JPH0745742B2 - 油圧ショベルの掘削制御方法 - Google Patents
油圧ショベルの掘削制御方法Info
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- JPH0745742B2 JPH0745742B2 JP62169106A JP16910687A JPH0745742B2 JP H0745742 B2 JPH0745742 B2 JP H0745742B2 JP 62169106 A JP62169106 A JP 62169106A JP 16910687 A JP16910687 A JP 16910687A JP H0745742 B2 JPH0745742 B2 JP H0745742B2
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-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
- E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
- E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
- E02F3/36—Component parts
- E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
- E02F3/43—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
- E02F3/435—Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
- E02F3/438—Memorising movements for repetition, e.g. play-back capability
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は法面掘削（仕上げ）作業や水平押出し作業のよ
うに、バケットを掘削面に対して一定の高さ位置および
姿勢に保ちながら移動させる掘削作業を繰返し行なうた
めの油圧ショベルの掘削制御方法に関するものである。
うに、バケットを掘削面に対して一定の高さ位置および
姿勢に保ちながら移動させる掘削作業を繰返し行なうた
めの油圧ショベルの掘削制御方法に関するものである。
（従来技術） 従来、上記のように直線掘削作業を繰返し行なう場合、
バケットの位置および姿勢を一定に保つための制御方法
として、毎回の掘削動作ごとに、ある制御周期で検出値
と目標値の偏差を求めてフィードバック補正する所謂フ
ィードバック制御が一般に採用されている。
バケットの位置および姿勢を一定に保つための制御方法
として、毎回の掘削動作ごとに、ある制御周期で検出値
と目標値の偏差を求めてフィードバック補正する所謂フ
ィードバック制御が一般に採用されている。
しかし、このフィードバック制御のみでは、前回の制御
結果が今回の制御に全く反映されず、毎回同様の制御が
繰返されるだけであるため、繰り返しによる制御精度の
改善は期待できない。
結果が今回の制御に全く反映されず、毎回同様の制御が
繰返されるだけであるため、繰り返しによる制御精度の
改善は期待できない。
このフィードバック制御において、制御精度を高める手
段として、フィードバックゲインを大きくとる（応答性
を高める）ことが考えられるが、こうすると制御系がハ
ンチングを起こしやすくなり、結局、精度改善の実効を
期し難い。また、フィードバック制御にフィードフォワ
ード制御を付加することも考えられるが、油圧系に機械
ごとのバラツキがあることから十分な効果は得られな
い。
段として、フィードバックゲインを大きくとる（応答性
を高める）ことが考えられるが、こうすると制御系がハ
ンチングを起こしやすくなり、結局、精度改善の実効を
期し難い。また、フィードバック制御にフィードフォワ
ード制御を付加することも考えられるが、油圧系に機械
ごとのバラツキがあることから十分な効果は得られな
い。
（発明の目的） そこで本発明は、繰返し学習機能を付加することによ
り、前回までの制御結果を今回の制御に反映させ、制御
偏差を効率良く改善して制御精度を高めることができる
油圧ショベルの掘削制御方法を提供するものである。
り、前回までの制御結果を今回の制御に反映させ、制御
偏差を効率良く改善して制御精度を高めることができる
油圧ショベルの掘削制御方法を提供するものである。
（発明の構成） 本発明は、ブームと、このブームの先端に枢着されたア
ームと、このアームの先端に枢着されたバケットと、上
記ブームを俯仰駆動するブームシリンダと、上記アーム
を回動駆動するアームシリンダと、上記バケットを回動
駆動するバケットシリンダとを備えた油圧ショベルにお
いて、繰返し掘削作業における毎回の掘削動作時に、上
記バケットが掘削面に対して一定の関係をもって移動す
るように、上記ブーム、アーム、バケットのうちの制御
対象物の駆動用シリンダを制御する方法であって、毎回
の掘削動作時に、複数の時点で上記掘削面に対する制御
対象物の関係を検出し、この検出値と目標値との偏差か
らフィードバック制御量を求める一方、このフィードバ
ック制御量を学習部に取込んで学習値を求め、毎回の掘
削動作における同一時点でこの学習値を順次加算して学
習制御量を求め、この学習制御量を学習部に記憶させる
とともに、前回記憶分の学習制御量を今回制御量として
上記フィードバック制御量に加算することにより、上記
