JPS59195938A - Linear excavation controller for oil-pressure shovel - Google Patents

Linear excavation controller for oil-pressure shovel

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Publication number
JPS59195938A
JPS59195938A JP6827283A JP6827283A JPS59195938A JP S59195938 A JPS59195938 A JP S59195938A JP 6827283 A JP6827283 A JP 6827283A JP 6827283 A JP6827283 A JP 6827283A JP S59195938 A JPS59195938 A JP S59195938A
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JP
Japan
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excavation
packet
cylinder
speed
flow rate
Prior art date
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Application number
JP6827283A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Honma
本間 和男
Yoshio Nakajima
吉男 中島
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS59195938A publication Critical patent/JPS59195938A/en
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    • 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
    • E02F3/437Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like providing automatic sequences of movements, e.g. linear excavation, keeping dipper angle constant

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

PURPOSE:To optionally alter the position of the cutting edge of a bucket even during the automatic operation period by a method in which detected values on the operation amount of a manual operating lever are put in the arithmetic unit of a linear excavation controller and added to speed command value during the automatic operation period. CONSTITUTION:On the basis of tangent speed signal Vt from the speed input pedal 19 of an input unit 9 and excavation angle signal phi from an angle setter 20, the speed components vx and vy at the tip of a bucket 4 are calculated in a bucket tip speed arithmetic block 15. Also, in an angle and angular velocity arithmetic block 16, on the basis of relative angle signals beta, alpha, and gamma of boom 2 and vx and vy, relative angular velocity signals betar, alphar, and gammar are calculated, and on the basis of these, the flow rate of pressure oil to cylinders C1-C3 is regulated by flow rate controllers 17 and 18, and the cutting edge of the bucket 4 is moved on the straight line W. When operating levers 21-23 are operated then, the manual command values alpha'M, beta'M, and gamma'M are put in the block 16, relative angular velocity signals betar, alphar, and gammar are corrected, and the bucket 4 can thus be moved to a desired direction.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は油圧ショベルの掘削軌跡制御装置、さらに詳し
くは、油圧ショベルのパケット刃先の動作軌跡を制御I
41する装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an excavation locus control device for a hydraulic excavator, and more particularly to an excavation locus control device for a hydraulic excavator, and more specifically, an I/O device for controlling the motion locus of a packet cutting edge of a hydraulic excavator.
41.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

油圧ショベルは一般に旋回体に設けたブームとこのブー
ムを俯仰させるブームシリンダと、ブームの先端に取付
けたアームとこのアームを揺動させるアームシリンダと
、このアーム先端に取付けたパケットと、このパケット
を揺動させるパケットシリンダとを備えている。通常、
各シリンダは運転席に配置した操作レバニによって操作
される。
A hydraulic excavator generally consists of a boom installed on a revolving body, a boom cylinder that raises and raises the boom, an arm attached to the tip of the boom, an arm cylinder that swings the arm, a packet attached to the tip of the arm, and a boom cylinder that raises and raises the boom. It is equipped with a packet cylinder that can be oscillated. usually,
Each cylinder is operated by an operating lever placed in the driver's seat.

この油圧ショベルのパケットによって単純な掘削作業を
行う場合には、各レバーの操作にょシ各油圧シリンダを
順次操作すれば良いが、斜面の仕上げ作業や溝底を水平
に掘削する作業のように、パケット刃先を一定の直線に
沿って動かす場合には複数個のシリンダに対応するレバ
ーを同時に操作しなければならず、相当の熟練を必要と
するばかりでなく作業能率が良好でない。
When performing simple excavation work using this hydraulic excavator packet, it is sufficient to operate each lever and each hydraulic cylinder in sequence, but when performing work such as finishing work on a slope or horizontally excavating the bottom of a trench, In order to move the packet cutting edge along a fixed straight line, levers corresponding to a plurality of cylinders must be operated simultaneously, which not only requires considerable skill but also reduces work efficiency.

この問題を解決するために油圧ショベルにおけるパケッ
ト刃先の直線移動コ榮作、いわゆる直線掘削を自動化す
る方策が種々提案されている。その一方策として、特公
昭54−37406号公報に記載されたものがある。こ
の直線掘削制御装置ではアーム先端の移動速度を与える
操作レバーと掘削面の角度及びパケット姿勢角度を設定
するダイヤル類、及び自動手動切換えスイッチ等から構
成される操作盤からの指令に基づいて、演算制御装置に
て、所望の掘削軌跡を実現するためのブーム、アーム及
びパケットの動作角度を演算し、その演算結果に対して
、油圧サーボ機構によって、ブーム。
In order to solve this problem, various measures have been proposed to automate the straight-line movement of the packet cutting edge in a hydraulic excavator, so-called straight-line excavation. One such solution is described in Japanese Patent Publication No. 54-37406. This linear excavation control device performs calculations based on commands from an operation panel consisting of an operation lever that determines the movement speed of the arm tip, dials that set the angle of the excavation surface and packet attitude angle, and an automatic/manual changeover switch. The control device calculates the operating angles of the boom, arm, and packet to achieve the desired excavation trajectory, and based on the calculation results, the hydraulic servo mechanism operates the boom.

アーム及びパケットの動作角度を追従させるものである
This is to follow the operating angle of the arm and packet.

この自動掘削制御装置では、操作盤によって与えられた
直線軌跡に沿ってパケット刃先を移動させることはでき
るが、自動掘削途中で、パケット刃先の移動軌跡を運転
者の意志によって変更させたい事態が生じた場合には、
自動運転を一旦止めて手動操作モードにし、手動操作レ
バーによって所望の位置までパケット刃先を移動させ、
その後古び自動モードに切侠えて自動掘削するという手
順を踏まなければならない。この操作はかなシ煩雑であ
り、実際的には、自動運転途中で手動操作を割込ませる
ことは不可能である。
With this automatic excavation control device, the packet cutting edge can be moved along a straight line trajectory given by the operation panel, but during automatic excavation, a situation arises in which the driver wants to change the moving trajectory of the packet cutting edge according to his will. If
Temporarily stop automatic operation and switch to manual operation mode, move the packet cutting edge to the desired position using the manual operation lever,
After that, you have to go through the steps of switching to automatic mode and digging automatically. This operation is complicated and, in practice, it is impossible to interrupt manual operation during automatic operation.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、所望の直alU削軌跡に沿ってパケット先端
を1多動させる自動掘削運転中にも、運転者の意志によ
って、4閂町剪操〒g〒つゝパケット刃先の立置を任意
に変更できる機能を備えた油圧ショベルの直線掘削制御
装置を提供することを目的としている。
The present invention allows the vertical position of the packet cutting edge to be freely adjusted according to the driver's will, even during automatic excavation operation in which the packet tip is moved multiple times along a desired straight cutting path. The purpose of the present invention is to provide a linear excavation control device for a hydraulic excavator with functions that can be changed to

〔発明の1既要〕 本発明の直線掘削制御装置は、油圧ショベルの手動操作
レバーの操作量を検出し、その値を手動の速度指令値と
して直、腺掘削制御装置の演算制御装置に入力し、自動
運転時の速度指令値に加算することによって、自動運転
中にも運転者の意志に従ってパケット刃先の位置を任意
に変更できる機能を備えた油圧ノヨベルの直線掘削市1
j#装置を実現する。
[1 Summary of the Invention] The linear excavation control device of the present invention detects the amount of operation of the manual operation lever of the hydraulic excavator, and directly inputs the detected value as a manual speed command value to the arithmetic and control device of the excavation control device. Hydraulic Noyobel's linear excavation city 1 has a function that allows the position of the packet cutting edge to be arbitrarily changed according to the driver's will even during automatic operation by adding it to the speed command value during automatic operation.
j# Realize the device.

実施例 第1図は+:発明の制御装置の一クリを備えた油圧ショ
ベルのフロント機構を示すもので、図において1はイ田
圧ショベル本体系を溝底する旋回体、2は旋回体1に設
けたブーム、3はブーム2の先端に取付けたアーム、4
はアーム3の先端に取付けたパケットである。これらの
ブーム2、アーム3及びパケット4はそれぞれブームシ
リンダc11アームシリンダC2及びパケットシリンダ
c3によって操作される。これらのブーム2、アーム3
1及びパケット4の相対角度は各枢着点またはその近傍
に設けた検出器5〜7によって検出される。
Embodiment Fig. 1 shows the front mechanism of a hydraulic excavator equipped with a control device according to the invention. 3 is an arm attached to the tip of boom 2, 4 is an arm attached to the tip of boom 2,
is a packet attached to the tip of arm 3. These boom 2, arm 3, and packet 4 are operated by a boom cylinder c11, an arm cylinder C2, and a packet cylinder c3, respectively. These boom 2, arm 3
1 and the packet 4 are detected by detectors 5 to 7 provided at or near each pivot point.

検出器5〜7の検出値は検出回路8によって入力側に伝
送される。油圧ショベルの運転席(図示せず)には入力
装置9が設置されている。・この人力装置9は掘削面w
の勾配を設定するだめのダイヤル類、掘削速度の大きさ
を与えるフートペダル及び油圧ショベルを従来通シの操
作方法で操作するための操作レバー類を備えており、入
力装置9から演算制御装置1oには直線掘削速度vt1
掘削面の勾配φ、手動レバーの操作量” M + I 
M l r Mが入力される。
The detected values of the detectors 5 to 7 are transmitted to the input side by a detection circuit 8. An input device 9 is installed in the driver's seat (not shown) of the hydraulic excavator.・This human-powered device 9 is an excavation surface lol
It is equipped with dials for setting the slope of the excavation, a foot pedal for setting the excavation speed, and operation levers for operating the hydraulic excavator in a conventional manner. is the linear excavation speed vt1
Inclination of excavation surface φ, operation amount of manual lever” M + I
M l r M is input.

演算制御装置1oは直線掘削速度V、と掘削面Wの勾配
φに基づいてパケット先端の速度成分■工l vFを演
算し、パケット先端P(X、y)が所望の掘削軌跡、す
なわち掘削開始点Po(Xo。
The arithmetic and control unit 1o calculates the velocity component of the packet tip based on the linear excavation speed V and the slope φ of the excavation surface W, and determines whether the packet tip P (X, y) is on the desired excavation trajectory, that is, the start of excavation. Point Po(Xo.

yo )を通り、掘削角度φで表記される直線に沿って
移動するために必要なブームシリンダC□及びアームシ
リンダc2の動作速度を演算すると共(、その値に手動
操作レバーから与えられる各シリングの動作速度を加算
し、更に各シリンダの有効受圧面積から各シリンダへ供
給すべき圧油の流緻全演算する。以下、第1図に示した
ように、油圧シリンダに連結した油圧ポンプの吐出流量
を変えることによって油圧シリンダの速度を制御する、
いわゆるポンプ制御システムを例にとって、本発明の詳
細な説明する。
yo), and calculates the operating speed of the boom cylinder C□ and arm cylinder c2 required to move along the straight line expressed by the excavation angle φ (and calculates the operating speed of the boom cylinder C□ and the arm cylinder c2 required to move along the straight line expressed by the excavation angle The operating speeds of the hydraulic oil pumps connected to the hydraulic cylinders are added together, and the flow rate of the pressure oil to be supplied to each cylinder is calculated based on the effective pressure receiving area of each cylinder. Control the speed of the hydraulic cylinder by changing the flow rate,
The present invention will be described in detail by taking a so-called pump control system as an example.

ポンプ制御システムの場合には、演算制御装置10の出
力はポンプ制@1itt 11に送られる。
In the case of a pump control system, the output of the computer controller 10 is sent to the pump controller 11.

ポンプWill 641装置11はそれぞれの油圧ポン
プ12.13.14の斜板1頃転、Itを・仄出する検
出器12a、13a、14aから得られる斜板傾転立置
16号とポンプ斜板傾転立置人力信号(ポンプ吐出流量
信号)と比較し、両者の間に誤差があると、その誤差が
小さくなる方向に各ポンプ12〜14の斜板傾転位置を
Iti制御する。
Pump Will 641 device 11 rotates around the swash plate 1 of each hydraulic pump 12, 13, 14 and pump swash plate with swash plate tilting position 16 obtained from detectors 12a, 13a, 14a which leak It. It is compared with the tilting vertical position manual signal (pump discharge flow rate signal), and if there is an error between the two, the swash plate tilting position of each pump 12 to 14 is controlled Iti in a direction that reduces the error.

油圧ポンプ12〜14の吐出する圧油はそれぞれ直接、
各シリンダ01〜C3に導かれる。これにより油圧ショ
ベルのパケット4の先端は所望の直線軌跡に沿って移動
する。また途中で手動操作レバーが操作された場合には
運転者の意志の通りに当初の直線からパケット4の先端
がずれるように制御される。なお第1図の油圧回路では
簡単化するために油圧ポンプと片ロンドシリンダを直結
して表示しているが、実際の油圧回路では油圧シリンダ
の伸縮に伴って生ずるポンプ吐出流量と吸込み流量の過
不足を補うたりにチャージポンプ、フラッシング弁等の
油圧機器を備えている。
The pressure oil discharged by the hydraulic pumps 12 to 14 is directly
It is guided to each cylinder 01 to C3. As a result, the tip of the packet 4 of the hydraulic excavator moves along a desired linear trajectory. If the manual operation lever is operated midway, the tip of the packet 4 is controlled to deviate from the original straight line according to the driver's will. Note that in the hydraulic circuit shown in Figure 1, the hydraulic pump and single rond cylinder are shown as being directly connected for simplicity, but in an actual hydraulic circuit, the pump discharge flow rate and suction flow rate exceed the amount that occurs as the hydraulic cylinder expands and contracts. It is equipped with hydraulic equipment such as charge pumps and flushing valves to compensate for deficiencies.

第1図に示された演算制御装置10について更に詳しく
説明する。
The arithmetic and control unit 10 shown in FIG. 1 will be explained in more detail.

第2図は演算制御装置100機能ブロック図である。演
算制御装置10は・くケラト先端速度演算ブロック15
、角度角速度演算ブロック16、サーボ制御ブロック1
7、ポンプ流量変換ブロック18から、IA成されてい
る。
FIG. 2 is a functional block diagram of the arithmetic and control device 100. Arithmetic control unit 10 - Kukerato tip speed calculation block 15
, angular velocity calculation block 16, servo control block 1
7. IA is constructed from the pump flow rate conversion block 18.

パケット先端速度演算ブロック15では入力装置9の速
度大カベダル19からの接線速度信号vtと角度設定ダ
イヤル20からの掘削角度信号φとからパケット先端の
速度成分v1とv、を演算する部分でアシ、この演算ブ
ロックにおける入出力の1関係は次のように表記するこ
とができる。
In the packet tip speed calculation block 15, the speed components v1 and v of the packet tip are calculated from the tangential speed signal vt from the speed large dial 19 of the input device 9 and the excavation angle signal φ from the angle setting dial 20. One relationship between input and output in this calculation block can be expressed as follows.

Vニー■tcO8φ       ・・・・・・・・・
(1)Vアーv t sinφ       ・・・・
・・・・・(2)角度角速度演算ブロック16はパケッ
ト先端速度演算ブロック15の出力であるパケット先端
速度成分v、、vyと手動操作レバー21,22゜23
からのアーム角速度手動指令値αM1 プーム角速度手
動指令値IM及びパケット角速度手動指令値7M及び検
出回路8からのプーム2、アーム3、パケット4の相対
角度1g号β、α、γに基づいて、プーム2、アーム3
、パケット4の相対角′速度指令信号表2.(1,、r
rならびに相対角度指令信号β1.α2.γ、を演算し
て出力する。
V knee tcO8φ ・・・・・・・・・
(1) V t sinφ...
(2) The angular velocity calculation block 16 calculates the packet tip velocity components v, , vy, which are the outputs of the packet tip velocity calculation block 15, and the manual operation levers 21, 22° 23
Based on the arm angular velocity manual command value αM1 from the poom angular velocity manual command value IM and the packet angular velocity manual command value 7M and the relative angles 1g of the poom 2, arm 3, and packet 4 from the detection circuit 8, 2. Arm 3
, relative angular velocity command signal of packet 4 Table 2. (1,, r
r and relative angle command signal β1. α2. γ, is calculated and output.

この演算を実行するために油圧ショベルにおける各部の
角度及び長さを、第3図に基づいて、次のように定める
。プームフートピンの位置0を座標原点として、水平、
垂直方向にX、Y座標系を4抗成する。プーム2に対す
るアーム3の回動支点&A、アーム3に対するパケット
4の回動支点をB1パケット先端をPとし /AOX=β /BAO−90°−α /PBA−90° −γ OA= L b AB=L。
In order to perform this calculation, the angles and lengths of each part of the hydraulic excavator are determined as follows based on FIG. Horizontal, with position 0 of the poom foot pin as the origin of coordinates.
A four-axis X and Y coordinate system is created in the vertical direction. Rotation fulcrum of arm 3 with respect to poom 2 &A, rotation fulcrum of packet 4 with respect to arm 3 as B1 packet tip as P /AOX=β /BAO-90°-α /PBA-90°-γ OA=L b AB =L.

B P = L a このように角度と長さを定めるとパケット先端Pにおけ
る速度成分V z 、 V y及びパケット回動角速度
iとプーム2の角速度β及びアーム3の角速度αとの関
係ld次式のように書き表わすことができる。
B P = L a When the angle and length are determined in this way, the relationship between the velocity components V z , V y at the packet tip P, the packet rotation angular velocity i, and the angular velocity β of the poom 2 and the angular velocity α of the arm 3 is expressed by the following equation: It can be written as:

1−〔−v、(L、5in(β+α)  −Ldcos
(β+α+γ))+v 、 + L、CO3(β+α)
 +Ldsin (β+α+γ))L−La cosγ
+ 7’ ]/ 〔Lb (La cosα+Ldsi
n Ca+r ) l)・・・・・・・・・(3) ;””CVx  (LbCOSβ+L、5in(β+α
)−LdCO8(β+α+γ) l  %+、 (−L
bsinβ+L acos (β+α)+Ldsin(
β+α+γ))  (Lb La5in(α+γ)+L
、 LdCO3γ) )/ (Lb (CO3α+Ld
sin(CI+4 ) l)・・・・・・・・・(4) −tなわち、ブーム2、アーム3の角速度み、βをそれ
ぞれ(3)式、(4)式のように制御すればパケット先
端Pは直線上を移動する。更に、各部材の角速度手動指
令値βM、C’M、  γMが入力された場合には(3
)式と(4)式の演算結果にβM、αMを加えて、修正
された角度指令値β1及びC1とすれば良い。またパケ
ット角度γは手動でしか動かさないから、パケット角速
度指令値7:rは手動指令値γMと等しい。
1-[-v, (L, 5in(β+α)-Ldcos
(β+α+γ))+v,+L,CO3(β+α)
+Ldsin (β+α+γ))L−La cosγ
+ 7'] / [Lb (La cosα+Ldsi
n Ca+r) l)・・・・・・・・・(3) ;””CVx (LbCOSβ+L, 5in(β+α
)-LdCO8(β+α+γ) l %+, (-L
bsinβ+L acos (β+α)+Ldsin(
β+α+γ)) (Lb La5in(α+γ)+L
, LdCO3γ) )/(Lb (CO3α+Ld
sin(CI+4) l)・・・・・・・・・(4) −t, that is, if the angular velocities of boom 2 and arm 3 and β are controlled as in equations (3) and (4), respectively, The packet tip P moves on a straight line. Furthermore, when the angular velocity manual command values βM, C'M, and γM of each member are input, (3
) and (4) are calculated by adding βM and αM to obtain the corrected angle command values β1 and C1. Further, since the packet angle γ can only be moved manually, the packet angular velocity command value 7:r is equal to the manual command value γM.

以上のようにブーム2、アーム3及びパケット4の角速
度を制御すれば手動操作指令値が入力されないときには
パケット先端Pは直線軌跡上を移動し、手動操作指令艇
入力されたときにはそれに応じてパケット先端Pが当初
の直線軌跡からずれるような直線掘削軌跡制御が実現で
きるが、実際上は種々の制御誤差によって必ずしも所望
の動きが得られないので、角速度だけでなく、時々刻々
の理想的な角度α1.β1.γ、をも演算し、実際の角
度α、β、γと比較して修正する必要がある。
As described above, if the angular velocities of boom 2, arm 3, and packet 4 are controlled, the packet tip P moves on a straight line trajectory when no manual operation command value is input, and when a manual operation command value is input, the packet tip P moves accordingly. Although linear excavation trajectory control in which P deviates from the initial linear trajectory can be realized, in reality, the desired movement cannot always be obtained due to various control errors. .. β1. It is also necessary to calculate γ, compare it with the actual angles α, β, and γ, and correct it.

時々刻々の目標角度α1.β2.γ1はC1゜7r17
’rと初期値α。、β0.γ0とを用いてαr(t) 
= f  α、dτ+α0   ・・・・・・・・・(
5)β、 (t) −f  βrdτ+β0   ・・
・・・・・・・(6)γ、 (t)−f  γ、dτ+
γ0   ・・・・・・・・・(7)として演算できる
Momentary target angle α1. β2. γ1 is C1°7r17
'r and initial value α. , β0. αr(t) using γ0
= f α, dτ+α0 ・・・・・・・・・(
5) β, (t) −f βrdτ+β0 ・・
・・・・・・・・・(6) γ, (t)−f γ, dτ+
γ0 It can be calculated as (7).

第4図は以上の演算をブロック線図の形で表現したもの
である。すなわち入力装置9及びパケット先端速度演算
シ゛ロック15の出力”M、/’M。
FIG. 4 represents the above operations in the form of a block diagram. That is, the outputs "M, /'M of the input device 9 and the packet tip speed calculation block 15.

γM+ vx + Vy及び検出装置8から得られる掘
削開始時のブーム、アーム、パケット角の初期値β0.
C0,γat入力として、油圧ショベルのブーム2、ア
ーム3及びパケット4の目標角速度β、、(1,,7,
ならびに目標角度β・・α・・γrを演算して出力する
ものである。第4図において、ADは加算ブロックを、
MUは乗算ブロックを、DIは除算ブロックを、INは
積分ブロックを、S工は正弦関数ブロックを、COは余
弦関数ブロックを、Kは係数ブロックを示す。
γM+vx+Vy and the initial values β0 of the boom, arm, and packet angles at the start of excavation obtained from the detection device 8;
As the C0, γat input, the target angular velocity β of the boom 2, arm 3, and packet 4 of the hydraulic excavator, , (1,, 7,
It also calculates and outputs target angles β...α...γr. In FIG. 4, AD is the addition block,
MU represents a multiplication block, DI represents a division block, IN represents an integral block, S represents a sine function block, CO represents a cosine function block, and K represents a coefficient block.

次にサーボ制御ブロック17について詳細に説明する。Next, the servo control block 17 will be explained in detail.

第5図はサーボ制御ブロック17における処理を示すブ
ロック線図である。図における記号は第4図と同様にA
Dは加算器を、Kは係数器を表わす。すなわち、アーム
系について説明すると、角度角速度演算ブロック16の
出力であるアーム角度指令値α、と実際のアーム角度α
とを比較してその差をとり、その値εσに係数K 、x
をかけた結果と、角度角速度演算ブロック16の出方で
あるアーム角速度指令値み、を加算して、新たり なアーム角速度指令値αを出力する。ブーム系。
FIG. 5 is a block diagram showing processing in the servo control block 17. The symbol in the figure is A as in Figure 4.
D represents an adder, and K represents a coefficient unit. That is, to explain the arm system, the arm angle command value α, which is the output of the angular angular velocity calculation block 16, and the actual arm angle α
and take the difference, and add coefficients K and x to the value εσ.
The result of the multiplication is added to the arm angular velocity command value obtained from the angular velocity calculation block 16, and a new arm angular velocity command value α is output. Boom type.

パケット系についても同様の処理を施して、ブーム角速
度指令値β及びパケット角速度指令値iを出力する。
Similar processing is performed for the packet system to output the boom angular velocity command value β and the packet angular velocity command value i.

次にポンプ流量変換ブロック18について第6図を用い
て説明する。第6図において24〜26はショベルの各
部材の角度信号α、β、γを入力として、各部材のシリ
ンダ速度と角速度との比を出力する関数発生器である。
Next, the pump flow rate conversion block 18 will be explained using FIG. 6. In FIG. 6, reference numerals 24 to 26 are function generators which input angle signals α, β, and γ of each member of the excavator and output the ratio between the cylinder velocity and angular velocity of each member.

すなわち、関数発生器24にアーム角度αを入力すると
、そのαに対するシリンダ速度Z2とアーム角速度αの
比が出力される。このz 2/a K iを乗すると、
そのときのアームシリンダ速度Z2が得られる。ブーム
シリンダ速度Z1、バグットシリンダ速度乞3も同様に
して得られる。これらのシリンダ速度に油圧シリンダC
1,C2、Caの受圧部4*を乗すると油圧ポンプ12
,13.14の吐出すべき流量が得られるが、油圧ショ
ベルに用いられる油圧シリンダは片ロンドシリンダであ
るため、油圧シリンダの受圧面積としてヘッド側の面積
を選ぶかロンド側の面積を選ぶかが問題となる。油圧シ
ョベルとしてポンプ1σ1]胆方式ヲ芙施例として繰り
上げて説明して来ているので、油圧閉回路に設けた7ラ
ソシング弁の位置によって油圧シリンダの有効受圧面積
を判定する方法について説明する。
That is, when arm angle α is input to the function generator 24, the ratio of cylinder speed Z2 and arm angular velocity α to that α is output. Multiplying this z 2/a K i,
The arm cylinder speed Z2 at that time is obtained. The boom cylinder speed Z1 and bagut cylinder speed Z3 are obtained in the same manner. Hydraulic cylinder C at these cylinder speeds
1, C2, and the pressure receiving part 4* of Ca, the hydraulic pump 12
, 13.14 are obtained, but since the hydraulic cylinder used in a hydraulic excavator is a single-rond cylinder, it is difficult to choose whether to select the area on the head side or the area on the rond side as the pressure receiving area of the hydraulic cylinder. It becomes a problem. Since the pump 1σ1] dual method has been described as an example of a hydraulic excavator, a method for determining the effective pressure receiving area of a hydraulic cylinder based on the position of the seven lasing valves provided in the hydraulic closed circuit will be described.

第7図はアーノ、シリンダC2と油圧ポンプ13を含む
油圧回路の回路図である。この回路には片ロツド/リン
ダC2が押し出されるときに生ずる回路内の圧油の不足
分及び油圧閉回路から外部へ流出する漏れ分を葡うグL
めのチャージポンプ27、油圧シリンダが引込1オシる
ときに生ずる圧油の余剰分をタンクに戻すた5、うのフ
ラッシング弁28、低圧リリーフ弁29、チェック弁3
0.31などが設けられている。
FIG. 7 is a circuit diagram of a hydraulic circuit including the cylinder C2 and the hydraulic pump 13. This circuit has a group L that compensates for the shortage of pressure oil in the circuit that occurs when the single rod/cylinder C2 is pushed out, and the leakage that flows out from the hydraulic closed circuit to the outside.
A charge pump 27 for returning the excess pressure oil generated when the hydraulic cylinder is retracted 1 to the tank 5, a flushing valve 28, a low pressure relief valve 29, and a check valve 3
0.31 etc. are provided.

フラッシング弁28は油圧シリンダC2のロッド側とヘ
ッド側のいずれか低い方の回路を低圧リリーフ弁に接続
する。したがって、油圧/リンダ。
The flushing valve 28 connects the lower circuit of either the rod side or the head side of the hydraulic cylinder C2 to the low pressure relief valve. Hence the hydraulic/linda.

C2の移動速度は油圧ポンプ13の吐出流量を、ヘッド
側かロッド側か、いずれか高圧側の受圧面積で除した1
直となる。
The moving speed of C2 is calculated by dividing the discharge flow rate of the hydraulic pump 13 by the pressure receiving area of either the head side or the rod side, whichever is the high pressure side.
Become direct.

いまフラッシング弁28にリミットスイッチ32を設け
、ヘッド側の圧力が高いと畝すなわち、フラッシング弁
が状態■のとさに信号S=が出力σれるようにしておく
。この状態では油圧/リンダC2の有効受圧面積はヘッ
ド側の面積A1aとなり、そうでないとき、すなわち信
号S aが出力されないときは油圧シリンダC2の有効
受圧面積はロッド側の受圧面積A2.1なる。
A limit switch 32 is provided on the flushing valve 28 so that when the pressure on the head side is high, a signal S= is output σ when the flushing valve is in the state (2). In this state, the effective pressure receiving area of the hydraulic cylinder C2 is the area A1a on the head side, and when this is not the case, that is, when the signal Sa is not output, the effective pressure receiving area of the hydraulic cylinder C2 is the pressure receiving area A2.1 on the rod side.

第6図の右側部分はこの原理を用いて油圧ポンプが吐出
すべき流量qαを求めるだめのブロックである。すなわ
ち、リミットスイッチからの信号、Sα、Sβ+Srに
よって、油圧シリンダ速度Z2.Zt、Zaに乗するべ
き面積に相゛当する係数器を切換えて正しい吐出流量が
得られるように構成している。
The right side of FIG. 6 is a block for calculating the flow rate qα to be discharged by the hydraulic pump using this principle. That is, the hydraulic cylinder speed Z2. The configuration is such that a correct discharge flow rate can be obtained by switching the coefficient unit corresponding to the area to which Zt and Za should be multiplied.

このようにして、演算制御装置10によって得られた流
量指令信号qa、qβ+ qrはそれぞれポンプ制御装
置11に送られる。
In this way, the flow rate command signals qa, qβ+qr obtained by the arithmetic and control device 10 are sent to the pump control device 11, respectively.

ポンプ制御装置11ではこの流量指令信号に応じた流量
を各ポンプ12,13.14が吐出するように、それぞ
れのポンプの斜板傾転位置を制御する0 このように油圧/ヨベルの直線掘削制御装置を構成する
と、油圧ショベルの・(ケソト先端は、入力装置9のフ
ートペダル19によって与えられた速度で、頑きφの直
線軌跡上を移動し、しかも、自動直1録掘削運転中に2
いて、伺らかの理由で運転者がパケット先端軌跡を当初
の直線軌跡からすら亡たいと判断した場合には、21〜
23の対応する手動繰作レバーを、采作することによっ
て、それ全実現することができる。したがって、自動直
@掘削制御装置でろシながら、運転者の意志が随時反映
される構成となっているため、違和感なく連転すめこと
ができる。
The pump control device 11 controls the tilting position of the swash plate of each pump so that each pump 12, 13, and 14 discharges a flow rate according to this flow rate command signal.In this way, the hydraulic/yovel linear excavation control is performed. When the device is configured, the tip of the hydraulic excavator moves on a straight line trajectory of φ at the speed given by the foot pedal 19 of the input device 9, and moreover, during automatic direct excavation operation,
If, for some reason, the driver decides that he wants to change the packet tip trajectory from the original straight line trajectory,
All of this can be achieved by creating 23 corresponding manual actuation levers. Therefore, since the driver's will is reflected at any time while the automatic direct excavation control device is used, continuous rotation can be performed without any discomfort.

なお以上の説明において$、算制御装置10の内容を判
り易くするためにアナログ的表現で説明したが、この演
算装置10Jf:マイクロコンピュータの工うなディジ
タル的手段で、可成しても本発明の主旨から外nるもの
ではない。
In the above description, the content of the arithmetic control device 10 has been explained in analog form to make it easier to understand. This does not deviate from the main idea.

また友4例の説明では油圧ノリンダヘ共給する圧油のA
4制四重手段として可変吐出量ポンプを用いたが、本発
明の制御卸装置は油圧、伺御弁(サーボ弁)を用いて構
成できることはぎうまでもない。
In addition, in the explanation of the four friends, A of the pressure oil co-supplied to the hydraulic nolinda.
Although a variable discharge amount pump was used as the four-way control means, it goes without saying that the control device of the present invention can be constructed using hydraulic pressure and a control valve (servo valve).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上】ホベたように、本発明による油圧ショベルの直線
掘削制御装置を用いると、自動直線掘削の過程において
、運転者の意志によって、手動操作にて、パケット刃先
の位置を任意に変更できるため、従来の手動自動切換え
方式に比して、その操作性が著しく向上する。
As mentioned above, when the linear excavation control device for a hydraulic excavator according to the present invention is used, the position of the packet cutting edge can be arbitrarily changed by manual operation according to the will of the driver during the process of automatic linear excavation. The operability is significantly improved compared to the conventional manual/automatic switching system.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の制御装置の一例を備えた油圧ショベル
およびその油圧回路の構成の一夾副例を示す図、第2図
は本発明を構成する演算制御装置の機能ブロック図、第
3図は?円圧ノヨベルの幾何学的関係を示す図、第4図
は本発明を構成する角度角速度演算ブロックの実行処理
内容を示すブロック線図、第5図は本発明を構成するサ
ーボ制御ブロックの実行処理内容を示すブロック線図、
第6図は本発明を可成する流量変侠ブロックの夫行迅理
内容を示すブロック線図、第7図は片ロッドシリンダを
含む油圧閉回路の回路構成図である。 1・・・旋回体、2・・ブーム、3・・・アーム、4・
・・パケット、5〜7・・・演出器、8・・・演出回路
、9・・・入力装置、10・・・演算制御装置、11・
・・ポンプ制御装置、12〜14・・・油圧ポンプ、C
1・・・ブームンリンダ、C2・・・アームシリンダ、
C3・・・バケツl/リンダ。
FIG. 1 is a diagram showing a hydraulic excavator equipped with an example of the control device of the present invention and one sub-example of the configuration of its hydraulic circuit, FIG. 2 is a functional block diagram of the arithmetic and control device constituting the present invention, and FIG. What's the diagram? FIG. 4 is a block diagram showing the execution processing contents of the angular velocity calculation block constituting the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the execution processing of the servo control block constituting the present invention. A block diagram showing the contents,
FIG. 6 is a block diagram showing the operational details of a flow rate variable block that embodies the present invention, and FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a hydraulic closed circuit including a single rod cylinder. 1... Swivel body, 2... Boom, 3... Arm, 4...
...Packet, 5-7... Production device, 8... Production circuit, 9... Input device, 10... Arithmetic control device, 11.
...Pump control device, 12-14...Hydraulic pump, C
1...Boom cylinder, C2...Arm cylinder,
C3...Bucket l/Linda.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 l。油圧ショベルのフロント機構であるブーム。 ア丁ム、パケットをそれぞれシリンダによって操作し、
パケットの刃先を所望の直線軌跡上を移動させるものに
おいて、前記各シリンダへ供給すべき圧油の流tを制御
する圧油流量制御手段と、任意設定可能な掘削面の勾配
、掘削速度およびフロント機構の各部の相対角度の条件
を与える入力手段と、この入力手段からの掘削面の勾配
、掘削速度の条件と前記フロント機構の各部の相対角度
とによってパケット刃先が所望の直線軌跡を移動するた
めの各シリンダへの圧油流:ijt k演算すると共に
、入力手段からのフロント機構の各部の相対角度指令に
よってパケット刃先が所望の直線軌跡からずらすだめの
各シリンダへの圧油流量を演算する演算制御手段とを備
えたことを特徴とする油圧ショベルの直線掘削制御装置
。 2、演算制御手段は、入力手段からのフロント機構の各
部の相対角度指令を、直@掘削のための圧油流量の目標
値に加算して、自動直線掘削運Tfm中においてもパケ
ット刃先をその軌跡よりずらすための各シリンダへの圧
油流量を演算することを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の油圧ショベルの直1謡掘削制御装置。
[Claims] l. The boom is the front mechanism of a hydraulic excavator. Manipulate each packet and packet with a cylinder,
In the apparatus for moving the cutting edge of the packet on a desired linear trajectory, there is provided a pressure oil flow rate control means for controlling the flow t of pressure oil to be supplied to each cylinder, and an arbitrarily settable slope of the excavation surface, excavation speed, and front. In order for the packet cutting edge to move along a desired straight line trajectory based on input means for providing conditions for the relative angles of each part of the mechanism, conditions for the slope of the excavation surface, excavation speed, and relative angles of each part of the front mechanism from this input means. Pressure oil flow to each cylinder: ijtk is calculated, and the flow rate of pressure oil to each cylinder is calculated to cause the packet cutting edge to deviate from the desired linear trajectory based on the relative angle command of each part of the front mechanism from the input means. A linear excavation control device for a hydraulic excavator, characterized in that it is equipped with a control means. 2. The arithmetic control means adds the relative angle commands of each part of the front mechanism from the input means to the target value of the pressure oil flow rate for straight @ excavation, and controls the packet cutting edge in its position even during automatic straight excavation operation Tfm. Claim 1, characterized in that the flow rate of pressure oil to each cylinder is calculated to deviate from the trajectory.
Direct excavation control device for a hydraulic excavator as described in Section 1.
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