JP2021042018A - Boom operation system - Google Patents

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Abstract

To provide a boom operation system capable of presenting a reaction force to an operation lever on the basis of an actually operated force.SOLUTION: A boom operation system S comprises: operation levers 51-54 that are tilted by an operation force; a boom 14 that is driven at a speed corresponding to the tilting angle of each of the operation levers 51-54; a force detector 55 that detects a force applied to a tip of the boom 14; a force controller 40c that calculates an angle or mechanical impedance on the basis of the force detected by the force detector 55; an angle/torque controller 40d that calculates an angle or torque on the basis of the calculated angle or mechanical impedance; and reaction force presentation devices 71-74 that present the calculated angle or torque to the operation levers 51-54.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、移動式クレーン等に搭載されるブームの操作システムに関するものである。 The present invention relates to a boom operating system mounted on a mobile crane or the like.

従来から移動式クレーンは、走行機能を有する車体と、車体に水平旋回可能に搭載された旋回台と、旋回台に起伏可能に搭載されたブームと、を主に備えている。これらの各構成要素は、油圧アクチュエータによって駆動されるように構成されている。そして、油圧アクチュエータが発生させるトルクや速度は、オペレータが操作レバーを操作することによって制御・調整される。 Conventionally, a mobile crane mainly includes a vehicle body having a traveling function, a swivel base mounted on the vehicle body so as to be able to turn horizontally, and a boom mounted on the swivel base so as to be undulating. Each of these components is configured to be driven by a hydraulic actuator. The torque and speed generated by the hydraulic actuator are controlled and adjusted by the operator operating the operating lever.

しかしながら、操作レバーによる油圧アクチュエータの制御は容易ではなく、ブームの起伏角度や吊荷の重量、位置などによっても操作性が影響されてしまう。さらに、近年では操作レバーに対する油圧の圧力の戻りがない、いわゆるバイワイヤー方式が採用されることも多くなり、ますます操作は難しくなっている。 However, it is not easy to control the hydraulic actuator by the operating lever, and the operability is affected by the undulation angle of the boom, the weight of the suspended load, the position, and the like. Furthermore, in recent years, the so-called by-wire method, in which the hydraulic pressure does not return to the operating lever, is often adopted, and the operation is becoming more difficult.

そこで、例えば特許文献1には、操作レバーの傾倒に対する反力を、電磁的手段によって発生させるとともに、反力の一部を摩擦ブレーキ手段によって発生させる力覚提示操作レバー装置が開示されている。このように構成することで、オペレータが操作レバーの反力を感じることができるようになっている。 Therefore, for example, Patent Document 1 discloses a force sense presentation operating lever device in which a reaction force against tilting of the operating lever is generated by electromagnetic means and a part of the reaction force is generated by friction braking means. With this configuration, the operator can feel the reaction force of the operating lever.

特開2011−28601号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-28601

しかしながら、特許文献1の力覚提示操作レバー装置を含む従来の技術は、吊荷の重量や機械自体の動作力を考慮していない。そのため、オペレータは、吊荷の重量や機械の動作状況の違いを感じ取ることができなかった。 However, the conventional technique including the force sense presentation operation lever device of Patent Document 1 does not consider the weight of the suspended load and the operating force of the machine itself. Therefore, the operator could not sense the difference in the weight of the suspended load and the operating condition of the machine.

そこで、本発明のブームの操作システムは、実際に作用する力に基づいて操作レバーに反力を提示することのできる、ブームの操作システムを提供することを目的としている。 Therefore, it is an object of the boom operating system of the present invention to provide a boom operating system capable of presenting a reaction force to an operating lever based on an actually acting force.

前記目的を達成するために、本発明のブームの操作システムは、操作レバーと、ブームと、力検出器と、力検出器によって検出された力に基づいて、角度、又は機械インピーダンスを演算する力制御器と、演算された角度、又は機械インピーダンスに基づいて、角度又はトルクを演算する角度・トルク制御器と、操作力に加算して、演算された角度又はトルクを前記操作レバーに提示する反力提示器と、を備えている。 In order to achieve the above object, the boom operating system of the present invention is a force for calculating an angle or mechanical impedance based on an operating lever, a boom, a force detector, and a force detected by the force detector. The controller, the angle / torque controller that calculates the angle or torque based on the calculated angle or mechanical impedance, and the counter that presents the calculated angle or torque to the operating lever in addition to the operating force. It is equipped with a force presenter.

このように、本発明のブームの操作システムは、操作レバーと、ブームと、力検出器と、力制御器と、角度・トルク制御器と、反力提示器と、を備えているため、ブームの先端に実際に作用する力に基づいて、操作レバーに反力を提示することができる。したがって、吊荷の位置の微調整や振れ止めといった操作を容易に行うことができる。 As described above, the boom operation system of the present invention includes an operation lever, a boom, a force detector, a force controller, an angle / torque controller, and a reaction force presenter. A reaction force can be presented to the operating lever based on the force actually acting on the tip of the. Therefore, operations such as fine adjustment of the position of the suspended load and steady rest can be easily performed.

移動式クレーンの側面図である。It is a side view of a mobile crane. ブームの操作システムのブロック図である。It is a block diagram of a boom operation system. ブームの操作システムのブロック線図である。It is a block diagram of a boom operation system. 操作レバーの説明図である。(a)は起伏操作及び旋回操作に用いる十字レバーの説明図であり、(b)は鉛直方向の操作に用いる1軸レバーの説明図である。It is explanatory drawing of the operation lever. (A) is an explanatory view of a cross lever used for undulating operation and turning operation, and (b) is an explanatory view of a uniaxial lever used for vertical operation. 目視困難な位置での作業についての作用図である。It is an operation diagram about the work in the position which is hard to see.

以下、本発明に係る実施例について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, examples according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the components described in the following examples are examples, and the technical scope of the present invention is not limited to them.

本実施例のブームの操作システム(S)を備える移動式クレーンとしては、例えば、ラフテレーンクレーン、オールテレーンクレーン、トラッククレーン等が挙げられる。以下、ラフテレーンクレーンを例に挙げて説明するが、他の移動式クレーンにも、本発明に係るブームの操作システム(S)を適用することができる。この他、ブームを備える高所作業車にも、本発明を適用することができる。 Examples of the mobile crane provided with the boom operation system (S) of this embodiment include a rough terrain crane, an all terrain crane, and a truck crane. Hereinafter, the rough terrain crane will be described as an example, but the boom operation system (S) according to the present invention can also be applied to other mobile cranes. In addition, the present invention can be applied to aerial work platforms equipped with a boom.

(移動式クレーンの構成)
まず、図1の側面図を用いて、移動式クレーンの機械系の構成について説明する。本実施例のラフテレーンクレーン1は、図1に示すように、走行機能を有する車両の本体部分となる車体10と、車体10の四隅に設けられたアウトリガ11,・・・と、車体10に水平旋回可能に取り付けられた旋回台12と、旋回台12の後部に搭載されたブーム14と、を備えている。
(Structure of mobile crane)
First, the configuration of the mechanical system of the mobile crane will be described with reference to the side view of FIG. As shown in FIG. 1, the rough terrain crane 1 of the present embodiment has a vehicle body 10 which is a main body portion of a vehicle having a traveling function, outriggers 11 provided at four corners of the vehicle body 10, ... It includes a swivel table 12 mounted so as to be able to swivel horizontally, and a boom 14 mounted on the rear portion of the swivel table 12.

アウトリガ11は、スライドシリンダを伸縮させることによって、車体10から幅方向外側にスライド張出/スライド格納可能であるとともに、ジャッキシリンダを伸縮させることによって車体10から上下方向にジャッキ張出/ジャッキ格納可能である。 The outrigger 11 can slide out / slide outward from the vehicle body 10 in the width direction by expanding / contracting the slide cylinder, and can extend / jack retract in the vertical direction from the vehicle body 10 by expanding / contracting the jack cylinder. Is.

旋回台12は、旋回モータ61の動力が伝達されるピニオンギヤを有しており、このピニオンギヤが車体10に設けた円形状のギヤに噛み合うことで旋回軸を中心に回動する。旋回台12は、右前方に配置された操縦席18と、後方に配置されたカウンタウェイト19と、をさらに有している。 The swivel base 12 has a pinion gear to which the power of the swivel motor 61 is transmitted, and the pinion gear meshes with a circular gear provided on the vehicle body 10 to rotate around a swivel shaft. The swivel base 12 further includes a cockpit 18 arranged on the right front side and a counterweight 19 arranged on the rear side.

さらに、旋回台12の後部には、ワイヤ16を巻上/巻下げるためのウインチ13が配置されている。ウインチ13は、ウインチモータ64を正方向/逆方向に回転させることによって、巻上げ方向(巻き取る方向)/巻下げ方向(繰り出す方向)の2方向に回転するようになっている。 Further, a winch 13 for hoisting / lowering the wire 16 is arranged at the rear portion of the swivel base 12. By rotating the winch motor 64 in the forward direction / the reverse direction, the winch 13 rotates in two directions, a winding direction (winding direction) and a winding direction (feeding direction).

ブーム14は、基端ブーム141と(1つ又は複数の)中間ブーム142と先端ブーム143とによって入れ子式に構成されており、内部に配置された伸縮シリンダ63によって伸縮できるようになっている。先端ブーム143の最先端のブームヘッド144にはシーブが配置され、シーブにワイヤ16が掛け回されてフック17が吊下げられている。 The boom 14 is nested by a base end boom 141, an intermediate boom 142 (s) and a tip boom 143, and can be expanded and contracted by a telescopic cylinder 63 arranged inside. A sheave is arranged on the state-of-the-art boom head 144 of the tip boom 143, and a wire 16 is hung around the sheave to hang a hook 17.

そして、基端ブーム141の付け根部は、旋回台12の後部に設置された支持軸に回動自在に取り付けられており、支持軸を回転中心として上下に起伏できるようになっている。そして、旋回台12と基端ブーム141の下面との間には、起伏シリンダ62が架け渡されており、起伏シリンダ62を伸縮することでブーム14全体を起伏することができるようになっている。 The base portion of the base end boom 141 is rotatably attached to a support shaft installed at the rear portion of the swivel base 12, and can be undulated up and down with the support shaft as the center of rotation. An undulating cylinder 62 is bridged between the swivel base 12 and the lower surface of the base end boom 141, and the entire boom 14 can be undulated by expanding and contracting the undulating cylinder 62. ..

(制御系の構成)
次に、図2のブロック図を用いて、本実施例のブームの操作システムSの制御系の構成について説明する。ブームの操作システムSは、制御部としてのコントローラ40を中心として構成されている。コントローラ40は、入力ポート、出力ポート、演算装置などを有する汎用のマイクロコンピュータとすることができる。
(Control system configuration)
Next, the configuration of the control system of the boom operation system S of this embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG. The boom operation system S is configured around a controller 40 as a control unit. The controller 40 can be a general-purpose microcomputer having an input port, an output port, an arithmetic unit, and the like.

コントローラ40は、操作レバー51〜54(旋回/起伏レバー51、伸縮レバー53、巻上/巻下レバー54)からの操作信号を受けて、図示しない制御バルブを介してアクチュエータ61〜64(旋回モータ61、起伏シリンダ62、伸縮シリンダ63、ウインチモータ64)を制御する。 The controller 40 receives an operation signal from the operation levers 51 to 54 (swivel / undulation lever 51, telescopic lever 53, hoisting / hoisting lever 54), and receives actuators 61 to 64 (swivel motor) via a control valve (not shown). 61, undulating cylinder 62, telescopic cylinder 63, winch motor 64).

旋回/起伏レバー51は、図4(a)に示すように、直交する二軸回りに傾動する十字レバーであり、1つのレバーで2つの動作(旋回及び起伏)を制御できるようになっている。すなわち、旋回/起伏レバー51を左に傾倒させることでブーム14が左旋回し、右に傾倒させることでブーム14が右旋回する。さらに、旋回/起伏レバー51を奥に傾倒させることでブーム14が倒伏し、手前に傾倒させることでブーム14が起仰する。 As shown in FIG. 4A, the swivel / undulation lever 51 is a cross lever that tilts around two orthogonal axes, and one lever can control two movements (swivel and undulation). .. That is, by tilting the turning / undulating lever 51 to the left, the boom 14 turns to the left, and by tilting to the right, the boom 14 turns to the right. Further, the boom 14 is tilted by tilting the swivel / undulation lever 51 to the back, and the boom 14 is raised by tilting it toward the front.

そして、本実施例の旋回/起伏レバー51には、レバー自体が傾倒された角度を検出するために、旋回及び起伏の回転軸ごとに、角度検出器41、42が設置されている。旋回用の角度検出器41は、例えばポテンショメータであり、左−右の傾倒角度を検出してコントローラ40に伝送する。同様に、起伏用の角度検出器42は、奥−手前の傾倒角度を検出してコントローラ40に伝送する。 Then, in the swivel / undulation lever 51 of this embodiment, angle detectors 41 and 42 are installed for each of the swivel and undulation rotation axes in order to detect the angle at which the lever itself is tilted. The turning angle detector 41 is, for example, a potentiometer, which detects a left-right tilt angle and transmits it to the controller 40. Similarly, the undulation angle detector 42 detects the back-front tilt angle and transmits it to the controller 40.

そして、旋回/起伏レバー51には、実際にブーム14の先端に作用する力に応じて旋回/起伏レバー51に反力を提示するために、旋回及び起伏の回転軸ごとに、反力提示器71、72が設置されている。旋回用の反力提示器71は、例えば電動モータであり、旋回方向に作用する反力を旋回/起伏レバー51に提示し、起伏用の反力提示器72は、起伏方向の反力を旋回/起伏レバー51に提示する。 Then, in order to present a reaction force to the swivel / undulation lever 51 according to the force actually acting on the tip of the boom 14, the swivel / undulation lever 51 has a reaction force presenter for each rotation axis of the swivel and undulation. 71 and 72 are installed. The turning reaction force presenter 71 is, for example, an electric motor, and presents the reaction force acting in the turning direction to the turning / undulating lever 51, and the undulating reaction force presenter 72 swivels the reaction force in the undulating direction. / Present to the undulation lever 51.

次に、伸縮レバー53は、図示しないが、一軸回りに傾動するレバーであり、伸縮動作を制御できるようになっている。さらに、本実施例の伸縮レバー53には、レバー自体が傾倒された角度を検出するために、その回転軸に、角度検出器43が設置されている。この伸縮用の角度検出器43は、奥−手前の傾倒角度を検出してコントローラ40に伝送する。 Next, although not shown, the telescopic lever 53 is a lever that tilts around one axis so that the telescopic operation can be controlled. Further, in the telescopic lever 53 of this embodiment, an angle detector 43 is installed on the rotation axis of the telescopic lever 53 in order to detect the angle at which the lever itself is tilted. The expansion / contraction angle detector 43 detects the back-front tilt angle and transmits it to the controller 40.

さらに、本実施例の伸縮レバー53には、実際にブーム14の先端に作用する力に応じて伸縮レバー53に反力を提示するために、その回転軸に、反力提示器73が設置されている。伸縮用の反力提示器73は、伸縮方向に作用する反力を伸縮レバー53に提示する。なお、ここでは、伸縮レバー53に角度検出器43及び反力提示器73が設置される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、伸縮動作による吊荷の移動が規制される場合等には、伸縮レバー53に角度検出器43及び反力提示器73が設置されていなくてもよい。 Further, in the telescopic lever 53 of the present embodiment, a reaction force presenter 73 is installed on the rotation shaft of the telescopic lever 53 in order to present a reaction force to the telescopic lever 53 according to a force actually acting on the tip of the boom 14. ing. The expansion / contraction reaction force presenter 73 presents the reaction force acting in the expansion / contraction direction to the expansion / contraction lever 53. Here, the case where the angle detector 43 and the reaction force presenter 73 are installed on the telescopic lever 53 has been described, but the present invention is not limited to this, and the movement of the suspended load due to the telescopic operation is restricted. Etc., the angle detector 43 and the reaction force presenter 73 may not be installed on the telescopic lever 53.

次に、巻上/巻下レバー54は、図4(b)に示すように、一軸回りに傾動するレバーであり、巻上動作又は巻下動作を制御できるようになっている。すなわち、巻上/巻下レバー54を手前に傾倒させることでウインチ13が巻き上げ、奥に傾倒させることでウインチ13が巻き下げる。 Next, as shown in FIG. 4B, the hoisting / unwinding lever 54 is a lever that tilts about one axis, and can control the hoisting operation or the unwinding operation. That is, the winch 13 is wound up by tilting the hoisting / lowering lever 54 toward you, and the winch 13 is hoisted by tilting it toward the back.

そして、本実施例の巻上/巻下レバー54には、レバー自体が傾倒された角度を検出するために、その回転軸に、角度検出器44が設置されている。この巻上/巻下用の角度検出器43は、例えばポテンショメータであり、奥−手前の傾倒角度を検出してコントローラ40に伝送する。 The hoisting / hoisting lever 54 of this embodiment is provided with an angle detector 44 on its rotation axis in order to detect the angle at which the lever itself is tilted. The hoisting / hoisting angle detector 43 is, for example, a potentiometer, which detects a back-front tilt angle and transmits it to the controller 40.

さらに、本実施例の巻上/巻下レバー54には、実際にブーム14の先端に作用する力に応じて巻上/巻下レバー54に反力を提示するために、その回転軸に、反力提示器74が設置されている。この巻上/巻下用の反力提示器74は、例えば電動モータであり、鉛直方向に作用する反力を巻上/巻下レバー54に提示する。 Further, in order to present a reaction force to the hoisting / unwinding lever 54 according to the force actually acting on the tip of the boom 14, the hoisting / unwinding lever 54 of the present embodiment has its rotation axis. A reaction force presenter 74 is installed. The hoisting / unwinding reaction force presenter 74 is, for example, an electric motor, and presents a reaction force acting in the vertical direction to the hoisting / unwinding lever 54.

加えて、この巻上/巻下レバー54には、吊荷の重量が下向きに作用するが、レバーに操作力が加わっていない状態又は弱い操作力が加わっている状態では、反力提示を不感帯内に抑えるように制御される。すなわち、一般に各種の操作レバーには、操作力を加えて移動(傾動)させてもアクチュエータが動作しない範囲である不感帯が設けられており、この範囲に巻上/巻下レバー54が維持されるようになっている。このように制御されることで、非操作時や、レバーを離した際に、レバーが大きく動き、その結果としてブーム14やワイヤ16が思わぬ動作をすることを防止できる。 In addition, the weight of the suspended load acts downward on the hoisting / unwinding lever 54, but when no operating force is applied to the lever or when a weak operating force is applied, the reaction force presentation is insensitive. It is controlled to keep it inside. That is, in general, various operating levers are provided with a dead zone in which the actuator does not operate even when the actuator is moved (tilted) by applying an operating force, and the hoisting / lowering lever 54 is maintained in this range. It has become like. By being controlled in this way, it is possible to prevent the lever from moving significantly when the lever is not operated or when the lever is released, and as a result, the boom 14 and the wire 16 do not operate unexpectedly.

さらに、巻上/巻下レバー54には、本来の中立位置にノッチ感を与えるために、摺動部位に凹凸を設けることができる。このように、本来の中立位置にノッチ感を与えるのは、重力が作用することで巻上/巻下レバー54がオフセットされるため、操作者が手の感覚を通じて中立位置を判別できなくなることを防止するためである。 Further, the hoisting / lowering lever 54 may be provided with irregularities on the sliding portion in order to give a notch feeling to the original neutral position. In this way, the reason why the original neutral position is notched is that the hoisting / lowering lever 54 is offset by the action of gravity, so that the operator cannot determine the neutral position through the feeling of the hand. This is to prevent it.

次に、力検出器55は、ブーム14のブームヘッド144に設置され、ブームヘッド144に作用する力(ブーム先端反力)を検出するためのものである。力検出器55としては、張力を測定することで直接的に力を検出するロードセルや、位置や加速度を測定して時間微分によって間接的に力を検出する位置測定装置(例えばGPS)や加速度計測装置を用いることができる。検出されたブーム先端反力は、コントローラ40へ伝送される。 Next, the force detector 55 is installed on the boom head 144 of the boom 14, and is for detecting the force acting on the boom head 144 (boom tip reaction force). The force detector 55 includes a load cell that directly detects force by measuring tension, a position measuring device (for example, GPS) that measures position and acceleration and indirectly detects force by time derivative, and acceleration measurement. The device can be used. The detected boom tip reaction force is transmitted to the controller 40.

そして、コントローラ40は、ブーム14及びウインチ13の作動を制御する制御部であり、その機能部として、速度変換器40aと、速度制御器40bと、力制御器40cと、角度・トルク制御器40dと、を備えている。以下、各機能部の機能について説明する。なお、以下の各機能部の機能は、操作レバー51〜54に対応するアクチュエータ61〜64ごとに実施される。 The controller 40 is a control unit that controls the operation of the boom 14 and the winch 13, and its functional units include a speed converter 40a, a speed controller 40b, a force controller 40c, and an angle / torque controller 40d. And have. Hereinafter, the functions of each functional unit will be described. The functions of the following functional units are performed for each actuator 61 to 64 corresponding to the operation levers 51 to 54.

速度変換器40aは、角度検出器41〜44からレバー電圧を受信し、これを速度指令値へ変換したうえで、速度制御器40bへ送信する。このアクチュエータの速度は、フィードバック制御によって制御される。 The speed converter 40a receives the lever voltage from the angle detectors 41 to 44, converts it into a speed command value, and then transmits it to the speed controller 40b. The speed of this actuator is controlled by feedback control.

速度制御器40bは、速度変換器40aからの速度指令値とフィードバックされた計測値との誤差(偏差)に基づいて、アクチュエータの速度を制御する(フィードバック制御)。具体的には、誤差(偏差)に基づいて、各アクチュエータに対応する制御バルブに所定の電流を通電する。 The speed controller 40b controls the speed of the actuator based on an error (deviation) between the speed command value from the speed converter 40a and the fed-back measured value (feedback control). Specifically, a predetermined current is applied to the control valve corresponding to each actuator based on the error (deviation).

力制御器40cは、力検出器55によって検出された力(ブーム先端反力)に基づいて、角度指令、又は機械インピーダンス指令を演算する。そして、本実施例の力制御器40cは、力制御ベースの反力提示制御、又は、インピーダンス制御ベースの反力提示制御に基づいて、角度指令、又は機械インピーダンス指令を演算するようにされている。 The force controller 40c calculates an angle command or a mechanical impedance command based on the force (boom tip reaction force) detected by the force detector 55. Then, the force controller 40c of the present embodiment is adapted to calculate an angle command or a mechanical impedance command based on the reaction force presentation control based on the force control or the reaction force presentation control based on the impedance control. ..

力制御ベースの反力提示制御によって、機械インピーダンス指令を演算する場合には、例えば以下のように、機械インピーダンス指令を演算することができる。 When calculating the mechanical impedance command by the reaction force presentation control based on the force control, the mechanical impedance command can be calculated as follows, for example.

ブーム先端反力F、任意に決定したブーム先端の仮想インピーダンスとして仮想質量Mb、仮想粘性係数Db、仮想ばね係数Kbを用いると、直近のいくつかのサンプリングデータを用いると、ブーム先端の仮想運動ddx、dx、xは、下式で求めることができる。

Figure 2021042018
そして、レバーに与えるべき仮想インピーダンスとして、任意の仮想粘性係数Dm、仮想ばね係数Kmを用いると、レバーに与えるべき力Fmは下式を用いて決定できる。
Figure 2021042018
When the boom tip reaction force F, the virtual mass Mb, the virtual viscosity coefficient Db, and the virtual spring constant Kb are used as the virtual impedance of the boom tip arbitrarily determined, the virtual motion ddx of the boom tip is used when some of the latest sampling data are used. , Dx, x can be obtained by the following equation.
Figure 2021042018
Then, when an arbitrary virtual viscosity coefficient Dm and virtual spring constant Km are used as the virtual impedance to be applied to the lever, the force Fm to be applied to the lever can be determined by using the following equation.
Figure 2021042018

インピーダンス制御ベースの反力提示制御によって、角度指令を演算する場合には、例えば以下のように、角度指令を演算することができる。 When calculating the angle command by the reaction force presentation control based on the impedance control, the angle command can be calculated as follows, for example.

力制御ベースの反力提示制御と同様に、式1を用いてdxを求める。レバーの位置が示す目標速度指令値dxmとの差を用いてレバーに対してP制御を行い、任意のRを用いると、レバーに与えるべき力Fmは下式を用いて決定できる。

Figure 2021042018
Similar to the force control-based reaction force presentation control, equation 1 is used to obtain dx. When P control is performed on the lever using the difference from the target speed command value dxm indicated by the position of the lever and an arbitrary R is used, the force Fm to be applied to the lever can be determined by using the following equation.
Figure 2021042018

角度・トルク制御器40dは、力制御器40cにおいて演算された角度指令、又は機械インピーダンス指令に基づいて、角度又はトルクを演算して反力提示器71〜74に指示する。このように、反力提示器71〜74を介して操作レバー51〜54に力覚を提示することによって、いわゆるバイラテラル制御が実現される。 The angle / torque controller 40d calculates the angle or torque based on the angle command calculated by the force controller 40c or the mechanical impedance command, and instructs the reaction force presenters 71 to 74. In this way, the so-called bilateral control is realized by presenting the force sense to the operating levers 51 to 54 via the reaction force presenters 71 to 74.

そして、本実施例の角度・トルク制御器40dは、演算された角度、又は機械インピーダンスに加算して、操作限界角度、又は操作限界機械インピーダンスに基づいて、角度又はトルクを演算して反力提示器71〜74に指示するようになっている。これらの操作限界角度、又は操作限界機械インピーダンスは、安定限界や各アクチュエータの出力限界等に基づいて演算されたものを使用する。 Then, the angle / torque controller 40d of this embodiment adds the calculated angle or mechanical impedance, calculates the angle or torque based on the operating limit angle or the operating limit mechanical impedance, and presents the reaction force. It is designed to instruct the vessels 71 to 74. These operating limit angles or operating limit mechanical impedances are calculated based on the stability limit, the output limit of each actuator, and the like.

(インピーダンス制御のブロック線図)
次に、図3のブロック線図を用いて、インピーダンス制御における各要素の入力・出力関係について説明する。まず、力検出器55によってブーム先端反力が計測されて、コントローラ40の力制御器40cに送信される。力制御器40cは、受信したブーム先端反力に基づいて角度指令又は機械インピーダンス指令を演算し、角度・トルク制御器40dの直前の比較部(図中の白丸)へ送信する。ここにおいて、力制御器40cは、前述した力制御ベースの反力提示制御、又は、インピーダンス制御ベースの反力提示制御に基づいて、角度、又は機械インピーダンスを演算する。
(Block diagram of impedance control)
Next, the input / output relationship of each element in impedance control will be described with reference to the block diagram of FIG. First, the boom tip reaction force is measured by the force detector 55 and transmitted to the force controller 40c of the controller 40. The force controller 40c calculates an angle command or a mechanical impedance command based on the received boom tip reaction force, and transmits the angle command or the mechanical impedance command to the comparison unit (white circle in the figure) immediately before the angle / torque controller 40d. Here, the force controller 40c calculates an angle or mechanical impedance based on the above-mentioned force control-based reaction force presentation control or impedance control-based reaction force presentation control.

比較部では、受信した角度指令又は機械インピーダンス指令を、操作限界角度又は操作限界機械インピーダンスと比較して、操作限界角度又は操作限界機械インピーダンスを超えない範囲で、角度・トルク制御器40dへ送信する。次に、角度・トルク制御器40dは、受信した角度指令又は機械インピーダンス指令に基づいて、角度又はトルク指令を演算して、反力提示器71〜74へ送信する。 The comparison unit compares the received angle command or mechanical impedance command with the operating limit angle or operating limit mechanical impedance, and transmits the received angle command or mechanical impedance command to the angle / torque controller 40d within a range that does not exceed the operating limit angle or operating limit mechanical impedance. .. Next, the angle / torque controller 40d calculates an angle or torque command based on the received angle command or mechanical impedance command, and transmits the angle / torque command to the reaction force presenters 71 to 74.

反力提示器71〜74は、受信した角度又はトルク指令に基づいて提示反力を比較部に送信し、操作力に加算したうえで、角度検出器41〜44へ送信する。したがって、オペレータは、通常の(提示反力が作用しない)操作レバー51〜54の操作感覚に加えて、吊荷による反力を操作レバー51〜54を通じて感じ取ることができる。 The reaction force presenters 71 to 74 transmit the presented reaction force to the comparison unit based on the received angle or torque command, add it to the operating force, and then transmit it to the angle detectors 41 to 44. Therefore, the operator can feel the reaction force due to the suspended load through the operation levers 51 to 54 in addition to the normal operation feeling of the operation levers 51 to 54 (the presented reaction force does not act).

角度検出器41〜44は、操作レバー51〜54が傾倒された角度を検出して、レバー電圧に変換したうえで、速度変換器40aに送信する。速度変換器40aは、速度指令値を比較部へ送信し、実際のアクチュエータの動作速度と比較し、誤差(偏差)を速度制御器40bへ送信する。最後に、速度制御器40bは、誤差(偏差)に基づいて、アクチュエータの速度を制御する(フィードバック制御)。 The angle detectors 41 to 44 detect the angle at which the operating levers 51 to 54 are tilted, convert it into a lever voltage, and then transmit it to the speed converter 40a. The speed converter 40a transmits a speed command value to the comparison unit, compares it with the actual operating speed of the actuator, and transmits an error (deviation) to the speed controller 40b. Finally, the speed controller 40b controls the speed of the actuator based on the error (deviation) (feedback control).

(効果)
次に、本実施例のブームの操作システムSの奏する効果を列挙して説明する。
(effect)
Next, the effects of the boom operation system S of this embodiment will be listed and described.

(1)上述してきたように、本実施例のブームの操作システムSは、操作力によって傾倒される操作レバー51〜54と、操作レバー51〜54の傾倒角度に応じた速度で駆動されるブーム14と、ブーム14の先端に作用する力を検出する力検出器55と、力検出器55によって検出された力に基づいて、角度、又は機械インピーダンスを演算する力制御器40cと、演算された角度、又は機械インピーダンスに基づいて、角度又はトルクを演算して反力提示器に指示する角度・トルク制御器40dと、操作力に加算して、指示された角度又はトルクを操作レバー51〜54に提示する反力提示器71〜74と、を備えている。このような構成によれば、ブーム14の先端に実際に作用する力に基づいて、操作レバー51〜54に反力(力覚)を提示することができる。したがって、吊荷の位置の微調整や振れ止めといった操作を容易に行うことができる。 (1) As described above, in the boom operation system S of the present embodiment, the operation levers 51 to 54 tilted by the operation force and the boom driven at a speed corresponding to the tilt angle of the operation levers 51 to 54. 14 and a force detector 55 that detects the force acting on the tip of the boom 14, and a force controller 40c that calculates an angle or mechanical impedance based on the force detected by the force detector 55. An angle / torque controller 40d that calculates an angle or torque based on an angle or mechanical impedance and instructs the reaction force presenter, and an operating lever 51 to 54 that adds the specified angle or torque to the operating force. The reaction force presenters 71 to 74 presented to the above are provided. According to such a configuration, a reaction force (force sense) can be presented to the operating levers 51 to 54 based on the force actually acting on the tip of the boom 14. Therefore, operations such as fine adjustment of the position of the suspended load and steady rest can be easily performed.

このようにして、操作者が自分の手でブーム先端を直接に把持しているような感覚を与えることで、吊荷の挙動が把握しやすくなり、振れ止め操作が容易になり、視覚だけに頼らずに吊荷の状況を把握できるようになる。 In this way, by giving the operator the feeling of directly grasping the tip of the boom with his / her own hand, it becomes easier to grasp the behavior of the suspended load, the steady rest operation becomes easier, and only the visual sense You will be able to grasp the status of suspended loads without relying on them.

例えば、図5(a)、(b)に示すような、目視が困難な位置(例えば、ビルの上等)において、危険を伴う状況では、本発明は有効である。図5(a)に示すように、地切り、荷下ろし作業では、垂直方向の力覚の変化によって、操作者が状況を把握できる。さらに、図5(b)に示すように、禁止されている横引き作業では、横引きの状況を水平方向のレバー荷重変化によって、操作者が把握できる。 For example, the present invention is effective in a dangerous situation at a position where it is difficult to see visually (for example, above a building) as shown in FIGS. 5A and 5B. As shown in FIG. 5A, in the ground cutting and unloading operations, the operator can grasp the situation by the change in the force sense in the vertical direction. Further, as shown in FIG. 5B, in the prohibited horizontal pulling operation, the operator can grasp the horizontal pulling situation by changing the lever load in the horizontal direction.

加えて、一般にクレーン等で荷振れを止めるには、吊荷を追いかける操作をすることが得策であることが知られているところ、本発明によれば、吊荷による張力が作用する方向に操作レバー51〜54を倒しやすくなることで、追いかける操作が容易になり、結果として荷振れを防止しやすくなる。 In addition, it is generally known that it is a good idea to chase the suspended load in order to stop the load swing with a crane or the like. However, according to the present invention, the operation is performed in the direction in which the tension due to the suspended load acts. By making it easier to tilt the levers 51 to 54, the chasing operation becomes easier, and as a result, it becomes easier to prevent the load swing.

(2)また、角度・トルク制御器40dは、演算された角度、又は機械インピーダンスに加算して、操作限界角度、又は操作限界機械インピーダンスに基づいて、角度又はトルクを演算して反力提示器71〜74に指示するようになっているため、安定限界や各アクチュエータの出力限界等を考慮しつつ、反力提示器71〜74を動作させることができる。 (2) Further, the angle / torque controller 40d is added to the calculated angle or mechanical impedance to calculate the angle or torque based on the operating limit angle or the operating limit mechanical impedance, and is a reaction force presenter. Since the instructions are given to 71 to 74, the reaction force presenters 71 to 74 can be operated while considering the stability limit, the output limit of each actuator, and the like.

さらに、力制御器40cは、力制御ベースの反力提示制御、又は、インピーダンス制御ベースの反力提示制御に基づいて、角度、又は機械インピーダンスを演算するようにされているため、質量M、ダンパD、バネKの値の組み合わせに応じて、最適なインピーダンス制御を実行することができる。 Further, since the force controller 40c is designed to calculate the angle or the mechanical impedance based on the reaction force presentation control based on the force control or the reaction force presentation control based on the impedance control, the mass M and the damper Optimal impedance control can be executed according to the combination of the values of D and the spring K.

(3)また、操作レバー51〜54のうち、鉛直方向の操作に用いられる操作レバー(巻上/巻下レバー)54には、反力提示器74によって鉛直下方向の力が提示されるとともに、操作レバー54の位置は、操作力が所定値以下の状態では不感帯内にとどまるようにされていることにより、非操作時や操作レバー54を離した際に、操作レバー54が大きく動く結果として、ブーム14、ワイヤ16が意図しない動作をすることを防止できる。 (3) Of the operating levers 51 to 54, the operating lever (winding / winding lever) 54 used for vertical operation is presented with a vertical downward force by the reaction force presenter 74. The position of the operating lever 54 is set to remain within the dead zone when the operating force is equal to or less than a predetermined value, and as a result, the operating lever 54 moves significantly when not operated or when the operating lever 54 is released. , The boom 14 and the wire 16 can be prevented from performing unintended operations.

(4)さらに、操作レバー51〜54のうち、鉛直方向の操作に用いられる操作レバー(巻上/巻下レバー)54は、中立点を判別するためにノッチ感を与えるように形成されていることで、重力によってオフセットすることが原因で、操作者が中立点を判別できなくなることを防止できる。 (4) Further, among the operation levers 51 to 54, the operation lever (winding / winding lever) 54 used for vertical operation is formed so as to give a notch feeling for determining the neutral point. As a result, it is possible to prevent the operator from being unable to determine the neutral point due to the offset due to gravity.

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes to the extent that the gist of the present invention is not deviated are described in the present invention. included.

例えば、本実施例では、旋回/起伏レバー51は、十字レバーであるとして説明したが、これに限定されるものではなく、一軸レバー2本であってもよい。 For example, in the present embodiment, the swivel / undulation lever 51 has been described as a cross lever, but the present invention is not limited to this, and two uniaxial levers may be used.

S:操作システム;
1:ラフテレーンクレーン;
10:車体; 12:旋回台; 13:ウインチ;
14:ブーム; 16:ワイヤ; 17:フック;
40:コントローラ; 40a:速度変換器; 40b:速度制御器;
40c:力制御器; 40d:角度orトルク制御器;
41〜44:角度検出器;
51:旋回/起伏レバー; 53:伸縮レバー; 54:巻上/巻下レバー;
55:力検出器;
61:旋回モータ; 62:起伏シリンダ;
63:伸縮シリンダ; 64:ウインチモータ;
71〜74:反力提示器
S: Operation system;
1: Rough terrain crane;
10: Body; 12: Swivel; 13: Winch;
14: Boom; 16: Wire; 17: Hook;
40: Controller; 40a: Speed Converter; 40b: Speed Controller;
40c: Force controller; 40d: Angle or torque controller;
41-44: Angle detector;
51: Swivel / undulation lever; 53: Telescopic lever; 54: Hoisting / hoisting lever;
55: Force detector;
61: Swing motor; 62: Undulating cylinder;
63: Telescopic cylinder; 64: Winch motor;
71-74: Reaction force presenter

Claims (4)

操作力によって傾倒される操作レバーと、
前記操作レバーの傾倒角度に応じた速度で駆動されるブームと、
前記ブームの先端に作用する力を検出する力検出器と、
前記力検出器によって検出された力に基づいて、角度、又は機械インピーダンスを演算する力制御器と、
演算された角度、又は機械インピーダンスに基づいて、角度又はトルクを演算する角度・トルク制御器と、
操作力に加算して、演算された角度又はトルクを前記操作レバーに提示する反力提示器と、を備える、ブームの操作システム。
The operation lever that is tilted by the operation force and
A boom driven at a speed corresponding to the tilt angle of the operating lever,
A force detector that detects the force acting on the tip of the boom,
A force controller that calculates an angle or mechanical impedance based on the force detected by the force detector,
An angle / torque controller that calculates an angle or torque based on the calculated angle or mechanical impedance,
A boom operating system comprising a reaction force presenter that adds a calculated angle or torque to the operating force and presents it to the operating lever.
前記角度・トルク制御器は、演算された角度、又は機械インピーダンスに加算して、操作限界角度、又は操作限界機械インピーダンスに基づいて、角度又はトルクを演算して前記反力提示器に指示するようになっている、請求項1に記載されたブームの操作システム。 The angle / torque controller calculates the angle or torque based on the operation limit angle or the operation limit mechanical impedance by adding it to the calculated angle or the mechanical impedance, and instructs the reaction force presenter. The boom operating system according to claim 1. 前記操作レバーのうち、鉛直方向の操作に用いられる操作レバーには、前記反力提示器によって鉛直下方向の力が提示されるとともに、前記操作レバーの位置は、操作力が所定値以下の状態では不感帯内にとどまるようにされている、請求項1又は請求項2に記載されたブームの操作システム。 Among the operating levers, the operating lever used for vertical operation is presented with a vertical downward force by the reaction force presenter, and the position of the operating lever is in a state where the operating force is equal to or less than a predetermined value. The boom operating system according to claim 1 or 2, wherein the boom operation system is designed to remain within the dead zone. 前記操作レバーのうち、鉛直方向の操作に用いられる操作レバーは、中立点を判別するためにノッチ感を与えるように形成されている、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載されたブームの操作システム。 The operating lever according to any one of claims 1 to 3, wherein the operating lever used for vertical operation is formed so as to give a notch feeling for determining the neutral point. Boom operation system.
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