JPH05306532A - ティーチング手段を備えた建設機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】 ティーチング手段を備え、再生時に割り込
みで操作レバーから操作できる建設機械を提供する。 【構 成】 手動操作手段16が作業用の腕４に出力する
操作信号のセンサー18を設け、ティーチング回路22は操
作信号の記憶手段20を備え、再生回路23は手動操作手段
16から入力された操作信号を優先させ、記憶手段20の内
容を駆動手段17に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作業を自動的に行える
ようにしたティーチング手段を備えた建設機械に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットに複雑な作業を行わせる
場合の手段として、先ず、人間が行う操作をロボットに
記憶させ、該記憶した操作手順をロボットに再現させる
ことにより、複雑な作業をロボットに行わせることが従
来から行われている。このようなロボットには、据え付
型の外、建築現場などで塗装など移動しながら行う産業
用ロボットについても開発されている。また、溶接作
業、塗装作業などは、同様の作業も、溶接対象、作業現
場ごとに変更部分が生じるので、作業内容を一定とする
ことはできない。したがって、熟練者が実際に行う作業
手順を記憶させる機能、いわゆるティーチング機能をロ
ボットに持たせ、状況に合わせて、作業内容を変更でき
るロボットが開発されていることは周知である。

【０００３】ところで、油圧ショベルなどの建設機械
は、一般に旋回台の上に、ブーム、スティックなどの腕
を取り付け、先端に取り付けたバケットなどを自在に操
れるようにしたものであり、腕の動きは、産業用ロボッ
トの腕と類似している。したがって、油圧ショベルなど
の建設機械にティーチング機能を持たせ、自動的に作業
を行わせ、そして作業の質の向上と、オペレーターの負
担軽減を図ることが考えられる。

【０００４】以下、産業用ロボットのティーチング方法
の手法で油圧ショベルの自動操縦を行わせる場合につい
て図３を参照して説明する。図において角度センサー１
を油圧ショベル２のブーム４の揺動軸と、スティック６
の揺動軸と、バケット８の揺動軸と、旋回台10の旋回軸
12とに取り付けている。ティーチング操作及び自動制御
動作は、次の手順によって行わせる。先ず、オペレータ
ーが、操作レバー、操作ペダル（いずれも図示せず）な
どの手動操作手段を実際の現場で操作した作業手順を、
各角度センサー１が検出し、検出した角度信号を時間経
過と共に制御装置14が記憶する。次いで、記憶した前記
作業手順にしたがって、前記角度信号を制御装置に出力
させると、ブーム４、スティック６、バケット８、及
び、旋回台10を、オペレーターが行った操作と同じ手順
で自動的に操作させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したよ
うに、産業用ロボットに用いる従来のティーチング方法
を油圧ショベルなどの建設機械に適用すると、大きな外
力の掛かる旋回台、ブーム、スティック、バケットなど
に、小型且つ精巧なセンサーを装着しなければならず、
システム全体としての信頼性を確保することがむずかし
いという問題がある。また、前記の角度による位置制御
は、バケットの軌跡を忠実に再生するが、この再生機能
に関して建設機械の場合には次に示すような問題が生じ
る。

【０００６】例えば、掘削する土の中に岩などの障害物
があるとバケット等の掘削装置が目標位置に到達するこ
とができず、プログラムが終了しないという事態が起こ
る。また、建設機械が行う作業環境は、工場のように整
備されておらず、また、塗装作業のように予め作業範囲
を整備することが困難な場合が極めて多い。したがっ
て、建設機械に角度信号を入力するティーチング方法に
よってロボット機能を与えることは実用化されていない
状況にある。

【０００７】本発明は、以上の問題に着目して成された
ものであり、土木工事などを行う建設機械にティーチン
グ機能を持たせ、ティーチングされた作業を実施できな
い事態が起った場合には自動操縦に割り込んでオペレー
ターが手動で対処でき、続いて自動操縦を継続したり、
ティーチングしていない操作を手動で入力しながらティ
ーチイング動作と併用運転することのできるティーチン
グ手段を備えた建設機械を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めの本発明のティーチング手段を備えた建設機械の構成
は、作業用の腕の駆動手段と該駆動手段に操作信号を出
力する手動操作手段を備えた建設機械において、手動操
作手段に操作方向及び操作量を検出するセンサーを取り
付け、前記腕を自動操縦する制御手段を搭載し、該制御
手段は自動操縦操作の入力部と再生部とを備え、入力部
は前記センサーが出力する操作方向と操作量とを経過時
間と共に記憶する記憶手段を備え、再生部は、前記記憶
手段から前記操作信号を読み出し駆動手段に出力し、且
つ、該自動操縦信号を出力中に、手動操作手段から操作
信号が出力されると自動信号に優先して手動操作信号を
駆動装置に与えるようにしたものである。

【０００９】前記腕とは、油圧ショベルなどの建設機械
において、ブーム、スティック、アームなどの部材を指
しており、前記駆動手段は一般には油圧手段であるが、
本発明はこれに限定されない。また、前記自動操縦は走
行装置の制御を含ませることができる。即ち、走行装置
を運転する手動操作手段にセンサーを取り付け、走行装
置の走行方向及び操作量を検出し、前記制御手段によっ
て、走行装置の自動操縦も再生させることができる。

【００１０】前記手動操作手段は、操作レバー、操作ペ
ダルなどを意味しており、一般に、建設機械は複数の手
動操作手段及び駆動手段を備えている。したがって、前
記記憶手段は、各駆動手段ごとに記憶させる必要があ
る。また、前記制御手段は、コンピューターを内蔵した
電子制御手段で行うことができる。

【００１１】

【作 用】手動操作手段の動きを時間経過と共に記憶さ
せる手段は、センサーをブーム、スティックなどに取り
付けることを不要にすると共に、センサーの取り付けを
容易にし、システム全体としての信頼性を確保可能にす
る。また、手動操作手段の操作を優先させて自動操縦を
行わせる手段は、予測しない事態に対する対応や、不規
則的に行う作業を通常の操作と同様にオペレーターが操
縦しながら自動操縦を継続して行わせることができ、手
動のみによって行うより作業内容を豊富に、また、作業
能率を向上させてオペレーター負担を軽くするように作
用する。

【００１２】

【実 施 例】以下、添付の図を参照して、本発明の実
施例を説明する。なお、本実施例に使用した油圧ショベ
ルは、図３に示した油圧ショベルと同型のものを使用し
た。なお、本実施例の制御装置14の説明を簡単にするた
め、図１において操作レバー16は、ブーム４を旋回台10
に対して揺動（屈曲）させる油圧シリンダーから成る駆
動手段17のみ記載し、説明をこれに限定して行った。

【００１３】図１において、該操作レバー16に、操作方
向及び操作量を検出し、電気信号に変換するセンサー18
を取り付け、該センサー18が出力する操作信号を制御装
置14に与えるようにしている。制御装置14は、メモリー
20を備えたティーチング回路22と再生回路23とを備え、
メモリー20は操作レバー16の操作方向と操作量とを、時
間経過と共に記憶する。ティーチング回路22と再生回路
23とは切換スイッチ24によって切り換える。

【００１４】次に、操作レバー16を、図１に示す状態か
ら上方（実線矢印）に、最初はゆっくり、次いで速く、
２段階に動かしたのち、一旦停止し、次いで、最初速
く、次いで徐々に速度を下げて動かし、元の状態に戻す
（点線矢印）操作のティーチングと再生する場合によっ
て、制御装置14の動作を説明する。図２は、前記操作レ
バー16の動きの時間経過をグラフにしたものであり、縦
軸はプラス側がブーム４を上への揺動を、マイナス側は
ブーム４を下へ揺動させる操作量を表し、横軸は時間を
表している。

【００１５】切換スイッチ24をＴ端子側に入れると、テ
ーチング回路22が作動し、メモリー20をリセットする。
センサー18によって検出された操作レバー16の操作信号
は、駆動手段17のコントロールバルブ30に出力し、実際
に油圧ショベル２を作動させると共に、操作内容をメモ
リー20に入力する。メモリー20は、入力された信号が操
作レバー16の信号であることの識別信号と共に、図２の
内容が入力される。なお、図１の符号28は油圧ポンプで
あり、28はエンジン,30 はコントロールバルブである。

【００１６】次に、切換スイッチ24を、Ｐ端子側に切り
換えると、再生回路23が作動し、図２に示す一連の操作
信号を、メモリー20から読み出し、繰り返し出力する機
能と、再生中に操作レバー16が操作されると、該操作レ
バー16からの操作信号を優先してコントロールバルブ30
にを出力し、操作レバー16がニュートラル状態となる
と、再び、メモリー20の内容をコントロールバルブ30に
出力する。したがって、本発明においても、土質が均一
であれば、腕の屈曲角度を検出・制御して作業を行わせ
る従来の方法と同様に、同じ軌跡を描いてバケット８を
操作することが可能である。

【００１７】なお、操作レバー16による優先操作が行わ
れた場合、自動操縦の再開を、一連の繰り返し動作が中
断した所から再開させるか、最初に戻って作業開始させ
るか、又は、再生内容の出力を停止するのみで、再生動
作自体は継続させるかは、制御装置14に予めその機能を
プログラムしておくことによって、いずれを実現させる
こともできる。また、選択スイッチを設けることによ
り、任意の前記モードで再生動作を行わせることもでき
る。

【００１８】ところで、掘削作業をする場合、一度掘削
すると、そこは殆ど土砂がなくなり、バケット８に同じ
軌跡を描かせても意味がなく、次回は、前回より深い位
置にバケット８を移動させて、掘削を開始させることが
好ましい。この作業は、実際を見ながら行う必要があ
り、従来の軌跡制御では、このような動作を行わせるこ
とができず、効率よい掘削作業を行わせることができな
い。ところが、本実施例の油圧ショベル１は、前回の掘
削開始点よりも、今回の掘削開始点を下方にずらせて再
生させれば、この再生段階で前回の軌跡を下方に平行移
動した軌跡を描かせることができる。

【００１９】また、実施例１の油圧ショベル１は、ブー
ム４とバケット８のみの操作を記憶させ、再生時にステ
ィック６の操作をオペレーターが操作する複合運転を行
えば従来困難であった３連動操作も簡単に行うことがで
きる。また、ブーム４を激しく上下させ、バケット８の
底部で地面を締め固める作業を行う場合、ブーム４の上
下に揺動させる動作のみ、メモリー20に記憶させておけ
ばオペレーターが旋回操作を行うのみで、容易に締め固
め作業を行うことができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように構成した本考案のテ
ィーチング手段を備えた建設機械は、次の効果を得るこ
とができる。即ち、ブーム、スティックに角度センサー
を設ける必要がないので、大きな外力が加わる部材にセ
ンサーを取り付ける必要がなく、システム全体の信頼性
を確保することができる。そしてバケットなどの掘削装
置の描く軌跡を平行移動させた軌跡を簡単に再現させる
ことができる。

【００２１】掘削→旋回→排土→掘削位置に戻るという
一連の作業だけでなく、作業の一部のみティーチング
し、ティーチング作業を割り付けていない駆動手段で位
置修正を行うという複合運転を行うことが可能であるの
で、３連動操作、締め固めなどの作業を容易に行うこと
ができる。更に、掘削する土砂中から、障害物が現れた
場合など、ティーチングした作業に対し、作業環境が整
備されていない場合にも容易に対応しながら、ティーチ
ングした作業を継続させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のティーチング手段を備えた建
設機械の制御動作の概要を説明するブロック図である。

【図２】図１に示す実施例の動作説明に使用するティー
チング内容を示したグラフ図である。

【図３】従来のティーチング方法による制御装置を装備
した油圧ショベルの説明図である。

【符号の説明】

１ 油圧ショベル（建設機械） ２ ブーム（腕） ４ 角度センサー ６ スティック
（腕） ８ バケット ８ 旋回台 12 制御装置 14 制御装置 16 操作レバー（手動操作手段） 18 センサー 20 メモリー 22 ティーチング
回路 23 再生回路 24 切換スイッチ 30 コントロールバルブ

フロントページの続き (72)発明者 伊賀 眞 東京都港区北青山一丁目２番３号 新キャ タピラー三菱株式会社内 (72)発明者 小林 伸行 東京都港区北青山一丁目２番３号 新キャ タピラー三菱株式会社内 (72)発明者 田村 学 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業用の腕の駆動手段と該駆動手段に操
   作信号を出力する手動操作手段を備えた建設機械におい
   て、前記手動操作手段に操作方向及び操作量を検出する
   センサーを取り付け、前記腕を自動操縦する制御手段を
   搭載し、該制御手段は、自動操縦操作の入力部と再生部
   とを備え、入力部は前記センサーが出力する操作方向と
   操作量とを経過時間と共に記憶する記憶手段を備え、再
   生部は前記記憶手段から前記操作信号を読み出し駆動手
   段に出力し、且つ、該自動操縦信号を出力中に、手動操
   作手段から操作信号が出力されると、自動信号に優先し
   て手動操作信号を駆動装置に与えるようにしたティーチ
   ング手段を備えた建設機械。