JP4597557B2 - 建設機械の旋回装置 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械の旋回装置に関するものであり、特に、押し付け作業時における押し付け力の精度の良い細かな制御及び起動時における旋回体の動き始めを極めてスムーズに行わせて、操作部による操作性を向上させることが可能な建設機械の旋回装置に関するものである。

従来の建設機械の旋回装置を、油圧ショベルの旋回装置を例にとって説明すると、図３に示すように、油圧ショベル１は、下部走行体２の上に旋回機構３を介して、上部旋回体４が旋回自在に載置されている。上部旋回体４にはその前方一側部にキャブ５が設けられ、且つ、前方中央部にブーム６が俯仰可能に取付けられている。さらに、ブーム６の先端にアーム７が上下回動自在に取付けられ、該アーム７の先端に、バケット８が取り付けられている。

この油圧ショベル１において、近時、旋回装置における前記上部旋回体４（以下、単に旋回体と言う）の駆動源として、これまでの油圧駆動に代えて電動機を用いる方式が提案されている。このように、旋回体の駆動源に電動機が用いられる場合、該電動機の速度制御方式としては、操作手段の操作量に応じた旋回速度の目標値と旋回体速度（実際値）との偏差をゼロにするように制御するフィードバック制御が用いられるのが一般的である。

ところで、このフィードバック制御のみによる旋回制御方式によると、次のような問題が生じる。即ち、旋回体を地上で普通に旋回させる通常作業時には、前記フィードバック制御により、操作手段の操作量に応じた旋回速度が得られるので操作上問題はない。

一方、旋回体の一部であるバケットの側面を溝の壁面に押し付けて壁面を掘削形成するような押し付け作業時には、旋回体の旋回速度はほぼゼロになる。このため、フィードバック制御では、旋回速度の目標値と旋回体速度の偏差が大きくなり、フィードバック作用によって僅かの操作量でも旋回トルクは最大になる。したがって、このような旋回による押し付け作業時には、操作性が損なわれることになる。

これに対し、従来、例えば次のような作業機械の旋回制御装置が知られている。この作業機械の旋回制御装置は、旋回体を旋回駆動する電動機と、旋回指令を出す操作手段と、この操作手段からの旋回指令に基づいて前記電動機を制御する制御手段と、旋回速度を検出する旋回速度検出手段とを備え、前記制御手段により、前記操作手段の操作量に応じた速度制御を行う作業機械の旋回制御装置において、前記制御手段は、前記旋回体の一部を作業対象に押し付ける押し付け作業時に、前記速度制御に代えて、前記操作手段の操作量に応じたトルク制御を行って、操作性を改善するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平２００３−３２８３９８号公報（第２頁、図１）。

特許文献１に記載の従来技術においては、旋回体の一部を作業対象に押し付ける押し付け作業時においてのみ、電動機を通常の速度制御に代えて、操作手段の操作量に応じたトルク制御を行うようにしている。ところで、建設機械における旋回体は、作業中に、停止、起動の繰り返しがしばしば起こる。このため、旋回体が停止状態から起動するときにおいても旋回体の動き始めをスムーズになし得るような電動機の制御装置が望まれる。また、速度制御方式として、操作量に応じたトルク制御を行うと、制御量であるトルク指令値は操作量に応じた量を与えられるため、オーバーシュートが出やすい。このため、オーバーシュートを出にくくして精度の良い速度制御方式が求められる。

そこで、押し付け作業時における押し付け力の精度の良い細かな制御及び起動時における旋回体の動き始めを極めてスムーズに行わせて、操作部による操作性を向上させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、建設機械における旋回体を旋回駆動する電動機と、該電動機の回転を制御する制御装置と、旋回体速度指令を出す操作部と、前記旋回体の旋回体速度を検出する旋回体速度検出器とを備え、前記制御装置により前記操作部からの旋回体速度指令に関連した前記電動機の速度制御を行う建設機械の旋回装置において、
前記制御装置は、前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度が操作量に応じてあらかじめ記憶された所定の速度以上の場合には、前記電動機に対して前記操作部からの旋回体速度指令に基づいて通常の速度制御を行い、
前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度が前記あらかじめ記憶された所定の速度以下となった場合には、前記通常の速度制御に代えて、比例ゲインがあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定され、前記操作部からの旋回体速度指令と前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度との偏差に比例したトルクで制御する比例制御を行うように構成してなることを特徴とする建設機械の旋回装置を提供する。

この構成によれば、旋回体速度が所定の設定値以上で旋回体を普通に旋回させるときは、電動機に対し操作部からの旋回体速度指令に基づく通常の速度制御が行われる。一方、例えば旋回体の一部を作業対象に押し付ける押し付け作業もしくは旋回体を停止状態から起動するとき等には、旋回体速度は、ほぼゼロで前記設定値以下となる。このとき、電動機を、通常の速度制御に代えて、比例ゲインが所定値以下に設定され、旋回体速度指令と旋回体速度との偏差でトルク指令を与える比例制御とすることで、旋回体の旋回体速度にオーバーシュートが出にくくなり、押し付け作業時における押し付け力の精度の良い細かな制御及び起動時における旋回体の動き始めを極めてスムーズに行わせること等が可能となる。

請求項２記載の発明は、建設機械における旋回体を旋回駆動する電動機と、該電動機の回転を制御する制御装置と、旋回体速度指令を出す操作部と、前記旋回体の旋回体速度を検出する旋回体速度検出器とを備え、前記制御装置により前記操作部からの旋回体速度指令に関連した前記電動機の速度制御を行う建設機械の旋回装置において、
前記制御装置は、前記操作部からの旋回体速度指令と前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度との偏差が前記操作部の操作量に応じてあらかじめ記憶された所定の速度偏差以下の場合は、前記電動機に対し前記操作部からの旋回体速度指令に基づいて通常の速度制御を行い、
前記偏差が前記あらかじめ記憶された所定の速度偏差以上となった場合には、前記通常の速度制御に代えて、比例ゲインがあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定され、前記偏差に比例したトルクで制御する比例制御を行うように構成してなることを特徴とする建設機械の旋回装置を提供する。

この構成によれば、操作部からの旋回体速度指令と旋回体速度検出器で検出された旋回体速度との偏差が所定の設定値以下で旋回体を普通に旋回させるときは、電動機に対し操作部からの旋回体速度指令に基づく通常の速度制御が行われる。一方、例えば旋回体の一部を作業対象に押し付ける押し付け作業もしくは旋回体を停止状態から起動するとき等に限らず、旋回体速度指令と旋回体速度との偏差が前記設定値以上の状態が生じると、電動機に対する制御が、通常の速度制御から、比例ゲインが所定値以下に設定され、旋回体速度指令と旋回体速度との偏差でトルク指令を与える比例制御に切り替わる。このため、旋回体の旋回体速度にオーバーシュートが出にくくなり、押し付け作業時における押し付け力の精度の良い細かな制御及び起動時における旋回体の動き始めを極めてスムーズに行わせることを含めて、より広い旋回動作範囲において、精度の良い細かな制御及び極めてスムーズな旋回動作等を行わせることが可能となる。

請求項１記載の発明は、制御装置は、前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度があらかじめ記憶された所定の速度以上の場合には、電動機に対して前記操作部からの旋回体速度指令に基づいて通常の速度制御を行い、前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度が前記あらかじめ記憶された所定の速度以下となった場合には、前記通常の速度制御に代えて、比例ゲインがあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定され、前記操作部からの旋回体速度指令と前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度との偏差に比例したトルクで制御する比例制御を行うように構成したので、
旋回体速度が所定の設定値以下のときは、電動機を、通常の速度制御に代えて、比例ゲインがあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定され、旋回体速度指令と旋回体速度との偏差でトルク指令を与える比例制御とすることで、旋回体の旋回体速度にオーバーシュートが出にくくなり、押し付け作業時における押し付け力の精度の良い細かな制御及び起動時における旋回体の動き始めを極めてスムーズに行わせること等ができて、操作部による操作法を向上させることができる。

請求項２記載の発明は、制御装置は、操作部からの旋回体速度指令と前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度との偏差が前記操作部の操作量に応じてあらかじめ記憶された所定の速度偏差以下の場合は、前記電動機に対し前記操作部からの旋回体速度指令に基づいて通常の速度制御を行い、
前記偏差が前記あらかじめ記憶された所定の速度偏差以上となった場合には、前記通常の速度制御に代えて、比例ゲインがあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定され、前記偏差に比例したトルクで制御する比例制御を行うように構成したので、
旋回体速度指令と旋回体速度との偏差があらかじめ記憶された所定の速度偏差以上のときは、電動機を、通常の速度制御に代えて、比例ゲインがあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定され、旋回体の旋回体速度にオーバーシュートが出にくくなり、押し付け作業時における押し付け力の精度の良い細かな制御及び起動時における旋回体の動き始めを極めてスムーズに行わせることができる。
また、請求項１の発明よりも、広い旋回動作範囲において、極めてスムーズな旋回動作等を行わせることができて、操作部による操作性を向上させることができるという利点がある。

押し付け作業時における押し付け力の精度の良い細かな制御及び起動時における旋回体の動き始めを極めてスムーズに行わせて、操作部による操作性を向上させるという目的を、建設機械における旋回体を旋回駆動する電動機と、該電動機の回転を制御する制御装置と、旋回体速度指令を出す操作部と、前記旋回体の旋回体速度を検出する旋回体速度検出器とを備え、前記制御装置により前記操作部からの旋回体速度指令に関連した前記電動機の速度制御を行う建設機械の旋回装置において、前記制御装置は、前記操作部からの旋回体速度指令と前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度との偏差が所定の設定値以下の場合は、前記電動機に対し前記操作部からの旋回体速度指令に基づいて通常の速度制御を行い、前記偏差が前記設定値以上となった場合には、前記通常の速度制御に代えて、比例ゲインが所定値以下に設定され、前記偏差に比例したトルクで制御する比例制御を行うことにより実現した。

以下、本発明の実施例１を図面に従って詳述する。図１は、建設機械の旋回装置のブロック図、図２は、比例制御が実行される際の装置構成を示すブロック図である。

本実施例は、前記図３に示した油圧ショベルにおける上部旋回体を、油圧駆動に代えて電動機駆動としたものであり、さらに、該上部旋回体の旋回体速度が所定の設定値以上の場合は、電動機に対し通常の速度制御を行い、前記設定値以下の場合は、後述する比例制御を行うようにしたものである。

まず、本実施例に係る建設機械の旋回装置の構成から説明する。図１に示すように、電動機９の出力軸が、減速機１０を介して旋回体１１に接続されている。一方、電動機９の前段には、該電動機９の回転を制御する制御装置１２が配設されている。該制御装置１２には、ＰＷＭ（パルス幅変調）信号で駆動されるインバータが含まれており、該インバータの出力が回転制御信号として、該制御装置１２から前記電動機９に入力されている。

該制御装置１２には、操作部１３からの操作量と、前記電動機９の回転速度を検出する速度検出器１４の速度検出信号が入力されている。前記操作部１３からの操作量により、前記制御装置１２において旋回体速度指令値（目標値）が演算される。前記インバータは、この旋回体速度指令値等に対応したＰＷＭ信号で駆動される。また、前記速度検出器１４で検出された電動機９の回転速度を、前記減速機１０の減速比で除することにより、前記旋回体１１の旋回体速度が演算される。したがって、前記速度検出器１４は、前記旋回体１１の旋回体速度を検出する旋回体速度検出器として機能する。

前記制御装置１２は、上記旋回体１１の旋回体速度が所定の設定値以上の場合は、電動機９に対し、前記操作部１３からの旋回体速度指令と当該旋回体１１の旋回体速度（実速度）との偏差をゼロにするようなフィードバック制御からなる通常の速度制御を行い、前記旋回体１１の旋回体速度が前記設定値以下の場合は、該通常の速度制御に代えて、後述する比例制御に自動的に切り替わるように構成されている。

次に、上述のように構成された建設機械の旋回装置の作用を説明する。速度検出器１４の検出速度から求められた旋回体１１の旋回体速度が所定の設定値以上で旋回体１１を普通に旋回させるとき、制御装置１２は、電動機９に対し前記フィードバック制御からなる通常の速度制御を行うように動作する。

このような旋回体１１の普通の旋回動作に対し、例えば旋回体１１の一部であるバケットの側面を溝の壁面に押し付けて壁面を掘削形成するような押し付け作業もしくは旋回体１１を停止状態から起動するとき等には、旋回体速度は、ほぼゼロで前記設定値即ちあらかじめ記憶された所定の速度以下となる。このとき、制御装置１２は、電動機９に対し、上記通常の速度制御に代えて、比例ゲインをあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定した比例制御とするように自動的に切り替る。

この制御装置１２内の比例制御動作を、図２を用いて説明する。操作部１３からの操作量により旋回体速度指令（目標値）が演算され（１２ａ）、この旋回体速度指令と速度検出器１４の検出速度から求められた旋回体速度とが比較されて偏差が求められる（１２ｂ）。次いで、比例ゲインが所定値以下に設定された比例制御が実行され（１２ｃ）、前記偏差に対応したトルク（電流）指令がインバータからなるトルク制御器に入力される（１２ｄ）。そして、インバータにより、電動機９に対し、前記トルク指令に対応したトルク（電流）制御が行われて、電動機９が前記旋回体速度指令（目標値）に対応した速度で回転するように制御される。

このように、本実施例では、旋回体速度が前記設定値以下のとき、電動機９に対し、通常の速度制御に代えて、比例ゲインをあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定した比例制御が実行される。そして、この比例制御において、旋回体速度指令（目標値）と旋回体速度（実速度）との偏差でトルク指令が与えられ、このトルク指令により、電動機９がトルク（電流）制御されるので、操作量に応じたトルク制御が行われるのと比べると、旋回体１１の旋回体速度にオーバーシュートが出にくくなり、押し付け作業時における押し付け力の精度の良い細かな制御及び起動時における旋回体の動き始めを極めてスムーズに行わせること等が可能となる。したがって、操作部による操作性を向上させることができる。

本発明の実施例２を説明する。本実施例における通常の速度制御の内容は、前記実施例１における通常の速度制御と同様であり、また本実施例における比例制御の内容は、前記実施例１における比例制御と同様である。本実施例において、前記実施例１と異なる点は、前記実施例１の場合は、旋回体速度（実速度）が所定の設定値以下のときに、通常の速度制御から比例制御に切り替わるのに対し、本実施例の場合は、旋回体速度指令（目標値）と旋回体速度（実速度）との偏差が所定の設定値以上のときに、通常の速度制御から比例制御に切り替わる点である。

したがって、本実施例においては、旋回体１１の一部を作業対象に押し付ける押し付け作業もしくは旋回体１１を停止状態から起動するとき等に限らず、旋回体１１の普通の旋回動作時においても、旋回体速度指令と旋回体速度との偏差が前記設定値以上の状態が生じると、電動機９に対する制御が通常の速度制御から比例制御に切り替わる。このため、旋回体１１の、より広い旋回動作範囲において、旋回体１１の旋回体速度にオーバーシュートがでにくく、旋回動作をスムーズに行わせることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

本実施例に係る建設機械の旋回装置のブロック図。 上記実施例において比例制御が実行される際の装置構成を示すブロック図。 本実施例の適用対象例である油圧ショベルの側面図。

符号の説明

１ 建設機械の一例としての油圧ショベル
９ 電動機
１１ 旋回体
１２ 制御装置
１３ 操作部
１４ 速度検出器

Claims (2)

1. 建設機械における旋回体を旋回駆動する電動機と、該電動機の回転を制御する制御装置と、旋回体速度指令を出す操作部と、前記旋回体の旋回体速度を検出する旋回体速度検出器とを備え、前記制御装置により前記操作部からの旋回体速度指令に関連した前記電動機の速度制御を行う建設機械の旋回装置において、
   前記制御装置は、前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度が操作量に応じてあらかじめ記憶された所定の速度以上の場合には、前記電動機に対して前記操作部からの旋回体速度指令に基づいて通常の速度制御を行い、
   前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度が前記あらかじめ記憶された所定の速度以下となった場合には、前記通常の速度制御に代えて、比例ゲインがあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定され、前記操作部からの旋回体速度指令と前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度との偏差に比例したトルクで制御する比例制御を行うように構成してなることを特徴とする建設機械の旋回装置。
2. 建設機械における旋回体を旋回駆動する電動機と、該電動機の回転を制御する制御装置と、旋回体速度指令を出す操作部と、前記旋回体の旋回体速度を検出する旋回体速度検出器とを備え、前記制御装置により前記操作部からの旋回体速度指令に関連した前記電動機の速度制御を行う建設機械の旋回装置において、
   前記制御装置は、前記操作部からの旋回体速度指令と前記旋回体速度検出器で検出された旋回体速度との偏差が前記操作部の操作量に応じてあらかじめ記憶された所定の速度偏差以下の場合は、前記電動機に対し前記操作部からの旋回体速度指令に基づいて通常の速度制御を行い、
   前記偏差が前記あらかじめ記憶された所定の速度偏差以上となった場合には、前記通常の速度制御に代えて、比例ゲインがあらかじめ記憶された比例ゲイン以下に設定され、前記偏差に比例したトルクで制御する比例制御を行うように構成してなることを特徴とする建設機械の旋回装置。

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