during the most recent earth-discharging operation is faster than that under the reference earth-discharging conditions. In this way, the updated portion shape is determined so that the faster the opening speed of the bucket 6 during the most recent earth-discharging operation, the more biased the bucket 6 is in the opening direction with respect to the reference point RP.

また、本実施例では、地面形状情報取得部33は、更新部分形状テーブルを参照して更新部分形状を決定する。更新部分形状テーブルは、ROM等に予め記憶される参照テーブルであり、実測データの分析に基づいて生成される。具体的には、更新部分形状テーブルは、土砂排土量、直近の排土動作が行われる前の地面形状、排土動作の際のバケット6の高さ、排土動作の際のアタッチメントの姿勢の推移、動作速度の推移、土砂特性等に関連付けて更新部分形状を記憶する。 In addition, in this embodiment, the ground shape information acquisition unit 33 determines the updated part shape by referring to the updated part shape table. The updated part shape table is a reference table stored in advance in a ROM or the like, and is generated based on the analysis of actual measurement data. Specifically, the updated part shape table stores the updated part shape in association with the amount of soil discharged, the ground shape before the most recent soil discharge operation, the height of the bucket 6 during the soil discharge operation, the transition of the attachment's attitude during the soil discharge operation, the transition of the operating speed, soil characteristics, etc.

このようにして、地面形状情報取得部33は、排土動作後の地面形状を推定できる。そのため、地面形状情報取得部33は、掘削動作後の地面形状に関する情報ばかりでなく、排土動作後の地面形状に関する情報も取得できる。すなわち、地面形状情報取得部33は、掘削動作が行われる前の掘削対象地面の形状をより正確に把握できる。このようにして取得された情報は表示装置40において表示される。また、通信装置M1を介し、複数台のショベルの稼働状況を管理する管理装置へ送信されてもよい。そして、管理装置は受信したそれら情報を表示してもよい。 In this way, the ground shape information acquisition unit 33 can estimate the ground shape after the soil discharge operation. Therefore, the ground shape information acquisition unit 33 can acquire not only information about the ground shape after the excavation operation, but also information about the ground shape after the soil discharge operation. In other words, the ground shape information acquisition unit 33 can more accurately grasp the shape of the ground to be excavated before the excavation operation is performed. The information acquired in this way is displayed on the display device 40. It may also be transmitted via the communication device M1 to a management device that manages the operating status of multiple excavators. The management device may then display the received information.

地面接触判定部34は、アタッチメントが地面と接触しているかを判定してアタッチメントを制御する機能要素である。本実施例では、地面接触判定部34は、地面形状情報取得部33が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削アタッチメントが地面と接触しているかを判定して掘削アタッチメントを制御する。 The ground contact determination unit 34 is a functional element that determines whether the attachment is in contact with the ground and controls the attachment. In this embodiment, the ground contact determination unit 34 determines whether the excavation attachment is in contact with the ground based on information about the current shape of the ground to be excavated acquired by the ground shape information acquisition unit 33, and controls the excavation attachment.

具体的には、地面接触判定部34は、姿勢検出装置M3が検出する掘削アタッチメントの現在の姿勢と、地面形状情報取得部33が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいて掘削状態を判断する。例えば、地面接触判定部34は、バケット6の爪先が掘削対象地面に接触しているかを判定する。そして、バケット6の爪先が掘削対象地面に接触していると判定した場合、地面接触判定部34は、コントローラ30に対して判定結果を出力する。その判定結果を受けたコントローラ30は、制御弁E1としての再生解除弁50に対して制御指令を出力してその開口面積を増大させる。なお、地面接触判定部34は、バケット6の爪先が掘削対象地面に接触する直前にコントローラ30に対してバケット6の爪先が掘削対象地面に接触するとの判定結果を出力してもよい。さらに、予め入力された土砂密度情報に基づいて掘削アタッチメントを制御してもよい。また、以上ではコントローラ30とは別に外部演算装置30Eを設けた例を説明したが、コントローラ30と外部演算装置30Eとは一体的に構成されてもよい。 Specifically, the ground contact determination unit 34 determines the excavation state based on the current posture of the excavation attachment detected by the posture detection device M3 and the information on the current shape of the ground surface to be excavated acquired by the ground surface shape information acquisition unit 33. For example, the ground contact determination unit 34 determines whether the tip of the bucket 6 is in contact with the ground surface to be excavated. If it is determined that the tip of the bucket 6 is in contact with the ground surface to be excavated, the ground contact determination unit 34 outputs the determination result to the controller 30. The controller 30, which has received the determination result, outputs a control command to the regeneration release valve 50 as the control valve E1 to increase its opening area. The ground contact determination unit 34 may output the determination result that the tip of the bucket 6 will contact the ground surface to be excavated to the controller 30 just before the tip of the bucket 6 contacts the ground surface to be excavated. Furthermore, the excavation attachment may be controlled based on soil density information input in advance. In addition, although an example in which the external calculation device 30E is provided separately from the controller 30 has been described above, the controller 30 and the external calculation device 30E may be configured integrally.

次に、上述した本願発明を適用した場合の制御例について説明する。図9は、図1のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図であり、機械的動力伝達ライン、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御ラインをそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。 Next, an example of control when the present invention is applied will be described. Figure 9 shows an example of the configuration of a drive system mounted on the excavator of Figure 1, with the mechanical power transmission line, high-pressure hydraulic line, pilot line, and electrical control line indicated by double lines, solid lines, dashed lines, and dotted lines, respectively.

この構成例では、ショベルの駆動系は、主に、エンジン11、メインポンプ14L、14R、パイロットポンプ15、コントロールバルブ17、操作装置26、操作内容検出装置29、コントローラ30、及び外部演算装置30Eを含む。 In this configuration example, the drive system of the excavator mainly includes the engine 11, main pumps 14L and 14R, pilot pump 15, control valve 17, operation device 26, operation content detection device 29, controller 30, and external calculation device 30E.

コントロールバルブ17は、メインポンプ14L、14Rが吐出する作動油の流れを制御する流量制御弁171~176を含む。そして、コントロールバルブ17は、流量制御弁171~176を通じ、ブームシリンダ7、アームシリンダ8、バケットシリンダ9、走行用油圧モータ1A(左用)、走行用油圧モータ1B(右用)、及び旋回用油圧モータ2Aのうちの1又は複数のものに対しメインポンプ14L、14Rが吐出する作動油を選択的に供給する。 操作装置26は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置26は、パイロットライン25を通じ、パイロットポンプ15が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。 操作内容検出装置29は、操作装置26を用いた操作者の操作内容を検出する装置である。本実施例では、操作内容検出装置29は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置26のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ30に対して出力する。なお、操作装置26の操作内容は、ポテンショメータ等、圧力センサ以外の他のセンサの出力を用いて導き出されてもよい。 The control valve 17 includes flow control valves 171-176 that control the flow of hydraulic oil discharged by the main pumps 14L and 14R. The control valve 17 selectively supplies hydraulic oil discharged by the main pumps 14L and 14R to one or more of the boom cylinder 7, arm cylinder 8, bucket cylinder 9, traveling hydraulic motor 1A (left), traveling hydraulic motor 1B (right), and swing hydraulic motor 2A through the flow control valves 171-176. The operation device 26 is a device used by an operator to operate the hydraulic actuators. In this embodiment, the operation device 26 supplies hydraulic oil discharged by the pilot pump 15 to the pilot ports of the flow control valves corresponding to each hydraulic actuator through the pilot line 25. The operation content detection device 29 is a device that detects the operation content of the operator using the operation device 26. In this embodiment, the operation content detection device 29 detects the operation direction and operation amount of the lever or pedal of the operation device 26 corresponding to each hydraulic actuator in the form of pressure, and outputs the detected value to the controller 30. Note that the operation content of the operation device 26 may be derived using the output of a sensor other than a pressure sensor, such as a potentiometer.

エンジン11によって駆動されるメインポンプ14L、14Rは、センターバイパス管路40L、40Rのそれぞれを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。 Main pumps 14L and 14R, driven by engine 11, circulate hydraulic oil through center bypass lines 40L and 40R to the hydraulic oil tank.

