JP2662271B2 - 作業機の軌跡制御装置 - Google Patents
作業機の軌跡制御装置Info
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Description
A.産業上の利用分野 本発明は少なくとも軌跡制御される２本のアームを有
する作業機の軌跡制御装置に関する。 B.発明の背景 本出願人は先に、第15図（ａ），（ｂ）に示す軌跡制
御可能な多関節基礎用作業機（以下、作業機）を提案し
た（例えば、特願昭62−135413号）。この作業機は、第
１アーム1,第２アーム2,第３アーム３及びこれらを駆動
する第１シリンダ4,第２シリンダ5,第３シリンダ６を有
し、第３アーム３の先端にバイブロハンマ７やオーガ掘
削ユニット８などの作業用アタッチメントが装着されて
いる。ここで、PLは矢板、DRはオーガドリルである。 例えばこの作業機により矢板PLを斜め方向に打設しよ
うとする場合、作業方向設定器により作業方向を所望の
方向に設定すると共に、施工開始時に矢板PLを作業方向
設定器で設定した方向に向けて設置する。次いで、軌跡
制御レバーを操作すると第２および第３アーム2,3が回
動されて第３アーム３先端、すなわち作業アタッチメン
トの取り付け点が設定された作業方向（軌跡方向）に沿
って移動して、矢板PLが打設される。 C.発明が解決しようとする問題点 しかしながら、方向設定器で設定した方向と矢板PLの
初期設定方向とがずれていると、施工が進むに従って、
矢板PLの中心と制御軌跡とが離れてゆく。矢板PLの先端
側は地中に拘束されているので、結局、矢板PLに曲げ方
向の力（偏心荷重）を加えることにより、矢板PLが折損
するおそれがある。したがって、作業開始に先立って矢
板PLの方向設定に非常に時間がかかる。 また、垂直施工を行なう場合でも、矢板PLが施工開始
時に垂直に向いていなければ施工に伴って垂直からずれ
てくるから同様に折損するおそれがあり、作業開始時の
矢板PLの方向づけにやはり時間がかかる。以上の問題は
オーガドリルDRでも同様に生ずる。 同様に、斜め施工された矢板PLを引き抜く作業におい
ては、矢板PLが地中に埋まっており施工の計画値から推
定して上記作業方向を設定せざるを得ない。このため、
矢板PLの打設の方向が計画値通りであればよいが、計画
値から離れている場合には、引抜き作業が進むにつれて
矢板PLの中心線と制御軌跡とが離れていく度合いが大き
くなる危険性があった。つまり、この場合にも矢板PLに
偏心荷重が加わり折損するおそれがある。 本発明の技術的課題は、矢板やオーガドリルなどに偏
心荷重が発生しないようにアーム先端の軌跡を制御する
ことにある。 D.問題点を解決するための手段 クレーム対応図である第１図により説明すると、本発
明は、軌跡制御される少なくとも第１および第２のアー
ム2,3と、これら各アームを回動運動せしめる第１およ
び第２の駆動手段5,6と、第２のアーム３先端に回動可
能に取付けられた作業用アタッチメント７とを備えた作
業機に適用される。 そして上述の課題は次の構成で解決される。 第２のアーム先端３の軌跡の方向を設定する軌跡方向
設定手段15と、第１および第２のアーム2,3に関連した
角度を検出するアーム角度検出手段12,13と、上記軌跡
に沿った第２のアーム３先端の作業速度を指令する指令
手段14と、作業用アタッチメント７の取付点に作用する
所定方向の力を検出する力検出手段150と、この検出さ
れた所定方向の力が零となるように、設定された軌跡の
方向を修正する軌跡方向修正手段155と、第１および第
２のアーム2,3に関連した角度，作業速度の指令値，お
よび修整された軌跡の方向に基づいて、第２のアーム３
先端が設定された軌跡の方向に沿って指令された作業速
度で移動するように第１および第２のアーム2,3の回動
速度を演算する回動速度演算手段350と、この演算手段3
50で演算された回動速度となるよう第１および第２の駆
動手段5,6を駆動制御する駆動制御手段450とを具備する
ことによって解決される。 E.作用 指令手段14により軌跡方向の作業速度を指令すると、
指令された作業速度で軌跡に沿って第２のアーム３先端
が運動するように、回動速度演算手段350により第1,第
２のアーム2,3の回動速度が演算され、この回動速度が
得られるように駆動制御手段450の制御の下に駆動手段
5,6が駆動され、第２のアーム３先端は軌跡に沿って、
指令手段14で指令した速度で運動する。このとき、アー
ム３先端の軌跡の方向と土中に拘束されている矢板など
の方向とがずれてくると、作業アタッチメント７の取付
点に所定方向の力が働き、力検出手段150で検出され
る。軌跡方向修正手段155は、この力をキャンセルする
ように軌跡の方向を演算する。その結果、作業中の作業
アタッチメント７の取付点の軌跡の方向と矢板などの方
向とがずれても矢板などに偏心荷重が生じないから、矢
板やオーガドリルに無理な力が働かず、その折損が防止
される。 F.実施例 第２図〜第12図により一実施例について説明する。以
下では、第15図（ａ）に示す作業機に本発明を適用する
場合について説明する。 第15図（ａ）において、下部走行体LT上に旋回可能に
上部旋回体USが設けられ、これらにより作業機本体CMが
構成される。上部旋回体USには第１アーム１が回動可能
に設けられ、その先端に第２アーム２が回動可能に設け
られ、その先端に第３アーム３が回動可能に設けられて
おり、各アーム１〜３はそれぞれ油圧シリンダ４〜６に
より駆動される。第３アーム３の先端には作業用アタッ
チメント、例えばバイブロハンマユニット７がピン結合
される。第15図（ｂ）に示すアースオーガ掘削ユニット
８を用いても良い。なお、ハンマユニット７や掘削ユニ
ット８はロードセル一体型のピン（第６図）によって第
３アーム３の先端に回動可能に連結される。 ここで第２図のようにこの作業機の座標を定義し、以
下の説明はこの座標に従う。第２図において、 原点O:第１アーム１の回動支点 点A:第２アーム２の回動支点 点B:第３アーム３の回動支点 点C:第３アーム３先端の作業用アタッチメントの連結点 Ｘ軸：点O,A,B,Cを含む平面上にあり、点Ｃを通る水平
面との交線とδの角をなす直線（修正方向と呼ぶ） Ｙ軸：点O,A,B,Cを含む平面上にあり、点Ｏを通りＸ軸
に直交する直線（作業方向と呼ぶ） L1:点O,A間長さ L2:点A,B間長さ L3:点B,C間長さ α：大地に対する線分OAのなす角 A1:X軸に対する線分OAのなす角 A2:X軸に対する線分ABのなす角 A3:X軸に対する線分BCのなす角 T2:線分OAの延長線と線分ABのなす角 T3:線分ABの延長線と線分BCのなす角 δ:Y軸と直交するＸ軸が水平方向となす角 ここで、 A1＝α−δ A2＝A1−T2 A3＝A2−T3 ＝A1−T2−T3 第３図に示すように、矢板PLの打設方向がδ０と推定
して作業方向をδ０に設定し、斜めに施工された矢板PL
を引き抜く場合、矢板PLの中心線の方向と作業方向とが
ずれていると矢板PLに偏心荷重Fxの反力が働く。第４図
において、作業アタッチメントの取り付け点Ｃに働く荷
重をＦとすると、その作業方向Ｙに直交する方向Ｘの分
力Fxの反力が矢板PLに曲げ方向の力として働く。 Fxを求めるための本実施例では、第３アーム３の先端
にロードセル一体型のピンを介して作業アタッチメント
７をピン結合する。ここで、このロードセルは、第６図
により後で詳述するが直交する２方向の荷重が検出可能
であり、本実施例の場合、第４図に示すように第３のア
ーム３の中心線BC方向の力FHと、これに直交する方向の
力Fvをそれぞれ検出する。第３のアーム３のＸ軸に対す
る角度A3は、次式で求められる。 A3＝α−δ−T2−T3 したがって、ピン形ロードセルに作用する力のＸ方向
分力Fxは、 ここで、矢板PLを曲げずに引き抜くためには、上記分
力Fxを打ち消すように作業方向を逐次修正すればよく、
その作業方向修正量Δδを分力Fxの関数として求める。
その際、修正後もその作業方向を保持しなければならな
いから、作業方向修正量Δδは次のような積分値とす
る。 Δδ＝∫k1・Fxdt＝∫k1（FH・cosA3−Fv・sinA3）dt…
（２） したがって、修正後の作業方向δは、 δ＝δ０−Δδ …（３） と表される。 第５図は制御装置全体の構成図を示す。 角度検出器11は、第１アーム１の回動支点付近に取付
けられ、周知の振り子機構とポテンショメータにより第
１アームの対地角αを検出し、その対地角αを修正方向
速度演算回路200へ入力する。角度検出器12,13は、第2,
第３アーム2,3の回動支点に取付けられ、周知のレバー
機構とポテンショメータにより、それぞれ第１アームと
第２アーム２との相対角T2,第２アーム２と第３アーム
３との相対角T3を検出し、各相対角T2,T3を修正方向速
度指令値演算回路200および流量制御値演算回路400へ入
力する。また、相対角T3は角速度制御値演算回路300に
も入力される。軌跡制御レバー14は、第３アーム３と先
端つまり作業アタッチメント７の連結点を作業方向に沿
って軌跡制御する際に操作されるもので運転席に取付け
られ、例えばレバー機構とポテンショメータで構成さ
れ、レバーの操作角度に相応した信号を出力する。この
信号は、第３アーム３先端の作業方向速度指令値（作
業速度指令値）として修正方向速度指令値演算回路200
と角速度制御値演算回路300とに入力される。 作業方向設定器15は、第３アーム３先端の作業方向と
直交する方向が水平方向となす角δ０を設定し、その設
定値δ０を作業方向演算回路100に入力する。例えば、
矢板を水平面に対して垂直に打設する場合にはδ０＝
０、水平方向に移動する場合にはδ０＝90と設定する。
すなわち、垂直方向と角度δ０をなす方向が軌跡の方向
である。なお、設定値δ０を0,90度以外の任意の値に設
定する場合には、手動操作にて所望の設定値δ０を入力
する。 ロードセル10Lは、上述したとおり第３アーム３先端
に作業アタッチメント７を回動可能に連結するピンの一
体に設けられて、そのピンに働く荷重を第４図の２つの
分力FH,Fvとして検出するもので、例えば第６図のよう
に構成される。第６図に示すように、連結ピン10Pに段
付部10Dを設け、その部分にX,Y方向の分力を検出するス
トレインゲージSG1〜SG4が設けられる。第６図の矢印の
ようにピン10Pに荷重が働くと段付部10Dには主にせん断
力が働き、ストレインゲージSG1,SG2でＸ方向の分力
を、ストレインゲージSG3,SG4でＹ方向の分力を検出す
る。 作業方向演算回路100は、（１）式に示す力Fxが零と
なるように、設定された作業方向δ０を修正して作業方
向δを演算するものである。そのため、この作業方向演
算回路100は、作業方向設定器15からの作業方向を示す
設定値δ０と、ピン形ロードセル10Lからの分力FH,Fv
と、第４図に示した第３アーム３のＸ軸に対する角度A3
とを取り込み、（３）式を演算して修正作業方向を示す
角度δを演算する。 第７図はこの作業方向演算回路100の詳細を示し、
（１）式のFxは、角度A3の余弦および正弦cosA3,sinA3
を出力する関数発生器101,102と、その出力値とピン形
ロードセル10Lの出力FH,Fvをそれぞれ掛ける乗算器103,
104と、これらの差を出力する加算点105によって求めら
れる。またΔδは、加算点105の出力に係数K1を掛ける
係数器106と、これを積分する積分器107とによって求め
られ、検出回路109は、Δδが所定量以上変化したとき
のみΔδを出力する。さらに、作業方向設定器15の出力
δ０から検出回路109の出力Δδを加算点108で減算して
作業方向δが得られる。なお、検出回路109はΔδが所
定量以上変化したとき、さらに記憶器制御信号Ｍも出力
する。また、線分器107の出力は不図示のリセットスイ
ッチからの信号によって随時ゼロクリアすることができ
るようになっており、作業方向を設定値δ０に初期化す
ることが可能である。 修正方向速度指令値演算回路200は、角度α,T2,T3,作
業方向設定値δ及び作業方向指令値から後述する修正
方向の速度指令値（修正速度指令値）を演算するとと
もに、Ｘ軸と第2,第３アーム2,3のなす角度A2,A3を演算
し、これらを角度制御値演算回路300に入力する。 角速度制御値演算回路300は、角度A2,A3,T3及び速度
指令値，から第2,第３アーム2,3の角速度制御値
2,３を演算し、これらを流量制御値演算回路400に
入力する。流量制御値演算回路400は、角速度制御値
2,３及び角度T2,T3からシリンダ5,6の流量制御値
Q2,Q3を演算し、電気油圧変換弁16,17に入力する。これ
らの電気油圧変換弁16,17には不図示の油圧源から圧油
が導かれており、電気油圧変換弁16,17は、入力される
流量制御値Q2,Q3に応じた流量および方向で圧油を第2,
第３アーム2,3用のシリンダ5,6に供給する。操作レバー
18〜20は、コントロールバルブ21〜23へ手動操作量に応
じたパイロット油圧を与え、コントロールバルブ21〜23
の開口面積と切換方向を制御する。コントロールバルブ
21〜23は、操作レバー18〜20からのパイロット油圧によ
り、シリンダ４〜６へ送る圧油の流量および方向を制御
する。各シリンダ４〜６は操作レバー18〜20により任意
に伸縮可能であり、第2,第３アーム2,3用シリンダ5,6
は、コントロールバルブ22,23からの流量と電気油圧変
換弁16,17からの流量とが合流するように接続されてい
る。 第８図は、作業方向設定値δ，角度α,T2,T3および作
業方向速度指令値が入力され、修正方向速度指令値
を演算する修正方向速度指令値演算回路200を示す。 今、修正方向速度指令値を、 ＝K1・ΔＸ・｜｜ …（４） と定義する。ここで、K1は定義、ΔＸは、第９図に示す
とおり、原点０から目標軌跡OL（上述した偏心荷重Fxに
よって変更される）までのＸ方向距離を示す値X0と、操
作開始後に逐次求められるＸ方向距離Ｘとの偏差であ
り、 ΔＸ＝X0−Ｘ …（５） で表わされる。 ここで、Ｘ方向距離Ｘは、 Ｘ＝L1・cosA1＋L2・cosA2＋L3・cosA3 ……（６） で表わされる。 （６）式で示すＸ方向距離Ｘは、第８図に示すとお
り、対地角αと作業方向角度δとの偏差（α−δ）を示
す角度A1を出力する加算点201と、角度A1と角度T2との
偏差（A1−T2）を示す角度A2を出力する加算点202と、
角度A2と角度T3との偏差（A2−T3）を示す角度A3を出力
する加算点203と、角度A1〜A3の余弦cosA1〜cosA3を出
力する関数発生器206〜208と、その出力値にそれぞれ係
数L1〜L3を掛けL1・cosA1〜L3・L3・cosA3を出力する係
数器209〜211と、L1・cosA1〜cosA3をそれぞれ加算して
Ｘ方向距離Ｘを出力する加算器204とによって求められ
る。 記憶器214は、制御レバー14の操作開始時および作業
方向演算回路100からの記憶制御信号Ｍ（作業方向が変
化したときに出力される）により、加算器204で求めら
れるＸ方向距離Ｘを初期値X0として記憶する。以後、加
算器204からの出力Ｘと記憶器214からの出力X0との偏差
ΔＸ（＝X0−Ｘ）が加算点205で得られる。すなわち、
（５）式の偏差ΔＸは加算点205で得られる。また、
（４）式は、作業方向速度指令値の絶対値｜｜を出
力する絶対値変換器215と、この出力｜｜と偏差ΔＸ
とを乗算する乗算器213と、乗算器213からの出力ΔＸ・
｜｜に係数K1を掛けて修正方向速度指令値を得る係
数器212とによって演算される。 第10図は、角度A2,A3,T3,作業方向速度指令値，お
よび修正方向速度指令値が入力され、第１アーム１に
対する第２アーム２の角速度制御値２および、第２ア
ーム２に対する第３アーム３の角速度制御値３を演算
する角速度制御値演算回路300を示す。 今、第３アーム３の先端Ｃ（連結ピン10Pの中心）の
座標は、 Ｘ＝L1・cosA1＋L2・cos（A1−T2） ＋L3・cos（A1−T2−T3） …（７） Ｙ＝L1・sinA1＋L2・sin（A1−T2） ＋L3・sin（A1−T2−T3） …（８） となる。第１アーム１の角度A1を一定として両辺を時間
微分すると、 ＝２・L2・sin（A1−T2） ＋（２＋３）・L3・sin（A1−T2−T3） …（９） ＝−２・L2・cos（A1−T2） −（２＋３）・L3・cos（A1−T2−T3） …（10） となる。上式を2,３について解けば、 となり、速度指令値，に対する第2,3アーム2,3の角
速度制御値2,３が求められる。 そこで、角速度制御値演算回路300は、第10図に示す
とおり、cosA3,sinA3,cosA2,sinA2,sinT3をそれぞれ出
力する関数発生器305〜309と、これらの関数にL2あるい
はL3の係数を掛ける係数器310〜314と、L2・sinT3にL3
の係数を掛ける係数器315と、cosA3,sinA3,（L2
・cosA2＋L3・cosA3），（L2・sinA2＋L3・sinA3）を
それぞれ出力する乗算器316〜319と、（・cosA3＋
・sinA3），−（L2・cosA2＋L3・cosA3）−（L2・s
inA2＋L3・sinA3）をそれぞれ出力する加算点303,304
と、これらの出力により（11）式，（12）式に示した割
算を行ない、2,３を出力する割算器320,321とから
構成される。 第11図は流量制御値演算回路400を示し、入力される
角度T2,T3および角速度制御値2,３により、第2,第
３シリンダ5,6の流量制御値、すなわち電気油圧変換弁1
6,17への入力信号Q2,Q3を演算する。 今、第12図に示すように、 S:シリンダ長さ l0:アーム回動点01とシリンダロッド側支点02との距離 l1:アーム回動点01とシリンダボトム側支点03との距離 T:アーム角度に相当する値（アーム角度に定数を加えた
値） とすると、 が成り立つ。（13）式の両辺を時間微分すると、 となり、シリンダ速度と角速度との関係を示す。
（14）式のうち、を除いた項はＴの関数となっている
から、（14）式は、 ＝ｆ（Ｔ）・ …（15） と置くことができる。ここで、ｆ（Ｔ）はリンク補正係
数であり、予め計算した結果を関数発生器から出力され
るように設定可能である。 （15）式のシリンダ速度にシリンダ面積ａを掛けれ
ば必要流量Ｑが求まるから、第2,第３シリンダ5,6の流
量制御値Q2,Q3は、 Q2＝２・ｆ（T2）・a2 …（16） Q3＝３・ｇ（T3）・a3 …（17） として表わせる。なお、シリンダ面積a2,a3は、実際に
はロッド側，ボトム側では異なるから、伸出時，収縮時
に応じてa2,a3を適宜切換えて用いる必要がある。 （16）式，（17）式を演算するため、この流量制御値
演算回路400は、第11図に示すとおり、ｆ（T2）,g
（T3）の関数発生器404,405と、（12）式に示すシリン
ダ速度を演算する乗算器402,403と、シリンダ速度
にシリンダ面積a2,a3を乗じ、流量制御値Q2,Q3を得る係
数器406,401とを有する。 特許請求の範囲の各構成要素と実施例の構成要素とを
対比すると次のとおりである。 〔１〕第１および第２のアーム：第２および第３アーム
2,3 〔２〕第１および第２の駆動手段：第2,第３アーム2,3
用のシリンダ5,6 〔３〕作業アタッチメント：バイブロハンマ７ 〔４〕軌跡方向設定手段15:作業方向設定器15 〔５〕角度検出手段：角度検出器11,12,13 〔６〕指令手段：制御レバー14 〔７〕力検出手段150:ロードセル10L,作業方向演算回路
100の関数発生器101,102、乗算器103,104、加算点105 〔８〕軌跡方向修正手段155:作業方向演算回路100の係
数器106,積分器107,加算点108
する作業機の軌跡制御装置に関する。 B.発明の背景 本出願人は先に、第15図（ａ），（ｂ）に示す軌跡制
御可能な多関節基礎用作業機（以下、作業機）を提案し
た（例えば、特願昭62−135413号）。この作業機は、第
１アーム1,第２アーム2,第３アーム３及びこれらを駆動
する第１シリンダ4,第２シリンダ5,第３シリンダ６を有
し、第３アーム３の先端にバイブロハンマ７やオーガ掘
削ユニット８などの作業用アタッチメントが装着されて
いる。ここで、PLは矢板、DRはオーガドリルである。 例えばこの作業機により矢板PLを斜め方向に打設しよ
うとする場合、作業方向設定器により作業方向を所望の
方向に設定すると共に、施工開始時に矢板PLを作業方向
設定器で設定した方向に向けて設置する。次いで、軌跡
制御レバーを操作すると第２および第３アーム2,3が回
動されて第３アーム３先端、すなわち作業アタッチメン
トの取り付け点が設定された作業方向（軌跡方向）に沿
って移動して、矢板PLが打設される。 C.発明が解決しようとする問題点 しかしながら、方向設定器で設定した方向と矢板PLの
初期設定方向とがずれていると、施工が進むに従って、
矢板PLの中心と制御軌跡とが離れてゆく。矢板PLの先端
側は地中に拘束されているので、結局、矢板PLに曲げ方
向の力（偏心荷重）を加えることにより、矢板PLが折損
するおそれがある。したがって、作業開始に先立って矢
板PLの方向設定に非常に時間がかかる。 また、垂直施工を行なう場合でも、矢板PLが施工開始
時に垂直に向いていなければ施工に伴って垂直からずれ
てくるから同様に折損するおそれがあり、作業開始時の
矢板PLの方向づけにやはり時間がかかる。以上の問題は
オーガドリルDRでも同様に生ずる。 同様に、斜め施工された矢板PLを引き抜く作業におい
ては、矢板PLが地中に埋まっており施工の計画値から推
定して上記作業方向を設定せざるを得ない。このため、
矢板PLの打設の方向が計画値通りであればよいが、計画
値から離れている場合には、引抜き作業が進むにつれて
矢板PLの中心線と制御軌跡とが離れていく度合いが大き
くなる危険性があった。つまり、この場合にも矢板PLに
偏心荷重が加わり折損するおそれがある。 本発明の技術的課題は、矢板やオーガドリルなどに偏
心荷重が発生しないようにアーム先端の軌跡を制御する
ことにある。 D.問題点を解決するための手段 クレーム対応図である第１図により説明すると、本発
明は、軌跡制御される少なくとも第１および第２のアー
ム2,3と、これら各アームを回動運動せしめる第１およ
び第２の駆動手段5,6と、第２のアーム３先端に回動可
能に取付けられた作業用アタッチメント７とを備えた作
業機に適用される。 そして上述の課題は次の構成で解決される。 第２のアーム先端３の軌跡の方向を設定する軌跡方向
設定手段15と、第１および第２のアーム2,3に関連した
角度を検出するアーム角度検出手段12,13と、上記軌跡
に沿った第２のアーム３先端の作業速度を指令する指令
手段14と、作業用アタッチメント７の取付点に作用する
所定方向の力を検出する力検出手段150と、この検出さ
れた所定方向の力が零となるように、設定された軌跡の
方向を修正する軌跡方向修正手段155と、第１および第
２のアーム2,3に関連した角度，作業速度の指令値，お
よび修整された軌跡の方向に基づいて、第２のアーム３
先端が設定された軌跡の方向に沿って指令された作業速
度で移動するように第１および第２のアーム2,3の回動
速度を演算する回動速度演算手段350と、この演算手段3
50で演算された回動速度となるよう第１および第２の駆
動手段5,6を駆動制御する駆動制御手段450とを具備する
ことによって解決される。 E.作用 指令手段14により軌跡方向の作業速度を指令すると、
指令された作業速度で軌跡に沿って第２のアーム３先端
が運動するように、回動速度演算手段350により第1,第
２のアーム2,3の回動速度が演算され、この回動速度が
得られるように駆動制御手段450の制御の下に駆動手段
5,6が駆動され、第２のアーム３先端は軌跡に沿って、
指令手段14で指令した速度で運動する。このとき、アー
ム３先端の軌跡の方向と土中に拘束されている矢板など
の方向とがずれてくると、作業アタッチメント７の取付
点に所定方向の力が働き、力検出手段150で検出され
る。軌跡方向修正手段155は、この力をキャンセルする
ように軌跡の方向を演算する。その結果、作業中の作業
アタッチメント７の取付点の軌跡の方向と矢板などの方
向とがずれても矢板などに偏心荷重が生じないから、矢
板やオーガドリルに無理な力が働かず、その折損が防止
される。 F.実施例 第２図〜第12図により一実施例について説明する。以
下では、第15図（ａ）に示す作業機に本発明を適用する
場合について説明する。 第15図（ａ）において、下部走行体LT上に旋回可能に
上部旋回体USが設けられ、これらにより作業機本体CMが
構成される。上部旋回体USには第１アーム１が回動可能
に設けられ、その先端に第２アーム２が回動可能に設け
られ、その先端に第３アーム３が回動可能に設けられて
おり、各アーム１〜３はそれぞれ油圧シリンダ４〜６に
より駆動される。第３アーム３の先端には作業用アタッ
チメント、例えばバイブロハンマユニット７がピン結合
される。第15図（ｂ）に示すアースオーガ掘削ユニット
８を用いても良い。なお、ハンマユニット７や掘削ユニ
ット８はロードセル一体型のピン（第６図）によって第
３アーム３の先端に回動可能に連結される。 ここで第２図のようにこの作業機の座標を定義し、以
下の説明はこの座標に従う。第２図において、 原点O:第１アーム１の回動支点 点A:第２アーム２の回動支点 点B:第３アーム３の回動支点 点C:第３アーム３先端の作業用アタッチメントの連結点 Ｘ軸：点O,A,B,Cを含む平面上にあり、点Ｃを通る水平
面との交線とδの角をなす直線（修正方向と呼ぶ） Ｙ軸：点O,A,B,Cを含む平面上にあり、点Ｏを通りＸ軸
に直交する直線（作業方向と呼ぶ） L1:点O,A間長さ L2:点A,B間長さ L3:点B,C間長さ α：大地に対する線分OAのなす角 A1:X軸に対する線分OAのなす角 A2:X軸に対する線分ABのなす角 A3:X軸に対する線分BCのなす角 T2:線分OAの延長線と線分ABのなす角 T3:線分ABの延長線と線分BCのなす角 δ:Y軸と直交するＸ軸が水平方向となす角 ここで、 A1＝α−δ A2＝A1−T2 A3＝A2−T3 ＝A1−T2−T3 第３図に示すように、矢板PLの打設方向がδ０と推定
して作業方向をδ０に設定し、斜めに施工された矢板PL
を引き抜く場合、矢板PLの中心線の方向と作業方向とが
ずれていると矢板PLに偏心荷重Fxの反力が働く。第４図
において、作業アタッチメントの取り付け点Ｃに働く荷
重をＦとすると、その作業方向Ｙに直交する方向Ｘの分
力Fxの反力が矢板PLに曲げ方向の力として働く。 Fxを求めるための本実施例では、第３アーム３の先端
にロードセル一体型のピンを介して作業アタッチメント
７をピン結合する。ここで、このロードセルは、第６図
により後で詳述するが直交する２方向の荷重が検出可能
であり、本実施例の場合、第４図に示すように第３のア
ーム３の中心線BC方向の力FHと、これに直交する方向の
力Fvをそれぞれ検出する。第３のアーム３のＸ軸に対す
る角度A3は、次式で求められる。 A3＝α−δ−T2−T3 したがって、ピン形ロードセルに作用する力のＸ方向
分力Fxは、 ここで、矢板PLを曲げずに引き抜くためには、上記分
力Fxを打ち消すように作業方向を逐次修正すればよく、
その作業方向修正量Δδを分力Fxの関数として求める。
その際、修正後もその作業方向を保持しなければならな
いから、作業方向修正量Δδは次のような積分値とす
る。 Δδ＝∫k1・Fxdt＝∫k1（FH・cosA3−Fv・sinA3）dt…
（２） したがって、修正後の作業方向δは、 δ＝δ０−Δδ …（３） と表される。 第５図は制御装置全体の構成図を示す。 角度検出器11は、第１アーム１の回動支点付近に取付
けられ、周知の振り子機構とポテンショメータにより第
１アームの対地角αを検出し、その対地角αを修正方向
速度演算回路200へ入力する。角度検出器12,13は、第2,
第３アーム2,3の回動支点に取付けられ、周知のレバー
機構とポテンショメータにより、それぞれ第１アームと
第２アーム２との相対角T2,第２アーム２と第３アーム
３との相対角T3を検出し、各相対角T2,T3を修正方向速
度指令値演算回路200および流量制御値演算回路400へ入
力する。また、相対角T3は角速度制御値演算回路300に
も入力される。軌跡制御レバー14は、第３アーム３と先
端つまり作業アタッチメント７の連結点を作業方向に沿
って軌跡制御する際に操作されるもので運転席に取付け
られ、例えばレバー機構とポテンショメータで構成さ
れ、レバーの操作角度に相応した信号を出力する。この
信号は、第３アーム３先端の作業方向速度指令値（作
業速度指令値）として修正方向速度指令値演算回路200
と角速度制御値演算回路300とに入力される。 作業方向設定器15は、第３アーム３先端の作業方向と
直交する方向が水平方向となす角δ０を設定し、その設
定値δ０を作業方向演算回路100に入力する。例えば、
矢板を水平面に対して垂直に打設する場合にはδ０＝
０、水平方向に移動する場合にはδ０＝90と設定する。
すなわち、垂直方向と角度δ０をなす方向が軌跡の方向
である。なお、設定値δ０を0,90度以外の任意の値に設
定する場合には、手動操作にて所望の設定値δ０を入力
する。 ロードセル10Lは、上述したとおり第３アーム３先端
に作業アタッチメント７を回動可能に連結するピンの一
体に設けられて、そのピンに働く荷重を第４図の２つの
分力FH,Fvとして検出するもので、例えば第６図のよう
に構成される。第６図に示すように、連結ピン10Pに段
付部10Dを設け、その部分にX,Y方向の分力を検出するス
トレインゲージSG1〜SG4が設けられる。第６図の矢印の
ようにピン10Pに荷重が働くと段付部10Dには主にせん断
力が働き、ストレインゲージSG1,SG2でＸ方向の分力
を、ストレインゲージSG3,SG4でＹ方向の分力を検出す
る。 作業方向演算回路100は、（１）式に示す力Fxが零と
なるように、設定された作業方向δ０を修正して作業方
向δを演算するものである。そのため、この作業方向演
算回路100は、作業方向設定器15からの作業方向を示す
設定値δ０と、ピン形ロードセル10Lからの分力FH,Fv
と、第４図に示した第３アーム３のＸ軸に対する角度A3
とを取り込み、（３）式を演算して修正作業方向を示す
角度δを演算する。 第７図はこの作業方向演算回路100の詳細を示し、
（１）式のFxは、角度A3の余弦および正弦cosA3,sinA3
を出力する関数発生器101,102と、その出力値とピン形
ロードセル10Lの出力FH,Fvをそれぞれ掛ける乗算器103,
104と、これらの差を出力する加算点105によって求めら
れる。またΔδは、加算点105の出力に係数K1を掛ける
係数器106と、これを積分する積分器107とによって求め
られ、検出回路109は、Δδが所定量以上変化したとき
のみΔδを出力する。さらに、作業方向設定器15の出力
δ０から検出回路109の出力Δδを加算点108で減算して
作業方向δが得られる。なお、検出回路109はΔδが所
定量以上変化したとき、さらに記憶器制御信号Ｍも出力
する。また、線分器107の出力は不図示のリセットスイ
ッチからの信号によって随時ゼロクリアすることができ
るようになっており、作業方向を設定値δ０に初期化す
ることが可能である。 修正方向速度指令値演算回路200は、角度α,T2,T3,作
業方向設定値δ及び作業方向指令値から後述する修正
方向の速度指令値（修正速度指令値）を演算するとと
もに、Ｘ軸と第2,第３アーム2,3のなす角度A2,A3を演算
し、これらを角度制御値演算回路300に入力する。 角速度制御値演算回路300は、角度A2,A3,T3及び速度
指令値，から第2,第３アーム2,3の角速度制御値
2,３を演算し、これらを流量制御値演算回路400に
入力する。流量制御値演算回路400は、角速度制御値
2,３及び角度T2,T3からシリンダ5,6の流量制御値
Q2,Q3を演算し、電気油圧変換弁16,17に入力する。これ
らの電気油圧変換弁16,17には不図示の油圧源から圧油
が導かれており、電気油圧変換弁16,17は、入力される
流量制御値Q2,Q3に応じた流量および方向で圧油を第2,
第３アーム2,3用のシリンダ5,6に供給する。操作レバー
18〜20は、コントロールバルブ21〜23へ手動操作量に応
じたパイロット油圧を与え、コントロールバルブ21〜23
の開口面積と切換方向を制御する。コントロールバルブ
21〜23は、操作レバー18〜20からのパイロット油圧によ
り、シリンダ４〜６へ送る圧油の流量および方向を制御
する。各シリンダ４〜６は操作レバー18〜20により任意
に伸縮可能であり、第2,第３アーム2,3用シリンダ5,6
は、コントロールバルブ22,23からの流量と電気油圧変
換弁16,17からの流量とが合流するように接続されてい
る。 第８図は、作業方向設定値δ，角度α,T2,T3および作
業方向速度指令値が入力され、修正方向速度指令値
を演算する修正方向速度指令値演算回路200を示す。 今、修正方向速度指令値を、 ＝K1・ΔＸ・｜｜ …（４） と定義する。ここで、K1は定義、ΔＸは、第９図に示す
とおり、原点０から目標軌跡OL（上述した偏心荷重Fxに
よって変更される）までのＸ方向距離を示す値X0と、操
作開始後に逐次求められるＸ方向距離Ｘとの偏差であ
り、 ΔＸ＝X0−Ｘ …（５） で表わされる。 ここで、Ｘ方向距離Ｘは、 Ｘ＝L1・cosA1＋L2・cosA2＋L3・cosA3 ……（６） で表わされる。 （６）式で示すＸ方向距離Ｘは、第８図に示すとお
り、対地角αと作業方向角度δとの偏差（α−δ）を示
す角度A1を出力する加算点201と、角度A1と角度T2との
偏差（A1−T2）を示す角度A2を出力する加算点202と、
角度A2と角度T3との偏差（A2−T3）を示す角度A3を出力
する加算点203と、角度A1〜A3の余弦cosA1〜cosA3を出
力する関数発生器206〜208と、その出力値にそれぞれ係
数L1〜L3を掛けL1・cosA1〜L3・L3・cosA3を出力する係
数器209〜211と、L1・cosA1〜cosA3をそれぞれ加算して
Ｘ方向距離Ｘを出力する加算器204とによって求められ
る。 記憶器214は、制御レバー14の操作開始時および作業
方向演算回路100からの記憶制御信号Ｍ（作業方向が変
化したときに出力される）により、加算器204で求めら
れるＸ方向距離Ｘを初期値X0として記憶する。以後、加
算器204からの出力Ｘと記憶器214からの出力X0との偏差
ΔＸ（＝X0−Ｘ）が加算点205で得られる。すなわち、
（５）式の偏差ΔＸは加算点205で得られる。また、
（４）式は、作業方向速度指令値の絶対値｜｜を出
力する絶対値変換器215と、この出力｜｜と偏差ΔＸ
とを乗算する乗算器213と、乗算器213からの出力ΔＸ・
｜｜に係数K1を掛けて修正方向速度指令値を得る係
数器212とによって演算される。 第10図は、角度A2,A3,T3,作業方向速度指令値，お
よび修正方向速度指令値が入力され、第１アーム１に
対する第２アーム２の角速度制御値２および、第２ア
ーム２に対する第３アーム３の角速度制御値３を演算
する角速度制御値演算回路300を示す。 今、第３アーム３の先端Ｃ（連結ピン10Pの中心）の
座標は、 Ｘ＝L1・cosA1＋L2・cos（A1−T2） ＋L3・cos（A1−T2−T3） …（７） Ｙ＝L1・sinA1＋L2・sin（A1−T2） ＋L3・sin（A1−T2−T3） …（８） となる。第１アーム１の角度A1を一定として両辺を時間
微分すると、 ＝２・L2・sin（A1−T2） ＋（２＋３）・L3・sin（A1−T2−T3） …（９） ＝−２・L2・cos（A1−T2） −（２＋３）・L3・cos（A1−T2−T3） …（10） となる。上式を2,３について解けば、 となり、速度指令値，に対する第2,3アーム2,3の角
速度制御値2,３が求められる。 そこで、角速度制御値演算回路300は、第10図に示す
とおり、cosA3,sinA3,cosA2,sinA2,sinT3をそれぞれ出
力する関数発生器305〜309と、これらの関数にL2あるい
はL3の係数を掛ける係数器310〜314と、L2・sinT3にL3
の係数を掛ける係数器315と、cosA3,sinA3,（L2
・cosA2＋L3・cosA3），（L2・sinA2＋L3・sinA3）を
それぞれ出力する乗算器316〜319と、（・cosA3＋
・sinA3），−（L2・cosA2＋L3・cosA3）−（L2・s
inA2＋L3・sinA3）をそれぞれ出力する加算点303,304
と、これらの出力により（11）式，（12）式に示した割
算を行ない、2,３を出力する割算器320,321とから
構成される。 第11図は流量制御値演算回路400を示し、入力される
角度T2,T3および角速度制御値2,３により、第2,第
３シリンダ5,6の流量制御値、すなわち電気油圧変換弁1
6,17への入力信号Q2,Q3を演算する。 今、第12図に示すように、 S:シリンダ長さ l0:アーム回動点01とシリンダロッド側支点02との距離 l1:アーム回動点01とシリンダボトム側支点03との距離 T:アーム角度に相当する値（アーム角度に定数を加えた
値） とすると、 が成り立つ。（13）式の両辺を時間微分すると、 となり、シリンダ速度と角速度との関係を示す。
（14）式のうち、を除いた項はＴの関数となっている
から、（14）式は、 ＝ｆ（Ｔ）・ …（15） と置くことができる。ここで、ｆ（Ｔ）はリンク補正係
数であり、予め計算した結果を関数発生器から出力され
るように設定可能である。 （15）式のシリンダ速度にシリンダ面積ａを掛けれ
ば必要流量Ｑが求まるから、第2,第３シリンダ5,6の流
量制御値Q2,Q3は、 Q2＝２・ｆ（T2）・a2 …（16） Q3＝３・ｇ（T3）・a3 …（17） として表わせる。なお、シリンダ面積a2,a3は、実際に
はロッド側，ボトム側では異なるから、伸出時，収縮時
に応じてa2,a3を適宜切換えて用いる必要がある。 （16）式，（17）式を演算するため、この流量制御値
演算回路400は、第11図に示すとおり、ｆ（T2）,g
（T3）の関数発生器404,405と、（12）式に示すシリン
ダ速度を演算する乗算器402,403と、シリンダ速度
にシリンダ面積a2,a3を乗じ、流量制御値Q2,Q3を得る係
数器406,401とを有する。 特許請求の範囲の各構成要素と実施例の構成要素とを
対比すると次のとおりである。 〔１〕第１および第２のアーム：第２および第３アーム
2,3 〔２〕第１および第２の駆動手段：第2,第３アーム2,3
用のシリンダ5,6 〔３〕作業アタッチメント：バイブロハンマ７ 〔４〕軌跡方向設定手段15:作業方向設定器15 〔５〕角度検出手段：角度検出器11,12,13 〔６〕指令手段：制御レバー14 〔７〕力検出手段150:ロードセル10L,作業方向演算回路
100の関数発生器101,102、乗算器103,104、加算点105 〔８〕軌跡方向修正手段155:作業方向演算回路100の係
数器106,積分器107,加算点108
〔９〕回動速度演算手段350:角速度制御値演算回路300 〔10〕駆動制御手段450:流量制御値演算回路400,電気油
圧変換弁16,17 次に本装置の動作を矢板PLを引き抜く場合について説
明する。 図示しない電源スイッチを投入するとこの装置が起動
し、作業方向設定器15で設定した作業方向δ０と、ピン
形ロードセル10Lで検出される分子FH,Fvとが作業方向演
算回路100に入力される。スイッチ投入時は、作業方向
演算回路100は作業方向δ＝δ０を修正方向速度指令値
演算回路200に入力する。そして、角度検出器11〜13で
検出された角度α,T2,T3および作業方向演算回路100か
ら出力される作業方向δ＝δ０に基づいて、第３アーム
３のＸ軸に対する角度A3が修正方向速度指令値演算回路
200で演算され、作業方向演算回路100に入力される。ま
た、第３アーム３先端の位置、すなわちＸ座標が修正方
向速度指令値演算回路200で演算される。制御レバー14
を操作するとその時点のＸ座標が初期値X0として記憶器
214に記憶保持される。このX0を通りＹ軸と平行な線が
作業開始時の目標軌跡OL（第９図）であり、垂直方向と
角度δをなす作業方向が軌跡の方向である。 この軌跡の方向δは、作業中にピン形ロードセル10L
が分力Fxに応じた力を検出すると変更され、δが所定量
以上に変化すると初期値X0もそのときの第３アーム先端
のＸ座標に置き換えられる。そして、作業中に逐次演算
される第３アーム３先端のＸ座標Ｘと初期値X0との偏差
（ずれ量）ΔＸが加算点205で演算される。 今、制御レバー14は作業方向（Ｙ軸方向）における第
３アーム３先端の作業方向速度指令値を出力してお
り、修正方向速度指令値演算回路200は、偏差ΔＸと作
業速度指令値の絶対値｜｜との積に定数K1を掛けて
修正方向速度指令値を出力する。偏差ΔＸが零ならば
修正方向作業速度指令値は零である。 この修正方向速度指令値と作業方向速度指令値と
各角度A2,A3,T3とにより、角速度制御値演算回路300が
第2,第３アーム2,3の角速度制御値2,３を演算す
る。これらの角速度制御値2,３は、流量制御値演算
回路400にてリンク補正され、第2,第３のシリンダ5,6の
流量制御値Q2,Q3に変換される。これらの流量制御値Q2,
Q3は電気油圧変換弁16,17に供給され、油圧源からの圧
油が所定方向，所定流量にて第2,第３シリンダ5,6に供
給される。これにより第2,第３アーム2,3が回動して第
３アーム３先端の軌跡が作業方向に制御される。すなわ
ち、目標軌跡OL上を移動する。 ここで、矢板PLを引き抜くにつれてピン形ロードセル
10Lから分力FH,Fvが出力されると、（１）式に基づい
て、引き抜き力のＸ方向成分Fxが演算され、これの比例
積分して作業方向修正量Δδが演算される。そして、
（３）式に基づいて作業方向演算回路100が修正された
作業方向δを演算する。この修正作業方向δは、修正方
向速度指令値演算回路200に入力される。 このように作業方向を修正することにより引抜き力の
Ｘ方向成分Fxが打ち消され、矢板PLに働く偏心荷重が消
滅あるいは低減される。 また、第３アーム３先端が所定の速度で作業方向に軌
跡制御されるように第2,第３アーム2,3が角速度制御さ
れ、これと同時に、第３アーム３先端の目標軌跡に対す
るＸ軸方向の偏差ΔＸを検出し、この偏差ΔＸによる位
置フィールドバック制御が行なわれ、従来のようなオー
プンループ制御に比べて格段に軌跡精度が向上する。さ
らに、制御レバー14の操作中に第１アーム用の操作レバ
ー18を操作して第１アーム１の対地角αを変えても、対
地角αの変化に応じた軌跡制御が連続して行なえる。 なお、本発明を適用するにあたっては以上の実施例の
各構成要素を次のようにしてもよい。 第１アーム１を廃し、軌跡制御される第2,第３アーム
2,3のみにより作業機を構成してもよい。 また、第13図に示すように、第３アーム３先端に第４
アーム40を第４シリンダ70により回動可能に設けてもよ
い。この場合、式（11），（12）のL3,T3を次のようにL
3′,T3′に置き換える。 ここで、第14図は第４アーム40を付加した場合の座標
を説明する図であり、この図において、 L3′：点Ｂ（第３アーム３の回動支点）,C′（第４アー
ム40先端の作業用アタッチメントの連結点）間の距離 T3′：線分ABの延長線と線分BC′のなす角でありT3′＝
T3＋C3 ここで、C3:線分BCと線分BC′のなす角 そして、第４アーム40の長さ（点C,C′間の距離）をL
4とし、第４アーム40の角度（線分BCの延長線と線分C
C′のなす角）をT4とすれば、 であるから、T4を角度検出器により検出すれば同様に制
御することが可能である。すなわち、第４アーム40を手
動操作中でもフィールドバックが働き軌跡は保たれる。 各アーム2,3を油圧シリンダ5,6で駆動したが、油圧に
限定されず、また油圧モータ，油圧ロータリアクチュエ
ータなどその他のアクチュエータを用いることができ
る。 バイブロハンマやアースオーガに使用できる旨述べた
が、その他の各種作業アタッチメントにも使用できる。 第１アーム１の対地角αを直接に検出したが、上部旋
回体に対する第１アーム１の相対角を検出するととも
に、作業機本体の傾斜角を検出し、二つの角度から第１
アーム１の対地角αを演算してもよい。 作業方向が一定（例えば垂直施工のみ）であれば、δ
を任意の値に設定するための作業方向設定器15を省略で
きる。この場合でも、固定された軌跡の方向を示す信号
を出力する軌跡方向設定器は不可欠である。 作業方向設定器15と作業方向演算回路100との間にス
イッチを設け、スイッチオンで垂直方向の設定、スイッ
チオフで任意の方向、例えば水平方向の設定と定めてお
けば、２種類の軌跡方向の切換えが極めて容易となる。 角度検出器として、磁気抵抗素子を用いたもの、差動
コイルを用いたもの、光学式，磁気式のロータリエンコ
ーダを用いたものなどを利用でき、ポテンショメータ式
に限定されない。 実施例中の各回路、数式等もそれらに限定されない。
特に、作業方向δにより絶対座標系を回転させたが、絶
対座標系のまま、演算処理してもよい。 なお、以上では矢板引き抜き作業について説明した
が、矢板の斜め打込み，オーガドリルによる斜め穿孔作
業なども全く同様に用いることができるほか、垂直ある
いは水平方向の打設，穿孔にも用いられる。 矢板やオーガドリルの偏心荷重を、第３アーム３先端
の作業アタッチメント取付ピンに内蔵したピン形ロード
セル10Lの出力から求めたが、バイブロハンマのチャッ
ク部やオーガドリルそのものに作用する偏心荷重を直接
検出してもよい。 G.発明の効果 本発明によれば、作業用アタッチメントの取付点に矢
板などの偏心荷重に応じた所定方向の力が働かないよう
に、その作業方向すなわち軌跡の方向を逐次修正するよ
うにしたので、矢板やオーガドリルなどに無理な力が加
わらず、折損事故を防止できる。 また、矢板引き抜き作業においては、矢板の打設方向
が不明でも矢板を曲げることなく引き抜くことができ
る。
圧変換弁16,17 次に本装置の動作を矢板PLを引き抜く場合について説
明する。 図示しない電源スイッチを投入するとこの装置が起動
し、作業方向設定器15で設定した作業方向δ０と、ピン
形ロードセル10Lで検出される分子FH,Fvとが作業方向演
算回路100に入力される。スイッチ投入時は、作業方向
演算回路100は作業方向δ＝δ０を修正方向速度指令値
演算回路200に入力する。そして、角度検出器11〜13で
検出された角度α,T2,T3および作業方向演算回路100か
ら出力される作業方向δ＝δ０に基づいて、第３アーム
３のＸ軸に対する角度A3が修正方向速度指令値演算回路
200で演算され、作業方向演算回路100に入力される。ま
た、第３アーム３先端の位置、すなわちＸ座標が修正方
向速度指令値演算回路200で演算される。制御レバー14
を操作するとその時点のＸ座標が初期値X0として記憶器
214に記憶保持される。このX0を通りＹ軸と平行な線が
作業開始時の目標軌跡OL（第９図）であり、垂直方向と
角度δをなす作業方向が軌跡の方向である。 この軌跡の方向δは、作業中にピン形ロードセル10L
が分力Fxに応じた力を検出すると変更され、δが所定量
以上に変化すると初期値X0もそのときの第３アーム先端
のＸ座標に置き換えられる。そして、作業中に逐次演算
される第３アーム３先端のＸ座標Ｘと初期値X0との偏差
（ずれ量）ΔＸが加算点205で演算される。 今、制御レバー14は作業方向（Ｙ軸方向）における第
３アーム３先端の作業方向速度指令値を出力してお
り、修正方向速度指令値演算回路200は、偏差ΔＸと作
業速度指令値の絶対値｜｜との積に定数K1を掛けて
修正方向速度指令値を出力する。偏差ΔＸが零ならば
修正方向作業速度指令値は零である。 この修正方向速度指令値と作業方向速度指令値と
各角度A2,A3,T3とにより、角速度制御値演算回路300が
第2,第３アーム2,3の角速度制御値2,３を演算す
る。これらの角速度制御値2,３は、流量制御値演算
回路400にてリンク補正され、第2,第３のシリンダ5,6の
流量制御値Q2,Q3に変換される。これらの流量制御値Q2,
Q3は電気油圧変換弁16,17に供給され、油圧源からの圧
油が所定方向，所定流量にて第2,第３シリンダ5,6に供
給される。これにより第2,第３アーム2,3が回動して第
３アーム３先端の軌跡が作業方向に制御される。すなわ
ち、目標軌跡OL上を移動する。 ここで、矢板PLを引き抜くにつれてピン形ロードセル
10Lから分力FH,Fvが出力されると、（１）式に基づい
て、引き抜き力のＸ方向成分Fxが演算され、これの比例
積分して作業方向修正量Δδが演算される。そして、
（３）式に基づいて作業方向演算回路100が修正された
作業方向δを演算する。この修正作業方向δは、修正方
向速度指令値演算回路200に入力される。 このように作業方向を修正することにより引抜き力の
Ｘ方向成分Fxが打ち消され、矢板PLに働く偏心荷重が消
滅あるいは低減される。 また、第３アーム３先端が所定の速度で作業方向に軌
跡制御されるように第2,第３アーム2,3が角速度制御さ
れ、これと同時に、第３アーム３先端の目標軌跡に対す
るＸ軸方向の偏差ΔＸを検出し、この偏差ΔＸによる位
置フィールドバック制御が行なわれ、従来のようなオー
プンループ制御に比べて格段に軌跡精度が向上する。さ
らに、制御レバー14の操作中に第１アーム用の操作レバ
ー18を操作して第１アーム１の対地角αを変えても、対
地角αの変化に応じた軌跡制御が連続して行なえる。 なお、本発明を適用するにあたっては以上の実施例の
各構成要素を次のようにしてもよい。 第１アーム１を廃し、軌跡制御される第2,第３アーム
2,3のみにより作業機を構成してもよい。 また、第13図に示すように、第３アーム３先端に第４
アーム40を第４シリンダ70により回動可能に設けてもよ
い。この場合、式（11），（12）のL3,T3を次のようにL
3′,T3′に置き換える。 ここで、第14図は第４アーム40を付加した場合の座標
を説明する図であり、この図において、 L3′：点Ｂ（第３アーム３の回動支点）,C′（第４アー
ム40先端の作業用アタッチメントの連結点）間の距離 T3′：線分ABの延長線と線分BC′のなす角でありT3′＝
T3＋C3 ここで、C3:線分BCと線分BC′のなす角 そして、第４アーム40の長さ（点C,C′間の距離）をL
4とし、第４アーム40の角度（線分BCの延長線と線分C
C′のなす角）をT4とすれば、 であるから、T4を角度検出器により検出すれば同様に制
御することが可能である。すなわち、第４アーム40を手
動操作中でもフィールドバックが働き軌跡は保たれる。 各アーム2,3を油圧シリンダ5,6で駆動したが、油圧に
限定されず、また油圧モータ，油圧ロータリアクチュエ
ータなどその他のアクチュエータを用いることができ
る。 バイブロハンマやアースオーガに使用できる旨述べた
が、その他の各種作業アタッチメントにも使用できる。 第１アーム１の対地角αを直接に検出したが、上部旋
回体に対する第１アーム１の相対角を検出するととも
に、作業機本体の傾斜角を検出し、二つの角度から第１
アーム１の対地角αを演算してもよい。 作業方向が一定（例えば垂直施工のみ）であれば、δ
を任意の値に設定するための作業方向設定器15を省略で
きる。この場合でも、固定された軌跡の方向を示す信号
を出力する軌跡方向設定器は不可欠である。 作業方向設定器15と作業方向演算回路100との間にス
イッチを設け、スイッチオンで垂直方向の設定、スイッ
チオフで任意の方向、例えば水平方向の設定と定めてお
けば、２種類の軌跡方向の切換えが極めて容易となる。 角度検出器として、磁気抵抗素子を用いたもの、差動
コイルを用いたもの、光学式，磁気式のロータリエンコ
ーダを用いたものなどを利用でき、ポテンショメータ式
に限定されない。 実施例中の各回路、数式等もそれらに限定されない。
特に、作業方向δにより絶対座標系を回転させたが、絶
対座標系のまま、演算処理してもよい。 なお、以上では矢板引き抜き作業について説明した
が、矢板の斜め打込み，オーガドリルによる斜め穿孔作
業なども全く同様に用いることができるほか、垂直ある
いは水平方向の打設，穿孔にも用いられる。 矢板やオーガドリルの偏心荷重を、第３アーム３先端
の作業アタッチメント取付ピンに内蔵したピン形ロード
セル10Lの出力から求めたが、バイブロハンマのチャッ
ク部やオーガドリルそのものに作用する偏心荷重を直接
検出してもよい。 G.発明の効果 本発明によれば、作業用アタッチメントの取付点に矢
板などの偏心荷重に応じた所定方向の力が働かないよう
に、その作業方向すなわち軌跡の方向を逐次修正するよ
うにしたので、矢板やオーガドリルなどに無理な力が加
わらず、折損事故を防止できる。 また、矢板引き抜き作業においては、矢板の打設方向
が不明でも矢板を曲げることなく引き抜くことができ
る。
第１図はクレーム対応図である。 第２図〜第12図は一実施例を示すものであり、第２図は
座標系を定義する図、第３図は矢板引き抜き時に生ずる
偏心荷重を説明する図、第４図はピン形ロードセルで検
出する２分力を説明する図、第５図は全体構成を示すブ
ロック図、第６図はピン形ロードセルを説明する図、第
７図は作業方向演算回路を示すブロック図、第８図は修
正方向速度指令値演算回路を示すブロック図、第９図は
速度指令値を説明する図、第10図は角速度制御値演算回
路を示すブロック図、第11図は流量制御値演算回路を示
すブロック図、第12図はリンク補正を説明する図、第13
図，第14図は第４アームを付加した変形例を説明するも
ので、第13図が第４アームを示す図、第14図がその座標
などを定義する図、第15図（ａ）はバイブロハンマを装
着した作業機の側面図、第15図（ｂ）はアームオーガの
側面図である。 1:第１アーム、2:第２アーム 3:第３アーム、４〜6:シリンダ 7:バイブロハンマ 10L:ピン形ロードセル 11〜13:角度検出器 14:制御レバー 15:作業方向設定器 16,17,24:電気油圧変換弁 18〜20,25:操作レバー 100:作業方向演算回路 200:修正方向速度指令値演算回路 300:角速度制御値演算回路 400:流量制御値演算回路 150:力検出手段 155:軌跡方向修正手段 350:回動速度演算手段 450:駆動制御手段
座標系を定義する図、第３図は矢板引き抜き時に生ずる
偏心荷重を説明する図、第４図はピン形ロードセルで検
出する２分力を説明する図、第５図は全体構成を示すブ
ロック図、第６図はピン形ロードセルを説明する図、第
７図は作業方向演算回路を示すブロック図、第８図は修
正方向速度指令値演算回路を示すブロック図、第９図は
速度指令値を説明する図、第10図は角速度制御値演算回
路を示すブロック図、第11図は流量制御値演算回路を示
すブロック図、第12図はリンク補正を説明する図、第13
図，第14図は第４アームを付加した変形例を説明するも
ので、第13図が第４アームを示す図、第14図がその座標
などを定義する図、第15図（ａ）はバイブロハンマを装
着した作業機の側面図、第15図（ｂ）はアームオーガの
側面図である。 1:第１アーム、2:第２アーム 3:第３アーム、４〜6:シリンダ 7:バイブロハンマ 10L:ピン形ロードセル 11〜13:角度検出器 14:制御レバー 15:作業方向設定器 16,17,24:電気油圧変換弁 18〜20,25:操作レバー 100:作業方向演算回路 200:修正方向速度指令値演算回路 300:角速度制御値演算回路 400:流量制御値演算回路 150:力検出手段 155:軌跡方向修正手段 350:回動速度演算手段 450:駆動制御手段
Claims (1)
- 【請求項１】軌跡制御される少なくとも第１および第２
のアームと、これら各アームを回動運動せしめる第１お
よび第２の駆動手段と、前記第２のアーム先端に回動可
能に取付けられた作業用アタッチメントとを備えた作業
機の軌跡制御装置において、 前記第２のアーム先端の軌跡の方向を設定する軌跡方向
設定手段と、 前記第１および第２のアームに関連した角度を検出する
アーム角度検出手段と、 前記軌跡に沿った第２のアーム先端の作業速度を指令す
る指令手段と、 前記作業用アタッチメントの取付点に作用する所定方向
の力を検出する力検出手段と、 この検出された所定方向の力が零となるように、前記設
定された軌跡の方向を修正する軌跡方向修正手段と、 前記第１および第２のアームに関連した角度と、前記作
業速度の指令値と、前記修正された軌跡の方向とに基づ
いて、前記第２のアーム先端が前記修正された軌跡の方
向に沿って前記指令された作業速度で移動するように前
記第１および第２のアームの回動速度を演算する回動速
度演算手段と、 この回動速度演算手段で演算された回動速度となるよう
前記第１および第２の駆動手段を駆動制御する駆動制御
手段とを具備することを特徴とする作業機の軌跡制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30184288A JP2662271B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | 作業機の軌跡制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30184288A JP2662271B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | 作業機の軌跡制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02147791A JPH02147791A (ja) | 1990-06-06 |
| JP2662271B2 true JP2662271B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=17901815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30184288A Expired - Lifetime JP2662271B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | 作業機の軌跡制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2662271B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2700806B1 (fr) * | 1993-01-27 | 1995-03-17 | Elf Aquitaine | Procédé de détermination des variations de la morphologie d'un puits de forage. |
| FI123361B (fi) * | 2007-10-01 | 2013-03-15 | Sandvik Mining & Constr Oy | Menetelmä ja laitteisto sekä tietokoneohjelma hydraulikäyttöisen puomin toiminnan säätämiseksi |
-
1988
- 1988-11-28 JP JP30184288A patent/JP2662271B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02147791A (ja) | 1990-06-06 |
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