JP7632993B2 - 電磁比例弁、建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、電磁比例弁および建設機械に関する。

電気的に制御された油圧アクチュエータによって被駆動装置を駆動することが知られている。例えば、特許文献１には、システムコントローラを有する射出成形機に用いられるインテリジェント油圧アクチュエータが記載されている。この油圧アクチュエータは、システムコントローラに連結されたマイクロコントローラを備えており、作動油の流量に応じて第１の位置と第２の位置との間を直線的に動いて駆動対象の射出成形構造を駆動する。このマイクロコントローラは油圧アクチュエータに近接して配置されている。

特開２０００－１２０６０３号公報

本発明者らは、油圧シリンダを制御する電磁弁を有する装置について、以下の認識を得た。

ある建設機械は、複数の油圧シリンダによってそれぞれ駆動されるブーム、アームおよびバケット等のアタッチメントを備え、これらの被駆動体を個別に動かして所定の作業を行う。複数の油圧シリンダを駆動するために、油圧シリンダに供給される油圧を調整する複数の電磁弁と、油圧を検知する複数の油圧センサと、その検知結果に応じて複数の電磁弁を制御するシステムコントローラとを組み合わせることが考えられる。

しかし、この構成では、システムコントローラは、建設機械本体を制御しながら電磁弁を制御するので、処理負担が大きい。また、各電磁弁およびセンサについてシステムコントローラとの間に多数の配線を設けるので、構成が大がかりになる。また、アタッチメントの追加、変更などシステム構成を変更するには、システムコントローラを規模の大きなものに交換し、配線を増やし、システムコントローラのプログラムを書き換えるなど多大な工数がかかる。

これらから、特許文献１に記載の発明は、装置の構成を容易に変更可能にする観点で、十分に対処されていとはいえない。このような課題は、建設機械に限らず他の種類の可動装置についても生じうる。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、アクチュエータに作動流体を供給する電磁弁を備える装置において構成を容易に変更可能な技術を提供することを目的の一つとしている。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電磁比例弁は、被駆動体を駆動するアクチュエータに作動流体を供給する比例弁本体と、比例弁本体を制御するために当該比例弁本体と一体的に設けられる電磁弁制御部とを備える。

なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、アクチュエータに作動流体を供給する電磁弁を備える装置において構成を容易に変更可能な技術を提供できる。

第１実施形態の電磁比例弁を含む制御システムを備えた建設機械を概略的に示す側面図である。 図１の制御システムを概略的に示すブロック図である。 比較例に係る制御システムを示すブロック図である。 図１の電磁比例弁の比例弁本体および電磁弁制御部を概略的に示す斜視図である。 図１の電磁比例弁の集合体ブロックの一例を概略的に示す斜視図である。 図１の制御システムの動作の一例を説明するフローチャートである。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［第１実施形態］
図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る電磁比例弁１０の構成を説明する。電磁比例弁１０は、被駆動体を駆動するアクチュエータに供給される作動流体を制御する弁機構である。被駆動体に制限はないが、本実施形態における被駆動体は、建設機械のブーム、アーム、バケットなどである。アクチュエータに制限はないが、本実施形態におけるアクチュエータは、作動油などの作動流体の圧力によりブーム、アーム、バケットに駆動力を与える油圧シリンダである。

図１は、第１実施形態の電磁比例弁１０を含む制御システム１を備えた建設機械１００を概略的に示す側面図である。図２は、制御システム１を概略的に示すブロック図である。制御システム１は、電磁比例弁１０と、検知手段１６とを主に備える。図２に示す制御システム１の各構成要素は、一体的に設けられてもよいし、別体として設けられてもよいし、互いに離れて設けられてもよい。電磁比例弁１０は、比例弁本体１２と、電磁弁制御部１４とを主に備える。比例弁本体１２は、後述するソレノイド１０ｄと、スプール１０ｅと、ケーシング１０ｃとを含み、被駆動体を駆動するアクチュエータ５６に作動流体を供給する。電磁弁制御部１４は、比例弁本体１２を制御するために比例弁本体１２と一体的に設けられるローカル制御手段として機能する。

