JP2983783B2 - 作業機の定速軌跡制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作業機の定速軌跡制御
装置に係り、例えば地盤改良施工に用いられるアースオ
ーガ作業機のように非常に低速で移動させる必要がある
アーム式作業機の先端位置を、外部からの指令に応じ特
定の軌道上を一定速度で移動させることのできる作業機
の定速軌跡制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アーム式掘削作業機等に備えられ
るこの種の定速軌跡制御装置は、特開昭５５−３００３
８号公報に記載されるように、アーム先端の移動速度を
ほぼ一定に制御するため各アームの角速度をフィードバ
ックし、各アームの目標回動速度との偏差を求めてアー
ム駆動用アクチュエータの動作を制御するようにしてい
た。この従来技術による軌跡制御装置を図６を用いて説
明する。図６は、掘削作業機である油圧ショベルに備え
られるバケットの先端位置を、車体に対する刃先角が一
定のまま指示された方向に直線的に一定速度で移動さ
せ、法面の地ならし作業等を自動制御するための制御装
置のブロック図を示す。

【０００３】この従来技術による軌跡制御装置は、図示
しないバケットの回動速度を指示する操作レバー１０３
と、バケット先端の水平方向（以下Ｘ方向と記す）の移
動速度を指示する操作レバー１０１と、バケット先端の
垂直方向（Ｙ方向）の移動速度を指示する操作レバー１
０２と、これらの操作レバー１０１，１０２，１０３か
らの信号を入力し、図示しないブーム，アーム，バケッ
トの各回動速度の目標値を演算するための回動速度演算
回路１０４と、円弧掘削モードと軌跡制御モードとを切
換えるための切換スイッチ１０５と、ブーム，アーム，
バケットの駆動用シリンダ１０８ａ，１０８ｂ，１０８
ｃへの作動油の流量を制御する流量制御回路１０７ａ，
１０７ｂ，１０７ｃと、図示しない車体とブーム，ブー
ムとアーム，アームとバケットの各相対角度を検出する
角度検出器１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃと、角度検出
器１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃからの信号に対し微分
処理を行ってブーム，アーム，バケットの回動速度とし
て出力する微分器１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃと、こ
れらの回動速度と回動速度演算回路１０４によって算出
された回動速度の目標値との差を算出する加算器１０６
ａ，１０６ｂ，１０６ｃとを備えている。

【０００４】以上のように構成された従来技術による軌
跡制御装置では、切換スイッチ１０５がロ側に切換えら
れて軌跡制御が選択されると、回動速度演算回路１０４
は操作レバー１０３により指示されたバケットの回動速
度指令Ｖｃと、操作レバー１０１により指示されたＸ方
向速度指令Ｖｘと、操作レバー１０２により指示された
Ｙ方向速度指令Ｖｙとから、ブーム，アーム，バケット
の各回動速度の目標値Ｖα，Ｖβ，Ｖγを算出する。た
だし、ブームの回動速度Ｖαおよびアームの回動速度Ｖ
βが設定されると、車体に対するバケットの刃先角を一
定角に保持させるためのバケットの回動速度は一義的に
定まるため、定速軌跡制御動作時には操作レバー１０３
を操作しなくてもバケットの目標回動速度Ｖγが出力さ
れる。したがって、操作レバー１０３はバケット角γを
変更するときにのみ操作される。

【０００５】また、流量制御回路１０７ａ，１０７ｂ，
１０７ｃは、回動速度演算回路１０４からの各目標回動
速度信号Ｖα，Ｖβ，Ｖγに基づきシリンダ１０８ａ，
１０８ｂ，１０８ｃへの作動油量を制御する。通常、シ
リンダ１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃへの作動油の供給
は図示しない電磁比例弁の切換制御により行われるた
め、回動速度演算回路１０４からの各目標回動速度信号
に応じた信号を電磁比例弁に出力して作動油量が制御さ
れる。

【０００６】流量制御回路１０７ａ，１０７ｂ，１０７
ｃから作動油が供給されると、シリンダ１０８ａ，１０
８ｂ，１０８ｃが動作し、ブーム，アーム，バケットが
回動する。これにより、車体とブーム，ブームとアー
ム，アームとバケットの各相対角度α，β，γが変化す
る。上述したように各相対角度α，β，γは角度検出器
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃにより検出され、微分器
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃにより実際のブーム，ア
ーム，バケットの回動速度Ｄα，Ｄβ，Ｄγがそれぞれ
出力される。加算器１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは、
回動速度演算回路１０４によって算出された目標回動速
度Ｖα，Ｖβ，Ｖγと、実際の回動速度Ｄα，Ｄβ，Ｄ
γとの差を算出し、流量制御回路１０７ａ，１０７ｂ，
１０７ｃに出力する。したがって、目標回動速度Ｖα，
Ｖβ，Ｖγと実際の回動速度Ｄα，Ｄβ，Ｄγとの差分
が補正され、ブーム，アーム，バケットは目標回動速度
を確保するように補正される。

【０００７】以上の動作によって、バケット先端位置が
操作レバー１０１，１０２，１０３からの指示に応じた
方向および速度で移動する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
る定速軌跡制御装置によれば、目標回動速度と実際の回
動速度との差がほぼリアルタイムで補正されるため油圧
ショベルによる地ならし作業のように、比較的高速な動
作を要求される作業の場合には精度良く作業機先端の軌
跡を制御することが可能である。

【０００９】しかし、例えばアースオーガ作業機による
地盤改良施工では、オーガスクリューで掘削される掘削
穴に均一にセメントミルクを注入する必要があり、地盤
の硬軟によってばらつきはあるものの、アーム先端の移
動速度が０．５ｍ／分〜１．５ｍ／分と非常に低速での
動作が要求される。このような低速動作が要求される作
業機に対し、上述した従来技術による軌跡制御装置を採
用した場合には、下記の問題点が生じる。

【００１０】すなわち、 （１）． 各アームの回動速度が非常に低速であり、各
アームの回動速度をフィードバックしても偏差が極めて
小さな値となり、しかも、電磁比例弁の流量特性のばら
つきがあるため動作が停止したままの状態に陥る場合が
ある。 （２）． 各アームの実際の回動速度を、サンプリング
タイムに応じた比較的短時間での各アーム間の相対角度
変化の微分値により求めているため、低速動作時にその
回動速度を精度良く検出しようとすると極めて高分解能
を有する角度検出器が必要となり、高価なものとなる。 （３）． 上記（１），（２）の問題点を補うためにサ
ンプリング間隔を長くし、各アームの回動速度をフィー
ドバックするようにした場合には、幾何学的な理由か
ら、アーム先端の軌跡を一定に制御するための目標とな
る回動速度は各アームの座標によって大きく変化するた
め、第２のアーム先端を定速で移動させることが困難で
ある上、軌跡すなわち位置制御の精度が悪化する。

【００１１】一方、本発明者が先に提案し特開平１−２
７８６２３号公報に開示されるような、定速制御を行わ
ず、位置フィードバックによりアーム先端の軌跡、すな
わち、オーガスクリューの動作軌跡を最優先する制御装
置を用いることも考えられるが、 （４）． オーガスクリューの掘削速度が一定となら
ず、ポンプによるセメントミルク注入流量と同期させて
施工することができなくなり、セメントミルクと土砂と
の混合が不均一になってしまう。 という別の問題が生じる。

【００１２】本発明の目的は、作業機が低速で動作して
も作業機先端の軌跡精度を悪化させることなく作業機先
端の移動速度を目標移動速度となるように制御すること
ができる作業機の定速軌跡制御装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】実施例を示す各図に対応
づけて本発明を説明する。 （１）請求項１に記載の発明は、図４に示すように作業
機本体１０と、この本体１０に回動可能に接続され、互
いに回動可能に接続された少なくとも第１、第２のアー
ム２，３を含む複数のアームからなるアーム組立体１〜
３およびこのアーム組立体を駆動する駆動手段５，６と
を有する作業機に設けられる定速軌跡制御装置に適用さ
れるものである。また、本発明は図１に示すように、本
体１０とこの本体１０に接続したアーム組立体との相対
角度および各アーム相対角度を検出する角度検出手段１
１〜１３と、アーム組立体の軌跡制御対象部位（第２の
アーム３の先端）の移動速度を指示する速度指示手段１
４と、この速度指示手段１４からの指示信号および角度
検出手段１１〜１３からの検出信号を入力し、軌跡制御
対象部位を所定の軌道に沿って指示された速度で移動さ
せるために複数のアームの中から選ばれた少なくとも第
１、第２のアーム２，３の目標回動速度を演算し、この
演算結果に応じた信号を出力する回動速度演算手段１５
と、この回動速度演算手段１５からの目標回動速度信号
を入力し、この入力信号に応じ駆動手段５，６の動作を
制御する駆動制御手段１６とを備えた作業機の定速軌跡
制御装置に適用される。そして上記目的は、角度検出手
段１１〜１３からのそれぞれの相対角度信号によって、
軌跡制御対象部位の座標を算出する座標演算手段２０
と、この座標演算手段２０によって算出された軌跡制御
対象部位の座標の、軌跡制御開始時の軌跡制御対象部位
の基準座標からの変化量と、速度指示手段１４で指示さ
れた移動速度を積分して算出された目標座標変化量とに
基づいて、軌跡制御対象部位の実際の位置が目標位置に
対して遅れているときは速度指示手段１４からの指示信
号を増大方向に補正し、軌跡制御対象部位の実際の位置
が目標位置に対して進んでいるときは速度指示手段１４
からの指示信号を低減方向に補正し、この補正結果を制
御速度として回動速度演算手段１５に出力する補正演算
手段２１とを備えることにより達成される。（２）請求項２に記載の発明は、補正演算手段２１を、
図２に示すように、速度指示手段１４からの信号を積分
して目標座標変化量を算出する目標座標変化量算 出部２
２と、座標演算手段２０によって算出された制御起動時
の座標を記憶する座標記憶部２３と、この座標記憶部２
３に格納されている座標と座標演算手段２０により算出
した座標との差から軌跡制御対象部位の座標変化量を算
出し、この結果と目標座標変化量算出部２２で求められ
た目標座標変化量との差に基づいて速度補正係数を求め
る速度補正係数演算部２５と、この速度補正係数を速度
指示手段１４からの信号に乗算して回動速度演算手段１
５へ出力する制御速度演算部２６とを含んで構成したこ
とを特徴とする。 （３）請求項３に記載の発明は、補正演算手段２１を、
図５に示すように、速度指示手段１４からの信号を積分
して目標座標変化量を求める目標座標変化量算出部２２
と、座標演算手段２０によって算出された制御起動時の
座標を記憶する座標記憶部２３と、この座標記憶部に格
納されている座標と座標演算手段２０によって算出した
座標との差から軌跡制御対象部位の座標変化量を算出
し、この結果と目標座標変化量算出部２２で求められた
目標座標変化量との差から座標偏差を求め、この座標偏
差を速度指示手段１４からの信号で除した結果に基づい
て速度補正係数を求める速度補正係数演算部２５と、こ
の速度補正係数を速度指示手段１４からの信号に乗算し
て回動速度演算手段１５へ出力する制御速度演算部２６
とを含んで構成したことを特徴とする。

【００１４】

【作用】（１）本発明の請求項１に記載の発明は上記の
ように構成されているので、座標演算手段２０では、所
定時間毎に角度検出手段１１〜１３からの検出信号を入
力し、軌跡制御対象部位（第２のアーム３の先端）の座
標を算出する。補正演算手段２１では、軌跡制御対象部
位の座標が基準座標から実際にどれだけ変化したかを示
す座標変化量を算出するとともに、速度指示手段１４か
らの信号を積分して目標座標変化量を算出する。次に、
実際の座標変化量と目標座標変化量との差に基づいて、
軌跡制御対象部位の実際の位置が目標位置に対して遅れ
ているときは速度指示手段１４からの指示信号を増大方
向に補正し、軌跡制御対象部位の実際の位置が目標位置
に対して進んでいるときは速度指示手段１４からの指示
信号を低減方向に補正する。そして、補正された信号を
軌跡制御対象部位の制御速度信号として回動速度演算手
段１５へ出力する。回動速度演算手段１５では補正演算
手段２１からの制御速度信号と角度検出手段１１〜１３
からの検出信号とにより、各アーム２，３の目標回動速
度を算出する。駆動制御手段１６ではこの目標回動速度
に基づき駆動手段５，６を作動させる。 （２）請求項２に記載の発明では、補正演算手段２１に
よって、まず、座標演算手段２０により算出された軌跡
制御対象部位の座標と、座標記憶部２３に格納されてい
る制御起動時の軌跡制御対象部位の座標とから、制御起
動時からの軌跡制御対象部位の座標変化量が算出され
る。一方、目標座標変化量算出部２２で速度指示手段１
４からの信号が積分され、目標座標変化量が算出され
る。そしてこの目標座標変化量と制御起動時からの軌跡
制御対象部位の座標変化量との差に基づいて、速度補正
係数演算部２５で速度補正係数が演算され、さらに制御
速度演算部２６で速度補正係数と速度指示手段１４から
の信号が乗算される。これにより、制御起動時からの軌
跡制御対象部位の座標変化の目標座標変化量に対する誤
差分が補正された制御速度が算出される。 （３）請求項３に記載の発明では、軌跡制御対象部位の
座標変化量と目標座標変化量算出部２２で求められた目
標座標変化量との差から座標偏差を求め、この座標偏差
を速度指示手段１４からの信号で除した結果に基づいて
速度補正係数演算部２５で速度補正係数を求める。さら
に制御速度演算部２６で速度補正係数と速度指示手段１
４からの信号が乗算される。

【００１５】なお、課題を解決するための手段と作用の
項では実施例の図を用いて本発明を説明したが、これに
より本発明が実施例に限定されるものではない。

【００１６】

【実施例】

−第１の実施例− 図１〜図４により本発明に係る定速軌跡制御装置の実施
例を説明する。図４は本発明に係る定速軌跡制御装置を
搭載することができるアースオーガ作業機の外観を示
し、この第１の実施例による定速軌跡制御の対象となる
アースオーガ作業機は、車体１０に回動可能に接続され
た第１アーム１と、この第１アーム１に回動可能に接続
された第２アーム２と、この第２アーム２に回動可能に
接続された第３アーム３とを備え、第１アーム１，第２
アーム２，第３アーム３はそれぞれ油圧シリンダ４，
５，６によって駆動される。また、第３アーム３の先端
には、オーガ掘削ユニット７を介してオーガスクリュー
８が装着され、掘削作業を行うようになっている。ま
た、セメントミルク注入用のポンプユニット９から供給
されるセメントミルクは、ホース９’を介し、オーガ掘
削ユニット７に設けられた注入口よりオーガスクリュー
８へと導かれ、オーガスクリュー８の軸心に設けた図示
しないパイプを通し掘削穴に注入されて攪拌される。

【００１７】このアースオーガ作業機では、掘削時にオ
ーガスクリュー８を含め各部材に過大な力が加わらない
ように、特に、第２アーム２および第３アーム３により
第３アーム３先端の移動方向が一定（一般には鉛直方向
に一定）となるように制御する必要がある。なお、この
実施例では、第２アーム２と第３アーム３の複合動作に
よって軌跡制御を行うため、軌跡制御動作時には、第１
アーム１は固定された姿勢を保持する。さらに、上述し
たようにオーガスクリュー８により掘削される掘削穴に
セメントミルクを均一に注入して充分に攪拌するため
に、第３アーム３先端の移動速度すなわちオーガスクリ
ュー８による掘削速度を非常に低速にする必要がある。

【００１８】このために、この実施例による定速軌跡制
御装置は、図１に示すように、上昇および下降の方向を
含め第３アーム３先端の移動速度ＳV を指示する操作レ
バー１４、車体１０と第１アーム１との相対角度αを検
出する角度検出器１１、第１アーム１と第２アーム２と
の相対角度βを検出する角度検出器１２、および第２ア
ーム２と第３アーム３との相対角度γを検出する角度検
出器１３とを備える。さらに、この制御装置は、角度検
出器１１，１２，１３からの検出信号α，β，γと、操
作レバー１４からの指示信号ＳV とを入力し、これらの
入力信号に基づき第２アーム２および第３アーム３の各
目標回動速度Ｔ2V，Ｔ3Vを演算出力する演算装置２００
と、この演算装置２００により算出された目標回動速度
Ｔ2V，Ｔ3Vを入力し油圧シリンダ５，６への作動油流量
Ｑ2，Ｑ3を制御する流量制御回路１６とを備えている。
ここで、後述する（２）式および（３）式からわかると
おり、目標回動速度Ｔ2V，Ｔ3Vは第３アーム３の先端を
制御速度ＹCVで鉛直方向に移動させるように算出された
ものである。

【００１９】また、演算装置２００は、角度検出器１
１，１２，１３からの検出信号に基づき、第３アーム３
先端の垂直方向の座標Ｈを算出する座標演算部２０と、
この座標演算部２０および操作レバー１４からの信号を
入力し、操作レバー１４からの指示信号ＳV を補正し第
３アーム３先端の制御速度ＹCVを演算出力する補正演算
部２１と、補正演算部２１からの制御速度信号ＹCVおよ
び角度検出器１１，１２，１３からの検出信号α，β，
γを入力し、第２アーム２および第３アーム３の目標回
動速度Ｔ2V，Ｔ3Vを算出する回動速度演算部１５とから
なる。

【００２０】また、補正演算部２１は図２に示すよう
に、操作レバー１４からの指示信号ＳV を積分して目標
座標変化量を算出する目標座標変化量算出部２２と、制
御起動時の座標演算部２０の演算結果を格納する座標記
憶部２３と、座標演算部２０の演算結果と座標記憶部２
３の記憶値との差を第３アーム３先端の座標変化として
求める加算点２４ａと、目標座標変化量算出部２２で算
出された目標座標変化量と加算点２４ａで算出された第
３アーム３先端の座標変化との差を座標偏差として求め
る加算点２４ｂと、この結果に基づいて速度補正係数を
演算する速度補正演算部２５と、この速度補正係数を操
作レバー１４からの指示信号ＳVに乗算して制御速度ＹC
Vを算出する制御速度演算部２６とからなる。速度補正
係数は図２に示すように、座標偏差が０付近で１、座標
偏差が正すなわち座標進みになるにつれ１より減少、座
標偏差が負すなわち座標遅れになるにつれ１より増加す
るよう設定されている。

【００２１】また図１において、流量制御回路１６は、
演算装置２００によって算出された目標回動速度Ｔ2V，
Ｔ3Vに基づき作動油流量Ｑ2 ，Ｑ3 を算出する流量演算
部１７と、この流量演算部１７からの指令に応じて流量
を制御する制御弁１８，１９とを備える。

【００２２】次に本装置の動作について説明する。図１
において、まず座標演算部２０では、角度検出器１１，
１２，１３からの検出信号α，β，γを入力し、第３ア
ーム３先端の垂直方向の座標Ｈを算出する。図３に示す
ように車体１０と第１アーム１との接続部Ｏを座標原
点、車体１０に対し水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸と
し、各アームの長さをそれぞれＬ1，Ｌ2，Ｌ3とし、第
１アームと車体１０との相対角度αおよびアーム相対角
度β，γに対し各アーム軸線上からの角度をＴ1 ，Ｔ2
，Ｔ3 とすると、第３アーム先端３ａのＹ座標Ｈは次
式により算出される。

【数式１】 Ｈ＝Ｌ1×ｓｉｎ（Ｔ1 ）＋Ｌ2×ｓｉｎ（Ｔ1 −Ｔ2 ） ＋Ｌ3×ｓｉｎ（Ｔ1 −Ｔ2 −Ｔ3 ） ・・・・・（１） ここで、Ｔ1 ＝α，Ｔ2 ＝π−β，Ｔ3 ＝π−γであ
る。

【００２３】次に補正演算部２１では図２に示すよう
に、操作レバー１４が起動されたときのＹ座標Ｈ0を座
標記憶部２３に記憶し、以後、加算点２４ａにより、座
標演算部２０で算出されたＹ座標Ｈと座標記憶部２３に
記憶されたＹ座標Ｈ0との差を第３アーム３先端の座標
変化量ＶCとして求める。この座標記憶部２３に記憶さ
れたＹ座標Ｈ0は操作レバー１４が中立位置から再び起
動されると更新される。一方、操作レバー１４からの指
示信号ＳVは目標座標変化量算出部２２で積分され目標
座標変化量ＶCAが算出される。この目標座標変化量ＶCA
は、操作レバー１４が中立状態から再び起動されると一
旦クリアされ、あらたに指示信号ＳVは積分されて目標
座標変化量ＶCAが算出される。加算点２４ｂは目標座標
変化量算出部２２からの目標座標変化量ＶCAと、加算点
２４ａからの座標変化量ＶCとの差を座標偏差として求
め、速度補正係数演算部２５はこの座標偏差に基づいて
速度補正係数を演算する。そしてこの速度補正係数と操
作レバー１４からの指示信号ＳVは制御速度演算部２６
で乗算され、第３アーム３先端の制御速度ＹCVが図１に
示す回動速度演算部１５へ出力される。

【００２４】回動速度演算部１５では、補正演算部２１
によって算出された第３アーム３先端の制御速度ＹCV
と、角度検出器１１，１２，１３によって検出された各
アーム相対角度α，β，γに基づき、第２アーム２と第
３アーム３の各回動速度Ｔ2V，Ｔ3Vを算出する。この回
動速度演算部１５における演算は以下に示す既知の手法
により行われる。すなわち、前述した各アーム相対角度
α、β，γに関連した角度Ｔ1 ，Ｔ2 ，Ｔ3 と制御速度
ＹCVとにより、第２アーム２の回動速度Ｔ2Vは、

【数式２】 Ｔ2V＝ＹCV×ｓｉｎ（Ｔ1 −Ｔ2 −Ｔ3 ）／｛Ｌ2×ｓｉｎ（Ｔ3 ）｝ ・・・・ （２） また、第３アーム３の回動速度Ｔ3Vは、

【数式３】 Ｔ3V＝−ＹCV×｛Ｌ2×ｓｉｎ（Ｔ1 −Ｔ2 ） ＋Ｌ3×ｓｉｎ（Ｔ1 −Ｔ2 −Ｔ3 )}/{Ｌ2×Ｌ3×ｓｉｎ（Ｔ3 )} ・・・・ （３） となる。

【００２５】流量制御回路１６を形成する流量演算部１
７は、回動速度演算部１５により算出された第２アーム
２，第３アーム３の各回動速度Ｔ2V，Ｔ3Vおよび各相対
角度β，γに関連する角度Ｔ2 ，Ｔ3 に基づき、第２ア
ーム２駆動用油圧シリンダ５および第３アーム３駆動用
油圧シリンダ６への作動油の流量Ｑ2 ，Ｑ3 を算出し、
流量Ｑ2 ，Ｑ3 に応じた信号ｉ1 ，ｉ2 を制御弁１８，
１９に出力する。この流量Ｑ2 ，Ｑ3 は以下に示す既知
の手法によって算出される。すなわち、

【数式４】 Ｑｎ ＝ＴｎV×ｆｎ（Ｔｎ）×Ａｎ ・・・・（４） となる。ここで、ｎ＝２または３、ｆｎ（Ｔｎ）はリン
ク補正係数を、Ａｎは各油圧シリンダの受圧面積を示
す。この流量制御回路１６により、第２アーム２、第３
アーム３を駆動する各油圧シリンダ５、６に作動油が供
給され各油圧シリンダ５、６が作動し、第２アーム２お
よび第３アーム３が動作する。

【００２６】したがって上述した実施例による定速軌跡
制御装置によれば、作業機先端の座標変化量と指示速度
を積分した目標座標変化量との差から、制御の進み・遅
れを求め、この値に基づいて進みのときは制御速度を減
少させ、遅れのときは制御速度を増加させて、この補正
された制御速度から各アームの回転速度を算出して制御
するようにしたため、低速で動作する作業機であって
も、作業機先端の軌跡精度を悪化させることなく、作業
機先端の移動速度を目標移動速度となるように補正する
ことができる。特に指示速度の積分値から目標座標変化
量を求めるようにしているので、サンプリングタイムを
考慮することなく作業機先端の軌跡を制御することがで
き、より高精度な速度制御が可能となる。 −第２の実施例− 図５は本発明に係る定速起動制御装置の補正演算部２１
の第２の実施例のブロック図を示す。なお図２に示す第
１の実施例による補正演算部のブロック図と共通する部
分については同一符号を付しておりその説明は省略す
る。図５に示すように、この第２の実施例による補正演
算部２１Ａは、第１の実施例の構成要素に、パラメータ
変換部２７を加えた構成としている。パラメータ変換部
２７は、加算点２４ｂの出力すなわち座標偏差を操作レ
バー１４の指示信号ＳVで除し、この結果を速度補正係
数演算部２５へ出力する。これにより、速度補正係数を
算出するための制御の進み・遅れを示すパラメータが、
第１の実施例の座標偏差の代りに、座標偏差／指示速度
すなわち時間となり、操作レバー１４からの指示速度Ｓ
Vが広範囲に設定されても、制御の進み・遅れ量を時間
に換算して制御を行うので、速度補正係数の設定値を指
示速度に応じて変更する必要がない。

【００２７】なお、上記した実施例１、２ではアースオ
ーガ作業機を対象に説明してきたが、一定速度を必要と
する作業機であれば本願発明を適用することができる。
また、作業機の制御アーム数を２本として説明したが、
制御アーム数を３本以上有する作業機であっても、各ア
ームの回動速度の演算内容を変えることにより適用可能
である。また、作業方向を本体に対する垂直方向につい
てのみ論じたが、水平方向あるいは斜め方向であっても
良い。あるいは、各アームを駆動する手段として、油圧
シリンダとしたがその他の油圧アクチュエータを用いて
も良い。さらに速度設定手段として、上昇及び下降用の
設定ダイアルとポテンショメータとにより構成されるよ
うな専用の速度設定器を設けてもよい。

【００２８】このように構成した実施例１、２にあって
は、車体１０が作業機本体に、第２アーム２が第１のア
ームに、第３アーム３が第２のアームに、第１アーム１
〜第３アーム３がアーム組立体に、第３アーム３の先端
が軌跡制御対象部位に、油圧シリンダ４，５，６が駆動
手段に、角度検出器１１，１２，１３が角度検出手段
に、操作レバー１４が速度指示手段に、回動速度演算部
１５が回動速度演算手段に、流量制御回路１６が駆動制
御手段に、座標演算部２０が座標演算手段に、補正演算
部２１が補正手段に対応する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１〜３に記載
の発明によれば、軌跡制御対象部位の座標変化量と指示
速度から積分により算出された目標座標変化量とに基づ
いて指示速度を補正し、この補正した制御速度に基づき
各アームの回動速度を算出して制御するため、低速で動
作する作業機であっても、軌跡制御対象部位の軌跡精度
を悪化させることなく、軌跡制御対象部位の移動速度を
目標移動速度となるように制御することができる。とく
に、速度指示信号を積分して目標座標変化量を導出する
から、サンプリングタイムに依存せずに制御が可能とな
り、高価な角度検出器が不要になるという利点もある。
請求項１の発明ではとくに、軌跡制御対象部位の制御が
遅れているときは指示速度を増大し、進んでいるときは
指示速度を低減するように補正するので、オペレータの
意図しない方向にアーム組立体が回動することがない。
またとくに請求項３の発明によれば、軌跡制御対象部位
の座標変化量と指示速度を積分した目標座標変化量との
差を、指示速度で除したパラメータで速度補正係数を求
め、この補正係数で指示速度を補正するようにしたの
で、指示速度が広範囲に変化する場合でも速度補正係数
の設定を指示速度に応じて切り換える必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例の定速軌跡制御装置のブロ
ック図である。

【図２】第１の実施例による定速軌跡制御装置を形成す
る補正演算部のブロック図である。

【図３】第１および第２の実施例における演算処理を行
う際の座標関係を定義する図である。

【図４】第１および第２の実施例による定速軌跡制御装
置を搭載するアースオーガ作業機の外観図である。

【図５】第２の実施例による定速軌跡制御装置を形成す
る補正演算部のブロック図である。

【図６】従来技術による軌跡制御装置のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 第１アーム ２ 第２アーム（第１のアーム） ３ 第３アーム（第２のアーム） ４，５，６ 油圧シリンダ（駆動手段） ７ オーガ掘削ユニット ８ オーガスクリュー １０ 車体（本体） １１，１２，１３ 角度検出器（角度検出手段） １４ 操作レバー（速度指示手段） １５ 回動速度演算部 １６ 流量制御回路（駆動制御手段） ２０ 座標演算部 ２１ 補正演算部 ２２ 目標座標変化量算出部 ２３ 座標記憶部 ２４ａ，２４ｂ 加算点 ２５ 速度補正係数演算部 ２６ 制御速度演算部 ２７ パラメータ変換部 ２００ 演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02F 3/43 E21B 44/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業機本体に回動可能に接続され、互いに
   回動可能な少なくとも第１および第２のアームを含む複
   数のアームからなるアーム組立体およびこのアーム組立
   体の各アームを駆動する駆動手段を有する作業機に設け
   られ、 前記作業機本体とこの本体に接続したアーム組立体との
   相対角度および前記各アーム間の相対角度を検出する角
   度検出手段と、前記アーム組立体の軌跡制御対象部位 の移動速度を指示
   する速度指示手段と、 この速度指示手段からの指示信号および前記角度検出手
   段からの検出信号を入力し、前記軌跡制御対象部位を所
   定の軌道に沿って指示された速度で移動させるために前
   記複数のアームの中から選ばれた少なくとも第１および
   第２のアームの目標回動速度を演算し、この演算結果に
   応じた信号を出力する回動速度演算手段と、 この回動速度演算手段からの目標回動速度信号を入力
   し、この入力信号に応じて前記駆動手段の動作を制御す
   る駆動制御手段とを備えた作業機の定速軌跡制御装置に
   おいて、 前記角度検出手段からのそれぞれの相対角度信号によっ
   て、前記軌跡制御対象部位の座標を算出する座標演算手
   段と、 前記座標演算手段によって算出された前記軌跡制御対象
   部位の座標の、軌跡制御開始時の前記軌跡制御対象部位
   の基準座標からの変化量と、前記速度指示手段で指示さ
   れた前記移動速度を積分して算出された目標座標変化量
   とに基づいて、前記軌跡制御対象部位の実際の位置が目
   標位置に対して遅れているときは前記速度指示手段から
   の指示信号を増大方向に補正し、前記軌跡制御対象部位
   の実際の位置が目標位置に対して進んでいるときは前記
   速度指示手段からの指示信号を低減方向に補正し、この
   補正結果を制御速度として前記回動速度演算手段に出力
   する補正演算手段とを備えたことを特徴とする作業機の
   定速軌跡制御装置。
2. 【請求項２】作業機本体に回動可能に接続され、互いに
   回動可能な少なくとも第１および第２のアームを含む複
   数のアームからなるアーム組立体およびこのアーム組立
   体の 各アームを駆動する駆動手段を有する作業機に設け
   られ、 前記作業機本体とこの本体に接続したアーム組立体との
   相対角度および前記各アーム間の相対角度を検出する角
   度検出手段と、 前記アーム組立体の軌跡制御対象部位の移動速度を指示
   する速度指示手段と、 この速度指示手段からの指示信号および前記角度検出手
   段からの検出信号を入力し、前記軌跡制御対象部位を所
   定の軌道に沿って指示された速度で移動させるために前
   記複数のアームの中から選ばれた少なくとも第１および
   第２のアームの目標回動速度を演算し、この演算結果に
   応じた信号を出力する回動速度演算手段と、 この回動速度演算手段からの目標回動速度信号を入力
   し、この入力信号に応じて前記駆動手段の動作を制御す
   る駆動制御手段とを備えた作業機の定速軌跡制御装置に
   おいて、 前記角度検出手段からのそれぞれの相対角度信号によっ
   て、前記軌跡制御対象部位の座標を算出する座標演算手
   段と、 前記速度指示手段からの信号を積分して目標座標変化量
   を算出する目標座標変化量算出部と、 前記座標演算手段によって算出された制御起動時の座標
   を記憶する座標記憶部と、 この座標記憶部に格納されている座標と前記座標演算手
   段により算出した座標との差から前記軌跡制御対象部位
   の座標変化量を算出し、この結果と前記目標座標変化量
   算出部で求められた目標座標変化量との差に基づいて速
   度補正係数を求める速度補正係数演算部と、 この速度補正係数を前記速度指示手段からの信号に乗算
   して前記回動速度演算手段へ出力する制御速度演算部と
   を具備することを特徴とする作業機の定速軌跡制御装
   置。
3. 【請求項３】作業機本体に回動可能に接続され、互いに
   回動可能な少なくとも第１および第２のアームを含む複
   数のアームからなるアーム組立体およびこのアーム組立
   体の各アームを駆動する駆動手段を有する作業機に設け
   られ、 前記作業機本体とこの本体に接続したアーム組立体との
   相対角度および前記各アーム間の相対角度を検出する角
   度検出手段と、 前記アーム組立体の軌跡制御対象部位の移動速度を指示
   する速度指示手段と、 この速度指示手段からの指示信号および前記角度検出手
   段からの検出信号を入力し、前記軌跡制御対象部位を所
   定の軌道に沿って指示された速度で移動させるために前
   記複数のアームの中から選ばれた少なくとも第１および
   第２のアームの目標回動速度を演算し、この演算結果に
   応じた信号を出力する回動速度演算手段と、 この回動速度演算手段からの目標回動速度信号を入力
   し、この入力信号に応じて前記駆動手段の動作を制御す
   る駆動制御手段とを備えた作業機の定速軌跡制御装置に
   おいて、 前記角度検出手段からのそれぞれの相対角度信号によっ
   て、前記軌跡制御対象部位の座標を算出する座標演算手
   段と、 前記速度指示手段からの信号を積分して目標座標変化量
   を算出する目標座標変化量算出部と、 前記座標演算手段によって算出された制御起動時の座標
   を記憶する座標記憶部と、 この座標記憶部に格納されている座標と前記座標演算手
   段により算出した座標との差から前記軌跡制御対象部位
   の座標変化を算出し、この結果と前記目標座標変化量算
   出部で求められた目標座標変化量との差から座標偏差を
   求め、この座標偏差を前記速度指示手段からの信号で除
   した結果に基づいて速度補正係数を求める速度補正係数
   演算部と、 この速度補正係数を前記速度指示手段からの信号に乗算
   して前記回動速度演算手段へ出力する制御速度演算部と
   を具備することを特徴とする作業機の定速軌跡制御装
   置。