JP2674918B2 - Hydraulic excavator - Google Patents

Hydraulic excavator

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JP2674918B2
JP2674918B2 JP2840092A JP2840092A JP2674918B2 JP 2674918 B2 JP2674918 B2 JP 2674918B2 JP 2840092 A JP2840092 A JP 2840092A JP 2840092 A JP2840092 A JP 2840092A JP 2674918 B2 JP2674918 B2 JP 2674918B2
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bucket
distance
hydraulic
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stick
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エス.ルキック マイクル
ビー リーグ リチャード
祥二 戸澤
藤井  敏
智昭 小野
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キヤタピラー インコーポレーテツド
新キャタピラー三菱株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、地面を掘削する油圧シ
ョベルに関し、特に、バケットの進行方向或いはバケッ
トの姿勢を一定に保って掘削する油圧ショベルに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydraulic excavator for excavating the ground, and more particularly to a hydraulic excavator for excavating while keeping the traveling direction of the bucket or the posture of the bucket constant.

【0002】[0002]

【従来の技術】油圧ショベルのフロントショベルではマ
スターシリンダ等を用いて機械的に水平掘削(水平押出
し)を行う装置はあったが、部品点数が多い、掘削方向
に角度を持たせることが困難である等の理由により、バ
ックホーには利用されていない。一方、バックホーにお
いては電子制御による直線掘削装置が提案されているが
いずれもフロントリンケージの節点回転部に回転角度を
センサーを取付けフィードバックの制御するものであ
る。しかし角度センサーを用いる場合、取付けピン毎に
センサーの較正をしなくてはならず、又、角度センサー
を関節部のピンに取付けるための取付具やカバー類に高
い精度と頑強性が要求される等の問題もあった。さら
に、シリンダのフィードバック制御においては、シリン
ダと角度センサーの間にリンケージが介在するため、制
御演算が複雑化し、これが制御精度を悪化させる要因の
ひとつとなっていた。油圧制御に関してはポンプ斜板を
制御してシリンダ速度を調整する方法や、サーボ弁ある
いは圧力補償弁を用いてシリンダ負荷の影響を受けにく
い油圧システムとしてシリンダの位置制御を行う手法は
提案されているが、コストが高くなるという欠点があっ
た。又、手動操作時における操作感覚が従来の油圧シス
テムと大きく異なる等の問題もあった。
2. Description of the Related Art In front shovels of hydraulic excavators, there was a device for mechanically performing horizontal excavation (horizontal extrusion) using a master cylinder or the like, but it has a large number of parts and it is difficult to give an angle in the excavating direction. For some reason, it is not used as a backhoe. On the other hand, in the backhoe, a linear excavation device by electronic control has been proposed, but in all of them, a rotation angle sensor is attached to the nodal rotation part of the front linkage to control feedback. However, when using the angle sensor, it is necessary to calibrate the sensor for each mounting pin, and the mounting fixtures and covers for mounting the angle sensor on the joint pins require high accuracy and robustness. There was also such a problem. Further, in the feedback control of the cylinder, since the linkage is interposed between the cylinder and the angle sensor, the control calculation becomes complicated, which is one of the factors that deteriorate the control accuracy. Regarding hydraulic control, methods have been proposed to control the swash plate of the pump to adjust the cylinder speed, and to use a servo valve or pressure compensation valve to control the position of the cylinder as a hydraulic system that is not easily affected by the cylinder load. However, there was a drawback that the cost was high. In addition, there is a problem that the operation feeling during manual operation is greatly different from that of the conventional hydraulic system.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セン
サーの精度や分解能やセンサーの取り付け精度が高くな
くてもバケットの位置と姿勢の制御を正確に且つ安定し
て行い得る油圧ショベルを提供する事である。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a hydraulic excavator that can accurately and stably control the position and orientation of a bucket even if the accuracy and resolution of the sensor and the mounting accuracy of the sensor are not high. Is to do.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明による油圧ショベ
ルは、油圧ショベル本体と、油圧ショベル本体に対して
一端が回転可能に接続されるブームと、ブームに対して
一端が回転可能に接続されるスティックと、スティック
に対して一端が回転可能に接続され先端が地面を掘削し
内部に土砂を収容可能なバケットと、油圧ショベル本体
に対して一端が回転可能に接続されブームに対して他の
一端が回転可能に接続され端部間の距離が伸縮してブー
ムを油圧ショベル本体に対して回転させるブーム油圧シ
リンダーと、ブームに対して一端が回転可能に接続され
スティックに対して他の一端が回転可能に接続され端部
間の距離が伸縮してスティックをブームに対して回転さ
せるスティック油圧シリンダーと、スティックに対して
一端が回転可能に接続されバケットに対して他の一端が
回転可能に接続され端部間の距離が伸縮して、バケット
をスティックに対して回転させるバケット油圧シリンダ
ーとを有しており、更に、ブーム油圧シリンダーの端部
間の距離の伸縮変位を測定するブームセンサーと、ステ
ィック油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定
するスティックセンサーと、バケットと油圧シリンダー
の端部間の距離の伸縮変位を測定するバケットセンサー
とを有し、測定された油圧シリンダーの端部間の距離の
伸縮変位が、所望の油圧シリンダーの端部間の距離の伸
縮変位と等しくなるまで、油圧シリンダーの端部間の距
離を変化させる。
A hydraulic excavator according to the present invention includes a hydraulic excavator main body, a boom having one end rotatably connected to the hydraulic excavator main body, and one end rotatably connected to the boom. One end of the stick is rotatably connected to the stick and one end is rotatably connected to the stick, and the other end is rotatably connected to the hydraulic excavator body. Is rotatably connected and the distance between the ends expands and contracts, and the boom hydraulic cylinder that rotates the boom relative to the excavator body, and one end rotatably connected to the boom and the other end rotates to the stick. A stick hydraulic cylinder that is connected and allows the distance between the ends to expand and contract to rotate the stick relative to the boom, and one end can rotate relative to the stick And a bucket hydraulic cylinder that rotatably connects the other end to the bucket and the distance between the ends expands and contracts to rotate the bucket with respect to the stick. A boom sensor that measures the telescopic displacement of the distance between the parts, a stick sensor that measures the telescopic displacement of the distance between the ends of the stick hydraulic cylinder, and a bucket that measures the telescopic displacement of the distance between the bucket and the end of the hydraulic cylinder. With a sensor, change the distance between the ends of the hydraulic cylinder until the measured telescopic displacement of the distance between the ends of the hydraulic cylinder equals the telescopic displacement of the distance between the ends of the desired hydraulic cylinder. Let

【0005】[0005]

【作用】本発明によれば、油圧ショベルが、ブーム油圧
シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定するブーム
センサーと、スティック油圧シリンダーの端部間の距離
の伸縮変位を測定するスティックセンサーと、バケット
油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定するバ
ケットセンサーとを有し、測定された油圧シリンダーの
端部間の距離の伸縮変位が、所望の油圧シリンダーの端
部間の距離の伸縮変位と等しくなるまで、油圧シリンダ
ーの端部間の距離を変化させるので、油圧ショベル本体
に対してのブーム回転角度と、ブームに対してのスティ
ックの回転角度と、スティックに対してのバケットの回
転角度とは、実際の回転角度に基づいて制御されるので
はなく、各シリンダーの端部間の距離の測定された伸縮
変位に基づいて制御される。各シリンダーの制御を実際
の回転角度に基づいて行う場合、角度センサーの精度や
分解能やセンサーの取り付け精度や予め測定される機構
寸法の精度が高くないと、各シリンダーの実際の伸縮変
位と角度センサーにより測定された角度に基づいて予測
される各シリンダーの伸縮変位とが正確に対応せず、不
必要なシリンダーの変位をもたらし、各シリンダーの伸
縮変位の正確な制御ができない。更に、機構の剛性が低
かったり機構にガタ等の非線型変位要素がある場合に
は、制御系が安定せずに好ましくない振動を発生する。
角度センサーの精度や分解能やセンサーの取り付け精度
を高める事は、シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を
測定するリニアセンサーの精度や分解能やセンサーの取
り付け精度を高める事に比して一般的に困難であり、更
に機構の重量を上昇させる事無く機構の剛性を上げたり
機構のガタ等の非線型変位量を耐久性と低い滑動抵抗を
保ちながら低く維持する事は一般的に困難であり、本発
明による従来技術に対する利点は一層格別なものとな
る。
According to the present invention, the hydraulic excavator has a boom sensor for measuring the telescopic displacement of the distance between the ends of the boom hydraulic cylinder, and a stick sensor for measuring the telescopic displacement of the distance between the ends of the stick hydraulic cylinder. , A bucket sensor for measuring the telescopic displacement of the distance between the ends of the bucket hydraulic cylinder, and the telescopic displacement of the measured distance between the ends of the hydraulic cylinder is Since the distance between the ends of the hydraulic cylinder is changed until it becomes equal to the expansion and contraction displacement, the boom rotation angle with respect to the hydraulic excavator body, the stick rotation angle with respect to the boom, and the bucket rotation angle with respect to the stick. The rotation angle is not controlled based on the actual rotation angle, but based on the measured telescopic displacement of the distance between the ends of each cylinder. It is. When controlling each cylinder based on the actual rotation angle, unless the accuracy and resolution of the angle sensor, the mounting accuracy of the sensor, and the accuracy of the mechanical dimensions measured in advance are high, the actual expansion and contraction displacement of each cylinder and the angle sensor The expansion and contraction displacement of each cylinder that is predicted based on the angle measured by does not correspond exactly, resulting in unnecessary cylinder displacement, and the expansion and contraction displacement of each cylinder cannot be accurately controlled. Furthermore, if the mechanism has low rigidity or the mechanism has a non-linear displacement element such as backlash, the control system is not stable and undesired vibration occurs.
Increasing the accuracy and resolution of the angle sensor and increasing the accuracy of sensor installation are generally more effective than increasing the accuracy and resolution of the linear sensor that measures the expansion and contraction displacement of the distance between the ends of the cylinder, and the accuracy of sensor installation. It is difficult, and it is generally difficult to increase the rigidity of the mechanism without increasing the weight of the mechanism and to keep the amount of non-linear displacement such as rattling of the mechanism low while maintaining durability and low sliding resistance. The advantages of the present invention over the prior art are even more significant.

【0006】油圧ショベルの各油圧シリンダーを制御す
る場合、各シリンダーの端部間の距離の測定された伸縮
変位に基づいて制御を行えば、センサーの精度及び分解
能や取り付け精度が低くても各シリンダーの端部間の距
離の制御を正確に行う事ができ、更に各シリンダーの動
作は機構の剛性が低かったり機構にガタ等の非線型変位
要素があっても安定している。
When controlling each hydraulic cylinder of a hydraulic excavator, if control is performed based on the measured expansion and contraction displacement of the distance between the end portions of each cylinder, each cylinder can be controlled even if the accuracy and resolution of the sensor and the mounting accuracy are low. The distance between the ends of the cylinder can be controlled accurately, and the operation of each cylinder is stable even if the mechanism has low rigidity or the mechanism has a non-linear displacement element such as backlash.

【0007】[0007]

【実施例】本発明によるシステムにおいては、従来のパ
イロット油圧ラインに圧力センサー19及び圧力スイッ
チ16を組込み操作レバー6,8の操作量を検出し、シ
リンダー変位、速度、加速度センサー20,21,22
を用いてフィードバック制御を行い、制御は各シリンダ
ー120,121,122毎に独立した多自由度フィー
ドバック制御としている。(圧力補償弁等の油器の追加
は不要。)車両傾斜角センサー24を用いて車両本体1
00の傾斜による影響は補正され、コントローラ1から
の電気信号にてシリンダー120,121,122を駆
動するために電磁比例弁3を利用している。手動/半自
動モード切替スイッチによりオペレータは任意にモード
の選択ができる。目標法面角を設定するための設定器を
設けている。圧力センサー19はスティック300の伸
縮、ブーム200の上下の操作レバー6,8から主制御
弁13,14,15に接続されているパイロット配管に
取付けられる。このパイロット油圧は、操作レバー6,
8の操作量によって変化するためこの油圧を計測するこ
とで操作レバー6,8の操作量を推定することができ
る。スティック操作レバー8は設定された掘削斜面に対
して平行方向の、ブーム操作レバー6は設定斜面に対し
て垂直方向の、バケット歯先移動速度を決定するものと
して使用される。従って、スティック操作レバー8とブ
ーム操作レバー6の同時操作時は設定斜面に対して平行
及び垂直方向の合成ベクトルにてバケット歯先の移動方
向とその速度が決定される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the system according to the present invention, a pressure sensor 19 and a pressure switch 16 are installed in a conventional pilot hydraulic line to detect the operation amounts of operating levers 6 and 8 to detect cylinder displacement, speed and acceleration sensors 20, 21 and 22.
Is used to perform feedback control, and the control is independent multi-degree-of-freedom feedback control for each cylinder 120, 121, 122. (Addition of an oil device such as a pressure compensation valve is unnecessary.) The vehicle body 1 using the vehicle inclination angle sensor 24
The influence of the tilt of 00 is corrected, and the solenoid proportional valve 3 is used to drive the cylinders 120, 121, 122 by the electric signal from the controller 1. The manual / semi-automatic mode changeover switch allows the operator to arbitrarily select a mode. A setting device for setting the target slope angle is provided. The pressure sensor 19 is attached to the pilot pipe connected to the main control valves 13, 14 and 15 from the expansion and contraction of the stick 300 and the upper and lower operation levers 6 and 8 of the boom 200. This pilot hydraulic pressure is applied to the operating levers 6,
Since it changes depending on the operation amount of 8, the operation amount of the operation levers 6 and 8 can be estimated by measuring this hydraulic pressure. The stick operation lever 8 is used to determine the bucket tooth tip moving speed in the direction parallel to the set excavation slope, and the boom operation lever 6 is used to determine the bucket tip moving speed in the direction perpendicular to the set slope. Therefore, when the stick operation lever 8 and the boom operation lever 6 are simultaneously operated, the moving direction and speed of the bucket tooth tip are determined by the combined vector parallel and vertical to the set slope.

【0008】圧力スイッチ16は、ブーム、スティッ
ク、バケットの操作レバー6,8のパイロット配管にセ
レクタ17を介して取付けられる。この圧力スイッチ1
6は、操作レバー6,8が中立か否かを検出するために
使用される。すなわち、操作レバー6,8が中立状態の
時圧力スイッチの出力はOFFであり、操作レバー6,
8が使用されると圧力スイッチの出力がONとなる。こ
れらの中立検出用圧力スイッチ16は上記圧力センサー
19の異常検出及び手動/半自動モードの切替用として
利用される。
The pressure switch 16 is attached to the pilot pipes of the operating levers 6 and 8 for the boom, stick and bucket via a selector 17. This pressure switch 1
6 is used to detect whether the operation levers 6 and 8 are neutral. That is, when the operation levers 6 and 8 are in the neutral state, the output of the pressure switch is OFF, and the operation levers 6 and 8 are
When 8 is used, the output of the pressure switch is turned on. The neutral detection pressure switch 16 is used for detecting an abnormality of the pressure sensor 19 and for switching a manual / semi-automatic mode.

【0009】シリンダー変位、速度、加速度センサー2
0,21,22は、各シリンダー毎に取付けられ、フィ
ードバック制御に利用される他、変位信号はバケット歯
先の位置計測/表示用の座標を計測するためにも利用さ
れる。半自動システムにおけるバケット歯先位置は油圧
ショベルの上部旋回体1のある1点を原点として演算さ
れるが、上部旋回体1がフロントリンケージ方向に傾斜
した時、制御演算上の座標系を車両傾斜分だけ回転する
ことが必要になる。傾斜センサー24はこの座標系の回
転分を補正するために使用される。
Cylinder displacement, velocity and acceleration sensor 2
0, 21, 22 are attached to each cylinder and used for feedback control, and the displacement signal is also used for measuring coordinates for position measurement / display of bucket tip. The bucket tip position in the semi-automatic system is calculated with one point on the upper revolving superstructure 1 of the hydraulic excavator as the origin, but when the upper revolving superstructure 1 is tilted in the front linkage direction, the coordinate system in the control calculation is divided by the vehicle tilt. Only need to rotate. The tilt sensor 24 is used to correct the rotation amount of this coordinate system.

【0010】コントローラ1からの電気信号によって電
磁比例弁3はパイロットポンプ50から供給される油圧
を制御し、シリンダー120,121,122の目標速
度が得られる様に主制御弁13,14,15のスプール
位置を制御する。制御された油圧は切替弁4又はセレク
タ弁18を通して主制御弁13,14,15に伝わる。
切替弁4を手動モード側にすることにより手動にてシリ
ンダーを制御することができる。ブーム及びスティック
合流調整比例弁11,12は目標シリンダー速度に応じ
た油量を得るために2つのポンプ51,52の合流度合
を調整するものである。
The electromagnetic proportional valve 3 controls the hydraulic pressure supplied from the pilot pump 50 by an electric signal from the controller 1, and the main control valves 13, 14, 15 are controlled so that the target speeds of the cylinders 120, 121, 122 are obtained. Control spool position. The controlled hydraulic pressure is transmitted to the main control valves 13, 14, 15 through the switching valve 4 or the selector valve 18.
The cylinder can be manually controlled by setting the switching valve 4 to the manual mode side. The boom and stick merging adjustment proportional valves 11 and 12 adjust the merging degree of the two pumps 51 and 52 in order to obtain the oil amount according to the target cylinder speed.

【0011】スティック操作レバー8にはON−OFF
スイッチ(法面掘削スイッチ)9が取付けられており、
オペレータがこのスイッチを操作することによって半自
動モードが選択又は非選択される。半自動モードが選択
されるとバケット歯先を直線的に動かすことができる様
になる。バケット操作レバー6にはON−OFFスイッ
チ(バケット自動復帰スタートスイッチ)7が取付けら
れており、運転手がこのスイッチをONすることによっ
てバケットがあらかじめ設定された角に自動復帰する。
The stick operation lever 8 is ON-OFF
A switch (slope excavation switch) 9 is attached,
The operator operates this switch to select or deselect the semi-automatic mode. When the semi-automatic mode is selected, the bucket tip can be moved linearly. An ON-OFF switch (bucket automatic return start switch) 7 is attached to the bucket operation lever 6, and when the driver turns on this switch, the bucket automatically returns to a preset corner.

【0012】安全弁5は上記比例弁3に供給されるパイ
ロット圧を断続するためのもので安全弁5がON状態の
時のみパイロット圧が電磁比例弁3に供給される。従っ
て半自動制御上何らかの故障があった場合、あるいは危
険な状態となり得る場合はこの安全弁をOFF状態にす
ることによりすみやかにリンケージの自動制御を停止す
ることができる。
The safety valve 5 is for interrupting the pilot pressure supplied to the proportional valve 3, and the pilot pressure is supplied to the solenoid proportional valve 3 only when the safety valve 5 is in the ON state. Therefore, if some failure occurs in the semi-automatic control, or if a dangerous state can occur, the safety valve can be turned off to promptly stop the automatic control of the linkage.

【0013】エンジンの回転速度はオペレータが設定し
たエンジンスロットルの位置によって異なる。又、エン
ジンスロットルが一定であっても負荷によってエンジン
回転速度は変化する。ポンプ50,51,52はエンジ
ンに直結されているためエンジン回転速度が変化する
と、ポンプ吐出量も変化するため、主制御弁13,1
4,15のスプール位置が一定であってもシリンダー速
度はエンジン回転速度の変化に応じて変化してしまう。
これを補正するためにエンジン回転速度センサー23が
取付けられている。すなわちエンジン回転速度が低い時
はバケット歯先の目標移動速度を遅くする。
The rotation speed of the engine depends on the position of the engine throttle set by the operator. Further, even if the engine throttle is constant, the engine speed changes depending on the load. Since the pumps 50, 51, 52 are directly connected to the engine, when the engine speed changes, the pump discharge amount also changes, so the main control valves 13, 1
Even if the spool positions of 4 and 15 are constant, the cylinder speed changes according to the change of the engine rotation speed.
An engine speed sensor 23 is attached to correct this. That is, when the engine rotation speed is low, the target moving speed of the bucket tip is slowed.

【0014】目標法面角設定器付きモニタパネル10
(以下モニタパネルと呼ぶ)は目標法面角、バケット復
帰角の設定器として使用される他、バケット歯先の座
標、計測された法面角、計測された2点座標間距離の表
示器としても使用される。
Monitor panel 10 with target slope setting device
(Hereinafter referred to as the monitor panel) is used as a setter for the target slope angle and the bucket return angle, as well as an indicator for the coordinates of the bucket tooth tips, the measured slope angle, and the measured distance between two point coordinates. Also used.

【0015】従来の手動制御のシステムに比し、本発明
によるシステムは、以下の半自動制御の機能を追加して
いる。圧力センサー19を用いてパイロット圧の変化に
より操作レバー7,8の操作量を求めている。従来のオ
ープンセンタバルブ油圧システムをそのまま利用してい
る。(圧力補償弁等の追加を必要としない)目標法面角
設定器付モニタ10でバケット歯先座標をリアルタイム
に表示する。掘削深さ及び距離を計測する。整形された
法面角を計測する。リンケージ200,300,400
の移動量センサーとしてシリンダー変位、速度、加速度
センサー20,21,22を利用している。(ピンジョ
イント部に角度センサーを用いていない。)主制御弁1
3,14,15のスプールを電磁比例弁3を用いて制御
している。フィードバック制御ループが各シリンダー1
20,121,122毎に独立している。制御アルゴリ
ズムが変位、速度、加速度およびフィードフォワードの
多自由制御としている。安全弁5を用いることによりシ
ステムの異常時における暴走を防止している。ブーム2
00及びスティック300の合成移動量は掘削速度に合
わせて自動調整される電子油圧システムとしている。油
圧機器の非線形性をテーブルルックアップ手法により高
速に線形化し制御精度を向上している。半自動掘削モー
ドにおいても(掘削中に)手動にてバケット角及び目標
法面高さの微調整が可能である。バケット400を自動
的にあらかじめ設定されているバケット角に復帰する
(バケット自動復帰)の機能がある。外部ターミナルを
用いてゲイン調整等のメインテナンスができる。車両傾
斜センサー24により車両傾斜の影響を補正している。
エンジン回転速度を読み込むことにより、エンジンスロ
ットルの位置及び負荷変動による制御精度の悪化を補正
している。
Compared with the conventional manual control system, the system according to the present invention adds the following semi-automatic control function. The pressure sensor 19 is used to determine the operation amount of the operation levers 7 and 8 based on the change in pilot pressure. The conventional open center valve hydraulic system is used as it is. The bucket tip coordinates are displayed in real time on the monitor with target slope angle setting device 10 (which does not require addition of a pressure compensation valve or the like). Measure the excavation depth and distance. Measure the shaped slope angle. Linkage 200, 300, 400
Cylinder displacement, speed and acceleration sensors 20, 21 and 22 are used as the movement amount sensor. (An angle sensor is not used for the pin joint part.) Main control valve 1
The spools 3, 14 and 15 are controlled using the solenoid proportional valve 3. Feedback control loop for each cylinder 1
It is independent for each 20, 121, 122. The control algorithm is multi-free control of displacement, velocity, acceleration and feedforward. The use of the safety valve 5 prevents runaway when the system is abnormal. Boom 2
The combined movement amount of 00 and the stick 300 is an electronic hydraulic system that is automatically adjusted according to the excavation speed. The control accuracy is improved by linearizing the non-linearity of hydraulic equipment at high speed using a table lookup method. Even in the semi-automatic excavation mode, the bucket angle and the target slope height can be finely adjusted manually (during excavation). There is a function of automatically returning the bucket 400 to a preset bucket angle (automatic bucket return). You can perform maintenance such as gain adjustment using an external terminal. The influence of the vehicle inclination is corrected by the vehicle inclination sensor 24.
By reading the engine rotation speed, the deterioration of control accuracy due to engine throttle position and load fluctuations is corrected.

【0016】半自動システムでは半自動制御モード、手
動モード、サービスモードが用意されている。以下各モ
ードについて述べる。 1.半自動制御モード (1) バケット角制御モード スティック30及びブーム200を動かしてもバケット
400の水平方向(垂直方向)に対する角度(バケット
角)が常に一定に保たれるモード(モニタパネル10上
のバケット角制御スイッチON)。バケット400が手
動にて動かされた時、このモードは解除されバケットが
止まった時点でのバケット角が新しいバケット保持角と
して記憶される。 (2) 法面掘削モード バケット400の歯先12が直線的に動くモード。但し
バケットシリンダー122は動かない。(バケットの移
動に伴いバケット角が変化する。)(図2) (3) 法面掘削モード+バケット角制御モード バケット400の歯先12が直線的に動くモード。バケ
ット角も掘削中一定に保たれる。(図3) (4) バケット自動復帰モード バケット角があらかじめ設定された角度に自動的に復帰
するモード。復帰バケット角はモニタパネル10によっ
て設定される。このモードはバケット操作レバー6上の
バケット自動復帰スタートスイッチ7をONにすること
で始動する。バケット400があらかじめ設定された角
度まで復帰した時点でこのモードは解除される。
The semi-automatic system has a semi-automatic control mode, a manual mode and a service mode. Each mode will be described below. 1. Semi-automatic control mode (1) Bucket angle control mode A mode in which the angle (bucket angle) with respect to the horizontal direction (vertical direction) of the bucket 400 is always kept constant even if the stick 30 and the boom 200 are moved (bucket angle on the monitor panel 10). Control switch ON). When the bucket 400 is manually moved, this mode is released and the bucket angle at the time when the bucket stopped is stored as a new bucket holding angle. (2) Slope excavation mode A mode in which the tip 12 of the bucket 400 moves linearly. However, the bucket cylinder 122 does not move. (The bucket angle changes with the movement of the bucket.) (Fig. 2) (3) Slope excavation mode + bucket angle control mode A mode in which the tip 12 of the bucket 400 moves linearly. The bucket angle is also kept constant during excavation. (Fig. 3) (4) Bucket automatic return mode This mode automatically returns the bucket angle to a preset angle. The return bucket angle is set by the monitor panel 10. This mode starts when the bucket automatic return start switch 7 on the bucket operation lever 6 is turned on. This mode is released when the bucket 400 returns to a preset angle.

【0017】上記(2) 及び(3) はモニタパネル10上の
半自動制御スイッチON、かつ、スティック操作レバー
8上の法面掘削スイッチ9をONにし、スティック操作
レバー8とブーム操作レバー6の両方又はどちらか一方
が動かされた時これらのモードに入る。目標法面角はモ
ニタパネル10上のスイッチ操作にて設定される。これ
らのモードではスティック操作レバー8の操作量が目標
法面角に対して平行方向、ブーム操作レバー6の操作量
は垂直方向のバケット歯先移動速度を与える。従ってス
ティック操作レバー8を動かすと目標法面角に添ってバ
ケット歯先112が直線移動を開始し、掘削中にブーム
操作レバー6を動かすことによって手動による目標法面
高さの微調整が可能となる。又、これらのモードではバ
ケット操作レバー6を操作することによって掘削中のバ
ケット角を微調整する他、目標法面高さも変更すること
ができる。
In the above (2) and (3), the semi-automatic control switch on the monitor panel 10 and the slope excavation switch 9 on the stick operating lever 8 are turned on, and both the stick operating lever 8 and the boom operating lever 6 are turned on. Or enter these modes when either is moved. The target slope angle is set by operating a switch on the monitor panel 10. In these modes, the operation amount of the stick operation lever 8 gives the bucket tooth tip moving speed in the direction parallel to the target slope angle, and the operation amount of the boom operation lever 6 gives the bucket tooth tip moving speed in the vertical direction. Therefore, when the stick operation lever 8 is moved, the bucket tooth tip 112 starts to move linearly along the target slope angle, and by moving the boom operation lever 6 during excavation, fine adjustment of the target slope height can be performed manually. Become. Further, in these modes, by operating the bucket operating lever 6, the bucket angle during excavation can be finely adjusted, and the target slope height can also be changed.

【0018】2.手動モード 上記1の半自動制御モード以外のモード。このモードで
は従来の油圧ショベルと同等の操作が可能となる他にバ
ケット歯先112の座標表示が可能である。
2. Manual mode Modes other than the semi-automatic control mode described in 1 above. In this mode, the operation similar to that of the conventional hydraulic excavator can be performed, and the coordinates of the bucket tooth tip 112 can be displayed.

【0019】3.サービスモード 半自動システム全体のサービス・メンテナンスを行うた
めのモード。このモードはコントローラ1に外部ターミ
ナル2を接続することによって行われる。サービスモー
ドによって制御ゲインの調整及び各センサーの初期化等
が行われる。各モードとスイッチ7,9,16の操作、
電磁比例弁3、切替弁4、安全弁5の状態を表1に示
す。
3. Service mode Mode for performing service and maintenance of the entire semi-automatic system. This mode is performed by connecting the external terminal 2 to the controller 1. The control gain is adjusted and each sensor is initialized depending on the service mode. Operation of each mode and switches 7, 9, 16
Table 1 shows the states of the electromagnetic proportional valve 3, the switching valve 4, and the safety valve 5.

【0020】[0020]

【表1】 ○:ON ×:OFF −:ON又はOFF[Table 1] ○: ON ×: OFF −: ON or OFF

【0021】次に半自動システムにおける目標法面角及
び復帰角の設定法について述べる。 1.目標法面角の設定法:目標法面角は次の3つの方法
にて設定される。 (1) モニタパネル10上のスイッチによる数値入力によ
る方法:目標法面角を度、又は%にて数値入力する方法
であり、正と負の両方の値が入力できる。 (2) 2点座標入力法:バケット歯先の座標を2点計測
し、その2点の傾きより目標法面角を計算する方法。具
体的にはオペレータがバケット歯先112を被掘削斜面
の下部と上部の2個所に移動し、それぞれの座標を計測
することによって目標法面角を求める。目標法面角θは
次式で求められる。
Next, a method of setting the target slope angle and the return angle in the semi-automatic system will be described. 1. Target slope angle setting method: The target slope angle is set by the following three methods. (1) A method of inputting a numerical value by a switch on the monitor panel 10: A method of numerically inputting a target slope angle in degrees or%, and both positive and negative values can be input. (2) Two-point coordinate input method: A method in which the coordinates of the bucket tip are measured at two points and the target slope angle is calculated from the inclination of the two points. Specifically, the operator moves the bucket tip 112 to two positions, a lower part and an upper part of the excavation slope, and obtains the target slope angle by measuring the respective coordinates. The target slope angle θ is calculated by the following equation.

【0022】[0022]

【数1】 θ=目標法面角 X1 ,Y1 :1点目のバケット歯先のX,Y座標 X2 ,Y2 :2点目のバケット歯先のX,Y座標(Equation 1) θ = target slope angle X 1 , Y 1 : X and Y coordinates of the bucket tip of the first point X 2 , Y 2 : X and Y coordinates of the bucket tip of the second point

【0023】(3) バケット角度による入力法:目標法面
設定角となるまでバケット400を動かし、その時のバ
ケット角度をモニタパネル10上のスイッチ操作により
記憶する。この角度を目標法面設定角とする。バケット
角はバケット400を動かしている間中、モニタパネル
10にてリアルタイム表示される。
(3) Input method by bucket angle: The bucket 400 is moved until the target slope setting angle is reached, and the bucket angle at that time is stored by a switch operation on the monitor panel 10. This angle is the target slope setting angle. The bucket angle is displayed in real time on the monitor panel 10 while the bucket 400 is being moved.

【0024】2.バケット復帰角の設定法 バケット自動復帰モードにおける目標バケット復帰角は
次の2つの方法にて設定される。 (1) モニタパネル上のスイッチによる数値入力による方
法:目標バケット復帰角を数値入力する。 (2) バケット移動による方法:バケット角が目標バケッ
ト復帰角となるまでバケット400を動かし、その時の
バケット角度をモニタパネル10上のスイッチ操作にて
記憶する。この角度を目標バケット復帰角とする。バケ
ット角はバケット400を動かしている間中、モニタパ
ネル10にてリアルタイム表示される。
2. Setting method of bucket return angle The target bucket return angle in the bucket automatic return mode is set by the following two methods. (1) Method by inputting a numerical value using the switch on the monitor panel: Input the target bucket return angle numerically. (2) Method by moving bucket: The bucket 400 is moved until the bucket angle reaches the target bucket return angle, and the bucket angle at that time is stored by a switch operation on the monitor panel 10. This angle is the target bucket return angle. The bucket angle is displayed in real time on the monitor panel 10 while the bucket 400 is being moved.

【0025】次に半自動システムの制御アルゴリズムに
ついて述べる。半自動制御モード(バケット自動復帰モ
ードを除く)制御アルゴリズムを図4に示す。先ず、バ
ケット歯先112の移動速度及び方向を目標法面設定
角、スティックシリンダー121及びブームシリンダー
120を制御するパイロット油圧、車両傾斜角、エンジ
ン回転速度の情報より求める。次にその情報を基に各シ
リンダー120,121,122の目標速度を演算す
る。この時エンジン回転速度の情報はシリンダー速度の
上限を決定する時必要となる。制御は各シリンダー12
0,121,122毎に独立したフィードバックループ
としており、互いに干渉し合うことはない。閉ループ制
御内の補償器は図5に示すように変位、速度、加速度の
三系統のフィードバックループとフィードフォワードル
ープの多自由度構成としている。特に速度と加速度の内
側のフィードバックループはリンケージ姿勢変化や負荷
変動によるシリンダー速度の補償に役立っている。加速
度信号はコントローラの中で速度信号を微分して求めて
も良い。非線形除去テーブルは電磁比例弁、主制御弁等
の非線形性を除去するためのもので、テーブルルックア
ップ手法を用いることによりマイコンにて高速に処理す
ることができる。
Next, the control algorithm of the semi-automatic system will be described. A semi-automatic control mode (excluding bucket automatic return mode) control algorithm is shown in FIG. First, the moving speed and direction of the bucket tip 112 are obtained from the information of the target slope setting angle, the pilot hydraulic pressure for controlling the stick cylinder 121 and the boom cylinder 120, the vehicle inclination angle, and the engine rotation speed. Next, the target speed of each cylinder 120, 121, 122 is calculated based on the information. At this time, information on the engine speed is necessary when determining the upper limit of the cylinder speed. Control each cylinder 12
An independent feedback loop is provided for each of 0, 121 and 122, and they do not interfere with each other. As shown in FIG. 5, the compensator in the closed loop control has a multi-degree-of-freedom configuration of a feedback loop and a feedforward loop of three systems of displacement, velocity and acceleration. In particular, the feedback loop inside the velocity and acceleration is useful for compensating the cylinder velocity due to linkage attitude changes and load fluctuations. The acceleration signal may be obtained by differentiating the velocity signal in the controller. The non-linearity removal table is for removing non-linearity of the solenoid proportional valve, the main control valve, etc., and can be processed at high speed by the microcomputer by using the table lookup method.

【0026】各半自動制御モードとその制御法を次に示
す。図6にフロントリンケージを示す。Lは固定長Aは
固定角λはシリンダー長さの可変長θは可変角を示す。
例えばL101104 は節点101と節点104の距離、λ
102111はブームシリンダー120の長さ、A102101104
はL101102とL101104 のなす角、θ102101111 はL
101102とL101111のなす角を示す。尚、節点101をx
y座標の原点とする。
Each semi-automatic control mode and its control method are shown below. Figure 6 shows the front linkage. L is a fixed length A is a fixed angle λ is a variable length of the cylinder length θ is a variable angle.
For example, L 101104 is the distance between the nodes 101 and 104, λ
102111 is the length of the boom cylinder 120, A 102101104
Is the angle between L 101102 and L 101104 , and θ 102101111 is L
The angle formed by 101102 and L 101111 is shown. Note that the node 101 is x
The origin of the y coordinate.

【0027】1.バケット角度制御モード バケット400とx軸となす角φを任意の位置で一定と
なる様にバケットシリンダー122長さを制御する。バ
ケットシリンダー長さλ106109はブームシリンダー長さ
λ102111、スティックシリンダー長さλ103105及び、φ
が決まると求められる。λ102111とλ103105はセンサー
20,21によってリアルタイムに求められる。従って
λ106109の目標値も演算によってリアルタイムに求めら
れ、この目標値に追従する様にバケットシリンダー12
2が制御される。バケットシリンダー長さλ106109は次
式にて求められる。
1. Bucket Angle Control Mode The length of the bucket cylinder 122 is controlled so that the angle φ formed between the bucket 400 and the x axis is constant at any position. Bucket cylinder length λ 106109 is boom cylinder length λ 102111 , stick cylinder length λ 103105 and φ
Is required when is decided. λ 102111 and λ 103105 are obtained in real time by the sensors 20 and 21. Therefore, the target value of λ 106109 is also calculated in real time, and the bucket cylinder 12 is made to follow this target value.
2 is controlled. Bucket cylinder length λ 106109 is calculated by the following formula.

【0028】[0028]

【数2】 (Equation 2)

【数3】 θ106107109 =2π−A104107106 −A104107108 −θ109107108 ## EQU3 ## θ 106107109 = 2π-A 104107106 -A 104107108109107108

【数4】θ109107108 =θ109107110 +θ108107110 (4) θ 109107108 = θ 109107110 + θ 108107110

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【数8】 θ107108110 =2π−A110108112 −φ+θbm +θst [Equation 8] θ 107108110 = 2π-A 110108112 -φ + θ bm + θ st

【数9】 θbm=θ102101111 −A102101104 −Axbm101111 ## EQU9 ## θ bm = θ 102101111 -A 102101104 -A xbm101111

【数10】 (Equation 10)

【数11】 [Equation 11]

【0029】2.法面掘削モード+バケット角度制御モ
ード バケット角度は一定に保たれるからバケット歯先位置1
12と節点108は平行に移動する。先ず節点108が
x軸に対して平行に移動する場合(水平掘削)を考え
る。掘削を開始するリンケージ姿勢における節点108
の座標を(x108,y108 )とする。この時のリンケー
ジ姿勢におけるブームシリンダー120とスティックシ
リンダー121のシリンダー長さを求め、x108 が水平
に移動する様にブーム200とスティック300の速度
を求めてやれば良い。節点108の移動速度はスティッ
ク操作レバー8の操作量によって決定される。節点10
8の座標(x108 ,y108 )が与えられた時、ブームシ
リンダー長さλ102111、スティックシリンダー長さλ
103105は次の様にして求められる。
2. Slope excavation mode + bucket angle control mode Bucket angle is kept constant, so bucket tip position 1
12 and the node 108 move in parallel. First, consider the case where the node 108 moves parallel to the x-axis (horizontal excavation). Node 108 in the linkage attitude for starting excavation
Let (x 108 , y 108 ) be the coordinates of. At this time, the cylinder lengths of the boom cylinder 120 and the stick cylinder 121 in the linkage posture may be calculated, and the speeds of the boom 200 and the stick 300 may be calculated so that x 108 moves horizontally. The moving speed of the node 108 is determined by the operation amount of the stick operation lever 8. Node 10
Boom cylinder length λ 102111 , stick cylinder length λ, given 8 coordinates (x 108 , y 108 ).
103105 is obtained as follows.

【0030】[0030]

【数12】 (Equation 12)

【数13】θ102101111 =θbm +Axbm101111 [ Equation 13] θ 102101111 = θ bm + A xbm101111

【数14】 [Equation 14]

【数15】 (Equation 15)

【数16】 (Equation 16)

【数17】 [Equation 17]

【数18】 θ103104105 =2π−A101104103 −A105104108 −θ101104108 [ Equation 18] θ 103104105 = 2π−A 101104103 −A 105104108 −θ 101104108

【数19】 [Equation 19]

【0031】マイコンで節点108の平行移動を考えた
場合、微小時間Δt後の節点108の座標は(x108
Δx,y108 )で表わされる。Δxは移動速度によって
決まる微小変位である。従って上式のx108 の代わりに
108 +Δxを代入することでΔt後の目標ブーム及び
スティックシリンダーの長さが求められる。目標シリン
ダー速度は目標シリンダー長さを微分して求めることが
できる。マイコン処理における微分は次式で求められ
る。すなわち
When the parallel movement of the node 108 is considered by the microcomputer, the coordinate of the node 108 after the minute time Δt is (x 108 +
Δx, y 108 ). Δx is a minute displacement determined by the moving speed. Therefore, the target boom and stick cylinder lengths after Δt can be obtained by substituting x 108 + Δx instead of x 108 in the above equation. The target cylinder speed can be obtained by differentiating the target cylinder length. The differential in microcomputer processing is calculated by the following equation. Ie

【数20】 もちろん目標シリンダー速度は節点108のx座標を微
分した を先に求めて算出しても良い。バケット角度の制御は前
記1の方法で求められるが、ブームシリンダー長さλ
102111及びスティックシリンダー長さλ103105は現在の
長さを用いる代わりにΔt秒後の目標シリンダー長さを
用いた方が精度は向上する。
(Equation 20) Of course, the target cylinder velocity is obtained by differentiating the x coordinate of the node 108. May be calculated first. Control of the bucket angle can be obtained by the method described in 1 above, but the boom cylinder length λ
For 102111 and stick cylinder length λ 103105, accuracy is improved by using the target cylinder length after Δt seconds instead of using the current length.

【0032】3.法面掘削モード 前記2と同様に求められるが移動する点が節点108か
らバケット歯先位置112へ変更され、さらにバケット
シリンダー長さは固定される。従って前記2の中で使用
された(x108 ,y108 )を(x112 ,y112 )にL
104108をλ104112にA105104108 をθ105104112 に代え
てやれば良い。λ104112とθ105104112 は次の様にして
求められる。
3. Slope excavation mode The slope excavation mode is obtained in the same manner as in the above-mentioned item 2, but the moving point is changed from the node 108 to the bucket tip position 112, and the bucket cylinder length is fixed. Therefore, (x 108 , y 108 ) used in the above 2 is converted to (x 112 , y 112 ) by L
104108 may be replaced with λ 104112 and A 105104108 may be replaced with θ 105104112 . λ 104112 and θ 105 104112 are obtained as follows.

【0033】[0033]

【数21】 (Equation 21)

【数22】 θ104108112 =2π−A110108112 −A104108107 −θ107108110 [ Equation 22] θ 104108112 = 2π−A 110108112 −A 104108107 −θ 107108110

【数23】θ107108110 =θ107108109 +θ109108110 (23) θ 107108110 = θ 107108109 + θ 109108110

【数24】 (Equation 24)

【数25】 (Equation 25)

【数26】 (Equation 26)

【数27】 θ109107108 =2π−A104107108 −A104107106 −θ106107109 [ Equation 27] θ 109107108 = 2π−A 104107108 −A 104107106 −θ 106107109

【数28】 λ106109:バケットシリンダー長さ[Equation 28] λ 106109 : Bucket cylinder length

【数29】 (Equation 29)

【0034】法面角α≠0の時(斜面を掘削する時)θ
bmをθbm+αと置き直すことによって角度αの傾斜をも
った直線上をバケット歯先が移動する。すなわち図6に
おけるxy座標をx′y′座標に座標変換することと同
等となる。ただしx′y′座標はxy座標を原点回りに
αだけ回転したものである。法面掘削モード中にバケッ
ト操作レバーが動かされた場合はバケット歯先112、
又、ブーム操作レバー6が動かされた場合は、バケット
歯先112及び節点108のy座標が変化する。従っ
て、これらのy座標の変化に共ない目標バケット歯先座
標又は節点108の座標をリアルタイムに更新すること
により、手動による微調整が可能となる。尚、各シリン
ダーの制御はこの目標シリンダー長さ及び速度に対して
追従される様にフィードバック制御される。
When the slope angle α ≠ 0 (when excavating a slope) θ
By replacing bm with θ bm + α, the bucket tooth tip moves on the straight line having the inclination of the angle α. That is, it is equivalent to converting the xy coordinates in FIG. 6 into x′y ′ coordinates. However, the x′y ′ coordinates are obtained by rotating the xy coordinates by α around the origin. When the bucket operation lever is moved during the slope excavation mode, the bucket tip 112,
When the boom operation lever 6 is moved, the y coordinates of the bucket tip 112 and the node 108 change. Therefore, by manually updating the target bucket tip coordinates or the coordinates of the node 108 regardless of changes in these y coordinates, manual fine adjustment becomes possible. The control of each cylinder is feedback-controlled so as to follow the target cylinder length and speed.

【0035】1.車両傾斜センサーによる仕上げ傾斜角
の補正 フロントリンケージ位置の演算は図6における節点10
1を原点としたxy座標系で行われる。従って車両本体
がxy平面に対して傾斜した場合上記xy座標が回転
し、地面に対する目標傾斜角が変化してしまう。これを
補正するため車両に傾斜角センサーを取り付け、車両本
体のxy座標の回転角を検出している。すなわち、傾斜
角センサーによって車両本体がxy平面に対してβだけ
回転していることが検出された場合、前記の法面角αを
設定した時と同様にθbmをθbm+βと置き直すことによ
って補正することができる。
1. Compensation of finishing inclination angle by vehicle inclination sensor The calculation of the front linkage position is performed by node 10 in FIG.
It is performed in the xy coordinate system with 1 as the origin. Therefore, when the vehicle body tilts with respect to the xy plane, the xy coordinates rotate, and the target tilt angle with respect to the ground changes. To correct this, a tilt angle sensor is attached to the vehicle to detect the rotation angle of the vehicle body in xy coordinates. That is, when it is detected by the tilt angle sensor that the vehicle body is rotated by β with respect to the xy plane, θ bm is replaced with θ bm + β in the same manner as when the slope angle α is set. Can be corrected by

【0036】2.エンジン回転速度センサーによる制御
精度悪化の防止 (1) 目標バケット歯先速度の補正 目標バケット歯先速度はスティック及びブーム操作レバ
ー6,8の位置とエンジン回転速度で決定される。油圧
ポンプ51,52はエンジンに直結されているためエン
ジン回転速度が低い時ポンプ吐出量も減少し、シリンダ
ー速度が減少してしまう。そのため、エンジン回転速度
を検出しポンプ吐出量の変化に合う様に目標バケット歯
先速度を算出している。すなわち、エンジン回転速度を
e とすると目標バケット歯先速度Vx ,Vy は次の様
にして求められる。ただしVx はx方向のバケット歯先
速度、Vy はy方向のバケット歯先速度を示す。
2. Prevention of deterioration of control accuracy by the engine speed sensor (1) Correction of target bucket tip speed The target bucket tip speed is determined by the position of the stick and boom operating levers 6 and 8 and the engine speed. Since the hydraulic pumps 51 and 52 are directly connected to the engine, the pump discharge amount also decreases when the engine speed is low, and the cylinder speed also decreases. Therefore, the target bucket tip speed is calculated so as to detect the engine rotation speed and match the change in the pump discharge amount. That is, when the engine rotation speed is V e , the target bucket tip speeds V x and V y are obtained as follows. However, V x indicates the bucket tip speed in the x direction, and V y indicates the bucket tip speed in the y direction.

【0037】[0037]

【数30】Vx =Cx ・Ve ・Px V x = C x · V e · P x

【数31】Vy =Cy ・Ve ・Pyx :目標バケット歯先速度のx方向に関する定数 Cy : 〃 y 〃 Px :スティック操作レバーの操作量(パイロット油
圧) Py :ブーム 〃
[Formula 31] V y = C y · V e · P y C x : constant of target bucket tooth tip speed in x direction C y : 〃 y 〃 P x : operation amount of stick operation lever (pilot hydraulic pressure) P y : Boom 〃

【0038】(2) 目標シリンダー速度の最大値の補正 目標シリンダー速度はリンケージの姿勢及び目標法面傾
斜角によって変化する。この場合、目標シリンダー速度
の最大値はポンプ吐出量によって決定されるため、ポン
プ吐出量がエンジン回転速度の低下に伴い減少する場
合、最大シリンダー速度も減少させる必要がある。すな
わち、最大シリンダー速度は次式にて求められる。
(2) Correction of maximum value of target cylinder speed The target cylinder speed changes depending on the attitude of the linkage and the target slope inclination angle. In this case, since the maximum value of the target cylinder speed is determined by the pump discharge amount, if the pump discharge amount decreases as the engine speed decreases, the maximum cylinder speed also needs to decrease. That is, the maximum cylinder speed is calculated by the following equation.

【数32】Vcmaxjj=Vcmaxojj ・Vemax/Vecmaxjj :最大シリンダー速度 Vcmaxojj :定格エンジン回転速度時の最大シリンダー
速度 Vemax :定格エンジン回転速度 Ve :現在のエンジン回転速度 ただし jjは各シリンダーを表わす。すなわち jj=bm:ブームシリンダー jj=st:スティックシリンダー jj=bk:バケットシリンダー 演算された目標シリンダー速度が最大シリンダー速度を
越えた時は、目標バケット歯先速度を減少して目標シリ
ンダー速度が最大シリンダー速度を越えない様に再演算
される。
V cmaxjj = V cmaxojj · V emax / V e V cmaxjj : Maximum cylinder speed V cmaxojj : Maximum cylinder speed at rated engine speed V emax : Rated engine speed V e : Current engine speed, however jj Represents each cylinder. That is, jj = bm: boom cylinder jj = st: stick cylinder jj = bk: bucket cylinder When the calculated target cylinder speed exceeds the maximum cylinder speed, the target bucket tooth tip speed is reduced and the target cylinder speed is the maximum cylinder speed. It is recalculated so as not to exceed the speed.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、油圧ショベルにおける
直線掘削が操作レバー一本の操作で可能となり、ブーム
・スティックの位置にかかわらずバケット角が一定に保
たれ、積込作業時におけるバケットからの荷こぼれを防
止でき、従来の手動操作の機能を全て生かした状態で半
自動制御の追加が可能であり、バケット歯先位置がモニ
タでき、掘削深さ及び距離を計測でき、整形された法面
の角度を計測できる。
According to the present invention, linear excavation in a hydraulic excavator can be performed by operating one operating lever, the bucket angle can be kept constant regardless of the position of the boom stick, and the bucket can be removed from the bucket during loading work. It is possible to prevent spillage of cargo, add semi-automatic control while making full use of the functions of conventional manual operation, can monitor bucket tooth tip position, measure excavation depth and distance, and have a shaped slope. The angle of can be measured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による制御システムの概略図。FIG. 1 is a schematic diagram of a control system according to the present invention.

【図2】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略
図。
FIG. 2 is a schematic view showing the operation of the hydraulic excavator according to the present invention.

【図3】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略
図。
FIG. 3 is a schematic view showing the operation of the hydraulic excavator according to the present invention.

【図4】本発明による制御システムの機能の構成を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a functional configuration of a control system according to the present invention.

【図5】本発明による制御システムのフィードバック系
を示す概略図。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a feedback system of the control system according to the present invention.

【図6】本発明による油圧ショベルの動作部分の概略
図。
FIG. 6 is a schematic view of an operating portion of the hydraulic excavator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コントローラ 2 外部ターミナル 3 電磁比例弁 4 電磁切替弁 5 安全弁 6 ブーム、バケット操作レバー 7 バケット自動復帰スタートスイッチ 8 スティック操作レバー 9 法面掘削スイッチ 10 目標法面角設定器付モニタパネル 11 スティック合流比例弁 12 ブーム合流比例弁 13 ブーム主制御弁 14 スティック主制御弁 15 バケット主制御弁 16 圧力スイッチ 17 セレクタ弁(操作レバー用) 18 セレクタ弁(手動/半自動モード用) 19 圧力センサ 20 ブームシリンダー位置・速度・加速度センサー 21 スティックシリンダー位置・速度・加速度センサ
ー 22 バケットシリンダー位置・速度・加速度センサー 23 エンジン回転速度センサー 24 傾斜角センサー 120 ブームシリンダー 121 スティックシリンダー 122 バケットシリンダー
1 Controller 2 External Terminal 3 Electromagnetic Proportional Valve 4 Electromagnetic Switching Valve 5 Safety Valve 6 Boom and Bucket Operating Lever 7 Bucket Automatic Return Start Switch 8 Stick Operating Lever 9 Slope Excavation Switch 10 Monitor Panel with Target Slope Angle Setting Device 11 Stick Join Proportion Valve 12 Boom confluence proportional valve 13 Boom main control valve 14 Stick main control valve 15 Bucket main control valve 16 Pressure switch 17 Selector valve (for operating lever) 18 Selector valve (for manual / semi-automatic mode) 19 Pressure sensor 20 Boom cylinder position / Speed / acceleration sensor 21 Stick cylinder position / speed / acceleration sensor 22 Bucket cylinder position / speed / acceleration sensor 23 Engine speed sensor 24 Tilt angle sensor 120 Boom cylinder 121 Stick series Dah 122 bucket cylinder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸澤 祥二 東京都港区北青山1丁目2番3号 新キ ャタピラー三菱株式会社内 (72)発明者 藤井 敏 東京都港区北青山1丁目2番3号 新キ ャタピラー三菱株式会社内 (72)発明者 小野 智昭 東京都港区北青山1丁目2番3号 新キ ャタピラー三菱株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−200537(JP,A) 特開 平5−280067(JP,A) 実開 平6−24052(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shoji Tozawa 1-3-2 Kita-Aoyama, Minato-ku, Tokyo Inside New Caterpillar Mitsubishi Corporation (72) Inventor Satoshi Fujii 1-3-2 Kita-Aoyama, Minato-ku, Tokyo New Caterpillar Mitsubishi Corp. (72) Inventor Tomoaki Ono 1-32 Kita-Aoyama, Minato-ku, Tokyo New Caterpillar Mitsubishi Corp. (56) Reference JP-A-6-200537 (JP, A) JP Flat 5-280067 (JP, A) Actual Open Flat 6-24052 (JP, U)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 油圧ショベルであり、 油圧ショベル本体と、 油圧ショベル本体に対して、一端が回転可能に接続され
るブームと、 ブームに対して、一端が回転可能に接続されるスティッ
クと、 スティックに対して、一端が回転可能に接続され、先端
が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケットと、 油圧ショベル本体に対して一端が回転可能に接続され、
ブームに対して他の一端が回転可能に接続され、端部間
の距離が伸縮して、ブームを油圧ショベル本体に対して
回転させる、ブーム油圧シリンダーと、 ブームに対して一端が回転可能に接続され、スティック
に対して他の一端が回転可能に接続され、端部間の距離
が伸縮して、スティックをブームに対して回転させる、
スティック油圧シリンダーと、 スティックに対して一端が回転可能に接続され、バケッ
トに対して他の一端が回転可能に接続され、端部間の距
離が伸縮して、バケットをスティックに対して回転させ
る、バケット油圧シリンダーと、 ブーム油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を測定
するブームセンサーと、 スティック油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を
測定するスティックセンサーと、 バケットと油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位を
測定するバケットセンサーと、を有し、 測定された油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位
が、所望の油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位と
等しくなるまで、油圧シリンダーの端部間の距離を変化
させる油圧ショベル。
1. A hydraulic excavator, including a hydraulic excavator body, a boom whose one end is rotatably connected to the hydraulic excavator body, a stick whose one end is rotatably connected to the boom, and a stick. On the other hand, one end is rotatably connected, the tip is excavated on the ground and the inside can store soil, and the one end is rotatably connected to the excavator body,
The other end is rotatably connected to the boom, and the distance between the ends expands and contracts to rotate the boom with respect to the hydraulic excavator body. The boom hydraulic cylinder and one end are rotatably connected to the boom. The other end is rotatably connected to the stick, the distance between the ends expands and contracts, and the stick rotates with respect to the boom.
One end of the stick hydraulic cylinder is rotatably connected to the stick, the other end is rotatably connected to the bucket, and the distance between the ends expands and contracts to rotate the bucket with respect to the stick. Bucket hydraulic cylinder, boom sensor to measure the telescopic displacement of the distance between the ends of the boom hydraulic cylinder, stick sensor to measure the telescopic displacement of the distance between the ends of the stick hydraulic cylinder, and the end of the bucket and hydraulic cylinder And a bucket sensor that measures the telescopic displacement of the distance between, until the measured telescopic displacement of the distance between the ends of the hydraulic cylinder becomes equal to the telescopic displacement of the distance between the desired ends of the hydraulic cylinder. , Hydraulic excavators that change the distance between the ends of hydraulic cylinders.
【請求項2】 請求項1による油圧ショベルであり、 バケットの水平方向に対する角度を一定に保ったまま、
バケットの先端が地面を掘削する、油圧ショベル。
2. The hydraulic excavator according to claim 1, wherein the angle of the bucket with respect to the horizontal direction is kept constant,
A hydraulic excavator where the tip of the bucket excavates the ground.
【請求項3】 請求項1による油圧ショベルであり、 バケットの先端が水平方向に対して角度を形成する直線
上を移動して地面を掘削する、油圧ショベル。
3. The hydraulic excavator according to claim 1, wherein the tip of the bucket moves along a straight line forming an angle with the horizontal direction to excavate the ground.
【請求項4】 請求項1による油圧ショベルであり、 バケットの先端の移動速度を一定に保ったまま、バケッ
トの先端が地面を掘削する、油圧ショベル。
4. The hydraulic excavator according to claim 1, wherein the bucket tip excavates the ground while keeping the moving speed of the bucket tip constant.
【請求項5】 請求項1による油圧ショベルであり、 油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位量を決定する
のに、油圧シリンダーの端部間の距離の変化速度を制御
する、油圧ショベル。
5. The hydraulic excavator according to claim 1, wherein the rate of change of the distance between the ends of the hydraulic cylinder is controlled to determine the amount of expansion / contraction displacement of the distance between the ends of the hydraulic cylinder.
【請求項6】 請求項1による油圧ショベルであり、 油圧シリンダーの端部間の距離の伸縮変位量を決定する
のに、油圧シリンダーの端部間の距離の変化の加速度を
制御する、油圧ショベル。
6. The hydraulic excavator according to claim 1, wherein in determining the expansion / contraction displacement amount of the distance between the ends of the hydraulic cylinder, the acceleration of change in the distance between the ends of the hydraulic cylinder is controlled. .
【請求項7】 請求項1による油圧ショベルであり、 油圧ショベル本体の水平方向に対する傾斜角度を測定す
る傾斜センサーを更に有して、傾斜センサーにより測定
された傾斜角度に応じて、油圧シリンダーの端部間の距
離の伸縮変位量を調節する、油圧ショベル。
7. The hydraulic excavator according to claim 1, further comprising an inclination sensor for measuring an inclination angle of the hydraulic excavator main body with respect to a horizontal direction, and an end of the hydraulic cylinder according to the inclination angle measured by the inclination sensor. A hydraulic excavator that adjusts the amount of expansion and contraction displacement of the distance between parts.
【請求項8】 請求項1による油圧ショベルであり、 油圧シリンダーを駆動する油圧を、内燃機関を動力源と
して発生させ、内燃機関の出力回転数を測定する出力回
転数センサーを有し、出力回転数センサーにより測定さ
れた出力回転数に応じて、油圧シリンダーの端部間の距
離の変化速度を調節する油圧ショベル。
8. The hydraulic excavator according to claim 1, further comprising an output rotation speed sensor for generating an oil pressure for driving a hydraulic cylinder using an internal combustion engine as a power source and measuring an output rotation speed of the internal combustion engine. A hydraulic excavator that adjusts the changing speed of the distance between the ends of the hydraulic cylinder according to the output speed measured by a number sensor.
【請求項9】 請求項2による油圧ショベルであり、 バケットの水平方向に対する角度を一定に保ったまま、
バケットの先端が地面を掘削する際、ブーム油圧シリン
ダーの端部間の距離の測定された伸縮変位と、スティッ
ク油圧シリンダーの端部間の距離の測定された伸縮変位
とに応じて、バケット油圧シリンダーの端部間の距離の
伸縮変位を制御する、油圧ショベル。
9. The hydraulic excavator according to claim 2, wherein the bucket keeps a constant angle with respect to the horizontal direction,
As the tip of the bucket digs the ground, depending on the measured telescopic displacement of the distance between the ends of the boom hydraulic cylinder and the measured telescopic displacement of the distance between the ends of the stick hydraulic cylinder, the bucket hydraulic cylinder A hydraulic excavator that controls the expansion and contraction displacement of the distance between the ends of the.
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