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公開番号2025153199
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-10
出願番号2024055542
出願日2024-03-29
発明の名称作業機械
出願人日立建機株式会社
代理人弁理士法人開知
主分類E02F 9/20 20060101AFI20251002BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】3軸の回転自由度を有する作業具を目標掘削面に正対させながら速やかに目標掘削面に沿った掘削を行うことが可能な作業機械を提供する。
【解決手段】制御装置28は、作業具46上に設定された複数の作業点44a,44bの座標を算出する作業点座標演算部32と、複数の作業点44a,44bにそれぞれ対応する複数の目標点45a,45bの座標を算出する目標点座標演算部33と、複数の作業点44a,44bの座標と複数の目標点45a,45bの座標との各偏差を求める作業点偏差演算部34と、前記各偏差の合計が小さくなるように複数の作業点44a,44bの各速度ベクトル41a,41bを算出する作業点速度ベクトル演算部35と、各速度ベクトル41a,41bに基づき、複数のアクチュエータ5,6,7,23,48,50の各目標速度を算出するアクチュエータ目標速度演算部36とを備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、
前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられ、先端に３軸の回転自由度を有する作業具を備えた多関節作業機と、
前記多関節作業機を駆動する複数のアクチュエータと、
複数の前記アクチュエータの各速度を検出するアクチュエータ速度センサと、
前記上部旋回体および前記多関節作業機の姿勢を検出する姿勢センサと、
複数の前記アクチュエータを制御する制御装置とを備えた作業機械において、
前記制御装置は、
前記姿勢センサの検出値に基づき、前記作業具上に設定された複数の作業点の座標を算出する作業点座標演算部と、
複数の前記作業点にそれぞれ対応する複数の目標点の座標を算出する目標点座標演算部と、
前記作業点座標演算部が算出した複数の前記作業点の座標と前記目標点座標演算部が算出した複数の前記目標点の座標との各偏差を求める作業点偏差演算部と、
前記作業点偏差演算部が算出した各偏差の合計が小さくなるように複数の前記作業点の各速度ベクトルを算出する作業点速度ベクトル演算部と、
前記作業点速度ベクトル演算部が算出した複数の前記作業点の各速度ベクトルに基づき、複数の前記アクチュエータの各目標速度を算出するアクチュエータ目標速度演算部と、
前記アクチュエータ目標速度演算部が算出した各目標速度と前記アクチュエータ速度センサで検出した各速度とが一致するように複数の前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部とを備える
ことを特徴とする作業機械。
続きを表示（約 910 文字）【請求項２】
請求項１に記載の作業機械において、
複数の前記作業点は、第１作業点と第２作業点とを含み、
複数の前記目標点は、前記第１作業点に対応する第１目標点と、前記第２作業点に対応する第２目標点とを含み、
前記目標点座標演算部は、前記第１目標点と前記第２目標点との距離が前記第１作業点と前記第２作業点との距離と等しく、かつ、前記第１作業点と前記第１目標点との偏差と、前記第２作業点と前記第２目標点との偏差との合計が最小となるように前記第１目標点および前記第２目標点を設定する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１に記載の作業機械において、
前記作業具の爪先方向を指定する入力装置を備え、
複数の前記作業点は、第１作業点と第２作業点とを含み、
複数の前記目標点は、前記第１作業点に対応する第１目標点と、前記第２作業点に対応する第２目標点とを含み、
前記目標点座標演算部は、
前記作業具の爪先方向が、前記入力装置より指定された爪先方向と一致するように前記作業具を仮想的に回転させ、
仮想的に回転させた前記作業具上の前記第１作業点および前記第２作業点を第１仮想作業点および第２仮想作業点とし、
前記第１目標点と前記第２目標点との距離が前記第１仮想作業点と前記第２仮想作業点との距離と等しく、かつ、前記第１仮想作業点と前記第１目標点との偏差と、前記第２仮想作業点と前記第２目標点との偏差との合計が最小となるように前記第１目標点および前記第２目標点を設定する
ことを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項３に記載の作業機械において、
前記目標点座標演算部は、
前記作業具の動作経路および施工対象の設計情報を取得し、
前記制御装置の制御周期に応じて、前記動作経路上に仮想中継点を設け、
前記設計情報を基に、前記動作経路の始点、前記仮想中継点および前記動作経路の終点のそれぞれにおいて前記目標点を設定する
ことを特徴とする作業機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、法面掘削等の施工効率を向上するために、あらゆる形状の法面に対してバケット角度を平行に保つことを可能とするチルトローテータバケットを制御する技術が存在する。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車体に動作可能に支持された支持部と、前記支持部の先端に取り付けられたチルトローテータと、刃先を有し、前記チルトローテータを介して前記支持部に対して互いに異なる平面で交差する３つの軸回りに回転可能に支持されたアタッチメントとを備える作業機械を制御するためのシステムであって、プロセッサを備え、前記プロセッサは、複数のセンサから計測値を取得し、前記計測値に基づいて、前記車体に対する前記アタッチメントの姿勢を算出し、算出した前記アタッチメントの前記姿勢に基づいて、仮想回転軸を決定し、算出した前記アタッチメントの前記姿勢に基づいて、設計面（目標掘削面）と前記アタッチメントの刃先とが平行に近づくように、前記仮想回転軸回りに前記アタッチメントを回転させるための前記チルトローテータの制御信号を生成し、生成した前記制御信号を出力するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２３―５１３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のシステムにより、アタッチメント（作業具）を目標掘削面に正対させる操作が容易になる。しかしながら、当該システムを適用した作業機械で掘削を行う場合、アタッチメントを目標掘削面に正対させる動作を行った後に、アタッチメントを目標掘削面に沿った掘削を行う動作を追加で行う必要があるため、作業効率の点で改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、３軸の回転自由度を有する作業具を目標掘削面に正対させながら速やかに目標掘削面に沿った掘削を行うことが可能な作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、前記下部走行体上に旋回可能に取り付けられた上部旋回体と、前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられ、先端に３軸の回転自由度を有する作業具を備えた多関節作業機と、前記多関節作業機を駆動する複数のアクチュエータと、複数の前記アクチュエータの各速度を検出するアクチュエータ速度センサと、前記上部旋回体および前記多関節作業機の姿勢を検出する姿勢センサと、複数の前記アクチュエータを制御する制御装置とを備えた作業機械において、前記制御装置は、前記姿勢センサの検出値に基づき、前記作業具上に設定された複数の作業点の座標を算出する作業点座標演算部と、複数の前記作業点にそれぞれ対応する複数の目標点の座標を算出する目標点座標演算部と、前記作業点座標演算部が算出した複数の前記作業点の座標と前記目標点座標演算部が算出した複数の前記目標点の座標との各偏差を求める作業点偏差演算部と、前記作業点偏差演算部が算出した各偏差の合計が小さくなるように複数前記の作業点の各速度ベクトルを算出する作業点速度ベクトル演算部と、前記作業点速度ベクトル演算部が算出した複数の前記作業点の各速度ベクトルに基づき、複数の前記アクチュエータの各目標速度を算出するアクチュエータ目標速度演算部と、前記アクチュエータ目標速度演算部が算出した各目標速度と前記アクチュエータ速度センサで検出した各速度とが一致するように複数の前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御部とを備えるものとする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、３軸の回転自由度を有する作業具を目標掘削面に正対させる動作と作業具を目標掘削面に到達させる動作とが同時並行で行われるため、作業具を目標掘削面に正対させながら速やかに目標掘削面に沿った掘削を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１の実施例に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す斜視図である。
第１の実施例に係るチルトローテータバケットの模式図である。
第１の実施例に係る油圧ショベルの制御装置の処理機能の一部を模式的に示す機能ブロック図である。
第１の実施例に係るチルトローテータバケットとｘ―ｚ平面における目標掘削面との正対方法を示す図である。
第１の実施例に係るチルトローテータバケットとｘ―ｙ平面における目標掘削面との正対方法を示す図である。
第１の実施例に係るチルトローテータバケットとｙ―ｚ平面における目標掘削面との正対方法を示す図である。
第１の実施例に係る制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
第２の実施例に係る油圧ショベルの制御装置の処理機能の一部を模式的に示す機能ブロック図である。
第２の実施例に係る目標点の設定方法を示す概略図である。
第２の実施例に係る制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
第３の実施例に係る油圧ショベルの制御装置の処理機能の一部を模式的に示す機能ブロック図である。
第３の実施例に係る制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態では、作業機械として、フロント作業機（作業装置）を備える油圧ショベルを例示して説明するが、産業用、医療用のロボットアーム等の複数の回転動作を含む機構を備える他の機械にも本発明を適用することが可能である。
【実施例】
（【００１１】以降は省略されています）

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