JP3437348B2 - Trajectory control device for construction machinery - Google Patents

Trajectory control device for construction machinery

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JP3437348B2
JP3437348B2 JP24964895A JP24964895A JP3437348B2 JP 3437348 B2 JP3437348 B2 JP 3437348B2 JP 24964895 A JP24964895 A JP 24964895A JP 24964895 A JP24964895 A JP 24964895A JP 3437348 B2 JP3437348 B2 JP 3437348B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多関節型のフロン
ト装置を備えた建設機械の軌跡制御装置に係わり、特に
ブーム、アーム、バケットなどのフロント部材で構成さ
れるフロント装置を備えた油圧ショベルにおいて、その
フロント装置の先端の移動速度ベクトルを操作手段で入
力し、フロント装置の先端を動かす軌跡制御装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a trajectory control device for a construction machine having an articulated front device, and more particularly to a hydraulic excavator having a front device including front members such as a boom, an arm and a bucket. In the above, the present invention relates to a trajectory control device for moving the tip of the front device by inputting the moving velocity vector of the tip of the front device with the operating means.

【0002】[0002]

【従来の技術】油圧ショベルでは、オペレータがブーム
等のフロント部材をそれぞれの手動操作レバーによって
操作しているが、フロント装置が複数のフロント部材に
より構成される関節型であるため、直線掘削などを行う
場合にはそれらの複合動作となり、かなりの熟練を要す
る。
2. Description of the Related Art In a hydraulic excavator, an operator operates a front member such as a boom with respective manual operation levers. However, since the front device is an articulated type composed of a plurality of front members, straight excavation or the like can be performed. When it is performed, it becomes a complex operation of them, and a considerable skill is required.

【0003】そこで、このような作業を容易にするため
に種々の軌跡制御装置が提案されている。その一例とし
て特開昭61−270421号公報や、特開昭62−7
2826号公報がある。
Therefore, various trajectory control devices have been proposed in order to facilitate such work. As one example thereof, JP-A-61-270421 and JP-A-62-7
There is a 2826 publication.

【0004】特開昭61ー270421公報に記載の軌
跡制御装置は、掘削平面の傾斜角θをデジタルスイッチ
等によってオペレータが予め設定しておき、アーム操作
レバーによるアーム操作信号とフロント装置の姿勢に基
づきブーム操作信号を演算することにより、オペレータ
がアーム操作レバーによりアームを回動するとブームも
回動されてバケット先端が設定角度θに沿って直線運動
するように構成されている。この提案によれば、アーム
の動作はアーム操作レバーにより行われ、ブーム動作の
み目標位置との誤差により制御されるため、ハンチング
を生じない安定した自動運転ができる。
In the trajectory control device described in Japanese Patent Laid-Open No. 61-270421, an operator presets an inclination angle θ of the excavation plane with a digital switch or the like, and an arm operation signal from an arm operation lever and a posture of the front device are set. By calculating a boom operation signal based on this, when the operator turns the arm by the arm operation lever, the boom is also turned so that the tip of the bucket moves linearly along the set angle θ. According to this proposal, the arm operation is performed by the arm operation lever, and only the boom operation is controlled by the error from the target position, so that stable automatic operation without hunting can be performed.

【0005】特開昭62−72826号公報に記載の軌
跡制御装置は、速度ベクトル設定手段の設定値から目標
位置を求め、現在位置から目標位置に移動するための速
度ベクトルを求めて、これに基づき、ブーム、アームシ
リンダの流量を制御するように構成されている。この提
案によれば、現在位置と、設定したアーム先端点の移動
方向と速度に基づく目標位置との誤差によりブーム、ア
ームの動作が制御されるため、アーム先端点をその指令
した方向・速度で移動させることができる。
The locus control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-72826 obtains a target position from the set value of the velocity vector setting means, obtains a velocity vector for moving from the current position to the target position, and uses it. Based on this, the flow rate of the boom and arm cylinders is controlled. According to this proposal, the operation of the boom and arm is controlled by the error between the current position and the target position based on the moving direction and speed of the set arm tip point. It can be moved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。
However, the above-mentioned prior art has the following problems.

【0007】特開昭61−270421号公報に記載の
軌跡制御装置では、オペレータがアーム操作レバーを操
作するとバケット先端が予め設定した平面の傾斜角θに
沿って動くよう軌跡制御されるが、アーム操作レバーを
どのように操作しても軌跡制御される角度は予め設定し
た角度θで一定であり、また軌跡制御される動作は角度
θの一平面からなる直線運動だけに限られる。
In the trajectory control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-270421, when the operator operates the arm operation lever, the trajectory of the bucket is controlled to move along the preset inclination angle θ of the plane. Regardless of how the operation lever is operated, the trajectory-controlled angle is constant at a preset angle θ, and the trajectory-controlled operation is limited to a linear movement of one plane of the angle θ.

【0008】特開昭62−72826号公報に記載の軌
跡制御装置では、現在位置と目標位置との誤差によりブ
ーム、アームの両方が制御されるために、相互干渉によ
りハンチングが生じやすい。
In the trajectory control device described in Japanese Patent Laid-Open No. 62-72826, since both the boom and the arm are controlled by the error between the current position and the target position, hunting is likely to occur due to mutual interference.

【0009】本発明の目的は、入力した移動速度ベクト
ルにより軌跡制御の目標軌跡を自由に設定できると共
に、フロント装置の先端を安定に動作させることのでき
る建設機械の軌跡制御装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a locus control device for a construction machine, which can freely set a target locus for locus control by an input moving velocity vector and can stably operate the tip of the front device. is there.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による建設機械の軌跡制御装置は次の構成を
採用する。すなわち、上下方向に回動可能な複数のフロ
ント部材により構成される多関節型のフロント装置と、
前記フロント装置を駆動する複数の油圧アクチュエータ
と、前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の
流れを制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の
軌跡制御装置において、(a)前記フロント装置の先端
の移動速度ベクトルを入力する操作手段と;(b)前記
フロント装置の姿勢に関する状態量を検出する検出手段
と;(c)前記検出手段からの信号に基づき前記フロン
ト装置の姿勢を演算する第1演算手段と;(d)前記操
作手段で入力されたフロント装置の先端の移動速度ベク
トルと前記第1演算手段で演算されたフロント装置の姿
勢に基づき前記複数のフロント部材のそれぞれの要求移
動速度を求め、前記複数のフロント部材のうちの最大の
要求移動速度を持つフロント部材を選択し、選択された
フロント部材は前記要求移動速度で動くよう、他のフロ
ント部材は、前記フロント装置の先端の現在位置と入力
された移動速度ベクトルに基づく目標軌跡とのズレを小
さくするよう前記要求移動速度を補正し、この補正され
た移動速度で動くよう、それぞれ対応する流量制御弁の
指令値を演算し出力する第2演算手段と;を備える構成
とする。
In order to achieve the above object, a trajectory control device for a construction machine according to the present invention adopts the following configuration. That is, a multi-joint type front device composed of a plurality of front members that can be rotated in the vertical direction,
A trajectory control device for a construction machine, comprising: a plurality of hydraulic actuators that drive the front device; and a plurality of flow rate control valves that control the flow of pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators, wherein: (a) the front Operation means for inputting a moving velocity vector of the tip of the device; (b) detection means for detecting a state quantity relating to the attitude of the front device; (c) calculation of the attitude of the front device based on a signal from the detection means. And (d) a request for each of the plurality of front members based on the movement velocity vector of the tip of the front device input by the operating device and the attitude of the front device calculated by the first operating device. The moving speed is calculated, the front member having the maximum required moving speed is selected from the plurality of front members, and the selected front member is the front member. In order to move at the required moving speed, the other front member corrects the required moving speed so as to reduce the deviation between the current position of the front end of the front device and the target trajectory based on the input moving speed vector, and this correction is performed. And second calculating means for calculating and outputting command values of the corresponding flow rate control valves so as to move at different moving speeds.

【0011】以上のように構成した本発明においては、
操作手段により入力された移動速度ベクトルによりフロ
ント部材を動かすので、操作手段により軌跡制御の目標
軌跡を自由に設定し、自由かつ容易に直線掘削が行え
る。
In the present invention configured as described above,
Since the front member is moved by the movement velocity vector input by the operating means, the target trajectory for trajectory control can be freely set by the operating means, and linear excavation can be performed freely and easily.

【0012】また、複数のフロント部材のうち選択され
たフロント部材は最大の要求移動速度で動くようオープ
ンループで制御され、他のフロント部材は、フロント装
置の先端の現在位置と目標軌跡とのズレを小さくするよ
うフィードバック制御が行われるので、相互干渉の少な
い、安定した軌跡制御が行える。
Further, a selected front member among the plurality of front members is controlled by an open loop so as to move at the maximum required moving speed, and the other front members are displaced from the current position of the front end of the front device and the target locus. Since the feedback control is performed so as to reduce, the stable trajectory control with less mutual interference can be performed.

