JPH05118057A

JPH05118057A - 作業機の無線操縦装置

Info

Publication number: JPH05118057A
Application number: JP30725091A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kuroki; 和憲黒木; Seiji Kamata; 誠治鎌田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 1993-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】オペレータのイメージ通りの作業機先端の直
線移動が容易になり、また無線送信機の携帯が便利にな
り、さらに無線送信機を誤って落としても誤動作の虞れ
をなくすことができるようにする。【構成】作業機の無線操縦装置の無線送信機の操作部
を押ボタン形式の複数のスイッチにて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パワーショベル等腕式
作業機に対する無線操縦装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記腕式作業機（以下単に作業機とい
う）の回動する各軸の操作は、その軸に対応する各操作
レバーを傾けることにより行なわれており、無線（ラジ
コン）による遠隔操縦においても同様の操作形態が用い
られていた。図１は従来の無線操縦機構を示すもので、
作業機はブラケット１、ブーム２アーム３、バケット４
及びこれらを回動駆動するブームシリンダ５、アームシ
リンダ６、バケットシリンダ７からなり、各シリンダ
５，６，７はブーム制御弁８、アーム制御弁９、バケッ
ト制御弁１０をそれぞれ介して各制御弁駆動回路１１，
１２，１３に接続されており、この各制御弁駆動回路１
１，１２，１３は無線受信機１４の受信信号により選択
的に制御されるようになっている。そして１５は無線受
信機１４に離れた位置より操縦信号を送る無線送信機で
ある。

【０００３】従来の上記無線送信機１５は複数の操作レ
バー１６ａ，１６ｂからなるジョイスティック式となっ
ていて、この各操作レバー１６ａ，１６ｂを傾動操作す
ることにより所定の信号が発信され、これを無線受信機
１４にて受信し、対応する作業機軸を駆動する各シリン
ダ５，６，７が制御されるようになっている。従って、
３リンク以上の作業機操作には、両手による操作が必要
となり、またオペレータの欲する位置へ作業機先端（バ
ケット先端）を移動させるためには、これら複数の同時
操作が要求された。例えば、図１に示すように、オペレ
ータが作業機を真横から見てバケット４の先端位置をＡ
からＢへ移動させたいと考えた場合、作業機各軸の操作
はそれぞれの回転軸を中心とした円弧運動をバケット先
端に与えるために、これらを同時にかつ同期させつつ操
作をする必要が生じる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】（１）無線操縦では、
作業機の動きが最も視認しやすい作業機の真横に立って
操縦することが多いが、その位置で作業機を操縦する際
に、作業機先端を現在位置から目標とする点への直線を
イメージし、その直線に沿った軌跡を操作入力すること
になる。これは複数作業機同期操作となり、無線操縦で
ない場合でも容易ならざるものであるが、無線操縦の場
合、以下の理由により、その難易度はさらに高まる。（ａ）無線送信機１５内、無線受信機１４内で要する信
号処理時間及び電波による信号伝播時間により、レバー
操作してから対応する作業機軸が動作するまでのタイム
ラグが大きくなる。（ｂ）無線送信機１５を携帯可能とするための大きさの
制限から、操作レバー１６ａ，１６ｂの長さを短くせざ
るを得ず、細かな速度指令がやりにくくなる。（ｃ）遠隔地から操縦する場合には、作業機先端の動き
が視認しにくくなり、視認による補正操作が困難とな
る。（２）無線操縦をしている場合、オペレータは操縦しな
がら作業対象に直接手による作用を加える場合もあり
（例えば、吊り作業で片手で操縦しながら他方の片手で
吊っているものを与える）、この場合、片手操縦が必要
となるが、従来の無線送信機１５では片手操縦が困難で
あった。（３）無線操縦している場合、操縦者は自身の両手によ
る手作業と、無線による機械操縦とを交互にくり返した
い場合がある（例えば、荒い作業を無線操縦による機械
で行ない、スコップによる手作業にて仕上げを行な
う）、この場合、無線送信機を身体の一部に収納できる
形状とすることが望ましいが、従来の無線送信機ではレ
バー部が突出しているため、これが困難であった。（４）無線操縦の際に、オペレータがあやまって無線送
信機１５を落下させる可能性があるが、その際、従来の
無線送信機１５では、操作レバー１６ａ，１６ｂが大き
く突出しているので、これが動かされて作業機が誤動作
してしまい、危険であった。

【０００５】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、無線による遠隔操縦において、オペレータのイメ
ージ通りの作業機先端の直線移動が容易となり、また無
線送信機の機体より突出する操作レバーをなくして携帯
に便利になると共に、この操作レバーが突出しているこ
とによる種々の不具合を解消することができるようにし
た作業機の無線操縦装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る作業機の無線操縦装置は、作業機の各
リンクを駆動するアクチュエータ及びこのアクチュエー
タを制御するアクチュエータ制御手段と、このアクチュ
エータ制御手段の駆動回路に対する指令値を演算出力す
る演算手段と、この演算手段への遠隔操作入力を可能と
する無線送・受信機とを有する作業機の無線操縦装置に
おいて、上記無線送信機の操作部を方向指令用の押ボタ
ン形式の複数のスイッチにて構成した。また無線送信機
のスイッチの押面を、無線送信機の本体表面より低くし
てある。

【０００７】

【作用】無線送信機からの指令は押ボタン形式のス
イッチを選択的に押すことにより無線受信機に送信され
る。車体側では無線受信機で上記信号を受けた後、その
指令信号を実現するための各軸に対する指令値を演算手
段にて演算し、これをアクチュエータ制御手段に出力す
る。上記無線送信機の各スイッチは本体表面より低くな
っていることにより、これが邪魔になることがない。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図２以下に示すよう
に、パワーショベルの無線操縦装置の場合について説明
する。なおこの実施例において、図１に示す従来例と同
一部材及び同一機能を有するものは同一符号を付して説
明を省略する。図３は一般的な油圧式のパワーショベル
を示すものであり、これの無線操縦装置は図２に示すよ
うになっており、無線受信機１９と各制御弁駆動回路１
１，１２，１３の間に、無線受信機１９での受信信号に
基づいて各制御弁駆動回路１１，１２，１３に対する指
令値を演算、出力する演算装置２０が介装してある。上
記無線受信機１９に無線信号を送信する無線送信機２１
は図２、図５に示すように操作部が押ボタン式のスイッ
チになっている。そしてこの操作部の押ボタンスイッチ
群の配置を図５にて説明する。

【０００９】すなわち、先端部から順に、第１操作部２
２、第２操作部２３、シフト操作部２４、速度操作部２
５が配置されており、上記第１操作部２２は、バケット
４を上げ、下げするための「上」スイッチ２２ａと
「下」スイッチ２２ｂが前後に位置し、バケット４をダ
ンプ動作（排土動作）するための「ダンプ」スイッチ２
２ｃとバケット４をカール動作（すくい込み動作）する
ための「カール」スイッチ２２ｄが左右に位置した構成
となっている。また第２操作部２３は、バケット４を前
方へ移動するための「前」スイッチ２３ａと、バケット
４を後方へ移動するための「後」スイッチ２３ｂが前後
に配置され、また上部旋回体を左、右に旋回させるため
の「左旋回」スイッチ２３ｃ、「右旋回」スイッチ２３
ｄが左右に配置した構成となっている。シフト操作部２
４の「シフト」スイッチ２４ａは下部走行体を操作する
ためのもので、これを押しながら、「前」スイッチ２３
ａあるいは「後」スイッチ２３ｂを押すことにより前進
あるいは後進し、またこの「シフト」スイッチ２４ａを
押しながら左旋回スイッチ２３ｃあるいは右旋回スイッ
チ２３ｄを押すことにより、左あるいは右方向へのステ
アリング動作する信号を出力するようになっている。速
度操作部２５は「Ｈｉ」スイッチ２５ａ、「Ｌｏ」スイ
ッチ２５ｂとからなり、そのほかに電源スイッチ２６と
警報スイッチ２７とを有している。上記各スイッチの上
面は無線送信機２１の本体２１ａの表面より１段低くな
っている。

【００１０】上記無線送信機２１の各スイッチを押すこ
とにより、所定の出力信号が無線受信機１９に送信さ
れ、無線受信機１９で受信されたこれらの信号は演算装
置２０へ送られ、ここで、バケット先端の速度と大きさ
の要求から作業機各軸の回転速度目標値を求め、作業機
各軸のセンサ１８から求められる回転速度計測値との差
を求め、それらを演算することで、作業機軸の制御弁へ
の出力を制御する。

【００１１】次に上記作業機の無線操縦による作用を図
３、図４に基づいて詳述する。まず、作業機各部の位置
を図４に示すように定義する。すなわち、原点０（０、０）：ブームの回動支点点Ｂ（ｘ_b、ｙ_b）：アーム３の回動支点点Ｃ（ｘ_c、ｙ_c）：バケット４の回動支点点Ｄ（ｘ_d、ｙ_d）：バケット４の刃先点とする。ここで、ｘ軸：点０、Ｂ、Ｃ、Ｄを含む平面と点０を含む車両旋
回面との交線ｙ軸：点０を通り、車両旋回面に垂直な直線である。ま
た、図４において、Ｌ₁：点０、Ｂ間の長さＬ₂：点Ｂ、Ｃ間の長さＬ₃：点Ｃ、Ｄ間の長さ α：ｙ軸に対する線分ＯＢのなす角 β：ｙ軸に対する線分ＢＣのなす角 γ：ｙ軸に対する線分ＣＤのなす角（刃先角）である。以上のように定義すると、図４より点Ｂ、Ｃ、Ｄの座標
は次式のように表わされる。点Ｂｘ_b＝Ｌ₁ｓｉｎα ｙ_b＝Ｌ₁ｃｏｓα 点ｃｘ_c＝Ｌ₁ｓｉｎα＋Ｌ₂ｓｉｎβ ｙ_c＝Ｌ₁ｃｏｓα＋Ｌ₂ｃｏｓβ 点Ｄｘ_d＝Ｌ₁ｓｉｎα＋Ｌ₂ｓｉｎβ＋Ｌ₃ｓｉｎγ …（１）ｙ_d＝Ｌ₁ｃｏｓα＋Ｌ₂ｃｏｓβ＋Ｌ₃ｃｏｓγ

【００１２】次に上記第（１）式の刃先点の座標ｘｄ、
ｙｄを時間について微分し、（これを記号の上にドット
をつけて示し、この明細書中では記号のあとにドットと
記す）ｘ軸及びｙ軸方向の速度成分ｘドットｄ、ｙドッ
トｄを求めると次式のようになる。

【００１３】

【数１】

【００１４】ここで、 αドット：角αの時間的変化（ブーム１の回動速度） βドット：角βの時間的変化（ブーム２の回動速度） γドット：角γの時間的変化（バケット２の回動速度）である。またここで、γドット＝０（すなわち刃先角γ
一定）と仮定すれば上記第（２）式は次式のようにな
り、点ｃのｘ軸およびｙ方向の速度成分ｘドットｃ、ｙ
ドットｃが求められたことになる。

【００１５】

【数２】

【００１６】ここでｘドットｃ、ｙドットｃは無線送信
機２１により車体側に操作入力される値であるから、上
記（３）式をαドット、βドットについて解けば希望す
るｘドットｃ、ｙドットｃを得るためのαドット、βド
ットが次式のように求められる。

【００１７】

【数３】

【００１８】上記（３）式においてＬ₁、Ｌ₂は既知の
定数であるからｓｉｎβ、ｃｏｓβ、ｓｉｎα、ｃｏｓ
αおよびｓｉｎ（α−β）を検出するようにすればαド
ット、βドットを求めることができる。ところで、角
α、β、γを制御する変数は直接にはブームシリンダ
５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７への圧油の
供給流量であり、これは各機構要素の相対角度に相当す
る。すなわちブームシリンダ５への供給流量は車体に対
するブーム２の回動速度αドットに相当し、アームシリ
ンダ６への供給流量はブーム２に対するアーム３の角速
度βドット−αドットに相当し、バケットシリンダ７へ
の供給流量はアーム３に対するバケット４の角速度γド
ット−βドットに相当する。従って、上記第（３）式で
得たαドット、βドットおよびγドット（＝０）からβ
ドット−αドット、γドット−βドットを求め、αドッ
トに相当する流量をブームシリンダ５へ、βドット−α
ドットに相当する流量をアームシリダ６へ、γドット−
βドットに相当する流量をバケットシリンダ７へ供給す
ることにより、バケット刃先角γを一定にしつつ刃先点
を直線的に移動させることができる。

【００１９】次に上述の原理にもとづいて、制御系の一
構成例を図５、図６を参照して説明する。図５に示す無
線送信機により入力された信号は車両に装着されたアン
テナおよび無線受信機１９を介して演算装置２０に伝達
され、そこで「前」、「後」、「Ｈｉ」、「Ｌｏ」のス
イッチ入力は掛算器２０ａを介してバケット回動支点Ｃ
のｘ軸方向移動速度ｘ_cドットの目標値（以下、ｘ_cド
ット目標値という）を設定する手段として用いられ、ま
た、「上」、「下」、「Ｈｉ」、「Ｌｏ」のスイッチ入
力は掛算器２０ｂを介してバケット回動支点Ｃのｙ軸方
向移動速度ｙ_cドットの目標値（以下、ｙ_cドット目標
値という）を設定する手段として用いられる。また、バ
ケット４の回動速度は「カール」「ダンプ」「Ｈｉ」
「Ｌｏ」スイッチにより掛算器２０ｃを介して設定さ
れ、バケット対地角の移動速度γドット目標値が与えら
れる。このバケット回動速度の設定はバケット刃先角γ
の変更が必要なときにのみ操作し、直線掘削の最中は操
作しない。一方、流量制御系２８，２９，３０の各角度
センサ３１から得られる検出角α、およびβ−αは三角
関数発生器３２で三角関数に変換される。すなわちβ−
αはｓｉｎ（α−β）に、αはｓｉｎαおよびｃｏｓα
に夫々変換される。また、加算点３３はβ−αとαを加
算してβを求め、このβは三角関数発生器３２に加えら
れてｃｏｓβおよびｓｉｎβに夫々変換される。掛算器
３４は前記無線受信機１９からのＸ_cドット目標値と三
角関数発生器３２からのｓｉｎβと入力し、ｘ_cドット
ｓｉｎβを出力する。掛算器３５は前記無線受信機１９
からのｙ_cドット目標値と三角関数発生器３２からのｃ
ｏｓβとを入力し、ｙ_cドットｃｏｓβを出力する。同
様に掛算器３６はｘ_cドットとｓｉｎαを入力し、ｘ_c
ドットｓｉｎαを出力する。また掛算器３７はｙ_cドッ
トとｃｏｓαを入力し、ｙ_cドットｃｏｓαを出力す
る。

【００２０】

【数４】

【００２１】加算点４４は、上記βドット目標地からα
ドット目標値を減算してβドット−αドット目標値を求
める。また加算点４５は前記無線受信機１９によるγド
ット目標値からβドット目標値を減算してγドット−β
ドットを求める。このときスイッチＳＷをａにセットす
ることにより、この値はバケットシリンダ流量制御系３
０に与えられる。なお、上記減算するβドット目標値
は、係数器４３から出力されたものに限らず、ブームお
よびアームにおける各微分器４６の出力の和をとったも
のでもよい。前記したようにαドット、βドット−αド
ットおよびγドット−βドットは夫々車体に対するブー
ム２の回動速度、ブーム２に対するアーム３の回動速
度、アーム３に対するバケット４の回動速度を示してい
るから上記各目標値を各シリンダの流量制御系２８，２
９，３０に目標値として与えることにより、バケット回
動支点Ｃのｘ軸方向移動速度ｘ_cドットと、バケット回
動支点Ｃのｙ軸方向移動速度ｙ_cドットと、目標値γド
ットと上記移動速度ｘ_cドットおよびｙ_cドットに伴な
うバケットの姿勢変化を相殺するに必要な回動速度−β
ドットとの和である車体に対するバケット刃先回動速度
γドット−βドットを得ることができる。すなわち、
「前」又は「後」のみを入力すれば車体に対する刃先角
γは一定のバケット４はｘ軸方向に移動し、「上」又は
「下」のみを入力すれば車体に対する刃先角γは一定の
まま、バケット４は垂直に移動する。「前」又は
「後」、「上」又は「下」を同時に操作すれば各々の速
度比で決定される角度で刃先角γは一定のまま直線的に
移動する。「ダンプ」または「カール」はバケット刃先
角γの変更が必要なときのみ操作すればよい。

【００２２】なお、上記実施例においては制御精度、応
答性等を向上させるためαドット、βドット−αドッ
ト、γドット−βを角度センサ１７および微分器４６を
介して検出してフィードバックグループを構成している
が、このフィードバックループを省略することも勿論可
能である。また、角度センサ３１によりα、β−α、γ
−βを検出し、三角関数発生器３２により三角関数に変
換するようにしているが、これは角度センサ３１として
関数型（ｓｉｎ、ｃｏｓ）ポテンショメータ等を利用す
ることにより直接検出することもできる。また、上記実
施例においては、各角度α、β、γを車体に対する角度
として与えたが、車体に適当な傾斜計を配設して上記角
度α、β、γを補正し、補正した値にもとづいて演算を
行なうようにすれば絶対水平に対する掘削制御を行なう
ことができる。また図６においてスイッチＳＷをｂにセ
ットすれば、常にバケットの操作入力によるγドット目
標値のみがバケットシリンダの供給流量制御系へ与えら
れるから「前」、「後」スイッチ又は「上」「下」スイ
ッチによるｘ_cドット、ｙ_cドットの指定に伴ないバケ
ットの姿勢が変化してもこれを相殺するに必要な信号は
バケット供給流量制御系へは入力されず、バケット軸は
送信機の「カール」又は「ダンプ」スイッチによりγド
ット目標値が与えられたときのみこれに従って回動する
ことになる。従ってこのスイッチＳＷの切り換えにより
上記バケット姿勢保持の機能を有する操作方法と有しな
い操作方法の両方を実現することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、無線による遠隔操縦に
おいて、オペレータのイメージ通りの作業機先端の直線
移動を容易に行なうことができる。また無線送信機２１
において、これの機体より突出する操作レバーがなくな
り、これの携帯に便利になると共に、片手操作を可能に
することができた。さらに無線送信機２１の各スイッチ
がこれの機体より突出させない形状にしたことにより、
無線送信機２１をあやまって落下させたとしても誤操作
をおこしにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例を示す概略的な構成説明図である。

【図２】本発明の実施例を示す概略的な構成説明図であ
る。

【図３】本発明を適用したパワーショベルの一例を示す
側面図である。

【図４】パワーショベルの作業機各部の座標位置角度等
を定義するため説明図である。

【図５】本発明に係る無線送信機を示す斜視図である。

【図６】本発明の作用を説明するためのブロック図であ
る。

【符号の説明】

２…ブーム、３…アーム、４…バケット、５…ブームシ
リンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、
８，９，１０…制御弁、１１，１２，１３…制御弁駆動
回路、１８…センサ、１９…無線受信機、２０…無線送
信機、２２ａ…「上」スイッチ、２２ｂ…「下」スイッ
チ、２２ｃ…「ダンプ」スイッチ、２２ｄ…「カール」
スイッチ、２３ａ…「前」スイッチ、２３ｂ…「後」ス
イッチ、２３ｃ…「右旋回」スイッチ、２３ｄ…「左旋
回」スイッチ、２４ａ…「シフト」スイッチ、２５ａ…
「Ｈｉ」スイッチ、２５ｂ…「Ｌｏ」スイッチ、２６…
電源スイッチ、２７…警告スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業機の各リンクを駆動するアクチュエ
ータ及びこのアクチュエータを制御するアクチュエータ
制御手段と、このアクチュエータ制御手段の駆動回路に
対する指令値を演算出力する演算手段と、この演算手段
への遠隔操作入力を可能とする無線送・受信機とを有す
る作業機の無線操縦装置において、上記無線送信機の操
作部を方向指令入力用の押ボタン形式の複数のスイッチ
にて構成したことを特徴とする作業機の無線操縦装置。
【請求項２】無線送信機のスイッチの押面を、無線送
信機の本体表面より低くしたことを特徴とする請求項１
記載の作業機の無線操縦装置。