JP6673878B2 - 建設機械の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、建設機械の制御装置に関する。
例えば特許文献1、2などに、従来の建設機械が記載されている。この建設機械は、ブームおよびアームを有するアタッチメントと、ブームを駆動させるブームシリンダと、アームを駆動させるアームシリンダと、を備える。特許文献1、2に記載の技術では、ブームシリンダおよびアームシリンダを制御することで、アタッチメントの所定部位(例えばバケットの先端)を目標軌跡に沿って移動させることが図られている。
特開昭55−30038号公報 国際公開第2015/025985号
しかし、ブームシリンダとアームシリンダとには、例えば起動タイミングの差異や、加速度の差異がある(詳細は後述)。そのため、アタッチメントの所定部位の実際の軌跡(実軌跡)が、目標軌跡から逸脱するおそれがある。また、アタッチメントに掛かる負荷の大きさや向きなどによっても、シリンダの速度が変わり、実軌跡が目標軌跡から逸脱するおそれがある。
特許文献2([0005][0009]など)には、バケットの自重落下により、想定された速度よりもアームシリンダの速度が遅くなるため、想定された速度よりも大きい速度をアームシリンダの推定速度として算出するものが記載されている。しかし、同文献には、想定された速度に対してアームシリンダの速度をどれだけ大きくするかは記載されていない。例えば、想定された速度に対してアームシリンダの速度をどれだけ大きくするかに関するデータを予め計測する場合は、計測に手間がかかる。
そこで本発明は、アタッチメントの所定部位の実軌跡を目標軌跡に近づけることができ、実軌跡を目標軌跡に近づけるためのデータを予め計測する必要性を抑制できる、建設機械の制御装置を提供することを目的とする。
本発明の制御装置は、建設機械に用いられる。前記建設機械は、アタッチメントと、ブームシリンダと、アームシリンダと、を備える。前記アタッチメントは、機械本体に回転自在に取り付けられるブーム、および前記ブームに回転自在に取り付けられるアームを有する。前記ブームシリンダは、前記機械本体に対して前記ブームを回転駆動させる。前記アームシリンダは、前記ブームに対して前記アームを回転駆動させる。制御装置は、姿勢検出装置と、アームシリンダ実速度算出手段と、ブームシリンダ実速度算出手段と、記憶装置と、シリンダ目標速度算出手段と、実速度比率算出手段と、目標速度比率算出手段と、目標速度修正手段と、を備える。前記姿勢検出装置は、前記アームおよび前記ブームそれぞれの姿勢を検出する。前記アームシリンダ実速度算出手段は、前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記アームシリンダの伸縮速度であるアームシリンダ実速度を算出する。前記ブームシリンダ実速度算出手段は、前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記ブームシリンダの伸縮速度であるブームシリンダ実速度を算出する。前記記憶装置は、前記アタッチメントの所定部位の目標軌跡の座標データを予め記憶する。前記シリンダ目標速度算出手段は、前記アタッチメントの前記所定部位が前記目標軌跡に沿って移動するような、前記アームシリンダの伸縮速度の目標値であるアームシリンダ目標速度を算出する。前記シリンダ目標速度算出手段は、前記アタッチメントの前記所定部位が前記目標軌跡に沿って移動するような、前記ブームシリンダの伸縮速度の目標値であるブームシリンダ目標速度を算出する。実速度比率算出手段は、前記アームシリンダ実速度と前記ブームシリンダ実速度との比率である実速度比率を算出する。目標速度比率算出手段は、前記アームシリンダ目標速度と前記ブームシリンダ目標速度との比率である目標速度比率を算出する。目標速度修正手段は、前記実速度比率と前記目標速度比率とに差異がある場合に、前記実速度比率が前記目標速度比率に近づく側に、前記アームシリンダ目標速度および前記ブームシリンダ目標速度の少なくともいずれかを修正する。制御装置は、前記アームシリンダ目標速度に基づいて前記アームシリンダを駆動し、前記ブームシリンダ目標速度に基づいて前記ブームシリンダを駆動する。
上記構成により、アタッチメントの所定部位の実軌跡を目標軌跡に近づけることができ、実軌跡を目標軌跡に近づけるためのデータを予め計測する必要性を抑制できる。
建設機械を横から見た図である。 図1に示す建設機械が備える制御装置を示すブロック図である。 図2に示すアタッチメント目標移動方向算出手段62の説明図である。 図1に示すアタッチメント20などの機構図である。 図2に示すシリンダ目標速度修正量算出手段80の演算を示すフローチャートである。 図2に示すシリンダ30の伸縮速度を示す図である。 図1に示すアタッチメント先端20tの目標軌跡および実軌跡を示す図である。 変形例1−1の図5相当図である。 変形例2の図2相当図である。 変形例3−1の図5相当図である。 変形例3−2の図5相当図である。 比較例の図6相当図である。
図1〜図7を参照して、制御装置40(図2参照)を備える建設機械1(図1参照)について説明する。
建設機械1は、図1に示すアタッチメント20で作業を行う機械であり、例えばショベルである。建設機械1は、下部走行体11と、上部旋回体13(機械本体)と、アタッチメント20と、シリンダ30と、制御装置40(図2参照)と、を備える。
下部走行体11は、建設機械1を走行させる部分であり、例えばクローラを備える。上部旋回体13は、下部走行体11に旋回装置を介して旋回自在に取り付けられる。
アタッチメント20は、上部旋回体13に取り付けられる。アタッチメント20は、ブーム21と、アーム23と、バケット25と、を備える。ブーム21は、上部旋回体13に回転自在(起伏自在)に取り付けられる。アーム23は、ブーム21に回転自在に取り付けられる。バケット25は、アーム23に回転自在に取り付けられる。バケット25は、作業対象(土砂など)の、掘削、ならし、すくい、などの作業を行う部分である。バケット25の先端を、アタッチメント先端20t(アタッチメント20の所定部位)とする。
シリンダ30は、アタッチメント20を作動させる。シリンダ30は、油圧式の伸縮シリンダである。シリンダ30は、ブームシリンダ31と、アームシリンダ33と、バケットシリンダ35と、を備える。ブームシリンダ31は、上部旋回体13に対してブーム21を回転駆動させる。ブームシリンダ31の基端部は、上部旋回体13に回転自在に取り付けられる。ブームシリンダ31の先端部は、ブーム21に回転自在に取り付けられる。アームシリンダ33は、ブーム21に対してアーム23を回転駆動させる。アームシリンダ33の基端部は、ブーム21に回転自在に取り付けられる。アームシリンダ33の先端部は、アーム23に回転自在に取り付けられる。バケットシリンダ35は、アーム23に対してバケット25を回転駆動させる。バケットシリンダ35の基端部は、アーム23に回転自在に取り付けられる。バケットシリンダ35の先端部は、バケット25に回転自在に取り付けられたリンク部材に、回転自在に取り付けられる。なお、図3では各回転軸を黒丸で示した。
制御装置40(図2参照)は、図1に示すアタッチメント20の作動を制御する装置である。制御装置40は、ブーム21とアーム23との複合動作を支援する。図2に示すように、制御装置40は、姿勢検出装置41と、操作装置43と、記憶装置45と、演算装置50と、を備える。
姿勢検出装置41は、図1に示すアーム23およびブーム21それぞれの姿勢(上部旋回体13に対する位置に関する情報)を検出する。図2に示す姿勢検出装置41は、アーム回転角度検出装置41aと、ブーム回転角度検出装置41bと、を備える。アーム回転角度検出装置41aおよびブーム回転角度検出装置41bそれぞれは、角度センサである。アーム回転角度検出装置41aは、図1に示すブーム21に対するアーム23の回転角度を検出し、具体的には例えば図4に示す「θam+θam_offset」を検出する。なお、θam_offsetは定数であり、ブーム21に対してアーム23が回転するとθamが変化する。図2に示すブーム回転角度検出装置41bは、図1に示す上部旋回体13に対するブーム21の回転角度を検出し、具体的には例えば図4に示す「θbm+θbm_offset」を検出する。なお、姿勢検出装置41は、シリンダ30のストローク位置を検出してもよい(後述)。以下では、アタッチメント20およびシリンダ30の構成要素については、主に図1を参照して説明する。
操作装置43(図2参照)は、建設機械1の操作者がアタッチメント20を操作する(駆動させる)ために、操作者に操作される装置である。操作装置43は、建設機械1の運転室内に設けられ、レバーを有する装置(レバー装置)である。図2に示すように、操作装置43は、操作量に基づく電気信号を出力する。例えば、操作装置43が出力する電気信号は、レバーの角度を検出する角度センサから出力される電気信号である。例えば、操作装置43が出力する電気信号は、レバーの角度に応じた油圧パイロット圧に基づく電気信号(油圧センサから出力される電気信号)でもよい。
記憶装置45は、目標設計面の座標データを予め記憶する。目標設計面とは、アタッチメント20による作業において、目標とされる作業対象の形状であり、例えば目標とされる地形である。記憶装置45は、目標設計面の座標データを予め記憶する結果、アタッチメント先端20tの目標軌跡の座標データを予め記憶する。目標軌跡は、アタッチメント先端20tを目標設計面に沿って移動させるための、アタッチメント先端20tの目標とする軌跡である。記憶装置45は、目標設計面の座標データ以外のデータ、例えば演算装置50の演算などに用いられるデータを記憶してもよい。
