JPH0689550B2 - パワ−シヨベルにおける作業機制御方法および装置 - Google Patents
パワ−シヨベルにおける作業機制御方法および装置Info
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- JPH0689550B2 JPH0689550B2 JP3023986A JP3023986A JPH0689550B2 JP H0689550 B2 JPH0689550 B2 JP H0689550B2 JP 3023986 A JP3023986 A JP 3023986A JP 3023986 A JP3023986 A JP 3023986A JP H0689550 B2 JPH0689550 B2 JP H0689550B2
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- arm angle
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパワーショベルにおける作業機制御方法および
装置に関する。
装置に関する。
周知のように、パワーショベルは第10図に示すようにバ
ケット１、アーム２、ブーム３およびこれらを各別に円
弧運動させるバケットシリンダ４、アームシリンダ５、
ブームシリンダ６を有している。このバケット１は上記
各シリンダの伸縮による円弧運動の組み合せによって移
動する。このため、バケット１を所望の軌跡と姿勢で移
動させるには各シリンダの伸縮を同時制御することが不
可欠である。
ケット１、アーム２、ブーム３およびこれらを各別に円
弧運動させるバケットシリンダ４、アームシリンダ５、
ブームシリンダ６を有している。このバケット１は上記
各シリンダの伸縮による円弧運動の組み合せによって移
動する。このため、バケット１を所望の軌跡と姿勢で移
動させるには各シリンダの伸縮を同時制御することが不
可欠である。
したがって、バケット１を所望の軌跡と姿勢で移動させ
るには、オペレータがバケット、アーム、ブームのそれ
ぞれに対応する操作レバーを同時あるいは交互に操作し
なければならず、操作に熟練を要していた。
るには、オペレータがバケット、アーム、ブームのそれ
ぞれに対応する操作レバーを同時あるいは交互に操作し
なければならず、操作に熟練を要していた。
また、未熟練者は掘削時に、第11図（ａ）に示すように
バケット刃先を進行方向に向けなかったり、第11図
（ｂ）に示すようにバケット底板を削ったあとの掘削面
に干渉させたりして、無用な掘削抵抗増を引き起こして
いた。
バケット刃先を進行方向に向けなかったり、第11図
（ｂ）に示すようにバケット底板を削ったあとの掘削面
に干渉させたりして、無用な掘削抵抗増を引き起こして
いた。
一方、予めバケット刃先の移動軌跡（例えば、直線、円
弧等）およびこれらの軌跡に対するバケット姿勢を設定
しておき、この軌跡に沿ってバケット刃先が移動するよ
うにバケット、アーム、ブームを自動制御するようにし
たパワーショベルの制御装置は種々考案されている。し
かしながら、この装置は予め移動軌跡等を入力しなけれ
ばならないため自由度が少なく、仕上げ作業には有効で
あるが、他の掘削作業には適さない。
弧等）およびこれらの軌跡に対するバケット姿勢を設定
しておき、この軌跡に沿ってバケット刃先が移動するよ
うにバケット、アーム、ブームを自動制御するようにし
たパワーショベルの制御装置は種々考案されている。し
かしながら、この装置は予め移動軌跡等を入力しなけれ
ばならないため自由度が少なく、仕上げ作業には有効で
あるが、他の掘削作業には適さない。
本発明は、特に掘削積込時の操作レバーの操作を簡単に
し、アームの操作のみで他の作業機も掘削に最適な動
作、すなわち掘削抵抗が小さく、かつ満杯になるように
自動制御し、掘削作業の効率を向上させることができる
パワーショベルにおける作業機制御方法および装置を提
供することを目的とする。
し、アームの操作のみで他の作業機も掘削に最適な動
作、すなわち掘削抵抗が小さく、かつ満杯になるように
自動制御し、掘削作業の効率を向上させることができる
パワーショベルにおける作業機制御方法および装置を提
供することを目的とする。
本発明によれば、パワーショベルのバケットが満杯にな
るように掘削し、このときの土量重量を測定してその土
量重量を記憶しておき、バケットを掘削開始位置に移動
させたのち、半自動モードを選択すると、その掘削開始
位置におけるバケット角およびアーム角を検出してそれ
ぞれ第１のバケット角および第１のアーム角とし、この
ときのアーム回動点の位置を変更せずに、前記掘削開始
位置からの所定の掘削深さにおいてバケット底面がほぼ
水平となる第１のバケット姿勢をとるときのバケット刃
先位置を第１の位置として算出するとともに、そのバケ
ット角およびアーム角を算出しそれぞれ第２のバケット
角および第２のアーム角とし、前記第１の位置から水平
方向に対して所定角だけ上方向の直線上の位置であっ
て、前記第１の位置算出時におけるアーム回動点の位置
を変更せずに、バケット上面がほぼ水平となる第２のバ
ケット姿勢をとるときのバケット刃先位置が前記直線上
の第２の位置となるときのバケット角およびアーム角を
算出しそれぞれ第３のバケット角および第３のアーム角
とし、その後アーム操作レバーの操作によってアーム角
が前記第１のアーム角から第２のアーム角に変化する
と、そのアーム角の変化に応じてバケット角が前記第１
のバケット角から第２のバケット角に徐々に変化するよ
うにバケットを自動制御し、アーム操作レバーの操作に
よってアーム角が前記第２のアーム角から第３のアーム
角に変化すると、そのアーム角の変化に応じてバケット
角が前記第２のバケット角から第３のバケット角に徐々
に変化するようにバケットを自動制御し、 アーム角が第３のアーム角に達したのち更にアーム操作
レバーを掘削側に操作すると、バケットが前記第２のバ
ケット姿勢を保持するようにそのアーム角の変化に応じ
てブーム角が徐々に変化するようにブームを自動制御
し、 このようにしてアーム操作レバーのみの操作による掘削
が終了すると、この掘削による土量重量を測定し、この
土量重量が予め記憶した土量重量と一致するように前記
所定の掘削深さを修正し、これを次回の掘削深さとする
ようにしている。
るように掘削し、このときの土量重量を測定してその土
量重量を記憶しておき、バケットを掘削開始位置に移動
させたのち、半自動モードを選択すると、その掘削開始
位置におけるバケット角およびアーム角を検出してそれ
ぞれ第１のバケット角および第１のアーム角とし、この
ときのアーム回動点の位置を変更せずに、前記掘削開始
位置からの所定の掘削深さにおいてバケット底面がほぼ
水平となる第１のバケット姿勢をとるときのバケット刃
先位置を第１の位置として算出するとともに、そのバケ
ット角およびアーム角を算出しそれぞれ第２のバケット
角および第２のアーム角とし、前記第１の位置から水平
方向に対して所定角だけ上方向の直線上の位置であっ
て、前記第１の位置算出時におけるアーム回動点の位置
を変更せずに、バケット上面がほぼ水平となる第２のバ
ケット姿勢をとるときのバケット刃先位置が前記直線上
の第２の位置となるときのバケット角およびアーム角を
算出しそれぞれ第３のバケット角および第３のアーム角
とし、その後アーム操作レバーの操作によってアーム角
が前記第１のアーム角から第２のアーム角に変化する
と、そのアーム角の変化に応じてバケット角が前記第１
のバケット角から第２のバケット角に徐々に変化するよ
うにバケットを自動制御し、アーム操作レバーの操作に
よってアーム角が前記第２のアーム角から第３のアーム
角に変化すると、そのアーム角の変化に応じてバケット
角が前記第２のバケット角から第３のバケット角に徐々
に変化するようにバケットを自動制御し、 アーム角が第３のアーム角に達したのち更にアーム操作
レバーを掘削側に操作すると、バケットが前記第２のバ
ケット姿勢を保持するようにそのアーム角の変化に応じ
てブーム角が徐々に変化するようにブームを自動制御
し、 このようにしてアーム操作レバーのみの操作による掘削
が終了すると、この掘削による土量重量を測定し、この
土量重量が予め記憶した土量重量と一致するように前記
所定の掘削深さを修正し、これを次回の掘削深さとする
ようにしている。
まず、バケット刃先位置を掘削開始位置に移動させたの
ち、半自動モードを選択すると、その後アーム操作レバ
ーによるアーム動作に応じて、バケットおよびブームが
自動制御される。すなわち、アーム操作によりアームが
前記掘削開始位置における第１のアーム角から前記第２
のアーム角に変化すると、バケットはこの変化に応じて
掘削開始位置におけるバケット姿勢から徐々に前記第１
のバケット姿勢になるように自動制御される。次に、ア
ーム操作によりアームが第２のアーム角から前記第３の
アーム角に変化すると、バケットはこの変化に応じて第
１のバケット姿勢から徐々に前記第２のバケット姿勢に
なるように自動制御される。続いて、アーム操作により
アームが第３のアーム角から更に掘削側に変化すると、
ブームはこの変化に応じて前記第２のバケット姿勢を保
持するように自動制御される。このようにして、掘削作
業が終了すると、その掘削した土量重量を測定し、この
土量重量がバケット満杯時の土量重量と一致するように
掘削深さ（第2,第３のバケット角およびアーム角を決定
するためのパラメータ）を修正し、これを次回の掘削深
さとする。
ち、半自動モードを選択すると、その後アーム操作レバ
ーによるアーム動作に応じて、バケットおよびブームが
自動制御される。すなわち、アーム操作によりアームが
前記掘削開始位置における第１のアーム角から前記第２
のアーム角に変化すると、バケットはこの変化に応じて
掘削開始位置におけるバケット姿勢から徐々に前記第１
のバケット姿勢になるように自動制御される。次に、ア
ーム操作によりアームが第２のアーム角から前記第３の
アーム角に変化すると、バケットはこの変化に応じて第
１のバケット姿勢から徐々に前記第２のバケット姿勢に
なるように自動制御される。続いて、アーム操作により
アームが第３のアーム角から更に掘削側に変化すると、
ブームはこの変化に応じて前記第２のバケット姿勢を保
持するように自動制御される。このようにして、掘削作
業が終了すると、その掘削した土量重量を測定し、この
土量重量がバケット満杯時の土量重量と一致するように
掘削深さ（第2,第３のバケット角およびアーム角を決定
するためのパラメータ）を修正し、これを次回の掘削深
さとする。
以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。
まず、掘削作業を行なうときには、次の条件を満足する
ようにする。
ようにする。
掘削抵抗を小さくする。
（イ）掘削開始時に掘削角（掘削方向とバケット底板と
のなす角）が小さくなるようにする。
のなす角）が小さくなるようにする。
（ロ）掘削中にバケット背部がなるべく土と干渉しない
範囲で掘削角が小さくなるようにする。
範囲で掘削角が小さくなるようにする。
掘削作業中の操作を簡単にする。
（イ）掘削開始時にバケットの姿勢をボタンを押すなど
して自動的に設定する。
して自動的に設定する。
（ロ）アーム操作レバーでアームの回動を指示すると、
アームの回動速度に比例したバケット回動速度になるよ
うにバケットを自動的に制御する。このとき、比例係数
を適当に選んでの（ロ）の条件を満たすようにする。
アームの回動速度に比例したバケット回動速度になるよ
うにバケットを自動的に制御する。このとき、比例係数
を適当に選んでの（ロ）の条件を満たすようにする。
バケットが満杯になるようにする。
掘削終了時の土量重量がバケット満杯時の土量重量にな
るようにする。
るようにする。
次に、積込作業を行なうときには、次の条件を満足する
ようにする。
ようにする。
積荷をこぼさないようにする。
バケットの上面を常に水平に保持するようにする。
積込作業中の操作を簡単にする。
（イ）アーム操作レバーを操作すると、バケットの姿勢
（傾き）を保ちながらアームの回動速度に比例したブー
ム回動速度になるようにブームを自動制御し、すくい上
げる。
（傾き）を保ちながらアームの回動速度に比例したブー
ム回動速度になるようにブームを自動制御し、すくい上
げる。
（ロ）アーム操作レバーを操作してすくい上げたバケッ
トを前方に送り出すときは、バケットの傾きを保ち土砂
をこぼさないようにバケットを自動制御する。
トを前方に送り出すときは、バケットの傾きを保ち土砂
をこぼさないようにバケットを自動制御する。
すなわち、本発明は、アーム操作レバーのみの操作で掘
削積込作業を可能にし、かつ他の作業機を掘削積込作業
に適合するよう自動制御するものである。
削積込作業を可能にし、かつ他の作業機を掘削積込作業
に適合するよう自動制御するものである。
次に、上記条件を満足するようにアーム以外の作業機を
自動制御する際の具体的な内容について説明する。
自動制御する際の具体的な内容について説明する。
まず、作業機各部の長さ、角度等を第２図に示すように
定義する。すなわち、 l1：点A,B間の長さ l2：点B,C間の長さ l3：点C,D間の長さ lx：点A,C間の長さ α：線分ABとBCとのなす角（バケット角） β：線分BCとCDとのなす角（ブーム角） γ：線分CDと水平線とのなす角（バケット角） δ：線分ABとバケット底板とのなす角（バケット刃先
角） とする。なお、点Ａはバケット刃先点、点Ｂはバケット
回動点、点Ｃはアーム回動点、点Ｄはブーム回動点であ
る。
定義する。すなわち、 l1：点A,B間の長さ l2：点B,C間の長さ l3：点C,D間の長さ lx：点A,C間の長さ α：線分ABとBCとのなす角（バケット角） β：線分BCとCDとのなす角（ブーム角） γ：線分CDと水平線とのなす角（バケット角） δ：線分ABとバケット底板とのなす角（バケット刃先
角） とする。なお、点Ａはバケット刃先点、点Ｂはバケット
回動点、点Ｃはアーム回動点、点Ｄはブーム回動点であ
る。
ここで、土地掘削作業における−（イ）の条件を満足
するバケット角αs（第３図）を求める。すなわち、線
分ACとバケット底板とが直交（掘削角θ＝０）するバケ
ット角αsを求めておく。このバケット角αsは、アーム
角βおよびブーム角γによらず一定である。そして、バ
ケット刃先点Ａを掘削開始点に移動させたのち、バケッ
ト姿勢を初期設定するためのボタンを押し、バケット角
αがαsになるように制御する。なお、このときのアー
ム角βをβsとする。また、掘削角θ＝０に限らず、０
〜10°程度の範囲となるαsを設定してもよい。
するバケット角αs（第３図）を求める。すなわち、線
分ACとバケット底板とが直交（掘削角θ＝０）するバケ
ット角αsを求めておく。このバケット角αsは、アーム
角βおよびブーム角γによらず一定である。そして、バ
ケット刃先点Ａを掘削開始点に移動させたのち、バケッ
ト姿勢を初期設定するためのボタンを押し、バケット角
αがαsになるように制御する。なお、このときのアー
ム角βをβsとする。また、掘削角θ＝０に限らず、０
〜10°程度の範囲となるαsを設定してもよい。
次に、掘削作業における−（ロ）の条件を、掘削前半
および掘削後半に分けて、アーム角変化に対応するバケ
ット変化量を次のように規定する。
および掘削後半に分けて、アーム角変化に対応するバケ
ット変化量を次のように規定する。
すなわち、第４図に示すように掘削前半においては、ア
ーム角がβsからβcに変化する場合に、バケット角α
を、次式、 に示すようにαsからαcに徐々に変化させる。ここで、
上記第（１）式におけるバケット角αcおよびアーム角
βcは、アーム回動点Ｃを移動させずに、バケット刃先
点Ａが上記掘削開始位置から深さｄの地点に達し、か
つ、このときバケット底面が水平となるバケット姿勢を
とるという条件から求める。
ーム角がβsからβcに変化する場合に、バケット角α
を、次式、 に示すようにαsからαcに徐々に変化させる。ここで、
上記第（１）式におけるバケット角αcおよびアーム角
βcは、アーム回動点Ｃを移動させずに、バケット刃先
点Ａが上記掘削開始位置から深さｄの地点に達し、か
つ、このときバケット底面が水平となるバケット姿勢を
とるという条件から求める。
同様に、掘削後半においては、アーム角がβcからβeに
変化する場合に、バケット角αを、次式、 に示すようにαcからαeに徐々に変化させる。ここで、
上記第（２）式におけるバケット角αeおよびアーム角
βeは、アーム回動点Ｃを移動させずに、バケット角お
よびアーム角がそれぞれαe，βeとなるとき、バケット
上面（線分AB）が水平となる条件、すなわち、 αe＋βe＋γ＝π ……（３） が成立し、バケット角およびアーム角がαcおよびβcの
ときのバケット刃先位置とαeおよびβeのときのバケッ
ト刃先位置とを結ぶ線分の水平とのなす角がバケット刃
先角δとなる条件、すなわち、 を満足するものとする。なお、tanδのバケット刃先角
δの代わりに、水平方向に対して所定の傾きをもった角
度を代入してもよい。
変化する場合に、バケット角αを、次式、 に示すようにαcからαeに徐々に変化させる。ここで、
上記第（２）式におけるバケット角αeおよびアーム角
βeは、アーム回動点Ｃを移動させずに、バケット角お
よびアーム角がそれぞれαe，βeとなるとき、バケット
上面（線分AB）が水平となる条件、すなわち、 αe＋βe＋γ＝π ……（３） が成立し、バケット角およびアーム角がαcおよびβcの
ときのバケット刃先位置とαeおよびβeのときのバケッ
ト刃先位置とを結ぶ線分の水平とのなす角がバケット刃
先角δとなる条件、すなわち、 を満足するものとする。なお、tanδのバケット刃先角
δの代わりに、水平方向に対して所定の傾きをもった角
度を代入してもよい。
一方、積込作業における−（イ）の条件を満足するブ
ーム角γは、次式、 γ＝π−αe−β ……（５） （β≦βe） によって求めることができる。したがって、上記第
（５）式を満たすようにアーム回動変化に応じてブーム
角γを自動制御すれば、土砂がこぼれないようにバケッ
トを持ち上げることができる（第５図）。
ーム角γは、次式、 γ＝π−αe−β ……（５） （β≦βe） によって求めることができる。したがって、上記第
（５）式を満たすようにアーム回動変化に応じてブーム
角γを自動制御すれば、土砂がこぼれないようにバケッ
トを持ち上げることができる（第５図）。
次に、積込作業における−（ロ）の条件を満足するバ
ケット角αは、次式、 α＝π−β−γ ……（６） によって求めることができる。したがって、上記第
（６）式を満たすようにアーム回動変化に応じてバケッ
ト角αを自動制御すれば、土砂がこぼれないようにバケ
ットを前方に押し出すことができる。なお、第６図で
は、ブームも同時に操作した場合に関して示している。
ケット角αは、次式、 α＝π−β−γ ……（６） によって求めることができる。したがって、上記第
（６）式を満たすようにアーム回動変化に応じてバケッ
ト角αを自動制御すれば、土砂がこぼれないようにバケ
ットを前方に押し出すことができる。なお、第６図で
は、ブームも同時に操作した場合に関して示している。
また、（αc，βc）および（αe，βe）を決定するため
に用いた掘削深さｄは、掘削した土量重量がバケット満
杯時の土量重量と一致するように修正される。ここで、
土量重量の測定方法の一例について説明すると、まず第
７図（ａ）に示すように空荷時におけるバケット回動点
Ｂに関するモーメントの釣合い条件より、次式 T0=W0・l4 ……（７） が成立する。なお、W0はバケットの自重、l4はバケット
の回動点Ｂとバケット重心との水平距離である。また、
T0はバケットシリンダ力（バケットシリンダに供給され
る油圧圧力）に基づいて求めることができる。
に用いた掘削深さｄは、掘削した土量重量がバケット満
杯時の土量重量と一致するように修正される。ここで、
土量重量の測定方法の一例について説明すると、まず第
７図（ａ）に示すように空荷時におけるバケット回動点
Ｂに関するモーメントの釣合い条件より、次式 T0=W0・l4 ……（７） が成立する。なお、W0はバケットの自重、l4はバケット
の回動点Ｂとバケット重心との水平距離である。また、
T0はバケットシリンダ力（バケットシリンダに供給され
る油圧圧力）に基づいて求めることができる。
同様にして、第７図（ｂ）に示すように掘削後における
バケット回動点Ｂに関するモーメントの釣合い条件よ
り、次式、 Ｔ＝Ｗ・l5 ……（８） が成立する。なお、Ｗはバケット自重W0と土量重量W1の
和、l5はバケット回動点Ｂと重量Ｗの重心との水平距離
である。
バケット回動点Ｂに関するモーメントの釣合い条件よ
り、次式、 Ｔ＝Ｗ・l5 ……（８） が成立する。なお、Ｗはバケット自重W0と土量重量W1の
和、l5はバケット回動点Ｂと重量Ｗの重心との水平距離
である。
したがって、土量重量W1は、バケットシリンダ力によっ
て求められるT0,Tおよび定数l4,l5から、次式、 によって求めることができる。なお、バケット自重W0が
既知であれば、T0は求める必要はない。また、以上はバ
ケットシリンダ力に関連して土量重量を求める場合につ
いて説明したが、アームシリンダ力あるいはブームシリ
ンダ力に関連して土量重量を求めることもできる。
て求められるT0,Tおよび定数l4,l5から、次式、 によって求めることができる。なお、バケット自重W0が
既知であれば、T0は求める必要はない。また、以上はバ
ケットシリンダ力に関連して土量重量を求める場合につ
いて説明したが、アームシリンダ力あるいはブームシリ
ンダ力に関連して土量重量を求めることもできる。
第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図で、上記
各制御を実現するものである。この装置は、半自動モー
ド選択スイッチ14により通常の手動モードと本発明に係
る半自動モードに切り換えられる。
各制御を実現するものである。この装置は、半自動モー
ド選択スイッチ14により通常の手動モードと本発明に係
る半自動モードに切り換えられる。
まず、半自動モード選択スイッチ14によって半自動モー
ドを選択しない場合（手動モード）について説明する。
この場合、演算処理装置17は、切換スイッチ18および19
の各可動接片18cおよび19cをそれぞれ接点18aおよび19b
に接続させる。
ドを選択しない場合（手動モード）について説明する。
この場合、演算処理装置17は、切換スイッチ18および19
の各可動接片18cおよび19cをそれぞれ接点18aおよび19b
に接続させる。
バケット操作レバー10は、通常中立位置にあり、レバー
操作されるとその操作方向および操作量に対応するバケ
ット回動速度指令rを示す信号がレバー位置検出器20
より出力される。このバケット回動速度指令rを示す
信号は、スイッチ18を介してバケット回動速度の目標値
としてバケット制御系30に加えられる。
操作されるとその操作方向および操作量に対応するバケ
ット回動速度指令rを示す信号がレバー位置検出器20
より出力される。このバケット回動速度指令rを示す
信号は、スイッチ18を介してバケット回動速度の目標値
としてバケット制御系30に加えられる。
バケット制御系30は、バケット角αを検出する角度セン
サ31、このバケット角αを微分して実際のバケット回動
速度を検出する微分器32、目標値と実際のバケット回
動速度を示す信号との偏差をとる加算点33および加算
点33からの偏差信号を０にすべくその偏差信号に応じた
流量の圧油をバケットシリンダ４に供給する流量制御弁
34から構成されている。したがって、バケットはバケッ
ト操作レバー10で指令された速度で回動する。
サ31、このバケット角αを微分して実際のバケット回動
速度を検出する微分器32、目標値と実際のバケット回
動速度を示す信号との偏差をとる加算点33および加算
点33からの偏差信号を０にすべくその偏差信号に応じた
流量の圧油をバケットシリンダ４に供給する流量制御弁
34から構成されている。したがって、バケットはバケッ
ト操作レバー10で指令された速度で回動する。
同様に、レバー位置検出器21はアーム操作レバー11のレ
バー操作に対応するアーム回動速度指令rを示す信号
をアーム制御系40に出力し、レバー位置検出器22はブー
ム操作レバー12のレバー操作に対応するブーム回動速度
指令rを示す信号を切換スイッチ19を介してブーム制
御系50に出力する。なお、アーム制御系40およびブーム
制御系50は、バケット制御系30と同様にそれぞれ角度セ
ンサ41,51、微分器42,52、加算点43,53および流量制御
弁44,54を有し、目標速度に一致するようにアームおよ
びブームを回動制御する。
バー操作に対応するアーム回動速度指令rを示す信号
をアーム制御系40に出力し、レバー位置検出器22はブー
ム操作レバー12のレバー操作に対応するブーム回動速度
指令rを示す信号を切換スイッチ19を介してブーム制
御系50に出力する。なお、アーム制御系40およびブーム
制御系50は、バケット制御系30と同様にそれぞれ角度セ
ンサ41,51、微分器42,52、加算点43,53および流量制御
弁44,54を有し、目標速度に一致するようにアームおよ
びブームを回動制御する。
次に、本発明に係る制御を第８図に示すフローチャート
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
まず、演算処理装置17は深さ設定器13から掘削深さｄを
示すデータを入力するとともに、満杯土量重量WMを計測
記憶する（ステップ100）。ここで、満杯土量重量の計
測は、バケットが満杯になるように手動によって掘削
し、満杯土量重量計測モード選択ボタン25を押す。演算
処理装置17は、この選択ボタン25からの信号が加えられ
ると、バケットシリンダ４への油圧圧力を圧力計27から
読み取り、バケットシリンダ力を求めることによって土
量重量を求める（第（８）式、第（９）式参照）。
示すデータを入力するとともに、満杯土量重量WMを計測
記憶する（ステップ100）。ここで、満杯土量重量の計
測は、バケットが満杯になるように手動によって掘削
し、満杯土量重量計測モード選択ボタン25を押す。演算
処理装置17は、この選択ボタン25からの信号が加えられ
ると、バケットシリンダ４への油圧圧力を圧力計27から
読み取り、バケットシリンダ力を求めることによって土
量重量を求める（第（８）式、第（９）式参照）。
続いて、手動操作によってバケット刃先点を掘削開始位
置まで移動させる（ステップ101）。その後、演算処理
装置17は、半自動モード選択スイッチ14、初期値設定ボ
タン15、レバー位置検出器21、掘削深さ修正モード選択
スイッチ26からの信号を入力するとともに、角度センサ
31,41,51からの実機のバケット角α，アーム角β，ブー
ム角γを示す信号を入力し（ステップ102）、現在半自
動モードが選択されているか否か（ステップ103）、半
自動モードが選択されていない場合には初期値設定モー
ドか否か（ステップ104）を判断する。
置まで移動させる（ステップ101）。その後、演算処理
装置17は、半自動モード選択スイッチ14、初期値設定ボ
タン15、レバー位置検出器21、掘削深さ修正モード選択
スイッチ26からの信号を入力するとともに、角度センサ
31,41,51からの実機のバケット角α，アーム角β，ブー
ム角γを示す信号を入力し（ステップ102）、現在半自
動モードが選択されているか否か（ステップ103）、半
自動モードが選択されていない場合には初期値設定モー
ドか否か（ステップ104）を判断する。
ここで、半自動モードとは半自動モード選択スイッチ14
が投入され、アーム操作レバー11のみの操作による作業
機制御方式をいい、初期値設定モードとは初期値設定ボ
タン15が押され、バケット角を初期掘削抵抗の少ない所
定の角度に設定する方式をいう。
が投入され、アーム操作レバー11のみの操作による作業
機制御方式をいい、初期値設定モードとは初期値設定ボ
タン15が押され、バケット角を初期掘削抵抗の少ない所
定の角度に設定する方式をいう。
いま、初期値設定ボタン15を押して初期値設定モードを
選択した場合について説明する。この場合、演算処理装
置17は切換スイッチ18の可動接片18cを接点18bに切り換
え、バケット角αが初期掘削抵抗の少ない所定の角度α
s（第３図参照）と一致しているか否かを判別し（ステ
ップ105）、不一致の場合にはバケット角αが角度αsに
なるまで適宜の自動バケット回動速度指令r′を示す
信号を切換スイッチ18を介してバケット制御系30に出力
し、これによりバケット角を初期値に設定する（ステッ
プ106）。
選択した場合について説明する。この場合、演算処理装
置17は切換スイッチ18の可動接片18cを接点18bに切り換
え、バケット角αが初期掘削抵抗の少ない所定の角度α
s（第３図参照）と一致しているか否かを判別し（ステ
ップ105）、不一致の場合にはバケット角αが角度αsに
なるまで適宜の自動バケット回動速度指令r′を示す
信号を切換スイッチ18を介してバケット制御系30に出力
し、これによりバケット角を初期値に設定する（ステッ
プ106）。
次に、バケットの初期値設定が終了後、半自動モード選
択スイッチ14を投入して半自動モードを選択した場合に
ついて説明する。
択スイッチ14を投入して半自動モードを選択した場合に
ついて説明する。
この場合、演算処理装置17は、まず切換スイッチ18およ
び19の可動接片18cおよび19cをそれぞれ接点18bおよび1
9bに切換えたのち、掘削開始時か否かを判別する（ステ
ップ107）。
び19の可動接片18cおよび19cをそれぞれ接点18bおよび1
9bに切換えたのち、掘削開始時か否かを判別する（ステ
ップ107）。
掘削開始時には、現在のバケット角αおよびアーム角β
をそれぞれ（αs，βs）として入力し、また深さ設定器
13によって予め設定された掘削深さｄを入力し、これら
の値から第４図で説明した（αc，βc）および（αe，
βe）を算出し（ステップ108）、これらを記憶する（ス
テップ109）。
をそれぞれ（αs，βs）として入力し、また深さ設定器
13によって予め設定された掘削深さｄを入力し、これら
の値から第４図で説明した（αc，βc）および（αe，
βe）を算出し（ステップ108）、これらを記憶する（ス
テップ109）。
次に、アーム操作レバー11が掘削側に操作されているか
否かをアーム回動速度指令rを示す信号から判別し
（ステップ110）、掘削側に操作されている場合にはス
テップ111に進む。
否かをアーム回動速度指令rを示す信号から判別し
（ステップ110）、掘削側に操作されている場合にはス
テップ111に進む。
ステップ111では、アーム角の範囲に応じて次式に示す
自動バケット回動速度指令r′または自動ブーム回動
速度指令r′を演算する。
自動バケット回動速度指令r′または自動ブーム回動
速度指令r′を演算する。
r′＝−r （βe≧β） ……（12） なお、第（10）式、第（11）式および第（12）式はそれ
ぞれ前述した第（１）式，第（２）式および第（５）式
を時間微分したものである。また、第（10）式，第（1
1）式における比例定数はステップ109で記憶した値から
求めたものである。また、rはアーム回動速度指令で
あるが、微分器42で求めた実機のアーム回動速度でも
よい。
ぞれ前述した第（１）式，第（２）式および第（５）式
を時間微分したものである。また、第（10）式，第（1
1）式における比例定数はステップ109で記憶した値から
求めたものである。また、rはアーム回動速度指令で
あるが、微分器42で求めた実機のアーム回動速度でも
よい。
上記のようにして求めた自動バケット回動速度指令
r′を示す信号は切換スイッチ18を介してバケット制
御系30に出力され、自動ブーム回動速度指令r′を示
す信号は切換スイッチ19を介してブーム制御系50に出力
され、これによりアームの動作に追従してバケットおよ
びブームが自動制御される（ステップ112）。
r′を示す信号は切換スイッチ18を介してバケット制
御系30に出力され、自動ブーム回動速度指令r′を示
す信号は切換スイッチ19を介してブーム制御系50に出力
され、これによりアームの動作に追従してバケットおよ
びブームが自動制御される（ステップ112）。
一方、アーム操作レバー11が積込側に操作されている場
合には、ステップ114に進み、ここで掘削深さ修正モー
ドが選択されているか否かを判別する。いま、掘削深さ
修正モード選択スイッチ26によって掘削深さ修正モード
が選択されているとすると、前述の満杯土量重量WMの計
測と同様にして掘削土量重量W1を計測する（ステップ11
4）。そして、この計測した掘削土量重量W1と予め記憶
した満杯土量重量WMとを比較し、次式に示すようにW1が
WMよりも大きい場合には掘削深さｄを小さくし、W1がWM
よりも小さい場合には掘削深さｄを大きくす（ステップ
115）。
合には、ステップ114に進み、ここで掘削深さ修正モー
ドが選択されているか否かを判別する。いま、掘削深さ
修正モード選択スイッチ26によって掘削深さ修正モード
が選択されているとすると、前述の満杯土量重量WMの計
測と同様にして掘削土量重量W1を計測する（ステップ11
4）。そして、この計測した掘削土量重量W1と予め記憶
した満杯土量重量WMとを比較し、次式に示すようにW1が
WMよりも大きい場合には掘削深さｄを小さくし、W1がWM
よりも小さい場合には掘削深さｄを大きくす（ステップ
115）。
ｄ←ｄ−Δｄ（W1＞WM） ｄ←ｄ＋Δｄ（W1＜WM）｝ ……（13） なお、このようにして修正された掘削深さは、次回の掘
削時に利用される。
削時に利用される。
次に、ステップ116では、バケット自動回動速度指令
r′を、次式、r ′＝−r−r ……（14） によって算出する。なお、第（14）式は前述した第
（６）式を時間微分したものである。また、r，rを
示す信号はレバー位置検出器21,22の出力信号である
が、微分器42,52の信号を用いてもよい。
r′を、次式、r ′＝−r−r ……（14） によって算出する。なお、第（14）式は前述した第
（６）式を時間微分したものである。また、r，rを
示す信号はレバー位置検出器21,22の出力信号である
が、微分器42,52の信号を用いてもよい。
この自動バケット回動速度指令r′を示す信号は切換
スイッチ18を介してバケット制御系30に出力され、これ
によりアームの動作に追従してバケットが自動制御され
る。
スイッチ18を介してバケット制御系30に出力され、これ
によりアームの動作に追従してバケットが自動制御され
る。
なお、上記アーム操作レバー11のみによる掘削積込作業
中において、バケット操作レバー10およびブーム操作レ
バー12を適宜操作してもよい。この場合、バケット操作
レバー10の操作によって発生するバケット回動速度指令
rを示す信号は、加算点23において自動バケット回動
速度指令r′を示す信号と加算され、またブーム操作
レバー12の操作によって発生するブーム回動速度指令
rを示す信号は、加算点24において自動ブーム回動速度
指令r′を示す信号と加算される。なお、半自動モー
ドによる掘削時に手動でブームが操作された場合には、
前述の掘削深さｄの修正は実行しないようにする。
中において、バケット操作レバー10およびブーム操作レ
バー12を適宜操作してもよい。この場合、バケット操作
レバー10の操作によって発生するバケット回動速度指令
rを示す信号は、加算点23において自動バケット回動
速度指令r′を示す信号と加算され、またブーム操作
レバー12の操作によって発生するブーム回動速度指令
rを示す信号は、加算点24において自動ブーム回動速度
指令r′を示す信号と加算される。なお、半自動モー
ドによる掘削時に手動でブームが操作された場合には、
前述の掘削深さｄの修正は実行しないようにする。
また、第１図の実施例では各作業機の指令値として速度
指令を与えるようにしたが、位置（角度）指令を与える
ように構成してもよい。また、操作レバーはそれぞれ作
業機ごとに独立したものに限らず、第９図に示すように
レバー25の操作方向によってアームと旋回の回動指令を
与え、レバー26の操作方向によってバケットとブームの
回動指令を与えるものでもよい。
指令を与えるようにしたが、位置（角度）指令を与える
ように構成してもよい。また、操作レバーはそれぞれ作
業機ごとに独立したものに限らず、第９図に示すように
レバー25の操作方向によってアームと旋回の回動指令を
与え、レバー26の操作方向によってバケットとブームの
回動指令を与えるものでもよい。
以上説明したように、本発明によれば、半自動モードを
選択することにより通常の手動による各作業機の制御か
ら、アーム操作レバーのみの操作による掘削制御が可能
となり、操作が簡単になる。また、この掘削時には掘削
抵抗が少なく、かつ荷こぼれがないように他の作業機の
制御が行なわれ、しかもバケットが満杯になるように制
御が行なわれるので、作業効率の向上を図ることができ
る。
選択することにより通常の手動による各作業機の制御か
ら、アーム操作レバーのみの操作による掘削制御が可能
となり、操作が簡単になる。また、この掘削時には掘削
抵抗が少なく、かつ荷こぼれがないように他の作業機の
制御が行なわれ、しかもバケットが満杯になるように制
御が行なわれるので、作業効率の向上を図ることができ
る。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
作業機の長さ、角度等を定義するために用いた図、第３
図乃至第６図はそれぞれ本発明の原理を説明するために
用いた図、第７図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ掘削土
量重量を計測する方法を説明するために用いた図、第８
図は第１図の演算処理装置の動作を説明するために用い
たフローチャート、第９図は作業機レバーを示す図、第
10図はパワーショベルの外観図、第11図（ａ）および
（ｂ）はそれぞれ従来のパワーショベルの掘削時におけ
る不具合を説明するために用いた図である。 10……バケット操作レバー、11……アーム操作レバー、
12……ブーム操作レバー、13……深さ設定器、14……半
自動モード選択スイッチ、15……初期値設定ボタン、17
……演算処理装置、18,19……切換スイッチ、20,21,22
……レバー位置検出器、25……満杯土量重量計測モード
選択ボタン、26……掘削深さ修正モード選択スイッチ、
27……圧力計、30……バケット制御系、40……アーム制
御系、50……ブーム制御系。
作業機の長さ、角度等を定義するために用いた図、第３
図乃至第６図はそれぞれ本発明の原理を説明するために
用いた図、第７図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ掘削土
量重量を計測する方法を説明するために用いた図、第８
図は第１図の演算処理装置の動作を説明するために用い
たフローチャート、第９図は作業機レバーを示す図、第
10図はパワーショベルの外観図、第11図（ａ）および
（ｂ）はそれぞれ従来のパワーショベルの掘削時におけ
る不具合を説明するために用いた図である。 10……バケット操作レバー、11……アーム操作レバー、
12……ブーム操作レバー、13……深さ設定器、14……半
自動モード選択スイッチ、15……初期値設定ボタン、17
……演算処理装置、18,19……切換スイッチ、20,21,22
……レバー位置検出器、25……満杯土量重量計測モード
選択ボタン、26……掘削深さ修正モード選択スイッチ、
27……圧力計、30……バケット制御系、40……アーム制
御系、50……ブーム制御系。
Claims (3)
- 【請求項１】パワーショベルのバケットが満杯になるよ
うに掘削し、このときの土量重量を測定してその土量重
量を記憶しておき、 バケットを掘削開始位置に移動させたのち、半自動モー
ドを選択すると、その掘削開始位置におけるバケット角
およびアーム角を検出してそれぞれ第１のバケット角お
よび第１のアーム角とし、このときのアーム回動点の位
置を変更せずに、前記掘削開始位置からの所定の掘削深
さにおいてバケット底面がほぼ水平となる第１のバケッ
ト姿勢をとるときのバケット刃先位置を第１の位置とし
て算出するとともに、そのバケット角およびアーム角を
算出しそれぞれ第２のバケット角および第２のアーム角
とし、前記第１の位置から水平方向に対して所定角だけ
上方向の直線上の位置であって、前記第１の位置算出時
におけるアーム回動点の位置を変更せずに、バケット上
面がほぼ水平となる第２のバケット姿勢をとるときのバ
ケット刃先位置が前記直線上の第２の位置となるときの
バケット角およびアーム角を算出し、それぞれ第３のバ
ケット角および第３のアーム角とし、 その後アーム操作レバーの操作によってアーム角が前記
第１のアーム角から第２のアーム角に変化すると、その
アーム角の変化に応じてバケット角が前記第１のバケッ
ト角から第２のバケット角に徐々に変化するようにバケ
ットを自動制御し、 アーム操作レバーの操作によってアーム角が前記第２の
アーム角から第３のアーム角に変化すると、そのアーム
角の変化に応じてバケット角が前記第２のバケット角か
ら第３のバケット角に徐々に変化するようにバケットを
自動制御し、 アーム角が第３のアーム角に達したのち更にアーム操作
レバーを掘削側に操作すると、バケットが前記第２のバ
ケット姿勢を保持するようにそのアーム角の変化に応じ
てブーム角が徐々に変化するようにブームを自動制御
し、 このようにしてアーム操作レバーのみの操作による掘削
が終了すると、この掘削による土量重量を測定し、この
土量重量が予め記憶した土量重量と一致するように前記
所定の掘削深さを修正し、これを次回の掘削深さとする
ようにしたことを特徴とするパワーショベルにおける作
業機制御方法。 - 【請求項２】パワーショベルの作業機操作レバーによる
操作に関連して発生する各作業機回動指令に基づいてバ
ケット、アーム、ブームを回動制御するパワーショベル
において、 半自動モードを選択するモード選択手段と、 掘削終了後にバケットの土量重量を計測する重量計測手
段と、 満杯時の土量重量を記憶する記憶手段と、 掘削開初位置からの掘削深さを設定する掘削深さ設定パ
ワーショベルのバケット角、アーム角およびブーム角を
それぞれ検出する角度検出手段と、 前記モード選択手段による半自動モードの選択時点に前
記角度検出手段により検出したバケット角およびアーム
角をそれぞれ第１のバケット角および第１のアーム角と
して入力する入力手段と、 前記選択時点におけるアーム回動点の位置を変更せず、
かつその時点におけるバケット刃先位置から所定の深さ
においてバケット底面がほぼ水平となる第１のバケット
姿勢をとるときのバケット刃先位置を第１の位置として
算出する第１の演算手段と、 バケットが前記第１のバケット姿勢をとり、かつバケッ
トの刃先位置が前記第１の位置となるときのバケット角
およびアーム角をそれぞれ第２のバケット角および第２
のアーム角として算出する第２の演算手段と、 前記第１の位置から水平方向に対して所定角だけ上方向
の直線上における第２の位置であって、前記第１の位置
算出時におけるアーム回動点の位置を変更せず、かつバ
ケット上面がほぼ水平となる第２のバケット姿勢をとる
ときのバケット刃先位置が前記直線上の第２の位置とな
るときのバケット角およびアーム角をそれぞれ第３のバ
ケット角および第３のアーム角として算出する第３の演
算手段と、 前記第１のバケット角および第１のアーム角と第２のバ
ケット角および第２のアーム角に基づいてバケット姿勢
が半自動モードの選択時点のバケット姿勢から前記第１
のバケット姿勢となるようにアーム操作レバーの操作に
よるアーム角の第１のアーム角から第２のアーム角の変
化に応じてバケット角を徐々に変化させる自動バケット
回動指令を算出する第４の演算手段と、 前記第２のバケット角および第２のアーム角と第３のバ
ケット角および第３のアーム角に基づいてバケット姿勢
が前記第１のバケット姿勢から第２のバケット姿勢とな
るようにアーム操作レバーの操作によるアーム角の第２
のアーム角から第３のアーム角の変化に応じてバケット
角を徐々に変化させる自動バケット回動指令を算出する
第５の演算手段と、 バケット刃先位置が前記第２の位置に達したときのバケ
ット角および第２のバケット姿勢を保持するようにアー
ム操作レバーの操作によるアーム角の第３のアーム角か
らの変化に応じてブーム角を徐々に変化させる自動ブー
ム回動指令を算出する第６の演算手段と、 前記モード選択手段によって半自動モードが選択され、
かつアーム操作レバーが掘削側に操作されると、前記自
動バケット回動指令および自動ブーム回動指令をそれぞ
れ手動操作による各回動指令に代えて出力する切替手段
と、 前記重量計測手段によって計測した土量重量が前記記憶
手段に記憶された満杯時の土量重量と一致するように前
記掘削深さ設定手段によって設定した掘削深さを修正す
る掘削深さ修正手段と、 を具えたパワーショベルにおける作業機制御装置。 - 【請求項３】前記重量計測手段は、バケット、アーム、
ブームを回動させるシリンダのうちの少なくとも１つの
シリンダに供給される圧油の圧力を検出する手段と、こ
の検出圧力に基づいて前記圧油が供給されるシリンダに
係る作業機の回動点に関するモーメントを算出する手段
と、掘削後に算出した前記モーメントがバケット重量お
よび土量重量とこれらの重心と前記回動点とのモーメン
ト腕長とによって定まるモーメントと一致する条件から
前記土量重量を算出する手段とから成る特許請求の範囲
第（２）項記載のパワーショベルにおける作業機制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023986A JPH0689550B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | パワ−シヨベルにおける作業機制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023986A JPH0689550B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | パワ−シヨベルにおける作業機制御方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62189222A JPS62189222A (ja) | 1987-08-19 |
| JPH0689550B2 true JPH0689550B2 (ja) | 1994-11-09 |
Family
ID=12298162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3023986A Expired - Lifetime JPH0689550B2 (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | パワ−シヨベルにおける作業機制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0689550B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022210173A1 (ja) | 2021-03-29 | 2022-10-06 | 住友建機株式会社 | ショベルの表示装置、ショベル |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017038772A1 (ja) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
| WO2018096668A1 (ja) | 2016-11-28 | 2018-05-31 | 株式会社小松製作所 | 作業車両および作業車両の制御方法 |
| JP6871946B2 (ja) | 2016-11-28 | 2021-05-19 | 株式会社小松製作所 | 作業車両および作業車両の制御方法 |
| JP2018135679A (ja) | 2017-02-21 | 2018-08-30 | 株式会社小松製作所 | 作業車両および作業車両の制御方法 |
| WO2021006349A1 (ja) * | 2019-07-11 | 2021-01-14 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
| JP2022077325A (ja) * | 2020-11-11 | 2022-05-23 | 日本電気株式会社 | 制御装置、制御システム、および制御方法 |
-
1986
- 1986-02-14 JP JP3023986A patent/JPH0689550B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022210173A1 (ja) | 2021-03-29 | 2022-10-06 | 住友建機株式会社 | ショベルの表示装置、ショベル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62189222A (ja) | 1987-08-19 |
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