電磁弁制御部１４は、制御システム１を搭載する本体装置を制御する手段（以下、「他の制御手段」という）と連携して動作するものであってもよい。他の制御手段は、例えば、上位の制御手段である。電磁弁制御部１４は、コンピュータのプロセッサを含んで構成できる。検知手段１６は、比例弁本体１２からアクチュエータ５６に供給される作動流体Ｆｄに関する情報を検知する圧力センサとして機能する。検知手段１６の検知結果は電磁弁制御部１４に提供される。
先に、建設機械１００の構成を説明し、制御システム１については後に詳述する。

本実施形態の建設機械１００は、バケット４６を移動させて作業を行う建設機械であり、いわゆるパワーショベルとして機能する。建設機械１００は、上位制御手段２０と、周囲環境監視手段３２とを含む。この例では、上位制御手段２０は、他の制御手段を例示している。上位制御手段２０は、コンピュータのプロセッサを含んで構成でき、建設機械１００の各部の動作を制御する本体電磁弁制御部として機能する。周囲環境監視手段３２は、建設機械１００の周囲環境に関する様々な情報を取得できる。本実施形態の周囲環境監視手段３２は、建設機械１００およびその周囲を撮像した画像情報Ｇｐを取得するために画像センサ３２ｄを含む。周囲環境監視手段３２については後述する。

また、建設機械１００は、下部走行部３６と、上部車体部３４と、腕機構４８と、バケット４６とを有する。本実施形態において腕機構４８と、バケット４６とは作業部４０を構成する。下部走行部３６は、無限軌道などにより所定方向に走行可能に構成される。上部車体部３４は、下部走行部３６に搭載されている。上部車体部３４と作業部４０とは、旋回駆動部６０により下部走行部３６に対して旋回軸Ｌａまわりに旋回可能に構成される。旋回駆動部６０は、例えば、旋回モータ（不図示）と旋回ギア（不図示）とで構成できる。上部車体部３４には、操縦室３８が設けられる。

操縦室３８には、作業部４０を操縦する操作部５４が設けられる。操作部５４から操作が入力されると、その操作に応じて複数の電磁比例弁１０が開閉する。電磁比例弁１０の開閉に応じて、ポンプ５８ｐから供給される作動流体Ｆｄが複数のアクチュエータ５６に供給される。アクチュエータ５６は、アクチュエータ５６ａ、５６ｂ、５６ｃを含む。

複数の電磁比例弁１０それぞれは、アクチュエータ５６ａ、５６ｂ、５６ｃを制御する。アクチュエータ５６ａ、５６ｂ、５６ｃは、各電磁比例弁１０からの作動流体Ｆｄの供給量に応じて伸縮する。

検知手段１６は、アクチュエータ５６ａ、５６ｂ、５６ｃに供給される作動流体Ｆｄの圧力を検知する検知手段１６ａ、１６ｂ、１６ｃを含む。

腕機構４８の基端部は、一例として、上部車体部３４において操縦室３８の右側に設けられる。腕機構４８は、例えば、上部車体部３４から前方に延びるブーム４２とアーム４４とを含む。腕機構４８の先端側にはバケット４６が取り付けられる。このように、建設機械１００は、操縦者の操縦に応じて作業部４０の姿勢を変化させることによりバケット４６を駆動して目的の作業を行うことができる。また、建設機械１００は、上部車体部３４と作業部４０とを旋回させることにより、バケット４６を三次元的に移動させることができる。

ここで、比較例の制御システム５１０を説明する。本比較例は、本発明を創作する過程において本発明者らによって案出されたものである。図３は、本比較例の制御システム５１０を概略的に示すブロック図であり、図２に対応する。本比較例の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、相違する構成を説明する。

本比較例は、アクチュエータ５６ａ、５６ｂ、５６ｃを制御する電磁弁５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃを有する。電磁弁５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃは、個別の電磁弁制御部を有しない。電磁弁５１２ａ、５１２ｂ、５１２ｃは、本体電磁弁制御部５２０によって制御される。圧力センサ５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃは、アクチュエータ５６ａ、５６ｂ、５６ｃに供給される作動流体Ｆｄの圧力を検知して、圧力信号を本体電磁弁制御部５２０に出力する。

