JPH04350220A - Automatic control method for excavation work machine - Google Patents

Automatic control method for excavation work machine

Info

Publication number
JPH04350220A
JPH04350220A JP15097791A JP15097791A JPH04350220A JP H04350220 A JPH04350220 A JP H04350220A JP 15097791 A JP15097791 A JP 15097791A JP 15097791 A JP15097791 A JP 15097791A JP H04350220 A JPH04350220 A JP H04350220A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
excavation
point
pattern data
rotation angle
trajectory
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP15097791A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2916957B2 (en
Inventor
Yuichi Yamamoto
裕一 山元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP15097791A priority Critical patent/JP2916957B2/en
Publication of JPH04350220A publication Critical patent/JPH04350220A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2916957B2 publication Critical patent/JP2916957B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To improve the excavation locus and excavation position control when the excavation reaction force is received. CONSTITUTION:The excavation action of a work machine is set via excavation pattern data 19, and the interpolation, coordinate transformation and overload processing between points of the excavation pattern data 19 are performed by an action locus plan section 20. The positional deviation calculation, positioning check and variable gain in response to the excavating force are performed by a servo-controller 21. A hydraulic valve is controlled by the output signal from the servo-controller 21.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、先端にバケット、また
はブレーカ等の作業機を備えた開ループリンク機構の形
で、このリンクが関節によって結合されているもので、
例えばパワーショベル等において、上記作業機にて所定
の軌跡に沿って自動的に掘削できるようにした掘削作業
機の自動制御方法に関するものである。
[Industrial Application Field] The present invention is an open loop link mechanism equipped with a working device such as a bucket or breaker at the tip, and the links are connected by a joint.
The present invention relates to an automatic control method for an excavating work machine, such as a power shovel, which enables the work machine to automatically excavate along a predetermined trajectory.

【0002】0002

【従来の技術】従来のこの種の自動制御方法としては、
本願の出願人が先に出願した特開平1−318621号
公報に示されたものが知られている。この先願例のもの
は、バケットの刃先の位置と掘削角度共に、精度よく目
標軌跡に追随させることができ、また掘削位置、速度、
バケット姿勢角を予め設定しておくことにより、オペレ
ータが操作レバーに手を触れることなく高精度自動掘削
を行なうことができるようになっている。
[Prior Art] Conventional automatic control methods of this type include:
What is known is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-318621, which was previously filed by the applicant of the present application. In this prior application, both the position of the cutting edge of the bucket and the digging angle can be made to accurately follow the target trajectory, and the digging position, speed,
By setting the bucket attitude angle in advance, high-precision automatic excavation can be performed without the operator touching the operating lever.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のもの
にあっては、掘削反力が考慮されていないため、掘削反
力の変動により掘削精度が影響をうけてしまうという問
題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional method, since the excavation reaction force is not taken into account, there is a problem in that excavation accuracy is affected by fluctuations in the excavation reaction force.

【0004】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、掘削反力を受けた場合の、掘削軌跡及び掘削位置
決め精度を向上することができる掘削作業機の自動制御
方法を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an automatic control method for an excavating machine that can improve the excavation trajectory and excavation positioning accuracy when receiving an excavation reaction force. That is.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る掘削作業機の自動制御方法は、パワー
ショベル等開ループリンク機構で、かつこのリンクが関
節によって連結され、先端にバケット等の作業機を備え
た掘削作業機において、作業機の掘削動作を順番に各ポ
イントのデータとして掘削パターンデータ19として設
定し、この掘削パターンデータと、各関節の回転角を検
出する関節回転角検出器13,14,15からの信号と
、各関節を回転駆動するアクチュエータの作動力を検出
する掘削反力検出器からの信号とから、動作軌跡計画部
20にて、掘削パターンデータの各ポイント間の途中の
軌跡を補間する補間演算と、掘削パターンデータを座標
をベース座標に変換する座標変換と、掘削反力から過負
荷と判断されたときに動作軌跡を掘削力が軽減する方向
にずらすように演算して掘削パターンデータの中に付加
する過負荷処理とを行なって動作指令をサーボ制御部2
1に出力し、このサーボ制御部21では、与えられた動
作指令値と、関節回転角検出器13,14,15にて検
出された検出値との偏差を演算して位置偏差を求めると
共に、この位置偏差をチェックし、さらに作業機の動作
タイプに応じたゲインを求めて各動作タイプに応じた制
御信号を油圧バルブ22に出力し、油圧バルブ22はこ
の制御信号に応じた圧力、流を各アクチュエータへ送る
ようにしてある。また上記制御方法において、掘削反力
から過負荷と判断して作業機の動作軌跡が掘削力が軽減
する方向にずれたときに、このときの掘削レベルを監視
して目標レベルまで達してないと判断された場合、その
部分の掘度を繰返すようにした。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, an automatic control method for an excavating machine according to the present invention uses an open loop link mechanism such as a power shovel, and this link is connected by a joint, and In an excavation work machine equipped with a work machine such as a bucket, the digging operation of the work machine is set as data of each point in order as digging pattern data 19, and joint rotation that detects the rotation angle of each joint using this digging pattern data. Based on the signals from the angle detectors 13, 14, and 15 and the signal from the excavation reaction force detector that detects the operating force of the actuator that rotationally drives each joint, the motion trajectory planning section 20 calculates each of the excavation pattern data. Interpolation calculation that interpolates intermediate trajectories between points, coordinate conversion that converts the coordinates of excavation pattern data to base coordinates, and when overload is determined from the excavation reaction force, the operation trajectory is changed in the direction that reduces the excavation force. The servo control unit 2 performs overload processing that calculates the shift and adds it to the excavation pattern data, and sends operation commands to the servo control unit 2.
1, and this servo control unit 21 calculates the deviation between the given motion command value and the detected value detected by the joint rotation angle detectors 13, 14, 15 to obtain the position deviation, This position deviation is checked, and a gain corresponding to the operation type of the work equipment is determined, and a control signal corresponding to each operation type is output to the hydraulic valve 22, and the hydraulic valve 22 adjusts the pressure and flow according to this control signal. The signal is sent to each actuator. In addition, in the above control method, when an overload is determined from the excavation reaction force and the operating trajectory of the work equipment shifts in the direction of reducing the excavation force, the excavation level at this time is monitored and if the target level is not reached. If it is determined, the depth of digging for that part is repeated.

【0006】[0006]

【作    用】掘削パターンデータに基づいて動作軌
跡計画部20にて掘削パターンデータ間の軌跡の補間と
、座標変換、過負荷処理が行なわれ、サーボ制御部21
では、この動作軌跡計画部20からの動作指令値と現在
位置との偏差がサーボ制御部21にて演算されると共に
動作に応じたゲインが設定され、これに基づいた出力信
号が油圧バルブ22の制御部に出力される。そして作業
機に過負荷が作用したときには、上記過負荷処理にて作
業機の軌跡が掘削力が軽減する方向にずらされる。また
上記作業機の軌跡が過負荷によってずらされた部分は目
標レベルに達するまで繰返し掘削される。
[Operation] Based on the excavation pattern data, the motion trajectory planning section 20 performs trajectory interpolation between the excavation pattern data, coordinate conversion, and overload processing, and the servo control section 21
Then, the deviation between the motion command value from the motion trajectory planning section 20 and the current position is calculated in the servo control section 21, and a gain is set according to the motion, and an output signal based on this is sent to the hydraulic valve 22. Output to the control unit. When an overload is applied to the working machine, the trajectory of the working machine is shifted in the direction in which the excavation force is reduced in the above-mentioned overload processing. Further, the portion where the trajectory of the working machine has been shifted due to overload is excavated repeatedly until the target level is reached.

【0007】[0007]

【実  施  例】本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。なおこの実施例は、オープンケーソンにより縦
坑を掘削する場合を示す。図2において、1は円筒形状
に構成されて地中に打ち込まれるケーソンであり、この
ケーソン1の内周面に走行レール2がリング状に設けて
ある。3は開ループリンク機構の掘削作業機であり、4
はその基台で、この基台4が上記走行レール2に支持さ
れている。そしてこの掘削作業機3は公知のものと同じ
構成、すなわち、ブーム5、アーム6、バケット7及び
これらを作動するブームシリンダ8、アームシリンダ9
、バケットシリンダ10からなっていて、ブーム4とブ
ームシリンダ8の基端部が基台4に支持されている。基
台4は走行レール2に車輪11を介して支持されており
、走行モータ12にて走行されるようになっている。そ
して上記ブーム5、アーム6、バケット7のそれぞれに
ブーム回転角検出器13、アーム回転角検出器14、バ
ケット回転角検出器15が設けてあり、またブームシリ
ンダ8、アームシリンダ9、バケットシリンダ10のそ
れぞれにブームシリンダ圧力検出器16、アームシリン
ダ圧力検出器17、バケットシリンダ圧力検出器18が
設けてある。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be explained based on the drawings. Note that this embodiment shows a case where a vertical shaft is excavated by an open caisson. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a caisson having a cylindrical shape and driven into the ground, and a ring-shaped running rail 2 is provided on the inner peripheral surface of the caisson 1. As shown in FIG. 3 is an excavating machine with an open loop link mechanism;
is its base, and this base 4 is supported by the traveling rail 2. This excavating work machine 3 has the same configuration as the known one, that is, a boom 5, an arm 6, a bucket 7, and a boom cylinder 8 and an arm cylinder 9 for operating them.
, a bucket cylinder 10, and the base ends of the boom 4 and boom cylinder 8 are supported by the base 4. The base 4 is supported by the running rail 2 via wheels 11, and is driven by a running motor 12. Each of the boom 5, arm 6, and bucket 7 is provided with a boom rotation angle detector 13, an arm rotation angle detector 14, and a bucket rotation angle detector 15, and a boom cylinder 8, an arm cylinder 9, and a bucket cylinder 10. A boom cylinder pressure detector 16, an arm cylinder pressure detector 17, and a bucket cylinder pressure detector 18 are provided in each of the cylinders.

【0008】図2、図3、図4は上記掘削作業機3のケ
ーソン1内での作業機座標系を示すもので、これには(
1)関節回転角座標系、(2)作業機ベース座標系(直
交)、(3)ワーク座標系(円筒)があり、以下それぞ
れの定義を示す。 (1)関節回転角座標系 これは図2に示すようにブーム5、アーム6、バケット
7の回転角の座標を示すもので、θ1 はブーム回転角
、θ2 はアーム回転角、θ3 はバケット回転角をそ
れぞれ示す。そして、ブーム5の回転支点を01 、ア
ーム6の回転支点を02 、バケット7の回転支点を0
3 とすると、ブーム5は01 −02 で、アーム6
は02 −03 で、またバケット7は03 とバケッ
ト7の先端を結ぶ線でそれぞれ示される。また上記ブー
ム回転角θ1は、01 を通る水平線に対して下側が−
θ1 、上側が+θ2 で示され、またアーム回転角θ
2 は、01 −02 の延長線に対して下側−θ2 
、上側が+θ2 で示され、さらにバケット回転角θ3
 は、02 −03 の延長線に対して下側が+θ3 
、上側が−θ3 で示される。 (2)作業機ベース座標系(直交) これは図3に示すように、ブーム5の回転支点01 を
原点とした直交座標系で定義され、x方向は原点01 
から鉛直下向き、y方向は水平方向に定義される。αは
バケット7の03 と刃先を結ぶ線が水平面と交わる角
度で定義され、バケット7の姿勢を示すもので、これを
バケット地対角という。 (3)ワーク座標系(円筒) これは、図4に示すように、座標原点をケーソン1の中
心とケーソン刃口先端を通る水平線との交点04 とし
た円筒座標系で定義されている。そして図3、図4に示
すように、X方向は原点04 から刃口方向に、Z方向
は原点04 から上方向に、β方向は原点04 を中心
に回転移動する作業機の回転角で定義される。αは上記
(2)の場合と同様にバケット地対角である。
FIGS. 2, 3, and 4 show the working machine coordinate system within the caisson 1 of the excavating working machine 3, which includes (
There are 1) joint rotation angle coordinate system, (2) work machine base coordinate system (orthogonal), and (3) workpiece coordinate system (cylindrical), and the definitions of each are shown below. (1) Joint rotation angle coordinate system This shows the coordinates of the rotation angles of the boom 5, arm 6, and bucket 7 as shown in Figure 2, where θ1 is the boom rotation angle, θ2 is the arm rotation angle, and θ3 is the bucket rotation. Each corner is shown. Then, the rotational fulcrum of the boom 5 is 01, the rotational fulcrum of the arm 6 is 02, and the rotational fulcrum of the bucket 7 is 0.
3, boom 5 is 01 -02 and arm 6 is
are indicated by 02 -03 , and bucket 7 is indicated by a line connecting 03 to the tip of bucket 7 . Also, the above boom rotation angle θ1 is such that the lower side is - with respect to the horizontal line passing through 01.
θ1, the upper side is indicated by +θ2, and the arm rotation angle θ
2 is below -θ2 with respect to the extension line of 01 -02
, the upper side is indicated by +θ2, and the bucket rotation angle θ3
is +θ3 on the lower side with respect to the extension line of 02 -03
, the upper side is indicated by -θ3. (2) Work equipment base coordinate system (orthogonal) As shown in Fig. 3, this is defined as an orthogonal coordinate system with the origin at the rotation fulcrum 01 of the boom 5, and the x direction is the origin 01.
The y direction is defined as the horizontal direction, vertically downward. α is defined as the angle at which the line connecting 03 of the bucket 7 and the cutting edge intersects with the horizontal plane, and indicates the attitude of the bucket 7, which is called the bucket ground diagonal. (3) Workpiece coordinate system (cylindrical) As shown in FIG. 4, this is defined as a cylindrical coordinate system in which the coordinate origin is the intersection point 04 of the center of the caisson 1 and the horizontal line passing through the tip of the caisson cutting edge. As shown in Figures 3 and 4, the X direction is defined by the rotation angle of the work machine that rotates from the origin 04 toward the cutting edge, the Z direction from the origin 04 upward, and the β direction from the origin 04. be done. α is the bucket ground diagonal as in the case (2) above.

【0009】図1は本発明の実施例である自動制御の概
要を示すもので、この図中、掘削パターンデータ19と
は、例として図5に示すように、掘削作業機3のバケッ
ト7の動作をA、B、C、…Gで示すように順番に定義
してある各ポイントのデータで、これはワーク座標系で
定義してある。また動作軌跡計画20では、上記掘削パ
ターンデータからのパターン指示に従って以下の演算を
行なう。 (1)補間演算 掘削パターンデータの各ポイント間の途中の軌跡を補間
する演算を行なう。この実施例では補間の種類として、
直線補間、関節回転角補間、円弧補間等であり、これら
はベース座標系で演算される。 (2)座標変換 まず1つには、ワーク座標系で定義されている掘削パタ
ーンデータをベース座標系に変換する。もう1つは、ベ
ース座標系から関節回転角座標系への変換及びこの逆の
関節回転角座標系からベース座標系への変換を行なう。 (3)過負荷処理 各シリンダ8,9,10の圧力検出器16,17,18
で検出された掘削反力から過負荷と判断された場合、こ
れは掘削反力がある判断値より大きく、かつ各シリンダ
への圧油がストールして掘削作業機3が止まっている場
合であり、この掘削作業機3の動作が止まっているとい
う判断は、各回転角検出器13,14,15で検出され
たブーム5、アーム6、バケット7のそれぞれの関節回
転角から動作速度を計算し、この動作速度がある判断値
より小さい場合に掘削作業機の動作が止まっていると判
断する。このように過負荷状態を検出すると、上記動作
軌跡傾角による通常の自動制御の実行状態からぬけて過
負荷処理を行なう。すなわち、バケット7の動作軌跡を
これにかかる負荷が少なくなる方向にずらす処理を行な
う。つまり、バケット7の動作軌跡を、上方向へずらす
か、または掘削方向と反対方向に逃げる等のデータを掘
削パターンデータからの入力信号に付加する。以上の演
算及び掘削パターンデータのなかの速度データから、単
位時間当りの動作量を演算し、動作指令値としてサーボ
制御部21へ出力する。サーボ制御部21では、以下の
演算が行なわれる。 (1)偏差演算 動作軌跡計画部から与えられた動作指令値と、各回転角
検出器16,17,18にて検出された関節回転角から
演算される現在値から位置偏差を演算する。 位置偏差=動作指令値−現在値 (2)位置決めチェック 掘削パターンデータの目標位置データと、現在値と比較
し、この値が位置決め完了範囲に入っていれば、次のポ
イントに進む。このとき、過負荷がかかり、目標の位置
決め完了範囲に到達できないこともあるので、1)動作
時間を監視してこの動作時間が許容範囲を越えた場合位
置決め完了と判断する。 2)作業機が目標ポイントをX方向(ワーク座標系)へ
通過したときに位置決め完了と判断する。このことによ
り掘削位置決め時のハンチングが回避できる。 3)可変ゲイン 掘削反力に応じてゲインを変え、この値に偏差をかけて
油圧バルブへの指令値とする。具体的には、掘削パター
ンデータの動作タイプが、掘削動作の場合(図5でポイ
ントB、C、D)と、空中動作(図5でのポイントA、
E、F、G)の場合でゲインを変える。つまり、掘削動
作の場合にゲインを上げて掘削力が得られるようにする
。さらに、掘削動作の場合には、過負荷処理の部分で演
算した動作速度を用い、この実際の動作速度と、指令上
の動作速度を比較し、実際の動作速度が指令上の動作速
度より遅くなった場合ゲインを連続時に上げていく。 このゲインを連続的に上げることは油圧バルブへの出力
が最大になるまで行なわれる。油圧バルブ22は与えら
れた指令に応じた圧力、流量を各油圧シリンダ8,9,
10へ送り、これにより各関節を回動する。
FIG. 1 shows an outline of automatic control according to an embodiment of the present invention, and in this figure, excavation pattern data 19 refers to the excavation pattern data 19, as shown in FIG. This is data for each point whose motion is defined in order as shown by A, B, C, . . . G, and is defined in the workpiece coordinate system. Further, in the motion trajectory planning 20, the following calculations are performed in accordance with pattern instructions from the excavation pattern data. (1) Interpolation calculation A calculation is performed to interpolate the intermediate trajectory between each point of the excavation pattern data. In this example, the types of interpolation are:
These include linear interpolation, joint rotation angle interpolation, circular interpolation, etc., and these are calculated in the base coordinate system. (2) Coordinate transformation First, the excavation pattern data defined in the workpiece coordinate system is transformed into the base coordinate system. The other is to convert from the base coordinate system to the joint rotation angle coordinate system, and vice versa, from the joint rotation angle coordinate system to the base coordinate system. (3) Overload processing Pressure detectors 16, 17, 18 for each cylinder 8, 9, 10
If an overload is determined from the excavation reaction force detected in , this means that the excavation reaction force is greater than a certain judgment value and the pressure oil to each cylinder has stalled and the excavation work machine 3 has stopped. The judgment that the operation of this excavating work equipment 3 has stopped is made by calculating the operating speed from the respective joint rotation angles of the boom 5, arm 6, and bucket 7 detected by the rotation angle detectors 13, 14, and 15. If this operating speed is smaller than a certain judgment value, it is determined that the operation of the excavating machine has stopped. When an overload condition is detected in this way, the overload process is performed by leaving the normal automatic control execution state based on the above-mentioned motion locus inclination angle. That is, processing is performed to shift the motion locus of the bucket 7 in a direction that reduces the load applied thereto. That is, data such as shifting the movement locus of the bucket 7 upward or escaping in the opposite direction to the excavation direction is added to the input signal from the excavation pattern data. Based on the above calculations and the speed data in the excavation pattern data, the amount of operation per unit time is calculated and outputted to the servo control section 21 as an operation command value. The servo control section 21 performs the following calculations. (1) Deviation Calculation Positional deviation is calculated from the motion command value given from the motion trajectory planning section and the current value calculated from the joint rotation angle detected by each rotation angle detector 16, 17, 18. Position deviation=operation command value−current value (2) Compare the target position data of the positioning check excavation pattern data with the current value, and if this value is within the positioning completion range, proceed to the next point. At this time, an overload may be applied and the target positioning completion range may not be reached. Therefore, 1) the operating time is monitored, and if this operating time exceeds the allowable range, it is determined that the positioning is complete. 2) It is determined that positioning is complete when the work machine passes the target point in the X direction (work coordinate system). This makes it possible to avoid hunting during excavation positioning. 3) Variable gain The gain is changed according to the excavation reaction force, and this value is multiplied by the deviation and used as the command value to the hydraulic valve. Specifically, when the motion type of the excavation pattern data is a digging motion (points B, C, and D in FIG. 5) and when the motion type is an aerial motion (points A and D in FIG. 5),
E, F, G), change the gain. That is, in the case of excavation operation, the gain is increased so that excavation force can be obtained. Furthermore, in the case of excavation operation, the operating speed calculated in the overload processing section is used, and the actual operating speed is compared with the commanded operating speed, and the actual operating speed is slower than the commanded operating speed. If this occurs, increase the gain continuously. This gain is continuously increased until the output to the hydraulic valve is maximized. The hydraulic valve 22 applies pressure and flow rate to each hydraulic cylinder 8, 9,
10, thereby rotating each joint.

【0010】図1に示す動作軌跡計画部20における座
標変換の演算例を参考として以下に示す。 (1)関節回転角からベース座標系
An example of calculation of coordinate transformation in the motion trajectory planning section 20 shown in FIG. 1 will be described below for reference. (1) Base coordinate system from joint rotation angle

【0011】[0011]

【数1】[Math 1]

【0012】(2)ベース座標系から関節回転角(2) Joint rotation angle from base coordinate system

【00
13】
00
13]

【数2】[Math 2]

【0014】(3)ワーク座標系からベース座標(3) Base coordinates from work coordinate system

【数3
[Number 3
]

【0015】(4)ベース座標系からワーク座標系(4) From the base coordinate system to the work coordinate system

【0
016】
0
016]

【数4】[Math 4]

【0017】次に上記実施例における過負荷処理の具体
的な作用を図6、図7で説明する。バケット7にて掘削
している状態、すなわち、ポイントAからポイントDへ
の動作で、過負荷のストール状態になったとする。この
状態を、例えばポイントC′とすると、この間の軌跡補
間のデータとしては、ワーク座標系で定義すると、  
補間の始点(ポイントC)…(X、Z、α)=(Xc、
Zc、αc)  補間の終点(ポイントD)…(X、Z
、α)=(XD 、ZD 、αD )  現在の点(ポ
イントC′)…(X、Z、α)=(Xc′、Zc′、α
c′)となる。現在の点は各回転角検出器16,17,
18にて検出された関節回転角から演算して求める。こ
こで、過負荷のストール状態を回避するため、新しい軌
跡として、例えば上方へ逃げる軌跡を計画する。 新しい補間の始点(ポイントC′)…(Xc′、Zc′
、αc′) 新しい補間の終点(上へdZのポイント)…(Xc′、
Zc′+dz、αc′)この始点と終点の間で例えば直
線補間を行なう。これで上へ逃げることで過負荷のスト
ール状態が回避できる。そしてバケット7が新しい終点
に到達したら、 次の始点(上へdzのポイント)…(Xc′、Zc′+
dz、αc′) 次の終点(ポイントD)…(XD 、ZD 、αD )
で補間を行ない、自動制御を行なう。またdZだけ上方
へ逃げてポイントDへの移動途中で、さらに過負荷のス
トール状態になったら、再度同様の方法を、所定の回数
または所定の高さ(dZ)だけ繰り返す。この所定の回
数または所定の高さを繰り返してもポイントDに到達で
きない場合は終点ポイントも上方へ逃がしてやる。つま
り、このときのポイントをD′とすると、始点…(XD
 ′、ZD ′+dz、αD ′)終点…(XD 、Z
D +dZD、αD )この方法により、過負荷のスト
ール状態を回避でき、自動制御運転が滞ることなく連続
的に実行できる。
Next, the concrete effect of the overload processing in the above embodiment will be explained with reference to FIGS. 6 and 7. Assume that the bucket 7 is excavating, that is, when moving from point A to point D, an overload stall state occurs. If this state is, for example, point C', the data for trajectory interpolation during this period is defined in the workpiece coordinate system as follows:
Starting point of interpolation (point C)...(X, Z, α) = (Xc,
Zc, αc) End point of interpolation (point D)...(X, Z
, α) = (XD, ZD, αD) Current point (point C')...(X, Z, α) = (Xc', Zc', α
c'). The current point is each rotation angle detector 16, 17,
The joint rotation angle is calculated from the joint rotation angle detected in step 18. Here, in order to avoid an overload stall state, a new trajectory is planned, for example, an upward escape trajectory. Starting point of new interpolation (point C')...(Xc', Zc'
, αc′) End point of new interpolation (upward dZ point)…(Xc′,
Zc'+dz, αc') For example, linear interpolation is performed between the starting point and the ending point. This allows you to avoid an overload stall condition by escaping upwards. And when bucket 7 reaches the new end point, the next starting point (upward dz point)...(Xc', Zc'+
dz, αc') Next end point (point D)...(XD, ZD, αD)
Performs interpolation and performs automatic control. Furthermore, if the vehicle escapes upward by dZ and reaches a stall state due to overload while moving to point D, the same method is repeated a predetermined number of times or a predetermined height (dZ). If point D cannot be reached even after repeating this predetermined number of times or the predetermined height, the end point is also moved upward. In other words, if the point at this time is D', the starting point...(XD
′, ZD ′+dz, αD ′) End point…(XD , Z
D + dZD, αD) By this method, an overload stall state can be avoided and automatic control operation can be executed continuously without interruption.

