JP2662272B2 - 伸縮ブームを有する作業機の軌跡制御装置 - Google Patents
伸縮ブームを有する作業機の軌跡制御装置Info
- Publication number
- JP2662272B2 JP2662272B2 JP30184388A JP30184388A JP2662272B2 JP 2662272 B2 JP2662272 B2 JP 2662272B2 JP 30184388 A JP30184388 A JP 30184388A JP 30184388 A JP30184388 A JP 30184388A JP 2662272 B2 JP2662272 B2 JP 2662272B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- boom
- telescopic boom
- telescopic
- tip
- speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Placing Or Removing Of Piles Or Sheet Piles, Or Accessories Thereof (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Description
A.産業上の利用分野 本発明は、油圧伸縮ブ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 第５図は、油圧伸縮ブームを有するアースオーガ施工
機を示し、アウトリガを有する下部走行体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、基本ブーム１が油
圧シリンダ３により起伏可能に設けられ、基本ブーム１
の内部に油圧シリンダ４により２段ブーム２が伸縮可能
に設けられている。２段ブーム２の先端にはアースオー
ガ掘削ユニット５が回動可能にピン結合されている。 C.発明が解決しようとする課題 オーガドリルDRによって穿孔作業を行うには、２段ブ
ーム２の先端が垂直に移動するように、ブーム起伏レバ
ーとブーム伸縮レバーを同時に操作する必要がある。そ
のためには、運転者と別に常時オーガドリルの垂直度を
監視する作業員が必要である。また、監視員からの修正
方向の合図によってオーガドリルDRの垂直度を保つよう
に操作することは熟練運転者にとっても容易ではなかっ
た。 このため、従来は、例えば建柱車のようにオーガドリ
ルの短い用途にしか使用できなかった。しかも、オーガ
ドリルの垂直度を修正しながらの作業は、施工速度が過
大になったり、停止同様になったりして、施工品質，施
工能率がともに低下するといった問題もあった。 本発明の技術的課題は、１本の操作レバーによって伸
縮式ブームの先端が設定された方向に軌跡制御されるよ
うにブーム起伏及びブーム伸縮を行うことにある。 D.課題を解決するための手段 一実施例を示す図により本発明を説明すると、本発明
は、伸縮式ブームTBと、この伸縮式ブームTBを起伏する
起伏用駆動手段３と、伸縮式ブームTBを伸縮する伸縮用
駆動手段４とを備え、伸縮式ブームTBの先端に回動可能
に作業アタッチメント５を装着して作業を行い得る作業
機に適用される。 そして上述の技術的課題は次の構成で解決される。 特許請求の範囲第１項の軌跡制御装置は、伸縮式ブー
ムTBの起伏角度を検出するブーム角度検出手段11と、伸
縮式ブームTBの全長を検出するブーム長検出手段12と、
伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブームの全長とに基
づいて、予め定めた作業方向からのずれ量を演算し、そ
のずれ量を零に補正するように軌跡制御をするように起
伏および伸縮用駆動手段3,4の両方もしくはいずれか一
方に制御量を出力する制御量演算手段400とを具備す
る。 特許請求の範囲第２項の軌跡制御装置は、伸縮式ブー
ムTBの起伏角度を検出するブーム角度検出手段11と、伸
縮式ブームTBの全長を検出するブーム長検出手段12と、
予め定めた作業方向に沿った、伸縮式ブームTB先端の作
業速度を指令する指令手段14と、伸縮式ブームTBの先端
の位置を検出する先端位置検出手段200と、検出された
伸縮式ブームTBの先端位置に基づいて、作業方向と直交
する方向の伸縮式ブームTB先端の作業開始時の位置から
のずれ量を演算するずれ量演算手段200と、演算された
ずれ量と作業速度の指令値とに基づいて、作業方向と直
交する方向の修正速度指令値を演算する修正速度指令値
演算手段200と、伸縮式ブームTBに関連した角度と、伸
縮式ブームの全長と、作業速度の指令値と、修正速度指
令値とに基づいて、伸縮式ブームTB先端が、所定時点に
おける伸縮式ブーム先端の位置を通り作業方向に延在す
る軌跡に沿って、指令された作業速度で移動するように
ブーム回動速度及びブーム伸縮速度を演算する速度制御
値演算手段300と、この速度制御値演算手段300で演算さ
れた回動速度及び伸縮速度となるよう起伏および伸縮用
駆動手段3,4を駆動制御する駆動制御手段400とを具備す
る。 特許請求の範囲第３項の軌跡制御装置は、伸縮式ブー
ムTBの起伏角度を検出するブーム角度検出手段11と、伸
縮式ブームTBの全長を検出するブーム長検出手段12と、
伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブームの全長とに基
づいて、伸縮式ブームTBの先端の軌跡が垂直であるか否
かを検出し、垂直でなければそのずれ量を補正するよう
に軌跡制御をするように起伏及び伸縮用駆動手段3,4の
両方もしくはいずれか一方に制御指令を出力する演算手
段400とを具備する。 E.作用 特許請求の範囲第１項の軌跡制御装置では、制御量演
算手段400は、伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブー
ムの全長とに基づいて、予め定めた作業方向からのずれ
量を演算し、そのずれ量を零にするように起伏および伸
縮用駆動手段3,4の両方もしくはいずれか一方に制御量
を出力する。これにより、伸縮式ブームTBが起伏動作と
伸縮動作を行なってその先端が予め定めた方向に駆動さ
れる。 特許請求の範囲第２項の軌跡制御装置では、指令手段
14により作業方向の作業速度を指令すると、指令された
作業速度で作業方向に沿って伸縮式ブームTB先端が運動
するように、速度制御値演算手段300により伸縮式ブー
ムの回動速度および伸縮速度が演算され、この回動速度
および伸縮速度が得られるように駆動制御手段400の制
御の下に駆動手段3,4が駆動され、伸縮ブームTB先端は
予め定めた作業方向に沿って指令手段14で指令した速度
で運動する。 特許請求の範囲第３項の軌跡制御装置では、制御量演
算手段400は、伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブー
ムの全長とに基づいて、伸縮式ブームTBの先端軌跡が垂
直か判定し、垂直でなければそのずれ量を補正しつつ垂
直に移動するように起伏および伸縮用駆動手段3,4に制
御量を出力する。これにより、伸縮式ブームTBが起伏動
作と伸縮動作を行ないつつその先端が予め定めた方向に
駆動される。 特許請求の範囲第３項の軌跡制御装置では、制御量演
算手段400は、伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブー
ムの全長とに基づいて、伸縮式ブームTBの先端が垂直か
否かを検出し、垂直になるように起伏および伸縮用駆動
手段3,4の両方もしくはいずれか一方に制御指令を出力
する。これにより、伸縮式ブームTBが起伏動作と伸縮動
作を行なってその先端が予め定めた方向に駆動される。 F.実施例 第１図〜第４図により、第５図に示した油圧伸縮ブー
ムを有するアースオーガ施工機を例にとり本発明の一実
施例について説明する。 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図において各符号は次
のことを意味する。 原点O:基本ブーム１の回動支点 点A:2段ブーム２の中心線上の先端点 点C:2段ブーム２先端の作業用アタッチメントの連結点 L:点O,A間長さ（ブーム長） E:点AC間の長さ α：大地に対する線分OAのなす角（ブーム角） θ：大地に対する線分OCのなす角（ブーム補正角） d:線分OAと線分OCのなす角（ブーム角補正値） ここで、 θ＝α−ｄ ｄ＝tan-1（E/L） ｌ＝点OC間の長さ（ブーム補正長） ここで、 Ｅは一定なので ｄ＝f1（Ｌ）,l＝f2（Ｌ） なお、基本ブーム１と２段ブーム２により伸縮式ブー
ムTBが構成され、２段ブーム２の伸縮によって変化する
伸縮式ブームTBの全長がＬである。 第１図は制御装置全体の構成図を示す。 角度検出器11は、基本行ブーム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
ブーム角αを検出し、そのブーム角αを修正方向速度指
令値演算回路200と流量制御値演算回路400へ入力する。
長さセンサ12は、基本ブーム１に取付けられ、ケーブル
リール機構とポテンショメータにより伸縮式ブームTBの
長さを検出し、修正方向速度指令値演算回路200へ入力
する。 軌跡制御レバー14は、２段ブーム２の先端つまり作業
アタッチメント５の連結点を大地に垂直な作業方向に沿
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、２段ブーム２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
と速度制御値演算回路300とに入力される。 修正方向速度指令値演算回路200は、ブーム角A,ブー
ム長Ｌ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、ブ
ーム補正角θとブーム補正長ｌを演算し、これらを速度
制御値演算回路300に入力する。 速度制御値演算回路300は、ブーム角補正値θ，ブー
ム補正長ｌ及び修正方向速度指令値および作業方向速度
指令値，からブーム角速度制御値及びブーム伸縮
速度制御値を演算し、これらを流量制御値演算回路40
0に入力する。 流量制御値演算回路400は、ブーム角速度制御値，
ブーム伸縮速度制御値及びブーム角αからシリンダ3,
4の流量制御値Ｑα,QLを演算し、電気油圧変換弁15,16
に入力する。これらの電気油圧変換弁15,16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15,1
6は、入力される流量制御値Ｑα,QLに応じた流量および
方向で圧油をブーム起伏及びブーム伸縮用のシリンダ3,
4に供給する。 操作レバー17,18は、コントロールバルブ19,20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19,20の開口面積と切換方向を制御する。コントロ
ールバルブ19,20は、操作レバー17,18からのパイロット
油圧により、シリンダ3,4へ送る圧油の流量および方向
を制御する。各シリンダ3,4は操作レバー17,18により任
意に伸縮可能であり、コントロールバルブ19,20からの
流量と電気油圧変換弁15,16からの流量とが合流するよ
うに接続されている。 以下、第１図を詳細に説明する。 （１）修正方向速度指令値演算回路200 今、修正方向速度指令値を、 ＝Ｋ・ΔＸ・｜｜ ……（１） と定義する。ここで、Ｋは定数、ΔＸは、第３図に示す
とおり、軌跡制御レバー14の操作開始時における原点０
から目標軌跡OL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 ……（２） で表わされる。 ここで、Ｘ方向距離Ｘは、 Ｘ＝ｌ・cosθ ……（３） で表わされる。 ブーム長Ｌより関数発生器209及び210でブーム角補正
値ｄ＝f1（Ｌ）及びブーム補正長ｌ＝f2（Ｌ）が求めら
れ、加算点201によってブーム補正角θ（＝α−ｄ）が
求められる。ブーム補正角θより余弦関数発生器203でc
osθが求められ、乗算器205によってＸ＝ｌ・cosθが求
められる。 記憶器207は、制御レバー14の操作開始時にＸ方向距
離Ｘを初期値X0として記憶する。以後、乗算器205から
の出力Ｘと記憶器207からの出力X0との偏差ΔＸ（＝X0
−Ｘ）が加算点202で得られる。すなわち、（２）式の
偏差ΔＸは加算点202で得られる。また、（１）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204と、この出力｜｜と偏差ΔＸとを乗算する
乗算器206と、乗算器206からの出力ΔＸ・｜｜に係数
Ｋを掛けて修正方向速度指令値を得る係数器208とに
よって演算される。 （２）速度制御値演算回路300 ２段ブーム２の先端Ｃの座標は、 Ｘ＝ｌ・cosθ ……（４） Ｙ＝ｌ・sinθ ……（５） となる。両辺を時間微分すると、 ＝−ｌ・sinθ・＋・cosθ ……（６） ＝ｌ・cosθ・＋・sinθ ……（７） となる。上式を，について解けば、 ＝・sinθ＋・cosθ ……（９） となり、作業方向速度指令値及び修正速度指令値に
対するブーム角速度制御値及びブーム伸縮速度制御値
が求められる。 ここでブーム伸縮速度制御値は、実際にはＬ＝ｌ・
cos dの両辺を時間微分した次式で表わされる。 ＝−ｌ・sin d・＋・cos d ……（10） しかし、通常・AC間の長さに対してブーム長Ｌは充分
に大きいので、 ≒０ cos d≒１ が成立ち、結局、≒となる。 そこで、速度制御値演算回路300には、修正速度指令
値演算回路200からブーム補正角θ、その余弦角cosθ、
ブーム長補正値ｌ及び修正速度指令値が入力される。 正弦関数発生器303よりsinθが求められ、作業方向速
度指令値と、修正方向速度指令値、cosθとから、
乗算器304〜307と加算点301、302によって、 （・cosθ−・sinθ）および（・sinθ＋・cos
θ）が求められる。 （・cosθ−・sinθ）は除算器308によってブーム
長補正値ｌで除算され、ブーム角速度指令値が求めら
れる。（sinθ＋・cosθ）はそのままブーム伸縮速
度制御値となる。 （３）流量制御値演算回路400 第４図に示すように、 S:ブーム起伏シリンダ３の長さ l0:ブーム回動点０とシリンダロッド側支点02との距離 l1:ブーム回動点０とシリンダボア側支点03との距離 T:ブーム角度に相当する値（ブーム角度αに定数を加え
た値） とすると、 が成り立つ。（11）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。
（12）式において、l0,l1は一定、Ｔ＝α＋（一定
値），＝であるから、（12）式は、 ＝ｇ（α）・ ……（13） となる。ここで、ｇ（α）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404から出力されるように
設定してある。そして乗算器403によってシリンダ速度
が求められ、これにブーム起伏用シリンダ面積ａαを
係数器401によって乗じると、ブーム起伏用シリンダ３
の流量制御値Ｑαが求められる。一方、ブーム伸縮速度
制御値に係数器402によってブーム伸縮シリンダ面積a
Lを乗じると、ブーム伸縮シリンダ４の流量制御値QLが
求められる。 なお、シリンダ面積ａα,aLは、実際にはロッド側，
ボア側では異なるから、伸出時，収縮時に応じてａα,a
Lを適宜切換えて用いる必要がある。 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〕伸縮式ブーム：基本ブーム1,2段ブーム２ 〔２〕起伏用駆動手段：起伏用シリンダ３ 〔３〕伸縮用駆動手段：伸縮用シリンダ４ 〔４〕作業用アタッチメント：アースオーガ掘削ユニッ
ト５ 〔５〕ブーム角度検出手段：角度検出器11 〔６〕ブーム長検出手段：長さセンサ12 〔７〕指令手段：制御レバー14 〔８〕位置検出手段：修正速度制御値演算回路200
装置に関する。 B.発明の背景 第５図は、油圧伸縮ブームを有するアースオーガ施工
機を示し、アウトリガを有する下部走行体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、基本ブーム１が油
圧シリンダ３により起伏可能に設けられ、基本ブーム１
の内部に油圧シリンダ４により２段ブーム２が伸縮可能
に設けられている。２段ブーム２の先端にはアースオー
ガ掘削ユニット５が回動可能にピン結合されている。 C.発明が解決しようとする課題 オーガドリルDRによって穿孔作業を行うには、２段ブ
ーム２の先端が垂直に移動するように、ブーム起伏レバ
ーとブーム伸縮レバーを同時に操作する必要がある。そ
のためには、運転者と別に常時オーガドリルの垂直度を
監視する作業員が必要である。また、監視員からの修正
方向の合図によってオーガドリルDRの垂直度を保つよう
に操作することは熟練運転者にとっても容易ではなかっ
た。 このため、従来は、例えば建柱車のようにオーガドリ
ルの短い用途にしか使用できなかった。しかも、オーガ
ドリルの垂直度を修正しながらの作業は、施工速度が過
大になったり、停止同様になったりして、施工品質，施
工能率がともに低下するといった問題もあった。 本発明の技術的課題は、１本の操作レバーによって伸
縮式ブームの先端が設定された方向に軌跡制御されるよ
うにブーム起伏及びブーム伸縮を行うことにある。 D.課題を解決するための手段 一実施例を示す図により本発明を説明すると、本発明
は、伸縮式ブームTBと、この伸縮式ブームTBを起伏する
起伏用駆動手段３と、伸縮式ブームTBを伸縮する伸縮用
駆動手段４とを備え、伸縮式ブームTBの先端に回動可能
に作業アタッチメント５を装着して作業を行い得る作業
機に適用される。 そして上述の技術的課題は次の構成で解決される。 特許請求の範囲第１項の軌跡制御装置は、伸縮式ブー
ムTBの起伏角度を検出するブーム角度検出手段11と、伸
縮式ブームTBの全長を検出するブーム長検出手段12と、
伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブームの全長とに基
づいて、予め定めた作業方向からのずれ量を演算し、そ
のずれ量を零に補正するように軌跡制御をするように起
伏および伸縮用駆動手段3,4の両方もしくはいずれか一
方に制御量を出力する制御量演算手段400とを具備す
る。 特許請求の範囲第２項の軌跡制御装置は、伸縮式ブー
ムTBの起伏角度を検出するブーム角度検出手段11と、伸
縮式ブームTBの全長を検出するブーム長検出手段12と、
予め定めた作業方向に沿った、伸縮式ブームTB先端の作
業速度を指令する指令手段14と、伸縮式ブームTBの先端
の位置を検出する先端位置検出手段200と、検出された
伸縮式ブームTBの先端位置に基づいて、作業方向と直交
する方向の伸縮式ブームTB先端の作業開始時の位置から
のずれ量を演算するずれ量演算手段200と、演算された
ずれ量と作業速度の指令値とに基づいて、作業方向と直
交する方向の修正速度指令値を演算する修正速度指令値
演算手段200と、伸縮式ブームTBに関連した角度と、伸
縮式ブームの全長と、作業速度の指令値と、修正速度指
令値とに基づいて、伸縮式ブームTB先端が、所定時点に
おける伸縮式ブーム先端の位置を通り作業方向に延在す
る軌跡に沿って、指令された作業速度で移動するように
ブーム回動速度及びブーム伸縮速度を演算する速度制御
値演算手段300と、この速度制御値演算手段300で演算さ
れた回動速度及び伸縮速度となるよう起伏および伸縮用
駆動手段3,4を駆動制御する駆動制御手段400とを具備す
る。 特許請求の範囲第３項の軌跡制御装置は、伸縮式ブー
ムTBの起伏角度を検出するブーム角度検出手段11と、伸
縮式ブームTBの全長を検出するブーム長検出手段12と、
伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブームの全長とに基
づいて、伸縮式ブームTBの先端の軌跡が垂直であるか否
かを検出し、垂直でなければそのずれ量を補正するよう
に軌跡制御をするように起伏及び伸縮用駆動手段3,4の
両方もしくはいずれか一方に制御指令を出力する演算手
段400とを具備する。 E.作用 特許請求の範囲第１項の軌跡制御装置では、制御量演
算手段400は、伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブー
ムの全長とに基づいて、予め定めた作業方向からのずれ
量を演算し、そのずれ量を零にするように起伏および伸
縮用駆動手段3,4の両方もしくはいずれか一方に制御量
を出力する。これにより、伸縮式ブームTBが起伏動作と
伸縮動作を行なってその先端が予め定めた方向に駆動さ
れる。 特許請求の範囲第２項の軌跡制御装置では、指令手段
14により作業方向の作業速度を指令すると、指令された
作業速度で作業方向に沿って伸縮式ブームTB先端が運動
するように、速度制御値演算手段300により伸縮式ブー
ムの回動速度および伸縮速度が演算され、この回動速度
および伸縮速度が得られるように駆動制御手段400の制
御の下に駆動手段3,4が駆動され、伸縮ブームTB先端は
予め定めた作業方向に沿って指令手段14で指令した速度
で運動する。 特許請求の範囲第３項の軌跡制御装置では、制御量演
算手段400は、伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブー
ムの全長とに基づいて、伸縮式ブームTBの先端軌跡が垂
直か判定し、垂直でなければそのずれ量を補正しつつ垂
直に移動するように起伏および伸縮用駆動手段3,4に制
御量を出力する。これにより、伸縮式ブームTBが起伏動
作と伸縮動作を行ないつつその先端が予め定めた方向に
駆動される。 特許請求の範囲第３項の軌跡制御装置では、制御量演
算手段400は、伸縮式ブームTBの起伏角度と伸縮式ブー
ムの全長とに基づいて、伸縮式ブームTBの先端が垂直か
否かを検出し、垂直になるように起伏および伸縮用駆動
手段3,4の両方もしくはいずれか一方に制御指令を出力
する。これにより、伸縮式ブームTBが起伏動作と伸縮動
作を行なってその先端が予め定めた方向に駆動される。 F.実施例 第１図〜第４図により、第５図に示した油圧伸縮ブー
ムを有するアースオーガ施工機を例にとり本発明の一実
施例について説明する。 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図において各符号は次
のことを意味する。 原点O:基本ブーム１の回動支点 点A:2段ブーム２の中心線上の先端点 点C:2段ブーム２先端の作業用アタッチメントの連結点 L:点O,A間長さ（ブーム長） E:点AC間の長さ α：大地に対する線分OAのなす角（ブーム角） θ：大地に対する線分OCのなす角（ブーム補正角） d:線分OAと線分OCのなす角（ブーム角補正値） ここで、 θ＝α−ｄ ｄ＝tan-1（E/L） ｌ＝点OC間の長さ（ブーム補正長） ここで、 Ｅは一定なので ｄ＝f1（Ｌ）,l＝f2（Ｌ） なお、基本ブーム１と２段ブーム２により伸縮式ブー
ムTBが構成され、２段ブーム２の伸縮によって変化する
伸縮式ブームTBの全長がＬである。 第１図は制御装置全体の構成図を示す。 角度検出器11は、基本行ブーム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
ブーム角αを検出し、そのブーム角αを修正方向速度指
令値演算回路200と流量制御値演算回路400へ入力する。
長さセンサ12は、基本ブーム１に取付けられ、ケーブル
リール機構とポテンショメータにより伸縮式ブームTBの
長さを検出し、修正方向速度指令値演算回路200へ入力
する。 軌跡制御レバー14は、２段ブーム２の先端つまり作業
アタッチメント５の連結点を大地に垂直な作業方向に沿
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、２段ブーム２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
と速度制御値演算回路300とに入力される。 修正方向速度指令値演算回路200は、ブーム角A,ブー
ム長Ｌ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、ブ
ーム補正角θとブーム補正長ｌを演算し、これらを速度
制御値演算回路300に入力する。 速度制御値演算回路300は、ブーム角補正値θ，ブー
ム補正長ｌ及び修正方向速度指令値および作業方向速度
指令値，からブーム角速度制御値及びブーム伸縮
速度制御値を演算し、これらを流量制御値演算回路40
0に入力する。 流量制御値演算回路400は、ブーム角速度制御値，
ブーム伸縮速度制御値及びブーム角αからシリンダ3,
4の流量制御値Ｑα,QLを演算し、電気油圧変換弁15,16
に入力する。これらの電気油圧変換弁15,16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15,1
6は、入力される流量制御値Ｑα,QLに応じた流量および
方向で圧油をブーム起伏及びブーム伸縮用のシリンダ3,
4に供給する。 操作レバー17,18は、コントロールバルブ19,20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19,20の開口面積と切換方向を制御する。コントロ
ールバルブ19,20は、操作レバー17,18からのパイロット
油圧により、シリンダ3,4へ送る圧油の流量および方向
を制御する。各シリンダ3,4は操作レバー17,18により任
意に伸縮可能であり、コントロールバルブ19,20からの
流量と電気油圧変換弁15,16からの流量とが合流するよ
うに接続されている。 以下、第１図を詳細に説明する。 （１）修正方向速度指令値演算回路200 今、修正方向速度指令値を、 ＝Ｋ・ΔＸ・｜｜ ……（１） と定義する。ここで、Ｋは定数、ΔＸは、第３図に示す
とおり、軌跡制御レバー14の操作開始時における原点０
から目標軌跡OL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 ……（２） で表わされる。 ここで、Ｘ方向距離Ｘは、 Ｘ＝ｌ・cosθ ……（３） で表わされる。 ブーム長Ｌより関数発生器209及び210でブーム角補正
値ｄ＝f1（Ｌ）及びブーム補正長ｌ＝f2（Ｌ）が求めら
れ、加算点201によってブーム補正角θ（＝α−ｄ）が
求められる。ブーム補正角θより余弦関数発生器203でc
osθが求められ、乗算器205によってＸ＝ｌ・cosθが求
められる。 記憶器207は、制御レバー14の操作開始時にＸ方向距
離Ｘを初期値X0として記憶する。以後、乗算器205から
の出力Ｘと記憶器207からの出力X0との偏差ΔＸ（＝X0
−Ｘ）が加算点202で得られる。すなわち、（２）式の
偏差ΔＸは加算点202で得られる。また、（１）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204と、この出力｜｜と偏差ΔＸとを乗算する
乗算器206と、乗算器206からの出力ΔＸ・｜｜に係数
Ｋを掛けて修正方向速度指令値を得る係数器208とに
よって演算される。 （２）速度制御値演算回路300 ２段ブーム２の先端Ｃの座標は、 Ｘ＝ｌ・cosθ ……（４） Ｙ＝ｌ・sinθ ……（５） となる。両辺を時間微分すると、 ＝−ｌ・sinθ・＋・cosθ ……（６） ＝ｌ・cosθ・＋・sinθ ……（７） となる。上式を，について解けば、 ＝・sinθ＋・cosθ ……（９） となり、作業方向速度指令値及び修正速度指令値に
対するブーム角速度制御値及びブーム伸縮速度制御値
が求められる。 ここでブーム伸縮速度制御値は、実際にはＬ＝ｌ・
cos dの両辺を時間微分した次式で表わされる。 ＝−ｌ・sin d・＋・cos d ……（10） しかし、通常・AC間の長さに対してブーム長Ｌは充分
に大きいので、 ≒０ cos d≒１ が成立ち、結局、≒となる。 そこで、速度制御値演算回路300には、修正速度指令
値演算回路200からブーム補正角θ、その余弦角cosθ、
ブーム長補正値ｌ及び修正速度指令値が入力される。 正弦関数発生器303よりsinθが求められ、作業方向速
度指令値と、修正方向速度指令値、cosθとから、
乗算器304〜307と加算点301、302によって、 （・cosθ−・sinθ）および（・sinθ＋・cos
θ）が求められる。 （・cosθ−・sinθ）は除算器308によってブーム
長補正値ｌで除算され、ブーム角速度指令値が求めら
れる。（sinθ＋・cosθ）はそのままブーム伸縮速
度制御値となる。 （３）流量制御値演算回路400 第４図に示すように、 S:ブーム起伏シリンダ３の長さ l0:ブーム回動点０とシリンダロッド側支点02との距離 l1:ブーム回動点０とシリンダボア側支点03との距離 T:ブーム角度に相当する値（ブーム角度αに定数を加え
た値） とすると、 が成り立つ。（11）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。
（12）式において、l0,l1は一定、Ｔ＝α＋（一定
値），＝であるから、（12）式は、 ＝ｇ（α）・ ……（13） となる。ここで、ｇ（α）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404から出力されるように
設定してある。そして乗算器403によってシリンダ速度
が求められ、これにブーム起伏用シリンダ面積ａαを
係数器401によって乗じると、ブーム起伏用シリンダ３
の流量制御値Ｑαが求められる。一方、ブーム伸縮速度
制御値に係数器402によってブーム伸縮シリンダ面積a
Lを乗じると、ブーム伸縮シリンダ４の流量制御値QLが
求められる。 なお、シリンダ面積ａα,aLは、実際にはロッド側，
ボア側では異なるから、伸出時，収縮時に応じてａα,a
Lを適宜切換えて用いる必要がある。 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〕伸縮式ブーム：基本ブーム1,2段ブーム２ 〔２〕起伏用駆動手段：起伏用シリンダ３ 〔３〕伸縮用駆動手段：伸縮用シリンダ４ 〔４〕作業用アタッチメント：アースオーガ掘削ユニッ
ト５ 〔５〕ブーム角度検出手段：角度検出器11 〔６〕ブーム長検出手段：長さセンサ12 〔７〕指令手段：制御レバー14 〔８〕位置検出手段：修正速度制御値演算回路200
〔９〕ずれ量演算手段：修正速度制御値演算回路200 〔10〕修正速度指令値演算手段：修正速度指令値演算回
路200 〔11〕速度制御値演算手段：速度制御値演算回路300 〔12〕駆動制御手段：流量制御値演算回路400,電気油圧
変換弁15,16 〔13〕演算手段：修正速度制御値演算回路200および速
度制御値演算値演算回路300 次に本装置の動作を説明する。 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、角度検出器11および長さセンサ12で検出されたブー
ム角度αおよびブーム長Ｌに基づいて、２段ブーム２先
端の位置、すなわちその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207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３図）であり、この実施例では大地に垂直
の方向である。 次に、作業中に逐次演算される２段ブーム２先端のＸ
座標Ｘと初期値X0との偏差（ずれ量）ΔＸが加算点202
で演算される。 今、制御レバー14は作業方向（Ｙ軸方向、すなわち垂
直方向）における２段ブーム２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Ｋ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Ｙと
ブーム角度θおよびブーム長補正ｌとにより速度制御演
算回路300がブーム角速度制御値とブーム伸縮速度制
御値を演算する。角速度制御値は、流量制御値演算
回路400にてリンク補正され、ブーム起伏用シリンダの
流量制御値Ｑαおよびブーム伸縮用シリンダ４の流量制
御値QLに変換される。これらの流量制御値Ｑα,QL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，所定流量にてシリンダ3,4に供給される。これ
により基本ブーム１が回動するとともに２段ブーム２が
伸縮して２段ブーム２先端の軌跡が作業方向に制御され
る。すなわち、大地に垂直方向に沿う目標軌跡OL上を移
動する。 以上述べた本実施例においては、伸縮ブームTBの２段
ブーム２先端が所定の速度で作業方向に軌跡制御される
ように伸縮式ブームTBの起伏の角速度および伸縮の速度
が制御され、これと同時に、伸縮式ブームTB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Δ
Ｘによる位置フィードバック制御が行なわれ、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。 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。 ２段ブームについて説明したが、多段ブームにおいて
も同様に本発明を適用できる。この場合、伸縮制御する
シリンダをブーム長さ信号に応じて適宜選択すればよ
い。 垂直方向にのみ施工する装置について説明したが、作
業方向設定器によって伸縮式ブームTB先端の作業方向と
直交する方向が水平方向となす角δを設定してブーム角
補正値に加算するようにしてもよい。例えば、オーガド
リルで水平面に対して垂直に穿孔する場合にはδ＝０、
水平方向に移動する場合にはδ＝90と設定する。また、
この設定値δを0,90度以外の任意の値に設定できるよ
う、手動操作にて所望の設定値δを入力するようにして
もよい。 各ブーム1,2を油圧シリンダ3,4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。 アースオーガに使用できる旨述べたが、バイブロハン
マやその他の各種作業アタッチメントにも使用できる。 基本ブーム１の対地角αを直接に検出したが、上部旋
回体に対する基本ブーム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、二つの角度から基本
ブーム１の対地角αを演算してもよい。 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。 修正方向速度指令値の係数を一定として述べたが、
これを偏差や作業方向速度などの任意関数としてもよ
い。 G.発明の効果 本発明によれば、伸縮式ブームを有する作業機におい
て、監視員なしでかつ熟練運転者でなくても容易にアー
スオーガなど作業アタッチメントを任意の作業方向に軌
跡制御できる。そのため、伸縮式ブームにより長尺施工
が可能となる。また、施工速度が指令値通りに一定に保
持されるから、施工品質および施工能率が向上する。さ
らに、作業方向と直交する方向のずれがフィードバック
されるから、オープンループ制御に比べてその精度が向
上するとともに、ブーム起伏及びブーム伸縮用油圧アク
チュエータの制御弁の流量特性のばらつきに影響を受け
ない。
路200 〔11〕速度制御値演算手段：速度制御値演算回路300 〔12〕駆動制御手段：流量制御値演算回路400,電気油圧
変換弁15,16 〔13〕演算手段：修正速度制御値演算回路200および速
度制御値演算値演算回路300 次に本装置の動作を説明する。 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、角度検出器11および長さセンサ12で検出されたブー
ム角度αおよびブーム長Ｌに基づいて、２段ブーム２先
端の位置、すなわちその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207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３図）であり、この実施例では大地に垂直
の方向である。 次に、作業中に逐次演算される２段ブーム２先端のＸ
座標Ｘと初期値X0との偏差（ずれ量）ΔＸが加算点202
で演算される。 今、制御レバー14は作業方向（Ｙ軸方向、すなわち垂
直方向）における２段ブーム２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Ｋ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Ｙと
ブーム角度θおよびブーム長補正ｌとにより速度制御演
算回路300がブーム角速度制御値とブーム伸縮速度制
御値を演算する。角速度制御値は、流量制御値演算
回路400にてリンク補正され、ブーム起伏用シリンダの
流量制御値Ｑαおよびブーム伸縮用シリンダ４の流量制
御値QLに変換される。これらの流量制御値Ｑα,QL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，所定流量にてシリンダ3,4に供給される。これ
により基本ブーム１が回動するとともに２段ブーム２が
伸縮して２段ブーム２先端の軌跡が作業方向に制御され
る。すなわち、大地に垂直方向に沿う目標軌跡OL上を移
動する。 以上述べた本実施例においては、伸縮ブームTBの２段
ブーム２先端が所定の速度で作業方向に軌跡制御される
ように伸縮式ブームTBの起伏の角速度および伸縮の速度
が制御され、これと同時に、伸縮式ブームTB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Δ
Ｘによる位置フィードバック制御が行なわれ、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。 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。 ２段ブームについて説明したが、多段ブームにおいて
も同様に本発明を適用できる。この場合、伸縮制御する
シリンダをブーム長さ信号に応じて適宜選択すればよ
い。 垂直方向にのみ施工する装置について説明したが、作
業方向設定器によって伸縮式ブームTB先端の作業方向と
直交する方向が水平方向となす角δを設定してブーム角
補正値に加算するようにしてもよい。例えば、オーガド
リルで水平面に対して垂直に穿孔する場合にはδ＝０、
水平方向に移動する場合にはδ＝90と設定する。また、
この設定値δを0,90度以外の任意の値に設定できるよ
う、手動操作にて所望の設定値δを入力するようにして
もよい。 各ブーム1,2を油圧シリンダ3,4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。 アースオーガに使用できる旨述べたが、バイブロハン
マやその他の各種作業アタッチメントにも使用できる。 基本ブーム１の対地角αを直接に検出したが、上部旋
回体に対する基本ブーム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、二つの角度から基本
ブーム１の対地角αを演算してもよい。 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。 修正方向速度指令値の係数を一定として述べたが、
これを偏差や作業方向速度などの任意関数としてもよ
い。 G.発明の効果 本発明によれば、伸縮式ブームを有する作業機におい
て、監視員なしでかつ熟練運転者でなくても容易にアー
スオーガなど作業アタッチメントを任意の作業方向に軌
跡制御できる。そのため、伸縮式ブームにより長尺施工
が可能となる。また、施工速度が指令値通りに一定に保
持されるから、施工品質および施工能率が向上する。さ
らに、作業方向と直交する方向のずれがフィードバック
されるから、オープンループ制御に比べてその精度が向
上するとともに、ブーム起伏及びブーム伸縮用油圧アク
チュエータの制御弁の流量特性のばらつきに影響を受け
ない。
第１図〜第４図は一実施例を示すものであり、第１図は
全体構成を示すブロック図、第２図は座標系を定義する
図、第３図は速度指令値を説明する図、第４図はリンク
補正を説明する図、第５図は伸縮式ブームを有する作業
機の側面図である。 1:基本ブーム、2:2段ブーム 3:起伏用シリンダ、4:伸縮用シリンダ 11:角度検出器、12:長さセンサ 14:制御レバー 15,16:電気油圧変換弁 17,18:操作レバー 200:修正方向速度指令値演算回路 300:速度制御値演算回路 400:流量制御値演算回路
全体構成を示すブロック図、第２図は座標系を定義する
図、第３図は速度指令値を説明する図、第４図はリンク
補正を説明する図、第５図は伸縮式ブームを有する作業
機の側面図である。 1:基本ブーム、2:2段ブーム 3:起伏用シリンダ、4:伸縮用シリンダ 11:角度検出器、12:長さセンサ 14:制御レバー 15,16:電気油圧変換弁 17,18:操作レバー 200:修正方向速度指令値演算回路 300:速度制御値演算回路 400:流量制御値演算回路
Claims (3)
- 【請求項１】伸縮式ブームと、この伸縮式ブームを起伏
する起伏用駆動手段と、伸縮式ブームを伸縮する伸縮用
駆動手段とを備え、前記伸縮式ブームの先端に回動可能
に作業アタッチメントを装着して作業を行い得る作業機
の軌跡制御装置において、 前記伸縮式ブームの起伏角度を検出するブーム角度検出
手段と、 前記伸縮式ブームの全長を検出するブーム長検出手段
と、 前記伸縮式ブームの起伏角度と伸縮式ブームの全長とに
基づいて、予め定めた作業方向からのずれ量を演算し、
そのずれ量を零に補正するような軌跡制御をするように
前記起伏および伸縮用駆動手段の両方もしくはいずれか
一方に制御量を出力する演算手段とを具備することを特
徴とする伸縮ビームを有する作業機の軌跡制御装置。 - 【請求項２】伸縮式ブームと、この伸縮式ブームを起伏
する起伏用駆動手段と、伸縮式ブームを伸縮する伸縮用
駆動手段とを備え、前記伸縮式ブームの先端に回動可能
に作業アタッチメントを装着して作業を行い得る作業機
の軌跡制御装置において、 前記伸縮式ブームの起伏角度を検出するブーム角度検出
手段と、 前記伸縮式ブームの全長を検出するブーム長検出手段
と、 予め定めた作業方向に沿った、伸縮式ブーム先端の作業
速度を指令する指令手段と、 前記伸縮式ブームの先端の位置を検出する先端位置検出
手段と、 前記検出された伸縮式ブームの先端位置に基づいて、前
記作業方向と直交する方向の伸縮式ブーム先端の作業開
始時の位置からのずれ量を演算するずれ量演算手段と、 前記演算されたずれ量と前記作業速度の指令値とに基づ
いて、前記作業方向と直交する方向の修正速度指令値を
演算する修正速度指令値演算手段と、 前記伸縮式ブームの起伏角度と、伸縮式ブームの全長
と、伸縮式ブーム先端の位置と、前記作業速度の指令値
と、前記修正速度指令値とに基づいて、前記伸縮式ブー
ム先端が、所定時点における伸縮式ブーム先端の位置を
通り前記作業方向に延在する軌跡に沿って、前記指令さ
れた作業速度で移動するようにブーム回動速度及びブー
ム伸縮速度を演算し、この演算された回動速度及び伸縮
速度となるよう前記起伏および伸縮用駆動手段に駆動制
御指令を出力する速度制御手段とを具備することを特徴
とする伸縮ブームを有する作業機の軌跡制御装置。 - 【請求項３】伸縮式ブームと、この伸縮式ブームを起伏
する起伏用駆動手段と、伸縮式ブームを伸縮する伸縮用
駆動手段とを備え、前記伸縮式ブームの先端に回動可能
に作業アタッチメントを装着して作業を行い得る作業機
の軌跡制御装置において、 前記伸縮式ブームの起伏角度を検出するブーム角度検出
手段と、 前記伸縮式ブームの全長を検出するブーム長検出手段
と、 前記伸縮式ブームの起伏角度と伸縮式ブームの全長とに
基づいて、前記伸縮式ブームの先端の軌跡が垂直である
か否かを検出し、垂直でなければそのずれ量を補正する
ように軌跡制御をするように前記起伏及び前記伸縮用駆
動手段の両方もしくはいずれか一方に制御指令を出力す
る演算手段とを具備することを特徴とする伸縮ブームを
有する作業機の軌跡制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30184388A JP2662272B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | 伸縮ブームを有する作業機の軌跡制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30184388A JP2662272B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | 伸縮ブームを有する作業機の軌跡制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02147792A JPH02147792A (ja) | 1990-06-06 |
| JP2662272B2 true JP2662272B2 (ja) | 1997-10-08 |
Family
ID=17901827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30184388A Expired - Fee Related JP2662272B2 (ja) | 1988-11-28 | 1988-11-28 | 伸縮ブームを有する作業機の軌跡制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2662272B2 (ja) |
-
1988
- 1988-11-28 JP JP30184388A patent/JP2662272B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02147792A (ja) | 1990-06-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2736569B2 (ja) | 油圧パワーショベルの操作方法 | |
| WO1995030059A1 (fr) | Dispositif de commande d'excavation a limitation de surface de travail pour engin de terrassement | |
| US11505918B2 (en) | System for remapping a control signal for excavator arm movement to a rotatory degree of freedom of a tool | |
| KR19990081852A (ko) | 건설 기계의 제어 장치 | |
| WO1995018272A1 (fr) | Dispositif de commande d'un engin de travaux publics | |
| JP4619725B2 (ja) | 作業腕の動作制御装置 | |
| JP2002167794A (ja) | 油圧ショベルのフロント制御装置 | |
| JP2662272B2 (ja) | 伸縮ブームを有する作業機の軌跡制御装置 | |
| JPH076212B2 (ja) | パワ−シヨベルの位置制御装置 | |
| EP0293057B1 (en) | Apparatus for controlling arm movement of industrial vehicle | |
| JPH0776453B2 (ja) | 作業機の軌跡制御装置 | |
| JP2000355957A (ja) | 油圧ショベルの領域制限掘削制御装置 | |
| JP2824167B2 (ja) | 油圧ショベルの操作性向上のための手動操作装置 | |
| JP3682352B2 (ja) | 建設機械のフロント制御装置 | |
| JP2792925B2 (ja) | 作業機の軌跡制御装置 | |
| JP2601865B2 (ja) | 作業機の軌跡制御装置 | |
| JP2662271B2 (ja) | 作業機の軌跡制御装置 | |
| JP2672724B2 (ja) | 多関節アームを備えた軌跡制御装置 | |
| JPH10292420A (ja) | 油圧ショベルの掘削軌跡制御装置 | |
| JP2537749Y2 (ja) | 伸縮ブームの垂直移動制御装置 | |
| JP2798748B2 (ja) | 作業アタッチメントの姿勢角自動設定装置 | |
| JPH0559745A (ja) | 腕式作業機の作業具軌跡制御装置 | |
| JPH0454792B2 (ja) | ||
| JPS6145025B2 (ja) | ||
| JPH04136323A (ja) | 掘削作業機の掘削深さ制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |