JPH0336970B2 - - Google Patents
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- JPH0336970B2 JPH0336970B2 JP58041519A JP4151983A JPH0336970B2 JP H0336970 B2 JPH0336970 B2 JP H0336970B2 JP 58041519 A JP58041519 A JP 58041519A JP 4151983 A JP4151983 A JP 4151983A JP H0336970 B2 JPH0336970 B2 JP H0336970B2
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- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 28
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
- E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
- E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
- E02F3/36—Component parts
- E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
- E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
- E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
- E02F3/437—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Operation Control Of Excavators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、油圧シヨベル、クレーン、マニプレ
ータ等の作業部を所定の軌跡で作動させる作業機
の軌跡制御装置に関する。
ータ等の作業部を所定の軌跡で作動させる作業機
の軌跡制御装置に関する。
一般に、これら作業機の作業部は、可成り複雑
な動きを要求されるところから、互いに連結され
た複数の腕の先端に取付けられている。したがつ
て、作業部の軌跡はこれら腕相互間の関連した動
きにより制御される。以下、これを油圧シヨベル
について説明する。
な動きを要求されるところから、互いに連結され
た複数の腕の先端に取付けられている。したがつ
て、作業部の軌跡はこれら腕相互間の関連した動
きにより制御される。以下、これを油圧シヨベル
について説明する。
第１図は油圧シヨベルのフロント機構の概略構
成図、第２図は第１図に示すフロント機構の動き
を説明する線図である。図では、１は油圧シヨベ
ル本体、２は油圧シヨベル本体１に設けられた支
点Ａを中心として回動するブーム、３はブーム２
に設けられた支点Ｂを中心として回動するアー
ム、４はアーム３の先端に連結された作業部であ
る。作業部４にはバケツトが用いられ、土砂を堀
削したり、フツクにして重量物を吊り上げるよう
な作業がなされる。ブーム２およびアーム３は第
２図に示すＸ軸、Ｙ軸で構成される平面上を回動
し、ブーム２は支点Ａを中心に角度Θ1で示され
る方向に、又、アーム３は支点Ｂを中心に角度
Θ2で示される方向に回動する。ブーム２および
アーム３の回動はそれぞれブームシリンダおよび
アームシリンダ（図示しない）の駆動によりなさ
れ、これら各シリンダの駆動は、油圧ポンプ、方
向制御弁等から成る流量制御機構により制御され
る。K1は油圧シヨベル本体１とブーム２とのな
す角度を検出してその角度に応じた信号を出力す
る角度検出器、K2はブーム２とアーム３との相
対的角度を検出してその角度に応じた信号を出力
する角度検出器である。なお、第２図において、
Ｃは作業部４上の所定部位、例えばバケツト爪先
端、l1は支点Ａ、Ｂ間の距離、l2は支点Ｂと部位
Ｃ間の距離、ｈはＸ軸（水平面）からの部位Ｃの
高さを示す。
成図、第２図は第１図に示すフロント機構の動き
を説明する線図である。図では、１は油圧シヨベ
ル本体、２は油圧シヨベル本体１に設けられた支
点Ａを中心として回動するブーム、３はブーム２
に設けられた支点Ｂを中心として回動するアー
ム、４はアーム３の先端に連結された作業部であ
る。作業部４にはバケツトが用いられ、土砂を堀
削したり、フツクにして重量物を吊り上げるよう
な作業がなされる。ブーム２およびアーム３は第
２図に示すＸ軸、Ｙ軸で構成される平面上を回動
し、ブーム２は支点Ａを中心に角度Θ1で示され
る方向に、又、アーム３は支点Ｂを中心に角度
Θ2で示される方向に回動する。ブーム２および
アーム３の回動はそれぞれブームシリンダおよび
アームシリンダ（図示しない）の駆動によりなさ
れ、これら各シリンダの駆動は、油圧ポンプ、方
向制御弁等から成る流量制御機構により制御され
る。K1は油圧シヨベル本体１とブーム２とのな
す角度を検出してその角度に応じた信号を出力す
る角度検出器、K2はブーム２とアーム３との相
対的角度を検出してその角度に応じた信号を出力
する角度検出器である。なお、第２図において、
Ｃは作業部４上の所定部位、例えばバケツト爪先
端、l1は支点Ａ、Ｂ間の距離、l2は支点Ｂと部位
Ｃ間の距離、ｈはＸ軸（水平面）からの部位Ｃの
高さを示す。
第３図はブーム２およびアーム３の駆動機構の
系統図である。図で、５はブーム操作レバーLB
の操作に応じてブーム２の速度指令信号を発生す
るブーム信号発生装置、７はブーム信号発生装置
５から出力される速度指令信号ωに応じてブーム
シリンダへの圧油の流量を制御する流量制御機構
である。同様に、６はアーム操作レバーLAの操
作に応じてアーム３の速度指令信号ω2を発生す
るアーム信号発生装置、８は速度指令信号ω2に
応じてアームシリンダへの圧油の流量を制御する
流量制御機構である。
系統図である。図で、５はブーム操作レバーLB
の操作に応じてブーム２の速度指令信号を発生す
るブーム信号発生装置、７はブーム信号発生装置
５から出力される速度指令信号ωに応じてブーム
シリンダへの圧油の流量を制御する流量制御機構
である。同様に、６はアーム操作レバーLAの操
作に応じてアーム３の速度指令信号ω2を発生す
るアーム信号発生装置、８は速度指令信号ω2に
応じてアームシリンダへの圧油の流量を制御する
流量制御機構である。
今、オペレータが操作レバーLB、LAを操作し、
ブーム信号発生装置５、アーム信号発生装置６か
らこれに応じた速度指令信号ω1、ω2が出力され、
流量制御機構７，８によりブーム２およびアーム
３がそれぞれ速度ω1，ω2で回動されて角度Θ1，
Θ2になつたとする。この場合、速度ω1，ω2、角
度Θ1，Θ2はそれぞれ次のような式で表わされる。
（第２図矢印方向を正とする。） ω1＝1（ω^1） Θ1＝１／Ｓω1 ω2＝2（ω^2） Θ2＝１／Ｓω2 ただし、Ｓは微分演算子であり、 １／Ｓω1＝∫ω1dt＝Θ1である。
ブーム信号発生装置５、アーム信号発生装置６か
らこれに応じた速度指令信号ω1、ω2が出力され、
流量制御機構７，８によりブーム２およびアーム
３がそれぞれ速度ω1，ω2で回動されて角度Θ1，
Θ2になつたとする。この場合、速度ω1，ω2、角
度Θ1，Θ2はそれぞれ次のような式で表わされる。
（第２図矢印方向を正とする。） ω1＝1（ω^1） Θ1＝１／Ｓω1 ω2＝2（ω^2） Θ2＝１／Ｓω2 ただし、Ｓは微分演算子であり、 １／Ｓω1＝∫ω1dt＝Θ1である。
このようなブーム２およびアーム３の作動は、
流量制御機構７，８の制御の結果として第３図に
おいて各流量制御機構７，８の後段部に表現され
ている。なお、９，１０はそれぞれ積分要素であ
る。
流量制御機構７，８の制御の結果として第３図に
おいて各流量制御機構７，８の後段部に表現され
ている。なお、９，１０はそれぞれ積分要素であ
る。
ここで、第３図に示す駆動機構により、作業部
４の部位Ｃを水平面（第２図のＸ軸）に平行に
（水平軌跡で）駆動する場合について考察する。
作業部４の部位ＣのＸ軸からの高さｈは次式で表
わされる。
４の部位Ｃを水平面（第２図のＸ軸）に平行に
（水平軌跡で）駆動する場合について考察する。
作業部４の部位ＣのＸ軸からの高さｈは次式で表
わされる。
ｈ＝l1cosΘ1−l2sin（Θ1＋Θ2） ……(1)
＝g1（Θ1、Θ2） ……(2)
部位Ｃは平行に駆動されるので、高さｈは定数
h0となり、上記(2)式は次式のように表わされる。
h0となり、上記(2)式は次式のように表わされる。
g1（Θ1、Θ2）＝一定 ……(3)
即ち、ブーム２およびアーム３は上記(3)式の関
係を常時保持しつつ操作されなければならない。
ところが、ブーム２およびアーム３の駆動には、
油圧系における遅れが存在すること、および作業
部４にかかる負荷は一定していないこと等の理由
により、操作レバーLB，LAを手動操作して部位
Ｃを平行に駆動するのは不可能に近い。そこで、
部位Ｃを平行駆動等の任意軌跡で駆動するための
自動制御が提案されている。
係を常時保持しつつ操作されなければならない。
ところが、ブーム２およびアーム３の駆動には、
油圧系における遅れが存在すること、および作業
部４にかかる負荷は一定していないこと等の理由
により、操作レバーLB，LAを手動操作して部位
Ｃを平行に駆動するのは不可能に近い。そこで、
部位Ｃを平行駆動等の任意軌跡で駆動するための
自動制御が提案されている。
第４図は従来の油圧シヨベルの軌跡制御装置の
ブロツク図である。図で、第３図に示す部分と同
一部分には同一符号が付してある。１１は角度検
出器K1，K2の角度信号Θ1，Θ2およびブーム２の
速度ω2を入力して後述の演算を行なう演算部、
１２は角度信号Θ1，Θ2を入力して(1)式の演算を
行なう演算部、１３は角度信号Θ1，Θ2を入力し
て所定軌跡にしたがつた高さｈの信号を出力する
演算部、１４は演算部１２の出力と演算部１３の
出力との偏差を得る減算器、１５は演算部１１の
出力に所定の比例常数K0を乗ずる係数器、１６
は減算器１４の出力に所定の比例常数Kfを乗ず
る係数器、１７は係数器１５と係数器１６の偏差
を得る減算器である。
ブロツク図である。図で、第３図に示す部分と同
一部分には同一符号が付してある。１１は角度検
出器K1，K2の角度信号Θ1，Θ2およびブーム２の
速度ω2を入力して後述の演算を行なう演算部、
１２は角度信号Θ1，Θ2を入力して(1)式の演算を
行なう演算部、１３は角度信号Θ1，Θ2を入力し
て所定軌跡にしたがつた高さｈの信号を出力する
演算部、１４は演算部１２の出力と演算部１３の
出力との偏差を得る減算器、１５は演算部１１の
出力に所定の比例常数K0を乗ずる係数器、１６
は減算器１４の出力に所定の比例常数Kfを乗ず
る係数器、１７は係数器１５と係数器１６の偏差
を得る減算器である。
以下、作業部４の部位Ｃを平行に駆動する場合
の動作について説明する。図から明らかなよう
に、油圧シヨベルのオペレータはアーム操作レバ
ーLAの操作のみを行ない、ブーム２はアーム３
の動作に連動して自動的に駆動されるようになつ
ている。このように、オペレータの操作レバーと
してアーム操作レバーLAが選択されている理由
は、ブーム操作レバーLBの操作がブーム２を上
下動させるのに対して、アーム操作レバーLAの
操作はアーム３を水平方向に動作させるものであ
り、オペレータにとつて、作業部４の直接駆動に
極めて近い感覚で操作を行なうことができるよう
にするためである。
の動作について説明する。図から明らかなよう
に、油圧シヨベルのオペレータはアーム操作レバ
ーLAの操作のみを行ない、ブーム２はアーム３
の動作に連動して自動的に駆動されるようになつ
ている。このように、オペレータの操作レバーと
してアーム操作レバーLAが選択されている理由
は、ブーム操作レバーLBの操作がブーム２を上
下動させるのに対して、アーム操作レバーLAの
操作はアーム３を水平方向に動作させるものであ
り、オペレータにとつて、作業部４の直接駆動に
極めて近い感覚で操作を行なうことができるよう
にするためである。
アーム操作レバーLAを操作すると、アーム信
号発生装置６からアーム速度指令信号ω2が出力
され、この信号に応じて流量制御機構８はアーム
３を駆動する。アーム３の駆動中の速度ω2およ
び角度計K2で検出された角度信号Θ2は演算部１
１に入力される。ここで、演算部１１の演算につ
いて述べる。前記の(1)式を、ｈ＝h0（一定）の条
件で、両辺を微分して整理すると、 dΘ1／dt＝l2cos（Θ1＋Θ2）／l1cosΘ1−l2cos（Θ
1＋Θ2）・dΘ2／dt……(4) となる。ここで、 ｍ（Θ1、Θ2）＝l2cos（Θ1＋Θ2）／l1cosΘ1−l2c
os（Θ1＋Θ2） とすると、(4)式は、 dΘ1／dt＝ｍ（Θ1，Θ2）・dΘ2／dt ……(5) となる。したがつて、アーム３の回動速度dΘ2／
dtに対して、(5)式に示すように、ｍ（Θ1，Θ2）を
乗じた値dΘ1／dtでブーム２を回動すれば、作業
部４の部位Ｃは高さｈが、ｈ＝h0、即ち一定のま
まで駆動されることになる。演算部１１は上記の
演算を行ない、このようなブーム速度dΘ1／dtで
ブーム３を駆動するための速度指令信号ω* 1を出
力する。結局、速度指令信号ω^* 1は次式で表わさ
れる。
号発生装置６からアーム速度指令信号ω2が出力
され、この信号に応じて流量制御機構８はアーム
３を駆動する。アーム３の駆動中の速度ω2およ
び角度計K2で検出された角度信号Θ2は演算部１
１に入力される。ここで、演算部１１の演算につ
いて述べる。前記の(1)式を、ｈ＝h0（一定）の条
件で、両辺を微分して整理すると、 dΘ1／dt＝l2cos（Θ1＋Θ2）／l1cosΘ1−l2cos（Θ
1＋Θ2）・dΘ2／dt……(4) となる。ここで、 ｍ（Θ1、Θ2）＝l2cos（Θ1＋Θ2）／l1cosΘ1−l2c
os（Θ1＋Θ2） とすると、(4)式は、 dΘ1／dt＝ｍ（Θ1，Θ2）・dΘ2／dt ……(5) となる。したがつて、アーム３の回動速度dΘ2／
dtに対して、(5)式に示すように、ｍ（Θ1，Θ2）を
乗じた値dΘ1／dtでブーム２を回動すれば、作業
部４の部位Ｃは高さｈが、ｈ＝h0、即ち一定のま
まで駆動されることになる。演算部１１は上記の
演算を行ない、このようなブーム速度dΘ1／dtで
ブーム３を駆動するための速度指令信号ω* 1を出
力する。結局、速度指令信号ω^* 1は次式で表わさ
れる。
ω^* 1＝ｍ（Θ1，Θ2）・ω2
演算部１１の入力Θ1，Θ2は角度検出器K1，K2
により得られ、又、アーム３の速度ω2は、演算
増幅器、抵抗、コンデンサで構成される微分回路
（アナログ回路）により得られる。そして、演算
部１１自体はマイクロコンピユータを用いて容易
に構成することができる。即ち、ブーム角Θ1、
アーム角Θ2、アーム速度ω2をマルチプレクサ、
Ａ／Ｄ変換器を介して順次とり入れ、一方、
ROM（リード・オンリ・メモリ）には、とり得
る角度Θ1，Θ2に対してｍ（Θ1，Θ2）を計算して
その計算結果を予め記憶させておき、とり入れら
れた角度Θ1，Θ2に応じてROMから計算結果を読
み出し、これに速度ω2を乗じてやれば、ブーム
速度指令信号ω^* 1が得られる。なお、速度ω2は、
前述のような微分回路を別設しなくても、マイク
ロコンピユータに入力された角度Θ2の一定時間
毎の差分をとることによつても得ることができ
る。
により得られ、又、アーム３の速度ω2は、演算
増幅器、抵抗、コンデンサで構成される微分回路
（アナログ回路）により得られる。そして、演算
部１１自体はマイクロコンピユータを用いて容易
に構成することができる。即ち、ブーム角Θ1、
アーム角Θ2、アーム速度ω2をマルチプレクサ、
Ａ／Ｄ変換器を介して順次とり入れ、一方、
ROM（リード・オンリ・メモリ）には、とり得
る角度Θ1，Θ2に対してｍ（Θ1，Θ2）を計算して
その計算結果を予め記憶させておき、とり入れら
れた角度Θ1，Θ2に応じてROMから計算結果を読
み出し、これに速度ω2を乗じてやれば、ブーム
速度指令信号ω^* 1が得られる。なお、速度ω2は、
前述のような微分回路を別設しなくても、マイク
ロコンピユータに入力された角度Θ2の一定時間
毎の差分をとることによつても得ることができ
る。
上記速度指令信号ω^* 1の演算経路においては、
作業部４の部位Ｃの高さｈは何等関与せず、高さ
ｈを所定の高さh0に維持するためのフイードバツ
クも行なわれず、信号ω^* 1は専らアーム３の速度
とブーム２、アーム３の角度によつてのみ得られ
るものである。したがつて、この演算経路をオー
プンループと称する。
作業部４の部位Ｃの高さｈは何等関与せず、高さ
ｈを所定の高さh0に維持するためのフイードバツ
クも行なわれず、信号ω^* 1は専らアーム３の速度
とブーム２、アーム３の角度によつてのみ得られ
るものである。したがつて、この演算経路をオー
プンループと称する。
演算部１２においては、部位Ｃの実際の高さｈ
を演算する。この演算は、角度検出器K1，K2で
検出される駆動中のブーム角Θ1およびアーム角
Θ2を入力し、式(1)、(2)に基づいて行なわれる。
又、演算部１３においては、部位Ｃを水平に押出
す動作を開始した時点におけるブーム角Θ1、ア
ーム角Θ2の値Θ10，Θ20（初期値）を入力し、その
時点における高さh0が式(1)、(2)に基づいて演算さ
れる。
を演算する。この演算は、角度検出器K1，K2で
検出される駆動中のブーム角Θ1およびアーム角
Θ2を入力し、式(1)、(2)に基づいて行なわれる。
又、演算部１３においては、部位Ｃを水平に押出
す動作を開始した時点におけるブーム角Θ1、ア
ーム角Θ2の値Θ10，Θ20（初期値）を入力し、その
時点における高さh0が式(1)、(2)に基づいて演算さ
れる。
h0＝g1（Θ10、Θ20）＝一定
即ち、この例の場合、部位Ｃの移動は水平移動
であるので、演算部１３から出力される信号（高
さの目標値）は一定である。
であるので、演算部１３から出力される信号（高
さの目標値）は一定である。
演算部１２の出力信号ｈと演算部１３の出力信
号h0は減算器１４に入力され、減算器１４からは
実際の高さの目標値からの偏差Δhが出力される。
即ち、 Δh＝ｈ−h0 もし、Δh＞０のときには、アーム３の回動量
に比べてブーム２の回動量が少ないということに
なるので、ブーム２の流量制御機構７への速度指
令値をさらに負に補正してやり、その補正の大き
さは｜Δh｜としてやれば良い。Δh＜０の場合
は、符号が反対で絶対値が等しい補正となる。い
ずれの場合でも、信号−Δhに比例する制御量で
ブーム２の流量制御機構８を制御すれば、部位Ｃ
の高さｈは一定値h0に制御されることになる。演
算部１２，１３は、演算部１１と同様にマイクロ
コンピユータで構成することができ、そのROM
に予め(1)式の計算結果を記憶させておき、角度
Θ1，Θ2，Θ10，Θ20を入力してこれらの角度に応
じて記憶された計算結果をとり出せば、信号ｈ，
h0を得ることができる。なお、演算部１３は、演
算部１２により常時演算されている高さｈにおい
て、自動運転開始の指令があつたときの高さｈを
初期値h0としてとり出すことにより省略すること
もできる。
号h0は減算器１４に入力され、減算器１４からは
実際の高さの目標値からの偏差Δhが出力される。
即ち、 Δh＝ｈ−h0 もし、Δh＞０のときには、アーム３の回動量
に比べてブーム２の回動量が少ないということに
なるので、ブーム２の流量制御機構７への速度指
令値をさらに負に補正してやり、その補正の大き
さは｜Δh｜としてやれば良い。Δh＜０の場合
は、符号が反対で絶対値が等しい補正となる。い
ずれの場合でも、信号−Δhに比例する制御量で
ブーム２の流量制御機構８を制御すれば、部位Ｃ
の高さｈは一定値h0に制御されることになる。演
算部１２，１３は、演算部１１と同様にマイクロ
コンピユータで構成することができ、そのROM
に予め(1)式の計算結果を記憶させておき、角度
Θ1，Θ2，Θ10，Θ20を入力してこれらの角度に応
じて記憶された計算結果をとり出せば、信号ｈ，
h0を得ることができる。なお、演算部１３は、演
算部１２により常時演算されている高さｈにおい
て、自動運転開始の指令があつたときの高さｈを
初期値h0としてとり出すことにより省略すること
もできる。
演算部１２，１３、減算器１４により偏差Δh
を得る演算経路は、実際の高さｈをとり出してこ
れを、目標とする高さh0にしようとするものであ
るから、いわゆるフイードバツクループを構成す
る。
を得る演算経路は、実際の高さｈをとり出してこ
れを、目標とする高さh0にしようとするものであ
るから、いわゆるフイードバツクループを構成す
る。
演算部１１で得られたブーム２の速度指令信号
ω^* 1は係数器１５により適宜の係数K0を乗ぜられ、
一方、減算器１４で得られた高さの偏差Δhは係
数器１６により適宜の係数Kfを乗ぜられる。そ
して、係数器１５の出力K0・ω^* 1と係数器１６の
出力Kf・Δhとは減算器１７により減算されて、
ブーム２の流量制御機構７に対する速度指令信号
ω1を得る。これを式で表わすと次のようになる。
ω^* 1は係数器１５により適宜の係数K0を乗ぜられ、
一方、減算器１４で得られた高さの偏差Δhは係
数器１６により適宜の係数Kfを乗ぜられる。そ
して、係数器１５の出力K0・ω^* 1と係数器１６の
出力Kf・Δhとは減算器１７により減算されて、
ブーム２の流量制御機構７に対する速度指令信号
ω1を得る。これを式で表わすと次のようになる。
ω^1＝K0・ω^* 1−Kf・Δh
以上のような従来装置において、本来、フイー
ドバツクループによる制御は、部位Ｃの高さｈに
誤差が生じたときにはじめてその誤差を補正する
制御を行なうものであり、精度の良い補正を行な
うためには当然、係数器１６の比例定数Kfを大
きく選択する方が良い。しかしながら、比例定数
Kfを大きくとると、ブーム２の慣性が大きいた
め、目標高さh0の近傍でブーム２の流量制御機構
７の入出力が正、負に大きく変化し、その結果部
位Ｃは上下に振動しながら前方に移動することに
なる。上記従来例におけるオープンループは、こ
のような不安定現象を避けるために設けられてお
り、アーム３の動きによつて得られるブーム２の
速度指令値ω^* 1だけでも相当程度正確に水平制御
ができるので、フイードバツクループの比例定数
をそれ程大きくしなくても安定性および精度の良
好な制御を行なうことができる。
ドバツクループによる制御は、部位Ｃの高さｈに
誤差が生じたときにはじめてその誤差を補正する
制御を行なうものであり、精度の良い補正を行な
うためには当然、係数器１６の比例定数Kfを大
きく選択する方が良い。しかしながら、比例定数
Kfを大きくとると、ブーム２の慣性が大きいた
め、目標高さh0の近傍でブーム２の流量制御機構
７の入出力が正、負に大きく変化し、その結果部
位Ｃは上下に振動しながら前方に移動することに
なる。上記従来例におけるオープンループは、こ
のような不安定現象を避けるために設けられてお
り、アーム３の動きによつて得られるブーム２の
速度指令値ω^* 1だけでも相当程度正確に水平制御
ができるので、フイードバツクループの比例定数
をそれ程大きくしなくても安定性および精度の良
好な制御を行なうことができる。
第５図は従来の油圧シヨベルの軌跡制御装置の
ブロツク図であり、第４図に示す従来装置が、ア
ーム３の実際の速度ω^2を演算部１１の入力とし
ているのに対し、第５図に示す従来装置は、アー
ム３の速度指令信号ω^2を直接演算部１１の入力
としている点において相違し、他の部分について
は第４図に示す従来装置と全く同じであり、動作
および効果もほぼ同じである。
ブロツク図であり、第４図に示す従来装置が、ア
ーム３の実際の速度ω^2を演算部１１の入力とし
ているのに対し、第５図に示す従来装置は、アー
ム３の速度指令信号ω^2を直接演算部１１の入力
としている点において相違し、他の部分について
は第４図に示す従来装置と全く同じであり、動作
および効果もほぼ同じである。
ところで、流量制御機構７，８は、一般に油圧
ポンプ、方向切換弁、流量制御弁等で構成されて
おり、加わる負荷の大きさによつてその出力特性
が変化する。即ち、ブーム２の流量制御機構７は
アーム３を介して加わる負荷とブーム２自体の慣
性負荷の影響を大きく受け、又、アーム３の流量
制御機構８は作業部４に加わる負荷と作業部４お
よびアーム３自体の慣性負荷の影響を大きく受け
る。したがつて、ブーム２を駆動する場合とアー
ム３を駆動する場合とでは、ブーム２の慣性負荷
がアーム３の慣性負荷よりも遥かに大きいことか
ら、ブーム２を駆動する場合の方が制御要素とし
て大きい遅れ要素を有しており、それ故に、フイ
ードバツク制御には適していない。したがつて、
第４図、第５図に示す従来装置においては、フイ
ードバツク制御とオープンループ制御の併用によ
り、フイードバツク制御のみの場合に比較して安
定性は向上するものの、上記の理由により依然と
して不安定現象を生じる場合があり、満足すべき
ものではない。
ポンプ、方向切換弁、流量制御弁等で構成されて
おり、加わる負荷の大きさによつてその出力特性
が変化する。即ち、ブーム２の流量制御機構７は
アーム３を介して加わる負荷とブーム２自体の慣
性負荷の影響を大きく受け、又、アーム３の流量
制御機構８は作業部４に加わる負荷と作業部４お
よびアーム３自体の慣性負荷の影響を大きく受け
る。したがつて、ブーム２を駆動する場合とアー
ム３を駆動する場合とでは、ブーム２の慣性負荷
がアーム３の慣性負荷よりも遥かに大きいことか
ら、ブーム２を駆動する場合の方が制御要素とし
て大きい遅れ要素を有しており、それ故に、フイ
ードバツク制御には適していない。したがつて、
第４図、第５図に示す従来装置においては、フイ
ードバツク制御とオープンループ制御の併用によ
り、フイードバツク制御のみの場合に比較して安
定性は向上するものの、上記の理由により依然と
して不安定現象を生じる場合があり、満足すべき
ものではない。
本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、
精度良く、かつ、安定性のある制御を行なうこと
ができる作業機の軌跡制御装置を提供するにあ
る。
精度良く、かつ、安定性のある制御を行なうこと
ができる作業機の軌跡制御装置を提供するにあ
る。
この目的を達成するため、本発明は、慣性負荷
の大きな第１の腕と、この第１の腕に連結された
慣性負荷の小さな第２の腕と、この第２の腕に連
結された作業部と、前記第２の腕の動作速度指令
信号を発生する信号発生装置とを備えた作業機に
おいて、前記信号発生装置の出力信号から前記作
業部の目標位置に対する位置偏差に応じた信号を
減算する減算手段と、この減算手段の出力信号に
基づいて前記第２の腕の動作速度信号を求める第
２の演算手段と、前記第２の腕の動作に関連した
値に基づいて前記第１の腕の動作速度指令信号を
求める第１の演算手段とを設けたことを特徴とす
る。
の大きな第１の腕と、この第１の腕に連結された
慣性負荷の小さな第２の腕と、この第２の腕に連
結された作業部と、前記第２の腕の動作速度指令
信号を発生する信号発生装置とを備えた作業機に
おいて、前記信号発生装置の出力信号から前記作
業部の目標位置に対する位置偏差に応じた信号を
減算する減算手段と、この減算手段の出力信号に
基づいて前記第２の腕の動作速度信号を求める第
２の演算手段と、前記第２の腕の動作に関連した
値に基づいて前記第１の腕の動作速度指令信号を
求める第１の演算手段とを設けたことを特徴とす
る。
作業機のオペレータは慣性負荷の小さな第２の
腕を操作する。これに応じて信号発生装置から動
作速度指令信号が出力される。この動作速度指令
信号に対して、作業部の現在位置と目標位置との
位置偏差に応じた信号がフイードバツクされ、こ
のフイードバツクループ制御で得られた信号に基
づいて第２の腕が駆動される。
腕を操作する。これに応じて信号発生装置から動
作速度指令信号が出力される。この動作速度指令
信号に対して、作業部の現在位置と目標位置との
位置偏差に応じた信号がフイードバツクされ、こ
のフイードバツクループ制御で得られた信号に基
づいて第２の腕が駆動される。
一方、慣性負荷の大きな第１の腕は、第２の腕
の動作速度信号又は上記動作速度指令信号のみに
基づいて、即ち、オープンループ制御に基づいて
駆動制御される。
の動作速度信号又は上記動作速度指令信号のみに
基づいて、即ち、オープンループ制御に基づいて
駆動制御される。
以下、本発明を第６図および第７図に示す実施
例に基づいて説明する。
例に基づいて説明する。
第６図は本発明の一実施例に係る油圧シヨベル
の軌跡制御装置のブロツク図である。図で、第４
図、第５図と同一部分には同一符号が付してあ
る。１８は、アーム信号発生装置６からのアーム
速度指令信号ω^2′と、係数器１６からの信号Kf・
Δhとを入力して減算を行なう減算器である。即
ち、作業部４の部位Ｃ（第２図）の実際の高さｈ
と目標値h0との偏差Δhが減算器１４により演算
され、係数器１６により適当な係数Kfを乗じら
れ、この値を信号発生装置６からのアーム２の速
度指令信号ω^2′から減算することにより、アーム
２をフイードバツク制御するものである。したが
つて、減算器１８からの信号ω^2はフイードバツ
ク制御によるアーム速度指令信号となる。信号
ω^2を式で示すと次のように表わされる。
の軌跡制御装置のブロツク図である。図で、第４
図、第５図と同一部分には同一符号が付してあ
る。１８は、アーム信号発生装置６からのアーム
速度指令信号ω^2′と、係数器１６からの信号Kf・
Δhとを入力して減算を行なう減算器である。即
ち、作業部４の部位Ｃ（第２図）の実際の高さｈ
と目標値h0との偏差Δhが減算器１４により演算
され、係数器１６により適当な係数Kfを乗じら
れ、この値を信号発生装置６からのアーム２の速
度指令信号ω^2′から減算することにより、アーム
２をフイードバツク制御するものである。したが
つて、減算器１８からの信号ω^2はフイードバツ
ク制御によるアーム速度指令信号となる。信号
ω^2を式で示すと次のように表わされる。
ω^2＝ω^2′−Kf・Δh
流量制御機構８はこの速度指令信号ω2により
駆動されてアーム２を作動する。このように、フ
イードバツク制御されて作動するアーム３の速度
ω2は角度Θ1，Θ2とともに演算部１１へ入力され、
従来装置と同じく、 ｍ（Θ1、Θ2）・ω2 が演算され、係数器１５により適当な比例定数
K0が乗ぜられ、ブーム速度指令信号ω^1を得る。
この速度指令信号ω^1は直接ブーム２の流量制御
機構７へ入力され、流量制御機構７はブーム２を
適切に駆動する。速度指令信号ω^1の演算経路に
おいては、高さの偏差Δhは何等開与せず、この
演算経路はオープンループであり、したがつて、
ブーム２の制御はフイードバツク制御でなくオー
プンループにより制御となる。信号ω^1を式で示
すと次のようになる。
駆動されてアーム２を作動する。このように、フ
イードバツク制御されて作動するアーム３の速度
ω2は角度Θ1，Θ2とともに演算部１１へ入力され、
従来装置と同じく、 ｍ（Θ1、Θ2）・ω2 が演算され、係数器１５により適当な比例定数
K0が乗ぜられ、ブーム速度指令信号ω^1を得る。
この速度指令信号ω^1は直接ブーム２の流量制御
機構７へ入力され、流量制御機構７はブーム２を
適切に駆動する。速度指令信号ω^1の演算経路に
おいては、高さの偏差Δhは何等開与せず、この
演算経路はオープンループであり、したがつて、
ブーム２の制御はフイードバツク制御でなくオー
プンループにより制御となる。信号ω^1を式で示
すと次のようになる。
ω^1＝K0・ｍ（Θ1、Θ2）・ω2
このように、本実施例では、アーム速度指令信
号から高さの偏差を減算してアームの流量制御機
構の入力信号とすることにより、高さの偏差を補
正する動作は慣性負荷の小さなアームによつて行
なわれるようにし、又、アーム速度、アーム角
度、ブーム角度に基づいて所定の演算を行ない、
これにより得た信号をブームの流量制御機構の入
力信号とすることにより、オープンループ制御の
みによつて慣性負荷の大きなブームの制御を行な
うようにしたので、フイードバツクループの比例
定数を余り大きくとらなくとも高精度の動作を得
ることができるとともに、安定した動作をも得る
ことができる。
号から高さの偏差を減算してアームの流量制御機
構の入力信号とすることにより、高さの偏差を補
正する動作は慣性負荷の小さなアームによつて行
なわれるようにし、又、アーム速度、アーム角
度、ブーム角度に基づいて所定の演算を行ない、
これにより得た信号をブームの流量制御機構の入
力信号とすることにより、オープンループ制御の
みによつて慣性負荷の大きなブームの制御を行な
うようにしたので、フイードバツクループの比例
定数を余り大きくとらなくとも高精度の動作を得
ることができるとともに、安定した動作をも得る
ことができる。
第７図は本発明の他の実施例に係る油圧シヨベ
ルの軌跡制御装置のブロツク図である。図で、第
６図に示す部分と同一部分には同一符号が付して
ある。本実施例がさきの実施例と異なる点は、さ
きの実施例ではアーム３の実際の速度ω2を演算
部１１の入力とするのに対して、本実施例ではア
ーム速度指令信号ω^2′を演算部１１の入力とする
点であり、他の点については全く同一である。そ
して、この速度指令信号ω^2′は、減算器１８にお
いて高さの偏差信号Kf・Δhを減算する前の信号
であるので、ブーム速度指令信号ω^1の演算経路
はさきの実施例のものと同じくオープンループで
ある。この場合の信号ω^1は次式で表わされる。
ルの軌跡制御装置のブロツク図である。図で、第
６図に示す部分と同一部分には同一符号が付して
ある。本実施例がさきの実施例と異なる点は、さ
きの実施例ではアーム３の実際の速度ω2を演算
部１１の入力とするのに対して、本実施例ではア
ーム速度指令信号ω^2′を演算部１１の入力とする
点であり、他の点については全く同一である。そ
して、この速度指令信号ω^2′は、減算器１８にお
いて高さの偏差信号Kf・Δhを減算する前の信号
であるので、ブーム速度指令信号ω^1の演算経路
はさきの実施例のものと同じくオープンループで
ある。この場合の信号ω^1は次式で表わされる。
ω^1＝K0・ｍ（Θ1，Θ2）・ω^2′
したがつて、本実施例においても、さきの実施
例と同様の効果を有する。
例と同様の効果を有する。
なお、以上の説明では、油圧シヨベルのブーム
とアームについて述べたが、慣性負荷の大きな系
と慣性負荷の小さな系とを有するものであれば適
用可能であるのは当然である。又、鉛直平面内の
動作に限ることはなく、他の平面内の動作にも適
用することができる。さらに、作業部の軌跡は水
平の軌跡に限ることはなく、他の軌跡を描く制御
であつても適用することができる。
とアームについて述べたが、慣性負荷の大きな系
と慣性負荷の小さな系とを有するものであれば適
用可能であるのは当然である。又、鉛直平面内の
動作に限ることはなく、他の平面内の動作にも適
用することができる。さらに、作業部の軌跡は水
平の軌跡に限ることはなく、他の軌跡を描く制御
であつても適用することができる。
以上述べたように、本発明では、慣性負荷の小
さな腕に対して目標軌跡からの偏差による制御を
行ない、慣性負荷の大きな腕に対して前記偏差に
よる制御を行なわず前記慣性負荷の小さな腕の作
動に基づいて制御を行なうようにしたので、作業
機の作業部の作動を、高精度で、かつ、安定して
行なうことができる。
さな腕に対して目標軌跡からの偏差による制御を
行ない、慣性負荷の大きな腕に対して前記偏差に
よる制御を行なわず前記慣性負荷の小さな腕の作
動に基づいて制御を行なうようにしたので、作業
機の作業部の作動を、高精度で、かつ、安定して
行なうことができる。
第１図は油圧シヨベルのフロント機構の概略構
成図、第２図は第１図に示すフロント機構の動き
を説明する線図、第３図はブームおよびアームの
駆動機構の系統図、第４図および第５図は従来の
油圧シヨベルの軌跡制御装置のブロツク図、第６
図および第７図は本発明の一実施例および他の実
施例に係る油圧シヨベルの軌跡制御装置のブロツ
ク図である。 ６……アーム信号発生装置、７……ブームの流
量制御機構、８……アームの流量制御機構、１
１，１２，１３……演算部、１４，１８……減算
部、１５，１６……係数器。
成図、第２図は第１図に示すフロント機構の動き
を説明する線図、第３図はブームおよびアームの
駆動機構の系統図、第４図および第５図は従来の
油圧シヨベルの軌跡制御装置のブロツク図、第６
図および第７図は本発明の一実施例および他の実
施例に係る油圧シヨベルの軌跡制御装置のブロツ
ク図である。 ６……アーム信号発生装置、７……ブームの流
量制御機構、８……アームの流量制御機構、１
１，１２，１３……演算部、１４，１８……減算
部、１５，１６……係数器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 慣性負荷の大きな第１の腕と、この第１の腕
に連結された慣性負荷の小さな第２の腕と、この
第２の腕に連結された作業部と、前記第２の腕の
動作速度指令信号を発生する信号発生装置とを備
えた作業機において、前記信号発生装置の出力信
号から前記作業部の目標位置に対する位置偏差に
応じた信号を減算する減算手段と、この減算手段
の出力信号に基づいて前記第２の腕の動作速度信
号を求める第２の演算手段と、前記第２の腕の動
作に関連した値に基づいて前記第１の腕の動作速
度指令信号を求める第１の演算手段とを設けたこ
とを特徴とする作業機の軌跡制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記第２の
腕の動作に関連した値は、前記第２の腕の動作速
度信号であることを特徴とする作業機の軌跡制御
装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記第２の
腕の動作に関連した値は、前記信号発生装置から
出力される前記第２の腕の動作速度指令信号であ
ることを特徴とする作業機の軌跡制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4151983A JPS59170334A (ja) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | 作業機の軌跡制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4151983A JPS59170334A (ja) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | 作業機の軌跡制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59170334A JPS59170334A (ja) | 1984-09-26 |
| JPH0336970B2 true JPH0336970B2 (ja) | 1991-06-04 |
Family
ID=12610623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4151983A Granted JPS59170334A (ja) | 1983-03-15 | 1983-03-15 | 作業機の軌跡制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59170334A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017052016A (ja) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット、制御装置およびロボットシステム |
| CN111618886A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-09-04 | 山东大学 | 一种六自由度机械臂力反馈遥操作主手 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5437406A (en) * | 1977-08-29 | 1979-03-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | Preventing system for malicious alteration of subscriber information |
| JPS56163332A (en) * | 1980-04-24 | 1981-12-15 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Trace controlling method for working tool such as hydraulic shovel |
-
1983
- 1983-03-15 JP JP4151983A patent/JPS59170334A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5437406A (en) * | 1977-08-29 | 1979-03-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | Preventing system for malicious alteration of subscriber information |
| JPS56163332A (en) * | 1980-04-24 | 1981-12-15 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Trace controlling method for working tool such as hydraulic shovel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59170334A (ja) | 1984-09-26 |
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