JPH0565723A - Operation controller - Google Patents

Operation controller

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JPH0565723A
JPH0565723A JP22597891A JP22597891A JPH0565723A JP H0565723 A JPH0565723 A JP H0565723A JP 22597891 A JP22597891 A JP 22597891A JP 22597891 A JP22597891 A JP 22597891A JP H0565723 A JPH0565723 A JP H0565723A
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JP
Japan
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bucket
moment
excavation
work
control
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Hideo Arimitsu
秀雄 有光
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To facilitate an operation by detecting the posture of a bucket and the action force against the bucket during the work motion by the bucket and controlling a rotary drive or a lifting drive in accordance with the magnitude of working moment. CONSTITUTION:A cylinder pressure sensor 14 is provided at the bucket cylinder of a wheel loader equipped with a bucket to detect the cylinder pressure for the actuation force rotating the bucket. And further, a boom angle sensor 16 is provided to detect the rotary angle of the boom. And a bucket angle sensor 18 is provided to check the rotary angle of the bucket. Next, the rotary angle detected by the boom angle sensor 16 and the bucket angle sensor 18 is used to calculate the excavation moment by means of the operation means 21 of bucket posture and the operation means 22 of the moment. Next, the moment calculated by the moment operation means 22 is output to the hydraulic controller 31 of bucket cylinder by the control operation 23 of bucket rotation to calculate the instruction signal. And hence, the cost can be remarkably reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、バケットを有する掘削
機械や積込機械等の作業機械において、上記バケットの
駆動を自動制御するための装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for automatically controlling the drive of a bucket in a working machine such as an excavating machine or a loading machine having a bucket.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、ホイールローダや油圧ショベル
等のようにバケットを有する作業装置では、このバケッ
トの運転はオペレータの感覚に基づいて手動操作で行わ
れているのが現状である。次の表1は、油圧ショベルに
おいて行われる代表的な運転操作の概要を示したもので
ある。
2. Description of the Related Art Generally, in a working apparatus having a bucket such as a wheel loader or a hydraulic excavator, the operation of the bucket is currently performed manually based on the operator's feeling. The following Table 1 shows an outline of typical driving operations performed in the hydraulic excavator.

【0003】[0003]

【表1】 [Table 1]

【0004】しかしながら、このような手動操作による
バケットの運転には相当な熟練を要し、またオペレータ
に大きな負担がかかる一方、熟練オペレータが運転を行
っても必ずしも効率的な運転が行われるとは限らない。
そこで、上記バケットの駆動を自動制御するための装置
の開発が進められている。
However, the operation of the bucket by such a manual operation requires a considerable amount of skill and imposes a heavy burden on the operator. On the other hand, even if a skilled operator operates, the operation is not always efficient. Not exclusively.
Therefore, the development of a device for automatically controlling the driving of the bucket is in progress.

【0005】従来、このようなバケット駆動の自動制御
を行う方式としては、バケットの作業軌跡を制御するも
のが提案されるに至っている。例えば特開昭60−21
9332号公報には、作業に応じたバケット刃先の軌跡
を予め決定し、この軌跡に沿ってバケットの駆動を行う
ようにしたものが示されている。
Conventionally, a method of controlling the work locus of the bucket has been proposed as a method of performing such automatic control of bucket drive. For example, JP-A-60-21
Japanese Patent No. 9332 discloses that the trajectory of the bucket blade edge according to the work is determined in advance and the bucket is driven along the trajectory.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のような、いわゆ
る掘削軌跡制御を行う装置においては、次のような問題
点が生じる。
The above-mentioned device for performing so-called excavation trajectory control has the following problems.

【0007】(1) 一般に、通常の掘削では一時的に掘削
力が過大となるポイントがあるが、単に掘削軌跡の制御
を行うだけでは上記ポイントを回避することができな
い。従って、上記のようなポイントでバケット等に強度
的な悪影響が与えられるとともに、バケット作動速度の
低下を招くおそれがある。
(1) Generally, in normal excavation, there is a point where the excavation force becomes temporarily excessive, but the above point cannot be avoided by simply controlling the excavation trajectory. Therefore, at the above points, the bucket or the like may be adversely affected in terms of strength, and the bucket operating speed may be reduced.

【0008】(2) バケットの掘削軌跡は、掘削対象物や
地山形状によって当然に異なるが、掘削軌跡制御方式で
はこれに柔軟に対応することができない。
(2) The excavation locus of the bucket naturally varies depending on the object to be excavated and the shape of the ground, but the excavation locus control method cannot flexibly cope with this.

【0009】(3) 掘削軌跡制御を行うには、すべての回
動部にポテンショメータやエンコーダ等のセンサを設け
なければならず、また、全アクチュエータの作用力を検
出しなければならないため、多数のセンサを要し、コス
トアップにつながる。
(3) In order to perform excavation trajectory control, it is necessary to provide sensors such as potentiometers and encoders in all the rotating parts, and it is necessary to detect the acting forces of all actuators. It requires a sensor, leading to higher costs.

【0010】(4) 掘削軌跡制御では、複雑な演算を行う
必要があるため大容量のCPUが必要であり、コストア
ップにつながる。
(4) Excavation trajectory control requires a large-capacity CPU because complicated calculations must be performed, which leads to an increase in cost.

【0011】本発明は、このような事情に鑑み、簡単か
つ低コストの構造で、実際の運転状態に即した適確なバ
ケット駆動制御を行うことができる作業制御装置を提供
することを目的とする。
In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a work control device which has a simple and low-cost structure and can perform an appropriate bucket drive control in accordance with an actual operating condition. To do.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記のようなバケットを
もつ作業機械では、大略、掘削抵抗が大きくなるポイン
トとバケットに作用するモーメントが大きくなるポイン
トとは一致しており、また、正常な掘削状態では掘削対
象物へのバケットの喰い込みが大きいほど掘削抵抗も大
きくなる。従って、前記表1に示したようなバケット運
転の判断事項は、バケットに作用するモーメントの大小
問題に置き換えることが可能である。
In a work machine having a bucket as described above, the point at which the excavation resistance increases and the point at which the moment acting on the bucket increases become substantially the same, and normal excavation is performed. In this state, the excavation resistance increases as the bucket bites into the object to be excavated. Therefore, the judgment items of the bucket operation as shown in Table 1 can be replaced with the magnitude of the moment acting on the bucket.

【0013】本発明は、このような点に着目してなされ
たものであり、バケットと、このバケットを回転可能に
支持するバケット支持部材と、このバケット支持部材を
回転可能に支持する本体と、上記バケットをバケット支
持部材に対して回転させるバケット回転駆動手段と、上
記バケット支持部材を本体に対して回転させることによ
りバケットを作業面に対して昇降させるバケット昇降駆
動手段とを備えた作業機械において、上記バケットの姿
勢を検出するバケット姿勢検出手段と、バケットを回転
させる作用力を検出する作用力検出手段と、上記バケッ
ト姿勢及び作用力からバケットの回転軸回りの作業モー
メントを時々刻々演算するモーメント演算手段と、この
演算された作業モーメントに基づいてバケット回転駆動
の制御を行うバケット回転制御手段と、上記作業モーメ
ントに基づいてバケット昇降駆動の制御を行うバケット
昇降制御手段とを備えたものである。
The present invention has been made paying attention to such a point, and includes a bucket, a bucket support member that rotatably supports the bucket, and a main body that rotatably supports the bucket support member. In a working machine provided with bucket rotation driving means for rotating the bucket with respect to a bucket support member, and bucket lifting drive means for lifting and lowering the bucket with respect to a work surface by rotating the bucket support member with respect to a main body. A bucket attitude detecting means for detecting the attitude of the bucket, an acting force detecting means for detecting an acting force for rotating the bucket, and a moment for momentarily calculating a working moment around the rotation axis of the bucket from the bucket attitude and acting force. A calculation means and a bucket for controlling bucket rotation drive based on the calculated work moment. And preparative rotation control means, in which a bucket elevator control means for controlling the bucket elevator driven based on the working moment.

【0014】さらに、上記モーメント演算手段に加え、
作業モーメントの時間変化量を演算するモーメント時間
変化量演算手段を備え、上記作業モーメント及びその時
間変化量に基づいてバケット回転駆動の制御を行うよう
にバケット回転制御手段を構成し、上記作業モーメント
及びその時間変化量に基づいてバケット昇降駆動の制御
を行うようにバケット昇降制御手段を構成することによ
り、後述のようなより優れた効果が得られる(請求項
2)。
Furthermore, in addition to the moment calculation means,
Moment time change amount calculation means for calculating the time change amount of the work moment is provided, and the bucket rotation control means is configured to control the bucket rotation drive based on the work moment and the time change amount thereof. By configuring the bucket ascending / descending control means so as to control the bucket ascending / descending drive based on the amount of change with time, a more excellent effect as described below can be obtained (claim 2).

【0015】[0015]

【作用】まず、請求項1記載の装置によれば、バケット
による作業動作中にバケット姿勢及びバケットに対する
作用力が検出されるとともに、これらの値から作業モー
メント、すなわちバケットに対してその回転軸回りに作
用するモーメントが時々刻々演算され、この作業モーメ
ントの大小に基づいてバケットの回転駆動並びに掘削面
に対する昇降駆動の制御が実行される。
According to the first aspect of the present invention, the bucket attitude and the acting force on the bucket are detected during the work operation by the bucket, and the work moment, that is, the rotation about the rotation axis of the bucket, is detected from these values. Is momentarily calculated, and based on the magnitude of the work moment, the rotation of the bucket and the drive for raising and lowering the excavation surface are controlled.

【0016】さらに、請求項2記載の装置によれば、上
記作業モーメントに加えてその時間変化量が演算され、
双方の値に基づき、作業モーメントの増減傾向をも加味
したバケット駆動制御が実行される。
Further, according to the apparatus of the second aspect, in addition to the work moment, the time change amount thereof is calculated,
Based on the both values, the bucket drive control is executed in consideration of the tendency of increase and decrease of the work moment.

【0017】[0017]

【実施例】本発明の第1実施例を図1〜図5に基づいて
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0018】この実施例は、図2に示すようなホイール
ローダについて本発明を適用したものである。このホイ
ールローダは、バケット1を備え、このバケット1がブ
ーム(バケット支持部材)2の先端に軸9を中心として
回転可能に枢着されている。このブーム2の基端は本体
8に対して軸12回りに回転可能に枢着されており、こ
のブーム2はブームシリンダ(バケット昇降駆動手段)
6の伸縮により回転駆動され、このブーム2の駆動によ
り掘削中に上記バケット1が掘削面Gに対して昇降駆動
されるようになっている。
In this embodiment, the present invention is applied to a wheel loader as shown in FIG. The wheel loader includes a bucket 1, and the bucket 1 is rotatably attached to the tip of a boom (bucket support member) 2 so as to be rotatable about a shaft 9. The base end of the boom 2 is pivotally attached to the main body 8 so as to be rotatable about an axis 12, and the boom 2 is a boom cylinder (bucket lifting drive means).
The bucket 1 is driven to rotate by the expansion and contraction of 6, and the bucket 1 is moved up and down with respect to the excavation surface G during the excavation by the drive of the boom 2.

【0019】ブーム2の中間部位には、アーム3の中間
部位が軸11回りに回転可能に枢着されている。アーム
3の上端はバケットシリンダ(バケット回転駆動手段)
5を介して本体8に連結され、アーム3の下端部はリン
ク4及び軸10を介して上記バケット1において上記軸
9と異なる位置に連結されており、上記バケットシリン
ダ5の伸縮によりアーム3が回転し、これに伴ってバケ
ット1が上記軸9回りに回転駆動されるようになってい
る。
An intermediate portion of the arm 3 is pivotally attached to an intermediate portion of the boom 2 so as to be rotatable about an axis 11. The upper end of the arm 3 is a bucket cylinder (bucket rotation drive means).
5, the lower end of the arm 3 is connected to a position different from the shaft 9 in the bucket 1 via the link 4 and the shaft 10, and the arm 3 is expanded and contracted by the expansion and contraction of the bucket cylinder 5. The bucket 1 is rotated, and the bucket 1 is driven to rotate around the shaft 9 accordingly.

【0020】上記バケットシリンダ5には、図1に示さ
れるようなシリンダ圧センサ(作用力検出手段)14が
設けられ、このシリンダ圧センサ14により、バケット
1を回転させる作用力としてバケットシリンダ5のシリ
ンダ圧が検出されるようになっている。また、上記軸1
2には、本体8に対するブーム2の回転角度を検出する
ブーム角度センサ(バケット姿勢検出手段を構成)16
が設けられ、軸9には、ブーム2に対するバケット1の
回転角度を検出するバケット角度センサ(バケット姿勢
検出手段を構成)18が設けられている。
The bucket cylinder 5 is provided with a cylinder pressure sensor (acting force detecting means) 14 as shown in FIG. 1, and the cylinder pressure sensor 14 acts as an acting force for rotating the bucket 1 on the bucket cylinder 5. Cylinder pressure is detected. Also, the shaft 1
A boom angle sensor (constitutes bucket attitude detecting means) 16 for detecting a rotation angle of the boom 2 with respect to the main body 8
The shaft 9 is provided with a bucket angle sensor (constituting bucket attitude detecting means) 18 for detecting the rotation angle of the bucket 1 with respect to the boom 2.

【0021】これらのセンサ14,16,18の検出信
号は、図1に示すようなコントローラ20に入力され、
これらの検出信号に基づき、コントローラ20によりバ
ケット1の回転駆動並びに昇降駆動の制御が行われるよ
うになっている。
The detection signals of these sensors 14, 16 and 18 are input to a controller 20 as shown in FIG.
Based on these detection signals, the controller 20 controls the rotation drive and the elevation drive of the bucket 1.

【0022】具体的に、このコントローラ20は、バケ
ット姿勢演算手段21、モーメント演算手段22、バケ
ット回転制御演算部23、及びバケット昇降制御演算部
24を備えている。
Specifically, the controller 20 includes a bucket attitude calculating means 21, a moment calculating means 22, a bucket rotation control calculating portion 23, and a bucket elevating control calculating portion 24.

【0023】バケット姿勢演算手段(バケット姿勢検出
手段を構成)21は、上記ブーム角度センサ16及びバ
ケット角度センサ18で検出された各回転角度に基づ
き、バケット姿勢、すなわちバケット1の対地角度及び
上記作用力の軸9回りのモーメント半径を演算するもの
である。モーメント演算手段22は、上記バケット姿勢
演算手段21で演算されたバケット姿勢及びシリンダ圧
センサ14で検出された作用力に基づき、掘削作業中、
バケット1に作用する軸9回りの掘削モーメントを演算
するものである。
The bucket attitude calculating means (constituting the bucket attitude detecting means) 21 is based on the respective rotation angles detected by the boom angle sensor 16 and the bucket angle sensor 18, ie, the bucket attitude, that is, the ground angle of the bucket 1 and the above-mentioned action. The radius of moment around the force axis 9 is calculated. During the excavation work, the moment calculation means 22 is based on the bucket posture calculated by the bucket posture calculation means 21 and the acting force detected by the cylinder pressure sensor 14,
The excavating moment around the shaft 9 acting on the bucket 1 is calculated.

【0024】バケット回転制御演算部23は、上記モー
メント演算手段22で演算された掘削モーメントの大小
に基づいてバケットシリンダ油圧制御部31に出力する
指令信号を演算し、この指令信号によってバケットシリ
ンダ5の伸縮制御、すなわち軸9回りのバケット回転制
御を実行するものである。同様に、バケット昇降制御演
算部24は、上記掘削モーメントの大小に基づいてブー
ムシリンダ油圧制御部32に出力する指令信号を演算
し、この指令信号によってブームシリンダ6の伸縮制
御、すなわち掘削面Gに対するバケット昇降制御を実行
する。
The bucket rotation control calculation unit 23 calculates a command signal to be output to the bucket cylinder hydraulic pressure control unit 31 based on the magnitude of the excavation moment calculated by the moment calculation unit 22, and the bucket cylinder 5 is controlled by this command signal. Expansion / contraction control, that is, bucket rotation control about the axis 9 is executed. Similarly, the bucket ascending / descending control calculation unit 24 calculates a command signal to be output to the boom cylinder hydraulic pressure control unit 32 based on the magnitude of the excavation moment, and the expansion / contraction control of the boom cylinder 6, that is, the excavation surface G, is performed by the command signal. Executes bucket lift control.

【0025】次に、その制御内容を図3のグラフも併せ
て参照しながら説明する。
Next, the control content will be described with reference to the graph of FIG.

【0026】この制御では、バケット1による掘削時の
基本特性を利用する。まず、バケット1の動作は、バケ
ット回転、掘削面Gに対するバケット昇降(すなわちブ
ーム2の回転)、及びバケット1の前進・後進に分解さ
れ、バケット回転は、軸9を中心とするすくい込み側へ
の回転(図2では反時計回り方向の回転;リトラクト)
と、放出側への回転(図2では時計回り方向の回転;ダ
ンプ)とに分けられるが、このうちバケット1の前進は
本体8全体の前進により行われるので、ブーム2及びバ
ケット1の駆動制御とは直接的な関係がない。また、掘
削中にはバケット1の後進は考慮に入れる必要がない。
In this control, the basic characteristics during excavation by the bucket 1 are used. First, the operation of the bucket 1 is decomposed into bucket rotation, bucket up and down with respect to the excavation surface G (that is, rotation of the boom 2), and forward / backward movement of the bucket 1, and the bucket rotation moves toward the scooping side around the shaft 9. Rotation (counterclockwise rotation in Fig. 2; retract)
And the rotation to the discharge side (clockwise rotation in FIG. 2; dump). Of these, the forward movement of the bucket 1 is performed by the forward movement of the entire main body 8, so drive control of the boom 2 and the bucket 1 is performed. Has no direct relationship with. Further, it is not necessary to take the backward movement of the bucket 1 into consideration during excavation.

【0027】そこで、掘削時の基本動作をバケット前進
とすると、他の動作、すなわちバケット回転動作及びバ
ケット昇降動作と、バケット1の状態との関係について
は次のような事柄がいえる。 (a) バケットをリトラクトすることにより、掘削モーメ
ントが減少する。すなわち、バケット1が掘削対象物か
ら受ける抵抗(図2矢印R)が減少する。逆に、バケッ
ト1をダンプあるいは中立にすることにより、掘削対象
物へのバケット1の喰い込みが大きくなり、掘削モーメ
ントが増大する。 (b) バケット1を掘削面Gに対して下降させると、掘削
対象物へのバケット1の喰い込みが大きくなる。逆に、
バケット1を上昇させると、バケット1は掘削対象物へ
の喰い込みが小さくなる方向へ動くことになる。
Therefore, assuming that the basic operation at the time of excavation is the bucket forward movement, the following matters can be said regarding the relationship between the other operations, that is, the bucket rotating operation and the bucket ascending / descending operation, and the state of the bucket 1. (a) Retracting the bucket reduces the excavation moment. That is, the resistance that the bucket 1 receives from the excavation target (arrow R in FIG. 2) decreases. On the other hand, by dumping or neutralizing the bucket 1, the bite of the bucket 1 into the excavation object increases, and the excavation moment increases. (b) When the bucket 1 is lowered with respect to the excavation surface G, the bite of the bucket 1 into the excavation object increases. vice versa,
When the bucket 1 is lifted, the bucket 1 moves in a direction in which it does not bite into the excavation target.

【0028】そこで、この実施例では、図1に示したモ
ーメント演算手段22で演算される掘削モーメントにつ
いて適当な制限値を設定し、この制御値と時々刻々演算
される演算値との比較に基づいてバケット駆動制御を行
うとともに、バケット1による掘削開始から終了までの
一連の動作を次の3つの期間に分け、各期間に応じた制
御を行うようにしている。
Therefore, in this embodiment, an appropriate limit value is set for the excavating moment calculated by the moment calculating means 22 shown in FIG. 1, and based on the comparison between this control value and the calculated value calculated moment by moment. In addition to the bucket drive control, a series of operations from the start to the end of excavation by the bucket 1 are divided into the following three periods, and the control according to each period is performed.

【0029】1)第1ステップ(掘削初期) まず、掘削初期の段階では、バケット1を掘削対象物に
十分喰い込ませるためにバケット1の回転を止めておく
必要がある。そこで、掘削モーメントが図3に示す制限
値M−1に達するまではバケット回転の指令を出さず、
掘削モーメントが制限値M−1に達した時点で次の第2
ステップに移行するようにする。これに対し、バケット
1の昇降については、掘削初期の段階でもバケット1を
上昇させる場合があるが、この実施例では、この点を考
慮し、上記掘削モーメントが制限値WM−4(≦M−
1)を超えた時点でバケット上げ(すなわちブーム2の
図2反時計回り方向の回転)の指令を出すようにする。
1) First Step (Initial Excavation) First, in the initial stage of excavation, it is necessary to stop the rotation of the bucket 1 in order to sufficiently dig it into the object to be excavated. Therefore, the bucket rotation command is not issued until the excavation moment reaches the limit value M-1 shown in FIG.
When the excavation moment reaches the limit value M-1, the second
Try to move to step. On the other hand, when the bucket 1 is moved up and down, the bucket 1 may be lifted even in the initial stage of excavation. In this embodiment, however, in consideration of this point, the excavation moment is limited to the limit value WM-4 (≤M-
When 1) is exceeded, a bucket up command (that is, rotation of the boom 2 in the counterclockwise direction in FIG. 2) is issued.

【0030】2)第2ステップ(掘削中期) 上記掘削モーメントが制限値M−1に達した後は、第2
ステップに移行し、掘削モーメントに応じてバケット回
転及びバケット昇降の双方を制御するようにする。この
実施例では、バケット回転駆動について2種類の制限値
WM−2,WM−3(0<WM−3<WM−2)を設定
し、バケット昇降駆動について1種類の制限値WM−5
(<0)を設定するとともに、次のような制御を行う。 (a) 掘削モーメントが制限値WM−2よりも高い場合に
は、掘削抵抗が高く、バケットが十分喰い込んでいると
考えられるので、バケット1をリトラクトさせる。 (b) 掘削モーメントが制限値WM−3以上で制限値WM
−2以下の場合には、バケット1をさらに喰い込ませる
ためにバケット1を中立に保持し、またはダンプする。
この実施例では、バケット1を中立に保持するのではな
く積極的にダンプさせ、ダンプとリトラクトとを交互に
繰り返す、いわゆる揺動掘削(重掘削)を行うようにす
る。 (c) 掘削モーメントが制限値WM−2よりも低い場合に
は、異常掘削が生じていると考えられるので、車体8が
浮き上がるのを防ぐためにバケット1をリトラクトさせ
る。 (d) 掘削モーメントが制限値WM−5よりも大きい場合
には、バケット昇降について中立を保つが、掘削モーメ
ントが制限値WM−5よりも小さい場合(この場合、掘
削モーメントは必ず負である)場合には、異常掘削であ
るとし、車体8が浮き上がらないようにバケット1を掘
削面Gから上昇させる。従って、上記制限値WM−5を
小さい値に設定した場合にはブーム2が殆ど動かずバケ
ット回転のみの掘削形態となり、上記制限値WM−5を
十分大きな値に設定した場合にはバケット1を掘削面G
に対して上昇させながらの掘削形態となる。 このような掘削モーメントに基づく制御を実行すること
により、バケット1は掘削抵抗が過大となる点を自動的
に避けながらスムーズな掘削を行うこととなる。
2) Second Step (Middle Excavation) After the excavation moment reaches the limit value M-1, the second step is performed.
Go to step, and control both bucket rotation and bucket ascent / descent according to the excavation moment. In this embodiment, two kinds of limit values WM-2 and WM-3 (0 <WM-3 <WM-2) are set for the bucket rotation drive, and one kind of limit value WM-5 is set for the bucket lifting drive.
(<0) is set and the following control is performed. (a) When the excavation moment is higher than the limit value WM-2, the excavation resistance is high, and it is considered that the bucket is fully engaged, so the bucket 1 is retracted. (b) Limit value WM when excavation moment is limit value WM-3 or more
In the case of −2 or less, the bucket 1 is held in a neutral state or dumped in order to further dig into the bucket 1.
In this embodiment, the bucket 1 is positively dumped instead of being held neutral, and so-called rocking excavation (heavy excavation), in which dumping and retracting are alternately repeated, is performed. (c) If the excavation moment is lower than the limit value WM-2, it is considered that abnormal excavation has occurred, so the bucket 1 is retracted to prevent the vehicle body 8 from rising. (d) When the excavation moment is larger than the limit value WM-5, the bucket ascent / descent is kept neutral, but when the excavation moment is smaller than the limit value WM-5 (in this case, the excavation moment is always negative). In this case, it is assumed that the excavation is abnormal, and the bucket 1 is lifted from the excavation surface G so that the vehicle body 8 does not float up. Therefore, when the limit value WM-5 is set to a small value, the boom 2 hardly moves and only the bucket rotation is performed, and when the limit value WM-5 is set to a sufficiently large value, the bucket 1 is set to a large value. Excavation surface G
The excavation form will be increased while rising. By executing the control based on such an excavation moment, the bucket 1 will automatically excavate a point where the excavation resistance becomes excessive and perform smooth excavation.

【0031】3)第3ステップ(掘削後期) 上記掘削が進行すると、バケット1内に掘削物が満たさ
れる一方、バケット回転角度が大きくなって最終的には
バケット1の刃先でなく底面が対象物と接触するように
なり、それ以上有効な掘削は望めなくなる。そこで、バ
ケット回転角が予め定められた制限値A−1に達した後
は第2ステップを終了して第3ステップに移り、掘削モ
ーメントによる制御を止めてバケット回転角度が制限値
A−2(>A−1)に達するまでバケット1をリトラク
トし、この制限値A−2に達した時点で掘削動作を終了
する。
3) Third Step (Late excavation) As the excavation proceeds, the bucket 1 is filled with the excavated material, while the bucket rotation angle increases and the bottom surface of the bucket 1 is not the cutting edge but the object. They will come into contact with them, and it will be impossible to expect more effective excavation. Therefore, after the bucket rotation angle reaches the predetermined limit value A-1, the second step is ended and the process proceeds to the third step, the control by the excavation moment is stopped, and the bucket rotation angle is limited to the limit value A-2 ( > Bucket 1 is retracted until it reaches> A-1), and the excavation operation is terminated when this limit value A-2 is reached.

【0032】このような装置によれば、特にバケット1
の精密な制御が必要な第2ステップにおいて、掘削モー
メントの大小に基づく制御を行うことにより、実際の運
転状態に即した適確なバケット運転を行うことができ
る。すなわち、従来のように掘削軌跡を制御するものと
異なり、あらゆる地山形状や掘削対象物にも柔軟に対応
してこれに適したバケット制御を行うことができるとと
もに、バケット1に過大な掘削抵抗がかかるのを未然に
回避しながら良好な掘削を実現することができる。
According to such a device, in particular the bucket 1
In the second step, which requires precise control, the control based on the magnitude of the excavation moment makes it possible to perform an accurate bucket operation in accordance with the actual operating state. That is, unlike the conventional method of controlling the excavation locus, it is possible to flexibly cope with any ground shape or object to be excavated, and perform bucket control suitable for this, and to prevent the excavation resistance of the bucket 1 from being excessive. Good excavation can be realized while avoiding the occurrence of the burrow.

【0033】図4は、従来のように運転者の感覚に基づ
いてバケット運転が行われた時のバケット回転角度、掘
削抵抗、及び掘削抵抗によるモーメント(掘削モーメン
ト)の時間変化をそれぞれ線41,42,43で示した
ものであり、図5は上記実施例で示した装置による制御
の下でのバケット回転角度、掘削抵抗、及び掘削モーメ
ントの時間変化をそれぞれ線51,52,53で示した
ものである。両グラフを比較して明らかなように、本実
施例の装置によれば、従来のように手動操作で掘削を行
う場合に比べ、掘削中にバケット1に作用する掘削抵抗
及び掘削モーメントを全域にわたって低い値に抑えるこ
とができ、バケット1への強度的負担を軽減して効率の
良い掘削を行うことが可能となる。
FIG. 4 shows the time changes of the bucket rotation angle, the excavation resistance, and the moment due to the excavation resistance (excavation moment) when the bucket operation is performed based on the driver's sense as in the conventional case, respectively. 42 and 43, and FIG. 5 shows the changes over time of the bucket rotation angle, the excavation resistance, and the excavation moment under the control of the apparatus shown in the above-described embodiment, with lines 51, 52, and 53, respectively. It is a thing. As is clear from a comparison between the two graphs, according to the device of the present embodiment, the excavation resistance and excavation moment that act on the bucket 1 during excavation are distributed over the entire region, as compared with the conventional case where excavation is performed manually. The value can be suppressed to a low value, the strength load on the bucket 1 can be reduced, and efficient excavation can be performed.

【0034】次に、第2実施例を説明する。ここでは、
図6に示すような油圧ショベル(バックホー)について
本発明を適用した例を示す。このバックホーも、上記ホ
イールローダと同様、バケット1、ブーム(バケット支
持部材を構成)2、アーム3(バケット支持部材を構
成)3、リンク4、バケットシリンダ5、ブームシリン
ダ6、本体8、及び軸9,10を備えているが、アーム
3はその基端部がブーム2の先端部に軸11を介して連
結されており、アームシリンダ7の伸縮によりブーム2
に対して回転駆動されるようになっている。また、バケ
ット1はアーム3の先端部に装着され、アーム3に取付
けられたバケットシリンダ5にリンク4及び軸10を介
して連結されており、上記バケットシリンダ5の伸縮に
よりアーム3に対して軸9回りに回転駆動されるように
なっている。
Next, a second embodiment will be described. here,
An example in which the present invention is applied to a hydraulic excavator (backhoe) as shown in FIG. 6 will be shown. Like the wheel loader, this backhoe also includes a bucket 1, a boom (constituting a bucket supporting member) 2, an arm 3 (constituting a bucket supporting member) 3, a link 4, a bucket cylinder 5, a boom cylinder 6, a main body 8, and a shaft. Although the arm 3 is provided with the arms 9 and 10, the base end of the arm 3 is connected to the tip of the boom 2 via a shaft 11.
It is designed to be rotated with respect to. The bucket 1 is mounted on the tip of the arm 3 and is connected to a bucket cylinder 5 attached to the arm 3 via a link 4 and a shaft 10. It is designed to be rotated around nine.

【0035】このようなバックホーにおいても、アーム
引き動作によってバケット1が移動する点以外はホイー
ルローダと大差がなく、よって前記第1実施例で示した
第1ステップ(掘削初期)及び第3ステップ(掘削後
期)については同様の制御を行えばよい。また、第2ス
テップ(掘削中期)についても同様であるが、この第2
ステップでは、例えば図7に示すような制御を実行する
ことにより、より良好な掘削が実現可能である。すなわ
ち、バケット回転駆動について1種類の制限値HM−5
(>0)を設定し、バケット昇降駆動について2種類の
制限値HM−2,HM−3(0<HM−3<HM−2)
を設定するとともに、次のような制御を行うようにす
る。 (a) 掘削モーメントが制限値HM−5よりも高い場合に
は、バケット1が十分喰い込んでいると考えられるの
で、バケット1をリトラクトさせる。 (b) 掘削モーメントが制限値HM−5以下の場合には、
バケット1をさらに喰い込ませるためにバケット1を中
立に保持し、またはダンプする。図例では、バケット1
を中立に保持させている。 (c) 掘削モーメントが制限値HM−2よりも大きい場合
には、バケット1が十分に喰い込んでおり、また掘削抵
抗が大きいと考えられるので、ブーム2の回転によりバ
ケット1を掘削面Gに対して上昇させる。 (d) 掘削モーメントが制限値HM−3以上で制限値HM
−2以下の場合には、良好な掘削が行われていると考え
られるので、バケット昇降については中立を保持する。 (e) 掘削モーメントが制限値HM−3以下でHM−4
(図例では0)以上である場合には、バケット1を掘削
対象物に対してより喰い込ませるため、ブーム2を回転
させてバケット1を下降させる。 (f) 掘削モーメントがHM−4未満(図例では負の値)
である場合には、異常掘削が生じていると考えられるの
で、前記(a) の場合と同様にバケット1を上昇させる。
Even in such a backhoe, there is no great difference from the wheel loader except that the bucket 1 is moved by the arm pulling operation, and therefore, the first step (initial stage of excavation) and the third step (shown in the first embodiment). The same control may be performed in the latter stage of excavation. The same applies to the second step (middle drilling), but this second step
In the step, better excavation can be realized by executing the control as shown in FIG. 7, for example. That is, one type of limit value HM-5 for bucket rotation drive
(> 0) is set, and two types of limit values HM-2 and HM-3 (0 <HM-3 <HM-2) for the bucket ascending / descending drive.
And set the following control. (a) When the excavation moment is higher than the limit value HM-5, it is considered that the bucket 1 is fully engaged, so the bucket 1 is retracted. (b) If the excavation moment is less than the limit value HM-5,
The bucket 1 is held neutral or dumped in order to make it more bite. In the illustrated example, bucket 1
Is kept neutral. (c) When the excavation moment is larger than the limit value HM-2, it is considered that the bucket 1 is sufficiently engaged and the excavation resistance is large. Therefore, the rotation of the boom 2 causes the bucket 1 to move to the excavation surface G. Raise against. (d) Limit value HM when excavation moment is limit value HM-3 or more
In the case of −2 or less, it is considered that good excavation is performed, and therefore, neutrality is maintained for bucket lifting. (e) Excavation moment is below the limit value HM-3 and HM-4
In the case of (0 in the example in the figure) or more, the boom 1 is rotated and the bucket 1 is lowered in order to make the bucket 1 bite more into the object to be excavated. (f) Excavation moment is less than HM-4 (negative value in the example)
If it is, it is considered that abnormal excavation has occurred, so the bucket 1 is raised as in the case of (a).

【0036】このような制御を実行することにより、バ
ケット1の掘削刃の回転角度及びバケットピン(すなわ
ちバケット1の回転軸である軸9)の高さ等は図7の中
段及び下段に示すようになる。なお、図7の中段のグラ
フにおいて点線で示した領域は、バケット回転駆動を行
わないにもかかわらずブーム2及びアーム3の駆動によ
りバケット1の掘削刃角度が自然に変化している領域で
ある。
By executing such control, the rotation angle of the excavating blade of the bucket 1 and the height of the bucket pin (that is, the shaft 9 which is the rotation axis of the bucket 1) are as shown in the middle and lower stages of FIG. become. The region indicated by a dotted line in the middle graph of FIG. 7 is a region in which the excavating blade angle of the bucket 1 naturally changes due to the drive of the boom 2 and the arm 3 even though the bucket rotation drive is not performed. ..

【0037】なお、この実施例は他の油圧ショベル、例
えば図8に示すようなローディングショベルについても
同様に適用が可能である。
This embodiment is also applicable to other hydraulic excavators, for example, a loading excavator as shown in FIG.

【0038】次に、第3実施例を説明する。前記各実施
例では、掘削モーメントに複数の制限値を設定し、この
制限値と時々刻々演算される掘削モーメントとの比較に
基づき第2ステップにおいてバケットの駆動制御を行う
ものを示したが、この実施例では上記第2ステップにお
けるバケットの駆動制御にファジィ制御を応用したもの
を示している。すなわち、図1に示すバケット回転制御
演算部23及びバケット昇降制御演算部24にファジィ
ルール及びメンバーシップ関数を記憶したメモリを接続
し、ファジィ演算によってバケットシリンダ駆動指令信
号の出力値及びブームシリンダ駆動指令信号の出力値を
それぞれ演算させるようにしたものを示している。
Next, a third embodiment will be described. In each of the above-mentioned embodiments, a plurality of limit values are set for the excavation moment, and the bucket drive control is performed in the second step based on the comparison between the limit values and the excavation moment calculated from moment to moment. In the embodiment, the fuzzy control is applied to the bucket drive control in the second step. That is, a memory storing fuzzy rules and membership functions is connected to the bucket rotation control calculation unit 23 and the bucket lift control calculation unit 24 shown in FIG. 1, and the output value of the bucket cylinder drive command signal and the boom cylinder drive command are calculated by fuzzy calculation. In the figure, the output values of signals are calculated.

【0039】なお、この実施例において制御対象となる
作業機械は第1実施例と同様にホイールローダとし、掘
削方式はダンプとリトラクトとを交互に繰り返すバケッ
ト揺動掘削であるとする。
In this embodiment, the work machine to be controlled is a wheel loader as in the first embodiment, and the excavation method is bucket swing excavation in which dump and retract are alternately repeated.

【0040】上記ファジィ制御における各変数のメンバ
ーシップ関数を図9〜図12に示すとともに、その前件
部と後件部との関係すなわちルールをまとめたものを下
記の表2に示し、さらに、主なルールと実際のオペレー
タの運転内容とを対照したものを表3に示す。
The membership functions of each variable in the fuzzy control are shown in FIGS. 9 to 12, and the relation between the antecedent part and the consequent part, that is, the rules are summarized in Table 2 below. Table 3 shows a comparison between the main rules and the actual operation contents of the operator.

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】[0042]

【表3】 [Table 3]

【0043】ここに示す変数のうち、Mnはモーメント
演算手段22で演算された掘削モーメントをファジィ制
御用に規格化した値であり、基準値を0として−1〜+
1の範囲で設定された値である。また、SBMUはバケ
ット上げ動作、SBKはバケットリトラクト動作及びバ
ケットダンプ動作についての指令信号の出力値をそれぞ
れ示し、SBKが正の値である場合はリトラクト動作指
令、負の場合はダンプ動作指令であることを意味する。
Among the variables shown here, Mn is a value obtained by normalizing the excavation moment calculated by the moment calculating means 22 for fuzzy control, and -1 to + with the reference value as 0.
It is a value set in the range of 1. Further, SBMU indicates an output value of a command signal for a bucket raising operation and SBK indicates a bucket retract operation and a bucket dump operation, respectively. When SBK is a positive value, it is a retract operation command, and when it is negative, it is a dump operation command. Means that.

【0044】表2に示すように、大略、掘削モーメント
が基準値以上の領域では、その大きさに応じた速度でバ
ケットリトラクト動作が実行され、基準値以下の領域で
は、ダンプ動作が実行されるが、掘削モーメントが異常
に低い場合にはバケットリトラクト動作が実行される。
また、掘削モーメントが基準値よりもやや低い領域を中
心にバケット上げ動作が実行される。
As shown in Table 2, in a region where the excavation moment is above the reference value, the bucket retract operation is executed at a speed corresponding to the magnitude, and in a region below the reference value, the dump operation is executed. However, when the excavation moment is abnormally low, the bucket retract operation is executed.
Further, the bucket raising operation is executed centering on a region where the excavation moment is slightly lower than the reference value.

【0045】このようなファジィ制御を実行することに
より、さらに精密な、実際の掘削状態に即したバケット
制御を実現することが可能となる。
By executing such fuzzy control, it becomes possible to realize more precise bucket control according to the actual excavation state.

【0046】なお、この実施例ではバケット揺動掘削
(重掘削)の場合を示したが、これに対してバケット通
常掘削、すなわちバケットのリトラクトと中立保持とを
繰り返す掘削動作を行う場合には、バケットダンプ動作
指令が不要であるので、掘削モーメントがNM,NSの
場合にSBKをZOとするルールを導入すればよい。す
なわち、この場合には例えば次の表4及び表5に示すよ
うなルールを設定すればよい。
In this embodiment, the case of bucket swing excavation (heavy excavation) is shown. On the other hand, in the case of performing bucket ordinary excavation, that is, excavation operation in which bucket retract and neutral retention are repeated, Since the bucket dump operation command is unnecessary, it is only necessary to introduce a rule that sets SBK to ZO when the excavation moment is NM or NS. That is, in this case, for example, the rules shown in Tables 4 and 5 below may be set.

【0047】[0047]

【表4】 [Table 4]

【0048】[0048]

【表5】 [Table 5]

【0049】このようなファジィ制御は、前記図6,8
に示した油圧ショベルにも有効に適用できることはいう
までもない。
Such fuzzy control is carried out by the above-mentioned FIG.
It goes without saying that it can be effectively applied to the hydraulic excavator shown in.

【0050】次に、第4実施例を図12〜図15に基づ
いて説明する。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.

【0051】この実施例に示す装置は、図12に示すよ
うに、掘削モーメントを時々刻々演算するモーメント演
算手段22に加え、この掘削モーメントの時間変化量を
演算するモーメント時間変化量演算手段25を備え、現
在の掘削モーメント及びその時間変化量の双方に基づい
てバケット1の回転及び昇降につきファジィ制御を行う
ようになっている。上記モーメント時間変化量演算手段
25は、現在取り込んだ掘削モーメント演算値と、前回
の演算で取り込んだ掘削モーメント演算値との差を演算
し、これを掘削モーメント値のサンプリング周期で除し
た値をモーメント時間変化量として出力するように構成
されている。なお、本発明ではモーメント時間変化量の
演算手順を問わず、例えば過去に演算された複数個の演
算値をサンプリングしてその平均を採るようにしても良
い。
As shown in FIG. 12, the apparatus shown in this embodiment includes a moment calculation means 22 for calculating the excavation moment from moment to moment, and a moment time change amount calculation means 25 for calculating the time variation of the excavation moment. In addition, fuzzy control is performed on the rotation and the elevation of the bucket 1 based on both the current excavation moment and the amount of change over time. The moment time change amount computing means 25 computes the difference between the excavation moment computed value currently fetched and the excavation moment computed value fetched in the previous computation, and divides this by the sampling cycle of the excavation moment value to obtain the moment. It is configured to output as a time change amount. In the present invention, regardless of the calculation procedure of the moment time change amount, for example, a plurality of calculation values calculated in the past may be sampled and the average thereof may be taken.

【0052】この実施例では図6に示すバックホーにお
いて通常掘削を行う場合を示しており、用いられる変数
としては、前記実施例で示した値Mn,SBK,SBM
Uに加え、規格化されたモーメント時間変化量ΔM及び
アーム引き信号出力値SAMEが導入される。これらの
変数のメンバーシップ関数を図13,14に示すととも
に、アーム引き信号出力値SAMEについてのルールを
表6に、バケット回転動作信号出力値SBKについての
ルールを表7に、ブーム昇降動作信号出力値SBMUに
ついてのルールを表8にそれぞれ示し、具体的な制御動
作を図15に示す。
In this embodiment, the case where normal excavation is carried out in the backhoe shown in FIG. 6 is shown, and the variables used are the values Mn, SBK, SBM shown in the above embodiment.
In addition to U, the normalized moment change amount ΔM and the arm pull signal output value SAME are introduced. 13 and 14 show the membership functions of these variables, Table 6 shows the rules for the arm pulling signal output value SAME, Table 7 shows the rules for the bucket rotation operation signal output value SBK, and the boom lifting operation signal output. Table 8 shows the rules for the value SBMU, and FIG. 15 shows specific control operations.

【0053】[0053]

【表6】 [Table 6]

【0054】[0054]

【表7】 [Table 7]

【0055】[0055]

【表8】 [Table 8]

【0056】なお、表6〜8において、掘削モーメント
規格値Mn及びモーメント時間変化量ΔMに関する条件
が前件部においてandで結ばれており、例えば表6の
最も左上の領域は、 If Mn=NB and ΔM=NB Then SAME=ZO というルールを示す。
In Tables 6 to 8, the conditions regarding the excavation moment standard value Mn and the moment time change amount ΔM are connected by and in the antecedent part. For example, the upper left region of Table 6 is If Mn = NB and ΔM = NB Then SAME = ZO.

【0057】まず、アーム引き動作については、表6に
示すように、掘削モーメント規格値Mnが基準値に近
く、かつモーメント時間変化量ΔMが0に近い領域で
は、アーム引き動作すなわちバケット前進動作が積極的
に行われるが、掘削モーメント規格値Mnが基準値から
遠のくにつれてアーム引き速度が落とされる。また、掘
削モーメント規格値Mnが基準値に近い場合でも、モー
メント時間変化量ΔMの絶対値が大きい場合には、将来
的にモーメント値が基準値から遠のく可能性が高いの
で、この場合もアーム引き速度は落とされる。さらに、
掘削モーメント規格値Mnが非常に低くかつ高速で減少
している場合、及び掘削モーメント規格値Mnが非常に
高くかつ高速で増加している場合にはアーム引き動作は
停止方向に制御される。
Regarding the arm pulling operation, as shown in Table 6, when the excavating moment standard value Mn is close to the reference value and the moment time change amount ΔM is close to 0, the arm pulling operation, that is, the bucket advancing operation is performed. Although actively performed, the arm pulling speed is decreased as the excavation moment standard value Mn becomes farther from the standard value. Even if the excavation moment standard value Mn is close to the reference value, if the moment time change amount ΔM is large in absolute value, the moment value is likely to be far from the reference value in the future. The speed is reduced. further,
When the excavation moment standard value Mn is very low and decreases at high speed, and when the excavation moment standard value Mn is very high and increases at high speed, the arm pulling operation is controlled in the stopping direction.

【0058】バケット回転動作については、表7に示す
ように、原則として掘削モーメント規格値が基準値 以
下である場合には中立を保つ方向に制御がなされるが、
この場合でも、モーメント時間変化量ΔMが非常に大き
い場合には将来的に掘削モーメント規格値Mnが大きく
なる可能性が高いので、バケットリトラクト動作が行わ
れる。逆に、掘削モーメント規格値Mnが高い場合で
も、その時間変化量ΔMが負の場合すなわちモーメント
が減少している場合には、将来的に掘削モーメント規格
値Mnが基準値に近づく可能性が高いので、バケットリ
トラクト動作が抑えられる。
Regarding the bucket rotating operation, as shown in Table 7, as a general rule, when the excavation moment standard value is equal to or less than the reference value, control is performed so as to maintain neutrality.
Even in this case, since the excavation moment standard value Mn is likely to increase in the future when the moment time change amount ΔM is very large, the bucket retract operation is performed. On the contrary, even when the excavation moment standard value Mn is high, the excavation moment standard value Mn is likely to approach the standard value in the future when the time change amount ΔM is negative, that is, when the moment decreases. Therefore, the bucket retract operation is suppressed.

【0059】バケット昇降動作についても同様であり、
表8に示すように、掘削モーメント規格値Mnが基準値
に近くてその変化量ΔMが小さい場合にはバケット昇降
動作を行わない方向に制御が進められるが、その他、掘
削モーメント規格値Mnが基準値より大きくても減少し
ている場合や、掘削モーメント規格値Mnが基準値より
低くても増加傾向にある場合も、将来的には掘削モーメ
ント規格値Mnが基準値に戻る可能性が高いのでバケッ
ト上げ動作が抑制される。これに対し、掘削モーメント
規格値Mn及びその時間変化量ΔMがともに大きい場合
にはバケット上げ動作が促進され、逆に掘削モーメント
規格値Mn及びその時間変化量ΔMがともに小さい場合
にはバケット下げ動作が促進される。ただし、掘削モー
メント規格値Mn及びその時間変化量ΔMがともに極端
に低い場合には、現在異常掘削が生じており、あるいは
将来的に異常掘削が生じる可能性が極めて高い状態にあ
るので、バケットを上げる方向に制御が行われる。
The same goes for the bucket lifting operation.
As shown in Table 8, when the excavation moment standard value Mn is close to the reference value and the amount of change ΔM is small, the control proceeds to the direction in which the bucket ascending / descending operation is not performed. Even if the excavation moment standard value Mn is decreasing, or if the excavation moment standard value Mn is lower than the reference value and there is an increasing tendency, the excavation moment standard value Mn is likely to return to the standard value in the future. Bucket raising operation is suppressed. On the other hand, when both the excavation moment standard value Mn and the time change amount ΔM are large, the bucket raising operation is promoted, and conversely, when the excavation moment standard value Mn and the time change amount ΔM are both small, the bucket lowering operation is performed. Is promoted. However, when both the excavation moment standard value Mn and the amount of change ΔM thereof with time are extremely low, abnormal excavation is currently occurring, or there is a high possibility that abnormal excavation will occur in the future. Control is performed in the raising direction.

【0060】このような装置によれば、現在の掘削モー
メントの値だけでなく、その時間変化量をも考慮するこ
とにより、将来の掘削モーメントの変動を予測しながら
の、より効率的な自動掘削を実現することができる。ま
た、このようなモーメント時間変化量をも考慮した制御
は、ホイールローダその他の作業機械にも応用が可能で
あり、また、通常掘削でなく揺動掘削を行う場合にも適
用が可能である。また、上記のようなファジィ制御でな
く、掘削モーメントとその時間変化量の双方について前
記第1実施例で示したと同様に制限値を設け、この制限
値との比較でバケット1の駆動制御を行うようにしても
よい。
According to such a device, not only the current value of the excavation moment but also the time variation thereof are taken into consideration, so that more efficient automatic excavation can be performed while predicting future fluctuations in the excavation moment. Can be realized. In addition, such control that also considers the moment time change amount can be applied to a wheel loader and other work machines, and can also be applied to a case of performing rocking excavation instead of normal excavation. Further, instead of the fuzzy control as described above, a limit value is set for both the excavation moment and its time change amount as in the first embodiment, and the drive control of the bucket 1 is performed by comparison with this limit value. You may do it.

【0061】なお、本発明は以上のような実施例に限定
されるものでなく、例として次のような態様をとること
も可能である。
The present invention is not limited to the above embodiments, and the following modes can be adopted as examples.

【0062】(1) 前記第1実施例では、バケット1を回
転させる作用力を検出する手段として、バケットシリン
ダ5のシリンダ圧を検出するシリンダ圧センサ14を用
いたものを示したが、本発明はこれに限らず、作用力を
検出できるものであれば種々のものが代用可能である。
例えば、バケットに回転力を伝える軸10の歪みや、こ
の軸10に連結されたリンク4の歪み等を検出する歪み
センサを用いても上記と同様の効果が得られる。
(1) In the first embodiment, the cylinder pressure sensor 14 for detecting the cylinder pressure of the bucket cylinder 5 is used as the means for detecting the acting force for rotating the bucket 1. However, the present invention is not limited to this. Not limited to this, various types can be substituted as long as the acting force can be detected.
For example, the same effect as described above can be obtained by using a strain sensor that detects the strain of the shaft 10 that transmits the rotational force to the bucket and the strain of the link 4 connected to the shaft 10.

【0063】(2) 前記第1実施例では、バケット姿勢を
検出する手段として、ブーム2に対するバケット1の回
転角度及び本体8に対するブーム2の回転角度を検出す
るようにしたものを示したが、その他の値を検出するこ
とによってもバケット姿勢の検出は可能である。例えば
ホイールローダの場合には、バケット1の対地角度とバ
ケット1のブーム2に対する回転角度の検出や、バケッ
トシリンダ5の長さとブームシリンダ2の長さの検出、
あるいはこれらの値を適宜組み合わせた検出により、バ
ケット姿勢の把握が可能であり、油圧ショベルの場合に
は、バケット1の対地角度とバケット1の対アーム角度
の検出や、バケット1の対地角度とバケットシリンダ5
の長さの検出、あるいはバケット1の対アーム角度とア
ーム3の対ブーム角度とブーム2の対本体角度の検出
や、以上記した値を適宜組み合わせて検出により、バケ
ット姿勢の把握が可能である。
(2) In the first embodiment, as the means for detecting the bucket attitude, the rotation angle of the bucket 1 with respect to the boom 2 and the rotation angle of the boom 2 with respect to the main body 8 are detected. The bucket attitude can be detected by detecting other values. For example, in the case of a wheel loader, detection of the ground angle of the bucket 1 and the rotation angle of the bucket 1 with respect to the boom 2, detection of the length of the bucket cylinder 5 and the length of the boom cylinder 2,
Alternatively, it is possible to grasp the bucket attitude by detection by appropriately combining these values. In the case of a hydraulic excavator, the ground angle of the bucket 1 and the arm angle of the bucket 1 are detected, or the ground angle of the bucket 1 and the bucket angle are detected. Cylinder 5
It is possible to grasp the bucket attitude by detecting the length of the bucket 1, the angle of the arm 1 of the bucket 1, the angle of the boom of the arm 3 and the angle of the boom 2 of the main body, or a combination of the values described above. ..

【0064】(3) 前記第1,2実施例では制限値WM−
2,WM−3やHM−2,HM−3等が掘削中常時一定
であるものを示したが、これらの値を掘削中期において
バケット回転角度に応じて変化させるようにしても良
い。例えば、上記制限値WM−2,WM−3を図16の
グラフに示すように変化させた場合には、掘削中期の開
始直後及び終了直前において制限値WM−2が低いため
にバケットのリトラクト動作が促されることとなる。ま
た、この掘削中期前半では掘削状態が比較的不安定なた
め、異常掘削でなくても負の掘削モーメントが一時的に
発生する可能性があるが、この掘削中期前半において制
限値WM−3が負の値に設定されているので、掘削異常
でないにもかかわらずバケット1が必要以上にリトラク
トされることが防がれる。
(3) In the first and second embodiments, the limit value WM-
2, WM-3, HM-2, HM-3 and the like are always constant during excavation, but these values may be changed according to the bucket rotation angle in the middle of excavation. For example, when the limit values WM-2 and WM-3 are changed as shown in the graph of FIG. 16, the limit value WM-2 is low immediately after the start of the middle excavation period and immediately before the end of the middle excavation period. Will be encouraged. Further, since the excavation state is relatively unstable in the first half of the excavation period, a negative excavation moment may be temporarily generated even if the excavation is not abnormal. Since the negative value is set, it is possible to prevent the bucket 1 from being retracted more than necessary even though the excavation abnormality is not present.

【0065】また、この掘削モーメントに関する制限
値、あるいは掘削モーメント時間変化量に関する制限値
は、機械の種類・大きさに応じて適宜設定すれば良い。
Further, the limit value regarding the excavation moment or the limit value regarding the time variation amount of the excavation moment may be appropriately set according to the type and size of the machine.

【0066】(4) 前記第3,4実施例では、各変数のメ
ンバーシップ関数について7個のラベルを設定したもの
を示したが、このラベル数は機械の構造や変数の内容に
応じて適宜増減すればよい。
(4) In the third and fourth embodiments, seven labels are set for the membership function of each variable, but the number of labels is appropriately set according to the structure of the machine and the contents of the variables. You can increase or decrease.

【0067】[0067]

【発明の効果】まず、請求項1記載の発明は、バケット
姿勢及びバケットを回転させる作用力を検出してバケッ
トの回転軸回りの作業モーメントを時々刻々演算し、こ
の作業モーメントに基づいてバケット回転駆動及びバケ
ット昇降駆動を制御するようにしたものであるので、次
のような効果を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, the work moment about the rotation axis of the bucket is momentarily calculated by detecting the bucket attitude and the acting force for rotating the bucket, and the bucket rotation is performed based on this work moment. Since the drive and the bucket ascending / descending drive are controlled, the following effects can be obtained.

【0068】(a) 作業中、作業モーメントを監視しなが
らバケット駆動制御を行うので、作業抵抗が極めて高く
なるポイントを避けるようにしてバケットを運転するこ
とができる。従って、作業モーメントに関係なく作業軌
跡制御を行う従来装置のように、上記ポイントで大きな
負荷を受けて耐久性が低減したり、バケットの進行速度
が極端に減少したりすることがなく、バケットに強度的
な負担を与えずに、未熟練オペレータでも、スムーズで
効率の高い(積込量が多くてサイクルタイムの短い)作
業を行うことができる。また、掘削時の消費エネルギも
小さくなる利点もある。
(A) Since the bucket drive control is performed while the work moment is monitored during the work, the bucket can be operated while avoiding the point where the work resistance becomes extremely high. Therefore, unlike the conventional device that controls the work trajectory regardless of the work moment, the bucket is not subjected to a large load at the above points to reduce the durability and the traveling speed of the bucket does not decrease extremely. Even an unskilled operator can perform a smooth and highly efficient work (a large loading amount and a short cycle time) without giving a heavy load. Further, there is also an advantage that energy consumption during excavation is reduced.

【0069】(b) バケットの軌跡にはこだわらず、作業
モーメントに基づいての制御であるので、作業対象物や
地山形状にかかわらず、広範囲の作業条件に柔軟に対応
することができる。従って、作業対象物が不均一である
場合や地山形状が複雑な場合に特に有効となる。
(B) Since the control is based on the work moment regardless of the trajectory of the bucket, it is possible to flexibly respond to a wide range of work conditions regardless of the work target or the ground shape. Therefore, it is particularly effective when the work object is non-uniform or the ground shape is complicated.

【0070】(c) 最低限、作業モーメントの算出に必要
な値を検出しさえすれば制御が可能であるので、掘削軌
跡制御を行う場合に比べてセンサの必要数が大幅に削減
されるとともに、演算内容も簡略化されるためCPUの
必要容量も少なく、よって大幅なコストダウンを図るこ
とができる。
(C) At a minimum, control is possible as long as the value required to calculate the work moment is detected, so the required number of sensors is greatly reduced compared to the case of performing excavation trajectory control. Since the calculation contents are simplified, the required capacity of the CPU is also small, and thus the cost can be significantly reduced.

【0071】さらに、請求項2記載の発明では、上記作
業モーメントに加え、その時間変化量を演算し、双方の
値に基づいてバケット回転駆動及びバケット昇降駆動を
制御するようにしたものであるので、現在の作業モーメ
ント値だけでなく、その増減傾向をも考慮することによ
り、将来の掘削モーメントの変動を予測しながらの制御
を行うことができ、より効率の高い自動掘削を実現する
ことができる効果がある。
Further, according to the second aspect of the present invention, in addition to the work moment, the time change amount thereof is calculated, and the bucket rotation drive and the bucket elevation drive are controlled based on both values. By considering not only the current work moment value but also its increase / decrease tendency, control can be performed while predicting future fluctuations in the excavation moment, and more efficient automatic excavation can be realized. effective.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例における掘削制御装置のブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of an excavation control device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記掘削制御装置が設けられたホイールローダ
の全体側面図である。
FIG. 2 is an overall side view of a wheel loader provided with the excavation control device.

【図3】上記掘削制御装置による制御動作例を示すグラ
フである。
FIG. 3 is a graph showing a control operation example by the excavation control device.

【図4】運転者の手動操作による掘削における掘削状態
の時間変化を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a change over time in an excavation state during excavation by a driver's manual operation.

【図5】上記掘削制御装置の制御による掘削における掘
削状態の時間変化を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a change over time in an excavation state during excavation under the control of the excavation control device.

【図6】第2実施例において掘削制御装置が設けられた
バックホーの全体側面図である。
FIG. 6 is an overall side view of a backhoe provided with an excavation control device in a second embodiment.

【図7】上記掘削制御装置による制御動作例を示すグラ
フである。
FIG. 7 is a graph showing a control operation example by the excavation control device.

【図8】掘削制御装置が設けられるローディングショベ
ルの全体側面図である。
FIG. 8 is an overall side view of a loading shovel provided with an excavation control device.

【図9】第3実施例におけるファジィ制御で用いられる
変数である掘削モーメント規格値のメンバシップ関数を
示した図である。
FIG. 9 is a diagram showing a membership function of an excavation moment standard value which is a variable used in fuzzy control in the third embodiment.

【図10】上記ファジィ制御で用いられる変数であるバ
ケット回転動作信号出力値のメンバーシップ関数を示し
た図である。
FIG. 10 is a diagram showing a membership function of a bucket rotation operation signal output value which is a variable used in the fuzzy control.

【図11】上記ファジィ制御で用いられる変数であるバ
ケット上げ動作信号出力値のメンバーシップ関数を示し
た図である。
FIG. 11 is a diagram showing a membership function of a bucket raising operation signal output value which is a variable used in the fuzzy control.

【図12】第4実施例における掘削制御装置のブロック
図である。
FIG. 12 is a block diagram of an excavation control device according to a fourth embodiment.

【図13】上記掘削制御装置の行うファジィ制御で用い
られる変数であるモーメント時間変化量のメンバーシッ
プ関数を示した図である。
FIG. 13 is a diagram showing a membership function of a moment time change amount which is a variable used in fuzzy control performed by the excavation control device.

【図14】上記ファジィ制御で用いられる変数であるア
ーム引き動作指令信号出力量のメンバーシップ関数を示
した図である。
FIG. 14 is a diagram showing a membership function of an arm pulling motion command signal output amount, which is a variable used in the fuzzy control.

【図15】上記掘削制御装置による制御動作例を示すグ
ラフである。
FIG. 15 is a graph showing a control operation example by the excavation control device.

【図16】掘削モーメントの制限値の設定例を示すグラ
フである。
FIG. 16 is a graph showing an example of setting a limit value of excavation moment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バケット 2 ブーム 3 アーム 5 バケットシリンダ(バケット回転駆動手段) 6 ブームシリンダ(バケット昇降駆動手段) 8 本体 14 シリンダ圧センサ(作用力検出手段) 16 ブーム角度センサ(バケット姿勢検出手段を構
成) 18 バケット角度センサ(バケット姿勢検出手段を構
成) 20 コントローラ 21 バケット姿勢演算手段(バケット姿勢検出手段を
構成) 22 モーメント演算手段 23 バケット回転制御演算部 24 バケット昇降制御演算部 25 モーメント時間変化量演算手段
1 Bucket 2 Boom 3 Arm 5 Bucket Cylinder (Bucket Rotation Drive Means) 6 Boom Cylinder (Bucket Lifting Drive Means) 8 Main Body 14 Cylinder Pressure Sensor (Working Force Detection Means) 16 Boom Angle Sensor (Constitutes Bucket Attitude Detection Means) 18 Bucket Angle sensor (constitutes bucket attitude detecting means) 20 Controller 21 Bucket attitude calculating means (constitutes bucket attitude detecting means) 22 Moment calculating means 23 Bucket rotation control calculating section 24 Bucket lifting control calculating section 25 Moment time change amount calculating means

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 バケットと、このバケットを回転可能に
支持するバケット支持部材と、このバケット支持部材を
回転可能に支持する本体と、上記バケットをバケット支
持部材に対して回転させるバケット回転駆動手段と、上
記バケット支持部材を本体に対して回転させることによ
りバケットを作業面に対して昇降させるバケット昇降駆
動手段とを備えた作業機械において、上記バケットの姿
勢を検出するバケット姿勢検出手段と、バケットを回転
させる作用力を検出する作用力検出手段と、上記バケッ
ト姿勢及び作用力からバケットの回転軸回りの作業モー
メントを時々刻々演算するモーメント演算手段と、この
演算された作業モーメントに基づいてバケット回転駆動
の制御を行うバケット回転制御手段と、上記作業モーメ
ントに基づいてバケット昇降駆動の制御を行うバケット
昇降制御手段とを備えたことを特徴とする作業制御装
置。
1. A bucket, a bucket support member that rotatably supports the bucket, a main body that rotatably supports the bucket support member, and a bucket rotation drive means that rotates the bucket with respect to the bucket support member. In a working machine including a bucket elevating and lowering drive unit that elevates and lowers the bucket with respect to a work surface by rotating the bucket support member with respect to the main body, a bucket attitude detection unit that detects the attitude of the bucket, and a bucket Action force detection means for detecting the action force to rotate, moment calculation means for momentarily calculating the work moment around the rotation axis of the bucket from the bucket attitude and action force, and bucket rotation drive based on the calculated work moment Bucket rotation control means for controlling the A work control device, comprising: a bucket up-and-down control means for controlling the up-and-down drive of the bucket.
【請求項2】 バケットと、このバケットを回転可能に
支持するバケット支持部材と、このバケット支持部材を
回転可能に支持する本体と、上記バケットをバケット支
持部材に対して回転させるバケット回転駆動手段と、上
記バケット支持部材を本体に対して回転させることによ
りバケットを作業面に対して昇降させるバケット昇降駆
動手段とを備えた作業機械において、上記バケットの姿
勢を検出するバケット姿勢検出手段と、バケットを回転
させる作用力を検出する作用力検出手段と、上記バケッ
ト姿勢及び作用力からバケットの作業モーメントを時々
刻々演算するモーメント演算手段と、この時々刻々演算
される作業モーメントの時間変化量を演算するモーメン
ト時間変化量演算手段と、上記作業モーメント及びその
時間変化量に基づいてバケット回転駆動の制御を行うバ
ケット回転制御手段と、上記作業モーメント及びその時
間変化量に基づいてバケット昇降駆動の制御を行うバケ
ット昇降制御手段とを備えたことを特徴とする作業制御
装置。
2. A bucket, a bucket support member that rotatably supports the bucket, a main body that rotatably supports the bucket support member, and a bucket rotation drive unit that rotates the bucket with respect to the bucket support member. In a working machine including a bucket elevating and lowering drive unit that elevates and lowers the bucket with respect to a work surface by rotating the bucket support member with respect to the main body, a bucket attitude detection unit that detects the attitude of the bucket, and a bucket An acting force detecting means for detecting an acting force to rotate, a moment calculating means for momentarily calculating the working moment of the bucket from the bucket attitude and the acting force, and a moment for calculating the time change amount of the moment to be calculated. Based on the time change amount calculation means, the work moment and the time change amount thereof A work control apparatus comprising: a bucket rotation control means for controlling bucket rotation drive and a bucket lifting control means for controlling bucket lifting drive based on the work moment and the time variation thereof.
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