JPH0338375B2

JPH0338375B2 -

Info

Publication number: JPH0338375B2
Application number: JP15591482A
Authority: JP
Inventors: Kunio Kashiwagi
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1982-09-09
Filing date: 1982-09-09
Publication date: 1991-06-10
Also published as: JPS5948534A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は油圧シヨベルの掘削制御方法および
装置に関するものである。

ローデイングシヨベルにおいては、掘削済の地
面へシヨベル本体を前進させて次の掘削を行なう
のが通常である。この場合、シヨベル本体の前進
方向に掘削残土、岩石等があると、シヨベル本体
が傾いて、掘削作業に支障が生ずる。このため、
シヨベル本体の前進方向の地面を平らに掘削する
ことが必要でなる。

第１図はローデイングシヨベルのフロント部を
示す図である。図において１はシヨベル本体、２
はシヨベル本体１に枢着されブームシリンダ５に
より俯仰動されるブーム、３はブーム２の先端に
枢着されアームシリンダ６により揺動されるアー
ム、４はアーム３の先端に枢着されバケツトシリ
ンダ７により回動されるバケツト、P₀はシヨベ
ル本体１とブーム２との枢着点、P₁はブーム２
とアーム３との枢着点、P₂はアーム３とバケツ
ト４との枢着点（以下、アーム先端点という）、
P₃はバケツト刃先点である。

このローデイングシヨベルにおいて、地面を平
らに掘削（以下、水平掘削という）するには、ア
ーム３を前方に押出すとともにブーム２を下げる
ことによつて、アーム先端点P₂の移動軌跡を水
平にし、かつバケツト４が地表面となす角すなわ
ちバケツト４の掘削角を一定に保てばよく、これ
を自動的に行なう装置が種々提案されている。

これらの水平掘削に関する種々の提案によれ
ば、掘削済の地面へシヨベル本体１が支障なく前
進できるのみならず、薄い石炭層を掘削するとき
に、石炭に土が混入するのを効果的に防止するこ
とができるなど、掘削作業に大きな利点をもたら
す反面、以下のような欠点を有する。

(1) 第２図に示すように、従来の水平掘削では、
シヨベル本体１の履帯１ａからバケツト１個分
の長さ分だけ前方から掘削を開始しなければな
らず、掘削長さL₁を大きくとることができな
い。すなわち、通常のローデイングシヨベルで
は、履帯１ａから最終掘削点までの長さ（以
下、水平掘削可能長さという）L₀はバケツト
３個分ぐらいであるため、とくに図のように表
土を浅く掘削する場合には、一度の掘削で十分
な土砂を掬い込むことができず、作業能率が悪
い。

(2) 地山掘削の場合には、第３図に示すように、
まず地山９の上部を掘削し、その後地山下部９
ａを掘削して地面を平らにし、ついでシヨベル
本体１を前進させて、次の地山掘削を行なう。
この地山掘削を第１図に示すローデイングシヨ
ベルで行なうには、いつたん履帯１ａを実線で
示す地山９の傾斜が始まるＡ点付近まで前進さ
せ、まず地山９の上部を掘削したのち、二点鎖
線で示す位置まで履帯１ａを後進させて、バケ
ツト４が水平掘削をすることができる姿勢に
し、地山下部９ａを水平掘削する必要がある。
このため、地山下部９ａを掘削するたびごと
に、シヨベル本体１を後退させなければなら
ず、また次の地山掘削のための前進距離が長く
なるため、作業が面倒でかつ時間がかかり、作
業能率が低下する。

この発明は上述の問題点を解決するためになさ
れたもので、地面を平らに掘削する種々の作業を
容易に行なうことができるとともに、作業能率が
良い油圧シヨベルの掘削制御方法および装置を提
供することを目的とする。

この目的を達成するため、この発明においては
シヨベル本体に枢着されブームシリンダにより俯
仰動されるブームと、そのブームの先端に枢着さ
れアームシリンダにより揺動されるアームと、そ
のアームの先端に枢着されバケツトシリンダによ
り回動されるバケツトとを有する油圧シヨベルの
掘削制御方法において、上記バケツトの掘削角を
演算し、上記掘削角が設定角を超えたか否かを検
出し、上記バケツトの上記アームに対するバケツ
ト角、バケツト角速度の少なくともどちらか一方
を検出し、上記バケツトの刃先点の移動軌跡が直
線となるときの上記ブームシリンダの第１の制御
速度と少なくとも上記バケツト角、上記バケツト
角速度の少なくともどちらか一方との関係を表す
第１の関数をあらかじめ設定し、上記掘削角が上
記設定角を超えかつ上記バケツトシリンダが伸長
されたとき、少なくとも上記バケツト角、上記バ
ケツト角速度の少なくともどちらか一方から上記
第１の関数により上記第１の制御速度を求め、上
記第１の制御速度に応じて上記ブームシリンダを
制御し、上記アームの上記ブームに対するアーム
角、アーム角速度の少なくともどちらか一方を検
出し、上記刃先点、上記アームの先端点のどちら
か一方の移動軌跡が直線となるときの上記ブーム
シリンダの第２の制御速度と少なくとも上記アー
ム角、上記アーム角速度の少なくともどちらか一
方との関係を表す第２の関数をあらかじめ設定
し、上記掘削角が上記設定角以下になりかつ上記
アームシリンダが伸長されたとき、少なくとも上
記アーム角、上記アーム角速度の少なくともどち
らか一方から上記第２の関数により上記第２の制
御速度を求め、上記第２の制御速度に応じて上記
ブームシリンダを制御し、上記掘削角が上記設定
角となるときの上記バケツトシリンダの第３の制
御速度と少なくとも上記アーム角、上記アーム角
速度の少なくともどちらか一方との関係を表す第
３の関数をあらかじめ設定し、上記掘削角が上記
設定角になりかつ上記アームシリンダが伸長され
たとき、少なくとも上記アーム角、上記アーム角
速度の少なくともどちらか一方から上記第３の関
数により上記第３の制御速度を求め、上記第３の
制御速度に応じて上記ブームシリンダを制御す
る。

また、シヨベル本体に枢着されブームシリンダ
により俯仰動されるブームと、そのブームの先端
に枢着されアームシリンダにより揺動されるアー
ムと、そのアームの先端に枢着されバケツトシリ
ンダにより回動されるバケツトとを有する油圧シ
ヨベルの掘削制御装置において、上記バケツトの
掘削角を演算する掘削角演算手段と、上記掘削角
が設定角を超えたことを検出する検出手段と、上
記掘削角が設定角を超えかつ上記バケツトシリン
ダが伸長されたとき、少なくとも上記バケツトの
上記アームに対するバケツト角から上記バケツト
の刃先点の実際高さを求め、少なくとも上記バケ
ツト角と上記刃先点の高さとの関係を表す関数か
ら上記刃先点の移動軌跡が直線となるときの上記
刃先点の目標高さを求め、上記目標高さと上記実
際高さとの偏差すなわち第１の高さ偏差を求める
第１の高さ偏差演算手段、上記掘削角が設定角を
超えかつ上記バケツトシリンダが伸長されたと
き、少なくとも上記バケツト角から上記ブームの
上記本体に対するブーム角の実際値すなわち実際
ブーム角を求め、少なくとも上記バケツト角、上
記ブーム角と上記刃先点の高さとの関係を表す関
数から上記刃先点の移動軌跡が直線となるときの
目標ブーム角を求め、上記目標ブーム角と上記実
際ブーム角との偏差すなわち第１のブーム角偏差
を求める第１のブーム角偏差演算手段、上記掘削
角が設定角を超えかつ上記バケツトシリンダが伸
長されたとき、少なくとも上記バケツト角、上記
ブーム角と上記刃先点の高さとの関係を表す関数
を時間に対して微分した関数により少なくともバ
ケツト角速度から上記刃先点の移動軌跡が直線と
なるときの第１の目標ブーム角速度を求める第１
の目標ブーム角速度演算手段のうちの少なくとも
１つと、上記掘削角が設定角以下になりかつ上記
アームシリンダが伸長されたとき、少なくとも上
記アームの上記ブームに対するアーム角から上記
刃先点、上記アームの先端点のどちらか一方の実
際高さを求め、少なくとも上記アーム角と上記刃
先点、上記先端点の高さとの関係を表す関数から
上記刃先点、上記先端点の移動軌跡が直線となる
ときの上記刃先点、上記先端点のどちらか一方の
目標高さを求め、上記目標高さと上記実際高さと
の偏差すなわち第２の高さ偏差を求める第２の高
さ偏差演算手段、上記掘削角が設定角以下になり
かつ上記アームシリンダが伸長されたとき、少な
くとも上記アーム角から上記ブーム角の実際値す
なわち実際ブーム角を求め、少なくとも上記アー
ム角、上記ブーム角と上記刃先点、上記アームの
先端点のどちらか一方の高さとの関係を表す関数
から上記刃先点、上記アームの先端点のどちらか
一方の移動軌跡が直線となるときの目標ブーム角
を求め、上記目標ブーム角と上記実際ブーム角と
の偏差すなわち第２のブーム角偏差を求める第２
のブーム角偏差演算手段、上記掘削角が設定角を
超えかつ上記バケツトシリンダが伸長されたと
き、少なくとも上記アーム角、上記ブーム角と上
記刃先点、上記アームの先端点のどちらか一方の
高さとの関係を表す関数を時間に対して微分した
関数により少なくともアーム角速度から上記刃先
点、上記先端点のどちらか一方の移動軌跡が直線
となるときの第２の目標ブーム角速度を求める第
２の目標ブーム角速度演算手段のうちの少なくと
も１つと、上記第１の高さ偏差、上記第１のブー
ム角偏差、上記第１の目標ブーム角速度のうちの
少なくとも１つ、上記第２の高さ偏差、上記第２
のブーム角偏差、上記第２の目標ブーム角速度の
うちの少なくとも１つに応じて上記ブームシリン
ダを制御する第１の流量制御装置と、上記掘削角
が設定角になりかつ上記アームシリンダが伸長さ
れたとき、少なくとも上記アーム角から上記バケ
ツト角の実際値すなわち実際バケツト角を求め、
少なくとも上記アーム角、バケツト角と上記掘削
角との関係を表す関数から上記掘削角が設定角と
なるときの目標バケツト角を求め、上記目標バケ
ツト角と上記実際バケツト角との偏差すなわちバ
ケツト角偏差を求めるバケツト角偏差演算手段、
上記掘削角が設定角になりかつ上記アームシリン
ダが伸長されたとき、少なくとも上記アーム角、
バケツト角と上記掘削角との関係を表す関数を時
間に対して微分した関数により少なくともアーム
角速度から上記掘削角が設定角となるときの目標
バケツト角速度を求める目標バケツト角速度演算
手段のうちの少なくとも１つと、上記バケツト角
偏差、上記目標バケツト角速度のうちの少なくと
も１つに応じて上記バケツトシリンダを制御する
第２の流量制御装置とを設ける。