【0018】上記の実施例では、掘削作業機に過負荷が
作業した場合に、バケット7の軌跡が上方へ逃げるため
、土質が硬い場合、目標の掘削レベルまで掘削できない
ことが考えられる。また目標の掘削レベルまで掘削でき
ていないとき、つまり土が残っている状態では前方へ掘
削を進めていくのが困難になる。そこで上記問題を解決
する方法として以下の実施例を図5と図7で説明する。 図5において、通常のときはバケット7はポイントAか
ら順番に動作し、ポイントCからDで掘削掘削し、Gで
排土し、その後図  に示すようにポイントHへ移動し
、ポイントIからJで掘削し、ポイントMで排土という
ことになる。この実施例では、ポイントCからDの掘削
が目標の掘削レベルL1 に達しないとき、ポイントG
で排土した後、ポイントHへ進むのではなく、掘削の1
つ前のポイント、つまりポイントBへ戻り、再掘削を行
なう。以下にその作用を詳述する。 (1)掘削軌跡パターンのデータとして一般のロボット
で用いられる座標データ(X、Z、α)、補間タイプ、
速度の外に、動作タイプというデータを持つ。この動作
タイプとしては、掘削開始、掘削、排土、無負荷移動と
いった区別をもつ。ここで「掘削開始」とは、掘削を始
めるポイントで、図5でのポイントCがこの動作タイプ
になる。「掘削」とは、掘削を実行しているポイントで
、図5のポイントDがこの動作タイプとなる。「排土」
とは、排土動作を行なうポイントで、図5のポイントG
がこの動作タイプになる。「無負荷移動」とは、上記以
外のポイントで、空中の動作のポイントで、図5のポイ
ントA、B、E、Fがこの動作タイプになる。 (2)掘削レベルの監視方法として、掘削動作を実行し
ている間、つまり動作タイプが「掘削開始」から「掘削
」までの間、関節回転角検出器13,14,15から得
られた関節回転角からワーク座標系の値を演算する。 具体的には、ポイントCからポイントDまでの間で、距
離dxのきざみで、ワーク座標系のZ座標を演算し、記
憶しておく。そしてポイントDに到達した時点で、この
平均値をとり、これをZmとする。このとき、掘削の目
標値をZrとすると、 Zm>Zr のときに繰返し掘削する判断をする。自動運転は次のポ
イントへと実行され、動作タイプが「排土」のポイント
になったとき、つまりこの実施例ではポイントE、F、
Gと実行してポイントGになって、このときに繰返し掘
削の判断がなされていた場合、ポイントHではなくポイ
ントBの「掘削開始」の1つの前のポイントへの移動が
実行される。この軌跡計画は、掘削量または掘削レベル
が目標値に達するまで繰返される。このことにより土質
が硬い場合でも確実に目標の掘削量または掘削レベルが
得られる。
In the above embodiment, when the excavating machine is overloaded, the trajectory of the bucket 7 escapes upward, so if the soil is hard, it may not be possible to excavate to the target excavation level. Furthermore, if the excavation has not been completed to the target excavation level, that is, if soil remains, it will be difficult to advance the excavation forward. Therefore, as a method for solving the above problem, the following embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 7. In Fig. 5, normally bucket 7 operates in order from point A, excavates from point C to D, removes soil from G, then moves to point H as shown in the figure, and moves from point I to J. Excavation will be carried out at point M, and soil will be removed at point M. In this embodiment, when the excavation from points C to D does not reach the target excavation level L1, point G
After discharging soil at , instead of proceeding to point H,
Return to the previous point, point B, and excavate again. The action will be explained in detail below. (1) Coordinate data (X, Z, α) used by general robots as excavation trajectory pattern data, interpolation type,
In addition to speed, it has data called movement type. The operation types include digging start, excavation, earth removal, and no-load movement. Here, "start excavation" is the point at which excavation begins, and point C in FIG. 5 is this operation type. "Drilling" is a point where digging is being performed, and point D in FIG. 5 is this operation type. "Earth removal"
is the point where the soil removal operation is performed, and is the point G in Figure 5.
has this behavior type. "No-load movement" refers to points other than the above, points of movement in the air, and points A, B, E, and F in FIG. 5 are of this movement type. (2) As a method of monitoring the excavation level, the joints obtained from the joint rotation angle detectors 13, 14, 15 while the excavation operation is being executed, that is, from the operation type "start excavation" to "excavation" Calculate the value of the workpiece coordinate system from the rotation angle. Specifically, the Z coordinate of the workpiece coordinate system is calculated and stored in steps of distance dx from point C to point D. Then, when point D is reached, this average value is taken and this is set as Zm. At this time, if the target value for excavation is Zr, it is determined to repeatedly excavate when Zm>Zr. Automatic operation is executed to the next point, and when the operation type reaches the "earth removal" point, that is, in this example, points E, F,
If point G is reached by executing "G" and if a decision to excavate has been made repeatedly at this time, the movement to the point before "start excavation" of point B instead of point H is executed. This trajectory planning is repeated until the amount or level of excavation reaches the target value. This ensures that the target excavation amount or excavation level is obtained even when the soil is hard.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、掘削パターンデータに
従って自動掘削を行なう際に、掘削反力を受けた場合の
掘削軌跡及び掘削位置決め精度の向上を図ることができ
る。また作業機に過負荷が作用してこれの掘削軌跡がず
れた場合には、この部分が目標レベルに達するまで繰返
し掘削することができ、硬い土質の場合に、無理なく目
標の掘削レベルまで掘削することができる。
According to the present invention, when performing automatic excavation according to excavation pattern data, it is possible to improve the excavation locus and excavation positioning accuracy when receiving an excavation reaction force. In addition, if an overload is applied to the work equipment and the excavation trajectory of the machine is shifted, this part can be excavated repeatedly until the target level is reached.In the case of hard soil, the excavation path can be easily reached to the target excavation level. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の実施例を示す制御ブロック図である。FIG. 1 is a control block diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】ケーソンを用いた掘削作業を示す側面図である
FIG. 2 is a side view showing excavation work using a caisson.

【図3】掘削作業機の座標系を説明すための側面図であ
る。
FIG. 3 is a side view for explaining the coordinate system of the excavating machine.

【図4】掘削作業機の座標系を説明するための上面図で
ある。
FIG. 4 is a top view for explaining the coordinate system of the excavating machine.

【図5】掘削作業機の掘削パターンを示す作用説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the excavation pattern of the excavating machine.

【図6】掘削作業機の掘削パターンを示す作用説明図で
ある。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the excavation pattern of the excavating machine.

【図7】掘削作業機の掘削パターンを示す作用説明図で
ある。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the excavation pattern of the excavating machine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  ケーソン、2  走行レール、3  掘削作業機
、4  基台、5  ブーム、6アーム、7  バケッ
ト、8  ブームシリンダ、9  アームシリンダ、1
0  バケットシリンダ、13,14,15  回転角
検出器、16,17,18  シリンダ圧力検出器、1
9  掘削パターンデータ、20  動作軌跡計画部、
21  サーボ制御部、22  油圧バルブ。
1 Caisson, 2 Traveling rail, 3 Excavation work machine, 4 Base, 5 Boom, 6 Arm, 7 Bucket, 8 Boom cylinder, 9 Arm cylinder, 1
0 Bucket cylinder, 13, 14, 15 Rotation angle detector, 16, 17, 18 Cylinder pressure detector, 1
9 excavation pattern data, 20 motion trajectory planning section,
21 Servo control unit, 22 Hydraulic valve.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  パワーショベル等開ループリンク機構
で、かつこのリンクが関節によって連結され、先端にバ
ケット等の作業機を備えた掘削作業機において、作業機
の掘削動作を順番に各ポイントのデータとして掘削パタ
ーンデータ19にて設定し、この掘削パターンデータと
、各関節の回転角を検出する関節回転角検出器13,1
4,15からの信号と、各関節を回転駆動するアクチュ
エータの作動力を検出する掘削反力検出器からの信号と
から、動作軌跡計画部20にて、掘削パターンデータの
各ポイント間の途中の軌跡を補間する補間演算と、掘削
パターンデータを座標をベース座標に変換する座標変換
と、掘削反力から過負荷と判断されたときに動作軌跡を
掘削力が軽減する方向にずらすように演算して掘削パタ
ーンデータの中に付加する過負荷処理とを行なって動作
指令をサーボ制御部21に出力し、このサーボ制御部2
1では、与えられた動作指令値と、関節回転角検出器1
3,14,15にて検出された検出値との偏差を演算し
て位置偏差を求めると共に、この位置偏差をチェックし
、さらに作業機の動作タイプに応じたゲインを求めて各
動作タイプに応じた制御信号を油圧バルブ22に出力し
、油圧バルブ22はこの制御信号に応じた圧力、流を各
アクチュエータへ送るようにしたことを特徴とする掘削
作業機の自動制御方法。
Claim 1: In an excavating machine such as a power shovel, which has an open-loop link mechanism, the links are connected by joints, and is equipped with a bucket or other working implement at the tip, the excavating operation of the working machine is sequentially recorded at each point. is set in the excavation pattern data 19, and the joint rotation angle detectors 13 and 1 detect the rotation angle of each joint using this excavation pattern data.
Based on the signals from 4 and 15 and the signal from the excavation reaction force detector that detects the operating force of the actuator that rotationally drives each joint, the motion trajectory planning section 20 calculates the intermediate points between each point of the excavation pattern data. Interpolation calculation to interpolate the trajectory, coordinate transformation to convert the coordinates of excavation pattern data to base coordinates, and calculation to shift the operation trajectory in the direction to reduce the digging force when an overload is determined from the digging reaction force. performs overload processing to be added to the excavation pattern data and outputs an operation command to the servo control unit 21, and this servo control unit 2
1, the given motion command value and the joint rotation angle detector 1
Calculate the deviation from the detection values detected in steps 3, 14, and 15 to obtain the position deviation, check this position deviation, and further calculate the gain according to the operation type of the work equipment and calculate the position deviation according to each operation type. 1. An automatic control method for an excavating machine, characterized in that a control signal is output to a hydraulic valve 22, and the hydraulic valve 22 sends pressure and flow to each actuator according to the control signal.
【請求項2】  上記請求項(1)において、掘削反力
から過負荷と判断して作業機の動作軌跡が掘削力が軽減
する方向にずれたときに、このときの掘削レベルを監視
して目標レベルまで達してないと判断された場合、その
部分の掘度を繰返すようにしたことを特徴とする請求項
(1)記載の掘削作業機の自動制御方法。
[Claim 2] In the above claim (1), when an overload is determined from the excavation reaction force and the operating trajectory of the work equipment shifts in a direction in which the excavation force is reduced, the excavation level at this time is monitored. 2. The automatic control method for an excavating machine according to claim 1, wherein if it is determined that the target level has not been reached, the digging depth of that portion is repeated.
JP15097791A 1991-05-28 1991-05-28 Automatic control method of excavator Expired - Fee Related JP2916957B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15097791A JP2916957B2 (en) 1991-05-28 1991-05-28 Automatic control method of excavator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15097791A JP2916957B2 (en) 1991-05-28 1991-05-28 Automatic control method of excavator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04350220A true JPH04350220A (en) 1992-12-04
JP2916957B2 JP2916957B2 (en) 1999-07-05

Family

ID=15508591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15097791A Expired - Fee Related JP2916957B2 (en) 1991-05-28 1991-05-28 Automatic control method of excavator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2916957B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1020103A3 (en) * 2009-11-13 2013-05-07 Baggerwerken Decloedt & Zn N V DEVICE FOR DAGGING GROUND MATERIAL UNDER WATER.
JP2017223096A (en) * 2016-06-17 2017-12-21 住友重機械工業株式会社 Shovel
KR20200092854A (en) * 2019-01-25 2020-08-04 베이징 바이두 넷컴 사이언스 앤 테크놀로지 코., 엘티디. Method and apparatus for controlling excavator to excavate
US11572676B2 (en) 2017-12-12 2023-02-07 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Shovel

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101572759B1 (en) * 2014-04-23 2015-11-30 울산대학교 산학협력단 Self optimizing excavator system and method for controlling using the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1020103A3 (en) * 2009-11-13 2013-05-07 Baggerwerken Decloedt & Zn N V DEVICE FOR DAGGING GROUND MATERIAL UNDER WATER.
JP2017223096A (en) * 2016-06-17 2017-12-21 住友重機械工業株式会社 Shovel
US11572676B2 (en) 2017-12-12 2023-02-07 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Shovel
KR20200092854A (en) * 2019-01-25 2020-08-04 베이징 바이두 넷컴 사이언스 앤 테크놀로지 코., 엘티디. Method and apparatus for controlling excavator to excavate
US11668076B2 (en) 2019-01-25 2023-06-06 Beijing Baidu Netcom Science And Technology Co., Ltd. Method and apparatus for controlling excavator to excavate

Also Published As

Publication number Publication date
JP2916957B2 (en) 1999-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3091667B2 (en) Excavation control device for construction machinery
US5799419A (en) Method for controlling the operation of power excavator
US6167336A (en) Method and apparatus for determining an excavation strategy for a front-end loader
KR100191391B1 (en) Area limiting excavation control system for construction machines
EP2167739B1 (en) System for controlling an actuator raising and lowering an excavation attachment, and track trencher equipped with such a system.
JP3455369B2 (en) Front control device for construction machinery
KR100281009B1 (en) Interference prevention system for 2-piece boom type hydraulic excavator
JPH10217170A (en) Method and system to control motion
JP4444884B2 (en) Construction machine and control device used for construction machine
US6618967B2 (en) Work machine control for improving cycle time
JPH0953253A (en) Excavation-zone setting device for zone-limit excavation control of construction equipment
JP2002167794A (en) Front control device for hydraulic backhoe
JPH04350220A (en) Automatic control method for excavation work machine
JPH108490A (en) Front control device of construction machine and area setting method
JP3310783B2 (en) Work machine interference prevention device
JP3247464B2 (en) Excavation control system for hydraulic excavator
JP7314429B2 (en) working machine
JP3497910B2 (en) Excavation area setting device for area restriction excavation control of construction machinery
JP3713358B2 (en) Front control device for construction machinery
JP3522878B2 (en) Excavation area setting device for area restriction excavation control of construction machinery
JP3765461B2 (en) Construction machine work equipment controller
WO2022201623A1 (en) Work machine
WO2022230417A1 (en) Work machine
EP4310261A1 (en) A system for handling the seamless transition of breaklines during an excavation task
JPH10292420A (en) Excavating locus control device of hydraulic shovel

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees