JPH0794734B2 - 掘削作業機の掘削深さ制御装置 - Google Patents
掘削作業機の掘削深さ制御装置Info
- Publication number
- JPH0794734B2 JPH0794734B2 JP25524990A JP25524990A JPH0794734B2 JP H0794734 B2 JPH0794734 B2 JP H0794734B2 JP 25524990 A JP25524990 A JP 25524990A JP 25524990 A JP25524990 A JP 25524990A JP H0794734 B2 JPH0794734 B2 JP H0794734B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- working machine
- excavation
- depth
- boom
- target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パワーショベル等の掘削作業機の掘削深さ制
御装置に関するものである。
御装置に関するものである。
一般に、油圧式のパワーショベルの掘削作業機は第17図
に示すようになっていて、車両に回動可能に取付けられ
たブーム１と、ブーム１の先端に回動可能に取付けられ
たアーム２と、アーム２の先端に回動可能に取付けられ
たバケット３等の先端作業及びこれらを回動駆動するブ
ームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ
６を具備しており、各シリンダ４〜６をそれぞれ運転室
内に配備された操作レバー（図示せず）により手動操作
されるようになっている。
に示すようになっていて、車両に回動可能に取付けられ
たブーム１と、ブーム１の先端に回動可能に取付けられ
たアーム２と、アーム２の先端に回動可能に取付けられ
たバケット３等の先端作業及びこれらを回動駆動するブ
ームシリンダ４、アームシリンダ５、バケットシリンダ
６を具備しており、各シリンダ４〜６をそれぞれ運転室
内に配備された操作レバー（図示せず）により手動操作
されるようになっている。
このため一定深さの溝を直線状に精度よく掘削する作業
はオペレータにかなりの熟練が要求され、また実際に精
度よく掘削するのは非常につかれる作業であった。
はオペレータにかなりの熟練が要求され、また実際に精
度よく掘削するのは非常につかれる作業であった。
これを解決するための従来技術としては、特公昭58−36
135号公報に示されているように、予め設定した深さと
バケットの位置との偏差を計算し、いずれか１つの構成
部材を手動操作にて回動したときに、上記偏差がゼロと
なるように他方の構成部材を回動制御して一定深さを半
自動で掘削するようにしている。
135号公報に示されているように、予め設定した深さと
バケットの位置との偏差を計算し、いずれか１つの構成
部材を手動操作にて回動したときに、上記偏差がゼロと
なるように他方の構成部材を回動制御して一定深さを半
自動で掘削するようにしている。
上記従来技術では、少なくとも１つの構成部材をオペレ
ータが操作しなければならず、またこのための入力に関
する装置及びレバー入力に伴う演算を行なう演算装置も
高価になるという問題があった。
ータが操作しなければならず、またこのための入力に関
する装置及びレバー入力に伴う演算を行なう演算装置も
高価になるという問題があった。
また、一定深さを直線状に掘削する際には、第16図にお
いて、例えば、バケット３を前方から車体側へ水平に移
動すると、ブーム１の上下方向の回動は、その途中で上
げ方向から下げ方向に変化してその移動方向が一様でな
いので、上記従来技術において手動操作を行なう軸はブ
ーム軸では行なえない。
いて、例えば、バケット３を前方から車体側へ水平に移
動すると、ブーム１の上下方向の回動は、その途中で上
げ方向から下げ方向に変化してその移動方向が一様でな
いので、上記従来技術において手動操作を行なう軸はブ
ーム軸では行なえない。
しかしながら、逆にアーム２を手動操作する場合、ブー
ム１には先端にアーム２、バケット３等重量物が付いて
おり、また油圧により駆動されることから、アーム２に
比べブーム１は固有振動数が数倍悪く、制御遅れや振動
が問題となることから、固有振動数の高いアームを手動
操作し、固有振動数の低いブームを自動制御して上記バ
ケット深さ偏差をゼロになるように駆動する方式では高
精度の軌跡が得られないという問題があった。
ム１には先端にアーム２、バケット３等重量物が付いて
おり、また油圧により駆動されることから、アーム２に
比べブーム１は固有振動数が数倍悪く、制御遅れや振動
が問題となることから、固有振動数の高いアームを手動
操作し、固有振動数の低いブームを自動制御して上記バ
ケット深さ偏差をゼロになるように駆動する方式では高
精度の軌跡が得られないという問題があった。
本発明は上記のことにかんがなみなされたもので、従来
熟練したオペレータが掘削深さを注意しながらブーム、
アーム、バケットを同時に操作していたものを、深さに
注意することなく、スイッチ１つの操作のみで、溝等の
定型深さの掘削、仕上げ作業を簡単に行なうことがで
き、また、オペレータの操作労力を最大限に軽減できる
と共に、レバー入力のための装置を必要としないでコス
トの低減を図ることができ、さらにバケット等先端作業
機の姿勢制御も可能となって、溝底面を法面バケット等
の底面で押し付けながら一定の姿勢で直線状に仕上げる
こともでき、そしてさらに掘削点の誤差を極めて小さく
して直線軌跡精度を保つことができ、またさらに、目標
とする掘削深さの高精度化を図ることができる掘削作業
機の掘削深さ制御装置を提供することを目的とするもの
である。
熟練したオペレータが掘削深さを注意しながらブーム、
アーム、バケットを同時に操作していたものを、深さに
注意することなく、スイッチ１つの操作のみで、溝等の
定型深さの掘削、仕上げ作業を簡単に行なうことがで
き、また、オペレータの操作労力を最大限に軽減できる
と共に、レバー入力のための装置を必要としないでコス
トの低減を図ることができ、さらにバケット等先端作業
機の姿勢制御も可能となって、溝底面を法面バケット等
の底面で押し付けながら一定の姿勢で直線状に仕上げる
こともでき、そしてさらに掘削点の誤差を極めて小さく
して直線軌跡精度を保つことができ、またさらに、目標
とする掘削深さの高精度化を図ることができる掘削作業
機の掘削深さ制御装置を提供することを目的とするもの
である。
上記目的を達成するために、本発明に係る掘削作業の掘
削深さ制御装置は、アクチュエータにより回転駆動され
るブーム、アーム、先端作業機を有する建設機械の掘削
作業機において、先端作業機により掘削しようとする目
標深さを設定とする目標深さ設定手段と、ブーム、アー
ム、先端作業機のそれぞれの姿勢を検出する作業機姿勢
検出手段と、自動掘削の開始を指示する自動開始指示手
段と、上記作業機姿勢検出手段からの検出姿勢及び自動
開始指示手段からのスタート信号を入力して作業機によ
り掘削しようとする掘削方向の位置指令を演算する掘削
方向位置指令演算手段と、上記作業機姿勢検出手段から
の検出姿勢及び自動開始指示手段からのスタート信号を
入力して先端作業機の目標とする対値角を演算する対値
角指令演算手段と、上記目標深さ設定値、掘削方向の位
置指令値、対値角指令値、及び先端作業機の検出姿勢を
入力して、先端作業機が目標とする一定深さの直線上を
与えられた対地角で、かつ決められた固有の速度で移動
するためのブーム、アーム、先端作業機のアクチュエー
タへの指令を演算するアクチュエータ操作量演算手段
と、アンチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御
手段を有する構成となっている。
削深さ制御装置は、アクチュエータにより回転駆動され
るブーム、アーム、先端作業機を有する建設機械の掘削
作業機において、先端作業機により掘削しようとする目
標深さを設定とする目標深さ設定手段と、ブーム、アー
ム、先端作業機のそれぞれの姿勢を検出する作業機姿勢
検出手段と、自動掘削の開始を指示する自動開始指示手
段と、上記作業機姿勢検出手段からの検出姿勢及び自動
開始指示手段からのスタート信号を入力して作業機によ
り掘削しようとする掘削方向の位置指令を演算する掘削
方向位置指令演算手段と、上記作業機姿勢検出手段から
の検出姿勢及び自動開始指示手段からのスタート信号を
入力して先端作業機の目標とする対値角を演算する対値
角指令演算手段と、上記目標深さ設定値、掘削方向の位
置指令値、対値角指令値、及び先端作業機の検出姿勢を
入力して、先端作業機が目標とする一定深さの直線上を
与えられた対地角で、かつ決められた固有の速度で移動
するためのブーム、アーム、先端作業機のアクチュエー
タへの指令を演算するアクチュエータ操作量演算手段
と、アンチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御
手段を有する構成となっている。
また、上記構成において、アクチュエータにより回転駆
動されるブーム、アーム、先端作業機を有する建設機械
の掘削作業機において、先端作業機により掘削しようと
する目標深さを設定する目標深さ設定手段と、ブーム、
アーム、先端作業機のそれぞれの姿勢を検出する作業機
姿勢検出手段と、自動掘削の開始を指示する自動開始指
示手段と、上記作業機姿勢検出手段からの検出姿勢及び
自動開始指示手段からのスタート信号を入力して作業機
により掘削しようとする掘削方向の位置指令を演算する
掘削方向位置指令演算手段と、上記目標深さ設定値、掘
削方向の位置指令値、対地角指令値、及び先端作業機の
検出姿勢を入力して、先端作業機が目標とする一定深さ
の直線上を与えられた対地角で、かつ決められた固有の
速度で移動するためのブーム、アーム、先端作業機のア
クチュエータへの指令を演算するアクチュエータ操作量
演算手段と、アクチュエータを駆動制御するアクチュエ
ータ制御手段を有する構成となっている。
動されるブーム、アーム、先端作業機を有する建設機械
の掘削作業機において、先端作業機により掘削しようと
する目標深さを設定する目標深さ設定手段と、ブーム、
アーム、先端作業機のそれぞれの姿勢を検出する作業機
姿勢検出手段と、自動掘削の開始を指示する自動開始指
示手段と、上記作業機姿勢検出手段からの検出姿勢及び
自動開始指示手段からのスタート信号を入力して作業機
により掘削しようとする掘削方向の位置指令を演算する
掘削方向位置指令演算手段と、上記目標深さ設定値、掘
削方向の位置指令値、対地角指令値、及び先端作業機の
検出姿勢を入力して、先端作業機が目標とする一定深さ
の直線上を与えられた対地角で、かつ決められた固有の
速度で移動するためのブーム、アーム、先端作業機のア
クチュエータへの指令を演算するアクチュエータ操作量
演算手段と、アクチュエータを駆動制御するアクチュエ
ータ制御手段を有する構成となっている。
さらに上記それぞれの構成において、目標とする深さか
ら一定の勾配を与えるための目標勾配設定手段と、この
目標勾配設定手段からの勾配設定値によりブーム角を修
正するブーム角修正手段を有する構成となっている。
ら一定の勾配を与えるための目標勾配設定手段と、この
目標勾配設定手段からの勾配設定値によりブーム角を修
正するブーム角修正手段を有する構成となっている。
自動開始指示手段からのスタート信号及び作業機姿勢検
出手段からのブーム、アーム、バケットの検出角αａ、