センターバイパス管路40Lは、コントロールバルブ17内に配置された流量制御弁171、173、及び175を通る高圧油圧ラインであり、センターバイパス管路40Rは、コントロールバルブ17内に配置された流量制御弁172、174、及び176を通る高圧油圧ラインである。 The center bypass line 40L is a high-pressure hydraulic line that passes through the flow control valves 171, 173, and 175 arranged in the control valve 17, and the center bypass line 40R is a high-pressure hydraulic line that passes through the flow control valves 172, 174, and 176 arranged in the control valve 17.

流量制御弁171、172、173は、走行用油圧モータ1A(左用)、走行用油圧モータ1B(右用)、旋回用油圧モータ2Aに流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。 The flow control valves 171, 172, and 173 are spool valves that control the flow rate and direction of hydraulic oil flowing in and out of the travel hydraulic motor 1A (left), travel hydraulic motor 1B (right), and turning hydraulic motor 2A.

また、流量制御弁174、175、176は、バケットシリンダ9、アームシリンダ8、ブームシリンダ7に流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。なお、本実施例では、流量制御弁175の内部に再生油路が形成される。また、流量制御弁175と作動油タンクとの間には再生解除弁50が取り付けられる。 Furthermore, the flow control valves 174, 175, and 176 are spool valves that control the flow rate and flow direction of the hydraulic oil flowing in and out of the bucket cylinder 9, arm cylinder 8, and boom cylinder 7. In this embodiment, a regeneration oil passage is formed inside the flow control valve 175. In addition, a regeneration release valve 50 is installed between the flow control valve 175 and the hydraulic oil tank.

図10は、再生油路及び再生解除弁の構成例を示す図である。具体的には、図10(A)は、図9に示すコントロールバルブ17における流量制御弁175及び再生解除弁50を含む部分の拡大図である。また、図10(B)はアーム閉じ操作時に再生解除弁50の開口面積を最小としたときの作動油の流れを示し、図10(C)はアーム閉じ操作時に再生解除弁50の開口面積を最大としたときの作動油の流れを示す。 Figure 10 is a diagram showing an example of the configuration of the regeneration oil passage and the regeneration release valve. Specifically, Figure 10(A) is an enlarged view of a portion including the flow control valve 175 and the regeneration release valve 50 in the control valve 17 shown in Figure 9. Also, Figure 10(B) shows the flow of hydraulic oil when the opening area of the regeneration release valve 50 is minimized during the arm closing operation, and Figure 10(C) shows the flow of hydraulic oil when the opening area of the regeneration release valve 50 is maximized during the arm closing operation.

再生油路175aは、アーム閉じ操作時に収縮側油室であるアームシリンダ8のロッド側油室から流出する作動油を伸張側油室であるボトム側油室に流入(再生)させる油路である。また、再生油路175aは、ボトム側油室からロッド側油室への作動油の流れを防止する逆止弁を含む。なお、再生油路175aは、流量制御弁175の外部に形成されてもよい。 The regeneration oil passage 175a is an oil passage that allows hydraulic oil flowing out of the rod side oil chamber of the arm cylinder 8, which is the contraction side oil chamber, to flow (regenerate) into the bottom side oil chamber, which is the extension side oil chamber, during the arm closing operation. The regeneration oil passage 175a also includes a check valve that prevents hydraulic oil from flowing from the bottom side oil chamber to the rod side oil chamber. The regeneration oil passage 175a may be formed outside the flow control valve 175.

再生解除弁50は、アームシリンダ8のロッド側油室から流出して作動油タンクに流れる作動油の流量を調整する弁である。本実施例では、再生解除弁50は、コントローラ30からの制御指令に応じて動作する電磁弁であり、流量制御弁175と作動油タンクとの間の油路50aの流路面積を増減させて油路50a及び再生油路175aのそれぞれを流れる作動油の流量を調整する。 The regeneration release valve 50 is a valve that adjusts the flow rate of hydraulic oil that flows out of the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 and into the hydraulic oil tank. In this embodiment, the regeneration release valve 50 is an electromagnetic valve that operates in response to a control command from the controller 30, and adjusts the flow rate of hydraulic oil flowing through each of the oil passage 50a and the regeneration oil passage 175a by increasing or decreasing the flow area of the oil passage 50a between the flow control valve 175 and the hydraulic oil tank.

具体的には、再生解除弁50は、図10(B)に示すように、コントローラ30からの制御指令に応じてその開口面積を低減させて油路50aを流れる作動油の流量を低減させ且つ再生油路175aを流れる作動油の流量を増大させる。この構成により、再生解除弁50は、掘削アタッチメントを空中で動作させる場合にアーム5がその自重によって落下するのを防止できる。 Specifically, as shown in FIG. 10(B), the regeneration release valve 50 reduces the opening area in response to a control command from the controller 30 to reduce the flow rate of hydraulic oil flowing through the oil passage 50a and to increase the flow rate of hydraulic oil flowing through the regeneration oil passage 175a. With this configuration, the regeneration release valve 50 can prevent the arm 5 from falling under its own weight when the excavation attachment is operated in the air.

また、再生解除弁50は、図10(C)に示すように、コントローラ30からの制御指令に応じてその開口面積を増大させて油路50aを流れる作動油の流量を増大させ且つ再生油路175aを流れる作動油の流量を低減或いは消失させる。この構成により、再生解除弁50は、掘削中であるにもかかわらず、すなわち掘削アタッチメントが地面に接触しているにもかかわらず、油路50aで無駄な圧力損失を発生させて掘削力を低減させてしまうのを防止できる。 As shown in FIG. 10(C), the regeneration release valve 50 increases its opening area in response to a control command from the controller 30 to increase the flow rate of hydraulic oil flowing through the oil passage 50a and reduce or eliminate the flow rate of hydraulic oil flowing through the regeneration oil passage 175a. With this configuration, the regeneration release valve 50 can prevent unnecessary pressure loss in the oil passage 50a, which would reduce the excavation force, even when excavation is in progress, i.e., even when the excavation attachment is in contact with the ground.

なお、再生解除弁50は、アームシリンダ8のロッド側油室と流量制御弁175との間に設置されてもよい。 The regeneration release valve 50 may be installed between the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 and the flow control valve 175.

次に、図11を参照し、コントローラ30が再生解除弁50の開口面積を調整する処理(以下、「開口面積調整処理」とする。)について説明する。なお、図11は、開口面積調整処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ30は、ショベル稼働中、所定の制御周期で繰り返しこの開口面積調整処理を実行する。 Next, referring to FIG. 11, the process in which the controller 30 adjusts the opening area of the regeneration release valve 50 (hereinafter referred to as the "opening area adjustment process") will be described. FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the opening area adjustment process. The controller 30 repeatedly executes this opening area adjustment process at a predetermined control period while the excavator is in operation.

最初に、コントローラ30は、アーム閉じ操作が行われたかを判定する(ステップS11)。本実施例では、コントローラ30は、操作内容検出装置29の出力に基づいてアーム操作レバーが閉じ方向に操作されたかを判定する。 First, the controller 30 determines whether an arm closing operation has been performed (step S11). In this embodiment, the controller 30 determines whether the arm operating lever has been operated in the closing direction based on the output of the operation content detection device 29.

アーム閉じ操作が行われていないと判定した場合、コントローラ30は今回の開口面積調整処理を終了させる。 If it is determined that the arm closing operation has not been performed, the controller 30 ends the current opening area adjustment process.

アーム閉じ操作が行われたと判定した場合、コントローラ30は、外部演算装置30Eの演算結果に基づいて掘削アタッチメントと地面が接触しているかを判定する(ステップS12)。本実施例では、外部演算装置30Eは、姿勢検出装置M3の出力から導き出されるバケット6の爪先の現在位置と、地面形状情報取得部33が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいてバケット6の爪先が地面に接触しているか否かを判定する。なお、掘削対象地面の現在の形状に関する情報は、掘削動作後の地面形状に関する情報、及び、排土動作後の地面形状に関する情報が反映された情報である。 When it is determined that the arm closing operation has been performed, the controller 30 determines whether the excavation attachment is in contact with the ground based on the calculation results of the external calculation device 30E (step S12). In this embodiment, the external calculation device 30E determines whether the tip of the bucket 6 is in contact with the ground based on the current position of the tip of the bucket 6 derived from the output of the attitude detection device M3 and information on the current shape of the ground to be excavated acquired by the ground shape information acquisition unit 33. Note that the information on the current shape of the ground to be excavated is information that reflects information on the ground shape after the excavation operation and information on the ground shape after the soil discharge operation.

そして、外部演算装置30Eにより掘削アタッチメントと地面が接触していると判定された場合、コントローラ30は、必要に応じて再生解除弁50の開口面積を増大させる(ステップS13)。本実施例では、外部演算装置30Eは、バケット6の爪先が地面に接触していると判定した場合、コントローラ30に対してその判定結果を出力する。その判定結果を受けたコントローラ30は、再生解除弁50の開口面積が所定値未満であれば、その開口面積を所定値まで増大させる。 If the external calculation device 30E determines that the excavation attachment is in contact with the ground, the controller 30 increases the opening area of the regeneration release valve 50 as necessary (step S13). In this embodiment, if the external calculation device 30E determines that the toe of the bucket 6 is in contact with the ground, it outputs the determination result to the controller 30. In response to the determination result, if the opening area of the regeneration release valve 50 is less than a predetermined value, the controller 30 increases the opening area to the predetermined value.

一方、外部演算装置30Eにより掘削アタッチメントと地面が接触していないと判定された場合、コントローラ30は、必要に応じて再生解除弁50の開口面積を低減させる(ステップS14)。本実施例では、外部演算装置30Eは、バケット6の爪先が地面に接触していないと判定した場合、コントローラ30に対してその判定結果を出力する。その判定結果を受けたコントローラ30は、再生解除弁50の開口面積が所定値より大きければ、再生解除弁50の開口面積を所定値まで低減させる。 On the other hand, if the external calculation device 30E determines that the excavation attachment is not in contact with the ground, the controller 30 reduces the opening area of the regeneration release valve 50 as necessary (step S14). In this embodiment, if the external calculation device 30E determines that the toe of the bucket 6 is not in contact with the ground, it outputs the determination result to the controller 30. The controller 30, upon receiving the determination result, reduces the opening area of the regeneration release valve 50 to the predetermined value if the opening area of the regeneration release valve 50 is larger than a predetermined value.

次に、図12を参照し、コントローラ30が再生解除弁50の開口面積を調整する際の各種パラメータの時間的推移について説明する。なお、図12(A)はアームシリンダ8のロッド側油室の圧力の時間的推移を表す。また、図12(B)は地面接触フラグの時間的推移を表し、図12(C)は再生解除弁50の開口面積の時間的推移を表す。なお、図12(A)~図12(C)のそれぞれの時間軸(横軸)は共通である。また、地面接触フラグは、外部演算装置30Eによる掘削アタッチメントと地面との接触の有無の判定結果を表す。具体的には、地面接触フラグの値「OFF」は、外部演算装置30Eにより「接触無し」と判定されている状態を表し、地面接触フラグの値「ON」は、外部演算装置30Eにより「接触あり」と判定されている状態を表す。また、図12の実線で示す推移は、実際の接触と「接触あり」の判定が同時に行われた場合の推移を表す。一方で、図12の破線で示す推移は、「接触あり」の判定が実際の接触よりも前に行われた場合の推移を表し、図12の一点鎖線で示す推移は、「接触あり」の判定が実際の接触よりも後に行われた場合の推移を表す。 Next, referring to FIG. 12, the time transition of various parameters when the controller 30 adjusts the opening area of the regeneration release valve 50 will be described. FIG. 12(A) shows the time transition of the pressure in the rod side oil chamber of the arm cylinder 8. FIG. 12(B) shows the time transition of the ground contact flag, and FIG. 12(C) shows the time transition of the opening area of the regeneration release valve 50. The time axis (horizontal axis) of each of FIG. 12(A) to FIG. 12(C) is common. The ground contact flag indicates the result of the judgment by the external calculation device 30E of the presence or absence of contact between the excavation attachment and the ground. Specifically, the value "OFF" of the ground contact flag indicates a state in which the external calculation device 30E judges that there is no contact, and the value "ON" of the ground contact flag indicates a state in which the external calculation device 30E judges that there is contact. The transition shown by the solid line in FIG. 12 indicates the transition when actual contact and the judgment of "contact" are made simultaneously. On the other hand, the transition shown by the dashed line in FIG. 12 represents the transition when the "contact" determination is made before the actual contact, and the transition shown by the dashed dotted line in FIG. 12 represents the transition when the "contact" determination is made after the actual contact.

具体的には、「接触あり」の判定が実際の接触よりも前に行われた場合、地面接触フラグは、図12(B)の破線で示すように、時刻t1において値「OFF」から値「ON」に切り替えられる。なお、本実施例では実際の接触は時刻t2において発生する。そして、地面接触フラグを値「ON」に切り替えると、コントローラ30は、再生解除弁50の開口面積を増大させる。そのため、再生解除弁50の開口面積は、図12(C)の破線で示すように、時刻t1において値Anから値Aw(>An)に調整される。なお、値Anはアーム5を空中で動作させる際に最適な値として予め設定される開口面積であり、値Awは掘削中にアーム5を動作させる際に最適な値として予め設定される開口面積である。その結果、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力は、図12(A)の破線で示すように、時刻t1において減少し始め、実際の接触が起こるまで減少し続ける。アーム5が自重で落下するためである。そして、時刻t2において実際の接触が起こった後に(時刻t2と時刻t3の間で)増加に転じ、その後は作業反力としての掘削反力に応じた値まで増大する。 Specifically, when the determination of "contact" is made before actual contact, the ground contact flag is switched from the value "OFF" to the value "ON" at time t1, as shown by the dashed line in FIG. 12(B). In this embodiment, actual contact occurs at time t2. When the ground contact flag is switched to the value "ON", the controller 30 increases the opening area of the regeneration release valve 50. Therefore, the opening area of the regeneration release valve 50 is adjusted from the value An to the value Aw (> An) at time t1, as shown by the dashed line in FIG. 12(C). Note that the value An is the opening area that is preset as the optimal value when the arm 5 is operated in the air, and the value Aw is the opening area that is preset as the optimal value when the arm 5 is operated during excavation. As a result, the pressure in the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 begins to decrease at time t1, as shown by the dashed line in FIG. 12(A), and continues to decrease until actual contact occurs. This is because the arm 5 falls under its own weight. Then, after actual contact occurs at time t2 (between time t2 and time t3), it starts to increase, and then increases to a value corresponding to the excavation reaction force as a work reaction force.

このように、コントローラ30は、「接触あり」の判定が実際の接触よりも前に行われると、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を一時的に急減させてしまうため、キャビテーションを発生させるおそれがある。 In this way, if the controller 30 determines that "contact has occurred" before actual contact occurs, it will temporarily and suddenly reduce the pressure in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8, which may cause cavitation.

一方で、「接触あり」の判定が実際の接触よりも後に行われた場合、実際の接触が起こる時刻t2では再生解除弁50の開口面積は小さいままであるため、ロッド側油室の圧力は上昇してしまう。そして、地面接触フラグは、図12(B)の一点鎖線で示すように、時刻t3において値「OFF」から値「ON」に切り替えられる。そのため、再生解除弁50の開口面積は、図12(C)の一点鎖線で示すように、時刻t3において値Anから値Awに調整される。その結果、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力は、図12(A)の一点鎖線で示すように、実際の接触が起こる時刻t2で増加し始め、時刻t3において再生解除弁50の開口面積が値Awに増大されるまで増加し続ける。掘削反力と再生解除弁50での圧力損失とによる影響を受けるためである。そして、時刻t3において再生解除弁50の開口面積が値Awに増大されると減少に転じ、その後は掘削反力に応じた値まで減少する。 On the other hand, if the "contact" determination is made after the actual contact, the opening area of the regeneration release valve 50 remains small at time t2 when the actual contact occurs, so the pressure in the rod-side oil chamber rises. Then, the ground contact flag is switched from the value "OFF" to the value "ON" at time t3, as shown by the dashed line in FIG. 12(B). Therefore, the opening area of the regeneration release valve 50 is adjusted from the value An to the value Aw at time t3, as shown by the dashed line in FIG. 12(C). As a result, the pressure in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8 begins to increase at time t2 when the actual contact occurs, as shown by the dashed line in FIG. 12(A), and continues to increase until the opening area of the regeneration release valve 50 is increased to the value Aw at time t3. This is because it is affected by the excavation reaction force and the pressure loss in the regeneration release valve 50. Then, at time t3, the opening area of the regeneration release valve 50 increases to a value Aw, which then starts to decrease, and then decreases to a value corresponding to the excavation reaction force.

