JP3250893B2 - 作業機の作業具上下位置補正方法および作業機の作業具位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パワーショベルのバッ
ケトなどの作業具の検出位置を補正する方法に係り、特
に上下方向位置を補正するのに好適な作業機の作業具上
下位置補正方法および作業具位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パワーショベルは、図４に示したよう
に、下部走行体１０の上に、旋回装置１２を介して上部
旋回体１４を設け、この上部旋回体１４に作業機１６を
取り付けた構造となっている。作業機１６は、作業機本
体が上部旋回体１４に枢着したブーム１６と、このブー
ム１８の先端部に枢着したアーム２０とからなり、アー
ム２０の先端部に作業具であるバケット２２がリンク機
構２４を介して枢着してある。

【０００３】このような構造を有するパワーショベル
は、ブーム１８の上部旋回体１４に対する姿勢、すなわ
ちブーム１８の旋回体１４に対する回動量（起伏量）、
アーム２０のブーム１８に対する姿勢（回動量）、バケ
ット２２のアーム２０に対する姿勢（回動量）を検出
し、作業具であるバケット２２の上下方向の位置と旋回
体１４に対する前後方向の位置とをコントローラによっ
て演算し、バケット２２によって地面２６を所定の深さ
に掘り下げたり、バケット２２を予め定めた線（図示せ
ず）に沿って掘削しつつ移動させることができるように
なっている（例えば、特開昭５９−１９５９３９号公
報）。

【０００４】ところで、バケット２２の位置を求める場
合、ブーム１８、アーム２０およびバケット２２の枢着
点部にポテンショメータを設け、ブーム１８、アーム２
０およびバケット２２のそれぞれの回動量を検出するよ
うにしている。そして、コントローラには、ポテンショ
メータの取り付け誤差を補正する機能を持たせ、ポテン
ショメータの出力信号の初期値をバケット位置の補正値
として取り込み、バケット位置の制御精度、表示部への
表示精度の向上を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のバケット位置の補正方法は、ポテンショメータ
の取り付け誤差を補正するものであり、ポテンショメー
タ本体の直線性の精度のバラツキによる検出誤差の補正
をすることができない。すなわち、各ポテンショメータ
の出力信号は、本来、ブーム等の回動量に対して直線的
に変化するはずである。ところが、ポテンショメータ
は、材料のバラツキや製作誤差などにより、出力信号が
完全な直線性を示さないことが多い。

【０００６】従って、作業機１６の異なる作業姿勢、例
えば図３のようにアーム２０を最大に伸ばし、バケット
２２を地表面２６に対して垂直にしてバケット２２の先
端を地面２６に接触させた、いわゆるアーム最大ダンプ
位置と、図５のようにアーム２０を最も旋回体１４側に
屈曲させ、バケット２２を地面２６に対して垂直にして
バケット２２の先端を地表面２６に接触させた、いわゆ
るアーム最大掘削、バケット最大ダンプ位置とでは、バ
ケット２２の上下方向における実際の検出位置が異な
り、両者を同時に０．０ｍとすることができない。この
ため、バケット２２による掘削をする場合に、掘削深さ
に誤差を生じ、埋設してある管等を破損したり、平面掘
削をするときに、所定の掘削精度が得られないなどの問
題を有する。

【０００７】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、作業具の上下方向の位置を正確
に求めることができる作業機の作業具上下位置補正方法
を提供することを第１の目的としている。また、本発明
は、作業機による作業精度、特にパワーショベルによる
掘削精度の向上を図ること等を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る作業機の作業具上下位置補正方法
は、旋回体にブームとアームとを介して設けた作業具の
上下位置を補正する作業機の作業具上下位置補正方法に
おいて、前記作業具の、前記旋回体の前後方向における
複数点の位置を求め、これら各点において基準面に接触
している前記作業具の上下方向位置を、対応する点にお
ける作業具の上下方向位置の補正値とすることを特徴と
している。

【０００９】補正値を求める旋回体に対する前後方向の
複数の点は、作業具を基準面に対して所定の姿勢とした
ときに、旋回体に対して作業具が到達可能な最も遠い位
置と最も近い位置を選択でき、これらの両者間は、基準
面上の作業具の上下方向位置が直線的に変化していると
仮定し、最も遠い位置と最も近い位置との実際の検出値
に基づいて、補間法や補外法により、補正値を演算する
ようにすることができる。

【００１０】なお、作業機がパワーショベルである場
合、旋回体に対して作業具（バケット）が到達可能な最
も遠い位置としてアーム最大ダンプ位置を、最も近い位
置としてアーム最大掘削、バケット最大ダンプ位置を選
択することができる。

【００１１】また、上記の方法を実施する作業機の作業
具位置検出装置は、旋回体に対するブームの姿勢を検出
するブーム姿勢検出手段と、ブームに対するアームの姿
勢を検出するアーム姿勢検出手段と、アームに対する作
業具の姿勢を検出する作業具姿勢検出手段と、これら各
検出手段の検出信号に基づいて、前記作業具の前記旋回
体の前後方向位置を求める前後位置演算手段と、前記各
検出手段の検出信号に基づいて、前記作業具の上下方向
の位置を求める上下位置演算手段と、前記前後位置演算
手段が求めた複数の前記前後方向位置における基準面上
に配置した前記作業具についての前記上下位置演算手段
の出力信号を、前記各前後方向位置における作業具の上
下方向位置の補正値として記憶する補正値記憶手段と、
前記前後位置演算手段と前記上下位置演算手段と前記補
正値記憶手段との出力信号に基づいて、任意の位置にあ
る前記作業具の上下方向位置を求める作業具位置修正手
段とを有することを特徴としている。そして、作業具位
置修正手段には、補正値記憶手段が記憶している複数の
補正値に基づいて、補間方法または補外方法により、旋
回体に対する前後方向の任意の位置における作業具の上
下方向の補正値を求める補間補正手段または補外補正手
段を設けることができる。

【００１２】

【作用】上記の如く構成した本発明は、地表面などの基
準面上の複数位置における作業具の実際の上下方向の検
出値（演算値）を、上下方向の補正値とするため、ポテ
ンショメータなどの位置センサ自体が充分な直線性を有
していないとしても、作業具の正確な上下方向位置を知
ることができ、例えばパワーショベルによる掘削などの
場合に、掘削精度の向上が図れ、埋設してある配管等を
損傷したりすることがない。

【００１３】基準面上の作業具の上下方向の補正値を求
める旋回体の前後方向の位置を、基準面に対して所定の
姿勢にした作業具が到達可能な最も遠い位置と最も近い
位置とにすると、ブーム、アームの伸縮限度に近い状態
における補正値、すなわち姿勢検出手段の異なった作動
状態における出力信号に基づいた補正値を用いるため、
検出手段の直線性が充分でない場合であっても正確な作
業具の上下方向位置を求めることができる。また、求め
た複数の補正値以外の旋回体の前後方向の任意の点にお
ける補正値を、補間方法または補外方法により求めるよ
うにすると、任意の位置にある作業具の上下方向の補正
値の取得が比較的容易に行える。

【００１４】

【実施例】本発明の作業機の作業具上下位置補正方法お
よび作業具位置検出装置の好ましい実施例を、添付図面
に従って詳説する。なお、前記従来技術において説明し
た部分に相当する部分については、同一の符号を付し、
その説明を省略する。

【００１５】図１に示したように、作業機１６は、上部
旋回体１４に枢着したブーム１８が「く」の字状に屈曲
して形成してあり、ブーム１８の屈曲部と旋回体１４と
の間にブームシリンダ３０が配設してある。このブーム
シリンダ３０は、ロッドを伸縮することにより、ブーム
１８を旋回体１４に対して矢印３２のように回動して姿
勢を変える。そして、ブーム１８の上部旋回体１４への
枢着部には、ブーム姿勢検出手段であるポテンショメー
タ３４が設けてあり、ブーム１８の旋回体１４に対する
回動量、すなわちブーム１８の旋回体１４に対する姿勢
を検出できるようにしてある。

【００１６】ブーム１８の先端側上部には、アーム２０
との間に設けたアームシリンダ３６が配置してあり、ア
ーム２０を矢印３８のようにブーム１８に対して回動で
きるようになっている。そして、ブーム１８のアーム枢
着部には、ポテンショメータ（アーム姿勢検出手段）４
０が取り付けてあり、ブーム１８に対するアーム２０の
姿勢を検出できるようになっている。また、アーム２０
の上部にはバケットシリンダ４２が配設してあり、この
バケットシリンダ４２を作動することにより、リンク機
構２４を介してバケット２２を矢印４４のように回動で
きるようになっている。このバケット２４の回動量、す
なわちバケット２２のアーム２０に対する姿勢は、バケ
ット２２の枢着部に設けたバケット姿勢検出手段である
ポテンショメータ４６によって検出できるようにしてあ
る。

【００１７】上部旋回体１４の上に設けてある操作室４
８には、図示しない各種の操作レバーや操作ボタン、ス
イッチ等が配設してあるとともに、コントローラ５０が
設けてある。コントローラ５０は、各ポテンショメータ
３４、４０、４６の出力信号に基づいて、バケット先端
部（刃先部）の上下方向の位置を求める上下位置演算器
５２と、旋回体１４に対する前後方向（図の左右方向）
の位置を求める前後位置演算器５４とを有している。さ
らに、コントローラ５０には、補正値記憶回路５６とバ
ケット位置修正部５０とシリンダ制御部６０とが設けて
ある。

【００１８】補正値記憶回路５６は、上下位置演算器５
２と前後位置演算器５４との演算結果が入力するように
なっているとともに、操作室４８に設けた設定スイッチ
６２に接続してあり、オペレータ（図示せず）が任意の
タイミングで設定スイッチ６２を操作することにより、
旋回体１４の前後方向における位置とともに、バケット
先端部の上下方向の補正値を複数記憶できるようになっ
ている。一方、バケット位置修正部５８は、補間補正値
演算器６４と上下位置修正演算器６６とから構成してあ
る。

【００１９】補間補正値演算器６４は、詳細を後記する
ように、補正値記憶回路５６が記憶している２つの補正
値から、これら２つの補正値を求めた旋回体１４に対す
る前後方向位置の間の上下方向位置の補正値を補間法を
用いて演算する。また、上下位置修正演算器６６は、上
下位置演算器５２と前後位置演算器５４および補間補正
値演算器６４の出力信号を受け、これらの基づいてバケ
ット２２の上下方向の演算値を修正し、操作室４８に設
けてある表示装置７０に表示するとともに、シリンダ制
御部６０に演算結果を入力する。

【００２０】上記の如く構成した実施例の作用は、次の
とおりである。バケット２２の位置は、一般にブーム１
８の上部旋回体１４への枢着部が原点とされ、オペレー
タの前後方向がｘ座標、上下方向がＹ座標として求めら
れ、操作室４８に設けた表示装置に表示される。

【００２１】コントローラ５０の上下位置演算器５２、
前後位置演算器５４は、所定時間ごと（例えば、１ｍｓ
ごと）にブーム１８、アーム２０、バケット２２の枢着
部に設けたポテンショメータ３４、４０、４６が検出し
たブーム１８の水平方向に対する角度α、アーム２０の
ブーム１８に対する角度β、バケット２２のアーム２０
に対する角度γを読み込み（図３参照）、これらの角度
α、β、γとブーム１８の長さＬ₁ 、アーム２０の長さ
Ｌ₂ 、バケット２２の長さＬ₃ とに基づいてバケット先
端のｘ座標、ｙ座標を求め、補正値記憶回路５６に入力
するとともに、バケット位置修正部５８の上下位置修正
演算器６６に入力する。

【００２２】なお、ブーム１８の長さＬ₁ は、ブーム１
８の旋回体１４に枢着した点からアーム２０を枢着した
点までの距離で、実施例ではポテンショメータ３４、４
０の取り付け位置によって代用している。また、アーム
２０の長さＬ₂ は、ブーム１８への枢着点からバケット
２２の枢着点までの距離であり、ポテンショメータ４
０、４６の取り付け位置によって代用している。そし
て、バケット２２の長さＬ₃ は、バケット２２のアーム
２０への枢着点からバケット２２の刃先端までの距離で
ある。

【００２３】オペレータは、地面２６を掘削するにあた
り、まず上部旋回体１４の前後方向における２点につい
て、バケット２２の上下方向位置の補正値をコントロー
ラ５０に記憶させる。この補正値を求める２点は、任意
に選択することができるが、２点間の距離はできるだけ
大きいほうが望ましく、例えばアーム最大掘削、バケッ
ト最大ダンプ位置とアーム最大ダンプ位置とにするとよ
い。

【００２４】すなわち、オペレータは、ブームシリンダ
３０とアームシリンダ３６とバケットシリンダ４２とを
作動し、図２のようにバケット２２を地面２６に対して
垂直にした状態にし、バケット２２の刃先を地面２６に
接触させるとともに、この状態でバケット２２を旋回体
１４に最も近づけた、いわゆるアーム最大掘削、バケッ
ト最大ダンプ位置ｘ₁ にする。そして、オペレータが設
定スイッチ６２を押すと、そのときの座標ｙ₁ がバケッ
ト最大位置ｘ₁ におけるバケット２２の上下方向の補正
値として補正値記憶回路５６に記憶される。また、オペ
レータがバケット２２を地面２６に垂直にし、かつバケ
ット２２の先端が地表面２６に接触している状態でアー
ム２０を最大に伸ばしたアーム最大ダンプ位置である図
２のｘ₂にバケット２２を移動させ、設定スイッチ６２
を操作すると、ｙ₂ がｘ₂ におけるバケット２２の上下
方向の補正値として補正値記憶回路５６に記憶される。
この補正値記憶回路５６に記憶された２つの補正値
ｙ₁ 、ｙ₂ は、それぞれのｘ座標ｘ₁ 、ｘ₂ とともにバ
ケット位置修正部５８の補間補正値演算器６４に送ら
れ、ｘ₁ 、ｘ₂ 間のバケット２２の上下方向位置の補正
値の算出に供される。

【００２５】そして、バケット２２による掘削が開始さ
れると、上下位置演算器５２は、バケット先端部の上下
方向位置ｙを演算して上下位置修正演算器６６に入力
し、また前後位置演算器５４は、任意の位置にあるバケ
ット２２の旋回体１４に対する前後方向位置ｘを求めて
上下位置修正演算器６６に入力する。上下位置修正演算
器６６は、前後位置演算器５４からｘが入力してくる
と、このｘを補間補正値演算器６４に与え、ｘにおける
バケット２２の上下方向位置の補正値を演算させる。補
間補正値演算器６４は、上下位置修正演算器６６から演
算命令を受けると、補正値記憶回路５６から得たデータ
に基づいて、ｘ₁ 、ｘ₂ 間の補正値を求め、上下位置修
正演算器６６に出力する。

【００２６】すなわち、補間補正値演算器６４は、補正
値記憶回路５６から得たｘ₁ 、ｘ₂とｙ₁ 、ｙ₂ とか
ら、ｘ₁ 、ｘ₂ 間のｙの値が図２の線分Ｙ₀ に示したよ
うに、直線的に変化していると仮定し、ｘ₁ 、ｘ₂ 間の
バケット２２の上下方向位置の補正値ｙ_x を補間して求
め、上下位置修正演算器６６に出力する。上下位置修正
演算器６６は、上下位置演算器５２が出力したｙから補
正値ｙ_x を差し引いて実際の掘削深さＹを求めて、ｘ座
標の値とともに表示装置７０に表示し、またシリンダ制
御部６０にフィードバック信号として与える。

【００２７】このように、実施例においては、地面２６
に接触させたバケット２２の上下方向の位置を検出し、
これを上下方向の補正値としているため、掘削深さの検
出誤差を小さくすることができ、掘削精度の向上が図れ
るとともに、埋設管等の埋設物を損傷するような事故の
発生をなくすことができる。しかも、実施例は、各ポテ
ンショメータ３４、４０、４６の作動状態が大きく異な
るバケット最大ダンプ位置とアーム最大ダンプ位置とで
補正値を求めているため、各ポテンショメータの直線性
が充分でない場合であっても、バケット２２の位置を正
確に求めることができる。

【００２８】また、実施例においては、基準面として地
面２６を採用したことにより、補正値の修正を極めて容
易に行うことができ、現場に即した補正値を得ることが
できる。さらに、実施例においては、バケット最大ダン
プ位置とアーム最大ダンプ位置との補正値から、この間
の補正値を補間して求めているため、補正値を求める手
間も比較的容易である。

【００２９】なお、前記実施例においては、バケット最
大ダンプ位置とアーム最大ダンプ位置との補正値を補正
値記憶回路５６に記憶する場合について説明したが、記
憶する補正値は、旋回体１４の前後方向における任意の
２点であってよく、また３点以上であってもよい。そし
て、前記実施例においては、バケット最大ダンプ位置と
アーム最大ダンプ位置との間の補正値を補間法によって
求める場合について説明したが、旋回体１４の前後方向
の２点の補正値を上記と同様にして求め、この２点間の
補正値を補間法によって求め、その外側の補正値を補外
法によって求めるようにしてもよい。

【００３０】また、前記実施例においては、作業機がパ
ワーショベルである場合について説明したが、作業機は
建設資材等を搬送する荷扱い機やピッキング装置、マニ
ピュレータ等であってもよい。さらに、前記実施例にお
いては、基準面として地表面を用いた場合について説明
したが、基準面は地表面に限定されないし、上部旋回体
１４の前後方向位置を補正する場合にも適用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、地表面などの基準面上における複数位置の作業具の
実際の上下方向の検出値（演算値）を、上下方向の補正
値とするため、ポテンショメータなどの姿勢検出手段自
体が充分な直線性を有していないとしても、作業具の正
確な上下方向位置を知ることができ、作業具の制御精度
を向上することができる。

【００３２】そして、地表面を基準面として採用すれ
ば、建設機械などにおいて補正値を求めることが極めて
容易に行えるばかりでなく、パワーショベルによる掘削
の場合に、掘削深さを正確に求めることができる。そし
て、基準面上の作業具の上下方向の補正値を求める旋回
体の前後方向の位置を、基準面に対して所定の姿勢にし
た作業具が到達可能な最も遠い位置と最も近い位置とに
すると、位置センサの異なった作動状態における補正値
を得ることができるため、位置センサの直線性が充分で
ない場合であっても、適切な補正値が得られる。また、
求めた複数の補正値以外の旋回体の前後方向の任意の点
における補正値を、補間方法または補外方法により求め
るようにすると、任意の位置にある作業具の上下方向の
補正値の取得が比較的容易に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る作業具位置検出装置のブ
ロック図である。

【図２】実施例における作業機の作業具上下位置補正方
法の説明図である。

【図３】パワーショベルのバケット位置の求め方の説明
図である。

【図４】パワーショベルのアーム最大ダンプ位置を示す
図である。

【図５】パワーショベルのバケット最大ダンプ位置を示
す図である。

【符号の説明】

１４……上部旋回体、１６……作業機、１８……ブー
ム、２０……アーム、２２……作業具（バケット）、３
４……ブーム姿勢検出手段（ポテンショメータ）、４０
……アーム姿勢検出手段（ポテンショメータ）、４６…
…作業具姿勢検出手段（ポテンショメータ）、５０……
コントローラ、５２……上下位置演算器、５４……前後
位置演算器、５６……補正値記憶回路、５８……作業具
位置修正手段（バケット位置修正部）、６４……補間補
正手段（補間補正値演算器）。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 旋回体にブームとアームとを介して設け
   た作業具の上下位置を補正する作業機の作業具上下位置
   補正方法において、前記作業具の、前記旋回体の前後方
   向における複数点の位置を求め、これら各点において基
   準面に接触している前記作業具の上下方向位置を、対応
   する点における作業具の上下方向位置の補正値とするこ
   とを特徴とする作業機の作業具上下位置補正方法。
2. 【請求項２】 前記複数の点の以外の点の位置の補正
   は、前記作業具の上下方向の位置が直線的に変化してい
   るものと仮定して補正することを特徴とする請求項１記
   載の作業機の作業具上下位置補正方法。
3. 【請求項３】 前記作業機はパワーショベルであり、前
   記複数点の位置はアーム最大ダンプ位置とアーム最大掘
   削位置とであることを特徴とする請求項２に記載の作業
   機の作業具上下位置補正方法。
4. 【請求項４】 旋回体に対するブームの姿勢を検出する
   ブーム姿勢検出手段と、ブームに対するアームの姿勢を
   検出するアーム姿勢検出手段と、アームに対する作業具
   の姿勢を検出する作業具姿勢検出手段と、これら各検出
   手段の検出信号に基づいて、前記作業具の前記旋回体の
   前後方向位置を求める前後位置演算手段と、前記各検出
   手段の検出信号に基づいて、前記作業具の上下方向の位
   置を求める上下位置演算手段と、前記前後位置演算手段
   が求めた複数の前記前後方向位置における基準面上に配
   置した前記作業具についての前記上下位置演算手段の出
   力信号を、前記各前後方向位置における作業具の上下方
   向位置の補正値として記憶する補正値記憶手段と、前記
   前後位置演算手段と前記上下位置演算手段と前記補正値
   記憶手段との出力信号に基づいて、任意の位置にある前
   記作業具の上下方向位置を求める作業具位置修正手段と
   を有することを特徴とする作業機の作業具位置検出装
   置。
5. 【請求項５】 前記作業具位置修正手段は、前記補正値
   記憶手段が記憶している複数の前記補正値に基づいて、
   前記旋回体に対する前後方向の任意の位置における前記
   作業具の上下方向の補正値を求める補間補正手段または
   補外補正手段を有していることを特徴とする請求項４に
   記載の作業機の作業具位置検出装置。