JPH0745741B2 - Excavation depth control device for hydraulic shovel - Google Patents

Excavation depth control device for hydraulic shovel

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JPH0745741B2
JPH0745741B2 JP61160407A JP16040786A JPH0745741B2 JP H0745741 B2 JPH0745741 B2 JP H0745741B2 JP 61160407 A JP61160407 A JP 61160407A JP 16040786 A JP16040786 A JP 16040786A JP H0745741 B2 JPH0745741 B2 JP H0745741B2
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JP
Japan
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arm
boom
excavation depth
bucket
rotation angle
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純 藤岡
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Kobe Steel Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、油圧ショベルの掘削深さ制御装置に関するも
のである。
The present invention relates to an excavation depth control device for a hydraulic excavator.

(従来技術) 従来、油圧ショベルにおける掘削深さの制御手段とし
て、たとえば特公昭58−36135号公報に示されるものが
知られている。この制御手段は、地面からの掘削深さを
設定し、ブーム、アーム、バケットの各回転部に角度検
出器を設けてそれぞれの回転角を検出するとともに、各
回転角に基づいて地面からバケット先端までの距離を求
め、上記設定掘削深さと、地面からバケット先端までの
距離との差が0となるようにブームとアームの作動を制
御するものである。
(Prior Art) Conventionally, as a means for controlling excavation depth in a hydraulic excavator, for example, one disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-36135 is known. This control means sets the excavation depth from the ground, provides angle detectors at the rotating parts of the boom, arm, and bucket to detect the respective rotation angles, and based on each rotation angle, the tip of the bucket from the ground. Is calculated, and the operation of the boom and the arm is controlled so that the difference between the set excavation depth and the distance from the ground to the tip of the bucket is zero.

上記従来の制御手段では、地面を基準として掘削深さの
設定およびバケット先端位置の演算を行っているため、
地面が水平面に対して傾斜している場合、車体も傾斜
し、正確な掘削制御を行うことができず、とくに車体が
前屈みに傾斜している場合には、設定掘削深さ以上に掘
削することになる。しかも、バケットの角度を検出する
ために、バケットのアーム先端に対する枢支部に角度検
出器を設ける必要があり、このバケット角度検出器の使
用環境が悪く、バケットによる掘削およびダンプ時の衝
撃、振動、防水等を考慮して特殊、高価な検出器が必要
であり、しかも、その検出器が故障し易く、その故障に
よって制御不能になるおそれがあり、信頼性に乏しい等
の問題がある。
In the above-mentioned conventional control means, since the excavation depth is set and the bucket tip position is calculated with reference to the ground,
When the ground is tilted with respect to the horizontal plane, the car body is also tilted and accurate excavation control cannot be performed. Especially when the car body is tilted forward, excavate more than the set excavation depth. become. Moreover, in order to detect the angle of the bucket, it is necessary to provide an angle detector at the pivotal support for the tip of the arm of the bucket, and the environment in which this bucket angle detector is used is poor, and the shock, vibration, and the like during excavation and dumping by the bucket, There is a problem that a special and expensive detector is required in consideration of waterproofing, and that the detector is liable to fail, there is a risk that it will lose control, and the reliability is poor.

(発明の目的) 本発明は、このような問題を解消するためになされたも
のであり、地面の傾斜いかんに拘らず、掘削深さを適正
に制御でき、かつ、検出器の故障も少なく、信頼性の高
い制御ができる油圧ショベルの掘削深さ制御装置に提供
するものである。
(Object of the invention) The present invention has been made in order to solve such a problem, regardless of the inclination of the ground, the excavation depth can be appropriately controlled, and the failure of the detector is small. The present invention provides an excavation depth control device for a hydraulic excavator, which enables highly reliable control.

(発明の構成) 本発明の構成を第1図の機能ブロック図(実施例上の手
段を含む)を参照して説明する。
(Structure of the Invention) The structure of the present invention will be described with reference to the functional block diagram of FIG. 1 (including the means of the embodiment).

本発明は、油圧ショベルの走行体前部の機能定点Oを設
定する設定手段10と、機能定点Oを基準とした目標掘削
面までの掘削深さHを設定する設定手段11と、車体の傾
斜角αを検出する検出手段12と、ブームの回転角βを検
出する検出手段13と、アームの回転角γを検出する検出
手段14と、上記各設定手段10,11および各検出手段12,1
3,14からの出力信号と、地面からブームフットまでの高
さ、ブーム長さ、アーム長さ、バケット回転半径とに基
づいてブームフットとアームポイントを結ぶ基準直線の
作業傾斜角ηを演算する演算手段22と、この作業傾斜角
ηに応じてブームフットを基準とした最大掘削深さIを
演算する演算手段23と、上記機能定点Oからの目標掘削
面までの設定掘削深さHをブームフットを基準とした目
標掘削深さJに演算する演算手段24と、上記最大掘削深
さIと目標掘削深さJとを比較する比較手段25と、上記
最大掘削深さIが目標掘削深さJになった時にアーム回
転角γに応じてアームポイントと目標掘削面との鉛直方
向間隔がバケット回転半径より小さくなる方向へのブー
ムおよびアームの作動を阻止する制御手段29,30とを設
けてなることを特徴とするものである。
The present invention relates to a setting means 10 for setting a function fixed point O at the front part of a traveling body of a hydraulic excavator, a setting means 11 for setting a digging depth H to a target digging surface based on the function fixed point O, and a vehicle body inclination. Detection means 12 for detecting the angle α, detection means 13 for detecting the rotation angle β of the boom, detection means 14 for detecting the rotation angle γ of the arm, the setting means 10, 11 and the detection means 12, 1
Calculate the working inclination angle η of the reference straight line connecting the boom foot and the arm point based on the output signals from 3,14 and the height from the ground to the boom foot, the boom length, the arm length, and the bucket turning radius. A calculation means 22, a calculation means 23 for calculating the maximum excavation depth I based on the boom foot according to the work inclination angle η, and a set excavation depth H from the function fixed point O to the target excavation surface are boomed. Calculation means 24 for calculating the target excavation depth J based on the foot, comparison means 25 for comparing the maximum excavation depth I with the target excavation depth J, and the maximum excavation depth I for the target excavation depth J Control means 29, 30 are provided to prevent the boom and the arm from operating in a direction in which the vertical distance between the arm point and the target excavation surface becomes smaller than the bucket rotation radius when the arm angle becomes J. Is characterized by Than it is.

この構成により、オペレータが作業現場の状況等に応じ
て、走行体前部の機能定点Oおよび機能定点Oを基準と
した掘削深さHを設定するだけで、その設定値と車体の
傾斜角α、ブームの回転角γ、アームの回転角δの各検
出値とに基づいて、目標掘削深さに対応した目標掘削面
からアームポイントまでの間隔がバケット回転半径より
小さくならないように制御され、バケット先端により目
標掘削面が掘削されることが確実に防止される。
With this configuration, the operator only needs to set the function fixed point O on the front part of the traveling body and the excavation depth H based on the function fixed point O according to the situation of the work site, and the set value and the inclination angle α of the vehicle body. , The rotation angle γ of the boom and the rotation angle δ of the arm are detected and controlled so that the distance from the target excavation surface to the arm point corresponding to the target excavation depth does not become smaller than the bucket rotation radius. It is possible to reliably prevent the target excavation surface from being excavated by the tip.

(実施例) 第2図は本発明装置を具備した油圧ショベルの一例を示
しているとともに、その制御のための設定、検出、演算
の各要素を示している。この油圧ショベルは、走行体1
の上部に設けられた旋回体2にブーム3が回動自在に設
けられ、ブーム3の先端にアーム4が回動自在に設けら
れ、アーム4の先端にバケット5が回動自在に設けら
れ、これらブーム3、アーム4、バケット5がブームシ
リンダ6、アームシリンダ7、バケットシリンダ8によ
って回動されるようになっている。
(Embodiment) FIG. 2 shows an example of a hydraulic excavator equipped with the device of the present invention, and shows each element of setting, detection, and calculation for its control. This hydraulic excavator is for traveling body 1
A boom 3 is rotatably provided on a revolving structure 2 provided at an upper part of the arm 3, an arm 4 is rotatably provided at a tip of the boom 3, and a bucket 5 is rotatably provided at a tip of the arm 4, The boom 3, the arm 4, and the bucket 5 are rotated by the boom cylinder 6, the arm cylinder 7, and the bucket cylinder 8.

上記油圧ショベルにおいて、各部の基準点、寸法および
角度を次のように定める。
In the above hydraulic excavator, reference points, dimensions and angles of each part are determined as follows.

