JPH0427029A - 建設機械の掘削制御方法 - 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 この発明は、法面掘削（仕上げ）作業や水平押出し作業
のように、バケットを掘削面に対して一定の高さ位置お
よび姿勢に保ちながら移動させる掘削作業を繰返し行う
ための油圧ショベルの掘削制御方法に間する。

従来の技術 建設機械のうち油圧ショベルの掘削制御方法に関しては
、特開昭６４−１４４３０号にて開示されている。第５
図は、従来技術の掘削制御方法により作動される油圧シ
ョベルの外観図である。図において、ｌは油圧ショベル
本体の旋回体、２は旋回体１のフロント部に枢着された
ブーム、３はアーム、４はバケット、５はブームシリン
ダ、６はアームシリンダ、０はブーム基端、Ａはブーム
先端、Ｂはアーム先端、θ１はブーム２の対地角度（ブ
ーム角度と同じ）、α２はブーム２に対するアーム３の
角度（アーム角度と同じ）、α３はアーム３に対するバ
ケット４の角度（バケット角度と同じ）、βは掘削角度
、ノ１はブーム基端０からブーム先端Ａまでの距離（ブ
ーム長さ）、ノ２はブーム先端Ａからアーム先端Ｂまで
の距離（アーム長さ）、ｘは水平座標軸、ｙは垂直座標
軸Ｇは掘削面である。なお、油圧ショベルが法面掘削を
行う場合における、アーム先端８伎置の座標計算は、上
記座標軸ｘ、ｙ対し掘削角度β分だけ回転した座標軸ｘ
’　、ｙ’に基づいて行われる。

次に第６図は、従来技術の掘削制御方法の基本実施例を
示す制御をブロック図である。第７図は、従来技術の実
施例におけるコントローラＣ８の機能ブロック図である
。

次に、従来技術の掘削制御方法を第５図、第６図につい
て述べる。まず、掘削動作時の操作手順は次の通りであ
る。

（イ）オペレータが手動によりバケット４を掘削面Ｇに
おける掘削開始時点（たとえば第５図の実線位置）にセ
ットする。

（ロ）この状態で初期姿勢設定スイッチ１５をオンとし
、初期姿勢を記憶するとともに、掘削角度設定スイッチ
１３により目標角度βを設定する。

（ハ）自動・手動切換スイッチ１４を自動側にセットす
る。

（ニ）アームレバーを操作して自動掘削を開始しバケッ
ト４を第５図内の矢印イ方向に移動させて第１回目の自
動掘削を行う。

（ホ）アームレバーを戻して第１回目の自動掘削を終了
する。

（へ）自動・手動切換スイッチ１４を手動側に戻す。

（ト）オペレータが手動により、バケット４をおよその
初期姿勢に戻す。

（チ）再び、自動・手動切換スイッチ１４を自動側にセ
ットする。

（す）自動復帰スイッチ１６により、バケット位置およ
び姿勢を上記（ロ）項で記憶した初期姿勢に正確に合わ
せる。

（ヌ）上記（ニ）項および（ポ）項と同様にアームレバ
ーを操作して、第２回目の掘削動作を行う。

以下、（へ）項〜（ヌ）項の操作を繰返すことにより、
繰返し掘削動作が行われる、 次に、上記掘削動作時におけるコントローラＣの機能を
第７図について述べる。コントローラＣは、アーム制御
ブロックＣ１と、ブーム制御ブロックＣ２と、バケット
制御ブロックＣ３とから成り、上記繰返し掘削動作にお
ける各回動動作時に複数の時点ごとに各制御ブロックＣ
，，Ｃ２，Ｃ３において、アーム、ブーム、バケットの
各シリンダ（６，５，７）に対する制御量が以下のよう
にして求められる。

（Ｔンアーム制御プロ・ンクＣ１ このブロックＣ１においては、アームレバー用パイロッ
ト圧検出器１１または１２によるアームレバー信号（速
度指令信号）に、演算手段２ｏによって所定のゲインを
かけて基本制御量ｕ２＋を出し、これにアームリンク補
正手段２１による補正を加えて、１次補正制御量ｕ２２
を求め、これにさらに非線形補償手段２２により補正を
加えた２次補正制御量ｕ２をアームシリンダ油圧制御部
１７に対する制御量として、出力するようにしているそ
れによりアーム３は、アームレバー操作による指令速度
に従って一定角速度で手動制御される。

（ＩＩ）ブーム制御ブロックＣ２ このブロックＣ２においては、−回の掘削動作中におけ
る各時点ごとにブーム角度、アーム角度用の雨検出器８
．９による現在のプーム角度θ１およびアーム角度α２
が入力され、これら角度信号と、アーム制御ブロックＣ
２の基本制御量ｕ２１とに基づいて、ブームシリンダフ
ィードフォワード制御手段２３により、アーム先端Ｂの
高さ位置くバケット高さ位置）ｙｂを一定に保つための
ブームシリンダフィードフォワード制御量ｕｌｌの演算
が行われる。また上記ブーム角度信号およびアーム角度
信号から、実際のアーム先端Ｂの高さ位置ｙ、が、座標
演算手段２４により計算で求められる。なお座標軸（ｘ
、ｙ）は図示しない目標角度βにより座標軸ｘ’　、ｙ
’に補正され、入力値θｌおよびα２も座標軸ｘ’　、
ｙ’を対称とした値に補正されたものとする。そしてこ
の演算値ｙｂと、アーム先端高さ位置の目標値ｙｂｏと
の偏差△ｙ、から、比例積分手段２５によってフィード
バック制御量ｕ１２が演算される。また、上記フィード
バック制御量ｕ１２は学習手段２６に入力される。この
学習手段２６においては、入力されたフィードバック制
御量ｕ１２に学習ゲインをかけて学習値を求め、この今
回の学習値と前回同一時点での学習値とを加算してその
合計値を記憶（学習値を更新）するとともに、記憶ずみ
の前回学習値を今回の学習制御量ｕ１３として出力する
。こうして掘削動作ごとに各時点における学習値を更新
しながら、更新前の学習値ｕ１３を、ブームシリンダフ
ィードフォワード制御量ｕｌｌ、フィードバック制御量
ｕ１□に加えて基本制御量ｕ１４を求める。この基本制
御量ｕ１４に、ブームリンク補正手段２７による補正（
第１次補正制御量ｕｌｓ）、ブーム姿勢補正手段２８に
よる補正（第２次補正制御量ｕ１６）、非線形補償手段
２８による補正を加えてブームシリンダ制御出力Ｕ１か
求められる。上記のように掘削動作を繰返すごとに制御
精度が向上されるので、アーム先端Ｂがその高さを一定
状態に保ちながら、掘削面Ｇに沿って直線移動するよう
にブーム２が制御される。

（１）バケット制御ブロックＣ３ このブロックＣ３においては、アーム制御ブロックＣ１
の基本制御量ｕ２１と、ブーム制御ブロックＣ２の基本
制御量ｕ１４とが取込まれ、バケットシリンダフィード
フォワード演算手段３０により上記両制御量ｕ２□、ｕ
１４に基づいて、バケット対地角度θ３を目標値θ３ｏ
と一致させる方向のバケットシリンダフィードフォワー
ド制御量ｕ３１が演算される。一方、バケット角度検出
器１０によるバケット対地角度θ３の検出値と、バケッ
ト対地角度の目標値、θ３ｏとの偏差△θ３から、比例
積分手段３１によってフィードバック制御量［３２を求
める。また、このフィードバック制御量ｕ３２が学習手
段３２に入力され、上記ブーム制御ブロックＣ２の学習
手段２６と同様の処理によって学習制御量Ｕ３３が出力
される。そして、これらフィードフォワード、フィード
バック、学習各制御量１」、１、ｕ３□、ｕ３３が加算
されて基本制御量ｕｓ４が求められ、これにバケットリ
ンク補正手段３３による補正（１次補正制御量ｕ３．）
＝および非線形補償手段３４による補正を加えてバケッ
トシリンダ制御出力ｕ３を求める。これによりバケット
対地角度θ、が一定（目標値）に保たれる。

上記（Ｉ）アーム制御ブロックＣ＋、（ＩＩ）ブーム制
御ブロックＣ２，（ＩＩ）バケット制御ブロックＣ３の
機能か組合わせて発揮されることにより、制御偏差を効
率よく改善し、油圧ショベルの掘削制御を行うことがで
きる。

次に油圧ショベルの平面掘削・整形制御装買に関しては
、特開昭６１−２７０４２１号にて開示されている。こ
の提案（図示しない）では、ブーム回動速度制御部、バ
ケット回動速度制御部、バケット位置制御部、バケット
角制御部、ブーム操作レバーおよびバケット操作レバー
による操作手順を備えており、作業者がブーム操作レバ
ーを操作して自動掘削に手動介入できるようにしている
。

この発明の解決しようとする課題 油圧ショベルの旋回対のフロント部には、ブーム、アー
ム、バケットか順次回動自在に連結されている。そして
上記ブーム、アーム、バケットの連結部には、結合ビン
か枢着されている。その結合ビンと軸受部との間には、
結合ビンの着脱ｌ・要件および円滑な回動を行うために
、若干の隙間を設けている。そのために上記連結部には
それぞれいわゆる機械的ガタが存在する。

しかし従来技術の掘削制御方法をそなえている油圧ショ
ベルでは、掘削作業時に上記機械的カタにより生じる掘
削目標軌道面のずれを補正することができなかった。オ
ペレータは上記掘削面角度を修正するために、掘削制御
方法の制御を一旦中止して、掘削面角度の再設定を行っ
ていた。またその場合に、再設定すべき角度の正確な値
を決定する手段かないので、掘削精度誤差が発生し一作
業能率を低下させていた。

この発明は上記の課題を解決し、油圧ショベルの機械的
ガタにより生じる掘削目標軌道面のずれを補正できる掘
削制御方法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 上記の課題を解決するために講じたこの発明の手段は、 イ、掘削面に対する従来技術の掘削制御方法において、
その制御での操作に使用しない操作レバーを、手動介入
にて操作することにより、所定のレバー操作に対し掘削
面に対する目標直線軌道の高さを補正演算するようにし
、 口、また所定のレバー操作に対し、目標直線軌道の角度
を補正演算するようにした。

作　　　　　　用 イ、まずここで、目標直線軌道の高さ補正はブーム操作
で、角度補正はバケット操作で、制御開始はアーム操作
で行うものと設定する。

ブーム操作レバーを手動介入により操作すると、そのブ
ーム操作信号はコントローラの目標高さ演算手段に入力
される。目標高さ演算手段では上記ブーム操作信号によ
り目標高さの演算を行い、その演算結果である目標高さ
に基づいてブーム制御ブロックでブームシリンダ制御出
力を導出する。それにより、掘削面に対してアーム先端
が移動する目標直線軌道の高さを、繰返し掘削動作の制
御周期毎に変更することができる。

ロ、バケット操作レバーを手動介入により操作すると、
そのバケット操作信号はコントローラの目標角度演算手
段に入力される。目標角度演算手段では上記バケット操
作信号により目標角度の演算を行い、演算結果である目
標角度に基づいてブーム制御ブロックでブームシリンダ
制御出力を導出するとともに、バケット制御ブロックで
バケットシリンダ制御出力を導出する。それにより、目
標直線軌道の建設機械に対する角度を、所定の周期毎に
変更することができる。

実　　　　施　　　　例 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。第１図は、この発明の実施例におけるコントローラ
ｃｏの制御ブロック図である。図において、従来技術と
同一構成要素を使用するものに対しては同符号を付す。

４１はブーム操作レバー、４２はバケット操作レバー、
Ｃ’２はブーム制御ブロック、Ｃ３はバケット制御ブロ
ック、３５は目標角度演算手段、３６はバケット対地角
度演算手段、３７は目標高さ演算手段である。第２図は
、この発明の実施例におけるコントローラＣ’Ｏの機能
を示すフローチャートである。第３図は、この発明にか
かる掘削制御方法が適用される油圧ショベルを示す側面
図である。図において４３は油圧ショベル本体の旋回体
、４４はブーム４５はアーム、４６はバケット、４７は
アイドラリンク、○′は旋回体４３とブーム４４基端と
の連結点、Ａ′はブーム４４先端とアーム４５基端との
連結点、Ｂｏはアーム４５先端とバケット４６基端との
連結点くすなわちＢｏはアーム先端と同じ点である）、
Ｄはアーム４５とアイドラリンク４７との連結点、４８
，４９．５０はそれぞれ連結点０’　、Ａ’　、Ｄに設
けられた回動角度検出器である。第４図は、ブーム操作
レバー４１を手動介入した場合のブーム操作の状態と、
アーム先端Ｂ°の高さｈとの関係を示す図表である。

次に、この発明にかかる掘削制御方法を第１図〜第４図
について述べる。ブーム操作レバー４１によるブーム操
作信号１１をコントローラＣ′。

の目標高さ演算手段３７に、またバケット操作レバー４
２によるバケット操作信号１２を目標角度演算手段３５
にそれぞれ入力できるように設定し、ブーム操作レバー
４１を手動介入により操作したとき掘削面Ｇ°に対する
目標直線軌道口（第３図参照）の高さカーを、繰返し掘
削動作の制御周期毎に変更するようにし、またバケット
操作レバー４２を手動介入により操作したとき目標直線
軌道口の油圧ショベル車体に対する角度ｄｅｇを所定の
周期毎に変更するようにした。

次に、この発明にかかる掘削制御方法の作用機能につい
て述べる。まずここで、目標直線軌道の高さ補正はブー
ム操作で、角度補正はバケット操作で、制御開始はアー
ム操作で行うものと設定する。ブーム操作レバー４１を
手動介入により操作すると、そのブーム操作信号１１は
コントローラＣ′ｏの目標高さ演算手段３７に入力され
る。目標高さ演算手段３７では上記ブーム操作信号１１
により目標高さくアーム先端高さ目標値３’ｂｏと同じ
）の演算を行い、演算結果である目標高さ（ｙゎ。）に
基ついてブーム制御ブロックＣ′２でブームシリンダ制
御出力　１　！を導出する。それにより、掘削面Ｇ゛に
対してアーム先端Ｂ″が移動する目標直線軌道口の高さ
（ｙｂ。）を、繰返し掘削動作の制御周期毎に変更する
ことができる。また、バケット操作レバー４２を手動介
入により操作すると、そのバケット操作信号１２はコン
トローラＣ′ｏの目標角度演算手段３５に入力される。

目標角度演算手段３５で上記バケット操作信号１２によ
り目標角度βの演算を行い、演算結果である目標角度β
に基づいてブーム制御ブロックＣ“２でブームシリンダ
制御出力１１′１を導出するとともに、バケット制御ブ
ロックＣ″３でバケットシリンダ制御出力ｕ’３を導出
する。それにより、目標直線軌道口の油圧ショベルに対
する角度（β）を所定の周期毎に変更することができる
。

したがってオペレータがブーム上げ操作の手動介入を行
うと、第４図のように目標直線軌道口の目標高さ垣を制
御周期毎に寸法Δαずつ増加させまたブーム下げ操作の
手動介入を行うと目標高さｈを寸法Δαずつ減算させる
ことができる。またオペレータがバケット掘削の操作を
行うと、直線軌道面の角度β（ｄｅｇ）を制御周期毎に
角度Δβずつ加算し、バケット放出の操作を行うと、直
線軌道面の角度ｄｅｇを制御周期毎に角度Δβずつ減算
してゆき、新しく更新された目標高さカー。

角度ｄｅｇに対し制御演算を行い、バケット刃先の軌道
を変更することができる。

発明の効果 従来技術の掘削制御方法をそなえている油圧ショベルで
は、掘削作業時にブーム、アーム、バケットの連結部な
どに起因する機械的ガタにより生じる掘削目標軌道面の
ずれを補正することができなかった。

しかしこの発明にかかる掘削制御方法では、ブーム操作
レバーの手動介入操作を行うことにより掘削面に対して
アーム先端が移動する目標直線軌道の高さを、繰返し掘
削動作の制御周期毎に変更することができる。またバケ
ット操作レバーの手動介入操作を行うことにより、目標
直線軌道の油圧ショベルに対する角度を所定の周期毎に
変更することかできる。

したがってこの発明にかかる掘削制御方法をそなえてい
る建設機械では掘削目標軌道面のずれを補正できるので
、建設機械の機械的ガタに起因する掘削制御誤差を少く
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例におけるコントローラの制御
ブロック部、第２図はこの発明の実施例におけるコント
ローラの機能を示すフローチャート、第３図はこの発明
にかかる掘削制御方法が適用される油圧ショベルを示す
側面図、第４図はブーム操作レバーを手動介入した場合
のブーム操作の状態とアーム先端高さとの関係を示す図
面、第５図は従来技術の掘削制御方法により作動される
油圧ショベルの外観図、第６図は従来技術の掘削制御方
法÷基本実施例を示す制御ブロック図、第第７図は従来
技術の実施例におけるコントローラの機能ブロック図で
ある。 ２．４４　　　　　　ブーム ３、４５ ４　、４６ アーム バケット ブームシリンダ アームシリンダ ７　　　　　　　　　バケットシリンダ３５−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−一
目標角度演算手段３６　　　　バケット対地角度演算手
段３７　　　　　　　　目標高さ演算手段４１　　　　
　　　　　ブーム操作レバー４２　　　　　　　　アー
ム操作レバーｃｏ、ｃ’　ｏ　　　　コントローラ Ｃ，アーム制御ブロック ｃ２．ｃ’　２　　　　ブーム制御ブロックＣ３，Ｃ３
−−−−−−−−−−一−−−バケット制御ブロック以
　　　　　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブーム、アーム、バケットのそれぞれ角度位置を
   検出する位置検出手段と、ブーム、アーム、バケットの
   各操作レバーの操作量を検出するレバー操作料検出手段
   と、ブーム、アーム、バケットの各アクチュエータを作
   動させる作動手段と、掘削角度の目標値を設定する設定
   手段をそなえ、設定された操作レバー１本のみを操作す
   ることにより上記バケットが掘削面に対して一定の関係
   をもって移動するようにしている掘削制御方法において
   、上記制御での操作に使用しない操作レバーを、手動介
   入にて操作することにより、所定のレバー操作に対し掘
   削面に対する目標直線軌道の高さを補正演算するように
   し、また所定のレバー操作に対し目標直線軌道の角度を
   補正演算するようにしたことを特徴とする建設機械の掘
   削制御方法。