JP3727423B2

JP3727423B2 - Control method of electronically controlled work vehicle

Info

Publication number: JP3727423B2
Application number: JP23958396A
Authority: JP
Inventors: 佳三坂本; 豪朗野崎; 弘泰雪野; 康男野間; 晃史黒田; 茂樹多田; 健岡部
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JPH1088610A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックホー等の掘削作業車の掘削深さを電子制御すべく構成した技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、バックホー等の掘削作業車の掘削深さを電子制御する技術は公知とされているのである。
例えば、特公昭６３−３７２１０号公報や、特開平５−３０６５３４号公報や、特開平８−１３４９４９号公報や、特開平５−３２１９２０号公報に記載の技術の如くである。
従来の電子制御式のバックホーでは、電気ジョイスティックを使用しており、常に電子制御式であった為に、手動操作と電子制御の切換の必要がなく、本発明のような技術は存在しなかったのである。
しかし、本発明の如く、手動操作と電子操作を切り換えて用いる方式とした場合には、２系統のパイロット油圧を切り換える為に、圧力に差があった場合等には、切換時に急激な圧力変化が発生し、作業機の動きがぎくしゃくしたものとなり、操作フィーリングが悪くなるのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、手動操作方式から電子制御方式への切換えに際して、各パイロット圧力を同一にすべく構成し、制限域の内側で、オペレーターが手動で作業腕を操作している状態から、制限域の境界域である減速域Ｎに入った場合には、手動操作弁３３から電磁比例弁３２の操作に、手動・電子切換弁が切換られることにより切換わるのであるが、この際において、手動・電子切換弁の切換えに伴い、スムーズな切換えが行われることになり、違和感が発生することが無いように構成するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明が解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決する為の手段を説明する。
複数個の関節を有する作業腕を具備し、該作業腕の位置を検出する位置検出手段を設け、深さ設定機構で設定した深さより深く動作しないように、設定深さより下に動作すると、手動操作弁３３による手動操作方式から、電磁比例弁３２により電子制御方式へ、手動・電子切換弁３４により、自動的に切換えて制御する電子制御式作業車において、手動・電子切換弁３４による切換えの際、作業腕駆動用のメインコントロールバルブ３５に付加する電磁比例弁３２側のパイロット圧力が、手動操作弁３３側のパイロット圧力と同一となるよう、電磁比例弁アンプに対する指令電圧を決定し、該電磁比例弁３２を駆動するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施例として、複数個の関節を有する作業車として、旋回式掘削機で説明する。
図１は電子制御式作業車の深さ制御掘削状態を示す側面図、図２は電子制御式作業車の制御ブロック線図、図３はアームが動いている場合のアームとバケットと深さ設定値の関係を示す側面図、図４はバケットが動いている場合の、アームとバケットと深さ設定値の関係を示す図面、図５は電子制御方式において、ブームの上げ角速度を、ヤコビ行列を用いて求める制御のフローチャート図、図６は手先沈み量Ｄを計算してブームの補正量を計算する制御のフローチャート図である。
【０００６】
図１から図６において、深さ設定時のブームとアームとバケットの連動制御について説明する。
即ち、ブームとアームとバケットを電子制御することができ、作業腕の最下点がその深さ設定値を越えないように動作制限すべく構成している。
しかし、作業腕の最下点が深さ設定値を越えるような動きをする場合には、ブームとアームとバケットを連動制御することで、作業を中断することなく、深さ設定値まで掘削が出来るように構成している。
【０００７】
図１と図２において、ブームとアームとバケットの動作を電子制御することの出来る電子制御式作業車であるバックホーを図示している。
クローラ式走行装置の上に旋回台軸受を介して、旋回フレームを載置し、該旋回フレームの上にキャビン１と運転席を配置し、また旋回フレームの先端にブーム２の下端をブーム角度センサ１０を設けた枢支軸により枢支している。該ブーム２の先端にアーム角度センサ１１を設けた枢支軸を介してアーム４を枢支し、該アーム４の先端にバケット角度センサ１２を設けた枢支軸を介して、バケット６を枢支している。
【０００８】
ブームシリンダ３とアームシリンダ５とバケットシリンダ７には、それぞれメインの切換弁である電磁比例弁１３・１４・１５が接続されて、該電磁比例弁１３・１４・１５のソレノイドは、それぞれアンプ１６・１７・１８を介して、コントローラ１９と接続されている。
コントローラ１９に、Ａ／Ｄ変換器２０を介して、操作レバー２１の変位センサ２１ａが接続されている。
【０００９】
該操作レバー２１は、前記ブームシリンダ３とアームシリンダ５とバケットシリンダ７を伸縮操作する為のレバーであり、前後左右等に回動することで操作でき、現実にはキャビン１内に、左右の操作レバー２１Ｌ・２１Ｒを配置して、ブームシリンダ３とアームシリンダ５とバケットシリンダ７を作動出来るように構成している。
【００１０】
また、図示しない操作レバーやペダル等で、ブーム２の左右回動や、旋回・走行・ブレードの上下等も操作できるようにしている。但し、電磁比例弁１３・１４・１５はパイロット型の制御切換弁とし、アンプ１６・１７・１８を電磁切換弁として電磁比例弁１３・１４・１５を切り換えるように構成する事もできる。
【００１１】
そして、前記操作レバー２１の操作でコントローラ１９へ変位信号ｉ１・ｉ２・ｉ３を入力すると、その操作に応じたコントローラ１９からの信号によって電磁比例弁１３・１４・１５が励磁されて、弁を切り換え、ブームシリンダ３とアームシリンダ５とバケットシリンダ７が伸縮される。
また、前記コントローラ１９には振動信号発生器２２が接続され、該振動信号発生器２２にはＡ／Ｄ変換器２３を介して、フートペダル２４の回動基部に設けた変位センサ２５と接続されている。
【００１２】
このフートペダル２４を足で回動させると変位センサ２５により、その回動量に比例した信号がＡ／Ｄ変換器２３を介して、振動信号発生器２２に入力され、該振動信号発生器２２によってフートペダル２４の回動量に比例して振動信号をコントローラ１９に入力し、該コントローラ１９によりブーム２で操作されたシリンダを伸縮させて振動させるように構成している。
この振動は微小振動であって掘削抵抗を減少させて、効率良く掘削できるように構成している。
【００１３】
このように振動させたい部位は、操作レバー２１の操作した部位と一致させており、その振動の大きさはフートペダル２４の踏み量によって調節するように構成している。但し、振動させる部位を指定する他の方法として、前記操作レバー２１の操作と一致させる代わりに、振動部位選択入力器２６を用いて振動させる部位を指定するように構成することもできる。
【００１４】
以上のような、電子制御式作業車の全体的な制御ブロック線図において、深さの監視点を、図１に示す如く、バケット６の先端ａと、バケット６の最深部の裏面ｂと、バケット６とバケットシリンダ７の枢支部ｃと、バケット６とアーム４の枢支部ｄの４位置としている。
各監視点の深さは、各枢支軸に設けたブーム角度センサ１０とアーム角度センサ１１とバケット角度センサ１２の角度値を用いて、コントローラ１９で演算、あるいはマップ化することで求める。
【００１５】
図１においては、掘削を行う状態を示している。
従来の電子制御方法では、バケット６の先端ａの監視点が、深さ設定値に掛かっている為に、掘削の動作であるアーム４を巻き込むかバケットを巻き込む操作をする場合に、深さ設定値を越える方向に動く動作は不可能となっていたのである。
【００１６】
本構成においては、図５のフローチャートに示す如く、該監視点が深さ設定値に掛かっていて、その状態でアーム４の巻き込み動作や、バケット６の巻き込み動作をする場合には、アーム関節角速度とバケット関節角速度とヤコビ行列により、手先の速度を求め、それより地面と垂直方向の成分速度が０となるように、逆にヤコビ行列を解くことでブーム２の上げ方向の関節角速度を計算する。
この値を用いて、アーム４とバケット６とブーム２の連動制御をすることで、深さ設定値を越えず、また動作を止めることなく、掘削作業を行うことが出来るのである。
【００１７】
また、図３と図４に示す如く、ブーム２とアーム４の枢支ピンからバケット６の最下点までの長さＬ、又は、バケット６とアーム４の枢支ピンから、バケット６の最下点までの長さＬと、アーム４が回動している場合はアーム４の回動角αと、バケット６が回動している場合にはバケット６の回動角αより、演算してバケット６の先端ａの沈み量Ｄを求めて、ブーム２の上げ量を計算することもできる。
即ち、図３の如く、アーム４が下方へ回動する動きをしている場合には、深さ設定値を越えないように、アーム４の回動角αをアーム角度センサ１１により検出して、該回動角αとブーム２とアーム４の枢支ピンからバケット６の最下点までの長さＬとから、該バケット６の先端ａの沈み量Ｄを演算し、ブーム２を引上げ側に連動制御するのである。
また、図４の如く、バケット６が掬い込み回動をしている場合には、バケット６の回動角αと、アーム４とバケット６の枢支点からバケット６の最下点までの長さＬより演算して、バケット６の先端ａの沈み量Ｄを演算して、ブーム２を上方へ連動回動させて、深さ設定値を越えないように構成しているのである。
【００１８】
図７は一般掘削と直線掘削の場合で、深さ設定値の監視点を変更する場合の電子制御式作業車を示す側面図、図８は一般掘削時の監視点であるバケット６とアーム４の枢支部ｄを示す図面、図９は一般掘削と直線掘削の切換のフローチャート図、図１０はアーム４の最上点を高さを制御する構成において、該アーム４の高さ制御の監視点を、ブーム２とアーム４の枢支軸３１とし、最上高さを、枢支軸３１と地上との間の高さＪと、枢支軸３１からアームシリンダ５のピン３０迄の距離Ｒを加えた高さとした構成の側面図、図１１は同じくアーム４の高さ設定値の監視点をブーム２とアーム４の枢支軸３１とし、設定値は、枢支軸３１と地上との間の高さＪと、枢支軸３１からアームシリンダ５のピン３０迄の距離Ｒを足した値とした制御のフローチャート図である。
【００１９】
図７と図８と図９において、一般掘削時と直線掘削時で監視点を、バケット６の先端ａとバケット６の最深部の裏面ｂに変換可能とした構成を説明する。
従来の深さ自動制御においては、作業腕の下がり量を制限するという意図でバケット６の先端ａをモニタしている。バケットの刃先が深さ設定値になると、通常はバケットの動作が不可能となり、掘削作業が中断する。この場合には、ブーム２を上げて作業を再開し、掘削を進めると、また深さ設定値に掛り、動作が停止してしまい非常に作業効率が悪かったのである。
【００２０】
従来、制限位置で全作業腕を停止していたのを、本構成では、設定した位置を越えずにアーム、バケットは動作及び動作操作を可能としたものである。
オペレーターは先ず掘削したい溝の深さを操作パネル上で、深さ設定値として設定する。その後、堀り進むが、深さの監視点はバケット６とアーム４の枢支部ｄであるので、深さ設定値でアーム４やブーム２が停止しても、バケット６は動作することが可能となったのである。
これにより溝の荒掘削ができるのである。
最後に、操作レバー２１の上にある、直線掘削ボタンを押すと、深さの監視点が、バケット６の先端ａに変わる。これにより、ブーム２とアーム４は、バケット６の角度に応じて、バケット６の先端ａが設定深さになるまで下がり、該深さ設定値での直線掘削を行うのである。
【００２１】
図１０と図１１において、アーム４の高さ設定値の監視点を、ブーム２とアーム４の枢支軸の位置とした構成を説明する。
即ち、この構成では、ブーム２とアーム４とバケット６を電子制御して、作業腕の上げ高さを設定する電子制御式作業車において、アーム４の最上点の監視位置を、ブーム２とアーム４の枢支軸３１の位置とし、最上点の設定値は、該枢支軸３１と地上との間の高さＪと、枢支軸３１からアームシリンダ５のピン３０迄の距離Ｒを加えた、Ｊ＋Ｒに設定すべく構成している。そして、ブーム２とアーム４の枢支軸３１の位置に監視点を設けて、該ブーム２とアーム４の枢支軸３１の高さＪを監視し、一旦この位置に至るとブーム２の回動は停止するが、アーム４の回動は、Ｊ＋Ｒの高さまで余裕を構成しており、アーム４が回動可能としている。
【００２２】
このように、アーム４の最上点の監視位置をブーム２とアーム４の枢支軸３１の位置とし、高さ設定値は、枢支軸３１と地上との間の高さＪと、枢支軸３１からアームシリンダ５のピン３０迄の距離Ｒを加えた高さとすることにより、作業腕が上昇して、ブーム２とアーム４の枢支軸３１は、枢支軸３１と地上との間の高さＪの高さに至った時点で、それ以上の上昇を停止させられる。しかし、停止しても、高さの監視点は、枢支軸３１からアームシリンダ５のピン３０までの距離のＪ＋Ｒに設定しているので、アーム４は回動が可能なのである。
【００２３】
図１２は、手動操作と電子操作の切換時のショックを防止する発明の作動状態を示す図面、図１３は同じく手動操作と電子操作の切換時のショックを防止する発明の油圧回路図を示す図面、図１４は電磁比例弁のアンプ特性を示す図面である。
【００２４】
従来の電子制御式のバックホーでは、電気ジョイスティックを使用しており、常に電子制御式であった為に、手動操作と電子制御の切換の必要がなく、本発明のような技術は存在しなかったのである。
しかし、本発明の如く、手動操作と電子操作を切り換えて用いる方式とした場合には、２系統のパイロット油圧を切り換える為に、圧力に差があった場合等には、切換時に急激な圧力変化が発生し、作業機の動きがぎくしゃくしたものとなり、操作フィーリングが悪くなるのである。
【００２５】
本発明は、パイロットラインの圧力を、操作レバーを手動で動かして与える手動操作弁３３による手動方式と、電磁比例弁３２をコントローラ１９により駆動して切り換える電子制御式の、２つの方式に、手動・電子切換弁の切換を行う構成において、これらの２つの系統のパイロット油圧を、同じ圧力に合わせておき、その後に、手動・電子切換弁の切換を行うように構成したものである。
【００２６】
図１２に示すような、作業腕型の作業機で、作業機の動作範囲を制限する動作制限機能を実現する場合に、制限範囲の内側に動作速度を減速する減速域Ｎを設け、更にその内側に、減速準備域Ｍを設定している。減速準備域Ｍの内側は通常動作域となる。またこの作業機を駆動する為の油圧回路は、図１３に示す如く構成されており、シリンダを駆動するメインコントロールバルブ３５は、パイロット圧により切換操作され、該メインコントロールバルブ３５を操作するパイロットは、操作レバーによる手動操作弁３３と、コントローラ１９により制御されて切換られる電磁比例弁３２の何方かの操作を手動・電子切換弁により選択すべく構成している。
【００２７】
ここで作業機の一部が減速準備域Ｍに入ると、手動・電子切換弁３４・３４は手動式のままで、圧力センサ３６・３７で検出した手動操作弁３３のパイロット圧を使って、図１５に示すアンプ指令電圧と、パイロット圧力の関係から、手動操作弁３３と同じ圧力を出力するように、電磁比例弁アンプに対する指令電圧を決定し、電磁比例弁３２を駆動する。
更に作業機の一部が減速域Ｎに入ると、手動・電子切換弁３４・３４を駆動し、電磁比例弁３２側からのパイロット圧力によって、メインコントロールバルブ３５を駆動し、制限値までの距離に応じて作業機の動きを減速させていく。
【００２８】
この方法により、手動・電子切換弁３４・３４を切り換える時には、電磁比例弁３２の出力は、手動操作弁３３による圧力と同じ値まで立ち上がっている為に、手動側と電子制御側の圧力差や、電磁比例弁３２を駆動している場合のサージ圧等がメインコントロールバルブ３５の側に伝達されずに、作業機の動き等に不連続な点が無くなるのである。
【００２９】
図１５においては、動作制限域の減速方法を図示した側面図、図１６は指令電圧上限値の設定方法を示す図面、図１７は動作速度制限値の設定を示す図面である。従来技術においては、動作制限値までの距離に比例した値を各シリンダに対する指令値の上限として動作を減速させていた。
このように従来の方法であると、制限値付近での動作速度が非常に遅くなり、操作性が悪くなるのである。滑らかに停止させようとすると、減速域を広くとる必要があり、通常の速度で動作できる範囲が狭くなり、作業性が悪くなる。反対に減速域を狭くすると、制限域で急激な停止が発生し、動作速度が大きい場合には、アームの慣性等により制限値を超えて動作することがあったのである。
【００３０】
本構成においては、電子制御式のバックホーで、ブーム２とシリンダとバケット６等の作業機の動作に対して、動作制限範囲を設定し、操作レバー２１を操作しても、その範囲を超えないように自動的に停止できる機能のあるもので、制限域内の内側に動作の減速域Ｎを設定し、その減速域Ｎの範囲内では、制限範囲までの距離に比例した値に、オフセット成分を加えた値をシリンダに対する指令値の上限値として減速させる方法と、動作速度が制限値までの距離に比例した値を超えた場合に、動作を停止させる方法を並立させたものである。
【００３１】
本構成の油圧回路図は図１３に示す図面と同じである。図１３において、通常操作時は操作レバー２１を用いて手動によりメインコントロールバルブ３５を動作させ、シリンダを制御する。シリンダの動きにより、作業機が制限域の内側に設定された減速域Ｎにはいると、手動・電子切換弁３４・３４により、電磁比例弁３２を使用する電子制御へと方式が自動的に変更される。図１５においては、減速域Ｎを設定部を示す。
【００３２】
ここで、電磁比例弁３２は圧力センサ３６・３７により検知した操作レバー２１の圧力と同じ出力を行うが、この値が図１６に示すように設定された指令電圧の上限値よりも大きい場合には、この上限値を出力する。但し、制限値の直前では動作が制限域を超えないように出力を０としている。また、この時の動作速度を検知し、これが図１７に示す動作速度の制限値よりも大きい場合には、電磁比例弁３２の出力を０として停止させる。
【００３３】
即ち減速域Ｎ内では図１６に示すように設定された指令電圧よりも大きな指令電圧を出すことができず、指令電圧がこれより小さい値である場合にも、作業機の動作速度が図１７に示すように設定された制限速度より大きい場合には動作を停止させるという２段構えの制限方法を用いている。
油圧のように応答に遅れのある場合に、指令値を制限しただけでは、動作速度が速い場合には、制限値を行き過ぎることがあり、これを防ぐために速度が速い場合には、制限値の手前で指令値の出力を停止することで、制限値を行き過ぎることを防止したのである。
【００３４】
図１８は深さ設定値の近傍で、設定領域に幅を持たせることで、水平方向の直線掘削を可能とした構成の側面図、図１９は図１８の制御のフローチャート図である。
従来のバックホーの制御では、深さ設定値を超えると腕動作を停止する訳であるが、深さ設定値で止まったところから、水平に直線掘削を行おうとしても、作業腕の制御精度の影響で、深さ設定値を超えてしまうために、動作できなくなっていた。本構成においては、深さ設定値の位置で作業腕の下降を止め、そこで水平直線掘削ができるようにしたものである。
【００３５】
本構成においては、深さ設定で停止した状態で、深さの監視点はバケット６の先端ａの部分である。その状態から、水平方向に動作した時のバケット６の先端ａの軌跡をｐとする。この軌跡ｐが領域δ内にある時には、動作を認めるような制御フローチャートとすることで、深さ設定境界域での直線動作を可能としているのである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。
手動操作方式から電子制御方式への切換えに際して、各パイロット圧力を同一にすべく構成したので、制限域の内側で、オペレーターが手動で作業腕を操作している状態から、制限域の境界域である減速域Ｎに入った場合には、手動操作弁３３から電磁比例弁３２の操作に、手動・電子切換弁が切換られることにより切換わるのであるが、この際において、手動・電子切換弁の切換えに伴い、スムーズな切換えが行われることになり、違和感が発生することが無くなったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子制御式作業車の深さ制御掘削状態を示す側面図。
【図２】電子制御式作業車の制御ブロック線図。
【図３】アームが動いている場合のアームとバケットと深さ設定値の関係を示す側面図。
【図４】バケットが動いている場合の、アームとバケットと深さ設定値の関係を示す図面。
【図５】電子制御方式において、ブームの上げ角速度を、ヤコビ行列を用いて求める制御のフローチャート図面。
【図６】手先沈み量Ｄを計算してブームの補正量を計算する制御のフローチャート図。
【図７】一般掘削と直線掘削の場合で、深さ設定値の監視点を変更する場合の電子制御式作業車を示す側面図。
【図８】一般掘削時の監視点であるバケット６とアーム４の枢支部ｄを示す図面。
【図９】一般掘削と直線掘削の切換のフローチャート図。
【図１０】アーム４の最上点を高さを制御する構成において、該アーム４の高さ制御の監視点を、ブーム２とアーム４の枢支軸３１とし、最上高さを、枢支軸３１と地上との間の高さＪと、枢支軸３１からアームシリンダ５のピン３０迄の距離Ｒを加えた高さとした構成の側面図。
【図１１】同じくアーム４の高さ設定値の監視点をブーム２とアーム４の枢支軸３１とし、設定値は、枢支軸３１と地上との間の高さＪと、枢支軸３１からアームシリンダ５のピン３０迄の距離Ｒを足した値とした制御のフローチャート図。
【図１２】手動操作と電子操作の切換時のショックを防止する発明の作動状態を示す図面。
【図１３】同じく手動操作と電子操作の切換時のショックを防止する発明の油圧回路図を示す図面。
【図１４】電磁比例弁のアンプ特性を示す図面。
【図１５】動作制限域の減速方法を図示した側面図。
【図１６】指令電圧上限値の設定方法を示す図面。
【図１７】動作速度制限値の設定を示す図面。
【図１８】深さ設定値の近傍で、設定領域に幅を持たせることで、水平方向の直線掘削を可能とした構成の側面図。
【図１９】図１８の制御のフローチャート図。
【符号の説明】
１キャビン
２ブーム
３ブームシリンダ
４アーム
５アームシリンダ
６バケット
７バケットシリンダ
１０ブーム角度センサ
１１アーム角度センサ
１２バケット角度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology configured to electronically control the digging depth of a digging work vehicle such as a backhoe.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a technique for electronically controlling the digging depth of a digging work vehicle such as a backhoe is known.
For example, the techniques described in Japanese Patent Publication No. 63-37210, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-306534, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-134949, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-321920.
The conventional electronically controlled backhoe uses an electric joystick and is always electronically controlled, so there is no need for switching between manual operation and electronic control, and there is no technology like the present invention. It is.
However, when switching between manual operation and electronic operation as in the present invention, there is a sudden pressure change at the time of switching if there is a difference in pressure, etc., because the pilot oil pressure of the two systems is switched. Occurs, and the movement of the work machine becomes jerky, resulting in poor operation feeling.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is configured to make each pilot pressure the same when switching from the manual operation method to the electronic control method, and from the state where the operator manually operates the work arm inside the restriction region, When entering the deceleration region N, which is a boundary region, the manual operation valve 33 is switched to the operation of the electromagnetic proportional valve 32 by switching the manual / electronic switching valve. As the switching valve is switched, the switching is performed smoothly, so that a sense of incongruity does not occur.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.
When a working arm having a plurality of joints is provided, position detecting means for detecting the position of the working arm is provided, and when operating below the set depth so as not to operate deeper than the depth set by the depth setting mechanism, In an electronically controlled work vehicle in which the manual operation method using the operation valve 33 is switched to the electronic control method using the electromagnetic proportional valve 32 and the manual / electronic switching valve 34 is used for automatic switching, the switching using the manual / electronic switching valve 34 is performed. At this time, the command voltage for the electromagnetic proportional valve amplifier is determined so that the pilot pressure on the electromagnetic proportional valve 32 side added to the main control valve 35 for driving the work arm is the same as the pilot pressure on the manual operation valve 33 side. The electromagnetic proportional valve 32 is driven .
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described.
As an embodiment of the present invention, a rotary excavator will be described as a work vehicle having a plurality of joints.
FIG. 1 is a side view showing a depth-controlled excavation state of an electronically controlled work vehicle, FIG. 2 is a control block diagram of the electronically controlled work vehicle, and FIG. 3 is an arm, bucket and depth setting when the arm is moving. 4 is a side view showing the relationship between values, FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the arm, the bucket, and the depth setting value when the bucket is moving, and FIG. 5 is the electronic control method, the boom raising angular velocity, the Jacobian matrix FIG. 6 is a flowchart of control for calculating the correction amount of the boom by calculating the hand sink amount D. FIG.
[0006]
1 to 6, the interlock control of the boom, arm, and bucket when setting the depth will be described.
That is, the boom, arm, and bucket can be electronically controlled, and the operation is limited so that the lowest point of the work arm does not exceed the depth setting value.
However, when the lowermost point of the working arm moves beyond the depth setting value, the boom, arm, and bucket are linked and controlled so that excavation can be performed to the depth setting value without interrupting the work. It is configured so that it can.
[0007]
1 and 2, a backhoe, which is an electronically controlled work vehicle capable of electronically controlling the operation of the boom, arm, and bucket, is illustrated.
A swivel frame is placed on a crawler type traveling device via a swivel bearing, a cabin 1 and a driver's seat are disposed on the swivel frame, and a boom angle sensor is connected to the lower end of the boom 2 at the tip of the swivel frame. It is pivotally supported by a pivot shaft provided with 10. The arm 4 is pivotally supported via a pivot shaft provided with an arm angle sensor 11 at the tip of the boom 2, and the bucket 6 is pivoted via a pivot shaft provided with a bucket angle sensor 12 at the tip of the arm 4. I support.
[0008]
The boom cylinder 3, the arm cylinder 5, and the bucket cylinder 7 are respectively connected to electromagnetic proportional valves 13, 14, 15 as main switching valves, and the solenoids of the electromagnetic proportional valves 13, 14, 15 are respectively connected to amplifiers 16. It is connected to the controller 19 via 17 and 18.
A displacement sensor 21 a of an operation lever 21 is connected to the controller 19 via an A / D converter 20.
[0009]
The operating lever 21 is a lever for extending and retracting the boom cylinder 3, the arm cylinder 5 and the bucket cylinder 7, and can be operated by rotating back and forth, left and right, etc. The operation levers 21L and 21R are arranged so that the boom cylinder 3, the arm cylinder 5 and the bucket cylinder 7 can be operated.
[0010]
Further, the boom 2 can be operated to turn left and right, and to turn, run, and move the blade up and down by operating levers and pedals (not shown). However, the electromagnetic proportional valves 13, 14, and 15 may be pilot-type control switching valves, and the electromagnetic proportional valves 13, 14, and 15 may be switched using the amplifiers 16, 17, and 18 as electromagnetic switching valves.
[0011]
When the displacement signals i1, i2, and i3 are input to the controller 19 by operating the operation lever 21, the electromagnetic proportional valves 13, 14, and 15 are excited by the signal from the controller 19 according to the operation, and the valves are switched. The boom cylinder 3, the arm cylinder 5, and the bucket cylinder 7 are expanded and contracted.
Further, a vibration signal generator 22 is connected to the controller 19, and the vibration signal generator 22 is connected to a displacement sensor 25 provided at the rotation base of the foot pedal 24 via an A / D converter 23. Yes.
[0012]
When the foot pedal 24 is rotated with a foot, a signal proportional to the amount of rotation is input by the displacement sensor 25 to the vibration signal generator 22 via the A / D converter 23, and the vibration signal generator 22 inputs the foot pedal. A vibration signal is input to the controller 19 in proportion to the rotation amount of 24, and the cylinder operated by the boom 2 by the controller 19 is expanded and contracted to vibrate.
This vibration is a minute vibration and reduces excavation resistance so that excavation can be performed efficiently.
[0013]
The part to be vibrated in this way is matched with the part operated by the operation lever 21, and the magnitude of the vibration is configured to be adjusted by the stepping amount of the foot pedal 24. However, as another method for designating the part to be vibrated, instead of making it coincide with the operation of the operation lever 21, a part to be vibrated can be designated using the vibration part selection input device 26.
[0014]
In the overall control block diagram of the electronically controlled work vehicle as described above, as shown in FIG. 1, the depth monitoring points are the tip a of the bucket 6, the back surface b of the deepest portion of the bucket 6, There are four positions of the pivot portion c of the bucket 6 and the bucket cylinder 7 and the pivot portion d of the bucket 6 and the arm 4.
The depth of each monitoring point is obtained by calculating or mapping with the controller 19 using the angle values of the boom angle sensor 10, the arm angle sensor 11, and the bucket angle sensor 12 provided on each pivot shaft.
[0015]
FIG. 1 shows a state where excavation is performed.
In the conventional electronic control method, since the monitoring point of the tip a of the bucket 6 is applied to the depth setting value, the depth setting is performed when the arm 4 or the bucket is operated to be excavated. It was impossible to move in the direction exceeding the value.
[0016]
In this configuration, as shown in the flowchart of FIG. 5, when the monitoring point is applied to the depth setting value and the arm 4 or the bucket 6 is wound in that state, the arm joint angular velocity is Calculate the joint angular velocity in the raising direction of the boom 2 by solving the Jacobian matrix so that the component velocity in the direction perpendicular to the ground becomes zero from the speed of the hand by obtaining the bucket joint angular velocity and the Jacobian matrix. .
By using this value to perform the interlock control of the arm 4, the bucket 6 and the boom 2, excavation work can be performed without exceeding the depth setting value and without stopping the operation.
[0017]
3 and 4, the length L from the pivot pin of the boom 2 and the arm 4 to the lowest point of the bucket 6 or the pivot pin of the bucket 6 and the arm 4 It is calculated from the length L to the lower point, the rotation angle α of the arm 4 when the arm 4 is rotating, and the rotation angle α of the bucket 6 when the bucket 6 is rotating. Thus, the amount D of the boom 2 can be calculated by obtaining the sinking amount D of the tip a of the bucket 6.
That is, when the arm 4 is moving downward as shown in FIG. 3, the arm angle sensor 11 detects the rotation angle α of the arm 4 so as not to exceed the depth setting value. From the pivot angle α and the length L from the pivot pin of the boom 2 and the arm 4 to the lowest point of the bucket 6, the sinking amount D of the tip a of the bucket 6 is calculated, and the boom 2 is pulled up. It is linked to the control.
Further, as shown in FIG. 4, when the bucket 6 is scooping and turning, the turning angle α of the bucket 6 and the length from the pivot point of the arm 4 and the bucket 6 to the lowest point of the bucket 6. By calculating from L, the sinking amount D of the tip end a of the bucket 6 is calculated, and the boom 2 is pivoted upward so as not to exceed the depth set value.
[0018]
FIG. 7 is a side view showing an electronically-controlled work vehicle in the case of changing the monitoring point of the depth setting value in the case of general excavation and straight excavation, and FIG. FIG. 9 is a flowchart showing switching between general excavation and straight excavation, and FIG. 10 shows a monitoring point for controlling the height of the arm 4 in the configuration in which the uppermost point of the arm 4 is controlled. The boom 2 and the pivot 4 of the arm 4 are the pivot shafts 31, and the maximum height is the height J between the pivot shaft 31 and the ground and the distance R from the pivot shaft 31 to the pin 30 of the arm cylinder 5. 11 is a side view of the configuration with the height of the arm 4, and the monitoring point of the height setting value of the arm 4 is the boom 2 and the pivot shaft 31 of the arm 4, and the setting value is between the pivot shaft 31 and the ground. The control of the height J and the distance R from the pivot shaft 31 to the pin 30 of the arm cylinder 5 are added. Is a low chart.
[0019]
7, 8, and 9, a configuration in which the monitoring point can be converted into the tip end a of the bucket 6 and the back surface b of the deepest portion of the bucket 6 during general excavation and straight excavation will be described.
In the conventional automatic depth control, the tip a of the bucket 6 is monitored with the intention of limiting the amount of lowering of the working arm. When the cutting edge of the bucket reaches the depth setting value, normally the bucket cannot be operated and the excavation work is interrupted. In this case, when the boom 2 was raised and the operation was resumed and the excavation was advanced, the depth setting value was again reached, and the operation was stopped, so that the work efficiency was very poor.
[0020]
Conventionally, all the working arms are stopped at the limit position. In this configuration, the arm and bucket can be operated and operated without exceeding the set position.
The operator first sets the depth of the groove to be excavated as a depth setting value on the operation panel. After that, the excavation proceeds, but since the depth monitoring point is the pivot 6 of the bucket 6 and the arm 4, even if the arm 4 and the boom 2 are stopped at the depth setting value, the bucket 6 can operate. It became.
This allows rough excavation of the groove.
Finally, when the straight excavation button on the operation lever 21 is pressed, the depth monitoring point is changed to the tip a of the bucket 6. As a result, the boom 2 and the arm 4 are lowered until the tip a of the bucket 6 reaches the set depth according to the angle of the bucket 6, and straight excavation is performed at the set depth.
[0021]
A configuration in which the monitoring point of the height setting value of the arm 4 is the position of the pivot shaft of the boom 2 and the arm 4 will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
That is, in this configuration, in the electronically controlled work vehicle in which the boom 2, the arm 4 and the bucket 6 are electronically controlled to set the raising height of the work arm, the monitoring position of the uppermost point of the arm 4 is set to the boom 2 and the arm. 4 is the position of the pivot shaft 31, and the setting value of the uppermost point is the height J between the pivot shaft 31 and the ground and the distance R from the pivot shaft 31 to the pin 30 of the arm cylinder 5. Also, it is configured to set to J + R. Then, a monitoring point is provided at the position of the pivot shaft 31 of the boom 2 and the arm 4, and the height J of the pivot shaft 31 of the boom 2 and the arm 4 is monitored. Although the movement stops, the rotation of the arm 4 constitutes a margin up to the height of J + R, and the arm 4 can be rotated.
[0022]
As described above, the monitoring position of the uppermost point of the arm 4 is the position of the pivot 2 of the boom 2 and the arm 4, and the height setting value is the height J between the pivot 31 and the ground, By setting the height to which the distance R from the shaft 31 to the pin 30 of the arm cylinder 5 is added, the working arm is raised, and the pivot shaft 31 of the boom 2 and the arm 4 is located between the pivot shaft 31 and the ground. When the height reaches the height J, the further elevation can be stopped. However, even when stopped, the height monitoring point is set to J + R, which is the distance from the pivot shaft 31 to the pin 30 of the arm cylinder 5, so that the arm 4 can be rotated.
[0023]
FIG. 12 is a drawing showing the operating state of the invention for preventing shocks when switching between manual operation and electronic operation, and FIG. 13 is a drawing showing the hydraulic circuit diagram of the invention for preventing shocks when switching between manual operation and electronic operation. FIG. 14 is a diagram showing the amplifier characteristics of the electromagnetic proportional valve.
[0024]
The conventional electronically controlled backhoe uses an electric joystick and is always electronically controlled, so there is no need for switching between manual operation and electronic control, and there is no technology like the present invention. It is.
However, when switching between manual operation and electronic operation as in the present invention, there is a sudden pressure change at the time of switching if there is a difference in pressure, etc., because the pilot oil pressure of the two systems is switched. Occurs, and the movement of the work machine becomes jerky, resulting in poor operation feeling.
[0025]
In the present invention, there are two manual methods: a manual method using a manual operation valve 33 that gives the pilot line pressure by manually moving an operation lever, and an electronic control type that switches the electromagnetic proportional valve 32 by driving the controller 19. In the configuration for switching the electronic switching valve, the pilot hydraulic pressures of these two systems are adjusted to the same pressure, and then the manual / electronic switching valve is switched.
[0026]
When the operation limit function for limiting the operation range of the work implement is realized with a work arm type work implement as shown in FIG. 12, a deceleration area N for reducing the operation speed is provided inside the limit range, and further A deceleration preparation area M is set on the inner side. The inside of the deceleration preparation area M is a normal operation area. The hydraulic circuit for driving the working machine is configured as shown in FIG. 13, and the main control valve 35 for driving the cylinder is switched by the pilot pressure, and the pilot for operating the main control valve 35 is The manual operation valve 33 by the operation lever and the electromagnetic proportional valve 32 controlled and switched by the controller 19 are selected by the manual / electronic switching valve.
[0027]
Here, when a part of the work machine enters the deceleration preparation area M, the manual / electronic switching valves 34 and 34 remain manually operated, and the pilot pressure of the manually operated valve 33 detected by the pressure sensors 36 and 37 is used. Based on the relationship between the amplifier command voltage shown in FIG. 15 and the pilot pressure, the command voltage for the electromagnetic proportional valve amplifier is determined so as to output the same pressure as the manually operated valve 33, and the electromagnetic proportional valve 32 is driven.
Further, when a part of the work machine enters the deceleration region N, the manual / electronic switching valves 34 and 34 are driven, the main control valve 35 is driven by the pilot pressure from the electromagnetic proportional valve 32 side, and the distance to the limit value is reached. In response to this, the work equipment will be decelerated.
[0028]
When the manual / electronic switching valves 34, 34 are switched by this method, the output of the electromagnetic proportional valve 32 rises to the same value as the pressure by the manual operation valve 33. Therefore, the pressure difference between the manual side and the electronic control side The surge pressure or the like when the electromagnetic proportional valve 32 is driven is not transmitted to the main control valve 35 side, and there is no discontinuous point in the movement of the work implement.
[0029]
15 is a side view illustrating a method of decelerating the operation restriction region, FIG. 16 is a diagram illustrating a method of setting a command voltage upper limit value, and FIG. 17 is a diagram illustrating setting of an operation speed limit value. In the prior art, the operation is decelerated using a value proportional to the distance to the operation limit value as the upper limit of the command value for each cylinder.
As described above, in the conventional method, the operation speed near the limit value is very slow, and the operability is deteriorated. If it is attempted to stop smoothly, it is necessary to widen the deceleration range, the range in which the operation can be performed at a normal speed becomes narrow, and workability deteriorates. On the other hand, if the deceleration range is narrowed, a sudden stop occurs in the limit range, and when the operation speed is high, the operation may exceed the limit value due to the inertia of the arm or the like.
[0030]
In this configuration, even if the operation limit range is set for the operation of the work equipment such as the boom 2, the cylinder and the bucket 6 with the electronically controlled backhoe and the operation lever 21 is operated, the range is not exceeded. The operation deceleration area N is set inside the limit area, and the offset component is set to a value proportional to the distance to the limit area within the deceleration area N. A method of decelerating the added value as the upper limit value of the command value for the cylinder and a method of stopping the operation when the operation speed exceeds a value proportional to the distance to the limit value are arranged side by side.
[0031]
The hydraulic circuit diagram of this configuration is the same as that shown in FIG. In FIG. 13, during normal operation, the main control valve 35 is manually operated using the operation lever 21 to control the cylinder. When the work implement enters the deceleration range N set inside the limit range due to the movement of the cylinder, the system automatically switches to electronic control using the electromagnetic proportional valve 32 by the manual / electronic switching valve 34/34. Be changed. In FIG. 15, the deceleration area N is set.
[0032]
Here, the electromagnetic proportional valve 32 outputs the same pressure as the pressure of the operation lever 21 detected by the pressure sensors 36 and 37, but when this value is larger than the upper limit value of the command voltage set as shown in FIG. Outputs this upper limit value. However, the output is set to 0 immediately before the limit value so that the operation does not exceed the limit range. Moreover, the operation speed at this time is detected, and when this is larger than the limit value of the operation speed shown in FIG. 17, the output of the electromagnetic proportional valve 32 is set to 0 and stopped.
[0033]
That is, in the deceleration area N, a command voltage larger than the command voltage set as shown in FIG. 16 cannot be output, and the operating speed of the work implement is also shown in FIG. As shown in FIG. 2, a two-stage limiting method is used in which the operation is stopped when the speed limit is larger than the set speed limit.
When there is a delay in the response, such as hydraulic pressure, if the command value is limited only, the limit value may be exceeded if the operation speed is high. To prevent this, the limit value may be exceeded. By stopping the output of the command value before this, the limit value is prevented from going too far.
[0034]
FIG. 18 is a side view of a configuration in which horizontal excavation in the horizontal direction is made possible by giving a width to the setting region in the vicinity of the depth setting value, and FIG. 19 is a flowchart of the control of FIG.
In the conventional backhoe control, the arm movement is stopped when the depth setting value is exceeded, but if the straight excavation is attempted horizontally from where it stopped at the depth setting value, the control accuracy of the work arm is not improved. Due to the influence, the depth setting value was exceeded, so it could not operate. In this configuration, the lowering of the work arm is stopped at the position of the depth setting value, and horizontal straight excavation can be performed there.
[0035]
In this configuration, the depth monitoring point is the tip a of the bucket 6 in a state where the depth setting is stopped. From this state, let p be the trajectory of the tip a of the bucket 6 when operating in the horizontal direction. When this trajectory p is in the region δ, a linear operation in the depth setting boundary region is made possible by adopting a control flowchart that recognizes the operation.
[0036]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
When switching from manual operation method to electronic control method, each pilot pressure is configured to be the same, so that the operator manually operates the work arm inside the restricted area, at the boundary area of the restricted area. When a certain deceleration region N is entered, the manual operation valve 33 is switched to the operation of the electromagnetic proportional valve 32 by switching the manual / electronic switching valve. Along with the switching, smooth switching is performed, and there is no sense of incongruity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a depth-controlled excavation state of an electronically controlled work vehicle.
FIG. 2 is a control block diagram of an electronically controlled work vehicle.
FIG. 3 is a side view showing a relationship between an arm, a bucket, and a depth setting value when the arm is moving.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between an arm, a bucket, and a depth setting value when the bucket is moving.
FIG. 5 is a flowchart of control for obtaining a boom raising angular velocity using a Jacobian matrix in an electronic control method;
FIG. 6 is a flowchart of control for calculating a boom correction amount by calculating a hand sink amount D;
FIG. 7 is a side view showing an electronically controlled work vehicle when changing a monitoring point of a depth setting value in general excavation and straight excavation.
FIG. 8 is a drawing showing a bucket 6 and a pivot portion d of an arm 4 that are monitoring points during general excavation.
FIG. 9 is a flowchart of switching between general excavation and straight excavation.
FIG. 10 shows a configuration in which the height of the uppermost point of the arm 4 is controlled, and the monitoring point of the height control of the arm 4 is the pivot shaft 31 of the boom 2 and the arm 4, and the uppermost height is the pivot shaft. The side view of the structure made into the height which added the distance R from the pivot axis 31 to the pin 30 of the arm cylinder 5 with the height J between 31 and the ground.
Similarly, the monitoring point of the height setting value of the arm 4 is the pivot shaft 31 of the boom 2 and the arm 4, and the setting value is the height J between the pivot shaft 31 and the ground, and the pivot shaft. The flowchart of the control which made the value which added the distance R from 31 to the pin 30 of the arm cylinder 5 added.
FIG. 12 is a diagram showing an operating state of the invention for preventing shock at the time of switching between manual operation and electronic operation.
FIG. 13 is a diagram showing a hydraulic circuit diagram of the invention for preventing a shock when switching between manual operation and electronic operation.
FIG. 14 is a diagram showing amplifier characteristics of an electromagnetic proportional valve.
FIG. 15 is a side view illustrating a method of decelerating an operation restriction area.
FIG. 16 is a diagram showing a method for setting a command voltage upper limit value.
FIG. 17 is a drawing showing setting of an operation speed limit value.
FIG. 18 is a side view of a configuration in which horizontal excavation in the horizontal direction is enabled by giving a width to a setting region in the vicinity of a depth setting value.
FIG. 19 is a flowchart of the control of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cabin 2 Boom 3 Boom cylinder 4 Arm 5 Arm cylinder 6 Bucket 7 Bucket cylinder 10 Boom angle sensor 11 Arm angle sensor 12 Bucket angle sensor

Claims

When a working arm having a plurality of joints is provided, position detecting means for detecting the position of the working arm is provided, and when operating below the set depth so as not to operate deeper than the depth set by the depth setting mechanism, In an electronically controlled work vehicle that is automatically switched from a manual operation method by an operation valve 33 to an electronic control method by an electromagnetic proportional valve 32 and by a manual / electronic switching valve 34,
The electromagnetic proportional valve is set so that the pilot pressure on the electromagnetic proportional valve 32 side added to the main control valve 35 for driving the work arm is the same as the pilot pressure on the manual operation valve 33 side when switching by the manual / electronic switching valve 34. A control method for an electronically controlled work vehicle , wherein a command voltage for an amplifier is determined and the electromagnetic proportional valve 32 is driven .