JPH02147791A - 作業機の軌跡制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

Ａ、産業上の利用分野 本発明は少な（とも軌跡制御される２本のアームを有す
る作業機の軌跡制御装置に関する。 Ｂ０発明の背景 本出願人は先に、第１５図（ａ）、（ｂ）に示す軌跡制
御可能な多関節基礎用作業機（以下、作業機）を提案し
た（例えば、特願昭６２−１３５４１３号）、この作業
機は、第１アーム１．第２アーム２．第３アーム３及び
これらを駆動する第１シリンダ４．第２シリンダ５．第
３シリンダ６を有し、第３アーム３の先端にバイブロハ
ンマ７やオーガ掘削ユニット８などの作業用アタッチメ
ントが装着されている。ここで、ＰＬは矢板、ＤＲはオ
ーガドリルである。 例えばこの作業機により矢板ＰＬを斜め方向に打設しよ
うとする場合、作業方向設定器により作業方向を所望の
方向に設定すると共に、施工開始時に矢板ＰＬを作業方
向設定器で設定した方向に向けて設置する０次いで、軌
跡制御レバーを操作すると第２および第３アーム２，３
が回動されて第３アーム３先端、すなわち作業アタッチ
メントの取り付は点が設定された作業方向（軌跡方向）
に沿って移動して、矢板ＰＬが打設される。 Ｃ０発明が解決しようとする問題点 しかしながら、方向設定器で設定した方向と矢板ＰＬの
初期設定方向とがずれていると、施工が進むに従って、
矢板ＰＬの中心と制御軌跡とが離れてゆく、矢板ＰＬの
先端側は地中に拘束されているので、結局、矢板ＰＬに
曲げ方向の力（偏心荷重）を加えることになり、矢板Ｐ
Ｌが折損するおそれがある。したがって、作業開始に先
立って矢板ＰＬの方向設定に非常に時間がかかる。 また、垂直施工を行なう場合でも、矢板ＰＬが施工開始
時に垂直に向いていなければ施工に伴って垂直からずれ
てくるから同様に折損するおそれがあり、作業開始時の
矢板ＰＬの方向づけにやはり時間がかかる。以上の問題
はオーガドリルＤＲでも同様に生ずる。 同様に、斜め施工された矢板ＰＬを引き抜く作業におい
ては、矢板ＰＬが地中に埋まっており施工の計画値から
推定して上記作業方向を設定せざるを得ない。このため
、矢板ＰＬの打設の方向が計画値通りであればよいが、
計画値から離れている場合には、引抜き作業が進むにつ
れて矢板ＰＬの中心線と制御軌跡とが離れていく度合い
が大きくなる危険性があった。つまり、この場合にも矢
板ＰＬに偏心荷重が加わり折損するおそれがある。 本発明の技術的課題は、矢板やオーガドリルなどに偏心
荷重が発生しないようにアーム先端の軌跡を制御するこ
とにある。 Ｄ０問題点を解決するための手段 クレーム対応図である第１図により説明すると、本発明
は、軌跡制御される少なくとも第１および第２のアーム
２，３と、これら各アームを回動運動せしめる第１およ
び第２の駆動手段５，６と、第２のアーム３先端に回動
可能に取付けられた作業用アタッチメント７とを備えた
作業機に適用される。 そして上述の課題は次の構成で解決される。 第２のアーム３先端の軌跡の方向を設定する軌跡方向設
定手段１５と、第１および第２のアーム２．３に関連し
た角度を検出するアーム角度検出手段１２．１３と、上
記軌跡に沿った第２のアーム３先端の作業速度を指令す
る指令手段１４と、作業用アタッチメント７の取付点に
作用する所定方向の力を検出する力検出手段１５０と、
この検出された所定方向の力が零となるように、設定さ
れた軌跡の方向を修正する軌跡方向修正手段１５５と、
第１および第２のアーム２，３に関連した角度９作業速
度の指令値、および修整された軌跡の方向に基づいて、
第２のアーム３先端が設定された軌跡の方向に沿って指
令された作業速度で移動するように第１および第２のア
ーム２，３の回動速度を演算する回動速度演算手段３５
０と、この演算手段３５０で演算された回動速度となる
よう第１および第２の駆動手段５，６を駆動制御する駆
動制御手段４５０とを具備することによって解決される
。 Ｅ０作用 指令手段１４により軌跡方向の作業速度を指令すると、
指令された作業速度で軌跡に沿って第２のアーム３先端
が運動するように、回動速度演算手段３５０により第１
．第２のアーム２，３の回動速度が演算され、この回動
速度が得られるように駆動制御手段４５０の制御の下に
駆動手段５゜６が駆動され、第２のアーム３先端は軌跡
に沿って、指令手段１４で指令した速度で運動する。こ
のとき、アーム３先端の軌跡の方向と土中に拘束されて
いる矢板などの方向とがずれてくると、作業アタッチメ
ント７の取付点に所定方向の力が働き、力検出手段１５
０で検出される。軌跡方向修正手段１５５は、この力を
キャンセルするように軌跡の方向を演算する。その結果
１作業中の作業アタッチメント７の取付点の軌跡の方向
と矢板などの方向とがずれても矢板などに偏心荷重が生
じないから、矢板やオーガドリルに無理な力が働かず、
その折損が防止される。 Ｆ、実施例 第２図〜第１２図により一実施例について説明する。以
下では、第１５図（ａ）に示す作業機に本発明を適用す
る場合について説明する。 第１５図（ａ）において、下部走行体ＬＴ上に旋回可能
に上部旋回体ＵＳが設けられ、これらにより作業機本体
ＣＭが構成される。上部旋回体ＵＳには第１アーム１が
回動可能に設けられ、その先端に第２アーム２が回動可
能に設けられ、その先端に第３アーム３が回動可能に設
けられており、各アーム１〜３はそれぞれ油圧シリンダ
４〜６により駆動される。第３アーム３の先端には作業
用アタッチメント、例えばバイブロハンマユニット７が
ピン結合される。第１５図（ｂ）’ｔこ示すアースオー
ガ掘削ユニット８を用いても良い。なお、ハンマユニッ
ト７や掘削ユニット８はロードセル一体型のピン（第６
図）によって第３アーム３の先端に回動可能に連結され
る。 ここで第２図のようにこの作業機の座標を定義し、以下
の説明はこの座標に従う。第２図において、 原点○：第１アーム１の回動支点 点Ａ：第２アーム２の回動支点 点Ｂ：第３アーム３の回動支点 点Ｃ：第３アーム３先端の作業用アタッチメントの連結
点 Ｘ軸：点０．Ａ、Ｂ、Ｃを含む平面上にあり、点０を通
る水平面との交線とδの角をなす直線（修正方向と呼ぶ
） Ｘ軸：点０．Ａ、Ｂ、Ｃを含む平面上にあり、点Ｏを通
りＸ軸に直交する直線（作業方向と呼ぶ） Ｌｌ：点０．Ａ間長さ Ｌ２：点Ａ、Ｂ間長さ り、二点Ｂ、Ｃ間長さ α　：大地に対する線分ＯＡのなす角 Ａ、：Ｘ軸に対する線分ＯＡのなす角 Ａ、：Ｘ軸に対する線分ＡＢのなす角 Ａ、　：　Ｘ軸に対する線分ＢＣのなす角Ｔｔ：線分Ｏ
Ａの延長線と線分ＡＢのなす角Ｔ、二線分ＡＢの延長線
と線分ＢＣのなす角δ：Ｙ軸と直交するＸ軸が水平方向
となす角ここで、Ａ□＝α−δ Ａ２＝Ａ、−Ｔ。 Ａ、＝Ａ、−Ｔ。 工ＡニーＴ、−Ｔ３ 第３図に示すように、矢板ＰＬの打設方向がδ。と推定
して作業方向をδ。に設定し、斜めに施工された矢板Ｐ
Ｌを引き抜く場合、矢板ＰＬの中心線の方向と作業方向
とがずれていると矢板ＰＬに偏心荷重Ｆｘの反力が働く
、第４図において、作業アタッチメントの取り付は点Ｃ
に働く荷重をＦとすると、その作業方向Ｙに直交する方
向Ｘの分力Ｆｘの反力が矢板ＰＬに曲げ方向の力として
働く。 Ｆｘを求めるため本実施例では、第３アーム３の先端に
ロードセル一体型のピンを介して作業アタッチメント７
をピン結合する。ここで、このロードセルは、第６図に
より後で詳述するが直交する２方向の荷重が検出可能で
あり、本実施例の場合、第４図に示すように第３のアー
ム３の中心線ＢＣ方向の力Ｆｏと、これに直交する方向
の力Ｆｖをそれぞれ検出する。第３のアーム３のＸ軸に
対する角度Ａ３は、次式で求められる。 Ａ３＝α−δ−Ｔ、−Ｔ。 したがって、ピン形ロードセルに作用する力のＸ方向分
力Ｆｘは、 Ｆｘ＝−ＦＨａｃｏｓ　（π＋Ａ、）　−ＦＶ　ＩＩｃ
ｏｓ　（Ａ、−−）＝ＦＨ−ｃｏｓＡ、−Ｆｖ−ｓｉｎ
Ａ、　　　　　　　　　−（１）ここで、矢板ＰＬを曲
げずに引き抜くためには。 上記分力Ｆｘを打ち消すように作業方向を逐次修正すれ
ばよく、その作業方向修正量Δδを分力Ｆｘの関数とし
て求める。その際、修正後もその作業方向を保持しなけ
ればならないから、作業方向修正量Δδは次のような積
分値とする。 Δδ”　ｆ　ｋ　□・Ｆ　ｘ　ｄ　ｔ ＝／に、　（Ｆｎ−ｃｏｓＡ、−Ｆｖ−ｓｉｎＡ、）　
ｄｔ　　−（２）したがって、修正後の作業方向δは、 δ＝δ。−Δδ　　　　　　　　・・・（３）と表され
る。 第５図は制御装置全体の構成図を示す。 角度検出器１１は、第１アーム１の回動支点付近に取付
けられ、周知の振り子機溝とポテンショメータにより第
１アームの対地角αを検出し、その対地角αを修正方向
速度演算回路２００へ入力する。角度検出器１２．１３
は、第２．第３アーム２，３の回動支点に取付けられ、
周知のレバー機構とポテンショメータにより、それぞれ
第１７−ム１と第２アーム２との相対角Ｔ２．第２アー
ム２と第３アーム３との相対角Ｔ、を検出し、各相対角
Ｔ、、Ｔ、を修正方向速度指令値演算回路２００および
流量制御値演算回路４００へ入力する。また、相対角Ｔ
３は角速度制御値演算回路３００にも入力される。軌跡
制御レバー１４は、第３アーム３の先端つまり作業アタ
ッチメント７の連結点を作業方向に沿って軌跡制御する
際に操作されるもので運転席に取付けられ、例えばレバ
ー機構とポテンショメータで構成され、レバーの操作角
度に相応した信号を出力するにの信号は、第３アーム３
先端の作業方向速度指令値Ｙ（作業速度指令値）として
修正方向速度指令値演算回路２００と角速度制御値演算
回路３００とに入力される。 作業方向設定器１５は、第３アーム３先端の作業方向と
直交する方向が水平方向となす角δ。 を設定し、その設定値δ。を作業方向演算回路１００に
入力する。例えば、矢板を水平面に対して垂直に打設す
る場合にはδ。＝０、水平方向に移動する場合にはδ。 ＝９０と設定する。すなわち、垂直方向と角度δ。をな
す方向が軌跡の方向である。なお、設定値δ。を０，９
０度以外の任意の値に設定する場合には、手動操作にて
所望の設定値δ。を入力する。 ロードセルＩＯＬは、上述したとおり第３アーム３先端
に作業アタッチメント７を回動可能に連結するピンと一
体に設けられて、そのピンに働く荷重を第４図の２つの
分力ＦＨ，Ｆｖとして検出するもので、例えば第６図の
ように構成される。 第６図に示すように、連結ピンＩＯＰに段付部１０Ｄを
設け、その部分にＸ、Ｙ方向の分力を検出するストレイ
ンゲージＳＧＩ〜ＳＧ４が設けられる。第６図の矢印の
ようにピンＩＯＰに荷重が働くと段付部１０Ｄには主に
せん断力が働き、ストレインゲージＳＧＩ、ＳＧ２でＸ
方向の分力を。 ストレインゲージＳＧ３．ＳＧ４でＹ方向の分力を検出
する６ 作業方向演算回路１００は、（１）式に示す力Ｆｘが零
となるように、設定された作業方向δ。を修正して作業
方向δを演算するものである。 そのため、この作業方向演算回路１００は、作業方向設
定＄１５からの作業方向を示す設定値δ。と、ピン形ロ
ードセルＩＯＬからの分力ＦＨｔＦｖと、第４図に示し
た第３アーム３のＸ軸に対する角度Ａ、とを取り込み、
（３）式を演算して修正作業方向を示す角度δを演算す
る。 第７図はこの作業方向演算回路１００の詳細を示し、（
１）式のＦｘは、角度Ａ、の余弦および正弦ｃｏｓＡ、
、５ｉｎＡ３を出力する関数発生器１０１゜１０２と、
その出力値とピン形ロードセル１０Ｌの出力ＦＨ，Ｆｖ
をそれぞれ掛ける乗算器１０３゜１０４と、これらの差
を出力する加算点１０５によって求められる。またΔδ
は、加算点１０５の出力に係数に１を掛ける係数器１０
６と、これを積分する積分器１０７とによって求められ
、検出回路１０９は、Δδが所定量以上変化したときの
みΔδを出力する。さらに、作業方向設定器１５の出力
δ。から検出回路１０９の出力Δδを加算点１０８で減
算して作業方向δが得られる。 なお、検出回路１０９はΔδが所定量以上変化したとき
、さらに記憶器制御信号Ｍも出力する。また、積分器１
０７の出力は不図示のリセットスイッチからの信号によ
って随時ゼロクリアすることができるようになっており
、作業方向を設定値δ。に初期化することが可能である
。 修正方向速度指令値演算回路２００は、角度α。 Ｔ、、Ｔ３１作業作業方向演算回路作業方向速令値度指
令値）を演算するとともに、Ｘ軸と第２．第３アーム２
，３のなす角度Ａ２．Ａ□を演算し、これらを角速度制
御値演算回路３００に入力する。 角速度制御値演算回路３００は、角度Ａ　Ｚ　ｙ　Ａ　
３２Ｔよ及び速度指令値ｘ、ｙから第２．第３アーム２
，３の角速度制御値Ｔ２．　Ｔ、を演算し、これらを流
量制御値演算回路４００に入力する。流量制御値演算回
路４００は、角速度制御値Ｔ２゜Ｔ、及び角度Ｔ２．Ｔ
２からシリンダ５，６の流量制御値Ｑ□Ｑ、を演算し、
電気油圧変換弁１６゜１７に入力する。これらの電気油
圧変換弁１６゜１７には不図示の油圧源から圧油が導か
れており、電気油圧変換弁１６．１７は、入力される流
量制御値Ｑ、、Ｑ、に応じた流量および方向で圧油を第
２、第３アーム２，３用のシリンダ５，６に供給する。 操作レバー１８〜２０は、コントロールバルブ２１〜２
３へ手動操作量に応じたパイロット油圧を与え、コント
ロールバルブ２１〜２３の開口面積と切換方向を制御す
る。コントロールバルブ２１〜２３は、操作レバー１８
〜２ｏからのパイロット油圧により、シリンダ４〜６へ
送る圧油の流量および方向を制御する。各シリンダ４〜
６は操作レバー１８〜２０により任意に伸縮可能であり
、第２．第３アーム２，３用シリンダ５，６は、コント
ロールバルブ２２．２３からの流量と電気油圧変換弁１
６．１７からの流量とが合流するように接続されている
。 第８図は、作業方向設定値δ、角度α、Ｔ２゜Ｔ、およ
び作業方向速度指令値Ｙが入力され、修正方向速度指令
値Ｘを演算する修正方向速度指令値演算回路２００を示
す。 今、修正方向速度指令値Ｘを、 Ｘ＝に□−ＡＸ−Ｉ　Ｙ　ｌ　　　　　　　・　（４）
と定義する。ここで、Ｋ１は定数、ＡＸは、第９図に示
すとおり、原点０から目標軌跡ＯＬ（上述した偏心荷重
Ｆｘによって変更される）までのＸ方向距離を示す値Ｘ
０と、操作開始後に逐次求められるＸ方向距離Ｘとの偏
差であり、ΔＸ＝Ｘ、−Ｘ　　　　　　　　　　　・・
・（５）で表わされる。 ここで、Ｘ方向距離又は、 Ｘ＝Ｌ、　・ｃｏｓＡ、十り、　・ｃｏｓＡ、＋Ｌ、　
・ｃｏｓＡ３・・・・・・（６）で表わされる。 （６）式で示すＸ方向距離又は、第８図に示すとおり、
対地角αと作業方向角度δとの偏差（α−δ）を示す角
度Ａ１を出力する加算点２０１と、角度Ａ２と角度Ｔ、
との偏差（Ａ□−’ｒｚ）を示す角度Ａ２を出力する加
算点２０２と、角度Ａ２と角度Ｔ、との偏差（Ａｔ−Ｔ
、）を示す角度Ａ３を出力する加算点２０３と、角度Ａ
、〜Ａ、の余弦ｃｏｓＡ□〜ｃｏｓ　Ａ　、を出力する
関数発生器２０６〜２０８と。 その出力値にそれぞれ係数Ｌ工〜Ｌ、を掛けＬｌｃｏｓ
Ａ、〜Ｌ、・ｃｏｓＡ３を出力する係数器２０９〜２１
１と、Ｌ、　・ｃｏｓＡ１〜Ｌ、　・ｃｏｓＡ、をそれ
ぞれ加算してＸ方向距離Ｘを出力する加算器２０４とに
よって求められる。 記憶器２１４は、制御レバー１４の操作開始時および作
業方向演算回路１００からの記憶制御信号Ｍ（作業方向
が変化したときに出力される）により、加算器２０４で
求められるＸ方向距離Ｘを初期値Ｘ。とじて記憶する。 以後、加算器２０４からの出力又と記憶器２１４からの
出力Ｘ６との偏差ＡＸ　（＝Ｘ、−Ｘ）が加算点２０５
で得られる。すなわち、（５）式の偏差ΔＸは加算点２
０５で得られる。また、（４）式は、作業方向速度指令
値Ｙの絶対値ＩＹＩを出力する絶対値変換器２１５と、
この出力ＩＹＩと偏差ΔＸとを乗算する乗算器２１３と
１乗算器２１３からの出力ΔＸ・ＩＹＩに係数に１を掛
けて修正方向速度指令値Ｘを得る係数器２１２とによっ
て演算される。 第１０図は、角度Ａ２．Ａ、、Ｔ□２作業方向力され、
第１アーム１に対する第２アーム２の角速度制御値Ｔ２
および、第２アーム２に対する第３アーム３の角速度制
御値Ｔ、を演算する角速度制御値演算回路３００を示す
。 今、第３アーム３の先端Ｃ（連結ピンＩＯＰの中心）の
座標は、 Ｘ＝Ｌ、　・ｃｏｓＡ、＋Ｌ、　・ｃｏｓ　（Ａ□−Ｔ
、）＋Ｌ、・ｃｏｓ　（Ａ、−Ｔｚ　　Ｔ：ｌ）　　　
　−（７）Ｙ＝Ｌ１・５ｉｎＡ１＋Ｌ、　・ｓｉｎ　（
Ａ１−Ｔ、）＋　Ｌ２　・ｓｘｎ　（Ａ４−Ｔｚ　　Ｔ
３）　　　　　・・・（８）となる、第１アーム１の角
度Ａ工を一定として両辺を時間微分すると、 ・Ｌ２　・ｓｉｎ　（ＡｌＴｚ　　Ｔａ）・・・（９） ・Ｌ３・ｃｏｓ　（Ａ１−Ｔ２−Ｔ３）・・・（１０） となる、上式をＴ、、Ｔ、について解けば、＋Ｙ　（Ｌ
、　・ｓｉｎ　（Ａｔ　−Ｔ、）　＋Ｌ、　・ｓｉｎ　
（Ａ、−Ａ、　−Ｔ、）　））＋Ｙ　（Ｌ、　・５ｉｎ
Ａ、＋Ｌ、　ｅ　５ｉｎＡｓ）　）　　　　　　　　−
（１２）となり、速度指令値Ｘ、Ｙに対する第２，３ア
ーム２．３の角速度制御値Ｔ、、Ｔ、が求められる。 そこで、角速度制御値演算回路３００は、第１０図に示
すとおり、　ｃｏｓＡａ、　５ｉｎＡ、、　ｃｏｓＡ、
。 ５ｉｎＡ、、５ｉｎＴ３をそれぞれ出力する関数発生鼎
３０５〜３０９と、これらの関数にＬ２あるいはり、の
係数を掛ける係数器３１０〜３１４と、Ｌ２・ｓｉｎ　
Ｔ　、にり、の係数を掛ける係数器３１５と、Ｘｃｏｓ
Ａ、　ｔ　Ｙ　５ｘｎＡ、　ｌ　Ｘ　（Ｌ　２　・ｃｏ
ｓ　Ａ　ｚ　＋　Ｌ　２ｃｏｓＡ、）、Ｙ　（Ｌ、　・
５ｉｎＡ、＋Ｌ、　・５ｉｎＡ、）をそれぞれ出力する
乗算器３１６〜３１９と、（ｘ・ｃｏｓＡ、＋Ｙ　−５
ｉｎＡ３）　、　−Ｘ（Ｌ、−ｃｏｓＡ、＋　Ｌ３・ｃ
ｏｓＡ、）　−Ｙ　（Ｌ、　・５ｉｎＡ、　＋　Ｌ３・
５ｉｎＡ、）をそれぞれ出力する加算点３０３，３０４
と、これらの出力により（１１）式、（１２）式に示し
た割算を行ない、Ｔ、、　Ｔ、を出力する割算器３２０
゜３２１とから構成される。 第１１図は流量制御値演算回路４００を示し、入力され
る角度Ｔ、、Ｔ、および角速度制御値Ｔ２゜Ｔ、により
、第２．第３シリンダ５，６の流量制御値、すなわち電
気油圧変換弁１６．１７への入力信号Ｑ、、　Ｑ、を演
算する。 今、第１２図に示すように、 Ｓニジリンダ長さ ＱＩｌ：アーム回動点０１とシリンダボトム側支点０．
との距離 Ｑ工：アーム回動点０１とシリンダボトム側支点０□と
の距離 Ｔ：アーム角度に相当する値（アーム角度に定数を加え
た値） とすると。 Ｓ＝　　Ｑ。”　＋Ｑ、”　−２ＱＪ１ｃｏｓ（ｃ　−
Ｔ）　　−（１３）が成り立つ。（１３）式の両辺を時
間微分すると。 となり、シリンダ速度Ｓと角速度Ｔとの関係を示す。（
１４）式のうち、Ｔを除いた項はＴの関数となっている
から、（１４）式は、 Ｓ＝ｆ　　（Ｔ）　　・Ｔ ・・・　（１５） と置くことができる。ここで、　　ｆ　　（Ｔ）はリン
ク補正係数であり、予め計算した結果を関数発生器から
出力されるように設定可能である。 （１５）式のシリンダ速度Ｓにシリンダ面積ａを一掛け
れば必要流量Ｑが求まるから、第２．第３シリンダ５，
６の流量制御値Ｑ、、Ｑ□は、Ｑ２＝Ｔ２・ｆ（Ｔ２）
・ａ２　　　　・・・（１６）Ｑ３＝Ｔ３−　ｇ　（Ｔ
Ｊ）−ａｍ　　　　　−０７）として表わせる。なお、
シリンダ面積ａ２．ａ、は、実際にはロッド側、ボトム
側では異なるから、伸出時、収縮時に応じてａ２ｊ　８
３を適宜切換えて用いる必要がある。 （１６）式、（１７）式を演算するため、この流量制御
値演算回路４００は、第１１図に示すとおり、ｆ　（Ｔ
Ｊ　−ｇ　（Ｔａ）の関数発生器４０４゜４０５と、（
１２）式に示すシリンダ速度Ｓを演算する乗算器４０２
，４０３と、シリンダ速度Ｓにシリンダ面積ａｓｓ　ａ
３を乗じ、流量制御値Ｑ２゜Ｑ、を得る係数器４０６，
４０１とを有する。 特許請求の範囲の各構成要素と実施例の構成要素とを対
比すると次のとおりである。 〔１〕第１および第２のアーム　：第２および第３アー
ム２，３ 〔２〕第１および第２の駆動手段：第２．第３アーム２
．３用のシリン ダ５，６ 〔３〕作業用アタッチメント：バイブロハンマ７〔４〕
軌跡方向設定手段１５：作業方向設定器１５〔５〕角度
検出手段　　　　二角度検出器１１，１２゜〔６〕指令
手段　　　　　　二制御レバー１４〔７〕力検出手段１
５０　　：ロードセル１０Ｌ９作業方向演算回路１００ の関数発生器１０１゜ １０２、乗算器１０３゜ １０４、加算点１０５ 〔８〕軌跡方向修正手段１５５：作業方向演算回路１０
０の係数器１０６．積分器 １０７、加算点１０８

〔９〕回動速度演算手段３５０：角速度制御値演算回路
〔１０〕駆動制御手段４５０　　：流量制御値演算回路
４００、電気油圧変換弁 １６．１７ 次に本装置の動作を矢板ＰＬを引き抜く場合について説
明する。 図示しない電源スィッチを投入するとこの装置が起動し
１作業方向設定器１５で設定した作業方向δ。と、ピン
形ロードセル１０Ｌで検出される分力ＦＨ，Ｆｖとが作
業方向演算回路１００に入力される。スイッチ投入時は
、作業方向演算回路１００は作業方向δ＝δ。を修正方
向速度指令値演算回路２００に入力する。そして、角度
検出器１１〜１３で検出された角度α、Ｔ、、Ｔ。 および作業方向演算回路１００から出力される作業方向
δ＝δ。に基づいて、第３７−ム３のＸ軸に対する角度
Ａ、が修正方向速度指令値演算回路２００で演算され、
作業方向演算回路１００に入力される。また、第３アー
ム３先端の位置、すなわちＸ座標が修正方向速度指令値
演算回路２００で演算される。制御レバー１４を操作す
るとその時点のＸ座標が初期値Ｘ０として記憶器２１４
に記憶保持される。このＸｏを通りＹ軸と平行な線が作
業開始時の目標軌跡ＯＬ（第９図）であり、垂直方向と
角度δをなす作業方向が軌跡の方向である。 この軌跡の方向δは、作業中にピン形ロードセル１０Ｌ
が分力Ｆｘに応じた力を検出すると変更され、δが所定
量以上変化すると初期値ｘ０もそのときの第３アーム先
端のＸ座標に置き換えられる。そして、作業中に逐次演
算される第３アーム３先端のＸ座標Ｘと初期値Ｘ０との
偏差（ずれ量）ΔＸが加算点２０５で演算される。 今、制御レバー１４は作業方向くＹ軸方向）における第
３アーム３先端の作業方向速度指令値Ｙを出力しており
、修正方向速度指令値演算回路２００は、偏差ΔＸと作
業速度指令値Ｙの絶対値ＩＹＩとの積に定数Ｋｉを掛け
て修正方向速度指令値Ｘを出力する。偏差ΔＸが零なら
ば修正方向作業速度指令値又は零である。 この修正方向速度指令値又と作業方向速度指令値Ｙと各
角度Ａ、、Ａ、、Ｔ３とにより、角速度制御値演算回路
３００が第２．第３アーム２゜３の角速度制御値Ｔ、、
　Ｔ、を演算する。これらの゛角速度制御値Ｔ２．Ｔ３
は、流量制御値演算回路４００にてリンク補正され、第
２．第３のシリンダ５．６の流量制御値Ｑ、、Ｑ３に変
換される。これらの流量制御値Ｑ、、Ｑ、は電気油圧変
換弁１６゜１７に供給され、油圧源からの圧油が所定方
向。 所定流量にて第２．第３シリンダ５，６に供給される。 これにより第２．第３アーム２，３が回動して第３アー
ム３先端の軌跡が作業方向に制御される。すなわち、目
標軌跡ＯＬ上を移動する。 ここで、矢板ＰＬを引き抜くにつれてピン形ロードセル
ＩＯＬから分力ＦＨ，Ｆｖが出力されると、（１）式に
基づいて、引き抜き力のＸ方向成分Ｆｘが演算され、こ
れを比例積分して作業方向修正量Δδが演算される。そ
して、（３）式に基づいて作業方向演算回路１００が修
正された作業方向δを演算する。この修正作業方向δは
、修正方向速度指令値演算回路２００に入力される。 このように作業方向を修正することにより引抜き力のＸ
方向成分Ｆｘが打ち消され、矢板ＰＬに働く偏心荷重が
消滅あるいは低減される。 また、第３アーム３先端が所定の速度で作業方向に軌跡
制御されるように第２．第３アーム２゜３が角速度制御
され、これと同時に、第３アーム３先端の目標軌跡に対
するＸ軸方向の偏差ΔＸを検出し、この偏差ΔＸによる
位置フィードバック制御が行なわれ、従来のようなオー
プンループ制御に比べて格段に軌跡精度が向上する。さ
らに、制御レバー１４の操作中に第１アーム用の操作レ
バー１８を操作して第１アーム１の対地角αを変えても
、対地角αの変化に応じた軌跡制御が連続して行なえる
。 なお、本発明を適用するにあたっては以上の実施例の各
構成要素を次のようにしてもよい。 ■第１アーム１を廃し、軌跡制御される第２゜第３アー
ム２，３のみにより作業機を構成してもよい。 ■　また、第１３図に示すように、第３アーム３先端に
第４アーム４０を第４シリンダ７０により回動可能に設
けてもよい。この場合、式（１１）、（１２）のり、、
Ｔ、を次のようにり、’、’ｒ３′に置き換える。 ここで、第１４図は第４アーム４０を付加した場合の座
標を説明する図であり、この図において、 Ｌ３′二点Ｂ（第３アーム３の回動支点）。 ｃ’　（第４アーム４０先端の作業 用アタッチメントの連結点）間の距 離 Ｔ３′：線分ＡＢの延長線と線分ＢＣ’のなす角であり
Ｔ、’＝Ｔ３＋Ｃ。 ここで、Ｃ３：線分ＢＣと線分ＢＣ’のなす角 そして、第４アーム４０の長さ（点ｃ、ｃ’間の距＃）
をＬ４とし、第４アーム４０の角度（線分ＢＣの延長線
と線分ｃｃ’のなす角）をＴ、とすれば。 Ｌ、’＝＝　　Ｌ３”＋Ｌ４”−２Ｌ、　・Ｌ４ｃｏｓ
　（π−Ｔ４）　−（１５）であるから、Ｔ４を角度検
出器により検出すれば同様に制御することが可能である
。すなわち、第４アーム４０を手動操作中でもフィード
バックが働き軌跡は保たれる。 ■各アーム２，３を油圧シリンダ５，６で駆動したが、
油圧に限定されず、また油圧モータ。 油圧ロータリアクチュエータなどその他のアクチュエー
タを用いることができる。 ■バイブロハンマやアースオーガに使用できる旨述べた
が、その他の各種作業アタッチメントにも使用できる。 ■第１アーム１の対地角αを直接に検出したが、上部旋
回体に対する第１アーム１の相対角を検出するとともに
、作業機本体の傾斜角を検出し、二つの角度から第１ア
ーム１の対地角αを演算してもよい。 ■作業方向が一定（例えば垂直施工のみ）であれば、δ
を任意の値に設定するための作業方向設定器１５を省略
できる。この場合でも、固定された軌跡の方向を示す信
号を出力する軌跡方向設定器は不可欠である。 ■作業方向設定器１５と作業方向演算回路１゜Ｏとの間
にスイッチを設け、スイッチオンで垂直方向の設定、ス
イッチオフで任意の方向、例えば水平方向の設定と定め
ておけば、２種類の軌跡方向の切換えが極めて容易とな
る。 ■角度検出器として、磁気抵抗素子を用いたもの、差動
コイルを用いたもの、光学式、磁気式のロータリエンコ
ーダを用いたものなどを利用でき、ポテンショメータ式
に限定されない。 ■実施例中の各回路、数式等もそれらに限定されない。 特に、作業方向δにより絶対座標系を回転させたが、絶
対座標系のまま、演算処理してもよい。 なお、以上では矢板引き抜き作業について説明したが、
矢板の斜め打込み、オーガドリルによる斜め穿孔作業な
どにも全く同様に用いることができるほか、垂直あるい
は水平方向の打設、穿孔にも用いられる。 ［相］矢板やオーガドリルの偏心荷重を、第３アーム３
先端の作業アタッチメント取付ピンに内蔵したピン形ロ
ードセルＩＯＬの出力から求めたが、バイブロハンマの
チャック部やオーガドリルそのものに作用する偏心荷重
を直接検出してもよい。 Ｇ０発明の効果 本発明によれば、作業用アタッチメントの取付点に矢板
などの偏心荷重に応じた所定方向の力が働かないように
、その作業方向すなわち軌跡の方向を逐次修正するよう
にしたので、矢板やオーガドリルなどに無理な力が加わ
らず、折損事故を防止できる。 また、矢板引き抜き作業においては、矢板の打設方向が
不明でも矢板を曲げることなく引き抜くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図である。 第２図〜第１２図は一実施例を示すものであり、第２図
は座標系を定義する図、第３図は矢板引き抜き時に生ず
る偏心荷重を説明する図、第４図はピン形ロードセルで
検出する２分力を説明する図。 第５図は全体構成を示すブロック図、第６図はピン形ロ
ードセルを説明する図、第７図は作業方向演算回路を示
すブロック図、第８図は修正方向速度指令値演算回路を
示すブロック図、第９図は速度指令値を説明する図、第
１０図は角速度制御値演算回路を示すブロック図、第１
１図は流量制御値演算回路を示すブロック図、第１２図
はリンク補正を説明する図、第１３図、第１４図は第４
アームを付加した変形例を説明するもので、第１３図が
第４アームを示す図、第１４図がその座標などを定義す
る図、第１５図（ａ）はバイブロハンマを装着した作業
機の側面図、第１５図（ｂ）はアースオーガの側面図で
ある。 １：第１アーム　　　２：第２アーム ３：第３アーム　４〜６：シリンダ ７：バイブロハンマ １０Ｌ：ピン形ロードセル １１〜１３：角度検出器 １４：制御レバー １５：作業方向設定器 １６．１７．２４：電気油圧変換弁 １８〜２０．２５：操作レバー １００：作業方向演算回路 ２ｏＯ：修正方向速度指令値演算回路 ３００　：角速度制御値演算回路 ４００：流量制御値演算回路 １５０：力検出手段 １５Ｓ：軌跡方向修正手段 ３５０：回動速度演算手段 ４５０：ＭｌｈｆｆＩＪ御手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 軌跡制御される少なくとも第１および第２のアームと、
   これら各アームを回動運動せしめる第１および第２の駆
   動手段と、前記第２のアーム先端に回動可能に取付けら
   れた作業用アタッチメントとを備えた作業機の軌跡制御
   装置において、前記第２のアーム先端の軌跡の方向を設
   定する軌跡方向設定手段と、 前記第１および第２のアームに関連した角度を検出する
   アーム角度検出手段と、 前記軌跡に沿った第２のアーム先端の作業速度を指令す
   る指令手段と、 前記作業用アタッチメントの取付点に作用する所定方向
   の力を検出する力検出手段と、 この検出された所定方向の力が零となるように、前記設
   定された軌跡の方向を修正する軌跡方向修正手段と、 前記第１および第２のアームに関連した角度と、前記作
   業速度の指令値と、前記修正された軌跡の方向とに基づ
   いて、前記第２のアーム先端が前記修正された軌跡の方
   向に沿って前記指令された作業速度で移動するように前
   記第１および第２のアームの回動速度を演算する回動速
   度演算手段と、この回動速度演算手段で演算された回動
   速度となるよう前記第１および第２の駆動手段を駆動制
   御する駆動制御手段とを具備することを特徴とする作業
   機の軌跡制御装置。