JPH1060939A - Locus control device of construction machine - Google Patents

Locus control device of construction machine

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Publication number
JPH1060939A
JPH1060939A JP21646096A JP21646096A JPH1060939A JP H1060939 A JPH1060939 A JP H1060939A JP 21646096 A JP21646096 A JP 21646096A JP 21646096 A JP21646096 A JP 21646096A JP H1060939 A JPH1060939 A JP H1060939A
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JP
Japan
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force
front device
construction machine
control device
detecting means
Prior art date
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Application number
JP21646096A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Egawa
栄治 江川
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2004Control mechanisms, e.g. control levers
    • E02F9/2008Control mechanisms in the form of the machine in the reduced scale model
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; 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
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate smooth locus control by forcing the tip of a front device to conduct teaching operation by an operation method according to a person's feeling. SOLUTION: An operator's manual operating force is detected by an operating force detecting lever device 5, a turning angle is detected as the quantity of state concerning the attitude of a front device by angle detectors 6a-6c, and by a control unit 7, the target speed of a bucket is obtained according to the virtual equation of motion as if the bucket is operated by the manual operating force, and the drive of corresponding flow control valves 4a-4c is controlled to obtain the target speed. When the virtual mass of the bucket is M, the viscosity damping coefficient proportional to the virtual speed of the bucket is D, the operating force is (f), the proportional gain is (k), the force applied to the bucket is F, the speed of the bucket is Xd, and the acceleration is Xdd, the virtual equation of motion is expressed by F=k.f and M.Xdd+ D.Xd=F.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多関節型のフロン
ト装置を備えた建設機械の軌跡制御装置に係わり、特
に、ブーム、アーム、バケット等からなるフロント装置
を備えた油圧ショベルにおいて、バケット先端の動作を
オペレータの手先で教示することによって各フロント部
材の動作を制御し、バケット先端に教示動作を行わせる
軌跡制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a trajectory control device for a construction machine having an articulated front device, and more particularly to a hydraulic excavator having a front device including a boom, an arm, a bucket and the like. The present invention relates to a trajectory control device that controls the operation of each front member by teaching the operation of the operator with the hand of the operator, and causes the tip of the bucket to perform the teaching operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】油圧ショベルでは、オペレータがブーム
などのフロント部材をそれぞれの手動操作レバーによっ
て操作しているが、直線掘削を行う場合にはそれらの複
合動作となり、かなりの熟練を要する。
2. Description of the Related Art In a hydraulic excavator, an operator operates a front member such as a boom by a manual operation lever. However, when performing a straight excavation, the operation is a combined operation thereof, and considerable skill is required.

【0003】そこで、このような作業を容易にするため
の軌跡制御装置が特開昭62−72826号公報に提案
されている。この軌跡制御装置は、速度ベクトル設定手
段の設定値から目標位置を求め、現在位置から目標位置
に移動するための速度ベクトルを求め、この速度ベクト
ルに基づき、ブーム、アームシリンダの流量を制御する
ように構成されている。この提案によれば、現在位置
と、設定したアーム先端点の移動方向と速度に基づく目
標位置との誤差によりブーム、アームの動作が制御され
るため、アーム先端点をその指令した方向・速度で移動
させることができる。
Therefore, a trajectory control device for facilitating such operations has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-72826. The trajectory control device obtains a target position from the set value of the speed vector setting means, obtains a speed vector for moving from the current position to the target position, and controls the flow rate of the boom and the arm cylinder based on the speed vector. Is configured. According to this proposal, the operation of the boom and the arm is controlled by an error between the current position and a target position based on the set moving direction and speed of the arm tip point, so that the arm tip point is set in the commanded direction / speed. Can be moved.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。特開昭62−728
26号公報に記載の従来技術では、アーム先端点の動作
を速度ベクトルで教示しているが、人間が本来、感覚的
に認知しやすいのは力や加速度である。したがって、こ
の操作方法では人間のフィーリングからずれてしまい、
操作フィーリングがあまり良くないので、例えば、起動
や停止時などにギクシャクした動作になったりする。
However, the above prior art has the following problems. JP-A-62-728
In the prior art described in Japanese Patent Publication No. 26, the movement of the arm tip point is taught by a velocity vector. However, it is the force and acceleration that humans originally easily perceive sensuously. Therefore, this operation method deviates from human feeling,
Since the operation feeling is not so good, for example, the operation becomes jerky when starting or stopping.

【0005】本発明の目的は、人間のフィーリングあっ
た操作方式でフロント装置先端に教示動作を行わせ、滑
らかな軌跡制御を行える建設機械の軌跡制御装置を提供
することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a trajectory control device for a construction machine capable of performing a trajectory control at a front end of a front apparatus by an operation method that is suitable for human feeling, and performing smooth trajectory control.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1)上記目的を達成するために、本発明は、上下方向
に回動可能な複数のフロント部材により構成される多関
節型のフロント装置と、このフロント装置を駆動する複
数の油圧アクチュウエータと、これら複数の油圧アクチ
ュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の流量
制御弁とを備えた建設機械の軌跡制御装置において、
(a)フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、(b)フロ
ント装置の姿勢に関する状態量を検出する状態量検出手
段と、(c)上記操作力検出手段で検出された操作力及
び状態量検出手段で検出された状態量を入力し、これら
入力値を用いてあたかも手先の操作力でフロント装置先
端を操作しているかのように、仮想した運動方程式に基
づきフロント装置先端の目標速度を求め、この目標速度
が得られるよう対応する流量制御弁を駆動制御する演算
制御手段とを備えるものとする。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides an articulated front device constituted by a plurality of front members rotatable in a vertical direction, and a plurality of hydraulic actuators for driving the front device. And a trajectory control device for a construction machine including a plurality of flow control valves for controlling a flow rate of the pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators,
(A) operating force detecting means for detecting the operating force of the operator's hand for teaching the operation of the front device tip; (b) state amount detecting means for detecting a state amount related to the attitude of the front device; The operation force detected by the force detection means and the state quantity detected by the state quantity detection means are input, and using these input values, it is assumed that the front end of the front device is operated with the operation force of the hand. A calculation control means for obtaining a target speed at the front end of the front device based on the equation of motion and driving and controlling a corresponding flow control valve so as to obtain the target speed.

【0007】以上のように構成した本発明においては、
オペレータの手先の操作力でフロント装置先端の動作を
教示し、あたかもその操作力でフロント装置先端を操作
しているかのようにフロント装置先端が動かされるの
で、操作フィーリングの優れた滑らかな軌跡制御が行え
る。
In the present invention configured as described above,
The operation of the tip of the front device is taught by the operator's hand, and the tip of the front device is moved as if the tip of the front device was operated by the operation force, so the smooth trajectory control with excellent operation feeling Can be performed.

【0008】(2)上記(1)において、好ましくは、
フロント装置先端に仮想した質量をM、フロント装置先
端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数をD、オペレ
ータの手先の操作力をf、比例ゲインをk、フロント装
置先端に加える力をF、フロント装置先端の速度をX
d、加速度をXddとするとき、前記仮想した運動方程
式は、 F=k・f M・Xdd+D・Xd=F で表される。
(2) In the above (1), preferably,
M is the virtual mass at the front end of the front device, D is the viscous damping coefficient proportional to the speed assumed at the front end of the front device, f is the operating force of the operator's hand, k is the proportional gain, F is the force applied to the front end of the front device, and F is the front. X at the tip of the device
d, when the acceleration is Xdd, the virtual equation of motion is represented by F = k · f M · Xdd + D · Xd = F.

【0009】(3)また、上記(1)において、好まし
くは、前記操作力検出手段は、前記操作力として力とモ
ーメントを検出する手段であり、前記演算制御手段は、
前記フロント装置先端の目標速度として、速度と角速度
を計算する手段である。
(3) In the above (1), preferably, the operating force detecting means is means for detecting a force and a moment as the operating force, and the arithmetic control means is preferably
A means for calculating a speed and an angular speed as the target speed at the front end of the front device.

【0010】(4)また、上記目的を達成するために、
本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部材に
より構成される多関節型のフロント装置と、このフロン
ト装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、これ
ら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を
制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌跡制
御装置において、(a)フロント装置先端の動作を教示
するオペレータの手先の操作力を検出する操作力検出手
段と、(b)フロント装置の姿勢に関する状態量を検出
する状態量検出手段と、(c)フロント装置に作用して
いる負荷力を検出する負荷力検出手段と、(d)上記操
作力検出手段で検出された操作力、状態量検出手段で検
出された状態量及び負荷力検出手段で検出された負荷力
を入力し、これら入力値を用いてあたかも手先の操作力
から負荷力相当分を減じた力でフロント装置先端を操作
しているかのように、仮想した運動方程式に基づきフロ
ント装置先端の目標速度を求め、この目標速度が得られ
るよう対応する流量制御弁を駆動制御する演算制御手段
とを備えるものとする。
(4) To achieve the above object,
The present invention is provided to an articulated front device constituted by a plurality of front members rotatable in a vertical direction, a plurality of hydraulic actuators for driving the front device, and a plurality of hydraulic actuators. A trajectory control device for a construction machine comprising a plurality of flow control valves for controlling a flow rate of pressurized oil, wherein: (a) operating force detecting means for detecting an operating force of a hand of an operator who teaches the operation of the front device tip; (B) state quantity detecting means for detecting a state quantity related to the attitude of the front device, (c) load force detecting means for detecting a load force acting on the front device, and (d) detection by the operating force detecting means. The input operation force, the state quantity detected by the state quantity detection means, and the load force detected by the load force detection means are input, and these input values are used to calculate an amount equivalent to the load force from the hand operation force. Operation control means for obtaining the target speed of the front device tip based on a virtual equation of motion as if the front device tip is being operated with the reduced force, and driving and controlling the corresponding flow control valve so as to obtain this target speed. Are provided.

【0011】以上のように構成した本発明においては、
オペレータの手先の操作力でフロント装置先端の動作を
教示し、あたかもその操作力から負荷力相当分を減じた
力でフロント装置先端を操作しているかのようにフロン
ト装置先端が動かされるので、操作フィーリングの優れ
た滑らかな軌跡制御が行えるとともに、負荷が加わった
ときはその動作が遅くなるような自然な操作が行える。
In the present invention configured as described above,
The operation of the front device tip is taught by the operator's hand operation force, and the front device tip is moved as if the front device tip was operated with a force obtained by subtracting the load force equivalent from that operation force. A smooth trajectory control with an excellent feeling can be performed, and a natural operation that slows down the operation when a load is applied can be performed.

【0012】(5)上記(4)において、好ましくは、
フロント装置先端に仮想した質量をM、フロント装置先
端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数をD、オペレ
ータの手先の操作力をf、比例ゲインをk、フロント装
置先端に加える力をF、フロント装置先端に加わる負荷
力をFL、フロント装置先端の速度をXd、加速度をX
ddとするとき、前記仮想した運動方程式は、 F=k・f M・Xdd+D・Xd=F−FL で表される。
(5) In the above (4), preferably,
M is the virtual mass at the front end of the front device, D is the viscous damping coefficient proportional to the speed assumed at the front end of the front device, f is the operating force of the operator's hand, k is the proportional gain, F is the force applied to the front end of the front device, and F is the front. The load force applied to the front end of the device is FL, the speed at the front end of the device is Xd, and the acceleration is X
When dd, the above-mentioned imaginary equation of motion is expressed as follows: F = k · f M · Xdd + D · Xd = F−FL

【0013】(6)また、上記(4)において、好まし
くは、前記操作力検出手段は、前記操作力として力とモ
ーメントを検出する手段であり、前記負荷力検出手段
は、前記負荷力として力とモーメントを検出する手段で
あり、前記演算制御手段は、前記フロント装置先端の目
標速度として、速度と角速度を計算する手段である。
(6) In the above (4), preferably, the operating force detecting means is means for detecting a force and a moment as the operating force, and the load force detecting means is a force as the load force. And a moment detecting means, and the arithmetic control means is means for calculating a velocity and an angular velocity as a target velocity at the front end of the front device.

【0014】(7)更に、上記(1)又は(2)におい
て、好ましくは、前記操作力検出手段は操作レバーと力
検出器を含む。
(7) Further, in the above (1) or (2), preferably, the operating force detecting means includes an operating lever and a force detector.

【0015】(8)また、上記(7)において、好まし
くは、前記操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸が
フロント装置の回動方向の面と垂直になるように設置さ
れている。
(8) In the above (7), preferably, the operating lever of the operating force detecting means is installed such that the lever axis is perpendicular to the surface in the direction of rotation of the front device.

【0016】これにより、レバー軸とフロント装置の回
動軸とが平行となるので、操作レバーに作用する操作力
の方向とフロント装置先端の移動方向が同じになり、フ
ロント装置先端の前後・上下方向の動作をオペレータの
手先で教示し易くなり操作フィーリングが更に良くな
る。
Since the lever axis and the rotation axis of the front device are parallel to each other, the direction of the operation force acting on the operation lever and the direction of movement of the front device tip become the same, and the front, rear, up and down, The operator can easily teach the movement in the direction with his / her hand, and the operation feeling is further improved.

【0017】(9)更に、上記(7)において、好まし
くは、前記操作レバーは操作力により若干弾性変形可能
である。
(9) Further, in the above (7), preferably, the operation lever can be slightly elastically deformed by an operation force.

【0018】これにより、操作力検出手段が手先の動き
に敏感になりすぎることがなくなり、オペレータが楽に
操作レバーを操作することができる。
Thus, the operating force detecting means does not become too sensitive to the movement of the hand, and the operator can easily operate the operating lever.

【0019】(10)また、上記(4)において、好ま
しくは、前記負荷力検出手段は前記フロント装置先端の
2箇所に設けられたピン型のロードセルである。
(10) In the above (4), preferably, the load force detecting means is a pin-type load cell provided at two positions at the front end of the front device.

【0020】(11)更に、上記(4)において、前記
負荷力検出手段は前記油圧アクチュエータの負荷圧を検
出する圧力センサであってもよい。
(11) In the above (4), the load force detecting means may be a pressure sensor for detecting a load pressure of the hydraulic actuator.

【0021】(12)また、上記目的を達成するため
に、本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、(a)フロント装置先端の動作を
教示するオペレータの手先の操作力を検出する操作力検
出手段と、(b)フロント装置の姿勢に関する状態量を
検出する状態量検出手段と、(c)上記操作力検出手段
で検出された操作力及び状態量検出手段で検出された状
態量を入力し、これら入力値を用いてあたかも手先の操
作力でフロント装置先端を操作しているかのように流量
制御弁を駆動制御する演算制御手段とを備え、(d)前
記操作力検出手段は操作レバーと力検出器を有し、前記
操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸がフロント装
置の回動方向の面と垂直になるように設置されるものと
する。
(12) According to another aspect of the present invention, there is provided an articulated front device comprising a plurality of front members rotatable in a vertical direction, and a plurality of driving devices for driving the front device. Hydraulic actuator and
In a trajectory control device for a construction machine having a plurality of flow control valves for controlling the flow rate of the hydraulic oil supplied to the plurality of hydraulic actuators, (a) a hand operating force of an operator who teaches the operation of the front device tip; , A state quantity detecting means for detecting a state quantity relating to the attitude of the front device, and (c) an operating force detected by the operating force detecting means and a state quantity detected by the state quantity detecting means. Computing means for driving the flow control valve as if the front end of the front device was operated with a manual operation force using these input values, and (d) the operation force The detecting means has an operating lever and a force detector, and the operating lever of the operating force detecting means is installed such that a lever axis thereof is perpendicular to a surface in a rotation direction of the front device.

【0022】上記(1)で述べたように、あたかもオペ
レータの手先の操作力でフロント装置先端を操作してい
るかのようにフロント装置先端が動かされるとともに、
上記(8)のように、操作レバーに作用する操作力の方
向とフロント装置先端の移動方向が同じになるので、操
作フィーリングの優れた滑らかな軌跡制御が行える。
As described in the above (1), the tip of the front device is moved as if the tip of the front device was operated by the operator's hand.
As described in (8) above, the direction of the operation force acting on the operation lever is the same as the direction of movement of the front end of the front device, so that a smooth trajectory control with an excellent operation feeling can be performed.

【0023】(13)更に、上記目的を達成するため
に、本発明は、上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、(a)フロント装置先端の動作を
教示するオペレータの手先の操作力を検出する操作力検
出手段と、(b)フロント装置の姿勢に関する状態量を
検出する状態量検出手段と、(c)フロント装置に作用
している負荷力を検出する負荷力検出手段と、(d)上
記操作力検出手段で検出された操作力、状態量検出手段
で検出された状態量及び負荷力検出手段で検出された負
荷力を入力し、これら入力値を用いてあたかも手先の操
作力から負荷力相当分を減じた力でフロント装置先端を
操作しているかのように流量制御弁を駆動制御する演算
制御手段とを備え、(e)前記操作力検出手段は操作レ
バーと力検出器を有し、前記操作力検出手段の操作レバ
ーは、レバー軸がフロント装置の回動方向の面と垂直に
なるように設置されるものとする。
(13) Further, in order to achieve the above object, the present invention provides a multi-joint type front device constituted by a plurality of front members rotatable in a vertical direction, and a plurality of driving devices for driving the front device. Hydraulic actuator and
In a trajectory control device for a construction machine having a plurality of flow control valves for controlling the flow rate of the hydraulic oil supplied to the plurality of hydraulic actuators, (a) a hand operating force of an operator who teaches the operation of the front device tip; (B) state amount detecting means for detecting a state amount related to the posture of the front device, (c) load force detecting means for detecting a load force acting on the front device, d) The operation force detected by the operation force detection means, the state quantity detected by the state quantity detection means, and the load force detected by the load force detection means are input, and using these input values, it is as if the operation force of a hand is used. (E) operating control means for driving and controlling the flow control valve as if the front end of the front device was operated with a force reduced by the load force equivalent to (e), the operating force detecting means comprising an operating lever and a force detector To And, the operating lever of the operating force detecting means is intended to lever shaft is installed such that the rotation direction of the surface perpendicular of the front device.

【0024】上記(4)で述べたのように、あたかもオ
ペレータの手先の操作力から負荷力相当分を減じた力で
フロント装置先端を操作しているかのようにフロント装
置先端が動かされるとともに、上記(8)のように、操
作レバーに作用する操作力の方向とフロント装置先端の
移動方向が同じになるので、操作フィーリングの優れた
滑らかな軌跡制御が行え、更に、負荷が加わったときは
その動作が遅くなるような自然な操作が行える。
As described in the above (4), the front device tip is moved as if the front device tip was operated with a force obtained by subtracting the load force equivalent from the operator's hand operation force, As described in (8) above, since the direction of the operation force acting on the operation lever is the same as the moving direction of the front end of the front device, smooth trajectory control with excellent operation feeling can be performed, and further, when a load is applied. Can perform natural operations that slow down the operation.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明を油圧ショベルに適
用した場合の実施形態を図面を用いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a hydraulic shovel will be described below with reference to the drawings.

【0026】まず、本発明の第1の実施形態を図1〜図
8により説明する。図1において、本発明が適用される
油圧ショベルは、油圧ポンプ2と、この油圧ポンプ2か
らの圧油により駆動されるブームシリンダ3a、アーム
シリンダ3b、バケットシリンダ3cを含む複数の油圧
アクチュエータと、油圧アクチュエータ3a〜3cに供
給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁4a〜
4cとを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆
動する油圧駆動装置を構成している。
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, a hydraulic shovel to which the present invention is applied includes a hydraulic pump 2, a plurality of hydraulic actuators including a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3b, and a bucket cylinder 3c driven by hydraulic oil from the hydraulic pump 2. A plurality of flow control valves 4a to 4c for controlling the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuators 3a to 3c
4c, and these constitute a hydraulic drive device for driving the driven member of the hydraulic shovel.

【0027】また、油圧ショベルは、図2に示すよう
に、上下方向にそれぞれの回動するブーム1a、アーム
1b、及びバケット1cからなる多関節型のフロント装
置1Aと、上部旋回体1dと下部走行体1eからなる車
体1Bとで構成され、フロント装置1Aのブーム1aの
基端は上部旋回体1dの前部に支持されている。
As shown in FIG. 2, the hydraulic excavator includes a multi-joint type front device 1A including a boom 1a, an arm 1b, and a bucket 1c which rotate vertically, an upper revolving unit 1d, and a lower unit 1d. The front end of the boom 1a of the front device 1A is supported by the front part of the upper swing body 1d.

【0028】以上のような油圧ショベルに本実施形態に
よる軌跡制御装置が設けられている。この軌跡制御装置
は、バケット1cの移動と回動を教示する操作力検出レ
バー装置5と、ブーム1a、アーム1b及びバケット1
cのそれぞれ回動支点に設けられ、フロント装置1Aの
姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出する
角度検出器6a,6b,6cと、操作力検出レバー装置
5及び角度検出器6a〜6cの信号を入力し、軌跡制御
を行うための電気信号を出力する制御ユニット7とで構
成されている。
The trajectory control device according to the present embodiment is provided in the above-described hydraulic excavator. The trajectory control device includes an operation force detection lever device 5 for teaching movement and rotation of the bucket 1c, a boom 1a, an arm 1b, and a bucket 1
c, angle detectors 6a, 6b, and 6c that detect respective rotation angles as state quantities related to the attitude of the front device 1A, an operating force detection lever device 5, and angle detectors 6a to 6c. , And a control unit 7 that outputs an electric signal for performing trajectory control.

【0029】ここで、操作力検出レバー装置5は、図3
に示すように操作レバー5aと力検出器5bから構成さ
れ、フロント装置1Aの回動操作に伴うフロント装置先
端、すなわちバケット1cの前後・上下方向の動作をオ
ペレータの指先の操作で教示し易いように、操作レバー
5aの軸はフロント装置1Aの回動方向の面と垂直に設
置されている。また、力検出器5bは操作レバー5aに
作用する力と軸回りのモーメントを検出できるセンサー
を備えている。
Here, the operating force detecting lever device 5 is shown in FIG.
As shown in the figure, the front lever 1a is constituted by an operation lever 5a and a force detector 5b, and the front end of the front device, that is, the front-back and up-down movements of the bucket 1c accompanying the turning operation of the front device 1A can be easily taught by operating the fingertip of the operator. Meanwhile, the axis of the operation lever 5a is installed perpendicular to the surface of the front device 1A in the rotation direction. The force detector 5b includes a sensor capable of detecting a force acting on the operation lever 5a and a moment around the axis.

【0030】制御ユニット7の処理機能を図4にフロー
チャートで示す。
FIG. 4 is a flowchart showing the processing functions of the control unit 7.

【0031】図4において、はじめに手順100におい
て、操作力検出レバー装置5により検出した操作力、す
なわち力[fx,fy]とモーメントmzを入力する。
In FIG. 4, first, in step 100, the operating force detected by the operating force detecting lever device 5, that is, the force [fx, fy] and the moment mz are input.

【0032】次に手順110において、角度検出器6a
〜6cにより検出した図5のブーム1a,アーム1b及
びバケット1cの各関節角度θ1〜θ3を入力する。
Next, in step 110, the angle detector 6a
The joint angles θ1 to θ3 of the boom 1a, the arm 1b, and the bucket 1c shown in FIG.

【0033】次に手順120において、これらの関節角
度θ1〜θ3よりアーム1bの先端位置[x,y]とバ
ケット1cの対地角γなどのフロント姿勢を計算する。
Next, in step 120, a front attitude such as the tip position [x, y] of the arm 1b and the ground angle γ of the bucket 1c is calculated from these joint angles θ1 to θ3.

【0034】ここで、アーム1bの先端位置[x,y]
はバケット1cの位置であり、これはブーム1aの基端
の上部旋回体1dに対する回動支点を原点としたxy直
交座標系の値として求める。
Here, the tip position [x, y] of the arm 1b
Is the position of the bucket 1c, which is obtained as a value in an xy orthogonal coordinate system with the origin at the pivot point of the base end of the boom 1a relative to the upper swing body 1d.

【0035】また、対地角γは、図5に示すように、バ
ケット1cが地面に対してなす角度であり、下記の式よ
り求まる。
The ground angle γ is an angle formed by the bucket 1c with respect to the ground as shown in FIG. 5, and is obtained by the following equation.

【0036】γ=θ1+θ2+θ3 (角度は時計回り方向を+、反時計回り方向を−とす
る) 次に手順130において、操作力[fx,fy]及びm
zと仮想した運動方程式によりアーム先端の目標速度
[x´,y´]及びバケット1cの目標角速度θz´を
求める。
Γ = θ1 + θ2 + θ3 (The angle is + in the clockwise direction and − in the counterclockwise direction) Next, in step 130, the operating force [fx, fy] and m
The target velocity [x ', y'] of the tip of the arm and the target angular velocity θz 'of the bucket 1c are obtained from the motion equation imagined as z.

【0037】この手順130の処理を、図6の制御イメ
ージ図を用いて詳細に説明する。
The process of step 130 will be described in detail with reference to the control image diagram of FIG.

【0038】本実施形態の制御では、与えられたオペレ
ータの手先の操作力であたかもフロント装置先端(バケ
ット)を操作しているかのように、仮想した運動方程式
に基づきフロント装置先端の目標速度を求める。ただ
し、ここでは理解を容易にするため、その詳細を一軸動
作に簡略化して説明する。
In the control according to the present embodiment, the target speed at the front end of the front device is obtained based on a virtual equation of motion as if the given operating force of the operator's hand was operating the front end (bucket). . However, here, in order to facilitate understanding, the details will be described in a simplified manner as a uniaxial operation.

【0039】まず、フロント装置先端に質量Mと速度に
比例する粘性減衰係数Dを仮想する。これらのパラメー
タは操作フィーリングによって調整されるもので、実際
の物理量とは一致しなくてよい。このとき、オペレータ
の手先の操作力をf、比例ゲインをk、フロント装置先
端(バケット)に加える力をFとすると、 F=k・f であり、仮想した運動方程式はフロント装置先端の速度
をXd、加速度をXddとすると、 M・Xdd+D・Xd=F となる。
First, a viscous damping coefficient D proportional to the mass M and the speed is assumed at the front end of the front device. These parameters are adjusted by the operation feeling, and do not need to match the actual physical quantities. At this time, assuming that the operator's hand operating force is f, the proportional gain is k, and the force applied to the front device tip (bucket) is F, F = k · f. Assuming that Xd and the acceleration are Xdd, M · Xdd + D · Xd = F.

【0040】したがって、各時刻の目標速度Xdは逐次
的に、その加速度、つまり、 Xdd=(F−D・Xd)/M を積分して、 Xd=∫(Xdd)dt と求められる。
Accordingly, the target speed Xd at each time is sequentially obtained by integrating the acceleration, that is, Xdd = (FD × Xd) / M, to obtain Xd = ∫ (Xdd) dt.

【0041】上記の仮想した運動方程式に基づく演算は
一種のフィルタ処理であり、これをブロック線図で示す
と図7のようである。図7の左側は結合前のブロック線
図であり、右側は結合後のブロック線図である。
The operation based on the above-mentioned virtual equation of motion is a kind of filter processing, which is shown in a block diagram in FIG. The left side of FIG. 7 is a block diagram before coupling, and the right side is a block diagram after coupling.

【0042】図7において、Kはフィルタ処理全体の比
例ゲインであり、 K=1/D である。すなわち、粘性減衰係数Dが大きくなればなる
ほど比例ゲインKが小さくなり、同じ力Fに対する目標
速度が小さくなり、逆に粘性減衰係数Dが小さくなれば
なるほど比例ゲインKは大きくなり、同じ力Fに対する
目標速度が大きくなる。
In FIG. 7, K is a proportional gain of the entire filter processing, and K = 1 / D. That is, as the viscous damping coefficient D increases, the proportional gain K decreases, and the target speed for the same force F decreases. Conversely, as the viscous damping coefficient D decreases, the proportional gain K increases, and The target speed increases.

【0043】また、Tはローパスフィルタの時定数であ
り、 T=M/D である。すなわち、粘性減衰係数Dが大きくなればなる
ほど、また質量Mが小さくなればなるほど時定数Tは小
さくなり、図8に示すように出力の立ち上がりが早くな
って、制御の応答性が良くなる、逆に粘性減衰係数Dが
小さくなればなるほど、また質量Mが大きくなればなる
ほど時定数Tは大きくなり、図8に示すように出力の立
ち上がりが遅くなって、制御の応答性が遅くなる。
T is a time constant of the low-pass filter, and T = M / D. That is, the larger the viscous damping coefficient D and the smaller the mass M, the smaller the time constant T, and the faster the output rises, as shown in FIG. As the viscosity damping coefficient D becomes smaller and the mass M becomes larger, the time constant T becomes larger, and as shown in FIG. 8, the rise of the output becomes slower, and the response of the control becomes slower.

【0044】仮想の粘性減衰係数D及び質量Mは、操作
フィーリングによって上記の目標速度の大きさと応答性
との兼ね合いで決定される。
The virtual viscous damping coefficient D and the mass M are determined depending on the operational feeling in consideration of the magnitude of the target speed and the responsiveness.

【0045】以上の考えに基づき、手順130では、ア
ーム先端のx軸方向については、 f→fx(したがって、F=k・fx) Xd→x′ と置くことにより、目標速度x′を求める。また、アー
ム先端のy軸方向については、 f→fy(したがって、F=k・fy) Xd→y′ と置くことにより、目標速度y′を求める。更に、バケ
ットの回動方向については、 f→mz(したがって、F=k・mz) Xd→θz′ と置くことにより、目標角速度θz′を求める。
Based on the above idea, in step 130, in the x-axis direction of the tip of the arm, the target speed x 'is obtained by setting f → fx (accordingly, F = k.fx) Xd → x'. Further, in the y-axis direction at the tip of the arm, the target speed y 'is obtained by setting f → fy (therefore, F = k · fy) Xd → y ′. Further, as for the rotation direction of the bucket, the target angular velocity θz ′ is obtained by setting f → mz (therefore, F = k · mz) Xd → θz ′.

【0046】ここで、再び図4のフローチャートに戻り
手順140以下を説明する。
Here, returning to the flowchart of FIG. 4, the procedure 140 and subsequent steps will be described.

【0047】手順140において、アーム先端の目標速
度[x´,y´]及びバケット1cの目標角速度θz´
から座標変換により各シリンダの目標速度V1〜V3を
求める。
In step 140, the target velocity [x ', y'] at the tip of the arm and the target angular velocity θz 'of the bucket 1c.
, The target speeds V1 to V3 of the respective cylinders are obtained by coordinate conversion.

【0048】次に手順150において、各々の流量制御
弁4a,4b,4cの流量特性を考慮して流量指令値u
1〜u3を求める。
Next, in step 150, the flow command value u is taken into consideration in consideration of the flow characteristics of each of the flow control valves 4a, 4b, 4c.
Find 1 to u3.

【0049】次に手順160において、流量制御弁4
a,4b,4cを駆動するために、アンプへ電圧を出力
し、はじめに戻る。
Next, in step 160, the flow control valve 4
In order to drive a, 4b, and 4c, a voltage is output to the amplifier, and the process returns to the beginning.

【0050】以上のように構成した本実施形態では、オ
ペレータが操作力検出レバー装置5の操作レバー5aを
操作して、フロント装置先端(バケット)の動作をオペ
レータの手先の操作力で教示すると、あたかもその操作
レバーにより教示された操作力に比例した力が作用して
いるかのようにフロント装置先端が動かされる。ここ
で、オペレータが操作レバー5aを操作してバケットの
動作を教示するとき、オペレータが感覚的に認知し易い
のは操作レバー5aを動かすときの速度より操作レバー
5aから与えら得る反力としての力である。よって、バ
ケットの動作を手先の操作力で教示するとき、オペレー
タは自身の操作力を感知しながら操作を行うことができ
る。
In this embodiment configured as described above, when the operator operates the operating lever 5a of the operating force detecting lever device 5 to teach the operation of the front device tip (bucket) with the operating force of the operator's hand, The front end of the front device is moved as if a force proportional to the operation force taught by the operation lever is acting. Here, when the operator operates the operation lever 5a to teach the operation of the bucket, the operator can easily perceive the sense as a reaction force that can be given from the operation lever 5a based on the speed at which the operation lever 5a is moved. Power. Therefore, when teaching the operation of the bucket with the operation force of the hand, the operator can perform the operation while sensing his own operation force.

【0051】また、操作力の教示でバケットを動かす場
合は、上記のように加速度Xddを積分して目標速度を
求めるので、図8に示すように時定数T(質量M及び粘
性減衰係数D)による過渡応答が生じる。一方、速度ベ
クトルの教示でバケットを動かす場合は、スッテプ応答
となり、過渡応答は生じない。よって、この過渡応答の
応答性を最適に設定することにより、応答が敏感になり
すぎないようにフロント装置先端を動かすことができ
る。
When the bucket is moved by teaching the operating force, the acceleration Xdd is integrated as described above to obtain the target speed. Therefore, as shown in FIG. 8, the time constant T (mass M and viscous damping coefficient D) is obtained. Causes a transient response. On the other hand, when the bucket is moved in accordance with the teaching of the speed vector, a step response is obtained, and no transient response occurs. Therefore, by optimizing the response of the transient response, the front end of the front device can be moved so that the response is not too sensitive.

【0052】以上のようにオペレータは自身の操作力を
認知しかつ適度な応答性で操作することにより、起動や
停止時などでもギクシャクすることなく、操作フィーリ
ングの優れた滑らかな軌跡制御が行える。
As described above, the operator recognizes his own operation force and operates with appropriate responsiveness, so that smooth trajectory control with excellent operation feeling can be performed without jerking even at the time of starting or stopping. .

【0053】また、操作力検出レバー装置5の操作レバ
ー5aの軸はフロント装置1Aの回動方向の面と垂直に
設置されているので、オペレータが操作レバー5aを操
作したときの操作力の方向とバケットの移動方向とが同
じになり、バケット1cの前後・上下方向の動作をオペ
レータの指先の操作で教示し易くなる。このため、操作
フィーリングが更に良くなる。
Since the axis of the operation lever 5a of the operation force detection lever device 5 is installed perpendicular to the surface of the front device 1A in the rotation direction, the direction of the operation force when the operator operates the operation lever 5a. And the moving direction of the bucket become the same, and the movement of the bucket 1c in the front-back and up-down directions can be easily taught by the operation of the operator's fingertip. Therefore, the operation feeling is further improved.

【0054】本発明の第2の実施形態を図9〜図14に
より説明する。図中、図1、図2等に示した部材、機能
と同等の部材、機能には同じ符号を付している。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings, members and functions equivalent to those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

【0055】図9及び図10において、本実施形態の軌
跡制御装置は、第1の実施形態で述べたのと同様な油圧
ショベルに設けられている。また、本実施形態の軌跡制
御装置は、バケット1cの移動と回動を教示する操作力
検出レバー装置5と、ブーム1a、アーム1b及びバケ
ット1cのそれぞれ回動支点に設けられ、フロント装置
1Aの姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検
出する角度検出器6a,6b,6cと、フロント装置1
A先端の負荷力を検出するためのそれぞれ2方向の負荷
を検出するピン型のロードセル8a,8bと、操作力検
出レバー装置5、角度検出器6a〜6c及びロードセル
8a,8bの信号を入力し、軌跡制御を行うための電気
信号を出力する制御ユニット7Aとで構成されている。
9 and 10, the trajectory control device of the present embodiment is provided in a hydraulic shovel similar to that described in the first embodiment. Further, the trajectory control device of the present embodiment is provided at an operation force detection lever device 5 for teaching movement and rotation of the bucket 1c, and at respective rotation fulcrums of the boom 1a, the arm 1b, and the bucket 1c. An angle detector 6a, 6b, 6c for detecting each rotation angle as a state quantity relating to the posture;
A pin type load cell 8a, 8b for detecting a load in two directions for detecting a load force at the tip A, a signal from the operating force detection lever device 5, angle detectors 6a to 6c, and load cells 8a, 8b are input. And a control unit 7A that outputs an electric signal for performing trajectory control.

【0056】操作力検出レバー装置5は第1の実施形態
と同様に構成され、かつフロント装置1Aの回動方向の
面に対して同様に設置されている。
The operating force detecting lever device 5 has the same configuration as that of the first embodiment, and is also installed on the surface of the front device 1A in the rotation direction.

【0057】制御ユニット7Aの処理機能を図11にフ
ローチャートで示す。
FIG. 11 is a flowchart showing the processing functions of the control unit 7A.

【0058】図11において、手順100〜120の処
理は第1の実施形態と同じであり、操作力検出レバー装
置5により検出した操作力[fx,fy],mzと、角
度検出器6a〜6cによるブーム1a,アーム1b及び
バケット1cの各関節角度θ1〜θ3とを入力し(手順
100,110)、関節角度θ1〜θ3よりアーム1b
の先端位置[x,y]、バケット1cの対地角γなどの
フロント姿勢を計算する(手順120)。
In FIG. 11, the processing of steps 100 to 120 is the same as that of the first embodiment. The operation force [fx, fy], mz detected by the operation force detection lever device 5 and the angle detectors 6a to 6c Input the joint angles θ1 to θ3 of the boom 1a, the arm 1b, and the bucket 1c (steps 100 and 110), and input the arm 1b from the joint angles θ1 to θ3.
, The front attitude such as the tip position [x, y] and the ground angle γ of the bucket 1c is calculated (step 120).

【0059】次に手順125において、ロードセル8
a,8bにより検出した2本のバケット取り付けピンに
加わる荷重[Fax,Fay],[Fbx,Fby]を
入力する。
Next, in step 125, the load cell 8
Loads [Fax, Fay] and [Fbx, Fby] applied to the two bucket mounting pins detected by a and 8b are input.

【0060】次に手順126において、これらの荷重
[Fax,Fay],[Fbx,Fby]とフロント装
置1Aの姿勢に基づき、図12に示すようなバケット1
cに加わる負荷力、すなわち力[FLx,FLy]とモ
ーメントMLzを計算する。
Next, in step 126, based on these loads [Fax, Fay], [Fbx, Fby] and the attitude of the front device 1A, the bucket 1 shown in FIG.
The load force applied to c, that is, the force [FLx, FLy] and the moment MLz are calculated.

【0061】次に手順130Aにおいて、操作力[f
x,fy]及びmzと負荷力[FLx,FLy],ML
zと仮想した運動方程式によりアーム先端の目標速度
[x´,y´]及びバケット1cの目標角速度θz´を
求める。
Next, in step 130A, the operation force [f
x, fy] and mz and load force [FLx, FLy], ML
The target velocity [x ', y'] of the tip of the arm and the target angular velocity θz 'of the bucket 1c are obtained from the motion equation imagined as z.

【0062】この手順130Aの処理を、図13の制御
イメージ図を用いて詳細に説明する。
The procedure 130A will be described in detail with reference to a control image diagram shown in FIG.

【0063】本実施形態の制御では、与えられたオペレ
ータの手先の操作力で負荷力に抗してフロント装置先端
(バケット)を操作しているかのように、仮想した運動
方程式に基づきフロント装置先端の目標速度を求める。
この場合も、理解を容易にするため、その詳細を一軸動
作に簡略化して説明する。
In the control of the present embodiment, the front device tip (bucket) is operated based on a virtual equation of motion as if the front device tip (bucket) was operated against the load force with the given operator's hand operation force. Find the target speed of
Also in this case, in order to facilitate understanding, the details will be simplified to a single-axis operation.

【0064】まず、フロント装置先端(バケット)に質
量Mと速度に比例する粘性減衰係数Dを仮想する。これ
らのパラメータは操作フィーリングによって調整される
もので、実際の物理量とは一致しなくてよい。このと
き、オペレータの手先の操作力をf、比例ゲインをk、
フロント装置先端(バケット)に加える力をFとする
と、F=k・fであり、仮想した運動方程式はフロント
装置先端(バケット)に加わる負荷力をFL、フロント
装置先端の速度をXd、加速度をXddとすると、 M・Xdd+D・Xd=F−FL となる。
First, a viscous damping coefficient D proportional to the mass M and the speed is assumed at the front end (bucket) of the front device. These parameters are adjusted by the operation feeling, and do not need to match the actual physical quantities. At this time, the operator's hand operating force is f, the proportional gain is k,
Assuming that the force applied to the front device tip (bucket) is F, F = k · f, and the imaginary equation of motion is that the load force applied to the front device tip (bucket) is FL, the speed of the front device tip is Xd, and the acceleration is Assuming that Xdd, M + Xdd + D ・ Xd = F-FL.

【0065】したがって、各時刻の目標速度Xdは逐次
的に、その加速度、つまり、 Xdd=(F−FL−D・Xd)/M を積分して、 Xd=∫(Xdd)dt と求められる。
Therefore, the target speed Xd at each time is sequentially obtained by integrating the acceleration, that is, Xdd = (F−FL−D · Xd) / M, and Xd = ∫ (Xdd) dt.

【0066】ここで、上記の仮想した運動方程式に基づ
く演算が一種のフィルタ処理であり、フィルタ処理全体
の比例ゲインK及びローパスフィルタの時定数Tが、 K=1/D T=M/D となるのは第1の実施形態と同じであり、仮想の粘性減
衰係数D及び質量Mは操作フィーリングによって上記の
目標速度の大きさと応答性との兼ね合いで決定される。
Here, the operation based on the above-mentioned virtual equation of motion is a kind of filter processing, and the proportional gain K of the entire filter processing and the time constant T of the low-pass filter are as follows: K = 1 / D T = M / D This is the same as in the first embodiment, and the virtual viscous damping coefficient D and the mass M are determined by the operational feeling in consideration of the magnitude of the target speed and the responsiveness.

【0067】手順130では、アーム先端のx軸方向に
ついては、 f→fx(したがって、F=k・fx) Xd→x′ FL→FLx と置くことにより、目標速度x′を求める。アーム先端
のy軸方向については、 f→fy(したがって、F=k・fy) Xd→y′ FL→FLy と置くことにより、目標速度y′を求める。バケットの
回動方向については、 f→mz(したがって、F=k・mz) Xd→θz′ FL→MLz と置くことにより、目標角速度θz′を求める。
In step 130, in the x-axis direction of the arm tip, a target speed x 'is obtained by setting f → fx (accordingly, F = k.fx) Xd → x ′ FL → FLx. With respect to the y-axis direction at the tip of the arm, the target speed y 'is obtained by setting f → fy (accordingly, F = k · fy) Xd → y ′ FL → FLy. Regarding the rotation direction of the bucket, the target angular velocity θz ′ is obtained by placing f → mz (accordingly, F = k · mz) Xd → θz ′ FL → MLz.

【0068】ここで、再び図11のフローチャートに戻
り手順140以下を説明する。
Here, returning to the flowchart of FIG. 11, the procedure 140 and subsequent steps will be described.

【0069】手順140〜160の処理は第1の実施形
態と同じであり、アーム先端の目標速度[x´,y´]
及びバケット1cの目標角速度θz´から座標変換によ
り各シリンダの目標速度V1〜V3を求め(手順14
0)、各々の流量制御弁4a,4b,4cの流量特性を
考慮して流量指令値u1〜u3を求め(手順150)、
更に流量制御弁4a,4b,4cを駆動するために、ア
ンプへ電圧を出力し(手順160)、はじめに戻る。
The processing of steps 140 to 160 is the same as that of the first embodiment, and the target speed [x ', y'] at the tip of the arm is used.
And the target velocities V1 to V3 of the respective cylinders are obtained by coordinate transformation from the target angular velocities θz ′ of the bucket 1c (step 14).
0), flow rate command values u1 to u3 are determined in consideration of the flow rate characteristics of the respective flow control valves 4a, 4b, 4c (step 150).
Further, in order to drive the flow control valves 4a, 4b, 4c, a voltage is output to the amplifier (step 160), and the process returns to the beginning.

【0070】以上のように構成した本実施形態では、オ
ペレータが操作力検出レバー装置5の操作レバー5aを
操作して、フロント装置先端(バケット)の動作をオペ
レータの手先の操作力で教示すると、あたかもその操作
レバーにより教示された操作力から負荷力相当分を減じ
た力に比例した力が作用しているかのようにフロント装
置先端が動かされる。よって、第1の実施形態と同様、
操作フィーリングの優れた滑らかな軌跡制御が行えると
ともに、負荷が加わったときにはその動作が遅くなるよ
うな自然な操作が行える。
In this embodiment constructed as described above, when the operator operates the operating lever 5a of the operating force detecting lever device 5 to teach the operation of the front device tip (bucket) with the operating force of the operator's hand, The tip of the front device is moved as if a force proportional to a force obtained by subtracting a load force equivalent from the operation force taught by the operation lever is acting. Therefore, similar to the first embodiment,
A smooth trajectory control with an excellent operation feeling can be performed, and a natural operation can be performed such that the operation is delayed when a load is applied.

【0071】なお、以上の第2の実施形態では、バケッ
トの負荷力を検出するために2つのピン型のロードセル
を用いたが、フロント装置を駆動する油圧シリンダの負
荷圧を検出し、この負荷圧からバケットの負荷力を求め
たり、またこれらの組み合わせであっても良い。この場
合にも、同様な負荷力に応じた操作が行える。
In the above-described second embodiment, two pin-type load cells are used to detect the load force of the bucket. However, the load pressure of the hydraulic cylinder that drives the front device is detected. The load force of the bucket may be obtained from the pressure, or a combination thereof. Also in this case, an operation corresponding to the same load force can be performed.

【0072】操作力検出レバー装置の変形例を図14に
より説明する。
A modification of the operating force detecting lever device will be described with reference to FIG.

【0073】操作力検出レバー装置5Aは操作レバー5
Aaと力検出器5bから構成されている。ここで、操作
レバーが操作力によってほとんど変形しない場合は、オ
ペレータの手先の動きが力検出部5bにダイレクトに検
出され、操作力検出レバー装置が敏感になりすぎる。こ
れを回避するため、操作レバー5Aaは若干弾性変形可
能に作られており、これにより、操作力検出レバー装置
が手先の動きに敏感になりすぎることがなくなり、オペ
レータが楽に操作レバー5Aaを操作することができ
る。
The operating force detecting lever device 5A is
Aa and a force detector 5b. Here, when the operation lever is hardly deformed by the operation force, the movement of the operator's hand is directly detected by the force detection unit 5b, and the operation force detection lever device becomes too sensitive. In order to avoid this, the operation lever 5Aa is made slightly elastically deformable, so that the operation force detection lever device does not become too sensitive to hand movements, and the operator can easily operate the operation lever 5Aa. be able to.

【0074】なお、以上の第1及び第2の実施形態で
は、操作力として力とモーメントを検出し、負荷力とし
て力とモーメントを検出し、フロント装置先端の目標速
度として、速度と角速度を計算したが、モーメントを検
出せず、目標角速度を計算しない場合でも、本発明は成
り立ち、同様の効果が得られる。
In the first and second embodiments, the force and moment are detected as the operating force, the force and moment are detected as the load force, and the speed and angular speed are calculated as the target speed at the front end of the front device. However, even when the moment is not detected and the target angular velocity is not calculated, the present invention can be realized and the same effect can be obtained.

【0075】また、操作力検出レバー装置は力検出器を
用いずとも、バネ機構などで操作レバーの変位と力が比
例するものであってもよく、この場合には変位を検出す
ることで力が検出されることになる。
Further, the operating force detecting lever device may be such that the displacement and the force of the operating lever are proportional to the force by a spring mechanism or the like without using a force detector. In this case, the force is detected by detecting the displacement. Will be detected.

【0076】更に、目標軌跡と実際の軌跡との誤差に関
してはあまり問題とならないとして無視しているが、目
標軌跡と実際の軌跡との誤差に基づくフィードバック制
御により、フロント装置先端の目標速度を補正してもよ
い。この場合には、位置精度の高い動作が行える。
Further, the error between the target trajectory and the actual trajectory is ignored because it does not cause much problem, but the target speed at the front end of the front device is corrected by feedback control based on the error between the target trajectory and the actual trajectory. May be. In this case, an operation with high positional accuracy can be performed.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明によれば、オペレータにより教示
された操作力に比例した力が作用しているかのようにフ
ロント装置先端を動作させるので、操作フィーリングの
優れた滑らかな軌跡制御が行える。
According to the present invention, since the front end of the front device is operated as if a force proportional to the operation force taught by the operator is acting, a smooth trajectory control with an excellent operation feeling can be performed. .

【0078】また、本発明によれば、負荷が加わったと
きにはその動作が遅くなるような自然な操作が行える。
Further, according to the present invention, a natural operation can be performed such that the operation becomes slow when a load is applied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態による油圧ショベルの
軌跡制御装置をその油圧回路とともに示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a trajectory control device of a hydraulic shovel according to a first embodiment of the present invention, together with a hydraulic circuit thereof.

【図2】本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing the appearance of a hydraulic shovel to which the present invention is applied.

【図3】操作力検出レバー装置を示す図である。FIG. 3 is a view showing an operation force detection lever device.

【図4】制御ユニットの制御機能を示すフローチャート
である。
FIG. 4 is a flowchart showing a control function of a control unit.

【図5】本発明の制御に用いるパラメータの説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory diagram of parameters used for control of the present invention.

【図6】本発明の仮想運動方程式を用いる制御のイメー
ジ図である。
FIG. 6 is an image diagram of control using a virtual equation of motion of the present invention.

【図7】本発明の仮想運動方程式を用いるフィルタ処理
のブロック線図である。
FIG. 7 is a block diagram of a filtering process using a virtual equation of motion according to the present invention.

【図8】本発明の仮想運動方程式を用いる制御で時定数
を変えた場合の出力の変化を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a change in output when a time constant is changed by control using a virtual equation of motion according to the present invention.

【図9】本発明の第2の実施形態による油圧ショベルの
軌跡制御装置をその油圧回路とともに示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a trajectory control device of a hydraulic shovel according to a second embodiment of the present invention, together with a hydraulic circuit thereof.

【図10】本発明が適用される油圧ショベルの外観を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an external appearance of a hydraulic shovel to which the present invention is applied.

【図11】制御ユニットの制御機能を示すフローチャー
トである。
FIG. 11 is a flowchart showing a control function of a control unit.

【図12】本発明の制御に用いるパラメータの説明図で
ある。
FIG. 12 is an explanatory diagram of parameters used for control of the present invention.

【図13】本発明の仮想運動方程式を用いる制御のイメ
ージ図である。
FIG. 13 is an image diagram of control using a virtual equation of motion of the present invention.

【図14】操作力検出レバー装置の他の例を示す図であ
る。
FIG. 14 is a view showing another example of the operating force detection lever device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A フロント装置 1B 車体 1a ブーム 1b アーム 1c バケット(フロント装置先端) 1d 上部旋回体 1e 下部走行体 2 油圧ポンプ 3a〜3c 油圧アクチュエータ 4a〜4c 流量制御弁 5 操作力検出レバー装置 5a 操作レバー 5b 力検出器 6a〜6c 角度検出器 7 制御ユニット Reference Signs List 1A Front device 1B Body 1a Boom 1b Arm 1c Bucket (front device tip) 1d Upper revolving unit 1e Lower traveling unit 2 Hydraulic pump 3a-3c Hydraulic actuator 4a-4c Flow control valve 5 Operating force detecting lever device 5a Operating lever 5b Force detection Devices 6a to 6c Angle detector 7 Control unit

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】上下方向に回動可能な複数のフロント部材
により構成される多関節型のフロント装置と、このフロ
ント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、こ
れら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量
を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌跡
制御装置において、 (a)フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、 (b)フロント装置の姿勢に関する状態量を検出する状
態量検出手段と、 (c)上記操作力検出手段で検出された操作力及び状態
量検出手段で検出された状態量を入力し、これら入力値
を用いてあたかも手先の操作力でフロント装置先端を操
作しているかのように、仮想した運動方程式に基づきフ
ロント装置先端の目標速度を求め、この目標速度が得ら
れるよう対応する流量制御弁を駆動制御する演算制御手
段とを備えることを特徴とする建設機械の軌跡制御装
置。
An articulated front device comprising a plurality of front members rotatable in a vertical direction, a plurality of hydraulic actuators for driving the front device, and a plurality of hydraulic actuators supplied to the plurality of hydraulic actuators. A trajectory control device for a construction machine comprising a plurality of flow control valves for controlling the flow rate of pressurized oil; (B) state quantity detecting means for detecting a state quantity relating to the attitude of the front device; and (c) inputting the operating force detected by the operating force detecting means and the state quantity detected by the state quantity detecting means. Using the input values, the target speed of the front device tip is calculated based on a virtual equation of motion, as if the front device tip was operated with the operating force of the hand. Degrees locus control system for a construction machine characterized in that it comprises an arithmetic control unit for driving and controlling the corresponding flow control valves so that the resulting.
【請求項2】請求項1記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、フロント装置先端に仮想した質量をM、フロン
ト装置先端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数を
D、オペレータの手先の操作力をf、比例ゲインをk、
フロント装置先端に加える力をF、フロント装置先端の
速度をXd、加速度をXddとするとき、前記仮想した
運動方程式は、 F=k・f M・Xdd+D・Xd=F で表されることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
2. The trajectory control device for a construction machine according to claim 1, wherein a mass imaginary at the front end of the front device is M, a viscous damping coefficient proportional to a speed imaginary at the front end of the front device is D, and an operator's hand force is used. Is f, the proportional gain is k,
When the force applied to the front device tip is F, the speed of the front device tip is Xd, and the acceleration is Xdd, the imaginary equation of motion is represented by F = k · fM · Xdd + D · Xd = F. Trajectory control device for construction machinery.
【請求項3】請求項1記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、前記操作力検出手段は、前記操作力として力と
モーメントを検出する手段であり、前記演算制御手段
は、前記フロント装置先端の目標速度として、速度と角
速度を計算する手段であることを特徴とする建設機械の
軌跡制御装置。
3. A trajectory control device for a construction machine according to claim 1, wherein said operating force detecting means is means for detecting a force and a moment as said operating force, and said arithmetic control means is provided at a front end of said front device. A trajectory control device for a construction machine, which is means for calculating a speed and an angular speed as a target speed.
【請求項4】上下方向に回動可能な複数のフロント部材
により構成される多関節型のフロント装置と、このフロ
ント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、こ
れら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量
を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌跡
制御装置において、 (a)フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、 (b)フロント装置の姿勢に関する状態量を検出する状
態量検出手段と、 (c)フロント装置に作用している負荷力を検出する負
荷力検出手段と、 (d)上記操作力検出手段で検出された操作力、状態量
検出手段で検出された状態量及び負荷力検出手段で検出
された負荷力を入力し、これら入力値を用いてあたかも
手先の操作力から負荷力相当分を減じた力でフロント装
置先端を操作しているかのように、仮想した運動方程式
に基づきフロント装置先端の目標速度を求め、この目標
速度が得られるよう対応する流量制御弁を駆動制御する
演算制御手段とを備えることを特徴とする建設機械の軌
跡制御装置。
4. An articulated front device comprising a plurality of front members rotatable in a vertical direction, a plurality of hydraulic actuators for driving the front device, and a plurality of hydraulic actuators supplied to the plurality of hydraulic actuators. A trajectory control device for a construction machine comprising a plurality of flow control valves for controlling the flow rate of pressurized oil; (B) state quantity detecting means for detecting a state quantity related to the attitude of the front device; (c) load force detecting means for detecting a load force acting on the front device; and (d) the operating force detecting means. The detected operation force, the state quantity detected by the state quantity detection means and the load force detected by the load force detection means are input, and these input values are used to calculate the load force phase from the operation force at hand. An operation for obtaining the target speed of the front device tip based on a virtual equation of motion as if the front device tip is being operated with a reduced force for the time being, and for driving and controlling the corresponding flow control valve so as to obtain the target speed. A trajectory control device for a construction machine, comprising: a control unit.
【請求項5】請求項4記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、フロント装置先端に仮想した質量をM、フロン
ト装置先端に仮想した速度に比例する粘性減衰係数を
D、オペレータの手先の操作力をf、比例ゲインをk、
フロント装置先端に加える力をF、フロント装置先端に
加わる負荷力をFL、フロント装置先端の速度をXd、
加速度をXddとするとき、前記仮想した運動方程式
は、 F=k・f M・Xdd+D・Xd=F−FL で表されることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
5. A trajectory control device for a construction machine according to claim 4, wherein M is a virtual mass at the front end of the front device, D is a viscous damping coefficient proportional to a speed imaginary at the front end of the front device, and an operator's hand force. Is f, the proportional gain is k,
The force applied to the front device tip is F, the load force applied to the front device tip is FL, the speed of the front device tip is Xd,
A trajectory control device for a construction machine, wherein the virtual equation of motion is represented by F = k · fM · Xdd + D · Xd = F−FL, where acceleration is Xdd.
【請求項6】請求項4記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、前記操作力検出手段は、前記操作力として力と
モーメントを検出する手段であり、前記負荷力検出手段
は、前記負荷力として力とモーメントを検出する手段で
あり、前記演算制御手段は、前記フロント装置先端の目
標速度として、速度と角速度を計算する手段であること
を特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
6. The trajectory control device for a construction machine according to claim 4, wherein said operating force detecting means is means for detecting a force and a moment as said operating force, and said load force detecting means is said load force as said load force. A trajectory control device for a construction machine, wherein the trajectory control device is a device for detecting a force and a moment, and the arithmetic control device is a device for calculating a speed and an angular speed as a target speed of the front end of the front device.
【請求項7】請求項1又は4記載の建設機械の軌跡制御
装置において、前記操作力検出手段は操作レバーと力検
出器を含むことを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
7. The trajectory control device for a construction machine according to claim 1, wherein said operation force detecting means includes an operation lever and a force detector.
【請求項8】請求項7記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、前記操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸
がフロント装置の回動方向の面と垂直になるように設置
されていることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
8. The trajectory control device for a construction machine according to claim 7, wherein the operation lever of the operation force detection means is installed such that a lever axis thereof is perpendicular to a plane in a rotation direction of the front device. A trajectory control device for a construction machine, comprising:
【請求項9】請求項7記載の建設機械の軌跡制御装置に
おいて、前記操作レバーは操作力により若干弾性変形可
能であることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
9. The trajectory control device for a construction machine according to claim 7, wherein said operation lever is slightly elastically deformable by an operation force.
【請求項10】請求項4記載の建設機械の軌跡制御装置
において、前記負荷力検出手段は前記フロント装置先端
の2箇所に設けられたピン型のロードセルであることを
特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
10. A trajectory of a construction machine according to claim 4, wherein said load force detecting means is a pin-type load cell provided at two positions at the front end of said front device. Control device.
【請求項11】請求項4記載の建設機械の軌跡制御装置
において、前記負荷力検出手段は前記油圧アクチュエー
タの負荷圧を検出する圧力センサであることを特徴とす
る建設機械の軌跡制御装置。
11. The trajectory control device for a construction machine according to claim 4, wherein said load force detecting means is a pressure sensor for detecting a load pressure of said hydraulic actuator.
【請求項12】上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、 (a)フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、 (b)フロント装置の姿勢に関する状態量を検出する状
態量検出手段と、 (c)上記操作力検出手段で検出された操作力及び状態
量検出手段で検出された状態量を入力し、これら入力値
を用いてあたかも手先の操作力でフロント装置先端を操
作しているかのように流量制御弁を駆動制御する演算制
御手段とを備え、 (d)前記操作力検出手段は操作レ
バーと力検出器を有し、前記操作力検出手段の操作レバ
ーは、レバー軸がフロント装置の回動方向の面と垂直に
なるように設置されていることを特徴とする建設機械の
軌跡制御装置。
12. An articulated front device comprising a plurality of front members rotatable in a vertical direction, a plurality of hydraulic actuators for driving the front device,
A trajectory control device for a construction machine comprising a plurality of flow control valves for controlling the flow rate of the pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators, comprising: (a) an operating force of an operator who teaches the operation of the front device tip; (B) a state quantity detecting means for detecting a state quantity relating to the attitude of the front device; and (c) an operating force detected by the operating force detecting means and a state quantity detected by the state quantity detecting means. Computing means for inputting the state quantities set by the operator and using these input values to drive and control the flow control valve as if the front end of the front device was operated by the operating force of the hand. The detection means has an operation lever and a force detector, and the operation lever of the operation force detection means is installed such that a lever axis is perpendicular to a plane in a rotation direction of the front device. Trajectory control device for construction machinery.
【請求項13】上下方向に回動可能な複数のフロント部
材により構成される多関節型のフロント装置と、このフ
ロント装置を駆動する複数の油圧アクチュウエータと、
これら複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流
量を制御する複数の流量制御弁とを備えた建設機械の軌
跡制御装置において、 (a)フロント装置先端の動作を教示するオペレータの
手先の操作力を検出する操作力検出手段と、 (b)フロント装置の姿勢に関する状態量を検出する状
態量検出手段と、 (c)フロント装置に作用している負荷力を検出する負
荷力検出手段と、 (d)上記操作力検出手段で検出された操作力、状態量
検出手段で検出された状態量及び負荷力検出手段で検出
された負荷力を入力し、これら入力値を用いてあたかも
手先の操作力から負荷力相当分を減じた力でフロント装
置先端を操作しているかのように流量制御弁を駆動制御
する演算制御手段とを備え、 (e)前記操作力検出手段は操作レバーと力検出器を有
し、前記操作力検出手段の操作レバーは、レバー軸がフ
ロント装置の回動方向の面と垂直になるように設置され
ていることを特徴とする建設機械の軌跡制御装置。
13. An articulated front device comprising a plurality of front members rotatable in a vertical direction, a plurality of hydraulic actuators for driving the front device,
A trajectory control device for a construction machine comprising a plurality of flow control valves for controlling the flow rate of the pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators, comprising: (a) a hand operating force of an operator who teaches the operation of the front device tip; (B) state quantity detecting means for detecting a state quantity relating to the attitude of the front device; (c) load force detecting means for detecting a load force acting on the front device; d) The operation force detected by the operation force detection means, the state quantity detected by the state quantity detection means, and the load force detected by the load force detection means are input, and using these input values, it is as if an operation force of a hand is used. (E) operation control means for driving and controlling the flow control valve as if the front end of the front device was operated with a force obtained by subtracting the load force from the control device. The a, operating lever of the operating force detecting means, the lever axis trajectory control system for a construction machine characterized in that it is installed such that the surface perpendicular of the rotating direction of the front device.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1982075A4 (en) * 2006-01-26 2017-03-15 Volvo Construction Equipment AB A method for controlling a movement of a vehicle component

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