JP2889945B2 - レーザ光を用いた油圧式パワーショベルの直線掘削制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、油圧式パワーショベルにより管埋設用溝の
掘削や法面の掘削などのバケットを直線的に移動して掘
削する際の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

油圧式パワーショベルはブーム、アーム、バケットを
上下方向に回動してバケットで掘削作業するものであ
り、それらのブーム、アーム、バケットはオペレータが
操作弁を操作することでブームシリンダ、アームシリン
ダ、バケットシリンダに圧油を供給して伸縮することで
上下回動するようになり、バケットを直線的に移動する
には各操作弁を複雑に操作しなければならず、その操作
が大変面倒で熟練を要する。

他方、バケットを自動的に直線移動させて直線掘削を
自動的に行なう直線掘削制御方法が種々提案されてい
る。

例えば、特公昭62−37183号公報に示すように、ブー
ム回動角、アーム回動角、バケット回動角に基づいて演
算し、その演算結果によって各操作弁を切換えることで
バケットを直線的に移動する直線掘削制御方法が提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来より提案されている直線掘削制御方法を実際に油
圧室パワーショベルに適用した具体例はなく、本発明者
が油圧式パワーショベルに適用した管埋設用溝を掘削し
たところ溝底が平坦でなく段差を有する状態となり、ヒ
ューム管を埋設することができなかった。

なぜなら、ヒューム管は所定の長さを有していると共
に、溝底に沿って均一に接するように埋設するので、溝
底が段差を有する形状であるとヒューム管を埋設できな
い。

本発明は前述の課題を鑑みなされたものであり、その
目的は溝底を平坦な状態に掘削できるようにした油圧式
パワーショベルの直接掘削制御方法を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

本発明者は前述の溝底が段差を有する形状となる理由
について検討した結果、従来から提案されている直線掘
削制御方法は車体が停止している状態での自動制御のみ
を考慮しているが、実際に管埋設用溝を掘削する場合に
は車体を停止して所定の長さの溝を掘削終了したら車体
を所定距離走行させ、再び所定の長さの溝を掘削するの
で、車体を走行させて再び掘削する際に掘削地表面の凹
凸等によって車体の高さが異なるから、掘削した溝の深
さが異なって溝底が段差を有する状態となってしまうこ
とが判明した。

このことを解消するために鋭意研究した結果、レーザ
発振器からのレーザ光をパワーショベルの車体で受光す
ることで掘削地表面の凹凸による車体高さの変位量を検
出し、それに基づいてバケットを直線移動させれば溝底
を平坦な状態に掘削できることを見い出した。

すなわち、本発明を油圧式パワーショベルの直線掘削
制御方法は、掘削地表面に設置したレーザ発振器のレー
ザ光を車体に設けたセンサで検出することで車体高さ変
位量を求め、その車体高さ変位量を制御系にフィードバ
ックして各操作弁への切換信号を補正するようにした方
法であり、これによって管埋設用溝の溝底を平坦な状態
に掘削できる。

〔実 施 例〕

第１図に示すように、車体１にブーム２をブームシリ
ンダ３で上下回動自在に設け、そのブーム２にアーム４
をアームシリンダ５で上下回動自在に設けると共に、そ
のアーム４にバケット６をバケットシリンダ７で上下回
動自在に設けて油圧式パワーショベルを構成し、その車
体１には前後傾斜計８、左右傾斜計９、レーザ光を受光
するセンサ10が設けてあると共に、ブーム２の回動支点
にブーム角度センサ11、アーム４の回動支点にアーム角
度センサ12、バケット６の回動支点にバケット角度セン
サ13が設けてあり、掘削地表面Ａにはレーザ発振器14が
設置され、このレーザ発振器14のレーザ光Ｂを前記セン
サ10で受光するようにしてある。

前記前後傾斜計８、左右傾斜計９、ブーム角度センサ
11、アーム角度センサ12、バケット角度センサ13の信号
はコントローラ20の演算回路21における自動掘削制御回
路22に入力されて従来と同様に演算して制御指令を制御
回路23に出力し、その制御回路23よりブーム用、アーム
用、バケット用の電磁比例制御弁24,25,26に制御電流を
出力してブームシリンダ３、アームシリンダ５、バケッ
トシリンダ７を伸縮してバケット６を直線的に移動して
溝掘削を行なう。

前記センサ10はレーザ光Ｂを受光することでレーザ光
Ｂに対するセンサ10の変位を検出し、その信号を前記演
算回路21における車体高さ変位量演算回路27に入力し、
前後傾斜計８からの車体前後傾斜角度及び左右傾斜計９
からの車体左右傾斜角度に基づいて車体１の高さ変位量
を演算して自動掘削制御回路22にフィードバックして制
御指令を補正すると共に、その指令値に基づく溝深さを
表示部28に表示する。

次にヒューム管埋設用溝を掘削する動作を説明する。

車体１に走行すると同時に手動操作でブーム２、アー
ム４、バケット６を回動してバケット６先端部を掘削開
始位置として車体１を停止する。

コントローラ20の自動掘削制御回路22に掘削する溝の
深さを入力し、前記センサ10からの信号と前後・左右傾
斜角度によってその時の車体高さを演算し、その車体高
さに基づいて入力された溝深さとなるように演算して制
御信号を制御回路23に入力し、各電磁比例制御弁24,25,
26に制御電流を送ってブームシリンダ３、アームシリン
ダ５、バケットシリンダ７に圧油を供給しブーム２、ア
ーム３、バケット６を回動してバケット６を所定深さで
所定勾配に沿って直線移動して車体１を停止した状態で
溝を掘削する。

所定の長さの溝を掘削終了したら車体１を所定距離走
行して停止し、その時のセンサ10の信号で車体高さ変位
量を演算し、その車体高さ変位量だけ制御信号を補正し
て前述と同様にバケット６を所定深さ、所定勾配に沿っ
て直線移動して溝を掘削する。

例えば、ブーム枢着ピンの位置を基準としてバケット
６の位置を演算する場合には車体高さ変位量だけブーム
枢着ピンの位置を変位させて制御信号を演算する。

この動作を繰り返すことで溝を連続して掘削する。

以上の実施例で角度センサでブーム、アーム、バケッ
トの回動量を検出したが、シリンダのストロークによっ
て回動量を検出しても良い。

〔発明の効果〕 車体１が所定距離走行して停止した状態ごとにレーザ
光をより車体高さ変位量を検出し、その車体高さ変位量
に基づいて掘削深さを補正するので、掘削地表面の凹凸
などによって車体１の高さが異なっても連続した平坦面
となるように直線掘削できるから、ヒューム管埋設用溝
を掘削する際に溝底を平坦な状態に掘削できてヒューム
管を埋設できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は油圧式パワーショベルの正面図、第２図は制御
装置のブロック説明図である。 １は車体、２はブーム、３はブームシリンダ、４はアー
ム、５はアームシリンダ、６はバケット、７はバケット
シリンダ、10はセンサ、14はレーザ発振器。

フロントページの続き (72)発明者 上田 明 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (72)発明者 広沢 克 東京都港区赤坂２丁目３番６号 株式会 社小松製作所内 (56)参考文献 特開 昭56−105030（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−59732（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−185932（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−10501（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02F 3/43,9/20,9/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブーム回動量、アーム回動量、バケット回
   動量等に基づいてバケット先端部が直線的に移動するよ
   うにブーム、アーム、バケットを自動的に回動制御する
   油圧式パワーショベルの直線掘削制御方法において、 掘削開始時に車体高さを、掘削地表面に設置したレーザ
   発振器14のレーザ光Ｂにより車体に設置したセンサ10に
   て検出し、その検出した車体高さに基づいて掘削深さを
   決定して車体停止状態で所定長さだけ直線掘削し、その
   後に車体１を所定距離走行させて停止状態で再び直線掘
   削する際に前記レーザ光により車体高さ変位量を検出
   し、その車体高さ変位量によって掘削深さを補正するよ
   うにしたことを特徴とするレーザ光を用いた油圧式パワ
   ーショベルの直線掘削制御方法。