このように、コントローラ30は、「接触あり」の判定が実際の接触よりも後に行われると、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力を一時的に増加させてしまうため、掘削アタッチメントの動きを不安定にし、且つ、作業効率を低下させてしまう。 In this way, if the controller 30 determines that there is contact after actual contact has occurred, it temporarily increases the pressure in the rod-side oil chamber of the arm cylinder 8, which destabilizes the movement of the excavation attachment and reduces work efficiency.

そこで、外部演算装置30Eは、姿勢検出装置M3が検出する掘削アタッチメントの現在の姿勢と、地面形状情報取得部33が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいて掘削アタッチメントが掘削対象地面に接触しているかを判定する。「接触あり」の判定を実際の接触と同時に行うためである。 The external calculation device 30E therefore determines whether the excavation attachment is in contact with the ground surface to be excavated based on the current attitude of the excavation attachment detected by the attitude detection device M3 and information on the current shape of the ground surface to be excavated acquired by the ground surface shape information acquisition unit 33. This is to make the "contact" determination at the same time as the actual contact occurs.

「接触あり」の判定が実際の接触と同時に行われた場合、地面接触フラグは、図12(B)の実線で示すように、時刻t2において値「OFF」から値「ON」に切り替えられる。そのため、再生解除弁50の開口面積は、図12(C)の実線で示すように、時刻t2において値Anから値Awに調整される。その結果、アームシリンダ8のロッド側油室の圧力は、図12(A)の実線で示すように、実際の接触が起こる時刻t2で減少し始め、その後は掘削反力に応じた値まで減少する。実際の接触が起こる前に一時的に急減することはなく、実際の接触が起こった後で再生解除弁50での圧力損失による影響を受けて増加することもない。 When the "contact" determination is made simultaneously with actual contact, the ground contact flag is switched from the value "OFF" to the value "ON" at time t2, as shown by the solid line in FIG. 12(B). Therefore, the opening area of the regeneration release valve 50 is adjusted from the value An to the value Aw at time t2, as shown by the solid line in FIG. 12(C). As a result, the pressure in the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 begins to decrease at time t2 when actual contact occurs, as shown by the solid line in FIG. 12(A), and thereafter decreases to a value corresponding to the excavation reaction force. There is no temporary, sudden decrease before actual contact occurs, and there is no increase due to the influence of pressure loss in the regeneration release valve 50 after actual contact occurs.

以上の構成により、コントローラ30は、掘削動作後の地面形状に関する情報、及び、排土動作後の地面形状に関する情報に基づいて作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する。そして、取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいてアタッチメントを制御する。本実施例では、コントローラ30は、掘削アタッチメントの現在の姿勢と掘削対象地面の現在の形状とに基づいて再生解除弁50の開口面積を調整する。具体的には、バケット6の爪先の現在位置と掘削対象地面の現在の形状とに基づいて再生解除弁50の開口面積を調整する。そのため、バケット6の爪先が掘削対象地面に接触すると同時に、アームシリンダ8のロッド側油室から作動油タンクに流出する作動油の再生解除弁50での圧力損失を低減或いは消失させることができる。その結果、コントローラ30は、アームシリンダ圧の変化等に基づいてバケット6の爪先と掘削対象地面との接触の有無を判定する場合に比べ、より正確に接触の有無を判定でき、誤判定を抑制できる。また、接触の有無の誤判定を抑制することで操作性及び作業効率を向上できる。具体的には、バケット6の爪先が地面に接触するのと同時に、アーム5の自重落下の防止のために再生解除弁50のところで発生させていた圧力損失を低減或いは消失させることができ、圧力損失分だけ掘削に要する力が増大してしまうのを防止できる。また、地面との接触の前にアーム5が自重落下してしまうのを防止でき、キャビテーションの発生を防止できる。 With the above configuration, the controller 30 acquires information on the current shape of the ground to be worked on based on information on the ground shape after the excavation operation and information on the ground shape after the soil discharge operation. Then, the attachment is controlled based on the acquired information on the current shape of the ground to be worked on. In this embodiment, the controller 30 adjusts the opening area of the regeneration release valve 50 based on the current posture of the excavation attachment and the current shape of the ground to be excavated. Specifically, the opening area of the regeneration release valve 50 is adjusted based on the current position of the tip of the bucket 6 and the current shape of the ground to be excavated. Therefore, at the same time that the tip of the bucket 6 contacts the ground to be excavated, the pressure loss in the regeneration release valve 50 of the hydraulic oil flowing out from the rod side oil chamber of the arm cylinder 8 to the hydraulic oil tank can be reduced or eliminated. As a result, the controller 30 can more accurately determine the presence or absence of contact and suppress erroneous determination compared to the case where the presence or absence of contact between the tip of the bucket 6 and the ground to be excavated is determined based on the change in the arm cylinder pressure, etc. In addition, by suppressing erroneous determination of the presence or absence of contact, operability and work efficiency can be improved. Specifically, at the same time that the tip of the bucket 6 comes into contact with the ground, the pressure loss that occurs at the regeneration release valve 50 to prevent the arm 5 from falling under its own weight can be reduced or eliminated, preventing the force required for excavation from increasing by the amount of pressure loss. In addition, the arm 5 can be prevented from falling under its own weight before coming into contact with the ground, preventing the occurrence of cavitation.

また、コントローラ30は、掘削ばかりでなく、盛土、埋め戻し等が行われた場合であっても作業対象の地面の現在の形状を正確に推定できる。そのため、バケット6の爪先が掘削対象地面に接触するタイミング等を正確に予測でき、再生解除弁50等の制御弁E1の制御タイミングをより適切に決定できる。 The controller 30 can also accurately estimate the current shape of the ground being worked on, not only when excavation is taking place, but also when filling, backfilling, etc. are taking place. This allows accurate prediction of the timing at which the toe of the bucket 6 will come into contact with the ground being excavated, and allows more appropriate determination of the control timing of the control valves E1, such as the regeneration release valve 50.

なお、コントローラ30は、アームシリンダ8に関する再生解除弁50の開口面積を調整するのと同様に、ブームシリンダ7に関する再生解除弁(図示せず。)の開口面積を調整してもよく、バケットシリンダ9に関する再生解除弁(図示せず。)の開口面積を調整してもよい。 In addition, the controller 30 may adjust the opening area of the regeneration release valve (not shown) for the boom cylinder 7, and may adjust the opening area of the regeneration release valve (not shown) for the bucket cylinder 9, in the same way as it adjusts the opening area of the regeneration release valve 50 for the arm cylinder 8.

次に、図13~図15を参照し、外部演算装置30Eの地面接触判定部34による掘削アタッチメント制御の別の実施例について説明する。なお、図13は、掘削対象地面の深さと基準面との関係を示す図である。基準面は、掘削対象地面の深さを定める基準となる平面である。本実施例では、基準面はショベルの中心点Rが位置する水平面であり、中心点Rはショベルの旋回軸と下部走行体1の接地面との交点である。 Next, referring to Figures 13 to 15, another embodiment of excavation attachment control by the ground contact determination unit 34 of the external computing device 30E will be described. Note that Figure 13 is a diagram showing the relationship between the depth of the ground to be excavated and the reference plane. The reference plane is a plane that serves as a reference for determining the depth of the ground to be excavated. In this embodiment, the reference plane is a horizontal plane on which the center point R of the shovel is located, and the center point R is the intersection of the swivel axis and the ground contact surface of the lower traveling body 1.

具体的には、図13の一点鎖線で示す掘削アタッチメントは、一点鎖線で示す基準面と同じ深さの掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さDは基準面の深さD0(=0)と同じである。なお、掘削対象地面の深さDは、地面形状情報取得部33が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて導き出される。また、掘削対象地面の深さDは、姿勢検出装置M3が検出した掘削アタッチメントの現在の姿勢に基づいて導き出されてもよい。 Specifically, the excavation attachment shown by the dashed dotted line in FIG. 13 represents the posture of the excavation attachment when excavating the ground to be excavated at the same depth as the reference plane shown by the dashed dotted line. In this case, the depth D of the ground to be excavated is the same as the depth D0 (=0) of the reference plane. Note that the depth D of the ground to be excavated is derived based on information regarding the current shape of the ground to be excavated acquired by the ground shape information acquisition unit 33. The depth D of the ground to be excavated may also be derived based on the current posture of the excavation attachment detected by the posture detection device M3.

また、図13の破線で示す掘削アタッチメントは、破線で示す掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さDは深さD1(>D0)で表される。 The digging attachment shown by the dashed line in FIG. 13 represents the posture of the digging attachment when digging the ground to be excavated shown by the dashed line. In this case, the depth D of the ground to be excavated is represented by depth D1 (>D0).

また、図13の実線で示す掘削アタッチメントは、実線で示す掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さDは深さD2(>D1)で表される。 The excavation attachment shown by the solid line in FIG. 13 represents the posture of the excavation attachment when excavating the ground to be excavated shown by the solid line. In this case, the depth D of the ground to be excavated is represented by depth D2 (>D1).

なお、掘削対象地面は基準面よりも高い位置にあってもよい。この場合、掘削対象地面の深さDは負の値で表されてもよい。 The ground to be excavated may be located higher than the reference level. In this case, the depth D of the ground to be excavated may be expressed as a negative value.

図14は、バケット角度θ3と掘削反力Fとの関係を示す図である。具体的には、図14(A)は、バケット6をバケット角度30°からバケット角度180°まで閉じる際のバケット6の姿勢の推移を示す。なお、図14(A)の破線で示すバケット6はバケット角度30°のときの姿勢を表し、図14(A)の実線で示すバケット6はバケット角度180°のときの姿勢を表す。 Figure 14 is a diagram showing the relationship between bucket angle θ3 and excavation reaction force F. Specifically, Figure 14 (A) shows the change in the attitude of the bucket 6 when the bucket 6 is closed from a bucket angle of 30° to a bucket angle of 180°. Note that the bucket 6 shown by the dashed line in Figure 14 (A) represents the attitude when the bucket angle is 30°, and the bucket 6 shown by the solid line in Figure 14 (A) represents the attitude when the bucket angle is 180°.

図14(B)は、掘削対象地面の深さDと所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Fの推移又はピーク値との対応関係を予め記憶する対応テーブルの内容の一例を示す。具体的には、図14(B)は、バケット角度30°からバケット角度180°までバケット6を閉じる際のバケット角度θ3に対する掘削反力Fの推移を示す。なお、対応テーブルは、実測データの分析に基づいて生成されるデータテーブルであり、例えば不揮発性メモリに予め登録されている。 Figure 14 (B) shows an example of the contents of a correspondence table that prestores the correspondence between the depth D of the ground to be excavated and the transition or peak value of the excavation reaction force F when a specified bucket closing operation is performed. Specifically, Figure 14 (B) shows the transition of the excavation reaction force F with respect to the bucket angle θ3 when closing the bucket 6 from a bucket angle of 30° to a bucket angle of 180°. The correspondence table is a data table that is generated based on the analysis of actual measurement data, and is preregistered in a non-volatile memory, for example.

また、図14(C)はバケット角度θ3の時間的推移を示し、図14(D)は図14(B)の対応テーブルを用いて算出される掘削反力Fの時間的推移を示す。なお、図14(C)及び図14(D)のそれぞれの時間軸(横軸)は共通である。 Figure 14(C) shows the time progression of the bucket angle θ3, and Figure 14(D) shows the time progression of the excavation reaction force F calculated using the correspondence table in Figure 14(B). Note that the time axis (horizontal axis) of Figure 14(C) and Figure 14(D) is the same.

また、図14(B)及び図14(D)の一点鎖線で示す推移は、掘削対象地面の深さDが深さD0のときの推移を表す。また、破線で示す推移は、掘削対象地面の深さDが深さD1のときの推移を表し、実線で示す推移は、掘削対象地面の深さDが深さD2のときの推移を表す。 The transitions shown by the dashed lines in Figures 14(B) and 14(D) represent the transitions when the depth D of the ground to be excavated is depth D0. The transitions shown by the dashed lines represent the transitions when the depth D of the ground to be excavated is depth D1, and the transitions shown by the solid lines represent the transitions when the depth D of the ground to be excavated is depth D2.

図14(A)及び図14(C)に示すようなバケット角度30°から180°までのバケット閉じ操作が行われた場合、掘削反力Fは、図14(B)及び図14(D)に示すように、バケット角度θ3がある角度(例えば100°)に至るまで増大した後で減少に転じ、バケット角度θ3が180°に達したときにゼロに至る。この傾向は、掘削対象地面の深さDにかかわらず同じである。但し、掘削反力Fのピーク値は、掘削対象地面の深さDの変化に応じて変化する。図14(B)及び図14(D)は、掘削対象地面の深さDが深くなるほど掘削反力Fのピーク値が大きくなる傾向を一例として示す。 When the bucket is closed with a bucket angle of 30° to 180° as shown in Figures 14(A) and 14(C), the excavation reaction force F increases until the bucket angle θ3 reaches a certain angle (e.g., 100°) and then starts to decrease, as shown in Figures 14(B) and 14(D), and reaches zero when the bucket angle θ3 reaches 180°. This tendency is the same regardless of the depth D of the ground to be excavated. However, the peak value of the excavation reaction force F changes according to the change in the depth D of the ground to be excavated. Figures 14(B) and 14(D) show, as an example, the tendency for the peak value of the excavation reaction force F to increase as the depth D of the ground to be excavated increases.

そこで、外部演算装置30Eの地面接触判定部34は、地面形状情報取得部33が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削対象地面の現在の深さDを導き出す。そして、地面接触判定部34は、掘削対象地面の現在の深さDに応じて、所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Fのピーク値を推定する。その後、地面接触判定部34は、推定した掘削反力Fのピーク値が所定値を上回るかを判定する。そして、上回ると判定した場合には、掘削アタッチメントの動きを制御してそのピーク値が所定値を超えないようにする。掘削反力Fが大きくなり過ぎて掘削アタッチメントの動きが不安定になるのを防止するためである。例えば、地面接触判定部34は、操作者によるブーム上げ操作の有無にかかわらず、バケット閉じ動作中にブーム4を自動的に上昇させることで掘削反力Fのピーク値が所定値を超えないようにする。例えば、地面接触判定部34は、操作者が気付かない程度の上昇率(単位時間当たりのブーム4の回動角度)でブーム4を自動的に上昇させる。そのため、地面接触判定部34は、ブーム4が自動的に上昇したことを操作者に気付かせずに掘削アタッチメントの動きを滑らかにすることができ、操作感を向上させることができる。なお、この場合の地面接触判定部34の制御対象は、再生解除弁50ではなく流量制御弁176である。例えば、地面接触判定部34は、推定した掘削反力Fのピーク値が所定値を上回るとの判定結果をコントローラ30に対して出力する。この判定結果を受けたコントローラ30は、流量制御弁176のパイロット圧を増減させる制御弁E1としての電磁弁(図示せず。)に対して制御指令を出力して流量制御弁176を自動的に移動させる。 Therefore, the ground contact determination unit 34 of the external calculation device 30E derives the current depth D of the ground to be excavated based on the information on the current shape of the ground to be excavated acquired by the ground shape information acquisition unit 33. Then, the ground contact determination unit 34 estimates the peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed according to the current depth D of the ground to be excavated. Then, the ground contact determination unit 34 determines whether the estimated peak value of the excavation reaction force F exceeds a predetermined value. If it is determined that it exceeds the predetermined value, the ground contact determination unit 34 controls the movement of the excavation attachment so that the peak value does not exceed the predetermined value. This is to prevent the excavation reaction force F from becoming too large and causing the movement of the excavation attachment to become unstable. For example, the ground contact determination unit 34 automatically raises the boom 4 during the bucket closing operation, regardless of whether the operator raises the boom, so that the peak value of the excavation reaction force F does not exceed the predetermined value. For example, the ground contact determination unit 34 automatically raises the boom 4 at a rise rate (rotation angle of the boom 4 per unit time) that the operator does not notice. Therefore, the ground contact determination unit 34 can smooth the movement of the excavation attachment without the operator noticing that the boom 4 has automatically risen, improving the operability. In this case, the control target of the ground contact determination unit 34 is the flow control valve 176, not the regeneration release valve 50. For example, the ground contact determination unit 34 outputs a determination result that the estimated peak value of the excavation reaction force F exceeds a predetermined value to the controller 30. The controller 30, which receives this determination result, outputs a control command to a solenoid valve (not shown) serving as a control valve E1 that increases or decreases the pilot pressure of the flow control valve 176, thereby automatically moving the flow control valve 176.

図15は、掘削反力Fのピーク値が所定値を超えないようにコントローラ30が掘削アタッチメントの姿勢を自動的に調整する処理(以下、「姿勢自動調整処理」とする。)の流れを示すフローチャートである。コントローラ30は、ショベル稼働中、所定の制御周期で繰り返しこの姿勢自動調整処理を実行する。 Figure 15 is a flow chart showing the flow of the process (hereinafter referred to as "automatic posture adjustment process") in which the controller 30 automatically adjusts the posture of the excavation attachment so that the peak value of the excavation reaction force F does not exceed a predetermined value. The controller 30 repeatedly executes this automatic posture adjustment process at a predetermined control period while the excavator is in operation.

最初に、コントローラ30は、掘削操作が行われたかを判定する(ステップS21)。本実施例では、コントローラ30は、操作内容検出装置29の出力に基づいてブーム操作、アーム操作、及びバケット操作の少なくとも1つが行われたかを判定する。 First, the controller 30 determines whether an excavation operation has been performed (step S21). In this embodiment, the controller 30 determines whether at least one of a boom operation, an arm operation, and a bucket operation has been performed based on the output of the operation content detection device 29.

そして、掘削操作が行われたと判定した場合(ステップS21のYES)、コントローラ30は、外部演算装置30Eの演算結果に基づいて掘削アタッチメントと地面が接触しているかを判定する(ステップS22)。本実施例では、外部演算装置30Eは、姿勢検出装置M3の出力から導き出されるバケット6の爪先の現在位置と、地面形状情報取得部33が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいてバケット6の爪先が地面に接触しているか否かを判定する。 If it is determined that an excavation operation has been performed (YES in step S21), the controller 30 determines whether the excavation attachment is in contact with the ground based on the calculation results of the external calculation device 30E (step S22). In this embodiment, the external calculation device 30E determines whether the toe of the bucket 6 is in contact with the ground based on the current position of the toe of the bucket 6 derived from the output of the attitude detection device M3 and information regarding the current shape of the ground to be excavated acquired by the ground shape information acquisition unit 33.

そして、掘削アタッチメントと地面が接触していると判定した場合(ステップS22のYES)、外部演算装置30Eは、掘削反力Fのピーク値を推定する(ステップS23)。本実施例では、外部演算装置30Eは、地面形状情報取得部33が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削対象地面の現在の深さDを導き出す。そして、外部演算装置30Eは、掘削対象地面の現在の深さDに応じて所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Fのピーク値を推定する。具体的には、外部演算装置30Eは、図14(B)に示すような対応テーブルを参照して掘削対象地面の現在の深さDに対応する掘削反力Fのピーク値を導き出す。また、外部演算装置30Eは、掘削対象地面の現在の深さDに基づいて所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Fのピーク値をリアルタイムで算出してもよい。また、外部演算装置30Eは、そのピーク値を算出する際に土砂密度等を考慮してもよい。土砂密度は、車載入力装置(図示せず。)を通じて操作者が入力する値であってもよく、シリンダ圧センサ等の各種センサの出力に基づいて自動的に算出される値であってもよい。 If it is determined that the excavation attachment is in contact with the ground (YES in step S22), the external calculation device 30E estimates the peak value of the excavation reaction force F (step S23). In this embodiment, the external calculation device 30E derives the current depth D of the ground to be excavated based on information on the current shape of the ground to be excavated acquired by the ground shape information acquisition unit 33. Then, the external calculation device 30E estimates the peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed according to the current depth D of the ground to be excavated. Specifically, the external calculation device 30E derives the peak value of the excavation reaction force F corresponding to the current depth D of the ground to be excavated by referring to a correspondence table such as that shown in FIG. 14 (B). In addition, the external calculation device 30E may calculate in real time the peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed based on the current depth D of the ground to be excavated. In addition, the external calculation device 30E may take into account the soil density, etc. when calculating the peak value. The soil density may be a value input by the operator through an on-board input device (not shown), or it may be a value calculated automatically based on the output of various sensors such as a cylinder pressure sensor.

その後、外部演算装置30Eは、推定した掘削反力Fのピーク値が所定値Fthを上回るかを判定する(ステップS24)。 Then, the external calculation device 30E determines whether the peak value of the estimated excavation reaction force F exceeds a predetermined value Fth (step S24).

そして、外部演算装置30Eによりピーク値が所定値Fthを上回ると判定された場合(ステップS24のYES)、コントローラ30は、バケット閉じ動作中に掘削アタッチメントの姿勢を自動的に調整する(ステップS25)。本実施例では、コントローラ30は、操作者によるブーム上げ操作の有無にかかわらず、バケット閉じ動作中にブーム4を自動的に上昇させる。具体的には、バケット角度θ3の変化に応じた所定の動作パターンでブーム4を自動的に上昇させる。 If the external calculation device 30E determines that the peak value exceeds the predetermined value Fth (YES in step S24), the controller 30 automatically adjusts the attitude of the excavation attachment during the bucket closing operation (step S25). In this embodiment, the controller 30 automatically raises the boom 4 during the bucket closing operation, regardless of whether or not the operator performs a boom raising operation. Specifically, the controller 30 automatically raises the boom 4 in a predetermined operation pattern according to the change in the bucket angle θ3.

なお、コントローラ30は、掘削操作が行われていないと判定した場合(ステップS21のNO)、外部演算装置30Eにより掘削アタッチメントと地面が接触していないと判定された場合(ステップS22のNO)、或いは、外部演算装置30Eによりピーク値が所定値Fth以下であると判定された場合には(ステップS24のNO)、掘削アタッチメントの姿勢を自動的に調整することなく、今回の姿勢自動調整処理を終了する。 If the controller 30 determines that no excavation operation is being performed (NO in step S21), if the external calculation device 30E determines that the excavation attachment is not in contact with the ground (NO in step S22), or if the external calculation device 30E determines that the peak value is equal to or less than the predetermined value Fth (NO in step S24), the controller 30 ends the current automatic attitude adjustment process without automatically adjusting the attitude of the excavation attachment.

以上の構成により、外部演算装置30Eは、掘削動作後の地面形状に関する情報、及び、排土動作後の地面形状に関する情報に基づいて作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する。そして、取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいてアタッチメントを制御する。本実施例では、外部演算装置30Eは、バケット閉じ動作中に掘削反力Fのピーク値が所定値Fthを超えないようにすることができる。そのため、掘削反力Fが過度に増大して掘削アタッチメントの動きが不安定になるのを防止し、ショベルの操作性及び作業効率を向上させることができる。また、外部演算装置30Eは、低めに設定された所定値Fthを用いることで、床堀作業、均し作業等の掘削作業以外の作業でも同様の効果を実現できる。 With the above configuration, the external calculation device 30E acquires information on the current shape of the ground surface to be worked on based on information on the ground surface shape after the excavation operation and information on the ground surface shape after the soil discharge operation. Then, the attachment is controlled based on the acquired information on the current shape of the ground surface to be worked on. In this embodiment, the external calculation device 30E can prevent the peak value of the excavation reaction force F from exceeding a predetermined value Fth during the bucket closing operation. This prevents the excavation reaction force F from increasing excessively, causing the movement of the excavation attachment to become unstable, improving the operability and work efficiency of the excavator. In addition, by using a low set predetermined value Fth, the external calculation device 30E can achieve the same effect in work other than excavation work, such as floor digging work and leveling work.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The above describes in detail preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention.

例えば、上述の実施例では、外部演算装置30Eは、姿勢検出装置M3が検出する掘削アタッチメントの現在の姿勢と、地面形状情報取得部33が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいて掘削アタッチメントが掘削対象地面に接触しているかを判定する。そして、接触していると判定した場合に、コントローラ30から再生解除弁50に対して制御指令を出力させてその開口面積を増大させる。或いは、接触していると判定した場合に、所定のバケット閉じ動作が行われるときの掘削反力Fのピーク値を推定し、その推定したピーク値が所定値Fthを上回るときに、ブーム4を自動的に上昇させて実際のピーク値が所定値Fth以下となるようにする。しかしながら、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。例えば、外部演算装置30Eは、接触していると判定した場合に、アタッチメントの駆動力(例えば掘削アタッチメントによる掘削力)を増大させてもよい。具体的には、外部演算装置30Eは、エンジン11の回転数を増大させたり、メインポンプ14L、14Rの吐出量を増大させたりしてもよい。なお、この場合の地面接触判定部34の制御対象は、再生解除弁50ではなく、エンジン11又はメインポンプ14のレギュレータである。 For example, in the above embodiment, the external calculation device 30E determines whether the excavation attachment is in contact with the ground surface to be excavated based on the current attitude of the excavation attachment detected by the attitude detection device M3 and the information on the current shape of the ground surface to be excavated acquired by the ground surface shape information acquisition unit 33. If it is determined that the excavation attachment is in contact with the ground surface to be excavated, the controller 30 outputs a control command to the regeneration release valve 50 to increase its opening area. Alternatively, if it is determined that the excavation attachment is in contact with the ground surface, the controller 30 estimates the peak value of the excavation reaction force F when a predetermined bucket closing operation is performed, and when the estimated peak value exceeds a predetermined value Fth, the boom 4 is automatically raised so that the actual peak value is equal to or less than the predetermined value Fth. However, the present invention is not limited to these configurations. For example, if it is determined that the excavation attachment is in contact with the ground surface, the external calculation device 30E may increase the driving force of the attachment (e.g., the excavation force by the excavation attachment). Specifically, the external calculation device 30E may increase the rotation speed of the engine 11 or increase the discharge volume of the main pumps 14L and 14R. In this case, the object of control of the ground contact determination unit 34 is not the regeneration release valve 50, but the regulator of the engine 11 or the main pump 14.

また、外部演算装置30Eは、リモート運転又は自動掘削運転(無人運転)の場合であっても、掘削反力Fのピーク値が所定値Fthを上回ると判断したときにブーム4を自動的に上昇させてもよい。掘削反力Fを小さくして円滑な掘削作業を継続させるためである。 In addition, even in the case of remote operation or automatic excavation operation (unmanned operation), the external calculation device 30E may automatically raise the boom 4 when it determines that the peak value of the excavation reaction force F exceeds a predetermined value Fth. This is to reduce the excavation reaction force F and continue smooth excavation work.

また、上述の実施例では、地形データベース更新部31は、ショベルの起動時に通信装置M1を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、地形データベース更新部31は、撮像装置が撮像したショベル周辺の画像に基づいて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新してもよい。 In the above embodiment, the terrain database update unit 31 acquires terrain information of the work site through the communication device M1 when the shovel is started, and updates the terrain database. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, the terrain database update unit 31 may acquire terrain information of the work site based on an image of the shovel's surroundings captured by an imaging device, and update the terrain database.

図16は、撮像装置M5に接続される外部演算装置30Eの構成例を示す機能ブロック図である。図16の構成は、通信装置M1の代わりに撮像装置M5が接続される点で、図4の構成と相違するがその他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。 Figure 16 is a functional block diagram showing an example configuration of an external computing device 30E connected to an imaging device M5. The configuration of Figure 16 differs from the configuration of Figure 4 in that an imaging device M5 is connected instead of a communication device M1, but is otherwise common. Therefore, a description of the common parts will be omitted and the different parts will be described in detail.

撮像装置M5はショベルの周辺の画像を取得する装置である。本実施例では、撮像装置M5は、ショベルの上部旋回体3に取り付けられるカメラであり、撮像した画像に基づいてショベルの周囲の地面までの距離を認識して作業現場の地形情報を取得する。なお、撮像装置M5はステレオカメラ、距離画像カメラ、3次元レーザスキャナ等であってもよい。 The imaging device M5 is a device that captures images of the periphery of the shovel. In this embodiment, the imaging device M5 is a camera attached to the upper rotating body 3 of the shovel, and recognizes the distance to the ground around the shovel based on the captured images to acquire topographical information of the work site. Note that the imaging device M5 may also be a stereo camera, a distance imaging camera, a three-dimensional laser scanner, etc.

また、撮像装置M5はショベルの外部に取り付けられていてもよい。この場合、外部演算装置30Eは、通信装置M1を介して撮像装置M5が出力する地形情報を取得してもよい。具体的には、撮像装置M5は、空撮用マルチコプタ、作業現場に設置された鉄塔等に取り付けられ、作業現場を上から見た画像に基づいて作業現場の地形情報を取得してもよい。また、撮像装置M5は、空撮用マルチコプタに取り付けられた場合、1時間に1回程度の頻度で或いはリアルタイムで、作業現場を上から見た画像を撮像して作業現場の地形情報を取得してもよい。撮像装置M5が取得した地形情報は地形データベースの更新に用いられる。その更新間隔は、地形情報の所得間隔が1時間以上の場合には、姿勢検出装置M3からの信号に基づく地形データベースの更新間隔よりも長い。 The imaging device M5 may also be attached to the outside of the shovel. In this case, the external computing device 30E may acquire the terrain information output by the imaging device M5 via the communication device M1. Specifically, the imaging device M5 may be attached to an aerial photography multicopter, a steel tower installed at the work site, or the like, and may acquire the terrain information of the work site based on an image of the work site viewed from above. When the imaging device M5 is attached to an aerial photography multicopter, it may acquire the terrain information of the work site by capturing an image of the work site viewed from above at a frequency of about once an hour or in real time. The terrain information acquired by the imaging device M5 is used to update the terrain database. When the acquisition interval of the terrain information is one hour or more, the update interval is longer than the update interval of the terrain database based on the signal from the attitude detection device M3.

図17~図19は、撮像装置M5に接続される外部演算装置30Eの別の構成例を示す機能ブロック図である。図17の構成は、地形データベース更新部31及び位置座標更新部32のそれぞれが撮像装置M5(特にショベルの外部にある撮像装置M5)の出力を利用する点で、図4の構成と相違するがその他の点で共通する。図17の実施例では、地形データベース更新部31は、例えば、1日1回の頻度で通信装置M1を通じて作業現場の地形情報を取得し、且つ、1時間に1回の頻度で或いはリアルタイムで撮像装置M5を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。また、位置座標更新部32は、測位装置M2の出力と撮像装置M5の出力を併用してショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新する。なお、位置座標更新部32は、撮像装置M5の出力のみに基づいてショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新してもよい。 Figures 17 to 19 are functional block diagrams showing another example of the configuration of the external computing device 30E connected to the imaging device M5. The configuration of Figure 17 differs from the configuration of Figure 4 in that the terrain database update unit 31 and the position coordinate update unit 32 each use the output of the imaging device M5 (particularly the imaging device M5 outside the shovel), but is common in other respects. In the embodiment of Figure 17, the terrain database update unit 31 obtains terrain information of the work site through the communication device M1, for example, once a day, and obtains terrain information of the work site through the imaging device M5 once an hour or in real time to update the terrain database. The position coordinate update unit 32 updates data related to the coordinates and orientation representing the current position of the shovel in real time using the output of the positioning device M2 and the output of the imaging device M5 in combination. The position coordinate update unit 32 may also update data related to the coordinates and orientation representing the current position of the shovel in real time based only on the output of the imaging device M5.

図18の構成は、位置座標更新部32が撮像装置M5の出力のみを利用し且つ測位装置M2が省略された点で図4の構成と相違するがその他の点で共通する。また、図19の構成は、地形データベース更新部31及び位置座標更新部32のそれぞれが撮像装置M5の出力のみを利用し且つ通信装置M1及び測位装置M2が省略された点で図4の構成と相違するがその他の点で共通する。 The configuration of FIG. 18 differs from the configuration of FIG. 4 in that the position coordinate update unit 32 uses only the output of the imaging device M5 and the positioning device M2 is omitted, but is otherwise common. Also, the configuration of FIG. 19 differs from the configuration of FIG. 4 in that the topographical database update unit 31 and the position coordinate update unit 32 each use only the output of the imaging device M5 and the communication device M1 and the positioning device M2 are omitted, but is otherwise common.

このように、外部演算装置30Eは、撮像装置M5の出力に基づいて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新してもよく、ショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新してもよい。 In this way, the external computing device 30E may obtain topographical information of the work site based on the output of the imaging device M5 and update the topographical database, and may update data regarding the coordinates and orientation representing the current position of the shovel in real time.

また、上述の実施例では、外部演算装置30Eはコントローラ30の外部にある別の演算装置として説明されたが、コントローラ30に一体的に統合されてもよい。 In addition, in the above embodiment, the external computing device 30E is described as a separate computing device external to the controller 30, but it may be integrated into the controller 30.

1・・・下部走行体 1A・・・走行用油圧モータ(左用) 1B・・・走行用油圧モータ(右用) 2・・・旋回機構 2A・・・旋回用油圧モータ 3・・・上部旋回体 4・・・ブーム 5・・・アーム 6・・・バケット 7・・・ブームシリンダ 8・・・アームシリンダ 9・・・バケットシリンダ 10・・・キャビン 11・・・エンジン 11a・・・オルタネータ 11b・・・スタータ 11c・・・水温センサ 14L、14R・・・メインポンプ 14a・・・レギュレータ 14b・・・吐出圧力センサ 14c・・・油温センサ 15・・・パイロットポンプ 15a、15b・・・油圧センサ 16・・・高圧油圧ライン 17・・・コントロールバルブ 25、25a・・・パイロットライン 26・・・操作装置 26A~26C・・・レバー又はペダル 29・・・操作内容検出装置 30・・・コントローラ 30a・・・一時記憶部 30E・・・外部演算装置 31・・・地形データベース更新部 32・・・位置座標更新部 33・・・地面形状情報取得部 34・・・地面接触判定部 40・・・画像表示装置 40a・・・変換処理部 40L、40R・・・センターバイパス管路 41・・・画像表示部 42・・・入力部 42a・・・ライトスイッチ 42b・・・ワイパースイッチ 42c・・・ウインドウォッシャスイッチ 50・・・再生解除弁 50a・・・油路 70・・・蓄電池 72・・・電装品 74・・・エンジン制御装置(ECU) 75・・・エンジン回転数調整ダイヤル 171~176・・・流量制御弁 175a・・・再生油路 E1・・・制御弁 M1・・・通信装置 M2・・・測位装置 M3・・・姿勢検出装置 M3a・・・ブーム角度センサ M3b・・・アーム角度センサ M3c・・・バケット角度センサ M3d・・・車体傾斜センサ M4・・・シリンダ圧検出装置 M5・・・撮像装置 1: Lower traveling body 1A: Travel hydraulic motor (for left) 1B: Travel hydraulic motor (for right) 2: Swing mechanism 2A: Swing hydraulic motor 3: Upper rotating body 4: Boom 5: Arm 6: Bucket 7: Boom cylinder 8: Arm cylinder 9: Bucket cylinder 10: Cabin 11: Engine 11a: Alternator 11b: Starter 11c: Water temperature sensor 14L, 14R: Main pump 14a: Regulator 14b: Discharge pressure sensor 14c: Oil temperature sensor 15: Pilot pump 15a, 15b: Hydraulic sensor 16: High pressure hydraulic line 17: Control valve 25, 25a: Pilot line 26: Operation device 26A to 26C: Levers or pedals 29: Operation content detection device 30: Controller 30a: Temporary memory unit 30E: External calculation device 31: Terrain database update unit 32: Position coordinate update unit 33: Ground shape information acquisition unit 34: Ground contact determination unit 40: Image display device 40a: Conversion processing unit 40L, 40R: Center bypass pipe 41: Image display unit 42: Input unit 42a: Light switch 42b: Wiper switch 42c: Window washer switch 50: Regeneration release valve 50a: Oil passage 70: Storage battery 72: Electrical equipment 74: Engine control unit (ECU) 75: Engine speed adjustment dial 171-176: Flow control valve 175a: Regeneration oil passage E1: Control valve M1: Communication device M2: Positioning device M3: Attitude detection device M3a: Boom angle sensor M3b: Arm angle sensor M3c: Bucket angle sensor M3d: Vehicle body inclination sensor M4: Cylinder pressure detection device M5: Imaging device

Claims (4)

下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、
制御装置と、を備えるショベルであって、
前記制御装置は、前記制御装置が参照できるようにデータベースに記憶された、前記アタッチメントによる土砂の形状を変化させる動作が行われる前の、当該ショベルが位置する作業現場の3次元形状モデルとしての土砂の形状情報を、前記アタッチメントによる土砂の形状を変化させる動作が行われた後であって、前記アタッチメントによる土砂の形状を変化させる別の動作が行われる前に更新し、
前記制御装置が更新する土砂の形状情報は、掘削された地面の形状、及び、排土された土砂の形状を含み、
前記排土された土砂の形状は、予め記憶された情報に基づいて決定される
ショベル。
A lower running body;
An upper rotating body mounted on the lower traveling body;
An attachment attached to the upper rotating body;
a posture detection device for detecting a posture of the attachment;
A shovel comprising:
the control device updates shape information of the soil as a three-dimensional shape model of the work site where the shovel is located before an operation of changing the shape of the soil by the attachment is performed, which is stored in a database so that the control device can refer to, after an operation of changing the shape of the soil by the attachment is performed and before another operation of changing the shape of the soil by the attachment is performed;
The shape information of the soil and sand updated by the control device includes a shape of the excavated ground surface and a shape of the removed soil and sand,
The shape of the discharged soil is determined based on pre-stored information .
Shovel.
前記排土された土砂の形状情報は、撮像装置により取得される、
請求項1に記載のショベル。
The shape information of the discharged soil is acquired by an imaging device.
The shovel according to claim 1.
前記撮像装置は、マルチコプタに備えられ、
前記制御装置は、前記撮像装置から通信装置を介して土砂の形状情報を取得する、
請求項2に記載のショベル。
The imaging device is provided on a multicopter,
The control device acquires shape information of the soil and sand from the imaging device via a communication device.
The shovel according to claim 2.
下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、を備えるショベルに用いられるショベル用のシステムであって、
制御装置を有し、
前記制御装置は、前記制御装置が参照できるようにデータベースに記憶された、前記アタッチメントによる土砂の形状を変化させる動作が行われる前の、前記ショベルが位置する作業現場の3次元形状モデルとしての土砂の形状情報を、前記アタッチメントによる土砂の形状を変化させる動作が行われた後であって、前記アタッチメントによる土砂の形状を変化させる別の動作が行われる前に更新し、
前記制御装置が更新する土砂の形状情報は、掘削された地面の形状、及び、排土された土砂の形状を含み、
前記排土された土砂の形状は、予め記憶された情報に基づいて決定される
ショベル用のシステム。
A system for a shovel used in a shovel including a lower traveling body, an upper rotating body mounted on the lower traveling body, an attachment attached to the upper rotating body, and a posture detection device that detects the posture of the attachment,
A control device is provided.
the control device updates shape information of the soil as a three-dimensional shape model of the work site where the shovel is located before an operation of changing the shape of the soil by the attachment is performed, which is stored in a database so that the control device can refer to, after an operation of changing the shape of the soil by the attachment is performed and before another operation of changing the shape of the soil by the attachment is performed;
The shape information of the soil and sand updated by the control device includes a shape of the excavated ground surface and a shape of the removed soil and sand,
The shape of the discharged soil is determined based on pre-stored information .
System for excavators.
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