JP3178556B2 - 建設機械の自動掘削制御装置 - Google Patents
建設機械の自動掘削制御装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベルなど建設
機械，作業車両の自動掘削制御装置に関する。
機械，作業車両の自動掘削制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、バックホータイプの油圧ショベ
ルの全体側面図である。図において、１は上部旋回体、
２は下部走行体、３は上部旋回体１のフロント部に装着
した作業アタッチメント、４はブーム、５はアーム、６
は掘削部であるバケット、７はバケットリンク、８はブ
ームシリンダ、９はアームシリンダ、１０は掘削部用シ
リンダであるバケットシリンダ、１１はブーム基端部ピ
ン、１２はアーム基端部ピン、１３はバケットヒンジピ
ン、１４はバケットピン、１５は上部旋回体１本体に対
するブーム４の回転角度を検出するブーム角度センサ
（掘削深さ検出手段を構成）、１６はブーム４に対する
アーム５の回転角度を検出するアーム角度センサ（掘削
深さ検出手段を構成）、１７，１８はバケットヒンジピ
ン１３，バケットピン１４にそれぞれ装備されているピ
ン型のロードセル、３９は上部旋回体１の内部に装備し
ているコントローラ、矢印Ｆはバケット６の掘削反力を
示す。図７は、図６におけるバケット６の掘削反力Ｆを
求める方法を示す図である。図において、矢印Ｆ１はバ
ケットピン１４回りの作用力、矢印Ｆ２はバケットヒン
ジピン１３回りの作用力を示す。それで、ロードセル１
８，１７によってそれぞれ検出される作用力Ｆ１とＦ２
の信号をコントローラ３９に入力せしめることにより、
作用力Ｆ１とＦ２を合成して、掘削反力Ｆを算出するこ
とができる（掘削反力演算手段）。
ルの全体側面図である。図において、１は上部旋回体、
２は下部走行体、３は上部旋回体１のフロント部に装着
した作業アタッチメント、４はブーム、５はアーム、６
は掘削部であるバケット、７はバケットリンク、８はブ
ームシリンダ、９はアームシリンダ、１０は掘削部用シ
リンダであるバケットシリンダ、１１はブーム基端部ピ
ン、１２はアーム基端部ピン、１３はバケットヒンジピ
ン、１４はバケットピン、１５は上部旋回体１本体に対
するブーム４の回転角度を検出するブーム角度センサ
（掘削深さ検出手段を構成）、１６はブーム４に対する
アーム５の回転角度を検出するアーム角度センサ（掘削
深さ検出手段を構成）、１７，１８はバケットヒンジピ
ン１３，バケットピン１４にそれぞれ装備されているピ
ン型のロードセル、３９は上部旋回体１の内部に装備し
ているコントローラ、矢印Ｆはバケット６の掘削反力を
示す。図７は、図６におけるバケット６の掘削反力Ｆを
求める方法を示す図である。図において、矢印Ｆ１はバ
ケットピン１４回りの作用力、矢印Ｆ２はバケットヒン
ジピン１３回りの作用力を示す。それで、ロードセル１
８，１７によってそれぞれ検出される作用力Ｆ１とＦ２
の信号をコントローラ３９に入力せしめることにより、
作用力Ｆ１とＦ２を合成して、掘削反力Ｆを算出するこ
とができる（掘削反力演算手段）。
【０００３】油圧ショベルが自動掘削を行う場合に、図
６のようにバケット６を土質に対して十分くい込ませる
ためにバケット６の回転を止めて掘削反力が十分大きく
なった後に、掘削反力に応じてバケット回転及びバケッ
ト昇降の双方の制御をするようにしている。図８は、自
動掘削におけるファジィ制御で用いられる変数である掘
削反力（Ｆ）のメンバーシップ関数を示す図である。図
において、ボリューム操作部（図示しない）によって設
定された掘削反力の目標値がＦで、発生反力がたとえば
Ｆａの場合にはメンバーシップ関数は丁度ＺＯ、規格値
で云えば５０になる（同様に、掘削反力がＦｂの場合に
はＮＭ、規格値は３０、また掘削反力がＦｃの場合には
ＰＭ、規格値は７０になる）が、掘削反力の変化はアナ
ログ値であり、当然Ｆａ〜Ｆｂ，Ｆａ〜Ｆｃの間の値が
存在し、その間の掘削反力の変化に応じて徐々に規格値
を変えてゆく。この掘削反力の時間変化量の演算は、掘
削反力変化量演算手段によって行われる。また目標掘削
反力の大小により発生反力が同じでも、規格値は変化す
る。次に図９は、自動掘削におけるファジィ制御で用い
られる変数である掘削反力時間変化量（△Ｆ）のメンバ
ーシップ関数を示す図である。たとえば掘削反力時間変
化量（△Ｆ）が＋△Ｆａとふえたときには、図９の例で
はＰＭ（規格値で云えば７０）が選択される。勿論この
場合にも、掘削反力時間変化量はアナログ値である故
に、規格値はＺＯ〜ＰＭ間の数値を持っている。また下
記の表１は、ブーム４の上下動作指令信号出力値につい
てのルールを示す表である。
６のようにバケット６を土質に対して十分くい込ませる
ためにバケット６の回転を止めて掘削反力が十分大きく
なった後に、掘削反力に応じてバケット回転及びバケッ
ト昇降の双方の制御をするようにしている。図８は、自
動掘削におけるファジィ制御で用いられる変数である掘
削反力（Ｆ）のメンバーシップ関数を示す図である。図
において、ボリューム操作部（図示しない）によって設
定された掘削反力の目標値がＦで、発生反力がたとえば
Ｆａの場合にはメンバーシップ関数は丁度ＺＯ、規格値
で云えば５０になる（同様に、掘削反力がＦｂの場合に
はＮＭ、規格値は３０、また掘削反力がＦｃの場合には
ＰＭ、規格値は７０になる）が、掘削反力の変化はアナ
ログ値であり、当然Ｆａ〜Ｆｂ，Ｆａ〜Ｆｃの間の値が
存在し、その間の掘削反力の変化に応じて徐々に規格値
を変えてゆく。この掘削反力の時間変化量の演算は、掘
削反力変化量演算手段によって行われる。また目標掘削
反力の大小により発生反力が同じでも、規格値は変化す
る。次に図９は、自動掘削におけるファジィ制御で用い
られる変数である掘削反力時間変化量（△Ｆ）のメンバ
ーシップ関数を示す図である。たとえば掘削反力時間変
化量（△Ｆ）が＋△Ｆａとふえたときには、図９の例で
はＰＭ（規格値で云えば７０）が選択される。勿論この
場合にも、掘削反力時間変化量はアナログ値である故
に、規格値はＺＯ〜ＰＭ間の数値を持っている。また下
記の表１は、ブーム４の上下動作指令信号出力値につい
てのルールを示す表である。
【０００４】
【表１】
【０００５】表１において、たとえば掘削反力Ｆは減少
してＮＭ、かつ掘削反力時間変化量△Ｆも減少して（マ
イナスになって）ＮＭになると、ブームに対する指令信
号出力値はＮＭとなり、ブームが下げ作動する。すなわ
ち掘削反力Ｆ及び掘削反力時間変化量△Ｆが小さいとき
には、ブーム４を下げるルールになっており、したがっ
て、バケット６はより深くくい込むように下げられる。
してＮＭ、かつ掘削反力時間変化量△Ｆも減少して（マ
イナスになって）ＮＭになると、ブームに対する指令信
号出力値はＮＭとなり、ブームが下げ作動する。すなわ
ち掘削反力Ｆ及び掘削反力時間変化量△Ｆが小さいとき
には、ブーム４を下げるルールになっており、したがっ
て、バケット６はより深くくい込むように下げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】バケットの掘削反力を
パラメータとした自動掘削制御装置をそなえた油圧ショ
ベルで自動掘削を行うとき、土質条件により掘削反力が
大きいときにはブーム上げ調整が自動的に行われて浅く
掘削されるし、逆に掘削反力が小さいときには深く掘れ
るので、ただ穴を掘る単純掘削には適しているが、所要
の掘削深さに制限することは困難であった。本発明は、
上記の問題点を解決することを目的とする。
パラメータとした自動掘削制御装置をそなえた油圧ショ
ベルで自動掘削を行うとき、土質条件により掘削反力が
大きいときにはブーム上げ調整が自動的に行われて浅く
掘削されるし、逆に掘削反力が小さいときには深く掘れ
るので、ただ穴を掘る単純掘削には適しているが、所要
の掘削深さに制限することは困難であった。本発明は、
上記の問題点を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の自動掘削制御装
置では、車体に連結した作業アタッチメントと、前記作
業アタッチメントに枢着されるとともに掘削部用シリン
ダにより回動駆動される掘削部を有する建設機械におい
て、前記作業アタッチメントの掘削深さを検出する掘削
深さ検出手段と、前記掘削部に係る掘削時の掘削反力を
演算する掘削反力演算手段と、この掘削反力の時間変化
量を演算する掘削反力変化量演算手段と、目標掘削深さ
を設定する目標掘削深さ設定手段と、前記掘削深さ検出
手段から求められる実際の掘削深さと前記目標掘削深さ
設定手段の設定値との差を演算する掘削深さ演算手段
と、前記掘削反力演算手段，前記掘削反力変化量演算手
段及び前記掘削深さ演算手段からの演算値に基づく前記
作業アタッチメントの作動パターンについてのメンバー
シップ関数を記憶する記憶手段と、前記記憶手段から現
時点での前記掘削反力，掘削反力の時間変化量及び目標
掘削深さと実際の掘削深さの差に対応するメンバーシッ
プ関数を選定し、前記選定されたメンバーシップ関数に
基づいて前記作業アタッチメントの作動が制御される構
成とした。さらに、前記掘削反力は、掘削時における前
記作業アタッチメントと掘削部との接続部及び前記掘削
部用シリンダと掘削部との接続部に係るそれぞれの作用
力の合成によって求められるようにした。或いは、前記
掘削反力は、掘削時における前記掘削部用シリンダに係
るシリンダ圧力によって求められるように構成した。
置では、車体に連結した作業アタッチメントと、前記作
業アタッチメントに枢着されるとともに掘削部用シリン
ダにより回動駆動される掘削部を有する建設機械におい
て、前記作業アタッチメントの掘削深さを検出する掘削
深さ検出手段と、前記掘削部に係る掘削時の掘削反力を
演算する掘削反力演算手段と、この掘削反力の時間変化
量を演算する掘削反力変化量演算手段と、目標掘削深さ
を設定する目標掘削深さ設定手段と、前記掘削深さ検出
手段から求められる実際の掘削深さと前記目標掘削深さ
設定手段の設定値との差を演算する掘削深さ演算手段
と、前記掘削反力演算手段，前記掘削反力変化量演算手
段及び前記掘削深さ演算手段からの演算値に基づく前記
作業アタッチメントの作動パターンについてのメンバー
シップ関数を記憶する記憶手段と、前記記憶手段から現
時点での前記掘削反力，掘削反力の時間変化量及び目標
掘削深さと実際の掘削深さの差に対応するメンバーシッ
プ関数を選定し、前記選定されたメンバーシップ関数に
基づいて前記作業アタッチメントの作動が制御される構
成とした。さらに、前記掘削反力は、掘削時における前
記作業アタッチメントと掘削部との接続部及び前記掘削
部用シリンダと掘削部との接続部に係るそれぞれの作用
力の合成によって求められるようにした。或いは、前記
掘削反力は、掘削時における前記掘削部用シリンダに係
るシリンダ圧力によって求められるように構成した。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、本発明の自動掘削制御装置を示す
要部回路図である。図において、従来技術と同一構成要
素を使用しているものに対しては同符号を付す。１９，
２０，２１はそれぞれブーム用，アーム用，バケット用
油圧リモコン弁（油圧リモコン弁は前後左右の十字方向
に操作できるようになっているが説明の都合上分割して
図示している）、２２，２３，２４はそれぞれ方向切換
弁であるパイロット切換弁、２５，〜，３０はそれぞれ
パイロット圧を選択するシャトル弁、３１，〜，３６は
それぞれ電油変換器である電磁比例減圧弁、３７はメイ
ンポンプ、３８はパイロットポンプ、３９'はコントロ
ーラ、４０は自動・手動選択スイッチ、４１は予め目標
掘削深さをセットする目標掘削深さ設定手段であるボリ
ューム操作部、４２はバケットシリンダ１０'のシリン
ダ圧力を検出するシリンダ圧センサ、１７'はバケット
角度センサである。
に説明する。図１は、本発明の自動掘削制御装置を示す
要部回路図である。図において、従来技術と同一構成要
素を使用しているものに対しては同符号を付す。１９，
２０，２１はそれぞれブーム用，アーム用，バケット用
油圧リモコン弁（油圧リモコン弁は前後左右の十字方向
に操作できるようになっているが説明の都合上分割して
図示している）、２２，２３，２４はそれぞれ方向切換
弁であるパイロット切換弁、２５，〜，３０はそれぞれ
パイロット圧を選択するシャトル弁、３１，〜，３６は
それぞれ電油変換器である電磁比例減圧弁、３７はメイ
ンポンプ、３８はパイロットポンプ、３９'はコントロ
ーラ、４０は自動・手動選択スイッチ、４１は予め目標
掘削深さをセットする目標掘削深さ設定手段であるボリ
ューム操作部、４２はバケットシリンダ１０'のシリン
ダ圧力を検出するシリンダ圧センサ、１７'はバケット
角度センサである。
【０００９】図２は、掘削深さｈがＮＭ〜ＺＯ〜ＰＭと
アナログ的に変わるときブーム４の上下動作指令信号出
力値の対応実施例として第１〜第３ルールを示す図であ
る。図３は、掘削深さｈがＮＭ〜ＺＯ〜ＰＭとアナログ
的に変るときアーム５の引き動作指令信号出力値の対応
実施例として第１〜第３ルールを示す図である。図４
は、掘削深さｈがＮＭ〜ＺＯ〜ＰＭとアナログ的に変る
ときバケット６のリトラクト動作指令信号出力値の対応
実施例として第１〜第３ルールを示す図である。なお図
２〜図４におけるそれぞれ第１ルールは、深さ制限をし
ない場合のルール（標準的な通常のルール）である。
アナログ的に変わるときブーム４の上下動作指令信号出
力値の対応実施例として第１〜第３ルールを示す図であ
る。図３は、掘削深さｈがＮＭ〜ＺＯ〜ＰＭとアナログ
的に変るときアーム５の引き動作指令信号出力値の対応
実施例として第１〜第３ルールを示す図である。図４
は、掘削深さｈがＮＭ〜ＺＯ〜ＰＭとアナログ的に変る
ときバケット６のリトラクト動作指令信号出力値の対応
実施例として第１〜第３ルールを示す図である。なお図
２〜図４におけるそれぞれ第１ルールは、深さ制限をし
ない場合のルール（標準的な通常のルール）である。
【００１０】次に、本発明第１実施形態の自動掘削制御