シリンダの制御量を求めるものである。
ームと、このアームの先端に枢着されたバケットと、上
記ブームを俯仰駆動するブームシリンダと、上記アーム
を回動駆動するアームシリンダと、上記バケットを回動
駆動するバケットシリンダとを備えた油圧ショベルにお
いて、繰返し掘削作業における毎回の掘削動作時に、上
記バケットが掘削面に対して一定の関係をもって移動す
るように、上記ブーム、アーム、バケットのうちの制御
対象物の駆動用シリンダを制御する方法であって、毎回
の掘削動作時に、複数の時点で上記掘削面に対する制御
対象物の関係を検出し、この検出値と目標値との偏差か
らフィードバック制御量を求める一方、このフィードバ
ック制御量を学習部に取込んで学習値を求め、毎回の掘
削動作における同一時点でこの学習値を順次加算して学
習制御量を求め、この学習制御量を学習部に記憶させる
とともに、前回記憶分の学習制御量を今回制御量として
上記フィードバック制御量に加算することにより、上記
シリンダの制御量を求めるものである。
この構成により、各回掘削動作時の制御結果が次回制御
の制御量演算に利用されるため、動作回数を重ねるごと
に制御精度が改善されることとなる。
の制御量演算に利用されるため、動作回数を重ねるごと
に制御精度が改善されることとなる。
（実施例） 本発明の実施例を図によって説明する。
基本実施例（第１図乃至第３図を参照） この基本実施例は、法面掘削（仕上げ）作業を行なう場
合を例にとっている。
合を例にとっている。
第３図において、１は油圧ショベル本体の旋回体、２は
この旋回体１に俯仰自在に枢着されたブームで、このブ
ーム２の先端にアーム３、このアーム３の先端にバケッ
ト４がそれぞれ回動可能に枢着されている。５はブーム
２を俯仰駆動するブームシリンダ、６はアーム３を回動
駆動するアームシリンダ、７はバケット４を回動駆動す
るバケットシリンダである。
この旋回体１に俯仰自在に枢着されたブームで、このブ
ーム２の先端にアーム３、このアーム３の先端にバケッ
ト４がそれぞれ回動可能に枢着されている。５はブーム
２を俯仰駆動するブームシリンダ、６はアーム３を回動
駆動するアームシリンダ、７はバケット４を回動駆動す
るバケットシリンダである。
この油圧ショベルには、第１図に示すように、ブーム１
の対地角度θ１を検出するブーム角度検出器８、ブーム
２に対するアーム３の角度α２を検出するアーム角度検
出器９、バケット４の対地角度θ３を検出するバケット
角度検出器10がそれぞれブーム２、アーム３、バケット
４の各枢着点またはその近傍に設けられるとともに、旋
回体１の運転室内に、アーム３を手動制御するためのア
ームレバー（図示せず）の操作量（指令速度）をアーム
上げ、下げ両方向についてリモコン弁のパイロット圧に
よって検出するアームレバーパイロット圧検出器11,12
と、掘削角度設定スイッチ13と、自動・手動切換スイッ
チ14と、初期姿勢設定スイッチ15と、自動復帰スイッチ
16とが設けられている。
の対地角度θ１を検出するブーム角度検出器８、ブーム
２に対するアーム３の角度α２を検出するアーム角度検
出器９、バケット４の対地角度θ３を検出するバケット
角度検出器10がそれぞれブーム２、アーム３、バケット
４の各枢着点またはその近傍に設けられるとともに、旋
回体１の運転室内に、アーム３を手動制御するためのア
ームレバー（図示せず）の操作量（指令速度）をアーム
上げ、下げ両方向についてリモコン弁のパイロット圧に
よって検出するアームレバーパイロット圧検出器11,12
と、掘削角度設定スイッチ13と、自動・手動切換スイッ
チ14と、初期姿勢設定スイッチ15と、自動復帰スイッチ
16とが設けられている。
なお、第３図において、α３はアーム３に対するバケッ
ト角度、ｌ１はブーム基端０からブーム先端Ａまでの距
離（ブーム長さ）、ｌ２はブーム先端Ａからアーム先端
Ｂまでの距離（アーム長さ）を示す。また、以下は、掘
削面が水平面の場合について説明するが、第３図の法面
掘削の場合、水平座標軸ｘ、垂直座標軸ｙに対し掘削角
度β分だけ回転した座標軸ｘ′,y′に基づいてアーム先
端Ｂ位置の座標計算を行う。
ト角度、ｌ１はブーム基端０からブーム先端Ａまでの距
離（ブーム長さ）、ｌ２はブーム先端Ａからアーム先端
Ｂまでの距離（アーム長さ）を示す。また、以下は、掘
削面が水平面の場合について説明するが、第３図の法面
掘削の場合、水平座標軸ｘ、垂直座標軸ｙに対し掘削角
度β分だけ回転した座標軸ｘ′,y′に基づいてアーム先
端Ｂ位置の座標計算を行う。
この実施例では、アーム３（アームシリンダ６）を基本
的にはオペレータのアームレバー操作によって手動制御
し、このアーム３の作動、すなわちアームレバーによる
速度指令に応じてブーム２およびバケット４を自動制御
する構成をとっている。この構成とすると、オペレータ
の操作感覚が、通常の全手動制御による掘削作業時、す
なわち、アームかブームの一方を基準として作動させ、
他方およびバケットをこれに追従させるように操作する
手法をとる作業時の操作感覚に近いものとなる。このた
め、ブーム、アーム、バケットの三者すべてを同時に自
動制御する場合と比較して、通常掘削作業時との操作の
違和感が殆どなくなり、操作フィーリングが良いものと
なる。また、制御対象が少ないことから演算処理能力が
小さくてすむため、ハードのコストが安くてすむととも
に、誤差要因が少なくなる等の利点を有する。
的にはオペレータのアームレバー操作によって手動制御
し、このアーム３の作動、すなわちアームレバーによる
速度指令に応じてブーム２およびバケット４を自動制御
する構成をとっている。この構成とすると、オペレータ
の操作感覚が、通常の全手動制御による掘削作業時、す
なわち、アームかブームの一方を基準として作動させ、
他方およびバケットをこれに追従させるように操作する
手法をとる作業時の操作感覚に近いものとなる。このた
め、ブーム、アーム、バケットの三者すべてを同時に自
動制御する場合と比較して、通常掘削作業時との操作の
違和感が殆どなくなり、操作フィーリングが良いものと
なる。また、制御対象が少ないことから演算処理能力が
小さくてすむため、ハードのコストが安くてすむととも
に、誤差要因が少なくなる等の利点を有する。
上記各検出器８〜12の検出信号、および各スイッチ13,1
4,15のスイッチ信号はそれぞれコントローラＣに入力さ
れる。このコントローラＣは、アームレバー操作に基づ
き、アームシリンダ６に対する制御信号をアームシリン
ダ油圧制御部17に出力するとともに、アーム先端Ｂの対
地高さ位置ybおよびバケット対地角度をそれぞれ一定
（目標値）に保ちつつバケット４を第３図矢印方向に直
線移動させるために必要なブーム２（ブームシリンダ
５）およびバケット４（バケットシリンダ７）の制御量
を演算し、これをブームシリンダ油圧制御部18およびバ
ケットシリンダ油圧制御部19に出力する。
4,15のスイッチ信号はそれぞれコントローラＣに入力さ
れる。このコントローラＣは、アームレバー操作に基づ
き、アームシリンダ６に対する制御信号をアームシリン
ダ油圧制御部17に出力するとともに、アーム先端Ｂの対
地高さ位置ybおよびバケット対地角度をそれぞれ一定
（目標値）に保ちつつバケット４を第３図矢印方向に直
線移動させるために必要なブーム２（ブームシリンダ
５）およびバケット４（バケットシリンダ７）の制御量
を演算し、これをブームシリンダ油圧制御部18およびバ
ケットシリンダ油圧制御部19に出力する。
各シリンダ油圧制御部17,18,19は、それぞれ電磁比例減
圧弁と、この減圧弁の二次圧によって作動する切換弁
（いずれも図示せず）とを具備し、切換弁の作動によっ
てアーム、ブーム、バケット各シリンダ6,5,7への圧油
供給量、すなわちシリンダ作動速度が制御される。
圧弁と、この減圧弁の二次圧によって作動する切換弁
（いずれも図示せず）とを具備し、切換弁の作動によっ
てアーム、ブーム、バケット各シリンダ6,5,7への圧油
供給量、すなわちシリンダ作動速度が制御される。
掘削動作時の操作手順は次の通りである。
（イ）オペレータが手動によりバケット４を掘削面Ｇに
おける掘削開始時点（たとえば第３図の実線位置）にセ
ットする。
おける掘削開始時点（たとえば第３図の実線位置）にセ
ットする。
（ロ）この状態で初期姿勢設定スイッチ15をオンとし、
初期姿勢を記憶するとともに、掘削角度設定スイッチ13
により目標掘削角度βを設定する。
初期姿勢を記憶するとともに、掘削角度設定スイッチ13
により目標掘削角度βを設定する。
（ハ）自動・手動切換スイッチ14を自動側にセットす
る。
る。
（ニ）アームレバーを操作して自動掘削を開始し、バケ
ット４を第３図矢印方向に移動させて第１回目の自動掘
削を行なう。
ット４を第３図矢印方向に移動させて第１回目の自動掘
削を行なう。
（ホ）アームレバーを戻して第１回目の自動掘削を終了
する。
する。
（ヘ）自動・手動切換スイッチ14を手動側に戻す。
（ト）オペレータが手動により、バケット４をおよその
初期姿勢に戻す。
初期姿勢に戻す。
（チ）再び、自動・手動切換スイッチ14を自動側にセッ
トする。
トする。
（リ）自動復帰スイッチ16により、バケット位置および
姿勢を前記（ロ）で記憶した初期姿勢に正確に合わせ
る。
姿勢を前記（ロ）で記憶した初期姿勢に正確に合わせ
る。
（ヌ）前記（ニ）（ホ）同様、アームレバー操作によっ
て第２回目の掘削動作を行なう。
て第２回目の掘削動作を行なう。
以下、（ヘ）〜（ヌ）の操作を繰返して、繰返し掘削動
作が行なわれる。
作が行なわれる。
コントローラＣの機能を第２図の機能ブロック図によっ
て説明する。
て説明する。
コントローラＣは、アーム制御ブロックC1と、ブーム制
御ブロックC1と、バケット制御ブロックC3とから成り、
上記した繰返し掘削動作における各回動作時に、複数の
時点ごとに各制御ブロックC1，C2，C3において、アー
ム、ブーム、バケット各シリンダ6,5,7に対する制御量
が以下のようにして求められる。
御ブロックC1と、バケット制御ブロックC3とから成り、
上記した繰返し掘削動作における各回動作時に、複数の
時点ごとに各制御ブロックC1，C2，C3において、アー
ム、ブーム、バケット各シリンダ6,5,7に対する制御量
が以下のようにして求められる。
（Ｉ）アーム制御ブロックC1 このブロックC1においては、アームレバーパイロット圧
検出器11または12によるアームレバー信号（速度指令信
号）に、演算手段20によって所定のゲインをかけて基本
制御量u21を出し、これにアームリンク補正手段21によ
る補正を加えて、１次補正制御量u22を求め、これにさ
らに非線形補償手段22による補正を加えた２次補正制御
量u2をアームシリンダ油圧制御部17に対する制御量とし
て出力する。
検出器11または12によるアームレバー信号（速度指令信
号）に、演算手段20によって所定のゲインをかけて基本
制御量u21を出し、これにアームリンク補正手段21によ
る補正を加えて、１次補正制御量u22を求め、これにさ
らに非線形補償手段22による補正を加えた２次補正制御
量u2をアームシリンダ油圧制御部17に対する制御量とし
て出力する。
アームリンク補正手段21は、アームシリンダ６の伸縮速
度とアーム３の回動角速度が比例関係にないことに鑑
み、これらの関係がシリンダ全ストロークを通じて比例
関係に保たれるように所定の補正を加える。また、非線
形補償手段22は、アームシリンダ油圧制御部17におい
て、電磁比例減圧弁の不感帯や、切換弁のスプールスト
ロークと開度との非線形性等が原因で生じる、電磁比例
減圧弁への出力電流値と、アームシリンダ６の伸縮速度
との間の非線形性を補正し、線形性を保つ。
度とアーム３の回動角速度が比例関係にないことに鑑
み、これらの関係がシリンダ全ストロークを通じて比例
関係に保たれるように所定の補正を加える。また、非線
形補償手段22は、アームシリンダ油圧制御部17におい
て、電磁比例減圧弁の不感帯や、切換弁のスプールスト
ロークと開度との非線形性等が原因で生じる、電磁比例
減圧弁への出力電流値と、アームシリンダ６の伸縮速度
との間の非線形性を補正し、線形性を保つ。
こうして、アーム３がアームレバー操作による指令速度
に従って一定角速度で手動制御される。
に従って一定角速度で手動制御される。
（II）ブーム制御ブロックC2 このブロックC2においては、一回の掘削動作中における
各時点ごとにブーム角度、アーム角度両検出器8,9によ
る現在のブーム角度θ１およびアーム角度α２が入力さ
れ、これら角度信号と、アーム制御ブロックC2の基本制
御量u21とに基づいて、ブームシリンダフィードフォワ
ード演算手段23により、アーム先端Ｂの高さ位置（バケ
ット高さ位置）ybを一定に保つためのブームシリンダフ
ィードフォワード制御量u11の演算が行われる。この演
算内容は次の通りである。
各時点ごとにブーム角度、アーム角度両検出器8,9によ
る現在のブーム角度θ１およびアーム角度α２が入力さ
れ、これら角度信号と、アーム制御ブロックC2の基本制
御量u21とに基づいて、ブームシリンダフィードフォワ
ード演算手段23により、アーム先端Ｂの高さ位置（バケ
ット高さ位置）ybを一定に保つためのブームシリンダフ
ィードフォワード制御量u11の演算が行われる。この演
算内容は次の通りである。
第３図におけるアーム先端Ｂの高さ位置ybは、 yb＝l1sinθ１＋l2sin（θ１−α２） …（１） これより、アーム先端角速度ｂは、ｂ ＝｛l1cosθ１＋l2cos（θ１−α２）｝１−l2co
s（θ１−α２）２ …（２） となる。１はブーム角速度、２はアーム角速度であ
る。
s（θ１−α２）２ …（２） となる。１はブーム角速度、２はアーム角速度であ
る。
yb一定であればｂ＝０ 上記（３）式を用いて、第２図のブームシリンダフィー
ドフォワード制御量u11は、 で求められる。Kffはフィードフォワードゲインであ
る。
ドフォワード制御量u11は、 で求められる。Kffはフィードフォワードゲインであ
る。
また、ブーム角度信号およびアーム角度信号から、実際
のアーム先端Ｂの高さ位置ybが、座標演算手段24により
前記（１）式の座標計算によって求められ、この演算値
ybと、アーム先端高さ位置の目標値yb0との偏差Δybか
ら、比例積分手段25によってフィードバック制御量u12
が演算される。
のアーム先端Ｂの高さ位置ybが、座標演算手段24により
前記（１）式の座標計算によって求められ、この演算値
ybと、アーム先端高さ位置の目標値yb0との偏差Δybか
ら、比例積分手段25によってフィードバック制御量u12
が演算される。
また、上記フィードバック制御量u12は学習手段26に入
力される。この学習手段26においては、入力されたフィ
ードバック制御量u12に学習ゲインをかけて学習値を求
め、この今回の学習値と前回同一時点での学習値とを加
算してその合計値を記憶（学習値を更新）するととも
に、記憶ずみの前回学習値を今回の学習制御量u13とし
て出力する。
力される。この学習手段26においては、入力されたフィ
ードバック制御量u12に学習ゲインをかけて学習値を求
め、この今回の学習値と前回同一時点での学習値とを加
算してその合計値を記憶（学習値を更新）するととも
に、記憶ずみの前回学習値を今回の学習制御量u13とし
て出力する。
さらに、詳述すると、１回目の掘削動作中のある時点に
おいて、そのときのフィードバック制御量u12に学習ゲ
インをかけて学習値u13-1が求められ、これがそのまま
学習値として記憶される。２回目の同一時点では、この
１回目の学習値u13-1の合計値（u13-1＋u13-2）が新た
な学習値、すなわち次回制御のための学習制御量として
記憶（学習制御量が更新）される。そして、３回目に
は、この２回目に記憶された学習値（u13-1＋u13-2）が
今回制御量として読出されると同時に、３回目学習値u
13-3が前回分学習値（u13-1＋u13-2）に加算され、その
合計値（u13-1＋u13-2＋u13-3）が、４回目の制御に使
用される学習制御量として記憶される。
おいて、そのときのフィードバック制御量u12に学習ゲ
インをかけて学習値u13-1が求められ、これがそのまま
学習値として記憶される。２回目の同一時点では、この
１回目の学習値u13-1の合計値（u13-1＋u13-2）が新た
な学習値、すなわち次回制御のための学習制御量として
記憶（学習制御量が更新）される。そして、３回目に
は、この２回目に記憶された学習値（u13-1＋u13-2）が
今回制御量として読出されると同時に、３回目学習値u
13-3が前回分学習値（u13-1＋u13-2）に加算され、その
合計値（u13-1＋u13-2＋u13-3）が、４回目の制御に使
用される学習制御量として記憶される。
すなわち、ｎ回目に次回用学習制御量として記憶される
合計学習値をu12(n)、今回の制御に使用される前回記憶
分の記憶学習値をu12(n-1)、今回のフィードバック制御
量から求められる今回学習値をu12・Kl（Klは学習ゲイ
ン）とすると、 u13(n)＝u13(n-1)＋u12・Kl で表わされる。
合計学習値をu12(n)、今回の制御に使用される前回記憶
分の記憶学習値をu12(n-1)、今回のフィードバック制御
量から求められる今回学習値をu12・Kl（Klは学習ゲイ
ン）とすると、 u13(n)＝u13(n-1)＋u12・Kl で表わされる。
なお、記憶容量が小さくてすむように、学習値更新ごと
にそれまでの記憶値がクリアされる。
にそれまでの記憶値がクリアされる。
こうして、掘削動作ごとに、各時点における学習値を更
新しながら、更新前の学習値u13を、フィードフォワー
ド制御量u11、フィードバック制御量u12に加えて基本制
御量u14を求める。
新しながら、更新前の学習値u13を、フィードフォワー
ド制御量u11、フィードバック制御量u12に加えて基本制
御量u14を求める。
このように、フィードフォワード、フィードバック両機
能に繰返し学習機能を付加することにより、各回制御に
その前の制御結果を反映させることができるため、掘削
動作回数を重ねるごとに制御偏差を縮めることができ、
制御精度が大幅に向上することとなる。
能に繰返し学習機能を付加することにより、各回制御に
その前の制御結果を反映させることができるため、掘削
動作回数を重ねるごとに制御偏差を縮めることができ、
制御精度が大幅に向上することとなる。
上記のようにして基本制御量u14が求められ、これに、
ブームリンク補正手段27による補正（１次補正制御量u
15）、ブーム姿勢補正手段28による補正（２次補正制御
量u16）、非線形補償手段28による補正を加えてブーム
シリンダ制御出力u1が求められる。ブームリンク補正手
段27は、前記アーム制御ブロックC1におけるアームリン
ク補正手段21と同様、ブームシリンダ５の伸縮速度とブ
ーム２の回動角速度との比例関係を保つための補正を行
ない、非線形補償手段29は、同じく非線形補償手段22と
同様、ブームシリンダ油圧制御部18への出力電流値とブ
ームシリンダ速度との線形性を補償する。また、ブーム
姿勢補正手段28は、ブーム角度θ１によってブーム２の
慣性モーメントが変化し、これによってブームシリンダ
圧が変化してシリンダ速度が変化することを考慮し、ブ
ーム角度に応じて補正ゲインを乗じることにより、ブー
ム角速度を一定に保つ補正を行なう。
ブームリンク補正手段27による補正（１次補正制御量u
15）、ブーム姿勢補正手段28による補正（２次補正制御
量u16）、非線形補償手段28による補正を加えてブーム
シリンダ制御出力u1が求められる。ブームリンク補正手
段27は、前記アーム制御ブロックC1におけるアームリン
ク補正手段21と同様、ブームシリンダ５の伸縮速度とブ
ーム２の回動角速度との比例関係を保つための補正を行
ない、非線形補償手段29は、同じく非線形補償手段22と
同様、ブームシリンダ油圧制御部18への出力電流値とブ
ームシリンダ速度との線形性を補償する。また、ブーム
姿勢補正手段28は、ブーム角度θ１によってブーム２の
慣性モーメントが変化し、これによってブームシリンダ
圧が変化してシリンダ速度が変化することを考慮し、ブ
ーム角度に応じて補正ゲインを乗じることにより、ブー
ム角速度を一定に保つ補正を行なう。
こうして、アーム先端Ｂが高さ一定状態で、掘削面Ｇに
沿って直線移動するようにブーム２が制御される。
沿って直線移動するようにブーム２が制御される。
（III）バケット制御ブロックC3 このブロックC3においては、アーム制御ブロックC1の基
本制御量u21と、ブーム制御ブロックC2の基本制御量u14
とが取込まれ、バケットフィードフォワード演算手段30
により、この両制御量u21，u14に基づいて、バケット角
度θ３を目標値θ30と一致させる方向のバケットシリン
ダフィードフォワード制御量u31が演算される。
本制御量u21と、ブーム制御ブロックC2の基本制御量u14
とが取込まれ、バケットフィードフォワード演算手段30
により、この両制御量u21，u14に基づいて、バケット角
度θ３を目標値θ30と一致させる方向のバケットシリン
ダフィードフォワード制御量u31が演算される。
すなわち、 バケット角度θ３＝θ１−α２−α３ ∴３＝１−２−３ ３ ＝０とすると３ ＝１−２ …（５） （５）式に基づいて u31＝Kff（u13−u21） で、バケットフィードフォワード制御量u31が求められ
る。
る。
一方、バケット角度検出器10によるバケット角度θ３の
検出値と、バケット角度の目標値θ30との偏差Δθ３か
ら、比例積分手段31によってフィードバック制御量u32
を求める。
検出値と、バケット角度の目標値θ30との偏差Δθ３か
ら、比例積分手段31によってフィードバック制御量u32
を求める。
また、このフィードバック制御量u32が学習手段32に入
力され、前記ブーム制御ブロックC2の学習手段26と同様
の処理によって学習制御量u33が出力される。
力され、前記ブーム制御ブロックC2の学習手段26と同様
の処理によって学習制御量u33が出力される。
そして、これらフィードフォワード、フィードバック、
学習各制御量u31、u32、u33が加算されて基本制御量u34
が求められ、これに、前記アーム制御ブロックC1の場合
と同様に、バケットリンク補正手段33による補正（１次
補正制御量u35）、および非線形補償手段34による補正
を加えてバケットシリンダ制御出力u3を求める。
学習各制御量u31、u32、u33が加算されて基本制御量u34
が求められ、これに、前記アーム制御ブロックC1の場合
と同様に、バケットリンク補正手段33による補正（１次
補正制御量u35）、および非線形補償手段34による補正
を加えてバケットシリンダ制御出力u3を求める。
これにより、バケット４の対地角度θ３が一定（目標
値）に保たれ、この機能と、ブーム制御ブロックC2によ
るアーム先端Ｂの直線移動制御機能とが組合わされて法
面掘削作業が行なわれる。
値）に保たれ、この機能と、ブーム制御ブロックC2によ
るアーム先端Ｂの直線移動制御機能とが組合わされて法
面掘削作業が行なわれる。
他の実施例 （Ｉ）上記基本実施例では、一回の掘削動作における全
時点で次回制御用の学習値の更新を行なうようにした
が、記憶容量を節約する手段として、複数時点に一回の
割で、それまでの時点の平均値を記憶して学習値の更新
を行なうようにしてもよい。
時点で次回制御用の学習値の更新を行なうようにした
が、記憶容量を節約する手段として、複数時点に一回の
割で、それまでの時点の平均値を記憶して学習値の更新
を行なうようにしてもよい。
（II）基本実施例では、オペレータによるアームレバー
の操作条件が毎回同じとなることを前提として説明した
が、オペレータによるレバー操作の量および速度のムラ
を考慮してレバー操作条件を強制的に揃えるようにして
もよい。具体的には、まずレバー操作量に関して、レバ
ー操作量を第１図のアームレバーパイロット圧検出器1
1,12の検出値に基づいて第４図に示すように低速、中
速、高速の三段階に分け、この三段階のレバー操作量
（指令速度）によって、三種類のアーム出力パターン
を、第２図のアーム制御ブロックC1における基本制御量
u1として出力する構成としてもよい。
の操作条件が毎回同じとなることを前提として説明した
が、オペレータによるレバー操作の量および速度のムラ
を考慮してレバー操作条件を強制的に揃えるようにして
もよい。具体的には、まずレバー操作量に関して、レバ
ー操作量を第１図のアームレバーパイロット圧検出器1
1,12の検出値に基づいて第４図に示すように低速、中
速、高速の三段階に分け、この三段階のレバー操作量
（指令速度）によって、三種類のアーム出力パターン
を、第２図のアーム制御ブロックC1における基本制御量
u1として出力する構成としてもよい。
また、レバー操作のスピードに関して、実際の操作スピ
ードに関係なく、アームが一定の加速をするように第５
図に示すようにアーム作動の立上がりパターンを予め決
めておくようにしてもよい。
ードに関係なく、アームが一定の加速をするように第５
図に示すようにアーム作動の立上がりパターンを予め決
めておくようにしてもよい。
（III）基本実施例では、学習値の記憶と同時に前回学
習値の読出しを行なうようにしたが、この読出し学習値
を用いた制御量の演算、出力と、実際のブーム等の作動
との時間遅れを無くするために、学習値の読出しを記憶
時点より前の時点で行なうようにしてもよい。
習値の読出しを行なうようにしたが、この読出し学習値
を用いた制御量の演算、出力と、実際のブーム等の作動
との時間遅れを無くするために、学習値の読出しを記憶
時点より前の時点で行なうようにしてもよい。
（IV）基本実施例では法面掘削の場合を例にとって説明
したが、本発明は溝底を水平に掘削する作業、およびロ
ーディングショベルによる水平押出し作業にも適用する
ことができる。この場合、目標掘削角度が０°となるこ
と以外、各部の作動条件は法面掘削作業の場合と基本的
に同じで、アーム先端高さ位置およびバケット角度が一
定に保たれたままバケットが水平に移動するようにブー
ムとバケットの作動が、フィードフォワード、フィード
バック両制御と学習制御とによって自動制御される。な
お、各掘削作業において、フィードフォワード制御を用
いず、フィードバック制御と学習制御の組合せによる制
御を行なうようにしてもよい。また、水平押出し作業に
おいては、バケットの角度制御は法面掘削の場合ほど厳
密さを要求されないため、このバケット角度制御につい
ては必ずしも学習制御を付加せずともよい。
したが、本発明は溝底を水平に掘削する作業、およびロ
ーディングショベルによる水平押出し作業にも適用する
ことができる。この場合、目標掘削角度が０°となるこ
と以外、各部の作動条件は法面掘削作業の場合と基本的
に同じで、アーム先端高さ位置およびバケット角度が一
定に保たれたままバケットが水平に移動するようにブー
ムとバケットの作動が、フィードフォワード、フィード
バック両制御と学習制御とによって自動制御される。な
お、各掘削作業において、フィードフォワード制御を用
いず、フィードバック制御と学習制御の組合せによる制
御を行なうようにしてもよい。また、水平押出し作業に
おいては、バケットの角度制御は法面掘削の場合ほど厳
密さを要求されないため、このバケット角度制御につい
ては必ずしも学習制御を付加せずともよい。
（Ｖ）基本実施例における第２図に示す各ブロックC1，
C2，C3の各補正手段21,27,28,33および非線形補償手段2
2,29,34は機能上有用であることはいうまでもないが、
それほど厳密な掘削精度を要求されない作業の場合には
省略することが可能である。また、各リンク補正手段2
1,27,33については、ブーム２、アーム３、バケット４
の作動範囲が限定されていて、これらの角速度とシリン
ダ速度との比例関係が問題とならない場合には省略して
差支えない。
C2，C3の各補正手段21,27,28,33および非線形補償手段2
2,29,34は機能上有用であることはいうまでもないが、
それほど厳密な掘削精度を要求されない作業の場合には
省略することが可能である。また、各リンク補正手段2
1,27,33については、ブーム２、アーム３、バケット４
の作動範囲が限定されていて、これらの角速度とシリン
ダ速度との比例関係が問題とならない場合には省略して
差支えない。
（VI）基本実施例においては、アームを手動制御し、ア
ームレバーの操作による指令速度に応じてブームおよび
バケットを自動制御するようにしたが、アームに代えて
ブームを手動制御対象としてもよい。また、ブーム、ア
ーム、バケットのすべてを、一本のレバー指令に応じて
自動制御することも可能である。
ームレバーの操作による指令速度に応じてブームおよび
バケットを自動制御するようにしたが、アームに代えて
ブームを手動制御対象としてもよい。また、ブーム、ア
ーム、バケットのすべてを、一本のレバー指令に応じて
自動制御することも可能である。
（発明の効果） 上記のように本発明によるときは、法面掘削や水平押出
し等のように、バケットを掘削面に対して一定の高さ位
置および姿勢に保ちながら移動させる動作を繰返し行な
う掘削作業において、毎回の掘削動作における複数の時
点ごとにフィードバック制御量を基に学習値を求め、こ
れを前回同一時点の学習値に加算して次回動作時の制御
に使用するという繰返し学習機能を付加することによ
り、前回動作時の制御結果を今回の制御に反映させて、
制御偏差を効率良く改善でき、これにより制御精度を大
幅に向上しうるものである。
し等のように、バケットを掘削面に対して一定の高さ位
置および姿勢に保ちながら移動させる動作を繰返し行な
う掘削作業において、毎回の掘削動作における複数の時
点ごとにフィードバック制御量を基に学習値を求め、こ
れを前回同一時点の学習値に加算して次回動作時の制御
に使用するという繰返し学習機能を付加することによ
り、前回動作時の制御結果を今回の制御に反映させて、
制御偏差を効率良く改善でき、これにより制御精度を大
幅に向上しうるものである。
第１図は本発明の基本実施例を示す制御ブロック図、第
２図は同実施例におけるコントローラの機能ブロック
図、第３図は法面掘削作業を行なう油圧ショベルの外観
図、第４図は基本実施例に対する付加機能としてアーム
レバーの操作量に対するアーム出力パターンを三段階に
分ける場合についての説明図、第５図はさらに別の付加
機能としてアームレバーの操作スピードに対するアーム
出力パターンを予め決めておく場合の説明図である。 ２…ブーム、３…アーム、４…バケット、５…ブームシ
リンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、
８…ブーム角度検出器、９…アーム角度検出器、10…バ
ケット角度検出器、Ｃ…コントローラ、C1…コントロー
ラのアーム制御ブロック、C2…同ブーム制御ブロック、
C3…同バケット制御ブロック、23,30…フィードフォワ
ード制御量を演算する手段、24,25,31…フィードバック
制御量を演算するための手段、26,32…学習手段、u11，
u31…フィードフォワード制御量、u12，u32…フィード
バック制御量、u13，u33…学習制御量、u14，u34…各制
御量の加算値。
２図は同実施例におけるコントローラの機能ブロック
図、第３図は法面掘削作業を行なう油圧ショベルの外観
図、第４図は基本実施例に対する付加機能としてアーム
レバーの操作量に対するアーム出力パターンを三段階に
分ける場合についての説明図、第５図はさらに別の付加
機能としてアームレバーの操作スピードに対するアーム
出力パターンを予め決めておく場合の説明図である。 ２…ブーム、３…アーム、４…バケット、５…ブームシ
リンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、
８…ブーム角度検出器、９…アーム角度検出器、10…バ
ケット角度検出器、Ｃ…コントローラ、C1…コントロー
ラのアーム制御ブロック、C2…同ブーム制御ブロック、
C3…同バケット制御ブロック、23,30…フィードフォワ
ード制御量を演算する手段、24,25,31…フィードバック
制御量を演算するための手段、26,32…学習手段、u11，
u31…フィードフォワード制御量、u12，u32…フィード
バック制御量、u13，u33…学習制御量、u14，u34…各制
御量の加算値。
フロントページの続き (72)発明者 広田 敏 兵庫県神戸市灘区篠原伯母野山町２−３− １ (72)発明者 森田 孝司 兵庫県神戸市灘区篠原伯母野山町２−３− １ (72)発明者 林 憲彦 兵庫県明石市大久保町大久保町947−１
Claims (1)
- 【請求項１】ブームと、このブームの先端に枢着された
アームと、このアームの先端に枢着されたバケットと、
上記ブームを俯仰駆動するブームシリンダと、上記アー
ムを回動駆動するアームシリンダと、上記バケットを回
動駆動するバケットシリンダとを備えた油圧ショベルに
おいて、繰返し掘削作業における毎回の掘削動作時に、
上記バケットが掘削面に対して一定の関係をもって移動
するように、上記ブーム、アーム、バケットのうちの制
御対象物の駆動用シリンダを制御する方法であって、毎
回の掘削動作時に、複数の時点で上記掘削面に対する制
御対象物の関係を検出し、この検出値と目標値との偏差
からフィードバック制御量を求める一方、このフィード
バック制御量を学習部に取込んで学習値を求め、毎回の
掘削動作における同一時点でこの学習値を順次加算して
学習制御量を求め、この学習制御量を学習部に記憶させ
るとともに、前回記憶分の学習制御量を今回制御量とし
て上記フィードバック制御量に加算することにより、上
記シリンダの制御量を求めることを特徴とする油圧ショ
ベルの掘削制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62169106A JPH0745742B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | 油圧ショベルの掘削制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62169106A JPH0745742B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | 油圧ショベルの掘削制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6414430A JPS6414430A (en) | 1989-01-18 |
| JPH0745742B2 true JPH0745742B2 (ja) | 1995-05-17 |
Family
ID=15880415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62169106A Expired - Fee Related JPH0745742B2 (ja) | 1987-07-06 | 1987-07-06 | 油圧ショベルの掘削制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745742B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3250893B2 (ja) * | 1993-10-08 | 2002-01-28 | 株式会社小松製作所 | 作業機の作業具上下位置補正方法および作業機の作業具位置検出装置 |
| JP7200124B2 (ja) * | 2017-11-10 | 2023-01-06 | 住友建機株式会社 | ショベル |
| CN111492111B (zh) * | 2017-12-18 | 2022-10-25 | 住友重机械工业株式会社 | 挖土机 |
| CN115030258B (zh) * | 2022-05-30 | 2023-08-04 | 内蒙古电投能源股份有限公司 | 远程操作电铲的自动装车方法 |
| CN115387426B (zh) * | 2022-08-29 | 2023-11-28 | 三一重机有限公司 | 作业机械的控制方法、装置、设备及作业机械 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55119837A (en) * | 1979-03-08 | 1980-09-13 | Komatsu Ltd | Straight digging control device for working machine |
| JPS6033940A (ja) * | 1983-08-02 | 1985-02-21 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 油圧ショベルの直線掘削制御装置 |
| JPS61225429A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-07 | Komatsu Ltd | パワ−シヨベルの作業機制御装置 |
| JPS61270421A (ja) * | 1985-05-24 | 1986-11-29 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 油圧シヨベルの平面掘削・整形制御装置 |
-
1987
- 1987-07-06 JP JP62169106A patent/JPH0745742B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55119837A (en) * | 1979-03-08 | 1980-09-13 | Komatsu Ltd | Straight digging control device for working machine |
| JPS6033940A (ja) * | 1983-08-02 | 1985-02-21 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 油圧ショベルの直線掘削制御装置 |
| JPS61225429A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-07 | Komatsu Ltd | パワ−シヨベルの作業機制御装置 |
| JPS61270421A (ja) * | 1985-05-24 | 1986-11-29 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 油圧シヨベルの平面掘削・整形制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6414430A (en) | 1989-01-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |