JP3580976B2

JP3580976B2 - Control equipment for construction machinery

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Publication number: JP3580976B2
Application number: JP05595597A
Authority: JP
Inventors: 祥二戸澤; 智昭小野
Original assignee: 新キャタピラー三菱株式会社
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JPH10252094A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地面を掘削する油圧ショベル等の建設機械に関し、特に、かかる建設機械の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械は、図１４に示すように、無限軌条部５００Ａを有する下部走行体５００上に、運転操作室（キャビン）６００付きの上部旋回体１００をそなえており、更にこの上部旋回体１００に、ブーム２００，スティック３００，バケット４００からなる関節式アーム機構を装備した構成となっている。
【０００３】
そして、ストロークセンサ２１０，２２０，２３０にて得られた、ブーム２００，スティック３００，バケット４００の各伸縮変位情報に基づき、ブーム２００，スティック３００，バケット４００を適宜それぞれ油圧シリンダ１２０，１２１，１２２で駆動して、バケットの進行方向或いはバケットの姿勢を一定に保って掘削できるようになっており、これにより、バケットのごとき作業部材の位置と姿勢の制御を正確に且つ安定して行ない得るようになっている。
【０００４】
なお、上述の油圧ショベルは、少なくともブーム２００（油圧シリンダ１２０）及びスティック３００（油圧シリンダ１２１）が電磁弁などを用いてそれぞれ独立した電気制御系（フィードバックループ制御系）により制御されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に油圧ショベルでは、例えば、地面を平坦にならす（法面形成）といった作業を行なうために、バケット４００の歯先（つまり、スティック３００）を直線的に動かすという動作が必要になるが、上述のような従来のものでは、ブーム２００及びスティック３００をそれぞれ油圧シリンダ１２０，１２１により独立制御されるようになっているため、法面を高精度に仕上げることが非常に困難になっている。
【０００６】
すなわち、上述のごとくブーム２００及びスティック３００を電磁弁などを用いて電気的にフィードバック制御する場合、それぞれ対応する油圧シリンダ１２０，１２１を独立して制御すると、たとえそれぞれのフィードバック制御偏差が小さくても、ブーム２００，スティック３００の位置（姿勢）によっては、これらの制御偏差が無視できなくなり、目標とするバケット４００の歯先位置（制御目標値）に対する誤差が非常に大きくなってしまう場合がある。
【０００７】
例えば、バケット４００がこれから法面を形成しようとしている位置にあるときに、上記の制御偏差のためにスティック３００に対してブーム２００の制御が遅れると、バケット４００の歯先が地面に食い込むことになり、逆に、ブーム２００に対してスティック３００の制御が遅れると、バケット４００が宙に浮いたまま動作する状態となってしまう。
【０００８】
このように、ブーム２００及びスティック３００をそれぞれ完全に独立制御することは、制御目標値を維持しながらブーム２００及びスティック３００を動作させることを極めて困難にしてしまっている。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、上記フィードバック制御時の制御偏差を考慮してブーム，スティックなどのアーム部材を制御することにより、常に、フィードバック偏差情報を無くした理想的な状態でアーム部材を動作させて所定の作業を高精度に行なえるようにした、建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の建設機械の制御装置は、建設機械本体に装備された関節式アーム機構を構成する相互に枢着された少なくとも一対のアーム部材をシリンダ式アクチュエータで駆動する際に、検出された上記の各アーム部材の姿勢情報に基づいて、上記の各アーム部材が所定の姿勢となるように、シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御する建設機械の制御装置において、上記の一対のアーム部材のそれぞれが、自己以外の他のアーム部材の制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、自己のアーム部材の制御系における制御目標値を補正すべく、相互に連携して制御されるように構成されたことを特徴としている。
【００１０】
上述のごとく構成された本発明の制御装置では、上記の一対のアーム部材をそれぞれ制御する際、自己以外の他のアーム部材の制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、自己のアーム部材の制御系における制御目標値を補正しながら各アーム部材を相互に連携して制御するので、フィードバック偏差情報を無くした理想的な状態で各アーム部材を動作させることができる。
【００１１】
また、請求項２記載の本発明の建設機械の制御装置は、建設機械本体と、この建設機械本体に一端部を枢着され他端側に作業部材を有するとともに、関節部を介して相互に接続された少なくとも一対のアーム部材を有する関節式アーム機構と、伸縮動作を行なうことにより該アーム機構を駆動する複数のシリンダ式アクチュエータを有するシリンダ式アクチュエータ機構と、上記の各アーム部材の姿勢情報を検出する姿勢検出手段と、この姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいて、上記の各アーム部材が所定の姿勢となるように、上記のシリンダ式アクチュエータを制御する制御手段とをそなえ、この制御手段が、上記一対のアーム部材のうちの一方のアーム部材のための第１シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御する第１制御系と、上記一対のアーム部材のうちの他方のアーム部材のための第２シリンダ式アクチュエータをフィードバック制御する第２制御系とをそなえるとともに、この第２制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、第１制御系の制御目標値を補正する第１補正制御系と、第１制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、第２制御系の制御目標値を補正する第２補正制御系とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１２】
上述のごとく構成された本発明の制御装置では、制御手段（第１，第２制御系）が姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいて各アーム部材が所定の姿勢となるように上記の各（第１，第２）アクチュエータを制御する際、第１，第２補正制御系がそれぞれ第２，第１制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて自己（第１，第２）の制御系の制御目標値を補正するので、各アクチュエータの制御状態を相互に考慮した制御目標値の補正が行なわれ、各アーム部材はフィードバック偏差情報を無くした理想的な状態で動作する。
【００１３】
さらに、請求項３記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項２記載の構成において、姿勢検出手段が、シリンダ式アクチュエータの伸縮変位情報を検出する伸縮変位検出手段として構成されたことを特徴としている。これにより、本制御装置では、各アーム部材の姿勢情報を、シリンダ式アクチュエータの伸縮変位情報を検出することによって簡便に検出することができる。
【００１４】
また、請求項４記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項２記載の構成において、第１補正制御系に、第２制御系におけるフィードバック偏差情報から第１制御系の制御目標値を補正するための第１補正値を発生する第１補正値発生部が設けられるとともに、第２補正制御系に、第１制御系におけるフィードバック偏差情報から第２制御系の制御目標値を補正するための第２補正値を発生する第２補正値発生部が設けれらたことを特徴としている。
【００１５】
これにより、本制御装置では、第１補正制御系に第１補正値発生部を設け、第２補正制御系に第２補正値発生部を設けるという簡素な構成で、第１制御系の制御目標値を補正するための第１補正値，第２制御系の制御目標値を補正するための第２補正値をそれぞれ発生して、確実に、制御目標値の補正を行なうことができる。
【００１６】
さらに、請求項５記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項４記載の構成において、第１補正制御系に、上記の第１補正値に対して第１重み係数を付加する第１重み係数付加部が設けられたことを特徴としている。これにより、第１補正制御系では、第１制御系の制御目標値を補正するための第１補正値を必要に応じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができる。
【００１７】
また、請求項６記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項４記載の構成において、第２補正制御系に、上記の第２補正値に対して第２重み係数を付加する第２重み係数付加部が設けられたことを特徴としている。これにより、第２補正制御系でも、第２制御系の制御目標値を補正するための第２補正値を必要に応じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができる。
【００１８】
さらに、請求項７記載の本発明の建設機械の制御装置は、建設機械本体と、この建設機械本体に対して、一端が回動可能に接続されるブームと、このブームに対して一端が関節部を介して回動可能に接続されるとともに、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケットを他端に枢着されるスティックと、上記の建設機械本体とブームとの間に介装され、端部間の距離が伸縮することによりブームを建設機械本体に対して回転させるブーム油圧シリンダと、上記のブームとスティックとの間に介装され、端部間の距離が伸縮することにより、スティックをブームに対して回転させる、スティック油圧シリンダと、ブームの姿勢情報を検出するブーム姿勢検出手段と、スティックの姿勢情報を検出するスティック姿勢検出手段と、ブーム姿勢検出手段の検出結果に基づいて、ブーム油圧シリンダをフィードバック制御するブーム制御系と、スティック姿勢検出手段の検出結果に基づいて、スティック油圧シリンダをフィードバック制御するスティック制御系と、このスティック制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、ブーム制御系の制御目標値を補正するブーム補正制御系と、ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、スティック制御系の制御目標値を補正するスティック補正制御系とをそなえて構成されたことを特徴としている。
【００１９】
上述のごとく構成された本発明の建設機械の制御装置では、ブーム／スティック制御系が対応するブーム／スティック姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいてブーム／スティック油圧シリンダをフィードバック制御する際、ブーム／スティック補正制御系がそれぞれスティック／ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて自己の制御系の制御目標値を補正するので、常に、各油圧シリンダの制御状態を相互に考慮した制御目標値の補正が行なわれ、ブーム，スティックはそれぞれフィードバック偏差情報の無い理想的な状態で動作する。
【００２０】
また、請求項８記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項７記載の構成において、ブーム姿勢検出手段が、ブーム油圧シリンダの伸縮変位情報を検出するブーム油圧シリンダ伸縮変位検出手段として構成されるとともに、スティック姿勢検出手段が、スティック油圧シリンダの伸縮変位情報を検出するスティック油圧シリンダ伸縮変位検出手段として構成されたことを特徴としている。
【００２１】
これにより、本制御装置では、ブーム／スティックの姿勢情報を、ブーム／スティック油圧シリンダの伸縮変位情報を検出することによって簡便に検出することができる。
さらに、請求項９記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項７記載の構成において、ブーム補正制御系に、スティック制御系におけるフィードバック偏差情報からブーム制御系の制御目標値を補正するたためのブーム補正値を発生するブーム補正値発生部が設けられるとともに、上記のスティック補正制御系に、ブーム制御系におけるフィードバック偏差情報からスティック制御系の制御目標値を補正するたためのスティック補正値を発生するスティック補正値発生部が設けられたことを特徴としている。
【００２２】
これにより、本制御装置では、ブーム補正制御系にブーム補正値発生部を設け、スティック補正制御系にスティック補正値発生部を設けるという簡素な構成で、ブーム制御系の制御目標値を補正するためのブーム補正値，スティック制御系の制御目標値を補正するためのスティック補正値をそれぞれ発生して、確実に、制御目標値の補正を行なうことができる。
【００２３】
また、請求項１０記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項９記載の構成において、ブーム補正制御系に、上記のブーム補正値に対してブーム重み係数を付加するブーム重み係数付加部が設けられたことを特徴としている。これにより、ブーム補正制御系では、ブーム制御系の制御目標値を補正するためのブーム補正値を必要に応じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができる。
【００２４】
さらに、請求項１１記載の本発明の建設機械の制御装置は、上記請求項９記載の構成において、スティック補正制御系に、上記のスティック補正値に対してスティック重み係数を付加するスティック重み係数付加部が設けられたことを特徴としている。これにより、スティック補正制御系でも、スティック制御系の制御目標値を補正するためのスティック補正値を必要に応じて可変にすることができ、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
本実施形態にかかる建設機械としての油圧ショベルは、図１に示すように、左右に無限軌条部５００Ａを有する下部走行体５００上に、運転操作室６００付き上部旋回体（建設機械本体）１００が水平面内で回転自在に設けられている。
【００２６】
そして、この上部旋回体１００に対して、一端が回動可能に接続されるブーム（アーム部材）２００が設けられ、更にブーム２００に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続されるスティック（アーム部材）３００が設けられている。
さらに、スティック３００に対して、一端が関節部を介して回動可能に接続され、先端が地面を掘削し内部に土砂を収容可能なバケット（作業部材）４００がが設けられている。なお、図１において符号１１２で示すものはバケット４００の歯先である。
【００２７】
このように、ブーム２００，スティック３００，バケット４００で、上部旋回体１００に一端部を枢着され他端側にバケット４００を有するとともに、関節部を介して相互に接続された一対のアーム部材としてのブーム２００，スティック３００を少なくとも有する関節式アーム機構が構成される。
また、シリンダ式アクチュエータとしてのブーム油圧シリンダ１２０，スティック油圧シリンダ１２１，バケット油圧シリンダ１２２（以下、ブーム油圧シリンダ１２０をブームシリンダ１２０又は単にシリンダ１２０ということがあり、スティック油圧シリンダ１２１をスティックシリンダ１２１又は単にシリンダ１２１ということがあり、バケット油圧シリンダ１２２をバケットシリンダ１２２又は単にシリンダ１２２ということがある）が設けられている。
【００２８】
ここで、ブームシリンダ１２０は、上部旋回体１００に対して一端が回動可能に接続されるとともに、ブーム２００に対して他の一端が回動可能に接続され、即ち上部旋回体１００とブーム２００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、ブーム２００を上部旋回体１００に対して回動させることができるものである。
【００２９】
また、スティックシリンダ１２１は、ブーム２００に対して一端が回動可能に接続されるとともに、スティック３００に対して他の一端が回動可能に接続され、即ちブーム２００とスティック３００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、スティック３００をブーム２００に対して回動させることができるものである。
【００３０】
さらに、バケットシリンダ１２２は、スティック３００に対して一端が回動可能に接続されるとともに、バケット４００に対して他の一端が回動可能に接続され、即ちスティック３００とバケット４００との間に介装されて、端部間の距離が伸縮することにより、バケット４００をスティック３００に対して回動させることができるものである。なお、バケット油圧シリンダ１２２の先端部には、リンク機構１３０が設けられている。
【００３１】
このように上記の各シリンダ１２０〜１２２で、伸縮動作を行なうことによりアーム機構を駆動する複数のシリンダ式アクチュエータを有するシリンダ式アクチュエータ機構が構成される。
なお、図示しないが、左右の無限軌条部５００Ａをそれぞれ駆動する油圧モータや、上部旋回体１００を旋回駆動する旋回モータも設けられている。
【００３２】
ところで、図２に示すように、シリンダ１２０〜１２２や上記の油圧モータや旋回モータのための油圧回路が設けられており、この油圧回路には、エンジンＥによって駆動されるポンプ５１，５２，主制御弁（コントロールバルブ）１３，１４，１５等が介装されている。
また、主制御弁１３，１４，１５を制御するために、パイロット油圧回路が設けられており、このパイロット油圧回路には、エンジンＥによって駆動されるパイロットポンプ５０，電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，電磁切替弁４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，セレクタ弁１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ等が介装されている。
【００３３】
ところで、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して、主制御弁１３，１４，１５を制御することにより、制御したいモードに応じて、ブーム２００，スティック３００，バケット４００が所望の伸縮変位となるように制御するコントローラ（制御手段）１が設けられている。なお、このコントローラ１は、マイクロプロセッサ，ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ，適宜の入出力インタフェースなどで構成される。
【００３４】
そして、このコントローラ１へは種々のセンサからの検出信号（設定信号を含む）が入力されるようになっており、コントローラ１は、これらのセンサからの検出信号に基づき、上記の制御を実行するようになっている。なお、このようなコントローラ１による制御を半自動制御というが、この半自動掘削モードにおいても、掘削中に手動にてバケット角及び目標法面高さの微調整は可能である。
【００３５】
上記の半自動制御モードとしては、バケット角制御モード（図９参照），法面掘削モード（バケット歯先直線掘削モード又はレイキングモード）（図１０参照），法面掘削モードとバケット角制御モードとを組み合わせたスムージングモード（図１１参照），バケット角自動復帰モード（オートリターンモード）（図１２参照）等がある。
【００３６】
ここで、バケット角制御モードは、図９に示すように、スティック３００及びブーム２００を動かしてもバケット４００の水平方向（垂直方向）に対する角度（バケット角）が常に一定に保たれるモードで、このモードは、モニタパネル１０上のバケット角制御スイッチをＯＮにすると、実行される。なお、バケット４００が手動にて動かされた時、このモードは解除され、バケット４００が止まった時点でのバケット角が新しいバケット保持角として記憶される。
【００３７】
法面掘削モードは、図１０に示すように、バケット４００の歯先１１２が直線的に動くモードである。但し、バケットシリンダ１２２は動かない。また、バケット４００の移動に伴いバケット角φが変化する。
法面掘削モード＋バケット角制御モード（スムージングモード）は、図１１に示すように、バケット４００の歯先１１２が直線的に動くモードであり、バケット角φも掘削中一定に保たれる。
【００３８】
なお、本実施形態では、後述するように、法面掘削モードにおいてバケット４００の歯先１１２（スティック３００）を精度高く直線的に動かすことができるよう、従来のようにブーム２００，スティック３００を完全に独立したフィードバック制御系により制御するのではなく、相互に連携して制御するようになっている。
【００３９】
バケット自動復帰モードは、図１２に示すように、バケット角が予め設定された角度に自動的に復帰するモードであり、復帰バケット角はモニタパネル１０によって設定される。このモードはブーム／バケット操作レバー６上のバケット自動復帰スタートスイッチ７をＯＮにすることで始動する。バケット４００が予め設定された角度まで復帰した時点でこのモードは解除される。
【００４０】
さらに、上記の法面掘削モード，スムージングモードは、モニタパネル１０上の半自動制御スイッチをＯＮにし、かつ、スティック操作レバー８上の法面掘削スイッチ９をＯＮにし、スティック操作レバー８とブーム／バケット操作レバー６の両方又はどちらか一方が動かされた時に、これらのモードに入るようになっている。なお、目標法面角はモニタパネル１０上のスイッチ操作にて設定される。
【００４１】
また、法面掘削モード，スムージングモードでは、スティック操作レバー８の操作量が目標法面角に対して平行方向のバケット歯先移動速度を与え、ブーム／バケット操作レバー６の操作量が垂直方向のバケット歯先移動速度を与えるようになっている。従って、スティック操作レバー８を動かすと、目標法面角に沿って、バケット歯先１１２が直線移動を開始し、掘削中にブーム／バケット操作レバー６を動かすことによって、手動による目標法面高さの微調整が可能となる。
【００４２】
また、法面掘削モード，スムージングモードでは、ブーム／バケット操作レバー６を操作することによって掘削中のバケット角を微調整するほか、目標法面高さも変更することができる。
なお、このシステムでは、手動モードも可能であるが、この手動モードでは、従来の油圧ショベルと同等の操作が可能となるほかに、バケット歯先１１２の座標表示が可能である。
【００４３】
また、半自動システム全体のサービス・メンテナンスを行なうためのサービスモードも用意されており、このサービスモードはコントローラ１に外部ターミナル２を接続することによって行なわれる。そして、このサービスモードによって、制御ゲインの調整や各センサの初期化等が行なわれる。
ところで、コントローラ１に接続される各種センサとして、図２に示すように、圧力スイッチ１６，圧力センサ１９，２８Ａ，２８Ｂ，レゾルバ（角度センサ）２０〜２２，傾斜角センサ２４等が設けられており、更にコントローラ１には、エンジンポンプコントローラ２７，ＯＮ−ＯＦＦスイッチ７，９，目標法面角設定器付きモニタパネル１０が接続されている。なお、外部ターミナル２は、制御ゲインの調整や各センサの初期化時等に、コントローラ１に接続される。
【００４４】
なお、エンジンポンプコントローラ２７は、エンジン回転数センサ２３からのエンジン回転数情報を受けてエンジンＥ及びポンプ５１，５２の傾転角を制御するもので、コントローラ１との間で協調情報を遣り取りできるようになっている。又、レゾルバ２０〜２２での検出信号は、信号変換器（変換手段）２６を介してコントローラ１へ入力されるようになっている。
【００４５】
圧力センサ１９は、スティック３００の伸縮用，ブーム２００の上下用の各操作レバー６，８から主制御弁１３，１４，１５に接続されているパイロット配管に取り付けられて、パイロット配管内のパイロット油圧を検出するものであるが、かかるパイロット配管内のパイロット油圧は、操作レバー６，８の操作量によって変化するため、この油圧を計測することで操作レバー６，８の操作量を推定できるようになっている。
【００４６】
圧力センサ２８Ａ，２８Ｂはブームシリンダ１２０，スティックシリンダ１２１の伸長伸縮状態を検出するものである。
なお、スティック操作レバー８は設定された掘削斜面に対して平行方向のバケット歯先移動速度を決定するものとして使用され、ブーム／バケット操作レバー６は設定斜面に対して垂直方向のバケット歯先移動速度を決定するものとして使用される。従って、スティック操作レバー８とブーム／バケット操作レバー６の同時操作時は設定斜面に対して平行及び垂直方向の合成ベクトルにてバケット歯先の移動方向とその速度が決定されることになる。
【００４７】
圧力スイッチ１６は、ブーム２００，スティック３００，バケット４００のための操作レバー６，８用のパイロット配管にセレクタ１７等を介して取り付けられて、操作レバー６，８が中立か否かを検出するために使用される。即ち、操作レバー６，８が中立状態の時、圧力スイッチ１６の出力がＯＦＦとなり、操作レバー６，８が使用されると、圧力スイッチ１６の出力がＯＮとなる。なお、中立検出用圧力スイッチ１６は上記圧力センサ１９の異常検出及び手動／半自動モードの切替用としても利用される。
【００４８】
レゾルバ２０は、ブーム２００の姿勢をモニタしうるブーム２００の建設機械本体１００への枢着部（関節部）に設けられてブーム２００の姿勢（姿勢情報）を検出する第１角度センサ（ブーム姿勢検出手段）として機能するものであり、レゾルバ２１は、スティック３００の姿勢をモニタしうるスティック３００のブーム２００への枢着部（関節部）に設けられてスティック３００の姿勢を検出する第２角度センサ（スティック姿勢検出手段）として機能するものである。
【００４９】
また、レゾルバ２２は、バケット４００の姿勢をモニタしうるリンク機構枢着部に設けられてバケット４００の姿勢を検出する第３角度センサとして機能するもので、これらのレゾルバ２０〜２２で、アーム機構の姿勢を角度情報で検出する角度検出手段が構成されている。
信号変換器（変換手段）２６は、レゾルバ２０で得られた角度情報（ブームの姿勢情報）をブームシリンダ１２０の伸縮変位情報に変換し、レゾルバ２１で得られた角度情報（スティックの姿勢情報）をスティックシリンダ１２１の伸縮変位情報に変換し、レゾルバ２２で得られた角度情報をバケットシリンダ１２２の伸縮変位情報に変換するもの、即ち、レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報を対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報に変換するものである。
【００５０】
つまり、本実施形態では、信号変換器２６とブーム姿勢検出手段としてのレゾルバ２０とで、ブーム油圧シリンダ１２０の伸縮変位情報を検出するブーム油圧シリンダ伸縮変位検出手段が構成され、信号変換器２６とスティック姿勢検出手段としてのレゾルバ２１とで、スティック油圧シリンダ１２１の伸縮変位情報を検出するスティック油圧シリンダ伸縮変位検出手段が構成されている。
【００５１】
このため、信号変換器２６は、各レゾルバ２０〜２２からの信号を受ける入力インタフェース２６Ａ，各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を記憶するルークアップテーブル２６Ｂ−１を含むメモリ２６Ｂ，各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を求めシリンダ伸縮変位情報をコントローラ１に通信しうる主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｃ，主演算装置（ＣＰＵ）２６Ｃからのシリンダ伸縮変位情報を送出する出力インタフェース２６Ｄ等をそなえて構成されている。
【００５２】
ところで、各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報θｂｍ，θｓｔ，θｂｋに対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報λｂｍ，λｓｔ，λｂｋは余弦定理を用いて次式で求めることができる。
λｂｍ＝（Ｌ_{１０１１０２} ^２＋Ｌ_{１０１１１１} ^２−２Ｌ_{１０１１０２}・Ｌ_{１０１１１１}ｃｏｓ（ θｂｍ＋Ａｘｂｍ））^１／２・・（１）
λｓｔ＝（Ｌ_{１０３１０４} ^２＋Ｌ_{１０４１０５} ^２−２Ｌ_{１０３１０４}・Ｌ_{１０４１０５}ｃｏｓθｓｔ）^１／２・・（２）
λｂｋ＝（Ｌ_{１０６１０７} ^２＋Ｌ_{１０７１０９} ^２−２Ｌ_{１０６１０７}・Ｌ_{１０７１０９}ｃｏｓθｂｋ）^１／２・・（３）
ここで、上式において、Ｌ_ｉｊは固定長、Ａｘｂｍは固定角を表し、Ｌの添字ｉｊは節点ｉ，ｊ間の情報を有する。例えばＬ_{１０１１０２}は節点１０１と節点１０２との距離を表す。尚、節点１０１をｘｙ座標の原点とする（図８参照）。
【００５３】
もちろん、各レゾルバ２０〜２２で角度情報θｂｍ，θｓｔ，θｂｋが得られる毎に、上式を演算手段（例えばＣＰＵ２６Ｃ）で演算してもよい。この場合は、ＣＰＵ２６Ｃが、各レゾルバ２０〜２２で得られた角度情報から角度情報に対応するシリンダ１２０〜１２２の伸縮変位情報を演算により求める演算手段を構成することになる。
【００５４】
なお、信号変換器２６で変換された信号は、半自動制御時のフィードバック制御用に利用されるほか、バケット歯先１１２の位置計測／表示用座標を計測するためにも利用される。
また、半自動システムにおけるバケット歯先位置は油圧ショベルの上部旋回体１００のある１点を原点として演算されるが、上部旋回体１００がフロントリンケージ方向に傾斜した時、制御演算上の座標系を車両傾斜分だけ回転することが必要になる。傾斜センサ２４はこの座標系の回転分を補正するために使用される。
【００５５】
前述のごとく、コントローラ１からの電気信号によって、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃはパイロットポンプ５０から供給される油圧を制御し、制御された油圧を切替弁４Ａ〜４Ｃ又はセレクタ弁１８Ａ〜１８Ｃを通して主制御弁１３，１４，１５に作用させることにより、シリンダ目標速度が得られるように、主制御弁１３，１４，１５のスプール位置を制御することが行なわれるが、切替弁４Ａ〜４Ｃを手動モード側にすれば、手動にてシリンダを制御することができる。
【００５６】
なお、スティック合流調整比例弁１１は目標シリンダ速度に応じた油量を得るために２つのポンプ５１，５２の合流度合を調整するものである。
また、スティック操作レバー８には、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ（法面掘削スイッチ）９が取り付けられており、オペレータがこのスイッチを操作することによって、半自動モードが選択又は非選択される。そして、半自動モードが選択されると、バケット歯先を直線的に動かすことができるようになる。
【００５７】
さらに、ブーム／バケット操作レバー６には、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ（バケット自動復帰スタートスイッチ）７が取り付けられており、オペレータがこのスイッチ７をＯＮすることによって、バケット４００を予め設定された角度に自動復帰させることができるようになっている。
安全弁５は電磁比例弁３Ａ〜３Ｃに供給されるパイロット圧を断続するためのもので、この安全弁５がＯＮ状態の時のみパイロット圧が電磁比例弁３Ａ〜３Ｃに供給されるようになっている。従って、半自動制御上、何らかの故障があった場合等は、この安全弁５をＯＦＦ状態にすることにより、速やかにリンケージの自動制御を停止することができる。
【００５８】
また、エンジンＥの回転速度はオペレータが設定したエンジンスロットルの位置によって異なり、更にエンジンスロットルが一定であっても負荷によってエンジン回転速度は変化する。ポンプ５０，５１，５２はエンジンＥに直結されているので、エンジン回転速度が変化すると、ポンプ吐出量も変化するため、主制御弁１３，１４，１５のスプール位置が一定であっても、シリンダ速度はエンジン回転速度の変化に応じて変化してしまう。これを補正するためにエンジン回転速度センサ２３が取り付けられているのである。すなわち、エンジン回転速度が低い時は、バケット歯先の目標移動速度を遅くするようになっている。
【００５９】
目標法面角設定器付きモニタパネル１０（以下、単に「モニタパネル」と呼ぶ場合がある）は、目標法面角α（図８，１１参照），バケット復帰角の設定器として使用されるほか、バケット歯先４００の座標や計測された法面角あるいは計測された２点座標間距離の表示器としても使用されるようになっている。なお、このモニタパネル１０は、操作レバー６，８とともに運転操作室６００内に設けられる。
【００６０】
すなわち、本実施形態にかかるシステムにおいては、従来のパイロット油圧ラインに圧力センサ１９及び圧力スイッチ１６を組込み、操作レバー６，８の操作量を検出し、レゾルバ２０，２１，２２を用いてフィードバック制御を行ない、制御は各シリンダ１２０，１２１，１２２毎にフィードバック制御ができるような構成となっている。これにより、圧力補償弁等の油器の追加が不要となる。ただし、本実施形態では、後述するように各シリンダ１２０，１２１は連携制御されるようになっている。
【００６１】
また、本実施形態にかかるシステムは、車両傾斜角センサ２４を用いて、上部旋回体１００の傾斜による影響を補正し、コントローラ１からの電気信号にて、シリンダ１２０，１２１，１２２を駆動するために電磁比例弁３Ａ〜３Ｃを利用した構成にもなっている。なお、手動／半自動モード切替スイッチ９によりオペレータは任意にモードを選択できるようになっているほか、目標法面角を設定することもできるようになっているのである。
【００６２】
つぎに、コントローラ１にて行なわれる半自動システムの制御アルゴリズムについて述べるが、このコントローラ１にて行なわれる半自動制御モード（バケット自動復帰モードを除く）の制御アルゴリズムは概略図４に示すようになっている。すなわち、最初に、バケット歯先１１２の移動速度及び方向を、目標法面設定角，スティックシリンダ１２１及びブームシリンダ１２０を制御するパイロット油圧，車両傾斜角，エンジン回転速度の情報より求める。次に、その情報を基に各シリンダ１２０，１２１，１２２の目標速度を演算する。この時、エンジン回転速度の情報はシリンダ速度の上限を決定するとき必要となる。
【００６３】
また、コントローラ１は、図３，４に示すように、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃをそなえており、各制御は、図４に示すように、制御フィードバックループとして構成されている。
ここで、本発明の建設機械の制御装置の要部について説明すると、図４に示す閉ループ制御内の補償構成は、各制御部１Ａ，１Ｂ，１Ｃとも、図５に示すように、変位，速度についてのフィードバックループとフィードフォワードループの多自由度構成となっており、制御ゲイン（制御パラメータ）可変のフィードバックループ式補償手段７２と、制御ゲイン（制御パラメータ）可変のフィードフォワード式補償手段７３とをそなえて構成されている。
【００６４】
すなわち、目標速度が与えられると、フィードバックループ処理に関しては、目標速度と速度フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｖｐ（符号６２参照）を掛けるルートと、目標速度を一旦積分して（図５の積分要素６１参照）、この目標速度積分情報と変位フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｐｐ（符号６３参照）を掛けるルートと、上記目標速度積分情報と変位フィードバック情報との偏差に所定のゲインＫｐｉ（符号６４参照）を掛け更に積分（符号６６参照）を施すルートによる処理がなされ、更にフィードフォワードループ処理に関しては、目標速度に所定のゲインＫｆ（符号６５参照）を掛けるルートによる処理がなされるようになっている。
【００６５】
このうち、フィードバックループ処理についてもう少し詳しく説明すると、本装置には、図５に示すように、シリンダ１２０〜１２２の動作情報を検出する動作情報検出手段９１が設けられており、コントローラ１では、この動作情報検出手段９１からの検出情報と、目標値設定手段８０で設定された目標動作情報（例えば、目標移動速度）とを入力情報として、ブーム２００等のアーム部材及び作業部材（バケット）４００が目標とする動作状態となるように制御信号を設定する。
【００６６】
なお、動作情報検出手段９１は、具体的には、ブーム２００，スティック３００の姿勢を検出する上述した姿勢情報検出手段８３であるが、この姿勢情報検出手段８３は、後述する運転状態検出手段９０としての機能を兼ね備えており、このような動作情報検出手段９１と後述の運転状態検出手段９０とにより、検出手段９３が構成されている。
【００６７】
一方、上記のゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆの値は、それぞれゲインスケジューラ（制御パラメータ用スケジューラ）７０によって変更可能に構成されており、このようにゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆの値を変更，補正することで、ブーム２００やバケット４００等を目標とする動作状態に制御するようになっているのである。
【００６８】
すなわち、本装置には、図５に示すように、作動油の油温を検出する油温検出手段８１と、各シリンダ１２０〜１２２の負荷を検出するシリンダ負荷検出手段８２と、各シリンダの位置情報を検出するシリンダ位置検出手段８３とをそなえた運転状態検出手段９０が設けられており、上記ゲインスケジューラ７０は、この運転状態検出手段９０からの検出情報（即ち、建設機械の運転情報）に基づいて、各ゲインＫｖｐ，Ｋｐｐ，Ｋｐｉ，Ｋｆを変更するように構成されているのである。
【００６９】
このうち、油温検出手段８１は、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃの近傍に設けられた温度センサであり、ゲインスケジューラ７０では、油圧シリンダ１２０〜１２２に関連する温度に応じて各ゲインを補正するようになっている。なお、油圧シリンダ１２０〜１２２に関連する温度とは、例えば、制御用油（パイロットオイル）の温度であり、ここでは、パイロットオイルの温度が作動油の温度を代表する代表油温として検出されるようになっている。
【００７０】
また、図５に示すように、非線形除去テーブル７１が、電磁比例弁３Ａ〜３Ｃや主制御弁１３〜１５等の非線形性を除去するために設けられているが、この非線形除去テーブル７１を用いた処理は、テーブルルックアップ手法を用いることにより、コンピュータにて高速に行なわれるようになっている。
ところで、本実施形態では、図４に示すように、ブーム制御系（第１制御系）１Ａ′にスティック制御系（第２制御系）１Ｂ′におけるフィードバック制御偏差（フィードバック偏差情報）が供給されるとともに、スティック制御系１Ｂ′にブーム制御系１Ａ′におけるフィードバック制御偏差が供給され、各制御系１Ａ′，１Ｂ′においてこのフィードバック制御偏差に基づいてブーム／シリンダの制御目標値（位置，速度）の補正を行なうようになっている。
【００７１】
このため、コントローラ１は、図６に示すように、上記のブーム制御系１Ａ′，スティック制御系１Ｂ′のほかに、スティック制御系１Ｂ′におけるフィードバック制御偏差に基づいてブーム制御系１Ａ′の制御目標値を補正するブーム（第１）補正制御系１１Ａとして、ブーム（第１）補正値発生部１１１Ａとブーム（第１）重み係数付加部１１２Ａとをそなえるとともに、ブーム制御系１Ａ′におけるフィードバック制御偏差に基づいてスティック制御系１Ｂ′の制御目標値を補正するスティック（第２）補正制御系１１Ｂとして、スティック（第２）補正値発生部１１１Ｂとブーム（第２）重み係数付加部１１２Ｂとを有している。
【００７２】
ここで、上記のブーム補正値発生部１１１Ａは、スティック制御系１Ｂ′におけるフィードバック制御偏差（以下、単に制御偏差ということがある）からブーム制御系１Ａ′におけるブームシリンダ１２０の制御目標値を補正するためのブーム補正値（ブーム修正量）を発生するもので、ここでは、この図６中に示すように、他の制御系であるスティック制御系１Ｂ′からの制御偏差の大きさに略比例してブーム補正値を大きくするように設定されている。
【００７３】
また、ブーム補正値発生部１１１Ｂは、ブーム制御系１Ａ′における制御偏差からスティック制御系１Ｂ′におけるスティックシリンダ１２１の制御目標値を補正するためのブーム補正値を発生するもので、上述のブーム補正値発生部１１１Ａと同様に、他の制御系であるブーム制御系１Ａ′からの制御偏差の大きさに略比例してブーム補正値を大きくするように設定されている。
【００７４】
さらに、ブーム重み係数付加部１１２Ａ，スティック重み係数付加部１１２Ｂは、それぞれ対応するブーム補正値発生部１１１Ａ，スティック補正値発生部１１１Ｂで発生したブーム補正値，スティック補正値に対して重み係数を付加するもので、ここでは、例えば図７に示すように、ブーム補正値にはブーム重み係数付加部１１２Ａにより実線で示すような特性（バケット４００の歯先位置と建設機械本体１００との距離に応じて付加する係数の正負が入れ代わるような特性）を有するブーム重み係数がかけられる一方、スティック補正値にはスティック重み係数付加部１１２Ｂにより破線で示すような特性（上記ブーム重み係数と略逆特性）を有するスティック重み係数がかけられるようになっている。
【００７５】
これにより、各補正制御系１１Ａ，１１Ｂでは、各制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値を補正するための補正値が可変になり、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができるようになる。なお、上述のような重み係数付加部１１２Ａ（１１２Ｂ）は各補正制御系１１Ａ，１１Ｂのいずれか一方のみに設けてもよいが、ここでは、このように各補正制御系１１Ａ，１１Ｂの両方に設けることで、後述する制御偏差の相殺を高速に行なえるようにしている。
【００７６】
以下、上述のごとく構成されたコントローラ１での制御目標値の補正処理について説明する。例えば、法面掘削モード（バケット歯先直線掘削モード）において、バケット４００の歯先位置が建設機械本体１００に近い場所に位置するときに、ブーム２００（ブームシリンダ１２０）の制御がスティック３００（スティックシリンダ１２１）の制御に対して遅れると、スティック３００の動作速度が相対的に増加し、スティック制御系１Ｂ′において制御偏差が生じる。
【００７７】
この制御偏差はブーム補正制御系１１Ａのブーム補正値発生部１１１Ａに入力され、ブーム補正値発生部１１１Ａは、受けた制御偏差の大きさに応じて、ブームシリンダ１２０の制御目標値を上げるためのブーム補正値を発生するが、今、バケット４００の歯先位置が建設機械本体１００に近い場所に位置するので、このブーム補正値にはブーム重み係数付加部１１２Ａにおいてその値を大きくするような正の重み係数がかけられる（図７中の実線参照）。
【００７８】
そして、このように重み係数をかけられたブーム補正値はブームシリンダ１２０の目標値と加算され、この結果、ブームシリンダ１２０の動作速度が増加する。
一方、このとき、ブーム制御系１Ａ′で生じた制御偏差がスティック補正制御系１１Ｂのスティック補正値発生部１１１Ｂに入力されており、スティック補正値発生部１１１Ｂは、受けた制御偏差の大きさに応じて、上述のブーム補正値発生部１１１Ａとは逆に、スティックシリンダ１２１の制御目標値を減少させるためのスティック補正値を発生するが、今、上述バケット４００の歯先位置が建設機械本体１００に近い場所に位置するので、このスティック補正値にはスティック重み係数付加部１１２Ｂにおいてその値を小さくするような負の重み係数がかけられる（図７中の破線参照）。
【００７９】
そして、このように重み係数をかけられたスティック補正値はスティックシリンダ１２１の目標値と加算され、この結果、スティックシリンダ１２１の動作速度が減少する。
これにより、ブーム制御系１Ａ′における制御偏差とスティック制御系１Ｂ′における制御偏差とが相互に相殺されることになり、ブーム２００，スティック３００は法面掘削モード（バケット歯先直線掘削モード）での直線的な掘削作業を安定して高精度に行なうことができる。
【００８０】
なお、バケット４００の歯先位置が建設機械本体１００から遠い場所に位置するときに、ブーム２００（ブームシリンダ１２０）の制御がスティック３００（スティックシリンダ１２１）の制御に対して遅れると、スティック３００の動作速度も遅れるが、この場合は、ブーム重み係数付加部１１２Ａにてブーム補正値に負の重み係数がかけられるとともに、ブーム重み係数付加部１１２Ｂにてブーム補正値に正の重み係数がかけられるので、スティックシリンダ１２１の動作速度が相対的に増加し制御偏差が相互に相殺されることになる。
【００８１】
つまり、上述のコントローラ１は、ブーム２００，スティック３００をそれぞれ制御する際、自己以外の制御系１Ｂ′，１Ａ′における制御偏差に基づいて、自己の制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値を補正しながらブーム２００，スティック３００を相互に連携して制御して、常に、各制御系１Ａ′，１Ｂにおける制御偏差を無くした理想的な状態でブーム２００，スティック３００を動作させるようになっているのである。
【００８２】
このような構成により、油圧ショベルを用いて、図１３に示すような目標法面角αの法面掘削作業を半自動で行なう際に、本発明によるシステムでは、従来の手動制御のシステムに比して、ブーム２００及びスティック３００の合成移動量を掘削速度に合わせて自動調整する電子油圧システムにより、上記のような半自動制御機能を実現することができる。即ち、油圧ショベルに搭載されたコントローラ１へ種々のセンサからの検出信号（目標法面角の設定情報を含む）が入力され、このコントローラ１が、これらのセンサからの検出信号（信号変換器２６を介したレゾルバ２０〜２２での検出信号も含む）に基づき、電磁比例弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃを介して、主制御弁１３，１４，１５を制御することにより、ブーム２００，スティック３００，バケット４００が所望の伸縮変位となるような制御を施して、上記のような半自動制御を実行するのである。
【００８３】
そして、この半自動制御に際しては、まず、バケット歯先１１２の移動速度及び方向を、目標法面設定角，スティックシリンダ１２１及びブームシリンダ１２０を制御するパイロット油圧，車両傾斜角，エンジン回転速度の情報より求め、その情報を基に各シリンダ１２０，１２１，１２２の目標速度を演算するのである。この時エンジン回転速度の情報はシリンダ速度の上限を決定する時必要となる。
【００８４】
また、このときの制御は、基本的に、各シリンダ１２０，１２１，１２２毎のフィードバックループとしているが、本実施形態では、前述したように、ブーム２００（ブームシリンダ１２０），スティック３００（スティックシリンダ１２１）をそれぞれ制御する際、自己以外の他の制御系１Ｂ′，１Ａ′における制御偏差に基づいて、自己の制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値をそれぞれ補正制御系１１Ａ，１１Ｂにおいて補正しながらブーム２００，スティック３００を相互に連携して制御して、常に、各制御系１Ａ′，１Ｂにおける制御偏差を無くした理想的な状態でブーム２００，スティック３００を動作させる。
【００８５】
なお、この半自動システムにおける目標法面角の設定は、モニタパネル１０上のスイッチによる数値入力による方法，２点座標入力法，バケット角度による入力法によりなされ、同じく半自動システムにおけるバケット復帰角の設定は、モニタパネル１０上のスイッチによる数値入力による方法，バケット移動による方法によりなされるが、いずれも公知の手法が用いられる。
【００８６】
また、上記各半自動制御モードとその制御法は、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報を信号変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変換したものに基づいて、次のようにして行なわれる。
まず、バケット角度制御モードでは、バケット４００とｘ軸となす角（バケット角）φを任意の位置で一定となるように、バケットシリンダ１２２長さを制御する。このとき、バケットシリンダ長さλｂｋは、ブームシリンダ長さλｂｍ，スティックシリンダ長さλｓｔ及び上記の角度φが決まると求められる。
【００８７】
スムージングモードでは、バケット角度φは一定に保たれるから、バケット歯先位置１１２と節点１０８は平行に移動する。まず、節点１０８がｘ軸に対して平行に移動する場合（水平掘削）を考えると、次のようになる。すなわち、この場合は、掘削を開始するリンケージ姿勢における節点１０８の座標を（ｘ_１０８，ｙ_１０８）とし、この時のリンケージ姿勢におけるブームシリンダ１２０とスティックシリンダ１２１のシリンダ長さを求め、ｘ_１０８が水平に移動するようにブーム２００とスティック３００の速度を求める。なお、節点１０８の移動速度はスティック操作レバー８の操作量によって決定される。
【００８８】
また、節点１０８の平行移動を考えた場合、微小時間Δｔ後の節点１０８の座標は（ｘ_１０８＋Δｘ，ｙ_１０８）で表わされる。Δｘは移動速度によって決まる微小変位である。従って、ｘ_１０８にΔｘを考慮することで、Δｔ後の目標ブーム及びスティックシリンダの長さが求められる。
法面掘削モードでは、スムージングモードと同様の要領の制御でよいが、移動する点が節点１０８からバケット歯先１１２の位置へ変更され、更にバケットシリンダ長さが固定されることを考慮した制御となる。
【００８９】
また、車両傾斜センサ２４による仕上げ傾斜角の補正については、フロントリンケージ位置の演算は図８における節点１０１を原点としたｘｙ座標系で行なわれる。従って、車両本体がｘｙ平面に対して傾斜した場合、上記ｘｙ座標が回転し、地面に対する目標傾斜角が変化してしまう。これを補正するため、車両に傾斜角センサ２４を取り付け、この傾斜角センサ２４によって、車両本体がｘｙ平面に対してβだけ回転していることが検出された場合、βだけ加算した値と置き直すことによって補正すればよい。
【００９０】
エンジン回転速度センサ２３による制御精度悪化の防止については、以下のとおりである。即ち、目標バケット歯先速度の補正については、目標バケット歯先速度はスティック及びブーム／バケット操作レバー６，８の位置とエンジン回転速度で決定される。また、油圧ポンプ５１，５２はエンジンＥに直結されているため、エンジン回転速度が低い時、ポンプ吐出量も減少し、シリンダ速度が減少してしまう。そのため、エンジン回転速度を検出し、ポンプ吐出量の変化に合うように目標バケット歯先速度を算出しているのである。
【００９１】
また、目標シリンダ速度の最大値の補正については、目標シリンダ速度はリンケージの姿勢及び目標法面傾斜角によって変化することと、ポンプ吐出量がエンジン回転速度の低下に伴い減少する場合、最大シリンダ速度も減少させる必要があることとを考慮した補正が行なわれる。なお、目標シリンダ速度が最大シリンダ速度を越えた時は、目標バケット歯先速度を減少して、目標シリンダ速度が最大シリンダ速度を越えないようにする。
【００９２】
以上、種々の制御モードとその制御法について説明したが、いずれもシリンダ伸縮変位情報に基づいて行なう手法で、この手法による制御内容については公知である。すなわち、本実施形態にかかるシステムでは、レゾルバ２０〜２２で角度情報を検出したのちに、角度情報を信号変換器２６でシリンダ伸縮変位情報に変換しているので、以降と公知の制御手法を使用できるのである。
【００９３】
このようにして、コントローラ１にて、各種の制御がなされるが、本実施形態にかかるシステムでは、レゾルバ２０〜２２で検出された角度情報信号が、信号変換器２６で、シリンダ変位情報に変換されて、コントローラ１へ入力されているので、従来のように、ブーム２００，スティック３００，バケット４００用シリンダの各伸縮変位を検出するための高価なストロークセンサを使用しなくても、従来の制御系で使用していたシリンダ伸縮変位を用いた制御を実行することができる。これにより、コストを低く抑えながら、バケット４００の位置と姿勢を正確に且つ安定して制御しうるシステムを提供しうるのである。
【００９４】
また、フィードバック制御ループが各シリンダ１２０，１２１，１２２毎に独立しており、制御アルゴリズムが変位、速度およびフィードフォワードの多自由制御としているので、制御系を簡素化できるほか、油圧機器の非線型性をテーブルルックアップ手法により高速に線形化することができるので、制御精度の向上にも寄与している。
【００９５】
さらに、車両傾斜センサ２４により車両傾斜の影響を補正したり、エンジン回転速度を読み込むことにより、エンジンスロットルの位置及び負荷変動による制御精度の悪化を補正しているので、より正確な制御の実現に寄与している。
また、外部ターミナル２を用いてゲイン調整等のメインテナンスもできるので、調整等が容易であるという利点も得られる。
【００９６】
さらに、圧力センサ１９等を用いてパイロット圧の変化により、操作レバー７，８の操作量を求め、更に従来のオープンセンタバルブ油圧システムをそのまま利用しているので、圧力補償弁等の追加を必要としない利点があるほか、目標法面角設定器付モニタ１０でバケット歯先座標をリアルタイムに表示することもできる。また、安全弁５を用いた構成により、システムの異常時における異常動作も防止できる。
【００９７】
また、ブーム２００（ブームシリンダ１２０），スティック３００（スティックシリンダ１２１）を、従来のようにそれぞれ完全に独立したフィードバック制御系により制御するのではなく、自己以外の他の制御系１Ｂ′，１Ａ′における制御偏差に基づいて、自己の制御系１Ａ′，１Ｂ′における制御目標値をそれぞれ補正制御系１１Ａ，１１Ｂにおいて補正しながらブーム２００，スティック３００を相互に連携して制御して、常に、各制御系１Ａ′，１Ｂにおける制御偏差を無くした理想的な状態でブーム２００，スティック３００を動作させるので、あらゆる建設作業（特に、バケット歯先直線掘削モードでの作業）を極めて高精度に行なうことができ、作業の仕上げ精度を大幅に向上することができる。
【００９８】
さらに、本実施形態では、レゾルバ２０，２１，信号変換器２６を用いて、ブーム２００，スティック３００の姿勢情報を、それぞれ油圧シリンダ１２０，１２１２１の伸縮変位情報を検出することによって簡便に検出することができるので、簡素な構成でブーム２００，スティック３００の姿勢情報を正確に得ることができる。
【００９９】
また、図６により前述したように、ブーム補正制御系１１Ａにブーム補正値発生部１１１Ａを設け、スティック補正制御系１１Ｂにスティック補正値発生部１１１Ｂを設けるという簡素な構成で、ブーム制御系１Ａ′の制御目標値を補正するためのブーム補正値，スティック制御系１Ｂ′の制御目標値を補正するためのスティック補正値をそれぞれ発生して、確実に、ブームシリンダ１２０，スティックシリンダ１２１の制御目標値の補正を行なうことができるので、補正処理時の信頼性も向上する。
【０１００】
さらに、ブーム補正制御系１１Ａに、ブーム重み係数付加部１１２Ａを設けるとともに、スティック補正制御系１１Ｂに、スティック重み係数付加部１１２Ｂを設けることにより、各補正値を必要に応じて可変にすることが可能になっているので、ブームシリンダ１２０，スティックシリンダ１２１の制御目標値の補正を柔軟に行なうことができ、ブーム２００，スティック３００がどのような状態（姿勢）にあっても常に最適な補正，制御を高速に行なうことができる。なお、このような重み係数付加部１１２Ａ（１１２Ｂ）は各補正制御系１１Ａ，１１Ｂのいずれか一方のみに設けるようにしてもよい。
【０１０１】
また、上述した実施形態では、本発明を油圧ショベルに適用した場合について説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、シリンダ式アクチュエータで駆動される関節式アーム機構を有するトラクタ，ローダ，ブルドーザ等の建設機械であれば同様に適用され、いずれの建設機械においても上述と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０２】
また、上述した実施形態では、シリンダ式アクチュエータを動作させる流体圧回路が油圧回路である場合について説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、作動油以外の液体圧や空気圧などによる流体圧回路を用いてもよく、この場合も上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、上述した実施形態では、油圧回路に介装されたポンプ５１，５２が吐出量可変型のものである場合について説明したが、油圧回路に介装されるポンプは吐出量固定型（固定容量型）のものでもよく、この場合も上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０３】
また、上述した実施形態では、エンジンＥが、例えばディーゼルエンジンである場合について説明したが、本発明は、流体圧回路に吐出圧を作用させるポンプを駆動することのできる原動機（各種内燃機関等）であればよく、ディーゼルエンジン等に限定されるものではない。
そして、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明とその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の建設機械の制御装置によれば、建設機械本体に装備された関節式アーム機構を構成する相互に枢着された少なくとも一対のアーム部材をそれぞれ制御する際、自己以外の他のアーム部材の制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて、自己のアーム部材の制御系における制御目標値を補正しながら各アーム部材を相互に連携して制御するので、常に、フィードバック偏差情報を無くした理想的な状態で各アーム部材を動作させることができ、これにより、あらゆる建設作業を極めて高精度に行なうことができる（請求項１）。
【０１０５】
また、本発明の建設機械の制御装置によれば、第１／第２（ブーム／スティック）制御系が姿勢検出手段で検出された検出結果に基づいて第１／第２シリンダ式アクチュエータ（ブーム／スティック油圧シリンダ）を制御する際、第１／第２（ブーム／スティック）補正制御系がそれぞれ第２／第１（スティック／ブーム）制御系におけるフィードバック偏差情報に基づいて自己の制御系の制御目標値を補正するので、常に、各アクチュエータ（油圧シリンダ）の制御状態を相互に考慮した制御目標値の補正が行なわれ、各アーム部材（ブーム，スティック）はフィードバック偏差情報の無い理想的な状態で動作する。従って、この場合も、あらゆる建設作業を極めて高精度に行なうことができるようになる（請求項２，７）。
【０１０６】
なお、上記の姿勢検出手段は、上記のシリンダ式アクチュエータ（ブーム／スティック油圧シリンダ）の伸縮変位情報を検出する（ブーム／スティック）伸縮変位検出手段として構成すれば、各アーム部材（ブーム，スティック）の姿勢情報を、シリンダ式アクチュエータ（油圧シリンダ）の伸縮変位情報を検出することによって簡便に検出することができるので、簡素な構成で各アーム部材（ブーム，スティック）の姿勢情報を正確に得ることができる（請求項３，８）。
【０１０７】
また、本制御装置では、上記の第１（ブーム）補正制御系に第１（ブーム）補正値発生部を設け、第２（スティック）補正制御系に第２（スティック）補正値発生部を設けるという簡素な構成で、第１（ブーム）制御系の制御目標値を補正するための第１（ブーム）補正値，第２（スティック）制御系の制御目標値を補正するための第２（スティック）補正値をそれぞれ発生して、確実に、制御目標値の補正を行なうことができるので、補正処理時の信頼性も向上する（請求項４，９）。
【０１０８】
さらに、上記の第１（ブーム）補正制御系に、上記の第１（ブーム）補正値に対して第１（ブーム）重み係数を付加する第１（ブーム）重み係数付加部を設ければ、第１（ブーム）補正値を必要に応じて可変にすることができるので、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができ、アーム部材（ブーム）がどのような状態（姿勢）にあっても常に最適な補正，制御を行なうことができる（請求項５，１０）。
【０１０９】
また、上記の第２（スティック）補正制御系に、上記の第２（スティック）補正値に対して第２（スティック）重み係数を付加する第２（スティック）重み係数付加部を設ければ、第２（スティック）補正値も必要に応じて可変にすることができるので、この場合も、制御目標値の補正を柔軟に行なうことができ、アーム部材（スティック）がどのような状態（姿勢）にあっても常に最適な補正，制御を行なうことができる（請求項６，１１）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる制御装置を搭載した油圧ショベルの模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる制御システム構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる制御装置の制御系構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる制御システムの全体構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる要部制御ブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる要部制御ブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる重み係数付加部の特性を説明するための図である。
【図８】本発明による油圧ショベルの動作部分の概略図である。
【図９】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１０】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１１】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１２】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１３】本発明による油圧ショベルの動作を示す概略図である。
【図１４】従来の油圧ショベルの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１コントローラ（制御手段）
１Ａ〜１Ｃ制御部
１Ａ′ ブーム（第１）制御系
１Ｂ′ スティック（第２）制御系
２外部ターミナル
３Ａ〜３Ｃ電磁比例弁
４Ａ〜４Ｃ電磁切替弁
５安全弁
６ブーム，バケット操作レバー
７バケット自動復帰スタートスイッチ
８スティック操作レバー
９法面掘削スイッチ
１０目標法面角設定器付モニタパネル
１１スティック合流比例弁
１１Ａブーム（第１）補正制御系
１１Ｂスティック（第２）補正制御系
１３ブーム用主制御弁
１４スティック用主制御弁
１５バケット用主制御弁
１６圧力スイッチ
１７セレクタ弁（操作レバー用）
１８セレクタ弁（手動／半自動モード用）
１９圧力センサ
２０ブームシリンダ用レゾルバ（第１角度センサ：ブーム姿勢検出手段）
２１スティックシリンダ用レゾルバ（第２角度センサ：スティック姿勢検出手段）
２２バケットシリンダ用レゾルバ（第３角度センサ）
２３エンジン回転速度センサ
２４傾斜角センサ
２６信号変換器（変換手段）
２６Ａ入力インタフェース
２６Ｂメモリ
２６Ｂ−１ルークアップテーブル
２６Ｃ主演算装置（ＣＰＵ）
２６Ｄ出力インタフェース
２７エンジンポンプコントローラ
２８Ａ，２８Ｂ圧力センサ
５０パイロットポンプ
５１，５２ポンプ
７０ゲインスケジューラ
７１非線形除去テーブル
７２フィードバックループ式補償手段
７３フィードフォワードループ式補償手段
８０目標値設定手段
８１油温検出手段
８２シリンダ負荷検出手段
８３姿勢検出手段
９０運転状態検出手段
９１動作情報検出手段
１００上部旋回体（建設機械本体）
１１１Ａブーム（第１）補正値発生部
１１１Ｂスティック（第２）補正値発生部
１１２歯先
１１２Ａブーム（第１）重み係数付加部
１１２Ｂスティック（第２）重み係数付加部
１２０ブームシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１２１スティックシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１２２バケットシリンダ（シリンダ式アクチュエータ）
１３０リンク機構
２００ブーム
３００スティック
４００バケット
５００下部走行体
５００Ａ無限軌条部
６００運転操作室
Ｅエンジン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a construction machine such as a hydraulic shovel for excavating the ground, and more particularly to a control device for such a construction machine.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 14, a construction machine such as a hydraulic shovel includes an upper revolving unit 100 having a driving operation room (cabin) 600 on a lower traveling unit 500 having an infinite rail section 500A. The body 100 is provided with an articulated arm mechanism including a boom 200, a stick 300, and a bucket 400.
[0003]
Then, the boom 200, the stick 300, and the bucket 400 are appropriately moved by the hydraulic cylinders 120, 121, and 122 based on the respective telescopic displacement information of the boom 200, the stick 300, and the bucket 400 obtained by the stroke sensors 210, 220, and 230. By driving the bucket, it is possible to excavate while keeping the traveling direction of the bucket or the posture of the bucket constant, so that the position and posture of a work member such as a bucket can be accurately and stably controlled. Has become.
[0004]
In the above-described hydraulic excavator, at least the boom 200 (hydraulic cylinder 120) and the stick 300 (hydraulic cylinder 121) are controlled by independent electric control systems (feedback loop control systems) using electromagnetic valves or the like. ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in general, in the case of a hydraulic excavator, for example, in order to perform an operation of leveling the ground (forming a slope), an operation of linearly moving the tooth tip (that is, the stick 300) of the bucket 400 is required. In the above-described conventional apparatus, the boom 200 and the stick 300 are independently controlled by the hydraulic cylinders 120 and 121, respectively, so that it is extremely difficult to finish the slope with high precision.
[0006]
That is, as described above, when the boom 200 and the stick 300 are electrically feedback-controlled using an electromagnetic valve or the like, if the corresponding hydraulic cylinders 120 and 121 are independently controlled, even if the respective feedback control deviations are small, Depending on the position (posture) of the boom 200 and the stick 300, these control deviations cannot be ignored, and the error with respect to the target tooth tip position (control target value) of the bucket 400 may become very large.
[0007]
For example, if the control of the boom 200 is delayed with respect to the stick 300 due to the above control deviation when the bucket 400 is at a position where a slope is to be formed, the tooth tip of the bucket 400 may bite into the ground. Conversely, if control of the stick 300 is delayed with respect to the boom 200, the bucket 400 will operate while floating in the air.
[0008]
Thus, completely independent control of the boom 200 and the stick 300 makes it extremely difficult to operate the boom 200 and the stick 300 while maintaining the control target value.
The present invention has been made in view of such a problem, and an arm member such as a boom and a stick is controlled in consideration of the control deviation at the time of the feedback control, so that an ideal member in which feedback deviation information is always eliminated is provided. It is an object of the present invention to provide a control device for a construction machine, in which a predetermined operation can be performed with high accuracy by operating an arm member in a proper state.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the control device for a construction machine according to the first aspect of the present invention, at least a pair of mutually connected arm members constituting an articulated arm mechanism mounted on the construction machine main body are driven by a cylinder type actuator. At this time, based on the detected posture information of each of the arm members, the control device for the construction machine that performs feedback control of the cylinder-type actuator so that each of the arm members has a predetermined posture. Each of the arm members is controlled in cooperation with each other to correct the control target value in the control system of the own arm member based on the feedback deviation information in the control system of the other arm members other than the own arm member. It is characterized by having been constituted.
[0010]
In the control device of the present invention configured as described above, when each of the pair of arm members is controlled, the control system of its own arm member is controlled based on the feedback deviation information in the control system of the other arm member other than itself. Since each arm member is controlled in cooperation with each other while correcting the control target value in the above, each arm member can be operated in an ideal state without feedback deviation information.
[0011]
The control device for a construction machine according to the second aspect of the present invention includes a construction machine main body, one end pivotally connected to the construction machine main body, a working member on the other end side, and a mutual connection via a joint. An articulated arm mechanism having at least a pair of connected arm members, a cylinder actuator mechanism having a plurality of cylinder actuators that drive the arm mechanism by performing expansion and contraction operations, and posture information of each of the above arm members. A posture detecting means for detecting, and a control means for controlling the cylinder type actuator based on a detection result detected by the posture detecting means so that each of the arm members has a predetermined posture. A control means for feedback-controlling a first cylinder-type actuator for one of the pair of arm members; Control system, and a second control system for feedback-controlling a second cylinder-type actuator for the other arm member of the pair of arm members, and based on feedback deviation information in the second control system, A first correction control system for correcting a control target value of the first control system, and a second correction control system for correcting a control target value of the second control system based on feedback deviation information in the first control system. It is characterized by having been constituted.
[0012]
In the control device of the present invention configured as described above, the control means (first and second control systems) sets the arm members to the predetermined posture based on the detection result detected by the posture detection means. When controlling the (first and second) actuators, the first and second correction control systems respectively control their own (first and second) control systems based on feedback deviation information in the second and first control systems. Since the control target value is corrected, the control target value is corrected in consideration of the control state of each actuator, and each arm member operates in an ideal state without feedback deviation information.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the construction machine control device according to the second aspect, the posture detecting means is configured as a telescopic displacement detecting means for detecting telescopic displacement information of the cylinder type actuator. It is characterized by. Thus, the control device can easily detect the posture information of each arm member by detecting the expansion / contraction displacement information of the cylinder actuator.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a construction machine control device according to the second aspect, wherein the first correction control system is provided with a control target value of the first control system based on feedback deviation information in the second control system. A first correction value generating section for generating a first correction value for correcting the control value is corrected, and the second correction control system corrects the control target value of the second control system from the feedback deviation information in the first control system. And a second correction value generating section for generating a second correction value for the second correction value.
[0015]
Accordingly, in the present control device, the control target of the first control system is provided with a simple configuration in which the first correction value generation unit is provided in the first correction control system and the second correction value generation unit is provided in the second correction control system. By generating a first correction value for correcting the value and a second correction value for correcting the control target value of the second control system, the control target value can be surely corrected.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the construction machine control device according to the fourth aspect, a first weighting coefficient is added to the first correction value to the first correction control system. It is characterized in that a 1-weighting coefficient adding unit is provided. Thereby, in the first correction control system, the first correction value for correcting the control target value of the first control system can be made variable as necessary, and the control target value can be flexibly corrected. it can.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in the construction machine control device according to the fourth aspect, a second weighting coefficient is added to the second correction value to the second correction control system. It is characterized in that a two-weighting coefficient adding unit is provided. Thereby, even in the second correction control system, the second correction value for correcting the control target value of the second control system can be made variable as necessary, and the control target value can be flexibly corrected. it can.
[0018]
Further, according to a seventh aspect of the present invention, there is provided a construction machine control device, comprising: a construction machine main body; a boom having one end rotatably connected to the construction machine main body; A stick that is rotatably connected via a section and has a tip capable of excavating the ground and accommodating earth and sand therein and being pivotally connected to the other end, and a stick between the construction machine body and the boom. Mounted between the boom hydraulic cylinder that rotates the boom with respect to the construction machine main body by expanding and contracting the distance between the ends, and the boom and the stick, so that the distance between the ends expands and contracts A stick hydraulic cylinder for rotating the stick with respect to the boom, a boom posture detecting means for detecting boom posture information, a stick posture detecting means for detecting stick posture information, and a boom posture A boom control system that feedback-controls the boom hydraulic cylinder based on the detection result of the detection means; a stick control system that feedback-controls the stick hydraulic cylinder based on the detection result of the stick attitude detection means; A boom correction control system that corrects the control target value of the boom control system based on the deviation information, and a stick correction control system that corrects the control target value of the stick control system based on the feedback deviation information in the boom control system. It is characterized by having been constituted.
[0019]
In the control device for a construction machine of the present invention configured as described above, when the boom / stick control system performs feedback control of the boom / stick hydraulic cylinder based on the detection result detected by the corresponding boom / stick attitude detection means, Since the boom / stick correction control system corrects the control target value of its own control system based on the feedback deviation information in the stick / boom control system, the control target value always takes into account the control state of each hydraulic cylinder. The correction is performed, and the boom and the stick operate in an ideal state without any feedback deviation information.
[0020]
According to an eighth aspect of the present invention, in the construction machine control device according to the seventh aspect, the boom attitude detecting means is configured as a boom hydraulic cylinder expansion / contraction displacement detecting means for detecting extension / contraction information of the boom hydraulic cylinder. The stick attitude detection means is configured as stick hydraulic cylinder expansion / contraction displacement detection means for detecting stick hydraulic cylinder expansion / contraction displacement information.
[0021]
Thus, the control device can easily detect the boom / stick attitude information by detecting the telescopic displacement information of the boom / stick hydraulic cylinder.
Further, according to a ninth aspect of the present invention, in the construction machine control device according to the seventh aspect, the boom correction control system corrects a control target value of the boom control system from feedback deviation information in the stick control system. A boom correction value generator for generating a boom correction value for the boom control system, and a stick correction value for correcting the control target value of the stick control system from the feedback deviation information in the boom control system. It is characterized in that a stick correction value generating section for generating is provided.
[0022]
Accordingly, in the present control device, a boom correction value generation unit is provided in the boom correction control system, and a stick correction value generation unit is provided in the stick correction control system, so that the control target value of the boom control system is corrected. The boom correction value and the stick correction value for correcting the control target value of the stick control system are respectively generated, and the control target value can be surely corrected.
[0023]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a construction machine control device according to the ninth aspect, wherein a boom weighting factor for adding a boom weighting factor to the boom correction value is added to the boom correction control system. A part is provided. Thereby, in the boom correction control system, the boom correction value for correcting the control target value of the boom control system can be made variable as required, and the control target value can be flexibly corrected.
[0024]
Further, according to an eleventh aspect of the present invention, in the construction machine control apparatus according to the ninth aspect, a stick weight coefficient is added to the stick correction value in the stick correction control system. A part is provided. As a result, even in the stick correction control system, the stick correction value for correcting the control target value of the stick control system can be made variable as required, and the control target value can be flexibly corrected.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a hydraulic excavator as a construction machine according to the present embodiment includes an upper revolving superstructure (construction machine main body) 100 having a driving operation room 600 on a lower traveling body 500 having endless rail portions 500A on the left and right. It is provided rotatable in a horizontal plane.
[0026]
A boom (arm member) 200 having one end rotatably connected to the upper swing body 100 is provided, and one end is rotatably connected to the boom 200 via a joint. A stick (arm member) 300 is provided.
Further, there is provided a bucket (working member) 400 which is rotatably connected at one end to the stick 300 via a joint, and which can excavate the ground at its tip and store earth and sand therein. In FIG. 1, what is indicated by reference numeral 112 is the tooth tip of the bucket 400.
[0027]
As described above, the boom 200, the stick 300, and the bucket 400 have one end pivotally connected to the upper revolving unit 100 and have the bucket 400 on the other end, and as a pair of arm members connected to each other via a joint. The articulated arm mechanism having at least the boom 200 and the stick 300 is configured.
Further, a boom hydraulic cylinder 120, a stick hydraulic cylinder 121, and a bucket hydraulic cylinder 122 as cylinder type actuators (hereinafter, the boom hydraulic cylinder 120 may be referred to as a boom cylinder 120 or simply the cylinder 120, and the stick hydraulic cylinder 121 may be referred to as the stick cylinder 121 or The bucket hydraulic cylinder 122 is simply referred to as a bucket cylinder 122 or simply as a cylinder 122).
[0028]
Here, one end of the boom cylinder 120 is rotatably connected to the upper swing body 100, and the other end is rotatably connected to the boom 200, that is, the upper swing body 100 and the boom 200. The boom 200 can be rotated with respect to the upper swing body 100 by extending and contracting the distance between the ends.
[0029]
Further, one end of the stick cylinder 121 is rotatably connected to the boom 200 and the other end is rotatably connected to the stick 300, that is, an intermediate member is provided between the boom 200 and the stick 300. The stick 300 can be rotated with respect to the boom 200 by being mounted and expanding and contracting the distance between the ends.
[0030]
Further, one end of the bucket cylinder 122 is rotatably connected to the stick 300, and the other end is rotatably connected to the bucket 400, that is, an intermediate between the stick 300 and the bucket 400. The bucket 400 can be rotated with respect to the stick 300 by being mounted and expanding and contracting the distance between the ends. Note that a link mechanism 130 is provided at the tip of the bucket hydraulic cylinder 122.
[0031]
In this way, a cylinder-type actuator mechanism having a plurality of cylinder-type actuators that drives the arm mechanism by performing the expansion and contraction operation with each of the cylinders 120 to 122 is configured.
Although not shown, a hydraulic motor that drives each of the left and right infinite rail portions 500A and a turning motor that drives the upper turning body 100 to turn are also provided.
[0032]
By the way, as shown in FIG. 2, hydraulic circuits for the cylinders 120 to 122, the hydraulic motor and the swing motor are provided, and the hydraulic circuit includes pumps 51 and 52 driven by the engine E, Control valves (control valves) 13, 14, 15 and the like are interposed.
A pilot hydraulic circuit is provided for controlling the main control valves 13, 14, and 15. The pilot hydraulic circuit includes a pilot pump 50 driven by the engine E and electromagnetic proportional valves 3A, 3B, and 3C. , Electromagnetic switching valves 4A, 4B, 4C, selector valves 18A, 18B, 18C and the like are interposed.
[0033]
By controlling the main control valves 13, 14, and 15 via the electromagnetic proportional valves 3A, 3B, and 3C, the boom 200, the stick 300, and the bucket 400 have desired expansion and contraction displacements according to the mode to be controlled. (Control means) 1 for performing such control is provided. The controller 1 includes a microprocessor, a memory such as a ROM and a RAM, and an appropriate input / output interface.
[0034]
Then, detection signals (including setting signals) from various sensors are input to the controller 1, and the controller 1 executes the above-described control based on the detection signals from these sensors. It has become. Note that such control by the controller 1 is referred to as semi-automatic control. In this semi-automatic excavation mode, fine adjustment of the bucket angle and the target slope height can be manually performed during excavation.
[0035]
The semi-automatic control mode includes a bucket angle control mode (see FIG. 9), a slope excavation mode (a bucket tip straight excavation mode or a raking mode) (see FIG. 10), a slope excavation mode and a bucket angle control mode. There are a combined smoothing mode (see FIG. 11) and a bucket angle automatic return mode (auto return mode) (see FIG. 12).
[0036]
Here, the bucket angle control mode is a mode in which the angle (bucket angle) of the bucket 400 with respect to the horizontal direction (vertical direction) is always kept constant even when the stick 300 and the boom 200 are moved, as shown in FIG. This mode is executed when the bucket angle control switch on the monitor panel 10 is turned on. When the bucket 400 is manually moved, this mode is released, and the bucket angle at the time when the bucket 400 stops is stored as a new bucket holding angle.
[0037]
The slope excavation mode is a mode in which the tooth tip 112 of the bucket 400 moves linearly as shown in FIG. However, the bucket cylinder 122 does not move. The bucket angle φ changes with the movement of the bucket 400.
The slope excavation mode + bucket angle control mode (smoothing mode) is a mode in which the tip 112 of the bucket 400 moves linearly as shown in FIG. 11, and the bucket angle φ is also kept constant during excavation.
[0038]
In this embodiment, as described later, the boom 200 and the stick 300 are completely fixed as in the related art so that the tip 112 (stick 300) of the bucket 400 can be linearly moved with high accuracy in the slope excavation mode. Instead of being controlled by an independent feedback control system, they are controlled in cooperation with each other.
[0039]
The bucket automatic return mode is a mode in which the bucket angle automatically returns to a preset angle as shown in FIG. 12, and the return bucket angle is set by the monitor panel 10. This mode is started by turning on a bucket automatic return start switch 7 on the boom / bucket operation lever 6. This mode is canceled when the bucket 400 returns to the preset angle.
[0040]
Further, in the above-mentioned slope excavation mode and smoothing mode, the semi-automatic control switch on the monitor panel 10 is turned on, the slope excavation switch 9 on the stick operation lever 8 is turned on, and the stick operation lever 8 and the boom / bucket are turned on. These modes are entered when both or one of the operation levers 6 is moved. The target slope angle is set by operating a switch on the monitor panel 10.
[0041]
Further, in the slope excavation mode and the smoothing mode, the operation amount of the stick operation lever 8 gives a bucket tooth tip moving speed in a direction parallel to the target slope angle, and the operation amount of the boom / bucket operation lever 6 changes in the vertical direction. A bucket tooth tip moving speed is provided. Therefore, when the stick operation lever 8 is moved, the bucket tip 112 starts to move linearly along the target slope angle, and by moving the boom / bucket operation lever 6 during excavation, the manual target slope height is manually adjusted. Can be finely adjusted.
[0042]
In the slope excavation mode and the smoothing mode, the bucket angle during excavation can be finely adjusted by operating the boom / bucket operation lever 6, and the target slope height can also be changed.
In this system, a manual mode is also possible, but in this manual mode, the same operation as that of a conventional hydraulic shovel can be performed, and the coordinates of the bucket tip 112 can be displayed.
[0043]
A service mode for performing service and maintenance of the entire semi-automatic system is also provided. This service mode is performed by connecting the controller 1 to the external terminal 2. In this service mode, control gain adjustment, initialization of each sensor, and the like are performed.
By the way, as various sensors connected to the controller 1, as shown in FIG. 2, a pressure switch 16, pressure sensors 19, 28A and 28B, resolvers (angle sensors) 20 to 22, an inclination angle sensor 24 and the like are provided. Further, the controller 1 is connected to an engine pump controller 27, ON-OFF switches 7, 9, and a monitor panel 10 with a target slope angle setting device. The external terminal 2 is connected to the controller 1 when adjusting the control gain or initializing each sensor.
[0044]
The engine pump controller 27 receives the engine speed information from the engine speed sensor 23 and controls the tilt angles of the engine E and the pumps 51 and 52. The engine pump controller 27 can exchange cooperative information with the controller 1. It has become. The detection signals from the resolvers 20 to 22 are input to the controller 1 via a signal converter (conversion means) 26.
[0045]
The pressure sensor 19 is attached to a pilot pipe connected to the main control valves 13, 14, 15 from operation levers 6, 8 for extending and retracting the stick 300 and for raising and lowering the boom 200, respectively. However, since the pilot oil pressure in the pilot pipe changes according to the operation amount of the operation levers 6, 8, the operation amount of the operation levers 6, 8 can be estimated by measuring this oil pressure. Has become.
[0046]
The pressure sensors 28A and 28B detect the extension and contraction states of the boom cylinder 120 and the stick cylinder 121.
The stick operating lever 8 is used to determine the bucket tip moving speed in the direction parallel to the set excavation slope, and the boom / bucket operating lever 6 is used to determine the bucket tip moving in the direction perpendicular to the set slope. Used to determine speed. Therefore, when the stick operating lever 8 and the boom / bucket operating lever 6 are simultaneously operated, the moving direction and speed of the bucket tooth tip are determined by the combined vector in the direction parallel and perpendicular to the set slope.
[0047]
The pressure switch 16 is attached to the pilot pipes for the operation levers 6 and 8 for the boom 200, the stick 300, and the bucket 400 via the selector 17 and the like, and detects whether the operation levers 6 and 8 are neutral. Used for That is, when the operation levers 6 and 8 are in the neutral state, the output of the pressure switch 16 is turned off, and when the operation levers 6 and 8 are used, the output of the pressure switch 16 is turned on. The neutral detection pressure switch 16 is also used for detecting abnormality of the pressure sensor 19 and switching between a manual / semi-automatic mode.
[0048]
The resolver 20 is a first angle sensor (boom posture) that is provided at a pivotal joint (joint) of the boom 200 to the construction machine main body 100 and that detects the posture (posture information) of the boom 200. The resolver 21 is provided at a pivot portion (joint portion) of the stick 300 to the boom 200 that can monitor the posture of the stick 300 and detects the second angle of the stick 300. It functions as a sensor (stick attitude detecting means).
[0049]
The resolver 22 is provided in a link mechanism pivoting portion that can monitor the attitude of the bucket 400 and functions as a third angle sensor that detects the attitude of the bucket 400. These resolvers 20 to 22 use an arm mechanism. Angle detecting means for detecting the posture of the vehicle based on the angle information.
The signal converter (conversion means) 26 converts the angle information (boom posture information) obtained by the resolver 20 into telescopic displacement information of the boom cylinder 120, and the angle information (stick posture information) obtained by the resolver 21. Is converted into telescopic displacement information of the stick cylinder 121 and the angle information obtained by the resolver 22 is converted into telescopic displacement information of the bucket cylinder 122, that is, the angle information obtained by the resolvers 20 to 22 is converted into the corresponding cylinder 120. １２２122 is converted into expansion / contraction displacement information.
[0050]
That is, in the present embodiment, the signal converter 26 and the resolver 20 as the boom posture detecting means constitute a boom hydraulic cylinder telescopic displacement detecting means for detecting telescopic displacement information of the boom hydraulic cylinder 120. The stick hydraulic cylinder expansion / contraction displacement detecting means for detecting the expansion / contraction displacement information of the stick hydraulic cylinder 121 is constituted by the resolver 21 as the stick attitude detecting means.
[0051]
For this reason, the signal converter 26 is provided with an input interface 26A for receiving signals from the resolvers 20 to 22, and a luke-up for storing the telescopic displacement information of the cylinders 120 to 122 corresponding to the angle information obtained by the resolvers 20 to 22. A main processing unit (CPU) that obtains telescopic displacement information of the cylinders 120 to 122 corresponding to the angle information obtained by the resolvers 20 to 22 and communicates the cylinder telescopic displacement information to the controller 1. 26C, an output interface 26D for transmitting cylinder expansion / contraction displacement information from a main processing unit (CPU) 26C, and the like.
[0052]
By the way, the extension / contraction information λbm, λst, λbk of the cylinders 120 to 122 corresponding to the angle information θbm, θst, θbk obtained by the resolvers 20 to 22 can be obtained by the following equation using the cosine theorem.
λbm = (L₁₀₁₁₀₂ ²+ L₁₀₁₁₁₁ ²-2L₁₀₁₁₀₂・ L₁₀₁₁₁₁cos (θbm + Axbm))^1/2    ・・ (1)
λst = (L₁₀₃₁₀₄ ²+ L₁₀₄₁₀₅ ²-2L₁₀₃₁₀₄・ L₁₀₄₁₀₅cosθst)^1/2  ・・ (2)
λbk = (L₁₀₆₁₀₇ ²+ L₁₀₇₁₀₉ ²-2L₁₀₆₁₀₇・ L₁₀₇₁₀₉cosθbk)^1/2  ・・ (3)
Here, in the above equation, L_ijRepresents a fixed length, Axbm represents a fixed angle, and a subscript ij of L has information between nodes i and j. For example, L₁₀₁₁₀₂Represents the distance between the nodes 101 and 102. The node 101 is set as the origin of the xy coordinates (see FIG. 8).
[0053]
Of course, each time the resolver 20 to 22 obtains the angle information θbm, θst, θbk, the above equation may be calculated by the calculating means (for example, the CPU 26C). In this case, the CPU 26C constitutes a calculating means for calculating the telescopic displacement information of the cylinders 120 to 122 corresponding to the angle information from the angle information obtained by the resolvers 20 to 22.
[0054]
The signal converted by the signal converter 26 is used not only for feedback control at the time of semi-automatic control but also for measuring coordinates for position measurement / display of the bucket tip 112.
Further, the tip position of the bucket in the semi-automatic system is calculated with one point of the upper swing body 100 of the hydraulic shovel as an origin. When the upper swing body 100 is inclined in the front linkage direction, the coordinate system in the control calculation is changed to the vehicle. It is necessary to rotate by the amount of the inclination. The tilt sensor 24 is used to correct the rotation of the coordinate system.
[0055]
As described above, the electromagnetic proportional valves 3A to 3C control the hydraulic pressure supplied from the pilot pump 50 by the electric signal from the controller 1, and control the controlled hydraulic pressure through the switching valves 4A to 4C or the selector valves 18A to 18C. The spool positions of the main control valves 13, 14, and 15 are controlled by operating the valves 13, 14, and 15 to obtain the cylinder target speed. Then, the cylinder can be controlled manually.
[0056]
The stick merging adjustment proportional valve 11 adjusts the merging degree of the two pumps 51 and 52 in order to obtain an oil amount corresponding to the target cylinder speed.
Further, an ON-OFF switch (a slope excavation switch) 9 is attached to the stick operation lever 8, and a semi-automatic mode is selected or deselected by operating the switch by an operator. When the semi-automatic mode is selected, the tip of the bucket can be moved linearly.
[0057]
Further, an ON-OFF switch (bucket automatic return start switch) 7 is attached to the boom / bucket operation lever 6, and when the switch 7 is turned on by an operator, the bucket 400 is automatically turned to a preset angle. It can be returned.
The safety valve 5 is for interrupting the pilot pressure supplied to the electromagnetic proportional valves 3A to 3C, and the pilot pressure is supplied to the electromagnetic proportional valves 3A to 3C only when the safety valve 5 is ON. . Therefore, if there is any failure in the semi-automatic control or the like, the automatic control of the linkage can be stopped immediately by turning off the safety valve 5.
[0058]
Further, the rotation speed of the engine E varies depending on the position of the engine throttle set by the operator. Further, even if the engine throttle is constant, the engine rotation speed changes depending on the load. Since the pumps 50, 51, and 52 are directly connected to the engine E, when the engine rotation speed changes, the pump discharge amount also changes. Therefore, even if the spool position of the main control valves 13, 14, 15 is constant, the cylinders The speed changes according to the change in the engine speed. In order to correct this, the engine speed sensor 23 is attached. That is, when the engine speed is low, the target moving speed of the bucket tip is reduced.
[0059]
The monitor panel 10 with a target slope angle setting device (hereinafter sometimes simply referred to as a “monitor panel”) is used as a setting device for a target slope angle α (see FIGS. 8 and 11) and a bucket return angle. It is also used as an indicator for the coordinates of the bucket tip 400, the measured slope angle, or the measured distance between the coordinates of two points. The monitor panel 10 is provided in the operation room 600 together with the operation levers 6 and 8.
[0060]
That is, in the system according to the present embodiment, the pressure sensor 19 and the pressure switch 16 are incorporated in the conventional pilot hydraulic line, the operation amounts of the operation levers 6, 8 are detected, and the feedback control is performed using the resolvers 20, 21, 22. And control is performed such that feedback control can be performed for each of the cylinders 120, 121, and 122. This eliminates the need for an additional oil device such as a pressure compensating valve. However, in the present embodiment, the cylinders 120 and 121 are cooperatively controlled as described later.
[0061]
Further, the system according to the present embodiment uses the vehicle inclination angle sensor 24 to correct the influence of the inclination of the upper-part turning body 100 and drive the cylinders 120, 121, 122 with an electric signal from the controller 1. Also, a configuration using electromagnetic proportional valves 3A to 3C is adopted. The manual / semi-automatic mode changeover switch 9 allows the operator to arbitrarily select a mode, and also allows a target slope angle to be set.
[0062]
Next, the control algorithm of the semi-automatic system performed by the controller 1 will be described. The control algorithm of the semi-automatic control mode (excluding the bucket automatic return mode) performed by the controller 1 is schematically shown in FIG. . That is, first, the moving speed and direction of the bucket tooth tip 112 are obtained from the target slope setting angle, the pilot oil pressure for controlling the stick cylinder 121 and the boom cylinder 120, the vehicle inclination angle, and the engine rotation speed. Next, the target speed of each cylinder 120, 121, 122 is calculated based on the information. At this time, information on the engine rotation speed is required when determining the upper limit of the cylinder speed.
[0063]
As shown in FIGS. 3 and 4, the controller 1 includes control units 1A, 1B, and 1C for each of the cylinders 120, 121, and 122. Each control is performed by a control feedback loop as shown in FIG. It is configured as
Here, the main part of the control device of the construction machine of the present invention will be described. The compensation configuration in the closed loop control shown in FIG. 4 is based on the displacement and speed of each of the control units 1A, 1B and 1C as shown in FIG. And a feedback loop type compensation means 72 with a variable control gain (control parameter) and a feed-forward type compensation means 73 with a variable control gain (control parameter). It is configured with it.
[0064]
That is, when the target speed is given, in the feedback loop processing, a route for multiplying the deviation between the target speed and the speed feedback information by a predetermined gain Kvp (see reference numeral 62) and the target speed are once integrated (see FIG. 5). Integral element 61), a route for multiplying the deviation between the target speed integral information and the displacement feedback information by a predetermined gain Kpp (see reference numeral 63), and a predetermined gain Kpi for the deviation between the target speed integral information and the displacement feedback information. (See reference numeral 64) and a process of performing integration (see reference numeral 66) is performed. In the feedforward loop process, a process of performing a process of multiplying the target speed by a predetermined gain Kf (see reference numeral 65) is performed. It has become.
[0065]
Of these, the feedback loop processing will be described in more detail. As shown in FIG. 5, the present apparatus is provided with operation information detecting means 91 for detecting operation information of the cylinders 120 to 122. Using the detection information from the motion information detecting means 91 and the target motion information (for example, the target moving speed) set by the target value setting means 80 as input information, the arm member such as the boom 200 and the working member (bucket) 400 are used. A control signal is set so as to achieve a target operation state.
[0066]
The operation information detecting means 91 is, specifically, the above-described posture information detecting means 83 for detecting the postures of the boom 200 and the stick 300. The posture information detecting means 83 includes a driving state detecting means 90 described later. The operation information detecting means 91 and an operating state detecting means 90 described later constitute a detecting means 93.
[0067]
On the other hand, the values of the gains Kvp, Kpp, Kpi, and Kf are configured to be changeable by a gain scheduler (scheduler for control parameters) 70, and thus the values of the gains Kvp, Kpp, Kpi, and Kf are changed. , So that the boom 200, the bucket 400, and the like are controlled to the target operation state.
[0068]
That is, as shown in FIG. 5, the present apparatus includes an oil temperature detecting means 81 for detecting an oil temperature of hydraulic oil, a cylinder load detecting means 82 for detecting a load on each of the cylinders 120 to 122, and a position of each cylinder. An operating state detecting means 90 provided with a cylinder position detecting means 83 for detecting information is provided. The gain scheduler 70 uses the detected information from the operating state detecting means 90 (ie, the operating information of the construction machine). The gains Kvp, Kpp, Kpi, and Kf are configured to be changed based on the above.
[0069]
Among these, the oil temperature detecting means 81 is a temperature sensor provided near the electromagnetic proportional valves 3A, 3B, 3C, and the gain scheduler 70 corrects each gain according to the temperature related to the hydraulic cylinders 120 to 122. It is supposed to. The temperature related to the hydraulic cylinders 120 to 122 is, for example, the temperature of control oil (pilot oil). Here, the temperature of the pilot oil is detected as a representative oil temperature representing the temperature of the hydraulic oil. It has become.
[0070]
As shown in FIG. 5, a non-linear removal table 71 is provided for removing non-linearities of the electromagnetic proportional valves 3A to 3C, the main control valves 13 to 15, and the like. The processing performed is performed at high speed by a computer by using a table lookup method.
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a feedback control deviation (feedback deviation information) in the stick control system (second control system) 1B 'is supplied to the boom control system (first control system) 1A'. At the same time, the feedback control deviation in the boom control system 1A 'is supplied to the stick control system 1B', and the control target values (position and speed) of the boom / cylinder are controlled in each of the control systems 1A 'and 1B' based on the feedback control deviation. Correction is performed.
[0071]
Therefore, as shown in FIG. 6, the controller 1 controls the boom control system 1A 'based on the feedback control deviation in the stick control system 1B' in addition to the boom control system 1A 'and the stick control system 1B'. As a boom (first) correction control system 11A for correcting a target value, a boom (first) correction value generation unit 111A and a boom (first) weight coefficient addition unit 112A are provided, and feedback control in a boom control system 1A 'is performed. As a stick (second) correction control system 11B for correcting the control target value of the stick control system 1B 'based on the deviation, a stick (second) correction value generating unit 111B and a boom (second) weighting coefficient adding unit 112B are provided. Have.
[0072]
Here, the boom correction value generator 111A corrects the control target value of the boom cylinder 120 in the boom control system 1A 'from the feedback control deviation in the stick control system 1B' (hereinafter sometimes simply referred to as control deviation). In this case, as shown in FIG. 6, the boom correction value (boom correction amount) is substantially proportional to the magnitude of the control deviation from the stick control system 1B ', which is another control system. The boom correction value is set to be large.
[0073]
The boom correction value generator 111B generates a boom correction value for correcting the control target value of the stick cylinder 121 in the stick control system 1B 'from the control deviation in the boom control system 1A'. Similarly to the value generation unit 111A, the boom correction value is set to increase substantially in proportion to the control deviation from the boom control system 1A ', which is another control system.
[0074]
Further, the boom weighting coefficient adding section 112A and the stick weighting coefficient adding section 112B add weighting coefficients to the boom correction value and the stick correction value generated by the corresponding boom correction value generating section 111A and stick correction value generating section 111B, respectively. Here, as shown in FIG. 7, for example, as shown in FIG. While the boom weighting coefficient having the characteristic that the sign of the added coefficient is changed) is applied to the stick correction value, the characteristic shown by the broken line by the stick weighting coefficient adding unit 112B (the characteristic substantially opposite to the boom weighting coefficient) is applied to the stick correction value. Is applied.
[0075]
Thereby, in each of the correction control systems 11A and 11B, the correction value for correcting the control target value in each of the control systems 1A 'and 1B' becomes variable, so that the control target value can be flexibly corrected. Become. Note that the weighting coefficient adding unit 112A (112B) as described above may be provided in only one of the correction control systems 11A and 11B, but here, in this manner, both of the correction control systems 11A and 11B are used. With the provision, the control deviation described later can be canceled at high speed.
[0076]
Hereinafter, the correction process of the control target value in the controller 1 configured as described above will be described. For example, in the slope excavation mode (bucket tip linear excavation mode), when the tip of the bucket 400 is located near the construction machine main body 100, the control of the boom 200 (boom cylinder 120) is performed by the stick 300 (stick). If the control of the cylinder 121) is delayed, the operating speed of the stick 300 relatively increases, and a control deviation occurs in the stick control system 1B '.
[0077]
This control deviation is input to the boom correction value generation unit 111A of the boom correction control system 11A, and the boom correction value generation unit 111A increases the control target value of the boom cylinder 120 according to the received control deviation. Although a boom correction value is generated, since the tooth tip position of the bucket 400 is located at a position close to the construction machine main body 100, the boom weighting coefficient adding unit 112A adds a positive boom correction value to the boom correction value. (See the solid line in FIG. 7).
[0078]
The boom correction value thus weighted is added to the target value of the boom cylinder 120, and as a result, the operation speed of the boom cylinder 120 increases.
On the other hand, at this time, the control deviation generated in the boom control system 1A 'has been input to the stick correction value generation unit 111B of the stick correction control system 11B, and the stick correction value generation unit 111B has Accordingly, contrary to the above-described boom correction value generating section 111A, a stick correction value for reducing the control target value of the stick cylinder 121 is generated. , The stick correction value is given a negative weighting factor by the stick weighting factor adding unit 112B (see the broken line in FIG. 7).
[0079]
Then, the stick correction value thus multiplied by the weight coefficient is added to the target value of the stick cylinder 121, and as a result, the operating speed of the stick cylinder 121 decreases.
As a result, the control deviation in the boom control system 1A 'and the control deviation in the stick control system 1B' cancel each other, and the boom 200 and the stick 300 are in the slope excavation mode (bucket tip linear excavation mode). Linear excavation work can be performed stably and with high precision.
[0080]
If the control of the boom 200 (boom cylinder 120) is delayed from the control of the stick 300 (stick cylinder 121) when the tooth tip position of the bucket 400 is located far from the construction machine main body 100, the stick 300 Although the operation speed is also delayed, in this case, a negative weighting factor is applied to the boom correction value in the boom weighting factor adding unit 112A, and a positive weighting factor is applied to the boom correction value in the boom weighting factor adding unit 112B. Therefore, the operating speed of the stick cylinder 121 is relatively increased, and the control deviation is offset each other.
[0081]
That is, when controlling the boom 200 and the stick 300, respectively, the controller 1 sets the control target value in its own control system 1A ', 1B' based on the control deviation in the control systems 1B ', 1A' other than its own. The boom 200 and the stick 300 are controlled in cooperation with each other while correcting, and the boom 200 and the stick 300 are always operated in an ideal state in which the control deviation in each of the control systems 1A 'and 1B is eliminated. It is.
[0082]
With such a configuration, when a slope excavation operation with a target slope angle α as shown in FIG. 13 is performed semi-automatically by using a hydraulic excavator, the system according to the present invention is compared with a conventional manual control system. Thus, the semi-automatic control function as described above can be realized by an electro-hydraulic system that automatically adjusts the combined movement amount of the boom 200 and the stick 300 according to the excavation speed. That is, detection signals (including target slope angle setting information) from various sensors are input to the controller 1 mounted on the hydraulic excavator, and the controller 1 detects the detection signals (the signal converter 26) from these sensors. And the main control valves 13, 14, 15 via the electromagnetic proportional valves 3A, 3B, 3C based on the detection signals from the resolvers 20 to 22 via the boom 200, the stick 300, and the bucket. The semi-automatic control as described above is executed by performing control so that the desired expansion and contraction displacement is performed at 400.
[0083]
In this semi-automatic control, first, the moving speed and direction of the bucket tooth tip 112 are determined from information on the target slope setting angle, the pilot oil pressure for controlling the stick cylinder 121 and the boom cylinder 120, the vehicle inclination angle, and the engine rotation speed. The target speed of each of the cylinders 120, 121, 122 is calculated based on the obtained information. At this time, information on the engine rotation speed is required when determining the upper limit of the cylinder speed.
[0084]
The control at this time is basically a feedback loop for each of the cylinders 120, 121, and 122. However, in this embodiment, as described above, the boom 200 (boom cylinder 120) and the stick 300 (stick cylinder) 121), the control target values in the own control systems 1A 'and 1B' are corrected by the correction control systems 11A and 11B based on the control deviations in the control systems 1B 'and 1A' other than the own. The boom 200 and the stick 300 are controlled in cooperation with each other, and the boom 200 and the stick 300 are always operated in an ideal state in which control deviations in the control systems 1A 'and 1B are eliminated.
[0085]
Note that the setting of the target slope angle in this semi-automatic system is performed by a method of inputting a numerical value using a switch on the monitor panel 10, a two-point coordinate input method, and an input method by a bucket angle. The method is performed by a method of inputting a numerical value using a switch on the monitor panel 10 or a method of moving a bucket. In either case, a known method is used.
[0086]
The above-described semi-automatic control modes and their control methods are performed as follows based on the information obtained by converting the angle information detected by the resolvers 20 to 22 into the cylinder expansion / contraction displacement information by the signal converter 26.
First, in the bucket angle control mode, the length of the bucket cylinder 122 is controlled so that the angle (bucket angle) φ between the bucket 400 and the x-axis becomes constant at an arbitrary position. At this time, the bucket cylinder length λbk is determined when the boom cylinder length λbm, the stick cylinder length λst, and the angle φ are determined.
[0087]
In the smoothing mode, since the bucket angle φ is kept constant, the bucket tip 112 and the node 108 move in parallel. First, the case where the node 108 moves parallel to the x-axis (horizontal excavation) is considered as follows. That is, in this case, the coordinates of the node 108 in the linkage posture for starting the excavation are (x₁₀₈, Y₁₀₈), The cylinder length of the boom cylinder 120 and the stick cylinder 121 in the linkage posture at this time is obtained, and x₁₀₈The speeds of the boom 200 and the stick 300 are determined so that. The moving speed of the node 108 is determined by the operation amount of the stick operation lever 8.
[0088]
Further, when considering the parallel movement of the node 108, the coordinates of the node 108 after a short time Δt are (x₁₀₈+ Δx, y₁₀₈). Δx is a minute displacement determined by the moving speed. Therefore, x₁₀₈, The length of the target boom and the stick cylinder after Δt are obtained.
In the slope excavation mode, control may be performed in the same manner as in the smoothing mode, except that the moving point is changed from the node 108 to the position of the bucket tip 112, and further, control taking into account that the bucket cylinder length is fixed. Become.
[0089]
For the correction of the finishing inclination angle by the vehicle inclination sensor 24, the calculation of the front linkage position is performed in the xy coordinate system with the node 101 in FIG. 8 as the origin. Therefore, when the vehicle body tilts with respect to the xy plane, the xy coordinates rotate, and the target tilt angle with respect to the ground changes. In order to correct this, a tilt angle sensor 24 is attached to the vehicle. If the tilt angle sensor 24 detects that the vehicle body is rotating by β with respect to the xy plane, a value obtained by adding β is set. The correction may be made by correcting the difference.
[0090]
Prevention of deterioration of control accuracy by the engine speed sensor 23 is as follows. That is, regarding the correction of the target bucket tip speed, the target bucket tip speed is determined by the positions of the stick and the boom / bucket operation levers 6, 8 and the engine speed. Further, since the hydraulic pumps 51 and 52 are directly connected to the engine E, when the engine rotation speed is low, the pump discharge amount also decreases, and the cylinder speed decreases. Therefore, the engine rotation speed is detected, and the target bucket tip speed is calculated so as to match the change in the pump discharge amount.
[0091]
For the correction of the maximum value of the target cylinder speed, if the target cylinder speed changes depending on the posture of the linkage and the target slope angle, and if the pump discharge rate decreases as the engine speed decreases, the maximum cylinder speed Is corrected in consideration of the fact that it is necessary to reduce When the target cylinder speed exceeds the maximum cylinder speed, the target bucket tip speed is reduced so that the target cylinder speed does not exceed the maximum cylinder speed.
[0092]
The various control modes and their control methods have been described above, but all of them are methods based on cylinder expansion / contraction displacement information, and the control contents by this method are publicly known. That is, in the system according to the present embodiment, after the angle information is detected by the resolvers 20 to 22, the angle information is converted into the cylinder expansion / contraction displacement information by the signal converter 26. You can.
[0093]
In this manner, various controls are performed by the controller 1. In the system according to the present embodiment, the angle information signal detected by the resolvers 20 to 22 is converted into cylinder displacement information by the signal converter 26. Since the input is input to the controller 1, the conventional control can be performed without using an expensive stroke sensor for detecting each expansion and contraction displacement of the boom 200, the stick 300, and the cylinder for the bucket 400 as in the related art. Control using the cylinder expansion / contraction displacement used in the system can be executed. Thus, it is possible to provide a system capable of accurately and stably controlling the position and the attitude of the bucket 400 while keeping costs low.
[0094]
In addition, since the feedback control loop is independent for each of the cylinders 120, 121, and 122, and the control algorithm is a multi-free control of displacement, speed, and feed forward, the control system can be simplified, and the nonlinear configuration of hydraulic equipment can be improved. Since the characteristics can be linearized at high speed by a table look-up method, it contributes to improvement of control accuracy.
[0095]
Further, since the influence of the vehicle inclination is corrected by the vehicle inclination sensor 24 or the engine rotational speed is read in, the deterioration of the control accuracy due to the change in the position and load of the engine throttle is corrected, so that more accurate control can be realized. Has contributed.
In addition, since maintenance such as gain adjustment can be performed using the external terminal 2, there is an advantage that adjustment and the like are easy.
[0096]
Further, the amount of operation of the operating levers 7 and 8 is obtained based on a change in pilot pressure using the pressure sensor 19 and the like. Further, since the conventional open center valve hydraulic system is used as it is, it is necessary to add a pressure compensating valve and the like. In addition to this, the coordinates of the tip of the bucket can be displayed in real time on the monitor 10 with the target slope angle setting device. Further, the configuration using the safety valve 5 can also prevent abnormal operation when the system is abnormal.
[0097]
Further, the boom 200 (boom cylinder 120) and the stick 300 (stick cylinder 121) are not controlled by completely independent feedback control systems as in the related art, but other control systems 1B 'and 1A' other than the own. , The boom 200 and the stick 300 are controlled in cooperation with each other while the control target values in the own control systems 1A 'and 1B' are corrected by the correction control systems 11A and 11B, respectively. Since the boom 200 and the stick 300 are operated in an ideal state in which control deviations in the control systems 1A 'and 1B have been eliminated, all construction work (particularly, work in a bucket tip linear excavation mode) can be performed with extremely high accuracy. And the finishing accuracy of the work can be greatly improved.
[0098]
Further, in the present embodiment, the resolver 20, 21 and the signal converter 26 are used to easily detect the posture information of the boom 200 and the stick 300 by detecting the telescopic displacement information of the hydraulic cylinders 120 and 12121, respectively. Therefore, the posture information of the boom 200 and the stick 300 can be accurately obtained with a simple configuration.
[0099]
As described above with reference to FIG. 6, the boom control system 1A 'is provided with a boom correction value generation unit 111A in the boom correction control system 11A and the stick correction value generation unit 111B in the stick correction control system 11B. And a stick correction value for correcting the control target value of the stick control system 1B ', respectively, to reliably control the boom cylinder 120 and the stick cylinder 121. Can be corrected, so that the reliability in the correction processing is also improved.
[0100]
Further, by providing a boom weighting coefficient adding section 112A in the boom correction control system 11A and providing a stick weighting coefficient adding section 112B in the stick correction control system 11B, each correction value can be made variable as necessary. Since it is possible, the correction of the control target values of the boom cylinder 120 and the stick cylinder 121 can be flexibly performed. Control can be performed at high speed. Note that such a weighting coefficient adding unit 112A (112B) may be provided in only one of the correction control systems 11A and 11B.
[0101]
Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a hydraulic excavator is described. However, the present invention is not limited to this, and has an articulated arm mechanism driven by a cylinder type actuator. The same applies to construction machines such as tractors, loaders, bulldozers, and the like, and the same operation and effects as described above can be obtained in any construction machines.
[0102]
Further, in the above-described embodiment, the case where the fluid pressure circuit for operating the cylinder type actuator is a hydraulic circuit is described, but the present invention is not limited to this, and the liquid pressure other than hydraulic oil and A fluid pressure circuit using air pressure or the like may be used, and in this case, the same operation and effect as those of the above-described embodiment can be obtained.
Further, in the above-described embodiment, the case has been described where the pumps 51 and 52 provided in the hydraulic circuit are of a variable discharge amount type. However, the pump provided in the hydraulic circuit is of a fixed discharge amount type (fixed displacement type). Type), and in this case, the same operation and effect as those of the above-described embodiment can be obtained.
[0103]
Further, in the above-described embodiment, the case where the engine E is, for example, a diesel engine has been described. However, the invention is not limited to a diesel engine or the like.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified and implemented without departing from the present invention and its gist.
[0104]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the control device for a construction machine of the present invention, when controlling at least one pair of mutually pivotally connected arm members constituting an articulated arm mechanism mounted on the construction machine body, Since each arm member is controlled in cooperation with each other while correcting the control target value in the control system of the own arm member based on the feedback deviation information in the control system of the other arm member other than the self, the feedback deviation is always maintained. Each of the arm members can be operated in an ideal state without any information, so that all construction work can be performed with extremely high accuracy (claim 1).
[0105]
Further, according to the control device for a construction machine of the present invention, the first / second (boom / stick) control system is controlled based on the detection result detected by the attitude detecting means. When controlling the (stick hydraulic cylinder), the first / second (boom / stick) correction control systems control the control target of their own control systems based on feedback deviation information in the second / first (stick / boom) control systems, respectively. Since the value is corrected, the control target value is always corrected in consideration of the control state of each actuator (hydraulic cylinder), and each arm member (boom, stick) is in an ideal state without feedback deviation information. Operate. Therefore, also in this case, all construction work can be performed with extremely high accuracy (claims 2 and 7).
[0106]
If the posture detecting means is configured as (boom / stick) telescopic displacement detecting means for detecting telescopic displacement information of the cylinder type actuator (boom / stick hydraulic cylinder), each arm member (boom, stick) Position information can be easily detected by detecting expansion / contraction displacement information of a cylinder-type actuator (hydraulic cylinder), so that accurate posture information of each arm member (boom, stick) can be obtained with a simple configuration. (Claims 3 and 8).
[0107]
In this control device, the first (boom) correction control system is provided with a first (boom) correction value generation unit, and the second (stick) correction control system is provided with a second (stick) correction value generation unit. With a simple configuration, a first (boom) correction value for correcting the control target value of the first (boom) control system and a second (stick) correction value for correcting the control target value of the second (stick) control system 3) Since the correction target value can be generated and the control target value can be surely corrected, the reliability at the time of the correction processing is also improved (claims 4 and 9).
[0108]
Further, if the first (boom) correction control system is provided with a first (boom) weight coefficient adding unit for adding a first (boom) weight coefficient to the first (boom) correction value, Since the first (boom) correction value can be made variable as necessary, the correction of the control target value can be flexibly performed, and the arm member (boom) can be in any state (posture). Optimal correction and control can always be performed (claims 5 and 10).
[0109]
Further, if the second (stick) correction control system is provided with a second (stick) weighting factor adding unit that adds a second (stick) weighting factor to the second (stick) correction value, Since the second (stick) correction value can also be made variable as necessary, the correction of the control target value can be flexibly performed also in this case, and in what state (posture) the arm member (stick) is. In any case, optimal correction and control can be always performed (claims 6 and 11).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a hydraulic shovel equipped with a control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a control system configuration according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a control system configuration of a control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a main part control block diagram according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a main part control block diagram according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining characteristics of a weight coefficient adding unit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic view of an operating portion of the excavator according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic view showing the operation of the hydraulic excavator according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic view showing the operation of the excavator according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic view showing the operation of the excavator according to the present invention.
FIG. 12 is a schematic view showing the operation of the excavator according to the present invention.
FIG. 13 is a schematic view showing the operation of the hydraulic excavator according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional hydraulic excavator.
[Explanation of symbols]
1 controller (control means)
1A to 1C control unit
1A 'boom (first) control system
1B 'stick (second) control system
2 External terminal
3A to 3C solenoid proportional valve
4A-4C solenoid switching valve
5 Safety valve
6 Boom, bucket operating lever
7 Bucket automatic return start switch
8 Stick operation lever
9 Slope excavation switch
10. Monitor panel with target slope angle setting device
11 Stick merging proportional valve
11A boom (first) correction control system
11B Stick (second) correction control system
13 Boom main control valve
14 Main control valve for stick
15 Bucket main control valve
16 Pressure switch
17 Selector valve (for operating lever)
18 Selector valve (for manual / semi-automatic mode)
19 Pressure sensor
20 Resolver for boom cylinder (first angle sensor: boom posture detecting means)
21 Resolver for stick cylinder (second angle sensor: stick attitude detecting means)
22 Resolver for bucket cylinder (third angle sensor)
23 Engine speed sensor
24 Tilt angle sensor
26 signal converter (conversion means)
26A input interface
26B memory
26B-1 Luke-up table
26C main processing unit (CPU)
26D output interface
27 Engine pump controller
28A, 28B pressure sensor
50 Pilot pump
51, 52 pump
70 Gain Scheduler
71 Nonlinear removal table
72 Feedback loop type compensation means
73 Feedforward loop compensation means
80 Target value setting means
81 Oil temperature detection means
82 Cylinder load detecting means
83 attitude detection means
90 Operating state detecting means
91 Motion information detecting means
100 Upper swing body (construction machine body)
111A boom (first) correction value generator
111B stick (second) correction value generator
112 tooth tip
112A boom (first) weighting coefficient adding unit
112B stick (second) weighting coefficient adding unit
120 boom cylinder (cylinder actuator)
121 Stick Cylinder (Cylinder Actuator)
122 bucket cylinder (cylinder type actuator)
130 Link mechanism
200 boom
300 sticks
400 buckets
500 Undercarriage
500A Infinite rail section
600 driver's cab
E engine

Claims

When driving at least one pair of arm members pivotally connected to each other constituting an articulated arm mechanism provided in the construction machine main body by a cylinder actuator, based on the detected posture information of each of the arm members, In the control device for a construction machine that performs feedback control of the cylinder-type actuator so that each of the arm members has a predetermined posture,
Each of the pair of arm members is controlled in cooperation with each other to correct a control target value in the control system of the own arm member based on the feedback deviation information in the control system of the other arm member other than the self. A control device for a construction machine, wherein the control device is configured as follows.

Construction machine body,
An articulated arm mechanism having at least one pair of arm members having one end pivotally attached to the construction machine body and having a working member on the other end side, and connected to each other via a joint;
A cylinder-type actuator mechanism having a plurality of cylinder-type actuators for driving the arm mechanism by performing a telescopic operation;
Posture detecting means for detecting posture information of each of the arm members,
Control means for controlling the cylinder-type actuator based on the detection result detected by the attitude detection means, so that each of the arm members has a predetermined attitude,
The control means,
A first control system for feedback-controlling a first cylinder-type actuator for one of the pair of arm members;
A second control system that feedback-controls a second cylinder-type actuator for the other arm member of the pair of arm members;
A first correction control system for correcting a control target value of the first control system based on feedback deviation information in the second control system;
A control device for a construction machine, comprising: a second correction control system that corrects a control target value of the second control system based on feedback deviation information in the first control system.

3. The control device for a construction machine according to claim 2, wherein said attitude detecting means is configured as a telescopic displacement detecting means for detecting telescopic displacement information of said cylinder type actuator.

A first correction value generation unit that generates a first correction value for correcting a control target value of the first control system from feedback deviation information in the second control system;
The second correction control system is provided with a second correction value generation unit that generates a second correction value for correcting a control target value of the second control system from feedback deviation information in the first control system. The control device for a construction machine according to claim 2, characterized in that:

The control device for a construction machine according to claim 4, wherein the first correction control system is provided with a first weighting factor adding unit that adds a first weighting factor to the first correction value.

The control device for a construction machine according to claim 4, wherein the second correction control system is provided with a second weighting factor adding unit that adds a second weighting factor to the second correction value.

Construction machine body,
A boom having one end rotatably connected to the construction machine body;
A stick rotatably connected at one end to the boom via an articulation portion, and a tip pivotally mounted at the other end with a bucket capable of excavating the ground and storing earth and sand therein;
A boom hydraulic cylinder interposed between the construction machine body and the boom, the boom hydraulic cylinder rotating the boom with respect to the construction machine body as the distance between the ends expands and contracts;
A stick hydraulic cylinder interposed between the boom and the stick, the stick hydraulic cylinder rotating the stick with respect to the boom as the distance between the ends expands and contracts;
Boom posture detection means for detecting posture information of the boom,
Stick posture detecting means for detecting posture information of the stick;
A boom control system that performs feedback control of the boom hydraulic cylinder based on a detection result of the boom attitude detection unit;
A stick control system that performs feedback control of the stick hydraulic cylinder based on a detection result of the stick attitude detection unit;
A boom correction control system that corrects a control target value of the boom control system based on feedback deviation information in the stick control system;
A control device for a construction machine, comprising: a stick correction control system for correcting a control target value of the stick control system based on feedback deviation information in the boom control system.

The boom posture detecting means is configured as boom hydraulic cylinder telescopic displacement detecting means for detecting telescopic displacement information of the boom hydraulic cylinder, and the stick posture detecting means is configured to detect telescopic displacement information of the stick hydraulic cylinder. 8. The control device for a construction machine according to claim 7, wherein the control device is configured as a hydraulic cylinder expansion / contraction displacement detecting means.

The boom correction control system is provided with a boom correction value generator that generates a boom correction value for correcting a control target value of the boom control system from feedback deviation information in the stick control system,
The stick correction control system further includes a stick correction value generation unit that generates a stick correction value for correcting a control target value of the stick control system from feedback deviation information in the boom control system. A control device for a construction machine according to claim 7.

The control device for a construction machine according to claim 9, wherein the boom correction control system includes a boom weight coefficient adding unit that adds a boom weight coefficient to the boom correction value.

The control device for a construction machine according to claim 9, wherein the stick correction control system includes a stick weight coefficient adding unit that adds a stick weight coefficient to the stick correction value.