JPH04161525A - 油圧式パワーショベルの直線自動掘削制御装置 - Google Patents

油圧式パワーショベルの直線自動掘削制御装置

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JPH04161525A
JPH04161525A JP2281817A JP28181790A JPH04161525A JP H04161525 A JPH04161525 A JP H04161525A JP 2281817 A JP2281817 A JP 2281817A JP 28181790 A JP28181790 A JP 28181790A JP H04161525 A JPH04161525 A JP H04161525A
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    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/264Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E02F9/265Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool with follow-up actions (e.g. control signals sent to actuate the work tool)

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、油圧式パワーショベルの直線自動掘削装置の
改良に係わり、特には、車体を前進させ次の作業位置に
至った時でも、車体が前位置にあった時に掘削した勾配
面を高精度で継続して掘削しつるようにした直線自動掘
削装置に関する。
〔従来の技術〕
油圧式パワーショベルはブーム、アーム、バケットを上
下方向に回動してバケットで掘削作業するものであり、
それらのブーム、アーム、バケットはオペレータが操作
弁を操作することでブームシリンダ、アームシリンダ、
バケットシリンダに圧油を供給して伸縮することで上下
回動するようになり、バケットを直線的に移動するには
各操作弁を複雑に操作しなければならず、その操作か大
変面倒で熟練を要する。
このため、バケットを自動的に直線移動させ、直線掘削
作業を自動的に行なうための制御装置か種々提案されて
いる。
例えば、特開昭61−270421号公報では、ブーム
回動角、アーム回動角、バケット回動角をそれぞれ計測
し、これに基ついてバケットが直線的に移動するのに必
要な各操作弁の操作量を演算し、これによってバケット
を直線的に移動するようにしている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、従来より提案されている直線自動掘削制御装
置においては、車体か一定位置に停止している場合に、
いかにしてバケットを直線的に移動させるかに関わるも
のばかりであり、次の作業位置に車体が前進した場合に
、先の直線自動掘削作業による作業面である直線と高精
度に継続させようとすることに着目したものはなかった
。即ち、従来では前記のように車体と前進した場合には
、オペレータかバケットを手動操作によって先の直線自
動掘削作業による作業面上に配置し、その後バケットに
自動的な直線掘削作業を行われるようにすることによっ
て、直線掘削作業の継続を行なっている。このため車体
の前進によるオペレータの手動操作による直線性の継続
時に誤差か生じ易く、特にこのような手法では車体を何
度も前進させた場合には、そのたび毎の誤差が累積する
こととなって好ましいものでなかった。
このような誤差の発生を防くために直線自動掘削作業の
場合であっても、予め測量によって未た掘削作業の行な
われていない地表面に目的勾配の丁張を長区間に渡って
設けておき、パワーショベルが前進する毎に当該位置の
丁張を規準にしてバケットの掘削深さを確認する方法も
考えられるか、この場合には掘削の準備作業と毎回の確
認作業か必要な事から、結果的に掘削作業そのものか時
間かかかることとなり問題かある。
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであ
り、直線自動掘削制御装置を備えた油圧式パワーショベ
ルが、長区間に渡る直線掘削作業のため車体を前進させ
た場合でも、前位置での作業による直線度を自動的に継
続して作業できる直線自動掘削制御装置を提供すること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明において
は、直線自動掘削装置を備えた油圧式パワーショベルに
おいて、車体の移動距離を測定しつる手段と、車体外の
遠方に配されたレーサ発振器からのレーザ光を受光し、
車体の絶対的高さの変化を知るためのレーザ受光器とを
配置し、これらの手段等の出力を利用して、車体か前進
移動した場合でも、バケットか作業すべき同一直線勾配
の連続性を保障するようにする。
〔実 施 例〕
第1図に示すように、車体1にブーム2をブームシリン
ダ3て上下回動自在に設け、そのブーム2にアーム4を
アームシリンダ5で上下回動自在に設けると共に、その
アーム4にバケット6をバケットシリンダ7で上下回動
自在に設けて油圧式パワーショベルを構成し、その車体
1には前後傾斜計8、左右傾斜計9、ブーム2の回動支
点にブーム角度センサ11、アーム4の回動支点にアー
ム角度センサ12、バケット6の回動支点にバケット角
度センサ13か設けてあり、 前記前後傾斜計8、左右傾斜計9、ブーム角度センサ1
1、アーム角度センサ12、バケット角度センサ13の
信号はコントローラ20の演算回路21における自動掘
削制御回路22に入力されて従来と同様に演算して制御
指令を制御回路23に出力し、その制御回路23よりブ
ーム用、アーム用、バケット用の電磁比例制御弁24,
25.26に制御電流を出力してブームシリンダ3、ア
ームシリンダ5、バケットシリンダ7を伸縮してバケッ
ト6を直線的に移動できることは従来例と同様である。
本発明によれば、前記のような直線自動掘削制御装置を
もつ油圧パワーショベルに対し更に二つの手段か用意さ
れる。
まず第1には、油圧パワーショベルの下部走行体または
上部旋回体にはレーザ光を受光するセンサ10が用意さ
れる。このセンサ10は油圧ショベル外の掘削地表面A
に設置されたレーザ発振器14のレーザ光Bを受光する
ためのものである。このレーザ光システムは車体が前進
した場合に地表面の高低の変化のために車体が上下方向
に高さを変えた場合の車体の絶対的高さを確認するため
のものである。即ち、もし油圧パワーショベルが直線自
動掘削作業の中で直線勾配が零度の場合に相当する水平
自動掘削作業をなす場合には、このセンサ10を備える
のみだけで車体が前進して仮に車高に変化が生じても、
この変化をセンサ10を介して演算装置がとりこむこと
により車体が移動する以前の位置で行なった水平掘削作
業の水平面と同じ深さの水平自動掘削作業を自動的に行
うことができる。従ってこのセンサ10は基本的には車
体が高低差のある次の地点に移動した時でもその地点で
の水平掘削深さを演算装置に与えるものであるから、セ
ンサ10はそれ自身が高さ方向に感知範囲をもっていて
レーザ光の照射の高さ方向の変化を感知しえるものであ
るか、あるいはその感知の範囲が一点しかなくても、車
体の高さ変化に基づくレーザ光受光のズレをセンサ■0
が上下動する構造によってレーザ光をとらえ、車体の高
さ変化を出力するものであることが望ましい。
しかしながら、前記したように直線自動掘削作業のうち
の勾配が零という特殊なケースにすぎない水平自動掘削
作業の場合には、センサlOだけでも次の作業地点にお
ける車体の高低変化時、あるいは高低に変化がない場合
でも、次のバケットの水平掘削作業面にバケット先端を
自動的にいくことができるが、直線が勾配を有する通常
の直線自動掘削作業の場合には、油圧パワーショベルは
単一地点における直線自動掘削機能を持っていても、車
体が前進した次の地点においては勾配そのものは前の地
点と同じ勾配で掘削することはできるが、両地点の勾配
相互の連続性の保障は何らなく、レーザ光によって車体
の高さの変化がわかってもこの場合には勾配相互の連続
性には寄与しない。従って本発明においては直線自動掘
削の連続性のために次のような手段が用意される。
即ち、二次元平面内で二つの同じ勾配の直線が連続性を
持つためには、平面座標内の一地点(x、y)を両直線
が共通することが必要十分条件であるから前述のように
車体が前進した場合の高さ変化、即ち、高さデータyの
他に、その前進した距離に関するデータXが必要と考え
られる。従って本発明においては車体には前の地点から
の移動量を出力する手段30が用意される。この移動量
出力手段30は車体の移動量を判断できるものであるな
ら何でも良く、幾つかの例をあげると、車軸等の回転数
から走行距離を算出し、センサ10の高さ方向の変化と
から水平移動量を割り出すもの、車体から距離が既知の
1点に光を照射し、反射光のズレ等より水平移動量を割
り出すもの、高さ方向の変化を知るためのレーザ光を利
用してその光波列を受光する時間変化から水平移動量を
割り出すもの、または車体からバケット先端のX+V座
標が随時計算できることからバケット先端がつけた地表
面上の掘削後を基準に車体を移動させる等その計測手段
は自由である。
このように本発明においては車体が移動してそのx、y
座標に変化があってもその地点における勾配の絶対的空
間位置が割り出されるからその地点における最終的勾配
深さが演算可能であり、これを限界的条件としてバケッ
トの制御がなされるようにすれば、両地点の勾配は連続
性を持つことになる。
次に本発明による直線自動掘削装置をヒユーム管理設用
の溝の掘削に利用した例について説明する。
■車体]−を走行させ必要位置に停止させる。
■コントローラ20の自動掘削制御回路22に掘削勾配
と掘削勾配の一地点のレーザ光からの距離、即ちその地
点の掘削深さを入力する。
■演算装置は、センサ10からの実際の車体高さと必要
により車体の前後・左右傾斜角度信号とからその地点に
おける必要な勾配と勾配深さを満足する直線掘削作業を
計算し、それを限界的な作業条件とし、この限界的な作
業条件に至る以前の、同一勾配で勾配深さが浅い直線掘
削作業を許容し、各電磁比例制御弁24,25゜26に
制御電流を送ってブームシリンダ3、アームシリンダ5
、バケットシリンダ7に圧油を供給してブーム2、アー
ム3、バケット6を回動してハツト6に直線掘削作業を
遂行させる。
■所定の長さの溝を掘削終了したら車体1を所定距離走
行して停止し、その時のセンサ10の出力と、車体の移
動量とから前述と同様の手順でその位置での勾配深さが
決定される。
■この動作を繰り返すことで傾斜した溝を連続して掘削
する。
以上の実施例では角度センサでブーム、アーム、バケッ
トの回動量を検出したか、シリンダのストロークによっ
て回動量を検出しても良い。
また、本発明はバケットとアーム間の角度を一定にした
直線自動掘削装置にも適用できる。
更に以上の実施例は基準となるレーザ光を水平もしくは
任意の勾配に照射した場合に対応するものであるか、レ
ーザ光の照射とセンサへの入射関係を満足する地形的条
件があるならば、レーザ光は目標とする掘削勾配で照射
するようにしても良く、この場合には、車体の移動量の
如何に拘らず各地点において勾配高さのみを補正した一
定勾配の掘削作業による直線勾配が互いに連続性をもつ
こことなるから、レーザ光をこのように照射する場合に
限り、車体の移動量の計測手段は必要とないことになる
〔発明の効果〕
車体1が所定距離走行して停止した状態ごとに目標とす
る掘削勾配と平行に照射するレーザ光により車体高さ変
位量を検出することで車体の高さに変化があっても、ま
た、車体の高さに変化のない場合でも直線勾配の掘削を
連続させることができるし、更に地形的理由等でレーザ
光を目標勾配に設定できない場合でも、車体の移動量を
計測する手段を配することで同じように直線勾配の掘削
を連続させることができるから、特には、ヒユーム管理
設用溝を掘削する場合のように溝底を例えば1%の勾配
で掘削する場合に最適である。
また計測手段等は作業機に配する必要がないから、作業
位置での直線自動掘削作業時にデータか作業機の運動等
によって影響を受けることかないし、作業時に土砂等に
よって破壊されることかない。
【図面の簡単な説明】
第1図は油圧式パワーショベルの正面図、第一  12
 − 2図は制御装置のブロック説明図である。 1は車体、2はブーム、3はブームシリンダ、4はアー
ム、5はアームシリンダ、6は/くケ・ソト、7はバケ
ットシリンダ、10はセンサ、14はレーザ発振器、3
0は移動量センサ。 出願人  株式会社 小 松 製 作 所代理人  弁
理士  米 原 正 章

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくともアーム回動角検出手段、ブーム回動角
    検出手段、および演算装置とを備えバケットの直線自動
    掘削機能を有する油圧式パワーショベルにおいて、一定
    勾配で照射されたレーザ光を受光する手段を油圧式パワ
    ーショベルの作業機以外の部分に配し、この手段の出力
    を前記演算装置に入力することにより、車体が移動した
    地点における直線自動掘削における直線が移動前の地点
    における直線自動掘削の直線と連続しうるようにしたこ
    とを特徴とする油圧式パワーショベルの直線自動掘削制
    御装置。
  2. (2)少なくともアーム回動角検出手段、ブーム回動角
    検出手段、および演算装置とを備えバケットの直線自動
    掘削機能を有する油圧式パワーショベルにおいて、車体
    の移動量を計測する手段と、基準高さで照射されたレー
    ザ光を受光する手段とを油圧式パワーショベルの作業機
    以外の部分に配し、これらの手段の出力を前記演算装置
    に入力することにより、車体が移動した地点における直
    線自動掘削における直線が移動前の地点における直線自
    動掘削の直線と連続しうるようにしたことを特徴とする
    油圧式パワーショベルの直線自動掘削制御装置。
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