本比較例では、本体電磁弁制御部５２０は、操作部５５４の操作結果を直接受信して、その操作結果に応じて個々のアクチュエータ５６ａ～５６ｃの制御目標値を決定する。本体電磁弁制御部５２０は、個々の圧力センサ５１６ａ～５１６ｃからの圧力信号を帰還量として、制御目標値との比較結果に応じて個々の電磁弁５１２ａ～５１２ｃをフィードバック制御する。この結果、操作部５５４の操作に応じてアクチュエータ５６ａ～５６ｃの伸縮長が変化し、ブーム４２、アーム４４およびバケット４６の姿勢が変化する。

本比較例では、個々の電磁弁５１２ａ～５１２ｃおよび個々の圧力センサ５１６ａ～５１６ｃと本体電磁弁制御部５２０との間で多数の配線を設けるので、配線作業が煩雑である。本体電磁弁制御部が、個々の電磁弁５１２ａ～５１２ｃのフィードバック制御を処理するので、トータルの処理負担が過大になりやすい。このため、電磁弁を追加する際、本体電磁弁制御部５２０のプロセッサを高速大容量型に交換することが必要になる。また、電磁弁の制御特性を変更する際、本体電磁弁制御部５２０のプログラムを変更する必要があり、他の制御への影響が懸念される。このように、本比較例は、構成が煩雑でシステム構成の変更が困難であるという問題を有している。

比較例の説明を踏まえて、本実施形態を説明する。図２に示すように、本実施形態では、各構成要素間は、共用の通信回線２８を介して相互に通信する。通信回線２８には、種々の通信方式を採用できるが、本実施形態はＣＡＮ（登録商標）を採用している。通信回線２８は、ＵＳＢ（登録商標）、インサーネット（登録商標）など他の様々な方式であってもよい。通信回線２８は、光通信を含む有線であってもよいし、無線であってもよい。本実施形態は、共用の通信回線２８を用いることにより、アタッチメントの追加、変更が容易に行える。通信回線２８は、ＣＡＮを採用したことにより、良好な耐ノイズ性を確保できる。

図２に示すように、本実施形態では、電磁弁制御部１４と、検知手段１６と、操作部５４と、周囲環境監視手段３２とは、情報を伝達（送信、受信）するために、通信回線２８を介して上位制御手段２０と通信可能に構成されている。換言すると、電磁弁制御部１４と、検知手段１６と、操作部５４と、周囲環境監視手段３２と、上位制御手段２０とは、通信部２８ｃを有し、通信回線２８を介して互いに通信可能に構成されている。

操作部５４の操作結果は、直接上位制御手段２０に入力されてもよいが、本実施形態では、通信回線２８を介して上位制御手段２０に送信される。上位制御手段２０は、操作部５４の操作結果に応じて個々のアクチュエータ５６ａ～５６ｃの制御目標値Ｃｓを決定する。個々の制御目標値Ｃｓは、通信回線２８を介して個々の電磁弁制御部１４に伝達される。電磁弁制御部１４は、制御目標値Ｃｓを受信する。

図２に示すように、本実施形態では、検知手段１６ａ～１６ｃの検知結果（圧力信号）が電磁弁制御部１４に入力される。電磁弁制御部１４は、検知手段１６ａ～１６ｃの検知結果を帰還量Ｃｘとして取得する。電磁弁制御部１４は、制御目標値Ｃｓと帰還量Ｃｘの比較結果に応じて比例弁本体１２をフィードバック制御する。このように、ローカルな電磁弁制御部によって比例弁本体を制御することにより、上位制御手段２０の処理負担が減り、上位制御手段２０に小規模なプロセッサを採用できる。

電磁弁制御部１４は、通信回線２８を介して操作部５４の操作結果を取得して、自律的に制御目標値Ｃｓを決定してもよい。この場合、上位制御手段２０の処理負担を一層減らすことができる。

電磁比例弁１０を説明する。本実施形態では、電磁弁制御部１４と比例弁本体１２とは一体的に構成されている。図４は、電磁比例弁１０を概略的に示す側面図である。電磁比例弁１０は、電磁弁制御部１４と、ソレノイド１０ｄと、スプール１０ｅと、ケーシング１０ｃとを含む。

本実施形態のケーシング１０ｃは中空円筒形状を有する。本実施形態では、電磁弁制御部１４と、ソレノイド１０ｄと、スプール１０ｅがこの順で配列され、全体がケーシング１０ｃに収容されている。ソレノイド１０ｄは、電磁弁制御部１４の制御に応じて可動鉄心（不図示）を移動させる。スプール１０ｅは、可動鉄心と一体的に移動し、ケーシング１０ｃに設けられた複数の入出力ポート（不図示）を開閉する。つまり、ソレノイド１０ｄは、電磁弁制御部１４に電気的に駆動され、可動鉄心によりスプール１０ｅを駆動する。

図２に戻り、電磁比例弁１０の動作を説明する。ポンプ５８ｐによってタンク５８ｔ内の作動流体Ｆｄが、電磁比例弁１０の入力ポートに供給される。電磁弁制御部１４の制御に応じて圧力が調整された作動流体Ｆｄが、電磁比例弁１０の出力ポートからアクチュエータ５６に供給される。電磁比例弁１０は、上位制御手段２０からの制御目標値Ｃｓと検知手段１６からの帰還量Ｃｘとの比較結果に応じて出力ポートから供給される作動流体Ｆｄの圧力を制御する。

電磁比例弁１０では、作動流体Ｆｄの圧力は、電磁弁制御部１４に組み込まれたプログラムに沿った制御特性により制御される。したがって、電磁比例弁１０では、プログラムを柔軟に変更することが可能である。プログラムを変更することにより、電磁比例弁１０は、制御目標値Ｃｓに対して線型や非線形などの所望の特性で作動流体Ｆｄの圧力を制御できる。

図２、図５を参照して、集合体ブロック１８を説明する。図５は、集合体ブロック１８の一例を概略的に示す斜視図である。複数の電磁比例弁１０を区別するために、符号の末尾に「－Ａ」、「－Ｂ」、「－Ｃ」を付して表記する。電磁比例弁１０－Ａ、１０－Ｂ、１０－Ｃは別々に配置されてもよいが、本実施形態の電磁比例弁１０－Ａ、１０－Ｂ、１０－Ｃは、一体化された集合体ブロック１８に配置されている。複数の電磁比例弁を集合体ブロック１８に配置することによって、システム全体をコンパクトに構成できる。

図１、図２を参照して、周囲環境監視手段３２を説明する。周囲環境監視手段３２は、１以上の画像センサ３２ｄを有し、操縦室３８の屋根に設けられている。周囲環境監視手段３２は、建設機械１００の周囲環境および作業部４０を撮像してその画像情報Ｇｐを取得する。

画像情報Ｇｐを用いることにより、建設機械１００は、作業部４０が周囲の人や物との接触を回避する接触回避機能を備えることができる。接触回避機能を実現するために、上位制御手段２０において画像情報Ｇｐの画像処理と回避制御（以下、「接触回避処理」という）とを行う構成が考えられる。しかし、この構成では、既存の建設機械１００に接触回避機能を組み込む際に、上位制御手段２０のソフトウエアを大幅に書き換える必要がある。また、上位制御手段２０の処理能力が不足して、上位制御手段２０を高速大容量型に交換することも必要になる。したがって、接触回避機能を実現するために大掛かりな変更が避けられない。

そこで、本実施形態では、電磁比例弁１０の電磁弁制御部１４において、接触回避処理を行うように構成されている。この場合、接触回避処理用のソフトウエアを組み込んだ電磁比例弁１０をアドオンとして追加できるので、上位制御手段２０のソフトウエアは殆ど変更せずに済む。

