JPH0794735B2 - 掘削作業機の作業領域制御装置 - Google Patents
掘削作業機の作業領域制御装置Info
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- JPH0794735B2 JPH0794735B2 JP25525190A JP25525190A JPH0794735B2 JP H0794735 B2 JPH0794735 B2 JP H0794735B2 JP 25525190 A JP25525190 A JP 25525190A JP 25525190 A JP25525190 A JP 25525190A JP H0794735 B2 JPH0794735 B2 JP H0794735B2
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
- E02F9/20—Drives; Control devices
- E02F9/2025—Particular purposes of control systems not otherwise provided for
- E02F9/2033—Limiting the movement of frames or implements, e.g. to avoid collision between implements and the cabin
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パワーショベル等回転駆動される複数の回転
部材からなる掘削作業機において、オペレータが手動操
作中、作業機の作業領域を自動的に制限することができ
るようにした掘削作業機の作業領域制御装置に関するも
のである。
部材からなる掘削作業機において、オペレータが手動操
作中、作業機の作業領域を自動的に制限することができ
るようにした掘削作業機の作業領域制御装置に関するも
のである。
従来のパワーショベル等の掘削作業機において、第17図
に示すような一定深さの溝ａを掘る場合、あるいは第18
図に示すように、トンネルｂ内での作業、さらに第19図
に示すように側方が狭い道路ｃでの側溝の掘削における
ように、掘削作業機の動きが制限される場合、あるいは
第20図に示すように、作業機ｄとキャビンｅが干渉する
恐れがある場合など、オペレータが作業領域に注意を要
する作業は、熟練性が要求されると共に、、非常に疲労
を伴なう作業であった。
に示すような一定深さの溝ａを掘る場合、あるいは第18
図に示すように、トンネルｂ内での作業、さらに第19図
に示すように側方が狭い道路ｃでの側溝の掘削における
ように、掘削作業機の動きが制限される場合、あるいは
第20図に示すように、作業機ｄとキャビンｅが干渉する
恐れがある場合など、オペレータが作業領域に注意を要
する作業は、熟練性が要求されると共に、、非常に疲労
を伴なう作業であった。
これを改善するための技術としては、特公昭63−37210
号公報に示されるように、一定深さの溝を掘りすぎるこ
となく効率よく掘削するために、作業機が設定深さに達
した場合、下降中の作業機を判断して駆動を停止させる
ことにより、オペレータが作業領域を注意することな
く、設定領域内で作業を行なえるようにしたものがあっ
た。
号公報に示されるように、一定深さの溝を掘りすぎるこ
となく効率よく掘削するために、作業機が設定深さに達
した場合、下降中の作業機を判断して駆動を停止させる
ことにより、オペレータが作業領域を注意することな
く、設定領域内で作業を行なえるようにしたものがあっ
た。
また別の従来技術として、特開昭63−219731号公報に示
されるように、作業機が設定領域から外に出ようとする
場合に、設定領域にもどすような指令を出力することに
より、限界領域の自動保持を行なうものがあった。
されるように、作業機が設定領域から外に出ようとする
場合に、設定領域にもどすような指令を出力することに
より、限界領域の自動保持を行なうものがあった。
上記従来の技術のうち、前者においては、作業機が設定
領域に達したのを判断して停止させるため、操作レバー
を最大に操作したいわゆるレバーフルの場合などでは、
停止時に極めて大きなショックが発生すると共に、作業
中に設定領域に達する度に、作業機が停止してしまうた
め、作業能率及び操作性に問題があった。
領域に達したのを判断して停止させるため、操作レバー
を最大に操作したいわゆるレバーフルの場合などでは、
停止時に極めて大きなショックが発生すると共に、作業
中に設定領域に達する度に、作業機が停止してしまうた
め、作業能率及び操作性に問題があった。
また後者においては、設定領域を越えてからでないと制
御しないので、レバーによる指令速度によっては大きな
行きすぎが生じる可能性があると共に、オペレータの操
作中に、レバーによる指令方向と逆方向に作業機が動作
するため、操作感覚に問題があった。
御しないので、レバーによる指令速度によっては大きな
行きすぎが生じる可能性があると共に、オペレータの操
作中に、レバーによる指令方向と逆方向に作業機が動作
するため、操作感覚に問題があった。
本発明は上記のことにかんがなみなされたもので、作業
機の位置を検出して、設定領域までの距離がある値より
大の場合にはレバー信号に対するゲインを１として乗
じ、ある値より少くなった場合は、距離がゼロのとき、
ゲインがゼロとなるような距離に応じた１以下の関数を
レバーに対するゲインとして乗じることにより、オペレ
ータのレバー操作量の大小に関係なく設定領域制限を行
なうことができ、また設定領域に近づくに従って、レバ
ーの操作量に対して作業機の速度が小さくなるので、オ
ペレータが限界領域を判断して毎回停止させることなく
連続作業を行なうことができるようにした掘削作業機の
作業領域制御装置を提供することを目的とするものであ
る。
機の位置を検出して、設定領域までの距離がある値より
大の場合にはレバー信号に対するゲインを１として乗
じ、ある値より少くなった場合は、距離がゼロのとき、
ゲインがゼロとなるような距離に応じた１以下の関数を
レバーに対するゲインとして乗じることにより、オペレ
ータのレバー操作量の大小に関係なく設定領域制限を行
なうことができ、また設定領域に近づくに従って、レバ
ーの操作量に対して作業機の速度が小さくなるので、オ
ペレータが限界領域を判断して毎回停止させることなく
連続作業を行なうことができるようにした掘削作業機の
作業領域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機の
作業領域制御装置は、ブーム、アーム、バケット等の作
業機を有するパワーショベル等の掘削作業機において、
作業機の姿勢を検出する作業機姿勢検出手段と、上記作
業機姿勢検出からの信号により作業機の位置を演算する
作業機位置演算手段と、各回動作動機の侵入を禁止する
領域を教示する侵入不可領域教示手段と、上記作業機位
置演算手段により求めた作業機の位置と、上記侵入不可
領域教示手段からの教示領域との距離ｄを求め、この距
離ｄがある値より大のときは１で、それより小のときは
０から１の間の値をとるような距離ｄによって決まる関
数をレバー操作信号に乗じたものを出力するレバーゲイ
ン演算手段と、上記レバーゲイン演算手段からの信号に
よりアクチュエータの動きを制御するアクチュエータ制
御手段とから構成されている。
作業領域制御装置は、ブーム、アーム、バケット等の作
業機を有するパワーショベル等の掘削作業機において、
作業機の姿勢を検出する作業機姿勢検出手段と、上記作
業機姿勢検出からの信号により作業機の位置を演算する
作業機位置演算手段と、各回動作動機の侵入を禁止する
領域を教示する侵入不可領域教示手段と、上記作業機位
置演算手段により求めた作業機の位置と、上記侵入不可
領域教示手段からの教示領域との距離ｄを求め、この距
離ｄがある値より大のときは１で、それより小のときは
０から１の間の値をとるような距離ｄによって決まる関
数をレバー操作信号に乗じたものを出力するレバーゲイ
ン演算手段と、上記レバーゲイン演算手段からの信号に
よりアクチュエータの動きを制御するアクチュエータ制
御手段とから構成されている。
また上記構成において、作業機姿勢検出手段からの信
号、及び上部旋回体の旋回位置を検出する旋回位置検出
手段からの信号により、作業機の位置を演算する作業機
位置演算手段を有するようにする。
号、及び上部旋回体の旋回位置を検出する旋回位置検出
手段からの信号により、作業機の位置を演算する作業機
位置演算手段を有するようにする。
さらに、上記両構成において、侵入不可領域制御の解除
を教示するための制限解除教示スイッチと、 このスイッチにより解除が選択された場合にはレバー操
作信号に乗じるレバーゲインの値を常に１とするレバー
ゲイン演算手段とを有するようにする。
を教示するための制限解除教示スイッチと、 このスイッチにより解除が選択された場合にはレバー操
作信号に乗じるレバーゲインの値を常に１とするレバー
ゲイン演算手段とを有するようにする。
作業機姿勢検出手段による検出値から作業機演算手段に
おいて作業機の位置を演算し、侵入不可領域教示手段で
与えられた境界線に対してレバーゲイン演算手段におい
て、境界までの距離ｄを演算すると共に、距離ｄの大小
によってレバーゲインKeの値を決定し、操作レバーから
レバー信号lvrにKeが乗じたものをアクチュエータ制御
手段に出力することによってなめらかな作業領域制限が
行なわれる。
おいて作業機の位置を演算し、侵入不可領域教示手段で
与えられた境界線に対してレバーゲイン演算手段におい
て、境界までの距離ｄを演算すると共に、距離ｄの大小
によってレバーゲインKeの値を決定し、操作レバーから
レバー信号lvrにKeが乗じたものをアクチュエータ制御
手段に出力することによってなめらかな作業領域制限が
行なわれる。
また作業機位置演算手段は、作業機姿勢検出手段からの
信号と旋回位置検出手段からの信号により作業機の位置
を演算する。
信号と旋回位置検出手段からの信号により作業機の位置
を演算する。
さらに制限解除教示スイッチにより制限解除が選択され
ると、常に１のレバーゲインがレバー操作信号に乗じら
れる。
ると、常に１のレバーゲインがレバー操作信号に乗じら
れる。
本発明の実施例を第１図から第16図に基づいて説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図であり、こ
の図にて示す掘削作業機は、ブーム１、アーム２、バケ
ット３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、
上記ブーム１は下部走行体７に旋回可能に搭載された上
部旋回体８に枢支されている。
の図にて示す掘削作業機は、ブーム１、アーム２、バケ
ット３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、
上記ブーム１は下部走行体７に旋回可能に搭載された上
部旋回体８に枢支されている。
上記掘削作業機の各構成部材の座標系を第２図、第３図
に示すように定める。
に示すように定める。
すなわち、ブーム１の回動中心O1を原点とし、水平方向
にｘ軸、垂直上向きにｚ軸、水平横方向にｙ軸をとった
上部旋回体８の固定座標を０′−xyz（第２図）とし、
また上部旋回体８の旋回中心０を原点とし下部走行体７
に固定された下部固定座標系を０−XYZ（第３図）とす
る。
にｘ軸、垂直上向きにｚ軸、水平横方向にｙ軸をとった
上部旋回体８の固定座標を０′−xyz（第２図）とし、
また上部旋回体８の旋回中心０を原点とし下部走行体７
に固定された下部固定座標系を０−XYZ（第３図）とす
る。
またブーム１及びアームのそれぞれピン間距離をL1,L2
とし、アーム２からバケット３の刃先までの距離をL3と
する。
とし、アーム２からバケット３の刃先までの距離をL3と
する。
また座標０−XYZと０′−xyzの原点間のｘ方向距離をL0
とする。
とする。
さらにブーム１、アーム２、バケット３の座標系０′−
xyzでのそれぞれの姿勢角を第２図に示すように、α、
β、γとし、上部旋回体８の旋回角をθとする。
xyzでのそれぞれの姿勢角を第２図に示すように、α、
β、γとし、上部旋回体８の旋回角をθとする。
上記ブーム１、アーム２、バケット３のそれぞれの姿勢
角α、β、γはそれぞれの回動支点に設けたポテンショ
メータ、エンコーダ等の回転角センサからなる作業機姿
勢検出手段9a,9b,9cにて検出される。なおこの各作業姿
勢検出手段はシリンダのストローク長を検出するリニア
センサ等でもよい。
角α、β、γはそれぞれの回動支点に設けたポテンショ
メータ、エンコーダ等の回転角センサからなる作業機姿
勢検出手段9a,9b,9cにて検出される。なおこの各作業姿
勢検出手段はシリンダのストローク長を検出するリニア
センサ等でもよい。
第１図において10は作業機位置演算手段であり、この作
業機位置演算手段10では、上記各作業機姿勢検出手段9
a,9b,9cからのブーム１、アーム２、バケット３の検出
姿勢角α、β、γから（１）式によりバケット３の刃先
位置の座標（xo、zo）を求めることができる。
業機位置演算手段10では、上記各作業機姿勢検出手段9
a,9b,9cからのブーム１、アーム２、バケット３の検出
姿勢角α、β、γから（１）式によりバケット３の刃先
位置の座標（xo、zo）を求めることができる。
xo＝L1Sinα＋L2Sin（α＋β） ＋L3Sin（α＋β＋γ） zo＝L1cosα＋L2cos（α＋β） ＋L3cos（α＋β＋γ） …（１） また下部固定座標０−XYZで表わすためには、旋回位置
検出手段11において、ポテンショメータ、旋回パルスカ
ウンタ等により検出した旋回角θをもとに（２）式で求
めることができる。
検出手段11において、ポテンショメータ、旋回パルスカ
ウンタ等により検出した旋回角θをもとに（２）式で求
めることができる。
X0＝（x0＋L0）cosθ＋y0Sinθ Y0＝−（x0＋L0）Sinθ＋y0cosθ Z0＝zo …（２） 以上において、バケット３の幅を考慮する場合はy0＝L5
（左端）またはy0＝−L6（右端）とし、考慮しない場合
はy0＝０とすればよい。
（左端）またはy0＝−L6（右端）とし、考慮しない場合
はy0＝０とすればよい。
12は侵入不可領域教示手段であり、この教示手段12で
は、第４図（Ａ）〜（Ｄ）の各図に示すような侵入不可
（禁止）領域N1〜N10の教示を行なう。
は、第４図（Ａ）〜（Ｄ）の各図に示すような侵入不可
（禁止）領域N1〜N10の教示を行なう。
第４図（Ａ）で示される直交座標領域の場合は、第５図
に示すように、刃先を境界線上にオペレータが位置決め
した状態でN1（上）、N2（下）、N3（奥）、N4（手前）
を選択する教示スイッチを押すことにより、第５図に示
すように、侵入不可領域条件Ｓをｚ≦z0（z0はスイッチ
操作時のはバケット刃先のＺ方向位置）等の不等式とし
て与えることができる。
に示すように、刃先を境界線上にオペレータが位置決め
した状態でN1（上）、N2（下）、N3（奥）、N4（手前）
を選択する教示スイッチを押すことにより、第５図に示
すように、侵入不可領域条件Ｓをｚ≦z0（z0はスイッチ
操作時のはバケット刃先のＺ方向位置）等の不等式とし
て与えることができる。
また別の方法として、上記においてオペレータが刃先を
目標境界上に位置決めするかわりに、操作パネルでアナ
ログスイッチあるいはデジタルスイッチにより位置x0,z
0を入力する方法も考えられる。
目標境界上に位置決めするかわりに、操作パネルでアナ
ログスイッチあるいはデジタルスイッチにより位置x0,z
0を入力する方法も考えられる。
さらに別の方法として、作業領域を表示するモニタ画面
を見ながら、マウス等の入力装置により教示ポイントを
移動させ、位置決めした状態で方向の選択を行ない、教
示を行なう方法も考えられる。
を見ながら、マウス等の入力装置により教示ポイントを
移動させ、位置決めした状態で方向の選択を行ない、教
示を行なう方法も考えられる。
そしてさらに別の方法として、ICカード等の磁気メモリ
カードに侵入不可領域データを書込んでおき、ショベル
内の読み取り装置で読み込んで入力する方法も考えられ
る。
カードに侵入不可領域データを書込んでおき、ショベル
内の読み取り装置で読み込んで入力する方法も考えられ
る。
またさらに、以上のようにオペレータが入力せずに、予
じめ制御装置の固有の値として与えておく方法も考えら
れる。
じめ制御装置の固有の値として与えておく方法も考えら
れる。
第４図（Ｂ）に示される侵入不可領域N5〜N7のうち、N5
（斜め直線）の場合は、目標境界線上の２点、あるいは
１点と勾配で上記方法により与えることができる。
（斜め直線）の場合は、目標境界線上の２点、あるいは
１点と勾配で上記方法により与えることができる。
ここで教示位置が第６図に示すように、（xo1,zo1）、
（xo2,zo2）として与えられた場合はは境界線の勾配φ
は（３）式で求められる。
（xo2,zo2）として与えられた場合はは境界線の勾配φ
は（３）式で求められる。
φ＝−tan-1｛（Zo1−Zo2）／（xo1−xo2）｝ …（３） これを第６図に示すようにｘ′軸を境界線と平行となる
ようにとった座標ｏ−ｘ′ｚ′に変換すれば、この座標
系で境界線は上記第４図（Ａ）と同様に直交座標領域で
与えられるので、上記第５図と同様な侵入不可条件Ｓを
得ることができる。
ようにとった座標ｏ−ｘ′ｚ′に変換すれば、この座標
系で境界線は上記第４図（Ａ）と同様に直交座標領域で
与えられるので、上記第５図と同様な侵入不可条件Ｓを
得ることができる。
座標ｏ−ｘ′ｚ′への変換は（４）式で与えられる。
ｘ′＝xcosφ−zsinφ ｚ′＝xsinφ−zcosφ …（４） よって第６図において、侵入不可領域条件Ｓはｚ′
（φ）≦ｚ′o1として与えられる。
（φ）≦ｚ′o1として与えられる。
また第４図（Ｂ）に示される領域のうち、N6（折れ曲が
り状の連続直線）の場合は、第７図に示すように、上記
斜め直線の場合においてxo1′≧ｘ′≧xo2′の条件で侵
入不可領域を各線分毎に与えていけばよい。
り状の連続直線）の場合は、第７図に示すように、上記
斜め直線の場合においてxo1′≧ｘ′≧xo2′の条件で侵
入不可領域を各線分毎に与えていけばよい。
さらに、第４図（Ｂ）に示される領域のうち、N7（円
弧）の場合は、第８図において、上記第４図（Ａ）に対
する説明で示した各方法で円の中心の位置を与えると共
に、半径ｒを操作パネル等で入力することで与えればよ
い。
弧）の場合は、第８図において、上記第４図（Ａ）に対
する説明で示した各方法で円の中心の位置を与えると共
に、半径ｒを操作パネル等で入力することで与えればよ
い。
ここで侵入不可領域条件Ｓとしては、 で与えられる。なお、、は円の中心位置である。
第４図（Ｃ）に示される領域のうち、下部走行体のＸ軸
に平行な壁面N8の場合は、上記第４図（Ａ）で説明した
各方法のうち、オペレータがバケット３の刃先を位置決
めして教示するときは、旋回位置検出手段11からの旋回
検出角θを取り込んで上記（２）式により座標０−XYZ
で侵入不可領域を第９図に示すように与えることができ
る。
に平行な壁面N8の場合は、上記第４図（Ａ）で説明した
各方法のうち、オペレータがバケット３の刃先を位置決
めして教示するときは、旋回位置検出手段11からの旋回
検出角θを取り込んで上記（２）式により座標０−XYZ
で侵入不可領域を第９図に示すように与えることができ
る。
ここで境界面の左右どちら側かの判断は旋回角θの正負
により自動的に判別する。
により自動的に判別する。
上記第４図（Ａ）で説明した他の教示方法は上記同様に
行なうことが可能である。
行なうことが可能である。
第４図（Ｄ）に示される領域が箱型（N9）または球状で
ある場合の教示方法としては、第10図に示すように、設
定領域内の１点にオペレータがバケット３の刃先を位置
決めし、この状態で走行体固定座標系でのＸ、Ｙ、Ｚ方
向の長さ、あるいは半径ｒを操作パネル等で入力し、第
10図に示すように、侵入不可領域を座標０−XYZで与え
ることができる。
ある場合の教示方法としては、第10図に示すように、設
定領域内の１点にオペレータがバケット３の刃先を位置
決めし、この状態で走行体固定座標系でのＸ、Ｙ、Ｚ方
向の長さ、あるいは半径ｒを操作パネル等で入力し、第
10図に示すように、侵入不可領域を座標０−XYZで与え
ることができる。
例えば、刃先位置を直方体の対角線中心とした場合で
は、設定領域は（６）式で与えられる。
は、設定領域は（６）式で与えられる。
（X0Lx/2）≦Ｘ≦（X0＋Lx/2） （Y0Ly/2）≦Ｙ≦（Y0＋Ly/2） （Z0Lz/2）≦Ｚ≦（Z0＋Lz/2） …（６） また球で与えられる場合は設定半径ｒに対して下式
（７）で与えられる。
（７）で与えられる。
また別の教示方法として、オペレータが刃先を位置決め
するかわりに、操作パネル等で上記X0、Y0、Z0を入力す
る方法も考えられる。
するかわりに、操作パネル等で上記X0、Y0、Z0を入力す
る方法も考えられる。
またICカードによる入力や予じめ制御装置固有の値とし
て設定しておく方法も考えられる。
て設定しておく方法も考えられる。
以上のようにして求めた侵入不可領域教示手段12からの
設定領域条件Ｓ及び作業機姿勢検出手段9a〜9cからの検
出角α、β、γ及び旋回位置検出手段11からの旋回角
θ、さらに操作レバー13からのレバー信号lvrを、レバ
ーゲイン演算手段14に入力し、アクチュエータ制御手段
15に出力すべき指令を演算する。
設定領域条件Ｓ及び作業機姿勢検出手段9a〜9cからの検
出角α、β、γ及び旋回位置検出手段11からの旋回角
θ、さらに操作レバー13からのレバー信号lvrを、レバ
ーゲイン演算手段14に入力し、アクチュエータ制御手段
15に出力すべき指令を演算する。
レバーゲイン演算手段14では境界領域までの作業機の距
離ｄを求め、この距離ｄの大小によってゲインKeを０〜
1.0の間で決定する。
離ｄを求め、この距離ｄの大小によってゲインKeを０〜
1.0の間で決定する。
第４図（Ａ）のN3（下）を例にとり第11図（Ａ）、
（Ｂ）において説明する。
（Ｂ）において説明する。
Ｚ方向（深さ）の侵入不可領域ＳをＺ≦Ｚとし、バケッ
ト３の刃先の位置を（X0,Z0）とすると、境界線Ｚ＝
までの距離ｄはｄ＝|Z0−｜で与えられる。
ト３の刃先の位置を（X0,Z0）とすると、境界線Ｚ＝
までの距離ｄはｄ＝|Z0−｜で与えられる。
そしてこの距離ｄに対して下式（８）で与えられるよう
にゲイを定める。
にゲイを定める。
Ke＝1.0 （ｄ≧d0の時） Ke＝d/d0 （ｄ＜d0の時）…（８） 上記（８）式で示されるようなゲインKeをオペレータの
レバー操作信号lvrに乗じてやることにより、刃先が設
定領域に近ずくに従ってオペレータの指令に対する刃先
の動きが少なくなるので、設定領域をオペレータが判断
できると共に、レバーフルで操作していてもｄが小さく
なると自動的に指令値が絞られ、ｄ＝０でKe・lvr＝０
となるので、領域を越えないため、オペレータは設定領
域に注意せずに操作することが可能になる。
レバー操作信号lvrに乗じてやることにより、刃先が設
定領域に近ずくに従ってオペレータの指令に対する刃先
の動きが少なくなるので、設定領域をオペレータが判断
できると共に、レバーフルで操作していてもｄが小さく
なると自動的に指令値が絞られ、ｄ＝０でKe・lvr＝０
となるので、領域を越えないため、オペレータは設定領
域に注意せずに操作することが可能になる。
また距離ｄに対するレバーゲインKeの関係は第12図
（Ａ）、（Ｂ）に示すように二段ゲインや関数ｆ（ｄ）
で与える方法も考えられる。
（Ａ）、（Ｂ）に示すように二段ゲインや関数ｆ（ｄ）
で与える方法も考えられる。
ここで臨界距離d0を予じめ演算回路内で定めておいても
よいし、操作パネル等でオペレータが入力できるように
しておく方法も考えられる。
よいし、操作パネル等でオペレータが入力できるように
しておく方法も考えられる。
以上述べた考え方は、上記深さ制限のみならず、第４図
（Ａ）〜（Ｄ）において設定領域の向きと距離ｄの向き
を変えるだけで同様に行なえ、また第４図（Ｂ）のN5に
対しては座標を境界線と平行にとることにより第４図
（Ａ）と同様に考えることができる。第４図（Ｃ）のN8
についても同様である。
（Ａ）〜（Ｄ）において設定領域の向きと距離ｄの向き
を変えるだけで同様に行なえ、また第４図（Ｂ）のN5に
対しては座標を境界線と平行にとることにより第４図
（Ａ）と同様に考えることができる。第４図（Ｃ）のN8
についても同様である。
また第４図（Ｂ）のN7及び第４図（Ｄ）のN10のような
設定中心点からの距離が問題となる場合は、設定中心点
から刃先までの距離と設定半径ｒの偏差を距離ｄとする
ことで上記と同様に処理することができる。
設定中心点からの距離が問題となる場合は、設定中心点
から刃先までの距離と設定半径ｒの偏差を距離ｄとする
ことで上記と同様に処理することができる。
また第４図（Ｂ）のN6及び第４図（Ｄ）のN9に対しては
各線分あるいは各面に対して個々に距離ｄを計算し、最
小距離ｄに対してレバーゲインKeを決定すればよい。
各線分あるいは各面に対して個々に距離ｄを計算し、最
小距離ｄに対してレバーゲインKeを決定すればよい。
すなわち、第７図では線分（xo1、zo1）−（xo2、zo2）
に対してφ１の座標変換して刃先の位置（xo′、zo′）
を求め、xo′がxo1′とxo2′の間にあり、かつ距離ｄが
臨界距離d0より小であれば、レバーゲインKeを求め、同
様に線分（xo2、zo2）−（xo3、zo3）に対してもレバー
ゲインを求め、これらの最小値を実際のレバーゲインと
して与えてやればよい。
に対してφ１の座標変換して刃先の位置（xo′、zo′）
を求め、xo′がxo1′とxo2′の間にあり、かつ距離ｄが
臨界距離d0より小であれば、レバーゲインKeを求め、同
様に線分（xo2、zo2）−（xo3、zo3）に対してもレバー
ゲインを求め、これらの最小値を実際のレバーゲインと
して与えてやればよい。
第10図における直方体についても同様に各面に対してレ
バーゲイを求め、最小値を実際のレバーゲイとして与え
てやればよい。
バーゲイを求め、最小値を実際のレバーゲイとして与え
てやればよい。
以上において、作業機上の侵入判断位置をバケット刃先
のみならず、第13図に示すように、作業機全体をカバー
するような複数の点に対して行なえば、第４図（Ａ）の
N1等で作業機の任意の１部が侵入不可領域に入ることを
防ぐことができる。
のみならず、第13図に示すように、作業機全体をカバー
するような複数の点に対して行なえば、第４図（Ａ）の
N1等で作業機の任意の１部が侵入不可領域に入ることを
防ぐことができる。
第13図に示すように、ブーム１に固定した仮想点P1の座
標は xp1＝m1sin（α−δ１） zp1＝m1cos（α−δ１） …（９） バケット３に固定した仮想点P4の座標は xp4＝l1sinα＋l2sin（α＋β） ＋m4sin（α＋β＋γ−δ４） zp4＝l1cosα＋l2cos（α＋β） ＋m4cos（α＋β＋γ−δ４） …（10） として求められ、ｙ方向の幅を考慮する場合は、上記
（２）式で補正してＯ−XYZ座標で考えることにより上
記刃先点での侵入判断と同様にして距離ｄを求めてやれ
ばよい。
標は xp1＝m1sin（α−δ１） zp1＝m1cos（α−δ１） …（９） バケット３に固定した仮想点P4の座標は xp4＝l1sinα＋l2sin（α＋β） ＋m4sin（α＋β＋γ−δ４） zp4＝l1cosα＋l2cos（α＋β） ＋m4cos（α＋β＋γ−δ４） …（10） として求められ、ｙ方向の幅を考慮する場合は、上記
（２）式で補正してＯ−XYZ座標で考えることにより上
記刃先点での侵入判断と同様にして距離ｄを求めてやれ
ばよい。
さらに第14図に示すように、侵入不可領域判断の解除の
ために制限解除教示スイッチ16を設け、これが押されて
いる場合は、常にレバーゲインKeを1.0とすることによ
り、オペレータが意識的に侵入不可領域に侵入させた
り、刃先が境界線に達してしまってレバーゲインKeがゼ
ロとなった状態から通常操作領域へ復帰させることが可
能となる。
ために制限解除教示スイッチ16を設け、これが押されて
いる場合は、常にレバーゲインKeを1.0とすることによ
り、オペレータが意識的に侵入不可領域に侵入させた
り、刃先が境界線に達してしまってレバーゲインKeがゼ
ロとなった状態から通常操作領域へ復帰させることが可
能となる。
アクチュエータ制御手段15では、上記レバー指令値に応
じてバルブ等により、アクチュエータへの流量を制御す
る。
じてバルブ等により、アクチュエータへの流量を制御す
る。
本発明では、以上述べた構成により、オペレータが通常
作業時に作業機の侵入不可領域を設定し、境界線までの
距離に応じてレバー信号を絞っていくため、オペレータ
が誤って侵入不可領域に刃先を移動しようとしても、自
動的に境界線上でなめらかに停止し、またその途中でオ
ペレータが作業機の速度の減少から侵入不可領域に近ず
いていることを判断して刃先をもどすことが可能となる
ため、従来のように、侵入不可領域でも毎回ショックを
伴いながら停止させたり、刃先を逆方向にもどしたりす
ることがないので、良好な操作感覚で連続作業を行うこ
とが可能となる。
作業時に作業機の侵入不可領域を設定し、境界線までの
距離に応じてレバー信号を絞っていくため、オペレータ
が誤って侵入不可領域に刃先を移動しようとしても、自
動的に境界線上でなめらかに停止し、またその途中でオ
ペレータが作業機の速度の減少から侵入不可領域に近ず
いていることを判断して刃先をもどすことが可能となる
ため、従来のように、侵入不可領域でも毎回ショックを
伴いながら停止させたり、刃先を逆方向にもどしたりす
ることがないので、良好な操作感覚で連続作業を行うこ
とが可能となる。
また、侵入不可領域境界を直線または連続した複数線分
で与え、各線分の傾きと平行に座標変換することで境界
領域までの距離が単純に座標軸で見た単軸上の偏差とし
てあつかえ、演算が簡単になる。
で与え、各線分の傾きと平行に座標変換することで境界
領域までの距離が単純に座標軸で見た単軸上の偏差とし
てあつかえ、演算が簡単になる。
侵入不可領域境界が円または球状の場合も同様に刃先と
円または球の中心との距離と、設定半径の偏差であつか
えるので同様である。
円または球の中心との距離と、設定半径の偏差であつか
えるので同様である。
また判断位置を刃先だけでなく作業機各軸に固定した複
数の仮想点についても行なうことにより、侵入不可領域
が極端な尖点（突起）でない限り、作業機の任意の１点
が侵入不可領域に入ることを判断できるので、トンネル
内の作業機等で作業機の１部が回りに接触しない様にす
ることが可能である。
数の仮想点についても行なうことにより、侵入不可領域
が極端な尖点（突起）でない限り、作業機の任意の１点
が侵入不可領域に入ることを判断できるので、トンネル
内の作業機等で作業機の１部が回りに接触しない様にす
ることが可能である。
また、領域判断によるレベーゲインを駆動軸全てに乗じ
てもよいし、各軸個別の値として乗じてもよい。
てもよいし、各軸個別の値として乗じてもよい。
さらに第15図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、狭
い道路での掘削積込み作業において第15図（Ａ）に示す
壁との距離Ｌからの作業機の境界条件をＸ≧Ｌとし、作
業機の位置からレバーゲインを求め、この値を旋回のレ
バー信号のみ乗じることにより、ブーム１、アーム２、
バケット３の操作は通常通りに行ないながら、刃先の位
置に応じて旋回操作を制御することができる。
い道路での掘削積込み作業において第15図（Ａ）に示す
壁との距離Ｌからの作業機の境界条件をＸ≧Ｌとし、作
業機の位置からレバーゲインを求め、この値を旋回のレ
バー信号のみ乗じることにより、ブーム１、アーム２、
バケット３の操作は通常通りに行ないながら、刃先の位
置に応じて旋回操作を制御することができる。
すなわち、刃先が第15図（Ｂ）に示すように侵入不可領
域内にいるときは旋回のレバーゲインをゼロとし、侵入
不可領域から手前に離れる程旋回レバーゲインを１に近
づけていくことにより、オペレータは旋回レバーをフル
にした状態で作業機を手前に近づけていくことで停止し
ていた上部旋回体が徐々に動き始め、オペレータは壁面
に注意を払わなくても安全で、かつ第15図（Ｃ）に示す
ように最大旋回半径で旋回操作が行なえ、作業能率を上
げることができる。
域内にいるときは旋回のレバーゲインをゼロとし、侵入
不可領域から手前に離れる程旋回レバーゲインを１に近
づけていくことにより、オペレータは旋回レバーをフル
にした状態で作業機を手前に近づけていくことで停止し
ていた上部旋回体が徐々に動き始め、オペレータは壁面
に注意を払わなくても安全で、かつ第15図（Ｃ）に示す
ように最大旋回半径で旋回操作が行なえ、作業能率を上
げることができる。
また、第16図に示すような法面に沿った掘削では、侵入
不可領域に近づく方向の操作となる軸、例えばアーム２
のみにレバーゲインを乗じることにより、アームレバー
フルの状態でブーム１を操作すると、バケット３の刃先
が境界線より上にあれば、その分だけアーム２が下がろ
うとするので、境界線に沿った掘削を容易に行なうこと
が可能である。
不可領域に近づく方向の操作となる軸、例えばアーム２
のみにレバーゲインを乗じることにより、アームレバー
フルの状態でブーム１を操作すると、バケット３の刃先
が境界線より上にあれば、その分だけアーム２が下がろ
うとするので、境界線に沿った掘削を容易に行なうこと
が可能である。
以上のように本発明によれば、オペレータが注意を払わ
なくても、侵入不可領域外での作業を容易に行なうこと
が可能となる。
なくても、侵入不可領域外での作業を容易に行なうこと
が可能となる。
また境界までの距離ｄをパネル等で表示したり、距離ｄ
に応じてアラーム音の周波数を連続的に変えてやればオ
ペレータの操作性はさらによくなる。
に応じてアラーム音の周波数を連続的に変えてやればオ
ペレータの操作性はさらによくなる。
第１図から第16図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は構成説明図、第２図、第３図は作業機の各部材の姿
勢説明図、第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は作
業機の侵入不可領域を示す説明図、第５図は侵入不可領
域が直交座標領域の場合の制御説明図、第６図は侵入不
可領域が斜め直線の場合の制御説明図、第７図は侵入不
可領域が折れ線状の連続直線の場合の制御説明図、第８
図は侵入不可領域が円の場合の制御説明図、第９図は侵
入不可領域が壁面の場合の制御説明図、第10図は侵入不
可領域が箱形の場合の制御説明図、第11図（Ａ）、
（Ｂ）はレバーゲイン演算手段の演算の説明図、第12図
（Ａ）、（Ｂ）は距離に対するレバーゲインの関係を示
す線図、第13図は侵入判断位置をバケット刃先のほかに
もとった場合の説明図、第14図は侵入不可領域判断の解
除のためのスイッチを設けた場合の構成図、第15図
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明装置を用いての狭い道
路での作業例を示す説明図、第16図は法面掘削例を示す
説明図である。第17図、第18図、第19図、第20図はオペ
レータが作業領域に注意を要する作業例を示す説明図で
ある。 １はブーム、２はアーム、３はバケット、4,5,6はシリ
ンダ、７は下部走行体、８は上部旋回体、9a,9b,9cは作
業機姿勢検出手段、10は作業機位置演算手段、11は旋回
位置検出手段、12は侵入不可領域教示手段、13は操作レ
バー、14はレバーゲイン演算手段、15はアクチュエータ
制御手段、16は制限解除教示スイッチ。
図は構成説明図、第２図、第３図は作業機の各部材の姿
勢説明図、第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は作
業機の侵入不可領域を示す説明図、第５図は侵入不可領
域が直交座標領域の場合の制御説明図、第６図は侵入不
可領域が斜め直線の場合の制御説明図、第７図は侵入不
可領域が折れ線状の連続直線の場合の制御説明図、第８
図は侵入不可領域が円の場合の制御説明図、第９図は侵
入不可領域が壁面の場合の制御説明図、第10図は侵入不
可領域が箱形の場合の制御説明図、第11図（Ａ）、
（Ｂ）はレバーゲイン演算手段の演算の説明図、第12図
（Ａ）、（Ｂ）は距離に対するレバーゲインの関係を示
す線図、第13図は侵入判断位置をバケット刃先のほかに
もとった場合の説明図、第14図は侵入不可領域判断の解
除のためのスイッチを設けた場合の構成図、第15図
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は本発明装置を用いての狭い道
路での作業例を示す説明図、第16図は法面掘削例を示す
説明図である。第17図、第18図、第19図、第20図はオペ
レータが作業領域に注意を要する作業例を示す説明図で
ある。 １はブーム、２はアーム、３はバケット、4,5,6はシリ
ンダ、７は下部走行体、８は上部旋回体、9a,9b,9cは作
業機姿勢検出手段、10は作業機位置演算手段、11は旋回
位置検出手段、12は侵入不可領域教示手段、13は操作レ
バー、14はレバーゲイン演算手段、15はアクチュエータ
制御手段、16は制限解除教示スイッチ。
Claims (3)
- 【請求項１】ブーム、アーム、バケット等作業機を有す
るパワーショベル等の掘削作業機において、 作業機の姿勢を検出する作業機姿勢検出手段と、上記作
業機姿勢検出手段からの信号により作業機の位置を演算
する作業機位置演算手段と、 各回動作業機の侵入を禁止する領域を教示する侵入不可
領域教示手段と、 上記作業機位置演算手段により求めた作業機の位置と、
上記侵入不可領域教示手段からの教示領域との距離ｄを
求め、この距離ｄがある値より大のときは１で、それよ
り小のときは０から１の間のとを取るような距離ｄによ
って決まる関数をレバー操作信号に乗じたものを出力す
るレバーゲイン演算手段と、 上記レバーゲイン演算手段からの信号によりアクチュエ
ータの動きを制御するアクチュエータ制御手段とを有す
ることを特徴とする掘削作業機の作業領域制御装置。 - 【請求項２】作業機姿勢検出手段からの信号、及び上部
旋回体の旋回位置を検出する旋回位置検出手段からの信
号により、作業機の位置を演算する作業機位置演算手段
を有することを特徴とする請求項（１）記載の掘削作業
機の作業領域制御装置。 - 【請求項３】侵入不可領域制御の解除を教示するための
制限解除教示スイッチと、 このスイッチにより解除が選択された場合にはレバー操
作信号に乗じるレバーゲインの値を常に１にするレバー
ゲイン演算手段とを有することを特徴とする請求項
（１）、（２）記載の掘削作業機の作業領域制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25525190A JPH0794735B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 掘削作業機の作業領域制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25525190A JPH0794735B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 掘削作業機の作業領域制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04136324A JPH04136324A (ja) | 1992-05-11 |
| JPH0794735B2 true JPH0794735B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=17276143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25525190A Expired - Fee Related JPH0794735B2 (ja) | 1990-09-27 | 1990-09-27 | 掘削作業機の作業領域制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794735B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019049701A1 (ja) * | 2017-09-08 | 2019-03-14 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
| WO2019181189A1 (ja) * | 2018-03-22 | 2019-09-26 | ヤンマー株式会社 | 旋回作業車の表示システム |
| WO2020012609A1 (ja) * | 2018-07-12 | 2020-01-16 | 日立建機株式会社 | 作業機械 |
| WO2022163322A1 (ja) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 日立建機株式会社 | 作業機械 |
| JP2022161275A (ja) * | 2021-04-08 | 2022-10-21 | 仙建工業株式会社 | 高さ制限のある環境でアームおよびブームを用いて作業を行う装置 |
| EP4261350A1 (en) | 2022-04-11 | 2023-10-18 | Volvo Construction Equipment AB | Construction equipment |
| US11982071B2 (en) | 2018-03-22 | 2024-05-14 | Yanmar Power Technology Co., Ltd. | Display system of turning work vehicle |
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| CN1126846C (zh) * | 1994-04-28 | 2003-11-05 | 日立建机株式会社 | 建筑机械的限定区域挖掘控制装置 |
| KR0173835B1 (ko) * | 1994-06-01 | 1999-02-18 | 오까다 하지모 | 건설기계의 영역제한 굴삭제어장치 |
| JP3091667B2 (ja) * | 1995-06-09 | 2000-09-25 | 日立建機株式会社 | 建設機械の領域制限掘削制御装置 |
| JP3112814B2 (ja) * | 1995-08-11 | 2000-11-27 | 日立建機株式会社 | 建設機械の領域制限掘削制御装置 |
| US5960378A (en) * | 1995-08-14 | 1999-09-28 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Excavation area setting system for area limiting excavation control in construction machines |
| JP3609164B2 (ja) * | 1995-08-14 | 2005-01-12 | 日立建機株式会社 | 建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置 |
| JP3664781B2 (ja) * | 1995-10-11 | 2005-06-29 | 日立建機株式会社 | 建設機械の作業範囲制限制御装置 |
| JP3455369B2 (ja) * | 1996-06-26 | 2003-10-14 | 日立建機株式会社 | 建設機械のフロント制御装置 |
| US6169948B1 (en) | 1996-06-26 | 2001-01-02 | Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. | Front control system, area setting method and control panel for construction machine |
| JP3306301B2 (ja) * | 1996-06-26 | 2002-07-24 | 日立建機株式会社 | 建設機械のフロント制御装置 |
| US6131061A (en) * | 1997-07-07 | 2000-10-10 | Caterpillar Inc. | Apparatus and method for preventing underdigging of a work machine |
| AU2011203186A1 (en) | 2010-07-01 | 2012-01-19 | Aristocrat Technologies Australia Pty Limited | A method of gaming, a gaming system, and a game controller |
| US9464406B2 (en) | 2013-04-12 | 2016-10-11 | Komatsu Ltd. | Control system for construction machine and control method |
| DE102015222485A1 (de) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | Hirschmann Automation And Control Gmbh | Verfahren zur Hubhöhen- und/oder Schwenkwinkelbegrenzung eines Baggers |
| WO2016148251A1 (ja) * | 2015-03-19 | 2016-09-22 | 住友建機株式会社 | ショベル |
| JP7326428B2 (ja) * | 2019-03-29 | 2023-08-15 | 住友建機株式会社 | ショベル及びショベルの制御装置 |
| US20230383500A1 (en) * | 2020-09-28 | 2023-11-30 | Kobelco Construction Machinery Co., Ltd. | Working area setting system and operation target detection system |
| CN116096965A (zh) | 2021-03-29 | 2023-05-09 | 日立建机株式会社 | 作业机械 |
| DE102022206976A1 (de) | 2022-07-08 | 2024-01-11 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren zum Vermessen eines Arbeitsziels mittels eines Anbaugeräts |
| DE102022119045A1 (de) | 2022-07-28 | 2024-02-08 | Wacker Neuson Linz Gmbh | Arbeitsmaschine mit einer Begrenzungseinheit zum Festlegen eines Grenz-Parameters |
-
1990
- 1990-09-27 JP JP25525190A patent/JPH0794735B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019049701A1 (ja) * | 2017-09-08 | 2019-03-14 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
| JPWO2019049701A1 (ja) * | 2017-09-08 | 2020-10-15 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル |
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| JP2019167691A (ja) * | 2018-03-22 | 2019-10-03 | ヤンマー株式会社 | 旋回作業車の表示システム |
| US11982071B2 (en) | 2018-03-22 | 2024-05-14 | Yanmar Power Technology Co., Ltd. | Display system of turning work vehicle |
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| JPWO2020012609A1 (ja) * | 2018-07-12 | 2020-10-22 | 日立建機株式会社 | 作業機械 |
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| JP2022161275A (ja) * | 2021-04-08 | 2022-10-21 | 仙建工業株式会社 | 高さ制限のある環境でアームおよびブームを用いて作業を行う装置 |
| EP4261350A1 (en) | 2022-04-11 | 2023-10-18 | Volvo Construction Equipment AB | Construction equipment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04136324A (ja) | 1992-05-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |