JPH0657781A - Power shovel, and straight-line excavation therewith - Google Patents

Power shovel, and straight-line excavation therewith

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JPH0657781A
JPH0657781A JP23311092A JP23311092A JPH0657781A JP H0657781 A JPH0657781 A JP H0657781A JP 23311092 A JP23311092 A JP 23311092A JP 23311092 A JP23311092 A JP 23311092A JP H0657781 A JPH0657781 A JP H0657781A
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JP
Japan
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boom
excavation
bucket
arm
operator
Prior art date
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Application number
JP23311092A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Maeda
伸二 前田
Nobufumi Abe
宣文 阿部
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

PURPOSE:To carry out highly accurate horizontal excavation according to normal work command given by an operator. CONSTITUTION:Pilot pressure for boom hoisting operation produced by a boom operating lever 48a is inputted directly into a main boom operating valve 74, and pilot pressure for boom lowering operation is inputted into the main boom operating valve 74 through a solenoid valve 68 for controlling the boom lowering. Pilot pressure for excavation operation produced by an arm operating lever 48b is inputted into a main arm operating valve 84 through a solenoid valve 70 for controlling the arm in excavation operation, and pilot pressure for dump operation is inputted directly into the main arm operating valve 84. A controller 60 obtains excavation depth for a bucket 38, based on detection signals outputted from a boom angle sensor 28, an arm angle sensor 36 and the like, and controls so that the excavation can be stopped with the solenoid valves 68 and 70 cut off when the excavation depth exceeds a specified value, and also controls so that warnings can be given to an operator when the excavation depth becomes shallower than the specified value.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、油圧式のパワーショベ
ルに係り、特にオペレータによるすき取り作業等の水平
掘削に好適なパワーショベルの直線掘削方法およびパワ
ーショベルに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydraulic excavator, and more particularly to a linear excavation method and a power excavator suitable for horizontal excavation such as scraping work by an operator.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子制御技術の発達に伴って、パ
ワーショベルのバケットを予め指定した直線に沿って移
動させるすき取り作業(水平掘削)などを自動的に行わ
せることが提案されている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the development of electronic control technology, it has been proposed to automatically perform a scraping operation (horizontal excavation) for moving a bucket of a power shovel along a straight line designated in advance. .

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】そこで、自動的な水平
掘削を行う場合、作業指令部として電気ジョイスティッ
ク等の電気的な指令機器を設け、その電気信号を解読し
て油圧アクチュエータへ油圧指令を出力する制御装置が
必要であり、さらに前記の油圧アクチュエータを、バケ
ットを操作するためのすべての作業機操作軸に備えてい
るのが一般的である。また、自動水平掘削が可能な制御
装置を実用に供するためには、油圧アクチュエータ部に
おける油圧を検知し、これを制御部にフィードバック等
することにより、油圧の補償を行って自動制御精度の向
上を図る必要がある。従って、従来の自動水平掘削が可
能なパワーショベルは、制御装置を構成する構成要素が
一般のパワーショベルに対して多く、個々の構成要素の
精度、故障を考慮すると、自動制御装置として信頼性が
低下する。しかも、オペレータがレバーを操作して行う
通常の作業指令による高精度の水平掘削を行うことが極
めて困難である。
Therefore, when automatic horizontal excavation is performed, an electric command device such as an electric joystick is provided as a work command unit, and the electric signal is decoded to output a hydraulic command to the hydraulic actuator. In general, the above hydraulic actuators are provided on all work implement operating shafts for operating the bucket. Further, in order to put the control device capable of automatic horizontal excavation into practical use, the hydraulic pressure in the hydraulic actuator unit is detected, and this is fed back to the control unit to compensate for the hydraulic pressure to improve the automatic control accuracy. It is necessary to plan. Therefore, the conventional power shovel capable of automatic horizontal excavation has many components constituting a control device as compared with a general power shovel, and considering the accuracy and failure of each component, the reliability as an automatic control device is high. descend. Moreover, it is extremely difficult for the operator to perform high-precision horizontal excavation by a normal work command performed by operating the lever.

【0004】本発明、上記従来技術の問題に対処するた
めになされたもので、オペレータによる通常の作業指令
によって高精度の水平掘削をすることができるパワーシ
ョベルの直線掘削方法を提供することを目的とし、また
その直線掘削方法を容易に実施することができるパワー
ショベルを提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a straight excavation method for a power shovel capable of highly accurate horizontal excavation in accordance with a normal work instruction from an operator. It is also an object of the present invention to provide a power shovel capable of easily implementing the straight excavation method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るパワーショベルの直線掘削方法は、
旋回体にブームとアームとを介して設けたバケットを、
ブーム操作用レバーとアーム操作用レバーとを操作して
所定の直線に沿って移動させるパワーショベルの直線掘
削方法において、上記バケットの前記直線に対する上下
方向位置を求め、このバケット位置が予め定めた許容範
囲の上下限に達したときに、その旨をオペレータに知ら
せることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a straight excavating method for a power shovel according to the present invention is provided.
A bucket provided on the revolving structure via the boom and arm,
In a linear excavation method for a power shovel in which a boom operating lever and an arm operating lever are operated to move along a predetermined straight line, a vertical position of the bucket with respect to the straight line is obtained, and the bucket position is a predetermined allowable value. The feature is that when the upper and lower limits of the range are reached, the operator is notified of that fact.

【0006】バケット位置が許容範囲の下限に達したこ
とのオペレータへの告知は、バケットのより深くなる方
向への移動を阻止することにより行うことができる。
[0006] The fact that the bucket position has reached the lower limit of the allowable range can be notified to the operator by preventing the bucket from moving in the deeper direction.

【0007】また、本発明に係るパワーショベルは、旋
回体にブームとアームとを介して設けたバケットと、前
記ブームを操作するブーム操作用レバーと、前記アーム
を操作するアーム操作用レバーと、前記ブームとアーム
との操作量を検出する複数のセンサ部と、前記バケット
を直線的に移動させるための基準直線を設定する直線設
定部と、前記複数のセンサ部の検出信号に基づいて、前
記バケットの位置を演算するとともに、求めたバケット
位置の前記基準直線に対する上下方向の距離を求め、こ
の距離が予め定めた許容範囲の上下限に達したときに、
その旨をオペレータに知らせる信号を出力する制御装置
とを有する構成となっている。
Further, the power shovel according to the present invention comprises a bucket provided on a revolving structure via a boom and an arm, a boom operating lever for operating the boom, an arm operating lever for operating the arm, Based on a plurality of sensor units that detect the operation amount of the boom and the arm, a straight line setting unit that sets a reference straight line for linearly moving the bucket, and a detection signal of the plurality of sensor units, While calculating the position of the bucket, the vertical distance to the reference straight line of the obtained bucket position is obtained, when this distance reaches the upper and lower limits of the predetermined allowable range,
The control device outputs a signal notifying the operator to that effect.

【0008】[0008]

【作用】上記の如く構成した本発明の直線掘削方法は、
オペレータがブーム操作用レバーとアーム操作用レバー
とを操作して、バケットを所定の基準直線に沿って移動
させて掘削していく場合に、バケットが基準直線から上
下方向に所定以上離れると、その旨がオペレータに知ら
される。このため、オペレータは、バケットによる掘削
レベルが目標値からずれていることを知ることができ、
ブーム操作用レバー、アーム操作用レバーを操作して、
容易に掘削レベルを目標値に修正することができる。こ
の結果、オペレータの通常の作業指令によって、精度の
高いすき取り掘削などの直線掘削をすることができる。
しかも、従来の水平自動掘削が可能なパワーショベルに
比較して、自動制御用アクチュエータを少なくすること
ができ、信頼性の向上が図れる。
The linear excavation method of the present invention configured as described above is
When the operator operates the boom operation lever and the arm operation lever to move the bucket along a predetermined reference straight line for excavation and the bucket is separated from the reference straight line by a predetermined amount or more in the vertical direction, The operator is informed of the effect. Therefore, the operator can know that the excavation level by the bucket deviates from the target value,
Operate the boom operation lever and arm operation lever to
The excavation level can be easily corrected to the target value. As a result, it is possible to perform straight line excavation such as high-precision skive excavation in accordance with a normal work command from the operator.
In addition, the number of actuators for automatic control can be reduced and reliability can be improved as compared with the conventional power shovel capable of horizontal automatic excavation.

【0009】また、バケットが許容範囲の下限に達した
ときに、バケットのさらに深くなる方向への移動を阻止
すると、深く掘削しすぎて埋め戻しをしなければならな
いなどの手間をなくすことができ、掘削作業の迅速化が
図れる。
Further, when the bucket reaches the lower limit of the allowable range, if the bucket is prevented from moving in the deeper direction, it is possible to eliminate the trouble of having to dig too deep and backfill. , The excavation work can be speeded up.

【0010】[0010]

【実施例】本発明のパワーショベルの直線掘削方法およ
びパワーショベルの好ましい実施例を、添付図面に従っ
て詳説する。図2は、本発明の実施例に係るパワーショ
ベルの概略側面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a straight excavation method for a power shovel and a power shovel of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a schematic side view of the power shovel according to the embodiment of the present invention.

【0011】図2において、油圧式のパワーショベル1
0は、下部走行体12の上部に、旋回装置14を介して
上部旋回体18が設けてある。また、上部旋回体18に
は、ブーム20が取り付けてある。ブーム20は、第1
ブーム22と第2ブーム24とから構成してあって、略
L字状に屈曲しており、第1ブーム22の基端部がブー
ムフートピンを介して上部旋回体18に回動可能に取り
付けられ、支点Oを中心に矢印26のように回動できる
ようになっている。そして、第1ブーム22の基端部に
は、第1ブーム22の回動量を検出するためのブーム角
センサ28が設けてある。
In FIG. 2, a hydraulic power shovel 1
In No. 0, the upper revolving structure 18 is provided above the lower traveling structure 12 via the revolving device 14. A boom 20 is attached to the upper swing body 18. Boom 20 is the first
It is composed of a boom 22 and a second boom 24, is bent in a substantially L shape, and the base end portion of the first boom 22 is rotatably attached to the upper swing body 18 via a boom foot pin. Thus, it can rotate about the fulcrum O as shown by an arrow 26. A boom angle sensor 28 for detecting the amount of rotation of the first boom 22 is provided at the base end of the first boom 22.

【0012】ブーム20の先端、すなわち第2ブーム2
4の先端には、ブラケット30を介してアーム32が、
回動支点Dを中心に矢印34のように回動できるように
設けてある。そして、この回動支点Dの部分には、アー
ム32の回動角を検出するためのアーム角センサ36が
取り付けてある。さらに、アーム32の先端には、バケ
ット38が支点Eを中心に矢印40のように回動できる
ように設けてある。この支点Eの部分には、バケット3
8の掘削角(アーム32に対するバケット38の傾き)
を検出する本図に図示しないバケット角センサが取り付
けてある。
The tip of the boom 20, that is, the second boom 2
An arm 32 is attached to the tip of 4 via a bracket 30.
It is provided so as to be rotatable about a rotation fulcrum D as shown by an arrow 34. An arm angle sensor 36 for detecting the rotation angle of the arm 32 is attached to the rotation fulcrum D. Further, a bucket 38 is provided at the tip of the arm 32 so as to be rotatable about a fulcrum E as shown by an arrow 40. At the fulcrum E, the bucket 3
8 excavation angle (tilt of bucket 38 with respect to arm 32)
A bucket angle sensor (not shown in the figure) for detecting is attached.

【0013】前記した第2ブーム24は、バケット38
を上部旋回体18の中心線からオフセットさせるもの
で、第1ブーム22に対して支点Bを回動中心として図
2の紙面に直交した方向に、すなわち図3の矢印42の
ように回動できるようになっている。そして、支点Bの
部分には、第2ブーム24の回動量であるオフセット角
を検出するためのオフセット角センサ44が取り付けて
ある。また、ブラケット30は、第2ブーム24に支点
Cにおいて枢支されており、第2ブーム24が第1ブー
ム22に対して回動したときに、図3のようにバケット
38を上部旋回体18に対して常に平行に維持できるよ
うにしてある。
The second boom 24 is provided with a bucket 38.
Is offset from the center line of the upper swing body 18, and can be rotated about the fulcrum B with respect to the first boom 22 in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. 2, that is, as indicated by an arrow 42 in FIG. It is like this. An offset angle sensor 44 for detecting the offset angle, which is the rotation amount of the second boom 24, is attached to the fulcrum B. The bracket 30 is pivotally supported by the second boom 24 at the fulcrum C, and when the second boom 24 rotates with respect to the first boom 22, the bucket 38 is moved to the upper swing body 18 as shown in FIG. It is designed so that it can always be maintained parallel to.

【0014】なお、上部旋回体18を構成している運転
室46には、ブーム20、アーム32、バケット38を
操作するための複数の操作レバー48が設けてある。す
なわち、図1に示したように、上部旋回体18と第1ブ
ーム22との間には、ブーム20を上下させるブームシ
リンダ50、ブーム20とアーム32との間には、アー
ム32を掘削操作またはダンプ操作するアームシリンダ
52、アーム32とバケット38との間には、バケット
38の掘削角を調節するバケットシリンダ54が設けて
あるとともに、第1ブーム22と第2ブーム24との間
には、第2ブーム24を回動させるオフセットシリンダ
(図示せず)が設けてあり、運転室46に設けた複数の
操作レバー48によって、これらのシリンダを駆動でき
るようになっている。
A plurality of operating levers 48 for operating the boom 20, the arm 32, and the bucket 38 are provided in the operator's cab 46 which constitutes the upper swing body 18. That is, as shown in FIG. 1, a boom cylinder 50 for moving the boom 20 up and down is provided between the upper swing body 18 and the first boom 22, and an arm 32 is provided between the boom 20 and the arm 32 for excavation operation. Alternatively, an arm cylinder 52 for performing a dump operation, a bucket cylinder 54 for adjusting an excavation angle of the bucket 38 are provided between the arm 32 and the bucket 38, and between the first boom 22 and the second boom 24. An offset cylinder (not shown) for rotating the second boom 24 is provided, and these cylinders can be driven by a plurality of operation levers 48 provided in the cab 46.

【0015】また、運転室46には、図示しない各種の
表示器とともに、制御装置60が設けてある(図1参
照)。この制御装置60には、図4に示したようにブー
ム角センサ28、アーム角センサ36、オフセット角セ
ンサ44の検出信号が入力するとともに、バケット38
のアーム32に対する角度(掘削角)を検出するバケッ
ト角センサ62の検出信号が入力するようになってお
り、これらのセンサの検出信号に基づいてい、後述する
ようにバケット38の位置を求めることができるように
なっている。さらに、制御装置60には、水平掘削をす
るための目標掘削レベルを設定する掘削レベル設定器6
4と、求めたバケット38の位置が、掘削レベルの許容
範囲の上下限まで離れたときに、その旨を図示しないオ
ペレータに知らせる警報器66とが接続してある。ま
た、制御装置60には、ブーム下げ制御用電磁弁68、
アーム掘削制御用電磁弁70、オフセット制御用電磁弁
72が接続してあって、これらの電磁弁の励磁コイルに
制御信号を出力するようになっている。
Further, in the operator's cab 46, a control device 60 is provided together with various kinds of indicators not shown (see FIG. 1). As shown in FIG. 4, the control device 60 receives the detection signals of the boom angle sensor 28, the arm angle sensor 36, and the offset angle sensor 44, and the bucket 38.
The detection signals of the bucket angle sensor 62 for detecting the angle (digging angle) with respect to the arm 32 are input, and the position of the bucket 38 can be obtained based on the detection signals of these sensors as described later. You can do it. Further, the control device 60 includes an excavation level setter 6 for setting a target excavation level for horizontal excavation.
4 and an alarm device 66 for notifying an operator (not shown) of the fact that the obtained position of the bucket 38 is separated from the upper and lower limits of the allowable range of the excavation level. In addition, the control device 60 includes a boom lowering control solenoid valve 68,
An arm excavation control solenoid valve 70 and an offset control solenoid valve 72 are connected, and control signals are output to the exciting coils of these solenoid valves.

【0016】ブーム下げ制御用電磁弁68は、図1に示
したように、出力側が管路73を介してブームシリンダ
50を駆動するブームメイン操作弁74に接続してあ
り、入力側が管路76を介してブーム操作レバー48a
に接続してある。このブーム操作レバー48aは、ブー
ムメイン操作弁74のパイロット圧力を操作できる、い
わゆるPPC方式であって、入力側に油圧ポンプ78が
接続され、ブーム操作レバー48aによって出力される
ブーム20を下げる操作のパイロット圧が、ブーム下げ
制御用電磁弁68を介してブームメイン操作弁74に伝
達され、またブーム20を上げる操作のパイロット圧が
管路80を介してブームメイン操作弁74に直接伝達で
きるようにしてあって、ブーム操作レバー48aの操作
量がそのままブーム20の速度を表すようになってい
る。
As shown in FIG. 1, the boom lowering control solenoid valve 68 has an output side connected to a boom main operation valve 74 for driving the boom cylinder 50 via a conduit 73, and an input side connected to a conduit 76. Via the boom operating lever 48a
Connected to. The boom operating lever 48a is a so-called PPC system that can operate the pilot pressure of the boom main operating valve 74, and is connected to a hydraulic pump 78 on the input side to lower the boom 20 output by the boom operating lever 48a. The pilot pressure is transmitted to the boom main operating valve 74 via the boom lowering control solenoid valve 68, and the pilot pressure for raising the boom 20 can be directly transmitted to the boom main operating valve 74 via the conduit 80. Therefore, the operation amount of the boom operation lever 48a directly represents the speed of the boom 20.

【0017】一方、アーム掘削制御用電磁弁70は、出
力側が管路82を介してアームシリンダ52を駆動する
アームメイン操作弁84に接続してあり、入力側が管路
86を介してアーム操作レバー48bに接続してある。
このアーム操作レバー48bもブーム操作レバー48a
と同様にPPC方式のレバーであって、入力側に油圧ポ
ンプ78が接続してある。そして、アーム32をダンプ
操作する際の、アーム操作レバー48bが出力するアー
ムメイン操作弁84のパイロット圧は、管路88を介し
てアームメイン操作弁84に直接伝達され、掘削操作を
する際のアームメイン操作弁84のパイロット圧は、ア
ーム掘削制御用電磁弁70を介してアームメイン操作弁
84に伝達されるようにしてある。
On the other hand, the arm excavation control solenoid valve 70 has an output side connected to an arm main operation valve 84 for driving the arm cylinder 52 via a pipe line 82, and an input side connected to an arm operation lever via a pipe line 86. It is connected to 48b.
This arm operating lever 48b is also a boom operating lever 48a.
Similarly to the above, the lever is a PPC system, and the hydraulic pump 78 is connected to the input side. Then, the pilot pressure of the arm main operation valve 84 output by the arm operation lever 48b during the dump operation of the arm 32 is directly transmitted to the arm main operation valve 84 via the pipe line 88, and the excavation operation is performed. The pilot pressure of the arm main operation valve 84 is transmitted to the arm main operation valve 84 via the arm excavation control solenoid valve 70.

【0018】上記の如く構成した実施例の作用を、水平
掘削を例にして以下に説明する。まず、オペレータは、
水平掘削をするための目標掘削深さと、この目標掘削深
さに対する許容誤差(掘削許容範囲)を掘削レベル設定
器64に設定する。この目標掘削深さは、上部旋回体1
8の前方方向にX軸、上部旋回体18の上方にY軸、水
平方向にZ軸をとった場合、Y座標として与えられる。
従って、掘削深さ(掘削レベル)を一定にする場合、掘
削レベル設定器64には、
The operation of the embodiment configured as described above will be described below by taking horizontal excavation as an example. First, the operator
A target excavation depth for horizontal excavation and a permissible error (permissible excavation range) for the target excavation depth are set in the excavation level setter 64. This target excavation depth is
When the X axis is in the front direction of 8, the Y axis is above the upper swing body 18, and the Z axis is in the horizontal direction, they are given as Y coordinates.
Therefore, when the excavation depth (excavation level) is constant, the excavation level setter 64

【数1】y=一定(=目標掘削深Y0 ) のように直線の方程式と、この目標掘削深さY0 に対す
る掘削許容範囲Y0 ±Δy0 とが設定される。この設定
された目標掘削深さY0 と掘削許容範囲Y0 ±Δy0
は、制御装置60によって運転室46の図示しない表示
器に表示される。なお、水平掘削の場合、バケット38
のZ座標は、バケット38のオフセット量を表すことに
なる。
## EQU1 ## A linear equation such as y = constant (= target excavation depth Y 0 ) and an excavation allowable range Y 0 ± Δy 0 for this target excavation depth Y 0 are set. The target excavation depth Y 0 and the excavation allowable range Y 0 ± Δy 0 thus set are displayed by the control device 60 on a display device (not shown) in the cab 46. In the case of horizontal excavation, the bucket 38
The Z coordinate of represents the offset amount of the bucket 38.

【0019】次に、オペレータは、バケットシリンダ5
4を操作するレバーによってバケット38の掘削角を所
定の角度にし、その掘削角度を保持する。その後、オペ
レータがブーム操作レバー48aとアーム操作レバー4
8bと第2ブーム操作レバーを操作して掘削を開始する
と、ブーム角センサ28、アーム角センサ36、オフセ
ット角センサ44、バケット角センサ62がそれぞれ検
出信号を制御装置60に入力する。
Next, the operator operates the bucket cylinder 5
The digging angle of the bucket 38 is set to a predetermined angle by a lever for operating 4, and the digging angle is maintained. After that, the operator operates the boom operation lever 48a and the arm operation lever 4
When the excavation is started by operating the 8b and the second boom operation lever, the boom angle sensor 28, the arm angle sensor 36, the offset angle sensor 44, and the bucket angle sensor 62 each input a detection signal to the control device 60.

【0020】すなわち、ブーム角センサ28はブーム2
0の基端部の上部旋回体18の水平方向に対する傾斜角
θ1 を検出して制御装置60に入力し、アーム角センサ
36はアーム32の第2ブーム24に対する傾斜角θ2
を検出して制御装置60に入力し、オフセット角センサ
44は第2ブーム24の第1ブーム22に対する回動角
θ3 を検出して制御装置60に入力し、バケット角セン
サ62はバケット38のアーム32に対する回動角βを
検出して制御装置60に入力する。そして、制御装置1
0は、これらのセンサの検出信号に基づいて、バケット
38の先端位置をX、Y、Zの座標位置(x,y,z)
として演算する。
That is, the boom angle sensor 28 is the boom 2
Detecting the inclination angle theta 1 0 of the base end upper swing structure 18 with respect to the horizontal direction inputted to the control unit 60, the arm angle sensor 36 is inclined angle theta 2 to the second boom 24 of the arm 32
Is detected and input to the control device 60, the offset angle sensor 44 detects the rotation angle θ 3 of the second boom 24 with respect to the first boom 22, and inputs the rotation angle θ 3 to the control device 60, and the bucket angle sensor 62 detects the bucket angle of the bucket 38. The rotation angle β with respect to the arm 32 is detected and input to the control device 60. And the control device 1
0 indicates the tip position of the bucket 38 on the basis of the detection signals of these sensors in the X, Y, Z coordinate positions (x, y, z).
Calculate as.

【0021】例えば、支点Oを原点としてパワーショベ
ル10の前方をX方向、パワーショベル10の鉛直上方
をY方向にとり、ブーム20の屈曲点をAとし、このブ
ーム20の屈曲角度をαとすると、アーム32先端のバ
ケット38の回動支点Eは、図5のように簡略化して表
すことができる。ただし、図5におけるL1 はブーム2
0の回動支点Oとブーム20の屈曲点Aまでの距離、L
2 は屈曲点Aからアーム32の回動支点Dまでの距離、
3 は回動支点Dからバケット38の回動支点Eまでの
距離である。
For example, assuming that the fulcrum O is the origin, the front of the power shovel 10 is in the X direction, and the vertically upper side of the power shovel 10 is in the Y direction, the bending point of the boom 20 is A, and the bending angle of the boom 20 is α. The rotation fulcrum E of the bucket 38 at the tip of the arm 32 can be simplified as shown in FIG. However, L 1 in FIG.
The distance from the turning fulcrum O of 0 to the bending point A of the boom 20, L
2 is the distance from the bending point A to the pivot fulcrum D of the arm 32,
L 3 is the distance from the rotation fulcrum D to the rotation fulcrum E of the bucket 38.

【0022】従って、バケット38の回動支点であるE
点のX座標xE は、図5から、
Therefore, E, which is the fulcrum of rotation of the bucket 38,
The X coordinate x E of the point is

【数2】 xE =x1 +x2 +x3 =L1 cos θ1 +L2 cos δ+L3 sin γ となる。## EQU00002 ## x E = x 1 + x 2 + x 3 = L 1 cos θ 1 + L 2 cos δ + L 3 sin γ.

【0023】ところで、図5から明らかなように、By the way, as is clear from FIG.

【数3】δ=θ1 +α−π[Formula 3] δ = θ 1 + α−π

【数4】 γ=θ1 +α+θ2 +(1/2)π−2π =θ1 +α+θ2 −(3/2)π である。(4) γ = θ 1 + α + θ 2 + (1/2) π−2π = θ 1 + α + θ 2 − (3/2) π.

【0024】従って、Therefore,

【数5】 xE =L1 cos θ1 −L2 cos (θ1 +α) +L3 cos (θ1 +θ2 +α) と表すことができる。同様にして、E点のY座標y
E は、
[Expression 5] x E = L 1 cos θ 1 −L 2 cos (θ 1 + α) + L 3 cos (θ 1 + θ 2 + α) Similarly, the Y coordinate y of point E
E is

【数6】 yE =L1 sin θ1 −L2 sin (θ1 +α) +L3 sin (θ1 +θ2 +α) と求められる。[Equation 6] y E = L 1 sin θ 1 −L 2 sin (θ 1 + α) + L 3 sin (θ 1 + θ 2 + α)

【0025】ただし、第2ブーム24が第1ブーム22
に対して水平方向に回動し、バケット38の位置が水平
方向に上部旋回体18の中心線よりずれてオフセットを
生じている場合、L2 は、図6に示したように、
However, the second boom 24 is replaced by the first boom 22.
When the bucket 38 is horizontally rotated with respect to the horizontal direction and the position of the bucket 38 is horizontally displaced from the center line of the upper swing body 18 to cause an offset, L 2 is as shown in FIG.

【数7】 L2 =L21+L24+L23 =L21+L22cos θ3 +L23 である。ここに、L21はブーム20の屈曲点Aから第2
ブーム24の回動支点Bまでの距離、L22は第2ブーム
24の長さとなる回動支点B、C間の距離、L23はブラ
ケット30の回動支点Cからアーム32の回動支点Dま
での距離であり、θ3 は第2ブーム24のオフセット角
である。なお、バケット38のZ方向の位置zE は、バ
ケット38のオフセット量であり、
## EQU00007 ## L 2 = L 21 + L 24 + L 23 = L 21 + L 22 cos θ 3 + L 23 . Here, L 21 is second from the bending point A of the boom 20.
The distance to the rotation fulcrum B of the boom 24, L 22 is the distance between the rotation fulcrums B and C which is the length of the second boom 24, and L 23 is the rotation fulcrum D of the arm 32 from the rotation fulcrum C of the bracket 30. And θ 3 is the offset angle of the second boom 24. The position z E of the bucket 38 in the Z direction is the offset amount of the bucket 38,

【数8】zE =L22 sinθ3 として求めることができる。## EQU8 ## It can be obtained as z E = L 22 sin θ 3 .

【0026】そこで、バケット38の先端位置のy座標
で表される掘削深さyd は、バケット半径をrとすると
(図2参照)、
Therefore, the excavation depth y d represented by the y coordinate of the tip position of the bucket 38 is represented by the bucket radius r (see FIG. 2).

【数9】 yd =L1 sin θ1 −L2 sin (θ1 +α) +L3 sin (θ1 +θ2 +α)−r となる。ただし、バケット38の掘削角は零、すなわち
バケット38とアーム32とのなす角度は零としてい
る。
Y d = L 1 sin θ 1 −L 2 sin (θ 1 + α) + L 3 sin (θ 1 + θ 2 + α) −r However, the excavation angle of the bucket 38 is zero, that is, the angle formed by the bucket 38 and the arm 32 is zero.

【0027】このようにして求められた掘削深さy
d は、制御装置60によって表示器に出力され、目標掘
削深さY0 、掘削許容範囲Y0 ±Δy0 とともに表示さ
れる。そして、制御装置60は、図7(A)に示したよ
うに、掘削深さyd が掘削許容範囲Y0 ±Δy0 内にあ
ると、すなわち求めたバケット38の先端位置yd が、
The excavation depth y thus obtained
The d is output to the display by the control device 60, and is displayed together with the target excavation depth Y 0 and the excavation allowable range Y 0 ± Δy 0 . Then, as shown in FIG. 7A, the control device 60 determines that the excavation depth y d is within the excavation allowable range Y 0 ± Δy 0 , that is, the obtained tip position y d of the bucket 38 is

【数10】Y0 −Δy0 <yd <Y0 +Δy0 を満足する場合、ブーム下げ制御用電磁弁68とアーム
掘削制御用電磁弁70とを開状態に保持し、オペレータ
がブーム操作レバー48aによってブーム20を下げる
ことを可能にし、またアーム操作レバー48bによって
アーム32を掘削動作させることを可能にする。オフセ
ット操作レバーも同様である。
When Y 0 −Δy 0 <y d <Y 0 + Δy 0 is satisfied, the boom lowering control solenoid valve 68 and the arm excavation control solenoid valve 70 are held open, and the operator operates the boom operation lever. The boom 20 can be lowered by 48a, and the arm 32 can be moved by the arm operating lever 48b. The same applies to the offset operation lever.

【0028】一方、制御装置60は、バケット38の先
端位置が図7(B)に示すように、掘削許容範囲の下限
に達し、
On the other hand, the controller 60 causes the tip position of the bucket 38 to reach the lower limit of the allowable excavation range, as shown in FIG.

【数11】yd ≦Y0 −Δy0 になると、表示器に掘削位置yd を表示するとともに、
ブーム下げ制御用電磁弁68とアーム掘削制御用電磁弁
70とを制御し、ブームシリンダ50、アームシリンダ
52の油圧を低下または遮断して、ブーム20がさらに
下ることを阻止し、アーム32による掘削操作を不能に
することにより、掘削許容範囲の下限を下回る掘削が行
われないようにする。これにより、必要以上に深く掘削
することを避けることができる。なお、このとき、警報
器66から音声やブザーを発して、バケット38の位置
が掘削下限に達したことをオペレータに告知するように
してもよい。
When y d ≦ Y 0 −Δy 0 , the excavation position y d is displayed on the display and
The boom lowering control solenoid valve 68 and the arm excavation control solenoid valve 70 are controlled to reduce or block the hydraulic pressure of the boom cylinder 50 and the arm cylinder 52 to prevent the boom 20 from further descending, and the arm 32 excavates. By disabling the operation, excavation below the lower limit of the excavation allowable range is prevented. This makes it possible to avoid excavating deeper than necessary. At this time, a voice or a buzzer may be emitted from the alarm device 66 to notify the operator that the position of the bucket 38 has reached the excavation lower limit.

【0029】オペレータは、上記のようにしてバケット
38のより下方への移動が阻止されると、掘削深さyd
が下限に達したことを知り、ブーム操作レバー48aに
よってブーム20の上げ操作を行う。このブーム操作レ
バー48aによるブーム上げ操作によるパイロット圧
は、図1に示したように、直接ブームメイン操作弁74
に入力するため、バケット38を掘削許容範囲の下限位
置Y0 −Δy0 から目標掘削レベルY0 に戻すことがで
きる。そして、制御装置10は、バケット38の掘削深
さyd がY0 になると、ブーム下げ制御用電磁弁68と
アーム掘削制御用電磁弁70とに信号を出力し、再びブ
ーム20の下げ操作、アーム32の掘削操作を可能にす
る。
When the operator is prevented from moving the bucket 38 further downward as described above, the excavation depth y d
Is reached to the lower limit, the boom operation lever 48a is operated to raise the boom 20. As shown in FIG. 1, the pilot pressure due to the boom raising operation by the boom operation lever 48a directly causes the boom main operation valve 74
Therefore, the bucket 38 can be returned from the lower limit position Y 0 −Δy 0 of the allowable excavation range to the target excavation level Y 0 . Then, when the excavation depth y d of the bucket 38 becomes Y 0 , the control device 10 outputs a signal to the boom lowering control solenoid valve 68 and the arm excavation control solenoid valve 70, and again lowers the boom 20. It enables the excavation operation of the arm 32.

【0030】さらに、制御装置10は、図7(C)のよ
うに、バケット38の掘削深さydが、掘削許容範囲の
上限に達し、
Further, as shown in FIG. 7C, the control device 10 causes the excavation depth y d of the bucket 38 to reach the upper limit of the excavation allowable range,

【数12】yd ≧Y0 +Δy0 となると、警報器66から音声やブザーによって掘削深
さyd が掘削許容範囲の上限Y0 +Δy0 に達した旨、
またはY0 +Δy0 を上回った旨をオペレータに告知す
る。これにより、オペレータは、ブーム操作レバー48
aを操作してブーム20を下げ、掘削深さyd が目標掘
削深さY0 になるようにする。
[Formula 12] When y d ≧ Y 0 + Δy 0 , the fact that the excavation depth y d has reached the upper limit Y 0 + Δy 0 of the excavation allowable range by a sound or a buzzer from the alarm device 66,
Alternatively, the operator is notified that Y 0 + Δy 0 is exceeded. This allows the operator to move the boom operation lever 48
The boom 20 is lowered by operating a so that the excavation depth y d becomes the target excavation depth Y 0 .

【0031】このように、実施例は、掘削深さyd が掘
削許容範囲Y0 ±Δy0 の上限、下限に達すると、その
旨をオペレータに告知するようにしているため、オペレ
ータの通常の作業指令による掘削作業において、目標掘
削レベルに沿った水平掘削を容易、高精度に行うことが
できる。また、実施例においては、掘削深さyd が下限
に達すると、バケット38がそれ以上下方にいかないよ
うにしているため、深く掘削しすぎて後から埋め戻しを
するなどの作業をする必要がなく、迅速な水平掘削を行
うことができる。しかも、従来の水平自動掘削が可能な
パワーショベルに比較して、自動制御用アクチュエータ
や電磁弁を少なくすることができ、信頼性の向上が図れ
る。
As described above, in the embodiment, when the excavation depth y d reaches the upper limit and the lower limit of the permissible excavation range Y 0 ± Δy 0 , the operator is notified of that fact. In the excavation work based on the work command, horizontal excavation along the target excavation level can be easily performed with high accuracy. Further, in the embodiment, when the excavation depth y d reaches the lower limit, the bucket 38 is prevented from going further downward, so that it is necessary to perform an operation such as excavation too deep and backfilling later. There is no need for quick horizontal excavation. Moreover, as compared with a conventional power shovel capable of horizontal automatic excavation, the number of actuators for automatic control and solenoid valves can be reduced, and reliability can be improved.

【0032】なお、前記実施例においては、掘削深さを
一定にした水平掘削について説明したが、掘削面が傾斜
している、いわゆる直線掘削についても適用することが
できることは、勿論である。
In the above embodiment, horizontal excavation with a constant excavation depth was described, but it goes without saying that so-called linear excavation in which the excavation surface is inclined can be applied.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、オペレータがブーム操作用レバーとアーム操作用レ
バーとを操作して掘削する場合、掘削深さが設定した基
準の深さからずれると、その旨をオペレータに知らせる
ようにしているため、オペレータは掘削深さを基準の深
さに容易に修正することができ、オペレータの通常の作
業指令によって、精度の高い水平掘削をすることができ
る。
As described above, according to the present invention, when the operator operates the boom operation lever and the arm operation lever to excavate, the excavation depth deviates from the set reference depth. And, since the operator is informed of that fact, the operator can easily correct the excavation depth to the standard depth, and can perform highly accurate horizontal excavation according to the operator's normal work command. it can.

【0034】また、掘削深さが掘削許容範囲の下限に達
した場合、バケットがそれ以上深く掘削するのを防止し
ているため、深く掘削しすぎて埋め戻しをするなどの手
間が省け、掘削作業を迅速に行うことができる。
Further, when the excavation depth reaches the lower limit of the excavation allowable range, the bucket is prevented from excavating further deeply. Therefore, the labor of excavating too deeply and backfilling can be saved, and excavation can be omitted. Work can be done quickly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に係るパワーショベルの油圧回
路の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a hydraulic circuit of a power shovel according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に係る油圧式パワーショベルの
概略側面図である。
FIG. 2 is a schematic side view of a hydraulic power shovel according to an embodiment of the present invention.

【図3】実施例に係る油圧式パワーショベルの概略平面
図である。
FIG. 3 is a schematic plan view of a hydraulic power shovel according to an embodiment.

【図4】実施例の制御系統の概略説明図である。FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of a control system according to the embodiment.

【図5】実施例の制御装置による掘削深さを求める方法
の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method for obtaining an excavation depth by the control device of the embodiment.

【図6】実施例のバケット位置が上部旋回体に対してオ
フセットしている場合のバケット位置の求め方の説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of how to obtain a bucket position when the bucket position of the embodiment is offset with respect to the upper swing body.

【図7】実施例に係るパワーショベルの直線掘削方法の
説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a straight line excavating method for a power shovel according to an embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 パワーショベル 84 ア
ームメイン操作弁 20 ブーム 28 ブーム角センサ 32 アーム 36 アーム角センサ 38 バケット 48a ブーム操作レバー 48b アーム操作レバー 50 ブームシリンダ 52 アームシリンダ 54 バケットシリンダ 60 バケット位置演算部(制御装置) 68 ブーム下げ制御用電磁弁 70 アーム掘削制御用電磁弁 74 ブームメイン操作弁
10 Power Shovel 84 Arm Main Control Valve 20 Boom 28 Boom Angle Sensor 32 Arm 36 Arm Angle Sensor 38 Bucket 48a Boom Control Lever 48b Arm Control Lever 50 Boom Cylinder 52 Arm Cylinder 54 Bucket Cylinder 60 Bucket Position Calculator (Control Device) 68 Boom Solenoid valve for lowering control 70 Solenoid valve for arm excavation control 74 Boom main operation valve

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 旋回体にブームとアームとを介して設け
たバケットを、ブーム操作用レバーとアーム操作用レバ
ーとを操作して所定の直線に沿って移動させるパワーシ
ョベルの直線掘削方法において、上記バケットの前記直
線に対する上下方向位置を求め、このバケット位置が予
め定めた許容範囲の上下限に達したときに、その旨をオ
ペレータに知らせることを特徴とするパワーショベルの
直線掘削方法。
1. A straight line excavating method for a power shovel, wherein a bucket provided on a revolving structure via a boom and an arm is moved along a predetermined straight line by operating a boom operating lever and an arm operating lever, A straight line excavating method for a power shovel, wherein the vertical position of the bucket with respect to the straight line is obtained, and when the bucket position reaches the upper and lower limits of a predetermined allowable range, the fact is notified to the operator.
【請求項2】 前記バケット位置が前記許容範囲の下限
に達したことの前記オペレータへの告知は、前記バケッ
トのより深くなる方向への移動の阻止であることを特徴
とする請求項1に記載のパワーショベルの直線掘削方
法。
2. The notification to the operator that the bucket position has reached the lower limit of the allowable range is the prevention of the movement of the bucket in the deeper direction. Excavator straight excavation method.
【請求項3】 旋回体にブームとアームとを介して設け
たバケットと、前記ブームを操作するブーム操作用レバ
ーと、前記アームを操作するアーム操作用レバーと、前
記ブームとアームとの操作量を検出する複数のセンサ部
と、前記バケットを直線的に移動させるための基準直線
を設定する直線設定部と、前記複数のセンサ部の検出信
号に基づいて、前記バケットの位置を演算するととも
に、求めたバケット位置の前記基準直線に対する上下方
向の距離を求め、この距離が予め定めた許容範囲の上下
限に達したときに、その旨をオペレータに知らせる信号
を出力する制御装置とを有することを特徴とするパワー
ショベル。
3. A bucket provided on a revolving structure via a boom and an arm, a boom operating lever for operating the boom, an arm operating lever for operating the arm, and an operation amount of the boom and the arm. A plurality of sensor units for detecting, a straight line setting unit for setting a reference straight line for linearly moving the bucket, and based on detection signals of the plurality of sensor units, calculate the position of the bucket, And a controller for outputting a signal informing the operator of the distance of the obtained bucket position in the vertical direction with respect to the reference straight line, and when the distance reaches the upper and lower limits of a predetermined allowable range. Characteristic power shovel.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020203843A1 (en) * 2019-03-29 2020-10-08 住友建機株式会社 Shovel

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