装置の構成を図１〜図４について述べる。本発明の自動
掘削制御装置では、目標掘削深さをコントローラ３９'
に対して予め入力する手段としてボリューム操作部４１
をそなえ、また掘削反力Ｆと、掘削反力時間変化量△Ｆ
及び掘削深さに対応するメンバーシップ関数（ＮＢ，Ｎ
Ｍ，ＺＯ，ＰＭ，ＰＭのうちいずれか動作指令信号出力
値）を記憶手段によって記憶して、ブーム（４），アー
ム（５），バケット（６）がそれぞれ回動又は停止する
ときのファジィルール（図２，〜，図４に示す）を選定
し、自動掘削を行うとき実際の掘削深さが目標掘削深さ
に近付くように制限した。
装置の構成を図１〜図４について述べる。本発明の自動
掘削制御装置では、目標掘削深さをコントローラ３９'
に対して予め入力する手段としてボリューム操作部４１
をそなえ、また掘削反力Ｆと、掘削反力時間変化量△Ｆ
及び掘削深さに対応するメンバーシップ関数（ＮＢ，Ｎ
Ｍ，ＺＯ，ＰＭ，ＰＭのうちいずれか動作指令信号出力
値）を記憶手段によって記憶して、ブーム（４），アー
ム（５），バケット（６）がそれぞれ回動又は停止する
ときのファジィルール（図２，〜，図４に示す）を選定
し、自動掘削を行うとき実際の掘削深さが目標掘削深さ
に近付くように制限した。
【００１１】次に、本発明第１実施形態の自動掘削制御
装置の作用について説明する。図５は、本発明の自動掘
削制御装置を装備している油圧ショベルが自動掘削を行
っている状態を示す側面図である。図において、従来技
術と同一構成要素を使用するものに対しては同符号を付
す。１'は上部旋回体、３'は上部旋回体１'のフロント
部に装着した作業アタッチメント、１３'はバケットヒ
ンジピン、１４'はバケットピン、４３はバケット６の
爪先である。油圧ショベルで自動掘削を行うときには、
運転者がバケット６の爪先４３の目標掘削深さたとえば
深さｈｓをボリューム操作部４１に予めセットする。ボ
リューム操作部４１からの信号は、コントローラ３９'
に記憶される。油圧ショベルが自動掘削を開始した場合
にバケット６に作用する掘削反力が十分に大きくなる
と、バケット６が回転して掘削を行う。ここで、ブーム
４に対して選定したファジィルールを図２について説明
する。最初に掘削深さ（実際の掘削深さと目標掘削深さ
設定手段で設定された設定値との差を掘削深さ演算手段
で演算）が、目標掘削深さｈｓより浅い"深さｈ"ＮＭ
（図５に示す）のとき、掘削反力がＺＯか又は小さいＮ
Ｂ，ＮＭであって掘削反力時間変化量も中及至小程度
（ＺＯ〜ＮＭ〜ＮＢ）であれば、動作指令信号出力値は
ＮＭ（ブーム下げ）となる。したがってコントローラ３
９'からの信号（ＮＭ値）が電磁比例減圧弁３２（図１
に示す）のソレノイドに出力される。電磁比例減圧弁３
２から導出されるパイロット二次圧は、シャトル弁２６
を介してブーム用パイロット切換弁２２のパイロットポ
ートイに作用する。パイロット切換弁２２が切換作動
し、ブームシリンダ８は縮小作動する。したがってブー
ム下げが行われ、バケット６はさらに深く掘削してゆ
く。上記の場合に掘削反力時間変化量△Ｆが大きくてＰ
Ｍ，ＰＢであれば、ブーム下げ（ＮＭ）でなくて、ブー
ム停止（ＺＯ）の指令信号が発せられる。また掘削反力
Ｆが油圧ショベルの持つ能力の最大値に近いＰＭかＰＢ
の場合でも、掘削反力時間変化量△ＦがＮＢ，ＮＭと小
さければ、ブーム停止（ＺＯ）の指令信号が発せられ
る。また掘削反力ＦがＰＭかＰＢであって掘削反力時間
変化量△Ｆが大きい場合（ＰＭ，ＰＢ）であれば、動作
指令信号出力値はＰＭ又はＰＢになる。この場合には、
コントローラ３９'からの信号（ＰＭ値又はＰＢ値）に
より、電磁比例減圧弁３２から導出されるパイロット二
次圧がシャトル弁２５を介してブーム用パイロット切換
弁２２のパイロットポートロに作用する。したがってブ
ームシリンダ８が伸長作動し、ブーム４は通常速度（Ｐ
Ｍ値の場合）又はフルスピード（ＰＢ値の場合）で上げ
作動を行う。
装置の作用について説明する。図５は、本発明の自動掘
削制御装置を装備している油圧ショベルが自動掘削を行
っている状態を示す側面図である。図において、従来技
術と同一構成要素を使用するものに対しては同符号を付
す。１'は上部旋回体、３'は上部旋回体１'のフロント
部に装着した作業アタッチメント、１３'はバケットヒ
ンジピン、１４'はバケットピン、４３はバケット６の
爪先である。油圧ショベルで自動掘削を行うときには、
運転者がバケット６の爪先４３の目標掘削深さたとえば
深さｈｓをボリューム操作部４１に予めセットする。ボ
リューム操作部４１からの信号は、コントローラ３９'
に記憶される。油圧ショベルが自動掘削を開始した場合
にバケット６に作用する掘削反力が十分に大きくなる
と、バケット６が回転して掘削を行う。ここで、ブーム
４に対して選定したファジィルールを図２について説明
する。最初に掘削深さ（実際の掘削深さと目標掘削深さ
設定手段で設定された設定値との差を掘削深さ演算手段
で演算）が、目標掘削深さｈｓより浅い"深さｈ"ＮＭ
（図５に示す）のとき、掘削反力がＺＯか又は小さいＮ
Ｂ，ＮＭであって掘削反力時間変化量も中及至小程度
（ＺＯ〜ＮＭ〜ＮＢ）であれば、動作指令信号出力値は
ＮＭ（ブーム下げ）となる。したがってコントローラ３
９'からの信号（ＮＭ値）が電磁比例減圧弁３２（図１
に示す）のソレノイドに出力される。電磁比例減圧弁３
２から導出されるパイロット二次圧は、シャトル弁２６
を介してブーム用パイロット切換弁２２のパイロットポ
ートイに作用する。パイロット切換弁２２が切換作動
し、ブームシリンダ８は縮小作動する。したがってブー
ム下げが行われ、バケット６はさらに深く掘削してゆ
く。上記の場合に掘削反力時間変化量△Ｆが大きくてＰ
Ｍ，ＰＢであれば、ブーム下げ（ＮＭ）でなくて、ブー
ム停止（ＺＯ）の指令信号が発せられる。また掘削反力
Ｆが油圧ショベルの持つ能力の最大値に近いＰＭかＰＢ
の場合でも、掘削反力時間変化量△ＦがＮＢ，ＮＭと小
さければ、ブーム停止（ＺＯ）の指令信号が発せられ
る。また掘削反力ＦがＰＭかＰＢであって掘削反力時間
変化量△Ｆが大きい場合（ＰＭ，ＰＢ）であれば、動作
指令信号出力値はＰＭ又はＰＢになる。この場合には、
コントローラ３９'からの信号（ＰＭ値又はＰＢ値）に
より、電磁比例減圧弁３２から導出されるパイロット二
次圧がシャトル弁２５を介してブーム用パイロット切換
弁２２のパイロットポートロに作用する。したがってブ
ームシリンダ８が伸長作動し、ブーム４は通常速度（Ｐ
Ｍ値の場合）又はフルスピード（ＰＢ値の場合）で上げ
作動を行う。
【００１２】上記"深さｈ"ＮＭの掘削を経過して実際の
掘削深さが除々に深くなり、目標掘削深さｈｓ（すなわ
ち"深さｈ"ＺＯ）に達したときには、掘削反力ＦがＺＯ
より大きいＰＭ，ＰＢであって、掘削反力時間変化量△
ＦがＺＯより大きいＰＭ，ＰＢの場合を除いて、ブーム
停止（ＺＯ）の指令信号が発せられる。ブーム４の上下
昇降が行われないので、油圧ショベルは目標掘削深さｈ
ｓを掘ることができる。なお"深さｈ"ＺＯに達したと
き、掘削反力ＦがＺＯより大きいＰＭ，ＰＢであって、
掘削反力時間変化量△ＦがＺＯより大きいＰＭ，ＰＢの
場合には、ブーム上げ（ＰＭ）又はブームフルスピード
上げ（ＰＢ）の指令信号が発せられる。
掘削深さが除々に深くなり、目標掘削深さｈｓ（すなわ
ち"深さｈ"ＺＯ）に達したときには、掘削反力ＦがＺＯ
より大きいＰＭ，ＰＢであって、掘削反力時間変化量△
ＦがＺＯより大きいＰＭ，ＰＢの場合を除いて、ブーム
停止（ＺＯ）の指令信号が発せられる。ブーム４の上下
昇降が行われないので、油圧ショベルは目標掘削深さｈ
ｓを掘ることができる。なお"深さｈ"ＺＯに達したと
き、掘削反力ＦがＺＯより大きいＰＭ，ＰＢであって、
掘削反力時間変化量△ＦがＺＯより大きいＰＭ，ＰＢの
場合には、ブーム上げ（ＰＭ）又はブームフルスピード
上げ（ＰＢ）の指令信号が発せられる。
【００１３】次に目標掘削深さｈｓを超えてさらに深
く、すなわち"深さｈ"ＰＭを掘ろうとした場合には、掘
削反力Ｆ，掘削反力時間変化量△Ｆの如何にかかわら
ず、ブーム上げ（一部、ブームフルスピード上げも含ま
れる）の指令信号が発せられる。したがって、目標深さ
ｈｓ（実際の掘削深さはｈｓ±△ｈ、ここで△ｈは掘削
深さの誤差である）を確保することができる。なおアー
ム５とバケット６のファジィルールは図３及び図４に示
すが、そのファジィルールの適応はブーム４に対する場
合と同様である。すなわち掘削反力Ｆ，掘削反力時間変
化量△Ｆに対応して、バケット６の爪先４３が深くくい
込むようになると、アーム５とバケット６の作動を減速
するように制御される。なお上記爪先４３の深さはアナ
ログ値であり、"深さｈ"ＮＭ〜ＺＯ，ＺＯ〜ＰＭの間で
も、ＭＩＮーＭＡＸ重心法など他の通常のファジィ制御
の考え方に則り、徐々に動作指令信号出力値を変えて制
御することができる。
く、すなわち"深さｈ"ＰＭを掘ろうとした場合には、掘
削反力Ｆ，掘削反力時間変化量△Ｆの如何にかかわら
ず、ブーム上げ（一部、ブームフルスピード上げも含ま
れる）の指令信号が発せられる。したがって、目標深さ
ｈｓ（実際の掘削深さはｈｓ±△ｈ、ここで△ｈは掘削
深さの誤差である）を確保することができる。なおアー
ム５とバケット６のファジィルールは図３及び図４に示
すが、そのファジィルールの適応はブーム４に対する場
合と同様である。すなわち掘削反力Ｆ，掘削反力時間変
化量△Ｆに対応して、バケット６の爪先４３が深くくい
込むようになると、アーム５とバケット６の作動を減速
するように制御される。なお上記爪先４３の深さはアナ
ログ値であり、"深さｈ"ＮＭ〜ＺＯ，ＺＯ〜ＰＭの間で
も、ＭＩＮーＭＡＸ重心法など他の通常のファジィ制御
の考え方に則り、徐々に動作指令信号出力値を変えて制
御することができる。
【００１４】次に、本発明第２実施形態の自動掘削制御
装置について述べる。第２実施形態の自動掘削制御装置
では、目標掘削深さをコントローラ３９'に対して予め
入力する手段としてボリューム操作部４１をそなえ、ま
たバケットシリンダ１０'のボトム側油室のシリンダ圧
力と、シリンダ圧力時間変化量及び掘削深さに対応する
メンバーシップ関数（ＮＢ，ＮＭ，ＺＯ，ＰＭ，ＰＭの
うちいずれか動作指令信号出力値）選定して、ブーム
（４），アーム（５），バケット（６）がそれぞれ回動
又は停止するときのファジィルール（図２，〜，図４に
示す）を選定し、自動掘削を行うとき実際の掘削深さが
目標掘削深さに近付くように制限した。この第２実施形
態の自動掘削制御装置では、第１実施形態における掘削
反力Ｆ及び掘削反力時間変化量△Ｆの演算素子であるシ
リンダ圧力Ｐ及びシリンダ圧力時間変化量△Ｐと、掘削
深さに対応するメンバーシップ関数（図示しない）を選
定するようにしている。したがって、第２実施形態の自
動掘削制御装置の作用及び機能は、第１実施形態の自動
掘削制御装置の場合と同様である。
装置について述べる。第２実施形態の自動掘削制御装置
では、目標掘削深さをコントローラ３９'に対して予め
入力する手段としてボリューム操作部４１をそなえ、ま
たバケットシリンダ１０'のボトム側油室のシリンダ圧
力と、シリンダ圧力時間変化量及び掘削深さに対応する
メンバーシップ関数（ＮＢ，ＮＭ，ＺＯ，ＰＭ，ＰＭの
うちいずれか動作指令信号出力値）選定して、ブーム
（４），アーム（５），バケット（６）がそれぞれ回動
又は停止するときのファジィルール（図２，〜，図４に
示す）を選定し、自動掘削を行うとき実際の掘削深さが
目標掘削深さに近付くように制限した。この第２実施形
態の自動掘削制御装置では、第１実施形態における掘削
反力Ｆ及び掘削反力時間変化量△Ｆの演算素子であるシ
リンダ圧力Ｐ及びシリンダ圧力時間変化量△Ｐと、掘削
深さに対応するメンバーシップ関数（図示しない）を選
定するようにしている。したがって、第２実施形態の自
動掘削制御装置の作用及び機能は、第１実施形態の自動
掘削制御装置の場合と同様である。
【００１５】
【発明の効果】バケットの掘削反力をパラメータとした
自動掘削制御装置をそなえた油圧ショベルで自動掘削を
行うとき、土質条件により掘削反力が大きいときにはブ
ーム上げ調整が自動的に行われて浅く掘削されるし、逆
に掘削反力が小さいときには深く掘れるので、ただ穴を
掘る単純掘削には適しているが、所要の掘削深さに制限
することは困難であった。しかし本発明の自動掘削制御
装置では、目標掘削深さをコントローラに対して予め入
力する手段をそなえ、また掘削反力と、掘削反力時間変
化量及び掘削深さに対応するメンバーシップ関数を選定
して、ブーム，アーム，バケットがそれぞれ回動又は停
止するときのファジィルールを選定し、自動掘削を行う
とき実際の掘削深さが目標掘削深さに近付くように制限
した。あるいはまた、目標掘削深さをコントローラに対
して予め入力する手段をそなえ、またシリンダ圧力と、
シリンダ圧力時間変化量及び掘削深さに対応するメンバ
ーシップ関数を選定して、ブーム，アーム，バケットが
それぞれ回動又は停止するときのファジィルールを選定
し、自動掘削を行うとき実際の掘削深さに近付くように
制限した。上記ファジィルールは、自動掘削時にバケッ
トの爪先が目標掘削深さに達していない場合の第１のル
ール、また目標掘削深さに達した場合の第２のルール、
また目標掘削深さを超えてさらに深く掘ろうとする場合
の第３のルールが、それぞれブーム，アーム，バケット
に対して選定されており、第１から第３のルール間をバ
ケット爪先深さに応じて除々に変えてゆく。それによ
り、ブームの上下昇降及び停止の動作，アームのアーム
引き及び停止の動作，バケットのリトラクト及び停止の
動作がそれぞれ三次元でアナログ的に制御される。すな
わち掘削反力と掘削反力時間変化量のそれぞれ変動に対
応して油圧ショベルの作業アタッチメントの作動を止め
ることなく、所要の目標掘削深さに掘ることができる。
したがって、油圧ショベルの自動掘削性を向上させるこ
とができる。また作用力検出手段としてバケットシリン
ダにシリンダ圧センサを設けているので、この自動掘削
制御装置のメンテナンス性，耐久性及び経済性をたかめ
ることができる。
自動掘削制御装置をそなえた油圧ショベルで自動掘削を
行うとき、土質条件により掘削反力が大きいときにはブ
ーム上げ調整が自動的に行われて浅く掘削されるし、逆
に掘削反力が小さいときには深く掘れるので、ただ穴を
掘る単純掘削には適しているが、所要の掘削深さに制限
することは困難であった。しかし本発明の自動掘削制御
装置では、目標掘削深さをコントローラに対して予め入
力する手段をそなえ、また掘削反力と、掘削反力時間変
化量及び掘削深さに対応するメンバーシップ関数を選定
して、ブーム，アーム，バケットがそれぞれ回動又は停
止するときのファジィルールを選定し、自動掘削を行う
とき実際の掘削深さが目標掘削深さに近付くように制限
した。あるいはまた、目標掘削深さをコントローラに対
して予め入力する手段をそなえ、またシリンダ圧力と、
シリンダ圧力時間変化量及び掘削深さに対応するメンバ
ーシップ関数を選定して、ブーム，アーム，バケットが
それぞれ回動又は停止するときのファジィルールを選定
し、自動掘削を行うとき実際の掘削深さに近付くように
制限した。上記ファジィルールは、自動掘削時にバケッ
トの爪先が目標掘削深さに達していない場合の第１のル
ール、また目標掘削深さに達した場合の第２のルール、
また目標掘削深さを超えてさらに深く掘ろうとする場合
の第３のルールが、それぞれブーム，アーム，バケット
に対して選定されており、第１から第３のルール間をバ
ケット爪先深さに応じて除々に変えてゆく。それによ
り、ブームの上下昇降及び停止の動作，アームのアーム
引き及び停止の動作，バケットのリトラクト及び停止の
動作がそれぞれ三次元でアナログ的に制御される。すな
わち掘削反力と掘削反力時間変化量のそれぞれ変動に対
応して油圧ショベルの作業アタッチメントの作動を止め
ることなく、所要の目標掘削深さに掘ることができる。
したがって、油圧ショベルの自動掘削性を向上させるこ
とができる。また作用力検出手段としてバケットシリン
ダにシリンダ圧センサを設けているので、この自動掘削
制御装置のメンテナンス性，耐久性及び経済性をたかめ
ることができる。
【図１】本発明の自動掘削制御装置を示す要部回路図で
ある。
ある。
【図２】本発明におけるブームの上下動作指令信号出力
値の対応実施例として第１〜第３ルールを示す図であ
る。
値の対応実施例として第１〜第３ルールを示す図であ
る。
【図３】本発明におけるアームの上下動作指令信号出力
値の対応実施例として第１〜第３ルールを示す図であ
る。
値の対応実施例として第１〜第３ルールを示す図であ
る。
【図４】本発明におけるバケットのリトラクト動作指令
信号出力値の対応実施例として第１〜第３ルールを示す
図である。
信号出力値の対応実施例として第１〜第３ルールを示す
図である。
【図５】本発明の自動掘削制御装置を装備した油圧ショ
ベルが自動掘削を行っている状態を示す側面図である。
ベルが自動掘削を行っている状態を示す側面図である。
【図６】油圧ショベルの側面図である。
【図７】図６におけるバケットの掘削反力を求める方法
を示す図である。
を示す図である。
【図８】自動掘削におけるファジィ制御で用いられる変
数である掘削反力のメンバーシップ関数を示す図であ
る。
数である掘削反力のメンバーシップ関数を示す図であ
る。
【図９】自動掘削におけるファジィ制御で用いられる変
数である掘削反力時間変化量のメンバーシップ関数を示
す図である。
数である掘削反力時間変化量のメンバーシップ関数を示
す図である。
３，３' 作業アタッチメント ４ ブーム ５ アーム ６ バケット ８ ブームシリンダ ９ アームシリンダ １０，１０' バケットシリンダ １５，１６，１７' 角度センサ ３９，３９' コントローラ ４１ ボリューム操作部 ４２ シリンダ圧センサ ４３ 爪先
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E02F 9/20 E02F 3/43 F15B 11/16 G05B 13/02
Claims (3)
- 【請求項１】 車体に連結した作業アタッチメントと、
前記作業アタッチメントに枢着されるとともに掘削部用
シリンダにより回動駆動される掘削部を有する建設機械
において、前記作業アタッチメントの掘削深さを検出す
る掘削深さ検出手段と、前記掘削部に係る掘削時の掘削
反力を演算する掘削反力演算手段と、この掘削反力の時
間変化量を演算する掘削反力変化量演算手段と、目標掘
削深さを設定する目標掘削深さ設定手段と、前記掘削深
さ検出手段から求められる実際の掘削深さと前記目標掘
削深さ設定手段の設定値との差を演算する掘削深さ演算
手段と、前記掘削反力演算手段，前記掘削反力変化量演
算手段及び前記掘削深さ演算手段からの演算値に基づく
前記作業アタッチメントの作動パターンについてのメン
バーシップ関数を記憶する記憶手段と、前記記憶手段か
ら現時点での前記掘削反力，掘削反力の時間変化量及び
目標掘削深さと実際の掘削深さの差に対応するメンバー
シップ関数を選定し、前記選定されたメンバーシップ関
数に基づいて前記作業アタッチメントの作動が制御され
ることを特徴とする建設機械の自動掘削制御装置。 - 【請求項２】 前記掘削反力は、掘削時における前記作
業アタッチメントと掘削部との接続部及び前記掘削部用
シリンダと掘削部との接続部に係るそれぞれの作用力の
合成によって求められることを特徴とする請求項１記載
の建設機械の自動掘削制御装置。 - 【請求項３】 前記掘削反力は、掘削時における前記掘
削部用シリンダに係るシリンダ圧力によって求められる
ことを特徴とする請求項１記載の建設機械の自動掘削制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20743492A JP3178556B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 建設機械の自動掘削制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20743492A JP3178556B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 建設機械の自動掘削制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06167036A JPH06167036A (ja) | 1994-06-14 |
| JP3178556B2 true JP3178556B2 (ja) | 2001-06-18 |
Family
ID=16539707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20743492A Expired - Fee Related JP3178556B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 建設機械の自動掘削制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3178556B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6907902B2 (en) | 2001-11-08 | 2005-06-21 | Komatsu Ltd. | Hydraulic signal output device |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5994865A (en) * | 1997-12-22 | 1999-11-30 | Caterpillar Inc. | Apparatus and method for control of an earth moving implement |
| JP5519414B2 (ja) * | 2010-06-03 | 2014-06-11 | 住友重機械工業株式会社 | 建設機械 |
| JP5457959B2 (ja) * | 2010-07-14 | 2014-04-02 | 日立建機株式会社 | 自動作業機 |
| EP4446501A2 (en) * | 2017-03-22 | 2024-10-16 | Sumitomo Heavy Industries, LTD. | Shovel, and management device and support device for shovels |
| EP3650604B1 (en) * | 2017-07-05 | 2021-10-27 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Shovel |
-
1992
- 1992-07-10 JP JP20743492A patent/JP3178556B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6907902B2 (en) | 2001-11-08 | 2005-06-21 | Komatsu Ltd. | Hydraulic signal output device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06167036A (ja) | 1994-06-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |