JP4734214B2 - Hydraulic excavator front alignment control device - Google Patents
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Description
本発明は、油圧ショベルのフロント制御装置に係り、特に、掘削面での掘削,仕上げ,土羽打ちなどの作業の開始時のフロント作業機の位置合わせのための油圧ショベルのフロント制御装置に関する。 The present invention relates to a front control device for a hydraulic excavator, and more particularly, to a front control device for a hydraulic excavator for positioning a front work machine at the start of work such as excavation, finishing, and earthing on a drilling surface.
油圧ショベルで掘削面の掘削作業や仕上げ作業,法面の成型作業(土羽打ち作業)を行なうには、ブームやアームなどの複数のフロント部材を同時に複合操作してバケット先端を直線状に動作させる必要がある。しかし、これらフロント部材は、夫々が関節部によって連結されて回動運動を行なうものであるため、これらフロント部材を操作してフロント作業機のバケット先端を直線状に移動させることは、熟練を伴う非常に困難な作業である。 To perform excavation work, finishing work, and slope forming work (soiling work) with a hydraulic excavator, multiple front members such as booms and arms are simultaneously operated simultaneously to move the bucket tip linearly. It is necessary to let However, these front members are connected to each other by a joint portion to perform a rotational movement, and therefore, operating these front members to move the front end of the bucket of the front work machine linearly involves skill. It is a very difficult task.
そこで、このような作業を容易にするために、各種のフロント制御装置が従来提案されており、その一例として、掘削領域の掘削面に沿ってフロント作業機のバケット先端を移動させるようにしたフロント制御装置を提案している(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to facilitate such work, various front control devices have been proposed in the past, and as an example, a front end that moves the bucket tip of the front working machine along the excavation surface in the excavation area. A control device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1に記載のフロント制御装置は、フロント作業機の動き得る領域を制限した掘削制御を行なう領域制限掘削制御に際して、掘削時の負荷による影響を極力押さえるとともに、領域制限掘削制御の演算部分に干渉することなく、バケットの姿勢を一定に保持する制御を容易に組み込むことができるようにするものである。
しかしながら、上記従来技術には、以下の問題点がある。 However, the above prior art has the following problems.
上記特許文献1に記載の領域制限掘削制御では、掘削領域の掘削面に沿ってフロント作業機のバケット先端を移動させることができ、バケットの姿勢を一定に保持しながら、このバケット先端を直線上を移動させることができる。
In the area limited excavation control described in
しかし、この特許文献1に記載のものは、掘削過程での制御を中心としたものであり、掘削開始時の目標とする掘削面に対する向きや掘削開始時のバケット位置(即ち、掘削開始位置)、さらには、バケットの姿勢などの位置合わせは、オペレータの技量に委ねられている。
However, the one described in
本発明の目的は、かかる問題を解消し、フロント作業機で掘削や仕上げ,土羽打ちなどの作業を行なうに際し、かかる作業の開始時での位置合わせを容易にすることができるようにした油圧ショベルの位置合わせ制御装置を提供することにある。 It is an object of the present invention to solve such problems and to facilitate positioning at the start of such work when performing work such as excavation, finishing, and earthing with a front work machine. An object of the present invention is to provide an excavator alignment control device.
上記目的を達成するために、本発明は、多関節型のフロント作業機を構成する上下方向に回動可能なブーム,アーム及びバケットを含む複数のフロント部材と、該複数のフロント部材を夫々駆動する複数の油圧アクチュエータと、該複数のフロント部材の動作を指示する複数の操作手段と、該複数の操作手段の操作信号に応じて駆動され、該複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御弁とを備えた油圧ショベルに設けられ、該フロント作業機に掘削作業を連続して行なわせるフロント制御装置であって、1面以上の目標掘削面を表示する表示手段と、該表示手段で表示される1面以上の目標掘削面から1つの目標掘削面を選択する第1の選択手段と、掘削モード,仕上げモード及び土羽打ちモードの作業モードから、目的とする作業モードを選択する第2の選択手段と、該第1の選択手段で選択された該目標掘削面での、該第2の選択手段で選択された該作業モードによる該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算する目標姿勢演算手段と、該第2の選択手段で選択された該作業モードで、該目標姿勢演算手段で演算された該目標姿勢に近づくように、該フロント作業機の姿勢を制御する制御演算手段とを設け、該目標姿勢演算手段は、該第2の手段で該掘削モードが選択されたときには、該第1の手段で選択された該目標掘削画面の境界線を該バケットの爪先の作業開始時の目標位置とするように、該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算し、該第2の手段で該仕上げモードが選択されたときには、該第1の手段で選択された該目標掘削画面の境界線を該バケットの爪先もしくは奥側先端の作業開始時の目標位置とするように、該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算し、該第2の手段で該土羽打ちモードが選択されたときには、該バケットが該第1の手段で選択された該目標掘削画面に接するとき、該バケットの底面の角度が該目標掘削画面と同じ角度なるように、該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of front members including a boom, an arm, and a bucket that constitute a multi-joint type front working machine that can rotate in the vertical direction, and each of the plurality of front members is driven. A plurality of hydraulic actuators, a plurality of operation means for instructing operations of the plurality of front members, and a flow rate of pressure oil that is driven in response to an operation signal of the plurality of operation means and is supplied to the plurality of hydraulic actuators A front control device that is provided in a hydraulic excavator having a plurality of hydraulic control valves for controlling the operation and causes the front working machine to continuously perform excavation work, and displays the one or more target excavation surfaces When a first selection means for selecting one of the target excavation plane from the target excavation plane of the one or more surfaces to be displayed by said display means, excavation mode, the working mode of the finish mode and Toba beating mode A second selection means for selecting a target work mode from the mode, and the work mode selected by the second selection means on the target excavation surface selected by the first selection means. The target posture calculation means for calculating the target posture at the start of work of the front work machine and the work mode selected by the second selection means so as to approach the target posture calculated by the target posture calculation means. Control arithmetic means for controlling the attitude of the front work machine, and the target attitude calculating means, when the excavation mode is selected by the second means, the target selected by the first means The target posture at the start of the work of the front work machine is calculated so that the boundary line of the excavation screen becomes the target position at the start of the work of the toe of the bucket, and the finishing mode is selected by the second means Sometimes the selected by the first means The target posture at the start of the work of the front work machine is calculated so that the boundary line of the target excavation screen becomes the target position at the start of the work at the tip of the bucket or the tip at the back side, and the soil is calculated by the second means. When the wing mode is selected, when the bucket contacts the target excavation screen selected by the first means, the angle of the bottom surface of the bucket is the same as the target excavation screen. The target posture at the start of the work of the machine is calculated .
また、本発明は、前記目標姿勢演算手段が、前記第2の選択手段で選択された作業モードに応じて、前記フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を変更することを特徴とするものである。 Further, the present invention is characterized in that the target posture calculation means changes the target posture at the start of work of the front work machine according to the work mode selected by the second selection means. is there.
さらに、本発明は、前記操作手段の近傍に位置合わせ作業スイッチを設け、前記位置合わせ作業スイッチが押されているときのみ、前記フロント作業機の姿勢が、前記目標姿勢に近づくように、制御される動作が行なわれることを特徴とするものである。 Further, the present invention provides a positioning work switch in the vicinity of the operation means, and is controlled so that the posture of the front work machine approaches the target posture only when the positioning work switch is pressed. The operation is performed.
本発明によれば、フロント作業機の掘削開始時のバケットの位置決めを精度良く行なうことができるし、目標姿勢方向にのみ動作できるようになるので、短時間で位置決めを行なうことができるようになり、作業効率の向上ができる。 According to the present invention, the bucket can be accurately positioned at the start of excavation of the front work machine, and can be operated only in the target posture direction, so that the positioning can be performed in a short time. , Work efficiency can be improved.
また、位置合わせ作業スイッチのオン・オフにより、バケットの位置決め機能を使用するか否かを選択できるので、必要な場合にのみかかる機能を使用でき、操作性を向上できる。 In addition, since whether or not to use the bucket positioning function can be selected by turning on and off the alignment work switch, this function can be used only when necessary, and operability can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明によるフロント位置合わせ制御装置の一実施形態を油圧ショベルの油圧駆動装置とともに示す図であって、1は油圧ショベル、2は油圧ポンプ、3aはブームシリンダ、3bはアームシリンダ、3cはバケットシリンダ、3dは旋回モータ、3eは左走行モータ、3fは右走行モータ、4aはブーム操作レバー装置、4bはアーム操作レバー装置、4cはバケット操作レバー装置、4dは旋回操作レバー装置、4eは左走行モータ操作レバー装置、4fは右走行モータ操作レバー装置、5a〜5fは流量制御弁、6はをリリーフ弁、7は制御ユニット、7aは情報記憶装置、8aはブーム角度検出器、8bはアーム角度検出器、8cはバケット角度検出器、8dは上部旋回体角度検出器、9はフロント位置合わせモード選択スイッチ、10は表示部、11は作業面選択装置、11aは上キー、11bは下キー、11cは左キー、11dは右キー、11eは決定ボタン、12は作業モード選択装置、12aは掘削モード選択ボタン、12b,12cは仕上げモード選択ボタン、12dは土羽打ちモード選択ボタンである。 FIG. 1 is a view showing an embodiment of a front alignment control device according to the present invention together with a hydraulic drive device of a hydraulic excavator, wherein 1 is a hydraulic excavator, 2 is a hydraulic pump, 3a is a boom cylinder, 3b is an arm cylinder, 3c Is a bucket cylinder, 3d is a swing motor, 3e is a left travel motor, 3f is a right travel motor, 4a is a boom operation lever device, 4b is an arm operation lever device, 4c is a bucket operation lever device, 4d is a swing operation lever device, 4e Is a left travel motor operation lever device, 4f is a right travel motor operation lever device, 5a to 5f are flow control valves, 6 is a relief valve, 7 is a control unit, 7a is an information storage device, 8a is a boom angle detector, 8b Is an arm angle detector, 8c is a bucket angle detector, 8d is an upper swing body angle detector, and 9 is a front alignment mode selection switch. H, 10 is a display unit, 11 is a work surface selection device, 11a is an up key, 11b is a down key, 11c is a left key, 11d is a right key, 11e is a decision button, 12 is a work mode selection device, and 12a is an excavation mode. The selection buttons, 12b and 12c are finishing mode selection buttons, and 12d is a soil wing mode selection button.
同図において、油圧ショベル1の油圧駆動装置は、油圧ポンプ2と、この油圧ポンプ2から吐出される圧油により駆動される複数の油圧アクチュエータ3a〜3f(即ち、ブームシリンダ3a,アームシリンダ3b,バケットシリンダ3c,旋回モータ3d,左走行モータ3e,右左走行モータ3f)と、これらアクチュエータ3a〜3fを操作するための複数の操作レバー装置4a〜4f(即ち、ブームシリンダ3aを操作するためのブーム操作レバー装置4a,アームシリンダ3bを操作するためのアーム操作レバー装置4b,バケットシリンダ3cを操作するためのバケット操作レバー装置4c,旋回モータ3dを操作するための旋回操作レバー装置4d,左走行モータ3eを操作するための左走行モータ操作レバー装置4e及び右左走行モータ3fを操作するための右走行モータ操作レバー装置4f)と、油圧アクチュエータ3a〜3f毎に設けられ、油圧ポンプ2から油圧アクチュエータ3a〜3fに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁5a〜5fと、油圧ポンプ2と流量制御弁5a〜5fの間の圧力が設定値以上になったときに開くリリーフ弁6と、操作レバー装置4a〜4fの操作に応じた制御信号を生成し、流量制御弁5a〜5fに供給する制御ユニット7とから構成され、複数の操作レバー装置4a〜4fの操作に応じて、油圧ショベル1の被駆動部材を駆動する。
In the figure, a hydraulic drive device of a
操作レバー装置4a〜4fは、操作信号としてその操作量に応じた電気信号を出力する電気レバー装置であり、制御ユニット7は操作レバー装置4a〜4fからの操作信号に応じた流量制御弁5a〜5fの制御信号を生成する。流量制御弁5a〜5fは、制御ユニット7からの制御信号をパイロット圧に変換する電気油圧変換手段、例えば、比例電磁弁を両端に備えた電気・油圧操作方式の制御弁であり、制御ユニット7からの制御信号に応じてこれら比例電磁弁が制御されることにより、油圧アクチュエータ3a〜3fに供給される圧油の流量が制御され、制御された圧油の流量に応じて油圧アクチュエータ3a〜3fが駆動される。
The
ここで、かかる油圧駆動装置によって駆動される油圧ショベルの駆動部材について説明する。 Here, a drive member of a hydraulic excavator driven by the hydraulic drive device will be described.
図2は油圧ショベル1の外観を示す斜視図であって、1Aはフロント作業機、1Bは車体、1aはブーム、1bはアーム、1cはバケット、1dは上部旋回体、1eは下部走行体、13は操作室、14aは左走行駆動体、14bは右走行駆動体であり、図1に対応する部分らは同一符号を付けている。
FIG. 2 is a perspective view showing the external appearance of the
同図において、油圧ショベル1は、垂直方向に夫々回動するブーム1a、アーム1b及びバケット1cからなる多関節型のフロント作業機1Aと、上部旋回体1d及び下部走行体1eからなる車体1Bとで構成されている。
In the figure, a
フロント作業機1Aでは、ブーム1aの基端が上部旋回体1dの前部に支持されており、このブーム1aの先端にアーム1bの一端が支持され、このアーム1bの他端にバケット1cが支持されている。ブーム1aはブームシリンダ3aによって垂直方向に回動するように駆動され、アーム1bはアームシリンダ3bによって垂直方向に回動するように駆動され、バケット1cはバケットシリンダ3cによって垂直方向に回動するように駆動される。
In the
車体1Bでは、操作室13を有する上部旋回体1dが旋回モータ3d(図2では、図示せず)を介して下部走行体1e上に取り付けられており、この旋回モータ3dが駆動されることにより、上部旋回体1dが下部走行体1eに対して旋回する。また、下部走行体1eには、車体1Bの前進方向に対して左側に左走行駆動体14aが、右側に右走行駆動体14bが夫々設けられており、左走行駆動体14aが左走行モータ3eにより駆動されることにより、また、右走行駆動体14bが右走行モータ3fにより駆動されることにより、油圧ショベル1が前進あるいは後進走行し、また、走行方向を変更することができる。
In the
操作レバー装置4a〜4fは、図2に図示しないが、上部旋回体1dの操作室13内に設けられており、ブーム操作レバー装置4aが操作されることにより、ブームシリンダ3aが制御されてブーム1aが垂直方向に回転駆動される。同様に、アーム操作レバー装置4bやバケット操作レバー装置4cが操作されることにより、アームシリンダ3bやバケットシリンダ3cが垂直方向に回転駆動され、旋回操作レバー装置4dが操作されることにより、旋回モータ3dが駆動されて上部旋回体1dが旋回し、左走行モータ操作レバー装置4eや右走行モータ操作レバー装置4fとが操作されることにより、左走行モータ3eや右走行モータ3fが駆動されて、油圧ショベル1が前進,後進走行し、また、走行方向を変える。
Although not shown in FIG. 2, the
以上のような油圧ショベル1に本発明によるフロント位置合わせ制御装置の一実施形態が設けられている。
The
即ち、図1において、1〜複数の目標作業面を表示する、例えば、液晶モニタのような表示装置10と、複数の目標作業面から掘削などの作業対象とする目標作業面を選択する作業面選択装置11と、目標作業面での作業モードを選択する作業モード選択装置12と、作業開始点へのバケット1c(図2)の位置合わせ制御を行なうフロント位置合わせモードの作業を行なわせるためのフロント位置合わせモード選択スイッチ9と、角度検出器8a〜8dが設けられ、これら表示装置10,作業面選択装置11,作業モード選択装置12,フロント位置合わせモード選択スイッチ9及び角度検出器8a〜8dの出力情報が制御ユニット7に供給されることにより、油圧アクチュエータ3a〜3fの動作を制御して作業を行なうための開始点(目標位置)へのバケット1cの位置合わせ制御を行なうフロント位置合わせ制御装置が構成されている。
That is, in FIG. 1, one to a plurality of target work surfaces are displayed, for example, a
ここで、ブーム角度検出器8aはブーム1a(図2)の回動支点に設けられて、ブーム1aの回動角を検出するものであり、アーム角度検出器8bはアーム1b(図2)の回動支点に設けられて、アーム1bの回動角を検出するものであり、バケット角度検出器8cはバケット1c(図2)の回動支点に設けられて、バケット1cの回動角を検出するものであり、上部旋回体角度検出器8dは、上部旋回体1d(図2)の方位角を検出するものであって、ここで、北方向を方位角零とする。
Here, the
制御ユニット7には、油圧ショベル1でこれから掘削,仕上げもしくは土羽打ち作業する1〜複数の目標作業面に関する情報を記憶した情報記憶装置7aが設けられており、表示部10の電源をオンすると、この情報記憶装置7aに記憶されている全ての目標作業面に関する情報が読み出され、表示部10に表示される。作業面選択装置11は、表示部10に表示されている目標作業面に関する情報を基に、作業面を選択するためのものであって、この選択のための表示部10に表示されているカーソル(図示せず)を上方に移動させる上キー11aと下方に移動させる下キー11bと左方に移動させる左キー11cと右方に移動させる右キー11dと決定キー11eとが設けられている。これらキー11a〜11dを操作することにより、表示部10上でカーソルを作業対象とする目標作業面に関する情報の表示位置に移動させ、さらに、決定キー11eを操作することにより、この作業対象とする目標作業面を選択することができる。このようにして選択された作業対象とする目標作業面に関する情報は、制御ユニット7に供給される。
The control unit 7 is provided with an information storage device 7a that stores information on one to a plurality of target work surfaces to be excavated, finished, or crushed by the
なお、上記の1〜複数の目標作業面に関する情報は、図示しない情報読取装置によって読み取られて制御ユニット7の情報記憶装置7aに記憶される。 Note that the information related to the one or more target work surfaces is read by an information reading device (not shown) and stored in the information storage device 7a of the control unit 7.
作業モード選択装置12には、掘削モード選択ボタン12aと、仕上げモード選択ボタン12b,12cと、土羽打ちモード選択ボタン12dとが設けられており、表示部10で選択された目標作業面に対する作業モード、即ち、掘削モード,仕上げモード及び土羽打ちモードのいずれか1つを選択することができる。
The work
フロント位置合わせモード選択スイッチ9は、操作室13(図2)での操作パネルあるいは操作レバーのグリップ上に設けられたスイッチなどの入力手段であって、これが操作されることにより、フロント位置合わせ制御の開始を制御ユニット7に出力し、フロント位置合わせ制御の開始を制御ユニット7に指示するものである。表示部に表示される目標作業面に関する情報から、作業面選択装置11の操作により、作業対象の目標作業面に関する情報が選択され、作業モード選択装置12によって作業モードが選択された後、フロント位置合わせモード選択スイッチ9が操作されると、油圧ショベル1がこの選択された作業対象の目標作業面を選択された作業モードで作業する。
The front alignment
図3は油圧ショベル1の作業現場での目標作業面の表示部10(図1)での表示方法の一具体例を示すものであって、同図(a)は斜め上方から見た斜視図、同図(b)は上面図、同図(c)は側面図であり、AはA面、BはB面、Cは作業対象の目標作業面、点a〜hは各面の角部である。
FIG. 3 shows a specific example of the display method of the target work surface at the work site of the
図3(a)〜(c)において、A面は点c,d,h,gを角部とする水平面状の面とし、B面も点a,b,f,eを角部とする水平面状の面とする。これらA,B面間が作業対象とする目標作業面Cであり、点b,c,g,fを角部とする傾斜面に掘削するものとする。この目標作業面CのB面側の境界線が角部bから角部fまでの線(以下、境界線b−fという)であり、A面側の境界線が角部cから角部gまでの線(以下、境界線c−gという)である。 3A to 3C, the A plane is a horizontal plane having points c, d, h and g as corners, and the B plane is also a horizontal plane having points a, b, f and e as corners. The surface. The area between these A and B surfaces is a target work surface C to be worked, and excavation is performed on an inclined surface with points b, c, g, and f as corners. The boundary line on the B surface side of the target work surface C is a line from the corner portion b to the corner portion f (hereinafter referred to as the boundary line b-f), and the boundary line on the A surface side is the corner portion c to the corner portion g. (Hereinafter referred to as a boundary line c-g).
目標作業面Cに対する作業モードとして、上記のように、掘削モードと仕上げモードと土羽打ちモードとがあるが、いずれの作業モードにおいても、その作業開始するときには、油圧ショベル1のバケット1cの先端がこの目標作業面Cの作業を開始する位置に位置合わせされる。このバケット1cの先端が位置合わせされる位置は、目標作業面Cの上記の境界線b−f、あるいは境界線c−gである。以下、かかる位置を目標位置という。この目標位置は作業を開始する境界線b−f、あるいは境界線c−g上に設定される。
As described above, the work mode for the target work surface C includes the excavation mode, the finishing mode, and the earthing mode. In any work mode, the tip of the
この実施形態は、表示部10で目標作業面Cを選択し、作業モード選択装置12でこの目標作業面Cでの作業モードを選択して、フロント位置合わせモード選択スイッチ9を操作すると、この目標作業面Cに関する情報をもとに、制御ユニット7が流量制御弁5a〜5fを制御することにより、油圧アクチュエータ3a〜3fを制御し、ブーム1aやアーム1b,バケット1cなどのフロント作業機1Aを動作させて、バケット1cの先端をこの目標作業面Cの作業を開始する境界線b−f、もしくは境界線c−g上の目標位置に移動させるものである。この場合、選択された作業モードに応じて、この目標位置でのバケット1cの姿勢も設定される。
In this embodiment, when the target work surface C is selected on the
図4は掘削モード選択ボタン12a(図1)で掘削モードが選択された油圧ショベル1の図3に示す作業現場におけるバケット1cの目標位置を模式的に示す図であって、図2,図3に対応する部分には同一符号を付けている。
4 is a diagram schematically showing the target position of the
図4(a)は目標作業面Cよりも高いB面上に油圧ショベル1があって、下向きに傾斜した目標作業面Cを掘削する場合を示すものであって、かかる状態で掘削モード選択ボタン12aで掘削モードが選択されたときのフロント位置合わせ制御では、バケット1cの先端部(爪先)の目標位置がA面側の境界線c−g上に設定される。この目標作業面Cの掘削作業は、バケット1cがこの目標位置から矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
FIG. 4A shows a case where the
図4(b)は目標作業面Cよりも低いA面上に油圧ショベル1があって、上向きに傾斜した目標作業面Cを掘削する場合を示すものであって、かかる状態で掘削モード選択ボタン12aで掘削モードが選択されたときのフロント位置合わせ制御では、バケット1cの目標位置はB面側の境界線b−f上に設定される。この目標作業面Cの掘削作業は、バケット1cがこの目標位置から矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
FIG. 4B shows a case where the
図4(a)の場合、バケット1cの複数の爪先の先端を結ぶ直線が境界線c−gと一致するように、また、図4(b)の場合、バケット1cの複数の爪先の先端を結ぶ直線が境界線b−fと一致するように、夫々バケット1cの向きが設定されるが、これは上部旋回体1を回動させることにより、なされるものである。
In the case of FIG. 4 (a), the straight lines connecting the tips of the plurality of toes of the
なお、掘削モードでのフロント位置合わせ制御では、目標位置のみが制御対象となり、バケット1cの姿勢は制御の対象外となる。
In the front alignment control in the excavation mode, only the target position is a control target, and the attitude of the
図5は仕上げモード選択ボタン12b,12c(図1)で仕上げモードが選択された油圧ショベル1の図3に示す作業現場におけるバケット1cの目標位置とその姿勢を模式的に示す図であって、図2,図3に対応する部分には同一符号を付けている。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the target position and posture of the
図1における作業モード選択装置12で仕上げモード選択ボタン12bが操作されて、油圧ショベル1で1つの仕上げモード(これを、以下、第1の仕上げモードという)が選択されると、図5(a)の(イ),(ロ)で示すように、バケット1cの目標位置と姿勢とが設定される。
When the finishing
図5(a)の(イ)は、油圧ショベル1が目標作業面Cよりも高いB面上にあって、このB面側から下向きに傾斜した目標作業面Cを仕上げ作業を開始する場合を示すものであって、油圧ショベル1がB面上にあるときに、仕上げモード選択ボタン12bが操作されて第1の仕上げモードが選択されると、この場合のフロント位置合わせ制御により、バケット1cの爪先の目標位置は目標作業面CでのB面側の境界線b−f上に設定され(バケット1cの爪先とは反対側の奥側は目標作業面C上にある)、この目標位置において、バケット1cの底面の角度が目標作業面Cの傾斜角度とが等しくなるように、バケット1cの姿勢も制御される。この目標作業面Cの仕上げ作業はバケット1cが矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
(A) in FIG. 5A shows a case where the
また、図5(a)の(ロ)は、油圧ショベル1が目標作業面Cよりも低いA面上にあって、このA面側から上向きに傾斜した目標作業面Cを仕上げ作業を開始する場合を示すものであって、油圧ショベル1がこのようにA面上にあるときに、仕上げモード選択ボタン12bが操作されて第1の仕上げモードが選択されると、この場合のフロント位置合わせ制御により、バケット1cの爪先の目標位置は目標作業面CでのA面側の境界線c−g上に設定され(バケット1cの爪先とは反対側の奥側は目標作業面C上にある)、この目標位置において、バケット1cの底面の角度が目標作業面Cの傾斜角度とが等しくなるように、バケット1cの姿勢も制御される。この目標作業面Cの仕上げ作業はバケット1cが矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
Further, (b) in FIG. 5A starts finishing work on the target work surface C on which the
図1における作業モード選択装置12で仕上げモード選択ボタン12cが操作されて、油圧ショベル1で他の仕上げモード(これを、以下、第2の仕上げモードという)が選択されると、図5(b)の(イ),(ロ)で示すように、バケット1cの目標位置と姿勢とが設定される。
When the finishing
図5(b)の(イ)は、油圧ショベル1が目標作業面Cよりも高いB面上にあって、このB面側から下向きに傾斜した目標作業面Cを仕上げ作業を開始する場合を示すものであって、油圧ショベル1がこのようにB面上にあるときに、仕上げモード選択ボタン12cが操作されて第2の仕上げモードが選択されると、この場合のフロント位置合わせ制御により、バケット1cの奥側先端の目標位置が目標作業面CでのA面側の境界線c−g上に設定され(バケット1cの爪先は目標作業面C上にある)、この目標位置において、バケット1cの底面の角度が目標作業面Cの傾斜角度とが等しくなるように、バケット1cの姿勢も制御される。この目標作業面Cの仕上げ作業はバケット1cが矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
(B) in FIG. 5B shows a case where the
また、図5(b)の(ロ)は、油圧ショベル1が目標作業面Cよりも低いA面上にあって、このA面側から上向きに傾斜した目標作業面Cを仕上げ作業を開始する場合を示すものであって、油圧ショベル1がこのようにA面上にあるときに、仕上げモード選択ボタン12cが操作されて第2の仕上げモードが選択されると、この場合のフロント位置合わせ制御により、バケット1cの奥側先端の目標位置が目標作業面CでのB面側の境界線b−f上に設定され(バケット1cの爪先は目標作業面C上にある)、この目標位置において、バケット1cの底面の角度が目標作業面Cの傾斜角度とが等しくなるように、バケット1cの姿勢も制御される。この目標作業面Cの仕上げ作業はバケット1cが矢印方向に掘削開始することによって行なわれる。
Further, (b) in FIG. 5B starts finishing work on the target work surface C in which the
図6は土羽打ちモード選択ボタン12d(図1)で土羽打ちモードが選択された油圧ショベル1の図3に示す作業現場におけるバケット1cの状態を模式的に示す図であって、図2,図3に対応する部分には同一符号を付けている。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the state of the
図6(a)は目標作業面Cよりも高いB面上に油圧ショベル1があって、下向きに傾斜した目標作業面Cを土羽打ちする場合を示すものであって、油圧ショベル1がB面上にある状態で土羽打ちモード選択ボタン12dで土羽打ちモードが選択されたときのフロント位置合わせ制御では、バケット1cの目標位置の設定はなく、バケット1cが目標作業面Cに接するときに、バケット1cの底面の角度が目標作業面Cと同じ角度になるような目標角度になる。
FIG. 6A shows a case where the
図6(b)は目標作業面Cよりも低いA面上に油圧ショベル1があって、上向きに傾斜した目標作業面Cを土羽打ちする場合を示すものであって、油圧ショベル1がA面上にある状態で土羽打ちモード選択ボタン12dで土羽打ちモードが選択されたときのフロント位置合わせ制御では、バケット1cの目標位置の設定はなく、バケット1cが目標作業面Cに接するときに、バケット1cの底面の角度が目標作業面Cと同じ角度になるような目標角度になる。
FIG. 6B shows a case where the
図7は図1における制御ユニット7によるフロント位置合わせ制御の処理動作の一具体例を示すフローチャートである。以下、各図を用いて説明する。 FIG. 7 is a flowchart showing a specific example of the processing operation of the front alignment control by the control unit 7 in FIG. Hereinafter, it demonstrates using each figure.
図7において、フロント位置合わせ制御動作を行なわせる場合には、作業面選択装置11を操作して表示部10に表示される作業対象とする目標作業面C(図3)を選択し、作業モード選択装置12を操作して作業モードを選択する。フロント位置合わせ制御動作ではなく、通常の作業を行なわせる場合には、これらの操作は行なわれない。
In FIG. 7, when the front alignment control operation is performed, the target work surface C (FIG. 3) to be displayed on the
これらいずれの状態においても、操作レバー装置4a〜4fが操作されると、それらの操作に応じた操作信号が制御ユニット7に供給される(ステップ100)。
In any of these states, when the
制御ユニット7は、操作レバー装置4a〜4fからの操作信号を取り込むと、フロント位置合わせモード選択スイッチ9が操作されているか否かを判定し(ステップ110)、フロント位置合わせモード選択スイッチ9が操作されていなければ(ステップ110の“No”)、作業面選択装置11や作業モード選択装置12の操作が行なわれず、操作レバー装置4a〜4fからの操作信号に応じて流量制御弁5a〜5fを制御し、油圧アクチュエータ3a〜3fを動作させて通常の作業動作を行なわせる。そして、ステップ100に戻って操作レバー装置4a〜4fからの操作信号を取り込み、フロント位置合わせモード選択スイッチ9が操作されず、かつ操作レバー装置4a〜4fが操作されている限り、ステップ100,110,200の一連の動作が所定の周期で繰り返されて通常の作業動作が継続する。
When receiving the operation signals from the
作業面選択装置11や作業モード選択装置12の操作が行なわれており、フロント位置合わせモード選択スイッチ9が操作されている場合には(ステップ110の“Yes”)、ブーム角度検出器8aの検出出力(ブーム1aの現状の回動角)やアーム角度検出器8bの検出出力(アーム1bの現状の回動角),バケット角度検出器8cの検出出力(バケット1cの現状の回動角)や上部旋回体角度検出器8dの検出出力(上部旋回体1dの現状の回動角)が制御ユニット7に取り込まれ、これらブーム1a,アーム1b,バケット1c及び上部旋回体1dの現状の状態(回動角)が検出される(ステップ120)。
When the work
次に、制御ユニット7は、作業面選択装置11から表示部10で選択された目標作業面Cに関する情報を取り込み、また、作業モード選択装置12から選択された作業モードに関する情報を取り込む(ステップ130)。
Next, the control unit 7 captures information on the target work surface C selected by the
ここで、この目標作業面Cに関する情報は、この目標作業面Cの位置情報や傾斜角などの目標作業面Cの状態に関する情報,その他作業に必要な情報からなるものである。かかる位置情報は、バケット1cの目標位置となる図4〜図6で示す目標作業面Cでの境界線b−fや境界線c−gの位置などを表わすものであって、かかる位置としては、例えば、
(1)予め設定される基準位置に対する境界線b−fや境界線c−gの位置を距離,方位で表わすもの、
(2)境界線b−fや境界線c−gの位置をグローバルな座標系(緯度,経度)で表わすもの
などがある。上記(1)で境界線b−fや境界線c−gの位置が表わされる場合には、まず、油圧ショベル1をこの基準位置に初期設定し、走行距離検出器や方位検出器を用いて油圧ショベル1の移動状態を検出することにより、油圧ショベル1の現在の位置を基準とした境界線b−fや境界線c−gのローカルな座標位置を求ることができ、油圧ショベル1、従って、そのバケット1cの位置に対する境界線b−fや境界線c−gの位置を常時求ることができる。また、(1)で境界線b−fや境界線c−gの位置が表わされる場合には、GPSシステムを利用して油圧ショベル1の現在の位置座標を求ることができ、これにより、油圧ショベル1、従って、そのバケット1cの位置に対する境界線b−fや境界線c−gの位置を常時求ることができる。このように、油圧ショベル1の位置に対する目標作業面Cでの境界線b−fや境界線c−gの位置が把握できればよく、このことからして、上記の(1),(2)に限るものではない。
Here, the information related to the target work surface C includes information related to the state of the target work surface C such as position information and inclination angle of the target work surface C, and other information necessary for the work. The position information represents the position of the boundary line b-f, the boundary line c-g, and the like on the target work surface C shown in FIGS. 4 to 6 as the target position of the
(1) The position of the boundary line b-f or the boundary line c-g with respect to a preset reference position is expressed by distance and direction,
(2) Some of the positions of the boundary line b-f and the boundary line c-g are expressed in a global coordinate system (latitude, longitude). When the position of the boundary line b-f or the boundary line c-g is expressed in the above (1), first, the
また、表示部10での目標作業面の表示にしても、これを図面で表わすようにしてもよいし、数式などで表わすようにしてもよく、オペレータが対象とする目標作業面を容易に認識できるような表示方法とすればよい。さらに、かかる目標作業面に関する情報の入力方法としては、上記のように、記録媒体に記録されていたものを読取装置で読み取るようにしてもよいし、また、キーボードなどの入力手段を用いて手動で入力するようにしてもよい。
In addition, even if the target work surface is displayed on the
以上のように、各選択装置11,12からの上記の情報を取り込んだ(ステップ130)後、制御ユニット7は、これら情報を基に、作業モード選択装置12で選択された作業モードでバケット1cの爪先もしくは奥側先端が目標位置に設定されるときのブーム1a,アーム1b及びバケット1cからなるフロント作業機1Aの全体的な姿勢や上部旋回体1dの向きを演算して求め(ステップ140)、かかる姿勢や向きを取るためのブーム1aやアーム1b,バケット1c,上部旋回体1d(以下、これらを回動部材という)の目標角度を演算して求る(ステップ150)。
As described above, after taking in the above information from each of the
ここで、選択された作業モードが作業モード選択装置12で掘削仕上げモード選択ボタン12bが操作されて掘削モードであるときには、フロント作業機1Aの姿勢は、図4(a)または(b)に示すように、バケット1cの爪先が境界線c−g上または境界線b−f上の目標位置にあるときの姿勢である。また、選択された作業モードが作業モード選択装置12で仕上げモード選択ボタン12bが操作されて第1の仕上げモードであるときには、フロント作業機1Aの姿勢は、図5(a)の(イ)または(ロ)に示すように、バケット1cの爪先が境界線b−f上または境界線c−g上の目標位置にあるときの姿勢であり、作業モード選択装置12で仕上げモード選択ボタン12cが操作されて第2の仕上げモードであるときには、フロント作業機1Aの姿勢は、図5(b)の(イ)または(ロ)に示すように、バケット1cの奥側先端が境界線c−g上または境界線b−f上の目標位置にあるときの姿勢である。さらに、作業モード選択装置12で土羽打ちモード選択ボタン12dが操作されて土羽打ちモードであるときには、フロント作業機1Aの姿勢は、図6(a),(b)に示すように、バケット1cの奥側先端が境界線c−g上または境界線b−f上の目標位置にあるときの姿勢である。
Here, when the selected work mode is the excavation finishing
以下では、これらブーム1aやアーム1b,バケット1c,上部旋回体1d,走行モータ14a,14bを回動部材という。
Hereinafter, the boom 1a, the
そして、ステップ100で入力された操作レバー装置4a〜4fからの操作信号による回動部材の回動角を求めて、これら回動部材毎に、その角度が夫々の目標角度に近づくか否かを判定する(ステップ160)。
And the rotation angle of the rotation member by the operation signal from the
これら回動部材のうちで、操作信号による回動により、その角度が目標位置から遠ざかる回動部材があれば(ステップ160の“No”)、この回動部材に対しては、入力された操作信号を零として(ステップ190)、作動させず(ステップ200)、ステップ100に戻る。 Among these rotating members, if there is a rotating member whose angle moves away from the target position by the rotation of the operation signal (“No” in step 160), the input operation is performed on this rotating member. Set the signal to zero (step 190), do not operate (step 200), and return to step 100.
操作信号による回動により、その角度が目標位置から近づく回動部材に対しては(ステップ160の“Yes”)、その回動部材の角度が回動速度の減速領域に入ったか否かを判定し(ステップ170)、減速領域に入っていなければ(ステップ170の“No”)、ステップ100で入力された操作信号に応じて該当する回動部材を回動させ(ステップ200)、減速領域に入っていなければ(ステップ170の“Yes”)、ステップ100で入力された操作信号に応じて回動角に減速係数α(<1)を乗算して実際の回動角を低減する減速制御を行ない(ステップ180)、低減した回動角だけ回動させる(ステップ200)。
For a rotating member whose angle approaches the target position by the rotation by the operation signal (“Yes” in step 160), it is determined whether or not the angle of the rotating member has entered the rotation speed reduction region. If it is not in the deceleration area (“No” in step 170), the corresponding rotating member is rotated in accordance with the operation signal input in step 100 (step 200), and the deceleration area is entered. If not (“Yes” in step 170), deceleration control is performed to reduce the actual rotation angle by multiplying the rotation angle by the deceleration coefficient α (<1) in accordance with the operation signal input in
ここで、ステップ170での減速領域とは、現在の角度と目標角度の関係がある一定の値以下になった領域をいう。このような領域では、操作レバー装置4a〜4fのいずれか、例えば、ブーム操作レバー装置4aで最大の操作がなされて、最大のブーム操作信号が制御ユニット7に出力された場合、これでブーム1aが回動されると、その角度がその目標角度を超えてしまう状態になる。これを防止するために、減速領域に入った回動部材に対しては、減速制御を行なうものである。この減速制御は、減速領域内でこの回動部材の現在の角度と目標角度との差が小さくなるほど、減衰係数αを小さくしていき、回動角を小さくし、現在の角度と目標角度とが等しくなると、あるいはほとんど等しくなると、減衰係数を零にする。
Here, the deceleration region in
以上のようにして、フロント位置合わせ制御が行なわれて、各回動部材が、その角度がそれらの該当する目標角度となるように、夫々の操作レバー装置4a〜4fの操作に応じて回動し、それらの回動が減速領域に入ると、その回動角が順次低減されていって徐々に目標角度に近づくことになり、角度が目標角度になると、停止することになる。
As described above, the front alignment control is performed, and each rotating member rotates according to the operation of each of the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to this embodiment, A various deformation | transformation is possible.
例えば、上記実施形態では、目標作業面Cを平面としたが、曲面てあってもよく、その微小領域で考えることにより、同様の手法を適用できる。また、各作業モードにおいて、図4〜図6に示すように、目標作業面Cに対するバケット1cの目標位置を、この目標作業面Cに対する油圧ショベル1の位置関係に応じて、目標作業面Cの手前側と奥側との2箇所の境界線いずれかとするようにしたが、フロント位置合わせモード選択スイッチ9が操作開始された瞬間での近い方の境界線上を目標位置としてもよい。
For example, in the above embodiment, the target work surface C is a flat surface, but it may be a curved surface, and the same method can be applied by considering the minute area. Further, in each work mode, as shown in FIGS. 4 to 6, the target position of the
また、上記実施形態では、フロント作業機1Aがブーム,アーム及びバケットの3つのフロント部材を有する油圧ショベルに関するものであったが、ブームが第1のブームと第2のブームとからなる2ピースブーム式、あるいはオフセット式のフロント作業機を有する油圧ショベルであってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、操作レバー装置は電気レバー方式としたが、油圧パイロット方式であってもよいし、フロント作業機1Aの位置と姿勢に関する状態量を検出する手段として回動角を検出する角度検出器8a〜8dを用いたが、シリンダのストロークを検出するようにしてもよい。
In the above embodiment, the operating lever device is an electric lever type, but it may be a hydraulic pilot type, and a rotation angle is detected as a means for detecting a state quantity related to the position and posture of the
さらに、上記実施形態では、左右や前後など車体1Bの傾斜については考慮しなかったが、車体1Bのかかる傾斜を考慮し、表示装置などで車体傾斜をなくすように指示するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the inclination of the
さらに、上記実施形態では、本発明の機能のみを説明したが、例えば、特開2002−167794号公報に記載の領域制限掘削制御などと組み合わせて使用してもよい。 Furthermore, although only the function of the present invention has been described in the above embodiment, for example, it may be used in combination with the area limited excavation control described in JP-A-2002-167794.
上記実施形態では、フロント位置合わせモード選択スイッチ9が押されて、かつ操作レバー装置4a〜4fのいずれかが操作された場合にのみ、フロント位置合わせ制御の処理動作が行なわれるものとしたが、フロント位置合わせモード選択スイッチ9が押されている期間に自動的にバケット1cが目標位置に設定される姿勢になるように、フロント位置合わせ制御が行なわれるようにしてもよい。
In the above embodiment, the front alignment control processing is performed only when the front alignment
1 油圧ショベル
1A フロント作業機
1B 車体
1a ブーム
1b アーム
1c バケット
1d 上部旋回体
1e 下部走行体
2 油圧ポンプ
3a ブームシリンダ
3b アームシリンダ
3c バケットシリンダ
3d 旋回モータ
3e 左走行モータ
3f 右走行モータ
4a ブーム操作レバー装置
4b アーム操作レバー装置
4c バケット操作レバー装置
4d 旋回操作レバー装置
4e 左走行モータ操作レバー装置
4f 右走行モータ操作レバー装置
5a〜5f 流量制御弁
6 リリーフ弁
7 制御ユニット
7a 情報記憶装置
8a ブーム角度検出器
8b アーム角度検出器
8c バケット角度検出器
8d 上部旋回体角度検出器
9 フロント位置合わせモード選択スイッチ
10 表示部
11 作業面選択装置
11a 上キー
11b 下キー
11c 左キー
11d 右キー
11e 決定ボタン
12 作業モード選択装置
12a 掘削モード選択ボタン
12b,12c 仕上げモード選択ボタン
12d 土羽打ちモード選択ボタン
13 操作室
14a 左走行駆動体
14b 右走行駆動体
C 作業対象の目標作業面
DESCRIPTION OF
Claims (3)
1面以上の目標掘削面を表示する表示手段と、
該表示手段で表示される1面以上の目標掘削面から1つの目標掘削面を選択する第1の選択手段と、
掘削モード,仕上げモード及び土羽打ちモードの作業モードから、目的とする作業モードを選択する第2の選択手段と、
該第1の選択手段で選択された該目標掘削面での、該第2の選択手段で選択された該作業モードによる該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算する目標姿勢演算手段と、
該第2の選択手段で選択された該作業モードで、該目標姿勢演算手段で演算された該目標姿勢に近づくように、該フロント作業機の姿勢を制御する制御演算手段と
を設け、
該目標姿勢演算手段は、
該第2の手段で該掘削モードが選択されたときには、該第1の手段で選択された該目標掘削画面の境界線を該バケットの爪先の作業開始時の目標位置とするように、該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算し、
該第2の手段で該仕上げモードが選択されたときには、該第1の手段で選択された該目標掘削画面の境界線を該バケットの爪先もしくは奥側先端の作業開始時の目標位置とするように、該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算し、
該第2の手段で該土羽打ちモードが選択されたときには、該バケットが該第1の手段で選択された該目標掘削画面に接するとき、該バケットの底面の角度が該目標掘削画面と同じ角度となるように、該フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を演算し、
該第2の選択手段で選択された該作業モードで、該フロント作業機の姿勢が該目標姿勢に近づくように、構成したことを特徴とする油圧ショベルの位置合わせ制御装置。 A plurality of front members including a boom, an arm, and a bucket that constitute an articulated front work machine that can turn in the vertical direction, a plurality of hydraulic actuators that respectively drive the plurality of front members, and the plurality of front members And a plurality of hydraulic control valves that are driven in response to operation signals of the plurality of operating means and control the flow rate of pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators. A front control device that is provided in a hydraulic excavator and causes the front work machine to continuously perform excavation work,
Display means for displaying one or more target excavation surfaces;
First selection means for selecting one target excavation surface from one or more target excavation surfaces displayed by the display means;
A second selection means for selecting a target work mode from the work modes of the excavation mode, the finishing mode, and the earthing mode ;
Target posture calculation means for calculating a target posture at the start of work of the front work machine in the work mode selected by the second selection means on the target excavation surface selected by the first selection means; ,
Control operation means for controlling the posture of the front work machine so as to approach the target posture calculated by the target posture calculation means in the work mode selected by the second selection means ;
The target posture calculation means includes
When the excavation mode is selected by the second means, the front line is set so that the boundary line of the target excavation screen selected by the first means is the target position at the start of the operation of the toe of the bucket. Calculate the target posture at the start of work on the work implement,
When the finishing mode is selected by the second means, the boundary line of the target excavation screen selected by the first means is set as the target position at the start of the work on the tip of the bucket or the tip on the back side. In addition, the target posture at the start of work of the front work machine is calculated,
When the earthing mode is selected by the second means, the angle of the bottom surface of the bucket is the same as the target excavation screen when the bucket touches the target excavation screen selected by the first means Calculate the target posture at the start of work of the front work machine so that it becomes an angle,
A hydraulic excavator alignment control device configured so that the posture of the front working machine approaches the target posture in the work mode selected by the second selection means .
前記目標姿勢演算手段は、前記第2の選択手段で選択された作業モードに応じて、前記フロント作業機の作業開始時の目標姿勢を変更することを特徴とする油圧ショベルの位置合わせ制御装置。 The alignment control device for a hydraulic excavator according to claim 1,
The position adjustment control device for a hydraulic excavator, wherein the target posture calculation means changes a target posture at the start of work of the front work machine according to the work mode selected by the second selection means.
前記操作手段の近傍に位置合わせ作業スイッチを設け、
前記位置合わせ作業スイッチが押されているときのみ、前記フロント作業機の姿勢が、前記目標姿勢に近づくように、制御される動作が行なわれることを特徴とする油圧ショベルの位置合わせ制御装置。 The position control device for a hydraulic excavator according to claim 1 or 2,
An alignment work switch is provided in the vicinity of the operation means,
The hydraulic shovel alignment control device is characterized in that the controlled operation is performed so that the posture of the front work machine approaches the target posture only when the alignment operation switch is pressed.
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