JP5314573B2 - 制御装置及びこれを備えた解体機 - Google Patents

Description

本発明は、機体と、この機体に対して変位可能な作業腕と、この作業腕の先端に取り付けられ、作業対象物を把持するための把持装置とを備えた解体機に関するものである。

従来から、作業腕としてのブーム及びアームと、このアームの先端に取り付けられたバケットとを有する油圧ショベルが知られている。この油圧ショベルでは、ブーム、アーム及びバケットの複合操作によってバケットを移動させるため、バケットを思い通りの軌跡に沿って移動させるためにはオペレータの熟練が要求される。

そこで、バケットの移動速度ベクトル及び回転速度を直接入力するための操作レバー装置と、入力された速度でバケットを移動させるようにブーム、アーム及びバケットを駆動する油圧アクチュエータへの作動油の流量を制御する制御ユニットとを備えた油圧ショベルも知られている（例えば、特許文献１）。

特許第３４３７３４８号明細書

しかしながら、特許文献１のように操作レバーの操作量に対応して目標速度を演算し、この目標速度に基づいてバケットの駆動を制御する技術は、作業腕の先端部に把持装置が取り付けられた解体機に対しては有効に採用することができない場合がある。具体的に、解体機では、その把持装置が有する一対の把持部材の間で作業対象物を把持することになるが、両把持部材の間で作業対象物を把持した状態で作業腕を操作する作業（作業対象物の引っ張り作業、捻り作業、ひねり作業、引き千切り作業、捻じ切り作業等）を行った場合、把持装置自体の移動範囲が非常に狭い範囲に制限されるとともに、作業対象物を把持する各把持部材については殆ど移動することがない。したがって、特許文献１のように把持装置自体の速度が目標速度となるように制御すると、オペレータの入力操作が行われるに従い把持装置の目標速度と実際の移動速度との差が大きくなって、オペレータの意図しない力を作業対象物に与えてしまい作業に支障を来たすおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、把持装置によって把持されている作業対象物に必要以上の力を与えるのを抑制することができる制御装置及びこれを備えた解体機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、機体と、この機体に対して変位可能な作業腕と、この作業腕の先端に取り付けられて作業対象物を把持可能な把持装置とを備えた解体機に設けられる制御装置であって、前記作業腕を前記機体に対して変位させるための油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに給排される作動油の流量を調整可能な制御弁と、前記機体に対する前記把持装置の変位方向及び変位量を入力するための入力手段と、前記入力手段により入力された変位方向及び変位量に基づいて前記油圧アクチュエータの目標推力を特定するとともに、この目標推力で前記油圧アクチュエータが作動するように前記制御弁による作動油の流量を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする制御装置を提供する。

本発明によれば、入力手段により入力された変位方向及び変位量に基づいて特定された油圧アクチュエータの目標推力で作動するように油圧アクチュエータに対する作動油の流量を制御することとしているため、入力手段の操作に応じた適当な力を常に把持装置に与えることができる。

したがって、本発明によれば、把持装置によって把持されている作業対象物に必要以上の力が与えられるのを抑制することができる。

また、本発明は、機体と、この機体に対して変位可能な作業腕と、この作業腕の先端に取り付けられて作業対象物を把持可能な把持装置とを備えた解体機に設けられる制御装置であって、前記作業腕を前記機体に対して変位させるための油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに対して作動油を給排するための給排油路と、前記給排油路に設けられ、当該給排油路内の圧力が予め設定されたリリーフ圧以上になると当該給排油路をタンクに開放するとともに、前記リリーフ圧を調整可能に構成された可変リリーフ弁と、前記機体に対する前記把持装置の変位方向及び変位量を入力するための入力手段と、前記入力手段により入力された変位方向及び変位量に基づいて前記油圧アクチュエータの目標推力を特定するとともに、この目標推力で前記油圧アクチュエータを作動させるための圧力が前記リリーフ圧となるように前記可変リリーフ弁を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする制御装置を提供する。

本発明によれば、入力手段により入力された変位方向及び変位量に基づいて特定された目標推力で油圧アクチュエータを作動させるための圧力がリリーフ圧となるように可変リリーフ弁が制御されているため、前記目標推力以上の力で油圧アクチュエータが作動するのを抑制することができる。

したがって、本発明によれば、把持装置によって把持されている作業対象物に必要以上の力を与えるのを抑制することができる。

前記制御装置において、前記作業腕の姿勢を検出するための姿勢検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記姿勢検出手段による検出結果に基づいて前記作業腕の姿勢を保持するための油圧アクチュエータの保持力を特定するとともに、前記入力手段により入力された把持装置の変位方向及び変位量に基づいて前記油圧アクチュエータを現在位置から変位させるための変位力を特定し、これら保持力と変位力とを加算したものを前記油圧アクチュエータの目標推力とすることが好ましい。

この構成によれば、保持力によって作業腕の姿勢を保持させた上で、この作業腕を変位させるための変位力を油圧アクチュエータに与えることにより、オペレータにより入力された変位方向及び変位量に応じた作業腕の姿勢変化を実現することができるため、より正確に把持装置を変位させることができる。

前記制御装置において、前記制御手段は、前記変位力を前回特定したときにおける前記作業腕の姿勢と現時点における作業腕の姿勢とに基づいて現時点において前記把持装置に働いている原付加力を特定するとともに、この原付加力と今回特定された変位力との向きが異なる場合に、前記原付加力の向きを変位力の向きに近づける方向に変位力を補正することが好ましい。

この構成によれば、現時点において把持装置に働いている原付加力と、これから与えようとする力の向きが異なる場合に、これから与えようとする変位力の向きをオペレータの意図する方向により近づけることができる。

また、本発明は、機体と、この機体に対して変位可能な作業腕と、この作業腕の先端に取り付けられて作業対象物を把持可能な把持装置と、前記制御装置とを備えていることを特徴とする解体機を提供する。

本発明によれば、作業対象物に必要以上の力を与えるのを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る解体機の全体構成を示す左側面図である。 図１の解体機に設けられた制御装置の全体構成を示す回路図である。 図２の制御部により実行される処理のメインルーチンを示すフローチャートである。 図３の力制御処理を示すフローチャートである。 図４のステップＴ２で使用されるテーブルを示す図であり、（ａ）はＸ方向操作手段について、（ｂ）はＹ方向操作手段について、（ｃ）はＺ方向操作手段について、（ｄ）は上下操作手段について、（ｅ）は回転操作手段についてそれぞれ示したものである。 図４のステップＴ３を説明するための概念図である。 図４のステップＴ４を説明するための概念図であり、（ａ）はブームシリンダについて、（ｂ）はアームシリンダについて、（ｃ）は作業シリンダについてそれぞれ示したものである。 図４のステップＴ５を説明するための概念図である。 図４のステップＴ７を説明するための概念図である。 図３の速度制御処理を示すフローチャートである。 本発明の別の実施形態に係る制御装置の全体構成を示す回路図である。 図１１の制御部が実行する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る解体機の全体構成を示す左側面図である。

図１を参照して、解体機１は、クローラ２ａを有する自走式の下部走行体２と、この下部走行体２上に旋回可能に設けられた上部旋回体３と、これら下部走行体２及び上部旋回体３に設けられた油圧機器の駆動を制御する制御装置２１（図２参照）とを備えている。

上部旋回体３は、前記下部走行体２上に旋回可能に搭載された旋回フレーム４と、この旋回フレーム４上に立設されたキャビン６と、前記旋回フレーム４の前部に起伏可能に取り付けられた作業アタッチメント５とを備えている。作業アタッチメント５は、旋回フレーム４に対して水平方向の軸回りに起伏可能に設けられたブーム７と、このブーム７の先端部に対して水平方向の軸回りに揺動可能に取り付けられたアーム８と、このアームの先端部に対して水平方向の軸回りに回動可能に取り付けられた把持装置９とを有している。

ブーム７は、ブームシリンダ１０の伸縮に応じて起伏し、アーム８は、アームシリンダ１１の伸縮に応じてブーム７に対して揺動し、把持装置９は、作業シリンダ１２の伸縮に応じてアーム８に対して回動する。本実施形態では、ブーム７及びアーム８が上部旋回体３に対して変位する作業腕の一例を構成している。

把持装置９は、前記アーム８の先端部に取り付けられた取付部１４と、この取付部１４に対して回動可能に装着された支持部１５と、この支持部１５に対して水平方向の軸回りに開閉可能に設けられた一対の把持部材１６、１７と、これら把持部材１６、１７の基端部を接離させることにより当該把持部材１６、１７の先端部を開閉させる開閉シリンダ１８と、前記取付部１４に対して支持部材１５を回動させる回転用モータ３０（図２）とを備えている。なお、支持部１５は、各把持部材１６、１７の間に把持された作業対象物を捻ることができるように、前記取付部１４に対して回動可能に取り付けられている。

図２は、図１の解体機１に設けられた制御装置２１の全体構成を示す回路図である。

図２を参照して、制御装置２１は、後述する油圧アクチュエータに対する作動油の給排を行うための油圧系統２２と、この油圧系統２２の構成機器を電気的に制御する電気系統２３とを備えている。なお、図２では、前記油圧アクチュエータとして、前記ブームシリンダ１０、前記アームシリンダ１１、前記作業シリンダ１２、前記回転用モータ３０、及び、前記上部旋回体３を下部走行体２に対して旋回するための旋回モータ２９を現している（以下、総称する場合には、油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０とする）。

油圧系統２２は、エンジン等のポンプ駆動装置２８と、ポンプ駆動装置２８により駆動される油圧ポンプ２４と、油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０に給排される作動油の流量をそれぞれ調整可能な制御弁２６Ａ〜２６Ｅと、油圧ポンプ２４から延びるとともに分岐して各制御弁２６Ａ〜２６Ｅに接続する供給油路Ｒ１と、この供給油路Ｒ１の各制御弁２６Ａ〜２６Ｅの手前側の位置にそれぞれ設けられた調整弁２５Ａ〜２５Ｅと、これら調整弁２５Ａ〜２５Ｅのそれぞれのパイロットポートに接続されたパイロット油路Ｒ２Ａ〜Ｒ２Ｅと、これらパイロット油路Ｒ２Ａ〜Ｒ２Ｅを合流させるとともに絞り２７を介してタンクに接続された連通油路Ｒ３とを備えている。

この油圧系統２２では、各油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０のうち最も負荷の高い作業が行なわれている油圧アクチュエータの供給側の圧力を基準として、全ての調整弁２５Ａ〜２５Ｅの開度が調整されるようになっている。具体的に、ブームシリンダ１０が最も高い負荷の作業を行なっている場合、当該ブームシリンダ１０の供給側の圧力が最も高くなるところ、この圧力は、パイロット油路Ｒ２Ｂ及び連通油路Ｒ３を介して全てのパイロット油路Ｒ２Ａ〜Ｒ２Ｅで共通となるため、当該圧力に応じて全ての調整弁２５Ａ〜２５Ｅが操作されることになる。より具体的に、前記調整弁２５Ａ〜２５Ｅは、それぞれ閉鎖位置から全開位置までの間で開度を調整しつつ切換操作可能に構成され、パイロット圧が与えられていない状態においては、全開位置に付勢されている。

前記制御弁２６Ａ〜２６Ｅは、それぞれソレノイド式の３位置切換弁である。具体的に、制御弁２６Ａ〜２６Ｅは、油圧ポンプ２４からの作動油をタンクに回収するとともに各油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０の吸引側及び導出側の油路を閉鎖する図２に示す中立位置と、油圧ポンプ２４からの作動油を油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０それぞれの供給側油路に導くとともに油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０からの作動油をタンクに導く正逆２つの切換位置とを有している。

一方、前記電気系統２３は、前記各制御弁２６Ａ〜２６Ｅの切換位置を制御する制御部（制御手段）３１と、この制御部３１に接続された電子機器とを備えている。この電子機器には、ポンプ圧センサ２４ａ、回転数センサ２８ａ、モード切換手段３２、Ｘ方向操作手段３３、Ｙ方向操作手段３４、Ｚ方向操作手段３５、上下操作手段３６、回転操作手段３７、Ｘ方向操作量センサ３８、Ｙ方向操作量センサ３９、Ｚ方向操作量センサ４０、上下操作量センサ４１、回転操作量センサ４２、ブーム角度センサ４３、アーム角度センサ４４、把持装置上下角度センサ４５が含まれる。

ポンプ圧センサ２４ａは、油圧ポンプ２４の吐出圧を検出するものであり、回転数センサ２８ａは、エンジン等からなるポンプ駆動装置２８の回転数を検出するものである。これらポンプ圧センサ２４ａ及び回転数センサ２８ａによる検出圧に基づいて、制御部３１は、油圧ポンプ２４の吐出流量を算出する。

モード切換手段３２は、詳しくは後述するが、オペレータの入力操作に応じた力を発生させるように作業アタッチメント５の動作を制御する力制御処理を行うか、オペレータの入力操作に応じた速度を発生させるように作業アタッチメント５の動作を制御する速度制御処理を行うかをオペレータが選択操作するためのものである。

Ｘ方向操作手段３３は、Ｘ方向（キャビン６内のオペレータから見た前後方向）における把持装置９の移動方向（前又は後）及びその移動量を入力操作するためのものである。このＸ方向操作手段３３の操作方向及び操作量は、Ｘ方向操作量センサ３８により検出される。

Ｙ方向操作手段３４は、Ｙ方向（キャビン６内のオペレータから見た左右方向）における把持装置９の移動方向（左又は右）及びその移動量を入力操作するためのものである。このＹ方向操作手段３４の操作方向及び操作量は、Ｙ方向操作量センサ３９により検出される。

Ｚ方向操作手段３５は、Ｚ方向（上下方向）における把持装置９の移動方向（上又は下）及びその操作量を入力操作するためのものである。このＺ方向操作手段３５の操作方向及び操作量は、Ｚ方向操作量センサ４０により検出される。

上下操作手段３６は、アーム８に対する把持装置９の回動方向（図１の右回り又は左周り）及びその回動量を入力操作するためのものである。この上下操作手段３６の操作方向及び操作量は、上下操作量センサ４１により検出される。

回転操作手段３７は、把持装置９の取付部１４に対する支持部１５の回転方向（捻りの正逆方向）及びその回転角を入力操作するためのものである。この回転操作手段３７の操作方向及び操作量は、回転操作量センサ４２により検出される。

ブーム角度センサ４３は、ブーム７の起伏角θBmを検出する。具体的に、θBmは、図８に示すように、ブームフットピンとブーム７とアーム８とを連結する軸とを結ぶブーム線Ｎ１と、水平線との間の角度のことである。

アーム角度センサ４４は、アーム８の角度θAmを検出する。具体的に、θAmは、図８に示すように、ブーム７とアーム８とを連結する軸とアーム８と把持装置９とを連結する軸とを結ぶアーム線Ｎ２と、前記ブーム線Ｎ１の延長部分との間の角度のことである。

把持装置上下角センサ４５は、把持装置９の角度θNbを検出する。具体的に、θNbは、図８に示すように、アーム８と把持装置９とを連結する軸と把持装置９の先端部とを結ぶ把持装置線Ｎ３と、前記アーム線Ｎ２との間の角度のことである。

制御部３１は、演算処理を行うＣＰＵ、初期設定等を記憶するＲＯＭ及び各種情報の一時的な記憶領域として利用されるＲＡＭ（ＲＰＲＯＭ、ＥＰＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等を含む）を有するコントローラであり、以下のような処理を実行する。

図３は、図２の制御部３１により実行される処理のメインルーチンを示すフローチャートである。図４は、図３の力制御処理を示すフローチャートである。

図３を参照して、制御部３１による処理が実行されると、まずモード切換手段３２により力制御モードが選択されているか否かが判定される（ステップＳ１）。ここで、力制御モードが選択されていると判定されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、力制御処理Ｔが実行される一方、力制御モードが選択されていないと判定されると（ステップＳ１でＮＯ）、速度制御処理Ｕが実行される。

以下、まず力制御処理Ｔについて図３及び図４を参照して説明する。

力制御処理Ｔが開始されると、まず、前記各センサ３８〜４５による検出値が入力される（ステップＴ１）。ここで、入力値には、ポンプ圧センサ２４ａによるポンプ圧Ｐp、回転数センサ２８ａによる回転数Ｎp、Ｘ方向操作量センサ３８による操作量Ｌx、Ｙ方向操作量センサ３９による操作量Ｌy、Ｚ方向操作量センサ４０による操作量Ｌz、上下操作量センサ４１による操作量Ｌnu、回転操作量センサ４２による操作量Ｌnr、ブーム角度センサ４３によるブーム角θBm、アーム角度センサ４４によるアーム角θAm、及び、把持装置上下角センサ４５による把持装置角θNbが含まれる。

次いで、把持装置９の先端部を移動させるための目標推力及び目標トルクを決定する（ステップＴ２）。具体的に、制御部３１には、図５の（ａ）に示すように操作量ＬxとＸ方向の目標推力Ｆxとの関係を示すテーブル、図５の（ｂ）に示すように操作量ＬyとＹ方向の目標推力Ｆyとの関係を示すテーブル、図５の（ｃ）に示すように操作量ＬzとＺ方向の目標推力Ｆzとの関係を示すテーブル、図５の（ｄ）に示すように操作量Ｌnuと上下方向の目標トルクとの関係を示すテーブル、及び、図５の（ｅ）に示すように操作量Ｌnrと回転方向の目標トルクとの関係を示すテーブルが記憶されており、これらのテーブルと操作量Ｌx、Ｌy、Ｌz、Ｌnu、Ｌnrとに基づいて把持装置９の目標推力及び目標トルクが決定される。より具体的に、ステップＴ２では、Ｘ方向の目標推力Ｆxと、Ｙ方向の目標推力Ｆyと、Ｚ方向の目標推力Ｆzと、上下方向の回動のための目標トルクＴq_Nb（図８参照）及び、捻り方向の目標トルクが決定される。

次に、把持装置９のＸ方向及びＺ方向の目標推力Ｆx、Ｆzについて補正量を算出する（ステップＴ３）。具体的には、まず、以下数式１及び数式２に基づいて、把持装置９の先端部のＸ−Ｚ平面上における座標を算出する。

ここで、Ｌ1は、図８に示すようにブームフットピンからブーム７とアーム８とを連結する軸までの長さであり、Ｌ2は、ブーム７とアーム８とを連結する軸からアーム８と把持装置９とを連結する軸までの長さであり、Ｌ3は、アーム８と把持装置９とを連結する軸から把持装置９の先端部までの長さである。

そして、これらの座標を今回の制御周期のものＸNB（ｋ）、ＺNB（ｋ）及び、前回の制御周期のものＸNB（ｋ−１）、ＺNB（ｋ−１）について算出し、これらを用いて以下の数式３及び数式４に基づいて、現時点において把持装置９に実際に働いている力ＦX_N及びＦZ_NBを算出する。

ここで、ＫFは、位置変化を力に換算するための係数である。

次に、図６に示すように、実際に働いている力ＦX_NB及びＦX_NBから前記目標推力Ｆx及びＦzに対する垂線に相当する補正量Ｆx_c及びＦz_cを算出する。そして、以下の数式５及び数式６のように、前記補正量を加味した把持装置９の先端部の目標推力のＸＺ成分Ｆx_s及びＦz_sを算出する。

次いで、把持装置９の目標推力Ｆx_s及びＦz_sをブームシリンダ１０及びアームシリンダ１１の目標推力に変換する（ステップＴ４）。具体的には、まず、以下の数式７に基づいて把持装置９の目標推力Ｆx_s及びＦz_sをブーム７の回転トルクＴq_Bm（図８参照）及びアーム８の回転トルクＴq_Am（図８参照）に変換する。

次に、以下の数式８及び数式９に基づいて、回転トルクＴq_Bm及びＴq_Amを、ブームシリンダ１０の目標推力Ｆcy_Bm及びアームシリンダ１１の目標推力Ｆcy_Amに変換する。

ここで、Ｌ1Bは、図７の（ａ）に示すように、ブームフットピンからブームシリンダ１０のロッドとブーム７との連結位置までの距離であり、Ｌ2Bは、ブームフットピンからブームシリンダ１０のヘッドと旋回フレーム４との連結位置までの距離であり、θBCは、Ｌ1BとＬ2Bとの間の角度である。またＬ1Aは、図７の（ｂ）に示すように、ブーム７とアーム８との連結軸からアームシリンダ１１のヘッドとブーム７との連結位置までの距離であり、Ｌ2Aは、ブーム７とアーム８との連結軸からアームシリンダ１１のロッドとアーム８との連結位置までの距離である。

また、ステップＴ４では、前記ステップＴ２で決定された把持装置９の上下方向の回動トルクＴq_Nbを、作業シリンダ１２の目標推力Ｆcy_Nbに変換する。具体的に、制御部３１には、作業シリンダ１２のシリンダ長ＬNbと、把持装置９の上下角度との関係を規定するものとして図７の（ｃ）に示すテーブルが予め記憶されており、制御部３１は、このテーブルの勾配を意図する変換係数（シリンダ長ＬNbに応じた力−トルク変換係数）１／ａ（ＬNb）と、前記回動トルクＴq_Nbとを用いて下記数式１０に基づいて作業シリンダ１２の目標推力Ｆcy_Nbを算出する。

次いで、作業アタッチメント５の自重に応じたブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及び作業シリンダ１２の必要保持力を算出する（ステップＴ５）。

具体的には、まず、必要保持トルクを算出する。ブームシリンダ１０の必要保持トルクＴq_Bmは、以下の数式１１に基づいて算出され、アームシリンダ１１の必要保持トルクＴq_Amは、以下の数式１２に基づいて算出され、作業シリンダ１２の必要保持トルクＴq_Nbは、以下の数式１３に基づいて算出される。

ここで、Ｍ1は、ブームの質量であり、Ｍ2はアームの質量であり、Ｍ3は把持装置９の質量である。また、図８に示すように、Ｌg1は、ブームフットピンとブーム７の重心とを結ぶ直線Ｎ４の長さであり、Ｌg2は、ブーム７とアーム８とを連結する軸とアーム８の重心とを結ぶ直線Ｎ５の長さであり、Ｌg3は、アーム８と把持装置９とを連結する軸と把持装置９の重心とを結ぶ直線Ｎ６の長さである。θBm_sは、前記直線Ｎ１と直線Ｎ４との間の角度であり、θAm_sは、前記直線Ｎ２と直線Ｎ５との間の角度であり、θNb_sは、前記直線Ｎ３と直線Ｎ６との間の角度である。また、ｇは、重力加速度である。

次に、上記各トルクＴq_Bm、Ｔq_Am、Ｔq_Nbを以下の数式１４〜１６に基づいて各シリンダ１０〜１２の必要保持力に換算する。

ここで、θBC_OSは、ブーム角度が０であるときのθBCであり、θAC_OSは、アーム角度が０であるときのθACである。なお、ブーム角度が０とは、ブームフットとアームフットとを結ぶ直線（ブーム線Ｎ１：図８参照）が旋回フレーム４の表面（走行面）に対して平行な状態である。また、アーム角度が０とは、ブームフットとアームフットとを結ぶ直線（ブーム線Ｎ１）がアームトップとアームフットとを結ぶ直線（アーム線Ｎ２：図８参照）と一直線になる姿勢のことである。

次いで、各シリンダ１０〜１２の目標圧力を算出する（ステップＴ６）。具体的には、まず、ステップＴ４で算出された目標推力と、ステップＴ５で算出された必要保持力とを用いて、以下の数式１７〜１９に基づいて各シリンダ１０〜１２の目標推力ＦBm、ＦAm、及びＦNbを算出する。

次に、以下の式２０〜２２に基づいて各シリンダ１０〜１２の目標圧力ＰF_Bm、ＰF_Am、及びＰF_Nbを算出する。なお、これら数式２０〜２２では、各式において右側に記載される条件に合致するものを目標圧力として選択するようになっている。

ここで、Ｐminは、油圧回路の最低圧である。また、ＡBm_Rは、ブームシリンダ１０のロッド側の受圧面積であり、ＡBm_Hは、ブームシリンダ１０のヘッド側の受圧面積である。ＡAm_Hは、アームシリンダ１１のヘッド側の受圧面積であり、ＡAm_Rは、アームシリンダ１１のロッド側の受圧面積である。ＡNb_Hは、作業シリンダ１２のヘッド側の受圧面積であり、ＡNb_Rは、作業シリンダ１２のロッド側の受圧面積である。

なお、ステップＴ６では、以下の数式２３及び数式２４に基づいて、把持装置９の回転用モータ３０の目標圧力ＰF_Nbr及び旋回モータ２９の目標圧力ＰF_Swを算出する。

ここで、βNbは、回転トルクと圧力との変換係数であり、βSwは、旋回トルクと圧力との変換係数である。また、Ｔq_Nbrは、前記回転操作手段３７（図２）の操作量に比例する値として求められる把持装置９の回転トルクであり、Ｔq_Swは、前記Y方向操作手段３４の操作量に比例する値として求められる上部旋回体３の旋回トルクである。

次いで、前記制御弁２６Ａ〜２６Ｅの目標切換位置を決定する（ステップＴ７）。具体的には、まず、油圧ポンプ２４のポンプ圧Ｐpとポンプ駆動装置２８の回転数Ｎpとに基づいて油圧ポンプ２４のポンプ流量Ｑpを算出する。次に、このポンプ流量Ｑp及び上述したステップで算出された値を以下の数式２５〜３５に代入して、各アクチュエータ１０〜１２、２９、３０に対して作動油を供給するための各制御弁２６Ａ〜２６Ｅの開口面積（ブリードオフ開口面積）ＡSw_B、ＡBm_B、ＡAm_B、ＡNb_B、ＡNbr_Bを算出する。

ここで、ＱSw_F、ＱBm_F、ＱAm_F、ＱNb_F、ＱNbr_Fは、各調整弁２５Ａ〜２５Ｅを通過する作動油の流量である。ＡSw_F、ＡBm_F、ＡAm_F、ＡNb_F、ＡNbr_Fは、各調整弁２５Ａ〜２５Ｅの開口面積である。ＱSw_B、ＱBm_B、ＱAm_B、ＱNb_B、ＱNbr_Bは、各制御弁２６Ａ〜２６Ｅを通過する作動油の流量である。Ｃは、流量係数である。

つまり、前記ステップＴ７では、数式２５〜３５の１１式によって、ＱSw_F、ＱBm_F、ＱAm_F、ＱNb_F、ＱNbr_F、ＡSw_B、ＡBm_B、ＡAm_B、ＡNb_B、ＡNbr_B、Ｐpの１１個の変数について解を求める。なお、上述のように推力による制御を行っている状態では、各アクチュエータ１０〜１２、２９、３０は、ほぼ停止しているものと仮定することができるため、ＱSw_B＝ＱSw_F、ＱBm_B＝ＱBm_F、ＱAm_B＝ＱAm_F、ＱNb_B＝ＱNb_F、ＱNbr_B＝ＱNbr_Fとして扱うことができる。また、ＡSw_F、ＡBm_F、ＡAm_F、ＡNb_F、ＡNbr_Fは、各アクチュエータ１０〜１２、２９、３０に生じる最大負荷圧と各アクチュエータ１０〜１２、２９、３０それぞれの負荷圧との差によって決定される調整弁２５Ａ〜２５Ｅの開口面積であり、調整弁２５Ａ〜２５Ｅのパイロット圧に応じて一義的に定まる値である。

そして、上記式２５〜３５により得られた開口面積ＡSw_B、ＡBm_B、ＡAm_B、ＡNb_B、ＡNbr_Fに基づいて各制御弁２６Ａ〜２６Ｅの切換位置を決定する。具体的に、制御部３１には、開口面積と制御弁の切換位置とによって規定される図９に示すテーブルが各制御弁２６Ａ〜２６Ｅごとに記憶されており、上記のように算出された開口面積に対応する切換位置を前記テーブルから読み出すことにより各制御弁２６Ａ〜２６Ｅの目標切換位置を決定する。

そして、このように決定された目標切換位置となるように、各制御弁２６Ａ〜２６Ｅを操作して（ステップＴ８）、メインルーチンにリターンする。

以下、図１０を参照して速度制御処理Ｕについて説明する。

速度制御処理Ｕが実行されると、まず、前記各センサ３８〜４５による検出値が入力される（ステップＵ１）。

次いで、把持装置９の先端部を移動させるための目標速度を決定する（ステップＵ２）。具体的に、このステップＵ２では、各操作量センサ３８〜４２により入力された操作量と、操作量と速度との関係を示すものとして制御部３１に予め記憶されたテーブルとに基づいて各方向の目標速度を決定する。

次に、把持装置９の目標速度の補正量を算出する（ステップＵ３）。具体的には、まず、現時点における把持装置９の座標と、前回の制御周期における把持装置９の座標とを算出し、これら座標間を１周期に相当する時間で除することにより、実際に把持装置９が移動している速度を算出する。そして、この実際の速度（ベクトル）から前記ステップＵ２で算出された目標速度（ベクトル）に対する垂線に相当する補正量を算出し、これをステップＵ２で算出された目標速度に加算して新たな目標速度に設定する。

次いで、このように補正された把持装置９の目標速度を油圧アクチュエータの目標速度に変換する（ステップＵ４）。具体的に、このステップＵ４では、前記力制御処理Ｔと同様に把持装置９の目標速度のＸＺ成分を、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及び作業シリンダ１２の目標速度に変換する。なお、回転用モータ３０及び旋回モータ２９の目標速度は、各操作手段３４、３７の操作量に比例した速度に設定される。

次に、前記ステップＴ５と同様に各シリンダ１０〜１２の必要保持力を算出する（ステップＵ５）。

次いで、前記必要保持力に抗して前記目標速度で油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０を作動させるための各制御弁２６Ａ〜２６Ｅの目標切換位置を算出し（ステップＵ６）、この目標切換位置となるように各制御弁２６Ａ〜２６Ｅを操作して（ステップＵ７）、メインルーチンにリターンする。

以上説明したように、前記実施形態によれば、各操作手段３３、３５により入力された把持装置９の変位方向及び変位量に基づいて特定された目標推力で作動するようにブームシリンダ１０及びアームシリンダ１１に対する作動油の流量を制御することとしているため、操作手段３３、３５の操作に応じた適当な力を常に把持装置９に与えることができる。

したがって、前記実施形態によれば、把持装置９によって把持されている作業対象物に必要以上の力が与えられるのを抑制することができる。

前記実施形態のように、保持力であるＦBm_kp、ＦAm_kpによってブーム７及びアーム８の姿勢を保持させた上で、これらブーム７及びアーム８を変位させるための力であるＦCy_Bm、ＦCy_Amを与えることにより、オペレータにより入力された変位方向及び変位量に応じたブーム７及びアーム８の姿勢変化を実現することができるため、より正確に把持装置９を変位させることができる。

前記実施形態のように、実際に把持装置９に与えられている力ＦX_NBの向きを目標推力Ｆx、Ｆzの向きに近づける方向の力の成分Ｆx_c、Ｆz_cを把持装置９の目標推力Ｆx、Ｆzに加える補正をする構成によれば、現時点において把持装置９に働いている力と、これから与えようとする力の向きが異なる場合に、これから与えようとする力の向きをオペレータの意図する方向により近づけることができる。

以下、別の実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。

図１１は、本発明の別の実施形態に係る制御装置の全体構成を示す回路図である。図１２は、図１１の制御部が実行する処理を示すフローチャートである。なお、前記実施形態と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態に係る制御装置４６は、油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０に給排される作動油の流量をそれぞれ調整可能な制御弁４７Ａ〜４７Ｅと、油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０への供給圧が所定のリリーフ圧以上となるのを抑制するための可変リリーフ弁４８Ａ〜４８Ｅとを有する点で前記実施形態とは相違する。

具体的に、制御弁４７Ａ〜４７Ｅは、それぞれソレノイド式の３位置切換弁である。具体的に、制御弁４７Ａ〜４７Ｅは、油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０に対する作動油の給排を停止させる中立位置（図１１の位置）と、油圧ポンプ２４からの作動油を油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０のそれぞれの供給側油路に導くとともに油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０からの作動油をタンクに導く正逆２つの切換位置とを有している。これら制御弁４７Ａ〜４７Ｅには、供給油路Ｒ４を介して作動油が導かれる。

可変リリーフ弁４８Ａ〜４８Ｅは、所定のリリーフ圧以下の条件下において閉鎖した状態とされ、かつ、前記制御部３１からの電気指令に応じて前記リリーフ圧を調整可能に構成されている。これら可変リリーフ弁４８Ａ〜４８Ｅは、各油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０に接続された油路Ｒ５Ａ〜Ｒ５Ｅ又は油路Ｒ６Ａ〜Ｒ６Ｂ内の圧力が前記リリーフ圧になるとそれぞれ開放して、油路５Ａ〜５Ｅ又は油路Ｒ６Ａ〜Ｒ６Ｅ内の圧力を前記リリーフ圧未満にする。

以下、図１２を参照して制御装置４６の制御部３１により実行される処理を説明する。

本実施形態における処理のうちステップＳ１１〜Ｓ１６は、前記実施形態におけるステップＴ１〜Ｔ６と同様である。つまり、ステップＳ１１では、各センサ３８〜４５による検出値が入力される。ステップＳ１２では、Ｘ方向の目標推力Ｆxと、Ｙ方向の目標推力Ｆyと、Ｚ方向の目標推力Ｆzと、上下方向の回動のための目標トルクＴq_Nb（図８参照）及び、捻り方向の目標トルクが決定される。ステップＳ１３では、把持装置９のＸ方向及びＺ方向の目標推力Ｆx、Ｆzについて補正量が算出される。ステップＳ１４では、把持装置９の目標推力Ｆx_s及びＦz_sをブームシリンダ１０及びアームシリンダ１１の目標推力に変換する。ステップＳ１５では、作業アタッチメント５の自重に応じたブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及び作業シリンダ１２の必要保持力を算出する。ステップＳ１６では、各油圧アクチュエータ１０〜１２、２９、３０の目標圧力ＰF_Bm、ＰF_Am、ＰF_Nb、ＰF_Nbr、ＰF_Swを算出する。

そして、ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出された目標圧力ＰF_Bm、ＰF_Am、ＰF_Nb、ＰF_Nbr、ＰF_Swが各可変リリーフ弁４８Ａ〜４８Ｅのリリーフ圧となるように、当該各可変リリーフ弁４８Ａ〜４８Ｅに対して電気信号を出力する。

この実施形態によれば、操作手段３３、３５により入力された把持装置９の変位方向及び変位量に基づいて特定された目標推力ＦBm、ＦAmでブームシリンダ１０及びアームシリンダ１１を作動させるための圧力ＰF_Bm、ＰF_Amがリリーフ圧となるように可変リリーフ弁４８Ａ〜４８Ｅが制御されているため、目標推力ＦBm、ＦAm以上の力でブームシリンダ１０及びアームシリンダ１１が作動するのを抑制することができる。

したがって、本実施形態によれば、把持装置９によって把持されている作業対象物に必要以上の力を与えるのを抑制することができる。

なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、前記各実施形態を組み合わせたものによっても、上述した効果を得ることができる。

ＦBm、ＦAm 目標推力
ＰF_Bm、ＦF_Am 目標圧力
Ｆcy_Bm、Ｆcy_Am 目標推力（変位力）
ＦBm_kp、ＦAm_kp 必要保持力（保持力）
ＦX_NB、ＦZ_NB 実際に働いている力（原付加力）
１ 解体機
２ 下部走行体（機体）
３ 上部旋回体（機体）
７ ブーム（作業腕）
８ アーム（作業腕）
９ 把持装置
１０ ブームシリンダ
１１ アームシリンダ
１２ 作業シリンダ
２１、４６ 制御装置
２６Ａ〜２６Ｅ 制御弁
３１ 制御部（制御手段）
３３〜３７ 操作手段（入力手段）
４８Ａ 可変リリーフ弁

Claims (5)

1. 機体と、この機体に対して変位可能な作業腕と、この作業腕の先端に取り付けられて作業対象物を把持可能な把持装置とを備えた解体機に設けられる制御装置であって、
   前記作業腕を前記機体に対して変位させるための油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータに給排される作動油の流量を調整可能な制御弁と、
   前記機体に対する前記把持装置の変位方向及び変位量を入力するための入力手段と、
   前記入力手段により入力された変位方向及び変位量に基づいて前記油圧アクチュエータの目標推力を特定するとともに、この目標推力で前記油圧アクチュエータが作動するように前記制御弁による作動油の流量を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする制御装置。
2. 機体と、この機体に対して変位可能な作業腕と、この作業腕の先端に取り付けられて作業対象物を把持可能な把持装置とを備えた解体機に設けられる制御装置であって、
   前記作業腕を前記機体に対して変位させるための油圧アクチュエータと、
   前記油圧アクチュエータに対して作動油を給排するための給排油路と、
   前記給排油路に設けられ、当該給排油路内の圧力が予め設定されたリリーフ圧以上になると当該給排油路をタンクに開放するとともに、前記リリーフ圧を調整可能に構成された可変リリーフ弁と、
   前記機体に対する前記把持装置の変位方向及び変位量を入力するための入力手段と、
   前記入力手段により入力された変位方向及び変位量に基づいて前記油圧アクチュエータの目標推力を特定するとともに、この目標推力で前記油圧アクチュエータを作動させるための圧力が前記リリーフ圧となるように前記可変リリーフ弁を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする制御装置。
3. 前記作業腕の姿勢を検出するための姿勢検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記姿勢検出手段による検出結果に基づいて前記作業腕の姿勢を保持するための油圧アクチュエータの保持力を特定するとともに、前記入力手段により入力された把持装置の変位方向及び変位量に基づいて前記油圧アクチュエータを現在位置から変位させるための変位力を特定し、これら保持力と変位力とを加算したものを前記油圧アクチュエータの目標推力とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記変位力を前回特定したときにおける前記作業腕の姿勢と現時点における作業腕の姿勢とに基づいて現時点において前記把持装置に働いている原付加力を特定するとともに、この原付加力と今回特定された変位力との向きが異なる場合に、前記原付加力の向きを変位力の向きに近づける方向に変位力を補正することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 機体と、
   この機体に対して変位可能な作業腕と、
   この作業腕の先端に取り付けられて作業対象物を把持可能な把持装置と、
   請求項１〜４の何れか１項に記載の制御装置とを備えていることを特徴とする解体機。

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