JPH02176023A - 建設機械のバケット刃先深さ制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、バケット、アームおよびブームを備えた建設
機械において、バケットの刃先深さを所定の目標値に保
持するようにしたバケット刃先深さ制御ｌｌ装置に関す
る。

〔従来の技術） 一般に油圧パワーショベルはブーム、アームおよびバケ
ットおよびこれらを作動させる油圧シリンダであるブー
ムシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを具え
ていて、これら各油圧シリンダは運転席に配備された３
つの操作レバーにより各別に操作される。

このような油圧パワーショベルにより地面を直線掘削す
る場合、バケットの鉛直方向の先端位置くバケットの刃
先深さ）を所定の目標値に保持することが要求される。

したがってオペレータは直線掘削作業時において上記の
うち２つまたは３つの操作レバーを複合的かつ同時に操
作してバケット先端の移動軌跡が所望の平面上で直線に
なるようにしなければならない。

ところがこのように２つまたは３つの操作レバーを複合
的に操作して油圧パワーショベルのバケット刃先深さを
手動制御する作業は、非常に熟練を必要とする。また、
精度よく刃先深さを制御しようとする場合には、時間を
要し、このため作業効率が大幅に損なわれることとなっ
ていた。

そこで上記実情に鑑みてアーム用操作レバーのみを操作
するだけで自動釣にバケット刃先深さを一定に制御せん
とする従来技術が種々提案、実施されている。

いずれの従来技術もブーム、アームおよびバケットの各
回転角およびバケット刃先深さとの間に一定の幾何学的
関係が成立することに着目し、かかる原理を利用してブ
ーム、アームおよびバケットの各回転角を検出し、これ
ら検出した回転角から上記バケット刃先深さを演算し、
演算した刃先深さが一定となるように制御するものであ
る。

たとえば、特公昭５８−３６１３５号公報ｒａ削別にお
ける掘削深さの制御方法」においては、バケット刃先深
さの現在値と同刃先深さの目Ｉｆｉｆｉとの偏差を求め
、この偏差に応じた流量指令をブームシリンダに与える
ようにしている。

〔発明が解決しようとする１ｉｌｆｆｌ）従来において
は、アーム用操作レバー１本を操作するだけでバケット
の刃先深さが所望の目標値に自動設定されるという所期
の目的は確かに達成されるものの、いずれにせよバケッ
ト刃先深さの現在値と目標値との比較に基づく制御であ
ることから油圧系の特性とあいまって自ずとつぎのよう
な問題点が発生ずる。

すなわち、油圧パワーショベルの作業機の油圧制御系は
、負荷による慣性が大きく応答近れが大きい。また各シ
リンダに圧油を供給する油圧操作弁の流量特性が負荷に
応じて変動する。

したがって、たとえば従来の技術にあっては、■　アー
ム用操作レバーを操作したとしても上記応答遅れによっ
てすぐにはアームはレバーの操作量に応じた速度では回
動しない。

こうした状況下でアームの回転角笠に基づぎブームシリ
ンダに流量指令を出力したとしても、ブームの流量指令
に対してブームが回動するまでに応答遅れがあるため該
流量指令に基づきブームが回動した時点では、すでに上
記アーム１よさらに回動しているため、バケット刃先深
さは目標値に一致しないこととなる。

■　また、バケット刃先深さは現在値と目標値との偏差
に応じた流量指令をブームシリンダに与えるようにして
いるが、同一の流量指令（ブームシリンダ速度）をブー
ムシリンダに与えたとしても現在のアームの回転角およ
びブーム回転角に応じて実際に発生するブームの回転角
速度は異なり、常に上記偏差を零にすることができると
は限らない。このため、従来においては上記偏差を零に
するための制御ゲインをアーム、ブームの回転角がいか
なる値であっても系が不安定とならない値に設定する必
要があるが、前記応答遅れのため比較的低い値にしか設
定できない。しかし、これはバケット刃先深さの制御の
′ＩＩＪ度に影響を与えることとなっていた。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたもので、制御の
応答性の遅れを改善するとともにブームに正確な指令を
与えるようにして、バケット刃先深さの制御を正確かつ
安定して行なうことのできる装置を提供することをその
目的としている。

（ｉＪ題を解決するための手段および作用〕そこで、本
発明では、車体の一点に回動可能に取付けられ第１のア
クチュエータにより回動制御されるブームと、このブー
ムの先端に回動可能に取付けられ第２のアクチュエータ
により回動制御されるアームと、このアームの先端に取
付けられ第３のアクチュエータにより回動制御されるバ
ケットとを有する建股傭械において、前記ブーム、アー
ムおよびバケットの各回転角をそれぞれ検出する回転角
検出手段と、前記アームを操作するアーム操作レバーの
操作量を検出する操作ｍ検出手段と、前記アーム操作レ
バーの操作ｍに応じて前記第２のアクチュエータを制御
するアーム制御手段と、前記回転角検出手段の出力と、
前記操作ｍ検出手段によって検出した前記アーム操作レ
バーの操作量とに基づいて、前記バケットの刃先深さの
変化を零にする前記第１のアクチュエータの駆動指令値
を作成する第１の駆動指令値作成手段と、前記バケット
の刃先深さの目標値を設定する目標値設定手段と、前記
回転角検出手段の出力に基づいて前記バケットの刃先深
さの現在値を演算する演算手段と、前記回転角検出手段
の出力と、前記目標値設定手段の設定目標値と、前記現
在値演算手段で演算した現在値とに基づいて、前記設定
目標値と前記現在値との偏差を零にする前記第１のアク
チュエータの駆動指令値を作成する第２の駆動指令値作
成手段と、前記第１、第２の駆動指令値作成手段でそれ
ぞれ作成された駆動指令値の和に応じて前記第１のアク
チュエータを駆動側ｎｌＩする手段とを具えるようにし
ている。

かかる構成によれば、次のような作用を奏する。

アーム制御手段は、アーム操作レバーの操作ｍに応じて
第２のアクチュータを制御してアームを回動させる。

一方において、第１の駆動指令値作成手段は、上記操作
量に応じて変化するバケット刃先深さを零にするための
第１のアクチュエータに対する駆動指令値を作成する。

また、第２の駆動指令値作成手段は、バケット刃先深さ
の設定目標値と現在値との偏差を零にするための第１の
アクチュエータに対する駆動指令値を作成する。

第１のアクチュエータは上記各駆動指令値の和に応じて
駆ｖＪ制御される。結局、第１のアクチュエータは、単
にバケット刃先深さの偏差に応じた駆動指令値に応じて
制御されるのではなく、該駆動指令値に対して上記アー
ム操作レバーの予測変化量を加味した駆動指令値を加え
た駆動指令値によって駆動制御されることになる。した
がって上記アーム制御手段によってアームがたとえ応答
遅れをもつで回動されたとしても、上記第１のアクチュ
エータはこの応答遅れ分を見込んで駆動されるので、ブ
ームは、上記偏差が零になるように回動することになる
。

また本発明では車体の一点に回動可能に取付けられブー
ムシリンダにより回動されるブームと、このブームの先
端に回動可能に取付けられアームシリンダにより回動さ
れるアームと、このアームの先端に取付けられバケット
シリンダにより回動されるバケットとを有する建設橢械
において、前記ブーム、アームおよびバケットの各回転
角をそれぞれ検出する回転角検出手段と、前記アームを
操作するアーム操作レバーの操作かを検出する操作量検
出手段と、前記アーム操作レバーの操作子に応じた速度
で前記アームシリンダを作動して前記アームを回動する
アーム制御手段と、前記操作量検出手段で検出した前記
アーム操作レバーの操作量に基づいて、該操作量に対応
する前記アームシリンダの速度を演算するアームシリン
ダ速度演算手段と、前記回転角検出手段で検出した前記
アームの回転角と、前記アームシリンダ速度演算手段で
演算したアームシリンダの速度とに基づいて、これらア
ームの回転角およびアームシリンダの速度に対応する前
記アームの回転角速度を演算するアーム回転角速度演算
手段と、前記回転角検出手段の出力と、前記アーム回転
角速度演算手段で演算した前記アームの回転角速度とに
基づいて、該アームの回転角速度に対応する前記バケッ
ト刃先深さの変化を零にするための前記ブームの回転角
速度を演算する第１のブーム回転角速度演算手段と、前
記バケットの刃先深さの目標値を設定する目標値設定手
段と、前記回転角検出手段の出力に基づいて前記バケッ
トの刃先深さの現在値を演算する現在値演算手段と、前
記回転角検出手段の出力と、前記目標値設定手段の設定
目標値と、前記現在値演算手段で演算した現在値とに基
づいて、前記設定目標値と前記現在値との偏差を零にす
るための前記ブームの回転角速度をｉｉする第２のブー
ム回転角速度演算手段と、前記回転角検出手段で検出し
た前記ブームの回転角と、前記第１、第２のブーム回転
角速度演算手段でそれぞれ演算した前記ブームの回転角
速度とに基づいて、これらブームの回転角速度の和およ
び前記ブームの回転角に対応する前記ブームシリンダの
速度を演算するブームシリンダ速度演算手段と、前記ブ
ームシリンダ速度演算手段で演算したブームシリンダの
速度に応じて前記ブームシリンダを作動して、前記ブー
ムを回動する手段とを具えるようにしている。

かかる構成によれば、前記構成と同様の作用を奏すると
ともに以下のような作用を奏する。

すなわちこの発明では、アーム回転角速度はアームの回
転角およびアームシリンダの速度によつて異なる値を取
り得るという点、並びにブーム回転角速度はブームの回
転角およびブームシリンダの速度によって異なる（ブー
ムシリンダの速度はブーム回転角速度およびブームの回
転角によって異なる）値を取り得るという点に着目して
いる。

アーム回転角速度演算手段は、上記着目点に基づき正確
なアーム回転角速度を演算し、第１のブーム回転角速度
演算手段は上記正確なアーム回転角速度に基づき正確な
ブーム回転角速度を演算する。

さらに、ブームシリンダ速度ＰＭ算手段は、上記正確な
ブーム回転角速度を加味したブーム回転角速度について
、上記着目点に基づいて正確なブームシリンダ速度を演
算する。

こうして得られた正確なブームシリンダの速度に応じて
ブームシリンダが作動するので、前記ブームは、精度良
く上記バケット刃先深さの偏差が零になるように回動さ
れることになる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は、本発明に係るバケット刃先深さ制御装置の一
実施例のブロック図を示し、第３図は実施例の全体構成
を示し、第４図は実施例における油圧パワーショベルの
作業機の構成を示し、第５図は、第４図に示す作業機の
幾何学的関係を示している。

第４図に示すごとく油圧パワーショベルＰＳの作業機（
フロントアタッチメント）は、ブーム１、アーム２およ
びバケット３の各機構部を具え、それらの各回動支点０
、ＢおよびＣには、それらの回転角α、βおよびγ（第
５図参照）を検出するブーム角度検出器７、アーム角度
検出器８およびバケット角度検出器９がそれぞれ配設さ
れている。

なお、これら検出器７，８および９としては、たとえば
ポテンショメータが使用される。

第５図においてＹ軸は支点Ｏを通過する垂直軸線、ｊｌ
は支点ＯおよびＢを結ぶ線分ＯＢの長さＪ２は支点Ｂお
よびＣを結ぶ線分ＢＣの長さ、ｊ３は支点Ｃおよびバケ
ット先端点りを結ぶ線分ＣＤの長さ、Ｌ２は支点Ｂおよ
びバケット先端点りを結ぶ線分ＢＤの長さく以下、アー
ム刃先全長という）である。

このとき上記回転角αは、ｙ軸に対する線分ＯＢの回転
角、上記回転角βは、線分ＯＢの延長線に対する線分Ｂ
Ｃの回転角、そして上記回転角γは、線分ＢＣの延長線
に対する線分ＣＤの回転角を示す。そしてβ０は、線分
ＯＢの延長線に対して線分ＢＤがなす角度（以下、アー
ム刃先角という）を示す。

上記Ｌ２．ｊ２．Ｊ３およびγとの間には、第５図から
明らかなように、 ・・・・・・（１） という浅学的関係が成立する。

ここに、ｊ２．ｊ３は既知であることから回転角γが検
出器９において検出されると、この検出値を第（１）式
に代入することによりアーム刃先全長Ｌ２を求めること
が可能になる。

また、上記βＱ、β、Ｊ！３．γおよびＬ２との間には
、第５図から明らかなように、 Ｂａ　＝β＋ｓｉｎ　−’　（ｊ　３ｓｉｎ　７／Ｌ２
　）・・・・・・（２） という浅学的関係が成立する。

ここに、１３は既知であり、Ｌ２は上記（１）式で得ら
れることから、各回転角β、γが検出器８゜９において
検出されると、これら検出値を第（２）式に代入するこ
とにより、アーム刃先角β０を求めることが可能になる
。

上記回転角検出器７．８および９に３３いて検出された
各回転角α、βおよびγを示ず回転角信号は、第３図に
示すコントローラ２０の入力インターフェース２１を介
して同コントローラ２０のＣＰＵ２２に加えられる。

上記ブーム１、アーム２およびバケット３は、ブームシ
リンダ４、アームシリンダ５およびバケットシリンダ６
によって各々回転作動される。

油圧パワーショベルＰＳの運転席には、ブーム１、アー
ム２およびバケット３を回転作動させるだめのブーム用
操作レバー（図示せず）、アーム用操作レバー１０およ
びバケット用操作レバー１１がそれぞれ配設されている
（第１図参照）。

そして操作レバー１０には、同レバーの操作量、つまり
レバーの操作角ψを検出するレバー角検出器１２が付設
されている。なお、この検出器１２としては、たとえば
ポテンショメータが使用される。上記検出器１２で検出
された操作角ψも、上記各回転角α、βおよびγと同様
、コントローラ２０の入力インターフェース２１を介し
て同コントローラ２０のＣＰＵ２２に加えられる。

操作レバー１０．１１が操作されると、各操作量に応じ
て、アーム操作弁１３、バケット操作弁１４の各スプー
ルが移動されて、該操作弁１３゜１４によって上記各操
作量に応じた速度でアームシリンダ５およびバケットシ
リンダ６がそれぞれ伸長または縮退される。つまり、こ
の伸縮作動の結果、アーム２、バケット３の回転角β、
γがそれぞれ変化し、この変化に応じてバケット３の先
端位置りの鉛直方向成分ｙも変化することとなる。

一方、油圧パワーショベルＰＳの運転席には、操作パネ
ル４０が配設されている。同パネル４０は、後述する深
さ設定器４１および自動モードスイッチ４２を備えてい
る。

上記自動モードスイッチ４２は、ブームシリンダ４の伸
縮作動を手動または自動のいずれかで行なうかを選択す
るスイッチである。同スイッチ４２が押動されていない
場合、つまりブーム１をオペレータの手動操作によって
回動作動させる場合には、自動モードスイッチ４２の゛
′手動”信号が入力インタフェース２１を介してＣＰＬ
Ｉ　２２に入力される。この結果、ＣＰ（Ｊ２２は、パ
手！ｌＩ″の判定を下し、ドライバ２３を介してブーム
シリンダ４の油圧系統の手動自動切換弁１５を手動側に
切り換える。

この場合、図示していない上記ブーム用操作レバーを手
動操作すると、その操作量に応じてアーム操作弁１３、
バケット操作弁１４と同様のブーム操作弁（図示せず）
のスプールが移動されて、該ブーム操作弁によって上記
操作量に応じた速度でブームシリンダ４が伸長または縮
退される。つまり、この８退作動の結果、ブーム１の回
転角αが変化し、この変化に応じてバケット３の先喘位
ｆｆＤの鉛直方向成分ｙも変化することとなる。

したがってオペレータとしては、操作パネル４０の自動
モードスイッチ４２を“手！０″側に操作した場合には
、ブーム用操作レバー、アーム用操作レバー１０および
バケット用操作レバー１１を複合的に操作して、バケッ
ト３の先端位置りの鉛直方向成分ｙ、つまりバケット刃
先深さｙを所望の位置に保持しつつ、直線掘削を行なう
ことが可能である。

一方、自動モードスイッチ４２を押動した場合、つま同
スイッチ４２が“自動”側に操作された場合には、自動
モードスイッチ４２の゛′自ｌＩＩ］ｎ信号が入力イン
ターフェース２１を介してＣＰＵ２２に入力される。こ
の結果、ＣＰｔＪ２２は“′自動”の判定を下し、ドラ
イバ２３を介してブームシリンダ４の油圧系統の手動自
動切換弁１５を自動側に切り換える。

この場合、ブームシリンダ４は、上記ブーム用操作レバ
ーの操作とは無関係に、ブーム制御弁（電磁比例制御弁
）１６によって伸縮作動される。

深さ設定器４１では、バケット３の刃先深さの目標値Ｙ
Ｓ設定される。この目標値Ｙを示す信号は、入力インタ
ーフェース２１を介してＣＰＵ２２に入力される。

自動モードスイッチ４２が“自動”側に操作されている
場合には、上記レバー角検出器１２の出力ψ、上記回転
角検出器７，８および９の各出力α、βおよびγ並びに
深さ設定器４１の設定値Ｙに基づいてコントローラ２０
で後述する演算処理が実行され、この演算処理に基づき
上記バケット３の刃先深さを上記設定値Ｙに保持するた
めの操作指令信号ｉが上記ブーム制御弁１６のソレノイ
ドに加えられることになる。

この場合、オペレータとしては、アーム用操作レバー１
０のみを操作するだけで、バケット３の刃先深ぎを一定
に保持する直線Ｅ削作業を行なうことができる。

つぎに、主として第１図および第２図を併せ参照しつつ
、自動モードスイッチ４２が“自動側に操作されている
場合にコントローラ２０で行なわれる処理について説明
する。

なお、実施例では、バケット用操作レバー１１は、中立
状態であるものとする。

第１図に示すアーム刃先全長演算回路２４では、バケッ
ト角度検出器９から出力されるバケット３の現在の回転
角γに基づき、前記第（１）式から現在のアーム刃先全
Ｉ％Ｌ２を演算する処理が行なわれる。ここに、レバー
１１は中立状態であり、γは一定値であるので、全長Ｌ
２は一定値となる。

一方、アーム刃先角演算回路２５では、アーム角度検出
器８およびバケット角度検出器９からそれぞれ出力され
るアーム２およびバケット３の現在の各回転角βおよび
γに基づき、ｔｆｒＪ記第（２）式から現在のアーム刃
先角βＯを演算する処理が行なわれる。、ここに、全長
Ｌ２．角度γは一定値であることから第（２）式の右辺
ｆｆ１２項は一定値となる。したがって、アーム刃先角
β０は、現在のアーム２の回転角βに一定値を加えた値
になる。

したがって、アーム刃先全長演算回Ｍ２４およびアーム
刃先角演算回路２５の各出力Ｌ２．β０はアーム用操作
レバー１０の操作のみ（アーム回転角βのみ）によって
一義的に定まることになる。

一方、操作レバー１０の操作に伴ないレバー角検出器１
２では現在のレバー操作角ψが検出され、アームシリン
ダ推定速度演算回路２６では、検出値ψに対応するアー
ムシリンダ推定速度ＶＡを下記（３）式によって演算す
る＠狸が実行され、該推定速度ＶＡがアームリンク補正
回路２７に出力される。

ここにアームシリンダ推定速度ＶＡとは、アーム用操作
レバー１０が現在、レバー角ψに操作されているならば
、いずれ達するであろうアームシリンダ５の速度である
。さらにいえば、操作レバー１０を素早く所定レバー角
ψまで操作した場合には、即座にアームシリンダ５の速
度はＶＡには至らない。少々の１問遅れがあってやがて
、速１度△ ■１に達するものである。なお、この遅れは油圧系の特
性に起因する。この演算回ＷＪ２６では、こうした現在
のレバー角ψに応じたアームシリンダ推定速度■へが次
式（３）式に示す対応関係で出力されることになる。

八 ■＾＝ｆ１　（ψ）　　　　・・・・・・（３）（第２
図ｊａ）　参照） ここに、関１ｋ　ｆ　１は、アームシリンダ５の油圧系
統によって一義的に定まる関数であり、第２図（ａ）に
示す特性を有している。

つぎに、アームリンク補正回路２７では、上記アームシ
リンダ推定速度演算回路２６から出力されるアームシリ
ンダ推定速度ＶＡおよびアーム角度検出器８の現在の検
出値βに基づいて、上記回転角βおよび上記推定速度■
４に対応するアーム２の回転角速度βを演算 上記（４）式において関数ｆ２はアーム２のリンク構造
によって一義的に定まる関数であり、第２図（ｂ）に示
すような特性を有している。

にてアームシリンダ５が作動していて、アーム回転角度
がβである場合におけるアーム２の回転角速度である。

つぎに、ブーム速度演算回路２８では、上記アームリン
ク補正回路２７から出力されるアーム回転角速度βおよ
びアーム刃先全長演算回路２４から出力されるアーム刃
先全長Ｌ２およびアーム刃先角演陣回Ｍ２５から出力さ
れるアーム刃先角β０およびブーム角度検出器７から出
力されるブーム１の現在の回転角αに基づいて、アーム
回転（ｆＭ２図（ｂ）　　参照） によって求め、求められた上記回転角速度βをブーム速
度演算回路２８にｈａえる。

・・・・・・（５） によって演算する処理が実行され、演算した上記回転角
速度αを後述する加算回路３３に出力する。

ここに上記回転角速度αとは、アーム２が回転角速度β
を以って回動することによって変化するバケット３の刃
先深さｙを保持するに必要なブーム１の回転角速度であ
る。さらにいえば、アーム２が回転角速度βで回動し、
ブーム１が回転角速Δ 度αで回動しているならば、バケット３の刃先深さｙは
一定に保たれる。

結局、ブーム速度演算回路２８からは、アーム用操作レ
バー１０が定常的にレバー角ψを以って操作されている
場合においてバケット３の刃先深さｙを保持するために
必要なブーム１の回転角速Δ 度αが出力されることになる。

一方、深さ演算回路２９では、ブーム角度検出器７によ
って検出されるブーム１の現在の回転角αおよびアーム
刃先全長演算回路２４の出力Ｌ２およびアーム刃先角演
算回路２５の出力β０に基づいてバケット３の刃先深さ
の現在値ｙが次式％式％） によって演算され、演算した現在値ｙが減算回路３０に
加えられる。

減算回路３０では、上記刃先深さの現在値ｙとともに、
深さ設定器４１で設定されたバケット３の刃先深さの目
標値Ｙが入力される。そして刃先深さの偏差Δｙが演算 Δ’／＝Ｙ−’Ｊ　　　　　　・・・・・・（７）によ
って求められ、求められた偏差ΔｙをＪｌｉ標変換回路
３１に出力する。

つぎに座標変換回路３１では、減算回ｇ３ｏから入力さ
れる上記偏差Δｙとアーム刃先全長演算回路２４の出力
Ｌ２とアーム刃先全長演算回路２５の出力β０とブーム
角度検出器７で検出されたブーム１の現在の回転角αと
に基づいて、偏差Δｙに対応するブーム１の角度偏差Δ
αを演算Δｙ Ｊ）　１ｓｉｎ　ａ＋　Ｌ２　ｓｉｎ　　（α＋β０　
）・・・・・・（８） によって求め、求められた角度偏差Δαを比例ゲイン乗
算回路３２に加える。

ここに上記角度偏差Δαとは、偏差Δｙを零、つまりバ
ケット３の刃先深さの現在１ｙを目標値Ｙにもっていく
ために必要なブーム１の現在の回転角αからの角度変化
量である。さらにいえば、ブーム１の回転角αを角度偏
差Δαだけ変化させることによってバケット３の刃先深
さは現在値ｙから目標値Ｙに３！！することとなる。

つぎに比例ゲイン乗算回路３２では、座標変換回路３１
から出力される上記角度偏差Δαに対応するブーム１の
回転角速度α０を演算 αｏ＝にΔα　　　　　・・・・・・（９）によって求
め、求められた回転角速度α０を加算回路３３にｈ口え
る処理を行なう。なお、を記（９）式においてＫ　Ｇ、
を比例ゲインである。

加算回路３３では、前記ブーム速度演算回路２８から出
力される回転角速度αと上記比例ゲイン乗算回路３２か
ら出力される回転角速度α０とに基づいてブーム１に対
する回転角速度指令値αを加算演算 α＝α＋α０　　　　・・・・・・（１０）によって求
め、求められた角速度指令値αをブームリンク補正回路
３４に加える。

つぎにブームリンク補正回路３４では、上記ｈａ算回路
３３から出力されるＪ：配回転角速度指令値αとブーム
角度検出器７によって検出されるブーム１の現在の回転
角αとに基づいて、上記回転角αおよび上記回転角速度
指令値αに対応するブームシリンダ４に対する流量指令
値Ｖ８、つまりブームシリンダ４の速度指令値を演算 ■　＝α／ｆ３　（α）　　・・・・・・（１１）（第
２図（Ｃ１参照） によって求め、求められたと記流邑指令値■８を１ｌｌ
Ｉｌ′ｍアンフ３５ニ加エル。

ここに上記（１１）式において関数ｆ３は、前記関数ｆ
２と同４工にブーム１のリンク鍔造によって一義的に定
まる関数であり、Ｍ２図（Ｃ）に示すような特性を有し
ている。そして、上記流量指令値Ｖ８とは、回転角速度
αにてブーム１が作動していて、ブーム回転角がαであ
る場合におけるブームシリンダ４の作動速度である。逆
にいえば、ブームシリンダ４が速度Ｖ８にて作動してい
てブーム１の回転角がαである場合には１．ブーム１は
回転角速度αをもって回動することになる。

つぎに制御アンプ３５は、ブームリンク補正回路３４か
ら出力される上記流量指令値■６をブーム制御弁１６の
ソレノイドに鳩えるための、所定の駆動電流ｉに変換し
、該駆動変換電流ｉを上記ソレノイドに加える。

この結果、ブーム制御弁１６は上記駆動変換電流ｉ、つ
まり上記流量指令値ｖ８に応じた速度でブームシリンダ
４を伸縮作動させる。すると、バケット３の刃先深さは
深さ設定器４１で設定された目標値Ｙに一致することに
なる。

以上説明したように実施例によればアーム用操作レバー
１ｏが所定の操作角ψに操作された際、アーム操作弁１
３を介してアームシリンダ５が伸縮作動し、アーム２が
回動される。これと同時にアーム用操作レバー１０の操
作角ψに応じて、バケット３の刃先深さを保持する、つ
まり刃先深さの変化を零にするためのブーム１の回転角
速度αを予測する。そして一方において、バケット３の
刃先深さの現在値ｙと目標値Ｙとの偏差Δｙを零にする
に必要なブーム１の回転角速度α０を演算する。そして
、アーム用操作レバー１０の操作量に基づき予測した上
記回転角速度αとバケット３の刃先深さの偏差Δｙに応
じた回転角速度α０とを加算した回転角速度αに応じた
該流量指令値をブームシリンダ４に対して与えるように
している。

ここに従来においては、単にバケット３の刃先深さの現
在値と目標値との偏差に応じた流量指令値をブームシリ
ンダ４に対して与えるようにしている。この場合、アー
ム用操作レバー１０を操作した場合には応答遅れをもっ
てアーム２が回ｖＪする。そして、アーム２が回動して
いる刑、一方において上記偏差に応じた流量指令値がブ
ームシリンダ４に対して与えられ、ブーム１が回動する
が、ブームの流量指令に対してブームが回動するまでに
応答遅れがあるため、ブーム１が上記流量指令値に応じ
て回動した時には、すでにアーム２の回転角はさらに異
なる回転角に達しているため、上記偏差を零にするのは
きわめて困難であった。特にアーム用操作レバー１０を
急澹に操作した場合には、刃先深さの制御の精度はさら
に悪化する。

しかし、実施例によれば、アーム用操作レバー１０が操
作された場合、その操作量に応じてバケッｌ−３の刃先
深さを現状に保持するためのブーム１の回転角速度を推
定し、これに応じた流量指令値を上記刃先深さの偏差に
応じた流量指令値に加味するようにしている。したがっ
て上記応答遅れに起因する刃先深さの制御の閉度の悪化
を改善することができる。

また、実施例においては、アームリンク補正回路２７に
おいてアームシリンダ４の推定速度■４およびアーム２
の回転角βに応じた正確なアーム２の回転角速度βが演
算される。そしてブーム速度演算回路２８では、上記正
確なアーム２の回転角速度βに基づいてバケット３の刃
先深さｙを現状に保持するに必要なブーム１の回転角速
度αが正確に臂られることになる。

そして、ブームリンク補正回路３４では、バケット３の
刃先深さの偏差Δｙを零にするに必要なブーム１の回転
角速度α０と上記正確なブーム１の回転角速度αとを加
算した正確なブーム１の回転角速度αおよびブーム１の
回転角速度αに応じたブームの正確な流量指令値■８が
演算されることになる。

したがって従来にあっては、バケット刃先深さの偏差Δ
ｙをそのままブームシリンダに与える流量指令値として
いたため、ブーム１、アーム２の回転角α、βの値によ
っては、バケット刃先深さＹに正確に一致させることが
できなかったが、実施例によれば、これら回転角α、β
に応じた正確な流量指令値■８が演算され、この正確な
流伍指令値Ｖ８に応じてブームシリンダ４が作動される
ことになる。このため、バケット刃先深さｙは目標（ｉ
ｉＹに正確に一致する。

なお、実施例では、本発明がブーム、アームおよびバケ
ットの３つの要素で構成される作業機に対して適用され
る例について説明したが、これに限定されることなく、
たとえば２Ｆ２のブームを有する作業機に対しても適用
可能であることはいうまでもない。

また実施例では、本発明が油圧パワーショベルに適用さ
れる例について説明したが、これに限定されることなく
、たとえばバックホー等バケットの刃先深さを一定に保
持して作業を行なう建設機械であれば、その適用、実施
は当然可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、バケット刃先深さ
の現在値および目標値のみならず、アームの予測変化量
をもｈｎ味した偏差に基づき、バケットの刃先深さを制
御しているので、υＩＷの応答性が自重する。また、ブ
ーム、アームの回転角に対応した最適な指令によってブ
ームが回動する。

この結果、バケットの刃先深さを所望の目標値に正確か
つ安定して一致させることが可能になるので、作業スピ
ードが向上するとともに作業を正確かつ安定して行なう
ことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る建設１械のバケット刃先深さ制
御装置の一実施例を示す制御ブロック図、第２図（ａ）
　、　（ｂ）および（Ｃ）は、第１図に示すブームシリ
ンダ推定速度演算回路、アームリンク補正回路およびブ
ームリンク補正回路でそれぞれ行なわれる演算処理を説
明するために用いたグラフ、第３図は、実施例の全体構
成を概念的に示すブロック図、第４図は、実施例におけ
る油圧パワーショベルの作業機の構成を示す側面図、第
５図は、第４図に示す作栗傭の各要素の幾何学的関係を
示すグラフである。 ＰＳ・・・油圧パワーショベル、１・・・ブーム、２・
・・アーム、３・・・バケット、４・・・ブームシリン
ダ、５・・・アームシリンダ、６・・・バケットシリン
ダ、７・・・ブーム角度検出器、８・・・アーム角度検
出器、９・・・バケット角度検出器、１０・・・アーム
操作レバー１１・・・バケット操作レバー、１２・・・
レバー角検出器、１３・・・アーム操作弁、１４・・・
バケット操作弁、１６・・・ブーム制御弁（電磁比例制
御弁）、２０・・・コントローラ、２４・・・アーム刃
先全長回路、２５・・・アーム刃先角演算回路、２６・
・・アームシリンダ推定速度演算回路、２７・・・アー
ムリンク補正回路、２８・・・ブーム速度ａ痒回路、２
９・・・深さ演算回路、３０・・・減坤回路、３１・・
・座標変換回路、３２・・・比例ゲイン乗算回路、３３
・・・加算回路、３４・・・ブームリンク補正回路、４
１・・・深さ設定器。 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）車体の一点に回動可能に取付けられ第１のアクチ
   ュエータにより回動制御されるブームと、このブームの
   先端に回動可能に取付けられ第２のアクチュエータによ
   り回動制御されるアームと、このアームの先端に取付け
   られ第３のアクチュエータにより回動制御されるバケッ
   トとを有する建設機械において、 前記ブーム、アームおよびバケットの各回転角をそれぞ
   れ検出する回転角検出手段と、 前記アームを操作するアーム操作レバーの操作量を検出
   する操作量検出手段と、 前記アーム操作レバーの操作量に応じて前記第２のアク
   チュエータを制御するアーム制御手段と、前記回転角検
   出手段の出力と、前記操作量検出手段によつて検出した
   前記アーム操作レバーの操作量とに基づいて、前記バケ
   ットの刃先深さの変化を零にする前記第１のアクチュエ
   ータの駆動指令値を作成する第１の駆動指令値作成手段
   と、前記バケットの刃先深さの目標値を設定する目標値
   設定手段と、 前記回転角検出手段の出力に基づいて前記バケットの刃
   先深さの現在値を演算する現在値演算手段と、 前記回転角検出手段の出力と、前記目標値設定手段の設
   定目標値と、前記現在値演算手段で演算した現在値とに
   基づいて、前記設定目標値と前記現在値との偏差を零に
   する前記第１のアクチュエータの駆動指令値を作成する
   第２の駆動指令値作成手段と、 前記第１、第２の駆動指令値作成手段でそれぞれ作成さ
   れた駆動指令値の和に応じて前記第１のアクチュエータ
   を駆動制御する手段と を具えたことを特徴とする建設機械のバケット刃先深さ
   制御装置。
2. （２）車体の一点に回動可能に取付けられブームシリン
   ダにより回動されるブームと、このブームの先端に回動
   可能に取付けられアームシリンダにより回動されるアー
   ムと、このアームの先端に取付けられバケットシリンダ
   により回動されるバケットとを有する建設機械において
   、 前記ブーム、アームおよびバケットの各回転角をそれぞ
   れ検出する回転角検出手段と、 前記アームを操作するアーム操作レバーの操作量を検出
   する操作量検出手段と、 前記アーム操作レバーの操作量に応じた速度で前記アー
   ムシリンダを作動して前記アームを回動するアーム制御
   手段と、 前記操作量検出手段で検出した前記アーム操作レバーの
   操作量に基づいて、該操作量に対応する前記アームシリ
   ンダの速度を演算するアームシリンダ速度演算手段と、 前記回転角検出手段で検出した前記アームの回転角と、
   前記アームシリンダ速度演算手段で演算したアームシリ
   ンダの速度とに基づいて、これらアームの回転角および
   アームシリンダの速度に対応する前記アームの回転角速
   度を演算するアーム回転角速度演算手段と、 前記回転角検出手段の出力と、前記アーム回転角速度演
   算手段で演算した前記アームの回転角速度とに基づいて
   、該アームの回転角速度に対応する前記バケット刃先深
   さの変化を零にするための前記ブームの回転角速度を演
   算する第１のブーム回転角速度演算手段と、 前記バケットの刃先深さの目標値を設定する目標値設定
   手段と、 前記回転角検出手段の出力に基づいて前記バケットの刃
   先深さの現在値を演算する現在値演算手段と、 前記回転角検出手段の出力と、前記目標値設定手段の設
   定目標値と前記現在値演算手段で演算した現在値とに基
   づいて、前記設定目標値と前記現在値との偏差を零にす
   るための前記ブームの回転角速度を演算する第２のブー
   ム回転角速度演算手段と、 前記回転角検出手段で検出した前記ブームの回転角と、
   前記第１、第２のブーム回転角速度演算手段でそれぞれ
   演算した前記ブームの回転角速度とに基づいて、これら
   ブームの回転角速度の和および前記ブームの回転角に対
   応する前記ブームシリンダの速度を演算するブームシリ
   ンダ速度演算手段と、 前記ブームシリンダ速度演算手段で演算したブームシリ
   ンダの速度に応じて前記ブームシリンダを作動して、前
   記ブームを回動する手段と を具えたことを特徴とする建設機械のバケット刃先深さ
   制御装置。