JPH0633707B2

JPH0633707B2 - さく岩機のブ−ム位置決め装置

Info

Publication number: JPH0633707B2
Application number: JP9252685A
Authority: JP
Inventors: 一基田中
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-04-29
Filing date: 1985-04-29
Publication date: 1994-05-02
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: JPS61250293A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、先端にさく孔機を備えたさく岩機用ブームの
自動的な位置決めを行うさく岩機のブーム位置決め装置
に関するものである。

（従来技術）最近のさく岩機は、ブームに乗架したさく孔機の目標点
に対する設定位置(目標値)を直角座標によって表示する
とともにこの直角座標による設定位置データを制御パタ
ーンとしてメモリ部に記憶させておき、中央処理装置か
らの制御プログラムに基いて上記メモリ部から上記設定
位置データを随時読みだして自動的にブーム並びにさく
孔機の位置決めを行うようになっている。（例えば、特
公昭５７−５１５１８号公報参照）。

しかし、このようなさく岩機では、上記ブームが台車部
に対してヒンジ機構を介して取付けられていることやま
た当該ブームに対して上記さく孔機がガイドセルなどの
摺動機構を介して取付けられていることなどから、台車
に対する取付誤差、又経年変化によって上記ヒンジ機
構、摺動機構等の部分に部品の摩耗や緩みによるガタツ
キを生じたり、又ブーム自体にたわみを生じて、実際に
は上記制御パターン通りの正確なブームの位置決めを行
うことができない事態を生じる。そして、位置決めが正
確でないと、理想的な切羽面を得ることができない。

しかも、上記事象に起因するる位置決め誤差は、上記直
角座標系に於けるＸ・Ｙ・Ｚ方向のいずれの方向にも生
じ、さらにその誤差の程度(大きさ)も各方向について一
定ではないので、一般的な手段では容易には補正するこ
とができない。

（発明の目的）本発明は上記の事情に基づいてなされたもので、予じめ
全ての制御データに対する誤差量を実測して置き、上記
直角座標で表示される理想さく孔パターンを上記誤差量
を基にして当該誤差量分の補正を行った上で上記ブーム
位置決め制御手段に入力させることにより、正確な位置
決めを可能にしたさく岩機のブーム位置決め装置を提供
することを目的とするものである。

（目的を達成するための手段）本発明は、上記の目的を達成するために、さく孔機を乗
架したブームと、切羽面に対するさく孔点の位置および
方向を直角座標系の座標値によって表示した制御データ
を上記ブームの座標系の値に変換した目標値を入力し、
該入力値に応じて上記ブームの位置決めを行うブーム制
御手段とを備えたさく岩機のブーム位置決め装置におい
て、予じめ実測した上記ブームの移動量に対応する誤差
量を記憶した記憶手段と、位置決め時における上記ブー
ムの実際の移動量に応じて上記記憶手段より上記誤差量
を読み出し、当該誤差量に応じて上記ブーム制御手段に
供給される上記目標値を補正する補正手段とを設けてな
るものである。

（作用）上記の手段によると、当該さく孔機のブーム特有の誤差
量がブームの移動量に対応して記憶手段に記憶されてお
り、実際のブームの位置決め時には、上記補正手段によ
り、設定されたブーム移動量に応じて上記誤差量分の補
正がなされるようになっている。

従って、ブームの位置決め状態は常に正確なものとなる
と同時に位置決めサイクルごとの誤差量検出動作を不要
にできるので制御能率も向上する。

（実施例）第１図〜第５図は、本発明の第１の実施例に係るさく岩
機のブーム位置決め装置を示している。

先ず第２図は、上記実施例におけるさく岩機の乗架装置
部分の構成を示すものであって、作業台車Ｅ上に固定し
た基台Ｗに対しブーム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、該第１ブーム２の先端２bに
第２ブーム３の後端３aを回転自在に軸支し、さらに該
第２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。このシリ
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ガイドセル７を前後進さ
せるようにすると共に、さらに当該ガイドセル７に対し
てロッド９の先端にビツト１０を取り付けたさく孔機８
を前後進可能に装着している。そして、該さく孔機８の
さく孔作業時に当該さく孔機８を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。上記さく孔機８を乗
架するブーム１は、左右水平方向(図中Ｘ方向)、前後水
平方向(図中Ｚ方向)及び上下垂直方向(図中Ｙ方向)の３
方向にそれぞれ任意に変位するようになっており、その
第１ブーム２と第２ブーム３に対して上記各水平方向に
作動させるブームスイング用のシリンダ１１およびガイ
ドセルスイング用のシリンダ１２並びに上記垂直方向に
作動させるブームリフト用のシリンダ１３およびガイド
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。そして、上記のように構成されたブーム１は、上
記作業台車Ｅの左右に一対設けられている。

ここで、上記第１ブーム２の長さｌ₁、第２ブーム３の
長さｌ₂、第２ブーム３のの先端よりガイドセル７の先
端までの長さ(即ち、ガイドセル７の移動量)をｌ_sとし
て、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)との関係を、第３図(a),(b)を参照して解析すると
下記のようになる。

すなわち、当初ブーム１がＺ軸上にあるとき、その先端
は第３図(a),(b)中のＰ₀の位置にある。まず、この状態
から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、そのロッドの伸長に
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Ｐ
₂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＝ｌ₁sinθ₁・cosθ＋{ｌ₂sinθ₁＋ｌs sin (θ₁＋θ₃)}cos(θ₂＋θ₄） y＝ｌ₁cosθ₁・sinθ₂＋{ｌ₂cosθ₁＋ｌscos (θ₁＋θ₃)}sin(θ₂＋θ₄） z＝ｌ₁cosθ₁・cosθ₂＋{ｌ₂cosθ₁＋ｌscos (θ₁−θ₃)}cos(θ₂＋θ₄）・・(１) θ＝θ₁＋θ₃ φ＝θ₂＋θ₄ すなわち、点Ｐ₂とその方向は(1 )式を通して、直角座
標系Ｐ(x,y,z,θ,φ)及び、ブームの座標系Ｐθ(θ₁,θ
₂,θ₃,θ₄,ｌs)に相互に変換することができる。

したがって、直角座標系で与えられた上記Ｐ₂点の位置
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ｌsの位置決め用サーボ制御装置があれ
ば達成できることとなる。

この実施例のブーム位置決め装置は、上記座標変換器
(Ｐ→Ｐθ)と位置決め用サーボ制御装置とを設け、直角
座標系でブーム先端のビツト１０の位置を表示してブー
ムの位置決めをするようにしたもので、第１図に示すよ
うに構成される。

図中、符号１５はさく孔パターンに応じてブーム先端位
置を切羽面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１５は上記第１、第２ブーム２,３の作動量をキー
ボード等によって自由に設定できるようにしてある。ま
た、１６は上記ブーム１の第１,第２ブーム２,３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
ブームの位置決めサーボ制御装置(特許請求の範囲中の
ブームの制御手段に該当する)、１７は上記メモリ手段
１５とブーム位置決めサーボ制御装置１６との間に設置
するブーム座標系の(Ｐ→Ｐθ)座標変換器であり、メモ
リ手段１５より与えられる直角座標系のＰの位置と方向
(x,y,z,θ,φ)をブームの座標系のＰθ(各ブーム２,３
の変位角θ₁,θ₂,θ₃,θ₄とガイドセル７の移動量ｌs)
に変換するものである。１８は中央処理装置であり、上
記メモリ手段１５と座標変換器１７とに接続し、操作入
力が与えられるとメモリ手段１５から所望のさく孔位置
Ｐを取り出し上記座標変換器１７に伝えるものである。
１９は上記座標変換器１７とブーム位置決めサーボ制御
装置１６との間に後述する補正手段４１を介して接続さ
れている第１のレジスタであり、補正手段４１で誤差量
に対応して補正された上記座標変換器１７より与えられ
る目標値Ｐθをたくわえて上記位置決めサーボ制御装置
１６に伝えるものである。２０は座標変換器１７に接続
した第２のレジスタであり、第１ブーム２、第２ブーム
３の長さｌ₁,ｌ₂,・・等の定数を座標変換器１７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１６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
せしめられる。２２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１６と接続したブーム１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１８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。

また、２３a,２３bは第１、第２ブーム２,３の各駆動用
シリンダ１１〜１４及びガイドセル作動用のシリンダ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
に接続してブームの変位角(θ₁,θ₂,θ₃,θ₄)及びガイ
ドセル７の移動量(ｌs)をフイードバックし、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〜θ₄を上記演算器２３なしに直接、又は演算器２
３を介して間接的に検出する原理について次に第４図を
参照して説明する。

第４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ΔＸ₁Ｘ₂Ｘ₃
は直角三角形である。したがって、今各辺の長さを第４
図のように示すとピタゴラスの定理より次式が成立す
る。

a²＝b²＋c² ・・・・・・(２) 一方、第１ブーム２が上方へ角度α゜移動したとき点Ｘ
₁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＋(ccosα)² ＝b²＋c²＋２bcsinα ・・・(３) (２),(３)式より t²＋２at＝２bcsinα ∴ sinα＝(t²＋２at)／２bc ・・・(４) したがって、角度αは次式より求まる。

α＝sin^-1(t²＋２at)／２bc ・・・(５) この(５)式において、変数を無次元化するため(a／bc)t
を改めてＴとおく。

(a／bc)t→Ｔ・・・(６) すると、(５)式は次のように変形できる。

α＝sin^-1(bc／２a²・Ｔ²＋Ｔ)・・・(７) ここで、上記ΔＸ₁′Ｘ₂Ｘ₃に相似な三角形ΔＱ₁Ｑ₂Ｑ₃
を考える。そして、ΔＸ₁′Ｘ₂Ｘ₃と対応する各辺の長
さをそれぞれ(a′,b′,c′,t′)と表示すると、当該各
辺について a／a′＝b／b′＝c／c′＝t／t′＝k₁(定数)・・・(８) が成立するから at／bc＝a′t′／b′c′ が成立すると共に上記(７)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(７)式の常数及び変数は
三角形の大きさには依存せず、しかも角度αは同一の
(７)式で表されることがわかる。さらに定数k₂を用い
て、(７)式は次のように表示できる。

α＝sin^-1(k₂／２・Ｔ²＋Ｔ) ・・・(９) このようにシリンダの変位Ｔよりこの(９)式を用いる
と、ブームの撮角αが求められる。具体的には上述した
次の２つの演算器２３a,２３b(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。

Ｔの検出装置としては、例えば駆動用油圧シリンダに組
込まれたエンコーダが用いられる。

上記エンコーダは例えば上記各駆動用油圧シリンダ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と検出器とを設け、油圧の
流入により軸を介して回転デイスクが回転するように
し、デイスクに物理的にコード化された１・０パターン
を記憶させ、これを検出器にて検出するようにしてい
る。

上記デイスクの回転角βと出力信号Ｔとは、Ｔ＝kβ ・・・(１０) kは定数で示される。したがって、(１０)式の変わりに上記(９)
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、このエンコーダから直接角度αが
得られる。

(９)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(１０)式を(９)式に代入し α＝sin^-1(k₂／２・k²β²＋kβ) これをβについて解くと次式を得る。

但し、βは負のみでないから符号は正を採用した。

また、１＋２k₂sinα＞０、である。

すなわち、(１１)式にしたがって、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、上記エンコーダを、特殊な関数発生器として利用す
る方法により、第４図の距離Ｌx,Ｌyは容易に検出する
ことができる。

一方、符号４０は、例えば第５図に示すように上記ブー
ム１特有の各軸の移動量に対応した誤差量をあらかじめ
実測した上で誤差データとしてマッピング状態で記憶し
ている誤差メモリ(特許請求の範囲中の記憶手段に該当
する)である。この誤差メモリ４０の上記誤差データ
は、例えばブーム１の回動部Ａやリフト部Ｂ、エクステ
ンション部Ｃ、又ガイドセルのリフト部Ｄやスイング部
Ｅ、スライド部Ｆなどの各々作動上の自由度Ａ〜Ｆを有
する部分の直角座標上におけるＸ・Ｙ・Ｚ方向の誤差量
をそれぞれΔＸ,ΔＹ,ΔＺとして、上記自由度Ａ〜Ｆと
誤差データΔＸ〜ΔＺとの相関関係の解析を統計的処理
方法(多変数の最小自乗法)によって計算し、 ΔＸ＝f₁(Ａ〜Ｆ) ΔＹ＝f₂(Ａ〜Ｆ) ΔＺ＝f₃(Ａ〜Ｆ) なる補間式を得、この補間式に上記Ａ〜Ｆの具体的な値
をインプットすることにより、当該ブーム１の姿勢にお
ける予想誤差を算出する方法が採用される。

次に、符号４１は、上記ブーム１の移動量に応じて上記
誤差メモリ４０の誤差データを読み出し、そのデータ値
に基づいて上記座標変換器１７の出力を補正し、第１の
レジスタ１９を介して当該補正後の出力を上記位置決め
サーボ制御装置１６に入力する補正手段であり、例えば
所定の演算機能を有し、上記誤差データをブーム座標系
の座標値(角度および長さ)ΔＰθに変換した上で制御量
としての座標値(目標値)の修正(±)を行う。これによ
り、上記位置決めサーボ系における設定目標値となる第
１のレジスタ１９の記憶値はブーム１特有の誤差を考慮
して適正に設定されたものとなる。

なお、この第１の実施例では、上記メモリ手段１５並び
に座標変換器１７をさく岩機本体側のブーム位置決め装
置自体に内蔵させて構成したが、これらは必ずしも内蔵
を必要とするものではなく、例えば第２の実施例として
第６図に示しているように、上記メモリ手段１５並びに
座標変換器１７を外部入力装置として、インターフェー
ス機能を持たせた第１のレジスタ１９にそれらの出力を
インプットするような構成にすることもできる。そのよ
うにした場合には、上記補正手段４１は、当該第１のレ
ジスタ１９の出力を補正した上で位置決めサーボ制御装
置１６に入力されるようになる。

（発明の効果）本発明は、以上に説明したように、さく孔機を乗架した
ブームと、切羽面に対するさく孔点の位置および方向を
直角座標系の座標値によって表示した制御データを上記
ブームの座標系の値に変換した目標値を入力し、該入力
値に応じて上記ブームの位置決めを行うブーム制御手段
とを備えたさく岩機のブーム位置決め装置において、予
じめ実測した上記ブームの移動量に対応する誤差量を記
録した記憶手段と、位置決め時における上記ブームの実
際の移動量に応じて上記記憶手段より上記誤差量を読み
出し、当該誤差量に応じて上記ブーム制御手段に供給さ
れる上記目標値を補正する補正手段とを設けたことを特
徴とするものである。

従って、本発明によると、当該さく孔機のブーム特有の
誤差量がブームの移動量に対応して記憶手段に記憶され
ており、実際のブームの位置決め時には、上記補正手段
により、設定されたブーム移動量に応じて上記誤差量分
の補正がなされるようになっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係るさく岩機のブーム
位置決め装置のブロック図、第２図は、上記実施例にお
けるさく岩機のブームおよびブーム乗架装置を示す側面
図、第３図(a),(b)は上記ブーム作動時の変位状態を示
す説明図、第４図は、上記ブームの変位角とブーム作動
シリンダの移動量との関係を示す説明図、第５図は、誤
差データのグラフ、第６図は、上記第１の実施例におけ
るブーム位置決め制御手段への入力手段を外部手段とし
て構成した第２の実施例のブロック図である。１……ブーム８……さく孔機１６……位置決めサーボ制御装置１７……座標変換器１８……中央処理装置４０……誤差メモリ４１……補正手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】さく孔機を乗架したブームと、切羽面に対
するさく孔点の位置および方向を直角座標系の座標値に
よって表示した制御データを上記ブームの座標系の値に
変換した目標値を入力し、該入力値に応じて上記ブーム
の位置決めを行うブーム制御手段とを備えたさく岩機の
ブーム位置決め装置において、予じめ実測した上記ブー
ムの移動量に対応する誤差量を記憶した記憶手段と、位
置決め時における上記ブームの実際の移動量に応じて上
記記憶手段より上記誤差量を読み出し、当該誤差量に応
じて上記ブーム制御手段に供給される上記目標値を補正
する補正手段とを設けたことを特徴とするさく岩機のブ
ーム位置決め装置。