JPH0324939B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、油圧シヨベルにおける上部旋回体、
ブーム、アーム、バケツトの各作業機を排土後に
掘削開始位置まで半自動で復帰させるための制御
装置に関するものである。

（従来技術） 従来、この種の制御装置として、たとえば特開
昭57−112526号公報に示されるように、排土後に
旋回とアームの操作によつて半自動で各作業機を
掘削開始位置まで復帰させる制御装置が知られて
いる。しかし、この装置では、旋回とアームとの
２本の操作レバーを操作しなければならず、操作
性が悪く、また、その制御時には上部旋回体およ
びブーム、アーム、バケツトの各作業機が旋回運
動（円運動）するのに対し、下部走行体が平面矩
形状であるために、その旋回復帰途中でアーム先
端またはバケツト等の作業機アタツチメントが下
部走行体に衝突するおそれがあり、このため、オ
ペレータは常に上記各作業機位置を確認しなが
ら、上記３本の操作レバーを操作する必要があ
り、オペレータの負担が大きく、肉体的ならびに
精神的疲労が大きい等の問題があつた。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題を解消するた
めになされたものであり、旋回体１本の操作レバ
ーを操作するだけで、各作業機を掘削開始位置ま
で半自動で容易に復帰させることができ、かつ、
その復帰時に上記作業機が下部走行体等に衝突す
ることなく、安全に復帰させることができ、オペ
レータの負担を軽減し、肉体的ならびに精神的疲
労を少なくして作業能率を大幅に向上できる抑制
装置を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、上部旋回体の旋回油圧駆動手段と、
ブーム、アーム、バケツトの各作業機の油圧駆動
手段とを備えた油圧シヨベルにおいて、上部旋回
体の旋回角度検出器と、上記各作業機の角度検出
器と、掘削開始点における上記各作業機の角度を
復帰目標点として記憶する復帰目標点記憶手段
と、上記旋回油圧駆動手段に操作信号を送る旋回
操作レバーと、旋回操作レバーの復帰操作開始時
に復帰開始信号を出力する復帰開始信号発生器と
を具備し、かつ、上記各作業機のうちブームとア
ームの少くとも一方の作業機の制御手段として、
上記各作業機が危険領域にあるか否かを判別する
判別手段と、その判別結果に基いて上記各作業機
が危険領域外を通る目標値を出力する目標値発生
器と、この目標値発生器から出力された目標値と
当該作業機の角度検出器にて検出された現在の角
度とに基いて当該作業機の油圧駆動手段に対する
制御信号を出力する制御信号発生器とを設け、他
の作業機の制御手段として、その作業機角度検出
器により検出された現在の角度と上記復帰目標点
記憶手段に記憶された復帰目標点とに基いて同作
業機の油圧駆動手段に対する制御信号を出力する
制御信号発生器とを設けたことを特徴とするもの
である。

（実施例） まず油圧シヨベルの全体構成を第２図によつて
説明する。同図において、１は下部走行体で、そ
の上部に上部旋回体２が旋回自在に設けられてい
る。上部旋回体２にはブーム３の基部がピン９に
より起伏自在に支持され、ブーム３の先端にアー
ム４の基部がピン１０により回動自在に取付けら
れ、アーム４の先端にバケツト５がピン１１によ
り回動自在に取付けられている。６はブームシリ
ンダ、７はアームシリンダ、８はバケツトシリン
ダ、１２，１３はリンクである。なお、バケツト
５は開閉用シリンダ（図示省略）により開閉自在
となつている。

第１図は制御系のブロツク図であり、同図にお
いて、１４は旋回操作レバー、１５はブーム操作
レバー、１６はアーム操作レバー、１７はバケツ
ト操作レバーであり、各レバー１４〜１７にはた
とえばポテンシヨメータで構成された操作量検出
器１８，１９，２０，２１が付設され、各レバー
１４〜１７の操作量に応じた操作信号が出力され
る。２２は旋回操作弁、２３はブーム操作弁、２
４はアーム操作弁、２５はバケツト操作弁であ
り、各操作弁２２〜２５はたとえば一対の電磁比
例減圧弁にて構成され、その一次側に油圧源から
一次圧力を導入しているとともに、上記操作量検
出器１８またはモード判別器２６，２７，２８か
らの信号に応じて二次側に二次圧力を導出し、そ
の二次圧力で各方向制御弁２９，３０，３１，３
２のスプール開度を制御し、旋回モータ３３、ブ
ームシリンダ６、アームシリンダ７、バケツトシ
リンダ８に対する圧油の給排を制御する。なお、
上記各操作弁２２〜２５として、電磁比例減圧弁
の代りにサーボ弁を用いてもよい。