次に、本実施形態の制御システム１の接触回避処理を説明する。図６は、制御システム１の接触回避処理Ｓ７０を示すフローチャートである。処理Ｓ７０は、画像情報Ｇｐに基づいて、周囲の人や物などの障害物との接触を回避するように作業部４０の動作を制御する処理である。ここでは、制御システム１は、障害物を特定し、作業部４０と障害物との干渉を予測し、その予測結果に基づいて作業部４０に減速、停止、軌道変化などの回避動作を行わせる例を説明する。処理Ｓ７０は、管理者により接触回避処理の指示が入力されたタイミングで開始される。

接触回避処理のタイミングに至ったら（ステップＳ７１のＹ）、電磁比例弁１０の電磁弁制御部１４は、通信回線２８を介して周囲環境監視手段３２から画像情報Ｇｐを取得する（ステップＳ７２）。このステップは、電磁弁制御部１４のいずれかで実行されてもよいが、本実施形態では電磁弁制御部１４のそれぞれで実行される。後の処理を分散して実行するためである。なお、いずれかで画像情報Ｇｐを取得し、情報量の圧縮など一定の画像処理を行った画像情報を電磁弁制御部１４で共有するようにしてもよい。

画像情報Ｇｐを取得したら、電磁弁制御部１４は、画像情報Ｇｐから作業部４０の位置と速度を特定する（ステップＳ７３）。

作業部４０を特定したら、電磁弁制御部１４は、画像情報Ｇｐから障害物の位置と速度を特定する（ステップＳ７４）。

障害物を特定したら、電磁弁制御部１４は、作業部４０と障害物との間の距離変化を予測する（ステップＳ７５）。

ステップＳ７３～Ｓ７５の処理は電磁弁制御部１４のいずれかで実行されてもよいが、本実施形態では電磁弁制御部１４で分散して実行される。例えば、一の電磁弁制御部でステップＳ７３を実行し、別の電磁弁制御部でステップＳ７４を実行し、さらに別の電磁弁制御部でステップＳ７５を実行してもよい。処理を分散することにより、処理負担の集中を緩和できる。

距離変化を予測したら、電磁弁制御部１４は、作業部４０と障害物との間において予測される最小距離（以下、「予測最小距離」という）に応じて回避動作の態様を決定する（ステップＳ７６）。例えば、予測最小距離に応じて以下のように回避動作の態様を決定してもよい。
（１）予測最小距離が第１距離以上の場合：回避動作を行わない。
（２）予測最小距離が第１距離未満で第２距離以上の場合：作業部４０の移動を減速する。
（３）予測最小距離が第２距離未満で第３距離以上の場合：作業部４０の移動を停止する。
（４）予測最小距離が第３距離未満の場合：作業部４０の移動軌道を変更する。

回避動作の態様を決定したら、電磁弁制御部１４は、その態様に沿って回避動作するように、作動流体Ｆｄの供給量を調整してアクチュエータ５６ａ～５６ｃを制御する（ステップＳ７７）。ステップＳ７７を実行したら、処理Ｓ７０は終了する。ステップＳ７１～Ｓ７７は、接触回避処理の指示が無くなるまで繰り返し実行される。

接触回避処理のタイミングに至らなければ（ステップＳ７１のＮ）、ステップＳ７２～Ｓ７７をスキップする。この処理Ｓ７０は、あくまでも一例であって、ステップの順序を入れ替えたり、一部のステップを追加・削除・変更してもよい。処理Ｓ７０の一部は上位制御手段２０で実行されてもよい。この場合、電磁弁制御部１４の処理負担を減らせる。

以上のように構成された本実施形態の制御システム１の特徴を説明する。制御システム１は、作業部４０を駆動するアクチュエータ５６に作動流体Ｆｄを供給する比例弁本体１２と、比例弁本体１２を制御するために当該比例弁本体１２と一体的に設けられる電磁弁制御部１４とを備える。

この場合、電磁弁制御部１４が比例弁本体１２と一体的に設けられているので、制御のための処理を各電磁弁制御部で分散でき、電磁弁制御部１４を制御する上位制御手段２０の処理負担を軽減できる。また、電磁弁制御部１４が比例弁本体１２を制御するので、上位制御手段２０との間の配線を簡略化できる。また、比例弁本体１２を追加変更する際に、上位制御手段２０のソフトウエアをわずかに変更することで対応できる。電磁弁制御部１４のソフトウエアを変更することにより、アクチュエータ５６の制御特性を変更することや、被駆動体の動作特性を変更できる。

電磁弁制御部１４は、比例弁本体１２から供給される作動流体Ｆｄに関する情報を検知する検知手段１６から検知結果を取得し、当該検知結果に基づいて比例弁本体１２を制御する。この場合、検知手段１６と電磁弁制御部１４とによりフィードバック制御ができる。

電磁弁制御部１４は、周囲環境監視手段３２からの周囲環境に関する情報に基づいて比例弁本体１２を制御する。この場合、周囲環境の状況に応じて被駆動体の動作を変更できる。

電磁弁制御部１４は、周囲環境監視手段３２からの画像情報Ｇｐに基づいて比例弁本体１２を制御することにより、作業部４０が周囲環境の人または物体に接触することを回避するように構成される。この場合、周囲環境の人または物体の状況に応じて作業部４０の動作を変更して接触を回避できる。

電磁弁制御部１４は、比例弁本体１２と一体的に構成されている。この場合、制御システム１をコンパクトに構成できる。

比例弁本体１２は、複数の電磁弁が一体化された集合体ブロック１８に配置されている。この場合、制御システム１をさらにコンパクト化できる。

電磁弁制御部１４は、情報を送信または受信するために上位制御手段２０と通信する。この場合、上位制御手段２０と連携して動作できる。比例弁本体１２を制御するための情報を受信できる。所定の情報を上位制御手段２０に送信できる。

電磁弁制御部１４は、データバスまたはネットワークの少なくともいずれか一方を介して上位制御手段２０と通信する。この場合、共用の通信回線２８を用いるので簡素に構成できる。システム構成の変更に際し、上位制御手段２０の変更範囲を小さくできる。

次に、本発明の第２、第３実施形態を説明する。第２、第３実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態も電磁比例弁１０である。この電磁比例弁１０は、ソレノイド１０ｄと、当該ソレノイド１０ｄに駆動されるスプール１０ｅとを有し、被駆動体を駆動するアクチュエータに作動流体Ｆｄを供給する比例弁本体１２と、比例弁本体１２と一体的に構成され当該比例弁本体１２を制御する電磁弁制御部１４と、ソレノイド１０ｄとスプール１０ｅと電磁弁制御部１４とを収容するケーシング１０ｃと、を備える。一例として、被駆動体は作業部４０であってもよく、アクチュエータはアクチュエータ５６であってもよい。第２実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態は建設機械１００である。この建設機械１００は、作動流体Ｆｄで駆動されるアクチュエータの作用により姿勢が変化する作業部４０と、アクチュエータに作動流体Ｆｄを供給する比例弁本体１２と、比例弁本体１２と一体的に構成されるとともに作動流体Ｆｄに関する情報を検知する検知手段１６の検知結果に基づいて当該比例弁本体１２を制御する電磁弁制御部１４と、を備える。一例として、アクチュエータはアクチュエータ５６であってもよい。第３実施形態の構成によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除などの多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

第１実施形態の説明では、電磁比例弁１０が、建設機械１００に搭載される例を示したが、本発明はこれに限定されない。電磁比例弁１０は、作動流体によって駆動されるアクチュエータを有する様々な可動装置に備えることができる。また、建設機械１００がバケット４６を有する例を示したが、建設機械１００はバケット以外の様々なアタッチメントを有するものであってもよい。

第１実施形態の説明では、アクチュエータが油圧シリンダである例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、アクチュエータは、流体動力で回転運動を生じさせる油圧モータ、流体動力で揺動運動を生じさせる揺動形アクチュエータなどであってもよい。

第１実施形態の説明では、集合体ブロック１８が３つの電磁比例弁１０を有する例を示したが、本発明はこれに限定されない。集合体ブロックは、２または４以上の電磁弁を有してもよい。また、集合体ブロックは、電磁弁制御部を有しない電磁弁を含んでもよい。

第１実施形態の説明では、複数の電磁比例弁１０を一体形成されたブロックに構成した例を示したが、別々に形成された複数の電磁弁を連結して集合体ブロックを形成してもよい。

第１実施形態の説明では、検知手段１６が作動流体Ｆｄの圧力を検知する例を示したが、検知手段はこの圧力以外の様々な情報を取得するものであってもよい。例えば、検知手段は、比例弁本体から供給される作動流体Ｆｄの供給量や流量の情報を取得するものであってもよい。

第１実施形態の説明では、電磁弁制御部１４が上位制御手段２０と通信する例を示したが、電磁弁制御部１４が上位制御手段２０と通信することは必須ではない。例えば、電磁弁制御部は比例弁本体を自律的に制御するものであってもよい。

第１実施形態の説明では、周囲環境監視手段３２が画像情報Ｇｐを取得する例を示したが、周囲環境監視手段は画像情報以外の様々な周囲環境情報を取得するものであってもよい。例えば、周囲環境監視手段は周囲環境の温度情報を取得するものであってもよい。この場合、電磁弁制御部は、温度情報と作動流体Ｆｄの温度特性とに応じて制御特性を変更してもよい。

第１実施形態の説明では、周囲環境監視手段３２が操縦室３８の屋根に設けられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、周囲環境監視手段３２は、操縦室３８の側面や上部車体部３４のカバー上に配置されてもよい。また、周囲環境監視手段３２は、作業部４０に配置されてもよい。

第１実施形態の説明では、回避動作が被駆動体の減速、停止、軌道変化を含む例を示したが、本発明はこれに限定されない。回避動作は、それらの一つを含むものであってもよいし、他の動作を含むものであってもよいし、全く別の動作であってもよい。

第１実施形態の説明では、腕機構４８が操縦室３８の右側に設けられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、腕機構は、操縦室の左側や操縦室の前方に設けられてもよい。

第１実施形態の説明では、建設機械１００が操縦室３８から操縦者によって操縦される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、建設機械は、自動操縦や遠隔操縦されるものであってもよい。

第１実施形態の説明では、比例弁本体１２と電磁弁制御部１４とが一体的に設けられる例を示したが、比例弁本体１２と電磁弁制御部１４とは一対一に接続されていればよく、別々に設けられてもよいし、互いに離れて設けられてもよい。

上述の変形例は、第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１ 制御システム、 １２ 比例弁本体、 １４ 電磁弁制御部、 １６ 検知手段、 １０ 電磁比例弁、 ２０ 上位制御手段、 ２８ 通信回線、 ３２ 周囲環境監視手段、 ３８ 操縦室、 ４０ 作業部、 ４２ ブーム、 ４４ アーム、 ４６ バケット、 ５４ 操作部、 ５６ アクチュエータ、 １００ 建設機械。

Claims (9)

1. 被駆動体を駆動するアクチュエータに作動流体を供給する比例弁本体と、
   前記比例弁本体を制御するために当該比例弁本体と一体的に設けられる電磁弁制御部と
   を備え、
   前記電磁弁制御部は、周囲環境および被駆動体を撮像する周囲環境監視手段からの画像情報に基づいて障害物を特定し、前記被駆動体と前記障害物との干渉を予測し、予測結果に基づいて前記比例弁本体を制御することにより、前記被駆動体が前記障害物に接触することを回避するように構成され、
   前記電磁弁制御部は、前記画像情報に基づいて前記被駆動体と前記障害物との距離変化を予測し、予測された前記距離変化に基づく前記被駆動体と前記障害物との間の予測最小距離に応じて回避動作の態様を決定し、前記回避動作の態様に沿って前記被駆動体が回避動作するように前記比例弁本体を制御する、電磁比例弁。
2. 被駆動体を駆動するアクチュエータに作動流体を供給する比例弁本体と、
   前記比例弁本体を制御するために当該比例弁本体と一対一に接続された電磁弁制御部と
   を備え、
   前記電磁弁制御部は、周囲環境および被駆動体を撮像する周囲環境監視手段からの画像情報に基づいて障害物を特定し、前記被駆動体と前記障害物との干渉を予測し、予測結果に基づいて前記比例弁本体を制御することにより、前記被駆動体が前記障害物に接触することを回避するように構成され、
   前記電磁弁制御部は、前記画像情報に基づいて前記被駆動体と前記障害物との距離変化を予測し、予測された前記距離変化に基づく前記被駆動体と前記障害物との間の予測最小距離に応じて回避動作の態様を決定し、前記回避動作の態様に沿って前記被駆動体が回避動作するように前記比例弁本体を制御する、電磁比例弁。
3. 前記電磁弁制御部は前記作動流体に関する情報を検知する検知手段から検知結果を取得し、当該検知結果に基づいて前記比例弁本体を制御する請求項１または２に記載の電磁比例弁。
4. 前記比例弁本体は複数の比例弁本体が一体化された集合体に配置されている請求項１から３のいずれかに記載の電磁比例弁。
5. 前記電磁弁制御部は情報を送信または受信するために他の制御手段と通信可能に構成されている請求項１から４のいずれかに記載の電磁比例弁。
6. 前記電磁弁制御部はデータバスまたはネットワークの少なくともいずれか一方を介して前記他の制御手段と通信する請求項５に記載の電磁比例弁。
7. ソレノイドと当該ソレノイドに駆動されるスプールとを有し被駆動体を駆動するアクチュエータに作動流体を供給する比例弁本体と、
   前記比例弁本体と一体的に構成されるとともに前記作動流体に関する情報を検知する検知手段の検知結果に基づいて前記ソレノイドを駆動することにより当該比例弁本体を制御する電磁弁制御部と、
   前記ソレノイドと前記スプールと前記電磁弁制御部とを収容するケーシングと、
   を備え、
   前記電磁弁制御部は、周囲環境および被駆動体を撮像する周囲環境監視手段からの画像情報に基づいて障害物を特定し、前記被駆動体と前記障害物との干渉を予測し、予測結果に基づいて前記比例弁本体を制御することにより、前記被駆動体が前記障害物に接触することを回避するように構成され、
   前記電磁弁制御部は、前記画像情報に基づいて前記被駆動体と前記障害物との距離変化を予測し、予測された前記距離変化に基づく前記被駆動体と前記障害物との間の予測最小距離に応じて回避動作の態様を決定し、前記回避動作の態様に沿って前記被駆動体が回避動作するように前記比例弁本体を制御する、電磁比例弁。
8. 前記電磁弁制御部と前記ソレノイドと前記スプールとはこの順で配列されており、
   前記電磁弁制御部、前記ソレノイドおよび前記スプールの全体が前記ケーシングに収容されている請求項７に記載の電磁比例弁。
9. 作動流体で駆動されるアクチュエータの作用により姿勢が変化する作業部と、
   前記アクチュエータに前記作動流体を供給する比例弁本体と、
   前記比例弁本体と一体的に構成されるとともに前記作動流体に関する情報を検知する検知手段の検知結果に基づいて当該比例弁本体を制御する電磁弁制御部と、
   を備え、
   前記電磁弁制御部は、周囲環境および前記作業部を撮像する周囲環境監視手段からの画像情報に基づいて障害物を特定し、前記作業部と前記障害物との干渉を予測し、予測結果に基づいて前記比例弁本体を制御することにより、前記作業部が前記障害物に接触することを回避するように構成され、
   前記電磁弁制御部は、前記画像情報に基づいて前記作業部と前記障害物との距離変化を予測し、予測された前記距離変化に基づく前記作業部と前記障害物との間の予測最小距離に応じて回避動作の態様を決定し、前記回避動作の態様に沿って前記作業部が回避動作するように前記比例弁本体を制御する、建設機械。

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