すなわちこの発明は、第４図に示すように、履
帯１ａに近接した位置においてバケツト４の刃を
ほぼ垂直に立てた状態から、バケツト４を回動し
ながらブーム２を下げつつ、アーム３を押出す動
作を行なつて、バケツト刃先点P₃の移動軌跡が
水平になるようにすれば、シヨベル本体１の手前
側の地面の水平掘削（以下、手前水平掘削とい
う）ができることに着目した。このような手前水
平掘削と従来の水平掘削とを組合わせれば、第４
図に示すように表土を浅く掘削する場合にも、水
平掘削長さが前述の水平掘削可能長さL₀とほぼ
等しいL₂となり、従来に比べて１度の掘削で十
分な土砂を掬い込むことができる。また、第５図
に示すように、地山掘削を行なう場合にも、地山
９の上部を掘削したのち、シヨベル本体１を後退
させることなく、地山下部９ａを掘削して地面を
平らにすることができる。

第６図は第１図に示したローデイングシヨベル
のフロント部の位置関係を示す図である。図にお
いてαはブーム２のシヨベル本体１に対する角す
なわちブーム角、βはアーム３のブーム２に対す
る角すなわちアーム角、γはバケツト４のアーム
３に対する角すなわちバケツト角、φはアーム先
端点P₂、バケツト刃先点P₃を結ぶ直線とバケツ
ト４の底面とのなす角、θはバケツト４の底面と
地表面とのなす角すなわちバケツト４の掘削角、
l₁〜l₃はそれぞれブーム２、アーム３、バケツト
４の長さ、h₀は枢着点P₀の高さ、h₂はアーム先端
点P₂の高さ、h₃は刃先点P₃の高さである。

この場合、高さh₃は次式で表わされる。

h₃＝h₀＋l₁sinα−l₂sin（α＋β）＋l₃sin
（α＋β＋γ）(1) したがつて、第４図に示す掘削初期において、
アーム３およびバケツト４を同時に動かすとき、
すなわちアーム３、バケツト４をそれぞれ操作す
るとき、アーム３の動きに応じてバケツト４を動
かすとき、バケツト４の動きに応じてアーム３を
動かすとき、アーム３、バケツト４を所定の関数
関係で動かすときなどには、(1)式でブーム角α、
アーム角β、バケツト角γから高さh₃を求め、目
標高さｈ＾₃と高さh₃との偏差に応じてブームシリ
ンダ５を制御すれば、刃先点P₃の移動軌跡を水
平にすることができる。

また、(1)式からブーム角αを求めると次式のよ
うになる。

α＝sin^-1h₃−h₀／Ａ−Ψ (2) ここで、Ａ、Ψは次式で表わされる。

Ａ＝√₁ ²＋₂ ²＋₃ ²−2₁ ₂−2₂ ₃＋2₁ ₃（＋） Ψ＝tan^-1−l₂sinβ＋l₃sin（β＋γ）／l₁−l₂cosβ
＋l₃cos（β＋γ）したがつて、アーム３およびバケツト４を同時
に動かすときに、(2)式にh₃＝h^₃を代入した式でア
ーム角β、バケツト角γから目標ブーム角α^を求
めて、目標ブーム角α^とブーム角αとの偏差に応
じてブームシリンダ５を制御すれば、刃先点P₃
の移動軌跡を水平にすることができる。

さらに、高さh₃が一定のときには、(1)式を微分
すると、次式のようになる。

Ｏ＝｛l₁cosα−l₂cos（α＋β）＋l₃cos（α＋
β＋γ）｝α〓＋｛−l₂cos（α＋β）＋l₃（α＋β＋γ）｝β〓＋l₃cos（α＋β＋
γ）γ〓 ∴α〓＝l₂cos（α＋β）−l₃cos（α＋β＋γ）
／l₁cosα−l₂cos（α＋β）＋l₃cos（α＋β＋γ）β
〓＋−l₃cos（α＋β＋γ）／l₁cosα−l₂cos（
α＋β）＋l₃cos（α＋β＋γ）γ〓(3) したがつて、アーム３およびバケツト４を同時
に動かすときに、(3)式でブーム角α、アーム角
β、バケツト角γ、アーム角速度β〓、バケツト角
速度γ〓から目標ブーム角速度α〓を求めて、この目
標ブーム角速度α〓に応じてブームシリンダ５を制
御すれば、刃先点P₃の移動軌跡を水平にするこ
とができる。

さらにまた、(3)式による制御に(1)式または(2)式
による制御を組合わせると、きわめて精度よく制
御することができる。

このように、アーム３およびバケツト４を同時
に掘削方向に動かしながら、それに応じてブーム
２を制御して、刃先点P₃の移動軌跡を水平にす
る制御（手前水平掘削制御）を行なえば、手前水
平掘削を行なうことができる。この手前水平掘削
を行なうと、掘削角θが小さくなり、掘削角θが
設定角すなわち従来の水平掘削時の掘削角θ₁にな
つたときに、従来の水平掘削を行なえば、手前水
平掘削と従来の水平掘削とを連続して行なうこと
ができる。ここで、掘削角θは次式で表わされ
る。

θ＝360゜−φ−（α＋β＋γ）そして、δ＝α＋β＋γとおき、設定角θ₁に対
応する角δをδ₁とすれば、角δがδ₁以上になつた
ときに手前水平掘削から従来の水平掘削に移行す
れば、手前水平掘削と従来の水平掘削とを連続し
て行なうことが可能である。

なお、以上はアーム３およびバケツト４を同時
に掘削方向に動かしながら、それに応じてブーム
２を制御する場合について説明したが、バケツト
４を掘削方向に動かしながら、それに応じてブー
ム２を制御しても、手前水平掘削を行なうことが
できる。

また、従来の水平掘削を行なうには、バケツト
４を掘削方向と逆方向に回動して掘削角θすなわ
ち角δを一定に保ちながら、アーム先端点P₂、
バケツト刃先点P₃のいずれか一方の移動軌跡が
水平になるように、すなわち高さh₂、h₃のいずれ
か一方が一定になるように制御すればよい。角δ
を一定に保つには、目標角δ^と角δとの偏差に応
じてバケツト４を回動するか、目標バケツト角速
度γ〓＝−α〓−β〓になるようにバケツト４を回動す
る
か、あるいはこの両者を併用すればよい。また、
高さh₂を一定に制御するには、(1)〜(3)式に対応す
る次式を用いればよい。

h₂＝h₀＋l₁sinα−l₂sin（α＋β） (4) α＝Ｆ（β、h₂） (5) α〓＝l₂cos（α＋β）／l₁cosα−l₂cos（α＋β）
β〓(6) さらに、高さh₃を一定に制御するには、手前水
平掘削の場合と同様に(1)〜(3)式を用いることがで
きる。