【0013】また、複数のフロント部材のうち最大の要
求移動速度を持つフロント部材は当該最大の要求移動速
度で動かし、他のフロント部材は目標軌跡とのズレを小
さくするよう補正して動かすので、操作レバー装置5で
入力された進行速度(移動速度ベクトルの方向)に近い
入力成分を持つフロント部材は最大の要求移動速度でダ
イレクトに動かされ、進行方向に対して垂直に近い入力
成分を持つフロント部材で目標軌跡に対し誤差が補正さ
れ、このため制御されたフロント装置の動きは通常の操
作に近くなり、オペレータはフロント装置先端の動作に
違和感を感じずに動かすことができる。
Further, among the plurality of front members, the front member having the maximum required moving speed is moved at the maximum required moving speed, and the other front members are moved while being corrected so as to reduce the deviation from the target locus. The front member having an input component close to the traveling speed (direction of the moving velocity vector) input by the operation lever device 5 is directly moved at the maximum required moving velocity, and the front member having an input component nearly vertical to the traveling direction. An error is corrected by the member with respect to the target locus, so that the controlled movement of the front device becomes close to a normal operation, and the operator can move the front end of the front device without feeling discomfort.

【0014】上記軌跡制御装置において、前記第2演算
手段は前記複数のフロント部材のそれぞれの要求移動速
度として例えばフロント部材の角速度を求める。
In the above trajectory control device, the second computing means obtains, for example, the angular velocity of the front member as the required moving velocity of each of the plurality of front members.

【0015】また、本発明を油圧ショベルに適用した場
合は、前記複数のフロント部材には油圧ショベルのフロ
ント部材を構成するブームとアームが含まれる。
When the present invention is applied to a hydraulic excavator, the plurality of front members include a boom and an arm that form the front member of the hydraulic excavator.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明を油圧ショベルのフ
ロント装置の油圧駆動装置に適用した場合の実施形態を
図1〜図8により説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments in which the present invention is applied to a hydraulic drive system for a front device of a hydraulic excavator will be described below with reference to FIGS.

【0017】図1において、本発明が適用される油圧シ
ョベルのフロント装置の油圧駆動装置は、油圧ポンプ2
と、この油圧ポンプからの圧油により駆動されるブーム
シリンダ3a、アームシリンダ3b、バケットシリンダ
3cを含む複数の油圧アクチュエータと、油圧アクチュ
エータ3a〜3cに供給される圧油の流量を制御する複
数の流量制御弁4a〜4cとを有している。
In FIG. 1, a hydraulic drive device of a front device of a hydraulic excavator to which the present invention is applied is a hydraulic pump 2
And a plurality of hydraulic actuators including a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3b, and a bucket cylinder 3c driven by pressure oil from the hydraulic pump, and a plurality of hydraulic actuators for controlling the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuators 3a to 3c. It has flow control valves 4a-4c.

【0018】油圧ショベルは、図2に示すように、上下
方向にそれぞれ回動するブーム1a、アーム1b、バケ
ット1cからなる多関節型のフロント装置1Aと、上部
旋回体1d及び下部走行体1eからなる車体1Bとで構
成され、フロント装置1Aのブーム1aの基端は上部旋
回体1dの前部に支持されている。フロント装置1Aの
ブーム1a、アーム1b、バケット1cは図1に示す油
圧駆動装置のブームシリンダ3a、アームシリンダ3
b、バケットシリンダ3cによりそれぞれ駆動される。
As shown in FIG. 2, the hydraulic excavator includes an articulated front device 1A composed of a boom 1a, an arm 1b, and a bucket 1c that rotate in the vertical direction, an upper revolving structure 1d, and a lower traveling structure 1e. The boom 1a of the front device 1A is supported by the front portion of the upper swing body 1d. The boom 1a, arm 1b, and bucket 1c of the front device 1A are the boom cylinder 3a and arm cylinder 3 of the hydraulic drive system shown in FIG.
b and the bucket cylinder 3c, respectively.

【0019】以上のような油圧ショベルのフロント装置
の油圧駆動装置に本実施形態による軌跡制御装置が設け
られている。この軌跡制御装置は、バケット1cの移動
速度ベクトルと回転速度を入力する操作レバー装置5
と、ブーム1a、アーム1b、バケット1cのそれぞれ
の回動支点に設けられ、フロント装置1Aの姿勢に関す
る状態量としてそれぞれの回動角を検出する角度検出器
6a,6b,6cと、操作レバー装置5及び角度検出器
6a〜6cの信号を入力し、軌跡制御を行うための電気
信号を出力する制御ユニット7とで構成されている。
The trajectory control device according to the present embodiment is provided in the hydraulic drive system for the front device of the hydraulic excavator as described above. This trajectory control device is provided with an operation lever device 5 for inputting a moving speed vector and a rotation speed of the bucket 1c.
And the angle detectors 6a, 6b, 6c provided on the respective pivots of the boom 1a, the arm 1b, and the bucket 1c, and detecting the respective pivot angles as state quantities related to the attitude of the front device 1A, and the operating lever device. 5 and the angle detectors 6a to 6c, and a control unit 7 that outputs an electric signal for controlling the trajectory.

【0020】制御ユニット7の処理内容を図3〜図8に
より説明する。
The processing contents of the control unit 7 will be described with reference to FIGS.

【0021】図3は制御ユニット7の処理内容を説明す
る全体の制御フローを示すフローチャートであり、図4
はその制御フローに係わるパラメータを示す油圧ショベ
ルの全体図である。
FIG. 3 is a flowchart showing the overall control flow for explaining the processing contents of the control unit 7, and FIG.
FIG. 3 is an overall view of a hydraulic excavator showing parameters relating to the control flow.

【0022】手順100において、角度検出器6a〜6
cにより各関節角度を入力する。
In step 100, the angle detectors 6a-6a
Input each joint angle with c.

【0023】次に手順110において、これらの関節角
度によりアーム1bの先端装置、バケット1cの対地角
などのフロント姿勢を計算する。
Next, in step 110, the front posture such as the tip device of the arm 1b and the ground angle of the bucket 1c is calculated from these joint angles.

【0024】次に手順120において、操作レバー装置
5による入力信号を入力する。
Next, in step 120, an input signal from the operating lever device 5 is input.

【0025】次に手順130において、入力された操作
レバー装置5の入力信号に基づき操作レバー装置5によ
り入力されたバケット1cの移動速度ベクトル(VX、
VY)と回転速度Vθを計算する。
Next, in step 130, the moving speed vector (VX, VX, of the bucket 1c inputted by the operation lever device 5 based on the inputted input signal of the operation lever device 5).
VY) and the rotation speed Vθ are calculated.

【0026】次に手順140において、手順110で求
めたフロント姿勢を基にして、座標変換により、バケッ
ト1cの移動速度ベクトル(VX、VY)と回転速度V
θをブーム1a、アーム1b、バケット1cのそれぞれ
に対する要求移動速度としてブーム1a、アーム1b、
バケット1cの各角速度の入力成分V1,V2,V3に
分解する。
Next, in step 140, the moving speed vector (VX, VY) and the rotation speed V of the bucket 1c are converted by coordinate conversion based on the front posture obtained in step 110.
Let θ be the required moving speed for each of the boom 1a, the arm 1b, and the bucket 1c.
It is decomposed into input components V1, V2, V3 of each angular velocity of the bucket 1c.

【0027】次に手順150において、手順140で求
めた角速度の入力成分のうち、ブーム1a、アーム1b
の角速度V1,V2を比較し、アーム1bの角速度V2
が大きいときには手順160に進み、それ以外の時には
手順170に進む。
Next, in step 150, of the input components of the angular velocity obtained in step 140, boom 1a and arm 1b
The angular velocities V1 and V2 of the arm 1b
Is larger, the procedure proceeds to step 160, and otherwise, the procedure proceeds to step 170.

【0028】手順160において、ブーム1aだけで軌
跡の補正を行うために、ブーム角速度の補正成分ΔV1
を計算する。
In step 160, the boom angular velocity correction component ΔV1 is used to correct the trajectory only with the boom 1a.
To calculate.

【0029】この手順160を、図5のフローチャート
と、図6のバケットの移動軌跡を用いて詳細に説明す
る。図6において、実線は目標軌跡を、点線は実際に移
動した軌跡を、P1〜P4は各サンプル時間における現
在点を示す。ただし、電源投入時には現在点P1を参照
点S1とする。また、S1〜S4間は操作レバー装置5
を水平方向に操作し、水平方向の移動速度ベクトル(V
X,VY)を入力したものとし、S5〜S7間は操作レ
バー装置5を斜め方向に操作し、斜め方向の移動速度ベ
クトル(VX,VY)を入力したものとする。
The procedure 160 will be described in detail with reference to the flow chart of FIG. 5 and the movement trajectory of the bucket of FIG. In FIG. 6, the solid line indicates the target locus, the dotted line indicates the actually moved locus, and P1 to P4 indicate the current point at each sample time. However, when the power is turned on, the current point P1 is set as the reference point S1. The operation lever device 5 is provided between S1 and S4.
To move the horizontal movement velocity vector (V
X, VY) is input, the operation lever device 5 is operated in an oblique direction between S5 and S7, and the moving speed vector (VX, VY) in the oblique direction is input.

【0030】手順161において、前回の目標軌跡上
に、現在点Piより垂線を下ろすことにより、参照点S
iを計算する。ここで、前回の目標軌跡はそのとき操作
レバー装置5により入力された移動速度ベクトルの方向
を延長することにより与えられている。
In step 161, the reference point S is obtained by drawing a perpendicular line from the current point Pi on the previous target locus.
Calculate i. Here, the previous target locus is given by extending the direction of the moving velocity vector input by the operation lever device 5 at that time.

【0031】次に手順162において、参照点Siを基
点として、操作レバー装置5で入力された移動速度ベク
トルの方向に直線を延ばすことで、今回の目標軌跡を求
める。
Next, in step 162, the target locus for this time is obtained by extending a straight line in the direction of the moving velocity vector input by the operation lever device 5 with the reference point Si as the base point.

【0032】次に手順163において、今回の目標軌跡
と、現在点との距離に比例した補正ベクトルを求める。
Next, in step 163, a correction vector proportional to the distance between the current target locus and the current point is obtained.

【0033】以上のように手順161〜163で処理す
ることにより、図6において、現在点P1では補正ベク
トルが0となり、現在点P2〜P4及びP6,P7では
現在点Piより前回の目標軌跡上に下ろした垂線に一致
する補正ベクトルが得られ、現在点P5では斜め方向の
移動速度ベクトルにより与えられる目標軌跡に下ろした
垂線に一致する補正ベクトルが得られる。
By performing the processing in steps 161 to 163 as described above, the correction vector becomes 0 at the current point P1 in FIG. 6, and at the current points P2 to P4 and P6 and P7 on the previous target locus from the current point Pi. A correction vector that coincides with the perpendicular drawn down is obtained, and at the current point P5, a correction vector that coincides with the perpendicular drawn to the target locus given by the diagonal movement velocity vector is obtained.

【0034】次に手順164において、座標変換によ
り、上記のようにした求めた補正ベクトルを、この補正
ベルトルを含むようなブーム角速度ΔV1に変換する。
これがブーム角速度の補正成分となる。
Next, in step 164, the correction vector obtained as described above is converted into a boom angular velocity ΔV1 including this correction belt by coordinate conversion.
This is the correction component of the boom angular velocity.

【0035】手順170においても同様にアーム1bに
対して上記の計算を行い、アーム1bだけで軌跡の補正
を行うために、アーム角速度の補正成分ΔV2を計算す
る。
In step 170 as well, the above calculation is similarly performed for the arm 1b, and the correction component ΔV2 of the arm angular velocity is calculated in order to correct the locus only by the arm 1b.

【0036】次に手順180において、バケット角速度
の補正成分ΔV3を計算する。
Next, in step 180, the bucket angular velocity correction component ΔV3 is calculated.

【0037】この手順180を図7のフローチャート
と、図8のバケットの回転模式図を用いて詳細に説明す
る。図7において、実線は目標角度を、点線は実線に回
転した角度を示す。
This procedure 180 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. 7 and the bucket rotation schematic diagram of FIG. In FIG. 7, the solid line shows the target angle and the dotted line shows the angle rotated to the solid line.

【0038】手順181において、操作レバー装置5で
入力されたバケット回転速度Vθを積分することにより
目標角度を求める。
In step 181, the target angle is obtained by integrating the bucket rotation speed Vθ input by the operation lever device 5.

【0039】次に手順182において、目標角度と実際
の角度に比例したバケット1cの補正角速度ΔV3を求
める。
Next, in step 182, the correction angular velocity ΔV3 of the bucket 1c proportional to the target angle and the actual angle is obtained.

【0040】ここで、再び図3のフローチャートに戻り
手順190以下を説明する。
Now, returning to the flowchart of FIG. 3 again, the procedure 190 and subsequent steps will be described.

【0041】手順190において、手順140で求めた
各角速度の入力成分V1,V2,V3と、手順150〜
手順170で求めた各角速度の補正成分との和により、
制御のために出力する角速度の値U1,U2,U3を求
める。
In step 190, the input components V1, V2 and V3 of the respective angular velocities obtained in step 140 and steps 150 to
By the sum with the correction component of each angular velocity obtained in step 170,
The angular velocity values U1, U2, U3 output for control are determined.

【0042】すなわち、手順150において、ブーム1
aの角速度V1よりアーム1bの角速度V2の方が大き
いときは、 U1=V1+ΔV1 U2=V2 U3=V3+ΔV3 の計算を行い、アーム1bの角速度V2よりブーム1a
の角速度V1の方が大きいときは、 U1=V1 U2=V2+ΔV2 U3=V3+ΔV3 の計算を行う。
That is, in step 150, the boom 1
When the angular velocity V2 of the arm 1b is larger than the angular velocity V1 of a, the calculation of U1 = V1 + ΔV1 U2 = V2 U3 = V3 + ΔV3 is performed, and the boom 1a is calculated from the angular velocity V2 of the arm 1b.
When the angular velocity V1 of is larger, the calculation of U1 = V1 U2 = V2 + ΔV2 U3 = V3 + ΔV3 is performed.

【0043】次に手順200において、ブーム1a、ア
ーム1b、バケット1cが計算された出力用の角速度U
1,U2,U3になるように、流量制御弁4a〜4cの
流量特性とフロント装置1Aのリンク機構を考慮して、
各流量制御弁4a〜4cへの指令値を求める。
Next, in step 200, the output angular velocity U of the boom 1a, arm 1b, and bucket 1c is calculated.
1, U2, U3, considering the flow rate characteristics of the flow rate control valves 4a to 4c and the link mechanism of the front device 1A,
A command value to each of the flow rate control valves 4a-4c is obtained.

【0044】次に手順210において、流量制御弁4〜
4cを駆動するために、アンプへ電圧を出力し、はじめ
に戻る。
Next, in step 210, the flow control valves 4 to 4 are connected.
In order to drive 4c, a voltage is output to the amplifier and the procedure returns to the beginning.

【0045】以上のように構成した本実施例では、例え
ば操作レバー装置5を水平に動かしてバケットを水平に
移動させようとした場合には、アーム1bに対する角速
度の入力成分V2がブーム1aに対する角速度の入力成
分V1よりも大きいため、アーム1b対しては当該角速
度成分V2を出力用の角速度U2としてオープンループ
制御が行われ、ブーム1aに対してはバケット1cが目
標軌跡に近づくように出力用の角速度U1が計算され、
フィードバック制御が行われる。また、ブーム1aとア
ーム1bの角速度入力成分の大小関係が逆の操作の場合
には、制御方法も逆となる。
In this embodiment constructed as described above, for example, when the operating lever device 5 is moved horizontally to move the bucket horizontally, the input component V2 of the angular velocity with respect to the arm 1b is the angular velocity with respect to the boom 1a. Since the input component V1 is larger than the input component V1, the open-loop control is performed for the arm 1b with the angular velocity component V2 as the output angular velocity U2, and the output for the boom 1a is set so that the bucket 1c approaches the target trajectory. Angular velocity U1 is calculated,
Feedback control is performed. When the magnitude relationship between the angular velocity input components of the boom 1a and the arm 1b is reversed, the control method is also reversed.

【0046】以上のように本実施形態によれば、ブーム
1aとアーム1bの一方に対しては操作レバー装置5に
よる角速度入力成分(要求移動速度)で動くようオープ
ンループ制御が行われ(U1=V1又はU2=V2)、
他方に対してはバケット1cが目標軌跡に近づくようフ
ィードバック制御が行われる(U2=V2+ΔV2又は
U1=V1+ΔV1)ので、相互干渉の少ない、安定し
た軌跡制御が行える。
As described above, according to the present embodiment, the open loop control is performed so that one of the boom 1a and the arm 1b is moved by the angular velocity input component (requested moving speed) by the operating lever device 5 (U1 = V1 or U2 = V2),
On the other hand, feedback control is performed so that the bucket 1c approaches the target trajectory (U2 = V2 + ΔV2 or U1 = V1 + ΔV1), so stable trajectory control with little mutual interference can be performed.

【0047】また、ブーム1aとアーム1bのうち、最
大の角速度入力成分(要求移動速度)を持つフロント部
材は当該角速度入力成分で動かし、他のフロント部材は
目標軌跡とのズレを小さくするよう角速度入力成分を補
正するので、操作レバー装置5で入力された進行速度
(移動速度ベクトルの方向)に近い入力成分を持つフロ
ント部材は最大の角速度入力成分でダイレクトに動かさ
れ、進行方向に対して垂直に近い入力成分を持つフロン
ト部材で目標軌跡に対し誤差を補正することとなり、制
御された動きは通常の操作に近くなり、オペレータはバ
ケット1cの動作に違和感を感じずに動かすことができ
る。
Further, of the boom 1a and the arm 1b, the front member having the maximum angular velocity input component (requested moving velocity) is moved by the angular velocity input component, and the other front members are moved so as to reduce the deviation from the target locus. Since the input component is corrected, the front member having an input component close to the traveling speed (direction of the moving velocity vector) input by the operation lever device 5 is directly moved by the maximum angular velocity input component and is perpendicular to the traveling direction. Since the front member having an input component close to is corrected for the error with respect to the target locus, the controlled movement becomes close to a normal operation, and the operator can move the bucket 1c without feeling awkward.

【0048】なお、以上の実施例では、手順150でブ
ーム1aとアーム1bの要求移動速度を比較するのに角
速度の入力成分V1,V2を比較したが、ブーム1a及
びブーム1bの角速度の入力成分にブーム1aの回動動
支点からブーム先端までの距離とアーム1bの回動支点
からアーム先端までの距離をそれぞれ乗じることにより
ブーム先端及びアーム先端の移動速度を求め、この移動
速度を比較してもよく、これによりブーム1aとアーム
1bのどちらの要求移動速度が操作レバー装置5で入力
された進行速度に近いかどうかをより厳密に判断するこ
とができる。
In the above embodiment, in order to compare the required moving speeds of the boom 1a and the arm 1b in step 150, the angular velocity input components V1 and V2 are compared, but the angular velocity input components of the boom 1a and the boom 1b are compared. Then, the moving speeds of the boom tip and the arm tip are obtained by multiplying by the distance from the turning fulcrum of the boom 1a to the tip of the boom and the distance from the turning fulcrum of the arm 1b to the tip of the arm, and comparing the moving speeds. As a result, it is possible to more strictly determine which of the boom 1a and the arm 1b the required moving speed is closer to the traveling speed input by the operation lever device 5.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明によれば、操作手段により入力さ
れた移動速度ベクトルによりフロント部材を動かすた
め、操作手段により軌跡制御の目標軌跡を自由に設定
し、自由かつ容易に直線掘削が行える。また、操作手段
の入力により自動的に、選択されたフロント部材をオー
プンループで制御し、他のフロント部材をフィードバッ
ク制御するため、動作方向によらず、相互干渉の少ない
安定した軌跡制御が行える。更に、複数のフロント部材
のうち入力進行方向に近い最大の要求移動速度を持つフ
ロント部材は当該最大の要求移動速度で動かし、他のフ
ロント部材を補正用に用いるので、制御されたフロント
装置の動きは通常の操作に近くなり、オペレータはフロ
ント装置先端の動作に違和感を感じずに動かすことがで
きる。
According to the present invention, since the front member is moved by the moving velocity vector input by the operating means, the target trajectory of the trajectory control can be freely set by the operating means, and the straight line excavation can be performed freely and easily. Further, since the selected front member is automatically controlled in the open loop by the input of the operating means and the other front members are feedback-controlled, stable trajectory control with little mutual interference can be performed regardless of the operation direction. Further, among the plurality of front members, the front member having the maximum required moving speed close to the input traveling direction is moved at the maximum required moving speed, and the other front members are used for correction, so that the movement of the controlled front device is controlled. Is close to a normal operation, and the operator can move the front end of the device without feeling awkward.

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

【図1】本発明の一実施形態による油圧ショベルの軌跡
制御装置をその油圧回路とともに示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a trajectory control device of a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention together with a hydraulic circuit thereof.

【図2】本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing an appearance of a hydraulic excavator to which the present invention is applied.

【図3】制御ユニットの処理内容を示すフローチャート
である。
FIG. 3 is a flowchart showing processing contents of a control unit.

【図4】油圧ショベルにおける操作入力の対象を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a target of operation input in the hydraulic excavator.

【図5】フローチャートの詳細部である。FIG. 5 is a detailed part of a flowchart.

【図6】アーム先端の補正ベクトルを説明するための図
である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a correction vector of an arm tip.

【図7】フローチャートの詳細部である。FIG. 7 is a detailed part of a flowchart.

【図8】バケットの補正角速度を説明するための図であ
る。
FIG. 8 is a diagram for explaining a corrected angular velocity of a bucket.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A フロント装置 1B 車体 1a ブーム 1b アーム 1c バケット 1d 上部旋回体 1e 下部走行体 2 ポンプ 3a〜3c 油圧アクチュエータ 4a〜4c 流量制御弁 5 操作レバー装置 6a〜6c 角度検出器 7 制御ユニット 1A front device 1B car body 1a boom 1b arm 1c bucket 1d Upper revolving structure 1e Undercarriage 2 pumps 3a-3c hydraulic actuator 4a-4c Flow control valve 5 Control lever device 6a to 6c Angle detector 7 control unit

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−72826(JP,A) 特開 昭61−270421(JP,A) 特開 平7−197907(JP,A) 特開 昭58−54136(JP,A) 特開 昭55−119837(JP,A) 特開 昭58−33650(JP,A) 特開 平3−25126(JP,A) 特開 平2−261129(JP,A) 特開 昭60−33940(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E02F 3/43 E02F 9/20 Continuation of front page (56) Reference JP 62-72826 (JP, A) JP 61-270421 (JP, A) JP 7-197907 (JP, A) JP 58-54136 (JP , A) JP 55-119837 (JP, A) JP 58-33650 (JP, A) JP 3-25126 (JP, A) JP 2-261129 (JP, A) JP 60-33940 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) E02F 3/43 E02F 9/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、前記フ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前
記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを
制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌跡制
御装置において、 (a)前記フロント装置の先端の移動速度ベクトルを入
力する操作手段と; (b)前記フロント装置の姿勢に関する状態量を検出す
る検出手段と; (c)前記検出手段からの信号に基づき前記フロント装
置の姿勢を演算する第1演算手段と; (d)前記操作手段で入力されたフロント装置の先端の
移動速度ベクトルと前記第1演算手段で演算されたフロ
ント装置の姿勢に基づき前記複数のフロント部材のそれ
ぞれの要求移動速度を求め、前記複数のフロント部材の
うちの最大の要求移動速度を持つフロント部材を選択
し、選択されたフロント部材は前記要求移動速度で動く
よう、他のフロント部材は、前記フロント装置の先端の
現在位置と入力された移動速度ベクトルに基づく目標軌
跡とのズレを小さくするよう前記要求移動速度を補正
し、この補正された移動速度で動くよう、それぞれ対応
する流量制御弁の指令値を演算し出力する第2演算手段
と; を備えることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
1. A multi-joint type front device composed of a plurality of vertically rotatable front members, a plurality of hydraulic actuators for driving the front device, and pressures supplied to the plurality of hydraulic actuators. A trajectory control device for a construction machine, comprising: a plurality of flow rate control valves for controlling the flow of oil; (a) an operating means for inputting a moving speed vector of the tip of the front device; Detecting means for detecting a state quantity relating to: (c) first calculating means for calculating the posture of the front device based on a signal from the detecting means; (d) a tip of the front device inputted by the operating means. Based on the moving speed vector and the posture of the front device calculated by the first calculating means, the required moving speed of each of the plurality of front members is calculated, Of the front members, the front member having the maximum required moving speed is selected, and the other front member is input with the current position of the tip of the front device so that the selected front member moves at the required moving speed. A second calculation for correcting the required moving speed so as to reduce the deviation from the target locus based on the moving speed vector, and for calculating and outputting the command values of the corresponding flow control valves so as to move at the corrected moving speed. A trajectory control device for a construction machine, comprising:
【請求項2】 請求項1記載の建設機械の軌跡制御装置
において、前記第2演算手段は前記複数のフロント部材
のそれぞれの要求移動速度としてフロント部材の角速度
を求めることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
2. The trajectory control device for a construction machine according to claim 1, wherein the second computing means obtains an angular velocity of the front member as a required moving velocity of each of the plurality of front members. Trajectory control device.
【請求項3】 請求項1記載の建設機械の軌跡制御装置
において、前記複数のフロント部材は油圧ショベルのフ
ロント部材を構成するブームとアームを含むことを特徴
とする建設機械の軌跡制御装置。
3. The trajectory control device for a construction machine according to claim 1, wherein the plurality of front members include a boom and an arm that form a front member of a hydraulic excavator.
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