演算装置50は、算出、比較、および信号の入出力などを行う装置である。下記の各算出手段は、演算装置を用いて具体的に実現されるものである。演算装置50は、シリンダ目標速度算出手段60と、ブームシリンダ実速度算出手段71と、アームシリンダ実速度算出手段72と、シリンダ目標速度修正量算出手段80と、を備える。以下では、演算装置50の各算出手段での演算内容を、演算の順序に沿って説明する。なお、演算の順序は、演算が成立する範囲内で変更可能である。
シリンダ目標速度算出手段60は、アタッチメント先端20tが目標軌跡に沿って移動するような(理想的な)、ブームシリンダ31およびアームシリンダ33の目標速度を算出する。シリンダ目標速度算出手段60は、アームシリンダ目標速度算出手段61と、アタッチメント目標移動方向算出手段62と、アタッチメント目標速度算出手段63と、ブームシリンダ目標速度算出手段64と、を備える。ここでは、操作者が、操作装置43で、アームシリンダ33の目標速度を入力する場合について説明する(他の場合については後述)。
アームシリンダ目標速度算出手段61は、アームシリンダ目標速度(1軸分のシリンダ目標速度)を算出する。アームシリンダ目標速度は、アームシリンダ33の伸縮速度(駆動速度)の目標値である。アームシリンダ目標速度算出手段61は、操作装置43の操作量に基づいて、アームシリンダ目標速度を算出する。操作装置43の操作量とアームシリンダ目標速度(図2では「目標速度」)との関係(特性マップ)は、例えば記憶装置45などに予め定められる。例えば、特性マップは、操作装置43の操作量に応じて、アームシリンダ目標速度が線形的に変化するものである。例えば、特性マップは、操作装置43の操作量に応じて、アームシリンダ目標速度のレベルが段階的に切り替わるものでもよい。
このアームシリンダ目標速度算出手段61により算出されたアームシリンダ目標速度は、アームシリンダ33を制御する電磁比例弁(図示なし)への指令(例えば電流値)に変換される。演算装置50は、この指令を電磁比例弁に出力する。アームシリンダ目標速度の修正量(後述)が0であれば、アームシリンダ目標速度算出手段61で算出されたアームシリンダ目標速度に基づいて、アームシリンダ33が作動する。
アタッチメント目標移動方向算出手段62は、目標軌跡に基づいて、アタッチメント目標移動方向を算出する。この算出には、アタッチメント20の姿勢(姿勢検出装置41の検出結果)が用いられてもよい。アタッチメント目標移動方向は、アタッチメント先端20tが目標軌跡に沿って移動するような、アタッチメント先端20tの移動方向(速度ベクトルの向き)である。具体的には例えば、図3に示すように目標設計面の座標データが記憶装置45に記憶され、アタッチメント先端20tが座標(x1,z1)にあるとする。このとき、図2に示すアタッチメント目標移動方向算出手段62(図2参照)は、目標軌跡に沿ってアタッチメント先端20tを移動させるための、水平方向および鉛直方向それぞれの速度成分を算出する。具体的には、水平方向の速度成分vxが、1とされる(vx=1)。鉛直方向の速度成分vzが、鉛直方向の座標値の差分と、水平方向の座標値の差分と、の比率から求められ、具体的には、vz=(z2−z1)/(x2−x1)から求められる(x2およびz2については図3参照)。
アタッチメント目標速度算出手段63は、アタッチメント目標速度を算出する。アタッチメント目標速度は、アタッチメント先端20tが目標軌跡に沿って移動するような、アタッチメント先端20tの移動速度(向き、速さ)である。アタッチメント目標速度算出手段63は、アームシリンダ目標速度、およびアタッチメント目標移動方向に基づいて、アタッチメント目標速度を算出する。アタッチメント目標速度算出手段63は、アタッチメント20の姿勢に基づいて(姿勢検出装置41の検出結果に基づいて)、アタッチメント目標速度を算出する。
下記の各数式中で用いられる変数を表1に示す。
Figure 0006673878
このアタッチメント目標速度算出手段63によるアタッチメント目標速度の算出は、具体的には次のように行われる。アームシリンダ目標速度に基づいて、アーム目標回転角速度が算出される(下記の数1)。次に、アーム目標回転角速度に基づいて、アタッチメント先端20tの水平方向の目標速度(下記の数2)、および、アタッチメント先端20tの鉛直方向の目標速度(下記の数3)が算出される。数1〜数3の数式中の変数は、数4〜数7、および図3に示す通りである。以下では、主に図2を参照して説明する。
Figure 0006673878
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ブームシリンダ目標速度算出手段64は、ブームシリンダ目標速度を算出する。ブームシリンダ目標速度は、ブームシリンダ31の伸縮速度の目標値である。ブームシリンダ目標速度算出手段64は、アタッチメント目標速度に基づいてブームシリンダ目標速度を算出し、さらに詳しくは、アームシリンダ目標速度および目標軌跡に基づいてブームシリンダ目標速度を算出する。
このブームシリンダ目標速度算出手段64によるブームシリンダ目標速度の算出は、具体的には次のように行われる。アタッチメント目標速度に基づいて、ブーム目標回転角速度が算出される(下記の数8)。数8の数式中の変数は、数9、数10の通りである。次に、ブーム目標回転角速度に基づいて、ブームシリンダ目標速度が算出される(下記の数11)。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
Figure 0006673878
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このブームシリンダ目標速度算出手段64により算出されたブームシリンダ目標速度は、ブームシリンダ31を制御する電磁比例弁(図示なし)への指令(例えば電流値)に変換される。演算装置50は、この指令を電磁比例弁に出力する。ブームシリンダ目標速度の修正量(後述)が0であれば、ブームシリンダ目標速度算出手段64で算出されたブームシリンダ目標速度に基づいて、ブームシリンダ31が作動する。
ブームシリンダ実速度算出手段71は、ブームシリンダ31の伸縮速度の実測値であるブームシリンダ実速度を算出する。ブームシリンダ実速度算出手段71は、姿勢検出装置41の検出結果に基づいて、ブームシリンダ実測値を算出する。
このブームシリンダ実速度算出手段71によるブームシリンダ実速度の算出は、具体的には次のように行われる。ブーム回転角度検出装置41bに検出されたブーム回転角度に基づいて、ブーム回転角速度が算出される(下記の数12)。次に、ブーム回転角速度に基づいて、ブームシリンダ実速度が算出される(下記の数13)。
Figure 0006673878
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アームシリンダ実速度算出手段72は、アームシリンダ33の伸縮速度の実測値であるアームシリンダ実速度を算出する。アームシリンダ実速度算出手段72は、姿勢検出装置41の検出結果に基づいて、アームシリンダ実測値を算出する。
このアームシリンダ実速度算出手段72によるアームシリンダ実測値の算出は、具体的には次のように行われる。アーム回転角度検出装置41aに検出されたアーム回転角度に基づいて、アーム回転角速度が算出される(下記の数14)。次に、アーム回転角速度に基づいて、アームシリンダ実速度が算出される(下記の数15)。
Figure 0006673878
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シリンダ目標速度修正量算出手段80は、シリンダ目標速度算出手段60で算出されたアームシリンダ目標速度およびブームシリンダ目標速度のいずれか(シリンダ目標速度)を修正する場合がある。シリンダ目標速度が修正される理由は次の通りである。
(シリンダ目標速度について)
シリンダ目標速度算出手段60で算出されたシリンダ目標速度は、アタッチメント先端20tが目標設計面に沿って移動するような、理想的な速度である。このシリンダ目標速度通りにシリンダ30(図1参照)の速度が制御されれば、目標設計面に沿ったアタッチメント先端20tの移動を実現できる。しかし、実際には、ブームシリンダ31の速度およびアームシリンダ33の速度は、シリンダ目標速度通りには制御されない。その原因は、例えば、ブームシリンダ31およびアームシリンダ33を駆動する油圧回路の特性から、下記の「起動タイミングの差異」および「加速度の差異」が生じるからである。また、アタッチメント20に掛かる負荷の大きさや方向などにより、シリンダ30の速度が変わるからである。
起動タイミングの差異とは、ブームシリンダ31の起動時間とアームシリンダ33の起動時間との差異である。ブームシリンダ31の起動時間とは、演算装置50がブームシリンダ31およびアームシリンダ33を起動させる駆動指令を出力した時(駆動指令出力時)から、ブームシリンダ31が実際に起動するまでの時間である。アームシリンダ33の起動時間とは、上記の駆動指令出力時から、アームシリンダ33が実際に起動するまでの時間である。
加速度の差異とは、例えば図12に示すように、アームシリンダ33の加速の態様と、ブームシリンダ31の加速の態様と、の差異である。この加速度の差異は、図2に示すアームシリンダ33およびブームシリンダ31それぞれが起動してから、図12に示す所定の目標速度(vcyl_am1、vcyl_bm1)に達するまでに生じる。具体的には、図12に示す例では、アームシリンダ33の伸縮速度が0から所定の目標速度vcyl_am1に達までの時間と、ブームシリンダ31の伸縮速度が0から所定の目標速度vcyl_bm1に達するまでの時間と、に差異がある。これらの、起動タイミングの差異、および加速度の差異により、図2に示すアタッチメント先端20tが目標設計面から逸脱する問題が生じる場合がある。
図1に示すアタッチメント20に掛かる負荷により、シリンダ30の速度が変わる。例えば、バケット25に作業対象(土砂など)や障害物が接触することでバケット25に負荷が掛かる。その結果、バケット25に負荷が掛かっていない場合に対し、シリンダ30に掛かる負荷が変わり、シリンダ30の速度が変わる。また、例えば、アタッチメント20の作動の方向や姿勢などによって、アタッチメント20に掛かる負荷(自重や慣性力など)が変わり、シリンダ30の速度が変わる。これらの場合に、図2に示すアタッチメント先端20tが目標設計面から逸脱する問題が生じる場合がある。
(速度比率について)
アタッチメント先端20tの目標とする移動方向(アタッチメント目標移動方向)がある1つの方向に決定されると、ブームシリンダ31およびアームシリンダ33の目標とする速度比率(下記の目標速度比率)がある1つの値に決定される。よって、ブームシリンダ31およびアームシリンダ33の実際の速度比率(下記の実速度比率)を、この目標速度比率に近づけることで、アタッチメント先端20tの実際の移動方向を、アタッチメント目標移動方向に近づけることができる。一方、実速度比率が目標速度比率から外れると、アタッチメント先端20tの実際の移動方向は、アタッチメント目標移動方向から外れてしまう。そのため、アタッチメント先端20tが目標設計面から逸脱してしまう。そこで、シリンダ目標速度修正量算出手段80は、ブームシリンダ31およびアームシリンダ33の目標移動速度を、速度比率に基づいて修正する。これにより、「起動タイミングの差異」、「加速度の差異」、および、アタッチメント20に掛かる負荷、の少なくともいずれかがある場合でも、アタッチメント先端20tの目標設計面からの逸脱を抑制できる。図5に示すように、シリンダ目標速度修正量算出手段80は、実速度比率算出手段81と、目標速度比率算出手段82と、目標速度修正手段83と、を備える。
実速度比率算出手段81は、アームシリンダ実速度とブームシリンダ実速度との比率である実速度比率を算出する。実速度比率算出手段81は、ブームシリンダ実速度をアームシリンダ実速度で除することで、実速度比率を算出する(下記の数16)。
Figure 0006673878
目標速度比率算出手段82は、アームシリンダ目標速度とブームシリンダ目標速度との比率である目標速度比率を算出する。目標速度比率算出手段82は、ブームシリンダ目標速度をアームシリンダ目標速度で除することで目標速度比率を算出する(下記の数17)。
Figure 0006673878
目標速度修正手段83は、実速度比率と目標速度比率とに差異がある場合に、実速度比率が目標速度比率に近づく側に、シリンダ目標速度(アームシリンダ目標速度およびブームシリンダ目標速度の少なくともいずれか)を修正する。目標速度修正手段83による修正は、具体的には次のように行われる。
(実速度比率>目標速度比率)(ブーム減速)
目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合は、ブームシリンダ実速度が、アームシリンダ実速度に対して、いわば相対的に速い。そこで、目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合に、ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する。そして、下記のように、修正後のブームシリンダ目標速度に基づいてブームシリンダ31(図2参照)を駆動させる。これにより、実速度比率が小さくなり、実速度比率が目標速度比率(修正前のブームシリンダ目標速度に基づいて算出された目標速度比率)に近づく。
この目標速度修正手段83は、目標速度比率とアームシリンダ実速度とに基づいて、ブームシリンダ目標速度の修正量(負の数)を算出する(下記の数18)。修正量を調整するために、目標速度修正手段83は、下記の数19を用いて修正量を算出してもよい。数19中の「gain」は、修正量を調整するための比率(ゲイン)である(他の数式中の「gain」についても同様)。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
次に、目標速度修正手段83は、ブームシリンダ目標速度算出手段64(図2参照)で算出された修正前のブームシリンダ目標速度に、ブームシリンダ目標速度の修正量(負の数)を加えた値を、「修正後のブームシリンダ目標速度」とする。図2に示すように、演算装置50は、修正後のブームシリンダ目標速度に基づいて、ブームシリンダ31を駆動させる。このとき、修正前のブームシリンダ目標速度に基づいてブームシリンダ31が駆動する場合に比べ、ブームシリンダ31が遅い速度で駆動する(ブームシリンダ31が、いわば減速する)。
(実速度比率<目標速度比率)(アーム減速)
目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合は、アームシリンダ実速度が、ブームシリンダ実速度に対して、いわば相対的に速い。そこで、図5に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合に、アームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する。そして、下記のように、修正後のアームシリンダ目標速度に基づいてアームシリンダ33(図2参照)を駆動させる。これにより、実速度比率が大きくなり、実速度比率が目標速度比率(修正前のアームシリンダ目標速度に基づいて算出された目標速度比率)に近づく。
この目標速度修正手段83は、目標速度比率とブームシリンダ実速度とに基づいて、アームシリンダ目標速度の修正量(負の数)を算出する(下記の数20)。修正量を調整するために、目標速度修正手段83は、下記の数21を用いて修正量を算出してもよい。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
次に、目標速度修正手段83は、アームシリンダ目標速度算出手段61(図2参照)で算出された修正前のアームシリンダ目標速度に、アームシリンダ目標速度の修正量(負の数)を加えた値を、「修正後のアームシリンダ目標速度」とする。図2に示すように、演算装置50は、修正後のアームシリンダ目標速度に基づいて、アームシリンダ33を駆動させる。このとき、修正前のアームシリンダ目標速度に基づいてアームシリンダ33が駆動する場合に比べ、アームシリンダ33が遅い速度で駆動する(アームシリンダ33が、いわば減速する)。
(実速度比率=目標速度比率)
目標速度比率が実速度比率に等しい場合、ブームシリンダ31およびアームシリンダ33の実速度が、アタッチメント先端20tが目標設計面に沿って移動するような速度になっている。そこで、目標速度修正手段83(図5参照)は、目標速度比率が実速度比率に等しい場合、アームシリンダ目標速度およびブームシリンダ目標速度を修正しない(修正量を0にする)。
図2に示す演算装置50は、シリンダ目標速度修正量算出手段80の処理が終了すると、シリンダ目標速度算出手段60の処理を再び開始する。そして、新たなアームシリンダ目標速度および新たなブームシリンダ目標速度(新たな目標速度)が算出される。そして、これらの新たな目標速度が、シリンダ目標速度修正量算出手段80で修正される(または修正量が0とされる)。このように、演算装置50は、アームシリンダ目標速度、およびブームシリンダ目標を時々刻々と変化させる。
(比較)
本実施形態および比較例それぞれについて、アタッチメント先端20tを水平移動(水平引き動作)させるシミュレーションを行った。シリンダ目標速度算出手段60で算出されたアームシリンダ目標速度およびブームシリンダ目標速度が、本実施形態ではシリンダ目標速度修正量算出手段80で修正されるが、比較例では修正されない。
(シリンダ速度の比較)
図12に示すように、比較例では、ブームシリンダ31(図2参照)の加速の遅れがある。具体的には、時間t1では、アームシリンダ実速度は所定の目標速度vcyl_am1に達しているが、ブームシリンダ実速度は所定の目標速度vcyl_bm1に達していない。一方、本実施形態では、図6に示すように、主にアームシリンダ33(図2参照)の目標速度が、減少させる側に修正されている。この修正により、アームシリンダ33の伸縮速度が所定の目標速度vcyl_am1に達する時と、ブームシリンダ31の伸縮速度が所定の目標速度vcyl_bm1に達する時と、が同時(またはほぼ同時)となる。
図7に、アタッチメント先端20tの目標軌跡Trと、本実施形態のアタッチメント先端20tの実軌跡Ta1(実際の軌跡)と、比較例のアタッチメント先端20tの実軌跡Ta2と、を示す。比較例では、ブームシリンダ31の加速の遅れがあるため、特にアームシリンダ33およびブームシリンダ31の起動(作動開始)直後に、実軌跡Ta2が目標軌跡Trから逸脱する(実軌跡Ta2の部分Ta2−1を参照)。具体的には、実軌跡Ta2が、目標軌跡Trに対して鉛直方向下側に逸脱する(落ち込む)。一方、本実施形態では、目標軌跡Trに対する実軌跡Ta1の逸脱が、比較例での逸脱に比べて抑制される。このように、本実施形態では、アームシリンダ33およびブームシリンダ31の高精度な複合動作を実現できる。
(第1の発明の効果)
図2に示す制御装置40による効果は次の通りである。制御装置40は、図1に示す建設機械1に設けられる。建設機械1は、アタッチメント20と、ブームシリンダ31と、アームシリンダ33と、を備える。アタッチメント20は、上部旋回体13に取り付けられるブーム21、およびブーム21に回転自在に取り付けられるアーム23を有する。ブームシリンダ31は、上部旋回体13に対してブーム21を回転駆動させる。アームシリンダ33は、ブーム21に対してアーム23を回転駆動させる。図2に示すように、制御装置40は、姿勢検出装置41と、アームシリンダ実速度算出手段72と、ブームシリンダ実速度算出手段71と、記憶装置45と、シリンダ目標速度算出手段60と、を備える。姿勢検出装置41は、アーム23およびブーム21それぞれの姿勢を検出する。アームシリンダ実速度算出手段72は、姿勢検出装置41の検出結果に基づいて、アームシリンダ33の伸縮速度であるアームシリンダ実速度を算出する。ブームシリンダ実速度算出手段71は、姿勢検出装置41の検出結果に基づいて、ブームシリンダ31の伸縮速度であるブームシリンダ実速度を算出する。記憶装置45は、アタッチメント先端20tの目標軌跡の座標データを予め記憶する。シリンダ目標速度算出手段60は、アタッチメント先端20tが目標軌跡に沿って移動するような、アームシリンダ33の伸縮速度の目標値であるアームシリンダ目標速度を算出する。シリンダ目標速度算出手段60は、アタッチメント先端20tが目標軌跡に沿って移動するような、ブームシリンダ31の伸縮速度の目標値であるブームシリンダ目標速度を算出する。
制御装置40は、図5に示すように、実速度比率算出手段81と、目標速度比率算出手段82と、目標速度比率算出手段82と、目標速度修正手段83と、を備える。
[構成1−1]実速度比率算出手段81は、アームシリンダ実速度とブームシリンダ実速度との比率である実速度比率を算出する。目標速度比率算出手段82は、アームシリンダ目標速度とブームシリンダ目標速度との比率である目標速度比率を算出する。
[構成1−2]目標速度修正手段83は、実速度比率と目標速度比率とに差異がある場合に、実速度比率が目標速度比率に近づく側に、アームシリンダ目標速度およびブームシリンダ目標速度の少なくともいずれかを修正する。
[構成1−3]図2に示す制御装置40は、アームシリンダ目標速度に基づいてアームシリンダ33を駆動し、ブームシリンダ目標速度に基づいてブームシリンダ31を駆動する。
上記[構成1−2]および[構成1−3]により、実速度比率が、修正前のブームシリンダ目標速度および修正前のアームシリンダ目標速度から算出された目標速度比率に近付く。よって、アタッチメント先端20tの実軌跡(以下、単に「実軌跡」ともいう)を、目標軌跡に近づけることができる(図7参照)。よって、目標軌跡からの実軌跡の逸脱を抑制できる。例えば、ブームシリンダ31とアームシリンダ33との、起動タイミングの差異および加速度の差異の少なくともいずれかが生じた場合でも、この効果が得られる。また、アタッチメント20(図1参照)に掛かる負荷の大きさや向きなどにかかわらず、この効果が得られる。
上記[構成1−2]の修正に用いられる実速度比率および目標速度比率は、実速度比率算出手段81および目標速度比率算出手段82により算出される値である(上記[構成1−1])。よって、実軌跡を目標軌跡に近づけるためのデータを予め計測(作成)する必要性を抑制でき、例えば計測する必要がない。
(第2の発明の効果)
[構成2−1]図5に示す実速度比率算出手段81は、ブームシリンダ実速度をアームシリンダ実速度で除することで実速度比率を算出する(上記の数16参照)。目標速度比率算出手段82は、ブームシリンダ目標速度をアームシリンダ目標速度で除することで目標速度比率を算出する(上記の数17参照)。
[構成2−2]目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合に、ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する。
上記[構成2−1]および[構成2−2]により、実速度比率を目標速度比率に近づけることができるので、目標軌跡からの実軌跡の逸脱を抑制できる。また、上記[構成2−2]では、ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する。
(目標速度を減少させる側への修正による効果)
ここで、ブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正しようとした場合、ブームシリンダ31の性能から定まるブームシリンダ31(図1参照)の最大速度を超える修正はできない。一方、ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する場合、ブームシリンダ目標速度を確実に修正できる。また、ブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する場合に比べ、ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する場合は、ブームシリンダ31の伸縮速度が遅くなりやすい。よって、ブームシリンダ31の速度を精度良く制御しやすい。
(第3の発明の効果)
図2に示す制御装置40は、上記[構成2−1]を備える。
[構成3]図5に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合に、アームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する。
上記[構成3]および[構成2−1]により、実速度比率を目標速度比率に近づけることができるので、目標軌跡からの実軌跡の逸脱を抑制できる。また、上記「(目標速度を減少させる側への修正による効果)」と同様の効果が得られる(ただし「ブームシリンダ31」を「アームシリンダ33」に、「ブームシリンダ目標速度」を「アームシリンダ目標速度」に読み替える)。
(第10の発明の効果)
[構成10−1]図2に示すように、制御装置40は、操作者に操作される操作装置43を備える。シリンダ目標速度算出手段60は、アームシリンダ目標速度算出手段61と、ブームシリンダ目標速度算出手段64と、を備える。
[構成10−2]アームシリンダ目標速度算出手段61は、操作装置43の操作量に基づいてアームシリンダ目標速度を算出する。ブームシリンダ目標速度算出手段64は、アームシリンダ目標速度、および目標軌跡に基づいて、ブームシリンダ目標速度を算出する(上記の数11参照)。
上記[構成10−2]により、操作装置43の操作量に基づくことなくアームシリンダ目標速度が決まる場合に比べ、アームシリンダ目標速度に操作者の意図を反映させることができる。
(第14の発明の効果)
[構成14]図5に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率とアームシリンダ実速度とに基づいてブームシリンダ目標速度の修正量を算出する(上記の数18、数19参照)。
上記[構成14]により、ブームシリンダ目標速度の修正量に関するデータを予め計測しなくても、実速度比率が目標速度比率に近づく側への、ブームシリンダ目標速度の修正量を算出できる。
(第15の発明の効果)
[構成15]目標速度修正手段83は、目標速度比率とブームシリンダ実速度とに基づいてアームシリンダ目標速度の修正量を算出する(上記の数20、数21参照)。
上記[構成15]により、アームシリンダ目標速度の修正量に関するデータを予め計測しなくても、実速度比率が目標速度比率に近づく側への、アームシリンダ目標速度の修正量を算出できる。
(変形例1:シリンダ目標速度修正量算出手段80などの変形例)
(変形例1−1)
上記実施形態の変形例である変形例1−1について、主に上記実施形態との相違点を説明する。図5に示す目標速度修正手段83は、実速度比率と目標速度比率とが相違する場合、アームシリンダ目標速度およびブームシリンダ目標速度を修正した。この修正は、上記実施形態では「減少させる側」への修正であったが、本変形例では「増加させる側」への修正である。本変形例のシリンダ目標速度修正量算出手段80を図8に示す。
実速度比率算出手段81は、上記実施形態と同様に実速度比率を算出する(下記の数22)。目標速度比率算出手段82は、上記実施形態と同様に目標速度比率を算出する(下記の数23)。
Figure 0006673878
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(実速度比率>目標速度比率)(アーム増速)
目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合に、上記実施形態ではブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正したが、本変形例ではアームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する。目標速度修正手段83は、目標速度比率とブームシリンダ実速度とに基づいて、アームシリンダ目標速度の修正量(正の数)を算出する(下記の数24)。目標速度修正手段83は、下記の数25を用いて修正量を算出してもよい。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
次に、図2に示すように、演算装置50は、上記実施形態の「(アーム減速)」の場合と同様に、修正後のアームシリンダ目標速度に基づいてアームシリンダ33を駆動させる。このとき、修正前のアームシリンダ目標速度に基づいてアームシリンダ33が駆動する場合に比べ、アームシリンダ33が速い速度で駆動する(アームシリンダ33がいわば増速する)。
(実速度比率<目標速度比率)(ブーム増速)
図8に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合に、上記実施形態ではアームシリンダ目標速度を減少させる側に修正したが、本変形例ではブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する。目標速度修正手段83は、目標速度比率とアームシリンダ実速度とに基づいて、ブームシリンダ目標速度の修正量(正の数)を算出する(下記の数26)。目標速度修正手段83は、下記の数27を用いて修正量を算出してもよい。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
次に、図2に示すように、演算装置50は、上記実施形態の「(ブーム減速)」の場合と同様に、修正後のブームシリンダ目標速度に基づいてブームシリンダ31を駆動させる。このとき、修正前のブームシリンダ目標速度に基づいてブームシリンダ31が駆動する場合に比べ、ブームシリンダ31が速い速度で駆動する(ブームシリンダ31がいわば増速する)。なお、目標速度比率と実速度比率とが等しい場合は、上記実施形態と同様に、目標速度の修正を行わない(以下の変形例も同様)。
(第4の発明の効果)
変形例1−1の制御装置40による効果は次の通りである。制御装置40は、上記[構成2−1]を備える。
[構成4]図8に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合に、アームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する。
上記[構成4]および[構成2−1]により、実速度比率を目標速度比率に近づけることができるので、目標軌跡からの実軌跡の逸脱を抑制できる。また、上記[構成4]では、アームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する。
(目標速度を増加させる側への修正による効果)
アームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する場合に比べ、アームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する場合は、図2に示すアームシリンダ33の伸縮速度が速くなりやすい。よって、アタッチメント20(図1参照)での作業時間を抑制できる。
(第5の発明の効果)
制御装置40は、上記[構成2−1]を備える。
[構成5]図8に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合に、ブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する。
上記[構成5]および[構成2−1]により、実速度比率を目標速度比率に近づけることができるので、目標軌跡からの実軌跡の逸脱を抑制できる。また、上記「(目標速度を増加させる側への修正による効果)」と同様の効果が得られる(ただし「アームシリンダ33」を「ブームシリンダ31」に、「アームシリンダ目標速度」を「ブームシリンダ目標速度」に読み替える)。
(変形例1−2)
上記実施形態の変形例である変形例1−2について、主に上記実施形態との相違点を説明する。図8に示す実速度比率算出手段81および目標速度比率算出手段82での、実速度比率および目標速度比率の、分母および分子のとり方が、本変形例では上記実施形態とは逆である。
実速度比率算出手段81は、アームシリンダ実速度をブームシリンダ実速度で除することで実速度比率を算出する(下記の数28)。目標速度比率算出手段82は、アームシリンダ目標速度をブームシリンダ目標速度で除することで目標速度比率を算出する(下記の数29)。
Figure 0006673878
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(実速度比率>目標速度比率)(アーム減速)
図8に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合に、上記実施形態ではブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正したが、本変形例ではアームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する。目標速度修正手段83は、目標速度比率とブームシリンダ実速度とに基づいて、アームシリンダ目標速度の修正量(負の数)を算出する(下記の数30)。目標速度修正手段83は、下記の数31を用いて修正量を算出してもよい。次に、図2に示す制御装置40は、上記実施形態の「(アーム減速)」の場合と同様に、修正後のアームシリンダ目標速度に基づいて、アームシリンダ33を駆動させる。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
(実速度比率<目標速度比率)(ブーム減速)
目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合に、上記実施形態ではアームシリンダ目標速度を減少させる側に修正したが、本変形例ではブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する。目標速度修正手段83は、目標速度比率とアームシリンダ実速度とに基づいて、ブームシリンダ目標速度の修正量(負の数)を算出する(下記の数32)。目標速度修正手段83は、下記の数33を用いて修正量を算出してもよい。次に、図2に示す制御装置40は、上記実施形態の「(ブーム減速)」の場合と同様に、修正後のブームシリンダ目標速度に基づいて、ブームシリンダ31を駆動させる。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
(第6の発明の効果)
変形例1−2の制御装置40による効果は次の通りである。
[構成6−1]図8に示す実速度比率算出手段81は、アームシリンダ実速度をブームシリンダ実速度で除することで実速度比率を算出する(上記の数28参照)。目標速度比率算出手段82は、アームシリンダ目標速度をブームシリンダ目標速度で除することで目標速度比率を算出する(上記の数29参照)。
[構成6−2]目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合に、アームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する。
上記[構成6−1]および[構成6−2]により、実速度比率を目標速度比率に近づけることができるので、目標軌跡からの実軌跡の逸脱を抑制できる。また、上記「(目標速度を減少させる側への修正による効果)」と同様の効果が得られる(ただし「ブームシリンダ31」を「アームシリンダ33」に、「ブームシリンダ目標速度」を「アームシリンダ目標速度」に読み替える)。
(第7の発明の効果)
図2に示す制御装置40は、上記[構成6−1]を備える。
[構成7]図8に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合に、ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する。
上記[構成7]および[構成6−1]により、実速度比率を目標速度比率に近づけることができるので、目標軌跡からの実軌跡の逸脱を抑制できる。また、上記「(目標速度を減少させる側への修正による効果)」と同様の効果が得られる。
(変形例1−3)
上記実施形態の変形例である変形例1−3について、主に上記実施形態との相違点を説明する。図5に示す実速度比率算出手段81および目標速度比率算出手段82での、実速度比率および目標速度比率それぞれの、分母および分子のとり方が、本変形例では上記実施形態とは逆である(変形例1−2と同じである)。また、目標速度修正手段83によるアームシリンダ目標速度およびブームシリンダ目標速度の修正は、上記実施形態では減少させる側への修正であったが、本変形例では増加させる側への修正である。
実速度比率算出手段81は、変形例1−2と同様に実速度比率を算出する(下記の数34)。目標速度比率算出手段82は、変形例1−2と同様に実速度比率を算出する(下記の数35)。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
(実速度比率>目標速度比率)(ブーム増速)
目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合に、上記実施形態ではブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正したが、本変形例ではブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する。目標速度修正手段83は、目標速度比率とアームシリンダ実速度とに基づいて、ブームシリンダ目標速度の修正量(正の数)を算出する(下記の数36)。目標速度修正手段83は、下記の数37を用いて修正量を算出してもよい。次に、図2に示す制御装置40は、上記実施形態の「(ブーム減速)」の場合と同様に、修正後のブームシリンダ目標速度に基づいて、ブームシリンダ31を駆動させる。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
(実速度比率<目標速度比率)(アーム増速)
図5に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合に、上記実施形態ではアームシリンダ目標速度を減少させる側に修正したが、本変形例ではアームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する。目標速度修正手段83は、目標速度比率とブームシリンダ実速度とに基づいて、アームシリンダ目標速度の修正量(正の数)を算出する(下記の数38)。目標速度修正手段83は、下記の数39を用いて修正量を算出してもよい。次に、図2に示す制御装置40は、上記実施形態の「(アーム減速)」の場合と同様に、修正後のアームシリンダ目標速度に基づいて、アームシリンダ33を駆動させる。
Figure 0006673878
Figure 0006673878
(第8の発明の効果)
変形例1−3の制御装置40による効果は次の通りである。図2に示す制御装置40は、上記[構成6−1]を備える。
[構成8]図5に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合に、ブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する。
上記[構成8]および[構成6−1]により、実速度比率を目標速度比率に近づけることができるので、目標軌跡からの実軌跡の逸脱を抑制できる。また、上記「(目標速度を増加させる側への修正による効果)」と同様の効果が得られる(ただし「アームシリンダ33」を「ブームシリンダ31」に、「アームシリンダ目標速度」を「ブームシリンダ目標速度」に読み替える)。
(第9の発明の効果)
図2に示す制御装置40は、上記[構成6−1]を備える。
[構成9]図5に示す目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合に、アームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する。
上記[構成9]および[構成6−1]により、実速度比率を目標速度比率に近づけることができるので、目標軌跡からの実軌跡の逸脱を抑制できる。また、上記「(目標速度を増加させる側への修正による効果)」と同様の効果が得られる。
(変形例2:シリンダ目標速度算出手段60の変形例)
図9を参照して、上記実施形態の変形例である変形例2について、上記実施形態との相違点を説明する。
上記実施形態では、図2に示すアームシリンダ目標速度算出手段61は、操作装置43の操作量に基づいて、アームシリンダ目標速度を算出した。一方、本変形例では、図9に示すように、ブームシリンダ目標速度算出手段64は、操作装置43の操作量に基づいてブームシリンダ目標速度を算出する。操作者が、操作装置43により、ブームシリンダ目標速度を入力する。
上記実施形態では、図2に示すように、アタッチメント目標速度算出手段63は、アームシリンダ目標速度、およびアタッチメント目標移動方向に基づいて、アタッチメント目標速度を算出した。一方、本変形例では、図9に示すように、アタッチメント目標速度算出手段63は、ブームシリンダ目標速度、およびアタッチメント目標移動方向に基づいて、アタッチメント目標速度を算出する。
上記実施形態では、図2に示すように、ブームシリンダ目標速度算出手段64は、アタッチメント目標速度に基づいてブームシリンダ目標速度を算出した。一方、本変形例では、図9に示すように、アームシリンダ目標速度算出手段61は、アタッチメント目標速度に基づいてアームシリンダ目標速度を算出し、さらに詳しくは、ブームシリンダ目標速度および目標軌跡に基づいてブームシリンダ目標速度を算出する。
(第11の発明の効果)
図9に示す変形例2の制御装置40による効果は次の通りである。制御装置40は、上記[構成10−1]を備える。
[構成11]ブームシリンダ目標速度算出手段64は、操作装置43の操作量に基づいてブームシリンダ目標速度を算出する。アームシリンダ目標速度算出手段61は、ブームシリンダ目標速度および目標軌跡に(アタッチメント目標移動方向に)基づいて、アームシリンダ目標速度を算出する。
上記[構成11]により、上記「(第10の発明の効果)」と同様の効果が得られる。
(操作装置43およびシリンダ目標速度修正量算出手段80の変形例)
(変形例3−1)
図10などを参照して、上記実施形態の変形例である変形例3−1について、主に上記実施形態との相違点を説明する。上記実施形態と同様に、操作装置43(図2参照)は、アームシリンダ目標速度の操作(指示)に用いられる。
図5に示すように、上記実施形態では、目標速度修正手段83は、実速度比率と目標速度比率とに差異がある場合に、アームシリンダ目標速度およびブームシリンダ目標速度を修正した。一方、図10に示すように、本変形例では、目標速度修正手段83は、実速度比率と目標速度比率とに差異がある場合に、ブームシリンダ目標速度のみを修正する。
実速度比率および目標速度比率それぞれが、上記実施形態と同様に算出される場合(上記の数16、数17)について説明する。目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合、ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する(上記実施形態と同様)。目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合、ブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する(変形例1−1と同様)。
実速度比率および目標速度比率それぞれが、変形例1−2と同様に算出される場合(上記の数28、数29)について説明する。目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合、ブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する(変形例1−3と同様)。目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合、ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する(変形例1−2と同様)。
(第12の発明の効果)
変形例3−1の制御装置40による効果は次の通りである。図2に示す制御装置40は、上記[構成10−1]および[構成10−2]を備える。
[構成12]図10に示す目標速度修正手段83は、実速度比率と目標速度比率とに差異がある場合に、ブームシリンダ目標速度およびアームシリンダ目標速度のうちブームシリンダ目標速度のみを修正する。
上記[構成10−2]では、図2に示す操作装置43により、アームシリンダ目標速度が操作(指示)される。このときにアームシリンダ33の目標速度が修正されると、アームシリンダ33の速度が操作者の意図に沿わない速度になる場合がある。そこで、制御装置40は、上記[構成12]を備える。よって、アームシリンダ33の速度が、操作者の意図に沿った速度になりやすい。
(変形例3−2)
図11などを参照して、上記実施形態の変形例である変形例3−2について、主に変形例3−1との相違点を説明する。上記変形例2と同様に、図9に示す操作装置43は、ブームシリンダ目標速度の操作(指示)に用いられる。
図10に示すように、上記変形例3−1では、目標速度修正手段83は、実速度比率と目標速度比率とに差異がある場合に、ブームシリンダ目標速度のみを修正した。一方、図11に示すように、本変形例では、目標速度修正手段83は、実速度比率と目標速度比率とに差異がある場合に、アームシリンダ目標速度のみを修正する。
実速度比率および目標速度比率それぞれが、上記実施形態と同様に算出される場合(上記の数16、数17)について説明する。目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合、アームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する(変形例1−1と同様)。目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合、アームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する(上記実施形態と同様)。
実速度比率および目標速度比率それぞれが、変形例1−2と同様に算出される場合(上記の数28、数29)について説明する。目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ小さい場合、アームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する(変形例1−2と同様)。目標速度修正手段83は、目標速度比率が実速度比率に比べ大きい場合、アームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する(変形例1−3と同様)。
(第13の発明の効果)
変形例3−2の制御装置40による効果は次の通りである。図9に示す制御装置40は、上記[構成10−1]および[構成11]を備える。
[構成13]図11に示す目標速度修正手段83は、実速度比率と目標速度比率とに差異がある場合に、ブームシリンダ目標速度およびアームシリンダ目標速度のうちアームシリンダ目標速度のみを修正する。
上記[構成11]では、図9に示す操作装置43により、ブームシリンダ目標速度が操作(指示)される。このときにブームシリンダ31の目標速度が修正されると、ブームシリンダ31の速度が操作者の意図に沿わない速度になる場合がある。そこで、制御装置40は、上記[構成13]を備える。よって、ブームシリンダ31の速度が、操作者の意図に沿った速度になりやすい。
(変形例4:姿勢検出装置41の変形例)
上記実施形態の変形例である変形例4について、上記実施形態との相違点を説明する。上記実施形態では、図2に示す姿勢検出装置41は、図1に示すブーム21およびアーム23それぞれの回転角度を検出することで、アタッチメント20の姿勢を検出した。具体的には、図2に示す姿勢検出装置41は、ブーム回転角度検出装置41bと、アーム回転角度検出装置41aとを備えた。そして、アタッチメント目標速度算出手段63、ブームシリンダ実速度算出手段71、およびアームシリンダ実速度算出手段72では、回転角度を用いた算出が行われた(上記の数5、数6、数7、数12、および数14参照)。
一方、本変形例では、姿勢検出装置41は、ブームシリンダ31およびアームシリンダ33それぞれのストロークを検出することで、アタッチメント20(図1参照)の姿勢を検出する。上記ストロークとは、シリンダチューブに対するシリンダロッドの位置である。例えば、アタッチメント目標速度算出手段63は、シリンダ30のストロークを、図1に示すブーム21およびアーム23それぞれの回転角度に変換する。例えば、図2に示すブームシリンダ実速度算出手段71およびアームシリンダ実速度算出手段72それぞれは、シリンダ30のストロークを時間で微分することで、シリンダ30の実速度を算出する。
(その他の変形例)
上記実施形態および変形例(以下「上記実施形態など」という)の構成要素どうしを組み合わせてもよい。例えば、上記実施形態のように上記[構成10−2]を備える場合に、変形例3−1(図11参照)のように目標速度修正手段83がアームシリンダ目標速度のみを修正してもよい。また、変形例2のように上記[構成11]を備える場合に、変形例3−2(図10参照)のように目標速度修正手段83がブームシリンダ目標速度のみを修正してもよい。
上記実施形態などの構成要素の一部が設けられなくてもよく、構成要素の数が変更されてもよい。例えば図1に示すブームシリンダ31は、複数設けられてもよい。バケット25は設けられなくてもよく、バケット25に代えてカッタやブレーカなどが設けられてもよい。
アタッチメント20の「所定部位」は、上記実施形態などではバケット25の先端であるアタッチメント先端20tであったが、アタッチメント20の1つの部位であればどこでもよい。
上記実施形態などでは、図2に示す操作装置43は、レバー装置であり、操作量を検出および出力した。しかし、操作装置43は、スイッチなどでもよく、オンおよびオフのいずれかの信号を切り換えて出力してもよい。上記実施形態などでは、シリンダ目標速度算出手段60は、操作装置43の操作量に基づいてシリンダ目標速度(アームシリンダ目標速度およびブームシリンダ目標速度)を算出した。しかし、例えば、スイッチである操作装置43が「オン」になった場合に、記憶装置45などに予め定められたデータに基づいて、シリンダ目標速度算出手段60がシリンダ目標速度を算出してもよい。
記憶装置45は、上記実施形態では目標設計面の座標データを記憶する結果、目標軌跡の座標データを記憶した。しかし、記憶装置45は、目標設計面の座標データを記憶せず、目標軌跡の座標データを記憶してもよい。
図5などに示す目標速度修正手段83は、目標速度比率と実速度比率とに差異がある場合、ブームシリンダ目標速度およびアームシリンダ目標速度のうち、上記実施形態などでは一方のみを修正したが、両方を修正してもよい。例えば、ブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正し、かつ、アームシリンダ目標速度を減少させる側に修正してもよい。また、アームシリンダ目標速度を増加させる側に修正し、かつ、ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正してもよい。
上記実施形態などでは、目標速度修正手段83は、ブームシリンダ目標速度およびアームシリンダ目標速度のいずれかを、「増加させる側」および「減少させる側」に修正した。目標速度修正手段83は、「増加させる側」および「減少させる側」の各修正うち、どちらの修正を行うかを、条件に応じて切り換えてもよい。この条件は、例えば、アタッチメント20(図1参照)を用いた作業の種類などの条件である。例えば、目標速度修正手段83は、アタッチメント先端20t(図1参照)の目標軌跡からの逸脱の許容範囲が広い作業が行われる場合は「増加させる側」に修正し、許容範囲が狭い作業が行われる場合は「減少させる側」に修正する。例えば、アタッチメント20が作業対象を荒削りする場合などには、目標速度修正手段83が「増加させる側」の修正を行うことで、作業時間を抑制できる。例えば、アタッチメント20が作業対象を目標設計面にできるだけ近づけるように仕上げる場合などには、目標速度修正手段83が「減少させる側」の修正を行うことで、仕上げの精度を向上させることができる。
1 建設機械
13 上部旋回体(機械本体)
20 アタッチメント
20t アタッチメント先端(所定部位)
21 ブーム
23 アーム
31 ブームシリンダ
33 アームシリンダ
40 制御装置
41 姿勢検出装置
43 操作装置
45 記憶装置
60 シリンダ目標速度算出手段
61 アームシリンダ目標速度算出手段
64 ブームシリンダ目標速度算出手段
71 ブームシリンダ実速度算出手段
72 アームシリンダ実速度算出手段
81 実速度比率算出手段
82 目標速度比率算出手段
83 目標速度修正手段
Tr 目標軌跡

Claims (14)

  1. 機械本体に回転自在に取り付けられるブーム、および前記ブームに回転自在に取り付けられるアームを有するアタッチメントと、
    前記機械本体に対して前記ブームを回転駆動させるブームシリンダと、
    前記ブームに対して前記アームを回転駆動させるアームシリンダと、
    を備える建設機械の制御装置であって、
    前記アームおよび前記ブームそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置と、
    前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記アームシリンダの伸縮速度であるアームシリンダ実速度を算出するアームシリンダ実速度算出手段と、
    前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記ブームシリンダの伸縮速度であるブームシリンダ実速度を算出するブームシリンダ実速度算出手段と、
    前記アタッチメントの所定部位の目標軌跡の座標データを予め記憶する記憶装置と、
    前記所定部位が前記目標軌跡に沿って移動するような、前記アームシリンダの伸縮速度の目標値であるアームシリンダ目標速度、および、前記所定部位が前記目標軌跡に沿って移動するような、前記ブームシリンダの伸縮速度の目標値であるブームシリンダ目標速度を算出するシリンダ目標速度算出手段と、
    前記アームシリンダ実速度と前記ブームシリンダ実速度との比率である実速度比率を算出する実速度比率算出手段と、
    前記アームシリンダ目標速度と前記ブームシリンダ目標速度との比率である目標速度比率を算出する目標速度比率算出手段と、
    前記実速度比率と前記目標速度比率とに差異がある場合に、前記実速度比率が前記目標速度比率に近づく側に、前記アームシリンダ目標速度および前記ブームシリンダ目標速度の少なくともいずれかを修正する目標速度修正手段と、
    操作者に操作される操作装置と、
    を備え、
    前記シリンダ目標速度算出手段は、
    前記操作装置の操作量に基づいて前記アームシリンダ目標速度を算出するアームシリンダ目標速度算出手段と、
    前記アームシリンダ目標速度、および前記目標軌跡に基づいて、前記ブームシリンダ目標速度を算出するブームシリンダ目標速度算出手段と、
    を備え、
    前記アームシリンダ目標速度に基づいて前記アームシリンダを駆動し、前記ブームシリンダ目標速度に基づいて前記ブームシリンダを駆動する、
    建設機械の制御装置。
  2. 機械本体に回転自在に取り付けられるブーム、および前記ブームに回転自在に取り付けられるアームを有するアタッチメントと、
    前記機械本体に対して前記ブームを回転駆動させるブームシリンダと、
    前記ブームに対して前記アームを回転駆動させるアームシリンダと、
    を備える建設機械の制御装置であって、
    前記アームおよび前記ブームそれぞれの姿勢を検出する姿勢検出装置と、
    前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記アームシリンダの伸縮速度であるアームシリンダ実速度を算出するアームシリンダ実速度算出手段と、
    前記姿勢検出装置の検出結果に基づいて、前記ブームシリンダの伸縮速度であるブームシリンダ実速度を算出するブームシリンダ実速度算出手段と、
    前記アタッチメントの所定部位の目標軌跡の座標データを予め記憶する記憶装置と、
    前記所定部位が前記目標軌跡に沿って移動するような、前記アームシリンダの伸縮速度の目標値であるアームシリンダ目標速度、および、前記所定部位が前記目標軌跡に沿って移動するような、前記ブームシリンダの伸縮速度の目標値であるブームシリンダ目標速度を算出するシリンダ目標速度算出手段と、
    前記アームシリンダ実速度と前記ブームシリンダ実速度との比率である実速度比率を算出する実速度比率算出手段と、
    前記アームシリンダ目標速度と前記ブームシリンダ目標速度との比率である目標速度比率を算出する目標速度比率算出手段と、
    前記実速度比率と前記目標速度比率とに差異がある場合に、前記実速度比率が前記目標速度比率に近づく側に、前記アームシリンダ目標速度および前記ブームシリンダ目標速度の少なくともいずれかを修正する目標速度修正手段と、
    操作者に操作される操作装置と、
    を備え、
    前記シリンダ目標速度算出手段は、
    前記操作装置の操作量に基づいて前記ブームシリンダ目標速度を算出するブームシリンダ目標速度算出手段と、
    前記ブームシリンダ目標速度、および前記目標軌跡に基づいて前記アームシリンダ目標速度を算出するアームシリンダ目標速度算出手段と、
    を備え、
    前記アームシリンダ目標速度に基づいて前記アームシリンダを駆動し、前記ブームシリンダ目標速度に基づいて前記ブームシリンダを駆動する、
    建設機械の制御装置。
  3. 請求項に記載の建設機械の制御装置であって
    記目標速度修正手段は、前記実速度比率と前記目標速度比率とに差異がある場合に、前記ブームシリンダ目標速度および前記アームシリンダ目標速度のうち前記ブームシリンダ目標速度のみを修正する、
    建設機械の制御装置。
  4. 請求項に記載の建設機械の制御装置であって
    記目標速度修正手段は、前記実速度比率と前記目標速度比率とに差異がある場合に、前記ブームシリンダ目標速度および前記アームシリンダ目標速度のうち前記アームシリンダ目標速度のみを修正する、
    建設機械の制御装置。
  5. 請求項1または2に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記実速度比率算出手段は、前記ブームシリンダ実速度を前記アームシリンダ実速度で除することで前記実速度比率を算出し、
    前記目標速度比率算出手段は、前記ブームシリンダ目標速度を前記アームシリンダ目標速度で除することで前記目標速度比率を算出し、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率が前記実速度比率に比べ小さい場合に、前記ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する、
    建設機械の制御装置。
  6. 請求項1、2、5のいずれか1項に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記実速度比率算出手段は、前記ブームシリンダ実速度を前記アームシリンダ実速度で除することで前記実速度比率を算出し、
    前記目標速度比率算出手段は、前記ブームシリンダ目標速度を前記アームシリンダ目標速度で除することで前記目標速度比率を算出し、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率が前記実速度比率に比べ大きい場合に、前記アームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する、
    建設機械の制御装置。
  7. 請求項1、2、5、6のいずれか1項に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記実速度比率算出手段は、前記ブームシリンダ実速度を前記アームシリンダ実速度で除することで前記実速度比率を算出し、
    前記目標速度比率算出手段は、前記ブームシリンダ目標速度を前記アームシリンダ目標速度で除することで前記目標速度比率を算出し、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率が前記実速度比率に比べ小さい場合に、前記アームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する、
    建設機械の制御装置。
  8. 請求項1、2、5〜7のいずれか1項に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記実速度比率算出手段は、前記ブームシリンダ実速度を前記アームシリンダ実速度で除することで前記実速度比率を算出し、
    前記目標速度比率算出手段は、前記ブームシリンダ目標速度を前記アームシリンダ目標速度で除することで前記目標速度比率を算出し、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率が前記実速度比率に比べ大きい場合に、前記ブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する、
    建設機械の制御装置。
  9. 請求項1または2に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記実速度比率算出手段は、前記アームシリンダ実速度を前記ブームシリンダ実速度で除することで前記実速度比率を算出し、
    前記目標速度比率算出手段は、前記アームシリンダ目標速度を前記ブームシリンダ目標速度で除することで前記目標速度比率を算出し、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率が前記実速度比率に比べ小さい場合に、前記アームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する、
    建設機械の制御装置。
  10. 請求項1、2、9のいずれか1項に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記実速度比率算出手段は、前記アームシリンダ実速度を前記ブームシリンダ実速度で除することで前記実速度比率を算出し、
    前記目標速度比率算出手段は、前記アームシリンダ目標速度を前記ブームシリンダ目標速度で除することで前記目標速度比率を算出し、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率が前記実速度比率に比べ大きい場合に、前記ブームシリンダ目標速度を減少させる側に修正する、
    建設機械の制御装置。
  11. 請求項1、2、9、10のいずれか1項に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記実速度比率算出手段は、前記アームシリンダ実速度を前記ブームシリンダ実速度で除することで前記実速度比率を算出し、
    前記目標速度比率算出手段は、前記アームシリンダ目標速度を前記ブームシリンダ目標速度で除することで前記目標速度比率を算出し、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率が前記実速度比率に比べ小さい場合に、前記ブームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する、
    建設機械の制御装置。
  12. 請求項1、2、9〜11のいずれか1項に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記実速度比率算出手段は、前記アームシリンダ実速度を前記ブームシリンダ実速度で除することで前記実速度比率を算出し、
    前記目標速度比率算出手段は、前記アームシリンダ目標速度を前記ブームシリンダ目標速度で除することで前記目標速度比率を算出し、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率が前記実速度比率に比べ大きい場合に、前記アームシリンダ目標速度を増加させる側に修正する、
    建設機械の制御装置。
  13. 請求項1、2、5〜12のいずれか1項に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率と前記アームシリンダ実速度とに基づいて前記ブームシリンダ目標速度の修正量を算出する、
    建設機械の制御装置。
  14. 請求項1、2、5〜13のいずれか1項に記載の建設機械の制御装置であって、
    前記目標速度修正手段は、前記目標速度比率と前記ブームシリンダ実速度とに基づいて前記アームシリンダ目標速度の修正量を算出する、
    建設機械の制御装置。
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