３４は上部旋回体２の旋回角度検出器、３５は
ブーム３の角度検出器、３６はアーム４の角度検
出器、３７はバケツト５の角度検出器であり、こ
れら各角度検出器３４〜３７はたとえばポテンシ
ヨメータ等にて構成される。旋回角度検出器３３
は上部旋回体２の旋回機構等（図示省略）に付設
され、下部走行体１に対する上部旋回体２の旋回
角度θ₁（第３図参照）を検出し、その検出角度θ₁
に応じた電気信号を出力する。また、ブーム３、
アーム４、バケツト５の各角度検出器３４，３
５，３６はそれぞれ第２図に示すピン９，１０，
１１に付設され、上部旋回体２に対するブーム３
の回動角度θ₂と、ブーム３に対するアーム４の回
動角度θ₃と、アーム４に対するバケツト５の回動
角度θ₄とを検出し、それらの検出角度θ₂，θ₃，θ₄
に応じた電気信号を出力する。

バケツト５の閉状態確認スイツチ３８はバケツ
ト５の開閉部または図外のバケツト開閉用シリン
ダに付設され、バケツト５が閉じられた時にオン
される。旋回操作開始スイツチ３９は旋回操作レ
バー１４に付設され、あるいは旋回操作量検出器
１８に電気的に連動するように設けられ、旋回操
作レバー１４を操作した時にオンされる。４０は
復帰モードスイツチ、４１は掘削開始点教示スイ
ツチであり、各スイツチ４０，４１は旋回操作レ
バー１４または運転室のコンソールパネル等に設
けられる。

復帰目標点記憶装置４２，４３，４４は掘削開
始点教示スイツチ４１をオンした時点で上記各角
度検出器３５，３６，３７から入力されたブーム
角度θ₂、アーム角度θ₃、バケツト角度θ₄をそれぞ
れの復帰目標点θ₂₀，θ₃₀，θ₄₀として記憶し、その
後、再度掘削開始点教示スイツチ４１がオンされ
るまで保存する。

危険領域記憶創始４５は、旋回復帰時に第２
図、第３図に示すアーム４、バケツト５、バケツ
トシリンダ８、リンク１２，１３等の作動機アタ
ツチメントＡが下部走行体１および地面Ｂに衝突
するのを防止するための危険領域を記憶してい
る。この場合、たとえばアーム角度θ₃およびバケ
ツト角度θ₄を最大にした状態で上部旋回体２を旋
回した時に、上記作業機アタツチメントＡが下部
走行体１に当る点（第４図の破線イ）と、作業機
アタツチメントＡが地面Ｂに当る点（第４図の一
点鎖線ロ）とを求め、上記各点すなわち各線イ，
ロからいくらかの安全率を考慮して第４図斜線部
分を危険領域、無地部分を安全領域とし、その境
界線ハに沿つた旋回角度θ₁とブーム角度θ₂との関
係を上記危険領域記憶装置４５に記憶させてい
る。なお、上記各線イ，ロの値は油圧シヨベルの
機種により決まり、かつ、一定である。また、第
３図において旋回角度θ₁は進行方向右側が正、左
側が負であり、第４図において旋回角度θ₁の負の
領域は正の領域と対称である。

４６は上記作業機アタツチメントＡが危険領域
にあるか否かを判別する状態判別器、４７はブー
ム３に対する制御目標値信号発生器、４８，４
９，５０は比較器、５１，５２，５３は制御信号
発生器である。

次に、上記装置の作用について説明する。

まず、復帰モードスイツチ４０をオフにした状
態で、旋回操作レバー１４をたとえば左側に操作
すると、その操作量が操作量検出器１８により検
出され、その操作量に応じた操作信号が旋回操作
弁２２に送られ、同操作弁２２が作動されてその
二次側に二次圧力が導かれ、その二次圧力により
旋回方向制御弁２９が切替えられ、旋回モータ３
３が駆動され、上部旋回体２がたとえば左側に旋
回される。

一方、ブーム操作レバー１５、アーム操作レバ
ー１６、バケツト操作レバー１７を操作すると、
それらの操作量が各操作量検出器１９，２０，２
１により検出され、その操作量に応じた操作信号
がモード判別器２６，２７，２８に送られる。こ
のとき、復帰モードスイツチ４０をオフにしてあ
るので、上記各操作信号はモード判別器２６，２
７，２８を通過して各操作弁２３，２４，２５に
送られ、各操作弁２３，２４，２５が作動されて
それらの二次側に二次圧力が導かれ、その二次圧
力により各方向制御弁３０，３１，３２が切替え
られ、ブームシリンダ６、アームシリンダ７、バ
ケツトシリンダ８が伸縮され、ブーム３、アーム
４、バケツト５が回動される。こうして上記各レ
バー１４，１５，１６，１７の１乃至数本を操作
してバケツト５を掘削開始点まで移動させる。

次に上記掘削開始点において、掘削開始点教示
スイツチ４１をオンすると、この時点でブーム角
度検出器３５、アーム角度検出器３６、バケツト
角度検出器３７により検出されたブーム角度θ₂、
アーム角度θ₃、バスケツト角度θ₄がそれぞれ復帰
目標点θ₂₀，θ₃₀，θ₄₀として各復帰目標点記録装置
４２，４３，４４に記憶される。

次いで、従来と同様のレバー操作を行い、たと
えばアーム４の押しとブーム３の下げ等によりバ
ケツト５による土砂の掘削を行つた後、ブーム３
の上げたバケツト５の回動等によりバケツト５に
掬い込んだ土砂等が零れないように保持しなが
ら、上部旋回体２をたとえば右側に旋回させて上
記バケツト５を排土位置まで移動させ、バケツト
５を開き、ダンプトラツク等に排土する。

排土後、バケツト５を閉じ、復帰モードスイツ
チ４０をオンし、旋回操作レバー１４を復帰方向
（たとえば左側）に操作すると、バケツト５の閉
状態確認スイツチ３８がオンされるとともに、旋
回開始スイツチ３９がオンされ、かつ、上記各ス
イツチ３８，３９，４０からの信号が各モード判
別器２６，２７，２８に入力される。これにより
上部旋回体２が旋回操作レバー１４の操作に応じ
て上記と同様の作用で旋回復帰されるとともに、
この旋回と併行して上記バケツト５等が掘削開始
点まで自動的に復帰される。

このとき、アーム系およびバケツト系におい
て、アーム角度検出器３６およびバケツト角度検
出器３７によりアーム角度θ₃およびバケツト角度
θ₄が逐次検出されるとともに、その検出角度θ₃，
θ₄と、復帰目標点記憶装置４３，４４に記憶され
た復帰目標点θ₃₀，θ₄₀とに基いて比較器４９，５
０によりそれらの角度偏差Δθ₃，Δθ₄が求められ
る。次いで、制御信号発生器５２，５３により上
記角度偏差Δθ₃，Δθ₄に所定のフイードバツクゲ
インK₃，K₄が乗じられて制御信号が求められ、
その制御信号がモード判別器２７，２８を経てア
ーム操作弁２４およびバケツト操作弁２５に送ら
れ、アーム４およびバケツト５が上記復帰目標点
に復帰するように回動される［第５図ｂ，ｃ参
照］。

一方、ブーム系においても上記アーム４および
バケツト５と同様に角度フイードバツク制御が行
われる。ただしこの場合、作業機アタツチメトＡ
が下部走行体１および地面Ｂに衝突するのを防止
するために、状態判別器４６により、旋回角度検
出器３４により検出された上部旋回体２の現在の
旋回角度θ₁に対し、復帰目標点記憶装置４２に記
憶された復帰目標点θ₂₀が、危険領域記憶装置４
５に記憶された危険領域にあるか否かが判別さ
れ、その判別結果に基いて次のような制御が行わ
れる。

すなわち、復帰目標点θ₂₀が危険領域外にある
時は、その復帰目標点θ₂₀をそのまま目標値信号
発生器４７から目標値として出力し、また、復帰
目標点θ₂₀が危険領域にある時は、目標値信号発
生器４７により危険領域の境界線ハ上から現在の
旋回角度θ₁に対応したブーム角度θ₂を目標値θ₂₁
として出力する。次いで、比較器４８により上記
目標値信号発生器４７から出力された目標値θ₂₀
またはθ₂₁と、ブーム角度検出器３５により検出
された現在のブーム角度θ₂との偏差Δθ₂が計算さ
れるとともに、制御信号発生器５１によりその偏
差Δθ₂に所定のフイードバツクゲインK₂が乗じら
れてブーム３の制御信号が演算され、その制御信
号がモード判別器２６を経てブーム操作弁２３に
送られる。その後、上記アーム４等の場合と同様
にブーム方向制御弁３０が切替えられ、ブームシ
リンダ６が伸縮され、上記作業機アタツチメント
Ａが下部走行体１および地面Ｂ等に当らないよう
にブーム３が回動復帰される［第５図ａ参照］。

上記のように排土後、バケツト５を閉じ、モー
ド切替スイツチ４０を復帰モードに切替えた後、
旋回用の１本の操作レバー１４を復帰方向に操作
するだけで、上部旋回体２が旋回復帰されるとと
もに、この旋回と併行してブーム３、アーム４、
バケツト５の各作業機が前回の掘削開始点まで自
動的に復帰され、かつ、その復帰時に上記作業機
アタツチメントＡが下部走行体１および地面Ｂ等
に当らないように制御される。

なお、上記の制御において、ブーム角度θ₂が危
険領域外にある時は、旋回復帰のための慣性モー
メントが小さくなるように、アーム４およびバケ
ツト５をできるだけ速く復帰目標点に戻るように
制御し、復帰開始時にブーム角度θ₂が危険領域に
ある時は、まず遅延回路等を働かせてアーム４お
よびバケツト５の復帰速度を遅くしながら、ブー
ム３を上記危険領域から脱出する方向に制御し、
危険領域脱出後に通常の制御を行う。

ところで、上記実施例ではブーム系で各作業機
が危険領域を回避するように制御したが、アーム
系またはブーム系とアーム系の双方で各作業機が
危険領域を回避するように制御してもよい。

また、実施例では油圧シヨベルとしてローデイ
ングシヨベルを例示したが、本発明の制御装置は
通常のバツクホウにも使用できるものである。こ
の場合、上記実施例で示したバケツト５の閉状態
確認スイツチ３８を省略し、バケツトを排土後の
状態のままで掘削開始点まで戻すことができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、復帰目標点記憶
装置により、各作業機の復帰目標点を直ちに設定
でき、かつ、排土後、旋回用の１本の操作レバー
を復帰方向に操作するだけで、上部旋回体を旋回
復帰させるとともに、この旋回と併行してブー
ム、アーム、バケツトの各作業機を前回の掘削開
始点まで自動的に復帰させることができ、かつ、
その復帰時に作業機アタツチメントが下部走行体
および地面等に衝突することなく、安全に復帰さ
せることができ、オペレータの負担を軽減し、肉
体的ならびに精神的疲労を少なくして作業能率を
大幅に向上できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第
２図は油圧シヨベルの一例を示す側面図、第３図
はその旋回状態を示す概略平面図、第４図は旋回
角度と危険領域との関係を示すグラフ、第５図
ａ，ｂ，ｃは復帰時の旋回角度とブーム角度、ア
ーム角度、バケツト角度との関係を示すグラフで
ある。 １……下部走行体、２……上部旋回体、３……
ブーム、４……アーム、５……バケツト、６……
ブームシリンダ、７……アームシリンダ、８……
バケツトシリンダ、１４……旋回操作レバー、２
２……旋回操作弁、２３……ブーム操作弁、２４
……アーム操作弁、２５……バケツト操作弁、２
６，２７，２８……モード判別器、２９……旋回
方向制御弁、３０……ブーム方向制御弁、３１…
…アーム方向制御弁、３２……バケツト方向制御
弁、３４……旋回角度検出器、３５……ブーム角
度検出器、３６……アーム角度検出器、３７……
バケツト角度検出器、４０……復帰モードスイツ
チ、４１……掘削開始点教示スイツチ、４２……
ブーム復帰目標点記憶装置、４３……アーム復帰
目標点記憶装置、４４……バケツト復帰目標点記
憶装置、４５……危険領域記憶装置、４６……状
態判別器、４７……目標値信号発生器、４８，４
９，５０……比較器、５１，５２，５３……制御
信号発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上部旋回体の旋回油圧駆動手段と、ブーム、
   アーム、バケツトの各作業機の油圧駆動手段とを
   備えた油圧シヨベルにおいて、上部旋回体の旋回
   角度検出器と、上記各作業機の角度検出器と、掘
   削開始点における上記各作業機の角度を復帰目標
   点として記憶する復帰目標点記憶手段と、上記旋
   回油圧駆動手段に操作信号を送る旋回操作レバー
   と、旋回操作レバーの復帰操作開始時に復帰開始
   信号を出力する復帰開始信号発生器とを具備し、
   かつ、上記各作業機のうちブームとアームの少な
   くとも一方の作業機の制御手段として、上記各作
   業機が危険領域にあるか否かを判別する判別手段
   と、その判別結果に基いて上記各作業機が危険領
   域外を通る目標値を出力する目標値発生器と、こ
   の目標値発生器から出力された目標値と当該作業
   機の角度検出器にて検出された現在の角度とに基
   いて当該作業機の油圧駆動手段に対する制御信号
   を出力する制御信号発生器とを設け、他の作業機
   の制御手段として、その作業機角度検出器により
   検出された現在の角度と上記復帰目標点記憶手段
   に記憶された復帰目標点とに基いて同作業機の油
   圧駆動手段に対する制御信号を出力する制御信号
   発生器とを設けたことを特徴とする油圧シヨベル
   の制御装置。