JPH0826553B2 - 油圧ショベルの作業自動化装置およびその作業自動化制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は油圧駆動機械の作業自動化装置に係り、特に
建設機械等の油圧駆動機械に装着され、オペレータが行
うべきレバー操作に基づく油圧機械の動作を自動的に繰
り返し作動させ、あるいは複数の組み合わせ操作を自動
的に行わせることで作業性を向上させるようにした油圧
駆動機械の作業自動化装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、電子技術の発達は目覚ましく、建設機械等の作
業機用シリンダの操作は機械式や油圧レバー制御方式に
代わって、第５図に示す様な電子−油圧制御方式が採用
されるようになった。

第５図に示した従来の電子−油圧制御方式では、オペ
レータが操作した電気式レバー101の操作量を電気信号
に変換して電子制御コントローラ102に入力する。電子
制御コントローラ102は電気式レバー101の操作量に応じ
た信号を電子制御式油圧バルブ103の両端ソレノイド103
a、103bに出力し、電子制御式油圧バルブ103は電気レバ
ー101の操作量に応じた油量をポンプ106より油圧配管10
4aに、104bを介して油圧アクチュエータ105に供給しロ
ッド105aを作動させる様な構成になっている。これによ
れば、簡易な操作性により細かな制御を行うことがで
き、機械式や油圧式の操作方式ではできなかった操作も
可能になっている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第５図に示す従来技術に於いては、電
子制御のメリットはあるものの、手動の操作を行うもの
であるから例えば油圧式パワーショベルのすき取り掘削
等の二軸以上のレバー操作を行う場合、オペレータの疲
労は極めて大きくなる問題点があり、更にすき取り掘削
を行いながらバケットの振動を行うことが非常に困難で
あった。すなわち、油圧パワーショベルですき取り掘削
を行う場合、ブーム、アーム、バケットの各作業機を油
圧シリンダにより操作して地面を水平に、あるいはある
角度をもった斜面になるように土砂を削る作業をしなけ
ればならない。この作業を実施する場合、オペレータは
バケット内の土砂の量やバケットの絶対角度（掘削平面
に対する角度）を注視しながら、各作業機を操作し、常
に平面になるようにしなければならない。しかも地なら
し面を締め固めるために、特に一つの作業機であるバケ
ットのみを一定の振幅と周波数で上下振動させる必要が
ある。このような作業は単に上述の従来方式だけでは改
善できるものではない。したがってオペレータの熟練度
に依存しなくても常に均一な作業結果が得られるように
することが課題となっていた。更に、上記すき取り掘削
や溝堀り作業の場合には、所定の深さまで繰り返し掘削
する必要があるが、このような単純な繰り返しの作業の
場合でも、オペレータ自身の直接的な繰り返し操作が必
要となっており、かかる場合の作業軽減の問題も課題と
なっていた。

本発明は上記従来の問題点に着目し、第一の目的は繰
り返し同じ操作による作業を行う場合に二回目以降は自
動的に繰り返し作業を行わせるようにして自動作業を行
わせることができるようにした油圧駆動機械の作業自動
化装置を提供することにある。第二の目的は、自動作業
を行っている時、レバー操作を介入して自動作業の修正
を行うことにより次の自動作業のときはレバー操作を介
入した量だけ補正して再生させ、繰り返し自動作業の際
に再度初期位置から開始しなくても直前の補正位置から
再作業を開始するようにして補正操作を軽減させること
がてきるようにした油圧駆動機械の作業自動化装置を提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係る油圧ショベ
ルの作業自動化装置およびその作業自動化制御方法は、
（１）作業機の複数の油圧アクチュエータをテイーチン
グ操作しコントローラに記憶させ、このテイーチング操
作後に、記憶された情報を再生して、前記作業機の複数
の油圧アクチュエータをプレイバックさせる油圧ショベ
ルの作業自動化装置であって、前記複数の油圧アクチュ
エータをプレイバック動作中に、この複数の油圧アクチ
ュエータのうちの少なくとも１つを正逆操作して作業機
を振動させる手段を備えた構成としたものである。

（２）また、上記構成において、前記作業機を振動させ
る手段は、モードスイッチと、コントローラとからな
り、前記プレイバック中に前記モードスイッチからの振
動発生信号を受けて演算し、その演算結果に基づいてコ
ントロールバルブへ切換信号を発信するコントローラを
備えた構成としたものである。

（３）更に、上記構成において、前記コントローラに作
業機の複数の油圧アクチュエータの操作量の記憶を指示
し、かつ、その記憶された操作情報を再生する指示をす
る操作手段を備えた構成としたものである。

（４）そして、上記構成において、前記複数の油圧アク
チュエータを正逆操作による振動駆動を指示し、かつ、
前記コントローラに前記テイーチング操作のメモリを読
み込む動作を指示する振動・プレイバックモードを選択
する切換手段を備えた構成としたものである。

（５）作業機の複数の油圧アクチュエータをテイーチン
グ操作しコントローラに記憶させ、このテイーチング操
作後に、記憶された情報を再生して、前記作業機の複数
の油圧アクチュエータをプレイバックさせる油圧ショベ
ルの作業自動化方法であって、前記複数の油圧アクチュ
エータをプレイバック動作中に、この複数の油圧アクチ
ュエータのうちの少なくとも１つを正逆操作して作業機
を一定あるいは可変振幅し、かつ、所定の周波数で駆動
する方法としたものである。

（作 用） 上記構成によれば、コントローラには油圧アクチュエ
ータに対する正逆駆動信号に相当する振動信号発生部を
設け、この振動信号発生部から振幅は一定あるいは可
変、かつ、所定の周波数の信号が生成され、演算出力は
振幅信号発生部からの振動信号を取り込み、この振動信
号は単体で出力、あるいは前記メモリ部における記憶信
号とを合成して出力できるので、作業機の複数の油圧ア
クチュエータをテイーチング操作後に、記憶された情報
を再生してプレイバック動作ができると共に、複数の油
圧アクチュエータのうちの少なくとも１つを正逆操作し
て作業機を一定あるいは可変振幅し、かつ、所定の周波
数で駆動することが可能となっている。

（実施例） 以下に、本発明に係る油圧ショベルの作業自動化装置
の実施例を図面を参照して説明する。先ず、図２に示す
油圧ショベル１は作業機1aを装着している。作業機1aは
ブーム２、アーム３およびバケット４からなっている。
ブーム２は油圧ショベル１の車体フレームに取着し、図
示しないアクチュエータで揺動自在となっている。ブー
ム２の先端にアーム３を取着し、図示しないアクチュエ
ータで回動自在となっている。このアーム３先端にバケ
ット４を取着し、図示しないアクチュエータで回動自在
となっている。

図２に示すように、ブーム２、アーム３およびバケッ
ト４の操作を組合わせて複合操作して掘削作業を行って
いる。このような油圧ショベル１の作業機1aを操作する
作業自動化装置は、第１図に示すように、手動操作手段
としての電気式操作レバー11を有している。これは油圧
パワーショベル１のブーム２、アーム３、バケット４を
作動させる操作レバーで、例えばあるレバーを前方に倒
すとブーム２は下がり、後方に倒すとブーム２は上が
り、左側に倒すとアーム３は伸び、右側に倒すとアーム
３は縮み、一本のレバーで四通りの操作を行うことがで
きる。この操作レバー11による操作量は電気信号に変換
されて自動作業コントローラ12を介してバルブコントロ
ーラ14に出力し、ここで操作レバーによる操作量に比例
した操作信号をコントロールバルブ15に出力するように
なっている。コントロールバルブ15は従来例で示した構
成と同様な構成とし、油圧源としてのポンプ18からの流
路を開閉したり絞り動作させる等の制御信号をボード切
り換え用の電磁ソレノイドを具備し、作動油タンク19と
の間で給排を行わせる。なお、14はバルブコントローラ
で、自動作業コントローラ12からの電気信号に応じてコ
ントロールバルブ15を制御する。コントローラバルブ15
は前記ポンプ18を油圧配管16a又は16bを介して油圧アク
チュエータ17に供給しロッド17aを作動させる。

前記操作レバー11とバルブコントローラ14との間の制
御経路の途中には、自動作業コントローラ12が設けられ
ているが、これは次のように構成されている。操作レバ
ー11からの操作信号の入力部と前記バルブコントローラ
14への出力部との間に介在される接続用リレー接点12a
が設けられている。これは操作レバー11に付帯したプッ
シュスイッチ11aにより駆動され、自動作業コントロー
ラ12からの出力を操作レバー11からの直接的な操作信号
とするか、あるいは後述する演算出力部からの制御信号
に基づく出力信号とするかの切り換え接続をなすように
なっている。自動作業コントローラ12における主たる処
理装置を構成する演算出力部20はマイクロプロセッサユ
ニット（MPU）からなり、操作レバー11から出力される
操作信号をA/D変換器21を介してデジタル信号として取
り込み、操作レバー11の操作信号を経時的に取り込み、
これをメモリ部22に格納するようにしている。また、演
算出力部20は出力指令によりメモリ部22から時系列的に
データを読み出し、D/A変換器23を介し前記リレー接点1
2aを経由してバルブコントローラ14に出力し、先の操作
レバー11による操作と同様な手順でコントロールバルブ
15を駆動するように制御できるものとなっている。更
に、演算出力部20には振動信号発生部24が付帯してい
る。振動信号発生部24は油圧アクチュエータ17に対し正
逆駆動を連続して行わせる駆動信号に相応するパルス信
号を発生するもので、演算出力部20は出力指令に応じて
この振動信号発生部24からの出力信号を取り込み、単独
あるいは前記メモリ部22に格納されたデータに加算して
出力可能にしている。また、演算出力部20の出力側には
加算器25が設けられ、この出力は前記メモリ部22に帰還
させるようにしている。これにより演算出力部20による
最終出力データを最新データとしてメモリ部22の記憶内
容を更新し、繰り返し作業時の初期動作を最終駆動位置
から開始するようにしている。

一方、上記のような自動コントローラ12に入力指令を
与えるために切り換え手段としてのスイッチパネル13が
外部に設けられている。これには作業自動化スイッチ13
a、振動部位スイッチ13b、信号レベルスイッチ13c、モ
ードスイッチ13d、入力・出力スイッチ13eが取付けられ
ている。作業自動化スイッチ13aは、前記リレー接点12a
を操作レバー11とバルブコントローラ14の直結状態にす
るか、あるいはリレー接点12aの切り換えを可能にして
自動コントローラ12による自動作業を可能にするかの選
択操作をなす。また振動部位スイッチ13bは振動動作の
対象を選択するもので、演算出力部20に対しブーム、ア
ーム、バケット、あるいはアームおよびバケットの両者
を対象にしたいわゆるスケルトンを振動対象にするよう
に指令する。信号レベルスイッチ13cは前記振動信号発
生部24による振幅を設定するもので、これは演算出力部
20により振動信号発生部24からの入力レベルを設定レベ
ルでスライスすることで達成される。またモードスイッ
チ13dは振動駆動、規範操作とその再生操作、あるいは
振動駆動と再生操作の各モードを選択する。更に、入力
・出力スイッチ13eは操作レバー11による規範操作をそ
の演算出力部20からの出力により再生操作を選択するも
のである。これらを任意に選択することにより演算出力
部20はその設定指令にしたがった演算と出力をなすもの
である。

このような油圧ショベルの作業自動化装置による動作
を第３図に示すフローチャートにより説明する。まず、
初期設定を切り換え手段であるスイッチパネル13によっ
て行う（ステップ200）。スイッチパネル13の作業自動
化スイッチ13aをONの位置にセットし、次にモードスイ
ッチ13dをティーチング・プレイバックの位置にセット
し、入力・出力スイッチ13eをティーチング位置にセッ
トする。この後、作業自動化スイッチ13aの確認がなさ
れ（ステップ210）、これがONである場合にモードスイ
ッチ13dの確認が行われると同時に入力・出力スイッチ1
3eのモードが確認される（ステップ220）。ティーチン
グモードの場合には、まず自動作業コントローラ12に内
蔵されたタイマによりティーチング時間が終了状態にあ
るかを見て（ステップ230）、終了していなければ操作
レバー11のプッシュスイッチ11aがON状態にあるかどう
かを確認する（ステップ240）。この状態での実際の作
業は操作レバー11のプッシュスイッチ11aを押しながら
操作レバー11を操作させ、これによって電気信号が発信
し自動作業コントローラ12、バルブコントローラ14を介
してコントロールバルブ15を制御して油圧アクチュエー
タ17のロッド17aを駆動するものとなっている。かかる
状態で、プッシュスイッチ11aが入っていれば記憶動作
に入り、操作レバー11の操作を演算出力部20が読み込み
（ステップ250）、メモリ部22にデータを格納してステ
ップ200に戻る（ステップ260）。ステップ230、240で時
間が終了しており、またプッシュスイッチ11aがOFF状態
にあれば残り時間の確認をし（ステップ270）、時間が
あれば残りのメモリ領域にニュートラルであることを書
き込み（ステップ280）、ステップ200に戻る。

一方、プレイバックモードにある場合に処理は次のよ
うになる。油圧アクチュエータ17のロッド17aの作動に
よって動かされる作業機を記憶操作に入る時の位置にし
てスイッチパネル13の作業自動化スイッチ13aをONの位
置にセットし、入力・出力スイッチ13eをプレイバック
位置にセットする。これをステップ220にて確認し、最
初プレイバック時期が終了しているか否かが確認される
（ステップ300）。そして、操作レバー11のプッシュス
イッチ11aを押しているか否かをみて（ステップ310）、
それがON状態にあれば自動作業コントローラ12に記憶さ
れていた操作レバー11の操作量に応じて発信された電気
信号がメモリ部22から読み出され（ステップ320）、必
要に応じて直接自動作業コントローラ12、バルブコント
ローラ14を介してコントロールバルブ15を制御して油圧
アクチュエータ17のロッド17aを作動させ作業機1aを動
かす（ステップ350）。ここで若し作業機1aの動きを修
正する時は操作レバー11を作業機1aを動かす方向に操作
すると操作レバー11の操作量が加算されて作業機1aが動
かされると共に操作レバー11の操作量が加算演算されて
自動作業コントローラ12に記憶される（ステップ330、3
40）。更に、ステップ350の出力処理の際に、その出力
データを加算機25を介してメモリ部22に上書きしてメモ
リ内容を更新することもできる（ステップ360）。な
お、前記ステップ300、310にて時間の終了やプッシュス
イッチ11aがOFFの時にはニュートラルデータを出力（ス
テップ370）してステップ210に戻る。したがって、次
に、第二回目の再生操作を行うと、前回の再生操作のと
き操作レバー11を動かして作業機1aの動きを修正した電
気信号が加算演算して記憶されているので前回の再生操
作のとき作業機の動きを修正したと同じ作業が再生され
る。

基本的には上記の通りであるが、再生操作と自動振動
のモードの場合には次のようになる。

先ず、油圧アクチュエータ17のロッド17aの作動によ
って動かされる作業機1aの記憶操作に入る時の位置にし
てスイッチパネル13の作業自動化スイッチ13aをON位置
にセットし、入力・出力スイッチ13eをプレイバックの
位置にセットし、更にモードスイッチ13dを振動＋プレ
イバックの位置にセットする。続いて、振動部位スイッ
チ13bを作業機1aの振動させたい部位、例えばバケット
４を振動させたい時はバケットの位置にセットする。

次に振動レベルスイッチ13cを振動のレベルに合わせ
て、例えば強い振動の時は大、弱い振動の時は小、中間
の振動の時は中にセットする。

次に操作レバー11のプッシュスイッチ11a押すと作業
機1aは自動作業コントローラ12に記憶された信号に基づ
いて動くと共に振動する。次に、自動振動について説明
する。

スイッチパネル13の作業自動化スイッチ13aをONの位
置にセットし、更にモードスイッチ13dを自動振動の位
置にセットする。続いて、振動部位ダイヤル13bを作業
機1aの振動させたい部位、例えばバケット４を振動させ
たい時はバケットの位置にセットする。次に、振動レベ
ルスイッチ13cを振動レベルに合わせて、例えば強い振
動の時は大、弱い振動の時は小、中間の振動の時は中に
セットする。次に、操作レバー11のプッシュスイッチ11
aを押すと作業機は振動部位スイッチ13bでセットした部
位で振動する。更に、操作レバー11を操作すれば通常の
作業を行いながら振動を付加することができる。

次に、図４に示す振動の振幅、周波数について、ブー
ムを自動振動モードまたは振動＋プレイバックモードを
選択した場合について説明する。ブームの自動振動モー
ドを選択したときブームは上昇と下降を一定の振幅と所
定の周波数で振動する。（図に示す単振動領域） ブームの振動＋プレイバックモードを選択したときは
ブームは上昇と下降を可変の振幅と所定の周波数で振動
する。（図に示す加算領域） このようにしてブーム以外のアームおよびバケットを
用いて自動振動モードまたは振動＋プレイバックモード
を選択して、土砂の掘削作業と地面の連続押打による締
め固めを自動的に行うことができる。

（発明の効果） 本願発明における油圧ショベルの作業自動化装置およ
びその作業自動化制御方法によれば、最初の手動による
テイーチング操作後に切換手段を振動＋プレイバツクに
選択すると油圧アクチュエータは正逆動作させながら動
作再生して、油圧アクチュエータを正逆駆動し振動を与
えて自動作業を行うことができるので土砂の掘削、締め
固めが容易となり作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る油圧駆動機械の作業自動化装置の
構成を示すブロック図、第２図は油圧ショベルが土を掘
削している状態を示す図、第３図は同装置による作業の
フローチャート、第４図は油圧ショベルのブームの動作
に振動と再生操作を加えた場合の出力信号の図、第５図
は従来技術の油圧アクチュエータのレバー制御装置の構
成を示すブロック図である。 図中11:操作レバー 11a:プッシュスイッチ 12:自動作業コントローラ 12a:接続用リレー接点 13:スイッチパネル 13a:作業自動化スイッチ 13b:振動部位スイッチ 13c:振動レベルスイッチ 13d:モードスイッチ 13e:入力・出力スイッチ 14:バルブコントローラ 15:コントロールバルブ 17:油圧アクチュエータ 20:演算出力部 21:A/D変換器 22:メモリ部 23:D/A変換器 24:振動信号発生部 25:加算器 である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上出 隆雄 神奈川県平塚市四之宮2597 株式会社小松 製作所電子機器製造部内 (72)発明者 山下 公一 神奈川県平塚市四之宮2597 株式会社小松 製作所電子機器製造部内 (56)参考文献 特開 昭60−37339（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−172712（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業機の複数の油圧アクチュエータをテイ
   ーチング操作しコントローラに記憶させ、このテイーチ
   ング操作後に、記憶された情報を再生して、前記作業機
   の複数の油圧アクチュエータをプレイバックさせる油圧
   ショベルの作業自動化装置において、前記複数の油圧ア
   クチュエータをプレイバック動作中に、この複数の油圧
   アクチュエータのうちの少なくとも１つを正逆操作して
   作業機を振動させる手段を備えたことを特徴とする油圧
   ショベルの作業自動化装置。
2. 【請求項２】前記作業機を振動させる手段は、モードス
   イッチと、コントローラとからなり、前記プレイバック
   中に前記モードスイッチからの振動発生信号を受けて演
   算し、その演算結果に基づいてコントロールバルブへ切
   換信号を発信するコントローラを備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の油圧ショベルの作業自動化装置。
3. 【請求項３】前記コントローラに作業機の複数の油圧ア
   クチュエータの操作量の記憶を指示し、かつ、その記憶
   された操作情報を再生する指示をする操作手段を備えた
   ことを特徴とする請求項２記載の油圧ショベルの作動自
   動化装置。
4. 【請求項４】前記複数の油圧アクチュエータを正逆操作
   による振動駆動を指示し、かつ、前記コントローラに前
   記テイーチング操作のメモリを読み込む動作を指示する
   振動・プレイバックモードを選択する切換手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれかに記
   載の油圧ショベルの作業自動化装置。
5. 【請求項５】作業機の複数の油圧アクチュエータをテイ
   ーチング操作しコントローラに記憶させ、このテイーチ
   ング操作後に、記憶された情報を再生して、前記作業機
   の複数の油圧アクチュエータをプレイバックさせる油圧
   ショベルの作業自動化方法において、前記複数の油圧ア
   クチュエータをプレイバック動作中に、この複数の油圧
   アクチュエータのうちの少なくとも１つを正逆操作して
   作業機を一定あるいは可変振幅し、かつ、所定の周波数
   で駆動することを特徴とする油圧ショベルの作業自動化
   制御方法。