JP2010121441A - 建設機械の作業機の制御装置、及び建設機械の作業機の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振動抑制手段29において、振動をキャンセルするように速度目標値V1を速度目標値V2に補正する。従って、振動を小さくするために作動油の流量を制限したり、速度目標値V1をなまらせるのとは違って、作業機の停止遅れや開始遅れを防止でき、作業機を機敏に動作させることができる。また、補正された速度目標値V2はそのまま、指令信号Gに変換されて油圧シリンダを駆動するためのメインバルブに出力されるので、油圧シリンダを駆動する別の流量制御弁等を不要にでき、構造を簡単にできるうえ、制御も容易にできる。
【選択図】図2
Description
この現象は、油圧シリンダを含むアクチュエータにより作業機を動作させる場合にあっては、アクチュエータへの作動油の供給を瞬時に停止したり、供給を瞬時に開始することで生じるものであり、動作または停止している作業機の慣性力をスムーズに吸収できないことによる。
また、作業機が揺れていると、作業機を次の動作に移すことができないため、動作が遅れてしまって作業効率も悪くなる。ただし、作業機をゆっくりと動作させることにより、停止時や開始時の揺れを抑制することも可能であるが、これでは油圧ショベルのパワーを十分に発揮していないことになり、やはり作業効率が悪い。
そこで従来では、作業機の揺れを抑制するために、種々の制御装置あるいは制御方法が提案されている(例えば、特許文献1〜5)。
このため、作業機では、速度の変化が緩やかになるために振動が抑制される反面、停止するのに時間がかかり、停止遅れが生じるという問題がある。
さらに、この特許文献3においては、油圧シリンダが停止する瞬間の振動しか抑制されず、作業機の始動時の振動を抑制することができない。
従って、作業機レバーの操作時点から所定時間後に作動油の流量がゼロとなって作業機が停止するから、やはり停止遅れが生じるという問題がある。
建設機械の作業機の制御装置において、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の動作目標値を生成する目標値演算手段を含む操作信号入力手段と、
生成された動作目標値を補正する目標値補正手段と、
補正された目標値に基づき、前記作業機を動作させるアクチュエータに対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
前記目標値補正手段は、前記作業機の姿勢及び/又は負荷により変化する振動特性に応じて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する振動抑制手段を備えていることを特徴とする。
ここで、上述した目標値演算手段は、操作信号を増幅、変調等の手法により必ず変換しなければならない訳ではなく、殆ど変換しないで操作信号をダイレクトに動作目標値とした実質的に機能しないものも含む概念である。
建設機械の作業機の制御装置において、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて前記作業機の動作目標値を生成する目標値演算手段を含む操作信号入力手段と、
生成された動作目標値を補正する目標値補正手段と、
補正された目標値に基づき、前記作業機を動作させるアクチュエータに対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
前記目標値補正手段は、前記建設機械の姿勢及び/又は負荷により変化する振動特性に応じて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する振動抑制手段を備えていることを特徴とする。
前記操作信号入力手段は作業内容判定手段をさらに有し、
前記作業内容判定手段により定速作業が行われていると判断された場合には、前記動作目標値の補正を行わないことを特徴とする。
前記操作信号入力手段は作業内容判定手段をさらに有し、
前記作業内容判定手段により転圧作業が行われていると判断された場合には、前記動作目標値の補正を行わないことを特徴とする。
前記目標値補正手段は急操作制限手段をさらに有し、
前記急操作制限手段により急操作であると判断された場合には、前記動作目標値の変化率を小さくなるよう補正することを特徴とする。
前記目標値補正手段が、
前記建設機械又は前記作業機の姿勢及び/又は負荷に応じた振動数及び減衰率から、前記建設機械又は前記作業機の振動特性を決定する振動特性決定手段を備え、
前記振動抑制手段は、前記振動数及び前記減衰率により前記動作目標値を補正することを特徴とする。
建設機械の作業機を制御する建設機械の作業機の制御方法において、
前記作業機の制御装置が、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の動作目標値を生成する目標値生成ステップと、
この目標値生成ステップで生成された動作目標値に基づいて、前記作業機の姿勢及び/又は負荷により変化する振動特性を取得する振動特性取得ステップと、
取得した振動特性に基づいて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する目標値補正ステップと
を実行することを特徴とする。
また、油圧シリンダを含むアクチュエータを用いた場合では、補正された動作目標値はそのまま、指令信号に変換されて油圧シリンダを駆動するバルブに出力されるので、油圧シリンダを駆動する別の補助装置、例えば、特許文献3での第2の流量制御弁に相当する部品が不要であり、構造が簡単になるうえ、制御も容易である。
さらに、作業機の振動状況をセンサ等で検出して制御装置にフィードバックし、作業機の振動をスムーズに減衰させるようにアクチュエータを制御する場合でも、作業機の振動特性に応じて振動発生を抑制しているといえるが、この場合は、実際の作業機動作に応じてアクチュエータへの制御出力を時々刻々調整しているのであって、一意の補正手段に従って動作目標値を補正している訳ではないから、前述したように抑制原理が異なり、本発明には含まれない。
第5発明によれば、急操作制限手段を備えているので、作業機レバーを急操作した際には、動作目標値を補正して変化率を緩やかにするから、作業機が実質的に動作できないような動作目標値が得られる心配がなく、作業機を確実に動作させることができ、また、アクチュエータの損傷等も防止できる。
第6発明によれば、振動特性が振動数および減衰率に基づいて決定されるから、建設機械や作業機の振動特性を表す振動モデルなどは、例えば、線形2次遅れモデルで近似されるようになり、この線形2次遅れモデルによって速度目標値の補正が確実に行われるようになる。
第7発明によっても、前述した第1発明と同様の作用及び効果を享受することができる。
■1.第1実施形態
(1)全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る作業機およびその制御装置が搭載された油圧ショベル(建設機械)1を示す模式図である。図2は、制御装置を示すブロック図である。
ブーム11は、油圧シリンダ14により支承点D1を中心として回動する。
アーム12は、ブーム11上の油圧シリンダにより支承点D2を中心として回動する。
また、バケット13は、作業機レバー2を別方向に操作することにより、アーム12上の油圧シリンダによって回動する。そして、これらブーム11、アーム12、およびバケット13により、本発明に係る作業機10が構成されている。
また、バケット13の他、グラップル、ハンド等の任意のアタッチメントを用いてもよい。
そして、これら油圧シリンダ14、メインバルブ17、およびEPCバルブ18により、本発明に係るアクチュエータ19が構成されている。
また、メインバルブ17には、スプール17Aの位置Eを検出する位置検出器17Bが設けられ、ここからスプールの位置Eが位置信号としてバルブコントローラ20aに出力される。
作業機レバー2が中立位置にある時、出力されるレバー操作信号Faは「0(ゼロ)」であって、ブーム11の速度が「0」となる。前方に傾倒させると、傾倒角度に応じた速度でブーム11が下降し、また、後方に傾倒させることにより、傾倒角度に応じた速度でブーム11が上昇する。このような制御は、以下のバルブコントローラ20aによって行われる。
また、操作信号Fbが入力されるバケット13用のバルブコントローラ20b、および操作信号Fcが入力されるアーム12用のバルブコントローラ20cも、略同様な機能および構成を有しているが、ここではブーム11用のバルブコントローラ20aで代表して説明するため、各バルブコントローラ20b,20cの詳細な説明を省略する。
具体的にバルブコントローラ20aは、図2に示すように、作業機レバー2からのレバー操作信号Faが入力されるレバー操作信号入力手段21と、このレバー操作信号入力手段21からの速度目標値(動作目標値)V1が入力される目標値補正手段22と、この目標値補正手段22からの補正された速度目標値(補正された目標値)V2が入力される指令信号出力手段23と、RAM、ROM等からなる記憶部24とを備えている。
レバー操作信号入力手段21は、それぞれコンピュータプログラム(ソフトウェア)からなる速度目標値演算手段25および作業内容判定手段26を備えて構成されている。
目標値補正手段22は、本実施形態で最も特徴的な構成であり、やはりコンピュータプログラム(ソフトウェア)からなる振動特性決定手段27、急操作制限手段28、および振動抑制手段29を備えて構成されている。
従って、各関節角度θ1,θ2が入力されることで、これらに応じた振動数ωおよび減衰率ζが記憶部24から即座に呼び出され、次の振動抑制手段29で用いられることになる。尚、この記憶部24に格納された作業機10のパラメータω、ζに関しては、後述する。
具体的な振動特性の決定及び速度目標値V2の補正演算は、次のロジックにより行われる。
(a)速度目標値V2の演算の原理
EPCバルブ18から作業機10の動作に至るまでの特性は、作業機10の姿勢や作業機10の負荷(ペイロード)によって複雑に変化するものの、その前段で行っているバルブコントローラ20aの演算とは無関係に決まる特性である。
そこで、本実施形態では、簡単な演算で作業機10の振動の主要成分を除去するために、式(1)に示すような二次遅れ特性でEPCバルブ18から作業機10の動作に至る特性を近似している。また、以下の説明では、ブーム11を含む作業機10の振動特性を求めているが、これに限らず、図示しない車両本体の振動特性をも近似したものとなっている。
ここで、XはEPCバルブ18への入力、Yは作業機10の出力、Sはラプラス演算子、ωとζは、姿勢やペイロードによって変化するパラメータである。
ここで、Uは、レバーからの目標値、XはEPCバルブ18への入力、Sはラプラス演算子、ωとζは式(1)で用いたパラメータであり、ω0は別途設定する定数である。
ここで、Uは作業機レバー2からの目標値、XはEPCバルブ18への入力、Yは作業機10の出力、Sはラプラス演算子であり、ω0は別途設定する定数である。
上記の原理に基づいて振動抑制手段29は、逆特性となる速度目標値を次のように演算する。
まず、式(2)は以下の式(4)のように変形することができる。そして、式(4)における係数C0〜C2、F1、F2は、式(5)、式(6)のように関係づけられる。
ここで、Uは作業機レバー2からの速度目標値、XはEPCバルブ18への入力、Sはラプラス演算子である。
入力UからF1を求める式は、ラプラス演算子Sを含む形で式(6)のようになるが、これはカットオフ周波数ω0となる一次遅れフィルタの演算式に他ならない。従って刻み時間Δt間隔で計算を繰り返す振動抑制手段29内部では次の式(7)によってF1を求めることができる。
そして、振動抑制手段29は、EPCバルブ18への入力Xを求めることにより、作業機レバー2のレバー操作信号Faから求められる速度目標値V1を、ブーム11が振動しないような速度目標値V2に補正することが可能となる。
ところで、作業機10の振動特性を式(1)で近似した場合、式(1)に含まれるパラメータω、ζは作業機10の姿勢やペイロードによって変化することになる。これらのパラメータは、実際に作業機10を往復動作させてみれば計測することができるのだが、作業中には姿勢やペイロードが刻々と変化するので、その度にいちいちパラメータを計測するわけにはいかない。
−推定方法1−
そこで、パラメータω、ζの推定方法の一つとして、ブーム11の関節角度θ1、アーム12の関節角度θ2に応じた振動数ω、減衰率ζの値を予め記憶部24に格納し、関節角度θ1、θ2に応じた振動数ω及び減衰率ζを決定することが考えられる。このような記憶部24としては、例えば、次の表1のような形で振動数ωを格納したものを採用することができ、減衰率ζについても同様の形で格納したものを採用することができる。振動特性決定手段27は、その一例としてこのような方法に基づいて、振動特性を決定することが可能となる。
振動特性決定手段27による振動数ω及び減衰率ζの決定は、すべての作業姿勢において振動数ωやζを前もって求めることとすると、調整に時間が掛かってしまう。そこで、関節角度θ1、θ2それぞれについて代表的な2〜4点程度の姿勢を選んで、そこでのωとζを計測で求めておき、その中間姿勢については補間演算により求める方法も考えられる。
たとえば、関節角度θ1、θ2それぞれ3箇所ずつの代表角度を設定し、3×3=9姿勢について最適なωを求めた場合には、(θ1、θ2、ω)の組合せが9セット得られることとなる。そこで以下の行列式(9)を解いて、予め9個の係数A0〜A8を求めておく。
これにより、速度目標値V1は、例えば、図3(B)のようなカーブQ1、Q2、Q3からなる速度目標値V2のように補正される。時刻T1をトリガとして形成されたカーブQ1の部分では、速度目標値V2は速度目標値V1より大きく膨らむ方向に補正される。カーブQ1の頂点を過ぎてから時刻T2まではカーブQ3の部分であり、速度目標値V2は速度目標値V1より小さい値で、速度目標値V1の増加を追いかけるように補正される。そして、速度目標値V1が上限値に達した時刻T2をトリガとして形成されたカーブQ2の部分では、速度目標値V2は、速度目標値V1より小さくなる方向に膨らむように補正され、速度目標値V1が上限値に達する時刻T2よりも時間的に遅れて上限に達するようになる。
尚、ここでは便宜上カーブQ1〜Q3に分けて説明したが、いずれのカーブも式(5)、(7)、(8)及び式(4)によって連続的に算出されるものであるので、演算式の切替は必要ない。
また、速度目標値V1から速度目標値V2への補正は、前述した「こと」をトリガになされればよいから、その「こと」から意図的に遅らせて補正した場合でも本発明に含まれる。
指令信号出力手段23は、補正された速度目標値V2に基づいてアクチュエータ19への指令信号(電流信号)Gを生成し、この指令信号Gをアンプ20A,20Aを介してEPCバルブ18に出力する機能を有している。EPCバルブ18は、この指令信号Gに基づいてメインバルブ17を構成するスプール17Aを移動させ、油圧シリンダ14への作動油の供給量を調整する。
次に、図4のフローチャートも参照し、ブーム11の制御方法について説明し、併せて、図5ないし図7に基づいて、前述の作業内容判定手段26および急操作制限手段28について詳説する。
レバー2からのレバー操作信号Faに基づき、レバー操作信号入力手段21の速度目標値演算手段25が速度目標値V1を演算する。
を一定速度で動作させているか否かを判定する。
ブーム11を一定速度で動作させるためには、作業機レバー2を一定角度で傾倒させた状態に確実に維持する必要があるが、オペレータが一定角度を寸分違わずに維持することは困難である。つまり、オペレータが一定速度でブーム11を動作させているつもりでも実際には、図5(A)に示すように、オペレータのレバー操作には実用上問題とならない程度の微少なぶれが生じており、レバー操作信号Faが振れているのである。
それに、図5(A)のように速度変化の幅が小さい場合には元々作業機10の振動も小さいため、振動抑制手段29による補正を行わなくても実用上問題はない。
なお、定速作業は、ブーム11を一定の低い速度で動作させることで、正確な位置合わせを行う場合に用いられることが多く、このような場合に、作業機レバー2の微少なぶれに過敏に反応させないことのメリットは大きい。
転圧作業は、作業機レバー2を、中立位置をまたいで、短い周期で前後方向に往復させることで行われる作業であり、いわばブーム11に生じる振動を積極的に利用する作業である。このため、このような転圧作業時において、速度目標値V1の速度目標値V2への補正により、ブーム11の振動が抑制されてしまったのでは、従来よりも転圧作業がやりにくい。
た場合、速度目標値V1の速度目標値V2への補正は行わずにステップS8にスキップし、速度目標値V1に基づく指令信号Gによってアクチュエータ19を駆動させる。
なお、転圧作業を行っているか否かの判定は、図6に示すように、レバー操作信号Faの値が「0」となる間隔tを検出することで行われる。この間隔tが所定の間隔よりも短い場合には、作業機レバー2が中立位置を境に繰り返し操作されているといえ、転圧作業を行っていると判定される。
振動数ω及び減衰率ζの決定は、前述した(2-3)(c)の作業機10のパラメータの推定方法に基づいて行われるが、具体的には、図7に示されるフローチャートに基づいて行われる。
ステップS4A、S4B:振動特性決定手段27は、角度検出器15で検出されたブーム11の関節角度θ1、及び、角度検出器16で検出されたアーム12の関節角度θ2を取得する。
ステップS4D、S4E:推定方法2による場合、記憶部24に格納された係数A0からA8を読み出して(S4D)、これを用いて式(10)により振動数ω、減衰率ζを算出する(S4E)。
ステップS4F:ステップS4D又はステップS4Eによって得られた振動数ω、減衰率ζをコントローラ20aに設けられたRAM等のストレージにストアする。
速度変化率(速度変化の傾き)から作業機レバー2の操作が急操作であるか否かを判定する。
例えば、図8(A)の速度目標値V1に示すように、ブーム11をある速度から急速に停止させた場合には、急操作制限処理を行わないと、急操作によって生じるであろう振動をキャンセルするために、点線で示した速度目標値V2への補正が次のステップS7において行われる。しかし、この速度目標値V2によれば、ブーム11を駆動させることのできる速度を超えていたり(h1参照)、負の速度(h2参照)となってしまう。この速度目標値V2は、数学的には正しいのであるが、現実にアクチュエータ19が出すことのできる速度には限界があり、また、一瞬だけ負の速度を出すことも構造上難しいため、そのような速度目標値V2に合わせてアクチュエータ19を動作させることは困難である。
また、急操作制限手段28は、作業機レバー2の操作状態を常に監視しているため、図8(C)に示すように、作業機レバー2を一瞬急操作にて中立位置側に戻した後、途中から通常の速さで中立位置に完全に戻した場合には、急操作を行った初めの瞬間だけ、速度変化率の小さい速度目標値V1(二点鎖線)に基づいて速度目標値V2への補正を行うように振動抑制手段29に指示し、傾きが緩やかになる途中からは、実線で示す実際の速度目標値V1に基づいて速度目標値V2の補正を行うように指示する。
さらに、このような急操作制限手段28は、作業機レバー2の急操作によってブーム11を停止させる場合のみならず、急操作によって始動させた場合にも同様に起動する。
値V2を演算する。急操作処理が行われない場合には、ステップS1で演算された速度目標値V1から速度目標値V2を求め、急操作処理を行う場合には、急操作制限手段28で設定される速度目標値V1から速度目標値V2を求める。
この際の演算には、ステップS4で求められた振動数ω、減衰率ζを用いて、前述した式(5)、(7)、(8)、及び式(4)により、図9に示されるフローチャートに基づいて、速度目標値V2を求める。
ステップS7A:振動抑制手段29は、ステップS4で得られ、RAM等のストレージにストアされた振動数ω、減衰率ζの値をロードする。
ステップS7B:ロードされた振動数ω、減衰率ζから、式(5)に基づいて、C0〜C2を算出する。
ステップS7C:振動抑制手段29は、速度目標値V1を式(7)、(8)の入力値Uとして、この式(7)、(8)に基づいて、F1、F2を算出する。
ステップS7D:算出されたC0〜C2及びF1、F2を、式(4)に代入して、出力Yを算出し、この出力Yを補正された速度目標値V2とする。
2を指令信号Gに変換してEPCバルブ18に出力する。
(h) ステップS9:EPCバルブ18からのパイロット圧により、メインバルブ17の
スプール17Aが移動されると、指令信号出力手段23は、位置検出器17Bからフィードバックされるスプール17Aの位置Eを監視し、スプール17Aが正確な位置を維持するように指令信号Gを出力する。
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
すなわち、油圧ショベル1に搭載されたバルブコントローラ20aによれば、目標値補正手段22は、振動抑制手段29を備えているので、レバー操作信号Faから得られる速度目標値V1を、ブーム11での予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した速度目標値V2に補正できる。従って、この速度目標値V2に基づいて生成される指令信号Gでアクチュエータ19を駆動すると、ブーム11は自身の振動特性により振動がキャンセルされ、ブーム11を補正前の速度目標値V1通りに、揺れることなく歯切れよく動作させることができる。
また、補正された速度目標値V2はそのまま、指令信号Gに変換されて油圧シリンダ14を駆動するためのメインバルブ17に出力されるので、油圧シリンダ14を駆動する別の補助装置、例えば、特許文献3の第2の流量制御弁に相当する部品を必要とせず、構造を簡単にできるうえ、制御も容易にできる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略又は簡略する。
前述した第1実施形態は、油圧ショベル1に本発明を適用したものであり、ブーム11及びアーム12の関節角度θ1、θ2を検出し、検出された各々の関節角度θ1、θ2から振動数ω、減衰率ζを求め、これに基づいて、速度目標値V2を補正演算していた。
これに対して、第2実施形態は、図10に示されるように、ホイルローダ3に本発明を適用したものであり、ホイルローダ3の作業機30を構成するブーム31の関節角度θと、このブーム31を上下させる油圧シリンダ33の油圧Pを検出し、これに基づいて、速度目標値V2の補正演算を行っている点が相違する。
これに対して、第2実施形態では、図13のフローチャートに示されるように、作業機30の制御において、ステップS2で作業内容判定手段が判定した作業内容の結果に応じて異なる指令信号G1、G2を出力して、スプールの位置制御を行っている点が相違する。
第2実施形態に係る建設機械としてのホイルローダ3は、図10に示されるように、作業機30を備え、この作業機30は、ブーム31、バケット32、及び油圧シリンダ33を備えて構成される。
ブーム31は、図示を略した車両本体の支承点D3を中心に揺動自在に支持され、油圧シリンダ33の伸縮により、ブーム31は上下方向に揺動する。
バケット32は、ブーム31の先端に揺動自在に取り付けられ、図示を略したが、バケット用の油圧シリンダの伸縮により回動して、バケット32に積み込んだ土砂DS等のダンプや積み込み等を行うことができる。
ブーム31の支承点D3には、角度検出器35が設けられ、車両本体に対するブーム31の関節角度θが検出され、検出された角度信号θは、バルブコントローラ30aに角度信号として入力する。
また、アクチュエータ34のメインバルブ17から油圧シリンダ33の作動油供給流路、作動油排出流路のそれぞれには、圧力センサ36が設けられ、それぞれの圧力センサ36では、圧力信号Pが検出され、バルブコントローラ30aに対して圧力信号として出力されるようになっている。
これら圧力センサ36から出力される圧力信号Pは、バケット32内の土砂DS等が積載された際のペイロードによって変化する。
コントローラ30aは、図11に示されるように、第1実施形態に係る油圧パワーショベル1のコントローラ20aと略同様に、アンプ20A、レバー操作信号入力手段21、指令信号出力手段23、及び記憶部24を備えているが、目標値補正手段37における処理が第1実施形態の場合と若干相違する。
すなわち、目標値補正手段37は、急操作制限手段28及び振動抑制手段29は第1実施形態と同様の処理を行う構成であるが、振動特性決定手段38による振動数ω、減衰率ζの決定方法が相違する。つまり、本実施形態においては、振動特性決定手段38は、ブーム31の関節角度θと、メインバルブ17から油圧シリンダ33に至る油圧供給排出流路の圧力信号Pとに基づいて、振動数ω、減衰率ζを決定する。
この振動特性決定手段38により決定された振動数ω、減衰率ζは、振動抑制手段29で用いられ、第1実施形態と同様のロジックにより速度目標値V2の演算が行われる。
次に、図13のフローチャートに基づいて、コントローラ30aによる作業機30の制御方法について、第1実施形態の場合と相違する部分を中心に説明する。
(a) 速度目標値演算手段25による速度目標値V1の演算(ステップS1)、作業内容
判定手段26による定速度判定(ステップS2)、作業内容判定手段26による転圧作業判定(ステップS3)、急操作制限手段28による急操作判定(ステップS5)、急操作制限手段28による急操作制限処理(ステップS6)、振動抑制手段29による速度目標値V2補正演算(ステップS7)は、第1実施形態の場合と同様の処理を行っている。
令出力手段S31は、通常作業用指令信号G1をEPCバルブ18に出力し(ステップS31)、位置検出器17Bからフィードバックされるスプール17Aの位置Eを監視し、スプール17Aが正確な位置を維持するように指令信号G1を出力する(ステップS32)。
(c) ステップS2の定速度判定において、定速度判定でないと判定され、さらにステッ
プS3の転圧作業判定において、転圧作業でないと判定された場合、振動特性決定手段38による振動特性の決定(ステップS33)は、前述したように、ブーム31の関節角度θ及び圧力信号Pに基づいて、振動数ω、減衰率ζを決定する。
出力手段23が起動し、補正された速度目標値V2を、高速応答用指令信号G2に変換してEPCバルブ18に出力し(ステップS34)、位置検出器17Bからフィードバックされるスプール17Aの位置Eを監視し、スプール17Aが正確な位置を維持するように指令信号G1を出力する(ステップS35)。
このような第2実施形態によれば、第1実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果がある。
振動特性決定手段38が、油圧シリンダ33への作動油供給流路中の油圧P及びブーム31の関節角度θに基づいて振動特性を決定しているので、関節角度θが一つしかないホイルローダ3のような建設機械であっても、本発明を採用することができ、ホイルローダ3のブーム31を揺れることなく歯切れよく動作させることができる。
また、バケット32内の土砂DS等のペイロードを計測しながら、振動特性決定手段38が振動特性を決定しているため、作業機30にペイロードに応じて適切な減衰動作をさせることができる。
また、速いバルブ応答を必要とする加速・減速作業及び転圧作業と、速い応答を必要としない定速度作業とを判別して、指令信号出力手段(S31、S34)を切り替えているため、例えば、作業機先端のハンチングが目立ちやすい低速位置決め作業などにおいては、レバー微振動に対して敏感でないバルブ制御を使用するといった制御則の使い分けが可能になり、建設機械の適用範囲を拡げることができる。
次に本発明の第3実施形態について説明する。
前述した第2実施形態に係るコントローラ30aには、ブーム31の関節角度θと、油圧シリンダ33の作動油圧力Pが信号入力され、目標値補正手段37の振動特性決定手段38は、関節角度θと、作動油圧力Pによって振動数ω、減衰率ζを決定していた。
これに対して、第3実施形態では、図14に示されるように、ホイールローダ3の作業機30を構成するブーム31の先端のバケット32の近傍に、歪みゲージ等の力覚センサ41が設けられ、バケット32内の土砂DS等によるペイロードを、この力覚センサ41によりブーム31の歪み信号Wとして検出し、コントローラ40aに出力している点が相違する。尚、コントローラ40aでは、角度検出器35からの関節角度θ、歪み信号Wに基づいて、振動特性決定手段により、振動数ω、減衰率ζの決定を行っているが、入力信号Wが異なるだけで基本的には第2実施形態の場合と同様にして振動数ω、減衰率ζの決定を行っているので、詳細な説明は省略する。
すなわち、バケット32の近傍の力覚センサ41で検出された歪み信号Wによって、振動特性を決定しているので、より正確にペイロードを検出することができ、作業機30のよりペイロードに即した減衰動作をさせることができる。
また、第2実施形態では作業機30の駆動手段であるシリンダ33の圧力をペイロード検出用の信号としていたため、作業機30の負荷と慣性力だけでなく油の圧縮性やシリンダ33内部の摩擦力などの影響が圧力値に含まれてしまい、そのため、作業機30が一定速度から減速動作に切り替わる瞬間の圧力Pを抽出せざるを得なかった。
これに対して第3実施形態の力覚センサ41には、純粋に負荷と慣性力のみが働くので、加速動作や定常動作中においても、ペイロードを計測することが可能なため、瞬時の値を使う場合よりも誤差の影響を小さくでき、より高精度な振動抑制を実現できる。
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記第1実施形態では、レバー操作信号Faが入力されるレバー操作信号入力手段21が構造上バルブコントローラ20aの本体内に設けられていたが、このようなレバー操作信号入力手段21は、バルブコントローラ20aの機能の一部として構造上作業機レバー2側に設けられていてもよく、このような場合では、レバー操作信号入力手段21から出力される速度目標値V1がバルブコントローラ20a本体の目標値補正手段22に直に入力されることになる。
例えば、キャブが上昇、下降を行うパワーショベルのように、車体の重心が変動するような場合は、キャブの高さを検知するセンサからの信号を、振動特性の決定手段に入力することもできる。また、カウンタウェイトの脱着があった場合においては、ペイロードセンサにより脱着を検知し、その信号を同様に振動特性の決定手段に入力してもよい。
また、振動数ω及び減衰率ζを作業姿勢や負荷によらぬ一定値に設定して、作業機の振動抑制を完全には行わない代わりに、関節角度センサや圧力センサを必要としない構成とすることにより、コストアップを小さくしつつ、従来よりも振動抑制性能をある程度まで向上させるという方策をとってもよい。
ただし、このような変化率の増減をトリガとした補正は、前記実施形態のように、速度目標値V1を速度目標値V2に補正する場合でも可能である。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
Claims (7)
- 建設機械の作業機の制御装置において、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の動作目標値を生成する目標値演算手段を含む操作信号入力手段と、
生成された動作目標値を補正する目標値補正手段と、
補正された目標値に基づき、前記作業機を動作させるアクチュエータに対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
前記目標値補正手段は、前記作業機の姿勢及び/又は負荷により変化する振動特性に応じて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する振動抑制手段を備えている
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。 - 建設機械の作業機の制御装置において、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて前記作業機の動作目標値を生成する目標値演算手段を含む操作信号入力手段と、
生成された動作目標値を補正する目標値補正手段と、
補正された目標値に基づき、前記作業機を動作させるアクチュエータに対して指令信号を出力する指令信号出力手段とを備え、
前記目標値補正手段は、前記建設機械の姿勢及び/又は負荷により変化する振動特性に応じて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する振動抑制手段を備えている
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の建設機械の作業機の制御装置において、
前記操作信号入力手段は作業内容判定手段をさらに有し、
前記作業内容判定手段により定速作業が行われていると判断された場合には、前記動作目標値の補正を行わない
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の建設機械の作業機の制御装置において、
前記操作信号入力手段は作業内容判定手段をさらに有し、
前記作業内容判定手段により転圧作業が行われていると判断された場合には、前記動作目標値の補正を行わない
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の建設機械の作業機の制御装置において、
前記目標値補正手段は急操作制限手段をさらに有し、
前記急操作制限手段により急操作であると判断された場合には、前記動作目標値の変化率を小さくなるよう補正する
ことを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の建設機械の作業機の制御装置において、
前記目標値補正手段は、
前記建設機械又は前記作業機の姿勢及び/又は負荷に応じた振動数及び減衰率から、前記建設機械又は前記作業機の振動特性を決定する振動特性決定手段を備え、
前記振動抑制手段は、前記振動数及び前記減衰率により前記動作目標値を補正することを特徴とする建設機械の作業機の制御装置。 - 建設機械の作業機を制御する建設機械の作業機の制御方法において、
前記作業機の制御装置が、
作業機を操作する操作手段から入力された操作信号に基づいて、前記作業機の動作目標値を生成する目標値生成ステップと、
この目標値生成ステップで生成された動作目標値に基づいて、前記作業機の姿勢及び/又は負荷により変化する振動特性を取得する振動特性取得ステップと、
取得した振動特性に基づいて、前記動作目標値を、前記建設機械で予測される振動をキャンセルするような逆特性を有した別の目標値に補正する目標値補正ステップと
を実行することを特徴とする建設機械の作業機の制御方法。
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