βａ、γａを掘削方向位置指令演算手段及び先端作業機
対地角指令演算手段に入力することにより、この両手段
において、掘削方向目標位置Xr（ｔ）、目標対地角δｒ
（ｔ）をそれぞれ演算出力する。ここで添字ｒは目標
値、ａは検出値、（ｔ）は時間の関数であることを示
す。
出手段からのブーム、アーム、バケットの検出角αａ、
βａ、γａを掘削方向位置指令演算手段及び先端作業機
対地角指令演算手段に入力することにより、この両手段
において、掘削方向目標位置Xr（ｔ）、目標対地角δｒ
（ｔ）をそれぞれ演算出力する。ここで添字ｒは目標
値、ａは検出値、（ｔ）は時間の関数であることを示
す。
上記目標値xr（ｔ）、δｒ（ｔ）及び目標深さ設定手段
からの深さ設定値hr、及び検出角αａ、βａ、γａをア
クチュエータ操作量演算手段に入力し、この手段におい
てxr（ｔ）hr、δｒ（ｔ）を満たす作業機各軸の目標姿
勢角を求め、検出角信号フィードバックをとったものを
演算してアクチュエータ制御手段への流量指令とする。
からの深さ設定値hr、及び検出角αａ、βａ、γａをア
クチュエータ操作量演算手段に入力し、この手段におい
てxr（ｔ）hr、δｒ（ｔ）を満たす作業機各軸の目標姿
勢角を求め、検出角信号フィードバックをとったものを
演算してアクチュエータ制御手段への流量指令とする。
また先端作業機を固定にした状態でブームとアームの２
軸により目標深さを自動掘削する場合では、深さ指令h
r、ｘ位置指令xr（ｔ）の２つを満たすブーム、アーム
のアクチュエータへの指令を求める。
軸により目標深さを自動掘削する場合では、深さ指令h
r、ｘ位置指令xr（ｔ）の２つを満たすブーム、アーム
のアクチュエータへの指令を求める。
さらに、水路等で溝が一定の勾配を持つ必要がある場合
は、ブーム角αを、勾配設定手段からの目標勾配φｒに
よりブーム角修正手段において修正することにより、一
定の勾配を持った深さ直線を掘削する。
は、ブーム角αを、勾配設定手段からの目標勾配φｒに
よりブーム角修正手段において修正することにより、一
定の勾配を持った深さ直線を掘削する。
本発明の実施例を第１図から第15図に基づいて説明す
る。なお、この実施例において、第17図に示す従来例と
同一部材は同一符号を付して説明を省略する。
る。なお、この実施例において、第17図に示す従来例と
同一部材は同一符号を付して説明を省略する。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。な
お、以下の説明のため、掘削作業機の各部材の角度、位
置を第２図に示すように定義する。
お、以下の説明のため、掘削作業機の各部材の角度、位
置を第２図に示すように定義する。
すなわち、ブーム１の回転角をα、アーム２の回転角を
β、バケット３の水平面（基準面）に対する対地角を
δ、ブーム１の長さをl1、アーム２の長さをl2、バケッ
ト３の長さをl3、作業機であるバケット３の先端の水平
方向の位置をｘ、深さ方向の位置をｈとする。
β、バケット３の水平面（基準面）に対する対地角を
δ、ブーム１の長さをl1、アーム２の長さをl2、バケッ
ト３の長さをl3、作業機であるバケット３の先端の水平
方向の位置をｘ、深さ方向の位置をｈとする。
第１図はバケット３の対地角δを制御しながら一定深さ
を自動掘削する場合のものであり、図中７は目標深さ設
定手段、８は作業機（バケット３）の姿勢を検出する作
業機姿勢検出手段、９は自動開始指示手段、10は掘削方
向位置指令演算手段、11は作業機対地角指令演算手段、
12は操作量演算手段、13a,13b,13cはアクチュエータ制
御手段をそれぞれ示す。
を自動掘削する場合のものであり、図中７は目標深さ設
定手段、８は作業機（バケット３）の姿勢を検出する作
業機姿勢検出手段、９は自動開始指示手段、10は掘削方
向位置指令演算手段、11は作業機対地角指令演算手段、
12は操作量演算手段、13a,13b,13cはアクチュエータ制
御手段をそれぞれ示す。
この構成において、自動開始指示手段９からのスタート
信号及び作業機姿勢検出手段８からのブーム１、アーム
２、バケット３のそれぞれ姿勢を示す回転角αａ、β
ａ、γａを掘削方向位置指令演算手段10及び作業機対地
角指令演算手段11に入力することにより、該両手段10,1
1において掘削方向目標位置xr（ｔ）、目標対地角δｒ
（ｔ）をそれぞれ演算出力する。ここで添字ｒは目標
値、ａは検出値、（ｔ）は時間の関数であることを示
す。
信号及び作業機姿勢検出手段８からのブーム１、アーム
２、バケット３のそれぞれ姿勢を示す回転角αａ、β
ａ、γａを掘削方向位置指令演算手段10及び作業機対地
角指令演算手段11に入力することにより、該両手段10,1
1において掘削方向目標位置xr（ｔ）、目標対地角δｒ
（ｔ）をそれぞれ演算出力する。ここで添字ｒは目標
値、ａは検出値、（ｔ）は時間の関数であることを示
す。
上記目標値xr（ｔ）、δｒ（ｔ）及び目標深さ設定手段
７からの深さ設定値hr、及び検出角αａ、βａ、γａを
アクチュエータの操作量演算手段12に入力し、該手段に
おいてxr（ｔ）、hr、δｒ（ｔ）を満たす作業機各軸の
目標姿勢角を求め、検出角信号とフィードバックをとっ
たものを演算出力してアクチュエータ制御手段13a,13b,
13cへの流量指令とする。
７からの深さ設定値hr、及び検出角αａ、βａ、γａを
アクチュエータの操作量演算手段12に入力し、該手段に
おいてxr（ｔ）、hr、δｒ（ｔ）を満たす作業機各軸の
目標姿勢角を求め、検出角信号とフィードバックをとっ
たものを演算出力してアクチュエータ制御手段13a,13b,
13cへの流量指令とする。
上記作用により、バケット３の対値角δを制御しなが
ら、一定深さが自動掘削される。
ら、一定深さが自動掘削される。
目標深さ設定手段７としては、オペレータがダイヤルま
たは数値入力等があり、これにより深さ指令hrを設定す
る。なお上記深さｈは第３図に示すように、ブーム回動
中心からの深さを設定するかわりに地面からの深さheで
入力し、地面からブーム回動中心までの高さＨで補正し
てもよい。
たは数値入力等があり、これにより深さ指令hrを設定す
る。なお上記深さｈは第３図に示すように、ブーム回動
中心からの深さを設定するかわりに地面からの深さheで
入力し、地面からブーム回動中心までの高さＨで補正し
てもよい。
作業機姿勢検出手段８としては、ポテンショメータ、エ
ンコーダ等があり、作業機の相対回転角を直接検出する
方法、あるいはシリンダ位置と回転角は直接対応してい
ることから、各シリンダのストロークを検出して回転角
を求める方法が考えられる。
ンコーダ等があり、作業機の相対回転角を直接検出する
方法、あるいはシリンダ位置と回転角は直接対応してい
ることから、各シリンダのストロークを検出して回転角
を求める方法が考えられる。
自動掘削指示手段９としては、操作レバー付近にON−OF
Fスイッチを付加し、該スイッチからのON信号により自
動堀の開始指令として掘削方向位置及び作業機対地角の
指令演算手段10,11に出力して演算の開始を指示する方
法が考えられる。
Fスイッチを付加し、該スイッチからのON信号により自
動堀の開始指令として掘削方向位置及び作業機対地角の
指令演算手段10,11に出力して演算の開始を指示する方
法が考えられる。
掘削方向位置指令演算手段10では、上記自動掘削指示手
段９からのスタート信号を受けて、自動掘削開始時のバ
ケット３の先端の初期位置xoを初期検出角α0,β0,γ０
から（１）式により求めると共に、予め定められた掘削
速度パターンＶ（ｔ）から（２）式により逐時の位置指
令xr（ｔ）を演算出力する。なお添字の０は初期値を示
す。
段９からのスタート信号を受けて、自動掘削開始時のバ
ケット３の先端の初期位置xoを初期検出角α0,β0,γ０
から（１）式により求めると共に、予め定められた掘削
速度パターンＶ（ｔ）から（２）式により逐時の位置指
令xr（ｔ）を演算出力する。なお添字の０は初期値を示
す。
ｘ＝l1cosα＋l2cos（α＋β） ＋l3cos（α＋β＋γ） …（１） xr（ｔ）＝x0−０∫ｔβ（ｔ）dt …（２） 作業機対地角指令演算手段11では、上記自動掘削指示手
段９からのスタート信号を受けて自動掘削開始時の初期
対地角δ０を初期検出角α０、β０、γ０から（３）式
により求め、これを第４図に示すように、対地角指令角
δγ（ｔ）とする方法が考えられる。
段９からのスタート信号を受けて自動掘削開始時の初期
対地角δ０を初期検出角α０、β０、γ０から（３）式
により求め、これを第４図に示すように、対地角指令角
δγ（ｔ）とする方法が考えられる。
δ＝α＋β＋γ …（３） また第５図に示すように、対地角を途中で変更する場合
は初期対地角δ０にレバーからの信号ｄδ（ｔ）を
（４）式に示すように加算する方法も考えられる。
は初期対地角δ０にレバーからの信号ｄδ（ｔ）を
（４）式に示すように加算する方法も考えられる。
δｒ（ｔ）＝δ０＋ｄδ（ｔ） …（４） アクチュエータ操作量演算手段12では、上記目標値hr、
xr（ｔ）、δｒ（ｔ）及び検出値αａ、βａ、γａを入
力して各軸への流量指令Ｖα、Ｖβ、Ｖγを演算する。
その演算方法の１つとしては、第６図に示すように、バ
ケット３の先端の位置を（ｘ、ｈ）とすれば、アーム２
の先端の位置座標は （ｘ−l3cosδ、ｈ−l3sinδ） で与えられ、第７図に示す図において、ブーム１の回転
中心からアーム２の先端までの距離をｌとおくと、ｌは で求められることから、 で与えることができる。
xr（ｔ）、δｒ（ｔ）及び検出値αａ、βａ、γａを入
力して各軸への流量指令Ｖα、Ｖβ、Ｖγを演算する。
その演算方法の１つとしては、第６図に示すように、バ
ケット３の先端の位置を（ｘ、ｈ）とすれば、アーム２
の先端の位置座標は （ｘ−l3cosδ、ｈ−l3sinδ） で与えられ、第７図に示す図において、ブーム１の回転
中心からアーム２の先端までの距離をｌとおくと、ｌは で求められることから、 で与えることができる。
よって、各目標値xr（ｔ）、hr、δｒ（ｔ）を上記
（５）式に代入して求めた各軸の姿勢を目標姿勢角αｒ
（ｔ）、βｒ（ｔ）、γｒ（ｔ）とし、これを検出角α
ａ（ｔ）、βａ（ｔ）、γａ（ｔ）とフィードバックを
とった信号、例えば、ブーム軸では（６）式のような角
度フィードバックを、あるいは（７）式のような速度フ
ィードバックを、あるいはこれらを組み合せたものを求
める。
（５）式に代入して求めた各軸の姿勢を目標姿勢角αｒ
（ｔ）、βｒ（ｔ）、γｒ（ｔ）とし、これを検出角α
ａ（ｔ）、βａ（ｔ）、γａ（ｔ）とフィードバックを
とった信号、例えば、ブーム軸では（６）式のような角
度フィードバックを、あるいは（７）式のような速度フ
ィードバックを、あるいはこれらを組み合せたものを求
める。
Ｖα＝Ｋα｛αｒ（ｔ）−αａ（ｔ）｝ …（６） Ｖα＝Ｋ′α｛ｒ（ｔ）−ａ（ｔ）｝ …（７） （Ｋは適当なゲイン） または別の演算方法としては、検出角αａ（ｔ）、βａ
（ｔ）、γａ（ｔ）を上記（１）、（３）式及び下記の
（８）式に代入して実位置xa（ｔ）、ha（ｔ）及び実対
地角δａ（ｔ）を求め、これと目標位置xr（ｔ）、hr、
目標対地角δｒ（ｔ）との偏差を逐次演算してこれから
各作業機操作量を演算する方法も考えられる。
（ｔ）、γａ（ｔ）を上記（１）、（３）式及び下記の
（８）式に代入して実位置xa（ｔ）、ha（ｔ）及び実対
地角δａ（ｔ）を求め、これと目標位置xr（ｔ）、hr、
目標対地角δｒ（ｔ）との偏差を逐次演算してこれから
各作業機操作量を演算する方法も考えられる。
ｈ＝l1sinα＋l2sin（α＋β） ＋l3sin（α＋β＋γ） …（８） すなわち、 dx（ｔ）＝xr（ｔ）−xa（ｔ） dh（ｔ）＝hr−ha（ｔ） ｄδ（ｔ）＝δｒ（ｔ）−δａ（ｔ） …（９） 上記偏差を作業機各軸の操作角に変換する方法として
は、上記（１）、（３）、（５）式を時間ｔで微分して
行列式で表わすと、 ただし、 Ａ≡l1cosα、β＝≡l2cos（α＋β） Ｃ≡l3cos（α＋β＋γ）、Ｄ≡l1sinα、Ｅ≡l2sin
（α＋β）、Ｆ≡l3sin（α＋β＋γ） 上記（10）式を逆変換すると、 上記（11）式では作業機各軸の変化量、、とバケ
ット３の先端の掘削方向位置、深さ、対地角のそれぞれ
の変化量、、の関係を示している。
は、上記（１）、（３）、（５）式を時間ｔで微分して
行列式で表わすと、 ただし、 Ａ≡l1cosα、β＝≡l2cos（α＋β） Ｃ≡l3cos（α＋β＋γ）、Ｄ≡l1sinα、Ｅ≡l2sin
（α＋β）、Ｆ≡l3sin（α＋β＋γ） 上記（10）式を逆変換すると、 上記（11）式では作業機各軸の変化量、、とバケ
ット３の先端の掘削方向位置、深さ、対地角のそれぞれ
の変化量、、の関係を示している。
すなわち、位置及び対地角の偏差dx、dh、ｄδに相当す
る作業機各軸の操作量ｄα、ｄβ、ｄγが上記（11）式
で与えられることを示している。
る作業機各軸の操作量ｄα、ｄβ、ｄγが上記（11）式
で与えられることを示している。
ここで上記（９）式で求めた偏差dx（ｔ）、dh（ｔ）、
ｄδ（ｔ）に適当なゲインKx、Kh、Ｋδを乗じたものを
（11）式の右辺の、、に代入して求めたものが
（12）式であり、これにより作業機各軸の目標操作量
ｒ（ｔ）、ｒ（ｔ）、ｒ（ｔ）とする。
ｄδ（ｔ）に適当なゲインKx、Kh、Ｋδを乗じたものを
（11）式の右辺の、、に代入して求めたものが
（12）式であり、これにより作業機各軸の目標操作量
ｒ（ｔ）、ｒ（ｔ）、ｒ（ｔ）とする。
以上求めた目標操作量をもとに流量指令を求める方法と
して、第８図において、上記のようにして求めた各軸の
回転角速度指令ｒ、ｒ、ｒと、検出角α、β、δ
を微分器により求めた実角速度ａ、ａ、ａとの偏
差に適当なゲインＫα、Ｋβ、Ｋγを乗じたものを各流
量制御弁13a,13b,13cへの指令値として与え、各アクチ
ュエータ４〜６を制御して自動掘削を行なう。
して、第８図において、上記のようにして求めた各軸の
回転角速度指令ｒ、ｒ、ｒと、検出角α、β、δ
を微分器により求めた実角速度ａ、ａ、ａとの偏
差に適当なゲインＫα、Ｋβ、Ｋγを乗じたものを各流
量制御弁13a,13b,13cへの指令値として与え、各アクチ
ュエータ４〜６を制御して自動掘削を行なう。
また上記流量指令値のかわりに、第９図に示すように、
各回動角速度指令ｒ、ｒ、ｒの積分値と、各検出
角αａ、βａ、δａとの偏差に適当なゲインＫα′、Ｋ
β′、Kr′を乗じだものを流量指令値として角アクチュ
エータを制御する方法も考えられる。
各回動角速度指令ｒ、ｒ、ｒの積分値と、各検出
角αａ、βａ、δａとの偏差に適当なゲインＫα′、Ｋ
β′、Kr′を乗じだものを流量指令値として角アクチュ
エータを制御する方法も考えられる。
また第10図に示すように、角回動軸の指令値に、上記回
動角速度指令にゲインＫα″、Ｋβ″、Kr″を乗じたも
のをそれぞれ加算することにより定常偏差を減少させる
こともできる。
動角速度指令にゲインＫα″、Ｋβ″、Kr″を乗じたも
のをそれぞれ加算することにより定常偏差を減少させる
こともできる。
さらに第11図に示すように、各アクチュエータの流入、
流出側の圧力差を検出し、適当なゲインＫα、Ｋβ
、Krを乗じて各流量指令値を補正することによりア
クチュエータの振動を抑制することもできる。
流出側の圧力差を検出し、適当なゲインＫα、Ｋβ
、Krを乗じて各流量指令値を補正することによりア
クチュエータの振動を抑制することもできる。
以上はバケット３の対地角制御を行なう場合の演算であ
るが、バケット３を固定にした状態でブーム１とアーム
２の２軸により目標深さを直線状に振動掘削する場合に
おいては、第12図に示すように、上記第１図に示す構成
から対地角指令演算手段11を省略し、深さ指令hr、位置
指令xr（ｔ）の２つを満たすブーム１、アーム２のアク
チュエータへの指令を求める構成となっている。
るが、バケット３を固定にした状態でブーム１とアーム
２の２軸により目標深さを直線状に振動掘削する場合に
おいては、第12図に示すように、上記第１図に示す構成
から対地角指令演算手段11を省略し、深さ指令hr、位置
指令xr（ｔ）の２つを満たすブーム１、アーム２のアク
チュエータへの指令を求める構成となっている。
そしてこの場合の操作量演算手段12により演算は上記
（５）式の演算のかわりに、第13図に示すように、ブー
ム１の先端のバケット３の先端を結ぶ直線をｌ′２とお
き、これを仮想アームと考えれば、 ただしｘ、ｈ、ｒは既知とする。
（５）式の演算のかわりに、第13図に示すように、ブー
ム１の先端のバケット３の先端を結ぶ直線をｌ′２とお
き、これを仮想アームと考えれば、 ただしｘ、ｈ、ｒは既知とする。
としてブーム１、アーム２の目標角を求めることがで
き、上記と同様にして流量指令を演算する方法が考えら
れる。
き、上記と同様にして流量指令を演算する方法が考えら
れる。
また別の方法として、上記（１）、（３）、（８）式に
おいてバケット固定、すなわちｒ＝０とすると、 となり、この式の角速度、を速度、で表わす
と、 となる。ここで上記（９）式の位置偏差dx、dhを、
に代入すると、そのときのブーム１、アーム２の角度偏
差、すなわち回動角速度指令ｒ、ｒを求めることが
できる。
おいてバケット固定、すなわちｒ＝０とすると、 となり、この式の角速度、を速度、で表わす
と、 となる。ここで上記（９）式の位置偏差dx、dhを、
に代入すると、そのときのブーム１、アーム２の角度偏
差、すなわち回動角速度指令ｒ、ｒを求めることが
できる。
よって、第１図の構成にかえて第12図に示す構成、すな
わち、ブーム１、アーム２のシリンダ4,5だけを上記説
明した方法により制御して目標軌跡に沿って自動掘削す
ることができる。
わち、ブーム１、アーム２のシリンダ4,5だけを上記説
明した方法により制御して目標軌跡に沿って自動掘削す
ることができる。
またバケット角速度指ｒ＝０としてフィードバックを
とれば、負荷等によるバケット角のずれを抑えることが
できる。
とれば、負荷等によるバケット角のずれを抑えることが
できる。
さらに上記両実施例において、掘削しようとする氷路等
の溝において、、この溝が一定の勾配を持つ場合、すな
わち、基準深さから一定の勾配を持った溝を掘削する場
合は第14図に示すように、ブーム角αを、勾配設定手段
14からの目標勾配φγにより、ブーム角修正手段15にお
いて修正することにより、一定の勾配を持った直線状の
溝を掘削するようにする。
の溝において、、この溝が一定の勾配を持つ場合、すな
わち、基準深さから一定の勾配を持った溝を掘削する場
合は第14図に示すように、ブーム角αを、勾配設定手段
14からの目標勾配φγにより、ブーム角修正手段15にお
いて修正することにより、一定の勾配を持った直線状の
溝を掘削するようにする。
この実施例において、ブーム角修正手段15に勾配設定手
段14からの目標勾配φｒ、及び姿勢検出手段８からのブ
ーム検出角αａまたはブーム目標角αｒを入力し、第15
図に示すように、ブーム角をφだけずらすことによ
り、座標系ｘ−ｈを回転させ、地面に対して一定の勾配
φを与えることができる。
段14からの目標勾配φｒ、及び姿勢検出手段８からのブ
ーム検出角αａまたはブーム目標角αｒを入力し、第15
図に示すように、ブーム角をφだけずらすことによ
り、座標系ｘ−ｈを回転させ、地面に対して一定の勾配
φを与えることができる。
アクチュエータ制御手段13a,13b,13cとしては油圧シリ
ンダ等のアクチュエータへの圧油の流量を制御する制御
弁等を用いる。
ンダ等のアクチュエータへの圧油の流量を制御する制御
弁等を用いる。
また自動掘削終了の指示方法としては、上記自動開始指
示手段９のスイッチにより手をはなすことにより終了を
指示する方法や、バケット３がストロークエンドに達し
たことを判断して終了を指示する方法、あるいは予め、
掘削長さ設定手段を設け、設定した長さＬだけ掘削した
ことを判断して終了を指示する方法がある。
示手段９のスイッチにより手をはなすことにより終了を
指示する方法や、バケット３がストロークエンドに達し
たことを判断して終了を指示する方法、あるいは予め、
掘削長さ設定手段を設け、設定した長さＬだけ掘削した
ことを判断して終了を指示する方法がある。
以上述べた一定深さ掘削において、作業を行なう地面が
水平でない場合には車体傾斜計を付加し、これにより地
面の傾斜を検出して上記同様ブーム角を補正することに
より、車体傾斜の影響を受けない掘削深さ制御を行なう
ことができる。
水平でない場合には車体傾斜計を付加し、これにより地
面の傾斜を検出して上記同様ブーム角を補正することに
より、車体傾斜の影響を受けない掘削深さ制御を行なう
ことができる。
また、以上において、深さを制御するための目標位置は
作業機（バケット３）先端を選ぶ必要はなく、先端作業
機上の任意の１点を与えても同様である。
作業機（バケット３）先端を選ぶ必要はなく、先端作業
機上の任意の１点を与えても同様である。
また、本発明では、溝等地面より下の一定深さの掘削の
みならず、地面より上の一定高さの掘削も適用すること
が可能である。
みならず、地面より上の一定高さの掘削も適用すること
が可能である。
本発明によれば、掘削深さを入力して、ブーム１、アー
ム２、バケット３等の先端作業機の全てを制御して、予
め決められた固有の速度で作業機先端が目標深さの直線
上を自動的に移動する構成となっていることから、溝等
の定型深さの掘削、仕上げ作業において、従来熟練した
オペレータが掘削深さを注意しながらブーム１、アーム
２、バケット３を同時に操作していたものを、深さに注
意することなく、スイッチ１つの操作のみで簡単に行な
うことが可能となる。
ム２、バケット３等の先端作業機の全てを制御して、予
め決められた固有の速度で作業機先端が目標深さの直線
上を自動的に移動する構成となっていることから、溝等
の定型深さの掘削、仕上げ作業において、従来熟練した
オペレータが掘削深さを注意しながらブーム１、アーム
２、バケット３を同時に操作していたものを、深さに注
意することなく、スイッチ１つの操作のみで簡単に行な
うことが可能となる。
また従来の半自動掘削機のようなアーム等、いずれかの
作業機の操作を必要としないので、オペレータの操作労
力を最大限に軽減することができ、レバー入力のための
装置も必要としないので、コスト低減を図ることができ
る。
作業機の操作を必要としないので、オペレータの操作労
力を最大限に軽減することができ、レバー入力のための
装置も必要としないので、コスト低減を図ることができ
る。
さらに、バケット等の先端作業機の姿勢制御も可能なこ
とから、溝の底面を法面バケット等の底面で押し付けな
がら一定の姿勢で直線状に仕上げることも可能である。
とから、溝の底面を法面バケット等の底面で押し付けな
がら一定の姿勢で直線状に仕上げることも可能である。
またさらに、刃先の目標位置及び対地角をフィードバッ
クする構成では、バケット３に負荷が加わって対地角が
ずれた場合でも刃先の深さ位置ｈを常時フィードバック
していることから、掘削点の誤差を限めて小さくして直
線軌跡精度を保つことができる。すなわち、対地角のず
れが軌跡に直接影響しない。
クする構成では、バケット３に負荷が加わって対地角が
ずれた場合でも刃先の深さ位置ｈを常時フィードバック
していることから、掘削点の誤差を限めて小さくして直
線軌跡精度を保つことができる。すなわち、対地角のず
れが軌跡に直接影響しない。
そしてさらに、深さ誤差dhを各軸の操作量に変換して、
これを積分したものを各軸の目標角とする場合は、深さ
方向に定常偏差が出ず、目標とする掘削深さの高精度化
を図ることができる。
これを積分したものを各軸の目標角とする場合は、深さ
方向に定常偏差が出ず、目標とする掘削深さの高精度化
を図ることができる。
第１図から第15図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は第１の実施例を示すブロック図、第２図は作業機各
部材の姿勢説明図、第３図は掘削深さを示す説明図、第
４図、第５図は作業機対地角指令演算手段の一実施例を
示すブロック図、第６図、第７図は操作量演算手段によ
る演算方法を示す説明図、第８図から第11図は流量制御
弁への指令値を与えるための実施例を示すブロック図、
第12図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第13図
は作業機の各部材の姿勢説明図、第14図はさらに他の実
施例の要部を示すブロック図、第15図は作業機の座標系
を示す説明図である。第16図は油圧パワーショベルの作
用説明図、第17図はパワーショベルの構成を示す側面図
である。 １はブーム、２はアーム、３はバケット、７は目標深さ
設定手段、８は作業機姿勢検出手段、９は自動開始指示
手段、10は掘削方向位置指令演算手段、11は作業機対地
角指令演算手段、12は操作量演算手段、13a,13b,13cは
アクチュエータ制御手段。
図は第１の実施例を示すブロック図、第２図は作業機各
部材の姿勢説明図、第３図は掘削深さを示す説明図、第
４図、第５図は作業機対地角指令演算手段の一実施例を
示すブロック図、第６図、第７図は操作量演算手段によ
る演算方法を示す説明図、第８図から第11図は流量制御
弁への指令値を与えるための実施例を示すブロック図、
第12図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第13図
は作業機の各部材の姿勢説明図、第14図はさらに他の実
施例の要部を示すブロック図、第15図は作業機の座標系
を示す説明図である。第16図は油圧パワーショベルの作
用説明図、第17図はパワーショベルの構成を示す側面図
である。 １はブーム、２はアーム、３はバケット、７は目標深さ
設定手段、８は作業機姿勢検出手段、９は自動開始指示
手段、10は掘削方向位置指令演算手段、11は作業機対地
角指令演算手段、12は操作量演算手段、13a,13b,13cは
アクチュエータ制御手段。
Claims (3)
- 【請求項１】アクチュエータにより回転駆動されるブー
ム、アーム、先端作業機を有する建設機械の掘削作業機
において、 先端作業機により掘削しようとする目標深さを設定する
目標深さ設定手段と、 ブーム、アーム、先端作業機のそれぞれの姿勢を検出す
る作業機姿勢検出手段と、 自動掘削の開始を指示する自動開始指示手段と、 上記作業機姿勢検出手段からの検出姿勢及び自動開始指
示手段からのスタート信号を入力して作業機により掘削
しようとする掘削方向の位置指令を演算する掘削方向位
置指令演算手段と、 上記作業機姿勢検出手段からの検出姿勢及び自動開始指
示手段からのスタート信号を入力して先端作業機の目標
とする対地角を演算する対地角指令演算手段と、 上記目標深さ設定値、掘削方向の位置指令値、対地角指
令値、及び先端作業機の検出姿勢を入力して、先端作業
機が目標とする一定深さの直線上を与えられた対地角
で、かつ決められた固有の速度で移動するためのブー
ム、アーム、先端作業機のアクチュエータへの指令を演
算するアクチュエータ操作量演算手段と、 アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御手段
を有することを特徴とする掘削作業機の掘削深さ制御装
置。 - 【請求項２】アクチュエータにより回転駆動されるブー
ム、アーム、先端作業機を有する建設機械の掘削作業機
において、 先端作業機により掘削しようとする目標深さを設定する
目標深さ設定手段と、 ブーム、アーム、先端作業機のそれぞれの姿勢を検出す
る作業機姿勢検出手段と、 自動掘削の開始を指示する自動開始指示手段と、 上記作業機姿勢検出手段からの検出姿勢及び自動開始指
示手段からのスタート信号を入力して作業機により掘削
しようとする掘削方向の位置指令を演算する掘削方向位
置指令演算手段と、 上記目標深さ設定値、掘削方向の位置指令値、対地角指
令値、及び先端作業機の検出姿勢を入力して、先端作業
機が目標とする一定深さの直線上を与えられた対地角
で、かつ決められた固有の速度で移動するためのブー
ム、アーム、先端作業機のアクチュエータへの指令を演
算するアクチュエータ操作量演算手段と、 アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御手段
を有することを特徴とする掘削作業機の掘削深さ制御装
置。 - 【請求項３】目標とする深さから一定の勾配を与えるた
めの目標勾配設定手段と、 この目標勾配設定手段からの勾配設定値によりブーム角
を修正するブーム角修正手段を有することを目的とする
特許請求項（１）、（２）記載の掘削深さ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25524990A JPH0794734B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 掘削作業機の掘削深さ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25524990A JPH0794734B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 掘削作業機の掘削深さ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04136323A JPH04136323A (ja) | 1992-05-11 |
| JPH0794734B2 true JPH0794734B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=17276118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25524990A Expired - Fee Related JPH0794734B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 掘削作業機の掘削深さ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794734B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160034563A (ko) * | 2014-09-22 | 2016-03-30 | (주)영신디엔씨 | 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11008849B2 (en) * | 2018-09-05 | 2021-05-18 | Deere & Company | Grade management system for an implement |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP25524990A patent/JPH0794734B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160034563A (ko) * | 2014-09-22 | 2016-03-30 | (주)영신디엔씨 | 굴삭작업을 위한 좌표측량 시스템 및 그 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04136323A (ja) | 1992-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0650544B1 (en) | Coordinated control for a work implement | |
| JPH093959A (ja) | 複数タンデム連結部材を有する油圧操作建設機械の制御 | |
| JP3609164B2 (ja) | 建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置 | |
| KR19990081852A (ko) | 건설 기계의 제어 장치 | |
| JP2002167794A (ja) | 油圧ショベルのフロント制御装置 | |
| JP3258891B2 (ja) | 建設機械の作業機制御方法およびその装置 | |
| JPH076212B2 (ja) | パワ−シヨベルの位置制御装置 | |
| JP7141899B2 (ja) | 作業機械 | |
| JPS6237183B2 (ja) | ||
| JPH0794734B2 (ja) | 掘削作業機の掘削深さ制御装置 | |
| JP7314429B2 (ja) | 作業機械 | |
| JP6871946B2 (ja) | 作業車両および作業車両の制御方法 | |
| JPH0776453B2 (ja) | 作業機の軌跡制御装置 | |
| JP2000355957A (ja) | 油圧ショベルの領域制限掘削制御装置 | |
| JP2601865B2 (ja) | 作業機の軌跡制御装置 | |
| JPH02232430A (ja) | 油圧ショベルの掘削深さ制御装置 | |
| JP2000303492A (ja) | 建設機械のフロント制御装置 | |
| JPH0823155B2 (ja) | 作業機の制御装置 | |
| JPH0791844B2 (ja) | 作業機の制御装置 | |
| JP2983783B2 (ja) | 作業機の定速軌跡制御装置 | |
| JP2687169B2 (ja) | 建設機械の法面作業制御装置 | |
| JPS6145025B2 (ja) | ||
| JPH10292420A (ja) | 油圧ショベルの掘削軌跡制御装置 | |
| JP2966081B2 (ja) | 建設機械 | |
| JP2662271B2 (ja) | 作業機の軌跡制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 13 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081011 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 14 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091011 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |