JPS582300B2 - クツサクキノ チヨクセンクツサクセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発叫ハ油圧式ショベルなどの掘削機により溝掘りの
ような複数個の直線面をもつ直線掘削を行なう場合の掘
削機の制御装置に関するものである。

第１図はこの発明を実施しようとする油圧式ショベルの
機構を示す概略図である。

まず同図によって油圧式ショベルの動作を説明し、これ
を溝掘りのような複数個の直線面をもつ掘削に適用する
場合におこる問題点について述べる。

第１図において本体１には回転自在な回転軸２を介して
、ブーム３の一端が、ブーム３の他端には同じく回転自
在な回転軸４を介してアーム５の一端が、アーム５の他
端には回転自在な回転軸６を介してバケット７がそれぞ
れ取付けられている。

このような油圧式ショベルにおいて、バケット７を希望
する位置に移動して掘削するには、ブーム３、アーム５
、バケット７を同時に操作しなければならないが、この
ような操作には作業員のかなりの熟練を必要とする。

特に掘削を直線的に行なわせるには、更に高度の熟練度
を要し、普通の作業員では運転操作が極めて困難で、作
業能率低下の欠点を免れない。

このような欠点を除くため、従来直線的掘削を行なうた
めの制御装置が考案されており、そのなかにはシミュレ
ータを用いて制御する方式があるが、シミュレータを小
形とするため、僅少な誤差が拡大されて精度が悪く、ま
た直線の勾配の設定が簡単でないなどの難点がある。

別の対策として電気的な演算回路を用いて制御する方式
も提案されており、このような制御装置によれば後述の
如く一つの直線に沿って掘削が可能であるが、溝掘り作
業のような複数個の直線の組み合わせで掘削を行なう必
要がある場合には、各直線毎に掘削開始と終りの位置を
確認して掘削を行なわねばならず、作業能率の低下は避
けられなかった。

この発明の目的は上述のような演算回路を用いた直線掘
削装置において、複数個の直線面の掘削を、作業の中断
なしに連続して行なうことのできる高能率の制御装置を
提供するにある。

以下実施例により本発明を詳しく説明する。

第２図は本発明の制御装置によって複数個の直線面をも
つ溝掘削の状況を説明するための側面図であるが、同図
において第１図と同一符号をもつものは同一機能を行な
うものとする。

第２図において、８は前方の法面で、その傾斜角をθと
すると、掘削は法面８の始端から始まり、底面９との交
点まで掘り進んで方向を変え、法面１０との交点まで掘
り進み、再度方向を変えて法面１０に沿って掘削を行な
う。

この場合、溝幅Ｘ１、溝深さｄ１法面８および１０の傾
斜角θは予め与えられているものとする。

第３図は本発明の制御装置の一実施例を示す装置の系統
図である。

以下第３図の回路において各構成要素の機能が第２図に
示す掘削の作業と、どのように結びつくかを説明する。

第３図において１１はブーム３、アーム５、バケット７
の回転角その他掘削機各部の位置関係を示す諸量を検出
する検出器、１２はバケットの姿勢角、掘削速度等掘削
面の傾斜角以外で設定を必要とするものの設定器、１３
は複数個の掘削面傾斜角の設定器、１４は複数個の直線
の相互の位置関係を与えるための諸量の設定器で、第２
図の溝掘りを行なう場合には溝幅Ｘ１と溝の深さｄを与
える設定器になる。

１５は一つの直線上で次の直線との交点まで掘り進んだ
とき信号を出す演算部、１６は演算部１５が出す信号に
よって、設定器１３に設定されている傾斜角を順次切替
える切替装置、１７は設定器１２および１３において設
定された値と検出器１１で検出された値とから、各部の
運動を制御するに必要な諸量を計算して制御出力を生ず
る演算制御部である。

以下第３図の各部について説明するが、まず演算制御部
１７について説明する。

第４図は演算制御部１７を用い、油圧ショベルにより直
線掘削を自動的に行なう原理を説明するための略図であ
る。

同図において、いまブーム３の回転中心Ｏを原点に選び
、水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸とすれば、アーム５
の先端位置Ｆを表わす座標（Ｘ，ｙ）の値は、アーム５
とブーム３との相対角変位／ＤＣＥ一α（アームシリン
ダＣ２の変位に対応する角変位）、ブーム３と本体１と
の間の角変位／ＡＯＢ＝β（ブームシリンダＣ１の変位
に対応する角変位）を変数とする関数で表わされ、逆に
（ｘ，ｙ）の値を与えれば、それに対応するα，βの値
を求めることができる。

すなわち、アーム先端Ｆを任意の位置（Ｘ，ｙ）に位置
ぎめするときに必要なα，βの値（従ってブームシリン
ダＣいおよびアームシリンダＣ２の変位）を求めること
が可能である。

そこで、アーム５の先端Ｆが通過すべき軌跡ｐ／ ，
Ｑ／に沿って座標（ｘ，ｙ）を与えれば、アーム５の先
端Ｆがｐ／ ， Ｑ／に沿って移動するために必要なα
，βの時々刻々の値が得られる。

これらの値を入力信号とし、α，βの値が常に入力信号
と一致するようにブームシリンダＣ、およびアームシリ
ンダＣ２の変位制御を行なえば、アーム先端Ｆが実際に
通過する移動軌跡はｐ ， Ｑ／に一致する。

また上記のα，βの入力信号の値を用いると、バケット
７の姿勢角を一定に保つために必要な角変位／ＥＦＧ一
γ（バケットシリンダＣ３の変位に対応する角変位）の
値が求められるから、この値を入力信号としてバケット
シリンダＣ３の制御を行なえば、バケット７の姿勢制御
も行なうことができる。

このようにしてアーム５の先端Ｆ点の移動軌跡制御と、
バケット７の姿勢制御を同時に、演算制御部１７におい
て行なえば、Ｐ，Ｑの線に沿ってバケット７が移動を行
なう、いわゆる直線掘削制御を自動化することができる
。

上述の自動直線掘削の原理は一定の傾斜角について説明
したものであるが、第３図１６の切替装置によって傾斜
角が異なる値に切り替わった場合にも、同じ方法で直線
掘削を自動的に行なうことができる。

再び第３図にもどり、いま設定器１３の第１の設定値を
θに、第２の設定値を０に、第３の設定値をーθに設定
して第２図における法面８の掘削を開始すれば、まず傾
斜角θで直線掘削が行なわれ、掘削位置（バケット７の
先端の位置）が法面８と底面９の交点に到達したとき、
演算部１５より信号が出て切替装置１６が切替り、演算
制御部１７へ加えられる傾斜角はＯとなり、以後は水平
に底面を掘削する。

底面９を掘り進んで、掘削位置が底面９と法面１０との
交点に到達すれば、演算部１５から信号が出て、切替装
置１６が切替り演算制御部１７へ加えられる傾斜角は一
〇となって、以後は法面１０に沿って掘削を行なう。

次に、演算部１５の機能について詳細に説明する。

第５図は演算部、１５の構成を示す系統図の一例である
。

同図で１８は第３図における検出器１１の出力端子の一
部で、ここにブーム３、アーム５、およびバケット７の
各回転角があらわれる１９は端子１８から入る上記検出
値から、バケット先端の水平距離Ｘおよび高さｙを計算
する演算回路であるが、この演算が第３図における演算
制御部１７で行なわれる場合には１９は省略できる。

２０．２１はそれぞれ演算回路１９からＸおよびｙをと
り出す出力端子で、２２は第３図における設定器１４の
出力端子の一部で、溝の深さｄの設定値がここにあらわ
れる。

２３は演算回路１９の出力のｙの値と、端子２２にあら
われる溝の深さｄの設定値との比較を行なう比較器で、
高さｙが深さｄに達したとき、すなわちＶ＜−ｄとなっ
たときに出力を生ずる。

２４は比較器２３の出力を記憶し、リセットされるまで
その出力を保持するフリツプフロツプなどの記憶回路で
ある。

記憶回路２４の出力は第１の切替信号として第３図の切
替装置１６に加えられるから、前方の法面の掘削が開始
されてから、掘削位置が深さｄに達するまで進んだとき
、第１の切替信号が出る。

次に第２の切替信号を出す位置は、掘削開始位置のＸの
値をＸ。

とすれば、Ｘ−Ｘｏ−Ｘ１＋ｄＣＯｔθ （
１）で表わすことができるから、（１）式の右辺の値を
計算しておいて、この値と掘削中に検出されるＸの値と
を比較すればよい。

更に第５図の２５はＸ。

を設定するためのポテンシオメータで、その出力は加算
器２６に加えられ、Ｘの値との差ｘ Ｘがつくられる
。

２７は加算器２６の出力で動作するサーボ機構で、加算
器２６の出力が零となる方向にポテンシオメータ２５を
回転させる。

従って前方の法面の掘削開始位置で上記サーボ機構２７
を動作させ、掘削中該サーボ機構２７の動作を停止させ
れば、自動的にポテンシオメータ２５の出力をＸ。

に設定することができる。

なおＸ。を保持する回路として上記の方法のほかに積分
器を使用する電子回路などを用いてもよい。

第５図２８は法面の長さｓｉｎ ｌを設定するポテンシ
オメータで、その出力の一部は正弦および余弦の出力を
生ずるポテンシオメータ２９の正電圧印加端子に加えら
れ、他の一部は反転回路３０に加え、信号出力の符号だ
け変えて、ポテンシオメータ２９の負電圧印加端子に印
加しポテンシオメータ２９を法面の傾斜角θの設定器と
連動して回転させるようにすれば、ポテンシオメータ２
９の正弦の出力端子３１には、ポテンシオメータ２８の
出力と、θの正弦との積の出力を生ずる。

従って端子３１の出力は溝の深さｄに相当する値になる
。

３２は加算器で、端子２２の溝の深さの設定値ｄと、ポ
テンシオメータ２８の設定値から求められた値との差が
出力にあらわれる。

３３は加算器３２の出力で動作するサーボ機構で、加算
器３２の出力が零になる方向にポテンシオメータ２８を
回転させる。

従ってポテンシオメータ２８の出力は法面の長さに自動
的に設定される。

なおこの場合にも設定の方法としてサーボ機構の代りに
積分器を使用する電子回路を用いることができる。

第５図において３４はポテンシオメーク２９の余弦の出
力端子であるから、該出力はポテンシオメータ２８の出
力、すなわち方面の長さとθの余弦との積の出力となり
、手前の法面の水平距離ｄ ｃｏｔθを与える。

３５は第３図における設定値１４の出力端子の一部で溝
幅Ｘ１の出力端子になっている。

３６は加算器で、ポテンシオメータ２５の出力Ｘいポテ
ンシオメータ２９の余弦端子３４の出力ｄＣＯｔθ、お
よび端子３５の出力Ｘ，が印加され、それぞれ加算また
は減算されてＸ。

−Ｘ１＋ ｄ ｃｏｔθの出力を生ずる。

この出力は溝の底面と、手前の法面との交点の水平距離
を示している。

３７は比較器で、加算器３６の出力と演算回路１９のＸ
の出力とが加えられ、ＸがＸ。

−Ｘ＋ｄ ｃｏｔθに達すると出力信号を生ずる。

３８は比較器３７の出力を記憶し、リセットされるまで
出力を保持するフリツプフロツプなどの記憶回路であり
、記憶回路３８の出力は記憶回路２４をリセットすると
ともに、第２の切替信号として第３図における切替装置
１６に加えられる。

従って底面の掘削を行なって、手前の法面に達すると、
第２の切替信号が出る。

しかして第３図における切替装置１６の機能は簡単なリ
レーを使用することにより、容易に構成できる。

すなわち演算部１５よりの第１の切替信号により第１の
リレーを駆動し、該リレーの接点によって演算制御部１
７への出力を、設定器１３よりの第１の傾斜角θから第
２の傾斜角Ｏへ切替え、演算部１５よりの第２の切替信
号によって第２のリレーを駆動し、該リレーの接点によ
って、演算制御部１７への出力を前記第１のリレーの接
点の出力から、設定器１３の第３の傾斜角−θに切替え
ればよい。

しかし第２図に示すような溝掘りの場合には、第１の傾
斜角と第３の傾斜角は大きさが等しく、符号反対である
から、反転回路を設ければ、設定器を一つ節約できる。

第３図の制御装置は特定の傾斜角と、傾斜面をもつ溝掘
りの直線掘削の例について説明したが、本発明は任意の
傾斜角と、複数個の傾斜面をもつ溝掘りの直線掘削に適
用することが可能である。

前述の説明からわかるように、本発明によれば１つの直
線的な掘削のみならず、任意の傾斜角と複数個の傾斜面
をもつ溝などの直線掘削を、作業の中断なしに順次連続
的に行なうことのできる制御装置が得られるので、作業
能率の向上、高レベルの熟練度をもつ作業員を要しない
など、極めて顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する掘削機機構の一例を示す図、
第２図は本発明の制御装置によって掘削する複数個の直
線面をもつ溝掘りの一例を示す図、第３図は本発明の一
実施例のブロック図、第４図は演算制御部１７を説明す
るための直線掘削方法の説明図、第５図は演算部１５の
一実施例図である。 １１・・・・・・ブーム、アーム、バケット回転角の検
出器、１２・・・・・・バケット姿勢、掘削速度などの
設定器、１３・・・・・・掘削機の傾斜角設定器、１４
・・・・・・複数個の直線面の相互の位置関係を与える
設定器、１５・・・・・・演算部、１６・・・・・・傾
斜角設定値を選択する切替装置、１７・・・・・・演算
制御部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 掘削面の傾斜角などの条件を設定して、掘削機が直
   線的に掘削するように掘削機各部の運動を制御する直線
   掘削制御装置において、掘削機各部の位置関係を示す諸
   量を検出する検出器と、複数個の直線掘削面の傾斜角を
   設定する第１の設定器と上記の複数個の直線掘削面の相
   互の位置関係を設定する第２の設定器と、上記第２の設
   定器の出力から上記複数個の直線掘削面の交点の位置を
   算出し、かつ上記検出器の出力から掘削機の掘削位置を
   算出し掘削機が上記の交点まで掘削したとき出力を送出
   する演算部と、該演算部の出力が与えられると作動して
   上記第１の設定器で設定した複数個の傾斜角を切替えて
   順次出力する切替装置とを具備し、掘削機の掘削位置に
   対応して掘削すべき直線掘削面を切替えることにより、
   複数個の直線掘削面を自動的に順次掘削することを特徴
   とする掘削機の直線掘削制御装置。