JPH0561437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、さく岩機を乗架するブームを所望の
位置に迅速に自動位置決めする装置に関するもの
である。 （従来の技術） ブーム構造を有するさく岩機の乗架装置は、人
間の感覚によくマツチした直角座標系とは異なる
特殊な球面座標系を有しているので、その位置を
簡単な操作により指示することが困難である。こ
の点に鑑みて、本出願人は先に、ブームに乗架し
たさく岩機の位置指定を、直角座標系を入力可能
な位置決め装置を提案している（特公昭57−
51518号公報）。 その装置においては、直角座標系で入力された
さく孔パターンをブームの座標系に変換するため
の変換手段を有し、この変換手段の出力に基づ
き、ブームに乗架したさく孔機の位置決めサーボ
制御を行うようにしている。上記さく孔パターン
は、所定の基準点を中心に設定されており、さく
孔作業にあたつては、まずブームをその基準点に
一致するように初期設定すれば、基準点を中心と
してさく孔パターンに従つたさく孔が行われる。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような位置決め装置におい
ては、ブームの初期位置がさく孔パターン等の位
置情報の基準点に正確に一致していないと、所望
位置への正確なさく孔ができない。例えば、さく
岩機の製作時の誤差、あるいはブームの作業台車
への取付誤差等により、ブームの初期位置と上記
基準点との間にずれが生じていると、実際のさく
孔は、全てそのずれに影響されて、正確な位置に
行われなくなつてしまう。 （問題点を解決するための手段） そのために、本発明では、第１図Ａに示すよう
に、さく孔点の位置情報をブームの座標系により
表わされる位置情報に変換する変換手段１８を有
すると共に、さく孔点の位置情報の基準となる基
準点と実際のブーム初期位置とのずれ量を入力す
る入力手段１５とそのずれ量に基づき、さく孔点
の位置情報を補正してブームの初期位置を補正基
準点とする位置情報を算出する補正手段１７とを
有し、これら変換および補正手段を介して得られ
た位置情報に基づき、ブームに乗架されたさく岩
機の位置決め制御を行うようにしている。 （実施例） 以下に、図面を参照して、本発明の好適な実施
例について説明する。 第２図は本実施例におけるさく岩機のブーム乗
架装置本体の構造を示すものであり、第３図はブ
ームの移動方向を示すものである。図において、
作業台車上に固定する基台Ｆにブーム１の第１ブ
ーム２の後端２ａを回転自在に軸支すると共に、
該ブーム２の先端２ｂに第２ブーム３の先端３ａ
を回転自在に軸支し、該ブーム３の先端３ｂにセ
ルマウンテイング４を介してガイドセル用のシリ
ンダ５を固定している。該シリンダ５にはフイー
ドモータ６を後端に取り付けたガイドセル７を摺
動自在に載架して該シリンダ５の作動により上記
ガイドセル７を前後進させるようにすると共に、
該ガイドセル７にロツド９の先端にビツト１０を
取り付けたさく孔機８を前後進できるように装着
し、該さく孔機８のさく孔作業時に上記フイード
モータ６で前進作動させるようにしている。該さ
く孔機８を乗架するブーム１は左右水平方向（ｘ
方向）前後水平方向（ｚ方向）及び垂直方向（ｙ
方向）に変位するようにしており、上記第１ブー
ム２と第２ブーム３に夫々水平方向に作動させる
ブームスイング用のシリンダ１１とガイドセルス
イング用のシリンダ１２を取り付けると共に、垂
直方向に作動するブームリフト用のシリンダ１３
とガイドセルリフト用のシリンダ１４とを図示の
如く取り付けている。 上記各シリンダ１１〜１４の作動量と該作動に
応じて移動するブーム先端位置（即ち、ガイドセ
ル７の先端位置）の関係を、第４図を参照して解
析すると下記の通りとなる。 尚、第１ブームの長さをl₁、第２ブーム３の長
さをl₂第２ブーム３の先端よりガイドセル７の先
端までの長さを（即ち、ガイドセル７の移動量）
l_sとしている。 ブームがｚ軸上にあるとき、その先端は第４図
Ａ，Ｂ中のP₀の位置にある。まず、ブームスイ
ング用のシリンダ１１とガイドセルスイング用の
シリンダ１２とを作動し、そのロツドの伸長によ
り水平面（図中ｘ−ｚ面）に第１ブーム２をθ₁、
第２ブーム３をθ₃だけ移動すると、上記P₀点はP₁
点に移る。その後、ブームリフト用のシリンダ１
３、ガイドセルリフト用のシリンダ１４を作動し
垂直面（図中ｙ−ｚ面）にθ₂、θ₄だけ移動すると
P₁点はP₂点に移る。P₂点の位置及び（セルの）
方向は次式で与えられる。 ｘ＝l₁sin₁・cosθ＋｛l₂sinθ₁＋l_ssin（θ₁＋θ₃）｝
cos
（θ₂＋θ₄） ｙ＝l₁cosθ₁sinθ₂＋｛l₂cosθ₁＋l_scos（θ₁＋θ₃）
｝sin
（θ₂＋θ₄） ｚ＝l₁cosθ₁・cosθ₂＋｛l₂cosθ₁＋l_scos（θ₁＋θ₃
）｝
cos（θ₂＋θ₄） θ＝θ₁＋θ₃ φ＝θ₂＋θ₄ ……(1) すなわち、点P₂とその方向は(1)式を通して、
角座標系Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ）及び、ブーム
の座標系Pθ（θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，l_s）相互に変換で
き
る。 Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ）Pθ（θ₁，θ₂，θ₃，θ₄
，
l_s）したがつて直角座標系で与えられた点P₂の位
置と方向の制御は座標変換器〔Ｐ→Pθ〕と角度
θ₁，θ₂，θ₃，θ₄及び長さl_sの位置決めサーボ制御
装置があれば達成できることとなる。 しかるに、位置決め制御においては、位置決め
の基準点が必要であり、例えば、上記のようにブ
ームをｚ軸上の位置から所定量だけ移動させるた
めには、その前提条件として、ブームがｚ軸上に
正しく位置していることが必要である。従つて、
ブームがｚ軸からずれている場合には、そのずれ
量を考慮して、ブームを移動制御する必要があ
る。そのためには、以下に説明するように、ずれ
量に応じてブームの移動量を補正すればよい。 まず、第５図に示すように、ブーム１の初期位
置が正規の座標系のz′軸に対して破線で示す位置
にある場合、ブーム１をｚ軸とする移動座標系を
求める。この求めた座標系の各軸（ｘ，ｙ，ｚ）
と、正規の座標系の各軸（x′，y′，z′）との余弦
を求める。ここで、各余弦を次表のように設定す
る。

【表】 上記余弦を用いれば、移動座標系にて、目標ポ
イントへのブーム移動制御を達成するために必要
な入力座標値をもとめる式が得られる。 x′ y′ z′＝a₁₁a₁₂a₁₃ a₂₁a₂₂a₂₃ a₃₁a₃₂a₃₃ｘ ｙ ｚ ……(2) 本実施例における位置決め装置は、上述したよ
うな直角座標系をブームの座標系に変換するため
の手段と、ブームの正規座標系に対するずれ量を
補正するための手段と、位置決めサーボ制御手段
とを有し、直角座標系で指定された位置にブーム
先端のビツトを正確に位置させるようにしてい
る。 第１図Ａは、かかる位置決め装置のブロツク図
を示すものである。図において、１５は入力手段
であり、さく孔パターン、およびそのパターンの
基準となる基準点とブーム１との間のずれ量が入
力される。１６はさく孔パターンに応じてブーム
の先端位置を切羽直前の仮想直角座標面に対して
直接位置決めするための作動量を設定するメモリ
手段で、このメモリ手段１６には、入力手段１５
から入力されたさく孔パターンが記憶される。１
７は入力されたブーム１のずれ量に基づき、さく
孔パターンを補正する補正手段である。この補正
手段１７は、レジスタ１７ａと補正回路１７ｂを
有し、レジスタ１７ａには入力手段１５から入力
されたずれ量が記憶される。このずれ量は、前述
したように、正規座標系に対する余弦の値a₁₁〜
a₂₃として入力され、その算出は例えば実測によ
り行われる。補正回路１７には、このレジスタ１
７ａからずれ量が供給されると共に、メモリ手段
１６からさく孔パターンが順次に供給される。す
なわち、直角座標系による位置と方向（x′，y′，
z′，θ、φ）を示すさく孔位置情報P′が供給され
る。補正回路１７ｂでは、このうちの位置情報
（x′，y′，z′）がレジスタ１７ａから供給された
ずれ量（a₁₁〜a₃₃）に応じて補正される。すなわ
ち、前述の(2)式で示す演算が実行されて、補正さ
れた位置情報（ｘ，ｙ，ｚ）が算出される。１８
は座標変換器であり、補正手段１７から供給され
る直角座標系による位置および方向を示す情報Ｐ
（ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ）を、ブームの座標系によ
る情報Pθ（各アーム２，３の変位角θ₁，θ₂，θ₃，
θ₄とガイドセル７の移動量l_s）に変換する。１９
はブームの位置決めサーボ制御装置であり、ブー
ム１の第１、第２ブーム２，２の変位角より各ブ
ームの駆動用油圧シリンダ１１〜１４のピストン
及びガイドセル用のシリンダ５の作動量を決定す
る。２０は各部の駆動を制御する中央処理装置で
あり、入力手段１５から操作入力があると、メモ
リ手段１６、補正手段１７、変換器１９へ制御信
号を出力する。これらの制御信号により、メモリ
手段１６内からさく孔位置情報P′が補正手段１７
へ供給される。２１は上記変換器１８とブーム位
置決めサーボ制御装置１９との間に接続するレジ
スタ（）であり、変換器１９より与えられる指
令値Pθをたくわえてサーボ制御装置１９に伝え
るものである。２２は変換器１８に接続したレジ
スタ（）であり第１ブーム２、第２ブーム３の
長さl₁，l₂……等の定数を変換器２９に与えてい
る。第１及び第２ブーム２，３からなるブーム１
及びガイドセル７の各駆動油圧シリンダ５，１１
〜１４は、上記位置決めサーボ制御装置１９と接
続し、該位置決めサーボ制御装置１９より指令さ
れる各シリンダ５，１１〜１４のピストン作動量
に応じて作動される。２３はさく孔機制御手段で
あり、ブーム１のガイドセル７上に乗架したさく
孔機８にはさく孔作動に必要な制御量を与えてお
り、上記位置決めサーボ制御装置１９と接続しブ
ームが所望位置に位置決めされた信号で作業を開
始するようにすると共に、中央処理装置２０とも
接続し、各さく孔作業毎の終了信号を与えるよう
にしている。２４はブーム２，３の各駆動用シリ
ンダ１１〜１４及びガイドセル用のシリンダ５の
変位を検出した信号を受けてブームの変位角を求
める２つの演算器であり、上記位置決めサーボ制
御装置１６と接続し、ブームの変位角（θ₁，θ₂，
θ₃，θ₄）及びガイドセル７の移動量（l_s）をフイ
ードバツクし、ブームの位置決めを行うようにし
ている。 上記駆動用シリンダ１１〜１４の変位よりブー
ムの変位角θ₁〜θ₂を上記演算器２４なしに直接又
は演算器２４を介して間接検出する原理について
下記に説明する。 第６図に示す第１ブーム２を簡略化した図面に
おいて、該第１ブーム２が今、水平状態にあると
きΔX₁，X₂，X₃は直角三角形である。したがつ
て各辺の長さを第６図の如く示すと次式が成立す
る。 a²＝b²＋c³ ……(3) 一方、アーム２が上方へ角度α°移動したとき点
X₁が点X₁′に移動し、X₁−X₃間の距離がｔだけ
増加したとすると次式が成立する。 （ａ＋ｔ）²＝（ｂ＋csinα）²＋（ccos）²＝b²＋c²
＋
2bcsinα ……(4) (3)、(4)式より t²＋2at＝2bcsinα ∴sinα＝t²＋2at／2bc ……(5) したがつて、角度αは次式より求まる。 α＝sin^-1t²＋2at／2bc ……(6) (6)式において、変数を無次元化するためａ／bcｔ を改めてＴとおく ａ／bcｔ⇒Ｔ ……(7) と(6)式は次のように変形できる。 α＝sin^-1（bc／2a²T²＋Ｔ） ……(8) 上記ΔX₁′X₂，X₃に相似な三角形ΔQ₁，Q₂，
Q₃を考える。ΔX₁′X₂，X₃と対応する各辺の長さ
をそれぞれ（a′，b′，c′，ｔ）と表示する各辺に
ついて ａ／a′＝ｂ／b′＝ｃ／c′＝ｔ／t′＝k₁（定数）…
…(9) が成立するから at／bc＝a′t′／b′c′ が成立すると共に(8)式の常数についても bc／a²＝b′c′／a′²＝k₂（定数） となり、相似な三角形の間では(8)式の常数及び変
数は三角形の大きさに依存せず、しかも角度αは
同一の(8)式で表わされることがわかる。定数k₂を
用いて、(8)式は次のように表示できる。 α＝sin^-1（k₂／２T²＋Ｔ） ……(10) このようにシリンダの変位Ｔより(9)式を用い
て、ブームの撮角αが求められる。具体的には次
の２つの演算器２３（デイジタル演算器を用いる
のが有利である。）を用いてこれを実現できる。

【表】 Ｔの検出装置としては、第７図に示す如き駆動
用油圧シリンダに組込まれたエンコーダ２５が用
いられる。 上記エンコーダ２５は上記各駆動油圧シリンダ
１１〜１４の内部基端側に取り付けており、シリ
ンダに固定するケース内に回転デイスク２６と検
出器２７とを設け、油圧の流入により軸２８を介
して回転デイスク２６が回転するようにしてお
り、デイスク２６に物理的なコード化された1.0
パターンを記憶させ、これを検出器２７にて検出
している。尚、物理量として光を用いているた
め、光源ランプ２９、集光レンズ３０を用い、検
出器２７としてフオト・トランジスタを用いてい
る。 上記デイスク２６の回転角βと出力信号Ｔと
は、 Ｔ＝kβ ｋは定数 ……(11) で示される。したがつて、（11）式の変わりに上
記(10)式を満足する関数発生器としてエンコーダの
デイスク・パターンを変えれば、このエンコーダ
２５から直接角度αが得られる。 (10)式を満足する関数発生器（エンコーダ）のデ
イスク・パターンを求めるため（11）式を(10)式に
代入し α＝sin^-1（k₂／２k²β²＋kβ） これをβについて解くと次式を得る。 β＝−１＋√１＋2k₂sin α／k₂・ｋ ……(12) 但し、１ βは負のみでないから符号は正を採
用した ２ １＋2k₂sinα＞０ すなわち、（11）式にしたがつて、ブームの各
アームの撮角αに対するエンコーダのパターン角
βが求められることとなる。 尚、上記エンコーダ２５を、特殊な関数発生器
として利用する方法で、第６図の距離Lx，Lyは
検出することができる。 このように構成したブーム位置決め装置の動作
について説明する。まず、実測により求めたブー
ムのずれ量および直角座標系で与えられたさく岩
機のさく孔パターンを入力手段１５から入力し、
それぞれレジスタ１７ａおよびメモリ手段１６に
記憶させる。次いで、入力手段１５から中央処理
装置２０へ動作開示指令を入力すると、この装置
２０の制御の下に次のような動作が行われる。ま
ず、所望のさく孔点P′（x′，y′，z′，θ，φ）の情
報およびずれ量（a₁₁〜a₃₃）が補正回路１７ｂに
供給され、この回路において、ずれ量に応じてさ
く孔点P′の情報が補正されて、情報（ｘ，ｙ，
ｚ，θ，φ）が算出される。次に、この補正後の
情報Ｐが変換器１８に供給されて、Ｐ→Pθの変
換がなされ、ブーム座標での位置がレジスタ
（）２１にたくわえられる。この指令値に従つ
て、ブーム位置決めサーボ制御装置１９により各
駆動シリンダ５，１１〜１４が作動されて各ピス
トンが伸長しブーム先端は所望位置に達する。こ
の時、同時に各シリンダのピストンの変位よりブ
ームの角度検出がなされ、サーボ制御装置１９に
フイードバツクされる。この位置決めが終ると、
さく孔機制御装置２３によりさく孔機８が制御さ
れてさく孔作業が行われる。該作業が終了する
と、終了信号が中央処理装置２０に与えられ、該
中央処理装置は再度新しい位置をメモリ手段１６
より取り出し、変換器に与える。上記順序に従つ
てブーム１の位置決め及びさく孔作業が行われ
る。これを順次繰り返し１つのパターンにしたが
つてさく孔作業を終了する。 なお、上記実施例では、補正手段１７をメモリ
手段１６と変換器１８との間に接続して、ずれ量
の補正を行つた後に、座標変換を行うようにして
いるが、これとは逆の順序で処理を行つても良
い。すなわち、第１図Ｂに示すように、メモリ手
段１６と補正手段１７との間に変換器１８を接続
して、入力位置情報をブーム座標系に変換した後
に、ずれ量に応じた補正を施しても良い。 また、この発明のブーム位置決め装置は、ブー
ム構造をもつ乗架装置に適用できる。即ち、第８
図に示す各乗架装置において、夫々前記した(1)式
に上記の種々の条件を与えると、上記実施例と同
様な構成作用となるものである。第８図Ａに示す
クレーンでは、l_s＝l₂＝０，θ₁＝θ₃＝０、Ｂのブ
ルドーザでは、l_s＝０，θ₁＝θ₃＝０、Ｃのバツ
ク・ホではθ₁＝θ₃＝０、Ｄのさく岩機ではθ₃＝θ₄
＝０、l₂＝l_s＝０、Ｅのクロラドリルではl₂＝０、
θ₄＝０、ＦのJsブームではθ₂＝０、ＧのSBブー
ムではl₂＝０、θ₂＋θ₄＝＝一定、θ₁＋θ₃＝一定、
ｈのエクステンシヨンブームではl₂＝０、l₁＝可
変の各条件をレジスタ（）２０に付与するとよ
い。 さらに、上記エンコーダは各シリンダの軸線上
に配置していが、このエンコーダは上記シリンダ
の軸線上から外れた位置で作動するように歯車、
またはねじ機構を介して連結するようにしてもよ
い。 なお、第１図で示す二点鎖線で囲まれる部分は
外部処理として行ない、この外部処理により得ら
れる値をレジスタ（）２１へさく孔毎に入力し
てもよい。その際、中央処理装置２０はさく孔機
制御装置２３から作業終了信号を受けると作動用
の指令信号をレジスタ（）２１へ戻るようにす
ればよい。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ブーム
の位置決め制御は、入力されたさく孔位置情報
が、その位置情報の基準点とブームの初期位置と
の間のずれ量に応じて補正され、その補正された
位置情報に基づき行われているので、ブームを作
業台車へ取り付ける際に生じる取付誤差あるい
は、ブームの製作時に生ずる製作誤差等に起因し
て、作業台車に取り付けたブームが正規の位置か
ら外れた位置にある場合においても、そのブーム
ずれに影響されることなく正確なさく孔作業を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明の一実施例におけるブーム位
置決め装置のブロツク図、第１図Ｂは第１図Ａの
変形例を示すブロツク図、第２図はさく岩機とそ
のブームの側面図、第３図はさく岩機の使用状態
を示す概略図、第４図ＡおよびＢはそれぞれブー
ムの変位状態を示す概略図、第５図は正規座標系
とブームの位置する座標系を示す図、第６図はブ
ームの変位角とシリンダの変位量との関係を示す
概略図、第７図はエンコーダ２５の分解斜視図、
第８図ＡないしＨはブーム乗架装置の他の例を示
す概略図である。 １……ブーム、２……第１ブーム、３……第２
ブーム、５，１１，１２，１３，１４……シリン
ダ、７……ガイドセル、８……さく岩機、１０…
…ビツト、１５……入力手段、１６……メモリ手
段、１７……補正手段、１８……変換器、１９…
…位置決めサーボ制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ さく岩機を乗架したブーム手段と、切羽面直
   前に想定されたさく孔面上におけるさく孔点の位
   置情報および該位置情報の基準となる基準点とブ
   ームの初期位置との間のずれ量を入力する入力手
   段と、前記さく孔点の位置情報をブーム座標系の
   値に変換する変換手段と、前記さく孔点の位置情
   報を、前記ずれ量に応じて補正して、ブームの初
   期位置を補正基準点とするさく孔点の位置情報を
   算出する補正手段と、前記変換手段および前記補
   正手段を介して得られるさく孔点の位置情報が供
   給され、該位置情報に基づき前記ブーム手段の移
   動制御を行う位置決め制御手段とを備えたことを
   特徴とするさく岩機用位置決め装置。