JP2008089104A - Power actuator driving control device of hydraulic working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動掘削や作業領域制御等を可能とした高機能型の建設機械に適用される油圧作業機のパワーアクチュエータ駆動制御装置に係わり、特に、高機能且つ小型の建設機械に好適な油圧作業機のパワーアクチュエータ駆動制御装置に関する。 The present invention relates to a power actuator drive control device for a hydraulic work machine applied to a high-function construction machine capable of automatic excavation, work area control, and the like, and in particular, a hydraulic pressure suitable for a high-function and small-sized construction machine. The present invention relates to a power actuator drive control device for a work machine.
上述した高機能型の建設機械には、その油圧作業機の操作にしばしば電気レバー装置が用いられている。この電気レバー装置は、操作レバーの操作量を電気的な操作信号に置き換えて出力するものであり、これにより、油圧作業機の操作、つまり、そのパワーアクチュエータ(具体的には油圧シリンダ)の駆動が電気的に制御可能となる。
より詳しくは、一般的な建設機械の場合、パワーアクチュエータは、油圧ポンプから圧油の供給がパイロット式の方向制御弁の切り換え作動により駆動されるため、上述した電気的な操作信号は、方向制御弁へのパイロット圧信号を作り出す電磁比例制御弁の切り換えを制御するために使用されている(特許文献1)。
More specifically, in the case of a general construction machine, the power actuator is driven by the switching operation of a pilot-type directional control valve so that the pressure oil is supplied from the hydraulic pump. It is used to control the switching of an electromagnetic proportional control valve that produces a pilot pressure signal to the valve (Patent Document 1).
上述した電気的なレバー方式の油圧作業機は、パイロット圧信号の発生源となるパイロットポンプ、パイロット配管、パイロットフィルタ及びパイロットリリーフバルブ等のパイロット圧回路が必要不可欠であるから、比較的大型の建設機械に適用され、ミニショベル等の小型の建設機械への適用はパイロット圧回路が要求するスペースや、製造コストの観点からみて搭載は困難である。 The electrical lever type hydraulic working machine described above requires a pilot pressure circuit such as a pilot pump, pilot piping, pilot filter, and pilot relief valve that are the source of the pilot pressure signal. It is applied to a machine, and it is difficult to apply to a small construction machine such as a mini excavator from the viewpoint of the space required by the pilot pressure circuit and the manufacturing cost.
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところはミニショベル等の小型の建設機械にあっても、自動掘削や作業領域制御等の高機能を容易に付加でき、しかも、作業負荷に拘わらず、操作レバーの操作にパワーアクチュエータの駆動をきめ細かく追従させることができる油圧作業機のパワーアクチュエータ駆動制御装置を提供することにある。 The present invention has been made based on the above-mentioned circumstances, and even if it is a small construction machine such as a mini excavator, it can easily add high functions such as automatic excavation and work area control. An object of the present invention is to provide a power actuator drive control device for a hydraulic working machine capable of closely following the operation of an operation lever regardless of the work load.
上記の目的を達成するため、本発明は、関節を介して連なる複数の腕部からなり、基端が上部旋回体に枢支された作業腕と、この作業腕の先端に取り付けられた作業アタッチメントと、作業腕の各腕部及び作業アタッチメントをそれぞれ駆動する複数のパワーアクチュエータと、パワーアクチュエータに向けて圧油を供給する油圧ポンプとを備えた油圧作業機において、本発明のパワーアクチュエータ駆動制御装置は、油圧ポンプとパワーアクチュエータとを接続する油圧経路に介挿され、そのパワーアクチュエータに対する圧油の供給を制御する方向制御弁と、方向制御弁の切り換えを行うための操作レバーを有し、この操作レバーの操作量を電気的な操作信号に置き換えるレバーユニットと、方向制御弁に直結して設けられ、レバーユニットからの操作信号に基づき、方向制御弁を切り換え作動させる電動型のバルブアクチュエータとを備える(請求項1)。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a work arm comprising a plurality of arm portions connected via a joint, a base end pivotally supported by an upper swing body, and a work attachment attached to the front end of the work arm. And a plurality of power actuators for driving each arm portion and work attachment of the work arm, and a hydraulic pump for supplying pressure oil toward the power actuator. Has a directional control valve that is inserted in a hydraulic path connecting the hydraulic pump and the power actuator, controls the supply of pressure oil to the power actuator, and an operation lever for switching the directional control valve. A lever unit that replaces the operation amount of the operation lever with an electrical operation signal and a direct connection to the directional control valve are provided. Based on the operation signal from the bets, and a motorized type valve actuator for actuating switch the directional control valve (claim 1).
上述した駆動制御装置によれば、レバーユニットの操作レバーが操作されたとき、レバーユニットから電気的な操作信号が出力される。この操作信号は、電動型のバルブアクチュエータを介して方向制御弁を切り換え作動させ、これにより、パワーアクチュエータは操作レバーの操作に従い駆動される。
好ましくは、本発明の駆動制御装置は、方向制御弁が操作レバーの操作により切り換え作動されるとき、方向制御弁の切り換え作動量を油圧作業機の作業状況に応じて制御するコントローラを更に備え(請求項2)、この場合、コントローラは、レバーユニットからの操作信号を油圧作業機の作業状況に応じて調整することができる(請求項3)。
According to the drive control device described above, when the operation lever of the lever unit is operated, an electrical operation signal is output from the lever unit. This operation signal switches and operates the direction control valve via the electric valve actuator, whereby the power actuator is driven according to the operation of the operation lever.
Preferably, the drive control device according to the present invention further includes a controller that controls a switching operation amount of the direction control valve according to a working state of the hydraulic working machine when the direction control valve is switched by an operation of an operation lever. In this case, the controller can adjust the operation signal from the lever unit in accordance with the work status of the hydraulic working machine (claim 3).
具体的には、コントローラは、作業アタッチメントの侵入が禁止される作業不可領域を設定する設定手段と、ベースに対する作業アタッチメントの実作業位置を検出する作業位置検出手段と、作業位置検出手段からの実作業位置と作業不可領域との間の偏差に基づき、操作信号に対する規制量を算出する規制手段とを含むことができる(請求項4)。
上述のコントローラによれば、操作レバーの操作を受けて油圧作業機の作業アタッチメントが作動するとき、作業アタッチメントの実作業位置が作業不可領域に近接すればするほど、つまり、上述した偏差が小さくなればなるほど、規制手段はレバーユニットからの操作信号に対する規制量を増加させる。
Specifically, the controller includes setting means for setting a work impossible area where entry of the work attachment is prohibited, work position detecting means for detecting the actual work position of the work attachment with respect to the base, and actual positions from the work position detecting means. Restriction means for calculating a restriction amount for the operation signal based on a deviation between the work position and the work disabling region can be included.
According to the above-described controller, when the work attachment of the hydraulic working machine is activated in response to the operation of the operation lever, the closer the actual work position of the work attachment is to the work impossible area, that is, the above-described deviation can be reduced. The restriction means increases the restriction amount with respect to the operation signal from the lever unit.
それ故、操作信号に拘わらず、方向制御弁の切り換え作動量、つまり、パワーアクチュエータの作動量が減少し、作業不可領域内に作業アタッチメントが侵入することはない。
上述したコントローラの働きは油圧作業機の作業領域制御を実施するものとなり、このような作業領域制御は油圧作業機の自動化を実現するうえで必要不可欠な機能の1つである。
Therefore, regardless of the operation signal, the switching operation amount of the directional control valve, that is, the operation amount of the power actuator is reduced, and the work attachment does not enter the work impossible area.
The operation of the controller described above implements work area control of the hydraulic work machine, and such work area control is one of the functions indispensable for realizing the automation of the hydraulic work machine.
一方、コントローラは、パワーアクチュエータに向けて供給される圧油の圧力を検出し、圧力に応じた圧力信号を出力する圧力センサと、この圧力センサからの圧力信号に基づき、操作信号に対する調整量を算出する調整手段とを含むこともできる(請求項5)。
具体的には、調整手段は、パワーアクチュエータに向けて供給される圧油の圧力、つまり、パワーアクチュエータの負荷圧が基準圧を越えて高くなればなるほど、レバーユニットからの操作信号を増加方向に補正すべく調整し、方向制御弁の切り換え作動量、つまり、パワーアクチュエータへの圧油の供給流量を増大させる。
On the other hand, the controller detects the pressure of the pressure oil supplied to the power actuator and outputs a pressure signal corresponding to the pressure, and an adjustment amount for the operation signal based on the pressure signal from the pressure sensor. It is also possible to include adjusting means for calculating (claim 5).
Specifically, the adjustment means increases the operation signal from the lever unit in the increasing direction as the pressure of the pressure oil supplied to the power actuator, that is, the load pressure of the power actuator becomes higher than the reference pressure. Adjustment is made to correct, and the switching operation amount of the direction control valve, that is, the supply flow rate of pressure oil to the power actuator is increased.
上述したコントローラの働きは、パワーアクチュエータの負荷圧に拘わらず、方向制御弁を通じてパワーアクチュエータに供給される圧油の供給量を操作レバーの操作量に対応付ける。
更に、バルブアクチュエータはステッピングモータを含むことができ(請求項6)、この場合、ステッピングモータの回転角は方向制御弁の切り換え作動量を決定する。
The function of the controller described above associates the supply amount of the pressure oil supplied to the power actuator through the direction control valve with the operation amount of the operation lever, regardless of the load pressure of the power actuator.
Further, the valve actuator may include a stepping motor (Claim 6), in which case the rotation angle of the stepping motor determines the switching operation amount of the direction control valve.
請求項1の油圧作業機のパワーアクチュエータ駆動制御装置は、操作レバーの操作量を電気的な操作信号に置き換え、この操作信号に基づき電動型のバルブアクチュエータを介して方向制御弁の切り換え作動をなすようにしたから、パワーアクチュエータの駆動を電気的に制御可能となる。それ故、油圧作業機に自動掘削や作業領域制御等の高度な機能を容易に付加することができる。
The power actuator drive control device for a hydraulic working machine according to
請求項2〜5の駆動制御装置は、油圧作業機の作業状況に応じてレバーユニットからの操作信号がコントローラにより制御されるので、油圧作業機の作業アタッチメントに対する作業領域制御を実現し、また、操作レバーの操作にパワーアクチュエータの駆動を迅速に追従させることで、パワーアクチュエータの応答性を大幅に改善する。
請求項6の駆動制御装置は、操作信号に対して方向制御弁を高精度に切り換え作動させる安価なバルブアクチュエータを提供する。
The drive control device according to any one of
The drive control apparatus according to the sixth aspect provides an inexpensive valve actuator that switches the direction control valve with high accuracy in response to the operation signal.
図1は建設機械としてのミニショベルを示す。
ミニショベルはクローラ型の下部走行体2と、この下部走行体2の上側に設けられた上部旋回体4とを備えている。この上部旋回体4上には運転席6が配置され、この運転席6はキャノピ8により上方から覆われている。
上部旋回体4の前部からは油圧作業機の作業腕10が延び、この作業腕10は上部旋回体4側からブーム12及びアーム14を有する。ブーム12はその基端がベースとしての上部旋回体4に枢支ピン12pを介して支持され、枢支ピン12pの回りを上下方向に起伏自在となっている。そして、アーム14はブーム12の先端に関節、つまり、アームピン14pを介して連なり、このアームピン14pの回りを上下方向に回動自在となっている。
FIG. 1 shows a mini excavator as a construction machine.
The mini excavator includes a crawler-type lower traveling
A working
更に、アーム14の先端には関節としてのバケットピン16aを介してバケット16はが取り付けられており、このバケット16は油圧作業機における作業アタッチメントの1つであり、バケットピン16aの回りに上下方向に回動自在となっている。
上述したブーム12、アーム14及びバケット16のそれぞれは、対応するブームシリンダ18、アームシリンダ20及びバケットシリンダ22が伸縮操作されることで起伏又は回動し、これらシリンダ18〜22の伸縮操作は運転席6から可能となっている。つまり、運転席6の左右にはレバーコンソール24がそれぞれ配置されており、これらレバーコンソール24の操作により前記シリンダ18〜22の伸縮が独立して実施される。
Further, a
Each of the
ブームシリンダ18、アームシリンダ20及びバケットシリンダ22は、油圧作業機の作業を実現するためのパワーアクチュエータであって、それぞれ複動型の油圧シリンダからなる。なお、図1中、参照符号26は排土ブレードを示し、この排土ブレード26は下部走行体2から前方に向けて突出されている。
図2は、油圧作業機のオープンセンタ型油圧回路28を概略的に示す。
The
FIG. 2 schematically shows an open center type
この油圧回路は可変容量型の油圧ポンプ30を備え、この油圧ポンプ30はミニショベルのエンジンや電動モータ等の原動機32に連結されている。油圧ポンプ30が原動機32により駆動されたとき、油圧ポンプ30は油圧タンク34から吸い込んだ圧油をパワーアクチュエータ36xに向けて供給する。
ここで、パワーアクチュエータ36xの添え字「x」は前述したブームシリンダ18、アームシリンダ20及びバケットシリンダ22の何れかを表し、以下でも同様な意味にて使用する。
This hydraulic circuit includes a variable displacement
Here, the subscript “x” of the
油圧ポンプ30とパワーアクチュエータ36xとを接続する油圧管路には方向制御弁38xがそれぞれ配置されている。図2から明らかなように、方向制御弁38xは6ポート3位置の方向切換弁であって、油圧ポンプ30からパワーアクチュエータ36xに向かう圧油の供給方向や供給量をそれぞれ制御する。
図3は方向制御弁38xをより具体的に示す。
FIG. 3 shows the
方向制御弁38xはバルブスプール40を有し、このバルブスプール40はバルブボディ42内に摺動自在に配置されている。バルブスプール40の両端はバルブボディ42からそれぞれ突出し、図3でみてバルブスプール40の右端はカップ形状のばねカバー44により囲まれている。このばねカバー44はバルブボディ42にストッパプレート46を介して取り付けられ、バルブスプール40の右端はストッパプレート46を貫通している。
The
バルブスプール40の右端にはボルト形状のばね座リテーナ48を介して一対のばね50a,50bが取り付けられており、これらばね座50a,50bはバルブスプール40の軸線方向に互いに離間している。ばね座50a,50bはこれらの間に復帰ばねとしてのセンタスプリング52を挟み込んで保持し、このセンタスプリング52はばね座50a,50bを互いに離間する方向に押圧付勢する。センタスプリング52が図示の状態にあるとき、センタスプリング52は、ストッパプレート46にはね座50aを押し付ける一方、ばねカバー44の底壁にばね座50bを押し付けることで、バルブスプール40、即ち、方向制御弁38xを図2に示す中立位置Nに位置付けている。方向制御弁38xが中立位置にあるとき、油圧ポンプ30から吐出された圧油は方向制御弁38xのセンタバイパス通路を通じて油圧タンク34に単に戻される。
A pair of
しかしながら、図3に示す状態からバルブスプール40が左方に移動されたとき、ここでの移動は、ばね座50bのみによるセンタスプリング52の圧縮を伴い、これに対して、バルブスプール40が右方に移動されるとき、ここでの移動は、ばね座50aのみによるセンタスプリング52の圧縮を伴う。それ故、バルブスプール40が図3に示す状態から左右何れの方向に移動しても、バルブスプール40の移動はセンタスプリング52の付勢力に抗して行われる。
However, when the
バルブスプール40が一方向に移動され、図2でみて方向制御弁38xが中立位置Nから左側の切換位置Aに切り換えられたとき、油圧ポンプ30から吐出された圧油は方向制御弁38xを通じてパワーアクチュエータ36xのボトム室に供給される一方、そのロッド室内の圧油は方向制御弁38xを通じて油圧タンク34に戻され、パワーアクチュエータ36xはそのロッドを伸長させる。
When the
これに対し、バルブスプール40が他方向に移動され、方向制御弁38xが中立位置Nから右側に切換位置Bに切り換えられたとき、油圧ポンプ30から吐出された圧油は方向制御弁38xを通じてパワーアクチュエータ36xのロッド室に供給される一方、そのボトム室内の圧油は方向制御弁38xを通じて油圧タンク34に戻され、パワーアクチュエータ36xはそのロッドを収縮させる。
On the other hand, when the
即ち、方向制御弁38xは中立位置Nからの切換方向に従ってパワーアクチュエータ36xの伸縮を制御し、そして、パワーアクチュエータ36xへの圧油の供給量をその切換方向へのバルブスプール40のストローク、即ち、その弁開度により制御することができる。
この点に関して詳述すると、方向制御弁38xの切り換え作動時、バルブスプール40の移動量が大きくなると、方向制御弁38xにおけるセンタバイパス通路の開度が絞られる一方、パワーアクチュエータ36xに対する圧油の給排弁通路はその開度が大きくなる。つまり、油圧ポンプ30から方向制御弁38xを通じて油圧タンク34に逃げる圧油の流量(ブリードオフ流量)が減少すると同時に、油圧ポンプ30から方向制御弁38xを通じてパワーアクチュエータ36xに供給される圧油の流量が増加し、この結果、操作レバー76の操作量に応じた速度にてパワーアクチュエータ36xの伸縮がなされることになる。
That is, the
Specifically, when the movement amount of the
上述した方向制御弁38xの切換操作をなすため、バルブスプール40の他端には電動型のバルブアクチュエータ56が直結されている。このバルブアクチュエータ56は、正逆回転可能なステッピングモータ60と、このステッピングモータ60の回転を直動軸58の直動運動に変換する変更機構(図示しない)と、直動軸58をバルブスプール40の他端に連結するリンク54とからなり、ステッピングモータ60はL形ブラケット62を介して上部旋回体4のフレーム(図示しない)に固定されている。
In order to perform the switching operation of the
一方、リンク54は図4から明らかなようにH形をなし、バルブスプール40の他端に連結ピン64を介して連結される一方、バルブアクチュエータ56の直動軸58に連結ピン66を介して連結されている。
ステッピングモータ60が回転駆動されたとき、バルブアクチュエータ56の直動軸58はバルブスプール40に対して前進又は後退し、リンク54を介してバルブスプール40をその軸線方向に移動させる。ここでのバルブスプール40の移動方向はステッピングモータ60の回転方向により決定される。
On the other hand, the
When the stepping
図4は、前述したバルブボディ42が前述したブームシリンダ18、アームシリンダ20及びバケットシリンダ22のそれぞれと組みをなす方向制御弁のみならず、他のパワーアクチュエータと組みをなす方向制御弁にも共用されることを表しており、前述した方向制御弁38x以外の方向制御弁は図4中、それらの添え字を「a」〜「h」として示されている。
4 is used not only for the directional control valve in which the
なお、他のパワーアクチュエータには、下部走行体2の左右の走行モータ(図示しない)、上部旋回体4の旋回モータ(図示しない)及び排土ブレード26の上下動シリンダ68(図1参照)、オプション機能のためのパワーアクチュエータ(図示しない)等が含まれる。
バルブアクチュエータ56のステッピングモータ60は図2から明らかなようにモータドライバ70に電気的に接続されており、更に、モータドライバ70はコントローラ72を介して、前述したレバーコンソール24のレバーユニット74に電気的に接続されている。
Other power actuators include left and right traveling motors (not shown) of the
As is apparent from FIG. 2, the stepping
レバーユニット74は、運転席6に着座したオペレータにより操作される操作レバー76と、操作量センサ78xとを備え、この操作量センサ78xは操作レバー76の対応した方向への操作量を検出し、検出した操作量を電気的な操作信号SLに変換して出力する。具体的には、操作量センサ78xには、操作レバー76の操作角を検出するポテンショメータ又はロータリエンコーダが使用可能であるが、本実施例の場合、操作量センサ78xはポテンショメータである。
The
一方、コントローラ72は操作量センサ78xからの操作信号SLを受け取る操作信号入力部80と、操作信号SLに基づいてモータドライバ70の駆動信号SDを演算する演算部82とを含み、駆動信号SDはコントローラ72の出力部84からモータドライバ70に送信される。
従って、操作レバー76が操作されたとき、ここでの操作量は操作量センサ78xにより電気的な操作信号SLに変換され、そして、操作信号SLは演算部82にて駆動信号SDとしてモータドライバ70に供給される。駆動信号SDを受け取ると、モータドライバ70は駆動信号SDに基づき、バルブアクチュエータ56のステッピングモータ60を所定の方向及び回転数だけ駆動し、これにより、方向制御弁38xはその中立位置Nから操作レバー76の操作方向に応じた切換位置に向けて切り換えられ、そして、この切換位置にて、操作レバー76の操作量に応じた弁開度でもって開かれる。
On the other hand, the
Therefore, when the operating
この結果、油圧ポンプ30から吐出された圧油が方向制御弁38xを通じてパワーアクチュエータ36xに供給され、パワーアクチュエータ36xは伸長又は収縮され、これにより、油圧作業機が作動する。
上述の説明から明らかなように、方向制御弁38xはバルブアクチュエータ56により切り換えられる直動切換型であるので、方向制御弁38xの切り換え制御にパイロットポンプ等を含むパイロット圧回路を必要とせず、油圧作業機の油圧回路は配置スペース及びコストの観点からみてミニショベル等の小型の建設機械に好適する。
As a result, the pressure oil discharged from the
As is clear from the above description, the
また、操作レバー76の操作量が電気的な操作信号SLに変換されることから、油圧作業機の自動掘削が可能となり、ミニショベルにあっても、その高機能化を容易に実現することができる。
更に、油圧回路の電気系統が故障し、バルブアクチュエータ56の作動制御が不能となっても、方向制御弁38xのセンタスプリング52はバルブスプール40を中立状態に復帰させ、方向制御弁38xを中立位置Nに保持するので、パワーアクチュエータ36xが不所望に伸縮されることはなく、油圧作業機の作動上の安全性をも十分に確保される。
Further, since the operation amount of the
Furthermore, even if the electrical system of the hydraulic circuit fails and the operation control of the
本実施例のコントローラ72は油圧作業機の作業状況に応じて、前述した操作信号SLを増減させる機能をも備えており、その一例を以下に説明する。
図2に示されるように、パワーアクチュエータ36xには角度センサ86xが割り当てられており、これら角度センサ86xは、パワーアクチュエータ36xの伸縮により油圧作業機が作動されたとき、上部旋回体4に対する油圧作業機のバケット16の実作業位置を検出する。
As shown in FIG. 2,
具体的には、角度センサ86xは、パワーアクチュエータ36xより回動される可動要素の回動角を検出し、検出した角度信号SAを出力する。角度センサ86xにはポテンショメータ又はロータリエンコーダの何れかを使用できるが、本実施例の場合、角度センサ86xはロータリエンコーダである。
なお、可動要素には、油圧作業機の作業腕を構成するブーム12及びアーム14と、作業アタッチメントとしてバケット16を含み、そして、角度センサ86xは対応する可動要素の回動角を検出すべく、その可動要素を回動自在に支持するピン(12p,14p,16p)に取り付けられている。
Specifically, the
The movable element includes the
角度センサ86xから角度信号SAは、コントローラ72の角度信号入力部88に送信され、そして、この角度信号入力部88から演算部82、即ち、図5に示されるように演算部82の算出器90に供給される。この算出器90は角度信号SAに基づき、上部旋回体4からのバケット16の実作業位置Pを算出し、この実作業位置Pは三次元座標で表される。
Angle signal S A from the
より詳しくは、ブーム12やアーム14の長さ及び形状、そして、バケット16の大きさは既知であるから、これらブーム12、アーム14及びバケット16の回動角が検出されれば、上部旋回体4からのバケット16の先端を実作業位置Pとして算出することができる。なお、バケット16の実作業位置Pは、アーム14の先端位置から推測することができるので、実作業位置Pの算出にあたり、バケット16の回動角は必要不可欠なものではない。
More specifically, since the lengths and shapes of the
一方、演算部82は、バケット16の作業不可領域を予め記憶したメモリ92を備えている。作業不可領域は、下部走行体2及び上部旋回体4に対するバケット16の許容近接位置を三次元座標で表したものであり、図1中、1点鎖線の境界面94により代表して表されている。
図5に示されるように、算出器90からの実作業位置P及びメモリ92からの作業不可領域は減算器96にそれぞれ供給され、この減算器96は実作業位置Pから作業不可領域(境界面94)までの距離的な偏差ΔDを算出し、この偏差ΔDをゲイン算出器98に供給する。このゲイン算出器98は図6に示されるゲインマップを有し、このゲインマップから偏差ΔDに基づいて規制ゲインK1(規制量)を算出する。
On the other hand, the
As shown in FIG. 5, the actual work position P from the
図6から明らかなように規制ゲインK1は偏差ΔDが臨界距離D0以上にあるとき、最大値1.0をとり、偏差ΔDが臨界距離D0よりも小さくなるに従って徐々に減少し、そして、偏差ΔDが0になったとき、つまり、バケット16の実作業位置Pが作業不可領域(境界面94)に到達したときに0となる。
規制ゲインK1は前述したレバーユニット74(操作量センサ78x)からの操作信号SLとともに演算器100に供給され、この演算器100は操作信号SLに規制ゲインK1を乗算することで操作信号SLを規制し、この後、規制された操作信号S1Lに基づき、前述した駆動信号SDを演算し、この駆動信号SDは演算部82から出力部84を通じてモータドライバ70に送信される。
When regulating the gain K1 as is clear from Figure 6 that the deviation ΔD is in the critical distance D 0 or more, a maximum value 1.0, the deviation ΔD is gradually decreases is smaller than the critical distance D 0, and, When the deviation ΔD becomes 0, that is, when the actual work position P of the
The regulation gain K1 is supplied to the
図5に示した制御構成によれば、前述したように操作レバー76の操作を受けて、パワーアクチュエータ36xの伸縮を伴って油圧作業機が作動されるときには、角度センサ86xからの角度信号SAに基づいて油圧作業機におけるバケット16の実作業位置Pが求められ、そして、この実作業位置Pから操作信号SLのための規制ゲインK1が決定される。
According to the control configuration shown in FIG. 5, in response to operation of the operating
バケット16の実作業位置Pが前述した作業不可領域から臨界距離D0以上離れた作業域にあれば、規制ゲインK1は1.0に維持されるから、操作信号SLは実質的に規制されることはなく、油圧作業機は操作レバー76の操作に従って作動する。
しかしながら、バケット16の実作業位置Pが臨界距離D0を越えて作業不可領域(境界面94)に近接すれば、偏差ΔDの減少に連れて規制ゲインK1もまた実作業位置Pが1.0から徐々に減少され、規制後の操作信号S1Lは小さくなる。それ故、モータドライバ70への駆動信号SDもまた小さくなるので、方向制御弁38xにおけるバルブスプール40の移動量が少なくなり、パワーアクチュエータ36xの伸縮速度は遅くなり、オペレータは操作レバー76の操作に拘わらず、バケット16の移動が遅くなるので、バケット16が作業不可領域に近接していることを認識することができる。
If the actual work position P of the
However, if the proximity to the work area incapable actual work position P exceeds the critical distance D 0 of the bucket 16 (interface 94), regulating the gain K1 is also the actual working position P As the reduction of the deviation ΔD is 1.0 The control signal S1L after the regulation is gradually reduced. Therefore, since the drive signal SD to the
そして、バケット16の実作業位置Pが作業不可領域(境界面94)に達すると、規制ゲインK1は0になるから、操作レバー76が操作されているにも拘わらず、演算部82はモータドライバ70に向けて駆動信号SDを出力することはない。それ故、方向制御弁38xは中立位置Nに戻され、パワーアクチュエータ36xの伸縮が禁止される。この結果、作業不可領域内へのバケット16の侵入が確実に防止され、掘削作業中、バケット16が下部走行体2や上部旋回体4等に不所望に衝突してしまうことはない。
When the actual work position P of the
上述したバケット16に対する作業領域制御は、ミニショベルの自動掘削を実施するうえでも有効なものとなる。
次に、本発明の変形例について説明する。
変形例の場合、コントローラ72は油圧作業機の作業状況として、パワーアクチュエータ36xに供給される圧油の圧力をも考慮し、操作信号SLを調整する。このため、図2に示されるように、方向制御弁38xの近傍には圧力センサ102xが配置され、この圧力センサ102xはパワーアクチュエータ36xに供給される圧力を検出し、検出した圧力信号SPを出力する。
The work area control for the
Next, a modified example of the present invention will be described.
For modification, the
圧力信号SPはコントローラ72の圧力信号入力部104を経て演算部82に供給され、この場合の演算部82の詳細は図7に示されている。
図7の演算部82は、圧力信号SPが供給されるゲイン算出器106を更に含む。このゲイン算出器106は図8に示されるようなゲインマップを有し、このゲインマップから圧力信号SPに基づいて調整ゲインK2(調整量)を算出する。
Pressure signal S P is supplied to the
7 further includes a
図8から明らかなように、圧力信号SPがパワーアクチュエータ36xに加わる標準負荷圧を示す圧力信号SP0以下にある間、調整ゲインK2は1.0の一定値に維持され、そして、圧力信号SPがSP0を越えて上昇するに連れ、調整ゲインK2は1.0から徐々に増加される。なお、図8中、SPRは油圧回路のリリーフ圧を示す圧力信号である。
調整ゲインK2は前述の規制ゲインK1とともに乗算器108に供給され、この乗算器108にて、規制ゲインK1に調整ゲインK2が乗算され、統合ゲインK(=K1×K2)が求められる。この統合ゲインKは前述の演算器100に操作信号SLとともに供給され、駆動信号SDの演算に使用される。
As apparent from FIG. 8, while in the following pressure signal S P0 indicating the standard load pressure pressure signal S P is applied to the
The adjustment gain K2 is supplied to the
上述したように駆動信号SDの演算に調整ゲインK2を考慮するようにしたから、パワーアクチュエータ36xの伸縮動作が標準負荷圧以下の領域にてなされているとき(即ち、圧力信号SPがSP0以下のとき)、調整ゲインK2は1.0の一定値に維持され、調整ゲインK2が統合ゲインK、つまり、操作信号SL又はS1Lに対して影響を及ぼすことはない。
As described above, since the adjustment gain K2 is taken into consideration in the calculation of the drive signal SD , when the expansion / contraction operation of the
しかしながら、パワーアクチュエータ36xの伸縮動作が標準負荷圧を越えた領域にてなされ、圧力信号SPがSP0よりも大きくなればなるほど、調整ゲインK2は1.0から増加する。このため、前述した統合ゲインKの値が増加され、操作信号SL又はS1L、即ち、駆動信号SDは増加方向に調整される。
それ故、バケット16が作業域にあり且つパワーアクチュエータ36xが標準負荷圧を越えた領域に伸縮されるとき、演算部82は、増加補正した駆動信号SDをモータドライバ70に向けて供給し、方向制御弁38xのバルブスプール40を余分に移動させる。この結果、パワーアクチュエータ36xに方向制御弁38xを通じて供給される圧油の供給流量と操作レバー76の操作量とはパワーアクチュエータ36xが標準負荷圧以下で伸縮作動される場合と同様に対応することになり、油圧作業機は操作レバー76の操作に正確に追従して作動し、油圧作業機のきめ細かな作動制御が可能となる。
However, expansion and contraction of the
Therefore, when the
この点に関して詳述すれば、前述したオープンセンタ型の油圧回路にあっては、方向制御弁38xが切り換え作動されるとき、方向制御弁38xを通過する前述のリードオフ流量はパワーアクチュエータ36xの負荷圧力によって変化することから、図9(a)に示されるように方向制御弁38xを通じて供給されるパワーアクチュエータ36xへの圧油の供給量もまた変化する。つまり、切り換え作動時、方向制御弁38xにおけるバルブスプール40の移動量が同一であっても、パワーアクチュエータ36xへの圧油の供給流量はその負荷圧力に依存し、図9(b)に示されるように負荷圧力が増加するに連れ、圧油の供給流量は減少する。
More specifically, in the above-described open center type hydraulic circuit, when the
しかしながら、前述したようにパワーアクチュエータ36xが標準負荷圧を越えた領域で伸縮作動するとき、つまり、実圧力信号SPAがSP0よりも大であるとき、図10に示されるように、方向制御弁38xにおけるバルブスプール40の移動量は破線から実線に増加され、その分だけパワーアクチュエータ36xへの圧油の供給流量はQ1からQ2に増加し、標準負荷圧以下の領域での場合と同様に、操作レバー76の操作量とパワーアクチュエータ36xの圧油の供給量とを対応付けることができる。
However, when the stretch operating in areas where the
なお、供給流量Q2はパワーアクチュエータ36xが標準負荷圧にあって、バルブスプール40の移動量が補正されない通常状態での供給流量である。
本発明は上述した実施例や変形例に制約されるものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、規制ゲインK1及び調整ゲインK2は操作信号SLを規制又は調整するために使用されているが、駆動信号SDがゲインK1,K2により規制又は調整されてもよい。
The supply flow rate Q2 is a supply flow rate in a normal state where the
The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made.
For example, although regulation gain K1 and adjusting gain K2 is used to regulate or adjust the operation signal S L, the drive signal S D may be regulated or adjusted by a gain K1, K2.
また、バルブアクチュエータ56はステッピングモータ60に代えて、リニアモータを使用するものであってもよい。
更に、本発明はミニショベルに限らず、種々の小型の建設機械に対しても同様に適用可能であることは言うまでもない。
Further, the
Furthermore, it goes without saying that the present invention is not limited to mini-excavators and can be similarly applied to various small construction machines.
4 上部旋回体(ベース)
10 作業腕
12 ブーム(腕部)
14 アーム(腕部)
16 バケット(作業アタッチメント)
30 油圧ポンプ
36x パワーアクチュエータ
38x 方向制御弁
56 バルブアクチュエータ
60 ステッピングモータ
72 コントローラ
74 レバーユニット
76 操作レバー
78x 操作量センサ
82 演算部
86x 角度センサ(作業位置検出手段)
90 算出器(作業位置検出手段)
92 メモリ(設定手段)
94 境界面(作業不可領域)
96 減算器(規制手段)
98 ゲイン算出器(規制手段)
102x 圧力センサ
106 ゲイン算出器(調整手段)
108 乗算器(調整手段)
4 Upper swing body (base)
10
14 Arm (arm)
16 bucket (work attachment)
30
90 Calculator (working position detection means)
92 Memory (setting means)
94 Boundary surface (work impossible area)
96 Subtractor (regulation means)
98 Gain calculator (regulatory means)
108 Multiplier (Adjustment means)
Claims (6)
前記作業腕の先端に取り付けられた作業アタッチメントと、
前記作業腕の前記各腕部及び前記作業アタッチメントをそれぞれ駆動する複数のパワーアクチュエータと、
前記パワーアクチュエータに向けて圧油を供給する油圧ポンプと
を備えた油圧作業機において、
前記油圧ポンプと前記パワーアクチュエータとを接続する油圧経路に介挿され、そのパワーアクチュエータに対する圧油の供給を制御する方向制御弁と、
前記方向制御弁の切り換えを行うための操作レバーを有し、この操作レバーの操作量を電気的な操作信号に置き換えるレバーユニットと、
前記方向制御弁に直結して設けられ、前記レバーユニットからの前記操作信号に基づき、前記方向制御弁を切り換え作動させる電動型のバルブアクチュエータと
を具備したことを特徴とする油圧作業機のパワーアクチュエータ駆動制御装置。 A work arm composed of a plurality of arms connected through joints, the base end of which is pivotally supported by the upper swing body,
A work attachment attached to the tip of the work arm;
A plurality of power actuators for respectively driving the arm portions and the work attachment of the work arm;
In a hydraulic working machine including a hydraulic pump that supplies pressure oil toward the power actuator,
A directional control valve that is inserted in a hydraulic path connecting the hydraulic pump and the power actuator, and controls the supply of pressure oil to the power actuator;
A lever unit that has an operation lever for switching the direction control valve, and replaces the operation amount of the operation lever with an electrical operation signal;
A power actuator for a hydraulic working machine, comprising: an electrically operated valve actuator that is directly connected to the direction control valve and switches the direction control valve based on the operation signal from the lever unit. Drive control device.
前記作業アタッチメントの侵入が禁止される作業不可領域を設定する設定手段と、
前記ベースに対する前記作業アタッチメントの実作業位置を検出する作業位置検出手段と、
前記作業位置検出手段からの前記実作業位置と前記作業不可領域との間の偏差に基づき、前記操作信号に対する規制量を算出する規制手段と
を含むことを特徴とする請求項3に記載の油圧作業機のパワーアクチュエータ駆動制御装置。 The controller is
Setting means for setting a work impossible area where entry of the work attachment is prohibited;
Work position detecting means for detecting an actual work position of the work attachment with respect to the base;
4. The hydraulic pressure according to claim 3, further comprising: a regulation unit that calculates a regulation amount for the operation signal based on a deviation between the actual work position and the work impossible area from the work position detection unit. Power actuator drive control device for work equipment.
前記パワーアクチュエータに向けて供給される圧油の圧力を検出し、前記圧力に応じた圧力信号を出力する圧力センサと、
前記圧力センサからの前記圧力信号に基づき、前記操作信号に対する調整量を算出する調整手段と
を含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の油圧作業機のパワーアクチュエータ駆動制御装置。 The controller is
A pressure sensor that detects the pressure of the pressure oil supplied toward the power actuator and outputs a pressure signal corresponding to the pressure;
5. The power actuator drive control device for a hydraulic working machine according to claim 3, further comprising an adjusting unit that calculates an adjustment amount for the operation signal based on the pressure signal from the pressure sensor.
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