JPH09170244A - 掘削機の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削機の最も基本的な作業の一つである平坦
作業に対して作業性及び作業効率を向上させるための制
御方法を提供することである。 【解決手段】 バケット、アーム及び旋回作業は作業装
置作動入力手段からの作動入力信号による手動作動信号
を用い、前記ブームの作動は、前記ブームに該当する作
業装置作動入力手段の操作がある場合は前記手動作動信
号を用い、前記作業装置作動入力手段の操作がない場合
は前記ブーム回転角検出センサー、アーム回転角検出セ
ンサー及びバケット回転角検出センサーからのブーム回
転角、アーム回転角及びバケット回転角データと平坦作
業角データに基づいた所定の幾何学的演算により、前記
アーム作動に対して前記バケット端部の位置が一定平坦
作業角を有する平坦作業平面上を追従し得るよう、ブー
ムの基準回転角に対する所定の制御演算により自動作動
信号を用いて制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は掘削機の作業自動化
に関するもので、特に掘削機の最も基本的な作業中の一
つである平坦作業における作業性及び作業効率を向上さ
せるための制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】掘削機を用いて平坦作業を遂行する場
合、掘削機の各作業装置が複合的に作動しなければなら
ない。即ち、図１に示すたように、運転者はブーム１０
１、アーム１０２及びバケット１０３等の作業装置と旋
回等を適宜複合操作しなければならなく、相当な作業熟
練度が要求された。

【０００３】最近、前記のような平坦作業における作業
効率を向上させるため、コントローラーを用いる自動化
技術が適用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
自動化された平坦化作業の場合、自動機能の遂行中に運
転者の作業装置とは無関係な任意の固定された速度に作
業装置の作動が限定されるという欠点があり、コントロ
ーラーに対する自動平坦作業機能の選定、平坦作業をし
ようとする作業面の角度等をスイッチボード等を通じて
運転者が入力する面倒な過程が必須的に随伴された。特
に、平坦作業中に発生し得る作業環境及び作業条件の変
化に対し、運転者は一つ一つ自動機能の解除、手動操作
による作業装置の作動、自動機能の再選択、平坦作業角
の再設定等の作業を繰り返さなければならないので、結
局、運転者の作業疲労を加重させ、作業性及び作業効率
を減少させる問題点があった。

【０００５】従って、本発明の目的は、運転者による自
動機能の設定及び解除、平坦作業角の入力等の操作が省
略でき、運転者の操作レバーの操作量に対応する作業装
置の速度が維持でき、作業環境及び作業条件の変化にか
かわらず、より能動的に対応し得ることにより、運転者
の作業疲労が軽減され、最適の作業性及び作業効率が確
保できる掘削機の制御方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した本発明の目的を
達成するための本発明の一態様によると、ブーム、アー
ム、バケット等の作業装置と旋回可能な本体を備え、ブ
ーム回転角検出手段、アーム回転角検出手段及びバケッ
ト回転角検出手段を備える油圧式掘削機の制御方法にお
いて、前記バケット、アーム及び旋回作動は作業装置作
動入力手段からの作動入力信号による手動作動信号を用
い、前記ブームの作動は、前記ブームに該当する作業装
置作動入力手段の操作がある場合は前記手動作動信号を
用い、前記作業装置作動入力手段の操作がない場合は前
記ブーム回転角検出センサー、アーム回転角検出センサ
ー及びバケット回転角検出センサーからのブーム回転
角、アーム回転角及びバケット回転角データと平坦作業
角データに基づいた所定の幾何学的演算により、前記ア
ーム作動に対して前記バケット端部の位置が一定平坦作
業角を有する平坦作業平面上を追従し得るよう、ブーム
の基準回転角に対する所定の制御演算により自動作動信
号を用いて制御することを特徴とする油圧式掘削機の制
御方法が提供される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
を詳細に説明する。

【０００８】図２は本発明による制御方法を具現するた
めの制御装置が適用された掘削機の油圧−電子制御シス
テムの構成を示す。

【０００９】本システムには、動力源であるエンジン１
と、このエンジン１により駆動される複数の可変容量型
油圧ポンプ２とが備えられ、この油圧ポンプ２の吐出油
により作動されるブーム、アーム及びバケット等の作業
装置のためのアクチュエータであるブームシリンダー
３、アームシリンダー４及びバケットシリンダー５と、
掘削機の下部フレームに対して上部フレームを旋回させ
るためのアクチュエータである旋回モーター６等が備え
られる。前述した油圧ポンプ２と各アクチュエータ３，
４，５，６間の油路中には、油圧ポンプ２から各アクチ
ュエータ３，４，５，６へのオイルの流動方向及び量を
調節することにより、アクチュエータ３，４，５，６の
起動、停止及び方向転換等の作動を制御するコントロー
ルバルブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが設置され
る。このコントロールバルブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，
１２ｄとしては、所定の電気的信号に比例してスプール
に移動変位が決められるよう、電子比例油量制御バルブ
が使用されることが好ましい。

【００１０】一方、前述したブーム、アーム及びバケッ
トには、これら作業装置の作動変位を検出し得るブーム
回転角検出センサー８、アーム回転角検出センサー９及
びバケット回転角検出センサー１０等が設置され、これ
ら各センサー８，９，１０からの検出データと、運転者
による作業装置操作指令を入力受けるジョイスティック
等の作業装置作動入力手段７からの作動入力信号とに基
づいて、所定の演算により前述した各コントロールバル
ブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに前述した所定の電
気的信号を出力するマイクロコンピューターが内装され
たコントローラ１１が備えられる。このコントローラ１
１は前述したコントロールバルブ１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄを調節して、運転者による作業装置作動信号
及び／又は平坦作業に関連した所定の平坦作業角をアー
ムの端部位置が追従し得るように制御する。

【００１１】本発明の制御方法によると、バケット、ア
ーム、旋回等の作動のためには作業装置作動入力手段７
からの作動入力信号に対する所定の演算による手動作動
信号を用いて前述したコントロールバルブ１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ，１２ｄを調節することになる。一方、ブー
ムの作動においては、運転者による作業装置作動入力手
段７の操作がある場合、前述したような手動作動信号を
用い、作業装置作動入力手段７の操作がない場合、前述
したブーム角検出センサー８、アーム回転角検出センサ
ー９及びバケット回転角検出センサー１０からのブーム
回転角、アーム回転角及びバケット回転角データと運転
者の作業装置作動のみによりコントローラ１１内部で決
定される平坦作業角データに基づいた所定の幾何学的演
算により、運転者のアーム操作に対し、バケットの端部
位置が一定平坦作業角を有する平坦作業平面上を追従し
得るよう、ブームの基準回転角に対する所定の制御演算
により自動作動信号を用いて前述したコントロールバル
ブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを調節することにな
る。

【００１２】前述した内容を図３の流れ図に基づいてよ
り詳細に説明する。

【００１３】ステップ１では、図４に表現された作業装
置座標系の設定例において、平坦作業開始点と終了点の
絶対基準座標系Ｘ−Ｙに対するバケット端部の座標値Ｘ
１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２及び平坦作業角度Ｇを任意に初期
化させ自動動作の座標記憶のためのフラグセットをＯＮ
に設定する。

【００１４】ステップ２では、ブーム回転角検出センサ
ー８からの現在ブーム回転角データｔＢ、アーム回転角
検出センサー９からの現在アーム回転角データｔＡ、バ
ケット回転角検出センサー１０からの現在バケット回転
角データｔＫ、そしてブーム、アーム、バケット、旋回
等の各作業装置に関連した作業装置作動入力手段７から
の作動信号データＪＢＭ，ＪＡ，ＪＢＫ，ＪＳＷ等を入
力受ける。

【００１５】ステップ３では、ステップ２でのアーム動
作に関連したアーム操作信号ＪＡの方向が変更されたか
を判別する。ここで、作業装置作動入力手段７からの操
作信号の方向変更は、アームの場合、アーム展開（Ａｒ
ｍ−ｏｕｔ）動作からアーム折畳（Ａｒｍ−ｉｎ）動作
への変更、あるいはアーム折畳動作からアーム展開動作
への変更を意味し、ブームの場合、ブーム上昇（Ｂｏｏ
ｍ−ｕｐ）動作からブーム下降（Ｂｏｏｍ−ｄｏｗｎ）
動作への変更、あるいはその逆の場合等を意味する。一
方、アーム操作信号ＪＡの方向変更は平坦作業の開始か
ら終了、終了から開始をコントローラ内部で判断する基
準となる。ステップ３の条件を満足しない場合、つまり
運転者による作業装置の操作がアーム折畳動作、あるい
はアーム展開動作を遂行し続ける場合はステップ７に進
行し、ステップ３の条件を満足する場合はステップ４に
進行する。

【００１６】ステップ４では、ステップ３の条件を満足
する場合、つまり運転者による操作方向が変更された場
合、ステップ１で言及した自動動作の座標記憶のための
フラグセットがＯＦＦ状態であるかを判別する。ここ
で、自動動作の座標記憶のためのフラグセットがＯＮで
あると、自動平坦作業の開始点で、図４に表現されたＸ
１，Ｙ１座標値がコントローラ内部に記憶されていたこ
とを意味し、ＯＦＦであると、自動平坦作業の開始点の
Ｘ１，Ｙ１座標値が記憶されていないことを意味する。
ステップ４の条件を満足する場合、つまり自動動作の座
標記憶のためのフラグセットがＯＦＦである場合はステ
ップ６に進行し、ＯＮである場合ステップ５に進行す
る。

【００１７】ステップ５では、ステップ４の条件を満足
する場合、つまり自動動作の座標記憶のためのフラグセ
ットがＯＮである場合で、自動平坦作業開始点でのＸ
１，Ｙ１座標値が既に記憶されていることを意味する。
このステップでは、ステップ２で入力されたブーム回転
角データ、アーム回転角データ、バケット回転角データ
に基づいた所定の幾何学的演算により図４に表現された
平坦作業終了点のＸ−Ｙ座標値、Ｘ２，Ｙ２を演算す
る。ここで、既設定された平坦作業開始点のＸ１，Ｙ１
データと平坦作業終了点のＸ２，Ｙ２データを用いて平
坦作業角Ｇを演算し、ステップ７に進行する。

【００１８】ステップ６では、ステップ４の条件を満足
する場合、つまり自動動作の座標記憶のためのフラグセ
ットがＯＦＦである場合で、自動平坦作業開始点でのＸ
１，Ｙ１座標値が記憶されていないことを意味する。こ
のステップでは、ステップ２で入力されたブーム回転角
データに基づいた所定の幾何学的演算により図４に表現
された平坦作業開始点のＸ−Ｙ座標値、Ｘ１，Ｙ１を演
算する。又、ステップ６で、自動平坦作業開始点でのＸ
１，Ｙ１座標値記憶が遂行されたので、自動動作の座標
記憶のためのフラグセットをＯＮに設定し、ステップ７
に進行する。

【００１９】ステップ７では、ステップ２で入力された
ブームに関連した作業装置作動入力手段７からのブーム
操作信号ＪＢＭがあるかを判断する。これは平坦作業途
中に運転者によるブーム操作が行われる場合で、この条
件を満足する場合はステップ８に進行し、運転者による
ブーム操作がない場合はステップ９に進行する。

【００２０】ステップ８では、ステップ７の条件を満足
する場合、つまり平坦作業中に運転者によるブーム操作
が遂行される場合で、ステップ２で入力されたブームに
関連した作業装置作動入力手段７からのブーム操作信号
データＪＢＭに基づいた所定の演算により、ブームシリ
ンダーに流入される油量を調節するコントロールバルブ
のための手動操作出力信号Ｖｍを演算し、ステップ１２
に進行する。

【００２１】ステップ９では、ステップ７の条件を満足
しない場合、つまり平坦作業中に運転者によるブーム操
作が遂行されない場合で、ステップ２で入力されたブー
ム、アーム及びバケット回転角データとステップ５で演
算された平坦作業角Ｇ等に基づく所定の幾何学的演算に
より、運転者の作業装置作動入力手段７によるアームの
操作に対し、バケット端部の位置がコントローラ１１の
内部に設定されている平坦作業角を有する作業面上に位
置し得るブーム制御角度入力値ｔＢｒｅｆを演算し、ス
テップ１０に進行する。

【００２２】ステップ１０では、ステップ９で演算され
たブーム角度基準入力値ｔＢｒｅｆとステップ２で得ら
れた現在ブーム回転角データｔＢとの追跡誤差ｅ演算を
遂行し、ステップ１１に進行する。

【００２３】ステップ１１では、ステップ１０で演算さ
れた追跡誤差データｅに基づいた所定の制御演算を遂行
して、ブームシリンダーに流入される油量を調節するコ
ントロールバルブのための自動操作出力信号Ｖａを演算
し、ステップ１２に進行する。

【００２４】ステップ１２では、ステップ８及びステッ
プ１１で演算されたブームに対する手動操作又は自動操
作出力信号データに基づいて、ブームの作動に関連した
コントロールバルブへの出力信号を演算し、ステップ２
で入力された作業装置作動入力手段からバケット、アー
ム及び旋回等に関連した操作信号データＪＢＫ，ＪＡ，
ＪＳＷに基づいた所定の演算によりバケット、アーム、
旋回等の作動に関連した各作業装置に該当するコントロ
ールバルブへの出力信号を演算し、ステップ１３に進行
する。

【００２５】ステップ１３では、ステップ１２で演算さ
れた各作業装置に該当するコントロールバルブへの出力
信号をコントロールバルブの各ポートに出力し、ステッ
プ２に進行して無限ループを構成する。

【００２６】次に、図５を参照して、本発明の制御方法
が適用された実際平坦作業の形態を調べる。

【００２７】図５（ａ）の場合、運転者は作業開始点で
あるＡ地点から作業装置を移動してバケットとアームの
位置を取る。次いで、運転者はバケット、アーム、ブー
ム等を操作して所定の作業終了点Ｂに作業装置を移動さ
せながら平坦作業を遂行する。ここで、作業装置を開始
点Ａに移動させる場合、アーム展開作動を遂行し、作業
を開始しながらアーム折畳作動を遂行する。従って、前
述した流れ図のように、コントローラは作業開始点の座
標値を自動的に記憶することになる。運転者が１回の平
坦作業を終了すると、つまり作業装置がＢ点に到達する
と、運転者は平坦作業の反復のためにブーム操作にかか
わらずアーム展開動作を取ることになる。ここで、図３
に従って、コントローラは作業終了点の座標値を自動に
記憶し、開始点と終了点の座標値を用いて平坦作業角度
を演算し、以後はブームの操作がなくても図３のような
制御により作業装置を制御することになる。従って、Ｂ
点でアーム展開操作を行い、作業面の局部的な変化状況
によってバケットだけを選択的に操作しながら平坦作業
開始点と終了点とが成す作業角をそのまま維持しながら
平坦作業を遂行し続けることができる。

【００２８】図５（ｂ）の場合は、運転者が作業開始点
から終了点まで平坦作業を遂行した後、ブームとアーム
を操作して作業装置を作業面から離脱させてから再び平
坦作業の開始点に移動させる場合である。即ち、傾斜地
を掻き下ろす動作のみを繰り返す場合等に当たる。この
ような場合、前述した流れ図に従って、アームの操作方
向だけが途中で変更されないと、前回の平坦作業に対す
る作業角がコントローラ内部に続いて記憶されているの
で、Ａ点に作業装置を移動させてからアームの操作のみ
を加えても前回の平坦作業角と同様な状態に作動平坦作
業が行われる。従来の技術によっては、このような場
合、Ｂ点で自動作業を解除してから作業装置をＡ点に移
動させた後、再度自動作業を設定し作業角度を再入力し
なければならなかった。

【００２９】図５（ｂ）で説明した内容は図５（ａ）を
用いて説明することもできる。先ず運転者がアーム展開
動作を含んだ作業装置の作動を遂行して作業装置を図５
（ａ）のＡ点に位置させ、アーム、ブーム、バケット等
の複合動作を遂行しながら所望作業面に沿って作業位置
を移動させる必要なしに、アームの折畳動作のみを維持
しながら作業面から作業装置を離脱してから図５（ａ）
のＢ点に作業装置を位置させるだけで、自動平坦作業の
ための作業角の設定がコントローラの内部で自動に行わ
れることを意味する。ここで、単にアームの展開動作を
取ると、アームの端部は所望作業角を有する位置に移動
することになる。

【００３０】図５（ｃ）の場合は、自動平坦作業の遂行
中、作業面に障害物又は突出物がある場合である。即
ち、前述した図５（ａ）と図５（ｂ）の場合が部分的に
複合された場合である。運転者はＢ点からアームを操作
して自動作業をしてからＣ点に到達すると、アーム展開
動作をそのまま維持しながらブームを操作してＤ点に作
業装置を位置させた後、再度アームを操作して自動平坦
作業を続けるとよい。従来の技術によると、Ｂ点からＣ
点までの自動平坦作業を遂行し、Ｃ点で自動作動を解除
させてから作業装置をＤ点に位置させた後、再度自動作
動を設定し作業角を再設定してから自動平坦作業を遂行
しなければならなかった。

【００３１】図５（ｄ）の場合は、図５（ａ）乃至図５
（ｃ）に表現された作業角度を有する作業環境から図５
（ｄ）の作業角度を有する作業環境への変化を意味す
る。このような場合、運転者は図５（ｃ）のＡ点に当た
る位置から図５（ｄ）のＡ点に当たる位置に作業装置を
移動させた後、図５（ａ）から図５（ｃ）まで説明した
内容のように操作することにより、作業環境の変化に対
する自動平坦作業を簡単に行う。従来の技術によると、
運転者は図５（ｃ）のＡ点に当たる位置で自動作動を解
除し、図５（ｄ）のＡ点に当たる位置に作業装置を移動
させた後、再度自動作動を設定し作業角を再設定した
後、自動平坦作業を遂行しなければならなかった。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
自動平坦作業機能の遂行中にも運転者の作業装置操作に
よる操作性が確保でき、自動作動の設定、解除及び作業
角度の入力等、一連の作業が不要になるので、運転者の
作業疲労が著しく軽減され、作業条件及び作業環境変化
に対して運転者が能動的に対処し得るので、作業性及び
作業効率を向上させることができる。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】掘削機の概略構成図である。

【図２】本発明の制御方法が適用される掘削機の電子−
油圧システムの構成図である。

【図３】本発明の制御方法を説明するための流れ図であ
る。

【図４】本発明が適用された作業装置座標系の設定を示
す図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の制御方法により遂行
される平坦作業の例を示す図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 可変容量型油圧ポンプ ３ ブームシリンダー ４ アームシリンダー ５ バケットシリンダー ６ 旋回モーター ７ 作動入力手段 ８，９，１０ センサー １１ コントローラ １２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ コントロールバル
ブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブーム、アーム、バケット等の作業装置
   と旋回可能な本体を備え、ブーム回転角検出手段、アー
   ム回転角検出手段及びバケット回転角検出手段を備える
   油圧式掘削機の制御方法において、 前記バケット、アーム及び旋回作動は作業装置作動入力
   手段からの作動入力信号による手動作動信号を用い、前
   記ブームの作動は前記ブームに該当する作業装置作動入
   力手段の操作がある場合は前記手動作動信号を用い、前
   記作業装置作動入力手段の操作がない場合は前記ブーム
   回転角検出センサー、アーム回転角検出センサー及びバ
   ケット回転角検出センサーからのブーム回転角、アーム
   回転角及びバケット回転角データと平坦作業角データに
   基づいた所定の幾何学的演算により、前記アーム作動に
   対して前記バケット端部の位置が一定平坦作業角を有す
   る平坦作業平面上を追従し得るよう、ブームの基準回転
   角に対する制御演算により自動作動信号を用いて制御す
   ることを特徴とする油圧式掘削機の制御方法。
2. 【請求項２】 ブーム、アーム、バケット等の作業装置
   と、旋回可能な本体と、ブーム回転角検出手段と、アー
   ム回転角検出手段と、バケット回転角検出手段と、制御
   器とを備える油圧式掘削機の制御方法において、 平坦作業開始点と終了点でのバケット端部の座標値と平
   坦作業角度を所定値に初期化させ、自動動作の座標記憶
   のためのフラグセットをＯＮに設定する第１段階と、 前記ブーム回転角検出手段、アーム回転角検出手段及び
   バケット回転角検出手段からの検出されたブーム、アー
   ム及びバケット回転角データと、作業装置作動信号デー
   タを入力受ける第２段階と、 前記第２段階の前記作動信号データのうち、アーム操作
   信号の方向が変更されたかを判別する第３段階と、 前記第３段階で、アーム操作信号の方向が変更された場
   合、前記フラグセットがＯＦＦ状態であるかを判別する
   第４段階と、 前記第４段階で、前記フラグセットがＯＮ状態である場
   合、ブーム回転角データ、アーム回転角データ及びバケ
   ット回転角データに基づいた所定の幾何学的演算により
   平坦作業終了点のバケット端部の座標値を演算し、この
   座標値と前記平坦作業開始点でのバケット端部の座標値
   を用いて平坦作業角を演算する第５段階と、 前記第４段階で、前記フラグセットがＯＦＦ状態である
   場合、ブーム回転角データ、アーム回転角データ及びバ
   ケット回転角データに基づいた所定の幾何学的演算によ
   り平坦作業開始点でのバケット端部座標値を演算し、前
   記フラグセットをＯＮに設定する第６段階と、 前記第２段階の作業装置作動信号データのうち、ブーム
   操作信号があるかを判断する第７段階と、 前記第７段階で、ブーム操作信号がある場合、ブーム作
   動のための手動操作出力信号を演算する第８段階と、 前記第７段階で、ブーム操作信号がない場合、ブーム、
   アーム及びバケット回転角データと前記第５段階で演算
   された平坦作業値に基づいた所定の幾何学的演算によ
   り、アームの操作に対してバケット端部の位置が前記制
   御器に設定された平坦作業角を有する作業面上に追従し
   得るブーム基準角度入力値を演算する第９段階と、 前記第９段階で演算されたブーム基準角度入力値とブー
   ム回転角データとの追跡誤差を演算する第１０段階と、 前記第１０段階で演算された追従誤差データに基づいた
   所定の制御演算により、ブーム作動のための自動操作出
   力信号を演算する第１１段階と、 前記第８段階で演算された手動操作出力信号又は前記第
   １１段階で演算された自動操作出力信号に基づいたブー
   ム作動のための出力信号と、前記第２段階の作業装置作
   動信号データに基づいたバケット、アーム及び旋回作動
   のための出力信号とを各々の該当コントロールバルブに
   出力する第１２段階と、 前記第２段階に帰還する第１３段階と、を含む油圧式掘
   削機の制御方法。