第７図はこの発明に係るローデイングシヨベル
の掘削制御方法を実施するための装置すなわちこ
の発明に係るローデイングシヨベルの掘削制御装
置を示すブロツク図である。図において１０〜１
２はそれぞれブーム角α、アーム角β、バケツト
角γを検出する角度検出器、１３〜１５はそれぞ
れブーム角α、アーム角β、バケツト角γを微分
してブーム角速度α〓、アーム角速度β〓、バケツト
角速度γ〓を求める微分器、３５〜３７はそれぞれ
ブーム操作レバー、アーム操作レバー、バケツト
操作レバー、４２〜４４は操作レバー３５，３７
の操作に応じて指令速度v₁〜v₃を出力する速度指
令装置、３８〜４０は操作レバー３５〜３７が操
作されたか否かを検出するレバー操作検出器、３
４はブーム角α、アーム角β、バケツト角γを加
算して角δを求める加算器、４１はレバー操作検
出器３８〜４０の信号および角δを入力して制御
信号Ａ〜Ｅを出力する制御指令装置で、制御信号
Ａはアーム操作レバー３６、バケツト操作レバー
３７の少なくとも一方が掘削方向に操作されたと
きに論理“１”となり、制御信号Ｂはアーム操作
レバー３６、バケツト操作レバー３７の少なくと
も一方が掘削方向に操作され、かつブーム操作レ
バー３５が操作されないときに論理“１”とな
り、また制御信号Ｃはアーム操作レバー３６が掘
削方向に操作されたときに論理“１”となり、制
御信号Ｄはアーム操作レバー３６が掘削方向に操
作され、かつδ＜δ₁のときに論理“１”となり、
また制御信号Ｅはアーム操作レバー３６が掘削方
向に操作され、バケツト操作レバー３７が操作さ
れず、かつδ≧δ₁のときに論理“１”となる。４
５は指令速度v₂を増幅、補償する増幅器、４６は
増幅器４５の信号に応じてアームシリンダ６の速
度を制御する流量制御装置、３０はアーム角速度
β〓に応じた目標バケツト角速度γ〓₁を求める関数器
、
４７は制御信号Ｅが論理“０”の間は角δをその
まま出力し、制御信号Ｅが論理“１”になつた時
点の角δを目標角δ^として記憶し、制御信号Ｅが
論理“１”の間は目標角δ^を出力する記憶器、４
８は目標角δ^と角δとの差すなわち角偏差Δδを求
める加減算器、４９は角偏差ΔδにゲインK₂を乗
ずる係数器、５０は目標バケツト角速度γ〓＝−（α〓
＋β〓）を求める反転加算器、５１は目標バケツト
角速度γ〓とK₂Δδとを加算して目標バケツト角速
度γ〓₂を求める加算器、５２は制御信号Ｄが論理
“０”のときａ側に切換わり、制御信号Ｄが論理
“１”のときｂ側に切換わるスイツチ、５３は目
標バケツト角速度γ〓₁、γ〓₂をバケツトシリンダ７の
制御速度y₃に変換する関数器、３１は制御信号Ｃ
が論理“１”のときオンになるスイツチ、３２は
バケツトシリンダ７の制御速度y₃と指令速度v₃と
を加算し、その加算値を増幅、補償する演算器、
３３は演算器３２の信号に応じてバケツトシリン
ダ７の速度を制御する流量制御装置、１６，１７
は次式の関数f₁、f₂を計算する関数器である。

f₁＝l₂cos（α＋β）−l₃cos（α＋β＋
γ）／l₁cosα−l₂cos（α＋β）＋l₃cos（α＋β＋γ
） f₂＝−l₃cos（α＋β＋γ）／l₁cosα−
l₂cos（α＋β）＋l₃cos（α＋β＋γ）１８，１９はf₁・β〓、f₂・γ〓を求める乗算器、２
０は乗算器１８，１９の出力を加算して目標ブー
ム角速度α〓₂を求める加算器、２１は(1)式でブーム
角α、アーム角β、バケツト角γから高さh₃を求
める高さ演算器、２２は制御信号Ｂが論理“０”
の間は高さh₃をそのまま出力し、制御信号Ｂが論
理“１”になつた時点の高さh₃を目標高さh^₃とし
て記憶し、制御信号Ｂが論理“１”の間は目標高
さh^₃を出力する記憶器、２３は目標高さh^₃と高さ
h₃との差すなわち高さ偏差Δh₃を求める加減算
器、２４は高さ偏差Δh₃にゲインK₁を乗ずる係数
器、２５は目標ブーム角速度α〓とK₁Δh₃とを加算
する加算器、２６は加算器２５の出力であるブー
ム角βの制御速度をブームシリンダ５の制御速度
y₁に変換する関数器、２７は制御信号Ａが論理
“１”になつたときオンになるスイツチ、２８は
制御速度y₁と指令速度v₁とを加算し、その加算値
を増幅、補償する演算器、２９は演算器２８の信
号に応じてブームシリンダ５の速度を制御する流
量制御装置である。この掘削制御装置において
は、第４図に示すように、履帯１ａに近接した位
置でバケツト４の刃をほぼ垂直に立てた状態（こ
のときδ＜δ₁）にし、アーム操作レバー３６を掘
削方向に操作すると、制御信号Ａ〜Ｄが論理
“１”になる。この場合、アームシリンダ６が指
令信号v₂で伸長して、アーム３が押出され、また
制御信号Ｃ，Ｄが論理“１”になるから、スイツ
チ５２がｂ側に切換わりスイツチ３１がオンにな
るので、バケツトシリンダ７は目標バケツト角速
度γ〓₁に応じた制御速度y₃で伸長して、バケツト４
が掘削方向に回動し、さらに制御信号Ａ，Ｂが論
理“１”になるから、スイツチ２７がオンにな
り、かつ記憶器２２がアーム操作レバー３６を操
作した時点の高さh₃を目標高さh₃として記憶する
ので、制御速度y₁は目標ブーム角速度α〓とK₁Δh₃
との加算値に応じた値となり、ブームシリンダ５
がこの制御速度y₁で作動して、刃先点P₃の移動軌
跡が水平となり、手前水平掘削が行なわれる。こ
の操作を続けると、掘削角θが減少し、角δが増
加していく。そして、δ＝δ₁になると、制御信号
Ｄが論理“０”になり、制御信号Ｅが論理“１”
になる。このとき、スイツチ５２がａ側に切換わ
り、かつ記憶器４７がその時点の角δを目標角δ
として記憶するので、制御速度y₃は目標バケツト
角速度γ〓₂に応じた値となり、バケツトシリンダ７
がこの制御速度y₃で縮小して、掘削角θが一定に
保たれるとともに、制御信号Ａ，Ｂは論理“１”
のままなので、刃先点P₃の移動軌跡が水平とな
るから、従来の水平掘削が行なわれる。したがつ
て、アーム操作レバー３６を操作するだけで、手
前水平掘削と従来の水平掘削とを連続して行なう
ことが可能である。また、このような掘削制御を
行なつているときに、バケツト操作レバー３７を
も操作すると、δ＜δ₁のときには、制御信号Ａ〜
Ｅは変らないから、手前水平掘削制御が続けて行
なわれるとともに、指令速度v₃に応じてバケツト
４の速度の手動補正を行なうことができ、一方δ
≧δ₁のときには、制御信号Ｅが論理“０”に変わ
るだけであるので、従来の水平掘削制御が続けて
行なわれるとともに、δ^＝δすなわちΔδ＝０とな
るため、バケツトシリンダ７が目標バケツト角速
度γ〓に応じた制御速度y₃と指令速度v₃との加算速
度で作動するから、バケツト４の掘削角θの手動
補正を行なうことができる。さらに、δ＜δ₁のと
きに、バケツト操作レバー３７のみを掘削方向に
操作すると、制御信号Ａ，Ｂが論理“１”とな
り、制御信号Ｃが論理“０”となる。この場合、
スイツチ３１がオフとなるので、バケツトシリン
ダ７は指令速度v₃で伸長するとともに、ブームシ
リンダ５は目標ブーム角速度α〓（＝f₂・γ〓）と
K₁Δh₃との加算値に応じた制御速度y₁で作動する
から、バケツト４とブーム２による手前水平掘削
を行なうことができる。また、前記のいずれの掘
削制御を行なつている場合にも、ブーム操作レバ
ー３５を操作すると、制御信号Ｂが論理“０”と
なり、h₃＝ｈすなわちΔh₃＝０となるので、ブー
ムシリンダ５が目標ブーム角速度α〓に応じた制御
速度y₁と指令速度v₁との加算速度で作動するか
ら、刃先点P₃の高さh₃を手動補正することが可能
である。

なお、上述実施例においては、ローデイングシ
ヨベルについて説明したが、この発明をバツクホ
ーシヨベルにも適用することができ、この場合に
は手前水平掘削と同様の制御を最大リーチ付近で
行なうことにより、水平あるいは法面掘削長さを
大きくすることができる。また、上述実施例にお
いては、刃先点P₃の移動軌跡を水平にする場合
について説明したが、刃先点P₃の移動軌跡を任
意の直線にすることができる。さらに、上述実施
例においては、ブームシリンダ５を制御して刃先
点P₃の高さh₃を一定に保つために、(1)式と(3)式と
を組合わせて用いたが、(2)式と(3)式とを組合わせ
て用いてもよく、また制御精度を落としてもよい
場合には、(1)〜(3)式のいずれか１つを用いること
ができる。また、上述実施例においては、手前水
平掘削時にアーム角速度β〓に応じてバケツトシリ
ンダ７を伸長したが、アーム操作レバー３６の操
作量等に応じてバケツトシリンダ７を伸長しても
よく、また別の１本のレバーの操作量に応じてア
ーム３およびバケツト４を動かしてもよい。さら
に、上述実施例においては、従来の水平掘削時に
刃先点P₃の高さh₃を一定にしたが、アーム先端点
P₂の高さh₂を一定に制御してもよく、この場合に
は、(4)式と(6)式とを組合わせて用いることがで
き、また(5)式と(6)式とを組合わせて用いてもよ
く、さらに(4)〜(6)式のいずれか１つを用いること
が可能である。また、上述実施例においては、従
来の水平掘削時にバケツト４の掘削角θを一定に
するために、目標バケツト角速度γ〓およびK₂Δγ
に応じてバケツトシリンダ７を縮小したが、目標
バケツト角速度γ〓、K₂Δγのいずれか一方に応じ
てバケツトシリンダ７を縮小してもよい。さら
に、上述実施例においては、角α、β、γを検出
するのに角度検出器１０〜１２を用いたが、シリ
ンダ５〜７のストロークなどから角α、β、γを
求めてもよい。また、上述実施例においては、角
α、β、γを微分することにより角速度α〓、β〓、γ
〓
を求めたが、角速度α〓、β〓、γ〓を直接検出したり
、
シリンダ５〜７の速度から求めてもよい。さら
に、流量制御装置２９，３３，４６としては電気
油圧変換弁と流量制御弁とを組合わせたもの、電
気油圧変換弁によりポンプ吐出流量を制御するも
のなどを用いる。また、関数f₁、f₂などは適当な
近似曲線で与えてもよい。さらに、演算装置はア
ナログ回路で構成しても、デイジタル回路で構成
してもよいが、マイクロコンピユータで構成する
のが適当である。

以上説明したように、この油圧シヨベルの掘削
制御方法および装置においては、アーム操作レバ
ーあるいはその他の１本のレバーを操作すること
によつて、バケツトを回動しながら行なう直線掘
削と従来の直線掘削とを連続して行なうことがで
きるから、表土直線掘削作業の直線掘削長さが大
きくなり、フロントの構造を変更することなく、
フロントのリーチを長くしたのと同様の効果が得
られ、また地山掘削作業で地山下部を平らに掘削
する際に、シヨベル本体を後退する必要がなく、
作業サイクルが短縮され、オペレータの疲労も軽
減されるなど、種々の整地作業を非常に能率よく
行なうことが可能である。このように、この発明
の効果は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図はローデイングシヨベルのフロント部を
示す図、第２図は従来の水平掘削により表土を掘
削する動作を説明する図、第３図は地山掘削を行
なう動作を説明する図、第４図、第５図は手前水
平掘削の動作説明図、第６図はローデイングシヨ
ベルのフロント部の位置関係を示す図、第７図は
この発明に係るローデイングシヨベルの掘削制御
方法を実施するための装置すなわちこの発明に係
るローデイングシヨベルの掘削制御装置を示す図
である。１……シヨベル本体、２……ブーム、３……ア
ーム、４……バケツト、５……ブームシリンダ、
６……アームシリンダ、７……バケツトシリン
ダ、９……地山、１０〜１２……角度検出器、１
３〜１５……微分器、１６，１７……関数器、１
８，１９……乗算器、２０……加算器、２１……
高さ演算器、２２……記憶器、２３……加減算
器、２４……係数器、２５……加算器、２６……
関数器、２７……スイツチ、２８……演算器、２
９……流量制御装置、３０……関数器、３１……
スイツチ、３２……演算器、３３……流量制御装
置、３４……加算器、３５……ブーム操作レバ
ー、３６……アーム操作レバー、３７……バケツ
ト操作レバー、３８〜４０……レバー操作検出
器、４１……制御指令装置、４２〜４４……速度
指令装置、４５……増幅器、４６……流量制御装
置、４７……記憶器、４８……加減算器、４９…
…係数器、５０……反転加算器、５１……加算
器、５２……スイツチ、５３……関数器。

Claims

【特許請求の範囲】１シヨベル本体に枢着されブームシリンダによ
り俯仰動されるブームと、そのブームの先端に枢
着されアームシリンダにより揺動されるアーム
と、そのアームの先端に枢着されバケツトシリン
ダにより回動されるバケツトとを有する油圧シヨ
ベルの掘削制御方法において、上記バケツトの掘
削角を演算し、上記掘削角が設定角を超えたか否
かを検出し、上記バケツトの上記アームに対する
バケツト角、バケツト角速度の少なくともどちら
か一方を検出し、上記バケツトの刃先点の移動軌
跡が直線となるときの上記ブームシリンダの第１
の制御速度と少なくとも上記バケツト角、上記バ
ケツト角速度の少なくともどちらか一方との関係
を表す第１の関数をあらかじめ設定し、上記掘削
角が上記設定角を超えかつ上記バケツトシリンダ
が伸長されたとき、少なくとも上記バケツト角、
上記バケツト角速度の少なくともどちらか一方か
ら上記第１の関数により上記第１の制御速度を求
め、上記第１の制御速度に応じて上記ブームシリ
ンダを制御し、上記アームの上記ブームに対する
アーム角、アーム角速度の少なくともどちらか一
方を検出し、上記刃先点、上記アームの先端点の
どちらか一方の移動軌跡が直線となるときの上記
ブームシリンダの第２の制御速度と少なくとも上
記アーム角、上記アーム角速度の少なくともどち
らか一方との関係を表す第２の関数をあらかじめ
設定し、上記掘削角が上記設定角以下になりかつ
上記アームシリンダが伸長されたとき、少なくと
も上記アーム角、上記アーム角速度の少なくとも
どちらか一方から上記第２の関数により上記第２
の制御速度を求め、上記第２の制御速度に応じて
上記ブームシリンダを制御し、上記掘削角が上記
設定角となるときの上記バケツトシリンダの第３
の制御速度と少なくとも上記アーム角、上記アー
ム角速度の少なくともどちらか一方との関係を表
す第３の関数をあらかじめ設定し、上記掘削角が
上記設定角になりかつ上記アームシリンダが伸長
されたとき、少なくとも上記アーム角、上記アー
ム角速度の少なくともどちらか一方から上記第３
の関数により上記第３の制御速度を求め、上記第
３の制御速度に応じて上記ブームシリンダを制御
することを特徴とする油圧シヨベルの掘削制御方
法。２シヨベル本体に枢着されブームシリンダによ
り俯仰動されるブームと、そのブームの先端に枢
着されアームシリンダにより揺動されるアーム
と、そのアームの先端に枢着されバケツトシリン
ダにより回動されるバケツトとを有する油圧シヨ
ベルの掘削制御装置において、上記バケツトの掘
削角を演算する掘削角演算手段と、上記掘削角が
設定角を超えたことを検出する検出手段と、上記
掘削角が設定角を超えかつ上記バケツトシリンダ
が伸長されたとき、少なくとも上記バケツトの上
記アームに対するバケツト角から上記バケツトの
刃先点の実際高さを求め、少なくとも上記バケツ
ト角と上記刃先点の高さとの関係を表す関数から
上記刃先点の移動軌跡が直線となるときの上記刃
先点の目標高さを求め、上記目標高さと上記実際
高さとの偏差すなわち第１の高さ偏差を求める第
１の高さ偏差演算手段、上記掘削角が設定角を超
えかつ上記バケツトシリンダが伸長されたとき、
少なくとも上記バケツト角から上記ブームの上記
本体に対するブーム角の実際値すなわち実際ブー
ム角を求め、少なくとも上記バケツト角、上記ブ
ーム角と上記刃先点の高さとの関係を表す関数か
ら上記刃先点の移動軌跡が直線となるときの目標
ブーム角を求め、上記目標ブーム角と上記実際ブ
ーム角との偏差すなわち第１のブーム角偏差を求
める第１のブーム角偏差演算手段、上記掘削角が
設定角を超えかつ上記バケツトシリンダが伸長さ
れたとき、少なくとも上記バケツト角、上記ブー
ム角と上記刃先点の高さとの関係を表す関数を時
間に対して微分した関数により少なくともバケツ
ト角速度から上記刃先点の移動軌跡が直線となる
ときの第１の目標ブーム角速度を求める第１の目
標ブーム角速度演算手段のうちの少なくとも１つ
と、上記掘削角が設定角以下になりかつ上記アー
ムシリンダが伸長されたとき、少なくとも上記ア
ームの上記ブームに対するアーム角から上記刃先
点、上記アームの先端点のどちらか一方の実際高
さを求め、少なくとも上記アーム角と上記刃先
点、上記先端点の高さとの関係を表す関数から上
記刃先点、上記先端点の移動軌跡が直線となると
きの上記刃先点、上記先端点のどちらか一方の目
標高さを求め、上記目標高さと上記実際高さとの
偏差すなわち第２の高さ偏差を求める第２の高さ
偏差演算手段、上記掘削角が設定角以下になりか
つ上記アームシリンダが伸長されたとき、少なく
とも上記アーム角から上記ブーム角の実際値すな
わち実際ブーム角を求め、少なくとも上記アーム
角、上記ブーム角と上記刃先点、上記アームの先
端点のどちらか一方の高さとの関係を表す関数か
ら上記刃先点、上記アームの先端点のどちらか一
方の移動軌跡が直線となるときの目標ブーム角を
求め、上記目標ブーム角と上記実際ブーム角との
偏差すなわち第２のブーム角偏差を求める第２の
ブーム角偏差演算手段、上記掘削角が設定角を超
えかつ上記バケツトシリンダが伸長されたとき、
少なくとも上記アーム角、上記ブーム角と上記刃
先点、上記アームの先端点のどちらか一方の高さ
との関係を表す関数を時間に対して微分した関数
により少なくともアーム角速度から上記刃先点、
上記先端点のどちらか一方の移動軌跡が直線とな
るときの第２の目標ブーム角速度を求める第２の
目標ブーム角速度演算手段のうちの少なくとも１
つと、上記第１の高さ偏差、上記第１のブーム角
偏差、上記第１の目標ブーム角速度のうちの少な
くとも１つ、上記第２の高さ偏差、上記第２のブ
ーム角偏差、上記第２の目標ブーム角速度のうち
の少なくとも１つに応じて上記ブームシリンダを
制御する第１の流量制御装置と、上記掘削角が設
定角になりかつ上記アームシリンダが伸長された
とき、少なくとも上記アーム角から上記バケツト
角の実際値すなわち実際バケツト角を求め、少な
くとも上記アーム角、バケツト角と上記掘削角と
の関係を表す関数から上記掘削角が設定角となる
ときの目標バケツト角を求め、上記目標バケツト
角と上記実際バケツト角との偏差すなわちバケツ
ト角偏差を求めるバケツト角偏差演算手段、上記
掘削角が設定角になりかつ上記アームシリンダが
伸長されたとき、少なくとも上記アーム角、バケ
ツト角と上記掘削角との関係を表す関数を時間に
対して微分した関数により少なくともアーム角速
度から上記掘削角が設定角となるときの目標バケ
ツト角速度を求める目標バケツト角速度演算手段
のうちの少なくとも１つと、上記バケツト角偏
差、上記目標バケツト角速度のうちの少なくとも
１つに応じて上記バケツトシリンダを制御する第
２の流量制御装置とを具備することを特徴とする
油圧シヨベルの掘削制御装置。