JPH0435574B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油圧建設機械等の作業機械に具備さ
れ、アクチユエータの動作を一且記憶しておき、
その後このアクチユエータの動作を再生して自動
運転を行なうことができる作業機械の動作再生装
置に関する。

近年、油圧シヨベル、クレーン等の建設機械そ
の他の作業機械において、熟練作業員と同等の作
業を自動的に行なわせるようにそのアクチユエー
タを自動運転させる動作再生装置が要望されてい
る。この要望に対して検討されている動作再生装
置を油圧シヨベルを例にとつて図に基づいて説明
する。

第１図は油圧シヨベルの動作再生装置の油圧回
路および電気回路の系統図である。図で、Ｓは油
圧シヨベルの本体を示す。１は本体Ｓに俯仰自在
に取付けられたブーム、２はブーム１に揺動自在
に取付けられたアーム、３はアーム２に回動自在
に取付けられたバケツト、４はブーム１を駆動す
るブームシリンダ、５はアーム２を駆動するアー
ムシリンダ、６はバケツト３を駆動するバケツト
シリンダである。ブーム１、アーム２、バケツト
３で油圧シヨベルのフロント機構を構成する。７
は各シリンダ４，５，６を駆動するための油圧
源、８は作動油を貯蔵するタンクである。９ａは
油圧源７とブームシリンダ４との間に介在してブ
ームシリンダ４の駆動を制御するブーム操作弁、
９ｂはアームシリンダ５の駆動を制御するアーム
操作弁、９ｃはバケツトシリンダ６の駆動を制御
するバケツト操作弁、９a₁，９b₁はそれぞれブー
ム操作弁９ａ、アーム操作弁９ｂ、バケツト操作
弁９ｃを操作する操作レバーである。１０ａ，１
０ｂ，１０ｃは、ブーム操作弁９ａ、アーム操作
弁９ｂ、バケツト操作弁９ｃを自動的に操作する
場合に使用される油圧シリンダ、１１ａ，１１
ｂ，１１ｃはそれぞれ油圧シリンダ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃの駆動を制御するサーボ弁、１２ａ，
１２ｂ，１２ｃは操作レバー９a₁，９b₁，９c₁に
よる手動操作時に油圧シリンダ１０ａ，１０ｂ，
１０ｃが抵抗とならないように各油圧シリンダ１
０ａ，１０ｂ，１０ｃの両端回路を開放する切換
弁である。

１３ａ，１３ｂ，１３ｃはブーム操作弁９ａ、
アーム操作弁９ｂ、バケツト操作弁９ｃのスプー
ルの動きと連動し、各操作弁のスプールの位置に
応じた電圧を発生するポテンシヨメータである。
１４はポテンシヨメータ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ
の出力信号、即ち、各操作弁９ａ，９ｂ，９ｃの
スプールの位置信号を記憶する記憶装置、１５は
記憶装置１４に記憶された情報に基づきブーム操
作弁９ａ、アーム操作弁９ｂ、バケツト操作弁９
ｃを操作すべくサーボ弁１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
を制御する制御装置である。１６は制御装置１５
に再生運転指令を与える指令装置である。

今、高度の技術を有する作業員（熟練作業員）
が操作レバー９a₁，９b₁，９c₁を操作してブーム
１、アーム２およびバケツト３を適切に駆動し、
例えば図に示すような床付作業が行なわれたとす
る。この場合、床付作業は適切かつ正確に行なわ
れる。この床付作業中、ブーム操作弁９ａ、アー
ム操作弁９ｂおよびバケツト操作弁９ｃは、切換
弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃが図示の左側位置にあ
るため何等支障なく操作され、そのスプールの動
きはポテンシヨメータ１３ａ，１３ｂ，１３ｃに
より検出されて記憶装置１４に記憶される。即
ち、ある作業におけるブーム１、アーム２および
バケツト３の適切、正確な動作が記憶装置１４に
記憶されたこととなる。

この床付作業を自動的に行なうには、まず、指
令装置１６により制御装置１５を駆動する。制御
装置１５は切換弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃを右側
位置に切換えた後、記憶装置１４から記憶されて
いる信号をとり出してサーボ弁１１ａ，１１ｂ，
１１ｃに入力する。サーボ弁１１ａ，１１ｂ，１
１ｃはこの信号に応じて作動し、油圧シリンダ１
０ａ，１０ｂ，１０ｃを制御して操作弁９ａ，９
ｂ，９ｃを操作し、ブーム１、アーム２およびバ
ケツト３を駆動する。このようにして、熟練作業
員が行なつた動作が再生され、油圧シヨベルは適
切、正確な床付作業を自動的に行なうことができ
ることになる。

しかしながら、一旦熟練作業員により作業が記
憶された後、この作業を連続して繰返す作業を行
なう場合（例えば、上記床付作業の外、かき寄せ
等の作業を行なう場合）、記憶された作業を再生
した後、その作業の終了位置から、次の繰返し作
業開始位置まで手動でバケツト先端をもつてきた
ときに開始位置に誤差があると以後の再生作業が
正確、適切に行なえない場合が生ずること、さら
に、記憶された作業が同一又は異なるパターンの
繰返し作業である場合、動作再生時の作業条件が
動作記憶時の作業条件と異なるとき、例えば、ブ
ームとアームの負荷の配分比の相違、作動油の温
度の差による圧縮性の相違等があるとき、動作の
繰返し中に誤差が累積して動作の再生が不可能に
なること、という問題点を有している。

本発明の目的は、このような問題点を解決し、
動作の再生を高い精度で行なうことができる作業
機械の動作再生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、油圧によ
り駆動される作業部材と、この作業部材の駆動を
制御する操作弁と、この操作弁を予め記憶された
動作にしたがつて自動的に作動させる制御装置と
を備えた作業機械の動作再生装置において、前記
作業機械の傾斜角度を検出する検出装置と、前記
作業部材の移動経路上の予め定められた点を原点
とする座標における前記作業部材の定められた複
数の座標位置およびこれら各座標位置からの前記
作業部材の動作を前記各座標位置毎に、かつ、各
傾斜角度毎に記憶した記憶部と、前記作業部材の
前記原点からの座標位置を求める演算手段と、前
記記憶部に記憶された座標位置のうち前記演算手
段で求めた座標位置に最も接近した座標位置を選
択する選択手段と、この選択手段で選択された座
標位置から開始される前記検出装置で検出された
傾斜角度に応じた動作信号を前記制御装置に出力
する出力手段とを設けたことを特徴とする。

繰返し作業の各作業開始位置において、作業部
材の座標が演算され、当該座標が記憶された座標
位置と一致する場合は、当該座標位置とともに記
憶されている動作にしたがつて作業が再生され
る。上記演算された座標が記憶された座標位置と
一致しない場合、記憶された座標位置のうち最も
近い座標位置を選択し、その座標とともに記憶さ
れている動作にしたがつて作業が再生される。こ
れらの作業は、検出装置で検出された作業機械の
傾斜角度に応じて行われる。

以下、本発明を第２図に示す実施例に基づいて
説明する。

第２図は本発明の実施例に係る油圧シヨベルの
動作再生装置の油圧回路および電気回路の系統図
である。図で、第１図に示す部分と同一部分には
同一符号を付して説明を省略する。１７は本体Ｓ
とブーム１との相対角度を検出するブーム角度検
出器、１８はブーム１とアーム２との相対角度を
検出するアーム角度検出器、１９はアーム２とバ
ケツト３との相対角度を検出するバケツト角度検
出器である。２０はこれら各角度検出器１７，１
８，１９からの角度信号をとり入れ、これらの信
号に基づいてバケツト３の爪の先端位置を演算す
る演算器である。バケツト３の爪の先端位置は、
ブーム１、アーム２、バケツト３をある特定状態
に変位させたときのバケツト爪先端の位置を座標
軸の原点とし、この原点からの座標位置として算
出される。第３図にこの座標軸を示す。

第３図は油圧シヨベルのバケツト爪先端の位置
を表す座標軸を示す図である。この座標軸は水平
地面において地面と平行な方向をＸ軸、地面と垂
直な方向（深さ方向）をＹ軸としてある。前述の
ようにブーム１、アーム２、バケツト３を特定状
態に変位させたときのバケツトの爪先端の位置、
即ち原点が（X₀，Y₀）で示されている。ブーム
１、アーム２、バケツト３の支点間の長さは既知
であるので、各角度検出器１７，１８，１９によ
り各相対角度を検出すれば、バケツト３の爪先端
の原点（X₀，Y₀）からの座標位置を算出するこ
とができる。

再び第２図に戻り、２１θ₀は各操作弁９ａ，９
ｂ，９ｃのスプールの動き、即ち、バケツト爪先
端の作動を記憶している記憶装置である。この記
憶装置２１θ₀は、同一型式の油圧シヨベルを用
い、水平地面において行つた熟練作業員の所定作
業の動作が記憶された記憶要素で構成されてい
る。本実施例においては、記憶装置２１θ₀は複数
の記憶部M₁，M₂………M_oで構成されている。
各記憶部M₁，M₂………M_oには第３図に示す座
標軸における必要な座標位置、例えば（X_i，Y_j）
と、この座標位置から開始されるバケツト爪の作
動、即ちその座標位置以降のバケツト爪の作動が
記憶されている。したがつて、記憶装置２１θ₀に
は、連続する一連の作業動作が設定された座標毎
に重複しながら分解して記憶されていることとな
り、座標位置を細かく設定すればそれだけ記憶部
の数も増加する。

とこころで、油圧シヨベルが水平な地面上で作
業を行なう場合は少なく、むしろ傾斜地で作業を
行なう場合、又は凹凸面に乗り上げた状態で作業
を行なう場合の方が多い。そして、このように油
圧シヨベル本体Ｓが傾いた状態で、前記水平地面
における動作を記憶した記憶装置２１θ₀を用いて
動作を再生すると、当然ながら、その再生された
動作によつては所期の作業を達成することはでき
ない。このため、本実施例では、油圧シヨベルが
傾いた状態にあつても、支障なく所期の作業を遂
行できるようにするための手段が設けられてい
る。即ち、２１θ₁〜２１θ_o（図では、２１θ₁〜２
１θ_o-1は図示が省略され、２１θ_oのみが示されて
いる。）は記憶装置であり、油圧シヨベルが傾斜
した状態において熟練作業員が前記所定作業を行
なつた場合の動作が、記憶装置２１θ₀と同一の形
で記憶されており、同様に座標位置に関連した複
数の記憶部を有している。ここで、記憶装置を示
す番号２１に付されたθ₀は油圧シヨベルが水平で
あることを示し、θ₁，θ₂……θ_oは油圧シヨベルが
１度、２度、……ｎ度傾斜していることを示して
いる。したがつて、例えば、２１θ_3.5（図示されて
いない。）は、油圧シヨベルが3.5度傾斜した状態
で熟練作業員が前記所定作業を行なつた場合の動
作が座標位置を含む形で記憶されている記憶装置
であるということになる。

２２は第１図に示す制御装置１５に相当する制
御装置であり、この制御装置２２は演算器２０の
データおよび記憶装置２１θ₀〜２１θ_oのデータに
基づいてサーボ弁１１ａ，１１ｂ，１１ｃを作動
せしめるもので、マイクロコンピユータ等で構成
されている。２３は油圧シヨベル本体に取付けら
れた傾斜計、２４は傾斜計２３からの信号により
傾斜角度を演算する傾斜角度演算器である。

次に、本実施例の動作を、床付作業により図示
の断面形状の溝を掘削する場合について説明す
る。この場合、通常は一回だけの掘削動作によつ
ては所望の断面形状の溝とすることはできないの
で、溝の幅方向の掘削が数回にわたつて行なわれ
る。本実施例では、この数回にわたつて繰返され
る掘削を１サイクルと称する。この１サイクルの
動作が終了すると、油圧シヨベル本体Ｓを溝の長
さ方向に沿つて移動させ、再び同じ１サイクルの
動作を行なう。このように、油圧シヨベル本体Ｓ
を順次移動させながら、この１サイクルの動作を
繰返す。以下、このような床付作業が、油圧シヨ
ベル本体Ｓが水平状態でなされた場合について説
明する。指令装置１６により作業指令信号が出力
されると、制御装置２２は傾斜角度演算器２４の
信号をとり入れ、油圧シヨベル本体Ｓの傾斜をみ
る。この場合、油圧シヨベル本体Ｓは水平状態に
あるので、傾斜角度は０である。したがつて、制
御装置２２は傾斜角度０における動作を記憶した
記憶装置２１θ₀を選択し、この記憶装置２１θ₀に
記憶されたデータをとり出し、このデータに応じ
てサーボ弁１１ａ，１１ｂ，１１ｃに信号を出力
する。なお、この信号の出力に先立つて、切換弁
１２ａ，１２ｂ，１２ｃは図の右側位置に切換え
られる。

ここで、１サイクル内のバケツト爪先端の動作
を考えると、例えば、バケツト爪先端が記憶装置
２１θ₀のデータにしたがつて第１回目の掘削を終
了し、より深い掘削を行なうため自動又は手動で
第２回目の掘削開始点に戻つたとする。このと
き、演算器２０はバケツト爪先端の戻り点の座標
位置を算出する。制御装置２２は演算器２０によ
り算出された座標位置と各記憶部M₁，M₂……
M_oに記憶されている座標位置とを順次比較して
ゆき、これら座標位置のうち算出された座標位置
に最も近い座標位置を見出した後、この見出され
た座標位置を含む記憶部M_rを選択する。選択さ
れた記憶部M_rにはその座標位置から開始される
バケツト爪先端の動作（即ち、各操作弁９ａ，９
ｂ，９ｃのスプールの動作）が記憶されているの
で、制御装置２２はその記憶されたデータをサー
ボ弁１１ａ，１１ｂ，１１ｃに出力し、各操作弁
９ａ，９ｂ，９ｃを操作してバケツト爪先端を作
動せしめる。このような動作は、１サイクル内の
各掘削開始毎に行なわれる。

通常、各掘削開始の座標位置は、各記憶部M₁，
M₂……M_oのうちいずれかの記憶部に記憶されて
いる座標位置と一致する筈である。しかしなが
ら、前述のような原因により実際のバケツト爪先
端の座標位置と記憶部に記憶された座標位置とは
一致せず、誤差を生ずる場合がある。この誤差に
対して何等の手段をも講じなければ、誤差の累積
は大きなものとなる。特に、本実施例で挙げた作
業例のように、深さが異なる作業を繰返す場合、
バケツト爪先端に同一軌跡を描かせるのにも深さ
が異なれば各操作弁９ａ，９ｂ，９ｃの操作も異
なることを考慮するならば、前記の誤差はきわめ
て大きなものとなり、自動掘削を不可能とする。
しかしながら、本実施例においては、各掘削開始
点においてバケツト爪の座標位置に最も近接した
座標位置を記憶した記憶部を選択し、そのデータ
にしたがつてそれ以後の動作を行なうのであるか
ら、バケツトは実際のバケツト爪の位置における
最適の動作に近い動作を行なうこととなり、又、
誤差がある程度累積しても、その累積途中で誤差
がキヤンセルされることとなる。例えば、バケツ
ト爪先端が掘削開始位置として第３図に示す座標
位置（X_i，Y_j）を掘削開始点とすべきところ、
現実には点Ｗが掘削開始点となつた場合、記憶さ
れている座標位置としては点Ｗから最も近い座標
位置（X_i+1，Y_j+1）が選択されて以後の動作はこ
の座標位置からの動作と同一動作となり、点Ｗか
ら座標位置（X_i，Y_j）以後の動作を行なわせる
場合に比較して!?かに誤差が少なくなる。

以上は、油圧シヨベル本体Ｓが水平状態にある
場合の床付作業の例について述べたが、油圧シヨ
ベル本体Ｓが傾斜しておれば、その傾斜は傾斜計
２３いとり出され、傾斜角度演算器２４で傾斜角
度が演算され、制御装置２２はこの傾斜角度に対
応する、又はこの傾斜角度に最も近い記憶装置を
選択することになる。その後の動作は上記の動作
と同じである。

このように、本実施例では、油圧シヨベル本体
の傾斜角度に対応して、座標位置を含む所定作業
の動作を記憶した記憶装置を備え、動作再生時に
油圧シヨベル本体の傾斜角度を検出し、この傾斜
角度に対応した記憶装置を選択するとともに、バ
ケツト爪先端の座標位置を演算し、選択された記
憶装置の中からこの座標位置に最も近接した座標
位置が記憶されている記憶部を選び出し、その記
憶部に記憶されたその座標位置から開始される動
作を実施するようにしたので、動作の再生を高精
度で行なうことができる。

なお、作業機械としては油圧シヨベルに限るこ
とはなく、油圧で駆動される作業部材を備えたも
のであれば適用可能である。又、適用する作業も
実施例に示した作業例に限ることはない。さら
に、記憶装置としては、適宜の傾斜角度（例えば
傾斜角度０）におけるもののみを備えておき、そ
の他の傾斜角度において作業を行なう場合には、
備えられた記憶装置のデータに基づいて適宜演算
を行なつて、作業時の傾斜角度に応じた正しいデ
ータを得るようにすることもできる。

以上述べたように、本発明では、作業機械の傾
斜角度を検出し、又、作業部材の座標位置を演算
し、演算された座標位置に最も近接した座標位置
を記憶装置の記憶部から選択し、選択された座標
位置から開始される前記作業機械の傾斜角度に応
じたデータにしたがつて作業部材を作動するよう
にしたので、動作の再生を高精度で行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は油圧シヨベルの動作再生装置の油圧回
路および電気回路の系統図、第２図は本発明の実
施例に係る油圧シヨベルの動作再生装置の油圧回
路および電気回路の系統図、第３図はバケツト爪
先端の位置を表す座標軸を示す図である。 １……ブーム、２……アーム、３……バケツ
ト、４……ブームシリンダ、５……アームシリン
ダ、６……バケツトシリンダ、９ａ……ブーム操
作弁、９ｂ……アーム操作弁、９ｃ……バケツト
操作弁、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ……油圧シリン
ダ、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ……サーボ弁、１
７，１８，１９……角度検出器、２０……演算
器、２１θ₀〜２１θ_o……記憶装置、２２……制御
装置、２３……傾斜計、２４……傾斜角度演算
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 油圧により駆動される作業部材と、この作業
   部材の駆動を制御する操作弁と、この操作弁を予
   め記憶された動作にしたがつて自動的に作動させ
   る制御装置とを備えた作業機械の動作再生装置に
   おいて、前記作業機械の傾斜角度を検出する検出
   装置と、前記作業部材の移動経路上の予め定めら
   れた点を原点とする座標における前記作業部材の
   定められた複数の座標位置およびこれら各座標位
   置からの前記作業部材の動作を前記各座標位置毎
   に、かつ、各傾斜角度毎に記憶した記憶部と、前
   記作業部材の前記原点からの座標位置を求める演
   算手段と、前記記憶部に記憶された座標位置のう
   ち前記演算手段で求めた座標位置に最も接近した
   座標位置を選択する選択手段と、この選択手段で
   選択された座標位置から開始される前記検出装置
   で検出された傾斜角度に応じた動作信号を前記制
   御装置に出力する出力手段とを設けたことを特徴
   とする作業機械の動作再生装置。