O:機能定点 X:ブームフット(ブーム3の回転中心) Y:ブームポイント(アーム4の回転中心) Z:アームポイント(バケット5の回転中心) V:バケット5の先端 W:ブームフットXから地面9に鉛直に下した線が地面9
と交わる点 A:ブームフットXの地面からの高さ B:ブーム長さ(ブームフットXとブームポイントY間の
距離) C:アーム長さ(ブームポイントYとアームポイントZ間
の距離) D:バケット回転半径(バケット先端Pのアームポイント
Zを中心とする回転半径) E:上記点Wから機能定点Oまでの距離 H:設定掘削深さ I:最大掘削深さ J:目標掘削深さ K:目標掘削面 α:水平面に対する車体の傾斜角(地面と水平面のなす
角) β:ブーム3の回転角(水平線に対する角度) γ:アーム4の回転角(水平線に対する角度) 上記寸法および角度のうち、高さA、ブーム長さB、ア
ーム長さC、バケット回転半径Dは機種によって決まる
既知の定数である。また、上記点Wから機能定点Oまで
の距離Eおよび設定掘削深さHはオペレータにより掘削
現場の状況に応じて任意に設定される。一方、車体傾斜
角α、ブーム回転角β、アーム回転角γは角度検出器に
より検出される。
O: Fixed point X: Boom foot (Center of rotation of boom 3) Y: Boom point (Center of rotation of arm 4) Z: Arm point (Center of rotation of bucket 5) V: Tip of bucket 5 W: Boom foot X to ground The line that goes vertically to 9 is the ground 9
A: Boom foot X height from the ground B: Boom length (distance between boom foot X and boom point Y) C: Arm length (distance between boom point Y and arm point Z) D: Bucket turning radius (turning radius of bucket tip P around arm point Z) E: Distance from point W to fixed point O H: Set excavation depth I: Maximum excavation depth J: Target excavation depth K: Target excavation surface α: Tilt angle of vehicle body with respect to horizontal plane (angle formed by ground and horizontal plane) β: Rotation angle of boom 3 (angle with respect to horizontal line) γ: Rotation angle of arm 4 (angle with respect to horizontal line) Of the above dimensions and angles, The height A, the boom length B, the arm length C, and the bucket turning radius D are known constants determined by the model. Further, the distance E from the point W to the function fixed point O and the set excavation depth H are arbitrarily set by the operator according to the situation of the excavation site. On the other hand, the vehicle body inclination angle α, the boom rotation angle β, and the arm rotation angle γ are detected by the angle detector.

今、第2図において、ブーム3とアーム4がなす角∠XY
Zをεとすると、εはブーム回転角βとアーム回転角γ
を用いて、 ε=2π−γ−(π−β) =π−γ+β …… で算出される。
Now, in FIG. 2, the angle formed by the boom 3 and the arm 4 ∠XY
If Z is ε, ε is the boom rotation angle β and the arm rotation angle γ.
Is calculated by using ε = 2π−γ− (π−β) = π−γ + β.

また、ブームフットXとアームポイントZ間の距離をG
とすると、Gは、△XYZより、既知のブーム長さBおよ
びアーム長さCと、上記角度εとを用いて次のように算
出される。
In addition, the distance between the boom foot X and the arm point Z is G
Then, G is calculated from ΔXYZ using the known boom length B and arm length C and the angle ε as follows.

次に、ブームフットXを中心として、ブームポイントY
とアームポイントZのなす角∠YXZをθとすると、θ
は、△XYZより、アーム長さCと、上記式で求めた
角度εおよび距離Gを用いて次の通り演算される。
Next, with the boom foot X as the center, the boom point Y
Let θ be the angle ∠YXZ formed by
Is calculated from ΔXYZ using the arm length C, the angle ε and the distance G obtained by the above equations as follows.

C/sinθ=G/sinε ∴θ=sin-1[(C/G)sinε] … ここで、ブームフットXとアームポイントZを結ぶ直線
を基準直線aとし、この基準直線aのブームフットXを
基準とした水平線に対する傾斜角を作業傾斜角ηとする
と、作業傾斜角ηは、下記の通り演算される。
C / sinθ = G / sinε ∴θ = sin -1 [(C / G) sinε] Here, a straight line connecting the boom foot X and the arm point Z is defined as a reference straight line a, and the boom foot X of this reference straight line a is If the inclination angle with respect to the reference horizontal line is the work inclination angle η, the work inclination angle η is calculated as follows.

η=β+θ …… さらに、作業傾斜角ηは作業状況に応じて変化するもの
であり、この作業傾斜角ηに応じたショベルの掘削可能
な最大掘削深さを、ブームフットXを基準としてIで表
わすと、Iは、上記Gおよび作業傾斜角ηとバケット回
転半径Dを用いて次の通り演算される。
η = β + θ Further, the work inclination angle η changes depending on the work situation, and the maximum excavable depth of the shovel according to the work inclination angle η is I based on the boom foot X. Expressing it, I is calculated as follows using G and the work inclination angle η and the bucket turning radius D.

I=Gsinη+D …… このようにブームフットXを基準とする作業傾斜角ηに
応じたショベルの最大掘削深さIは、上記〜式によ
り、既知のブーム長さB、アーム長さC、バケット回転
半径Dと、検出値であるブーム回転角β、アーム回転角
γを用いて算出することができる。
I = Gsinη + D .. Thus, the maximum excavation depth I of the shovel according to the work inclination angle η with respect to the boom foot X is the known boom length B, arm length C, and bucket rotation from the above formulas. It can be calculated using the radius D and the detected values of the boom rotation angle β and the arm rotation angle γ.

一方、ブームフットXと機能定点O間の距離をF、ブー
ムフットXと機能定点Oを結ぶ線の地面9となす角∠XO
Wをδとすると、Fおよびδは△XOWより、車体高さAと
設定距離Eを用いて次のように算出される。
On the other hand, the distance between the boom foot X and the function fixed point O is F, and the angle between the boom foot X and the function fixed point O and the ground 9 is ∠XO
When W is δ, F and δ are calculated from ΔXOW using the vehicle body height A and the set distance E as follows.

δ=tan-1(A/E) …… 次に、ブームフットXを基準としてショベルの目標掘削
深さをJで表わすと、目標掘削深さJは、機能定点Oを
基準とした設定掘削深さHと、上記式で求められた距
離Fと、検出値である車体傾斜角αと、上記式で求め
られたδとを用いて次のように算出される。
δ = tan −1 (A / E) …… Next, when the target excavation depth of the shovel is represented by J with the boom foot X as the reference, the target excavation depth J is the set excavation depth with reference to the function fixed point O. The height H, the distance F obtained by the above equation, the vehicle body inclination angle α which is a detected value, and the δ obtained by the above equation are used to calculate as follows.

J=H+Fsin(α+δ) …… こうしてブームフットXを基準としたショベルの目標掘
削深さJは、上記〜式により、既知の車体高さA
と、設定距離Eおよび設定掘削深さHと、検出値である
車体傾斜角αおよびブーム回転角βを用いて演算するこ
とができる。
J = H + Fsin (α + δ) ...... Thus, the target excavation depth J of the shovel based on the boom foot X is the known vehicle height A from the above formulas.
Can be calculated using the set distance E, the set excavation depth H, and the detected vehicle body inclination angle α and boom rotation angle β.

そして、上記作業傾斜角ηに応じた最大掘削深さIと、
目標掘削深さJとを比較することによって、アームポイ
ントZが安全域にあるか、危険域にあるかが分る。
Then, the maximum excavation depth I corresponding to the work inclination angle η,
By comparing with the target excavation depth J, it is possible to know whether the arm point Z is in the safe area or the dangerous area.

すなわち最大掘削深さIが目標掘削深さJより小さい時
(I<J)は、アームポイントZが目標掘削面Kからバ
ケット回転半径Dに相当する距離以上に離れた領域にあ
り、安全域であると言える。従ってその位置でバケット
5を掻込み方向に回動させてもバケット先端Pが目標掘
削面Kに食込むおそれはなく、ブーム3、アーム4、バ
ケット5を自由に作動させて差支えない。
That is, when the maximum excavation depth I is smaller than the target excavation depth J (I <J), the arm point Z is in a region away from the target excavation surface K by a distance equal to or greater than the bucket rotation radius D, and is in the safety region. It can be said that there is. Therefore, even if the bucket 5 is rotated in the scraping direction at that position, there is no risk that the bucket tip P bites into the target excavation surface K, and the boom 3, the arm 4, and the bucket 5 can be freely operated.

ただし、最大掘削深さIが目標掘削深さJ以上の時(I
≧J)は、アームポイントZと目標掘削面Kとの間隔が
バケット回転半径D以下の時であり、この位置でバケッ
ト5を回動させると、バケット先端Pが目標掘削面Kに
食込むおそれがあり、従って危険域であると言える。
However, when the maximum excavation depth I is greater than or equal to the target excavation depth J (I
≧ J) is when the distance between the arm point Z and the target excavation surface K is less than or equal to the bucket turning radius D, and when the bucket 5 is rotated at this position, the bucket tip P may bite into the target excavation surface K. Therefore, it can be said that this is a dangerous area.

このような場合はアーム回転角γの値によって次のよう
に判定される。
In such a case, the following determination is made based on the value of the arm rotation angle γ.

イ γ<(π/2)の時 :アーム引込みおよびブーム下げを停止 ロ γ>(π/2)の時 :アーム押出しおよびブーム下げを停止 ハ γ=(π/2)の時 :アーム下げを停止 これによって、アームポイントZが目標掘削面K側に近
付くことが防止され、アームポイントZと目標掘削面K
との間隔がバケット回転半径Dより小さくなることが防
止され、バケット先端Pが目標掘削面Kに食込むことが
防止される。
When γ <(π / 2): Stop pulling in the arm and lowering the boom. When γ> (π / 2): Stop pushing out the arm and lowering the boom. When γ = (π / 2): Lower the arm. By this, the arm point Z is prevented from approaching the target excavation surface K side, and the arm point Z and the target excavation surface K are prevented.
Is prevented from becoming smaller than the bucket rotation radius D, and the bucket tip P is prevented from biting into the target excavation surface K.

次に、上記の演算および制御を第1図の機能ブロック図
により説明する。
Next, the above calculation and control will be described with reference to the functional block diagram of FIG.

まず、オペレータが現場の作業状況に応じて、機能定点
Oを決め、この機能定点Oを基準に上記点Wから機能定
点Oまでの距離Eを機能定点設定手段10に設定するとと
もに、機能定点0を基準とした設定掘削深さHを掘削深
さ設定手段11に設定する。一方、車体傾斜角検出手段12
により車体傾斜角αが検出され、ブーム回転角検出手段
13およびアーム回転角検出手段14によりビーム回転角β
およびアーム回転角γが検出される。この場合、車体傾
斜角検出手段12には車体に設けられるジャイロスコー
プ、振り子等の検出器が用いられる。ブーム回転角検出
手段13およびアーム回転角検出手段14にはブームフット
XおよびブームポイントYに設けられるポテンショメー
タ等の検出器が用いられる。ただし、上記回転角検出手
段13,14による実際の検出値は車体およびブームポイン
トYを基準とするため、図示しない補正手段により水平
線を基準とする数値に補正される。
First, the operator determines a function fixed point O according to the work situation at the site, sets the distance E from the point W to the function fixed point O in the function fixed point setting means 10 on the basis of the function fixed point O, and also sets the function fixed point 0. The set excavation depth H based on is set in the excavation depth setting means 11. On the other hand, the vehicle body tilt angle detection means 12
The vehicle body inclination angle α is detected by the boom rotation angle detection means.
Beam rotation angle β by 13 and arm rotation angle detection means 14
And the arm rotation angle γ is detected. In this case, as the vehicle body inclination angle detecting means 12, a detector such as a gyroscope or a pendulum provided on the vehicle body is used. For the boom rotation angle detection means 13 and the arm rotation angle detection means 14, detectors such as potentiometers provided at the boom foot X and the boom point Y are used. However, since the actual detected values by the rotation angle detecting means 13 and 14 are based on the vehicle body and the boom point Y, they are corrected by a correction means (not shown) to a numerical value based on the horizontal line.

そして、上記各設定手段10,11および各検出手段12,13,1
4からの出力信号E,Hおよびα,β,γがコントローラ20
に入力され、入出力装置21を経て作業傾斜角演算手段22
および最大掘削深さ演算手段23と、目標掘削深さ演算手
段24に送られる。ここで、上記演算手段22,23により作
業傾斜角ηに応じた最大掘削深さI(上記〜式)が
演算されるとともに、演算手段24により目標掘削深さJ
(上記〜式)が演算される。
Then, the setting means 10, 11 and the detection means 12, 13, 1
The output signals E, H and α, β, γ from 4 are controlled by the controller 20.
Input to the work inclination angle calculation means 22 via the input / output device 21.
And the maximum excavation depth calculation means 23 and the target excavation depth calculation means 24. Here, the maximum excavation depth I (above equation) corresponding to the work inclination angle η is calculated by the calculation means 22 and 23, and the target excavation depth J is calculated by the calculation means 24.
(Above-formula) is calculated.

次いで、比較手段25により最大掘削深さIと、目標掘削
深さJとが比較され、判別手段26により最大掘削深さI
が目標掘削深さJより小さい(I<J)か否かが判別さ
れ、I<Jの時は、アームポイントZが安全域であるの
で、信号発生手段28を介してブーム制御手段29およびア
ーム制御手段30にそれぞれ自由作動信号が送られる。
Next, the comparing means 25 compares the maximum excavation depth I with the target excavation depth J, and the determining means 26 determines the maximum excavation depth I.
Is smaller than the target excavation depth J (I <J), and when I <J, the arm point Z is in the safe area, and therefore the boom control means 29 and the arm are controlled via the signal generating means 28. A free activation signal is sent to each control means 30.

一方、I≧Jの時は、アームポイントZが危険域にある
ので、次のアーム回転角判別手段28によりアーム回転角
γの値に基づいて上記イ〜ハに応じた制御信号が信号発
生手段28を介してブーム制御手段29およびアーム制御手
段30に送られる。なお、機械としては安全サイドに動く
ことは可能とする。
On the other hand, when I ≧ J, since the arm point Z is in the dangerous area, the next arm rotation angle determination means 28 outputs a control signal corresponding to the above-mentioned a to c based on the value of the arm rotation angle γ. It is sent to the boom control means 29 and the arm control means 30 via 28. The machine can move to the safe side.

次に、上記の制御を行うためのブームおよびアームの油
圧回路を第4図によって説明する。
Next, a boom and arm hydraulic circuit for performing the above control will be described with reference to FIG.

第4図において、図示しないアームレバーを操作する
と、アーム用操作弁31に設けられた可変減圧弁31a,31b
の二次側に二次圧力Pa1,Pa2が導かれ、その二次圧力P
a1,Pa2によってアーム用方向制御弁32が左右いずれかに
切替えられ、メインポンプ33からアームシリンダ7に対
する圧油の給排が制御され、アームシリンダ7が伸縮さ
れてアーム押出しまたは引込みが行われる。また、図示
しないブームレバーを操作すると、ブーム用操作弁34に
設けられた可変減圧弁34a,34bの二次側に二次圧力Pb1,P
b2が導かれ、その二次圧力Pb1,Pb2によってブーム用方
向制御弁35が左右いずれかに切替えられ、メインポンプ
36からブームシリンダ6に対する圧油の給排が制御さ
れ、ブームシリンダ6が伸縮されてブーム上げまたはブ
ーム下げが行われる。
In FIG. 4, when the arm lever (not shown) is operated, the variable pressure reducing valves 31a, 31b provided on the arm operation valve 31 are operated.
The secondary pressures Pa 1 and Pa 2 are introduced to the secondary side of the
The arm directional control valve 32 is switched to the left or right by a 1 and Pa 2 , the supply and discharge of pressure oil from the main pump 33 to the arm cylinder 7 is controlled, and the arm cylinder 7 is expanded and contracted to perform arm pushing or drawing. Be seen. When a boom lever (not shown) is operated, the secondary pressures Pb 1 and Pb are applied to the secondary side of the variable pressure reducing valves 34a and 34b provided on the boom operation valve 34.
b 2 is introduced, and the secondary pressures Pb 1 and Pb 2 switch the boom directional control valve 35 to the left or right, and the main pump
The supply and discharge of pressure oil to and from the boom cylinder 6 is controlled from 36, and the boom cylinder 6 is expanded and contracted to raise or lower the boom.

上記油圧回路において、アーム押出し用可変減圧弁31a
の二次側回路およびアーム引込み用可変減圧弁31bの二
次側回路と、ブーム下げ用可変減圧弁34bの二次側回路
に、それぞれ電磁弁37,38,39が設けられている。
In the hydraulic circuit, the variable pressure reducing valve 31a for pushing out the arm is used.
Solenoid valves 37, 38, 39 are respectively provided in the secondary side circuit and the secondary side circuit of the arm retracting variable pressure reducing valve 31b and the secondary circuit of the boom lowering variable pressure reducing valve 34b.

今、アーム押出し用可変減圧弁31aを操作してその二次
圧力Pa1によりアーム用方向制御弁32を左位置に切替
え、アームシリンダ7を伸ばしてアーム押出しを行って
いる際に、電磁弁37をONすると、上記可変減圧弁31aか
ら方向制御弁32に二次圧力が送られなくなり、方向制御
弁32が中立位置に戻され、アームシリンダ7が停止さ
れ、アーム押出しが停止される。また、アーム引込みお
よびブーム下げの作業時に、電磁弁38,39をONすれば、
上記と同様の作動でそれらの作業が停止される。ただ
し、ブーム上げは常に安全サイドへの作動であるので、
上記の制御を行う必要はない。
Now, when the arm push-out variable pressure reducing valve 31a is operated to switch the arm directional control valve 32 to the left position by the secondary pressure Pa 1 , the arm cylinder 7 is extended and the arm push-out valve is operated. When is turned on, the secondary pressure is not sent from the variable pressure reducing valve 31a to the directional control valve 32, the directional control valve 32 is returned to the neutral position, the arm cylinder 7 is stopped, and the arm extrusion is stopped. Also, if the solenoid valves 38, 39 are turned on during the work of retracting the arm and lowering the boom,
These operations are stopped by the same operation as above. However, raising the boom is always on the safe side, so
It is not necessary to perform the above control.

上記電磁弁37,38,39はコントローラ20からの信号によっ
てON−OFF制御されるものであり、コントローラ20は第
1図に示した機能を有し、車体傾斜角α、ブーム回転角
β、アーム回転角γ、設定距離E、設定掘削深さHを入
力し、それらの入力信号に基づいて電磁弁37,38,39に対
するON−OFF信号を出力する。
The solenoid valves 37, 38, 39 are ON / OFF controlled by a signal from the controller 20, and the controller 20 has the functions shown in FIG. 1, the vehicle body inclination angle α, the boom rotation angle β, and the arm. The rotation angle γ, the set distance E, and the set excavation depth H are input, and ON-OFF signals for the solenoid valves 37, 38, 39 are output based on these input signals.

このようにアーム用方向制御弁32およびブーム用方向制
御弁35を切替えるための二次圧力を、コントローラ20か
らの信号によって作動する電磁弁37,38,39でON−OFFす
ることにより誤動作がなく、制御の信頼性が高められ
る。
In this way, the secondary pressure for switching the arm directional control valve 32 and the boom directional control valve 35 is turned on and off by the solenoid valves 37, 38, 39 operated by the signal from the controller 20 to prevent malfunction. , The reliability of control is improved.

次に、上記コントローラ20による制御を第4図のフロー
チャートにより説明する。
Next, the control by the controller 20 will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、ステップS1で設定掘削深さHが読込まれ、ステッ
プS2で上記点Wから機能定点Oまでの設定距離Eが読込
まれ、ステップS3で車体傾斜角αが読込まれ、ステップ
S4でブーム回転角βが読込まれ、ステップS5でアーム回
転角γが読込まれる。次いで、ステップS6でブームフッ
トXを基準とする作業傾斜角ηに応じた最大掘削深さI
が演算され、ステップS7でブームフットXを基準とする
目標掘削深さJが演算された後、ステップS8でI<Jで
あるか否かが判別される。ステップS8でYESの時は、ス
タートに戻る。
First, step S 1 in the configuration digging depth H is read in, Step S 2 at a set distance E is read in by the function fixed point O from the point W, the vehicle body inclination angle α is read in at Step S 3, step
The boom rotation angle β is read in S 4 , and the arm rotation angle γ is read in step S 5 . Next, in step S 6 , the maximum excavation depth I corresponding to the work inclination angle η with the boom foot X as a reference.
Is calculated and the target excavation depth J based on the boom foot X is calculated in step S 7 , and then it is determined in step S 8 whether I <J. If YES in step S 8, the process returns to the start.

ステップS8でNO(I≧J)の時は、次のステップS9でア
ーム回転角γが、γ<(π/2)か否かが判別される。ス
テップS9でYESの時はステップS11に進み、アーム引込み
停止すなわち第3図の電磁弁38をONする信号が出力され
た後、ステップS13に進む。NOの時はステップS10でγ=
(π/2)か否かが判別され、YESの時はステップS13に進
み、NOの時はステップS12でアーム押出し停止すなわち
第3図の電磁弁37をONする信号が出力され、ステップS
13に進む。次いで、ステップS13でブーム下げ停止すな
わち第3図の電磁弁39をONする信号が出力され、その
後、ステップS14で終りか否かが判別され、NOの時はス
タートに戻され、YESの時は制御を終了する。
When Step S 8 NO of (I ≧ J) the arm rotational angle gamma is in the next step S 9, γ <(π / 2) , it is determined whether. If YES in step S 9 proceeds to step S 11, after the signal to turn ON the solenoid valve 38 of the arm retraction stop ie Figure 3 is outputted, the process proceeds to step S 13. In step S 10 when the NO gamma =
(Π / 2) whether it is discriminated, if YES then the process proceeds to step S 13, when the NO is output a signal to turn ON the solenoid valve 37 of the arm extrusion stop ie Figure 3 in step S 12, step S
Proceed to 13 . Then, the boom-down stop or signal to turn ON the solenoid valve 39 of FIG. 3 is output in step S 13, then the end whether it is discriminated in step S 14, when the NO is returned to the start, the YES When time ends control ends.

これによって、目標掘削面KからアームポイントZまで
の間隔がバケット回転半径Dより小さくならないように
制御され、バケット先端Pにより目標掘削面Kが掘削さ
れることが防止される。
As a result, the distance from the target excavation surface K to the arm point Z is controlled so as not to be smaller than the bucket rotation radius D, and the bucket excavation tip P is prevented from excavating the target excavation surface K.

(発明の効果) 以上のように本発明は、オペレータが走行体前部の機能
定点Oおよび機能定点Oを基準とした掘削深さHを設定
するだけで、その設定値と車体の傾斜角α、ブームの回
転角β、アームの回転角γの各検出値とに基づいて、目
標掘削面からアームポイントまでの間隔がバケット回転
半径より小さくならないように制御でき、バケット先端
により目標掘削面が掘削されることを確実に防止でき、
正確な掘削深さ制御ができる。しかも、地盤が傾斜して
いる場合であっても、その作業現場の状況に応じて機能
定点と目標掘削深さを設定することによって、常に最適
な制御が行われ、制御精度を向上できるとともに、作業
の安全性ならびに装置の汎用性を向上できる。さらに、
バケットの枢支部に角度検出器を設ける必要がないの
で、従来装置に比べて検出器の数を少なくできるととも
に、故障も少なく、信頼性の高い制御を行うことができ
る。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the operator only sets the function fixed point O on the front part of the traveling body and the excavation depth H based on the function fixed point O, and the set value and the inclination angle α of the vehicle body are set. , The rotation angle β of the boom and the rotation angle γ of the arm can be controlled so that the distance from the target excavation surface to the arm point is not smaller than the bucket rotation radius, and the target excavation surface is excavated by the bucket tip. Can be reliably prevented,
Accurate drilling depth control is possible. Moreover, even when the ground is inclined, by setting the function fixed point and the target excavation depth according to the situation of the work site, optimum control is always performed and the control accuracy can be improved. The work safety and the versatility of the device can be improved. further,
Since it is not necessary to provide an angle detector on the pivot portion of the bucket, the number of detectors can be reduced as compared with the conventional device, and the number of failures is small and highly reliable control can be performed.

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

第1図は本発明装置の実施例を示す機能ブロック図、第
2図は本発明装置を具備する油圧ショベルの一例を示す
側面図、第3図は本発明装置におけるブームおよびアー
ムの油圧回路図、第4図は制御のフローチャートであ
る。 1…走行体、3…ブーム、4…アーム、5…バケット、
10…機能定点設定手段、11…掘削深さ設定手段、12…車
体傾斜角設定手段、13…ブーム回転角検出手段、14…ア
ーム回転角検出手段、20…コントローラ、22…作業傾斜
角演算手段、23…最大掘削深さ演算手段、24…目標掘削
深さ演算手段、25…比較手段、26…判別手段、27…アー
ム回転角判別手段、28…信号発生手段、29…ブーム制御
手段、30…アーム制御手段、37,38,39…電磁弁、α…車
体傾斜角、β…ブーム回転角、γ…アーム回転角、O…
機能定点、E…設定距離、η…作業傾斜角、I…最大掘
削深さ、J…目標掘削深さ。
FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of the device of the present invention, FIG. 2 is a side view showing an example of a hydraulic excavator equipped with the device of the present invention, and FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram of a boom and an arm in the device of the present invention. FIG. 4 is a control flowchart. 1 ... traveling body, 3 ... boom, 4 ... arm, 5 ... bucket,
10 ... Function fixed point setting means, 11 ... Excavation depth setting means, 12 ... Vehicle inclination angle setting means, 13 ... Boom rotation angle detecting means, 14 ... Arm rotation angle detecting means, 20 ... Controller, 22 ... Work inclination angle calculating means , 23 ... Maximum excavation depth calculation means, 24 ... Target excavation depth calculation means, 25 ... Comparison means, 26 ... Discrimination means, 27 ... Arm rotation angle discrimination means, 28 ... Signal generation means, 29 ... Boom control means, 30 ... Arm control means, 37, 38, 39 ... Solenoid valve, α ... Vehicle body tilt angle, β ... Boom rotation angle, γ ... Arm rotation angle, O ...
Function fixed point, E ... set distance, η ... work inclination angle, I ... maximum excavation depth, J ... target excavation depth.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】油圧ショベルの走行体前部の機能定点を設
定する設定手段と、機能定点を基準とした目標掘削面ま
での掘削深さを設定する設定手段と、車体の傾斜角を検
出する検出手段と、ブームの回転角を検出する検出手段
と、アームの回転角を検出する検出手段と、上記各設定
手段および各検出手段からの出力信号と地面からブーム
フットまでの高さ、ブーム長さ、アーム長さ、バケット
回転半径とに基づいて、ブームフットとアームポイント
を結ぶ基準直線の作業傾斜角を演算するとともに、この
作業傾斜角に応じてブームフットを基準とした最大掘削
深さを演算する演算手段と、上記機能定点から目標掘削
面までの設定掘削深さをブームフットを基準とした目標
掘削深さに演算する演算手段と、上記最大掘削深さと目
標掘削深さとを比較する比較手段と、上記最大掘削深さ
が目標掘削深さになった時にアーム回転角に応じてアー
ムポイントと目標掘削面との鉛直方向間隔がバケット回
転半径より小さくなる方向へのブームおよびアームの作
動を阻止する制御手段とを設けたことを特徴とする油圧
ショベルの掘削深さ制御装置。
1. A setting means for setting a function fixed point on a front part of a traveling body of a hydraulic excavator, a setting means for setting a digging depth up to a target digging surface with reference to the function fixed point, and detecting an inclination angle of a vehicle body. Detecting means, detecting means for detecting the rotation angle of the boom, detecting means for detecting the rotation angle of the arm, output signals from the setting means and the detecting means, height from the ground to the boom foot, boom length Based on the arm length and the bucket turning radius, the work inclination angle of the reference straight line connecting the boom foot and the arm point is calculated, and the maximum excavation depth based on the boom foot is calculated according to the work inclination angle. A calculating means for calculating, a calculating means for calculating the set excavation depth from the function fixed point to the target excavation surface to a target excavation depth based on the boom foot, and a ratio of the maximum excavation depth to the target excavation depth. And the boom and the arm in the direction in which the vertical distance between the arm point and the target excavation surface becomes smaller than the bucket rotation radius according to the arm rotation angle when the maximum excavation depth reaches the target excavation depth. An excavation depth control device for a hydraulic excavator, which is provided with a control means for preventing operation.
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