JPS58164830A - 油圧シヨベルの直線掘削自動操縦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油圧ショベルによる直線掘削全容易に行えるよ
うにした自動操縦装置に関するものである０ ブーム、アーム及びパケットからなる作業腕を備えた油
圧シ゛ヨベルにおいてはパケット刃先の対地角度全一定
に制御すればあとはブーム及びアームの同時操作全自動
制御すればパケット枢支点を所定勾配の直線に沿って動
作させることができ直が良く掘削効率を飛躍的に向上さ
せた自動操縦装置全提供するものである。

即ちこの発明は直線掘削時に必要なブーム及びアームの
操作量は作業領域によって一方が大きい　　　゛場合他
方が小さくて済むという関係があることに着目し、操作
量が小さくて済む方の作業腕を追従させることによって
小量の作動油供給で追従性を充分に高めうるよ、、１′
うにし、以って先導側の作業腕に大量の作動油供１．ｌ
＝會可能ならしめ高速駆動する′□。

ことにより掘削効率の向上上図ろうとするものである。

以下本発明を詳述する前に前記した発明の背景翫　５ 事実を第１図〜第３図に基づき説明する。第１図は本発
明を適用すべき油圧ショベルの外観図、第２図は同油田
ショベルの座標位置？示すものであって、１は車体適所
０点に回動可能に取付けられたブーム、２はブーム１の
先端Ｂ点に回動可能に取付けられたアームｓ　３はアー
ム２の先端Ｃ点に回動可能に取付けられたパケットで、
夫々ブームシＩＪンダ４．アームシリンダ５１パケット
シリンダ６によって回転駆動されるようになりでいる。

また第２図において各記号は。

Ｙ軸：Ｏ，Ｂ、Ｏ，Ｄ２含む平面と車軸接地面と平行な
平面との交線 Ｙ軸：ブーム支点Ｏ會通り車輌接地面に垂直な直線 α：Ｙ軸に対する線分ＯＢのなすブーム角β：線分ＯＢ
に対する線分Ｂｅのなすアーム角γ：線分ＢＯに対する
線分ＣＤのなすパケット角り＝パケット刃先点 Ｇ：掘削仕上面であり法面角ｅは車輌接地面との交差角 １１に６ Ｇ′：パケット刃先点りを掘削仕上面Ｇに沿って直線移
動させる際のパケット枢支点Ｃの予定移動軌跡。

１１：ブーム長ＯＢの長さ ｊ茸：ブーム長ＢＯの長さ ｂ：掘削仕上面ＧとＹ軸との交点からプーム支点０まで
の長さ である。

この油圧ショベルにおいてはパケット枢支点Ｃ全直線移
動させて直線掘削するのでろ力、パケット角γは対掘削
面角度を一定にするべく自動制御しているがこの点は後
述する。

さて第２図に示す如くブーム１及びアーム２を回動させ
て直接掘削する場合、ブーム角α及びアーム角βの夫々
の必要操作量（単位−角度）は計算上第３図に示すグラ
フのように現わされる。本図は一例として法面角６００
の傾斜面を直線掘削する場合の必要操作量（単位・角度
）’ＩｒＹ軸にアーム角β、Ｘ軸にブーム角αをとった
ものであるが。

ここから読みとれるようにブーム１及びアーム２ｌ７ 全上方に伸展した作業開始点（第２図中実線図示）から
アーム角βヲ８０°附近までアーム２を折曲げる（第２
図中鎖線図示）までの初期作業領域においてはアーム角
βヶ大きく変位させてもブーム角αはわずかじか変位を
要せず、また反対にアーム２をより深く折曲げて行う後
期作業領域（第２図中鎖線図示から２点鎖線図示までの
間）においてはブーム角α會大きく変位させてもアーム
角βはわずかじか変位會要しないという関係になって現
われている。

このような場合、操作量の少くてすむ方の作業腕を追従
させるように丁扛ば既述のように高い追従性全期待する
ことができ掘削効率の向上全図ることができるものであ
る０ 本発明は紙上の如き事情に１みて案出し次ものであって
以下に述べる如くに□）構成されるものである。　　　
　　　　　　　　・１１弥 第４図は本発明のシステム系統図を示しており概略的に
は制御の為の必要な指令信号を支える操作盤７．各作業
腕１，２．３の回動角α、β、γ全検出し後述する演算
装置９に出力する検出器群８、指令信号及び各作業腕１
，２．３の回動角α、β、γを取込みこれらの情報に基
づき必要な所要の演算処理を行いパケット刃先Ｄ７予定
掘削法面Ｇに沿って移動させるべく制御信号全売する演
算装置９．演算装＃９よシの制御信号？増幅し油圧切換
弁のスプール全押引駆動するアクチュエータへ駆動信号
全出力する増幅器１０及び前記駆動信号により作動する
アクチュエータ１２．１４．１６とこれに連なり各シリ
ンダ４，５．６の油圧供給回路に介装さｎこれら全伸縮
制御する油圧切換弁１１゜１３、１５とから構成されて
いる。

前記操作盤７を詳述すると、これには各種スイッチ類が
設けられ、これら紮オペレータが操作することにより必
′門な指令信号が与えられるようにな・て龜る・例ンば
掘削法面角設定ダイヤ−７１？・□・］、！ 操作すると＋９ｏＯ；９ｏ°の範囲で任意の仕上法面角
全設定できるようになっており、切換スィッチ７２全手
動側に倒すと演算装置９は無効化されオペレータのレバ
ー操作で手動掘削が行え、自動側に　９ 倒すと演算装置９が稼動態勢に入り所要の演算処理全行
いつる。またスタートボタン７３ヲ押すと各作業腕１，
２．３全手動設定した位置から自動掘削が開始され、停
止ボタン７４全押すと自動掘削は停止し手動操作可能の
状態に一時復帰するようになっている如くである。また
検出器群８はブーム角検出器８１．アーム角検出器８２
．パケット角検出器８３からなり夫々枢支軸に連結され
たポテンショメータ等からなる公知の角度検出器が用い
られている。演算装ｆｉ９は演算処理の中枢をなす機器
であシ各種演算器を組合せたアナログ計算器の他。

マイクロコンピュータ等のディジタル情報処理装置ｔヲ
用いて構成され、第５，６図フローチャートに示す演算
処理全実行するものである。

さてかかる構成の本発明装置において行われる自動操縦
制御のフローを第５図に基づき詳述する。

なおここでのフロー説明は先にも述べた如く本発明の制
御系統はプーム１及びアーム２の同時操作とパケット３
の操作とは別系統とし、ブーム１及びアーム２の自動制
御によってパケット枢支点Ｃ庵１０ を予定移動軌跡Ｇ′上に沿わせる制御を理論上先行いま
ずブーム１及びアーム２の制御内容全説明する０ 自動操縦制御全開始するに先立ってまずオペレータは切
換スイッチ７２全自動側に投入すると共に掘削法面角設
定ダイヤル７１’（ｒ＋６０°（第２図に示す直線掘削
を行う場合、なお以下この場合全例にとって説明する）
に設定し１手動縁作により各作業腕１，２．３を図示実
線位置の作業開始点に設定する。これによって演算装置
ｔ９は自動制御に必要な諸元會与えられたので以下法の
順序に従って演算処理を実行することとなる。

まず演算装置９は制御モードの判定全行う。これはプー
ム１及びアーム２のいずれ會先導させいずれ金追縦させ
るか全判定するステップであるが既述〔第３図〕の如く
初期作業領域と後期作業領域とでは先導側作業腕は変換
さ扛るのでこれ全下記（１）式により判定することとな
る。

臨１１ α・十β・＋０≦２００°　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（１）ここにα、、β
・はブーム１及びアーム２の現状の回動角、２００°　
は制御モード変換点（第３図中２矢視）として設計計算
的に求められた数値である。

この（１）式による判定結果がＹＥＳである場合。

リレー（図示せず）を作動させてスイッチ機構９１．９
２’ｉｌ）接点にし、またＮＯである場合ａ接点に接続
する０前記初期設定の場合は計算結果がＹｌｎＳとなる
のでｂ接点に接続され後述する主制御信号Ｙはアーム２
を駆動する側のアクチュエータ１４に供給されることと
なる。こうして先導駆動はアーム２に決定されるのであ
るが、この際出力される主制御信号Ｙはブーム角αとア
ーム角βの必要操作量の割合によってその信！値を可変
にしうるようになっており連速の掘削速度を得るように
な：′ っている０即ちその速度決定庫算は以下に詳述す１１、
・□ るとおりであって逐次性われ、ゐ・：、下記（２１１（
３１式によって実行さ扛る。

によりて費動係数Ｘｉ求め、これを ここでＸは計算的、実験的に 求められた定数 に代入して主制御信号金求める。ここに初期作業領域（
第３図（イ）図示）においてはブーム角変化割合ｄαは
寡少でアーム角変化割合ｄβは大であるから変動係数Ｘ
は無限大−に近く、主制御信号も無限大に近い値となっ
てこれはパルプで全開信号として出力され増幅器１０ヲ
介してアクチュエータ１４に供給される。よってアクチ
ュエータ１４によって油圧切換弁１３のスプール全伸長
位置に切換るとアームシリンダ５は全速で伸長を開始し
アーム２のかき込み動作をｓｓ駆動として行う。一方間
時に［１：！ｆ１９　Ｕ＊−１１ｔｊ）　’ｉ−ｉｆ＜
３０１″って変化しつつめ、アーム角β・と設定法面角
θ全取込み下記の演算式（４１，＋５１’ｔ−実行する
。

翫１３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（４）Ｙ＊−Ｋｓ（α、＋α番）・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（５１ここでＫｍは
設計計算的に定められる定数（４）式はパケット枢支点
Ｏが予定移動軌跡Ｇ′上に位置する際のブーム角α１を
予め算出するもので１本式によって求められた丙と現状
のブーム角α・との偏差；（・この偏差が必要操作量を
、なる））から、この偏差を０にすべく従制御信号の値
ヲ（５）式によって求めるものでめる〇 よってこのようにして求められた従駆動信号Ｙ。

は増幅器１０を介してアクチュエータ１２に供給され油
圧切換弁１１ヲ正逆両方向に開閉制御してブームシリン
ダ４を沖縄せしめブーム１全追従駆動させるものである
。なおこの追従駆動はブームｌの必要操作量が極めて僅
かであるためアーム２が全速駆動している場合にも完壁
に追従ができるものである。

庵１４ 次いで以上に説明した初期作業領域の掘削が進み後期作
業領域（第３図中（ロ）図示）との境界にさしかかって
くるとブーム角αの必要操作量も段々と増加していきｄ
α及びｄβがほぼ同数値に近づいてくる０工って前記（
２）式で算出する変動係数Ｘも１に近くなり、（３）式
で算出される主制御信号Ｙはその値が１／２に近づいて
くる。したがって油圧切換弁１３のパルプ開度もそｎに
従って絞られアーム２の先導速度は低下してくるからブ
ーム１の追従も楽になり必要変位量が大きくなりていて
も追従遅れの生ずることはない０さらにこの時期におい
て前記（１）式に代入される現状ブーム角＆ｏ、現状ア
ーム角β０は次第に増大し、第３図中２点に達した時に
おいて　α・十βｅ十〇は２００°より大となり＋１）
弐°の判定結果は１ｒｏとなる。よりてスイッチ機構９
１及び９２はａ接点に切換えられ以後の主制御信号Ｙは
ブーム１駆動側のアクチェエータ１２に供給されること
となる。このようにして後期作業領域に入るとブーム１
側が先導側となりで駆動されるのであるが、このとき以
降の変動係数Ｘは刻々０に−１５ 近づこうとするがスイッチ機構９２によりその反転値１
／Ｘが（３）式に代入されるようになるので主制御信号
Ｙの値は大きくなりよってブーム１は高速で駆動される
こととなる〇−一方期作業領域におけると同様に従制御
信号Ｙ＋がアーム２側のアクチュエータ１２に供給され
るようになっており、その信号値Ｙ＋の算定は下記（６
１，＋７１式によって行われる。

Ｙ＋　＝　ＫＩ（β墓−β・）　　　　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・＋７１ここでに皿　は設計計
算的に定められる定数、そしてこの従制御信号Ｙ＋がア
クチェエータ１２に供給されアーム２會追従制御するの
であるがこの場合もアーム２側の必要操作量はブーム１
の変動量に比して比較的僅少であるためブーム】の高速
駆動１　□ にも拘らず追従遅れの生ずることはないものである０ ともあれ以上の如くのブーム１及びアーム２の制御によ
ってパケット支点０を予定移動軌跡Ｇ′に沿わせ移動さ
せうるのである。

次にパケット刃先点り全現実に掘削仕上面Ｇに沿りて直
線駆動させる為に行われる補償制御について説明する。

これはブーム】及びアーム２の回動に拘らずパケット刃
先点りの対掘削面角度を一定に、換言すれば掘削仕上面
Ｇとパケット枢支点Ｃ間の垂直距離を一定に保持する為
に行われる制御であシ下記Ｑ・式によって実行される。

ψ・＝π−（α台＋β番十γ・）・・曲・四囲（ｌｏ）
ここでγ・は角度検出器８３より得られる現状のパケッ
ト角であり、α・、β・も既述の如く現状回動角葡現わ
している。而して上式（至）により補償制御すべき信号
値ψ・が求められ、これを補償制御信号Ｙ。

として増幅器１０全介してアクチュエータ１６に供給す
るとパケットシリンダ６は制御信号値に応じ七適宜伸縮
動しパケット３の対掘削面角度全常時一定に保つもので
ある。

以上の如くして直線掘削が自動的に行われるのであるが
、各作業腕が後期作業領域の終点に達したときは停止ボ
タン７４ヲ押して自動操縦全一時無庵１７ 効化し手動操作により再び作業開始点に各作業腕全設置
すると前述した所要の操作全繰力返えすことにより連続
的に自動直線掘削が行われるものである。

次に本発明の第２実施例を第６図に基づき説明する。本
実施例は先導側の作業腕（１又は２）が何らかの外的要
因により制御速度以上に独走した場合に他の作業腕（２
又は１）が追従不能となるの全防止するブレーキ機能を
付加したものである。

即ち、独走側の作業腕（１又は２）を制御する油圧切換
弁全校シ帰還油流量全抑制してブレーキ作用を営ませる
べく主制御信号側の信号伝達経路に減算器９３．９４を
設け、下記（８）、　（９１式全実行してブレーキ信号
値Ｙ／　、　Ｙｔ’？＋”求めると共に、アーム２先導
側のときはｂ接点全弁してブレーキ信号ｙ／　ｆ減算器
９３に、ブーム１先導側のときはａ接点全弁してブレー
キ信号Ｙ＋’　ｋ減算器９４に夫々印加し。

以って割引かれた主制御信号Ｙｓ　ｐ夫々の作業腕に連
なるアクチェエータ１４．１２に向は出力するようにし
たものである。

翫１８ ここで（８１式−”・Ｙ諺’　＝　Ｙｔ　＋Ｙ−Ｋ（９
）式・・・・・・Ｙ＋　’　＝　ＹＪ　＋Ｙ−になおＹ
は主制御信号値、　Ｙ＋及びＹ３は第１実施例で説明し
た従制御信号値、には油圧ショベル諸元より設計計算的
に求められる定数である。

以上の如くであるから本実施例によるときは何らかの外
的要因により各作業腕にががる負荷の分担割合が急変し
たような場合にありても一方の作業腕の独走またそれに
伴う他の作業腕の追従遅れは解消されるものである。

なお以上に解説した第１・２実施例において主制御信号
Ｙはいず孔も自動演算により求められた所定値全用因る
ものであるが、これ全公知の可変抵抗器等？用いて構成
する手動の信号値設定レバー等により手動コントロール
に吸するようにしてもよいものである。

とまれ本発明は、第１第２実施例において詳述した如く
油圧ショベルで直線掘削を行うに当ル極めて高い掘削効
率を発揮することができるので産業上有用性の高いもの
である。

庵１９

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用すべき油圧ショベルの外観図、第
２図は同油圧ショベルの座標位置関係を示す能１明図、
第３図は法面角６０°の掘削面音直を掘削する際のブー
ム１とアーム２の必要操作量（単位−角度）を表わした
グラフ、第４図は本発明の概略構成図、第５図は本発明
第１実施例の演算処理フローを示したチャート、第６図
は同第２実施例の演算処理フローの要部のみを示したチ
ャートである。 １：ブーム　２：アーム　３：パケットＣ：パケット枢
支点　４ニブ−ムシリンダ５ニア−ムシリンダ　Ｇ′：
予定移動軌跡第３図 第２図 Ｇ′

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）車体適所（０）に回動可能に取付けられたブーム
   （１）とブーム（１）の先端に回動可能に取付けられた
   アーム（２）とアーム（２）の先端に回動可能に枢支し
   たバケツ）　（３）ｋ備えた油圧ショベルにおいて、パ
   ケット枢支点（Ｃ）の移動軌跡上所定勾配の直線にする
   べくブームシリンダ（４）及びアームシリンダ（５）の
   必要操作量全演算しその演算結果に基いてシリンダ制御
   信号奮発するようにした自動操縦装置において、アーム
   シリンダ（５）の操作量に比しブームシリンダ（，４）
   の必要操作量の比較的寡少な作業領域においては主制御
   信号によジアームシリンダ（５）を先導駆動させると共
   に前記先導駆動により生ずるパケット枢支点（０）の予
   定移動軌跡（Ｇ′）よりの偏差を零に近づけるよう従制
   御信号を発してブー・シリンダ（４）　ｔ−追従駆動さ
   せ、ブームシリンダ　２ ダ（４）の操作量に比しアームシリンダ（５）の必要操
   作量の比較的寡少な作乗領域においては主制御信号によ
   り゛アームシリンダ（５）全先導駆動させると共に前記
   先導駆動により生ずるパケット枢支点（０）の予定移動
   軌跡（Ｇ′）よりの偏差を零に近づけるよう従制御信号
   を発してアームシリンダ（５）ｔ−追従駆動させるよう
   に演算処理するようにしたことｖｌ−特徴とする油圧シ
   ョベルの直線掘削自動操縦装置
2. （２）車体適所（０）に回動可能に取付けられたブーム
   （１）とブーム（１）の先端に回動可能に取付けられた
   アーム（２）とアーム（２）の先端に回動可能に枢支し
   たパケット（３）　’！ｉ−備えた油圧ショベルにおい
   て、パケット枢支点（０）の移動軌跡を所定勾配の直線
   にするべくブームシリンダ（４）及びアームシリンダ（
   ５）、の必要操作量を演算しその演算結果に基いてシリ
   ンダ制御信号を発するようにした自動操縦装置において
   、アームシリンダ（５）の操作量に比しブームシリンダ
   （４）の必要操作量の比較的寡少な作業領域におい庵　
   ３ ては主制御信号によりアームシリンダ（５）全先導駆動
   させると共に前記先導駆動により生ずるパケット枢支点
   （０）の予定移動軌跡（Ｇ′）よりの偏差會零に近づけ
   るよう従制御信号を発してプームシリンダ（４）全追従
   駆動させ、ブームシリンダ（４）の操作量に比しアーム
   シリンダ（５）の必要操作量の比較的寡少な作業領域に
   おいては主制御信号によりアームシリンダ゛（５）全先
   導駆動させると共に前記先導駆動により生ずるパケット
   枢支点（０）の予定移動軌跡（Ｇ′）よりの偏差を零に
   近づけるよう従制御信号を発してアームシリンダ（５）
   全追従駆動させ、かつ前記主制御信号による先導側のア
   ームシリンダ（５）又はブームシリンダ（４）が制御速
   贋以上に独走した際は先導駆動全抑制するようブレーキ
   信号奮発するよう構成したこと？特徴とする油圧どヨペ
   ルの直線掘削自動操縦装置。　　　　　　：１ ．１：四：。