JP2872456B2 - Work control device - Google Patents

Work control device

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JP2872456B2
JP2872456B2 JP22597891A JP22597891A JP2872456B2 JP 2872456 B2 JP2872456 B2 JP 2872456B2 JP 22597891 A JP22597891 A JP 22597891A JP 22597891 A JP22597891 A JP 22597891A JP 2872456 B2 JP2872456 B2 JP 2872456B2
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

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、バケットを有する掘削
機械や積込機械等の作業機械において、上記バケットの
駆動を自動制御するための装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for automatically controlling the driving of a bucket in a working machine such as an excavating machine or a loading machine having a bucket.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、ホイールローダや油圧ショベル
等のようにバケットを有する作業装置では、このバケッ
トの運転はオペレータの感覚に基づいて手動操作で行わ
れているのが現状である。次の表1は、油圧ショベルに
おいて行われる代表的な運転操作の概要を示したもので
ある。
2. Description of the Related Art In general, in a working device having a bucket, such as a wheel loader or a hydraulic shovel, the operation of the bucket is currently performed manually based on an operator's feeling. Table 1 below shows an outline of typical driving operations performed in the excavator.

【0003】[0003]

【表1】 [Table 1]

【0004】しかしながら、このような手動操作による
バケットの運転には相当な熟練を要し、またオペレータ
に大きな負担がかかる一方、熟練オペレータが運転を行
っても必ずしも効率的な運転が行われるとは限らない。
そこで、上記バケットの駆動を自動制御するための装置
の開発が進められている。
[0004] However, the operation of the bucket by such manual operation requires considerable skill and puts a heavy burden on the operator. On the other hand, even if a skilled operator performs the operation, efficient operation is not always performed. Not exclusively.
Therefore, a device for automatically controlling the driving of the bucket has been developed.

【0005】従来、このようなバケット駆動の自動制御
を行う方式としては、バケットの作業軌跡を制御するも
のが提案されるに至っている。例えば特開昭60−21
9332号公報には、作業に応じたバケット刃先の軌跡
を予め決定し、この軌跡に沿ってバケットの駆動を行う
ようにしたものが示されている。
Conventionally, as a method of performing such automatic control of bucket driving, a method of controlling a work trajectory of a bucket has been proposed. For example, JP-A-60-21
No. 9332 discloses an apparatus in which the trajectory of the bucket blade tip according to the work is determined in advance, and the bucket is driven along this trajectory.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のような、いわゆ
る掘削軌跡制御を行う装置においては、次のような問題
点が生じる。
The above-mentioned apparatus for performing so-called excavation trajectory control has the following problems.

【0007】(1) 一般に、通常の掘削では一時的に掘削
力が過大となるポイントがあるが、単に掘削軌跡の制御
を行うだけでは上記ポイントを回避することができな
い。従って、上記のようなポイントでバケット等に強度
的な悪影響が与えられるとともに、バケット作動速度の
低下を招くおそれがある。
(1) In general, there is a point where the excavation force temporarily becomes excessive in ordinary excavation. However, the above point cannot be avoided simply by controlling the excavation trajectory. Therefore, at the above-mentioned points, the bucket and the like may be adversely affected in strength, and the bucket operating speed may be reduced.

【0008】(2) バケットの掘削軌跡は、掘削対象物や
地山形状によって当然に異なるが、掘削軌跡制御方式で
はこれに柔軟に対応することができない。
(2) The digging trajectory of the bucket naturally depends on the digging target and the shape of the ground, but the digging trajectory control method cannot flexibly cope with this.

【0009】(3) 掘削軌跡制御を行うには、すべての回
動部にポテンショメータやエンコーダ等のセンサを設け
なければならず、また、全アクチュエータの作用力を検
出しなければならないため、多数のセンサを要し、コス
トアップにつながる。
(3) In order to control the excavation trajectory, it is necessary to provide sensors such as potentiometers and encoders in all rotating parts, and it is necessary to detect the acting force of all actuators. A sensor is required, leading to increased costs.

【0010】(4) 掘削軌跡制御では、複雑な演算を行う
必要があるため大容量のCPUが必要であり、コストア
ップにつながる。
(4) In the excavation trajectory control, a complicated calculation needs to be performed and a large-capacity CPU is required, which leads to an increase in cost.

【0011】本発明は、このような事情に鑑み、簡単か
つ低コストの構造で、実際の運転状態に即した適確なバ
ケット駆動制御を行うことができる作業制御装置を提供
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a work control device capable of performing accurate bucket drive control in accordance with an actual operation state with a simple and low-cost structure. I do.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記のようなバケットを
もつ作業機械では、大略、掘削抵抗が大きくなるポイン
トとバケットに作用するモーメントが大きくなるポイン
トとは一致しており、また、正常な掘削状態では掘削対
象物へのバケットの喰い込みが大きいほど掘削抵抗も大
きくなる。従って、前記表1に示したようなバケット運
転の判断事項は、バケットに作用するモーメントの大小
問題に置き換えることが可能である。
SUMMARY OF THE INVENTION In a working machine having a bucket as described above, the point at which the excavation resistance increases and the point at which the moment acting on the bucket increases substantially coincide with each other. In this state, the greater the bite of the bucket into the excavation target, the greater the excavation resistance. Therefore, the judgment items of the bucket operation as shown in Table 1 can be replaced with the problem of the magnitude of the moment acting on the bucket.

【0013】本発明は、このような点に着目してなされ
たものであり、バケットと、このバケットを回転可能に
支持するバケット支持部材と、このバケット支持部材を
回転可能に支持する本体と、上記バケットをバケット支
持部材に対して回転させるバケット回転駆動手段と、上
記バケット支持部材を本体に対して回転させることによ
りバケットを作業面に対して昇降させるバケット昇降駆
動手段とを備えた作業機械において、上記バケットの姿
勢を検出するバケット姿勢検出手段と、バケットを回転
させる作用力を検出する作用力検出手段と、上記バケッ
ト姿勢及び作用力からバケットの回転軸回りの作業モー
メントを時々刻々演算するモーメント演算手段と、この
演算された作業モーメントに基づいてバケット回転駆動
の制御を行うバケット回転制御手段と、上記作業モーメ
ントに基づいてバケット昇降駆動の制御を行うバケット
昇降制御手段とを備えたものである。
The present invention has been made in view of such a point, and includes a bucket, a bucket supporting member rotatably supporting the bucket, a main body rotatably supporting the bucket supporting member, and A work machine comprising: a bucket rotation drive unit configured to rotate the bucket with respect to a bucket support member; and a bucket lifting drive unit configured to rotate the bucket support member with respect to a main body to move the bucket up and down with respect to a work surface. A bucket attitude detecting means for detecting the attitude of the bucket, an action force detecting means for detecting an action force for rotating the bucket, and a moment for momentarily calculating a work moment about the rotation axis of the bucket from the bucket attitude and the action force. Calculating means, and a bucket for controlling bucket rotation drive based on the calculated working moment And preparative rotation control means, in which a bucket elevator control means for controlling the bucket elevator driven based on the working moment.

【0014】さらに、上記モーメント演算手段に加え、
作業モーメントの時間変化量を演算するモーメント時間
変化量演算手段を備え、上記作業モーメント及びその時
間変化量に基づいてバケット回転駆動の制御を行うよう
にバケット回転制御手段を構成し、上記作業モーメント
及びその時間変化量に基づいてバケット昇降駆動の制御
を行うようにバケット昇降制御手段を構成することによ
り、後述のようなより優れた効果が得られる(請求項
2)。
Further, in addition to the above moment calculating means,
A moment time change amount calculating means for calculating a time change amount of the work moment; and a bucket rotation control means configured to control bucket rotation drive based on the work moment and the time change amount. By configuring the bucket lifting / lowering control means so as to control the bucket lifting / lowering drive based on the time change amount, more excellent effects as described later can be obtained (claim 2).

【0015】[0015]

【作用】まず、請求項1記載の装置によれば、バケット
による作業動作中にバケット姿勢及びバケットに対する
作用力が検出されるとともに、これらの値から作業モー
メント、すなわちバケットに対してその回転軸回りに作
用するモーメントが時々刻々演算され、この作業モーメ
ントの大小に基づいてバケットの回転駆動並びに掘削面
に対する昇降駆動の制御が実行される。
According to the first aspect of the present invention, the bucket posture and the acting force on the bucket are detected during the work operation by the bucket, and the work moment, that is, the rotation of the bucket around its rotation axis is detected from these values. Is momentarily calculated, and based on the magnitude of the work moment, the control of the rotation driving of the bucket and the control of the elevation drive with respect to the excavation surface are executed.

【0016】さらに、請求項2記載の装置によれば、上
記作業モーメントに加えてその時間変化量が演算され、
双方の値に基づき、作業モーメントの増減傾向をも加味
したバケット駆動制御が実行される。
According to the second aspect of the present invention, the time change amount is calculated in addition to the work moment,
Based on both values, the bucket drive control is performed in consideration of the increasing / decreasing tendency of the working moment.

【0017】[0017]

【実施例】本発明の第1実施例を図1〜図5に基づいて
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0018】この実施例は、図2に示すようなホイール
ローダについて本発明を適用したものである。このホイ
ールローダは、バケット1を備え、このバケット1がブ
ーム(バケット支持部材)2の先端に軸9を中心として
回転可能に枢着されている。このブーム2の基端は本体
8に対して軸12回りに回転可能に枢着されており、こ
のブーム2はブームシリンダ(バケット昇降駆動手段)
6の伸縮により回転駆動され、このブーム2の駆動によ
り掘削中に上記バケット1が掘削面Gに対して昇降駆動
されるようになっている。
In this embodiment, the present invention is applied to a wheel loader as shown in FIG. The wheel loader includes a bucket 1, and the bucket 1 is pivotally mounted on a tip end of a boom (bucket support member) 2 so as to be rotatable about a shaft 9. The base end of the boom 2 is pivotally connected to the main body 8 so as to be rotatable around an axis 12, and the boom 2 is a boom cylinder (bucket elevating drive means).
The bucket 1 is driven to move up and down with respect to the excavation surface G during excavation by driving the boom 2.

【0019】ブーム2の中間部位には、アーム3の中間
部位が軸11回りに回転可能に枢着されている。アーム
3の上端はバケットシリンダ(バケット回転駆動手段)
5を介して本体8に連結され、アーム3の下端部はリン
ク4及び軸10を介して上記バケット1において上記軸
9と異なる位置に連結されており、上記バケットシリン
ダ5の伸縮によりアーム3が回転し、これに伴ってバケ
ット1が上記軸9回りに回転駆動されるようになってい
る。
An intermediate portion of the arm 3 is pivotally attached to an intermediate portion of the boom 2 so as to be rotatable around an axis 11. The upper end of the arm 3 is a bucket cylinder (bucket rotation drive means)
The lower end of the arm 3 is connected to the bucket 1 at a position different from the shaft 9 via the link 4 and the shaft 10, and the arm 3 is expanded and contracted by the bucket cylinder 5. The bucket 1 rotates so that the bucket 1 is driven to rotate around the shaft 9.

【0020】上記バケットシリンダ5には、図1に示さ
れるようなシリンダ圧センサ(作用力検出手段)14が
設けられ、このシリンダ圧センサ14により、バケット
1を回転させる作用力としてバケットシリンダ5のシリ
ンダ圧が検出されるようになっている。また、上記軸1
2には、本体8に対するブーム2の回転角度を検出する
ブーム角度センサ(バケット姿勢検出手段を構成)16
が設けられ、軸9には、ブーム2に対するバケット1の
回転角度を検出するバケット角度センサ(バケット姿勢
検出手段を構成)18が設けられている。
The bucket cylinder 5 is provided with a cylinder pressure sensor (acting force detecting means) 14 as shown in FIG. The cylinder pressure is detected. In addition, the shaft 1
2 includes a boom angle sensor (constituting a bucket attitude detecting means) for detecting a rotation angle of the boom 2 with respect to the main body 8.
The shaft 9 is provided with a bucket angle sensor (constituting bucket attitude detecting means) 18 for detecting a rotation angle of the bucket 1 with respect to the boom 2.

【0021】これらのセンサ14,16,18の検出信
号は、図1に示すようなコントローラ20に入力され、
これらの検出信号に基づき、コントローラ20によりバ
ケット1の回転駆動並びに昇降駆動の制御が行われるよ
うになっている。
The detection signals of these sensors 14, 16, 18 are input to a controller 20 as shown in FIG.
Based on these detection signals, the controller 20 controls the rotation driving and the lifting / lowering driving of the bucket 1.

【0022】具体的に、このコントローラ20は、バケ
ット姿勢演算手段21、モーメント演算手段22、バケ
ット回転制御演算部23、及びバケット昇降制御演算部
24を備えている。
More specifically, the controller 20 includes a bucket attitude calculating means 21, a moment calculating means 22, a bucket rotation control calculating section 23, and a bucket elevating control calculating section 24.

【0023】バケット姿勢演算手段(バケット姿勢検出
手段を構成)21は、上記ブーム角度センサ16及びバ
ケット角度センサ18で検出された各回転角度に基づ
き、バケット姿勢、すなわちバケット1の対地角度及び
上記作用力の軸9回りのモーメント半径を演算するもの
である。モーメント演算手段22は、上記バケット姿勢
演算手段21で演算されたバケット姿勢及びシリンダ圧
センサ14で検出された作用力に基づき、掘削作業中、
バケット1に作用する軸9回りの掘削モーメントを演算
するものである。
The bucket attitude calculating means (constituting a bucket attitude detecting means) 21 is based on each rotation angle detected by the boom angle sensor 16 and the bucket angle sensor 18, based on the bucket attitude, that is, the ground angle of the bucket 1 and the above-mentioned operation. This is to calculate the radius of the moment about the axis 9 of the force. During the excavation work, based on the bucket attitude calculated by the bucket attitude calculating means 21 and the acting force detected by the cylinder pressure sensor 14, the moment calculating means 22
This is for calculating the excavation moment around the axis 9 acting on the bucket 1.

【0024】バケット回転制御演算部23は、上記モー
メント演算手段22で演算された掘削モーメントの大小
に基づいてバケットシリンダ油圧制御部31に出力する
指令信号を演算し、この指令信号によってバケットシリ
ンダ5の伸縮制御、すなわち軸9回りのバケット回転制
御を実行するものである。同様に、バケット昇降制御演
算部24は、上記掘削モーメントの大小に基づいてブー
ムシリンダ油圧制御部32に出力する指令信号を演算
し、この指令信号によってブームシリンダ6の伸縮制
御、すなわち掘削面Gに対するバケット昇降制御を実行
する。
The bucket rotation control calculation unit 23 calculates a command signal to be output to the bucket cylinder oil pressure control unit 31 based on the magnitude of the excavation moment calculated by the moment calculation means 22. The expansion / contraction control, that is, the rotation control of the bucket about the axis 9 is executed. Similarly, the bucket raising / lowering control calculation unit 24 calculates a command signal to be output to the boom cylinder oil pressure control unit 32 based on the magnitude of the excavation moment, and controls the expansion / contraction of the boom cylinder 6 based on the command signal. Execute bucket lifting control.

【0025】次に、その制御内容を図3のグラフも併せ
て参照しながら説明する。
Next, the control contents will be described with reference to the graph of FIG.

【0026】この制御では、バケット1による掘削時の
基本特性を利用する。まず、バケット1の動作は、バケ
ット回転、掘削面Gに対するバケット昇降(すなわちブ
ーム2の回転)、及びバケット1の前進・後進に分解さ
れ、バケット回転は、軸9を中心とするすくい込み側へ
の回転(図2では反時計回り方向の回転;リトラクト)
と、放出側への回転(図2では時計回り方向の回転;ダ
ンプ)とに分けられるが、このうちバケット1の前進は
本体8全体の前進により行われるので、ブーム2及びバ
ケット1の駆動制御とは直接的な関係がない。また、掘
削中にはバケット1の後進は考慮に入れる必要がない。
In this control, basic characteristics at the time of excavation by the bucket 1 are used. First, the operation of the bucket 1 is divided into bucket rotation, bucket lifting / lowering with respect to the excavation surface G (that is, rotation of the boom 2), and forward / backward movement of the bucket 1, and the bucket rotation is directed toward the rake side around the shaft 9. (Rotation counterclockwise in FIG. 2; retract)
And rotation to the discharge side (rotation in the clockwise direction in FIG. 2; dump). Among them, the advance of the bucket 1 is performed by the advance of the entire body 8, so that the drive control of the boom 2 and the bucket 1 is performed. Has no direct relationship with. Also, during excavation, it is not necessary to consider the backward movement of the bucket 1.

【0027】そこで、掘削時の基本動作をバケット前進
とすると、他の動作、すなわちバケット回転動作及びバ
ケット昇降動作と、バケット1の状態との関係について
は次のような事柄がいえる。 (a) バケットをリトラクトすることにより、掘削モーメ
ントが減少する。すなわち、バケット1が掘削対象物か
ら受ける抵抗(図2矢印R)が減少する。逆に、バケッ
ト1をダンプあるいは中立にすることにより、掘削対象
物へのバケット1の喰い込みが大きくなり、掘削モーメ
ントが増大する。 (b) バケット1を掘削面Gに対して下降させると、掘削
対象物へのバケット1の喰い込みが大きくなる。逆に、
バケット1を上昇させると、バケット1は掘削対象物へ
の喰い込みが小さくなる方向へ動くことになる。
If the basic operation at the time of excavation is bucket advance, the following matters can be said with respect to the relationship between other operations, ie, the bucket rotating operation and the bucket elevating operation, and the state of the bucket 1. (a) Retracting the bucket reduces the excavation moment. That is, the resistance (the arrow R in FIG. 2) that the bucket 1 receives from the excavation target decreases. Conversely, when the bucket 1 is dumped or neutralized, the bite of the bucket 1 into the excavation target increases, and the excavation moment increases. (b) When the bucket 1 is lowered with respect to the excavation surface G, the bite of the bucket 1 into the excavation target increases. vice versa,
When the bucket 1 is raised, the bucket 1 moves in a direction to reduce the bite into the excavation target.

【0028】そこで、この実施例では、図1に示したモ
ーメント演算手段22で演算される掘削モーメントにつ
いて適当な制限値を設定し、この制御値と時々刻々演算
される演算値との比較に基づいてバケット駆動制御を行
うとともに、バケット1による掘削開始から終了までの
一連の動作を次の3つの期間に分け、各期間に応じた制
御を行うようにしている。
Therefore, in this embodiment, an appropriate limit value is set for the excavation moment calculated by the moment calculating means 22 shown in FIG. 1, and based on a comparison between this control value and a calculated value calculated every moment. In addition to performing bucket drive control, a series of operations from the start to the end of excavation by the bucket 1 are divided into the following three periods, and control according to each period is performed.

【0029】1)第1ステップ(掘削初期) まず、掘削初期の段階では、バケット1を掘削対象物に
十分喰い込ませるためにバケット1の回転を止めておく
必要がある。そこで、掘削モーメントが図3に示す制限
値M−1に達するまではバケット回転の指令を出さず、
掘削モーメントが制限値M−1に達した時点で次の第2
ステップに移行するようにする。これに対し、バケット
1の昇降については、掘削初期の段階でもバケット1を
上昇させる場合があるが、この実施例では、この点を考
慮し、上記掘削モーメントが制限値WM−4(≦M−
1)を超えた時点でバケット上げ(すなわちブーム2の
図2反時計回り方向の回転)の指令を出すようにする。
1) First Step (Initial Excavation) First, in the initial stage of excavation, it is necessary to stop the rotation of the bucket 1 in order to make the bucket 1 sufficiently dig into the object to be excavated. Therefore, the bucket rotation command is not issued until the excavation moment reaches the limit value M-1 shown in FIG.
When the excavation moment reaches the limit value M-1, the next second
Move to step. On the other hand, when raising and lowering the bucket 1, the bucket 1 may be raised even at the initial stage of excavation. In this embodiment, taking this point into consideration, the excavation moment is set to the limit value WM-4 (≦ M−
At the point of time exceeding 1), a command to raise the bucket (ie, rotate the boom 2 counterclockwise in FIG. 2) is issued.

【0030】2)第2ステップ(掘削中期) 上記掘削モーメントが制限値M−1に達した後は、第2
ステップに移行し、掘削モーメントに応じてバケット回
転及びバケット昇降の双方を制御するようにする。この
実施例では、バケット回転駆動について2種類の制限値
WM−2,WM−3(0<WM−3<WM−2)を設定
し、バケット昇降駆動について1種類の制限値WM−5
(<0)を設定するとともに、次のような制御を行う。 (a) 掘削モーメントが制限値WM−2よりも高い場合に
は、掘削抵抗が高く、バケットが十分喰い込んでいると
考えられるので、バケット1をリトラクトさせる。 (b) 掘削モーメントが制限値WM−3以上で制限値WM
−2以下の場合には、バケット1をさらに喰い込ませる
ためにバケット1を中立に保持し、またはダンプする。
この実施例では、バケット1を中立に保持するのではな
く積極的にダンプさせ、ダンプとリトラクトとを交互に
繰り返す、いわゆる揺動掘削(重掘削)を行うようにす
る。 (c) 掘削モーメントが制限値WM−2よりも低い場合に
は、異常掘削が生じていると考えられるので、車体8が
浮き上がるのを防ぐためにバケット1をリトラクトさせ
る。 (d) 掘削モーメントが制限値WM−5よりも大きい場合
には、バケット昇降について中立を保つが、掘削モーメ
ントが制限値WM−5よりも小さい場合(この場合、掘
削モーメントは必ず負である)場合には、異常掘削であ
るとし、車体8が浮き上がらないようにバケット1を掘
削面Gから上昇させる。従って、上記制限値WM−5を
小さい値に設定した場合にはブーム2が殆ど動かずバケ
ット回転のみの掘削形態となり、上記制限値WM−5を
十分大きな値に設定した場合にはバケット1を掘削面G
に対して上昇させながらの掘削形態となる。 このような掘削モーメントに基づく制御を実行すること
により、バケット1は掘削抵抗が過大となる点を自動的
に避けながらスムーズな掘削を行うこととなる。
2) Second Step (During Excavation) After the excavation moment reaches the limit value M-1, the second step
The process proceeds to a step where both bucket rotation and bucket lifting and lowering are controlled according to the excavation moment. In this embodiment, two types of limit values WM-2 and WM-3 (0 <WM-3 <WM-2) are set for the bucket rotation drive, and one type of limit value WM-5 is set for the bucket elevation drive.
(<0) is set, and the following control is performed. (a) If the excavation moment is higher than the limit value WM-2, it is considered that the excavation resistance is high and the bucket is sufficiently engaged, so that the bucket 1 is retracted. (b) When the excavation moment is equal to or greater than the limit value WM-3, the limit value WM
In the case of −2 or less, the bucket 1 is held neutral or dumped to make the bucket 1 bite further.
In this embodiment, the bucket 1 is actively dumped instead of being held neutral, and so-called swing excavation (heavy excavation) in which dumping and retraction are alternately repeated. (c) If the excavation moment is lower than the limit value WM-2, it is considered that abnormal excavation has occurred, and the bucket 1 is retracted to prevent the vehicle body 8 from floating. (d) When the excavation moment is larger than the limit value WM-5, the bucket is kept neutral for lifting and lowering, but when the excavation moment is smaller than the limit value WM-5 (in this case, the excavation moment is always negative). In this case, abnormal excavation is determined, and the bucket 1 is raised from the excavation surface G so that the vehicle body 8 does not rise. Therefore, when the limit value WM-5 is set to a small value, the boom 2 hardly moves and the excavation mode is only the bucket rotation, and when the limit value WM-5 is set to a sufficiently large value, the bucket 1 is Excavation surface G
Excavation mode while raising By executing such control based on the excavation moment, the bucket 1 performs smooth excavation while automatically avoiding a point where the excavation resistance becomes excessive.

【0031】3)第3ステップ(掘削後期) 上記掘削が進行すると、バケット1内に掘削物が満たさ
れる一方、バケット回転角度が大きくなって最終的には
バケット1の刃先でなく底面が対象物と接触するように
なり、それ以上有効な掘削は望めなくなる。そこで、バ
ケット回転角が予め定められた制限値A−1に達した後
は第2ステップを終了して第3ステップに移り、掘削モ
ーメントによる制御を止めてバケット回転角度が制限値
A−2(>A−1)に達するまでバケット1をリトラク
トし、この制限値A−2に達した時点で掘削動作を終了
する。
3) Third Step (Late Excavation) When the above excavation proceeds, the bucket 1 is filled with the excavated material, while the bucket rotation angle increases, and finally the bottom surface of the bucket 1 is not the cutting edge but the object. And no more effective drilling can be expected. Therefore, after the bucket rotation angle reaches the predetermined limit value A-1, the second step is finished and the process proceeds to the third step, where control by the excavation moment is stopped and the bucket rotation angle is reduced to the limit value A-2 ( The bucket 1 is retracted until it reaches> A-1), and the excavation operation ends when the limit value A-2 is reached.

【0032】このような装置によれば、特にバケット1
の精密な制御が必要な第2ステップにおいて、掘削モー
メントの大小に基づく制御を行うことにより、実際の運
転状態に即した適確なバケット運転を行うことができ
る。すなわち、従来のように掘削軌跡を制御するものと
異なり、あらゆる地山形状や掘削対象物にも柔軟に対応
してこれに適したバケット制御を行うことができるとと
もに、バケット1に過大な掘削抵抗がかかるのを未然に
回避しながら良好な掘削を実現することができる。
According to such an apparatus, in particular, the bucket 1
In the second step that requires precise control of the above, by performing control based on the magnitude of the excavation moment, it is possible to perform an accurate bucket operation in accordance with an actual operation state. In other words, unlike the conventional method of controlling the excavation trajectory, the bucket control can be flexibly adapted to any ground shape and the object to be excavated, and the bucket 1 can be subjected to excessive excavation resistance. However, good excavation can be realized while avoiding such a problem.

【0033】図4は、従来のように運転者の感覚に基づ
いてバケット運転が行われた時のバケット回転角度、掘
削抵抗、及び掘削抵抗によるモーメント(掘削モーメン
ト)の時間変化をそれぞれ線41,42,43で示した
ものであり、図5は上記実施例で示した装置による制御
の下でのバケット回転角度、掘削抵抗、及び掘削モーメ
ントの時間変化をそれぞれ線51,52,53で示した
ものである。両グラフを比較して明らかなように、本実
施例の装置によれば、従来のように手動操作で掘削を行
う場合に比べ、掘削中にバケット1に作用する掘削抵抗
及び掘削モーメントを全域にわたって低い値に抑えるこ
とができ、バケット1への強度的負担を軽減して効率の
良い掘削を行うことが可能となる。
FIG. 4 shows the change over time of the bucket rotation angle, the excavation resistance, and the moment (excavation moment) due to the excavation resistance when the bucket operation is performed based on the driver's feeling as in the prior art, respectively, by lines 41 and 41. FIG. 5 shows the change over time of the bucket rotation angle, the excavation resistance, and the excavation moment under the control of the apparatus shown in the above embodiment by lines 51, 52, and 53, respectively. Things. As is clear from comparison between the two graphs, according to the apparatus of the present embodiment, the digging resistance and digging moment acting on the bucket 1 during digging are reduced over the entire area, as compared with the case where digging is performed manually as in the conventional case. It can be suppressed to a low value, and it is possible to reduce the strength load on the bucket 1 and perform efficient excavation.

【0034】次に、第2実施例を説明する。ここでは、
図6に示すような油圧ショベル(バックホー)について
本発明を適用した例を示す。このバックホーも、上記ホ
イールローダと同様、バケット1、ブーム(バケット支
持部材を構成)2、アーム3(バケット支持部材を構
成)3、リンク4、バケットシリンダ5、ブームシリン
ダ6、本体8、及び軸9,10を備えているが、アーム
3はその基端部がブーム2の先端部に軸11を介して連
結されており、アームシリンダ7の伸縮によりブーム2
に対して回転駆動されるようになっている。また、バケ
ット1はアーム3の先端部に装着され、アーム3に取付
けられたバケットシリンダ5にリンク4及び軸10を介
して連結されており、上記バケットシリンダ5の伸縮に
よりアーム3に対して軸9回りに回転駆動されるように
なっている。
Next, a second embodiment will be described. here,
An example in which the present invention is applied to a hydraulic excavator (backhoe) as shown in FIG. 6 will be described. This backhoe also has a bucket 1, a boom (constituting a bucket supporting member) 2, an arm 3 (constituting a bucket supporting member) 3, a link 4, a bucket cylinder 5, a boom cylinder 6, a main body 8, and a shaft similarly to the wheel loader. The arm 3 has a base end connected to a distal end of the boom 2 via a shaft 11.
Is driven to rotate. The bucket 1 is mounted on the tip of the arm 3 and connected to a bucket cylinder 5 attached to the arm 3 via a link 4 and a shaft 10. It is driven to rotate around nine turns.

【0035】このようなバックホーにおいても、アーム
引き動作によってバケット1が移動する点以外はホイー
ルローダと大差がなく、よって前記第1実施例で示した
第1ステップ(掘削初期)及び第3ステップ(掘削後
期)については同様の制御を行えばよい。また、第2ス
テップ(掘削中期)についても同様であるが、この第2
ステップでは、例えば図7に示すような制御を実行する
ことにより、より良好な掘削が実現可能である。すなわ
ち、バケット回転駆動について1種類の制限値HM−5
(>0)を設定し、バケット昇降駆動について2種類の
制限値HM−2,HM−3(0<HM−3<HM−2)
を設定するとともに、次のような制御を行うようにす
る。 (a) 掘削モーメントが制限値HM−5よりも高い場合に
は、バケット1が十分喰い込んでいると考えられるの
で、バケット1をリトラクトさせる。 (b) 掘削モーメントが制限値HM−5以下の場合には、
バケット1をさらに喰い込ませるためにバケット1を中
立に保持し、またはダンプする。図例では、バケット1
を中立に保持させている。 (c) 掘削モーメントが制限値HM−2よりも大きい場合
には、バケット1が十分に喰い込んでおり、また掘削抵
抗が大きいと考えられるので、ブーム2の回転によりバ
ケット1を掘削面Gに対して上昇させる。 (d) 掘削モーメントが制限値HM−3以上で制限値HM
−2以下の場合には、良好な掘削が行われていると考え
られるので、バケット昇降については中立を保持する。 (e) 掘削モーメントが制限値HM−3以下でHM−4
(図例では0)以上である場合には、バケット1を掘削
対象物に対してより喰い込ませるため、ブーム2を回転
させてバケット1を下降させる。 (f) 掘削モーメントがHM−4未満(図例では負の値)
である場合には、異常掘削が生じていると考えられるの
で、前記(a) の場合と同様にバケット1を上昇させる。
Even in such a backhoe, there is no great difference from the wheel loader except that the bucket 1 is moved by the arm pulling operation. Therefore, the first step (the initial stage of excavation) and the third step (the first step) shown in the first embodiment are performed. The same control may be performed for the latter stage of excavation). The same applies to the second step (middle stage of excavation).
In the step, for example, better excavation can be realized by executing control as shown in FIG. That is, one type of limit value HM-5 is set for the bucket rotation drive.
(> 0), and two types of limit values HM-2 and HM-3 (0 <HM-3 <HM-2) for the bucket lifting drive.
Is set, and the following control is performed. (a) If the excavation moment is higher than the limit value HM-5, it is considered that the bucket 1 is sufficiently engaged, and the bucket 1 is retracted. (b) When the excavation moment is less than or equal to the limit value HM-5,
The bucket 1 is held neutral or dumped to make the bucket 1 bite further. In the example shown, bucket 1
Is held neutral. (c) When the excavation moment is larger than the limit value HM-2, the bucket 1 is considered to have sufficiently bite and the excavation resistance is large, so the rotation of the boom 2 moves the bucket 1 to the excavation surface G. Raise against. (d) When the excavation moment is equal to or greater than the limit value HM-3, the limit value HM
In the case of -2 or less, it is considered that good excavation has been performed, so that the bucket is kept neutral for lifting and lowering. (e) When the excavation moment is below the limit value HM-3, HM-4
If it is equal to or greater than 0 (in the example shown in the figure), the boom 2 is rotated to lower the bucket 1 in order to make the bucket 1 more bite into the excavation target. (f) Excavation moment is less than HM-4 (negative value in the figure)
In the case of, it is considered that abnormal excavation has occurred, and the bucket 1 is raised as in the case of (a).

【0036】このような制御を実行することにより、バ
ケット1の掘削刃の回転角度及びバケットピン(すなわ
ちバケット1の回転軸である軸9)の高さ等は図7の中
段及び下段に示すようになる。なお、図7の中段のグラ
フにおいて点線で示した領域は、バケット回転駆動を行
わないにもかかわらずブーム2及びアーム3の駆動によ
りバケット1の掘削刃角度が自然に変化している領域で
ある。
By executing such control, the rotation angle of the digging blade of the bucket 1 and the height of the bucket pin (ie, the shaft 9 which is the rotation axis of the bucket 1) are as shown in the middle and lower parts of FIG. become. The area indicated by the dotted line in the middle graph of FIG. 7 is an area where the excavation blade angle of the bucket 1 is naturally changed by driving the boom 2 and the arm 3 even though the bucket rotation drive is not performed. .

【0037】なお、この実施例は他の油圧ショベル、例
えば図8に示すようなローディングショベルについても
同様に適用が可能である。
This embodiment can be similarly applied to other hydraulic shovels, for example, a loading shovel as shown in FIG.

【0038】次に、第3実施例を説明する。前記各実施
例では、掘削モーメントに複数の制限値を設定し、この
制限値と時々刻々演算される掘削モーメントとの比較に
基づき第2ステップにおいてバケットの駆動制御を行う
ものを示したが、この実施例では上記第2ステップにお
けるバケットの駆動制御にファジィ制御を応用したもの
を示している。すなわち、図1に示すバケット回転制御
演算部23及びバケット昇降制御演算部24にファジィ
ルール及びメンバーシップ関数を記憶したメモリを接続
し、ファジィ演算によってバケットシリンダ駆動指令信
号の出力値及びブームシリンダ駆動指令信号の出力値を
それぞれ演算させるようにしたものを示している。
Next, a third embodiment will be described. In each of the embodiments described above, a plurality of limit values are set for the excavation moment, and the drive control of the bucket is performed in the second step based on the comparison between the limit value and the excavation moment calculated every moment. In the embodiment, the fuzzy control is applied to the bucket driving control in the second step. That is, a memory storing a fuzzy rule and a membership function is connected to the bucket rotation control operation unit 23 and the bucket elevation control operation unit 24 shown in FIG. 1, and the output value of the bucket cylinder drive command signal and the boom cylinder drive command In the figure, the output values of the signals are calculated.

【0039】なお、この実施例において制御対象となる
作業機械は第1実施例と同様にホイールローダとし、掘
削方式はダンプとリトラクトとを交互に繰り返すバケッ
ト揺動掘削であるとする。
In this embodiment, the work machine to be controlled is a wheel loader as in the first embodiment, and the excavation method is bucket swing excavation in which dumping and retraction are alternately repeated.

【0040】上記ファジィ制御における各変数のメンバ
ーシップ関数を図9〜図12に示すとともに、その前件
部と後件部との関係すなわちルールをまとめたものを下
記の表2に示し、さらに、主なルールと実際のオペレー
タの運転内容とを対照したものを表3に示す。
FIGS. 9 to 12 show membership functions of each variable in the fuzzy control, and Table 2 below shows the relationship between the antecedent and consequent parts, that is, rules. Table 3 shows a comparison between the main rules and the actual operation contents of the operator.

【0041】[0041]

【表2】 [Table 2]

【0042】[0042]

【表3】 [Table 3]

【0043】ここに示す変数のうち、Mnはモーメント
演算手段22で演算された掘削モーメントをファジィ制
御用に規格化した値であり、基準値を0として−1〜+
1の範囲で設定された値である。また、SBMUはバケ
ット上げ動作、SBKはバケットリトラクト動作及びバ
ケットダンプ動作についての指令信号の出力値をそれぞ
れ示し、SBKが正の値である場合はリトラクト動作指
令、負の場合はダンプ動作指令であることを意味する。
Of the variables shown here, Mn is a value obtained by normalizing the excavation moment calculated by the moment calculation means 22 for fuzzy control, and the reference value is set to 0 and −1 to +
This is a value set in the range of 1. In addition, SBMU indicates a bucket raising operation, SBK indicates an output value of a command signal for a bucket retract operation and a bucket dump operation, and when SBK is a positive value, it is a retract operation command, and when SBK is negative, a dump operation command. Means that.

【0044】表2に示すように、大略、掘削モーメント
が基準値以上の領域では、その大きさに応じた速度でバ
ケットリトラクト動作が実行され、基準値以下の領域で
は、ダンプ動作が実行されるが、掘削モーメントが異常
に低い場合にはバケットリトラクト動作が実行される。
また、掘削モーメントが基準値よりもやや低い領域を中
心にバケット上げ動作が実行される。
As shown in Table 2, in a region where the excavation moment is greater than or equal to the reference value, the bucket retract operation is executed at a speed corresponding to the magnitude, and in a region where the excavation moment is equal to or less than the reference value, the dump operation is performed. However, when the excavation moment is abnormally low, the bucket retract operation is performed.
Further, the bucket raising operation is performed mainly on a region where the excavation moment is slightly lower than the reference value.

【0045】このようなファジィ制御を実行することに
より、さらに精密な、実際の掘削状態に即したバケット
制御を実現することが可能となる。
Executing such fuzzy control makes it possible to realize more precise bucket control in accordance with the actual excavation state.

【0046】なお、この実施例ではバケット揺動掘削
(重掘削)の場合を示したが、これに対してバケット通
常掘削、すなわちバケットのリトラクトと中立保持とを
繰り返す掘削動作を行う場合には、バケットダンプ動作
指令が不要であるので、掘削モーメントがNM,NSの
場合にSBKをZOとするルールを導入すればよい。す
なわち、この場合には例えば次の表4及び表5に示すよ
うなルールを設定すればよい。
In this embodiment, the case of rocking swing excavation (heavy excavation) is shown. On the other hand, when performing normal bucket excavation, that is, excavation operation in which bucket retraction and neutral holding are repeated, Since a bucket dump operation command is unnecessary, a rule for setting SBK to ZO when the excavation moment is NM or NS may be introduced. That is, in this case, rules such as those shown in Tables 4 and 5 below may be set.

【0047】[0047]

【表4】 [Table 4]

【0048】[0048]

【表5】 [Table 5]

【0049】このようなファジィ制御は、前記図6,8
に示した油圧ショベルにも有効に適用できることはいう
までもない。
Such fuzzy control is performed according to FIGS.
Needless to say, the present invention can also be effectively applied to the hydraulic excavator shown in FIG.

【0050】次に、第4実施例を図12〜図15に基づ
いて説明する。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.

【0051】この実施例に示す装置は、図12に示すよ
うに、掘削モーメントを時々刻々演算するモーメント演
算手段22に加え、この掘削モーメントの時間変化量を
演算するモーメント時間変化量演算手段25を備え、現
在の掘削モーメント及びその時間変化量の双方に基づい
てバケット1の回転及び昇降につきファジィ制御を行う
ようになっている。上記モーメント時間変化量演算手段
25は、現在取り込んだ掘削モーメント演算値と、前回
の演算で取り込んだ掘削モーメント演算値との差を演算
し、これを掘削モーメント値のサンプリング周期で除し
た値をモーメント時間変化量として出力するように構成
されている。なお、本発明ではモーメント時間変化量の
演算手順を問わず、例えば過去に演算された複数個の演
算値をサンプリングしてその平均を採るようにしても良
い。
As shown in FIG. 12, the apparatus shown in this embodiment includes, in addition to the moment calculating means 22 for calculating the excavating moment every moment, a moment time change calculating means 25 for calculating the temporal change of the excavating moment. In addition, fuzzy control is performed on the rotation and elevation of the bucket 1 based on both the current excavation moment and the amount of change over time. The moment time change amount calculating means 25 calculates a difference between the currently obtained excavation moment calculation value and the excavation moment calculation value obtained by the previous calculation, and divides the difference by a sampling cycle of the excavation moment value to obtain a moment. It is configured to output as a time change amount. In the present invention, for example, a plurality of calculation values calculated in the past may be sampled and the average thereof may be obtained regardless of the calculation procedure of the moment time change amount.

【0052】この実施例では図6に示すバックホーにお
いて通常掘削を行う場合を示しており、用いられる変数
としては、前記実施例で示した値Mn,SBK,SBM
Uに加え、規格化されたモーメント時間変化量ΔM及び
アーム引き信号出力値SAMEが導入される。これらの
変数のメンバーシップ関数を図13,14に示すととも
に、アーム引き信号出力値SAMEについてのルールを
表6に、バケット回転動作信号出力値SBKについての
ルールを表7に、ブーム昇降動作信号出力値SBMUに
ついてのルールを表8にそれぞれ示し、具体的な制御動
作を図15に示す。
This embodiment shows a case where normal excavation is performed in the backhoe shown in FIG. 6, and the variables used are the values Mn, SBK, SBM shown in the previous embodiment.
In addition to U, a standardized moment time variation ΔM and an arm pull signal output value SAME are introduced. The membership functions of these variables are shown in FIGS. 13 and 14, the rules for the arm pull signal output value SAME are shown in Table 6, the rules for the bucket rotation operation signal output value SBK are shown in Table 7, and the boom elevating operation signal output Table 8 shows rules for the value SBMU, and FIG. 15 shows specific control operations.

【0053】[0053]

【表6】 [Table 6]

【0054】[0054]

【表7】 [Table 7]

【0055】[0055]

【表8】 [Table 8]

【0056】なお、表6〜8において、掘削モーメント
規格値Mn及びモーメント時間変化量ΔMに関する条件
が前件部においてandで結ばれており、例えば表6の
最も左上の領域は、 If Mn=NB and ΔM=NB Then SAME=ZO というルールを示す。
In Tables 6 to 8, the conditions relating to the excavation moment specification value Mn and the moment time variation ΔM are linked by “and” in the antecedent part. For example, the upper left area in Table 6 is If Mn = NB and ΔM = NB Then SAME = ZO.

【0057】まず、アーム引き動作については、表6に
示すように、掘削モーメント規格値Mnが基準値に近
く、かつモーメント時間変化量ΔMが0に近い領域で
は、アーム引き動作すなわちバケット前進動作が積極的
に行われるが、掘削モーメント規格値Mnが基準値から
遠のくにつれてアーム引き速度が落とされる。また、掘
削モーメント規格値Mnが基準値に近い場合でも、モー
メント時間変化量ΔMの絶対値が大きい場合には、将来
的にモーメント値が基準値から遠のく可能性が高いの
で、この場合もアーム引き速度は落とされる。さらに、
掘削モーメント規格値Mnが非常に低くかつ高速で減少
している場合、及び掘削モーメント規格値Mnが非常に
高くかつ高速で増加している場合にはアーム引き動作は
停止方向に制御される。
First, regarding the arm pulling operation, as shown in Table 6, in the region where the excavation moment standard value Mn is close to the reference value and the moment time variation ΔM is close to 0, the arm pulling operation, that is, the bucket forward operation is performed. The arm pulling speed is reduced as the excavation moment standard value Mn becomes farther from the reference value. Even when the excavation moment standard value Mn is close to the reference value, if the absolute value of the moment time variation ΔM is large, the moment value is likely to be far from the reference value in the future. Speed is reduced. further,
When the excavation moment standard value Mn is very low and decreases at high speed, and when the excavation moment standard value Mn is very high and increases at high speed, the arm pulling operation is controlled in the stop direction.

【0058】バケット回転動作については、表7に示す
ように、原則として掘削モーメント規格値が基準値 以
下である場合には中立を保つ方向に制御がなされるが、
この場合でも、モーメント時間変化量ΔMが非常に大き
い場合には将来的に掘削モーメント規格値Mnが大きく
なる可能性が高いので、バケットリトラクト動作が行わ
れる。逆に、掘削モーメント規格値Mnが高い場合で
も、その時間変化量ΔMが負の場合すなわちモーメント
が減少している場合には、将来的に掘削モーメント規格
値Mnが基準値に近づく可能性が高いので、バケットリ
トラクト動作が抑えられる。
As shown in Table 7, when the excavation moment specification value is equal to or less than the reference value, the bucket rotation operation is controlled in the direction of maintaining neutrality, as shown in Table 7.
Even in this case, when the moment time variation ΔM is extremely large, the bucket retract operation is performed because the excavation moment standard value Mn is likely to increase in the future. Conversely, even when the excavation moment standard value Mn is high, if the time variation ΔM is negative, that is, if the moment is decreasing, there is a high possibility that the excavation moment standard value Mn will approach the reference value in the future. Therefore, the bucket retract operation is suppressed.

【0059】バケット昇降動作についても同様であり、
表8に示すように、掘削モーメント規格値Mnが基準値
に近くてその変化量ΔMが小さい場合にはバケット昇降
動作を行わない方向に制御が進められるが、その他、掘
削モーメント規格値Mnが基準値より大きくても減少し
ている場合や、掘削モーメント規格値Mnが基準値より
低くても増加傾向にある場合も、将来的には掘削モーメ
ント規格値Mnが基準値に戻る可能性が高いのでバケッ
ト上げ動作が抑制される。これに対し、掘削モーメント
規格値Mn及びその時間変化量ΔMがともに大きい場合
にはバケット上げ動作が促進され、逆に掘削モーメント
規格値Mn及びその時間変化量ΔMがともに小さい場合
にはバケット下げ動作が促進される。ただし、掘削モー
メント規格値Mn及びその時間変化量ΔMがともに極端
に低い場合には、現在異常掘削が生じており、あるいは
将来的に異常掘削が生じる可能性が極めて高い状態にあ
るので、バケットを上げる方向に制御が行われる。
The same applies to the bucket lifting operation.
As shown in Table 8, when the excavation moment standard value Mn is close to the reference value and the change amount ΔM is small, the control is advanced in a direction in which the bucket lifting / lowering operation is not performed. If the excavation moment specification value Mn is lower than the reference value and it is increasing even if the excavation moment specification value Mn is lower than the reference value, there is a high possibility that the excavation moment specification value Mn will return to the reference value in the future. Bucket raising operation is suppressed. On the other hand, when both the excavation moment standard value Mn and its time change amount ΔM are large, the bucket raising operation is promoted. Conversely, when both the excavation moment standard value Mn and its time change amount ΔM are small, the bucket lowering operation is performed. Is promoted. However, when both the excavation moment standard value Mn and the time change ΔM are extremely low, abnormal bucket is currently occurring, or abnormal excavation is very likely to occur in the future. The control is performed in the raising direction.

【0060】このような装置によれば、現在の掘削モー
メントの値だけでなく、その時間変化量をも考慮するこ
とにより、将来の掘削モーメントの変動を予測しながら
の、より効率的な自動掘削を実現することができる。ま
た、このようなモーメント時間変化量をも考慮した制御
は、ホイールローダその他の作業機械にも応用が可能で
あり、また、通常掘削でなく揺動掘削を行う場合にも適
用が可能である。また、上記のようなファジィ制御でな
く、掘削モーメントとその時間変化量の双方について前
記第1実施例で示したと同様に制限値を設け、この制限
値との比較でバケット1の駆動制御を行うようにしても
よい。
According to such an apparatus, by considering not only the current value of the excavation moment but also the time change thereof, more efficient automatic excavation while predicting the fluctuation of the future excavation moment. Can be realized. Further, the control in consideration of the moment time change amount is also applicable to a wheel loader and other working machines, and is also applicable to swing excavation instead of normal excavation. Instead of the fuzzy control as described above, a limit value is provided for both the excavation moment and its time change amount in the same manner as described in the first embodiment, and the drive control of the bucket 1 is performed by comparing the limit value. You may do so.

【0061】なお、本発明は以上のような実施例に限定
されるものでなく、例として次のような態様をとること
も可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but may take the following forms as examples.

【0062】(1) 前記第1実施例では、バケット1を回
転させる作用力を検出する手段として、バケットシリン
ダ5のシリンダ圧を検出するシリンダ圧センサ14を用
いたものを示したが、本発明はこれに限らず、作用力を
検出できるものであれば種々のものが代用可能である。
例えば、バケットに回転力を伝える軸10の歪みや、こ
の軸10に連結されたリンク4の歪み等を検出する歪み
センサを用いても上記と同様の効果が得られる。
(1) In the first embodiment, the cylinder pressure sensor 14 for detecting the cylinder pressure of the bucket cylinder 5 is used as the means for detecting the acting force for rotating the bucket 1. The present invention is not limited to this, and various types can be used as long as the action force can be detected.
For example, the same effect as described above can be obtained by using a strain sensor that detects the distortion of the shaft 10 that transmits the rotational force to the bucket, the distortion of the link 4 connected to the shaft 10, and the like.

【0063】(2) 前記第1実施例では、バケット姿勢を
検出する手段として、ブーム2に対するバケット1の回
転角度及び本体8に対するブーム2の回転角度を検出す
るようにしたものを示したが、その他の値を検出するこ
とによってもバケット姿勢の検出は可能である。例えば
ホイールローダの場合には、バケット1の対地角度とバ
ケット1のブーム2に対する回転角度の検出や、バケッ
トシリンダ5の長さとブームシリンダ2の長さの検出、
あるいはこれらの値を適宜組み合わせた検出により、バ
ケット姿勢の把握が可能であり、油圧ショベルの場合に
は、バケット1の対地角度とバケット1の対アーム角度
の検出や、バケット1の対地角度とバケットシリンダ5
の長さの検出、あるいはバケット1の対アーム角度とア
ーム3の対ブーム角度とブーム2の対本体角度の検出
や、以上記した値を適宜組み合わせて検出により、バケ
ット姿勢の把握が可能である。
(2) In the first embodiment, the means for detecting the bucket attitude is such that the rotation angle of the bucket 1 with respect to the boom 2 and the rotation angle of the boom 2 with respect to the main body 8 are detected. The bucket attitude can be detected by detecting other values. For example, in the case of a wheel loader, detection of the ground angle of the bucket 1 and the rotation angle of the bucket 1 with respect to the boom 2, detection of the length of the bucket cylinder 5 and the length of the boom cylinder 2,
Alternatively, the posture of the bucket can be ascertained by detecting these values in an appropriate combination. In the case of a hydraulic shovel, the angle of the bucket 1 to the ground and the angle of the bucket 1 to the arm are detected. Cylinder 5
Of the bucket posture by detecting the length of the bucket 1, the arm angle of the bucket 1 with respect to the arm 3 and the boom angle of the arm 3 with the body angle of the boom 2, or by appropriately combining the values described above. .

【0064】(3) 前記第1,2実施例では制限値WM−
2,WM−3やHM−2,HM−3等が掘削中常時一定
であるものを示したが、これらの値を掘削中期において
バケット回転角度に応じて変化させるようにしても良
い。例えば、上記制限値WM−2,WM−3を図16の
グラフに示すように変化させた場合には、掘削中期の開
始直後及び終了直前において制限値WM−2が低いため
にバケットのリトラクト動作が促されることとなる。ま
た、この掘削中期前半では掘削状態が比較的不安定なた
め、異常掘削でなくても負の掘削モーメントが一時的に
発生する可能性があるが、この掘削中期前半において制
限値WM−3が負の値に設定されているので、掘削異常
でないにもかかわらずバケット1が必要以上にリトラク
トされることが防がれる。
(3) In the first and second embodiments, the limit value WM-
2, WM-3, HM-2, HM-3, etc. are shown as being constant during excavation. However, these values may be changed according to the bucket rotation angle during the excavation period. For example, when the limit values WM-2 and WM-3 are changed as shown in the graph of FIG. 16, the limit value WM-2 is low immediately after the start and immediately before the end of the middle excavation period, so that the bucket retract operation is performed. Will be encouraged. In the first half of the excavation, the excavation state is relatively unstable. Therefore, even if the excavation is not abnormal, a negative excavation moment may temporarily occur. Since the value is set to a negative value, it is possible to prevent the bucket 1 from being unnecessarily retracted even though there is no excavation abnormality.

【0065】また、この掘削モーメントに関する制限
値、あるいは掘削モーメント時間変化量に関する制限値
は、機械の種類・大きさに応じて適宜設定すれば良い。
The limit value relating to the excavation moment or the limit value relating to the time variation of the excavation moment may be appropriately set according to the type and size of the machine.

【0066】(4) 前記第3,4実施例では、各変数のメ
ンバーシップ関数について7個のラベルを設定したもの
を示したが、このラベル数は機械の構造や変数の内容に
応じて適宜増減すればよい。
(4) In the third and fourth embodiments, seven labels are set for the membership function of each variable. However, the number of labels is appropriately determined according to the structure of the machine and the contents of the variables. It may be increased or decreased.

【0067】[0067]

【発明の効果】まず、請求項1記載の発明は、バケット
姿勢及びバケットを回転させる作用力を検出してバケッ
トの回転軸回りの作業モーメントを時々刻々演算し、こ
の作業モーメントに基づいてバケット回転駆動及びバケ
ット昇降駆動を制御するようにしたものであるので、次
のような効果を得ることができる。
First, according to the first aspect of the present invention, a work moment about the rotation axis of the bucket is calculated every moment by detecting a bucket posture and an acting force for rotating the bucket, and the bucket rotation is performed based on the work moment. Since the driving and the bucket lifting / lowering driving are controlled, the following effects can be obtained.

【0068】(a) 作業中、作業モーメントを監視しなが
らバケット駆動制御を行うので、作業抵抗が極めて高く
なるポイントを避けるようにしてバケットを運転するこ
とができる。従って、作業モーメントに関係なく作業軌
跡制御を行う従来装置のように、上記ポイントで大きな
負荷を受けて耐久性が低減したり、バケットの進行速度
が極端に減少したりすることがなく、バケットに強度的
な負担を与えずに、未熟練オペレータでも、スムーズで
効率の高い(積込量が多くてサイクルタイムの短い)作
業を行うことができる。また、掘削時の消費エネルギも
小さくなる利点もある。
(A) Since the bucket drive control is performed while monitoring the work moment during the work, the bucket can be operated so as to avoid the point where the work resistance becomes extremely high. Therefore, unlike a conventional device that performs work trajectory control irrespective of the work moment, a large load is applied at the above points to reduce durability, and the traveling speed of the bucket does not extremely decrease. Even without skill, even an unskilled operator can perform a smooth and efficient operation (a large load amount and a short cycle time). There is also an advantage that energy consumption during excavation is reduced.

【0069】(b) バケットの軌跡にはこだわらず、作業
モーメントに基づいての制御であるので、作業対象物や
地山形状にかかわらず、広範囲の作業条件に柔軟に対応
することができる。従って、作業対象物が不均一である
場合や地山形状が複雑な場合に特に有効となる。
(B) Since the control is based on the work moment without depending on the trajectory of the bucket, it is possible to flexibly cope with a wide range of work conditions regardless of the work object or the shape of the ground. Therefore, it is particularly effective when the work object is uneven or when the shape of the ground is complicated.

【0070】(c) 最低限、作業モーメントの算出に必要
な値を検出しさえすれば制御が可能であるので、掘削軌
跡制御を行う場合に比べてセンサの必要数が大幅に削減
されるとともに、演算内容も簡略化されるためCPUの
必要容量も少なく、よって大幅なコストダウンを図るこ
とができる。
(C) Since control can be performed as long as the value required for calculating the working moment is detected at a minimum, the required number of sensors is greatly reduced as compared with the case where excavation trajectory control is performed. In addition, since the operation contents are simplified, the required capacity of the CPU is small, so that a significant cost reduction can be achieved.

【0071】さらに、請求項2記載の発明では、上記作
業モーメントに加え、その時間変化量を演算し、双方の
値に基づいてバケット回転駆動及びバケット昇降駆動を
制御するようにしたものであるので、現在の作業モーメ
ント値だけでなく、その増減傾向をも考慮することによ
り、将来の掘削モーメントの変動を予測しながらの制御
を行うことができ、より効率の高い自動掘削を実現する
ことができる効果がある。
Further, according to the second aspect of the present invention, in addition to the above-mentioned work moment, the amount of change over time is calculated, and the bucket rotation drive and the bucket lifting drive are controlled based on both values. By considering not only the current work moment value but also its increasing and decreasing tendency, it is possible to perform control while predicting future fluctuations of the excavation moment, and realize more efficient automatic excavation. effective.

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

【図1】本発明の第1実施例における掘削制御装置のブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of an excavation control device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記掘削制御装置が設けられたホイールローダ
の全体側面図である。
FIG. 2 is an overall side view of a wheel loader provided with the excavation control device.

【図3】上記掘削制御装置による制御動作例を示すグラ
フである。
FIG. 3 is a graph showing a control operation example by the excavation control device.

【図4】運転者の手動操作による掘削における掘削状態
の時間変化を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a time change of an excavation state in excavation by a manual operation of a driver.

【図5】上記掘削制御装置の制御による掘削における掘
削状態の時間変化を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a time change of an excavation state in excavation under the control of the excavation control device.

【図6】第2実施例において掘削制御装置が設けられた
バックホーの全体側面図である。
FIG. 6 is an overall side view of a backhoe provided with an excavation control device in a second embodiment.

【図7】上記掘削制御装置による制御動作例を示すグラ
フである。
FIG. 7 is a graph showing a control operation example by the excavation control device.

【図8】掘削制御装置が設けられるローディングショベ
ルの全体側面図である。
FIG. 8 is an overall side view of a loading shovel provided with an excavation control device.

【図9】第3実施例におけるファジィ制御で用いられる
変数である掘削モーメント規格値のメンバシップ関数を
示した図である。
FIG. 9 is a diagram showing a membership function of an excavation moment standard value which is a variable used in fuzzy control in the third embodiment.

【図10】上記ファジィ制御で用いられる変数であるバ
ケット回転動作信号出力値のメンバーシップ関数を示し
た図である。
FIG. 10 is a diagram showing a membership function of a bucket rotation operation signal output value which is a variable used in the fuzzy control.

【図11】上記ファジィ制御で用いられる変数であるバ
ケット上げ動作信号出力値のメンバーシップ関数を示し
た図である。
FIG. 11 is a diagram showing a membership function of a bucket raising operation signal output value which is a variable used in the fuzzy control.

【図12】第4実施例における掘削制御装置のブロック
図である。
FIG. 12 is a block diagram of an excavation control device according to a fourth embodiment.

【図13】上記掘削制御装置の行うファジィ制御で用い
られる変数であるモーメント時間変化量のメンバーシッ
プ関数を示した図である。
FIG. 13 is a diagram showing a membership function of a moment time variation, which is a variable used in fuzzy control performed by the excavation control device.

【図14】上記ファジィ制御で用いられる変数であるア
ーム引き動作指令信号出力量のメンバーシップ関数を示
した図である。
FIG. 14 is a diagram showing a membership function of an arm pulling operation command signal output amount which is a variable used in the fuzzy control.

【図15】上記掘削制御装置による制御動作例を示すグ
ラフである。
FIG. 15 is a graph showing a control operation example by the excavation control device.

【図16】掘削モーメントの制限値の設定例を示すグラ
フである。
FIG. 16 is a graph showing a setting example of a limit value of an excavation moment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バケット 2 ブーム 3 アーム 5 バケットシリンダ(バケット回転駆動手段) 6 ブームシリンダ(バケット昇降駆動手段) 8 本体 14 シリンダ圧センサ(作用力検出手段) 16 ブーム角度センサ(バケット姿勢検出手段を構
成) 18 バケット角度センサ(バケット姿勢検出手段を構
成) 20 コントローラ 21 バケット姿勢演算手段(バケット姿勢検出手段を
構成) 22 モーメント演算手段 23 バケット回転制御演算部 24 バケット昇降制御演算部 25 モーメント時間変化量演算手段
Reference Signs List 1 bucket 2 boom 3 arm 5 bucket cylinder (bucket rotation driving means) 6 boom cylinder (bucket lifting / lowering driving means) 8 main body 14 cylinder pressure sensor (acting force detecting means) 16 boom angle sensor (constituting bucket attitude detecting means) 18 bucket Angle sensor (constituting bucket attitude detecting means) 20 controller 21 bucket attitude calculating means (constituting bucket attitude detecting means) 22 moment calculating means 23 bucket rotation control calculating section 24 bucket elevating control calculating section 25 moment time change calculating means

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 バケットと、このバケットを回転可能に
支持するバケット支持部材と、このバケット支持部材を
回転可能に支持する本体と、上記バケットをバケット支
持部材に対して回転させるバケット回転駆動手段と、上
記バケット支持部材を本体に対して回転させることによ
りバケットを作業面に対して昇降させるバケット昇降駆
動手段とを備えた作業機械において、上記バケットの姿
勢を検出するバケット姿勢検出手段と、バケットを回転
させる作用力を検出する作用力検出手段と、上記バケッ
ト姿勢及び作用力からバケットの回転軸回りの作業モー
メントを時々刻々演算するモーメント演算手段と、この
演算された作業モーメントに基づいてバケット回転駆動
の制御を行うバケット回転制御手段と、上記作業モーメ
ントに基づいてバケット昇降駆動の制御を行うバケット
昇降制御手段とを備えたことを特徴とする作業制御装
置。
1. A bucket, a bucket support member rotatably supporting the bucket, a main body rotatably supporting the bucket support member, and bucket rotation driving means for rotating the bucket with respect to the bucket support member. A bucket attitude detecting means for detecting the attitude of the bucket, comprising: a bucket attitude detecting means for detecting the attitude of the bucket; and a bucket elevating drive means for elevating the bucket with respect to a work surface by rotating the bucket supporting member with respect to the main body. Acting force detecting means for detecting an acting force to be rotated; moment computing means for momentarily computing a working moment about the rotation axis of the bucket from the bucket posture and acting force; and bucket rotation driving based on the computed working moment. Bucket rotation control means for controlling the And a bucket elevating control means for controlling the lifting / lowering of the bucket.
【請求項2】 バケットと、このバケットを回転可能に
支持するバケット支持部材と、このバケット支持部材を
回転可能に支持する本体と、上記バケットをバケット支
持部材に対して回転させるバケット回転駆動手段と、上
記バケット支持部材を本体に対して回転させることによ
りバケットを作業面に対して昇降させるバケット昇降駆
動手段とを備えた作業機械において、上記バケットの姿
勢を検出するバケット姿勢検出手段と、バケットを回転
させる作用力を検出する作用力検出手段と、上記バケッ
ト姿勢及び作用力からバケットの作業モーメントを時々
刻々演算するモーメント演算手段と、この時々刻々演算
される作業モーメントの時間変化量を演算するモーメン
ト時間変化量演算手段と、上記作業モーメント及びその
時間変化量に基づいてバケット回転駆動の制御を行うバ
ケット回転制御手段と、上記作業モーメント及びその時
間変化量に基づいてバケット昇降駆動の制御を行うバケ
ット昇降制御手段とを備えたことを特徴とする作業制御
装置。
2. A bucket, a bucket supporting member that rotatably supports the bucket, a main body that rotatably supports the bucket supporting member, and bucket rotation driving means that rotates the bucket with respect to the bucket supporting member. A bucket attitude detecting means for detecting the attitude of the bucket, comprising: a bucket attitude detecting means for detecting the attitude of the bucket; and a bucket elevating drive means for elevating the bucket with respect to a work surface by rotating the bucket supporting member with respect to the main body. Acting force detecting means for detecting the acting force to be rotated, moment calculating means for momentarily calculating the working moment of the bucket from the bucket posture and acting force, and moment for computing the time variation of the momentarily calculated working moment Time change amount calculation means, based on the work moment and its time change amount A bucket rotation control means for controlling the bucket rotation drive, and a bucket lifting control means for controlling the bucket lifting drive based on the work moment and the time variation thereof.
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