JPH0559745A - 腕式作業機の作業具軌跡制御装置 - Google Patents
腕式作業機の作業具軌跡制御装置Info
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- JPH0559745A JPH0559745A JP3628592A JP3628592A JPH0559745A JP H0559745 A JPH0559745 A JP H0559745A JP 3628592 A JP3628592 A JP 3628592A JP 3628592 A JP3628592 A JP 3628592A JP H0559745 A JPH0559745 A JP H0559745A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 法面に沿った任意の方向に作業具を移動させ
ることのできる腕式作業機の制御装置の提供。 【構成】 角度計１４、１６、１７と、法面傾斜角設定
ダイヤル１２と、速度指令レバー１０と、１方向を法面
の最大傾斜角方向に取り、他の１方向を水平方向に取
り、旋回角度の変化にかかわらず、法面傾斜角設定ダイ
ヤル１２で設定された傾斜角の法面に沿った任意の方向
にバケット５が移動するように、それぞれの角度計１
４、１６、１７、法面傾斜角設定ダイヤル１２、速度指
令レバー１０からの出力値に基づいて、旋回体２、ブー
ム３およびアーム４の各アクチュエータの作動を制御す
るための所定の信号を出力する演算制御手段すなわち制
御装置とを備えた。
ることのできる腕式作業機の制御装置の提供。 【構成】 角度計１４、１６、１７と、法面傾斜角設定
ダイヤル１２と、速度指令レバー１０と、１方向を法面
の最大傾斜角方向に取り、他の１方向を水平方向に取
り、旋回角度の変化にかかわらず、法面傾斜角設定ダイ
ヤル１２で設定された傾斜角の法面に沿った任意の方向
にバケット５が移動するように、それぞれの角度計１
４、１６、１７、法面傾斜角設定ダイヤル１２、速度指
令レバー１０からの出力値に基づいて、旋回体２、ブー
ム３およびアーム４の各アクチュエータの作動を制御す
るための所定の信号を出力する演算制御手段すなわち制
御装置とを備えた。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は腕式作業機の作業具軌跡
制御装置、さらに詳しくは、作業具を法面に沿った任意
の方向に容易に移動させる制御を行うことができる装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、たとえば油圧ショベルのフロント
のバケットや、バケットの代りに掴み装置または破砕機
等を装着した作業機によって、法面掘削、ブロック積
み、コンクリート破壊等の作業を法面に沿って行う場
合、オペレータは上記バケットや掴み装置などの作業具
を法面に沿って任意の方向に自由に動かす必要がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、これ等の作業
を行うためにオペレータは作業具が法面に沿って移動す
るよう旋回レバー、ブームレバーおよびアームレバーを
複合操作しなければならず、油圧ショベルのフロント方
向が法面最大傾斜角方向から外れると、法面の傾斜角が
変化するため、法面に沿って任意の方向に自由に作業具
を動かすことはほとんど不可能に近い作業であった。 【０００４】本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、
法面に沿った任意の方向に作業具を移動させることので
きる腕式作業機の制御装置を提供することを目的とす
る。 【０００５】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、走行体上に旋回可能に枢着された旋回体
と、その旋回体に俯仰動可能に枢着された第１作業腕
と、その第１作業腕に揺動可能に枢着された第２作業腕
と、その第２作業腕に取付けられた作業具と、それら旋
回体、第１作業腕および第２作業腕を作動する各アクチ
ュエータとを備えた腕式作業機において、前記旋回体の
旋回角度と、第１作業腕の俯仰動角度と、第２作業腕の
揺動角度とをそれぞれ検出する角度検出手段と、作業具
がそれに沿って移動すべき法面の傾斜角を設定する法面
傾斜角設定手段と、法面に沿った２つの方向への作業具
の移動速度をそれぞれ指令する速度指令手段と、前記２
つの方向のうち１方向を法面の最大傾斜角方向に取り、
他の１方向を水平方向に取り、前記旋回角度の変化にか
かわらず、前記法面傾斜角設定手段で設定された傾斜角
の法面に沿った任意の方向に作業具が移動するように、
前記それぞれの角度検出手段、法面傾斜角設定手段、速
度指令手段からの出力値に基づいて、前記旋回体、第１
作業腕および第２作業腕の各アクチュエータの作動を制
御するための所定の信号を出力する演算制御手段とを備
えた構成にしてある。 【０００６】 【作用】本発明は、上記の構成にしてあることから、掘
削作業等に際しては、まず、法面最大傾斜角方向に旋回
体、第１作業腕、第２作業腕、作業具を向け、作業具を
法面に接地する。この状態で法面傾斜角設定手段により
作業具が移動すべき法面の傾斜角を設定する。次いで、
速度指令手段により法面に沿った２つの方向への作業具
の移動速度をそれぞれ指令すると、作業具、第１作業
腕、第２作業腕、及び旋回体が適宜作動する。これらの
作業具、第１作業腕、第２作業腕、旋回体の作動に伴っ
て、旋回体の旋回速度と、第１作業腕の俯仰動角度と、
第２作業腕の揺動角度とがそれぞれ角度検出手段によっ
て検出される。そして、角度検出手段から出力される旋
回体の旋回角度、第１作業腕の俯仰動角度、第２作業腕
の揺動角度、前記法面傾斜角設定手段から出力される法
面の傾斜角、および前記速度指令手段から出力される２
つの方向への作業具のそれぞれの移動速度に応じて前記
旋回体、第１作業腕および第２作業腕の各アクチュエー
タの作動が制御され、これにより、作業具を法面に沿っ
た任意の方向に移動させ、掘削作業等を行なうことがで
きる。また特に、速度指令手段により法面に沿った水平
方向と、最大傾斜角方向の移動速度を指令するので、オ
ペレータが旋回体上にいないリモコンなどの操作の場合
にも好適である。 【０００７】 【実施例】以下、本発明の腕式作業機の作業具軌跡制御
装置の一実施例を図に基づいて説明する。図１は作業機
の一例で、走行体１上に旋回可能に枢着された旋回体２
と、旋回体２に俯仰動可能に枢着された第１作業腕（ブ
ーム）３と、第１作業腕３に揺動可能に枢着された第２
作業腕（アーム）４と、第２作業腕４に取付けられた作
業具（バケット）５とを備えた油圧ショベルの平面図を
示すものである。この例でバケット５はアーム４に回動
可能に取付けられている。 【０００８】図２は図１に示す油圧ショベルの側面図を
示し、旋回体２は旋回モータ６により、ブーム３はブー
ムシリンダ７により、アーム４はアームシリンダ８によ
り、バケット５はバケットシリンダ９によりそれぞれ駆
動される。 【０００９】図２において、φはバケット５で掘削する
法面の設定傾斜角度を示す。図１は油圧ショベルのフロ
ント部（ブーム３、アーム４、バケット５）を法面の最
大傾斜角（φ）方向Ｔに向けて掘削する状態を示し、図
のＴ´方向は旋回体２が旋回角θだけ旋回した方向を示
す。 【００１０】図３は図１のフロント部の位置関係および
アーム先端点Ａの速度を示し、図４および図５は図２の
フロント部の位置関係およびアーム先端点Ａの速度を示
すものである。 【００１１】今、図３および図４に示すように、アーム
先端点Ａの法面最大傾斜角方向の速度をＶＴ、法面に沿
った水平方向の速度をＶＨとする。図４において、ＶＴ
の水平方向および鉛直方向の速度成分ＶＸ、ＶＹは、 ＶＸ＝ＶＴcosφ…………（１） ＶＹ＝ＶＴsinφ…………（２） で表される。 【００１２】一方、図３に示すように旋回体が旋回角θ
のＴ´方向において、ＶＨおよび（１）式より求められ
るＶＸのＴ´方向およびこれに直交する方向の速度成分
Ｖｘ、Ｖθは、 Ｖｘ＝ＶＸcosθ＋ＶＨsinθ……………（３） Ｖθ＝−ＶＸsinθ＋ＶＨcosθ…………（４）と表され
る。 【００１３】図５において、ｘ、ｙ座標を旋回体２およ
びフロント部に固定されたものとすれば、この座標での
鉛直方向成分Ｖｙは、 Ｖｙ＝ＶＹ………………（５） である。 【００１４】そこで、（１）〜（５）式をまとめれば、 Ｖｘ＝ＶＴcosφcosθ＋ＶＨsinθ………………（６） Ｖｙ＝ＶＴsinφ……………………………………（７） Ｖθ＝−ＶＴcosφsinθ＋ＶＨcosθ……………（８） と表すことができる。 【００１５】また、ｘ、ｙ座標上のアーム先端点Ａの座
標を（ＸＡ、ＹＡ）とし、旋回中心点Ｓとブーム３の枢
着点Ｏとの距離をＬｓ、ブーム３の枢着点Ｏとアーム４
の枢着点Ｂとの距離をＬｂ、アーム４の枢着点Ｂとバケ
ット５の枢着点Ａの距離をＬａとし、∠ＢＯＸ＝β、∠
ＡＢＯ−９０゜＝αとすれば、ＸＡ、ＹＡは、 ＸＡ＝Ｌｂcosβ＋Ｌａsin（β＋α）……………（９） ＹＡ＝Ｌｂsinβ−Ｌａcos（β＋α）……………（10） となる。 【００１６】ここで、ＸＡの微分値はＶｘ、ＹＡの微分
値はＶｙであるから、上記（９）、（10）式を微分して
ブーム角速度Ｊβおよびアーム角速度Ｊαについて整理
すれば、 Ｊβ＝｛−Ｖｘsin(β＋α)＋Ｖｙcos(β＋α)｝／Ｌｂcosα……………(11) Ｊα＝〔Ｖｘ｛Ｌｂcosβ＋Ｌａsin(β＋α)｝＋Ｖｙ｛Ｌｂsinβ−Ｌａcos （β＋α）｝〕／ＬｂＬａcosα……………(12) となる。 【００１７】また、旋回角速度Ｊθは、 Ｊθ＝Ｖθ／（Ｌｓ＋ＸＡ）…………………………(13) となり、（13）式に（９）式を代入すれば、 Ｊθ＝Ｖθ／｛Ｌｓ＋Ｌｂcosβ＋Ｌａsin(β＋α)｝……………………(14) となる。 【００１８】以上の（１）〜（14）式で明らかなよう
に、アーム先端点Ａに法面上の最大傾斜角方向の速度Ｖ
Ｔおよび水平方向の速度ＶＨを与えることにより、ブー
ム３、アーム４および旋回体２の角速度Ｊβ、Ｊα、Ｊ
θを(11)(12)(13)式で演算することができ、この角速度
でブーム３、アーム４および旋回体２を動かせば、アー
ム先端点ＡはＶＨ、ＶＴの合成速度で移動させることが
できる。 【００１９】すなわち、法面の最大傾斜角方向の速度Ｖ
Ｔと法面の水平方向の速度ＶＨを与えることによってア
ーム先端点Ａの法面に沿った移動が可能となる。 【００２０】しかし、実際上は種々の制御誤差により必
ずしも所望の動きが得られない場合もあるので、上記の
ようにＪβ、Ｊα、Ｊθを制御するとともにこれらのＪ
β、Ｊα、Ｊθを積分した値を角度の目標値Ｆβ、Ｆ
α、Ｆθとし、実際の角度β、α、θと比較して修正す
るフィードバック制御を加えれば制御精度が向上する。
図６は本発明の流量制御手段すなわち制御装置を示す図
である。１０はアームの先端点Ａの法面の最大傾斜角方
向速度信号ＶＴ、法面水平方向速度信号ＶＨを与える速
度指令レバーでジョイスティックレバーにより構成され
る。１１はレバー１０の操作量に応じてＶＴ、ＶＨを出
力するとともに、レバー１０が操作されたことを示す制
御指令信号Ｃを出力する速度指令器である。１２は法面
の傾斜角を設定する法面傾斜角設定ダイヤル、１３はダ
イヤル１２の動きに連動して傾斜角信号φを出力する法
面傾斜角設定器、１４は旋回体２の旋回角度を検出する
旋回角度計、１５は旋回角度計１４をリセットするリセ
ットスイッチで、このリセットスイッチ１５が押される
と旋回角度計１４が零となる。１６はブーム３のブーム
角度βを検出するブーム角度計、１７はアーム４のアー
ム角度αを検出するアーム角度計である。１８は速度指
令器１１からの速度信号ＶＴ、ＶＨ、旋回角度計からの
旋回角度θおよび法面傾斜角設定ダイヤル１２からの法
面傾斜信号φを入力し、上記（６）、（７）、（８）式
に基づいて速度成分Ｖθ、Ｖｘ、Ｖｙを演算する速度演
算器、１９は速度演算器１８からの速度成分Ｖθ、ブー
ム角度計１６からのブーム角度βおよびアーム角度計１
７からのアーム角度αを入力し、上記(14)式に基づいて
旋回角速度Ｊθを出力する角速度演算器、２０は速度演
算器１８からの速度成分Ｖｘ、Ｖｙ、ブーム角度計１６
からのブーム角度β、およびアーム角度計１７からのア
ーム角度αを入力し、上記(11)、(12)式に基づいてブー
ム角速度Ｊβおよびアーム角速度Ｊαを演算し、ブー
ム、アームの角速度目標値ＦＪβ、ＦＪαを出力する角
速度演算器である。 【００２１】２１は速度指令器１１からの制御指令信号
Ｃが入るまでは旋回角度計１４からの検出角度θをその
まま角度の目標値Ｆθとして出力し、制御指令信号Ｃが
入ると、その時点の旋回角度計１４の検出角度θ０を初
期値としてＦＪθを積分し、旋回目標角度Ｆθを出力す
る積分器、２２は速度指令器１１からの制御指令信号Ｃ
が入るまではブーム角度計１６からの検出角度βをその
まま角度の目標値Ｆβとして出力し、制御指令信号Ｃが
入ると、その時点のブーム角度計１６の検出角度β０を
初期値としてＦＪβを積分し、ブーム目標角度Ｆβを出
力する積分器、２３は速度指令器１１からの制御指令信
号Ｃが入るまではアーム角度計１７からの検出角度αを
そのまま角度の目標値Ｆαとして出力し、制御指令信号
Ｃが入ると、その時点のアーム角度計１７の検出角度α
０を初期値としてＦＪαを積分し、アーム目標角度Ｆα
を出力する積分器である。これらの積分器２１、２２、
２３の演算の内容を、図７にそれぞれ（15）、（16）、
（17）式で示してある。 【００２２】２４は上記積分器２１の出力Ｆθと検出器
１４の出力θとの偏差Δθ＝Ｆθ−θを演算する減算
器、２５は上記積分器２２の出力Ｆβと検出器１６の出
力βとの偏差Δβ＝Ｆβ−βを演算する減算器、２６は
上記積分器２３の出力Ｆαと検出器１７の出力αとの偏
差Δα＝Ｆα−αを演算する減算器、２７は偏差Δθに
ゲインＫ１を乗ずる係数器、２８は偏差ΔβにゲインＫ
２を乗ずる係数器、２９は偏差ΔαにゲインＫ３を乗ず
る係数器、３０は角速度演算器１９の出力ＦＪθに係数
器２７の出力Ｋ１Δθを加算してＦＪθ＋Ｋ１Δθを演
算する加算器、３１は角速度演算器２０の出力ＦＪβに
係数器２８の出力Ｋ２Δβを加算してＦＪβ＋Ｋ２Δβ
を演算する加算器、３２は角速度演算器２０の出力ＦＪ
αに係数器２９の出力Ｋ３Δαを加算してＦＪα＋Ｋ３
Δαを演算する加算器、３３、３４、３５はそれぞれ加
算器３０、３１、３２の出力に制御上の補正や補償を行
う補償増幅器である。３６、３７、３８はそれぞれ補償
増幅器３３、３４、３５の出力により動作して旋回モー
タ６、ブームシリンダ７、アームシリンダ８の流量を制
御する流量制御装置である。 【００２３】また、図６には示さないが、旋回体２、ブ
ーム３、アーム４およびバケット５の各アクチュエータ
を手動操作する各操作レバーが旋回体２の運転室内に設
けられており、各アクチュエータを単独または複合操作
可能になっている。 【００２４】上記のように構成した図６の制御装置の作
用・動作について説明する。 【００２５】まず、図１に示す法面最大傾斜角方向Ｔに
旋回体２、ブーム３、アーム４、バケット５を向け、リ
セットスイッチ１５を押す。これによって旋回角度計１
４が零にセットされる。次いで、バケット５の先端Ｄ点
を図２に示すような位置に手動操作し、法面傾斜角設定
ダイヤル１２を掘削しようとする法面の傾斜角φに設定
し、速度指令器１１から制御指令信号Ｃが出力されると
ともに、速度指令レバー１０の操作量に応じた速度信号
ＶＨ、ＶＴが出力される。そして、速度演算器１８では
速度信号ＶＨ、ＶＴ、旋回角度計からの旋回角度θおよ
び法面傾斜角設定ダイヤル１２からの傾斜角信号φを入
力し、上記（６）、（７）、（８）式で示した速度成分
Ｖθ、Ｖｘ、Ｖｙが演算される。角速度演算器１９は速
度成分Ｖθ、ブーム角度β、アーム角度αを入力し、上
記（14）式で示した旋回角度の目標値ＦＪθを演算出力
し、角速度演算器２０は速度成分Ｖｘ、Ｖｙ、ブーム角
度βおよびアーム角度αを入力し、上記（11）、（12）
式からブーム、アームの角速度目標値ＦＪβ、ＦＪαを
演算出力する。この角速度目標値ＦＪθ、ＦＪβ、ＦＪ
αによって流量制御装置３６、３７、３８を介して旋回
モータ６、ブームシリンダ７、アームシリンダ８がそれ
ぞれ作動され、旋回体２、ブーム３、アーム４はそれぞ
れＪθ、Ｊβ、Ｊαの角速度で駆動される。一方、積分
器２１、２２、２３によってＦＪθ、ＦＪβＦＪαは積
分され、角度計１４、１６、１７から検出された実際の
角度θ、β、αと比較され、それらの偏差Δθ、Δβ、
Δαがあるときは旋回体２、ブーム３、アーム４の動き
が補正される。このようにして旋回体２、ブーム３、ア
ーム４が精度良く目標値に追従し、アーム先端点Ａは速
度指令レバー１０の操作量に応じて法面に沿って移動す
るので、バケット先端点Ｄを法面に沿って任意方向に移
動して掘削をすることが可能となる。また、速度指令レ
バー１０で法面に沿った水平方向と最大傾斜角方向の移
動速度を指令するので、法面を基準とした操作が容易で
あり、特に、オペレータが作業機上にいないリモコンな
どの操作に適する。 【００２６】なお、図６に示す制御に加えて、バケット
５の姿勢を法面に対して一定の姿勢を保つような制御を
別途行えば、より作業性の良い法面掘削を行うことがで
きる。 また、上記実施例の演算はブロック図を用いて
示したが、演算にはアナログ演算、ディジタル演算のど
ちらを用いても良く、マイクロコンピュータなどを用い
ると最も適切である。 【００２７】 【発明の効果】本発明は以上のように構成してあること
から、法面に沿った２つの方向の移動速度を与えること
によって、簡単な操作により作業具を法面に沿って任意
の方向に移動することが可能であり、特に、オペレータ
が作業機上にいないリモコンなどの操作にも好適であ
る。
制御装置、さらに詳しくは、作業具を法面に沿った任意
の方向に容易に移動させる制御を行うことができる装置
に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、たとえば油圧ショベルのフロント
のバケットや、バケットの代りに掴み装置または破砕機
等を装着した作業機によって、法面掘削、ブロック積
み、コンクリート破壊等の作業を法面に沿って行う場
合、オペレータは上記バケットや掴み装置などの作業具
を法面に沿って任意の方向に自由に動かす必要がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、これ等の作業
を行うためにオペレータは作業具が法面に沿って移動す
るよう旋回レバー、ブームレバーおよびアームレバーを
複合操作しなければならず、油圧ショベルのフロント方
向が法面最大傾斜角方向から外れると、法面の傾斜角が
変化するため、法面に沿って任意の方向に自由に作業具
を動かすことはほとんど不可能に近い作業であった。 【０００４】本発明は、上記した従来の問題点に鑑み、
法面に沿った任意の方向に作業具を移動させることので
きる腕式作業機の制御装置を提供することを目的とす
る。 【０００５】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、走行体上に旋回可能に枢着された旋回体
と、その旋回体に俯仰動可能に枢着された第１作業腕
と、その第１作業腕に揺動可能に枢着された第２作業腕
と、その第２作業腕に取付けられた作業具と、それら旋
回体、第１作業腕および第２作業腕を作動する各アクチ
ュエータとを備えた腕式作業機において、前記旋回体の
旋回角度と、第１作業腕の俯仰動角度と、第２作業腕の
揺動角度とをそれぞれ検出する角度検出手段と、作業具
がそれに沿って移動すべき法面の傾斜角を設定する法面
傾斜角設定手段と、法面に沿った２つの方向への作業具
の移動速度をそれぞれ指令する速度指令手段と、前記２
つの方向のうち１方向を法面の最大傾斜角方向に取り、
他の１方向を水平方向に取り、前記旋回角度の変化にか
かわらず、前記法面傾斜角設定手段で設定された傾斜角
の法面に沿った任意の方向に作業具が移動するように、
前記それぞれの角度検出手段、法面傾斜角設定手段、速
度指令手段からの出力値に基づいて、前記旋回体、第１
作業腕および第２作業腕の各アクチュエータの作動を制
御するための所定の信号を出力する演算制御手段とを備
えた構成にしてある。 【０００６】 【作用】本発明は、上記の構成にしてあることから、掘
削作業等に際しては、まず、法面最大傾斜角方向に旋回
体、第１作業腕、第２作業腕、作業具を向け、作業具を
法面に接地する。この状態で法面傾斜角設定手段により
作業具が移動すべき法面の傾斜角を設定する。次いで、
速度指令手段により法面に沿った２つの方向への作業具
の移動速度をそれぞれ指令すると、作業具、第１作業
腕、第２作業腕、及び旋回体が適宜作動する。これらの
作業具、第１作業腕、第２作業腕、旋回体の作動に伴っ
て、旋回体の旋回速度と、第１作業腕の俯仰動角度と、
第２作業腕の揺動角度とがそれぞれ角度検出手段によっ
て検出される。そして、角度検出手段から出力される旋
回体の旋回角度、第１作業腕の俯仰動角度、第２作業腕
の揺動角度、前記法面傾斜角設定手段から出力される法
面の傾斜角、および前記速度指令手段から出力される２
つの方向への作業具のそれぞれの移動速度に応じて前記
旋回体、第１作業腕および第２作業腕の各アクチュエー
タの作動が制御され、これにより、作業具を法面に沿っ
た任意の方向に移動させ、掘削作業等を行なうことがで
きる。また特に、速度指令手段により法面に沿った水平
方向と、最大傾斜角方向の移動速度を指令するので、オ
ペレータが旋回体上にいないリモコンなどの操作の場合
にも好適である。 【０００７】 【実施例】以下、本発明の腕式作業機の作業具軌跡制御
装置の一実施例を図に基づいて説明する。図１は作業機
の一例で、走行体１上に旋回可能に枢着された旋回体２
と、旋回体２に俯仰動可能に枢着された第１作業腕（ブ
ーム）３と、第１作業腕３に揺動可能に枢着された第２
作業腕（アーム）４と、第２作業腕４に取付けられた作
業具（バケット）５とを備えた油圧ショベルの平面図を
示すものである。この例でバケット５はアーム４に回動
可能に取付けられている。 【０００８】図２は図１に示す油圧ショベルの側面図を
示し、旋回体２は旋回モータ６により、ブーム３はブー
ムシリンダ７により、アーム４はアームシリンダ８によ
り、バケット５はバケットシリンダ９によりそれぞれ駆
動される。 【０００９】図２において、φはバケット５で掘削する
法面の設定傾斜角度を示す。図１は油圧ショベルのフロ
ント部（ブーム３、アーム４、バケット５）を法面の最
大傾斜角（φ）方向Ｔに向けて掘削する状態を示し、図
のＴ´方向は旋回体２が旋回角θだけ旋回した方向を示
す。 【００１０】図３は図１のフロント部の位置関係および
アーム先端点Ａの速度を示し、図４および図５は図２の
フロント部の位置関係およびアーム先端点Ａの速度を示
すものである。 【００１１】今、図３および図４に示すように、アーム
先端点Ａの法面最大傾斜角方向の速度をＶＴ、法面に沿
った水平方向の速度をＶＨとする。図４において、ＶＴ
の水平方向および鉛直方向の速度成分ＶＸ、ＶＹは、 ＶＸ＝ＶＴcosφ…………（１） ＶＹ＝ＶＴsinφ…………（２） で表される。 【００１２】一方、図３に示すように旋回体が旋回角θ
のＴ´方向において、ＶＨおよび（１）式より求められ
るＶＸのＴ´方向およびこれに直交する方向の速度成分
Ｖｘ、Ｖθは、 Ｖｘ＝ＶＸcosθ＋ＶＨsinθ……………（３） Ｖθ＝−ＶＸsinθ＋ＶＨcosθ…………（４）と表され
る。 【００１３】図５において、ｘ、ｙ座標を旋回体２およ
びフロント部に固定されたものとすれば、この座標での
鉛直方向成分Ｖｙは、 Ｖｙ＝ＶＹ………………（５） である。 【００１４】そこで、（１）〜（５）式をまとめれば、 Ｖｘ＝ＶＴcosφcosθ＋ＶＨsinθ………………（６） Ｖｙ＝ＶＴsinφ……………………………………（７） Ｖθ＝−ＶＴcosφsinθ＋ＶＨcosθ……………（８） と表すことができる。 【００１５】また、ｘ、ｙ座標上のアーム先端点Ａの座
標を（ＸＡ、ＹＡ）とし、旋回中心点Ｓとブーム３の枢
着点Ｏとの距離をＬｓ、ブーム３の枢着点Ｏとアーム４
の枢着点Ｂとの距離をＬｂ、アーム４の枢着点Ｂとバケ
ット５の枢着点Ａの距離をＬａとし、∠ＢＯＸ＝β、∠
ＡＢＯ−９０゜＝αとすれば、ＸＡ、ＹＡは、 ＸＡ＝Ｌｂcosβ＋Ｌａsin（β＋α）……………（９） ＹＡ＝Ｌｂsinβ−Ｌａcos（β＋α）……………（10） となる。 【００１６】ここで、ＸＡの微分値はＶｘ、ＹＡの微分
値はＶｙであるから、上記（９）、（10）式を微分して
ブーム角速度Ｊβおよびアーム角速度Ｊαについて整理
すれば、 Ｊβ＝｛−Ｖｘsin(β＋α)＋Ｖｙcos(β＋α)｝／Ｌｂcosα……………(11) Ｊα＝〔Ｖｘ｛Ｌｂcosβ＋Ｌａsin(β＋α)｝＋Ｖｙ｛Ｌｂsinβ−Ｌａcos （β＋α）｝〕／ＬｂＬａcosα……………(12) となる。 【００１７】また、旋回角速度Ｊθは、 Ｊθ＝Ｖθ／（Ｌｓ＋ＸＡ）…………………………(13) となり、（13）式に（９）式を代入すれば、 Ｊθ＝Ｖθ／｛Ｌｓ＋Ｌｂcosβ＋Ｌａsin(β＋α)｝……………………(14) となる。 【００１８】以上の（１）〜（14）式で明らかなよう
に、アーム先端点Ａに法面上の最大傾斜角方向の速度Ｖ
Ｔおよび水平方向の速度ＶＨを与えることにより、ブー
ム３、アーム４および旋回体２の角速度Ｊβ、Ｊα、Ｊ
θを(11)(12)(13)式で演算することができ、この角速度
でブーム３、アーム４および旋回体２を動かせば、アー
ム先端点ＡはＶＨ、ＶＴの合成速度で移動させることが
できる。 【００１９】すなわち、法面の最大傾斜角方向の速度Ｖ
Ｔと法面の水平方向の速度ＶＨを与えることによってア
ーム先端点Ａの法面に沿った移動が可能となる。 【００２０】しかし、実際上は種々の制御誤差により必
ずしも所望の動きが得られない場合もあるので、上記の
ようにＪβ、Ｊα、Ｊθを制御するとともにこれらのＪ
β、Ｊα、Ｊθを積分した値を角度の目標値Ｆβ、Ｆ
α、Ｆθとし、実際の角度β、α、θと比較して修正す
るフィードバック制御を加えれば制御精度が向上する。
図６は本発明の流量制御手段すなわち制御装置を示す図
である。１０はアームの先端点Ａの法面の最大傾斜角方
向速度信号ＶＴ、法面水平方向速度信号ＶＨを与える速
度指令レバーでジョイスティックレバーにより構成され
る。１１はレバー１０の操作量に応じてＶＴ、ＶＨを出
力するとともに、レバー１０が操作されたことを示す制
御指令信号Ｃを出力する速度指令器である。１２は法面
の傾斜角を設定する法面傾斜角設定ダイヤル、１３はダ
イヤル１２の動きに連動して傾斜角信号φを出力する法
面傾斜角設定器、１４は旋回体２の旋回角度を検出する
旋回角度計、１５は旋回角度計１４をリセットするリセ
ットスイッチで、このリセットスイッチ１５が押される
と旋回角度計１４が零となる。１６はブーム３のブーム
角度βを検出するブーム角度計、１７はアーム４のアー
ム角度αを検出するアーム角度計である。１８は速度指
令器１１からの速度信号ＶＴ、ＶＨ、旋回角度計からの
旋回角度θおよび法面傾斜角設定ダイヤル１２からの法
面傾斜信号φを入力し、上記（６）、（７）、（８）式
に基づいて速度成分Ｖθ、Ｖｘ、Ｖｙを演算する速度演
算器、１９は速度演算器１８からの速度成分Ｖθ、ブー
ム角度計１６からのブーム角度βおよびアーム角度計１
７からのアーム角度αを入力し、上記(14)式に基づいて
旋回角速度Ｊθを出力する角速度演算器、２０は速度演
算器１８からの速度成分Ｖｘ、Ｖｙ、ブーム角度計１６
からのブーム角度β、およびアーム角度計１７からのア
ーム角度αを入力し、上記(11)、(12)式に基づいてブー
ム角速度Ｊβおよびアーム角速度Ｊαを演算し、ブー
ム、アームの角速度目標値ＦＪβ、ＦＪαを出力する角
速度演算器である。 【００２１】２１は速度指令器１１からの制御指令信号
Ｃが入るまでは旋回角度計１４からの検出角度θをその
まま角度の目標値Ｆθとして出力し、制御指令信号Ｃが
入ると、その時点の旋回角度計１４の検出角度θ０を初
期値としてＦＪθを積分し、旋回目標角度Ｆθを出力す
る積分器、２２は速度指令器１１からの制御指令信号Ｃ
が入るまではブーム角度計１６からの検出角度βをその
まま角度の目標値Ｆβとして出力し、制御指令信号Ｃが
入ると、その時点のブーム角度計１６の検出角度β０を
初期値としてＦＪβを積分し、ブーム目標角度Ｆβを出
力する積分器、２３は速度指令器１１からの制御指令信
号Ｃが入るまではアーム角度計１７からの検出角度αを
そのまま角度の目標値Ｆαとして出力し、制御指令信号
Ｃが入ると、その時点のアーム角度計１７の検出角度α
０を初期値としてＦＪαを積分し、アーム目標角度Ｆα
を出力する積分器である。これらの積分器２１、２２、
２３の演算の内容を、図７にそれぞれ（15）、（16）、
（17）式で示してある。 【００２２】２４は上記積分器２１の出力Ｆθと検出器
１４の出力θとの偏差Δθ＝Ｆθ−θを演算する減算
器、２５は上記積分器２２の出力Ｆβと検出器１６の出
力βとの偏差Δβ＝Ｆβ−βを演算する減算器、２６は
上記積分器２３の出力Ｆαと検出器１７の出力αとの偏
差Δα＝Ｆα−αを演算する減算器、２７は偏差Δθに
ゲインＫ１を乗ずる係数器、２８は偏差ΔβにゲインＫ
２を乗ずる係数器、２９は偏差ΔαにゲインＫ３を乗ず
る係数器、３０は角速度演算器１９の出力ＦＪθに係数
器２７の出力Ｋ１Δθを加算してＦＪθ＋Ｋ１Δθを演
算する加算器、３１は角速度演算器２０の出力ＦＪβに
係数器２８の出力Ｋ２Δβを加算してＦＪβ＋Ｋ２Δβ
を演算する加算器、３２は角速度演算器２０の出力ＦＪ
αに係数器２９の出力Ｋ３Δαを加算してＦＪα＋Ｋ３
Δαを演算する加算器、３３、３４、３５はそれぞれ加
算器３０、３１、３２の出力に制御上の補正や補償を行
う補償増幅器である。３６、３７、３８はそれぞれ補償
増幅器３３、３４、３５の出力により動作して旋回モー
タ６、ブームシリンダ７、アームシリンダ８の流量を制
御する流量制御装置である。 【００２３】また、図６には示さないが、旋回体２、ブ
ーム３、アーム４およびバケット５の各アクチュエータ
を手動操作する各操作レバーが旋回体２の運転室内に設
けられており、各アクチュエータを単独または複合操作
可能になっている。 【００２４】上記のように構成した図６の制御装置の作
用・動作について説明する。 【００２５】まず、図１に示す法面最大傾斜角方向Ｔに
旋回体２、ブーム３、アーム４、バケット５を向け、リ
セットスイッチ１５を押す。これによって旋回角度計１
４が零にセットされる。次いで、バケット５の先端Ｄ点
を図２に示すような位置に手動操作し、法面傾斜角設定
ダイヤル１２を掘削しようとする法面の傾斜角φに設定
し、速度指令器１１から制御指令信号Ｃが出力されると
ともに、速度指令レバー１０の操作量に応じた速度信号
ＶＨ、ＶＴが出力される。そして、速度演算器１８では
速度信号ＶＨ、ＶＴ、旋回角度計からの旋回角度θおよ
び法面傾斜角設定ダイヤル１２からの傾斜角信号φを入
力し、上記（６）、（７）、（８）式で示した速度成分
Ｖθ、Ｖｘ、Ｖｙが演算される。角速度演算器１９は速
度成分Ｖθ、ブーム角度β、アーム角度αを入力し、上
記（14）式で示した旋回角度の目標値ＦＪθを演算出力
し、角速度演算器２０は速度成分Ｖｘ、Ｖｙ、ブーム角
度βおよびアーム角度αを入力し、上記（11）、（12）
式からブーム、アームの角速度目標値ＦＪβ、ＦＪαを
演算出力する。この角速度目標値ＦＪθ、ＦＪβ、ＦＪ
αによって流量制御装置３６、３７、３８を介して旋回
モータ６、ブームシリンダ７、アームシリンダ８がそれ
ぞれ作動され、旋回体２、ブーム３、アーム４はそれぞ
れＪθ、Ｊβ、Ｊαの角速度で駆動される。一方、積分
器２１、２２、２３によってＦＪθ、ＦＪβＦＪαは積
分され、角度計１４、１６、１７から検出された実際の
角度θ、β、αと比較され、それらの偏差Δθ、Δβ、
Δαがあるときは旋回体２、ブーム３、アーム４の動き
が補正される。このようにして旋回体２、ブーム３、ア
ーム４が精度良く目標値に追従し、アーム先端点Ａは速
度指令レバー１０の操作量に応じて法面に沿って移動す
るので、バケット先端点Ｄを法面に沿って任意方向に移
動して掘削をすることが可能となる。また、速度指令レ
バー１０で法面に沿った水平方向と最大傾斜角方向の移
動速度を指令するので、法面を基準とした操作が容易で
あり、特に、オペレータが作業機上にいないリモコンな
どの操作に適する。 【００２６】なお、図６に示す制御に加えて、バケット
５の姿勢を法面に対して一定の姿勢を保つような制御を
別途行えば、より作業性の良い法面掘削を行うことがで
きる。 また、上記実施例の演算はブロック図を用いて
示したが、演算にはアナログ演算、ディジタル演算のど
ちらを用いても良く、マイクロコンピュータなどを用い
ると最も適切である。 【００２７】 【発明の効果】本発明は以上のように構成してあること
から、法面に沿った２つの方向の移動速度を与えること
によって、簡単な操作により作業具を法面に沿って任意
の方向に移動することが可能であり、特に、オペレータ
が作業機上にいないリモコンなどの操作にも好適であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】作業機の一例となる油圧ショベルの平面図であ
る。 【図２】図１の油圧ショベルの側面図である。 【図３】図１の作業腕の位置関係およびアームの先端点
の速度を示す図である。 【図４】図２のアーム先端点の速度を示す図である。 【図５】フロント部に固定したｘ−ｙ座標上での作業腕
の位置関係およびアーム先端点の速度を示す図である。 【図６】本発明の演算制御手段すなわち制御装置を示す
ブロック図である。 【図７】数式を示す図である。 【符号の説明】 ２ 旋回体 ３ ブーム ４ アーム ５ バケット ６ 旋回モータ ７ ブームシリンダ ８ アームシリンダ １０ 速度指令レバー １２ 法面傾斜角設定ダイヤル １４ 旋回角度計 １６ ブーム角度計 １７ アーム角度計 １８ 速度演算器 １９ 角度演算器 ２０ 角度演算器
る。 【図２】図１の油圧ショベルの側面図である。 【図３】図１の作業腕の位置関係およびアームの先端点
の速度を示す図である。 【図４】図２のアーム先端点の速度を示す図である。 【図５】フロント部に固定したｘ−ｙ座標上での作業腕
の位置関係およびアーム先端点の速度を示す図である。 【図６】本発明の演算制御手段すなわち制御装置を示す
ブロック図である。 【図７】数式を示す図である。 【符号の説明】 ２ 旋回体 ３ ブーム ４ アーム ５ バケット ６ 旋回モータ ７ ブームシリンダ ８ アームシリンダ １０ 速度指令レバー １２ 法面傾斜角設定ダイヤル １４ 旋回角度計 １６ ブーム角度計 １７ アーム角度計 １８ 速度演算器 １９ 角度演算器 ２０ 角度演算器
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） 走行体上に旋回可能に枢着された旋回体と、そ
の旋回体に俯仰動可能に枢着された第１作業腕と、その
第１作業腕に揺動可能に枢着された第２作業腕と、その
第２作業腕に取付けられた作業具と、それら旋回体、第
１作業腕および第２作業腕を作動する各アクチュエータ
とを備えた腕式作業機において、前記旋回体の旋回角度
と、第１作業腕の俯仰動角度と、第２作業腕の揺動角度
とをそれぞれ検出する角度検出手段と、作業具がそれに
沿って移動すべき法面の傾斜角を設定する法面傾斜角設
定手段と、法面に沿った２つの方向への作業具の移動速
度をそれぞれ指令する速度指令手段と、前記２つの方向
のうち１方向を法面の最大傾斜角方向に取り、他の１方
向を水平方向に取り、前記旋回角度の変化にかかわら
ず、前記法面傾斜角設定手段で設定された傾斜角の法面
に沿った任意の方向に作業具が移動するように、前記そ
れぞれの角度検出手段、法面傾斜角設定手段、速度指令
手段からの出力値に基づいて、前記旋回体、第１作業腕
および第２作業腕の各アクチュエータの作動を制御する
ための所定の信号を出力する演算制御手段とを備えたこ
とを特徴とする腕式作業機の作業具軌跡制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3628592A JPH0627407B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 腕式作業機の作業具軌跡制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3628592A JPH0627407B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 腕式作業機の作業具軌跡制御装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15720784A Division JPS6136426A (ja) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | 腕式作業機の作業具軌跡制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0559745A true JPH0559745A (ja) | 1993-03-09 |
| JPH0627407B2 JPH0627407B2 (ja) | 1994-04-13 |
Family
ID=12465521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3628592A Expired - Lifetime JPH0627407B2 (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 腕式作業機の作業具軌跡制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627407B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100540999B1 (ko) * | 1998-05-12 | 2006-03-14 | 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비 | 중장비 차량의 붐-선회 속도비 제어장치 |
| WO2019112059A1 (ja) * | 2017-12-07 | 2019-06-13 | 住友建機株式会社 | ショベル |
| CN111364534A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-03 | 三一重机有限公司 | 一种斗杆装置及其控制方法、挖掘机 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7233009B2 (ja) | 2017-12-11 | 2023-03-06 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ヘッドアップディスプレイおよびヘッドアップディスプレイを搭載した移動体 |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP3628592A patent/JPH0627407B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100540999B1 (ko) * | 1998-05-12 | 2006-03-14 | 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비 | 중장비 차량의 붐-선회 속도비 제어장치 |
| WO2019112059A1 (ja) * | 2017-12-07 | 2019-06-13 | 住友建機株式会社 | ショベル |
| KR20200090794A (ko) * | 2017-12-07 | 2020-07-29 | 스미토모 겐키 가부시키가이샤 | 쇼벨 |
| JPWO2019112059A1 (ja) * | 2017-12-07 | 2020-11-26 | 住友建機株式会社 | ショベル |
| US11686065B2 (en) | 2017-12-07 | 2023-06-27 | Sumitomo Construction Machinery Co., Ltd. | Shovel |
| CN111364534A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-07-03 | 三一重机有限公司 | 一种斗杆装置及其控制方法、挖掘机 |
| CN111364534B (zh) * | 2020-04-24 | 2023-07-14 | 三一重机有限公司 | 一种斗杆装置及其控制方法、挖掘机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0627407B2 (ja) | 1994-04-13 |
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